(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体と異なる異種基板上に、異種基板より屈折率が大きい第１の窒化物半導体層と、その上に第１の窒化物半導体層より屈折率が小さい第２の窒化物半導体層と、その上に第２の窒化物半導体層よりも屈折率が大きい活性層とが積層された構造を有する窒化物半導体レーザ素子において、前記第２の窒化物半導体層と異種基板との間に活性層を含むレーザ導波路から漏れ出した光を吸収できる材料よりなる光吸収層が設けられ、前記第２の窒化物半導体層は、前記光吸収層形成上に前記第１の窒化物半導体層を介して設けられ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】
ＧａＮ基板上に活性層を有する素子構造を形成してなる窒化物半導体レーザ素子において、前記素子構造形成面と対向したＧａＮ基板の素子構造を有していない面に、活性層を含むレーザ導波路から漏れ出した光を吸収できる光吸収膜を形成してなることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記基板は、基板に光吸収性を持たせる請求項１記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記第２の窒化物半導体層と基板との間に光吸収層を設ける請求項３記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記光吸収層は、活性層と同じような組成を有するｎ導電側の窒化物半導体層、又は素子構造を形成するｎ導電側層に光を吸収できる様に新たな成分を加えてなる層からなる請求項１、３〜４に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記第１の窒化物半導体層はＧａＮである請求項１、３〜５記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記第２の窒化物半導体層は、少なくともＡｌを含む窒化物半導体からなる請求項１、３〜６記載の窒化物半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、窒化物半導体（ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）よりなるレーザ素子に関し、特に出射されるレーザ光の集光性のよいレーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、窒化物半導体系のレーザダイオード（ＬＤ）について、種々の研究開発が活発に行われ、実用可能なＬＤも開発されている。
【０００３】
本出願人は、窒化物半導体レーザ素子として、波長が４１０ｎｍの短波長のレーザ光の連続発振の可能な窒化物半導体レーザ素子を提案している。例えば、Ａｐｐｌ．Ｌｅｔｔ．６９（１９９６）３０３４、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６９（１９９６）４０５６などに記載されている。
上記本出願人が提案した窒化物半導体レーザ素子は、短波長のレーザ光を放射することができるので、光メモリーの高密度化や大容量化にとって大変有用である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記本出願人が提案したＬＤは、活性層を挟んで形成されている光閉じ込め層（クラッド層）での光の閉じ込めが完全でないためにレーザ光の一部が漏れ出し、この漏れ出した光が基板として用いられているサファイア基板面で反射し、クラッド層とサファイア基板の間に形成されている窒化物半導体層（例えばコンタクト層）を導波しｎ導電側の窒化物半導体層の端面から放射され、ファーフィールドパターンやニアフィールドパターンを乱す傾向がある。
このようなファーフィールドパターン等の乱れは、活性層を中心としたレーザ導波路の他に、ｎ導電側のコンタクト層が低屈折率のサファイア基板と低屈折率のｎ導電側のクラッド層に挟まれた導波路になっているために、ｎ導電側のコンタクト層に主レーザ導波路（主導波路）から漏れ出した光がマルチモード伝播し、活性層を中心としたレーザ導波路から放射されるレーザ光のファーフィールドパターンに重なるためである。つまり、活性層付近は、主導波路であるのに対し、ｎ導電側のコンタクト層を副導波路とした二階建て構造になっている。
【０００５】
ちなみに窒化物半導体レーザ素子を構成する窒化物半導体層の屈折率は、大きい方から順に、ＩｎＧａＮ（例えば活性層）、ＧａＮ（例えばガイド層、コンタクト層）、ＡｌＧａＮ（例えばクラッド層）、基板（例えばサファイア、スピネル）である。つまり、クラッド層と基板の間に比較的屈折率の大きいＧａＮからなるコンタクト層等があると主導波路から漏れ出した光はコンタクト層で導波され、ｎ側層端面から放射される。このように主導波路から漏れ出した光は、屈折率の低いサファイア基板があるとｎ側層を通過して基板から外部に放散されることが少なく、ｎ側層端面から放射されファーフィールドパターンを乱す。
また、基板がサファイア以外の屈折率の低い材料であると、サファイアの場合と同様の問題が生じる。
また更に、ＧａＮ基板を用いる場合も、レーザ導波路から漏れだした光はＧａＮ基板を通過するが、ＧａＮ基板を通過した光はＧａＮ基板に接する金属や空気によって反射され、ＧａＮ基板を副導波路として導波しＧａＮ基板端面から放射される。その結果、ファーフィールドパターンなどを乱す傾向がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、たとえ屈折率の低いサファイアを基板として用いたとしても、ｎ導電側のコンタクト層やＧａＮ基板等のレーザ導波路以外での光の伝播を抑制し、ファーフィールドパターン及びニヤーフィールドパターンが良好となる窒化物半導体レーザ素子を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明の目的は以下（１）〜（４）の構成によって達成することができる。
（１）  窒化物半導体と異なる異種基板上に、異種基板より屈折率が大きい第１の窒化物半導体層と、その上に第１の窒化物半導体層より屈折率が小さい第２の窒化物半導体層と、その上に第２の窒化物半導体層よりも屈折率が大きい活性層とが積層された構造を有する窒化物半導体レーザ素子において、前記第２の窒化物半導体層と異種基板との間に活性層を含むレーザ導波路から漏れ出した光を吸収できる材料よりなる光吸収層が設けられ、前記第２の窒化物半導体層は、前記光吸収層形成上に前記第１の窒化物半導体層を介して設けられていることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
（２）  窒化物半導体と異なる異種基板上に、異種基板より屈折率が大きい第１の窒化物半導体層と、その上に第１の窒化物半導体層より屈折率が小さい第２の窒化物半導体層と、その上に第２の窒化物半導体層よりも屈折率が大きい活性層とが積層された構造を有する窒化物半導体レーザ素子において、前記異種基板に活性層を含むレーザ導波路から漏れ出した光を吸収できるような光吸収性を持たせてなることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
（３）  ＧａＮ基板上に活性層を有する素子構造を形成してなる窒化物半導体レーザ素子において、前記素子構造形成面と対向したＧａＮ基板の素子構造を有していない面に、活性層を含むレーザ導波路から漏れ出した光を吸収できる光吸収膜を形成してなることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
（４）  上記の窒化物半導体レーザ素子は、さらに以下のような構成を有する。前記基板は、基板に光吸収性を持たせることを特徴とする。また、前記第２の窒化物半導体層と基板との間に光吸収層を設けることを特徴とする。前記光吸収層は、活性層と同じような組成を有するｎ導電側の窒化物半導体層、又は素子構造を形成するｎ導電側層に光を吸収できる様に新たな成分を加えてなる層からなることを特徴とする。また、前記第１の窒化物半導体層はＧａＮであることを特徴とする。また、前記第２の窒化物半導体層は、少なくともＡｌを含む窒化物半導体からなることを特徴とする。
【０００８】
つまり、本発明は、活性層を中心とした主レーザ導波路から漏れ出す光を吸収できる機能をレーザ素子に設けることにより、レーザ導波路から漏れ出した光が、第２の窒化物半導体層と異種基板との間にある第１の窒化物半導体層（例えばコンタクト層）を導波するのを、更にまたＧａＮ基板を導波するのを防止できる。これにより、第１の窒化物半導体層等のｎ導電側の端面、又はＧａＮ基板の端面から光が放射されるのを抑えることができ、良好なファーフィールドパターン等を得ることができる。
尚、本発明において異種基板、第１の窒化物半導体層、第２の窒化物半導体層、活性層は接して形成されていなくてもよいことは言うまでもない。
【０００９】
従来公知の赤色等のＬＤの場合、赤色等のＬＤのファーフィールドパターンは単峰性の楕円形をしている。このことは、従来公知の赤色ＬＤには、例えばｎ型ＧａＡｓ基板を用いており、このＧａＡｓ基板が光を吸収するためレーザ導波路以外の端面から光が放射されることがない。
