JP2014192475A - 窒化物光半導体素子及び光半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】動作電圧のばらつきが小さく、ｎ型電極についてもオーミック接触を取りやすくする。
【解決手段】窒化物光半導体素子は、ｎ型ＧａＮ基板１と、ｎ型ＧａＮ基板１のＧａ面側に積層したｎ型バッファ層２と、ｎ型クラッド層３と、活性層５と、上部にストライプ状のリッジ構造２１を有するｐ型クラッド層７と、少なくともリッジ構造２１の上部に形成したｐ型第１電極１０及びｐ型第２電極１１と、ｐ型クラッド層７におけるリッジ構造２１以外の少なくとも一部の領域からｎ型バッファ層２に達するまでエッチングして露出したバッファ層の露出面２Ａ上に形成したｎ型電極１２と、を有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、窒化物光半導体素子及び光半導体装置に関する。

窒化物系半導体レーザの実用化初期においては、サファイア基板上にバッファ層を介して窒化物半導体層を成長させていた。また、異種基板上に窒化物半導体層を厚く成長し、異種基板を除去して得た窒化物半導体基板上に半導体レーザを形成する例もあった（特許文献１を参照）。

近年では、ＧａＮ基板の開発の進展により入手が容易となったｎ型ＧａＮ基板を用いて窒化物系半導体レーザを作製することで、サファイア基板を用いた場合よりもエピ層内の転位密度や欠陥を低減でき、さらに劈開による平滑な共振器端面を容易に作製できることから、レーザの高性能化、高品質化、高歩留化が図れるようになった（特許文献２を参照）。一般的に用いられるｎ型ＧａＮ基板は、（０００１）Ｃ面を主面とする基板で、ガリウム（Ｇａ）面と窒素（Ｎ）面を有しており、Ｇａ面に対して結晶成長を行う。この場合、ｐ型電極に関しては、基板側にｎ型窒化物半導体を成長し、表面側にｐ型窒化物半導体を成長した上で、表面側（Ｇａ面側）にｐ型電極を形成している。また、ｎ型電極に関しては、基板が導電性であることを利用して基板側裏面を研磨して露出したＮ面側にｎ型電極を形成している。

また、実用化している窒化系半導体レーザは電流注入領域を制限して所望の特性を得るために殆どの場合リッジストライプ構造を採用している。特に、特許文献２に記載されているように、ｐ型クラッド層の途中まで表面層をエッチングしてリッジを形成した構造が主流である。

特開２００２−１００８３０号公報 特開２００９−１９４２９５号公報

引用文献１に記載の窒化物半導体基板はサファイア基板と窒化物半導体の格子不整が大きいため、転位密度が７×１０^１７ｃｍ^−３と大きくなっており、レーザの信頼度を向上させる上で隘路となる。

また、特許文献２に記載のｎ型ＧａＮ基板上に作製する窒化物半導体レーザでは、ｎ型電極は基板のＮ面側に形成され、Ｎ面側にはバッファ層が設けられないため、ｎ型ＧａＮ基板の基板キャリア濃度のロット間及び厚さ方向のばらつきの影響を受けて動作電圧がばらつきやすい上に、ｎ型電極が形成されるＮ面はＧａ面と比較してオーミック接触が取りにくいという問題がある。そしてこれらの問題が、特性歩留を低下させる原因となることがある。

本発明は上記の課題に鑑みて為されたものであり、その目的は、動作電圧のばらつきが小さく、ｎ型電極についてもオーミック接触の取りやすい窒化物光半導体素子及び光半導体装置を提供することにある。

（１）本発明に係る窒化物光半導体素子は、ｎ型ＧａＮ基板と、前記ｎ型ＧａＮ基板のＧａ面側に積層したｎ型半導体のバッファ層と、前記ｎ型バッファ層に積層された、ｎ型半導体の第１クラッド層、活性層、そして上部にストライプ状のリッジ構造を有するｐ型半導体の第２クラッド層と、少なくとも前記リッジ構造の上部に形成したｐ型電極と、前記ｎ型バッファ層が露出しているバッファ層の露出面と、前記バッファ層の露出面に設けられたｎ型電極と、を有することを特徴とする。

