半導体レーザ素子およびその製造方法
【課題】歪みが抑制されることにより特性の低下が防止された半導体レーザ素子およびその製造方法を提供する。
【解決手段】半導体レーザ素子100においては、リッジ部Riの上方の活性層5周辺の領域が光導波領域LPとなる。光導波領域LP上には、突起部21が形成されている。突起部21はGaNを主成分とする。そのため突起部21の熱膨張係数とGaN半導体層20の熱膨張係数とはほぼ等しい。この場合、突起部21の存在により、半導体レーザ素子100の熱膨張時に光導波領域LPの周辺部分に発生する単位体積当りの応力が低減される。
【解決手段】半導体レーザ素子100においては、リッジ部Riの上方の活性層5周辺の領域が光導波領域LPとなる。光導波領域LP上には、突起部21が形成されている。突起部21はGaNを主成分とする。そのため突起部21の熱膨張係数とGaN半導体層20の熱膨張係数とはほぼ等しい。この場合、突起部21の存在により、半導体レーザ素子100の熱膨張時に光導波領域LPの周辺部分に発生する単位体積当りの応力が低減される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、成長基板から支持基板への貼り替えによって形成される半導体レーザ素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、波長405nm程度の青紫色光を用いて記録および再生可能なDVD(デジタルバーサタイルディスク)が実用化されている。このようなDVDの記録および再生のために、波長405nm程度の青紫色光を出射する半導体レーザ素子(青紫色半導体レーザ素子)を用いたDVDドライブも実用化されている。
【0003】
青紫色半導体レーザ素子は、例えばGaN(窒化ガリウム)基板またはサファイア基板等の基板上に窒化物系半導体層を形成することにより作製される。
【0004】
窒化物系半導体層を形成するための基板としては、GaN基板を用いることが好ましい。GaN基板上に窒化物系半導体層を形成する場合、サファイア基板等の他の基板上に窒化物系半導体層を形成する場合に比べて、窒化物系半導体層の形成時に窒化物系半導体層に発生する歪みおよび結晶欠陥を低減することができる。したがって、GaN基板を用いることにより、高い信頼性を有する高出力の青紫色半導体レーザ素子を得ることができる。
【0005】
しかしながら、GaN基板は窒化物系半導体層を形成可能な他の基板(例えば、サファイア基板等)に比べて高価である。
【0006】
そこで、特許文献1には、窒化物系半導体層の成長基板としてGaN基板を繰り返し利用することができる半導体発光素子の製造方法が記載されている。この製造方法においては、成長基板としてのGaN基板上に、GaN基板のバンドギャップエネルギーよりも低いバンドギャップエネルギーを有する剥離層が形成される。さらに、その剥離層上に窒化物系半導体層が形成される。その後、剥離層のバンドギャップエネルギーよりも高くGaN基板のバンドギャップエネルギーよりも低いエネルギーを有するレーザビームがGaN基板を通して剥離層に照射される。これにより、GaN基板が窒化物系半導体層から分離される(レーザリフトオフ)。
【0007】
このように、特許文献1の半導体発光素子の製造方法によれば、窒化物系半導体層の形成後、レーザリフトオフにより分離されたGaN基板を窒化物系半導体層の成長基板として繰り返し利用することができる。したがって、特許文献1の製造方法を用いることにより、青紫色半導体レーザ素子の低コスト化が実現できる。
【特許文献1】特開2005−93988号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
通常、成長基板上に形成された窒化物系半導体層は、はんだ等からなる融着層を介して、ヒートシンクとしての支持基板に接合される。
【0009】
その状態で、半導体レーザ素子を駆動すると、半導体レーザ素子の温度が上昇し、窒化物系半導体層、融着層および支持基板を含む複数の層が膨張する。その場合、複数の層の熱膨張係数の違いにより、半導体レーザ素子の各部に応力が発生する。
【0010】
窒化物系半導体層の単位体積当りに発生する応力が大きい場合には、窒化物系半導体層に大きな歪みが発生することがある。その場合、半導体レーザ素子の特性が低下し、レーザ光の出力が低下したり、レーザ光の波長が不安定になる。
【0011】
本発明の目的は、歪みが抑制されることにより特性の低下が防止された半導体レーザ素子およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0012】
(1)第1の発明に係る半導体レーザ素子は、ストライプ状の光導波領域を有する窒化物系半導体層と、窒化物系半導体層の一面に接着される支持基板と、窒化物系半導体層の他面上に形成されるストライプ状の突起部とを備え、突起部は、窒化物系半導体からなり、光導波領域と略平行な方向に延びるものである。
【0013】
その半導体レーザ素子においては、窒化物系半導体層とほぼ等しい熱膨張係数を有する突起部が、窒化物系半導体層の他面上に光導波領域と略平行な方向にストライプ状に延びる。この場合、光導波領域を含む窒化物半導体層の厚みが突起部の存在により実質的に大きくなるので、半導体レーザ素子の熱膨張時に窒化物系半導体層の光導波領域に発生する単位体積当りの応力が低減される。それにより、窒化物系半導体層の光導波領域の歪みが抑制される。その結果、半導体レーザ素子の特性の低下が防止される。
【0014】
(2)突起部は、光導波領域に対向する位置に設けられてもよい。
【0015】
この場合、突起部の存在により窒化物半導体層の厚みが光導波領域を含む部分で実質的に大きくなるので、半導体レーザ素子の熱膨張時に光導波領域に発生する単位体積当りの応力をより確実に低減することができる。それにより、光導波領域に生じる歪みを十分に抑制することができる。したがって、半導体レーザ素子の特性の低下を確実に防止することができる。
【0016】
(3)光導波領域に対向する位置における窒化物系半導体層の領域の厚みは、光導波領域に対向する位置の両側の領域における窒化物系半導体層の厚みよりも大きくてもよい。
【0017】
この場合、窒化物半導体層の厚みが光導波領域を含む部分で大きくなるので、半導体レーザ素子の熱膨張時に光導波領域に発生する単位体積当りの応力が窒化物系半導体層の他の領域に発生する単位体積当りの応力に比べて十分に低減される。それにより、光導波領域に生じる歪みを十分に抑制することができる。したがって、半導体レーザ素子の特性の低下を確実に防止することができる。
【0018】
(4)半導体レーザ素子は、窒化物系半導体層と支持基板との間に設けられた融着層をさらに備え、光導波領域に対向する位置における融着層の厚みは、光導波領域に対向する位置の両側の領域における融着層の厚みよりも小さくてもよい。
【0019】
この場合、融着層によって窒化物系半導体層と支持基板とが確実に接着される。また、光導波領域に対向する位置における融着層の厚みを小さくすることにより、融着層と窒化物系半導体層との間に発生する応力によって光導波領域に歪みが生じることを抑制することができる。
【0020】
(5)窒化物系半導体層と支持基板との間に設けられた融着層をさらに備え、融着層は、窒化物系半導体層側から支持基板側に第1の層、第2の層および第3の層を順に含み、第1の層の熱膨張係数と支持基板の熱膨張係数との差は、第2の層の熱膨張係数と支持基板の熱膨張係数との差よりも小さく、第3の層の熱膨張係数と窒化物系半導体層の熱膨張係数との差は第2の層の熱膨張係数と窒化物系半導体層の熱膨張係数との差よりも小さく、第2の層の融点は、第1および第3の層の融点よりも低くてもよい。
【0021】
この場合、窒化物系半導体層の熱膨張係数に比較的近い熱膨張係数を有する第1の層を窒化物半導体層側に設けることにより、融着層と窒化物系半導体層との間に発生する応力を低減することができる。また、支持基板の熱膨張係数に比較的近い熱膨張係数を有する第3の層を支持基板側に設けることにより、融着層と支持基板との間に発生する応力を低減することができる。
【0022】
さらに、比較的融点が低い第2の層を設けることにより、比較的低い温度で窒化物系半導体層と支持基板とを接着することができる。それにより、窒化物系半導体層と支持基板との接着時における各層の熱膨張を抑制することができる。
【0023】
これらにより、窒化物系半導体層に発生する応力を十分に低減しつつ支持基板と窒化物半導体層とを確実に接着することができる。
【0024】
(6)第2の発明に係る半導体レーザ素子の製造方法は、窒化物系半導体基板を用意する工程と、光導波領域を含む窒化物系半導体層を窒化物系半導体基板上に形成する工程と、窒化物系半導体層上に支持基板を貼り合わせる工程と、窒化物系半導体基板の一部を光導波領域と略平行な方向に延びる突起部として窒化物系半導体層上に残すように窒化物系半導体層から窒化物系半導体基板を剥離する工程とを備えるものである。
【0025】
その半導体レーザ素子の製造方法においては、窒化物系半導体層とほぼ等しい熱膨張係数を有する突起部が、窒化物系半導体層の他面上に光導波領域と略平行な方向にストライプ状に延びる。この場合、光導波領域を含む窒化物半導体層の厚みが突起部の存在により実質的に大きくなるので、半導体レーザ素子の熱膨張時に窒化物系半導体層の光導波領域に発生する単位体積当りの応力が低減される。それにより、窒化物系半導体層の光導波領域の歪みが抑制される。その結果、半導体レーザ素子の特性の低下が防止される。
【0026】
(7)窒化物系半導体基板は、間隔をおいて位置するストライプ状の第1の領域を複数有するとともに、隣り合う第1の領域間に位置するストライプ状の第2の領域を複数有し、複数の第1の領域は、他の領域よりも高い欠陥密度を有し、複数の第2の領域は、他の領域よりも高い蛍光を発光可能であり、窒化物系半導体層を形成する工程は、窒化物系半導体基板の第2の領域に対向する窒化物系半導体層の位置に光導波領域を作製する工程を含み、窒化物系半導体基板を剥離する工程は、窒化物系半導体基板を通して窒化物系半導体層上にレーザビームを照射することにより窒化物系半導体層から窒化物系半導体基板を剥離する工程を含んでもよい。
【0027】
この場合、窒化物系半導体基板を剥離する工程において、窒化物系半導体基板の第2の領域では、他の領域に比べてレーザビームが吸収されやすい。それにより、窒化物系半導体基板の第2の領域の一部が窒化物系半導体基板から分離される。
