(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型半導体層、活性層及び第２導電型半導体層からなる積層体と、
前記第２導電型半導体層に接触して共振器方向に平行なストライプ状の溝部を有する電流阻止層とを有し、
前記溝部内の共振器端面側に誘電体が埋め込まれており、前記溝部内の前記誘電体よりも内側に導電性酸化物が埋め込まれており、
前記誘電体は、前記導電性酸化物の屈折率±０．５の範囲の屈折率を有し、かつ前記電流阻止層とは異なる材料で形成されてなることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
第１導電型半導体層、活性層及び第２導電型半導体層からなる積層体と、
前記第２導電型半導体層に接触して共振器方向に平行なストライプ状の溝部を有する電流阻止層とを有し、
前記溝部内の共振器端面側に誘電体が埋め込まれており、前記溝部内の前記誘電体よりも内側にＩＴＯからなる導電性酸化物が埋め込まれており、
前記誘電体は、ＺｒＯ２、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＡｌＮ及びＳｉＮからなる群から選択される材料であり、かつ前記電流阻止層とは異なる材料により形成されてなることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記誘電体は、電流阻止層の屈折率ａ以上及び／又は活性層の屈折率ｄより小さい屈折率ｃを有する請求項１又は２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記導電性酸化物は、電流阻止層の屈折率ａ以上及び／又は活性層の屈折率ｄより小さい屈折率ｂを有する請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記誘電体は、ＺｒＯ２、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＡｌＮ及びＳｉＮからなる群から選択される材料により形成されてなる請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記電流阻止層は、ＳｉＯ２、Ｇａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＳｉＮ、ＡｌＮ及びＡｌＧａＮからなる群から選択される材料により形成されてなる請求項１〜５のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記電流阻止層は、活性層及び導電性酸化物層よりも屈折率が小さい材料からなる請求項１〜６のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
【請求項８】
発振波長が４４０ｎｍ以上である請求項１〜７のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
【請求項９】
さらに、前記第１導電型層に接触して共振器方向に平行なストライプ状の第２の溝部を有する第２の電流阻止層を有し、前記第２の溝部内の共振器端面側に第２の誘電体が埋め込まれており、前記第２の溝部内の前記第２の誘電体よりも内側に第２の導電性酸化物層が埋め込まれてなる請求項１〜８のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
【請求項１０】
第１導電型半導体層、活性層及び第２導電型半導体層からなる積層体と、
前記第２導電型半導体層に接触して共振器方向に平行なストライプ状の溝部を有する電流阻止層とを有し、
前記溝部内の共振器端面側に誘電体が埋め込まれており、前記溝部内の前記誘電体よりも内側に導電性酸化物が埋め込まれており、
前記誘電体は、前記導電性酸化物の屈折率±０．５の範囲の屈折率を有し、
さらに、前記第１導電型層に接触して共振器方向に平行なストライプ状の第２の溝部を有する第２の電流阻止層を有し、前記第２の溝部内の共振器端面側に第２の誘電体が埋め込まれており、前記第２の溝部内の前記第２の誘電体よりも内側に第２の導電性酸化物層が埋め込まれてなることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項１１】
第１導電型半導体層、活性層及び第２導電型半導体層からなる積層体と、
前記第２導電型半導体層に接触して共振器方向に平行なストライプ状の溝部を有する電流阻止層とを有し、
前記溝部内の共振器端面側に誘電体が埋め込まれており、前記溝部内の前記誘電体よりも内側にＩＴＯからなる導電性酸化物が埋め込まれており、
前記誘電体は、ＺｒＯ２、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＡｌＮ及びＳｉＮからなる群から選択される材料により形成され、
さらに、前記第１導電型層に接触して共振器方向に平行なストライプ状の第２の溝部を有する第２の電流阻止層を有し、前記第２の溝部内の共振器端面側に第２の誘電体が埋め込まれており、前記第２の溝部内の前記第２の誘電体よりも内側に第２の導電性酸化物層が埋め込まれてなることを特徴とする半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ素子に関し、より詳細には、電流阻止層によって光を閉じ込める構造を有する半導体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、０≦ｘ＋ｙ≦１）の化合物半導体からなる青紫色の半導体レーザにおいて、活性層での垂直方向の光の閉じ込め係数を十分に大きくするために、クラッド層のＡｌの組成を大きくする方法が検討されてきた。しかし、Ａｌの組成が大きくなると、基板及び他の化合物半導体層との格子不整合によって、Ａｌ含有層に歪が内在し、クラックが発生するなどの問題が生じていた。
これに対して、ストライプ状の溝を有する電流阻止層とクラッド層として機能する透明電極とを活性層の上部に配置することにより、化合物半導体層の成長時間を短縮させ、化合物半導体層を薄膜化し、Ａｌ含有層内におけるクラックの発生を低減し得る半導体レーザ素子が提案されている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開２００６−４１４９１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、この半導体レーザ素子では、電流阻止層上に形成された透明電極は、共振器端面にまで及んでいるために、劈開性及び配向性を向上させる工夫がなされてはいるが、透明電極を伴った劈開により共振器面の作製が困難になるという課題がある。
このような透明電極によって共振器端面にまで電流が注入されると、共振器端面付近に熱が発生し、特に高出力化の素子では発熱が顕著になるため、ＣＯＤレベルの低下が懸念される。
また、共振器面の作製及びＣＯＤレベルの向上のために、透明電極を共振器端面から離間させて形成すると、共振器端面付近の垂直方向の光閉じ込め係数が変わるので、共振器方向において屈折率分布が変化し、垂直方向のＦＦＰ（Far Field Pattern：ファーフィールドパターン）が乱れる。
【０００４】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、高出力の半導体レーザ素子においても、共振器端面での発熱を最小限にとどめて、ＣＯＤレベルを向上させることができるとともに、良好なＦＦＰ形状を得ることができ、信頼性が高く、長寿命の半導体レーザ素子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】
【０００５】
本発明の半導体レーザ素子は、
第１導電型半導体層、活性層及び第２導電型半導体層からなる積層体と、
