JPH11204882A

JPH11204882A - 窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法

Info

Publication number: JPH11204882A
Application number: JP824498A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Nagahama; 慎一長濱; Tomoya Yanagimoto; 友弥柳本; Shuji Nakamura; 修二中村
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 1998-01-20
Filing date: 1998-01-20
Publication date: 1999-07-30
Anticipated expiration: 2018-01-20
Also published as: JP3622045B2

Abstract

(57)【要約】【目的】クラッド層から上の層にリッジが設けられて
なるレーザ素子において、クラッド層表面にピットが存
在してもショートせず、しかもリッジ最表面にあるコン
タクト層と安定してオーミックコンタクトが得られるレ
ーザ素子とその製造方法を提供する。【構成】少なくともクラッド層と、コンタクト層とを
順に有し、前記クラッド層を含む層から上の層にリッジ
ストライプが形成されてなる窒化物半導体レーザ素子に
おいて、前記クラッド層はＡｌを含む第１導電型の窒化
物半導体層を有し、一方、リッジストライプの両側面に
は、クラッド層よりも薄い膜厚で第２導電型若しくは半
絶縁性の窒化物半導体層を含む電流阻止層が形成されて
おり、前記電流阻止層及び前記コンタクト層とに渡って
連続した電極が形成されていることにより、その電流阻
止層でピットを埋めて、ショートを無くすることができ
る。

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（Ｉｎ_aＡ
ｌ_bＧａ_1-a-bＮ、０≦a、０≦b、a＋b≦１）よりなるレ
ーザ素子とその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】我々は窒化物半導体基板の上に、活性層
を含む窒化物半導体レーザ素子を作製して、世界で初め
て室温での連続発振１万時間以上を達成したことを発表
した（ICNS'97 予稿集,October 27-31,1997,P444-446、
及びJpn.J.Appl.Phys.Vol.36(1997）pp.L1568-1571、Pa
rt2,No.12A,1 December 1997）。基本的な構造としては
サファイア基板上に、部分的に形成されたＳｉＯ₂膜を
介して選択成長されたｎ−ＧａＮよりなる窒化物半導体
基板の上に、レーザ素子構造となる窒化物半導体層が複
数積層されてなる。（詳細はJ.J.A.P参照）

【０００３】図４はそのレーザ素子の構造を示す模式断
面図である。このレーザ素子はＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ
よりなるＭＱＷ（多重量子井戸構造）の活性層の上に、
ｐ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎよりなるキャップ層、ｐ−ＧａＮ
よりなるガイド層、ｐ−Ａｌ _0.14Ｇａ_0.86Ｎよりなるク
ラッド層、ｐ−ＧａＮよりなるコンタクト層が順に積層
され、前記クラッド層を含む層から上の層にリッジスト
ライプが形成されている。リッジストライプの両側面に
はＳｉＯ₂よりなる絶縁膜が形成され、その絶縁膜を介
して、コンタクト層の表面にｐ電極が形成された構造を
有している。

【０００４】一般にクラッド層から上に形成されたリッ
ジストライプのストライプ幅は非常に狭く調整される。
ストライプ幅が広くなると水平横モードがマルチモード
になりやすいからである。従来、このようなストライプ
幅の狭いコンタクト層の表面に電極を設けるのは、非常
に細かいフォトマスク合わせ技術を必要とするため、工
業的には難しい手法である。

【０００５】また、リッジストライプは、窒化物半導体
のエッチングによって形成されるため、窒化物半導体の
エッチング面に、エッチピットと呼ばれる微細な孔が発
生する可能性がある。クラッド層、コンタクト層に連続
した電極を設けると、仮にクラッド層にそのエッチピッ
トが発生していると、電流がその孔を介してｎ電極とシ
ョートしやすくなり、レーザ素子の信頼性が低下する恐
れがある。

