(57)【要約】【課題】  オフ角度の大きな窒化ガリウム基板を使用しても、スロープ効率が大きく、素子抵抗が減少し、駆動電圧を低減でき、しかも、製造歩留まりが高く、バラツキが少なく、高出力の青紫色の光を発することができる窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の製造方法及びこの製造方法で作製された化合物半導体レーザ素子を提供すること。【解決手段】  本発明の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の製造方法は、窒化ガリウム基板の結晶成長面として（０００１）Ｇａ面の＜１−１００＞方向に絶対値で０．１６度以上５．０度以下傾斜した面、又は、（０００１）Ｇａ面の＜１−１００＞方向へのオフ角度をＡとし、（０００１）Ｇａ面の＜１１−２０＞方向へのオフ角度をＢとした場合の（Ａ２＋Ｂ２）の平方根が０．１７以上７．０以下である面を用い、かつ活性層を０．５Å／秒以上５．０Å／秒以下の成長速度で成長させることを特徴とする。【選択図】  図２
2006310766.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化ガリウム基板上に、窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子を作製する方法であって、前記窒化ガリウム基板の結晶成長面として（０００１）Ｇａ面の＜１−１００＞方向に絶対値で０．１６度以上５．０度以下傾斜した面を用い、かつ活性層を０．５Å／秒以上５．０Å／秒以下の成長速度で成長させることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項２】
前記半導体レーザ素子の発振波長が３９５〜４０５ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項３】
前記半導体レーザ素子の共振器面を結晶の自然へきかい面としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項４】
前記半導体レーザ素子の共振器面の出射面を反射率が１０〜３０％に調整し、前記共振器面の後面に反射率７０％以上の端面コートを形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項５】
前記半導体レーザ素子の共振器面の出射面に反射率１０％以下の端面コートを形成し、前記共振器面の後面に反射率７０％以上の端面コートを形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項６】
窒化ガリウム基板上に、窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子を作製する方法であって、前記窒化ガリウム基板の結晶成長面として、（０００１）Ｇａ面の＜１−１００＞方向へのオフ角度をＡとし、（０００１）Ｇａ面の＜１１−２０＞方向へのオフ角度をＢとした場合の（Ａ２＋Ｂ２）の平方根が０．１７以上７．０以下である面を用い、かつ活性層を０．５Å／秒以上５．０Å／秒以下の成長速度で成長させることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項７】
前記半導体レーザ素子の発振波長が３９５〜４０５ｎｍであることを特徴とする請求項６に記載の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項８】
前記半導体レーザ素子の共振器面を結晶の自然へきかい面としたことを特徴とする請求項６又は７に記載の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項９】
前記半導体レーザ素子の共振器面の出射面を反射率が１０〜３０％に調整し、前記共振器面の後面に反射率７０％以上の端面コートを形成したことを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１０】
前記半導体レーザ素子の共振器面の出射面に反射率１０％以下の端面コートを形成し、前記共振器面の後面に反射率７０％以上の端面コートを形成したことを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１１】
窒化ガリウム基板上に形成された窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子であって、前記窒化ガリウム基板の結晶成長面が（０００１）Ｇａ面の＜１−１００＞方向に絶対値で０．１６度以上５．０度以下傾斜した面を有し、かつ活性層が５Å／秒以上５．０Å／秒以下の成長速度で成長させたものであることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子。
【請求項１２】
