(57)【要約】【課題】低い窒化物半導体レーザ素子の抵抗を実現することができ、また、その適応するレーザ光の波長範囲が広い窒化物半導体レーザ素子を提供する。【解決手段】ｎ型窒化物半導体層と、ｎ型窒化物半導体層上に形成された窒化物半導体活性層と、窒化物半導体活性層上に形成された上部透明導電膜とを含み、窒化物半導体活性層は、インジウムを含む窒化物半導体井戸層と、窒化物半導体障壁層とを有し、上部透明導電膜の窒化物半導体活性層の設置側とは反対側の表面の少なくとも一部が気体または透明誘電体膜と接している窒化物半導体レーザ素子である。【選択図】図１
2010021271.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型窒化物半導体層と、
前記ｎ型窒化物半導体層上に形成された窒化物半導体活性層と、
前記窒化物半導体活性層上に形成された上部透明導電膜とを含み、
前記窒化物半導体活性層は、インジウムを含む窒化物半導体井戸層と、窒化物半導体障壁層とを有し、
前記上部透明導電膜の前記窒化物半導体活性層の設置側とは反対側の表面の少なくとも一部が気体または透明誘電体膜と接している、窒化物半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記窒化物半導体活性層の上方および下方の少なくとも一方に電流狭窄層が備えられており、前記窒化物半導体活性層から放出されるレーザ光の幅に対応する前記窒化物半導体活性層の領域の上方に位置する前記上部透明導電膜上に金属から構成されるｐ電極が存在していないことを特徴とする、請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記上部透明導電膜がｐ電極として機能することを特徴とする、請求項１または２に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記窒化物半導体活性層と前記上部透明導電膜との間にｐ型窒化物半導体コンタクト層を有し、
前記ｐ型窒化物半導体コンタクト層はｐ型ＧａＮまたはｐ型ＡｌＧａＮからなり、
前記ｐ型窒化物半導体コンタクト層の厚さは１μｍ以下であることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記ｎ型窒化物半導体層と前記窒化物半導体活性層との間に窒化物半導体下部光ガイド層を備えており、
前記窒化物半導体下部光ガイド層がインジウムを含む窒化物半導体からなり、
前記窒化物半導体下部光ガイド層のインジウム組成比が前記窒化物半導体井戸層のインジウム組成比よりも小さいことを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記窒化物半導体活性層と前記上部透明導電膜との間に窒化物半導体上部光ガイド層を備えており、
前記窒化物半導体上部光ガイド層がインジウムを含む窒化物半導体からなり、
前記窒化物半導体上部光ガイド層のインジウム組成比が前記窒化物半導体井戸層のインジウム組成比よりも小さいことを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記ｎ型窒化物半導体層の前記窒化物半導体活性層の設置側とは反対側に下部透明導電膜を備えており、
前記下部透明導電膜の前記ｎ型窒化物半導体層の設置側とは反対側の表面の少なくとも一部が気体または透明誘電体膜と接していることを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記窒化物半導体レーザ素子の共振器端面とは異なる表面の少なくとも一部に放熱性部材を備えたことを特徴とする、請求項１から７のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体レーザ素子に関し、特に、ＩＩＩ−Ｖ族系窒化物半導体（以下、単に「窒化物半導体」という。）を用いた窒化物半導体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体は、青紫色、青色または緑色の光を発光する窒化物半導体レーザ素子や窒化物半導体発光ダイオード素子等の窒化物半導体発光素子の材料として注目されており、近年、窒化物半導体を用いた青紫色、青色または緑色の光を発光する窒化物半導体発光素子の開発が活発に行なわれている。
【０００３】
青色や緑色の光を発光する窒化物半導体発光ダイオード素子は既に実用化されており、窒化物半導体レーザ素子についても光ディスクなどの光記録媒体の記録密度を向上させるために、発光波長が４００ｎｍ付近の青紫色の光を発光する窒化物半導体レーザ素子が実用化されている。
【０００４】
一方、発光波長４００ｎｍよりも長波長の純青色または緑色の光を発光する窒化物半導体レーザ素子は、ディスプレイ装置の光源、照明用途としての蛍光体励起光源、さらには医療用機器への応用に対する期待からその開発が進められている。
【０００５】
ここで、発光波長が４００ｎｍ付近の青紫色の光を発光する窒化物半導体レーザ素子は、ｎ型窒化物半導体クラッド層およびｐ型窒化物半導体クラッド層の他にＡｌを含む窒化物半導体（ＡｌＧａＮ等）から構成されている。
【０００６】
上述したように、青紫色の光を発光する窒化物半導体レーザ素子は既に実用化されているが、窒化物半導体クラッド層に転位のような結晶欠陥を発生させるＡｌを含む窒化物半導体（ＡｌＧａＮ等）を用いている点については潜在的な課題があると言える。
【０００７】
また、Ａｌを含む窒化物半導体（ＡｌＧａＮ等）においては、ｐ型不純物として用いるマグネシウム（Ｍｇ）のアクセプタイオン化エネルギーがＡｌの組成比に比例して増大するため、高い正孔濃度を実現することが困難となり、窒化物半導体レーザ素子の抵抗が高い原因の一つとされている。すなわち、依然として、窒化物半導体レーザ素子の抵抗を低減させる余地が残っていると言える。
【０００８】
一方、青色や緑色の光を発光する窒化物半導体レーザ素子については以下のような課題が存在する。すなわち、発光波長が４００ｎｍ付近では、窒化物半導体クラッド層の材料として用いられるＡｌを含む窒化物半導体（ＡｌＧａＮ等）とＧａＮとの間の屈折率が大きいが、発光波長が４００ｎｍより長波長の純青色の光（４３０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下の波長の光）あるいは緑色の光（４８０ｎｍよりも大きく５８０ｎｍ以下の波長の光）の領域では、この屈折率差が小さくなる。
【０００９】
すなわち、発光波長４００ｎｍ付近の窒化物半導体レーザ素子の構造において発光波長のみを長波長化したと仮定すると、窒化物半導体活性層への光の閉じ込めが不十分となるため、窒化物半導体レーザ素子の発光効率（窒化物半導体レーザ素子に注入された電子数に対して窒化物半導体レーザ素子の外部に取り出される光子数の割合）の低下が懸念される。
【００１０】
純青色等の長波長帯の光について、高性能な窒化物半導体レーザ素子を実現するためには、屈折率差の低減を考慮して窒化物半導体レーザ素子の構造を設計することが必要となる。たとえば、窒化物半導体活性層への光の閉じ込めの低下を抑制する方法としては、Ａｌを含む窒化物半導体（ＡｌＧａＮ等）により構成される窒化物半導体クラッド層のＡｌ組成比を増大させることでその屈折率差を増大させることができる。
【００１１】
しかしながら、ｐ型窒化物半導体クラッド層のＡｌ組成比を増大させた場合には、上述したとおりｐ型不純物として用いるマグネシウム（Ｍｇ）のアクセプタイオン化エネルギーがＡｌの組成に比例して増大するので、高い正孔濃度を実現することが困難となり、窒化物半導体レーザ素子の抵抗が増大して、駆動電圧が上昇するといった問題が危惧される。
【００１２】
たとえば、特開２０００−２３６１４２号公報においては、ｐ型窒化物半導体クラッド層にＡｌを用いないＧａＮ層により構成することによって結晶欠陥の少ない窒化物半導体レーザ素子を実現している。しかしながら、特開２０００−２３６１４２号公報に記載の窒化物半導体レーザ素子の構成では、純青色や緑色の光では、光の閉じ込めが不十分となり、窒化物半導体レーザ素子の発光効率の低下が避けられない。
【００１３】
また、特開２００４−２８９１５７号公報においては、ｐ型窒化物半導体クラッド層の代わりに、導波路層上に透明導電膜を設け、さらにはその透明導電膜上にｐ電極を設けた構成の窒化物半導体レーザ素子が開示されている。特開２００４−２８９１５７号公報に記載の窒化物半導体レーザ素子の構成では、光閉じ込め係数を維持するとともに、ｐ電極における著しい吸収損失を避けることができる。さらにはＡｌを含む窒化物半導体（ＡｌＧａＮ等）により構成されるｐ型窒化物半導体クラッド層の使用を避けることが可能であり、ｐ型窒化物半導体クラッド層の代わりに透明導電膜を設けていることによって窒化物半導体レーザ素子の抵抗を低減して、駆動電圧の上昇も抑えることが可能である。
【００１４】
しかしながら、実施例で示されている波長４２０ｎｍのレーザ光を放出させる場合には上記の効果が期待できても、たとえば４３０ｎｍ以上５８０ｎｍ以下といったさらなる長波長領域のレーザ光を放出させる場合には、特開２００４−２８９１５７号公報に開示されている構成では、透明導電膜上にｐ電極を設けることでは吸収損失の影響は避けられないため、窒化物半導体レーザ素子の構成としては不十分であった。
【００１５】
したがって、より広い波長範囲のレーザ光を放出する場合にも適用できるとともに、高抵抗の要因となるＡｌを含むｐ型窒化物半導体の使用量を可能な限り減らし、かつ光閉じ込めを十分に満足する窒化物半導体レーザ素子が求められていた。
【特許文献１】特開２０００−２３６１４２号公報
【特許文献２】特開２００４−２８９１５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、低い窒化物半導体レーザ素子の抵抗を実現することができ、また、その適応するレーザ光の波長範囲が広い窒化物半導体レーザ素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、ｎ型窒化物半導体層と、ｎ型窒化物半導体層上に形成された窒化物半導体活性層と、窒化物半導体活性層上に形成された上部透明導電膜とを含み、窒化物半導体活性層は、インジウムを含む窒化物半導体井戸層と、窒化物半導体障壁層とを有し、上部透明導電膜の窒化物半導体活性層の設置側とは反対側の表面の少なくとも一部が気体または透明誘電体膜と接している窒化物半導体レーザ素子である。
【００１８】
ここで、本発明の窒化物半導体レーザ素子においては、窒化物半導体活性層の上方および下方の少なくとも一方に電流狭窄構造が備えられており、窒化物半導体活性層から放出されるレーザ光の幅に対応する窒化物半導体活性層の領域の上方に位置する上部透明導電膜上に金属から構成されるｐ電極が存在していないことが好ましい。
【００１９】
また、本発明の窒化物半導体レーザ素子においては、上部透明導電膜がｐ電極として機能することが好ましい。
【００２０】
また、本発明の窒化物半導体レーザ素子は、窒化物半導体活性層と上部透明導電膜との間にｐ型窒化物半導体コンタクト層を有し、ｐ型窒化物半導体コンタクト層はｐ型ＧａＮまたはｐ型ＡｌＧａＮからなり、ｐ型窒化物半導体コンタクト層の厚さは１μｍ以下であることが好ましい。
【００２１】
