JP2003174228A - 窒化物系半導体レーザ素子の製造方法および窒化物系半導体レーザ素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】歩留まりを向上させることが可能で、かつ、良
好な素子特性を有する窒化物系半導体レーザ素子を得る
ことが可能な窒化物系半導体素子の製造方法を提供す
る。 【解決手段】この窒化物系半導体レーザ素子の製造方法
は、基板上に、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５、ＭＱＷ活
性層７およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１を含む窒化
物系半導体素子層を形成する工程と、素子形成領域（凸
部）３０以外の領域に、少なくともｐ型ＡｌＧａＮクラ
ッド層１１およびＭＱＷ活性層７が除去された凹部２３
を形成するとともに、共振器端面に対して垂直な方向
（ストライプ方向）において異なる幅を有する素子形成
領域（凸部）３０を形成する工程と、素子形成領域（凸
部）３０に、ストライプ状のリッジ部１５を形成する工
程とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、窒化物系半導体
レーザ素子の製造方法および窒化物系半導体レーザ素子
に関し、より特定的には、基板上に窒化物系半導体層が
成長されている窒化物系半導体レーザ素子の製造方法お
よび窒化物系半導体レーザ素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、窒化物系半導体レーザ素子は、次
世代の大容量ディスク用光源としての利用が期待され、
その開発が盛んに行われている。

【０００３】従来、窒化物系半導体レーザ素子を形成す
る場合、窒化物半導体（ＧａＮ）からなる基板を製造す
ることは困難であるため、通常、サファイア、ＳｉＣま
たはＳｉなどからなる基板上に、窒化物半導体層を成長
させている。

【０００４】図１８は、従来の窒化物系半導体レーザ素
子の素子分離工程前の状態を示した平面図である。図１
９は、図１８に示した従来の窒化物系半導体レーザ素子
の２５０―２５０線に沿った断面図である。また、図２
０は、図１８に示した従来の窒化物系半導体レーザ素子
の劈開線１２２に沿った断面図である。

【０００５】まず、図１８〜図２０を参照して、従来の
窒化物系半導体レーザ素子の素子分離工程前の構造につ
いて説明する。この従来の窒化物系半導体レーザ素子で
は、図１９に示すように、サファイア基板１０１上に、
ＡｌＧａＮバッファ層１０２、アンドープＧａＮ層１０
３、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０４、ｎ型ＡｌＧａＮク
ラッド層１０５、ｎ型ＧａＮ光ガイド層１０６、ＩｎＧ
ａＮからなるＭＱＷ活性層１０７、アンドープＡｌＧａ
Ｎキャップ層１０８、ｐ型ＡｌＧａＮ光ガイド層１０
９、ｐ型ＧａＮ光ガイド層１１０、および、凸状部を含
むｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１１がこの順序で形成さ
れている。ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１１の凸状部上
には、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１２が形成されてい
る。このｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１１の凸状部と、
ｐ型ＧａＮコンタクト層１１２とによって、ストライプ
状のリッジ部１１５が構成されている。また、ｐ型Ａｌ
ＧａＮクラッド層１１１からｎ型ＧａＮコンタクト層１
０４の一部領域が除去されることによって、ｎ型ＧａＮ
コンタクト層１０４の上面が露出されたメサエッチ部１
１６が形成されている。また、ｐ型ＧａＮコンタクト層
１１２の上面以外の領域に、ｎ型ＧａＮコンタクト層１
０４の上面上に開口部を有するシリコン酸化膜からなる
保護膜１１７が形成されている。また、ｐ型ＧａＮコン
タクト層１１２の上面に接触するように、ｐ側電極１１
３が形成されている。そして、保護膜１１７の開口部内
で、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０４の上面に接触するよ
うに、ｎ側電極１１４が形成されている。

【０００６】次に、図１８〜図２０に示した従来の窒化
物系半導体レーザ素子の製造プロセスについて説明す
る。

【０００７】まず、図１９および図２０に示すように、
ＭＯＣＶＤ法を用いて、サファイア基板１０１上に、Ａ
ｌＧａＮバッファ層１０２、アンドープＧａＮ層１０
３、Ｓｉをドープしたｎ型ＧａＮコンタクト層１０４、
Ｓｉをドープしたｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０５、Ｓ
ｉをドープしたｎ型ＧａＮ光ガイド層１０６、ＩｎＧａ
Ｎからなる多重量子井戸（ＭＱＷ；Ｍｕｌｔｉｐｌｅ
Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）構造を有するＭＱＷ活性層
１０７、アンドープＡｌＧａＮキャップ層１０８、Ｍｇ
をドープしたｐ型ＡｌＧａＮ光ガイド層１０９、Ｍｇを
ドープしたｐ型ＧａＮ光ガイド層１１０、Ｍｇをドープ
したｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１１、および、Ｍｇを
ドープしたｐ型ＧａＮコンタクト層１１２を順次形成す
る。

【０００８】その後、フォトリソグラフィ技術およびエ
ッチング技術を用いて、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１２
からｎ型ＧａＮコンタクト層１０４の一部領域をエッチ
ングする。これにより、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０４
の一部領域を露出させるとともに、メサエッチ部１１６
を形成する。

【０００９】次に、フォトリソグラフィ技術およびエッ
チング技術を用いて、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１２
と、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１１の一部とをエッチ
ングする。これにより、リッジ部１１５を形成する。こ
の後、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１２の上面以外の領域
に、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０４の上面上に開口部を
有するシリコン酸化膜からなる保護膜１１７を形成す
る。

【００１０】次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１２に接
するように、ｐ側電極１１３を形成する。さらに、保護
膜１１７の開口部内で、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０４
の上面に接触するように、ｎ側電極１１４を形成する。
これにより、サファイア基板１０１上に、図１９に示さ
れるような構造が形成される。

