JP4973258B2

JP4973258B2 - 半導体レーザ素子およびその製造方法

Info

Publication number: JP4973258B2
Application number: JP2007068314A
Authority: JP
Inventors: 真弘野口
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2007-03-16
Filing date: 2007-03-16
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2027-03-16
Also published as: JP2008235319A

Description

本発明は、半導体レーザ素子およびその製造方法に係り、特に、ＣＤ・ＭＤ・ＤＶＤ等の情報記録・再生録画が可能な光ディスクシステムや、レーザプリンタ、光ネットワーク等の光源等の電子デバイスに用いられる半導体レーザ素子およびその製造方法に関する。

近年、半導体装置、特に半導体レーザ素子は、小型、軽量、高信頼性および高出力化が進み、パーソナルコンピュータ、ＤＶＤ等の電子機器や医療機器等の光源に利用されている。なかでも、III−Ｖ族窒化物半導体は、比較的短波長の発光が可能であるため、次世代ＤＶＤ用光源等の用途があり、盛んに研究されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
特許文献１に記載された半導体発光素子は、基板を基準にしてｎ電極がｐ電極と同じ側に形成されている。一方、特許文献２に記載された半導体レーザは、基板を基準にしてｎ電極がｐ電極と反対側に形成されている。

窒化物半導体を用いて、基板を基準にしてｎ電極がｐ電極と反対側に形成されている半導体レーザの製造方法について図６を参照して説明する。図６は、従来の半導体レーザ素子の構成を模式的に示す断面図である。なお、図６は、半導体レーザの各層を積層したウェハ形状からバー形状に切り出した状態を示している。図６に示すように、半導体レーザ１００は、ウェハを形成する基板１１０上に、窒化物半導体層１２０が積層される。この窒化物半導体層１２０は、ｎ型半導体層１２１、活性層１２２、および、表面にリッジ１２３ａが形成されたｐ型半導体層１２３がこの順番に積層されて構成されている。ｐ型半導体層１２３のリッジ１２３ａの上面以外の表面と、窒化物半導体層１２０の側面とは、例えば、酸化膜からなる保護膜１４０で覆われている。リッジ１２３ａの上面にはｐ電極１５０が接続されている。ｐ電極１５０は、リッジ１２３ａの上面および保護膜１４０を被覆するように形成されている。また、基板１１０の裏面にはｎ電極１６０が形成されている。図６に示した半導体レーザ１００は、ウェハ形状（図示せず）からバー形状に分割され、上下からスペーサ１８０，１９０で挟まれた状態で、フロント（光取り出し面）側やリア（背面）側の端面に保護膜が形成される。この工程で形成される保護膜は、フロント側やリア側の共振器端面をミラーとして機能させるためのものである。ミラーとしての端面保護膜が形成された後、バー形状の半導体レーザをチップ形状に劈開して、ｐ電極１５０の上面のリッジ直上部１５０ａの外側に形成されたリッジ周辺部１５０ｂにワイヤが接続されて（ワイヤボンディング）、半導体レーザ素子が製造される。
特開２０００−１２９７０号公報（段落００１６−００２０、図１）特開２００６−１２８５５８号公報（段落００１４、図１）

このような製造方法で半導体レーザ素子を製造していく中で、以下のような問題点が分かってきた。その問題点とは、半導体レーザ素子のワイヤが剥がれ易い場合があることである。種々の検討の結果、ミラーとしての端面保護膜を形成する工程において、端面保護膜がｐ電極１５０上に回りこみ、ｐ電極１５０の上面のリッジ周辺部１５０ｂにまで形成されることに起因してワイヤが剥がれ易くなることが分かった。つまり、リッジ周辺部１５０ｂ上に保護膜が形成されてしまうと、ワイヤボンディングを行ってもワイヤが剥がれてしまうのである。ここで、ｐ電極１５０の上面のリッジ直上部１５０ａは、スペーサ１８０に当接するため、端面保護膜が回り込むことはない。剥がれ防止のために、仮にリッジ周辺部１５０ｂの代わりにリッジ直上部１５０ａにワイヤボンディングしようとしても、リッジ直上部１５０ａはリッジ周辺部１５０ｂに比べて脆弱であるため、ワイヤボンディングによるダメージに耐えられず、ワイヤを接続することはできない。

そこで、ｐ電極１５０上のワイヤボンディング箇所がスペーサ１８０に当接するように、その箇所をリッジ直上部１５０ａより高く配置させることが考えられる。例えば、特許文献２に記載された半導体レーザは、Ｐパッド電極の上面が、リッジ上において周辺部より低く配置されている。したがって、仮に、この半導体レーザを、ミラーとしての端面保護膜を形成する工程でスペーサ１８０，１９０に挟んだ場合には、Ｐパッド電極の周辺部に端面保護膜が回りこまないようにすることが可能である。

