(57)【要約】【課題】  ＣＯＤレベルを高くでき、かつ寿命の長い窒化物半導体レーザ素子を提供する。【解決手段】  窒化物半導体基板の主面上に第１導電型の窒化物半導体層と、Ｉｎを含有する活性層と、第１導電型とは異なる導電型をした第２導電型の窒化物半導体層と、第２導電型の窒化物半導体層にストライプ状のリッジ部とを備えてなる窒化物半導体レーザ素子において、窒化物半導体基板の主面のうち、少なくともリッジの直下に位置する第１の領域は、基準結晶面に対して傾いたオフ面であり、かつ活性層は、Ｉｎを含む井戸層と複数の障壁層を含み、その複数の障壁層のうちの少なくとも１つは、ＧａＮにより構成する。【選択図】図１Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体基板の主面上に第１導電型の窒化物半導体層と、Ｉｎを含有する活性層と、第１導電型とは異なる導電型をした第２導電型の窒化物半導体層と、前記第２導電型の窒化物半導体層にストライプ状のリッジ部とを備えてなる窒化物半導体レーザ素子において、
前記窒化物半導体基板の主面のうち、少なくとも前記リッジの直下に位置する第１の領域は、基準結晶面に対して傾いたオフ面であり、かつ前記活性層は、Ｉｎを含む井戸層と複数の障壁層を含み、その複数の障壁層のうちの少なくとも１つは、ＧａＮからなることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記活性層において、前記Ｉｎを含む井戸層の上下の障壁層がＧａＮからなる請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記活性層において、前記複数の障壁層が全てＧａＮからなる請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記リッジの長手方向と、前記基準結晶面に対する前記オフ面の最大傾斜方向とが略平行である請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記基準結晶面は、（０００１）面、（１１−２０）面及び（１−１００）面からなる群から選択された１つの結晶面である請求項１〜４のうちのいずれか１つに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記窒化物半導体基板の主面のうちの前記第１の領域を除く第２領域に、第１の領域のオフ面とは異なる結晶成長面を有する請求項１〜５のうちのいずれか１つに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記第１の領域のオフ面とは異なる結晶成長面は、（０００−１）面から傾いた第２オフ面である請求項６に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記第２オフ面は、互いに平行にストライプ状に形成されている請求項７に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項９】
前記オフ面の基準結晶面に対するオフ角は、０．１°以上０．７°以下である請求項１〜８のうちのいずれか１つに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１０】
窒化物半導体基板の主面上に第１導電型の窒化物半導体層と、Ｉｎを含有する活性層と、第１導電型とは異なる導電型をした第２導電型の窒化物半導体層と、前記第２導電型の窒化物半導体層にストライプ状のリッジ部とを備えてなる窒化物半導体レーザ素子において、
前記レーザ素子の特性温度Ｔ０が３５０以上である窒化物半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｉｎを含有する活性層を備えた窒化物半導体レーザ素子に関し、特に窒化物半導体基板を用いることで素子特性が良好である窒化物半導体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ等の窒化物半導体から成るレーザ素子は発振波長を３７０ｎｍ以下の紫外域から５００ｎｍ以上の波長域までの広範囲で利用可能である。このような窒化物半導体レーザ素子を形成する基板の製造方法にはＥＬＯＧ（Epitaxially Lateral Overgrowth）法と呼ばれるラテラル成長を利用するものがある。
【０００３】
ＥＬＯＧ法は、周期的なストライプ状の開口部をもつＳｉＯ２マスクパターンを形成した下地基板の上に、ＧａＮをラテラル成長させてＧａＮ層を形成した後、下地基板を除去することでＧａＮ層のみから成るＧａＮ基板を製造するものである。このような方法で作製された基板において、ラテラル成長した領域のＧａＮは低転位領域となる。この低転位領域のＧａＮの結晶性が良好であるため、該ＧａＮを基板として使用すれば窒化物半導体レーザ素子の寿命特性を向上させることができる。
【０００４】
また、窒化物半導体レーザ素子にはよりいっそうの素子特性の向上が要求されている。そのため、前記窒化物半導体基板は、基板自身の低転位化のみならず、良好な結晶性を有する窒化物半導体層を成長させることが可能な窒化物半導体基板である必要がある。特許文献１には窒化物半導体基板にオフ角を形成する記載がある。六方晶系の窒化物系半導体からなる窒化物系半導体基板の（０００１）面から所定の方向に１°以上２０°以下でオフ角を形成するものである。
【特許文献１】特開２００２−１６０００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載がある窒化物半導体基板を使用した場合であっても、ＣＯＤレベルや寿命はまだ十分ではない。
【０００６】
そこで、本発明は、ＣＯＤレベルを高くでき、かつ寿命の長い窒化物半導体レーザ素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の目的を達成するために、本発明に係る窒化物半導体レーザ素子は、窒化物半導体基板の主面上に第１導電型の窒化物半導体層と、Ｉｎを含有する活性層と、第１導電型とは異なる導電型をした第２導電型の窒化物半導体層と、前記第２導電型の窒化物半導体層にストライプ状のリッジ部とを備えてなる窒化物半導体レーザ素子において、
前記窒化物半導体基板の主面のうち、少なくとも前記リッジの直下に位置する第１の領域は、基準結晶面に対して傾いたオフ面であり、かつ前記活性層は、Ｉｎを含む井戸層と複数の障壁層を含み、その複数の障壁層のうちの少なくとも１つは、ＧａＮからなることを特徴とする。
【０００８】
ここで、基準結晶面とは、オフ角によって定義されるオフ面の基準となる結晶面であって、ミクロで見るとオフ面においては、一定の巾の複数の基準結晶面が原子レベルでステップを形成している。ここで、本明細書において、オフ面に現れる一定の巾の基準結晶面の間に縦に現れる原子面を段差面という。
【０００９】
また、Ｉｎを含有する活性層とは、少なくともＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）から成る層を有しており、単一量子井戸構造、又は多重量子井戸構造とするものである。
【００１０】
さらに、窒化物半導体とは、一般式をＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表される材料をいう。また、第１導電型をｎ型とすれば、第２導電型はｐ型を示す。また第１導電型をｐ型とすれば、第２導電型はｎ型を示す。また、窒化物半導体に対するｎ型不純物として、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｏがあり、ｐ型不純物として、Ｍｇ、Ｚｎ等がある。
【００１１】