【0028】
窒化物系半導体層の光導波領域は窒化物系半導体基板の第2の領域に対向する位置に形成される。そのため、分離された窒化物系半導体基板の第2の領域の一部が、光導波領域と略平行な方向に延びる突起部として窒化物系半導体層上に残る。このように、窒化物系半導体層上に突起部を容易に形成することができる。
【0029】
(8)窒化物系半導体層上に支持基板を貼り合わせる工程は、窒化物系半導体層と支持基板との間に窒化物系半導体層側から支持基板側に第1の層、第2の層および第3の層を順に含む融着層を設ける工程を含み、第1の層の熱膨張係数と支持基板の熱膨張係数との差は、第2の層の熱膨張係数と支持基板の熱膨張係数との差よりも小さく、第3の層の熱膨張係数と窒化物系半導体層の熱膨張係数との差は第2の層の熱膨張係数と窒化物系半導体層の熱膨張係数との差よりも小さく、第2の層の融点は、第1および第3の層の融点よりも低くてもよい。
【0030】
この場合、窒化物系半導体層の熱膨張係数に比較的近い熱膨張係数を有する第1の層を窒化物半導体層側に設けることにより、融着層と窒化物系半導体層との間に発生する応力を低減することができる。また、支持基板の熱膨張係数に比較的近い熱膨張係数を有する第3の層を支持基板側に設けることにより、融着層と支持基板との間に発生する応力を低減することができる。
【0031】
さらに、比較的融点が低い第2の層を設けることにより、比較的低い温度で窒化物系半導体層と支持基板とを接着することができる。それにより、窒化物系半導体層と支持基板との接着時における各層の熱膨張を抑制することができる。
【0032】
これらにより、窒化物系半導体層に発生する応力を十分に低減しつつ支持基板と窒化物半導体層とを確実に接着することができる。
【0033】
(9)成長用基板が剥離された窒化物系半導体層の表面を清浄化する工程と、窒化物系半導体層の清浄化された表面に電極を形成する工程とをさらに備えてもよい。この場合、電極の良好なオーミック特性が得られる。
【発明の効果】
【0034】
本発明によれば、半導体レーザ素子の熱膨張時に窒化物系半導体層の光導波領域に発生する単位体積当りの応力が低減される。それにより、窒化物系半導体層の光導波領域の歪みが抑制される。その結果、半導体レーザ素子の特性の低下が防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【0035】
以下、本発明の実施の形態に係る半導体レーザ素子およびその製造方法について図面を参照しながら説明する。
【0036】
(1)第1の実施の形態
(1−1)半導体レーザ素子の製造方法
図1〜図6は、第1の実施の形態に係る半導体レーザ素子の製造方法を示す工程図である。なお、図1(a)、図2〜図5および図6(i)は断面図であり、図1(b)および図6(j)は平面図である。
【0037】
まず、図1(a)および図1(b)に示すGaN(窒化ガリウム)基板1を用意する。本実施の形態では、転位がストライプ状の領域R1に集中するように作製されたGaN基板1を用いる。このようなGaN基板1は、例えばVAS(Void Assisted Separation)法またはDEEP(Dislocation Elimination by the Epi-growth with inverted-Pyramidal pits)法等により作製される。以下、領域R1を転位集中領域R1と呼ぶ。
【0038】
このGaN基板1の表面に紫外線を照射して、蛍光顕微鏡により蛍光発光を観察すると、隣り合う転位集中領域R1間の中心部付近に、周囲と発光のコントラストが異なるストライプ状の領域R2を確認することができる。領域R2の幅H1は例えば約0.1μm以上40μm以下の範囲であり、均一であっても不均一であってもよい。
【0039】
この領域R2は、周囲よりも蛍光発光が強く、黄味を帯びた明るい発光を示す。これは、結晶成長時において酸素の取り込み量が周囲と異なるためであると考えられる。また、領域R2は、高抵抗であるとともに良好な結晶性を有する。以下、領域R2を高ルミネッセンス領域R2と呼ぶ。
【0040】
図2(a)に示すように、このGaN(窒化ガリウム)基板1上に、MOCVD法(有機金属化学気相成長法)を用いてバッファ層、剥離層2、n型コンタクト層3、n型クラッド層4、n型キャリアブロック層、n型光ガイド層、活性層5、p型光ガイド層、p型キャップ層、p型クラッド層6およびp型コンタクト層7を順に結晶成長させる。なお、バッファ層、n型キャリアブロック層、n型光ガイド層、p型光ガイド層およびp型キャップ層に関しては、図示を省略している。
【0041】
まず、GaN基板1上に、例えば膜厚約20nmのGaNからなるバッファ層を形成する。続いて、バッファ層上に、膜厚約30nmのInGaNからなる剥離層2を形成する。
【0042】
続いて、剥離層2上に、約5×1018cm−3のSi(ケイ素)がドープされたGaNからなるn型コンタクト層3を形成する。n型コンタクト層3の膜厚は約5μmであり、キャリア濃度は約5×1018cm−3である。続いて、n型コンタクト層3上に、約5×1018cm−3のSiがドープされたAl0.07Ga0.93Nからなるn型クラッド層4を形成する。n型クラッド層4の膜厚は約400nmであり、キャリア濃度は約5×1018cm−3である。
【0043】
続いて、n型クラッド層4上に、約5×1018cm−3のSiがドープされたAl0.16Ga0.84Nからなるn型キャリアブロック層を形成する。n型キャリアブロック層の膜厚は約5nmであり、キャリア濃度は約5×1018cm−3である。続いて、n型キャリアブロック層上に、SiがドープされたGaNからなるn型光ガイド層を形成する。n型光ガイド層の膜厚は約100nmである。
【0044】
n型光ガイド層上に、膜厚約20nmのアンドープIn0.02Ga0.98Nからなる複数(例えば4つ)の障壁層と、膜厚約3nmのアンドープIn0.15Ga0.85Nからなる複数(例えば3つ)の量子井戸層とを交互に成長させ、MQW(多重量子井戸)構造の活性層5を形成する。
【0045】
なお、本例では、MQW構造を有する活性層5を用いているが、これに代えて、SQW(単一量子井戸)構造を有する活性層5を用いてもよい。
【0046】
続いて、活性層5上に、約4×1019cm−3のMg(マグネシウム)がドープされたGaNからなるp型光ガイド層を形成する。p型光ガイド層の膜厚は約100nmである。続いて、p型光ガイド層上に、約4×1019cm―3のMgがドープされたAl0.16Ga0.84Nからなるp型キャップ層を形成する。p型キャップ層の膜厚は約20nmである。
【0047】
続いて、p型キャップ層上に、約4×1019cm−3のMgがドープされたAl0.07Ga0.93Nからなるp型クラッド層6を形成する。p型クラッド層6の膜厚は約400nmであり、キャリア濃度は約5×1017cm−3である。続いて、p型クラッド層6上に、約4×1019cm−3のMgがドープされたIn0.02Ga0.98Nからなるp型コンタクト層7を形成する。p型コンタクト層7の膜厚は約10nmであり、キャリア濃度は約5×1017cm−3である。
【0048】
これらn型コンタクト層3、n型クラッド層4、n型キャリアブロック層、n型光ガイド層、活性層5、p型光ガイド層、p型キャップ層、p型クラッド層6およびp型コンタクト層7により、GaNを主成分とするGaN半導体層20が構成される。
【0049】
続いて、p型コンタクト層7上に、CVD法(化学気相成長法)およびフォトリソグラフィを用いてSiO2からなるストライプ状のエッチングマスクを形成する。そして、Cl2(塩素)ガスを用いてp型コンタクト層7およびp型クラッド層6の一部をエッチングする。それにより、図2(b)に示すように、ストライプ状のリッジ部Riが形成される。リッジ部Riを除くp型クラッド層6の部分の膜厚は約80nmとなる。なお、エッチングマスクはエッチング後に除去される。
【0050】
本実施の形態では、GaN基板1の高ルミネッセンス領域R2の上方にリッジ部Riが形成されるように、p型コンタクト層7およびp型クラッド層6のエッチング領域が設定される。リッジ部Riの幅は例えば約1.5μmであり、高さは例えば約320nmである。
【0051】
続いて、図3(c)に示すように、p型クラッド層6の上面およびリッジ部Riの側面に例えばSiO2からなる電流ブロック層8を形成する。続いて、p型コンタクト層7上にp側オーミック電極9を形成する。p側オーミック電極9は、膜厚約5nmのPt(白金)層、膜厚約100nmのPd(パラジウム)層および膜厚150nmのAu(金)層を順に含む積層膜である。
【0052】
続いて、隣り合うリッジ部Ri間の中心部を除いた電流ブロック層8およびp側オーミック電極9上の領域に、p側パッド電極10を形成する。p側パッド電極10は、膜厚3nmのTi(チタン)層、膜厚100nmのPd層および膜厚300nmのAu層を含む積層膜である。
【0053】
続いて、p側パッド電極10上に、融着層11を形成する。融着層11は、88重量%のAuおよび12重量%のGe(ゲルマニウム)からなる合金層(以下、A合金層と呼ぶ)、10重量%のAuおよび90重量%のSn(錫)からなる合金層(以下、B合金層と呼ぶ)、および88重量%のAuおよび12重量%のGeからなる合金層(以下、C合金層と呼ぶ)を順に含む積層膜である。A合金層の膜厚は約1μmであり、B合金層の厚みは3μmであり、C合金層の厚みは1μmである。なお、A合金層が請求項における融着層の第1の層の例であり、B合金層が第2の層の例であり、C合金層が第3の層の例である。
【0054】
一方、図3(d)に示すように、Ge(ゲルマニウム)基板30上に、膜厚150nmのNi層および膜厚300nmのAu層を順に含む積層膜からなるコンタクト金属層31をEB法(電子ビーム蒸着法)により形成する。
【0055】
そして、真空状態において295℃の温度で加圧することにより、図4(e)に示すように、Ge基板30上のコンタクト金属層31とGaN半導体層20上の融着層11とを貼り合わせる。これにより、Ge基板30とGaN半導体層20とが接合される。
【0056】
