JP4826052B2 - 窒化物半導体レーザ素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は窒化物半導体（ＩｎaＡｌbＧａ1-a-bＮ、０≦a、０≦b、a＋b≦１）よりなるレーザ素子に関し、特に絶縁性が良好でリーク電流とショートの防止された寿命の長い窒化物半導体レーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、窒化物半導体レーザ素子の実用化のために多くの研究開発が行われており、種々の窒化物半導体レーザ素子が知られている。
例えば、本発明者等は、実用可能なレーザ素子として、Jpn.J.Appl.Phys.Vol.37(1998）pp.L309-L312、Part2,No.3B,15 March 1998に、サファイア基板上部に、ＥＬＯＧ（Ｅｐｉｔａｘｉａｌｌｙ ｌａｔｅｒａｌｌｙ ｏｖｅｒｇｒｏｗｎ ＧａＮ）を２０μｍ形成し、その後ＧａＮを膜厚が１００μｍになるまで成長させた後、サファイア基板を削除することで、約８０μｍの転位の低減されたＧａＮ基板を得て、このＧａＮ基板上にレーザ素子構造となる窒化物半導体層を複数積層してなる窒化物半導体レーザ素子を発表している。そして、このレーザ素子は、室温での連続発振１万時間以上を可能とする窒化物半導体レーザ素子を発表した。
図６に、上記Ｊ.Ｊ.Ａ.Ｐ.に示されるレーザ素子と同様の模式的断面図を示した。この図６に示されるように、ｐ−ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層からｐ−Ａｌ0.14Ｇａ0.86Ｎ／ＧａＮの超格子構造よりなるｐ型クラッド層まで部分的にエッチングして形成されたリッジ形状のストライプを有し、形成されたリッジ形状のストライプの側面には素子の絶縁性のためにＳｉＯ2からなる絶縁膜が形成され、さらに前記ストライプ上部にｐ電極が形成され、劈開により共振面を形成してなる窒化物半導体レーザ素子である。更にこのレーザ素子は、ｐ電極を覆うようにｐパッド電極が形成されている。
このようにリッジ形状のストライプの側面に絶縁膜が形成されていることにより、ショートの防止及びリーク電流の防止を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、得られたレーザ素子の中には、同一条件で形成されたレーザ素子であるにもかかわらず、極端に寿命特性が悪いものが生じる。
本発明者は、極端に寿命特性が低下する原因について種々検討した結果、リッジ形状のストライプの側面の絶縁膜の絶縁が不完全なために、リーク電流が生じたり、ショートが発生するためではないかと推測した。
レーザ素子を商品化するにあったては、寿命特性等の素子特性を良好にするとと共に、歩留まりの向上を達成することが望まれる。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、素子の絶縁性を良好にして、リーク電流の防止やショートを防止し寿命特性の良好な素子を歩留まりよく得ることができる窒化物半導体レーザ素子を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の目的は、下記（１）〜（７）の構成により達成することができる。
（１） 基板上に、少なくともｎ型窒化物半導体層、活性層及びｐ型窒化物半導体層を成長させてなる素子構造を有し、ｐ型窒化物半導体層側からエッチングによりリッジ形状のストライプが形成されてなり、さらに少なくとも前記リッジ形状のストライプの側面に絶縁膜が形成されてなる窒化物半導体レーザ素子において、
前記絶縁膜と接している少なくともリッジ形状のストライプの側面及びストライプの側面から連続している平面の表面付近に、光閉じ込めをするリッチ層を有し、該リッチ層と前記絶縁膜により電流狭窄を行うことを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
（２） 前記リッチ層が、リッジ形状のストライプを形成後、露出されている少なくともリッジ形状のストライプの側面及びストライプの側面から連続している平面の表面に、アルミニウム及び／又はホウ素を拡散させることにより形成されてなることを特徴とする前記（１）に記載の窒化物半導体レーザ素子。
（３） 前記リッチ層が、リッジ形状のストライプを形成後、露出されている少なくともリッジ形状のストライプの側面及びストライプの側面から連続している平面の表面に、アルミニウム及び／又はホウ素をイオン注入して形成されてなることを特徴とする前記（１）に記載の窒化物半導体レーザ素子。
（４） 基板上に、少なくともｎ型窒化物半導体層、活性層及びｐ型窒化物半導体層を成長させてなる素子構造を有する窒化物半導体レーザ素子において、
前記窒化物半導体層の素子構造には、光閉じ込めをするリッチ層を有し、該リッチ層は電流狭窄を行うことを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
（５） 前記素子構造の側面には絶縁膜が形成されてなることを特徴とする前記（４）に記載の窒化物半導体レーザ素子。
（６） 前記リッチ層は、アルミニウム及び／又はホウ素を拡散させることにより形成されてなることを特徴とする前記（４）に記載の窒化物半導体レーザ素子。
（７） 前記リッチ層は、アルミニウム及び／又はホウ素をイオン注入して形成されてなることを特徴とする前記（４）に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【０００６】
つまり、本発明は、リッジ形状のストライプの側面等の表面付近に、アルミニウム又はホウ素を豊富に含有させてなるリッチ層を、表面から内部に向かって形成することにより、リッジ形状のストライプの側面に形成される絶縁膜と相乗的に作用して良好な絶縁が可能となり、リーク電流及びショートを良好に防止することが可能となる窒化物半導体レーザ素子を提供することができる。さらに、本発明は、リッチ層を有するレーザ素子とすることで、歩留まりの向上をも達成することができる。
【０００７】
従来、リッジ形状のストライプの側面には、図６に示すように絶縁性の絶縁膜が形成されている。しかし、この絶縁膜が均一な良好な膜でない場合が生じてしまい絶縁性が不完全となりショートなどが発生してしまう。
【０００８】
これに対して、本発明者は、パッド電極と接する箇所の絶縁性をより一層完全なものにすべく種々検討した結果、アルミニウム（Ａｌ）又はホウ素（Ｂ）をストライプの側面及びストライプの側面から連続している平面の表面付近に豊富に含有させてリッチ層を形成して、リッジ形状のストライプを形成することで露出された素子構造の表面自体を絶縁性にすることにより、リッチ層と絶縁膜とが相乗的に作用して良好な絶縁性を有することができる。
【０００９】
さらに、本発明において、リッチ層が、リッジ形状のストライプを形成後、露出されているリッジ形状のストライプの側面などの表面に、アルミニウム又はホウ素を拡散させることにより、又はアルミニウム又はホウ素をイオン注入することにより形成されてなるとリッチ層を良好に形成することができ、より良好な絶縁性を示すと共に歩留まりの向上の点で好ましい。
【００１０】
また、本発明において、Ａｌ又はＢを拡散やイオン注入すると、その部分の屈折率が小さくなり光の閉じ込めの点でも好ましい。このことから、例えば図６のレーザ素子は、ｐ電極がｐ型コンタクト層の表面全面に接していないので、実効屈折率導波路型であるが、図６のレーザ素子に、図１に示すように、活性層９の側面までＡｌまたはＢを拡散又はイオン注入して、リッチ層２０１を形成することにより光閉じこめが良好となることで完全屈折率導波路型となり、水平横モードが安定化してしきい値の上昇を防止でき、寿命特性を向上させることができ好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に図１〜図４を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
図１は、前記従来技術で示した図６のレーザ素子に、本発明のリッチ層２０１を形成してなる一実施の形態である窒化物半導体レーザ素子のリッジ形状のストライプの長さ方向に垂直に切断した一部分を示す模式的断面図である。
図２〜図４は、完全屈折率導波路型となるレーザ素子に本発明のリッチ層２０１を形成してなる一実施の形態である窒化物半導体レーザ素子の模式的断面図である。
【００１２】
本発明の窒化物半導体レーザ素子は、リッジ形状のストライプの側面に絶縁膜が形成されてなる窒化物半導体レーザ素子において、絶縁膜と接している少なくともリッジ形状のストライプの側面及びストライプの側面から連続している平面の表面付近に、アルミニウム又はホウ素を豊富に含有するリッチ層を有する。
従って、リッチ層を形成するレーザ素子としては、特に限定されず、リッジ形状のストライプを有するレーザ素子であればよく、例えば具体的には、図１〜図４のレーザ素子が挙げられる。
【００１３】
まず、図１を用いて、リッチ層２０１について説明する。
図１には、リッジ形状のストライプの側面に絶縁膜が形成され、ストライプの最上層にｐ電極２０が形成され、ｐ電極と電気的に接触するようにｐパッド電極がストライプの上方部分に形成されている。そして、素子構造と絶縁膜６２の接しているリッジ形状のストライプの側面及びストライプの側面から連続している平面の表面付近にリッチ層２０１が形成されている。
この図１の場合のリッチ層２０１の形成は、従来の素子の形成の工程において、リッジ形状のストライプを形成後に、ｐ型窒化物半導体層の最上面（ｐ型コンタクト層の表面）にリッチ層２０１が形成されないように保護した後で、拡散やイオン注入によりＡｌ又はＢを露出されている表面付近に豊富に含有させる。
【００１４】
本発明において、表面付近とは、リッジ形状のストライプを形成した後、露出している素子構造の表面から内側に向かって深さを持っている部分を示す。例えば、図１〜４に示されるリッチ層２０１の形成されている部分を示す。
また、本発明において、豊富に含有するとは、例えば図２のｐ型コンタクト層及びｐ型クラッド層のように、同一層でありながら他の部分より多くＡｌ又はＢを含有していて、ＡｌやＢが偏在している状態を示す。そして、ＡｌやＢの偏在している部分を本発明ではリッチ層２０１としている。
【００１５】
本発明において、リッチ層２０１の形成は、リッジ形状のストライプを形成した後、露出している部分に、特にｐパッド電極が上方部分に形成される箇所の表面付近に、Ａｌ又はＢを豊富に含有させることで形成される。
本発明において、ＡｌやＢを豊富に含有させる方法としては、特に限定されないが、例えば好ましい具体例としては、リッチ層を形成したい部分にＡｌやＢを蒸着させた後に熱を加えて拡散させる方法、又はイオン注入による方法などが挙げられる。
【００１６】
本発明において、拡散させる方法としては、拡散されたい部分にＡｌ又はＢを蒸着させ、熱処理を行う。熱処理の際の温度としては、適宜調整され、例えば４００℃〜７００℃である。熱処理の時間としては、適宜調整され、例えば１０分〜２時間である。
また、リッチ層２０１の形成を拡散により行う場合、濃度の調整や、表面からの深さの調節は、熱処理の温度と時間を調整することで行われる。
【００１７】
本発明において、イオン注入させる方法としては、注入させたくない部分をＳｉ酸化膜又はレジストなどでマスクし、ウエハ全面にイオン化させたＡｌまたはＢを１０〜数百ｋｅＶのエネルギーに加速して表面に打ち込むことで行われる。
また、リッチ層２０１の形成をイオン注入により行う場合、濃度の調整や、表面からの深さの調節は、加速電圧を注入時間を調整することで行われる。
【００１８】
また、リッチ層２０１のＡｌやＢの濃度としては、特に限定されなが、絶縁性のとれる程度であり、例えば具体的には１×１０14ａｔｏｍ／ｃｍ3以上である。
また、リッチ層２０１の膜厚（表面からの深さ）は、特に限定されないが、絶縁性のとれる程度であり、例えば具体的には１００オングストローム〜２μｍである。
【００１９】
例えば、リッジ層２０１の形成の一実施の形態としては、前記従来技術で示したＪ．Ｊ．Ａ．Ｐ．に記載されているように、基板上にｎ型コンタクト層、活性層、ｐ型コンタクト層等を成長させてなる素子構造を形成後、ｐ型窒化物半導体層側からエッチング等によりリッジ形状のストライプを形成後、リッジ形状のストライプの最上層の表面にリッチ層が形成されないようにした状態で（例えばエッチングの際に形成されたレジスト等の保護膜の形成されている状態で）、露出されている少なくともリッジ形状のストライプの側面などに上記に示した拡散やイオン注入によってリッジ層２０１を形成する。その後、前記Ｊ．Ｊ．Ａ．Ｐ．等と同様に絶縁膜１５、ｐ電極２０及びｐパッド電極１０１等を形成する。そして、図１に示されるリッチ層２０１を有するレーザ素子となる。
図１の絶縁膜６２としては、特に限定されないが、ＳｉＯ2等を用いることができる。また、図１のリッジ形状のストライプとしては、特に限定されないが、例えば前記で示したＪ．Ｊ．Ａ．Ｐ．に記載されている内容と同様の内容が挙げられる。
【００２０】