（２）（１）に記載の窒化物光半導体素子において、前記ｎ型ＧａＮ基板と、前記バッファ層と、前記第１クラッド層と、前記活性層と、前記第２クラッド層とを含み構成されるレーザの共振器の端面を劈開で形成したことを特徴としてもよい。

（３）（２）に記載の窒化物光半導体素子において、前記バッファ層の露出面を、前記レーザの共振器の端面よりも内側に形成したことを特徴としてもよい。

（４）（３）に記載の窒化物光半導体素子において、前記第２クラッド層において前記共振器の端面と接する劈開近傍領域については、前記リッジ構造の上部と同じ高さに形成したことを特徴としてもよい。

（５）（４）に記載の窒化物光半導体素子において、前記リッジ構造のストライプと平行な方向についての前記劈開近傍領域の幅は、前記リッジ構造のストライプと垂直な方向の幅以下であることを特徴としてもよい。

（６）（２）に記載の窒化物光半導体素子において、前記バッファ層の露出面を、前記レーザの共振器の端面まで達するように形成したことを特徴としてもよい。

（７）（１）乃至（６）のいずれかに記載の窒化物光半導体素子において、前記バッファ層に形成された前記ｎ型電極の外側であって、前記リッジ構造とは反対側にスクライブ用の加工を施してチップ化されることを特徴としてもよい。

（８）（１）乃至（７）のいずれかに記載の窒化物光半導体素子において、前記ｎ型ＧａＮ基板の前記リッジが形成された面とは逆の面に形成されたダイボンド用パッドを有することを特徴としてもよい。

（９）本発明に係る光半導体装置は、（１）乃至（８）のいずれかに記載の窒化物光半導体素子と、サブマウントとを備え、前記窒化物光半導体素子の前記リッジが形成された面とは逆の面側を前記サブマウントに向けてマウントしたことを特徴としてもよい。

本発明によれば、ｎ型ＧａＮ基板のＧａ面側に成長させたバッファ層にｎ型電極を形成するようにしたことで、動作電圧のばらつきが小さく、ｎ型電極についてもオーミック接触が取りやすくなるため、良好な特性が得られる。

第１の実施形態に係る窒化物光半導体素子の平面図である。 第１の実施形態に係る窒化物光半導体素子の斜視図である。 第１の実施形態に係る窒化物光半導体素子のＡ−Ａ’断面図である。 第１の実施形態に係る窒化物光半導体素子のＢ−Ｂ’断面図である。 窒化物光半導体素子の製造工程を説明する図である。 窒化物光半導体素子の製造工程を説明する図である。 窒化物光半導体素子の製造工程を説明する図である。 窒化物光半導体素子の製造工程を説明する図である。 窒化物光半導体素子の製造工程を説明する図である。 窒化物光半導体素子の製造工程を説明する図である。 窒化物光半導体素子の製造工程を説明する図である。 窒化物光半導体素子の製造工程を説明する図である。 窒化物光半導体素子のスクライブ位置を説明する図である。 第２の実施形態に係る窒化物光半導体素子の平面図である。 第２の実施形態に係る窒化物光半導体素子の斜視図である。 第３の実施形態に係る窒化物光半導体素子の平面図である。 第３の実施形態に係る窒化物光半導体素子のＣ−Ｃ’断面図である。 第１の実施形態に係る窒化物光半導体素子の電極形状を変形した例である。 第２の実施形態に係る窒化物光半導体素子の電極形状を変形した例である 窒化物光半導体素子にワイヤを接続した状態を表す断面図である。 窒化物光半導体素子をサブマウントにマウントした状態を表す斜視図である。 窒化物光半導体素子を搭載した光半導体装置の外観図である。

以下、本発明の実施の形態（以下、実施形態）について、図面を参照して説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なときを除き、同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。

［第１の実施形態］
図１には、本発明の第１の実施形態に係る窒化物光半導体素子Ｅ１（窒化物系半導体レーザ）の平面図（上面図）を、図２には、窒化物光半導体素子Ｅ１の一端面近傍の斜視図を、図３には、図１のＡ−Ａ’における断面図を、図４には、図１のＢ−Ｂ’における断面図を示した。