【００１１】最後に、サファイア基板１０１の裏面を研
磨することによって、サファイア基板１０１を所定の厚
さにする。そして、図１８に示す劈開線１２２で劈開す
ることによって、窒化物系半導体レーザ素子の共振器端
面を形成するとともに、ダイシング線１２１でダイシン
グすることによって、素子分離を行う。このようにし
て、従来の窒化物系半導体レーザ素子は形成されてい
た。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来のサファイア基板１０１上に窒化物系半導体から
なる各層１０２〜１１２を結晶成長させる方法では、窒
化物系半導体からなる各層１０１〜１１２は、通常、高
温で成長される。この場合、サファイア基板１０１上に
高温で窒化物系半導体層を形成した後に、基板温度を室
温まで降温する際に、サファイア基板１０１と、窒化物
系半導体層との熱膨張係数の差に起因してサファイア基
板１０１と、窒化物系半導体層との間に内部応力が発生
する。このため、基板全体に大きな反りが発生するとい
う不都合がある。このように大きな反りが発生した状態
では、素子形成時のリソグラフィ工程や共振器作製工程
（劈開工程）、素子分離工程などを良好に行うことがで
きず、その結果、窒化物系半導体レーザ素子の歩留まり
や素子特性が低下するという問題点があった。

【００１３】そこで、従来、窒化物系半導体レーザ素子
の共振器端面を劈開を用いて良好に形成するために、素
子形成後の窒化物系半導体表面に、活性層に達しない深
さの割り溝を形成するとともに、対向するサファイア基
板側にも割り溝を形成し、劈開時に、上記割り溝をきっ
かけにして劈開する方法が提案されている。これらは、
たとえば、特開平８―２２２８０７号公報に開示されて
いる。

【００１４】しかしながら、上記割り溝をきっかけに窒
化物系半導体レーザ素子を劈開する方法においても、図
１８〜図２０に示した従来の構造と同様、サファイア基
板と、窒化物系半導体層との熱膨張係数の差に起因して
発生する内部応力を緩和するのが困難であるので、基板
全体の反りを低減することは困難である。そのため、良
好な共振器端面を得ることは困難である。

【００１５】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたものであり、この発明の１つの目的は、
基板の反りを低減することによって、歩留まりを向上さ
せるとともに、良好な素子特性を有する窒化物系半導体
レーザ素子を形成することが可能な窒化物系半導体レー
ザ素子の製造方法を提供することである。

【００１６】この発明のもう１つの目的は、上記の窒化
物系半導体レーザ素子の製造方法において、劈開により
良好な共振器端面を得ることである。

【００１７】この発明のさらにもう１つの目的は、歩留
まりを向上させ、かつ、良好な素子特性を得ることが可
能な窒化物系半導体レーザ素子を提供することである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】この発明の第１の局面に
よる窒化物系半導体レーザ素子の製造方法は、基板上
に、第１導電型の第１クラッド層と、その上の活性層
と、その上の第２導電型の第２クラッド層とを含む窒化
物系半導体素子層を形成する工程と、素子形成領域以外
の領域に、少なくとも第２クラッド層および活性層が除
去された凹部を形成するとともに、素子形成領域に、共
振器端面に対して垂直な方向において異なる幅を有する
凸部を形成する工程と、素子形成領域に、ストライプ状
のリッジ部を形成する工程とを備えている。

【００１９】この第１の局面による窒化物系半導体レー
ザ素子の製造方法では、上記のように、素子形成領域以
外の領域に、少なくとも第２クラッド層および活性層が
除去された凹部を形成することによって、基板と窒化物
系半導体素子層との熱膨張係数の差に起因して発生する
応力を緩和することができるので、基板の反りを有効に
低減することができる。これにより、基板の反りを低減
した状態で、素子形成時のリソグラフィ工程や共振器作
製工程、素子分離工程などを行うことができるので、歩
留まりを向上させることができるとともに、良好な素子
特性を有する窒化物系半導体レーザ素子を形成すること
ができる。また、共振器端面に対して垂直な方向におい
て異なる幅を有する凸部を形成することによって、たと
えば、共振器端面の幅を他の部分の幅よりも小さくすれ
ば、共振器端面を形成する際の劈開時に劈開する部分の
面積が小さくなるので、劈開を良好に行うことができ
る。その結果、良好な共振器端面を得ることができる。

【００２０】上記第１の局面による窒化物系半導体レー
ザ素子の製造方法において、好ましくは、凸部の共振器
端面近傍の幅は、凸部の他の部分よりも小さい。このよ
うに構成すれば、共振器端面を形成する際の劈開時に劈
開する部分の面積が小さくなるので、劈開を良好に行う
ことができる。その結果、良好な共振器端面を得ること
ができる。

【００２１】上記の窒化物系半導体レーザ素子の製造方
法において、好ましくは、凹部を形成する工程は、凸部
の共振器端面近傍以外の部分の周囲を取り囲むように凹
部を形成する工程を含む。このように構成すれば、基板
と窒化物系半導体素子層との熱膨張係数の差に起因して
発生する応力をより緩和することができるので、基板の
反りをより有効に低減することができる。

【００２２】上記の窒化物系半導体レーザ素子の製造方
法において、好ましくは、凹部を形成する工程は、基板
が露出するように凹部を形成する工程を含む。このよう
に構成すれば、凹部内の窒化物系半導体素子層が完全に
除去されるので、基板と窒化物系半導体素子層との間に
発生する応力をさらに緩和することができる。

【００２３】この発明の第２の局面による窒化物系半導
体レーザ素子は、基板上に形成された第１導電型の第１
クラッド層と、第１クラッド層上に形成された活性層
と、活性層上に形成された第２導電型の第２クラッド層
と、ストライプ状のリッジ部と、 素子形成領域以外の
領域に形成され、少なくとも第２クラッド層および活性
層が除去された凹部と、素子形成領域に形成され、共振
器端面に対して垂直な方向において異なる幅を有する凸
部とを備えている。