しかしながら、特許文献２に記載された半導体レーザには以下の不都合がある。すなわち、この半導体レーザでは、積層された窒化物半導体層を構成するｐ型半導体層上にリッジを形成する際に、ｐ型半導体層の表面からリッジだけを突出させるのではなく、エッチングで形成した２本の溝の間に挟まれた部分をリッジとしている。そして、この２本の溝に保護膜を充填している。したがって、リッジの側面には、溝の幅と同じ幅の保護膜を介して、窒化物半導体層のｐ型半導体層が形成されている。窒化物半導体層は保護膜に比べて屈折率が大きいので、この半導体レーザでは、横方向の光閉じ込めを充分に行うことができない。また、特許文献１に記載された半導体発光素子では、前記した不都合に加えて製造プロセスが長いという問題もある。

本発明は、前記した問題に鑑み創案されたものであり、リッジ上の電極に接続されるワイヤの剥がれを防止できると共に横方向の光閉じ込め効果が高い半導体レーザ素子およびその製造方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の半導体レーザ素子は、基板の表面に積層された第１導電型半導体層、活性層および第２導電型半導体層からなる積層半導体層の前記第２導電型半導体層の上面に突出して形成されたストライプ状のリッジを備え、電極にワイヤが接続されて使用される半導体レーザ素子であって、前記第２導電型半導体層の上面は前記リッジ以外が平坦に形成されており、前記第２導電型半導体層よりも屈折率が低く、前記リッジから所定距離だけ離間した前記第２導電型半導体層の表面を被覆する第１保護膜と、前記第２導電型半導体層よりも屈折率が低く、前記リッジの側面と前記第２導電型半導体層の表面と前記第１保護膜とを被覆する第２保護膜と、前記リッジの上面に接続されると共に前記第２保護膜を被覆する前記電極と、を備え、前記電極の上面が、前記リッジ直上部分よりも、前記第１保護膜上の前記第２保護膜の直上部分の方が高く形成されており、前記第２保護膜を被覆する電極は、リッジ直上部の方が前記リッジを除く第２導電型半導体層の表面を直接覆う第２保護膜直上部であるリッジ周辺部よりも高く形成されていることを特徴とする。

かかる構成によれば、半導体レーザ素子は、電極の上面が、リッジ直上部分よりも、第１保護膜上の第２保護膜の直上部分の方が高く形成されているので、半導体レーザ素子のフロント（光取り出し面）側やリア側にミラーとして機能させる端面保護膜を形成する工程で、この端面保護膜が電極の第１保護膜上の第２保護膜の直上部分に回りこむことを防止できる。そのため、電極の第１保護膜上の第２保護膜の直上部分にワイヤを接続すれば、ワイヤの剥がれを防止できる。

また、半導体レーザ素子は、リッジが第２導電型半導体層の上面に突出して形成されており、リッジの側面が第２導電型半導体層よりも屈折率が低い第２保護膜で被覆されると共に、リッジから所定距離だけ離間した第２導電型半導体層の表面が、第２導電型半導体層よりも屈折率が低い第１保護膜で被覆されているので、リッジの側面に保護膜を介して第２導電型半導体層が形成されている場合と比較して横方向の光閉じ込め効果が高い。

また、半導体レーザ素子は、電極の積層半導体層側の界面が、リッジ部以外は第２保護膜だけなので、第２保護膜以外の密着膜のような他の部材と電極との界面がある場合と比較して、電極と第２保護膜との密着が良好となる。さらに、密着膜のような余分な部材を形成する必要もなく、製造効率が向上する。
また、半導体レーザ素子は、電極の上面で最も高い周縁部とリッジ直上部との間に、電極の上面で最も低いリッジ周辺部を設けたので、端面保護膜を形成する工程で端面保護膜が電極上面の周縁部に回りこむことを防止できる。

また、半導体レーザ素子は、前記第１保護膜と前記第２保護膜とが同一材料で構成されることが好ましい。かかる構成によれば、半導体レーザ素子は、第１保護膜と第２保護膜との界面の密着性が良好となり、歩留まりがさらに向上する。

