窒化物半導体素子及びその製造方法
【課題】窒化物半導体層の側面に配置される保護膜として最適な材料を確保して、配置することにより、密着性、放熱性、光出射効率及び／又はリップル低減等において良好な特性を与えることができる、より信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】基板１０と、基板１０上に積層される窒化物半導体層と、窒化物半導体層の上方に配置されたＳｉとＣとを含む第１保護膜１７と、第１保護膜１７と接して、窒化物半導体層と電気的に接続する電極１９とを有し、第１保護膜１７は、電極１９との界面に、電極１９を構成する少なくとも一部の元素と第１保護膜１７を構成する少なくとも一部の元素とが混在した混在層１８を有する窒化物半導体素子。
【解決手段】基板１０と、基板１０上に積層される窒化物半導体層と、窒化物半導体層の上方に配置されたＳｉとＣとを含む第１保護膜１７と、第１保護膜１７と接して、窒化物半導体層と電気的に接続する電極１９とを有し、第１保護膜１７は、電極１９との界面に、電極１９を構成する少なくとも一部の元素と第１保護膜１７を構成する少なくとも一部の元素とが混在した混在層１８を有する窒化物半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体素子及びその製造方法に関し、より詳細には、電極と接する保護膜を有する窒化物半導体素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体は、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、０≦ｘ＋ｙ≦１）を含む窒化物半導体によって形成されており、特に有望視されている構造として、リッジ導波路構造を有するものがある。このような構造の半導体レーザ素子は、通常、リッジ側面から、リッジ両側の窒化物半導体層の表面にわたって、光閉じ込めを行うために、第１の保護膜が形成されており、さらに、窒化物半導体層の側面に第２の保護膜が形成されている。
【０００３】
これらの保護膜のうち、特に第１の保護膜は、窒化物半導体層との屈折率差、密着性などを考慮して、例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３等の酸化物誘電体又はＡｌＮ等の窒化物誘電体によって形成されている（例えば、特許文献１）。
また、第２の保護膜は、通常、ＡｌＮ、ＳｉＣ等の絶縁材料等によって形成されている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−４６４５号公報
【特許文献２】特開２００６−３３２１９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特に、窒化物半導体層の側面を保護するための保護膜としては、絶縁性のみならず、放熱性の良好な材料を用いることが適しているが、同時に、窒化物半導体層及び電極に対する密着性を確保する必要がある。
しかし、上述した窒化物半導体層の側面に配置されるＳｉＣ等は、一般には、放熱性は良好であるが、電極との密着性が良好であるとは言えず、保護膜と電極との界面で剥がれが生じるという問題があった。
さらに、レーザ素子の場合においては、光照射部位に近接するために、その材料の屈折率、減衰係数等の種々の物性においてもレーザ光照射に対する影響を最小限に留めることが必要である。
しかし、上述した窒化物半導体層の側面に配置されるＳｉＣ等は、屈折率が大きいために、出射されるレーザ光を効率よく閉じ込めることができず、レーザ光の出射に対して悪影響を与えることが懸念されている。
【０００６】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、窒化物半導体層の側面に配置される保護膜として最適な材料を確保し、配置することにより、密着性、放熱性を与えることができ、特に、レーザ素子の場合にあっては光出射効率、リップル低減等の全てにおいて良好な特性を与えることができ、より信頼性の高い窒化物半導体素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の窒化物半導体素子は、基板と、前記基板上に積層される窒化物半導体層と、前記窒化物半導体層の上方に配置されたＳｉとＣとを含む第１保護膜と、前記第１保護膜と接して、前記窒化物半導体層と電気的に接続する電極とを有し、前記第１保護膜は、前記電極との界面に、前記電極を構成する少なくとも一部の元素と前記保護膜を構成する少なくとも一部の元素とが混在した混在層を有することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の別の窒化物半導体素子は、基板と、前記基板上に積層され、その表面にリッジを有する窒化物半導体層と、前記リッジ側面から該リッジ両側の窒化物半導体層の上面に配置された絶縁性の第２保護膜と、前記窒化物半導体層の側面から前記第２保護膜の上面の少なくとも一部を被覆し、ＳｉとＣとを含む第１保護膜と、前記第１保護膜の上方に前記窒化物半導体層と電気的に接続する電極とを有し、前記第１保護膜は、前記電極との界面に、前記電極を構成する少なくとも一部の元素と前記保護膜を構成する少なくとも一部の元素とが混在した混在層を有することを特徴とする。
【０００９】
これらの窒化物半導体素子では、前記第１保護膜の上面は、前記リッジの上面よりも高く形成されていることが好ましい。
前記第１保護膜は、前記第２保護膜又は前記窒化物半導体層との界面において、前記混在層以外の領域を有することが好ましい。
前記第２保護膜又は前記窒化物半導体層との界面における前記混在層以外の領域の膜厚は、１０００Å以上であることが好ましい。
前記第１保護膜であって、前記混在層以外の領域の屈折率が、前記窒化物半導体層の屈折率よりも小さいことが好ましい。
前記第１保護膜であって、前記混在層以外の領域における、前記窒化物半導体素子から照射される波長の光に対する減衰係数は、０．０５よりも大きいことが好ましい。
前記電極は、それぞれ異なる元素を含む複数の層を有しており、前記複数の層のうち、前記第１保護膜と接する層を構成する元素は前記混在層に含まれていないことが好ましい。
前記電極は、それぞれ異なる元素を含む複数の層を有しており、前記複数の層のうち、前記第１保護膜から最も離れた位置にある層を構成する少なくとも一部の元素は前記混在層に含まれていないことが好ましい。
【００１０】
本発明の窒化物半導体素子の製造方法では、基板上に窒化物半導体層を積層し、前記窒化物半導体層の上方に、ＳｉとＣとを含む第１保護膜を形成し、前記第１保護膜と接して、前記窒化物半導体層と電気的に接続する電極を形成し、少なくとも前記第１保護膜と前記電極とを形成した後に熱処理することにより、前記第１保護膜と前記電極との界面に、前記電極を構成する少なくとも一部の元素と前記第１保護膜を構成する少なくとも一部の元素とが混在した混在層を形成する工程を含むことを特徴とする。
このような製造方法では、前記保護膜を、４ｎｍ／ｍｉｎ以上の成膜レートによって形成することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、窒化物半導体層の側面に配置される保護膜として最適な材料を確保し、配置することにより、電極に対する密着性、放熱性、光出射効率及び／又はリップル低減等において良好な特性を与えることができ、より信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を提供することができる。
また、そのような窒化物半導体レーザ素子を確実かつ簡便に製造することができる製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の窒化物半導体レーザ素子の構造を説明するための概略断面図である。
【図２】本発明の窒化物半導体レーザ素子の別の構造を説明するための概略断面図である。
【図３】本発明の第１保護膜の構造を説明するための第１保護膜周辺の概略断面図である。
【図４Ａ】本発明の第１保護膜の構造を説明するためのエリプソメータ測定結果（屈折率）を示すグラフである。
【図４Ｂ】本発明の第１保護膜の構造を説明するためのエリプソメータ測定結果（減衰係数）を示すグラフである。
【図５Ａ】本発明の第１保護膜と、第１保護膜の上面に被覆する電極との界面における混在層の構造を説明するための断面ＳＥＭ像である。
【図５Ｂ】本発明の第１保護膜と、第１保護膜の上面に被覆する電極との界面における混在層の構造を説明するための元素分析結果を示すグラフである。
【図６】本発明の窒化物半導体発光素子の構造を説明するための概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜第１実施形態：窒化物半導体レーザ素子＞
この実施形態における窒化物半導体レーザ素子は、主として、図１に示すように、基板１０上に、窒化物半導体層、つまり、第１窒化物半導体層（例えば、ｎ側半導体層１１）、活性層１２、第２窒化物半導体層（例えば、ｐ側半導体層１３）がこの順に積層されている。第２窒化物半導体層の上面にはリッジ１４が形成されている。また、第２窒化物半導体層及び活性層と、第１窒化物半導体層１１の膜厚方向の一部とが除去されて、第１窒化物半導体層１１の一部が露出されている。
リッジ側面からリッジ両側の第２窒化物半導体層の上面に、第２保護膜１５が形成されている。また、窒化物半導体層の側面から第２保護膜１５の上面の少なくとも一部、つまり、第２窒化物半導体層の両縁部分を被覆する第１保護膜１７が形成されている。第１保護膜１７は、第１窒化物半導体層１１の露出面の一部をも被覆している。
リッジ１４上には、このリッジ１４と電気的に接続されたｐ側電極１６及びｐ側パッド電極１９が形成されている。
ｎ側電極２０は、基板１０に対して、ｐ側電極１６と異なる主面側に形成されている。つまり、基板１０の裏面にｎ側電極２０が形成されている。
窒化物半導体層の側面であって、リッジ１４に直交する方向に共振器面が形成されており、その表面には、端面保護膜（図示せず）が形成されている。
【００１４】
別の窒化物半導体レーザ素子の形態としては、図２に示すように、ｎ側電極２０が第１窒化物半導体層１１の露出部であって、第１保護膜１７で被覆されていない領域に電気的に接続されており、ｐ側電極１６とｎ側電極２０とが、基板１０に対して同一主面側に形成されている以外は、実質的に図１の窒化物半導体レーザ素子と同様の構成である。
つまり、基板１０の第１主面上に第１窒化物半導体層、活性層１２、第２窒化物半導体層がこの順に形成され、第２窒化物半導体層上にｐ側電極１６が形成されている。
【００１５】
（第２保護膜１５）
第２保護膜１５は埋込膜とも称され、通常、ｐ側半導体層１３の上面からリッジ１４の側面に配置されている。第２保護膜１５は、ｐ側半導体層１３上であって、ｐ側半導体層１３と後述するｐ側電極１６とが直接接触して、電気的な接続をとる領域以外の領域に形成されている。ただし、ｐ側半導体層１３の上面のうち、電気的な接続をとる領域以外の領域の全面に設けられている必要はなく、例えばリッジから離れた領域には、形成されていなくてもよい。ここで、窒化物半導体層と電極との接続領域とは、特にその位置、大きさ、形状等は限定されず、窒化物半導体層の表面の一部、例えば、窒化物半導体層の表面に形成されるストライプ状のリッジ上面のほぼ全面又はリッジ上面のほぼ全面からその両側にわたる部分が例示される。
【００１６】
第２保護膜１５は、窒化物半導体層への密着性が良好で、熱伝導率が大きく、屈折率が窒化物半導体層よりも小さく及び／又は減衰係数が０あるいはそれ相当に小さい材料によって形成されていることが好ましい。
例えば、熱伝導率の良好な材料として、０℃における熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上が適しており、３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、さらに１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料が好ましい。
リッジの側面から、リッジの両側の窒化物半導体表面に直接接触して、このような熱伝導率の良好な材料による保護膜が形成されることにより、従来から埋込膜として形成されている絶縁膜に比較して、より優れた放熱性を確保することができる。
【００１７】
第２保護膜１５は、一般に、窒化物半導体層よりも屈折率が小さな材料によって形成されている。具体的には、屈折率が２．５より小さいもの、特に２．０以下のものが好ましい。
屈折率は、エリプソメトリーを利用した分光エリプソメータ、具体的には、Ｊ．Ａ．ＷＯＯＬＬＡＭ社製のＨＳ−１９０等を用いて測定することができる。
第２保護膜１５を形成する材料としては、具体的には、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａよりなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む材料が挙げられる。特に、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＳｉＮ、ＢＮ、ＳｉＣ、ＳｉＯＣ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮであることが好ましい。
【００１８】
第２保護膜は、例えば、１〜１０００ｎｍ程度の膜厚であることが適しており、１０〜５００ｎｍ程度が好ましい。電極の形成時に、保護膜の均一性及び十分な絶縁性を確保し、リッジ側面において、リッジとの間に良好な屈折率差を与えることができるからである。
第２保護膜は、単一の材料の単層膜又は積層膜でもよいし、異なる材料の積層膜でもよい。積層膜にすることにより、放熱性、保護性（例えば、耐薬品性、硬度等）等の種々の機能を有する各層を組み合わせて相互に各機能を補償することができる。
【００１９】
