(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
III族窒化物半導体レーザ素子であって、
六方晶系のIII族窒化物半導体からなり半極性面を有する第１III族窒化物半導体領域と、
前記第１III族窒化物半導体領域の前記半極性面上に設けられた活性層と、
前記第１III族窒化物半導体領域の前記半極性面上に設けられた第２III族窒化物半導体領域と、
を備え、
前記活性層は前記第１III族窒化物半導体領域と前記第２III族窒化物半導体領域との間に設けられ、
前記活性層の発振波長は５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲にあり、
前記第１III族窒化物半導体領域の前記半極性面の法線は、前記第１III族窒化物半導体領域の前記III族窒化物半導体のｃ軸に対して傾斜を成し、
前記傾斜の傾斜角は１０度以上８０度以下の範囲にあり、
前記第１III族窒化物半導体領域は、第１導電型のIII族窒化物半導体からなる第１クラッド層と第１光ガイド層とを含み、
前記第１光ガイド層は、III族構成元素としてインジウムを含む窒化ガリウム系半導体を備え、
前記第２III族窒化物半導体領域は、第２導電型のIII族窒化物半導体からなる第２クラッド層と第２光ガイド層とを含み、
前記第２光ガイド層の厚さは、前記第１光ガイド層の厚さより薄く、
前記第１光ガイド層の厚さは３７０ｎｍ以上であり、
前記第２光ガイド層の厚さは２００ｎｍ以下であり、
前記第２III族窒化物半導体領域はリッジ構造を有し、
前記リッジ構造の底は、前記第２III族窒化物半導体領域内の前記第２光ガイド層に位置し、
前記リッジ構造の底と前記活性層との間隔は１５０ｎｍ以下である、
III族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記第１光ガイド層の膜厚は５５０ｎｍ以下である、請求項１に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記第２光ガイド層の膜厚は１１５ｎｍ以下である、請求項１又は請求項２に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記リッジ構造は、前記第１III族窒化物半導体領域の前記半極性面の法線と、前記第１III族窒化物半導体領域の前記III族窒化物半導体のｍ軸とにより規定されるｍ−ｎ面に沿って延在する、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記第１光ガイド層は三元ＩｎＧａＮからなり、
前記活性層は、三元ＩｎＧａＮ層を含む、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記活性層はＩｎＧａＮ井戸層を含み、
前記第１光ガイド層のインジウム組成は、前記ＩｎＧａＮ井戸層のインジウム組成より小さく、
前記第１光ガイド層のインジウム組成は２％以上である、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記活性層は、ＩｎＧａＮ井戸層を含み、
前記第１光ガイド層のインジウムの組成は６％以下であり、前記ＩｎＧａＮ井戸層のインジウム組成より小さい、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記第１III族窒化物半導体領域は、第３光ガイド層を更に含み、
前記第３光ガイド層はＩｎＧａＮと異なる材料を備え、
前記第３光ガイド層は前記第１光ガイド層と前記第１クラッド層との間に設けられ、
前記第１光ガイド層の厚さは前記第３光ガイド層の厚さより大きい、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項９】
前記リッジ構造の上面に設けられたオーミック電極を更に備え、
前記第２III族窒化物半導体領域は、第２導電型のIII族窒化物半導体からなるコンタクト層を更に含み、
前記第２クラッド層は、前記コンタクト層と前記第２光ガイド層との間に設けられ、
前記オーミック電極は前記コンタクト層に接触を成す、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１０】
前記オーミック電極はパラジウムを備える、請求項９に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１１】
前記リッジ構造の上面に合わせた開口を有すると共に前記第１III族窒化物半導体領域の表面を覆う保護膜と、
前記オーミック電極の上面を覆うと共に前記保護膜上に設けられたパッド電極と、
を更に備え、
前記保護膜は前記リッジ構造の側面を覆っており、
前記保護膜の屈折率は前記第２III族窒化物半導体領域の屈折率より小さく、
前記オーミック電極は、前記保護膜の前記開口を介して前記第２III族窒化物半導体領域に接触を成す、請求項１０に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１２】
六方晶系のIII族窒化物からなる半極性主面を有する基板を更に備え、
前記第１III族窒化物半導体領域、前記活性層及び前記第２III族窒化物半導体領域は、前記基板の前記半極性主面の法線方向に配置される、請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１３】
前記基板の前記半極性主面の法線は、前記基板の前記III族窒化物のｃ軸に対して傾斜を成し、
前記傾斜の傾斜角は６３度以上８０度以下の範囲にある、請求項１２に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１４】
前記基板は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、及びＩｎＡｌＧａＮのいずれかである六方晶系の導電性III族窒化物を備える、請求項１３に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１５】
前記第１クラッド層は、ｎ導電性のＩｎＸ１ＡｌＹ１Ｇａ１−Ｘ１−Ｙ１Ｎ（０＜Ｘ１＜０．０５、０＜Ｙ１＜０．２０）である、請求項１〜請求項１４のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１６】
前記第２クラッド層は、ｐ導電性のＩｎＸ２ＡｌＹ２Ｇａ１−Ｘ２−Ｙ２Ｎ（０＜Ｘ２＜０．０５、０＜Ｙ２＜０．２０）である、請求項１〜請求項１５のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１７】
III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法であって、
六方晶系のIII族窒化物半導体からなり半極性面を有する第１クラッド層を成長する工程と、
前記第１クラッド層の前記半極性面上に第１光ガイド層を成長する工程と、
前記第１光ガイド層の成長の後に、窒化ガリウム系半導体の活性層を形成する工程と、
前記活性層の成長の後に、リッジ構造を有するIII族窒化物半導体領域を形成する工程と、
を備え、
前記活性層の発振波長は、５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下であり、
前記第１クラッド層の前記半極性面の法線は、前記第１クラッド層の前記III族窒化物半導体のｃ軸に対して傾斜を成し、
前記傾斜の傾斜角は１０度以上８０度以下の範囲にあり、
前記第１光ガイド層は、III族構成元素としてインジウムを含む窒化ガリウム系半導体を備え、
前記III族窒化物半導体領域は第２クラッド層及び第２光ガイド層を含み、
前記第２光ガイド層の厚さは、前記第１光ガイド層の厚さより薄く、
前記第１光ガイド層の厚さは３７０ｎｍ以上であり、
前記第２光ガイド層の厚さは２００ｎｍ以下であり、
前記リッジ構造の底は、前記III族窒化物半導体領域内の前記第２光ガイド層に位置し、
前記リッジ構造の底と前記活性層との間隔は１５０ｎｍ以下である、III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法。
【請求項１８】
前記第１光ガイド層の膜厚は５５０ｎｍ以下である、請求項１７に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法。
【請求項１９】
前記第２光ガイド層の膜厚は１１５ｎｍ以下である、請求項１７又は請求項１８に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法。
【請求項２０】
窒化ガリウム系半導体レーザ素子を製造する方法であって、
六方晶系のIII族窒化物からなる主面を有する複数の基板を準備する工程と、
第１クラッド層及び第１光ガイド層を有する第１III族窒化物半導体領域、窒化ガリウム系半導体からなる活性層、並びに、第２クラッド層及び第２光ガイド層を有する第２III族窒化物半導体領域を含む半導体積層を前記基板の前記主面上に成長して、前記第１光ガイド層の厚さが互いに異なる複数の試行用エピタキシャル基板を作製する工程と、
前記複数の試行用エピタキシャル基板にリッジ構造及び電極を形成して、複数の試行用基板生産物を作製する工程と、
前記複数の試行用基板生産物の遠視野像の評価を行って、前記遠視野像と前記第１光ガイド層の前記厚さとの関係を得る工程と、
前記評価の結果を用いて、当該窒化ガリウム系半導体レーザ素子のための第１光ガイド層の厚さを決定する工程と、
前記第１光ガイド層が前記決定された厚さを有するように、当該窒化ガリウム系半導体レーザ素子のためのエピタキシャル基板を作製する工程と、を備え、
前記活性層の発振波長は、５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下であり、