窒化ガリウム基板上に形成された窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子であって、前記窒化ガリウム基板の結晶成長面が、（０００１）Ｇａ面の＜１−１００＞方向へのオフ角度をＡとし、（０００１）Ｇａ面の＜１１−２０＞方向へのオフ角度をＢとした場合の（Ａ２＋Ｂ２）の平方根が０．１７以上７．０以下である面を有し、かつ活性層が０．５Å／秒以上５．０Å／秒以下の成長速度で成長させたものであることを特徴とする窒化ガリウム系化合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、化合物半導体レーザ素子の製造方法及びこの製造方法で作製された化合物半導体レーザ素子に関し、特に青紫色の短波長の光を発することができるスロープ効率の大きい窒化ガリウム系の化合物半導体レーザ素子の製造方法及びこの製造方法で作製された窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、青色ＬＥＤや青紫色半導体レーザには、窒化物系半導体が主として用いられている。この窒化物系半導体は、通常、サファイア基板、ＳｉＣ基板またはＧａＮなどの窒化物系半導体用基板上に、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition；有機金属気相成長）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy；分子線エピタキシャル成長）法、または、ＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy）法などの結晶成長法を用いて成長させる。このうち、結晶成長法としては、ＭＯＣＶＤ法が最もよく利用されている。
【０００３】
従来の窒化物系半導体レーザ素子の一具体例を図４に示す。なお、図４は、従来の窒化物系半導体素子５０の模式的な断面図である。この窒化物系半導体レーザ素子５０は、サファイア基板５１上にバッファ層５２、アンドープＧａＮ層５３、ｎ−ＧａＮコンタクト層５４、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層５５、ｎ−ＧａＮ光ガイド層５６、活性層５７、ｐ−ＧａＮ光ガイド層５８が順に形成されてなる。ｐ−ＧａＮ光ガイド層５８の所定幅の領域上にリッジ状にｐ−ＡｌＧａＮクラッド層５９が形成されており、このリッジ状のｐ−ＡｌＧａＮクラッド層５９の側面に電流狭窄層６０が形成されている。さらに、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層５９の上面および電流狭窄層６０上にｐ−ＧａＮコンタクト層６１が形成されている。ｐ−ＧａＮコンタクト層６１からｎ−ＧａＮコンタクト層５４までの一部領域が除去されてｎ−ＧａＮコンタクト層５４が露出し、メサ形状が形成されている。露出したｎ−ＧａＮコンタクト層５４の所定領域上にｎ電極６２が形成され、ｐ−ＧａＮコンタクト層６１の所定領域上にｐ電極６３が形成されている。
【０００４】
ところで、このようなサファイア基板上に窒化ガリウム系半導体層が形成されてなる窒化物系半導体素子においては、サファイア基板と窒化ガリウム系半導体層との間の格子定数の差が大きい。このため、サファイア基板上に形成された窒化ガリウム系半導体層は多くの転位を含んでおり結晶性が劣化している。したがって、サファイア基板を用いた窒化物系半導体素子においては、良好な素子特性を実現することが困難である。
【０００５】
そこで、下記特許文献１には、基板としてＳｉＣ結晶の（０００１）Ｓｉ面に対して０．０２度ないし０．６度の範囲内で傾斜した面（オフ面）を有するＳｉＣ基板を用いて窒化物系半導体層を形成すると、良好な結晶性が得られることが示されており、また、窒化ガリウム基板を用いても同様の結果が得られることが示唆されている。さらに、下記特許文献２には窒化ガリウム基板としてＣ面からの傾斜角度が０．０３度以上、１０度以下のものを使用した窒化物系半導体発光素子の発明が、また、下記特許文献３には窒化ガリウム基板として（０００１）面から所定の方向に１度以上２０度以下の傾斜面を有するものを使用すると結晶性の良好な窒化物系半導体層が得られることが、さらに、下記特許文献４には、窒化ガリウム基板として（０００１）Ｃ面から１５度以上６０度以下の傾斜面を有するものを使用するとＩｎＧａＮ系においても結晶性の良好な窒化物半導体層が得られることが、それぞれ示されている。
【特許文献１】特開平１１−２３３３９１号公報
【特許文献２】特開２０００−２２３７４３号公報
【特許文献３】特開２００２−１６０００号公報
【特許文献４】特開２００２−３４４０８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述のような窒化ガリウム基板の（０００１）面から所定の傾斜面を有するものを使用して形成された窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子においては、結晶性の良好な窒化物系半導体層が得られるにしても、得られた窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子のスロープ効率が小さく、素子特性として問題があり、高光出力使用には適さないものが作製される場合があった。
【０００７】