【０００６】また他の技術として、我々は特開平９−４
２６６５１号公報において、リッジ側面に、クラッド層
よりも屈折率の小さい窒化物半導体よりなる埋め込み層
を形成することを提案した。しかしこの技術では、埋め
込み層の上に新たにＧａＮよりなるコンタクト層を成長
させる必要がある。埋め込み層は単一層でＡｌ混晶比の
大きい層であるために、結晶性がＧａＮに比較して悪
い。そのためこの埋め込み層の上にＧａＮよりなるコン
タクト層を成長しても結晶性があまり良くならないため
に、電極とのオーミック接触が悪くなって、閾値電圧が
上昇する傾向にある。

【０００７】

【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、クラッド層から上の層にリッジが設け
られてなるレーザ素子において、クラッド層表面にピッ
トが存在してもショートせず、しかもリッジ最表面にあ
るコンタクト層と安定してオーミックコンタクトが得ら
れるレーザ素子とその製造方法を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の窒化物半導体レ
ーザ素子は、少なくともクラッド層と、コンタクト層と
を順に有し、前記クラッド層を含む層から上の層にリッ
ジストライプが形成されてなる窒化物半導体レーザ素子
において、前記クラッド層はＡｌを含む第１導電型の窒
化物半導体層を有し、一方、リッジストライプの両側面
には、クラッド層よりも薄い膜厚で第２導電型若しくは
半絶縁性の窒化物半導体層を含む電流阻止層が形成され
ており、前記電流阻止層及び前記コンタクト層とに渡っ
て連続した電極が形成されてなることを特徴とする。

【０００９】また本発明のレーザ素子において、前記電
流阻止層はＡｌを含む第２導電型若しくは半絶縁性の窒
化物半導体層を有する多層膜を有し、前記クラッド層の
Ａｌの平均組成より多層膜のＡｌの平均組成が大きいこ
とを特徴とする。

【００１０】さらに、前記クラッド層及びコンタクト層
は、結晶欠陥の多い領域と、結晶欠陥の少ない領域とを
ストライプ状に有するＧａＮよりなる基板上に、複数の
窒化物半導体層を介して成長されており、前記リッジス
トライプは、そのＧａＮ基板の結晶欠陥の少ない領域に
対応する位置にストライプ状に形成されていることを特
徴とする。

【００１１】また、本発明のレーザ素子の製造方法は、
少なくともＡｌを含む第１導電型の窒化物半導体層を有
するクラッド層の上に、同じく第１導電型の窒化物半導
体層を有するコンタクト層を備えたウェーハの、そのコ
ンタクト層の表面に、ストライプ状の保護膜を形成する
第１の工程と、第１の工程後、前記コンタクト層側から
エッチングを行い、前記クラッド層及びコンタクト層に
前記保護膜の形状と対応したリッジストライプを形成す
る第２の工程と、第２の工程後、前記保護膜が形成され
た状態でリッジストライプの側面に、クラッド層よりも
薄い膜厚で、第２導電型若しくは半絶縁性の窒化物半導
体層を有する電流阻止層を形成する第３の工程とを具備
することを特徴とする。

【００１２】さらに本発明の製造方法において、第３の
工程後、前記コンタクト層及び埋め込み層とに渡って連
続した電極を形成する第４の工程とを具備することを特
徴とする。