前記基板の主面の法線は、前記基板の前記III族窒化物のｃ軸に対して傾斜を成し、
前記傾斜の傾斜角は１０度以上８０度以下の範囲にあり、
前記第１光ガイド層は、III族構成元素としてインジウムを含む窒化ガリウム系半導体を備え、
前記第２光ガイド層の厚さは、前記第１光ガイド層の厚さより薄く、
前記リッジ構造の底は、前記第２III族窒化物半導体領域内の前記第２光ガイド層に位置し、
前記リッジ構造の底と前記活性層との間隔は１５０ｎｍ以下である、III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法。
【請求項２１】
前記複数の試行用基板生産物のレーザ発振のためのしきい値電流の評価を行って、前記しきい値電流と前記第１光ガイド層の前記厚さとの関係を得る工程を更に備え、
前記第１光ガイド層の厚さを決定する前記工程では、前記遠視野像の評価結果及び前記しきい値電流の評価結果を利用して、前記第１光ガイド層の前記厚さが決定される、請求項２０に記載されたIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法。
【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素子、及びIII族窒化物半導体レーザ素子を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、窒化物半導体レーザ素子が記載されており、この窒化物半導体レーザ素子は、４３０ｎｍ以上の波長の光を生成する。窒化物半導体レーザ素子は、動作電圧の低減、外部量子効率の増大、発振しきい値電流密度の低減などの特性改善を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１２９６７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の窒化物半導体レーザ素子は、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、ＧａＮ層、第１のＩｎＧａＮ光ガイド層、発光層、第２のＩｎＧａＮ光ガイド層、窒化物半導体中間層、ｐ型ＡｌＧａＮ層、およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層を備え、これらが、この順に窒化物半導体基板上に設けられる。ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層は３％以上５％以下のＡｌ組成比と１．８μｍ以上２．５μｍ以下の厚さを有し、第１及び第２のＩｎＧａＮ光ガイド層は３％以上６％以下のＩｎ組成比を有する。第１の光ガイド層の厚さは１２０ｎｍ以上１６０ｎｍ以下である。ｐ型ＡｌＧａＮ層はｐ型ＡｌＧａＮクラッド層に接しかつそのＡｌ組成比はｐ型クラッド層に比べて高くて１０％以上３５％以下である。
【０００５】
リッジ構造を有する窒化物半導体レーザ素子では、そのしきい値電流を下げるためには、リッジ構造の幅を狭くして光導波路の幅を小さくすることができる。光導波路の幅を小さくすることは、電流狭窄能力を高めることに有効である。しかし光導波路幅を狭くすると、電流閉じ込めだけでなく光閉じ込めもまた強くなる。過度の光閉じ込めは、レーザモードを不安定にしたり、また出射レーザ光の広がり角（ＦａｒＦｉｅｌｄ Ｐａｔｔｅｒｎ：ＦＦＰ）を大きくしたりする。したがって、窒化物半導体レーザ素子の作製において、光導波路幅の変更は、半導体レーザ素子におけるいくつかの特性に影響があり、電流閉じ込めのために独立して変更できるデバイス構造ではない。同様に、窒化物半導体レーザ素子において、リッジ構造の幅を広くすること及び／又はリッジ構造の底を浅くすること（リッジ形成におけるエッチング掘り量を浅くすること）により、半導体レーザ素子における横方向のＦＦＰの広がり角を制御できる。しかしながら、既に説明したことが理解されるように、リッジ構造の幅を広くすること及びリッジ構造の底を浅くすることのいずれの手法を用いても、半導体レーザ素子における電流閉じ込め能力が変化する。
【０００６】
本発明では、所望の電流閉じ込め性及び所望の光閉じ込め性に半導体レーザ素子の特性を近づけることを可能にする構造を有するIII族窒化物半導体レーザ素子を提供することを目的とし、またこのIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子は、（ａ）六方晶系のIII族窒化物半導体からなり半極性面を有する第１III族窒化物半導体領域と、（ｂ）前記第１III族窒化物半導体領域の前記半極性面上に設けられた活性層と、（ｃ）  前記第１III族窒化物半導体領域の前記半極性面上に設けられた第２III族窒化物半導体領域とを備える。前記活性層は前記第１III族窒化物半導体領域と前記第２III族窒化物半導体領域との間に設けられ、前記活性層の発振波長は４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲にあり、前記第１III族窒化物半導体領域は、第１導電型のIII族窒化物半導体からなる第１クラッド層と第１光ガイド層とを含み、前記第１光ガイド層は、III族構成元素としてインジウムを含む窒化ガリウム半導体を備え、前記第２III族窒化物半導体領域は、第２導電型のIII族窒化物半導体からなる第２クラッド層と第２光ガイド層とを含み、前記第２光ガイド層の厚さは、前記第１光ガイド層の厚さより薄く、前記第１光ガイド層の厚さは３７０ｎｍ以上であり、前記第２III族窒化物半導体領域はリッジ構造を有する。
【０００８】
このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、第２III族窒化物半導体領域はリッジ構造を有しており、リッジ構造は、その幅に応じて活性層へ電流を閉じ込めることができると共に、第２III族窒化物半導体領域における光閉じ込めにも影響する。このIII族窒化物半導体レーザ素子における第２光ガイド層の厚さは第１光ガイド層の厚さより薄く、また第１III族窒化物半導体領域内の第１光ガイド層が３７０ｎｍ以上の厚さを有する。これ故に、このIII族窒化物半導体レーザ素子における光閉じ込め特性に関して、リッジ構造の幅に起因する影響を低減できる。このIII族窒化物半導体レーザ素子の電流の閉じ込めは、主にリッジ構造の幅に応じて達成される。また、光の閉じ込めは、リッジ構造に加えて厚い第１光ガイド層に依存する。
【０００９】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記第１光ガイド層の膜厚は５５０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１０】
このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、膜厚５５０ｎｍを超える第１光ガイド層はしきい値電流の増加に至ることがある。
【００１１】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記第１III族窒化物半導体領域の前記半極性面の法線は、前記第１III族窒化物半導体領域の前記III族窒化物半導体のｃ軸に対して傾斜を成し、前記傾斜の傾斜角は１０度以上８０度以下の範囲にあることができる。
【００１２】
このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、III族窒化物半導体のｃ軸の傾斜が１０度未満であるとき、III族窒化物半導体が極性面に近い性質を示す。III族窒化物半導体のｃ軸の傾斜が８０度を超えるとき、III族窒化物半導体が無極性面に近い性質を示す。
【００１３】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記リッジ構造の底は、前記第２III族窒化物半導体領域内の前記第２光ガイド層に位置することが好ましい。
【００１４】
このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、リッジ構造の底が第２III族窒化物半導体領域内の第２光ガイド層に位置するとき、第２III族窒化物半導体領域内における電流を活性層の近くまでガイドして、電流の拡がりを制御できる。
【００１５】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記リッジ構造の底と前記活性層との間隔は１５０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１６】
このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、リッジ構造の底と活性層との間隔は１５０ｎｍ以下であるとき、リッジ構造の幅が電流閉じ込めだけでなく、光閉じ込めにも比較的大きく寄与する。
【００１７】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記活性層の発振波長は４８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲にあることができる。
【００１８】
このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、比較的長波長のレーザ光を提供できる。
【００１９】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記活性層の発振波長は５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲にあることが好ましい。
【００２０】
このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、長波長のレーザ光を提供できる。長波長にあるが故に、半導体材料差に基づく屈折率差だけでなく、リッジ構造により光閉じ込めが有効である。また、リッジ構造は電流閉じ込め及び光閉じ込めの両方に寄与するので、電流閉じ込めを大きく変更することなく、第１III族窒化物半導体領域の厚い第１光ガイド層は当該III族窒化物半導体レーザ素子における光閉じ込めの調整を容易にできる。
【００２１】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記リッジ構造は、前記第１III族窒化物半導体領域の前記半極性面の法線と、前記第１III族窒化物半導体領域の前記III族窒化物半導体のｍ軸とにより規定されるｍ−ｎ面に沿って延在することができる。
【００２２】
このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、リッジ構造がｍ−ｎ面に沿って延在するとき、しきい値電流を低くできる光学遷移をレーザ発振に利用できる。これは、リッジ構造だけでなく、しきい値電流の低減に寄与できる。
【００２３】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記第１光ガイド層は三元ＩｎＧａＮからなり、前記活性層は三元ＩｎＧａＮ層を含むことができる。
【００２４】
このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、三元ＩｎＧａＮからなる第１光ガイド層は、三元ＩｎＧａＮ層を含む活性層に好適である。
【００２５】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記活性層はＩｎＧａＮ井戸層を含み、前記第１光ガイド層のインジウム組成は、前記ＩｎＧａＮ井戸層のインジウム組成より小さく、前記第１光ガイド層のインジウム組成は２％以上であることができる。
【００２６】
このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、インジウム組成２％以上の第１光ガイド層は、第１光ガイド層と基板との間に設けられる半導体層に対する屈折率差を提供できる。
【００２７】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記活性層は、ＩｎＧａＮ井戸層を含み、前記第１光ガイド層のインジウムの組成は６％以下であり、前記ＩｎＧａＮ井戸層のインジウム組成より小さいことが良い。
【００２８】
このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、インジウム組成６％以下の第１光ガイド層は、レーザ導波路を伝搬する光に対して、第１光ガイド層と基板との間に設けられる半導体層と活性層との間の屈折率を提供ができる。
【００２９】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記第１III族窒化物半導体領域は、第３光ガイド層を更に含み、前記第３光ガイド層はＩｎＧａＮと異なる材料を備え、前記第３光ガイド層は前記第１光ガイド層と前記第１クラッド層との間に設けられ、前記第１光ガイド層の厚さは前記第３光ガイド層の厚さより大きいことができる。
【００３０】
このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、第１III族窒化物半導体領域は、複数の光ガイド層を含むことができる。
【００３１】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子は、前記リッジ構造の上面に設けられたオーミック電極を更に備えることができる。前記第２III族窒化物半導体領域は、第２導電型のIII族窒化物半導体からなるコンタクト層を更に含み、前記第２クラッド層は、前記コンタクト層と前記第２光ガイド層との間に設けられ、前記オーミック電極は前記コンタクト層に接触を成すことができる。
【００３２】
このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、オーミック電極がリッジ構造の上面のコンタクト層に接触を成すので、オーミック電極からのキャリアがリッジ構造の幅に応じて閉じ込め可能になる。
【００３３】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記オーミック電極はパラジウムを備えることが好ましい。
【００３４】
このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、パラジウムは、コンタクト層のIII族窒化物半導体に良好な接触を提供できる。
【００３５】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子は、前記リッジ構造の上面に合わせた開口を有すると共に前記第１III族窒化物半導体領域の表面を覆う保護膜と、前記オーミック電極の上面を覆うと共に前記保護膜上に設けられたパッド電極とを更に備えることができる。前記保護膜は前記リッジ構造の側面を覆っており、前記保護膜の屈折率は前記第２III族窒化物半導体領域の屈折率より小さく、前記オーミック電極は、前記保護膜の前記開口を介して前記第２III族窒化物半導体領域に接触を成す。
【００３６】
このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、保護膜の屈折率が第２III族窒化物半導体領域の屈折率より小さいので、リッジ構造の側面を覆う保護膜が光閉じ込めに関係する。
【００３７】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子は、六方晶系のIII族窒化物からなる半極性主面を有する基板を更に備えることができる。前記第１III族窒化物半導体領域、前記活性層及び前記第２III族窒化物半導体領域は、前記基板の前記半極性主面の法線方向に配置される。
【００３８】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記基板の前記半極性主面の法線は、前記基板の前記III族窒化物半導体のｃ軸に対して傾斜を成し、前記傾斜の傾斜角は６３度以上８０度以下の範囲にあることが好ましい。
【００３９】
このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、６３度以上８０度以下の範囲のｃ軸傾斜を有する基板は、長い波長のレーザ発振に好適な活性層の作製に好適な面方位を提供できる。長波長領域では、III族窒化物半導体における屈折率差が小さくなり、所望の光閉じ込めを達成することは容易ではなくなる。
【００４０】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記基板は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、及びＩｎＡｌＧａＮのいずれかである、六方晶系の導電性III族窒化物を備えることができる。
【００４１】
このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、及びＩｎＡｌＧａＮのいずれかである基板を利用可能である。
【００４２】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記第１クラッド層は、ｎ導電性のＩｎＸ１ＡｌＹ１Ｇａ１−Ｘ１−Ｙ１Ｎ（０＜Ｘ１＜０．０５、０＜Ｙ１＜０．２０）であることができる。
【００４３】
このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、第１クラッド層は、光ガイド層に対して良好な光閉じ込めを提供できる。
【００４４】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記第２クラッド層は、ｐ導電性のＩｎＸ２ＡｌＹ２Ｇａ１−Ｘ２−Ｙ２Ｎ（０＜Ｘ２＜０．０５、０＜Ｙ２＜０．２０）であることができる。
【００４５】
このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、第２クラッド層は、光ガイド層に対して良好な光閉じ込めを提供できる。
【００４６】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子を製造する方法は、（ａ）六方晶系のIII族窒化物半導体からなり半極性面を有する第１クラッド層を成長する工程と、（ｂ）前記第１クラッド層の前記半極性面上に第１光ガイド層を成長する工程と、（ｃ）前記第１光ガイド層の成長の後に、窒化ガリウム系半導体の活性層を形成する工程と、（ｄ）前記活性層の成長の後に、リッジ構造を有する第２III族窒化物半導体領域を形成する工程とを備える。前記活性層の発振波長は、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であり、前記第１光ガイド層の厚さより薄く、前記第１光ガイド層の厚さは３７０ｎｍ以上である。
【００４７】
本発明に係る作製方法では、前記第１光ガイド層の膜厚は５５０ｎｍ以下であることが好ましい。この作製方法によれば、膜厚５５０ｎｍを超える第１光ガイド層はしきい値電流の増加に至ることがある。
【００４８】
本発明に係る作製方法では、前記第１III族窒化物半導体領域の前記半極性面の法線は、前記第１III族窒化物半導体領域の前記III族窒化物半導体のｃ軸に対して傾斜を成し、前記傾斜の傾斜角は１０度以上８０度以下の範囲にあることができる。この作製方法によれば、III族窒化物半導体のｃ軸の傾斜が１０度未満であるとき、III族窒化物半導体が極性面に近い性質を示す。III族窒化物半導体のｃ軸の傾斜が８０度を超えるとき、III族窒化物半導体が無極性面に近い性質を示す。
