(57)【要約】【課題】へき開で共振器端面を奇麗に形成することができ、青色より長波長の可視光の発光が可能な半導体レーザダイオードを提供する。【解決手段】半導体レーザダイオード１０は、ZnO単結晶基板１２を用いており、Inを含む窒化物半導体で構成された活性層１５を有し、ZnO単結晶基板１２の基板面上にレーザ素子構造に積層して形成された半導体層を備え、共振器端面が（１＿１００）になっている。ZnO単結晶基板１２の六方晶の上に半導体層の六方晶が回転することなく、綺麗に重なる。共振器端面が（１＿１００）面になっているので、端面をへき開したときに、ZnO単結晶基板１２だけでなく、その上に成長させて形成した半導体層の端面も（１＿１００）面で綺麗に割れる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ZnO単結晶基板を用いた半導体レーザダイオードであって、Inを含む窒化物半導体で構成された活性層を有し、前記ZnO単結晶基板の基板面上にレーザ素子構造に積層して形成された半導体層を備え、共振器端面が（１＿１００）面或いはこのｍ面と等価な面になっていることを特徴とする半導体レーザダイオード。
【請求項２】
前記基板面は（０００１）面又はわずかに傾斜させた面であることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザダイオード。
【請求項３】
前記基板面はピエゾ電界の影響を受けにくい面方位の結晶面であることを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザダイオード。
【請求項４】
前記ピエゾ電界の影響を受けにくい面方位の結晶面は、（１１＿２０）面又はこのａ面と等価な面又はａ面を傾斜させた（１１＿２２）面又は（１１＿２２）面と等価な面のいずれかの面であることを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザダイオード。
【請求項５】
前記半導体層のうち前記活性層を除く各層は、Al,Ga,Inの少なくとも一つを含む窒化物半導体層又はZn,Mg,Be,Cdの少なくとも一つを含む酸化物系化合物半導体層であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載の半導体レーダイオード。
【請求項６】
前記半導体層は、前記ZnO単結晶基板の基板面上に形成されたバッファ層と、前記バッファ層上に形成された下部クラッド層と、前記下部クラッド層上に形成され、In x Ga 1-x N  （０＜x＜１）からなる活性層と、前記活性層上に形成された上部クラッド層と、前記上部クラッド層上に形成されたコンタクト層とを備えていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載の半導体レーザダイオード。
【請求項７】
前記バッファ層と下部及び上部クラッド層は、前記ZnO単結晶基板および活性層の少なくとも一方に格子整合されていることを特徴とする請求項６に記載の半導体素子。    
【請求項８】
ZnO単結晶基板を用いた半導体レーザダイオードであって、前記ZnO単結晶基板の（０００１）面又はこのｃ面から傾斜した面を基板面とし、この基板面上に非極性面の傾斜面を持つように窒化物半導体で台形状に形成された凸部と、Inを含む窒化物半導体で構成された活性層を有し、前記凸部の傾斜面上にレーザ素子構造に積層して形成された半導体層とを備え、共振器端面が（１＿１００）面或いはこのｍ面と等価な面になっていることを特徴とする半導体レーザダイオード。
【請求項９】
前記非極性面は（１１＿２２）面又は（１１＿２２）面と等価な面のいずれかの面であることを特徴とする請求項８に記載の半導体レーザダイオード。
【請求項１０】
前記凸部は、前記ZnO単結晶基板の基板面に成長されたAl,Ga,Inの少なくとも一つを含む窒化物半導体又はZn,Mg,Be,Cdの少なくとも一つを含む酸化物系化合物半導体からなるバッファ層であることを特徴とする請求項８又は９に記載の半導体レーザダイオード。
【請求項１１】
前記バッファ層は、前記ZnO単結晶基板および活性層の少なくとも一方に格子整合されていることを特徴とする請求項１０に記載の半導体素子。
【請求項１２】
前記半導体層のうち前記活性層を除く各層は、Al,Ga,Inの少なくとも一つを含む窒化物半導体層又はZn,Mg,Be,Cdの少なくとも一つを含む酸化物系化合物半導体層であることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか一つに記載の半導体レーザダイオード。
【請求項１３】
前記半導体層は、前記凸部の傾斜面上に形成された下部クラッド層と、前記下部クラッド層上に形成された光ガイド層と、前記光ガイド層上に形成され、In x Ga 1-x N  （０＜x＜１）からなる量子井戸構造の活性層と、前記活性層上に形成された光ガイド層と、前記光ガイド層上に形成された上部クラッド層と、前記上部クラッド層上に形成されたコンタクト層と、を備えることを特徴とする請求項８乃至１２のいずれか一つに記載の半導体レーザダイオード。
【請求項１４】
前記半導体層のうち前記活性層を除く層は、前記ZnO単結晶基板および活性層の少なくとも一方に格子整合されていることを特徴とする請求項１３に記載の半導体素子。
【請求項１５】
前記活性層において、インジウム（In）の組成比は、発光波長が４８０ｎｍ以上となるように設定されていることを特徴とする請求項７又は１４に記載の半導体発光素子。    
【請求項１６】
前記活性層を構成するIn x Ga 1-x N  （０＜x＜１）のうち、Inの組成比は２０％以上であることを特徴とする請求項７又は１４に記載の半導体レーザダイオード。
【請求項１７】
前記活性層と前記クラッド層との間に光ガイド層を有していることを特徴とする請求項１から請求項１６のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項１８】
前記共振器端面のうちの光出射側端面には、窒化ガリウムよりも低い屈折率を有する２層以上の低反射膜が、前記光出射側端面からの屈折率が徐々に低くなるように形成されており、前記共振器端面のうちの光反射側端面には、低屈折率層と高屈折率層とを交互に積層した誘電体多層膜からなる高反射膜が形成されていることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか一つに記載の半導体レーザダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザダイオード、特に、活性層に窒化物半導体を使用して青色より長波長の可視光を出力する半導体レーザダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、活性層にIII-V族窒化物半導体を使用した半導体レーザダイオードとして、例えば、特許文献１および特許文献２に記載された技術が知られている。
【０００３】
特許文献１に記載された窒化ガリウム系化合物半導体レーザダイオード素子の製造方法では、サファイア基板の（０００１）面の表面に窒化ガリウム系化合物半導体をレーザ素子の構造に積層した後、サファイア基板を、（１＿１００）面（ｍ面）又はｍ面に等価な５つの面のずれかの面方位で割ることにより半導体レーザダイオード素子の光共振面を作製する。
【０００４】
特許文献２に記載された窒化物系半導体レーザダイオードは、窒化物半導体層と、窒化物半導体層の（１１＿２２）面上に形成され、活性層と活性層を挟む２つのクラッド層とを有する積層体と、を有し、窒化物半導体層の（１１＿２２）面と垂直な共振器端面を有する。
【特許文献１】特開平８−１５３９３１号公報
【特許文献２】特開２００６−１２８６６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記特許文献１に記載された従来技術のようにサファイア基板上にIII-V族窒化物半導体（以下、「窒化物半導体」という。）をレーザ素子の構造に積層した場合、サファイア基板の六方晶と窒化物半導体（例えばGaＮ）の結晶とが３０度位回転してしまうので、端面をへき開したときに、基板は割れるが、基板より上に成長させて形成した窒化物半導体層が割れにくい。つまり、この従来技術では、へき開で共振器端面を奇麗に形成するのが難しいという問題があった。
【０００６】
また、上記特許文献２に記載された従来技術では、InGaN等、Inを含む窒化物半導体よりなる活性層の格子定数と異なる基板（サファイア基板、SiＣ基板、n型GaＮ基板）を使っているので、活性層のInの組成比を大きくするのが難しい。このため、青色より長波長の可視光（例えば緑色）の発光が可能な半導体レーザダイオードの実現が難しいという問題があった。
【０００７】
さらに、半導体レーザダイオードの端面を形成するのに、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）や化学的エッチングを用いる方法も用いられているが、窒化物半導体の結晶は科学的に非常に安定であり、後者の方法を用いて、活性層に窒化物半導体を使用した半導体レーザダイオードダイオードの端面形成する場合、実際には極めて困難である。また、前者の方法を用いてその半導体レーザダイオードの端面形成する場合、端面に与える損傷や平坦性の悪さが問題となる。
【０００８】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みて為されたもので、その目的は、へき開で共振器端面を奇麗に形成することができ、青色より長波長の可視光の発光が可能な半導体レーザダイオードを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る半導体レーザダイオードは、ZnO単結晶基板を用いた半導体レーザダイオードであって、Inを含む窒化物半導体で構成された活性層を有し、前記ZnO単結晶基板の基板面上にレーザ素子構造に積層して形成された半導体層を備え、共振器端面が（１＿１００）面或いはこのｍ面と等価な面になっていることを特徴とする。
【００１０】
本発明者により、次のことが実験的に分かった。
【００１１】
ZnO単結晶基板上に窒化物半導体層を堆積しても、その半導体層の結晶面は回転することなく、ZnO単結晶基板と同じ結晶面を持って成長する。
【００１２】
この態様によれば、ZnO単結晶基板の基板面上に、Inを含む窒化物半導体で構成された活性層を有し、レーザ素子構造に積層した半導体層を形成しているので、ZnO単結晶基板の六方晶の上に半導体層の六方晶が回転することなく、綺麗に重なる。つまり、半導体層の結晶がZnO単結晶基板の結晶と揃って形成される。そして、共振器端面が（１＿１００）面或いはこのｍ面と等価な面になっているので、端面をへき開したときに、ZnO単結晶基板だけでなく、その上に成長させて形成した半導体層の端面も（１＿１００）面或いはこのｍ面と等価な面で綺麗に割れる。これにより、へき開で共振器端面を奇麗に形成することができ、共振器端面の形成が容易な半導体レーザダイオードを実現できる。