一方、窒化物半導体レーザ素子の場合、基板にサファイアのような屈折率の小さい材料のものが用いられ、更に窒化物半導体は透明であるので光を透過させてしまう。これによって、活性層付近の主導波路以外の副導波路からの光が放射されレーザ光のファーフィールドパターンを乱すと考えられる。
【００１０】
これに対し、本発明者は、上記のように窒化物半導体レーザ素子に光吸収可能な機能を設けることで上記問題点を解決することができた。またこのような本発明は、窒化物半導体レーザ素子の性能を劣化させることなく、ファーフィールドパターン等を改善することができるものである。
【００１１】
まず本発明は、サファイアのような屈折率の小さい異種基板を用いてレーザ素子を形成する場合は、第２の窒化物半導体層と基板との間に光吸収層を設ける、又は異種基板に光吸収性を持たせる、ことによって従来の問題点を解決することができる。
また、ＧａＮ基板を用いてレーザ素子を形成する場合は、素子構造を形成してある面とは反対側のＧａＮ基板面に光吸収膜を設けることによって上記問題点を解決することができる。
また、本発明において、第２の窒化物半導体層と基板との間に光吸収層を設けること、基板に光吸収性を持たせること、ＧａＮ基板に光吸収膜を設けることを組み合わせて行ってもよい。
【００１２】
本発明において、第１の窒化物半導体層は、基板及び第２の窒化物半導体層より屈折率が大きく、レーザ導波路から漏れ出した光が第１の窒化物半導体層内で導波するような層であり、例えばコンタクト層であり、１層以上及び１種以上の層であってもよい。
本発明において、第２の窒化物半導体層は、活性層の基板側に形成され、活性層と第１の窒化物半導体層の屈折率より小さい層であり、例えば、活性層で発光する光を閉じ込めるためのクラッド層等が挙げられる。また第２の窒化物半導体層は１種以上、１層以上であってもよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明は、窒化物半導体レーザ素子にレーザ導波路から漏れ出した光を吸収できる機能を持たせ、レーザ光のファーフィールドパターンなどが乱れないようにしたものである。
以下に、図１〜図８は窒化物半導体レーザ素子に光吸収性を持たせた一実施の形態を示す模式断面図、及び光吸収層としての保護膜を形成する方法を段階的に示した一実施の形態を示す模式断面図である。但し、本発明はこれに限定されない。
【００１４】
図１には、異種基板１上に、少なくとも異種基板１より屈折率が大きい第１の窒化物半導体層１０１、第１の窒化物半導体層１０１より屈折率が小さい第２の窒化物半導体層１０２、第２の窒化物半導体層１０２より屈折率が大きい活性層を含むレーザ導波路１０３、１層以上のｐ導電型の窒化物半導体層１０４を順に積層してなる異種基板を有する窒化物半導体レーザ素子の模式断面図である。更に図１の窒化物半導体レーザ素子には、活性層を含むレーザ導波路１０３から漏れ出す光を吸収できるように光吸収層１０５を形成し光吸収機能を設けている。
【００１５】
光を吸収できる機能としては、図１に示すように第２の窒化物半導体層１０２と異種基板１の間に光吸収層（図１では光吸収層として後述の保護膜１０５を示した）を形成すること、及び／又は異種基板１に吸光性の不純物をドープする等して着色を行うこと等が挙げられる。
【００１６】
以下に光吸収機能として、第２の窒化物半導体層１０２と異種基板１の間に光吸収層を形成することについて説明する。
本発明において、光吸収層は、異種基板１と第２の窒化物半導体層１０２の間であればいずれに形成されてもよい。光吸収層としては、レーザ素子の性能を劣化させず、レーザ導波路から漏れ出した光を吸収できる層であれば特に限定されない。例えば、窒化物半導体の横方向の成長［Ｌａｔｅｒａｌ  ｏｖｅｒ  ｇｒｏｗｔｈ（ＬＯＧ）、ラテラル成長］による低結晶欠陥の窒化物半導体層（ＧａＮ下地層）を形成する際に用いられる、保護膜１０５に光吸収機能を持たせる、又は第２の窒化物半導体層１０２と異種基板１の間に光吸収可能な半導体層を成長させること等が挙げられる。
本発明において、ラテラル成長方法としては、特に限定されず、例えば後述する保護膜１０５を用いて行う方法が挙げられる。保護膜１０５は、窒化物半導体が成長しにくく、レーザ導波路から漏れ出す光を吸収できる材料であればよい。
【００１７】
本発明において、光吸収層が、光吸収可能な半導体層である場合、レーザ素子の性能を劣化させないような光吸収可能な半導体層が好ましく、例えば光吸収層として活性層と同じ様な組成を有するｎ導電側の窒化物半導体層、又は素子構造を形成するｎ導電側層に光を吸収できる様に新たな成分を加えてなる層などが挙げられる。
【００１８】
本発明において、光吸収層が、窒化物半導体の成長に用いられる保護膜１０５に光吸収機能を持たせたものである場合について以下に説明する。
本発明において、用いられる保護膜１０５としては、窒化物半導体のラテラル成長方法に用いられる保護膜１０５があげられる。保護膜材料としては、保護膜１０５表面に窒化物半導体が成長しないか若しくは成長しにくい性質を有し且つ光吸収性を有する材料を用いる。
ラテラル成長方法に用いられる保護膜１０５としては、例えば酸化ケイ素（ＳｉＯX）、窒化ケイ素（ＳｉXＮY）、酸化チタン（ＴｉＯX）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯX）等の酸化物、窒化物、またこれらの多層膜の他、１２００℃以上の融点を有する金属等をあげることができる。これらの保護膜材料は、窒化物半導体の成長温度６００℃〜１１００℃の温度にも耐え、その表面に窒化物半導体が成長しないか、成長しにくい性質を有している。但しこれらすべての保護膜材料は、ラテラル成長に用いられる保護膜として使用可能であるが、光吸収性を示さない材料と光吸収性を示す材料がある。このように、光吸収性を示さない材料を用いる場合は、光吸収性を示す保護膜材料又は光吸収性を示すその他の材料と組み合わせて用いることで、光を吸収できる保護膜となり得る。また、前記保護膜材料は、レーザ導波路から漏れ出す光の波長などに対応して適宜選択される。
【００１９】
上記の保護膜材料の中で、例えば酸化チタン（ＴｉＯX）は光吸収性を示す保護膜材料であり、保護膜及び光吸収層として作用する。このような光吸収性の保護膜材料を用いると、素子製造の工程が簡素化できる。
また、上記の保護膜材料の中で光吸収性示さない材料としては、例えば酸化ケイ素（ＳｉＯX）、窒化ケイ素（ＳｉXＮY）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯX）等である。このような光を吸収しない保護膜材料を用いる場合は、上記のように単独で保護膜として用いることができず、例えば図１に示すように異種基板１上（異種基板１に接していてもいなくてもよい）に、光を吸収する材料、例えば下記に示すＳｉを形成した上に酸化ケイ素（ＳｉＯx）を形成するなど、図１に示すように２層構造の保護膜１０５（光吸収層）とすることにより、活性層を有するレーザ導波路１０３から漏れ出した光を吸収することが可能となると共にラテラル成長方法での保護膜としても機能する。
光吸収性を示さない保護膜材料を用いる場合に用いられる上記の光吸収性の保護膜材料以外のその他の材料としては、素子の性能に悪影響を与えない様な光吸収性を有する材料を用いることができ、例えばＳｉ等が挙げられる。
【００２０】
本発明において、基板上に形成される保護膜の膜厚は、ファーフィールドパターン等を乱すような余分な光を吸収できる膜厚で且つ窒化物半導体の成長方法において良好に窒化物半導体を成長できる膜厚が好ましい。保護膜の膜厚としては、例えば０．１〜１０μｍ、好ましくは０．５〜８μｍ、より好ましくは１〜５μｍである。保護膜の膜厚が、この範囲であると窒化物半導体の成長が良好にできると共に、レーザ導波路から漏れ出した光を良好に吸収できファーフィールドパターン等の乱れが防止できる。
また光吸収性を示さない保護膜材料と光吸収性を有する保護膜材料又はその他の材料とを組み合わせて用いる場合は、光吸収性を有する材料と光吸収性を示さない総膜厚が上記範囲であることが好ましい。例えば、光吸収性を示す材料の膜厚は、０．３〜１０μｍ、好ましくは０．４〜４μｍ、より好ましくは０．５〜２μｍであり、この範囲であるとレーザ導波路から漏れ出す光を良好に吸収できる。光吸収性を示さない材料の膜厚は、１μｍ以下、好ましくは０．５μｍ以下、より好ましくは０．２μｍ以下、更に好ましくは０．１μｍ以下であり、下限は特に限定されないが、１分子又は１原子の大きさ以上の厚さで保護膜上に窒化物半導体が成長しないように光吸収性を有する材料の面上に積層されていればよい。
【００２１】
保護膜材料を窒化物半導体表面に形成するには、例えば蒸着、スパッタ、ＣＶＤ等の気相製膜技術を用いることができる。
【００２２】
ラテラル成長方法としては特に限定されないが、以下に光吸収性を有する保護膜を用いた一実施の形態を示す。
ここで、本発明は、異種基板に光吸収性を持たせ、この異種基板上に保護膜を形成して窒化物半導体の横方向の成長を行っても良く、また異種基板が光吸収性を示す場合は保護膜は光吸収性を有していなくても良い。
【００２３】
保護膜を用いた窒化物半導体のラテラル成長方法の第１の方法として、窒化物半導体と異なる材料よりなる異種基板の上に窒化物半導体を成長後、若しくは成長前に、その窒化物半導体層表面、若しくは異種基板の表面に、窒化物半導体が縦方向に成長しにくい性質を有する保護膜を、例えばストライプ状、ドット状、碁盤目状等の形状で形成し、その保護膜上に窒化物半導体を横方向に成長させる方法である。第１の方法では保護膜を形成するに際し、保護膜形成面積と、露出面積（窓部）とを比較した場合、窓部の面積を少なくする方が、結晶欠陥の少ない領域が多い厚膜の窒化物半導体層（下地層）が得られる傾向にある。