【００４９】
本発明に係る作製方法では、前記リッジ構造の底は、前記第２III族窒化物半導体領域内の前記第２光ガイド層に位置することが好ましい。この作製方法によれば、リッジ構造の底が第２III族窒化物半導体領域内の第２光ガイド層に位置するとき、第２III族窒化物半導体領域内における電流を活性層の近くまでガイドして、電流の拡がりを制御できる。
【００５０】
本発明に係る作製方法では、前記リッジ構造の底と前記活性層との間隔は１５０ｎｍ以下であることが好ましい。この作製方法によれば、リッジ構造の底と活性層との間隔は１５０ｎｍ以下であるとき、リッジ構造の幅が電流閉じ込めだけでなく、光閉じ込めにも比較的大きく寄与する。
【００５１】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子を製造する方法は、（ａ）六方晶系のIII族窒化物からなる主面を有する複数の基板を準備する工程と、（ｂ）第１クラッド層及び第１光ガイド層を有する第１III族窒化物半導体領域、窒化ガリウム系半導体からなる活性層、並びに、第２クラッド層及び第２光ガイド層を有する第２III族窒化物半導体領域を含む半導体積層を各基板の前記主面上に成長して、前記第１光ガイド層の厚さが互いに異なる複数の試行用エピタキシャル基板を作製する工程と、（ｃ）前記複数の試行用エピタキシャル基板にリッジ構造及び電極を形成して、複数の試行用基板生産物を作製する工程と、（ｄ）前記複数の試行用基板生産物の遠視野像の評価を行って、前記遠視野像と前記第１光ガイド層の前記厚さとの関係を得る工程と、（ｅ）前記評価の結果を用いて、当該窒化ガリウム系半導体レーザ素子のための第１光ガイド層の厚さを決定する工程と、（ｆ）前記第１光ガイド層が前記決定された厚さを有するように、当該窒化ガリウム系半導体レーザ素子のためのエピタキシャル基板を作製する工程とを備える。
【００５２】
この窒化ガリウム系半導体レーザ素子を製造する方法によれば、所望の光閉じ込め性に半導体レーザ素子の特性を近づけることを可能にする構造を有するIII族窒化物半導体レーザ素子を提供できる。
【００５３】
本発明に係る作製方法では、前記第１III族窒化物半導体領域の前記半極性面の法線は、前記第１III族窒化物半導体領域の前記III族窒化物半導体のｃ軸に対して傾斜を成し、前記傾斜の傾斜角は１０度以上８０度以下の範囲にあることができる。この作製方法によれば、III族窒化物半導体のｃ軸の傾斜が１０度未満であるとき、III族窒化物半導体が極性面に近い性質を示す。III族窒化物半導体のｃ軸が傾斜が８０度を超えるとき、III族窒化物半導体が無極性面に近い性質を示す。
【００５４】
本発明に係る作製方法では、前記リッジ構造の底は、前記第２III族窒化物半導体領域内の前記第２光ガイド層に位置することが好ましい。この作製方法によれば、リッジ構造の底が第２III族窒化物半導体領域内の第２光ガイド層に位置するとき、第２III族窒化物半導体領域内における電流を活性層の近くまでガイドして、電流の拡がりを制御できる。
【００５５】
本発明に係る作製方法では、前記リッジ構造の底と前記活性層との間隔は１５０ｎｍ以下であることが好ましい。この作製方法によれば、リッジ構造の底と活性層との間隔は１５０ｎｍ以下であるとき、リッジ構造の幅が電流閉じ込めだけでなく、光閉じ込めにも比較的大きく寄与する。
【００５６】
本発明に係る作製方法は、前記複数の試行用基板生産物のレーザ発振のためのしきい値電流の評価を行って、前記しきい値電流と前記第１光ガイド層の前記厚さとの関係を得る工程を更に備えることができる。前記第１光ガイド層の厚さを決定する前記工程では、前記遠視野像の評価結果及び前記しきい値電流の評価結果を利用して、前記第１光ガイド層の前記厚さを決定することができる。
【００５７】
この窒化ガリウム系半導体レーザ素子を製造する方法によれば、所望の電流閉じ込め性及び所望の光閉じ込め性に半導体レーザ素子の特性を近づけることを可能にする構造を有するIII族窒化物半導体レーザ素子を提供できる。
【００５８】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００５９】
以上説明したように、本発明によれば、所望の電流閉じ込め性及び所望の光閉じ込め性に半導体レーザ素子の特性を近づけることを可能にする構造を有するIII族窒化物半導体レーザ素子を提供でき、またこのIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】図１は、本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子に係る構造を示す図面である。
【図２】図２は、リッジ構造と光閉じ込め層との関係を説明するための図面である。
【図３】図３は、実施例において作製されるIII族窒化物半導体レーザ素子を示す図面である。
【図４】図４は、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子を作製する方法における主要な工程を模試的に示す図面である。
【図５】図５は、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子を作製する方法における主要な工程を模試的に示す図面である。
【図６】図６は、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子を作製する方法における主要な工程を模試的に示す図面である。
【図７】図７は、本実施例に係るレーザ構造を示す図面である。
【図８】図８は、本実施例に係るレーザ構造におけるＦＦＰ広がり角、しきい値電流密度を示す図面である。
【図９】図９は、シミュレーション結果を示す図面である。
【図１０】図１０は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法における主要な工程フローを示す図面である。
【図１１】図１１は、本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子を作製する方法における主要な工程フローを示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００６１】
添付図面を参照しながら、III族窒化物半導体レーザ素子、及びIII族窒化物半導体レーザ素子を製造する方法に係る本発明の実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００６２】
図１は、本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子に係る構造を示す図面である。図１には、ＸＹＺ座標系Ｓ及び結晶座標系ＣＲが記載されている。結晶座標系ＣＲはｃ軸、ａ軸及びｍ軸を有する。
【００６３】
III族窒化物半導体レーザ素子１１は、第１III族窒化物半導体領域１３、活性層１５、及び第２III族窒化物半導体領域１７を含む。第１III族窒化物半導体領域１３は、六方晶系のIII族窒化物半導体からなる半極性面１３ａを有する。活性層１５は、第１III族窒化物半導体領域１３の半極性面１３ａ上に設けられる。第２III族窒化物半導体領域１７は第１III族窒化物半導体領域１３の半極性面１３ａ上に設けられる。活性層１５は第１III族窒化物半導体領域１３と第２III族窒化物半導体領域１７との間に設けられる。活性層１５の発振波長は４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲にあることができる。発振波長は４８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲にあることが好ましく、またより好ましくは、活性層１５の発振波長は５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲にある。活性層１５は、例えば単一量子井戸構造又は多重量子井戸構造といった量子井戸構造を有することができる。第１III族窒化物半導体領域１３、活性層１５及び第２III族窒化物半導体領域１７は、積層軸Ａｘ（座標系ＳのＺ軸の方法）に沿って順に配列される。電極１９は、第２III族窒化物半導体領域１７上に設けられ、また第２III族窒化物半導体領域１７のコンタクト層２９に接触を成す。半極性面１３ａ（基板主面も同様に）は、座標系ＳのＸ軸及びＹ軸により規定される平面に実質的に平行に設けられる。
【００６４】
第１III族窒化物半導体領域１３は、光ガイド層２１及び第１クラッド層２３を含む。光ガイド層２１はｎ型クラッド層２３上に設けられる。活性層１５は、光ガイド層２１上に設けられる。第１クラッド層２３は第１導電型（例えばｎ型）のIII族窒化物半導体からなる。光ガイド層２１は、活性層１５と第１クラッド層２３との間に設けられ、また活性層１５に接している。光ガイド層２１は、第１光ガイド層２１ａを含み、またIII族構成元素としてインジウムを含む窒化ガリウム半導体を備える。第２III族窒化物半導体領域１７は活性層１５上に設けられる。第２III族窒化物半導体領域１７は、別の光ガイド層２５と第２クラッド層２７とを含む。第２クラッド層２７は、第２導電型（例えばｐ型）のIII族窒化物半導体からなり、また光ガイド層２５上に設けられる。光ガイド層２５は、活性層１５と第２クラッド層２７との間に設けられ、また活性層１５に接することができる。光ガイド層２７は、第２光ガイド層２５ａを含み、またIII族構成元素としてインジウムを含む窒化ガリウム半導体を備える。第２III族窒化物半導体領域１７はリッジ構造３５を有する。必要な場合には、光ガイド層２５はキャリアブロック層２５ｃを含むことができる。
【００６５】