前記第２導電型半導体層に接触して共振器方向に平行なストライプ状の溝部を有する電流阻止層とを有し、
前記溝部内の共振器端面側に誘電体が埋め込まれており、前記溝部内の前記誘電体よりも内側に導電性酸化物が埋め込まれており、
前記誘電体は、前記導電性酸化物の屈折率±０．５の範囲の屈折率を有し、かつ前記電流阻止層とは異なる材料で形成されてなることを特徴とする。
また、別の半導体レーザ素子は、
第１導電型半導体層、活性層及び第２導電型半導体層からなる積層体と、
前記第２導電型半導体層に接触して共振器方向に平行なストライプ状の溝部を有する電流阻止層とを有し、
前記溝部内の共振器端面側に誘電体が埋め込まれており、前記溝部内の前記誘電体よりも内側にＩＴＯからなる導電性酸化物が埋め込まれており、
前記誘電体は、ＺｒＯ２、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＡｌＮ及びＳｉＮからなる群から選択される材料であり、かつ前記電流阻止層とは異なる材料により形成されてなることを特徴とする。 
【０００６】
この半導体レーザ素子では、前記誘電体と前記電流阻止層とは異なる材料で形成されていることが好ましい。
また、前記誘電体は、電流阻止層の屈折率ａ以上及び／又は活性層の屈折率ｄより小さい屈折率ｃを有することが好ましい。
さらに、前記導電性酸化物は、電流阻止層の屈折率ａ以上及び／又は活性層の屈折率ｄより小さい屈折率ｂを有することが好ましい。
前記誘電体は、ＺｒＯ２、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＡｌＮ及びＳｉＮからなる群から選択される材料により形成されてなることが好ましい。
前記電流阻止層は、ＳｉＯ２、Ｇａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＳｉＮ、ＡｌＮ及びＡｌＧａＮからなる群から選択される材料により形成されてなることが好ましい。
前記誘電体は、前記導電性酸化物層の屈折率±１の範囲の屈折率を有することが好ましい。
前記電流阻止層は、活性層及び導電性酸化物層よりも屈折率が小さい材料からなることが好ましい。
発振波長が４４０ｎｍ以上であることが好ましい。
さらに、前記第１導電型層に接触して共振器方向に平行なストライプ状の溝部を有する第２の電流阻止層を有し、前記溝部の共振器端面側に誘電体が埋め込まれており、内側に導電性酸化物層が埋め込まれてなることが好ましい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の半導体レーザ素子によれば、高出力の半導体レーザ素子においても、共振器端面での発熱を最小限にとどめることができ、ＣＯＤレベルを向上させることができるとともに、良好なＦＦＰを得ることができ、信頼性が高く、長寿命の半導体レーザ素子を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の半導体レーザ素子は、第１導電型半導体層、活性層及び第２導電型半導体層からなる積層体によって構成される。
【０００９】
第１導電型半導体層は、特に限定されないが、化合物半導体、さらに窒化物半導体、特に、一般式がＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で示されるものが好ましい。これに加えて、III族元素としてＢが一部に置換されたものを用いてもよいし、Ｖ族元素としてＮの一部をＰ、Ａｓで置換されたものを用いてもよい。第１導電型及び第２導電型は、いずれか一方がｎ型、他方がp型を意味する。ｎ型半導体層は、ｎ型不純物として、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＣｄなどのＩＶ族元素又はＶＩ族元素等を１種類以上含有していてもよい。また、ｐ型半導体層は、ｐ型不純物として、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｓｒ等を含有している。不純物は、例えば、５×１０１６／ｃｍ３〜１×１０２１／ｃｍ３程度の濃度範囲で含有されていることが好ましい。なお、第１導電型半導体層及び第２導電型半導体層を構成する半導体層の全てが必ずしも不純物を含有していなくてもよい。
【００１０】
第１導電型半導体層及び／又は第２導電型半導体層は、光ガイド層を有していることが好ましく、さらにこれらの光ガイド層が活性層を挟んだ構造であるＳＣＨ（Ｓｅｐａｒａｔｅ Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）構造とすることが好ましい。第１導電型半導体層の光ガイド層と第２導電型半導体層の光ガイド層とは、互いに組成及び／又は膜厚が異なる構造であってもよい。
【００１１】
例えば、第１導電型半導体層（以下、「ｎ型半導体層又はｎ側半導体層」と記すことがある）、活性層、第２導電型半導体層（以下、「ｐ型半導体層又はｐ側半導体層」と記すことがある）は、単一膜構造、多層膜構造又は組成比が互いに異なる２層からなる超格子構造を備えていてもよい。また、これらの層に組成傾斜層、濃度傾斜層を備えたものであってもよい。
【００１２】
ｎ型半導体層は、組成及び／又は不純物濃度が異なる２層以上の構造であってもよい。
例えば、第１のｎ型半導体層は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）によって形成することができ、好ましくはＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．５）、さらに好ましくはＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ≦０．３）によって形成することができる。具体的な成長条件としては、反応炉内での成長温度を９００℃以上で形成することが好ましい。また、第１のｎ型半導体層はクラッド層として機能させることができる。膜厚は０．５〜５μｍ程度が適当である。なお、後述するように、ｎ型半導体層側に低屈折率の導電性酸化膜を設ける場合は、第１のｎ型半導体層は省略可能である。
第２のｎ型半導体層は、光ガイド層として機能させることができ、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０≦ｘ＋ｙ≦１）によって形成することができる。膜厚は０．１〜５μｍが適当である。第２のｎ型半導体層は省略可能である。
ｎ型半導体層の層間に、単数又は複数の半導体層を追加形成してもよい。
【００１３】
活性層は、多重量子井戸構造又は単一量子井戸構造のいずれでもよい。井戸層は、少なくともＩｎを含有している一般式ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０≦ｘ＋ｙ≦１）を有することが好ましい。Ｉｎ含有量を高くすることで長波域の発光が可能となり、Ａｌ含有量を高くすることで紫外域の発光が可能となり、３００ｎｍ〜６５０ｎｍ程度の波長域での発光が可能である。活性層を量子井戸構造で形成することにより、発光効率を向上させることができる。
【００１４】
活性層上にはｐ型半導体層が積層されている。
第１のｐ型半導体層は、ｐ型不純物を含有したＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．５）によって形成することができる。第１のｐ型半導体層はｐ側電子閉じ込め層として機能する。
第２のｐ型半導体層は、光ガイド層として機能させることができ、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０≦ｘ＋ｙ≦１）によって形成することができる。
【００１５】
