(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、該基板上に積層され、その表面にリッジを有する窒化物半導体層と、該窒化物半導体層と電気的に接続する電極とを備えた窒化物半導体レーザ素子であって、
前記リッジ側面から該リッジ両側の窒化物半導体層の上面にかけて形成されたＡｌ含有窒化物膜からなる第１膜と、
前記窒化物半導体層に形成された共振器面と前記窒化物半導体層の上面に形成された前記第１膜を被覆し、かつＡｌ含有窒化物膜からなる第２膜とを備え、
前記第１膜は、窒化物半導体層の上面において、上面側がｃ軸配向であり、膜厚方向に、格子定数が異なる部位が存在するＡｌＮ、ＡｌＧａＮ又はＡｌＩｎＧａＮからなる膜を含むことを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記第２膜は、前記窒化物半導体層の上面に形成された前記第１膜と接触している請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記第１膜は、組成の異なる多層膜からなる請求項１又は２に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記第１膜は、窒化物半導体層の上面において、膜厚方向に結晶性が異なる２以上の部位を有する請求項１から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】
前記第１膜は、六方晶構造の結晶を含む請求項１から４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】
前記窒化物半導体層の上面に形成された前記第１膜と前記第２膜との間に前記電極の一部を介している請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記第１膜は、２００〜５００ｎｍの膜厚である請求項１から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、リッジ導波路構造を有した窒化物半導体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、０≦ｘ＋ｙ≦１）を含む窒化物半導体によって形成されており、リッジ導波路構造を有するものがある。このような構造の半導体レーザ素子は、通常、リッジ側面から、リッジ両側の窒化物半導体層の表面にわたって、光閉じ込めを行うために、保護膜が形成されている。
このような保護膜は、窒化物半導体層との屈折率差、密着性などを考慮して、例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３等の酸化物誘電体又はＡｌＮ等の窒化物誘電体によって形成されている（例えば、特許文献１：特開２００９−４６４５等参照）。ＡｌＮは、熱伝導率が高いために、リッジ両側を被覆する保護膜として有用である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−４６４５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、半導体層上に放熱性の高い結晶性のよいＡｌＮ膜を、ＬＤ特性を損なわない程度の比較較的厚膜で成膜しようとすると、半導体層との格子定数の差によって、ＡｌＮ膜中にクラックが入るという問題があり、薄膜状で形成しようとすると、絶縁性が確保できず、リークが発生することがあるという課題がある。
このような状況下において、レーザ素子自体及びその実装部材等による、さらなる放熱性の向上が模索されている。
【０００５】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、保護膜等に発生するクラックを抑制し、共振器面において、保護膜の密着性を向上させることにより、より信頼性の高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】
【０００６】
本発明の窒化物半導体レーザ素子は、
基板と、該基板上に積層され、その表面にリッジを有する窒化物半導体層と、該窒化物半導体層と電気的に接続する電極とを備えた窒化物半導体レーザ素子であって、
前記リッジ側面から該リッジ両側の窒化物半導体層の上面にかけて形成されたＡｌ含有窒化物膜からなる第１膜と、
前記窒化物半導体層に形成された共振器面と前記窒化物半導体層の上面に形成された前記第１膜を被覆し、かつＡｌ含有窒化物膜からなる第２膜と
を備えていることを特徴とする。
【０００７】
このような窒化物半導体レーザ素子は、以下の１以上を備えることが好ましい。
前記第２膜は、前記窒化物半導体層の上面に形成された前記第１膜と接触している。
前記第１膜は、組成の異なる多層膜からなる。