図１に示すレーザ素子は、リッチ層２０１を形成することにより、リッチ層２０１と絶縁膜１５とが相乗的に作用して絶縁性が良好となり、リーク電流の防止及びショートの防止ができ、寿命特性の良好なレーザ素子となる。さらに図１に示すレーザ素子は歩留まりよく作製することができ、量産する際に好ましい。またさらに、本発明のレーザ素子は絶縁性が良好となるので、素子の信頼性の向上（不良防止）の点でも好ましい
また、図１に示されるレーザ素子は、ｐ電極がｐ型コンタクト層の表面全面に接していないので、リッチ層２０１を形成していない状態ではリッジ形状のストライプ内部で電流密度にムラが生じ、水平横モードが不安定となりしきい値の上昇が見られる場合があるが、Ａｌ又はＢを含有させることでその部分の屈折率が小さくなり、光閉じこめが良好となることで、完全屈折率導波路型のレーザ素子のような素子特性を示し易くなる。このように、しきい値の上昇が抑えられれば、寿命特性をより良好にすることができる。図１に示されるリッチ層２０１は、基板に対して水平方向の膜厚と、垂直方向の膜厚が異なるが、リッチ層２０１を形成する際の拡散又はイオン注入の条件により適宜調節することで膜厚を調整できる。ここでリッチ層の膜厚とは、Ａｌ又はＢが素子構造内にどの程度の深さまで入り込んでいるかを示している。
【００２１】
次に、図２〜図４のレーザ素子について説明する。
図２〜図４は、ｐ型コンタクト層の表面全面がｐ電極を接していて且つストライプ幅が狭いので、水平横モードが安定化し、しきい値の上昇を抑えられるので好ましく、さらに完全屈折率導波路型のレーザ素子として好ましい構造となる。図２〜図５には、基板上に、ｎ型コンタクト層５〜ｐ型コンタクト層１３が積層成長され、このｐ型コンタクト層側からエッチングによりリッジ形状のストライプを形成し、リッジ形状のストライプの側面に第２の保護膜６２（本発明の絶縁膜に相当する絶縁性の膜）が形成され、ストライプの最上層であるｐ型コンタクト層に接するようにｐ電極、さらにｐ電極に接するようにｐパッド電極が形成されてなるレーザ素子である。ここで、第２の保護膜６２は、絶縁性の膜であり本発明の絶縁膜に相当し、図１の絶縁膜１５と同様に素子の絶縁性を維持するために形成されるが、図２〜図５の形成の段階を説明するに際して第２の保護膜６２とする。
そして、このような図２〜図５には、各図に示されているように、リッジ形状のストライプの側面及びストライプの側面から連続している平面に、本発明のリッチ層２０１が形成されている。リッチ層２０１が形成されることにより、リッチ層２０１の部分も絶縁性を示し、ストライプの側面に形成されている絶縁性の第２の保護膜６２と相乗的に作用して素子の絶縁性を良好にする。絶縁性が良好となることで、リーク電流の防止及びショートの防止が良好となり、寿命特性の向上及び歩留まりの向上が達成できる。
【００２２】
図２〜図５に用いられる絶縁膜となる第２の保護膜６２としては、特に限定されないが、例えば、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、ＢＮ、ＳｉＣ及びＡｌＮ等が挙げられる。また後述してるように、第２の保護膜６２としてＳｉ酸化物を用いることもでき、この場合は、後述しているように第１の保護膜６１の材料としてＳｉ酸化物よりエッチングされ易い材料を選択して行われる。
【００２３】
図２〜図５のストライプ構造としては、特に限定されないが、好ましいストライプ構造としては、例えばストライプ幅が０．５〜４．０μｍのストライプ構造をあげることができる。ストライプ幅が上記範囲であると、しきい値の低下や水平横モードの安定化の点で好ましい。
また、ストライプ幅が上記のように狭い構造のストライプを有するレーザ素子としては、前記したように、例えば図２〜図４に示されるような構造のレーザ素子が挙げられる。これらのレーザ素子は、ストライプ幅を狭くしても再現性良く形成することができるストライプ及び電極形成方法（具体的には特開平２０００−４０６３号に開示されている。）により得られる。以下にその方法について図５を用いて説明する。
この方法は、ストライプの導波路を形成する際に用いる第１の保護膜６１と、ストライプの側面に形成される絶縁性の第２の保護膜６２との、エッチング処理によるエッチング速度が異なるように材料を選択し、下記各工程を行うことにより、再現性よくストライプを形成でき、更に所定の位置に絶縁性の第２の保護膜６２を均一の膜厚で形成することができる。
【００２４】
図５は、図２〜図４の窒化物半導体レーザ素子のストライプ及び電極の形成方法の各工程を説明するための、各工程における窒化物半導体ウェーハの部分的な構造を示す模式的断面図である。この図５に示される断面図は、エッチングにより形成したストライプ導波路に対し垂直方向、つまり共振面に対して平行方向で切断した際の図を示している。
【００２５】
まず、第１の工程において、図５（ｃ）に示すように、最上層にあるｐ型コンタクト層１３の上にストライプ状の第１の保護膜６１を形成する。
この第１の工程において、第１の保護膜６１は、特に絶縁性は問わず、窒化物半導体のエッチング速度と差がある材料であればどのような材料でも良い。更に第１の保護膜６１としては、後述の第３の工程で形成される第２の保護膜６２とエッチング速度の異なる材料を選択して用いることが第２の保護膜６２を形成するのに好ましい。
第１の保護膜６１として、例えばＳｉ酸化物（ＳｉＯ2を含む）、フォトレジスト等が挙げられ、好ましくはＳｉ酸化物である。
第１の保護膜６１が、Ｓｉ酸化物であると、次の第２の工程における窒化物半導体レーザ素子のストライプ状の導波路領域を形成する方法としてウエットエッチングやドライエッチング等が用いられるが、エッチングのし易いドライエッチングが好ましく用いられ、このドライエッチングで重要視される第１の保護膜６１と窒化物半導体との選択性を良好にすることができる。
また、第１の保護膜６１が上記の材料から選択されると、後工程である第３の工程で酸を用いて行うエッチングで第２の保護膜よりも酸に対して溶解されやすい性質を有し、第２の保護膜６２との溶解度差を設け易く、特に第３の工程で用いられる酸としてフッ酸を用いると、フッ酸に対して溶解しやすく好ましい。
第１の保護膜のストライプ幅（Ｗ）としては４μｍ〜０．５μｍ、好ましくは３μｍ〜１μｍに調整する。第１の保護膜６１のストライプ幅が、おおよそ導波路領域のストライプ幅に相当する。
【００２６】
第１の工程において、第１の保護膜６１を形成する具体的な工程として、図５（ａ）、（ｂ）に示す工程が挙げられる。
まず、図５（ａ）に示すように、第１の保護膜６１をｐ型コンタクト層１３の表面のほぼ全面に形成した後、第１の保護膜６１の上にストライプ状の第３の保護膜６３を形成する。その後、図５（ｂ）に示すように、その第３の保護膜６３をつけたまま、第１の保護膜６１をエッチングした後、第３の保護膜６３を除去することにより、図５（ｃ）に示すようなストライプ状の第１の保護膜６１を形成することができる。
なお第３の保護膜６３をつけたままエッチングガス、若しくはエッチング手段等を変えて、ｐ型コンタクト層１３側からエッチングすることもできる。
【００２７】
第１の工程において、エッチング手段としては、例えばＲＩＥ（反応性イオンエッチング）のようなドライエッチングを用いることができ、この場合、第１の工程で例えばＳｉ酸化物よりなる第１の保護膜６１をエッチングするには、ＣＦ4のようなフッ素化合物系のガスを用いることが望ましい。
【００２８】
また、図５（ｃ）に示すようなストライプ状の第１の保護膜６１をリフトオフ法によって形成することもできる。リフトオフ法では、ストライプ状の孔が開いた形状のフォトレジストをｐ型コンタクト層１３上に形成し、そのフォトレジストの上から全面に第１の保護膜６１を形成し、その後フォトレジストを溶解除去することにより、ｐ型コンタクト層１３と接触している第１の保護膜６１のみを図５（ｃ）に示すように残すものである。
なお、第１の保護膜６１を形成する方法としては、リフトオフ法でストライプ状の第１の保護膜６１を形成するよりも、図５（ａ）、（ｂ）のようにエッチングにより形成する方が端面がほぼ垂直で形状が整ったストライプが得られやすい傾向にある。
【００２９】
次に第２の工程において、図５（ｄ）に示すように、第１の保護膜６１が形成されたｐ型コンタクト層１３の第１の保護膜６１が形成されていない部分からエッチングして、第１の保護膜６１の直下部分に保護膜の形状に応じたストライプ状の導波路領域を形成する。エッチングを行う場合、エッチストップをどの位置にするかでレーザ素子の構造、特性が異なってくる。エッチストップはｐ型コンタクト層よりも下の層であればどの窒化物半導体層で止めてもよい。図５に示す例ではｐ型コンタクト層１３の下にあるｐ型クラッド層１２の途中をエッチストップとしている。ｐ型クラッド層の下端面からｐ型コンタクト層方向０．２μｍよりも基板側をエッチストップとすると、ストライプがリッジとなって屈折率導波路型のレーザ素子ができる。下端面とは厚さ方向に対して最も下のクラッド層の面を指し、先にも述べたようにクラッド層の下に光ガイド層がある場合には、ガイド層とクラッド層の界面が下端面に相当する。エッチストップをこの下端面よりも上にすると、エッチング時間が短くなり、またエッチングレートを制御しやすいので、生産技術上都合がよい。
【００３０】
また図５には示していないが、エッチストップをｐ型クラッド層の下端面よりも下にある窒化物半導体とすることもできる。下端面よりも基板側の層をエッチストップとすると、しきい値が著しく低下する傾向があり好ましい。
【００３１】
第２の工程において、エッチング手段としては、ウエットエッチングやドライエッチング等が用いられるが、エッチングのし易いドライエッチングが好ましく用いられる。例えばＲＩＥ（反応性イオンエッチング）のようなドライエッチングを用いることができ、この場合、窒化物半導体をエッチングするには他のIII−Ｖ族化合物半導体で良く用いられているＣｌ2、ＣＣｌ4、ＳｉＣｌ4のような塩素系のガスが用いられ、これらのガスを用いると、第１の保護膜６１としてＳｉ酸化物が用いられている場合、Ｓｉ酸化物との選択比が大きくできるため望ましい。
【００３２】
図５の（ｄ）に示すようにエッチングしてリッジ形状のストライプを形成した後、リッチ層２０１を形成する。リッチ層２０１の形成の方法は前記したとおりである。図５（ｅ−１）には、蒸着によりリッジ形状のストライプの側面及びその側面から連続している平面にＡｌなどの蒸着膜を形成した状態を示してある。このＡｌなどの蒸着膜を形成後、熱拡散によりＡｌなどの蒸着膜と接している素子構造の表面から内部に向かってＡｌなどの豊富な部分を形成する。その後、図５（ｅ−２）に示すようにＡｌなどの蒸着膜を除去することでリッチ層２０１を形成することができる。
【００３３】
次にリッチ層２０１を形成した後、第３の工程において、図５（ｆ）に示すように、第２の保護膜６２を第１の保護膜６１と異なる材料であって、絶縁性を有する材料を用いてストライプ状の導波路の側面、エッチングされて露出した窒化物半導体層（図５（ｆ）では、ｐ型クラッド層１２）の平面、及び第１の保護膜６１上に形成する。
第２の保護膜６２を形成後に、エッチングにより第１の保護膜６１を除去することにより、第１の保護膜６１上に形成された第２の保護膜６２のみが除去され、図５（ｇ）に示すように、ストライプの側面及びｐ型クラッド層１２の平面には第２の保護膜６２が連続して形成される。このように第２の保護膜６２をエッチングすることなく、第１の保護膜６１を除去することを可能にするには、前記したように、第１の保護膜６１と第２の保護膜６２の材料を、第３の工程で行われるエッチング処理に対するエッチング速度の異なるものを選択して用いることにより可能となる。
第３の工程でのエッチング処理は、特に限定されないが、例えばフッ酸を用いてドライエッチングする方法が挙げられる。
【００３４】
第２の保護膜６２の材料としては、第１の保護膜６１と異なる材料から選択され、第３の工程のエッチング処理で第１の保護膜６１よりエッチング速度が遅い又はエッチングされにくい材料であって、ストライプの側面等に第２の保護膜６２が形成可能な材料であれば特に限定されない。好ましい第２の保護膜としては、前記のように第１の保護膜６１としてＳｉ酸化物やレジスト材料が好ましく用いられることから、少なくとも第１の保護膜６１の材料以外の材料で、第１の保護膜６１よりエッチング速度が遅い材料が挙げられる。第１の保護膜６１がＳｉ酸化物である場合、第２の保護膜６２の具体例としては、例えば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、ＢＮ、ＳｉＣ及びＡｌＮの内の少なくとも一種が用いられ、より好ましくはＺｒの酸化物、Ｈｆの酸化物、ＢＮ及びＳｉＣのいずれか一種以上の材料が用いられる。また、第２の保護膜６２形成後、窒化物半導体をエッチングしないため、第２の保護膜６２は、窒化物半導体とのエッチング速さに関して考慮されない。
また第２の薄膜層６２として、Ｓｉ酸化物を用いてもよく、この場合は、第１の保護膜６１をＳｉ酸化物より第３の工程でのエッチング速度の速い材料が選択され行われる。
【００３５】