図１及び図２に示されるように、第１の実施形態に係る窒化物光半導体素子Ｅ１においては、上面にＰ型電極と、Ｎ型電極が設けられている。ｐ型電極は、ｐ型第１電極１０とｐ型第２電極１１とを含み、ｐ型第１電極１０は、窒化物光半導体素子Ｅ１のリッジストライプに面して設けられており、ｐ型第２電極１１は、ｐ型第１電極１０と、リッジストライプのリッジ底面と同じ高さの面に形成された保護膜９とに面して設けられている。また、ｎ型電極１２は、リッジストライプに対してｐ型電極が設けられていない側をエッチングして形成したｎ型バッファ層２の露出面２Ａに設けられている。

ここで、窒化物光半導体素子Ｅ１の内部構成について図３及び図４を参照しながら説明する。

図３には、窒化物光半導体素子Ｅ１のＡ−Ａ’における断面図を、図４には、窒化物光半導体素子Ｅ１のＢ−Ｂ’における断面図を示した。図３及び４に示されるように、窒化物光半導体素子Ｅ１は、ｐ型電極が形成される領域（ｐ型電極形成領域）側においては、ｎ型ＧａＮ基板１上に、ＳｉドープＧａＮから構成されるｎ型バッファ層２、ＳｉドープＡｌＧａＮから構成されるｎ型クラッド層３、ＳｉドープＧａＮから構成されるｎ型ガイド層４、ＩｎＧａＮから構成される多重量子井戸構造を有する活性層５、ＭｇドープＡｌＧａＮ（Ａｌ組成比率＝１０％）から構成される電子ブロック層６、ＭｇドープＡｌＧａＮ（Ａｌ組成比率＝４％）から構成され、リッジ構造２１を有するｐ型クラッド層７、ＭｇハイドープＡｌＧａＮから構成され、リッジ上部に設けられたｐ型コンタクト層８、ＳｉＮから構成され、リッジ底部に設けられた保護膜９、ｐ型コンタクト層８と保護膜９の上に設けられるｐ型第１電極１０、ｐ型第１電極１０と保護膜９の上に設けられるｐ型第２電極１１が形成される。なお、図３及び図４に示されるように、ｐ型電極形成領域については、窒化物光半導体素子Ｅ１の中央部（例えばＡ−Ａ’）と、端部（例えばＢ−Ｂ’）とにおいて同じ構成を有している。

また、図３に示されるように、窒化物光半導体素子Ｅ１は、ｎ型電極１２が形成される領域（ｎ型電極形成領域）側においては、ｎ型ＧａＮ基板１上に、ｎ型バッファ層２、ｎ型バッファ層２の上にｎ型電極１２がそれぞれ形成される。なお、図３及び図４に示されるように、ｎ型電極形成領域は、窒化物光半導体素子Ｅ１の共振器方向の中央部（例えばＡ−Ａ’）には設けられているが、端部（例えばＢ−Ｂ’）には設けられていない。そして、図２に示されるように、窒化物光半導体素子Ｅ１は端面において段差の少ない断面形状となっており、これにより劈開面にステップが発生することを抑制することができる。例えば端面にいたるまでＡ−Ａ‘のようにｎ型電極形成領域が形成されている場合は、端面付近にリッジ部とｎ型電極形成領域との間の大きな段差が形成されることとなる。大きな段差がある場合にチップ化のための劈開において、応力が段差部に集中するために、綺麗な劈開面とならずステップが形成される恐れがある。ステップは光出力の減少等の不具合が発生する。しかし本実施例のように端面付近にはｎ型電極形成領域を設けないことで、端面の段差を低減し、ステップの発生を抑制することができる。