また、半導体レーザ素子は、前記第２保護膜の端部が、第１保護膜の端部を被覆していることが好ましい。かかる構成によれば、光閉じ込め効果がより高くなる。

また、半導体レーザ素子は、前記リッジの上面が、前記第１保護膜の上面よりも高く形成されていることが好ましい。かかる構成によれば、製造プロセスを短縮できる。

また、前記目的を達成するために、本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、基板の表面に積層された第１導電型半導体層、活性層および第２導電型半導体層からなる積層半導体層の前記第２導電型半導体層の上面に突出して形成されたストライプ状のリッジを備える半導体レーザ素子の製造方法であって、前記第２導電型半導体層の上面を前記リッジ以外が平坦になるように形成する工程と、前記リッジから所定距離だけ離間した前記第２導電型半導体層の表面を、前記第２導電型半導体層よりも屈折率が低い第１保護膜で被覆する工程と、前記リッジの側面と前記第２導電型半導体層の表面と前記第１保護膜とを、前記第２導電型半導体層よりも屈折率が低い第２保護膜で被覆する工程と、前記第２保護膜と前記リッジの上面とを被覆する電極層を、前記リッジ直上部分よりも前記第１保護膜上の前記第２保護膜の直上部分の方が高くなるように積層して前記リッジの上面に第２電極を形成する工程と、前記基板の裏面に第１電極を形成する工程と、前記第１および第２電極を上下からスペーサで挟み込み、上側のスペーサを前記第２電極の上面の最も高い部位に当接させた状態で共振器端面にミラーを形成する工程と、前記第２電極の上面において前記上側のスペーサを当接させた部位にワイヤを接続する工程とを有することを特徴とする。

かかる手順によれば、半導体レーザ素子の製造方法は、電極の上面を、リッジ直上部分よりも、第１保護膜上の第２保護膜の直上部分の方が高く形成したので、この電極の第１保護膜上の第２保護膜の直上部分にワイヤを接続すれば、ワイヤの剥がれを防止できる。また、半導体レーザ素子の製造方法は、第２導電型半導体層の上面に突出して形成されたリッジから所定距離だけ離間した第２導電型半導体層の表面を第１保護膜で被覆してから、第２保護膜を被覆するので、電極の積層半導体層側の界面は、リッジ部以外は第２保護膜だけになる。そのため、電極と第２保護膜との密着が良好となる。また、第１保護膜および第２保護膜が第２導電型半導体層よりも屈折率が低いので、横方向の光閉じ込め効果が高い。また、かかる手順によれば、製造プロセスが簡略化されるため、量産性が向上する。

また、半導体レーザ素子の製造方法は、前記第１保護膜と前記第２保護膜とを同一材料で構成することが好ましい。かかる手順によれば、第１保護膜と第２保護膜との界面の密着性が良好となり、歩留まりがさらに向上する。

本発明によれば、リッジ上の電極に接続されるワイヤの剥がれを防止できると共に横方向の光閉じ込め効果が高い半導体レーザ素子およびその製造方法を提供することができる。その結果、半導体レーザ素子の歩留まりを向上させることができる。

以下、図面を参照して本発明の半導体レーザ素子およびその製造方法を実施するための最良の形態（以下「実施形態」という）について詳細に説明する。
［半導体レーザ素子の構成］
図１は、本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の構成を模式的に示す断面図である。本実施形態に係る半導体レーザ素子１は、図１に示すように、主として、基板１０と、基板１０上に積層された窒化物半導体層２０と、第１保護膜３０と、第２保護膜４０と、ｐ電極５０と、ｎ電極６０とからなる。

（基板）
基板１０は、窒化物半導体（例えば、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ等）から構成される。なお、窒化物半導体と異なる異種基板を用いてもよい。異種基板としては、例えば、Ｃ面、Ｒ面およびＡ面のいずれかを主面とするサファイア、スピネル（ＭｇＡ１₂Ｏ₄）のような絶縁性基板、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、Ｓｉおよび窒化物半導体と格子整合する酸化物基板等、窒化物半導体を成長させることが可能で、従来から知られている基板材料を用いることができる。この基板１０は、主面及び／又は裏面にオフ角が形成された基板であることが好ましい。

（窒化物半導体層）
窒化物半導体層２０は、例えば、窒化ガリウム系化合物半導体（例えば、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ等）から成り、基板１０側からｎ型半導体層２１、活性層２２およびｐ型半導体層２３がこの順番に積層されて構成されている。また、前記窒化物半導体層２０は、一般式がＩｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で示される。ｎ型半導体層２１は、例えば、ｎ型不純物としてＳｉやＧｅ、Ｏ等を含むＧａＮから構成される。活性層２２は、例えば、ＩｎＧａＮから構成される。ｐ型半導体層２３は、例えば、ｐ型不純物としてＭｇを含むＧａＮから構成される。なお、本実施形態では、積層半導体層を窒化物半導体層２０、第１導電型半導体層をｎ型半導体層２１、第２導電型半導体層をｐ型半導体層２３として説明する。

