JPH11330610A

JPH11330610A - 窒化物半導体レーザー

Info

Publication number: JPH11330610A
Application number: JP12797298A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Sano; 雅彦佐野; Shinichi Nagahama; 慎一長浜; Shuji Nakamura; 修二中村
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 1998-05-11
Filing date: 1998-05-11
Publication date: 1999-11-30

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は窒化物半導体(Ｉｎ_xＡｌ_yＧａ
_1-x-yＮ、０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１)を用いた窒化物
半導体レーザーに係わり、特に実装時においても信頼性
が高く量産性に優れた窒化物半導体レーザーを提供する
ことにある。【解決手段】導電性基板上に設けられた凸型ストライプ
状導波路領域と、該導波路領域から連続する略平滑面と
を有する窒化物半導体レーザーである。特に、導波路領
域上に設けられたストライプ状の第１電極と、第１電極
と電気的に接続され絶縁性保護膜を介して窒化物半導体
の平滑面上に配置されたワイヤボンディング用のパッド
電極と、導電性基板を介して第１電極と対向して設けら
れた第２電極とを有する窒化物半導体レーザーである。

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(Ｉｎ_x
Ａｌ_yＧａ_1-x-yＮ、０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１)を用
いた窒化物半導体レーザーに係わり、特に実装時におい
ても信頼性が高く量産性に優れた窒化物半導体レーザー
に関する。

【０００２】

【従来技術】今日、光通信を始めＤＶＤなどに利用され
る種々の光半導体素子が実現されるにつれ、より高密度
に情報の送信、記録などが可能な短波長半導体レーザー
の開発がますます高まりを見せている。半導体レーザー
は本質的にその半導体のバンドギャップエネルギーによ
り発振波長が制約される。そのため短波長レーザーとし
てバンドギャップが大きい窒化物半導体が注目を浴びて
いる。

【０００３】こうした現状の中、本出願人らは窒化物半
導体基板上に活性層を含む窒化物半導体レーザーを作成
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（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）。

【０００４】このような窒化物半導体レーザーの模式的
断面図を図５に示す。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せたｎ型ＧａＮよ
りなる窒化物半導体基板上にレーザー構造となる窒化物
半導体層が形成されている。窒化物半導体層のうち、ｐ
型ＡｌＧａＮ／ＧａＮの超格子構造からなるｐ型クラッ
ド層とｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層から上にリ
ッジが設けられている。リッジの側面とｐ型クラッド層
の平面とに渡ってＳｉＯ₂よりなる絶縁膜が形成され、
その絶縁膜を介してｐ型ＧａＮ層と電気的に接続された
ｐ型電極が形成されている。リッジのストライプ幅は１
０μｍと極めて狭いため、リッジ最表面にオーミック用
のｐ型電極の形成及び、ｐ型電極上のワイヤボンディン
グが極めて難しい。

【０００５】そのため、ｐ型電極から絶縁層を介したｐ
型クラッド層上にｐ型パッド電極を形成させてある。窒
化物半導体は他の半導体と異なり、比較的硬度が高いの
でリッジ上に幅広の電極を形成することでワイヤボンデ
ィグ用のパッド電極を形成することができる。このよう
な窒化物半導体レーザーの構造とするで比較的低電流で
短波長が発振可能な半導体レーザーとすることができ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな半導体レーザーを量産時の如く、大量にワイヤボン
ディングさせると、ものによっては信頼性が低下する傾
向にあった。また、より闘値を低下させ歩留まりの高い
窒化物半導体レーザーが求められている現在において
は、上記構成の窒化物半導体レーザーでは十分ではなく
さらなる改良が求められている。

【０００７】本発明者は種々の実験の結果、ワイヤボン
ディングさせるパッド電極周辺を半導体素子の形状、絶
縁層を考慮した新規な構造とすることにより半導体特性
及び信頼性が向上することを見出し本発明を成すに至っ
た。

【０００８】即ち、リッジ、活性層を構成するストライ
プ幅も極めて狭い。また、気相成長させた窒化物半導体
ではリッジやストライプ状の導波路を半導体で埋め込む
ことも難しい。そのため、絶縁層を介して凸型ストライ
プ状の導波路領域やリッジなどを保護する。