［製造方法についての説明］
次に、本実施形態に係る窒化物光半導体素子Ｅ１の製造方法について図５Ａ〜図５Ｉを参照しながら説明する。

まず、図５Ａに示されるように、ｎ型ＧａＮ基板１上に、ＳｉドープＧａＮからなるｎ型バッファ層２、ＳｉドープＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層３、ＳｉドープＧａＮからなるｎ型ガイド層４、ＩｎＧａＮ多重量子井戸構造からなる活性層５、ＭｇドープＡｌＧａＮ（Ａｌ組成比＝１０％）からなる電子ブロック層６、ＭｇドープＡｌＧａＮ（Ａｌ組成比＝４％）からなるｐ型クラッド層７、及びＭｇハイドープＡｌＧａＮからなるｐ型コンタクト層８を、一般的な有機金属気相成長法を用いて順次成長させる。なお、図５Ａ〜図５Ｉでは簡単のため、ｎ型バッファ層２、ｎ型クラッド層３、ｎ型ガイド層４、活性層５、電子ブロック層６の図示を省略している。

次に、図５Ｂに示されるように、ＣＶＤ法を用いてｐ型コンタクト層８の上部にＰＳＧ膜２２を堆積した後、ＰＳＧ膜２２の上部に形成したフォトレジスト膜をマスクにしたエッチングでＰＳＧ膜２２をパターニングする。パターニングされたＰＳＧ膜２２は、ストライプ状のパターンを有している。

さらに、図５Ｂに示されるように、ストライプ状にパターン化されたＰＳＧ膜２２をマスクに用いて、基板表面の成長層をｐ型クラッド層７の途中まで、具体的にはｐ型クラッド層７を３０〜４０ｎｍ程度残す深さまでエッチングして、ｐ型コンタクト層８を最頂部とする共振器幅７μｍの凸状のリッジ２１を形成する。ＭｇドープＡｌＧａＮにより構成されるｐ型クラッド層７のドライエッチングには、例えば塩素系のガスを使用する。

次に、図５Ｃに示されるように、リッジ上部、リッジ側面及びリッジ底部から延在するｐ型クラッド層７の表面にレジストマスクを形成し、イオンミリングもしくはドライエッチング等を行い、リッジ底部から延在する平面の一部にｎ型バッファ層２の表面を露出させる。このとき、ｎ型バッファ層２の露出面２Ａには、後のチップ化のためのスクライブキズが形成される。エッチング領域は、レーザ端面となる領域及びその近傍を含まない位置に設定される。

次に、図５Ｄに示されるように、ＥＣＲスパッタ法で、厚さ１６０ｎｍのＳｉＮを保護膜９として全面に形成する。

そして、リッジの側面及びリッジ底面から延在する平面にレジストを形成し、形成したレジストをマスクとしてフッ酸系のエッチング液でリッジ上のＰＳＧ膜２２を除去する。これにより、ＰＳＧ膜２２上のＳｉＮも除去されて、リッジ上部が露出する。

次に、図５Ｅに示されるように、Ｐｄ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕをこの順に蒸着にて被着し、リフトオフ法でパターニングしてリッジ上部、リッジ側面及びリッジ底部から延在する平面の一部にｐ型第１電極１０を形成する。

次に、図５Ｆに示されるように、ｐ型第１電極１０上及びリッジ底部から延在する平面の一部にＭｏ／Ａｕをこの順に蒸着にて被着し、リフトオフ法でパターニングしてボンディングパッド用のｐ型第２電極１１を形成する。

次に、図５Ｇに示されるように、エッチングにより露出したｎ型バッファ層２の露出面２Ａの一部にＮｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕをこの順に蒸着にて被着するとともに、リフトオフ法でパターニングして、ｎ型電極１２を形成する。

次に、図５Ｈに示されるように、基板厚が９０ｕｍになるようにｎ型ＧａＮ基板１の裏面（Ｎ面）を研磨して薄層化し、この裏面にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕをこの順に蒸着にて被着し、ダイボンド用パッド１５を形成する。最後に電極の安定のため、５００℃、１０分のアニールを行う。

次に、完成したウエハを矩形に整形し、リッジ底部から延在する平面とウエハエッジの交わる領域にレーザスクライブにより劈開用のキズを入れ、バー状に劈開する。バーの幅即ち共振器長は例えば８００ｕｍとする。このように劈開すると（すなわち、図１におけるＢ−Ｂ’の構成を有する箇所で劈開すると）、ｎ型電極形成領域の段差が存在する部分を避けているので、端面にステップが発生しにくい。実際に劈開面を微分干渉顕微鏡で観察した場合においても、ステップの発生は殆どなく、平坦な端面が得られることが分かっている。