第２保護膜１５は、当該分野で公知の方法によって形成することができる。例えば、蒸着法、スパッタ法、反応性スパッタ法、ＥＣＲプラズマスパッタ法、マグネトロンスパッタ法、イオンビームアシスト蒸着法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション法、ＣＶＤ法、スプレー法、スピンコート法、ディップ法又はこれらの方法の２種以上を組み合わせる方法、あるいはこれらの方法と酸化処理（熱処理）とを組み合わせる方法等、種々の方法を利用することができる。
【００２０】
あるいは、成膜方法及びその条件等については、例えば、特開２００８−１８２２０２号公報、特開２００９−４６４５号公報等に記載に準じて、適宜調整することができる。
【００２１】
（第１保護膜１７及び混在層１８）
第１保護膜１７は、ＳｉとＣとを含んでおり、窒化物半導体層の側面から第２保護膜の上面の少なくとも一部を被覆して配置されている。第１保護膜１７は、単一の材料の単層膜又は積層膜でもよいし、異なる材料の積層膜でもよい。この場合、少なくとも１層がＳｉとＣを含んでいればよい。
第１保護膜が、２層構造の場合には、例えば、図３（ａ）〜（ｆ）に示したように、第１膜１７ａが第２膜１７ｂ上に積層された状態であって、第２膜１７ｂの上面が完全に覆われている状態（図３（ａ））、第２膜１７ｂを完全に覆う状態（図３（ｂ））、第２膜１７ｂの上面が一部露出している状態（図３（ｃ））等のいずれであってもよい。また、第１保護膜１７は、第２保護膜１５の少なくとも一部を覆っていればよく、直接窒化物半導体層（ｐ側半導体層１３）と接していてもよい（図３（ｄ）〜（ｆ））。後述の電極との接触面積を大きく取ることができることから、第１膜１７ａがＳｉとＣとを含むことが好ましい。
第１保護膜１７は、窒化物半導体層及び第２保護膜への密着性が良好で、熱伝導率が大きく、硬度が大きく、屈折率が小さく、減衰係数が比較的大きい絶縁性材料によって形成されていることが好ましい。ただし、第１保護膜１７の熱伝導率、硬度、屈折率及び減衰係数は、混在層１８を除いた部分における熱伝導率、硬度、屈折率及び減衰係数をいうものとする。
【００２２】
例えば、熱伝導率の良好な材料として、０℃における熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料が適しており、３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、さらに１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料が好ましい。レーザ素子の光出射領域の近傍に、このような熱伝導率の良好な材料による保護膜が形成されることにより、より優れた放熱性を確保することができる。
また、硬度の良好な材料として、修正モース硬度（１５段階に修正、硬さ１５：ダイヤモンド）が１０以上、さらに１２以上、さらに１３以上であるものが好ましい。ここで、修正モース硬度は、市販の１５段階モース硬度計によって測定することができる。
屈折率が比較的小さな材料として、窒化物半導体よりも屈折率が小さな材料が好ましい。例えば、ＧａＮよりも屈折率が小さいものが挙げられる。具体的には、屈折率が２．５より小さいもの、特に２．４５以下のものが好ましい。このような屈折率を有することにより、活性層から漏れ出す光を適切に閉じ込めることができ、レーザ光の出射をより効率的に行わせることができる。
【００２３】
減衰係数が比較的大きな材料として、窒化物半導体層素子から照射される波長の光に対する減衰係数が０．０５よりも大きい材料であることが好ましい。ここで、減衰係数は、透過測定及び反射測定により見積もることができ、エリプソメトリーを利用した分光エリプソメータ、具体的には、Ｊ．Ａ．ＷＯＯＬＬＡＭ社製のＨＳ−１９０等を用いて測定することができる。減衰係数が大きい材料を用いることにより、レーザ素子の側面からリークする光を吸収することにより、自然放出光等によるリップルを低減することができる。
【００２４】
このような材料としては、具体的には、ＳｉＣが挙げられる。また、酸素雰囲気中でＳｉＣ膜を成膜する場合に生成されるＳｉＯＣであってもよい。
ＳｉＣは、屈折率が窒化物半導体と同等又は大きいが、成膜条件を調整することにより、あるいは、成膜後に熱処理を行うことにより、ＳｉＣ内の不純物が昇華又は除去により空隙を形成し、ＳｉＣ膜の平均屈折率及び平均吸収係数を小さくすることができる。
ここで、所定温度及び所定時間としては、例えば、材料内の不純物が昇華又は除去されるのに十分な温度及び時間、材料内に含有されていた気体等が除去されるのに十分な温度及び時間等が挙げられる。例えば、６００℃程度にて１０分間程度が挙げられる。
【００２５】
第１保護膜は、実装態様に応じて、適切な放熱性を確保することができる。
例えば、フェイスダウン実装の場合に、硬度の大きな第１保護膜によって、実装基板側からの衝撃に対する保護を十分に確保し、リッジに対する機械的ダメージを減少することができる。
また、通常使用されるヒートシンク等に対する効率的な放熱経路を確保し、窒化物半導体層との密着性の確保、これによるより良好な放熱性とが相まって、高温環境下でのレーザ素子の使用、高出力でのレーザ素子の駆動、長時間のレーザ素子の駆動を実現できるとともに、このような使用によっても長寿命化を実現することができる。
【００２６】
第１保護膜１７は、混在層を含む膜厚として、例えば、２００ｎｍ〜１５００ｎｍ程度の膜厚を有することが適している。特に、第１保護膜１７の上面は、後述するリッジ１４の上面よりも高く形成されていることが好ましい。これにより、露出した窒化物半導体層の側面又は表面等を確実に保護することができる。なお、第１保護膜１７が積層構造の場合の膜厚は、総膜厚が上述した範囲内となるように適宜調整することができる。
さらに、第１保護膜１７は、第２保護膜１５又は窒化物半導体層（ｐ側半導体層１３）との界面において、後述する混在層１８以外の領域を有することが好ましい。混在層１８以外の領域とは、本来の第１保護膜材料のみを含む第１保護膜の部位を意味し、第１保護膜１７において、実質的に電極を形成する元素を含まない領域を指す。第２保護膜１５上に形成された第１保護膜１７の膜厚は、後述するｐ側パッド電極１９と第１保護膜１７の界面に形成された混在層１８の厚さよりも厚いことが好ましい。これにより、第１保護膜と電極との密着性のみならず、十分な絶縁性の確保ができる。例えば、１０V程度の絶縁性を保つためには、第２保護膜１５との界面における混在層１８以外の領域の膜厚は１００ｎｍ以上であることが好ましい。
【００２７】
第１保護膜１７は、公知の方法を利用して成膜することができるが、上述した特性を発揮させるように、その方法及び条件等を適宜選択／調整することが必要である。
そのための成膜方法としては、例えば、一般に用いられているスパッタ法、ＥＣＲスパッタ法、蒸着法等を利用することができる。
【００２８】
第１保護膜１７の膜質は、用いる装置、成膜方法等によって種々変動するために、絶対的な成膜条件を特定することは困難であるが、成膜速度を比較的遅くして成膜すると、屈折率は低くなり、減衰係数も低くなる傾向がある。一方、成膜速度を比較的遅く設定して成膜すると、熱処理により、第１保護膜と窒化物半導体層との界面において剥れが生じる。第１保護膜１７と窒化物半導体層との密着性を確保するために、成膜速度は速く設定することが好ましい。例えば、スパッタ法において、成膜速度が４ｎｍ／ｍｉｎ程度以上であることが好ましい。
【００２９】
なお、第１保護膜と第２保護膜とが同じ元素を含んで形成される場合には、第２保護膜の一部を第１保護膜によって被覆することと相まって、第２保護膜のみならず、第１保護膜の窒化物半導体層への密着性をより良好なものとすることができ、これによって、より良好な放熱性を確保することが可能となる。
【００３０】
混在層とは、ＳｉとＣとを含む第１保護膜１７と、電極、例えば、ｐ側パッド電極１９との接触部位において形成される、第１保護膜１７内の層を指す。つまり、混在層には、Ｓｉ及び／又はＣと、電極、例えば、ｐ側パッド電極１９を構成する少なくとも一部の元素が含まれる。また、図２の窒化物半導体レーザ素子においては、ＳｉとＣとを含む第１保護膜１７と、ｎ電極２０との接触部位においても混在層を形成することができる。
このような混在層によって、第１保護膜と窒化物半導体層との密着性を保証しつつ、電極と第１保護膜との密着をより良好なものとすることができ、これによって、より良好な放熱性を確保することが可能となる。また、上述した各物性を満たす第１保護膜を形成して混在層を配置する場合には、第１保護膜が上述した各物性を満たさないものに比較して、放熱性、保護／絶縁性、吸光性、光閉じ込め性等の種々の機能を十分に果たすことができ、より高品質な窒化物半導体レーザ素子が得られる。
【００３１】
混在層は、少なくとも第１保護膜と電極とを形成した後に熱処理を行うことによって、適所に、第１保護膜を構成する元素と電極を構成する元素とが熱により移動するために、両者が混在した新たな層として形成することができる。混在層の位置、厚み、大きさ等は、熱処理の程度によって制御することができる。この熱処理は、混在層の形成のために、別途行ってもよいが、通常、電極を形成した後のオーミック化のために行う熱処理を利用することが適している。従って、オーミック化のための熱処理の温度及び時間で行うことが好ましい。熱処理の雰囲気は、特に限定されない。
混在層における電極形成元素は、密着性の観点から、混在層１８における混在層全体の５０〜７０％を占めることが好ましい。なお、混在層では、通常、電極側から第１保護膜側にかけて、電極形成元素が徐々に減少している。混在層の厚みは、特に限定されないが、例えば、１００ｎｍ程度が挙げられる。これによって、良好な両元素の量的勾配又は分布を確保することができ、密着性をより向上させることができる。
【００３２】
（基板１０）
本発明において、基板１０は、サファイア、スピネル（ＭｇＡ１２Ｏ４）のような絶縁性基板であってもよいし、炭化珪素、シリコン、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ダイヤモンド及び窒化物半導体と格子接合するニオブ酸リチウム、ガリウム酸ネオジウム等の酸化物基板でもよいが、窒化物半導体基板（ＧａＮ、ＡｌＮ等）であることが好ましい。また、第１主面及び／又は第２主面に０°以上１０°以下のオフ角を有する基板であることが好ましい。その厚みは、例えば、５０μｍから１０ｍｍ程度が挙げられる。なお、基板として、例えば、特開２００６−２４７０３号公報に例示されている種々の公知の基板、市販の基板等を用いてもよい。基板１０の、窒化物半導体層を成長させる成長面の面方位に関しては、Ｃ面（０００１）、Ａ面（１１−２０）、Ｍ面（１−１００）又は半極性面（１１−２２）などの基板を用いることができる。
【００３３】
窒化物半導体基板は、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＭＯＣＶＤ法（有機金属化学気相成長法）、ＨＶＰＥ法（ハイドライド気相成長法）、ＭＢＥ法（分子線エピタキシー法）等の気相成長法、超臨界流体中で結晶育成させる水熱合成法、高圧法、フラックス法、溶融法等により形成することができる。
【００３４】
（窒化物半導体層（１１、１２、１３））
窒化物半導体層としては、一般式ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）を含むものを用いることができる。また、これに加えて、III族元素としてＢが一部に置換されたものを用いてもよいし、Ｖ族元素としてＮの一部をＰ、Ａｓで置換されたものを用いてもよい。ｎ側半導体層は、ｎ型不純物として、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＣｄなどのＩＶ族元素又はＶＩ族元素等のいずれか１つ以上を含有していてもよい。ｐ側半導体層は、ｐ型不純物として、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｓｒ等を含有していてもよい。不純物は、例えば、５×１０１６／ｃｍ３〜１×１０２１／ｃｍ３程度の濃度範囲で含有されていることが好ましい。
【００３５】
活性層は、多重量子井戸構造又は単一量子井戸構造のいずれでもよい。
窒化物半導体層は、ｎ側半導体層とｐ側半導体層とに光の導波路を構成する光ガイド層を有することで、活性層を挟んだ分離光閉じ込め型構造であるＳＣＨ（Separate Confinement Heterostructure）構造とすることが適している。
【００３６】
窒化物半導体層の成長方法は、特に限定されないが、ＭＯＶＰＥ、ＭＯＣＶＤ、ＨＶＰＥ、ＭＢＥなど、窒化物半導体の成長方法として知られている全ての方法を好適に用いることができる。特に、ＭＯＣＶＤ又はＭＢＥは結晶性良く成長させることができるので好ましい。
【００３７】
（リッジ１４）
窒化物半導体層、つまり、ｐ側半導体層の表面には、リッジが形成されている。リッジは、導波路領域として機能するものであり、その幅は１．０μｍ〜３０．０μｍ程度、さらに、１．０μｍ〜３．０μｍ程度が好ましい。その高さ（エッチングの深さ）は、ｐ側半導体層を構成する層の膜厚、材料等、さらに光閉じ込めの程度等を適宜調整することができ、例えば、０．１〜２μｍが挙げられる。リッジは、共振器方向の長さが１００μｍ〜１０００μｍ程度になるように設定することが好ましい。また、共振器方向においてすべて同じ幅でなくてもよいし、その側面が垂直であっても、テーパー状であってもよい。この場合のテーパー角は４５°〜９０°程度が適当である。
【００３８】
リッジの形成は、当該分野で通常用いられる方法により形成することができる。例えば、フォトリソグラフィ及びエッチング工程が挙げられる。この際のエッチングは、ドライエッチング（例えば、ＲＩＥ法）、ウェットエッチングのいずれでもよいし、双方を、この順序又は逆の順序で、行ってもよい。なかでも、窒化物半導体の表面をドライエッチング、続いてウェットエッチングすることが好ましい。
【００３９】
なお、窒化物半導体層においては、例えば、上述したリッジが延びる方向に共振器が形成されており、その方向に直交して、一対の共振器端面が形成されている。共振器長は、１００μｍ〜５０００μｍ程度になるように設定することが好ましい。共振器端面の面方位については、特に限定されない。例えば、Ｍ軸、Ａ軸、Ｃ軸及びＲ軸配向が挙げられ、つまり、Ｍ面（１−１００）、Ａ面（１１−２０）、Ｃ面（０００１）又はＲ面（１−１０２）からなる群から選ばれる面であり、特にＭ軸配向、Ｍ面（１−１００）であることが好ましい。