また、本発明の窒化物半導体レーザ素子は、ｎ型窒化物半導体層と窒化物半導体活性層との間に窒化物半導体下部光ガイド層を備えており、窒化物半導体下部光ガイド層がインジウムを含む窒化物半導体からなり、窒化物半導体下部光ガイド層のインジウム組成比が窒化物半導体井戸層のインジウム組成比よりも小さいことが好ましい。
【００２２】
また、本発明の窒化物半導体レーザ素子は、窒化物半導体活性層と上部透明導電膜との間に窒化物半導体上部光ガイド層を備えており、窒化物半導体上部光ガイド層がインジウムを含む窒化物半導体からなり、窒化物半導体上部光ガイド層のインジウム組成比が窒化物半導体井戸層のインジウム組成比よりも小さいことが好ましい。
【００２３】
また、本発明の窒化物半導体レーザ素子は、ｎ型窒化物半導体層の窒化物半導体活性層の設置側とは反対側に下部透明導電膜を備えており、下部透明導電膜のｎ型窒化物半導体層の設置側とは反対側の表面の少なくとも一部が気体または透明誘電体膜と接していることが好ましい。
【００２４】
また、本発明の窒化物半導体レーザ素子は、窒化物半導体レーザ素子の共振器端面とは異なる表面の少なくとも一部に放熱性部材を備えていることが好ましい。
【００２５】
なお、本発明において、ｎ型窒化物半導体層としては、たとえば、ｎ型の導電型を有するＡｌx1Ｇａy1Ｉｎz1Ｎ（０≦ｘ１≦１、０≦ｙ１≦１、０≦ｚ１≦１、ｘ１＋ｙ１＋ｚ１≠０）の式で表わされる窒化物半導体結晶からなる層の単層または複数層を用いることができる。また、ｎ型窒化物半導体層が複数層から構成される場合には、その少なくとも１層が他の層と異なる組成の層であってもよい。
【００２６】
また、本発明において、窒化物半導体活性層としては、たとえば、Ａｌx2Ｇａy2Ｉｎz2Ｎ（０≦ｘ２≦１、０≦ｙ２≦１、０≦ｚ２≦１、ｘ２＋ｙ２＋ｚ２≠０）の式で表わされる窒化物半導体結晶からなる層の単層または複数層を用いることができる。なお、窒化物半導体活性層はアンドープであってもよく、ｎ型またはｐ型の導電型を有していてもよい。また、窒化物半導体活性層が複数層から構成される場合には、その少なくとも１層が他の層と異なる組成の層であってもよい。
【００２７】
また、本発明において、ｐ型窒化物半導体コンタクト層としては、たとえば、ｐ型の導電型を有するＡｌx3Ｇａy3Ｉｎz3Ｎ（０≦ｘ３≦１、０≦ｙ３≦１、０≦ｚ３≦１、ｘ３＋ｙ３＋ｚ３≠０）の式で表わされる窒化物半導体結晶からなる層の単層または複数層を用いることができるが、ｘ３＝ｚ３＝０のｐ型ＧａＮまたはｚ３＝０のｐ型ＡｌＧａＮを用いることが好ましい。また、ｐ型窒化物半導体コンタクト層が複数層から構成される場合には、その少なくとも１層が他の層と異なる組成の層であってもよい。
【００２８】
また、本発明において、ｐ電極は、ｐ型窒化物半導体コンタクト層に接触して電極として機能する透明導電膜であれば特に限定はされず、なかでも波長３９０ｎｍ以上５８０ｎｍ以下の光に対して吸収が小さくなる透明導電膜を用いることが好ましい。
【００２９】
また、本発明において、窒化物半導体下部光ガイド層としては、たとえば、Ａｌx4Ｇａy4Ｉｎz4Ｎ（０≦ｘ４≦１、０≦ｙ４≦１、０≦ｚ４≦１、ｘ４＋ｙ４＋ｚ４≠０）の式で表わされる窒化物半導体結晶からなる層の単層または複数層を用いることができる。また、窒化物半導体下部光ガイド層が複数層から構成される場合には、その少なくとも１層が他の層と異なる組成の層であってもよい。
【００３０】
また、本発明において、窒化物半導体上部光ガイド層としては、たとえば、Ａｌx5Ｇａy5Ｉｎz5Ｎ（０≦ｘ５≦１、０≦ｙ５≦１、０≦ｚ５≦１、ｘ５＋ｙ５＋ｚ５≠０）の式で表わされる窒化物半導体結晶からなる層の単層または複数層を用いることができる。また、窒化物半導体上部光ガイド層が複数層から構成される場合には、その少なくとも１層が他の層と異なる組成の層であってもよい。
【００３１】
また、本発明において、インジウム組成比とは、インジウムの原子数とアルミニウムの原子数とガリウムの原子数との総原子数に対するインジウムの原子数の比のことを意味する。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、低い窒化物半導体レーザ素子の抵抗を実現することができ、また、その適応するレーザ光の波長範囲が広い窒化物半導体レーザ素子を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
【００３４】
（実施の形態１）
図１に、本発明の窒化物半導体レーザ素子の一例の模式的な断面図を示す。ここで、窒化物半導体レーザ素子は、たとえばｎ型ＧａＮからなるｎ型半導体基板１００と、ｎ型半導体基板１００の一方の主面上に形成されたｎ型不純物がドープされたｎ型窒化物半導体層としてのｎ型クラッド層１０１と、ｎ型クラッド層１０１上に形成されたｎ側光ガイド層１０２と、ｎ側光ガイド層１０２上に形成された下部隣接層１０３と、下部隣接層１０３上に形成された窒化物半導体活性層１０４と、窒化物半導体活性層１０４上に形成された上部隣接層１０５と、上部隣接層１０５上に形成されたｐ側光ガイド層１０６と、ｐ側光ガイド層１０６上に形成されたｐ型ＡｌＧａＮ層１０７と、ｐ型ＡｌＧａＮ層１０７上に形成されたｐ型窒化物半導体コンタクト層１０８と、ｐ型窒化物半導体コンタクト層１０８上に形成された上部透明導電膜１０９とを有している。
【００３５】
ここで、ｐ型ＡｌＧａＮ層１０７としては、たとえば、ｐ型不純物がドープされたＡｌxＧａ1-xＮ（０．０５≦ｘ≦０．５）などを用いることが好ましいが、ｐ型ＡｌＧａＮ層１０７については形成しなくてもよい。
【００３６】
また、ｐ型窒化物半導体コンタクト層１０８としては、たとえばｐ型ＧａＮまたはｐ型ＡｌＧａＮを用いることが好ましいが、ｐ型ＩｎＧａＮやｐ型ＡｌＩｎＧａＮなどを用いることもできる。
【００３７】
また、上部透明導電膜１０９の窒化物半導体活性層１０４の設置側とは反対側の表面の少なくとも一部が空気などの気体または透明誘電体膜と接している。したがって、本発明の窒化物半導体レーザ素子の一例としては、たとえば、上部透明導電膜１０９の窒化物半導体活性層１０４の設置側と反対側の表面の少なくとも一部が外部に露出して、上部透明導電膜１０９の表面の少なくとも一部が空気などの気体と接する構成を挙げることができる。なお、気体としては、たとえば、本発明の窒化物半導体レーザ素子をキャンパッケージした場合に封止される気体などが挙げられる。
【００３８】
ここで、上部透明導電膜１０９としては、たとえば、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化錫（ＳｎＯ）、ＣｕＡｌＯ2またはＳｒＣｕ2Ｏ2などの酸化物膜を用いることができる。
【００３９】
また、上部透明導電膜１０９の厚さは０．０５μｍ以上０．５μｍ以下であることが好ましく、０．０５μｍ以上０．２μｍ以下であることがより好ましい。上部透明導電膜１０９の厚さが０．０５μｍ以上０．５μｍ以下である場合、特に０．０５μｍ以上０．２μｍ以下である場合には、上部透明導電膜１０９によるレーザ光の吸収量を低減することができるため、発光効率をさらに向上することができる窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【００４０】
図２に、図１に示す窒化物半導体活性層１０４の近傍の模式的な拡大断面図を示す。この例においては、窒化物半導体活性層１０４は、たとえば３９０ｎｍ以上５８０ｎｍ以下の波長のレーザ光を発振する構成とすることができる。
【００４１】
ここで、窒化物半導体井戸層１３１としては、たとえばインジウムを含む窒化物半導体であるアンドープのＩｎＧａＮまたはアンドープのＩｎＡｌＧａＮを用いることができる。また、窒化物半導体障壁層１３２としては、たとえばアンドープのＩｎＧａＮ、アンドープのＩｎＡｌＧａＮ、アンドープのＡｌＧａＮまたはアンドープのＧａＮを用いることができる。窒化物半導体障壁層１３２としては、１層のみの構成に限られず、２層以上の構成となっていてもよい。
【００４２】
この例においては、窒化物半導体活性層１０４は、窒化物半導体井戸層１３１を複数含む多重量子井戸構造を採用しているが、窒化物半導体井戸層１３１を１層のみ含む単一量子井戸構造を採用していてもよい。
【００４３】
また、ｎ型半導体基板１００としては、その表面上に結晶成長させる窒化物半導体層に対する格子不整合を抑制する観点から、ｎ型ＧａＮ基板を用いることが最も好ましいが、これに代えて、たとえばｎ型ＡｌＧａＮ基板などを用いてもよい。また、ｎ型半導体基板１００としてｎ型ＧａＮ基板またはｎ型ＡｌＧａＮ基板を用いる場合には、上記の窒化物半導体層を成長させる表面として、Ｃ面、Ｍ面、Ａ面または｛１１−２２｝面などの非極性面を用いることもできる。
【００４４】
なお、図１に示す窒化物半導体レーザ素子は、たとえば有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）などの公知の結晶成長法などを用いて作製することができる。
【００４５】
図３（ａ）に特開２００４−２８９１５７号公報に記載の窒化物半導体レーザ素子の共振器長方向に沿った模式的な断面を示し、図３（ｂ）に図１に示す本発明の窒化物半導体レーザ素子の共振器長方向に沿った模式的な断面を示す。
【００４６】
ここで、図３（ａ）に示すように、特開２００４−２８９１５７号公報に記載の窒化物半導体レーザ素子は、上部透明導電膜１０９をクラッド層として、その表面上に金属電極１１１を備えているため、たとえば図４（ａ）に示すように、窒化物半導体活性層１０４から放出されるレーザ光が上方に染み出した場合には、その少なくとも一部が金属電極１１１によって吸収される。したがって、従来の窒化物半導体レーザ素子においては、外部に取り出すことができるレーザ光の量が低減して十分な発光効率を得ることができない。この問題は、窒化物半導体活性層とクラッド層との屈折率差が小さくなる長波長領域のレーザ光を放出させる場合に問題となる。
【００４７】
一方、図３（ｂ）に示すように、本発明の窒化物半導体レーザ素子においては、上部透明導電膜１０９の上方に金属電極が設けられておらず、上部透明導電膜１０９の表面が外部に露出しており、上部透明導電膜１０９の表面がたとえば空気１１２と接する構成とすることができる。したがって、たとえば図４（ｂ）に示すように、窒化物半導体活性層１０４のレーザ光が上方に染み出した場合でも従来のようにレーザ光が金属電極に吸収されず、レーザ光を窒化物半導体レーザ素子の外部に取り出すことが可能となるため、広い波長範囲のレーザ光を放出させる場合に適用することが可能になる。また、特開２００４−２８９１５７号公報に記載の窒化物半導体レーザ素子のように金属電極１１１によるレーザ光の吸収損失がないために発光効率の向上が可能となる。
【００４８】
また、特開２００４−２８９１５７号公報に記載の窒化物半導体レーザ素子においては、染み出したレーザ光が金属電極１１１で吸収されるのを抑えるために、上部透明導電膜１０９を厚く形成して光閉じ込め係数を増加させる必要があった。
【００４９】
一方、本発明の窒化物半導体レーザ素子においては、染み出したレーザ光が金属電極で吸収されることを考慮する必要がなく、上部透明導電膜１０９をｐ電極として機能できる範囲で極限まで薄くすることができるため、空気１１２の屈折率のような低い屈折率を最大限に利用する（すなわち、空気１１２と窒化物半導体活性層１０４との間の屈折率差を大きくして光の閉じ込め効果を大きくする）ことが可能である。したがって、本発明の窒化物半導体レーザ素子においては、従来の窒化物半導体レーザ素子と比べて光閉じ込め係数を増加させることができるため、この観点からも発光効率を向上させることが可能となる。
