(57)【要約】  本発明は、信頼性の高い高出力動作可能な、ファブリ・ペロー型III族窒化物系半導体レーザを提供する。本発明では、ファブリ・ペロー型III族窒化物系半導体レーザにおいて、その光出射端面近傍の活性層内部において、レーザ光を吸収しない領域を共振器のストライプ方向に沿って幅ｗ（ｎｍ）に亘って形成し、局所窓構造として利用することで、高い初期ＣＯＤレベルを実現し、また、高出力動作を継続した際、ＣＯＤレベルの経時的な劣化を抑制する。
2008111477.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の導電型の半導体層と、多重量子井戸型活性層と、第二の導電型の半導体層がこの順に積層されており、
前記活性層を含んでなる発光層において、レーザ発振を行うストライプ状の発振領域は、ファブリ・ペロー型の共振器によって構成されており、
該ファブリ・ペロー型の共振器の光出射端面に露呈する前記発光層に対して、端面保護膜として誘電体膜が該発光層端面を被覆するように形成されているIII族窒化物半導体レーザにおいて、
前記活性層中に、前記端面保護膜によって規定される内部光電界強度のピーク位置を含む局所的な領域に、該窒化物半導体レーザの発振波長λの光を吸収しない非吸収領域を有している
ことを特徴とする窒化物半導体レーザ。
【請求項２】
前記非吸収領域が、前記端面保護膜によって被覆されている、前記発光層端面に露出していない
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。
【請求項３】
前記端面保護膜は、屈折率２以上の誘電体膜を含む単層または多層構造である
ことを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体レーザ。
【請求項４】
前記端面保護膜は、屈折率２以上の誘電体膜と屈折率２未満の誘電体膜を含む多層構造である
ことを特徴とする請求項３に記載の窒化物半導体レーザ。
【請求項５】
前記非吸収領域は、
該窒化物半導体レーザの発振波長λと、前記発光層の実効屈折率ｎｅｆｆについて、
前記光電界強度のピーク位置を中心として、その中心から、±（１／１６）・（λ／ｎｅｆｆ）の領域を含むように形成されている
ことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか一項に記載の窒化物半導体レーザ。
【請求項６】
前記光電界強度のピーク位置と端面からの距離ｄｐｅａｋが、
（１／１６）・（λ／ｎｅｆｆ）＜ｄpeak＜（７／１６）・（λ／ｎｅｆｆ）を満たす範囲に選択されている
ことを特徴とする請求項２乃至５のいずれか一項に記載の窒化物半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III族窒化物半導体レーザに関する。特に、ファブリ・ペロー型の端面発光III族窒化物半導体レーザに関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウムに代表されるIII族窒化物半導体は、高効率の青紫色発光が得られることから、発光ダイオード（ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ，  ＬＥＤ）やレーザ・ダイオード（ｌａｓｅｒ  ｄｉｏｄｅ，  ＬＤ）材料として注目を浴びてきた。なかでも、III族窒化物半導体を用いる青色ＬＤは、大容量光ディスク装置の書き込み用光源として利用が期待されている。近年では、書き込み用光源として利用可能な高出力III族窒化物ＬＤの開発が精力的に進められている。【０００３】
図１に、ファブリ・ペロー型の端面発光窒化物ガリウム系半導体レーザの典型的な構造である、リッジ導波路型半導体レーザを示す。ＧａＮ基板１０１上に、ｎ型クラッド層１０２、光ガイド層１０３、活性層１０４、光ガイド層１０５、ｐ型クラッド層１０６などのレーザ構造を積層する。その後、ｐ型クラッド層１０６をドライエッチングによりリッジ状に加工し、リッジ導波路型半導体レーザが作製される。リッジトップは、ストライプ状開口部を有す絶縁膜１０７でカバーされ、開口部に、ｐ型電極１０８が設けられる。電流狭窄は、このストライプ状電極でなされる。また、リッジ幅およびリッジ高さを調整することにより、実効的な屈折率ｎｅｆｆの差違を調節し、横モードの制御を行っている。【０００４】
ファブリ・ペロー型の共振器は、共振ミラー１０９として、劈開面を利用して構成されている。通常、半導体レーザでは、端面保護のため誘電体保護膜を形成する。その際、この共振器の二つの端面のうち、後方側端面の反射率Ｒｒと、前方側端面の反射率Ｒｆとは、Ｒｒ＞Ｒｆとされる。特に、高出力用途では、前方側端面からの出射効率を上げるため、前方側端面に、低反射（Ａｎｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｎｇ，  ＡＲ）膜、後方側端面に、高反射（Ｈｉｇｈ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｎｇ，  ＨＲ）膜を形成する。その結果、レーザ光出力は、ファブリ・ペロー型共振器の前方側端面から、出射される。なお、後方側端面から、僅かに出射されるレーザ光は、通常、出力モニター光として、利用されている。【０００５】
半導体レーザを高出力動作する際、その信頼性を確保するには、活性層を構成する結晶内部の劣化を抑制するとともに、レーザ端面での突発的な破壊（Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄａｍａｇｅ、ＣＯＤ）を抑えることが重要となる。特に、高出力動作時の特徴的に発生するＣＯＤ劣化は、ＣＤ用のＡｌＧａＡｓ系７８０ｎｍ帯レーザやＤＶＤ用のＡｌＩｎＧａＰ系６５０ｎｍレーザなど、短波長のファブリ・ペロー型端面発光半導体レーザの主要な劣化要因として知られている。ファブリ・ペロー型窒化ガリウム系半導体レーザでも、高出力動作を行う際、その光出射端面においてＣＯＤ劣化が生じることが報告されている。【０００６】
ＣＯＤの発生メカニズムは一般的に次のように説明される。半導体レーザの端面近傍では、表面準位や欠陥などに起因する非発光再結合電流によって温度が上昇し、活性層のバンドギャップが半導体内部に比して狭くなっているため、レーザ光を吸収しやすくなっている。端面における光吸収は、さらなる温度上昇を促すという劣化加速プロセスを生じさせるため、臨界となる出力以上の光を出射した際には瞬間的に端面温度が上昇し、ついには活性層の溶融に到る。半導体レーザの安定高出力動作のためには、その臨界光出力（以下、ＣＯＤレベル）を高めることが重要となる。【０００７】
