(57)【要約】【課題】動作電流の増加を抑制しながら、所望の光閉じ込め性能を得ることが可能なIII族窒化物半導体レーザ素子を提供する。【解決手段】III族窒化物半導体レーザ素子１１のリッジ構造３５は、第２III族窒化物半導体領域１７の第１部分１７ａ及び第２部分１７ｂを含むと共に第３部分１７ｃ上に設けられる。第１部分１７ａの側面１７ｇが積層軸Ａｘの方向に延在しており、積層軸Ａｘの方向に延在する側面１７ｇは動作電流の増加の抑制に寄与する。第３部分１７ｃの第２面１７ｅが基板３９の半極性主面３９ａの法線軸に交差する基準面Ｒｅｆ２に沿って延在する。基準面Ｒｅｆ２に対して第２部分１７ｂの側面１７ｆが傾斜する。活性層２５の伝搬光が、リッジ構造３５では第１部分１７ａの幅より広い幅の第２部分１７ｂを伝搬する。広い幅の第２部分１７ｂが所望の光閉じ込め性能を可能にする。【選択図】図１
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【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族窒化物からなる半極性主面を有する基板と、
前記基板の前記半極性主面上に設けられた第１III族窒化物半導体領域と、
前記基板の前記半極性主面上に設けられた活性層と、
前記基板の前記半極性主面上に設けられリッジ構造を有する第２III族窒化物半導体領域と、
を備え、
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軸の方向に配列されており、
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、
前記第２III族窒化物半導体領域は第１部分、第２部分及び第３部分を含み、
前記第１部分、第２部分及び第３部分は、前記法線軸の方向に配置され、
前記リッジ構造は、前記第１部分及び前記第２部分を含むと共に、前記第３部分上に設けられ、
前記第３部分は第１面及び第２面を有し、前記第３部分の前記第１面は前記第３部分の前記第２面の反対側にあり、
前記第３部分の前記第１面は前記活性層に接し、
前記第３部分の前記第２面は、前記法線軸に交差する基準面に沿って延在し、
前記第２III族窒化物半導体領域の前記第２部分の側面は、前記基準面に対して傾斜しており、
前記第２III族窒化物半導体領域の前記第１部分の側面は、前記法線軸の方向に延在する、III族窒化物半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記リッジ構造において前記第２部分の側面と前記第１部分の側面との成す角度は、６０度以下の範囲にある、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】
前記リッジ構造内の前記第２部分の側面と前記第３部分の前記第２面との成す角度は３０度以上の範囲にある、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】
前記リッジ構造内の前記第１部分の高さは、前記リッジ構造の上面と前記基準面との間隔に対して０．１以上の比率である、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】
前記リッジ構造内の前記第１部分の高さは、前記リッジ構造の上面と前記基準面との間隔に対して０．９の比率である、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】
前記基板の前記半極性主面の前記法線軸は、前記III族窒化物のｃ軸に対して１０度以上８０度以下の角度の範囲で傾斜する、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】
前記リッジ構造はｐ型クラッド層及びｐ側光ガイド層を含む、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２III族窒化物半導体領域の前記第３部分の前記第２面を覆う保護膜を更に備え、
前記保護膜は、前記リッジ構造の前記第１部分及び前記第２部分の前記側面を覆っており、
前記保護膜の屈折率は前記リッジ構造のIII族窒化物半導体の屈折率より低い、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】
前記第２III族窒化物半導体領域の前記第３部分の厚さは１５０ｎｍ以下である、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】
前記第２III族窒化物半導体領域の前記第３部分の厚さは２０ｎｍ以上である、請求項１〜請求項９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１１】
前記リッジ構造は、前記基板の前記III族窒化物のｍ軸と前記法線軸とによって規定されるｍ−ｎ面に沿って延在する、請求項１〜請求項１０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１２】
前記基板の前記III族窒化物のｃ軸は、前記基板の前記III族窒化物のｍ軸と前記法線軸とによって規定されるｍ−ｎ面に沿う方向に傾斜する、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】
前記活性層はＩｎＧａＮ層を含み、
前記基板の前記半極性主面の前記法線軸と前記基板の前記III族窒化物のｃ軸との成す角度は、６３度以上８０度以下の角度の範囲で傾斜する、請求項１〜請求項１２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１４】
前記活性層の発振波長は４８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の範囲にある、請求項１〜請求項１３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１５】
前記活性層の発振波長は５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲にある、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】
前記リッジ構造の上面に接触を成す電極と、
前記リッジ構造の前記第１部分及び前記第２部分の側面並びに前記電極の側面を覆う絶縁性の保護膜と、
を更に備える、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族窒化物からなる半極性主面を有する基板を準備する工程と、
活性層及びIII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半極性主面上に成長する工程と、
前記半導体積層上に、リッジを規定するマスクを形成する工程と、
前記マスクを用いて前記III族窒化物半導体領域をエッチングして、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、
前記半導体積層の前記III族窒化物半導体領域は前記活性層上に設けられ、
前記第２III族窒化物半導体領域は第１部分、第２部分及び第３部分を含み、
前記第１部分、第２部分及び第３部分は、前記半極性主面の法線軸の方向に配置され、
前記リッジ構造は、前記第１部分及び前記第２部分を含むと共に、前記第３部分上に設けられ、
前記第３部分は第１面及び第２面を有し、前記第３部分の前記第１面は前記第３部分の前記第２面の反対側にあり、
前記第３部分の前記第１面は前記活性層に接し、
前記第３部分の前記第２面は、前記法線軸に交差する基準面に沿って延在し、
前記第２部分の側面は、前記第３部分の前記第２面に対して傾斜しており、
前記第１部分の側面は、前記法線軸の方向に延在する、III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法。
【請求項１８】
前記マスクは、前記半導体積層上に第１マスク層と、前記半導体積層と前記第１マスク層との間に設けられテーパー形状の側面を有する第２マスク層とを含み、
前記第２III族窒化物半導体領域を形成する前記工程では、前記III族窒化物半導体領域が、前記マスクを用いて該マスクの形状を転写するようにドライエッチングされ、
前記第１マスク層の材料は前記第２マスク層の材料と異なる、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２III族窒化物半導体領域を形成する前記工程は、
前記マスクを用いて前記III族窒化物半導体領域のエッチングを行って、テーパー形状の第１半導体部を形成する工程と、
前記第１半導体部を形成した後に、前記マスクを用いて前記III族窒化物半導体領域の異方的エッチングを行って、前記第１半導体部に繋がるように第２半導体部を形成する工程と、
を備える、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】
前記第２III族窒化物半導体領域を形成する前記工程は、
前記マスクを用いて前記III族窒化物半導体領域の異方的エッチングを行って、上部半導体部を形成する工程と、
前記マスクを用いて前記III族窒化物半導体領域のウエットエッチングを行って、テーパー形状の下部半導体部を形成する工程と、
を備える、請求項１７〜請求項１９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、III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、横モード安定な発振を行うことができる半導体レーザを作製する方法を開示する。この方法は、従来技術の自己整合型半導体レーザにおいて問題であった、段差のある基板上の結晶成長に伴う結晶欠陥と、二回成長の成長界面の欠陥による素子寿命の低下を防止する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭６２−５４８９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