続いて、GaN基板1の露出面(図4において上面)に鏡面研磨を施す。そして、図4(f)に示すように、GaN基板1を通して剥離層2に向けてレーザビームLAを照射する。具体的には、Nd:YAG(ネオジウム:ヤグ(イットリウムアルミニウムガーネット))またはNd:YVO4(ネオジウム:イットリウムバナデート)等のパルスレーザの第2高調波(波長:約532nm)を、約500mJ/cm2以上約1000mJ/cm2以下のエネルギー密度で断続的に照射する。その場合、剥離層2上において隣接する照射スポットが重なり合うように、レーザビームLAを照射ごとに約30μmずつ走査させる。これにより、剥離層2のInGaNが分解される。
【0057】
続いて、図5(g)に示すように、GaN基板1をGaN半導体層20から剥離する。この場合、GaN基板1の高ルミネッセンス領域R2の一部が、GaN半導体層20の表面に残留する。それにより、GaN半導体層20の表面にGaNからなる断面凸状の突起部21がストライプ状に形成される。
【0058】
突起部21が形成される理由は、次のように考えられる。上記のように、GaN基板1の酸素の取り込み量は、高ルミネッセンス領域R2と他の領域とで異なると考えられる。それにより、高ルミネッセンス領域R2においては、屈折率がGaN基板1の他の領域よりも大きくなり、レーザビームLAが照射される際に、レーザビームLAの焦点位置が光源に近くなる。
【0059】
したがって、レーザビームLAの照射条件を上記のように設定した場合、GaN基板1の高ルミネッセンス領域R2を除く領域に照射されるレーザビームLAは、GaN基板1を透過して剥離層2に吸収される。一方、GaN基板1の高ルミネッセンス領域R2に照射されるレーザビームLAは、GaN基板1内で吸収され、GaN基板1の一部が分解される。その結果、GaN基板1の高ルミネッセンス領域R2が上下に分断され、その一部がGaN半導体層20の表面に残留すると考えられる。
【0060】
本実施の形態では、蛍光顕微鏡等により、GaN基板1の高ルミネッセンス領域R2の位置が予め確認される。そして、GaN半導体層20の形成工程において、図2(b)に示したように、GaN基板1の高ルミネッセンス領域R2の上方にGaN半導体層20のリッジ部Riが形成される。それにより、GaN基板1の剥離時に、図5(g)に示すように、リッジ部Riの上方に突起部21が形成される。
【0061】
GaN基板1の剥離後、突起部21を除く剥離層2の部分をドライエッチングにより除去する。続いて、露出する突起部21およびn型コンタクト層3の表面の清浄化を行い、図5(h)に示すように、突起部21およびその周辺部を覆うようにn側電極22を形成する。n側電極22は、膜厚6nmのAl(アルミニウム)層、膜厚10nmのPd層および膜厚300nmのAu層を順に含む積層膜である。
【0062】
続いて、n側電極22が形成されていないn型コンタクト層3上の領域に、SiO2からなる絶縁層23を形成する。その後、Ge基板30の膜厚が100μm程度になるようにGe基板30の裏面(図5(h)において下面)を研磨し、そのGe基板30の裏面に裏面電極24を形成する。裏面電極24は、膜厚100nmのNi層および膜厚300nmのAu層を順に含む。
【0063】
このようにして形成された積層体を、図6(i)および図6(j)に示すように、ダイシング、レーザスクライブまたは選択エッチングにより複数の素子に分離する。これにより、半導体レーザ素子100が完成する。
【0064】
図7は、上記の工程を経て形成された半導体レーザ素子100の断面図である。図7(a)に示すように、半導体レーザ素子100においては、リッジ部Riの上方の活性層5周辺の領域が光導波領域LPとなる。
【0065】
GaN半導体層20の光導波領域LP上には、突起部21が形成されている。図7(b)に示すように、突起部21の高さHAは、0.5μm以上5μm以下であることが好ましく、突起部21の幅WAは、30μm以上50μm以下であることが好ましい。また、突起部21の形成範囲は、リッジ部Riの中心を通る鉛直面SAから両側方にそれぞれ30μm以内であることが好ましい。
【0066】
(1−2)第1の実施の形態の効果
半導体レーザ素子100は、種々の熱膨張係数を有する複数の層を含む積層構造を有する。半導体レーザ素子100の駆動時等において、半導体レーザ素子100の温度が上昇すると、複数の層の熱膨張係数の違いにより、半導体レーザ素子100の各部に応力が発生する。この場合、GaN半導体層20の光導波領域LPに大きな応力が発生すると、光導波領域LPに大きな歪みが生じて、半導体レーザ素子100の特性が低下することがある。
【0067】
本実施の形態では、GaN半導体層20の光導波領域LP上に、突起部21が形成される。GaN半導体層20および突起部21はともにGaNを主成分とするので、熱膨張係数の違いがほとんどない。熱膨張係数が共通の部分においては、その厚みが大きいほど、単位体積当りに発生する応力が小さい。
【0068】
そのため、突起部21が形成されたGaN半導体層20の部分、すなわち光導波領域LPの周辺部分に発生する単位体積当りの応力は、突起部21が形成されていないGaN半導体層20の部分に比べて低減される。したがって、GaN半導体層20の光導波領域LPの歪みが抑制される。その結果、半導体レーザ素子100の特性の低下が防止される。
【0069】
また、本実施の形態では、融着層11として、88重量%のAuおよび12重量%のGeからなる合金層(A合金層)、10重量%のAuおよび90重量%のSnからなる合金層(B合金層)、および88重量%のAuおよび12重量%のGeからなる合金層(C合金層)を順に含む積層膜が用いられる。ここで、A合金層およびC合金層の融点は356℃であり、B合金層の融点は217℃である。また、A合金層およびC合金層の熱膨張係数は12.0×10−6/Kであり、B合金層の熱膨張係数は13.6×10−6/Kである。なお、GaNの熱膨張係数は5.59×10−6/Kであり、Geの熱膨張係数は5.75×10−6/Kである。
【0070】
この場合、比較的熱膨張係数がGe基板30およびGaN半導体層20と近いA合金層およびC合金層を用いることにより、Ge基板30とGaN半導体層20との接合時に、融着層11とGe基板30との間および融着層11とGaN半導体層20との間に発生する応力を低減することができる。
【0071】
また、比較的融点が低いB合金層を用いることにより、比較的低い温度でGe基板30と半導体層20とを接合することができる。そのため、各層の膨張を抑制することができ、発生する応力を低減することができる。
【0072】
このように、A合金層、B合金層およびC合金層からなる融着層11を用いることにより、GaN半導体層20に生じる歪みを十分に抑制することができる。
【0073】
(2)第2の実施の形態
図8は、第2の実施の形態に係る半導体レーザ素子の断面図である。図8の半導体レーザ素子110が図7の半導体レーザ素子100と異なる点は、リッジ部Riから両側方に一定幅離間した領域におけるGaN半導体層20の厚みが、リッジ部Riを含む領域におけるGaN半導体層20の厚みとほぼ等しく形成される点である。
【0074】
半導体レーザ素子110の製造時には、図2(b)に示したリッジ部Riの形成工程において、リッジ部Riの両側の一定幅の領域のみにエッチングを行う。なお、エッチングを行う領域の幅H2は、それぞれ例えば10μmである。
【0075】
この半導体レーザ素子110においては、光導波領域LPの側方におけるGaN半導体層20の厚みが十分に確保される。それにより、GaN半導体層20の広い領域において、単位体積当りに発生する応力が十分に低減される。それにより、GaN半導体層20の歪みが十分に抑制される。したがって、半導体レーザ素子100の特性の低下が十分に防止される。
【0076】
また、光導波領域LPの側方におけるGaN半導体層20の厚みが大きく形成される分だけ融着層11の厚みを小さくすることができる。それにより、融着層11の熱膨張によって発生する応力を低減することができる。
【0077】
(3)第3の実施の形態
図9は、第3の実施の形態に係る半導体レーザ素子の断面図である。図9の半導体レーザ素子120が図7の半導体レーザ素子100と異なるのは、以下の点である。
【0078】
半導体レーザ素子120においては、GaN半導体層20に断面凸状のリッジ部Riが形成される代わりに、電流ブロック層8に断面凹状のストライプ状の溝8aが形成される。溝8aは、図7の半導体レーザ素子100のリッジ部Riと同じ方向に延びている。溝8a上方の活性層5周辺の領域が光導波領域LPとなる。溝8aの底部にはストライプ状の開口部81が形成されており、開口部81内にはp側オーミック電極9が形成されている。
【0079】
また、GaN半導体層20上には、2つの断面凸状の突起部21aが互いに近接して形成されている。2つの突起部21aは、溝8aの上方に位置する。
【0080】
溝8aの形成工程および突起部21aの形成工程について説明する。図10は溝8aの形成工程を示す断面図である。
【0081】
図10(a)に示すように、GaN半導体層20上に電流ブロック層8を形成する。続いて、図10(b)に示すように、GaN基板1の高ルミネッセンス領域R2の上方における電流ブロック層8aの領域をエッチングし、ストライプ状の溝8aを形成する。溝8aの幅は、例えば10μmに設定される。続いて、図10(c)に示すように、溝8aの略中心部にストライプ状の開口部81を形成する。
【0082】
このように、GaN基板1の高ルミネッセンス領域R2の上方に溝8aを形成することにより、GaN基板1の剥離時に(図5(a)参照)、開口部81の上方に突起部21aが形成される。本実施の形態では、開口部81の上方に2つの突起部21aが近接して形成される。
【0083】
突起部21aの高さは、0.5μm以上5μm以下であることが好ましく、突起部21aの幅の合計は、30μm以上50μm以下であることが好ましい。また、突起部21aの形成範囲は、開口部81の中心を通る鉛直面から両側方にそれぞれ30μm以内であることが好ましい。
【0084】
この半導体レーザ素子120においては、GaN半導体層20にリッジ部Riが形成されないことによりGaN半導体層20の厚みが十分に確保される。それにより、GaN半導体層20の全体において、単位体積当りに発生する応力が十分に低減される。それにより、GaN半導体層20の歪みが十分に抑制される。したがって、半導体レーザ素子120の特性の低下が十分に防止される。
