(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層がｎ型層とｐ型層とで挟まれた構造を有する窒化物半導体からなる面発光型のレーザ素子において、
前記ｐ型層に、キャリアを集中させる開口部を除いてＡｌをイオン注入することによって電流狭窄層が形成されることを特徴とするレーザ素子。
【請求項２】
活性層がｎ型層とｐ型層とで挟まれた構造を有する窒化物半導体からなる端面発光型のレーザ素子において、
前記ｐ型層に、キャリアを集中させるストライプ領域を除いてＡｌをイオン注入することによって電流狭窄層が形成されることを特徴とするレーザ素子。
【請求項３】
前記ｐ型層は、少なくともｐ型クラッド層とｐ型コンタクト層を有し、
前記電流狭窄層の一部は少なくとも前記ｐ型コンタクト層に形成されることを特徴とする請求項１乃至２に記載のレーザ素子。
【請求項４】
前記ｐ型層は、少なくともｐ型クラッド層とｐ型コンタクト層を有し、
前記電流狭窄層の一部は少なくとも前記ｐ型クラッド層に形成されることを特徴とする請求項１乃至２に記載のレーザ素子。
【請求項５】
前記電流狭窄層の上部の前記ｐ型コンタクト層の膜厚が０．０５μｍ以上であることを特徴とする請求項３に記載のレーザ素子。
【請求項６】
前記電流狭窄層の下部の前記ｐ型層の膜厚が発光波長以下であることを特徴とする請求項１乃至５に記載のレーザ素子。
【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（たとえばＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ、ｘ≧０、ｙ≧０、ｘ＋ｙ≦１）よりなる発光素子、受光素子等の各種素子、特にレーザ素子とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、窒化物半導体（たとえばＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ、ｘ≧０、ｙ≧０、ｘ＋ｙ≦１）よりなる発光素子、受光素子等の各種素子が注目されている。特に、窒化物半導体であるＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（ｘ≧０、ｙ≧０、ｘ＋ｙ≦１）を含む活性層を有する半導体からなる高輝度紫色、青色、緑色等の発光ダイオード（ＬＥＤ）が商品化されており、さらにこれらの色の波長域あるいは近紫外域、すなわち近紫外の発光波長３００ｎｍから緑色の発光波長５５０ｎｍを有するレーザ装置の開発が望まれている。
【０００３】
たとえば、短波長である近紫外から青色といった波長域のレーザ装置においては、従来の赤色半導体レーザと比較して、光記録装置の記憶密度を大きく高密度化できるという利点を有する。また、銀塩写真の印画紙等にレーザ光を照射する銀塩写真現像技術においては、光の３原色である青色、緑色、赤色の高輝度なレーザ装置が必要とされている。
【０００４】
【発明が解決使用とする課題】
一般に、半導体からなる素子をレーザ発振させるためには、注入されたキャリアを特定の部分に集中させる電流狭窄を行うことによって、効率が向上すると考えられている。たとえば、窒化物半導体からなる端面発光型レーザ素子においては、電極をストライプ状に形成する、あるいは半導体層をリッジ構造とすること等によって電流狭窄を行う技術が知られている。
【０００５】
しかしながら、電極をストライプ状に形成した端面発光型のレーザ素子においては、水平横方向の光を閉じ込めることができないため、レーザ発振閾値が大きいという問題点があった。また、半導体層をリッジ構造とした端面発光型のレーザ素子においては、高度な微細加工技術が必要であり、歩留まりが低く、製造コストが高くなるという問題点があった。
【０００６】
さらに、面発光型レーザ素子は、端面発光型レーザ素子と比較して構造を簡略化でき、かつレーザ発振閾値を低減できるという利点が期待されるが、いまだ窒化物半導体からなる面発光型レーザ素子は実現されていない。
【０００７】
そこで、本発明はレーザ発振閾値が小さく、かつ生産性の高い窒化物半導体（たとえばＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ、ｘ≧０、ｙ≧０、ｘ＋ｙ≦１）からなる端面発光型のレーザ素子を提供することを目的とする。また、本発明は、窒化物半導体（たとえばＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ、ｘ≧０、ｙ≧０、ｘ＋ｙ≦１）からなる面発光型のレーザ素子を提供することを他の目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明のレーザ素子は、活性層がｎ型層とｐ型層とで挟まれた構造を有する窒化物半導体からなる面発光型のレーザ素子において、前記ｐ型層に、キャリアを集中させる開口部を除いてＡｌをイオン注入することによって電流狭窄層が形成される構成とする。
【０００９】
