(57)【要約】【課題】窒化物半導体層を用いた半導体レーザ素子において、より高出力あるいは長寿命な特性を有する半導体レーザ素子及びその製造方法を提供する。【解決手段】ｎ型ＧａＮもしくはｎ型ＡｌＧａＮからなる第１クラッド層１０３と、ＡｌＧａＩｎＮ多重量子井戸からなり、第１クラッド層１０３上に形成された活性層１０５と、活性層１０５上に形成され、ｐ型もしくはアンドープのＧａＮもしくはＡｌＧａＮからなる第２クラッド層１０６と、第２クラッド層１０６上に形成され、ｐ型ＧａＮもしくはｐ型ＡｌＧａＮからなる第３クラッド層１０７とを有する共振器を備え、共振器は、共振器端部にイオン注入部１０４を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体から構成され、レーザ発振させる共振器を備え、
前記共振器は、共振方向の端部において変質部を有する
ことを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記共振器は、ｎ型クラッド層と、前記ｎ型クラッド層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成されたｐ型クラッド層とを有し、
前記変質部は、前記活性層の上方に位置し、前記ｐ型クラッド層に形成される
ことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記変質部は、前記ｐ型クラッド層の高抵抗化された部分である
ことを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記共振器は、さらに、前記活性層上に形成されたストライプ状の開口部を有する電流ブロック層を有し、
前記変質部は、前記開口部内のｐ型クラッド層の高抵抗化された部分である
ことを特徴とする請求項３に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記共振器は、ｎ型クラッド層と、前記ｎ型クラッド層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成されたｐ型クラッド層とを有し、
前記変質部は、前記ｐ型クラッド層の下方に位置し、前記活性層に形成される
ことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記変質部は、前記活性層の無秩序化された部分である
ことを特徴とする請求項５に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記変質部は、前記活性層のエネルギーバンドギャップが大きくされた部分である
ことを特徴とする請求項６に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記活性層は、ＡｌＧａＩｎＮから構成され、
前記変質部は、Ｂ、Ａｌ、Ｇａのいずれかを含むイオン種が注入された、前記活性層のＢ、ＡｌもしくはＧａの組成比が前記活性層のＢ、ＡｌもしくはＧａの平均組成比より大きくされた部分である
ことを特徴とする請求項７に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項９】
前記変質部は、Ｂ、Ａｌ、Ｇａのいずれかを含み、かつＩｎを含むイオン種が注入された部分である
ことを特徴とする請求項８に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１０】
前記変質部は、Ｈ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｇａ、Ａｓ、Ｉｎのうち少なくとも１つを含むイオン種が注入された部分である
ことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１１】
窒化物半導体から構成され、レーザ発振させる共振器を備える半導体レーザ素子の製造方法であって、
窒化物半導体から構成される半導体層を基板上に形成する半導体層形成工程と、
前記半導体層における前記共振器の共振方向の端部となる部分を変質させて変質部を形成する変質部形成工程とを含む
ことを特徴する窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１２】
前記半導体層形成工程において、ｎ型クラッド層及び活性層を基板上に順次結晶成長させ、
前記変質部形成工程において、前記活性層における前記共振器の共振方向の端部となる部分に変質部を形成し、
前記半導体レーザ素子の製造方法は、さらに、
前記変質部を熱処理によって無秩序化させる熱処理工程と、
前記無秩序化された変質部が形成された活性層上にｐ型クラッド層を結晶成長させるｐ型クラッド層形成工程と、
前記ｐ型クラッド層にストライプ状のリッジ部を形成するリッジ部形成工程とを含む
ことを特徴とする請求項１１に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１３】
前記熱処理工程において、前記変質部を８００℃以上に加熱する熱処理を行う
ことを特徴とする請求項１２に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１４】
前記熱処理工程において、前記変質部にレーザ光を照射して前記変質部を加熱する
ことを特徴とする請求項１３に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１５】
前記半導体層形成工程において、ｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層を基板上に順次結晶成長させ、
前記変質部形成工程において、前記ｐ型クラッド層における前記共振器の共振方向の端部となる部分に変質部を形成し、
前記半導体レーザ素子の製造方法は、さらに、
前記変質部がリッジ部となるように、前記ｐ型クラッド層にストライプ状のリッジ部を形成するリッジ部形成工程を含む
ことを特徴とする請求項１１に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１６】
前記半導体レーザ素子の製造方法は、さらに、
前記ｐ型クラッド層のｐ型不純物を活性化処理させる活性化処理工程を含み、
前記変質部形成工程において、前記ｐ型不純物の活性化処理が行われたｐ型クラッド層に変質部を形成する
ことを特徴とする請求項１５に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１７】
前記半導体層形成工程において、ｎ型クラッド層、活性層及びブロック層を基板上に順次結晶成長させた後、前記ブロック層にストライプ状の開口部を形成し、
前記変質部形成工程において、前記活性層における前記共振器の共振方向の端部となる部分に変質部を形成し、
前記半導体レーザ素子の製造方法は、さらに、
前記変質部を熱処理によって無秩序化させる熱処理工程と、
前記熱処理が行われた後に、前記開口部からｐ型クラッド層を結晶成長させるｐ型クラッド層形成工程とを含む
ことを特徴とする請求項１１に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１８】
前記熱処理工程において、前記変質部を８００℃以上に加熱する熱処理を行う
ことを特徴とする請求項１７に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１９】
前記熱処理工程において、前記変質部にレーザ光を照射して前記変質部を加熱する
ことを特徴とする請求項１８に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項２０】
前記半導体層形成工程において、ｎ型クラッド層、活性層及びブロック層を基板上に順次結晶成長させた後、前記ブロック層にストライプ状の開口部を形成し、前記開口部からｐ型クラッド層を結晶成長させ、
前記変質部形成工程において、前記開口部内のｐ型クラッド層における前記共振器の共振方向の端部となる部分に変質部を形成する
ことを特徴とする請求項１１に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項２１】
前記半導体レーザ素子の製造方法は、さらに、
前記ｐ型クラッド層のｐ型不純物を活性化処理させる活性化処理工程を含み、
前記変質部形成工程において、前記ｐ型不純物の活性化処理が行われたｐ型クラッド層に変質部を形成する
ことを特徴とする請求項２０に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項２２】
前記変質部形成工程において、前記基板及び半導体層を４００℃以上に加熱しながら、前記変質部が形成される部分に対してイオン注入を行うことにより前記変質部を形成する
ことを特徴とする請求項１１に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項２３】
前記変質部形成工程において、前記イオン注入が行われる部分にレーザ光を照射しながら前記イオン注入を行う
ことを特徴とする請求項２２に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、青色から紫外域の光を出力する窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法に関し、特に高出力動作、長時間動作に優れた窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から通信用レーザ素子やＣＤやＤＶＤ用の読み出し・書き込み素子として、ＡｌＧａＡｓ系赤外レーザ素子やＩｎＧａＰ系赤色レーザ素子などのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体レーザ素子が広く用いられている。近年、ＡｌxＧａyＩｎ(1-x-y)Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦１−ｘ−ｙ≦１）で表される窒化物半導体を用いた、波長の短い青色や紫外のレーザ素子が実現され、次世代ＤＶＤ（Ｂｌｕ−Ｒａｙ  Ｄｉｓｃ）などの高密度光ディスクの書き込み及び読み出し光源として実用化されつつある。現在、数十ｍＷの青色レーザ素子が市販されているが、青色レーザ素子には、今後、記録速度の向上にむけてさらなる高出力化が求められている。
【０００３】
