窒化物系半導体レーザ素子の作製方法
【課題】本発明は、連続発振時の通電時間に対する駆動電圧の上昇を抑制することで、素子寿命の長い窒化物系半導体レーザ素子を作製する窒化物系半導体レーザ素子の作製方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明による窒化物系半導体レーザ素子の作製方法では、ウエハ１からバー１５に劈開する前に、基板に形成されるｎ側電極１３にレーザ光を照射して電極の膜質を変化させる。これにより、得られるチップを電気的に接続及び固定するためのはんだが、チップの電極に浸透することが防止され、連続発振する際の通電時間に対する駆動電圧の上昇が抑制される。そのため、素子寿命の長い窒化物系半導体レーザ素子を作製することが可能となる。
【解決手段】本発明による窒化物系半導体レーザ素子の作製方法では、ウエハ１からバー１５に劈開する前に、基板に形成されるｎ側電極１３にレーザ光を照射して電極の膜質を変化させる。これにより、得られるチップを電気的に接続及び固定するためのはんだが、チップの電極に浸透することが防止され、連続発振する際の通電時間に対する駆動電圧の上昇が抑制される。そのため、素子寿命の長い窒化物系半導体レーザ素子を作製することが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は窒化物系半導体レーザ素子の作製方法に関するものであり、特に窒化物系半導体基板上に窒化物系半導体を積層することによって作製される窒化物系半導体レーザ素子の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ族元素とＶ族元素とから成る所謂ＩＩＩ−Ｖ族半導体である窒化物系半導体（例えば、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮなど）は、そのバンド構造より、青や青紫の光を発する発光素子としての利用が期待され、既に発光ダイオードやレーザ素子などに利用されている。
【０００３】
また、これまでは良質な窒化物系半導体の基板が得られなかったため、サファイア基板などの異種基板を用いて窒化物系半導体素子の作製を行っていた。しかし、特にサファイア基板は、室温における熱伝導度が窒化物系半導体基板に比して数分の一程度と悪いために、窒化物系半導体素子から発生した熱を基板を通じて放熱することが困難であった。そのため、発生する熱によって窒化物系半導体素子の寿命が極端に短くなる問題が生じていた。
【０００４】
この問題に対して、近年になって良質な窒化ガリウム基板が得られるようになり、これらの基板を利用して半導体素子を作製することで、放熱性に優れた窒化物系半導体素子を得ることができるようになった。（特許文献１及び特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００２−３３２８２号公報
【特許文献２】特開２００１−１０２３０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１や特許文献２の方法によって作製される基板を用いたとしても、別の問題が存在するために十分な寿命を得ることが困難であった。特に、窒化物系半導体レーザチップをはんだによって電気的に接続及び固定してレーザ素子を作製する場合において、チップとはんだとの界面が良好なものとはならない場合があり、電気特性が不良となるために短寿命化する課題がある。
【０００６】
具体的には、図１２の窒化物系半導体レーザ素子の通電時間と駆動電圧偏差との関係を示すグラフのように、チップとはんだとの界面が良好でない場合には通電時間の経過に伴い駆動電圧が著しく増大してしまう。そのため、駆動電圧の増大に伴って発熱量が増大し、窒化物系半導体レーザ素子の寿命が短くなってしまう。
【０００７】
そこで本発明は、連続発振時の通電時間に対する駆動電圧の上昇を抑制することで、素子寿命の長い窒化物系半導体レーザ素子を作製する窒化物系半導体レーザ素子の作製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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明における窒化物系半導体レーザ素子の作製方法は、基板の第一主面上に複数の素子構造を形成するとともに、前記基板の前記第一主面と反対側の第二主面上を覆う電極を形成してウエハを得る第一工程と、前記第一工程の後に、前記第一工程で形成した電極の一部にレーザ光を照射して前記電極の一部を飛散させる第二工程と、前記第二工程の後に、前記ウエハを分断する第三工程と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、上記の窒化物系半導体レーザ素子の作製方法において、前記第二工程が、前記電極の前記素子構造が形成された部分の直下となる部分を避けて、レーザ光を照射するものとしても構わない。
【００１０】
このように構成することにより、電極の積層構造の直下の部分がレーザ光の照射によって飛散することが無く、チップの周囲のわずかな部分の電極のみが飛散することとなる。そのため、電極が欠けることによる接触抵抗の増大を低減させることができる。
【００１１】
また、上記の窒化物系半導体レーザ素子の作製方法において、前記第二工程が、前記電極を飛散させることによって溝部を形成するものであり、当該溝部の深さが、前記電極の厚さと略等しいこととしても構わない。
【００１２】
このように構成することによって、溝部が基板の深部にまで到達する深さを有しない構成となるため、ウエハの強度を十分なものとすることができる。そのため、ウエハを劈開したり分割したりする際に、意図しない方向にウエハが割れることを防ぐことができる。また、基板の材料が大量に飛散して電極に付着すると、チップを固定するためのはんだと、チップの電極と、の界面が不良となることがあるが、本願の方法では、基板材料を大量に飛散させることがないため、はんだとチップの電極との界面を良好に保つことができる。
【００１３】
また、上記の窒化物系半導体レーザ素子の作製方法において、前記基板が、転位が局所的に集中した第一領域と、当該第二領域よりも転位密度の小さな第二領域と、を備えるとともに、前記第一工程が、前記素子構造を前記基板の前記第一領域を避けて形成するものであり、前記第二工程が、前記電極の前記第一領域上に形成された部分にレーザ光を照射するものであることとしても構わない。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の窒化物系半導体レーザ素子の作製方法によれば、電極にレーザ光を照射することによって電極の膜質を変化させることが可能となる。そして、これによってチップを電気的に接続及び固定するためのはんだが、チップの電極に浸透することを防止することが可能となり、はんだと電極との界面が良好なものとなる。そのため、連続発振する際の通電時間に対する駆動電圧の上昇が抑制され、作製される窒化物系半導体レーザ素子の素子寿命を長いものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明における窒化物系半導体レーザ素子の作製方法について図１〜図１１に基づき説明する。最初に、一連の窒化物系半導体レーザ素子の作製方法について図１〜図５を用いて説明し、その後に、本発明の実施例について図６〜図１１を用いて説明する。
【００１６】
＜＜窒化物系半導体レーザ素子の作製方法＞＞
＜ウエハ作製方法＞
最初に、ウエハ作製方法の一例について図１（ａ）、（ｂ）のウエハの模式図を用いて説明する。図１（ａ）はウエハの模式的な平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面を示した模式的な断面図である。なお、図１（ａ）、（ｂ）には基板の結晶方位をあわせて示しており、以下の図においても同様に基板の結晶方位をあわせて示すこととする。
【００１７】
本例のウエハ作製方法によると、基板２上に種々の層を積層することによって図１（ａ）、（ｂ）に示すような電流通路部（リッジ部１０）が基板の＜１−１００＞方向と略平行になるように複数整列した構成のウエハ１が作製される。ここで、パッド電極１２はリッジ部１０に沿った方向と、リッジ部１０と略垂直な方向とにそれぞれ整列している。また、パッド電極１２の１つ分が１つの素子構造となり、後述するようにウエハ１をパッド電極１２毎に分断することで複数のチップが得られる。
【００１８】
次に、ウエハ作製方法の一例について図２及び図３を用いて説明する。図２は図１と同様の断面を示した模式的な断面図であり、図３は活性層の模式的な断面図である。
【００１９】
図２（ａ）に示すように、まず厚さ約１００μｍのｎ型ＧａＮ基板２の｛０００１｝面上に、ｎ型ＡｌＧａＮから成るｎ型クラッド層３を約１．５μｍ形成し、さらにこのｎ型クラッド層３の上に活性層４を形成する。このとき活性層４を、図３に示すようにアンドープのＩｎＧａＮから成る厚さ約３．２ｎｍの井戸層４ａと、アンドープのＩｎＧａＮから成る厚さ約２０ｎｍの障壁層４ｂと、を交互に複数層積層することによって形成した多重量子井戸構造とする。なお、図３の例においては、井戸層４ａを三層、障壁層４ｂを四層積層した場合について示している。
【００２０】