【００１３】
また、Inを含む窒化物半導体で構成された活性層と格子定数の近いZnO単結晶基板を使うことで、Inの組成比の高い活性層を作れるので、青色より長波長の可視光（例えば緑色）の発光が可能な半導体レーザダイオードを実現できる。
【００１４】
ここで、「ｍ面と等価な面」は、（１０＿１０）面又は（０１＿１０）面又は（＿１１００）面又は（＿１０１０）面又は（０＿１１０）面のいずれかの面である。
【００１５】
また、本明細書では、結晶面を表すのに、数字の上にバーを付ける通常の表記の代わりに、数字の前に「＿」の記号を付した表記を用いる。例えば、ｍ面は（１＿１００）面、ａ面は（１１＿２０）面、ｃ面は（０００１）面と表記する。
【００１６】
本発明の他の態様に係る半導体レーザダイオードは、前記基板面は（０００１）面又はわずかに傾斜させた面であることを特徴とする。
【００１７】
この態様によれば、活性層であるInGaNの格子定数に近いことにより、相分離や貫通転位を抑制することに加えて、さらに非極性面を利用することにより、ピエゾ電界による影響を低減して、発光効率の高い青色より長波長の可視光の発光が可能な半導体レーザダイオードを実現できる。
【００１８】
本発明の他の態様に係る半導体レーザダイオードは、前記基板面はピエゾ電界の影響を受けにくい面方位の結晶面であることを特徴とする。
【００１９】
この態様によれば、活性層であるInGaNの格子定数に近いことにより、相分離や貫通転位を抑制することに加えて、さらに非極性面を利用することにより、ピエゾ電界による影響を低減して、発光効率の高い青色より長波長の可視光の発光が可能な半導体レーザダイオードを実現できる。
【００２０】
本発明の他の態様に係る半導体レーザダイオードは、前記ピエゾ電界の影響を受けにくい面方位の結晶面は、（１１＿２０）面又はこのａ面と等価な面又はａ面を傾斜させた（１１＿２２）面又は（１１＿２２）面と等価な面のいずれかの面であることを特徴とする。
【００２１】
この態様によれば、ピエゾ電界による影響を低減して、発光効率の高い青色より長波長の可視光の発光が可能な半導体レーザダイオードを実現できる。
【００２２】
本発明の他の態様に係る半導体レーザダイオードは、前記半導体層のうち前記活性層を除く各層は、Al,Ga,Inの少なくとも一つを含む窒化物半導体層又はZn,Mg,Be,Cdの少なくとも一つを含む酸化物系化合物半導体層であることを特徴とする。
【００２３】
本発明の他の態様に係る半導体レーザダイオードは、前記半導体層は、前記ZnO単結晶基板の基板面上に形成され、ZnO単結晶基板に格子整合されたバッファ層と、前記バッファ層上に形成された下部クラッド層と、前記下部クラッド層上に形成され、In x Ga 1-x N  （０＜x＜１）からなる活性層と、前記活性層上に形成された上部クラッド層と、前記上部クラッド層上に形成されたコンタクト層とを備えることを特徴とする。
【００２４】
本発明の他の態様に係る半導体レーザダイオードは、前記バッファ層と下部及び上部クラッド層は、前記ZnO単結晶基板および活性層の少なくとも一方に格子整合されていることを特徴とする。
【００２５】
この態様によれば、Inの組成比の高いInGaN活性層を作れるので、青色より長波長の可視光の発光が可能な半導体レーザダイオードを実現できる。
【００２６】
上記課題を解決するために、本発明の第２の態様に係る半導体レーザダイオードは、ZnO単結晶基板を用いた半導体レーザダイオードであって、前記ZnO単結晶基板の（０００１）面又はこのｃ面から傾斜した面を基板面とし、この基板面上に非極性面の傾斜面を持つように窒化物半導体で台形状に形成された凸部と、Inを含む窒化物半導体で構成された活性層を有し、前記凸部の傾斜面上にレーザ素子構造に積層して形成された半導体層とを備え、共振器端面が（１＿１００）面或いはこのｍ面と等価な面になっていることを特徴とする。
【００２７】
この態様によれば、ZnO単結晶基板の（０００１）面又はこのｃ面から傾斜した面を基板面とし、この基板面上に非極性面の傾斜面を持つ台形状の凸部を化合物半導体で形成して、非極性面を形成している。そして、その非極性面に、Inを含む窒化物半導体で構成された活性層を有し、レーザ素子構造に積層した半導体層を形成している。このため、ZnO単結晶基板の六方晶の上に、凸部の化合物半導体および半導体層の六方晶が回転することなく、綺麗に重なる。つまり、凸部の化合物半導体の結晶およびその非極性面上に形成される半導体層の結晶が、ZnO単結晶基板の結晶と揃って形成される。そして、共振器端面が（１＿１００）面或いはこのｍ面と等価な面になっているので、端面をへき開したときに、ZnO単結晶基板だけでなく、その上に成長させて形成した半導体層の端面も（１＿１００）面或いはこのｍ面と等価な面で綺麗に割れる。これにより、へき開で共振器端面を奇麗に形成することができ、共振器端面の形成が容易な半導体レーザダイオードを実現できる。
【００２８】
さらに、凸部の非極性面上にInを含む窒化物半導体で構成された活性層を有する半導体層を形成しているので、半導体層を簡単な方法で成長させることができ、製造コストを低減できると共に、発光効率の高い青色より長波長の可視光（例えば緑色）の発光が可能な半導体レーザダイオードを実現できる。なお、ZnO単結晶基板は、水熱合成法により３インチサイズの大口径バルク単結晶が実現されているので、この点でも、ZnO単結晶基板を用いた半導体レーザダイオードの低価格化を図れる。つまり、ZnO単結晶基板の（０００１）面又はこのｃ面から傾斜した面を基板面としても、その基板面上に形成した非極性面を下地とした半導体の成長が可能になるので、安価な基板の使用による発光波長４８０ｎｍ以上、例えば緑色波長域で発光する光デバイスの普及が可能になる。
【００２９】
また、Inを含む窒化物半導体で構成された活性層と格子定数の近いZnO単結晶基板を使うことで、Inの組成比の高い活性層を作れるので、青色より長波長の可視光（例えば緑色）の発光が可能な半導体レーザダイオードを実現できる。  本発明の他の態様に係る半導体レーザダイオードは、前記非極性面は（１１＿２２）面又は（１１＿２２）面と等価な面のいずれかの面であることを特徴とする。
【００３０】
この態様によれば、凸部の（１１＿２２）面又は（１１＿２２）面と等価な面のいずれかの面を下地とした半導体の成長が可能になるので、安価な基板の使用による発光波長４８０ｎｍ以上、例えば緑色波長域で発光する光デバイスの普及が可能になる。
【００３１】
本発明の他の態様に係る半導体レーザダイオードは、前記凸部は、前記ZnO単結晶基板の基板面に成長されたAl,Ga,Inの少なくとも一つを含む窒化物半導体又はZn,Mg,Be,Cdの少なくとも一つを含む酸化物系化合物半導体からなるバッファ層であることを特徴とする。
【００３２】
本発明の他の態様に係る半導体レーザダイオードは、前記バッファ層は、前記ZnO単結晶基板および活性層の少なくとも一方に格子整合されていることを特徴とする。
【００３３】
本発明の他の態様に係る半導体レーザダイオードは、前記半導体層のうち前記活性層を除く各層は、Al,Ga,Inの少なくとも一つを含む窒化物半導体層又はZn,Mg,Be,Cdの少なくとも一つを含む酸化物系化合物半導体層であることを特徴とする。
【００３４】
本発明の他の態様に係る半導体レーザダイオードは、前記半導体層は、前記凸部の傾斜面上に形成された下部クラッド層と、前記下部クラッド層上に形成された光ガイド層と、前記光ガイド層上に形成され、In x Ga 1-x N  （０＜x＜１）からなる量子井戸構造の活性層と、前記活性層上に形成された光ガイド層と、前記光ガイド層上に形成された上部クラッド層と、前記上部クラッド層上に形成されたコンタクト層と、を備えることを特徴とする。  この態様によれば、Inの組成比の高いInGaN活性層を作れるので、青色より長波長の可視光の発光が可能な半導体レーザダイオードを実現できる。
【００３５】
本発明の他の態様に係る半導体レーザダイオードは、前記半導体層のうち前記活性層を除く層は、前記ZnO単結晶基板および活性層の少なくとも一方に格子整合されていることを特徴とする。
【００３６】
本発明の他の態様に係る半導体レーザダイオードは、前記活性層において、インジウム（In）の組成比は、発光波長が４８０ｎｍ以上となるように設定されていることを特徴とする。
【００３７】
この態様によれば、青色より長波長の可視光の発光が可能な半導体レーザダイオードを実現できる。
【００３８】
本発明の他の態様に係る半導体レーザダイオードは、前記活性層を構成するIn x Ga 1-x N  （０＜x＜１）のうち、Inの組成比は２０％以上であることを特徴とする。
【００３９】
この態様によれば、青色より長波長の可視光の発光が可能な半導体レーザダイオードを実現できる。
【００４０】
本発明の他の態様に係る半導体レーザダイオードは、前記活性層と前記クラッド層との間に光ガイド層を有していることを特徴とする。
【００４１】
本発明の他の態様に係る半導体レーザダイオードは、前記共振器端面のうちの光出射側端面には、窒化ガリウムよりも低い屈折率を有する２層以上の低反射膜が、前記光出射側端面からの屈折率が徐々に低くなるように形成されており、前記共振器端面のうちの光反射側端面には、低屈折率層と高屈折率層とを交互に積層した誘電体多層膜からなる高反射膜が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００４２】
本発明によれば、へき開で共振器端面を奇麗に形成することができ、青色より長波長の可視光（例えば緑色）の発光が可能な半導体レーザダイオードを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、本発明を具体化した各実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る半導体レーザダイオード１０を、図１〜図３に基づいて説明する。図１は半導体レーザダイオード１０の概略構成を示す斜視図であり、図２は半導体レーザダイオード１０の共振器端面を示す説明図である。また、図３はZnO単結晶の面方位を表すユニットセル図である。
【００４４】
第１実施形態に係る半導体レーザダイオード１０の特徴は、以下の構成にある。
・  ZnO単結晶基板１２を用いている。
・  Inを含む窒化物半導体で構成された活性層１５を有し、ZnO単結晶基板１２の基板面上にレーザ素子構造に積層して形成された半導体層を備えている。
・  共振器端面がｍ面である（１＿１００）面（図３参照）になっている。
【００４５】
ZnO単結晶基板１２の基板面は、ピエゾ電界の影響を受けにくい面方位の結晶面である。本実施形態では、ピエゾ電界の影響を受けにくい面方位の結晶面を、ａ面である（１１＿２０）面（図３参照）としている。