【０００９】しかしながら、リッジ上からワイヤーボン
ディングすると、電極を介してリッジ表面に設けられた
絶縁層に力が掛かる。特にリッジ形状やストライプが突
起状となっていることからワイヤボンディング時に複雑
な力が掛かる。そのため、絶縁膜に掛かる局所的な力が
クラックなどを生じ信頼性が低下すると考えられる。本
発明は、比較的局所的な力が掛かりにくい、リッジやス
トライプ状導波路領域とは離れた平坦な絶縁層上のパッ
ド電極を介してワイヤボンディングさせることができる
ものである。また、絶縁層のパッド電極を伝って、リッ
ジ上に設けられた電極のみに集中して電力を供給するこ
とにより、闘値の低下及び信頼性とを同時に満たしたも
のである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は導電性基板上に
設けられた凸型ストライプ状導波路領域と、導波路領域
から連続する略平滑面とを有する窒化物半導体レーザー
である。特に、導波路領域上に設けられたストライプ状
の第１電極と、第１電極と電気的に接続され絶縁性保護
膜を介して窒化物半導体の平滑面上に配置されたワイヤ
ボンディング用のパッド電極と、導電性基板を介して第
１電極と対向して設けられた第２電極とを有する窒化物
半導体レーザーである。

【００１１】これにより、ワイヤボンディングをストラ
イプ状の導波路領域をさけて形成できるため、ストライ
プ状の導波路領域や絶縁層に何ら影響を与えることな
く、ワイヤボンディングすることができる。また、スト
ライプ状の導波領域と異なる位置にワイヤボンディング
させても窒化物半導体を介して垂直方向（層厚方向）に
効率よく電流を注入することができる。そのため、偏在
がなく効率よく半導体層に電流を流し闘値を下げること
ができる。

【００１２】本発明の請求項２に記載の窒化物半導体レ
ーザーは、第１電極がストライプ状導波路領域の端面に
設けられた劈開面上まで延びていると共にパッド電極の
ストライプ状導波路領域と平行な方向は第１電極より短
く劈開部まで達していない。

【００１３】そのため、劈開時にパッド電極が延び積層
した窒化物半導体層を被覆することで窒化物半導体レー
ザーを短絡することがない。即ち、ワイヤボンディング
時にワイヤ及び第１電極とオーミック接触をさせ効率よ
く電流を注入可能な金属や合金を選択した場合、金属の
延性が大きい傾向にある。しかしながら、パッド電極を
予め劈開端面から離して形成させてあるため劈開による
短絡がない。

【００１４】本発明の請求項３に記載の窒化物半導体レ
ーザーは、絶縁性保護膜が組成、或いは材料の異なる多
層構成で形成されている。ストライプ状導波路領域は極
めて幅の狭いものであり、その端面はレーザー発振用の
導電性の異なる複数の窒化物半導体が積層されている。
そのため、リッジに沿ってシャープに形成することがで
きる絶縁膜と、絶縁性を確保しワイヤボンディング時の
衝撃にも耐え得るような厚膜の絶縁層とに機能分離させ
ることにより、信頼性のより高い窒化物半導体レーザー
とすることができる。

【００１５】本発明の請求項４に記載の窒化物半導体レ
ーザーは、絶縁性保護膜が第１の保護膜及び第１の保護
膜上に形成された第２の保護膜を有し、第１の保護膜が
ストライプ状導波路領域と略垂直な側面を被覆している
と共に第２の保護膜が第１の保護膜よりも短く前記側面
まで被覆していない窒化物半導体レーザーである。これ
により、信頼性を高めつつ、凸型ストライプ状の導波路
からの熱を効率よくパッド電極を介して外部に放出する
こともできる。

【００１６】本発明の請求項５に記載の窒化物半導体レ
ーザーは、ワイヤボンディングされる上面から見てスト
ライプ状の導波路領域が窒化物半導体レーザーの中心よ
りも端面側に設けられている。これにより、窒化物半導
体素子をより小型化した場合においても、効率よく窒化
物半導体に電流を注入すると共にワイヤボンディング用
の面積を稼ぐことができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明の窒化物半導体レーザーを
図１、図２、図３及び図４を用いて詳述する。図１は、
エッチングにより形成した凸型ストライプ状の導波路領
域に対し垂直方向、即ち共振面に対して平行方向で切断
した断面図を示してある。

【００１８】ｎ型導電性を示す窒化物半導体基板１０６
上に、ｎ型クラック防止層１０７、ｎ型クラッド層１０
８、光ガイド層１０９、活性層１１０、ｐ型キャップ層
１１１、光ガイド層１１２、ｐ型クラッド層１１３、ｐ
型コンタクト層１１４を積層したもののうち、窒化物半
導体基板までをエッチングにより凸型ストライプ状導波
路領域１１５を形成させ完全屈折率型レーザー用とし
た。凸型ストライプ状導波路領域１１５はフォトレジス
トを利用したエッチングにより形成する（図４（Ａ）の
工程）。