【００５０】
ここで、上記においては、上部透明導電膜１０９の表面の少なくとも一部が空気１１２と接する場合について主に説明したが、空気１１２の代わりに空気以外の気体または透明誘電体膜と接する場合も同様である。
【００５１】
ここで、空気以外の気体としては、たとえば、窒素と酸素との混合ガス（ドライエア）、窒素、アルゴンなどの不活性ガスまたはこれらの混合ガスなどを用いることができる。
【００５２】
また、透明誘電体膜としては、たとえば、酸化ケイ素、酸化チタンまたは酸化ジルコニウムなどの酸化物、または窒化ケイ素、窒化アルミニウムなどの窒化物などを用いることができる。
【００５３】
また、図１に示す窒化物半導体レーザ素子の上部透明導電膜１０９はｐ電極として機能させることが好ましい。上部透明導電膜１０９をｐ電極として機能させた場合には、上部透明導電膜１０９を効率的に利用することができるため、光閉じ込めの向上の効果を期待することができる。
【００５４】
また、図１に示す窒化物半導体レーザ素子のｐ型窒化物半導体コンタクト層１０８の厚さは１μｍ以下であることが好ましく、０．５μｍ以下であることがより好ましい。ｐ型窒化物半導体コンタクト層１０８の厚さが１μｍ以下である場合に、特に０．５μｍ以下である場合には光の電界分布を窒化物半導体活性層１０４に効率的に集め、また駆動電圧の上昇を抑えることができる傾向にあるため、駆動電圧が低く、発光効率の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる傾向にある。
【００５５】
また、ｐ型窒化物半導体コンタクト層１０８は、より優れた結晶品質や導電性を得る観点から、窒化物半導体活性層１０４の成長温度よりも高い成長温度で形成されるのが一般的である。この場合、窒化物半導体レーザ素子から放出されるレーザ光の波長がたとえば純青色や緑色領域といった長波長領域にある場合、窒化物半導体活性層１０４は大きな歪みを有するため、窒化物半導体活性層１０４には高温成長による熱ダメージが懸念される。したがって、ｐ型窒化物半導体コンタクト層１０８の厚さが薄いほど成長時間が短く、窒化物半導体活性層１０４への熱ダメージの影響を低減することが可能となる傾向にある。
【００５６】
また、図１に示す窒化物半導体レーザ素子においては、窒化物半導体下部光ガイド層としてのｎ側光ガイド層１０２はたとえばＧａＮやＡｌＧａＮにより構成されていてもよいが、なかでもｎ側光ガイド層１０２はインジウムを含む窒化物半導体からなり、窒化物半導体下部光ガイド層としてのｎ側光ガイド層１０２のインジウム組成比が窒化物半導体井戸層１３１のインジウム組成比よりも小さいことが好ましい。この場合、光の電界分布を窒化物半導体活性層１０４に効率的に集めることができるため、発光効率の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる傾向にある。
【００５７】
また、図１に示す窒化物半導体レーザ素子においては、窒化物半導体上部光ガイド層としてのｐ側光ガイド層１０６はたとえばＧａＮやＡｌＧａＮにより構成されていてもよいが、なかでもｐ側光ガイド層１０６はインジウムを含む窒化物半導体からなり、窒化物半導体上部光ガイド層としてのｐ側光ガイド層１０６のインジウム組成比が窒化物半導体井戸層１３１のインジウム組成比よりも小さいことが好ましい。この場合にも、光の電界分布を窒化物半導体活性層１０４に効率的に集めることができるため、発光効率の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる傾向にある。
【００５８】
なお、ｎ側光ガイド層１０２およびｐ側光ガイド層１０６はそれぞれ、Ｉｎを含む窒化物半導体層とＩｎを含まない窒化物半導体層との超格子構造であってもよい。
【００５９】
（実施の形態２）
図５（ａ）および図５（ｂ）にそれぞれ、本発明の窒化物半導体レーザ素子の他の好ましい一例の模式的な断面図を示す。ここで、図５（ａ）および図５（ｂ）に示す窒化物半導体レーザ素子はそれぞれ、窒化物半導体活性層１０４の上方または下方に電流狭窄層１１３を備えているとともに、上部透明導電膜１０９の表面上にｐ電極としての金属電極１１１を備えており、この金属電極１１１が窒化物半導体活性層１０４から放出されるレーザ光１２１の幅に対応する窒化物半導体活性層１０４の領域Ｒの上方に配置されていないことを特徴としている。なお、領域Ｒの幅は、電流狭窄層１１３の間の幅とほぼ同等とすることができる。また、電流狭窄層１１３は、窒化物半導体活性層１０４の上方および下方の両方に形成することもできる。
【００６０】
このような構成とすることによっても、窒化物半導体活性層１０４の上方に染み出したレーザ光の金属電極１１１による吸収を抑えることができるため、窒化物半導体レーザ素子の発光効率を向上させることができる傾向にある。
【００６１】
上記以外の説明は、実施の形態１と同様である。
（実施の形態３）
図６に、本発明の窒化物半導体レーザ素子の他の一例の模式的な断面図を示す。ここで、図６に示す窒化物半導体レーザ素子においては、ｐ型ＡｌＧａＮ層１０７の一部およびｐ型窒化物半導体コンタクト層１０８の一部をそれぞれ除去することによってリッジストライプ部を形成し、リッジストライプ部の周辺をたとえばＳｉＯ2などの絶縁層４０１で埋め込んだ上で、そのリッジストライプ部の上面を構成するｐ型窒化物半導体コンタクト層１０８および絶縁層４０１上に上部透明導電膜１０９を設けた構成とされていることに特徴がある。ここでは、ｐ型ＡｌＧａＮ層１０７の一部までを除去した例を示したが、上部透明導電膜１０９まで、ｐ型窒化物半導体コンタクト層１０８の途中まで、またはｐ型窒化物半導体コンタクト層１０８までといったように、除去部分の深さを特に限定するものではない。
【００６２】
このような構成の窒化物半導体レーザ素子は、たとえばエッチングプロセスなどによりｐ型ＡｌＧａＮ層１０７の一部およびｐ型窒化物半導体コンタクト層１０８の一部をそれぞれ除去することによってリッジストライプ部を形成した後に、そのリッジストライプ部の周辺を絶縁層４０１で埋め込み、その上部に上部透明導電膜１０９を形成することによって作製することができる。
【００６３】
図７に、図６に示す窒化物半導体レーザ素子の窒化物半導体半導体活性層１０４近傍の模式的な拡大断面図を示す。この例において、窒化物半導体活性層１０４は、インジウムを含む窒化物半導体井戸層１３１を３層有するとともに、窒化物半導体障壁層１３２を２層有している。また、窒化物半導体井戸層１３１と窒化物半導体障壁層１３２とはそれぞれ交互に積層されている。
【００６４】
上記以外の説明は、実施の形態１および実施の形態２と同様である。
（実施の形態４）
図８に、本発明の窒化物半導体レーザ素子の他の一例の模式的な断面図を示す。ここで、窒化物半導体レーザ素子は、たとえば内部に空洞２１０が設けられたｎ型ＧａＮからなるｎ型半導体基板２００と、ｎ型半導体基板２００の一方の主面上に形成されたｎ型不純物がドープされたｎ型窒化物半導体層としてのｎ型クラッド層２０１と、ｎ型クラッド層２０１上に形成されたｎ側光ガイド層２０２と、ｎ側光ガイド層２０２上に形成された下部隣接層２０３と、下部隣接層２０３上に形成された窒化物半導体活性層２０４と、窒化物半導体活性層２０４上に形成された上部隣接層２０５と、上部隣接層２０５上に形成されたｐ側光ガイド層２０６と、ｐ側光ガイド層２０６上に形成されたたとえばｐ型ＡｌxＧａ1-xＮ（０．０５≦ｘ≦０．５）からなるｐ型ＡｌＧａＮ層２０７と、ｐ型ＡｌＧａＮ層２０７上に形成されたｐ型ＧａＮまたはｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型窒化物半導体コンタクト層２０８と、ｐ型窒化物半導体コンタクト層２０８上に形成された上部透明導電膜２０９とを有している。
【００６５】
また、上部透明導電膜２０９の窒化物半導体活性層２０４の設置側とは反対側の表面の少なくとも一部が空気などの気体または透明誘電体膜と接している。したがって、本発明の窒化物半導体レーザ素子の一例としては、たとえば、上部透明導電膜２０９の窒化物半導体活性層２０４の設置側と反対側の表面の少なくとも一部が外部に露出して、上部透明導電膜２０９の表面の少なくとも一部が空気などの気体と接する構成を挙げることができる。なお、気体としては、たとえば、本発明の窒化物半導体レーザ素子をキャンパッケージした場合に封止される気体などが挙げられる。
【００６６】
ここで、上部透明導電膜２０９としては、たとえば、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化錫（ＳｎＯ）、ＣｕＡｌＯ2またはＳｒＣｕ2Ｏ2などの酸化物膜を用いることができる。
【００６７】
また、上部透明導電膜２０９の厚さは０．０５μｍ以上０．５μｍ以下であることが好ましく、０．０５μｍ以上０．２μｍ以下であることがより好ましい。上部透明導電膜２０９の厚さが０．０５μｍ以上０．５μｍ以下である場合、特に０．０５μｍ以上０．２μｍ以下である場合には、上部透明導電膜２０９によるレーザ光の吸収量を低減することができるため、発光効率をさらに向上することができる窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【００６８】
また、窒化物半導体活性層２０４は、たとえば３９０ｎｍ以上５８０ｎｍ以下の波長の光を発振する構成とすることができ、１層以上の窒化物半導体井戸層および窒化物半導体障壁層を有する構成とすることができる。ここで、窒化物半導体井戸層としては、たとえばインジウムを含む窒化物半導体であるアンドープのＩｎＧａＮまたはアンドープのＩｎＡｌＧａＮを用いることができる。また、窒化物半導体障壁層としては、たとえばアンドープのＩｎＧａＮ、アンドープのＩｎＡｌＧａＮ、アンドープのＡｌＧａＮまたはアンドープのＧａＮを用いることができる。
【００６９】
また、ｎ型半導体基板２００としては、その表面上に結晶成長させる窒化物半導体層に対する格子不整合を抑制する観点から、ｎ型ＧａＮ基板を用いることが最も好ましいが、これに代えて、たとえばｎ型ＡｌＧａＮ基板などを用いてもよい。また、ｎ型半導体基板２００としてｎ型ＧａＮ基板またはｎ型ＡｌＧａＮ基板を用いる場合には、上記の窒化物半導体層を成長させる表面として、Ｃ面、Ｍ面、Ａ面または｛１１−２２｝面などの非極性面を用いることもできる。
【００７０】
なお、図８に示す窒化物半導体レーザ素子は、たとえば有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）などの公知の結晶成長法などを用いて作製することができる。
【００７１】
また、ｎ型半導体基板２００の内部の空洞２１０は、たとえば特開２０００−１０６４５５号公報に記載のようにｎ型半導体基板２００の表面に溝を形成した後にｎ型窒化物半導体をラテラル成長させることによって形成することができる。
【００７２】