一方、本発明者等は、上記のスロープ効率が小さい窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子が作製される原因を検討すべく種々実験を重ねた結果、スロープ効率が小さい窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子は、窒化ガリウム基板の結晶成長面である（０００１）Ｇａ面の傾斜角度が、一方向に傾斜させる場合であっても２方向に傾斜させる場合であっても、所定の数値範囲から外れる場合に生じることを見出し、この傾斜角度を限定したスロープ効率が大きい窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子に関して既に特願２００５−０２３３２２号（以下、「先願」という。）として特許出願している。
【０００８】
すなわち、先願明細書及び図面には、スロープ効率が大きい窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の製造に使用し得る窒化ガリウム基板表面のオフ角度が限定されており、その範囲外となるオフ角度の大きな基板上に窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子を作製する場合には、スロープ効率が低下することが指摘されている。
【０００９】
一方、オフ角度の大きい領域の窒化ガリウム基板表面に窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子を形成すると、素子抵抗が減少し、駆動電圧が低減できるという利点が別に存在することも判明している。しかし、このような利点もスロープ効率の満足できる素子が得られないため、オフ角度の大きな基板は従来から窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子作製用としては用いられてこなかった。
【００１０】
本発明者等は、上述のようなオフ角度の大きい領域の窒化ガリウム基板を使用するとスロープ効率が小さい窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子が作製される原因を検討すべく種々実験を重ねた結果、このスロープ効率はオフ角度の大きい領域の窒化ガリウム基板上に形成される窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の活性層の成長速度に律速されることを見出し、本発明を完成するに至ったのである。
【００１１】
すなわち、本発明は、オフ角度の大きな窒化ガリウム基板上に窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子を作製するとスロープ効率が小さい窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子が得られるという従来技術の問題点を解決すべくなされたものであり、オフ角度の大きな窒化ガリウム基板を使用しても、スロープ効率が大きく、素子抵抗が小さく、駆動電圧を低減でき、しかも、製造歩留まりが高く、バラツキが少なく、高出力の青紫色の光を発することができる窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の製造方法及びこの製造方法で作製された窒化ガリウム系化合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】
【００１２】
本発明の上記目的は以下の構成により達成し得る。すなわち、請求項１に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の製造方法の発明は、窒化ガリウム基板上に、窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子を作製する方法であって、前記窒化ガリウム基板の結晶成長面として（０００１）Ｇａ面の＜１−１００＞方向に絶対値で０．１６度以上５．０度以下傾斜した面を用い、かつ活性層を０．５Å／秒以上５．０Å／秒以下の成長速度で成長させることを特徴とする。
【００１３】
この場合、窒化ガリウム基板の結晶成長面の傾斜が（０００１）Ｇａ面の＜１−１００＞方向に絶対値で０．１６度以上の場合、活性層の成長速度が０．５Å／秒未満であるとアンコート窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子のスロープ効率が０．３Ｗ／Ａにも達しない場合が生じるが、活性層の成長速度が０．５Å／秒以上ではスロープ効率が０．６Ｗ／Ａ以上となる。ただ、活性層の成長速度が速すぎてもＭＱＷ活性層の結晶品質が悪くなるために素子の信頼性が低下するので、活性層の成長速度の上限は５．０Å／秒に止めるべきである。また、傾斜角度の上限が５度を超えるとＭＱＷ活性層内にＩｎ原子が十分に入らなくなり、発振波長が３９５ｎｍ以下となってしまうので好ましくない。
【００１４】
このような窒化ガリウム基板の結晶成長面の傾斜角度範囲と活性層の成長速度の組合せにおいて安定的にスロープ効率が０．６Ｗ／Ａ以上の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子が得られるが、このような結果が得られることの理由は、現在のところまだ明確になっておらず、今後の研究を待つ必要があるが、以下の理由によるものと考えられる。
【００１５】