【００２４】この第２の局面による窒化物系半導体レー
ザ素子では、上記のように、素子形成領域以外の領域
に、少なくとも第２クラッド層および活性層が除去され
た凹部を形成することによって、基板と窒化物系半導体
素子層との熱膨張係数の差に起因して発生する応力を緩
和することができるので、基板の反りを有効に低減する
ことができる。これにより、基板の反りを低減した状態
で、素子形成時のリソグラフィ工程や共振器作製工程、
素子分離工程などを行うことができるので、歩留まりを
向上させることができるとともに、良好な素子特性を有
する窒化物系半導体レーザ素子を形成することができ
る。また、共振器端面に対して垂直な方向において異な
る幅を有する凸部を形成することによって、たとえば、
共振器端面の幅を他の部分の幅よりも小さくすれば、共
振器端面を形成する際の劈開時に劈開する部分の面積が
小さくなるので、劈開を良好に行うことができる。その
結果、良好な共振器端面を得ることができる。

【００２５】上記第２の局面による窒化物系半導体レー
ザ素子において、好ましくは、凸部の共振器端面近傍の
幅は、凸部の他の部分よりも小さい。このように構成す
れば、共振器端面を形成する際の劈開時に劈開する部分
の面積が小さくなるので、劈開を良好に行うことができ
る。その結果、良好な共振器端面を得ることができる。

【００２６】上記第１の局面による窒化物系半導体レー
ザ素子の製造方法において、凸部の共振器端面近傍の幅
は、リッジ部の幅の５倍以上７倍以下であってもよい。
このように構成すれば、劈開を良好に行うことができ
る。

【００２７】また、上記第１の局面による窒化物系半導
体レーザ素子の製造方法において、凸部の最大幅は、基
板の幅よりも小さくてもよい。

【００２８】また、上記第１の局面による窒化物系半導
体レーザ素子の製造方法において、共振器端面を劈開に
より形成する工程をさらに備えるようにしてもよい。

【００２９】また、上記第１の局面による窒化物系半導
体レーザ素子の製造方法において、基板上に、第１導電
型の第１クラッド層、活性層、第２導電型の第２クラッ
ド層を順次形成する工程に先だって、基板上に、低欠陥
層を形成する工程をさらに備えるようにしてもよい。

【００３０】上記低欠陥層を形成する工程は、選択横方
向成長を用いて、第１窒化物系半導体層を形成させる工
程を備えるようにしてもよい。

【００３１】また、上記第２の局面による窒化物系半導
体レーザ素子において、凸部の共振器端面近傍の幅は、
リッジ部の幅の５倍以上７倍以下であってもよい。この
ように構成すれば、容易に劈開を行うことができる。

【００３２】また、上記第２の局面による窒化物系半導
体レーザ素子において、凸部の最大幅は、基板の幅より
も小さくてもよい。

【００３３】また、上記第２の局面による窒化物系半導
体レーザ素子において、凹部は、凸部の共振器端面近傍
以外の部分の周囲を取り囲むように形成されていてもよ
い。このように構成すれば、基板と窒化物系半導体素子
層との熱膨張係数の差に起因して発生する応力をより緩
和することができるので、基板の反りをより有効に低減
することができる。

【００３４】また、上記第２の局面による窒化物系半導
体レーザ素子において、凹部は、基板が露出するように
形成されていてもよい。このように構成すれば、凹部内
の窒化物系半導体素子層が完全に除去されるので、基板
と窒化物系半導体素子層との間に発生する応力をさらに
緩和することができる。

【００３５】また、上記第２の局面による窒化物系半導
体レーザ素子において、共振器端面は劈開により形成さ
れていてもよい。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を具体化した実施形
態を図面に基づいて説明する。

【００３７】（第１実施形態）図１は、本発明の第１実
施形態による窒化物系半導体レーザ素子の素子分離工程
前の状態を示した平面図である。また、図２は、図１に
示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の
１００―１００線に沿った断面図である。また、図３
は、図１に示した第１実施形態による窒化物系半導体レ
ーザ素子の劈開線２２ｂに沿った断面図である。

【００３８】まず、図１〜図３を参照して、第１実施形
態による窒化物系半導体レーザ素子の素子分離工程前の
構造について説明する。この第１実施形態では、図２に
示すように、サファイア基板１上に、ＡｌＧａＮバッフ
ァ層２、アンドープＧａＮ層３、ｎ型ＧａＮコンタクト
層４、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５、ｎ型ＧａＮ光ガイ
ド層６、ＩｎＧａＮからなるＭＱＷ活性層７、アンドー
プＡｌＧａＮキャップ層８、ｐ型ＡｌＧａＮ光ガイド層
９、ｐ型ＧａＮ光ガイド層１０、および、凸状部を含む
ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１がこの順序で形成されて
いる。ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１の凸状部上には、
ｐ型ＧａＮコンタクト層１２が形成されている。このｐ
型ＡｌＧａＮクラッド層１１の凸状部と、ｐ型ＧａＮコ
ンタクト層１２とによって、ストライプ状のリッジ部１
５が構成されている。

【００３９】また、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１から
ｎ型ＧａＮコンタクト層４の一部領域が除去されること
によって、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の上面が露出され
たメサエッチ部１６が形成されている。また、ｐ型Ｇａ
Ｎコンタクト層１２の上面以外の領域に、ｎ型ＧａＮコ
ンタクト層４の上面上に開口部を有するシリコン酸化膜
からなる保護膜１７が形成されている。また、ｐ型Ｇａ
Ｎコンタクト層１２の上面に接触するように、ｐ側電極
１３が形成されている。そして、保護膜１７の開口部内
で、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の上面に接触するよう
に、ｎ側電極１４が形成されている。

【００４０】なお、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５は、本
発明の「第１クラッド層」の一例であり、ＭＱＷ活性層
７は、本発明の「活性層」の一例である。また、ｐ型Ａ
ｌＧａＮクラッド層１１は、本発明の「第２クラッド
層」の一例である。