また、上記の如く、第１の保護膜６１上に第２の保護膜を連続して形成することにより、高い絶縁性を保持でき、ｐ型クラッド層１２の上に均一な膜厚で形成できるため膜厚の不均一に起因する電流の集中の発生を防止できる。
また、上記第２の工程において、エッチストップをｐ型クラッド層１２の途中としているため、第３の工程で図５（ｆ）に示すように、第２の保護膜６２はｐ型クラッド層１２の平面に形成されるが、エッチストップをｐ型クラッド層１２よりも下にすると、第２の保護膜はエッチストップした窒化物半導体層の平面に形成される。
【００３６】
また、第２の保護膜６２は、リフトオフ法によって形成することもできる。例えば、第２の保護膜６２が上記した具体例のいずれかであり、第１の保護膜６１をＳｉ酸化物とすると、第２の保護膜６２は、フッ酸に対して、Ｓｉ酸化物よりエッチング速度が遅い又はエッチングされにくいといったエッチング選択性を有している。このため、図５（ｆ）に示すようにストライプ導波路の側面、そのストライプが形成されている平面（エッチストップ層）、及び第１の保護膜６１の表面に連続して第２の保護膜を形成した後、リフトオフ法により第１の保護膜６１のみを除去すると、図５（ｇ）に示すような、平面に対して膜厚が均一な第２の保護膜６２が形成される。
【００３７】
次に第４の工程において、図５（ｈ）に示すように、第２の保護膜６２とｐ型コンタクト層１３の上に、そのｐ型コンタクト層１３と電気的に接続したｐ電極２０を形成する。ここで、前記工程により既に第２の保護膜６２が形成されているので、ｐ電極を形成する際、ストライプ幅の狭いコンタクト層のみに形成するといった細かい操作の必要がなく、ｐ電極を大面積で形成でき、操作性が良好となる。
【００３８】
また、本発明において、上記のような幅の狭いリッジ形状のストライプを有す得る場合、ｐ電極上に形成されるｐパッド電極としては、特に限定されないが、好ましくは、少なくともストライプ長さと同一の長さでｐ電極全面を覆って形成された金属を含む第１の薄膜層と、該第１の薄膜層上にストライプ長さより短い長さで形成された金属を含む第２の薄膜層とから形成され、または第１と第２の薄膜層との間に第３の薄膜層を形成してなると、ｐパッド電極の劈開性が向上し、ｐ電極の剥離を防止するのに好ましい。例えば、後述の実施例で用いられている図２等に示されている第１の薄膜層３１上に第２の薄膜層３２を形成してなるｐパッド電極１０１が挙げられる。
【００３９】
第１の薄膜層が、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｗ及びＰｔ等の一種以上であると、劈開性、接着性、さらに放熱性等の点で好ましい。
また、第２の薄膜層が、Ａｕからなると、熱伝導率がよく熱の放散が良好となり、さらにボンディングの際の接着性や衝撃の緩和等の点で好ましい。Ａｕからなる第２の薄膜層は、劈開性が劣るが、ストライプ長さより短い形状であるので、第２の薄膜層の端面が劈開により形成される劈開面に一致しておらず、ｐパッド電極の劈開性に何ら影響を与えない。
また、第１の薄膜層と第２の薄膜層との間に、Ｐｔ、Ｗ、ＴｉＮ、Ｃｒ及びＮｉ等の少なくとも１種以上の材料を含む第３の薄膜層を形成すると、第３の薄膜層がバリア層となり第２の薄膜層の金属が拡散するのを防止でき好ましい。このように第２の薄膜層の拡散を防止できると、抵抗の上昇及びしきい値の上昇が抑えられ、それによってレーザ素子内部での熱の発生が防止されて、寿命特性を向上させるのに好ましい。
【００４０】
本発明において、ｐ及びｎ電極としては、種々の材料を適宜選択して用いることができ、例えば前記Ｊ．Ｊ．Ａ．Ｐ．に記載されているオーミック接触を有する電極等が挙げられる。
【００４１】
また、ｎ電極が基板裏面に形成される場合、基板裏面にベタにｎ電極を形成後裏面からスクライブスすると、ｎ電極に阻まれて窒化物半導体までスクライブが達しない場合があり、この問題点を防止するために、ウエハの基板裏面にパターン形状のｎ電極を形成することによりスクライブし易くなり、劈開性が向上する。パターン形状としては、ウエハを劈開して得られる１チップの形状が得られやすいように、チップの大きさとほぼ同程度の形状、例えば４００μｍ×４００μｍの形状、であることが好ましい。つまりスクライブライン上及び／または劈開面上にｎ電極が存在しないようにパターンをつけてｎ電極を形成する。更にメタライズ電極もｎ電極と同様のパターン形状でｎ電極上に形成されると、スクライブし易くなり劈開性が向上する。ｎ電極としては、特に限定されないが、例えばＴｉ−Ａｌ、Ｗ−Ａｌ−Ｗ−Ａｕなどを用いることができる。メタライズ電極としてはＴｉ−Ｐｔ−Ａｕ−（Ａｕ／Ｓｎ）［膜厚０．１μｍ−０．２μｍ−０．７μｍ−０．３μｍ］、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ−（Ａｕ／Ｓｉ）［膜厚前記と同様］、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ−（Ａｕ／Ｇｅ）［膜厚前記と同様］、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ−Ｉｎ［膜厚前記と同様］、Ａｕ／Ｓｎ［膜厚０．３μｍ］、Ｉｎ［膜厚前記と同様］、Ａｕ／Ｓｉ［膜厚前記と同様］、Ａｕ／Ｇｅ［膜厚前記と同様］等を用いることができる。
ｎ電極が裏面にパターン形状に形成される場合のチップ化の方法としては、例えば、裏面のｎ電極パターン間を裏面からスクライブによりバー状サンプルを作製し、端面へ反射ミラー形成後裏面からスクライブによりチップ化を行うことができる。
【００４２】
また本発明のレーザ素子のその他の素子構造としては、特に限定されず、公知の種々の素子構造を用いることができる。
本発明のレーザ素子の素子構造を成長させる基板としては、従来知られている、サファイア、スピネル等の異種基板、又は、異種基板の上にＳｉＯ2等の窒化物半導体が成長しないかまたは成長しにくい材料からなる保護膜を形成して、その上に選択的に横方向の成長（ラテラル成長）をさせて得られる窒化物半導体基板等が挙げられる。好ましくはラテラル成長させて得られる結晶欠陥の少ない窒化物半導体基板が好ましい。結晶欠陥の少ない窒化物半導体基板上に、素子構造を形成すると、素子を構成する窒化物半導体も結晶欠陥が少なくなり、素子内での発熱を抑えるのに好ましい。また、基板が窒化物半導体基板であると、劈開し易くなりｐ電極の剥がれ防止の点でも好ましい。ラテラル成長に用いられる保護膜は、前記ストライプを形成する際に用いた保護膜とは異なる作用を示す。
【００４３】
ラテラル成長を用いて得られる結晶欠陥の少ない窒化物半導体基板の成長方法としては、特に限定されずいずれの方法でもよいが、例えば、J.J.A.P.Vol.37(1998)pp.L309-L312に記載の方法や、本出願人が先に出願した特開平１１−１９１６５９号に開示されている窒化物半導体と異なる異種基板上に成長させた窒化物半導体表面に凹凸部を形成し、その凸部及び凹部の平面上にＳｉＯ2等の前記保護膜を形成した後、側面に露出した窒化物半導体より横方向の成長を行い、保護膜上部に互いに横方向に成長した窒化物半導体を繋げる方法等が挙げられる。
また、ラテラル成長により得られる窒化物半導体基板は、素子構造を成長させる際に、異種基板を有する状態で行っても、異種基板を除去した状態で行ってもよい。
【００４４】
本発明のレーザ素子の共振面は、リッジ形状のストライプと垂直になるように、窒化物半導体の｛１１−００｝面［Ｍ面：六角柱状の結晶の側面に相当する面］で劈開することにより、鏡面状の良好な共振面を形成することができる。窒化物半導体のＭ面での劈開については、例えば本出願人が先に出願した特開平９−２３２６７６号公報に詳細が記載されている。
【００４５】
【実施例】
以下の本発明の一実施の形態である窒化物半導体レーザ素子の実施例を示す。しかし本発明はこれに限定されない。
［実施例１］
図２は、本発明の一実施例に係るレーザ素子の構造を示す模式的な断面図であり、ストライプ導波路に垂直な方向で切断した際の図を示すものである。以下、この図を基に実施例１について説明する。
【００４６】
（下地層２）
１インチφ、Ｃ面を主面とするサファイアよりなる異種基板１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２００オングストロームの膜厚で成長させる。バッファ層成長後、温度を１０５０℃にして、同じくＧａＮよりなる下地層２を４μｍの膜厚で成長させる。この下地層は保護膜を部分的に表面に形成して、次に窒化物半導体基板の選択成長を行うための下地層として作用する。
【００４７】
（保護膜３）
下地層成長後、ウェーハを反応容器から取り出し、この下地層の表面に、ストライプ状のフォトマスクを形成し、ＰＶＤ装置によりストライプ幅１０μｍ、ストライプ間隔（窓部）２μｍのＳｉＯ2よりなる保護膜３を形成する。
【００４８】
（窒化物半導体基板４）
保護膜形成後、ウェーハを再度ＭＯＶＰＥの反応容器内にセットし、温度を１０５０℃にして、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基板４を２０μｍの膜厚で成長させる。この窒化物半導体基板は保護膜３上部において横方向に成長されたものであるため、結晶欠陥が１０5個／cm2以下と下地層２に比較して２桁以上少なくなる。
【００４９】
（ｎ型コンタクト層５）
次に、アンモニアとＴＭＧ、不純物ガスとしてシランガスを用い、窒化物半導体基板１の上に、１０５０℃でＳｉを３×１０18／cm3ドープしたＧａＮよりなるｎ型コンタクト層５を４μｍの膜厚で成長させる。
【００５０】
（クラック防止層６）
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６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。
【００５１】
（ｎ型クラッド層７）
続いて、１０５０℃でＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープＡｌ0.16Ｇａ0.84Ｎよりなる層を２５オングストロームの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止めて、シランガスを流し、Ｓｉを１×１０19／cm3ドープしたｎ型ＧａＮよりなる層を２５オングストロームの膜厚で成長させる。それらの層を交互積層して超格子層を構成し、総膜厚１．２μｍの超格子よりなるｎ型クラッド層７を成長させる。
【００５２】
（ｎ型光ガイド層８）
続いて、シランガスを止め、１０５０℃でアンドープＧａＮよりなるｎ型光ガイド層８を０．１μｍの膜厚で成長させる。このｎ型光ガイド層８にｎ型不純物をドープしても良い。
【００５３】
（活性層９）
次に、温度を８００℃にして、ＳｉドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎよりなる障壁層を１００オングストロームの膜厚で成長させ、続いて同一温度で、アンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる井戸層を４０オングストロームの膜厚で成長させる。障壁層と井戸層とを２回交互に積層し、最後に障壁層で終わり、総膜厚３８０オングストロームの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層を成長させる。
【００５４】
（ｐ型キャップ層１０）
次に、温度を１０５０℃に上げ、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、ｐ型光ガイド層１１よりもバンドギャップエネルギーが大きい、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなるｐ型キャップ層７を３００オングストロームの膜厚で成長させる。
【００５５】
（ｐ型光ガイド層１１）
続いてＣｐ2Ｍｇ、ＴＭＡを止め、１０５０℃で、バンドギャップエネルギーがｐ型キャップ層１０よりも小さい、アンドープＧａＮよりなるｐ型光ガイド層１１を０．１μｍの膜厚で成長させる。
【００５６】
（ｐ型クラッド層１２）
続いて、１０５０℃でアンドープＡｌ0.16Ｇａ0.84Ｎよりなる層を２５オングストロームの膜厚で成長させ、続いてＣｐ2Ｍｇ、ＴＭＡを止め、アンドープＧａＮよりなる層を２５オングストロームの膜厚で成長させ、総膜厚０．６μｍの超格子層よりなるｐ型クラッド層１２を成長させる。
【００５７】
（ｐ型コンタクト層１３）
最後に、１０５０℃で、ｐ型クラッド層９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１３を１５０オングストロームの膜厚で成長させる。
【００５８】
以上のようにして窒化物半導体を成長させたウェー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、図２に示すように、ｎ電極を形成すべきｎ型コンタクト層５の表面を露出させる。このように窒化物半導体を深くエッチングするには保護膜としてＳｉＯ2が最適である。
【００５９】
