JPH09223844A - 窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 劈開の難しい基板の上に成長された窒化物半
導体に共振面が形成されて、基板水平方向に対してビー
ム中心の出射方向が水平なレーザビームが得られる。 【構成】 基板の上に窒化物半導体層が成長されて、そ
の窒化物半導体層の共振面がエッチングにより形成され
ており、さらに前記共振面から出射されるレーザ光が、
共振面よりも突出した基板を含む部分に遮られないよう
にされているので、レーザ光が突出部で反射、透過され
ない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は窒化物半導体（ＩｎXＡ
ｌYＧａ1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）よりなるレ
ーザ素子とその製造方法に係り、特に共振面がエッチン
グにより形成されたレーザ素子とその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に化合物半導体よりなるレーザ素子
には、活性層の光を半導体層内部で共振させるための共
振面が必要である。現在実用化されている赤外、赤色等
の長波長発光半導体レーザは、例えばＧａＡｌＡｓ、Ｇ
ａＡｌＡｓＰ、ＧａＡｌＩｎＰ等の材料よりなり、これ
らの材料はＧａＡｓ基板の上に成長される。ＧａＡｓは
材料自体に劈開性があるので、前記長波長半導体レーザ
の共振面はこのＧａＡｓ基板の劈開性を利用した劈開面
とされることが多い。

【０００３】一方、窒化物半導体は例えばサファイア
（Ａｌ2Ｏ3）のような劈開性を有しない基板の上に成長
されることが多いため、基板を劈開して、窒化物半導体
の劈開面を共振面とすることは難しい。一方、エッチン
グにより窒化物半導体の共振面を形成する方法もある
が、エッチングにより共振面を形成した後、基板を分割
すると、共振面から突出した基板の一部が出射光を反
射、及び透過させるため、出射レーザ光のビーム出射方
向が、基板水平面に対して斜めになってしまうという問
題がある。レーザビームが斜めになると、レンズとの結
合が難しくなる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
とするところは、劈開の難しい基板の上に成長された窒
化物半導体に共振面が形成されて、基板に対してビーム
中心の出射方向が水平なレーザビームが得られるレーザ
素子と、そのレーザ素子の製造方法を提供することにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のレーザ素子は、
基板の上に窒化物半導体層が成長されて、その窒化物半
導体層の共振面がエッチングにより形成されており、さ
らに前記共振面から出射されるレーザ光が、共振面より
も突出した基板を含む部分に遮られないようにされてい
ることを特徴とする。

【０００６】本発明のレーザ素子の製造方法の第１の態
様は、基板の上に窒化物半導体層を成長させた後、その
窒化物半導体層をエッチングして、エッチング端面に共
振面を作製する第１の工程と、エッチングにより連続し
てできた互いに対向する共振面と共振面との間で基板を
分割する第２の工程と、分割後、共振面より突出した基
板を含む部分の一部、若しくは全部を除去する第３の工
程とを含むことを特徴とする。

【０００７】さらに、第１の態様の製造方法では、第３
の工程は、基板をラッピング、切断またはエッチングす
る手段より選択されたいずれか一つの手段であることを
特徴とする。

【０００８】また本発明の製造方法の第２の態様は、基
板の上に窒化物半導体層を成長させた後、その窒化物半
導体層をエッチングして、エッチング端面に共振面を作
製する第１の工程と、エッチングによりできた互いに対
向する共振面と共振面との間で基板を分割すると同時
に、分割後にできた共振面より突出した基板を含む部分
が、共振面より出射されるレーザ光に触れないようにす
る第２の工程とを含むことを特徴とする。

【０００９】さらに本発明の第１の態様及び第２の態様
では、前記第１の工程、若しくは第１の工程と第２の工
程の間において、共振面側の窒化物半導体を基板が露出
するまでエッチングすることを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は本発明のレーザ素子の一構
造を示す模式的な断面図であり、レーザの共振方向に平
行な方向で素子を切断した際の図を示している。図１に
おいて、１は基板、２はｎ型層、３は活性層、４はｐ型
層を示しており、図に示すようにレーザ光はエッチング
により形成された互いに対向する窒化物半導体層の共振
面で共振して、Ａ方向と、Ａ方向と反対側の方向のＢ方
向とに、それぞれθの角度で活性層３から出射される。

