窒化物半導体レーザ素子及びウェハ
【課題】静電容量を減らして応答性を良くした窒化物半導体レーザ素子を提供することである。
【解決手段】窒化物半導体レーザ素子１０は、活性層１６と、活性層１６の上方に積層された上部クラッド層１９と、上部クラッド層１９の上方に積層された低誘電率絶縁膜２２と、低誘電率絶縁膜２２の上方に積層されたパッド電極２３と、を備えた構成とする。
【解決手段】窒化物半導体レーザ素子１０は、活性層１６と、活性層１６の上方に積層された上部クラッド層１９と、上部クラッド層１９の上方に積層された低誘電率絶縁膜２２と、低誘電率絶縁膜２２の上方に積層されたパッド電極２３と、を備えた構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分割前の複数の窒化物半導体レーザ素子が配置されているウェハと、そのウェハから得られる窒化物半導体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体レーザ素子はブルーレイディスク等の記録・再生などに利用され、盛んに研究、開発が行われている。例えば、高密度に情報を記録する際には、高速でレーザ光をＯＮ/ＯＦＦする必要があるため、レーザ素子を２０ｎｓ程度の短いパルスで駆動させている。パルス駆動させる際にはレーザ素子のインピーダンスが小さいほど応答性が良くなるので、駆動時の抵抗やレーザ素子の静電容量を減らすことが重要となる。一方、情報を再生する際には、レーザ素子の信頼性が必要とされ、それには静電耐圧を高くすることが重要となる。
【０００３】
ところで、窒化物半導体レーザ素子の作製においては、一般的に、レーザ積層構造の結晶性を向上させるために基板に溝を掘って結晶成長させる（特許文献１、２参照）。このとき、溝の近傍は層厚が厚くなるので、１つの基板から同一の光学特性を備えたレーザ素子を効率よく得るために、光導波路用のリッジを溝から離して形成する。そうすると、図６に示すウェハ１００の上面図のように、溝１０１aと溝１０１ｂとの間に複数の素子１０２〜１０４をとった場合には、必ず１つの素子（図６では素子１０４）のリッジ１０４ａは、他の素子（図６では１０２、１０３）のリッジ（図６では１０２ａ、１０３ａ）と左右反対側に形成しなければならない。
【０００４】
このように、ウェハ１００からは、構造の異なる２種類の素子が作製されることになり、例えば素子の特性検査をする場合には２種類の素子を識別する必要がある。これは、２種類の素子で発光点が異なるため、特性検査時に発光波長などを検査するときに、光ファイバーや検査口に光を導入する際の位置が変わるからである。識別には、例えばパッド電極の形状の違いを利用することができるが、その場合、パッド電極の形状を検査機や実装機で画像認識できる程度に変える必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３２２７８６号公報
【特許文献２】特開２００６−１９０９８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように構造が異なる素子をパッド電極の形状で識別する場合、画像認識しやすくするためには、パッド電極の形状や面積を大きく変える必要がある。しかし、面積を変えると、１つのウェハから異なる静電容量の素子を作製することになり、次のような不具合が生じる。
【０００７】
通常、窒化物半導体レーザ素子を情報記録に使用する際には、戻り光雑音対策として高周波重畳回路を使用する。このとき、レーザ素子の静電容量が異なると、それぞれの素子ごとに高周波重畳回路の調整が必要となる。しかしながら、これはコストを高くする要因及び生産性を低下させる要因となるので、現実のマスプロダクションで採用することは難しい。
【０００８】
本発明は、静電容量を減らして応答性を良くした窒化物半導体レーザ素子を提供することを目的とする。また本発明は、静電耐圧を高くして信頼性を向上させた窒化物半導体レーザ素子を提供することを目的とする。また本発明は、１つのウェハから構造の異なる複数の窒化物半導体レーザ素子をとる場合、同じ静電容量でかつ画像により構造の識別が可能な窒化物半導体レーザ素子をとれるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明は、活性層と、該活性層の上方に積層された上部クラッド層と、該上部クラッド層の上方に積層された低誘電率絶縁膜と、該低誘電率絶縁膜の上方に積層されたパッド電極と、を備えた窒化物半導体レーザ素子とする。
【００１０】
この構成によれば、低誘電率絶縁膜を用いることにより、窒化物半導体レーザ素子の静電容量が低くなる。
【００１１】
上記の窒化物半導体レーザ素子において、前記活性層の下方の各層がｎ型であり、前記活性層の上方の各層がｐ型であることが好ましい。ｐ型の方が抵抗が高いからである。
【００１２】
上記の窒化物半導体レーザ素子において、前記低誘電率絶縁膜には、ＳｉＯＦ、ＳｉＯＣ又は有機ポリマーを採用することができる。
【００１３】
また本発明は、活性層と、該活性層の上方に積層された上部クラッド層と、該上部クラッド層の上方に積層された高誘電率絶縁膜と、該高誘電率絶縁膜の上方に積層されたパッド電極と、を備えた窒化物半導体レーザ素子とする。
【００１４】
この構成によれば、高誘電率絶縁膜を用いることにより、窒化物半導体レーザ素子の静電容量が高くなる。
【００１５】
上記の窒化物半導体レーザ素子において、前記活性層の下方の各層がｎ型であり、前記活性層の上方の各層がｐ型であることが好ましい。ｐ型の方が抵抗が高いからである。
【００１６】
上記の窒化物半導体レーザ素子において、前記高誘電率絶縁膜には、ＨｆＯ2又はＡｌ2Ｏ3Ｎ系を採用することができる。
【００１７】
また本発明は、分割前の複数の窒化物半導体レーザ素子が配置されているウェハにおいて、各窒化物半導体レーザ素子は電気的に分離された１以上のパッド電極を有し、少なくとも構造の異なる窒化物半導体レーザ素子同士は、電圧がかかるパッド電極の面積が同じで、パッド電極全体で形成される形状が異なることを特徴とする。
【００１８】
この構成によれば、電圧がかかるパッド電極の面積を同じにすることにより、各素子の静電容量を揃えることができ、パッド電極全体で形成される形状が異なることにより、画像認識で各素子の構造の識別が可能となる。
【００１９】
上記のウェハにおいて、前記パッド電極は、溝によって電気的に分離されていることが望ましい。
【００２０】
また本発明は、分割前の複数の窒化物半導体レーザ素子が配置されているウェハにおいて、各窒化物半導体レーザ素子は、同じ面積のパッド電極と、該パッド電極表面の一部に反射率を低くする処理が施された低反射部を有し、少なくとも構造の異なる窒化物半導体レーザ素子同士は、前記低反射部の形状が異なることを特徴とする。
【００２１】
この構成によれば、同じ面積のパッド電極により、各素子の静電容量を揃えることができ、低反射部の形状が異なることにより、画像認識で各素子の構造の識別が可能となる。
【００２２】
上記のウェハにおいて、前記低反射部は、前記パッド電極の反射率よりも低い反射率を有する低反射膜であることが望ましい。
【００２３】
また上記のウェハにおいて、前記低反射部は、前記パッド電極表面を荒らす処理によって形成してもよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によると、窒化物半導体レーザ素子の静電容量が低くなるので、窒化物半導体レーザ素子は、応答性が良いとともに、高周波重畳回路による雑音低減効果が大きくなる。
【００２５】
また本発明によると、窒化物半導体レーザ素子の静電容量が高くなるので、窒化物半導体レーザ素子は、静電破壊限界レベル（静電耐圧）が向上し信頼性が増す。
【００２６】
また本発明によると、１つのウェハから構造の異なる複数の窒化物半導体レーザ素子をとる場合、各素子を同じ静電容量に揃えることで、高周波重畳回路の調整が容易になり、製造コストが低減できるとともに、画像により構造の異なる素子を識別できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】第１実施形態の窒化物半導体レーザ素子の断面図である。
【図２】第２実施形態の窒化物半導体レーザ素子の断面図である。
【図３】第３実施形態のウェハの上面図である。
【図４】第４実施形態のウェハの上面図である。
【図５】第４実施形態の他のウェハの上面図である。
【図６】従来のウェハの上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