前記第１膜は、窒化物半導体層の上面において、膜厚方向に結晶性が異なる２以上の部位を有するＡｌ含有窒化物膜からなる。
前記第１膜は、窒化物半導体層の上面において、上面側がｃ軸配向であり、膜厚方向に、格子定数が異なる部位が存在する。
前記第１膜は、六方晶構造の結晶を含む。
前記窒化物半導体層の上面に形成された前記第１膜と前記第２膜との間に前記電極の一部を介している。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、保護膜等に発生するクラックを抑制し、共振器面において、保護膜の密着性を向上させることにより、より信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】本発明の窒化物半導体レーザ素子における第２膜を説明するための概略平面図である。
【図１Ｂ】図１Ａの窒化物半導体レーザ素子のＢ−Ｂ’線の要部の概略横断面図である。
【図１Ｃ】図１Ａの窒化物半導体レーザ素子のＣ−Ｃ’線の要部の概略縦断面図である。
【図１Ｄ】図１Ａの窒化物半導体レーザ素子のＤ−Ｄ’線の要部の概略縦断面図である。
【図２】本発明の窒化物半導体レーザ素子の構造を説明するための要部の概略横断面図である。
【図３】本発明の第１膜の積層状態を説明する概略断面図である。
【図４】材料の結晶性について説明するための電子線回折像である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（窒化物半導体レーザ素子）
本発明の窒化物半導体レーザ素子は、主として、図１Ａ〜図１Ｄに示すように、基板１０、窒化物半導体層、つまり、ｎ側窒化物半導体層１１、活性層１２、ｐ側窒化物半導体層１３及び窒化物半導体層に形成されたリッジ１４、第１膜１５、ｐ電極１６、ｎ電極１９及び第２膜２１を含んで構成される。
【００１１】
また、図１Ｂに示すように、ｐ電極１６とｎ電極１９とが、基板１０に対して異なる主面側に形成されている。つまり、基板１０の第１主面上にｎ側窒化物半導体層１１、活性層１２、ｐ側窒化物半導体層１３がこの順に形成され、ｐ側窒化物半導体層１３上にｐ電極１６が形成されている。また、基板１０の第２主面側に、ｎ電極１９が形成されている。
【００１２】
この窒化物半導体レーザ素子では、特に図１Ｂに示すように、第１膜１５は、ｐ側窒化物半導体層１３の上面を被覆している。第１膜１５は、共振器面の上部、つまり、窒化物半導体層に形成されているリッジ１４の側面を被覆している。
また、第２膜２１は、図１Ｃに示すように、光出射側の共振器面とｐ電極１６とを被覆している領域を有する。第２膜２１は、図１Ｄに示すように、光出射側の共振器面と第１膜１５とを被覆している領域を有する。第２膜２１は、共振器面における活性層１２の表面を被覆している。さらに、図５ＡにおけるＣ−Ｃ’線とＤ−Ｄ’線との間の領域において、第２膜２１は、窒化物半導体層の上面に形成された第１膜１５上に形成されたｐ電極１６の表面を被覆している。
このように、本発明の窒化物半導体レーザ素子では、Ａｌ含有窒化物膜からなる第１膜１５とＡｌ含有窒化物膜からなる第２膜２１とを部分的に２層構造とすることにより、第２膜２１により端面保護膜としての特性を確保しながら、第１膜１５によって、第１膜１５と窒化物半導体層との密着性を確保するとともに、第１膜１５と第２膜２１との密着性をも確保して、剥がれを防止することができる。また、Ａｌ含有窒化物膜からなる部材を用いることで放熱性をより向上させることが可能となり、長期にわたる安定したレーザ駆動を与えることができるとともに、比較的温度の高い環境においても、安定なレーザ駆動を図ることが可能となる。
【００１３】
（第１膜１５）
上述した窒化物半導体レーザ素子において、第１膜１５は、埋込膜とも称されるものであり、通常、ｐ側窒化物半導体層の上面からリッジ１４の側面に配置される。この第１膜１５は、ｐ側窒化物半導体層１２上であって、ｐ側窒化物半導体層１２とｐ電極１６とが電気的な接続をとるための電流狭窄層としての機能も有する。ここで、窒化物半導体層と電極との接続領域とは、特にその位置、大きさ、形状等は限定されず、窒化物半導体層の表面の一部、例えば、窒化物半導体層の表面に形成されるストライプ状のリッジ上面のほぼ全面又はリッジ上面のほぼ全面からその両側にわたる部分が例示される。また、この第１膜１５は、共振器面の一部にまで回りこませてもよい。
【００１４】
第１膜１５は、Ａｌ含有窒化物膜からなる。
Ａｌ含有窒化物膜としては、熱伝導率の良好な材料が挙げられ、例えば、熱伝導率が０℃において１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、好ましくは５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、さらに好ましくは１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料を用いる。具体的には、ＡｌＮやＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮが挙げられる。