また、この多重量子井戸構造となる活性層４の上に、アンドープのＩｎＧａＮから成る厚さ約５０ｎｍの光ガイド層５を形成し、この光ガイド層５の上にアンドープのＡｌＧａＮから成る厚さ約２０ｎｍキャップ層６を形成する。なお、図２（ａ）は、このキャップ層６まで基板２上に積層した状態について示している。
【００２１】
そして、図２（ａ）に示すキャップ層６の上にｐ型ＡｌＧａＮから成る厚さ約４００ｎｍのｐ型クラッド層７を形成する。そして、このｐ型クラッド層７の上にアンドープのＩｎＧａＮから成る厚さ約３ｎｍのコンタクト層７を形成する。そして、このコンタクト層７の上に、厚さ約１ｎｍのＰｔ層と厚さ約１０ｎｍのＰｄ層とから成るｐ側オーミック電極９を形成し、このｐ側オーミック電極９の上に厚さ約２４０ｎｍのＳｉＯ２層１４を形成する。このように各層を形成し、図２（ｂ）に示すような構造を得る。
【００２２】
次に、リッジ部１０を形成するために、図２（ｂ）に示す積層構造をエッチングする。このとき、幅約１．５μｍであるとともに基板の＜１−１００＞方向に延びたストライプ状のフォトレジスト（不図示）を、リッジ部１０を形成する予定の部分に形成する。そして、ＣＦ４系のガスを用いてＲＩＥ法によるエッチングを行なう。すると、フォトレジストを形成した部分のＳｉＯ２層１４及びオーミック電極９のみが残り、フォトレジストを形成していない部分のＳｉＯ２層１４及びオーミック電極９は除去される。
【００２３】
また、ここでフォトレジストを除去し、Ｃｌ２やＳｉＣｌ４などの塩素系のガスを用いたＲＩＥ法によるエッチングを行なう。このとき、ＳｉＯ２層１４をマスクとして、ＳｉＯ２層１４が無い部分のコンタクト層８及びｐ型クラッド層７をエッチングする。そして、ｐ型クラッド層７が約８０ｎｍ残った状態となったときにエッチングを停止し、ＳｉＯ２層１４を除去する。すると、図２（ｃ）に示すような、ｐ型クラッド層７の一部が突出し、そのｐ型クラッド層７の突出した部分の上にコンタクト層８、オーミック電極９が順に形成されたリッジ部１０を備える構造が得られる。
【００２４】
次に、図２（ｃ）に示した構造の上に厚さ２００ｎｍのＳｉＯ２層を形成し、フォトレジストをリッジ部１０以外の部分に形成されたＳｉＯ２層の上に形成する。そして、ＣＦ４系のガスを用いたＲＩＥ法によるエッチングを行ない、リッジ部１０上に形成されたＳｉＯ２層を除去することでＳｉＯ２層から成る電流ブロック層１１を形成する。すると、図２（ｄ）に示すような構造が得られ、この後、電流ブロック層１１で囲まれたリッジ部１０を覆うように、Ａｕから成る厚さ３μｍのパッド電極１２を一続きとなるリッジ部１０に複数形成する。
【００２５】
また、上述した積層構造が形成される基板２の面と反対側の面には、ｎ側電極１３を形成する。そして、ｎ側電極１３形成した後に、ｎ側電極１３の一部にレーザ光を照射して電極材料を飛散させる。なお、このｎ側電極１３へのレーザ光の照射方法やそれによって得られる効果などについては、後述する実施例において詳述する。そして、以上説明した作製方法によって、図１（ｂ）に示すようなウエハを得ることができる。
【００２６】
なお、以上説明したウエハ作製方法において、各窒化物系半導体層の形成に、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いても構わないし、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法や、ＨＶＰＥ（Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）法や、その他の方法を用いても構わない。また、電極の形成に、スパッタ法や蒸着などの形成方法を用いることとしても構わなく、蒸着として、電子ビーム蒸着を用いても構わないし、抵抗加熱蒸着を用いても構わない。また、ＳｉＯ２層の形成に、ＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やスパッタ法などの方法を用いても構わない。
【００２７】
なお、図１（ａ）では簡単のためにウエハ１を四角形のものとして表しているが、結晶方位を確認するためのオリエンテーションフラット面や切り欠き部を含む略円形の基板上に積層構造を形成し、ウエハを作製するものであっても構わない。
【００２８】
また、このウエハの作製方法の例においては、基板の｛０００１｝面に積層構造を形成することとしているが、基板の｛１１−２０｝面や｛１−１００｝面に形成することとしても構わない。また、このように積層構造を形成する基板２の面を変更する場合は、リッジ部１０を形成する方向や劈開方向を適宜変更することとする。また、上述したウエハ作製方法は一例であり、他のどのような作製方法を用いてウエハを作製しても構わない。例えば、パッド電極１２や基板２上に形成する積層構造の形状が図１（ａ）、（ｂ）に示す形状と異なることとしても構わない。
【００２９】
＜ウエハの分断＞
次に、得られたウエハ１を劈開及び分割してチップを得るとともに、このチップを用いた窒化物系半導体レーザ素子の作製方法の一例について図４及び図５を用いて説明する。図４は、バー及びチップを示した模式的な平面図であり、バー及びチップの図１（ａ）と同様の平面について示したものである。また、図５は、窒化物系半導体レーザ素子の模式的な斜視図である。なお、以下では上述したウエハ作製方法の一例によって得られたウエハを用いる場合について説明する。
【００３０】
まず、図４（ａ）に示すように、基板２の＜１１−２０＞方向に沿ってウエハ１を劈開してバー１５を得る。このとき得られるバー１５は、劈開することによって得られる２つの端面（｛１−１００｝面）が共振器端面となり、素子構造が＜１１−２０＞方向に一列に整列する構成となる。
【００３１】
そして、得られたバー１５の共振器端面に、例えばＳｉＯ２やＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３から成るコーティングを施しても構わない。また、いずれか一方の端面に形成するコーティングを１０層程度の多数の層から成るものとして反射率を高くするとともに、いずれか一方の端面に形成するコーティングを１層程度の少数の層から成るものとして反射率を低くしても構わない。
【００３２】
また、図４（ｂ）に示すように、得られたバー１５を＜１−１００＞方向に沿って分割することでチップ１６得る。このとき、１つのチップ１６には１つの素子構造が含まれることとなり、このチップ１６を用いて、図５に示すような窒化物系半導体レーザ素子２０が作製される。
【００３３】
なお、上述したウエハ１からバー１５への劈開及びバー１５からチップ１６への分割において、それぞれの劈開方向及び分割方向に沿った溝をウエハ１またはバー１５に形成するとともに、この溝に沿って劈開及び分割を行なうこととしても構わない。また、この溝は実線状であっても破線状であっても構わない。また、ウエハ１やバー１５においてパッド電極１２や電流ブロック層１１が形成される方の面に溝を形成することとしても構わないし、ｎ側電極１３が形成される方の面に溝を形成しても構わない。
【００３４】
＜チップのマウント＞
図５に示すように、窒化物系半導体レーザ素子２０は、チップ１６がはんだによって電気的に接続及び固定（マウント）されるサブマウント２３と、サブマウント２３と接続するヒートシンク２２と、ヒートシンク２２がある面に接続するステム２１と、ヒートシンク２２が接続するステム２１のある面と当該ある面の反対側の面とを貫通するとともにステム２１と絶縁されているピン２４ａ、２４ｂと、一方のピン２４ａとチップ１６のパッド電極１２とを電気的に接続するワイヤ２５ａと、他方のピン２４ｂとサブマウント２３とを電気的に接続するワイヤ２６ｂと、を備えている。
【００３５】
また、窒化物系半導体レーザ素子２０の構成をわかりやすく表示するため図示していないが、ヒートシンク２２が接続するステム２１のある面に接続するとともに、チップ１６と、サブマウント２３と、ヒートシンク２２と、ピン２４ａ、２４ｂのステム２１のある面から突出する部分と、ワイヤ２５ａ、２５ｂと、を封止するキャップを備える。
【００３６】
そして、この２本のピン２４ａ、２４ｂを介してチップ１６に電流が供給されることで発振し、チップ１６からレーザ光が出射される。このとき、キャップには出射されるレーザ光に対して透明な物質から成る窓が備えられており、この窓を透過してレーザ光が出射される。
【００３７】
なお、図５に示す窒化物系半導体レーザ素子２０の構成は一例であり、ヒートシンク２２や、サブマウント２３、ピン２４ａ、２４ｂ、ワイヤ２５ａ、２５ｂやキャップなどの構成について、他の構成であっても構わない。
【００３８】
＜＜実施例＞＞
以上、本発明における窒化物系半導体レーザ素子の一連の作製方法について説明したが、以下では上述したウエハの作製方法におけるｎ側電極へのレーザ光の照射方法について、図６〜図１１を用いて詳述する。
【００３９】
＜第１実施例＞
最初に、本発明におけるｎ側電極へのレーザ光の照射方法の第１実施例について図６を用いて説明する。図６（ａ）、（ｂ）は、図１（ａ）の平面図に示したウエハの面と反対側の面を示した平面図である。また、図１（ａ）の平面図において表面に見えていたリッジ部１０及びパッド電極１２は図６ではウエハの裏面側になるため、この図においてはそれぞれ破線で示している。
【００４０】
本実施例におけるｎ側電極１３の形成方法によってｎ側電極１３を形成する場合、まず図６（ａ）に示すように、基板２の積層構造が形成される面の反対側の面の全体にｎ側電極１３を形成する。