本発明のレーザ素子の幅、すなわち共振器方向と直交する方向の長さは、５０〜２０００μｍ程度に設定される。
【００４０】
（電極１６、１９、２０）
本発明における電極は、第１窒化物半導体層（ｎ側）及び第２窒化物半導体層（ｐ側）とそれぞれ電気的に接続された一対の電極の少なくとも一方を指し、いわゆるオーミック電極と称される電極（少なくともｐ側及びｎ側半導体層又は基板上にそれぞれ接触して形成された電極）及びパッド電極と称される電極（外部との接続を可能とする電極）等のいずれであってもよい。混合層と接触する電極としては、パッド電極であることが好ましい。
ｐ側電極（例えば、オーミック電極）は、窒化物半導体層及び第２保護膜上に形成されることが好ましい。電極が最上層の窒化物半導体層及び第２保護膜上に連続して形成されていることにより、第２保護膜の剥がれを防止することができる。特に、リッジ側面に形成された第２保護膜の表面までｐ側電極が形成されていれば、第２保護膜の剥がれを有効に防止することができる。
【００４１】
電極は、例えば、パラジウム、白金、ニッケル、金、チタン、タングステン、銅、銀、亜鉛、錫、インジウム、アルミニウム、イリジウム、ロジウム、ＩＴＯ等の金属又は合金の単層膜又は積層膜により形成することができる。具体的には、Ｎｉ／Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｎｉ／Ａｕ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ等が例示される。電極の膜厚は、用いる材料等により適宜調整することができ、例えば、５０〜５００ｎｍ程度が適当である。
特に、ｐ側パッド電極１９は、ｐ側電極１６及びｎ側電極２０と同様の材料により、同様に形成することができる。
【００４２】
ｐ側パッド電極１９が積層膜により形成されている場合は、積層されるそれぞれの層は、それぞれ異なる元素を有していてもよい。例えば、第１保護膜１７と接する側からＮｉ／Ａｕ／Ｐｔ／Ａｕの順でｐ側パッド電極１０を形成することができる。この場合には、第１保護膜１７と接するＮｉ層を形成する元素は混在層１８には殆ど含まれず、主としてＰｔが混在層１８に含まれる。混在層１８に含まれやすい電極材料としては、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）等の白金族元素が挙げられ、これらの材料を使用することが好ましい。
また、ｐ側パッド電極が、それぞれ異なる元素を含む複数の層からなる場合、前記第１保護膜から最も離れた位置にある層では、その層を構成する少なくとも一部の元素が混在層に含まれていないことが好ましい。
【００４３】
（端面保護膜）
端面保護膜は、少なくとも光出射側の共振器面を被覆するように形成されている保護膜を意味する。通常、活性層を含む任意の部位、好ましくは、ほぼ全体に形成される保護膜である。また、光出射側とは反対側（光反射側）に、反射ミラーとして、誘電体膜が形成されていることが好ましい。
端面保護膜及び反射ミラーは、酸化膜、窒化膜、酸窒化膜、これらの組み合わせ等により形成することができる。具体的には、ＳｉＯ2、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｎｂ2Ｏ5、ＳｉＮ、ＡｌＮ、ＳｉＯＮ、ＡｌＯＮ等の酸化膜、窒化膜等からなる誘電体による単層膜及び多層膜が例示される。
【００４４】
（窒化物半導体レーザ素子の製造方法）
本発明の半導体レーザ素子は、基板上に窒化物半導体層を形成し、この窒化物半導体層の第２窒化物半導体層の上面にリッジを形成し、リッジ側面からリッジ両側の窒化物半導体層の上面に第２保護膜を形成し、窒化物半導体層の側面から第２保護膜の上面の少なくとも一部を被覆するＳｉとＣとを含む第１保護膜を形成し、第１保護膜と接する電極を形成し、この第１保護膜を、電極と共に熱処理する工程を含んで製造することができる。
このような製造方法により、これまで一般に用いられていた、例えば、ＳｉＣとは異なる物性を有する第１保護膜を備えた半導体レーザ素子を製造することができる。
【００４５】
＜第２実施形態：ＬＥＤ素子＞
この実施形態における窒化物半導体ＬＥＤ素子は、主として、図６に示すように絶縁性の基板１０の上に第１窒化物半導体層（例えば、ｎ側半導体層１１）、活性層１２、第２窒化物半導体層（例えば、ｐ側半導体層１３）がこの順に積層されている。
第２の窒化物半導体層の上端面（ｐ側半導体層１３の上端面）はｐ側電極１６とオーミック接触しており、更にｐ側電極１６はｐ側パッド電極１９と電気的に接続されている。また、窒化物半導体層の上端面の一部に凹部が設けられ、この凹部の底面は第１の窒化物半導体層（ｎ側半導体層１１）の露出面である。そして、この第１の窒化物半導体層（ｎ側半導体層１１）上に、ｎ側電極２０が設けられ、ｎ側電極２０が形成されている。
【００４６】
ｐ側電極１６は、窒化物半導体層に電力を供給するための正極である。ｐ側電極１６は、ｐ側半導体層１３の上端面のほぼ全領域とオーミック接触する透光性の全面電極であり、ｐ側電極１６の上端面の一部に設けられたｐ側パッド電極１９と電気的に接続されている。
第２実施形態の窒化物半導体発光素子は、電極配置面側からも光を取り出す構成とすることができる。電極配置面側から光を取り出す構成とする場合には、ｐ側電極１６が、活性層１２から放出される光の波長において透光性を有することが好ましい。このような透光性と導電性とを兼ね備えた材料として、例えば、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、ＺｎＯ、ｐ型半導体層１３側から順にＮｉ、Ａｕを積層した金属薄膜、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｕなどの金属又はこれらの合金の薄膜などを用いることができる。
【００４７】
ｐ側電極１６は、前記した材料を、例えば、スパッタ法や蒸着法などによって積層して形成することができる。
ｐ側パッド電極１９は、ｐ側電極１７の上端面の一部に設けられ、外部電源（図示せず）とＡｕワイヤ（図示せず）などで接続され、ｐ側電極１７に電力を供給するための電極パッドである。
ｐ側パッド電極１９は、第１実施形態におけるｐ側パッド電極１９と同様の材料を用いて構成することができる。
ｎ側電極２０は、窒化物半導体層に電力を供給するための負極である。ｎ側電極２０は、ｎ型半導体層上に形成される。
ｎ側電極２０は、第１実施形態におけるｎ側電極２０と同様の材料を用いて構成することができる。
【００４８】
窒化物半導体発光素子の、ｐ側パッド電極１９及びｎ側電極２０の一部を除く上端面及び側面は、ＳｉとＣを含む第１保護膜で被覆されており、第１保護膜とｐ側パッド電極１９及びｎ側電極２０の界面には、混在層１８が形成されている。
窒化物半導体発光素子の構成は、少なくとも、ｐ側パッド電極１９及びｎ側電極２０と第１保護膜１７とが接する界面において、混在層１８が形成されていればよく、窒化物半導体層層構成や電極の配置など、他の発光ダイオード素子構成としてもよい。
第２実施形態における基板及び窒化物半導体層は、実質的に第１実施形態のものとすることができる。
【００４９】
（窒化物半導体発光素子の製造方法）
第２実施形態の窒化物半導体発光素子製造方法において、基板１０上に窒化物半導体の積層構造を形成するまでの製造工程は、前記した第１実施形態と同様の製造工程とすることができる。
次いで、窒化物半導体層の上端面にスパッタ法などにより、ＩＴＯなどの透光性の導電材料からなるｐ側電極１６を形成する。
続いて、窒化物半導体層に対して、ｎ側電極２０を形成するために、窒化物半導体層の一部の領域をｎ型半導体層１１が露出するまでエッチングする。
次に、ｎ型半導体層１１の露出面上にスパッタ法などにより金属材料からなるｎ側電極２０を形成する。また、ｐ側電極１６の一部にスパッタ法などにより金属材料からなるｐ側パッド電極１９を形成する。ｐ側パッド電極１９及びｎ側電極２０として同じ材料を用いる場合は、これらは同じ工程で形成するようにしてもよい。
さらに、窒化物半導体発光素子の、ｐ側パッド電極１９及びｎ側電極２０の上面の一部を除く上端面及び側面を、ＳｉとＣとを含む第１保護膜１７で被覆する。
そして、熱処理によって、第１保護膜１７とｐ側パッド電極１９及びｎ側電極２０との界面に混在層１８を形成し、電極の合金化処理を行う。その後、一辺が１５０〜１０００μｍ程度の四角形又は多角形のチップに分割及び／又は劈開して、窒化物半導体発光素子を得る。
【００５０】
以下に、本発明の窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
実施例１
この実施例の窒化物半導体レーザ素子は、図１に示すように、基板１０上に、窒化物半導体層、つまり、ｎ側半導体層１１、活性層１２、ｐ側半導体層１３がこの順に積層されている。ｐ側半導体層１３の上面にはリッジ１４が形成されており、リッジ側面からリッジ両側のｐ側半導体層１３の上面に、第２保護膜１５が形成されている。
また、窒化物半導体層の側面から第２保護膜１５の上面の少なくとも一部を被覆するＳｉＣからなる第１保護膜１７が形成されている。第１保護膜は、第１窒化物半導体層１１の露出面の一部をも被覆している。
リッジ１４上には、このリッジ１４と電気的に接続されたｐ側電極１６及びｐ側パッド電極１９が形成されており、基板１０の裏面（第２主面側）には、ｎ側電極２０が電気的に接続されている。窒化物半導体層の側面であって、リッジ１４に直交する方向に共振器面が形成されており、その表面には、端面保護膜（図示せず）が形成されている。
【００５１】
このレーザ素子は、以下の方法で製造することができる。
（基板）
まず、ｎ型不純物を含有したＧａＮ基板を準備する。
このＧａＮ基板の第１主面を成長面として、ＭＯＶＰＥ反応容器内にセットし、原料ガスとして、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ3）、不純物ガスとして、シランガス（ＳｉＨ4）を用い、Ｓｉを１．８×１０18／ｃｍ3ドープしたｎ−Ａｌ0.02Ｇａ0.98Ｎよりなる第１バッファ層を２μｍの膜厚で成長させる。その後、昇温して、原料ガスとして、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ、アンモニア、不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉを３×１０18／ｃｍ3ドープしたｎ−Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎよりなる第２バッファ層を１５００オングストロームの膜厚で成長させる。
【００５２】
（ｎ側半導体層１１）
その後、アンモニア、ＴＭＡ、ＴＭＧ、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを１×１０18／ｃｍ3ドープしたＡｌ0.11Ｇａ0.89Ｎよりなるｎ側クラッド層を０．７μｍの膜厚で成長させる。ここで、成長されたｎ側クラッド層には、微細なクラックが発生しておらず、結晶性の良好な素子構造を成長させることができる。
次に、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、同様の温度で、アンドープのＡｌ0.06Ｇａ0.94Ｎよりなるｎ側光ガイド層を０．１５μｍの膜厚で成長させる。
【００５３】
（活性層１２）
温度を９５０℃にして、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０18／ｃｍ3ドープしたＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎよりなる障壁層を７０オングストロームの膜厚で成長させる。続いて、シランガスを止め、原料ガスにＴＭＩ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＩｎ0.01Ｇａ0.09Ｎよりなる井戸層を１００オングストロームの膜厚で成長させる。さらに、同温度で原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ、アンモニアを用い、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎよりなる障壁層を５０オングストロームの膜厚で成長させて、単一量子井戸（ＳＱＷ）からなる活性層を成長させる。
【００５４】
（ｐ側半導体層１３）
その後、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ、アンモニアを用い、さらに、Ｃｐ2Ｍｇを流し、Ｍｇを１×１０20／ｃｍ3ドープしたｐ−Ａｌ0.30Ｇａ0.70Ｎよりなるｐ側キャップ層を１００オングストロームの膜厚で成長させる。続いてＣｐ2Ｍｇを止め、１０５０℃で、アンドープＡｌ0.06Ｇａ0.94Ｎよりなるｐ側光ガイド層を０．１５μｍの膜厚で成長させる。このｐ側光ガイド層は、アンドープとして成長させるが、ｐ側キャップ層からのＭｇの拡散により、Ｍｇ濃度が５×１０16／ｃｍ3となりｐ型を示す。
【００５５】
続いて、１０５０℃でアンドープＡｌ0.13Ｇａ0.87Ｎよりなる層を２５オングストロームの膜厚で成長させ、続いてＣｐ2Ｍｇを流し、Ｍｇ濃度が１×１０19／ｃｍ3からなるＡｌ0.09Ｇａ0.91Ｎよりなる層を２５オングストロームの膜厚で成長させ、総膜厚０．６μｍの超格子層よりなるｐ側クラッド層を成長させる。
最後に、ｐ側クラッド層の上に、Ｍｇを１×１０20／ｃｍ3ドープしたｐ側ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層を１５０オングストロームの膜厚で成長させる。
【００５６】
（リッジ１４の形成）
得られた窒化物半導体を成長させたウェハを反応容器から取り出し、最上層のｐ側コンタクト層の表面に、所定の形状のマスクを介して、幅２．０μｍのストライプ状のＳｉＯ2よりなるマスクパターンを形成する。