次にバーの劈開面の内、レーザ出射側の端面に反射率４％の低反射膜を形成し、出射側と反対の端面に反射率９５％の高反射膜を形成する。低反射膜は例えば膜厚５０ｎｍのＳｉＯ２により形成し、高反射膜は例えば、膜厚６９ｎｍのＳｉＯ２と膜厚３６ｎｍのＴｉＯ２を３周期積層することで形成することとしてよい。

最後に、図５Ｉに示されるように、複数の窒化物光半導体素子Ｅ１が形成されたバー３０に対して、それぞれのｎ側バッファ層２の露出面２Ａにレーザスクライブによりチップ化用のスクライブキズ３１を形成し、スクライブキズ３１の位置でチップ化することにより、図１の上面構造、図２の端面近傍構造、並びに図３及び図４の断面形状を有する窒化物光半導体素子Ｅ１が得られる。

［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る窒化物光半導体素子Ｅ２について説明する。図６には、本発明の第２の実施形態に係る窒化物光半導体素子Ｅ２の平面図（上面図）を、図７には、窒化物光半導体素子Ｅ２の一端面近傍の斜視図を示した。

図６及び図７に示されるように、第２の実施形態に係る窒化物光半導体素子Ｅ２は、ｎ型クラッド層３のエッチング領域が窒化物光半導体素子Ｅ２の端面にまで達しており、エッチングによるｎ型クラッド層３の露出面２Ａに形成されるｎ型電極１２も窒化物光半導体素子Ｅ２の端面にまで達するように形成されている点で第１の実施形態とは異なるが他の点では共通した構成を有している。すなわち、第２の実施形態に係る窒化物光半導体素子Ｅ２の断面形状については、図３で説明した通りであるためここでの繰り返しの説明は省略する。本構造とすることで、露出面の形成おいて実施例１のような堀込みではなく、ウエハ全体にわたるストライプ上の掘り込みとなるため、プロセス的に安定した寸法で作成できるなどの利点がある。

［第３の実施形態］
次に、本発明の第３の実施形態に係る窒化物光半導体素子Ｅ３について説明する。図８は本発明の第３の実施形態に係る窒化物光半導体素子Ｅ３の一端面の斜視図、図９は図８のＣ−Ｃ’における断面図を示した。なお、第３の実施形態に係る窒化物光半導体素子Ｅ３についても、ｎ型ＧａＮ基板１上への結晶成長からＰＳＧ膜形成までは第１の実施形態と同一であるため、繰り返しの説明は省略する。

第３の実施形態に係る窒化物光半導体素子Ｅ３においては、ＰＳＧ膜のパターンニングにおいて、リッジストライプ状の部分に加えて、チップ化時に端面となる劈開近傍領域３３もＰＳＧ膜が残るようにパターンニングする。例えば、劈開近傍領域３３の幅はリッジストライプ幅と略同じ７ｕｍとしてよい。これ以降の工程は、第１の実施形態で説明したものと同一である。図８及び図９に示されるように、窒化物光半導体素子Ｅ３の劈開面が表面と交差する線は、リッジストライプ上部の延長部を含めて直線となり、通常のリッジの０．５ｕｍ程度の段差もなくなる。これにより、リッジ部の段差で発生する顕微鏡では観察できない程度の微小なステップの発生も抑制でき、より信頼度が向上する。実際に、本形態に係る窒化物光半導体素子Ｅ３の信頼度試験によれば、５０００時間以上安定に動作したことが確認されている。

［変形例］
図１０には、第１の実施形態に係る窒化物光半導体素子Ｅ１のｐ型第１電極１０及びｐ型第２電極１１を、窒化物光半導体素子Ｅ１の端面から後退させた例（窒化物光半導体素子Ｅ１Ａ）を示した。

また、図１１には、第３の実施形態に係る窒化物光半導体素子Ｅ３のｐ型第１電極１０及びｐ型第２電極１１を、窒化物光半導体素子Ｅ３の端面から後退させた例（窒化物光半導体素子Ｅ３Ａ）を示した。