（リッジ）
ｐ型半導体層２３の上面には、ストライプ状のリッジ２３ａが突出して形成されている。リッジ２３ａの幅（ｗ₂：図２（ｃ）参照）は特に限定されるものではないが、０．５〜２０μｍ程度が好ましく、さらに、シングルスポットの光源とする場合には１〜２μｍ程度が好ましい。リッジ２３ａの高さ（ｔ₂：図２（ｃ）参照）は、ｐ型半導体層２３の膜厚に依存して適宜調整することができ、例えば、０．２〜２μｍ程度が好ましく、特に、０．３〜０．８μｍ程度が好ましい。

（第１保護膜）
第１保護膜３０は、ｐ型半導体層２３よりも屈折率が低く、ｐ型半導体層２３のリッジ２３ａから所定距離（Ｗ₄：図２（ｄ）参照）だけ離間したｐ型半導体層２３の表面を被覆している。第１保護膜３０は、絶縁膜からなるものであって、特に酸化膜からなるものが好ましい。第１保護膜３０は、例えば、Ｚｒ酸化膜（ＺｒＯ₂）やＳｉＯ₂からなる。

第１保護膜３０は、例えば、スパッタリング法、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance：電子サイクロトロン共鳴）スパッタリング法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition：化学気相成長）法、ＥＣＲ−ＣＶＤ法、ＥＣＲ−プラズマＣＶＤ法、蒸着法、ＥＢ法（Electron Beam：電子ビーム蒸着法）等の公知の方法で形成することができる。なかでも、ＥＣＲスパッタリング法、ＥＣＲ−ＣＶＤ法、ＥＣＲ−プラズマＣＶＤ法等で形成することが好ましい。

（第２保護膜）
第２保護膜４０は、ｐ型半導体層２３よりも屈折率が低く、ｐ型半導体層２３のリッジ２３ａの側面と、ｐ型半導体層２３の表面と、第１保護膜３０とを被覆している。図１に示す半導体レーザ素子１のｐ型半導体層２３および活性層２２の左右の側面は、第１保護膜３０の端部で被覆されており、さらに、その上から第２保護膜４０の端部が、第１保護膜３０の端部を被覆している。
第２保護膜４０は、第１保護膜３０と同一材料で形成されている。ここで同一材量とは、例えば、第１保護膜３０がＺｒ酸化膜によって形成されているのであれば、第２保護膜４０もＺｒ酸化物によって形成されていることを意味し、その製造方法等によって、組成に若干の差異が生じることがあってもよい。

（ｐ電極）
ｐ電極５０は、ｐ型半導体層２３のリッジ２３ａの上面に、電気的に接続されるように形成されている。ｐ電極５０は、ｐ電極第１層５１と、このｐ電極第１層５１の上に積層されるｐ電極第２層５２との少なくとも２層構造で構成されている。ｐ電極第１層５１は、ｐ型半導体層２３と直接接触するオーミック電極として機能する。ｐ電極第２層５２は、ｐ電極の最上層であり、ワイヤがボンディングされるパッド電極として機能する。尚、前記ｐ電極第１層５１とｐ電極第２層５２との間に他の層を積層した構造としてもよい。ｐ電極５０は、ｐ型半導体層２３のリッジ２３ａの上面に接続されると共に第２保護膜４０を被覆する。ｐ電極５０の上面は、リッジ２３ａ直上部分よりも、第１保護膜３０上の第２保護膜４０の直上部分の方が高く形成されている。

ｐ電極第１層５１は、通常、電極として用いることができる材料を例示することができる。例えば、亜鉛（Ｚｎ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、コバルト（Ｃｏ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、タングステン（Ｗ）、ランタン（Ｌａ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、イットリウム（Ｙ）等の金属、合金；ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＳｎＯ₂等の導電性酸化物等の単層膜又は積層膜等が挙げられる。
ｐ電極第２層５２は、例えば、金（Ａｕ）や、Ｎｉ−Ｔｉ−Ａｕ系の電極材料を用いることができる。

ｐ電極の具体例としては、ｐ電極第１層５１／ｐ電極第２層５２の２層構造である場合には、白金（Ｐｔ）／金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）／金（Ａｕ）、ロジウム（Ｒｈ）／金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）等がある。また、ｐ電極第１層５１とｐ電極第２層５２との間に、第３層を介する３層構造としては、ニッケル（Ｎｉ）／白金（Ｐｔ）／金（Ａｕ）、パラジウム（Ｐｄ）／白金（Ｐｔ）／金（Ａｕ）、ロジウム（Ｐｈ）／白金（Ｐｔ）／金（Ａｕ）等がある。

