(57)【要約】【課題】安定的かつ強力に光を閉じ込めることにより、アスペクト比の最適化、遠視野像等を図るとともに、閾値を抑えて、高性能で高信頼性を実現することができる窒化物半導体素子を提供することを目的とする。【解決手段】第１導電型窒化物半導体層１１と、Ｉｎを含有する活性層１２と、第２導電型窒化物半導体層１３とをこの順に備えてなる窒化物半導体レーザ素子であって、第２導電型窒化物半導体層１３内にＩｎ含有層１４を有し、かつ第２導電型窒化物半導体層１３表面にストライプ状のリッジ１５を備えており、少なくともリッジ１５の側面においてＩｎ含有層１４が露出している窒化物半導体レーザ素子。【選択図】  図１
2006165277.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型窒化物半導体層と、Ｉｎを含有する活性層と、第２導電型窒化物半導体層とをこの順に備えてなる窒化物半導体レーザ素子であって、
前記第２導電型窒化物半導体層に、表面側から第２導電型不純物含有層とＩｎ含有層とをこの順に有し、かつ前記第２導電型窒化物半導体層表面にストライプ状のリッジを備えており、少なくとも該リッジの側面において前記Ｉｎ含有層が露出していることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
【請求項２】
リッジの側面において露出したＩｎ含有層が前記リッジの基底部に配置してなる請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項３】
リッジの側面において露出したＩｎ含有層が絶縁性保護膜で被覆されてなる請求項１又は２に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項４】
第２導電型不純物含有層が、クラッド層又はコンタクト層として機能する層である請求項１〜３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】
第１導電型窒化物半導体層と、Ｉｎを含有する活性層と、第２導電型窒化物半導体層とをこの順に備えてなる窒化物半導体レーザ素子であって、
前記第２導電型窒化物半導体層内にＩｎ含有層を有し、かつ前記第２導電型窒化物半導体層表面にストライプ状のリッジを備えており、該リッジの側面と該リッジが形成されていない前記第２導電型窒化物半導体層表面との一部又は全部において前記Ｉｎ含有層が露出しており、該露出したＩｎ含有層が絶縁性保護膜で被覆されてなることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
【請求項６】
第２導電型窒化物半導体層が、少なくとも光ガイド層と、Ｉｎ含有層と、クラッド層とを備える請求項１〜５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】
第２導電型窒化物半導体層が、ｐ型窒化物半導体層である請求項１〜６のいずれか１つに記載の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、窒化物半導体レーザ素子に関し、より詳細には、表面にストライプ状のリッジを有する窒化物半導体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体基板の上に形成された活性層を含む窒化物半導体素子が、世界で初めて室温での連続発振１万時間以上を達成したことが発表された（例えば、非特許文献１及び２）。
この窒化物半導体素子は、いわゆる、リッジ導波路構造の屈折率導波型のレーザ素子であり、基本的に、サファイア基板上に、部分的に形成されたＳｉＯ2膜を介して選択成長させたｎ型ＧａＮからなる窒化物半導体基板の上に、レーザ素子構造となる窒化物半導体層が複数積層されて構成されている。
【０００３】
【特許文献１】ICNS'97 予稿集、October 27-31,1997,P444-446
【特許文献２】Jpn.J.Appl.Phys.Vol.36(1997）pp.L1568-1571,Part2,No.12A,1 December 1997
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなリッジ導波路構造のレーザ素子は、エッチングの深さ、ストライプの幅などにより、実効屈折率が変化するため、素子特性、特に、レーザ光のビーム形状（Ｆ．Ｆ．Ｐ．（ファー・フィールド・パターン））が大きく影響され、ばらつきが生じる。
ビーム形状を安定化させる方法としては、活性層への投入電流の均一拡散が有効であり、そのためには、通常、リッジが形成されているｐ型窒化物半導体層における電流の均一拡散が要求される。
【０００５】
しかし、ｐ型窒化物半導体層は、抵抗が高いために電流を拡散させること、さらには活性層まで電流を均一に導くことが困難であった。
また、通常、レーザ素子を光ディスクシステムやレーザプリンタへ応用する場合、レーザ光を各光学系により補正・調整する。従って、レーザ素子から照射される光のアスペクト比が大きくなれば、その補正光学系が大規模になり、その設計、製造、またその光学系を経ることによる損失が大きな問題となる。
このようなことから、上述したレーザ素子を読み取り用又は書き込み用光源等のレーザ光源として応用するためには、レーザ素子のさらなる特性向上、特に光学的な特性の向上が必要となる。つまり、レーザ光のビーム形状のアスペクト比の最適化などが要求される。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、安定的に、電流を拡散させるとともに、レーザ光のビーム形状を安定化させ、光を閉じ込めて、アスペクト比を最適化し、遠視野像及び光導波路を改善すること等を図ることができ、さらに、閾値電流を抑えて、高性能で高信頼性を実現することができる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】
本発明の窒化物半導体レーザ素子は、第１導電型窒化物半導体層と、Ｉｎを含有する活性層と、第２導電型窒化物半導体層とをこの順に備えてなる窒化物半導体レーザ素子であって、（１）前記第２導電型窒化物半導体層に、表面側から第２導電型不純物含有層とＩｎ含有層とをこの順に有し、かつ前記第２導電型窒化物半導体層表面にストライプ状のリッジを備えており、少なくとも該リッジの側面において前記Ｉｎ含有層が露出しているか、あるいは（２）前記第２導電型窒化物半導体層内にＩｎ含有層を有し、かつ前記第２導電型窒化物半導体層表面にストライプ状のリッジを備えており、該リッジの側面と該リッジが形成されていない前記第２導電型窒化物半導体層表面との一部又は全部において前記Ｉｎ含有層が露出しており、該露出したＩｎ含有層が絶縁性保護膜で被覆されてなることを特徴とする。
【０００８】
この窒化物半導体レーザ素子は、リッジの側面において露出したＩｎ含有層がリッジの基底部に配置していることが好ましい。