【００４６】
半導体レーザダイオード１０は、図１に示すように、下部電極層１１と、ZnO単結晶基板１２と、バッファ層１３と、格子整合系下部クラッド層１４と、InGaN系活性層１５と、格子整合系上部クラッド層１６と、コンタクト層１７と、パッシベーション膜１８と、上部電極層１９とを備えている。  半導体レーザダイオード１０の半導体層は、ZnO単結晶基板１２の基板面上に形成され、ZnO単結晶基板１２に格子整合されたバッファ層１３と、バッファ層１３上に形成された下部クラッド層１４と、下部クラッド層１４上に形成され、In x Ga 1-x N  （０＜x＜１）からなるInGaN系活性層１５と、活性層１５上に形成された上部クラッド層１６と、上部クラッド層１６上に形成されたコンタクト層１７と、パッシベーション膜１８とを備える。下部クラッド層１４及び上部クラッド層はZnO単結晶基板１２およびバッファ層１３および活性層１５の少なくとも一方に格子整合されている。
【００４７】
下部電極層１１は、ZnO単結晶基板１２の裏面側に配置されている。これは、ZnO単結晶基板１２が導電性であるためである。このため、半導体レーザダイオード１０は、縦型デバイスを構成することが可能となっている。
【００４８】
ZnO単結晶基板１２の導電型はn型である。そのため、バッファ層１３と下部クラッド層１４はn型であり、上部クラッド層１６、コンタクト層１７はｐ型である。なお、バッファ層１３は必ずしも無くても良い。また、ZnO単結晶基板１２の単位格子ｃに対応する格子定数（＝５．１９５５Å）は、窒化ガリウムGaNの単位格子ｃに対応する格子定数（＝５．１８６Å）と窒化インジウムInNの単位格子cに対応する格子定数（＝５．７６Å）との間の値を有しており、In組成２０％程度の窒化ガリウムインジウムInGaNの単位格子cに対応する格子定数と非常に近い値を有している。
【００４９】
バッファ層１３は、Zn,Mg,Be,Cdの少なくとも一つを含む酸化物系化合物半導体層（酸化物）で構成されている。バッファ層１３は、ZnO単結晶基板１２と格子整合を行うために設けられた層であり、InGaN系活性層１５の格子定数に等しい格子定数或いはそれより小さい格子定数を有するように設定されている。
また、下部クラッド層１４と、上部クラッド層１６と、コンタクト層１７とは、Al,Ga,Inの少なくとも一つを含む窒化物半導体層（窒化物）で構成されている。
【００５０】
また、パッシベーション膜１８は、SiO2やZrO2などの絶縁体層で構成されている。
格子整合系下部クラッド層１４は、InGaN系活性層１５の格子定数に等しい格子定数或いはそれよりも小さい格子定数を有するように格子整合されるので、コアとして機能するnGaN系活性層１５よりも屈折率が小さく、活性層１５内に光を安定に閉じ込めておく役割を果たしている。
【００５１】
InGaN系活性層１５は、格子整合系下部クラッド層１４および格子整合系上部クラッド層１６に挟まれたダブルヘテロ接合構造をとっており、外部電極により順方向に電圧がかけられると、下部クラッド層１４から電子が注入され、上部クラッド層１６から正孔が注入される。この結果、InGaN系活性層１５は、反転分布の状態となり、誘導放射が起こることになる。さらにInGaN系活性層１５の両端面は、図２に示すように、光出射側端面２１と光反射側端面２２とを有する共振器構造となっており、誘導放射を繰り返すうちに光が増幅され、レーザ光として外部に放射される。そして、反射ループが平衡状態に至り、レーザ光が連続発振状態に至ることとなる。
【００５２】
格子整合系上部クラッド層１６は、活性層１５の格子定数に等しいに格子定数或いはそれよりも小さい格子定数を有するように格子制御されるので、下部クラッド層１４と同様に、コアとして機能する活性層１５よりも屈折率が小さく、活性層１５内に光を安定に閉じ込めておく役割を果たしている。
【００５３】
コンタクト層１７は、上部電極層１９とオーム性接触を実現するための層である。パッシベーション膜１８は、保護膜として機能している。上部電極層１９は、外部からの電源が供給される端子として機能している。  図２に示すように、半導体レーザダイオード１０において、共振器端面のうちの光出射側端面２１には、窒化ガリウムよりも低い屈折率を有する２層以上の低反射膜２３が、光出射側端面２１からの屈折率が徐々に低くなるように形成されている。また、共振器端面のうちの光反射側端面２２には、低屈折率層と高屈折率層とを交互に積層した誘電体多層膜からなる高反射膜２４が形成されている。
【００５４】
誘電体多層膜からなる高反射膜２４において、低屈折率層に用いる低屈折率材料と、高屈折率層に用いる高屈折率材料の組み合わせは、例えば以下に示す通りである。なお、括弧内の数字は屈折率を表す。
・低屈折率材料としてSiO2(1.5)を用い、高屈折率材料としてTiO2(2.5)を用いる。
・低屈折率材料としてSiO2 (1.5)を用い、高屈折率材料としてZrO2(2.3)を用いる。
・低屈折率材料としてAl2O3(1.7)を用い、高屈折率材料としてZrO2 (2.3)を用いる。
・低屈折率材料としてAl2O3 (1.7)を用い、高屈折率材料としてTiO2 (2.5)を用いる。
【００５５】
上記構成を有する半導体レーザダイオード１０は、以下の工程により製造される。
【００５６】
（工程１）まず、（１１＿２０）面（ａ面）が基板面（表面）となっているZnO単結晶基板１２を用意する。
（工程２）次に、ZnO単結晶基板１２の表面平坦化処理を行う。
【００５７】
具体的には、大気中で熱処理（例えば、１１００℃で２時間程度）を行い、原子状のステップ・テラス構造を形成する。酸化ジルコニアや酸化亜鉛などの無機材質平板で挟んだ状態で行うのが好ましい。
（工程３）次に、成長チャンバー内で大気圧下または減圧下でサーマルクリーニング処理を行う。
【００５８】
具体的には、真空中、700〜750℃の温度で30〜60分加熱し、有機物などを除去する。
（工程４）次に、バッファ層１３としてAlGaInN層を用いる場合には窒化処理を行う。
【００５９】
具体的には、窒素プラズマガンによって基板温度500℃で30〜60分、窒素ラジカルを供
給し、ZnO単結晶基板１２の表面の酸素を窒素で置換して上面に堆積させる窒化物の結晶状態を良好とする。
【００６０】
一方、バッファ層１３として、ZnMgBeCdO層を用いる場合には酸化処理を行う。
【００６１】
具体的には、酸素プラズマガンによって基板温度500℃で30〜60分、酸素ラジカルを供給し、ZnO単結晶基板１２の表面を酸素にして上面に堆積させる酸化物の結晶状態を良好とする。
（工程５）次に、バッファ層１３の形成処理を行う。
【００６２】
ここで、バッファ層１３形成の際の成長温度は、750℃未満とする。
【００６３】
具体的には、III-Ｖ族窒化物半導体を形成する場合には、例えば、Ｖ族原料を窒素ラジカルとして供給できるRFラジカルセルを有するRFMBE(radio-frequency molecular beam epitaxy)法によりAlInNを堆積する。この場合の条件としては、成長温度Tg=400〜600℃、
プラズマ電力P=300〜500W、窒素ガス（N2）流量1.0〜5.0sccm（standard cc/mIn）とする。III族原料としては、高純度のAlおよびIn金属原料をクヌーセンセルで蒸発させて基板に供給する。
【００６４】
或いは、RFMBE法によりInGaNを堆積する。この場合の条件としては、成長温度Tg=400〜600℃、プラズマ電力P=300〜500W、窒素ガス（N2）流量1.0〜5.0sccmとする。III族原料としては、高純度のInおよびGa金属原料をクヌーセンセルで蒸発させて基板に供給する。
【００６５】
または、RFMBE法によりAlGaInNを堆積する。この場合の条件としては、成長温度Tg =400〜600℃、プラズマ電力P=300〜500W、窒素ガス（N2）流量1.0〜5.0sccmとする。III族原料としては、高純度のAl、GaおよびIn金属原料をクヌーセンセルで蒸発させて基板に供給する。
【００６６】
または、II-VI族酸化物半導体を形成する場合には、例えば、RFMBE法によりZnOを堆積する。この場合の条件としては、成長温度Tg=400〜600℃、プラズマ電力P=300〜500W、酸素ガス（O2）流量1.0〜5.0sccmとする。II族原料としては、高純度のZn金属原料をクヌーセンセルで蒸発させて基板に供給する。
或いは、RFMBE法によりZnCdOを堆積する。この場合の条件としては、成長温度Tg=400〜600℃、プラズマ電力P=300〜500W、酸素ガス（O2）流量1.0〜5.0sccmとする。II族原料としては、高純度のZnおよびCd金属原料をクヌーセンセルで蒸発させて基板に供給する。
【００６７】
或いは、RFMBE法によりZnMgCdOを堆積する。この場合の条件としては、成長温度Tg=400〜600℃、プラズマ電力P=300〜500W、酸素ガス（O2）流量1.0〜5.0sccmとする。II族原料としては、高純度のZn、MgおよびCd金属原料をクヌーセンセルで蒸発させて基板に供給する。
【００６８】
或いは、RFMBE法によりZnBeMgCdOを堆積する。この場合の条件としては、成長温度Tg=400〜600℃、プラズマ電力P=300〜500W、酸素ガス（O2）流量1.0〜5.0sccmとする。II族原料としては、高純度のZn、Be、MgおよびCd金属原料をクヌーセンセルで蒸発させて基板に供給する。
【００６９】
（工程６）次に、下部クラッド層１４を形成する。
ここでは、下部クラッド層１４形成の際の成長温度は、750℃未満とする。
【００７０】
具体的には、例えば、RFMBE法、或いは、Ｖ族原料としてアンモニア(NH3)を用いるGSMBE(Gas source molecular beam epitaxy)法によりAlGaInNまたはAlInNまたはInGaNを堆積する。この場合の条件としては、成長温度Tg=400〜600℃、プラズマ電力P=300〜500W、窒素ガス（N2）流量1.0〜5.0sccmとする。また、GSMBE法ではTg=400〜750℃、アンモニアガス（NH3）流量を50sccmとする。III族原料は高純度な金属原料をクヌーセンセルで蒸発させて基板に供給する。
【００７１】
また、例えば、RFMBE法、或いは、GSMBE法によりZnMgBeCdOまたはZnMgCdOまたはZnCdOを堆積する。この場合の条件としては、成長温度Tg=400〜600℃、プラズマ電力P=300〜500W、酸素ガス（O2）流量1.0〜5.0sccmとする。II族原料は高純度な金属原料をクヌーセンセルで蒸発させて基板に供給する。
（工程７）次に、InGaN系活性層１５を形成する。
【００７２】
この場合において、活性層１５の成長温度は、750℃未満とする。
