(57)【要約】      （修正有）【課題】内部の結晶欠陥が低減されるとともに応力の緩和された窒化物半導体レーザ素子に適した窒化物半導体基板を提供する。【解決手段】窒化物半導体２２を含む窒化物半導体基板１０には、以下の（１）の転位集中領域２４、および（２）の低転位領域が含まれている。その上、かかる窒化物半導体基板１０の表面は、（０００１）面から０．２°〜１°の範囲のオフ角度を有している。（１）ストライプ状の高密度の欠陥領域を底とするとともに、その底の両側にファセット面２３から成る斜面を形成することでＶ字型とし、そのファセット面２３の斜面を維持させながら成長させることにより、その斜面の下部に結晶欠陥を集中させることで、ストライプ状になり、さらに、種々の状態になっている転位集中領域２４。（２）転位集中領域２４を除く領域である低転位領域。【選択図】図１
2008273835.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の（Ａ１）の窒化物半導体基板の表面上の転位集中領域の位置に、窒化物半導体結晶の成長を抑制する成長抑制膜を有し、
その成長抑制膜が設けられた上記窒化物半導体基板上に窒化物半導体層が積層されるとともに、
リッジストライプ部が、上記成長抑制膜の間に形成される上記窒化物半導体層の上方に
ある窒化物半導体レーザ素子。
（Ａ１）基体を用いて形成される窒化物半導体を含む窒化物半導体基板には、
以下の（１）の転位集中領域、（２）の低転位領域、および（３）の高ルミネセンス
領域が含まれており、
（１）基体にストライプ状のマスクを形成した後、基体を成長させることで、マスク
の直上をストライプ状の高密度の欠陥領域を底とするとともに、その底の両側
を、成長方向に垂直な面以外の面であるファセット面から成る斜面をＶ字型に
して、成長を持続させることで、そのファセット面の斜面を維持させながら成
長させ、上記斜面の下部に結晶欠陥を集中させてストライプ状で、かつ、基板
の上面から下面に至るまでで一連となりつつ、周囲の領域に対して区別される
境界となり、
さらに、以下の（ａ）〜（ｃ）のいずれかの状態になっている転位集中領域
（ａ）多結晶状態
（ｂ）単結晶状態でかつ周囲の低転位領域に対して傾斜している状態
（ｃ）周囲の低転位領域に対して［０００１］方向のｃ軸を反転させて
いる状態
（２）上記転位集中領域を除く領域である低転位領域
（３）上記低転位集中領域の中央には、ファセット面｛０００１｝面が表出して成長
することにより生じるストライプ状で、かつ、発光することで周囲と区別され
る境界となる高ルミネッセンス領域
上記窒化物半導体基板の表面は、（０００１）面から０．２°〜１°の範囲のオフ角度を有している窒化物半導体基板。
【請求項２】
以下の（Ａ２）の窒化物半導体基板の表面上の転位集中領域の位置に、窒化物半導体結晶の成長を抑制する成長抑制膜を有し、
その成長抑制膜が設けられた上記窒化物半導体基板上に窒化物半導体層が積層されるとともに、
リッジストライプ部が、上記成長抑制膜の間に形成される上記窒化物半導体層の上方に
ある窒化物半導体レーザ素子。
（Ａ２）基体を用いて形成される窒化物半導体を含む窒化物半導体基板には、
以下の（４）の転位集中領域、（５）の低転位領域、および（６）の高ルミネセンス領域が含まれており、
（４）基体にドット状のマスクを形成した後、基体を成長させることで、マスクの直
上をピット状の高密度の欠陥領域を底とするとともに、そのピットを取り巻き          、成長方向に垂直な面以外の面であるファセット面の成長を持続させることで          、そのファセット面の斜面を維持させながら成長させ、上記斜面の下部に結晶          欠陥を集中させてドット状で、かつ、基板の上面から下面に至るまでで一連と          なりつつ、周囲の領域に対して区別される境界となり、
さらに、以下の（ａ）〜（ｃ）のいずれかの状態になっている転位集中領域
（ａ）多結晶状態
（ｂ）単結晶状態でかつ周囲の低転位領域に対して傾斜している状態
（ｃ）周囲の低転位領域に対して［０００１］方向のｃ軸を反転させている
状態
（５）上記転位集中領域を除く領域である低転位領域
（６）上記低転位集中領域の中央には、ファセット面｛０００１｝面が表出して成長
することにより生じるストライプ状で、かつ、発光することで周囲と区別され
る境界となる高ルミネッセンス領域
上記窒化物半導体基板の表面は、（０００１）面から０．２°〜１°の範囲のオフ角度を有している窒化物半導体基板。
【請求項３】
ストライプ状の上記転位集中領域が、［１−１００］方向に略並行である請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項４】
ストライプ状の上記転位集中領域の幅が、１０μｍ〜４０μｍである請求項１または３に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項５】
上記窒化物半導体基板の表面にて、ストライプ状の上記転位集中領域を含む部分が窪んでいる請求項１、３、４のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項６】
上記オフ角度が、０．４°〜０．８°である請求項１〜５のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項７】
ドーピングされる材料が、酸素である請求項１〜６のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項８】
ドーピングされる酸素によって、ｎ型の導電性を有する請求項７に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項９】
上記転位集中領域が複数有り、
転位集中領域間の間隔が、１００μｍ以上６００μｍ以下である請求項１〜８のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１０】
以下の（Ｂ１）の窒化物半導体基板の製造方法により製造される窒化物半導体基板の表面上の転位集中領域の位置に、窒化物半導体結晶の成長を抑制する成長抑制膜を形成する工程と、
その成長抑制膜が設けられた上記窒化物半導体基板上に窒化物半導体層を積層させる工程と、
リッジストライプ部を、上記成長抑制膜の間に形成される上記窒化物半導体層の上方に
形成させる工程と、
を含む窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
（Ｂ１）  窒化物半導体基板の製造方法であって、
ＧａＡｓ、サファイア、ＳｉＣ、石英、ＮｄＧａＯ3、ＺｎＯ、ＧａＮ、ＡｌＮ        、ＺｎＢ2、Ｓｉ、スピネル、ＭｇＯ、またはＧａＰから成る基体上に、マスク        を形成する工程と、
基体にストライプ状のマスクを形成した後、基体を成長させることで、マスクの
直上をストライプ状の高密度の欠陥領域を底とするとともに、その底の両側を、成
長方向に垂直な面以外の面であるファセット面から成る斜面をＶ字型して、成長を
持続させることで、そのファセット面の斜面を維持させながら成長させ、上記斜面
の下部に結晶欠陥を集中させてストライプ状で、かつ、基板の上面から下面に至る
までで一連となりつつ、周囲の領域に対して区別される境界とし、さらに、以下の
（ａ）〜（ｃ）のいずれかの状態となる転位集中領域を成長させる工程と、
（ａ）多結晶状態
（ｂ）単結晶状態でかつ周囲の低転位領域に対して傾斜している状態
（ｃ）周囲の低転位領域に対して［０００１］方向のｃ軸を反転させている
状態
窒化物半導体基板表面が、（０００１）面から０．２°〜１°の範囲のオフ角度
を有するように研磨加工する工程と、
を有し、
上記低転位集中領域の中央には、ファセット面｛０００１｝面が表出して成長することにより生じるストライプ状で、かつ、発光することで周囲と区別される境界となる高ルミネッセンス領域が形成されている窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項１１】
以下の（Ｂ２）の窒化物半導体基板の製造方法により製造される窒化物半導体基板の表面上の転位集中領域の位置に、窒化物半導体結晶の成長を抑制する成長抑制膜を形成する工程と、
その成長抑制膜が設けられた上記窒化物半導体基板上に窒化物半導体層を積層させる工程と、
リッジストライプ部を、上記成長抑制膜の間に形成される上記窒化物半導体層の上方に
形成させる工程と、
を含む窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
（Ｂ２）  窒化物半導体基板の製造方法であって、
ＧａＡｓ、サファイア、ＳｉＣ、石英、ＮｄＧａＯ3、ＺｎＯ、ＧａＮ、ＡｌＮ        、ＺｎＢ2、Ｓｉ、スピネル、ＭｇＯ、またはＧａＰから成る基体上に、マスク        を形成する工程と、
基体にドット状のマスクを形成した後、基体を成長させることで、マスクの直上
をピット状の高密度の欠陥領域を底とするとともに、そのピットを取り巻き、成長
方向に垂直な面以外の面であるファセット面の成長を持続させることで、そのファ
セット面の斜面を維持させながら成長させ、上記斜面の下部に結晶欠陥を集中させ
てドット状で、かつ、基板の上面から下面に至るまでで一連となりつつ、周囲の領
域に対して区別される境界とし、さらに、以下の（ａ）〜（ｃ）のいずれかの状態
となる転位集中領域を成長させる工程と、
（ａ）多結晶状態
（ｂ）単結晶状態でかつ周囲の低転位領域に対して傾斜している状態
（ｃ）周囲の低転位領域に対して［０００１］方向のｃ軸を反転させている
状態
窒化物半導体基板表面が、（０００１）面から０．２°〜１°の範囲のオフ角度
を有するように研磨加工する工程と、
を有し、
上記低転位集中領域の中央には、ファセット面｛０００１｝面が表出して成長することにより生じるストライプ状で、かつ、発光することで周囲と区別される境界となる高ルミネッセンス領域が形成されている窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項１２】