リッジの側面において露出したＩｎ含有層が絶縁性保護膜で被覆されていることが好ましい。
また、第２導電型窒化物半導体層が、少なくとも光ガイド層と、Ｉｎ含有層と、クラッド層とを備えることが好ましい。
第２導電型不純物含有層が、クラッド層又はコンタクト層として機能する層であることが好ましい。
さらに、第２導電型窒化物半導体層が、ｐ型窒化物半導体層であることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の窒化物半導体レーザ素子によれば、リッジ側面に露出したＩｎ含有層の存在により、実効的な光閉じ込めを最適化することができ、ＦＦＰ−Ｘのバラツキを抑制することができる。また、アスペクト比を安定させることが可能となる。一般にＩｎを含有する層は、他の窒化物半導体層に比較して抵抗が低いが、本発明のように、リッジ内にＩｎ含有層を備えることにより、リッジ幅に対応する領域にのみ電流を略均一に拡散させることが可能となり、さらにこの電流をリッジ幅に対応する領域で、略均一に維持しながら活性層まで導くことができ、ひいては閾値の上昇を防止するとともに、レーザ素子のビーム形状を安定化させることが可能となる。
【００１０】
特に、Ｉｎ含有層がリッジの基底部に配置している場合には、半導体レーザ素子の製造工程中及びその後におけるＩｎ含有層からのＩｎの揮発、分解等を防止してＩｎ含有層の劣化を回避することができるために、上記効果をより確実に実現することができる。
また、Ｉｎ含有層の露出部分が絶縁性保護膜で被覆されていることにより、密度の高い電流がＩｎ含有層に流れる場合においても、リッジ側面において露出したＩｎ含有層からの電流リークを確実に防止することができ、信頼性の高いレーザ素子を得ることができる。
【００１１】
さらに、第２導電型窒化物半導体層が、少なくとも光ガイド層と、Ｉｎ含有層と、クラッド層とを備えることにより、レーザ素子の寿命特性を向上させることができる。
第２導電型窒化物半導体層が、ｐ型窒化物半導体層からなることにより、一般に、ｐ側における抵抗が高い窒化物半導体層を用いた場合でも、Ｉｎ含有層によりｐ型不純物の活性化率を上昇させ、低抵抗化を図ることができるために、電流の拡散を向上させ、リッジ幅に対応する電流を活性層にまで効率的に導入させることが可能となる。
【００１２】
また、本発明の窒化物半導体レーザ素子によれば、リッジの側面とこのリッジが形成されていない第２導電型窒化物半導体層表面との一部又は全部においてＩｎ含有層が露出しており、この露出したＩｎ含有層が絶縁性保護膜で被覆されてなるため、リッジ幅を小さくすることによりキンクを有効に抑制して水平横モードのマルチ化を防止しながら、第２導電型窒化物半導体層表面に配置されたＩｎ含有層によってリッジ幅にかかわらず、活性層への電流の注入幅又は注入量を制御することができ、ビーム形状の安定化を実現し、より高性能及び高品質のレーザ素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の窒化物半導体レーザ素子は、主として、第１導電型窒化物半導体層、活性層及び第２導電型窒化物半導体層等の窒化物半導体層を備えてなる。
【００１４】
（窒化物半導体層）
本発明のレーザ素子を構成する第１及び第２導電型窒化物半導体層ならびに活性層は、例えば、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）で表されるIII−Ｖ族窒化物半導体層により形成することができる。具体的には、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＩｎＮ等が挙げられる。また、これら窒化物半導体の一部をＢ及び／又はＰで置換したものであってもよい。これらの窒化物半導体層は、単層膜でもよいし、多層膜でもよいし、超格子構造のいずれであってもよい。これらは、ＭＯＶＰＥ、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線気相成長法）等、当該分野で公知の方法によって形成することができる。
【００１５】
窒化物半導体層には、ｐ型不純物（例えば、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｂａ等）又はｎ型不純物（例えば、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｃ、Ｔｉ等）がドープされていることが好ましい。ドーピングは、均一ドープであっても、変調ドープであってもよい。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。これにより、結晶性を損なわずに、抵抗率を低くすることができる。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。これにより、結晶性を良好に保ちながら、出力を維持することができる。
【００１６】
なお、本発明において、第２導電型とは、第１導電型とは異なる導電型を示すことを意味し、第１導電型がｐ型であれば、第２導電型はｎ型とすることができ、第１導電型がｎ型かつ第２導電型がｐ型であることが好ましい。ただし、本発明の窒化物半導体層は、アンドープ層が含まれていてもよい。アンドープ層とは、窒化物半導体層を、ドーパントとなるｐ型及びｎ型不純物を添加しないで成長させるものであり、例えば、ＭＯＣＶＤ法において反応容器内にドーパントを供給しないで成長させることにより形成することができる。
【００１７】
本発明における窒化物半導体レーザ素子は、通常、ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層とで、Ｉｎを含有する活性層を挟んだ分離光閉じ込め型構造であるＳＣＨ（Separate Confinement Heterostructure）構造とすることが好ましい。これは活性層よりバンドギャップの大きい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。また、窒化物半導体層の間に応力緩衝層を有する構造、ＧＲＩＮ構造等を採用してもよい。
【００１８】
（第１導電型窒化物半導体層）
第１導電型窒化物半導体層は、特に限定されるものではなく、例えば、ＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ＜１）等の窒化ガリウム系化合物半導体層により形成される。また、多層膜によって構成されていることが好ましい。