【００１１】本発明のレーザ素子はＡ方向にある共振面
よりも突出した基板を含む部分が除去されている。つま
り、θの角度で出射されたレーザ光が、共振面よりも突
出した基板１の端部に遮られないようにされている。一
方、Ｂ方向にある共振面より出射されたレーザ光は、基
板１の端部でその一部が遮られているが、本発明のレー
ザ素子ではいずれか一方の共振面から出射されるレーザ
光が、共振面より突出した部分で遮られないようにされ
ていればよい。なぜなら、実際のレーザ素子では一方か
ら出るレーザ光は、書き込み、読みとり光源として使用
されるが、もう一方のレーザ光が出る方向にはレーザ光
を制御するための検出器（フォトディテクター）が設置
される。従って検出器ではレーザ光の強弱等の信号を読
みとるだけでよいので、特にビームの中心が基板に対し
て水平である必要はない。但し、共振面から出射される
２方向のレーザ光が、両方とも共振面よりも突出した基
板を含む部分に遮られないようにされていることが望ま
しい。従って、本願の請求項では、図１のようにいずれ
か一方のレーザ光が遮られないようにされているものも
含む。

【００１２】図２も本発明のレーザ素子に係る他の構造
を示す模式的な断面図であり、図１と同一符号は同一部
材を示している。このレーザ素子が図１のレーザ素子と
異なるところは、まず第１に共振面のエッチングにおい
て、図１のように基板１までエッチングせずに、ｎ型層
２の途中で止めていること（具体的にはｎ電極を形成す
べきｎ型コンタクト層を露出させるためのエッチング
と、共振面を作製するためのエッチングとを同時に行っ
ている。）と、第２にＡ方向だけでなく、Ｂ方向にある
共振面よりも突出した部分を除去して、レーザ光が基板
１の端部に遮られないようにされていることである。

【００１３】図２に示すように、エッチングして共振面
を作製する際に、ｎ型層２の途中でエッチングを止める
と、ｎ電極を形成すべきｎ型コンタクト層へのエッチン
グと、共振面を形成するエッチングとが同時に行えると
いう利点がある。しかし、基板を分割する際に、ｎ型層
が共振面側に残っていると、分割時の衝撃によりｎ型層
から共振面側にクラックが入る恐れがあるので、共振面
側のエッチングは図１に示すように基板に達するまで行
うことが望ましい。

【００１４】図３も本発明のレーザ素子に係る他の構造
を示す斜視図であり、共振面付近のレーザ素子を部分的
に拡大して示す図である。この図が図１及び図２のレー
ザ素子と異なるところは、共振面から突出した部分のほ
とんどを除去しなくても、エッチングにより、部分的に
基板１の一部を除去して、共振面から出るレーザ光が基
板の一部で遮られないようにしているところである。ま
た、この図も共振面側のエッチングを基板に達するまで
行っている。

【００１５】これらの図に示すように、本発明のレーザ
素子では、エッチングにより形成した共振面を有するレ
ーザ素子で、共振面から出るレーザ光が共振面側より突
出した部分で遮られないようにされているので、ビーム
中心が基板に対して水平なレーザ素子が実現できる。な
お、レーザ光が遮られているかどうかは、レーザ光のフ
ァーフィールドパターンを観測することにより判断でき
る。具体的には、ファーフィールドパターンが基板水平
方向に対して、ほぼ上下対称であれば、レーザ光は基板
によって遮られていないと判断できる。なお、突出部の
長さは共振面より２０μｍ以下、さらに好ましくは１０
μｍ以下、最も好ましくは５μｍ以下にする。これは次
に述べる本発明の製造方法の第１の態様及び第２の態様
でも同じである。

【００１６】次に、本発明のレーザ素子の製造方法を図
面を元に説明する。図４は本発明の第１の態様を説明す
る模式的な断面図であり、第１の工程によるウェーハの
構造を示している。この図は、エッチングにより共振面
を作製したウェーハを、レーザ光の共振方向に平行な方
向で切断した際の構造を示している。図１乃至図３と同
一符号は同一部材を示している。

【００１７】本発明の第１の工程では、基板の上に窒化
物半導体層を成長させた後、その窒化物半導体層をエッ
チングして、エッチング端面に共振面を作製する。エッ
チング端面は基板に対してほぼ垂直となるようにする。
活性層を挟んで互いに垂直にエッチングされた端面同士
が共振面となる。エッチング手段としては例えば反応性
イオンエッチング（ＲＩＥ）、反応性イオンビームエッ
チング（ＲＩＢＥ）、イオンミリング等のドライエッチ
ング手段を好ましく用いることができ、これらドライエ
ッチング手段は適宜エッチングガスを選択することによ
り、エッチングレートを制御して、エッチング端面が平
滑で、互いにほぼ平行な共振面を作製できる。このよう
に第１の工程で共振面を形成すると、共振面と連続した
ｎ型層２の表面が露出され、一方のレーザ素子の共振面
と、もう一方のレーザ素子の共振面とが互いに対向した
構造となる。つまり、エッチングにより、互いに対向す
る共振面と共振面とが連続してできる。