また、本発明のレーザ素子は、活性層がｎ型層とｐ型層とで挟まれた構造を有する窒化物半導体からなる端面発光型のレーザ素子において、前記ｐ型層に、キャリアを集中させるストライプ領域を除いてＡｌをイオン注入することによって電流狭窄層が形成される構成とする。
【００１０】
また、本発明のレーザ素子は、前記ｐ型層は、少なくともｐ型クラッド層とｐ型コンタクト層を有し、前記電流狭窄層の一部は少なくとも前記ｐ型コンタクト層に形成される構成とすることができる。
【００１１】
また、本発明のレーザ素子は、前記ｐ型層は、少なくともｐ型クラッド層とｐ型コンタクト層を有し、前記電流狭窄層の一部は少なくとも前記ｐ型クラッド層に形成される構成とすることができる。
【００１２】
また、本発明のレーザ素子は、前記電流狭窄層の上部の前記ｐ型コンタクト層の膜厚が０．０５μｍ以上である構成とすることによってリークを防止することができる。
【００１３】
【００１４】
また、本発明のレーザ素子は、前記電流狭窄層の下部の前記ｐ型層の膜厚が発光波長以下である構成とすることによって、活性層における水平方向の光を閉じ込めることができる。
【００１５】
【００１６】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１に本発明の実施の形態１における面発光型レーザ素子の概略図を示す。サファイア、あるいはスピネル等の絶縁性物質からなる基板１０上に、負電極３２とオーミック接触を得るための層であるｎ型コンタクト層１１が形成される。ｎ型コンタクト層１１上にはキャリア結合によって光を発生させる活性層１２が形成される。活性層１２上には活性層１２にキャリアを閉じ込めるためのｐ型クラッド層１３が形成される。ｐ型クラッド層１３上には正電極３１とオーミック接触を得るためのｐ型コンタクト層１４が形成される。
【００１７】
ｐ型クラッド層１３とｐ型コンタクト層１４との境界近傍には、電流狭窄層１５がキャリアを集中させる開口部を除いてイオン注入を行うことによって形成される。イオン注入に用いられる元素としては、Ｓｉ、Ｇｅといった窒化物半導体をｎ型化する元素、窒化物半導体のバンドギャップエネルギーを大きくするＡｌ、窒化物系半導体を高抵抗化するIII族元素であるＢ、窒化物半導体を高抵抗なｐ型とするｐ型不純物であるＢｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、VI族元素であるＳｅ、Ｔｅ等が挙げられる。
【００１８】
一般に、窒化物半導体は低抵抗なｐ型が得られにくいことから、ｐ型層に抵抗率の異なる層を形成したとしても、十分な電流狭窄効果が得られにくい。この理由から、窒化物半導体のバンドギャップエネルギーを大きくするＡｌは、イオン注入の元素として好ましい。Ａｌは窒化物半導体（たとえばＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ、ｘ≧０、ｙ≧０、ｘ＋ｙ≦１）を形成する元素として用いられており、また、ＩｎxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）と比較してＡｌ混晶比ｙに対するエネルギーバンドギャップの変化が大きく、十分な電流狭窄効果が得られるためである。さらに、バンドギャップエネルギーの大きい窒化物半導体は屈折率が小さく、Ａｌのイオン注入によって、活性層１２における水平方向の光を閉じ込める効果が得られることから、レーザ発振閾値を低減することができ、特に好ましい。また、この光の閉じ込め効果は、電流狭窄層１５下部のｐ型層（ｐ型クラッド層１３およびｐ型コンタクト層１４）の膜厚、すなわち電流狭窄層１５の下面から活性層１２の上面との距離が発光波長以下の場合に効果があり、電流狭窄層１５下部のｐ型層の膜厚と活性層の膜厚との和が発光波長以下の場合に効果が大きい。
【００１９】
さらに、Ｓｉは、窒化物半導体にドープすることによって良好なｎ型が得られ、ｐ型層において十分な電流狭窄効果が得られることから、イオン注入の元素として好ましい。Ｓｉの注入量は、ｐ型層のキャリア濃度よりも高濃度で注入することが好ましい。Ｓｉの濃度はドーズ量によって制御できる。
【００２０】
ｐ型コンタクト層１４上には、活性層１２において発生した光を反射する第１反射膜２１が電流狭窄層１５の開口部分の上方に形成される。第１反射膜２１以外のｐ型コンタクト層１４表面のほぼ全面には正電極３１が形成される。
【００２１】
ｎ型コンタクト層１１上には負電極３２が形成される。また、基板１０の表面には、活性層１２において発生した光を反射する第２反射膜２２が、活性層を挟んで第１反射膜２１と対向して形成される。
【００２２】
ここでは、電流狭窄層１５をｐ型クラッド層１３の上部からｐ型コンタクト層１４の下部にかけて形成する例を示したが、図２に示すように電流狭窄層１５をｐクラッド層１３とｐ型コンタクト層１４との境界面から上方に形成してもよい。また、図３に示すように電流狭窄層１５をｐクラッド層１３とｐ型コンタクト層１４との境界面よりも上方に形成してもよい。以上の図１乃至３に示した電流狭窄層１５の一部は少なくともｐ型コンタクト層１４に形成される場合においては、電流狭窄層１５の形成されていない所定の部分のｐ型コンタクト層１４は膜厚０．５μｍ以下、より好ましくは０．２μｍ以下に形成し、電流狭窄層１５上部のｐ型コンタクト層の膜厚、すなわち電柱狭窄層１５の上面からｐ型コンタクト層１４の上面との距離が０．０５μｍ以上とすることが、キャリアの注入効率上およびリーク防止の観点から好ましい。