【0085】
また、GaN半導体層20の厚みが大きく形成される分だけ融着層11の厚みを小さくすることができる。それにより、融着層11の熱膨張によって発生する応力を低減することができる。
【0086】
また、2つの突起部21aが形成されることにより、光導波領域LP周辺のより広い領域において、単位面積当りに発生する応力をより確実に低減することができる。それにより、半導体レーザ素子120の特性の低下を確実に防止することができる。
【0087】
なお、図9では、2つの突起部21aが互いに近接するように形成されるが、開口部81の中心を通る鉛直面から両側方にそれぞれ30μm以内において、2つの突起部21aが離間するように形成されてもよい。
【0088】
(4)第4の実施の形態
図11は、第4の実施の形態に係る半導体レーザ素子の断面図である。以下、図11の半導体レーザ素子130が図8の半導体レーザ素子110と異なる点を説明する。
【0089】
半導体レーザ素子130においては、突起部21上にSiO2からなる絶縁層23aが形成される。この絶縁層23aを覆うように、n側電極22が形成される。
【0090】
ここで、SiO2からなる絶縁層23aの熱膨張係数は0.4×10−6/Kであり、突起部21およびGaN半導体層20(GaN)の熱膨張係数は5.59×10−6/Kであり、n側電極22のAl層の熱膨張係数は23.5×10−6/Kである。この場合、絶縁層23aの熱膨張係数と突起部21およびGaN半導体層20の熱膨張係数との差は、n側電極22の熱膨張係数と突起部21およびGaN半導体層20の熱膨張係数との差よりも小さい。そのため、突起部21およびGaN半導体層に発生する応力を低減することができる。
【0091】
なお、絶縁層23aの材料として、SiO2の代わりにSi3N4(窒化ケイ素)またはAl2O3(酸化アルミニウム)を用いてもよい。その場合にも、同様の効果が得られる。
【0092】
また、GaN半導体層20の上面側に形成される層と下面側に形成される層とが同様の熱膨張係数を有する場合には、GaN半導体層20に加わる応力の方向が一致する。
【0093】
具体的には、GaN半導体層20の上面側および下面側に、GaN半導体層20よりも熱膨張係数が大きい層が形成された場合には、GaN半導体層20の上面側および下面側から、GaN半導体層20を幅方向に引っ張る方向の応力が発生する。一方、GaN半導体層20の上面側および下面側に、GaN半導体層20よりも熱膨張係数が小さい層が形成された場合には、GaN半導体層20の上面側および下面側から、GaN半導体層20を幅方向に縮める方向の応力が発生する。このような場合には、GaN半導体層20の歪みが抑制される。
【0094】
(5)他の実施の形態
また、上記実施の形態では、MOCVD法を用いてGaN半導体層20の各層を結晶成長させたが、HVPE(ハイドライド気相エピタキシャル成長)法またはガスソースMBE(分子線エピタキシャル成長)法等を用いてGaN半導体層20の各層を結晶成長させてもよい。また、GaN半導体層20の結晶構造は、ウルツ鉱型であっても閃亜鉛鉱型構造であってもよい。また、結晶成長の面方位は[0001]であってもよく、あるいは[11−20]または[1−100]であってもよい。
【0095】
また、レーザビームLAとして、Nd:YAGまたはNd:YVO4の基本波を用いてもよい。また、Tiサファイアレーザを用いた超短パルスのフェムト秒パルスレーザを用いてもよい。その場合、レーザビームLAの照射時に、GaN半導体層20が発熱によって歪むことが抑制され、半導体レーザ素子100,110,120,130の素子特性の低下が防止される。
【0096】
また、Ge基板30の代わりに、Si(シリコン)、SiC(シリコンカーバイド)、GaP(ガリウムリン)、GaAs(ガリウムヒ素)、ZnO(酸化亜鉛)等の導電性半導体、金属、Al、Fe−Ni、Cu−W(タングステン)、Cu−Mo(モリブデン)等の複合金属、またはCu−CuO等の金属−金属酸化物の複合材料を用いてもよい。
【0097】
また、GaN半導体層20には、Ga(ガリウム)、Al(アルミニウム)、In(インジウム)、Tl(タリウム)およびB(ホウ素)のうち少なくとも一つを含む13族元素の窒化物を用いることができる。具体的には、窒化物系半導体層10として、AlN、InN、BN、TlN、GaN、AlGaN、InGaN、InAlGaNまたはこれらの混晶からなる窒化物系半導体を用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【0098】
本発明に係る半導体レーザ素子およびその製造方法は、光ピックアップ装置、表示装置、光源等ならびにそれらの製造に有効に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【0099】
【図1】半導体レーザ素子の製造方法を示す工程図である。
【図2】半導体レーザ素子の製造方法を示す工程図である。
【図3】半導体レーザ素子の製造方法を示す工程図である。
【図4】半導体レーザ素子の製造方法を示す工程図である。
【図5】半導体レーザ素子の製造方法を示す工程図である。
【図6】半導体レーザ素子の製造方法を示す工程図である。
【図7】図1〜図6の工程を経て形成された半導体レーザ素子の断面図である。
【図8】第2の実施の形態に係る半導体レーザ素子の断面図である。
【図9】第3の実施の形態に係る半導体レーザ素子の断面図である。
【図10】図9の半導体レーザ素子の製造方法を示す図である。
【図11】第4の実施の形態に係る半導体レーザ素子の断面図である。
【符号の説明】
【0100】
1 GaN基板
2 剥離層
5 活性層
11 融着層
20 GaN半導体層
21,21a 突起部
30 Ge基板
100,110,120,130 半導体レーザ素子
LP 光導波領域
R1 転位集中領域
R2 高ルミネッセンス領域
Ri リッジ部
【技術分野】
【0001】
本発明は、成長基板から支持基板への貼り替えによって形成される半導体レーザ素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、波長405nm程度の青紫色光を用いて記録および再生可能なDVD(デジタルバーサタイルディスク)が実用化されている。このようなDVDの記録および再生のために、波長405nm程度の青紫色光を出射する半導体レーザ素子(青紫色半導体レーザ素子)を用いたDVDドライブも実用化されている。
【0003】
青紫色半導体レーザ素子は、例えばGaN(窒化ガリウム)基板またはサファイア基板等の基板上に窒化物系半導体層を形成することにより作製される。
【0004】
窒化物系半導体層を形成するための基板としては、GaN基板を用いることが好ましい。GaN基板上に窒化物系半導体層を形成する場合、サファイア基板等の他の基板上に窒化物系半導体層を形成する場合に比べて、窒化物系半導体層の形成時に窒化物系半導体層に発生する歪みおよび結晶欠陥を低減することができる。したがって、GaN基板を用いることにより、高い信頼性を有する高出力の青紫色半導体レーザ素子を得ることができる。
【0005】
しかしながら、GaN基板は窒化物系半導体層を形成可能な他の基板(例えば、サファイア基板等)に比べて高価である。
【0006】
そこで、特許文献1には、窒化物系半導体層の成長基板としてGaN基板を繰り返し利用することができる半導体発光素子の製造方法が記載されている。この製造方法においては、成長基板としてのGaN基板上に、GaN基板のバンドギャップエネルギーよりも低いバンドギャップエネルギーを有する剥離層が形成される。さらに、その剥離層上に窒化物系半導体層が形成される。その後、剥離層のバンドギャップエネルギーよりも高くGaN基板のバンドギャップエネルギーよりも低いエネルギーを有するレーザビームがGaN基板を通して剥離層に照射される。これにより、GaN基板が窒化物系半導体層から分離される(レーザリフトオフ)。
【0007】
このように、特許文献1の半導体発光素子の製造方法によれば、窒化物系半導体層の形成後、レーザリフトオフにより分離されたGaN基板を窒化物系半導体層の成長基板として繰り返し利用することができる。したがって、特許文献1の製造方法を用いることにより、青紫色半導体レーザ素子の低コスト化が実現できる。
【特許文献1】特開2005−93988号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
通常、成長基板上に形成された窒化物系半導体層は、はんだ等からなる融着層を介して、ヒートシンクとしての支持基板に接合される。
【0009】
その状態で、半導体レーザ素子を駆動すると、半導体レーザ素子の温度が上昇し、窒化物系半導体層、融着層および支持基板を含む複数の層が膨張する。その場合、複数の層の熱膨張係数の違いにより、半導体レーザ素子の各部に応力が発生する。
【0010】
窒化物系半導体層の単位体積当りに発生する応力が大きい場合には、窒化物系半導体層に大きな歪みが発生することがある。その場合、半導体レーザ素子の特性が低下し、レーザ光の出力が低下したり、レーザ光の波長が不安定になる。
【0011】
本発明の目的は、歪みが抑制されることにより特性の低下が防止された半導体レーザ素子およびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0012】
(1)第1の発明に係る半導体レーザ素子は、ストライプ状の光導波領域を有する窒化物系半導体層と、窒化物系半導体層の一面に接着される支持基板と、窒化物系半導体層の他面上に形成されるストライプ状の突起部とを備え、突起部は、窒化物系半導体からなり、光導波領域と略平行な方向に延びるものである。
【0013】
その半導体レーザ素子においては、窒化物系半導体層とほぼ等しい熱膨張係数を有する突起部が、窒化物系半導体層の他面上に光導波領域と略平行な方向にストライプ状に延びる。この場合、光導波領域を含む窒化物半導体層の厚みが突起部の存在により実質的に大きくなるので、半導体レーザ素子の熱膨張時に窒化物系半導体層の光導波領域に発生する単位体積当りの応力が低減される。それにより、窒化物系半導体層の光導波領域の歪みが抑制される。その結果、半導体レーザ素子の特性の低下が防止される。
【0014】
(2)突起部は、光導波領域に対向する位置に設けられてもよい。
【0015】