【００１３】本発明の製造方法において、前記クラッド
層及びコンタクト層は、結晶欠陥の多い領域と、結晶欠
陥の少ない領域とをストライプ状に有するＧａＮよりな
る基板上に複数の窒化物半導体層を介して成長されてお
り、前記保護膜を、結晶欠陥の少ないＧａＮ基板に対応
したコンタクト層の表面にストライプ状に形成すること
を特徴とする。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明のレーザ素子において、ク
ラッド層を構成するＡｌを含む第１導電型の窒化物半導
体層は、ｐ型Ａｌ_XＧａ_1-XＮ（０＜X＜１）層を含む超
格子層とすることが望ましい。なお２種類の窒化物半導
体を積層した超格子とする場合、ＡｌＧａＮはいずれか
一方の層に成長してあれば良く、両方ともＡｌＧａＮと
する必要はない。具体的には、一方がＡｌＧａＮ層、も
う一方がＩｎＧａＮ若しくはＧａＮ層を交互に積層した
超格子とすると、結晶性が良くＡｌ平均組成の大きいク
ラッド層を厚膜で成長させることができる。超格子を構
成する窒化物半導体層の膜厚は７０オングストローム以
下、好ましくは５０オングストローム以下とすると、窒
化物半導体の単一層が臨界限界膜厚以下となるので、Ａ
ｌ混晶比の大きい窒化物半導体層が成長できる。また、
クラッド層を超格子とすると、そのクラッド層全体の結
晶性も良くなるために、リッジ形状にエッチングした
後、そのクラッド層の表面に新たに電流阻止層を形成す
る際、ピット、クラックがほとんどない結晶性の良い電
流阻止層が成長できる。

【００１５】クラッド層の膜厚は、２．０μｍ以下にす
ることが望ましい。２．０μｍよりも厚くするとクラッ
ド層の抵抗値が高くなって閾値が上昇する。好ましい膜
厚は１．５μｍ以下、さらに好ましくは１．０μｍ以下
である。下限については特に限定しないが、キャリア閉
じ込めとしてのクラッド層として作用させるためには、
５０オングストーム以上の膜厚があることが望ましい。
クラッド層を超格子とした場合には、Ａｌ平均組成とし
ては５０％以下が望ましい。例えば、クラッド層全体の
厚さを２．０μｍ以下として、かつそのクラッド層に含
まれる３族元素に対するＡｌ平均組成（％）と、ｐ側ク
ラッド層全体の厚さ（μｍ）との積が４．４以上となる
ように構成すると、光閉じ込めが良く、抵抗値も小さい
クラッド層が形成できる。

【００１６】一方、電流阻止層を形成する第２導電型若
しくは半絶縁性の窒化物半導体層は、ｎ型若しくはｉ型
（insulater）のＡｌ_YＧａ_1-YＮ（０≦Y＜１、但しX＜
Y）を含む層とすることが望ましく、クラッド層のよう
に超格子層とすることもできる。さらに、クラッド層よ
りもＡｌ平均組成の大きい層とすると、電流阻止層の屈
折率が小さくなるので、リッジ下部に導波路を形成し
て、水平横モードがシングルモードのレーザ光を得るこ
とができる。

【００１７】さらに、電流阻止層の膜厚はクラッド層の
膜厚よりも薄くする必要がある。この層の膜厚を厚くす
ると、コンタクト層の上に形成した保護膜の上に電流阻
止層が成長してしまうため、保護膜を後で除去すること
が難しくなる。また電流阻止層のＡｌ平均組成をクラッ
ド層よりも大きくした場合、Ａｌ量が多い窒化物半導体
は少ないものに比較して、その結晶欠陥が多い傾向にあ
る。従って、Ａｌ混晶比の大きい電流阻止祖を厚く成長
させると、結晶中にクラックが入りやすくなり、ピット
が発生しやすくなる傾向にある。従って電流阻止層の好
ましい膜厚としては１μｍ以下、さらに好ましくは０．
８μｍ以下、最も好ましくは０．５μｍ以下に調整す
る。

【００１８】なお、リッジのストライプ幅は３０μｍ以
下、さらに好ましくは２０μｍ以下、最も好ましくは１
０μｍ以下に調整する。３０μｍよりも太いとレーザ光
の水平横モードがマルチモードとなりやすい傾向にあ
る。下限は特に限定しないが通常０．５μｍ以上にす
る。

【００１９】さらに、本発明のレーザ素子では電流阻止
層と、コンタクト層とに渡って連続した電極が形成され
ている。特開平９−４２６６５１号では電流阻止層の上
に後からコンタクト層が成長されているために、リッジ
の最上部に結晶性の良いコンタクト層が成長できなかっ
たが、本発明のレーザ素子では、リッジ形成時に既にコ
ンタクト層が成長されており、後から電流阻止層が形成
されるため、コンタクト層の結晶性が変わらない。従っ
て、ｐ電極に対して常に安定したオーミック接触が得ら
れる。