光ガイド層２１は、第１光ガイド層２１ａに加えて第３光ガイド層２１ｂを含む。第１光ガイド層２１ａは第３光ガイド層２１ｂと活性層１５との間に位置し、また活性層１５に接している。第３光ガイド層２１ｂは第１光ガイド層２１ａの半導体材料と異なる半導体からなり、第３光ガイド層２１ｂのバンドギャップは第１光ガイド層２１ａのバンドギャップより大きい。
【００６６】
別の光ガイド層２５は、第２光ガイド層２５ａに加えて第４光ガイド層２５ｂを含む。第２光ガイド層２５ａは第４光ガイド層２５ｂと活性層１５との間に位置し、また活性層１５に接している。第４光ガイド層２５ｂは第２光ガイド層２５ａの半導体材料と異なる半導体からなり、第４光ガイド層２５ｂのバンドギャップは第２光ガイド層２５ａのバンドギャップより大きい。
【００６７】
一実施例では、光ガイド層２１の厚さは光ガイド層２５の厚さより大きい。また、第２光ガイド層２５ａの厚さは第１光ガイド層２１ａの厚さより薄い。第１光ガイド層２１ａの厚さは３７０ｎｍ以上であることが好ましい。
【００６８】
光ガイド層２１、活性層１５及び別の光ガイド層２５はコア領域３１を構成し、コア領域３１はｎ型クラッド層２３とｐ型クラッド層２７との間に設けられる。ｎ型クラッド層２３、コア領域３１及びｐ型クラッド層２７は光導波路構造を構成する。
【００６９】
活性層１５と光ガイド層２１とは第１接合ＨＪ１を構成する。ｎ型クラッド層２３はIII族窒化物半導体からなり、第１接合ＨＪ１は、ｎ型クラッド層２３のIII族窒化物半導体のｃ面に沿って延在する基準面Ｓｃに対して、ゼロより大きい傾斜角Ａｎｇｌｅで傾斜する。図１では、ｎ型クラッド層２３における基準面は、結晶座標系ＣＲのｃ軸の方向を示す軸（ベクトルＶＣで示される軸）に実質的に直交する。活性層１５と光ガイド層２５とは第２接合ＨＪ２を構成する。第２接合ＨＪ２は、ｎ型クラッド層２３のIII族窒化物半導体のｃ面に沿って延在する基準面Ｓｃに対して、ゼロより大きい傾斜角Ａｎｇｌｅで傾斜する。
【００７０】
また、半導体リッジ３５は、光ガイド層２５とｐ型クラッド層２７との第３接合ＨＪ３を含む。第３接合ＨＪ３は、ｎ型クラッド層２３のIII族窒化物半導体のｃ面に沿って延在する基準面Ｓｃに対して、ゼロより大きい傾斜角ＡＮＧＬＥで傾斜する。第３接合ＨＪ３は、半導体リッジ３５の側面３５ｂで終端する。半導体リッジ３５は上端ＴＯＰ及び底ＢＯＴＴＯＭを有する。半導体リッジ３５の上面３５ａは電極１９に接合Ｊ０を成す。半導体リッジ３５の底ＢＯＴＴＯＭと活性層１５の上面１５ａとの距離Ｄは１５０ｎｍ以下であることができる。これ以上大きいとリッジによる電流狭窄能力が不十分となるからである。また、距離Ｄは２０ｎｍ以上であることができる。これ以上小さいとリッジ形成時のＲＩＥ処理により活性層にダメージが与えられ劣化してしまうからである。
【００７１】
活性層１５は、少なくとも１つの井戸層３３ａを含み、この井戸層３３ａは例えば窒化ガリウム系半導体からなる。一実施例では、井戸層３３ａは三元ＩｎＧａＮ層を含むことができる。井戸層３３ａは圧縮歪みを内包する。井戸層３３ａは例えばＩｎＧａＮ層を含むことができる。活性層１５は、必要な場合には、複数の井戸層３３ａ及び少なくとも１つの障壁層３３ｂを含むことができる。隣り合う井戸層３３ａの間には障壁層３３ｂが設けられる。活性層１５の最外層は、井戸層からなることができる。障壁層３３ｂは、例えばＧａＮ又はＩｎＧａＮからなることができる。
【００７２】
既に説明したように、第２III族窒化物半導体領域１７は半導体リッジ３５を有する。半導体リッジ３５は、光ガイド層２５の一部と、ｐ型クラッド層２７と、ｐ型コンタクト層２９とを含む。光ガイド層２５はｐ型クラッド層２７に接して設けられ、このｐ型クラッド層２７に接してｐ型コンタクト層２９が設けられる。本実施例では、半導体リッジ３５は、ｎ型クラッド層２３のIII族窒化物半導体のｃ軸及びｍ軸によって規定されるｍ−ｃ面（或いは、ｃ軸及びａ軸によって規定されるａ−ｃ面）にそって延在する。また、本実施例では、半導体リッジ３５は、ｎ型クラッド層２３の主面の法線軸（或いは基板主面３９ａの法線方向）及びｍ軸によって規定されるｍ−ｎ面（或いは、上記の法線軸びａ軸によって規定されるａ−ｎ面）にそって延在する。III族窒化物半導体のｃ軸は、ｍ−ｎ面（或いはａ−ｎ面）にそって傾斜することができる。半導体発光素子１１は端面３７ａ及び３７ｂを含み、一実施例では、端面３７ａ及び３７ｂは光共振器を構成することができる。端面３７ａ及び３７ｂの少なくとも一方には、誘電体多層膜４７を設けることができる。また、リッジ構造３５がｍ−ｎ面に沿って延在するとき、しきい値電流を低くできる光学遷移をレーザ発振に利用できる。これは、リッジ構造３５に係る閉じ込め能力だけでなく、しきい値電流の低減に寄与できる。
【００７３】
このIII族窒化物半導体レーザ素子１１によれば、第２III族窒化物半導体領域１７はリッジ構造３５を有しており、リッジ構造３５は、その幅に応じて活性層１５へ電流を閉じ込めることができると共に、第２III族窒化物半導体領域１７における光閉じ込めにも影響する。このIII族窒化物半導体レーザ素子１１における第１光ガイド層２１ａの厚さは第２光ガイド層２５ａの厚さより厚く、また第１III族窒化物半導体領域内１３の第１光ガイド層２１ａが３７０ｎｍ以上の厚さを有する。これ故に、このIII族窒化物半導体レーザ素子１１における光閉じ込め特性に関して、リッジ構造３５の幅に起因する影響を低減できる。このIII族窒化物半導体レーザ素子１１の電流の閉じ込めは、主にリッジ構造３５の幅ＷＲに応じて達成される。また、光の閉じ込めは、リッジ構造３５に加えて厚い第１光ガイド層２１ａに依存する。
【００７４】
図２は、リッジ構造と光閉じ込め層との関係を説明するための図面である。III族窒化物半導体レーザ素子のしきい値電流を下げるためには、図２の（ａ）部に示されるように、共振器端面間に延在するレーザ導波路の幅をリッジ構造の幅を狭くして電流閉じ込め能力を強めることが有効である。しかし、狭くしすぎた導波路幅は、光の閉じ込めもまた強くなる。そうすると、例えば以下のような実用上の不具合が生じることがある：レーザ発振のモードが不安定になる；出射レーザの広がり角、つまり遠視野像（Far  Field  Pattern：ＦＦＰ）が大きくなる。これは、リッジ構造の幅の調整により導波路幅を広くすること、及び／又はリッジ構造の深さの調整によりリッジ掘り量を浅くすること、といった構造の調整を行って、横方向のＦＦＰ広がり角を制御できることを意味する。例えば、図２の（ａ）部に示されるように、リッジ構造の深さの調整により掘り量を浅くすることによって、レーザ導波路の伝搬光の広がりが、図２の（ｂ）部に示されるリッジ構造における広がりから変更される。しかしながら、この方法では電流狭窄能力が悪化し、これはしきい値電流を悪化させる。
【００７５】
一方、本実施形態に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、電流閉じ込め能力と独立して横方向の光の閉じ込めを調整することができる。リッジ構造における掘り量は維持したまま、光の分布を全体的にｎ側へずらす。掘り量は、例えば、リッジ構造を規定する掘り込み部における半導体層の厚さが活性層上において規定され、この膜厚（図１におけるシンボルＤ）として規定される。この半導体レーザのリッジ構造はｐ側半導体領域に形成されており、これ故にｎ側には横方向に光を閉じ込めのための構造が設けられていない。リッジ構造の幅（ＢＯＴＴＯＭ）は例えば１．２μｍ以上から１０μｍ以下の範囲にある。
【００７６】
そこで、図２の（ｃ）部に示されるように、レーザ導波路の伝搬光の広がりをｐ側からｎ側にシフトさせるように、ｎ側の光ガイド層の厚さを調整する。レーザ導波路の伝搬光の広がりが活性層から外れないように、ｎ側の半導体領域へ光を引き出して、光の横方向閉じ込めを弱くする。
【００７７】
レーザ導波路における光の強度振幅のプロファイル（縦軸方向のプロファイル）をｎ側半導体にずらすために、活性層と基板との間に設けられる三元ＩｎＧａＮ光ガイド層の膜厚を大きくする。発明者の知見によれば、ＩｎＧａＮ光ガイド層の厚さは、当初の予測を大きく超えた厚さになる。
【００７８】
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、リッジ構造３５の底ＢＯＴＴＯＭは、第２III族窒化物半導体領域１７内の光ガイド層２５に位置することが好ましい。リッジ構造３５の底ＢＯＴＴＯＭが第２III族窒化物半導体領域１７内の光ガイド層２５に位置するとき、第２III族窒化物半導体領域１７内における電流を活性層１５の近くまでガイドして、電流の拡がりを制御できる。
【００７９】
また、リッジ構造３５の底ＢＯＴＴＯＭと活性層１５との間隔Ｄは１５０ｎｍ以下であることが好ましい。この値の範囲では、リッジ構造３５の幅が電流閉じ込めだけでなく、光閉じ込めにも比較的大きく影響する。
【００８０】
リッジ構造３５の底ＢＯＴＴＯＭと活性層１５との間隔Ｄは２０ｎｍ以上であるとき、第２III族窒化物半導体領域１７内における電流を活性層１５の近くまでガイドできると共に、第２III族窒化物半導体領域１７の厚さＤの残膜が活性層１５を保護できる。
【００８１】
再び図１を参照しながら、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザ素子１１を説明する。窒化物半導体発光素子１１は、基板３９を更に備えることができる。基板３９は、III族窒化物半導体からなる半極性の主面３９ａ及び裏面３９ｂを有する。この半極性主面３９ａは、III族窒化物半導体のｃ軸の方向の延在する軸（ベクトルＶＣで示される軸Ｃｘ）に直交する基準面Ｓｃに対して傾斜する。半極性主面３９ａと基準面Ｓｃとの成す角度（実質的に角度ＡＮＧＬＥに等しい角度）は、１０度以上８０度以下又は１００度以上１７０度以下の範囲にあることができる。第１III族窒化物半導体領域１３、活性層１５及び第２III族窒化物半導体領域１７は、半極性主面３９ａ上にその法線軸に沿って配置される。上記の基板３９上にエピタキシャル成長されるIII族窒化物半導体層は、個々の半導体層の表面は、基板３９の半極性面の面方位を引き継ぎ、また半極性の性質を有する。これ故に、第１III族窒化物半導体領域１３、活性層１５及び第２III族窒化物半導体領域１７の表面は、基板３９の半極性面の面方位に対応した面方位を有することができる。