［１−１００］方向に対して略並行に、ストライプ状の上記転位集中領域を形成させている請求項１０に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項１３】
１０μｍ〜４０μｍの幅を有するストライプ状の上記転位集中領域を形成させている請求項１０または１２に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項１４】
ストライプ状の上記転位集中領域を形成させるとともに、上記窒化物半導体基板の表面にて、ストライプ状の上記転位集中領域を含む部分を窪ませている請求項１０、１２、１３のいずれか１項に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項１５】
上記オフ角度を、０．４°〜０．８°としている請求項１０〜１４のいずれか１項に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項１６】
酸素をドーピングしている請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項１７】
酸素をドーピングすることによって、ｎ型の導電性を生じさせている請求項１６に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項１８】
上記転位集中領域を複数形成するとともに、
転位集中領域間の間隔を、１００μｍ以上６００μｍ以下としている請求項１０〜１７のいずれか１項に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体基板上に窒化物半導体層が積層されることによって構成される窒化物半導体レーザ素子とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ａｌ、Ｇａ、及びＩｎ等のIII族元素と、V族元素であるＮとの化合物で構成される窒化物III−V族半導体(以後、「ＧａＮ系半導体」と記す)は、そのバンド構造や化学的安定性から発光素子やパワーデバイスとして期待され、応用が試みられてきた。例えば、サファイア基板（Ａｌ2Ｏ3）やＳｉＣ基板上にＧａＮ系半導体を積層して青色レーザを発光する窒化物半導体レーザ素子を作製する試みが盛んに行われている。
【０００３】
しかしながら、サファイア基板、ＳｉＣ基板上にＧａＮ結晶薄膜を成長させるとＧａＮと基板材料との間の格子定数の違いから、転位などの多くの欠陥がエピタキシャル層に導入される。よって、高密度の電流を流す窒化物半導体レーザ素子の場合、欠陥が引き金になって格子構造が乱れ、欠陥が増殖するという恐れがある。又、窒化物半導体レーザ素子がサファイア基板上に構成される場合、寿命の点でも問題がある。それは、高密度の転位が窒化物半導体レーザ素子の寿命を制限していると考えられる。
【０００４】
これらの点より、ＧａＮ系半導体デバイスに用いる基板は、ＧａＮ単結晶であることが理想的である。よって、基板と基板に積層される各層との間における格子定数の違いがなくなる。又、ＧａＮは劈開性があるからウエハをチップに切り出す工程が容易になる。更に、ＧａＮ結晶には導電性があり電極配置が単純化される。このような点で、基板にＧａＮ単結晶を用いることが最適である。
【０００５】
このようなＧａＮ単結晶によるＧａＮ基板を用いた、紫外から可視領域で発振する窒化物半導体レーザ素子が、非特許文献１で報告されている。この窒化物半導体レーザ素子は、ＧａＮ基板上に周期的なストライプ状の開口部をもつＳｉＯ2マスクパターンが形成され、この上に、ストライプ状導波路（リッジストライプ構造）を有する窒化物半導体の積層構造が形成されることにより、構成される。
【０００６】
このＧａＮ基板の製造には、次の方法が用いられている。周期２０μｍ毎にストライプ状の開口部をもつＳｉＯ2マスクパターンが形成された下地となる種結晶上に、ＭＯＣＶＤ法（Metalorganic Chemical Vapor Deposition）により、１５μｍ厚のＧａＮ層を形成し、表面が平坦なウェハーを得た。これは、ＥＬＯＧ（Epitaxially Lateral Overgrown）と呼ばれる技術であり、ラテラル成長の利用により、欠陥を低減する手法である。さらに、通常のＨＶＰＥ法（Hydride Vapor Phase Epitaxy）により２００μｍ厚のＧａＮ層を形成し、下地を除去することでＧａＮ基板が製造された。得られた半導体レーザの寿命特性は、６０℃において３０ｍＷの出力条件で、推定寿命１５０００時間となった。
【非特許文献１】ジャパニーズ=ジャーナル=オブ=アプライド=フィジックス３９号Ｌ６４７〜Ｌ６５０頁（Jpn. J. Appl. Phys. Vol.39(2000) pp.L647-650）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の窒化物半導体レーザ素子では、ＧａＮ基板の製造方法が、３回の結晶成長（ＨＶＰＥ成長、ＭＯＣＶＤ下地成長、ＭＯＣＶＤレーザ構造成長）を必要としており、複雑で、生産性に問題があった。また、寿命特性もまだ十分でなく、さらに高温で高出力（例えば、７０℃  ６０ｍＷ）の条件での寿命特性が十分でなかった。又、製造時に歩留まりの低下につながる積層構造成長後の成長膜表面に現れるクラックによる歩留まりの低下を生じる場合がある。
【０００８】
これらの問題は、窒化物半導体レーザ素子内に存在する結晶欠陥（＝転位）が原因であり、この結晶欠陥は、通常、ＧａＮ基板において、約５×１０7ｃｍ-2の結晶欠陥が基板表面に存在していることが確認されている。本結晶欠陥を曲げるあるいは消滅させる等の手段を用いれば、低欠陥密度の領域が得られることになり、課題となっている高出力の条件おける十分な素子寿命の確保が可能になる。又、ＧａＮ基板内あるいはＧａＮ基板上に形成された結晶成長層の中に構造的にひずみを緩和する機構を有していればクラックの生じる確率が低下し、クラックが原因となる歩留まりの低下が生じない。
【０００９】
本発明はこのような点に鑑みてなされたもので、内部の結晶欠陥が低減されるとともに応力の緩和された窒化物半導体レーザ素子およびその簡便な製造方法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】
【００１０】
窒化物半導体レーザ素子は、以下の（Ａ１）の窒化物半導体基板の表面上の転位集中領域の位置に、窒化物半導体結晶の成長を抑制する成長抑制膜を有し、その成長抑制膜が設けられた窒化物半導体基板上に窒化物半導体層が積層されるとともに、リッジストライプ部が、成長抑制膜の間に形成される窒化物半導体層の上方にある。
（Ａ１）基体を用いて形成される窒化物半導体を含む窒化物半導体基板で、
以下の（１）の転位集中領域、（２）の低転位領域、および（３）の高ルミネセンス
領域が含まれており、
（１）基体にストライプ状のマスクを形成した後、基体を成長させることで、マスク
の直上をストライプ状の高密度の欠陥領域を底とするとともに、その底の両側
を、成長方向に垂直な面以外の面であるファセット面から成る斜面をＶ字型に
して、成長を持続させることで、そのファセット面の斜面を維持させながら成
長させ、その斜面の下部に結晶欠陥を集中させてストライプ状で、かつ、基板          の上面から下面に至るまでで一連となりつつ、周囲の領域に対して区別される          境界となり、
さらに、以下の（ａ）〜（ｃ）のいずれかの状態になっている転位集中領域
（ａ）多結晶状態
（ｂ）単結晶状態でかつ周囲の低転位領域に対して傾斜している状態
（ｃ）周囲の低転位領域に対して［０００１］方向のｃ軸を反転させて
いる状態
（２）転位集中領域を除く領域である低転位領域
（３）低転位集中領域の中央には、ファセット面｛０００１｝面が表出して成長する
ことにより生じるストライプ状で、かつ、発光することで周囲と区別される境
界となる高ルミネッセンス領域
窒化物半導体基板の表面は、（０００１）面から０．２°〜１°の範囲のオフ角度を有している窒化物半導体基板。
【００１１】
また、窒化物半導体レーザ素子は、以下の（Ａ２）の窒化物半導体基板の表面上の転位集中領域の位置に、窒化物半導体結晶の成長を抑制する成長抑制膜を有し、その成長抑制膜が設けられた窒化物半導体基板上に窒化物半導体層が積層されるとともに、リッジストライプ部が、成長抑制膜の間に形成される窒化物半導体層の上方にある。
（Ａ２）基体を用いて形成される窒化物半導体を含む窒化物半導体基板で、
以下の（４）の転位集中領域、（５）の低転位領域、および（６）の高ルミネセンス
領域が含まれており、
（４）基体にドット状のマスクを形成した後、基体を成長させることで、マスクの直
上をピット状の高密度の欠陥領域を底とするとともに、そのピットを取り巻き          、成長方向に垂直な面以外の面であるファセット面の成長を持続させること            で、そのファセット面の斜面を維持させながら成長させ、その斜面の下部に結          晶欠陥を集中させてドット状で、かつ、基板の上面から下面に至るまでで一連          となりつつ、周囲の領域に対して区別される境界となり、
さらに、以下の（ａ）〜（ｃ）のいずれかの状態になっている転位集中領域
（ａ）多結晶状態
（ｂ）単結晶状態でかつ周囲の低転位領域に対して傾斜している状態
（ｃ）周囲の低転位領域に対して［０００１］方向のｃ軸を反転させている
状態
（５）転位集中領域を除く領域である低転位領域
（６）低転位集中領域の中央には、ファセット面｛０００１｝面が表出して成長する
ことにより生じるストライプ状で、かつ、発光することで周囲と区別される境
界となる高ルミネッセンス領域
窒化物半導体基板の表面は、（０００１）面から０．２°〜１°の範囲のオフ角度を有している窒化物半導体基板。
【００１２】
なお、ストライプ状の転位集中領域が、［１−１００］方向に略並行であると望ましい。また、ストライプ状の転位集中領域の幅が、１０μｍ〜４０μｍであると望ましい。また、窒化物半導体基板の表面にて、ストライプ状の転位集中領域を含む部分が窪んでいると望ましい。
【００１３】