窒化物半導体基板を用いて作製されるリッジ構造の窒化物半導体レーザでは、この半導体ＬＤの動作電流を小さくすると共に高い光出力を得るために、リッジ構造のリッジ幅を小さくする必要がある。しかしながら、所望の光出力を得るようにリッジ幅を小さくすると、窒化物半導体レーザの光閉じ込めも強くなる。リッジ幅を小さくして高出力なＬＤを作製するとき、電流密度を高くできる。しかし、これは、光閉じ込めも強くなる。強すぎる光閉じ込めは、レーザ特性におけるキンク発生、及び窒化物半導体レーザの端面劣化の原因になる。
【０００５】
望まれていることは、電流閉じ込めを効かせることにより動作電流を低減すると共に、レーザ特性におけるキンク発生及び端面劣化を回避可能な光閉じ込めを実現することである。
【０００６】
本発明は、このような事情を鑑みてされたものであり、動作電流の増加を抑制しながら、所望の光閉じ込め性能を得ることが可能なIII族窒化物半導体レーザ素子を提供することを目的とする。また、本発明は、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族窒化物からなる半極性主面を有する基板と、（ｂ）前記基板の前記半極性主面上に設けられた第１III族窒化物半導体領域と、（ｃ）前記基板の前記半極性主面上に設けられた活性層と、（ｄ）前記基板の前記半極性主面上に設けられリッジ構造を有する第２III族窒化物半導体領域とを備え、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軸の方向に配列されており、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、前記第２III族窒化物半導体領域は第１部分、第２部分及び第３部分を含み、前記第１部分、第２部分及び第３部分は前記法線軸の方向に配置され、前記リッジ構造は、前記第１部分及び前記第２部分を含むと共に、前記第３部分上に設けられ、前記第２III族窒化物半導体領域の前記第３部分は第１面及び第２面を有し、前記第３部分の前記第１面は前記第３部分の前記第２面の反対側にあり、前記第３部分の前記第１面は前記活性層に接し、前記第３部分の前記第２面は、前記法線軸に交差する基準面に沿って延在し、前記第２III族窒化物半導体領域の前記第２部分の側面は、前記基準面に対して傾斜しており、前記第２III族窒化物半導体領域の前記第１部分の側面は、前記法線軸の方向に延在する。
【０００８】
このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、リッジ構造は、第２III族窒化物半導体領域の第１部分及び第２部分を含むと共に第２III族窒化物半導体領域の第３部分上に設けられるので、リッジ構造は法線軸の方向に突出している。
リッジ構造の第１部分の側面が法線軸の方向に延在するので、リッジ構造は電流狭窄を可能にすると共に、動作電流の増加の低減に寄与する。その上にリッジ構造を設ける第３部分における第２面が半極性主面の法線軸に交差する基準面に沿って延在し、この基準面に対してリッジ構造の第２部分の側面が傾斜する。これ故に、活性層及びこの周辺を伝搬する光が、第２III族窒化物半導体領域のリッジ構造においては第１部分の幅より広い幅の第２部分を伝搬する。広い幅の第２部分は、所望の光閉じ込め性能を可能にする。
【０００９】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記リッジ構造の前記第２部分の側面と前記リッジ構造の前記第１部分の側面との成す角度は、１０度以上６０度以下の範囲に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、リッジ構造側面の傾斜が第２部分において６０度以下であるとき、動作電流の増加が比較的小さくできる。
【００１１】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記リッジ構造の前記第２部分の側面は、前記第３部分の前記第２面に対して前記３０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、リッジ構造側面における傾斜が第２部分において３０度以上であるとき、レーザ導波路を伝搬する光の閉じ込めに関して、第２部分の働きが第３部分に対して実効的な差となる。
【００１３】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記リッジ構造の前記第１部分の高さは、前記リッジ構造の上面と前記基準面との間隔に対して０．１以上の比率であることができる。
【００１４】
このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、リッジ構造の上面と基準面との間隔に対する第１部分の高さの比率が０．１以上であるとき、法線軸の方向に延在する側面がリッジ構造の第１部分において電流閉じ込めに寄与できる。
【００１５】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記リッジ構造の前記第１部分の高さは、前記リッジ構造の上面と前記基準面との間隔に対して０．９の比率であることができる。
【００１６】
このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、リッジ構造の上面と基準面との間隔に対する第１部分の高さの比率が０．９以下であるとき、光閉じ込めへのリッジ構造の寄与を緩和できる。
【００１７】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記基板の前記半極性主面の前記法線軸は、前記III族窒化物のｃ軸に対して１０度以上８０度以下の角度範囲で傾斜することができる。
【００１８】
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ｐ型クラッド層及びｐ側光ガイド層を含むことができる。
【００１９】
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ｐ型クラッド層及びｐ側光ガイド層を含むとき、リッジ構造の上面と基準面との間隔（つまり、リッジ構造の高さ）が大きくなっている。これ故に、高いリッジ構造は、そのままでは大きな電流閉じ込め性能を発揮する。しかしながら、リッジ構造が、その側面に互いに異なる傾斜を有する第１部分及び第２部分を有する構造を備えるので、この構造は電流閉じ込め性能の強化及び光閉じ込め性能の緩和の両方を可能にする。
【００２０】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子は、前記第２III族窒化物半導体領域の前記第３部分の前記第２面を覆う保護膜を更に備えることができる。前記保護膜は、前記リッジ構造の前記第１部分及び前記第２部分の前記側面を覆っており、前記保護膜の屈折率は前記リッジ構造のIII族窒化物半導体の屈折率より低いことができる。
【００２１】
このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、保護膜がリッジ構造の第１部分の側面及び第３部分の第２面を覆うので、III族窒化物半導体レーザ素子を保護すると共に保護膜の絶縁性に起因して電流閉じ込めに寄与できる。保護膜がリッジ構造の第２部分の側面を覆うので、保護膜の屈折率がIII族窒化物半導体の屈折率より低い。これ故に、保護膜も光閉じ込めに影響すると共に、保護膜はその絶縁性に起因して電流閉じ込めに寄与する。
【００２２】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記第２III族窒化物半導体領域の前記第３部分の厚さは１５０ｎｍ以下であることができる。
【００２３】
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の第３部分の厚さは１５０ｎｍ以下であるので、活性層への電流供給のパターンは、リッジ構造に基づく電流閉じ込めにより規定される。
【００２４】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザ素子では、前記第２III族窒化物半導体領域の前記第３部分の厚さは２０ｎｍ以上であることができる。
【００２５】
このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、リッジ構造の底を活性層に近づけることができ、リッジ構造からの電流は第３部分を介して活性層に到達する。
【００２６】
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、前記基板の前記III族窒化物のｍ軸と前記法線軸とによって規定されるｍ−ｎ面に沿って延在することができる。
【００２７】
このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、リッジ構造が沿って延在するｍ−ｎ面の両側において、リッジ構造を構成するIII族窒化物半導体の結晶性が対称であるので、リッジ構造の加工が容易でなる。
【００２８】
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III族窒化物のｃ軸は、前記基板の前記III族窒化物のｍ軸と前記法線軸とによって規定されるｍ−ｎ面に沿う方向に傾斜することが好ましい。
【００２９】
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層を含み、前記基板の前記半極性主面の前記法線軸と前記基板の前記III族窒化物のｃ軸との成す角度は、６３度以上８０度以下の角度範囲で傾斜することが好ましい。このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、この角度範囲の面方位は、良好なインジウム取り込みを活性層のＩｎＧａＮ層に提供できる。
【００３０】
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。このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、半極性の利用は、長波長の発光を可能にする。
【００３１】