例えば、第１の窒化物半導体層としてＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ≦０．５）、好ましくはＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ≦０．３）である。このＡｌを含有する第１の窒化物半導体層はラテラル成長させて形成することが好ましい。ラテラル成長させる方法は、後述するが、例えば、反応炉内での成長温度を１１００℃以上、圧力を４００Ｔｏｒｒ以下とすることにより実現することができる。また、第１の窒化物半導体層はクラッド層として機能させることもできる。膜厚は、例えば、０．５〜５μｍである。
【００１９】
第２の窒化物半導体層は、第１の窒化物半導体層上に配置し、光ガイド層として機能させることができる。例えば、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．３）が挙げられる。膜厚は、例えば、０．５〜５μｍである。
この第１導電型窒化物半導体層中には、さらに、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０＜ｘ＋ｙ≦１）からなる中間層を介した構成としてもよい。このような中間層により、窒化物半導体層の表面又は内部に発生するクラックを低減させることができる。
【００２０】
（活性層）
活性層は、少なくともＩｎを含有しているものであれば特に限定されないが、例えば、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０＜ｘ＋ｙ≦１）が挙げられる。Ａｌ含有量を高くすることで紫外域の発光が可能となる。また長波長側の発光も可能であり、３６０ｎｍ〜５８０ｎｍまでが発光可能となる。
活性層は、量子井戸構造（単一量子井戸、多重量子井戸）で形成することにより、発光効率を向上させることができる。ここで、井戸層の組成は、例えば、Ｉｎの混晶が０＜ｘ≦０．５である。井戸層の膜厚としては、例えば、３０〜２００オングストロームであり、障壁層の膜厚としては、２０〜３００オングストロームである。
【００２１】
特に、活性層は、Ｉｎを含む窒化物半導体層からなる井戸層と、窒化物半導体層からなる障壁層とを有する量子井戸構造であり、この活性層が上述した第１導電型（例えばｎ型）窒化物半導体層と、後述する第２導電型（例えばｐ型）窒化物半導体層とによって挟まれていることが好ましい。障壁層は、ｐ型窒化物半導体層に最も近い位置に配置された第１障壁層と、この第１障壁層とは異なる第２障壁層とを有するとともに、第１障壁層は実質的にｎ型不純物を含まず、第２障壁層がｎ型不純物を有することが好ましい。つまり、量子井戸構造の活性層において、少なくともｎ型不純物を有する障壁層（第２障壁層）と、それとは異なる活性層中の最もｐ型窒化物半導体層側に位置する障壁層（第１障壁層）とを有することにより、素子寿命及び逆方向耐圧特性を向上させることができる。
【００２２】
なお、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回程度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。
【００２３】
（第２導電型窒化物半導体層）
第２導電型窒化物半導体層は、特に限定されるものではなく、例えば、３層又は４層構造の窒化物半導体層等が挙げられる。これらの第２導電型窒化物半導体層は、キャップ層（電子閉じ込め層）、光ガイド層、クラッド層、コンタクト層の１以上として機能させることができる。具体的には、第１の窒化物半導体層としては、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．５）が挙げられる。第２の窒化物半導体層としては、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．３）、第３の窒化物半導体層としては、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．５）、第４の窒化物半導体層としては、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）等が挙げられる。なお、これら第１〜第４の窒化物半導体層は、いずれを省略してもよい。
【００２４】
また、これらの半導体層の少なくとも１層に、例えば、最上層以外の位置、つまり、第２又は第３の窒化物半導体層に、Ｉｎを混晶させることが好ましい。Ｉｎ含有層のＩｎ含有率は、例えば、０〜５％、好ましくは１〜２％程度が挙げられる。一例としてＩｎ含有層がＩｎaＧａ1-aＮの場合には、０＜ａ≦０．０５、好ましくは０．０１≦ａ≦０．０２が挙げられる。これら第２導電型窒化物半導体層を構成する半導体層の膜厚は、例えば、３０Å〜５μｍとすることができ、特に、Ｉｎ含有層の膜厚は、例えば、３０〜３００Å、さらに１００〜３００Åが好ましい。
【００２５】
具体的には、活性層と接触するように、任意にＡｌＧａＮ層（例えば、キャップ層として機能）、ＧａＮ層（例えば、光ガイド層として機能）、ＩｎＧａＮ層、任意にＧａＮ層（例えば、光ガイド層として機能）、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子層（例えば、クラッド層として機能）、ＧａＮ層（例えば、コンタクト層として機能）が順次積層された構成が挙げられる。なお、この場合、後述するように、リッジは、ＩｎＧａＮ層をその中に含むように形成されることが必要である。
【００２６】
（リッジ）
第２窒化物半導体層の表面にはストライプ状のリッジが形成されている。リッジは、導波路領域として機能するものであり、その幅は１．０μｍ〜１００．０μｍ程度が適当である。共振器長の長さは１００μｍ〜１０００μｍ程度が好ましい。シングルモードのレーザ光とする場合のリッジ幅は、１．０μｍ〜３．０μｍとするのが好ましい。また、リッジ幅を５μｍ以上とすれば、１Ｗ以上の出力が可能となる。
【００２７】
リッジの高さ（エッチングの深さ）は、特に限定されるものではなく、第２窒化物半導体層を構成する層の膜厚、材料等によって適宜調整することができる。例えば、０．２〜１μｍが挙げられる。
ただし、リッジは、Ｉｎ含有層がリッジの側面において露出する、つまり、Ｉｎ含有層の膜厚方向の全部又は一部がリッジを構成していることが必要であり（例えば、それぞれ図３及び図４参照）、この構成である限り、リッジの両側の、各窒化物半導体層と略水平な面（図４中、領域ａ）において、Ｉｎ含有層自体の表面が露出していてもよい。この場合、図５に示すように、Ｉｎ含有層は、リッジ側面に露出している膜の膜厚（ｄ２）と、略水平な面上に配置する膜の膜厚（ｄ１）とを有し、ｄ１＜ｄ２、さらに４ｄ１＜ｄ２の関係を満たすことが好ましい。これによって閾値の上昇を抑制することができ、リッジ幅を小さくしても、活性層への電流拡散幅を任意に調整、例えば、リッジ幅よりもより広い範囲に拡散させることが可能となる（図５中、Ｄ参照）。例えば、電流拡散幅は、１．０〜３．０μｍ程度が挙げられる。
【００２８】