［光半導体装置について］
次に、以上説明した本発明の実施形態に係る窒化物光半導体素子１０１を搭載した光半導体装置の例について説明する。なお、以下の窒化物光半導体素子１０１には上述した窒化物光半導体素子Ｅ１〜Ｅ３のいずれか、又はこれらの変形例を用いることとしてよい。

図１２には、光半導体装置における窒化物光半導体素子１０１のマウント部分についての断面図を示した。図１２に示されるように、窒化物光半導体素子１０１をダイボンディングにより窒化物光半導体素子１０１のダイボンド用パッド側をマウント面として、ＡｌＮからなるサブマウント１７上にはんだ１６を用いてマウントし、さらに窒化物光半導体素子１０１がマウントされたサブマウント１７を、例えばφ５．６ｍｍのＴｏ−ＣＡＮステム上にマウントする。さらに窒化物光半導体素子１０１のｎ型電極１２、及びｐ型第２電極１１に、それぞれＡｕワイヤ１８，１９をボンディングして配線する。ｎ型電極１２へのワイヤボンディングにおいては、ｎ型電極形成領域のチップ側面側に段差がないため、ボンディング強度の低下は見られない。なお、このレーザ素子の特性及び信頼度を評価したところ、動作電圧のばらつきは従来の１／２に低減していた。これは、不純物濃度の制御性が良く、またオーミック接触を取りやすいｎ型バッファ層２のＧａ面側にｎ型電極１２を形成したことで改善できたものである。また、信頼度についても、端面ステップに起因する頓死は起こらず、１０００時間以上安定に動作したことが確認された。

図１３には、窒化物光半導体素子１０１の外観斜視図を示した。図１３に示されるように、窒化物光半導体素子１０１はメサストライプを有し、窒化物光半導体素子１０１（詳しくはその下面）には、サブマウント１７が接合されている。サブマウント１７は、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＣｕＷなどのセラミックで構成されている。サブマウント１７は、窒化物光半導体素子１０１の発光時に発生する熱をその外部に放散するための放熱板としての機能と、窒化物光半導体素子１０１を支持するための支持基板としての機能を兼ねている。なお、サブマウント１７の表面にはサブマウント電極１１３が形成されており、ｐ型第２電極１１とリード１０６ｃとはＡｕワイヤ１８で接続され、ｎ型電極１２とリード１０６ｂとはＡｕワイヤ１９で接続されている。窒化物光半導体素子１０１は、Auワイヤ１８とAuワイヤ１９にて通電され発光する。このときダイボンド用パッド側に電気が流れないように、サブマウント１７のサブマウント電極１１３はワイヤ１８、ワイヤ１９とは絶縁された状態としている。

図１４には、本発明の実施形態に係る（ＧａＮ系）窒化物光半導体素子１０１を内蔵する光半導体装置２００の一部断面の斜視図を示した。

図１４に示すように、サブマウント１７は、ヒートブロック２０３に取り付けられている。ヒートブロック２０３は、例えばＣｕなどの熱伝導性が良好な金属からなる。ヒートブロック２０３の一面に、サブマウント１７が半田（図示せず）を介して固定されている。

ヒートブロック２０３は、例えばロウ材（図示せず）を介して、ステム２０４（詳しくはその上面）に固定されている。ヒートブロック２０３は、ステム２０４の上面中央部又はその近傍に搭載されている。ヒートブロック２０３を介して、ステム２０４にサブマウント１７が取り付けられている。あるいは、サブマウント１７とステム２０４との間にヒートブロック２０３が介在する。ステム２０４は、円盤状になっており、例えば直径が５．６ｍｍ程度、厚さが１．０ｍｍ程度のＦｅ合金からなる。

窒化物光半導体素子１０１は、メサストライプ１１４の長さに沿った方向の両端面からレーザビームを出射する。そのため、窒化物光半導体素子１０１を支持するサブマウント１７は、そのチップ実装面がステム２０４の上面に対して垂直な方向を向くように、ヒートブロック２０３に固定されている。

ステム２０４の窒化物光半導体素子１０１が搭載された面とその反対面を貫通して、第１リード１０６ｃ及び第２リード１０６ｂを含むリードがステム２０４に設けられている。第１リード１０６ｃ及び第２リード１０６ｂは、窒化物光半導体素子１０１が搭載された面とは反対側で外部端子となる。