【００２４】
保護膜を用いた窒化物半導体の成長方法の第２の方法として、異種基板上に成長させた窒化物半導体表面に凹凸部を形成し、その凸部及び凹部の平面上に前記保護膜を形成した後、側面に露出した窒化物半導体より横方向の成長を行い、保護膜上部に互いに横方向に成長した窒化物半導体を繋げる方法である。
【００２５】
上記どちらの方法においても、前記保護膜を形成することにより、異種基板と窒化物半導体との格子定数不整、熱膨張係数差等の要因によって発生する窒化物半導体の結晶欠陥を止めることができる。即ち、窒化物半導体と異なる材料よりなる異種基板上部に形成され、かつ窒化物半導体が縦方向に成長しにくい性質を有するストライプ状の保護膜上部に横方向に成長された窒化物半導体は、成長初期に結晶欠陥の多い領域と、少ない領域とを有している。これは、保護膜形成後、その保護膜及び窓部（保護膜が形成されていない部分）の上に再度窒化物半導体を成長させると、窓部の下にある窒化物半導体から横方向に窒化物半導体の成長を促進させて、保護膜上部にまで窒化物半導体を成長させることによる。異種基板と窒化物半導体層との界面から発生した結晶欠陥は、窓部上部において転位しやすい傾向にあるが、保護膜上部においてそのほとんどが厚さ方向に転位しない。このようにして得られるＧａＮ下地層の結晶欠陥は、例えば窓部上部では１×１０8個／cm2以上であり、例えば保護膜上部では１×１０7個／cm2以下となり、好ましい条件においては５×１０6個／cm2以下、さらに好ましい条件においては１×１０6個／cm2以下、最も好ましい条件においては５×１０5個／cm2であることが望ましい。
【００２６】
例えばストライプ状の保護膜を形成した場合、窒化物半導体の横方向の成長では、保護膜上において両側（ストライプ幅方向）から成長してきて、例えばストライプ中央部で繋がる。このようにして形成されたＧａＮ下地層は、成長初期における結晶欠陥の数が、窓部上部とストライプ状の保護膜上部で著しく異なる。即ち、このＧａＮ下地層は、成長初期における結晶欠陥の多くが、窓部上部に発生したものとなる。例えば窓部上部の結晶欠陥の数は１×１０8個／cm2以上あり、保護膜上部では１×１０7個／cm2以下になる。結晶欠陥の少ない好ましい数は前述したとおりである。この結晶欠陥は、例えば窒化物半導体をドライエッチングした際、そのエッチング面に表出するエッチピットの数を計測することにより測定できる。本発明の窒化物半導体レーザ素子においては、保護膜を用いて行った場合、窓部、即ち成長初期に結晶欠陥が多く、成長の途中で結晶欠陥の多くが転位を中断した部分の上部にある活性層の面積を少なくし、特にこの部分には発振領域を設けずに、結晶欠陥の少ない領域上部にレーザ発振領域を設けることが好ましい。
【００２７】
図２乃至図４は、第１の方法により、窒化物半導体を異なる異種基板上に保護膜を用いて窒化物半導体の厚膜の層（ＧａＮ基板又はＧａＮ下地層）を作製する際の、窒化物半導体ウェーハの構造を示す模式的な断面図である。これらの図において、１は異種基板、２は第１のＧａＮ層、３は第２のＧａＮ層、１１は保護膜（２層構造の保護膜を図示している）を示しており、具体的にＧａＮ下地層となるのは第２のＧａＮ層３である。これらの図を元に光吸収性の保護膜を用いて行うＧａＮ下地層の製法の一例を説明する。
【００２８】
図２に示すように、異種基板１の表面に、第１のＧａＮ層２を例えば１０μｍ以下の膜厚で成長させる。この第１のＧａＮ層は基板に直接、あるいはバッファ層を介して成長される層であり、結晶欠陥が全ての断面において、例えば１×１０8個／cm2以上あるため、ＧａＮ基板若しくはＧａＮ下地層とはなり得ない。異種基板１は、後記されたサファイア等を用いる。
また第１のＧａＮ層２を成長させる前に、ＧａＮ、ＡｌＮ等の第１のＧａＮ層の成長温度よりも低い低温成長バッファ層を異種基板１の上に０．５μｍ以下の膜厚で成長させることもできる。
【００２９】
次に第１のＧａＮ層２の上に窒化物半導体が縦方向に成長しないか、若しくは成長しにくい性質を有する保護膜１１を、例えばストライプ状に形成する。ストライプ幅は、第１のＧａＮ層の露出部分、即ち保護膜が形成されていない部分（窓部）よりも保護膜の面積を大きくする方が、結晶欠陥の少ない第２のＧａＮ層３が成長しやすく、またレーザ発振部分を設定するのに好都合である。
保護膜１１の材料としては、前記したものを用いる。保護膜の材料が光吸収性である場合は、その保護膜材料を単層として形成する。一方、保護膜材料が光吸収性を有していない場合は、光吸収性の保護膜材料あるいは光吸収性を有する保護膜材料以外の材料を基板上（基板に接していなくてもよい）に形成し、その上に光吸収性を有していない保護膜材料を形成し図２に示すような２層構造の保護膜とする。例えば光吸収性を示さない酸化ケイ素（ＳｉＯX）を保護膜材料として用いる場合は、基板上に光吸収性を示す酸化チタン（ＴｉＯX）又はＳｉ等を形成した上に酸化ケイ素（ＳｉＯX）を形成し、図２のような２層構造の保護膜１１とする。
ここで本発明は、保護膜に光吸収性を持たせる場合、酸化ケイ素（ＳｉＯX）は光を吸収できないので光吸収性を有する保護膜の材料として単独では用いられない。しかし、異種基板に光吸収性を持たせてこの基板上に保護膜を形成して行う場合は、保護膜として光吸収性を有していない酸化ケイ素（ＳｉＯX）を単独で用いても良いし、また光吸収性を有している材料を用いても良い。
【００３０】
図２では第１のＧａＮ層２の上にストライプ状の保護膜を形成し、そのストライプに対して垂直な方向でウェーハを切断した際の部分的な断面図を示しており、結晶欠陥を第１のＧａＮ層２内部に示す細線でもって模式的に示している。この図に示すように、第１のＧａＮ層２にはほぼ均一に無数の結晶欠陥が発生するのでＧａＮ基板若しくはＧａＮ下地層とすることは不可能である。この保護膜のストライプ幅は１μｍ以上、さらに好ましくは２μｍ以上、最も好ましくは５μｍ以上に調整する。１μｍよりも小さいと、結晶欠陥の少ない領域が小さくなり、レーザ発振領域を結晶欠陥の少ない領域の上に確保するのが難しくなる傾向にある。ストライプ幅の上限は特に限定しないが、通常は１００μｍ以下に調整することが望ましい。
【００３１】
保護膜１１を形成したウェーハの上にさらに第２のＧａＮ層３を成長させる。図３に示すように、保護膜１１を形成した第１のＧａＮ層２の上に、第２のＧａＮ層３を成長させると、最初は第１の保護膜１１の上にはＧａＮ層が成長せず、窓部の第１のＧａＮ層２の上に第２のＧａＮ層３が選択成長される。図３は、その様子を示すものであり、成長初期段階において窓部に多くＧａＮが成長して、第１の保護膜１１の上にほとんど成長されないことを示している。
【００３２】
しかし、第２のＧａＮ層３の成長を続けると、第２のＧａＮ層３が第１の保護膜１１の上において横方向に成長して、隣接した第２のＧａＮ層３同士で繋がって、図４に示すように、あたかも保護膜１１の上に第２のＧａＮ層３が成長したかのような状態となる。このように成長した第２のＧａＮ層３は、膜厚が厚くなるに伴って結晶欠陥が減少する傾向にあり、表面に現れる結晶欠陥（貫通転移）は、保護膜を設けない従来のものに比べ非常に少なくなる。しかし、第２のＧａＮ層３の成長初期における窓部の上部と保護膜の上部の結晶欠陥の数は著しく異なる。つまり、異種基板上部の第１の保護膜１１が形成されていない部分（窓部）に成長されている第２のＧａＮ層３の部分には、異種基板１とＧａＮ層２との界面から結晶欠陥が転位し易い傾向にあるが、保護膜１１の上部に成長されている第２のＧａＮ層３の部分には、縦方向へ転位している結晶欠陥はほとんどない。図４において、基板から第１の窒化物半導体層の表面に向かって示している複数の細線は図２、３と同じく結晶欠陥を模式的に示している。つまり、窓部から成長した結晶欠陥は、成長初期においてそのほとんどが第２のＧａＮ層３の表面に向かって転位するが、第２のＧａＮ層３の成長を続けるうちに、表面方向に転位する結晶欠陥の数が減少する傾向にあり、表面まで転位する結晶欠陥が非常に少なくなる。従って、成長初期において窓部上部にある結晶欠陥は１０8個／cm2以上と多いのに対して、保護膜上部では１０7個／cm2以下と小さくなる。
【００３３】
図５及び図６は、第２の方法によるＧａＮ下地層の製法を示したものである。この方法は異種基板上に、直接、あるいは低温成長バッファ層を介して成長された第１のＧａＮ層２の表面に凹凸を設けている。そして図５に示すように凹凸部の平面部に保護膜１１、１１’を形成して、さらに第２のＧａＮ層３を成長させると、図６に示すように端面に露出した第１のＧａＮ層２から、第２のＧａＮ層が横方向に成長して保護膜１１’上部で繋がった後、そこから上方に成長する。さらに、第２のＧａＮ層は、保護膜１１上部で横方向に成長し、繋がることで、ＧａＮ下地層３が形成されたと考えられる。第２の方法の場合、第２のＧａＮ層３は第１のＧａＮ層２の側面部から成長させるため、成長初期において第１の方法のように、結晶欠陥の多い領域と少ない領域とに明確に分かれず、また第１の方法に比べて、全体的な結晶欠陥の数は少なくなる傾向にある。但し、以上述べたＧａＮ下地層の製法は単なる例を示すものであって、保護膜を用いた場合の本発明のレーザ素子のＧａＮ下地層が以上の２つの製法により拘束されるものではない。保護膜１１及び１１’はどちらか一方が光吸収性を示していればよく、好ましくは両方が光吸収性を示す。