発明者らは、窒化物半導体レーザ素子の静電容量について研究を重ねた結果、次のような知見を得た。ＡｌＧａＡｓ系やＡｌＧａＩｎＰ系レーザ素子では静電容量はレーザ素子のＰＮ接合の面積で決まる。このため、静電容量を減らすためにはリッジ横に溝を掘る（トレンチ構造）などの対策が必要であった。窒化物半導体レーザ素子でリッジガイド型の素子構造をとる場合は静電容量に対して影響があるのはＰＮ接合のうち、リッジの幅＋数μｍと共振器長との積で、あとはコンタクト電極上のワイヤーなどで外部から電圧を印加するためにワイヤーボンドを打つために必要なパッド電極の面積とパッド電極の下側の誘電体膜の誘電率と膜厚である。
【００２９】
これは窒化物半導体レーザ素子に使われるｐ型クラッド層のＡｌＧａＮ、およびＧａＮ層が非常に高い抵抗を示すことが原因である。通常リッジガイド型レーザ素子のリッジ幅は１〜２μｍ程度であり、リッジの外側はクラッド層をエッチングして薄くすることで作製されている。このときリッジの外側の活性層からクラッド層上までの厚さはおおよそ０．１〜０．３μｍである。また、通常、リッジの外側にはコンタクト電極は作製せず、また横方向の光ガイドのために誘電体膜で覆うため、リッジ外側の横方向への抵抗が高くなり、リッジから印加された電圧はこの抵抗が高いため、リッジから離れるにしたがって電圧降下を起こし、リッジから離れた領域のＰＮ接合間には電圧が掛からない状況になる。よって、電圧が掛からないのでリッジから離れた領域は素子の静電容量には影響しなくなる。
【００３０】
パッド電極についてはＰＮ接合の上にｐ型ＡｌＧａＮ、ＧａＮまたはＩｎＧａＮ層が存在し、その上に誘電体膜があり、その上にＴｉやＰｄやＮｉやＡｕからなるパッド電極がある。このパッド電極、誘電体膜、そしてｎ型電極でコンデンサを形成する。これは先に記載したようにリッジから離れるにしたがって電圧降下を起こし、リッジから離れた領域のＰＮ接合間には電圧が掛からない状況になっている領域でこのような現象になる。
【００３１】
また、リッジ付近のＰＮ接合による容量をＡ、パッド電極とｎ型（または、パッド電極と反対の導電型）電極間の容量をＢとすると素子の静電容量はＡ＋Ｂとなる。これはリッジ付近（リッジも含む）をコンデンサＡ、パッド電極とｎ型（または、パッド電極と反対の導電型）電極間をコンデンサＢとするとコンデンサＡとコンデンサＢは並列の関係になっているため、このような関係になる。
【００３２】
以下、本発明の４つの実施形態について順に説明する。
【００３３】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の窒化物半導体レーザ素子の断面図である。窒化物半導体レーザ素子１０は、ｎ型電極１１、ｎ型ＧａＮ基板１２、ｎ型ＧａＮバッファ層１３、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１４、ｎ型ＧａＮ／ＩｎＧａＮ光ガイド層１５、ノンドープＧａＮ／ＩｎＧａＮ活性層１６、ｐ型ＡｌＧａＮ蒸発防止層１７、ｐ型ＧａＮまたはＡｌＧａＮ中間層１８、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１９、ｐ型ＧａＮコンタクト層２０、Ｐｄコンタクト電極２１、低誘電率絶縁膜２２、Ｔｉ／Ａｕパッド電極２３が積層されて構成される。
【００３４】
製造方法としては、まず、ｎ型ＧａＮ基板１２上に有機金属気相成長法（以下ＭＯＣＶＤ法）でｎ型ＧａＮバッファ層１３、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１４、ｎ型ＧａＮ／ＩｎＧａＮ光ガイド層１５、ノンドープＧａＮ／ＩｎＧａＮ活性層１６、ｐ型ＡｌＧａＮ蒸発防止層１７、ｐ型ＧａＮまたはＡｌＧａＮ中間層１８、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１９、ｐ型ＧａＮコンタクト層２０を順に成長させる。
【００３５】
次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層２０上にＰｄコンタクト電極２１を作製した後、フォトリソグラフィーとドライエッチングによってｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１９の一部までエッチングして、ストライプ状のリッジ２４を形成する。さらに、リッジサイドを覆うように低誘電率絶縁膜２２となるＳｉＯＦをスパッタ法にて約１００ｎｍ形成し、リッジ２４上のＳｉＯＦをエッチングによって除去する。
【００３６】
次に、Ｔｉ／Ａｕパッド電極２３を形成する。さらにｎ型ＧａＮ基板１２の裏面を研磨によって１００μｍ程度まで薄くし、裏面処理を施した後、ｎ型電極１１としてＮｉ／Ａｕなどを形成する。
【００３７】
この後、リッジ２４に垂直な面で劈開することによって共振器ミラーを作製する。そして、劈開面に誘電体膜（Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2など）を形成し、さらにストライプ間をスクライブし、分割することによって所望の窒化物半導体レーザ素子１０を得る。
【００３８】
このようにして作製された窒化物半導体レーザ素子１０の静電容量は約６ｐＦであり、低誘電率絶縁膜２２以外の絶縁膜を用いた窒化物半導体レーザ素子の静電容量である約１０ｐＦと比較して低くなっている。その結果、窒化物半導体レーザ素子１０は、応答性が良いとともに、高周波重畳回路による雑音低減効果が大きく、３〜５ｍＷ時の相対雑音強度（ＲＩＮ）が−１２５ｄＢ以下（従来は−１２０ｄＢ以下）と改善が図れた。
【００３９】
なお、低誘電率絶縁膜２２には、例えば誘電率のｋ値が５以下の低誘電率材料が用いられる。上記では低誘電率絶縁膜２２としてＳｉＯＦを用いたが、ＳｉＯＣ、有機ポリマーでも同様の効果が得られる。有機ポリマーとしては、例えば、ボラジン-ケイ素ポリマーが挙げられる。
【００４０】
（第２実施形態）
図２は、第２実施形態の窒化物半導体レーザ素子の断面図である。窒化物半導体レーザ素子３０は、ｎ型電極３１、ｎ型ＧａＮ基板３２、ｎ型ＧａＮバッファ層３３、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３４、ｎ型ＧａＮ／ＩｎＧａＮ光ガイド層３５、ノンドープＧａＮ／ＩｎＧａＮ活性層３６、ｐ型ＧａＮまたはＡｌＧａＮ中間層３７、ｐ型ＡｌＧａＮ蒸発防止層３８、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３９、ｐ型ＧａＮコンタクト層４０、Ｐｄコンタクト電極４１、高誘電率絶縁膜４２、Ｔｉ／Ａｕパッド電極４３が積層されて構成される。
【００４１】
製造方法としては、まず、ｎ型ＧａＮ基板３２上に有機金属気相成長法（以下ＭＯＣＶＤ法）でｎ型ＧａＮバッファ層３３、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３４、ｎ型ＧａＮ／ＩｎＧａＮ光ガイド層３５、ノンドープＧａＮ／ＩｎＧａＮ活性層３６、ｐ型ＧａＮまたはＡｌＧａＮ中間層３７、ｐ型ＡｌＧａＮ蒸発防止層３８、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３９、ｐ型ＧａＮコンタクト層４０を順に成長させる。
【００４２】
次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層４０上にＰｄコンタクト電極４１を作製した後、フォトリソグラフィーとドライエッチングによってｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３９の一部までエッチングして、ストライプ状のリッジ４４を形成する。さらに、リッジサイドを覆うように高誘電率絶縁膜４２となるＨｆＯ2をスパッタ法にて約１００ｎｍ形成し、リッジ４４上のＨｆＯ2をエッチングによって除去する。
【００４３】
次に、Ｔｉ／Ａｕパッド電極４３を形成する。さらにｎ型ＧａＮ基板３２の裏面を研磨によって１００μｍ程度まで薄くし、裏面処理を施した後、ｎ型電極３１としてＮｉ／Ａｕなどを形成する。
【００４４】
この後、リッジ４４に垂直な面で劈開することによって共振器ミラーを作製する。そして、劈開面に誘電体膜（Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2など）を形成し、さらにストライプ間をスクライブし、分割することによって所望の窒化物半導体レーザ素子３０を得る。
【００４５】