以上のように構成された本発明に係る窒化物半導体レーザ素子において、前記オフ面上の窒化物半導体は、オフ面の段差を起点として基準結晶面上に横方向成長されることにより形成されているので、均一な組成分布を持っている。すなわち、段差を起点として基準結晶面上に横方向成長させると、基準結晶面上に縦方向に成長させた場合に生じるアイランド成長と呼ばれる不均一な成長が抑えられ、均一な組成分布を持った窒化物半導体の成長が可能となる。また、オフ角を有していない（ステップの無い）基準結晶面上に窒化物半導体を成長させるとアイランド成長により窒化物半導体層の表面に凹凸が生じるが、窒化物半導体基板のオフ面上に窒化物半導体を成長させると、アイランド成長が抑制されることから、各窒化物半導体成長層の表面に生じる凹凸を抑制できる。
【００１２】
これによって、窒化物半導体基板上に複数の窒化物半導体層を形成した後に成長される活性層の組成不均一が防止でき、高い信頼性を有する窒化物半導体レーザ素子の構成が可能になる。
特に、Ｉｎを含む活性層は、組成不均一が生じ易いが、本発明の構成によれば、組成が均一なＩｎを含む活性層を形成することが可能となり、特に、発振波長が３６５ｎｍ以下の紫外領域から５００ｎｍ以上の長波長領域に至る範囲の発光が可能であり、特に活性層におけるＩｎ組成晶が５％を越える窒化物半導体層の組成分布を均一化することができる。
【００１３】
これに加え、本発明に係る窒化物半導体レーザ素子では、活性層がＩｎを含む井戸層と複数の障壁層を含んでおり、そのうちの少なくとも１つがＧａＮで構成されているので、ＣＯＤレベルを高くでき、しかも寿命を長くできる。
【００１４】
また、本発明に係る窒化物半導体レーザ素子において、前記活性層は、前記Ｉｎを含む井戸層のうちの少なくとも１つの井戸層の上下に接している２つの障壁層がＧａＮからなっていることが好ましく、より好ましくは、前記複数の障壁層を全てＧａＮとする。このようにすると、よりＣＯＤレベルを高くでき、より寿命を長くできる。また、特性温度を高くすることができる。その理由の１つには、ｐ側半導体層に流れるキャリアのオーバーフローを防止していることがある。これは、Ｉｎを含む井戸層の上下層をＧａＮから成る障壁層で挟むことで効果が増大する。
【００１５】
さらに、本発明に係る窒化物半導体レーザ素子では、ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなるｎ型クラッド層を含み、ｘが０．０４以上に設定されているとＦＦＰ−Ｙ幅の減少及びしきい値電流の上昇を抑えることができる。
【００１６】
また、本発明に係る窒化物半導体レーザ素子において、前記リッジの長手方向と、前記基準結晶面に対する前記オフ面の最大傾斜方向とが略平行であることが好ましい。
尚、前記リッジの長手方向と前記最大傾斜方向とが略平行であるから、それらが多少の角度をなしていても良い。
【００１７】
本発明の窒化物半導体レーザ素子において、前記基準結晶面は、（０００１）面、（１１−２０）面、又は（１−１００）面のいずれかであることが好ましく、これによって窒化物半導体基板と窒化物半導体層との界面から発生する転位を低減させることができる。また、このような面を基準結晶面として選択すると、ウェハーからチップ化する工程における劈開を再現性よく行うことができる。
【００１８】
また、本発明では、前記窒化物半導体基板の主面のうちの前記第１の領域を除く第２領域に、第１の領域のオフ面（第１オフ面）とは異なる結晶成長面を有していてもよい。このようにオフ面とは異なる結晶成長面を有することにより、窒化物半導体基板に発生する応力や歪みを抑制することができる。この第１オフ面とは異なる結晶成長面は、例えば、（０００−１）面、（１１−２０）面、（１０−１５）面、（１０−１４）面、（１１−２４）面等を基準結晶面とする第２オフ面である。さらに、この第２オフ面は、互いに平行にストライプ状に形成されていてもよい。
【００１９】
また、本発明の窒化物半導体レーザ素子において、前記窒化物半導体基板の主面は、前記第１オフ面と前記第２オフ面を略平行に交互に有することが好ましく、これにより、窒化物半導体基板内の応力を緩和させる作用がはたらくため、該基板上に応力緩和層を形成することなく窒化物半導体層を成長させることができる。更に好ましくは、前記第２の領域は（０００−１）面とする。
【００２０】
本発明の窒化物半導体レーザ素子において、前記窒化物半導体基板の主面におけるオフ角は、０．１０°以上０．７°以下であることが好ましい。この範囲でオフ角であると、波長が３６５ｎｍ以下の紫外領域から５００ｎｍ以上の長波長領域に至る範囲で素子特性を向上させることができる。
【００２１】
また、前記オフ角を０．１５°以上０．６°以下とすれば、活性層におけるＩｎ組成晶が５％を越える窒化物半導体層の組成分布を均一化することができる。マイクロＰＬでリッジ、又はチップ内を観察したときに、上記に示す範囲でオフ角を有する窒化物半導体基板上に成長させた窒化物半導体層内の活性層のＩｎ組成のゆらぎは抑制されている（図６）。又、オフ角を有さない窒化物半導体基板上に成長させた窒化物半導体層内の活性層のＩｎの組成ゆらぎは大きい（図７）。これは、リッジのストライプ方向に対して垂直方向に活性層の平面領域である１００μｍ〜４００μｍを測定したものである。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように構成された本発明に係る窒化物半導体レーザ素子は、オフ基板である窒化物半導体基板を用いて構成されていることから、その上に成長される窒化物半導体層の組成分布、例えば、比較的多くのＩｎを含む活性層であっても結晶性やＩｎ含有量を均一にすることができる。これにより、広範囲の波長帯において長寿命の素子を構成できる。また、本発明ではさらに、障壁層の少なくとも１つをＧａＮにより構成しているので、ＣＯＤレベル及び特性温度を高くでき、一層長寿命の素子とできる。
【００２３】
また、本発明の窒化物半導体レーザ素子は、窒化物半導体基板を用いているので、容易に基板に導電性を付与でき、第１の主面側に窒化物半導体を介して一方の電極を形成し、他方の主面は他方の電極を形成した対向電極構造をした窒化物半導体レーザ素子とすることができる。このように、対向電極構造にすると、大電流を投入することが可能となり、高出力発振をすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照しながら、本発明に係る実施の形態１の窒化物半導体レーザ素子について説明する。
【００２５】
実施の形態１．
本発明に係る実施の形態１の窒化物半導体レーザ素子は、窒化物半導体基板の一方の主面（第１の主面）上に、第１導電型の窒化物半導体層と、Ｉｎを含有する活性層と、第１導電型とは異なる導電型をした第２導電型の窒化物半導体層とを備え、その第２導電型の窒化物半導体層にリッジが形成されてなる窒化物半導体レーザダイオードであって、以下のような特徴を有している。
【００２６】
第１に、本発明に係る実施の形態１では、窒化物半導体基板において、窒化物半導体層が形成される第１の主面が基準結晶面に対して微少角（オフ角）だけ傾いたオフ面となっている。
第２に、活性層がＩｎを含む井戸層と複数の障壁層とを含んでおり、その複数の障壁層のうちの少なくとも１つは、ＧａＮからなっている。
以上のように構成された実施の形態１の窒化物半導体レーザ素子は、ＣＯＤレベルを高くでき、かつ寿命を長くできる。
尚、本発明において、よりＣＯＤレベルを高くし、寿命を長くするために複数の障壁層の全てがＧａＮにより構成されていることが好ましい。
【００２７】
また、障壁層をＧａＮで構成すると、ＦＦＰ−Ｙ幅が減少し、閾値電流が上昇する傾向にあるが、ＡｌｘＧａ１−ｘＮからなるｎ型クラッド層を含み、そのｎ型クラッド層のＡｌ組成比ｘを、ｘ≧０．０４に設定することにより、ＦＦＰ−Ｙ幅が減少及び閾値電流の上昇を抑えることができる。
【００２８】
さらに、窒化物半導体基板では、その製造方法に起因して、所定の幅のオフ面が第１の主面に互いに平行に形成されているものもあるが、そのような基板を用いる場合、窒化物半導体基板の第１の主面のうち、少なくともリッジの直下に位置する第１の領域が基準結晶面に対して傾いたオフ面となっていればよい。この構成では、リッジの長手方向をオフ面の長手方向と一致させ、基準結晶面に対するオフ面の最大傾斜方向とがリッジが形成される方向を略一致させることが好ましい。また、オフ面の基準結晶面に対するオフ角は、０．０２°以上５°以下、好ましくは０．１°以上０．７°以下、更に好ましくは０．１５°以上０．６°以下である。