実用化されている青色レーザ素子について、図１５を用いて説明する。図１５は非特許文献１に開示されている青色窒化物半導体レーザ素子の構造を示す断面図である。基板９０１は、サファイア基板上にＥＬＯＧ（Ｅｐｉｔａｘｉａｌｌｙ  Ｌａｔｅｒａｌ  ＯｖｅｒＧｒｏｗｔｈ）と呼ばれる横方向成長技術を利用してＭＯＣＶＤ成長した厚さ１００μｍのＧａＮにより構成される。基板９０１上には、ｎ型ＧａＮ層９０２と、０．１μｍ厚のｎ−Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ層、２４０周期のＡｌ0.14Ｇａ0.86Ｎ（２５Å）／ｎ−ＧａＮ（２５Å）変調ドープ超格子層、及び０．１μｍ厚のｎ−ＧａＮ層からなるｎ型クラッド層９０３と、Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ／Ｉｎ0.15Ｇａ0.85ＮのＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）からなる活性層９０４と、０．１μｍ厚のｐ−ＧａＮ層、及び１２０周期のＡｌ0.14Ｇａ0.86Ｎ（２５Å）／ｐ−ＧａＮ（２５Å）変調ドープ超格子層からなるｐ型クラッド層９０５と、ｐ電極９０６と、ｎ電極９０７と、ＳｉＯ2からなる誘電体絶縁膜９０８とが形成されている。この窒化物半導体レーザ素子ではｐ型クラッド層９０５をリッジ型の導波路構造とし、ＳｉＯ2誘電体絶縁膜９０８をストライプ状に形成することで電流狭窄と光の閉じ込めを行い、レーザ発振を実現している。この窒化物半導体レーザ素子は閾値電流７０ｍＡにおいて５ｍＷの出力で約１０，０００時間の寿命を有すると開示されている。
【０００４】
高出力レーザ素子を実現するために、赤外レーザ素子や赤色レーザ素子においては、ＣＯＤ（Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄａｍａｇｅ）と呼ばれる、共振器の共振方向における端面（共振器端面）の劣化の抑制が非常に重要であることが知られている。ＣＯＤにより、共振器端面近傍の領域（共振器端部）において表面順位や非発光再結合の増加による発熱により結晶欠陥が増殖し、さらに結晶欠陥が増殖することにより非発光再結合が増加して結晶欠陥の増殖が促進されるという正帰還がかかる。結果として共振器端面の温度が異常に上昇し共振器端面の破壊を起こしてレーザ素子が破壊される。従って、レーザ素子の高出力動作を実現するためには、高い光出力でも共振器端面の破壊を起こさないようにする工夫が必要である。これまでにＣＯＤを抑制し、レーザ素子の高出力動作を可能とする構造として、不純物の拡散や、イオン注入などを用いて、共振器端部の活性層を無秩序化して発光波長に対して透明の部分にしたり、高抵抗化により電流非注入の部分にしたりすることで共振器端面での発熱を抑える窓構造が実用化されている。
【０００５】
従来のイオン注入を用いて窓構造が形成された赤外レーザ素子について図１６を用いて説明する。図１６は特許文献１に記載されている窓構造赤外レーザ素子の構造を示す断面図である。このレーザ素子は、ｎ電極１００１と、ｎ型ＧａＡｓ基板１００２と、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００３と、ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ超格子からなる活性層１００５と、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００６と、ｎ型ＧａＡｓからなる電流ブロック層１００７と、ｐ電極１００８とにより構成される。また、共振器端部にイオン注入により活性層１００５を無秩序化した無秩序部１００４を備える。無秩序部１００４は不純物の拡散による無秩序化により形成されることもある。このような構造をとることにより、共振器端部の無秩序部１００４のバンドギャップは活性層１００５のそれよりも大きくなり、無秩序部１００４は活性層１００５からの光に対して透明になり、共振器端部での光吸収がなくなるので、共振器端部の発熱を抑制することができる。その結果、ＣＯＤや共振器端面の劣化を抑制することができ、高出力・長寿命の信頼性の高いレーザ素子が実現できる。このような窓構造を備えた半導体レーザ素子は、赤色レーザ素子や赤外レーザ素子では様々な構造が提案されており、例えば、特許文献２に開示されているような構造も提案されている。
【非特許文献１】Ｓｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ  ｅｔ  ａｌ．，“Ｈｉｇｈ−Ｐｏｗｅｒ，Ｌｏｎｇ−Ｌｉｆｅｔｉｍｅ  ＩｎＧａＮ／ＧａＮ／ＡｌＧａＮ−Ｂａｓｅｄ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅｓ  Ｇｒｏｗｎ  ｏｎ  Ｐｕｒｅ  ＧａＮ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ”，Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．３７，ｐｐ．３０９−３１２（１９９８）
【特許文献１】特公平６−４８７４２号公報
【特許文献２】特開平１１−２６８６６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、窒化物半導体レーザ素子における窓構造は、現在までほとんど提案されていない。さらに、窒化物半導体においては、不純物拡散やイオン注入といった技術が確立していないため、窓構造を形成するための量子井戸構造の無秩序化や高抵抗化といった効果がほとんど確認されていない。一般に、窒化物半導体は他の化合物半導体より熱的に安定であるため、不純物の拡散といったプロセスはほとんど実用化されていない。
【０００７】
窒化物半導体の場合、ｐ型層にはＭｇをドープした層を用いるのが一般的であるが、この層は結晶成長後に７５０〜８００℃の熱処理によりｐ型不純物としてのＭｇを活性化してはじめてｐ型層として機能することが知られている。活性化温度が低すぎると、十分な正孔濃度が得られず、活性化温度が高すぎると表面からＮの脱離が起きてしまう。Ｎの脱離が起きた場合、Ｎの空孔がドナー的に機能するため、ｎ型層については問題が生じないが、ｐ型層についてはｐ型層として機能しなくなる。
【０００８】
量子井戸構造の無秩序化には高温での熱処理を必要とするが、ＡｌＧａＡｓ系のレーザ素子においてはイオン注入後の熱処理や不純物拡散の熱処理の温度は５００〜７００℃程度で十分であるが、窒化物半導体の場合、熱的により安定なため８００〜１３００℃の熱処理が必要となる。このような温度での熱処理を行うと前述のように、ｐ型層において表面からＮの脱離が起きてしまうため、特性の劣化を招くという問題がある。半導体レーザ素子にはｐｎ接合が必須であるため、ｐ型層の劣化はレーザ素子の特性に直結する問題である。
【０００９】
そこで、本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、高出力・長寿命な、青色から紫外域の光を出力する窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決し上記目的を達成するために、本発明の窒化物半導体レーザ素子は、窒化物半導体から構成される共振器を備え、前記共振器は、共振方向の端部において変質部を有することを特徴としている。
【００１１】
このように、本発明の窒化物半導体レーザ素子では共振器端部にイオン注入された変質部を備える。これにより、高出力、長寿命である窒化物半導体レーザ素子を実現できる。
【００１２】
ここで、前記共振器は、ｎ型クラッド層と、前記ｎ型クラッド層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成されたｐ型クラッド層とを有し、前記変質部は、前記活性層の上方に位置し、前記ｐ型クラッド層に形成されてもよい。また、前記変質部は、前記ｐ型クラッド層の高抵抗化された部分であってもよい。
【００１３】
この構成によれば、共振器端部に電流非注入領域が形成され、高出力動作時の共振器端面の劣化などを抑制できるという効果がある。
【００１４】
ここで、窒化物半導体レーザ素子はリッジストライプ型の導波路を有してもよい。
この構成によれば、リッジストライプ型の導波路を有する窒化物半導体レーザ素子を実現することができるという効果がある。
【００１５】
ここで、前記共振器は、さらに、前記活性層上に形成されたストライプ状の開口部を有する電流ブロック層を有し、前記変質部は、前記開口部内のｐ型クラッド層の高抵抗化された部分であってもよい。
【００１６】
この構成によれば、内部埋込型のストライプ状の導波路を備えた窒化物半導体レーザ素子を実現することができるという効果がある。
【００１７】
ここで、前記共振器は、ｎ型クラッド層と、前記ｎ型クラッド層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成されたｐ型クラッド層とを有し、前記変質部は、前記ｐ型クラッド層の下方に位置し、前記活性層に形成されてもよい。また、前記変質部は、前記活性層の無秩序化された部分であってもよい。
【００１８】
この構成によれば、活性層の一部での光吸収がなくなり、高出力動作時の共振器端面の劣化などを抑制できるという効果がある。
【００１９】
ここで、前記変質部は、前記活性層のエネルギーバンドギャップが大きくされた部分であってもよい。また、前記活性層がＡｌxbＧａybＩｎ(1-xb-yb)Ｎ（ただし、０≦ｘｂ≦１、０≦ｙｂ≦１、０≦１−ｘｂ−ｙｂ≦１）からなるバリア層と、ＡｌxwＧａywＩｎ(1-xw-yw)Ｎ（ただし、０≦ｘｗ≦１、０≦ｙｗ≦１、０≦１−ｘｗ−ｙｗ≦１）からなるウエル層とを有し、前記活性層を構成する材料の平均組成で表されるＡｌxaＧａyaＩｎ(1-xa-ya)Ｎ（ただし、０≦ｘａ≦１、０≦ｙａ≦１、０≦１−ｘａ−ｙａ≦１）のバンドギャップが、前記バリア層もしくは前記ウエル層におけるバンドギャップより大きくてもよい。
【００２０】
この構成によれば、変質部とされた活性層における光吸収を阻止できるという効果がある。
【００２１】
ここで、前記変質部は、Ｈ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｇａ、Ａｓ、Ｉｎのうち少なくとも１つを含むイオン種が注入された部分であってもよい。
【００２２】
この構成によれば、Ｈ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｚｎは主に高抵抗化の効果が、Ｓｉは主にｎ型化の効果が、Ａｌ、Ｇａ、Ａｓ、Ｉｎは主に無秩序化の効果があるので、変質部を高抵抗化もしくは無秩序化できるという効果がある。
【００２３】
ここで、前記活性層は、ＡｌＧａＩｎＮから構成され、前記変質部は、Ｂ、Ａｌ、Ｇａのいずれかを含むイオン種が注入された、前記活性層のＢ、ＡｌもしくはＧａの組成比が前記活性層のＢ、ＡｌもしくはＧａの平均組成比より大きくされた部分であってもよい。
【００２４】
この構成によれば、変質部のバンドギャップを更に大きくするという効果がある。
ここで、前記変質部は、Ｂ、Ａｌ、Ｇａのいずれかを含み、かつＩｎを含むイオン種が注入された部分であってもよい。
【００２５】
この構成によれば、Ｉｎによるバンドギャップ縮小の効果が、Ｂ、Ａｌ、Ｇａによるバンドギャップ拡大の効果に打ち消され、Ｉｎの拡散による無秩序化の効果が最大限に発揮されうるという効果がある。