このようにして作製された窒化物半導体レーザ素子３０の静電容量は約２０ｐＦであり、高誘電率絶縁膜４２以外の絶縁膜を用いた窒化物半導体レーザ素子の静電容量である約１０ｐＦと比較して高くなっている。その結果、窒化物半導体レーザ素子３０は、静電破壊限界レベル（静電耐圧）が向上し、上記の共振器長４００μｍの窒化物半導体レーザ素子３０で１５０Ｖ以上（従来は７０Ｖ以上）と良好な特性が得られた。
【００４６】
なお、高誘電率絶縁膜４２には、例えば誘電率のｋ値が９０以上の高誘電率材料が用いられる。上記では高誘電率絶縁膜４２としてＨｆＯ2を用いたが、Ａｌ2Ｏ3Ｎ系でも同様の効果が得られる。ここでいう「系」とは、ＡｌＯＮやＡｌＯ2ＮやＡｌ2ＯＮなどを指す。
【００４７】
（第３実施形態）
本実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板の上面（成長面）にストライプ状の溝が形成された加工基板を用いる。加工基板の作製方法としては、まず、ｎ型ＧａＮ基板の上面に膜厚１μｍのＳｉＯ2などをスパッタ蒸着し、一般的なフォトリソグラフィーにおいて、ストライプ状のフォトレジストパターンを、レジスト開口部の幅５μｍ、ストライプ中心部と隣接するストライプ中心部との間隔（周期）が４００μｍとなるように形成する。
【００４８】
次に、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）技術などのドライエッチングで、ＳｉＯ2及びｎ型ＧａＮ基板をエッチングすることで掘り込み深さ５μｍ、開口幅５μｍの溝を形成する。その後、エッチャントとしてＨＦなどを用いてＳｉＯ2を除去し、加工基板を得る。
【００４９】
なお、上述したＳｉＯ2の蒸着方法はスパッタ蒸着に限定されるものではなく、電子ビーム蒸着法、プラズマＣＶＤ法などの方法を用いても構わない。また、レジストパターンについても、その周期は上述の４００μｍに限定されるものでなく、作製する窒化物半導体レーザ素子の幅によって、変化させても構わない。また、上記のドライエッチングに代えてウェットエッチングを用いても構わない。
【００５０】
図３は、第３実施形態のウェハの上面図である。ウェハ５０を分割して得られる窒化物半導体レーザ素子は、ｎ型電極、加工基板、ｎ型ＧａＮバッファ層、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、ｎ型ＧａＮ／ＩｎＧａＮ光ガイド層、ノンドープＧａＮ／ＩｎＧａＮ活性層、ｐ型ＧａＮまたはＡｌＧａＮ中間層、ｐ型ＡｌＧａＮ蒸発防止層、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、ｐ型ＧａＮコンタクト層、Ｐｄコンタクト電極、誘電体膜、Ｔｉ／ＭＯ／Ａｕパッド電極が積層されて構成される。
【００５１】
製造方法としては、まず、加工基板上に有機金属気相成長法（以下ＭＯＣＶＤ法）でｎ型ＧａＮバッファ層、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、ｎ型ＧａＮ／ＩｎＧａＮ光ガイド層、ノンドープＧａＮ／ＩｎＧａＮ活性層、ｐ型ＧａＮまたはＡｌＧａＮ中間層、ｐ型ＡｌＧａＮ蒸発防止層、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、ｐ型ＧａＮコンタクト層を順に成長させる。
【００５２】
次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層上にＰｄコンタクト電極を作製した後、フォトリソグラフィーとドライエッチングによってｐ型ＡｌＧａＮクラッド層の一部までエッチングして、ストライプ状のリッジ５１を形成する。さらに、リッジサイドを覆うように誘電体膜となるＳｉＯ2をスパッタ法にて約１００ｎｍ形成し、リッジ５１上のＳｉＯ2をエッチングによって除去する。
【００５３】
次に、レジストを塗布し、フォトエッチングによって不要なところにレジストが残るようにパッド電極のパターンを作製する。そして、電子ビーム蒸着によってＴｉ／ＭＯ／Ａｕパッド電極を形成する。さらに、リフトオフによって不要なパッド電極部分を除去し、最終的に図３に示すようなパッド電極５２ａ〜５２ｇを得る。図３では、加工基板の溝上に各層が積層された結果生じる溝５６・５６間に３つの素子が形成されている。
【００５４】
なお、パッド電極５２ａ〜５２ｇは、ウェハ５０の上面全面にＴｉ／ＭＯ／Ａｕをスパッタ又は電子ビーム蒸着し、レジストを塗布し、フォトエッチングによって必要なところにレジストが残るようにパッド電極のパターンを作製し、ヨウ素系のエッチング液で不要なパッド電極部分を除去しても得ることができる。
【００５５】
ここで、ワイヤーボンドを打つパッド電極、つまり電圧がかかるパッド電極は、リッジ５１上に形成されたパッド電極５２ａ、５２ｄ、５２ｇである。これら電圧がかかるパッド電極５２ａ、５２ｄ、５２ｇは、素子の静電容量を同じにするため面積が同じになるように設計される。
【００５６】
一方、ワイヤーボンドされないパッド電極、つまり電圧がかからないパッド電極は、リッジ５１にかからないパッド電極５２ｂ、５２ｃ、５２ｅ、５２ｆである。これらのパッド電極５２ｂ、５２ｃ、５２ｅ、５２ｆは、電圧がかかるパッド電極５２ａ、５２ｄ、５２ｇとの間に溝（パッド電極が形成されていない部分）を形成することで電気的に分離されている。
【００５７】
また、分割後の窒化物半導体レーザ素子単位で見ると、１つの素子のパッド電極全体で形成される形状は他の素子のその形状と異なるように設計される。例えば、パッド電極５２ａ〜５２ｃ全体の形状と、パッド電極５２ｄ〜５２ｆ全体の形状と、パッド電極５２ｇの形状とが異なる。
【００５８】
これは、素子５３、５４は同じ構造であるが、素子５５はリッジの位置が左右反対側に形成された構造となり、構造の異なる２種類の素子が作製されることになり、例えば素子の特性検査をする場合には２種類の素子を識別する必要があるからである。つまり、２種類の素子で発光点が異なるため、特性検査時に発光波長などを検査するときに、光ファイバーや検査口に光を導入する際の位置が変わるからである。識別には、パッド電極の形状を検査機や実装機で画像認識して識別する。
【００５９】
したがって、少なくとも素子５３、５４と、素子５５とが識別できるように、パッド電極全体の形状を異ならせる必要がある。一方、素子５３と素子５４は同じ構造であるので、必ずしも識別する必要はないが、図３ではパッド電極５２ｂとパッド電極５２ｅの形状が異なるので、識別できるようになっている。
【００６０】
製造方法の説明に戻り、加工基板の裏面を研磨によって１００μｍ程度まで薄くし、裏面処理を施した後、ｎ型電極としてＮｉ／Ａｕなどを形成する。
【００６１】
この後、リッジ５１に垂直な面で劈開することによって共振器ミラーを作製する。そして、劈開面に誘電体膜（Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2など）を形成し、さらにストライプ間をスクライブし、分割することによって所望の窒化物半導体レーザ素子５３〜５５を得る。
【００６２】
このようにして作製された窒化物半導体レーザ素子５３〜５５の静電容量は約１０ｐＦであった。このように、各素子５３〜５５の静電容量を揃えたことで高周波重畳回路の調整が容易になり、製造コストが約１０％低減できた。
【００６３】
また、上記のような構成により、１つのウェハから構造の異なる複数の窒化物半導体レーザ素子をとる場合でも、各素子を同じ静電容量とし、かつ画像認識により各素子の構造の識別が可能となる。
【００６４】
（第４実施形態）
図４は、第４実施形態のウェハの上面図である。ウェハ６０を分割して得られる窒化物半導体レーザ素子は、ｎ型電極、加工基板、ｎ型ＧａＮバッファ層、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、ｎ型ＧａＮ／ＩｎＧａＮ光ガイド層、ノンドープＧａＮ／ＩｎＧａＮ活性層、ｐ型ＧａＮまたはＡｌＧａＮ中間層、ｐ型ＡｌＧａＮ蒸発防止層、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、ｐ型ＧａＮコンタクト層、Ｐｄコンタクト電極、誘電体膜、Ｔｉ／ＭＯ／Ａｕパッド電極が積層されて構成される。
【００６５】
製造方法としては、まず、加工基板上に有機金属気相成長法（以下ＭＯＣＶＤ法）でｎ型ＧａＮバッファ層、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、ｎ型ＧａＮ／ＩｎＧａＮ光ガイド層、ノンドープＧａＮ／ＩｎＧａＮ活性層、ｐ型ＧａＮまたはＡｌＧａＮ中間層、ｐ型ＡｌＧａＮ蒸発防止層、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、ｐ型ＧａＮコンタクト層を順に成長させる。