従来、オフ角度の大きい基板面を用いた場合、レーザ素子のスロープ効率が低下していた原因としては次のように推測される。一般に、スロープ効率は主に活性層の発光効率の大きさで決定されるが、ＩｎＧａＮ活性層の場合、島状成長になるとＩｎ組成の局在化現象が成長層内で発生し、その結果、発光効率の大きな活性層が得られることになる。しかしながら、従来のように活性層の成長速度を小さくして、オフ角度の大きな基板面上に成長させると、大きなオフ角度により結晶面のステップ密度が高くなっている影響を顕著に受け、結晶成長形態がステップ成長となり、オフ角度の小さな基板面上で見られるような島状成長とはならなくなる。したがって、これらの理由で、従来はオフ角度の大きな基板面上では、スロープ効率の小さな窒化物化合物半導体レーザ素子しか得られなかった。
【００１６】
一方、本発明では、活性層の成長速度を０．５Å／秒以上５．０Å／秒以下と大きくすることで、上記問題点を改善することができた。すなわち、オフ角度の絶対値が大きな基板面でも、成長速度を速くすることで、ステップ成長ではなく、島状成長の結晶成長形態が得られるようになり、その結果、Ｉｎ組成の局在化現象が成長層内で発生し、発光効率が大きな活性層を得ることが可能となったものと思われる。
【００１７】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の製造方法において、前記半導体レーザ素子の発振波長が３９５〜４０５ｎｍであることを特徴とする。
【００１８】
また、請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の製造方法において、前記半導体レーザ素子の共振器面を結晶の自然へきかい面としたことを特徴とする。
【００１９】
また、請求項４に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の製造方法において、前記半導体レーザ素子の共振器面の出射面を反射率が１０〜３０％に調整し、前記共振器面の後面に反射率７０％以上の端面コートを形成したことを特徴とする。
【００２０】
また、請求項５に係る発明は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の製造方法において、前記半導体レーザ素子の共振器面の出射面に反射率１０％以下の端面コートを形成し、前記共振器面の後面に反射７０％以上の端面コートを形成したことを特徴とする。
【００２１】
さらに、請求項６に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の製造方法の発明は、窒化ガリウム基板上に、窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子を作製する方法であって、前記窒化ガリウム基板の結晶成長面として、（０００１）Ｇａ面の＜１−１００＞方向へのオフ角度をＡとし、（０００１）Ｇａ面の＜１１−２０＞方向へのオフ角度をＢとした場合の（Ａ２＋Ｂ２）の平方根が０．１７以上７．０以下である面を用い、かつ活性層を０．５Å／秒以上５．０Å／秒以下の成長速度で成長させることを特徴とする。
【００２２】
この場合、（Ａ２＋Ｂ２）の平方根が０．１７以上７．０以下の場合、活性層の成長速度が０．５Å／秒未満であるとアンコート窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子のスロープ効率が０．３Ｗ／Ａ以上にも達しない場合が生じるが、活性層の成長速度が０．５Å／秒以上ではスロープ効率が０．６Ｗ／Ａ以上となる。ただ、活性層の成長速度が速すぎてもＭＱＷ活性層の結晶品質が悪くなるために素子の信頼性が低下するので、活性層の成長速度の上限は５．０Å／秒に止めるべきである。また、（Ａ２＋Ｂ２）の平方根が７．０を超えるとＭＱＷ活性層内にＩｎ原子が十分に入らなくなり、発振波長が３９５ｎｍ以下となってしまうので好ましくない。
【００２３】
また、請求項７に係る発明は、請求項６に記載の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の製造方法において、前記半導体レーザ素子の発振波長が３９５〜４０５ｎｍであることを特徴とする。
【００２４】
また、請求項８に係る発明は、請求項６又は７に記載の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の製造方法において、前記半導体レーザ素子の共振器面を結晶の自然へきかい面としたことを特徴とする。
【００２５】
また、請求項９に係る発明は、請求項６〜８のいずれか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の製造方法において、前記半導体レーザ素子の共振器面の出射面を反射率が１０〜３０％に調整し、前記共振器面の後面に反射率７０％以上の端面コートを形成したことを特徴とする。
【００２６】
また、請求項１０に係る発明は、請求項６〜８のいずれか１項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子において、前記半導体レーザ素子の共振器面の出射面に反射率１０％以下の端面コートを形成し、前記共振器面の後面に反射率７０％以上の端面コートを形成したとを特徴とする。
【００２７】