リッジの側面から、リッジの両側の窒化物半導体表面に直接接触して、第１膜が形成されていることにより、従来から埋込膜として形成されているＳｉ、Ｃｅ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｚｎ等の酸化物からなる絶縁膜に比較して、より優れた放熱性を確保することができる。
【００１５】
前記第１膜は、図１Ｂに示すように、単層膜として形成されていてもよいし、図２に示すように、組成の異なる多層膜から形成されていてもよく、多層膜からなることが好ましい。例えば、Ａｌ含有窒化物の第１保護膜におけるＡｌ混晶を窒化物半導体層の上面から第１膜の膜厚方向に減少させることで第１膜にクラックが生じにくくなる。
また、第１膜の一部に窒化物以外の部材を用いてもよい。
【００１６】
前記第１膜は、窒化物半導体層の上面において、膜厚方向に結晶性が異なる２以上の部位を有するＡｌ含有窒化物膜からなることが好ましい。例えば、Ａｌ含有窒化物膜からなる第１膜がｃ軸配向している部位とｍ軸配向している部位とを有することで第１膜の内部での応力緩和を行うことができるため、第１膜にクラックが生じにくくなる。
【００１７】
前記第１膜は、窒化物半導体層の上面において、上面側がｃ軸配向であり、膜厚方向に、格子定数が異なる部位が存在することが好ましい。ｃ軸配向した窒化物半導体層の上面と接触する第１膜の部位がｃ軸配向していることにより、第１膜と窒化物半導体層との密着性は向上する。
また、第１膜における格子定数が異なる部位が存在する例としては、ｃ軸配向している部位とｍ軸配向している部位とを有するものであり、第１膜の内部での応力緩和を行うことができるため、第１膜にクラックが生じにくくなる。
【００１８】
第１膜１５は、六方晶構造の結晶を含有する膜であることが好ましい。例えば、窒化物半導体層が、ｃ軸又はａ軸配向している場合には、第１膜１５もｃ軸又はａ軸と同軸配向している。これにより第１膜と窒化物半導体層との密着性が向上する。
【００１９】
また、第１膜１５は、膜内において格子定数が異なるものでもよい。これは、第１膜が同じ軸配向において、軸長が拡張又は収縮すると言い換えることができる。
このように、第１膜１５において格子定数が膜内で異なることにより、窒化物半導体層、特にｐ側窒化物半導体層に対する格子定数の差異に起因して第１膜１５に負荷される応力を緩和することができ、窒化物半導体層や第１膜１５にクラックが生じることを有効に防止することができる。これにより、リッジ基底部近傍等において絶縁性を確保することができるとともに、クラック等によるリーク電流の発生を回避することができる。
【００２０】
第１膜内での格子定数の変化は、面内方向であってもよいが、膜厚方向において異なっていることが適している。ただし、膜厚方向の全てにおいて変化していなくてもよく、膜厚方向の一部において、格子定数が窒化物半導体層側と異なる部位が存在していればよい。
これにより、窒化物半導体層との格子定数を緩和することができ、窒化物半導体層及び／又は第１膜へのクラックの発生を確実に防止することができる。つまり、第１膜内の窒化物半導体層に接触する側においては、窒化物半導体層の格子定数又は配向性に支配され、比較的窒化物半導体層の物質固有の格子定数に近い値となる配向が優勢となっており、窒化物半導体層から離れるにつれて（厚膜になるにつれて）、Ａｌ含有窒化物膜本来の物質固有の格子定数に近い値となる配向が優勢となると考えられる。
【００２１】
第１膜の格子定数は、Ａｌ含有窒化物膜である第１膜の物質固有値から窒化物半導体層の物質固有値の範囲内で異なっていてもよい。ここでの物質固有値とは、それぞれ、Ａｌ含有窒化物又は窒化物半導体自体が有する物質固有値としての格子定数であり、一般に文献に記載されている値を意味する。この文献としては、例えば、「アドバンスト  エレクトロニクスＩ-１  III-V族化合物半導体」（株式会社培風館発行）等が挙げられる。具体的には、ＡｌＮでは、Ｃ軸方向の格子定数は４．９８０、Ａ軸方向の格子定数は３．１１１、ＧａＮでは、Ｃ軸方向の格子定数は５．１６６６、Ａ軸方向の格子定数は３．１８０である。なお、ＩｎＧａＮでは、Ｉｎの混晶比によるが、Ｉｎの混晶比を５〜５０％とすると、Ｃ軸方向の格子定数は５．２１０〜５．４４２、Ａ軸方向の格子定数は３．２０７〜３．３６３となる。
【００２２】
例えば、窒化物半導体層がＧａＮであり、第１膜がＡｌＮである場合、第１膜のＡｌＮのＣ軸方向の格子定数は、ＧａＮの５．１６６６からＡｌＮの４．９８０の範囲内の格子定数を有し、Ａ軸方向の格子定数はＧａＮの３．１８０からＡｌＮの３．１１１の範囲内の格子定数を有することが好ましい。