【００６６】
次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層上にＰｄコンタクト電極を作製した後、フォトリソグラフィーとドライエッチングによってｐ型ＡｌＧａＮクラッド層の一部までエッチングして、ストライプ状のリッジ６１を形成する。さらに、リッジサイドを覆うように誘電体膜となるＳｉＯ2をスパッタ法にて約１００ｎｍ形成し、リッジ６１上のＳｉＯ2をエッチングによって除去する。
【００６７】
次に、ウェハ６０の上面全面にパッド電極となるＴｉ／ＭＯ／Ａｕをスパッタ又は電子ビーム蒸着し、続いて、画像認識しない厚さの金属光沢をもたないＳｉＯ2からなる低反射膜を蒸着し、その上にレジストを塗布し、フォトエッチングによって必要なところにレジストが残るようにパッド電極のパターンを作製する。そして、バッファードフッ酸などのエッチング液で不要なＳｉＯ2部分を除去する。
【００６８】
これにより、図４に示すように、パッド電極６２ａ〜６２ｃと、低反射膜６３ａ〜６３ｄが得られる。図４では、加工基板の溝上に各層が積層された結果生じる溝６４・６４間に３つの素子が形成されている。
【００６９】
低反射膜６３ａ〜６３ｄは、パッド電極６２ａ〜６２ｃの反射率よりも低い反射率を有する材料であれば、ＳｉＯ2以外の材料を用いても構わない。また、低反射膜に代えて、パッド電極表面を荒らす処理を行うなど、未処理のパッド電極よりも反射率を低くする処理であれば、採用することができる。このようなパッド電極上の反射率の低い部分を低反射部と称する。
【００７０】
具体的に上記のパッド電極表面を荒らす処理は、ウェハ５０の上面全面にパッド電極となるＴｉ／ＭＯ／Ａｕをスパッタ又は電子ビーム蒸着し、その上にレジストを塗布し、フォトエッチングによって必要なところにレジストが残るようにパッド電極のパターンを作製した後、塩酸などのエッチング液でパッド電極表面を荒らせばよい。図５にパッド電極表面を荒らしたウェハ６０’の上面図を示す。パッド電極表面の荒らした部分は表面処理部６５ａ〜６５ｄで示している。
【００７１】
また、分割後の窒化物半導体レーザ素子単位で見ると、各素子のパッド電極を上部から見た形状、つまり、低反射部が重なっていない部分の形状は、それぞれの素子で異なるように設計される。逆に、各素子で低反射部の形状が異なるとも言える。
【００７２】
これは、素子６６、６７（６６’、６７’）は同じ構造であるが、素子６８（６８’）はリッジの位置が左右反対側に形成された構造となり、構造の異なる２種類の素子が作製されることになり、例えば素子の特性検査をする場合には２種類の素子を識別する必要があるからである。つまり、２種類の素子で発光点が異なるため、特性検査時に発光波長などを検査するときに、光ファイバーや検査口に光を導入する際の位置が変わるからである。識別には、パッド電極の形状を検査機や実装機で画像認識して識別する。
【００７３】
したがって、少なくとも素子６６、６７（６６’、６７’）と、素子６８（６８’）とが識別できるように、低反射部の形状を異ならせて、パッド電極の見た目の形状を異ならせる必要がある。一方、素子６６（６６’）と素子６７（６７’）は同じ構造であるので、必ずしも識別する必要はないが、図４又は５ではパッド電極６２ａとパッド電極６２ｂの見た目の形状が異なるので、識別できるようになっている。
【００７４】
製造方法の説明に戻り、加工基板の裏面を研磨によって１００μｍ程度まで薄くし、裏面処理を施した後、ｎ型電極としてＮｉ／Ａｕなどを形成する。
【００７５】
この後、リッジ６１に垂直な面で劈開することによって共振器ミラーを作製する。そして、劈開面に誘電体膜（Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2など）を形成し、さらにストライプ間をスクライブし、分割することによって所望の窒化物半導体レーザ素子６６〜６８（６６’〜６８’）を得る。
【００７６】
このようにして作製された窒化物半導体レーザ素子６６〜６８（６６’〜６８’）の静電容量は約１５ｐＦであった。このように、各素子５３〜５５の静電容量を揃えたことで高周波重畳回路の調整が容易になり、製造コストが約１０％低減できた。
【００７７】
また、上記のような構成により、１つのウェハから構造の異なる複数の窒化物半導体レーザ素子をとる場合でも、各素子を同じ静電容量とし、かつ画像認識により各素子の構造の識別が可能となる。
【００７８】
なお、上記の各実施形態は適宜組み合わせてもよい。それにより、低又は高誘電率絶縁膜を備え、かつパッド電極を電気的に分離したり、パッド電極上に低反射部を設けたりした構成とすることができ、それぞれの構成による効果も得られる。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明の窒化物半導体レーザ素子は、ブルーレイディスク等の光ディスクの再生・記録を行う光ディスク装置に搭載される光ピックアップに利用することができる。
【符号の説明】
【００８０】
１０、３０ 窒化物半導体レーザ素子
１６、３６ 活性層
１９、３９ ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層（上部クラッド層）
２２ 低誘電率絶縁膜
２３、４３、５２ａ〜５２ｇ、６２ａ〜６２ｃ パッド電極
４２ 高誘電率絶縁膜
５０、６０、６０’ ウェハ
６３ａ〜６３ｄ 低反射膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、分割前の複数の窒化物半導体レーザ素子が配置されているウェハと、そのウェハから得られる窒化物半導体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体レーザ素子はブルーレイディスク等の記録・再生などに利用され、盛んに研究、開発が行われている。例えば、高密度に情報を記録する際には、高速でレーザ光をＯＮ/ＯＦＦする必要があるため、レーザ素子を２０ｎｓ程度の短いパルスで駆動させている。パルス駆動させる際にはレーザ素子のインピーダンスが小さいほど応答性が良くなるので、駆動時の抵抗やレーザ素子の静電容量を減らすことが重要となる。一方、情報を再生する際には、レーザ素子の信頼性が必要とされ、それには静電耐圧を高くすることが重要となる。
【０００３】
ところで、窒化物半導体レーザ素子の作製においては、一般的に、レーザ積層構造の結晶性を向上させるために基板に溝を掘って結晶成長させる（特許文献１、２参照）。このとき、溝の近傍は層厚が厚くなるので、１つの基板から同一の光学特性を備えたレーザ素子を効率よく得るために、光導波路用のリッジを溝から離して形成する。そうすると、図６に示すウェハ１００の上面図のように、溝１０１aと溝１０１ｂとの間に複数の素子１０２〜１０４をとった場合には、必ず１つの素子（図６では素子１０４）のリッジ１０４ａは、他の素子（図６では１０２、１０３）のリッジ（図６では１０２ａ、１０３ａ）と左右反対側に形成しなければならない。
【０００４】
このように、ウェハ１００からは、構造の異なる２種類の素子が作製されることになり、例えば素子の特性検査をする場合には２種類の素子を識別する必要がある。これは、２種類の素子で発光点が異なるため、特性検査時に発光波長などを検査するときに、光ファイバーや検査口に光を導入する際の位置が変わるからである。識別には、例えばパッド電極の形状の違いを利用することができるが、その場合、パッド電極の形状を検査機や実装機で画像認識できる程度に変える必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−３２２７８６号公報
【特許文献２】特開２００６−１９０９８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように構造が異なる素子をパッド電極の形状で識別する場合、画像認識しやすくするためには、パッド電極の形状や面積を大きく変える必要がある。しかし、面積を変えると、１つのウェハから異なる静電容量の素子を作製することになり、次のような不具合が生じる。
【０００７】
通常、窒化物半導体レーザ素子を情報記録に使用する際には、戻り光雑音対策として高周波重畳回路を使用する。このとき、レーザ素子の静電容量が異なると、それぞれの素子ごとに高周波重畳回路の調整が必要となる。しかしながら、これはコストを高くする要因及び生産性を低下させる要因となるので、現実のマスプロダクションで採用することは難しい。