図８に示す構成の窒化物半導体レーザ素子においても、上部透明導電膜２０９の上方に金属電極が設けられておらず、上部透明導電膜２０９の表面が外部に露出しており、上部透明導電膜２０９の表面が空気と接する構成とすることができる。したがって、窒化物半導体活性層２０４のレーザ光が上方に染み出した場合でも従来のようにレーザ光が金属電極に吸収されず、レーザ光を窒化物半導体レーザ素子の外部に取り出すことが可能となるため、さらなる発光効率の向上が可能となる。
【００７３】
ここで、上記においては、上部透明導電膜２０９の表面の少なくとも一部が空気と接する場合について主に説明したが、空気の代わりに空気以外の気体または透明誘電体膜と接する場合も同様である。
【００７４】
このように、図８に示す構成の窒化物半導体レーザ素子においても、染み出したレーザ光が金属電極で吸収されることを考慮する必要がなく、上部透明導電膜２０９をｐ電極として機能できる範囲で極限まで薄くすることができるため、空気などの気体または透明誘電体膜の屈折率のように上部透明導電膜２０９よりも低い屈折率を最大限に利用する（すなわち、窒化物半導体活性層２０４との間の屈折率差を大きくして光の閉じ込め効果を大きくする）ことが可能である。したがって、図８に示す構成の窒化物半導体レーザ素子においても、従来の窒化物半導体レーザ素子と比べて光閉じ込め係数を増加させることができるため、この観点からも発光効率を向上させることが可能となる。
【００７５】
ここで、空気以外の気体としては、たとえば、窒素と酸素との混合ガス（ドライエア）、窒素、アルゴンなどの不活性ガスまたはこれらの混合ガスなどを用いることができる。
【００７６】
また、透明誘電体膜としては、たとえば、酸化ケイ素、酸化チタンまたは酸化ジルコニウムなどの酸化物、または窒化ケイ素、窒化アルミニウムなどの窒化物などを用いることができる。
【００７７】
さらに、図８に示す構成の窒化物半導体レーザ素子においては、ｎ型半導体基板２００の内部に空洞２１０が設けられているため、クラッド層の組成や厚さを調整することによって、ｐ側だけにとどまらず、ｎ側からも低屈折率材質により、光の閉じ込め効果を期待することが可能となる。
【００７８】
また、図８に示す窒化物半導体レーザ素子の上部透明導電膜２０９はｐ電極として機能させることが好ましい。上部透明導電膜２０９をｐ電極として機能させた場合には、上部透明導電膜２０９を効率的に利用することができるため、光閉じ込めの向上の効果を期待することができる。
【００７９】
また、図８に示す窒化物半導体レーザ素子のｐ型窒化物半導体コンタクト層２０８の厚さは１μｍ以下であることが好ましく、０．５μｍ以下であることがより好ましい。ｐ型窒化物半導体コンタクト層２０８の厚さが１μｍ以下である場合に、特に０．５μｍ以下である場合には光の電界分布を窒化物半導体活性層２０４に効率的に集め、また駆動電圧の上昇を抑えることができる傾向にあるため、駆動電圧が低く、発光効率の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる傾向にある。
【００８０】
また、ｐ型窒化物半導体コンタクト層２０８は、より優れた結晶品質や導電性を得る観点から、窒化物半導体活性層２０４の成長温度よりも高い成長温度で形成されるのが一般的である。この場合、窒化物半導体レーザ素子から放出されるレーザ光の波長がたとえば純青色や緑色領域といった長波長領域にある場合、窒化物半導体活性層２０４は大きな歪みを有するため、窒化物半導体活性層２０４には高温成長による熱ダメージが懸念される。したがって、ｐ型窒化物半導体コンタクト層２０８の厚さが薄いほど成長時間が短く、窒化物半導体活性層２０４への熱ダメージの影響を低減することが可能となる傾向にある。
【００８１】
また、図８に示す窒化物半導体レーザ素子においては、窒化物半導体下部光ガイド層としてのｎ側光ガイド層２０２はたとえばＧａＮやＡｌＧａＮにより構成されていてもよいが、なかでもｎ側光ガイド層２０２はインジウムを含む窒化物半導体からなり、窒化物半導体下部光ガイド層としてのｎ側光ガイド層２０２のインジウム組成比が窒化物半導体井戸層のインジウム組成比よりも小さいことが好ましい。この場合には、光の電界分布を窒化物半導体活性層２０４に効率的に集めることができるため、発光効率の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる傾向にある。
【００８２】
また、図８に示す窒化物半導体レーザ素子においては、窒化物半導体上部光ガイド層としてのｐ側光ガイド層２０６はたとえばＧａＮやＡｌＧａＮにより構成されていてもよいが、なかでもｐ側光ガイド層２０６はインジウムを含む窒化物半導体からなり、窒化物半導体上部光ガイド層としてのｐ側光ガイド層２０６のインジウム組成比が窒化物半導体井戸層のインジウム組成比よりも小さいことが好ましい。この場合にも、光の電界分布を窒化物半導体活性層２０４に効率的に集めることができるため、発光効率の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる傾向にある。
【００８３】
なお、ｎ側光ガイド層２０２およびｐ側光ガイド層２０６はそれぞれ、Ｉｎを含む窒化物半導体層とＩｎを含まない窒化物半導体層との超格子構造であってもよい。
【００８４】
（実施の形態５）
図９に、本発明の窒化物半導体レーザ素子の他の一例の模式的な断面図を示す。ここで、図９に示す窒化物半導体レーザ素子においては、ｐ型ＡｌＧａＮ層２０７の一部およびｐ型窒化物半導体コンタクト層２０８の一部をそれぞれ除去することによってリッジストライプ部を形成し、リッジストライプ部の周辺をたとえばＳｉＯ2などの絶縁層４０１で埋め込んだ上で、そのリッジストライプ部の上面を構成するｐ型窒化物半導体コンタクト層２０８および絶縁層４０１上に上部透明導電膜２０９を設けた構成とされていることに特徴がある。ここでは、ｐ型ＡｌＧａＮ層２０７の一部までを除去した例を示したが、上部透明導電膜２０９まで、ｐ型窒化物半導体コンタクト層２０８の途中まで、またはｐ型窒化物半導体コンタクト層２０８までといったように、除去部分の深さを特に限定するものではない。
【００８５】
また、図９に示す窒化物半導体レーザ素子には、ｎ型半導体基板２００の裏面にｎ電極２１２が設けられている。なお、ｎ電極２１２としては、たとえば従来から公知の金属を用いることができる。
【００８６】
このような構成の窒化物半導体レーザ素子は、たとえばエッチングプロセスなどによりｐ型ＡｌＧａＮ層２０７の一部およびｐ型窒化物半導体コンタクト層２０８の一部をそれぞれ除去することによってリッジストライプ部を形成した後に、そのリッジストライプ部の周辺を絶縁層４０１で埋め込み、その上部に上部透明導電膜２０９を形成することによって作製することができる。
【００８７】
上記以外の説明は、実施の形態４と同様である。
（実施の形態６）
図１０に、本発明の窒化物半導体レーザ素子の他の一例の模式的な断面図を示す。ここで、図１０に示す窒化物半導体レーザ素子においては、ｐ型ＡｌＧａＮ層２０７の一部およびｐ型窒化物半導体コンタクト層２０８の一部をそれぞれ除去することによって第一リッジストライプ部を形成する。さらに、窒化物半導体活性層２０４よりも下方の下部隣接層２０３の表面の一部が露出するまで除去することによって第二リッジストライプ部を形成する。第一リッジストライプ部および第二リッジストライプ部の側壁および表面をたとえば窒化アルミニウムなどの放熱性の良い絶縁層５０１で覆うとともに、第一リッジストライプ部の上面には上部透明導電膜２０９を設けた構成とされており、さらに窒化物半導体活性層２０４の近傍には、たとえば銅などの放熱性の良い放熱部材５０２を絶縁層５０１に隣接するようにして設けていることを特徴としている。
【００８８】
ここでは、ｐ型ＡｌＧａＮ層２０７の一部までと、下部隣接層２０３の一部までを除去した例を示したが、除去部分の深さを特に限定するものではない。窒化物半導体活性層２０４の近傍に、放熱性の良い材質を置く構成にすることが重要である。また、従来から行なわれているｎ側に放熱性の良い材質を装荷する手法を用いれば、より効果的である。
【００８９】
本発明においては、第二リッジストライプ部の幅Ｗ2は、第一リッジストライプ部の幅Ｗ1よりも大きい幅であって、特に１００μｍ以下とすることが好ましく、５０μｍ以下とすることがより好ましい。
【００９０】
このような構成の窒化物半導体レーザ素子は、たとえばエッチングプロセスなどによりｐ型ＡｌＧａＮ層２０７の一部およびｐ型窒化物半導体コンタクト層２０８の一部をそれぞれ除去することによって第一リッジストライプ部を形成した後に、さらに、下部隣接層２０３などの窒化物半導体活性層２０４よりも下の層まで除去し、第二リッジストライプ部を形成する。第一リッジストライプ部の側壁ならびに第二リッジストライプ部の側壁および表面には、たとえば、窒化アルミニウムなどの放熱性の良い絶縁層５０１をたとえばスパッタ法などにより形成し、第一リッジストライプ部の上面に上部透明導電膜２０９を形成する。さらに、窒化物半導体活性層２０４の近傍の絶縁層５０１上には、たとえば、銅などの放熱性に優れた放熱部材５０２をたとえば蒸着法やスパッタ法などにより形成することによって作製することができる。
【００９１】
このような構成とすることによって、窒化物半導体レーザ素子に生じた熱を放熱部材５０２から外部に実施の形態５と比べてより多く放出することができるため、熱による窒化物半導体レーザ素子の劣化をさらに抑止することができる傾向が大きくなる。
【００９２】
上記以外の説明は、実施の形態４および実施の形態５と同様である。
（実施の形態７）
図１１に、本発明の窒化物半導体レーザ素子の他の一例の模式的な断面図を示す。ここで、窒化物半導体レーザ素子は、たとえばｎ型ＧａＮからなるｎ型半導体基板３００と、ｎ型半導体基板３００の一方の主面に接して設けられたたとえばＧａＮまたはＡｌを含む窒化物から形成されｎ型不純物がドープされたｎ型窒化物半導体層としてのｎ型クラッド層３０１と、ｎ型クラッド層３０１上に形成されたｎ側光ガイド層３０２と、ｎ側光ガイド層３０２上に形成された下部隣接層３０３と、下部隣接層３０３上に形成された窒化物半導体活性層３０４と、窒化物半導体活性層３０４上に形成された上部隣接層３０５と、上部隣接層３０５上に形成されたｐ側光ガイド層３０６と、ｐ側光ガイド層３０６上に形成されたたとえばｐ型ＡｌxＧａ1-xＮ（０．０５≦ｘ≦０．５）からなるｐ型ＡｌＧａＮ層３０７と、ｐ型ＡｌＧａＮ層３０７上に形成されたｐ型ＧａＮまたはｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型窒化物半導体コンタクト層３０８と、ｐ型窒化物半導体コンタクト層３０８上に形成された上部透明導電膜３０９とを有している。
【００９３】
また、図１１に示す窒化物半導体レーザ素子においては、ｎ型半導体基板３００の一部が除去されて露出したｎ型クラッド層３０１の裏面上およびｎ型半導体基板３００上に下部透明導電膜３１２を形成した構成となっている。
【００９４】
ここで、ｎ型半導体基板３００はたとえば研磨などにより薄型化された後にドライエッチングなどにより除去することができる。なお、この例においては、ｎ型クラッド層３０１の裏面上に下部透明導電膜３１２が形成されているが、ｎ側光ガイド層３０２の裏面上に下部透明導電膜３１２が形成されていてもよい。
【００９５】
また、上部透明導電膜３０９の窒化物半導体活性層３０４の設置側とは反対側の表面の少なくとも一部および下部透明導電膜３１２のｎ型クラッド層３０１の設置側と反対側の表面の少なくとも一部が空気などの気体または透明誘電体膜と接している。