【００４１】
次に、図６（ｂ）に示すように、基板２上に形成されたｎ側電極１３の一部にレーザ光を照射することで、照射した部分のｎ側電極１３を飛散させる。このときのレーザ光の出力としては、基板の深部まで傷つけることなくｎ側電極１３のみを飛散させる程度のものであることが望ましい。なお、本実施例では、隣接するリッジ部１０の略中間の位置に、リッジ部１０と略平行な方向である＜１−１００＞方向にレーザ光を照射した場合について示している。また、レーザ光を照射した部分のｎ側電極１３は飛散されて溝部が形成され、図６（ｂ）ではその溝部から下地となる基板２が表出しているが、基板２自体にはレーザ光の照射による溝部が形成されていないものとする。
【００４２】
このように、レーザ光を照射することによって、ｎ側電極１３の表面にｎ側電極１３の材料の一部を飛散させるとともに、ｎ側電極１３及び基板２に熱が加えられる。そのため、ｎ側電極１３の膜質が変化し、ウエハ１を劈開及び分割して得られるチップをマウントする際に用いるはんだが、ｎ側電極１３に浸透することを防ぐことができる。
【００４３】
したがって、このようにｎ側電極１３の一部にレーザ光を照射したウエハ１を劈開及び分割して得られるチップを用いて上述のように窒化物系半導体レーザ素子を作製し、連続発振させた場合、図７の通電時間と駆動電圧偏差との関係を示すグラフのように、通電時間に対して駆動電圧の上昇が抑制される。
【００４４】
特に、従来例と比較するとその効果が顕著である。従来例について示した図１２では２０時間通電すると駆動電圧が０．１程度大きくなってしまうが、本実施例では図７に示すように、２０時間通電しても駆動電圧は０．０１〜０．０２程度しか大きくならない。したがって、本実施例における作製方法を適用することによって、駆動電圧の上昇及び発熱量の上昇を抑制することが可能となり、窒化物系半導体レーザ素子の長寿命化を図ることができる。
【００４５】
また、このようにレーザ光を照射することによって、基板２の深部に到達するような深い溝が形成されてウエハ１が割れ易くなることを防ぐことが可能となり、ウエハ１を劈開及び分割する際にウエハ１が意図しない方向に割れることを防ぐことができる。
【００４６】
また、基板２がレーザ光によって深くまで傷つけられることがないため、基板２の材料が大量に飛散することを防ぐことができる。そのため、基板２の材料が大量に飛散してｎ側電極１３に付着することによってチップをマウントする際に生じる、はんだとｎ側電極１３との界面不良を防ぐことが可能となり、連続発振する際の通電時間に対する駆動電圧の上昇が抑制され、作製される窒化物系半導体レーザ素子の素子寿命を長いものとすることができる。
【００４７】
なお、ｎ側電極１３の一部を飛散させるために使用するレーザ装置として、Ｎｄ−ＹＡＧ（Ｎｅｏｄｙｍｉｕｍ ｄｏｐｅｄ Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）レーザなどの固体レーザや、炭酸ガスレーザやＡｒＦエキシマレーザなどの気体レーザなど、どのようなレーザ装置を用いても構わない。また、レーザ光の照射を、大気雰囲気中で行なうこととしても構わない。ただし、これらのレーザ装置によって出力されるレーザ光は、基板を深く傷つけない程度に抑制されていることが望ましい。
【００４８】
また、本実施例では基板が表出する程度まで電極にレーザ光を照射することとしたが、電極の飛散量や与えられる熱が十分であれば、必ずしも基板を表出させる必要はない。そのため、電極を貫通しない程度の深さとなるようにレーザ光の出力を調整し、照射することとしても構わない。
【００４９】
また、ウエハ１にオリエンテーションフラット面などの目印となるものがあれば、その目印からの距離によってレーザ光を照射する位置を特定することとしても構わない。また、このような目印を予め基板に形成することとしても構わない。
【００５０】
＜第２実施例＞
次に、本発明におけるｎ側電極へのレーザ光の照射方法の第２実施例について図８を用いて説明する。図８は、第１実施例について示した図６（ｂ）に相当するものであり、図６（ｂ）について示した面と同じ側の面について示したウエハの平面図である。また、この図においても図６（ｂ）と同様に、リッジ部１０とパッド電極１２とを破線で示している。
【００５１】
本実施例におけるｎ側電極へのレーザ光の照射方法は第１実施例と同様のものであり、図６（ａ）に示すように、基板にｎ側電極１３を形成した後に、レーザ光を照射することによってｎ側電極１３の一部を飛散させるものである。そして、相違点はレーザ光の照射によって飛散させるｎ側電極１３の位置だけであるため、第１実施例と同様のものに関しては説明を省略する。
【００５２】
本実施例におけるｎ側電極１３へのレーザ光の照射方法では、基板にｎ側電極１３を形成した後、図８に示すようにリッジ部１０と略平行な方向にレーザ光を照射する。このとき、レーザ光を照射する方向やレーザ光の出力については第１実施例と同様の方向及び出力であるが、第２実施例では第１実施例よりもレーザ光を照射する位置同士の間隔が広くなっている。
【００５３】
具体的には、第１実施例では全てのリッジ部１０の間にレーザ光を照射することとしたが、本実施例では１つおきにレーザ光を照射することとする。そのため、レーザ光の照射部分が第１実施例の半分程度となる。
【００５４】
このようにレーザ光を照射することとしても、第１実施例と同様に、ｎ側電極１３の飛散及び照射による加熱を行なうことができ、図７のグラフに示したような特性を得ることができる。そのため、連続発振時の駆動電圧の上昇を抑制することが可能となり、窒化物系半導体レーザ素子の長寿命化を図ることができる。
【００５５】
また、基板２の深部に到達するような深い溝が形成されてウエハ１ａが割れ易くなることを防ぐことが可能となり、ウエハ１ａを劈開及び分割する際にウエハ１ａが意図しない方向に割れることを防ぐことができる。
【００５６】
また、基板２がレーザ光によって深くまで傷つけられることがないため、基板２の材料が大量に飛散することを防ぐことができる。そのため、基板２の材料が大量に飛散してｎ側電極１３に付着することによってチップをマウントする際に生じる、はんだとｎ側電極１３との界面不良を防ぐことが可能となる。
【００５７】
なお、第１実施例と同様に、レーザ光を照射するｎ側電極１３の位置を、ウエハ１ａの所定の目印からの距離によって特定することとしても構わなく、どのような種類のレーザ装置を使用することとしても構わない。また、レーザ光の照射を大気雰囲気中で行なうこととしても構わない。
【００５８】
＜第３実施例＞
次に、本発明におけるｎ側電極へのレーザ光の照射方法の第三実施例について図９（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。図９（ａ）〜（ｄ）は、第１実施例について示した図６（ｂ）及び第２実施例について示した図８に相当するものであり、図６（ｂ）及び図８で示した面と同じ側の面について示したウエハの平面図である。また、この図においても図６（ｂ）及び図８と同様に、リッジ部１０とパッド電極１２とを破線で示している。
【００５９】
本実施例におけるｎ側電極へのレーザ光の照射方法及び出力は、第１及び第２実施例と同様のものであり、図６（ａ）に示すように基板にｎ側電極１３を形成した後に、レーザ光を照射することによってｎ側電極１３の一部を飛散させたものである。そして、相違点はレーザ光の照射によって飛散させるｎ側電極１３の位置だけであるため、第１実施例及び第２実施例と同様のものに関しては説明を省略する。
【００６０】
また、第１実施例及び第２実施例では、リッジ部１０と略平行な方向である＜１−１００＞方向にレーザ光を照射することとしていたが、本実施例ではこの方向だけでなく、あわせてリッジ部１０と略垂直な＜１１−２０＞方向にもレーザ光を照射することとする。
【００６１】
例えば、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、＜１１−２０＞方向に沿ってレーザ光を照射する際に、全てのパッド電極１２の間にレーザ光を照射することとしても構わない。また、このとき図９（ａ）に示すように、＜１−１００＞方向に沿ってレーザ光を照射する際に、第１実施例と同様の間隔としても構わないし、図９（ｂ）に示すように、第２実施例と同様の間隔としても構わない。
【００６２】
また、図９（ｃ）、（ｄ）に示すように、＜１１−２０＞方向に沿ってレーザ光を照射する際の間隔を、図９（ａ）、（ｂ）に示すものより広くしても構わない。なお、図９（ｃ）、（ｄ）は、パッド電極１２の１つおきに＜１１−２０＞方向に沿ってレーザ光を照射したものである。また、図９（ｃ）は、＜１−１００＞方向に沿ってレーザ光を照射する間隔が、第２実施例と同様の間隔としている。また、図９（ｄ）は、＜１−１００＞方向に沿ってレーザ光を照射する間隔が、第１実施例と同様の間隔としている。
【００６３】
このようにレーザ光を照射することとしても、第１及び第２実施例と同様に、ｎ側電極１３の飛散及び照射による加熱を行なうことができ、図７のグラフに示したような特性を得ることができる。そのため、連続発振時の駆動電圧の上昇を抑制することが可能となり、窒化物系半導体レーザ素子の長寿命化を図ることができる。
【００６４】