【００２６】
ここで、前記変質部の屈折率と、前記変質部以外の部位の屈折率が同等であってもよい。
【００２７】
この構成によれば、屈折率の差による導波ロスを抑制できるという効果がある。
ここで、本発明は、窒化物半導体から構成され、レーザ発振させる共振器を備える半導体レーザ素子の製造方法であって、窒化物半導体から構成される半導体層を基板上に形成する半導体層形成工程と、前記半導体層における前記共振器の共振方向の端部となる部分を変質させて変質部を形成する変質部形成工程とを含むことを特徴する窒化物半導体レーザ素子の製造方法とすることもできる。また、前記半導体層形成工程において、ｎ型クラッド層及び活性層を基板上に順次結晶成長させ、前記変質部形成工程において、前記活性層における前記共振器の共振方向の端部となる部分に変質部を形成し、前記半導体レーザ素子の製造方法は、さらに、前記変質部を熱処理によって無秩序化させる熱処理工程と、前記無秩序化された変質部が形成された活性層上にｐ型クラッド層を結晶成長させるｐ型クラッド層形成工程と、前記ｐ型クラッド層にストライプ状のリッジ部を形成するリッジ部形成工程とを含んでもよい。
【００２８】
この構成によれば、無秩序化された変質部と、リッジストライプ型の導波路とを有する窒化物半導体レーザ素子を製造することができるという効果がある。
【００２９】
ここで、前記熱処理工程において、前記変質部を８００℃以上に加熱する熱処理を行ってもよい。また、前記熱処理工程において、前記変質部にレーザ光を照射して前記変質部を加熱してもよい。
【００３０】
この構成によれば、変質部形成によるダメージの回復と活性層の無秩序化とを行うことができるという効果がある。
【００３１】
ここで、前記半導体層形成工程において、ｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層を基板上に順次結晶成長させ、前記変質部形成工程において、前記ｐ型クラッド層における前記共振器の共振方向の端部となる部分に変質部を形成し、前記半導体レーザ素子の製造方法は、さらに、前記変質部がリッジ部となるように、前記ｐ型クラッド層にストライプ状のリッジ部を形成するリッジ部形成工程を含んでもよい。
【００３２】
この構成によれば、変質部とリッジストライプ型の導波路とを有する窒化物半導体レーザ素子を製造することができるという効果がある。
【００３３】
ここで、前記半導体レーザ素子の製造方法は、さらに、前記ｐ型クラッド層のｐ型不純物を活性化処理させる活性化処理工程を含み、前記変質部形成工程において、前記ｐ型不純物の活性化処理が行われたｐ型クラッド層に変質部を形成してもよい。また、前記変質部形成工程後に、前記基板及び前記半導体層の温度を８００℃以下に保ってもよい。
【００３４】
この構成によれば、ｐ型層の活性化を効果的に行い、ｐ型層を劣化させずに窒化物半導体レーザ素子を製造できるという効果がある。
【００３５】
ここで、前記半導体層形成工程において、ｎ型クラッド層、活性層及びブロック層を基板上に順次結晶成長させた後、前記ブロック層にストライプ状の開口部を形成し、前記変質部形成工程において、前記活性層における前記共振器の共振方向の端部となる部分に変質部を形成し、前記半導体レーザ素子の製造方法は、さらに、前記変質部を熱処理によって無秩序化させる熱処理工程と、前記熱処理が行われた後に、前記開口部からｐ型クラッド層を結晶成長させるｐ型クラッド層形成工程とを含んでもよい。
【００３６】
この構成によれば、無秩序化された変質部と、内部埋込型のストライプ状の導波路とを有する窒化物半導体レーザ素子を製造することができるという効果がある。
【００３７】
ここで、前記熱処理工程において、前記変質部を８００℃以上に加熱する熱処理を行ってもよい。また、前記熱処理工程において、前記変質部にレーザ光を照射して前記変質部を加熱してもよい。また、前記半導体層形成工程において、ｎ型クラッド層、活性層及びブロック層を基板上に順次結晶成長させた後、前記ブロック層にストライプ状の開口部を形成し、前記開口部からｐ型クラッド層を結晶成長させ、前記変質部形成工程において、前記開口部内のｐ型クラッド層における前記共振器の共振方向の端部となる部分に変質部を形成してもよい。
【００３８】
この構成によれば、変質部と、内部埋込型のストライプ状の導波路とを有する窒化物半導体レーザ素子を製造することができるという効果がある。
【００３９】
ここで、前記変質部形成工程において、前記基板及び半導体層を４００℃以上に加熱しながら、前記変質部が形成される部分に対してイオン注入を行うことにより前記変質部を形成してもよい。
【００４０】
この構成によれば、イオン注入によるダメージを低減できるという効果がある。
ここで、前記変質部形成工程において、前記イオン注入が行われる部分にレーザ光を照射しながら前記イオン注入を行ってもよい。
【００４１】
この構成によれば、イオンを注入するサンプル表面近傍を選択的に加熱でき、イオン注入時のダメージを低減できるという効果がある。
【発明の効果】
【００４２】
本発明の窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法によれば、共振器端面近傍に形成された無秩序化もしくは高抵抗化された変質部により光吸収や電流注入による共振器端部の発熱を抑えることができるため、ＣＯＤや共振器端面の劣化を抑制でき、その結果、高出力・長寿命の信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を実現できる。また複数種のイオンを同時に注入することで、無秩序化及び高抵抗化された変質部が形成された構造の窒化物半導体レーザ素子を実現でき、簡易なプロセスで高品質な窒化物半導体レーザ素子の作製が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
（第１の実施の形態）
以下、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法を図１〜４に基づいて詳細に説明する。本実施の形態ではイオン注入による窓構造と、リッジストライプ型の導波路とを有する窒化物半導体レーザ素子について説明する。なお、窓構造とは、共振器の共振方向の端部において、活性層が無秩序化され、共振する光に対して透明な部分が形成されている構造をいう。また、リッジストライプ型の導波路とは、共振方向と平行なストライプ状のリッジ部から構成される導波路をいう。
【００４４】
図１は本実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の斜視図であり、図２（ａ）は同半導体レーザ素子の共振器の共振方向（図１のＣ方向）からみた断面図（図１のＢＢ’線における断面図）であり、図２（ｂ）は同半導体レーザ素子の共振方向と垂直な方向からみた断面図（図１のＡＡ’線における断面図）である。
【００４５】
本半導体レーザ素子は、Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕからなるｎ電極１０１と、ｎ型ＧａＮ基板１０２と、ｎ型ＧａＮもしくはｎ型ＡｌＧａＮからなる第１クラッド層１０３と、イオン注入部１０４と、ＡｌＧａＩｎＮ多重量子井戸からなる活性層１０５と、ｐ型もしくはアンドープのＧａＮもしくはＡｌＧａＮからなる第２クラッド層１０６と、ｐ型ＧａＮもしくはｐ型ＡｌＧａＮからなる第３クラッド層１０７と、ＳｉＯ2からなる誘電体絶縁膜１０８と、Ｎｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるｐ電極１０９とから構成される。なお、イオン注入部１０４は、本発明の変質部の一例である。
【００４６】
このとき、第１クラッド層１０３、活性層１０５、第２クラッド層１０６、第３クラッド層１０７及び誘電体絶縁膜１０８によりレーザ発振させる共振器が形成される。
【００４７】
本実施の形態の半導体レーザ素子は、共振器の共振方向の端面（共振器端面）Ｄ近傍の領域（共振器端部）において、第２クラッド層１０６、活性層１０５及び第１クラッド層１０３の一部にイオン注入とそれに続く熱アニールとにより無秩序化領域（イオン注入部１０４）が形成され、その後の再成長により第３クラッド層１０７が形成された、リッジストライプ型の導波路を備えた窒化物半導体より構成される青紫色半導体レーザ素子である。すなわち、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子は、光が共振する共振器の中間部を挟み込む共振器端部において、中間部のｐ型半導体層としての第３クラッド層１０７よりも下方に位置する半導体層を変質させた無秩序化領域（イオン注入部１０４）が形成された青紫色半導体レーザ素子である。
【００４８】
例えば、ｎ型ＧａＮ基板１０２上には、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ（ただし、０≦ｘ≦１）からなる第１クラッド層１０３と、Ｉｎ1-xbＧａxbＮ（ただし、０≦ｘｂ≦１）バリア層及びＩｎ1-xwＧａxwＮ（ただし、０≦ｘｗ≦１）ウエル層からなるＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層１０５と、ｐ型もしくはアンドープのＧａＮもしくはＡｌxＧａ1-xＮからなる第２クラッド層１０６と、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮからなる第３クラッド層１０７とが順次形成される。第３クラッド層１０７はストライプ状のリッジ部（図１におけるＥ部）を有し、第３クラッド層１０７のリッジ部の側面と非リッジ部上面にはＳｉＯ2からなる誘電体絶縁膜１０８が形成される。リッジ部の上面にはＮｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるオーミック電極がｐ電極１０９として形成され、ｎ型ＧａＮ基板１０２の裏面にはＴｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕからなるオーミック電極がｎ電極１０１として形成される。さらに、共振器端部において、第１クラッド層１０３の一部、活性層１０５及び第２クラッド層１０６にイオン注入部１０４が設けられる。ｎ型層である第１クラッド層１０３にはＳｉが、ｐ型層である第２クラッド層１０６（ｐ型である場合）及び第３クラッド層１０７にはＭｇがそれぞれ不純物としてドーピングされる。イオン注入部１０４はＡｌが１×１０15ｃｍ-2の不純物濃度で注入されて形成される。イオン注入部１０４は、イオン注入に続く１０００℃での熱アニール処理が施されて形成され、イオン注入部１０４では活性層１０５が無秩序化され、活性層１０５の青紫色発光（約４０５ｎｍ）を吸収しない程度にバンドギャップが大きくなっている。
【００４９】