【００３４】
図７はさらに好ましいＧａＮ下地層の製法を示したものであり、図４で示す第２のＧａＮ層３成長後、第２のＧａＮ層３の成長初期における結晶欠陥の多い領域（窓部）に対応する表面や、表面に現れた結晶欠陥を覆うように第２の保護膜１２を形成し、さらにその保護膜の上に横方向に第３のＧａＮ層４を成長させる。こうすることにより、第２のＧａＮ層３の表面に現れた結晶欠陥の更なる転位を防ぎ、さらに発光素子劣化の原因となる活性層などへの結晶欠陥の再転位を防止でき、加えて第２のＧａＮ層３よりもさらに結晶欠陥の少ないＧａＮ下地層が得られる。
この時、第２の保護膜１２の面積は、第１の保護膜１１の窓の面積よりも大きく、好ましくは第１の保護膜の面積よりも大きくすることである。また、保護膜１１及び１２はどちらか一方が光吸収性を示していればよく、好ましくは両方が光吸収性を示す。
【００３５】
このように異種基板上に、窒化物半導体の横方向の成長を利用して窒化物半導体を成長させる際に、保護膜として光吸収性を有する保護膜を用いることにより、結晶欠陥の少ない窒化物半導体の下地層の上に結晶欠陥の少ない素子構造が形成できることに加え、レーザ導波路から漏れ出す光を保護膜が吸収できるので、レーザ素子の性能を低下させることなく、ファーフィールドパターン等を良好とすることが可能である。
【００３６】
ここで、本発明に用いられる保護膜は、光吸収性を持たせた異種基板上に保護膜を形成して窒化物半導体のラテラル成長を行っても良く、このような場合には保護膜は光吸収性を有していなくても良い。
【００３７】
次に、光吸収層として、異種基板１にレーザ導波路から漏れ出した光を吸収できるような光吸収性を持たせる場合について説明する。
異種基板１に光吸収性を持たせる方法として、異種基板１が光を吸収できような方法であればよく、例えば異種基板１に不純物を添加して着色し光吸収性を持たせることが挙げられる。
本発明において、異種基板１としては、前記本発明の課題に記載した問題点を引き起こす可能性のある屈折率が第１の窒化物半導体層より低く、レーザ導波路から漏れ出した光を吸収できない材料からなる異種基板１であり、例えばＣ面、Ｒ面又はＡ面を主面とするサファイア、スピネル（ＭｇＡ１2Ｏ4）のような絶縁性の基板、ＺｎＳ、ＺｎＯ等である。
窒化物半導体の異種基板として、レーザ導波路から漏れ出した光を吸収できる材料、例えば色を有するものは、本発明の課題に記載した問題は生じにくい。本発明はもともと屈折率の低い光吸収性を持たない異種基板を用いた時に生じる問題を解決するのに有効である。
【００３８】
上記異種基板の材料の中に添加される不純物は、異種基板となる物質の形成時に異種基板の材料と共に用いられ、形成される異種基板内に取り込まれる。不純物としては、異種基板に添加され異種基板が光を吸収できる機能を有する様なものであればいずれでもよく、例えば金属（イオンを含む）、具体的にはクロム（例えばＣｒ3+）、チタン等が挙げられる。
またこれら列記した不純物の添加量は、基板が光吸収性を示す程度に添加されていればよく、具体的には、０．０１〜０．１５重量％、好ましくは０．０３〜０．１０重量％、より好ましくは０．０４〜０．０７重量％である。不純物の添加量が上記範囲であると光を良好に吸収することができるので好ましい。
【００３９】
次に、図８に示す窒化物半導体レーザ素子の模式的断面図を用いて、ＧａＮよりなる基板（ＧａＮ基板）２０１上に活性層を含む素子構造２０２を有する窒化物半導体レーザ素子において、ＧａＮ基板２０１の素子構造２０２を有していない面に活性層で発生し漏れ出した光を吸収できる光吸収膜２０３を形成することについて説明する。
基板にＧａＮ基板２０１を用いると、素子構造２０２を形成している半導体層と屈折率がＧａＮ基板の屈折率と同程度であるので、ＧａＮ基板２０１をレーザ導波路から漏れ出した光が通過する。しかし、素子構造２０２を有する面とは反対側のＧａＮ基板面（以下、ＧａＮ基板の反対面とする）に接して設けられる金属（図示されていない）や空気によって、レーザ導波路から漏れ出した光が反射され、ＧａＮ基板２０１を導波してＧａＮ基板２０１の端面から放射されファーフィールドパターンを乱す。
これに対して、本発明は、ＧａＮ基板２０１の反対面にＧａＮ基板２０１を通過した光を吸収できる光吸収膜２０３を形成することによって問題を解決することができる。
【００４０】
ＧａＮ基板２０１の反対面に形成される光吸収膜２０３としては、少なくとも光を吸収できる材料からなるものであればよく、有色膜及びＧａＮ基板より屈折率の高い不透明膜などが好ましい。光吸収膜の材料としては、例えば、ＧａＡｓ、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＴｉＯ2、炭素等が挙げられる。光吸収膜２０３は、活性層で発生する光により、その光を吸収し易い材料を適宜選択して形成される。
光吸収膜２０３を形成する方法は、光吸収膜２０３の接着面とＧａＮ基板の接着面とを鏡面として、それら鏡面同士を張り合わせた後、熱圧着するいわゆるウェーハ接着の手法等が挙げられる。
また光吸収膜２０３の膜厚は、０．１μｍ以上、好ましくは０．４μｍ以上であり、また光吸収膜２０３の膜厚の上限は特に限定されないが、コスト面及び装置の大きさなどを考慮して約１０μｍ以下であることが好ましい。光吸収膜２０３の膜厚がこの範囲であると、活性層で発生し漏れ出した光を良好に吸収でき、更に放熱性も良好である。また、光吸収膜の材料によっては薄膜であっても色を有している材料、ある程度の厚みを持たないと色を持ちにくい材料があり、材料の種類によって適宜膜厚が調整される。
【００４１】
本発明において、ＧａＮ基板はどのような方法で形成されてもよく、例えば上記異種基板上に保護膜を形成して厚膜の窒化物半導体層を形成する方法を用いて厚膜の窒化物半導体層を形成し、その後、異種基板と保護膜を除去することにより得られる。ここで、素子構造を有する面とは反対の面に光吸収膜を設けたＧａＮ基板を形成する際に保護膜を用いる場合は、保護膜は光吸収性を有していなくてもよい。従って、用いることのできる保護膜は光吸収性を有する及び有しない材料から適宜選択される。
【００４２】
本発明において、光吸収性の機能を持たせた異種基板、第２の窒化物半導体層と異種基板との間に形成した光吸収層、ＧａＮ基板の反対面に光吸収膜、を有する窒化物半導体のレーザ素子となる窒化物半導体の層構成は特に限定されず、いずれの層構成でもよく、素子の形状も特に限定されない。またレーザ素子に形成される電極、電極の形成位置等、層構成以外のものも特に限定されない。
【００４３】
本発明の窒化物半導体素子を構成する層構成として好ましくは、活性層に接して又は離れた位置に超格子構造のクラッド層（ｎ導電側及びｐ導電側のクラッド層を示す。また上記の第２の窒化物半導体層はｎ導電側のクラッド層を示す）が形成されているものが挙げられる。
超格子構造のクラッド層としては、バンドギャップエネルギーの大きな窒化物半導体層と、バンドギャップエネルギーの大きな窒化物半導体層よりもバンドギャップエネルギーの小さな窒化物半導体層とが積層されてなる超格子層を有し、バンドギャップエネルギーの大きな窒化物半導体層とバンドギャップエネルギーの小さな窒化物半導体層とはｎ型不純物濃度が異なるものである。
【００４４】
また超格子層は、クラッド層以外の層に形成されていてもよく、例えば発光素子、受光素子のような光電変換素子であれば、基板に接して形成されたバッファ層、ｎ電極が形成されるｎ側コンタクト層、キャリア閉じ込めとしてのｎ側クラッド層、及び活性層の発光を導波するｎ側光ガイド層等の内の少なくとも１種の層に、また、ｐ層側に形成する場合についても、ｐ電極が形成されるｐ側コンタクト層、キャリア閉じ込めとしてのｐ側クラッド層、及び活性層の発光を導波するｐ側光ガイド層等の内の少なくとも１種の層に形成される。
【００４５】
また、超格子層のｎ型不純物、若しくはｐ型不純物は、バンドギャップエネルギーの大きな窒化物半導体層側に多くドープされても、バンドギャップエネルギーの小さな窒化物半導体層側に多くドープされてもよい。
【００４６】
バンドギャップエネルギーの大きい窒化物半導体層にｎ型不純物を多くドープする場合、バンドギャップエネルギーの大きな窒化物半導体層のｎ型不純物濃度が１×１０17／cm3〜１×１０20／cm3の範囲にあり、バンドギャップエネルギーの小さい窒化物半導体層のｎ型不純物濃度が１×１０19／cm3以下（但し、不純物濃度はバンドギャップエネルギーの大きな窒化物半導体＞バンドギャップエネルギーの小さな窒化物半導体の関係にある。）である。なおバンドギャップエネルギーが小さい窒化物半導体層は、好ましくは１×１０18／cm3以下、さらに好ましくは１×１０17／cm3以下、最も好ましくはアンドープ（undope）、即ち不純物を意図的にドープしない状態が最も望ましい。
【００４７】
また、バンドギャップエネルギーが大きい窒化物半導体層にｐ型不純物を多くドープする場合、バンドギャップエネルギーの大きな窒化物半導体層のｐ型不純物濃度が１×１０18／cm3〜１×１０21／cm3の範囲にあり、バンドギャップエネルギーの小さい窒化物半導体層のｐ型不純物濃度が１×１０20／cm3以下（但し、不純物濃度はバンドギャップエネルギーの大きな窒化物半導体＞バンドギャップエネルギーの小さな窒化物半導体の関係にある。）である。なおバンドギャップエネルギーが小さい窒化物半導体層は１×１０19／cm3以下、さらに好ましくは１×１０18／cm3以下、最も好ましくはアンドープ（undope）、即ち不純物を意図的にドープしない状態が最も望ましい。