また、Ｉｎ含有層の直下に配置する窒化物半導体層の表面が露出していてもよい。前者の場合には、リッジが形成されている領域外のＩｎ含有層の膜厚は、薄膜状であることが好ましい。具体的には、１００オングストローム程度以下であることが適当である。リッジの基底部（根元部分）においてＩｎ含有層が配置していることにより、リッジ幅に対応する領域にのみＩｎ含有層によって均一に電流を拡散させ、効率よく活性層に電流を供給することができ、よって、電流が第２導電型窒化物半導体層の全体にわたって均一に電流が供給されるのに比較して、閾値を低減又は安定化させることが可能となる。
【００２９】
ここで、「リッジの側面においてＩｎ含有層が露出している」とは、Ｉｎ含有層の側面がリッジ側面の一部をなしており、かつその側面が半導体層、導電層に被覆されていない状態、つまり、絶縁されている状態であることを意味する。
なお、リッジは、共振器方向においてすべて同じ幅でなくてもよいし、その側面が垂直であっても、テーパー状であっても、逆テーパー状であってもよい。
リッジは、例えば、フォトリソグラフィ及びエッチング工程を利用して、第２導電型窒化物半導体層の部分的なエッチングにより形成することができる。エッチングは、例えば、ＲＩＥ法により、Ｃｌ2、ＣＣｌ4、ＢＣｌ3及び／又はＳｉＣｌ4ガス等を用いて行うことができる。
【００３０】
（絶縁性保護膜）
通常、リッジの側面は絶縁性保護膜（埋め込み膜）で保護されている。この膜は、例えば、半導体層よりも屈折率が小さな絶縁材料によって形成することができる。例えば、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ａｌ等の酸化物及び窒化物等、具体的にはＡｌＮ、ＳｉＮ等の単層又は複数層が挙げられる。なお、この膜は、少なくともリッジ側面のＩｎ含有層を完全に被覆していればよく、リッジ側面以外に、第２導電型窒化物半導体層の表面（各窒化物半導体層と略水平な面）等を被覆していてもよい。
このように、リッジの側面を、好ましくはリッジの両側にわたって絶縁性保護膜が形成されていることにより、特に、リッジ基底部に位置するＩｎ含有層近傍において、絶縁性保護膜の膜厚が厚膜状で形成されることとなるために、リッジ基底部におけるＩｎ含有層の絶縁性をより確保することができ、リーク電流の発生を回避することができる。
【００３１】
（電極）
リッジの上面（側面以外の面）には、通常、活性層への電流を供給するために電極が形成されている。この電極は、リッジの上面で電気的な接続が確保されていればよく、絶縁性保護膜上にわたって配置していてもよい。電極は、導電性材料の単層膜又は複数膜によって形成することができる。例えば、ＮｉとＡｕとからなる２層構造の場合には、例えば、リッジ上面にＮｉ（膜厚：５０Å〜２００Å）、その上にＡｕ（膜厚：５００Å〜３０００Å）の積層構造とすることができる。３層構造とする場合には、Ｎｉ（リッジ側）／Ａｕ／Ｐｔ又はＮｉ（リッジ側）／Ａｕ／Ｐｄとすることができる。ＮｉとＡｕは２層構造と同じ膜厚であればよく、Ｐｔ、Ｐｄ等は５００Å〜５０００Åとすることができる。
【００３２】
電極は、リッジとのオーミックコンタクトを確保するために、アニール処理に付されることが好ましい。例えば、アニール温度を３００℃以上、好ましくは５００℃以上、アニール雰囲気を窒素及び／又は酸素含有雰囲気下とすることが好ましい。
また、この電極には、パッド電極が電気的な接続されていることが好ましい。パッド電極はＮｉ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｗ等の金属からなる積層膜によって形成することができる。具体的には、パッド電極は電極側からＷ-Ｐｄ-Ａｕ又はＮｉ-Ｔｉ-Ａｕの構造とすることができる。膜厚は特に限定されないが、Ａｕの膜厚を１０００Å以上とすることが好ましい。
【００３３】
さらに、第１導電型窒化物半導体層に電気的に接続される電極も形成されている。なお、この電極は、第１導電型窒化物半導体層に直接接触することによって電気的に接続されていてもよいし、後述するような基板等を介して第１導電型窒化物半導体基板に電流を供給することができるように接続されていればよい。
【００３４】
例えば、この電極は、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｐｄ、Ｗ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｖ、Ｈｆからなる群から選ばれる少なくとも１種の単層膜であってもよいし、２種以上を有する多層膜であってもよい。これらの材料を選択することにより、第１導電型窒化物半導体層又は基板等とのオーミック性を確保することができる。多層膜の場合には、最上層が、Ｐｔ又はＡｕであることが好ましい。これにより、電極からの放熱性を向上させることができる。また、第１導電型窒化物半導体層又は基板等との密着性を確保することができ、例えば、ウェハからバー化又はチップ化するための劈開工程等での電極の剥がれを防止することができる。この電極の膜厚は１００００Å以下、さらに６０００Å以下が好ましい。この電極を多層膜とする場合には、例えば、第１層をＶ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ又はＨｆ等（膜厚：５００Å以下）とする。なお、Ｗの場合には３００Å以下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。Ｖの場合には、耐熱性を向上させることができ、膜厚を５０Å以上３００Å以下、好ましくは７０Å以上２００Åとすることにより良好なオーミック特性を得ることができる。
【００３５】
また、Ti（半導体側、以下同じ）-Alの順に形成する場合には、電極の膜厚は１００００Å以下であって、例えば、１００Å-５０００Åとすることが好ましい。Ti-Pt-Auの順に形成する場合には、膜厚は６０Å-１０００Å-３０００Åが好ましい。さらに、例えば、Ti（６０Å）-Mo（５００Å）-Pt（１０００Å）-Au（２１００Å）、Ti（６０Å）-Hf（６０Å）-Pt（１０００Å）-Au（３０００Å）、Ti（６０Å）-Mo（５００Å）- Ti（５００Å）-Pt（１０００Å）-Au（２１００Å）としてもよいし、Ｗ-Pt-Au、Ｗ-Al-Ｗ-Au等であってもよい。さらに、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等が挙げられる。この電極も、３００℃以上でアニール処理に付すことが好ましい。
【００３６】
この電極の形状は特に限定されるものではないが、通常、矩形状である。また、この電極は、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。また、この電極には、電気的に接続するように、同様の形状で、メタライズ電極が形成されていてもよい。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等が挙げられる。