以上のように本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子によれば、共振器端部において、活性層１０５が無秩序化され、活性層１０５のバンドギャップが大きくなったイオン注入部１０４が形成されている。この結果、共振器端部での光吸収がなくなり、高出力動作時のＣＯＤや共振器端面の劣化などを抑制することができるので、高出力・長寿命のレーザ素子を実現できる。
【００５０】
なお、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子においては、イオン注入部１０４を形成するために注入されるイオン種はＡｌであったが、Ｈ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｇａ、Ａｓ、Ｉｎといった他のイオン種でも構わない。また、イオン種の注入量は１×１０14ｃｍ-2〜１×１０16ｃｍ-2の範囲であることが望ましい。
【００５１】
例えば、Ｈ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｚｎといったイオン種を注入イオンとすると、イオン注入部１０４は活性層１０５、第１クラッド層１０３及び第２クラッド層１０６の高抵抗な部分となり、活性層１０５の発光に対する透明化の効果とともに高抵抗化の効果、つまり共振器端部を電流非注入領域とすることによる効果も期待できるので、さらにレーザ素子の高出力化・長寿命化が期待できる。また、Ｓｉを注入イオン種とした場合は、イオン注入部１０４はｎ型化するため、イオン注入部１０４の周辺がすべてｐ型であれば、ｐ−ｎ−ｐ接合が形成されるので、上記と同様の共振器端部を電流非注入領域とすることによる効果が期待できる。さらに、注入イオン種がＢ、Ａｌ、Ｇａ、ＩｎといったＩＩＩ族イオンである場合は、活性層１０５を形成する元素との無秩序化によりイオン注入部１０４のＩＩＩ族元素の組成比を活性層１０５のＩＩＩ族元素の平均組成比よりも大きくなるように制御でき、窓構造のチューニングが可能となる。ＩＩＩ族イオン注入による波長のチューニングを行う場合には１×１０16ｃｍ-2以上の高い注入量が好ましい。このような高い注入量によりイオン注入部１０４のＩＩＩ族組成比を変化させることが可能になる。
【００５２】
また、イオン注入部１０４を形成するために注入されるイオン種は２種以上でも構わない。例えば、Ａｌ等のＩＩＩ族元素とＩｎの同時注入や、Ａｌ等のＩＩＩ族元素とＺｎの同時注入などを行うことで、より特性の良い窓構造を実現できる。具体的には、ＡｌとＩｎを同時に注入した場合、Ｉｎの方がＡｌよりも質量が大きく、ＧａＮ中での拡散係数も大きいため、活性層１０５の無秩序化には適しているが、Ｉｎは活性層１０５のバンドギャップを小さくする方に働くため、Ｉｎと同量程度のＡｌを同時に注入することで、Ｉｎの効果を補償し、活性層１０５のバンドギャップを大きくすることができる。すなわち、光吸収が無いイオン注入部１０４を形成することができる。また、Ａｌ、Ｚｎを同時に注入した場合には、Ａｌにはバンドギャップ増大の効果が、Ｚｎには高抵抗化の効果がそれぞれ期待でき、透明化と高抵抗化の効果を両方備えた窓構造を実現できる。
【００５３】
また、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子によれば、半導体層へのイオン注入により窓構造を形成する。よって、イオン注入部１０４と非注入部の屈折率差がほとんどないため、レーザ素子内部の活性層１０５、リッジストライプ型の導波路、及び誘電体絶縁膜１０８による光の閉じ込め構造と共振器端部のイオン注入部１０４における光の閉じ込め構造がほぼ同一になり、安定したレーザ発振を実現できる。
【００５４】
図１、２に示すような構造の窒化物半導体レーザ素子を作製するためには、例えば、図３に示す製造方法が考えられる。図３は本発明の第１の実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の製造方法を示す断面図である。図３において、図１、２と同一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略する。
【００５５】
まず、例えば、転位密度が１０6ｃｍ-3台のｎ型ＧａＮ基板１０２の（０００１）面上に、有機金属気相成長法（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：  ＭＯＣＶＤ法）等の結晶成長法により、ｎ型ＧａＮ緩衝層（不図示）と、ｎ型ＧａＮもしくはｎ型ＡｌＧａＮからなる第１クラッド層１０３と、ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層１０５と、ｐ型もしくはアンドープのＧａＮもしくはＡｌＧａＮからなる第２クラッド層１０６とを順次形成する（図３（ａ））。活性層１０５からは電流注入により、４０５ｎｍの青紫色発光が生じる。
【００５６】
次に、第２クラッド層１０６上に、共振器端部のみに開口部を有するＳｉＯ2マスク１１０を形成し、例えばＡｌイオンを用いて活性層１０５及び第１クラッド層１０３の一部まで到達する加速電圧でイオン注入を行い、第１クラッド層１０３及び活性層１０５における共振器端部となる部分にイオン注入部１０４を形成する（図３（ｂ））。イオン注入量は例えば１×１０15ｃｍ-2である。その後、イオン注入部１０４を８００℃以上の熱処理、例えば１０００℃に加熱する熱アニールを行い、イオン注入部１０４のダメージを回復するとともに、イオン注入部１０４の注入イオンを拡散させ共振器端部の活性層１０５を無秩序化する。
【００５７】
次に、ｐ型ＡｌＧａＮからなる第３クラッド層１０７をＭＯＣＶＤ法等の結晶成長法により第２クラッド層１０６上に再成長させる。その後、第２クラッド層１０６（ｐ型である場合）及び第３クラッド層１０７に対し、Ｎ2雰囲気中で例えば７５０℃、３０分のアニールを施し、第２クラッド層１０６（ｐ型である場合）、第３クラッド層１０７のｐ型不純物を活性化させる（図３（ｃ））。
【００５８】
次に、ｐ型不純物の活性化処理の後、第３クラッド層１０７上にストライプ状の開口部を有するフォトレジスト（不図示）を形成する。このフォトレジストをマスクとして例えばＣｌ2ガスを用いたＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）エッチングと呼ばれるドライエッチングにより第３クラッド層１０７にストライプ状のリッジ部を形成する（図３（ｄ））。
【００５９】
次に、第３クラッド層１０７上にＳｉＯ2からなる誘電体絶縁膜１０８を形成し、フォトリソグラフィによるパターンニングとウェットエッチングにより、第３クラッド層１０７のリッジ部上方にのみに開口部を形成する。その後、リッジ部上方の開口部にＮｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極を、例えばＥＢ（Electron Beam）蒸着とリフトオフにより形成する。ここではｐ型層へのコンタクト抵抗低減のためにＮ2雰囲気中で６００℃のシンタを行い、オーミック電極（ｐ電極１０９）を形成する。
【００６０】
次に、ｎ型ＧａＮ基板１０２を裏面より厚さ約１５０μｍ程度まで研磨し、さらにｎ型ＧａＮ基板１０２の裏面にＴｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ電極を例えばＥＢ蒸着とリフトオフにより形成する。ここでは、ｎ型層へのコンタクト抵抗低減のためにＮ2雰囲気中で６００℃のシンタを行い、オーミック電極（ｎ電極１０１）を形成する。以上により図１、２に示すような構造の窒化物半導体レーザ素子が形成される（図３（ｅ））。
【００６１】
以上のように、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子の製造方法によれば、イオン注入及び熱アニールによる窓構造の形成を行った後にｐ型層（第３クラッド層１０７）を再成長により形成する。よって、ｐ型層（第３クラッド層１０７）を８００℃以上の高温にさらすことなく、窓構造を備えた窒化物半導体レーザ素子を製造でき、高出力・長寿命の青紫色窒化物半導体レーザ素子を実現できる。
【００６２】
なお、上述の窒化物半導体レーザ素子の製造方法においては、イオン注入部１０４を形成するために注入されるイオン種としてＡｌを例示したが、Ｈ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｇａ、Ａｓ、Ｉｎといった他のイオン種でも構わない。また複数種のイオン種を同時に注入しても構わない。イオン種の注入量は１×１０14ｃｍ-2〜１×１０16ｃｍ-2の範囲であることが望ましく、Ａｌ、Ｇａ、ＩｎといったＩＩＩ族イオンを注入する場合は１×１０16ｃｍ-2以上の注入量が好ましい。
【００６３】
また、図３（ｂ）で示すイオン注入時にｎ型ＧａＮ基板１０２及び半導体層を４００℃以上に加熱してもよい。これによって、ｎ型ＧａＮ基板１０２の格子エネルギーが大きくなり、イオン注入時の結晶ダメージを軽減でき、窓構造の透過特性を向上させることができる。
【００６４】
このとき、イオン注入時に、ＹＡＧの３倍波レーザ（波長３５５ｎｍ）やＫｒＦレーザ（波長２４８ｎｍ）などのイオン注入部１０４が形成される部分のバンドギャップより大きいエネルギーを持つレーザをイオン注入部１０４が形成される部分に照射してもよい。これによって、イオン注入部１０４が形成される部分のみを選択的に加熱することができ、イオン注入時の結晶ダメージを軽減し、窓構造の透過特性を向上させることができる。
【００６５】
また、図３（ｂ）で示すイオン注入後の熱処理時に、図４に示すようにＹＡＧの３倍波レーザ（波長３５５ｎｍ）やＫｒＦレーザ（波長２４８ｎｍ）などのレーザ１１１をイオン注入部１０４が形成される部分に照射し、８００℃以上に加熱してもよい。これによって、イオン注入部１０４が形成される部分のみを選択的に加熱することができる。
【００６６】
（第２の実施の形態）
以下、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法を図５〜７に基づいて詳細に説明する。本実施の形態ではイオン注入による高抵抗・電流非注入領域を備えた、リッジストライプ型の導波路を有する窒化物半導体レーザ素子について説明する。
【００６７】
図５は本実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の斜視図であり、図６（ａ）は同半導体レーザ素子の共振器の共振方向（図５のＣ方向）からみた断面図（図５のＢＢ’線における断面図）であり、図６（ｂ）は同半導体レーザ素子の共振方向と垂直な方向からみた断面図（図５のＡＡ’線における断面図）である。図５、６において、図１、２と同一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略する。
【００６８】