【００４１】ここで、第１実施形態の窒化物系半導体レ
ーザ素子では、図１〜図３に示すように、リッジ部１５
およびメサエッチ部１６を含む素子形成領域（凸部）３
０を取り囲むように凹部２３が形成されている。この凹
部２３は、サファイア基板１の表面が露出するように形
成されている。つまり、凹部２３では、窒化物系半導体
からなる各層２〜１２が完全に除去されている。また、
凹部２３は、素子形成領域（凸部）３０の一方の共振器
端面部分３０ｂに入り込むように形成されている。この
ため、素子形成領域（凸部）３０の一方の共振器端面部
分３０ｂの幅が素子形成領域（凸部）３０の他の部分の
幅よりも小さくなっている。なお、素子形成領域（凸
部）３０の他方の共振器端面部分３０ａの幅は、素子形
成領域（凸部）３０の他の部分の幅と同じである。

【００４２】具体的には、一方の共振器端面部分３０ｂ
では、共振器端面からストライプ方向に約１００μｍの
範囲で、約１０μｍの幅を有するように形成されてい
る。この共振器端面部分３０ｂの幅は、リッジ部１５の
幅の約５倍〜約７倍にするのが好ましい。また、素子形
成領域（凸部）３０の他の部分では、約２００μｍの幅
を有するように形成されている。

【００４３】第１実施形態の窒化物系半導体レーザ素子
では、上記のように、素子形成領域（凸部）３０を取り
囲むようにサファイア基板１に達する凹部２３を形成す
ることによって、サファイア基板１と、窒化物系半導体
からなる各層２〜１２との熱膨張係数の差に起因して発
生する応力を緩和することができる。これによって、基
板の反りを有効に低減することができる。その結果、後
述する製造プロセスにおいて、サファイア基板１の反り
を低減した状態で、素子形成時のリソグラフィ工程や素
子分離工程（劈開工程）などを行うことができるので、
良好な共振器端面および素子特性を有する窒化物系半導
体レーザ素子を形成することが可能となる。

【００４４】また、一方の共振器端面部分３０ｂの幅が
他の部分の幅よりも小さくなるように凹部２３を形成す
ることによって、劈開時に、劈開する部分の面積を小さ
くすることができるので、より良好な劈開を行うことが
できる。その結果、さらに良好な共振器端面を得ること
が可能となる。

【００４５】図４〜図７は、図１〜図３に示した第１実
施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセス
を説明するための断面図である。以下、図１〜図７を参
照して、第１実施形態の窒化物系半導体レーザ素子の製
造プロセスについて説明する。なお、ここでは、図２に
示した断面（図１の１００―１００線に沿った断面）に
おける製造プロセスについて説明する。

【００４６】まず、図４に示すように、ＭＯＣＶＤ法を
用いて、サファイア基板１上に、ＡｌＧａＮバッファ層
２，アンドープＧａＮ層３、Ｓｉをドープしたｎ型Ｇａ
Ｎコンタクト層４、Ｓｉをドープしたｎ型ＡｌＧａＮク
ラッド層５、Ｓｉをドープしたｎ型ＧａＮ光ガイド層
６、ＩｎＧａＮからなるＭＱＷ活性層７、アンドープＡ
ｌＧａＮキャップ層８、Ｍｇをドープしたｐ型ＡｌＧａ
Ｎ光ガイド層９、Ｍｇをドープしたｐ型ＧａＮ光ガイド
層１０、Ｍｇをドープしたｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１
１、および、Ｍｇをドープしたｐ型ＧａＮコンタクト層
１２を順次形成する。

【００４７】次に、この第１実施形態の製造プロセスで
は、図１および図５に示すように、フォトリソグラフィ
技術およびエッチング技術を用いて、窒化物系半導体レ
ーザ素子の素子形成領域（凸部）３０および一方の共振
器端面部分３０ｂ以外の領域をエッチングすることによ
って、サファイア基板１が露出するように凹部２３を形
成する。この凹部２３形成時のエッチングは、一方の共
振器端面部分３０ｂ（図１参照）では、共振器端面から
ストライプ方向に約１００μｍの範囲で約１０μｍの幅
を残すとともに、素子形成領域（凸部）３０の他の部分
では約２００μｍの幅を残すように行う。

【００４８】その後、図６に示すように、フォトリソグ
ラフィ技術およびエッチング技術を用いて、ｐ型ＧａＮ
コンタクト層１２からｎ型ＧａＮコンタクト層４の一部
領域をエッチングすることにより、ｎ型ＧａＮコンタク
ト層４の一部領域を露出させる。これにより、メサエッ
チ部１６を形成する。

【００４９】次に、フォトリソグラフィ技術およびエッ
チング技術を用いて、ｐ型ＧａＮコンタクト層１２と、
ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１の一部とをエッチングす
る。これにより、図２に示したようなストライプ状のリ
ッジ部１５を形成する。この後、ｐ型ＧａＮコンタクト
層１２の上面以外の領域に、ｎ型ＧａＮコンタクト層４
の上面上に開口部を有するシリコン酸化膜からなる保護
膜１７を形成する。そして、ｐ型ＧａＮコンタクト層１
２に接するように、ｐ側電極１３を形成するとともに、
保護膜１７の開口部内で、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の
面上に接触するようにｎ側電極１４を形成することによ
って、図２に示したような、素子分離工程前の窒化物系
半導体レーザ素子が形成される。

【００５０】最後に、サファイア基板１の裏面を所定の
厚み分研磨した後、ダイシング線２１に沿ってダイシン
グを行うとともに、劈開線２２ａおよび２２ｂに沿って
劈開を行うことによって、図７に示すような、第１実施
形態による窒化物系半導体レーザ素子が完成される。