この場合、突起部の存在により窒化物半導体層の厚みが光導波領域を含む部分で実質的に大きくなるので、半導体レーザ素子の熱膨張時に光導波領域に発生する単位体積当りの応力をより確実に低減することができる。それにより、光導波領域に生じる歪みを十分に抑制することができる。したがって、半導体レーザ素子の特性の低下を確実に防止することができる。
【0016】
(3)光導波領域に対向する位置における窒化物系半導体層の領域の厚みは、光導波領域に対向する位置の両側の領域における窒化物系半導体層の厚みよりも大きくてもよい。
【0017】
この場合、窒化物半導体層の厚みが光導波領域を含む部分で大きくなるので、半導体レーザ素子の熱膨張時に光導波領域に発生する単位体積当りの応力が窒化物系半導体層の他の領域に発生する単位体積当りの応力に比べて十分に低減される。それにより、光導波領域に生じる歪みを十分に抑制することができる。したがって、半導体レーザ素子の特性の低下を確実に防止することができる。
【0018】
(4)半導体レーザ素子は、窒化物系半導体層と支持基板との間に設けられた融着層をさらに備え、光導波領域に対向する位置における融着層の厚みは、光導波領域に対向する位置の両側の領域における融着層の厚みよりも小さくてもよい。
【0019】
この場合、融着層によって窒化物系半導体層と支持基板とが確実に接着される。また、光導波領域に対向する位置における融着層の厚みを小さくすることにより、融着層と窒化物系半導体層との間に発生する応力によって光導波領域に歪みが生じることを抑制することができる。
【0020】
(5)窒化物系半導体層と支持基板との間に設けられた融着層をさらに備え、融着層は、窒化物系半導体層側から支持基板側に第1の層、第2の層および第3の層を順に含み、第1の層の熱膨張係数と支持基板の熱膨張係数との差は、第2の層の熱膨張係数と支持基板の熱膨張係数との差よりも小さく、第3の層の熱膨張係数と窒化物系半導体層の熱膨張係数との差は第2の層の熱膨張係数と窒化物系半導体層の熱膨張係数との差よりも小さく、第2の層の融点は、第1および第3の層の融点よりも低くてもよい。
【0021】
この場合、窒化物系半導体層の熱膨張係数に比較的近い熱膨張係数を有する第1の層を窒化物半導体層側に設けることにより、融着層と窒化物系半導体層との間に発生する応力を低減することができる。また、支持基板の熱膨張係数に比較的近い熱膨張係数を有する第3の層を支持基板側に設けることにより、融着層と支持基板との間に発生する応力を低減することができる。
【0022】
さらに、比較的融点が低い第2の層を設けることにより、比較的低い温度で窒化物系半導体層と支持基板とを接着することができる。それにより、窒化物系半導体層と支持基板との接着時における各層の熱膨張を抑制することができる。
【0023】
これらにより、窒化物系半導体層に発生する応力を十分に低減しつつ支持基板と窒化物半導体層とを確実に接着することができる。
【0024】
(6)第2の発明に係る半導体レーザ素子の製造方法は、窒化物系半導体基板を用意する工程と、光導波領域を含む窒化物系半導体層を窒化物系半導体基板上に形成する工程と、窒化物系半導体層上に支持基板を貼り合わせる工程と、窒化物系半導体基板の一部を光導波領域と略平行な方向に延びる突起部として窒化物系半導体層上に残すように窒化物系半導体層から窒化物系半導体基板を剥離する工程とを備えるものである。
【0025】
その半導体レーザ素子の製造方法においては、窒化物系半導体層とほぼ等しい熱膨張係数を有する突起部が、窒化物系半導体層の他面上に光導波領域と略平行な方向にストライプ状に延びる。この場合、光導波領域を含む窒化物半導体層の厚みが突起部の存在により実質的に大きくなるので、半導体レーザ素子の熱膨張時に窒化物系半導体層の光導波領域に発生する単位体積当りの応力が低減される。それにより、窒化物系半導体層の光導波領域の歪みが抑制される。その結果、半導体レーザ素子の特性の低下が防止される。
【0026】
(7)窒化物系半導体基板は、間隔をおいて位置するストライプ状の第1の領域を複数有するとともに、隣り合う第1の領域間に位置するストライプ状の第2の領域を複数有し、複数の第1の領域は、他の領域よりも高い欠陥密度を有し、複数の第2の領域は、他の領域よりも高い蛍光を発光可能であり、窒化物系半導体層を形成する工程は、窒化物系半導体基板の第2の領域に対向する窒化物系半導体層の位置に光導波領域を作製する工程を含み、窒化物系半導体基板を剥離する工程は、窒化物系半導体基板を通して窒化物系半導体層上にレーザビームを照射することにより窒化物系半導体層から窒化物系半導体基板を剥離する工程を含んでもよい。
【0027】
この場合、窒化物系半導体基板を剥離する工程において、窒化物系半導体基板の第2の領域では、他の領域に比べてレーザビームが吸収されやすい。それにより、窒化物系半導体基板の第2の領域の一部が窒化物系半導体基板から分離される。
【0028】
窒化物系半導体層の光導波領域は窒化物系半導体基板の第2の領域に対向する位置に形成される。そのため、分離された窒化物系半導体基板の第2の領域の一部が、光導波領域と略平行な方向に延びる突起部として窒化物系半導体層上に残る。このように、窒化物系半導体層上に突起部を容易に形成することができる。
【0029】
(8)窒化物系半導体層上に支持基板を貼り合わせる工程は、窒化物系半導体層と支持基板との間に窒化物系半導体層側から支持基板側に第1の層、第2の層および第3の層を順に含む融着層を設ける工程を含み、第1の層の熱膨張係数と支持基板の熱膨張係数との差は、第2の層の熱膨張係数と支持基板の熱膨張係数との差よりも小さく、第3の層の熱膨張係数と窒化物系半導体層の熱膨張係数との差は第2の層の熱膨張係数と窒化物系半導体層の熱膨張係数との差よりも小さく、第2の層の融点は、第1および第3の層の融点よりも低くてもよい。
【0030】
この場合、窒化物系半導体層の熱膨張係数に比較的近い熱膨張係数を有する第1の層を窒化物半導体層側に設けることにより、融着層と窒化物系半導体層との間に発生する応力を低減することができる。また、支持基板の熱膨張係数に比較的近い熱膨張係数を有する第3の層を支持基板側に設けることにより、融着層と支持基板との間に発生する応力を低減することができる。
【0031】
さらに、比較的融点が低い第2の層を設けることにより、比較的低い温度で窒化物系半導体層と支持基板とを接着することができる。それにより、窒化物系半導体層と支持基板との接着時における各層の熱膨張を抑制することができる。
【0032】
これらにより、窒化物系半導体層に発生する応力を十分に低減しつつ支持基板と窒化物半導体層とを確実に接着することができる。
【0033】
(9)成長用基板が剥離された窒化物系半導体層の表面を清浄化する工程と、窒化物系半導体層の清浄化された表面に電極を形成する工程とをさらに備えてもよい。この場合、電極の良好なオーミック特性が得られる。
【発明の効果】
【0034】
本発明によれば、半導体レーザ素子の熱膨張時に窒化物系半導体層の光導波領域に発生する単位体積当りの応力が低減される。それにより、窒化物系半導体層の光導波領域の歪みが抑制される。その結果、半導体レーザ素子の特性の低下が防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【0035】
以下、本発明の実施の形態に係る半導体レーザ素子およびその製造方法について図面を参照しながら説明する。
【0036】
(1)第1の実施の形態
(1−1)半導体レーザ素子の製造方法
図1〜図6は、第1の実施の形態に係る半導体レーザ素子の製造方法を示す工程図である。なお、図1(a)、図2〜図5および図6(i)は断面図であり、図1(b)および図6(j)は平面図である。
【0037】
まず、図1(a)および図1(b)に示すGaN(窒化ガリウム)基板1を用意する。本実施の形態では、転位がストライプ状の領域R1に集中するように作製されたGaN基板1を用いる。このようなGaN基板1は、例えばVAS(Void Assisted Separation)法またはDEEP(Dislocation Elimination by the Epi-growth with inverted-Pyramidal pits)法等により作製される。以下、領域R1を転位集中領域R1と呼ぶ。
【0038】
このGaN基板1の表面に紫外線を照射して、蛍光顕微鏡により蛍光発光を観察すると、隣り合う転位集中領域R1間の中心部付近に、周囲と発光のコントラストが異なるストライプ状の領域R2を確認することができる。領域R2の幅H1は例えば約0.1μm以上40μm以下の範囲であり、均一であっても不均一であってもよい。
【0039】
この領域R2は、周囲よりも蛍光発光が強く、黄味を帯びた明るい発光を示す。これは、結晶成長時において酸素の取り込み量が周囲と異なるためであると考えられる。また、領域R2は、高抵抗であるとともに良好な結晶性を有する。以下、領域R2を高ルミネッセンス領域R2と呼ぶ。
【0040】
図2(a)に示すように、このGaN(窒化ガリウム)基板1上に、MOCVD法(有機金属化学気相成長法)を用いてバッファ層、剥離層2、n型コンタクト層3、n型クラッド層4、n型キャリアブロック層、n型光ガイド層、活性層5、p型光ガイド層、p型キャップ層、p型クラッド層6およびp型コンタクト層7を順に結晶成長させる。なお、バッファ層、n型キャリアブロック層、n型光ガイド層、p型光ガイド層およびp型キャップ層に関しては、図示を省略している。
【0041】
まず、GaN基板1上に、例えば膜厚約20nmのGaNからなるバッファ層を形成する。続いて、バッファ層上に、膜厚約30nmのInGaNからなる剥離層2を形成する。
【0042】
続いて、剥離層2上に、約5×1018cm−3のSi(ケイ素)がドープされたGaNからなるn型コンタクト層3を形成する。n型コンタクト層3の膜厚は約5μmであり、キャリア濃度は約5×1018cm−3である。続いて、n型コンタクト層3上に、約5×1018cm−3のSiがドープされたAl0.07Ga0.93Nからなるn型クラッド層4を形成する。n型クラッド層4の膜厚は約400nmであり、キャリア濃度は約5×1018cm−3である。
【0043】
続いて、n型クラッド層4上に、約5×1018cm−3のSiがドープされたAl0.16Ga0.84Nからなるn型キャリアブロック層を形成する。n型キャリアブロック層の膜厚は約5nmであり、キャリア濃度は約5×1018cm−3である。続いて、n型キャリアブロック層上に、SiがドープされたGaNからなるn型光ガイド層を形成する。n型光ガイド層の膜厚は約100nmである。