本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子は、ｎ電極１０１と、ｎ型ＧａＮ基板１０２と、第１クラッド層１０３と、イオン注入部２０４と、活性層１０５と、ｐ型ＧａＮもしくはｐ型ＡｌＧａＮからなる第３クラッド層２０１と、誘電体絶縁膜１０８と、ｐ電極１０９とから構成される。なお、イオン注入部２０４は、本発明の変質部の一例である。
【００６９】
このとき、第１クラッド層１０３、活性層１０５、第３クラッド層２０１及び誘電体絶縁膜１０８によりレーザ発振させる共振器が形成される。
【００７０】
本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子は、共振器端面Ｄ近傍の領域（共振器端部）において、第３クラッド層２０１の一部にイオン注入により高抵抗領域（イオン注入部２０４）が形成された、リッジストライプ型の導波路を備えた窒化物半導体より構成される青紫色半導体レーザ素子である。すなわち、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子は、光が共振する共振器の中間部を挟み込む共振器端部において、中間部の活性層１０５よりも上方に位置する半導体層を変質させた電流非注入領域が形成された青紫色半導体レーザ素子である。
【００７１】
例えば、ｎ型ＧａＮ基板１０２上には、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ（ただし、０≦ｘ≦１）からなる第１クラッド層１０３と、Ｉｎ1-xbＧａxbＮ（ただし、０≦ｘｂ≦１）バリア層及びＩｎ1-xwＧａxwＮ（ただし、０≦ｘｗ≦１）ウエル層からなるＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層１０５と、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮからなる第３クラッド層２０１とが順次形成される。第３クラッド層２０１はストライプ状のリッジ部（図５におけるＥ部）を有し、第３クラッド層２０１のリッジ部の側面と非リッジ部上面にはＳｉＯ2からなる誘電体絶縁膜１０８が形成されている。リッジ部の上面にはＮｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるオーミック電極がｐ電極１０９として形成され、ｎ型ＧａＮ基板１０２の裏面にはＴｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕからなるオーミック電極がｎ電極１０１として形成される。
【００７２】
さらに、共振器端部において、第３クラッド層２０１の一部にイオン注入部２０４が設けられる。ｎ型層である第１クラッド層１０３にはＳｉが、ｐ型層である第３クラッド層２０１にはＭｇがそれぞれ不純物としてドーピングされる。イオン注入部２０４にはＺｎが１×１０15ｃｍ-2の不純物濃度で注入される。イオン注入部２０４は第３クラッド層２０１のみに形成されており、活性層１０５には形成されていない。またイオン注入部２０４では第３クラッド層２０１がイオン注入によって、例えば比抵抗１０8Ωｃｍ以上に高抵抗化され、イオン注入部２０４は共振器端部での電流注入をブロックする電流注入ブロック層として機能している。
【００７３】
以上のように本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子によれば、イオン注入部２０４は共振器端部での電流注入をブロックする電流注入ブロック層として機能する。よって、共振器端部での発熱が抑えられ、高出力動作時のＣＯＤや共振器端面の劣化などを抑制することができるので、高出力・長寿命のレーザ素子が実現できる。
【００７４】
また、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子によれば、半導体層へのイオン注入により電流非注入領域を形成する。よって、イオン注入部２０４とイオン非注入部の屈折率差がほとんどないため、共振器端部での導波路構造を乱すことなく、電流非注入領域を形成できるので、安定した単一横モード動作を実現できる。
【００７５】
なお、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子においては、イオン注入部２０４を形成するために注入されるイオン種はＺｎであったが、イオン注入によって第３クラッド層２０１を高抵抗化できればこれに限られず、Ｈ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ａｓ、Ｉｎといった他のイオン種でも構わない。本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子では、注入後の高温（＞８００℃）での熱アニールを行わないため、注入イオン種としては、その他のプロセスにおける比較的低温（〜６００℃）の熱処理によって抵抗が低下しないものであればＺｎに限られない。例えば、Ｓｉを注入イオン種とした場合は、イオン注入部２０４はｎ型化し、イオン注入部２０４の周辺がすべてｐ型であるので、ｐ−ｎ−ｐ接合が形成され、上記と同様の共振器端部を電流非注入領域とすることによる効果が期待できる。イオン種の注入量は１×１０14ｃｍ-2〜１×１０16ｃｍ-2の範囲であることが望ましい。また、イオン注入部２０４に注入されるイオン種は２種以上でも構わない。
【００７６】
図５、６に示すような窒化物半導体レーザ素子を作製するためには、例えば、図７に示す製造方法が考えられる。図７は本発明の第２の実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の製造方法を示す断面図である。図７において、図５、６と同一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略する。
【００７７】
まず、例えば、転位密度が１０6ｃｍ-3台のｎ型ＧａＮ基板１０２の（０００１）面上に、ＭＯＣＶＤ法等の結晶成長法により、ｎ型ＧａＮ緩衝層（不図示）、ｎ型ＧａＮもしくはｎ型ＡｌＧａＮからなる第１クラッド層１０３と、ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層１０５と、ｐ型ＧａＮもしくはｐ型ＡｌＧａＮからなる第３クラッド層２０１とを順次形成する（図７（ａ））。活性層１０５からは電流注入により、４０５ｎｍの青紫色発光が生じる。その後、第３クラッド層２０１に対し、Ｎ2雰囲気中で例えば７５０℃、３０分のアニールを施し、第３クラッド層２０１のｐ型不純物を活性化させる。
【００７８】
次に、第３クラッド層２０１上に、共振器端部のみに開口部を有するＳｉＯ2マスク１１０を形成し、例えばＺｎイオンを用いて活性層１０５に到達しない程度の加速電圧で第３クラッド層２０１にイオン注入を行い、第３クラッド層２０１における共振器端部となる部分にイオン注入部２０４を形成する（図７（ｂ））。イオン注入量は例えば１×１０15ｃｍ-2である。
【００７９】
次に、イオン注入部２０４がリッジ部となるように、第３クラッド層２０１にストライプ状のリッジ部を形成する。すなわち、第３クラッド層２０１上にストライプ状の開口部を有するフォトレジスト（不図示）を形成する。このフォトレジストをマスクとして例えばＣｌ2ガスを用いたＩＣＰドライエッチングにより第３クラッド層２０１にストライプ状のリッジ部を形成する（図７（ｃ））。
【００８０】
次に、第３クラッド層２０１上にＳｉＯ2からなる誘電体絶縁膜１０８を形成し、フォトリソグラフィによるパターンニングとウェットエッチングにより、第３クラッド層２０１のリッジ部上方.にのみに開口部を形成する。その後、リッジ部上方の開口部にＮｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極を、例えばＥＢ蒸着とリフトオフにより形成する。ここではｐ型層へのコンタクト抵抗低減のためにＮ2雰囲気中で６００℃のシンタを行い、オーミック電極（ｐ電極１０９）を形成する。
【００８１】
次に、ｎ型ＧａＮ基板１０２を裏面より厚さ約１５０μｍ程度まで研磨し、さらにｎ型ＧａＮ基板１０２の裏面にＴｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ電極を例えばＥＢ蒸着とリフトオフにより形成する。ここでは、ｎ型層へのコンタクト抵抗低減のためにＮ2雰囲気中で６００℃のシンタを行い、オーミック電極（ｎ電極１０１）を形成する。以上により、図５、６に示すような構造の窒化物半導体レーザ素子が形成される（図７（ｄ））。
【００８２】
以上のように、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子の製造方法によれば、活性層１０５に到達しないイオン注入による高抵抗化で電流非注入領域を形成する。よって、注入ダメージの回復のための高温熱アニールを施すことなく、共振器端部に電流非注入領域を有する構造の窒化物半導体レーザ素子を製造でき、高出力・長寿命の青紫色窒化物半導体レーザ素子を実現できる。
【００８３】
なお、上述の窒化物半導体レーザ素子の製造方法においては、イオン注入部２０４を形成するために注入されるイオン種としてＺｎを例示したが、Ｈ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ａｓ、Ｉｎといった他のイオン種でも構わない。イオン種の注入量は１×１０14ｃｍ-2〜１×１０16ｃｍ-2の範囲であることが望ましい。
【００８４】
また、図７（ｂ）で示すイオン注入時にｎ型ＧａＮ基板１０２及び半導体層を４００℃以上に加熱してもよい。これによって、ｎ型ＧａＮ基板１０２の格子エネルギーが大きくなり、イオン注入時の結晶ダメージを軽減できる。
【００８５】
このとき、イオン注入時に、ＹＡＧの３倍波レーザ（波長３５５ｎｍ）やＫｒＦレーザ（波長２４８ｎｍ）などのイオン注入部２０４が形成される部分のバンドギャップより大きいエネルギーを持つレーザをイオン注入部２０４が形成される部分に照射してもよい。これによって、イオン注入部２０４が形成される部分のみを選択的に加熱することができ、イオン注入時の結晶ダメージを軽減できる。
【００８６】
（第３の実施の形態）
以下、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法を図８〜１１に基づいて詳細に説明する。本実施の形態ではイオン注入による窓構造を備えた、内部埋込型のストライプ状の導波路を有する窒化物半導体レーザ素子について説明する。なお、内部埋込型のストライプ状の導波路とは、半導体層の内部に埋め込まれた共振方向と平行なストライプ状の導波路をいう。
【００８７】
図８は本実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の斜視図であり、図９（ａ）は同半導体レーザ素子の共振器の共振方向（図８のＣ方向）からみた断面図（図８のＢＢ’線における断面図）であり、図９（ｂ）は共振方向と垂直な方向からみた断面図（図８のＡＡ’線における断面図）である。図８、９において、図１、２と同一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略する。