【００９６】
ここで、上部透明導電膜３０９および下部透明導電膜３１２としては、たとえば、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化錫（ＳｎＯ）、ＣｕＡｌＯ2またはＳｒＣｕ2Ｏ2などの酸化物膜を用いることができる。
【００９７】
ここで、上部透明導電膜３０９の厚さは０．０５μｍ以上０．５μｍ以下であることが好ましく、０．０５μｍ以上０．２μｍ以下であることがより好ましい。上部透明導電膜３０９の厚さが０．０５μｍ以上０．５μｍ以下である場合、特に０．０５μｍ以上０．２μｍ以下である場合には、上部透明導電膜３０９によるレーザ光の吸収量を低減することができるため、発光効率をさらに向上することができる窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【００９８】
また、窒化物半導体活性層３０４は、たとえば３９０ｎｍ以上５８０ｎｍ以下の波長の光を発振する構成とすることができ、１層以上の窒化物半導体井戸層および窒化物半導体障壁層を有する構成とすることができる。ここで、窒化物半導体井戸層としては、たとえばインジウムを含む窒化物半導体であるアンドープのＩｎＧａＮまたはアンドープのＩｎＡｌＧａＮを用いることができる。また、窒化物半導体障壁層としては、たとえばアンドープのＩｎＧａＮ、アンドープのＩｎＡｌＧａＮ、アンドープのＡｌＧａＮまたはアンドープのＧａＮを用いることができる。
【００９９】
また、ｎ型半導体基板３００としては、その表面上に結晶成長させる窒化物半導体層に対する格子不整合を抑制する観点から、ｎ型ＧａＮ基板を用いることが最も好ましいが、これに代えて、たとえばｎ型ＡｌＧａＮ基板などを用いてもよい。また、ｎ型半導体基板３００としてｎ型ＧａＮ基板またはｎ型ＡｌＧａＮ基板を用いる場合には、上記の窒化物半導体層を成長させる表面として、Ｃ面、Ｍ面、Ａ面または｛１１−２２｝面などの非極性面を用いることもできる。
【０１００】
図１１に示す構成の窒化物半導体レーザ素子においては、上部透明導電膜３０９の表面のみならず下部透明導電膜３１２の表面も外部に露出して、上部透明導電膜３０９の窒化物半導体活性層３０４の設置側とは反対側の表面の少なくとも一部および下部透明導電膜３１２のｎ型クラッド層３０１の設置側とは反対側の表面の少なくとも一部がそれぞれ空気と接する構成とすることができる。したがって、窒化物半導体活性層３０４のレーザ光が上方および下方に染み出した場合でもレーザ光がｐ電極およびｎ電極に吸収されず、レーザ光をより多く窒化物半導体レーザ素子の外部に取り出すことが可能となるため、さらなる発光効率の向上が可能となる。
【０１０１】
ここで、上記においては、上部透明導電膜３０９の表面の少なくとも一部および下部透明導電膜３１２の表面の少なくとも一部がそれぞれ空気と接する場合について主に説明したが、空気の代わりに空気以外の気体または透明誘電体膜と接する場合も同様である。
【０１０２】
このように、図１１に示す構成の窒化物半導体レーザ素子においては、染み出したレーザ光がｐ電極およびｎ電極で吸収されることを考慮する必要がなく、上部透明導電膜３０９および下部透明導電膜３１２をそれぞれｐ電極およびｎ電極として機能できる範囲で極限まで薄くすることができるため、空気などの気体または透明誘電体膜の屈折率のように上部透明導電膜３０９および下部透明導電膜３１２よりも低い屈折率を最大限に利用する（すなわち、窒化物半導体活性層３０４との間の屈折率差を大きくして光の閉じ込め効果を大きくする）ことが可能である。したがって、図１１に示す構成の窒化物半導体レーザ素子においても、従来の窒化物半導体レーザ素子と比べて光閉じ込め係数を増加させることができるため、この観点からも発光効率を向上させることが可能となる。
【０１０３】
ここで、空気以外の気体としては、たとえば、窒素と酸素との混合ガス（ドライエア）、窒素、アルゴンなどの不活性ガスまたはこれらの混合ガスなどを用いることができる。
【０１０４】
また、透明誘電体膜としては、たとえば、酸化ケイ素、酸化チタンまたは酸化ジルコニウムなどの酸化物、または窒化ケイ素、窒化アルミニウムなどの窒化物などを用いることができる。
【０１０５】
なお、図１１に示す窒化物半導体レーザ素子は、たとえば有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）などの公知の結晶成長法などを用いて作製することができる。
【０１０６】
また、図１１に示す窒化物半導体レーザ素子の上部透明導電膜３０９はｐ電極として機能させることが好ましい。上部透明導電膜３０９をｐ電極として機能させた場合には、上部透明導電膜３０９を効率的に利用することができるため、光閉じ込めの向上の効果を期待することができる。
【０１０７】
また、図１１に示す窒化物半導体レーザ素子のｐ型窒化物半導体コンタクト層３０８の厚さは１μｍ以下であることが好ましく、０．５μｍ以下であることがより好ましい。ｐ型窒化物半導体コンタクト層３０８の厚さが１μｍ以下である場合に、特に０．５μｍ以下である場合には光の電界分布を窒化物半導体活性層３０４に効率的に集め、また駆動電圧の上昇を抑えることができる傾向にあるため、駆動電圧が低く、発光効率の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる傾向にある。
【０１０８】
また、図１１に示す窒化物半導体レーザ素子においては、窒化物半導体下部光ガイド層としてのｎ側光ガイド層３０２はたとえばＧａＮやＡｌＧａＮにより構成されていてもよいが、なかでもｎ側光ガイド層３０２はインジウムを含む窒化物半導体からなり、窒化物半導体下部光ガイド層としてのｎ側光ガイド層３０２のインジウム組成比が窒化物半導体井戸層のインジウム組成比よりも小さいことが好ましい。この場合には、光の電界分布を窒化物半導体活性層３０４に効率的に集めることができるため、発光効率の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる傾向にある。
【０１０９】
また、図１１に示す窒化物半導体レーザ素子においては、窒化物半導体上部光ガイド層としてのｐ側光ガイド層３０６はたとえばＧａＮやＡｌＧａＮにより構成されていてもよいが、なかでもｐ側光ガイド層２０６はインジウムを含む窒化物半導体からなり、窒化物半導体上部光ガイド層としてのｐ側光ガイド層３０６のインジウム組成比が窒化物半導体井戸層のインジウム組成比よりも小さいことが好ましい。この場合にも、光の電界分布を窒化物半導体活性層３０４に効率的に集めることができるため、発光効率の高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる傾向にある。
【０１１０】
なお、ｎ側光ガイド層３０２およびｐ側光ガイド層３０６はそれぞれ、Ｉｎを含む窒化物半導体層とＩｎを含まない窒化物半導体層との超格子構造であってもよい。
【０１１１】
（実施の形態８）
図１２に、本発明の窒化物半導体レーザ素子の他の一例の模式的な断面図を示す。ここで、図１２に示す窒化物半導体レーザ素子においては、ｐ型ＡｌＧａＮ層３０７の一部およびｐ型窒化物半導体コンタクト層３０８の一部をそれぞれ除去することによってリッジストライプ部を形成し、リッジストライプ部の周辺をたとえばＳｉＯ2などの絶縁層４０１で埋め込んだ上で、そのリッジストライプ部の上面を構成するｐ型窒化物半導体コンタクト層３０８および絶縁層４０１上に上部透明導電膜３０９を設けた構成とされていることに特徴がある。ここでは、ｐ型ＡｌＧａＮ層３０７の一部までを除去した例を示したが、上部透明導電膜３０９まで、ｐ型窒化物半導体コンタクト層３０８の途中まで、またはｐ型窒化物半導体コンタクト層３０８までといったように、除去部分の深さを特に限定するものではない。
【０１１２】
また、図１２に示す窒化物半導体レーザ素子においては、ｎ型半導体基板３００の除去部分から露出したｎ型クラッド層３０１の裏面上およびｎ型半導体基板３００の表面上にそれぞれ下部透明導電膜３１２を設けていることにも特徴がある。
【０１１３】
このような構成の窒化物半導体レーザ素子は、たとえばエッチングプロセスなどによりｐ型ＡｌＧａＮ層３０７の一部およびｐ型窒化物半導体コンタクト層３０８の一部をそれぞれ除去することによってリッジストライプ部を形成した後に、そのリッジストライプ部の周辺を絶縁層４０１で埋め込み、その上部に上部透明導電膜３０９を形成し、その後、ｎ型半導体基板３００の一部を除去した後に、ｎ型クラッド層３０１の裏面上およびｎ型半導体基板３００の表面上にそれぞれ下部透明導電膜３１２を設けることによって作製することができる。
【０１１４】
上記以外の説明は、実施の形態７と同様である。
（実施の形態９）
図１３に、本発明の窒化物半導体レーザ素子の他の一例の模式的な断面図を示す。ここで、図１３に示す窒化物半導体レーザ素子においては、ｐ型ＡｌＧａＮ層３０７の一部およびｐ型窒化物半導体コンタクト層３０８の一部をそれぞれ除去することによって第一リッジストライプ部を形成する。さらに、窒化物半導体活性層３０４よりも下方の下部隣接層３０３の表面の一部が露出するまで除去することによって第二リッジストライプ部を形成する。第一リッジストライプ部および第二リッジストライプ部の側壁および表面をたとえば窒化アルミニウムなどの放熱性の良い絶縁層５０１で覆うとともに、第一リッジストライプ部の上面に上部透明導電膜３０９を設けた構成とされており、さらに窒化物半導体活性層３０４の近傍には、たとえば銅などの放熱性の良い放熱部材５０２を絶縁層５０１に隣接するようにして設けていることを特徴としている。
【０１１５】
ここでは、ｐ型ＡｌＧａＮ層３０７の一部までと、下部隣接層３０３の一部までを除去した例を示したが、除去部分の深さを特に限定するものではない。窒化物半導体活性層３０４の近傍に、放熱性の良い材質を置く構成にすることが重要である。また、従来から行なわれているｎ側に放熱性の良い材質を装荷する手法を用いれば、より効果的である。
【０１１６】
本発明においては、第二リッジストライプ部の幅Ｗ2は、第一リッジストライプ部の幅Ｗ1よりも大きい幅であって、特に１００μｍ以下とすることが好ましく、５０μｍ以下とすることがより好ましい。
【０１１７】
このような構成の窒化物半導体レーザ素子は、たとえばエッチングプロセスなどによりｐ型ＡｌＧａＮ層３０７の一部およびｐ型窒化物半導体コンタクト層３０８の一部をそれぞれ除去することによって第一リッジストライプ部を形成した後に、さらに、下部隣接層３０３などの窒化物半導体活性層３０４よりも下の層まで除去し、第二リッジストライプ部を形成する。第一リッジストライプ部の側壁ならびに第二リッジストライプ部の側壁および表面には、たとえば、窒化アルミニウムなどの放熱性の良い絶縁層５０１をたとえばスパッタ法などにより形成し、第一リッジストライプ部の上面に上部透明導電膜３０９を形成する。さらに、窒化物半導体活性層３０４の近傍の絶縁層５０１上に、たとえば、銅などの放熱性に優れた放熱部材５０２をたとえば蒸着法やスパッタ法などにより形成することによって作製することができる。
【０１１８】
このような構成とすることによって、窒化物半導体レーザ素子に生じた熱を放熱部材５０２から外部に実施の形態８と比べてより多く放出することができるため、熱による窒化物半導体レーザ素子の劣化をさらに抑止することができる傾向が大きくなる。