【００２９】
また、本発明において、基準結晶面として、（０００１）面、（１１−２０）面及び（１−１００）面などがあり、典型的なものとしては、基準結晶面として（０００１）面が選択される。
【００３０】
図１Ａは、六方晶である窒化物半導体の（０００１）面を基準結晶面とし、主面がその基準結晶面に対してオフ角θａだけ傾いているオフ基板を結晶の方向により示した図である。
図１Ａにおいて、［１−１００］方向と［１１−２０］方向を含む面が（０００１）面であり、［０００１］方向と［１１−２０］方向を含む面をＭ面とすると、［１−１００］方向と［０００１］方向とを含む面がＡ面である。本実施の形態１の窒化物半導体基板においては、主面は（０００１）面に対してオフ角θａだけ傾いており、主面の最大傾斜方向と［１−１００］方向とがθａの角度をなしている。
【００３１】
図１Ｂは、主面がＣ面に対してθａだけ傾いた窒化物半導体基板１０１を用いて作製した窒化物半導体レーザ素子の構成を示す斜視図である。
この窒化物半導体レーザ素子は、ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層とによってＩｎを含有する活性層を挟んだ分離光閉じ込め型構造を有しており、その活性層はＩｎを含む井戸層と複数の障壁層を含み、その複数の障壁層のうちの少なくとも１つは、ＧａＮからなっている。尚、分離光閉じ込め型構造は、ＳＣＨ（Separate Confinement Heterostructure）とも呼ばれる。すなわち、この構造は、活性層よりバンドギャップの大きい光ガイド層を活性層の上下に備えることで光の導波路を構成するものである。
【００３２】
以下、本発明に係る実施の形態１の窒化物半導体レーザ素子の製造方法について説明するが、本発明は以下に限定されるわけではない。
本製造方法では、まず、主面が基準結晶面に対してθａだけ傾いた主面（オフ面）を有する窒化物半導体基板を作製する。
【００３３】
（第１の工程）
以下、オフ角を有する窒化物半導体基板１０１を作製する方法の一例を示す。
本方法では、まず、窒化物半導体と異なる材料であるサファイアやＳｉＣ、ＧａＡｓ等の異種基板を準備する（図３Ａ）。異種基板１０の主面は、作製される窒化物半導体基板の基準結晶面が（０００１）面、（１１−２０）面、又は（１−１００）面になるように選択する。
オフ角を有する窒化物半導体基板１０１を作製する、最も簡易かつ確実な方法は、予め前記異種基板１０に所望のオフ角を形成した後、その上に窒化物半導体１００を成長させる方法である。この方法では、異種基板上に成長させる窒化物半導体１００に異種基板からオフ角を引き継がせて、オフ基板とする方法である。
ここで、異種基板として、サファイア基板やＧａＡｓ基板以外に、ＳｉＣ基板、Ｓｉ基板、スピネル基板、ＳｉＯ２基板、ＳｉＮ基板、ＺｎＯ基板等を用いることもできる。
【００３４】
この方法では、オフ角を有する異種基板１０のオフ面（主面）上に、気相成長法を利用してＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）から成るバッファ層を成長する（バッファ層は図示しない）。バッファ層の成長温度は９００℃以下とする。前記バッファ層を成長させた後、ＥＬＯ法や選択成長法などを用いて転位を低減させた窒化物半導体１００を成長させる（図３Ｂ）。前記窒化物半導体１００の膜厚は５０μｍ以上１０ｍｍ以下とするが、好ましくは１００μｍ以上１０００μｍ以下とする。この範囲であれば、後工程でのオフ角の形成を容易にすることができる。また窒化物半導体１００の膜厚が５０μｍ未満であれば後工程でのハンドリングが困難となる。前記気相成長法は、ＭＯＣＶＤ法やＨＶＰＥ法、その他にはＭＢＥ法等がある。また、本実施形態における窒化物半導体基板には、超臨界流体中で結晶育成させる水熱合成法、その他には高圧法、フラックス法、溶融法等で形成されるバルク単結晶を用いても良い。
【００３５】
窒化物半導体１００は、少なくとも各窒化物半導体素子のリッジ部が形成される領域が転移の少ない領域となっていれば、転位が面内で周期的に分布していてもよい。例えば、前記ＥＬＯ法を用いて低転位密度領域と高転位密度領域とが交互にストライプ状に形成されたものであってもよい。転位が面内で周期的に分布していれば、内部に発生する応力を緩和させる作用がはたらくため、該窒化物半導体を基板とすれば、該基板上に応力緩和層を形成することなく窒化物半導体素子を膜厚５μｍ以上で積層することが可能となる。
【００３６】
前記ＥＬＯ法の具体例としては、窒化物半導体層を２段階成長させるものがある。この方法は、異種基板上にバッファ層を介して第１の窒化物半導体を凹凸形成する。その後、第２の窒化物半導体を再成長させる方法である。ここで、前記低転位密度領域とは単位面積当たりの転位数が１×１０７／ｃｍ２以下、好ましくは１×１０６／ｃｍ２以下である。高転位密度領域とは前記低転位密度領域よりも転位密度が高い領域であればよい。これらの転位測定はＣＬ観察やＴＥＭ観察等で行う。
【００３７】
ＥＬＯ法では、第１の主面上に形成される低転位密度領域が（０００１）面であれば、高転位密度領域は（０００１）面と異なる結晶成長面である（０００−１）面や（１１−２０）面、（１０−１４）面、（１１−２４）面となる。このように部分的に結晶成長面が異なる面を含む窒化物半導体基板では、該基板に発生する応力や歪みを抑制することができる。
【００３８】
異種基板上に窒化物半導体層を形成した後、成長基板として用いた異種基板を研磨、研削、電磁波照射（エキシマレーザー照射等）、又はＣＭＰ等により除去して、単体の窒化物半導体１００を取り出す（図３Ｃ）。窒化物半導体の成長面を第１の主面としており、異種基板１０を除去することで露出した窒化物半導体の露出面側は第２の主面となる。
尚、本発明において、窒化物半導体基板は、単一の窒化物半導体のみとすることが好ましいが、異種材料を全体的、又は部分的に残しても良い。例えば、窒化物半導体層が比較的薄い場合には、その薄い層を補強するために、異種基板を残してもよい。また、その補強は、異種基板を一面に残すのではなく、格子状に残してもよい。
さらに、また、窒化物半導体は、ＧａＮ系化合物半導体の他に、ＧａＡｓ系化合物半導体やＺｎＯ系化合物半導体を内部に挟んだものや、交互に積層したものであってもよい。  
【００３９】
以上のようにすると、異種基板上に成長された窒化物半導体１００が異種基板からオフ角を引き継いで、オフ基板となる。
【００４０】
また、本発明では、オフ角のついていない面を微少傾斜が付くようにエッチングをすることにより、オフ面としてもよい。
具体的には、窒化物半導体１００の第１の主面上に、膜厚が所望のオフ角と等しい傾斜を有する（膜厚分布を有する）マスク２０を形成した後、エッチングを行う方法である。この方法では、エッチング方法としてドライエッチング法を用いることがオフ角を容易に制御することができるため好ましい。すなわち、まず窒化物半導体基板上に形成されたマスクをエッチングにより除去し、その後に表面に露出した窒化物半導体基板の第１の主面もエッチングを行う。窒化物半導体基板の第１の主面は、マスクの膜厚によりエッチング時間が異なるため、マスクの膜厚傾斜に対応したオフ角が形成される（図３Ｄ）。
【００４１】
その他のオフ角の作製方法としては、窒化物半導体基板の第１の主面を研磨や研削、レーザー照射によって表面処理する方法がある。また、オフ角の作製方法にはバルクの窒化物半導体基板をワイヤーソーで切り出すことで第１の主面を形成する方法がある。
【００４２】
前記窒化物半導体１００の表面をウェットエッチング、ドライエッチング、又はＣＭＰ処理をすることで、第１の主面は任意のオフ角を形成することができる。ドライエッチングにはＲＩＥ（反応性イオンエッチング）、ＲＩＢＥ（反応性イオンビームエッチング）、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）、ＩＣＰ（高周波誘導結合プラズマ）、ＦＩＢ（収束イオンビーム）等がある。