第２のｐ型半導体層の上に、クラッド層として機能するｐ型不純物を含有したＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．５）又はＧａＮとＡｌＧａＮとからなる超格子層を形成することができるが、この層は省略してもよい。この層を省略することにより、活性層成長後のｐ側半導体層の成長時間を省略することができる。また、一般に、ｐ側半導体層を低抵抗化させるため、ｐ側半導体層は、ｎ側半導体層又は活性層よりも高温で積層することが好ましい。しかし、ｐ側半導体層を高温で成長させると、Ｉｎ混晶比の高い活性層は分解することがある。従って、この層を省略することにより、ｐ側半導体層を高温で成長させることによる活性層へのダメージ等を軽減させることができる。さらに、高抵抗であるｐ側半導体層の積層数を低減させることができるため、動作電圧を低減することができる。
【００１６】
第３のｐ型半導体層は、ｐ型不純物を含有したＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）で形成することができる。
これらの半導体層にはＩｎを混晶させてもよい。第１のｐ型半導体層、第２のｐ型半導体層は省略可能である。各層の膜厚は、３ｎｍ〜５μｍ程度が適当である。
なお、ｐ型半導体層の層間に、単数又は複数の半導体層を追加形成してもよい。
【００１７】
４４０ｎｍ以上の比較的長波長の半導体レーザにおいては、十分な屈折率差を設けるためにｐ側及び／又はｎ側のクラッド層においてＡｌ混晶を高くする必要がある。また、３８０ｎｍ以下の紫外領域の光を発振する半導体レーザでは、Ａｌ混晶の高い層を形成することによって光の吸収を防止することができる。しかし、Ａｌ混晶の高い層を形成すると、半導体層にクラックが発生しやすい。従って、クラッド層を省略することにより、クラックを低減した信頼性の高い長波長の半導体レーザを実現できる。
【００１８】
半導体層の成長方法は、特に限定されないが、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）など、窒化物半導体の成長方法として知られている全ての方法を用いることができる。特に、ＭＯＣＶＤは、減圧〜大気圧の条件で、結晶性良く成長させることができるので好ましい。
【００１９】
本発明の半導体レーザ素子では、図１に示すように、ｐ型半導体層に接触して、つまり、ｐ型半導体層の上に、電流阻止層が形成されている。電流阻止層は、通常、活性層に平行な層として形成されていることが好ましい。電流阻止層はストライプ状の溝部を有しており、その溝部は、共振器方向に平行に延設されている。溝部は、共振器端面の内側で終端していてもよいが、共振器端面に至り、開放状態であることが好ましい。ただし、図６（ａ）に示すように、電流阻止層が、後述する誘電体と同じ材料で形成される場合には、必ずしも開放端となっておらず、溝部の共振器端面までの延長線上であって、電流阻止層の共振器端面近傍（図６中、Ａ）において、誘電体として、電流阻止層の一部が配置していてもよい。
【００２０】
溝部の幅は、例えば、０．３〜５０μｍ程度、シングルモードレーザを作製する場合には、好ましくは１〜５μｍ程度が挙げられる。電流阻止層の共振器方向の端面は、共振器端面と必ずしも厳密に一致していなくてもよいが、一致していることが好ましい。電流阻止層の共振器方向以外の端面は、積層体の端面と一致していてもよいが、積層体端面の内側に配置されていることが好ましい。電流阻止層における溝部の底面は、半導体層と接触している。つまり、この溝部の深さは、電流阻止層の膜厚に相当する。
【００２１】
電流阻止層は、半導体層（例えば、ＧａＮの屈折率：約２．５）、特に、活性層（例えば、ＩｎＡｌＧａＮの屈折率：約２．１〜３．５）及び後述する導電性酸化物層よりも屈折率ａが小さいことが適している。このような屈折率を有することにより、導波路での光の閉じ込めを確実に行うことができる。
あるいは、半導体レーザ素子の駆動電圧以上の障壁を有する材料からなることが適している。ここで、駆動電圧以上の障壁を有するとは、半導体の絶縁性を保つことができることを意味する。このような障壁を有することにより、安定で良好な電気特性を示し、長寿命の半導体レーザを期待することができる。
【００２２】
電流阻止層は、例えば、酸化物及び窒化物、具体的には、ＳｉＯ２（屈折率：約１．５）、Ｇａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＳｉＮ、ＡｌＮ及びＡｌＧａＮからなる群、さらにｉ型の半導体層を含む群から選択される絶縁性の材料により形成することができる。膜厚は特に限定されず、例えば、０．０５〜５μｍ程度が挙げられる。電流阻止層は、単層であってもよいし、多層であってもよい。
【００２３】
また、電流阻止層は、ｐ型半導体層に代えてｎ型半導体層に接触して、あるいは、ｐ型半導体層及びｎ型半導体層にそれぞれ接触して、上記と同様に形成してもよい。この場合、溝部、後述する誘電体及び導電性酸化物も、通常、同様に形成される。
なお、本明細書においては、屈折率とは、波長４４５ｎｍにおける値を意味し、通常、屈折率は、エリプソメーターによって測定された値を指す。
【００２４】
電流阻止層は、当該分野で公知の方法によって形成することができる。例えば、蒸着法、スパッタ法、反応性スパッタ法、ＥＣＲプラズマスパッタ法、マグネトロンスパッタ法、イオンビームアシスト蒸着法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション法、ＣＶＤ法、スプレー法、スピンコート法、ディップ法又はこれらの方法の２種以上を組み合わせる方法、あるいはこれらの方法と酸化処理（熱処理）とを組み合わせる方法等、種々の方法を利用することができる。  
【００２５】
電流阻止層の成膜条件としては、電流阻止層（例えば、ＳｉＯ２）を成膜する際に、ターゲットとして酸化ケイ素又はケイ素を用いたスパッタ法等が挙げられる。この際、アルゴンガス、アルゴンガスと酸素ガスの混合ガス等を適宜用いることができる。また、スパッタガスとして酸素分圧の小さい又はゼロのガスから、酸素分圧の大きいガスに切り替える方法、成膜レートを低下させる方法、ＲＦパワーを増加させる方法、あるいはターゲットと基板との距離を変化させる方法、圧力を低下させる方法等によって成膜する方法が挙げられる。さらに、スパッタ法で保護膜を形成する際、基板の温度を上昇または低下させる方法を用いてもよい。この後、任意に熱処理を行ってもよい。  
【００２６】
また、少なくとも電流阻止層の溝部を埋め込むように、導電性酸化物層が形成されている。この導電性酸化物層は、図１（ａ）〜（ｄ）に示すように電流阻止層の上にわたって形成されていてもよいし、図５（ｃ）及び（ｃ’）に示すように溝部内のみに埋め込まれていてもよい。この導電性酸化物層は、共振器方向の端面が、活性層における共振器端面より内側に配置されている（図５（ｂ’）〜（ｄ’）の１１参照）。つまり、共振器方向の端面が、活性層における共振器端面と離間している。これにより、導電性酸化物層が半導体層の積層体の劈開に影響を及ぼさず、意図する方向に確実に劈開を行って、良好な共振器端面を得ることが可能となる。良好な共振器端面を得るためには、対向する一対の端面のうち少なくとも片方において、導電性酸化物層が共振器端面から離間して形成されていればよいが、両方の端面が離間していることが好ましい。その距離は、特に限定されないが、例えば、共振器長が４００〜１５００μｍ程度の場合には、その０．００１〜１０％程度の長さ、具体的には、０．１〜１０μｍ程度の長さ内側に配置していることが適している。導電性酸化物層の共振器方向以外の端面は、積層体の端面と一致していてもよいが、積層体端面の内側に配置されていることが好ましい。
【００２７】
