JP4640752B2

JP4640752B2 - 窒化ガリウム系半導体レーザ及びその製造方法

Info

Publication number: JP4640752B2
Application number: JP2003407055A
Authority: JP
Inventors: 晋近江
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2003-12-05
Filing date: 2003-12-05
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2023-12-05
Also published as: JP2005167118A

Description

本発明は、半導体レーザ素子、特に、リッジストライプ構造を有する窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子、及びその製造方法に関する。

窒化ガリウム系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいては、光及び電流の閉じ込めを行うために、例えば特開平１１−３４０５７３号や特開２００２−４３６９２号に示されているように、リッジストライプ型の導波路構造を設けることが多い。
特開平１１−３４０５７３号公報特開２００２−４３６９２号公報

従来のリッジストライプ型の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の模式図を、図５に示す。基板上に形成した窒化ガリウム系化合物半導体積層構造５００はリッジストライプ９８を有し、その窒化ガリウム系化合物半導体積層構造５００はリッジストライプ９８の上面に設けられた開口部８８を除き、ＳｉＯ₂、ＳｉＮ等の誘電体層４８で被覆されている。さらに、リッジストライプ９８全面を覆う形に上部電極層１８が形成されている。

上述の従来の構造では、以下に示す問題点があった。図５に基づいて説明する。上部電極１８と窒化ガリウム系化合物半導体積層構造５００の間には、リッジストライプ９８を通じて選択的に電流注入がなされるようにするため、開口部８８を有する誘電体層４８を設けて電流を狭窄している。この開口部８８は、リッジストライプ９８の上面に、リッジストライプ９８の上面の幅よりも狭い幅で設ける事が一般的である。この開口部８８を得るためには、リッジストライプ９８の上面に、開口部を設けるためのフォトマスクを形成する必要がある。

ところが、リッジストライプ９８の上面に、例えばリッジストライプ９８の幅よりも１．０ミクロン（１ミクロン＝１０^-6ｍ）狭い幅の開口部を設けるためのフォトマスクを形成する場合、リッジストライプ９８の中心とフォトマスク上の開口部の中心を完全に一致させたとして、リッジストライプ９８の端から開口部の端までのクリアランスは、左右それぞれ、０．５ミクロンしかない。他方、フォトマスクの形成に使用される露光装置は、一般的にプラスマイナス０．３ミクロン程度のアライメント精度と言われている。即ち、左右のクリアランスは、上記の場合で、０．２ミクロン乃至０．８ミクロンの間でばらつきを持つこととなり、これは即ち、開口部がリッジの左右いずれかに片寄って形成される事を甘受する必要があることを意味する。

しかし、このように、設計上のクリアランスが０．５ミクロンと小さい場合に、開口部がリッジの左右いずれかに片寄って形成されると、半導体レーザの水平遠視野像の対称性が崩れ、例えば記録用ディスクメディアの読み取り、書き込み用光源として使用する場合には、ビームの集光特性が悪化して、読み取り、書き込み品質の悪化を招くという課題があった。この課題は、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層の電気抵抗が比較的高く、横方向への電流拡がりが非常に少ない窒化ガリウム系化合物半導体レーザにおいて、特に顕著に発生する課題である。

上記課題を解決するために、本発明におけるリッジストライプ型の窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造方法においては、窒化ガリウム系化合物半導体積層構造の上面に第一の上部電極層を設ける第一の工程と、第一の上部電極層の上面にストライプ状のマスク層を設ける第二の工程と、前記マスク層を用いた選択的エッチングにより第一の上部電極層の一部を除去する第三の工程と、さらに前記マスク層を用いた選択的エッチングにより窒化ガリウム系化合物半導体積層構造の一部を除去して、窒化ガリウム系化合物半導体積層構造の上部にリッジを形成する第四の工程と、前記マスク層の上面と窒化ガリウム系化合物半導体積層構造の上面に第一の誘電体層を設ける第五の工程と、前記マスク層と第一の誘電体層のうちの前記マスク層上の部位とをリフトオフ法により除去して開口部を設け、第一の上部電極層を開口部より露出させる第六の工程と、第一の誘電体層の開口部より露出したリッジの上面に相当する第一の上部電極層の上面と第一の誘電体層の上面に第二の誘電体層を設ける第七の工程と、第二の誘電体層のうちのリッジの上方の部位に開口部を設けて、第一の上部電極層を開口部より露出させる第八の工程と、第二の誘電体層の開口部より露出した第一の上部電極層の上面と第二の誘電体層の上面に第二の上部電極層を設ける第九の工程とを含むことを特徴とする。