【００８８】
本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子は、ｎ電極１０１と、ｎ型ＧａＮ基板１０２と、第１クラッド層１０３と、イオン注入部３０４と、活性層１０５と、第２クラッド層１０６と、ｐ型ＧａＮもしくはｐ型ＡｌＧａＮからなる第３クラッド層３０７と、ｎ型もしくはアンドープのＡｌＧａＮからなる電流ブロック層３０１と、ｐ電極１０９とから構成される。なお、イオン注入部３０４は、本発明の変質部の一例である。
【００８９】
このとき、第１クラッド層１０３、活性層１０５、第２クラッド層１０６、第３クラッド層３０７及び電流ブロック層３０１によりレーザ発振させる共振器が形成される。
【００９０】
本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子は、共振器端面Ｄ近傍の領域（共振器端部）において、電流ブロック層３０１と第２クラッド層１０６と活性層１０５と第１クラッド層１０３の一部にイオン注入とそれに続く熱アニールとにより無秩序化領域（イオン注入部３０４）が形成され、その後の再成長により第３クラッド層３０７が形成された、内部埋込型のストライプ状の導波路を備えた窒化物半導体より構成される青紫色半導体レーザ素子である。すなわち、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子は、光が共振する共振器の中間部を挟み込む共振器端部において、中間部のｐ型半導体層としての第３クラッド層３０７よりも下方に位置する半導体層を変質させた無秩序化領域（イオン注入部３０４）が形成された青紫色半導体レーザ素子である。
【００９１】
例えば、ｎ型ＧａＮ基板１０２上には、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ（ただし、０≦ｘ≦１）からなる第１クラッド層１０３と、Ｉｎ1-xbＧａxbＮ（ただし、０≦ｘｂ≦１）バリア層及びＩｎ1-xwＧａxwＮ（ただし、０≦ｘｗ≦１）ウエル層からなるＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層１０５と、ｐ型もしくはアンドープのＧａＮもしくはＡｌxＧａ1-xＮからなる第２クラッド層１０６と、ｎ型もしくはアンドープのＡｌyＧａ1-yＮ（ただし、０≦ｙ≦１）からなる電流ブロック層３０１と、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮからなる第３クラッド層３０７とが順次形成される。電流ブロック層３０１はストライプ状の開口部（図８におけるＥ部）を有し、第３クラッド層３０７の上面にはＮｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるオーミック電極がｐ電極１０９として形成され、ｎ型ＧａＮ基板１０２の裏面にはＴｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕからなるオーミック電極がｎ電極１０１として形成される。さらに、共振器端部において、第１クラッド層１０３の一部、活性層１０５、第２クラッド層１０６及び電流ブロック層３０１の一部にイオン注入部３０４が設けられる。ｎ型層である第１クラッド層１０３、及び電流ブロック層３０１（ｎ型である場合）にはＳｉが、ｐ型層である第２クラッド層１０６（ｐ型である場合）、及び第３クラッド層３０７にはＭｇがそれぞれ不純物としてドーピングされる。イオン注入部３０４はＡｌが１×１０15ｃｍ-2の不純物濃度で注入されて形成される。
【００９２】
イオン注入部３０４は、イオン注入に続く１０００℃での熱アニール処理が施されて形成され、イオン注入部３０４では活性層１０５が無秩序化され、活性層１０５の青紫色発光（約４０５ｎｍ）を吸収しない程度にバンドギャップが大きくなっている。
【００９３】
以上のように本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子によれば、共振器端部において、活性層１０５が無秩序化され、活性層１０５のバンドギャップが大きくなったイオン注入部３０４が形成されている。この結果、共振器端部での光吸収がなくなり、高出力動作時のＣＯＤや端面劣化などを抑制することができるので、高出力・長寿命のレーザ素子が実現できる。
【００９４】
なお、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子においては、イオン注入部３０４を形成するために注入されるイオン種はＡｌであったが、Ｈ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｇａ、Ａｓ、Ｉｎといった他のイオン種でも構わない。また、イオン種の注入量は１×１０14ｃｍ-2〜１×１０16ｃｍ-2の範囲であることが望ましい。
【００９５】
例えば、Ｈ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｚｎといったイオン種を注入イオンとすると、イオン注入部３０４は活性層１０５、第１クラッド層１０３及び第２クラッド層１０６の高抵抗な部分となり、活性層１０５の発光に対する透明化の効果とともに高抵抗化の効果、つまり共振器端部を電流非注入領域とすることによる効果も期待できるので、さらにレーザ素子の高出力化・長寿命化が期待できる。また、Ｓｉを注入イオン種とした場合は、イオン注入部３０４はｎ型化するため、イオン注入部３０４の周辺がすべてｐ型であれば、ｐ−ｎ−ｐ接合が形成されるので、上記と同様の共振器端部を電流非注入領域とすることによる効果が期待できる。さらに、注入イオン種がＢ、Ａｌ、Ｇａ、ＩｎといったＩＩＩ族イオンである場合は、活性層１０５を形成する元素との無秩序化によりイオン注入部３０４のＩＩＩ族元素の組成比を活性層１０５のＩＩＩ族元素の平均組成比よりも大きくなるように制御でき、窓構造のチューニングが可能となる。ＩＩＩ族イオン注入による波長のチューニングを行う場合には１×１０16ｃｍ-2以上の高い注入量が好ましい。このような高い注入量によりイオン注入部３０４のＩＩＩ族組成比を変化させることが可能になる。
【００９６】
また、イオン注入部３０４を形成するために注入されるイオン種は２種以上でも構わない。例えば、Ａｌ等のＩＩＩ族元素とＩｎの同時注入や、Ａｌ等のＩＩＩ族元素とＺｎの同時注入などを行うことで、より特性の良い窓構造を実現できる。具体的には、ＡｌとＩｎを同時に注入した場合、Ｉｎの方がＡｌよりも質量が大きく、ＧａＮ中での拡散係数も大きいため、活性層１０５の無秩序化には適しているが、Ｉｎは活性層１０５のバンドギャップを小さくする方に働くため、Ｉｎと同量程度のＡｌを同時に注入することで、Ｉｎの効果を補償し、活性層１０５のバンドギャップを大きくすることができる。すなわち、光吸収が無いイオン注入部３０４を形成することができる。また、Ａｌ、Ｚｎを同時に注入した場合には、Ａｌにはバンドギャップ増大の効果が、Ｚｎには高抵抗化の効果がそれぞれ期待でき、透明化と高抵抗化の効果を両方備えた窓構造を実現できる。
【００９７】
また、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子によれば、半導体層へのイオン注入により窓構造を形成する。よって、イオン注入部３０４と非注入部の屈折率差がほとんどないため、レーザ素子内部の活性層１０５、ストライプ状の導波路、及び電流ブロック層３０１による光の閉じ込め構造と共振器端部のイオン注入部３０４における光の閉じ込め構造がほぼ同一になり、安定したレーザ発振が実現できる。
【００９８】
図８、９に示すような構造の窒化物半導体レーザ素子を作製するためには、例えば、図１０に示す製造方法が考えられる。図１０は第３の実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の製造方法を示す断面図である。図１０において、図８、９と同一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略する。
【００９９】
まず、例えば、転位密度が１０6ｃｍ-3台のｎ型ＧａＮ基板１０２の（０００１）面上に、ＭＯＣＶＤ法等の結晶成長法により、ｎ型ＧａＮ緩衝層（不図示）と、ｎ型ＧａＮもしくはｎ型ＡｌＧａＮからなる第１クラッド層１０３と、ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層１０５と、ｐ型もしくはアンドープのＧａＮもしくはＡｌＧａＮからなる第２クラッド層１０６と、ｎ型もしくはアンドープのＡｌＧａＮからなる電流ブロック層３０１とを順次形成する（図１０（ａ））。活性層１０５からは電流注入により、４０５ｎｍの青紫色発光が生じる。
【０１００】
次に、電流ブロック層３０１上に、ストライプ状の開口部を有するフォトレジスト（不図示）を形成する。このフォトレジストをマスクとして例えばＣｌ2ガスを用いたＩＣＰドライエッチングにより電流ブロック層３０１にストライプ状の開口部を形成する。
【０１０１】
次に、電流ブロック層３０１上に、共振器端部となる部分のみに開口部を有するＳｉＯ2マスク１１０を形成し、例えばＡｌイオンを用いて電流ブロック層３０１の開口部において、活性層１０５及び第１クラッド層１０３の一部まで到達する加速電圧でイオン注入を行い、第１クラッド層１０３及び活性層１０５における共振器端部となる部分にイオン注入部３０４を形成する。イオン注入量は例えば１×１０15ｃｍ-2である。その後、イオン注入部３０４を８００℃以上の熱処理、例えば１０００℃加熱する熱アニールを行い、イオン注入部３０４のダメージを回復するとともに、イオン注入部３０４の注入イオンを拡散させ共振器端部の活性層１０５を無秩序化する（図１０（ｂ）、（ｃ））。
【０１０２】
次に、ｐ型ＡｌＧａＮからなる第３クラッド層３０７をＭＯＣＶＤ法等の結晶成長法により電流ブロック層３０１の開口部から再成長させる。その後、第２クラッド層１０６（ｐ型である場合）及び第３クラッド層３０７に対し、Ｎ2雰囲気中で例えば７５０℃、３０分のアニールを施し、第２クラッド層１０６（ｐ型である場合）、第３クラッド層３０７のｐ型不純物を活性化させる（図１０（ｄ））。
【０１０３】
次に、ｐ型不純物の活性化処理の後、第３クラッド層３０７上にＮｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極を、例えばＥＢ蒸着とリフトオフにより形成する。ここではｐ型層へのコンタクト抵抗低減のためにＮ2雰囲気中で６００℃のシンタを行い、オーミック電極（ｐ電極１０９）を形成する。
【０１０４】