ＡｌＧａＡｓ系やＡｌＩｎＧａＰ系半導体レーザでは、ＣＯＤレベルを向上させる手段として、レーザ出射端面にレーザ光を吸収しない領域（非吸収領域）を形成する窓構造が主に利用されている。その他、端面において、電流注入を抑制する端面非注入構造、端面保護膜に用いる誘電体材料の屈折率や多層化によって半導体端面における光電界強度を低減する方法等も有効であることが報告されている。特に、高出力半導体レーザでは、端面非注入構造と窓構造を組み合わせた構成がしばしば用いられる。窓構造を実現する方法としては、不純物や空孔の拡散、イオン注入後アニールなどの方法によって、活性層を構成するＭＱＷを無秩序化させる方法が報告されている。これらの手法は、不純物や空孔を導入し、III族元素の相互拡散を促進することによりＭＱＷを混晶化させるものである。ＭＱＷの無秩序化により、端面近傍の活性層部分の実効的なバンドギャップが増大するため、端面での光吸収が抑制される。従って、端面での光吸収に起因する、局所的な温度上昇が抑制され、ＣＯＤレベルが向上する。それ以外に、端面近傍の活性層をエッチングにより除去した後、バンドギャップの大きな材料で埋め込むことによって、窓構造を形成する手法もある。ＧａＮ系ＬＤにおいて窓構造を実現する方法として、レーザ照射（特許文献１：特開２００６−１４７８１５号公報）や水素イオン，ラジカル雰囲気（特許文献２：特開２００６−１４７８１４号公報）によって、端面近傍のＩｎＧａＮ活性層のＩｎ組成を低下させる方法が提案されている。
【特許文献１】特開２００６−１４７８１５号公報
【特許文献２】特開２００６−１４７８１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述した窓構造の採用は、ＣＯＤレベル向上に極めて有効である。ただし、III族窒化物系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、上述したような手法で作製した窓構造によって必ずしも安定な高出力長時間駆動が可能になるとは限らない。拡散やイオン注入、レーザや水素ラジカル照射処理は、結晶に対して欠陥を導入することで、ＭＱＷの無秩序化を誘起させるプロセスである。すなわち、導入された欠陥を利用して、ＭＱＷを構成する井戸層とバリア層との間でIII族原子の熱的な相互拡散を促進させ、ＭＱＷの無秩序化を図る手法である。そのため、アニール処理を行って、III族原子の熱的な相互拡散を行うとともに、導入された欠陥の低減がなされる。しかし、その際、導入された欠陥の低減が十分になされていない場合、長時間の高出力駆動を行った際に残余する欠陥を介して半導体端面とそれを被覆するパシベーション膜との界面反応、例えば半導体とパシベーション膜との相互拡散等が進行する可能性がある。界面反応が進行すると、光出射側の半導体端面部分において、さらなる非発光再結合の増加や、局所的に高い光吸収率を示す反応生成物の形成を招くため、ＣＯＤレベルは低下する。さらに、界面反応の進行はさらなる発熱と界面反応の促進を引き起こすと考えられる。従って、半導体端面の欠陥低減が十分に成されていない場合には、たとえ初期的には高いＣＯＤレベルを実現したとしても、長時間の高出力駆動を行うことによって半導体とパシベーション膜との界面反応が緩やかに進行し、それに伴ってＣＯＤレベルが経時的に低下する可能性がある。【０００９】
ＡｌＧａＡｓ系やＡｌＩｎＧａＰ系など、Ｖ族元素がＡｓ、ＰであるIII−Ｖ族化合物半導体と比較し、III族窒化物系化合物半導体では、III族元素の相互拡散が生じにくい。そのため、III族窒化物系化合物半導体では、例えばＭＱＷの無秩序化にも、１０００℃以上の高温アニール処理が必要である。また、ＭＱＷの無秩序化を促進するため、窓構造形成領域に高い密度で導入された欠陥の低減を十分に行うためには、高温アニール処理を長時間行う必要がある。長時間、高温アニール処理を行うと、欠陥が導入されていない領域においても、活性層を構成しているＭＱＷにおいて、III族元素の相互拡散が部分的に進行する。その結果、ＭＱＷを構成する井戸層とバリア層の界面に乱れが生じ、目的とする量子化レベルが達成されない懸念がある。加えてＭＱＷで構成される活性層のみでなく、半導体レーザを構成する多層構造の結晶性の劣化が誘起されると、レーザ特性自体の劣化が引き起こされることも懸念される。【００１０】
本発明は、上記の課題を解決するものである。本発明の目的は、活性層として、Ｇａを構成元素として含むIII族窒化物系半導体を利用している、ファブリ・ペロー型の端面発光半導体レーザにおいて、ＣＯＤレベルの向上と、その経時的な劣化の抑制を図ることが可能な、新規な窓構造を有し、更なる高出力、高信頼動作を実現可能とするIII族窒化物系半導体レーザと、その製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するため、共振器の光出射端面側に設ける、ＡＲ膜と半導体との界面における、界面反応を抑制し、ＣＯＤレベルの向上を図る手段を探索した。その結果、共振器端面から離れた領域に、局所的に窓構造を設けることにより、界面反応を抑制し、ＣＯＤレベルの向上が達成でき、加えて、その経時的な劣化の抑制を図ることが可能であることを見出した。この知見に基づき、本発明を完成するに至った。【００１２】
すなわち、本発明にかかる窒化物半導体レーザは、
第一の導電型の半導体層と、多重量子井戸型活性層と、第二の導電型の半導体層がこの順に積層されており、
前記活性層を含んでなる発光層において、レーザ発振を行うストライプ状の発振領域は、ファブリ・ペロー型の共振器によって構成されており、
該ファブリ・ペロー型の共振器の光出射端面に露呈する前記発光層に対して、端面保護膜として誘電体膜が該発光層端面を被覆するように形成されているIII族窒化物半導体レーザにおいて、
前記活性層中に、前記端面保護膜によって規定される内部光電界強度のピーク位置を含む局所的な領域に、該窒化物半導体レーザの発振波長λの光を吸収しない非吸収領域を有している
ことを特徴とする窒化物半導体レーザである。【００１３】
その際、前記非吸収領域が、前記端面保護膜によって被覆されている、前記発光層端面に露出していない形状とすることが好ましい。前記端面保護膜は、屈折率２以上の誘電体膜を含む単層または多層構造、特には、屈折率２以上の誘電体膜と屈折率２未満の誘電体膜を含む多層構造であることがより好ましい。【００１４】
特には、前記非吸収領域が、該窒化物半導体レーザの発振波長λと、前記発光層の実効屈折率ｎｅｆｆについて、
前記内部光電界強度のピーク位置から、±（１／１６）・（λ／ｎｅｆｆ）の領域を含むように形成されていることが好ましい。
同時に前記内部光電界強度のピーク位置と前記発光層端面からの距離ｄｐｅａｋが、
（１／１６）・（λ／ｎｅｆｆ）＜ｄｐｅａｋ＜（７／１６）・（λ／ｎｅｆｆ）を満たす範囲に選択されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明においては、窓構造を半導体端面から離れた領域に形成することによって、それに伴って導入された欠陥に起因するＣＯＤレベルの低下を抑制できる。その上、窓構造形成領域が極めて微小な領域に限られるため、窓構造の形成に伴うレーザ特性の劣化を抑制することが可能となる。その結果、高いＣＯＤレベルを実現し、かつそれを維持したまま高出力長時間駆動が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、リッジ型導波路構造を利用する、従来のIII族窒化物系半導体レーザの構造を模式的に示す断面図である。
【図２】図２（ａ）、（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る、III族窒化物系半導体レーザの構造を模式的に示す図である。図２（ａ）は、リッジ型導波路構造を利用する、ファブリ・ペロー型半導体レーザにおける、共振器方向に垂直な断面図を示す。図２（ｂ）は、リッジ型導波路構造のストライプ中、光出射面（前方端面）近傍の共振器方向に平行な断面図を示す。