その後、このマスクパターンを利用してＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用い、ｐ側クラッド層とｐ側光ガイド層とを界面付近までエッチングし、任意に酸性溶液（例えば、リン酸と硫酸との混合溶液）を用いたウェットエッチング（表面処理）を行い、幅２．０μｍのストライプ状のリッジ１４を形成する。あるいは、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用いてＳｉＣｌ４ガスによりエッチングして、ストライプ状のリッジを形成する。
【００５７】
（第２保護膜１５の形成）
続いて、リッジを形成した際のマスクをつけたまま、窒化物半導体層の表面に、例えば、ＺｒＯ２膜を２００ｎｍ形成する。
その後、バッファードフッ酸に浸漬して、リフトオフ法により、ｐ側コンタクト層上に形成したマスクパターンを溶解除去するとともに、ｐ側コンタクト層上にある第２保護膜１５を除去する。これによって、リッジ側面からリッジ両側の窒化物半導体層の上面に第２保護膜１５を形成することができる。
【００５８】
（第１窒化物半導体層の露出）
リッジ１４が形成された窒化物半導体層の表面に、さらに別の所定形状のマスクパターンを、上記と同様の方法で形成し、このマスクパターンを用いてドライエッチングすることにより、レーザ素子の側面を規定するために、窒化物半導体層を表面から３μｍ程度掘り下げて、ｎ側半導体層を露出させる。ここでは、ｎ側半導体層の表面を露出させてもよいし、膜厚方向にｎ側半導体層の一部を掘り下げてもよい。
【００５９】
（電極１６、２０の形成）
ｐ側コンタクト層のリッジ最表面にＮｉ／Ａｕ／Ｐｔを順に形成してなるｐ電極１６をストライプ状に形成する。
一方、基板１０の裏面側（第２主面側）に、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕを順に積層してｎ側電極２０を形成する。
【００６０】
（第１保護膜１７の形成）
ｐ電極１６と、ｎ電極２０との間に露出した窒化物半導体層、その露出面に対向する反対側の窒化物半導体層の側面に、ＳｉＣからなる第１保護膜１７を形成する。
マグネトロンスパッタ装置にて、ＳｉＣターゲットを用いて、ＲＦ電力２００Ｗ、アルゴン流量４５ｓｃｃｍの条件で、室温にてＳｉＣ膜を５００ｎｍ形成する。
上記と同様な条件下で成膜したＳｉＣ膜について、エリプソメータを用いて光学特性の分析を行った。ここで用いたエリプソメータはＪ．Ａ．ＷＯＯＬＬＡＭ社製のＨＳ−１９０である。図４Ａ、及び図４Ｂはそれぞれ屈折率（ｎ）、及び減衰係数（ｋ）の測定結果である。ここで熱処理条件は後述の電極とＳｉＣ膜の界面混合化における熱処理の条件である。さらに、ＲＦ電力１００Ｗ、アルゴン流量４５ｓｃｃｍの条件で、室温にて成膜したＳｉＣ膜を参考に示してある。
図４Ａより、熱処理を行うことにより、屈折率が小さくなる傾向があり、窒化物半導体層の屈折率よりも小さくすることができる。さらに、図４Ｂより、熱処理を行うことにより、減衰係数が小さくなる傾向がある。
図４Ａ、及び図４Ｂより、ＲＦ電力２００Ｗで成膜し、かつ熱処理を行ったＳｉＣ膜と、ＲＦ電力１００Ｗで成膜し、かつ熱処理を行わなかったＳｉＣ膜において光学特性は同等であることがわかる。しかし、ＲＦ電力１００Ｗで成膜し、かつ熱処理を行わなかったＳｉＣ膜は後述の電極とＳｉＣ膜の界面混合化における熱処理において、窒化物半導体層から剥れる傾向がある。
【００６１】
（パッド電極１９の形成）
この第１保護膜１７を介してｐ側電極１６と電気的に接続したＮｉ／Ａｕ／Ｐｔ／Ａｕを順に形成してなるｐ側パッド電極１９を形成する。
【００６２】
（混在層１８の形成）
第２保護膜１７とパッド電極１９の界面に混在層１８を形成するために、熱処理を行う。ここでの熱処理は、窒素雰囲気下、６００℃の温度にて、１０分間程度行った。
また、ｐ電極のオーミック化のための熱処理と、混在層１８形成のための熱処理を同時に行うこともできる。このとき、双方の熱処理の条件が同等であることが好ましい。
図５Ａに、混在層１８付近の断面ＳＥＭ像を、図５Ｂにエネルギー分散型Ｘ線分光法による元素分析結果を示す。Ｐ１〜Ｐ４は測定箇所を示している。Ｐ４に関しては図示していないが、構成比が異なるものの、Ｐ３とほぼ同じ元素が検出された。
図５Ｂから、第１保護膜１７とパッド電極１９の界面に、第１保護膜１７であるＳｉＣを構成する元素とｐ側パッド電極１９を構成する元素であるＰｔが混在した層であり、かつｐ側パッド電極１９を構成する元素のうち、第１保護膜１７と接するＮｉおよび最も離れた位置にあるＡｕが含まれていない層が形成されていることが確認された。
【００６３】
このように、混在層１８により、第１保護膜１７とｐ側パッド電極１９の密着性を確保することができる。
また、第１保護膜を、従来とは異なる新たな特定の物性を有するＳｉＣによって形成することにより、活性層から漏れ出す光を適切に閉じ込めることができ、レーザ光の出射をより効率的に行わせることができる。
さらに、レーザ素子の側面からリークする光を吸収することにより、自然放出光等によるリップルを低減することができる。
また、電極、第１保護膜及び混合層によって、電極と第１保護膜との密着性、放熱性、保護／絶縁性、吸光性、光閉じ込め性等の種々の機能を十分に果たすことができ、より高品質な窒化物半導体レーザ素子を提供することができる。
特に、フェイスダウン実装の場合に、硬度の大きな第１保護膜によって、実装基板側からの衝撃に対する保護を十分に確保し、リッジに対する機械的ダメージを減少させることができる。また、通常使用されるヒートシンク等に対する放熱経路を効率的に確保することができ、窒化物半導体層との密着性の確保、これによるより良好な放熱性とが相まって、高温環境下でのレーザ素子の使用、高出力でのレーザ素子の駆動、長時間のレーザ素子の駆動を実現できるとともに、このような使用によっても長寿命化を実現することができる。
【００６４】
実施例２
この実施例の半導体レーザ素子は、図２に示すように、ｎ電極２０がとｐ側電極１６とが基板１０の同一主面側に形成されている以外、実質的に実施例１の半導体レーザ素子と同様の構成である。
【００６５】
このレーザ素子は、以下のように製造することができる。
まず、Ｃ面を窒化物半導体層の成長面とするサファイアからなる基板１０を準備する。この基板をＭＯＶＰＥ反応容器内に搬入し、原料ガスとして、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ3）を用い、８００℃以下の成長温度でＧａＮよりなるバッファ層を２０ｎｍの膜厚で成長させる。
成長温度を１０５０℃まで昇温して、原料ガスとして、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、アンモニア（ＮＨ3）、不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉを３×１０18／ｃｍ3ドープしたＡｌ0.02Ｇａ0.98Ｎを４．５μｍの膜厚で成長させる。この層をｎ側コンタクト層とする。
その後、原料ガスとして、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、ＴＭＧ、アンモニア、不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉを３×１０18／ｃｍ3ドープしたＩｎyＧａ1-yＮ（０＜ｙ≦１）層を１５０ｎｍの膜厚で成長させる。
【００６６】
次に、ＴＭＡ、ＴＭＧ、アンモニアを用い、１０５０℃でアンドープＡｌ0.16Ｇａ0.84Ｎよりなる層を２．５ｎｍの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止めて、シランガスを流し、Ｓｉを１×１０19／ｃｍ3ドープしたｎ−ＧａＮよりなる層を２．５ｎｍの膜厚で成長させる。それらの層を交互積層して超格子層を構成し、総膜厚１．２μｍの超格子よりなるｎ側クラッド層を成長させる。ｎ側クラッド層には、微細なクラックが発生しておらず、クラックの発生が良好に防止されている。
続いて、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、１０５０℃の温度で、アンドープのＧａＮよりなるｎ側光ガイド層を７５ｎｍの膜厚で成長させる。
次に、温度を９００℃にして、ＳｉドープＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎよりなる障壁層を１４ｎｍの膜厚で成長させ、続いて同一温度で、アンドープＩｎ０．０７Ｇａ０．９３Ｎよりなる井戸層を７ｎｍの膜厚で成長させる。障壁層と井戸層とを２回交互に積層し、最後に障壁層で終わり、総膜厚５６ｎｍの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層を成長させる。
温度を１０００℃に上げ、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、ｐ側光ガイド層よりもバンドギャップエネルギーが大きい、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたｐ型Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎよりなるｐ側キャップ層を１０ｎｍの膜厚で成長させる。
【００６７】
続いて、Ｃｐ２Ｍｇ、ＴＭＡを止め、１０００℃で、バンドギャップエネルギーがｐ側キャップ層１０よりも小さい、アンドープＧａＮよりなるｐ側光ガイド層を０．１４５μｍの膜厚で成長させる。
次に、１０００℃でアンドープＡｌ０．１０Ｇａ０．９０Ｎよりなる層を２．５ｎｍの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止め、Ｃｐ2Ｍｇを用いてＭｇドープＧａＮよりなる層を２．５ｎｍの膜厚で成長させ、総膜厚０．４５μｍの超格子層よりなるｐ側クラッド層を成長させる。
最後に、１０００℃で、ｐ側クラッド層の上に、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層を１５ｎｍの膜厚で成長させる。
その後、実施例１と同様にストライプ状のリッジを形成し、第１保護膜、第２保護膜、ｐ電極及びｎ電極等を形成し、熱処理等を行って、レーザチップを得る。
このようにして得られた窒化物半導体レーザ素子は、実施例１と同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明の窒化物半導体素子は、例えば、照明用光源、光ディスク用途、光通信システム、ディスプレイ、印刷機、露光用途、測定、バイオ関連の励起用光源等、広範に利用することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１０ 基板
１１ ｎ側半導体層
１２ 活性層
１３ ｐ側半導体層
１４ リッジ
１５ 第２保護膜
１６ ｐ電極
１７ 第1保護膜
１８ 混在層
１９ ｐ側パッド電極
２０ ｎ側電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体素子及びその製造方法に関し、より詳細には、電極と接する保護膜を有する窒化物半導体素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体は、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、０≦ｘ＋ｙ≦１）を含む窒化物半導体によって形成されており、特に有望視されている構造として、リッジ導波路構造を有するものがある。このような構造の半導体レーザ素子は、通常、リッジ側面から、リッジ両側の窒化物半導体層の表面にわたって、光閉じ込めを行うために、第１の保護膜が形成されており、さらに、窒化物半導体層の側面に第２の保護膜が形成されている。
【０００３】
これらの保護膜のうち、特に第１の保護膜は、窒化物半導体層との屈折率差、密着性などを考慮して、例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３等の酸化物誘電体又はＡｌＮ等の窒化物誘電体によって形成されている（例えば、特許文献１）。
また、第２の保護膜は、通常、ＡｌＮ、ＳｉＣ等の絶縁材料等によって形成されている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−４６４５号公報
【特許文献２】特開２００６−３３２１９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特に、窒化物半導体層の側面を保護するための保護膜としては、絶縁性のみならず、放熱性の良好な材料を用いることが適しているが、同時に、窒化物半導体層及び電極に対する密着性を確保する必要がある。
しかし、上述した窒化物半導体層の側面に配置されるＳｉＣ等は、一般には、放熱性は良好であるが、電極との密着性が良好であるとは言えず、保護膜と電極との界面で剥がれが生じるという問題があった。
さらに、レーザ素子の場合においては、光照射部位に近接するために、その材料の屈折率、減衰係数等の種々の物性においてもレーザ光照射に対する影響を最小限に留めることが必要である。
しかし、上述した窒化物半導体層の側面に配置されるＳｉＣ等は、屈折率が大きいために、出射されるレーザ光を効率よく閉じ込めることができず、レーザ光の出射に対して悪影響を与えることが懸念されている。