次に、ｎ型ＧａＮ基板１０２を裏面より厚さ約１５０μｍ程度まで研磨し、さらにｎ型ＧａＮ基板１０２の裏面にＴｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ電極を例えばＥＢ蒸着とリフトオフにより形成する。ここでは、ｎ型層へのコンタクト抵抗低減のためにＮ2雰囲気中で６００℃のシンタを行い、オーミック電極（ｎ電極１０１）を形成する。以上により図８、９に示すような構造の窒化物半導体レーザ素子が形成される（図１０（ｅ））。
【０１０５】
以上のように、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子の製造方法によれば、イオン注入及び熱アニールによる窓構造の形成を行った後にｐ型層（第３クラッド層３０７）を再成長により形成する。よって、ｐ型層（第３クラッド層３０７）を８００℃以上の高温にさらすことなく、窓構造を備えた構造の窒化物半導体レーザ素子を製造でき、高出力・長寿命の青紫色窒化物半導体レーザ素子を実現できる。
【０１０６】
なお、上述の窒化物半導体レーザ素子の製造方法においては、イオン注入部３０４を形成するために注入されるイオン種としてＡｌを例示したが、Ｈ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｇａ、Ａｓ、Ｉｎといった他のイオン種でも構わない。また複数種のイオン種を同時に注入しても構わない。イオン種の注入量は１×１０14ｃｍ-2〜１×１０16ｃｍ-2の範囲であることが望ましく、Ａｌ、Ｇａ、ＩｎといったＩＩＩ族イオンを注入する場合は１×１０16ｃｍ-2以上の注入量が好ましい。
【０１０７】
また、図１０（ｂ）、（ｃ）で示すイオン注入時にｎ型ＧａＮ基板１０２及び半導体層を４００℃以上に加熱してもよい。これによって、ｎ型ＧａＮ基板１０２の格子エネルギーが大きくなり、イオン注入時の結晶ダメージを軽減でき、窓構造の透過特性を向上させることができる。
【０１０８】
このとき、イオン注入時に、ＹＡＧの３倍波レーザ（波長３５５ｎｍ）やＫｒＦレーザ（波長２４８ｎｍ）などのイオン注入部３０４が形成される部分のバンドギャップより大きいエネルギーを持つレーザをイオン注入部３０４が形成される部分に照射してもよい。これによって、イオン注入部３０４が形成される部分のみを選択的に加熱することができ、イオン注入時の結晶ダメージを軽減し、窓構造の透過特性を向上させることができる。
【０１０９】
また、図１０（ｂ）、（ｃ）で示すイオン注入後の熱処理時に、図１１に示すようにＹＡＧの３倍波レーザ（波長３５５ｎｍ）やＫｒＦレーザ（波長２４８ｎｍ）などのレーザ１１１をイオン注入部３０４が形成される部分に照射し、８００℃以上に加熱してもよい。これによって、イオン注入部３０４のみを選択的に加熱することができる。
【０１１０】
（第４の実施の形態）
以下、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法を図１２〜１４に基づいて詳細に説明する。本実施の形態ではイオン注入による高抵抗・電流非注入領域を備えた、内部埋込型のストライプ状の導波路を有する窒化物半導体レーザ素子について説明する。
【０１１１】
図１２は本実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の斜視図であり、図１３（ａ）は同半導体レーザ素子の共振器の共振方向（図１２のＣ方向）からみた断面図（図１２のＢＢ’線における断面図）であり、図１３（ｂ）は同半導体レーザ素子の共振方向と垂直な方向からみた断面図（図１２のＡＡ’線における断面図）である。図１２、１３において、図８、９と同一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略する。
【０１１２】
本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子は、ｎ電極１０１と、ｎ型ＧａＮ基板１０２と、第１クラッド層１０３と、イオン注入部４０４と、活性層１０５と、第２クラッド層１０６と、第３クラッド層３０７と、電流ブロック層３０１と、ｐ電極１０９とから構成される。なお、イオン注入部４０４は、本発明の変質部の一例である。
【０１１３】
このとき、第１クラッド層１０３、活性層１０５、第２クラッド層１０６、第３クラッド層３０７及び電流ブロック層３０１によりレーザ発振させる共振器が形成される。
【０１１４】
本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子は、共振器端面Ｄ近傍の領域（共振器端部）において、第３クラッド層３０７と電流ブロック層３０１の一部または全体へのイオン注入により高抵抗・電流非注入領域（イオン注入部４０４）が形成された、内部埋込型のストライプ状の導波路を備えた窒化物半導体から構成される青紫色半導体レーザ素子である。すなわち、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子は、光が共振する共振器の中間部を挟み込む共振器端部において、中間部の活性層１０５よりも上方に位置する半導体層を変質させた高抵抗・電流非注入領域（イオン注入部４０４）が形成された青紫色半導体レーザ素子である。
【０１１５】
例えば、ｎ型ＧａＮ基板１０２上には、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ（ただし、０≦ｘ≦１）からなる第１クラッド層１０３と、Ｉｎ1-xbＧａxbＮ（ただし、０≦ｘｂ≦１）バリア層及びＩｎ1-xwＧａxwＮ（ただし、０≦ｘｗ≦１）ウエル層からなるＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層１０５と、ｐ型もしくはアンドープのＧａＮもしくはＡｌxＧａ1-xＮからなる第２クラッド層１０６と、ｎ型もしくはアンドープのＡｌyＧａ1-yＮ（ただし、０≦ｙ≦１）からなる電流ブロック層３０１と、ｐ型ＡｌxＧａ1-xＮからなる第３クラッド層３０７とが順次形成されている。電流ブロック層３０１はストライプ状の開口部（図１２におけるＥ部）を有し、第３クラッド層３０７の上面にはＮｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるオーミック電極がｐ電極１０９として形成され、ｎ型ＧａＮ基板１０２の裏面にはＴｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕからなるオーミック電極がｎ電極１０１として形成される。イオン注入部４０４は、電流ブロック層３０１の開口部内の第３クラッド層３０７に形成される。
【０１１６】
さらに、共振器端部において、第３クラッド３０７と電流ブロック層３０１の一部または全体にイオン注入部４０４が設けられる。ｎ型層である第１クラッド層１０３、及び電流ブロック層３０１（ｎ型である場合）にはＳｉが、ｐ型層である第２クラッド層１０６（ｐ型である場合）、及び第３クラッド層３０７にはＭｇがそれぞれ不純物としてドーピングされる。イオン注入部４０４はＺｎが１×１０15ｃｍ-2の不純物濃度で注入されて形成される。イオン注入部４０４では、第３クラッド３０７がイオン注入によって、例えば比抵抗１０8Ωｃｍ以上に高抵抗化され、イオン注入部４０４は共振器端部での電流注入をブロックする電流注入ブロック層として機能している。
【０１１７】
以上のように本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子によれば、イオン注入部４０４は共振器端部での電流注入をブロックする電流注入ブロック層として機能する。よって、共振器端部での発熱が抑えられ、高出力動作時のＣＯＤや端面劣化などを抑制することができるので、高出力・長寿命のレーザ素子が実現できる。
【０１１８】
また、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子によれば、半導体層へのイオン注入により電流非注入領域を形成する。よって、イオン注入部４０４とイオン非注入部との屈折率差がほとんどないため、共振器端部での導波路構造を乱すことなく、電流非注入領域を形成できるので、安定した単一横モード動作を実現できる。
【０１１９】
なお、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子においては、イオン注入部４０４を形成するために注入されるイオン種はＺｎであったが、イオン注入によって第３クラッド層３０７を高抵抗化できればこれに限られず、Ｈ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ａｓ、Ｉｎといった他のイオン種でも構わない。本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子では、注入後の高温（＞８００℃）での熱アニールを行わないため、注入イオン種としては、その他のプロセスにおける比較的低温（〜６００℃）の熱処理によって抵抗が低下しないものであればＺｎに限られない。例えば、Ｓｉを注入イオン種とした場合は、イオン注入部４０４はｎ型化し、イオン注入部４０４の周辺がすべてｐ型であるので、ｐ−ｎ−ｐ接合が形成され、上記と同様の共振器端部を電流非注入領域とすることによる効果が期待できる。イオン種の注入量は１×１０14ｃｍ-2〜１×１０16ｃｍ-2の範囲であることが望ましい。また、イオン注入部４０４に注入されるイオン種は２種以上でも構わない。
【０１２０】
図１２、１３に示すような窒化物半導体レーザ素子を作製するためには、例えば、図１４に示す製造方法が考えられる。図１４は本発明の第４の実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の製造方法を示す断面図である。図１４において、図１２、１３と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【０１２１】
まず、例えば、転位密度が１０6ｃｍ-3台のｎ型ＧａＮ基板１０２の（０００１）面上に、ＭＯＣＶＤ法等の結晶成長法により、ｎ型ＧａＮ緩衝層（不図示）と、ｎ型ＧａＮもしくはｎ型ＡｌＧａＮからなる第１クラッド層１０３と、ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層１０５と、ｐ型もしくはアンドープのＧａＮもしくはＡｌＧａＮからなる第２クラッド層１０６と、ｎ型もしくはアンドープのＡｌＧａＮからなる電流ブロック層３０１とを順次形成する（図１４（ａ））。活性層１０５からは電流注入により、４０５ｎｍの青紫色発光が生じる。
【０１２２】
次に、電流ブロック層３０１上に、ストライプ状の開口部を有するフォトレジスト（不図示）を形成する。このフォトレジストをマスクとして例えばＣｌ2ガスを用いたＩＣＰドライエッチングにより電流ブロック層３０１にストライプ状の開口部を形成する（図１４（ｂ））。
【０１２３】
次に、ｐ型ＡｌＧａＮからなる第３クラッド層３０７をＭＯＣＶＤ法等の結晶成長法により電流ブロック層３０１の開口部から再成長させる。その後、第２クラッド層１０６（ｐ型である場合）及び第３クラッド層３０７に対し、Ｎ2雰囲気中で例えば７５０℃、３０分のアニールを施し、第２クラッド層１０６（ｐ型である場合）及び第３クラッド層３０７のｐ型不純物を活性化させる（図１４（ｃ））。
