JPH1075008A

JPH1075008A - 窒化物半導体レーザ素子

Info

Publication number: JPH1075008A
Application number: JP22916196A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Senoo; 雅之妹尾; Shuji Nakamura; 修二中村
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 1996-08-30
Filing date: 1996-08-30
Publication date: 1998-03-17

Abstract

(57)【要約】【目的】レーザ素子の閾値電圧を低下させ、レーザ素
子の発熱量を小さくして、室温での連続発振を目指す。【構成】同一面側にそれぞれ平面が露出されたｐ型窒
化物半導体層とｎ型窒化物半導体層とに、それぞれｐ電
極とｎ電極と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ｎ電極はｎ型窒化物半導体層の平面のほ
ぼ全面に形成されていることにより、ｎ電極から活性層
に至る電圧降下を少なくして、閾値電圧を低下させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は窒化物半導体（ｌｎ
_XＡＩ_YＧａ_1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）よりな
るレーザ素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】紫外〜青色の領域に発光するレーザ素子
の材料として窒化物半導体が知られており、本出願人
は、最近この材料を用いてパルス電流において、室温で
の４１０ｎｍのレーザ発振を発表した（例えば、Jpn.J.
Appl.Phys. Vol35 (1996) pp.L74-76）。発表したレー
ザ素子はいわゆる電極ストライプ型のレーザ素子であ
り、活性層を含む窒化物半導体層のストライプ幅を数十
μｍにして、レーザ発振させたものである。このレーザ
素子は同一面側に正と負のストライプ状の電極がそれそ
れぞれ１個ずつ設けられており、例えば、特開平８−６
４８６７号公報に示されたレーザ素子とほぼ同一の形状
を有している。

【０００３】レーザ素子、発光ダイオード素子のような
窒化物半導体デバイスのｐ電極及びｎ電極は、同一面側
にある窒化物半導体に形成される。それは、窒化物半導
体を成長させるＧａＮバルク結晶が未だ開発されていな
いからである。従って、窒化物半導体成長は、サファイ
ア、ＳｉＣ、ＺｎＯ、スピネル（ＭｇＡｌ₂Ｏ₄）のよう
な異種材料よりなる基板を用いたヘテロエピタキシャル
成長が主流であり、現在実用化されている窒化物半導体
ＬＥＤは、サファイア基板が用いられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】同一面側から電極を取
り出す構造で、窒化物半導体レーザ素子を実現した場
合、ｎ電極から活性層に電子が到達するまでのｎ型コン
タクト層による電圧降下が大きいため、発振閾値電圧が
高くなる。閾値電圧が高くなると、当然発振時のＶｆ
（順方向電圧）が高くなり、素子自体の発熱量が大きく
なって寿命が極端に悪くなり、連続発振を妨げている。

【０００５】連続発振で短波長のレーザ素子が実現され
ると、既に実用化されているＣＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、また
実用化直前にあるＤＶＤ等の記憶媒体の容量を飛躍的に
高めることができるため、その早期実現が望まれてい
る。そのためには、まずレーザ素子の閾値電圧を低下さ
せる必要がある。

【０００６】従って、本発明はこのような事情を鑑みて
成されたものであって、その目的とするところは、窒化
物半導体よりなるレーザ素子の閾値電圧を低下させ、レ
ーザ素子の発熱量を小さくして、室温での連続発振を目
指すことにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】我々は、ｎ型窒化物半導
体層（以下、ｎ型層という。）の平面に設けたｎ電極の
面積を大きくすることにより、ｎ型層での電圧降下を抑
えて、ｎ型層での電極との接触抵抗を下げることによ
り、発振閾値電圧が低下することを見出し本発明を成す
に至った。即ち、本発明のレーザ素子は、同一面側に平
面が露出されたｐ型窒化物半導体層（以下、ｐ型層とい
う。）とｎ型層とに、それぞれｐ電極とｎ電極とが形成
されてなる窒化物半導体レーザ素子において、前記ｎ電
極はｎ型層の平面のほぼ全面に形成されていることを特
徴とする。