また、基板２の深部に到達するような深い溝が形成されてウエハ１ｂ〜１ｅが割れ易くなることを防ぐことが可能となり、ウエハ１ｂ〜１ｅを劈開及び分割する際にウエハ１ｂ〜１ｅが意図しない方向に割れることを防ぐことができる。
【００６５】
また、基板２がレーザ光によって深くまで傷つけられることがないため、基板２の材料が大量に飛散することを防ぐことができる。そのため、基板２の材料が大量に飛散してｎ側電極１３に付着することによって、チップをマウントする際に生じるはんだとｎ側電極１３との界面不良を防ぐことが可能となる。
【００６６】
また、多くのｎ側電極１３の材料を飛散させ、熱を与えることが可能である。さらに、チップの周囲を囲むようにレーザ光が照射されるため、ｎ側電極１３の全面に渡って略均一にｎ側電極１３の材料を飛散させ、熱を与えることができる。
【００６７】
なお、第１及び第２実施例と同様に、レーザ光を照射するｎ側電極１３の位置を、ウエハ１ｂ〜１ｅの所定の目印からの距離によって特定することとしても構わなく、どのような種類のレーザ装置を使用することとしても構わない。また、レーザ光の照射を大気雰囲気中で行なうこととしても構わない。
【００６８】
また、第１〜第３実施例に示した全ての場合において、劈開及び分割するラインに沿った部分にレーザ光を照射することとしているため、ｎ側電極１３の飛散される部分はチップの端のわずかな部分となる。そのため、チップをマウントした際のｎ側電極が欠けることによる接触抵抗の増大はごく小さいものとなる。さらに、上述した例では基板２が表出する深さとなるまでレーザ光を照射することとしたが、ｎ側電極１３が一部残るような深さになるようにレーザ光を照射しても構わない。
【００６９】
＜その他の実施例＞
また、本発明は、図１０に示すように、転位が集中したストライプコア２ｂと、ストライプコア２ｂに転位を集中させることによって転位が低減された他の領域２ｃと、を備える窒化ガリウム基板２ａを用いることとしても構わなく、この基板を用いた場合の実施例について、以下に説明する。なお、ストライプコア２ｂは、＜１−１００＞方向に延びたストライプ状であり、＜１１−２０＞方向におよそ等間隔で整列している。
【００７０】
この基板２ａに上述したような積層構造を形成したウエハの一例について、図１１を用いて説明する。図１１は、図１（ｂ）に相当するものであり、ストライプコアを備えた基板を用いて作製されたウエハの断面図である。なお、積層構造やｎ側電極については図１（ｂ）に示したものと同様のものであるため、同じ符号を付してその詳細な説明について省略する。
【００７１】
このウエハ１ｆは、ストライプコア２ｂの直上を避けてリッジ部１０を形成しており、ストライプコア２ｂからリッジ部１０に転位が伝播しないように構成している。また、このウエハ１ｆを劈開したバーを分割してチップを作製する場合は、このストライプコア２ｂに沿って分割を行なう。また、この例ではストライプコア２ｂの間に２つのリッジ部１０を備える構成であるため、この２つのリッジ部１０の間、即ちストライプコア２ｂの中間部分も、バーからチップを得る際に分割する。
【００７２】
また、この図１１に示す例においては、ストライプコア２ｂ上に形成されるｎ側電極１３にレーザ光を照射してｎ側電極１３を飛散させることとしている。なお、このとき照射されるレーザ光の出力は、第１〜第３実施例と同様に、基板２ａを深く傷つけない程度の大きさであることが望ましく、図１１に示すようにｎ側電極１３のみを飛散することができる程度の大きさであればさらに望ましい。
【００７３】
また、第３実施例に示したように、ストライプコア２ｂと略垂直な方向、即ち＜１１−２０＞方向に沿ってレーザ光を照射しても構わなく、この場合には、図９（ｂ）や図９（ｃ）に示すウエハ１ｂ、１ｃのように、ｎ側電極１３が飛散される部分が形成される。
【００７４】
このようにレーザ光を照射することとしても、上述した第１〜第３実施例と同様に、ｎ側電極１３の飛散及び照射による加熱を行なうことができ、図７のグラフに示したような特性を得ることができる。そのため、連続発振時の駆動電圧の上昇を抑制することが可能となり、窒化物系半導体レーザ素子の長寿命化を図ることができる。
【００７５】
また、基板２ａのストライプコア２ｂ上の領域は、ｎ側電極１３との密着性が悪いため、ウエハ１ｆを劈開する際にストライプコア２ｂ上の領域に設けられたｎ側電極１３を起点として、電極が剥がれることがある。そのため、図１１に示すように、ストライプコア２ａ上のｎ側電極１３を予め飛散させておくことによって、電極剥がれの発生を抑制することができる。
【００７６】
また、基板２ａの深部に到達するような深い溝が形成されてウエハ１ｆが割れ易くなることを防ぐことが可能となり、ウエハ１ｆを劈開及び分割する際にウエハ１ｆが意図しない方向に割れることを防ぐことができる。
【００７７】
また、基板２ａがレーザ光によって深くまで傷つけられることがないため、基板２ａの材料が大量に飛散することを防ぐことができる。そのため、基板２ａの材料が大量に飛散してｎ側電極１３に付着することによって、チップをマウントする際に生じるはんだとｎ側電極１３との界面不良を防ぐことが可能となる。
【００７８】
なお、ストライプコア２ｂと他の領域２ｃとは、結晶性が異なっているため電子顕微鏡や光学顕微鏡によって視認することができる。また、ｎ側電極１３を形成した上からも視認することが可能であるため、レーザ光を照射する部分を、視認によって特定しても構わない。
【００７９】
また、上述した第１〜第３実施例と同様に、レーザ光を照射するｎ側電極１３の位置を、ウエハ１ｂ〜１ｅの所定の目印からの距離によって特定することとしても構わなく、どのような種類のレーザ装置を使用することとしても構わない。また、レーザ光の照射を大気雰囲気中で行なうこととしても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、窒化物系半導体レーザ素子の作製方法に関するものであり、特に、窒化物系半導体基板上に窒化物系半導体を積層することによって作製される半導体レーザ素子の作製方法に適用すると好適である。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】は、ウエハの一例を示す模式的な平面図及び断面図である。
【図２】は、ウエハの作製方法の一例を示す模式的な断面図である。
【図３】は、活性層について示した模式的な断面図である。
【図４】は、バー及びチップの一例を示した模式的な平面図である。
【図５】は、窒化物系半導体レーザ素子の一例を示す模式的な斜視図である。
【図６】は、第１実施例におけるｎ側電極へのレーザ光の照射方法を示すウエハの模式的な平面図である。
【図７】は、本発明による作製方法によって得られた窒化物系半導体レーザ素子の通電時間と駆動電圧偏差との関係を示すグラフである。
【図８】は、第２実施例におけるｎ側電極へのレーザ光の照射方法を示すウエハの模式的な平面図である。
【図９】は、第３実施例におけるｎ側電極へのレーザ光の照射方法を示すウエハの模式的な平面図である。
【図１０】は、その他の実施例における基板の模式的な平面図である。
【図１１】は、その他の実施例におけるウエハの模式的な断面図である。
【図１２】は、従来の窒化物系半導体レーザ素子の通電時間と駆動電圧偏差との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８２】
１ ウエハ
２、２ａ 基板
２ｂ ストライプコア
２ｃ 他の領域
３ ｎ型クラッド層
４ 活性層
４ａ 井戸層
４ｂ 障壁層
５ 光ガイド層
６ キャップ層
７ ｐ型クラッド層
８ コンタクト層
９ ｐ側オーミック電極
１０ リッジ部
１１ 電流ブロック層
１２ パッド電極
１３ ｎ側電極
１４ ＳｉＯ２層
１５ バー
１６ チップ
【技術分野】
【０００１】
本発明は窒化物系半導体レーザ素子の作製方法に関するものであり、特に窒化物系半導体基板上に窒化物系半導体を積層することによって作製される窒化物系半導体レーザ素子の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ族元素とＶ族元素とから成る所謂ＩＩＩ−Ｖ族半導体である窒化物系半導体（例えば、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮなど）は、そのバンド構造より、青や青紫の光を発する発光素子としての利用が期待され、既に発光ダイオードやレーザ素子などに利用されている。
【０００３】
また、これまでは良質な窒化物系半導体の基板が得られなかったため、サファイア基板などの異種基板を用いて窒化物系半導体素子の作製を行っていた。しかし、特にサファイア基板は、室温における熱伝導度が窒化物系半導体基板に比して数分の一程度と悪いために、窒化物系半導体素子から発生した熱を基板を通じて放熱することが困難であった。そのため、発生する熱によって窒化物系半導体素子の寿命が極端に短くなる問題が生じていた。
【０００４】
この問題に対して、近年になって良質な窒化ガリウム基板が得られるようになり、これらの基板を利用して半導体素子を作製することで、放熱性に優れた窒化物系半導体素子を得ることができるようになった。（特許文献１及び特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００２−３３２８２号公報