【００４３】
以上のいずれかの方法により作製された窒化物半導体を本実施形態１における窒化物半導体基板１０１とすることができる。このような窒化物半導体基板１０１を用いて窒化物半導体レーザ素子を形成することで、該基板上に成長させた窒化物半導体層には、各層内にかかる応力を抑制しており、劈開時におけるダメージに耐えることが可能となる。
【００４４】
前記窒化物半導体基板１０１としては、ＩＩＩ族元素であるＢ、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ等と窒素との化合物であるＧａＮ、ＡｌＮ、その他に３元や４元の混晶化合物であるＡｌＧａＮやＩｎＡｌＧａＮがある。また前記窒化物半導体基板は、ｎ型不純物やｐ型不純物を含有するものが好ましい。前記ｎ型不純物、又はｐ型不純物の不純物濃度は、１×１０１７ｃｍ−３〜１×１０２０ｃｍ−３である。
【００４５】
また前記第１の主面は、（０００１）面からなる第１の領域と、少なくとも第１の領域と異なる結晶成長面を含む第２の領域とを備えていてもよい。前記窒化物半導体基板１０１の少なくとも第１領域の転位密度は１×１０６／ｃｍ２以下、好ましくは５×１０５／ｃｍ２以下である。この低転位領域の上部にリッジを形成し導波路領域を有することで寿命特性を向上させることができる。また前記窒化物半導体基板は、２軸結晶法による（０００２）回折Ｘ線ロッキングカーブの半値幅（Full Width at Half Maximum）が２分以下、好ましくは１分以下である。
尚、本明細書において、面指数を表す括弧内のバー（−）は、後ろの数字の上に付すべきバーを表すものとする。また窒化物半導体基板の外周形状は特に限定されず、ウェハー状であっても、矩形状等であってもよい。ウェハー状である場合には、１インチ以上、好ましくは２インチ以上のサイズとする。
【００４６】
（第２の工程）
次に、オフ角を有する窒化物半導体基板１０１の第１の主面上に窒化物半導体層２００を成長させる（図４Ａ）。図４は、クラック防止層等の下層２１０の上に形成されるｎ側クラッド層２０３〜ｐ側クラッド層２０８を、一括して中間層２２０として示している。
尚、クラック防止層等は省略可能である。
本実施形態では、窒化物半導体基板１０１の第１主面上に、窒化物半導体層２００を構成する層として、ｎ側窒化物半導体層、活性層、ｐ側窒化物半導体層の順で積層される。以下の各層をＭＯＣＶＤ法により、減圧〜大気圧の条件で成長させる。
ここでは、まず、まずｎ側クラッド層２０３としてｎ型不純物ドープＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．５）、ｎ側光ガイド層２０４としてＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．３）をｎ側層として成長する。ｎ側クラッド層は単一層であれば、一般式はＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．２）であって、膜厚は０．５〜５μｍである。多層で成長させるには、超格子構造としては第１の層であるＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）と第２の層であるＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０≦ｙ≦１、ｘ≠ｙ）との積層構造とする。
【００４７】
活性層２０５は、一般式ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０＜ｘ＋ｙ≦１）で表されるＩｎを含有する井戸層を有している。この組成では、Ａｌ含有させ、その含有量を調整することで紫外域の発光が可能となる。また、Ｉｎの含有量を比較的多くすることで長波長側の発光も可能である。したがって、本発明では、３６０ｎｍ〜５８０ｎｍまでの発光が可能となる。
本発明では、特に、活性層２０５を、井戸層を障壁層で挟んだ量子井戸構造とし、その障壁層のうちの少なくとも１つをＧａＮとしている。これにより、ＣＯＤレベルを向上させ、寿命を長くできる。ここで、井戸層の組成において、Ｉｎの混晶比ｘは０＜ｘ≦０．５であることが好ましい。井戸層の膜厚は、例えば、３０〜２００オングストロームとし、障壁層の膜厚は、例えば、２０〜３００オングストロームとする。
前記活性層の多重量子井戸構造は、障壁層から始まり井戸層で終わっても、障壁層から始まり障壁層で終わっても、井戸層から始まり障壁層で終わっても、また井戸層から始まり井戸層で終わってもよい。好ましくは障壁層から始まり、井戸層と障壁層とのペアを２〜８回繰り返してなるものであって、障壁層で終わる構成である。井戸層と障壁層とのペアを２〜３回繰り返してなるものがしきい値を低下させて寿命特性を向上させるのに好ましい。
例えば、本発明において、第１の障壁層、第１の井戸層、第２（ミドル）の障壁層、第２の井戸層及び第３の障壁層が積層された量子井戸構造の活性層である場合、第１の障壁層及び第２の障壁層がＧａＮ、第２の障壁層と第３の障壁層がＧａＮ、第１の障壁層と第３の障壁層がＧａＮにすることにより、より顕著な効果が得られ、第１〜第３の全ての障壁層をＧａＮとすることにより、よりいっそう顕著な効果が得られる。また、第１の障壁層、第１の井戸層及び第２の障壁層からなるＳＱＷ構造の活性層である場合、第１の障壁層と第２の障壁層とをＧａＮとすることにより顕著な効果が得られる。
【００４８】
次に、ｐ側電子閉じ込め層２０６としてｐ型不純物ドープＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．５）、ｐ側光ガイド層２０７としてＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．３）、ｐ側クラッド層２０８としてｐ型不純物ドープＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．５）、ｐ側コンタクト層２０９としてｐ型不純物ドープＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）から成るｐ側層を形成することで窒化物半導体層としている。また、これらの半導体層にＩｎを混晶させてもよい。前記ｐ側クラッド層はＧａＮとＡｌＧａＮからなる超格子構造であることが好ましい。前記ｐ側電子閉じ込め層２０６は省略可能である。
【００４９】
前記窒化物半導体層２００は、前記窒化物半導体基板１０１の第１主面上にＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．３）から成る低温成長バッファ層、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．３）から成る中間成長層、又はＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０＜ｘ＋ｙ≦１）から成るクラック防止層を介してｎ側クラッド層２０３を成長させた構成とすることもできる。また、前記中間成長層は単一層構造、または多層積層構造である。前記中間成長層によって、窒化物半導体層の表面上に発生する転位（貫通転位等）やピットを低減させることができる。
【００５０】
本実施形態の窒化物半導体レーザ素子は、前記活性層の両側に光ガイド層を形成したＳＣＨ構造としている。更に、その両側にｎ側クラッド層、ｐ側クラッド層を形成する。クラッド層には屈折率の低い窒化物半導体層を設けて光閉じ込めをする。クラッド層はキャリア閉じ込め効果もある。また、前記各層の間に応力緩衝層を有する構造やＧＲＩＮ構造としてもよい。
【００５１】
