(57)【要約】【課題】レーザ発振寿命の長い窒化物半導体レーザ素子を提供する。【解決手段】窒化物半導体基板は、断面をＶ字状にした溝の側面である斜面をファセット面とし、そのファセット面の斜面を維持させながら成長させることにより、溝に転位を集中させた上にストライプ状に生じた転位集中領域と、転位集中領域を除いた領域である低転位集中領域と、を含み、さらに、その窒化物半導体基板の表面が、（０００１）面から０．２°〜１°の範囲のオフ角度を有している。【選択図】図１
2008227543.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の（Ａ１）に記載の窒化物半導体基板と、
上記窒化物半導体基板上に積層された窒化物半導体層と、
を備える窒化物半導体レーザ素子であって、
上記窒化物半導体層には、レーザ光導波領域が含まれており、
レーザ光導波領域とこれに最近接の転位集中領域との水平方向の距離ｄが４０μｍ以上
で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あって、
基体に直線状のマスクを形成し、そのマスクのない部位での結晶成長により、
マスクのない部位とある部位との境界に成長方向に対する斜面であるファセット面を
生じさせた後、水平方向に成長させてファセット面をマスク上で接触させつつ垂直方
向に成長させることで、断面をＶ字状にした溝の側面である斜面を維持させながら成
長させ、上記溝に転位を集中させてストライプ状、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った転位集中領域と、
上記転位集中領域を除いた領域である低転位集中領域と、
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
ことにより生じる周囲よりも明るく発光するストライプ状の高ルミネッセンス領域と    、
が上記窒化物半導体基板に含まれており、
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）に記載の窒化物半導体基板と、
上記窒化物半導体基板上に積層された窒化物半導体層と、
を備える窒化物半導体レーザ素子であって、
上記窒化物半導体層には、レーザ光導波領域が含まれており、
レーザ光導波領域とこれに最近接の転位集中領域との水平方向の距離ｄが４０μｍ以上
で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あって、
基体にドット状のマスクを形成し、そのマスクのない部位での結晶成長により、
マスクのない部位とある部位との境界に成長方向に対する斜面であるファセット面を
生じさせた後、水平方向に成長させてファセット面をマスク上で接触させつつ垂直方
向に成長させることで、上下を逆にした角錐の側面を維持させながら成長させ、上記
角錐の頂点に転位を集中させてドット状、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った転位集中領域と、
上記転位集中領域を除いた領域である低転位集中領域と、
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
ことにより生じる周囲よりも明るく発光するストライプ状の高ルミネッセンス領域と    、
が上記窒化物半導体基板に含まれており、
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】
上記レーザ光導波領域とこれに最近接の上記高ルミネッセンス領域との水平方向の距離ｔが３０μｍ以上である、
請求項１または２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５】
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４に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項６】
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、４、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】
上記オフ角度が、０．４°〜０．８°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】
不純物として添加される材料が、Ｃｌ、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｂｅ、のいずれかである請求項１〜７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９】
不純物が添加された場合、
その添加量が、５×１０16／ｃｍ3以上５×１０20／ｃｍ3以下である請求項８に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１０】
上記転位集中領域が複数有り、
隣り合う転位集中領域間の距離Ｐが、１４０μｍ以上１０００μｍ以下である請求項１〜９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１１】