【０００６】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、窒化物半導体層の側面に配置される保護膜として最適な材料を確保し、配置することにより、密着性、放熱性を与えることができ、特に、レーザ素子の場合にあっては光出射効率、リップル低減等の全てにおいて良好な特性を与えることができ、より信頼性の高い窒化物半導体素子及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の窒化物半導体素子は、基板と、前記基板上に積層される窒化物半導体層と、前記窒化物半導体層の上方に配置されたＳｉとＣとを含む第１保護膜と、前記第１保護膜と接して、前記窒化物半導体層と電気的に接続する電極とを有し、前記第１保護膜は、前記電極との界面に、前記電極を構成する少なくとも一部の元素と前記保護膜を構成する少なくとも一部の元素とが混在した混在層を有することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の別の窒化物半導体素子は、基板と、前記基板上に積層され、その表面にリッジを有する窒化物半導体層と、前記リッジ側面から該リッジ両側の窒化物半導体層の上面に配置された絶縁性の第２保護膜と、前記窒化物半導体層の側面から前記第２保護膜の上面の少なくとも一部を被覆し、ＳｉとＣとを含む第１保護膜と、前記第１保護膜の上方に前記窒化物半導体層と電気的に接続する電極とを有し、前記第１保護膜は、前記電極との界面に、前記電極を構成する少なくとも一部の元素と前記保護膜を構成する少なくとも一部の元素とが混在した混在層を有することを特徴とする。
【０００９】
これらの窒化物半導体素子では、前記第１保護膜の上面は、前記リッジの上面よりも高く形成されていることが好ましい。
前記第１保護膜は、前記第２保護膜又は前記窒化物半導体層との界面において、前記混在層以外の領域を有することが好ましい。
前記第２保護膜又は前記窒化物半導体層との界面における前記混在層以外の領域の膜厚は、１０００Å以上であることが好ましい。
前記第１保護膜であって、前記混在層以外の領域の屈折率が、前記窒化物半導体層の屈折率よりも小さいことが好ましい。
前記第１保護膜であって、前記混在層以外の領域における、前記窒化物半導体素子から照射される波長の光に対する減衰係数は、０．０５よりも大きいことが好ましい。
前記電極は、それぞれ異なる元素を含む複数の層を有しており、前記複数の層のうち、前記第１保護膜と接する層を構成する元素は前記混在層に含まれていないことが好ましい。
前記電極は、それぞれ異なる元素を含む複数の層を有しており、前記複数の層のうち、前記第１保護膜から最も離れた位置にある層を構成する少なくとも一部の元素は前記混在層に含まれていないことが好ましい。
【００１０】
本発明の窒化物半導体素子の製造方法では、基板上に窒化物半導体層を積層し、前記窒化物半導体層の上方に、ＳｉとＣとを含む第１保護膜を形成し、前記第１保護膜と接して、前記窒化物半導体層と電気的に接続する電極を形成し、少なくとも前記第１保護膜と前記電極とを形成した後に熱処理することにより、前記第１保護膜と前記電極との界面に、前記電極を構成する少なくとも一部の元素と前記第１保護膜を構成する少なくとも一部の元素とが混在した混在層を形成する工程を含むことを特徴とする。
このような製造方法では、前記保護膜を、４ｎｍ／ｍｉｎ以上の成膜レートによって形成することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、窒化物半導体層の側面に配置される保護膜として最適な材料を確保し、配置することにより、電極に対する密着性、放熱性、光出射効率及び／又はリップル低減等において良好な特性を与えることができ、より信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を提供することができる。
また、そのような窒化物半導体レーザ素子を確実かつ簡便に製造することができる製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の窒化物半導体レーザ素子の構造を説明するための概略断面図である。
【図２】本発明の窒化物半導体レーザ素子の別の構造を説明するための概略断面図である。
【図３】本発明の第１保護膜の構造を説明するための第１保護膜周辺の概略断面図である。
【図４Ａ】本発明の第１保護膜の構造を説明するためのエリプソメータ測定結果（屈折率）を示すグラフである。
【図４Ｂ】本発明の第１保護膜の構造を説明するためのエリプソメータ測定結果（減衰係数）を示すグラフである。
【図５Ａ】本発明の第１保護膜と、第１保護膜の上面に被覆する電極との界面における混在層の構造を説明するための断面ＳＥＭ像である。
【図５Ｂ】本発明の第１保護膜と、第１保護膜の上面に被覆する電極との界面における混在層の構造を説明するための元素分析結果を示すグラフである。
【図６】本発明の窒化物半導体発光素子の構造を説明するための概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜第１実施形態：窒化物半導体レーザ素子＞
この実施形態における窒化物半導体レーザ素子は、主として、図１に示すように、基板１０上に、窒化物半導体層、つまり、第１窒化物半導体層（例えば、ｎ側半導体層１１）、活性層１２、第２窒化物半導体層（例えば、ｐ側半導体層１３）がこの順に積層されている。第２窒化物半導体層の上面にはリッジ１４が形成されている。また、第２窒化物半導体層及び活性層と、第１窒化物半導体層１１の膜厚方向の一部とが除去されて、第１窒化物半導体層１１の一部が露出されている。
リッジ側面からリッジ両側の第２窒化物半導体層の上面に、第２保護膜１５が形成されている。また、窒化物半導体層の側面から第２保護膜１５の上面の少なくとも一部、つまり、第２窒化物半導体層の両縁部分を被覆する第１保護膜１７が形成されている。第１保護膜１７は、第１窒化物半導体層１１の露出面の一部をも被覆している。
リッジ１４上には、このリッジ１４と電気的に接続されたｐ側電極１６及びｐ側パッド電極１９が形成されている。
ｎ側電極２０は、基板１０に対して、ｐ側電極１６と異なる主面側に形成されている。つまり、基板１０の裏面にｎ側電極２０が形成されている。
窒化物半導体層の側面であって、リッジ１４に直交する方向に共振器面が形成されており、その表面には、端面保護膜（図示せず）が形成されている。
【００１４】
別の窒化物半導体レーザ素子の形態としては、図２に示すように、ｎ側電極２０が第１窒化物半導体層１１の露出部であって、第１保護膜１７で被覆されていない領域に電気的に接続されており、ｐ側電極１６とｎ側電極２０とが、基板１０に対して同一主面側に形成されている以外は、実質的に図１の窒化物半導体レーザ素子と同様の構成である。
つまり、基板１０の第１主面上に第１窒化物半導体層、活性層１２、第２窒化物半導体層がこの順に形成され、第２窒化物半導体層上にｐ側電極１６が形成されている。
【００１５】
（第２保護膜１５）
第２保護膜１５は埋込膜とも称され、通常、ｐ側半導体層１３の上面からリッジ１４の側面に配置されている。第２保護膜１５は、ｐ側半導体層１３上であって、ｐ側半導体層１３と後述するｐ側電極１６とが直接接触して、電気的な接続をとる領域以外の領域に形成されている。ただし、ｐ側半導体層１３の上面のうち、電気的な接続をとる領域以外の領域の全面に設けられている必要はなく、例えばリッジから離れた領域には、形成されていなくてもよい。ここで、窒化物半導体層と電極との接続領域とは、特にその位置、大きさ、形状等は限定されず、窒化物半導体層の表面の一部、例えば、窒化物半導体層の表面に形成されるストライプ状のリッジ上面のほぼ全面又はリッジ上面のほぼ全面からその両側にわたる部分が例示される。
【００１６】
第２保護膜１５は、窒化物半導体層への密着性が良好で、熱伝導率が大きく、屈折率が窒化物半導体層よりも小さく及び／又は減衰係数が０あるいはそれ相当に小さい材料によって形成されていることが好ましい。
例えば、熱伝導率の良好な材料として、０℃における熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上が適しており、３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、さらに１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料が好ましい。
リッジの側面から、リッジの両側の窒化物半導体表面に直接接触して、このような熱伝導率の良好な材料による保護膜が形成されることにより、従来から埋込膜として形成されている絶縁膜に比較して、より優れた放熱性を確保することができる。
【００１７】
第２保護膜１５は、一般に、窒化物半導体層よりも屈折率が小さな材料によって形成されている。具体的には、屈折率が２．５より小さいもの、特に２．０以下のものが好ましい。
屈折率は、エリプソメトリーを利用した分光エリプソメータ、具体的には、Ｊ．Ａ．ＷＯＯＬＬＡＭ社製のＨＳ−１９０等を用いて測定することができる。
第２保護膜１５を形成する材料としては、具体的には、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａよりなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む材料が挙げられる。特に、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＳｉＮ、ＢＮ、ＳｉＣ、ＳｉＯＣ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮであることが好ましい。
【００１８】
第２保護膜は、例えば、１〜１０００ｎｍ程度の膜厚であることが適しており、１０〜５００ｎｍ程度が好ましい。電極の形成時に、保護膜の均一性及び十分な絶縁性を確保し、リッジ側面において、リッジとの間に良好な屈折率差を与えることができるからである。
第２保護膜は、単一の材料の単層膜又は積層膜でもよいし、異なる材料の積層膜でもよい。積層膜にすることにより、放熱性、保護性（例えば、耐薬品性、硬度等）等の種々の機能を有する各層を組み合わせて相互に各機能を補償することができる。
【００１９】
第２保護膜１５は、当該分野で公知の方法によって形成することができる。例えば、蒸着法、スパッタ法、反応性スパッタ法、ＥＣＲプラズマスパッタ法、マグネトロンスパッタ法、イオンビームアシスト蒸着法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション法、ＣＶＤ法、スプレー法、スピンコート法、ディップ法又はこれらの方法の２種以上を組み合わせる方法、あるいはこれらの方法と酸化処理（熱処理）とを組み合わせる方法等、種々の方法を利用することができる。
【００２０】
あるいは、成膜方法及びその条件等については、例えば、特開２００８−１８２２０２号公報、特開２００９−４６４５号公報等に記載に準じて、適宜調整することができる。
【００２１】
（第１保護膜１７及び混在層１８）
第１保護膜１７は、ＳｉとＣとを含んでおり、窒化物半導体層の側面から第２保護膜の上面の少なくとも一部を被覆して配置されている。第１保護膜１７は、単一の材料の単層膜又は積層膜でもよいし、異なる材料の積層膜でもよい。この場合、少なくとも１層がＳｉとＣを含んでいればよい。
第１保護膜が、２層構造の場合には、例えば、図３（ａ）〜（ｆ）に示したように、第１膜１７ａが第２膜１７ｂ上に積層された状態であって、第２膜１７ｂの上面が完全に覆われている状態（図３（ａ））、第２膜１７ｂを完全に覆う状態（図３（ｂ））、第２膜１７ｂの上面が一部露出している状態（図３（ｃ））等のいずれであってもよい。また、第１保護膜１７は、第２保護膜１５の少なくとも一部を覆っていればよく、直接窒化物半導体層（ｐ側半導体層１３）と接していてもよい（図３（ｄ）〜（ｆ））。後述の電極との接触面積を大きく取ることができることから、第１膜１７ａがＳｉとＣとを含むことが好ましい。
第１保護膜１７は、窒化物半導体層及び第２保護膜への密着性が良好で、熱伝導率が大きく、硬度が大きく、屈折率が小さく、減衰係数が比較的大きい絶縁性材料によって形成されていることが好ましい。ただし、第１保護膜１７の熱伝導率、硬度、屈折率及び減衰係数は、混在層１８を除いた部分における熱伝導率、硬度、屈折率及び減衰係数をいうものとする。
【００２２】
例えば、熱伝導率の良好な材料として、０℃における熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料が適しており、３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、さらに１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料が好ましい。レーザ素子の光出射領域の近傍に、このような熱伝導率の良好な材料による保護膜が形成されることにより、より優れた放熱性を確保することができる。
また、硬度の良好な材料として、修正モース硬度（１５段階に修正、硬さ１５：ダイヤモンド）が１０以上、さらに１２以上、さらに１３以上であるものが好ましい。ここで、修正モース硬度は、市販の１５段階モース硬度計によって測定することができる。
屈折率が比較的小さな材料として、窒化物半導体よりも屈折率が小さな材料が好ましい。例えば、ＧａＮよりも屈折率が小さいものが挙げられる。具体的には、屈折率が２．５より小さいもの、特に２．４５以下のものが好ましい。このような屈折率を有することにより、活性層から漏れ出す光を適切に閉じ込めることができ、レーザ光の出射をより効率的に行わせることができる。
【００２３】
減衰係数が比較的大きな材料として、窒化物半導体層素子から照射される波長の光に対する減衰係数が０．０５よりも大きい材料であることが好ましい。ここで、減衰係数は、透過測定及び反射測定により見積もることができ、エリプソメトリーを利用した分光エリプソメータ、具体的には、Ｊ．Ａ．ＷＯＯＬＬＡＭ社製のＨＳ−１９０等を用いて測定することができる。減衰係数が大きい材料を用いることにより、レーザ素子の側面からリークする光を吸収することにより、自然放出光等によるリップルを低減することができる。
【００２４】
このような材料としては、具体的には、ＳｉＣが挙げられる。また、酸素雰囲気中でＳｉＣ膜を成膜する場合に生成されるＳｉＯＣであってもよい。
ＳｉＣは、屈折率が窒化物半導体と同等又は大きいが、成膜条件を調整することにより、あるいは、成膜後に熱処理を行うことにより、ＳｉＣ内の不純物が昇華又は除去により空隙を形成し、ＳｉＣ膜の平均屈折率及び平均吸収係数を小さくすることができる。
ここで、所定温度及び所定時間としては、例えば、材料内の不純物が昇華又は除去されるのに十分な温度及び時間、材料内に含有されていた気体等が除去されるのに十分な温度及び時間等が挙げられる。例えば、６００℃程度にて１０分間程度が挙げられる。
【００２５】