次に、図５（ａ）に示すように、最上層のｐ型コンタクト層１３のほぼ全面に、ＰＶＤ装置により、Ｓｉ酸化物（主として、ＳｉＯ2）よりなる第１の保護膜６１を０．５μｍの膜厚で形成した後、第１の保護膜６１の上に所定の形状のマスクをかけ、フォトレジストよりなる第３の保護膜６３を、ストライプ幅２μｍ、厚さ１μｍで形成する。
【００６０】
次に、図５（ｂ）に示すように第３の保護膜６３形成後、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置により、ＣＦ4ガスを用い、第３の保護膜６３をマスクとして、前記第１の保護膜６１をエッチングして、ストライプ状とする。その後エッチング液で処理してフォトレジストのみを除去することにより、図５（ｃ）に示すようにｐ型コンタクト層１３の上にストライプ幅２μｍの第１の保護膜６１が形成できる。
【００６１】
さらに、図５（ｄ）に示すように、ストライプ状の第１の保護膜６１形成後、再度ＲＩＥによりＳｉＣｌ4ガスを用いて、ｐ型コンタクト層１３、およびｐ型クラッド層１２をエッチングして、ストライプ状の導波路領域（この場合、リッジストライプ）を形成する。ストライプを形成する際、そのストライプの断面形状を図２に示すような順メサの形状とすると、横モードがシングルモードとなりやすく非常に好ましい。
【００６２】
リッジ形状のストライプを形成後に、ｐ型コンタクト層１３にリッチ層が形成されないように保護するための膜を付けた状態で、リッジ形状のストライプの側面及びその側面から連続している平面上にＡｌをＰＶＤ装置により蒸着して蒸着膜を形成する［図５（ｅ−１）］。次にアニール炉において、所定の時間、熱をかけて熱処理を行う。その後、酸でＡｌの蒸着膜を除去する。このようにして図５（ｅ−２）のようにリッチ層２０１が形成される。
【００６３】
リッチ層２０１を形成後、ウェーハをＰＶＤ装置に移送し、図５（ｆ）に示すように、Ｚｒ酸化物（主としてＺｒＯ2）よりなる第２の保護膜６２を、第１の保護膜６１の上と、エッチングにより露出されたｐ型クラッド層１２の上に０．５μｍの膜厚で連続して形成する。
【００６４】
次に、ウェーハをフッ酸に浸漬し、図５（ｇ）に示すように、第１の保護膜６１をリフトオフ法により除去する。
【００６５】
次に図５（ｈ）に示すように、ｐ型コンタクト層１３の上の第１の保護膜６１が除去されて露出したそのｐ型コンタクト層の表面にＮｉ／Ａｕよりなるｐ電極２０を形成する。但しｐ電極２０は１００μｍのストライプ幅として、この図５（ｈ）に示すように、第２の保護膜６２の上に渡って形成する。
【００６６】
次に、ｐ電極２０上の全面に連続して、Ｔｉからなる第１の薄膜層３１を１０００オングストロームの膜厚で形成し、更に図２に示すようにストライプの側面等にも第１の薄膜層３１を形成する。この連続して形成された第１の薄膜層３１上に、後の工程で劈開により共振面を形成する際の劈開面に一致しない大きさ、つまり劈開面となる部分の上部を避けて、断続的にＡｕからなる第２の薄膜層３２を８０００オングストロームの膜厚で形成し、第１の薄膜層３１及び第２の薄膜層３２からなるｐパッド電極１０１を形成する。
【００６７】
ｐパッド電極形成後、一番最初に露出させたｎ型コンタクト層５の表面にはＴｉ／Ａｌよりなるｎ電極２１をストライプと平行な方向で形成し、その上にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕよりなるｎパッド電極を形成する。
【００６８】
以上のようにして、ｎ電極とｐ電極及びｐパッド電極とを形成したウェーハのサファイア基板を研磨して７０μｍとした後、ストライプ状の電極に垂直な方向で、基板側からバー状に劈開し、劈開面（１１−００面、六角柱状の結晶の側面に相当する面＝Ｍ面）に共振器を作製する。共振器面にＳｉＯ2とＴｉＯ2よりなる誘電体多層膜を形成し、最後にｐ電極に平行な方向で、バーを切断して図２に示すようなレーザ素子とする。なお共振器長は３００〜５００μｍとすることが望ましい。
【００６９】
このレーザ素子をヒートシンクに設置し、それぞれの電極をワイヤーボンディングして、室温でレーザ発振を試みたところ、発振波長４００〜４２０ｎｍ、閾値電流密度２．９ｋＡ／cm2において室温で良好な連続発振を示す。さらに、絶縁性が良好となったことで、リーク電流やショートが防止でき、寿命特性の良好なレーザ素子を効率よく得ることができ、歩留まりが向上する。
【００７０】
［実施例２］
実施例１において、Ａｌからなるリッチ層２０１をイオン注入により形成する他は同様にしてレーザ素子を作製する。
イオン注入の方法としては、ｐ型コンタクト層１３の最上面に保護膜を付けた状態で、イオン注入装置でウエハ上面よりＡｌを所定のエネルギーに加速してウエハに打ち込む。次に、イオン注入でダメージを受けた部分を熱処理をして再結晶化させる。
得られたレーザ素子は、実施例１と同様に良好な素子特性を示し、さらに歩留まりも向上する。
【００７１】
［実施例３］
図３は本発明の他の実施例に係るレーザ素子の構造を示す模式的な断面図であり、以下この図を元に実施例３について説明する。
【００７２】
（窒化物半導体基板４０）
実施例１において、下地層２の表面にストライプ状の保護膜３形成後、ウェーハを再度ＭＯＶＰＥの反応容器内にセットし、温度を１０５０℃にして、ＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープＧａＮを５μｍの膜厚で成長させる。その後、ウェーハをＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）装置に移送し、原料にＧａメタル、ＨＣｌガス、及びアンモニアを用い、アンドープＧａＮよりなる窒化物半導体基板４０を２００μｍの膜厚で成長させる。このようにＭＯＶＰＥ法により保護膜３の上に窒化物半導体を成長させた後、ＨＶＰＥ法で１００μｍ以上のＧａＮ厚膜を成長させると結晶欠陥は実施例１に比較してもう一桁以上少なくなる。窒化物半導体基板４０成長後、ウェーハを反応容器から取り出し、サファイア基板１、バッファ層２、保護膜３、アンドープＧａＮ層を研磨により除去し、窒化物半導体基板４０単独とする。
【００７３】
後は実施例１と同様にして、研磨側と反対側の窒化物半導体基板４０の上にｎ型コンタクト層５〜ｐ型コンタクト層１３までを積層する。
【００７４】
ｐ型コンタクト層１３成長後、実施例１と同様にして、ストライプ状の第１の保護膜６１を形成した後、第２の工程において、エッチングストップをｎ型コンタクト層５の表面とする。後は実施例１と同様にして、Ａｌからなるリッチ層２０１を形成した後で、ＺｒＯ2を主成分とする第２の保護膜６２をストライプ導波路の側面、及びｎ型コンタクト層５の表面に形成した後、それぞれのコンタクト層に電極を形成する。
次に、実施例１と同様にｐパッド電極１０１を形成し、図３に示すような構造のレーザ素子とする。なお共振面を形成する場合、窒化物半導体基板の劈開面は実施例１と同じＭ面とする。
得られたレーザ素子は実施例１に比較して、閾値電流密度は１．８ｋＡ／cm2にまで低下し、寿命は３倍以上向上し、さらに実施例１と同様に絶縁性の向上によりリーク電流及びショートが良好に防止でき、良好な寿命特性を有するレーザ素子を歩留まりよく作製することができる。
【００７５】
［実施例４］
図４は本発明の他の実施例に係るレーザ素子の構造を示す模式的な断面図であり、以下この図４を用いて実施例４について説明する。
【００７６】
実施例３において、窒化物半導体基板４０を作製する際にＨＶＰＥ装置において原料にシランガスを加え、Ｓｉを１×１０18／cm3ドープしたＧａＮよりなる窒化物半導体基板５０を２００μｍの膜厚で成長させる。なおＳｉ濃度は１×１０17／cm3〜５×１０19／cm3の範囲とすることが望ましい。窒化物半導体基板５０成長後、実施例３と同様にしてサファイア基板１、バッファ層２、保護膜３、アンドープＧａＮ層を研磨して除去し、窒化物半導体基板５０単体とする。
【００７７】
次にこの窒化物半導体基板５０の上に実施例１と同様にして、クラック防止層６〜ｐ型コンタクト層１３までを積層成長させる。
ｐ型コンタクト層１３成長後、実施例１と同様にして、ストライプ状の第１の保護膜６１を形成した後、第２の工程において、エッチングストップを図５に示すｎ型クラッド層７の表面とする。後は実施例１と同様にして、リッチ層２０１を形成し、その後、ＺｒＯ2を主成分とする第２の保護膜６２をストライプ導波路の側面と、ｎ型クラッド層７の表面とに形成した後、その第２の保護膜を介してｐ電極２０を形成する。
【００７８】
次に、ｐ電極２１上に、ストライプ長さと同一の長さとなるようにＴｉからなる第１の薄膜層３１を膜厚１０００オングストロームで、第２の薄膜層３２の形状と同様の形状でＰｔよりなる第３の薄膜層を膜厚１０００オングストロームで、及びストライプ長さより短い形状でＡｕからなる第２の薄膜層３２を膜厚８０００オングストロームで順に積層形成してなるｐパッド電極１０１を図４に示すように形成する。第３の薄膜層は図示していないが、第２の薄膜層と同様の形状で形成する。一方、窒化物半導体基板の裏面側のほぼ全面にｎ電極２１を形成する。電極形成後、窒化物半導体基板のＭ面で劈開して共振面を作製し、図４に示すような構造のレーザ素子とする。
【００７９】
［実施例５］
前記Ｊ．Ｊ．Ａ．Ｐ．に記載されているレーザ素子を示す図６のレーザ素子に、図１に示すように、実施例１と同様にしてリッチ層２０１を形成してなるレーザ素子を作製する。
得られたレーザ素子は、絶縁性が良好となりリーク電流の発生やショートの発生を防止でき、寿命特性の良好な素子を歩留まりよく作製することができる。
【００８０】
［実施例６］
実施例１において、Ａｌに替えてＢを用いる他は同様にして、拡散によりＢを豊富に含有するリッチ層２０１を形成されてなるレーザ素子を作製する。
その結果、実施例１とほぼ同等の良好な結果が得られる。
【００８１】
［実施例７］
実施例２において、Ａｌに替えてＢを用いる他は同様にして、イオン注入によりＢを豊富に含有するリッチ層２０１を形成されてなるレーザ素子を作製する。
その結果、実施例１とほぼ同等の良好な結果が得られる。
【００８２】
【発明の効果】
本発明の窒化物半導体レーザ素子は、上記のように素子構造のリッチ形状のストライプの側面及びその側面から連続している平面の表面付近にＡｌ又はＢを豊富に含有するリッチ層を形成することにより、絶縁膜（第２の保護膜を含む）とリッチ層とが相乗的に作用して良好な絶縁性を有するレーザ素子を作製することができる。そして、リーク電流の防止やショートを防止が防止でき寿命特性の良好なレーザ素子を歩留まりよく得ることができる。
またさらに、本発明は、リッチ層の形成の状態により、光閉じこめを良好にすることができ、実効屈折率型の素子構造であっても、完全屈折率型の素子構造に変更することが可能となり、水平横モードの安定化やしきい値の低下の点で好ましいレーザ素子となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子の一部分を示す模式的断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子の模式的断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子の模式的断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子の模式的断面図である。
【図５】図２〜図４のリッジ形状のストライプなどを形成する方法の各工程を説明するための、各工程におけるウェーハの部分的な構造を示す模式的断面図である。
【図６】従来のレーザ素子の構造を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
１・・・異種基板
２・・・下地層
３・・・窒化物半導体基板成長用の保護膜
４、４０、５０・・・窒化物半導体基板
５・・・ｎ型コンタクト層
６・・・クラック防止層
７・・・ｎ型クラッド層
８・・・ｎ型光ガイド層
９・・・活性層
１０・・・ｐ型キャップ層
１１・・・ｐ型光ガイド層
１２・・・ｐ型クラッド層
１３・・・ｐ型コンタクト層
１５・・・絶縁膜
６１・・・第１の保護膜
６２・・・第２の保護膜
６３・・・第３の保護膜
２０・・・ｐ電極
２１・・・ｎ電極
３１・・・第１の薄膜層
３２・・・第２の薄膜層
１０１・・・パッド電極
２０１・・・リッチ層
【産業上の利用分野】
本発明は窒化物半導体（ＩｎaＡｌbＧａ1-a-bＮ、０≦a、０≦b、a＋b≦１）よりなるレーザ素子に関し、特に絶縁性が良好でリーク電流とショートの防止された寿命の長い窒化物半導体レーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、窒化物半導体レーザ素子の実用化のために多くの研究開発が行われており、種々の窒化物半導体レーザ素子が知られている。