【００２０】また本発明の請求項２では、前記電流阻止
層はＡｌを含む第２導電型若しくは半絶縁性の窒化物半
導体層を有する多層膜を有し、前記クラッド層のＡｌの
平均組成より多層膜のＡｌの平均組成が大きいことを特
徴としている。これは先にも述べたように、電流阻止層
のＡｌ組成を大きくすることによって、その屈折率が、
クラッド層の屈折率よりも小さくなり、リッジ下部に光
を集中させて導波路領域を作製することができる。Ａｌ
組成がクラッド層よりも小さいと埋め込み層の方の屈折
率が大きくなるため、水平横方向の屈折率差が小さくな
り、リッジの効果が得られにくくなる傾向にある。また
多層膜、好ましくは超格子とすることによって、Ａｌ組
成の大きい層を成長できる。なお、電流阻止層はクラッ
ド層と異なり、その上にコンタクト層のような層を成長
させないため、少々結晶性は悪くても良いので、特に膜
厚の薄い窒化物半導体を積層した超格子としなくても、
例えば数百オングストロームの窒化物半導体を積層した
多層膜としても良い。

【００２１】本発明において、クラッド層、埋め込み層
を多層膜、または超格子とする場合、その層のＡｌの平
均組成は次のように求めるものとする。例えば２５オン
グストロームのＡｌ_0.5Ｇａ_0.5Ｎと、２５オングストー
ムのＧａＮとを２００ペア（１．０μｍ）積層した超格
子の場合、１ペアが５０オングストローム、Ａｌを含む
層のＡｌ混晶比が０．５であるため、０．５（２５／５
０）＝０．２５となり、超格子における３族元素に対す
るＡｌ平均組成は２５％である。一方、膜厚が異なる場
合、Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ｎを４０オングストロームと、Ｇａ
Ｎを２０オングストロームとで積層した場合、膜厚の加
重平均を行い、０．５（４０／６０）＝０．３３とな
り、Ａｌ平均組成は３３．３％とする。即ちＡｌを含む
窒化物半導体層のＡｌ混晶比を、その窒化物半導体層が
超格子１ペアの膜厚に占める割合に乗じたものを本発明
におけるＡｌ平均組成とする。またＡｌを両方含む場合
も同様であり、例えばＡｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ２０オングスト
ローム、Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ３０オングストロームの場合
も、０．１（２０／５０）＋０．２（３０／５０）＝
０．１６、即ち１６％をＡｌ平均組成とする。なお以上
の例はＡｌＧａＮ／ＧａＮ、ＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮに
ついて説明したが、ＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮについても
同じ算出方法を適用するものとする。従って、クラッド
層、埋め込み層を成長させる場合には、以上の算出方法
に基づいて成長方法を設計できる。また、Ａｌ平均組成
は、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析装置）、オージェ等
の分析装置を用いても検出できる。

【００２２】

【実施例】図１は本発明の一実施例に係るレーザ素子の
構造を示す模式断面図であり、図２は、図１のレーザ素
子の活性層から上の層を拡大して示す斜視図、図３は本
発明の製造方法の第１〜第４の各工程において得られる
ウェーハの構造を部分的に示す模式断面図である。これ
らの図において、同一符号は同一部材を示している。こ
れらの図を元に本発明の実施例を以下詳説する。