（ｎ電極）
ｎ電極６０は、基板１０の裏面に電気的に接続されるように形成されている。ｎ電極６０は、例えば、基板１０の裏面側からＴｉ／Ａｌ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｖ／Ｐｔ／Ａｕのような複数の金属で構成される。なお、ｎ電極６０は、オーミック電極とパッド電極とから構成されるようにしてもよい。

［半導体レーザ素子の製造方法］
図１に示した半導体レーザ素子の製造方法について、図２ないし図５を参照（適宜図１参照）して説明する。図２ないし図４は、図１に示した半導体レーザ素子の製造工程を模式的に示す断面図である。また、図５は、図１に示した半導体レーザ素子の製造工程を模式的に示す上面図である。まず、図２（ａ）に示すように、ウェハ形状の基板１０の上に、ｎ型半導体層２１、活性層２２、ｐ型半導体層２３をこの順番に積層し、窒化物半導体層２０を形成する。

次に、図２（ｂ）に示すように、個々の半導体レーザ素子が幅ｗ₁で形成されるように、所望の形状のマスクを用いて、ｎ型半導体層２１の表面が露出するように深さｔ₁まで窒化物半導体層２０の一部をエッチングする。ここで、幅ｗ₁は、１００〜６００μｍ程度であることが好ましく、深さｔ₁は、１．５〜３μｍ程度であることが好ましい。

次に、図２（ｃ）に示すように、フォトリソグラフィおよびエッチング工程によって、ｐ型半導体層２３に、幅ｗ₂、高さｔ₂のストライプ状のリッジ２３ａを形成する。ここで、幅ｗ₂は、１．２〜２μｍ程度であることが好ましく、高さｔ₂は、０．３〜０．８μｍ程度であることが好ましい。図２（ｃ）に仮想線で示した部分の上面図を図５（ａ）に示す。

次に、図２（ｄ）に、個々の半導体レーザ素子を拡大して示すように、ｐ型半導体層２３表面に、ＥＣＲスパッタリング法によって、第１保護膜３０を膜厚ｔ₃でパターン形成する。図示するように、ｐ型半導体層２３、活性層２２の左右の側面およびｎ型半導体層２１の左右の側面の一部は、第１保護膜３０の端部で被覆されている。このとき、第１保護膜３０は、ｐ型半導体層２３の側面と第１保護膜３０の側面との距離（ｐ型半導体層２３と第１保護膜３０との重なり幅）がｗ₃であり、かつ、リッジ２３ａ側面と第１保護膜３０の側面との距離がｗ₄であるものとする。ここで、膜厚ｔ₃は、３０００〜６０００Å（オングストローム）程度であることが好ましい。距離ｗ₃は、半導体レーザ素子の幅ｗ_１（図２（ｂ）参照）にも依存するものであるが、３０μｍ以上であることが好ましい。また、半導体レーザ素子の幅ｗ_１が２００μｍ以上である場合には、前記距離ｗ_３は８０μｍ以上であることが好ましい。また、距離ｗ₄は、５〜１５μｍ程度であることが好ましく、特に、５〜１０μｍ程度であることが好ましい。図２（ｄ）に示した半導体レーザ素子の上面図を図５（ｂ）に示す。

続いて、図３（ａ）に、個々の半導体レーザ素子を拡大して示すように、ｐ型半導体層２３のリッジ２３ａ側面、ｐ型半導体層２３のリッジ２３ａの上面以外の表面、および、第１保護膜３０の上面に、ＥＣＲスパッタリング法によって、１０００〜３０００Å程度の膜厚で第２保護膜４０を形成する。図示するように、ｐ型半導体層２３、活性層２２の左右の側面およびｎ型半導体層２１の左右の側面の一部を被覆する第１保護膜３０の端部を、第２保護膜４０の端部が被覆している。このとき、第１保護膜３０の上面から、第１保護膜３０上の第２保護膜４０の上面までの高さｈ₁は、４０００Å以上であることが好ましく、４０００〜５０００Å程度であることがより好ましい。また、第２保護膜４０は、リッジ２３ａ側面と第１保護膜３０の側面とに挟まれた部分が凹形状に形成され、この凹形状の部分の幅ｗ₅が、１０μｍ以下であることが好ましい。また、リッジ２３ａの上面から、第１保護膜３０上の第２保護膜４０の上面までの高さｈ₂は、５００Å以上であることが好ましく、５００〜２５００Å程度であることがより好ましく、特に、１０００Å程度であることが好ましい。その理由は第２保護膜４０が２５００Åより厚くなるとキンクが出やすくなるからである。図３（ａ）に示した半導体レーザ素子の上面図を図５（ｃ）に示す。