【００１８】次に、第２の工程では、エッチングにより
連続してできた互いに対向する共振面と共振面との間で
基板を分割する。例えば図４の一点鎖線に示す位置で基
板を分割する。基板を分割するには、例えばスクライ
ブ、ダイシング等の従来用いられている基板切断手段を
用いる。例えばサファイア基板の場合、スクライブで基
板を分割するにはスクライブ前に基板の厚さを１５０μ
ｍ以下、さらに好ましくは１００μｍ以下に研磨して薄
くすることにより、正確にスクライブラインから基板を
割ることができる。

【００１９】次に、第３の工程で共振面より突出した基
板を含む部分の一部若しくは全部を除去する。共振面よ
り突出した基板を含む部分とは、図４では突出したｎ型
層２と基板１とを示している。この第３の工程では、出
射角θを有するレーザ光が共振面から出射された際に、
下向きの光がエッチング平面（基板平面、若しくはｎ型
層平面）で反射、透過して遮られないようにしている。
具体的には、共振面よりも突出した部分を除去して、レ
ーザビームがエッチング平面に掛からないようにする。
このための具体的な手段としては、ラッピング、切断ま
たはエッチングより選択されたいずれか一つの手段が望
ましい。ラッピングは共振面より突出部を、例えばダイ
ヤモンド、ＳｉＣ、アルミナ等の微粉末を用いて、突出
部全体の長さを短くする。ラッピングは分割面を平滑に
できるため都合がよい。またダイシングで突出部を切断
することも可能である。ラッピング、切断等の手段によ
り、例えば図１及び図２に示すようなレーザ素子が作製
できる。さらに、エッチングを用いて、例えば図３に示
すように、レーサ光が出射されて基板側に触れる不要な
部分のみを除去してもよい。

【００２０】また、図５は本発明の製造方法の第２の態
様を説明する模式的な断面図である。この図もエッチン
グにより共振面を作製したウェーハを、レーザ光の共振
方向に平行な方向で切断した際の構造を示している。な
お、図１乃至図４と同一符号は同一部材を示している。

【００２１】本発明の第２の態様では、第１の態様と同
じく、第１の工程で、基板１の上に窒化物半導体層が積
層されたウェーハから、窒化物半導体層をエッチングし
て、エッチング端面に共振面を作製している。さらに、
第２の態様の特徴は、次の第２の工程にある。エッチン
グにより連続してできた互いに対向する共振面と共振面
との間、具体的には、図５の一点鎖線に示すような位置
で基板１を分割して、分割と同時にできる共振面より突
出した基板を含む部分が、共振面より出射されるレーザ
光を遮らないようにしている。この第２の工程を行う
と、第１の態様のように、分割後に共振面側に突出した
部分をラッピング、切断、エッチング等を行う必要がな
く、第３の工程が不要となる。それは図５に示すよう
に、連続した共振面の内のいずれか一方に非常に接近し
た位置で基板を分割するからである。このようにいずれ
か一方の共振面に非常に接近した位置で基板を分割する
と、活性層を有する片方の共振面側は、共振面から突出
した部分を有してレーザ光を遮るようになるが、先にも
述べたように検出器が設置される側のレーザ光は遮られ
ても実用上は問題がない。

【００２２】さらに、本発明の製造方法の第１の態様、
及び第２の態様において、第１の工程、若しくは第１の
工程と第２の工程との間で、共振面側の窒化物半導体を
基板が露出するまでエッチングすることが望ましい。な
ぜなら、対向した共振面と共振面との間にｎ型層が存在
すると、分割時の衝撃により、仮に分割面の端部にある
ｎ型層にクラックが入った場合に、そのクラックがレー
ザ素子本体、例えば活性層の下にあるｎ型層にまで伝搬
する恐れがある。しかし、基板までエッチングしている
と、割れる部分は基板のみとなり、ｎ型層には何の損傷
も与えなくすることができるからである。