【００２３】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１の上に、ＭＯＶＰＥ法を用い、５０
０℃で、ＧａＮよりなるバッファ層（図示せず）を２０
０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２μｍの膜厚で成長させる。この下地層２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。下地
層２はＡｌ混晶比X値が０．５以下のＡｌ_XＧａ _1-XＮ
（０≦X≦０．５）を成長させることが望ましい。０．
５を超えると、結晶欠陥というよりも結晶自体にクラッ
クが入りやすくなってしまうため、結晶成長自体が困難
になる傾向にある。また膜厚はバッファ層よりも厚い膜
厚で成長させて、１０μｍ以下の膜厚に調整することが
望ましい。基板はサファイアの他、ＳｉＣ、ＺｎＯ、ス
ピネル、ＧａＡｓ等、窒化物半導体を成長させるために
知られている、窒化物半導体と異なる材料よりなる基板
を用いることができる。

【００２４】下地層２成長後、ウェーハを反応容器から
取り出し、この下地層２の表面に、ストライプ状のフォ
トマスクを形成し、ＣＶＤ装置によりストライプ幅１０
μｍ、ストライプ間隔（窓部）２μｍのＳｉＯ₂よりな
る第１の保護膜３を１μｍの膜厚で形成する。なおスト
ライプ状の保護膜を形成する際、窓部よりも保護膜の面
積を大きくする方が、結晶欠陥の少ないＧａＮ基板４が
成長しやすい。第１の保護膜３の材料としては、例えば
酸化ケイ素（ＳｉＯ_X）、窒化ケイ素（Ｓｉ_XＮ _Y）、酸
化チタン（ＴｉＯ_X）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_X）等
の酸化物、窒化物、またこれらの多層膜の他、１２００
℃以上の融点を有する金属等を用いることができる。こ
れらの保護膜材料は、窒化物半導体の成長温度６００℃
〜１１００℃の温度にも耐え、その表面に窒化物半導体
が成長しないか、若しくは成長しにくい性質を有してい
る。

【００２５】第１の保護膜３形成後、ウェーハを再度Ｍ
ＯＶＰＥの反応容器内にセットし、温度を１０５０℃に
して、アンドープＧａＮよりなるＧａＮよりなるＧａＮ
基板４を２０μｍの膜厚で成長させる。このように異種
基板の上に成長させた窒化物半導体よりなる下地層の上
に、ストライプ状の保護膜を形成し、その保護膜の窓部
から保護膜上部に横方向に窒化物半導体を成長させる
と、基板となるような結晶欠陥の少ない半導体層が得ら
れる。ＧａＮ基板４はこの他ハライド気相成長法（ＨＶ
ＰＥ）を用いて成長させることもできる。ＧａＮ基板は
Ｉｎ、Ａｌを含まないアンドープのＧａＮを成長させる
ことが結晶欠陥が最も少なくなるので最も好ましい。以
上のようにして成長したＧａＮ基板は保護膜のストライ
プ形状に対応して、ストライプ状に結晶欠陥の多い位置
と、少ない位置とを有している。

【００２６】次に、ＧａＮ基板４の上にＳｉを３×１０
¹⁸／cm³ドープしたｎ型ＧａＮよりなるｎ側コンタクト
層５を５μｍの膜厚で成長させる。このｎ側コンタクト
層はｎ電極を形成するためのコンタクト層として作用す
る。

【００２７】次に、温度を８００℃にしてＩｎ_0.06Ｇａ
_0.94Ｎよりなるクラック防止層６を０．１５μｍの膜厚
で成長させる。

【００２８】続いて、１０５０℃で、Ｓｉを１×１０¹⁹
／cm³ドープしたｎ型Ａｌ_0.16Ｇａ₀ _.84Ｎ層を２５オン
グストロームの膜厚で成長させ、続いてアンドープＧａ
Ｎ層を２５オングストロームの膜厚で成長させる。そし
てこれらの層を交互に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側クラッド層７を成長
させる。なおｎ側クラッド層に、バンドギャップエネル
ギーが異なる窒化物半導体を積層した超格子を作製した
場合、不純物はいずれか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閾値が低下しやすい傾向にあ
る。