導電性酸化物層は、第２導電型半導体層と溝内で接触しており、オーミック電極として機能する。また、電流阻止層の溝部に埋め込まれた導電性酸化物層は、電流阻止層と導電性酸化物層との屈折率差により、所望のレーザの導波路内に光を閉じ込めるクラッド層として機能する。
【００２８】
導電性酸化物層は、例えば、電流阻止層の屈折率ａ以上であるか、活性層の屈折率ｄより小さい屈折率ｂを有するか、あるいはその双方を満足することが好ましい。導電性酸化物層は、例えば、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）及びマグネシウム（Ｍｇ）からなる群から選択された少なくとも１種の元素を含む層により形成することができる。具体的にはＺｎＯ（屈折率：約１．９５）、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＡＴＯ、ＩＴＯ（ＩｎとＳｎとの複合酸化物）、ＭｇＯ等が挙げられる。なかでも、ＩＴＯ（屈折率：約２．０）が好ましい。
【００２９】
この導電性酸化物膜は、可視光のみならず、例えば、波長３６０ｎｍ〜６５０ｎｍの波長の光を吸収することなく、効率よく、例えば、透過率が９０％以上、あるいは８５％以上、８０％以上で光を透過させることができるものであることが好ましい。これにより、意図する波長の半導体レーザ素子の電極として利用することができる。さらに、導電性酸化物膜は、例えば、比抵抗が１×１０−３Ωｃｍ以下、好ましくは１×１０−４〜１×１０−６Ωｃｍ程度であることが好ましい。これにより、電極として有効に利用することができる。
導電性酸化物層の膜厚は、特に限定されるものではなく、用いる材料、電流阻止層の膜厚等によって適宜調整することができる。例えば、０．１〜４．０μｍ程度が挙げられる。
【００３０】
導電性酸化物層は、例えば、図５（ａ）に示したように、半導体の積層体１４上の全面に形成（図５（ａ）中、１１）し、フォトリソグラフィ及びエッチング工程等の通常の方法を利用して、所望の形状にパターニングすることにより形成することができる（図５（ｂ）及び（ｂ’）、図４（ｃ）及び（ｃ’）又は図６（ｂ）参照）。また、半導体層に予めマスク層を形成し、その上に導電性酸化物層を形成してリフトオフ法を利用して形成してもよい。
【００３１】
導電性酸化物層は、当該分野で公知の方法によって形成することができる。例えば、スパッタ法、イオンビームアシスト蒸着法、イオン注入法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション法又はこれらの方法と熱処理を組み合わせる等、種々の方法を利用することができる。  
【００３２】
具体的には、スパッタ法により導電性酸化物膜、例えば、ＩＴＯ膜を成膜する際に、スパッタガスとして酸素分圧の小さい又はゼロのガスから大きいガスに切り替えるか、徐々に酸素分圧を増加させて用いる方法、ＩＴＯ成膜用のターゲットのほかに、Ｉｎ量が多いターゲットまたは酸素量が少ないターゲットを用い、途中でＩｎ量が多いターゲットまたは酸素量が少ないターゲットに切り替える方法、スパッタ装置の投入電力を徐々に又は急激に増大させて成膜する方法等が挙げられる。また、真空蒸着により導電性酸化物膜、例えば、ＩＴＯ膜を成膜する際に、半導体層の温度を急激又は徐々に上昇または低下させる方法、成膜レートを急激に低下させる方法、イオン銃を用いて酸素イオンを成膜途中から照射する方法等が挙げられる。  
【００３３】
さらに、電流阻止層の溝部内であって、導電性酸化物層の端面から共振器端面側に、誘電体が埋め込まれている。つまり、電流阻止層に設けられた溝部内において、溝部の共振器端面側に誘電体が埋め込まれており、内側に導電性酸化物が埋め込まれている。誘電体は、溝部の両端のうち少なくとも一方に設けられていればよい。好ましくは、両端に設けられるものである。その場合は、溝部内において共振器方向に、誘電体、導電性酸化物、誘電体の順に形成されている。
【００３４】
このように、導電性酸化物層とは別個に、誘電体膜が共振器端面側に配置されることにより、共振器端面付近における導電性酸化物層の剥がれ、劈開等の不具合を生じさせることなく、かつ、導電性酸化物層との端面による密着性を良好にして、光の閉じ込めを確実にすることができる。その結果、共振器端面から出射されるレーザビームの歪を防止し、良好なＦＦＰパターンを得ることができる。また、共振器端面への電流の流れを最小限に止めることができ、共振器端面での熱の発生を抑制し、ＣＯＤレベルを向上させることができる。特に、レーザ素子を高出力化しようとした場合、発熱が大きくなるが、特に発熱の顕著な共振器端面における発熱を低減することができる。
【００３５】
つまり、共振器端面付近まで、導電性酸化物が形成されている場合、共振器端面付近で微小なリークが発生し、消費電力が大きくなり、レーザ素子の発熱が大きくなるとともに、劣化速度が大きくなり、素子寿命が短くなる。また、共振器端面付近を開放し、半導体層を露出した形態とすると、窒化物半導体レーザでは、共振器面付近の半導体層との屈折率差により、レーザから出射されるビームが下向きになり、ＦＦＰ形状に乱れが見られる。これに対して、本発明のように、共振器面付近に誘電体を埋め込むことによって、素子の信頼性及びＦＦＰ形状良好な半導体レーザを得ることができる。
【００３６】
誘電体は、例えば、電流阻止層の屈折率ａ以上であるか、活性層の屈折率ｄより小さい屈折率ｃを有するか、あるいはその双方を満足する屈折率ｃを有することが好ましい。特に、誘電体は、導電性酸化物層の屈折率と近い屈折率を有することが適しており、例えば、±１、好ましくは±０．５の範囲の屈折率を有することが好ましい。また、誘電体は、電流阻止層と異なる材料で形成され、電流阻止層よりも高い屈折率を有する材料で形成すると、光の散乱を抑え、しきい値を下げることができ好ましい。また、別の観点から、半導体レーザ素子の駆動電圧以上の障壁を有する材料からなることが好ましい。
【００３７】
誘電体は、例えば、酸化物及び窒化物、具体的には、ＺｒＯ２、ＳｉＯ２（屈折率：約１．４５）、Ａｌ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ３、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＡｌＮ及びＳｉＮからなる群から選択される材料により形成することができ、なかでも、ＺｒＯ２及びＳｉＯ２が好ましい。特に、誘電体を酸化物で形成する場合、導電性酸化物との密着性を良好に形成することができる。また、誘電体を、絶縁性で、導電性酸化物（例えば、ＩＴＯ）の屈折率に近い屈折率を有するものとする場合には、光閉じ込めを良好にし、所望のビーム形状のレーザ光を得ることができるため、好ましい。なお、誘電体は、単層でもよいし、適当な屈折率を得るために、組成の異なる複数の材料を積層して用いてもよい。
【００３８】
誘電体の膜厚は特に限定されず、材料の組成、屈折率等によって適宜調整することができ、導電性酸化物層と同程度であることが適している。具体的には、０．１〜２．０μｍ程度が挙げられる。
誘電体は、少なくとも電流阻止層の溝部内に埋め込まれていればよく、電流阻止層の上に配置されていてもよい。共振器方向以外の端面は、積層体及び／又は電流阻止層の端面と一致していてもよいし、内側に配置されていてもよい。
【００３９】
誘電体は、共振器方向においては、共振器端面から導電性酸化物の端面まで設けられることが好ましい。
導電性酸化物を設けた後に誘電体を設ける場合、導電性酸化物を被覆してもいい。共振器長が２００〜１５００μｍ程度の場合には、その０．００６〜５％程度の長さ、具体的には、０．１〜１０μｍ程度の長さであることが適している。
【００４０】
また、誘電体は、酸化物で形成され、導電性酸化膜と誘電体が接する領域を設けることが好ましい。これにより、導電性酸化物と誘電性部材との密着性を良好にし、共振器面付近での光閉じ込めを確実にすることができる。これは、電流阻止層が酸化物で形成される場合に効果的である。