【図３】図３（ａ）、（ｂ）は、本発明に係るリッジ型導波路構造を利用する、ファブリ・ペロー型半導体レーザにおいて、その出射端面近傍に設ける、局所窓構造の形成位置、その形成工程を模式的に説明する図である。図３（ａ）は、局所窓構造の形成のため、局所的なイオン注入が施される、ｐ型光閉じ込め層３０７までの積層を終えた段階のエピタキシャル成長層の構成を示す断面図である。図３（ｂ）は、リッジ型導波路領域のストライプと、劈開予定位置に対して、局所的なイオン注入が施される部分を模式的に示す平面図である。
【図４】図４は、本発明に係るリッジ型導波路構造を利用する、ファブリ・ペロー型半導体レーザを作製する工程中、コンタクト層までの積層を終えた段階（ａ）以降、リッジ型導波路の作製、ならびに、カバー電極を形成する一連の工程（工程（ａ）〜（ｈ））を模式的に示す断面図である。
【図５】図５は、本発明に係るファブリ・ペロー型半導体レーザの一実施形態において、そのレーザ光出射端面（前方端面）に設ける、Ｎｂ２Ｏ５／ＳｉＯ２の二層構造からなる低反射（Ａｎｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｎｇ，ＡＲ）膜の構成を模式的に示す図である。
【図６】図６は、本発明に係るファブリ・ペロー型半導体レーザの一実施形態において、初期ＣＯＤレベルの、そのレーザ光出射端面（前方端面）側に設ける、幅ｗ＝２０ｎｍの局所窓構造の中心位置と、劈開で形成される端面との距離ｄ（ｎｍ）に対する依存性を示す図である。
【図７】図７は、本発明に係るファブリ・ペロー型半導体レーザの一実施形態において、初期ＣＯＤレベルの、そのレーザ光出射端面（前方端面）側、劈開で形成される端面との距離ｄ＝４０ｎｍに中心位置を有する局所窓構造の幅ｗ（ｎｍ）に対する依存性を示す図である。
【符号の説明】
【００１７】
図中に示す下記の符号は、それぞれ、以下の意味を有する。
１０１  基板
１０２  ｎクラッド層
１０３  ｎ型光ガイド層
１０４  活性層
１０５  ｐ型光ガイド層
１０６  ｐクラッド層
１０７  誘電体層
１０８  ｐ電極
３０１  基板
３０２  ｎ型ＧａＮ層
３０３  ｎ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎクラッド層
３０４  ｎ型ＧａＮ光閉じ込め層
３０５  ３周期ＩｎＧａＮ多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層
３０６  Ｍｇドープｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎキャップ層
３０７  ｐ型ＧａＮ光閉じ込め層
３０８  ｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎクラッド層
３０９  ｐ型ＧａＮコンタクト層
３１０  ＳｉＯ２膜
３１１  ＳｉＯ２ストライプ
３１２  ＳｉＯ２膜
３１３  レジスト
３１４  Ｐｄ／Ｐｔ  ｐ電極
３１５  カバー電極
３１６  ｎ電極
４０１  ＡＲ膜
４０１ａ  第一保護膜
４０１ｂ  第二保護膜
５０１  局所窓構造
６０１  劈開ガイド溝
６０２  劈開位置
６０３  レジスト開口部
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。【００１９】
本発明は、下記する作用を利用することによって、ファブリ・ペロー型の端面発光III族窒化物半導体レーザにおいて、高いＣＯＤレベルを実現し、かつそれを維持したまま高出力長時間駆動を可能としている。【００２０】
先ず、ＩｎＧａＮ活性層を有するレーザ出射端面に誘電体膜を端面保護膜として用いていることによって、半導体端面における光電界強度を好適に下げることが可能となる。その際、半導体端面から半導体内部にずれた位置に光電界強度のピークが生じる。一方、本発明者らは、詳細な検討の結果、窒化物半導体レーザのＣＯＤレベルは、半導体端面における光吸収ではなく、光電界強度のピーク位置における光吸収によって決定されていることに着目した。前記のＣＯＤレベルを決定する要因を軽減する手段として、このピーク位置を含む局所的な領域にのみ窓構造を形成することによって、ＣＯＤレベルを改善しうることを見出した。その際、窓構造を半導体端面から離れた領域に形成することによって、窓構造を形成する工程に伴って導入された欠陥に起因するＣＯＤレベルの低下を抑制できる。その上、窓構造形成領域が極めて微小な領域に限られるため、窓構造の形成に伴う歪み応力の発生、結晶性の低下などの、レーザ特性の劣化要因も抑制することが可能となる。その結果、高いＣＯＤレベルを実現し、かつそれを維持したまま高出力長時間駆動が可能となる。【００２１】
本発明にかかる窒化物半導体レーザの一例として、リッジ導波路型半導体レーザに適用する形態について、図２を参照しつつ説明する。【００２２】
図２（ａ）は、リッジ導波路型半導体レーザを、共振器方向に垂直な断面から見た素子構造の概略図を示す。図２（ｂ）は、図２（ａ）中、ｘ−ｘ’の位置を共振器方向に平行な断面のレーザ出射端面近傍の構造を示す。【００２３】
このリッジ導波路型半導体レーザは、ｎ型ＧａＮ基板３０１上に、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層３０２（Ｓｉ濃度４×１０１７ｃｍ−３、厚さ１μｍ）、Ｓｉドープｎ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ（Ｓｉ濃度４×１０１７ｃｍ−３、厚さ２μｍ）からなるｎ型クラッド層３０３、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ（Ｓｉ濃度４×１０１７ｃｍ−３、厚さ０．１μｍ）からなるｎ型ＧａＮ光閉じ込め層３０４、Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ（厚さ３ｎｍ）井戸層とＳｉドープＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ（Ｓｉ濃度１×１０１８ｃｍ−３、厚さ４ｎｍ）バリア層からなる３周期多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層３０５、Ｍｇドープｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ（Ｍｇ濃度２×１０１９ｃｍ−３、厚さ０．０１μｍ）からなるキャップ層３０６、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ（Ｍｇ濃度２×１０１９ｃｍ−３、厚さ０．１μｍ）からなるｐ型ＧａＮ光閉じ込め層３０７、Ｍｇドープｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ（Ｍｇ濃度２×１０１９ｃｍ−３、厚さ０．５μｍ）からなるｐ型クラッド層３０８、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ（Ｍｇ濃度１×１０２０ｃｍ−３、厚さ０．０２μｍ）からなるｐ型ＧａＮコンタクト層３０９が積層した構造を有する。【００２４】