例えば、本発明者等は、実用可能なレーザ素子として、Jpn.J.Appl.Phys.Vol.37(1998）pp.L309-L312、Part2,No.3B,15 March 1998に、サファイア基板上部に、ＥＬＯＧ（Ｅｐｉｔａｘｉａｌｌｙ ｌａｔｅｒａｌｌｙ ｏｖｅｒｇｒｏｗｎ ＧａＮ）を２０μｍ形成し、その後ＧａＮを膜厚が１００μｍになるまで成長させた後、サファイア基板を削除することで、約８０μｍの転位の低減されたＧａＮ基板を得て、このＧａＮ基板上にレーザ素子構造となる窒化物半導体層を複数積層してなる窒化物半導体レーザ素子を発表している。そして、このレーザ素子は、室温での連続発振１万時間以上を可能とする窒化物半導体レーザ素子を発表した。
図６に、上記Ｊ.Ｊ.Ａ.Ｐ.に示されるレーザ素子と同様の模式的断面図を示した。この図６に示されるように、ｐ−ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層からｐ−Ａｌ0.14Ｇａ0.86Ｎ／ＧａＮの超格子構造よりなるｐ型クラッド層まで部分的にエッチングして形成されたリッジ形状のストライプを有し、形成されたリッジ形状のストライプの側面には素子の絶縁性のためにＳｉＯ2からなる絶縁膜が形成され、さらに前記ストライプ上部にｐ電極が形成され、劈開により共振面を形成してなる窒化物半導体レーザ素子である。更にこのレーザ素子は、ｐ電極を覆うようにｐパッド電極が形成されている。
このようにリッジ形状のストライプの側面に絶縁膜が形成されていることにより、ショートの防止及びリーク電流の防止を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、得られたレーザ素子の中には、同一条件で形成されたレーザ素子であるにもかかわらず、極端に寿命特性が悪いものが生じる。
本発明者は、極端に寿命特性が低下する原因について種々検討した結果、リッジ形状のストライプの側面の絶縁膜の絶縁が不完全なために、リーク電流が生じたり、ショートが発生するためではないかと推測した。
レーザ素子を商品化するにあったては、寿命特性等の素子特性を良好にするとと共に、歩留まりの向上を達成することが望まれる。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、素子の絶縁性を良好にして、リーク電流の防止やショートを防止し寿命特性の良好な素子を歩留まりよく得ることができる窒化物半導体レーザ素子を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の目的は、下記（１）〜（７）の構成により達成することができる。
（１） 基板上に、少なくともｎ型窒化物半導体層、活性層及びｐ型窒化物半導体層を成長させてなる素子構造を有し、ｐ型窒化物半導体層側からエッチングによりリッジ形状のストライプが形成されてなり、さらに少なくとも前記リッジ形状のストライプの側面に絶縁膜が形成されてなる窒化物半導体レーザ素子において、
前記絶縁膜と接している少なくともリッジ形状のストライプの側面及びストライプの側面から連続している平面の表面付近に、光閉じ込めをするリッチ層を有し、該リッチ層と前記絶縁膜により電流狭窄を行うことを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
（２） 前記リッチ層が、リッジ形状のストライプを形成後、露出されている少なくともリッジ形状のストライプの側面及びストライプの側面から連続している平面の表面に、アルミニウム及び／又はホウ素を拡散させることにより形成されてなることを特徴とする前記（１）に記載の窒化物半導体レーザ素子。
（３） 前記リッチ層が、リッジ形状のストライプを形成後、露出されている少なくともリッジ形状のストライプの側面及びストライプの側面から連続している平面の表面に、アルミニウム及び／又はホウ素をイオン注入して形成されてなることを特徴とする前記（１）に記載の窒化物半導体レーザ素子。
（４） 基板上に、少なくともｎ型窒化物半導体層、活性層及びｐ型窒化物半導体層を成長させてなる素子構造を有する窒化物半導体レーザ素子において、
前記窒化物半導体層の素子構造には、光閉じ込めをするリッチ層を有し、該リッチ層は電流狭窄を行うことを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
（５） 前記素子構造の側面には絶縁膜が形成されてなることを特徴とする前記（４）に記載の窒化物半導体レーザ素子。
（６） 前記リッチ層は、アルミニウム及び／又はホウ素を拡散させることにより形成されてなることを特徴とする前記（４）に記載の窒化物半導体レーザ素子。
（７） 前記リッチ層は、アルミニウム及び／又はホウ素をイオン注入して形成されてなることを特徴とする前記（４）に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【０００６】
つまり、本発明は、リッジ形状のストライプの側面等の表面付近に、アルミニウム又はホウ素を豊富に含有させてなるリッチ層を、表面から内部に向かって形成することにより、リッジ形状のストライプの側面に形成される絶縁膜と相乗的に作用して良好な絶縁が可能となり、リーク電流及びショートを良好に防止することが可能となる窒化物半導体レーザ素子を提供することができる。さらに、本発明は、リッチ層を有するレーザ素子とすることで、歩留まりの向上をも達成することができる。
【０００７】
従来、リッジ形状のストライプの側面には、図６に示すように絶縁性の絶縁膜が形成されている。しかし、この絶縁膜が均一な良好な膜でない場合が生じてしまい絶縁性が不完全となりショートなどが発生してしまう。
【０００８】
これに対して、本発明者は、パッド電極と接する箇所の絶縁性をより一層完全なものにすべく種々検討した結果、アルミニウム（Ａｌ）又はホウ素（Ｂ）をストライプの側面及びストライプの側面から連続している平面の表面付近に豊富に含有させてリッチ層を形成して、リッジ形状のストライプを形成することで露出された素子構造の表面自体を絶縁性にすることにより、リッチ層と絶縁膜とが相乗的に作用して良好な絶縁性を有することができる。
【０００９】
さらに、本発明において、リッチ層が、リッジ形状のストライプを形成後、露出されているリッジ形状のストライプの側面などの表面に、アルミニウム又はホウ素を拡散させることにより、又はアルミニウム又はホウ素をイオン注入することにより形成されてなるとリッチ層を良好に形成することができ、より良好な絶縁性を示すと共に歩留まりの向上の点で好ましい。
【００１０】
また、本発明において、Ａｌ又はＢを拡散やイオン注入すると、その部分の屈折率が小さくなり光の閉じ込めの点でも好ましい。このことから、例えば図６のレーザ素子は、ｐ電極がｐ型コンタクト層の表面全面に接していないので、実効屈折率導波路型であるが、図６のレーザ素子に、図１に示すように、活性層９の側面までＡｌまたはＢを拡散又はイオン注入して、リッチ層２０１を形成することにより光閉じこめが良好となることで完全屈折率導波路型となり、水平横モードが安定化してしきい値の上昇を防止でき、寿命特性を向上させることができ好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に図１〜図４を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
図１は、前記従来技術で示した図６のレーザ素子に、本発明のリッチ層２０１を形成してなる一実施の形態である窒化物半導体レーザ素子のリッジ形状のストライプの長さ方向に垂直に切断した一部分を示す模式的断面図である。
図２〜図４は、完全屈折率導波路型となるレーザ素子に本発明のリッチ層２０１を形成してなる一実施の形態である窒化物半導体レーザ素子の模式的断面図である。
【００１２】
本発明の窒化物半導体レーザ素子は、リッジ形状のストライプの側面に絶縁膜が形成されてなる窒化物半導体レーザ素子において、絶縁膜と接している少なくともリッジ形状のストライプの側面及びストライプの側面から連続している平面の表面付近に、アルミニウム又はホウ素を豊富に含有するリッチ層を有する。
従って、リッチ層を形成するレーザ素子としては、特に限定されず、リッジ形状のストライプを有するレーザ素子であればよく、例えば具体的には、図１〜図４のレーザ素子が挙げられる。
【００１３】
まず、図１を用いて、リッチ層２０１について説明する。
図１には、リッジ形状のストライプの側面に絶縁膜が形成され、ストライプの最上層にｐ電極２０が形成され、ｐ電極と電気的に接触するようにｐパッド電極がストライプの上方部分に形成されている。そして、素子構造と絶縁膜６２の接しているリッジ形状のストライプの側面及びストライプの側面から連続している平面の表面付近にリッチ層２０１が形成されている。
この図１の場合のリッチ層２０１の形成は、従来の素子の形成の工程において、リッジ形状のストライプを形成後に、ｐ型窒化物半導体層の最上面（ｐ型コンタクト層の表面）にリッチ層２０１が形成されないように保護した後で、拡散やイオン注入によりＡｌ又はＢを露出されている表面付近に豊富に含有させる。
【００１４】
本発明において、表面付近とは、リッジ形状のストライプを形成した後、露出している素子構造の表面から内側に向かって深さを持っている部分を示す。例えば、図１〜４に示されるリッチ層２０１の形成されている部分を示す。
また、本発明において、豊富に含有するとは、例えば図２のｐ型コンタクト層及びｐ型クラッド層のように、同一層でありながら他の部分より多くＡｌ又はＢを含有していて、ＡｌやＢが偏在している状態を示す。そして、ＡｌやＢの偏在している部分を本発明ではリッチ層２０１としている。
【００１５】
本発明において、リッチ層２０１の形成は、リッジ形状のストライプを形成した後、露出している部分に、特にｐパッド電極が上方部分に形成される箇所の表面付近に、Ａｌ又はＢを豊富に含有させることで形成される。
本発明において、ＡｌやＢを豊富に含有させる方法としては、特に限定されないが、例えば好ましい具体例としては、リッチ層を形成したい部分にＡｌやＢを蒸着させた後に熱を加えて拡散させる方法、又はイオン注入による方法などが挙げられる。
【００１６】
本発明において、拡散させる方法としては、拡散されたい部分にＡｌ又はＢを蒸着させ、熱処理を行う。熱処理の際の温度としては、適宜調整され、例えば４００℃〜７００℃である。熱処理の時間としては、適宜調整され、例えば１０分〜２時間である。
また、リッチ層２０１の形成を拡散により行う場合、濃度の調整や、表面からの深さの調節は、熱処理の温度と時間を調整することで行われる。
【００１７】
本発明において、イオン注入させる方法としては、注入させたくない部分をＳｉ酸化膜又はレジストなどでマスクし、ウエハ全面にイオン化させたＡｌまたはＢを１０〜数百ｋｅＶのエネルギーに加速して表面に打ち込むことで行われる。
また、リッチ層２０１の形成をイオン注入により行う場合、濃度の調整や、表面からの深さの調節は、加速電圧を注入時間を調整することで行われる。
【００１８】
また、リッチ層２０１のＡｌやＢの濃度としては、特に限定されなが、絶縁性のとれる程度であり、例えば具体的には１×１０14ａｔｏｍ／ｃｍ3以上である。
また、リッチ層２０１の膜厚（表面からの深さ）は、特に限定されないが、絶縁性のとれる程度であり、例えば具体的には１００オングストローム〜２μｍである。
【００１９】
例えば、リッジ層２０１の形成の一実施の形態としては、前記従来技術で示したＪ．Ｊ．Ａ．Ｐ．に記載されているように、基板上にｎ型コンタクト層、活性層、ｐ型コンタクト層等を成長させてなる素子構造を形成後、ｐ型窒化物半導体層側からエッチング等によりリッジ形状のストライプを形成後、リッジ形状のストライプの最上層の表面にリッチ層が形成されないようにした状態で（例えばエッチングの際に形成されたレジスト等の保護膜の形成されている状態で）、露出されている少なくともリッジ形状のストライプの側面などに上記に示した拡散やイオン注入によってリッジ層２０１を形成する。その後、前記Ｊ．Ｊ．Ａ．Ｐ．等と同様に絶縁膜１５、ｐ電極２０及びｐパッド電極１０１等を形成する。そして、図１に示されるリッチ層２０１を有するレーザ素子となる。
図１の絶縁膜６２としては、特に限定されないが、ＳｉＯ2等を用いることができる。また、図１のリッジ形状のストライプとしては、特に限定されないが、例えば前記で示したＪ．Ｊ．Ａ．Ｐ．に記載されている内容と同様の内容が挙げられる。
【００２０】
図１に示すレーザ素子は、リッチ層２０１を形成することにより、リッチ層２０１と絶縁膜１５とが相乗的に作用して絶縁性が良好となり、リーク電流の防止及びショートの防止ができ、寿命特性の良好なレーザ素子となる。さらに図１に示すレーザ素子は歩留まりよく作製することができ、量産する際に好ましい。またさらに、本発明のレーザ素子は絶縁性が良好となるので、素子の信頼性の向上（不良防止）の点でも好ましい
また、図１に示されるレーザ素子は、ｐ電極がｐ型コンタクト層の表面全面に接していないので、リッチ層２０１を形成していない状態ではリッジ形状のストライプ内部で電流密度にムラが生じ、水平横モードが不安定となりしきい値の上昇が見られる場合があるが、Ａｌ又はＢを含有させることでその部分の屈折率が小さくなり、光閉じこめが良好となることで、完全屈折率導波路型のレーザ素子のような素子特性を示し易くなる。このように、しきい値の上昇が抑えられれば、寿命特性をより良好にすることができる。図１に示されるリッチ層２０１は、基板に対して水平方向の膜厚と、垂直方向の膜厚が異なるが、リッチ層２０１を形成する際の拡散又はイオン注入の条件により適宜調節することで膜厚を調整できる。ここでリッチ層の膜厚とは、Ａｌ又はＢが素子構造内にどの程度の深さまで入り込んでいるかを示している。