ここで、さらに、第八の工程と第九の工程との間に、第二の誘電体層の開口部より露出した第一の上部電極層の上面全体を覆う中間電極層を設ける工程を含み、第九の工程において中間電極層の上面と第二の誘電体層の上面に第二の上部電極層を設けることを特徴とする。

上記課題を解決するためにさらにまた、本発明におけるリッジストライプ型の窒化ガリウム系化合物半導体レーザは、リッジの上面と同じ幅を有し、リッジの上面の全体を覆う第一の上部電極層と、窒化ガリウム系化合物半導体積層構造の上面のうちの第一の上部電極層に覆われていない部分を覆う第一の誘電体層と、リッジの上面よりも幅が狭くリッジの上方に位置する開口部を有し、第一の上部電極層と第一の誘電体層を覆って、第一の上部電極層の一部を開口部より露出させる第二の誘電体層と、第一の上部電極層よりも広い幅を有し、第二の誘電体層の開口部より露出した第一の上部電極層の全体を覆う中間電極層と、中間電極層を覆う第二の上部電極層を順に積層して得られる構造を備えることを特徴とする。

本発明のリッジストライプ型の窒化ガリウム系半導体レーザでは、リッジの上面と同じ幅を有し、リッジの上面の全体を覆う第一の上部電極層が存在し、誘電体に設けられた開口部は、該第一の上部電極層の上部に設ける。従って、開口部のセンターとリッジのセンターが一致していなくとも、電流注入は、リッジストライプの全幅に相等する領域で発生する事となるため、半導体レーザの水平遠視野像の対称性が崩れることがなく、例えば記録用ディスクメディアの読み取り、書き込み用光源として使用する場合に、ビームの集光特性が悪化して、読み取り、書き込み品質が悪化するとい事態を招く事がない。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

＜第一の実施形態＞
図１は、本発明の第一の実施形態による窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造方法を示す模式的断面図である。サファイア等の基板上にｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層を順次積層して得られた窒化ガリウム系化合物半導体積層構造１００の表面に、図１（ａ）のごとく、電子ビーム蒸着法により厚さ１５０Å（１Å＝１０^-10ｍ）のＰｄよりなる第一の上部電極層１０を形成する。

次に、同図（ｂ）のごとく、線幅１．８ミクロンのストライプ用フォトレジストマスク６０をフォトリソグラフィー法により形成し、さらに、同図（ｃ）のごとく、形成したストライプ用フォトレジストマスク６０をマスクとして、反応性イオンエッチング法により、第一の上部電極層１０を、窒化ガリウム系化合物半導体積層構造１００の表面が露出するまでエッチングする。

この場合のプロセスガスとしては、Ａｒ、または、ＡｒにＣｌ₂、ＳｉＣｌ₄、ＢＣｌ₃などの塩素系ガスを、体積比率で０％から５０％添加したものを用いる。これら塩素系ガスの添加は、Ａｒにより表面からスパッタリングされたＰｄのエッチング表面への再付着を抑制する効果がある。ただし、５０％以上添加すると、窒化ガリウム系化合物半導体に対する選択性が大幅に低下し、窒化ガリウム系化合物半導体積層構造１００の表面が露出した時点でエッチングを実質的に停止させることができず、同図（ｃ）に示したような断面形状を得ることが困難となる。

第一の上部電極層１０のエッチングに引き続き、やはり反応性イオンエッチング法により、窒化ガリウム系化合物半導体積層構造１００を上部クラッド層の途中までエッチングし、同図（ｄ）のごとくリッジストライプ９０を形成する。この場合は、Ｃｌ₂、ＳｉＣｌ₄、ＢＣｌ₃などの塩素系ガスを体積比率で５０％以上包含するプロセスガスを使用する事により、ストライプ用フォトレジストマスク６０をマスクとして、窒化ガリウム系化合物半導体積層構造１００をエッチングする事ができる。

次に、ウエハを有機溶剤中で洗浄することで、ストライプ用フォトレジストマスク６０を除去した上で、同図（ｅ）のごとく、電子ビーム蒸着法により、全面に、厚さ２０００ÅのＳｉＯ₂よりなる誘電体層４０を形成する。

次に、同図（ｆ）のごとく、幅１．２ミクロンの開口部８０を有するレジストマスク７０を形成し、フッ化水素酸等により該開口部８０において表面が露出している誘電体層４０を、下地の第一の上部電極層１０が露出するまで除去する事で、同図（ｇ）のごとく、開口部８１を得る。また、開口部８１を得る別の手段として、第一の上部電極層１０の上面に、幅１．２ミクロンのレジストマスクを形成した上から誘電体層４０をウエハ全面に形成し、リフトオフ法により開口部８１を得る方法を用いてもよい。