【００８２】
III族窒化物半導体レーザ素子１１は、基板３９の裏面３９ｂに接触を成す電極４１を備える。基板３９は、例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、及びＩｎＡｌＧａＮのいずれかである、六方晶系の導電性III族窒化物を備えることができる。III族窒化物半導体レーザ素子１１には、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、及びＩｎＡｌＧａＮのいずれかを適用可能である。基板３９は例えばＧａＮからなることができる。ＧａＮ基板上にコヒーレントにエピタキシャル成長されるＩｎＧａＮ層には、圧縮歪みが内包される。
【００８３】
また、ｃ軸に係る傾斜角ＡＮＧＬＥは、ｍ−ｎ面に沿った傾斜では６３度以上８０度以下の範囲にあることができる。上記の傾斜角Ａｎｇｌｅの半極性面３９ａは、均質なＩｎ取り込み及び高Ｉｎ組成の窒化ガリウム系半導体の成長を可能にする。また、基板３９の半極性主面３９ａと基準面Ｓｃとの成す角度が６３度以上８０度以下の範囲にあることができる。このIII族窒化物半導体レーザ素子１１によれば、６３度以上８０度以下の範囲のｃ軸傾斜を有する基板３９は、長い波長のレーザ発振に好適な活性層１５の作製に好適な面方位を提供できる。長波長領域では、III族窒化物半導体における屈折率差が小さくなり、所望の光閉じ込めを達成することは容易ではなくなる。
【００８４】
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、第１光ガイド層２１ａの膜厚は３７０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であることが好ましい。膜厚５５０ｎｍを超える光ガイド層２１ａはしきい値電流の増加に至ることがある。
【００８５】
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、基板３９の主面３９ａの法線は、基板３９のIII族窒化物のｃ軸に対して傾斜を成し、この傾斜の傾斜角は１０度以上８０度以下の範囲にあることができる。III族窒化物のｃ軸の傾斜が１０度未満であるとき、主面３９ａが極性面に近い性質を示す。III族窒化物半導体のｃ軸の傾斜が８０度を超えるとき、主面３９ａが無極性面に近い性質を示す。
【００８６】
活性層１５の発振波長は４８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲にあることができる。このIII族窒化物半導体レーザ素子１１によれば、比較的長波長のレーザ光を提供できる。また、活性層１５は、５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲内にピーク波長を有する発光スペクトルを生成するように設けられることができる。５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲内にピーク波長を有する発光スペクトルを生成する活性層１５は、半極性面を利用して作製される。さらに、活性層１５の発振波長は５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲にあることが好ましい。このIII族窒化物半導体レーザ素子１１によれば、長波長のレーザ光を提供できる。長波長にあるが故に、半導体材料差に基づく屈折率差だけでなく、リッジ構造３５により光閉じ込めが有効である。また、リッジ構造３５は電流閉じ込め及び光閉じ込めの両方に寄与するので、電流閉じ込めを大きく変更することなく、第１III族窒化物半導体領域１３の厚い光ガイド層２１ａは当該III族窒化物半導体レーザ素子１１における光閉じ込めと電流閉じ込めとの調整を容易にできる。
【００８７】
活性層１５はＩｎＧａＮ井戸層を含み、光ガイド層２１ａのインジウム組成は、ＩｎＧａＮ井戸層のインジウム組成より小さく、光ガイド層２１ａのインジウム組成は２％以上であることができる。この構造では、インジウム組成２％以上の光ガイド層２１ａは、光ガイド層２１ａと基板３９との間に設けられる半導体層に対する屈折率差を提供ができる。また、光ガイド層２１ａのインジウムの組成は６％以下であり、三元ＩｎＧａＮ井戸層のインジウム組成より小さいことが良い。インジウム組成６％以下の光ガイド層２１ａは、レーザ導波路を伝搬する光に対して、光ガイド層２１ａと基板３９との間に設けられる半導体層と活性層１５との間の屈折率を提供ができる。
【００８８】
第１III族窒化物半導体領域１３は、複数の光ガイド層を含むことができる。光ガイド層２１は、例えば光ガイド層２１ａ、２１ｂを含み、光ガイド層２１ｂはＩｎＧａＮと異なる材料（例えばＧａＮ）を備える。光ガイド層２１ｂは光ガイド層２１ａと第１クラッド層２３との間に設けられ、光ガイド層２１ａの厚さは光ガイド層２１ｂの厚さより大きいことができる。
【００８９】
III族窒化物半導体レーザ素子１１は、リッジ構造３５の上面３５ａに設けられたオーミック電極１９を更に備えることができる。第２III族窒化物半導体領域１７は、第２導電型のIII族窒化物半導体からなるコンタクト層２９を更に含み、第２クラッド層２７は、コンタクト層２９と光ガイド層２５との間に設けられ、オーミック電極１９はコンタクト層２９に接触を成すことができる。オーミック電極１９がリッジ構造３５の上面３５ａのコンタクト層２９に接触を成すので、オーミック電極１９からのキャリアがリッジ構造３５の幅に応じて閉じ込め可能になる。オーミック電極１９は例えばパラジウム（Ｐｄ）を備えることが好ましい。パラジウムは、コンタクト層２９のIII族窒化物半導体に良好な接触を提供できる。
【００９０】
III族窒化物半導体レーザ素子１１は、保護膜４３と、パッド電極４５とを更に備えることができる。保護膜４３は、リッジ構造３５の上面３５ａに位置合わせした開口４３ａを有すると共に第２III族窒化物半導体領域１７の表面１７ａを覆う。パッド電極４５は、オーミック電極１９の上面を覆うと共に保護膜43上に設けられる。保護膜４３は、またリッジ構造３５の側面３５ｂを覆っており、保護膜４３の屈折率は第２III族窒化物半導体領域１７の屈折率より小さい。オーミック電極１９は、保護膜４３の開口４３ａを介して第２III族窒化物半導体領域１７の上面１７ａ（４３ａ）に接触を成す。保護膜４３の屈折率が第２III族窒化物半導体領域１７の屈折率より小さいので、リッジ構造３５の側面３５ｂを覆う保護膜４３が光閉じ込めに関係する。
【００９１】
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、第１クラッド層２３は、ｎ導電性のＩｎＸ１ＡｌＹ１Ｇａ１−Ｘ１−Ｙ１Ｎ（０＜Ｘ１＜０．０５、０＜Ｙ１＜０．２０）であることができる。この第１クラッド層２３は、光ガイド層２１に対して良好な光閉じ込めを提供できる。また、第２クラッド層２７は、ｐ導電性のＩｎＸ２ＡｌＹ２Ｇａ１−Ｘ２−Ｙ２Ｎ（０＜Ｘ２＜０．０５、０＜Ｙ２＜０．２０）であることができる。この第２クラッド層２７は、光ガイド層に対して良好な光閉じ込めを提供できる。
【００９２】
（実施例１）
この実施例では、図３に示されるIII族窒化物半導体レーザ素子１１ａを作製する。まず、図４の（ａ）部に示されるように、エピタキシャル基板Ｅを準備する。半極性ＧａＮ基板（例えばウエハ状の基板）を準備する。この半極性ＧａＮ基板の主面は例えば｛２０−２１｝面を有する。｛２０−２１｝面では、基板のＧａＮのｃ軸はこの基板主面の法線に対してＧａＮのｍ軸の方向に７５度の角度で傾斜している。ＧａＮ基板のサーマルクリーニングを行う。サーマルクリーニングは、アンモニア（ＮＨ３）及び水素（Ｈ２）を含む雰囲気中で行われ、熱処理温度は、摂氏１０５０度である。この前処理の後に、まず、第１のIII族窒化物半導体領域を成長する。ＧａＮ基板の半極性主面上に、ｎ型ＧａＮ層を成長する。ｎ型ＧａＮ層の厚さは例えば１１００ｎｍである。成長温度は摂氏１０５０度である。基板温度を摂氏８４０度に下げた後に、このｎ型ＧａＮ層上にｎ型クラッド層を成長する。本実施例では、ｎ型クラッド層として、厚さ１２００ｎｍのｎ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層を成長する。このｎ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層のＩｎ組成は０．０３であり、Ａｌ組成は０．１４である。摂氏８４０度の基板温度において、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層上に、ＧａＮ光ガイド層を成長する。ＧａＮ光ガイド層はｎ型であり、その厚さは２００ｎｍである。このＧａＮ光ガイド層上に、ＩｎＧａＮ光ガイド層を成長する。ＩｎＧａＮ光ガイド層はｎ型又はアンドープであり、その厚さは４００ｎｍである。このＩｎＧａＮ層のＩｎ組成は例えば０．０２５である。これらの光ガイド層からなるｎ側の内側半導体層を形成した後に、この内側半導体層上に活性層を成長する。この実施例では、活性層として、摂氏７９０度の基板温度においてＩｎＧａＮ層を成長する。このＩｎＧａＮ層のＩｎ組成は例えば０．２５５であり、ＩｎＧａＮ層の厚さは３ｎｍである。活性層上に、第２III族窒化物半導体領域を成長する。例えば、基板温度を摂氏８４０度に上昇した後に、活性層上にアンドープ光ガイド層を成長する。アンドープ光ガイド層はＧａＮ及び／又はＩｎＧａＮからなることができる。ＩｎＧａＮ光ガイド層のＩｎ組成は例えば０．０２５である。アンドープ光ガイド層上に、ｐ型ＧａＮ光ガイド層を成長する。これらの光ガイド層からなるｐ側の内側半導体層を形成した後に、この内側半導体層上に厚さ４００ｎｍのｐ型ＡｌＧａＮクラッド層を成長する。このｐ型ＡｌＧａＮクラッド層のＡｌ組成は０．０４である。基板温度を摂氏１０００度に上昇した後に、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層上に、厚さ５０ｎｍのｐ型ＧａＮコンタクト層を成長する。これらの工程によりエピタキシャル基板Ｅを作製できる。エピタキシャル基板Ｅにおいて、ｎ側光ガイド層の厚さＴＮはｐ側光ガイド層の厚さＴＰより大きい。