【０００８】さらに、本発明のレーザ素子は、ｎ電極が
ｐ電極に対して左右対称に設けられていることを特徴と
する。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係るレーザ素子の
一構造を示す模式的な断面図であり、図２は図１のレー
ザ素子の形状を示す斜視図である。図１はレーザ光の共
振方向、つまり、互いに平行に配置されたストライプ状
のｐ電極及びｎ電極に垂直な方向で、素子を切断した際
の断面図を示している。素子自体の基本的な構造として
は、基板１の上に、ｎ型コンタクト層２、ｎ型光閉じ込
め層３、ｎ型光ガイド層４等のｎ型層と、活性層５と、
ｐ型光ガイド層６、ｐ型光閉じ込め層７、ｐ型コンタク
ト層８等のｐ型層が順に積層されたダブルへテロ構造を
有する。

【００１０】ｎ電極２１は、エッチングにより平面が露
出されたｎ型コンタクト層２のほぼ全面に形成されてお
り、活性層より発するレーザ光の共振方向に平行な方向
で、ストライプ状の形状を有している。なお、”ほぼ全
面”とは、８０％以上のｎ型コンタクト層２の平面面積
を指す。

【００１１】本発明のレーザ素子では、ｐ型コンタクト
層８より下の窒化物半導体層がストライプ状にエッチン
グされてｎ型コンタクト層２が露出されており、その露
出されたｎ型コンタクト２にはストライプ状のｎ電極２
１が設けられている。一方、最上層のｐ型コンタクト層
８には同じくストライプ状のｐ電極３１が設けられてお
り、ｎ電極２１は、ｐ電極３１に対して左右対称に２ヶ
所設けられている。このように、ストライプ状のｎ電極
をｐ電極に対して左右対称に設けることにより、活性層
に係る電流の偏りをなくすことができるため、レーザ素
子の閾値電圧を低下できる。

【００１２】図１および図２において、４０は例えばＳ
ｉＯ₂、ＴｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ポリイミド等の透明な絶縁
体よりなる保護膜である。この保護膜４０を、ｎパッド
電極２２が形成されるべきｎ電極２１の平面を除き、及
びｐ電極３１の平面を除いて、エッチングにより露出さ
れた窒化物半導体層の表面と、ｎ電極２１の表面とに渡
って形成することにより、電極間のショートを防止する
と共に、製造工程中に窒化物半導体層に傷が入ることに
より発生する歩留まり低下を防止できる。

【００１３】また本発明のレーザ素子では、エッチング
により露出されたストライプ状の窒化物半導体層の端面
と、その端面のすぐ横にあるｎ電極２１との距離も重要
である。この距離は０．１μｍ以上、５０μｍ以下、好
ましくは２０μｍ以下、最も好ましくは１０μｍ以下に
調整し、ｎ電極２１をできるだけエッチング端面に近づ
けることが望ましい。その距離が０．１μｍよりも短い
と、ｎ電極が活性層、ｐ層に接触しやすくなり、素子の
信頼性が低下する傾向にあり、５０μｍよりも長いと、
閾値電圧の低下が少ない傾向にある。

【００１４】一方、ｐ電極３１はストライプ状のｐ型コ
ンタクト層８の表面のほぼ全面に形成されており、この
ｐ電極３１のストライプに位置に対応した活性層よりレ
ーザ光が発せられる。さらにこのレーザ素子では、活性
層よりも上にあるｐ型層（好ましくは、ｐ型光閉じ込め
層７、ｐ型コンタクト層８）をリッジ形状としているこ
とにより、このリッジの下部に相当する活性層に光を集
中させ、横モードの光が安定化されてレーザ素子の閾値
電流が低下する。ｐ型コンタクト層８のストライプ幅、
即ち、リッジ部分のストライプ幅は１０μｍ以下、さら
に好ましくは８μｍ以下、最も好ましくは６μｍ以下に
調整することが望ましい。一方、リッジとｎ型コンタク
ト層との間にあるエッチングにより端面が露出された窒
化物半導体層のストライプ幅は、１５０μｍ以下、好ま
しくは１００μｍ以下、最も好ましくは５０μｍ以下で
あることが望ましい。１５０μｍよりも大きいと閾値電
圧が上昇しやすい傾向にある。下限値は活性層よりも上
にあるリッジのストライプ幅よりも大きくすることは言
うまでもない。