【００１９】凸型ストライプ状導波路領域１１５の形成
後に、絶縁性保護膜として第１の保護膜１０４を形成す
る。第１の保護膜はｐ型コンタクト層の一部を電極との
接触面として開口させた以外は凸型ストライプ状から連
続した窒化物半導体基板の表面まで連続的に形成させて
ある（図４（Ｂ）の工程）。

【００２０】次に、凸型ストライプ状部分をｐ型電極１
０１で被覆する。これにより、ｐ型コンタクト層とｐ型
電極とが電気的に接続される（図４（Ｃ）の工程）。

【００２１】ｐ型電極形成後、窒化物半導体基板の表面
にｎ型電極１０３を形成させ熱処理させることにより窒
化物半導体とｎ型及びｐ型電極とのオーミック接触をと
る（図４（Ｄ）の工程）。

【００２２】次に、第２の保護膜１０５をフォリソ工程
を利用してｐ型電極を除いてウエハ全面に形成させる
（図４（Ｅ）の工程）。

【００２３】最後に、窒化物半導体基板上の平滑面にお
いてワイヤボンディングできるようｐ型電極及び絶縁性
保護膜上からストライプから離れた位置まで延在するパ
ッド電極１０２を形成させる（図４（Ｆ）の工程）。

【００２４】図３の如く、パッド電極と駆動回路の一方
の電極３０４とを金線３０１を用いてワイヤボンディン
グすると共に窒化物半導体基板を駆動回路の他方の電極
３０３と半田３０２付けすることにより電気的に接続す
る。駆動回路から電流を供給することで窒化物半導体レ
ーザーを発振することができる。以下、各構成について
詳述する。

【００２５】（第１電極１０１）第１電極１０１は窒化
物半導体のコンタクト層１１４と直接接触するものであ
り、窒化物半導体とオーミック接触できる金属や合金さ
らにはこれらの多層膜が挙げられる。第１電極１０１は
窒化物半導体と接触するだけでなく、第１の保護膜１０
４上にも部分的に形成することができる。また、第１電
極１０１はストライプ状導波路領域１１５に形成された
窒化物半導体に均一に電力を供給する必要があるためス
トライプ長方向の全面に渡って形成されることが望まし
い。また、窒化物半導体レーザー１００の共振面を劈開
によって形成する場合、窒化物半導体ウエハなどの劈開
に伴って劈開面に金属片が接触することがなく、延性の
少ない材料を選択することがより望ましい。第１電極を
構成する金属片（バリなど）が延性によって各半導体層
と接触すると短絡や半導体層の破壊を生ずる場合があ
る。

【００２６】第１電極１０１の具体的材料として、窒化
物半導体がｎ型の場合、具体的にはＡｕ、Ｐｔ、Ｎｉ、
Ａｌ、Ｗ、Ｉｎ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｔ
ｉ、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｐｂなどの金属、合金、これらの積層
体やＰｔ、Ｗ、Ｍｏのシリサイドなどが好適に挙げられ
る。また、窒化物半導体がｐ型の場合、具体的にはＲ
ｕ、Ｒｈ、ＯｓやＮｉ／Ａｕ（なお、／は積層体を示
す。）、Ｃｏ／Ａｕ、Ｎｉ／Ｔｉ／Ａｕ、Ｃｕ／Ａｕ、
Ｐｄ合金やＰｔ合金が好適に挙げられる。このような金
属や合金などはマスクを介してスパッタリング法や真空
蒸着法を利用することで所望の形状に形成することがで
きる。

【００２７】（パッド電極１０２）パッド電極１０２は
第１電極１０１と電気的に接続すると共に窒化物半導体
上に形成された絶縁性保護膜１０５を介して平滑面１１
６まで延在するものである。特に、パッド電極１０２
は、ワイヤボンディング時の衝撃を和らげると共に第１
電極１０１、ワイヤ３０１及び絶縁性保護膜１０５と密
着性のよいことが好ましい。このようなパッド電極１０
２は第１電極１０１と同一材料を用いても良いし、異な
る材料を利用することもできる。したがって、第１電極
とパッド電極とを同一のものとして一体的に形成するこ
ともできる。

【００２８】また、第１電極１０１及びパッド電極１０
２は発熱量の多い凸型ストライプ状導波路領域１１５と
直接或いは絶縁性保護膜１０４を介して被覆するため効
率的に外部に熱を放出することができる。これにより窒
化物半導体レーザーの特性を安定化させることに寄与す
ることもできる。そのため、熱伝導性の良い材料を選択
することも好ましい。