【特許文献２】特開２００１−１０２３０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１や特許文献２の方法によって作製される基板を用いたとしても、別の問題が存在するために十分な寿命を得ることが困難であった。特に、窒化物系半導体レーザチップをはんだによって電気的に接続及び固定してレーザ素子を作製する場合において、チップとはんだとの界面が良好なものとはならない場合があり、電気特性が不良となるために短寿命化する課題がある。
【０００６】
具体的には、図１２の窒化物系半導体レーザ素子の通電時間と駆動電圧偏差との関係を示すグラフのように、チップとはんだとの界面が良好でない場合には通電時間の経過に伴い駆動電圧が著しく増大してしまう。そのため、駆動電圧の増大に伴って発熱量が増大し、窒化物系半導体レーザ素子の寿命が短くなってしまう。
【０００７】
そこで本発明は、連続発振時の通電時間に対する駆動電圧の上昇を抑制することで、素子寿命の長い窒化物系半導体レーザ素子を作製する窒化物系半導体レーザ素子の作製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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明における窒化物系半導体レーザ素子の作製方法は、基板の第一主面上に複数の素子構造を形成するとともに、前記基板の前記第一主面と反対側の第二主面上を覆う電極を形成してウエハを得る第一工程と、前記第一工程の後に、前記第一工程で形成した電極の一部にレーザ光を照射して前記電極の一部を飛散させる第二工程と、前記第二工程の後に、前記ウエハを分断する第三工程と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、上記の窒化物系半導体レーザ素子の作製方法において、前記第二工程が、前記電極の前記素子構造が形成された部分の直下となる部分を避けて、レーザ光を照射するものとしても構わない。
【００１０】
このように構成することにより、電極の積層構造の直下の部分がレーザ光の照射によって飛散することが無く、チップの周囲のわずかな部分の電極のみが飛散することとなる。そのため、電極が欠けることによる接触抵抗の増大を低減させることができる。
【００１１】
また、上記の窒化物系半導体レーザ素子の作製方法において、前記第二工程が、前記電極を飛散させることによって溝部を形成するものであり、当該溝部の深さが、前記電極の厚さと略等しいこととしても構わない。
【００１２】
このように構成することによって、溝部が基板の深部にまで到達する深さを有しない構成となるため、ウエハの強度を十分なものとすることができる。そのため、ウエハを劈開したり分割したりする際に、意図しない方向にウエハが割れることを防ぐことができる。また、基板の材料が大量に飛散して電極に付着すると、チップを固定するためのはんだと、チップの電極と、の界面が不良となることがあるが、本願の方法では、基板材料を大量に飛散させることがないため、はんだとチップの電極との界面を良好に保つことができる。
【００１３】
また、上記の窒化物系半導体レーザ素子の作製方法において、前記基板が、転位が局所的に集中した第一領域と、当該第二領域よりも転位密度の小さな第二領域と、を備えるとともに、前記第一工程が、前記素子構造を前記基板の前記第一領域を避けて形成するものであり、前記第二工程が、前記電極の前記第一領域上に形成された部分にレーザ光を照射するものであることとしても構わない。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の窒化物系半導体レーザ素子の作製方法によれば、電極にレーザ光を照射することによって電極の膜質を変化させることが可能となる。そして、これによってチップを電気的に接続及び固定するためのはんだが、チップの電極に浸透することを防止することが可能となり、はんだと電極との界面が良好なものとなる。そのため、連続発振する際の通電時間に対する駆動電圧の上昇が抑制され、作製される窒化物系半導体レーザ素子の素子寿命を長いものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明における窒化物系半導体レーザ素子の作製方法について図１〜図１１に基づき説明する。最初に、一連の窒化物系半導体レーザ素子の作製方法について図１〜図５を用いて説明し、その後に、本発明の実施例について図６〜図１１を用いて説明する。
【００１６】
＜＜窒化物系半導体レーザ素子の作製方法＞＞
＜ウエハ作製方法＞
最初に、ウエハ作製方法の一例について図１（ａ）、（ｂ）のウエハの模式図を用いて説明する。図１（ａ）はウエハの模式的な平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ断面を示した模式的な断面図である。なお、図１（ａ）、（ｂ）には基板の結晶方位をあわせて示しており、以下の図においても同様に基板の結晶方位をあわせて示すこととする。
【００１７】
本例のウエハ作製方法によると、基板２上に種々の層を積層することによって図１（ａ）、（ｂ）に示すような電流通路部（リッジ部１０）が基板の＜１−１００＞方向と略平行になるように複数整列した構成のウエハ１が作製される。ここで、パッド電極１２はリッジ部１０に沿った方向と、リッジ部１０と略垂直な方向とにそれぞれ整列している。また、パッド電極１２の１つ分が１つの素子構造となり、後述するようにウエハ１をパッド電極１２毎に分断することで複数のチップが得られる。
【００１８】
次に、ウエハ作製方法の一例について図２及び図３を用いて説明する。図２は図１と同様の断面を示した模式的な断面図であり、図３は活性層の模式的な断面図である。
【００１９】
図２（ａ）に示すように、まず厚さ約１００μｍのｎ型ＧａＮ基板２の｛０００１｝面上に、ｎ型ＡｌＧａＮから成るｎ型クラッド層３を約１．５μｍ形成し、さらにこのｎ型クラッド層３の上に活性層４を形成する。このとき活性層４を、図３に示すようにアンドープのＩｎＧａＮから成る厚さ約３．２ｎｍの井戸層４ａと、アンドープのＩｎＧａＮから成る厚さ約２０ｎｍの障壁層４ｂと、を交互に複数層積層することによって形成した多重量子井戸構造とする。なお、図３の例においては、井戸層４ａを三層、障壁層４ｂを四層積層した場合について示している。
【００２０】
また、この多重量子井戸構造となる活性層４の上に、アンドープのＩｎＧａＮから成る厚さ約５０ｎｍの光ガイド層５を形成し、この光ガイド層５の上にアンドープのＡｌＧａＮから成る厚さ約２０ｎｍキャップ層６を形成する。なお、図２（ａ）は、このキャップ層６まで基板２上に積層した状態について示している。
【００２１】
そして、図２（ａ）に示すキャップ層６の上にｐ型ＡｌＧａＮから成る厚さ約４００ｎｍのｐ型クラッド層７を形成する。そして、このｐ型クラッド層７の上にアンドープのＩｎＧａＮから成る厚さ約３ｎｍのコンタクト層７を形成する。そして、このコンタクト層７の上に、厚さ約１ｎｍのＰｔ層と厚さ約１０ｎｍのＰｄ層とから成るｐ側オーミック電極９を形成し、このｐ側オーミック電極９の上に厚さ約２４０ｎｍのＳｉＯ２層１４を形成する。このように各層を形成し、図２（ｂ）に示すような構造を得る。
【００２２】
次に、リッジ部１０を形成するために、図２（ｂ）に示す積層構造をエッチングする。このとき、幅約１．５μｍであるとともに基板の＜１−１００＞方向に延びたストライプ状のフォトレジスト（不図示）を、リッジ部１０を形成する予定の部分に形成する。そして、ＣＦ４系のガスを用いてＲＩＥ法によるエッチングを行なう。すると、フォトレジストを形成した部分のＳｉＯ２層１４及びオーミック電極９のみが残り、フォトレジストを形成していない部分のＳｉＯ２層１４及びオーミック電極９は除去される。
【００２３】
また、ここでフォトレジストを除去し、Ｃｌ２やＳｉＣｌ４などの塩素系のガスを用いたＲＩＥ法によるエッチングを行なう。このとき、ＳｉＯ２層１４をマスクとして、ＳｉＯ２層１４が無い部分のコンタクト層８及びｐ型クラッド層７をエッチングする。そして、ｐ型クラッド層７が約８０ｎｍ残った状態となったときにエッチングを停止し、ＳｉＯ２層１４を除去する。すると、図２（ｃ）に示すような、ｐ型クラッド層７の一部が突出し、そのｐ型クラッド層７の突出した部分の上にコンタクト層８、オーミック電極９が順に形成されたリッジ部１０を備える構造が得られる。
【００２４】
次に、図２（ｃ）に示した構造の上に厚さ２００ｎｍのＳｉＯ２層を形成し、フォトレジストをリッジ部１０以外の部分に形成されたＳｉＯ２層の上に形成する。そして、ＣＦ４系のガスを用いたＲＩＥ法によるエッチングを行ない、リッジ部１０上に形成されたＳｉＯ２層を除去することでＳｉＯ２層から成る電流ブロック層１１を形成する。すると、図２（ｄ）に示すような構造が得られ、この後、電流ブロック層１１で囲まれたリッジ部１０を覆うように、Ａｕから成る厚さ３μｍのパッド電極１２を一続きとなるリッジ部１０に複数形成する。
【００２５】
また、上述した積層構造が形成される基板２の面と反対側の面には、ｎ側電極１３を形成する。そして、ｎ側電極１３形成した後に、ｎ側電極１３の一部にレーザ光を照射して電極材料を飛散させる。なお、このｎ側電極１３へのレーザ光の照射方法やそれによって得られる効果などについては、後述する実施例において詳述する。そして、以上説明した作製方法によって、図１（ｂ）に示すようなウエハを得ることができる。