【００２９】続いて、１０５０℃でアンドープＧａＮよ
りなるｎ側光ガイド層８を０．１μｍの膜厚で成長させ
る。このｎ側光ガイド層は、活性層の光ガイド層として
作用し、ＧａＮ、ＩｎＧａＮを成長させることが望まし
く、通常１００オングストローム〜５μｍ、さらに好ま
しくは２００オングストローム〜１μｍの膜厚で成長さ
せることが望ましい。

【００３０】次に、温度を８００℃にして、アンドープ
Ｉｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ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。次に同一温度で、アンドープＩ
ｎ_0. ₀₁Ｇａ_0.95Ｎ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る。井戸層と障壁層とを順に積層
し、最後に障壁層で終わり、総膜厚４４０オングストロ
ームの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層９を成長さ
せる。活性層は本実施例のようにアンドープでもよい
し、またｎ型不純物及び／又はｐ型不純物をドープして
も良い。不純物は井戸層、障壁層両方にドープしても良
く、いずれか一方にドープしてもよい。

【００３１】次に、温度を１０５０℃で、ｐ側光ガイド
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Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎよ
りなるｐ側キャップ層１０を３００オングストロームの
膜厚で成長させる。このｐ型キャップ層は０．１μｍ以
下の膜厚で形成することにより素子の出力が向上する傾
向にある。膜厚の下限は特に限定しないが、１０オング
ストローム以上の膜厚で形成することが望ましい。

【００３２】続いて、１０５０℃で、バンドギャップエ
ネルギーがｐ側キャップ層１０よりも小さい、アンドー
プＧａＮよりなるｐ側光ガイド層１１を０．１μｍの膜
厚で成長させる。この層は、活性層の光ガイド層として
作用し、ｎ側光ガイド層８と同じくＧａＮ、ＩｎＧａＮ
で成長させることが望ましい。

【００３３】続いて、１０５０℃でＭｇを１×１０²⁰／
cm³ドープしたｐ型Ａｌ_0.16Ｇａ_0.8 ₄Ｎ層を２５オング
ストロームの膜厚で成長させ、続いてアンドープＧａＮ
層を２５オングストロームの膜厚で成長させ、これらの
層を交互に積層して総膜厚０．６μｍの超格子層よりな
るｐ側クラッド層１２を成長させる。このｐ側クラッド
層はＡｌの平均組成が８％であるので、膜厚との積は
４．８である。なお、ｐ側クラッド層も少なくとも一方
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、不純物はいずれか一方の層に多くド
ープして、いわゆる変調ドープを行うと閾値が低下しや
すい傾向にある。

【００３４】次に１０５０℃で、ｐ側クラッド層１２の
上に、Ｍｇを２×１０²⁰／cm³ドープしたｐ型ＧａＮよ
りなるｐ側コンタクト層１３を１５０オングストローム
の膜厚で成長させる。ｐ側コンタクト層１３はｐ型のＩ
ｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、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２０と最も好ましいオーミック接触が
得られる。

【００３５】最後に、窒化物半導体を積層成長させたウ
ェーハを反応容器内において、窒素雰囲気中７００℃で
アニーリングを行い、ｐ型不純物をドープした層をさら
に低抵抗化させる。

【００３６】（第１の工程）以上のようにして、窒化物
半導体を積層したウェーハを反応容器から取り出し、図
３（ａ）に示すように、ＣＶＤ装置を用いて、最上層の
ｐ側コンタクト層１３の表面に、２μｍのストライプ幅
を有するＳｉＯ₂よりなる第２の保護膜３０を１μｍの
膜厚で形成する。なお先にＧａＮ基板４を成長した時
に、第１の保護膜をストライプ状に形成してあるため、
ＧａＮ基板の表面には表面に現れた結晶欠陥もストライ
プ状に現れやすい傾向にある。このため第２の保護膜を
形成する際は、ＧａＮ基板表面の結晶欠陥の少ないとこ
ろ（例えば１×１０⁸個／cm²以下、好ましくは１×１０
⁷個／cm²以下）の上部にあるｐ側コンタクト層１３の表
面に対応した位置にストライプ状に形成すると、ＧａＮ
基板の結晶欠陥が活性層に転位しにくくなるためレーザ
素子の寿命が向上する。