次に、図３（ｂ）に示すように、リッジ２３ａ上面および第２保護膜４０上面に、マグネトロンスパッタ法を用いて、ｐ電極第１層５１、ｐ電極第２層５２をこの順番に積層することでｐ電極５０を形成する。このとき、ｐ電極５０の上面が、リッジ２３ａ直上部分よりも、第１保護膜３０上の第２保護膜４０の上面までの高さがｈ₃だけ高くなるように段差を設ける。これにより、ｐ電極５０の上面は、リッジ２３ａ直上部分よりも、第１保護膜３０上の第２保護膜４０の直上部分の方を高く形成する。図３（ｂ）に示した半導体レーザ素子の上面図を図５（ｄ）に示す。

そして、ｐ電極５０を形成後、大気雰囲気下または酸素雰囲気下でアニールを行い、基板１０の裏面を研磨して、その研磨面に、図３（ｃ）に示すように、ｎ電極６０を形成する。その後、ウェハ形状からバー形状に分割する。このとき、ｐ電極１５０の上面には、図４に示すように、段差が形成されている。すなわち、ｐ電極１５０の上面において、リッジ直上部５０ａの両外側には、リッジ直上部５０ａより低いリッジ周辺部５０ｂがそれぞれ形成されている。このリッジ周辺部５０ｂの下には、第１保護膜３０が積層されていない。さらに、リッジ周辺部５０ｂの両外側には、周縁部５０ｃがそれぞれ形成されている。この周縁部５０ｃの下には、第１保護膜３０が積層されている。

ウェハ形状からバー形状に分割された半導体レーザを、図４に示すように、上下からスペーサ８０，９０で挟み込み、共振器端面にミラーを形成する。このとき、上側のスペーサ８０は、ｐ電極５０の上面の周縁部５０ｃに当接するので、ミラーを形成するための端面保護膜が回り込むことはない。続いて、バー形状からチップ形状に劈開し、ワイヤ７０をｐ電極５０の周縁部５０ｃに接続することで、図１に示した半導体レーザ素子１を製造する。なお、ミラーを形成するときに、ｐ電極５０の上面のリッジ直上部５０ａやリッジ周辺部５０ｂに端面保護膜が回り込んだとしても、その部分にワイヤ７０を接続するわけではないので、ワイヤ７０の剥がれに対する寄与は無視できる。

本実施形態の半導体レーザ素子１によれば、ｐ電極５０の上面が、リッジ直上部５０ａよりも、ワイヤボンディング領域である周縁部５０ｃの方が高く形成されるので、ミラーを形成する工程で、端面保護膜が周縁部５０ｃに回りこむことを防止できる。そのため、ワイヤ７０の剥がれを防止できる。また、半導体レーザ素子１は、リッジ２３ａの側面に、ｐ型半導体層２３よりも屈折率が低い第２保護膜４０が形成されているので、リッジの側面方向の光閉じ込め効果が高い。

また、本実施形態の半導体レーザ素子の製造方法によれば、リッジ２３ａから所定距離だけ離間したｐ型半導体層２３の上面を第１保護膜３０で被覆してから、リッジ上面を除くリッジ側面からリッジ両側の底面及び前記第１保護膜３０を第２保護膜４０で被覆する。これにより、ｐ電極５０は、窒化物半導体層２０との界面がリッジ上面のみとなり、他の領域は第２保護膜４０だけの１界面となる。そのため、ｐ電極５０と第２保護膜４０との密着が良好となる。

以上、本実施形態について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、その趣旨を変えない範囲でさまざまに実施することができる。例えば、基板１０を基準としてｎ電極６０がｐ電極５０と反対側に形成されている半導体レーザ素子を説明したが、これに限定されるものではなく、基板を基準にしてｎ電極６０がｐ電極５０と同じ側に形成されていてもよい。また、半導体レーザ素子を構成する材料は、窒化物半導体に限定されない。なお、図面に示した構成要素等の厚みや長さは、配置を明確に説明するために誇張して示してあるので、これに限定されるものではない。