【００１５】また本発明のレーザ素子ではｎ電極２１の
上にｎパッド電極２２、ｐ電極３１の上にｐパッド電極
３２を形成している。これらのパッド電極は、ｎ電極２
１及びｐ電極３１の上に直接ワイヤーボンディングする
ことによる電極のはがれを防止している。さらにｐパッ
ド電極３２はｐ電極３１のストライプ幅がせまく、直接
ワイヤーボンディングするのを困難にしているのを容易
にする作用がある。さらに本発明のレーザ素子では、ｎ
パッド電極２２、及びｐパッド電極３２を、部分的に形
成せずに、ストライプ状のｎ電極２１、ｐ電極３１のス
トライプに沿って形成している。このようにパッド電極
の面積を大きくすることでも、閾値電圧の低下には有効
である。

【００１６】また、サファイア、スピネルのような絶縁
性の基板を用いて同一面側から２種類の電極を取り出し
た構造のレーザ素子では、ヒートシンク、サブマウント
等の支持体にボンディングする場合、電極と支持体とが
向かい会って、電極をダイレクトにボンディングするフ
ェースダウンボンディングと、基板と支持体とが向かい
合って、電極をワイヤーボンディングするフェースアッ
プボンディングと、２種類のボンディング形態がある
が、窒化物半導体の場合、フェースアップボンディング
の方が、基板面全体がヒートシンクに接しているため、
ヒートシンクへの接触面積が大きくなり、放熱性が向上
し、素子寿命が長くなる傾向にある。またフェースアッ
プボンディングの方が電極間ショートが少なくなり、素
子の信頼性も向上する。

【００１７】

【実施例】以下、図１および図２を元にして、ＭＯＶＰ
Ｅ法により本発明のレーザ素子を作製する方法を述べ
る。

【００１８】サファイア（Ｃ面）よりなる基板１を反応
容器内にセットし、容器内を水素で十分置換した後、水
素を流しながら、基板の温度を１０５０℃まで上昇さ
せ、基板のクリーニングを行う。基板１にはサファイア
Ｃ面の他、Ｒ面、Ａ面を主面とするサファイア、その
他、スピネル（ＭｇＡ１₂Ｏ₄）のような絶縁性の基板を
用いた場合、得られるレーザ素子は同一面側にｎ電極
と、ｐ電極が形成された構造となるが、絶縁性基板の
他、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、ＺｎＳ、Ｚｎ
Ｏ、ＧａＡｓ、ＧａＮ等の半導体基板を用い、同一面側
にある窒化物半導体層にｎ電極と、ｐ電極を設ける構造
とすることもできる。

【００１９】続いて、温度を５１０℃まで下げ、キャリ
アガスに水素、原料ガスにアンモニアとＴＭＧ（トリメ
チルガリウム）とを用い、基板１上にＧａＮよりなるバ
ッファ層（図示せず。）を約２００オングストロームの
膜厚で成長させる。バッファ層はＡｌＮ、ＧａＮ、Ａｌ
ＧａＮ等が９００℃以下の温度で、膜厚数十オングスト
ロームから数百オングストロームの膜厚で成長できる。
このバッファ層は、基板と窒化物半導体との格子状数不
整を緩和するために形成されるが、窒化物半導体と格子
整合した基板、格子状数の近い基板等を使用する際、ま
た窒化物半導体の成長方法等によっては省略することも
可能である。

【００２０】バッファ層成長後、ＴＭＧのみ止めて、温
度を１０３０℃まで上昇させる。１０３０℃になった
ら、同じく原料ガスにＴＭＧ、アンモニア、ドーパント
ガスにシランガスを用い、Ｓｉドープｎ型ＧａＮよりな
るｎ型コンタクト層２を４μｍ成長させる。ｎ型コンタ
クト層２は、ｎ電極を形成して電子を注入する層であ
り、Ｉｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X＋Y≦
１）で構成することができ、特にＧａＮ、ＡｌＧａＮ、
その中でもＳｉをドープしたＧａＮで構成することによ
り、キャリア濃度の高い層が得られ、またｎ電極と好ま
しいオーミック接触が得られるので、ＬＤの閾値電流を
低下させることができる。ｎ電極の材料としてはＡ１、
Ｔｉ、Ｗ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、ｌｎ等の金属、若しくは
合金が好ましいオーミック接触が得られる。ｎ型コンタ
クト層２の膜厚は特に規定するものではないが、０．５
μｍ〜５μｍ程度で成長させることが望ましい。