なお、電極は、ＣＶＤ、スパッタ、蒸着等で形成することができる。
【００３７】
（反射ミラー）
本発明の半導体レーザ素子は、通常、共振面の光反射側及び／又は光出射面に反射ミラーが形成されている。反射ミラーは、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｎｂから選ばれる少なくとも１つからなる酸化物の単層膜又は多層膜、具体的にはＳｉＯ2、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｎｂ2Ｏ5等単層膜又は多層膜によって形成することができる。なお、共振面が、窒化物半導体層の劈開によって形成されていれば、反射ミラーを再現性よく形成することができる。
【００３８】
（基板）
本発明の半導体レーザ素子は、通常、上述した窒化物半導体層は、基板上に形成されて構成されている。
基板としては、特に限定されるものではなく、素子を構成する窒化物半導体層とは異なる半導体、つまり、窒化物半導体と異なる材質からなる異種基板を用いることができる。例えば、Ｃ面、Ｒ面及びＡ面のいずれかを主面とするサファイア、スピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）、ＧａＡｓ、ＳｉＯ2、ＳｉＮのような基板、窒化物半導体と格子整合する酸化物基板、ＺｎＳ、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＧａＮ等の導電性基板等が挙げられる。好ましくは、異種基板上に結晶欠陥の少ない下地層（例えば、転位数が１×１０7個／ｃｍ2以下、好ましくは１×１０6個／ｃｍ2以下）を成長させた擬似基板であることが好ましい。また、これら擬似基板から異種基板を除去した半導体基板、窒化物半導体基板等であってもよい。異種基板は、例えば、研磨、研削、電磁波照射（エキシマレーザー照射等）又はＣＭＰ等により除去することができる。これら擬似基板の下地層、半導体基板又は窒化物半導体基板は、ｎ型不純物を含有していることが好ましい。
【００３９】
なお、絶縁性の基板を用い、かつこの絶縁性の基板を最終的に取り除かない場合には、上述した電極は窒化物半導体層上の同一面側に形成されることになり、フェイスアップ実装とすることができる。また、フリップチップ実装としてもよい。さらに、最終的に絶縁性の基板を除去して、フェイスアップ実装又はフリップチップ実装のいずれに用いてもよい。また、基板に対して対向して（基板の両側に）、一対の電極をそれぞれ配置してもよい。
【００４０】
特に、投入電力を大きくして高出力のビームを得ようとするレーザ素子について、出力の増大に伴ってより放熱性を増大させたり、保護膜又は誘電体膜等の膜厚を増大させることが必要であるが、このような場合においても、装置中で最も熱の発生しやすい箇所にヒートシンクを設けるなどのファイスダウン実装を行う際の、電極と窒化物半導体層又は絶縁膜等との間の密着性を確保することにより、フェイスダウン実装をより確実に行うことが可能となる。また、絶縁膜等の膜厚の増大に起因する電極の剥がれ等も同時に解消することが可能となる。その結果、放熱性を確保することが可能となり、より高性能の半導体レーザ素子を提供することができる。
【００４１】
基板は、積層する窒化物半導体層の内部に微細なクラックの発生を防止するために、表面に凹凸又はオフアングルを設けてもよい。オフアングルは、通常、半導体層の成長面及び／又は電極形成面に形成される。
凹凸の形状としては、例えば、平面形状がストライプ状、格子状、島状、円状、多角形状、矩形状、くし形状、メッシュ形状のテーパー形状、逆テーパー形状等が挙げられる。
【００４２】
オフアングルは、例えば、リッジのストライプ方向に０．０１〜１．０°程度のオフアングル角で、ステップ状とすることができる。オフアングル角をこのような角度にすることにより、横方向に成長する半導体層の内部の微細なクラックの発生を防止することができる。また、選択成長する半導体層の面状態がステップ状にならず、その上に素子構造を形成しても、ステップが強調されることなく、素子自体のショートや閾値の上昇を招くことがなく、よって、寿命特性を向上させることが可能となる。また、オフアングルは、一方向のみならず、２方向（例えば互いに直交する方向）以上に設けてもよい。
【００４３】
オフ角は、基板上に膜厚分布を有するマスクを形成した後、エッチングする方法がある。エッチングは、ウェットエッチング、ドライエッチング（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））のいずれでもよいが、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。具体的には、まず、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基板表面もエッチングする。基板表面はエッチング時間に面内分布が生じるため、オフ角が形成される。また、基板表面を、研磨、研削、レーザー照射によって表面処理してもよいし、バルク基板をワイヤーソーで切り出すことによってオフ核を形成してもよい。
【００４４】
あるいは、予め支持基板に所望のオフ角を形成した後、その上にバッファ層、下地層等を成長させることでこれらの表面にオフ角を引き継がせ、その後、基板を除去してオフ角を有する窒化物半導体基板としてもよい。
このような基板を用いて窒化物半導体レーザ素子を形成することにより、各窒化物半導体層内にかかる応力を抑制することができ、例えば、劈開時におけるダメージに耐えることが可能となる。
【００４５】
基板上には、窒化物半導体層等を形成する前に、バッファ層、下地層等の半導体層を成長させることが好ましい。また、これらの層を形成した後、基板を研磨などの方法により薄膜化又は除去してもよいし、素子構造を形成した後に薄膜化又は除去してもよい。
【００４６】
特に、バッファ層を介することにより、基板と積層した窒化物半導体層との間の格子定数の不整を緩和して、その上に形成される半導体層の転位を効率よく低減させることができる。バッファ層としては、低温、例えば２００〜９００℃程度で成長させたものが好ましく、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）で表される材料、例えば、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ及びＩｎＧａＮ等により形成することができる。バッファ層の膜厚は、数十〜数百オングストローム程度が適当である。
【００４７】
バッファ層上に、ラテラル成長による下地層を形成する場合には、さらに転位を低減させることができる。この下地層は、表面に凹凸を有する基板を用いるか、あるいは、バッファ層表面に周期的なストライプ状、格子状、網目状又は島状等の半導体層による成長核を形成し、さらに成長核を起点として、半導体層を、互いに接合するまで横方向に成長させることにより形成することができる。このような基板又はバッファ層を用いることにより、基板と下地層との界面に発生する応力を緩和することができ、半導体層等の歪み、転位などの欠陥を防止することができる。