【００２６】
なお、以上説明したウエハ作製方法において、各窒化物系半導体層の形成に、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用いても構わないし、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法や、ＨＶＰＥ（Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）法や、その他の方法を用いても構わない。また、電極の形成に、スパッタ法や蒸着などの形成方法を用いることとしても構わなく、蒸着として、電子ビーム蒸着を用いても構わないし、抵抗加熱蒸着を用いても構わない。また、ＳｉＯ２層の形成に、ＰＥＣＶＤ（Ｐｌａｓｍａ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法やスパッタ法などの方法を用いても構わない。
【００２７】
なお、図１（ａ）では簡単のためにウエハ１を四角形のものとして表しているが、結晶方位を確認するためのオリエンテーションフラット面や切り欠き部を含む略円形の基板上に積層構造を形成し、ウエハを作製するものであっても構わない。
【００２８】
また、このウエハの作製方法の例においては、基板の｛０００１｝面に積層構造を形成することとしているが、基板の｛１１−２０｝面や｛１−１００｝面に形成することとしても構わない。また、このように積層構造を形成する基板２の面を変更する場合は、リッジ部１０を形成する方向や劈開方向を適宜変更することとする。また、上述したウエハ作製方法は一例であり、他のどのような作製方法を用いてウエハを作製しても構わない。例えば、パッド電極１２や基板２上に形成する積層構造の形状が図１（ａ）、（ｂ）に示す形状と異なることとしても構わない。
【００２９】
＜ウエハの分断＞
次に、得られたウエハ１を劈開及び分割してチップを得るとともに、このチップを用いた窒化物系半導体レーザ素子の作製方法の一例について図４及び図５を用いて説明する。図４は、バー及びチップを示した模式的な平面図であり、バー及びチップの図１（ａ）と同様の平面について示したものである。また、図５は、窒化物系半導体レーザ素子の模式的な斜視図である。なお、以下では上述したウエハ作製方法の一例によって得られたウエハを用いる場合について説明する。
【００３０】
まず、図４（ａ）に示すように、基板２の＜１１−２０＞方向に沿ってウエハ１を劈開してバー１５を得る。このとき得られるバー１５は、劈開することによって得られる２つの端面（｛１−１００｝面）が共振器端面となり、素子構造が＜１１−２０＞方向に一列に整列する構成となる。
【００３１】
そして、得られたバー１５の共振器端面に、例えばＳｉＯ２やＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３から成るコーティングを施しても構わない。また、いずれか一方の端面に形成するコーティングを１０層程度の多数の層から成るものとして反射率を高くするとともに、いずれか一方の端面に形成するコーティングを１層程度の少数の層から成るものとして反射率を低くしても構わない。
【００３２】
また、図４（ｂ）に示すように、得られたバー１５を＜１−１００＞方向に沿って分割することでチップ１６得る。このとき、１つのチップ１６には１つの素子構造が含まれることとなり、このチップ１６を用いて、図５に示すような窒化物系半導体レーザ素子２０が作製される。
【００３３】
なお、上述したウエハ１からバー１５への劈開及びバー１５からチップ１６への分割において、それぞれの劈開方向及び分割方向に沿った溝をウエハ１またはバー１５に形成するとともに、この溝に沿って劈開及び分割を行なうこととしても構わない。また、この溝は実線状であっても破線状であっても構わない。また、ウエハ１やバー１５においてパッド電極１２や電流ブロック層１１が形成される方の面に溝を形成することとしても構わないし、ｎ側電極１３が形成される方の面に溝を形成しても構わない。
【００３４】
＜チップのマウント＞
図５に示すように、窒化物系半導体レーザ素子２０は、チップ１６がはんだによって電気的に接続及び固定（マウント）されるサブマウント２３と、サブマウント２３と接続するヒートシンク２２と、ヒートシンク２２がある面に接続するステム２１と、ヒートシンク２２が接続するステム２１のある面と当該ある面の反対側の面とを貫通するとともにステム２１と絶縁されているピン２４ａ、２４ｂと、一方のピン２４ａとチップ１６のパッド電極１２とを電気的に接続するワイヤ２５ａと、他方のピン２４ｂとサブマウント２３とを電気的に接続するワイヤ２６ｂと、を備えている。
【００３５】
また、窒化物系半導体レーザ素子２０の構成をわかりやすく表示するため図示していないが、ヒートシンク２２が接続するステム２１のある面に接続するとともに、チップ１６と、サブマウント２３と、ヒートシンク２２と、ピン２４ａ、２４ｂのステム２１のある面から突出する部分と、ワイヤ２５ａ、２５ｂと、を封止するキャップを備える。
【００３６】
そして、この２本のピン２４ａ、２４ｂを介してチップ１６に電流が供給されることで発振し、チップ１６からレーザ光が出射される。このとき、キャップには出射されるレーザ光に対して透明な物質から成る窓が備えられており、この窓を透過してレーザ光が出射される。
【００３７】
なお、図５に示す窒化物系半導体レーザ素子２０の構成は一例であり、ヒートシンク２２や、サブマウント２３、ピン２４ａ、２４ｂ、ワイヤ２５ａ、２５ｂやキャップなどの構成について、他の構成であっても構わない。
【００３８】
＜＜実施例＞＞
以上、本発明における窒化物系半導体レーザ素子の一連の作製方法について説明したが、以下では上述したウエハの作製方法におけるｎ側電極へのレーザ光の照射方法について、図６〜図１１を用いて詳述する。
【００３９】
＜第１実施例＞
最初に、本発明におけるｎ側電極へのレーザ光の照射方法の第１実施例について図６を用いて説明する。図６（ａ）、（ｂ）は、図１（ａ）の平面図に示したウエハの面と反対側の面を示した平面図である。また、図１（ａ）の平面図において表面に見えていたリッジ部１０及びパッド電極１２は図６ではウエハの裏面側になるため、この図においてはそれぞれ破線で示している。
【００４０】
本実施例におけるｎ側電極１３の形成方法によってｎ側電極１３を形成する場合、まず図６（ａ）に示すように、基板２の積層構造が形成される面の反対側の面の全体にｎ側電極１３を形成する。
【００４１】
次に、図６（ｂ）に示すように、基板２上に形成されたｎ側電極１３の一部にレーザ光を照射することで、照射した部分のｎ側電極１３を飛散させる。このときのレーザ光の出力としては、基板の深部まで傷つけることなくｎ側電極１３のみを飛散させる程度のものであることが望ましい。なお、本実施例では、隣接するリッジ部１０の略中間の位置に、リッジ部１０と略平行な方向である＜１−１００＞方向にレーザ光を照射した場合について示している。また、レーザ光を照射した部分のｎ側電極１３は飛散されて溝部が形成され、図６（ｂ）ではその溝部から下地となる基板２が表出しているが、基板２自体にはレーザ光の照射による溝部が形成されていないものとする。
【００４２】
このように、レーザ光を照射することによって、ｎ側電極１３の表面にｎ側電極１３の材料の一部を飛散させるとともに、ｎ側電極１３及び基板２に熱が加えられる。そのため、ｎ側電極１３の膜質が変化し、ウエハ１を劈開及び分割して得られるチップをマウントする際に用いるはんだが、ｎ側電極１３に浸透することを防ぐことができる。
【００４３】
したがって、このようにｎ側電極１３の一部にレーザ光を照射したウエハ１を劈開及び分割して得られるチップを用いて上述のように窒化物系半導体レーザ素子を作製し、連続発振させた場合、図７の通電時間と駆動電圧偏差との関係を示すグラフのように、通電時間に対して駆動電圧の上昇が抑制される。
【００４４】
特に、従来例と比較するとその効果が顕著である。従来例について示した図１２では２０時間通電すると駆動電圧が０．１程度大きくなってしまうが、本実施例では図７に示すように、２０時間通電しても駆動電圧は０．０１〜０．０２程度しか大きくならない。したがって、本実施例における作製方法を適用することによって、駆動電圧の上昇及び発熱量の上昇を抑制することが可能となり、窒化物系半導体レーザ素子の長寿命化を図ることができる。
【００４５】
また、このようにレーザ光を照射することによって、基板２の深部に到達するような深い溝が形成されてウエハ１が割れ易くなることを防ぐことが可能となり、ウエハ１を劈開及び分割する際にウエハ１が意図しない方向に割れることを防ぐことができる。
【００４６】
また、基板２がレーザ光によって深くまで傷つけられることがないため、基板２の材料が大量に飛散することを防ぐことができる。そのため、基板２の材料が大量に飛散してｎ側電極１３に付着することによってチップをマウントする際に生じる、はんだとｎ側電極１３との界面不良を防ぐことが可能となり、連続発振する際の通電時間に対する駆動電圧の上昇が抑制され、作製される窒化物系半導体レーザ素子の素子寿命を長いものとすることができる。
【００４７】