【００２３】

【実施例】

［実施例１］（第１の態様） ２インチφのサファイア基板の上に、ｎ型ＧａＮよりな
るｎ型コンタクト層と、ｎ型ＡｌＧａＮよりなるｎ型光
閉じこめ層と、ｎ型ＡｌＧａＮよりなる光ガイド層と、
ＩｎＧａＮよりなる活性層と、ｐ型ＡｌＧａＮよりなる
光ガイド層と、ｐ型ＡｌＧａＮよりなるｐ型光閉じこめ
層と、ｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層とが積層さ
れたレーザウェーハを用意する。基板には、サファイア
のほか、ＳｉＣ、スピネル、ＺｎＯ、ＭｇＯ、Ｓｉ等の
窒化物半導体を成長させるために提案されている基板を
用いることができ、特に限定されるものではない。さら
に窒化物半導体の積層構造は単にレーザ発振するための
一例を示したものであって、この構造に限定されるもの
ではない。

【００２４】（第１の工程）次にこのウェーハの窒化物
半導体の最上層に、図６に示すようなマスク形状を有す
るマスクを形成する。なお、図６において、斜線部で示
すマスクの横方向の長さがレーザ素子の共振器長に相当
する。マスク形成後、ＳｉＣｌ4ガス、Ｃｌ2ガスを用い
てＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を行い、電極を形
成すべきｎ型コンタクト層を露出させると共に、マスク
の縦方向に相当する部分に共振面を形成する。このエッ
チングにより、電極を形成すべきｎ型コンタクト層が露
出されると同時に、マスクの縦方向にあたる窒化物半導
体層表面に共振面が形成される。マスク除去後、露出し
たｎ型コンタクト層にｎ電極、最上層のｐ型コンタクト
層にｐ電極を、互いに平行なストライプ形状でそれぞれ
形成する。

【００２５】（第２の工程）電極形成後、基板を８０μ
ｍの厚さまでラッピング（研磨）した後、図４の一点鎖
線に示すように、ウェーハの共振面と共振面との中間を
サファイア基板側からスクライブした後、ウェーハを押
し割りバー状のレーザチップを作製する。

【００２６】さらに、バー状のレーザチップの共振面側
に、プラズマＣＶＤ装置を用いて、ＳｉＯ2とＴｉＯ2よ
りなる誘電体多層膜を形成して反射鏡を形成する。

【００２７】（第３の工程）反射鏡形成後、バー状のレ
ーザチップの共振面側にある突出した基板とｎ型コンタ
クト層とを、ラッピングして５μｍの長さになるまで除
去する。なおラッピングにおいて、ラッピング面は、先
に形成した窒化物半導体の誘電体多層膜面に触れない位
置で止める。同様の操作を同一バー状レーザチップのも
う一方の共振面側にも行い、共振面から突出した両側の
部分を除去する。

【００２８】以上のようにして、研磨して突出部を除去
したバー状のレーザチップを、今度はｎ電極に平行な位
置で、スクライブにより分割して、矩形のレーザチップ
を得る。このレーザチップの構造を示す模式的な断面図
が図２である。

【００２９】以上のようにして得られたレーザチップ
を、ヒートシンクにフェースアップの状態で設置して実
際に発振させたところ、共振面から出るレーザ光のファ
ーフィールドパターンは基板水平方向に対して上下対称
であって、レーザ光の反射による干渉が現れていない形
状であり、レーザ光が基板によって遮られておらず、ビ
ーム中心が基板に対して水平であることを示した。

【００３０】［実施例２］（第２の態様） 実施例１と同様にして、第１の工程まで行い、ｎ型コン
タクト層の表面と、レーザ素子の共振面とを同時に露出
させる。

【００３１】マスク除去後、共振器長と平行な方向にあ
るｎ型コンタクト層の平面と最上層のｐ型コンタクト層
の平面とに連続したマスクを形成し、再度ＲＩＥを行
い、共振面側にあるｎ型コンタクト層のみを基板面が露
出するまでエッチングする。エッチング後、マスクを除
去し、実施例１と同様に最上層のｐ型コンタクト層と、
ｎ型コンタクト層とに平行な電極を形成する。

【００３２】（第２の工程）電極形成後、実施例１と同
様にして、基板をラッピングした後、図５の一点鎖線に
示すように、片方の共振面に接近した位置（およそ５μ
ｍ）で、サファイア基板側からスクライブした後、ウェ
ーハを押し割りバー状のレーザチップを作製する。

【００３３】後は実施例１と同様にしてレーザ素子を作
製したところ、実施例１のレーザ素子と同様に、共振面
から出るレーザ光のファーフィールドパターンは基板水
平方向に対して上下対称であって、レーザ光の反射によ
る干渉が現れていない状態であり、レーザ光が基板によ
って遮られておらず、ビーム中心が基板に対して水平で
あることを示した。