【００５１】（第２実施形態）図８は、本発明の第２実
施形態による窒化物系半導体レーザ素子の素子分離工程
前の状態を示した平面図である。また、図９は、図８に
示した第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の
１５０―１５０線に沿った断面図である。また、図１０
は、図８に示した第２実施形態による窒化物系半導体レ
ーザ素子の劈開線５２ａおよび５２ｂに沿った断面図で
ある。この第２実施形態では、上記した第１実施形態と
異なり、素子形成領域（凸部）の両方の共振器端面部分
の幅を、素子形成領域（凸部）の他の部分の幅よりも小
さくした場合の例について説明する。

【００５２】まず、図８〜図１０を参照して、第２実施
形態による窒化物系半導体レーザ素子の素子分離工程前
の構造について説明する。この第２実施形態では、図９
に示すように、サファイア基板３１上に、ＡｌＧａＮバ
ッファ層３２、アンドープＧａＮ層３３、ｎ型ＧａＮコ
ンタクト層３４、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３５、ｎ型
ＧａＮ光ガイド層３６、ＩｎＧａＮからなるＭＱＷ活性
層３７、アンドープＡｌＧａＮキャップ層３８、ｐ型Ａ
ｌＧａＮ光ガイド層３９、ｐ型ＧａＮ光ガイド層４０、
および、凸状部を含むｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４１が
この順序で形成されている。ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
４１の凸状部上には、ｐ型ＧａＮコンタクト層４２が形
成されている。ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４１の凸状部
と、ｐ型ＧａＮコンタクト層４２とによって、ストライ
プ状のリッジ部４５が構成されている。

【００５３】また、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４１から
ｎ型ＧａＮコンタクト層３４の一部領域が除去されるこ
とによって、ｎ型ＧａＮコンタクト層３４の上面が露出
されたメサエッチ部４６が形成されている。また、ｐ型
ＧａＮコンタクト層３４の上面以外の領域に、ｎ型Ｇａ
Ｎコンタクト層３４の上面上に開口部を有するシリコン
酸化膜からなる保護膜５７が形成されている。また、ｐ
型ＧａＮコンタクト層４２に接触するように、ｐ側電極
４３が形成されている。そして、保護膜５７の開口部内
で、ｎ型ＧａＮコンタクト層３４の上面に接触するよう
に、ｎ側電極４４が形成されている。

【００５４】なお、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３５は、
本発明の「第１クラッド層」の一例であり、ＭＱＷ活性
層３７は、本発明の「活性層」の一例である。また、ｐ
型ＡｌＧａＮクラッド層４１は、本発明の「第２クラッ
ド層」の一例である。

【００５５】ここで、第２実施形態の窒化物系半導体レ
ーザ素子では、図８〜図１０に示すように、リッジ部４
５およびメサエッチ部４６を含む素子形成領域（凸部）
６０を取り囲むように凹部５３が形成されている。この
凹部５３は、サファイア基板３１の表面が露出するよう
に形成されている。つまり、凹部５３では、窒化物系半
導体からなる各層３２〜４２が完全に除去されている。
また、凹部５３は、第１実施形態と異なり、素子形成領
域（凸部）６０の両方の共振器端面部分６０ａおよび６
０ｂに入り込むように形成されている。このため、素子
形成領域（凸部）６０の両方の共振器端面部分６０ａお
よび６０ｂの幅が素子形成領域（凸部）６０の他の部分
の幅よりも小さくなっている。

【００５６】具体的には、両方の共振器端面部分６０ａ
および６０ｂでは、共振器端面からストライプ方向に約
５０μｍの範囲で、約１５μｍの幅を有するように形成
されている。この共振器端面部分６０ａおよび６０ｂの
幅は、リッジ部４５の幅の約５倍〜約７倍にするのが好
ましい。また、素子形成領域（凸部）６０の他の部分で
は、約１７０μｍの幅を有するように形成されている。

【００５７】第２実施形態の窒化物系半導体レーザ素子
では、上記のように、素子形成領域（凸部）６０を取り
囲むようにサファイア基板３１に達する凹部５３を形成
することによって、サファイア基板３１と、窒化物系半
導体からなる各層３２〜４１との熱膨張係数の差に起因
して発生する応力を緩和することができる。これによっ
て、基板の反りを有効に低減することができる。特に、
この第２実施形態では、凹部５３が両方の共振器端面部
分６０ａおよび６０ｂに入り込むように形成されている
ので、第１実施形態に比べて、反りの低減効果はより大
きい。その結果、後述する製造プロセスにおいて、サフ
ァイア基板３１の反りをより低減した状態で、素子形成
時のリソグラフィ工程や素子分離工程（劈開工程）など
を行うことができるので、良好な共振器端面および素子
特性を有する窒化物系半導体レーザ素子を形成すること
が可能となる。

【００５８】また、第２実施形態では、上記した第１実
施形態と異なり、両方の共振器端面部分６０ａおよび６
０ｂの幅が他の部分の幅よりも小さくなるように凹部５
３を形成することによって、劈開時に、劈開する部分の
面積を小さくすることができるので、両方の共振器端面
部分６０ａおよび６０ｂにおいて、より良好な劈開を行
うことができる。その結果、さらに良好な共振器端面を
得ることが可能となる。

【００５９】図１１〜図１４は、図８〜図１０に示した
第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プ
ロセスを説明するための断面図である。以下、図８〜図
１４を参照して、第２実施形態の窒化物系半導体レーザ
素子の製造プロセスについて説明する。なお、ここで
は、図９に示した断面（図８の１５０―１５０線に沿っ
た断面）における製造プロセスについて説明する。