以下の（Ｂ１）に記載の窒化物半導体基板の製造方法により製造さ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ことで、窒化物半導体レーザ素子を製造する窒化物半導体レーザ素子の製造方法であって、
上記窒化物半導体層に、レーザ光導波領域を形成させるとともに、
レーザ光導波領域とこれに最近接の転位集中領域との水平方向の距離ｄを４０μｍ以上
としている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
、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、
マスクのない部位での結晶成長により、マスクのない部位とある部位との境界に
成長方向に対する斜面であるファセット面を生じさせた後、水平方向に成長させて
ファセット面をマスク上で接触させつつ垂直方向に成長させることで、断面をＶ字
状にした溝の側面である斜面を維持させながら成長させ、上記溝に転位を集中させ
てストライプ状、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る転位集中領域を成長させる工程と、
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、
を含み、
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、周囲よりも明るく発光するストライプ状の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】
以下の（Ｂ２）に記載の窒化物半導体基板の製造方法により製造さ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ことで、窒化物半導体レーザ素子を製造する窒化物半導体レーザ素子の製造方法であって、
上記窒化物半導体層に、レーザ光導波領域を形成させるとともに、
レーザ光導波領域とこれに最近接の転位集中領域との水平方向の距離ｄを４０μｍ以上
としている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
、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、
マスクのない部位での結晶成長により、マスクのない部位とある部位との境界に
成長方向に対する斜面であるファセット面を生じさせた後、水平方向に成長させて
ファセット面をマスク上で接触させつつ垂直方向に成長させることで、上下を逆に
した角錐の側面を維持させながら成長させ、上記角錐の頂点に転位を集中させてド
ット状、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る転位集中領域を成長させる工程と、
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、
が含まれ、
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、周囲よりも明るく発光するストライプ状の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１３】
上記レーザ光導波領域とこれに最近接の上記高ルミネッセンス領域との水平方向の距離ｔを
３０μｍ以上としている、
請求項１１または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】
［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１１に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１５】
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１１または１４に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１６】
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、その転位集中領域を含む窒化物半導体基板の表面にて、上記転位集中領域を含む部分を窪ませている請求項１１、１４、１５のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１７】
上記オフ角度を、０．４°〜０．８°としている請求項１１〜１６のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１８】
不純物として、Ｃｌ、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｂｅ、のいずれを添加させている請求項１１〜１７のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１９】
不純物を添加する場合、
その添加量を、５×１０16／ｃｍ3以上５×１０20／ｃｍ3以下にしている請求項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】
上記転位集中領域を複数形成するとともに、