第１リード１０６ｃには、ステム２０４の窒化物光半導体素子１０１が搭載された側から突出する部分に、ｐ型電極と接続したＡｕワイヤがボンディングされている。また、第２リード１０６ｂには、窒化物光半導体素子１０１が搭載された側から突出する部分に、ｎ型電極１２と接続したＡｕワイヤがボンディングされている。ボンディングはいずれも、ウェッジボンディングとしてもよいし、ボールボンディングとしてもよい。

図１４に示すように、ステム２０４の上面側で窒化物光半導体素子１０１をキャップ２０９が覆って、窒化物光半導体素子１０１を収容するパッケージ（封止容器）が構成されている。キャップ２０９の周縁部にはフランジ部２０５が設けられ、フランジ部２０５でキャップ２０９はステム２０４の上面に固定されている。キャップ２０９の上面中央部分には、穴２０８（例えば丸穴）が形成されており、レーザビームを透過するガラス板２０７が穴２０８に接合されている。窒化物光半導体素子１０１の端面（図１では上側の端面）から出射されたレーザビーム（前方光）は、キャップ２０９の穴２０８を通じて外部に出射される。

以上説明した通り、本実施形態においては、転位密度が低いｎ型ＧａＮの自立基板を用いて転位が信頼度与える影響を回避しつつ、基板上のエピタキシャル成長層で不純物濃度が良く制御された成長層にｎ型電極１２を形成して動作電圧のばらつきを低減することとした。ここで、自立基板としては、ハイドライドＶＰＥ法または、アモノサーマル法で成長した基板を用いることより、基板全面に渡り転位密度を低くすることができる。また、エピタキシャル成長層としては、基板に接して形成するｎ型ＧａＮバッファ層が適している。このとき基板の裏面側（Ｎ面側）から層を露出させるためには、基板を制御性よく研磨してバッファ層内で止めなければならず困難であるが、結晶成長面側（Ｇａ面側）からバッファ層を露出させるためには、基板上に成長した結晶成長層の数ｕｍをエッチングすればよく、バッファ層内でエッチングを停止することは容易であることに鑑み、ｎ型電極は結晶成長面側に形成することとした。

また、本発明の一態様においては、ｎ型電極を形成する面を露出させるときに、端面近傍はエッチングしないで残す構造を採用した。この構造によれば、ｎ型電極を形成する窓部の窪みを表面側に周期的に形成し、窓部の外側を劈開すれば、大きな段差の無い領域で劈開することになり、端面ステップの発生を抑制することができる。

また、チップ分割のスクライブキズを窓部の外側に形成してチップ分割を行うと、チップの共振器端面と直交する側面の高さはｎ型電極形成面より高くなる。ｎ型電極を表側に形成することにより一般にチップの幅は大きくなり、基板１枚当たりから取得できるチップ数が減少してしまうため、ｎ型電極形成の窓領域幅はできるだけ小さくすることが望ましい。しかし、窓領域幅を小さくすると、レーザをパッケージ内に組み立てるときにワイヤボンディングが窓領域からはみ出す可能性が高くなる。このため、ボンディングがチップ側面側のｎ型電極形成窓部の段差に掛かりやすくなり、ボンディング強度の低下、段差を壊して素子を劣化させる等の不具合が想定される。この対策として、チップ分割のスクライブキズをｎ型電極形成窓部内のｎ型電極形成面に設けることとした。このようにチップを分割すると、チップ側面側のｎ型電極形成窓部の段差がなく略平らな面にワイヤボンディングすることになり、上記不具合は回避できる。

本発明の第１実施形態に係る窒化物光半導体素子Ｅ１でも、リッジストライプの段差は残るが、通常高さが０．５ｕｍ程度と低いためステップの発生頻度は少なく、発生しても微小であり多くの場合実用上問題にならない。しかし、特に高信頼性が要求されるような用途の場合、リッジ部段差起因のステップも問題になる場合がある。この対策として、第３の実施形態に係る窒化物光半導体素子Ｅ３のように、リッジ形成のエッチング時に端面近傍をエッチングしないで残すことにより、端面の劈開面に段差がない構造を採用することができる。なお、端面近傍にエッチングしないで残る領域があると、レーザ光の非点較差の原因となるので、領域幅はストライプ幅と略同程度以下であることが望ましい。例えば、領域幅は劈開の精度から４ｕｍ以上とすることが望ましい。以上の構成によれば、端面に発生するステップを完全に抑制できるため非常に信頼度のよいレーザを実現できる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。また、実施形態で説明した構成は、実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えることができる。