この場合、第１膜の格子定数は、窒化物半導体層側から表面に向かって小さくなる、つまり、ＧａＮの格子定数からＡｌＮの格子定数に近くなるように変化していることが好ましい。これにより、窒化物半導体層と第１膜との密着性を向上させることができる。
【００２３】
一方、第１膜の格子定数は、窒化物半導体層側から表面に向かって大きくなる、つまり、ＡｌＮの格子定数からＧａＮの格子定数からに近くなるように変化していてもよい。これにより、第１膜を厚膜に成長させた場合であっても、第１膜のクラックの発生を抑制することができる。  
【００２４】
ただし、第１膜１５の一部が共振面上に回りこんで形成されている場合には、共振面上の第１膜１５は、結晶質等は、単結晶、多結晶、アモルファスであってもよいし、これらが混在していてもよい。
【００２５】
第１膜１５は、特に、図２に示すように、第１膜（下層）１５ａの上に、第１膜（上層）１５ｂが積層された積層構造であることが好ましい。
具体的には、図３（ａ）〜（ｅ）に示したように、リッジ１４の側面を完全に被覆するか否かにかかわらず、第１膜（下層）１５ａが第１膜（上層）から一部を露出するように積層された状態（図３（ａ）、（ｂ）、（ｅ））、第１膜（下層）１５ａが第１膜（上層）に完全に被覆された積層状態（図３（ｃ）、（ｄ））等が挙げられる。
【００２６】
ここで、上述した第１膜１５ａ及び第２膜１５ｂの結晶性は、電子線による回折像によって容易に判定することができる。一般に、材料の結晶度合いの大きさによって、単結晶、多結晶、アモルファスに分類される。第１膜内での軸方向又は格子定数の変化は、例えば、第１膜のＸ線回折法によって確認することができる。
単結晶は、通常の状態では、材料中で格子定数の変動がほぼなく、格子面傾斜がほぼないものである。言い換えると、材料中で原子配列が規則的に並び、長距離的な秩序が保たれたものであり、格子定数の変動がほぼなく、格子面傾斜がほぼないものである。  しかし、本発明においては、第１膜１５は、結晶格子の相当異なる窒化物半導体層上に形成されるために応力を内在しており、膜厚方向において、結晶格子の周期的構造の秩序が壊れるものではないが、その周期が拡張又は縮小する部位を包含している。
多結晶とは、多数の微小な単結晶、すなわち微結晶から構成されているものである。
アモルファスは、結晶におけるような周期的構造をもたないもの、つまり原子配列が不規則、長距離秩序がないものを意味する。
【００２７】
これらの材料に電子線を入射することによって、格子定数の大きさと面方向に対応して、電子線回折像が規則正しく表れることが知られている。例えば、単結晶の場合は、結晶面が略そろっているため、図４Ａのように規則正しく回折点が並んでいる。多結晶の場合は、微結晶から構成されるため、それぞれの格子面の向きがそろっておらず、図４Ｂのように回折点が複雑に合わさった状態でみられたり、デバイリングがみられたりする。一方、アモルファスの場合、原子配列が長距離に周期的な構造をもたないため、電子線回折がおこらない。したがって、回折像に回折点はなく、図４Ｃのようになる。
【００２８】
例えば、第１膜１５は、２００ｎｍ〜９００ｎｍ程度の総膜厚であることが適しており、２００〜５００ｎｍ程度の総膜厚であることが好ましい。この範囲の総膜厚とすることにより、絶縁性を確保し、光閉じ込めの効果を有し、かつ電極による光吸収を有効に防止することができる。また、応力による保護膜の剥がれや割れを抑止することができる。
第１膜（上層）１５ｂは、保護膜１５の３〜２０％程度の膜厚、さらに４〜１０％程度の膜厚であることが適している。
具体的には、第１膜（下層）１５ａは、２００〜８００ｎｍ程度、好ましくは２００〜５００ｎｍ程度の膜厚が挙げられる。
第１膜（上層）１５ｂは、１〜１００ｎｍ程度、好ましくは５〜５０ｎｍ程度の膜厚が挙げられる。
第１膜（上層）１５ｂは積層構造でもよい。この場合、その材料又は組成、結晶系、成膜方法等のいずれか又は２以上が異なる膜の積層構造とすることができる。
【００２９】
第１膜が積層構造である場合、少なくとも窒化物半導体層に接触する層が、上述した結晶性、格子定数等の特性を有していればよい。
【００３０】
第１膜１５は、当該分野で公知の方法によって形成することができる。例えば、蒸着法、スパッタ法、反応性スパッタ法、ＥＣＲプラズマスパッタ法、マグネトロンスパッタ法、イオンビームアシスト蒸着法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション法、ＣＶＤ法、スプレー法、スピンコート法、ディップ法又はこれらの方法の２種以上を組み合わせる方法、あるいはこれらの方法と酸化処理（熱処理）とを組み合わせる方法等、種々の方法を利用することができる。
【００３１】
特に、単結晶の膜を得るためには、ＥＣＲプラズマスパッタ法を用いることが適している。その成膜条件は、例えば、マイクロ波電力３００〜８００Ｗ、ＲＦ電力３００〜８００Ｗ、アルゴン流量１０〜４０ｓｃｃｍの場合に、窒素流量を５〜２０ｓｃｃｍとすることが適している。