【０００８】
本発明は、静電容量を減らして応答性を良くした窒化物半導体レーザ素子を提供することを目的とする。また本発明は、静電耐圧を高くして信頼性を向上させた窒化物半導体レーザ素子を提供することを目的とする。また本発明は、１つのウェハから構造の異なる複数の窒化物半導体レーザ素子をとる場合、同じ静電容量でかつ画像により構造の識別が可能な窒化物半導体レーザ素子をとれるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明は、活性層と、該活性層の上方に積層された上部クラッド層と、該上部クラッド層の上方に積層された低誘電率絶縁膜と、該低誘電率絶縁膜の上方に積層されたパッド電極と、を備えた窒化物半導体レーザ素子とする。
【００１０】
この構成によれば、低誘電率絶縁膜を用いることにより、窒化物半導体レーザ素子の静電容量が低くなる。
【００１１】
上記の窒化物半導体レーザ素子において、前記活性層の下方の各層がｎ型であり、前記活性層の上方の各層がｐ型であることが好ましい。ｐ型の方が抵抗が高いからである。
【００１２】
上記の窒化物半導体レーザ素子において、前記低誘電率絶縁膜には、ＳｉＯＦ、ＳｉＯＣ又は有機ポリマーを採用することができる。
【００１３】
また本発明は、活性層と、該活性層の上方に積層された上部クラッド層と、該上部クラッド層の上方に積層された高誘電率絶縁膜と、該高誘電率絶縁膜の上方に積層されたパッド電極と、を備えた窒化物半導体レーザ素子とする。
【００１４】
この構成によれば、高誘電率絶縁膜を用いることにより、窒化物半導体レーザ素子の静電容量が高くなる。
【００１５】
上記の窒化物半導体レーザ素子において、前記活性層の下方の各層がｎ型であり、前記活性層の上方の各層がｐ型であることが好ましい。ｐ型の方が抵抗が高いからである。
【００１６】
上記の窒化物半導体レーザ素子において、前記高誘電率絶縁膜には、ＨｆＯ2又はＡｌ2Ｏ3Ｎ系を採用することができる。
【００１７】
また本発明は、分割前の複数の窒化物半導体レーザ素子が配置されているウェハにおいて、各窒化物半導体レーザ素子は電気的に分離された１以上のパッド電極を有し、少なくとも構造の異なる窒化物半導体レーザ素子同士は、電圧がかかるパッド電極の面積が同じで、パッド電極全体で形成される形状が異なることを特徴とする。
【００１８】
この構成によれば、電圧がかかるパッド電極の面積を同じにすることにより、各素子の静電容量を揃えることができ、パッド電極全体で形成される形状が異なることにより、画像認識で各素子の構造の識別が可能となる。
【００１９】
上記のウェハにおいて、前記パッド電極は、溝によって電気的に分離されていることが望ましい。
【００２０】
また本発明は、分割前の複数の窒化物半導体レーザ素子が配置されているウェハにおいて、各窒化物半導体レーザ素子は、同じ面積のパッド電極と、該パッド電極表面の一部に反射率を低くする処理が施された低反射部を有し、少なくとも構造の異なる窒化物半導体レーザ素子同士は、前記低反射部の形状が異なることを特徴とする。
【００２１】
この構成によれば、同じ面積のパッド電極により、各素子の静電容量を揃えることができ、低反射部の形状が異なることにより、画像認識で各素子の構造の識別が可能となる。
【００２２】
上記のウェハにおいて、前記低反射部は、前記パッド電極の反射率よりも低い反射率を有する低反射膜であることが望ましい。
【００２３】
また上記のウェハにおいて、前記低反射部は、前記パッド電極表面を荒らす処理によって形成してもよい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によると、窒化物半導体レーザ素子の静電容量が低くなるので、窒化物半導体レーザ素子は、応答性が良いとともに、高周波重畳回路による雑音低減効果が大きくなる。
【００２５】
また本発明によると、窒化物半導体レーザ素子の静電容量が高くなるので、窒化物半導体レーザ素子は、静電破壊限界レベル（静電耐圧）が向上し信頼性が増す。
【００２６】
また本発明によると、１つのウェハから構造の異なる複数の窒化物半導体レーザ素子をとる場合、各素子を同じ静電容量に揃えることで、高周波重畳回路の調整が容易になり、製造コストが低減できるとともに、画像により構造の異なる素子を識別できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】第１実施形態の窒化物半導体レーザ素子の断面図である。
【図２】第２実施形態の窒化物半導体レーザ素子の断面図である。
【図３】第３実施形態のウェハの上面図である。
【図４】第４実施形態のウェハの上面図である。
【図５】第４実施形態の他のウェハの上面図である。
【図６】従来のウェハの上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
発明者らは、窒化物半導体レーザ素子の静電容量について研究を重ねた結果、次のような知見を得た。ＡｌＧａＡｓ系やＡｌＧａＩｎＰ系レーザ素子では静電容量はレーザ素子のＰＮ接合の面積で決まる。このため、静電容量を減らすためにはリッジ横に溝を掘る（トレンチ構造）などの対策が必要であった。窒化物半導体レーザ素子でリッジガイド型の素子構造をとる場合は静電容量に対して影響があるのはＰＮ接合のうち、リッジの幅＋数μｍと共振器長との積で、あとはコンタクト電極上のワイヤーなどで外部から電圧を印加するためにワイヤーボンドを打つために必要なパッド電極の面積とパッド電極の下側の誘電体膜の誘電率と膜厚である。
【００２９】
これは窒化物半導体レーザ素子に使われるｐ型クラッド層のＡｌＧａＮ、およびＧａＮ層が非常に高い抵抗を示すことが原因である。通常リッジガイド型レーザ素子のリッジ幅は１〜２μｍ程度であり、リッジの外側はクラッド層をエッチングして薄くすることで作製されている。このときリッジの外側の活性層からクラッド層上までの厚さはおおよそ０．１〜０．３μｍである。また、通常、リッジの外側にはコンタクト電極は作製せず、また横方向の光ガイドのために誘電体膜で覆うため、リッジ外側の横方向への抵抗が高くなり、リッジから印加された電圧はこの抵抗が高いため、リッジから離れるにしたがって電圧降下を起こし、リッジから離れた領域のＰＮ接合間には電圧が掛からない状況になる。よって、電圧が掛からないのでリッジから離れた領域は素子の静電容量には影響しなくなる。
【００３０】
パッド電極についてはＰＮ接合の上にｐ型ＡｌＧａＮ、ＧａＮまたはＩｎＧａＮ層が存在し、その上に誘電体膜があり、その上にＴｉやＰｄやＮｉやＡｕからなるパッド電極がある。このパッド電極、誘電体膜、そしてｎ型電極でコンデンサを形成する。これは先に記載したようにリッジから離れるにしたがって電圧降下を起こし、リッジから離れた領域のＰＮ接合間には電圧が掛からない状況になっている領域でこのような現象になる。
【００３１】
また、リッジ付近のＰＮ接合による容量をＡ、パッド電極とｎ型（または、パッド電極と反対の導電型）電極間の容量をＢとすると素子の静電容量はＡ＋Ｂとなる。これはリッジ付近（リッジも含む）をコンデンサＡ、パッド電極とｎ型（または、パッド電極と反対の導電型）電極間をコンデンサＢとするとコンデンサＡとコンデンサＢは並列の関係になっているため、このような関係になる。
【００３２】
以下、本発明の４つの実施形態について順に説明する。
【００３３】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の窒化物半導体レーザ素子の断面図である。窒化物半導体レーザ素子１０は、ｎ型電極１１、ｎ型ＧａＮ基板１２、ｎ型ＧａＮバッファ層１３、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１４、ｎ型ＧａＮ／ＩｎＧａＮ光ガイド層１５、ノンドープＧａＮ／ＩｎＧａＮ活性層１６、ｐ型ＡｌＧａＮ蒸発防止層１７、ｐ型ＧａＮまたはＡｌＧａＮ中間層１８、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１９、ｐ型ＧａＮコンタクト層２０、Ｐｄコンタクト電極２１、低誘電率絶縁膜２２、Ｔｉ／Ａｕパッド電極２３が積層されて構成される。
【００３４】
製造方法としては、まず、ｎ型ＧａＮ基板１２上に有機金属気相成長法（以下ＭＯＣＶＤ法）でｎ型ＧａＮバッファ層１３、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１４、ｎ型ＧａＮ／ＩｎＧａＮ光ガイド層１５、ノンドープＧａＮ／ＩｎＧａＮ活性層１６、ｐ型ＡｌＧａＮ蒸発防止層１７、ｐ型ＧａＮまたはＡｌＧａＮ中間層１８、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１９、ｐ型ＧａＮコンタクト層２０を順に成長させる。