【００６０】まず、図１１に示すように、ＭＯＣＶＤ法
を用いて、サファイア基板３１上に、ＡｌＧａＮバッフ
ァ層３２，アンドープＧａＮ層３３、Ｓｉをドープした
ｎ型ＧａＮコンタクト層３４、Ｓｉをドープしたｎ型Ａ
ｌＧａＮクラッド層３５、Ｓｉをドープしたｎ型ＧａＮ
光ガイド層３６、ＩｎＧａＮからなるＭＱＷ活性層３
７、アンドープＡｌＧａＮキャップ層３８、Ｍｇをドー
プしたｐ型ＡｌＧａＮ光ガイド層３９、Ｍｇをドープし
たｐ型ＧａＮ光ガイド層４０、Ｍｇをドープしたｐ型Ａ
ｌＧａＮクラッド層４１、および、Ｍｇをドープしたｐ
型ＧａＮコンタクト層４２を順次形成する。

【００６１】次に、この第２実施形態の製造プロセスで
は、図８および図１２に示すように、フォトリソグラフ
ィ技術およびエッチング技術を用いて、窒化物系半導体
レーザ素子の素子形成領域（凸部）６０および両方の共
振器端面部分６０ａおよび６０ｂ以外の領域をエッチン
グすることによって、サファイア基板３１が露出するよ
うに凹部５３を形成する。この凹部５３形成時のエッチ
ングは、両方の共振器端面部分６０ａおよび６０ｂ（図
８参照）では、各共振器端面からストライプ方向に約５
０μｍの範囲で約１５μｍの幅を残すとともに、素子形
成領域（凸部）６０の他の部分では約１７０μｍの幅を
残すように行う。

【００６２】その後、図１３に示すように、フォトリソ
グラフィ技術およびエッチング技術を用いて、ｐ型Ｇａ
Ｎコンタクト層４２からｎ型ＧａＮコンタクト層３４の
一部領域をエッチングすることにより、ｎ型ＧａＮコン
タクト層３４の一部領域を露出させる。これにより、メ
サエッチ部４６を形成する。

【００６３】次に、フォトリソグラフィ技術およびエッ
チング技術を用いて、ｐ型ＧａＮコンタクト層４２と、
ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４１の一部とをエッチングす
る。これにより、図９に示したようなストライプ状のリ
ッジ部４５を形成する。この後、ｐ型ＧａＮコンタクト
層４２の上面以外の領域に、ｎ型ＧａＮコンタクト層３
４の上面上に開口部を有するシリコン酸化膜からなる保
護膜５７を形成する。そして、ｐ型ＧａＮコンタクト層
４２に接するように、ｐ側電極４３を形成するととも
に、保護膜５７の開口部内で、ｎ型ＧａＮコンタクト層
４２の面上に接触するようにｎ側電極４４を形成するこ
とによって、図９に示したような、素子分離工程前の窒
化物系半導体レーザ素子が形成される。

【００６４】最後に、サファイア基板３１の裏面を所定
の厚み分研磨した後、ダイシング線５１に沿ってダイシ
ングを行うとともに、劈開線５２ａおよび５２ｂに沿っ
て劈開を行うことによって、図１４に示すような、第２
実施形態による窒化物系半導体レーザ素子が完成され
る。

【００６５】（第３実施形態）図１５は、本発明の第３
実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の素子分離工
程前の状態を示した平面図である。また、図１６は、図
１５に示した第３実施形態による窒化物系半導体レーザ
素子の２００―２００線に沿った断面図である。また、
図１７は、図１５に示した第３実施形態による窒化物系
半導体レーザ素子の劈開線８２ｂに沿った断面図であ
る。第３実施形態では、上記した第１実施形態と異な
り、選択横方向成長を用いて形成した低欠陥の窒化物系
半導体層上に、各層４〜１２を形成した場合の例につい
て説明する。第３実施形態のその他の構造は、第１実施
形態と同様である。

【００６６】まず、図１５〜図１７を参照して、第３実
施形態による窒化物系半導体レーザ素子の素子分離工程
前の構造について説明する。この第３実施形態では、図
１６に示すように、サファイア基板１上に、ＡｌＧａＮ
バッファ層６１が形成されている。

【００６７】ここで、第３実施形態では、上記した第１
実施形態と異なり、ＡｌＧａＮバッファ層６１上に、約
２μｍ〜約３μｍの厚みを有するアンドープＧａＮから
なる下地層（アンドープＧａＮ層）６２が形成されてい
る。さらに、この下地層６２上に、約１０ｎｍ〜約１０
００ｎｍの厚みを有するシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）か
らなるマスク層６３が、約７μｍの間隔を隔ててストラ
イプ状に形成されている。そして、下地層６２上および
マスク層６３上に、約５μｍ〜約１０μｍの厚みを有す
るアンドープＧａＮからなる低欠陥層（アンドープＧａ
Ｎ層）６４が形成されている。

【００６８】また、第１実施形態と同様、低欠陥層６４
上には、ｎ型ＧａＮコンタクト層４、ｎ型ＡｌＧａＮク
ラッド層５、ｎ型ＧａＮ光ガイド層６、ＩｎＧａＮから
なるＭＱＷ活性層７、アンドープＡｌＧａＮキャップ層
８、ｐ型ＡｌＧａＮ光ガイド層９、ｐ型ＧａＮ光ガイド
層１０、および、凸状部を含むｐ型ＡｌＧａＮクラッド
層１１がこの順序で形成されている。ｐ型ＡｌＧａＮク
ラッド層１１の凸状部上には、ｐ型ＧａＮコンタクト層
１２が形成されている。このｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
１１の凸状部と、ｐ型ＧａＮコンタクト層１２とによっ
て、ストライプ状のリッジ部１５が構成されている。

【００６９】また、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１から
ｎ型ＧａＮコンタクト層４の一部領域が除去されること
によって、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の上面が露出され
たメサエッチ部１６が形成されている。また、ｐ型Ｇａ
Ｎコンタクト層１２の上面以外の領域に、ｎ型ＧａＮコ
ンタクト層４の上面上に開口部を有するシリコン酸化膜
からなる保護膜１７が形成されている。また、ｐ型Ｇａ
Ｎコンタクト層１２の上面に接触するように、ｐ側電極
１３が形成されている。そして、保護膜１７の開口部内
で、ｎ型ＧａＮコンタクト層４の上面に接触するよう
に、ｎ側電極１４が形成されている。