【００２９】（第２電極１０３）第２電極１０３は、導
電性基板１０６を介して第１電極１０１と対向して設け
られるものである。第２電極１０３は導電性基板１０６
上に設けられるものであり、これにより窒化物半導体層
を挟んで効率的に電流を流すことができる。したがっ
て、導電性基板１０６に効率よく電流を流せるだけでな
く導電性基板１０６との密着性や窒化物半導体レーザー
に外部と電気的に接続させる半田やＡｇペーストなど導
電性部材との電気伝導性、密着性、オーミック接触及び
熱伝導性がよいものが好ましい。第２電極の具体的材料
としてはＷ／Ａｌ／Ｗ／Ａｕ／ＡｕＳｎ、Ｔｉ／Ａｌ／
Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ／ＡｕＳｎ、ＩｎＡｕＳｎ共晶或いは
Ａｇ共晶等が好適に挙げられる。

【００３０】（絶縁性保護膜１０４、１０５）絶縁性保
護膜は、窒化物半導体のコンタクト層１１４を選択して
外部から電流が流せるようにするためのものである。そ
のため、ストライプ状導波路領域１１５を保護し絶縁性
の高いものが好ましい。また、本発明においてはストラ
イプ状導波路領域１１５から離れた平滑面１１６上にも
連続して形成される。さらに、平滑面１１６上にパッド
電極１０２を介してワイヤボンディングされるため機械
的強度が高く緻密な膜であることが好ましい。

【００３１】窒化物半導体の導波領域が数から数十μｍ
程度と極めて細い場合があるため、その端面にも緻密な
膜を構成することが望まれる。この場合、導波路領域を
制御性よく被覆する第１の保護膜と、ワイヤボンディン
グ下の衝撃に対しても強い厚膜を量産性よく形成できる
第２の保護膜とに機能分離させて形成することもでき
る。

【００３２】このような絶縁性保護膜として具体的に
は、第１の保護膜を酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸
化バナジウム、酸化ニオブ、酸化ハフニウム、酸化タン
タル、酸化アルミニウムや酸化珪素等の酸化物の他、窒
化ホウ素、炭化珪素、窒化アルミニウムなどを利用する
こともできる。また、第２の保護膜を酸化珪素、窒化珪
素やポリイミドなどの有機絶縁膜を利用することもでき
る。

【００３３】（導電性基板１０６）本発明に用いられる
導電性基板１０６としては、その上に形成される窒化物
半導体層に効率よく電流を供給できるものであればよ
い。導電性基板１０６上に直接窒化物半導体を形成する
場合、炭化珪素、酸化亜鉛や窒化物半導体を基板として
利用することができる。窒化物半導体の単結晶を形成す
ることが現在のところ難しいため、サファイア基板上に
窒化物半導体を選択成長させ結晶性に優れＳｉなどを含
有させた窒化物半導体を厚膜で形成させた後、サファイ
アなどと分離させることにより窒化物半導体基板を形成
させることができる。このような導電性基板に、窒化物
半導体基板を利用することにより結晶性の良い窒化物半
導体を形成することができる。以下、本発明の具体的実
施例について詳述するが本発明がこの実施例のみに限定
されるものでないことはいうまでもない。

【００３４】

【実施例】［実施例１］図１は本発明の一実施例に係る
窒化物半導体レーザー１００の形状を示す模式的な断面
図でありストライプ状の導波路領域に垂直な方向で切断
したものであり、図２は、図１のワイヤボンディングさ
れる上面側（Ａ方向）からみた平面図である。以下、実
施例１について説明する。

【００３５】（下地層）予め洗浄され２インチφ、Ｃ面
を主面とするサファイアをＭＯＣＶＤ反応装置の支持体
上に配置させる。支持体に内蔵されたカーボンヒータに
より支持体表面の温度を５００℃にして、原料ガスとし
てトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、アンモニア（ＮＨ
₃）及びキャリアガスとして水素ガス（Ｈ₂）を用いて低
温バッファ層を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℃にして下地
層を４μｍの膜厚で成長させる。下地層の表面には、部
分的に保護膜を形成し厚膜かつ結晶性の良い窒化物半導
体基板を選択成長させる下地層として機能させることが
できる（不示図）。