さらに、請求項１１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の発明は、窒化ガリウム基板上に形成された窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子であって、前記窒化ガリウム基板の結晶成長面が（０００１）Ｇａ面の＜１−１００＞方向に絶対値で０．１６度以上５．０度以下傾斜した面を有し、かつ活性層が０．５Å／秒以上５．０Å／秒以下の成長速度で成長させたものであることを特徴とする。
【００２８】
また、請求項１２に記載の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の発明は、窒化ガリウム基板上に形成された窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子であって、前記窒化ガリウム基板の結晶成長面が、（０００１）Ｇａ面の＜１−１００＞方向へのオフ角度をＡとし、（０００１）Ｇａ面の＜１１−２０＞方向へのオフ角度をＢとした場合の（Ａ２＋Ｂ２）の平方根が０．１７以上７．０以下である面を有し、かつ活性層が０．５Å／秒以上５．０Å／秒以下の成長速度で成長させたものであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明は、上記のような構成を備えることにより、以下に述べるような優れた効果を奏する。すなわち、請求項１及び請求項６に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子製造方法の発明によれば、バラツキを考慮しても安定的にスロープ効率が０．６Ｗ／Ａ以上の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子を製造し得る。
【００３０】
また、請求項２及び請求項７に係る発明によれば、発振波長が３９５〜４０５ｎｍの青紫色範囲である場合に本発明の効果がより顕著に現われる。
【００３１】
また、請求項３及び請求項８に係る発明によれば、共振器面を結晶の自然へきかい面にすることにより、窒化ガリウム系化合物レーザ素子の製造歩留りが大きく向上するため、工業的に本発明の効果をより顕著に利用できる。
【００３２】
また、請求項４及び請求項９に係る発明によれば、共振器面の出射面は反射率が１０〜３０％に調整されており、共振器面の後面は反射率７０％以上の端面コートが形成されている半導体レーザ素子に対して本発明を適用することにより、光ピックアップへの応用時にノイズ特性を向上させることができるため、本発明の効果をより顕著に利用できる。
【００３３】
また、請求項５及び請求項１０に係る発明によれば、共振器面の出射面は反射率１０％以下の端面コートが形成されており、共振器面の後面は反射率７０％以上の端面コートが形成されている半導体レーザ素子に対して本発明を適用することにより、より高い光出力を要求される用途の場合に適合できるため、本発明の効果をより顕著に利用できる。
【００３４】
さらに、請求項１１及び１２に係る発明によれば、バラツキを考慮してもそれぞれ安定的にスロープ効率が６Ｗ／Ａ以上の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、本発明を実施するための最良の形態を実施例及び図面を用いて詳細に説明するが、以下に述べた実施例は、本発明の技術思想を具体化するための窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の製造方法及びこの製造方法で作製された窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子を例示するものであって、本発明をこの実施例に特定することを意図するものではなく、本発明は特許請求の範囲に示した技術思想を逸脱することなく種々の変更を行ったものにも均しく適用し得るものである。
［実験例１］（実施例１〜３及び比較例１〜３）
ＧａＮ基板の結晶成長面として、（０００１）Ｇａ面の＜１−１００＞方向へのオフ角度が０．３０度のものを使用し、この基板上にそれぞれ以下のようにして各半導体層を積層することにより、活性層の成長速度が、０．２０Å／秒（比較例１）、０．３０Å／秒（比較例２）、０．４０Å／秒（比較例３）、０．５０Å／秒（実施例１）、０．７０Å／秒（実施例２）、１．００Å／秒（実施例３）である６種類の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子を作製することにより、活性層の成長速度とスロープ効率との関係を調べた。
【００３６】
まず、図１に示したように、ＧａＮ基板（１）上に、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法）法により成長温度１１００℃、原料にＮＨ３、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、ＧｅＨ４を用い、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層（２）を成長速度３．０Å／ｓｅｃで１．０μｍ成長させた。
【００３７】