具体的には、例えば、RFMBE法或いはGSMBE法により、InGaN井戸層／InGaN障壁層またはInGaN井戸層／AlInN障壁層を堆積する。この場合の条件としては、成長温度Tg=400〜600℃、プラズマ電力P=300〜500W、窒素ガス（N2）流量1.0〜5.0sccmとする。
【００７３】
一方、GSMBE法ではTg=400〜750℃、アンモニアガス（NH3）流量を50sccmとする。III族原料は高純度な金属原料をクヌーセンセルで蒸発させて基板に供給する。III族原料は高純度な金属原料をクヌーセンセルで蒸発させて基板に供給する。
（工程８）次に、格子整合系上部クラッド層１６を形成する。
【００７４】
この場合において、上部クラッド層１６形成の際の成長温度は、750℃未満する。
【００７５】
具体的には、例えば、RFMBE法、或いは、GSMBE法によりAlGaInNまたはAlInNまたはInGaNを堆積して上部クラッド層１６を形成する。この場合の条件としては、成長温度Tg=400〜600℃、プラズマ電力P=300〜500W、窒素ガス（N2）流量1.0〜5.0sccmとする。一方、GSMBE法ではTg=400〜750℃、アンモニアガス（NH3）流量を50sccmとする。III族原料は高純度な金属原料をクヌーセンセルで蒸発させて基板に供給する。III族原料は高純度な金属原料をクヌーセンセルで蒸発させて基板に供給する。
（工程９）次に、コンタクト層１７を形成する。
【００７６】
この場合において、コンタクト層１７形成の際の成長温度は、750℃未満とする。
【００７７】
具体的には、例えば、RFMBE法或いはGSMBE法により、GaNまたはInGaNを堆積してコンタクト層１７を形成する。この場合の条件としては、成長温度Tg=400〜600℃、プラズマ電力P=300〜500W、窒素ガス（N2）流量1.0〜5.0sccmとする。III族原料は高純度な金属原料をクヌーセンセルで蒸発させて基板に供給する。
工程１〜工程９において、n型ドーパントとしてはシリコンSi、ｐ型ドーパントとしては、マグネシウムMg、ベリリウムBeや、マグネシウムMgとシリコンSiの（コドープ）などを用いる。
【００７８】
以上の工程１〜工程９により青色より長波長の可視光を出力する半導体レーザダイオード１０用のエピタキシャルウェハが製造される。
（工程１０）次に、上述した半導体レーザダイオード用のエピタキシャルウェハの裏面側に下部電極層１１を形成する。ここで、ZnO単結晶基板１２はn型導電性を有する場合を考える。
【００７９】
具体的には、フォトリソグラフィーにより電極パターンを形成し、抵抗加熱、EB（電子ビーム）或いはスパッタ法により電極金属を蒸着させた後、シンタリング（焼結）処理により、例えば、Ti/Al或いはTi/Pt/Au電極をn型下部電極層１１として形成する。この場合、形成されたn型の下部電極層１１は、ZnO単結晶基板１２に対してオーム性接触することとなる。
なお、下部電極を形成する前に、ZnO単結晶基板１２をCMP(機械化学研磨)処理により薄くしておくのが好ましい。
（工程１１）次に、リッジ構造を形成する。
【００８０】
リッジ構造は、半導体レーザダイオードの構造の一種で、光導波路での光の損失を小さくできる実屈折率導波路構造を実現できる。比較的単純な構造ではあるが、レーザ光の発振状態を安定に保つためには加工技術の精密制御が必要となる。具体的には、フォトリソグラフィーおよびドライエッチング技術によりリッジ構造を形成する。
（工程１２）次に、パッシベーション膜１８を形成する。
【００８１】
パッシベーション膜１８は、保護層として機能しており、SiO2、ZrO2をPCVD（Plasma
ChemicAl Vapor DepoSition ）法により堆積させて形成する。
（工程１３）次に、上部電極１９を形成する。ここで、コンタクト層１７がp型伝導性を有する場合を考える。
【００８２】
具体的には、フォトリソグラフィーにより電極パターンを形成し、パッシベーション膜１８を除去した後、抵抗加熱、EB（電子ビーム）或いはスパッタ法により電極金属を蒸着させた後、シンタリング（焼結）処理により、例えば、Ni/Au或いはPd/Pt/Au電極をｐ型の上部電極層１９として形成する。この場合に、形成されたｐ型の上部電極層１９は、ｐ型のコンタクト層１７に対してオーム性接触することとなる。
（工程１４）次に、半導体レーザダイオード１０の共振器端面を形成する。
【００８３】
この半導体レーザダイオード１０では、共振器端面がｍ面である（１＿１００）面になっている。このため、ZnO単結晶基板１２をｍ面である（１＿１００）面で割ると、ZnO単結晶基板１２だけでなく、この基板面上に形成されたバッファ層１３、下部クラッド層１４、活性層１５、上部クラッド層１６、コンタクト層１７、およびパッシベーション膜１８の各層もｍ面で割れ、半導体レーザダイオード１０の共振器端面がへき開で奇麗に形成される。
（工程１５）次に、形成された共振器端面の光出射側端面２１および光反射側端面２２に低反射膜２３および高反射膜２４をそれぞれ形成する。
【００８４】
これにより、青色より長波長の可視光を出力する半導体レーザダイオードの製造が完了する。  以上のように構成された第１実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
【００８５】
○ZnO単結晶基板１２上に、Inを含む窒化物半導体で構成された活性層１５を有し、レーザ素子構造に積層した半導体層を形成しているので、ZnO単結晶基板１２の六方晶の上に半導体層の六方晶が回転することなく、綺麗に重なる。つまり、半導体層の結晶がZnO単結晶基板１２の結晶と揃って形成される。そして、共振器端面が（１＿１００）面なっているので、端面をへき開したときに、ZnO単結晶基板１２だけでなく、その上に成長させて形成した半導体層の端面も（１＿１００）面で綺麗に割れる。これにより、へき開で共振器端面を奇麗に形成することができ、共振器端面の形成が容易な半導体レーザダイオード１０を実現できる。
【００８６】
また、Inを含む窒化物半導体で構成された活性層１５と格子定数の近いZnO単結晶基板を使うことで、Inの組成比の高い活性層を作れるので、青色より長波長の可視光（例えば緑色）の発光が可能な半導体レーザダイオード１０を実現できる。
【００８７】
従って、へき開で共振器端面を奇麗に形成することができ、青色より長波長の可視光の発光が可能な半導体レーザダイオード１０を実現できる。
【００８８】
○ZnO単結晶基板１２の基板面を、ピエゾ電界の影響を受けにくい面方位の結晶面である（１１＿２０）面（ａ面）としているので、ピエゾ電界による影響を低減して、発光効率の高い青色より長波長の可視光の発光が可能な半導体レーザダイオード１０を実現できる。
【００８９】
○In x Ga 1-x N  （０＜x＜１）からなるInGaN活性層１５と格子定数の近いZnO単結晶基板１２を使うことで、Inの組成比の高いInGaN活性層１５を作れるので、青色より長波長の可視光の発光が可能な半導体レーザダイオードを実現できる。
【００９０】
○導電性を有するZnO単結晶基板１２を使うことで、ZnO単結晶基板１２の裏面側に下部電極１１を形成することができるので、縦型の半導体レーザダイオードを構成できる。
【００９１】
○バッファ層１３として格子整合材料を堆積させることにより、ZnO単結晶基板１２の結晶情報（面方位、格子定数など）を格子整合系下部クラッド層１４や活性層１５に伝達し、均一なIn組成を有するInGaN活性層１５を作れる。
【００９２】
○格子整合系下部クラッド層１４として格子整合材料を堆積させることにより、ZnO単結晶基板１２の結晶情報を活性層１５に伝達し、均一なIn組成を有するInGaN活性層１５を作れる。
【００９３】
○In x Ga 1-xN  （０＜x＜１）からなるInGaN活性層１５のバンドギャップエネルギーは2.2eVとなり、緑色域の発光が可能な半導体レーザダイオードを実現できる。
【００９４】
○基板としてGaNよりもInGaNに格子定数が近いZnO単結晶基板１２を用いることと、InGaNを格子整合系下部クラッド層１４に用いることにより、活性層１５内で相分離が生じ難くなってIII-Ｖ族窒化物半導体のIn組成比を２０％以上の均一なIn組成を有するInGaN活性層１５を実現することができる。
【００９５】
次に具体的な実施例について説明する。
【００９６】
以下の説明において、光ガイド層は、半導体発光素子を分離閉じ込めヘテロ構造（Separate ConfInement heterostructure:SCH）とする場合に必要なものであり、これ以外の構造とする場合には設ける必要はない。  
【実施例１】
【００９７】
まず実施例１の半導体発光素子の構成について説明する。
【００９８】
第１実施例の半導体発光素子は、以下の構成となっている。
【００９９】
・ｐ型電極        ：オーム性接触
Ni/Au,Pd/Pt/Au
・ｐ型コンタクト層：p型高キャリア濃度（例えば、Mgドーピング）
Al1-y-zGayInzN（0≦y＜1、0≦z＜1、y＋z≦１）
・ｐ型クラッド層  ：活性層に格子整合
Al1-y-zGayInzN（0≦y＜1、0≦z＜1、y＋z≦１）
・光ガイド層      ：光閉じこめ
Al1-y-zGayInzN（0≦y＜1、0≦z＜1、y＋z≦１）
・活性層          ：井戸層のIn組成比は２０％以上
InGaN/InGaN QW(Quantum Well)
・光ガイド層      ：光閉じこめ
Al1-y-zGayInzN（0≦y＜1、0≦z＜1、y＋z≦１）
・n型クラッド層  ：活性層に格子整合
Al1-y-zGayInzN（0≦y＜1、0≦z＜1、y＋z≦１）
・バッファ層      ：基板に格子整合
Al1-y-zGayInzN（0≦y＜1、0≦z＜1、y＋z≦１）
・基板            ：無（非）極性面ZnO単結晶基板
（11_20）面；ａ面あるいは（1_100）面；ｍ面あるいはa面を傾斜させた面（11_22）面；あるいは（10_1_1面）を使用
・n型電極        ：オーム性接触
Ti/Al,Ti/Pt/Au
【実施例２】
【０１００】
次に実施例２の半導体発光素子の構成について説明する。
【０１０１】
第２実施例の半導体発光素子は、以下の構成となっている。
【０１０２】
・ｐ型電極        ：オーム性接触
Ni/Au,Pd/Pt/Au
・ｐ型コンタクト層：p型高キャリア濃度（例えば、Mgドーピング）
Al1-y-zGayInzN（0≦y＜1、0≦z＜1、y＋z≦１）
・ｐ型クラッド層  ：活性層に格子整合
Al1-y-zGayInzN（0≦y＜1、0≦z＜1、y＋z≦１）
・光ガイド層      ：光閉じこめ
Al1-y-zGayInzN（0≦y＜1、0≦z＜1、y＋z≦１）
・活性層          ：井戸層のIn組成比は２０％以上
InGaN/InGaN QW(Quantum Well)
・光ガイド層      ：光閉じこめ