隣り合う転位集中領域間の距離Ｐを、１４０μｍ以上１０００μｍ以下としている請求項１１〜１９のいずれか１項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、窒化物半導体レーザ素子、およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮおよびそれらの混晶に代表される窒化物半導体材料により、紫外から可視領域で発振する半導体レーザ素子が試作されている。非特許文献１で報告された半導体レーザ素子もこの一例であり、ＧａＮ基板上に周期的なストライプ状の開口部をもつＳｉＯ2マスクパターンを形成し、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を形成し、前記ＧａＮ層上に窒化物半導体レーザ素子を形成することが示されている。基板の製造には、次の方法を用いることが報告されている。
【０００３】
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（周期２０μｍ）を形成した下地ＧａＮ上に、ＭＯＣＶＤ法（Metalorganic Chemical Vapor Deposition）により、１５μｍ厚のＧａＮ層を形成して、表面が平坦なウェハーを得る。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基板を製造する。こうして得られた半導体レーザの寿命特性は、６０℃において３０ｍＷで、推定寿命１５０００時間であった。
【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】
【０００４】
しかしながら、前記報告に記載の半導体レーザ素子では、基板の製造方法が、３回の結晶成長（下地成長、ＭＯＣＶＤ成長、ＨＶＰＥ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、レーザ発振寿命もまだ十分でなく、さらに高温で高出力（例えば、７０℃、６０ｍＷ）の条件での寿命が十分でなかった。
【０００５】
本発明はこのような点に鑑みてなされたもので、レーザ発振寿命の一層優れた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】
【０００６】
窒化物半導体レーザ素子は、以下の（Ａ１）に記載の窒化物半導体基板と、窒化物半導体基板上に積層された窒化物半導体層と、を備える。そして、この窒化物半導体レーザ素子では、窒化物半導体層には、レーザ光導波領域が含まれており、レーザ光導波領域とこれに最近接の転位集中領域との水平方向の距離ｄが４０μｍ以上である。
（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にあって、
基体に直線状のマスクを形成し、そのマスクのない部位での結晶成長により、
マスクのない部位とある部位との境界に成長方向に対する斜面であるファセット面を
生じさせた後、水平方向に成長させてファセット面をマスク上で接触させつつ垂直方
向に成長させることで、断面をＶ字状にした溝の側面である斜面を維持させながら成
長させ、その溝に転位を集中させてストライプ状、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った転位集中領域と、
転位集中領域を除いた領域である低転位集中領域と、
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
とにより生じる周囲よりも明るく発光するストライプ状の高ルミネッセンス領域と、
が窒化物半導体基板に含まれており、
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。
【０００７】
窒化物半導体レーザ素子は、以下の（Ａ２）に記載の窒化物半導体基板と、窒化物半導体基板上に積層された窒化物半導体層と、を備える。そして、この窒化物半導体レーザ素子では、窒化物半導体層には、レーザ光導波領域が含まれており、レーザ光導波領域とこれに最近接の転位集中領域との水平方向の距離ｄが４０μｍ以上である。
（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にあって、
基体にドット状のマスクを形成し、そのマスクのない部位での結晶成長により、
マスクのない部位とある部位との境界に成長方向に対する斜面であるファセット面を
生じさせた後、水平方向に成長させてファセット面をマスク上で接触させつつ垂直方
向に成長させることで、上下を逆にした角錐の側面を維持させながら成長させ、その
角錐の頂点に転位を集中させてドット状、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った転位集中領域と、
転位集中領域を除いた領域である低転位集中領域と、
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
により生じる周囲よりも明るく発光するストライプ状の高ルミネッセンス領域と、
が窒化物半導体基板に含まれており、
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。
【０００８】