Ｅ１，Ｅ２，Ｅ３，Ｅ１Ａ，Ｅ３Ａ，１０１ 窒化物光半導体素子、１ ｎ型ＧａＮ基板、２ ｎ型バッファ層、２Ａ 露出面、３ ｎ型クラッド層、４ ｎ型ガイド層、５ 活性層、６ 電子ブロック層、７ ｐ型クラッド層、８ ｐ型コンタクト層、９ 保護膜、１０ ｐ型第１電極、１１ ｐ型第２電極、１２ ｎ型電極、１５ ダイボンド用パッド、１６ はんだ、１７ サブマウント、１８，１９ Ａｕワイヤ、２１ リッジ構造、２２ ＰＳＧ膜、３０ バー、３１ スクライブキズ、３３ 劈開近傍領域、１０６ｃ 第１リード、１０６ｂ 第２リード、１１３ サブマウント電極、１１４ メサストライプ、２００ 光半導体装置、２０３ ヒートブロック、２０４ ステム、２０５ フランジ部、２０７ ガラス板、２０８ 穴、２０９ キャップ。

Claims (9)

1. ｎ型ＧａＮ基板と、
   前記ｎ型ＧａＮ基板のＧａ面側に積層したｎ型半導体のバッファ層と、
   前記ｎ型バッファ層に積層された、ｎ型半導体の第１クラッド層、活性層、そして上部にストライプ状のリッジ構造を有するｐ型半導体の第２クラッド層と、
   少なくとも前記リッジ構造の上部に形成したｐ型電極と、
   前記ｎ型バッファ層が露出しているバッファ層の露出面と、
   前記バッファ層の露出面に設けられたｎ型電極と、
   を有することを特徴とする窒化物光半導体素子。
2. 請求項１に記載の窒化物光半導体素子であって、
   前記ｎ型ＧａＮ基板と、前記バッファ層と、前記第１クラッド層と、前記活性層と、前記第２クラッド層とを含み構成されるレーザの共振器の端面を劈開で形成した
   ことを特徴とする窒化物光半導体素子。
3. 請求項２に記載の窒化物光半導体素子であって、
   前記バッファ層の露出面を、前記レーザの共振器の端面よりも内側に形成した
   ことを特徴とする窒化物光半導体素子。
4. 請求項３に記載の窒化物光半導体素子であって、
   前記第２クラッド層において前記共振器の端面と接する劈開近傍領域については、前記リッジ構造の上部と同じ高さに形成した
   ことを特徴とする窒化物光半導体素子。
5. 請求項４に記載の窒化物光半導体素子であって、
   前記リッジ構造のストライプと平行な方向についての前記劈開近傍領域の幅は、前記リッジ構造のストライプと垂直な方向の幅以下である
   ことを特徴とする窒化物光半導体素子。
6. 請求項２に記載の窒化物光半導体素子であって、
   前記バッファ層の露出面を、前記レーザの共振器の端面まで達するように形成した
   ことを特徴とする窒化物光半導体素子。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の窒化物光半導体素子であって、
   前記バッファ層に形成された前記ｎ型電極の外側であって、前記リッジ構造とは反対側にスクライブ用の加工を施してチップ化される
   ことを特徴とする窒化物光半導体素子。
8. 請求項１乃至７のいずれかに記載の窒化物光半導体素子であって、
   前記ｎ型ＧａＮ基板の前記リッジが形成された面とは逆の面に形成されたダイボンド用パッドを有する
   ことを特徴とする窒化物光半導体素子。
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載の窒化物光半導体素子と、サブマウントとを備え、
   前記窒化物光半導体素子の前記リッジが形成された面とは逆の面側を前記サブマウントに向けてマウントした
   ことを特徴とする光半導体装置。

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