【０１１９】
上記以外の説明は、実施の形態７および実施の形態８と同様である。
（実施の形態１０）
図１４に、本発明の窒化物半導体レーザ素子の他の一例の模式的な断面図を示す。ここで、図１４に示す窒化物半導体レーザ素子においては、ｐ型ＡｌＧａＮ層３０７の一部およびｐ型窒化物半導体コンタクト層３０８の一部をそれぞれ除去することによってリッジストライプ部を形成し、リッジストライプ部の周辺をたとえばＳｉＯ2などの絶縁層４０１で埋め込んだ上で、そのリッジストライプ部の上面を構成するｐ型窒化物半導体コンタクト層３０８および絶縁層４０１上に上部透明導電膜３０９を設けた構成とされていることに特徴がある。ここでは、ｐ型ＡｌＧａＮ層３０７の一部までを除去した例を示したが、上部透明導電膜３０９まで、ｐ型窒化物半導体コンタクト層３０８の途中まで、またはｐ型窒化物半導体コンタクト層３０８までといったように、除去部分の深さを特に限定するものではない。
【０１２０】
また、図１４に示す窒化物半導体レーザ素子においては、ｎ型半導体基板がすべて除去されて露出したｎ型クラッド層３０１の裏面上に下部透明導電膜３１２を設けていることにも特徴がある。
【０１２１】
このような構成の窒化物半導体レーザ素子は、たとえばエッチングプロセスなどによりｐ型ＡｌＧａＮ層３０７の一部およびｐ型窒化物半導体コンタクト層３０８の一部をそれぞれ除去することによってリッジストライプ部を形成した後に、そのリッジストライプ部の周辺を絶縁層４０１で埋め込み、その上部に上部透明導電膜３０９を形成し、その後、ｎ型半導体基板３００をすべて除去した後に、ｎ型クラッド層３０１の裏面上に下部透明導電膜３１２を設けることによって作製することができる。
【０１２２】
上記以外の説明は、実施の形態７〜実施の形態９と同様である。
（実施の形態１１）
図１５に、本発明の窒化物半導体レーザ素子の他の一例の模式的な断面図を示す。ここで、図１５に示す窒化物半導体レーザ素子においては、ｐ型ＡｌＧａＮ層３０７の一部およびｐ型窒化物半導体コンタクト層３０８の一部をそれぞれ除去することによって第一リッジストライプ部を形成する。さらに、窒化物半導体活性層３０４よりも下方の下部隣接層３０３の表面の一部が露出するまで除去することによって第二リッジストライプ部を形成する。第一リッジストライプ部および第二リッジストライプ部の側壁および表面をたとえば窒化アルミニウムなどの放熱性の良い絶縁層５０１で覆うとともに、第一リッジストライプ部の上面には上部透明導電膜３０９を設けた構成とされており、さらに窒化物半導体活性層３０４の近傍には、たとえば銅などの放熱性の良い放熱部材５０２が絶縁層５０１に隣接するようにして設けられていることを特徴としている。
【０１２３】
ここでは、ｐ型ＡｌＧａＮ層３０７の一部までと、下部隣接層３０３の一部までを除去した例を示したが、除去部分の深さを特に限定するものではない。窒化物半導体活性層３０４の近傍に、放熱性の良い材質を置く構成にすることが重要である。また、従来から行なわれているｎ側に放熱性の良い材質を装荷する手法を用いれば、より効果的である。
【０１２４】
本発明においては、第二リッジストライプ部の幅Ｗ2は、第一リッジストライプ部の幅Ｗ1よりも大きい幅であって、特に１００μｍ以下とすることが好ましく、５０μｍ以下とすることがより好ましい。ただし、第二リッジストライプ部の幅Ｗ2は、窒化物半導体活性層３０４から放出されるレーザ光３２１の幅Ｗよりも大きいことが好ましい。このような構成とすることにより、レーザ光３２１が放熱部材５０２により損失を受けない傾向にある。
【０１２５】
このような構成の窒化物半導体レーザ素子は、たとえばエッチングプロセスなどによりｐ型ＡｌＧａＮ層３０７の一部およびｐ型窒化物半導体コンタクト層３０８の一部をそれぞれ除去することによって第一リッジストライプ部を形成した後に、さらに、下部隣接層３０３などの窒化物半導体活性層３０４よりも下の層まで除去し、第二リッジストライプ部を形成する。第一リッジストライプ部の側壁ならびに第二リッジストライプ部の側壁および表面には、たとえば、窒化アルミニウムなどの放熱性の良い絶縁層５０１をたとえばスパッタ法などにより形成し、第一リッジストライプ部の上面には上部透明導電膜３０９を形成する。さらに、窒化物半導体活性層３０４の近傍の絶縁層５０１上には、たとえば、銅などの放熱性に優れた放熱部材５０２をたとえば蒸着法やスパッタ法などにより形成することによって作製することができる。
【０１２６】
このような構成とすることによって、窒化物半導体レーザ素子に生じた熱を放熱部材５０２から外部に実施の形態１０と比べてより多く放出することができるため、熱による窒化物半導体レーザ素子の劣化をさらに抑止することができる傾向が大きくなる。
【０１２７】
上記以外の説明は、実施の形態７〜実施の形態１０と同様である。
【実施例】
【０１２８】
（実施例１）
実施例１の窒化物半導体レーザ素子として、図１に示す構成の窒化物半導体レーザ素子を作製した。ここで、実施例１の窒化物半導体レーザ素子から放出されるレーザ光の波長は４４０ｎｍ〜４５０ｎｍ程度であった。
【０１２９】
実施例１の窒化物半導体レーザ素子は、具体的には、ｎ型ＧａＮからなるｎ型半導体基板１００の一方の表面上に、シリコン（Ｓｉ）がドープされたＡｌ0.06Ｇａ0.94Ｎからなる厚さ２．２μｍのｎ型クラッド層１０１と、アンドープＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎからなる厚さ０．１μｍのｎ側光ガイド層１０２と、アンドープＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎからなる厚さ２０ｎｍの下部隣接層１０３と、窒化物半導体活性層１０４と、アンドープＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎからなる厚さ２０ｎｍの上部隣接層１０５と、アンドープＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎからなる厚さ５０ｎｍのｐ側光ガイド層１０６と、マグネシウム（Ｍｇ）がドープされたＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎからなる厚さ２０ｎｍのｐ型ＡｌＧａＮ層１０７と、マグネシウム（Ｍｇ）がドープされたＧａＮからなるｐ型窒化物半導体コンタクト層１０８と、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）からなる厚さ０．１μｍの上部透明導電膜１０９とがこの順序に積層された構成を有している。このような構成の実施例１の窒化物半導体レーザ素子は、有機金属化学気相成長法により形成した。また、上部透明導電膜１０９は従来から公知の蒸着法により形成した。
【０１３０】
また、比較として、図１６に示す構成の比較例１の窒化物半導体レーザ素子についても作製した。比較例１の窒化物半導体レーザ素子は、マグネシウム（Ｍｇ）がドープされたＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎからなる厚さ２０ｎｍのｐ型ＡｌＧａＮ層１０７上にマグネシウム（Ｍｇ）がドープされたＡｌ0.06Ｇａ0.94Ｎからなる厚さ０．５５μｍのｐ型クラッド層１１０を形成し、ｐ型クラッド層１１０上にマグネシウム（Ｍｇ）がドープされたＧａＮからなる厚さ０．１μｍのｐ型窒化物半導体コンタクト層１０８を形成し、ｐ型窒化物半導体コンタクト層１０８上にＡｕからなる金属電極１１１を設けたこと以外は実施例１の窒化物半導体レーザ素子と同様の構成となっている。
【０１３１】
なお、上記の実施例１および比較例１のそれぞれの窒化物半導体レーザ素子の窒化物半導体活性層１０４は図７に示すような三重量子井戸構造となっており、Ｉｎ0.13Ｇａ0.87Ｎからなる厚さ３ｎｍの窒化物半導体井戸層１３１と、厚さ６ｎｍのＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ／厚さ４ｎｍのＧａＮ／厚さ６ｎｍのＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎの３層構造の窒化物半導体障壁層１３２とを有している。
【０１３２】
上記の実施例１の構成の窒化物半導体レーザ素子のｐ型窒化物半導体コンタクト層１０８の厚さを変化させたときのｐ型窒化物半導体コンタクト層１０８の厚さと吸収係数との関係を図１７に示し、ｐ型窒化物半導体コンタクト層１０８の厚さと光閉じ込め係数との関係を図１８に示す。なお、図１７および図１８に示す関係は、比較例の構成の窒化物半導体レーザ素子に対する相対値として算出したものである。また、図１７および図１８に示す関係は下記の表１に示す値を用いて計算したものである。
【０１３３】
図１７および図１８に示すように、上記の実施例１の構成の窒化物半導体レーザ素子においては、ｐ型窒化物半導体コンタクト層１０８の厚さを０．２μｍ程度に設定した場合に、光閉じ込め係数を増加させることができ、吸収損失を低減することができる。なお、ここでの吸収損失は比較例１の窒化物半導体レーザ素子のｐ型窒化物半導体コンタクト層１０８上のＡｕからなる金属電極における吸収損失に対する相対値のみを考慮している（すなわち、金属電極以外の部位による吸収損失は実施例１の窒化物半導体レーザ素子の相対値の算出に考慮されていない。）。
【０１３４】
上記の実施例１のような構成とすることによって、ｐ型ＡｌＧａＮから構成されるｐ型クラッド層を無くすことができるため、大幅な駆動電圧の低減も期待することができる。
【０１３５】
【表１】
2010021271.tif 000003
【０１３６】
（実施例２）
実施例２の窒化物半導体レーザ素子の構成は、上記の実施例１の窒化物半導体レーザ素子の構成と同一とした。一方、比較として、実施例１の窒化物半導体レーザ素子の上部透明導電膜１０９の窒化物半導体活性層１０４の設置側と反対側の表面全面にＡｕからなる金属電極を形成して上部透明導電膜１０９の表面が外部に露出しないようにした比較例２の窒化物半導体レーザ素子を作製した。
【０１３７】
そして、実施例２の窒化物半導体レーザ素子と比較例２の窒化物半導体レーザ素子の吸収損失の比較を行なったところ、吸収損失を１／３程度にまで抑制することが可能となった。
【０１３８】
すなわち、実施例２の窒化物半導体レーザ素子のように、上部透明導電膜１０９の窒化物半導体活性層１０４の設置側と反対側の表面を空気と接する構成とすることによって発光効率を向上させることができることが確認された。
【０１３９】
（実施例３）
実施例３の窒化物半導体レーザ素子として、図８に示す構成の窒化物半導体レーザ素子を作製した。ここで、実施例３の窒化物半導体レーザ素子から放出されるレーザ光の波長は４４０ｎｍ〜４５０ｎｍ程度であった。
【０１４０】