【００３５】
次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層２０上にＰｄコンタクト電極２１を作製した後、フォトリソグラフィーとドライエッチングによってｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１９の一部までエッチングして、ストライプ状のリッジ２４を形成する。さらに、リッジサイドを覆うように低誘電率絶縁膜２２となるＳｉＯＦをスパッタ法にて約１００ｎｍ形成し、リッジ２４上のＳｉＯＦをエッチングによって除去する。
【００３６】
次に、Ｔｉ／Ａｕパッド電極２３を形成する。さらにｎ型ＧａＮ基板１２の裏面を研磨によって１００μｍ程度まで薄くし、裏面処理を施した後、ｎ型電極１１としてＮｉ／Ａｕなどを形成する。
【００３７】
この後、リッジ２４に垂直な面で劈開することによって共振器ミラーを作製する。そして、劈開面に誘電体膜（Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2など）を形成し、さらにストライプ間をスクライブし、分割することによって所望の窒化物半導体レーザ素子１０を得る。
【００３８】
このようにして作製された窒化物半導体レーザ素子１０の静電容量は約６ｐＦであり、低誘電率絶縁膜２２以外の絶縁膜を用いた窒化物半導体レーザ素子の静電容量である約１０ｐＦと比較して低くなっている。その結果、窒化物半導体レーザ素子１０は、応答性が良いとともに、高周波重畳回路による雑音低減効果が大きく、３〜５ｍＷ時の相対雑音強度（ＲＩＮ）が−１２５ｄＢ以下（従来は−１２０ｄＢ以下）と改善が図れた。
【００３９】
なお、低誘電率絶縁膜２２には、例えば誘電率のｋ値が５以下の低誘電率材料が用いられる。上記では低誘電率絶縁膜２２としてＳｉＯＦを用いたが、ＳｉＯＣ、有機ポリマーでも同様の効果が得られる。有機ポリマーとしては、例えば、ボラジン-ケイ素ポリマーが挙げられる。
【００４０】
（第２実施形態）
図２は、第２実施形態の窒化物半導体レーザ素子の断面図である。窒化物半導体レーザ素子３０は、ｎ型電極３１、ｎ型ＧａＮ基板３２、ｎ型ＧａＮバッファ層３３、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３４、ｎ型ＧａＮ／ＩｎＧａＮ光ガイド層３５、ノンドープＧａＮ／ＩｎＧａＮ活性層３６、ｐ型ＧａＮまたはＡｌＧａＮ中間層３７、ｐ型ＡｌＧａＮ蒸発防止層３８、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３９、ｐ型ＧａＮコンタクト層４０、Ｐｄコンタクト電極４１、高誘電率絶縁膜４２、Ｔｉ／Ａｕパッド電極４３が積層されて構成される。
【００４１】
製造方法としては、まず、ｎ型ＧａＮ基板３２上に有機金属気相成長法（以下ＭＯＣＶＤ法）でｎ型ＧａＮバッファ層３３、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３４、ｎ型ＧａＮ／ＩｎＧａＮ光ガイド層３５、ノンドープＧａＮ／ＩｎＧａＮ活性層３６、ｐ型ＧａＮまたはＡｌＧａＮ中間層３７、ｐ型ＡｌＧａＮ蒸発防止層３８、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３９、ｐ型ＧａＮコンタクト層４０を順に成長させる。
【００４２】
次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層４０上にＰｄコンタクト電極４１を作製した後、フォトリソグラフィーとドライエッチングによってｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３９の一部までエッチングして、ストライプ状のリッジ４４を形成する。さらに、リッジサイドを覆うように高誘電率絶縁膜４２となるＨｆＯ2をスパッタ法にて約１００ｎｍ形成し、リッジ４４上のＨｆＯ2をエッチングによって除去する。
【００４３】
次に、Ｔｉ／Ａｕパッド電極４３を形成する。さらにｎ型ＧａＮ基板３２の裏面を研磨によって１００μｍ程度まで薄くし、裏面処理を施した後、ｎ型電極３１としてＮｉ／Ａｕなどを形成する。
【００４４】
この後、リッジ４４に垂直な面で劈開することによって共振器ミラーを作製する。そして、劈開面に誘電体膜（Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2など）を形成し、さらにストライプ間をスクライブし、分割することによって所望の窒化物半導体レーザ素子３０を得る。
【００４５】
このようにして作製された窒化物半導体レーザ素子３０の静電容量は約２０ｐＦであり、高誘電率絶縁膜４２以外の絶縁膜を用いた窒化物半導体レーザ素子の静電容量である約１０ｐＦと比較して高くなっている。その結果、窒化物半導体レーザ素子３０は、静電破壊限界レベル（静電耐圧）が向上し、上記の共振器長４００μｍの窒化物半導体レーザ素子３０で１５０Ｖ以上（従来は７０Ｖ以上）と良好な特性が得られた。
【００４６】
なお、高誘電率絶縁膜４２には、例えば誘電率のｋ値が９０以上の高誘電率材料が用いられる。上記では高誘電率絶縁膜４２としてＨｆＯ2を用いたが、Ａｌ2Ｏ3Ｎ系でも同様の効果が得られる。ここでいう「系」とは、ＡｌＯＮやＡｌＯ2ＮやＡｌ2ＯＮなどを指す。
【００４７】
（第３実施形態）
本実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板の上面（成長面）にストライプ状の溝が形成された加工基板を用いる。加工基板の作製方法としては、まず、ｎ型ＧａＮ基板の上面に膜厚１μｍのＳｉＯ2などをスパッタ蒸着し、一般的なフォトリソグラフィーにおいて、ストライプ状のフォトレジストパターンを、レジスト開口部の幅５μｍ、ストライプ中心部と隣接するストライプ中心部との間隔（周期）が４００μｍとなるように形成する。
【００４８】
次に、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）技術などのドライエッチングで、ＳｉＯ2及びｎ型ＧａＮ基板をエッチングすることで掘り込み深さ５μｍ、開口幅５μｍの溝を形成する。その後、エッチャントとしてＨＦなどを用いてＳｉＯ2を除去し、加工基板を得る。
【００４９】
なお、上述したＳｉＯ2の蒸着方法はスパッタ蒸着に限定されるものではなく、電子ビーム蒸着法、プラズマＣＶＤ法などの方法を用いても構わない。また、レジストパターンについても、その周期は上述の４００μｍに限定されるものでなく、作製する窒化物半導体レーザ素子の幅によって、変化させても構わない。また、上記のドライエッチングに代えてウェットエッチングを用いても構わない。
【００５０】
図３は、第３実施形態のウェハの上面図である。ウェハ５０を分割して得られる窒化物半導体レーザ素子は、ｎ型電極、加工基板、ｎ型ＧａＮバッファ層、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、ｎ型ＧａＮ／ＩｎＧａＮ光ガイド層、ノンドープＧａＮ／ＩｎＧａＮ活性層、ｐ型ＧａＮまたはＡｌＧａＮ中間層、ｐ型ＡｌＧａＮ蒸発防止層、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、ｐ型ＧａＮコンタクト層、Ｐｄコンタクト電極、誘電体膜、Ｔｉ／ＭＯ／Ａｕパッド電極が積層されて構成される。
【００５１】
製造方法としては、まず、加工基板上に有機金属気相成長法（以下ＭＯＣＶＤ法）でｎ型ＧａＮバッファ層、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、ｎ型ＧａＮ／ＩｎＧａＮ光ガイド層、ノンドープＧａＮ／ＩｎＧａＮ活性層、ｐ型ＧａＮまたはＡｌＧａＮ中間層、ｐ型ＡｌＧａＮ蒸発防止層、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、ｐ型ＧａＮコンタクト層を順に成長させる。
【００５２】
次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層上にＰｄコンタクト電極を作製した後、フォトリソグラフィーとドライエッチングによってｐ型ＡｌＧａＮクラッド層の一部までエッチングして、ストライプ状のリッジ５１を形成する。さらに、リッジサイドを覆うように誘電体膜となるＳｉＯ2をスパッタ法にて約１００ｎｍ形成し、リッジ５１上のＳｉＯ2をエッチングによって除去する。