【００９３】
このエピタキシャル基板にフォトリソグラフィ、ドライエッチング及び真空蒸着を適用して、幅２μｍの半導体リッジ及び長さ６００μｍの光共振器のリッジ型窒化ガリウム系半導体レーザを作製する。
【００９４】
この作製において、図４の（ｂ）部に示されるように、エピタキシャル基板Ｅ上に、金属層の積層を形成する。積層の形成では、エピタキシャル基板Ｅ上にＡｌ膜を蒸着し、このＡｌ膜上にＴｉ膜を蒸着する。Ａｌ膜の膜厚は例えば１００ｎｍであり、Ｔｉ膜の膜厚は例えば１０ｎｍである。次いで、図４の（ｃ）部に示されるように、金属層の積層を形成した後に、エピタキシャル基板Ｅ上に、ＣＶＤ法で絶縁膜ＯＸ（例えば厚さ２００ｎｍのシリコン酸化膜）を成長する。図４の（ｄ）部に示されるように、例えば無機絶縁膜上に、リッジ形状を規定するパターンを有するマスクＭ１を形成する。本実施例では、マスクＭ１はレジストからなる。このレジストのマスクＭ１を用いて、図４の（ｅ）部に示されるように、絶縁膜ＯＸ及び金属積層ＭＴＬをエッチングして、リッジパターンを有する積層体を形成する。エッチングとしてはＩＣＰドライエッチングを行うことができ、シリコン酸化物にはＣＨＦガスのエッチャトを用い、金属積層にはＣｌ２ガスのエッチャトを用いる。エッチングによる作製された積層体は、リッジパターンを有する絶縁層ＯＸ及び金属積層ＭＴＬを含む。図４の（ｆ）部に示されるように、レジストのマスクを除去して絶縁層を露出させて、複合マスクを完成する。複合マスクは、リッジパターンを有する絶縁層ＯＸ及び金属積層ＭＴＬを含む。複合マスクの最上層は絶縁層ＯＸからなる。
【００９５】
図５の（ａ）部に示されるように、複合マスクを用いてエピタキシャル基板Ｅのエッチングを行う。エッチングとしてはＩＣＰドライエッチングを行うことができ、窒化物にはＣｌ２ガスのエッチャトを用いる。リッジ構造の底は、ｐ側の光ガイド層内に到達する。窒化物のエッチングの後に、図５の（ｂ）部に示されるように、金属積層ＭＴＬ内のＡｌ層にサイドエッチングを施す。このエッチングとしてはＩＣＰドライエッチングを行うことができ、アルミニウムにはＣｌ２ガスのエッチャトを用いる。図５の（ｃ）部に示されるように、サイドエッチングの後に、リフトオフに先立って、保護膜のためのシリコン系無機絶縁膜ＳＩＯ（例えば、厚さ３００ｎｍのシリコン酸化膜）を堆積する。図５の（ｄ）部に示されるように、シリコン系無機絶縁膜ＳＩＯの作製の後に、リフトオフを行って、リッジ構造の上面を露出させる。リフトオフマスクを除去した後に、図５の（ｅ）部に示されるように、リッジ構造の上面に合わせた開口を有する電極リフトオフのためのマスクＭ２を形成する。このリフトオフマスクＭ２は例えばレジストからなる。図５の（ｆ）部に示されるように、電極リフトオフマスクＭ２を形成した後に、オーミック電極のための金属膜ＯＨを堆積する。金属膜ＯＨは、例えばＰｄ、又はＮｉ／Ａｕからなることができる。
【００９６】
図６の（ａ）部に示されるように、リフトオフマスクを除去して、リッジ構造の上面を覆う金属ストライプを形成する。図６の（ｂ）部に示されるように、基板生産物に含まれるエピタキシャル基板Ｅの裏面を研磨して、所望の厚さの基板生産物を作製する。研磨の後に、図６の（ｃ）部に示されるように、研磨された裏面にエッチングを施して、研磨ダメージ層を除去する。このエッチングとしてはＩＣＰドライエッチングを行うことができ、研磨ダメージにはＣｌ２ガスのエッチャトを用いる。図６の（ｄ）部に示されるように、エッチング処理された基板裏面にｎ側電極ＣＴ（例えばＴｉ／Ａｌ／Ａｕ）を形成する。必要な場合には、図６の（ｅ）部に示されるように、電極のアニールのために、基板生産物の熱処理を行う。図６の（ｆ）部に示されるように、金属ストライプに接触を成すパッド電極ＡＮ（例えばＴｉ／Ａｕ）を形成する。
【００９７】
第２III族窒化物半導体領域をエッチングして半導体リッジを形成する。半導体リッジの加工は、ドライエッチングにより行われる。ドライエッチングによるエッチング量を変化させて、異なる半導体リッジの高さを有する複数の半導体レーザを作製する。半導体リッジの加工において、活性層と光ガイド層との界面から半導体リッジの底までの距離を値「Ｄ」として参照する。
【００９８】
電極を形成した後に、基板生産物の割断を行って光共振器のための端面（へき開面と異なる端面）を形成する。これらの端面上に誘電体多層膜を成膜する。誘電体多層膜はＳｉＯ２／ＴｉＯ２からなる。これらの工程により、ｍ軸方向に７５度の角度で傾斜させた半極性ＧａＮ基板｛２０−２１｝面上に半導体レーザが作製される。この半導体レーザは５２０ｎｍ波長帯で発光できる。
【００９９】
この実施例と同一又は類似の作製条件を用いて、図７の（ａ）部、（ｂ）部及び（ｃ）部に示されるレーザ構造を検討する。エピタキシャル基板の構造としては以下のものがある。
ｎ型クラッド層：ｎ型ＩｎＡｌＧａＮ、Ｉｎ組成０．０２〜０．０４、Ａｌ組成０．０９〜０．２１、膜厚１０００〜１５００ｎｍ。
ｎ型光ガイド層：ｎ型ＧａＮ、膜厚１５０〜３５０ｎｍ。
ｎ側光ガイド層：ｎ型／アンドープＩｎＧａＮ、膜厚を変化。
ｐ側光ガイド層：アンドープＩｎＧａＮ、Ｉｎ組成０．０１５〜０．０３５、膜厚０〜１００ｎｍ。
ｐ型光ガイド層：ｐ型ＩｎＧａＮ、Ｉｎ組成０．０１５〜０．０３５、膜厚０〜１００ｎｍ。
ｐ型光ガイド層：ｐ型ＧａＮ、膜厚１５０〜３５０ｎｍ。
ｐ型クラッド層：ｐ型ＡｌＧａＮ、Ａｌ組成０．０３〜０．０６、膜厚２００〜６００ｎｍ。
ｐ型コンタクト層：ｐ＋型ＧａＮ、膜厚１０〜１００ｎｍ。
リッジ構造の幅（ＴＯＰ）: １．０μｍ〜２．５μｍ。
絶縁膜（保護膜）の材料:ＳｉＯ２、膜厚１５０〜５００ｎｍ。
【０１００】
ｎ側ＩｎＧａＮ光ガイド層にｎ型ドーパントが添加される場合には、ｎ型ドーパント（例えばＳｉ）の濃度は３×１０１７〜３×１０１８ｃｍ−３の範囲にあることができる。ｐ型ＩｎＧａＮ光ガイド層のｐ型ドーパント（例えばＭｇ）の濃度は１×１０１８〜１×１０１９ｃｍ−３の範囲にあることができる。
【０１０１】
ｎ型ＩｎＧａＮ光ガイド層が用いられるとき、そのＩｎ組成は０．０２〜０．０６の範囲にあることが好ましい。ｎ側半導体領域にアンドープＩｎＧａＮ光ガイド層が設けられるとき、そのＩｎ組成は０．０１５〜０．０３５の範囲にあることが好ましい。ｐ型ＩｎＧａＮ光ガイド層が用いられるとき、そのＩｎ組成は０．０１５〜０．０３５の範囲にあることは好ましい。
【０１０２】
本件の実験では、リッジ構造の幅は２μｍであり、リッジ構造の掘り量Ｄは例えば１００ｎｍである。図８は、上記構造のうちの一構造（図７の（ａ）部）におけるＦＦＰ広がり角、しきい値電流密度を示す図面である。図８の（ａ）部を参照すると、ＩｎＧａＮ光ガイド層におけるＩｎ組成とＦＦＰ広がり角との関係を示す。このグラフにおいて、「ＦＦＰ＿Ｈ」は水平方向における広がり角を示し、「ＦＦＰ＿Ｖ」は垂直方向における広がり角を示す。図８の（ｂ）部を参照すると、ＩｎＧａＮ光ガイド層における厚さとＦＦＰ広がり角との関係を示す。このグラフにおいて、「ＦＦＰ＿Ｈ」は水平方向における広がり角を示し、「ＦＦＰ＿Ｖ」は垂直方向における広がり角を示す。ｎ側のＩｎＧａＮ層に関しては、ＦＦＰ広がり角は、Ｉｎ組成よりは膜厚に大きく依存する。
【０１０３】
図８の（ａ）部のリスト。
Ｉｎ組成、ＦＦＰ＿Ｈ（度）、ＦＦＰ＿Ｖ（度）。
２．５、    １３．６６、        ２３．８。
４．５、    １３．５２、        ２４．９。
５．５、    １３．４４、        ２５．６。
６．５、    １３．３６、        ２６．２。
【０１０４】
図８の（ｂ）部のリスト。
層厚、    ＦＦＰ＿Ｈ（度）、ＦＦＰ＿Ｖ（度）。
１４４、    １３．６６、        ２３．８。
２０１、    １３．２９、        ２３．７。
２５９、    １２．８８、        ２３．５。
２８８、    １２．６６、        ２３．４。
３６０、    １２．１２、        ２３．０。
４５０、    １１．３９、        ２２．４。
６００、    １０．１２、        ２１．４。
【０１０５】
図８の（ｃ）部を参照すると、ＩｎＧａＮ光ガイド層における厚さとしきい値電流密度との関係を示す。ＩｎＧａＮ膜厚が大きくなるにつれて、まず、しきい値電流が低下していく。ｎ側のＩｎＧａＮ光ガイド層の厚みを増加させることによって、ｐ側光ガイド層に対するｎ側光ガイド層の厚みが相対的に厚くなるとき、レーザ導波路を伝搬する光がｐ側光ガイド層やｐ型クラッド層のｐ型ドーパントにより吸収される比率を下げることができる。これは、結果的にしきい値電流を低下させることに役立つ。一方、ｎ型ドーパントはレーザ導波路を伝搬する光をほとんど吸収しない。これ故に、この範囲におけるしきい値電流の低減は、半導体レーザの特性において好適なものである。
【０１０６】
図８の（ｃ）部のリスト。
層厚、    しきい値電流密度（Ａ／ｃｍ２）。