Al1-y-zGayInzN（0≦y＜1、0≦z＜1、y＋z≦１）
・n型クラッド層  ：活性層に格子整合
Al1-y-zGayInzN（0≦y＜1、0≦z＜1、y＋z≦１）
・バッファ層      ：基板に格子整合
Al1-y-zGayInzN（0≦y＜1、0≦z＜1、y＋z≦１）超格子
・基板            ：無（非）極性面ZnO単結晶基板
（11_20）面；ａ面あるいは（1_100）面；ｍ面あるいはa面を傾斜させた面（11_22）面；あるいは（10_1_1面）を使用
・n型電極        ：オーム性接触
Ti/Al,Ti/Pt/Au
【実施例３】
【０１０３】
次に実施例３の半導体発光素子の構成について説明する。
【０１０４】
第３実施例の半導体発光素子は、以下の構成となっている。
【０１０５】
・ｐ型電極        ：オーム性接触
Ni/Au,Pd/Pt/Au
・ｐ型コンタクト層：p型高キャリア濃度（例えば、Mgドーピング）
Al1-y-zGayInzN（0≦y＜1、0≦z＜1、y＋z≦１）
・ｐ型クラッド層  ：活性層に格子整合
Al1-y-zGayInzN（0≦y＜1、0≦z＜1、y＋z≦１）
・光ガイド層      ：光閉じこめ
Al1-y-zGayInzN（0≦y＜1、0≦z＜1、y＋z≦１）
・活性層          ：井戸層のIn組成比は２０％以上
InGaN/InGaN QW(Quantum Well)
・光ガイド層      ：光閉じこめ
Al1-y-zGayInzN（0≦y＜1、0≦z＜1、y＋z≦１）
・n型クラッド層  ：活性層に格子整合
Al1-y-zGayInzN（0≦y＜1、0≦z＜1、y＋z≦１）
・バッファ層      ：基板に格子整合
Zn1-a-b-cBeaMgbCdcO（0≦a＜1、0≦b＜1、0≦c＜1、a＋b+c≦１）
・基板            ：無（非）極性面ZnO単結晶基板
（11_20）面；ａ面あるいは（1_100）面；ｍ面あるいはa面を傾
斜させた面（11_22）面；あるいは（10_1_1面）を使用
・n型電極        ：オーム性接触
Ti/Al,Ti/Pt/Au
【実施例４】
【０１０６】
次に実施例４の半導体発光素子の構成について説明する。
【０１０７】
第４実施例の半導体発光素子は、以下の構成となっている。
【０１０８】
・ｐ型電極        ：オーム性接触
Ni/Au,Pd/Pt/Au
・ｐ型コンタクト層：p型高キャリア濃度（例えば、Mgドーピング）
Al1-y-zGayInzN（0≦y＜1、0≦z＜1、y＋z≦１）
・ｐ型クラッド層  ：活性層に格子整合
Al1-y-zGayInzN（0≦y＜1、0≦z＜1、y＋z≦１）
・光ガイド層      ：光閉じこめ
Al1-y-zGayInzN（0≦y＜1、0≦z＜1、y＋z≦１）
・活性層          ：井戸層のIn組成比は２０％以上
InGaN/InGaN QW(Quantum Well)
・光ガイド層      ：光閉じこめ
Al1-y-zGayInzN（0≦y＜1、0≦z＜1、y＋z≦１）
・n型クラッド層  ：活性層に格子整合
Al1-y-zGayInzN（0≦y＜1、0≦z＜1、y＋z≦１）
・バッファ層      ：基板に格子整合
Zn1-a-b-cBeaMgbCdcO（0≦a＜1、0≦b＜1、0≦c＜1、a＋b+c≦１）超格子
・基板            ：無（非）極性面ZnO単結晶基板
（11_20）面；ａ面あるいは（1_100）面；ｍ面あるいはa面を傾
斜させた面（11_22）面；あるいは（10_1_1面）を使用
・n型電極        ：オーム性接触
Ti/Al,Ti/Pt/Au
【実施例５】
【０１０９】
次に実施例５の半導体発光素子の構成について説明する。
【０１１０】
第５実施例の半導体発光素子は、以下の構成となっている。
【０１１１】
・ｐ型電極        ：オーム性接触
Ni/Au,Pd/Pt/Au
・ｐ型コンタクト層：p型高キャリア濃度（例えば、Mgドーピング）
Al1-y-zGayInzN（0≦y＜1、0≦z＜1、y＋z≦１）
・ｐ型クラッド層  ：活性層に格子整合
Al1-y-zGayInzN（0≦y＜1、0≦z＜1、y＋z≦１）
・光ガイド層      ：光閉じこめ
Al1-y-zGayInzN（0≦y＜1、0≦z＜1、y＋z≦１）
・活性層          ：井戸層のIn組成比は２０％以上
InGaN/InGaN QW(Quantum Well)
・光ガイド層      ：光閉じこめ
Al1-y-zGayInzN（0≦y＜1、0≦z＜1、y＋z≦１）
・n型クラッド層  ：活性層に格子整合
Zn1-a-b-cBeaMgbCdcO（0≦a＜1、0≦b＜1、0≦c＜1、a＋b+c≦１）
・バッファ層      ：基板に格子整合
Zn1-a-b-cBeaMgbCdcO（0≦a＜1、0≦b＜1、0≦c＜1、a＋b+c≦１）
・基板            ：無（非）極性面ZnO単結晶基板
（11_20）面；ａ面あるいは（1_100）面；ｍ面あるいはa面を傾
斜させた面（11_22）面；あるいは（10_1_1面）を使用
・n型電極        ：オーム性接触
Ti/Al,Ti/Pt/Au
【実施例６】
【０１１２】
次に実施例６の半導体発光素子の構成について説明する。
【０１１３】
第６実施例の半導体発光素子は、以下の構成となっている。
【０１１４】
・ｐ型電極        ：オーム性接触
Ni/Au,Pd/Pt/Au
・ｐ型コンタクト層：p型高キャリア濃度（例えば、Mgドーピング）
Al1-y-zGayInzN（0≦y＜1、0≦z＜1、y＋z≦１）
・ｐ型クラッド層  ：活性層に格子整合
Al1-y-zGayInzN（0≦y＜1、0≦z＜1、y＋z≦１）
・光ガイド層      ：光閉じこめ
Al1-y-zGayInzN（0≦y＜1、0≦z＜1、y＋z≦１）
・活性層          ：井戸層のIn組成比は２０％以上
InGaN/InGaN QW(Quantum Well)
・光ガイド層      ：光閉じこめ
Al1-y-zGayInzN（0≦y＜1、0≦z＜1、y＋z≦１）
・n型クラッド層  ：活性層に格子整合
Zn1-a-b-cBeaMgbCdcO（0≦a＜1、0≦b＜1、0≦c＜1、a＋b+c≦１）
・バッファ層      ：基板に格子整合
Zn1-a-b-cBeaMgbCdcO（0≦a＜1、0≦b＜1、0≦c＜1、a＋b+c≦１）超格子
・基板            ：無（非）極性面ZnO単結晶基板
（11_20）面；ａ面あるいは（1_100）面；ｍ面あるいはa面を傾斜させた面（11_22）面；あるいは（10_1_1面）を使用
・n型電極        ：オーム性接触
Ti/Al,Ti/Pt/Au
【実施例７】
【０１１５】
次に実施例７の半導体発光素子の構成について説明する。
【０１１６】
第７実施例の半導体発光素子は、以下の構成となっている。
【０１１７】
・ｐ型電極        ：オーム性接触
Ni/Au,Pd/Pt/Au
・ｐ型コンタクト層：p型高キャリア濃度（例えば、Mgドーピング）
Al1-y-zGayInzN（0≦y＜1、0≦z＜1、y＋z≦１）
・ｐ型クラッド層  ：活性層に格子整合
Al1-y-zGayInzN（0≦y＜1、0≦z＜1、y＋z≦１）
・光ガイド層      ：光閉じこめ
Al1-y-zGayInzN（0≦y＜1、0≦z＜1、y＋z≦１）
・活性層          ：井戸層のIn組成比は２０％以上
InGaN/InGaN QW(Quantum Well)
・光ガイド層      ：光閉じこめ
Zn1-a-b-cBeaMgbCdcO（0≦a＜1、0≦b＜1、0≦c＜1、a＋b+c≦１）
・n型クラッド層  ：活性層に格子整合
Zn1-a-b-cBeaMgbCdcO（0≦a＜1、0≦b＜1、0≦c＜1、a＋b+c≦１）
・バッファ層      ：基板に格子整合
Zn1-a-b-cBeaMgbCdcO（0≦a＜1、0≦b＜1、0≦c＜1、a＋b+c≦１）
・基板            ：無（非）極性面ZnO単結晶基板
（11_20）面；ａ面あるいは（1_100）面；ｍ面あるいはa面を傾
斜させた面（11_22）面；あるいは（10_1_1面）を使用
・n型電極        ：オーム性接触
Ti/Al,Ti/Pt/Au
【実施例８】
【０１１８】
次に実施例８の半導体発光素子の構成について説明する。
【０１１９】
第８実施例の半導体発光素子は、以下の構成となっている。
【０１２０】
・ｐ型電極        ：オーム性接触
Ni/Au,Pd/Pt/Au
・ｐ型コンタクト層：p型高キャリア濃度（例えば、Mgドーピング）
Al1-y-zGayInzN（0≦y＜1、0≦z＜1、y＋z≦１）
・ｐ型クラッド層  ：活性層に格子整合
Al1-y-zGayInzN（0≦y＜1、0≦z＜1、y＋z≦１）
・光ガイド層      ：光閉じこめ
Al1-y-zGayInzN（0≦y＜1、0≦z＜1、y＋z≦１）
・活性層          ：井戸層のIn組成比は２０％以上
InGaN/InGaN QW(Quantum Well)
・光ガイド層      ：光閉じこめ
Zn1-a-b-cBeaMgbCdcO（0≦a＜1、0≦b＜1、0≦c＜1、a＋b+c≦１）
・n型クラッド層  ：活性層に格子整合
Zn1-a-b-cBeaMgbCdcO（0≦a＜1、0≦b＜1、0≦c＜1、a＋b+c≦１）
・バッファ層      ：基板に格子整合
Zn1-a-b-cBeaMgbCdcO（0≦a＜1、0≦b＜1、0≦c＜1、a＋b+c≦１）超格子
・基板            ：無（非）極性面ZnO単結晶基板
（11_20）面；ａ面あるいは（1_100）面；ｍ面あるいはa面を傾斜させた面（11_22）面；あるいは（10_1_1面）を使用
・n型電極        ：オーム性接触
Ti/Al,Ti/Pt/Au
実施例１〜８において、活性層がInGaN(井戸層)/AlInN(障壁層)の量子井戸構造からな
っている。
【０１２１】
以上の各実施例によれば、４８０ｎｍ以上の緑色域等の長波長の可視域の発振波長を得るに際し、貫通転位を低減し、高In組成であっても、相分離を抑制するとともに、ピエゾ電界の影響を抑制することができ、発光効率を向上させることができる。（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る半導体レーザダイオード３０を、図４乃至図７に基づいて説明する。
【０１２２】
図４は半導体レーザダイオード３０の概略構成を示す断面図であり、図５（ａ）〜（ｅ）および図６（ａ）〜（ｄ）は半導体レーザダイオード３０の製造工程を示す説明図である。また、図７は半導体レーザダイオード３０のエネルギーバンド図である。
【０１２３】
第２実施形態に係る半導体レーザダイオード３０の特徴は、以下の構成にある。
・  ZnO単結晶基板３１を用いている。