（実施例１）
本発明の効果を確認するために本実施形態に係る半導体レーザ素子の製造方法を用いて、半導体レーザ素子を製造した。具体的には、図２ないし図４に示した製造工程にしたがって半導体レーザ素子１を製造した。半導体レーザ素子１を製造するために、基板１０として、ウェハ形状のＧａＮ基板を用いた。そして、このＧａＮ基板上に、窒化物半導体層２０として以下の各層を積層した（図２（ａ）参照）。まずは、ＧａＮ基板上に、ＳｉドープＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層、ＧａＮからなるｎ型光ガイド層を成長させた。これにより、ｎ型半導体層２１を形成した。続いて、ＳｉドープＩｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎからなる障壁層と、アンドープＩｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎからなる井戸層とを交互２回積層させ、その上に障壁層を積層させた多重量子井戸構造（Multiple-Quantum Well：ＭＱＷ）の活性層２２を成長させた。次いで、ＭｇドープＡｌＧａＮからなるｐ型電子閉じ込め層、アンドープＧａＮからなるｐ型光ガイド層、アンドープＡｌ_0.16Ｇａ_0.84Ｎからなる層とＭｇドープＧａＮからなる層とを交互積層させた超格子層からなるｐ型クラッド層、Ｍｇドープｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層を成長させた。これによりｐ型半導体層２３を形成した。その後、窒素雰囲気中でウェハを７００℃でアニーリングして、ｐ型半導体層２３をさらに低抵抗化した。

このようにして窒化物半導体層２０を積層した後、所望の形状のマスクを用いて、ｐ型半導体層２３、活性層２２、ｎ型半導体層２１の一部を順次エッチングし、ｎ型クラッド層の表面を露出させた（図２（ｂ）参照）。

その後、最上層のｐ型コンタクト層上に、ＳｉＯ₂膜およびレジスト膜を形成し、フォトリソグラフィおよびエッチング工程によって、レジスト膜を所定形状にパターニングし、さらにこのレジスト膜をマスクとしてＳｉＯ₂膜をパターニングした。このようにして得られたマスクを用いて、ｐ型半導体層２３に、幅ｗ₂＝１．５μｍ、高さｔ₂＝０．５μｍ程度のストライプ状のリッジ２３ａを形成した（図２（ｃ）参照）。

続いて、先に形成したＳｉＯ₂膜によるマスクを残したまま、ｐ型半導体層２３表面に、ＥＣＲスパッタリング法によって、第１保護膜３０としてＺｒＯ₂膜を、膜厚ｔ₃＝４０００Åでパターン形成した。このとき、リッジ２３ａ側面と第１保護膜３０の側面との距離は、ｗ₄＝１０μｍとした（図２（ｄ）参照）。

続いて、第１保護膜３０、ｐ型半導体層２３のリッジ２３ａ表面、リッジ２３ａ側面上に、ＥＣＲスパッタリング法によって、第２保護膜４０としてＺｒＯ₂膜を、膜厚２０００Åで形成した。その後、リフトオフにより、リッジ２３ａ上のマスクと該マスク上の第２保護膜４０を除去することで第２保護膜４０をパターン形成した（図３（ａ）参照）。

次に、リッジ２３ａ上および第２保護膜４０上に、マグネトロンスパッタ法を用いて、ｐ電極５０を形成した。このｐ電極５０は、ｐ電極第１層５１を厚さ３００Åの白金（Ｐｔ）で形成し、ｐ電極第２層５２を厚さ５０００Åの金（Ａｕ）で形成した（図３（ｂ）参照）。

ｐ電極５０を形成後、酸素及び窒素を含む雰囲気下において７００℃以下でアニールを行った。
そして、ＧａＮ基板の裏面を研磨して、その研磨面にｎ電極６０を形成した。このｎ電極６０は、基板１０側から、厚さ１００Åのバナジウム（Ｖ）、厚さ２０００Åの白金（Ｐｔ）、厚さ３０００Åの金（Ａｕ）の順に形成した（図３（ｃ）参照）。

その後、ウェハ形状からバー形状とし、共振器端面にミラーを形成した。そして、バー形状からチップ形状に劈開した。チップ形状とした半導体レーザ素子の周縁部５０ｃ上に、ワイヤ７０を接続することで半導体レーザ素子を製造した（図４参照）。
以上により得られる半導体レーザ素子は、周縁部５０ｃにはミラーが回りこまないためリッジ上の電極に接続されるワイヤの剥がれを防止できると共に縦横の光閉じ込めが安定した半導体レーザ素子である。

（実施例２）
リッジ２３ａを幅ｗ₂＝７．０μｍで形成する他は実施例１と同様とする。以上により得られる半導体レーザ素子は、実施例１と略同様にワイヤの剥がれ防止の効果を奏するものである。

（実施例３）
ｐ電極５０のｐ電極第１層５１を厚さ３００Åのパラジウム（Ｐｄ）で形成し、ｐ電極第２層５２を厚さ５０００Åの金（Ａｕ）で形成する他は実施例１と同様とする。以上により得られる半導体レーザ素子は、実施例１と略同様の効果を奏するものである。

（実施例４）
ｐ電極５０のｐ電極第１層５１を厚さ３００Åのロジウム（Ｒｈ）で形成し、ｐ電極第２層５２を厚さ５０００Åの金（Ａｕ）で形成する他は実施例１と同様とする。以上により得られる半導体レーザ素子は、実施例１と略同様の効果を奏するものである。