【００４８】
さらに、前記バンドギャップエネルギーの大きな窒化物半導体層にドープされた不純物は、それぞれ厚さ方向に対し、半導体層中心部近傍の不純物濃度が大きく、両端部近傍の不純物濃度が小さい。
【００４９】
バンドギャップエネルギーの大きい窒化物半導体層にｎ型不純物を少なくドープする場合、バンドギャップエネルギーの大きな窒化物半導体層のｎ型不純物濃度が１×１０19／cm3以下であり、バンドギャップエネルギーの小さい窒化物半導体層のｎ型不純物濃度が１×１０17／cm3〜１×１０20／cm3の範囲である（但し、不純物濃度はバンドギャップエネルギーの大きな窒化物半導体＜バンドギャップエネルギーの小さな窒化物半導体の関係にある。）。なおバンドギャップエネルギーが大きい窒化物半導体層は、好ましくは１×１０18／cm3以下、さらに好ましくは１×１０17／cm3以下、最も好ましくはアンドープ（undope）、即ち不純物を意図的にドープしない状態が最も望ましい。
【００５０】
また、バンドギャップエネルギーが大きい窒化物半導体層にｐ型不純物を少なくドープする場合、バンドギャップエネルギーの大きな窒化物半導体層のｐ型不純物濃度が１×１０20／cm3以下であり、バンドギャップエネルギーの小さな窒化物半導体層のｐ型不純物濃度が１×１０18／cm3〜１×１０21／cm3の範囲である（但し、不純物濃度はバンドギャップエネルギーの大きな窒化物半導体＜バンドギャップエネルギーの小さな窒化物半導体の関係にある。）。なおバンドギャップエネルギーが大きい窒化物半導体層は１×１０19／cm3以下、さらに好ましくは１×１０18／cm3以下、最も好ましくはアンドープ（undope）、即ち不純物を意図的にドープしない状態が最も望ましい。
【００５１】
さらに、前記バンドギャップエネルギーの小さな窒化物半導体層にドープされた不純物は、それぞれ厚さ方向に対し、半導体層中心部近傍の不純物濃度が大きく、両端部近傍の不純物濃度が小さい。
【００５２】
超格子層を構成するバンドギャップエネルギーの大きな窒化物半導体層、バンドギャップエネルギーの小さな窒化物半導体層の膜厚は１００オングストローム以下、さらに好ましくは７０オングストローム以下、最も好ましくは１０〜４０オングストロームの膜厚に調整する。１００オングストロームよりも厚いと、バンドギャップエネルギーの大きな窒化物半導体層及びバンドギャップエネルギーの小さな窒化物半導体層が弾性歪み限界以上の膜厚となり、膜中に微少なクラック、あるいは結晶欠陥が入りやすい傾向にある。バンドギャップエネルギーの大きな窒化物半導体層、バンドギャップエネルギーの小さな窒化物半導体層の膜厚の下限は特に限定せず、１原子層以上であればよいが、前記のように１０オングストローム以上が最も好ましい。
バンドギャップエネルギーの大きな窒化物半導体層は少なくともＡｌを含む窒化物半導体、好ましくはＡｌXＧａ1-XＮ（０＜X≦１）を成長させる方が望ましい。一方、バンドギャップエネルギーの小さな窒化物半導体は、バンドギャップエネルギーの大きな窒化物半導体よりもバンドギャップエネルギーが小さい窒化物半導体であればどのようなものでも良いが、好ましくはＡｌYＧａ1-YＮ（０≦Y＜１、X＞Y）、ＩｎZＧａ1-ZＮ（０≦Z＜１）のような２元混晶、３元混晶の窒化物半導体が成長させやすく、また結晶性の良いものが得られやすい。その中でも特に好ましくはバンドギャップエネルギーの大きな窒化物半導体は実質的にＩｎ、Ｇａを含まないＡｌXＧａ1-XＮ（０＜X＜１）とし、バンドギャップエネルギーの小さな窒化物半導体は実質的にＡｌを含まないＩｎZＧａ1-ZＮ（０≦Z＜１）とし、中でも結晶性に優れた超格子を得る目的で、Ａｌ混晶比(Y値）０．３以下のＡｌXＧａ1-XＮ（０＜X≦０．３）と、ＧａＮの組み合わせが最も好ましい。
【００５３】
光閉じ込め層、及びキャリア閉じ込め層としてクラッド層を形成する場合、活性層の井戸層よりもバンドギャップエネルギーの大きい窒化物半導体を成長させる必要がある。バンドギャップエネルギーの大きな窒化物半導体層とは、即ちＡｌ混晶比の高い窒化物半導体である。従来ではＡｌ混晶比の高い窒化物半導体を厚膜で成長させると、クラックが入りやすくなるため、結晶成長が非常に難しかった。しかしながら本発明のように超格子層にすると、超格子層を構成する単一層をＡｌ混晶比の多少高い層としても、弾性臨界膜厚以下の膜厚で成長させているのでクラックが入りにくい。そのため、Ａｌ混晶比の高い層を結晶性良く成長できることにより、光閉じ込め、キャリア閉じ込め効果が高くなり、閾値電圧を低下させることができる。
【００５４】
またクラッド層のバンドギャップエネルギーの大きな窒化物半導体層とバンドギャップエネルギーの小さな窒化物半導体層との不純物濃度が異なる、いわゆる変調ドープにすると、一方の層の不純物濃度を小さく、好ましくは不純物をドープしない状態（アンドープ）として、もう一方を高濃度にドープすると、閾値電圧を低下させることができる。これは不純物濃度の低い層を超格子層中に存在させることにより、その層の移動度が大きくなり、また不純物濃度が高濃度の層も同時に存在することにより、キャリア濃度が高いままで超格子層が形成できることによる。つまり、不純物濃度が低い移動度の高い層と、不純物濃度が高いキャリア濃度が大きい層とが同時に存在することにより、キャリア濃度が大きく、移動度も大きい層がクラッド層となるために、閾値電圧が低下すると推察される。
【００５５】
バンドギャップエネルギーの大きな窒化物半導体層に高濃度に不純物をドープした場合、この変調ドープにより高不純物濃度層と、低不純物濃度層との間に二次元電子ガスができ、この二次元電子ガスの影響により抵抗率が低下すると推察される。
例えば、ｎ型不純物がドープされたバンドギャップの大きい窒化物半導体層と、バンドギャップが小さいアンドープの窒化物半導体層とを積層した超格子層では、ｎ型不純物を添加した層と、アンドープの層とのヘテロ接合界面で、障壁層側が空乏化し、バンドギャップの小さい層側の厚さ前後の界面に電子（二次元電子ガス）が蓄積する。この二次元電子ガスがバンドギャップの小さい側にできるので、電子が走行するときに不純物による散乱を受けないため、超格子の電子の移動度が高くなり、抵抗率が低下する。
またｐ層の場合、ＡｌＧａＮはＧａＮに比較して抵抗率が高い。そこでＡｌＧａＮの方にｐ型不純物を多くドープすることにより抵抗率が低下するために、超格子層の実質的な抵抗率が低下するので素子を作製した場合に、閾値が低下する傾向にあると推察される。
【００５６】
ｐ側クラッド層１７を超格子構造とすると、超格子構造が発光素子に与える作用は、ｎ側クラッド層１２の作用と同じであるが、さらにｎ層側に形成した場合に加えて次のような作用がある。即ち、ｐ型窒化物半導体はｎ型窒化物半導体に比べて、通常抵抗率が２桁以上高い。そのため超格子層をｐ層側に形成することにより、閾値電圧の低下が顕著に現れる。詳しく説明すると窒化物半導体はｐ型結晶が非常に得られにくい半導体であることが知られている。ｐ型結晶を得るためｐ型不純物をドープした窒化物半導体層をアニーリングして、水素を除去する技術が知られている（特許第２５４０７９１号）。しかしｐ型が得られたといってもその抵抗率は数Ω・cm以上もある。そこで、このｐ型層を超格子層とすることにより結晶性が良くなり、抵抗率が１桁以上低下するため閾値電圧の低下が現れやすい。
【００５７】
バンドギャップエネルギーの小さな窒化物半導体層に高濃度に不純物をドープした場合、以下のような作用があると推察される。
例えばＡｌＧａＮ層とＧａＮ層にＭｇを同量でドープした場合、ＡｌＧａＮ層ではＭｇのアクセプター準位の深さが大きく、活性化率が小さい。一方、ＧａＮ層のアクセプター準位の深さはＡｌＧａＮ層に比べて浅く、Ｍｇの活性化率は高い。例えばＭｇを１×１０20／cm3ドープしてもＧａＮでは１×１０18／cm3程度のキャリア濃度であるのに対し、ＡｌＧａＮでは１×１０17／cm3程度のキャリア濃度しか得られない。そこで、本発明ではＡｌＧａＮ／ＧａＮとで超格子とし、高キャリア濃度が得られるＧａＮ層の方に多く不純物をドープすることにより、高キャリア濃度の超格子が得られるものである。しかも超格子としているため、トンネル効果でキャリアは不純物濃度の少ないＡｌＧａＮ層を移動するため、実質的にキャリアはＡｌＧａＮ層の作用は受けず、ＡｌＧａＮ層はバンドギャップエネルギーの高いクラッド層として作用する。従って、バンドギャップエネルギーの小さな方の窒化物半導体層に不純物を多くドープしても、レーザ素子の閾値を低下させる上で非常に効果的である。なおこの説明はｐ型層側に超格子を形成する例について説明したが、ｎ層側に超格子を形成する場合においても、同様の効果がある。
【００５８】