なお、窒化物半導体層には、レーザ光導波領域が含まれており、レーザ光導波領域とこれに最近接の転位集中領域との水平方向の距離ｄが４０μｍ以上であり、レーザ光導波領域とこれに最近接の高ルミネッセンス領域との水平方向の距離ｔが３０μｍ以上であると望ましい。
【０００９】
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。
【００１０】
なお、オフ角度が、０．４°〜０．８°であると望ましい。また、不純物として添加される材料が、Ｃｌ、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｂｅ、のいずれかであると望ましい。その上、不純物が添加された場合、その添加量が、５×１０16／ｃｍ3以上５×１０20／ｃｍ3以下であると望ましい。
【００１１】
また、窒化物半導体基板には、転位集中領域が複数有り、隣り合う転位集中領域間の距離Ｐが、１４０μｍ以上１０００μｍ以下であると望ましい。
【００１２】
また、以下の（Ｂ１）に記載の窒化物半導体基板の製造方法により製造さ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ことで、窒化物半導体レーザ素子を製造する窒化物半導体レーザ素子の製造方法も本発明である。詳説すると、その窒化物半導体レーザ素子の製造方法では、窒化物半導体層に、レーザ光導波領域を形成させるとともに、レーザ光導波領域とこれに最近接の転位集中領域との水平方向の距離ｄを４０μｍ以上としている。
（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
、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、
マスクのない部位での結晶成長により、マスクのない部位とある部位との境界に
成長方向に対する斜面であるファセット面を生じさせた後、水平方向に成長させて
ファセット面をマスク上で接触させつつ垂直方向に成長させることで、断面をＶ字
状にした溝の側面である斜面を維持させながら成長させ、その溝に転位を集中させ
てストライプ状、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る転位集中領域を成長させる工程と、
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、
を含み、
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、周囲よりも明るく発光するストライプ状の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。
【００１３】
また、以下の（Ｂ２）に記載の窒化物半導体基板の製造方法により製造さ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ことで、窒化物半導体レーザ素子を製造する窒化物半導体レーザ素子の製造方法も本発明である。詳説すると、その窒化物半導体レーザ素子の製造方法では、窒化物半導体層に、レーザ光導波領域を形成させるとともに、レーザ光導波領域とこれに最近接の転位集中領域との水平方向の距離ｄを４０μｍ以上としている。
（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
、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、
マスクのない部位での結晶成長により、マスクのない部位とある部位との境界に
成長方向に対する斜面であるファセット面を生じさせた後、水平方向に成長させて      ファセット面をマスク上で接触させつつ垂直方向に成長させることで、上下を逆に      した角錐の側面を維持させながら成長させ、その角錐の頂点に転位を集中させて        ドット状、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る転位集中領域を成長させる工程と、
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、
が含まれ、
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、周囲よりも明るく発光するストライプ状の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。
【００１４】
なお、窒化物半導体層に、レーザ光導波領域を形成させるとともに、レーザ光導波領域とこれに最近接の転位集中領域との水平方向の距離ｄを４０μｍ以上とし、レーザ光導波領域とこれに最近接の高ルミネッセンス領域との水平方向の距離ｔを３０μｍ以上としていると望ましい。
【００１５】
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、その転位集中領域を含む窒化物半導体基板の表面にて、転位集中領域を含む部分を窪ませていると望ましい。
【００１６】
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、不純物として、Ｃｌ、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｇ、Ｂｅ、のいずれを添加させていると望ましい。その上、不純物を添加する場合、その添加量を、５×１０16／ｃｍ3以上５×１０20／ｃｍ3以下にしていると望ましい。