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できる。このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、半極性の利用は、長波長（緑色波長範囲の光）の発光を可能にする。
【００３２】
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接触を成す電極と、前記リッジ構造の前記第１部分及び前記第２部分の側面並びに前記電極の側面を覆う絶縁性の保護膜とを更に備えることができる。
【００３３】
このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、リッジ構造の上面に接触を成す電極からの電流は、リッジ構造の第１部分により案内される共に、リッジ構造の第２部分において徐々に拡がりながら活性層に供給される。また、保護膜がリッジ構造の第１部分及び第２部分の側面と共に電極の側面を覆うので、リッジ構造に加えて電極のオーミック接触を形成した後に保護膜が形成される。半極性面を含むオーミック接触界面を保護できる。
【００３４】
本発明は、III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法（以下「作製方法」と呼ぶ）に関する。この作製方法は、（ａ）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準備する工程と、（ｂ）活性層及びIII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半極性主面上に成長する工程と、（ｃ）前記半導体積層上に、リッジを規定するマスクを形成する工程と、（ｄ）前記マスクを用いて前記III族窒化物半導体領域をエッチングして、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。前記半導体積層の前記III族窒化物半導体領域は前記活性層上に設けられ、前記第２III族窒化物半導体領域は第１部分、第２部分及び第３部分を含み、前記第１部分、第２部分及び第３部分は、前記法線軸の方向に配置され、前記リッジ構造は、前記第１部分及び前記第２部分を含むと共に、前記第３部分上に設けられ、前記第３部分は第１面及び第２面を有し、前記第３部分の前記第１面は前記第３部分の前記第２面の反対側にあり、前記第３部分の前記第１面は前記活性層に接し、前記第３部分の前記第２面は、前記法線軸に交差する基準面に沿って延在し、前記第２部分の側面は、前記第３部分の前記第２面に対して傾斜しており、前記リッジ構造の前記第１部分の側面は、前記法線軸の方向に延在する。
【００３５】
この作製方法によれば、リッジ構造が、第２III族窒化物半導体領域の第１部分及び第２部分を含むと共に第２III族窒化物半導体領域の第３部分上に設けられるように形成される。これ故に、リッジ構造は法線軸の方向に突出するように形成される。リッジ構造の第１部分の側面が法線軸の方向に延在するので、リッジ構造は電流狭窄を可能にする。リッジ構造の第１部分において、法線軸の方向に延在する側面は、動作電流の増加の抑制に寄与する。リッジ構造を搭載する第３部分における第２面が半極性主面の法線軸に交差する基準面に沿って延在し、この基準面に対してリッジ構造の第２部分の側面が傾斜する。これ故に、活性層の辺りに伝搬する光が、第２III族窒化物半導体領域のリッジ構造においては第１部分の幅より広い幅の第２部分を伝搬する。広い幅の第２部分は、所望の光閉じ込め性能を可能にする。
【００３６】
本発明に係る作製方法では、前記マスクは、前記半導体積層上に第１マスク層と、前記半導体積層と前記第１マスク層との間に設けられテーパー形状の側面を有する第２マスク層とを含み、前記第２III族窒化物半導体領域を形成する前記工程では、前記III族窒化物半導体領域が、前記マスクを用いて該マスクの形状を転写するようにドライエッチングされ、前記第１マスク層の材料は前記第２マスク層の材料と異なることができる。
【００３７】
この作製方法によれば、第１マスク層の幅がリッジ構造の第１部分を作製するために利用される。第２マスク層のテーパー形状が、エッチングにより転写されて、リッジ構造の第２部分が作製される。
【００３８】
本発明に係る作製方法では、前記第２III族窒化物半導体領域を形成する前記工程は、前記マスクを用いて前記III族窒化物半導体領域のエッチングを行って、テーパー形状の第１半導体部を形成する工程と、前記第１半導体部を形成した後に、前記マスクを用いて前記III族窒化物半導体領域の異方的エッチングを行って、前記第１半導体部に繋がるように第２半導体部を形成する工程とを備えることができる。
【００３９】
この作製方法によれば、III族窒化物半導体領域がエッチングされて、第１半導体部が、テーパー形状を有するように形成される。テーパー形状を形成した後に、III族窒化物半導体領域の異方的エッチングを行って、第１半導体部に繋がるように第２半導体部を形成する。これ故に、これらの工程に後に、第１部分及び第２部分を有するリッジ構造が作製される。
【００４０】
本発明に係る作製方法では、前記第２III族窒化物半導体領域を形成する前記工程は、前記マスクを用いて前記III族窒化物半導体領域の異方的エッチングを行って、上部半導体部を形成する工程と、前記マスクを用いて前記III族窒化物半導体領域のウエットエッチングを行って、テーパー形状の下部半導体部を形成する工程とを備えることができる。
【００４１】
この作製方法によれば、III族窒化物半導体領域の異方的エッチングを行って上部半導体部を形成した後に、III族窒化物半導体領域のウエットエッチングを行ってテーパー形状の下部半導体部を形成できる。これ故に、これらの工程に後に、第１部分及び第２部分を有するリッジ構造が作製される。
【発明の効果】
【００４２】
以上説明したように、本発明によれば、動作電流の増加を抑制しながら、所望の光閉じ込め性能を得ることが可能なIII族窒化物半導体レーザ素子が提供される。また、本発明によれば、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。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【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、いくつかのリッジ構造を模式的に示す図面である。
【図３】図３は、実施例１において作製されるIII族窒化物半導体レーザ素子の構造を示す図面である。
【図４】図４は、本実施例のリッジ構造を示す図面である。
【図５】図５は、この実施例に適用されるエピタキシャル基板の層構造を示す図面である。
【図６】図６は、本実施例のリッジ構造の下部分の長さＨＴ２に対するしきい値電流密度及び遠視野像の光出射角（水平、垂直）を示す図面である。
【図７】図７は、本実施例のリッジ構造を示す図面である。
【図８】図８は、本実施例のリッジ構造におけるテーパー角に対するしきい値電流密度及び光出射角（水平、垂直）を示す図面である。
【図９】図９は、いくつのかの例示的なリッジ構造を示す図面である。
【図１０】図１０は、図９に示されたリッジ構造においてｐ型半導体領域の抵抗の増加率Ｒｐ（百分率）並びに水平及び垂直の光出射角（θｈ、θｖ）の依存性を計算するシミュレーション結果の一覧を示す図面である。
【図１１】図１１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を含む工程フローを示す図面である。
【図１２】図１２は、本実施の形態に係る方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図１３】図１３は、本実施の形態に係る方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図１４】図１４は、本実施の形態に係る方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図１５】図１５は、本実施の形態に係る方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図１６】図１６は、本実施の形態に係るリッジ形成方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図１７】図１７は、本実施の形態に係るリッジ形成方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【図１８】図１８は、本実施の形態に係るリッジ形成方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、III族窒化物半導体レーザ素子、III族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法に係る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。
【００４５】
引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の窒化物半導体発光素子、及び窒化物半導体発光素子を作製する方法に係る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。
【００４６】
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。図１の（ａ）部を参照すると、窒化物半導体発光素子１１は、第１のIII族窒化物半導体領域１３、活性層１５、及び第２のIII族窒化物半導体領域１７を含む。第１のIII族窒化物半導体領域１３は、第１光ガイド層２１及びｎ型クラッド層２３を含む。活性層１５はIII族窒化物半導体からなる。活性層１５は、第１光ガイド層２１上に設けられる。第１光ガイド層２１はｎ型クラッド層２３上に設けられる。第２のIII族窒化物半導体領域１７は、第２光ガイド層２５及びｐ型クラッド層２７を含み、ｐ型クラッド層２７は第２光ガイド層２５上に設けられる。第２のIII族窒化物半導体領域１７は、活性層１５上に設けられる。第１光ガイド層２１は活性層１５とｎ型クラッド層２３との間に設けられる。第２光ガイド層２５は活性層１５とｐ型クラッド層２７との間に設けられる。電極１９は、第２のIII族窒化物半導体領域１７上に設けられる。第１のIII族窒化物半導体領域１３、活性層１５及び第２のIII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。