前記ｎ側クラッド層、ｐ側クラッド層は単一層構造、２層構造、又は組成比がお互いに異なる２層からなる超格子構造であっても構わない。ｎ側及びｐ側クラッド層の総膜厚としては、０．４〜１０μｍであり、この範囲であると順方向電圧（Ｖｆ）を低減するために好ましい。また前記クラッド層の全体のＡｌの平均組成は、０．０２〜０．１５である。この値は、クラックの発生を抑制し且つレーザ導波路との屈折率差を得るのに好ましい。
【００５２】
前記ｎ型不純物としてはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｄ等が挙げられ、またｐ型不純物としてはＭｇの他にＢｅ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｓｒ等が挙げられる。不純物の濃度は５×１０16／ｃｍ3以上１×１０21／ｃｍ3以下の範囲でドープされることが好ましい。
ｎ型不純物のドープ量は、１×１０１７／ｃｍ3〜５×１０１９／ｃｍ3であることが好ましい。ｎ型不純物がこの範囲でドープされていると抵抗率を低くでき且つ結晶性を損なわない。またｐ型不純物のドープ量は、１×１０19／ｃｍ3〜１×１０21／ｃｍ3であることが好ましい。ｐ型不純物がこの範囲でドープされていると結晶性を損なわない。
不純物の濃度は１×１０21／ｃｍ3よりも多いと窒化物半導体層の結晶性が悪くなって、逆に出力が低下する傾向がある。これは変調ドープの場合も同様である。前記基板や窒化物半導体層は有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法、やハライド気相エピタキシャル成長（ＨＶＰＥ）法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法等の気相成長法を用いて成長させる。
【００５３】
（第３の工程）
窒化物半導体基板１０１上に窒化物半導体層２００を積層したウェハーを半導体成長装置の反応容器から取り出す。次に、所定の幅のｐ側窒化物半導体層を残してその両側のｎ側半導体層を露出させる。露出されるｎ側窒化物半導体層は、特に限定するのもではないが本実施形態ではｎ側クラッド層が露出するようにエッチングする。これによって、応力緩和の効果があるが、該工程は省略することが可能である。エッチングにはＲＩＥ法を用いＣｌ２、ＣＣｌ４、ＢＣｌ３、ＳｉＣｌ４ガス等によりエッチングする。
【００５４】
次に、残したｐ側窒化物半導体層に、以下のようにして、ストライプ状のリッジ部を形成する（図４Ｂ）。
すなわち、ｐ側半導体層の最上層であるｐ側コンタクト層２０９の表面にＳｉＯ２等より成る保護膜をストライプ状に形成して、その両側の領域をエッチングにより除去する。エッチングにはＲＩＥ法を用いＣｌ2やＣＣｌ4、ＳｉＣｌ4、ＢＣｌ３のような塩素系のガスによりエッチングする。導波路領域を形成するためにリッジ部の幅は１．０μｍ〜１００．０μｍとする。共振器長の長さは３００μｍ〜１０００μｍである。シングルモードのレーザ光とする場合のリッジ部の幅は１．０μｍ〜３．０μｍとするのが好ましい。また、前記リッジ部の幅を５μｍ以上とすれば、１Ｗ以上の出力が可能となる。リッジ部の高さ（エッチングの深さ）は、少なくともｐ側クラッド層の表面が露出するようにすればよく、ｐ側キャップ層まで露出してもよい。大電流を流す場合、リッジの下では電流が急激に横方向に広がるので、リッジを形成するためのエッチング深さはｐ側光ガイド層まであるのが好ましい。
【００５５】
（第４の工程）
その後、リッジ部の側面を埋込層２６０で保護する。この埋込膜の材料として、半導体層よりも屈折率が小さく、絶縁性の材料が選ばれる。具体例としては、ＺｒＯ２、ＳｉＯ２、その他にはＶ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ａｌ等の酸化物である。
【００５６】
リッジ部の側面を埋込膜で保護した後、前記ｐ側コンタクト層２０９の表面に接するようにｐ電極２３０を形成する（図４Ｃ）。ｐ電極は、好ましくは、図４Ｃに示すように、ｐ側コンタクト層だけではなく埋込膜の一部も覆うようにに形成する。ｐ電極は、多層構造とする。例えばＮｉとＡｕから成る２層構造であれば、まずｐ側コンタクト層上にＮｉを５０Å〜２００Åの膜厚で形成し、次にＡｕを５００Å〜３０００Åの膜厚で形成する。また、ｐ電極を３層構造とする場合にはＮｉ／Ａｕ／Ｐｔ、又はＮｉ／Ａｕ／Ｐｄの順に形成する。ＮｉとＡｕは２層構造と同じ膜厚であればよく、最終層となるＰｔやＰｄは５００Å〜５０００Åとする。
【００５７】
ｐ電極２３０を形成した後、オーミックアニールを行う。アニール条件は、アニール温度を３００℃以上、好ましくは５００℃以上とする。またアニールを行う雰囲気は窒素及び／又は酸素を含有する雰囲気とする。
【００５８】
次に、前工程で露出したｎ側半導体層の側面等に保護膜２４０を形成する。次に、ｐ電極２３０の上にパッド電極２５０を形成する（図４Ｄ）。また前記パッド電極２５０はＮｉ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｗ等の金属からなる積層体とすることが好ましい。例えば、前記パッド電極はｐ電極側からＷ／Ｐｄ／Ａｕ、又はＮｉ／Ｔｉ／Ａｕの順に形成する。パッド電極の膜厚は特に限定されないが、最終層のＡｕの膜厚を１０００Å以上とする。
【００５９】
（第５の工程）
その後、前記窒化物半導体基板１０１の第２の主面にｎ電極２０１をＣＶＤやスパッタ、蒸着等により形成する（図４Ｅ）。該ｎ電極は、少なくともＴｉ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｐｄ、Ｗ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｖ、Ｈｆから成る群より選ばれる少なくとも１つを有する。また、ｎ電極における多層構造の最上層はＰｔまたはＡｕであることが好ましく、これにより電極からの放熱性を向上させることが可能となる。第２の主面に形成する電極の材料にこれらの材料を選択することによって、特に窒化物半導体から成る基板と該電極とのオーミック特性が得られる。また、窒化物半導体から成る基板と前記電極との密着性も良くウェハーからバー化又はチップ化するための劈開工程で電極が剥がれることを抑制する効果を有する。ｎ電極の膜厚としては１００００Å以下、好ましくは６０００Å以下とする。ｎ電極を多層構造とする場合には、具体的には第１の層をＶ、又はＴｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｈｆ等とする。ここで第１の層の膜厚は５００Å以下とする。また第１の層をＷとすれば３００Å以下とすることが良好なオーミック特性を得ることができ好ましい。第１の層をＶとすれば耐熱性が向上するため好ましい。ここで、Ｖの膜厚は５０Å以上３００Å以下、好ましくは７０Å以上２００Åとすることで良好なオーミック特性を得ることができる。
【００６０】
前記ｎ電極２０１をＴｉ／Ａｌの順に形成する場合には、該ｎ電極の膜厚は１００００Å以下であって、例えば膜厚は１００Å／５０００Åとなる。またｎ電極としては窒化物半導体基板の第２の主面側からＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの順に積層すれば膜厚は６０Å／１０００Å／３０００Åである。その他のｎ電極としては窒化物半導体基板の第２の主面側からＴｉ／Ｍｏ／Ｐｔ／Ａｕとすれば、例えばＴｉ（６０Å）／Ｍｏ（５００Å）／Ｐｔ（１０００Å）／Ａｕ（２１００Å）となる。ｎ電極がＴｉ／Ｈｆ／Ｐｔ／Ａｕであれば、例えばＴｉ（６０Å）／Ｈｆ（６０Å）／Ｐｔ（１０００Å）／Ａｕ（３０００Å）となり、Ｔｉ／Ｍｏ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕであれば、Ｔｉ（６０Å）／Ｍｏ（５００Å）／Ｔｉ（５００Å）／Ｐｔ（１０００Å）／Ａｕ（２１００Å）の順に積層することができる。またはＷ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｗ／Ａｌ／Ｗ／Ａｕ等であれば上記特性を示す。