実施例３の窒化物半導体レーザ素子は、特開２０００−１０６４５５号公報に記載のようにｎ型ＧａＮ基板の表面に溝を形成した後にｎ型ＧａＮをラテラル成長させることによって内部に空洞２１０を形成したｎ型半導体基板２００の一方の表面上に、シリコン（Ｓｉ）がドープされたＡｌ0.10Ｇａ0.90Ｎからなる厚さ０．１μｍのｎ型クラッド層２０１と、アンドープＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎからなる厚さ０．１μｍのｎ側光ガイド層２０２と、アンドープＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎからなる厚さ２０ｎｍの下部隣接層２０３と、窒化物半導体活性層２０４と、アンドープＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎからなる厚さ２０ｎｍの上部隣接層２０５と、アンドープＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎからなる厚さ５０ｎｍのｐ側光ガイド層２０６と、マグネシウム（Ｍｇ）がドープされたＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎからなる厚さ２０ｎｍのｐ型ＡｌＧａＮ層２０７と、マグネシウム（Ｍｇ）がドープされたＧａＮからなる厚さ０．０５μｍのｐ型窒化物半導体コンタクト層２０８と、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）からなる厚さ０．１μｍの上部透明導電膜２０９とがこの順序に積層された構成を有している。このような構成の実施例３の窒化物半導体レーザ素子は、有機金属化学気相成長法により形成した。また、上部透明導電膜２０９は従来から公知の蒸着法により形成した。
【０１４１】
なお、上記の実施例３の窒化物半導体レーザ素子の窒化物半導体活性層２０４は三重量子井戸構造となっており、Ｉｎ0.13Ｇａ0.87Ｎからなる厚さ３ｎｍの窒化物半導体井戸層と、厚さ６ｎｍのＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ／厚さ４ｎｍのＧａＮ／厚さ６ｎｍのＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎの３層構造の窒化物半導体障壁層とが交互に積層された構成を有している。
【０１４２】
以上のような構成の実施例３の窒化物半導体レーザ素子は、上記の比較例１の窒化物半導体レーザ素子と比較して光閉じ込め係数を１．５倍程度向上させることができる。また、実施例３の窒化物半導体レーザ素子は、比較例１の窒化物半導体レーザ素子のようにｐ型クラッド層が形成されていないため、低駆動電圧の窒化物半導体レーザ素子とすることができる。
【０１４３】
（実施例４）
図１０に示すように、２段のリッジストライプ部を設けるとともに、そのリッジストライプ部の側壁および表面を窒化アルミニウムからなる絶縁層５０１で覆い、窒化物半導体活性層２０４の近傍に銅からなる放熱部材５０２を設けたこと以外は実施例３と同様の構成を有する実施例４の窒化物半導体レーザ素子を作製した。
【０１４４】
以上のような構成を有する実施例４の窒化物半導体レーザ素子においては、実施例３の窒化物半導体レーザ素子と比較して高温動作時の改善が期待できる。
【０１４５】
（実施例５）
実施例５の窒化物半導体レーザ素子として、図１１に示す構成の窒化物半導体レーザ素子を作製した。ここで、実施例５の窒化物半導体レーザ素子から放出されるレーザ光の波長は４４０ｎｍ〜４５０ｎｍ程度であった。
【０１４６】
実施例５の窒化物半導体レーザ素子は、具体的には、ｎ型ＧａＮからなるｎ型半導体基板３００の一方の表面上に、シリコン（Ｓｉ）がドープされたＧａＮからなる厚さ０．０２μｍのｎ型クラッド層３０１と、アンドープＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎからなる厚さ０．１μｍのｎ側光ガイド層３０２と、アンドープＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎからなる厚さ２０ｎｍの下部隣接層３０３と、窒化物半導体活性層３０４と、アンドープＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎからなる厚さ２０ｎｍの上部隣接層３０５と、アンドープＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎからなる厚さ５０ｎｍのｐ側光ガイド層３０６と、マグネシウム（Ｍｇ）がドープされたＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎからなる厚さ２０ｎｍのｐ型ＡｌＧａＮ層３０７と、マグネシウム（Ｍｇ）がドープされたＧａＮからなる厚さ０．０５μｍのｐ型窒化物半導体コンタクト層３０８と、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）からなる厚さ０．１μｍの上部透明導電膜３０９とがこの順序に積層された構成を有している。また、ｎ型半導体基板３００の一部が除去されて露出したｎ型クラッド層３０１の裏面上およびｎ型半導体基板３００上に厚さ０．１μｍの下部透明導電膜３１２を形成した構成となっている。
【０１４７】
このような構成の実施例５の窒化物半導体レーザ素子は、有機金属化学気相成長法により形成した。また、上部透明導電膜３０９および下部透明導電膜３１２はそれぞれ従来から公知の蒸着法により形成した。また、ｎ型半導体基板３００は１５０μｍの厚さまで研磨により薄型化された。
【０１４８】
また、上記の実施例５の窒化物半導体レーザ素子の窒化物半導体活性層３０４は三重量子井戸構造となっており、Ｉｎ0.13Ｇａ0.87Ｎからなる厚さ３ｎｍの窒化物半導体井戸層と、厚さ６ｎｍのＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ／厚さ４ｎｍのＧａＮ／厚さ６ｎｍのＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎの３層構造の窒化物半導体障壁層とが交互に積層された構成を有している。
【０１４９】
以上のような構成の実施例５の窒化物半導体レーザ素子は、上記の比較例１の窒化物半導体レーザ素子と比較して光閉じ込め係数を１．８倍程度向上させることができる。
【０１５０】
（実施例６）
図１３に示すように、２段のリッジストライプ部を設けるとともに、そのリッジストライプ部の側壁および表面を窒化アルミニウムからなる絶縁層５０１で覆い、窒化物半導体活性層３０４の近傍に銅からなる放熱部材５０２を設けたこと以外は実施例５と同様の構成を有する実施例６の窒化物半導体レーザ素子を作製した。
【０１５１】
以上のような構成を有する実施例６の窒化物半導体レーザ素子においては、実施例５の窒化物半導体レーザ素子と比較して高温動作時の特性改善が期待できる。
【０１５２】
（実施例７）
図１５に示すように、２段のリッジストライプ部を設けるとともに、そのリッジストライプ部の側壁および表面を窒化アルミニウムからなる絶縁層５０１で覆い、窒化物半導体活性層３０４の近傍に銅からなる放熱部材５０２を設けたこと以外は実施例５と同様の構成を有する実施例７の窒化物半導体レーザ素子を作製した。
【０１５３】
以上のような構成を有する実施例７の窒化物半導体レーザ素子においては、実施例６の窒化物半導体レーザ素子と比較して高温動作時のさらなる特性改善が期待できる。
【０１５４】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１５５】
本発明によれば、低い窒化物半導体レーザ素子の抵抗を実現することができ、また、その適応するレーザ光の波長範囲が広い窒化物半導体レーザ素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１５６】
【図１】本発明の窒化物半導体レーザ素子の一例の模式的な断面図である。
【図２】図１に示す窒化物半導体活性層の近傍の模式的な拡大断面図である。
【図３】（ａ）は従来の窒化物半導体レーザ素子の共振器長方向に沿った模式的な断面図であり、（ｂ）は図１に示す本発明の窒化物半導体レーザ素子の共振器長方向に沿った模式的な断面図である。
【図４】（ａ）は従来の窒化物半導体レーザ素子から放出されるレーザ光が上方に染み出した場合を図解する模式的な断面図であり、（ｂ）は図１に示す本発明の窒化物半導体レーザ素子から放出されるレーザ光が上方に染み出した場合を図解する模式的な断面図である。
【図５】本発明の窒化物半導体レーザ素子の他の好ましい一例の模式的な断面図である。
【図６】本発明の窒化物半導体レーザ素子の他の好ましい一例の模式的な断面図である。
【図７】図６に示す窒化物半導体活性層の近傍の模式的な拡大断面図である。
【図８】本発明の窒化物半導体レーザ素子の他の好ましい一例の模式的な断面図である。
【図９】本発明の窒化物半導体レーザ素子の他の好ましい一例の模式的な断面図である。
【図１０】本発明の窒化物半導体レーザ素子の他の好ましい一例の模式的な断面図である。
【図１１】本発明の窒化物半導体レーザ素子の他の好ましい一例の模式的な断面図である。
【図１２】本発明の窒化物半導体レーザ素子の他の好ましい一例の模式的な断面図である。
【図１３】本発明の窒化物半導体レーザ素子の他の好ましい一例の模式的な断面図である。
【図１４】本発明の窒化物半導体レーザ素子の他の好ましい一例の模式的な断面図である。
【図１５】本発明の窒化物半導体レーザ素子の他の好ましい一例の模式的な断面図である。
【図１６】比較例１の窒化物半導体レーザ素子の構成を示す模式的な断面図である。
【図１７】実施例１の窒化物半導体レーザ素子のｐ型窒化物半導体コンタクト層の厚さを変化させたときのｐ型窒化物半導体コンタクト層の厚さと吸収係数との関係を示す図である。
【図１８】実施例１の窒化物半導体レーザ素子のｐ型窒化物半導体コンタクト層の厚さを変化させたときのｐ型窒化物半導体コンタクト層の厚さと光閉じ込め係数との関係を示す図である。
【符号の説明】
【０１５７】
１００，２００，３００  ｎ型半導体基板、１０１，２０１，３０１  ｎ型クラッド層、１０２，２０２，３０２  ｎ側光ガイド層、１０３，２０３，３０３  下部隣接層、１０４，２０４，３０４  窒化物半導体活性層、１０５，２０５，３０５  上部隣接層、１０６，２０６，３０６  ｐ側光ガイド層、１０７，２０７，３０７  ｐ型ＡｌＧａＮ層、１０８，２０８，３０８  ｐ型窒化物半導体コンタクト層、１０９，２０９，３０９  上部透明導電膜、１１１  金属電極、１１２  空気、１１３  電流狭窄層、１２１，３２１  レーザ光、１３１  窒化物半導体井戸層、１３２  窒化物半導体障壁層、２１０  空洞、２１２  ｎ電極、３１２  下部透明導電膜、４０１，５０１  絶縁層、５０２  放熱部材。
【図１】
2010021271.tif 000004
【図２】
2010021271.tif 000005
【図３】
2010021271.tif 000006
【図４】
2010021271.tif 000007
【図５】
2010021271.tif 000008
【図６】
2010021271.tif 000009
【図７】
2010021271.tif 000010
【図８】
2010021271.tif 000011
【図９】
2010021271.tif 000012
【図１０】
2010021271.tif 000013
【図１１】
2010021271.tif 000014
【図１２】
2010021271.tif 000015