【００３７】（第２の工程）次にウェーハをＲＩＥ（反
応性イオンエッチング）装置に移し、図３（ｂ）に示す
ようにｐ側コンタクト層１３と、ｐ側クラッド層１２の
一部とをエッチングして、第２の保護膜の形状に対応し
たリッジストライプを形成する。このエッチングにより
露出したクラッド層の表面にピットが発生する可能性が
あるが、後で電流阻止層で埋めることができる。

【００３８】（第３の工程）リッジストライプ形成後、
保護膜をつけたまま、再度ウェーハを反応容器内に移
し、１０５０℃で、Ｓｉを１×１０¹⁹／cm³ドープした
ｎ型Ａｌ_0.20Ｇａ_0.80Ｎ層を５０オングストロームの膜
厚で成長させ、続いてＳｉを同量ドープしたＧａＮ層を
５０オングストロームの膜厚で成長させ、これらを交互
に積層して総膜厚０．５μｍの超格子よりなる電流阻止
層１４を形成する。このようにｐ型コンタクト層１３が
リッジに残ったまま、そのリッジ側面に電流阻止層１４
を形成すると、リッジ形成後にコンタクト層を成長させ
るのと異なり、コンタクト層の膜質が安定しているの
で、電極と安定してオーミックが得られる。

【００３９】電流阻止層１４成長後、ウェーハを反応容
器から取り出し、第２の保護膜３０をフッ酸で除去した
後、最上層の窒化物半導体層に所定の形状の保護膜を形
成し、図１に示すように、ｎ側コンタクト層５の表面が
露出するまでエッチングする。

【００４０】（第４の工程）エッチング終了後、保護膜
を除去し、図３（ｄ）に示すように、電流阻止層１４及
びｐ側コンタクト層１３の表面に渡って連続したＮｉ／
Ａｕよりなるオーミック用のｐ電極を形成する。このｐ
電極は大面積で形成できるため、ボンディングを行うの
に容易となる。

【００４１】一方、先ほど露出させたｎ側コンタクト層
の表面にはＴｉ／Ａｌよりなるオーミック用のｎ電極２
１を形成する。

【００４２】以上のようにして、ｎ電極とｐ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、バーを切断してレーザ素
子とする。なおサファイア基板を研磨する際に、第１の
保護膜３まで研磨して除去し、ＧａＮ基板４を露出させ
ても良い。ＧａＮ基板４を露出させる際、ＧａＮ基板の
成長膜厚を８０μｍ以上に調整しないと、研磨中にウェ
ーハが細かく割れてしまい、素子作成が難しくなる傾向
にある。またＧａＮ基板を８０μｍ以上成長させた後、
サファイア基板１、下地層２、第１の保護膜３を除去
し、ＧａＮ基板のみとして、そのＧａＮ基板の上に前記
ｎ側コンタクト層５から上の層を積層することもでき
る。

【００４３】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、室温において連続発振を示
し、単レーザ光のＦＦＰは単一で、その形状も楕円形で
形の良いものが得られていた。また、レーザ素子の特性
に関しても、同一ウェーハから１００個無作為に抽出し
たところ、発振閾値、出力とも全てがほぼ同一の特性を
示し、連続で１０００時間発振させても電極間でショー
トしたものはなかった。

【００４４】［実施例２］実施例１の電流阻止層１４を
形成する工程において、１０５０℃で、Ｚｎを１×１０
¹⁹／cm³ドープした半絶縁性のｉ型Ａｌ_0.20Ｇａ_0.80Ｎ
層を０．１μｍと、Ｓｉを１×１０¹⁸／cm³ドープした
ｎ型ＧａＮ層を０．１μｍ交互に成長させて総膜厚０．
４μｍの多層膜とする他は同様にしてレーザ素子を得た
ところ、実施例１とほぼ同等の特性を有するレーザ素子
が得られた。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーザ素
子はリッジ側面に電流阻止層が形成されているため、エ
ッチングによりクラッド層の表面にピットが発生してい
ても、電流阻止層がそのピットを埋めてしまうため、電
極間のショートがない。また、本発明の製造方法による
と、リッジを形成してから、その狭い領域のストライプ
幅に、マスクを利用して他の窒化物半導体層、あるいは
電極等を形成する工程がないので、細かい作業も必要と
せず、工業的にも非常に有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るレーザ素子の構造を
示す模式断面図。