ｐ型クラッド層３０８とｐ型コンタクト層３０９は、ドライエッチングを用いて、加工し、リッジ構造がストライプ状に形成されている。リッジトップのｐ型コンタクト層３０９の上面に、ｐ型電極３１４が、ｎ型ＧａＮ基板３０１の下部（裏面）にｎ型電極３１６が、それぞれ設けられている。劈開によって形成された共振器端面には、誘電体保護膜が形成されている。ここで、レーザ光出射側端面（前方側端面）にはＡＲ膜４０１、反対側の端面（後方側端面）にはＨＲ膜を形成する。【００２５】
また、レーザ光出射側端面（前方側端面）の近傍において、半導体／ＡＲ膜界面から離れた領域の活性層中に、局所的に広いバンドギャップを有する領域（以下、局所窓構造５０１）を設けている。すなわち、ＭＱＷ構造で構成される活性層においては、その量子化された電子の準位と、量子化された正孔の準位間のエネルギー差に相当する光学的なバンドギャップを有する。前記の広いバンドギャップを有する領域（以下、局所窓構造５０１）は、このＭＱＷ構造に起因する光学的なバンドギャップと比較し、より広いバンドギャップ（光学的なバンドギャップ）を有する領域とされている。【００２６】
局所窓構造５０１は、ＡＲ膜４０１の膜厚、屈折率、膜構成、およびＩｎＧａＮ  ＭＱＷ層３０５の実効屈折率ｎｅｆｆとレーザ発振波長λによって決定される、内部光電界強度分布のピークのうち、端面に最も近いピーク位置を含み、その前後に、それぞれ、（λ／ｎｅｆｆ）の１／１６以上の幅（ｗ／２）、全体として、（λ／ｎｅｆｆ）の１／８以上の幅（ｗ）を有する領域に形成される。前記の配置を有する局所窓構造５０１を設けることにより、半導体端面を含む広い領域に窓構造を設けた場合と同程度の十分なＣＯＤ改善効果が得られる。【００２７】
また、局所窓構造５０１は、そのバンドギャップが広い領域が、半導体端面に接しないように形成されていることが望ましい。すなわち、局所窓構造５０１は、少なくとも、半導体／ＡＲ膜界面にその一端が達していない状態とする。従って、半導体／ＡＲ膜界面には、ＭＱＷ構造で構成される活性層の端面とＡＲ膜が接する状態となっている。これにより、端面の経時劣化を抑制し、高出力で長時間の安定駆動が可能となる。【００２８】
ＡＲ膜４０１は、単層もしくは多層の誘電体膜で作製される。その際、多層の誘電体膜は、屈折率が２以上の誘電体膜を含む構成とすることが望ましい。屈折率が２以上の誘電体膜として、例えば、Ｎｂ２Ｏ５（ｎ＝２．５３）、ＴｉＯ２（ｎ＝２．４）、Ｔａ２Ｏ５（ｎ＝２．３）、ＺｒＯ２（ｎ＝２．２）等を用いることができる。例えば、劈開によって形成された共振器端面上に、屈折率が２以上の誘電体膜を被覆することによって、内部光電界強度分布のピークのうち、端面に最も近いピーク位置を半導体端面から離すことが可能となる。また、屈折率が２以上の誘電体膜に、屈折率が２以下の誘電体膜、例えば、Ａｌ２Ｏ３（ｎ＝１．６６），ＳｉＯ２（ｎ＝１．４７）等を組み合わせた多層膜とすることによって、所望の反射率Ｒｆを維持したまま、内部光電界強度分布のピークのうち、端面に最も近いピーク位置を半導体端面から離すように制御することが可能である。なお、前記多層膜で構成されるＡＲ膜４０１で被覆することにより、該出射側端面（前方側端面）の反射率Ｒｆは、１〜２０％の範囲の低い反射率に設定できる。【００２９】
例えば、発振波長λ＝４０５ｎｍにおいて、実効的屈折率ｎｅｆｆ＝２．５のＭＱＷ構造活性層を用いる際、屈折率が２以上の誘電体膜としてＮｂ２Ｏ５膜（ｎ＝２．５３）、屈折率が２以下の誘電体膜としてＳｉＯ２膜（ｎ＝１．４７）を用い、反射率Ｒｆを１５％としている。このレーザ光出射側端面（前方側端面）においては、ＭＱＷ構造活性層／Ｎｂ２Ｏ５膜、Ｎｂ２Ｏ５膜／ＳｉＯ２膜、ＳｉＯ２膜／大気（ｎ≒１）の界面に、それぞれ、屈折率差が存在するため、反射が生じている。実効的屈折率ｎｅｆｆ＝２．５のＭＱＷ構造活性層と、Ｎｂ２Ｏ５膜（ｎ＝２．５３）との界面における反射率Ｒ１は、小さくなっている。それに対して、Ｎｂ２Ｏ５膜／ＳｉＯ２膜の界面における反射率Ｒ２、ＳｉＯ２膜／大気（ｎ≒１）の界面における反射率Ｒ３は、前記Ｒ１よりも大きくなっている。この特徴を利用することで、Ｎｂ２Ｏ５膜とＳｉＯ２膜の膜厚を調整することによって、反射率Ｒｆを１５％としている。【００３０】
一方、ＭＱＷ構造活性層内の光強度は、この出射側端面（前方側端面）に入射する光成分と、前記の三つの界面において反射された反射光成分の合計となる。その活性層内の光強度分布、特に、この出射側端面（前方側端面）近傍の光強度分布に着目する。【００３１】
出射側端面（前方側端面）に入射する光成分に関して、発振波長λ、その周波数ｆ（角振動数ω＝２πｆ）、実効的屈折率ｎｅｆｆとする際、時刻ｔ、この端面からの距離ｚの位置における、その電界強度を、仮に、Ｅ１（ｚ，ｔ）＝Ｅ１ｅｘｐ［２πｉ・｛（ｆｔ）−ｚ／（λ／ｎｅｆｆ）｝］と表記する。対応させて、ＭＱＷ構造活性層／Ｎｂ２Ｏ５膜界面を透過する、透過光成分の電界強度は、Ｅ１Ｔ（ｚ，ｔ）＝Ｅ１Ｔｅｘｐ［２πｉ・｛（ｆｔ）−ｚ／（λ／ｎＮｂ２Ｏ５）｝］と表記する。また、この界面で反射される反射光成分の電界強度は、Ｅ１Ｒ（ｚ，ｔ）＝Ｅ１Ｒｅｘｐ［２πｉ・｛（ｆｔ）＋ｚ／（λ／ｎｅｆｆ）｝］と表記できる。【００３２】
上記のような近似を用いて、Ｎｂ２Ｏ５膜／ＳｉＯ２膜の界面、ＳｉＯ２膜／大気（ｎ≒１）の界面において反射され、ＭＱＷ構造活性層へと戻ってくる反射光成分、Ｅ２Ｒ（ｚ，ｔ）、Ｅ３Ｒ（ｚ，ｔ）も同様に、Ｅ２Ｒ（ｚ，ｔ）＝Ｅ２Ｒｅｘｐ［２πｉ・｛（ｆｔ）＋ｚ／（λ／ｎｅｆｆ）＋φ２Ｒ｝］、Ｅ３Ｒ（ｚ，ｔ）＝Ｅ３Ｒｅｘｐ［２πｉ・｛（ｆｔ）＋ｚ／（λ／ｎｅｆｆ）＋φ３Ｒ｝］と表記できる。なお、φ２Ｒは、Ｎｂ２Ｏ５膜／ＳｉＯ２膜の界面で反射され、ＭＱＷ構造活性層／Ｎｂ２Ｏ５膜界面に戻るまでの間の位相差、φ３Ｒは、ＳｉＯ２膜／大気（ｎ≒１）の界面で反射され、ＭＱＷ構造活性層／Ｎｂ２Ｏ５膜界面に戻るまでの間の位相差に相当している。【００３３】
前記の表記法で表記される、ＭＱＷ構造活性層／Ｎｂ２Ｏ５膜、Ｎｂ２Ｏ５膜／ＳｉＯ２膜、ＳｉＯ２膜／大気（ｎ≒１）の界面で反射される反射光成分、ならびに、出射側端面（前方側端面）に入射する光成分を合計する。その上で、全体の光電界強度（｜Ｅ｜２）の分布を算出すると、Ｎｂ２Ｏ５膜とＳｉＯ２膜の膜厚を調整することによって、端面に最も近いピーク位置と端面との距離ｄｐｅａｋは、（λ／ｎｅｆｆ／２）の１／８以上、７／８以下とすることができる。例えば、発振波長λ＝４０５ｎｍ、ｎｅｆｆ＝２．５の場合、Ｎｂ２Ｏ５膜の膜厚ｄ１＝３５ｎｍ、ＳｉＯ２膜の膜厚ｄ２＝２５ｎｍとすることによって、反射率Ｒｆ＝１５％が得られ、また、前記のピーク位置と端面との距離ｄｐｅａｋは、４０ｎｍとなる。【００３４】
ピーク位置と端面との距離ｄｐｅａｋが、上記の下限値：（λ／ｎｅｆｆ／２）の１／８よりも半導体端面に近い場合は、上記窓構造の中心位置をピーク位置ｄｐｅａｋとし、窓構造の幅ｗを（１／８）・（λ／ｎｅｆｆ）に選択すると、窓構造の端は、活性層／Ｎｂ２Ｏ５膜の端面に達してしまう。従って、活性層／Ｎｂ２Ｏ５膜の端面に、窓構造が露呈した状態となり、経時的なＣＯＤレベルの低下が顕著になる。一方、ピーク位置と端面との距離ｄｐｅａｋが、上記の上限値：（λ／ｎｅｆｆ／２）の７／８以上の場合には、局所窓構造５０１の幅ｗの端よりも端面側に近い領域に、光電界強度の高い領域が残された状態となる。その状態では、局所窓構造５０１を設けることによる、十分なＣＯＤレベルの改善効果が発揮されない。【００３５】