【００１７】
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、隣り合う転位集中領域間の距離Ｐを、１４０μｍ以上１０００μｍ以下としていると望ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、レーザ発振寿命の一層優れた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】
【００１９】
実施の形態の説明の前に、本明細書で説明する窒化物半導体基板等について説明する。本明細書で説明する窒化物半導体基板とは、少なくともＡｌxＧａyＩｎzＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）で構成された基板である。さらに、窒化物半導体基板は、その構成成分である窒素元素の約２０％以下が、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で置換されても構わない。
【００２０】
窒化物半導体基板として、最も好ましくは、二元結晶となるＧａＮ基板である。二元結晶とすることで、組成が一定となり、基板として安定した特性のものが得られやすくなるとともに、その上にエピタキシャル成長を行う際にも、組成の変化が無くなる。また、ＧａＮとすることで、良好な導電性が得られるようにもなる。次いでは、ＡｌＧａＮ基板である。ＡｌＧａＮ基板のように、屈折率がＧａＮよりも小さい材料を基板として用いることで、紫外〜青色領域の半導体レーザを上記材料系で構成する場合、レーザ光の活性層への光閉じ込めが良好になる。
【００２１】
また、窒化物半導体基板は、ｎ型もしくはｐ型のドーパント等の不純物が添加されていても構わない。不純物としては、Ｃｌ、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、ＭｇおよびＢｅ等を用いることができる。その不純物の総添加量は５×１０16／ｃｍ3以上５×１０20／ｃｍ3以下が好ましい。窒化物半導体基板がｎ型導電性を有するための不純物は、前記不純物群のうち、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｏ、Ｓｅ、Ｃｌのいずれかが特に好ましい。
【００２２】
本明細書で説明する窒化物半導体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、その構成成分である窒素元素の約２０％以下が、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で置換されても構わない。
【００２３】
また、窒化物半導体層は、ｎ型もしくはｐ型のドーパント等の不純物が添加されていても構わない。不純物としては、Ｃｌ、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、ＭｇおよびＢｅ等を用いることができる。その不純物の総添加量は５×１０16／ｃｍ3以上５×１０20／ｃｍ3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、前記不純物群のうち、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅのいず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のいずれかが特に好ましい。
【００２４】
本明細書で説明する活性層とは、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、あるいは、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。
【００２５】
なお、結晶の面や方位を示す指数が負の場合、絶対値の上に横線を付して表記するのが結晶学の決まりであるが、本明細書では、そのような表記ができないため、絶対値の前に負号「−」を付して負の指数を表す。
【００２６】
＜実施の形態１＞
図１は本発明の実施の形態１の半導体レーザ素子１を示す断面模式図である。図１は、本実施の形態の半導体レーザ素子１を、光出射方向から見た図である。図１において、１０はｎ型ＧａＮ基板であり、基板１０中には、転位集中領域１１が存在し、転位集中領域１１以外の部分は低転位領域となっている。また、低転位領域中には、さらに転位集中領域１１に平行して高ルミネッセンス領域１２が存在する。基板１０上には、窒化物半導体層（エピタキシャル成長層）１３が形成されている。窒化物半導体層１３中には、レーザ光導波領域１４が位置している。また、窒化物半導体層１３上面および基板１０下面には、電極１５、１６がそれぞれ形成されている。図１の断面図には現れていないが、転位集中領域１１、高ルミネッセンス領域１２およびレーザ光導波領域１４は、図１の奥行き方向に延伸しており、互いに略平行の配置となっている。
【００２７】
本実施の形態の半導体レーザ素子１を上面側から見たとき（平面視）、レーザ光導波領域１４と転位集中領域１１との距離をｄ、レーザ光導波領域１４と高ルミネッセンス領域１２との距離をｔとしたとき、ｄ＝８０μｍ、ｔ＝１２０μｍとした。なお、本明細書において、距離ｄおよびｔは各ストライプ状のレーザ光導波領域、転位集中領域、高ルミネッセンス領域の中心位置間の距離から規定されるものとする。