【００４７】
第２III族窒化物半導体領域１７はリッジ構造３５を有する。第２III族窒化物半導体領域１７は、第１部分１７ａ、第２部分１７ｂ及び第３部分１７ｃを含む。第１部分１７ａ、第２部分１７ｂ及び第３部分１７ｃは、積層軸Ａｘの方向に配置されている。
【００４８】
図１の（ｃ）部に示されるように、リッジ構造３５は、第１部分１７ａ及び第２部分１７ｂを含むと共に、第３部分１７ｃ上に設けられる。第２III族窒化物半導体領域１７の第３部分１７ｃは第１面１７ｄ及び第２面１７ｅを有し、第３部分１７ｃの第１面１７ｄは第３部分１７ｃの第２面１７ｅの反対側にある。第３部分１７ｃの第１面１７ｄは活性層２５の上面に接して接合ＨＪ２を構成する。この接合ＨＪ２は積層軸Ａｘにある角度（例えば直角）で交差する第１基準面Ｒｅｆ１に沿って延在する。第３部分１７ｃの第２面１７ｅは積層軸Ａｘにある角度（例えば直角）交差する第２基準面Ｒｅｆ２に沿って延在する。第２III族窒化物半導体領域１７の第２部分１７ｂの側面１７ｆは、基準面Ｒｅｆ２に対して傾斜しており、第２III族窒化物半導体領域１７の第１部分１７ａの側面１７ｇは積層軸Ａｘの方向に延在する。側面１７ｆの傾斜角は、側面１７ｆの上端と下端を通る直線と、基準面Ｒｅｆ２又は積層軸Ａｘとの成す角度として規定されることができる。また、側面１７ｆと側面１７ｇとの角度は、側面１７ｆの上端と下端を通る直線と、側面１７ｇの上端と下端を通る直線との成す角度として規定されることができる。
【００４９】
このIII族窒化物半導体レーザ素子１１によれば、リッジ構造３５は、第２III族窒化物半導体領域１７の第１部分１７ａ及び第２部分１７ｂを含むと共に第３部分１７ｃ上に設けられるので、リッジ構造３５は積層軸（法線軸）Ａｘの方向に突出している。第１部分１７ａの側面１７ｇが積層軸（法線軸）Ａｘの方向に延在するので、リッジ構造３５は電流狭窄を可能にする。第１部分１７ａにおいて、積層軸（法線軸）Ａｘの方向に延在する側面１７ｇは、動作電流の増加の抑制に寄与する。リッジ構造３５を搭載する第３部分１７ｃの第２面１７ｅが、基板３９の半極性主面３９ａの法線軸（積層軸Ａｘ）に交差する基準面Ｒｅｆ２に沿って延在し、この基準面Ｒｅｆ２に対して第２部分１７ｂの側面１７ｆが傾斜する。これ故に、活性層２５の辺りに伝搬する光が、第２III族窒化物半導体領域１７のリッジ構造３５においては第１部分１７ａの幅より広い幅の第２部分１７ｂを伝搬する。広い幅の第２部分１７ｂは、所望の光閉じ込め性能を可能にする。
【００５０】
図１の（ｃ）部に示される構造では、光ガイド層２５とクラッド層２７とはヘテロ接合ＨＪ３を構成し、ヘテロ接合ＨＪ３は第２部分１７ｂの側面１７ｆに到達する。この形態では、光の閉じ込めを緩和させ、端面での光密度の集中を防ぎ端面劣化を緩和する。コンタクト層２９とクラッド層２７とはヘテロ接合ＨＪ４を構成し、ヘテロ接合ＨＪ４は第１部分１７ａの側面１７ｇに到達する。この形態では、電流狭窄をして閾値電流を小さくする。
【００５１】
図１の（ｂ）部及び（ｄ）部は、図１の（ｃ）部に示される構造と異なるリッジ高を有する構造を示す。
【００５２】
図１の（ｂ）部に示される構造は、図１の（ａ）部の構造と組み合わせられる。この構造では、第２部分１７ｂの高さが第１部分１７ａの高さより大きい。光ガイド層２５とクラッド層２７とによるヘテロ接合ＨＪ３は第２部分１７ｂの側面１７ｆに到達する。この形態では、光閉じ込めを緩和できるが、電流狭窄ができず閾値電流が大きくなってしまう。
【００５３】
図１の（ｄ）部に示される構造は、図１の（ａ）部の構造と組み合わせられる。この構造では、第２部分１７ｂの高さが第１部分１７ａの高さより小さい。光ガイド層２５とクラッド層２７とによるヘテロ接合ＨＪ３は第２部分１７ｂの側面１７ｇに到達する。この形態では電流狭窄はしっかりとでき、閾値電流は小さくなるが、光閉じ込めが大きくなる。
【００５４】
第１光ガイド層２１、活性層１５及び第２光ガイド層２３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。
【００５５】
活性層１５と第１光ガイド層２１とは第２ヘテロ接合ＨＪ２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２ヘテロ接合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。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）に直交する。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。井戸層３３ａは圧縮歪みを内包する。井戸層３３ａのピエゾ分極はｐ型クラッド層２７からｎ型クラッド層２３への方向に向く成分を有する。半極性面上におけるこのピエゾ分極の向きはｃ面上のピエゾ分極の向きと逆である。井戸層３３ａは例えばＩｎＧａＮ層を含むことができる。
【００５６】
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。活性層１５の井戸層３３ａと第２光ガイド層２５とは第１ヘテロ接合ＨＪ１を構成する。
【００５７】
第２のIII族窒化物半導体領域１７は半導体リッジ３５を有する。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面にそって延在する。窒化物半導体発光素子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。活性層２５はｐ側光ガイド層とｎ側光ガイド層と一緒になってレーザ導波路のコア部分を構成し、レーザ導波路は端面３７ａ及び３７ｂの一方から他方まで延在する。リッジ構造３５は、基板３９の半極性面３９ａ上において端面３７ａ及び３７ｂの一方への方向に延在している。この半導体リッジ３５は、第２光ガイド層２５とｐ型クラッド層２７との第３ヘテロ接合ＨＪ３を含む。第３ヘテロ接合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の上端ＴＯＰと底ＢＯＴＴＯＭとの距離（リッジ高）は、例えば２００ｎｍ以上であり、２０００ｎｍ以下である。このリッジ高が好適である理由は、ｐ層のエピ厚設計より少しだけ薄い長さで電流を狭窄するために、活性層付近まで掘り込んでいるからである。ただし、活性層まで掘り込んでしまうと、活性層にダメージを加えてしまう為、活性層手前でエッチングを止める必要がある。半導体リッジ３５の上面３５ａは電極１９に接合Ｊ０を成す。
【００５８】
半導体リッジ３５は、第２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。この光ガイド層上にｐ型クラッド層２７が設けられ、このｐ型クラッド層２７上に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の法線軸）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。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。
【００５９】
この窒化物半導体発光素子１１によれば、活性層１５は、第１III族窒化物半導体領域１３の第１光ガイド層２１とヘテロ接合（第２ヘテロ接合ＨＪ２）を成す。このヘテロ接合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で傾斜し、これ故に、活性層１５はいわゆる半極性面上に設けられる。この活性層１５が、圧縮歪みの井戸層３３ａを含む。
【００６０】
III族窒化物半導体レーザ素子１１によれば、リッジ構造３５の側面１７ｆと側面１７ｇとの成す傾斜角が第２部分１７ｂにおいて６０度以下であるとき、動作電流の増加が比較的小さくできる。また、リッジ構造側面の傾斜が第２部分１７ｂにおいて１０度以上であるとき、光閉じ込めを緩和する効果がある程度得られる。
【００６１】
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、リッジ構造３５の側面１７ｆと第３部分１７ｃの上面１７ｅとの成す傾斜角が第２部分１７ｂにおいて３０度以上で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、リッジ構造側面１７ｆにおける傾斜が第２部分１７ｂにおいて３０度以上であるとき、レーザ導波路を伝搬する光の閉じ込めに関して、第２部分１７ｂの働きが第３部分１７ｃに対して実効的な差となる。また、リッジ構造側面の傾斜が第１部分に対して８０度以下であることが好ましい。リッジ構造側面の傾斜が第３部分１７ｃに対して８０度以下であるとき、光閉じ込めを緩和する効力がある程度得られる。
【００６２】
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、第１部分１７ａの高さは、リッジ構造３５の上面３５ａと基準面Ｒｅｆ２との間隔に対して０．１以上の比率であることができる。この比率が０．１以上であるとき、積層軸Ａｘの方向に延在する側面１７ｇが第１部分１７ａにおいて電流閉じ込めに寄与できる。また、第１部分１７ａの高さは、リッジ構造３５の上面３５ａと基準面Ｒｅｆ２との間隔に対して０．９の比率であることができる。この比率が０．９以下であるとき、光閉じ込めへのリッジ構造の寄与を緩和できる。
【００６３】
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、第２III族窒化物半導体領域１７の第３部分１７ｃの厚さＤは１５０ｎｍ以下であることができる。第３部分１７ｃの厚さが１５０ｎｍ以下であるので、活性層１５へ電流パターンは、リッジ構造３５に基づく電流閉じ込めにより規定される。第２III族窒化物半導体領域１７の第３部分１７ｃの厚さＤは２０ｎｍ以上であることができる。リッジ構造３５の底を活性層に近づけることができ、リッジ構造３５からの電流は第３部分１７ｃを介して活性層１５に到達する。