１４４、        ５．００。
２０１、        ４．６６。
２５９、        ４．４７。
２８８、        ４．４０。
３６０、        ４．３３。
４５０、        ４．３６。
６００、        ４．６１。
【０１０７】
ｎ側半導体領域におけるｎ型ＩｎＧａＮ層のｎ型ドーパント濃度がｐ側半導体領域におけるｐ型ＩｎＧａＮ層のｐ型ドーパント濃度より低い。これ故に、ｎ型ＩｎＧａＮ層に起因する光吸収量は低い。ｎ側ＩｎＧａＮ光ガイド層の膜厚を増加させていくと、小さい光吸収を示すｎ側ＩｎＧａＮガイド層内に存在する光の割合が多くなるので、導波路全体の光吸収が低下し、しきい値電流が低下する。しかし、ｎ側ＩｎＧａＮ光ガイド層の膜厚をさらに増加させると、しきい値電流が増加する。
【０１０８】
図９は、予備的な実験として行ったシミュレーション結果を示す。図９の（ａ）部、（ｂ）部及び（ｃ）部は、それぞれ、厚さ１４４ｎｍ、２１６ｎｍ及び２８８ｎｍのｎ側ＩｎＧａＮ層（Ｉｎ組成０．０４５）における伝搬光の広がりを示す。ＩｎＧａＮ層が厚くなるにつれて、リッジ構造内への光の広がりが小さくなっている。これは、ｐ型半導体領域によって吸収される光量の低減に可能にする。また、井戸層中の光振幅も変化されている。
【０１０９】
一方、図８の（ｃ）部のグラフにおいてしきい値電流が最小値をとった後には、ＩｎＧａＮ膜厚が大きくなるにつれて、しきい値電流は増加する。レーザ導波路における伝搬光の大部分が活性層から外れて導波する状態では、井戸層内に存在する光の割合が低下して光増幅が起こりにくくなり、しきい値電流は増加すると考えられる。
【０１１０】
水平方向のＦＦＰ広がり角が例えば１２度以下であるという基準に基づくとき、発明者のいくつかの実験から、ｎ側ＩｎＧａＮ層の厚さは３７０ｎｍ以上であることが好ましい。厚いＩｎＧａＮ層は格子緩和を生じることがある。これを避けるために、ｎ側ＩｎＧａＮ層の厚さは５５０ｎｍ以下であることが好ましい。
【０１１１】
また、ＦＦＰ広がり角とは別にしきい値電流密度が好適な厚さの範囲として、このＩｎＧａＮ層は１００ｎｍ以上であり、８００ｎｍ以下であることが好ましい。
【０１１２】
図１０は、本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子を作製する方法における主要な工程フロー１００を示す図面である。工程フロー１００は、エピタキシャル基板の作製工程２００と電極及びリッジ構造の作製工程３００とを含む。以下の説明では、理解を容易にするために、図１に示された半導体レーザに付された参照符号を用いる。また、結晶成長には、例えば有機金属気相成長法を用いることができる。エピタキシャル基板の作製工程２００は、以下の工程を含む。工程Ｓ１００では、半極性主面を有するIII族窒化物半導体ウエハを準備する。工程Ｓ１０１では、第１III族窒化物半導体領域１３をこのウエハの主面上に成長する。例えば、工程Ｓ１０２では、第１クラッド層２３を成長する。第１クラッド層２３は、六方晶系のIII族窒化物半導体からなり半極性面１３ａを有する。工程Ｓ１０３では、第１クラッド層２３の半極性面２３ａ上に光ガイド層２１を成長する。工程Ｓ１０４では、第１クラッド層２３の半極性面２３ａ上に光ガイド層２１ｂを成長する。工程Ｓ１０５では、光ガイド層２１ｂの半極性面上に光ガイド層２１ａを成長する。光ガイド層２１ａは、III族構成元素としてインジウムを含む窒化ガリウム半導体を備える。第１光ガイド層２１ａの厚さは３７０ｎｍ以上である。光ガイド層２１ａの材料は光ガイド層２１ｂの材料と異なる。
【０１１３】
次いで、工程Ｓ１０６では、第１光ガイド層２１ａの成長の後に、窒化ガリウム系半導体の活性層１５を形成する。活性層１５の発振波長は、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下である。
【０１１４】
次いで、工程Ｓ１０７では、活性層１５の成長の後に、第２III族窒化物半導体領域１７を形成する。第２III族窒化物半導体領域１７は、光ガイド層２５ａ、第２導電型のIII族窒化物半導体からなる第２クラッド層２７、及びｐ型コンタクト層２９を含む。工程Ｓ１０８では、活性層１５の半極性面上に光ガイド層２５（例えば光ガイド層２５ａ）を成長する。光ガイド層２５ａの厚さは光ガイド層２１ａの厚さより薄い。光ガイド層２５は、光ガイド層２５ａ及び光ガイド層２５ｂを含む。工程Ｓ１０９では、光ガイド層２５ａ上に光ガイド層２５ｂを成長する。工程Ｓ１１０では、光ガイド層２５上に第２クラッド層２７を成長する。工程Ｓ１１１では、第２クラッド層２７の半極性面上にコンタクト層２９を成長する。これらの工程により、エピタキシャル基板が作製される。
【０１１５】
電極及びリッジ構造の作製工程３００において、第２III族窒化物半導体領域１７がリッジ構造を有すると共にリッジ構造上電極を有するように、基板線産物が作製される。
【０１１６】
この作製方法によれば、所望の電流閉じ込め性及び所望の光閉じ込め性に半導体レーザ素子の特性を近づけることを可能にする構造を有するIII族窒化物半導体レーザ素子を作製できる。これらの工程は、例えば図４〜図６に示された工程に従って行われることができる。
【０１１７】
図１１は、本実施の形態に係る窒化物半導体発光素子を作製する方法における主要な工程フロー４００を示す図面である。
【０１１８】
まず、工程Ｓ２０１では、六方晶系のIII族窒化物からなる主面を有する複数の基板を準備する。これらの基板は、例えば既に説明したＧａＮウエハであることができ、その主面は例えば｛２０−２１｝面を有することができる。工程Ｓ２０２では、準備した基板の主面の各々から複数の試行用エピタキシャル基板を作製する。この作製では、基板の主面上に、第１クラッド層及び第１光ガイド層を有する第１III族窒化物半導体領域を成長し、次いで、窒化ガリウム系半導体からなる活性層を成長し、これらの後に、第２クラッド層及び第２光ガイド層を有する第２III族窒化物半導体領域を成長する。これらの成長により、個々の基板の主面上に半導体積層が形成される。これらの半導体積層では第１光ガイド層の厚さ及び／又はＩｎ組成が互いに異なる。工程Ｓ２０３では、試行用エピタキシャル基板にリッジ構造及び電極を形成して、複数の試行用基板生産物を作製する。リッジ構造及び電極の形成には、限定されるものではないが、例えば上記の実施例において説明された工程が適用されることができる。工程Ｓ２０４では、複数の試行用基板生産物の遠視野像の評価を行って、遠視野像と第１光ガイド層の厚さ（及び／又はＩｎ組成）との関係を得る。これに加えて、或いはこれと独立して、試行用基板生産物のレーザ発振のためのしきい値電流の評価を行って、しきい値電流と第１光ガイド層の厚さ（及び／又はＩｎ組成）との関係を得ることができる。工程Ｓ２０５では、評価の結果を用いて、当該窒化ガリウム系半導体レーザ素子のための第１光ガイド層の厚さを決定する。この工程では、遠視野像の評価結果及びしきい値電流の評価結果を利用して、第１光ガイド層の厚さが決定されることができる。工程Ｓ２０６では、第１光ガイド層が決定された厚さを有するように、当該窒化ガリウム系半導体レーザ素子のためのエピタキシャル基板及び基板生産物を作製する。エピタキシャル基板及び基板生産物の作製には、限定されるものではないが、例えば上記の実施例において説明された工程が適用されることができる。
【０１１９】
この窒化ガリウム系半導体レーザ素子を製造する方法によれば、所望の光閉じ込め性に半導体レーザ素子の特性を近づけることを可能にする構造を有するIII族窒化物半導体レーザ素子を提供できる。また、この窒化ガリウム系半導体レーザ素子を製造する方法によれば、所望の電流閉じ込め性及び所望の光閉じ込め性に半導体レーザ素子の特性を近づけることを可能にする構造を有するIII族窒化物半導体レーザ素子を提供できる。
【０１２０】
基板の準備においては、基板の主面の法線が基板のIII族窒化物のｃ軸に対して傾斜を成し、この傾斜の傾斜角は１０度以上８０度以下の範囲にあることができる。
【０１２１】
また、リッジ構造の形成においては、リッジ構造の底が第２III族窒化物半導体領域内の第２光ガイド層に位置する程度に深いリッジ構造を採用してもよい。さらに、リッジ構造の底と活性層との間隔は１５０ｎｍ以下であることが好ましい。この作製方法によれば、リッジ構造の底と活性層との間隔は１５０ｎｍ以下であるとき、リッジ構造の幅が電流閉じ込めだけでなく、光閉じ込めにも比較的大きく寄与する。
【０１２２】
本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【０１２３】
以上説明したように、本実施の形態によれば、所望の電流閉じ込め性及び所望の光閉じ込め性に半導体レーザ素子の特性を近づけることを可能にする構造を有するIII族窒化物半導体レーザ素子が提供される。また、本実施の形態によれば、このIII族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法が提供される。
【符号の説明】
【０１２４】
１１…窒化物半導体発光素子、１３…第１のIII族窒化物半導体領域、１５…活性層、１７…第２III族窒化物半導体領域、１９…電極、２１…光ガイド層、２３…ｎ型クラッド層、２５…光ガイド層、２７…ｐ型クラッド層、２９…ｐ型コンタクト層、Ａｘ…積層軸、３１…コア領域、ＨＪ１、ＨＪ２、ＨＪ３…ヘテロ接合、３３ａ…井戸層、３３ｂ…障壁層、３５…半導体リッジ、ＢＯＴＴＯＭ…半導体リッジの底、３７ａ、３７ｂ…端面、３９…基板、３９ａ…半極性主面、Ａｎｇｌｅ…傾斜角、Ｓｃ…基準面。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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