最後に、第一の上部電極層１０の上面と、誘電体層４０の上面の一部に、厚さ２５００Å、幅２５０ミクロンのＡｕよりなる第二の上部電極層２０を形成する事で、同図（ｈ）に示した構造の窒化ガリウム系化合物半導体レーザを得ることができる。

得られた窒化ガリウム系化合物半導体レーザの構造を、ここで再度詳述すると、サファイア等の基板上にｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層を順次積層して得られた窒化ガリウム系化合物半導体積層構造１００の表面にリッジストライプ９０が形成されており、このリッジストライプ９０の上面には、リッジストライプ９０と同一の幅を有し、厚さ１５０ÅのＰｄよりなる第一の上部電極層１０が形成されている。また、窒化ガリウム系化合物半導体積層構造１００の表面は、リッジストライプ９０の上面の部分を除いて、厚さ２０００ÅのＳｉＯ₂よりなる誘電体層４０により被覆されている。

第一の上部電極層１０の上面の一部と、誘電体層４０の上面の一部には、厚さ２５００ÅのＡｕよりなる第二の上部電極層２０が形成されている。第一、第二の上部電極層１０、２０の幅は、それぞれ１．８ミクロン、２５０ミクロンである。

第一、第二の上部電極層１０、２０はそれぞれ、窒化ガリウム系化合物半導体積層構造１００とのオーミック接触を得るという目的、および、外部回路に電気的に接続するための金線等のボンディング領域を得るという目的で形成されている。

本実施形態の構造においては、リッジストライプ９０の上面と同じ幅を有し、リッジストライプ９０の上面の全体を覆う第一の上部電極層１０が存在し、誘電体に設けられた開口部は、該第一の上部電極層の上部に設けられている。従って、開口部のセンターとリッジのセンターとが一致していなくとも、電流注入はリッジストライプ９０の全幅に相等する領域で発生する事となるため、半導体レーザの水平遠視野像の対称性が崩れることがなく、記録用ディスクメディアの読み取り、書き込み用光源として使用する場合に、ビームの集光特性が悪化して、読み取り、書き込み品質の悪化を招くという事がなかった。

上記の第一の実施形態においては、誘電体層４０に開口部８１を得る方法として、幅１．２ミクロンの開口部８０を有するレジストマスク７０を形成し、フッ化水素酸等により該開口部において表面が露出している誘電体層４０を、下地の第一の上部電極層１０が露出するまで除去する方法を用いた。

しかしながら、この場合、フッ化水素酸により誘電体層４０をエッチングする際に、深さ方向だけではなく、横方向にもエッチングが進行するため、エッチング条件を厳密に制御しなければ、開口部８１が第一の上部電極層１０よりも広く形成されてしまい、本実施形態の構造を得られない危険性がある。ドライエッチング法を用いれば、横方向へのエッチングの進行は抑えられるが、反面、上部電極層１０へのダメージが危惧される。

また、開口部８１を得る別の手段として、第一の上部電極層１０の上面に、幅１．２ミクロンのレジストマスクを形成した上から誘電体層４０をウエハ全面に形成し、リフトオフ法により開口部８１を得る方法を用いてもよいが、この場合も、誘電体層４０の厚みを、本実施形態の場合よりも厚く、例えば４５００Åする必要性が生じた場合などには、リフトオフ法が困難になるという、プロセス上の制約を受ける事となる。

しかし、これらの問題点は、誘電体層を２回に分けて形成する事で解決できる。以下に、その具体的手法を例示する。

＜第二の実施形態＞
図２は、本発明の第二の実施形態による窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造方法を示す模式的断面図である。

第一の実施形態による窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造方法を説明した、図１（ａ）乃至（ｄ）に示したものと同じ方法により、サファイア等の基板上にｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層を順次積層して得られた窒化ガリウム系化合物半導体積層構造２００の表面に、その上部に厚さ１５０Å、幅１．８ミクロンのＰｄよりなる第一の上部電極層１１を有するリッジストライプ９１を形成する。然る後に、ウエハの全面に、厚さ１５００ÅのＳｉＯ₂よりなる第一の誘電体層４１を電子ビーム蒸着法により形成し、リフトオフ法により、リッジストライプ９１の形成時に使用したストライプ用フォトレジストマスクとその上部の第一の誘電体層４１を除去することで、図２（ａ）に示した構造を得る。