【0044】
n型光ガイド層上に、膜厚約20nmのアンドープIn0.02Ga0.98Nからなる複数(例えば4つ)の障壁層と、膜厚約3nmのアンドープIn0.15Ga0.85Nからなる複数(例えば3つ)の量子井戸層とを交互に成長させ、MQW(多重量子井戸)構造の活性層5を形成する。
【0045】
なお、本例では、MQW構造を有する活性層5を用いているが、これに代えて、SQW(単一量子井戸)構造を有する活性層5を用いてもよい。
【0046】
続いて、活性層5上に、約4×1019cm−3のMg(マグネシウム)がドープされたGaNからなるp型光ガイド層を形成する。p型光ガイド層の膜厚は約100nmである。続いて、p型光ガイド層上に、約4×1019cm―3のMgがドープされたAl0.16Ga0.84Nからなるp型キャップ層を形成する。p型キャップ層の膜厚は約20nmである。
【0047】
続いて、p型キャップ層上に、約4×1019cm−3のMgがドープされたAl0.07Ga0.93Nからなるp型クラッド層6を形成する。p型クラッド層6の膜厚は約400nmであり、キャリア濃度は約5×1017cm−3である。続いて、p型クラッド層6上に、約4×1019cm−3のMgがドープされたIn0.02Ga0.98Nからなるp型コンタクト層7を形成する。p型コンタクト層7の膜厚は約10nmであり、キャリア濃度は約5×1017cm−3である。
【0048】
これらn型コンタクト層3、n型クラッド層4、n型キャリアブロック層、n型光ガイド層、活性層5、p型光ガイド層、p型キャップ層、p型クラッド層6およびp型コンタクト層7により、GaNを主成分とするGaN半導体層20が構成される。
【0049】
続いて、p型コンタクト層7上に、CVD法(化学気相成長法)およびフォトリソグラフィを用いてSiO2からなるストライプ状のエッチングマスクを形成する。そして、Cl2(塩素)ガスを用いてp型コンタクト層7およびp型クラッド層6の一部をエッチングする。それにより、図2(b)に示すように、ストライプ状のリッジ部Riが形成される。リッジ部Riを除くp型クラッド層6の部分の膜厚は約80nmとなる。なお、エッチングマスクはエッチング後に除去される。
【0050】
本実施の形態では、GaN基板1の高ルミネッセンス領域R2の上方にリッジ部Riが形成されるように、p型コンタクト層7およびp型クラッド層6のエッチング領域が設定される。リッジ部Riの幅は例えば約1.5μmであり、高さは例えば約320nmである。
【0051】
続いて、図3(c)に示すように、p型クラッド層6の上面およびリッジ部Riの側面に例えばSiO2からなる電流ブロック層8を形成する。続いて、p型コンタクト層7上にp側オーミック電極9を形成する。p側オーミック電極9は、膜厚約5nmのPt(白金)層、膜厚約100nmのPd(パラジウム)層および膜厚150nmのAu(金)層を順に含む積層膜である。
【0052】
続いて、隣り合うリッジ部Ri間の中心部を除いた電流ブロック層8およびp側オーミック電極9上の領域に、p側パッド電極10を形成する。p側パッド電極10は、膜厚3nmのTi(チタン)層、膜厚100nmのPd層および膜厚300nmのAu層を含む積層膜である。
【0053】
続いて、p側パッド電極10上に、融着層11を形成する。融着層11は、88重量%のAuおよび12重量%のGe(ゲルマニウム)からなる合金層(以下、A合金層と呼ぶ)、10重量%のAuおよび90重量%のSn(錫)からなる合金層(以下、B合金層と呼ぶ)、および88重量%のAuおよび12重量%のGeからなる合金層(以下、C合金層と呼ぶ)を順に含む積層膜である。A合金層の膜厚は約1μmであり、B合金層の厚みは3μmであり、C合金層の厚みは1μmである。なお、A合金層が請求項における融着層の第1の層の例であり、B合金層が第2の層の例であり、C合金層が第3の層の例である。
【0054】
一方、図3(d)に示すように、Ge(ゲルマニウム)基板30上に、膜厚150nmのNi層および膜厚300nmのAu層を順に含む積層膜からなるコンタクト金属層31をEB法(電子ビーム蒸着法)により形成する。
【0055】
そして、真空状態において295℃の温度で加圧することにより、図4(e)に示すように、Ge基板30上のコンタクト金属層31とGaN半導体層20上の融着層11とを貼り合わせる。これにより、Ge基板30とGaN半導体層20とが接合される。
【0056】
続いて、GaN基板1の露出面(図4において上面)に鏡面研磨を施す。そして、図4(f)に示すように、GaN基板1を通して剥離層2に向けてレーザビームLAを照射する。具体的には、Nd:YAG(ネオジウム:ヤグ(イットリウムアルミニウムガーネット))またはNd:YVO4(ネオジウム:イットリウムバナデート)等のパルスレーザの第2高調波(波長:約532nm)を、約500mJ/cm2以上約1000mJ/cm2以下のエネルギー密度で断続的に照射する。その場合、剥離層2上において隣接する照射スポットが重なり合うように、レーザビームLAを照射ごとに約30μmずつ走査させる。これにより、剥離層2のInGaNが分解される。
【0057】
続いて、図5(g)に示すように、GaN基板1をGaN半導体層20から剥離する。この場合、GaN基板1の高ルミネッセンス領域R2の一部が、GaN半導体層20の表面に残留する。それにより、GaN半導体層20の表面にGaNからなる断面凸状の突起部21がストライプ状に形成される。
【0058】
突起部21が形成される理由は、次のように考えられる。上記のように、GaN基板1の酸素の取り込み量は、高ルミネッセンス領域R2と他の領域とで異なると考えられる。それにより、高ルミネッセンス領域R2においては、屈折率がGaN基板1の他の領域よりも大きくなり、レーザビームLAが照射される際に、レーザビームLAの焦点位置が光源に近くなる。
【0059】
したがって、レーザビームLAの照射条件を上記のように設定した場合、GaN基板1の高ルミネッセンス領域R2を除く領域に照射されるレーザビームLAは、GaN基板1を透過して剥離層2に吸収される。一方、GaN基板1の高ルミネッセンス領域R2に照射されるレーザビームLAは、GaN基板1内で吸収され、GaN基板1の一部が分解される。その結果、GaN基板1の高ルミネッセンス領域R2が上下に分断され、その一部がGaN半導体層20の表面に残留すると考えられる。
【0060】
本実施の形態では、蛍光顕微鏡等により、GaN基板1の高ルミネッセンス領域R2の位置が予め確認される。そして、GaN半導体層20の形成工程において、図2(b)に示したように、GaN基板1の高ルミネッセンス領域R2の上方にGaN半導体層20のリッジ部Riが形成される。それにより、GaN基板1の剥離時に、図5(g)に示すように、リッジ部Riの上方に突起部21が形成される。
【0061】
GaN基板1の剥離後、突起部21を除く剥離層2の部分をドライエッチングにより除去する。続いて、露出する突起部21およびn型コンタクト層3の表面の清浄化を行い、図5(h)に示すように、突起部21およびその周辺部を覆うようにn側電極22を形成する。n側電極22は、膜厚6nmのAl(アルミニウム)層、膜厚10nmのPd層および膜厚300nmのAu層を順に含む積層膜である。
【0062】
続いて、n側電極22が形成されていないn型コンタクト層3上の領域に、SiO2からなる絶縁層23を形成する。その後、Ge基板30の膜厚が100μm程度になるようにGe基板30の裏面(図5(h)において下面)を研磨し、そのGe基板30の裏面に裏面電極24を形成する。裏面電極24は、膜厚100nmのNi層および膜厚300nmのAu層を順に含む。
【0063】
このようにして形成された積層体を、図6(i)および図6(j)に示すように、ダイシング、レーザスクライブまたは選択エッチングにより複数の素子に分離する。これにより、半導体レーザ素子100が完成する。
【0064】
図7は、上記の工程を経て形成された半導体レーザ素子100の断面図である。図7(a)に示すように、半導体レーザ素子100においては、リッジ部Riの上方の活性層5周辺の領域が光導波領域LPとなる。
【0065】
GaN半導体層20の光導波領域LP上には、突起部21が形成されている。図7(b)に示すように、突起部21の高さHAは、0.5μm以上5μm以下であることが好ましく、突起部21の幅WAは、30μm以上50μm以下であることが好ましい。また、突起部21の形成範囲は、リッジ部Riの中心を通る鉛直面SAから両側方にそれぞれ30μm以内であることが好ましい。
【0066】
(1−2)第1の実施の形態の効果
半導体レーザ素子100は、種々の熱膨張係数を有する複数の層を含む積層構造を有する。半導体レーザ素子100の駆動時等において、半導体レーザ素子100の温度が上昇すると、複数の層の熱膨張係数の違いにより、半導体レーザ素子100の各部に応力が発生する。この場合、GaN半導体層20の光導波領域LPに大きな応力が発生すると、光導波領域LPに大きな歪みが生じて、半導体レーザ素子100の特性が低下することがある。
【0067】
本実施の形態では、GaN半導体層20の光導波領域LP上に、突起部21が形成される。GaN半導体層20および突起部21はともにGaNを主成分とするので、熱膨張係数の違いがほとんどない。熱膨張係数が共通の部分においては、その厚みが大きいほど、単位体積当りに発生する応力が小さい。
【0068】
そのため、突起部21が形成されたGaN半導体層20の部分、すなわち光導波領域LPの周辺部分に発生する単位体積当りの応力は、突起部21が形成されていないGaN半導体層20の部分に比べて低減される。したがって、GaN半導体層20の光導波領域LPの歪みが抑制される。その結果、半導体レーザ素子100の特性の低下が防止される。
【0069】
また、本実施の形態では、融着層11として、88重量%のAuおよび12重量%のGeからなる合金層(A合金層)、10重量%のAuおよび90重量%のSnからなる合金層(B合金層)、および88重量%のAuおよび12重量%のGeからなる合金層(C合金層)を順に含む積層膜が用いられる。ここで、A合金層およびC合金層の融点は356℃であり、B合金層の融点は217℃である。また、A合金層およびC合金層の熱膨張係数は12.0×10−6/Kであり、B合金層の熱膨張係数は13.6×10−6/Kである。なお、GaNの熱膨張係数は5.59×10−6/Kであり、Geの熱膨張係数は5.75×10−6/Kである。