【００５３】
次に、レジストを塗布し、フォトエッチングによって不要なところにレジストが残るようにパッド電極のパターンを作製する。そして、電子ビーム蒸着によってＴｉ／ＭＯ／Ａｕパッド電極を形成する。さらに、リフトオフによって不要なパッド電極部分を除去し、最終的に図３に示すようなパッド電極５２ａ〜５２ｇを得る。図３では、加工基板の溝上に各層が積層された結果生じる溝５６・５６間に３つの素子が形成されている。
【００５４】
なお、パッド電極５２ａ〜５２ｇは、ウェハ５０の上面全面にＴｉ／ＭＯ／Ａｕをスパッタ又は電子ビーム蒸着し、レジストを塗布し、フォトエッチングによって必要なところにレジストが残るようにパッド電極のパターンを作製し、ヨウ素系のエッチング液で不要なパッド電極部分を除去しても得ることができる。
【００５５】
ここで、ワイヤーボンドを打つパッド電極、つまり電圧がかかるパッド電極は、リッジ５１上に形成されたパッド電極５２ａ、５２ｄ、５２ｇである。これら電圧がかかるパッド電極５２ａ、５２ｄ、５２ｇは、素子の静電容量を同じにするため面積が同じになるように設計される。
【００５６】
一方、ワイヤーボンドされないパッド電極、つまり電圧がかからないパッド電極は、リッジ５１にかからないパッド電極５２ｂ、５２ｃ、５２ｅ、５２ｆである。これらのパッド電極５２ｂ、５２ｃ、５２ｅ、５２ｆは、電圧がかかるパッド電極５２ａ、５２ｄ、５２ｇとの間に溝（パッド電極が形成されていない部分）を形成することで電気的に分離されている。
【００５７】
また、分割後の窒化物半導体レーザ素子単位で見ると、１つの素子のパッド電極全体で形成される形状は他の素子のその形状と異なるように設計される。例えば、パッド電極５２ａ〜５２ｃ全体の形状と、パッド電極５２ｄ〜５２ｆ全体の形状と、パッド電極５２ｇの形状とが異なる。
【００５８】
これは、素子５３、５４は同じ構造であるが、素子５５はリッジの位置が左右反対側に形成された構造となり、構造の異なる２種類の素子が作製されることになり、例えば素子の特性検査をする場合には２種類の素子を識別する必要があるからである。つまり、２種類の素子で発光点が異なるため、特性検査時に発光波長などを検査するときに、光ファイバーや検査口に光を導入する際の位置が変わるからである。識別には、パッド電極の形状を検査機や実装機で画像認識して識別する。
【００５９】
したがって、少なくとも素子５３、５４と、素子５５とが識別できるように、パッド電極全体の形状を異ならせる必要がある。一方、素子５３と素子５４は同じ構造であるので、必ずしも識別する必要はないが、図３ではパッド電極５２ｂとパッド電極５２ｅの形状が異なるので、識別できるようになっている。
【００６０】
製造方法の説明に戻り、加工基板の裏面を研磨によって１００μｍ程度まで薄くし、裏面処理を施した後、ｎ型電極としてＮｉ／Ａｕなどを形成する。
【００６１】
この後、リッジ５１に垂直な面で劈開することによって共振器ミラーを作製する。そして、劈開面に誘電体膜（Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2など）を形成し、さらにストライプ間をスクライブし、分割することによって所望の窒化物半導体レーザ素子５３〜５５を得る。
【００６２】
このようにして作製された窒化物半導体レーザ素子５３〜５５の静電容量は約１０ｐＦであった。このように、各素子５３〜５５の静電容量を揃えたことで高周波重畳回路の調整が容易になり、製造コストが約１０％低減できた。
【００６３】
また、上記のような構成により、１つのウェハから構造の異なる複数の窒化物半導体レーザ素子をとる場合でも、各素子を同じ静電容量とし、かつ画像認識により各素子の構造の識別が可能となる。
【００６４】
（第４実施形態）
図４は、第４実施形態のウェハの上面図である。ウェハ６０を分割して得られる窒化物半導体レーザ素子は、ｎ型電極、加工基板、ｎ型ＧａＮバッファ層、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、ｎ型ＧａＮ／ＩｎＧａＮ光ガイド層、ノンドープＧａＮ／ＩｎＧａＮ活性層、ｐ型ＧａＮまたはＡｌＧａＮ中間層、ｐ型ＡｌＧａＮ蒸発防止層、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、ｐ型ＧａＮコンタクト層、Ｐｄコンタクト電極、誘電体膜、Ｔｉ／ＭＯ／Ａｕパッド電極が積層されて構成される。
【００６５】
製造方法としては、まず、加工基板上に有機金属気相成長法（以下ＭＯＣＶＤ法）でｎ型ＧａＮバッファ層、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、ｎ型ＧａＮ／ＩｎＧａＮ光ガイド層、ノンドープＧａＮ／ＩｎＧａＮ活性層、ｐ型ＧａＮまたはＡｌＧａＮ中間層、ｐ型ＡｌＧａＮ蒸発防止層、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、ｐ型ＧａＮコンタクト層を順に成長させる。
【００６６】
次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層上にＰｄコンタクト電極を作製した後、フォトリソグラフィーとドライエッチングによってｐ型ＡｌＧａＮクラッド層の一部までエッチングして、ストライプ状のリッジ６１を形成する。さらに、リッジサイドを覆うように誘電体膜となるＳｉＯ2をスパッタ法にて約１００ｎｍ形成し、リッジ６１上のＳｉＯ2をエッチングによって除去する。
【００６７】
次に、ウェハ６０の上面全面にパッド電極となるＴｉ／ＭＯ／Ａｕをスパッタ又は電子ビーム蒸着し、続いて、画像認識しない厚さの金属光沢をもたないＳｉＯ2からなる低反射膜を蒸着し、その上にレジストを塗布し、フォトエッチングによって必要なところにレジストが残るようにパッド電極のパターンを作製する。そして、バッファードフッ酸などのエッチング液で不要なＳｉＯ2部分を除去する。
【００６８】
これにより、図４に示すように、パッド電極６２ａ〜６２ｃと、低反射膜６３ａ〜６３ｄが得られる。図４では、加工基板の溝上に各層が積層された結果生じる溝６４・６４間に３つの素子が形成されている。
【００６９】
低反射膜６３ａ〜６３ｄは、パッド電極６２ａ〜６２ｃの反射率よりも低い反射率を有する材料であれば、ＳｉＯ2以外の材料を用いても構わない。また、低反射膜に代えて、パッド電極表面を荒らす処理を行うなど、未処理のパッド電極よりも反射率を低くする処理であれば、採用することができる。このようなパッド電極上の反射率の低い部分を低反射部と称する。
【００７０】
具体的に上記のパッド電極表面を荒らす処理は、ウェハ５０の上面全面にパッド電極となるＴｉ／ＭＯ／Ａｕをスパッタ又は電子ビーム蒸着し、その上にレジストを塗布し、フォトエッチングによって必要なところにレジストが残るようにパッド電極のパターンを作製した後、塩酸などのエッチング液でパッド電極表面を荒らせばよい。図５にパッド電極表面を荒らしたウェハ６０’の上面図を示す。パッド電極表面の荒らした部分は表面処理部６５ａ〜６５ｄで示している。
【００７１】
また、分割後の窒化物半導体レーザ素子単位で見ると、各素子のパッド電極を上部から見た形状、つまり、低反射部が重なっていない部分の形状は、それぞれの素子で異なるように設計される。逆に、各素子で低反射部の形状が異なるとも言える。
【００７２】
これは、素子６６、６７（６６’、６７’）は同じ構造であるが、素子６８（６８’）はリッジの位置が左右反対側に形成された構造となり、構造の異なる２種類の素子が作製されることになり、例えば素子の特性検査をする場合には２種類の素子を識別する必要があるからである。つまり、２種類の素子で発光点が異なるため、特性検査時に発光波長などを検査するときに、光ファイバーや検査口に光を導入する際の位置が変わるからである。識別には、パッド電極の形状を検査機や実装機で画像認識して識別する。
【００７３】
したがって、少なくとも素子６６、６７（６６’、６７’）と、素子６８（６８’）とが識別できるように、低反射部の形状を異ならせて、パッド電極の見た目の形状を異ならせる必要がある。一方、素子６６（６６’）と素子６７（６７’）は同じ構造であるので、必ずしも識別する必要はないが、図４又は５ではパッド電極６２ａとパッド電極６２ｂの見た目の形状が異なるので、識別できるようになっている。
【００７４】
製造方法の説明に戻り、加工基板の裏面を研磨によって１００μｍ程度まで薄くし、裏面処理を施した後、ｎ型電極としてＮｉ／Ａｕなどを形成する。