第１保護膜は、実装態様に応じて、適切な放熱性を確保することができる。
例えば、フェイスダウン実装の場合に、硬度の大きな第１保護膜によって、実装基板側からの衝撃に対する保護を十分に確保し、リッジに対する機械的ダメージを減少することができる。
また、通常使用されるヒートシンク等に対する効率的な放熱経路を確保し、窒化物半導体層との密着性の確保、これによるより良好な放熱性とが相まって、高温環境下でのレーザ素子の使用、高出力でのレーザ素子の駆動、長時間のレーザ素子の駆動を実現できるとともに、このような使用によっても長寿命化を実現することができる。
【００２６】
第１保護膜１７は、混在層を含む膜厚として、例えば、２００ｎｍ〜１５００ｎｍ程度の膜厚を有することが適している。特に、第１保護膜１７の上面は、後述するリッジ１４の上面よりも高く形成されていることが好ましい。これにより、露出した窒化物半導体層の側面又は表面等を確実に保護することができる。なお、第１保護膜１７が積層構造の場合の膜厚は、総膜厚が上述した範囲内となるように適宜調整することができる。
さらに、第１保護膜１７は、第２保護膜１５又は窒化物半導体層（ｐ側半導体層１３）との界面において、後述する混在層１８以外の領域を有することが好ましい。混在層１８以外の領域とは、本来の第１保護膜材料のみを含む第１保護膜の部位を意味し、第１保護膜１７において、実質的に電極を形成する元素を含まない領域を指す。第２保護膜１５上に形成された第１保護膜１７の膜厚は、後述するｐ側パッド電極１９と第１保護膜１７の界面に形成された混在層１８の厚さよりも厚いことが好ましい。これにより、第１保護膜と電極との密着性のみならず、十分な絶縁性の確保ができる。例えば、１０V程度の絶縁性を保つためには、第２保護膜１５との界面における混在層１８以外の領域の膜厚は１００ｎｍ以上であることが好ましい。
【００２７】
第１保護膜１７は、公知の方法を利用して成膜することができるが、上述した特性を発揮させるように、その方法及び条件等を適宜選択／調整することが必要である。
そのための成膜方法としては、例えば、一般に用いられているスパッタ法、ＥＣＲスパッタ法、蒸着法等を利用することができる。
【００２８】
第１保護膜１７の膜質は、用いる装置、成膜方法等によって種々変動するために、絶対的な成膜条件を特定することは困難であるが、成膜速度を比較的遅くして成膜すると、屈折率は低くなり、減衰係数も低くなる傾向がある。一方、成膜速度を比較的遅く設定して成膜すると、熱処理により、第１保護膜と窒化物半導体層との界面において剥れが生じる。第１保護膜１７と窒化物半導体層との密着性を確保するために、成膜速度は速く設定することが好ましい。例えば、スパッタ法において、成膜速度が４ｎｍ／ｍｉｎ程度以上であることが好ましい。
【００２９】
なお、第１保護膜と第２保護膜とが同じ元素を含んで形成される場合には、第２保護膜の一部を第１保護膜によって被覆することと相まって、第２保護膜のみならず、第１保護膜の窒化物半導体層への密着性をより良好なものとすることができ、これによって、より良好な放熱性を確保することが可能となる。
【００３０】
混在層とは、ＳｉとＣとを含む第１保護膜１７と、電極、例えば、ｐ側パッド電極１９との接触部位において形成される、第１保護膜１７内の層を指す。つまり、混在層には、Ｓｉ及び／又はＣと、電極、例えば、ｐ側パッド電極１９を構成する少なくとも一部の元素が含まれる。また、図２の窒化物半導体レーザ素子においては、ＳｉとＣとを含む第１保護膜１７と、ｎ電極２０との接触部位においても混在層を形成することができる。
このような混在層によって、第１保護膜と窒化物半導体層との密着性を保証しつつ、電極と第１保護膜との密着をより良好なものとすることができ、これによって、より良好な放熱性を確保することが可能となる。また、上述した各物性を満たす第１保護膜を形成して混在層を配置する場合には、第１保護膜が上述した各物性を満たさないものに比較して、放熱性、保護／絶縁性、吸光性、光閉じ込め性等の種々の機能を十分に果たすことができ、より高品質な窒化物半導体レーザ素子が得られる。
【００３１】
混在層は、少なくとも第１保護膜と電極とを形成した後に熱処理を行うことによって、適所に、第１保護膜を構成する元素と電極を構成する元素とが熱により移動するために、両者が混在した新たな層として形成することができる。混在層の位置、厚み、大きさ等は、熱処理の程度によって制御することができる。この熱処理は、混在層の形成のために、別途行ってもよいが、通常、電極を形成した後のオーミック化のために行う熱処理を利用することが適している。従って、オーミック化のための熱処理の温度及び時間で行うことが好ましい。熱処理の雰囲気は、特に限定されない。
混在層における電極形成元素は、密着性の観点から、混在層１８における混在層全体の５０〜７０％を占めることが好ましい。なお、混在層では、通常、電極側から第１保護膜側にかけて、電極形成元素が徐々に減少している。混在層の厚みは、特に限定されないが、例えば、１００ｎｍ程度が挙げられる。これによって、良好な両元素の量的勾配又は分布を確保することができ、密着性をより向上させることができる。
【００３２】
（基板１０）
本発明において、基板１０は、サファイア、スピネル（ＭｇＡ１２Ｏ４）のような絶縁性基板であってもよいし、炭化珪素、シリコン、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ダイヤモンド及び窒化物半導体と格子接合するニオブ酸リチウム、ガリウム酸ネオジウム等の酸化物基板でもよいが、窒化物半導体基板（ＧａＮ、ＡｌＮ等）であることが好ましい。また、第１主面及び／又は第２主面に０°以上１０°以下のオフ角を有する基板であることが好ましい。その厚みは、例えば、５０μｍから１０ｍｍ程度が挙げられる。なお、基板として、例えば、特開２００６−２４７０３号公報に例示されている種々の公知の基板、市販の基板等を用いてもよい。基板１０の、窒化物半導体層を成長させる成長面の面方位に関しては、Ｃ面（０００１）、Ａ面（１１−２０）、Ｍ面（１−１００）又は半極性面（１１−２２）などの基板を用いることができる。
【００３３】
窒化物半導体基板は、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＭＯＣＶＤ法（有機金属化学気相成長法）、ＨＶＰＥ法（ハイドライド気相成長法）、ＭＢＥ法（分子線エピタキシー法）等の気相成長法、超臨界流体中で結晶育成させる水熱合成法、高圧法、フラックス法、溶融法等により形成することができる。
【００３４】
（窒化物半導体層（１１、１２、１３））
窒化物半導体層としては、一般式ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）を含むものを用いることができる。また、これに加えて、III族元素としてＢが一部に置換されたものを用いてもよいし、Ｖ族元素としてＮの一部をＰ、Ａｓで置換されたものを用いてもよい。ｎ側半導体層は、ｎ型不純物として、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＣｄなどのＩＶ族元素又はＶＩ族元素等のいずれか１つ以上を含有していてもよい。ｐ側半導体層は、ｐ型不純物として、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｓｒ等を含有していてもよい。不純物は、例えば、５×１０１６／ｃｍ３〜１×１０２１／ｃｍ３程度の濃度範囲で含有されていることが好ましい。
【００３５】
活性層は、多重量子井戸構造又は単一量子井戸構造のいずれでもよい。
窒化物半導体層は、ｎ側半導体層とｐ側半導体層とに光の導波路を構成する光ガイド層を有することで、活性層を挟んだ分離光閉じ込め型構造であるＳＣＨ（Separate Confinement Heterostructure）構造とすることが適している。
【００３６】
窒化物半導体層の成長方法は、特に限定されないが、ＭＯＶＰＥ、ＭＯＣＶＤ、ＨＶＰＥ、ＭＢＥなど、窒化物半導体の成長方法として知られている全ての方法を好適に用いることができる。特に、ＭＯＣＶＤ又はＭＢＥは結晶性良く成長させることができるので好ましい。
【００３７】
（リッジ１４）
窒化物半導体層、つまり、ｐ側半導体層の表面には、リッジが形成されている。リッジは、導波路領域として機能するものであり、その幅は１．０μｍ〜３０．０μｍ程度、さらに、１．０μｍ〜３．０μｍ程度が好ましい。その高さ（エッチングの深さ）は、ｐ側半導体層を構成する層の膜厚、材料等、さらに光閉じ込めの程度等を適宜調整することができ、例えば、０．１〜２μｍが挙げられる。リッジは、共振器方向の長さが１００μｍ〜１０００μｍ程度になるように設定することが好ましい。また、共振器方向においてすべて同じ幅でなくてもよいし、その側面が垂直であっても、テーパー状であってもよい。この場合のテーパー角は４５°〜９０°程度が適当である。
【００３８】
リッジの形成は、当該分野で通常用いられる方法により形成することができる。例えば、フォトリソグラフィ及びエッチング工程が挙げられる。この際のエッチングは、ドライエッチング（例えば、ＲＩＥ法）、ウェットエッチングのいずれでもよいし、双方を、この順序又は逆の順序で、行ってもよい。なかでも、窒化物半導体の表面をドライエッチング、続いてウェットエッチングすることが好ましい。
【００３９】
なお、窒化物半導体層においては、例えば、上述したリッジが延びる方向に共振器が形成されており、その方向に直交して、一対の共振器端面が形成されている。共振器長は、１００μｍ〜５０００μｍ程度になるように設定することが好ましい。共振器端面の面方位については、特に限定されない。例えば、Ｍ軸、Ａ軸、Ｃ軸及びＲ軸配向が挙げられ、つまり、Ｍ面（１−１００）、Ａ面（１１−２０）、Ｃ面（０００１）又はＲ面（１−１０２）からなる群から選ばれる面であり、特にＭ軸配向、Ｍ面（１−１００）であることが好ましい。
本発明のレーザ素子の幅、すなわち共振器方向と直交する方向の長さは、５０〜２０００μｍ程度に設定される。
【００４０】
（電極１６、１９、２０）
本発明における電極は、第１窒化物半導体層（ｎ側）及び第２窒化物半導体層（ｐ側）とそれぞれ電気的に接続された一対の電極の少なくとも一方を指し、いわゆるオーミック電極と称される電極（少なくともｐ側及びｎ側半導体層又は基板上にそれぞれ接触して形成された電極）及びパッド電極と称される電極（外部との接続を可能とする電極）等のいずれであってもよい。混合層と接触する電極としては、パッド電極であることが好ましい。
ｐ側電極（例えば、オーミック電極）は、窒化物半導体層及び第２保護膜上に形成されることが好ましい。電極が最上層の窒化物半導体層及び第２保護膜上に連続して形成されていることにより、第２保護膜の剥がれを防止することができる。特に、リッジ側面に形成された第２保護膜の表面までｐ側電極が形成されていれば、第２保護膜の剥がれを有効に防止することができる。
【００４１】
電極は、例えば、パラジウム、白金、ニッケル、金、チタン、タングステン、銅、銀、亜鉛、錫、インジウム、アルミニウム、イリジウム、ロジウム、ＩＴＯ等の金属又は合金の単層膜又は積層膜により形成することができる。具体的には、Ｎｉ／Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｎｉ／Ａｕ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ等が例示される。電極の膜厚は、用いる材料等により適宜調整することができ、例えば、５０〜５００ｎｍ程度が適当である。
特に、ｐ側パッド電極１９は、ｐ側電極１６及びｎ側電極２０と同様の材料により、同様に形成することができる。
【００４２】
ｐ側パッド電極１９が積層膜により形成されている場合は、積層されるそれぞれの層は、それぞれ異なる元素を有していてもよい。例えば、第１保護膜１７と接する側からＮｉ／Ａｕ／Ｐｔ／Ａｕの順でｐ側パッド電極１０を形成することができる。この場合には、第１保護膜１７と接するＮｉ層を形成する元素は混在層１８には殆ど含まれず、主としてＰｔが混在層１８に含まれる。混在層１８に含まれやすい電極材料としては、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）等の白金族元素が挙げられ、これらの材料を使用することが好ましい。
また、ｐ側パッド電極が、それぞれ異なる元素を含む複数の層からなる場合、前記第１保護膜から最も離れた位置にある層では、その層を構成する少なくとも一部の元素が混在層に含まれていないことが好ましい。
【００４３】
（端面保護膜）
端面保護膜は、少なくとも光出射側の共振器面を被覆するように形成されている保護膜を意味する。通常、活性層を含む任意の部位、好ましくは、ほぼ全体に形成される保護膜である。また、光出射側とは反対側（光反射側）に、反射ミラーとして、誘電体膜が形成されていることが好ましい。
端面保護膜及び反射ミラーは、酸化膜、窒化膜、酸窒化膜、これらの組み合わせ等により形成することができる。具体的には、ＳｉＯ2、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｎｂ2Ｏ5、ＳｉＮ、ＡｌＮ、ＳｉＯＮ、ＡｌＯＮ等の酸化膜、窒化膜等からなる誘電体による単層膜及び多層膜が例示される。
【００４４】
（窒化物半導体レーザ素子の製造方法）
本発明の半導体レーザ素子は、基板上に窒化物半導体層を形成し、この窒化物半導体層の第２窒化物半導体層の上面にリッジを形成し、リッジ側面からリッジ両側の窒化物半導体層の上面に第２保護膜を形成し、窒化物半導体層の側面から第２保護膜の上面の少なくとも一部を被覆するＳｉとＣとを含む第１保護膜を形成し、第１保護膜と接する電極を形成し、この第１保護膜を、電極と共に熱処理する工程を含んで製造することができる。
このような製造方法により、これまで一般に用いられていた、例えば、ＳｉＣとは異なる物性を有する第１保護膜を備えた半導体レーザ素子を製造することができる。
【００４５】
＜第２実施形態：ＬＥＤ素子＞
この実施形態における窒化物半導体ＬＥＤ素子は、主として、図６に示すように絶縁性の基板１０の上に第１窒化物半導体層（例えば、ｎ側半導体層１１）、活性層１２、第２窒化物半導体層（例えば、ｐ側半導体層１３）がこの順に積層されている。