【００３４】［実施例３］実施例２と同様にして第１の
工程で共振面側のｎ型コンタクト層を除去して基板を露
出させた後、活性層からレーザ光が出射される位置に対
応した基板の平面を除いて、所定の形状のマスクを形成
する。

【００３５】次に、ＲＩＥを行いマスクを形成していな
い基板を除去する。このようにして共振面と共振面との
間に穴が開いたような形状となったウェーハを、実施例
１と同様にして、共振面と共振面との間でスクライブし
てバー状のチップに分割する。分割後の共振面付近の形
状を示す斜視図が図３である。

【００３６】以上のようにして、得られたバー状のチッ
プの共振面側に反射鏡を形成した後、実施例１と同様に
して、ｎ電極に平行な位置で矩形状のチップに分割して
レーザ素子を作製する。このレーザ素子も実施例１、実
施例２のレーザ素子と同様に、共振面から出るレーザ光
のファーフィールドパターンは上下対称であり、レーザ
光が基板によって遮られていないことを示した。

【００３７】

【発明の効果】共振面から突出した部分を有するレーザ
素子では、活性層から出射されるレーザ光の一部が、基
板が分割された後に残留するエッチング平面で反射、及
び透過されて遮られる。共振面側から出射されるレーザ
光の一部が、残留する基板、窒化物半導体等により反射
されると、出力が低下し、ビームが斜め方向に出射され
基板水平方向に対して、上下対称なファーフィールドパ
ターンが得られない。特に、半導体レーザの場合、レー
ザ光が出射される共振面の前にはレーザ光を集光する目
的でレンズが設けられる。出射光側にレーザ光を遮る他
の部材があると、例えば集光がうまく行えない可能性が
ある。しかし、本発明のレーザ素子によるとレーザ光が
水平に出射されるために、前記問題を解決でき、レーザ
光の集光が容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のレーザ素子に係る一構造を示す模式
断面図。

【図２】 本発明のレーザ素子に係る他の構造を示す模
式断面図。

【図３】 本発明のレーザ素子の共振面付近の構造を示
す斜視図。

【図４】 本発明の製造方法の一工程において得られる
ウェーハの構造を示す模式断面図。

【図５】 本発明の製造方法の一工程において得られる
ウェーハの構造を示す模式断面図。

【図６】 最上層の窒化物半導体の表面に形成するマス
クの形状を示す部分的な平面図。

【符号の説明】

１・・・・基板 ２・・・・ｎ型層 ３・・・・活性層 ４・・・・ｐ型層

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板の上に窒化物半導体層が成長され
   て、その窒化物半導体層の共振面がエッチングにより形
   成されており、さらに前記共振面から出射されるレーザ
   光が、共振面よりも突出した基板を含む部分に遮られな
   いようにされていることを特徴とする窒化物半導体レー
   ザ素子。
2. 【請求項２】 基板の上に窒化物半導体層を成長させた
   後、その窒化物半導体層をエッチングして、エッチング
   端面に共振面を作製する第１の工程と、エッチングによ
   り連続してできた互いに対向する共振面と共振面との間
   で基板を分割する第２の工程と、分割後、共振面より突
   出した基板を含む部分の一部、若しくは全部を除去する
   第３の工程とを含むことを特徴とする窒化物半導体レー
   ザ素子の製造方法。
3. 【請求項３】 前記第３の工程は、共振面より突出した
   部分をラッピング、若しくは切断、またはエッチングす
   る手段より選択されたいずれか一つの手段であることを
   特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体レーザ素子の
   製造方法。
4. 【請求項４】 基板の上に窒化物半導体層を成長させた
   後、その窒化物半導体層をエッチングして、エッチング
   端面に共振面を作製する第１の工程と、エッチングによ
   り連続してできた互いに対向する共振面と共振面との間
   で基板を分割すると同時に、分割後にできた共振面より
   突出した基板を含む部分が、共振面より出射されるレー
   ザ光を遮らないようにする第２の工程とを含むことを特
   徴とする窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
5. 【請求項５】 前記第１の工程、若しくは第１の工程と
   第２の工程の間において、共振面側の窒化物半導体を基
   板が露出するまでエッチングすることを特徴とする請求
   項２乃至４の内のいずれか１項に記載の窒化物半導体レ
   ーザ素子の製造方法。