【００２３】
あるいは、電流狭窄層１５の一部は少なくともｐ型クラッド層１３に形成される場合の一例でとして図４に示すように電流狭窄層１５をｐクラッド層１３とｐ型コンタクト層１４との境界面から下方に形成してもよい。また、電流狭窄層１５の一部は少なくともｐ型クラッド層１３に形成される例として、電流狭窄層１５を活性層１２とｐ型クラッド層１３との境界面から上方、あるいは境界面よりも上方に形成することも可能である。電流狭窄層１５の一部は少なくともｐ型クラッド層１３に形成される例としては図１の電流狭窄層１５をｐ型クラッド層１３の上部からｐ型コンタクト層１４の下部にかけて形成する例も含まれる。
【００２４】
さらに、第２反射膜２２を互いに組成比の異なるＡｌyＧａ1-yＮを膜厚λ／４ｎ（ｎｍ）（λ：発光波長、ｎ：材料の屈折率）で積層し多層膜とした場合は、図５に示すように、第２反射膜２２を、基板１０とｎ型コンタクト層１１との間に形成することも可能である。あるいは、図６に示すようにｎ型コンタクト層１１と活性層１２との間に形成してもよい。また、正電極面の光の反射が十分であれば、正電極３１を第１反射膜２１とすることも可能である。第１反射膜２１を互いに組成比の異なるＡｌyＧａ1-yＮを膜厚λ／４ｎ（ｎｍ）（λ：発光波長、ｎ：材料の屈折率）で積層し多層膜とした場合は、第１反射膜２１を正電極３１とｐ型コンタクト層１４との間に形成することも可能である。さらに、電極を透光性の電極とし、その上に反射膜を形成してもよい。
（実施の形態２）
図７に本発明の実施の形態２における面発光型レーザ素子の概略図を示す。ＧａＮ、ＳｉＣ等の導電性あるいは半導電性物質からなる基板１０上に、各半導体層が形成される。基板１０上に負電極３２とオーミック接触を得るための層であるｎ型コンタクト層１１が形成される。ｎ型コンタクト層１１上にはキャリア結合によって光を発生させる活性層１２が形成される。活性層１２上には活性層１２にキャリアを閉じ込めるためのｐ型クラッド層１３が形成される。ｐ型クラッド層１３上には正電極３１とオーミック接触を得るためのｐ型コンタクト層１４が形成される。
【００２５】
ｐ型クラッド層１３とｐ型コンタクト層１４との境界近傍には、キャリアを所定の部分に集中させる電流狭窄層１５が、イオン注入によって形成される。電流狭窄層１５の形成方法については実施の形態１と同様の方法が用いられる。また、電流狭窄層１５の形成位置についても、実施の形態１と同様とすることができる。
【００２６】
ｐ型コンタクト層１４上には、活性層１２において発生した光を反射する第１反射膜２１がｐ型コンタクト層１４の中央部分に形成される。第１反射膜２１以外のｐ型コンタクト層１４表面のほぼ全面には正電極３１が形成される。
【００２７】
基板１０の表面には、活性層１２において発生した光を反射する第２反射膜２２が、電流狭窄層１５の開口部分に対向して形成される。第２反射膜２２以外の基板１０表面には負電極３２が形成される。このように、第２反射膜２２を基板１０の表面の一部に形成した場合は、負電極３２を直接基板１０の表面に形成できることから、第２反射膜２２を絶縁性物質から形成ができる。
【００２８】
また第２反射膜２２は、第１反射膜２１と比較して活性層１２からの距離が大きいため、第１反射膜２１よりも大きな面積とすることが好ましい。さらに窒化物半導体においては、ｎ型層はｐ型層と比較して十分なキャリアの拡散が行われることから、負電極３２の面積は正電極よりも小さく構成することが可能である。
【００２９】
さらに、第２反射膜２２を互いに組成比の異なるＡｌyＧａ1-yＮを膜厚λ／４ｎ（ｎｍ）で積層し多層膜とした場合は、図８に示すように第２反射膜２２を負電極３２と基板１０との間に形成してもよい。また、図９示すように、第２反射膜２２を基板１０とｎ型コンタクト層１１との間に形成してもよい。また、図１０に示すように、第２反射膜２２をｎ型コンタクト層１１と活性層１２との間に形成してもよい。さらに、電極を透光性の電極とし、その上に反射膜を形成してもよい。
【００３０】
あるいは、図１１に示すように、ｐ型コンタクト層１４上に第２反射膜２２を互いに組成比の異なるＡｌyＧａ1-yＮを膜厚λ／４ｎ（ｎｍ）で積層し多層膜として形成し、第２反射膜２２上に正電極３１を形成することも可能である。また、正電極面の光の反射が十分であれば、図１２に示すように正電極３１を第１反射膜２１とすることも可能である。
【００３１】
もちろん、基板１０に絶縁性物質を用い、研磨等によって基板を除去した場合にも、基板１０が省略あるいは導電性あるいは半導電性物質の補強部材と置き換えられた状態として、実施の形態２の態様を適用できる。
（実施の形態３）