第２の窒化物半導体層の上端面（ｐ側半導体層１３の上端面）はｐ側電極１６とオーミック接触しており、更にｐ側電極１６はｐ側パッド電極１９と電気的に接続されている。また、窒化物半導体層の上端面の一部に凹部が設けられ、この凹部の底面は第１の窒化物半導体層（ｎ側半導体層１１）の露出面である。そして、この第１の窒化物半導体層（ｎ側半導体層１１）上に、ｎ側電極２０が設けられ、ｎ側電極２０が形成されている。
【００４６】
ｐ側電極１６は、窒化物半導体層に電力を供給するための正極である。ｐ側電極１６は、ｐ側半導体層１３の上端面のほぼ全領域とオーミック接触する透光性の全面電極であり、ｐ側電極１６の上端面の一部に設けられたｐ側パッド電極１９と電気的に接続されている。
第２実施形態の窒化物半導体発光素子は、電極配置面側からも光を取り出す構成とすることができる。電極配置面側から光を取り出す構成とする場合には、ｐ側電極１６が、活性層１２から放出される光の波長において透光性を有することが好ましい。このような透光性と導電性とを兼ね備えた材料として、例えば、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、ＺｎＯ、ｐ型半導体層１３側から順にＮｉ、Ａｕを積層した金属薄膜、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｕなどの金属又はこれらの合金の薄膜などを用いることができる。
【００４７】
ｐ側電極１６は、前記した材料を、例えば、スパッタ法や蒸着法などによって積層して形成することができる。
ｐ側パッド電極１９は、ｐ側電極１７の上端面の一部に設けられ、外部電源（図示せず）とＡｕワイヤ（図示せず）などで接続され、ｐ側電極１７に電力を供給するための電極パッドである。
ｐ側パッド電極１９は、第１実施形態におけるｐ側パッド電極１９と同様の材料を用いて構成することができる。
ｎ側電極２０は、窒化物半導体層に電力を供給するための負極である。ｎ側電極２０は、ｎ型半導体層上に形成される。
ｎ側電極２０は、第１実施形態におけるｎ側電極２０と同様の材料を用いて構成することができる。
【００４８】
窒化物半導体発光素子の、ｐ側パッド電極１９及びｎ側電極２０の一部を除く上端面及び側面は、ＳｉとＣを含む第１保護膜で被覆されており、第１保護膜とｐ側パッド電極１９及びｎ側電極２０の界面には、混在層１８が形成されている。
窒化物半導体発光素子の構成は、少なくとも、ｐ側パッド電極１９及びｎ側電極２０と第１保護膜１７とが接する界面において、混在層１８が形成されていればよく、窒化物半導体層層構成や電極の配置など、他の発光ダイオード素子構成としてもよい。
第２実施形態における基板及び窒化物半導体層は、実質的に第１実施形態のものとすることができる。
【００４９】
（窒化物半導体発光素子の製造方法）
第２実施形態の窒化物半導体発光素子製造方法において、基板１０上に窒化物半導体の積層構造を形成するまでの製造工程は、前記した第１実施形態と同様の製造工程とすることができる。
次いで、窒化物半導体層の上端面にスパッタ法などにより、ＩＴＯなどの透光性の導電材料からなるｐ側電極１６を形成する。
続いて、窒化物半導体層に対して、ｎ側電極２０を形成するために、窒化物半導体層の一部の領域をｎ型半導体層１１が露出するまでエッチングする。
次に、ｎ型半導体層１１の露出面上にスパッタ法などにより金属材料からなるｎ側電極２０を形成する。また、ｐ側電極１６の一部にスパッタ法などにより金属材料からなるｐ側パッド電極１９を形成する。ｐ側パッド電極１９及びｎ側電極２０として同じ材料を用いる場合は、これらは同じ工程で形成するようにしてもよい。
さらに、窒化物半導体発光素子の、ｐ側パッド電極１９及びｎ側電極２０の上面の一部を除く上端面及び側面を、ＳｉとＣとを含む第１保護膜１７で被覆する。
そして、熱処理によって、第１保護膜１７とｐ側パッド電極１９及びｎ側電極２０との界面に混在層１８を形成し、電極の合金化処理を行う。その後、一辺が１５０〜１０００μｍ程度の四角形又は多角形のチップに分割及び／又は劈開して、窒化物半導体発光素子を得る。
【００５０】
以下に、本発明の窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
実施例１
この実施例の窒化物半導体レーザ素子は、図１に示すように、基板１０上に、窒化物半導体層、つまり、ｎ側半導体層１１、活性層１２、ｐ側半導体層１３がこの順に積層されている。ｐ側半導体層１３の上面にはリッジ１４が形成されており、リッジ側面からリッジ両側のｐ側半導体層１３の上面に、第２保護膜１５が形成されている。
また、窒化物半導体層の側面から第２保護膜１５の上面の少なくとも一部を被覆するＳｉＣからなる第１保護膜１７が形成されている。第１保護膜は、第１窒化物半導体層１１の露出面の一部をも被覆している。
リッジ１４上には、このリッジ１４と電気的に接続されたｐ側電極１６及びｐ側パッド電極１９が形成されており、基板１０の裏面（第２主面側）には、ｎ側電極２０が電気的に接続されている。窒化物半導体層の側面であって、リッジ１４に直交する方向に共振器面が形成されており、その表面には、端面保護膜（図示せず）が形成されている。
【００５１】
このレーザ素子は、以下の方法で製造することができる。
（基板）
まず、ｎ型不純物を含有したＧａＮ基板を準備する。
このＧａＮ基板の第１主面を成長面として、ＭＯＶＰＥ反応容器内にセットし、原料ガスとして、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ3）、不純物ガスとして、シランガス（ＳｉＨ4）を用い、Ｓｉを１．８×１０18／ｃｍ3ドープしたｎ−Ａｌ0.02Ｇａ0.98Ｎよりなる第１バッファ層を２μｍの膜厚で成長させる。その後、昇温して、原料ガスとして、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ、アンモニア、不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉを３×１０18／ｃｍ3ドープしたｎ−Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎよりなる第２バッファ層を１５００オングストロームの膜厚で成長させる。
【００５２】
（ｎ側半導体層１１）
その後、アンモニア、ＴＭＡ、ＴＭＧ、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを１×１０18／ｃｍ3ドープしたＡｌ0.11Ｇａ0.89Ｎよりなるｎ側クラッド層を０．７μｍの膜厚で成長させる。ここで、成長されたｎ側クラッド層には、微細なクラックが発生しておらず、結晶性の良好な素子構造を成長させることができる。
次に、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、同様の温度で、アンドープのＡｌ0.06Ｇａ0.94Ｎよりなるｎ側光ガイド層を０．１５μｍの膜厚で成長させる。
【００５３】
（活性層１２）
温度を９５０℃にして、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０18／ｃｍ3ドープしたＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎよりなる障壁層を７０オングストロームの膜厚で成長させる。続いて、シランガスを止め、原料ガスにＴＭＩ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＩｎ0.01Ｇａ0.09Ｎよりなる井戸層を１００オングストロームの膜厚で成長させる。さらに、同温度で原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ、アンモニアを用い、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎよりなる障壁層を５０オングストロームの膜厚で成長させて、単一量子井戸（ＳＱＷ）からなる活性層を成長させる。
【００５４】
（ｐ側半導体層１３）
その後、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ、アンモニアを用い、さらに、Ｃｐ2Ｍｇを流し、Ｍｇを１×１０20／ｃｍ3ドープしたｐ−Ａｌ0.30Ｇａ0.70Ｎよりなるｐ側キャップ層を１００オングストロームの膜厚で成長させる。続いてＣｐ2Ｍｇを止め、１０５０℃で、アンドープＡｌ0.06Ｇａ0.94Ｎよりなるｐ側光ガイド層を０．１５μｍの膜厚で成長させる。このｐ側光ガイド層は、アンドープとして成長させるが、ｐ側キャップ層からのＭｇの拡散により、Ｍｇ濃度が５×１０16／ｃｍ3となりｐ型を示す。
【００５５】
続いて、１０５０℃でアンドープＡｌ0.13Ｇａ0.87Ｎよりなる層を２５オングストロームの膜厚で成長させ、続いてＣｐ2Ｍｇを流し、Ｍｇ濃度が１×１０19／ｃｍ3からなるＡｌ0.09Ｇａ0.91Ｎよりなる層を２５オングストロームの膜厚で成長させ、総膜厚０．６μｍの超格子層よりなるｐ側クラッド層を成長させる。
最後に、ｐ側クラッド層の上に、Ｍｇを１×１０20／ｃｍ3ドープしたｐ側ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層を１５０オングストロームの膜厚で成長させる。
【００５６】
（リッジ１４の形成）
得られた窒化物半導体を成長させたウェハを反応容器から取り出し、最上層のｐ側コンタクト層の表面に、所定の形状のマスクを介して、幅２．０μｍのストライプ状のＳｉＯ2よりなるマスクパターンを形成する。
その後、このマスクパターンを利用してＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用い、ｐ側クラッド層とｐ側光ガイド層とを界面付近までエッチングし、任意に酸性溶液（例えば、リン酸と硫酸との混合溶液）を用いたウェットエッチング（表面処理）を行い、幅２．０μｍのストライプ状のリッジ１４を形成する。あるいは、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用いてＳｉＣｌ４ガスによりエッチングして、ストライプ状のリッジを形成する。
【００５７】
（第２保護膜１５の形成）
続いて、リッジを形成した際のマスクをつけたまま、窒化物半導体層の表面に、例えば、ＺｒＯ２膜を２００ｎｍ形成する。
その後、バッファードフッ酸に浸漬して、リフトオフ法により、ｐ側コンタクト層上に形成したマスクパターンを溶解除去するとともに、ｐ側コンタクト層上にある第２保護膜１５を除去する。これによって、リッジ側面からリッジ両側の窒化物半導体層の上面に第２保護膜１５を形成することができる。
【００５８】
（第１窒化物半導体層の露出）
リッジ１４が形成された窒化物半導体層の表面に、さらに別の所定形状のマスクパターンを、上記と同様の方法で形成し、このマスクパターンを用いてドライエッチングすることにより、レーザ素子の側面を規定するために、窒化物半導体層を表面から３μｍ程度掘り下げて、ｎ側半導体層を露出させる。ここでは、ｎ側半導体層の表面を露出させてもよいし、膜厚方向にｎ側半導体層の一部を掘り下げてもよい。
【００５９】
（電極１６、２０の形成）
ｐ側コンタクト層のリッジ最表面にＮｉ／Ａｕ／Ｐｔを順に形成してなるｐ電極１６をストライプ状に形成する。
一方、基板１０の裏面側（第２主面側）に、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕを順に積層してｎ側電極２０を形成する。
【００６０】
（第１保護膜１７の形成）
ｐ電極１６と、ｎ電極２０との間に露出した窒化物半導体層、その露出面に対向する反対側の窒化物半導体層の側面に、ＳｉＣからなる第１保護膜１７を形成する。
マグネトロンスパッタ装置にて、ＳｉＣターゲットを用いて、ＲＦ電力２００Ｗ、アルゴン流量４５ｓｃｃｍの条件で、室温にてＳｉＣ膜を５００ｎｍ形成する。
上記と同様な条件下で成膜したＳｉＣ膜について、エリプソメータを用いて光学特性の分析を行った。ここで用いたエリプソメータはＪ．Ａ．ＷＯＯＬＬＡＭ社製のＨＳ−１９０である。図４Ａ、及び図４Ｂはそれぞれ屈折率（ｎ）、及び減衰係数（ｋ）の測定結果である。ここで熱処理条件は後述の電極とＳｉＣ膜の界面混合化における熱処理の条件である。さらに、ＲＦ電力１００Ｗ、アルゴン流量４５ｓｃｃｍの条件で、室温にて成膜したＳｉＣ膜を参考に示してある。
図４Ａより、熱処理を行うことにより、屈折率が小さくなる傾向があり、窒化物半導体層の屈折率よりも小さくすることができる。さらに、図４Ｂより、熱処理を行うことにより、減衰係数が小さくなる傾向がある。
図４Ａ、及び図４Ｂより、ＲＦ電力２００Ｗで成膜し、かつ熱処理を行ったＳｉＣ膜と、ＲＦ電力１００Ｗで成膜し、かつ熱処理を行わなかったＳｉＣ膜において光学特性は同等であることがわかる。しかし、ＲＦ電力１００Ｗで成膜し、かつ熱処理を行わなかったＳｉＣ膜は後述の電極とＳｉＣ膜の界面混合化における熱処理において、窒化物半導体層から剥れる傾向がある。
【００６１】
（パッド電極１９の形成）
この第１保護膜１７を介してｐ側電極１６と電気的に接続したＮｉ／Ａｕ／Ｐｔ／Ａｕを順に形成してなるｐ側パッド電極１９を形成する。
【００６２】
（混在層１８の形成）
第２保護膜１７とパッド電極１９の界面に混在層１８を形成するために、熱処理を行う。ここでの熱処理は、窒素雰囲気下、６００℃の温度にて、１０分間程度行った。
また、ｐ電極のオーミック化のための熱処理と、混在層１８形成のための熱処理を同時に行うこともできる。このとき、双方の熱処理の条件が同等であることが好ましい。
図５Ａに、混在層１８付近の断面ＳＥＭ像を、図５Ｂにエネルギー分散型Ｘ線分光法による元素分析結果を示す。Ｐ１〜Ｐ４は測定箇所を示している。Ｐ４に関しては図示していないが、構成比が異なるものの、Ｐ３とほぼ同じ元素が検出された。
図５Ｂから、第１保護膜１７とパッド電極１９の界面に、第１保護膜１７であるＳｉＣを構成する元素とｐ側パッド電極１９を構成する元素であるＰｔが混在した層であり、かつｐ側パッド電極１９を構成する元素のうち、第１保護膜１７と接するＮｉおよび最も離れた位置にあるＡｕが含まれていない層が形成されていることが確認された。