【0070】
この場合、比較的熱膨張係数がGe基板30およびGaN半導体層20と近いA合金層およびC合金層を用いることにより、Ge基板30とGaN半導体層20との接合時に、融着層11とGe基板30との間および融着層11とGaN半導体層20との間に発生する応力を低減することができる。
【0071】
また、比較的融点が低いB合金層を用いることにより、比較的低い温度でGe基板30と半導体層20とを接合することができる。そのため、各層の膨張を抑制することができ、発生する応力を低減することができる。
【0072】
このように、A合金層、B合金層およびC合金層からなる融着層11を用いることにより、GaN半導体層20に生じる歪みを十分に抑制することができる。
【0073】
(2)第2の実施の形態
図8は、第2の実施の形態に係る半導体レーザ素子の断面図である。図8の半導体レーザ素子110が図7の半導体レーザ素子100と異なる点は、リッジ部Riから両側方に一定幅離間した領域におけるGaN半導体層20の厚みが、リッジ部Riを含む領域におけるGaN半導体層20の厚みとほぼ等しく形成される点である。
【0074】
半導体レーザ素子110の製造時には、図2(b)に示したリッジ部Riの形成工程において、リッジ部Riの両側の一定幅の領域のみにエッチングを行う。なお、エッチングを行う領域の幅H2は、それぞれ例えば10μmである。
【0075】
この半導体レーザ素子110においては、光導波領域LPの側方におけるGaN半導体層20の厚みが十分に確保される。それにより、GaN半導体層20の広い領域において、単位体積当りに発生する応力が十分に低減される。それにより、GaN半導体層20の歪みが十分に抑制される。したがって、半導体レーザ素子100の特性の低下が十分に防止される。
【0076】
また、光導波領域LPの側方におけるGaN半導体層20の厚みが大きく形成される分だけ融着層11の厚みを小さくすることができる。それにより、融着層11の熱膨張によって発生する応力を低減することができる。
【0077】
(3)第3の実施の形態
図9は、第3の実施の形態に係る半導体レーザ素子の断面図である。図9の半導体レーザ素子120が図7の半導体レーザ素子100と異なるのは、以下の点である。
【0078】
半導体レーザ素子120においては、GaN半導体層20に断面凸状のリッジ部Riが形成される代わりに、電流ブロック層8に断面凹状のストライプ状の溝8aが形成される。溝8aは、図7の半導体レーザ素子100のリッジ部Riと同じ方向に延びている。溝8a上方の活性層5周辺の領域が光導波領域LPとなる。溝8aの底部にはストライプ状の開口部81が形成されており、開口部81内にはp側オーミック電極9が形成されている。
【0079】
また、GaN半導体層20上には、2つの断面凸状の突起部21aが互いに近接して形成されている。2つの突起部21aは、溝8aの上方に位置する。
【0080】
溝8aの形成工程および突起部21aの形成工程について説明する。図10は溝8aの形成工程を示す断面図である。
【0081】
図10(a)に示すように、GaN半導体層20上に電流ブロック層8を形成する。続いて、図10(b)に示すように、GaN基板1の高ルミネッセンス領域R2の上方における電流ブロック層8aの領域をエッチングし、ストライプ状の溝8aを形成する。溝8aの幅は、例えば10μmに設定される。続いて、図10(c)に示すように、溝8aの略中心部にストライプ状の開口部81を形成する。
【0082】
このように、GaN基板1の高ルミネッセンス領域R2の上方に溝8aを形成することにより、GaN基板1の剥離時に(図5(a)参照)、開口部81の上方に突起部21aが形成される。本実施の形態では、開口部81の上方に2つの突起部21aが近接して形成される。
【0083】
突起部21aの高さは、0.5μm以上5μm以下であることが好ましく、突起部21aの幅の合計は、30μm以上50μm以下であることが好ましい。また、突起部21aの形成範囲は、開口部81の中心を通る鉛直面から両側方にそれぞれ30μm以内であることが好ましい。
【0084】
この半導体レーザ素子120においては、GaN半導体層20にリッジ部Riが形成されないことによりGaN半導体層20の厚みが十分に確保される。それにより、GaN半導体層20の全体において、単位体積当りに発生する応力が十分に低減される。それにより、GaN半導体層20の歪みが十分に抑制される。したがって、半導体レーザ素子120の特性の低下が十分に防止される。
【0085】
また、GaN半導体層20の厚みが大きく形成される分だけ融着層11の厚みを小さくすることができる。それにより、融着層11の熱膨張によって発生する応力を低減することができる。
【0086】
また、2つの突起部21aが形成されることにより、光導波領域LP周辺のより広い領域において、単位面積当りに発生する応力をより確実に低減することができる。それにより、半導体レーザ素子120の特性の低下を確実に防止することができる。
【0087】
なお、図9では、2つの突起部21aが互いに近接するように形成されるが、開口部81の中心を通る鉛直面から両側方にそれぞれ30μm以内において、2つの突起部21aが離間するように形成されてもよい。
【0088】
(4)第4の実施の形態
図11は、第4の実施の形態に係る半導体レーザ素子の断面図である。以下、図11の半導体レーザ素子130が図8の半導体レーザ素子110と異なる点を説明する。
【0089】
半導体レーザ素子130においては、突起部21上にSiO2からなる絶縁層23aが形成される。この絶縁層23aを覆うように、n側電極22が形成される。
【0090】
ここで、SiO2からなる絶縁層23aの熱膨張係数は0.4×10−6/Kであり、突起部21およびGaN半導体層20(GaN)の熱膨張係数は5.59×10−6/Kであり、n側電極22のAl層の熱膨張係数は23.5×10−6/Kである。この場合、絶縁層23aの熱膨張係数と突起部21およびGaN半導体層20の熱膨張係数との差は、n側電極22の熱膨張係数と突起部21およびGaN半導体層20の熱膨張係数との差よりも小さい。そのため、突起部21およびGaN半導体層に発生する応力を低減することができる。
【0091】
なお、絶縁層23aの材料として、SiO2の代わりにSi3N4(窒化ケイ素)またはAl2O3(酸化アルミニウム)を用いてもよい。その場合にも、同様の効果が得られる。
【0092】
また、GaN半導体層20の上面側に形成される層と下面側に形成される層とが同様の熱膨張係数を有する場合には、GaN半導体層20に加わる応力の方向が一致する。
【0093】
具体的には、GaN半導体層20の上面側および下面側に、GaN半導体層20よりも熱膨張係数が大きい層が形成された場合には、GaN半導体層20の上面側および下面側から、GaN半導体層20を幅方向に引っ張る方向の応力が発生する。一方、GaN半導体層20の上面側および下面側に、GaN半導体層20よりも熱膨張係数が小さい層が形成された場合には、GaN半導体層20の上面側および下面側から、GaN半導体層20を幅方向に縮める方向の応力が発生する。このような場合には、GaN半導体層20の歪みが抑制される。
【0094】
(5)他の実施の形態
また、上記実施の形態では、MOCVD法を用いてGaN半導体層20の各層を結晶成長させたが、HVPE(ハイドライド気相エピタキシャル成長)法またはガスソースMBE(分子線エピタキシャル成長)法等を用いてGaN半導体層20の各層を結晶成長させてもよい。また、GaN半導体層20の結晶構造は、ウルツ鉱型であっても閃亜鉛鉱型構造であってもよい。また、結晶成長の面方位は[0001]であってもよく、あるいは[11−20]または[1−100]であってもよい。
【0095】
また、レーザビームLAとして、Nd:YAGまたはNd:YVO4の基本波を用いてもよい。また、Tiサファイアレーザを用いた超短パルスのフェムト秒パルスレーザを用いてもよい。その場合、レーザビームLAの照射時に、GaN半導体層20が発熱によって歪むことが抑制され、半導体レーザ素子100,110,120,130の素子特性の低下が防止される。
【0096】
また、Ge基板30の代わりに、Si(シリコン)、SiC(シリコンカーバイド)、GaP(ガリウムリン)、GaAs(ガリウムヒ素)、ZnO(酸化亜鉛)等の導電性半導体、金属、Al、Fe−Ni、Cu−W(タングステン)、Cu−Mo(モリブデン)等の複合金属、またはCu−CuO等の金属−金属酸化物の複合材料を用いてもよい。
【0097】
また、GaN半導体層20には、Ga(ガリウム)、Al(アルミニウム)、In(インジウム)、Tl(タリウム)およびB(ホウ素)のうち少なくとも一つを含む13族元素の窒化物を用いることができる。具体的には、窒化物系半導体層10として、AlN、InN、BN、TlN、GaN、AlGaN、InGaN、InAlGaNまたはこれらの混晶からなる窒化物系半導体を用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【0098】
本発明に係る半導体レーザ素子およびその製造方法は、光ピックアップ装置、表示装置、光源等ならびにそれらの製造に有効に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【0099】
【図1】半導体レーザ素子の製造方法を示す工程図である。
【図2】半導体レーザ素子の製造方法を示す工程図である。
【図3】半導体レーザ素子の製造方法を示す工程図である。
【図4】半導体レーザ素子の製造方法を示す工程図である。
【図5】半導体レーザ素子の製造方法を示す工程図である。
【図6】半導体レーザ素子の製造方法を示す工程図である。
【図7】図1〜図6の工程を経て形成された半導体レーザ素子の断面図である。
【図8】第2の実施の形態に係る半導体レーザ素子の断面図である。
【図9】第3の実施の形態に係る半導体レーザ素子の断面図である。
【図10】図9の半導体レーザ素子の製造方法を示す図である。
【図11】第4の実施の形態に係る半導体レーザ素子の断面図である。
【符号の説明】
【0100】