【００３２】
第１膜１５は、一般に、窒化物半導体層よりも屈折率が小さな絶縁材料によって形成されている。具体的には、屈折率が２．４以下のものが適している。屈折率は、エリプソメトリーを利用した分光エリプソメータ、具体的には、Ｊ．Ａ．ＷＯＯＬＬＡＭ社製のＨＳ−１９０等を用いて測定することができる。
【００３３】
（第２膜２１）
第２膜２１は、少なくとも光出射側の共振器面を被覆するように形成されている保護膜を意味する。この第２膜は、共振器面において少なくとも活性層を含む部位を被覆するように形成される保護膜である。第２膜２１は、共振器面とこの共振器面の上方とに形成されている第１膜１５とを被覆しており、Ａｌ含有窒化物膜からなる。また、図１Ａ及び図１Ｃに示すように、共振器面と窒化物半導体層上に形成されている第１膜とを被覆してもよい。第２膜は、第１膜１５と同一材料であることが好ましく、例えばＡｌＮであることが好ましい。第２膜２１の膜厚は、例えば、５０〜１００ｎｍ程度が挙げられる。
【００３４】
このように、第２膜を、共振器面とこの共振器面の上方に形成された第１膜と、又は共振器面と窒化物半導体層の上面に形成された第１膜とを被覆させることにより、端面保護膜としての窒化物半導体層への接触面積を確保させるとともに、第１膜を被覆することにより、第２膜の剥がれを防止することができ、より放熱性を向上させることに寄与する。ひいては、レーザ特性を長時間にわたって安定的に駆動させることができる。しかも、レーザ素子の使用環境が比較的高い温度であっても、より安定して駆動させることができ、種々の装置にレーザ素子を導入、組み込むことが可能となる。
【００３５】
（基板１０）
基板１０は、サファイア、スピネル（ＭｇＡ１２Ｏ４）のような絶縁性基板であってもよいし、炭化珪素、シリコン、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ダイヤモンド及び窒化物半導体と格子接合するニオブ酸リチウム、ガリウム酸ネオジウム等の酸化物基板でもよいが、窒化物半導体基板（ＧａＮ、ＡｌＮ等）であることが好ましい。また、第１主面及び／又は第２主面に０°以上１０°以下のオフ角を有する基板であることが好ましい。その基板の厚みは、例えば、５０μｍから１０ｍｍ程度が挙げられる。基板として、例えば、特開２００６−２４７０３号公報に例示されている種々の公知の基板、市販の基板等を用いてもよい。
窒化物半導体基板は、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＭＯＣＶＤ法（有機金属化学気相成長法）、ＨＶＰＥ法（ハイドライド気相成長法）、ＭＢＥ法（分子線エピタキシー法）等の気相成長法、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、溶融法等により形成することができる。
【００３６】
（窒化物半導体層（１１、１２、１３））
窒化物半導体層としては、一般式ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）を含むものを用いることができる。また、これに加えて、III族元素としてＢが一部に置換されたものを用いてもよいし、Ｖ族元素としてＮの一部をＰ、Ａｓで置換されたものを用いてもよい。ｎ側半導体層は、ｎ型不純物として、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＣｄなどのＩＶ族元素又はＶＩ族元素等のいずれか１つ以上を含有していてもよい。また、ｐ側半導体層は、ｐ型不純物として、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｓｒ等を含有していてもよい。不純物は、例えば、５×１０１６／ｃｍ３〜１×１０２１／ｃｍ３程度の濃度範囲で含有されていることが好ましい。
【００３７】
活性層は、多重量子井戸構造又は単一量子井戸構造のいずれでもよい。
窒化物半導体層は、ｎ側窒化物半導体層とｐ側窒化物半導体層に光の導波路を構成する光ガイド層を有することで、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。
【００３８】
窒化物半導体層の成長方法は、特に限定されないが、ＭＯＶＰＥ、ＭＯＣＶＤ、ＨＶＰＥ、ＭＢＥなど、窒化物半導体の成長方法として知られている全ての方法を好適に用いることができる。特に、ＭＯＣＶＤ又はＭＢＥは結晶性良く成長させることができるので好ましい。
【００３９】