【００６３】
このように、混在層１８により、第１保護膜１７とｐ側パッド電極１９の密着性を確保することができる。
また、第１保護膜を、従来とは異なる新たな特定の物性を有するＳｉＣによって形成することにより、活性層から漏れ出す光を適切に閉じ込めることができ、レーザ光の出射をより効率的に行わせることができる。
さらに、レーザ素子の側面からリークする光を吸収することにより、自然放出光等によるリップルを低減することができる。
また、電極、第１保護膜及び混合層によって、電極と第１保護膜との密着性、放熱性、保護／絶縁性、吸光性、光閉じ込め性等の種々の機能を十分に果たすことができ、より高品質な窒化物半導体レーザ素子を提供することができる。
特に、フェイスダウン実装の場合に、硬度の大きな第１保護膜によって、実装基板側からの衝撃に対する保護を十分に確保し、リッジに対する機械的ダメージを減少させることができる。また、通常使用されるヒートシンク等に対する放熱経路を効率的に確保することができ、窒化物半導体層との密着性の確保、これによるより良好な放熱性とが相まって、高温環境下でのレーザ素子の使用、高出力でのレーザ素子の駆動、長時間のレーザ素子の駆動を実現できるとともに、このような使用によっても長寿命化を実現することができる。
【００６４】
実施例２
この実施例の半導体レーザ素子は、図２に示すように、ｎ電極２０がとｐ側電極１６とが基板１０の同一主面側に形成されている以外、実質的に実施例１の半導体レーザ素子と同様の構成である。
【００６５】
このレーザ素子は、以下のように製造することができる。
まず、Ｃ面を窒化物半導体層の成長面とするサファイアからなる基板１０を準備する。この基板をＭＯＶＰＥ反応容器内に搬入し、原料ガスとして、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ3）を用い、８００℃以下の成長温度でＧａＮよりなるバッファ層を２０ｎｍの膜厚で成長させる。
成長温度を１０５０℃まで昇温して、原料ガスとして、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、アンモニア（ＮＨ3）、不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉを３×１０18／ｃｍ3ドープしたＡｌ0.02Ｇａ0.98Ｎを４．５μｍの膜厚で成長させる。この層をｎ側コンタクト層とする。
その後、原料ガスとして、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、ＴＭＧ、アンモニア、不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉを３×１０18／ｃｍ3ドープしたＩｎyＧａ1-yＮ（０＜ｙ≦１）層を１５０ｎｍの膜厚で成長させる。
【００６６】
次に、ＴＭＡ、ＴＭＧ、アンモニアを用い、１０５０℃でアンドープＡｌ0.16Ｇａ0.84Ｎよりなる層を２．５ｎｍの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止めて、シランガスを流し、Ｓｉを１×１０19／ｃｍ3ドープしたｎ−ＧａＮよりなる層を２．５ｎｍの膜厚で成長させる。それらの層を交互積層して超格子層を構成し、総膜厚１．２μｍの超格子よりなるｎ側クラッド層を成長させる。ｎ側クラッド層には、微細なクラックが発生しておらず、クラックの発生が良好に防止されている。
続いて、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、１０５０℃の温度で、アンドープのＧａＮよりなるｎ側光ガイド層を７５ｎｍの膜厚で成長させる。
次に、温度を９００℃にして、ＳｉドープＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎよりなる障壁層を１４ｎｍの膜厚で成長させ、続いて同一温度で、アンドープＩｎ０．０７Ｇａ０．９３Ｎよりなる井戸層を７ｎｍの膜厚で成長させる。障壁層と井戸層とを２回交互に積層し、最後に障壁層で終わり、総膜厚５６ｎｍの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層を成長させる。
温度を１０００℃に上げ、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、ｐ側光ガイド層よりもバンドギャップエネルギーが大きい、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたｐ型Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎよりなるｐ側キャップ層を１０ｎｍの膜厚で成長させる。
【００６７】
続いて、Ｃｐ２Ｍｇ、ＴＭＡを止め、１０００℃で、バンドギャップエネルギーがｐ側キャップ層１０よりも小さい、アンドープＧａＮよりなるｐ側光ガイド層を０．１４５μｍの膜厚で成長させる。
次に、１０００℃でアンドープＡｌ０．１０Ｇａ０．９０Ｎよりなる層を２．５ｎｍの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止め、Ｃｐ2Ｍｇを用いてＭｇドープＧａＮよりなる層を２．５ｎｍの膜厚で成長させ、総膜厚０．４５μｍの超格子層よりなるｐ側クラッド層を成長させる。
最後に、１０００℃で、ｐ側クラッド層の上に、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層を１５ｎｍの膜厚で成長させる。
その後、実施例１と同様にストライプ状のリッジを形成し、第１保護膜、第２保護膜、ｐ電極及びｎ電極等を形成し、熱処理等を行って、レーザチップを得る。
このようにして得られた窒化物半導体レーザ素子は、実施例１と同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明の窒化物半導体素子は、例えば、照明用光源、光ディスク用途、光通信システム、ディスプレイ、印刷機、露光用途、測定、バイオ関連の励起用光源等、広範に利用することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１０ 基板
１１ ｎ側半導体層
１２ 活性層
１３ ｐ側半導体層
１４ リッジ
１５ 第２保護膜
１６ ｐ電極
１７ 第1保護膜
１８ 混在層
１９ ｐ側パッド電極
２０ ｎ側電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に積層される窒化物半導体層と、
前記窒化物半導体層の上方に配置されたＳｉとＣとを含む第１保護膜と、
前記第１保護膜と接して、前記窒化物半導体層と電気的に接続する電極とを有し、
前記第１保護膜は、前記電極との界面に、前記電極を構成する少なくとも一部の元素と前記第１保護膜を構成する少なくとも一部の元素とが混在した混在層を有することを特徴とする窒化物半導体素子。
【請求項２】
基板と、
前記基板上に積層され、その表面にリッジを有する窒化物半導体層と、
前記リッジ側面から該リッジ両側の窒化物半導体層の上面に配置された絶縁性の第２保護膜と、
前記窒化物半導体層の側面から前記第２保護膜の上面の少なくとも一部を被覆し、ＳｉとＣとを含む第１保護膜と、
前記第１保護膜の上方に前記窒化物半導体層と電気的に接続する電極とを有し、
前記第１保護膜は、前記電極との界面に、前記電極を構成する少なくとも一部の元素と前記第１保護膜を構成する少なくとも一部の元素とが混在した混在層を有することを特徴とする窒化物半導体素子。
【請求項３】
前記第１保護膜の上面は、前記リッジの上面よりも高く形成されている請求項２に記載の窒化物半導体素子。
【請求項４】
前記第１保護膜は、前記第２保護膜又は前記窒化物半導体層との界面において、前記混在層以外の領域を有する請求項２又は３に記載の窒化物半導体素子。
【請求項５】
前記第２保護膜又は前記窒化物半導体層との界面における前記混在層以外の領域の膜厚は、１０００Å以上である請求項４に記載の窒化物半導体素子。
【請求項６】
前記第１保護膜であって、前記混在層以外の領域の屈折率が、前記窒化物半導体層の屈折率よりも小さい請求項４又は５に記載の窒化物半導体素子。
【請求項７】
前記第１保護膜であって、前記混在層以外の領域における、前記窒化物半導体素子から照射される波長の光に対する減衰係数は、０．０５よりも大きい請求項４から６のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項８】
前記電極は、それぞれ異なる元素を含む複数の層を有しており、前記複数の層のうち、前記第１保護膜と接する層を構成する元素は前記混在層に含まれていない請求項１から７のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項９】
前記電極は、それぞれ異なる元素を含む複数の層を有しており、前記複数の層のうち、前記第１保護膜から最も離れた位置にある層を構成する少なくとも一部の元素は前記混在層に含まれていない請求項１から７のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１０】
基板上に窒化物半導体層を積層し、
前記窒化物半導体層の上方に、ＳｉとＣとを含む第１保護膜を形成し、
前記第１保護膜と接して、前記窒化物半導体層と電気的に接続する電極を形成し、
少なくとも前記第１保護膜と前記電極とを形成した後に熱処理することにより、前記第１保護膜と前記電極との界面に、前記電極を構成する少なくとも一部の元素と前記第１保護膜を構成する少なくとも一部の元素とが混在した混在層を形成する工程を含む窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１１】
前記保護膜を、４ｎｍ／ｍｉｎ以上の成膜レートによって形成する請求項１０に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１】
基板と、
前記基板上に積層される窒化物半導体層と、
前記窒化物半導体層の上方に配置されたＳｉとＣとを含む第１保護膜と、
前記第１保護膜と接して、前記窒化物半導体層と電気的に接続する電極とを有し、
前記第１保護膜は、前記電極との界面に、前記電極を構成する少なくとも一部の元素と前記第１保護膜を構成する少なくとも一部の元素とが混在した混在層を有することを特徴とする窒化物半導体素子。
【請求項２】
基板と、
前記基板上に積層され、その表面にリッジを有する窒化物半導体層と、
前記リッジ側面から該リッジ両側の窒化物半導体層の上面に配置された絶縁性の第２保護膜と、
前記窒化物半導体層の側面から前記第２保護膜の上面の少なくとも一部を被覆し、ＳｉとＣとを含む第１保護膜と、
前記第１保護膜の上方に前記窒化物半導体層と電気的に接続する電極とを有し、
前記第１保護膜は、前記電極との界面に、前記電極を構成する少なくとも一部の元素と前記第１保護膜を構成する少なくとも一部の元素とが混在した混在層を有することを特徴とする窒化物半導体素子。
【請求項３】
前記第１保護膜の上面は、前記リッジの上面よりも高く形成されている請求項２に記載の窒化物半導体素子。
【請求項４】
前記第１保護膜は、前記第２保護膜又は前記窒化物半導体層との界面において、前記混在層以外の領域を有する請求項２又は３に記載の窒化物半導体素子。
【請求項５】
前記第２保護膜又は前記窒化物半導体層との界面における前記混在層以外の領域の膜厚は、１０００Å以上である請求項４に記載の窒化物半導体素子。
【請求項６】
前記第１保護膜であって、前記混在層以外の領域の屈折率が、前記窒化物半導体層の屈折率よりも小さい請求項４又は５に記載の窒化物半導体素子。
【請求項７】
前記第１保護膜であって、前記混在層以外の領域における、前記窒化物半導体素子から照射される波長の光に対する減衰係数は、０．０５よりも大きい請求項４から６のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項８】
前記電極は、それぞれ異なる元素を含む複数の層を有しており、前記複数の層のうち、前記第１保護膜と接する層を構成する元素は前記混在層に含まれていない請求項１から７のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項９】
前記電極は、それぞれ異なる元素を含む複数の層を有しており、前記複数の層のうち、前記第１保護膜から最も離れた位置にある層を構成する少なくとも一部の元素は前記混在層に含まれていない請求項１から７のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項１０】
基板上に窒化物半導体層を積層し、
前記窒化物半導体層の上方に、ＳｉとＣとを含む第１保護膜を形成し、
前記第１保護膜と接して、前記窒化物半導体層と電気的に接続する電極を形成し、
少なくとも前記第１保護膜と前記電極とを形成した後に熱処理することにより、前記第１保護膜と前記電極との界面に、前記電極を構成する少なくとも一部の元素と前記第１保護膜を構成する少なくとも一部の元素とが混在した混在層を形成する工程を含む窒化物半導体素子の製造方法。
【請求項１１】
前記保護膜を、４ｎｍ／ｍｉｎ以上の成膜レートによって形成する請求項１０に記載の窒化物半導体素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１８１５８４（Ｐ２０１１−１８１５８４Ａ）
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４２２４５（Ｐ２０１０−４２２４５）
【出願日】平成２２年２月２６日（２０１０．２．２６）
【出願人】（０００２２６０５７）日亜化学工業株式会社 (993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２６日（２０１０．２．２６）
【出願人】（０００２２６０５７）日亜化学工業株式会社 (993)
【Ｆターム（参考）】
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