【００７０】ここで、第３実施形態の窒化物系半導体レ
ーザ素子では、第１実施形態と同様、図１５〜図１７に
示すように、リッジ部１５およびメサエッチ部１６を含
む素子形成領域（凸部）３０を取り囲むように凹部２３
が形成されている。この凹部２３は、サファイア基板１
の表面が露出するように形成されている。つまり、凹部
２３では、窒化物系半導体からなる各層４〜１２、６１
〜６４が完全に除去されている。また、凹部２３は、素
子形成領域（凸部）３０の一方の共振器端面部分３０ｂ
に入り込むように形成されている。このため、素子形成
領域（凸部）３０の一方の共振器端面部分３０ｂの幅が
素子形成領域（凸部）３０の他の部分の幅よりも小さく
なっている。なお、素子形成領域（凸部）３０の他方の
共振器端面部分３０ａの幅は、素子形成領域（凸部）３
０の他の部分の幅と同じである。

【００７１】具体的には、一方の共振器端面部分３０ｂ
では、共振器端面からストライプ方向に約１００μｍの
範囲で、約１０μｍの幅を有するように形成されてい
る。この共振器端面部分３０ｂの幅は、リッジ部１５の
幅の約５倍〜約７倍にするのが好ましい。また、素子形
成領域（凸部）３０の他の部分では、約２００μｍの幅
を有するように形成されている。

【００７２】第３実施形態の窒化物系半導体レーザ素子
は、上記のように、素子形成領域（凸部）３０を取り囲
むようにサファイア基板１に達する凹部２３を形成する
ことによって、第１実施形態と同様、サファイア基板１
と、窒化物系半導体からなる各層４〜１２、６１〜６４
との熱膨張係数の差に起因して発生する応力を緩和する
ことができる。これによって、基板の反りを有効に低減
することができる。その結果、後述する製造プロセスに
おいて、サファイア基板１の反りを低減した状態で、素
子形成時のリソグラフィ工程や素子分離工程（劈開工
程）などを行うことができるので、良好な共振器端面お
よび素子特性を有する窒化物系半導体レーザ素子を形成
することが可能となる。特に、第３実施形態の窒化物系
半導体レーザ素子では、上記のように、基板上に低欠陥
層６４を形成することにより成長層全体の厚みが大きく
なるため、大きな内部応力が発生する。その結果、より
大きな基板の反りが発生するため、凹部２３による基板
の反りを低減する効果は大きい。また、低欠陥層６４上
に窒化物半導体からなる各層４〜１２を成長させること
によって、より良好な結晶性を有する窒化物系半導体か
らなる各層４〜１２をを形成することができる。その結
果、さらに良好な素子特性を有する窒化物系半導体レー
ザ素子を得ることが可能となる。

【００７３】次に、図１５〜図１７を参照して、第３実
施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセス
について説明する。なお、ここでは、図１６に示した断
面（図１５の２００―２００線に沿った断面）における
製造プロセスについて説明する。

【００７４】まず、図１６に示すように、ＭＯＣＶＤ法
を用いて、サファイア基板１上に、ＡｌＧａＮバッファ
層６１を形成する。そして、ＡｌＧａＮバッファ層６１
上に、約２μｍ〜約３μｍの厚みを有するアンドープＧ
ａＮからなる下地層（アンドープＧａＮ層）６２を形成
する。この下地層６２上に、約１０ｎｍ〜約１０００ｎ
ｍの厚みを有するシリコン窒化膜（ＳｉＮ）からなるマ
スク層６３を約７μｍの間隔を隔ててストライプ状に形
成する。なお、マスク層６３の開口部は、サファイア基
板１の［１１―２０］方向または［１−１００］方向に
平行になるように形成することが好ましい。そして、マ
スク層６３を選択成長マスクとして、マスク層６３およ
びマスク層６３の開口部によって露出された下地層６２
上に、アンドープＧａＮからなる低欠陥層（アンドープ
ＧａＮ層）６４を選択横方向成長技術を用いて形成す
る。

【００７５】その後、第１実施形態と同様の製造プロセ
スを用いることによって、図１６に示す第３実施形態に
よる素子分離工程前の窒化物系半導体レーザ素子が形成
される。

【００７６】なお、今回開示された実施形態は、すべて
の点で例示であって、制限的なものではないと考えられ
るべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説
明ではなく、特許請求の範囲によって示され、さらに特
許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての効
果が含まれる。

【００７７】たとえば、上記実施形態では、サファイア
基板の表面に達する凹部を形成するようにしたが、本発
明はこれに限らず、少なくとも活性層まで除去すること
によって凹部を形成するようにしてもよい。このように
すれば、基板の反りを低減することができる。

【００７８】また、上記実施形態では、基板としてサフ
ァイア基板を用いたが、本発明はこれに限らず、ＳｉＣ
基板、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板、ＧａＰ基板、ＺｒＢ₂
基板、ＺｎＯ基板、または、スピネル基板などを用いて
もよい。特に、ＳｉのようにＧａＮと熱膨張係数差の大
きな基板の場合効果が大きい。また、これらの基板上
に、選択横方向成長技術を用いることによって形成され
た低欠陥層を有する低転位基板を用いてもよい。また、
ＧａＮ基板を用いてもよい。ＧａＮ基板上に窒化物系半
導体層を形成する場合には、反りは少なくなるが、完全
にはなくならないので、この場合にも、本発明は有効で
ある。