その後、温度を下降させ、３周期構造ＭＱＷ活性層（３）のうちＩｎＧａＮ井戸層を、成長温度８００℃、原料にＮＨ３、トリメチルガリウム、トリメチルインジウムを用い、０．００３μｍ成長させ、次にＭＱＷ活性層（３）のうちＧａＮ障壁層を、原料にＮＨ３、トリメチルガリウムを用い０．０２μｍ成長させた。以上のＭＱＷ活性層の成長速度が、本発明にいう活性層の成長速度に相当し、ここでは比較例１〜３及び実施例１〜３にそれぞれ対応する成長速度となるように制御した。さらに、成長温度８００℃、原料にＮＨ３、トリメチルガリウム、トリメチルインジウムを用い、ＩｎＧａＮ光ガイド層（４）を０．１μｍ成長させた。
【００３８】
その後、成長温度８００℃、原料にＮＨ３、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウムを用い、ＡｌＧａＮキャップ層（５）を０．０２μｍ成長させ、次に、温度を上昇させ、成長温度１１００℃、原料にＮＨ３、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、シクロペンタジェニルマグネシウムを用い、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層（６）を成長速度３．０Å／ｓｅｃで０・５μｍ成長させた。そして、最後に、成長温度１１００℃、原料にＮＨ３、トリメチルガリウム、シクロペンタジェニルマグネシウムを用い、ｐ型ＧａＮコンタクト層（７）を０．００５μｍ成長を行った。
【００３９】
次に、電極プロセスを以下の手順で行った。まず、Ｐｔ／ＰｄからなるＰ型電極（８）を形成し、その後、ドライエッチングにより、電流狭窄部分であるリッジ（７、８）を形成し、次に、ＣＶＤ装置を用いてリッジ両側にＳｉＯ２膜（１０）を形成した。次に、Ｔｉ／Ｐｄ／Ａｕからなるパッド電極（９）を形成し、基板の裏側を研磨してウエハを１１０μｍ程度の厚さにし、最後にＡｌ／Ｐｔ／Ａｕからなるｎ型電極（１１）を形成して、ウエハを完成させた。引き続いて、スクライブ工程を用いて素子分離し、図１に示す窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子を完成させた。
【００４０】
完成した６種類の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子について、室温下で、アンコート状態で、それぞれ１０個ずつ特性評価を行い、その平均値を求めた。結果を活性層の成長速度とアンコートレーザ素子のスロープ効率（Ｗ／Ａ）の関係を図２に、また、それぞれの発振波長を表１にまとめて示した。
【００４１】
【表１】
2006310766.tif 000003
図２に示した結果によると、（０００１）Ｇａ面の＜１−１００＞方向に傾斜した角度の絶対値が０．３０度の基板を用いた場合、活性層の成長速度が０．５Å／秒以上であればスロープ効率が０．７５Ｗ／Ａ以上となっていることが分かる。この活性層の成長速度が０．７Å／秒以上であるとスロープ効率が０．８Ｗ／Ａ以上を期待できる。活性層の成長速度が速すぎてもＭＱＷ活性層の結晶品質が悪くなるために素子の信頼性が低下するので、活性層の成長速度の上限は５．０Å／秒に止めるべきである。また、傾斜角度の上限が５度を超えるとＭＱＷ活性層内にＩｎ原子が十分に入らなくなり、発振波長が３９５ｎｍ以下となってしまうので好ましくない。
［実験例２］（実施例４〜６及び比較例４〜６）
次に、ＧａＮ基板の結晶成長面として、（０００１）Ｇａ面の＜１−１００＞方向へのオフ角度をＡとし、（０００１）Ｇａ面の＜１１−２０＞方向へのオフ角度をＢとした場合、（Ａ２＋Ｂ２）の平方根が０．３０のものを使用し、この基板上にそれぞれ実験例１の場合と同様にして各半導体層を積層することにより、活性層の成長速度が、０．２０Å／秒（比較例４）、０．３０Å／秒（比較例５）、０．４０Å／秒（比較例６）、０．５０Å／秒（実施例４）、０．７０Å／秒（実施例５）、１．００Å／秒（実施例６）である６種類の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子を作製した。
【００４２】
完成した６種類の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子について、室温下で、アンコート状態で、それぞれ１０個ずつ特性評価を行い、その平均値を求めた。結果をＧａＮ基板の結晶成長面が（０００１）Ｇａ面の＜１−１００＞方向へのオフ角度をＡとし、（０００１）Ｇａ面の＜１１−２０＞方向へのオフ角度をＢとした場合、（Ａ２＋Ｂ２）の平方根とアンコートレーザ素子のスロープ効率（Ｗ／Ａ）の関係を図３に、また、それぞれの発振波長を表２にまとめて示した。
【００４３】
【表２】
2006310766.tif 000004
図３に示した結果によると、前記（Ａ２＋Ｂ２）の平方根が０．３０の基板を用いた場合は、活性層の成長速度が０．５Å／秒以上であればスロープ効率が０．７０Ｗ／Ａ以上となっていることが分かる。この活性層の成長速度が０．５〜０．９０Å／秒であるとスロープ効率が０．７５Ｗ／Ａ以上を期待できる。しかしながら、図３においてはバラツキの範囲内で５．０Å／秒まで同程度のスロープ効率が得られている。活性層の成長速度が速すぎてもＭＱＷ活性層の結晶品質が悪くなるために素子の信頼性が低下するので、活性層の成長速度の上限は５．０Å／秒に止めるべきである。
［実施例７及び比較例７］