【００２１】次に、温度を８００℃にして、原料ガスに
ＴＭＧ、ＴＭ１（トリメチルインジウム）、アンモニ
ア、不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉドープｌｎ0.
1Ｇａ0.9Ｎよりなるクラック防止層（図示せず。）を５
００オングストロームの膜厚で成長させる。クラック防
止層は、特に図示していないが、ｌｎを含むｎ型の窒化
物半導体、好ましくはｌｎＧａＮで成長させることによ
り、次に成長させるｎ型クラッド層としての光閉じ込め
層３を厚膜で成長させることが可能となり、非常に好ま
しい。ＬＤの場合は光閉じ込め層となる層を、例えば
０．１μｍ以上の膜厚で成長させる必要がある。従来で
はＧａＮ、ＡＩＧａＮ層の上に直接、厚膜のＡＩＧａＮ
を成長させると、後から成長させたＡＩＧａＮにクラッ
クが入るので素子作製が困難であったが、クラック防止
層を成長させることにより、次に成長させる光閉じ込め
層にクラックが入るのを防止することができる。なお、
このクラック防止層は１００オングストーム以上、０．
５μｍ以下の膜厚で成長させることが好ましい。１００
オングストロームよりも薄いと前記のようにクラック防
止として作用しにくく、０．５μｍよりも厚いと、結晶
自体が黒変する傾向にある。なお、このクラック防止層
は成長方法、成長装置等の条件によっては省略すること
もできるが、ＬＤを作製する上では成長させることが望
ましい。

【００２２】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、アンモニ
ア、ＳｉＨ₄を用い、Ｓｉドープｎ型ＡＩ0.2Ｇａ0.8Ｎ
よりなるｎ型光閉じ込め層３を０．５μｍの膜厚で成長
させる。このｎ型光閉じ込め層はキャリア閉じ込め層、
及び光閉じ込め層としてのクラッド層として作用し、Ａ
Ｉを含むｎ型の窒化物半導体、好ましくはＡＩＧａＮ
を、０．１μｍ以上、２μｍ以下の膜厚で成長させるこ
とが望ましい。

【００２３】続いて、Ｓｉドープｎ型ＧａＮよりなるｎ
型光ガイド層４を０．２μｍの膜厚で成長させる。この
ｎ型光ガイド層４は、光ガイド層としてのクラッド層と
して作用し、ＧａＮ若しくはｌｎＧａＮを、５０オング
ストローム以上、０．５μｍ以下の膜厚で成長させるこ
とが望ましい。