【００６４】
図２は、いくつかのリッジ構造を模式的に示す図面である。図２の（ａ）部は、リッジ構造の延在方向に直交する線にそってとられた断面を示す。図２の（ａ）部では、リッジ構造の側面の全てがリッジ構造の上面に対して垂直に延在している。リッジ構造の下端の幅はリッジ構造の上端の幅と実質的に同じである。このリッジ構造は、動作電流を小さくすることを可能にする一方で、大きな光閉じ込め性を発揮する。
【００６５】
図２の（ｂ）部は、リッジ構造の延在方向に直交する線にそってとられた断面を示す。図２の（ｂ）部では、本実施の形態に係る一例としてのリッジ構造を示し、このリッジ構造は上部分及び下部分を有しており、上部分の側面はリッジ構造の上面に対して垂直に延在し、下部分の側面は上部分のリッジ構造の上面に対してある角度で傾斜して延在している。リッジ構造の上部分の下端幅はリッジ構造の上部分の上端幅と実質的に同じである。リッジ構造の下部分の下端幅はリッジ構造の上部分の上端幅より大きい。このリッジ構造は、積層軸Ａｘの方向に配置されリッジ幅の異なる少なくとも２つの部分を有する。このリッジ構造は、積層軸Ａｘの方向に配置された複数の部分を含む構造を有する。この構造は、図２の（ａ）部の構造に比べて、動作電流が少し大きくなるけれども、複数の部分の数及び幅に応じて光閉じ込めが調整可能になる。
【００６６】
図２の（ｃ）部は、リッジ構造の延在方向に直交する線にそってとられた断面を示す。図２の（ｃ）部では、別のリッジ構造を示し、このリッジ構造の側面の全てがリッジ構造の上面に対して傾斜している。リッジ構造の下端の幅はリッジ構造の上端の幅より大きい。この構造は、図２の（ａ）部の構造に比べて、光閉じ込め性を弱めることができるけれども、動作電流が少し大きくなる。
【００６７】
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上に設けられる。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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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軸が傾斜が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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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、裏面の電極４７を更に備えることができる。電極４７は、基板３９の裏面３９ｂに設けられ、裏面３９ｂに接触を成す。保護膜４３は、シリコン酸化物、シリコン窒化物、ジンク酸化物といった絶縁膜からなることができる。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、絶縁膜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。絶縁膜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。
【００７６】
既に説明したように、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に接触を成す電極１９と、第２III族窒化物半導体領域１７の第１部分１７ａの側面１７ｇ及び第２部分１７ｂの側面１７ｆ並びに電極１９の側面を覆う絶縁性の保護膜４３とを備えることができる。リッジ構造３５の上面３５ａに接触を成す電極１９からの電流は、第２III族窒化物半導体領域１７の第１部分１７ａにより案内される共に、第２III族窒化物半導体領域１７の第２部分１７ｂにおいてやや拡がりながら活性層１５に供給される。また、保護膜４３が第２III族窒化物半導体領域１７の第１部分１７ａ及び第２部分１７ｂの側面と共に電極１９の側面を覆うので、リッジ構造３５に加えて電極１９のオーミック接触を形成した後に保護膜４３が形成される。半極性面を含むオーミック接触界面を保護できる。
【００７７】
（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を作製する。まず、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５００ｎｍ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２０００ｎｍ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１５０ｎｍである。このＩｎＧａＮ層のＩｎ組成は例えば０．０３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０．３０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０．０３である。アンドープ光ガイド層上に、アンドープ光ガイド層上にｐ型光ガイド層を成長する。ｐ型光ガイド層上に、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ＩｎＡｌＧａＮクラッド層を成長する。このｐ型ＡｌＧａＮクラッド層のＩｎ組成は０．０３であり、Ａｌ組成は０．０７である。基板温度を摂氏１０００度に上昇した後に、ｐ型ＩｎＡｌＧａＮ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、図３の（ａ）部に示されるエピ構造のエピタキシャル基板Ｅを作製できる。
【００７８】
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、図３の（ｂ）部に示されるようなリッジ構造を形成する。この実施例では、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二段構造を有するリッジ構造及び電極を形成して、基板生産物を作製する。この基板生産物をスクライブした後に押圧して、レーザバーを作製する。
【００７９】
リッジ構造及び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。リッジ型窒化ガリウム系半導体レーザの光共振器は長さ３００〜１０００μｍである。この半導体レーザは５２０ｎｍ波長帯で発光できる。
【００８０】
（実施例２）
図２を参照しながら説明したように、高出力なIII族窒化物半導体レーザ素子を作製するに際して、高い電流密度が、レーザ発振特性にキンクが発生する原因、或いは、端面の劣化が発生する原因になることがある。このような課題を解決するために、図２の（ｂ）部に示される側面２段階形状をリッジ構造に付与するとき、動作電流がそれほど大きくならないようにできる一方で、光閉じ込めを弱く調整することができる。
【００８１】
図４は、本実施例のリッジ構造を示す図面である。このリッジ構造において、リッジ構造を形成する際のエッチング量（掘り量）ＴＨが６００ｎｍであり、リッジ構造の下部分（第２部分）の長さＨＴ２が変更される。リッジ構造の上端幅ＷＴＲは１．５μｍである。リッジ構造の底から活性層の上面との間隔Ｄは１００ｎｍである。テーパー角は３０度である。図５は、この実施例に適用されるエピタキシャル基板の層（屈折率）構造を示す図面である。
【００８２】
図６は、本実施例のリッジ構造の下部分（第２部分）の長さＨＴ２に対するしきい値電流密度（Ｊｔｈ（ｋＡ・ｃｍ−２））及び遠視野像（Ｆａｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｐａｔｔｅｒｎ）の光出射角（水平、垂直）を示す図面である。テーパー位置（０〜６００ｎｍ）に応じて、リッジ構造の下端幅ＷＢＲは１．５μｍ〜２．２μｍである。
【００８３】
シミュレーションによりテーパー位置に対するしきい値電流密度（Ｊｔｈ）並びに水平及び垂直の光出射角（水平角θｈ、垂直角θｖ）の依存性を計算する。シミュレーション結果の一覧を示す。
テーパー位置、Ｊｔｈ、ＦＦＰの垂直角、ＦＦＰの水平角。
０、        ５．０２、    ２４．３、    １５．４。
１５０、    ５．６７、    ２４．４、    １４．５。
３００、    ６．３３、    ２４．５、    １３．８。
４５０、    ７．０１、    ２４．６、    １２．８。
６００、    ７．５２、    ２４．７、    １１．５。
光出射角（θｈ、θｖ）が大きいことは、強い光閉じ込めを意味する。電流密度は、電極が接触するリッジ上面の面積を用いて計算される。テーパー位置０ｎｍは、図２の（ａ）部に示される構造に対応する。テーパー位置６００ｎｍは、図２の（ｃ）部に示される構造に対応する。テーパー位置をゼロより大きくすることにより、光閉じ込めを調整することが可能である。しかしながら、大きすぎるテーパー位置を大きくすることは、動作電流を増大させる。これらの計算結果の知見より、テーパーの位置を調整することによって、動作電流をあまり大きく増やさすことなく光閉じ込め（水平角θｈ）を調整できる。
【００８４】
本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザ素子１１では、第２III族窒化物半導体領域１７の第１部分１７ａの長さと第２部分１７ｂの長さとの和に対する第２部分１７ｂの長さの比（ＴＨ２／ＨＴ＝Ｒａｔ）は、０．１以上０．９以下の範囲にあることが好ましい。
【００８５】
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１７の第２部分１７ｂの高さはリッジ構造３５の上面３５ａと基準面Ｒｅｆ２との間隔に対して０．１以上の比率であることができる。積層軸（法線軸）Ａｘの方向に延在する側面がリッジ構造の第１部分１７ａにおいて電流閉じ込めに寄与できる。また、この比率が０．１度以上であるとき、光閉じ込めの緩和にある程度寄与できる。リッジ構造側面の傾斜が第２部分１７ｂにおいて０．９度以下であるとき、光閉じ込めへのリッジ構造の寄与を緩和できる。また、この比率が０．９度以下であるとき、電流狭窄にある程度寄与できる。