その他のｎ電極としては、窒化物半導体基板の第２の主面側からＨｆ／Ａｌ、Ｔｉ／Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｗ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｍｏ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｍｏ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｖ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｖ／Ｍｏ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｖ／Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｃｒ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｃｒ／Ｍｏ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｃｒ／Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ等がある。またｎ電極を形成した後、３００℃以上でアニールしてもよい。
【００６１】
前記ｎ電極２０１は、矩形状に形成される。ｎ電極は前記第２の主面側に、後工程である窒化物半導体基板をバー化するためのスクライブ工程においてスクライブラインとなる領域を除く範囲にパターン形成される。更にメタライズ電極（省略可能）もｎ電極と同様のパターン形状でｎ電極上に形成されると、スクライブし易くなり劈開性が向上する。メタライズ電極としてはＴｉ−Ｐｔ−Ａｕ−（Ａｕ／Ｓｎ）、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ−（Ａｕ／Ｓｉ）、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ−（Ａｕ／Ｇｅ）、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ−Ｉｎ、Ａｕ／Ｓｎ、Ｉｎ、Ａｕ／Ｓｉ、Ａｕ／Ｇｅ等を用いることができる。
【００６２】
また、前記窒化物半導体基板の第２の主面にもオフ角や凹凸段差を形成してもよい。このように、凹凸段差を形成することで、表面積を大きくでき、ｎ電極２０１のオーミック特性を向上させることができ、電極の剥がれ等を防止できるので好ましい。
ここで、段差とは段差が０．１μｍ以上のものをいい、凸部形状は、テーパー形状や逆テーパー形状であり、凹凸の平面形状は、例えば、ストライプ状、格子状、島状、円状や多角形状、矩形状、くし形状、メッシュ形状となっている。例えば、円状の凸部を形成すれば、該円状凸部の直径幅は５μｍ以上とする。また、凹部溝部の幅は少なくとも３μｍ以上の領域を有すると電極の剥がれ等がなくなり好ましい。窒化物半導体基板において、第１の主面の基準結晶面が（０００１）面である場合、第２の主面は、（０００−１）面又はオフ角を有する場合はその基準結晶面が（０００−１）面となるが、第２の主面に凹凸を形成すると、その傾斜面には、他の結晶面が露出する。このとき、オフ角を０．２〜９０°の範囲に設定すると、窒化物半導体基板の第２の主面が（０００−１）面と（０００−１）面以外の面とを有する面となり、ｎ電極のオーミック特性を向上させることができる。
【００６３】
（第６の工程）
ｎ電極２０１を形成した後、ストライプ状のｐ電極２３０に垂直な方向であって、半導体層の共振面を形成するためにウェハーをバー状に分割する。ここで、共振面は、Ｍ面（１−１００）やＡ面（１１−２０）とする。ウェハーをバー状に分割する方法としては、ブレードブレイク、ローラーブレイク、又はプレスブレイクがある。
【００６４】
また、ウェハーの分割工程を２段階で行うことが好ましい。この方法によって、共振面を歩留まり良く形成することができる。まず窒化物半導体基板の第１の主面側、又は第２の主面側からスクライブにより予め劈開補助溝を形成する。該劈開補助溝はウェハーの全面、若しくはバーを形成するためにウェハーの両端に形成する。好ましくは、前記劈開補助溝をバーを形成する劈開方向に破線状に間隔をあけて形成する。これによって、劈開方向が屈曲することを抑制することができる。次にブレイカーによりウェハーをバー状に分割する。劈開方法には、ブレードブレイク、ローラーブレイク、又はプレスブレイク等がある。前記ｎ電極は、半導体基板の第２の主面に部分的、又は全面に形成されている。
また、前記窒化物半導体基板の第１の主面、及び／又は第２の主面に予め劈開補助溝を形成することで、容易にウェハーをバー状に劈開することができる。劈開補助溝を窒化物半導体基板の第２の主面に有することによってＦＦＰのリップルを抑制する効果を有する。更には、前記窒化物半導体基板の第２の主面（裏面）に形成した電極の剥がれ防止効果がある。
【００６５】
ここで劈開により形成された共振面に反射ミラーを形成することもできる。反射ミラーはＳｉＯ２やＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５等から成る誘電体多層膜である。前記反射ミラーは、共振面の光反射側、及び／又は光出射面に形成する。前記反射ミラーは、共振面の光反射側、及び光出射面に形成することが好ましい。劈開によって形成された共振面であれば、反射ミラーを再現性よく形成することができる。
【００６６】
更にバー状となった窒化物半導体基板を電極のストライプ方向に平行に分割して窒化物半導体レーザ素子をチップ化する。半導体レーザ素子としてチップ化した後の形状は矩形状であって、該矩形状の共振面の幅は５００μｍ以下、好ましくは４００μｍ以下とする。以上より、得られる半導体レーザ素子はＦＦＰのリップルを抑制した長寿命等の特性を有する。更に本発明では接触抵抗を低減した対向電極構造の半導体レーザ素子であって、接触抵抗率は１．０Ｅ−３Ωｃｍ２以下となる。また本発明は、窒化物半導体基板の上に複数の導波路領域を有する半導体レーザ素子やワイドリッジ部を有する半導体レーザ素子とすることもできる。
【００６７】
実施の形態２．
本発明に係る実施の形態２の窒化物半導体レーザ素子は、基板の第１の主面側に、両電極を形成するようにした以外は、実施の形態１と同様に構成される。
【００６８】
本実施形態２の構成であれば、前記基板は窒化物半導体基板であって、部分的にサファイア等の絶縁性基板を有するものであっても構わない。
【００６９】
本実施形態に限らず、本発明の窒化物半導体レーザ素子は、第１導電型の窒化物半導体層にはｎ型半導体層を含んでおり、第２導電型の窒化物半導体層にはｐ型半導体層を含んでいる構成とすることができる。
【００７０】
本発明において、窒化物半導体の成長方法としては、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線気相成長法）等、窒化物半導体を成長させるのに知られている全ての方法を適用できる。
【実施例】
【００７１】
以下に本発明に係る窒化物半導体レーザ素子の実施例を示す。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
【００７２】
実施例１．
実施例１の窒化物半導体レーザ素子は、以下のようにして作製される。
本実施例では、まず、ＭＯＣＶＤ反応装置内に、一方の主面が所定の基準結晶面に対して微少の角度だけ傾いたオフ角を有するＧａＡｓから成る異種基板１０を配置して、温度を５００℃にする。次に、異種基板１０の一方の主面の上に、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ3）を用い、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る。バッファ層を成長した後、温度を１０５０℃にして、同じくＧａＮよりなる第１の窒化物半導体を４μｍの膜厚で成長させる。
【００７３】