例えば、Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ（厚さ３ｎｍ）井戸層とＳｉドープＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ（Ｓｉ濃度１×１０１８ｃｍ−３、厚さ４ｎｍ）バリア層からなる３周期多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層３０５のように、ＭＱＷ構造の活性層３０５を利用している際、局所窓構造５０１は、以下の方法で形成される。予め形成されたＭＱＷ構造の活性層３０５に対して、局所窓構造５０１を形成する領域に、選択的なイオン注入を行う。その後、アニール処理を施すことによって、イオン注入によって導入される欠陥を利用して、III族元素の相互拡散を促進し、活性層３０５の量子井戸構造を無秩序化する。この量子井戸構造の無秩序化に伴って、この領域のバンドギャップ（光学的バンドギャップ）は、無秩序化されていないＭＱＷ構造を保持している領域の光学的なバンドギャップよりも広くなる。従って、この量子井戸構造の無秩序化がなされた領域は、ＭＱＷ構造の活性層を利用している半導体レーザの発振波長λでは、光吸収を示さない領域となっている。【００３６】
なお、選択的なイオン注入に代わって、予め形成されたＭＱＷ構造の活性層３０５に対して、局所窓構造５０１を形成する領域に、選択的に高密度の光を照射することによって、その光吸収による加熱を利用して、III族元素の相互拡散を起こすこともできる。このIII族元素の相互拡散によって、量子井戸構造の無秩序化を進め、混晶化させることもできる。この手法では、照射される光として、キャップ層３０６を介して、ＭＱＷ構造の活性層３０５に照射した際、ＭＱＷ構造の活性層３０５において選択的に吸収され、熱エネルギーへと変換可能な光を使用する必要がある。この要件を満たす照射光として、波長３４０ｎｍ以上、レーザ発振波長λ以下の範囲の光を使用することが好ましい。レーザ発振波長λにもよるが、例えば、Ｎｄ：ＹＶＯ４レーザ（基本波：１０６４ｎｍ）の３倍高調波（第三高調波：３５５ｎｍ）や２倍高調波（第二高調波：５３２ｎｍ）等を、光源として利用することができる。場合によっては、レーザの発振波長λよりも波長の長い光を利用し、その二光子吸収を利用した加工法を適用することも可能である。【００３７】
局所窓構造５０１を形成する別の方法として、予め形成されたＭＱＷ構造の活性層３０５に対して、局所窓構造５０１を形成する領域に相当する部分を選択的にエッチングで除去し、その領域に、ＭＱＷ構造の活性層３０５の光学的なバンドギャップよりも大きなバンドギャップ（光学的なバンドギャップ）を示す材料を埋め込む手法を利用することもできる。微小領域に選択的なプロセスを行う手法としては、例えば、ＦＩＢ（収束イオンビーム法）を利用することができる。【００３８】
上述した方法はいずれも局所窓構造５０１を形成後にレーザ端面を形成する必要があるが、通常、劈開によって形成されるレーザ端面の位置を前期局所窓構造の端面側の端から数１０ｎｍの精度で形成することは非常に困難であるため、高い歩留まりを実現することは望めない。局所窓構造５０１を簡便に制御性よく形成するためには、レーザ端面、及び端面保護膜の形成を行った後に、半導体レーザを駆動させることによるレーザ光の局所的な端面吸収を利用する手法が有効である。適切な光出力が得られる条件下で、数１０〜数１００時間程度、連続的に駆動させることにより、レーザ端面および端面保護膜によって規定される光電界強度分布の端面にもっとも近いピーク位置を中心として、±（１／１６）・（λ／ｎｅｆｆ）の領域を含むＭＱＷ構造の混晶化が可能である。なお、ここでレーザ端面および端面保護膜によって規定される光電界強度のピーク位置と端面との距離ｄｐｅａｋは、（λ／ｎｅｆｆ／２）の１／８以上、７／８以下とする。上記の下限値：（λ／ｎｅｆｆ／２）の１／８以下の場合は、混晶化領域の端が活性層／保護膜の界面に達してしまう。一方、上記の上限値：（λ／ｎｅｆｆ／２）の７／８以上の場合には、活性層／保護膜界面に光電界強度の高い領域が残された状態となる。いずれの状態でも、窓構造形成のためのレーザ駆動中に混晶化のみならず界面反応が進行するため、ＣＯＤ劣化が発生する。【００３９】
より短時間で、混晶化を達成するためには、半導体レーザを比較的高温かつ高出力化で駆動させることが望ましいが、過度な条件下では、半導体レーザ自体を破壊してしまう恐れがある。その点を考慮すると、窓構造形成のために半導体レーザを駆動する際、環境温度として、６０℃以上１００℃未満に選択することが好ましい。光出力については、駆動条件、端面ビーム形状、前面および後面の反射率等に依存するが、例えば、単一横モード動作の場合、光出力は、ＣＷ動作では、３０ｍＷ以上、Ｐｕｌｓｅ動作（Ｄｕｔｙ５０％／Ｐｕｌｓｅ幅５０ｎｓ）では、１００ｍＷ以上が好ましい。なお、端面光密度に換算すると、ＣＷ動作では１０ＭＷ／ｃｍ２以上、Ｐｕｌｓｅ動作では４０ＭＷ／ｃｍ２以上が好ましい。さらに駆動中のＣＯＤ劣化発生を抑制するためには、光出力は平均的な初期ＣＯＤレベルの７０％未満とすることが好適である。【００４０】
また少なくとも光出射端面近傍には電流を流さない電流非注入構造を採用することが望ましい。端面に非注入領域を設けることで、窓構造形成のためのレーザ駆動中におけるＣＯＤ発生を抑制できる。ここで非注入領域は端面から数〜数十μｍ程度の領域において、活性層上部に電極を設けないことによって形成することができる。非注入領域の幅は狭すぎると注入キャリアの横方向拡散によって非注入の効果が低減し、広すぎると吸収が増加するために閾値電流の上昇を招く。従って非注入領域は、２μｍ以上１００μｍ以下が好ましく、５μｍ以上５０μｍ以下がより好ましい。
【実施例】
【００４１】
以下に、具体例を挙げて、本発明にかかる窒化物半導体レーザとその製造方法に関して、より詳しく説明する。下記の具体例に示すファブリ・ペロー型の端面発光III族窒化物半導体レーザは、本発明の最良の実施形態の一例であるが、本発明は、かかる形態に限定されるものではない。【００４２】
（実施例１）
第一の実施例として、本発明にかかるリッジ・ストライプ構造のIII族窒化物系半導体レーザの構造と、その作製工程を以下に説明する。図３と、図４を参照しつつ、本実施例のIII族窒化物系半導体レーザ素子の製造方法を、順次工程に従って説明する。【００４３】
基板として、（０００１）面ｎ型ＧａＮ基板を用いている。レーザ構造の作製に利用するエピキタキシャル膜の成長は、３００ｈＰａの減圧ＭＯＶＰＥ装置を使用している。キャリアガスには、水素と窒素の混合ガスを用いている。III族有機金属原料である、Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎソースとして、それぞれ、トリメチルガリウム（ＴＭＧ：Ｇａ（ＣＨ３）３）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ：Ａｌ（ＣＨ３）３）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ：Ｉｎ（ＣＨ３）３）を使用している。また、ｎ型ドーパントには、シラン（ＳｉＨ４）、ｐ型ドーパントには、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を、それぞれ用いている。【００４４】