次に、同図（ｂ）のごとく、ウエハの全面に、厚さ２０００ÅのＴｉＯ₂よりなる第二の誘電体層５１を電子ビーム蒸着法により形成し、さらに、第一の実施形態で開口部８１を得るのに使用した２つの手法のいずれかをここでも用いて、同図（ｃ）のごとく、第一の上部電極層１１の上部に、開口部８２を得る。

最後に、第一の上部電極層１１の上面と、第二の誘電体層５１の上面の一部に、厚さ２５００Å、幅２５０ミクロンのＡｕよりなる第二の上部電極層２１を形成する事で、同図（ｄ）に示した構造の窒化ガリウム系化合物半導体レーザを得ることができる。

得られた窒化ガリウム系化合物半導体レーザの構造を、ここで再度詳述すると、サファイア等の基板上にｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層を順次積層して得られた窒化ガリウム系化合物半導体積層構造２００の表面にリッジストライプ９１が形成されており、このリッジストライプ９１の上面には、リッジストライプ９１と同一の幅を有し、厚さ１５０ÅのＰｄよりなる第一の上部電極層１１が形成されている。窒化ガリウム系化合物半導体積層構造２００の表面は、リッジストライプ９１の上面の部分を除いて、厚さ１５００ÅのＳｉＯ₂よりなる第一の誘電体層４１により被覆されている。

また、第一の誘電体層４１の上面と、第一の上部電極層１１の上面の一部には、厚さ２０００ÅのＴｉＯ₂よりなる第二の誘電体層５１が形成されている。さらに、第二の誘電体層５１の一部と、第一の上部電極層１１の一部は、厚さ２５００ÅのＡｕよりなる第二の上部電極層２１で覆われている。第一、第二の上部電極層１１、２１の幅は、それぞれ１．８ミクロン、２５０ミクロンである。

第一、第二の上部電極層１１、２１はそれぞれ、窒化ガリウム系化合物半導体積層構造２００とのオーミック接触を得るという目的、および、外部回路に電気的に接続するための金線等のボンディング領域を得るという目的で形成されている。

本実施形態の構造においては、電流注入はリッジストライプ９１の全幅に相等する領域で発生する事となるため、半導体レーザの水平遠視野像の対称性が崩れる事がないという、第一の実施形態と同じ効果を有し、更に、誘電体層が第一、第二の２層構造となっている分、第一の実施形態の構造と比べ、誘電体層の総厚をより厚くする事ができる。即ち、第一の実施形態の場合、誘電体層４０の厚みは２０００Åであったが、本実施形態においては、第一の誘電体層４１が１５００Å、第二の誘電体層５１が２０００Åの、合計３５００Åである。このため、例えば、第二の上部電極層２１の上に金線をボンディングする際に、その衝撃により誘電体層が割れて、その割れた部位より電流リークが発生する危険性を減ずる事ができる。

本実施形態による窒化ガリウム系化合物半導体レーザの最終形態を示す図２（ｄ）から、第二の誘電体層５１を除き、第一の誘電体層４１の表面に直接、第二の上部電極２１を形成した構造を採用した場合を考えてみる。この場合でも、電流注入はリッジストライプ９１の全幅に相等する領域で発生する事となるため、第二の誘電体層５１が存在する場合と同様の、半導体レーザの水平遠視野像の対称性が崩れる事がないという効果は確保できる。しかし、本構造では、第一の誘電体層４１を形成した後に、リッジストライプ９１を形成する際に使用したストライプ用フォトレジストマスクを用いてリフトオフ法により開口部を設けるため、第一の誘電体層４１の層厚が例えば３５００Åを超えるような比較的厚い場合には、適用できないという問題があり、望ましくない。

図１（ｈ）および図２（ｄ）に示す構造の窒化ガリウム系化合物半導体レーザにおいて、第二の上部電極層を設ける場合、例えば一対の共振器端面の直上については、避けて形成する事がある。共振器を窒化ガリウム系化合物半導体積層構造の劈開により作成する場合、比較的厚みがある第二の上部電極層が共振器端面直上においてバリになったりめくれ上がったりする危険性を回避するためである。このような場合には、当該、第二の上部電極層を形成しない領域においては、第一の上部電極が露出する事となる。

この場合、露出している部分の第一の上部電極層が、上記２つの実施形態においては、厚み１５０ミクロンと薄いため、通電時にマイグレーションを生じて、最悪の場合、断線に至る。このため、導電性に優れた金属により被覆してやり、このような問題が生じないようにする事が望ましい。本発明においては、上記の２つの実施例で紹介した発明の効果を維持しつつ、更にこの、導電性に優れた金属により被覆してやる手法を追加する事で、マイグレーション等の発生の危険性を大幅に減じる事が可能である。以下に、その具体的手法を例示する。