バンドギャップエネルギーが大きい窒化物半導体層にｎ型不純物を多くドープする場合、バンドギャップエネルギーの大きい窒化物半導体層への好ましいドープ量としては、１×１０17／cm3〜１×１０20／cm3、さらに好ましくは１×１０18／cm3〜５×１０19／cm3の範囲に調整する。１×１０17／cm3よりも少ないと、バンドギャップエネルギーの小さい窒化物半導体層との差が少なくなって、キャリア濃度の大きい層が得られにくい傾向にあり、また１×１０20／cm3よりも多いと、素子自体のリーク電流が多くなりやすい傾向にある。一方、バンドギャップエネルギーの小さい窒化物半導体層のｎ型不純物濃度は、バンドギャップエネルギーの大きな窒化物半導体層よりも少なければ良く、好ましくは１／１０以上少ない方が望ましい。最も好ましくはアンドープとすると最も移動度の高い層が得られるが、膜厚が薄いため、バンドギャップエネルギーの大きな窒化物半導体側から拡散してくるｎ型不純物があり、その量は１×１０19／cm3以下が望ましい。ｎ型不純物としてはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｓ、Ｏ等の周期律表第IVＢ族、VIＢ族元素を選択し、好ましくはＳｉ、Ｇｅ、Ｓをｎ型不純物とする。この作用は、バンドギャップエネルギーが大きい窒化物半導体層にｎ型不純物を少なくドープして、バンドギャップエネルギーが小さい窒化物半導体層にｎ型不純物を多くドープする場合も同様である。
【００５９】
バンドギャップエネルギーの大きい窒化物半導体層にｐ型不純物を多くドープする場合の好ましいドープ量としては１×１０18／cm3〜１×１０21／cm3、さらに好ましくは１×１０19／cm3〜５×１０20／cm3の範囲に調整する。１×１０18／cm3よりも少ないと、同様にバンドギャップエネルギーの小さい窒化物半導体層との差が少なくなって、同様にキャリア濃度の大きい層が得られにくい傾向にあり、また１×１０21／cm3よりも多いと、結晶性が悪くなる傾向にある。一方、バンドギャップエネルギーの小さい窒化物半導体層のｐ型不純物濃度はバンドギャップエネルギーの大きい窒化物半導体層よりも少なければ良く、好ましくは１／１０以上少ない方が望ましい。最も好ましくはアンドープとすると最も移動度の高い層が得られるが、膜厚が薄いため、バンドギャップエネルギーの大きな窒化物半導体側から拡散してくるｐ型不純物があり、その量は１×１０20／cm3以下が望ましい。ｐ型不純物としてはＭｇ、Ｚｎ、Ｃａ、Ｂｅ等の周期律表第IIＡ族、IIＢ族元素を選択し、好ましくはＭｇ、Ｃａ等をｐ型不純物とする。この作用は、バンドギャップエネルギーが大きい窒化物半導体層にｐ型不純物を少なくドープして、バンドギャップエネルギーが小さい窒化物半導体層にｐ型不純物を多くドープする場合も同様である。
【００６０】
さらにまた超格子を構成する窒化物半導体層において、不純物が高濃度にドープされる層は、厚さ方向に対し、半導体層中心部近傍の不純物濃度が大きく、両端部近傍の不純物濃度が小さい（好ましくはアンドープ）とすることが望ましい。具体的に説明すると、例えばｎ型不純物としてＳｉをドープしたＡｌＧａＮと、アンドープのＧａＮ層とで超格子層を形成した場合、ＡｌＧａＮはＳｉをドープしているのでドナーとして電子を伝導帯に出すが、電子はポテンシャルの低いＧａＮの伝導帯に落ちる。ＧａＮ結晶中にはドナー不純物をドープしていないので、不純物によるキャリアの散乱を受けない。そのため電子は容易にＧａＮ結晶中を動くことができ、実質的な電子の移動度が高くなる。これは前述した二次元電子ガスの効果と類似しており、電子横方向の実質的な移動度が高くなり、抵抗率が小さくなる。さらに、バンドギャップエネルギーの大きいＡｌＧａＮの中心領域にｎ型不純物を高濃度にドープすると効果はさらに大きくなる。即ちＧａＮ中を移動する電子によっては、ＡｌＧａＮ中に含まれるｎ型不純物イオン（この場合Ｓｉ）の散乱を多少とも受ける。しかしＡｌＧａＮ層の厚さ方向に対して両端部をアンドープとするとＳｉの散乱を受けにくくなるので、さらにアンドープＧａＮ層の移動度が向上するのである。作用は若干異なるが、ｐ層側の第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層とで超格子を構成した場合も類似した効果があり、バンドギャップエネルギーの大きい窒化物半導体層の中心領域に、ｐ型不純物を多くドープし、両端部を少なくするか、あるいはアンドープとすることが望ましい。一方、バンドギャップエネルギーの小さな窒化物半導体層にｎ型不純物を多くドープした層を、前記不純物濃度の構成とすることもできるが、バンドギャップエネルギーの小さな方に不純物を多くドープした超格子では、その効果は少ない傾向にある。
【００６１】
以上、ｎ側クラッド層、ｐ側クラッド層を超格子層とすることについて説明したが、本発明では超格子層は、この他、コンタクト層としてのｎ側バッファ層、ｎ側光ガイド層、ｐ側キャップ層、ｐ側光ガイド層、ｐ側コンタクト層等を超格子構造とすることができる。つまり活性層から離れた層、活性層に接した層、どの層でも超格子層とすることができる。特にｎ電極が形成されるｎ側バッファ層を超格子とすると、前記ＨＥＭＴに類似した効果が現れやすい。
【００６２】
超格子層からなるｎ側クラッド層と活性層との間に、不純物（この場合ｎ型不純物）濃度が１×１０19／cm3以下に調整されたｎ側光ガイド層が形成されていることが好ましい。好ましい不純物濃度は１×１０18／cm3以下、さらに好ましくは１×１０17／cm3以下、最も好ましくはアンドープとする。アンドープとしても、ｎ型不純物が他の層から拡散してこの光ガイド層に入ってくる可能性があるため、１×１０19／cm3を上限とした。このｎ側光ガイド層はＩｎを含む窒化物半導体、またはＧａＮで構成することが望ましい。
【００６３】
また、超格子層からなるｐ側クラッド層と活性層との間に、不純物（この場合ｐ型不純物）濃度が１×１０19／cm3以下に調整されたｐ側光ガイド層が形成されている。同様に好ましい不純物濃度は１×１０18／cm3以下、最も好ましくはアンドープとする。窒化物半導体の場合、アンドープとすると、通常ｎ導電性を示すが、このｐ側ガイド層の場合、ｐ型不純物が他の層から拡散してこのｐ側光ガイド層に入ってくる可能性もあり、導電型はｎ、ｐ等に限定しないで、ｐ側光ガイド層という。このｐ側光ガイド層もＩｎを含む窒化物半導体、またはＧａＮで構成することが望ましい。
【００６４】
なぜ、活性層とクラッド層との間にアンドープの窒化物半導体を存在させることが好ましいのかは次の通りである。即ち、窒化物半導体の場合、活性層の発光は通常３８０〜５２０ｎｍ、特に４００〜４５０ｎｍを目的として設計される。アンドープの窒化物半導体はｎ型不純物、ｐ型不純物をドープした窒化物半導体に比較して、前記波長の吸収率が低い。従って、アンドープの窒化物半導体を、発光する活性層と、光閉じ込め層としてのクラッド層との間に挟むことにより、活性層の発光を消衰させることが少ないので、低利得で発振するレーザ素子が実現でき、閾値電圧が低下する。
【００６５】
従って、好ましい組み合わせとしては、活性層と離れた位置に不純物が変調ドープされた超格子構造を有するクラッド層を有し、そのクラッド層と活性層との間に、不純物濃度が低い、好ましくはアンドープのガイド層を有する発光素子である。
【００６６】
また、ｐ側ガイド層と活性層との間に、活性層の井戸層、及びｐ側ガイド層界面のバンドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有する膜厚０．１μｍ以下の窒化物半導体よりなるｐ側キャップ層が形成されており、そのｐ側キャップ層の不純物濃度が１×１０18／cm3以上に調整されていることが好ましい。このｐ側キャップ層の膜厚は０．１μｍ以下、さらに好ましくは５００オングストローム以下、最も好ましくは３００オングストローム以下に調整する。０．１μｍより厚い膜厚で成長させると、ｐ側キャップ層中にクラックが入りやすくなり、結晶性の良い窒化物半導体層が成長しにくいからである。このようにバンドギャップエネルギーが大きな層を活性層に接して、０．１μｍ以下の薄膜で形成することにより、発光素子のリーク電流が少なくなる傾向にある。これはｎ層側から注入された電子が、キャップ層のエネルギーバリアの障壁により、活性層内に溜まり、電子と正孔との再結合の確率が高くなるために素子自体の出力も向上する。また、不純物濃度は１×１０18／cm3以上に調整する必要がある。このキャップ層はＡｌ混晶比の高い層であり、Ａｌ混晶比の高い層は高抵抗になりやすい。このため不純物をドープすることによりキャリア濃度を高くして抵抗率を下げてやらないと、この層が高抵抗なｉ層のようになり、ｐ−ｉ−ｎ構造となって電流電圧特性が悪くなる傾向にあるからである。なお、このｐ側にあるキャップ層は、ｎ側に形成してもよい。ｎ側に形成する場合は、ｎ型不純物をドープしてもしなくても良い。
【００６７】
【実施例】
以下に本発明の一実施例を示すが、本発明はこれに限定されない。
［実施例１］
図９は本発明の実施例に係る窒化物半導体レーザ素子の構造を示す斜視図である。以下、サファイア基板上に、図２〜図４に示すように光吸収性の保護膜を用いて厚膜の窒化物半導体層（ＧａＮ下地層）を形成し、図９に示される窒化物半導体レーザ素子を作成する場合について説明する。
【００６８】
（ＧａＮの下地層）
２インチφ、Ｃ面を主面とするサファイア基板１を反応容器内にセットし、５００℃にてサファイア基板１の上にＧａＮよりなるバッファ層を２００オングストロームの膜厚で成長させた後、温度を１０５０℃にしてＧａＮよりなる第１のＧａＮ層２を５μｍ膜厚で成長させる。この第１のＧａＮ層はＡｌ混晶比X値が０．５以下のＡｌXＧａ1-XＮ（０≦X≦０．５）を成長させることが望ましい。０．５を超えると、結晶欠陥というよりも結晶自体にクラックが入りやすくなってしまうため、結晶成長自体が困難になる傾向にある。また膜厚はバッファ層よりも厚い膜厚で成長させて、１０μｍ以下の膜厚に調整することが望ましい。なお図２においてバッファ層は特に図示していない。