【００４１】
このような誘電体は、例えば、図４（ｃ’）及び（ｄ’）、図５（ｃ’）及び（ｄ’）に示したように、導電性酸化物１１を形成する前又は後に、誘電体１０を形成する領域を開口させたマスク（図示せず）を形成し、その上に誘電体１０を形成し、マスクを剥離して、誘電体１０を溝内に残存させることにより形成することができる。導電性酸化物１１が、共振器方向の全体に形成されている場合には、エッチング等によって、共振器端面付近の導電性酸化物１１を除去した後、上記と同様の方法により、誘電体１０を形成してもよい。
【００４２】
また、図４（ｅ’）及び（ｅ''）に示したように、共振器端面に、後述する端面保護膜を形成するのと同時に端面保護膜の材料を回り込ませることによって、誘電体１０を溝内に配置することより形成することができる。
図４（ｄ’）及び（ｅ’）は溝部での共振器方向の断面図である。
さらに、図６（ａ）に示したように、この誘電体を電流阻止層９と同一材料で形成する場合は、電流阻止層９を形成する際に、共振器端面近傍の溝部を被覆するように電流阻止層９を形成することにより（図６（ａ）中、Ａ参照）、電流阻止層９の一部を誘電体として配置することができる。
誘電体は、電流阻止層と同様の当該分野で公知の方法によって形成することができる。成膜条件としては、上述した電流阻止層の成膜条件と同様にして形成することができる。
【００４３】
本発明の半導体レーザ素子では、上述した半導体層の積層体は、通常、基板上に形成されている。基板としては、サファイア、スピネル（ＭｇＡ１２Ｏ４）のような絶縁性基板でもよいし、炭化珪素、シリコン、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ダイヤモンド及び窒化物半導体と格子接合するニオブ酸リチウム、ガリウム酸ネオジウム等の酸化物基板でもよいが、窒化物半導体基板（ＧａＮ、ＡｌＮ等）であることが好ましい。
窒化物半導体基板は、例えば、第１主面及び／又は第２主面に０．０３〜１０°程度のオフ角を有するものであることがより好ましい。その厚みは５０μｍから１０ｍｍ程度が挙げられる。窒化物半導体基板は、ＭＯＣＶＤ法、ＨＶＰＥ法、ＭＢＥ法等の気相成長法、超臨界流体中で結晶育成させる水熱合成法、高圧法、フラックス法、溶融法等により形成することができる。また、市販のものを用いてもよい。
【００４４】
窒化物半導体基板は、その一表面において、転位密度が面内でストライプ状に周期的に分布しているものでもよい。例えば、ＥＬＯ法を用いて低転位密度領域（例えば、第１領域）と高転位密度領域（例えば、第２領域）とを交互にストライプ状に形成したもの、基板上にラテラル成長により半導体層を形成し、この半導体層を基板として用いることにより、結晶欠陥密度、結晶方向等が異なる領域がストライプ状に配置したもの等が挙げられる。また、極性が異なる領域が分布しているものでもよい。例えば、第１領域と第２領域とで、ストライプ状に極性が分断されていてもよい。
【００４５】
ここで、低転位密度領域とは、単位面積当たりの転位数が１×１０７／ｃｍ２以下、好ましくは５×１０６／ｃｍ２以下の領域であり、高転位密度領域とは、これよりも転位密度が高い領域であればよい。
第１領域と第２領域とが交互にストライプを形成する場合、第１領域の幅は１０μｍ〜５００μｍ、さらに１００μｍ〜５００μｍが挙げられ、第２領域の幅は２μｍ〜１００μｍ、１０μｍ〜５０μｍが挙げられる。ストライプ形状は、破線状に形成されているものを含む。これらの転位測定はＣＬ観察やＴＥＭ観察等で行うことができる。
【００４６】
窒化物半導体基板は、その一表面において、異なる結晶成長面が分布していてもよい。例えば、第１領域が（０００１）面とすれば、第２領域は（０００１）面と異なる（０００−１）面、（１０−１０）面、（１１−２０）面、（１０−１４）面、（１０−１５）面、（１１−２４）面等の結晶成長面が挙げられる。特に、（０００−１）面が好ましい。このように部分的に結晶成長面が異なる面を有する基板を用いることにより、基板内部に発生する応力や歪みを緩和させることができ、基板上に応力緩和層を形成することなく、半導体層を膜厚５μｍ以上で積層することが可能となる。
【００４７】
窒化物半導体基板として、例えば、特開２００５−１７５０５６号公報、特開２００４−１５８５００号公報、特開２００３−３３２２４４号公報等に記載されているものを利用してもよい。
なお、基板上には、レーザ素子として機能する積層体を形成する前に、バッファ層、中間層等（例えば、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）等）を設けていることが好ましい。
【００４８】
また、本発明の半導体レーザ素子では、少なくとも半導体層の積層体の両側を被覆する側面保護膜を形成することが好ましい。側面保護膜は、外部と接続する領域を開口させて導電性酸化物層の表面にわたって形成することが好ましい。なお、側面保護膜は、電流阻止層と兼ねてもよいし、誘電体と兼ねてもよい。このような側面保護膜は、導電性酸化物を形成した後、後述するパッド電極を形成する前に形成することが好ましい。
【００４９】
側面保護膜の材料はＴｉ、Ａｌ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｇａ、Ｓｉ等の酸化物や窒化物が挙げられる。側面保護膜の形成方法は、当該分野で公知、例えば、ＣＶＤ法、蒸着法、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴プラズマ）スパッタ法、マグネトロンスパッタ法等種々の方法によって単層又は積層構造で形成することができる。なお、単層の膜を、１回又は２回以上、製造方法又は条件を変化させることにより、組成は同じであるが、膜質の異なる膜として形成してもよいし、これらの材料の積層膜としてもよい。
【００５０】
導電性酸化物層の表面には、通常、パッド電極が形成されている。パッド電極は、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｗ等の金属からなる積層膜とすることが好ましい。具体的には、導電性酸化物層側からＷ−Ｐｄ−Ａｕ又はＮｉ−Ｔｉ−Ａｕ、Ｎｉ−Ｐｄ−Ａｕの順に形成した膜が挙げられる。パッド電極の膜厚は特に限定されないが、最終層のＡｕの膜厚を１００ｎｍ程度以上とすることが好ましい。
【００５１】
また、基板が導電性基板の場合には、基板裏面に、例えば、ｎ電極が形成されていることが好ましい。ｎ電極は、例えば、スパッタ法、ＣＶＤ、蒸着等で形成することができる。ｎ電極としては、例えば、総膜厚が１μｍ程度以下で、基板側から、Ｖ（膜厚１００Å）−Ｐｔ（膜厚２０００Å）−Ａｕ（膜厚３０００Å）、Ｔｉ（１００Å）−Ａｌ（５０００Å）、Ｔｉ（６０Å）−Ｐｔ（１０００Å）−Ａｕ（３０００Å）、Ｔｉ（６０Å）−Ｍｏ（５００Å）−Ｐｔ（１０００Å）−Ａｕ（２１００Å）、Ｔｉ（６０Å）−Ｈｆ（６０Å）−Ｐｔ（１０００Å）−Ａｕ（３０００Å）、Ｔｉ（６０Å）−Ｍｏ（５００Å）−Ｔｉ（５００Å）−Ｐｔ（１０００Å）−Ａｕ（２１００Å）、Ｗ−Ｐｔ−Ａｕ、Ｗ−Ａｌ−Ｗ−Ａｕ、あるいは、Ｈｆ−Ａｌ、Ｔｉ−Ｗ−Ｐｔ−Ａｕ、Ｔｉ−Ｐｄ−Ｐｔ−Ａｕ、Ｐｄ−Ｐｔ−Ａｕ、Ｔｉ−Ｗ−Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ、Ｍｏ−Ｐｔ−Ａｕ、Ｍｏ−Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ、Ｗ−Ｐｔ−Ａｕ、Ｖ−Ｐｔ−Ａｕ、Ｖ−Ｍｏ−Ｐｔ−Ａｕ、Ｖ−Ｗ−Ｐｔ−Ａｕ、Ｃｒ−Ｐｔ−Ａｕ、Ｃｒ−Ｍｏ−Ｐｔ−Ａｕ、Ｃｒ−Ｗ−Ｐｔ−Ａｕ等の膜が例示される。
【００５２】