図１３に本発明の実施の形態３における端面発光型レーザ素子の概略図を示す。サファイア、あるいはスピネル等の絶縁性物質からなる基板１０上に、各半導体層が形成される。基板１０上に負電極３２とオーミック接触を得るための層であるｎ型コンタクト層１１が形成される。ｎ型コンタクト層１１上には活性層１２で発生した光を閉じ込めるｎ型クラッド層１１ａが形成される。ｎ型クラッド層１１ａ上には活性層１２とともに光導波路を構成する下部光ガイド層１２ａが形成される。下部光ガイド層１２ａ上にはキャリア結合によって光を発生させる活性層１２が形成される。活性層１２上には活性層１２とともに光導波路を構成する上部光ガイド層１２ｂが形成される。上部光ガイド層１２ｂ上には活性層１２側に光およびキャリアを閉じ込めるためのｐ型クラッド層１３が形成される。ｐ型クラッド層１３上には正電極３１とオーミック接触を得るためのｐ型コンタクト層１４が形成される。
【００３２】
ｐ型クラッド層１３とｐ型コンタクト層１４との境界近傍には、図１４に示されたキャリアを集中させるストライプ領域を除いてイオン注入を行うことによって電流狭窄層１５が形成される。電流狭窄層１５の形成方法については実施の形態１と同様の方法が用いられる。また、電流狭窄層１５の形成位置についても、実施の形態１と同様とすることができる。
【００３３】
ｐ型コンタクト層１４上には、正電極３１が形成される。また、ｎ型コンタクト層１１上には負電極３２が形成される。端面発光型レーザ素子においては、半導体層を劈開、あるいはエッチング等を用いて共振面を形成する。このとき共振面のいずれか一方、あるいは両方に、たとえばＳｉＯ2とＴｉＯ2からなる層をそれぞれ膜厚λ／４ｎ（λ：発光波長、ｎ：材料の屈折率）として２層以上を蒸着により積層し多層膜とした反射膜を形成してもよい。
【００３４】
さらに、端面発光型のレーザ素子においても、Ａｌのイオン注入によって、光導波路における水平横方向の光を閉じ込める効果が得られることから、レーザ発振閾値を低減することができ、特に好ましい。また、この光の閉じ込め効果は、電流狭窄層１５下部のｐ型層（ｐ型クラッド層１３およびｐ型コンタクト層１４）の膜厚、すなわち電流狭窄層１５の下面から活性層１２の上面との距離が発光波長以下の場合に効果があり、電流狭窄層１５下部のｐ型層の膜厚と光ガイド層の膜厚と活性層の膜厚との和が発光波長以下の場合に効果が大きい。
（実施の形態４）
図１５に本発明の実施の形態４における端面発光型レーザ素子の概略図を示す。ＧａＮ、ＳｉＣ等の導電性あるいは半導電性物質からなる基板１０上に、各半導体層が形成される。基板１０上に負電極３２とオーミック接触を得るための層であるｎ型コンタクト層１１が形成される。ｎ型コンタクト層１１上には活性層１２で発生した光を閉じ込めるｎ型クラッド層１１ａが形成される。ｎ型クラッド層１１ａ上には活性層１２とともに光導波路を構成する下部光ガイド層１２ａが形成される。下部光ガイド層１２ａ上にはキャリア結合によって光を発生させる活性層１２が形成される。活性層１２上には活性層１２とともに光導波路を構成する上部光ガイド層１２ｂが形成される。上部光ガイド層１２ｂ上には活性層１２側に光およびキャリアを閉じ込めるためのｐ型クラッド層１３が形成される。ｐ型クラッド層１３上には正電極３１とオーミック接触を得るためのｐ型コンタクト層１４が形成される。
【００３５】
ｐ型クラッド層１３とｐ型コンタクト層１４との境界近傍には、キャリアを所定の部分に集中させる電流狭窄層１５が、イオン注入によって形成される。電流狭窄層１５の形成方法については実施の形態１と同様の方法が用いられる。また、電流狭窄層１５の形成位置についても、実施の形態１と同様とすることができる。
【００３６】
ｐ型コンタクト層１４上には正電極３１が形成される。また、ｎ型コンタクト層１１上には負電極３２が形成される。端面発光型レーザ素子においては、半導体層を劈開、あるいはエッチング等を用いて共振面を形成する。このとき共振面のいずれか一方、あるいは両方に、たとえばＳｉＯ2とＴｉＯ2からなる層をそれぞれ膜厚λ／４ｎ（λ：発光波長、ｎ：材料の屈折率）として２層以上を蒸着により積層し多層膜とした反射膜を形成してもよい。
【００３７】
さらに、端面発光型のレーザ素子においても、Ａｌのイオン注入によって、光導波路における水平横方向の光を閉じ込める効果が得られることから、レーザ発振閾値を低減することができ、特に好ましい。また、この光の閉じ込め効果は、電流狭窄層１５下部のｐ型層（ｐ型クラッド層１３およびｐ型コンタクト層１４）の膜厚、すなわち電流狭窄層１５の下面から活性層１２の上面との距離が発光波長以下の場合に効果があり、電流狭窄層１５下部のｐ型層の膜厚と光ガイド層の膜厚と活性層の膜厚との和が発光波長以下の場合に効果が大きい。
【００３８】
【実施例】
（実施例１）
実施例１は図１の構造のレーザ素子を得る例を示しており、図１を元に説明する。まずサファイア基板１０のＣ面（０００１）上に低温で成長させたＧａＮよりなるバッファ層（図示せず）を２００〜３００Åの膜厚で成長させる。このバッファ層上に、バッファ層の成長温度よりも高温で成長させたＧａＮ層を形成し、その上にストライプ幅１０μｍ、ストライプ間隔（窓部）２μｍのＳｉＯ2膜を形成し、さらにその上にＧａＮ層を成長させて形成し、下地層としてもよい。