第１の窒化物半導体を成長した後、ウェハーを反応容器から取り出し、この第１の窒化物半導体の表面に、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１０〜３００μｍ、ストライプ間隔（窓部）５〜３００μｍのＳｉＯ2よりなる保護膜を形成する。
【００７４】
保護膜を形成した後、ウェハーをＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）装置に移送し、原料にＧａメタル、ＨＣｌガス、及びアンモニアを用い、ｎ型不純物としてシリコン（Ｓｉ）、又は酸素（Ｏ）をドーピングしながらＧａＮよりなる第２の窒化物半導体を４００μｍの膜厚で成長させる。このようにＨＶＰＥ法で保護膜の上に窒化物半導体を成長させながら１００μｍ以上のＧａＮ厚膜を成長させると結晶欠陥は二桁以上少なくなる。ここで、異種基板等を研磨、研削、ＣＭＰ又はレーザ照射等により剥離した第２の窒化物半導体から成るＧａＮを窒化物半導体基板１０１とする。ここで、ＧａＮの膜厚は４００μｍ程度である。また該ＧａＮ基板１０１は少なくとも導波路形成領域下においては転位密度が１×１０６／ｃｍ２以下である。このようにすると、ＧａＡｓ基板のオフを引き継いで０．１〜０．７°のオフ角を有する窒化物半導体基板を作成できる。
【００７５】
次に、ＭＯＣＶＤ反応装置内において、前記窒化物半導体基板１０１上にｎ側クラッド層２０３を成長させるが、前記窒化物半導体基板１０１とｎ側クラッド層２０３との間に低温成長バッファ層、中間成長層、クラック防止層を介して窒化物半導体層としてもよい。
【００７６】
（ｎ側クラッド層２０３）
ｎ側クラッド層２０３は、１０００℃〜１２００℃でＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ、アンモニア、シランガスを用い、Ｓｉを１×１０18／cm3〜１×１０19／cm3ドープしたＡｌ０．０４４Ｇａ０．９５６Ｎよりなる層を膜厚２μｍで成長させることにより形成する。なお、このｎ側クラッド層は超格子構造とすることもできる。
【００７７】
（ｎ側光ガイド層２０４）
続いて、シランガスを止め、１０００℃〜１０８０℃でアンドープＧａＮよりなるｎ側光ガイド層を０．１９μｍの膜厚で成長させる。このｎ側光ガイド層にｎ型不純物をドープしても良い。
【００７８】
（活性層２０５）
次に、温度を９００℃にして、ＳｉドープＧａＮよりなる障壁層を１４０Åの膜厚で成長させ、続いて同一温度で、アンドープＩｎ０．０６５Ｇａ０．９３５Ｎよりなる井戸層を７０Åの膜厚で成長させる。さらに、１４０Åの膜厚のＳｉドープＧａＮよりなる障壁層、７０Åの膜厚のアンドープＩｎ０．０６５Ｇａ０．９３５Ｎよりなる井戸層及び１４０Åの膜厚のＳｉドープＧａＮよりなる障壁層を成長させる。このようにして、障壁層と井戸層とを２回交互に積層し、最後に、ＧａＮ障壁層で終わり、総膜厚５６０Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層を成長させる。
【００７９】
（ｐ側キャップ層２０６）
次に、成長温度を活性層と同温、又は昇温し、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、ｐ側光ガイド層よりもバンドギャップエネルギーが大きい、Ｍｇを１×１０１９／cm3〜１×１０20／cm3ドープしたｐ型Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎよりなるｐ側キャップ層を８５Åの膜厚で成長させる。該ｐ側キャップ層は省略可能である。
【００８０】
（ｐ側光ガイド層２０７）
続いてＣｐ2Ｍｇ、ＴＭＡを止め、１０００℃〜１０５０℃で、バンドギャップエネルギーがｐ側キャップ層１０よりも小さい、アンドープＧａＮよりなるｐ側光ガイド層を約０．１２５μｍの膜厚で成長させる。
【００８１】
（ｐ側クラッド層２０８）
続いて、１０００℃〜１０５０℃でアンドープＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止め、ＭｇドープＧａＮよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、総膜厚０．４５μｍの超格子層よりなるｐ側クラッド層を成長させる。
この超格子構造からなるｐ側クラッド層２０８のＧａに対するＡｌによる置換量は、５．０％とする。
【００８２】
（ｐ側コンタクト層２０９）
最後に、１０５０℃で、ｐ側クラッド層の上に、Ｍｇを１×１０２０／cm３ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層を１５０Åの膜厚で成長させる。
【００８３】
以上のようにして窒化物半導体を成長させたウェハーを反応容器から取り出し、最上層のｐ側コンタクト層の表面にＳｉＯ2よりなる保護膜を形成して、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用いＳｉＣｌ4ガスによりエッチングする。以上よりｎ側クラッド層を露出させる。
【００８４】
次にｐ側コンタクト層の表面にストライプ状のＳｉＯ２よりなる保護膜を形成して、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用いてＳｉＣｌ４ガスによりエッチングする。以上によりストライプ状の導波路領域であるリッジ部を形成する。次に前記リッジ部の側面をＺｒＯ２から成る埋込層２６０で保護する。
【００８５】
尚、本発明では、導波路領域であるリッジ部の端面近傍でリッジの両側に、リッジから離れた位置にリッジの両側に漏れ出した光を散乱させるＷ型の溝を形成してもよい。Ｗ型の溝は、ｎ側クラッド層に達するまで彫り込まれた溝であり、フォトリソグラフィー技術を用いてＷ型の開口部を有するレジストパターンを形成し、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用いてＳｉＣｌ４ガスによりｎ側クラッド層に達するまでエッチングすることで形成できる。このようなＷ型の溝を形成することにより、リップルを抑制することができる。この工程は前記ｎ側クラッド層の露出工程と同時に行っても良い。なおこの工程は省略してもよい。
【００８６】
次に、ｐ側コンタクト層２０９及び埋込層２６０の上の表面にＮｉ（１００Å）／Ａｕ（１５００Å）よりなるｐ電極２３０を形成する。ｐ電極を形成した後、Ｓｉ酸化膜（ＳｉＯ2）からなる保護膜２４０をｐ電極の上及び埋込層２６０の上及び半導体層２００の側面に０．５μｍの膜厚で、スパッタリング成膜により形成する。ｐ電極２３０を形成した後に６００℃でオーミックアニールを行う。
【００８７】
次に、保護膜で覆われていない露出しているｐ電極２３０上に連続して、Ｎｉ（１０００Å）／Ｔｉ（１０００Å）／Ａｕ（８０００Å）で形成し、ｐパッド電極２５０を形成する。
【００８８】
その後、窒化物半導体基板の第２の主面にはＶ（１００Å）／Ｐｔ（２０００Å）／Ａｕ（３０００Å）よりなるｎ電極２０１を形成する。図５には窒化物半導体レーザ素子の模式的断面図を示す。
【００８９】
ｎ電極とｐ電極及びｐパッド電極とを形成したウェハー状の窒化物半導体基板の第１の主面側に凹部溝を形成する。該凹部溝は深さを１０μｍとする。また共振面と平行方向に５０μｍ、垂直方向に１５μｍの幅とする。次に、前記凹部溝を劈開補助線として窒化物半導体基板のｎ電極の形成面側からバー状に劈開し、劈開面（１−１００面、六角柱状の結晶の側面に相当する面＝Ｍ面）を共振面とする。
【００９０】
次に共振器面にＳｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｎｂから選ばれる少なくとも１つよりなる材料の酸化物を用いて誘電体多層膜を形成し、最後にｐ電極に平行な方向で、バーをチップ化することで半導体レーザ素子とする。前記誘電体多層膜の具体例としては、ＳｉＯ2と ＺｒＯ２、又はＳｉＯ2とＴｉＯ2よりなる。また、出射端面側には反射率が１８％であるＡｌ２Ｏ３、又はＮｂ２Ｏ３を使えば寿命特性がよい。なお共振器長は３００〜１０００μｍとする。