・  ZnO単結晶基板３１のｃ面である（０００１）面を基板面とし、この基板面上に非極性面である（１１＿２２）面の傾斜面を持つように窒化物半導体で台形状に形成された凸部を備える。
・  Inを含む窒化物半導体で構成された活性層３５を有し、凸部の（１１＿２２）面上にレーザ素子構造に積層して形成された半導体層を備えている。
・  共振器端面がｍ面である（１＿１００）面（図３および図５（ｅ）参照）になっている。
【０１２４】
半導体レーザダイオード３０は、図４に示すように、下部電極層３９と、ZnO単結晶基板３１と、バッファ層３２と、下部クラッド層３３と、光ガイド層３４と、活性層３５と、光ガイド層３６と、上部クラッド層３７と、コンタクト層３８と、絶縁層４０と、上部電極層４２ａ，４２ｂとを備えている。図４で符号「４１」は電流狭窄領域である。
（１１＿２２）面の傾斜面を持つように窒化物半導体で台形状に形成された凸部（以下、台形状凸部という。）５０は、バッファ層３２に形成されている（図５（ｄ）参照）。この台形状凸部５０には、（１１＿２２）面の傾斜面が左右上部に形成されている。  半導体レーザダイオード３０の半導体層は、図４に示すように、台形状凸部５０の左右の傾斜面上に形成され、バッファ層３２に格子整合された下部クラッド層３３と、下部クラッド層３３上に形成された光ガイド層３４と、光ガイド層３４上に形成され、In x Ga 1-x N  （０＜x＜１）からなる量子井戸構造の活性層（ＭＱＷ活性層）３５とを備える。さらに、半導体層は、活性層３５上に形成された光ガイド層３６と、光ガイド層３６上に形成された上部クラッド層３７と、上部クラッド層３７上に形成されたコンタクト層３８と、コンタクト層３８上に形成された絶縁膜４０とを備える。
【０１２５】
上記構成を有する半導体レーザダイオード３０は、以下の工程により製造される。
（工程１）まず、図５（ａ）に示すように、（０００１）面であるｃ面を主面（基板面）３１ｆとするウルツ鉱型結晶のZnO単結晶基板３１を用意する。
（工程２）次に、その主面３１ｆの上にフォトレジストＲを塗布した後に、フォトレジストＲを露光、現像して幅が数μｍ〜数十μｍのストライプ形状のパターンを形成する。
【０１２６】
ここで、主面１ｆは、ｃ面から微傾斜、例えば±５°以内程度に傾斜させたオフ面であってもよい。また、ストライプ形状のパターニングは、＜１＿１００＞軸（ｍ軸）と等価な方向に平行である。これにより、半導体レーザダイオード素子３０を作製した際にｍ面を共振器端面に形成できる。
【０１２７】
（工程３）次に、図５（ｂ）に示すように、フォトレジストＲをマスクにしてZnO単結晶基板３１の主面３１ｆを反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、誘導結合型（ＩＣＰ）エッチング等のドライエッチング法によりエッチングして、フォトレジストＲの下にZnOの例えば断面が四角形の凸部３１ａを形成する。エッチングガスとして、例えばアルゴン（Ａｒ）、メタン（ＣＨ4）の混合ガスを使用する。この場合、ZnO単結晶基板３１のうちエッチングされて露出した面はｃ面となる。
（工程４）次に、図５（ｃ）に示すようにフォトレジストＲを溶剤により除去し、その後、ZnO単結晶基板３１表面の平坦化処理を行う。
【０１２８】
具体的には、例えば、酸化ジルコニア等の無機材質平板でZnO単結晶基板３１を挟んで大気中で熱処理を行う。例えば、１１００℃で２時間程度行う。或いは、図５（ｃ）に示すようにフォトレジストＲを溶剤により除去した後、成長チャンバー内に導入して、真空中において１１００℃で６０分程度サーマルクリーニングを実施しても良い。
（工程５）次に、図５（ｄ）に示すように、ZnO単結晶基板３１から露出している四角形の凸部３ａの表面とその周囲のｃ面上にRFMBE(Radio Frequency Molecular Beam Epitaxy)法によりn型InGaNよりなるバッファ層３２を形成する。
【０１２９】
RFMBE法は、RF（高周波）ラジカルセルを有する装置を用いて行われる。RFMBE法によって、セル内部に窒素ガスを導入して、成長に関与する窒素ラジカル種を生成して基板へ供給することができる。その際、ZnO単結晶基板３１とInGaNバッファ層３２との界面反応を抑制するために、III族原料と窒素ラジカルの供給を同時に行い、低温で成長するのが好ましい。
【０１３０】
InGaNよりなるバッファ層３２の成長温度Ｔgは、750℃未満、例えば400〜600℃に設定され、プラズマ電力Ｐは300〜500Wに設定される。III族原料としては、高純度のIn及びGa金属原料をクヌーセンセルで蒸発させて基板に供給する。Ｖ族原料として、N2ガスを1.0〜5.0sccmの流量でRFラジカルセルに導入して窒素ラジカルを生成してZnO単結晶基板３１に供給する。また、n型ドーパントとしてSiを用いる。
【０１３１】
こうしてZnO単結晶基板３１上に成長させて形成されたバッファ層２には、（１１＿２２）面の傾斜面を持つように窒化物半導体で台形状に形成された台形状凸部５０が形成される。この台形状凸部５０にあっては、四角形の凸部３１ａの上方にある上面はｃ面であり、凸部３１ａの上部の両角から成長する傾斜面は非極性面である（１１＿２２）面であり、凸部１ａの両側方の面は（１１＿２０）面であるａ面になる。さらに、凸部３１ａの前方および後方の共振器端面は（１＿１００）面であるｍ面となる。
（工程６）次に、図５（ｅ）に示すように、RFMBE法によりn型の窒化物半導体よりなる下部クラッド層３３、例えばn型AlGaInNの下部クラッド層３３をバッファ層３２上に成長させて形成する。
【０１３２】
AlGaInNの成長温度Ｔgは、750℃未満、例えば400〜600℃に設定され、プラズマ電力Ｐは300〜500Wに設定される。III族原料としては、高純度のIn、Ga及びAl金属原料をクヌーセンセルで蒸発させて基板に供給する。Ｖ族原料として、N2ガスを1.0〜5.0sccmの流量でRFラジカルセルに導入して窒素ラジカルを生成してバッファ層３２上に供給する。また、n型ドーパントとしてSiを用いる。
（工程７）次に、図６（ａ）に示すように、下部クラッド層３３上に、RFMBE法により、窒化物半導体として例えばAlGaInNよりなる第１の光ガイド層３４と、InxGa1-xN井戸層／InyGa1-yN障壁層（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、ｙ＜ｘ、ｘ＞０．２）よりなる多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層３５と、窒化物半導体として例えばAlGaInNよりなる第２の光ガイド層３６とを順に成長させて形成する。
【０１３３】
第１及び第２の光ガイド層３４，３６を構成するAlGaInNの成長温度Ｔgは、750℃未満、例えば400〜600℃に設定され、プラズマ電力Ｐは300〜500Wに設定される。III族原料としては、高純度のIn、Ga及びAl金属原料をクヌーセンセルで蒸発させて供給する。Ｖ族原料として、N2ガスを1.0〜5.0sccmの流量でRFラジカルセルに導入して窒素ラジカルを生成して供給する。
【０１３４】
また、活性層５を構成するInxGa1-xN井戸層／InyGa1-yN障壁層の成長温度Ｔgは、750℃未満、例えば400〜600℃に設定され、プラズマ電力Ｐは300〜500Wに設定される。III族原料としては、高純度のIn及びGa金属原料をクヌーセンセルで蒸発させて供給する。Ｖ族原料として、N2ガスを1.0〜5.0sccmの流量でRFラジカルセルに導入して窒素ラジカルを生成して供給する。なお、井戸層、障壁層ではIn、Gaの供給量は異なる。
（工程８）次に、図６（ｂ）に示すように、RFMBE法により、ｐ型の窒化物化合物系半導体として例えばｐ型AlGaInNよりなる上部クラッド層３７を第２の光ガイド層３６の上に形成し、さらに、ｐ型の窒化物化合物系半導体として例えばｐ型InGaNよりなるコンタクト層３８を形成する。
【０１３５】
上部クラッド層３７を構成するAlGaInNの成長温度Ｔgは、750℃未満、例えば400〜600℃に設定され、プラズマ電力Ｐは300〜500Wに設定される。III族原料としては、高純度のIn、Ga及びAl金属原料をクヌーセンセルで蒸発させて供給する。Ｖ族原料として、N2ガスを1.0〜5.0sccmの流量でRFラジカルセルに導入して窒素ラジカルを生成して供給する。
【０１３６】
また、コンタクト層３８を構成するInGaNの成長温度Ｔgは、750℃未満、例えば400〜600℃に設定され、プラズマ電力Ｐは300〜500Wに設定される。III族原料としては、高純度のIn及びGa金属原料をクヌーセンセルで蒸発させて基板に供給する。Ｖ族原料として、N2ガスを1.0〜5.0sccmの流量でRFラジカルセルに導入して窒素ラジカルを生成してZnO基板１に供給する。また、上部クラッド層３７、コンタクト層３８に含有されるｐ型ドーパントとしてMg、Ｂｅや、MgとSiのコドープなどを用いる。
（工程９）次に、図６（ｃ）に示すように、ZnO単結晶基板３１の下面（裏面）にオーミック接触する下側電極３９を形成する。下部電極を形成する前に、ZnO単結晶基板１２をCMP(機械化学研磨)処理により薄くしておくのが好ましい。
【０１３７】
下側電極３９は、例えば、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム共蒸着（ＥＢ）法、スパッタ法等により形成されるＴｉ／Al、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ等の複数層構造の金属膜から構成され、成膜後にシンタリング（焼結）される。ZnO単結晶基板３１はn型導電性を有しており、これによりその裏面にn型電極である下側電極３９を形成することができる。
（工程１０）次に、図６（ｄ）に示すように、酸化シリコン等の絶縁膜４０をプラズマＣＶＤ法等によりコンタクト層３８の上に堆積させた後、（１１＿２２）面上にある絶縁膜４０のうち、後の工程でコンタクト層３８に接続される電極の形成領域部分をフォトリソグラフィー工程により除去する。即ち、図示しないフォトレジストのパターンを用いて、コンタクト層３８の両側の斜面、即ち（１１＿２２）面上にある絶縁膜４０に開口部４０ａ、４０ｂを形成する。絶縁膜４０に覆われた部分は、電流が流れないので電流狭窄領域４１となる。
【０１３８】
（工程１１）次に、図６（ｄ）に示すように、開口部４０ａ、４０ｂを通してコンタクト層３８にオーミック接触される上部電極４２ａ、４２ｂを形成する。
上部電極４２ａ，４２ｂは、抵抗加熱蒸着法、ＥＢ法、スパッタ法等により形成されるＮｉ／Ａｕ、又はＰｄ／Ｐｔ／Ａｕのような複数層構造の金属膜から構成される。また、上部電極４２ａ，４２ｂは、形成後にシンタリングされる。コンタクト層３８はｐ型導電性を有しており、これによりｐ型電極である上部電極４２ａ，４２ｂを形成することができる。
【０１３９】
（工程１２）次に、半導体レーザダイオード３０の共振器端面を形成する。