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2010021271.tif 000018
【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
2010021271.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成21年7月13日(2009.7.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型窒化物半導体層と、
前記ｎ型窒化物半導体層上に形成された窒化物半導体活性層と、
前記窒化物半導体活性層上に形成されたｐ型窒化物半導体層と、
前記ｐ型窒化物半導体層上に形成された上部透明導電膜とを含み、
前記窒化物半導体活性層は、インジウムを含む窒化物半導体井戸層と、窒化物半導体障壁層とを有し、
前記窒化物半導体活性層から放出されるレーザ光の幅に対応する前記窒化物半導体活性層の領域の上方に位置する前記上部透明導電膜の領域において、前記上部透明導電膜の表面が気体または透明誘電体膜と接している、窒化物半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記窒化物半導体活性層から放出されるレーザ光の幅に対応する前記窒化物半導体活性層の領域の上方とは異なる領域に位置する前記上部透明導電膜の領域において、前記上部透明導電膜の表面が金属から構成される電極と接していることを特徴とする、請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記レーザ光の電界分布が前記上部透明導電膜の上方に染み出していることを特徴とする、請求項１または２に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記ｐ型窒化物半導体層は前記上部透明導電膜と接するｐ型窒化物半導体コンタクト層を有し、
前記ｐ型窒化物半導体コンタクト層はｐ型ＧａＮまたはｐ型ＡｌＧａＮからなり、
前記ｐ型窒化物半導体コンタクト層の厚さは１μｍ以下であることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記ｎ型窒化物半導体層と前記窒化物半導体活性層との間に窒化物半導体下部光ガイド層を備えており、
前記窒化物半導体下部光ガイド層がインジウムを含む窒化物半導体からなり、
前記窒化物半導体下部光ガイド層のインジウム組成比が前記窒化物半導体井戸層のインジウム組成比よりも小さいことを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記窒化物半導体活性層と前記上部透明導電膜との間に窒化物半導体上部光ガイド層を備えており、
前記窒化物半導体上部光ガイド層がインジウムを含む窒化物半導体からなり、
前記窒化物半導体上部光ガイド層のインジウム組成比が前記窒化物半導体井戸層のインジウム組成比よりも小さいことを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記ｎ型窒化物半導体層の前記窒化物半導体活性層の設置側とは反対側に下部透明導電膜を備えており、
前記下部透明導電膜の前記ｎ型窒化物半導体層の設置側とは反対側の表面の少なくとも一部が気体または透明誘電体膜と接していることを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記窒化物半導体レーザ素子の共振器端面とは異なる表面の少なくとも一部に放熱性部材を備えたことを特徴とする、請求項１から７のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
本発明は、ｎ型窒化物半導体層と、ｎ型窒化物半導体層上に形成された窒化物半導体活性層と、窒化物半導体活性層上に形成されたｐ型窒化物半導体層と、ｐ型窒化物半導体層上に形成された上部透明導電膜とを含み、窒化物半導体活性層は、インジウムを含む窒化物半導体井戸層と、窒化物半導体障壁層とを有し、窒化物半導体活性層から放出されるレーザ光の幅に対応する窒化物半導体活性層の領域の上方に位置する上部透明導電膜の領域において、上部透明導電膜の表面が気体または透明誘電体膜と接している窒化物半導体レーザ素子である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
ここで、本発明の窒化物半導体レーザ素子においては、窒化物半導体活性層から放出されるレーザ光の幅に対応する窒化物半導体活性層の領域の上方とは異なる領域に位置する上部透明導電膜の領域において、上部透明導電膜の表面が金属から構成される電極と接していることが好ましい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
また、本発明の窒化物半導体レーザ素子においては、レーザ光の電界分布が上部透明導電膜の上方に染み出していることが好ましい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
また、本発明の窒化物半導体レーザ素子においては、ｐ型窒化物半導体層は上部透明導電膜と接するｐ型窒化物半導体コンタクト層を有し、ｐ型窒化物半導体コンタクト層はｐ型ＧａＮまたはｐ型ＡｌＧａＮからなり、ｐ型窒化物半導体コンタクト層の厚さは１μｍ以下であることが好ましい。
【手続補正書】
【提出日】平成21年10月8日(2009.10.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型窒化物半導体層と、
前記ｎ型窒化物半導体層上に形成された窒化物半導体活性層と、
前記窒化物半導体活性層上に形成されたｐ型窒化物半導体層と、
前記ｐ型窒化物半導体層上に形成された上部透明導電膜とを含み、
前記窒化物半導体活性層は、インジウムを含む窒化物半導体井戸層と、窒化物半導体障壁層とを有し、
前記窒化物半導体活性層から放出されるレーザ光の幅に対応する前記窒化物半導体活性層の領域の上方に位置する前記上部透明導電膜の領域において、前記上部透明導電膜の表面が気体と接し、
前記窒化物半導体活性層から放出されるレーザ光の幅に対応する前記窒化物半導体活性層の領域の上方とは異なる領域に位置する前記上部透明導電膜の領域において、前記上部透明導電膜の表面が金属から構成される電極と接していることを特徴とする、窒化物半導体レーザ素子。
【請求項２】
ｎ型窒化物半導体層と、
前記ｎ型窒化物半導体層上に形成された窒化物半導体活性層と、
前記窒化物半導体活性層上に形成されたｐ型窒化物半導体層と、
前記ｐ型窒化物半導体層上に形成された上部透明導電膜とを含み、
前記窒化物半導体活性層は、インジウムを含む窒化物半導体井戸層と、窒化物半導体障壁層とを有し、
前記窒化物半導体活性層から放出されるレーザ光の幅に対応する前記窒化物半導体活性層の領域の上方に位置する前記上部透明導電膜の領域において、前記上部透明導電膜の表面が気体または透明導電膜と接し、
前記窒化物半導体活性層から放出されるレーザ光の幅に対応する前記窒化物半導体活性層の領域の上方とは異なる領域に位置する前記上部透明導電膜の領域において、前記上部透明導電膜の表面が金属から構成される電極と接しており、
前記ｐ型窒化物半導体層の少なくとも一部がリッジストライプ部を構成していることを特徴とする、窒化物半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記レーザ光の電界分布が前記上部透明導電膜の上方に染み出していることを特徴とする、請求項１または２に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記ｐ型窒化物半導体層は前記上部透明導電膜と接するｐ型窒化物半導体コンタクト層を有し、
前記ｐ型窒化物半導体コンタクト層はｐ型ＧａＮまたはｐ型ＡｌＧａＮからなり、
前記ｐ型窒化物半導体コンタクト層の厚さは１μｍ以下であることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記ｎ型窒化物半導体層と前記窒化物半導体活性層との間に窒化物半導体下部光ガイド層を備えており、
前記窒化物半導体下部光ガイド層がインジウムを含む窒化物半導体からなり、
前記窒化物半導体下部光ガイド層のインジウム組成比が前記窒化物半導体井戸層のインジウム組成比よりも小さいことを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記窒化物半導体活性層と前記上部透明導電膜との間に窒化物半導体上部光ガイド層を備えており、
前記窒化物半導体上部光ガイド層がインジウムを含む窒化物半導体からなり、
前記窒化物半導体上部光ガイド層のインジウム組成比が前記窒化物半導体井戸層のインジウム組成比よりも小さいことを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記ｎ型窒化物半導体層の前記窒化物半導体活性層の設置側とは反対側に下部透明導電膜を備えており、
前記下部透明導電膜の前記ｎ型窒化物半導体層の設置側とは反対側の表面の少なくとも一部が気体または透明誘電体膜と接していることを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記窒化物半導体レーザ素子の共振器端面とは異なる表面の少なくとも一部に放熱性部材を備えたことを特徴とする、請求項１から７のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
本発明は、ｎ型窒化物半導体層と、ｎ型窒化物半導体層上に形成された窒化物半導体活性層と、窒化物半導体活性層上に形成されたｐ型窒化物半導体層と、ｐ型窒化物半導体層上に形成された上部透明導電膜とを含み、窒化物半導体活性層は、インジウムを含む窒化物半導体井戸層と、窒化物半導体障壁層とを有し、窒化物半導体活性層から放出されるレーザ光の幅に対応する窒化物半導体活性層の領域の上方に位置する上部透明導電膜の領域において、上部透明導電膜の表面が気体と接し、窒化物半導体活性層から放出されるレーザ光の幅に対応する窒化物半導体活性層の領域の上方とは異なる領域に位置する上部透明導電膜の領域において、上部透明導電膜の表面が金属から構成される電極と接している窒化物半導体レーザ素子である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
また、本発明は、ｎ型窒化物半導体層と、ｎ型窒化物半導体層上に形成された窒化物半導体活性層と、窒化物半導体活性層上に形成されたｐ型窒化物半導体層と、ｐ型窒化物半導体層上に形成された上部透明導電膜とを含み、窒化物半導体活性層は、インジウムを含む窒化物半導体井戸層と、窒化物半導体障壁層とを有し、窒化物半導体活性層から放出されるレーザ光の幅に対応する窒化物半導体活性層の領域の上方に位置する上部透明導電膜の領域において、上部透明導電膜の表面が気体または透明導電膜と接し、窒化物半導体活性層から放出されるレーザ光の幅に対応する窒化物半導体活性層の領域の上方とは異なる領域に位置する上部透明導電膜の領域において、上部透明導電膜の表面が金属から構成される電極と接しており、ｐ型窒化物半導体層の少なくとも一部がリッジストライプ部を構成している窒化物半導体レーザ素子である。