窒化物半導体層、つまり、ｐ側窒化物半導体層の表面には、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〜３０．０μｍ程度、さらに、１．０μｍ〜３．０μｍ程度が好ましい。その高さ（エッチングの深さ）は、ｐ側窒化物半導体層を構成する層の膜厚、材料等、さらに光閉じ込めの程度等を適宜調整することができ、例えば、０．１〜２μｍが挙げられる。リッジは、共振器方向の長さが１００μｍ〜１０００μｍ程度になるように設定することが好ましい。また、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よい。この場合のテーパー角は４５°〜９０°程度が適当である。
【００４０】
（リッジ１４）
リッジの形成は、当該分野で通常用いられる方法により形成することができる。例えば、フォトリソグラフィ及びエッチング工程が挙げられる。この際のエッチングは、ドライエッチング（例えば、ＲＩＥ法）、ウェットエッチングのいずれでもよいし、双方を、この順序又は逆の順序で、行ってもよい。なかでも、窒化物半導体の表面をドライエッチング、続いてウェットエッチングすることが好ましい。このようなリッジの形成により、上述した第１膜を形成することができる。
【００４１】
窒化物半導体層においては、例えば、上述したリッジが延びる方向に共振器が形成されており、その方向に直交して、一対の共振器端面が形成されている。共振器長は、１００μｍ〜５０００μｍ程度の範囲内になるように設定することが好ましい。共振器端面の面方位については、特に限定されない。例えば、Ｍ軸、Ａ軸、Ｃ軸及びＲ軸配向が挙げられ、つまり、Ｍ面（１−１００）、Ａ面（１１−２０）、Ｃ面（０００１）又はＲ面（１−１０２）からなる群から選ばれる面であり、特にＭ軸配向、Ｍ面（１−１００）であることが好ましい。
本発明のレーザ素子の幅、すなわち共振器方向と直交する方向の長さは、５０〜２０００μｍ程度に設定される。
【００４２】
（ｐ側電極１６）
ｐ側電極は、ｐ側窒化物半導体層と電気的に接続された電極をさす。ｐ側電極１６は、ｐ側窒化物半導体層及び第１膜上に形成されることが好ましい。電極が最上層の窒化物半導体層及び第１膜上に連続して形成されていることにより、第１膜の剥がれを防止することができる。特に、リッジ側面に形成された第１膜の表面までｐ側電極が形成されていれば、第１膜の剥がれを防止することができる。
【００４３】
電極に用いられる材料は特に限定されるものではないが、例えば、パラジウム、白金、ニッケル、金、チタン、タングステン、銅、銀、亜鉛、錫、インジウム、アルミニウム、イリジウム、ロジウム、ＩＴＯ等の金属又は合金の単層膜又は積層膜により形成することができる。電極の膜厚は、用いる材料等により適宜調整することができ、例えば、５０〜５００ｎｍ程度が適当である。さらに、この電極上にパッド電極等、単数又は複数の導電層を形成してもよい。
【００４４】
（保護膜１７）
窒化物半導体層の側面を被覆する保護膜１７が形成されていてもよい。保護膜１７は、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ａｌ、Ｃｅ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｚｎ等の酸化物、窒化物、酸化窒化物等の絶縁膜で形成することができる。膜厚は、特に限定されず、１００ｎｍ〜１５００ｎｍ程度が挙げられる。これにより、絶縁性の確保のみならず、露出した窒化物半導体層の側面又は表面等を保護することができる。なお、図１Ａにおいては、この保護膜１７を図示していない。
【００４５】
（反射ミラー２２）
共振器面のうち、光出射側とは反対側になる光反射側には、図１Ａに示すように、反射ミラー２２が形成されていることが適している。反射ミラー２２は、酸化膜、窒化膜、酸窒化膜、これらの組み合わせ等により形成することができる。具体的には、ＳｉＯ2、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｎｂ2Ｏ5、ＳｉＮ、ＡｌＮ、ＳｉＯＮ、ＡｌＯＮ等の酸化膜、窒化膜等からなる誘電体多層膜である。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。
【００４６】
この反射ミラー２２の最下層をＡｌ含有窒化物膜とした場合には、光反射側の共振器面においては、上述した第１膜と同様に、共振器面のみならず、その共振器面の上方に形成されている第１膜１５を被覆するように形成されていることが好ましい。これにより、反射ミラーにおいても上述した第２膜と同様の効果が期待できる。
光反射側の共振器面においては、共振器面の上部の一部に第１膜１５が被覆されており、この上に反射ミラー２２が形成されていてもよいし、光反射側の共振器面には、反射ミラー３２のみが被覆され、第１膜１５が被覆されていなくてもよい。
【００４７】
以下に、本発明の窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
実施例１