なお、ｎ側電極１３の一部を飛散させるために使用するレーザ装置として、Ｎｄ−ＹＡＧ（Ｎｅｏｄｙｍｉｕｍ ｄｏｐｅｄ Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ）レーザなどの固体レーザや、炭酸ガスレーザやＡｒＦエキシマレーザなどの気体レーザなど、どのようなレーザ装置を用いても構わない。また、レーザ光の照射を、大気雰囲気中で行なうこととしても構わない。ただし、これらのレーザ装置によって出力されるレーザ光は、基板を深く傷つけない程度に抑制されていることが望ましい。
【００４８】
また、本実施例では基板が表出する程度まで電極にレーザ光を照射することとしたが、電極の飛散量や与えられる熱が十分であれば、必ずしも基板を表出させる必要はない。そのため、電極を貫通しない程度の深さとなるようにレーザ光の出力を調整し、照射することとしても構わない。
【００４９】
また、ウエハ１にオリエンテーションフラット面などの目印となるものがあれば、その目印からの距離によってレーザ光を照射する位置を特定することとしても構わない。また、このような目印を予め基板に形成することとしても構わない。
【００５０】
＜第２実施例＞
次に、本発明におけるｎ側電極へのレーザ光の照射方法の第２実施例について図８を用いて説明する。図８は、第１実施例について示した図６（ｂ）に相当するものであり、図６（ｂ）について示した面と同じ側の面について示したウエハの平面図である。また、この図においても図６（ｂ）と同様に、リッジ部１０とパッド電極１２とを破線で示している。
【００５１】
本実施例におけるｎ側電極へのレーザ光の照射方法は第１実施例と同様のものであり、図６（ａ）に示すように、基板にｎ側電極１３を形成した後に、レーザ光を照射することによってｎ側電極１３の一部を飛散させるものである。そして、相違点はレーザ光の照射によって飛散させるｎ側電極１３の位置だけであるため、第１実施例と同様のものに関しては説明を省略する。
【００５２】
本実施例におけるｎ側電極１３へのレーザ光の照射方法では、基板にｎ側電極１３を形成した後、図８に示すようにリッジ部１０と略平行な方向にレーザ光を照射する。このとき、レーザ光を照射する方向やレーザ光の出力については第１実施例と同様の方向及び出力であるが、第２実施例では第１実施例よりもレーザ光を照射する位置同士の間隔が広くなっている。
【００５３】
具体的には、第１実施例では全てのリッジ部１０の間にレーザ光を照射することとしたが、本実施例では１つおきにレーザ光を照射することとする。そのため、レーザ光の照射部分が第１実施例の半分程度となる。
【００５４】
このようにレーザ光を照射することとしても、第１実施例と同様に、ｎ側電極１３の飛散及び照射による加熱を行なうことができ、図７のグラフに示したような特性を得ることができる。そのため、連続発振時の駆動電圧の上昇を抑制することが可能となり、窒化物系半導体レーザ素子の長寿命化を図ることができる。
【００５５】
また、基板２の深部に到達するような深い溝が形成されてウエハ１ａが割れ易くなることを防ぐことが可能となり、ウエハ１ａを劈開及び分割する際にウエハ１ａが意図しない方向に割れることを防ぐことができる。
【００５６】
また、基板２がレーザ光によって深くまで傷つけられることがないため、基板２の材料が大量に飛散することを防ぐことができる。そのため、基板２の材料が大量に飛散してｎ側電極１３に付着することによってチップをマウントする際に生じる、はんだとｎ側電極１３との界面不良を防ぐことが可能となる。
【００５７】
なお、第１実施例と同様に、レーザ光を照射するｎ側電極１３の位置を、ウエハ１ａの所定の目印からの距離によって特定することとしても構わなく、どのような種類のレーザ装置を使用することとしても構わない。また、レーザ光の照射を大気雰囲気中で行なうこととしても構わない。
【００５８】
＜第３実施例＞
次に、本発明におけるｎ側電極へのレーザ光の照射方法の第三実施例について図９（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。図９（ａ）〜（ｄ）は、第１実施例について示した図６（ｂ）及び第２実施例について示した図８に相当するものであり、図６（ｂ）及び図８で示した面と同じ側の面について示したウエハの平面図である。また、この図においても図６（ｂ）及び図８と同様に、リッジ部１０とパッド電極１２とを破線で示している。
【００５９】
本実施例におけるｎ側電極へのレーザ光の照射方法及び出力は、第１及び第２実施例と同様のものであり、図６（ａ）に示すように基板にｎ側電極１３を形成した後に、レーザ光を照射することによってｎ側電極１３の一部を飛散させたものである。そして、相違点はレーザ光の照射によって飛散させるｎ側電極１３の位置だけであるため、第１実施例及び第２実施例と同様のものに関しては説明を省略する。
【００６０】
また、第１実施例及び第２実施例では、リッジ部１０と略平行な方向である＜１−１００＞方向にレーザ光を照射することとしていたが、本実施例ではこの方向だけでなく、あわせてリッジ部１０と略垂直な＜１１−２０＞方向にもレーザ光を照射することとする。
【００６１】
例えば、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、＜１１−２０＞方向に沿ってレーザ光を照射する際に、全てのパッド電極１２の間にレーザ光を照射することとしても構わない。また、このとき図９（ａ）に示すように、＜１−１００＞方向に沿ってレーザ光を照射する際に、第１実施例と同様の間隔としても構わないし、図９（ｂ）に示すように、第２実施例と同様の間隔としても構わない。
【００６２】
また、図９（ｃ）、（ｄ）に示すように、＜１１−２０＞方向に沿ってレーザ光を照射する際の間隔を、図９（ａ）、（ｂ）に示すものより広くしても構わない。なお、図９（ｃ）、（ｄ）は、パッド電極１２の１つおきに＜１１−２０＞方向に沿ってレーザ光を照射したものである。また、図９（ｃ）は、＜１−１００＞方向に沿ってレーザ光を照射する間隔が、第２実施例と同様の間隔としている。また、図９（ｄ）は、＜１−１００＞方向に沿ってレーザ光を照射する間隔が、第１実施例と同様の間隔としている。
【００６３】
このようにレーザ光を照射することとしても、第１及び第２実施例と同様に、ｎ側電極１３の飛散及び照射による加熱を行なうことができ、図７のグラフに示したような特性を得ることができる。そのため、連続発振時の駆動電圧の上昇を抑制することが可能となり、窒化物系半導体レーザ素子の長寿命化を図ることができる。
【００６４】
また、基板２の深部に到達するような深い溝が形成されてウエハ１ｂ〜１ｅが割れ易くなることを防ぐことが可能となり、ウエハ１ｂ〜１ｅを劈開及び分割する際にウエハ１ｂ〜１ｅが意図しない方向に割れることを防ぐことができる。
【００６５】
また、基板２がレーザ光によって深くまで傷つけられることがないため、基板２の材料が大量に飛散することを防ぐことができる。そのため、基板２の材料が大量に飛散してｎ側電極１３に付着することによって、チップをマウントする際に生じるはんだとｎ側電極１３との界面不良を防ぐことが可能となる。
【００６６】
また、多くのｎ側電極１３の材料を飛散させ、熱を与えることが可能である。さらに、チップの周囲を囲むようにレーザ光が照射されるため、ｎ側電極１３の全面に渡って略均一にｎ側電極１３の材料を飛散させ、熱を与えることができる。
【００６７】
なお、第１及び第２実施例と同様に、レーザ光を照射するｎ側電極１３の位置を、ウエハ１ｂ〜１ｅの所定の目印からの距離によって特定することとしても構わなく、どのような種類のレーザ装置を使用することとしても構わない。また、レーザ光の照射を大気雰囲気中で行なうこととしても構わない。
【００６８】
また、第１〜第３実施例に示した全ての場合において、劈開及び分割するラインに沿った部分にレーザ光を照射することとしているため、ｎ側電極１３の飛散される部分はチップの端のわずかな部分となる。そのため、チップをマウントした際のｎ側電極が欠けることによる接触抵抗の増大はごく小さいものとなる。さらに、上述した例では基板２が表出する深さとなるまでレーザ光を照射することとしたが、ｎ側電極１３が一部残るような深さになるようにレーザ光を照射しても構わない。
【００６９】
＜その他の実施例＞
また、本発明は、図１０に示すように、転位が集中したストライプコア２ｂと、ストライプコア２ｂに転位を集中させることによって転位が低減された他の領域２ｃと、を備える窒化ガリウム基板２ａを用いることとしても構わなく、この基板を用いた場合の実施例について、以下に説明する。なお、ストライプコア２ｂは、＜１−１００＞方向に延びたストライプ状であり、＜１１−２０＞方向におよそ等間隔で整列している。
【００７０】
この基板２ａに上述したような積層構造を形成したウエハの一例について、図１１を用いて説明する。図１１は、図１（ｂ）に相当するものであり、ストライプコアを備えた基板を用いて作製されたウエハの断面図である。なお、積層構造やｎ側電極については図１（ｂ）に示したものと同様のものであるため、同じ符号を付してその詳細な説明について省略する。
【００７１】
このウエハ１ｆは、ストライプコア２ｂの直上を避けてリッジ部１０を形成しており、ストライプコア２ｂからリッジ部１０に転位が伝播しないように構成している。また、このウエハ１ｆを劈開したバーを分割してチップを作製する場合は、このストライプコア２ｂに沿って分割を行なう。また、この例ではストライプコア２ｂの間に２つのリッジ部１０を備える構成であるため、この２つのリッジ部１０の間、即ちストライプコア２ｂの中間部分も、バーからチップを得る際に分割する。