【００２１】
次に、図２〜図４のレーザ素子について説明する。
図２〜図４は、ｐ型コンタクト層の表面全面がｐ電極を接していて且つストライプ幅が狭いので、水平横モードが安定化し、しきい値の上昇を抑えられるので好ましく、さらに完全屈折率導波路型のレーザ素子として好ましい構造となる。図２〜図５には、基板上に、ｎ型コンタクト層５〜ｐ型コンタクト層１３が積層成長され、このｐ型コンタクト層側からエッチングによりリッジ形状のストライプを形成し、リッジ形状のストライプの側面に第２の保護膜６２（本発明の絶縁膜に相当する絶縁性の膜）が形成され、ストライプの最上層であるｐ型コンタクト層に接するようにｐ電極、さらにｐ電極に接するようにｐパッド電極が形成されてなるレーザ素子である。ここで、第２の保護膜６２は、絶縁性の膜であり本発明の絶縁膜に相当し、図１の絶縁膜１５と同様に素子の絶縁性を維持するために形成されるが、図２〜図５の形成の段階を説明するに際して第２の保護膜６２とする。
そして、このような図２〜図５には、各図に示されているように、リッジ形状のストライプの側面及びストライプの側面から連続している平面に、本発明のリッチ層２０１が形成されている。リッチ層２０１が形成されることにより、リッチ層２０１の部分も絶縁性を示し、ストライプの側面に形成されている絶縁性の第２の保護膜６２と相乗的に作用して素子の絶縁性を良好にする。絶縁性が良好となることで、リーク電流の防止及びショートの防止が良好となり、寿命特性の向上及び歩留まりの向上が達成できる。
【００２２】
図２〜図５に用いられる絶縁膜となる第２の保護膜６２としては、特に限定されないが、例えば、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、ＢＮ、ＳｉＣ及びＡｌＮ等が挙げられる。また後述してるように、第２の保護膜６２としてＳｉ酸化物を用いることもでき、この場合は、後述しているように第１の保護膜６１の材料としてＳｉ酸化物よりエッチングされ易い材料を選択して行われる。
【００２３】
図２〜図５のストライプ構造としては、特に限定されないが、好ましいストライプ構造としては、例えばストライプ幅が０．５〜４．０μｍのストライプ構造をあげることができる。ストライプ幅が上記範囲であると、しきい値の低下や水平横モードの安定化の点で好ましい。
また、ストライプ幅が上記のように狭い構造のストライプを有するレーザ素子としては、前記したように、例えば図２〜図４に示されるような構造のレーザ素子が挙げられる。これらのレーザ素子は、ストライプ幅を狭くしても再現性良く形成することができるストライプ及び電極形成方法（具体的には特開平２０００−４０６３号に開示されている。）により得られる。以下にその方法について図５を用いて説明する。
この方法は、ストライプの導波路を形成する際に用いる第１の保護膜６１と、ストライプの側面に形成される絶縁性の第２の保護膜６２との、エッチング処理によるエッチング速度が異なるように材料を選択し、下記各工程を行うことにより、再現性よくストライプを形成でき、更に所定の位置に絶縁性の第２の保護膜６２を均一の膜厚で形成することができる。
【００２４】
図５は、図２〜図４の窒化物半導体レーザ素子のストライプ及び電極の形成方法の各工程を説明するための、各工程における窒化物半導体ウェーハの部分的な構造を示す模式的断面図である。この図５に示される断面図は、エッチングにより形成したストライプ導波路に対し垂直方向、つまり共振面に対して平行方向で切断した際の図を示している。
【００２５】
まず、第１の工程において、図５（ｃ）に示すように、最上層にあるｐ型コンタクト層１３の上にストライプ状の第１の保護膜６１を形成する。
この第１の工程において、第１の保護膜６１は、特に絶縁性は問わず、窒化物半導体のエッチング速度と差がある材料であればどのような材料でも良い。更に第１の保護膜６１としては、後述の第３の工程で形成される第２の保護膜６２とエッチング速度の異なる材料を選択して用いることが第２の保護膜６２を形成するのに好ましい。
第１の保護膜６１として、例えばＳｉ酸化物（ＳｉＯ2を含む）、フォトレジスト等が挙げられ、好ましくはＳｉ酸化物である。
第１の保護膜６１が、Ｓｉ酸化物であると、次の第２の工程における窒化物半導体レーザ素子のストライプ状の導波路領域を形成する方法としてウエットエッチングやドライエッチング等が用いられるが、エッチングのし易いドライエッチングが好ましく用いられ、このドライエッチングで重要視される第１の保護膜６１と窒化物半導体との選択性を良好にすることができる。
また、第１の保護膜６１が上記の材料から選択されると、後工程である第３の工程で酸を用いて行うエッチングで第２の保護膜よりも酸に対して溶解されやすい性質を有し、第２の保護膜６２との溶解度差を設け易く、特に第３の工程で用いられる酸としてフッ酸を用いると、フッ酸に対して溶解しやすく好ましい。
第１の保護膜のストライプ幅（Ｗ）としては４μｍ〜０．５μｍ、好ましくは３μｍ〜１μｍに調整する。第１の保護膜６１のストライプ幅が、おおよそ導波路領域のストライプ幅に相当する。
【００２６】
第１の工程において、第１の保護膜６１を形成する具体的な工程として、図５（ａ）、（ｂ）に示す工程が挙げられる。
まず、図５（ａ）に示すように、第１の保護膜６１をｐ型コンタクト層１３の表面のほぼ全面に形成した後、第１の保護膜６１の上にストライプ状の第３の保護膜６３を形成する。その後、図５（ｂ）に示すように、その第３の保護膜６３をつけたまま、第１の保護膜６１をエッチングした後、第３の保護膜６３を除去することにより、図５（ｃ）に示すようなストライプ状の第１の保護膜６１を形成することができる。
なお第３の保護膜６３をつけたままエッチングガス、若しくはエッチング手段等を変えて、ｐ型コンタクト層１３側からエッチングすることもできる。
【００２７】
第１の工程において、エッチング手段としては、例えばＲＩＥ（反応性イオンエッチング）のようなドライエッチングを用いることができ、この場合、第１の工程で例えばＳｉ酸化物よりなる第１の保護膜６１をエッチングするには、ＣＦ4のようなフッ素化合物系のガスを用いることが望ましい。
【００２８】
また、図５（ｃ）に示すようなストライプ状の第１の保護膜６１をリフトオフ法によって形成することもできる。リフトオフ法では、ストライプ状の孔が開いた形状のフォトレジストをｐ型コンタクト層１３上に形成し、そのフォトレジストの上から全面に第１の保護膜６１を形成し、その後フォトレジストを溶解除去することにより、ｐ型コンタクト層１３と接触している第１の保護膜６１のみを図５（ｃ）に示すように残すものである。
なお、第１の保護膜６１を形成する方法としては、リフトオフ法でストライプ状の第１の保護膜６１を形成するよりも、図５（ａ）、（ｂ）のようにエッチングにより形成する方が端面がほぼ垂直で形状が整ったストライプが得られやすい傾向にある。
【００２９】
次に第２の工程において、図５（ｄ）に示すように、第１の保護膜６１が形成されたｐ型コンタクト層１３の第１の保護膜６１が形成されていない部分からエッチングして、第１の保護膜６１の直下部分に保護膜の形状に応じたストライプ状の導波路領域を形成する。エッチングを行う場合、エッチストップをどの位置にするかでレーザ素子の構造、特性が異なってくる。エッチストップはｐ型コンタクト層よりも下の層であればどの窒化物半導体層で止めてもよい。図５に示す例ではｐ型コンタクト層１３の下にあるｐ型クラッド層１２の途中をエッチストップとしている。ｐ型クラッド層の下端面からｐ型コンタクト層方向０．２μｍよりも基板側をエッチストップとすると、ストライプがリッジとなって屈折率導波路型のレーザ素子ができる。下端面とは厚さ方向に対して最も下のクラッド層の面を指し、先にも述べたようにクラッド層の下に光ガイド層がある場合には、ガイド層とクラッド層の界面が下端面に相当する。エッチストップをこの下端面よりも上にすると、エッチング時間が短くなり、またエッチングレートを制御しやすいので、生産技術上都合がよい。
【００３０】
また図５には示していないが、エッチストップをｐ型クラッド層の下端面よりも下にある窒化物半導体とすることもできる。下端面よりも基板側の層をエッチストップとすると、しきい値が著しく低下する傾向があり好ましい。
【００３１】
第２の工程において、エッチング手段としては、ウエットエッチングやドライエッチング等が用いられるが、エッチングのし易いドライエッチングが好ましく用いられる。例えばＲＩＥ（反応性イオンエッチング）のようなドライエッチングを用いることができ、この場合、窒化物半導体をエッチングするには他のIII−Ｖ族化合物半導体で良く用いられているＣｌ2、ＣＣｌ4、ＳｉＣｌ4のような塩素系のガスが用いられ、これらのガスを用いると、第１の保護膜６１としてＳｉ酸化物が用いられている場合、Ｓｉ酸化物との選択比が大きくできるため望ましい。
【００３２】
図５の（ｄ）に示すようにエッチングしてリッジ形状のストライプを形成した後、リッチ層２０１を形成する。リッチ層２０１の形成の方法は前記したとおりである。図５（ｅ−１）には、蒸着によりリッジ形状のストライプの側面及びその側面から連続している平面にＡｌなどの蒸着膜を形成した状態を示してある。このＡｌなどの蒸着膜を形成後、熱拡散によりＡｌなどの蒸着膜と接している素子構造の表面から内部に向かってＡｌなどの豊富な部分を形成する。その後、図５（ｅ−２）に示すようにＡｌなどの蒸着膜を除去することでリッチ層２０１を形成することができる。
【００３３】
次にリッチ層２０１を形成した後、第３の工程において、図５（ｆ）に示すように、第２の保護膜６２を第１の保護膜６１と異なる材料であって、絶縁性を有する材料を用いてストライプ状の導波路の側面、エッチングされて露出した窒化物半導体層（図５（ｆ）では、ｐ型クラッド層１２）の平面、及び第１の保護膜６１上に形成する。
第２の保護膜６２を形成後に、エッチングにより第１の保護膜６１を除去することにより、第１の保護膜６１上に形成された第２の保護膜６２のみが除去され、図５（ｇ）に示すように、ストライプの側面及びｐ型クラッド層１２の平面には第２の保護膜６２が連続して形成される。このように第２の保護膜６２をエッチングすることなく、第１の保護膜６１を除去することを可能にするには、前記したように、第１の保護膜６１と第２の保護膜６２の材料を、第３の工程で行われるエッチング処理に対するエッチング速度の異なるものを選択して用いることにより可能となる。
第３の工程でのエッチング処理は、特に限定されないが、例えばフッ酸を用いてドライエッチングする方法が挙げられる。
【００３４】
第２の保護膜６２の材料としては、第１の保護膜６１と異なる材料から選択され、第３の工程のエッチング処理で第１の保護膜６１よりエッチング速度が遅い又はエッチングされにくい材料であって、ストライプの側面等に第２の保護膜６２が形成可能な材料であれば特に限定されない。好ましい第２の保護膜としては、前記のように第１の保護膜６１としてＳｉ酸化物やレジスト材料が好ましく用いられることから、少なくとも第１の保護膜６１の材料以外の材料で、第１の保護膜６１よりエッチング速度が遅い材料が挙げられる。第１の保護膜６１がＳｉ酸化物である場合、第２の保護膜６２の具体例としては、例えば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、ＢＮ、ＳｉＣ及びＡｌＮの内の少なくとも一種が用いられ、より好ましくはＺｒの酸化物、Ｈｆの酸化物、ＢＮ及びＳｉＣのいずれか一種以上の材料が用いられる。また、第２の保護膜６２形成後、窒化物半導体をエッチングしないため、第２の保護膜６２は、窒化物半導体とのエッチング速さに関して考慮されない。
また第２の薄膜層６２として、Ｓｉ酸化物を用いてもよく、この場合は、第１の保護膜６１をＳｉ酸化物より第３の工程でのエッチング速度の速い材料が選択され行われる。
【００３５】
また、上記の如く、第１の保護膜６１上に第２の保護膜を連続して形成することにより、高い絶縁性を保持でき、ｐ型クラッド層１２の上に均一な膜厚で形成できるため膜厚の不均一に起因する電流の集中の発生を防止できる。
また、上記第２の工程において、エッチストップをｐ型クラッド層１２の途中としているため、第３の工程で図５（ｆ）に示すように、第２の保護膜６２はｐ型クラッド層１２の平面に形成されるが、エッチストップをｐ型クラッド層１２よりも下にすると、第２の保護膜はエッチストップした窒化物半導体層の平面に形成される。
【００３６】
また、第２の保護膜６２は、リフトオフ法によって形成することもできる。例えば、第２の保護膜６２が上記した具体例のいずれかであり、第１の保護膜６１をＳｉ酸化物とすると、第２の保護膜６２は、フッ酸に対して、Ｓｉ酸化物よりエッチング速度が遅い又はエッチングされにくいといったエッチング選択性を有している。このため、図５（ｆ）に示すようにストライプ導波路の側面、そのストライプが形成されている平面（エッチストップ層）、及び第１の保護膜６１の表面に連続して第２の保護膜を形成した後、リフトオフ法により第１の保護膜６１のみを除去すると、図５（ｇ）に示すような、平面に対して膜厚が均一な第２の保護膜６２が形成される。