さらに、任意に、ｎ電極上にメタライズ電極を形成してもよい。メタライズ電極は、例えば、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ−（Ａｕ／Ｓｎ）、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ−（Ａｕ／Ｓｉ）、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ−（Ａｕ／Ｇｅ）、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ−Ｉｎ、Ａｕ−Ｓｎ、Ｉｎ、Ａｕ−Ｓｉ、Ａｕ−Ｇｅ等により形成することができる。メタライズ電極の膜厚は、特に限定されない。
【００５３】
本発明の半導体レーザ素子は、通常、基板及び積層体の劈開によって共振器端面が形成されている。
任意に、共振器端面、つまり、共振器面の光反射側及び／又は光出射面に、誘電体膜による端面保護膜が形成されていることが好ましい。誘電体膜はＳｉＯ2、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ３、Ｎｂ2Ｏ５、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ等の酸化物及び窒化物からなる単層膜又は多層膜とすることが好ましい。共振面が劈開によって形成された場合には、誘電体膜を再現性よく形成することができる。
この端面保護膜は、共振器端面から、共振器端面側の溝部に回り込ませることにより、誘電体として形成することができる。
【００５４】
さらに、本発明の半導体レーザ素子は、上述した電流阻止層及び導電性酸化物層が、活性層を挟んで一対配置されてなる構造を有していてもよい。
このような構成のレーザ素子は、例えば、上述した基板上に形成され、電流阻止層、導電性酸化物層及び誘電体が形成された半導体層の積層体において、基板を除去するか、ｎ型半導体層の一部（例えば、クラッド層まで又は光ガイド層まで）を除去して、除去した側に、上記と同様に電流阻止層、導電性酸化物層及び誘電体を形成することにより形成することができる。
【００５５】
以下に、本発明の半導体レーザ素子の実施例を図面に基づいて詳細に示す。
実施例１
この実施例の半導体レーザ素子は、図１（ａ）〜（ｄ）に示すように、基板１上に、ｎ型半導体層、活性層５、ｐ型半導体層が積層されており、ｐ型半導体層の上に、その中央付近にストライプ状の溝部を有する電流阻止層９が形成されている。また、電流阻止層９の溝部内であって、ｐ型半導体層と接触するとともに、電流阻止層９上に及ぶ導電性酸化物層１１が形成されている。この導電性酸化物層１１は、共振器方向の両方の端面が、共振器端面から内側に離間されている。電流阻止層９の溝部内であって、共振器端面から導電性酸化物１１の端面にわたって、溝部の両端に誘電体層１０が配置されている。また、導電性酸化物１１上にはｐパッド電極１２が形成されており、基板１裏面には、ｎ電極１３が形成されている。
【００５６】
この半導体レーザ素子の製造方法を以下に示す。
まず、ｎ型ＧａＮからなる基板１をＭＯＶＰＥ反応容器内にセットし、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ3）、不純物ガスにシランガス（ＳｉＨ4）を用い、ＳｉをドープしたＡｌ０．３３Ｇａ０．６７Ｎよりなるｎ型クラッド層３を成長させた。
続いて、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、同様の温度で、アンドープのＧａＮよりなるｎ側光ガイド層４を成長させた。
【００５７】
温度を９５０℃にして、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、ＳｉをドープしたＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎよりなる障壁層を成長させた。シランガスを止め、ＴＭＩ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＩｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎよりなる井戸層を成長させる。これを２回繰り返した後、同温度でＴＭＩ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、Ｉｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎよりなる障壁層を成長させて、２ペアの多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる活性層５（屈折率：約２．５）を成長させた。
【００５８】
ＴＭＩを止め、ＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を流し、Ｍｇをドープしたｐ型Ａｌ０．３０Ｇａ０．７０Ｎよりなるｐ型キャップ層６を成長させた。
続いて、Ｃｐ２Ｍｇ、ＴＭＡを止め、１０５０℃で、アンドープＧａＮよりなるｐ側光ガイド層７を成長させた。
最後に、この上に、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、Ｃｐ２Ｍｇを流し、Ｍｇをドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層８を成長させた。
【００５９】
次いで、半導体の積層体１４を形成したウェハ上に、ＣＶＤ法により、約５００ｎｍ厚のＳｉＯ２からなる電流阻止層９（屈折率：約１．５）を形成した（図４（ａ）参照）。
続いて、電流阻止層９上に、ストライプ状の開口部（ストライプ幅は約５μｍ）を有するフォトレジストを形成し、このフォトレジストをマスクとして、例えば、ＢＨＦを用いたウェットエッチングにより、電流阻止層９の一部を選択的に除去し、その底部が半導体層に至る溝部１５を形成した。この溝部１５は共振器方向に開放状態となるように形成する（図４（ｂ）及び（ｂ’）参照）。その後、フォトレジストを除去した。
【００６０】
その後、溝部１５を含む電流阻止層９の上全面に、ＩＴＯからなる導電性酸化物層１１（屈折率：約２．０）を形成した。その上に、共振器端面から５μｍ程度を露出させるように、フォトレジストを形成する。このフォトレジストをマスクとして、ＲＩＥを行い、溝部１５内において半導体層が露出するように導電性酸化物層の一部を選択的に除去した。これにより、溝部１５の共振器端面側５μｍの範囲で、半導体層が露出した（図４（ｃ）及び（ｃ’）参照）。
【００６１】
次に、露出した半導体層及びフォトレジスト上にＺｒＯ２からなる誘電体（膜厚：約４００ｎｍ）を形成した。その後、フォトレジストを除去することによって、ＺｒＯ２からなる誘電体１０が溝部１５に埋め込まれた（図４（ｄ’）及び（ｄ”）参照）。これにより、電流阻止層に設けられた溝部内において、溝部の共振器端面側に誘電体を埋め込み、内側に導電性酸化物を埋め込むことができる。
この際、ＩＴＯからなる導電性酸化物層１１上に形成するフォトレジストを、窒化物半導体レーザ素子の側面からも離間させて形成することで、ＺｒＯ２からなる側面保護膜を同時に形成することができる。
その後、ｐ型半導体層のコンタクト抵抗を低減するために、例えば、６００℃、酸素雰囲気下でアニールした。
【００６２】
導電性酸化物層１１の上に、ｐパッド電極１２を形成した。
また、基板１の裏面を研磨し、研磨したｎ型ＧａＮ基板１の裏面にｎ電極１３を形成した。
その後、ＧａＮ基板１を、例えば、共振器方向に垂直な方向に沿って、劈開してウェハをバー状とし、そのバーの劈開面に共振器面を作製した。
続いて、共振器面に、端面保護膜として誘電体膜を形成する。光出射側は、Ａｌ2Ｏ3を膜厚７０ｎｍで形成した。反対側は、ＺｒＯ2及びＳｉＯ2（総膜厚７００ｎｍ）の積層膜で多層誘電体膜を形成した。