【００４８】
また、基板上にパターン化された保護膜を成長させ、保護膜上に半導体層を成長させた後、横方向成長を停止することにより周期配列されたＴ字状断面を有する半導体層を形成する。なお、この半導体層には横方向に成長した領域に低欠陥領域が形成される。さらに、この半導体層の上面又は上面及び横方向成長した側面を成長核として、再度半導体層を、互いに接合するまで成長させ、基板の全面を被覆する半導体層を形成する。これにより、半導体層が互いに接合した部分の直下は空洞が形成され、接合部には転位が集中することなく低転位領域が広範囲で形成される。
【００４９】
ここでの保護膜としては、この膜の表面に半導体層が成長しないか、成長しにくい性質を有する膜であることが適当であり、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム等の酸化物；窒化チタン等の窒化物；これらの積層膜；タングステン、チタン、タンタル等の１２００℃以上の融点を有する高融点金属等の膜が挙げられる。なかでも、酸化ケイ素及び窒化ケイ素が好ましい。これらの膜をパターン化して形成する方法として、フォトリソグラフィ技術を用いて所定形状のマスクを形成し、そのマスクを介して、例えば、蒸着、スパッタ法、ＣＶＤ法等の気相成膜技術を用いて成膜する方法が挙げられる。保護膜のパターン化形状は、例えば、ドット状、ストライプ状、碁盤面状、メッシュ状等が挙げられ、なかでもフトライプ状が好ましく、さらに、ストライプがオリエンテーションフラット面（例えば、サファイア面のＡ面）に垂直に配置する形状がより好ましい。
【００５０】
基板は、例えば、その表面に、Ｃ面（０００１）によって形成される第１の領域と、Ｃ面とは異なる結晶成長面を有する第２の領域とを有していてもよい。第２の領域は、例えば、（０００−１）面、（１１−２０）面、（１０−１４）面、（１０−１５）面、（１１−２４）面を有していてもよい。このように部分的に結晶成長面が異なる面として有する窒化物半導体基板であれば、この基板に発生する応力や歪みを抑制することができる。第１の領域と第２の領域とは、面内において周期的に分布していることが好ましい。第１の領域と第２の領域とが交互にストライプ状に配置する場合、第１の領域の幅は１０μｍ〜５００μｍ、さらに１００μｍ〜５００μｍ、第２の領域の幅は２μｍ〜１００μｍ、さらに１０μｍ〜５０μｍとすることが好ましい。この範囲で第１の領域及び第２の領域が配置すると、この基板上に窒化物半導体層を膜厚５μｍ以上で積層してもウェハの反りを抑制でき、クラックの発生も抑制することができる。第１の領域における単位面積当たりの転位数は１×１０7／ｃｍ2以下、さらに１×１０6／ｃｍ2以下であることが好ましい。これらの転位測定はＣＬ観察、ＴＥＭ観察等で行うことができる。
【００５１】
また、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、さらに１分以下であることが好ましい。
なお、基板は、上記方法のほか、超臨界流体中で結晶育成させる水熱合成法、高圧法、フラックス法、溶融法等によって形成してもよい。
【００５２】
（チップ形成）
本発明のレーザ素子は、通常、まず、ウェハ上に窒化物半導体層、電極等を形成し、その後、各チップに分割されて形成される。例えば、電極を形成した後、電極に垂直な方向であって、窒化物半導体層の共振面を形成するために、ウェハがバー状に分割される。共振面は、例えば、Ｍ面（１−１００）、Ａ面（１１−２０）等とすることができる。
【００５３】
ウェハの分割は、２段階で行われることが好ましい。まず、分割しようとする領域（基板側又は窒化物半導体層側のいずれか）に、スクライブ、ドライエッチング等によって劈開補助溝を形成する。この劈開補助溝はウェハの全面又はバーを形成するためにウェハの両端に形成する。好ましくは、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、ウェハをバー状に分割する。劈開は、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により行うことができる。劈開補助溝を基板側に形成することにより、容易にウェハをバー状に劈開することができ、基板に接触して電極が形成されている場合にはその電極の剥がれを防止することができるとともに、ＦＦＰのリップルを抑制することができる。
【００５４】
さらに、バー状となった窒化物半導体基板は、電極に平行に分割する。例えば、この分割により、半導体レーザ素子は矩形状に形成される。この素子の共振面長は、例えば、７００μｍ程度以下、素子の幅は４００μｍ程度以下とすることが適当である。
以下に本発明の窒化物半導体レーザ素子の実施例を示す。
【００５５】
実施例１
本発明の窒化物半導体レーザ素子は、図１に示すように、オリフラ面がＭ面（１−１００）の窒化物半導体基板１０上にｎ型の窒化物半導体層１１と、Ｉｎを含有する活性層１２と、ｐ型の窒化物半導体層１３とがこの順に積層されて構成されている。
ｐ型の窒化物半導体層の表面には、ストライプ状のリッジ１５が形成されており、リッジ１５の側面には埋め込み膜１６が、リッジ上面にはｐ電極１７が形成されている。
リッジの基底部には、Ｉｎ含有層１４が配置しており、リッジ側面の根元部分にＩｎ含有層１４が露出している。
また、窒化物半導体層の積層構造の側面と、埋め込み膜１６上及びｐ電極１７の一部上を被覆するように保護膜１８が形成されており、その上にさらにｐ電極１７と電気的に接続されたｐパッド電極１９が形成されている。
窒化物半導体基板１０の裏面には、ｎ電極２０が形成されている。
【００５６】
このような窒化物半導体レーザは、図２に示す工程により製造することができる。
（窒化物半導体基板１０）
まず、ＭＯＣＶＤ反応装置内において、ＧａＮ、サファイア又はＧａＡｓからなる支持基板を配置して、温度を５００℃にする。次に、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ3）を用い、ＧａＮからなるバッファ層を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からなる第１の窒化物半導体を４μｍの膜厚で成長させる。
第１の窒化物半導体を成長した後、ウェハ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からなる保護膜を形成する。
【００５７】