先ず、（０００１）面ｎ型ＧａＮ基板３０１上に、ｎ型ＧａＮ層３０２、ｎ型クラッド層３０３、ｎ型光閉じ込め層３０４、活性層３０５、キャップ層３０６、ｐ型光閉じ込め層３０７を順次、エピタキシャル成長する。図３（ａ）に、このエピタキシャル成長工程において形成される、多層構造の構成を断面図によって示す。【００４５】
ｎ型ＧａＮ基板３０１を、減圧ＭＯＶＰＥ成長装置に投入後、ＮＨ３を供給しながら、基板を昇温する。基板温度が、成長温度までに達した時点で、III族有機金属原料蒸気をキャリアガスとともに、所定の供給速度で、基板上に供給して成長を開始する。Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層３０２（Ｓｉ濃度４×１０１７ｃｍ−３、厚さ１μｍ）、Ｓｉドープｎ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ（Ｓｉ濃度  ４×１０１７ｃｍ−３、厚さ２μｍ）からなるｎ型クラッド層３０３、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ（Ｓｉ濃度４×１０１７ｃｍ−３、厚さ０．１μｍ）からなるｎ型光閉じ込め層３０４、Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ（厚さ３ｎｍ）井戸層とＳｉドープＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ（Ｓｉ濃度１×１０１８ｃｍ−３、厚さ４ｎｍ）バリア層からなる３周期多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層３０５、Ｍｇドープｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎ（Ｍｇ濃度２×１０１９ｃｍ−３、厚さ０．０１μｍ）からなるキャップ層３０６、ならびに、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ（Ｍｇ濃度２×１０１９ｃｍ−３、厚さ０．１μｍ）からなるｐ型光閉じ込め層３０７を、順次堆積する。【００４６】
上記の層構造のエピタキシャル成長を完了した時点で、一旦、基板ウエハを減圧ＭＯＶＰＥ成長装置から取り出し、窓構造の作製を以下の手順で行う。図３（ｂ）は、窓構造を形成する工程を示す平面図である。【００４７】
本実施例のリッジ・ストライプ構造のIII族窒化物系半導体レーザでは、共振器長を６００μｍに選択している。この共振器長に合わせて、劈開位置６０２を決定する。この劈開位置６０１に対して、劈開ガイド溝６０１を、フォトリソグラフィーとドライエッチング（ＲＩＥ法）によって形成する。劈開ガイド溝６０１は、リッジ導波路形成領域を挟むように、溝の深さ；０．５μｍ、溝幅；５μｍを、エッチング除去している。従って、図３（ａ）に示す層構造を有するエピタキシャル成長膜のうち、ｎ型クラッド層３０３の一部までが除去されている。その際、ＲＩＥ法では、Ｃｌ２をエッチング・ガスとして利用している。その後、エッチング・マスクに利用したフォトレジスト膜を除去する。【００４８】
その後、再び、基板ウエハ全面を、膜厚１μｍのフォトレジストにより覆う。局所窓構造を形成する領域上のフォトレジストを、ビーム径５ｎｍのＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ）により除去し、ｐ型光閉じ込め層３０７の表面を露出させ、レジスト開口部６０３を形成する。このレジスト開口部６０３の中心位置と、劈開位置６０２との距離をｄ（ｎｍ）、また、レジスト開口部６０３のリッジ・ストライプ構造のストライプに沿った幅をｗ（ｎｍ）とする。【００４９】
本実施例においては、このレジスト開口部６０３として、幅ｗ＝２０ｎｍに固定して、距離ｄを、ｄ＝１０、２０、３０、４０、５０、６０ｎｍに設定した６種類、ならびに、距離ｄ＝４０ｎｍに固定し、幅ｗを、ｗ＝１０、２０、３０、４０、６０ｎｍに設定した５種類を、それぞれ作製している。このレジスト開口部６０３を介して、図３（ａ）に示す層構造を有するエピタキシャル成長膜に、Ａｒイオンをイオン注入している。その際、イオン注入の条件は、イオン加速電圧；４００ｋｅＶ、注入量；１×１０１５ｃｍ−２を選択している。前記の注入条件では、注入されたＡｒイオン濃度の深さ方向の分布は、濃度極大は、深さ０．２５μｍとなっている。なお、イオン注入マスクとして使用されている、レジスト膜の膜厚は、１μｍである。前記Ａｒイオンの注入によって、レジスト開口部６０３に位置するエピタキシャル成長膜の結晶内に選択的に欠陥が導入される。【００５０】
イオン注入後、注入マスクに用いたレジスト膜を有機洗浄により除去する。その後、再び、基板ウエハを減圧ＭＯＶＰＥ成長装置内に投入して、ＮＨ３を供給しながら、１０８０℃に昇温する。この成長温度において、ｐ型光閉じ込め層３０７の表面、ならびに、劈開ガイド溝６０１内に、Ｍｇドープｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ（Ｍｇ濃度１×１０１９ｃｍ−３、厚さ０．５μｍ）からなるｐ型クラッド層３０８、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ（Ｍｇ濃度１×１０２０ｃｍ−３、厚さ０．０２μｍ）からなるコンタクト層３０９を堆積する。【００５１】
この再成長工程は、前記イオン注入によって、局所窓構造の形成部位に選択的に導入された欠陥を回復し、再結晶化ならびに、III族元素の相互拡散を引き起こすアニール処理を兼ねている。また、前記の再成長工程において、延べ４０分間、１０００℃以上の温度に保持される間に、ＭＱＷで構成される活性層３０５のうち、選択的なイオン注入によって欠陥が導入された領域では、井戸層とバリア層との間でIII族元素の相互拡散が選択的に進行する。その結果、III族元素の相互拡散によって混晶化が進み、ＭＱＷ構造と比較し、光学的なバンドギャップが広い領域が形成される。従って、ＭＱＷレーザの発振波長の光に対して、光吸収を起こさない「非吸収領域」が形成され、この「非吸収領域」を、局所窓構造５０１として利用する。【００５２】
前記ｐ型クラッド層３０８とコンタクト層３０９の再成長を終えると、全体として、図４（ａ）に示す多層構造を具えたエキタキシャル成長膜が形成される。この作製されたレーザウエハに、図４（ａ）〜（ｈ）に示す一連の工程を施すことによって、リッジ導波路、及び電極の形成がなされる。【００５３】
コンタクト層３０９の表面に、ＳｉＯ２３１０を形成する（図４（ｂ）を参照）。フォトリソグラフィーにより、図２（ａ）に示すリッジ導波路形成領域に、幅１．３μｍのＳｉＯ２ストライプ３１１を形成する（図４（ｃ）を参照）。このＳｉＯ２ストライプ３１１を、エッチング・マスクとして、ドライエッチングにより、コンタクト層３０９ならびに、ｐクラッド層３０８を一部除去し、リッジ構造を形成する（図４（ｄ）を参照）。その結果、リッジ・ストライプ構造部分には、ｐ型クラッド層３０８が、幅１．３μｍ、厚さ０．５μｍでストライプ状に残されている。一方、その両側に残される、ｐ型クラッド層３０８の膜厚は、０．１μｍとなっている。従って、リッジ・ストライプ構造部分における、ＭＱＷで構成される活性層の実効的屈折率ｎｅｆｆは、２．５１３となっている。その両側の領域との間に、活性層の実効的屈折率ｎｅｆｆの差違：Δｎｅｆｆ＝０．００４が形成されている。【００５４】