【００３６】（保護膜）下地層の成長後、ウエハをＭＯ
ＣＶＤ反応容器からプラズマＣＶＤ反応容器に移し替え
厚さ２μｍのＳｉＯ₂膜を保護膜として形成させる。保
護膜の表面にストライプ状のフォトレジストを形成させ
エッチングして、保護膜を部分的に除去する。これによ
り、保護膜が形成されたウエハ面上から観測すると、ス
トライプ状の下地層表面と、ストライプ状の保護膜表面
とが交互に露出したウエハとなる。なお、保護膜の形状
は窓部（下地層露出表面）よりも保護膜の面積を大きく
する方が、結晶欠陥の少ない窒化物半導体基板を得るこ
とができる。したがって、保護膜に形成された窓部はス
トライプ状の他、丸、四角など局所的な開口部を種々選
択することもできる。保護膜の材料としては、窒化物半
導体に較べて結晶成長がしにくいものであれば良く酸化
珪素、窒化珪素、酸化チタン、酸化ジルコニウムなどの
種々の酸化物、窒化物、或いはこれらの多層膜や金属、
合金などから選択することができる。保護膜は窒化物半
導体形成時に窒化物半導体が成長しないか、若しくは成
長しにくいものである。そのため、窒化物半導体の成長
温度よりも高い温度においても分解、変質等しないこと
が望ましい（不示図）。

【００３７】（窒化物半導体基板１０６）下地層の表面
にストライプ状の保護膜を形成後、ウエハを再びＭＯＣ
ＶＤ装置内に配置させ原料ガスとしてＴＭＧａガス、ア
ンモニア、キャリアガスとして水素ガスを流し、１０５
０℃でＧａＮ膜を選択成長させる。不純物無添加のＧａ
Ｎ膜を保護膜上に５μｍの厚みで形成させる。次に、Ｍ
ＯＣＶＤ装置から保護膜上にＧａＮ膜が形成されたウエ
ハをＨＶＰＥ装置内に配置させた。原料にＧａメタル、
ＨＣｌガス、アンモニアガス及び不純物ガスとしてシラ
ンガス（ＳｉＨ₄）を用いて厚さ２００μｍのｎ型Ｇａ
Ｎ膜を厚膜で形成させた。ｎ型ＧａＮが形成されたウエ
ハをＨＶＰＥ装置から取り出し、サファイア基板、バッ
ファ層、保護膜及び不純物無添加のＧａＮ膜をサファイ
ア基板側から研磨して除去し、ｎ型ＧａＮを得た。

【００３８】得られたｎ型ＧａＮは、窒化物半導体基板
として機能する。窒化物半導体基板は保護膜上部におい
て横方向に成長されたものであるため、結晶欠陥が１０
⁸個／cm²以下と下地層に比較して１桁以上少なくなる。

【００３９】なお、本発明においては、窒化物半導体基
板上に形成される機能部（導波路領域）に電流を好適に
供給する導電性窒化物半導体基板とする。この場合、ｎ
型電極を形成させるコンタクト層として機能するために
は、ｎ型不純物濃度してＳｉ濃度を５×１０¹⁷／ｃｍ³
から５×１０¹⁹／ｃｍ³の範囲とすることが好ましい。

【００４０】（クラック防止層１０７）次に、導電性窒
化物半導体基板をＭＯＣＶＤ装置内のヒーターを具備す
る支持体上に配置させる。温度を８００℃にして、原料
ガスをＴＭＧａガス、ＴＭＩｎ（トリメチルインジウ
ム）ガス、アンモニア及びキャリアガスを水素ガスとし
てＩｎ_0.06Ｇａ_0.94Ｎを０．１５μｍで成膜させる。得
られたクラック防止層は、その上に形成される窒化物半
導体にクラックが入ることを好適に防止しうるものであ
り、省略することもできる。

【００４１】（ｎ型クラッド層１０８）温度を１０５０
℃でＴＭＡｌガス、ＴＭＧａガス、アンモニアガス及び
キャリアガスとして水素ガスを流し、不純物無添加のＡ
ｌＧａＮを２５オングストロームで成膜した。続いて、
ＴＭＡｌガスの導入を止め、代わりに不純物ガスとして
シランガスを流し、ｎ型ＧａＮを２５オングストローム
で成長させる。これらの層を交互に積層した超格子層と
される総膜厚１．２μｍのｎ型クラッド層を形成させ
る。

【００４２】（ｎ側光ガイド層１０９）温度を１０５０
℃に維持したまま、原料ガスとしてＴＭＧａガス、アン
モニアガス、キャリアガスとして水素ガス及び不純物ガ
スとしてシランガスを流し、ｎ型ＧａＮ層を形成させ
た。ｎ型ＧａＮは０．１μｍの膜厚であり、光ガイド層
として機能する。なお、不純物ガスを導入しなくとも良
い。なお、本発明においては、活性層に対してｎ型電極
層側をｎ側とする。