この半導体レーザダイオード３０では、共振器端面がｍ面である（１＿１００）面になっている。このため、ZnO単結晶基板３１をｍ面である（１＿１００）面で割ると、ZnO単結晶基板３１だけでなく、この基板面上に形成されたバッファ層３２、下部クラッド層３３、光ガイド層３４、活性層３５、光ガイド層３６、上部クラッド層３７、コンタクト層３８、および絶縁膜４０の各層もｍ面で割れ、半導体レーザダイオード３０の共振器端面がへき開で奇麗に形成される。
【０１４０】
（工程１３）次に、上記第１実施形態の場合と同様に、形成された共振器端面である光出射側端面２１および光反射側端面２２に低反射膜２３および高反射膜２４をそれぞれ形成する（図２参照）。
これにより、青色より長波長の可視光を出力する半導体レーザダイオード３０の製造が完了する。
【０１４１】
この半導体レーザダイオード３０では、上部４２ａ，４２ｂから下部極３９に向けて駆動電流を流すと、電流はコンタクト層３８の（１１＿２２）面から斜め下方に流れ、上部クラッド層３７、光ガイド層３６、ＭＱＷ活性層３５、光ガイド層３４、下部クラッド層３３、バッファ層３２、凸部３１ａ、ZnO単結晶基板３１内を通って下側電極９に流れ、光反射側端面２２から例えば緑色の光が出射される。
【０１４２】
（第３実施形態）  次に、本発明の第３実施形態に係る半導体レーザダイオードを、図１０および図１１に基づいて説明する。
【０１４３】
図１０（ａ）〜（ｅ）および図１１（ａ）〜（ｄ）は半導体レーザダイオードの製造工程を示す説明図である。
【０１４４】
第３実施形態に係る半導体レーザダイオードの特徴は、図４に示した第２実施携帯に係る半導体レーザダイオードと基本的に同じであり、以下の工程により製造される。
【０１４５】
（工程１）まず、図１０（ａ）に示すように、（０００１）面であるｃ面を主面（基板面）３１ｆとするウルツ鉱型結晶のZnO単結晶基板３１を用意する。そのZnO単結晶基板３１に対して表面平坦化処理処理を行う。例えば、酸化ジルコニア等の無機材質平板でZnO単結晶基板３１を挟んで大気中で熱処理を行う。例えば、１１００℃２時間程度行う。あるいは、成長チャンバー内に導入して、真空中において１１００℃６０分程度サーマルクリーニングを実施しても良い。続いて、窒化処理（又は酸素アニール）あるいはIII族処理を順に行う。なお、主面３１ｆは、ｃ面の微傾斜面であってもよい。
【０１４６】
（工程２）次に、図１０（ｂ）に示すように、ZnO基板３１の主面３１ｆ上に、AlGaInN等よりなる格子整合系バッファ層３２をRFMBE法により形成する。バッファ層３２の厚さは、その後の選択成長の際にZnO単結晶基板３１の劣化が防止される値とする。バッファ層３２をIII-Ｖ属窒化物半導体としてAlGaInNを形成する場合には、成長温度Tgを400〜600℃、プラズマ電力Ｐを300〜500Ｗに設定する。また、窒素ガスを1.0〜5.0sccmで導入する。III属原料としては、高純度のAl、Ga、In金属元素をクヌーセンセルで蒸発させて基板に供給する。この場合、ドーパントとしてSiを導入する。
【０１４７】
（工程３）次に、図１０（ｃ）に示すように、バッファ層３２上に、ｍ軸方向に長いストライプ状の開口部５３ａを有する選択成長用マスク５３を形成する。選択成長用マスク５３は、バッファ層３２上に例えばSiO2、Si3N4、Al2O3や、又は、Ti、W等若しくはその窒化物からなる膜をプラズマCVD法などにより形成した後に、フォトレジスト（不図示）を用いてその膜をパターニングすることにより開口部５３ａを形成する。なお、プラズマCVD法によって選択成長用マスク５３を形成しても、既にバッファ層３２により覆われたZnO単結晶基板３１の表面からの昇華は防止される。
【０１４８】
（工程４）続いて、図１０（ｄ）に示すように、選択成長用マスク５３の開口部５３ａから露出したバッファ層３２上に有機金属気相成長（MOCVD）法又はガスソース分子線エピタキシー（GSMBE）法によりInGaN層５４を選択成長する。選択成長されたInGaN層５４は、断面が略台形状の凸部となり、その上面はｃ面となり、両側の斜面は（１１＿２２）面となり、前後の面は劈開によりｍ面となる。
【０１４９】
GSMBE法によりInGaN層５４を選択成長する場合には、成長温度Ｔｇを400〜750℃、アンモニア（NH3）ガスを50sccmで導入する。III属原料としては、高純度のInおよびGa金属元素をクヌーセンセルで蒸発させて基板に供給する。この場合、ドーパントとしてSiを用いる。
【０１５０】
MOCVD法による場合には、成長温度を900〜1150℃に設定し、窒素ソースガスとしてアンモニア、Gaソースガスとしてトリメチルガリウム(TMG)を用いる。また、ドーパントとして導入するSiとしてソースガスとしてシランを用いる。  
【０１５１】
（工程５）次に、図１０（ｅ）に示すように、InGaN層５４の表面に下部クラッド層３３としてn型AlGaInNをGSMBE法又はMOCVD法により選択成長する。
【０１５２】
下部クラッド層３３となるn型AlGaInNをGSMBE法により形成する場合には、その成長温度Ｔgを例えば400〜750℃に設定し、プラズマ電力Ｐを400〜500Ｗに設定する。III属原料としては、高純度のIn、Ga及びAl金属原料をクヌーセンセルで蒸発させて供給する。Ｖ属原料として、アンモニアガスを50sccmの流量で成長雰囲気中に導入する。n型ドーパントとしてSiを用いる。
【０１５３】
また、n型AlGaInNをMOCVD法により形成する場合には、  成長温度を900〜1150℃に設定し、窒素ソースガスとしてアンモニア、Alソースガスとしてトリメチルアルミニウム(TMA)、インジウムソースガスとしてトリメチルインジウム(TMI)、ガリウムソースガスとしてTMGを導入する。n型ドーパントとしてSiを用い、そのソースガスとしてシランを使用する。
【０１５４】
（工程６）次に、図１１（ａ）に示すように、アンドープAlGaInNよりなる第１の光ガイド層３４と、アンドープInxGa1-xN井戸層/InyGa1-yN障壁層（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、ｙ＜ｘ、ｘ＞０．２）よりなるＭＱＷ活性層３５と、アンドープAlGaInNよりなる第２の光ガイド層３６とを順に成長する。
【０１５５】
第１、第２の光ガイド層３４，３６となるアンドープAlGaInNをGSMBE法により形成する場合には、その成長温度Ｔgを例えば400〜750℃に設定し、III属原料としては、高純度のIn、Ga及びAl金属原料をクヌーセンセルで蒸発させて供給する。Ｖ属原料として、アンモニアガスを50sccmの流量で成長雰囲気中に導入する。
【０１５６】
また、アンドープInxGa1-xN井戸層/InyGa1-yN障壁層をGSMBE法により形成する場合には、その成長温度Ｔgを例えば400〜750℃に設定し、III属原料としては、高純度のＩｎ及びＧａ金属原料をクヌーセンセルで蒸発させて供給する。Ｖ属原料として、アンモニアガスを50sccmの流量で成長雰囲気中に導入する。なお、井戸層、障壁層ではIn、Gaの供給量は異なる。
【０１５７】
MOCVD法によりアンドープAlGaInNを形成する場合には、成長温度を900〜1150℃に設定し、窒素ソースガスとしてアンモニア、AlソースガスとしてTMA、インジウムソースガスとしてTMI、ガリウムソースガスとしてTMGを導入する。MOCVD法によりアンドープInxGa1-xN井戸層/InyGa1-yN障壁層を形成する場合には、成長温度を900〜1150℃に設定し、窒素ガスソースとしてアンモニア、GaガスソースとしてTMG、インジウムガスソースとしてTMIを導入する。なお、井戸層、障壁層ではTMI、TMGの供給量は異なる。
【０１５８】
（工程７）次に、図１１（ｂ）に示すように、p型AlGaInNの上部クラッド層３７を第２の光ガイド層３６の上に形成し、さらに、p型InGaNよりなるコンタクト層３８を形成する。
【０１５９】
上部クラッド層３７となるAlGaInNをGSMBE法により形成する場合には、成長温度Ｔgを例えば400〜750℃に設定し、III属原料としては、高純度のIn、Ga及びAl金属原料をクヌーセンセルで蒸発させて供給する。Ｖ属原料として、アンモニアガスを50sccmの流量で成長雰囲気に導入する。
【０１６０】
また、コンタクト層３８となるInGaNをGSMBE法により形成する場合には、成長温度Ｔgは例えば400〜750℃に設定され、III属原料としては、高純度のIn及びGa金属原料をクヌーセンセルで蒸発させて基板に供給する。Ｖ属原料として、アンモニアガスを50sccmの流量で成長雰囲気内に導入する。
【０１６１】
なお、上部クラッド層３７、コンタクト層３８のp型ドーパントとしてMg、Beや、MgとSiのコドープなどを用いる。
MOCVD法により上部クラッド層３７となるAlGaInNを形成する場合には、成長温度を900〜1150℃に設定し、窒素ソースガスとしてアンモニア、AlソースガスとしてTMA、インジウムソースガスとしてTMI、ガリウムソースガスとしてTMGを導入する。また、MOCVD法によりコンタクト層３８となるInGaNを形成する場合には、成長温度を900〜1150℃に設定し、窒素ガスソースとしてアンモニア、GaガスソースとしてTMG、インジウムガスソースとしてTMIを導入する。なお、コンタクト層３８、上部クラッド層３７に含有されるp型ドーパントのガスソースとして、シクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2Mg)を用いる。
【０１６２】
以上の下部クラッド層３３からコンタクト層３８までの各層において、InGaN層５４の上方ではｃ面となり、その両側では（１１＿２２）面、即ち非極性面となる。
（工程８）次に、図１１（ｃ）に示すように、ZnO単結晶基板３１の下面にオーミック接触する下側電極３９が形成される。下側電極３９は、抵抗加熱蒸着法、ＥＢ法、スパッタ法等により形成されるTi/Al、Ti/Pt/Au等の複数層の金属膜から構成され、その形成後にシンタリングされる。
【０１６３】
（工程９）次に、保護膜(絶縁膜)５２をプラズマCVD法等によりコンタクト層３８上に堆積させた後、（１１＿２２）面のうち、後の工程でコンタクト層３８に接続される電極の形成領域部分のみをフォトリソグラフィー工程により保護膜５２を除去する。図示しないフォトレジストのパターンを用いて、コンタクト層３８の両側の斜面、即ち（１１＿２２）面の上にある保護膜５２に開口部５２ａ、５２ｂを形成する。保護膜５２のある部分は、電流が流れないので電流狭窄領域４１を形成する。
【０１６４】