この実施例の窒化物半導体レーザ素子は、図１Ｂに示すように、基板１０上に、窒化物半導体層として、ｎ側窒化物半導体層１１、活性層１２、ｐ側窒化物半導体層１３がこの順に形成されており、ｐ側窒化物半導体層１３の表面にリッジ１４が形成されている。また、窒化物半導体層の側面において、リッジ１４と直交する方向に一対の共振器面が形成されている。
【００４８】
リッジ１４の側面から、ｐ側窒化物半導体層１３の表面及び共振器面におけるｐ側窒化物半導体層１３上にわたって、第１膜１５（単結晶のＡｌＮ膜）が形成されている。
共振器面においては、図１Ａ及び図１Ｃに示すように、その上方、つまり、ｐ側窒化物半導体１３上の一部において、第１膜１５（ＡｌＮ膜）が形成されており、この第１膜１５の共振器面側の一部と共振器面のほぼ全面を被覆するように第２膜２１（ＡｌＮ膜）が形成されている。
【００４９】
リッジ１４上面にはｐ側電極１６が形成されている。このｐ側電極は、第１膜の一部を被覆しているが、リッジ上面のみを被覆するものでもよい。また、基板の第２主面側には、ｎ側電極１９が形成されている。窒化物半導体層の側面から、上面にかけて、素子を保護するための保護膜１７が形成されている。この保護膜は省略してもよい。保護膜１５、ｐ側電極１６及び保護膜１７の上面には、ｐパッド電極１８が形成されている。
【００５０】
このレーザ素子は、以下の方法で製造することができる。
（基板）
まず、ｎ型不純物を含有するＧａＮ基板１０を準備する。この基板の第１主面を成長面としてＭＯＣＶＤ反応容器内に搬入する。
【００５１】
（ｎ側窒化物半導体層１１）
成長温度を１０５０℃まで昇温して、原料ガスとして、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、アンモニア（ＮＨ3）、不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉを１×１０19／ｃｍ3ドープしたＡｌ0.03Ｇａ0.97Ｎを２．５μｍの膜厚で成長させる。この層をｎ側クラッド層とする。
【００５２】
続いて、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、１０５０℃の温度で、アンドープのＧａＮよりなるｎ側光ガイド層を１７０ｎｍの膜厚で成長させる。
【００５３】
（活性層１２）
温度を９００℃にして、原料ガスにトリメチルインジウム（ＴＭＩ）、ＴＭＧ及びアンモニア、シランガスを用い、Ｓｉを５×１０18／ｃｍ3ドープしたＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎよりなる障壁層を１４ｎｍの膜厚で成長させる。続いて、温度を８２０℃に下げ、シランガスを止め、アンドープのＩｎ0.07Ｇａ0.93Ｎよりなる井戸層を８ｎｍの膜厚で成長させる。
この障壁層、井戸層、中間層の３層構造をさらに２回繰り返して積層し、最後に障壁層を形成して、総膜厚５８ｎｍの多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる活性層１２を成長させる。
【００５４】
（ｐ側窒化物半導体層１３）
ＴＭＩを止め、ＴＭＡ及びＣｐ2Ｍｇを流し、Ｍｇを１×１０20／ｃｍ3ドープしたＡｌ0.25Ｇａ0.75Ｎよりなるｐ側キャップ層を１０ｎｍの膜厚で成長させる。続いてＣｐ2Ｍｇ、ＴＭＡを止め、１０００℃で、アンドープＧａＮよりなるｐ側光ガイド層を０．１５μｍの膜厚で成長させる。このｐ側光ガイド層は、アンドープとして成長させるが、ｐ側キャップ層からのＭｇの拡散により、Ｍｇ濃度が５×１０16／ｃｍ3となりｐ側を示す。
【００５５】
Ｃｐ2Ｍｇを止め、ＴＭＡを流し、１０００℃でアンドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなる層を２．５ｎｍの膜厚で成長させる。ＴＭＡを止め、Ｃｐ2Ｍｇを流し、Ｍｇ濃度が１×１０19／ｃｍ3からなるアンドープＧａＮよりなる層を２．５ｎｍの膜厚で成長させる。
これを繰り返して、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。
最後に、ｐ側クラッド層の上に、Ｍｇを１×１０20／ｃｍ3ドープしたｐ−ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層を１５ｎｍの膜厚で成長させる。  
【００５６】
（リッジ１４の形成）
得られた窒化物半導体を成長させたウェハ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、所定の形状のマスクを介して、幅２．０μｍのストライプ状のＳｉＯ2よりなる保護膜を形成する。
その後、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用い、ｐ側クラッド層とｐ側光ガイド層との界面付近までエッチングを行い、任意に酸性溶液（例えば、リン酸と硫酸との混合溶液）を用いたウェットエッチング（表面処理）を行い、幅２．０μｍのストライプ状のリッジ１４を形成する。