【００７５】
この後、リッジ６１に垂直な面で劈開することによって共振器ミラーを作製する。そして、劈開面に誘電体膜（Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2など）を形成し、さらにストライプ間をスクライブし、分割することによって所望の窒化物半導体レーザ素子６６〜６８（６６’〜６８’）を得る。
【００７６】
このようにして作製された窒化物半導体レーザ素子６６〜６８（６６’〜６８’）の静電容量は約１５ｐＦであった。このように、各素子５３〜５５の静電容量を揃えたことで高周波重畳回路の調整が容易になり、製造コストが約１０％低減できた。
【００７７】
また、上記のような構成により、１つのウェハから構造の異なる複数の窒化物半導体レーザ素子をとる場合でも、各素子を同じ静電容量とし、かつ画像認識により各素子の構造の識別が可能となる。
【００７８】
なお、上記の各実施形態は適宜組み合わせてもよい。それにより、低又は高誘電率絶縁膜を備え、かつパッド電極を電気的に分離したり、パッド電極上に低反射部を設けたりした構成とすることができ、それぞれの構成による効果も得られる。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明の窒化物半導体レーザ素子は、ブルーレイディスク等の光ディスクの再生・記録を行う光ディスク装置に搭載される光ピックアップに利用することができる。
【符号の説明】
【００８０】
１０、３０ 窒化物半導体レーザ素子
１６、３６ 活性層
１９、３９ ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層（上部クラッド層）
２２ 低誘電率絶縁膜
２３、４３、５２ａ〜５２ｇ、６２ａ〜６２ｃ パッド電極
４２ 高誘電率絶縁膜
５０、６０、６０’ ウェハ
６３ａ〜６３ｄ 低反射膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層と、該活性層の上方に積層された上部クラッド層と、該上部クラッド層の上方に積層された低誘電率絶縁膜と、該低誘電率絶縁膜の上方に積層されたパッド電極と、を備えた窒化物半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記活性層の下方の各層がｎ型であり、前記活性層の上方の各層がｐ型であ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素子。
【請求項３】
前記低誘電率絶縁膜が、ＳｉＯＦ、ＳｉＯＣ又は有機ポリマーであることを特徴とする請求項１又は２記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項４】
活性層と、該活性層の上方に積層された上部クラッド層と、該上部クラッド層の上方に積層された高誘電率絶縁膜と、該高誘電率絶縁膜の上方に積層されたパッド電極と、を備えた窒化物半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記活性層の下方の各層がｎ型であり、前記活性層の上方の各層がｐ型であることを特徴とする請求項４記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記高誘電率絶縁膜が、ＨｆＯ2又はＡｌ2Ｏ3Ｎ系であることを特徴とする請求項４又は５記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項７】
分割前の複数の窒化物半導体レーザ素子が配置されているウェハにおいて、
各窒化物半導体レーザ素子は電気的に分離された１以上のパッド電極を有し、
少なくとも構造の異なる窒化物半導体レーザ素子同士は、電圧がかかるパッド電極の面積が同じで、パッド電極全体で形成される形状が異なることを特徴とするウェハ。
【請求項８】
前記パッド電極は、溝によって電気的に分離されていることを特徴とする請求項７記載のウェハ。
【請求項９】
分割前の複数の窒化物半導体レーザ素子が配置されているウェハにおいて、
各窒化物半導体レーザ素子は、同じ面積のパッド電極と、該パッド電極表面の一部に反射率を低くする処理が施された低反射部を有し、
少なくとも構造の異なる窒化物半導体レーザ素子同士は、前記低反射部の形状が異なることを特徴とするウェハ。
【請求項１０】
前記低反射部は、前記パッド電極の反射率よりも低い反射率を有する低反射膜であることを特徴とする請求項９記載のウェハ。
【請求項１１】
前記低反射部は、前記パッド電極表面を荒らす処理によって形成することを特徴とする請求項９記載のウェハ。
【請求項１２】
請求項７〜１１の何れかに記載のウェハを分割して得られる窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１】
活性層と、該活性層の上方に積層された上部クラッド層と、該上部クラッド層の上方に積層された低誘電率絶縁膜と、該低誘電率絶縁膜の上方に積層されたパッド電極と、を備えた窒化物半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記活性層の下方の各層がｎ型であり、前記活性層の上方の各層がｐ型であ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素子。
【請求項３】
前記低誘電率絶縁膜が、ＳｉＯＦ、ＳｉＯＣ又は有機ポリマーであることを特徴とする請求項１又は２記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項４】
活性層と、該活性層の上方に積層された上部クラッド層と、該上部クラッド層の上方に積層された高誘電率絶縁膜と、該高誘電率絶縁膜の上方に積層されたパッド電極と、を備えた窒化物半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記活性層の下方の各層がｎ型であり、前記活性層の上方の各層がｐ型であることを特徴とする請求項４記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記高誘電率絶縁膜が、ＨｆＯ2又はＡｌ2Ｏ3Ｎ系であることを特徴とする請求項４又は５記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項７】
分割前の複数の窒化物半導体レーザ素子が配置されているウェハにおいて、
各窒化物半導体レーザ素子は電気的に分離された１以上のパッド電極を有し、
少なくとも構造の異なる窒化物半導体レーザ素子同士は、電圧がかかるパッド電極の面積が同じで、パッド電極全体で形成される形状が異なることを特徴とするウェハ。
【請求項８】
前記パッド電極は、溝によって電気的に分離されていることを特徴とする請求項７記載のウェハ。
【請求項９】
分割前の複数の窒化物半導体レーザ素子が配置されているウェハにおいて、
各窒化物半導体レーザ素子は、同じ面積のパッド電極と、該パッド電極表面の一部に反射率を低くする処理が施された低反射部を有し、
少なくとも構造の異なる窒化物半導体レーザ素子同士は、前記低反射部の形状が異なることを特徴とするウェハ。
【請求項１０】
前記低反射部は、前記パッド電極の反射率よりも低い反射率を有する低反射膜であることを特徴とする請求項９記載のウェハ。
【請求項１１】
前記低反射部は、前記パッド電極表面を荒らす処理によって形成することを特徴とする請求項９記載のウェハ。
【請求項１２】
請求項７〜１１の何れかに記載のウェハを分割して得られる窒化物半導体レーザ素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−９６１０（Ｐ２０１１−９６１０Ａ）
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５３４７０（Ｐ２００９−１５３４７０）
【出願日】平成２１年６月２９日（２００９．６．２９）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月１３日（２０１１．１．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月２９日（２００９．６．２９）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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