【００６９】
第１のＧａＮ層２成長後、ウェーハを反応容器から取り出し、第１のＧａＮ層２の表面に、ストライプ状のフォトマスクを形成し、ＣＶＤ装置によりストライプ幅２０μｍ、ストライプ間隔（窓部）５μｍとなるようにＳｉを１μｍの膜厚で形成した上にＳｉＯ2を０．１μｍの膜厚で形成してなる外見状が２層構造の保護膜１１を形成する。図２はストライプの長軸方向に垂直な方向で切断した際の部分的なウェーハの構造を示す模式断面図である。
【００７０】
保護膜１１形成後、ウェーハを再度反応容器内にセットし、１０５０℃で、Ｓｉを１×１０18／cm3ドープしたＧａＮよりなる第２のＧａＮ層３を６μｍの膜厚で成長させる（図３、図４）。第２のＧａＮ層３の好ましい成長膜厚は、先に形成した保護膜１１の膜厚、大きさによっても異なるが、保護膜１１の表面を覆うように第２のＧａＮ層３を成長させる。保護膜１１の大きさは特に限定しないが、保護膜１１の面積を窓部の面積よりも大きくする方が結晶欠陥の少ないＧａＮ基板を得る上で非常に好ましい。
【００７１】
（窒化物半導体レーザ素子の層構成）
図９に示されているように上記の第２のＧａＮ層３をＧａＮ下地層５０として下記の各層を成長させる。
【００７２】
（第２のバッファ層７１）
ＧａＮ下地層５０を主面とするウェーハを反応容器内にセットし、１０５０℃でこのＧａＮ下地層５０上にＳｉを１×１０18／cm3ドープしたＧａＮよりなる第２のバッファ層７１を４μｍの膜厚で成長させる。第２のバッファ層７１は９００℃以上の高温で成長させる窒化物半導体単結晶層であり、従来より成長される基板と窒化物半導体との格子不整合を緩和するため、次に成長させる窒化物半導体よりも低温で成長させるバッファ層とは区別される。バッファ層の膜厚は２〜６μｍが好ましい。膜厚がこの範囲であるとバッファ層の結晶性や放熱性の点で好ましい。
レーザ素子を作製する場合、この第２のバッファ層７１は膜厚１００オングストローム以下、さらに好ましくは７０オングストローム以下、最も好ましくは５０オングストローム以下の互いに組成が異なる窒化物半導体を積層してなる歪超格子層とすることが好ましい。歪超格子層とすると、単一窒化物半導体層の結晶性が良くなるため、高出力なレーザ素子が実現できる。
【００７３】
（クラック防止層７２）
次にＳｉを５×１０18／cm3ドープしたＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなるクラック防止層４２を５００オングストロームの膜厚で成長させる。このクラック防止層７２はＩｎを含むｎ型の窒化物半導体、好ましくはＩｎＧａＮで成長させることにより、Ａｌを含む窒化物半導体層中にクラックが入るのを防止することができる。クラック防止層は１００オングストローム以上、０．５μｍ以下の膜厚で成長させることが好ましい。１００オングストロームよりも薄いと前記のようにクラック防止として作用しにくく、０．５μｍよりも厚いと、結晶自体が黒変する傾向にある。なお、このクラック防止層７２は省略することもできる。
【００７４】
（ｎ側クラッド層７３）
次に、Ｓｉを５×１０18／cm3ドープしたｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる第１の層、２０オングストロームと、アンドープ（undope）のＧａＮよりなる第２の層、２０オングストロームとを交互に１００層積層してなる総膜厚０．４μｍの超格子構造とする。ｎ側クラッド層７３はキャリア閉じ込め層、及び光閉じ込め層として作用し、Ａｌを含む窒化物半導体、好ましくはＡｌＧａＮを含む超格子層とすることが望ましく、超格子層全体の膜厚を１００オングストローム以上、２μｍ以下、さらに好ましくは５００オングストローム以上、１μｍ以下で成長させることが望ましい。超格子層にするとクラックのない結晶性の良いキャリア閉じ込め層が形成できる。なお超格子層とする場合、互いにバンドギャップエネルギーの異なる窒化物半導体層を積層して、いずれか一方の不純物濃度を大きく、もう一方を小さくするようにして変調ドープを行うと、閾値が低下しやすい傾向にある。
【００７５】
（ｎ側光ガイド層７４）
続いて、Ｓｉを５×１０18／cm3ドープしたｎ型ＧａＮよりなるｎ側光ガイド層７４を０．１μｍの膜厚で成長させる。このｎ側光ガイド層７４は、活性層の光ガイド層として作用し、ＧａＮ、ＩｎＧａＮを成長させることが望ましく、通常１００オングストローム〜５μｍ、さらに好ましくは２００オングストローム〜１μｍの膜厚で成長させることが望ましい。このｎ側光ガイド層７４は通常はＳｉ、Ｇｅ等のｎ型不純物をドープしてｎ型の導電型とするが、特にアンドープにすることもできる。超格子とする場合には第１の層及び第２の層の少なくとも一方にｎ型不純物をドープしてもよいし、またアンドープでも良い。
【００７６】
（活性層７５）
次に、アンドープのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる井戸層、２５オングストロームと、アンドープＩｎ0.01Ｇａ0.99Ｎよりなる障壁層、５０オングストロームを交互に積層してなる総膜厚１７５オングストロームの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層７５を成長させる。
【００７７】
（ｐ側キャップ層７６）
次に、バンドギャップエネルギーがｐ側光ガイド層７７よりも大きく、かつ活性層７５よりも大きい、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなるｐ側キャップ層７６を３００オングストロームの膜厚で成長させる。このｐ側キャップ層７６はｐ型としたが、膜厚が薄いため、ｎ型不純物をドープしてキャリアが補償されたｉ型、若しくはアンドープとしても良く、最も好ましくはｐ型不純物をドープした層とする。ｐ側キャップ層７６の膜厚は０．１μｍ以下、さらに好ましくは５００オングストローム以下、最も好ましくは３００オングストローム以下に調整する。０．１μｍより厚い膜厚で成長させると、ｐ側キャップ層７６中にクラックが入りやすくなり、結晶性の良い窒化物半導体層が成長しにくいからである。Ａｌの組成比が大きいＡｌＧａＮ程薄く形成するとＬＤ素子は発振しやすくなる。例えば、Y値が０．２以上のＡｌYＧａ1-YＮであれば５００オングストローム以下に調整することが望ましい。ｐ側キャップ層７６の膜厚の下限は特に限定しないが、１０オングストローム以上の膜厚で形成することが望ましい。
【００７８】
（ｐ側光ガイド層７７）
次に、バンドギャップエネルギーがｐ側キャップ層７６より小さい、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側光ガイド層７７を０．１μｍの膜厚で成長させる。この層は、活性層の光ガイド層として作用し、ｎ側光ガイド層４４と同じくＧａＮ、ＩｎＧａＮで成長させることが望ましい。また、この層はｐ側クラッド層７８を成長させる際のバッファ層としても作用し、１００オングストローム〜５μｍ、さらに好ましくは２００オングストローム〜１μｍの膜厚で成長させることにより、好ましい光ガイド層として作用する。このｐ側光ガイド層は通常はＭｇ等のｐ型不純物をドープしてｐ型の導電型とするが、特に不純物をドープしなくても良い。なお、このｐ側光ガイド層を超格子層とすることもできる。超格子層とする場合には第１の層及び第２の層の少なくとも一方にｐ型不純物をドープしてもよいし、またアンドープでも良い。
【００７９】
（ｐ側クラッド層７８）
次に、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる第１の層、２０オングストロームと、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型ＧａＮよりなる第２の層、２０オングストロームとを交互に積層してなる総膜厚０．４μｍの超格子層よりなるｐ側クラッド層７８を成長させる。この層はｎ側クラッド層７３と同じくキャリア閉じ込め層として作用し、超格子構造とすることによりｐ型層側の抵抗率を低下させるための層として作用する。このｐ側クラッド層７８の膜厚も特に限定しないが、１００オングストローム以上、２μｍ以下、さらに好ましくは５００オングストローム以上、１μｍ以下で成長させることが望ましい。特に超格子構造を有する窒化物半導体層をクラッド層とする場合、ｐ層側に超格子層を設ける方が、閾値電流を低下させる上で、効果が大きい。なおｎ側クラッド層と同じく、超格子層とする場合、互いにバンドギャップエネルギーの異なる窒化物半導体層を積層して、いずれか一方の不純物濃度を大きく、もう一方を小さくするようにして変調ドープを行うと、閾値が低下しやすい傾向にある。
【００８０】
量子構造の井戸層を有する活性層を有するダブルへテロ構造の窒化物半導体素子の場合、活性層に接して、活性層よりもバンドギャップエネルギーが大きい膜厚０．１μｍ以下のＡｌを含む窒化物半導体よりなるキャップ層を設け、そのキャップ層よりも活性層から離れた位置に、キャップ層よりもバンドギャップエネルギーが小さいｐ側光ガイド層を設け、そのｐ側光ガイド層よりも活性層から離れた位置に、ｐ側光ガイド層よりもバンドギャップが大きいＡｌを含む窒化物半導体を含む超格子層よりなるｐ側クラッド層を設けることは非常に好ましい。しかもｐ側キャップ層のバンドギャップエネルギーが大きくしてあるため、ｎ層から注入された電子がこのキャップ層で阻止されるため、電子が活性層をオーバーフローしないために、素子のリーク電流が少なくなる。