【００２８】
以下に、本実施の形態の半導体レーザ素子１の製造方法について解説しつつ、さらに詳しくその構造についても説明する。
【００２９】
（ＧａＮ基板の作製方法）
まず、ｎ型ＧａＮ基板１０の結晶成長方法の概略を述べる。ＧａＮの結晶は、ファセット面からなる斜面が表出するようにして、その斜面を維持しながら成長させる。つまり、斜面を成長方向に次第に移動させていく。これにより、斜面の途中に発生する転位が斜面の下端に伝搬して集合し、斜面の下端であった部位が転位集中領域、斜面の途中であった部位が低転位領域となる。
【００３０】
転位集中領域にはいくつかの状態がある。例えば多結晶となることがある。また、周囲の低転位領域に対して僅かに傾斜した単結晶となることもある。さらに、周囲の低転位位領域の成長方向が［０００１］方向であるのに対して、成長方向が逆に［０００−１］方向となることもある。このため、転位集中領域と低転位領域の間には明確な境界が生じる。
【００３１】
斜面を成長方向に移動させるため、ファセット面を最初にどのような形状で発生させるかにより、転位集中領域の形状を規定することができる。上下を逆にした（頂点が下で底面が上の）角錐の側面のようなファセット面を最初に発生させておけば、転位はその角錐の頂点の部位に集まり、転位集中領域は成長方向に平行な直線状となってピットを形成する。また、断面がＶ字状の溝の側面のようなファセット面を最初に発生させておけば、転位はその溝の底の直線状の部位に集まり、転位集中領域は成長方向に平行な面状となってストライプを形成する。
【００３２】
最初に生じさせるファセット面の種としては、結晶成長を妨げるマスクを利用することができる。マスクを設けていない部位で結晶成長が始まって、マスクのない部位とある部位との境界にファセット面が生じ、水平方向への成長によってマスク上でファセット面が接し合い、その接点が転位集中領域の開始位置となる。ファセット面が接し合った後は、垂直方向（本来の成長方向）への結晶成長が安定して進み、ファセット面はそのまま成長方向に移動し、転位集中領域は成長方向に伸びていく。結晶成長を妨げるマスクをドット状とすれば、上下が逆の角錐の側面のようなファセット面を発生させることができ、マスクを直線状とすれば、断面がＶ字状の溝の側面のようなファセット面を発生させることができる。マスクとしては非結晶または多結晶の層を設ければよく、例えばＳｉＯ2の薄膜を基体表面に形成しておく。
【００３３】
結晶成長後、その表面を研磨して鏡面化することで、半導体層を積層しうる基板が得られる。本実施の形態では、Ｖ字状にファセット面を生じさせて、転位集中領域がストライプ状となるようにするか、あるいは、ドットを取り巻く形状のファセット面を短い周期で多数生じさせて、転位集中領域が巨視的にストライプ状となるようにする。
【００３４】
ｎ型ＧａＮ基板１０の具体的な製造方法を、図２を参照して説明する。支持基体２１上に、ＨＶＰＥ法により、ｎ型ＧａＮ層２２を、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させる。その結果、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見られた。図２（ａ）は、この状態を説明した断面図（一部のみ表示）である。
【００３５】
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ボートを設けて加熱したＧａ融液にＨＣｌガスを吹き込むようにし、反応炉の下流部に基体を設けてＮＨ3を吹き込むようにしておき、加熱したＧａメタル（融液）にＨＣｌを吹き込んでＧａＣｌを合成し、下方へ送り、下方でＮＨ3と反応させＧａＮを合成して、ＧａＮが基体に堆積するようにしたものである。
【００３６】
支持基体２１としては２インチ（１１１）ＧａＡｓウェハーを用いた。基体２１の材料に特に制約はなく、一般的なサファイアを用いることも可能であるが、後に切除するため、このようにＧａＡｓを材料として用いて無駄を抑えるのが好ましい。
【００３７】
上記凹凸はピッチＰ＝４００μｍの周期構造であり、図面奥行き方向に畝状に延びている形状となっている。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ＳｉＯ2等のマスクを形成しておき、これを種としてファセットが表出する状態で、結晶成長を行えば良い。つまりマスクは、ＧａＮ結晶の［１−１００］方向に平行になるように、ピッチＰ＝４００μｍでストライプ状に配置されており、その形状は、連続したストライプ状、あるいは略一定間隔で直線上に位置する多数のドット状である。
【００３８】
ファセット｛１１−２２｝面が表出した状態で、結晶成長を持続させる手法（成長条件）については、本出願人が先に出願した特願平１１−２７３８８２号に詳細に開示している。なお、成長時にＯをドーピングすることで、成長する結晶をｎ型とした。
【００３９】
このような成長モードを保ったまま、さらにＧａＮ結晶の形成を続けることで、基体２１上に高さ３０ｍｍのインゴットを作製した。図２（ｂ）は、インゴットを示した図である。
【００４０】