なお、オフ角度が、０．４°〜０．８°であると望ましい。また、ドーピングされる材料が、酸素であると望ましい。その上、ドーピングされる酸素によって、窒化物半導体基板がｎ型の導電性を有すると望ましい。
【００１４】
また、窒化物半導体基板には、転位集中領域が複数有り、転位集中領域間の間隔が、１００μｍ以上６００μｍ以下であると望ましい。
【００１５】
また、窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、以下の（Ｂ１）の窒化物半導体基板の製造方法により製造される窒化物半導体基板の表面上の転位集中領域の位置に、窒化物半導体結晶の成長を抑制する成長抑制膜を形成する工程と、その成長抑制膜が設けられた窒化物半導体基板上に窒化物半導体層を積層させる工程と、リッジストライプ部を、成長抑制膜の間に形成される窒化物半導体層の上方に形成させる工程と、を含む。
（Ｂ１）  窒化物半導体基板の製造方法であって、
ＧａＡｓ、サファイア、ＳｉＣ、石英、ＮｄＧａＯ3、ＺｎＯ、ＧａＮ、ＡｌＮ        、ＺｎＢ2、Ｓｉ、スピネル、ＭｇＯ、またはＧａＰから成る基体上に、マスク        を形成する工程と、
基体にストライプ状のマスクを形成した後、基体を成長させることで、マスクの
直上をストライプ状の高密度の欠陥領域を底とするとともに、その底の両側を、成
長方向に垂直な面以外の面であるファセット面から成る斜面をＶ字型して、成長を
持続させることで、そのファセット面の斜面を維持させながら成長させ、その斜面      の下部に結晶欠陥を集中させてストライプ状で、かつ、基板の上面から下面に至る      までで一連となりつつ、周囲の領域に対して区別される境界とし、さらに、以下の    （ａ）〜（ｃ）のいずれかの状態となる転位集中領域を成長させる工程と、
（ａ）多結晶状態
（ｂ）単結晶状態でかつ周囲の低転位領域に対して傾斜している状態
（ｃ）周囲の低転位領域に対して［０００１］方向のｃ軸を反転させている
状態
窒化物半導体基板表面が、（０００１）面から０．２°〜１°の範囲のオフ角度
を有するように研磨加工する工程と、
を有し、
低転位集中領域の中央には、ファセット面｛０００１｝面が表出して成長することにより生じるストライプ状で、かつ、発光することで周囲と区別される境界となる高ルミネッセンス領域が形成されている窒化物半導体基板の製造方法。
【００１６】
また、窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、以下の（Ｂ２）の窒化物半導体基板の製造方法により製造される窒化物半導体基板の表面上の転位集中領域の位置に、窒化物半導体結晶の成長を抑制する成長抑制膜を形成する工程と、その成長抑制膜が設けられた窒化物半導体基板上に窒化物半導体層を積層させる工程と、リッジストライプ部を、成長抑制膜の間に形成される窒化物半導体層の上方に形成させる工程と、を含む。
（Ｂ２）  窒化物半導体基板の製造方法であって、
ＧａＡｓ、サファイア、ＳｉＣ、石英、ＮｄＧａＯ3、ＺｎＯ、ＧａＮ、ＡｌＮ        、ＺｎＢ2、Ｓｉ、スピネル、ＭｇＯ、またはＧａＰから成る基体上に、マスク        を形成する工程と、
基体にドット状のマスクを形成した後、基体を成長させることで、マスクの直上
をピット状の高密度の欠陥領域を底とするとともに、そのピットを取り巻き、成長
方向に垂直な面以外の面であるファセット面の成長を持続させることで、そのファ
セット面の斜面を維持させながら成長させ、その斜面の下部に結晶欠陥を集中させ
てドット状で、かつ、基板の上面から下面に至るまでで一連となりつつ、周囲の領
域に対して区別される境界とし、さらに、以下の（ａ）〜（ｃ）のいずれかの状態
となる転位集中領域を成長させる工程と、
（ａ）多結晶状態
（ｂ）単結晶状態でかつ周囲の低転位領域に対して傾斜している状態
（ｃ）周囲の低転位領域に対して［０００１］方向のｃ軸を反転させている
状態
窒化物半導体基板表面が、（０００１）面から０．２°〜１°の範囲のオフ角度
を有するように研磨加工する工程と、
を有し、
低転位集中領域の中央には、ファセット面｛０００１｝面が表出して成長することにより生じるストライプ状で、かつ、発光することで周囲と区別される境界となる高ルミネッセンス領域が形成されている窒化物半導体基板の製造方法。
【００１７】
また、窒化物半導体基板の製造方法では、［１−１００］方向に対して略並行に、ストライプ状の転位集中領域を形成させていると望ましい。また、１０μｍ〜４０μｍの幅を有するストライプ状の転位集中領域を形成させていると望ましい。また、ストライプ状の転位集中領域を形成させるとともに、窒化物半導体基板の表面にて、ストライプ状の転位集中領域を含む部分を窪ませていると望ましい。
【００１８】
また、窒化物半導体基板の製造方法では、オフ角度を、０．４°〜０．８°としていると望ましい。また、酸素をドーピングしていると望ましい。その上、酸素をドーピングすることによって、ｎ型の導電性を生じさせていると望ましい。
【００１９】
また、窒化物半導体基板の製造方法では、転位集中領域を複数形成するとともに、転位集中領域間の間隔を、１００μｍ以上６００μｍ以下としていると望ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、内部の結晶欠陥が低減されるとともに応力の緩和された窒化物半導体レーザ素子およびその簡便な製造方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して、説明する。尚、本明細書における窒化物半導体基板（ＧａＮ基板）に積層された窒化物半導体層とは、少なくともＡｌxＧａyＩｎzＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で構成された層である。窒化物半導体層は、この窒化物半導体層を構成している窒素元素の約１０％以下（但し、六方晶系であること）が、Ａｓ、ＰおよびＳｂの元素群のうち少なくとも何れかの元素で置換されても構わない。
【００２２】
又、窒化物半導体層は、Ｓｉ、Ｏ、Ｃｌ、Ｓ、Ｃ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｇ、及びＢｅの不純物群のうち、少なくとも何れかの不純物が添加されても構わない。その不純物の総添加量は５×１０17ｃｍ-3以上５×１０20ｃｍ-3以下が好ましい。窒化物半導体層がｎ型導電性を有するための不純物は、不純物群のうち、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓ、Ｓｅの何れかが特に好ましく、ｐ型導電性を有するための不純物はＭｇ、Ｃｄ、Ｂｅの何れかが特に好ましい。
【００２３】
又、本明細書における活性層とは、井戸層もしくは井戸層と障壁層から構成された層の総称を指すものとする。例えば、単一量子井戸構造の活性層は、１つの井戸層のみから構成されるか、もしくは、障壁層／井戸層／障壁層から構成される。また、多重量子井戸構造の活性層は複数の井戸層と複数の障壁層から構成される。
【００２４】
ＧａＮは六方晶系（hexagonal）であるから軸方向や面方位を表すには４つの指数を使う表記方法を採用する。ａ軸、ｂ軸は１２０度をなし、長さは等しい（ａ＝ｂ）これらに直交するｃ軸は特異な軸でありａ軸と等しくない（ｃ≠ａ）。ａ軸とｂ軸だけではａｂ面の方向を表す際に対称性がなくなるのでもう一つの軸を想定する。これを仮にｄ軸とする。尚、ａ、ｂ、ｄ軸は、ａ、ｂ軸だけで充分に方位を指定できるが対称性を損なわないようにもう一つ余分のｄ軸を導入したのであるからこれらは互いに独立でない。
【００２５】
一つの平行面群を４つの指数（ｋｌｍｎ）で表現したとすると、これは原点から数えて１枚目の面がａ軸、ｂ軸、ｄ軸、ｃ軸を切る点の原点からの距離がａ／ｋ、ｂ／ｌ、ｄ／ｍ、ｃ／ｎであるということである。これは他の晶系の場合と同じ定義である。ただしａ、ｂ、ｄ軸は平面内に含まれる冗長な座標であるから、ｋ、ｌ、ｍは独立でなく、常にｋ＋ｌ＋ｍ＝０である。ｃ軸に関しては立方晶等の場合と同じである。同等な平行面がｃ軸単位長さにｎ枚あるときｃ方向の指数がｎとなる。だから４つの指数のうち前３つについては回転対称性があるが、ｃ軸の指数は独立である。
【００２６】
個々の面方位は（…）で表現する。集合的な面方位は｛…｝によって表現する。集合的なというのはある面方位をその晶系が許す全ての対称操作によって到達できる全ての面方位の集合を意味する。結晶方位も同じ指数によって表現する。結晶方位はそれに垂直な面の指数と同じ指数をつかう。個別の方位は［…］であらわす。集合方位は＜…＞で表現する。これらは結晶学の常識であるが混乱を避けるため説明した。マイナスの指数は数字の上に横線を引いて示すのが直観的に分かりやすくて結晶学の決まりでもある。しかし数字の上に横線を引く事ができないので、ここでは数字の前に−をつけて負数を示す。
【００２７】
＜ＧａＮ基板の作製方法＞
まず、窒化物半導体レーザ素子を作製するために、その表面に窒化物半導体層を形成するＧａＮ基板の作製方法について、図１を参照して説明する。図１は、ｎ型ＧａＮ基板の製造過程を示す図である。
【００２８】
このｎ型ＧａＮ基板を製造する際の結晶成長において、ファセット面からなる斜面を有して成長する。尚、ファセット面というのは成長方向に垂直な面（成長面）以外の面をいう。このファセット面となる斜面を維持して成長することで、転位を成長方向に対して伝播させて所定の位置に集合させることができる。このファセット面の成長した領域は、結晶欠陥（＝転位）の移動により低転位領域となる。又、ファセット面となる斜面の下部には、明確な境界を持った高密度の欠陥領域を有した成長が成される。そして、転位が、この高密度の欠陥領域（後述する「転位集中領域」に相当する）の境界或いはその内部に集合するため、この高密度の欠陥領域内で消滅或いは蓄積する。
【００２９】
このとき、この高密度の欠陥領域の形状によって、ファセット面の形状も異なる。高密度の欠陥領域がドット状となる場合、ファセット面が高密度の欠陥領域を取り巻くように形成され、ファセット面から成るピットが形成される。又、高密度の欠陥領域がストライプ状となる場合、この高密度の欠陥領域のストライプとなる部分を底となるようにして、高密度の欠陥領域の両側にファセット面の斜面を形成してＶ字型となる。