【００８１】
（ｐ側コンタクト層７９）
最後に、Ｍｇを２×１０20／cm3ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層７９を１５０オングストロームの膜厚で成長させる。ｐ側コンタクト層は５００オングストローム以下、さらに好ましくは４００オングストローム以下、２０オングストローム以上に膜厚を調整すると、ｐ層抵抗が小さくなるため閾値における電圧を低下させる上で有利である。
【００８２】
反応終了後、反応容器内において、ウェーハを窒素雰囲気中、７００℃でアニーリングを行い、ｐ層をさらに低抵抗化する。アニーリング後、ウェーハを反応容器から取り出し、図９に示すように、ＲＩＥ装置により最上層のｐ側コンタクト層７９と、ｐ側クラッド層７８とをエッチングして、４μｍのストライプ幅を有するリッジ形状とする。リッジ形成位置は保護膜のストライプと平行方向に形成し、ＧａＮ下地層にあるストライプ状の結晶欠陥の多い領域をはずす。
【００８３】
つまり、幅２０μｍ、窓部５μｍの保護膜上に形成されたＧａＮ層は、窓部に成長初期に結晶欠陥の多い領域を有しており、前記リッジが、この領域にかからないように、即ちストライプ状の保護膜の直上部に位置するように設計する。このように設計することにより、ストライプ状のリッジ下部に存在する活性層がレーザ発振領域に相当するため、レーザ発振領域が、結晶欠陥の多い領域にかからないようにできる。図９の素子ではリッジを設けて、発光をリッジ下部の活性層に集中させてレーザ発振領域を作製する手法を採用したが、この他に、例えばｐ層最上層に、絶縁層を形成して電流狭窄できるような細いストライプ幅の電極を設ける手法、窒化物半導体層中に、電流狭窄層を形成する手法等によっても、活性層にレーザ発振領域を設けることもできる。このような場合も同様に、結晶欠陥の多い領域上部にある活性層をレーザ発振領域からずらすようにする。
【００８４】
リッジ形成後、図９に示すように、リッジストライプを中心として、そのリッジストライプの両側に露出したｐ側クラッド層７７をエッチングして、ｎ電極８２を形成すべきｎ側クラッド層７１の表面を露出させる。なおｎ電極８２を形成する面は、図９に示すようにｎ側クラッド層７１の表面でもよいし、またＧａＮ下地層５０の表面でもよいが、キャリア濃度の大きい方のｎ型窒化物半導体層面を露出させることが望ましい。
【００８５】
次にリッジ表面の全面にＮｉ／Ａｕよりなるｐ電極８０を形成する。次に、図９に示すようにｐ電極８０を除くｐ側クラッド層７８、ｐ側コンタクト層７９の表面にＳｉＯ2よりなる絶縁膜８３を形成し、この絶縁膜８３を介してｐ電極８０と電気的に接続したｐパッド電極８１を形成する。一方、先ほど露出させたｎ側クラッド層７１の表面にはＷとＡｌよりなるｎ電極８２を形成する。
【００８６】
電極形成後、ウェーハのサファイア基板のみ研磨して５０μｍ厚とした後、ストライプ状のｐ電極８０、ｎ電極８２のストライプに垂直な方向でサファイア基板１を劈開して、活性層の劈開面を共振面とする。劈開後のレーザ素子形状を図９に示している。このように同一面側にｎ電極と、ｐ電極とを設けるレーザ素子の構造において、結晶欠陥が少ない領域と、結晶欠陥が多い領域とを有する窒化物半導体よりなる下地層上部に活性層を有する場合、ｎ電極を設ける活性層を含まない窒化物半導体層の露出面積を、活性層を有する側の活性層面積よりも多くすることにより、熱が集中する活性層が結晶欠陥により破壊されることが少ないため信頼性が高く長寿命な素子が実現できる。なおこのレーザ素子を室温でレーザ発振させたところ、閾値電流密度２．０ｋＡ／cm2、閾値電圧４．０Ｖで、発振波長４０５ｎｍの連続発振が確認され、１０００時間以上の寿命を示し、更に保護膜が光吸収性であるので、レーザ導波路以外からの光がレーザ光のファーフィールドパターン及びニアフィールドパターンを乱すことがなく、良好なレーザ光が得られた。
【００８７】
［実施例２］
実施例１において、保護膜を用いてＧａＮ下地層５０を形成せずに、サファイア基板１にクロムイオン（Ｃｒ3+）を０．０５重量％添加して基板に光吸収性を持たせ、この基板上に、温度を５１０℃としてキャリアガスに水素、原料ガスにアンモニア（ＮＨ3）とＴＭＧ（トリメチルガリウム）とを用い、ＧａＮよりなるバッファ層を約２００オングストロームの膜厚で成長させ、続いて、実施例１と同様にして第２のバッファ層７１から順に積層形成し窒化物半導体レーザ素子を得た。
得られたレーザ素子を室温でレーザ発振させたところ、実施例１とほぼ同様に良好な連続発振が確認され、更にレーザ光のファーフィールドパターン及びニアフィールドパターンが良好であった。
【００８８】
［実施例３］
実施例３は図１０に示すようにＧａＮ基板を用いた窒化物半導体レーザ素子を作成して行った。
実施例３は、実施例１でサファイア基板上に保護膜を形成し、更に厚膜の窒化物半導体層を形成して得られた第２のＧａＮ層３をＧａＮ基板（ＧａＮ下地層５０）として行った。このＧａＮ下地層５０上に、実施例１と同様に、レーザ素子構造の各層を積層させ、ｐ側コンタクト層７９とｐ側クラッド層７８とをエッチングしてリッジを形成し、このリッジ表面の全面にｐ電極８０を形成し、続いて絶縁膜８３及びｐパッド電極８１をそれぞれ図１０のように形成する。その後、ウェーハのサファイア基板１から保護膜１１とＧａＮ下地層５０の一部を研磨、除去し、ＧａＮ下地層５０の表面を露出させる。露出されたＧａＮ下地層５０を鏡面状にし、その鏡面全面に、接着面を鏡面状にした膜厚３μｍのＳｉからなる光吸収膜２０３をウェーハ接着により接合する。更に、その光吸収膜２０３表面にＷ／Ａｌよりなるｎ電極８２を０．５μｍの膜厚で形成し、その後、ストライプ状のｐ電極８０に垂直な方向でＧａＮ下地層５０を劈開して劈開面を共振面とする。劈開後のレーザ素子形状を図１０に示す。得られたレーザ素子は実施例１と同様に良好な連続発振をし、更にファーフィールドパターン等も良好であった。
尚、ｎ電極８２は図９に示すように第２のバッファ層７１に形成することも可能である。
【００８９】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したように、素子構造中に光吸収層を形成すること、基板を光吸収性にすること、ＧａＮ基板の素子構造形成面の反対面に光吸収膜を形成することにより、長寿命で信頼性が高いレーザ素子などの性能を阻害することなく、レーザ導波路以外の光が放射されるのを防止でき、ファーフィールドパターン及びニアフィールドパターンの乱れが防止でき、レーザ光が良好となる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】
【図１】本発明の窒化物半導体レーザ素子構造を示す一実施の形態であるＬＤ素子の模式断面図である。
【図２】保護膜を用いてＧａＮ下地層を作製し得られる窒化物半導体ウェーハの一構造を示す模式断面図である。
【図３】保護膜を用いてＧａＮ下地層を作製し得られる窒化物半導体ウェーハの一構造を示す模式断面図である。
【図４】保護膜を用いてＧａＮ下地層を作製し得られる窒化物半導体ウェーハの一構造を示す模式断面図である。
【図５】保護膜を用いてＧａＮ下地層を作製し得られる窒化物半導体ウェーハの一構造を示す模式断面図である。
【図６】保護膜を用いてＧａＮ下地層を作製し得られる窒化物半導体ウェーハの一構造を示す模式断面図である。
【図７】保護膜を用いてＧａＮ下地層を作製し得られる窒化物半導体ウェーハの一構造を示す模式断面図である。
【図８】本発明の窒化物半導体レーザ素子構造を示す一実施の形態であるＬＤ素子の模式断面図である。
【図９】本発明の一実施形態のＬＤ素子の構造を示す模式断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態のＬＤ素子の構造を示す模式断面図である。
【符号の説明】
１・・・異種基板
２・・・第１のＧａＮ層
３・・・第２のＧａＮ層
１１、１１’・・・保護膜
５０・・・ＧａＮ下地層
７１・・・第２のバッファ層
７２・・・クラック防止層
７３・・・ｎ側クラッド層
７４・・・ｎ側光ガイド層
７５・・・活性層
７６・・・ｐ側キャップ層
７７・・・ｐ側光ガイド層
７８・・・ｐ側クラッド層
７９・・・ｐ側コンタクト層
１０１・・・第１の窒化物半導体層
１０２・・・第２の窒化物半導体層
１０３・・・活性層を含むレーザ導波路
１０４・・・ｐ導電側の窒化物半導体層
１０５・・・保護膜（光吸収層）
２０１・・・ＧａＮ基板
２０２・・・素子構造
２０３・・・光吸収膜
【図１】
0003682827.tif 000002
【図２】
0003682827.tif 000003
【図３】
0003682827.tif 000004
【図４】
0003682827.tif 000005
【図５】
0003682827.tif 000006
【図６】
0003682827.tif 000007
【図７】
0003682827.tif 000008
【図８】
0003682827.tif 000009
【図９】
0003682827.tif 000010
【図１０】
0003682827.tif 000011