【００４３】（活性層１１０）次に、活性層を形成させ
るため一旦、原料ガスの導入を停止した。支持体の表面
温度を８００℃に維持して、原料ガスとしてＴＭＧａガ
ス、ＴＭＩｎガス、アンモニアガスを水素ガスと共に流
し、Ｉｎ_0.01Ｇａ_0.95Ｎである障壁層を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、Ｉｎ
_0.2Ｇａ_0.8Ｎである井戸層を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３回交互に積層
し、最後に障壁層で終わらす。活性層の総膜厚を５２０
オングストロームの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）として
形成させる。活性層は意図的に不純物を添加させないア
ンドープでもよいし、ｎ型不純物又はｐ型不純物をドー
プしても良い。さらに、ｎ型不純物及びｐ型不純物をド
ープしたダブルドープの構造とすることもできる。不純
物は井戸層、障壁層の両方にドープしても良いし、いず
れか一方にドープすることもできる。

【００４４】（ｐ型キャップ層１１１）次に、温度を１
０５０℃に上げ、原料ガスとしてＴＭＧａガス、ＴＭＡ
ｌガス、アンモニアガス、キャリアガスとして水素ガス
及び不純物ガスとしてシクロペンタジエニルマグネシウ
ム（Ｃｐ₂Ｍｇ）ガスを流した。これにより、Ｍｇがド
ープされたｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎのｐ型キャップ層を３
００オングストロームの膜厚で成長させた（ｐ側光ガイド層１１２）続いてＣｐ₂Ｍｇガス、ＴＭ
Ａｌガスを止め、１０５０℃でバンドギャップエネルギ
ーがｐ型キャップ層よりも小さいＧａＮのｐ側光ガイド
層を０．１μｍの膜厚で成長させる。なお、本発明にお
いては、活性層に対してｐ型電極層側をｐ側とする。

【００４５】（ｐ型クラッド層１１３）温度を１０５０
℃で維持したまま、原料ガスとしてＴＭＡｌガス、ＴＭ
Ｇａガス、アンモニアガス、キャリアガスとして水素ガ
ス、不純物ガスとしてＣｐ₂Ｍｇガスを流しＡｌ_0.16Ｇ
ａ_0.84Ｎを２５オングストロームの膜厚で成長させる。
続いて、原料ガスのうちＴＭＡｌガス及び不純物ガスで
あるＣｐ₂Ｍｇガスを止めた以外は同様にしてＧａＮを
２５オングストロームの膜厚で成長させる。こうして総
膜厚０．６μｍの超格子構造のｐ型クラッド層を形成さ
せる。ｐ型クラッド層は少なくとも一方がＡｌを含む窒
化物半導体を有し、互いにバンドギャップエネルギーの
異なる窒化物半導体層を積層した超格子で製造した場
合、不純物はいずれか一方の層に多くドープする、いわ
ゆる変調ドープとすることができる。変調ドープを利用
すると結晶性を良くすることができるが、両方の層に同
じようにドープすることもできる。クラッド層はＡｌを
含む窒化物半導体、若しくはＡｌ_aＧａ_1-aＮ（０＜ａ＜
１）を含む超格子構造とすることが好ましく、ＧａＮと
ＡｌＧａＮとを積層した超格子構造とすることがより好
ましい。ｐ型クラッド層を超格子構造とすることによっ
て、Ａｌの混晶比を上げることができる。そのため、ク
ラッド層自体の屈折率が小さくなると共にバンドギャッ
プが大きくなるので闘値を低下させるのに非常に有効と
なる。さらに、超格子構造とすることによりクラッド層
自体に発生するピットが超格子にしないものと比較して
小さくなる傾向にあるので、ショートする確率も低くな
る。

【００４６】（ｐ型コンタクト層１１４）最後に、温度
を１０５０℃、原料ガスとしてＴＭＧａガス、アンモニ
アガス、キャリアガスとして水素ガス及び不純物ガスと
してＣｐ₂Ｍｇを流しｐ型クラッド層の上にＧａＮであ
るｐ型コンタクト層を１５０オングストロームの膜厚で
形成させる。ｐ型コンタクト層はｐ型のＩｎ_aＡｌ_bＧａ
_1-a-bＮ（０≦ａ、０≦ｂ、ａ＋ｂ≦１）で構成するこ
とができ、ｐ型不純物ドープ（具体的にはＢｅ、Ｍｇ、
Ｚｎなど）のＧａＮとすることでｐ型電極と最も好まし
いオーミック接触を得ることができる。コンタクト層は
電極を形成する層であるため、１×１０¹⁷／ｃｍ³以上
の高キャリア濃度とすることが望ましい。１×１０¹⁷／
ｃｍ³より低いと電極と好ましいオーミック接触を得る
のが難しい傾向にある。特に、コンタクト層の組成をＧ
ａＮとするとＡｕなどの電極材料と良好なオーミック接
触が得られやすい傾向にある。