【００３７】
次に第４の工程において、図５（ｈ）に示すように、第２の保護膜６２とｐ型コンタクト層１３の上に、そのｐ型コンタクト層１３と電気的に接続したｐ電極２０を形成する。ここで、前記工程により既に第２の保護膜６２が形成されているので、ｐ電極を形成する際、ストライプ幅の狭いコンタクト層のみに形成するといった細かい操作の必要がなく、ｐ電極を大面積で形成でき、操作性が良好となる。
【００３８】
また、本発明において、上記のような幅の狭いリッジ形状のストライプを有す得る場合、ｐ電極上に形成されるｐパッド電極としては、特に限定されないが、好ましくは、少なくともストライプ長さと同一の長さでｐ電極全面を覆って形成された金属を含む第１の薄膜層と、該第１の薄膜層上にストライプ長さより短い長さで形成された金属を含む第２の薄膜層とから形成され、または第１と第２の薄膜層との間に第３の薄膜層を形成してなると、ｐパッド電極の劈開性が向上し、ｐ電極の剥離を防止するのに好ましい。例えば、後述の実施例で用いられている図２等に示されている第１の薄膜層３１上に第２の薄膜層３２を形成してなるｐパッド電極１０１が挙げられる。
【００３９】
第１の薄膜層が、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｗ及びＰｔ等の一種以上であると、劈開性、接着性、さらに放熱性等の点で好ましい。
また、第２の薄膜層が、Ａｕからなると、熱伝導率がよく熱の放散が良好となり、さらにボンディングの際の接着性や衝撃の緩和等の点で好ましい。Ａｕからなる第２の薄膜層は、劈開性が劣るが、ストライプ長さより短い形状であるので、第２の薄膜層の端面が劈開により形成される劈開面に一致しておらず、ｐパッド電極の劈開性に何ら影響を与えない。
また、第１の薄膜層と第２の薄膜層との間に、Ｐｔ、Ｗ、ＴｉＮ、Ｃｒ及びＮｉ等の少なくとも１種以上の材料を含む第３の薄膜層を形成すると、第３の薄膜層がバリア層となり第２の薄膜層の金属が拡散するのを防止でき好ましい。このように第２の薄膜層の拡散を防止できると、抵抗の上昇及びしきい値の上昇が抑えられ、それによってレーザ素子内部での熱の発生が防止されて、寿命特性を向上させるのに好ましい。
【００４０】
本発明において、ｐ及びｎ電極としては、種々の材料を適宜選択して用いることができ、例えば前記Ｊ．Ｊ．Ａ．Ｐ．に記載されているオーミック接触を有する電極等が挙げられる。
【００４１】
また、ｎ電極が基板裏面に形成される場合、基板裏面にベタにｎ電極を形成後裏面からスクライブスすると、ｎ電極に阻まれて窒化物半導体までスクライブが達しない場合があり、この問題点を防止するために、ウエハの基板裏面にパターン形状のｎ電極を形成することによりスクライブし易くなり、劈開性が向上する。パターン形状としては、ウエハを劈開して得られる１チップの形状が得られやすいように、チップの大きさとほぼ同程度の形状、例えば４００μｍ×４００μｍの形状、であることが好ましい。つまりスクライブライン上及び／または劈開面上にｎ電極が存在しないようにパターンをつけてｎ電極を形成する。更にメタライズ電極もｎ電極と同様のパターン形状でｎ電極上に形成されると、スクライブし易くなり劈開性が向上する。ｎ電極としては、特に限定されないが、例えばＴｉ−Ａｌ、Ｗ−Ａｌ−Ｗ−Ａｕなどを用いることができる。メタライズ電極としてはＴｉ−Ｐｔ−Ａｕ−（Ａｕ／Ｓｎ）［膜厚０．１μｍ−０．２μｍ−０．７μｍ−０．３μｍ］、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ−（Ａｕ／Ｓｉ）［膜厚前記と同様］、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ−（Ａｕ／Ｇｅ）［膜厚前記と同様］、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ−Ｉｎ［膜厚前記と同様］、Ａｕ／Ｓｎ［膜厚０．３μｍ］、Ｉｎ［膜厚前記と同様］、Ａｕ／Ｓｉ［膜厚前記と同様］、Ａｕ／Ｇｅ［膜厚前記と同様］等を用いることができる。
ｎ電極が裏面にパターン形状に形成される場合のチップ化の方法としては、例えば、裏面のｎ電極パターン間を裏面からスクライブによりバー状サンプルを作製し、端面へ反射ミラー形成後裏面からスクライブによりチップ化を行うことができる。
【００４２】
また本発明のレーザ素子のその他の素子構造としては、特に限定されず、公知の種々の素子構造を用いることができる。
本発明のレーザ素子の素子構造を成長させる基板としては、従来知られている、サファイア、スピネル等の異種基板、又は、異種基板の上にＳｉＯ2等の窒化物半導体が成長しないかまたは成長しにくい材料からなる保護膜を形成して、その上に選択的に横方向の成長（ラテラル成長）をさせて得られる窒化物半導体基板等が挙げられる。好ましくはラテラル成長させて得られる結晶欠陥の少ない窒化物半導体基板が好ましい。結晶欠陥の少ない窒化物半導体基板上に、素子構造を形成すると、素子を構成する窒化物半導体も結晶欠陥が少なくなり、素子内での発熱を抑えるのに好ましい。また、基板が窒化物半導体基板であると、劈開し易くなりｐ電極の剥がれ防止の点でも好ましい。ラテラル成長に用いられる保護膜は、前記ストライプを形成する際に用いた保護膜とは異なる作用を示す。
【００４３】
ラテラル成長を用いて得られる結晶欠陥の少ない窒化物半導体基板の成長方法としては、特に限定されずいずれの方法でもよいが、例えば、J.J.A.P.Vol.37(1998)pp.L309-L312に記載の方法や、本出願人が先に出願した特開平１１−１９１６５９号に開示されている窒化物半導体と異なる異種基板上に成長させた窒化物半導体表面に凹凸部を形成し、その凸部及び凹部の平面上にＳｉＯ2等の前記保護膜を形成した後、側面に露出した窒化物半導体より横方向の成長を行い、保護膜上部に互いに横方向に成長した窒化物半導体を繋げる方法等が挙げられる。
また、ラテラル成長により得られる窒化物半導体基板は、素子構造を成長させる際に、異種基板を有する状態で行っても、異種基板を除去した状態で行ってもよい。
【００４４】
本発明のレーザ素子の共振面は、リッジ形状のストライプと垂直になるように、窒化物半導体の｛１１−００｝面［Ｍ面：六角柱状の結晶の側面に相当する面］で劈開することにより、鏡面状の良好な共振面を形成することができる。窒化物半導体のＭ面での劈開については、例えば本出願人が先に出願した特開平９−２３２６７６号公報に詳細が記載されている。
【００４５】
【実施例】
以下の本発明の一実施の形態である窒化物半導体レーザ素子の実施例を示す。しかし本発明はこれに限定されない。
［実施例１］
図２は、本発明の一実施例に係るレーザ素子の構造を示す模式的な断面図であり、ストライプ導波路に垂直な方向で切断した際の図を示すものである。以下、この図を基に実施例１について説明する。
【００４６】
（下地層２）
１インチφ、Ｃ面を主面とするサファイアよりなる異種基板１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２００オングストロームの膜厚で成長させる。バッファ層成長後、温度を１０５０℃にして、同じくＧａＮよりなる下地層２を４μｍの膜厚で成長させる。この下地層は保護膜を部分的に表面に形成して、次に窒化物半導体基板の選択成長を行うための下地層として作用する。
【００４７】
（保護膜３）
下地層成長後、ウェーハを反応容器から取り出し、この下地層の表面に、ストライプ状のフォトマスクを形成し、ＰＶＤ装置によりストライプ幅１０μｍ、ストライプ間隔（窓部）２μｍのＳｉＯ2よりなる保護膜３を形成する。
【００４８】
（窒化物半導体基板４）
保護膜形成後、ウェーハを再度ＭＯＶＰＥの反応容器内にセットし、温度を１０５０℃にして、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基板４を２０μｍの膜厚で成長させる。この窒化物半導体基板は保護膜３上部において横方向に成長されたものであるため、結晶欠陥が１０5個／cm2以下と下地層２に比較して２桁以上少なくなる。
【００４９】
（ｎ型コンタクト層５）
次に、アンモニアとＴＭＧ、不純物ガスとしてシランガスを用い、窒化物半導体基板１の上に、１０５０℃でＳｉを３×１０18／cm3ドープしたＧａＮよりなるｎ型コンタクト層５を４μｍの膜厚で成長させる。
【００５０】
（クラック防止層６）
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６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。
【００５１】
（ｎ型クラッド層７）
続いて、１０５０℃でＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープＡｌ0.16Ｇａ0.84Ｎよりなる層を２５オングストロームの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止めて、シランガスを流し、Ｓｉを１×１０19／cm3ドープしたｎ型ＧａＮよりなる層を２５オングストロームの膜厚で成長させる。それらの層を交互積層して超格子層を構成し、総膜厚１．２μｍの超格子よりなるｎ型クラッド層７を成長させる。
【００５２】
（ｎ型光ガイド層８）
続いて、シランガスを止め、１０５０℃でアンドープＧａＮよりなるｎ型光ガイド層８を０．１μｍの膜厚で成長させる。このｎ型光ガイド層８にｎ型不純物をドープしても良い。
【００５３】
（活性層９）
次に、温度を８００℃にして、ＳｉドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎよりなる障壁層を１００オングストロームの膜厚で成長させ、続いて同一温度で、アンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる井戸層を４０オングストロームの膜厚で成長させる。障壁層と井戸層とを２回交互に積層し、最後に障壁層で終わり、総膜厚３８０オングストロームの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層を成長させる。
【００５４】
（ｐ型キャップ層１０）
次に、温度を１０５０℃に上げ、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、ｐ型光ガイド層１１よりもバンドギャップエネルギーが大きい、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなるｐ型キャップ層７を３００オングストロームの膜厚で成長させる。
【００５５】
（ｐ型光ガイド層１１）
続いてＣｐ2Ｍｇ、ＴＭＡを止め、１０５０℃で、バンドギャップエネルギーがｐ型キャップ層１０よりも小さい、アンドープＧａＮよりなるｐ型光ガイド層１１を０．１μｍの膜厚で成長させる。
【００５６】
（ｐ型クラッド層１２）
続いて、１０５０℃でアンドープＡｌ0.16Ｇａ0.84Ｎよりなる層を２５オングストロームの膜厚で成長させ、続いてＣｐ2Ｍｇ、ＴＭＡを止め、アンドープＧａＮよりなる層を２５オングストロームの膜厚で成長させ、総膜厚０．６μｍの超格子層よりなるｐ型クラッド層１２を成長させる。
【００５７】
（ｐ型コンタクト層１３）
最後に、１０５０℃で、ｐ型クラッド層９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１３を１５０オングストロームの膜厚で成長させる。
【００５８】
以上のようにして窒化物半導体を成長させたウェー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、図２に示すように、ｎ電極を形成すべきｎ型コンタクト層５の表面を露出させる。このように窒化物半導体を深くエッチングするには保護膜としてＳｉＯ2が最適である。
【００５９】
次に、図５（ａ）に示すように、最上層のｐ型コンタクト層１３のほぼ全面に、ＰＶＤ装置により、Ｓｉ酸化物（主として、ＳｉＯ2）よりなる第１の保護膜６１を０．５μｍの膜厚で形成した後、第１の保護膜６１の上に所定の形状のマスクをかけ、フォトレジストよりなる第３の保護膜６３を、ストライプ幅２μｍ、厚さ１μｍで形成する。
【００６０】
次に、図５（ｂ）に示すように第３の保護膜６３形成後、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置により、ＣＦ4ガスを用い、第３の保護膜６３をマスクとして、前記第１の保護膜６１をエッチングして、ストライプ状とする。その後エッチング液で処理してフォトレジストのみを除去することにより、図５（ｃ）に示すようにｐ型コンタクト層１３の上にストライプ幅２μｍの第１の保護膜６１が形成できる。
【００６１】