【００８６】
（実施例３）
図７は、本実施例のリッジ構造を示す図面である。このリッジ構造において、リッジ構造を形成する際のエッチング量（掘り量）ＷＴＨが６００ｎｍであり、リッジ構造の上部分（第１部分１７ａ）の長さＷＴ１が３００ｎｍであり、下部分（第２部分１７ｂ）の長さＷＴ２が３００ｎｍである。リッジ構造の上端幅ＷＴＲは１．５μｍである。リッジ構造の底から活性層の上面との間隔Ｄは１００ｎｍである。この実施例に適用されるエピタキシャル基板の層（屈折率）構造は、図５に示されている。
【００８７】
図８は、本実施例のリッジ構造におけるテーパー角に対するしきい値電流密度（Ｊｔｈ（ｋＡｃｍ−２））及び光出射角（水平、垂直）を示す図面である。テーパー角（０度〜７５度）に応じて、リッジ構造の下端幅ＷＢＲは１．５μｍ〜３．７μｍである。
【００８８】
シミュレーションによりテーパー角度に対するしきい値電流密度（Ｊｔｈ）並びに水平及び垂直の光出射角（θｈ、θｖ）の依存性を計算する。シミュレーション結果の一覧を示す。
テーパー角、  Ｊｔｈ、ＦＦＰの垂直角、ＦＦＰの水平角。
０度、      ５．０２、    ２４．３、    １５．４。
１５度、    ５．７０、    ２４．４、    １４．８。
３０度、    ６．３３、    ２４．５、    １３．８。
４５度、    ７．２０、    ２４．６、    １２．７。
６０度、    ８．７１、    ２４．７、    １１．０。
７５度、  １２．８３、    ２４．７、      ８．８。
テーパー角度０度は、図２の（ａ）部に示される構造に対応する。テーパー角度を大きくすることにより、光閉じ込めを調整することが可能である。しかしながら、大きすぎるテーパー角度は、動作電流を著しく増大させる。これらの計算結果の知見より、テーパーの角度を調整することによって、動作電流をあまり大きく増やさすことなく光閉じ込めを調整できる。
【００８９】
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、第２III族窒化物半導体領域１７の第２部分１７ｂの側面１７ｆと第１部分１７ａの側面１７ｇとの成す角度は、１０度以上６０度以下の範囲にあることが好ましい。
【００９０】
このIII族窒化物半導体レーザ素子によれば、リッジ構造側面の傾斜が第２部分において６０度以下であるとき、動作電流の増加が比較的小さくできる。また、リッジ構造側面の傾斜が第２部分において１０度以上であるとき、光閉じ込めがある程度緩和できる。
【００９１】
（実施例４）
図９は、いくつのかの例示的なリッジ構造を示す図面である。図９の（ａ）部は垂直な側面のみを有するリッジ構造を示し、図９の（ｂ）部は垂直側面及びテーパー側面を有するリッジ構造（テーパー位置３００ｎｍ、テーパー角３０度）を示し、図９の（ｃ）部はテーパー側面のみを有するリッジ構造（テーパー角３０度）を示す。これらの構造において、リッジ構造の高さＨＴとして６００ｎｍを用い、リッジ構造の底と活性層上面との間隔Ｄとして１００ｎｍを用いる。この構造において、しきい値電流密度を同じ値（例えば６．３３（ｋＡ・ｃｍ−２））になるように、リッジ上面幅を計算する。
【００９２】
図１０は、図９に示されたリッジ構造においてｐ型半導体領域の抵抗の増加率Ｒｐ（百分率）並びに水平及び垂直の光出射角（θｈ、θｖ）の依存性を計算する。シミュレーション結果の一覧を示す。
図９における構造、  Ｒｐ、ＦＦＰの垂直角、ＦＦＰの水平角、リッジ上面の幅。
図９の（ａ）部、  ０．００、    ２４．４、    １４．８、１．６６μｍ。
図９の（ｂ）部、  ３．２５、    ２４．５、    １３．８、１．５０μｍ。
図９の（ｃ）部、１２．５０、    ２４．６、    １２．７、１．３４μｍ。
抵抗の増加率Ｒｐは各リッジ構造でのｐ層での抵抗の増加割合である。
【００９３】
図１１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を含む工程フローを示す。図１２〜図１８は、本実施の形態に係る方法における主要な工程を模式的に示す図面である。
【００９４】
図１２の（ａ）部に示されるように、工程Ｓ１０１において基板５１を準備する。この基板５１は、主面５１ａ及び裏面５１ｂを有することができ、主面５１ａは例えば六方晶系のIII族窒化物からなる。この基板５１は、例えばIII族窒化物基板であることができ、III族窒化物基板は例えばＧａＮ基板である。III族窒化物からなる主面５１ａは、例えば半極性面であることができる。図２の（ａ）部を参照すると、III族窒化物基板のｃ軸の方向を例示するためのｃ軸ベクトル（ＶＣ）が示されている。ｃ軸ベクトル（ＶＣ）の向きに、III族窒化物基板のｃ軸Ｃｘは向いている。ｃ軸Ｃｘの傾きは、主面５１ａの法線ＮＶに対する傾斜角ＡＮＧＬＥにより規定される。
【００９５】
図１２の（ｂ）部に示されるように、工程Ｓ１０２では、成長炉１０ａを用いて基板５１の主面５１ａ上に半導体積層５３を形成する。この成長は、例えば有機金属気相成長法、分子線エピタキシー法等で行われることができる。半導体積層５３の表面５３ａは、主面５１ａの面方位に従う。発光素子のための半導体積層５３は、第１III族窒化物半導体領域１３、活性層１５、及びIII族窒化物半導体領域（後の工程でリッジ構造が形成されるIII族窒化物半導体領域であり、本実施例ではこれ以降において符号「１７」として参照する）を含む。工程Ｓ１０３では、第１III族窒化物半導体領域１３を基板５１の主面５１ａ成長する。第１III族窒化物半導体領域１３は、ｎ型バッファ層、ｎ型クラッド層、及びｎ側光ガイド層を含むことができる。工程Ｓ１０４では、第１III族窒化物半導体領域１３の主面上に活性層１５を成長する。活性層１５は、単一量子井戸構造又は多重量子井戸構造を含むことができる。工程Ｓ１０５では、III族窒化物半導体領域１７を活性層１５の主面上に成長する。後に工程で、リッジ構造が形成されるIII族窒化物半導体領域１７は、ｐ型コンタクト層、ｎ型クラッド層、電子ブロック層及びｐ側光ガイド層を含むことができる。
【００９６】
活性層１５は、リッジ構造が形成されるIII族窒化物半導体領域１７と第１III族窒化物半導体領域１３との間に設けられる。第１III族窒化物半導体領域１３のエピ表面の面方位は主面５１ａの面方位に従う。活性層１５のエピ表面の面方位は主面５１ａの面方位に従う。リッジ構造が形成されるIII族窒化物半導体領域１７のエピ表面の面方位は主面５１ａの面方位に従う。
【００９７】
リッジ構造が形成されるIII族窒化物半導体領域１７の成長に先立って、活性層１５が成長される。基板５１の主面５１ａが半極性を示すときは、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。半極性面の利用は長波長の発光波長の活性層の形成を可能にする。また、活性層の発光波長は５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲にあることができる。半極性面の利用は緑領域の発光波長の活性層の形成を可能にする。活性層１５上にIII族窒化物半導体領域１７が成長される。後の工程でIII族窒化物半導体層に施される活性化処理により、良好な特性のｐ型III族窒化物半導体を作製できる。
【００９８】
引き続く工程では、活性化処理が完了したエピタキシャル基板Ｅに、後工程プロセスを適用する。工程Ｓ１０６では、例えばリッジ構造の形成及び電極の形成のためのプロセスが行われる。図１３では、理解を容易にするために、エピタキシャル基板Ｅの全体ではなく、図１３の（ａ）部に示されるようにエピタキシャル基板Ｅにおける一素子の区画の模式図を示す。この実施例では、リッジ構造を形成した後に金属膜を成長するけれども、本実施例におけるリッジの形成は、リッジ構造の形成に先立ってオーミック電極のための金属膜を成長している作製方法にも適用できる。
【００９９】
工程Ｓ１０７では、半導体積層５３上に、リッジを規定するマスクを形成する。マスクは、例えばストライプ形状を成すことができる。マスクのための膜構造５９は、図１３の（ｃ）部に示されるように、リッジ構造形成用の膜構造６１を含み、リッジ構造形成用の膜構造６１は、実施の形態に係るリッジ構造形成のためには複数の層を含むことができる。必要な場合には、マスクのための膜構造５９の形成に際して、リッジ構造形成用の膜構造６１の形成に先だって、リフトオフ用の膜構造６３を形成することができる。このとき、マスクのための膜構造５９は、さらに、リフトオフ用の膜構造６３を含むことができる。リフトオフ用の膜構造６３は、例えばアルミニウム（Ａｌ）膜及びチタン（Ｔｉ）を含み、これらの金属膜は、図１３の（ｂ）部に示されるように、半導体積層５３上に順に成膜される。リフトオフ用の膜構造６３は、無機絶縁膜６５（例えばシリコン酸化膜）を含むことができ、無機絶縁膜６５はリッジ構造形成用の膜構造６１とリフトオフ用の膜構造６３の金属層との間に設けられる。このために、図１３の（ｂ）部に示されるように、リフトオフ用の膜構造６３の金属層Ａｌ、Ｔｉ上に無機絶縁膜６５が堆積される。リフトオフ用の膜構造６３及びリッジ構造形成用の膜構造６１が、半導体積層５３上に順に成膜されて、複合マスクのための膜構造５９が形成される。この膜構造５９上に、リッジ形状を規定するレジストマスクＭ１を形成する。レジストマスクＭ１を用いて、マスクのための膜構造６１、６３にパターン形成する。パターン形成された膜構造５９ａは、リッジ形成用マスク６１ａ及びリフトオフ形成用マスク６３ａを含み、絶縁膜６５が使用される場合には、さらに無機絶縁層６５ａを含む。図１３では、リッジ形成用マスク６１ａ及びリフトオフ形成用マスク６３ａが、四辺形の図形として描かれているが、後の説明から理解されるように、例えばリッジ構造形成用マスク６１ａはこのような形状に限定されない。図１３の（ｆ）部に示されるように、レジストのマスクＭ１を除去して、リッジ形成用マスク６１ａ（本実施例では、複合マスク５９ａ）を完成させる。なお、リフトオフ形成用マスク６３ａをリッジ形成用マスク６１ａと別の工程で作成する様にしても良い。
【０１００】