その後、ウェハをＨＶＰＥ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）及び／又は酸素（Ｏ）をドーピングしながらＧａＮからなる第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、支持基板等を研磨、研削、ＣＭＰ又はレーザ照射等により剥離した第２の窒化物半導体であるＧａＮを窒化物半導体基板１０とする。ＧａＮの膜厚は４００μｍ程度である。また、このＧａＮ基板は主面をＣ面（０００１）とする。このＧａＮ基板１０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。なお、ＧａＮ基板は市販品であってもよい。
【００５８】
（第１のｎ側窒化物半導体層）
次に、ＭＯＣＶＤ反応装置内において、ＧａＮ基板１０上に第１のｎ側窒化物半導体層１１を積層する。
１０００℃〜１１８０℃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Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎからなる層を膜厚２μｍで成長させる。この第１のｎ側窒化物半導体層はクラッド層としても機能する。
【００５９】
（第２のｎ側窒化物半導体層）
続いて、シランガスを止め、１０００℃〜１０８０℃でアンドープＧａＮからなる第２のｎ側窒化物半導体層を０．１９μｍの膜厚で成長させる。この第２のｎ側窒化物半導体層にｎ型不純物をドープしてもよい。
【００６０】
（活性層）
次に、温度を９００℃以下にして、ＳｉドープＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなる障壁層を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からなる井戸層を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１２を成長させる。
【００６１】
（第１のｐ側窒化物半導体層）
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、Ｍｇを１×１０19／cm3〜１×１０20／cm3ドープしたｐ型Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎからなる第１のｐ側窒化物半導体層を１００Åの膜厚で成長させる。この第１のｐ側窒化物半導体層は省略可能である。
【００６２】
（第２のｐ側窒化物半導体層）
続いてＣｐ2Ｍｇ、ＴＭＡを止め、１０００℃〜１０５０℃で、バンドギャップエネルギーが第１のｐ側窒化物半導体層よりも小さい、アンドープＧａＮからなる第２のｐ側窒化物半導体層を約０．１２５μｍの膜厚で成長させる。
【００６３】
（Ｉｎ含有層）
次に、９００℃〜１０００℃で、バンドギャップエネルギーが第１のｐ側窒化物半導体層よりも小さく、Ｍｇを１×１０19／cm3〜１×１０20／cm3ドープしたＩｎ0.02Ｇａ0.98ＮからなるＩｎ含有層１４を約２００Åの膜厚で成長させる。
【００６４】
（第３のｐ側窒化物半導体層）
続いて、１０００℃〜１０５０℃でアンドープＡｌ0.10Ｇａ0.90Ｎからなる層を２５Åの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止め、ＭｇドープＧａＮからなる層を２５Åの膜厚で成長させ、総膜厚０．４５μｍの超格子層からなる第３のｐ側窒化物半導体層を成長させる。この第３のｐ側窒化物半導体層はクラッド層として機能させる。
【００６５】
（第４のｐ側窒化物半導体層）
最後に、１０００〜１０５０℃で、前記第３のｐ側窒化物半導体層の上に、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型ＧａＮからなる第４のｐ側窒化物半導体層を１５０Åの膜厚で成長させる。この第４のｐ側窒化物半導体層はｐ電極と接触するコンタクト層として機能する。
反応終了後、反応容器内において、ウェハを窒素雰囲気中、１０５０℃以下でアニーリングして、ｐ側窒化物半導体を低抵抗化する。
【００６６】
以上のようにしてｐ側窒化物半導体層１３を形成したウェハーを反応容器から取り出し、最上層の第４のｐ側窒化物半導体層（ｐ側コンタクト層）の表面にＳｉＯ2から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。これにより第１のｎ側窒化物半導体層を露出させる。
【００６７】
次に、第４のｐ側窒化物半導体層（ｐ側コンタクト層）の表面にストライプ状のＳｉＯ2からなる保護膜を形成して、ＲＩＥによりＳｉＣｌ4ガスを用いてエッチングし、ストライプ状の導波路領域であるリッジ１５を形成する。エッチングは、リッジ１５の高さを制御しながら行い、例えば、Ｉｎ含有層１４にエッチングが差し掛かった後にストップする。これにより、図１に示すように、Ｉｎ含有層１４の厚み方向の略全てがエッチングされ、リッジ１５の側面の基底部において、Ｉｎ含有層１４の膜厚に匹敵するＩｎ含有層１４が露出する。このＩｎ含有層１４は、エッチングを止める目印となり得る。
続いて、リッジ１５の側面をＺｒＯ2からなる埋め込み膜１６で保護する。
【００６８】
なお、リッジの端面近傍でリッジから離間した位置に、フォトリソグラフィー技術を用いて複数の開口部を有するレジストパターンを形成し、ＲＩＥを用いてＳｉＣｌ4ガスにより第１のｎ側窒化物半導体層に達するまでエッチングすることで、第４のｐ側窒化物半導体層の表面に、例えば、六角形状の凹部を形成してもよい。この凹部の頂点間の最長距離は１〜１０μｍ、好ましくは２〜５μｍとする。これによって、リップルを抑制することができる。
【００６９】
次に、第４のｐ側窒化物半導体層及び埋込層１６の上の表面にNi（１００Å）-Au（１５００Å）からなるｐ電極１７を形成する。
その後、Ｓｉ酸化膜（ＳｉＯ2）からなる保護膜１８を、ｐ電極１７の上及び埋め込み膜１６の上及び半導体層の側面に、０．５μｍの膜厚で、スパッタリング成膜により形成する。
【００７０】
ｐ電極１７を形成した後に６００℃でオーミックアニールを行う。
続いて、保護膜１８で覆われていない露出しているｐ電極１７上に連続して、Ni（１０００Å）-Ti（１０００Å）-Au（８０００Å）を形成し、ｐパッド電極１９を形成する。
その後、窒化物半導体基板１０の裏面に、Ｖ（１００Å）-Pt（２０００Å）-Au（３０００Å）からなるｎ電極２０を形成する。
【００７１】
続いて、得られた窒化物半導体基板１０の窒化物半導体形成側に、凹部溝を形成する。この凹部溝は深さを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。この凹部溝を劈開補助線として、窒化物半導体基板１０のｎ電極２０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。共振器長は６００μｍである。
共振器面に、ＳｉＯ2と ＺｒＯ2又はＳｉＯ2とＴｉＯ2とからなる、出射端面側にはＡｌ2Ｏ3又はＮｂ2Ｏ3誘電体膜（図示せず）を形成する。これにより、寿命特性を向上させることができる。