【００３０】
この高密度の欠陥領域を形成するためには、下地基板となる支持基体上に、高密度の欠陥領域を形成する場所に、非晶質又は多結晶の層である転位形成用の種を予め形成しておく必要がある。このように転位形成用の種が表面上に形成された支持基体にＧａＮを成長させることによって、この転位形成用の種の直上の領域に、高密度の欠陥領域が形成される。そして、この高密度の欠陥領域を有してＧａＮ層を成長させることにより、ファセット面を埋め込むこと無く、ファセット面を維持して成長を進行させることができる。
【００３１】
即ち、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）法により、支持基体２１上にｎ型ＧａＮ層２２を成長させるとき、ファセット面｛１１−２２｝面２３が成長中の表面に主として表出するように成長する。その結果、図１（ａ）のように、表面の断面図形は鋸歯状の凹凸形状となる。ただし、凸部の頂点付近には、わずかに、｛０００１｝面２６が表出した部分がストライプ状に生成される。
【００３２】
ここで、ＨＶＰＥ法というのは、ホットウォール型の反応炉の上流部にＧａボートを設け、加熱したＧａ融液にＨＣｌガスを吹き込むようにし、反応炉の下流部にＧａＮ層２２を成長させるための基体２１を設けて、ＮＨ3を吹き込むようにしておく。そして、加熱したＧａメタル（融液）にＨＣｌを吹きこんでＧａＣｌを合成し、下方へ送り、下方でＮＨ3と反応させＧａＮを合成しＧａＮが基板に堆積するようにしたものである。
【００３３】
又、基体２１としては２インチ（１１１）ＧａＡｓウェハを用いた。凹凸はピッチＰ＝４００μｍの周期構造であり、図面奥行き方向に畝状に伸びている形状となっている。このＧａＡｓウェハは、ＧａＮを成長させて、後述するｎ型ＧａＮ層２２のインゴットを作製した後に除去する際に、容易に除去できるため、サファイアウェハなどに比べて適している。このように、凹凸の位置を規定するためには、基体２１上にあらかじめ上記凹部に対応した開口を持つＳｉＯ2のマスク（開口部が上述の「転位形成用の種」に相当する）を形成しておき、ファセット面が表出する状態で、結晶成長を行えば良い。
【００３４】
つまり、マスクの開口部は、ＧａＮ結晶の［１−１００］方向に平行になるように、ピッチＰ＝４００μｍでストライプ状配置されており、そのマスクの形状は、連続したストライプ状としたり、あるいは個々のドット状として列上に並ぶような配置にしても良い。以降、本例では、間隔が４００μｍでストライプ状の形状を形成することによりＧａＮ基板を作製した例ついて記述するが、開口部の間隔は４００μｍに限る必要は無い。望ましくはこの間隔は１００μｍ以上がよく、更に望ましくは２００μｍ以上、６００μｍ以下がよい。
【００３５】
ファセット面｛１１−２２｝面２３が表出した状態で、結晶成長を持続させる手法（成長条件）に付いては、本出願人が先に出願した特開２００１−１０２３０７号公報に詳細に開示している。なお、成長時に酸素をドーピングすることで、成長する結晶をｎ型とする。
【００３６】
このように、ファセット面｛１１−２２｝面２３が表出した状態で結晶成長を持続させ、さらにＧａＮ結晶の形成を続けることで、図１（ｂ）のように、基体２１上に高さ３０ｍｍのｎ型ＧａＮ層２２によるインゴットが作製される。このとき、その表面上に、種となるマスクの形状に応じたファセット面が形成される。即ち、マスクがドット状のパターンとなる場合は、ファセット面からなるピットが規則正しく形成され、又、マスクがストライプ状のパターンとなる場合は、Ｖ字型のファセット面が形成される。
【００３７】
このｎ型ＧａＮ層２２によるインゴットを、スライサーによりスライス切断加工して薄片（ｎ型ＧａＮ基板）を得る。更に、この薄片を研磨加工して、図１（ｃ）の断面図及び図１（ｄ）の上面図で表されるような、表面が平坦な２インチ径、厚さ３５０μｍのｎ型ＧａＮ基板１０が得られる。その後、ｎ型ＧａＮ基板１０の表面を研削、研磨を施すことによって、表面を平坦化して、使用可能な状態とすることができる。即ち、このｎ型ＧａＮ基板１０において、エピタキシャル成長を行うための表面を鏡面研磨仕上げとする。
【００３８】
尚、この表面は、ほぼ（０００１）面としたが、上にエピタキシャル成長される窒化物半導体層のモフォロジーが平坦で良好になるためには、（０００１）面から任意の方向に０．２〜１°の範囲で、オフ角度を有していることが望ましく、特に表面の平坦性が最小になるようにするためには、０．４〜０．８°の範囲とすることが好ましい。
【００３９】
このようにして構成されるｎ型ＧａＮ基板１０の表面を顕微鏡で詳細に観察した。研磨加工された表面は必ずしも平坦でなく、凹凸が生じている。即ち、図１における結晶成長時に凹部の最底部が生じていた領域２４に対応する領域がやや窪んでいる。
【００４０】
又、硫酸、燐酸の混酸を２５０℃に加熱した液にサンプルとなるｎ型ＧａＮ基板１０を浸しエッチングを行って、ファセット面が集合するエッチピットが表面にでるようにした。その結果、領域２４に対応する領域に多数のエッチピットが現れるため、この領域に転位が極めて集中していることが判明した。この上記した領域２４は、転位が極めて集中しているために、研磨工程で他の部分よりも侵食されやすく、窪みが生じて生成されたものと考えられる。
【００４１】
この窪みの生じた領域２４の幅は約１０〜４０μｍであった。この領域２４以外の領域は、ＥＰＤ（エッチピット密度）１０4〜１０5ｃｍ-2台の低転位領域となっており、又、領域２４のＥＰＤは、これよりも３桁以上大きくなる。このように、窪みの生じる領域２４は、周囲に比べて数桁も結晶欠陥密度（＝転位密度）が大きくなっている部分で、上述の高密度の欠陥領域に相当する領域であるため、本明細書では、以後「転位集中領域」と呼称する。
【００４２】
この転位集中領域２４は基板上の他の領域と異なり、極性が反転している場合があった。即ち、ｎ型ＧａＮ基板１０の表面位置において、転位集中領域２４以外の面はＧａ（ガリウム）が露出する面方位であり、転位集中領域２４の面はＮ（窒素）が露出する面方位である場合があった。又、この転位集中領域２４は、このような状態を含めていくつかの状態がある。即ち、例えば、多結晶からなる場合、単結晶であるが周囲の低欠陥領域に対して微かに傾斜している場合、又、上述のような周囲の低欠陥領域に対して［０００１］方向のｃ軸が反転している場合などがある。このような転位集中領域２４は、明確な境界を有して、周囲の領域と区別される。
【００４３】
また、サンプルとなるｎ型ＧａＮ基板１０に対して紫外線（Ｈｇランプ３６５ｎｍ輝線を用いることができる）を照射して、表面からのルミネッセンスを顕微鏡を用いて蛍光顕微鏡観察を行った。その結果、転位集中領域２４に挟まれた低転位領域の中央に、比較的はっきりと境界をもった、周囲とコントラストが異なるストライプ状の領域が観察される。この領域は、周囲よりも肉眼で観察される発光（ルミネッセンス）が強く、やや黄色がかった発光が明るく観察される領域である。
【００４４】
この観察された発光の明るい領域２５は、結晶成長時に｛０００１｝面が表出しつつ成長していた部分である。このように周囲と異なって観察されるのは、ドーパントの取りこまれが周囲と異なるなどの理由が考えられる。よって、以下、この領域２５を「高ルミネッセンス領域」と呼称する。又、結晶成長時に、｛０００１｝面が表出しつつ成長した部分は必ずしも同一の幅をもって均一に進行するものではないために、高ルミネッセンス領域２５の幅は、やや揺らぎを持っているものの、０μｍから３０μｍの程度であった。
【００４５】
このようなｎ型ＧａＮ基板１０の形成のための結晶成長方法は、ＨＶＰＥ法以外の気相成長によってもよく、ＭＯＣＶＤ法（Metalorganic Chemical Vapor Phase Deposition）、ＭＯＶＰＥ法（Metalorganic Chloride Vapor PhaseEpitaxy）、昇華法などを用いても実施することができる。
【００４６】
又、ｎ型ＧａＮ基板１０の形成のための成長に用いる基体２１としては、ＧａＡｓの他にも、軸廻りに六回対称性あるいは三回対称性がある単結晶基板を用いることができる。つまり結晶系としては六方晶系又は立方晶系（Cubic symmetry）の単結晶である。立方晶系の場合（１１１）面を使えば三回対称性がある。サファイア、ＳｉＣ、ＳｉＯ2、ＮｄＧａＯ3、ＺｎＯ、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＺｒＢ2などの六方晶系の単結晶を用いることができる。Ｓｉ、スピネル、ＭｇＯ、ＧａＰなどの立方晶系の（１１１）面基板を用いることもできる。これらはＧａＮを（０００１）面で成長させるものである。
【００４７】
更に、ｎ型ＧａＮ基板１０の形成のためのマスクの設け方も２種類ある。一つは基体２１の上に直接にマスクを形成する手法である。この場合エピ層に先立ち窓の内部の基板露出面にＧａＮバッファ層を堆積する等の工夫が必要になる。もう一つは基体２１の上に予め薄くＧａＮ層を形成しておいて、その上にマスクを形成する手法である。後者の方が成長がスムーズに進行し、より好ましい場合が多い。
【００４８】
＜第１の実施形態＞
上述のようにして形成され、転位集中領域及び高ルミネッセンス領域を有するｎ型ＧａＮ基板を用いて製作される窒化物半導体レーザ素子の第１の実施形態について、図面を参照して以下に説明する。図２は、本発明の窒化物半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。尚、図２において、高ルミネッセンス領域は省略している。
【００４９】
１．成長抑制膜の形成
まず、このｎ型ＧａＮ基板１０の表面上に、図２のような成長抑制膜１３が形成される。この成長抑制膜１３は、ｎ型ＧａＮ基板１０表面において、転移集中領域１１（図２の転移集中領域２４に相当する）を被覆するように形成される。この成長抑制膜１３は、ｎ型ＧａＮ基板１０に窒化物半導体層を積層して窒化物半導体レーザ装置を構成する際、ｎ型ＧａＮ基板１０上の成長膜内に転位が引き継がれるのを防ぐ役割を行う。よって、成長抑制膜１３については、この成長抑制膜１３から通常の窒化物半導体のエピタキシャル成長が困難となる材料が用いられる。本実施形態では、成長抑制膜１３の材料として、ＳｉＯ2（酸化シリコン）を用いた。