実施例７及び比較例７として、ＧａＮ基板の結晶成長面が（０００１）Ｇａ面の＜１−１００＞方向のへの傾斜角度が０．３０度のものを用い、この基板上に活性層の成長速度を１．０Å（実施例７）及び０．４Å／秒（比較例７）となるように、それぞれ実験例１の場合と同様にして各半導体層を積層することにより２種類の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子を作製した。それぞれのスロープ効率及び発振波長は、１０素子の平均値として、実施例７の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の場合は０．８Ｗ／Ａ及び４０７ｎｍとなり、比較例７の場合は０．２Ｗ／Ａ及び３９８ｎｍとなった。なお、実施例７及び比較例７の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の発振波長については、他の例との比較のために、表１にまとめて示した。
［実施例８及び比較例８］
実施例８及び比較例８として、ＧａＮ基板の結晶成長面が（０００１）Ｇａ面の＜１−１００＞方向へのオフ角度をＡとし、（０００１）Ｇａ面の＜１１−２０＞方向へのオフ角度をＢとした場合、Ａ＝０．２５及びＢ＝０．１７であり、（Ａ２＋Ｂ２）の平方根が０．３０である基板を用い、この基板上に活性層の成長速度を１．０Å／秒（実施例８）及び０．４Å／秒（比較例８）となるように、それぞれ実験例１の場合と同様にして各半導体層を積層することにより２種類の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子を作製した。それぞれのスロープ効率及び発振波長は、１０素子の平均値として、実施例８の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の場合は０．７Ｗ／Ａ及び４０９ｎｍとなり、比較例８の場合は０．３Ｗ／Ａ及び３９９ｎｍとなった。なお、実施例８及び比較例８の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の発振波長については、他の例との比較のために、表２にまとめて示した。
【００４４】
なお、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子は、ＭＱＷ活性層の井戸層のＩｎ組成を変化させることにより発振波長を変えることができるが、その発振波長が３９５〜４０５ｎｍである場合により効果が顕著となる。
【００４５】
また、共振器面を結晶の自然へきかい面にすることにより、鏡面性の良好な共振器面が得られるために素子歩留りが大きく向上するので、工業的には本発明の効果をより顕著に利用できる。
【００４６】
また、共振器面の出射面は反射率を１０〜３０％に調整し、共振器面の後面に反射率７０％以上の端面コートを形成した半導体レーザ素子に対して本発明を適用すると、外部から出射面を経て入ってくる戻り光ノイズを低減できるので、光ピックアップへの応用時にノイズ特性を向上させることができ、本発明の効果をより顕著に利用できる。
【００４７】
また、共振器面の出射面は反射率１０％以下の端面コートを形成し、共振器面の後面は反射率７０％以上の端面コートを形成した半導体レーザ素子に対して本発明を適用すると、出射面の反射率が低いために外部に出射する光の割合が増え、より高出力が得られるから、本発明の効果をより顕著に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の拡大縦断面図である。
【図２】ＧａＮ基板の結晶成長面が（０００１）Ｇａ面の＜１−１００＞方向のへの傾斜角度が０．３０度の場合の、窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子における活性層成長速度とスロープ効率の関係を示す図である。
【図３】ＧａＮ基板の結晶成長面が（０００１）Ｇａ面の＜１−１００＞方向へのオフ角度をＡとし、（０００１）Ｇａ面の＜１１−２０＞方向へのオフ角度をＢとした場合、（Ａ２＋Ｂ２）の平方根が０．３０の場合の、窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子における活性層成長速度とスロープ効率の関係を示す図である。
【図４】従来の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の拡大縦断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１    ＧａＮ基板
２    ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
３    ＭＱＶ活性層
４    ＩｎＧａＮ光ガイド層
５    ＡｌＧａＮキャップ層
６    ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
７    ｐ型ＧａＮコンタクト層
８    ｐ型電極
９    パッド電極
１０    ＳｉＯ２膜
１１    ｎ型電極
【図１】
2006310766.tif 000005
【図２】
2006310766.tif 000006
【図３】
2006310766.tif 000007
【図４】
2006310766.tif 000008