【００２４】次に、原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモ
ニアを用いて活性層５を成長させる。活性層は温度を８
００℃に保持して、まずノンドープｌｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよ
りなる井戸層を２５オングストロームの膜厚で成長させ
る。次にＴＭＩのモル比を変化させるのみで同一温度
で、ノンドープｌｎ0.01Ｇａ0.95Ｎよりなる障壁層を５
０オングストロームの膜厚で成長させる。この操作を２
回繰り返し、最後に井戸層を積層した多重量子井戸構造
の活性層を成長させる。活性層はｌｎを含む窒化物半導
体よりなる井戸層を含むように構成し、好ましくは三元
混晶のＩｎＧａＮよりなる井戸層が望ましい。三元混晶
のｌｎＧａＮは四元混晶のものに比べて結晶性が良い物
が得られるので、発光出力が向上する。その中でも、特
に好ましくは活性層をＩｎＧａＮよりなる井戸層と、井
戸層よりもバンドギャッブの大きい窒化物半導体よりな
る障壁層とを積層した多重量子井戸構造（ＭＱＷ：Mult
i‐quantum-well）とする。障壁層も同様に三元混晶の
Ｉｎ_X'Ｇａ_1-X'Ｎ（０≦X'＜１、X’＜X）が好ましく、
井戸＋障壁＋井戸＋・・・十障壁＋井戸（その逆でも
可）となるように積層してＭＱＷを構成する。このよう
に活性層をｌｎＧａＮを積層したＭＱＷとすると、量子
準位間発光で約３６５ｎｍ〜６６０ｎｍ間での高出力な
ＬＤを実現することができる。さらに、井戸層の上にｌ
ｎＧａＮよりなる障壁層を積層すると、ｌｎＧａＮより
なる障壁層はＡＩＧａＮに比べて結晶が柔らかい。その
ためクラッド層のＡＩＧａＮの厚さを厚くできるのでレ
ーザ発振が実現できる。さらに、ｌｎＧａＮとＡＩＧａ
Ｎとでは結晶の成長温度が異なる。例えばＭＯＶＰＥ法
ではｌｎＧａＮは６００℃〜８００℃で成長させるのに
対して、ＡＩＧａＮは９００℃より高い温度で成長させ
る。従って、ｌｎＧａＮよりなる井戸層を成長させた
後、ＡＩＧａＮよりなる障壁層を成長させようとすれ
ば、成長温度を上げてやる必要がある。成長温度を上げ
ると、先に成長させたｌｎＧａＮ井戸層が分解してしま
うので結晶性の良い井戸層を得ることは難しい。さらに
井戸層の膜厚は数十オングストロームしかなく、薄膜の
井戸層が分解するとＭＱＷを作製するのが困難となる。
それに対し、障壁層もｌｎＧａＮとすると、井戸層と障
壁層が同一温度で成長できる。従って、先に形成した井
戸層が分解することがないので結晶性の良いＭＱＷを形
成することができる。これはＭＱＷの最も好ましい態様
を示したものであるが、他に井戸層をｌｎＧａＮ、障壁
層をＧａＮ、ＡＩＧａＮのように井戸層よりも障壁層の
バンドギャップエネルギーを大きくすればどのような組
成でも良い。また活性層を単一の井戸層のみで構成した
単一量子井戸構造としても良い。このように、ＩｎＧａ
Ｎを井戸層とする量子井戸構造を実現することにより高
出力に発光する。この量子井戸構造においてはＩｎＧａ
Ｎ井戸層において、Ｉｎ組成の不均一があり、Ｉｎ組成
のより大きいＩｎＧａＮポテンシャル底が形成されてお
り、量子箱が形成されている可能性が大である。この場
合は量子箱レーザとして発振している。

【００２５】次に温度を１０５０℃に上げ、ＴＭＧ、Ｔ
ＭＡ、アンモニア、ＣＰ2Ｍｇ（シクロベンタジエニル
マグネシウム）を用い、活性層よりもバンドギャップエ
ネルギーが大きい、Ｍｇドープｐ型ＡＩ0.1Ｇａ0.9Ｎよ
りなるキャップ層（図示せず。）を３００オングストロ
ームの膜厚で成長させる。このキャップ層は、本実施例
ではｐ型としたが、膜厚が薄いため、ｎ型不純物をドー
プしてキャリアが補償されたｉ型としても良い。このキ
ャップ層は活性層に接してｎ型層側に形成しても良く、
際厚は０．１μｍ以下、さらに好ましくは０．０５μｍ
（５００オングストローム）以下、最も好ましくは３０
０オングストローム以下に調整することが望ましい。な
お、ｎ層側に形成する場合、その導電型はｎ型若しくは
ｉ型にすることは言うまでもない。キャップ層を形成す
ることにより、レーザ素子の出力が格段に向上する。

【００２６】続いて１０５０℃で、バンドギャッブエネ
ルギーがキャップ層よりも小さい、Ｍｇドープｐ型Ｇａ
Ｎよりなるｐ型光ガイド層６を０．２μｍの膜厚で成長
させる。この層は、光ガイド層としてのｐ型クラッド層
として作用し、ｎ型光ガイド層４と同じくＧａＮ、ｌｎ
ＧａＮを５０オングストローム以上、０．５μｍ以下の
膜厚で成長させることが望ましい。また、この層はｐ型
光閉じ込め層７を成長させる際のバッファ層としても作
用する。

【００２７】続いて１０５０℃で、バンドギャッブエネ
ルギーがｐ型光ガイド層６よりも大きい、Ｍｇドープｐ
型ＡＩ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなるｐ型光閉じ込め層７を０．
５μｍの膜厚で成長させる。この層はｎ型光閉じ込め層
４と同じく、キャリア閉じ込め層、及び光閉じ込め層と
してのクラッド層として作用し、ＡＩを含む窒化物半導
体、好ましくはＡＩＧａＮを０．５μｍ以上、２μｍ以
下の膜厚で成長させることが望ましい。活性層５、キャ
ップ層、ｐ型光ガイド層６、ｐ型光閉じ込め層７につい
ての作用を次に述べる。