【００５０】
ｎ型ＧａＮ基板１０を電子ビーム蒸着装置内に設置し、内部の圧力が所定の真空度に達した後、ＳｉＯ2を０．２μｍの厚さになるように制御して、ＳｉＯ2膜をｎ型ＧａＮ基板１０の表面に形成する。その後、蒸着したＳｉＯ2膜を簡便なフォトリソグラフィを用いて、ｎ型ＧａＮ基板１０表面の転位集中領域１１のみを被覆するようにエッチングを行うことによって、成長抑制膜１３を形成する。転位集中領域１１の幅は４０μｍ以下であるため、被覆する成長抑制膜１３の幅を５０μｍとした。このようにすることで、低転位領域１２からＧａＮ結晶が成長を行う。
【００５１】
尚、本実施形態では成長抑制膜１３としてＳｉＯ2を用いたが、同様にＳｉ3Ｎ4等のシリコン化合物や、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）などの金属を用いても構わない。又、被覆する成長抑制膜１３の膜厚を０．２μｍとしたが、０．０５μｍ〜１μｍ程度であれば十分効果が得られる。又、被覆する成長抑制膜１３の幅を５０μｍとしたが、転位集中領域１１を被覆し、低転位領域１２に通常の窒化物半導体のエピタキシャル成長が行われるための幅を有していれば更に広くても構わない。
【００５２】
２．窒化物半導体層のエピタキシャル成長
ＭＯＣＶＤ装置を用いて、ｎ型ＧａＮ基板１０に、Ｖ族原料のＮＨ3とIII族原料のＴＭＧａ（トリメチルガリウム）又はＴＥＧａ（トリエチルガリウム）と、ドーパント原料としてのＳｉＨ4を使用し、水素あるいは窒素を原料キャリアガスとして用い、基板温度１０５０℃で、膜厚３μｍのｎ型ＧａＮ層１０１を形成する。ついで、８００℃の基板温度で、上記原料にＩＩＩ族原料としてのＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）を加え、ｎ型Ｉｎ0.07Ｇａ0.93Ｎクラック防止層１０２を４０ｎｍ形成する。
【００５３】
次に、基板温度が１０５０℃に昇温し、ＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）またはＴＥＡｌ（トリエチルアルミニウム）のIII族原料を用い、１．２μｍ厚のｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１０３を形成する。上記ｎ型不純物としてＳｉが５×１０17ｃｍ-3〜１×１０19ｃｍ-3になるようにドーパント原料を調整した。続いてｎ型ＧａＮ光ガイド層１０４（Ｓｉ不純物濃度１×１０16〜１×１０18ｃｍ-3）を０．１μｍの膜厚になるように形成する。
【００５４】
その後、基板温度を７５０℃まで降温し、３周期の、膜厚４ｎｍのＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ井戸層と膜厚８ｎｍのＩｎ0.01Ｇａ0.99Ｎ障壁層から構成された活性層（多重量子井戸構造）１０５を、障壁層／井戸層／障壁層／井戸層／障壁層／井戸層／障壁層の順序で形成する。その際、障壁層の形成時のみ、又は、障壁層及び井戸層の両方の形成時に、ＳｉＨ4（Ｓｉ不純物濃度は１×１０16〜１×１０18ｃｍ-3）を導入するようにする。又、障壁層と井戸層それぞれの形成を切り換える際に、１秒以上１８０秒以内の成長中断が実施されると、各層の平坦性が向上し、発光半値幅が減少して好ましい。
【００５５】
このような活性層１０５にＡｓが添加される場合はＡｓＨ3（アルシン）又はＴＢＡｓ（ターシャリブチルアルシン）又はＴＭＡｓ（トリメチルアルシン）を、活性層１０５にＰが添加される場合はＰＨ3（ホスフィン）又はＴＢＰ（ターシャリブチルホスフィン）又はＴＭＰ（トリメチルホスフィン）を、活性層１０５にＳｂが添加される場合はＴＭＳｂ（トリメチルアンチモン）又はＴＥＳｂ（トリエチルアンチモン）を、それぞれ添加すると良い。また、活性層１０５が形成される際、Ｎ原料として、ＮＨ3以外にＮ2Ｈ4（ヒドラジン）又はＣ2Ｎ2Ｈ8（ジメチルヒドラジン）等のヒドラジン原料、あるいはエチルアジドなどのアジド原料を用いても構わない。
【００５６】
活性層１０５に複数層のＩｎxＧａ1-xＮ量子井戸を有する場合、及び活性層１０５にＡｓ又はＰ添加して量子井戸活性層とする場合、量子井戸中に貫通転位があると、Ｉｎが転位部分に偏析することが知られている。従って、上記ＩｎxＧａ1-xＮを主構成元素とする量子井戸を活性層に用いる場合には、転位（結晶欠陥）を可能な限り少なくすることが良好なレーザ特性を得るためには必要である。
【００５７】
次に、基板温度を再び１０５０℃まで昇温して、厚み２０ｎｍのｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎキャリアブロック層１０６、０．１μｍのｐ型ＧａＮ光ガイド層１０７、０．５μｍのｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１０８と０．１μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層１０９を順次形成する。この際、ｐ型不純物として原料にＥｔＣＰ2Ｍｇ（ビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇが１×１０18ｃｍ-3〜２×１０20ｃｍ-3になるように調整する。Ｍｇ原料としてはシクロペンタジエニルマグネシウム、ビスメチルシクロペンタジエニルマグネシウムなど、他のシクロペンタ系のＭｇ原料を用いても構わない。
【００５８】
又、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０９のｐ型不純物濃度は、ｐ電極１５の方向に向かって、ｐ型不純物濃度を多くする方が好ましい。このことによりｐ電極１５を形成する際のコンタクト抵抗が低減する。又、ｐ型不純物であるＭｇの活性化を妨げているｐ型層中の残留水素を除去するために、ｐ型層成長中に微量の酸素を混入しても構わない。
【００５９】
このようにして、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０９を形成した後、ＭＯＣＶＤ装置のリアクター内を全て窒素キャリアガスとＮＨ3に変え、基板温度を６０℃／分の割合で降下させる。基板温度が８００℃に達した時点で、ＮＨ3の供給量を停止し、５分間、基板温度を８００℃で維持させて待機してから、基板温度を室温まで降下させる。この待機温度は６５０℃から９００℃の間が好ましく、待機時間は、３分以上１０分以下が好ましい。又、基板温度を降下させる際の到達速度は、３０℃／分以上が好ましい。
【００６０】
このようにして作製された窒化物半導体層がラマン測定によって評価された結果、上記手法により、ＭＯＣＶＤ装置からのウェハー取りだした後のｐ型化アニールが実行されなくても、Ｍｇが活性化しているため、成長後すでにｐ型化の特性が示される。又、ｐ電極１５の形成によるコンタクト抵抗も低減する。更に、従来のｐ型化アニールが組み合わせて行われると、Ｍｇの活性化率がより向上して好ましい。
【００６１】
尚、ｎ型Ｉｎ0.07Ｇａ0.93Ｎクラック防止層１０２は、Ｉｎ組成比が０．０７以外であっても構わないし、ｎ型ＩｎＧａＮクラック防止層１０２自体がなくても構わない。しかしながら、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０３とｎ型ＧａＮ基板１０との格子不整合が大きくなる場合は、このｎ型ＩｎＧａＮクラック防止層１０２を挿入した方がクラックを防止するため好ましい。また、クラックを防止するために、ｎ型の不純物として、Ｓｉの代わりにＧｅを用いても構わない。
【００６２】
又、活性層１０５は、障壁層で始まり障壁層で終わる構成であったが、井戸層で始まり井戸層で終わる構成であってもよい。又、井戸層の層数は、前述の３層に限らず、１０層以下であれば閾値電流密度が低く、室温連続発振が可能である。このとき、特に２層以上６層以下とした場合、閾値電流密度が低く好ましい。更に、この活性層１０５に、Ａｌが含有されても構わない。
【００６３】
又、活性層１０５は、井戸層と障壁層の両層にＳｉが所要量添加された構成とされたが、不純物が添加されない構成としても構わない。しかしながら、Ｓｉのような不純物が活性層１０５に添加される方が発光強度が強くなる。このように添加される不純物としては、Ｓｉ以外にＯ、Ｃ、Ｇｅ、ＺｎおよびＭｇの不純物群のうち、少なくとも何れかの不純物としても構わない。又、この不純物群の添加量の総和は、約１×１０17〜８×１０18ｃｍ-3程度が好ましい。更に、不純物が添加される層は、井戸層と障壁層の両層に限らず片方の層のみにとしても構わない。
【００６４】
又、ｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎキャリアブロック層１０６は、その組成を別のものとしても構わない。例えば、Ｉｎを添加すれば、より低温成長でｐ型化するので、基板温度を低温として成長させることができ、結晶成長時に活性層１０５にダメージを与えることが減少する。尚、ｐ型ＡｌＧａＮキャリアブロック層１０６自体がなくても構わないが、このｐ型ＡｌＧａＮキャリアブロック層１０６を設けた方が閾値電流密度が低くなる。これは、ｐ型ＡｌＧａＮキャリアブロック層１０６が活性層１０５にキャリアを閉じ込める働きがあるからである。
【００６５】
又、ｐ型ＡｌＧａＮキャリアブロック層１０６のＡｌ組成比を高くすることによって、キャリアの閉じ込めが強くなって好ましい。このとき、キャリアの閉じ込めが保持される程度までＡｌ組成比を小さくすれば、ｐ型ＡｌＧａＮキャリアブロック層１０６内のキャリア移動度が大きくなり電気抵抗が低くなるため、更に好ましい。
【００６６】