【００７２】
また、この図１１に示す例においては、ストライプコア２ｂ上に形成されるｎ側電極１３にレーザ光を照射してｎ側電極１３を飛散させることとしている。なお、このとき照射されるレーザ光の出力は、第１〜第３実施例と同様に、基板２ａを深く傷つけない程度の大きさであることが望ましく、図１１に示すようにｎ側電極１３のみを飛散することができる程度の大きさであればさらに望ましい。
【００７３】
また、第３実施例に示したように、ストライプコア２ｂと略垂直な方向、即ち＜１１−２０＞方向に沿ってレーザ光を照射しても構わなく、この場合には、図９（ｂ）や図９（ｃ）に示すウエハ１ｂ、１ｃのように、ｎ側電極１３が飛散される部分が形成される。
【００７４】
このようにレーザ光を照射することとしても、上述した第１〜第３実施例と同様に、ｎ側電極１３の飛散及び照射による加熱を行なうことができ、図７のグラフに示したような特性を得ることができる。そのため、連続発振時の駆動電圧の上昇を抑制することが可能となり、窒化物系半導体レーザ素子の長寿命化を図ることができる。
【００７５】
また、基板２ａのストライプコア２ｂ上の領域は、ｎ側電極１３との密着性が悪いため、ウエハ１ｆを劈開する際にストライプコア２ｂ上の領域に設けられたｎ側電極１３を起点として、電極が剥がれることがある。そのため、図１１に示すように、ストライプコア２ａ上のｎ側電極１３を予め飛散させておくことによって、電極剥がれの発生を抑制することができる。
【００７６】
また、基板２ａの深部に到達するような深い溝が形成されてウエハ１ｆが割れ易くなることを防ぐことが可能となり、ウエハ１ｆを劈開及び分割する際にウエハ１ｆが意図しない方向に割れることを防ぐことができる。
【００７７】
また、基板２ａがレーザ光によって深くまで傷つけられることがないため、基板２ａの材料が大量に飛散することを防ぐことができる。そのため、基板２ａの材料が大量に飛散してｎ側電極１３に付着することによって、チップをマウントする際に生じるはんだとｎ側電極１３との界面不良を防ぐことが可能となる。
【００７８】
なお、ストライプコア２ｂと他の領域２ｃとは、結晶性が異なっているため電子顕微鏡や光学顕微鏡によって視認することができる。また、ｎ側電極１３を形成した上からも視認することが可能であるため、レーザ光を照射する部分を、視認によって特定しても構わない。
【００７９】
また、上述した第１〜第３実施例と同様に、レーザ光を照射するｎ側電極１３の位置を、ウエハ１ｂ〜１ｅの所定の目印からの距離によって特定することとしても構わなく、どのような種類のレーザ装置を使用することとしても構わない。また、レーザ光の照射を大気雰囲気中で行なうこととしても構わない。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、窒化物系半導体レーザ素子の作製方法に関するものであり、特に、窒化物系半導体基板上に窒化物系半導体を積層することによって作製される半導体レーザ素子の作製方法に適用すると好適である。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】は、ウエハの一例を示す模式的な平面図及び断面図である。
【図２】は、ウエハの作製方法の一例を示す模式的な断面図である。
【図３】は、活性層について示した模式的な断面図である。
【図４】は、バー及びチップの一例を示した模式的な平面図である。
【図５】は、窒化物系半導体レーザ素子の一例を示す模式的な斜視図である。
【図６】は、第１実施例におけるｎ側電極へのレーザ光の照射方法を示すウエハの模式的な平面図である。
【図７】は、本発明による作製方法によって得られた窒化物系半導体レーザ素子の通電時間と駆動電圧偏差との関係を示すグラフである。
【図８】は、第２実施例におけるｎ側電極へのレーザ光の照射方法を示すウエハの模式的な平面図である。
【図９】は、第３実施例におけるｎ側電極へのレーザ光の照射方法を示すウエハの模式的な平面図である。
【図１０】は、その他の実施例における基板の模式的な平面図である。
【図１１】は、その他の実施例におけるウエハの模式的な断面図である。
【図１２】は、従来の窒化物系半導体レーザ素子の通電時間と駆動電圧偏差との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８２】
１ ウエハ
２、２ａ 基板
２ｂ ストライプコア
２ｃ 他の領域
３ ｎ型クラッド層
４ 活性層
４ａ 井戸層
４ｂ 障壁層
５ 光ガイド層
６ キャップ層
７ ｐ型クラッド層
８ コンタクト層
９ ｐ側オーミック電極
１０ リッジ部
１１ 電流ブロック層
１２ パッド電極
１３ ｎ側電極
１４ ＳｉＯ２層
１５ バー
１６ チップ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の第一主面上に複数の素子構造を形成するとともに、前記基板の前記第一主面と反対側の第二主面上を覆う電極を形成してウエハを得る第一工程と、
前記第一工程の後に、前記第一工程で形成した電極の一部にレーザ光を照射して前記電極の一部を飛散させる第二工程と、
前記第二工程の後に、前記ウエハを分断する第三工程と、
を備えることを特徴とする窒化物系半導体レーザ素子の作製方法。
【請求項２】
前記第二工程が、
前記電極の前記素子構造が形成された部分の直下となる部分を避けて、レーザ光を照射するものであることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系半導体レーザ素子の作製方法。
【請求項３】
前記第二工程が、
前記電極を飛散させることによって溝部を形成するものであり、当該溝部の深さが、前記電極の厚さと略等しいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の窒化物系半導体レーザ素子の作製方法。
【請求項４】
前記基板が、転位が局所的に集中した第一領域と、当該第二領域よりも転位密度の小さな第二領域と、を備えるとともに、
前記第一工程が、前記素子構造を前記基板の前記第一領域を避けて形成するものであり、
前記第二工程が、前記電極の前記第一領域上に形成された部分にレーザ光を照射するものであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の窒化物系半導体レーザ素子の作製方法。
【請求項１】
基板の第一主面上に複数の素子構造を形成するとともに、前記基板の前記第一主面と反対側の第二主面上を覆う電極を形成してウエハを得る第一工程と、
前記第一工程の後に、前記第一工程で形成した電極の一部にレーザ光を照射して前記電極の一部を飛散させる第二工程と、
前記第二工程の後に、前記ウエハを分断する第三工程と、
を備えることを特徴とする窒化物系半導体レーザ素子の作製方法。
【請求項２】
前記第二工程が、
前記電極の前記素子構造が形成された部分の直下となる部分を避けて、レーザ光を照射するものであることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系半導体レーザ素子の作製方法。
【請求項３】
前記第二工程が、
前記電極を飛散させることによって溝部を形成するものであり、当該溝部の深さが、前記電極の厚さと略等しいことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の窒化物系半導体レーザ素子の作製方法。
【請求項４】
前記基板が、転位が局所的に集中した第一領域と、当該第二領域よりも転位密度の小さな第二領域と、を備えるとともに、
前記第一工程が、前記素子構造を前記基板の前記第一領域を避けて形成するものであり、
前記第二工程が、前記電極の前記第一領域上に形成された部分にレーザ光を照射するものであることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の窒化物系半導体レーザ素子の作製方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００８−２９４３４４（Ｐ２００８−２９４３４４Ａ）
【公開日】平成２０年１２月４日（２００８．１２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１４０２９２（Ｐ２００７−１４０２９２）
【出願日】平成１９年５月２８日（２００７．５．２８）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【出願人】（０００２１４８９２）三洋電機コンシューマエレクトロニクス株式会社 (1,582)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１２月４日（２００８．１２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年５月２８日（２００７．５．２８）
【出願人】（０００００１８８９）三洋電機株式会社 (18,308)
【出願人】（０００２１４８９２）三洋電機コンシューマエレクトロニクス株式会社 (1,582)
【Ｆターム（参考）】
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