【００３９】
次に、バッファ層または下地層上にＳｉを３×１０18／ｃｍ3ドープしたｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタクト層１１を４μｍの膜厚で成長させる。次にＳｉをドープしたｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎよりなる活性層１２を０．１μｍの膜厚で成長させる。このときｎ型コンタクト層１１と活性層１２との間にＳｉをドープしたｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなるｎ型クラッド層を０．２μｍの膜厚で成長させてもよい。また、ここでは活性層１２を単一井戸構造として形成する例を示したが、膜厚３０ÅのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ／膜厚５０ÅのＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎを１層〜１０層積層した単一あるいは多重量子井戸構造として形成してもよい。このとき、最初のＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎの下にはＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ層が形成されることが好ましい。さらに、活性層の組成比ＩｎxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）は所望の発光波長等によって適宜選択可能である。
【００４０】
次にＭｇを１×１０20／ｃｍ3ドープしたｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層よりなるｐ型クラッド層１３を２００Å〜０．６μｍで成長させる。このｐ型クラッド層１３は、ノンドープＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎからなる膜厚２５Åの層と、Ｍｇを１×１０20／ｃｍ3ドープしたＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎからなる膜厚２５Åの層とから構成される総膜厚０．６μｍの超格子層として形成してもよい。次にＭｇを１×１０20／ｃｍ3ドープしたＧａＮよりなるｐ型コンタクト層１４を成長させる。
【００４１】
ｐ型コンタクト層１４成長後、ウェーハを反応容器から取り出し、ｐ型コンタクト層１４の所定の部分をＳｉ酸化物またはレジスト等からなるたとえば１０μｍφの形状のマスクによって覆い、イオン注入装置を用いて、ｐクラッド層１３の上部からｐ型コンタクト層１４の下部の深さにかけてイオン注入を行い、マスク部分を開口部とした電流狭窄層１５を形成する。このイオン注入の深さは注入エネルギーによって制御できる。このときイオン注入に用いられる元素としては、Ｓｉ、Ｇｅといった窒化物半導体をｎ型化する元素、窒化物半導体のバンドギャップエネルギーを大きくするＡｌ、窒化物系半導体を高抵抗化するIII族元素であるＢ、窒化物半導体を高抵抗なｐ型とするｐ型不純物であるＢｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、VI族元素であるＳｅ、Ｔｅ等が挙げられる。
【００４２】
特に、Ａｌは窒化物半導体（たとえばＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ、ｘ≧０、ｙ≧０、ｘ＋ｙ≦１）を形成する元素として用いられており、また、ＩｎxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）に対して十分なバンドギャップエネルギー差が得られ、電流狭窄効果が大きいことから、イオン注入の元素としてより好ましい。さらに、ｐ型クラッド層をＡｌyＧａ1-yＮ（０＜ｙ≦１）として形成した場合、Ａｌをイオン注入の元素としてｐ型クラッド層の領域に注入し、電流狭窄層を形成することが好ましい。少ないＡｌの注入量で、ｐ型コンタクト層１４に対して大きなバンドギャップエネルギー差となり、十分な電流狭窄効果が得られるからである。また、活性層における水平方向の光を閉じ込める効果に対しても有効である。また、この光の閉じ込め効果は、電流狭窄層１５下部のｐ型層（ｐ型クラッド層１３およびｐ型コンタクト層１４）の膜厚が発光波長以下の場合に効果が大きい。
【００４３】
また、Ｓｉは、窒化物半導体にドープすることによって良好なｎ型が得られ、ｐ型層において十分な電流狭窄効果があることから、イオン注入の元素として好ましい。Ｓｉの注入量は、ｐ型層のキャリア濃度よりも高濃度、たとえば１０×１０17／ｃｍ3以上で注入することが好ましい。Ｓｉの濃度はドーズ量によって制御できる。