（工程１０）次に、図１１（ｄ）に示すように、図示しないフォトレジストのパターンを用いて、InGaN層５４の上部の両側で斜め上方向に成長する面、即ち（１１＿２２）面の上にある保護膜５２に開口部５２ａ、５２ｂを形成する。さらに、リフトオフ法により開口部５２ａ、５２ｂを通してコンタクト層３８にオーミック接触される上側電極６４ａ、６４ｂを形成する。上側電極６４ａ、６４ｂは、スパッタ法、抵抗加熱蒸着法、ＥＢ法等によりNi/Au、又はPd/Pt/Auのような複数層構造の金属膜から構成され、リフトオフ法によりパターニングされる。なお。その金属膜は、形成後にシンタリングされる。コンタクト層はp型導電性を有しており、これによりp型電極を形成することができる。
【０１６５】
（工程１１）ZnO単結晶基板３１上のInGaN層５４の前後の端面には劈開によりｍ面が現れる。そして、InGaN層５４の前と後をｍ面で劈開した後に現れる活性層３５、光ガイド層３４，３６、クラッド層３３，３７のｍ面（端面）のうちの一方には、GaNより低い屈折率を有する１層以上の低反射膜であって、膜厚がλ／（４ｎ）（λ：発光波長、ｎ：屈折率）であり、非反射膜を形成する。また、他方の端のｍ面上には、低屈折率と高屈折率を交互に積層してなる高反射膜を形成する。膜厚がλ／（４ｎ）（λ：発光波長、ｎ：屈折率）である。
【０１６６】
以上のように構成された第２及び第３実施形態によれば、上記第１実施形態の奏する作用効果に加えて、以下の作用効果を奏する。
【０１６７】
○ZnO単結晶基板３１の（０００１）面を基板面とし、この基板面上に非極性面である（１１＿２２）面の傾斜面を持つ台形状の凸部５０を窒化物半導体で形成して、（１１＿２２）面を形成している。そして、その（１１＿２２）に、Inを含む窒化物半導体で構成された活性層３５を有し、レーザ素子構造に積層した半導体層を形成している。このため、ZnO単結晶基板３１の六方晶の上に、凸部５０の窒化物半導体および半導体層の六方晶が回転することなく、綺麗に重なる。つまり、凸部の窒化物半導体の結晶およびその（１１＿２２）面上に形成される半導体層の結晶が、ZnO単結晶基板３１の結晶と揃って形成される。そして、共振器端面が（１＿１００）面になっているので、端面をへき開したときに、ZnO単結晶基板３１だけでなく、その上に成長させて形成した半導体層の端面も（１＿１００）面で綺麗に割れる。これにより、へき開で共振器端面を奇麗に形成することができ、共振器端面の形成が容易な半導体レーザダイオード３０を実現できる。
【０１６８】
○台形状の凸部５０の非極性面である（１１＿２２）面上にInを含む窒化物半導体で構成された活性層３５を有する半導体層を形成しているので、半導体層を簡単な方法で成長させることができ、製造コストを低減できると共に、発光効率の高い青色より長波長の可視光（  例えば緑色）の発光が可能な半導体レーザダイオードを実現できる。
【０１６９】
○ZnO単結晶基板３１は、水熱合成法により３インチサイズの大口径バルク単結晶が実現されているので、この点でも、ZnO単結晶基板３１を用いた半導体レーザダイオード３０の低価格化を図れる。つまり、ZnO単結晶基板３１の（０００１）面を基板面としても、その基板面上に形成した（１１＿２２）を下地とした半導体の成長が可能になるので、安価な基板の使用による発光波長４８０ｎｍ以上、例えば緑色波長域で発光する光デバイスの普及が可能になる。  ○台形状の凸部５０の（１１＿２２）面を下地とした半導体の成長が可能になるので、安価なZnO単結晶基板３１の使用による発光波長４８０ｎｍ以上、例えば緑色波長域で発光する光デバイスの普及が可能になる。
【０１７０】
○（１１＿２２）面を下地として形成された半導体レーザダイオード３０は、外部量子効率を高めることができるとともに、電流密度が高くなるにつれて発光波長が短くなるブルーシフト現象を抑制することができる。
○（１１＿２２）面を下地として形成された半導体レーザダイオード３０の活性層３５のバンド構造が例えば図７に示すようになり、ピエゾ電界が小さくなるので、発光再結合確率を高くして内部量子効率を高めることが可能になる。
【０１７１】
上記各実施形態で説明した半導体レーザダイオード１０、３０は、エンターテインメント（レーザディスプレイ、ゲーム）、ストレージ（ホログラフィー）、バイオライフサイエンス（緑色蛍光試薬）、自動車の車載ネットワークであるMOST（Media Oriented Systems Transport）、光検査、各種表示装置等、情報家電分野に利用可能である。
【０１７２】
なお、この発明は以下のように変更して具体化することもできる。
・上記第１実施形態では、ZnO単結晶基板１２の基板面を、ａ面である（１１＿２０）面（図３参照）としているので、半導体レーザダイオード１０の共振器端面が（１＿１００）面（ｍ面）になっているが、本発明はこの構成に限定されない。ピエゾ電界の影響を受けにくい面方位の結晶面として、（１１＿２０）面と等価な面を選択し、その等価な面を基板面（成長面）としてもよい。（１１＿２０）面と等価な面（無極性面）としては、５つの結晶面がある。これら５つの結晶面のうちの一つを基板面として選択すると、その選択された結晶面に応じて共振器端面が決まる。この場合の共振器端面は、ｍ面と等価な５つの結晶面のいずれかの面になる。
【０１７３】
このように、本発明は、ZnO単結晶基板１２の基板面を（１１＿２０）面と等価な面とし、その共振器端面がｍ面と等価な面になっている半導体レーザダイオードにも本発明は適用可能である。ｍ面と等価な面は、（１０＿１０）面又は（０１＿１０）面又は（＿１１００）面又は（＿１０１０）面又は（０＿１１０）面のいずれかの面である（図３参照）。  ・また、上記第１実施形態において、ピエゾ電界の影響を受けにくい面方位の結晶面として、ａ面である（１１＿２０）面を傾斜させた（１１＿２０）面（図８に示す非極性面）を選択し、この（１１＿２０）面をZnO単結晶基板１２の基板面としてもよい。この場合、共振器端面が（１＿１００）面（ｍ面）になる。
【０１７４】
・また、上記第１実施形態において、ピエゾ電界の影響を受けにくい面方位の結晶面として、（１１＿２０）面を傾斜させた（１１＿２２）面と等価な面（非極性面）を選択し、この等価な面をZnO単結晶基板１２の基板面としてもよい。この場合の共振器端面は、ｍ面と等価な５つの結晶面のいずれかの面になる。
【０１７５】
・上記第２実施形態では、Inを含む窒化物半導体で構成された活性層３５を有し、凸部の（１１＿２２）面上にレーザ素子構造に積層して形成された半導体層を備え、共振器端面がｍ面である（１＿１００）面になっている。本発明はこの構成に限定されない。つまり、（１１＿２２）面と等価な面（５つの面のいずれかの面）を持つように台形状凸部５０を形成し、その等価な面（傾斜面）上にレーザ素子構造に積層して形成された半導体層を備えた半導体レーザダイオードにも本発明は適用可能である。この場合の共振器端面は、ｍ面と等価な５つの結晶面のいずれかの面になる。
【０１７６】
・上記第１実施形態では、半導体層に含まれる活性層１５を、InxGa1-xN  （０＜x＜１）からなるInGaN系活性層としているが、Inを含む窒化物半導体で構成された活性層を有する半導体レーザダイオードにも本発明は広く適用可能である。
【０１７７】
・上記第１実施形態では、n型のZnO単結晶基板１２を用いているが、n型のZnO単結晶基板１２に比べて作製は難しいがｐ型のZnO単結晶基板１２を用いた半導体レーザダイオードにも本発明は適用可能である。
【０１７８】
・上記第１実施形態では、バッファ層１３を上記酸化物系化合物半導体層（酸化物）で構成し、下部クラッド層１４と、上部クラッド層１６と、コンタクト層１７と、パッシベーション膜１８とを上記窒化物半導体層（窒化物）で構成しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、バッファ層１３を窒化物半導体層（窒化物）で構成し、下部クラッド層１４を酸化物系化合物半導体層（酸化物）で構成した半導体レーザダイオードにも本発明は適用可能である。
【０１７９】
・上記第１実施形態において、上記半導体層のうち活性層１５を除く各層（下部クラッド層１４、上部クラッド層１６、コンタクト層１７、およびパッシベーション膜１８）を、Al,Ga,Inの少なくとも一つを含む窒化物半導体層又はZn,Mg,Be,Cdの少なくとも一つを含む酸化物系化合物半導体層のいずれかの層とした構成の半導体レーザダイオードにも本発明は適用可能である。
【０１８０】
・上記第２実施形態では、ZnO単結晶基板１２の主面（基板面）３１ｆをｃ面である（０００１）面としているが、そのｃ面を傾斜させた面を主面１ｆとした半導体レーザダイオードにも本発明は適用可能である。このような構成の半導体レーザダイオードによっても、（１１＿２２）面を下地とした半導体の成長が可能になるので、安価なZnO単結晶基板３１の使用による発光波長４８０ｎｍ以上、例えば緑色を発光する半導体レーザダイオードの普及が可能になる。  ・上記第２実施形態では、２つの上部電極４２ａ，４２ｂが形成されているが、絶縁膜４０全体を一つの上部電極が形成された半導体レーザダイオードにも本発明は適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１８１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る半導体レーザダイオードの概略構成を示す斜視図。
【図２】同半導体レーザダイオードの共振器端面を示す説明図である。
【図３】ZnO単結晶の面方位を表すユニットセル図。
【図４】本発明の第２実施形態に係る半導体レーザダイオードの概略構成を示す断面図。
【図５】（ａ）〜（ｅ）は同半導体レーザダイオードの製造工程を示す説明図。
【図６】（ａ）〜（ｄ）は図５（ａ）に続く製造工程を示す説明図。
【図７】同半導体レーザダイオードのエネルギーバンド図。
【図８】ZnO単結晶の面方位を表すユニットセル図。
【図９】ZnO単結晶の面方位を表すユニットセル図。
【図１０】（ａ）〜（ｅ）は半導体レーザダイオードの製造工程を示す説明図。
【図１１】（ａ）〜（ｄ）は図１０の（ｅ）に続く半導体レーザダイオードの製造工程を示す説明図。
【符号の説明】
【０１８２】
１０，３０…半導体レーザダイオード、１１，３９…下部電極層、１２，３１…ZnO単結晶基板、１３，３２…バッファ層、１４，３３…下部クラッド層、１５，３５…活性層、１６，３７…上部クラッド層、１７，３８…コンタクト層、１８…パッシベーション膜、１９，４２ａ，４２ｂ，６４ａ，６４ｂ…上部電極層、３４、３６…光ガイド層、４０…絶縁膜、５０…台形状凸部、５２…保護膜。
【図１】
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【図２】
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【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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