【００２８】本実施例のＬＤでは、ｌｎを含む窒化物半
導体よりなる活性層に接して、ＡＩを含む窒化物半導体
よりなるｐ型キャップ層が設けられている。つまり活性
層５のバンドギャッブエネルギーよりも大きく、さらに
光ガイド層６よりも大きなバンドギャッブエネルギーを
有するキャップ層が、活性層に接して設けられている。
しかも、キャップ層の膜厚を薄く設定してあるため、キ
ャリアのバリアとして作用することはなく、ｎ層から注
入された電子と、ｐ層から注入された正孔とが、トンネ
ル効果によりキャップ層を通り抜けることができて、活
性層で効率よく再結合する。そして注入されたキャリア
は、キャップ層のバンドギャッブエネルギーが大きいた
め、半導体素子の温度が上昇しても、あるいは注入電流
密度が増えても、キャリアは活性層をオーバーフローせ
ず、キャップ層で阻止されるため、キャリアが活性層に
貯まり、効率よく発光することが可能となる。従って、
半導体素子が温度上昇しても発光効率が低下することが
少ないので、閾値電流、閾値電圧の低いＬＤを実現する
ことができる。これは、同様にｎ型層側についても言え
ることであり、活性層５と、ｎ型光ガイド層４との間
に、活性層５、及びｎ型光ガイド層４のバンドギャッブ
エネルギーよりも大きい、ｎ型若しくはｉ型の窒化物半
導体層を膜厚０．１μｍ以下、さらに好ましくは０．０
５μｍ（５００オングストローム）以下、最も好ましく
は３００オングストローム以下で形成することにより、
温度特性に優れたＬＤ素子を実現できる。

【００２９】最後に、１０５０℃でＭｇドープｐ型Ｇａ
Ｎよりなるｐ型コンタクト層８を０．５μｍの膜厚で成
長させる。ｐ型コンタクト層８はｐ型Ｉｎ_XＡｌ_YＧａ
_1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）で構成することが
でき、特にｌｎＧａＮ、ＧａＮ、その中でもＭｇをドー
プしたｐ型ＧａＮとすると、最もキャリア濃度の高いｐ
型層が得られて、ｐ電極と良好なオーミック接触が得ら
れ、閾値電流を低下させることができる。ｐ電極の材料
としてはＮｉ、Ｐｄ、ｌｒ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｕ等
の比較的仕事関数の高い金属又は合金がオーミックが得
られやすい。

【００３０】反応終了後、温度を室温まで下げ、再度反
応容器中、窒素雰囲気中で、７００℃でウェーハのアニ
ーリングを行い、全てのｐ型層をさらに低抵抗化する。

【００３１】図３〜図５は本実施例の一工程において得
られるウェーハの部分的な構造を示す模式断面図であ
り、図１と同じくストライプ状の電極に垂直な方向で素
子を切断した際の図を示している。以下の工程は、これ
らの図を元に説明する。

【００３２】以上のようにして窒化物半導体を成長した
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８の表面に所定の形状のマスクを形成し、ＲＩＥ
（反応性イオンエッチング）装置にて、ｎ型コンタクト
層２の平面が露出するまでエッチングを行う。このエッ
チングによりｎ型コンタクト層２より上部に積層されて
いる窒化物半導体層が５０μｍのストライプ幅を有する
ストライプ形状で露出される。

【００３３】次に露出したｎ型コンタクト層２の全面
と、最上層のストライプ状のｐ型コンタクト層８の一部
にマスクを形成して、ｐ型コンタクト層８及びｐ型光閉
じ込め層７を２μｍのストライプ幅でエッチングして、
リッジ形状とする。これらのエッチング工程により、ｎ
電極を形成すべきストライプ状のｎ型コンタクト層２の
平面と、ｐ電極を形成すべき２μｍ幅のストライプ状の
ｐ型コンタクト層が露出される。図３にウェーハの構造
を示す。