【００４４】
イオン注入後は、イオン注入によるダメージの回復のためにアニーリングを行う。電流狭窄層に注入した元素の拡散防止のため、このダメージの回復のアニーリングののちに行われる電極形成後のアニーリングをランプアニーリング等の高速アニーリングとすることが好ましい。また、このダメージの回復のためのアニーリングは電極形成後のアニーリングによって代用することも可能である。この場合も同様に、電流狭窄層に注入した元素の拡散が防止できる。
【００４５】
その後、ｐ型コンタクト層１４のほぼ全面にＳｉＯ2とＴｉＯ2からなる層をそれぞれ膜厚λ／４ｎとして２層以上蒸着により積層し多層膜とし、フォトリソグラフィー技術を用いて、電流狭窄層１５の開口部分の上方に多層膜を所定の形状にして第１反射鏡２１を形成する。この第１反射鏡２１は電流狭窄層１５の開口部よりもやや大きめに形成することが好ましい。
【００４６】
一方、サファイア基板１０側にもＳｉＯ2とＴｉＯ2からなる層をそれぞれ膜厚λ／４ｎとして２層以上蒸着により積層し多層膜とし、第２反射鏡２２を形成する。
【００４７】
次にエッチングを行い、負電極３２を形成すべきｎ型コンタクト層１１を露出させ、たとえばＴｉ／Ａｌからなる負電極３２を形成する。また、第１反射膜２１が形成されている以外のｐ型コンタクト層１４表面のほぼ全面にも、たとえばＮｉ／Ａｕからなる正電極を形成する。そして、チップ状に分離することにより図１に示すような構造のレーザ素子を得ることができる。
【００４８】
本実施例では、電流狭窄層１５をｐクラッド層１３の上部からｐ型コンタクト層１４の下部にかけて形成する例を示したが、実施の形態１において述べた位置に形成してもよい。ただし、電流狭窄層１５の形成されていない所定の部分のｐ型コンタクト層１４は膜厚０．５μｍ以下、より好ましくは０．２μｍ以下に形成し、電流狭窄層１５上部のｐ型コンタクト層の膜厚、すなわち電柱狭窄層１５の上面からｐ型コンタクト層１４の上面との距離が０．０５μｍ以上とすることが、キャリアの注入効率上およびリーク防止の観点から好ましい。あるいは、図４に示すように電流狭窄層１５をｐクラッド層１３とｐ型コンタクト層１４との境界面から下方に形成することも可能である。特に、イオン注入の元素としてＡｌを用いた場合は、少なくとも電流狭窄層１５の一部をｐクラッド層１３とｐ型コンタクト層１４との境界面よりも下方に形成することによって、活性層１２における水平方向の光を閉じ込める効果を高めることができることからより好ましい。これら電流狭窄層１５の形成深さは、イオン注入の注入エネルギーによって制御できる。
【００４９】
また、本実施例１の第２反射膜２２を、互いに組成比の異なるＡｌyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦１）をそれぞれ膜厚λ／４ｎ（λ：発光波長、ｎ：材料の屈折率）となるように交互に積層して多層膜とし、第２反射膜２２を形成することによって、図５に示すように、第２反射膜２２を、基板１０とｎ型コンタクト層１１との間に形成することも可能である。あるいは、図６に示すようにｎ型コンタクト層１１と活性層１２との間に形成してもよい。さらに、電極を透光性の電極とし、その上に反射膜を形成してもよい。
（実施例２）
実施例２は図７の構造のレーザ素子を得る例を示しており、図１を元に説明する。まずＳｉＣまたはＧａＮ等の基板１０上に、実施例１と同様にして、各半導体層１１〜１４を形成し、イオン注入によって電流狭窄層１５を形成する。ＧａＮ基板の場合は特に下地層を必要としない。
【００５０】
その後、ｐ型コンタクト層１４のほぼ全面にＳｉＯ2とＴｉＯ2からなる層をそれぞれ膜厚λ／４ｎとして２層以上蒸着により積層し多層膜とし、フォトリソグラフィー技術を用いて、電流狭窄層１５の開口部分の上方に多層膜を所定の形状にして第１反射鏡２１を形成する。この第１反射鏡２１は電流狭窄層１５の開口部よりもやや大きめに形成することが好ましい。
【００５１】
同様に、基板１０側にも基板１０のほぼ全面にＳｉＯ2とＴｉＯ2からなる層をそれぞれ膜厚λ／４ｎ（λ：発光波長、ｎ：材料の屈折率）として２層以上蒸着により積層し多層膜とし、活性層１２を挟んで電流狭窄層１５の開口部分に対向した位置に多層膜を所定の形状で第２反射鏡２２を形成する。この第２反射鏡２２は電流狭窄層１５の開口部よりも少なくとも大きく形成する。
【００５２】
そして、第２反射膜２２が形成された以外の基板１０の表面に、たとえばＴｉ／Ａｌからなる負電極３２を形成する。また、第１反射膜２１が形成されている以外のｐ型コンタクト層１４の表面にも、たとえばＮｉ／Ａｕからなる正電極を形成する。そして、チップ状に分離することにより図７に示すような構造のレーザ素子を得ることができる。
【００５３】
さらに、第２反射膜２２を互いに組成比の異なるＡｌyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦１）をそれぞれ膜厚λ／４ｎとなるように交互に積層して多層膜とした場合は、図８に示すように第２反射膜２２を負電極３２と基板１０との間に形成することも可能である。また、図９示すように、第２反射膜２２を基板１０とｎ型コンタクト層１１との間に形成してもよい。また、図１０に示すように、第２反射膜２２をｎ型コンタクト層１１と活性層１２との間に形成してもよい。