最後に共振器面に平行な方向に分割し、バー状のウェハをチップ化し、半導体レーザ素子を得た。
【００６３】
実施例２
実施例１と同様に、半導体の積層体１４を形成したウェハ上に、スパッタ法を用いて、ＩＴＯからなる導電性酸化物層１１を膜厚０．４μｍで形成した（図５（ａ）参照）。
その後、導電性酸化物層１１上に、ストライプ状のフォトレジスト（ストライプ幅は約５μｍ、長さは半導体の積層体１４の共振器長よりも１０μｍ程度短い）を形成する。このフォトレジストをマスクとして、例えば、ＨＩガスを用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）により、フォトレジストから露出した導電性酸化物層１１を除去する。これにより、ストライプ状の導電性酸化物層１１を形成した（図５（ｂ）及び（ｂ’）参照）。ここでの導電性酸化物層１１は、共振器方向に対向する端面が、半導体層の積層体の共振器端面よりも５μｍ程度内側に配置されるように形成した。
【００６４】
次いで、露出した半導体層及びフォトレジスト上に、スパッタを用いて約４００ｎｍ厚のＳｉＯ２からなる電流阻止層９（屈折率：約１．５）を形成した。このとき同時に側面保護膜も形成することができる。次いで、フォトレジストと、その上に形成された電流阻止層９とを除去した。これにより、電流阻止層９の溝部にのみ導電性酸化物層１１が埋め込まれる。
続いて、誘電体を形成する領域を露出する形状でフォトレジストを形成した。そして、露出した部分の電流阻止層をウエットエッチングによって除去し、半導体層を露出させた（図５（ｃ）及び（ｃ’）参照）。
露出した半導体層及びフォトレジスト上に誘電体をスパッタにより形成した。その後、フォトレジストを除去した。これにより、誘電体１０が対向する共振器面側の溝部１５に埋め込まれた（図５（ｄ’）参照）。
【００６５】
また、誘電体を形成する領域を露出させた際に、一旦フォトレジストを除去し、誘電体を形成する領域と窒化物半導体レーザ素子の側面から離間させてフォトレジストを形成してもよい。これにより、先に形成したＳｉＯ２からなる側面保護膜の上に、ＺｒＯ２からなる側面保護膜を誘電体を形成するのと同時に形成することができる。この際、誘電体は、半導体層上、フォトレジスト上及び電流阻止層上に形成される。
これ以降、実施例１と同様にして、半導体レーザ素子を形成した。
【００６６】
比較例１
このレーザ素子は、図３（ａ）に示すように、誘電性酸化物膜層を形成せず、電流阻止層９に設けられた溝部内に導電性酸化物層１１を埋め込む以外、実質的に実施例１と同様の構成のレーザ素子を、実施例１と同様の方法で形成した。
【００６７】
比較例２
このレーザ素子は、図３（ｂ）に示すように、誘電性酸化物膜層を形成せず、かつ、電流阻止層９に設けられた溝部内であって、共振器端面と一致するように導電性酸化物層１１を埋め込む以外、実質的に実施例２と同様の構成のレーザ素子を、実施例２と同様の方法で形成した。
【００６８】
実施例１及び２、比較例１及び２で得られたレーザ素子のそれぞれについて、垂直方向のＦＦＰの強度分布、ＣＯＤレベル及びライフ試験を行った。
その結果、垂直方向のＦＦＰの強度分布は、図７（ａ）〜（ｃ）において、実施例１、比較例１及び２の順にそれぞれ示したように、実施例１と比較例２とのレーザ素子では、略同程度の良好な結果が得られたが、比較例１のレーザ素子では、縦方向の閉じ込めに歪が生じ、安定したＦＦＰを得ることができないことが確認された。
また、ＣＯＤレベルでは、表１に示したように実施例２のレーザ素子では最も高く、実施例１及び比較例１のレーザ素子が略同程度に非常に高かった。一方、比較例２のレーザ素子では、低い結果が得られた。なお、ＣＯＤレベルの測定は、各実施例及び比較例のレーザ素子２０個について測定し、その中の最大と最小の値を除いた１８個のサンプルの平均値を示した。
【表１】
0005444609.tif 000002
【００６９】
さらに、ライフ試験では、図８（実施例２）及び図９（比較例２）にそれぞれ示したように、実施例２のレーザ素子では、安定して動作することが確認された。
一方、比較例２では、突然の発振の停止が確認された。
なお、ライフ試験は、動作温度２５℃、出力５００ｍＷ、ＡＰＣ駆動の条件で、発振波長４０８ｎｍの半導体レーザ素子を駆動させ、駆動電流値の経時変化（駆動電流値／初期駆動電流値）を測定した。
【００７０】
このように、実施例１及び２の半導体レーザ素子では、導電性酸化物層とは別個に、誘電性酸化物膜が共振器端面付近に確実に配置されることにより、共振器端面付近における導電性酸化物層の剥がれ、劈開等の不具合を生じさせることなく、かつ、導電性酸化物層との端面による密着性を良好にして、光の閉じ込めを確実にすることができる。よって、共振器端面から出射されるレーザビームの歪を防止し、良好なＦＦＰパターンを得ることができる。
また、共振器端面への電流の流れを最小限に止めることができ、共振器端面での熱の発生を抑制し、ＣＯＤレベルを向上させることができる。
特に、実施例２の半導体レーザ素子では、図５に示すように、導電性酸化物層をＲＩＥにより成形しているため、形状の制御性が良好となり、導電性酸化物層を所望の位置に精度よく形成することができ、ひいてはＣＯＤレベルを向上させることができる。
さらに、長寿命化を図ることが可能となる。
【００７１】
一方、比較例１の半導体レーザ素子では、共振器面付近での急激な閉じ込め係数の変化により、垂直方向のＦＦＰの強度分布において乱れが見られ、レーザ素子の長時間の駆動が困難であることが確認された。また、比較例２の半導体レーザ素子は、端面付近での通電による端面劣化を誘発し、他のものと比較してＣＯＤレベルが低い結果が得られ、レーザ素子の長時間の駆動が困難であることが確認された。
【００７２】
実施例３
実施例１と同様に、半導体の積層体を形成したウェハ上に、溝部を有する電流阻止層９及び導電性酸化物層１１を形成する。
その後、実施例１と同様に、ｐパッド電極１２、ｎ電極１３を形成し、ＧａＮ基板１を劈開して共振器面を作製する。
続いて、共振器面に、誘電体膜を形成する。光出射側は、Ａｌ2Ｏ３を膜厚７０ｎｍで形成する。反対側は、ＺｒＯ2及びＳｉＯ2（総膜厚７００ｎｍ）の積層膜で多層誘電体膜を形成する。この際、Ａｌ2Ｏ３膜を、素子上面に回り込むように誘電体膜を形成することによって、共振器端面付近における溝部１５内に、誘電体層１０を埋め込む（図４（ｅ’）及び（ｅ”）参照）。
以下、実施例１と同様にして半導体レーザ素子を形成する。
これにより、実施例１と同様の効果を得ることができる。
【００７３】
実施例４
実施例１と同様に、半導体の積層体を形成したウェハ上に、電流阻止層９を形成し、ストライプ状の開口部（ストライプ幅は約５μｍ）を有するフォトレジストを形成する。この際、フォトレジストの開口部を両方の共振器端面から５μｍ程度離れた位置から開口する。このフォトレジストをマスクとして、例えば、ＢＨＦを用いたウエットエッチングすることにより、電流阻止層９の一部を選択的に除去し、その底部が半導体層に至る溝部を形成する（図６（ａ）中、Ａ参照）。これにより、溝部の共振器端面付近は電流阻止層により埋め込まれ、誘電体層１０として機能し得る。
その後、実施例１と同様に導電性酸化物層１１を形成する（図６（ｂ）参照）。
以下、実施例１と同様にして半導体レーザ素子を形成する。
【００７４】
この実施例の半導体レーザ素子では、実施例1と同様に、共振器端面付近における導電性酸化物層の剥がれ、劈開等の不具合を生じさせることなく、かつ、導電性酸化物層との端面による密着性を良好にして、光の閉じ込めを確実にすることができる。その結果、共振器端面から出射されるレーザビームの歪を防止し、良好なＦＦＰパターンを得ることができるとともに、長寿命化を図ることが可能となる。