【００７２】
最後にｐ電極１７に平行な方向で、バーをチップ化することにより、図６（ａ）〜（ｃ）に示す、矩形の半導体レーザ素子を得る。素子の幅は２００μｍである。この素子では、予めｐ側窒化物半導体層の四隅に相当する部分をスクライブ又はドライエッチングにより除去して、ｎ側窒化物半導体層を露出させている。なお、図７に示すように、ｐ側窒化物半導体層の外周を劈開補助溝としてエッチング除去して、ｎ側窒化物半導体層を露出させてもよい。
【００７３】
得られたレーザ素子をヒートシンクに設置し、ｐ電極をワイヤーボンディングして、室温でのレーザ発振を試みたところ、室温において、発振波長４００〜４２０ｎｍで、安定した閾値電流密度によって良好な連続発振を示す。さらに、共振面を劈開により形成しても、劈開傷がなく、光出力がＣＷで８０ｍＷ以上と、一定した値で、動作温度が７０℃にて、１万時間発振させることができ、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。
【００７４】
しかも、Ｉｎ含有層１４をリッジ１５の基底部に配置することにより、実効的な光閉じ込めを向上させることができ、アスペクト比を小さくすることが可能となる。
なお、異なるウェハに同様に作製した複数の半導体レーザ素子について、同様の評価を行ったところ、ウェハごとのバラつきがなく、再現性よく大量の半導体レーザ素子を製造できる。
【００７５】
実施例２
この実施例におけるレーザ素子は、Ｉｎ含有層と、第３のｐ側窒化物半導体層との間に、光ガイド層として、１０００℃〜１０５０℃で、バンドギャップエネルギーが第２のｐ側窒化物半導体層よりも小さい、アンドープＧａＮからなる第５のｐ側窒化物半導体層を約０．１２５μｍの膜厚で成長させる点、リッジ形成のエッチング工程において、Ｉｎ含有層にエッチングが差しかかった直後にエッチングをストップする点以外は、実質的に実施例１と同様に半導体レーザ素子を製造した。
【００７６】
したがって、得られた素子では、図４に示したように、リッジ１５の基底部側面でＩｎ含有層３４が露出するのみならず、リッジ１５形成領域外の領域ａにおいて、約５０Å程度の膜厚でＩｎ含有層３４が残存している。つまり、図５に示したように、Ｉｎ含有層３４総膜厚２００Åに対してｄ１が５０Å、ｄ２が１５０Åとなっている。
得られた素子においては、リッジ１５の幅にかかわらず、リッジ１５形成領域外の領域ａでのＩｎ含有層３４の膜厚を制御することによって、電流拡散幅Ｄを所望の範囲とすることができる。また、実施例１と同様の評価をしたところ、寿命、アスペクト比、再現性について、略同様の結果が得られる。
【００７７】
実施例３
この実施例におけるレーザ素子は、Ｉｎ含有層をアンドープとした以外、実施例１と同様に半導体レーザ素子を製造した。
得られた素子について、実施例１と同様の評価をしたところ、寿命、アスペクト比、再現性について、略同様の結果が得られる。
【００７８】
実施例４
この実施例におけるレーザ素子は、図２に示したように、第１のｐ側窒化物半導体層を８０Åとした点、第４のｐ側窒化物半導体層であるコンタクト層２１の側面及び上面の全面にｐ電極２７を形成した点、従って、埋め込み膜２６を第２導電型窒化物半導体層の上面及びコンタクト層表面以外のリッジ１５側面にのみ配置した点以外、実施例１と同様に半導体レーザ素子を製造した。
得られた素子について、実施例１と同様の評価をしたところ、寿命、アスペクト比、再現性について、略同様の結果が得られる。
【００７９】
実施例５
この実施例におけるレーザ素子は、図３に示したように、Ｉｎ含有層２４が、リッジ１５に完全に含まれ、リッジ１５形成領域外の領域においては第２のｐ側窒化物半導体層の表面が露出している点以外、実施例１と同様に半導体レーザ素子を製造した。なお、第２のｐ側窒化物半導体層の総膜厚１２５０Åに対して、膜厚約１０００Åがエッチングされずに残存している。
得られた素子について、実施例１と同様の評価をしたところ、寿命、アスペクト比、再現性について、略同様の結果が得られる。
【００８０】
実施例６
この実施例におけるレーザ素子は、Ｉｎ含有層をＩｎ0.01Ｇａ0.99Ｎとした以外、実施例１と同様に半導体レーザ素子を製造した。
得られた素子について、実施例１と同様の評価をしたところ、寿命、アスペクト比、再現性について、略同様の結果が得られる。
【００８１】
比較例
なお、比較例として、リッジをＩｎ含有層にまで達しない、第４及び第３のｐ側窒化物半導体層にのみ形成した以外、実施例１と同様に半導体レーザ素子を製造した。
また、別の例として、リッジの最上層にＩｎ含有層を形成した以外、実施例１と同様に半導体レーザ素子を製造した。
前者の場合には、活性層より上部で、Ｉｎ含有層が活性層と略同じ幅で配置されているために、電流が広がりすぎて閾値の上昇が見られる。また、後者の場合には、Ｉｎ含有層が、成膜後の冷却時において分解し、レーザ素子と機能させることができない。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明の窒化物半導体素子は、光ディスク用途、光通信システム、印刷機、露光用途、測定等に利用することができる。また、特定波長に感度を有する物質に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源等に利用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の窒化物半導体レーザ素子の概略断面図である。
【図２】本発明の別の窒化物半導体レーザ素子の概略断面図である。
【図３】本発明のさらに別の窒化物半導体レーザ素子の概略断面図である。
【図４】本発明のさらに別の窒化物半導体レーザ素子の概略断面図である。
【図５】図４の窒化物半導体レーザ素子におけるＩｎ含有層について説明するための要部の拡大図である。
【図６】本発明の窒化物半導体レーザ素子の分割を説明するための概略平面図、Ａ−Ａ’線及びＢ−Ｂ’線断面図である。
【図７】本発明の窒化物半導体レーザ素子の別の分割を説明するための概略平面図である。
【符号の説明】
【００８４】
１０  窒化物半導体基板
１１  第１導電型窒化物半導体層
１２  活性層
１３  第２導電型窒化物半導体層
１４、２４、３４  Ｉｎ含有層
１５  リッジ
１６、２６  埋め込み膜
１７、２７  ｐ電極
１８、２８  保護膜
１９  ｐパッド電極
２０  ｎ電極
２１  コンタクト層
ａ  リッジ形成領域外の領域
【図１】
2006165277.tif 000003
【図２】
2006165277.tif 000004
【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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