＜第三の実施形態＞
図３は、本発明の第三の実施形態による窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造方法を示す模式的断面図である。

第二の実施形態による窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造方法を説明した、図２（ａ）乃至（ｃ）に示したものと同じ方法により、サファイア等の基板上にｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層を順次積層して得られた窒化ガリウム系化合物半導体積層構造３００の表面に、その上部に厚さ１５０Å、幅１．８ミクロンのＰｄよりなる第一の上部電極層１２を有するリッジストライプ９２を形成する。然る後に、ウエハの全面に、厚さ１５００ÅのＳｉＯ₂よりなる第一の誘電体層４２を電子ビーム蒸着法により形成し、リフトオフ法により、リッジストライプ９２の形成時に使用したストライプ用フォトレジストマスクとその上部の第一の誘電体層４２を除去する。次に、ウエハの全面に、厚さ２０００ÅのＴｉＯ₂よりなる第二の誘電体層５２を電子ビーム蒸着法により形成し、さらに、第一の上部電極層１２の上部に、開口部を得る。

次に図３（ａ）のごとく、第一の上部電極層１２の上面と、第二の誘電体層５２の上面の一部に、厚さ５００Å、幅１０ミクロンのＡｕよりなる中間電極層３２を形成し、さらに、第二の誘電体層５２の一部と、中間電極層３２を、厚さ２５００Å、幅２５０ミクロンのＡｕよりなる第二の上部電極層２２で覆う事で、同図（ｂ）に示した構造を得る。この際、共振器端面に相当する部位については、第二の上部電極層２２を形成しない。

得られた窒化ガリウム系化合物半導体レーザの構造を、ここで再度詳述すると、サファイア等の基板上にｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層を順次積層して得られた窒化ガリウム系化合物半導体積層構造３００の表面にリッジストライプ９２が形成されており、このリッジストライプ９２の上面には、リッジストライプ９２と同一の幅を有し、厚さ１５０ÅのＰｄよりなる第一の上部電極層１２が形成されている。窒化ガリウム系化合物半導体積層構造３００の表面は、リッジストライプ９２の上面の部分を除いて、厚さ１５００ÅのＳｉＯ₂よりなる第一の誘電体層４２により被覆されている。

また、第一の誘電体層４２の上面と、第一の上部電極層１２の上面には、厚さ２０００ÅのＴｉＯ₂よりなる第二の誘電体層５２が形成されている。さらに、第一の上部電極層１２の上面の一部と第二の誘電体層５２の上面の一部には、厚さ５００ÅのＡｕよりなる中間電極層３２が形成されている。さらに、第二の誘電体層５２の一部と、中間電極層３２は、厚さ２５００ÅのＡｕよりなる第二の上部電極層２２で覆われている。ただし、共振器端面近傍の部位に関しては、中間電極層３２は、第二の上部電極層２２に覆われる事なく露出している。第一、第二、中間電極層１２、２２、３２の幅は、それぞれ１．８ミクロン、２５０ミクロン、１０ミクロンである。

第一、第二、中間電極層１２、２２、３２はそれぞれ、窒化ガリウム系化合物半導体積層構造３００とのオーミック接触を得るという目的、外部回路に電気的に接続するための金線等のボンディング領域を得るという目的、および、第一の上部電極層を保護するという目的で形成されている。

本製造方法によれば、誘電体層が、厚さ１５００Åの第一の誘電体層４２と、厚さ２０００ÅのＴｉＯ₂よりなる第二の誘電体層５２の、合計３５００Åとなるので、第二の実施形態と同じ効果を有し、なおかつ、中間電極層３２が第一の上部電極１２を覆っているため、たとえ共振器端面近傍の部位において第二の上部電極層２２がリッジストライプ９２を被覆していなくとも、マイグレーションの発生の危険も著しく小さい。

尚、本実施形態においては、中間電極層の幅を、第二の上部電極層のそれよりも狭くしているが、逆に中間電極層の幅をより広くする事も可能である。例えば、中間電極層を第二の誘電体層に接する側に厚み１００ÅのＭｏ、その上部に厚み３５０ÅのＡｕ、という２層構造にし、かつ、その幅を、例えば２７０ミクロンと第二の上部電極よりも広くすると、図３に示した構造の窒化ガリウム系化合物半導体レーザに比べ、第二の誘電体層と第二の上部電極層との界面の密着性が上がり、第二の上部電極層の上部に金線をボンディングする際に、ワイヤ剥がれが発生しにくくなるという新たな効果を付与する事もできる。