なお、劈開ガイド溝６０１内に堆積されている、ｐ型クラッド層３０８とコンタクト層３０９も、エッチング除去される。劈開ガイド溝６０１として、溝の深さ；０．４μｍ、溝の幅；５μｍの溝が形成された状態となっている。【００５５】
引き続き、ＳｉＯ２マスク２１１を除去し、新たに、膜厚３００ｎｍのＳｉＯ２３１２を基板ウエハ全面に堆積する。次に、レジスト３１３を厚く塗布し、膜厚１．５μｍのレジスト３１３でＳｉＯ２３１２表面を被覆し、平坦化する（図４（ｅ）を参照）。酸素プラズマ中で、レジスト３１３をエッチバックすることによって、リッジトップを被覆するＳｉＯ２３１２を露出させる（図４（ｆ）を参照）。その際、リッジ・ストライプ部の両側には、エッチバック後、レジスト３１３が、膜厚０．５μｍで残余している。【００５６】
リッジトップのＳｉＯ２をバッファードフッ酸で除去し、コンタクト層３０９を露呈させる。その後、膜厚０．１μｍのＰｄ，膜厚０．１μｍのＰｔを電子ビーム蒸着法で蒸着し、Ｐｄ／Ｐｔ３１４を全面に堆積する。次いで、有機溶剤を用いて、レジスト３１３を除去する。その際、リフトオフにより、リッジトップのコンタクト層３０９上にｐコンタクトが形成される（図４（ｇ）を参照）。【００５７】
次に、窒素雰囲気中、６００℃で３０秒のＲＴＡを行い、ｐオーミック電極を形成する。この後、５０ｎｍのＴｉ、１００ｎｍのＰｔ、２μｍのＡｕをスパッタにより堆積し、カバー電極３１５とする（図４（ｈ）を参照）。【００５８】
前記ｐ電極の作製工程の後、ウエハの裏面研磨を行い、１００μｍ厚まで薄膜化する。裏面研磨後、Ｔｉ  ５ｎｍ、Ａｌ  ２０ｎｍ、Ｔｉ  １０ｎｍ、Ａｕ  ５００ｎｍをこの順で真空蒸着し、ｎ電極を形成する。ｎ電極形成後、基板を劈開ガイド溝６０１に沿って劈開位置６０２において劈開し、共振器長６００μｍのレーザバーとする。【００５９】
このレーザバーの出射端面（前方側端面）に、第一保護膜４０１ａとしてＮｂ２Ｏ５を、第二保護膜４０１ｂとしてＳｉＯ２を順にスパッタにより堆積する。このＮｂ２Ｏ５／ＳｉＯ２の２層構造は、反射率Ｒｆ＝１５％以下とし、ＡＲ膜４０１を形成する。前記二種の誘電体膜の波長λ＝４０５ｎｍの光に対する屈折率は、エリプソメトリによって決定する。ＳｉＯ２膜の屈折率ｎ２（λ＝４０５ｎｍ）は１．４７、Ｎｂ２Ｏ５膜の屈折率ｎ１（λ＝４０５ｎｍ）は２．５３であった。レーザの発振波長λ＝４０５ｎｍに対して、この屈折率ｎ１＝２．５３、ｎ２＝１．４７および活性層の実効屈折率ｎｅｆｆ＝２．５とすると、Ｎｂ２Ｏ５膜の膜厚ｄ１＝３５ｎｍ、ＳｉＯ２膜の膜厚ｄ２＝２５ｎｍとすることによって、反射率Ｒｆ＝１５％が得られる。この膜構成のＡＲ膜により被覆した出射端面（前方側端面）側の光電界強度分布を、図５に示す。ＡＲ膜と活性層端面との界面に最も近い光電界強度のピークと端面からの距離ｄｐｅａｋは４０ｎｍである。【００６０】
出射端面（前方側端面）にＡＲ膜形成後、反対側の端面（後方側端面）に、ＳｉＯ２／Ｎｂ２Ｏ５多層膜からなる、反射率Ｒｒ＝９５％のＨＲ膜を形成する。このＨＲ膜は、Ｎｂ２Ｏ５膜の膜厚ｄ３＝４０ｎｍ、ＳｉＯ２膜の膜厚ｄ４＝６９ｎｍで構成されている。その後、素子分離を行って、素子幅３００μｍのレーザチップを作製する。【００６１】
以上の工程により作製されるレーザチップを、ヒートシンク上に融着し、性能評価用の半導体レーザ素子とする。局所窓構造の形状：中心位置ｄとその幅ｗによって、レーザ初期特性は異なるが、ｄ＝４０ｎｍ、ｗ＝２０ｎｍの場合、その典型的なレーザ初期特性は、発振閾電流密度（ｉｔｈ）：３．２  ｋＡ／ｃｍ２、閾電圧（Ｖｔｈ）：４．０  Ｖであった。上記の局所窓構造の形状：中心位置ｄとその幅ｗが異なる合計１１種類の半導体レーザ素子について、周辺温度７０℃、パルス発振（パルス幅５０ｎｓ、Ｄｕｔｙ比５０％）条件、レーザ光出力Ｐｏｕｔ＝１５０ｍＷ、１０００ｈの信頼性試験、および室温ＣＷ条件におけるＣＯＤ（初期ＣＯＤレベル）評価を行った。【００６２】
図６は、局所窓構造５０１の幅ｗ＝２０ｎｍと固定した際、ＡＲ膜を被覆する活性層端面（前方側端面）から局所窓構造５０１の中心位置までの距離ｄと、初期ＣＯＤレベルの関係を示す図である。縦軸は、局所窓構造を形成していない半導体レーザ素子の初期ＣＯＤレベルで規格化している。局所窓構造５０１の幅ｗ＝２０ｎｍの場合、活性層端面（前方側端面）から局所窓構造５０１の中心位置までの距離ｄをｄ＝４０ｎｍとする際、初期ＣＯＤレベルは、最も良好な状態となっている。【００６３】
ここで、レーザの発振波長λ＝４０５ｎｍ、活性層の実効屈折率ｎｅｆｆ＝２．５であるので、局所窓構造５０１の幅ｗ＝２０ｎｍは、（λ／ｎｅｆｆ）＝１６２ｎｍに対して、ｗ≒（１／８）・（λ／ｎｅｆｆ）に相当する。活性層端面（前方側端面）から光電界強度のピークとの距離ｄｐｅａｋ＝４０ｎｍは（λ／ｎｅｆｆ）＝１６２ｎｍに対して、ｄｐｅａｋ≒（１／４）・（λ／ｎｅｆｆ）に相当し、また活性層端面から局所窓構造５０１の中心までの距離ｄに関しては、ＣＯＤレベルの改善が認められたｄ＝３０、４０、５０ｎｍはそれぞれｄ≒（３／１６）・（λ／ｎｅｆｆ）、（１／４）・（λ／ｎｅｆｆ）、（５／１６）・（λ／ｎｅｆｆ）に相当する。光電界強度のピーク位置を基準とした場合、局所窓構造の形成領域は、（（ｄ±ｗ／２）−ｄｐｅａｋ）で記述できるので、ＣＯＤレベルの改善が認められたｄ値それぞれについて局所窓構造の形成領域を求めると、ｄ＝３０ｎｍ：−（１／８）・（λ／ｎｅｆｆ）〜０、ｄ＝４０ｎｍ：−（１／１６）・（λ／ｎｅｆｆ）〜＋（１／１６）・（λ／ｎｅｆｆ）、ｄ＝５０ｎｍ：０〜＋（１／８）・（λ／ｎｅｆｆ）と求められる。従って、図６の結果はｗ＝（１／８）・（λ／ｎｅｆｆ）の局所窓構造の中心位置を、光電界強度のピーク位置を中心とした±（１／８）・（λ／ｎｅｆｆ）の範囲内に設定することでＣＯＤレベルを向上させることが可能であることを示している。【００６４】
図７は、ＡＲ膜を被覆する活性層端面（前方側端面）から局所窓構造５０１の中心位置までの距離ｄを４０ｎｍ（＝ｄｐｅａｋ）と固定した際、局所窓構造５０１の幅ｗと、初期ＣＯＤレベルの関係を示す図である。縦軸は、局所窓構造を形成していない半導体レーザ素子の初期ＣＯＤレベルで規格化している。活性層端面（前方側端面）から局所窓構造５０１の中心位置までの距離ｄを４０ｎｍ（＝ｄｐｅａｋ）とする場合、局所窓構造５０１の幅ｗ＝２０ｎｍ〜６０ｎｍの範囲では、初期ＣＯＤレベルは、ほぼ同じ値となっている。なお、局所窓構造５０１の幅ｗ＝１０ｎｍにおいても、局所窓構造を形成していない半導体レーザ素子の初期ＣＯＤレベルと比較して、大幅に初期ＣＯＤレベルを向上させる効果が達成されている。【００６５】
なお、活性層端面（前方側端面）から局所窓構造５０１の中心位置までの距離ｄ＝４０ｎｍは、（λ／ｎｅｆｆ）＝１６２ｎｍに対して、ｗ≒（１／４）・（λ／ｎｅｆｆ）に相当している。一方、局所窓構造５０１の幅ｗ＝２０ｎｍ〜６０ｎｍは、（１／８）・（λ／ｎｅｆｆ）〜（３／８）・（λ／ｎｅｆｆ）に相当している。【００６６】