又、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０３とｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０８として、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ結晶が用いられたが、Ａｌの組成比が０．１以外となるＡｌＧａＮ３元結晶であっても構わない。Ａｌの混晶比が高くなると活性層１０５とのエネルギーギャップ差及び屈折率差が大きくなり、キャリアや光を活性層１０５に効率良く閉じ込めることができるため、レーザ発振閾値電流密度の低減させることができる。又、キャリアおよび光の閉じ込めが保持される程度までＡｌ組成比を小さくすれば、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０３及びｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０８それぞれでのキャリア移動度が大きくなり、素子の動作電圧を低くすることができる。
【００６７】
このとき、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０３の厚みを、０．７μｍ〜１．５μｍとすることで、垂直横モードの単峰化と光り閉じ込め効率が増し、レーザの光学特性の向上とレーザ閾値電流密度の低減を図ることができる。又、ｎ型クラッド層１０３及びｐ型クラッド層１０８を、ＡｌＧａＮ３元混晶としたが、ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮＰ、ＡｌＧａＮＡｓ等の４元混晶としても良い。更に、ｐ型クラッド層１０８は、電気抵抗を低減するために、ｐ型ＡｌＧａＮ層とｐ型ＧａＮ層からなる超格子構造、又は、ｐ型ＡｌＧａＮ層とｐ型ＩｎＧａＮ層からなる超格子構造で構成しても構わない。
【００６８】
又、ｎ型ＧａＮ基板１０上に窒化物半導体層を積層する際に、ＭＯＣＶＤ装置による結晶成長方法が用いられるものとしたが、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）、又は、上述したＨＶＰＥ法が用いられても構わない。
【００６９】
続いて、上述のようにして窒化物半導体層の各層がｎ型ＧａＮ基板１０上に形成されたエピウェハをＭＯＣＶＤ装置から取り出した後、窒化物半導体レーザ素子チップに加工するための後述する各プロセス工程がなされる。ここで、図２のように、ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１０８は凸型のリッジストライプ部となっているが、これは後述するプロセス工程により加工された形状である。
【００７０】
このようにして、窒化物半導体レーザ素子を作製し終えたエピウェハの表面は、成長抑制膜１３直上以外は平坦となる。又、成長抑制膜１３直上において、窒化物半導体層はエピタキシャル成長せず凹状の状態となる。このようにして得られた窒化物半導体層において、エピタキシャル成長が成された成長抑制膜１３直上以外の部分（以下、「エピタキシャル成長部分」と呼ぶ）にはクラックが全く観察されることは無かった。
【００７１】
これは、成長抑制膜１３直上に生成される凹部が応力を緩和しているため、エピタキシャル成長部分が、リッジストライプ部に対して垂直方向（図２の左右方向）に残留応力が低減されることによるものと考えられる。又、ＧａＮ基板１０の表面まで伝搬している転位が成長抑制膜１３により、ＧａＮ基板１０の上部に位置するエピタキシャル成長部分への拡散を防止しているため、窒化物半導体層の中は基板の低欠陥領域内の転位密度を超えることなく通常のＧａＮ基板１０を使用したものよりも転位密度が低くなる。
【００７２】
又、転位集中領域１１ではＧａＮ基板１０の表面の極性が窒素面に反転する場合がある旨記述したが、成長抑制膜１３を転位集中領域１１上に形成して窒化物半導体層を成長させることで、窒素面がＧａＮ基板１０の表面に共存することにより通常のＧａ面上の成長が阻害されることがなくなる。よって、窒化物半導体レーザ素子の特性としては転位集中領域１１の極性が反転していない場合と同様に、結晶欠陥の低減と、応力の緩和による効果が確認できる。
【００７３】
３．素子化プロセス
ｎ型ＧａＮ基板１０に対して水平方向に光を閉じ込めるためのリッジストライプ部が、窒化物半導体層の平坦な部分の表面に形成された。但し、高ルミネッセンス領域２５（図１）を有するｎ型ＧａＮ基板１０を使用する場合には、リッジストライプ部が高ルミネッセンス領域２５の直上となる位置に形成されないようにすることが望ましい。これは、高ルミネッセンス領域２５が他の領域と比べて、ドーパントの含有量または活性化度が小さく、抵抗率が高くなっているために、窒化物半導体レーザ素子に注入される駆動電流及び素子電圧が上昇するので、高ルミネッセンス領域２５に駆動電流が流れることが好ましくないためである。
【００７４】
リッジストライプ部は、エピウェハの表面より、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０８の途中までをストライプ状の部分を残してエッチングすることにより、作製される。ここで、ストライプ幅は１〜３μｍ、好ましくは１．３〜２μｍとし、又、エッチング底面のｐ型ＧａＮガイド層１０７からの距離は、０〜０．１μｍとした。その後、リッジストライプ部以外の部分に絶縁膜１１０を形成する。ここで、絶縁膜１１０としてはＡｌＧａＮを用いた。エッチングされずに残ったｐ型ＧａＮコンタクト層１０９は露出しているので、このｐ型ＧａＮコンタクト層１０９及び絶縁膜１１０の表面上に、ｐ電極１５がＰｄ／Ｍｏ／Ａｕの順序で蒸着されて形成された。
【００７５】
ここで、絶縁膜１１０としては上記以外に珪素、チタン、ジルコニア、タンタル、アルミニウム等の酸化物もしくは窒化物を用いても構わない。又、ｐ電極１５の材料として、Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｐｄ／Ａｕ、又は、Ｎｉ／Ａｕの何れかが用いられても構わない。
【００７６】
更に、このようにｐ電極１５が形成されたエピウェハの裏面側（基板側）を研磨することにより、エピウェハの厚みを８０〜２００μｍに調整し、後にエピウェハの分割を行いやすいようにする。
【００７７】
そして、ｎ電極１６が、ｎ型ＧａＮ基板１０の裏側にＨｆ／Ａｌの順序で形成される。このｎ電極１６の材料として、Ｈｆ／Ａｌ／Ｍｏ／Ａｕ、Ｈｆ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｈｆ／Ａｌ／Ｗ／Ａｕ、Ｈｆ／Ａｕ、Ｈｆ／Ｍｏ／Ａｕの他、これらのうちからＨｆをＴｉ，Ｚｒに置き換えた電極材料等が用いられても構わない。
【００７８】
最後に、このｎ電極１６が設けられたエピウエハは、リッジストライプ方向に対して垂直方向に劈開されることで、共振器長６００μｍのファブリ・ペロー共振器が作製される。尚、共振器長は３００μｍから１０００μｍが好ましい。この工程により、エピウェハは個々の窒化物半導体レーザ素子が横に連なったバー状の形態となった。ストライプ方向が＜１−１００＞方向に沿って形成された窒化物半導体レーザ素子の共振器端面は、窒化物半導体結晶の｛１−１００｝面である。劈開は、エピウェハ全面にスクライバーによる罫書き傷がつけられてから劈開されるのではなく、エピウェハの一部、例えば、エピウェハの両端にのみスクライバーによる罫書き傷がつけられて、これを起点に劈開される。
【００７９】
このようにして得られたバー状のファブリ・ペロー共振器において、その帰還手法として、上述のように劈開されて得られた共振器端面による帰還手法以外に、一般に知られている回析格子が共振器内に設けられたＤＦＢ（Distributed Feedback）、回析格子が共振器の外に設けられたＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）が用いられても構わない。エピウェハが劈開されて、バー状のファブリ・ペロー共振器の共振器端面が形成された後、この端面に７０％の反射率を有するＳｉＯ2とＴｉＯ2の誘電体膜が交互に蒸着され、誘電体多層反射膜が形成される。この誘電体多層反射膜として、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3が誘電多層反射膜として用いられても構わない。
【００８０】
このようにして得られるバー状のファブリ・ペロー共振器は、ｎ型ＧａＮ基板１０上に積層される窒化物半導体層の膜厚又は成長条件（成長時の基板温度や反応炉内の圧力など）が異なることによって、その構成が異なる。例えば、窒化物半導体層の膜厚が薄い場合は、図３のように、窒化物半導体層４０２が成長抑制膜１３の直上で結合が行われず、成長抑制膜１３の直上の領域４０３が離れた状態となる。このとき、成長抑制膜１３間の領域に構成される部分が１つの窒化物半導体レーザ素子４０１を構成する。
【００８１】
又、窒化物半導体層の膜厚を図３の場合よりも厚くしたとき、図４又は図５のようになる。即ち、図４では、窒化物半導体層５０２が成長抑制膜１３の直上で結合されるが、成長抑制膜１３の直上の領域５０３において、窒化物半導体層５０２の表面上まで達したクラックが存在する。又、この領域５０３において、図４のように、成長抑制膜１３表面上に空洞５０４を有する場合もある。このとき、成長抑制膜１３間の領域に構成される部分が窒化物半導体レーザ素子５０１を構成する。
【００８２】
又、図５では、窒化物半導体層６０２が成長抑制膜１３の直上で完全に結合された状態となる。よって、図４と異なり、成長抑制膜１３の直上の領域６０３において、窒化物半導体層６０２の表面上まで達したクラックの存在が確認されない。又、この領域６０３において、図５のように、成長抑制膜１３表面上に空洞６０４を有する場合もある。このとき、成長抑制膜１３間の領域に構成される部分が窒化物半導体レーザ素子６０１を構成する。
【００８３】