これまで述べた第一、第二、及び第三の実施形態では、いずれも、誘電体層にリッジの上面において開口部を設け、該開口部を介して、第一の上部電極層と第二の上部電極層が電気的に接続されていた。しかしこの場合、リッジストライプの幅が、例えば１.２ミクロンと極端に狭い場合、その上にさらに幅の狭い開口部を形成するためのプロセスが大変困難になり、最悪の場合、開口部がリッジの直上からずれてしまい、本発明の目的であるところの、電流注入をリッジストライプの全幅に相等する領域で発生することができなくなる。

しかしながら、第二の実施形態で述べたところの、誘電体の層厚を厚くする必要性がある場合への対応ができる効果と、第三の実施形態で述べたところの、第一の上部電極層を導電性に優れた金属により被覆する手法の双方の効果を実質的に維持しつつ、上記問題を解決する手法がある。以下に、その具体的手法を例示する。

＜第四の実施形態＞
図４は、本発明の第四の実施形態による窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造方法を示す模式的断面図である。

第一の実施形態による窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造方法を説明した、図１（ａ）乃至（ｄ）に示したものと同じ方法により、サファイア等の基板上にｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層を順次積層して得られた窒化ガリウム系化合物半導体積層構造４００の表面に、その上部に厚さ１５０Å、幅１．４ミクロンのＰｄよりなる第一の上部電極層１３を有するリッジストライプ９３を形成する。然る後に、ウエハの全面に、厚さ１５００ÅのＳｉＯ₂よりなる第一の誘電体層４３を電子ビーム蒸着法により形成し、リフトオフ法により、リッジストライプ９３の形成時に使用したストライプ用フォトレジストマスクとその上部の第一の誘電体層４３を除去することで、図４（ａ）に示した構造を得る。

次に、同図（ｂ）のごとく、第一の誘電体層４３の上面の一部と、上部電極層１３の上面に、厚さ５００Å、幅１０ミクロンのＡｕよりなる中間電極層３３を形成する。

さらに、第二の実施形態による窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造方法を説明した、図２（ｂ）乃至（ｃ）に示したものと同じ方法により、幅１．０ミクロンの開口部８３を有する厚さ２０００ÅのＴｉＯ₂よりなる第二の誘電体層５３を形成し、さらに厚さ２５００Å、幅２５０ミクロンのＡｕよりなる第二の上部電極層２３を形成して、図４（ｃ）に示した構造の窒化ガリウム系化合物半導体レーザを得ることができる。

得られた窒化ガリウム系化合物半導体レーザの構造を、ここで再度詳述すると、サファイア等の基板上にｎ型窒化ガリウム系化合物半導体層、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体層を順次積層して得られた窒化ガリウム系化合物半導体積層構造４００の表面にリッジストライプ９３が形成されており、このリッジストライプ９３の上面には、リッジストライプ９３と同一の幅を有し、厚さ１５０ÅのＰｄよりなる第一の上部電極層１３が形成されている。窒化ガリウム系化合物半導体積層構造４００の表面は、リッジストライプ９３の上面の部分を除いて、厚さ１５００ÅのＳｉＯ₂よりなる第一の誘電体層４３により被覆されている。

また、第一の誘電体層４３の上面の一部と、上部電極層１３の上面には、厚さ５００ÅのＡｕよりなる中間電極層３３が形成されている。さらに、第一の誘電体層４３の上面と、中間電極層３３の上面には、厚さ２０００ÅのＴｉＯ₂よりなる第二の誘電体層５３が形成されている。第二の誘電体層５３には、幅１．０ミクロンの開口部８３が設けられ、該開口部８３を通して中間電極層３３の一部が露出している。さらに、第二の誘電体層５３の一部と開口部８３は、厚さ２５００ÅのＡｕよりなる第二の上部電極層２３で覆われている。第一、第二、中間電極層１３、２３、３３の幅は、それぞれ１．４ミクロン、２５０ミクロン、１０ミクロンである。

第一、第二、中間電極層１３、２３、３３はそれぞれ、窒化ガリウム系化合物半導体積層構造４００とのオーミック接触を得るという目的、外部回路に電気的に接続するための金線等のボンディング領域を得るという目的、および、第一の上部電極層を保護するという目的で形成されている。