一方、局所窓構造５０１の幅ｗ＝１０ｎｍは、（λ／ｎｅｆｆ）＝１６２ｎｍに対して、ｗ≒（１／１６）・（λ／ｎｅｆｆ）に相当している。この場合、局所窓構造を形成していない半導体レーザ素子の初期ＣＯＤレベルと比較すると、初期ＣＯＤレベルは改善しているものの、ｗ＝２０ｎｍ≒（１／８）・（λ／ｎｅｆｆ）以上の範囲と比較するとその改善は十分ではない。以上に述べた結果は、端面に最も近い光電界強度のピーク位置ｄｐｅａｋを中心としたその前後に（１／１６）・（λ／ｎｅｆｆ）未満の範囲における活性層の光吸収が、局所窓構造のない半導体レーザ素子の初期ＣＯＤレベルを支配していることを示している。【００６７】
換言するならば、ＭＱＷ構造からなる活性層と比較して、混晶化がなされている活性層で構成される局所窓構造５０１を設けることによる効果は、少なくとも光電界強度のピーク位置から±（１／１６）・（λ／ｎｅｆｆ）の領域を含むように局所窓構造５０１を形成した際に十分に発揮されている。【００６８】
なお、局所窓構造の形状：中心位置ｄとその幅ｗを、ｄ＝４０ｎｍ、ｗ＝２０ｎｍに選択した半導体レーザについて、周辺温度７０℃、パルス発振（パルス幅５０ｎｓ、Ｄｕｔｙ比５０％）条件、レーザ光出力Ｐｏｕｔ＝２００ｍＷ、１０００ｈの信頼性試験を行ったところ、１０００ｈの安定動作を確認した。また、この周辺温度７０℃、パルス発振（パルス幅５０ｎｓ、Ｄｕｔｙ比５０％）条件、レーザ光出力Ｐｏｕｔ＝２００ｍＷ、１０００ｈの連続動作を行った後、室温ＣＷ条件におけるＣＯＤを評価した。信頼性未評価素子のＣＯＤレベル（初期ＣＯＤレベル）に対して、前記の１０００ｈ連続動作後におけるＣＯＤレベルの劣化率は、１０％未満であった。【００６９】
（比較例１）
局所窓構造３０１ａの形状：中心位置ｄとその幅ｗを、ｄ＝４０ｎｍ、ｗ＝８０ｎｍとする半導体レーザを、上記の実施例１に記載する作製手順に従って作製した。ｄ＝４０ｎｍ、ｗ＝８０ｎｍとすると、イオン注入と、その後のアニール処理により形成される混晶化がなされている活性層の端が、劈開位置６０２において劈開した際、その劈開端面に露出する。従って、劈開によって形成される端面に、イオン注入と、その後のアニール処理によるＭＱＷの混晶化を利用して窓構造を設ける、従来の半導体レーザの構造に相当している。【００７０】
この半導体レーザについて、初期ＣＯＤレベルを評価したところ、図７中破線で示すレベルであった。すなわち、初期ＣＯＤレベルは、ｄ＝４０ｎｍ、ｗ＝８０ｎｍとする半導体レーザと、ｄ＝４０ｎｍ、ｗ＝２０ｎｍに選択した半導体レーザとの間で、差違が見出されない。【００７１】
なお、窓構造の形状：中心位置ｄとその幅ｗを、ｄ＝４０ｎｍ、ｗ＝８０ｎｍとする半導体レーザについても、周辺温度７０℃、パルス発振（パルス幅５０ｎｓ、Ｄｕｔｙ比５０％）条件、レーザ光出力Ｐｏｕｔ＝２００ｍＷ、１０００ｈの信頼性試験を行った。試験した全素子中、約１／６において、突発的な特性の劣化が発生した。すなわち、試験した全素子中、約１／６において、レーザ発振のスロープ効率ηが突発的に低下したと推定される劣化が発生した。なお、突発的な特性の劣化を起こした半導体レーザでは、見かけの閾値電流Ｉｔｈも顕著に増加している。また、この周辺温度７０℃、パルス発振（パルス幅５０ｎｓ、Ｄｕｔｙ比５０％）条件、レーザ光出力Ｐｏｕｔ＝２００ｍＷ、１０００ｈの連続動作を行った後、１０００ｈ安定動作した素子について、室温ＣＷ条件におけるＣＯＤを評価した。信頼性未評価素子のＣＯＤレベル（初期ＣＯＤレベル）に対して、前記の１０００ｈ連続動作後におけるＣＯＤレベルは、約５０％程度と低い値であった。【００７２】
ｄ＝４０ｎｍ、ｗ＝８０ｎｍとする半導体レーザにおける、１０００ｈ連続動作後におけるＣＯＤレベルが、初期ＣＯＤレベルに対して、約５０％低下する要因を追求するために、出射端面近傍の断面ＳＴＥＭ−ＥＤＸ分析を行った。その結果、イオン注入により促進されるIII族元素の相互拡散を利用して窓構造が形成された活性層近傍において、半導体／ＡＲ膜界面に異常が認められた。すなわち、第一保護膜４０１ａであるＮｂ２Ｏ５中へ、Ｇａが拡散していることが確認された。【００７３】
一方、実施例１に記載する、ｄ＝４０ｎｍ、ｗ＝２０ｎｍとする半導体レーザについて、周辺温度７０℃、パルス発振（パルス幅５０ｎｓ、Ｄｕｔｙ比５０％）条件、レーザ光出力Ｐｏｕｔ＝２００ｍＷ、１０００ｈの連続動作を行った後、出射端面近傍の断面ＳＴＥＭ−ＥＤＸ分析を行った。その結果では、半導体／ＡＲ膜界面に異常は認められなかった。【００７４】
イオン注入により促進されるIII族元素の相互拡散を利用して窓構造を形成する際、III族元素の相互拡散と、導入された欠陥の修復・除去を図るため、アニール処理を施している。しかし、導入された欠陥の修復・除去は十分に達成されず、一部、導入された欠陥が残余した状態となっている。高出力動作を連続する間に、この残余している欠陥に起因して、Ｎｂ２Ｏ５膜と、混晶化した半導体との界面において、界面反応が進行する結果、Ｎｂ２Ｏ５中へ、Ｇａが拡散したと推定される。【００７５】
すなわち、前記の界面反応によって、窓構造の端面とＮｂ２Ｏ５膜との界面に、光吸収を引き起こす界面準位が生成する結果、ＣＯＤレベルの低下が引き起こされたと推定される。【００７６】
一方、局所窓構造を採用する際には、ＭＱＷで構成される活性層の劈開面上に、ＡＲ膜が形成される。従って、Ｎｂ２Ｏ５膜との界面には、イオン注入により導入される欠陥は存在していないため、高出力動作を連続する間に、欠陥に起因する、界面反応は進行しない。すなわち、少なくとも、界面反応によって、窓構造の端面とＮｂ２Ｏ５膜との界面に、光吸収を引き起こす界面準位が生成する結果、ＣＯＤレベルが大幅に低下する現象は回避されている。【００７７】
以上説明したように、本発明の半導体レーザは、局所的な窓構造を採用することによって高いＣＯＤレベルを実現し、かつ２００ｍＷ以上の高出力でも安定した長時間駆動が可能となる。【００７８】
以上、実施形態（及び実施例）を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態（及び実施例）に限定されものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。【００７９】
この出願は、２００７年３月９日に出願された日本出願特願２００７−６０４０８を基礎とする優先権を主張し、引用によって、その開示の全てをここに取り込む。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明にかかるIII族窒化物系半導体レーザは、局所的な窓構造を設けることによった、高い初期ＣＯＤレベルを実現し、また、高出力動作を継続した際、ＣＯＤレベルの経時的な劣化も抑制されている。その利点から、本発明にかかるIII族窒化物系半導体レーザは、高出力動作において、高い信頼性を有するので、例えば、２００ｍＷ以上の高出力でも安定した長時間駆動が可能であるので、大容量光ディスク装置の書き込み用光源として利用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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