更に、この後、上述のバー状のファブリ・ペロー共振器を分割することで、図２のような構成の窒化物半導体レーザ素子を得る。このとき、窒化物半導体レーザ素子の中央にレーザ光導波領域１４（リッジストライプ部の直下に位置する）を配置し、窒化物半導体レーザ素子の横幅Ｗ＝４００μｍとなるように分割する。もともと、ｎ型ＧａＮ基板１０にはピッチＰ＝４００μｍで転位集中領域２４（図１）が配置されている。尚、バー状のファブリ・ペロー共振器を分割して、窒化物半導体レーザ素子を得る際、窒化物半導体レーザ素子の横幅Ｗが、転位集中領域２４のピッチＰの整数倍又は整数倍分の１の幅に分割すると都合が良い。
【００８４】
このようにして図２に示される窒化物半導体レーザ素子チップが作製されることで、結晶欠陥である転位を意図的に制御したｎ型ＧａＮ基板１０を用い、転位集中領域１１を成長抑制膜１３により被覆し、低転位かつ低応力の領域に窒化物半導体レーザ素子の電流狭窄部分となるレーザ光導波領域１４が作製される。よって、レーザ出力６０ｍＷ、雰囲気温度７０℃の条件の下、レーザ発振寿命５０００時間以上が達成された。
【００８５】
尚、本実施形態において、成長抑制膜１３の膜厚を０．２μｍとしたが、これに限るものではない。成長抑制膜１３の膜厚を０．０１μｍから２μｍまで変化させて、窒化物半導体レーザ素子を構成したとき、成長抑制膜１３の膜厚が０．０５μｍより薄い場合、窒化物半導体層積層前の昇温により損傷を受け、成長抑制膜１３としての効果が得られない。
【００８６】
又、成長抑制膜１３の膜厚が、０．１μｍよりも厚い場合、ｎ型ＧａＮ基板１０と成長抑制膜１３の熱膨張係数差により、窒化物半導体層積層前の昇温が原因となって、成長抑制膜１３自体が損傷を受けることがある。このとき、成長抑制膜１３自体が損傷を受けなくても、成長抑制膜１３以外のＧａＮ基板１０の表面上に直接成長する窒化物半導体層が、成長抑制膜１３とＧａＮ基板１０との間にできる段差の影響による原料拡散の阻害により段差近傍で異常成長が生じる。このような異常成長が生じることを、「エッジ効果」と称する。このエッジ効果のため、プロセス工程において支障が生じたり、レーザの発振波長が変動したり、又は、発振する閾値が高くなることがある。
【００８７】
よって、成長抑制膜１３の膜厚を０．０５μｍ以上、１μｍ以下の条件で作製することによって、成長抑制膜１３を作製した効果が得られ、このような成長抑制膜１３を有する窒化物半導体レーザ素子において、高出力エージングにおける良好な素子寿命が得られる。
【００８８】
＜第２の実施形態＞
上述のようにして形成され、転位集中領域及び高ルミネッセンス領域を有するｎ型ＧａＮ基板を用いて製作される窒化物半導体レーザ素子の第２の実施形態について、図面を参照して以下に説明する。尚、窒化物半導体層のエピタキシャル成長及び素子化プロセスについては、第１の実施形態と同様となるため、その詳細な説明は第１の実施形態を参照するものとして、省略する。
【００８９】
本実施形態では、第１の実施形態と異なり、転位集中領域２４（図１）を被覆するように、ｎ型ＧａＮ基板１０の表面上に形成される簀の子状となるように、成長抑制膜が形成される。即ち、第１の実施形態と同様、まず、ｎ型ＧａＮ基板１０を電子ビーム蒸着装置内に設置し、内部の圧力が所定の真空度に達した後、ＳｉＯ2を０．２μｍの厚さになるように制御して、ＳｉＯ2膜をｎ型ＧａＮ基板１０の表面に形成する。その後、蒸着したＳｉＯ2膜を簡便なフォトリソグラフィを用いて、図６（ａ）のように、その間隔が５μｍで且つ幅が１０μｍとなる成長抑制膜３０１を、３つ毎にｎ型ＧａＮ基板１０上の転位集中領域１１を被覆するように形成する。
【００９０】
このように、図６（ａ）に示すように、ＧａＮ基板１０の転位集中領域１１に、上述の方法で膜厚０．２μｍの成長抑制膜３０１が形成されると、ＭＯＣＶＤ装置を用い、常圧、基板温度１０００℃でｎ型のＧａＮ膜を成長させる。よって、図６（ｂ）に示すように、成長抑制膜３０１間の５μｍの窓部からＧａＮ結晶３０２が［０００１］方向に成長する。このとき、ＧａＮ結晶３０２の断面形状が完全な凸状の三角になった状態となる。そして、ＭＯＣＶＤ装置反応炉の圧力を７０Ｔｏｒｒに下げ、基板温度１０８０℃で再びＧａＮ結晶３０２を成長させる。
【００９１】
このとき、図６（ｂ）において、ｎ型ＧａＮ結晶３０４は成長抑制膜３０１に被覆されていない部分からの成長部分であり、このｎ型ＧａＮ膜３０４中にはｎ型ＧａＮ基板１０内の転位集中領域１１以外の領域の転位密度と同程度の転位密度しか存在しない。又、ＧａＮ結晶３０２の中には、［０００１］方向の成長軸に対して平行方向に転位３０３が引き継がれて存在する。しかしながら、［０００１］方向の成長軸に対して垂直となる横方向への成長が始まると、この転位３０３は［０００１］方向に対して垂直な方向に曲がる。このとき、ファセット面である（１１−２２）面及び（−１−１２２）が最先端となって成長する。
【００９２】
このようにして、図６（ｂ）のように凸状にＧａＮ結晶３０２が成長した部分から、横方向の成長が促進し、図６（ｃ）に示すように、成長抑制膜３０１上の中央部分で相合して更に上向きに成長する。又、低転位であるｎ型ＧａＮ膜３０４が横方向に成長することによって、このようにＧａＮ結晶３０２が成長して生成されたＧａＮエピタキシャル膜を被覆するｎ型ＧａＮ膜３０５が形成される。このｎ型ＧａＮ膜３０５で被覆されたＧａＮエピタキシャル層は、横方向成長により曲げられた転位３０６を有する。又、横方向成長によりＧａＮ結晶３０２及びｎ型ＧａＮ膜３０４がつながった接合部分３０７には、少量の転位が集中する。
【００９３】
これについては、日本学術振興会短波長光デバイス第１６２委員会第２２回、光電相互返還第１２５委員会第１７１回合同研究会資料（平成１２年１２月１５〜１６日）２５〜３２頁に記載されている。このようにして、ｎ型ＧａＮ基板１０の表面上にＧａＮ結晶を成長させた場合、合計約８μｍの膜厚まで成長したＧａＮ膜３０５の表面は完全に平坦になった。ｎ型ＧａＮ膜３０５を成長させた後、第１の実施形態と同様の方法で窒化物半導体レーザ素子を構成する層構造を順次結晶成長させた。よって、窒化物半導体層３０８がｎ型ＧａＮ膜３０５上に形成される。
【００９４】
その後、エッチングをおこなうことで、リッジストライプ部３０９が形成されレーザ素子が作製される。窒化物半導体レーザ素子のリッジストライプ３０９を形成する位置は、転位集中領域１１直上の領域以外の低転位領域１２の上部でも構わないし、成長抑制膜３０３の直上でもかまわない。このようにすることで、本実施形態においても、結晶欠陥の低減の効果と、ひずみの緩和の効果により、第１の実施形態と同様の特性を有する窒化物半導体レーザ素子を得ることができた。
【００９５】
尚、本実施形態では、成長抑制膜３０１の幅を１０μｍで且つ間隔を５μｍとしたが、成長抑制膜３０１の幅が、選択成長及び横方向成長が可能な幅及び間隔であれば、窒化物半導体レーザ素子の特性においての優位性は認められた。但し、成長抑制膜３０１の幅は１μｍ以上１０μｍ以下であり、且つ、隣の成長抑制膜３０１との間隔が１μｍ以上１０μｍ以下であるときが、最も望ましい特性の窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。又、成長抑制膜３０１を覆うように形成されるＧａＮ膜３０５の膜厚を８μｍとしたが、その膜厚を１〜２０μｍとすることによって、積層する窒化物半導体層に対して成長抑制膜３０１の影響を低減させることができる。
【００９６】
更に、成長抑制膜３０１の材料として、ＳｉＯ2を用いたが、第１の実施形態と同様に、Ｓｉ3Ｎ4等のシリコン化合物や、タングステン（Ｗ）、チタン（Ｔｉ）などの金属を用いても構わない。又、被覆する成長抑制膜３０１の膜厚を０．２μｍとしたが、０．０５μｍ〜１μｍ程度としても構わない。又、簀の子状の成長抑制膜３０１は、その幅と間隔との総和となる幅が、転位集中領域１１を覆うように構成される。
【００９７】
尚、第１及び第２の実施形態ではリッジストライプ構造の窒化物半導体レーザ素子について記述したが、その限りではない。又、ｎ型ＧａＮ基板の裏面とｎ型ＧａＮ基板の表面に成長して作製した窒化物半導体膜の表面との両面に電極を形成した例について記述したが、ｐ型及びｎ型の両電極をｎ型ＧａＮ基板の表面側に設けるようにしても構わない。
【００９８】
（活性層にＡｓ、ＰおよびＳｂの元素群を含有させた場合）
第１又は第２の実施形態のようにして作製された図２のような構成の半導体レーザ素子は、活性層１０５をＩｎＧａＮ井戸層とＩｎＧａＮ障壁層が積層された構成とされている。このような活性層１０５に対して、Ａｓ、ＰおよびＳｂの元素群のうち少なくとも何れかの元素を含有させるようにしても構わない。
【００９９】
このとき、Ａｓ、ＰおよびＳｂの元素群のうち少なくとも何れかの元素が、窒化物半導体レーザ素子を構成している活性層１０５のうち少なくとも井戸層に含有されるようにする。このとき、この井戸層に含有された上記Ａｓ、Ｐ及びＳｂの元素群の総和の組成比をＸとするとともに井戸層のＮ元素の組成比をＹとすると、ＸをＹよりも小さくするとともに、Ｘ／（Ｘ＋Ｙ）を０．３以下とする。又、Ｘ／（Ｘ＋Ｙ）については、０．２以下とする方が好ましい。
【０１００】
又、上記元素群の総和の下限値は、１×１０18ｃｍ-3以上である。上述の元素群の総和の組成比Ｘが０．２よりも高くなると、井戸層内において、上記元素の組成比の異なる濃度分離が次第に生じ始める。更に、上記元素群の総和の組成比Ｘが０．３よりも高くなると、上述の濃度分離から六方晶系と立方晶系が混在する結晶系分離に移行し始めて井戸層の結晶性が低下し始める。一方、上述の元素群の総和の添加量が１×１０18ｃｍ-3よりも小さくなると、井戸層に上述の元素を含有したことによる効果が得られにくくなる。
【０１０１】
このように、Ａｓ、ＰおよびＳｂの元素群の元素を活性層１０５に含有させることで、井戸層の電子とホールの有効質量が小さくなるとともに、又、井戸層の電子とホールの移動度が大きくなる。よって、窒化物半導体レーザ素子の場合、前者により少ない電流注入量でレーザ発振のためのキャリア反転分布が得られるという効果が得られ、又、後者により活性層で電子とホールが発光再結合によって消滅しても新たに電子・ホールが拡散して高速に注入されるという効果が得られる。
【０１０２】