このインゴットを、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）を得た。薄片を研磨加工して、表面が平坦な２インチ（約５ｃｍ）径、厚さ３５０μｍのｎ型ＧａＮ基板１０を得た。エピタキシャル成長を行うための表面は鏡面研磨仕上げとした。なお、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１３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°の範囲の、比較的小さい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かった。図２（ｃ）は、こうして得られたｎ型ＧａＮ基板１０の断面図（一部のみ表示）であり、図２（ｄ）は、上面図（一部のみ表示）である。
【００４１】
こうして得られたＧａＮ基板１０の評価を次のように行った。まず、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、結晶成長時に凹部の最底部が生じていた領域（図２（ａ）において符号２４で示した部分）に対応する領域がやや窪んでいた。
【００４２】
さらに、硫酸、燐酸の混酸を２５０℃に加熱した液にサンプルを浸してエッチングを行い、エッチピットが表面に出るようにした。その結果、結晶成長時に凹部の最底部が生じていた領域（図２（ａ）において符号２４で示した部分）に対応する領域で、多数のエッチピットが現れ、この領域は転位（あるいは結晶欠陥）が極めて集中している領域（転位集中領域）であることが判明した。つまり、上記窪みは、この領域に対応していた。
【００４３】
このように窪みの部分は、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、そのため生じてしまったものと考えられる。転位集中領域の幅は約１０〜４０μｍであった。それ以外の領域は、ＥＰＤ（エッチピット密度）１０4〜１０5／ｃｍ2台の低転位領域となっていた。転位集中領域のＥＰＤは、これよりも３桁以上大きいように観察された。このように、符号１１で表されるような領域は、周囲に比べて数桁も転位密度が大きくなっている部分であるため、本明細書では、「転位集中領域」と呼称した。
【００４４】
また、サンプルに紫外線（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観察した（蛍光顕微鏡観察）。その結果、転位集中領域１１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た。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、やや黄色がかって明るく観察される領域である。
【００４５】
この領域は、結晶成長時にファセット面｛０００１｝面が表出しつつ成長していた部分２５であり、図１および図２（ｄ）に符号１２で表される領域である。このように周囲と異なって観察されるのは、ドーパントの取り込まれ具合が周囲と異なるなどの理由が考えられる。上述の事実から、本明細書では、この領域を「高ルミネッセンス領域」と呼称した。結晶成長時に、ファセット面｛０００１｝面が表出しつつ成長していた部分２５が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１２の幅は、やや揺らぎを持っているものの、広いところで、３０μｍ程度であった。
【００４６】
なお、このような高ルミネッセンス領域は、上記インゴットを作成するときの条件や、インゴットにおける位置（支持基体からの距離）によっては、ほとんど形成されないこともある。しかしながら、転位集中領域１１にはさまれた部分のほぼ中央の領域は、上記凹凸の頂点付近の領域に対応している部分であり、これを、本明細書では、「低転位領域中央領域」とも呼称する。本明細書において、高ルミネッセンス領域として説明する部分は、低転位領域中央領域に置き換えて考えることができる。
【００４７】
なお、上記ＧａＮ基板１０の形成のための結晶成長は、ＨＶＰＥ法以外の気相成長によってもよく、ＭＯＣＶＤ法（Metalorganic Chemical Vapor Deposition）、ＭＯＣ法（Metalorganic Chloride Vapor Phase Epitaxy）、昇華法などを用いても実施することができる。
【００４８】
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であるか立方晶系である結晶が挙げられる。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、石英、ＮｄＧａＯ3、ＺｎＯ、ＧａＮ、ＡｌＮなどの六方晶系の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Ｃ面で成長させるものである。
【００４９】
ＧａＮ基板１０の形成のためのマスクの設け方にも２種類の選択肢がある。一つは基体の上に直接にマスクを形成する手法である。この場合、エピ層に先立ちマスク開口の内部の基体露出面にＧａＮバッファ層を堆積する等の工夫を行ったほうがよい。もう一つは基体の上に予め比較的薄く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。