1 GaN基板
2 剥離層
5 活性層
11 融着層
20 GaN半導体層
21,21a 突起部
30 Ge基板
100,110,120,130 半導体レーザ素子
LP 光導波領域
R1 転位集中領域
R2 高ルミネッセンス領域
Ri リッジ部
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ストライプ状の光導波領域を有する窒化物系半導体層と、
前記窒化物系半導体層の一面に接着される支持基板と、
前記窒化物系半導体層の他面上に形成されるストライプ状の突起部とを備え、
前記突起部は、窒化物系半導体からなり、前記光導波領域と略平行な方向に延びることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項2】
前記突起部は、前記光導波領域に対向する位置に設けられることを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ素子。
【請求項3】
前記光導波領域に対向する位置における前記窒化物系半導体層の領域の厚みは、前記光導波領域に対向する位置の両側の領域における前記窒化物系半導体層の厚みよりも大きいことを特徴とする請求項1または2記載の半導体レーザ素子。
【請求項4】
前記窒化物系半導体層と前記支持基板との間に設けられた融着層をさらに備え、
前記光導波領域に対向する位置における前記融着層の厚みは、前記光導波領域に対向する位置の両側の領域における前記融着層の厚みよりも小さいことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項5】
前記窒化物系半導体層と前記支持基板との間に設けられた融着層をさらに備え、
前記融着層は、前記窒化物系半導体層側から前記支持基板側に第1の層、第2の層および第3の層を順に含み、
前記第1の層の熱膨張係数と前記支持基板の熱膨張係数との差は、前記第2の層の熱膨張係数と前記支持基板の熱膨張係数との差よりも小さく、前記第3の層の熱膨張係数と前記窒化物系半導体層の熱膨張係数との差は前記第2の層の熱膨張係数と前記窒化物系半導体層の熱膨張係数との差よりも小さく、
前記第2の層の融点は、前記第1および第3の層の融点よりも低いことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項6】
窒化物系半導体基板を用意する工程と、
光導波領域を含む窒化物系半導体層を前記窒化物系半導体基板上に形成する工程と、
前記窒化物系半導体層上に支持基板を貼り合わせる工程と、
前記窒化物系半導体基板の一部を前記光導波領域と略平行な方向に延びる突起部として前記窒化物系半導体層上に残すように前記窒化物系半導体層から前記窒化物系半導体基板を剥離する工程とを備えることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項7】
前記窒化物系半導体基板は、間隔をおいて位置するストライプ状の第1の領域を複数有するとともに、隣り合う第1の領域間に位置するストライプ状の第2の領域を複数有し、
前記複数の第1の領域は、他の領域よりも高い欠陥密度を有し、前記複数の第2の領域は、他の領域よりも高い蛍光を発生可能であり、
前記窒化物系半導体層を形成する工程は、前記窒化物系半導体基板の前記第2の領域に対向する窒化物系半導体層の位置に光導波領域を作製する工程を含み、
前記窒化物系半導体基板を剥離する工程は、前記窒化物系半導体基板を通して前記窒化物系半導体層上にレーザビームを照射することにより前記窒化物系半導体層から前記窒化物系半導体基板を剥離する工程を含むことを特徴とする請求項6記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項8】
前記窒化物系半導体層上に支持基板を貼り合わせる工程は、前記窒化物系半導体層と前記支持基板との間に前記窒化物系半導体層側から前記支持基板側に第1の層、第2の層および第3の層を順に含む融着層を設ける工程を含み、
前記第1の層の熱膨張係数と前記支持基板の熱膨張係数との差は、前記第2の層の熱膨張係数と前記支持基板の熱膨張係数との差よりも小さく、前記第3の層の熱膨張係数と前記窒化物系半導体層の熱膨張係数との差は前記第2の層の熱膨張係数と前記窒化物系半導体層の熱膨張係数との差よりも小さく、前記第2の層の融点は、前記第1および第3の層の融点よりも低いことを特徴とする請求項6または7記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項9】
前記成長用基板が剥離された前記窒化物系半導体層の表面を清浄化する工程と、
前記窒化物系半導体層の清浄化された表面に電極を形成する工程とをさらに備えることを特徴とする請求項6〜8のいずれかに記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項1】
ストライプ状の光導波領域を有する窒化物系半導体層と、
前記窒化物系半導体層の一面に接着される支持基板と、
前記窒化物系半導体層の他面上に形成されるストライプ状の突起部とを備え、
前記突起部は、窒化物系半導体からなり、前記光導波領域と略平行な方向に延びることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項2】
前記突起部は、前記光導波領域に対向する位置に設けられることを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ素子。
【請求項3】
前記光導波領域に対向する位置における前記窒化物系半導体層の領域の厚みは、前記光導波領域に対向する位置の両側の領域における前記窒化物系半導体層の厚みよりも大きいことを特徴とする請求項1または2記載の半導体レーザ素子。
【請求項4】
前記窒化物系半導体層と前記支持基板との間に設けられた融着層をさらに備え、
前記光導波領域に対向する位置における前記融着層の厚みは、前記光導波領域に対向する位置の両側の領域における前記融着層の厚みよりも小さいことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項5】
前記窒化物系半導体層と前記支持基板との間に設けられた融着層をさらに備え、
前記融着層は、前記窒化物系半導体層側から前記支持基板側に第1の層、第2の層および第3の層を順に含み、
前記第1の層の熱膨張係数と前記支持基板の熱膨張係数との差は、前記第2の層の熱膨張係数と前記支持基板の熱膨張係数との差よりも小さく、前記第3の層の熱膨張係数と前記窒化物系半導体層の熱膨張係数との差は前記第2の層の熱膨張係数と前記窒化物系半導体層の熱膨張係数との差よりも小さく、
前記第2の層の融点は、前記第1および第3の層の融点よりも低いことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項6】
窒化物系半導体基板を用意する工程と、
光導波領域を含む窒化物系半導体層を前記窒化物系半導体基板上に形成する工程と、
前記窒化物系半導体層上に支持基板を貼り合わせる工程と、
前記窒化物系半導体基板の一部を前記光導波領域と略平行な方向に延びる突起部として前記窒化物系半導体層上に残すように前記窒化物系半導体層から前記窒化物系半導体基板を剥離する工程とを備えることを特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項7】
前記窒化物系半導体基板は、間隔をおいて位置するストライプ状の第1の領域を複数有するとともに、隣り合う第1の領域間に位置するストライプ状の第2の領域を複数有し、
前記複数の第1の領域は、他の領域よりも高い欠陥密度を有し、前記複数の第2の領域は、他の領域よりも高い蛍光を発生可能であり、
前記窒化物系半導体層を形成する工程は、前記窒化物系半導体基板の前記第2の領域に対向する窒化物系半導体層の位置に光導波領域を作製する工程を含み、
前記窒化物系半導体基板を剥離する工程は、前記窒化物系半導体基板を通して前記窒化物系半導体層上にレーザビームを照射することにより前記窒化物系半導体層から前記窒化物系半導体基板を剥離する工程を含むことを特徴とする請求項6記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項8】
前記窒化物系半導体層上に支持基板を貼り合わせる工程は、前記窒化物系半導体層と前記支持基板との間に前記窒化物系半導体層側から前記支持基板側に第1の層、第2の層および第3の層を順に含む融着層を設ける工程を含み、
前記第1の層の熱膨張係数と前記支持基板の熱膨張係数との差は、前記第2の層の熱膨張係数と前記支持基板の熱膨張係数との差よりも小さく、前記第3の層の熱膨張係数と前記窒化物系半導体層の熱膨張係数との差は前記第2の層の熱膨張係数と前記窒化物系半導体層の熱膨張係数との差よりも小さく、前記第2の層の融点は、前記第1および第3の層の融点よりも低いことを特徴とする請求項6または7記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項9】
前記成長用基板が剥離された前記窒化物系半導体層の表面を清浄化する工程と、
前記窒化物系半導体層の清浄化された表面に電極を形成する工程とをさらに備えることを特徴とする請求項6〜8のいずれかに記載の半導体レーザ素子の製造方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【公開番号】特開2009−27003(P2009−27003A)
【公開日】平成21年2月5日(2009.2.5)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−189402(P2007−189402)
【出願日】平成19年7月20日(2007.7.20)
【出願人】(000001889)三洋電機株式会社 (18,308)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成21年2月5日(2009.2.5)
【国際特許分類】
【出願日】平成19年7月20日(2007.7.20)
【出願人】(000001889)三洋電機株式会社 (18,308)
【Fターム(参考)】
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