【００４７】（凸型ストライプ状導波路領域１１５の形
成）次に、ＣＶＤ装置により酸化珪素を全面に形成させ
た後、ｐ型コンタクト層上にストライプ幅２μｍ、厚さ
１μｍのフォトレジストを形成させた。ＲＩＥ装置によ
り、ＣＦ₄ガスを用い、フォトレジストをマスクとし
て、酸化珪素をエッチングする。その後、フォトレジス
トのみを除去することにより、ｐ側コンタクト層の上に
ストライプ幅２μｍ、厚さ１μｍの酸化珪素が形成でき
る。

【００４８】さらに、ストライプ状の酸化珪素形成後、
ＲＩＥによりＳｉＣｌ₄ガスを用いて、ｎ側コンタクト
層までエッチングする。

【００４９】（第１の保護膜１０４）酸化珪素がｐ型コ
ンタクト層上に残ったまま、ウエハをＣＶＤ装置に移し
酸化珪素が形成された上から酸化ジルコニウムを０．５
μｍの厚みで成膜を形成させる。次に、リフトオフ法を
用いて酸化珪素膜を剥離させて窒化物半導体基板及びス
トライプ状のリッジ部にｐ型コンタクト層に接続する開
口を除いて酸化ジルコニウムからなる第１の保護膜を形
成させる。

【００５０】（ｐ型電極１０１）さらに、再びフォトレ
ジストをストライプ状に形成させて真空蒸着法を利用す
ることにより、ニッケル／白金をそれぞれ７００オング
ストローム／５００オングストロームで蒸着させる。フ
ォトレジストを除去することで、ストライプ状のリッジ
部を被覆するようにストライプ状のｐ型電極が形成され
る。

【００５１】（ｎ型電極１０３）ｎ型電極を形成させる
ために窒化物半導体基板上に格子状のフォトレジストを
用いてｎ型電極を形成する。ｎ型電極は予め研磨され、
フォトレジストが形成された窒化物半導体上にスパッタ
リング法を用いて、Ｗ／Ａｌ／Ｗ／Ａｕをそれぞれ２０
０オングストローム／２０００オングストローム／２０
００オングストローム／３０００オングストロームで成
膜させた。さらにその上にメタライズ電極を形成させ
る。メタライズ電極としてはＡｕ−Ｓｎなどを厚さ１か
ら５μｍで形成させることが好ましい。フォトレジスト
を除去することにより窒化物半導体基板を介してｐ型電
極と対応したｎ型電極が形成される。なお、ｐ型電極及
びｎ型電極はｐ型コンタクト層やｎ型コンタクト層とオ
ーミック接触させるために熱処理を施す。

【００５２】（第２の保護膜１０５）続いて、ｐ型電極
を除いた第１の保護膜上に上述と同様にしてフォトレジ
ストを利用して酸化珪素からなる第２の絶縁膜を形成さ
せた。第２の絶縁膜は第１の絶縁膜の絶縁性を向上する
ために設けられるものであり、第１の絶縁膜が緻密かつ
厚膜に設けることができるのであれば省略することもで
きる。

【００５３】（パッド電極１０２）さらに、窒化物半導
体レーザーごとにパッド電極が形成できるようにフォト
レジストを形成させる。真空蒸着法を利用することに
より、ニッケル／チタン／金をそれぞれ１０００オング
ストローム／１０００オングストローム／８０００オン
グストロームの膜厚で矩形状のパッド電極を成膜する。
また、パッド電極は各窒化物半導体レーザーとして機能
する面積よりも小さく形成させてある。ウエハ上から見
ると、ストライプ状のリッジ及びｐ型電極が連続して設
けられているのに対し、パッド電極はｐ型電極を覆って
矩形となる複数の島状に形成されている。このようなパ
ッド電極はストライプ状のリッジに損傷を与えないよう
にリッジから離れた位置でワイヤボンディングさせるた
めに設けられたものであり、矩形のパッド電極の一端面
側にストライプ状の導波路領域が配置されている。パッ
ド電極はｐ型電極に効率よく電流を供給するものである
と共にｐ型電極、第２の保護膜やワイヤとの密着性に優
れていることが望まれている。

【００５４】こうして形成されたウエハのストライプ状
の導波領域に垂直な方向で、基板側からバー状に劈開
し、劈開面（Ｍ面＝六角柱状の結晶の側面に相当する
面）に共振器を作成する。共振器面に酸化珪素（ＳｉＯ
₂）、酸化チタン（ＴｉＯ₂）を多層に形成させて誘電体
多層膜とする。最後に、島状になったパッド電極にかか
らないようストライプ状の導波路領域に平行な方向でバ
ーを切断して窒化物半導体レーザーを形成することがで
きる。なお、共振器長は３００から５００μｍとするこ
とが望ましい。