【００５４】
あるいは、図１１に示すように、ｐ型コンタクト層１４上に第２反射膜２２を互いに組成比の異なるＡｌyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦１）を膜厚λ／４ｎ（ｎｍ）で積層し多層膜として形成し、第２反射膜２２上に正電極３１を形成することも可能である。また、正電極面の光の反射が十分であれば、図１２に示すように第１反射膜２１を省略することも可能である。さらに、電極を透光性の電極とし、その上に反射膜を形成してもよい。
（実施例３）
実施例３は図１３の構造のレーザ素子を得る例を示しており、図１３を元に説明する。
まずサファイア基板１０のＣ面（０００１）上にＧａＮよりなるバッファ層（図示せず）を３００オングストロームの膜厚で成長させる。実施例１と同様にバッファ層上に下地層を形成してもよい。バッファ層または下地層上にＳｉをドープしたｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタクト層１１を４μｍの膜厚で成長させる。次に、ｎ型コンタクト層１１上にＳｉをドープしたＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなるｎ型クラッド層１１ａを０．２μｍの膜厚で成長させる。次に、ｎ型クラッド層１１ａ上に、活性層１２と同程度の光屈折率を示す下部光ガイド層１２ａを形成する。下部光ガイド層１２ａは、たとえばノンドープＧａＮあるいは活性層１２のＩｎ混晶比ｘよりも混晶比の少ないＩｎxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）を２００Å〜１μｍの膜厚で成長させる。この下部光ガイド層１２ａはＳｉをドープしｎ型としてもよい。
【００５５】
次にＳｉをドープしたｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎよりなる活性層１２を０．１μｍの膜厚で成長させる。また、ここでは活性層１２を単一井戸構造として形成する例を示したが、膜厚３０ÅのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ／膜厚５０ÅのＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎを１層〜１０層積層した単一あるいは多重量子井戸構造として形成してもよい。このとき、最初のＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎの下にはＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ層が形成されることが好ましい。さらに、活性層の組成比ＩｎxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）は所望の発光波長等によって適宜選択可能である。
【００５６】
次に、活性層１２上に、活性層１２と同程度の光屈折率を示す上部光ガイド層１２ｂを形成する。上部光ガイド層１２ｂは、たとえばノンドープＧａＮあるいは活性層１２のＩｎ混晶比よりも混晶比の少ないＩｎxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）を２００Å〜１μｍの膜厚で成長させる。この上部光ガイド層１２ｂはＭｇをドープしｐ型としてもよい。  次にＭｇをドープしたｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層よりなるｐ型クラッド層１３を０．２μｍで成長させる。次にＭｇドープＧａＮよりなるｐ型コンタクト層１４を成長させる。
【００５７】
次に、ｐ型コンタクト層１４成長後、ウェーハを反応容器から取り出し、ｐ型コンタクト層１４の所定の部分を、Ｓｉ酸化膜またはレジスト等からなるたとえば幅１０μｍのストライプ状のマスクによって図１４のように覆い、イオン注入装置を用いて、ｐクラッド層１３の上部からｐ型コンタクト層１４の下部の深さにかけてイオン注入を行い、マスク部分をストライプ領域とした電流狭窄層１５を形成する。このイオン注入は、実施例１と同様に行われる。電流狭窄層１５の形成位置についても、実施例１と同様に適宜選択可能である。さらに端面発光型のレーザ素子においても、イオン注入の元素としてＡｌを用いた場合は、少なくとも電流狭窄層１５の一部をｐクラッド層１３とｐ型コンタクト層１４との境界面よりも下方に形成することによって、光導波路における水平横方向の光を閉じ込める効果を高めることができることからより好ましい。また、この光の閉じ込め効果は、電流狭窄層１５下部のｐ型層（ｐ型クラッド層１３およびｐ型コンタクト層１４）の膜厚、すなわち電流狭窄層１５の下面から活性層１２の上面との距離が発光波長以下の場合に効果があり、電流狭窄層１５下部のｐ型層の膜厚と光ガイド層の膜厚と活性層の膜厚との和が発光波長以下の場合に効果が大きい。