工程Ｓ１０８では、図１４の（ａ）部に示されるように、リッジ用マスク６１ａを用いて半導体積層５３をエッチングして、以下のような構造を有する第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はリッジ構造３５を含む。半導体積層５３のIII族窒化物半導体領域には、リッジ形成のためのプロセスが、以下の構造を形成するように適用されて、第２III族窒化物半導体領域１７が形成される。形成された第２III族窒化物半導体領域１７は、第１部分１７ａ、第２部分１７ｂ及び第３部分１７ｃを含んでおり、リッジ構造３５は第１部分１７ａ及び第２部分１７ｂを含むと共に、リッジ構造３５は第３部分１７ｃ上に設けられる。第３部分１７ｃの第２面１７ｅは法線軸Ａｘに交差する基準面に沿って延在すると共に、第２部分１７ｂの側面１７ｆは第３部分１７ｃの第２面１７ｅに対して傾斜する。第１部分１７ａの側面１７ｇは法線軸Ａｘの方向に延在する。第１部分１７ａ、第２部分１７ｂ及び第３部分１７ｃは既に説明された構造を有することができる。
【０１０１】
この作製方法によれば、リッジ構造３５が、第１部分１７ａ及び第２部分１７ｂを含むと共に第２III族窒化物半導体領域１７の第３部分１７ｃ上に設けられるように形成される。これ故に、リッジ構造３５は基板主面３９ａの法線軸Ａｘの方向に突出するように形成される。法線軸Ａｘの方向に延在する側面１７ｇを有する第１部分１７ａは、リッジ構造３５が電流を狭窄することを可能にする。第１部分１７ａにおいて、法線軸Ａｘの方向に延在する側面１７ｇは、動作電流の増加の抑制に寄与する。リッジ構造３５が第３部分１７ｃ上に位置し、この第３部分１７ｃの第２面１７ｅが、半極性主面３９ａの法線軸Ａｘに交差する基準面Ｒｅｆ２に沿って延在するように形成される。この基準面Ｒｅｆ２に対して第２部分１７ｂの側面１７ｆが傾斜するようにリッジ構造３５が形成される。このリッジ構造３５では、活性層１５の辺りに伝搬する光が、第２III族窒化物半導体領域１７のリッジ構造３５においては第１部分１７ａの幅より広い幅の第２部分１７ｂを伝搬する。広い幅の第２部分１７ｂは、所望の光閉じ込め性能を可能にする。
【０１０２】
リッジ構造を形成するエッチングの後に、必要な場合には、工程Ｓ１０９において、リッジ形成用マスク５１ａを除去して、リフトオフ用マスク６３ａを残す。引き続く説明では、ここでは、無機絶縁層６５ａを含むリフトオフ形成用マスク６３ａとしてマスク積層ＭＴＬを参照しながら説明を行う。リフトオフ形成用マスク６３ａは、Ａｌ層、Ｔｉ層及び無機絶縁膜を含む。工程Ｓ１１０では、リッジ構造を形成するエッチングの後に、図１４の（ｂ）部に示されるように、リフトオフ用マスク６３ａ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１４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、工程Ｓ１１１では、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。工程Ｓ１１２では、図１４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。既にオーミック金属層が形成されている実施例では、リッジ上面の幅に合わされたオーミック金属層の上面（例えばストライプ形状）が露出される。リフトオフマスクを除去した後に、本実施例ではオーミック金属層がまだ形成されていないので、図１４の（ｅ）部に示されるように、工程Ｓ１１３では、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。工程Ｓ１１４では、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。
【０１０３】
工程Ｓ１１５では、図１５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１５の（ｂ）部に示されるように、工程Ｓ１１６では、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、工程Ｓ１１７では、図１５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。工程Ｓ１１８では、図１５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、工程Ｓ１１９では、図１５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。工程Ｓ１２０では、図１５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。
【０１０４】
図１６は、リッジ形成用マスクを用いるリッジ形成を示す図面である。この図面では、理解を容易にするために、リフトオフ用マスクを適用しない形態を説明するけれども、既に説明した実施例から、当業者は、本実施例にリフトオフ用マスクを適用できる。図１６では、理解を容易にするために、エピタキシャル基板Ｅの全体ではなく、エピタキシャル基板Ｅにおける一素子の区画の模式図を示す。
【０１０５】
図１６の（ａ）部に示されるように、エピタキシャル基板Ｅ上に第１マスク膜７１及び第２マスク膜７３を順に形成する。あるエッチャントに対して、第２マスク膜７３はエッチングされやすく、第１マスク膜７１はエッチングされにくい。第１マスク膜７１は例えばシリコン酸化物であり、第２マスク膜７３は例えばシリコン窒化物である。これらのマスク膜７１、７３を含むマスク積層７５上に、リッジ形状を規定するレジストマスクＭ１を形成する。レジストマスクＭ１を形成した後に、図１６の（ｂ）部に示されるように、マスク積層７５のウエットエッチングを行って、マスク膜７３からほぼ垂直な側面を有する第２マスク７３ａを形成すると共に、マスク膜７１からテーパー形状の側面を有する第１マスク７１ａを形成する。このウエットエッチングにおけるエッチャントは例えばバッファードフッ酸等である。この工程により、複合マスク７５ａが形成される。図１６の（ｃ）部に示されるように、複合マスク７５ａを用いて窒化物積層のドライエッチングを行って、リッジ構造１７を形成する。このドライエッチングは例えば塩素ガス、三塩化ホウ素ガスを用いることができる。このエッチングでは、エッチングの進行に伴って、複合マスク７５ａもエッチングされていく。リッジ構造１７は、複合マスク７５ａにおける第１マスク７１ａのテーパー形状の側面から、リッジのテーパー形状の第２部分１７ｂの側面１７ｆが形成される。また、複合マスク７５ａにおける第２マスク７３ａのほぼ垂直な側面から、第１部分１７ｃの側面１７ｇが形成される。エッチングの掘り量（リッジの深さ）を調整することにより、所望の高さのリッジ構造、テーパー位置及びテーパー角度を実現できる。
【０１０６】
以上説明したように、マスク７５ａは、半導体積層５３上に第１マスク層７１ａと、半導体積層５３と第１マスク層７１ａとの間に設けられた第２マスク層７３ａとを含む。第１マスク層７１ａの材料は第２マスク層７３ａの材料と異なる第２マスク層７３ａはテーパー形状の側面を有する。第２III族窒化物半導体領域１７を形成する工程では、マスク７５ａを用いて、該マスク７５ａの形状を転写するようにIII族窒化物半導体領域をドライエッチングする。このエッチングにおいて、第１マスク層７１ａの幅が、リッジ構造５３に含まれる第１部分１７ａを作製するために利用される。第２マスク層７３ａのテーパー形状が、エッチングにより転写されて、リッジ構造３５に含まれる第２部分１５ｂが作製される。
【０１０７】
図１７は、リッジ形成用マスクを用いるリッジ形成を示す図面である。この図面では、理解を容易にするために、リフトオフ用マスクを適用しない形態を説明するけれども、既に説明した実施例から、当業者は、本実施例にリフトオフ用マスクを適用できる。図１７では、理解を容易にするために、エピタキシャル基板Ｅの全体ではなく、エピタキシャル基板Ｅにおける一素子の区画の模式図を示す。
【０１０８】
図１７の（ａ）部に示されるように、エピタキシャル基板Ｅ上にマスク膜８１を形成する。このマスク膜８１は例えばシリコン酸化物である。このマスク膜８１上に、リッジ形状を規定するレジストマスクＭ１を形成する。レジストマスクＭ１を形成した後に、図１７の（ｂ）部に示されるように、マスク膜８１のエッチングを行って、マスク膜８１かマスク８１ａを形成し、このマスク８１ａはほぼ垂直な側面を有することができる。このエッチングには例えば、四フッ化メタン、トリフルオロメタンを用いたドライエッチング法等が適用されることができ、エッチャントは例えばバッファードフッ酸等である。この工程により、マスク８１ａが形成される。図１７の（ｂ）部及び（ｃ）部に示されるように、マスク８１ａを用いて窒化物積層のドライエッチングを行って、リッジ構造１７を形成する。このドライエッチングは例えば三塩化ホウ素、塩素ガスを用いたドライエッチング法等を用いることができる。図１７の（ｂ）部に示されるように、第１のエッチングでは、マスク８１ａをエッチングできるガスを添加しながら窒化物層のエッチングを行う。マスク８１ａの幅は小さくなりながら窒化物のエッチングが進行するので、エッチングされる窒化物にはテーパー形状が形成される。次いで、第２のエッチングでは、図１７の（ｃ）部に示されるように、マスクをエッチングできるエッチャントガスの供給を停止して、異方性エッチングにより窒化物のエッチングを行ってほぼ垂直な側面を窒化物に形成する。これらのエッチングの実施により、２段階構造のリッジを形成できる。第１のエッチングでは、エッチャントとして水酸化テトラメチルアンモニウムを用いることができ、続く第２のエッチングでは、エッチャントとして水酸化ナトリウムを用いることができる。第１のエッチングでは、窒化物だけでなくマスク８１ａをエッチングされるような低い異方性又は等方性のエッチャントを用いると、エッチングされた窒化物には、テーパー形状の側面が形成される。第１のエッチングの後に行われる第２のエッチングでは、第１のエッチングよりも高い異方性を示すエッチング法を用いることができる。第１のエッチング条件としては例えば三塩化ホウ素、塩素ガスを用いたドライエッチング法等で、傾斜をつけるためにマスクエッチングの添加ガスとして四フッ化メタン、トリフルオロメタンを用いることができる。第２のエッチング条件としては例えばマスクエッチングガスを添加しない三塩化ホウ素、塩素ガスを用いたドライエッチング法等を用いることができる。第１のエッチングの進行に伴って、複合マスク８１ａがエッチングされていく。リッジ構造１７は、第１のエッチングにおいて、リッジの第２部分１７ｂの側面１７ｆのためのテーパー形状が形成される。また、第２のエッチングにおいて、形成されたテーパー形状を保ちながら、異方的なエッチングを行って第２部分１７ｂ及び第１部分１７ｃを完成させる。第１及び第２のエッチングにおける掘り量（リッジの深さ）を調整することにより、所望の高さのリッジ構造、テーパー位置及びテーパー角度を実現できる。