また、共振器端面への電流の流れを最小限に止めることができ、共振器端面での熱の発生を抑制し、ＣＯＤレベルを向上させることができる。
【００７５】
実施例５
この実施例の半導体レーザ素子では、導電性酸化物膜を両方の共振器端面から１０μｍ程度離間させて形成し、導電性酸化物層の端面から共振器端面までの露出した半導体層に誘電体を埋め込む。それ以外は、実施例１と同様に半導体レーザ素子を形成する。
この実施例の半導体レーザ素子では、実施例1と同様の効果が得られる。
【００７６】
実施例６
この実施例の半導体レーザ素子では、導電性酸化物膜を両方の共振器端面から１５μｍ程度離間させて形成し、導電性酸化物層の端面から共振器端面までの露出した半導体層に誘電体を埋め込む。それ以外は、実施例１と同様に半導体レーザ素子を形成する。
この実施例の半導体レーザ素子では、実施例1と同様の効果が得られる。
【００７７】
実施例７
この実施例の半導体レーザ素子では、導電性酸化物膜を光出射側の共振器端面のみ５μｍ程度離間させて形成し、導電性酸化物層の端面から共振器端面までの露出した半導体層に誘電体を埋め込む。それ以外は、実施例１と同様に半導体レーザ素子を形成する。
この実施例の半導体レーザ素子でも、実施例1と同様の効果が得られる。
【００７８】
実施例８
この実施例の半導体レーザ素子では、導電性酸化物膜を光出射側の共振器端面から５μｍ程度離間させて形成し、反射側の共振器端面から１０μｍ程度離間させて形成する。導電性酸化物層の端面から共振器端面までの露出した半導体層に誘電体を埋め込む。それ以外は、実施例１と同様に半導体レーザ素子を形成する。
この実施例の半導体レーザ素子でも、実施例1と同様の効果が得られる。
【００７９】
実施例９
この実施例の半導体レーザ素子では、溝部の幅を１０μｍにする以外、実施例１と同様に半導体レーザ素子を形成する。
この実施例の半導体レーザ素子では、実施例1と同様の効果に加え、溝部を広くすることにより、高出力化が可能となる。
つまり、レーザ素子を高出力化すると、一般に発熱が大きくなるが、このように、溝部を広くすることにより、特に発熱の顕著な共振器端面における発熱を低減することができ、同等の寿命特性やＣＯＤレベルを得ることができる。
【００８０】
実施例１０
この実施例の半導体レーザ素子では、誘電体をＡｌＮにする以外、実施例１と同様に半導体レーザ素子を形成する。
この実施例の半導体レーザ素子では、実施例1と同様の効果を得ることができる。
【００８１】
実施例１１
この実施例の半導体レーザ素子は、各半導体層を表２に示す構成として、発振波長を４４０〜４５０ｎｍ程度のレーザ素子とする以外、実施例１に準じて積層体を形成し、実施例１と同様に半導体レーザ素子を形成する。
【表２】
0005444609.tif 000003
なお、本願表中、「ｎ−」は、ｎ型不純物のドープを示し、「ｐ−」は、ｐ型不純物のドープを示す。
この実施例の半導体レーザ素子では、実施例１と同様の効果を得ることができる。
【００８２】
実施例１２
この実施例の半導体レーザ素子は、各半導体層を以下の表３に示す構成として、発振波長を37０〜38０ｎｍ程度のレーザ素子とする以外、実施例１に準じて積層体を形成し、実施例１と同様に半導体レーザ素子を形成する。
【表３】
0005444609.tif 000004
この実施例の半導体レーザ素子では、実施例１と同様の効果を得ることができる。
【００８３】
実施例１３
この実施例の半導体レーザ素子は、図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、ｎ型半導体層、活性層５、ｐ型半導体層が積層されており、ｐ型半導体層の上に、その中央付近にストライプ状の溝部を有する電流阻止層９が形成されている。また、電流阻止層９の溝部内であって、ｐ型半導体層と接触するとともに、電流阻止層９上に及ぶ導電性酸化物層１１が形成されている。この導電性酸化物層１１は、共振器方向の端面が、共振器端面から内側に離間されている。電流阻止層９の溝部内であって、共振器端面から導電性酸化物１１の端面にわたって、誘電体層１０が配置されている。また、導電性酸化物１１上にはｐパッド電極１２が形成されている。
また、ｎ型半導体層の上にも、その中央付近にストライプ状の溝部を有する電流阻止層９が形成されており、上記と同様に、電流阻止層９の溝部内であって、ｎ型半導体層と接触するとともに、電流阻止層９上に及ぶ導電性酸化物層１１が形成されている。この導電性酸化物層１１は、共振器方向の端面が、共振器端面から内側に離間されている。電流阻止層９の溝部内であって、共振器端面から導電性酸化物１１の端面にわたって、誘電体層１０が配置されている。また、導電性酸化物１１上にはｎパッド電極１３が形成されている。
【００８４】
この半導体レーザ素子の製造方法を以下に示す。
実施例１と同様に、半導体層の積層体、電流阻止層９、導電性酸化物層１１、誘電体１０を形成した後、基板からｎ型クラッド層３までを研磨により除去する。
得られたｎクラッド層３の表面に、実施例１と同様の方法で、電流阻止層９、導電性酸化物層１１、誘電体１０を形成する。
その後、ｐパッド電極１２、ｎ電極１３等を実施例１と同様に形成する。
【００８５】
得られた半導体レーザ素子は、実施例１と同様に、導電性酸化物層と端面による密着性を良好にして、光の閉じ込めを確実にすることができ、共振器端面での熱の発生を抑制し、ＣＯＤレベルを向上させることができ、良好なＦＦＰパターンを得ることができるとともに、長寿命化を図ることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
本発明は、レーザ素子のみならず、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の発光素子の製造方法に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】本発明の半導体レーザ素子の構造を示す（ａ）斜視図、（ｂ）正面図、（ｃ）平面図、（ｄ）側面図である。
【図２】本発明の別の半導体レーザ素子の構造を示す（ａ）斜視図、（ｂ）正面図、（ｃ）平面図、（ｄ）側面図である。
【図３】比較のための半導体レーザ素子の構造を示す平面図である。
【図４】本発明の半導体レーザ素子の製造方法を説明するための要部の概略製造工程図である。
【図５】本発明の半導体レーザ素子の別の製造方法を説明するための要部の概略製造工程図である。
【図６】本発明の半導体レーザ素子のさらに別の製造方法を説明するための要部の概略製造工程図である。
【図７】本発明の半導体レーザ素子と比較のためのレーザ素子とのＦＦＰ強度を示すグラフである。
【図８】本発明の半導体レーザ素子のライフ特性を示すグラフである。
【図９】比較のための半導体レーザ素子のライフ特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【００８８】
１  基板
３  ｎ型クラッド層
４  ｎ側光ガイド層
５  活性層
６  キャップ層
７  ｐ側光ガイド層
８  ｐ型コンタクト層
９  電流阻止層
１０  誘電体層
１１  導電性酸化物層
１２  ｐパッド電極
１３  ｎ電極
１４  積層体
１５  溝部
【図１】
0005444609.tif 000005
【図２】
0005444609.tif 000006
【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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【図８】
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【図９】
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