本実施形態の構造においては、電流注入はリッジストライプ９３の全幅に相等する領域で発生する事となるため、半導体レーザの水平遠視野像の対称性が崩れる事がないという効果、および、２層構造の誘電体被膜を形成できる事により、１層構造を採用する場合よりも相対的に厚い誘電体層を形成できるという効果、の双方を有する。かつその一方で、万が一、開口部８３が幅１．４ミクロンの第一の上部電極層１３の直上からずれても、幅１０ミクロンの中間電極層３３の上にさえあれば、やはり電流注入はリッジストライプ９３の全幅に相等する領域で発生する事となるため、半導体レーザの水平遠視野像の対称性が崩れる事がないという新たな効果が得られる。

以上、本発明を実施形態に基づき詳述してきたが、本発明の内容は、ここに挙げた実施形態の記述に限定されるものではない。次に、本発明の技術的思想に基づく変形を例示する。

本発明において、「窒化ガリウム系化合物半導体」とは、窒化ガリウム（ＧａＮ）のＧａが部分的に他のＩＩＩ族元素に置き換えられた半導体、例えば、Ｇａ_sＡｌ_tＩｎ_1-s-tＮ（０＜ｓ≦１、０≦ｔ＜１、０＜ｓ＋ｔ≦１）を含み、各構成原子の一部が不純物原子等に置き換えられた半導体や、他の不純物が添加された半導体をも含むものとする。

また、各実施形態で使用したドライエッチング法は、反応性イオンエッチング法であったが、誘導結合プラズマエッチング法や、ＥＣＲプラズマエッチング法などでも、同様のプロセスガスの使用により、各実施形態に示したものと同様なエッチングが可能である。

また、各実施形態で使用した、第一の上部電極層１０、１１、１２、１３のドライエッチング法におけるプロセスガスは、Ａｒ、または、ＡｒにＣｌ₂、ＳｉＣｌ₄、ＢＣｌ₃などの塩素系ガスを、体積比率で０％から５０％添加したものを用いたが、Ａｒの代わりに他の不活性ガス、例えば、ＨｅやＮｅを用いても可能である。

また、各実施形態で使用した第一の上部電極層１０、１１、１２、１３はＰｄであったが、Ｎｉ、Ｔｉなどでも、また、これらの上に、Ｍｏなど、別の金属が積層された構造であっても、各実施形態で示した製造方法により、同様の窒化ガリウム系化合物半導体レーザの作製が可能である。

また、各実施形態で使用した第一の上部電極層１０、１１、１２、１３の厚みは１５０Åであったが、その層厚は１５０Åに限定されるものではない。ただし、第一の上部電極層を複数の金属が積層された構造とする場合は、共振器端面に相当する部分で、第一の上部電極層、中間電極層、および第二の上部電極層の総厚が１０００Åを越えると、劈開により共振器端面を作成する際に、当該電極金属層が、劈開面を起点としてめくれ上がり、これによって電流が注入されない領域ができたり、また、めくれあがった電極金属が出射するレーザ光の光路を遮ったりするなどの不具合が発生する可能性が高まるので、注意が必要である。

また、各実施形態で使用した中間電極層３２、３３はＡｕであったが、Ａｌ、Ｐｔ、Ｍｏ、またはこれら金属の積層構造でも構わない。その厚みは５００Åであったが、５００Å未満でも、作製した窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の動作電流において、前述のマイグレーションの発生がなければ適用可能であり、また、５００Åを超える厚みでも、共振器端面に相当する部分で、第一の上部電極層、中間電極層、および第二の上部電極層の総厚が１０００Å以下であれば問題ない。また、各実施形態で使用した中間電極層の幅は１０ミクロンであったが、第一の上部電極層と同じ幅か、または第一の上部電極層の幅よりも広ければ良い。

また、各実施形態で使用した第二の上部電極層２０、２１、２２、２３はＡｕであったが、作製した窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子を、外部に電気的に接続するために金線がボンディングできる、または、外部の電極パッドに溶着できる限り、例えばＡｌなどの金属を使用する事も可能であり、また、単体金属ではなく、複数の金属が積層された構造でも何ら問題はない。また、その厚みに関しても、外部への電気的接続に十分なだけ厚ければ、何ら問題はない。また、その幅に関しても、外部への電気的接続に十分なだけ広ければ問題ない。

また、各実施形態で使用したＳｉＯ₂やＴｉＯ₂は、ＳｉＯ、Ｔａ₂Ｏ₅、ＳｉＮなど、他の無機誘電体や、ＡｌＧａＮなどの窒化ガリウム系化合物半導体などで置き換えても何ら問題は無く、その厚みも、実施形態の記述中に例示した厚みに限定されるものではない。また、その形成方法についても、実施形態の記述中に例示した電子ビーム蒸着法によらずとも、スパッタリング法、プラズマＣＤＶ法などによるものでも構わない。