【０１０９】
リッジ形状を変化させる手法として、ＩＣＰ−ＲＩＥ法でエッチングを行うに際して窒化物エピタキシャル層のエッチングに、マスクをエッチングできるエッチングガスを添加することにより、添加量に応じて、加工対象物の側面にテーパー角を形成できる。具体的に説明すると、最初にマスクのエッチングガスを少量添加して、テーパー角のあるリッジ部分を形成する。その後、添加ガスを止めて、垂直加工のためのエッチングを行ってテーパー角のないリッジ部分を形成する。これらの２つエッチングの組み合わせすることで、テーパー形状を有する二段形状のリッジ構造を形成できる。
【０１１０】
以上説明したように、第２III族窒化物半導体領域１７を形成する工程は、マスク８１ａを用いて、エッチャントによるエッチングによりマスク８１ａのマスク幅が小さくなるようにIII族窒化物半導体領域のエッチングを行って、テーパー形状の第１半導体部を形成する。この第１半導体部を形成した後に、エッチングされたマスク８１ａを用いて、残りのIII族窒化物半導体領域の異方的エッチングを行って、第１半導体部に繋がるように第２半導体部を形成する。この作製方法によれば、III族窒化物半導体領域及びマスク８１ａがエッチングされて、テーパー形状を有するように第１半導体部が形成される。テーパー形状を形成した後に、テーパー形状が保たれるようにIII族窒化物半導体領域の異方的エッチングを行って、第１半導体部に繋がるように第２半導体部を形成する。これ故に、これらの工程に後に、第１部分１７ａ及び第２部分１７ｂを含むリッジ構造３５が作製される。
【０１１１】
図１８は、リッジ形成用マスクを用いるリッジ形成を示す図面である。この図面では、理解を容易にするために、リフトオフ用マスクを適用しない形態を説明するけれども、既に説明した実施例から、当業者は、本実施例にリフトオフ用マスクを適用できる。図１８では、理解を容易にするために、エピタキシャル基板Ｅの全体ではなく、エピタキシャル基板Ｅにおける一素子の区画の模式図を示す。
【０１１２】
図１８の（ａ）部に示されるように、エピタキシャル基板Ｅ上にマスク膜９１を形成する。このマスク膜９１は例えばシリコン酸化物である。このマスク膜９１上に、リッジ形状を規定するレジストマスクＭ１を形成する。レジストマスクＭ１を形成した後に、図１８の（ｂ）部に示されるように、マスク膜９１のエッチングを行って、マスク膜８１かマスク９１ａを形成し、このマスク９１ａはほぼ垂直な側面を有することができる。このエッチングにおけるエッチャントは例えばバッファードフッ酸等である。この工程により、マスク９１ａが形成される。図１８の（ｂ）部及び（ｃ）部に示されるように、マスク９１ａを用いて窒化物積層のドライエッチング及びウエットエッチングを行って、リッジ構造１７を形成する。第１のエッチングでは、図１８の（ｂ）部に示されるように、ドライエッチングを行う。このドライエッチングは例えば三塩化ホウ素、塩素ガスを用いたドライエッチング法を用いることができる。続く、第２のエッチングでは、図１８の（ｃ）部に示されるように、ウエットエッチングを行う。エッチャントとして水酸化ナトリウム、水酸化テトラメチルアンモニウムを用いることができる。リッジ構造１７は、第２のエッチングにおいてリッジの第１部分１７ａの側面１７ｇが形成され、第２のエッチングにおいてテーパー形状を有する第２部分１７ｂの側面１７ｆが形成される。第１及び第２のエッチングの程度における掘り量（リッジの深さ）を調整することにより、所望の高さのリッジ構造、テーパー位置及びテーパー角度を実現できる。
【０１１３】
リッジ形状を変化させる手法として、最初に、ＩＣＰ−ＲＩＥ法で垂直な側面を有するように窒化物のエッチングを、テーパー角を付けたい場所まで実施する。この後に、ウエットエッチングにより窒化物の化学的エッチングを行うことにより、その結晶面に応じたテーパー角を形成したリッジ構造を形成できる。エッチング溶液として、ＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）などの溶液を用いることができる。
【０１１４】
以上説明したように、第２III族窒化物半導体領域１７を形成する工程は、マスク９１ａを用いてIII族窒化物半導体領域の異方的エッチングを行って上部半導体部を形成する。この後に、マスク９１ａを用いて、残りのIII族窒化物半導体領域のウエットエッチングを行って、テーパー形状の下部半導体部を形成する。この作製方法によれば、III族窒化物半導体領域の異方的エッチングを行って上部半導体部を形成するので、この上部半導体部はほぼ垂直な側面を有する。上部半導体部を形成した後に、残りのIII族窒化物半導体領域のウエットエッチングを行って下部半導体部を形成するので、上部半導体部のサイドエッチングが生じると共に、テーパー形状の下部半導体部も形成される。これらの工程に後に、第１部分１７ａ及び第２部分１７ｂを含むリッジ構造３５が作製される。
【０１１５】
（実施例５）
まず、ｎ−ＧａＮバッファ層、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層、ｎ−ＩｎＧａＮガイド層、ＩｎＧａＮ活性層、ｐ−ＡｌＧａＮ電子ブロック層、ｐ−ＩｎＧａＮガイド層、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層、ｐ−ＧａＮコンタクト層をＧａＮ基板の半極性面上に順にエピタキシャル成長して、レーザ構造のエピタキシャルウエハを作製する。このエピタキシャルウエハをＮ２雰囲気の中で、２分間の活性化アニールを摂氏８８０度で行う。次いで、エピタキシャルウエハ上に、リッジ形成のためのマスク及びリフトオフ用マスク（ＳｉＯ２／Ｔｉ／Ａｌ、３００ｎｍ／５０ｎｍ／１００ｎｍ）を形成する。リフトオフ用マスクとして、ＳｉＯ２／Ｔｉ／Ａｌ（３００ｎｍ／５０ｎｍ／１００ｎｍ）膜を真空蒸着炉にて蒸着する。その上に、２μｍ幅のパターンを有するリッジ形成用レジストマスクを形成する。このマスクを用いて、リッジ用マスク膜を加工した後にＩＣＰ−ＲＩＥ法でエッチャントＣＨＦ３ガスのエッチャントでシリコン酸化膜をエッチングする。同じくＩＣＰ−ＲＩＥ法により、レジスト／シリコン酸化膜をマスクにして、エッチャントＢＣｌ３及びＣｌ２ガスにより、Ｔｉ／Ａｌ／窒化物層をエッチングする。次に蒸着するシリコン酸化膜が犠牲層であるＡｌ層にコートされないように、Ａｌ層に塩酸によりサイドエッチングを形成する。その後に、埋め込み用となる厚さ３００ｎｍから４００ｎｍのシリコン酸化物の堆積を電子ビーム蒸着により形成する。この蒸着の後に、リフトオフのために塩酸でエッチングして、リッジ上面上に位置するシリコン酸化物の堆積物を除去する。続いて、ｐ側電極を蒸着するために、リッジ上面に開口を有するレジストマスクを作成し、この後にｐ側電極（厚さ３０ｎｍのＰｄ）を真空蒸着炉にて蒸着する。その後に、レジストマスクを用いたリフトオフによりｐ側電極を形成する。次いで、ｐ−パッド形成するために、リフトオフ用のレジストマスクを形成し、この後に、パッド構造のために金属層（Ａｕ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｐｔ／Ｔｉ、３００／３０／４５０／３０／２０ｎｍ）を真空蒸着にて蒸着して、リフトオフによりパッド電極を形成する。これらの表面プロセスが終了したら、エピタキシャルウエハの裏面を厚さ８０μｍに研磨して、研磨のダメージ層を除去するために、研磨した裏面をＩＣＰ−ＲＩＥ法でエッチング（エッチャント：ＢＣｌ３、Ｃｌ２）を行う。研磨のダメージ層を除去した後に、ｎ側電極のための金属層（Ａｕ／Ｔｉ／Ａｌ、６００／５０／５０ｎｍ）を真空蒸着炉を用いて蒸着する。これらのウエハプロセスが終了した後に、チップ形成を行う。チップ形成では、レーザスクライブを入れ、基板生産物を分離してレーザバーを形成し、さらに２次分離によりレーザバーからレーザチップを形成する。
【０１１６】
リッジ形状のための手法は、上記のものに限定されることなく、例えば以下のような方法を使用できる。例えば、リッジ形状を変化させる手法として、テーパー角を付けたい部分でＩＣＰ−ＲＩＥ法のエッチング条件を変化させる。例えばエッチングのＲＦパワーを弱くする化学的エッチングが強くなり、テーパー角が付きやすくなる。また、エッチング中のチャンバ圧力を高くする物理的エッチングが弱くなり、テーパー角が付きやすくなる。これらの少なくとも一つについてエッチング条件をリッジ加工の途中で変更することにより、２段形状のリッジ構造を形成できる。
【０１１７】
また、リッジ形状を変化させる手法として、半極性面上に成長したエピタキシャル膜を利用する。例えばＩＣＰ−ＲＩＥ法で半極性の表面を有するエピタキシャル層のエッチングを行う際に、その結晶面に応じたテーパー角を形成できる。
【０１１８】
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】
【０１１９】
以上説明したように、本実施の形態によれば、動作電流の増加を抑制しながら、所望の光閉じ込め性能を得ることが可能な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】
【０１２０】
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、１７ａ…第１部分、１７ｂ…第２部分、１７ｃ…第３部分、１７ｆ、１７ｇ…側面、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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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