【００５７】
（第１膜１５の形成）
続いて、ＳｉＯ2マスクをつけたまま、窒化物半導体層の表面に、ＥＣＲプラズマスパッタ装置にて、Ａｌターゲットを用いて、マイクロ波電力５００Ｗ、ＲＦ電力２５０Ｗ、アルゴン雰囲気で、窒素を流しながら、室温にて、第１膜１５としてＡｌＮ膜を１５０ｎｍ形成する。温度を４００℃に上げて、同様の条件でＡｌＮ膜を５０ｎｍ形成する。
【００５８】
ＡｌＮが膜内において、結晶性が異なる２以上の部位を有して形成されていることが確認された。つまり、加熱処理を行いながらＡｌＮ膜を成膜することにより、窒化物半導体層に隣接する領域の結晶性と、異なる結晶性を有する領域を並存させることができる。
【００５９】
その後、バッファードフッ酸に浸漬して、ｐ側コンタクト層上に形成したＳｉＯ2を溶解除去し、リフトオフ法により第２膜１５ｂであるＧａＮ膜と共に、ｐ側コンタクト層上にある第１膜１５ａであるＡｌＮ膜を除去する。  
【００６０】
（電極の形成）
次に、ｐ側コンタクト層のリッジ最表面にＮｉ／Ａｕ／Ｐｔを順に形成してなるｐ側電極１６をストライプ状に形成する。また、ｐ側電極上にｐ側パッド電極を形成する。
一方、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるｎ側電極１９を、基板１０の第２主面側に形成する。
【００６１】
（パッド電極の形成）
ｐ側電極１６上に、ｐ側電極１６と電気的に接続したｐ側パッド電極１８（例えば、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ）を形成する。
【００６２】
（劈開）
その後、基板１０を劈開してバー状とし、そのバーの劈開面に共振面を作製する。  
【００６３】
（第２膜２１の形成）
続いて、光出射側の共振器面と、窒化物半導体層の上面に第２膜２１を形成する。ＥＣＲスパッタ装置にて、Ａｌターゲットを用い、Ａｒの流量が３０ｓｃｃｍ、Ｎ２の流量が１０ｓｃｃｍ、マイクロ波電力５００Ｗ、ＲＦ電力２５０Ｗの条件で、ＡｌＮからなる第２膜２１を、膜厚１０ｎｍ程度で形成する。
これによって、第２膜は、共振器面の活性層を被覆し、さらに共振器面の上方も回り込みにより被覆している。
【００６４】
（反射ミラーの形成）
その後、光反射側の共振器面には、反射ミラーを形成する。例えば、光出射側と同様の成膜条件で、ＡｌＮを１０ｎｍ成膜し、ＳｉＯ２を２９０ｎｍ成膜し、その上に（ＳｉＯ２／ＺｒＯ２）を（６７ｎｍ／４４ｎｍ）の膜厚で６周期成膜する。
【００６５】
（チップへの分割）
さらに共振器面に垂直な方向でバー状のウェハを切断してレーザチップとする。
【００６６】
このように、第２膜が、共振器面から窒化物半導体層の表面に一部回り込ませて、第１膜１５と接触する部位を形成することにより、第２膜１５と共振器面の密着力を向上させることができる。また、放熱性の低下を防止することができる。
また、第１膜１５と第２膜とを同材料の膜を形成することにより、端面保護膜全体の密着性を確保することができ、品質の高い窒化物半導体レーザ素子を提供することができる。
【００６７】
実施例２
この実施例の半導体レーザ素子は、図２に示すように、第１膜が、第１膜（下層）１５ａ上に、第１膜（上層）１５ｂ（多結晶又はアモルファスのＧａＮ）が形成されている。この第１膜は、第１膜（下層）１５ａとして単結晶のＡｌＮ膜及び第１膜（上層）１５ｂとしてアモルファスのＧａＮが形成され、第１膜（下層）１５ａの一部が共振器の上部をも被覆しており、その共振器の上部の第１膜（下層）１５ａを第２膜２１が被覆している以外、実質的に実施例１の半導体レーザ素子と同様の構成である。
このように、第１膜が多層膜で形成されていることで、第１膜や第２膜等に発生するクラックを抑制し、共振器面において、第２膜の密着性を向上させることにより、より信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明の窒化物半導体レーザは、例えば、照明用光源、光ディスク用途、光通信システム、ディスプレイ、印刷機、露光用途、測定、バイオ関連の励起用光源等、広範に利用することができる。
【符号の説明】
【００６９】
１０  基板
１１  ｎ側半導体層
１２  活性層
１３  ｐ側半導体層
１４  リッジ
１５  第１膜
１５ａ  第１膜（下層）
１５ｂ  第１膜（上層）
１６  ｐ側電極
１７  保護極
１８  ｐパッド電極
１９  ｎ側電極
２１  第２膜
２２、３２  反射ミラー
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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