【００９１】
この実施例１のレーザ素子をヒートシンク上に配置して、ｐ電極をワイヤーボンディングして、室温でレーザ発振を試みたところ、発振波長４０５ｎｍ、閾値電流密度４．０ｋＡ／cm2において室温で良好な連続発振を示した。更に、共振面を劈開により形成しても、劈開傷がなく、光出力がＣＷ８０ｍＷ、動作温度が７０℃の状態で寿命が１万時間と、特に寿命特性の良いレーザ素子を再現性良く製造することができる。
【００９２】
比較例．
比較例では、活性層を以下のように変更する以外は、実施例１と同様にして窒化物半導体レーザ素子を作製した。
すなわち、比較例では、温度を９００℃以下にして、ＳｉドープＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎよりなる障壁層を１４０Åの膜厚で成長させ、続いて同一温度で、アンドープＩｎ０．０７Ｇａ０．９３Ｎよりなる井戸層を７０Åの膜厚で成長させる。障壁層と井戸層とを２回交互に積層し、最後に障壁層で終わり、総膜厚５６０Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層を成長させる。
【００９３】
実施例２．
実施例２では、活性層を以下のように変更する以外は、実施例１と同様にして窒化物半導体レーザ素子を作製した。
すなわち、実施例２では、温度を９００〜９５０℃にして、ＳｉドープＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎよりなる障壁層を１４０Åの膜厚で成長させ、続いて同一温度で、アンドープＩｎ０．０６５Ｇａ０．９３５Ｎよりなる井戸層を７０Åの膜厚で成長させる。さらに、１４０Åの膜厚のＳｉドープＧａＮよりなる障壁層、７０Åの膜厚のアンドープＩｎ０．０６５Ｇａ０．９３５Ｎよりなる井戸層及び１４０Åの膜厚のＳｉドープＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎよりなる障壁層を成長させる。このようにして、実施例２では、真中の障壁層だけがＧａＮからなる障壁層とした。
【００９４】
実施例１，２と比較例の特性比較．
以上、説明した実施例１、２及び比較例の窒化物半導体レーザ素子をそれぞれ１０個作製して、ＣＯＤレベルを評価した。
その結果を図８に示す。図８から明らかなように、実施例１、２の窒化物半導体レーザ素子は、いずれも比較例の窒化物半導体レーザ素子に比較して高いＣＯＤレベルを示した。特に、実施例１の窒化物半導体レーザ素子は、比較例の窒化物半導体レーザ素子に比べて極めて高いＣＯＤレベルを示した。それぞれＣＯＤレベルの平均値は、比較例の１０個の素子の平均が、３７０ｍＷであるのに対して、実施例１の１０個の素子の平均は、６００ｍＷであった。
【００９５】
また、実施例１、２及び比較例の窒化物半導体レーザ素子をそれぞれ１５個作製して、特性温度を評価した。
その結果を図９に示す。図９から明らかなように、実施例１、２の窒化物半導体レーザ素子は、いずれも比較例の窒化物半導体レーザ素子に比較して高い特性温度を示した。特に、実施例１の窒化物半導体レーザ素子は、比較例の窒化物半導体レーザ素子に比べて極めて高い特性温度を示した。それぞれ特性温度の平均値は、比較例の１５個の素子の平均が、１６７Ｋであるのに対して、実施例１の１５個の素子の平均は、３５０Ｋであった。
また、実施例２の１５個の素子の平均は、１９７．６Ｋであった。
【００９６】
実施例３．
実施例３では、実施例２の窒化物半導体レーザ素子において、ＳｉドープＧａＮからなる真中の障壁層と、ＳｉドープＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎよりなる一番上の障壁層（ｐ側に最も近い側）とを入れ替えた以外は、実施例２と同様にして窒化物半導体レーザ素子を作製した。
その結果、ＣＯＤレベル及び特性温度は実施例２と同様であった。
【００９７】
実施例４．
実施例４では、実施例２の窒化物半導体レーザ素子において、ＳｉドープＧａＮからなる真中の障壁層と、ＳｉドープＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎよりなる一番下の障壁層（ｎ側に最も近い側）とを入れ替えた以外は、実施例２と同様にして窒化物半導体レーザ素子を作製した。
その結果、ＣＯＤレベル及び特性温度は実施例２と同様であった。
【００９８】
実施例５．
実施例５では、実施例１の窒化物半導体レーザ素子において、Ａｌ０．０４４Ｇａ０．９５６Ｎよりなるｎ側クラッド層に代えて、Ａｌ０．０３６Ｇａ０．９６４Ｎよりなるｎ側クラッド層を形成した以外は、実施例１と同様に構成した。
その結果、実施例１に比較して、ＦＦＰ−Ｙ幅は減少し、閾値電流は上昇したが、ＣＯＤレベル及び特性温度は実施例１と同様であった。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明の窒化物半導体レーザ素子は、全てのデバイス、例えば、光ディスク用途、光通信システム、印刷機、バイオ関連の励起用光原、光通信システム、露光用途、測定等に利用することができる。
特定波長（４７０〜４９０ｎｍ付近）に感度を有する物質に前記窒化物半導体レーザから得た光を照射することで、その物質の有無、または位置を検出することができるバイオ関連の励起用光原等である。
【図面の簡単な説明】
【０１００】
【図１Ａ】本発明に係る実施形態１の窒化物半導体基板のオフ角と結晶の方向とを模式的斜視図である。
【図１Ｂ】本発明の実施形態１に係る窒化物半導体レーザ素子の模式的斜視図である。
【図２】実施形態１において、ウエハ状態の窒化物半導体基板の斜視図である。
【図３Ａ】実施形態１に係る窒化物半導体基板の製造工程（１）を示す断面図である。
【図３Ｂ】実施形態１に係る窒化物半導体基板の製造工程（２）を示す断面図である。
【図３Ｃ】実施形態１に係る窒化物半導体基板の製造工程（３）を示す断面図である。
【図３Ｄ】実施形態１に係る窒化物半導体基板を違う方法で作製する際の工程を示す模式的な断面図である。
【図４Ａ】実施形態１に係る窒化物半導体レーザ素子の製造工程（１）を示す断面図である。
【図４Ｂ】実施形態１に係る窒化物半導体レーザ素子の製造工程（２）を示す断面図である。
【図４Ｃ】実施形態１に係る窒化物半導体レーザ素子の製造工程（３）を示す断面図である。
【図４Ｄ】実施形態１に係る窒化物半導体レーザ素子の製造工程（４）を示す断面図である。
【図４Ｅ】実施形態１に係る窒化物半導体レーザ素子の製造工程（５）を示す断面図である。
【図５】実施形態１に係る窒化物半導体レーザ素子の模式的断面図である。
【図６】実施の形態１の窒化物半導体レーザ素子のマイクロＰＬ測定データである。
【図７】従来の窒化物半導体レーザ素子のマイクロＰＬ測定データである。
【図８】本発明に係る実施例１及び２のＣＯＤレベルの評価結果を示すグラフである。
【図９】本発明に係る実施例１及び２の特性温度の評価結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１０１】
１０…異種基板、
１００…窒化物半導体基板、
２００…窒化物半導体層、
２０３…ｎ側クラッド層
２０４…ｎ側光ガイド層、
２０５…活性層、
２０６…ｐ側電子閉じ込め層、
２０７…ｐ側光ガイド層、
２０８…ｐ側クラッド層、
２０９…ｐ側コンタクト層、
２１０…下層、
２２０…中間層、
２３０…ｐ電極、
２４０…保護膜、
２５０…パッド電極、
２６０…埋込層。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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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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