これらの効果は、量子井戸内に結晶欠陥が存在しない場合に特に顕著に現れることがわかっている。即ち、活性層１０５にＡｓ、ＰおよびＳｂの元素群のうち何れも含有しないＩｎＧａＮ系窒化物半導体レーザ素子と比べて、これらの元素群のうちの何れかの元素を含有させることで、閾値電流密度が低く、自励発振特性の優れた（雑音特性に優れた）窒化物半導体レーザ装置を作製することが可能である。
【０１０３】
＜半導体光学装置への適用例＞
上述した本発明における窒化物半導体レーザ素子を光ピックアップシステム等の半導体光学装置に適用した場合について、図面を参照して以下に説明する。図７は、本例における半導体光学装置の内部構成を示すブロック図である。尚、本例では、窒化物半導体レーザ素子を光ディスク装置に利用するものとして説明する。
【０１０４】
図７に示す光ディスク装置は、光ディスク７０１を円周方向に回転させるためのスピンドルモータ７０２と、光ディスク７０１にレーザ光を照射して情報を読み出す光ピックアップ７０３と、装置全体を制御する制御回路７０４とを有する。尚、光ピックアップ７０３は、制御回路７０４によって駆動される不図示のアクチュエータによって、光ディスク７０１の径方向に移動する。
【０１０５】
このような光ディスク装置において、光ピックアップ７０３は、レーザ光を出力する窒化物半導体レーザ素子を有するレーザ装置７０５と、レーザ装置７０５からのレーザ光を透過するとともに追従鏡７０８からのレーザ光を光検出器７０７へ導出するビームスプリッタ７０６と、ビームスプリッタ７０６からのレーザ光を検出して検出信号を制御回路７０４に与える光検出器７０７と、レーザ装置７０５からのレーザ光を光ディスク７０１へ導くとともに光ディスク７０１を反射したレーザ光をビームスプリッタ７０６に導く追従鏡７０８と、追従鏡７０８からのレーザ光を光ディスク７０１上で集光させる対物レンズ７０９とから構成される。
【０１０６】
このとき、レーザ装置７０５に設けられる本発明による窒化物半導体レーザ素子（３３０〜５５０ｎｍの発振波長）は、上述したように、高出力（３０ｍＷ）、高温雰囲気中（６０℃）で安定して動作し、尚且つレーザ発振寿命が長寿命である。よって、発振波長が短いほど、より高密度に記録再生が可能となるため、信頼性の高い高密度記録再生用光ディスク装置に最適である。
【０１０７】
このような構成の光ディスク装置において、情報の記録時は、レーザ装置７０５から出力されるレーザ光が、制御回路７０４からの入力情報に応じて変調され、ビームスプリッタ７０６を透過した後に追従鏡７０８で反射され、対物レンズ７０９を通して光ディスク７０３上に照射されることで、光ディスク７０３に情報が記録される。又は、光ディスク７０３の記録面に与える磁界が制御回路７０４からの入力情報に応じて変調され、情報がディスク上に記録される。
【０１０８】
又、情報の再生時は、光ディスク７０１上のピット配列によって光学的に変化を受けたレーザ光が対物レンズ７０９を通して追従鏡７０８で反射された後、ビームスプリッタ７０６を通して光検出器７０７で検出されることによって、再生信号が得られる。これらの動作は制御回路７０４によって制御される。半導体レーザ素子から出力されるレーザ光のパワーについては、例えば、記録時は３０ｍＷで、再生時は５ｍＷ程度である。
【０１０９】
本発明に係る窒化物半導体レーザ素子は、このような光ピックアップシステムを有する光ディスク装置の他に、例えば、レーザプリンタ、バーコードリーダ、光の三原色（青色、緑色、赤色）レーザによるプロジェクタ等にも利用可能である。
【０１１０】
〈発明の別表現〉
本発明は以下のように表現することもできる。
【０１１１】
本発明の窒化物半導体レーザ素子は、窒化物半導体基板と、該窒化物半導体基板上に積層された窒化物半導体層とから構成され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が、結晶欠陥の集中するストライプ状の転位集中領域と、該転位集中領域を除く低転位領域とを具備した基板であるとともに、前記窒化物半導体基板の表面上の前記転位集中領域を被覆する位置に、窒化物半導体結晶の成長を抑制する成長抑制膜を有し、該成長抑制膜が設けられた前記窒化物半導体基板上に前記窒化物半導体結晶を成長させることで、前記窒化物半導体層が積層されることを特徴とする。
【０１１２】
このようにすることで、窒化物半導体層を窒化物半導体基板の表面上に積層させる際に、転位集中領域からの結晶欠陥である転位の伝播を成長抑制膜で抑制し、窒化物半導体層に高密度な結晶欠陥が広がることが防がれる。よって、窒化物半導体層内の結晶欠陥密度を低くすることができる。
【０１１３】
このような窒化物半導体レーザ素子において、前記成長抑制膜の形状が線状であり、前記転位集中領域それぞれに対して簀の子状となるように複数本毎の前記成長抑制膜が設けられるとともに、該複数本毎の成長抑制膜によって前記各転位集中領域が覆われるようにしても構わない。このようにすることで、低転位領域から成長する窒化物半導体結晶が結合し易くなり、板状の成長抑制膜が設けられ、低転位領域からの窒化物半導体結晶が結合していない状態で窒化物半導体層が積層される場合に比べて、劈開が容易である。
【０１１４】
このとき、前記各転位集中領域に対して設けられた前記複数本毎の成長抑制膜が、その幅が１μｍ以上１０μｍ以下で、且つ、隣の成長抑制膜との間隔が１μｍ以上１０μｍ以下で平行に並んで位置するように設けられ、該複数本毎の成長抑制膜の幅と間隔とを合わせた領域それぞれが、前記各転位集中領域を被覆するようにする。
【０１１５】
又、前記窒化物半導体基板の伝導特性をｎ型の伝導特性とするとともに、前記成長抑制膜を被覆するように、前記窒化物半導体基板の表面上にｎ型の伝導特性を有するＧａＮ膜を形成することによって、表面が平坦となるＧａＮ膜を形成することができるため、窒化物半導体層への高密度の結晶欠陥の伝播を防ぐことができる。又、窒化物半導体基板を抵抗の高いｎ型の導電性の基板とすることで、窒化物半導体層がｎ型、ｐ型の順序で積層されるため、結晶成長した窒化物半導体層の表面の平坦性がより向上し、レーザを出力するための電流の閾値を低減することができる。このとき、前記ｎ型の伝導特性を有するＧａＮ膜の膜厚を、１μｍ以上２０μｍ以下とする。
【０１１６】
又、前記成長抑制膜の膜厚を０．０５μｍ以上１μｍ以下とすることで、成長抑制膜の効果を与えるとともに、成長抑制膜による影響を防ぐ。又、前記成長抑制膜を、シリコン化合物膜、又は、金属膜とする。更に、このとき、前記成長抑制膜を、ＳｉＯ2膜、Ｓｉ3Ｎ4膜、チタン膜、又は、タングステン膜のいずれかとする。
【０１１７】
上述した窒化物半導体レーザ素子において、前記窒化物半導体層が量子井戸活性層を有するとともに、該活性層がＩｎxＧａ1-xＮ（０＜ｘ＜１）により構成される井戸層を含有するようにしても構わないし、更に、Ａｓ、ＰおよびＳｂの元素群のうち少なくともいずれかの元素が、前記活性層に含有されるようにしても構わない。又、前記窒化物半導体基板がＧａＮ基板であることが好ましい。
【０１１８】
又、本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、窒化物半導体基板と、該窒化物半導体基板上に積層された窒化物半導体層とから構成される窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、結晶欠陥の集中するストライプ状の転位集中領域と該転位集中領域を除く低転位領域とを具備した前記窒化物半導体基板の表面上において、前記転位集中領域を被覆する位置に、窒化物半導体結晶の成長を抑制する成長抑制膜を形成した後、該成長抑制膜が設けられた前記窒化物半導体基板上に前記窒化物半導体結晶を成長させることで、前記窒化物半導体層を積層することを特徴とする。
【０１１９】
このとき、前記成長抑制膜を前記窒化物半導体基板の表面全域に設けた後、エッチングを行うことによって、前記転位集中領域のみが前記成長抑制膜で被覆された状態とするようにしても構わない。又、前記窒化物半導体基板の伝導特性がｎ型の伝導特性であるとともに、前記転位集中領域を前記成長抑制膜で被覆した後、該成長抑制膜を被覆するように、前記窒化物半導体基板の表面上にｎ型の伝導特性を有するＧａＮ膜を形成し、形成された該ＧａＮ膜の表面上に前記窒化物半導体結晶を成長させることで、前記窒化物半導体層を積層するようにしても構わない。
【０１２０】
本発明の半導体光学装置は、上述したような窒化物半導体レーザ素子を光源とすることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】ｎ型ＧａＮ基板の製造過程を示す図。
【図２】窒化物半導体レーザ素子の内部構成を示す断面図。
【図３】ｎ型ＧａＮ基板上に窒化物半導体層が積層された様子を示す断面図。
【図４】ｎ型ＧａＮ基板上に窒化物半導体層が積層された様子を示す断面図。
【図５】ｎ型ＧａＮ基板上に窒化物半導体層が積層された様子を示す断面図。
【図６】第２の実施形態におけるＧａＮ結晶の成長過程を示す図。
【図７】本発明の窒化物半導体レーザー素子を有する半導体光学装置の内部構成を示すブロック図。
【符号の説明】
【０１２２】
１０    ｎ型ＧａＮ基板
１１    転位集中領域
１２    低転位領域
１３    成長抑制膜
１４    レーザ光導波領域
１５    ｐ型電極
１６    ｎ型電極
２１    支持基体
２２    ｎ型ＧａＮ層
２３    ファセット面
２４    転位集中領域
２５    高ルミネッセンス領域
２６    ｛０００１｝面
１０１    ｎ型ＧａＮ層
１０２    クラック防止層
１０３    ｎ型クラッド層
１０４    ｎ型ＧａＮ光ガイド層
１０５    活性層
１０６    キャリアブロック層
１０７    ｐ型ＧａＮ光ガイド層
１０８    ｐ型クラッド層
１０９    ｐ型コンタクト層
【図１】
2008273835.tif 000003
【図２】
2008273835.tif 000004
【図３】
2008273835.tif 000005
【図４】
2008273835.tif 000006
【図５】
2008273835.tif 000007
【図６】
2008273835.tif 000008
【図７】
2008273835.tif 000009