さらに、図５（ｄ）に示すように、ストライプ状の第１の保護膜６１形成後、再度ＲＩＥによりＳｉＣｌ4ガスを用いて、ｐ型コンタクト層１３、およびｐ型クラッド層１２をエッチングして、ストライプ状の導波路領域（この場合、リッジストライプ）を形成する。ストライプを形成する際、そのストライプの断面形状を図２に示すような順メサの形状とすると、横モードがシングルモードとなりやすく非常に好ましい。
【００６２】
リッジ形状のストライプを形成後に、ｐ型コンタクト層１３にリッチ層が形成されないように保護するための膜を付けた状態で、リッジ形状のストライプの側面及びその側面から連続している平面上にＡｌをＰＶＤ装置により蒸着して蒸着膜を形成する［図５（ｅ−１）］。次にアニール炉において、所定の時間、熱をかけて熱処理を行う。その後、酸でＡｌの蒸着膜を除去する。このようにして図５（ｅ−２）のようにリッチ層２０１が形成される。
【００６３】
リッチ層２０１を形成後、ウェーハをＰＶＤ装置に移送し、図５（ｆ）に示すように、Ｚｒ酸化物（主としてＺｒＯ2）よりなる第２の保護膜６２を、第１の保護膜６１の上と、エッチングにより露出されたｐ型クラッド層１２の上に０．５μｍの膜厚で連続して形成する。
【００６４】
次に、ウェーハをフッ酸に浸漬し、図５（ｇ）に示すように、第１の保護膜６１をリフトオフ法により除去する。
【００６５】
次に図５（ｈ）に示すように、ｐ型コンタクト層１３の上の第１の保護膜６１が除去されて露出したそのｐ型コンタクト層の表面にＮｉ／Ａｕよりなるｐ電極２０を形成する。但しｐ電極２０は１００μｍのストライプ幅として、この図５（ｈ）に示すように、第２の保護膜６２の上に渡って形成する。
【００６６】
次に、ｐ電極２０上の全面に連続して、Ｔｉからなる第１の薄膜層３１を１０００オングストロームの膜厚で形成し、更に図２に示すようにストライプの側面等にも第１の薄膜層３１を形成する。この連続して形成された第１の薄膜層３１上に、後の工程で劈開により共振面を形成する際の劈開面に一致しない大きさ、つまり劈開面となる部分の上部を避けて、断続的にＡｕからなる第２の薄膜層３２を８０００オングストロームの膜厚で形成し、第１の薄膜層３１及び第２の薄膜層３２からなるｐパッド電極１０１を形成する。
【００６７】
ｐパッド電極形成後、一番最初に露出させたｎ型コンタクト層５の表面にはＴｉ／Ａｌよりなるｎ電極２１をストライプと平行な方向で形成し、その上にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕよりなるｎパッド電極を形成する。
【００６８】
以上のようにして、ｎ電極とｐ電極及びｐパッド電極とを形成したウェーハのサファイア基板を研磨して７０μｍとした後、ストライプ状の電極に垂直な方向で、基板側からバー状に劈開し、劈開面（１１−００面、六角柱状の結晶の側面に相当する面＝Ｍ面）に共振器を作製する。共振器面にＳｉＯ2とＴｉＯ2よりなる誘電体多層膜を形成し、最後にｐ電極に平行な方向で、バーを切断して図２に示すようなレーザ素子とする。なお共振器長は３００〜５００μｍとすることが望ましい。
【００６９】
このレーザ素子をヒートシンクに設置し、それぞれの電極をワイヤーボンディングして、室温でレーザ発振を試みたところ、発振波長４００〜４２０ｎｍ、閾値電流密度２．９ｋＡ／cm2において室温で良好な連続発振を示す。さらに、絶縁性が良好となったことで、リーク電流やショートが防止でき、寿命特性の良好なレーザ素子を効率よく得ることができ、歩留まりが向上する。
【００７０】
［実施例２］
実施例１において、Ａｌからなるリッチ層２０１をイオン注入により形成する他は同様にしてレーザ素子を作製する。
イオン注入の方法としては、ｐ型コンタクト層１３の最上面に保護膜を付けた状態で、イオン注入装置でウエハ上面よりＡｌを所定のエネルギーに加速してウエハに打ち込む。次に、イオン注入でダメージを受けた部分を熱処理をして再結晶化させる。
得られたレーザ素子は、実施例１と同様に良好な素子特性を示し、さらに歩留まりも向上する。
【００７１】
［実施例３］
図３は本発明の他の実施例に係るレーザ素子の構造を示す模式的な断面図であり、以下この図を元に実施例３について説明する。
【００７２】
（窒化物半導体基板４０）
実施例１において、下地層２の表面にストライプ状の保護膜３形成後、ウェーハを再度ＭＯＶＰＥの反応容器内にセットし、温度を１０５０℃にして、ＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープＧａＮを５μｍの膜厚で成長させる。その後、ウェーハをＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）装置に移送し、原料にＧａメタル、ＨＣｌガス、及びアンモニアを用い、アンドープＧａＮよりなる窒化物半導体基板４０を２００μｍの膜厚で成長させる。このようにＭＯＶＰＥ法により保護膜３の上に窒化物半導体を成長させた後、ＨＶＰＥ法で１００μｍ以上のＧａＮ厚膜を成長させると結晶欠陥は実施例１に比較してもう一桁以上少なくなる。窒化物半導体基板４０成長後、ウェーハを反応容器から取り出し、サファイア基板１、バッファ層２、保護膜３、アンドープＧａＮ層を研磨により除去し、窒化物半導体基板４０単独とする。
【００７３】
後は実施例１と同様にして、研磨側と反対側の窒化物半導体基板４０の上にｎ型コンタクト層５〜ｐ型コンタクト層１３までを積層する。
【００７４】
ｐ型コンタクト層１３成長後、実施例１と同様にして、ストライプ状の第１の保護膜６１を形成した後、第２の工程において、エッチングストップをｎ型コンタクト層５の表面とする。後は実施例１と同様にして、Ａｌからなるリッチ層２０１を形成した後で、ＺｒＯ2を主成分とする第２の保護膜６２をストライプ導波路の側面、及びｎ型コンタクト層５の表面に形成した後、それぞれのコンタクト層に電極を形成する。
次に、実施例１と同様にｐパッド電極１０１を形成し、図３に示すような構造のレーザ素子とする。なお共振面を形成する場合、窒化物半導体基板の劈開面は実施例１と同じＭ面とする。
得られたレーザ素子は実施例１に比較して、閾値電流密度は１．８ｋＡ／cm2にまで低下し、寿命は３倍以上向上し、さらに実施例１と同様に絶縁性の向上によりリーク電流及びショートが良好に防止でき、良好な寿命特性を有するレーザ素子を歩留まりよく作製することができる。
【００７５】
［実施例４］
図４は本発明の他の実施例に係るレーザ素子の構造を示す模式的な断面図であり、以下この図４を用いて実施例４について説明する。
【００７６】
実施例３において、窒化物半導体基板４０を作製する際にＨＶＰＥ装置において原料にシランガスを加え、Ｓｉを１×１０18／cm3ドープしたＧａＮよりなる窒化物半導体基板５０を２００μｍの膜厚で成長させる。なおＳｉ濃度は１×１０17／cm3〜５×１０19／cm3の範囲とすることが望ましい。窒化物半導体基板５０成長後、実施例３と同様にしてサファイア基板１、バッファ層２、保護膜３、アンドープＧａＮ層を研磨して除去し、窒化物半導体基板５０単体とする。
【００７７】
次にこの窒化物半導体基板５０の上に実施例１と同様にして、クラック防止層６〜ｐ型コンタクト層１３までを積層成長させる。
ｐ型コンタクト層１３成長後、実施例１と同様にして、ストライプ状の第１の保護膜６１を形成した後、第２の工程において、エッチングストップを図５に示すｎ型クラッド層７の表面とする。後は実施例１と同様にして、リッチ層２０１を形成し、その後、ＺｒＯ2を主成分とする第２の保護膜６２をストライプ導波路の側面と、ｎ型クラッド層７の表面とに形成した後、その第２の保護膜を介してｐ電極２０を形成する。
【００７８】
次に、ｐ電極２１上に、ストライプ長さと同一の長さとなるようにＴｉからなる第１の薄膜層３１を膜厚１０００オングストロームで、第２の薄膜層３２の形状と同様の形状でＰｔよりなる第３の薄膜層を膜厚１０００オングストロームで、及びストライプ長さより短い形状でＡｕからなる第２の薄膜層３２を膜厚８０００オングストロームで順に積層形成してなるｐパッド電極１０１を図４に示すように形成する。第３の薄膜層は図示していないが、第２の薄膜層と同様の形状で形成する。一方、窒化物半導体基板の裏面側のほぼ全面にｎ電極２１を形成する。電極形成後、窒化物半導体基板のＭ面で劈開して共振面を作製し、図４に示すような構造のレーザ素子とする。
【００７９】
［実施例５］
前記Ｊ．Ｊ．Ａ．Ｐ．に記載されているレーザ素子を示す図６のレーザ素子に、図１に示すように、実施例１と同様にしてリッチ層２０１を形成してなるレーザ素子を作製する。
得られたレーザ素子は、絶縁性が良好となりリーク電流の発生やショートの発生を防止でき、寿命特性の良好な素子を歩留まりよく作製することができる。
【００８０】
［実施例６］
実施例１において、Ａｌに替えてＢを用いる他は同様にして、拡散によりＢを豊富に含有するリッチ層２０１を形成されてなるレーザ素子を作製する。
その結果、実施例１とほぼ同等の良好な結果が得られる。
【００８１】
［実施例７］
実施例２において、Ａｌに替えてＢを用いる他は同様にして、イオン注入によりＢを豊富に含有するリッチ層２０１を形成されてなるレーザ素子を作製する。
その結果、実施例１とほぼ同等の良好な結果が得られる。
【００８２】
【発明の効果】
本発明の窒化物半導体レーザ素子は、上記のように素子構造のリッチ形状のストライプの側面及びその側面から連続している平面の表面付近にＡｌ又はＢを豊富に含有するリッチ層を形成することにより、絶縁膜（第２の保護膜を含む）とリッチ層とが相乗的に作用して良好な絶縁性を有するレーザ素子を作製することができる。そして、リーク電流の防止やショートを防止が防止でき寿命特性の良好なレーザ素子を歩留まりよく得ることができる。
またさらに、本発明は、リッチ層の形成の状態により、光閉じこめを良好にすることができ、実効屈折率型の素子構造であっても、完全屈折率型の素子構造に変更することが可能となり、水平横モードの安定化やしきい値の低下の点で好ましいレーザ素子となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子の一部分を示す模式的断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子の模式的断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子の模式的断面図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子の模式的断面図である。
【図５】図２〜図４のリッジ形状のストライプなどを形成する方法の各工程を説明するための、各工程におけるウェーハの部分的な構造を示す模式的断面図である。
【図６】従来のレーザ素子の構造を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
１・・・異種基板
２・・・下地層
３・・・窒化物半導体基板成長用の保護膜
４、４０、５０・・・窒化物半導体基板
５・・・ｎ型コンタクト層
６・・・クラック防止層
７・・・ｎ型クラッド層
８・・・ｎ型光ガイド層
９・・・活性層
１０・・・ｐ型キャップ層
１１・・・ｐ型光ガイド層
１２・・・ｐ型クラッド層
１３・・・ｐ型コンタクト層
１５・・・絶縁膜
６１・・・第１の保護膜
６２・・・第２の保護膜
６３・・・第３の保護膜
２０・・・ｐ電極
２１・・・ｎ電極
３１・・・第１の薄膜層
３２・・・第２の薄膜層
１０１・・・パッド電極
２０１・・・リッチ層
Claims (3)
- 少なくともｎ型窒化物半導体層、活性層及びｐ型窒化物半導体層を含む窒化物半導体層を有し、ｐ型窒化物半導体層側からエッチングによりリッジ形状のストライプが形成されてなり、さらに少なくとも前記リッジ形状のストライプの側面に絶縁膜が形成されてなる窒化物半導体レーザ素子において、
前記絶縁膜と接している少なくともリッジ形状のストライプの側面及びストライプの側面から連続している平面の表面付近の窒化物半導体層にアルミニウム及び／又はホウ素を含有するリッチ層を有し、
窒化物半導体層のリッチ層の設けられた領域は、それ以外の領域の窒化物半導体層よりも屈折率が小さく、前記絶縁膜を介して前記ストライプの側面に電極が形成されていることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。 - 前記リッチ層が、リッジ形状のストライプを形成後、露出されている少なくともリッジ形状のストライプの側面及びストライプの側面から連続している平面の表面に、アルミニウム及び／又はホウ素を拡散させることにより形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
- 前記リッチ層が、リッジ形状のストライプを形成後、露出されている少なくともリッジ形状のストライプの側面及びストライプの側面から連続している平面の表面に、アルミニウム及び／又はホウ素をイオン注入して形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
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