【００７９】また、上記第３実施形態では、シリコン窒
化膜からなるマスク層を形成したが、本発明はこれに限
らず、他の材料からなるマスク層を用いてもよい。

【００８０】また、上記第３実施形態では、基板上に下
地層を形成した後、その下地層上に、選択横方向成長技
術を用いた窒化物系半導体層からなる低欠陥層を形成し
たが、本発明はこれに限らず、下地層を形成せずに、基
板上に、直接、選択横方向成長技術を用いた低欠陥層を
形成してもよい。

【００８１】あるいは、上記第３実施形態では、低欠陥
層を形成する工程において、選択横方向成長技術を用い
たが、ＰＥＮＤＥＯ法や溝を形成した基板上に低欠陥層
を成長する横方向成長技術を用いてもよい。

【００８２】また、上記第３実施形態では、マスク層の
ストライプ方向と、窒化物系半導体レーザ素子のリッジ
部のストライプ方向とが平行になるように形成したが、
本発明は、これに限らず、マスク層のストライプ方向
と、リッジ部のストライプ方向とが平行でなくてもよ
い。たとえば、マスク層のストライプ方向と、リッジ部
のストライプ方向とが直交するようにマスク層を形成し
てもよい。

【００８３】また、上記第３実施形態では、ストライプ
状のマスク層を所定の間隔を隔てて形成したが、本発明
はこれに限らず、マスク層の形状は、他の形状であって
もよい。たとえば、円形、六角形または三角形などの形
状を有するマスク層を形成してもよい。また、円形、六
角形、三角形などの形状の複数の開口部を有するマスク
層を形成しても同様の効果が得られる。

【００８４】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、基板の
反りを低減することができるので、歩留まりを向上させ
ることができるとともに、良好な素子特性を有する窒化
物系半導体レーザ素子を得ることができる。また、劈開
により良好な共振器端面を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レ
ーザ素子の素子分離工程前の状態を示した平面図であ
る。

【図２】図１に示した第１実施形態による窒化物系半導
体レーザ素子の１００―１００線に沿った断面図であ
る。

【図３】図１に示した第１実施形態による窒化物系半導
体レーザ素子の劈開線２２ｂに沿った断面図である。

【図４】本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レ
ーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図であ
る。

【図５】本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レ
ーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図であ
る。

【図６】本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レ
ーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図であ
る。

【図７】本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レ
ーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図であ
る。

【図８】本発明の第２実施形態による窒化物系半導体レ
ーザ素子の素子分離工程前の状態を示した平面図であ
る。

【図９】図８に示した第２実施形態による窒化物系半導
体レーザ素子の１５０―１５０線に沿った断面図であ
る。

【図１０】図８に示した第２実施形態による窒化物系半
導体レーザ素子の劈開線５２ａおよび５２ｂに沿った断
面図である。

【図１１】本発明の第２実施形態による窒化物系半導体
レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図であ
る。

【図１２】本発明の第２実施形態による窒化物系半導体
レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図であ
る。

【図１３】本発明の第２実施形態による窒化物系半導体
レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図であ
る。

【図１４】本発明の第２実施形態による窒化物系半導体
レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図であ
る。

【図１５】本発明の第３実施形態による窒化物系半導体
レーザ素子の素子分離工程前の状態を示した平面図であ
る。

【図１６】図１５に示した第３実施形態による窒化物系
半導体レーザ素子の２００―２００線に沿った断面図で
ある。

【図１７】図１５に示した第２実施形態による窒化物系
半導体レーザ素子の劈開線８２ｂに沿った断面図であ
る。

【図１８】従来の窒化物系半導体レーザ素子の素子分離
工程前の状態を示した平面図である。

【図１９】図１８に示した従来の窒化物系半導体レーザ
素子の２５０−２５０線に沿った断面図である。

【図２０】図１８に示した従来の窒化物系半導体レーザ
素子の劈開線１２２に沿った断面図である。

【符号の説明】

５、３５ ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層（第１クラッド
層） ７、３７ ＭＱＷ活性層（活性層） １１、４１ ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層（第２クラッド
層） １５、４５ リッジ部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松下 保彦 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5F073 AA11 AA74 AA81 CA07 DA32 EA29

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に、第１導電型の第１クラッド
   層、活性層、第２導電型の第２クラッド層を順次形成す
   る工程と、 素子形成領域以外の領域に、少なくとも前記第２クラッ
   ド層および前記活性層が除去された凹部を形成するとと
   もに、前記素子形成領域に、共振器端面に対して垂直な
   方向において異なる幅を有する凸部を形成する工程と、 前記素子形成領域に、ストライプ状のリッジ部を形成す
   る工程とを備えた、窒化物系半導体レーザ素子の製造方
   法。
2. 【請求項２】 前記凸部の共振器端面近傍の幅は、前記
   凸部の他の部分よりも小さい、請求項１に記載の窒化物
   系半導体レーザ素子の製造方法。
3. 【請求項３】 前記凹部を形成する工程は、前記凸部の
   共振器端面近傍以外の部分の周囲を取り囲むように凹部
   を形成する工程を含む、請求項１または２に記載の窒化
   物系半導体レーザ素子の製造方法。
4. 【請求項４】 前記凹部を形成する工程は、前記基板が
   露出するように凹部を形成する工程を含む、請求項１〜
   ３のいずれか１項に記載の窒化物系半導体レーザ素子の
   製造方法。
5. 【請求項５】 基板上に形成された第１導電型の第１ク
   ラッド層と、 前記第１クラッド層上に形成された活性層と、 前記活性層上に形成された第２導電型の第２クラッド層
   と、 ストライプ状のリッジ部と、 素子形成領域以外の領域に形成され、少なくとも前記第
   ２クラッド層および前記活性層が除去された凹部と、 前記素子形成領域に形成され、共振器端面に対して垂直
   な方向において異なる幅を有する凸部とを備えた、窒化
   物系半導体レーザ素子。
6. 【請求項６】 前記凸部の共振器端面近傍の幅は、前記
   凸部の他の部分よりも小さい、請求項５に記載の窒化物
   系半導体レーザ素子。