本発明に係る半導体レーザ素子は、レーザ素子を応用することができるすべてのデバイス、例えば、ＣＤプレーヤ、ＭＤプレーヤ、各種ゲーム機器、ＤＶＤプレーヤ、電話回線や海底ケーブル等の基幹ライン・光通信システム、レーザメス、レーザ治療機、レーザ指圧機等の医療機器、レーザビームプリンタ、ディスプレイ等の印刷機、各種測定装置、レーザ水準器、レーザ測長機、レーザスピードガン、レーザ温度系等の光センシング機器、レーザ電力輸送等の種々の分野において利用することができる。

本発明の実施形態に係る半導体レーザ素子の構成を模式的に示す断面図である。図１に示した半導体レーザ素子の製造工程を模式的に示す断面図（その１）である。図１に示した半導体レーザ素子の製造工程を模式的に示す断面図（その２）である。図１に示した半導体レーザ素子の製造工程を模式的に示す断面図（その３）である。図１に示した半導体レーザ素子の製造工程を模式的に示す上面図である。従来の半導体レーザ素子の構成を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１半導体レーザ素子
１０基板
２０窒化物半導体層
２１ｎ型半導体層（第１導電型半導体層）
２２活性層
２３ｐ型半導体層（第２導電型半導体層）
２３ａリッジ
３０第１保護膜
４０第２保護膜
５０ｐ電極
５０ａリッジ直上部
５０ｂリッジ周辺部
５０ｃ周縁部
５１ｐ電極第１層
５２ｐ電極第２層
６０ｎ電極
７０ワイヤ
８０，９０スペーサ

Claims

基板の表面に積層された第１導電型半導体層、活性層および第２導電型半導体層からなる積層半導体層の前記第２導電型半導体層の上面に突出して形成されたストライプ状のリッジを備え、電極にワイヤが接続されて使用される半導体レーザ素子であって、
前記第２導電型半導体層の上面は前記リッジ以外が平坦に形成されており、
前記第２導電型半導体層よりも屈折率が低く、前記リッジから所定距離だけ離間した前記第２導電型半導体層の表面を被覆する第１保護膜と、
前記第２導電型半導体層よりも屈折率が低く、前記リッジの側面と前記第２導電型半導体層の表面と前記第１保護膜とを被覆する第２保護膜と、
前記リッジの上面に接続されると共に前記第２保護膜を被覆する前記電極と、を備え、
前記電極の上面は、前記リッジ直上部分よりも、前記第１保護膜上の前記第２保護膜の直上部分の方が高く形成されており、
前記第２保護膜を被覆する電極は、
リッジ直上部の方が前記リッジを除く第２導電型半導体層の表面を直接覆う第２保護膜直上部であるリッジ周辺部よりも高く形成されていることを特徴とする半導体レーザ素子。
前記第１保護膜と前記第２保護膜とが同一材料で構成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。
前記第２保護膜の端部は、第１保護膜の端部を被覆していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体レーザ素子。
前記リッジの上面は、前記第１保護膜の上面よりも高く形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の半導体レーザ素子。
基板の表面に積層された第１導電型半導体層、活性層および第２導電型半導体層からなる積層半導体層の前記第２導電型半導体層の上面に突出して形成されたストライプ状のリッジを備える半導体レーザ素子の製造方法であって、
前記第２導電型半導体層の上面を前記リッジ以外が平坦になるように形成する工程と、
前記リッジから所定距離だけ離間した前記第２導電型半導体層の表面を、前記第２導電型半導体層よりも屈折率が低い第１保護膜で被覆する工程と、
前記リッジの側面と前記第２導電型半導体層の表面と前記第１保護膜とを、前記第２導電型半導体層よりも屈折率が低い第２保護膜で被覆する工程と、
前記第２保護膜と前記リッジの上面とを被覆する電極層を、前記リッジ直上部分よりも前記第１保護膜上の前記第２保護膜の直上部分の方が高くなるように積層して前記リッジの上面に第２電極を形成する工程と、
前記基板の裏面に第１電極を形成する工程と、
前記第１および第２電極を上下からスペーサで挟み込み、上側のスペーサを前記第２電極の上面の最も高い部位に当接させた状態で共振器端面にミラーを形成する工程と、
前記第２電極の上面において前記上側のスペーサを当接させた部位にワイヤを接続する工程とを有することを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
前記第１保護膜と前記第２保護膜とを同一材料で構成したことを特徴とする請求項５に記載の半導体レーザ素子の製造方法。