また、第三、および第四の実施形態において説明した中間電極層を設ける効果は、これらの実施形態の場合のような、第一、第二の２層構造を有する誘電体層を採用する場合に限らず、図１に示したような、誘電体層が１層よりなる場合においても、勿論有効である。

また、各実施形態で示した誘電体層の少なくとも一部に、活性層で発生した光を吸収する効果を有する層を採用する事で、ロスガイド構造の窒化ガリウム系化合物半導体レーザを作成する事も可能である。

第一の実施形態の製造方法による製造途中の窒化ガリウム系化合物半導体レーザを模式的に示す断面図。第二の実施形態の製造方法による製造途中の窒化ガリウム系化合物半導体レーザを模式的に示す断面図。第三の実施形態の製造方法による製造途中の窒化ガリウム系化合物半導体レーザを模式的に示す断面図。第四の実施形態の製造方法による製造途中の窒化ガリウム系化合物半導体レーザを模式的に示す断面図。従来技術により製造した窒化ガリウム系化合物半導体レーザを模式的に示す断面図。

符号の説明

１０、１１、１２、１３第一の上部電極層
２０、２１、２２、２３第二の上部電極層
３２、３３中間電極層
１８上部電極層
１００、２００、３００、４００、５００窒化ガリウム系半導体積層構造
６０ストライプ形成用フォトレジストマスク
７０開口部形成用フォトレジストマスク
４０、４１、４２、４３第一の誘電体層
５１、５２、５３第二の誘電体層
４８誘電体層
８０、８１、８２、８３、８８開口部
９０、９１、９２、９３、９８リッジストライプ

Claims

窒化ガリウム系化合物半導体積層構造の上部にストライプ状のリッジを有するリッジストライプ型の窒化ガリウム系半導体レーザの製造方法において、
窒化ガリウム系化合物半導体積層構造の上面に第一の上部電極層を設ける第一の工程と、
第一の上部電極層の上面にストライプ状のマスク層を設ける第二の工程と、
前記マスク層を用いた選択的エッチングにより第一の上部電極層の一部を除去する第三の工程と、
さらに前記マスク層を用いた選択的エッチングにより窒化ガリウム系化合物半導体積層構造の一部を除去して、窒化ガリウム系化合物半導体積層構造の上部にリッジを形成する第四の工程と、
前記マスク層の上面と窒化ガリウム系化合物半導体積層構造の上面に第一の誘電体層を設ける第五の工程と、
前記マスク層と第一の誘電体層のうちの前記マスク層上の部位とをリフトオフ法により除去して開口部を設け、第一の上部電極層を開口部より露出させる第六の工程と、
第一の誘電体層の開口部より露出したリッジの上面に相当する第一の上部電極層の上面と第一の誘電体層の上面に第二の誘電体層を設ける第七の工程と、
第二の誘電体層のうちのリッジの上方の部位に開口部を設けて、第一の上部電極層を開口部より露出させる第八の工程と、
第二の誘電体層の開口部より露出した第一の上部電極層の上面と第二の誘電体層の上面に第二の上部電極層を設ける第九の工程と
を含むことを特徴とするリッジストライプ型の窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造方法。
第八の工程と第九の工程との間に、第二の誘電体層の開口部より露出した第一の上部電極層の上面全体を覆う中間電極層を設ける工程を含み、
第九の工程において中間電極層の上面と第二の誘電体層の上面に第二の上部電極層を設けることを特徴とする請求項１に記載のリッジストライプ型の窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造方法。
窒化ガリウム系化合物半導体積層構造の上部にストライプ状のリッジを有するリッジストライプ型の窒化ガリウム系半導体レーザにおいて、
リッジの上面と同じ幅を有し、リッジの上面の全体を覆う第一の上部電極層と、
窒化ガリウム系化合物半導体積層構造の上面のうちの第一の上部電極層に覆われていない部分を覆う第一の誘電体層と、
リッジの上面よりも幅が狭くリッジの上方に位置する開口部を有し、第一の上部電極層と第一の誘電体層を覆って、第一の上部電極層の一部を開口部より露出させる第二の誘電体層と、
第一の上部電極層よりも広い幅を有し、第二の誘電体層の開口部より露出した第一の上部電極層の全体を覆う中間電極層と、
中間電極層を覆う第二の上部電極層を順に積層して得られる構造を備えることを特徴とするリッジストライプ型の窒化ガリウム系半導体レーザ。