【００５５】この窒化物半導体レーザーをヒートシンク
が設けられた駆動基板上に設置し、基板上の一方の電極
と窒化物半導体基板とを半田により接続させた。また、
パッド電極と駆動基板の他方の電極とをワイヤボンド機
器を用いてワイヤボンドさせた。ワイヤボンドはキャピ
ラリーに通した金線の先端に放電により予めボールを形
成し、リッジと窒化物半導体レーザーとの間であって平
滑なパッド電極の略中心にボールを押しつけ超音波を与
えることによりボールボンディングさせた。他方、金線
を延ばしながら駆動基板の電極上にキャピラリーごと金
線を押しつけステッチボンディングさせた。こうして形
成させた窒化物半導体レーザー１８０個に駆動基板から
電流を注入した。発振波長４００から４２０ｎｍ、平均
闘値電流密度２．８ｋＡ／ｃｍ²で室温連続発振した。
いずれの窒化物半導体レーザーも駆動可能であった。な
お、本実施例においてｐ層側を下にしてヒートシンクに
させる場合は、第２電極であるｎ型電極をパッド電極と
して利用し、パッド電極をヒートシンクと電気的に接続
させるための電極として利用することもできる。この場
合、第２電極の何れにワイヤボンディングさせることも
できる。

【００５６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の窒化物半
導体レーザーはワイヤボンディング用のパット電極がリ
ッジ状の窒化物半導体と接続させた電極から延在してお
り、リッジから離れた保護膜上にも形成されている。ワ
イヤは保護膜上のパッド電極にワイヤボンディングされ
る。そのため、リッジを構成する絶縁性保護膜や窒化物
半導体を損傷することがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の窒化物半導体レーザーの模式的断面
図を示す。

【図２】図１におけるＡ方向から観測した模式的上面
図である。

【図３】本発明の窒化物半導体レーザーが実装されて
いる模式的断面図を示す。

【図４】本発明の窒化物半導体レーザーを形成させる
工程図を示す。

【図５】本発明と比較のために示す窒化物半導体レー
ザーの模式的断面図を示す。

【符号の説明】

１００・・・窒化物半導体レーザー１０１・・・第１電極１０２・・・パッド電極１０３・・・第２電極１０４・・・第１の絶縁膜１０５・・・第２の絶縁膜１０６・・・導電性基板１０７・・・クラック防止層１０８・・・ｎ型クラッド層１０９・・・ｎ側光ガイド層１１０・・・活性層１１１・・・ｐ型キャプ層１１２・・・ｐ側光ガイド層１１３・・・ｐ型クラッド層１１４・・・ｐ型コンタクト層１１５、２０３・・・凸型ストライプ状導波路領域１１６、２０４・・・平滑面２０１・・・劈開面２０２・・・端面２０５・・・ストライプ側面３０１・・・ワイヤ３０２・・・半田３０３、３０４・・・駆動基板上の電極３０５・・・駆動基板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性基板(106)上に設けられた凸型ス
トライプ状導波路領域(115)と、該導波路領域から連続
する略平滑面(116)とを有する窒化物半導体レーザー(10
0)において、導波路領域上に設けられたストライプ状の第１電極(10
1)と、該第１電極と電気的に接続され絶縁性保護膜(10
4)、(105)を介して前記平滑面(116)上に配置されたワイ
ヤボンディング用のパッド電極(102)と、導電性基板(10
6)を介して第１電極(101)と対向して設けられた第２電
極(103)とを有する窒化物半導体レーザー。
【請求項２】前記第１電極(101)はストライプ状導波
路領域(115)の端面に設けられた劈開面(201)上まで延び
ていると共に前記パッド電極(102)のストライプ状導波
路領域と平行方向は第１電極より短く劈開面上まで達し
ていない請求項１記載の窒化物半導体レーザー。
【請求項３】前記絶縁性保護膜が組成、或いは材料の
異なる多層構成で形成されている請求項１記載の窒化物
半導体レーザー。
【請求項４】前記絶縁性保護膜が第１の保護膜(104)
及び第１の保護膜(104)上に形成された第２の保護膜(10
5)を有し、第１の保護膜(104)がストライプ状導波路領
域(115)と略垂直なストライプ側面(205)を被覆している
と共に第２の保護膜(105)は第１の保護膜(104)よりも短
く前記側面まで被覆していない請求項３記載の窒化物半
導体レーザー。
【請求項５】ワイヤボンディングされる上面側から見
て、前記ストライプ状導波路領域(115)が窒化物半導体
レーザーの中心よりも端面(202)側に設けられているこ
とを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体レーザー。