【図２】図１のレーザ素子の活性層から上の一部の構
造を拡大して示す斜視図。

【図３】本発明の製造方法の第１〜第４のそれぞれの
工程を順に説明するためのガイド層から上の構造を部分
的に示す模式断面図。

【図４】従来のレーザ素子の構造を示す模式断面図。

【符号の説明】

１・・・サファイア基板２・・・下地層３・・・第１の保護膜４・・・ＧａＮ基板５・・・ｎ側コンタクト層６・・・クラック防止層７・・・ｎ側クラッド層８・・・ｎ側光ガイド層９・・・活性層１０・・・ｐ側キャップ層１１・・・ｐ側光ガイド層１２・・・ｐ側クラッド層１３・・・ｐ側コンタクト層１４・・・電流阻止層２０・・・ｐ電極２１・・・ｎ電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくともクラッド層と、コンタクト層
とを順に有し、前記クラッド層を含む層から上の層にリ
ッジストライプが形成されてなる窒化物半導体レーザ素
子において、前記クラッド層はＡｌを含む第１導電型の窒化物半導体
層を有し、一方、リッジストライプの両側面には、クラ
ッド層よりも薄い膜厚で、第２導電型若しくは半絶縁性
の窒化物半導体層を含む電流阻止層が形成されており、
前記電流阻止層及び前記コンタクト層とに渡って連続し
た電極が形成されてなることを特徴とする窒化物半導体
レーザ素子。
【請求項２】前記電流阻止層はＡｌを含む第２導電型
若しくは半絶縁性の窒化物半導体層を有する多層膜を有
し、前記クラッド層のＡｌの平均組成より多層膜のＡｌ
の平均組成が大きい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。
【請求項３】前記クラッド層及びコンタクト層は、結
晶欠陥の多い領域と、結晶欠陥の少ない領域とをストラ
イプ状に有するＧａＮよりなる基板上に、複数の窒化物
半導体層を介して成長されており、前記リッジストライ
プは、そのＧａＮ基板の結晶欠陥の少ない領域に対応す
る位置にストライプ状に形成さ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。
【請求項４】少なくともＡｌを含む第１導電型の窒化
物半導体層を有するクラッド層の上に、同じく第１導電
型の窒化物半導体層を有するコンタクト層を備えたウェ
ーハの、そのコンタクト層の表面に、ストライプ状の保
護膜を形成する第１の工程と、第１の工程後、前記コンタクト層側からエッチングを行
い、前記クラッド層及びコンタクト層に前記保護膜の形
状と対応したリッジストライプを形成する第２の工程
と、第２の工程後、前記保護膜が形成された状態でリッジス
トライプの側面に、クラッド層よりも薄い膜厚で、第２
導電型若しくは半絶縁性の窒化物半導体層を有する電流
阻止層を形成する第３の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。
【請求項５】第３の工程後、前記コンタクト層及び埋
め込み層とに渡って連続した電極を形成する第４の工程
とを具備することを特徴とする請求項４に記載の窒化物
半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項６】前記クラッド層及びコンタクト層は、結
晶欠陥の多い領域と、結晶欠陥の少ない領域とをストラ
イプ状に有するＧａＮよりなる基板上に複数の窒化物半
導体層を介して成長されており、前記保護膜を、結晶欠
陥の少ないＧａＮ基板に対応したコンタクト層の表面に
ストライプ状に形成することを特徴とする請求項４に記
載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。