【００３４】両コンタクト層を露出させた後、ｎ型コン
タクト層２に所定の形状のマスクを形成して、ｎ型コン
タクト層のほぼ全面にＴｉとＡｌとを含むｎ電極２１
を、図４に示すように形成する。但し、ｎ電極２１と活
性層のある窒化物半導体層のエッチング端面との距離は
２μｍ残すものとする。一方、２μｍのストライプ幅の
ｐ型コンタクト層８の平面全面にもＮｉとＡｕを含むｐ
電極３１を形成する。図４は電極形成後のウェーハの構
造を示す模式断面図である。なお、ｎ電極２１およびｐ
電極３１がそれぞれのコンタクト層に占める面積は９０
％以上ある。

【００３５】電極形成後、図５に示すようにｎ電極２１
の平面の一部を残し、エッチングにより露出された活性
層を含む窒化物半導体層の端面と、ｎ型電極２１の平面
に渡って、ＳｉＯ₂よりなる保護膜４０をＣＶＤ法によ
り形成する。

【００３６】保護膜４０形成後、ｐ、ｎ両オーミック電
極上の保護膜４０を部分的に除去してコンタクトホール
を形成し、ＡｕとＮｉを含むｎパッド電極２２を保護膜
４０を介してｎ電極２１と電気的に接続するように形成
し、同じくｐ電極３１と電気的に接続したＡｕとＮｉよ
りなるｐパッド電極３２を保護膜４０の表面に渡って形
成する。パッド電極の形状は図２に示す通りである。

【００３７】以上のようにして作製したウェーハをスト
ライプ状の電極に垂直な方向でバー状に切断し、切断面
を研磨して平行鏡を作成した後、平行鏡にＳｉＯ₂とＴ
ｉＯ₂よりなる誘電体多層膜を形成する。最後に電極に
平行な方向で、バーを切断してレーザチッブとした後、
チップをヒートシンクにダイボンドし、それぞれのパッ
ド電極にワイヤーボンディングして、常温でレーザ発振
を試みたところ、しきい値パルス電流１００ｍＡにおい
て、Ｖｆは６Ｖであり、露出させたｎ型コンタクト層の
平面の５０％にあたる面積でｎ電極を形成したものに比
較して、閾値における電圧が５０％以上低下した。さら
に、このＬＤをパルス電流で発振させたところ、寿命は
前述の５０％の面積を有するレーザ素子に比較して、お
よそ３倍に向上した。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、ｎ電極をｎ型コン
タクト層の平面のほぼ全面に形成することにより、閾値
電圧が低下したレーザ素子を実現することができる。ま
た、活性層に接して、活性層及び光ガイド層よりもバン
ドギャップエネルギーが大きいキャップ層が薄く形成さ
れていると、出力の高いレーザ素子が得られる。さらに
この活性層を挟んで、ｎ型コンタクト層のほぼ全面に設
けられたｎ電極を左右対称に配置すると、閾値電圧、閾
値電流の低いレーザ素子が実現でき、連続発振が可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る窒化物半導体素子の
構造を示す模式断面図。

【図２】図１のレーザ素子の形状を示す斜視図。

【図３】本発明の実施例において得られる窒化物半導
体ウェーハの構造を示す模式断面図。

【図４】本発明の実施例において得られる窒化物半導
体ウェーハの構造を示す模式断面図。

【図５】本発明の実施例において得られる窒化物半導
体ウェーハの構造を示す模式断面図。

【符号の説明】

１・・・・基板２・・・・ｎ型コンタクト層３・・・・ｎ型光ガイド層４・・・・ｎ型光閉じ込め層５・・・・活性層６・・・・ｐ型光ガイド層７・・・・ｐ型光閉じ込め層８・・・・ｐ型コンタクト層２１・・・・ｎ電極２２・・・・ｎパッド電極３１・・・・ｐ電極３２・・・・ｐパッド電極４０・・・・保護膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】同一面側にそれぞれ平面が露出されたｐ
型窒化物半導体層とｎ型窒化物半導体層とに、それぞれ
ｐ電極とｎ電極と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ｎ電極はｎ型窒化物半導体層の平面
のほぼ全面に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。
【請求項２】前記ｎ電極はｐ電極に対して左右対称に
設けられてい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。