【００５８】
その後、エッチングを行い、負電極３２を形成すべきｎ型コンタクト層１１を露出させ、たとえばＴｉ／Ａｌからなる負電極３２を形成する。また、ｐ型コンタクト層１４上のほぼ全面にも、たとえばＮｉ／Ａｕからなる正電極３１を形成する。
【００５９】
そして、ｐ型層が残された半導体領域を、ストライプの幅方向の半導体層の端面が光共振面となるように劈開、あるいはエッチングを行い、チップ状に分離する。この光共振面には、必要に応じて両光共振面あるいはいずれか一方に、ＳｉＯ2とＴｉＯ2からなる層をそれぞれ膜厚λ／４ｎとして２層以上蒸着により積層し多層膜とし、反射膜を形成してもよい。
（実施例４）
実施例４は図１５の構造のレーザ素子を得る例を示しており、図１５を元に説明する。まずＧａＮ基板１０上に、実施例３と同様にして、各半導体層１１〜１４を形成し、イオン注入によって電流狭窄層１５を形成する。
【００６０】
その後、基板１０の表面のほぼ全面に、たとえばＴｉ／Ａｌからなる負電極３２を形成する。また、ｐ型コンタクト層１４上のほぼ全面にも、たとえばＮｉ／Ａｕからなる正電極３１を形成する。
【００６１】
そして、ストライプの幅方向の半導体層の端面が光共振面となるように劈開、あるいはエッチングを行い、チップ状に分離する。この光共振面には、必要に応じて両光共振面あるいはいずれか一方に、ＳｉＯ2とＴｉＯ2からなる層をそれぞれ膜厚λ／４ｎとして２層以上蒸着により積層し多層膜とし、反射膜を形成してもよい。
【００６２】
【発明の効果】
以上述べた通り、本発明によって  レーザ発振閾値が小さく、かつ生産性の高い窒化物半導体（たとえばＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ、ｘ≧０、ｙ≧０、ｘ＋ｙ≦１）からなる端面発光型のレーザ素子を提供することができる。また、本発明によって、窒化物半導体（たとえばＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ、ｘ≧０、ｙ≧０、ｘ＋ｙ≦１）からなる面発光型の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】本発明の実施の形態１における面発光型レーザ素子の概略図である。
【図２】本発明の実施の形態１における面発光型レーザ素子の電流狭窄層形成位置の変形例に関する概略図である。
【図３】本発明の実施の形態１における面発光型レーザ素子の電流狭窄層形成位置の変形例に関する概略図である。
【図４】本発明の実施の形態１における面発光型レーザ素子の電流狭窄層形成位置の変形例に関する概略図である。
【図５】本発明の実施の形態１における面発光型レーザ素子の第２反射膜形成位置の変形例に関する概略図である。
【図６】本発明の実施の形態１における面発光型レーザ素子の第２反射膜形成位置の変形例に関する概略図である。
【図７】本発明の実施の形態２における面発光型レーザ素子の概略図である。
【図８】本発明の実施の形態２における面発光型レーザ素子の第２反射膜形成位置の変形例に関する概略図である。
【図９】本発明の実施の形態２における面発光型レーザ素子の第２反射膜形成位置の変形例に関する概略図である。
【図１０】本発明の実施の形態２における面発光型レーザ素子の第２反射膜形成位置の変形例に関する概略図である。
【図１１】本発明の実施の形態２における面発光型レーザ素子の第１反射膜形成位置の変形例に関する概略図である。
【図１２】本発明の実施の形態２における面発光型レーザ素子の第１反射膜の変形例に関する概略図である。
【図１３】本発明の実施の形態３における端面発光型レーザ素子の概略図である。
【図１４】本発明の実施の形態３における端面発光型レーザ素子をｐ型層側から見た概略図である。
【図１５】本発明の実施の形態４における端面発光型レーザ素子の概略図である。
【符号の説明】
１０・・・基板
１１・・・ｎ型コンタクト層
１１ａ・・・ｎ型クラッド層
１２・・・活性層
１２ａ・・・下部光ガイド層
１２ｂ・・・上部光ガイド層
１３・・・ｐ型クラッド層
１４・・・ｐ型コンタクト層
１５・・・電流狭窄層
２１・・・第１反射膜
２２・・・第２反射膜
３１・・・正電極
３２・・・負電極
【図１】
0003671807.tif 000002
【図２】
0003671807.tif 000003
【図３】
0003671807.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0003671807.tif 000007
【図７】
0003671807.tif 000008
【図８】
0003671807.tif 000009
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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