【０１２４】
次に、ｐ型不純物の活性化処理の後、第３クラッド層３０７上に、共振器端部となる部分のみに開口部を有するＳｉＯ2マスク１１０を形成し、例えばＺｎイオンを用いて第３クラッド層３０７及び電流ブロック層３０１の一部または全体まで到達する加速電圧でイオン注入を行い、開口部内の第３クラッド層３０７及び電流ブロック層３０１における共振器端部となる部分にイオン注入部４０４を形成する（図１４（ｄ））。イオン注入量は例えば１×１０15ｃｍ-2である。
【０１２５】
次に、第３クラッド層３０７上にＮｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極を、例えばＥＢ蒸着とリフトオフにより形成する。ここではｐ型層へのコンタクト抵抗低減のためにＮ2雰囲気中で６００℃のシンタを行い、オーミック電極（ｐ電極１０９）を形成する。
【０１２６】
次に、ｎ型ＧａＮ基板１０２を裏面より厚さ約１５０μｍ程度まで研磨し、さらにｎ型ＧａＮ基板１０２の裏面にＴｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ電極を例えばＥＢ蒸着とリフトオフにより形成する。ここでは、ｎ型層へのコンタクト抵抗低減のためにＮ2雰囲気中で６００℃のシンタを行い、オーミック電極（ｎ電極１０１）を形成する。以上により、図１２、１３に示すような構造の窒化物半導体レーザ素子が形成される（図１４（ｅ））。
【０１２７】
以上のように、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子の製造方法によれば、活性層１０５に到達しないイオン注入による高抵抗化で電流非注入領域を形成する。よって、注入ダメージの回復のための高温熱アニールを施すことなく、共振器端部に電流非注入領域を有する構造の窒化物半導体レーザ素子を製造でき、高出力・長寿命の青紫色窒化物半導体レーザ素子を実現できる。
【０１２８】
なお、上述の窒化物半導体レーザ素子の製造方法においては、イオン注入部４０４を形成するために注入されるイオン種としてＺｎを例示したが、Ｈ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ａｓ、Ｉｎといった他のイオン種でも構わない。イオン種の注入量は１×１０14ｃｍ-2〜１×１０16ｃｍ-2の範囲であることが望ましい。
【０１２９】
また、図１４（ｄ）で示すイオン注入時にｎ型ＧａＮ基板１０２及び半導体層を４００℃以上に加熱してもよい。これによって、ｎ型ＧａＮ基板１０２の格子エネルギーが大きくなり、イオン注入時の結晶ダメージを軽減できる。
【０１３０】
このとき、イオン注入時に、ＹＡＧの３倍波レーザ（波長３５５ｎｍ）やＫｒＦレーザ（波長２４８ｎｍ）などのイオン注入部４０４が形成される部分のバンドギャップより大きいエネルギーを持つレーザをイオン注入部４０４が形成される部分に照射してもよい。これによって、イオン注入部４０４が形成される部分のみを選択的に加熱することができ、イオン注入時の結晶ダメージを軽減できる。
【０１３１】
以上、本発明の窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態の限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲内で当業者が思いつく各種変形を施したものも本発明の範囲内に含まれる。
【０１３２】
例えば、上記実施の形態においては、４０５ｎｍの青紫色レーザ素子について示したが、活性層をＡｌxbＧａybＩｎ(1-xb-yb)Ｎ（ただし、０≦ｘｂ≦１、０≦ｙｂ≦１、０≦１−ｘｂ−ｙｂ≦１）からなるバリア層と、ＡｌxwＧａywＩｎ(1-xw-yw)Ｎ（ただし、０≦ｘｗ≦１、０≦ｙｗ≦１、０≦１−ｘｗ−ｙｗ≦１）からなるウエル層とを有する多重量子井戸とすることで、３６０ｎｍで発光する紫外レーザ素子を実現する場合にも、同様の方法で窓構造を形成でき、高出力・長寿命の紫外半導体レーザ素子を実現できる。
【０１３３】
また、上記実施の形態に示した窒化物半導体レーザ素子では全てｎ型ＧａＮ基板が用いられ、基板裏面にｎ電極が形成されるとしたが、サファイア基板などの絶縁性基板が用いられ、図１５の従来例に示したようなｎ電極が基板表面に形成されても構わない。また、基板は導電性、絶縁性どちらでも良く、ＧａＮ、サファイア、ＳｉＣ、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＬｉＧａＯ2、ＬｉＡｌＯ2あるいはこれらの混晶からなる基板であっても良い。また、基板の面方位もいかなるものでも良く、代表面からオフアングルのついた基板であっても良い。また、基板はストライプ状の導波路が形成される部分の転位密度が１０6ｃｍ-2台以下となっていることが望ましい。また、基板上に形成される半導体層の構造は所望のレーザ特性が実現できる限りいかなる多層構造を含んでも構わない。また、基板上に半導体層を形成するために用いられる結晶成長方法はＭＯＣＶＤ法でなく、分子線エピタキシー（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＢＥ）法やハイドライド気相成長（Ｈｙｄｒｉｄｅ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ：ＨＶＰＥ）法でも良い。
【産業上の利用可能性】
【０１３４】
本発明にかかる窒化物半導体レーザ素子は、次世代ＤＶＤ（Ｂｌｕ−Ｒａｙ  Ｄｉｓｃ）などの高密度光ディスクの書き込み及び読み出し光源として使用できる、高出力・長寿命の青色半導体レーザ素子として有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１３５】
【図１】第１の実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の斜視図である。
【図２】（ａ）同実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の断面図（図１のＢＢ’線における断面図）である。（ｂ）同実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の断面図（図１のＡＡ’線における断面図）である。
【図３】同実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の製造方法を示す断面図である。
【図４】同実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の製造方法を示す断面図である。
【図５】第２の実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の斜視図である。
【図６】（ａ）同実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の断面図（図５のＢＢ’線における断面図）である。（ｂ）同実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の断面図（図５のＡＡ’線における断面図）である。
【図７】同実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の製造方法を示す断面図である。
【図８】第３の実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の斜視図である。
【図９】（ａ）同実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の断面図（図８のＢＢ’線における断面図）である。（ｂ）同実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の断面図（図８のＡＡ’線における断面図）である。
【図１０】同実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の製造方法を示す断面図である。
【図１１】同実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の製造方法を示す断面図である。
【図１２】第４の実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の斜視図である。
【図１３】（ａ）同実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の断面図（図１２のＢＢ’線における断面図）である。（ｂ）同実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の断面図（図１２のＡＡ’線における断面図）である。
【図１４】同実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の製造方法を示す断面図である。
【図１５】非特許文献１に開示されている従来の青色窒化物半導体レーザ素子の構造を示す断面図である。
【図１６】特許文献１に記載されている従来の窓構造赤外レーザ素子の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１３６】
１０１、９０７、１００１    ｎ電極
１０２    ｎ型ＧａＮ基板
１０３    第１クラッド層
１０４、２０４、３０４、４０４    イオン注入部
１０５、９０４、１００５    活性層
１０６    第２クラッド層
１０７、２０１、３０７    第３クラッド層
１０８、９０８    誘電体絶縁膜
１０９、９０６、１００８    ｐ電極
１１０    ＳｉＯ2マスク
１１１    レーザ
３０１、１００７    電流ブロック層
９０１、１００２    基板
９０２    ｎ型ＧａＮ層
９０３    ｎ型クラッド層
９０５    ｐ型クラッド層
１００３    ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
１００４    無秩序部
１００６    ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
【図１】
2006229210.tif 000003
【図２】
2006229210.tif 000004
【図３】
2006229210.tif 000005
【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】
2006229210.tif 000013
【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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