【００５０】
また、ここでは基板１０としてＧａＮを用いた例を説明したが、実施形態の説明前に記載説明した材料で構成される窒化物半導体基板に置換してもよい。
【００５１】
従来の技術に示した窒化物半導体基板の製造方法では、基板結晶の成長を進行させるに従って、横方向成長技術（ＥＬＯＧ技術）を用いることで、転位を低減しているが、転位（欠陥）が生じる位置は特に制御されず、結晶成長が進むに従って、転位は面内に一様に分布するようになる。一方、本発明で用いる窒化物半導体基板では、転位集中領域の位置が、基板結晶の成長を通じて、所定の位置（ピッチが数１００μｍオーダである）に制御される。従来技術のＧａＮ基板と、本発明で用いる窒化物半導体基板には、このような違いがある。
【００５２】
そのため、同程度の転位密度の基板を得ようとする場合、本実施の形態で説明する基板結晶の製造方法の方が、結晶成長回数が少なくてすみ、生産性が良好になる。このような基板を用いた場合に、半導体レーザ素子におけるレーザ光導波領域がどのような位置に設けられれば適当であるかについては、従来知られていなかった。この点については、後に詳細に説明する。
【００５３】
（窒化物半導体層のエピタキシャル成長）
次に、ｎ型ＧａＮ基板１０上に窒化物半導体層１３等を形成して半導体レーザ素子１を作製する方法について、図３を参照して解説する。図３は、図１の半導体レーザ素子１を、窒化物半導体層１３の層構造を詳細に示すように表した模式図であり、基板１０中の上記構造については記載を省略した。
【００５４】
ＭＯＣＶＤ装置を用いて、Ｖ族原料のＮＨ3とＩＩＩ族原料のＴＭＧａ（トリメチルガリウム）またはＴＥＧａ（トリエチルガリウム）に、ドーパント原料としてのＳｉＨ4を加え、ｎ型ＧａＮ基板１０に、基板温度１０５０℃で、膜厚３μｍのｎ型ＧａＮ層１０２を形成した。次いで、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１０３を４０ｎｍ成長させた。次に、基板温度を１０５０℃に上げ、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族原料も用いて、１．２μｍ厚のｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１０４を成長させた。ｎ型不純物としてＳｉを５×１０17／ｃｍ3〜１×１０19／ｃｍ3添加した。続いて、ｎ型ＧａＮ光ガイド層１０５（Ｓｉ不純物濃度１×１０16〜１×１０18／ｃｍ3）を０．１μｍ成長させた。
【００５５】
その後、基板温度を７５０℃に下げ、３周期の、厚さ４ｎｍのＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ井戸層と厚さ８ｎｍのＩｎ0.01Ｇａ0.99Ｎ障壁層から成る活性層（多重量子井戸構造）１０６を、障壁層／井戸層／障壁層／井戸層／障壁層／井戸層／障壁層の順序で成長させた。その際、障壁層または障壁層と井戸層の両方にＳｉＨ4（Ｓｉ不純物濃度は１×１０16〜１×１０18／ｃｍ3）を添加した。障壁層と井戸層、または井戸層と障壁層との間に、１秒以上１８０秒以内の成長中断を実施すると、各層の平坦性が向上し、発光半値幅が減少して好ましい。
【００５６】
活性層にＡｓを添加する場合はＡｓＨ3（アルシン）またはＴＢＡｓ（ターシャリブチルアルシン）を、活性層にＰを添加する場合はＰＨ3（ホスフィン）またはＴＢＰ（ターシャリブチルホスフィン）を、活性層にＳｂを添加する場合はＴＭＳｂ（トリメチルアンチモン）またはＴＥＳｂ（トリエチルアンチモン）を、それぞれ原料に用いると良い。また、活性層を形成する際、Ｎ原料として、ＮＨ3以外にＮ2Ｈ4（ヒドラジン）、Ｃ2Ｎ2Ｈ8（ジメチルヒドラジン）あるいはＮを含む有機原料を用いても構わない。
【００５７】
次に、基板温度を再び１０５０℃まで上昇させて、厚さ２０ｎｍのｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎキャリアブロック層１０７、０．１μｍのｐ型ＧａＮ光ガイド層１０８、０．５μｍのｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１０９、および０．１μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層１１０を順次成長させた。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を１×１０18／ｃｍ3〜２×１０20／ｃｍ3で添加した。ｐ型ＧａＮコンタクト層１１０のｐ型不純物濃度は、ｐ電極１１２の方向に向かって高くなるようにした方が好ましい。これによりｐ電極形成によるコンタクト抵抗が低減する。また、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させてもよい。
【００５８】
このようにして、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１０を成長させた後、ＭＯＣＶＤ装置のリアクター内を全て窒素キャリアガスとＮＨ3に替えて、６０℃／分で温度を降下させた。基板温度が８００℃になった時点で、ＮＨ3の供給を停止し、５分間その基板温度で待機してから、室温まで降下した。ここでの基板の保持温度は６５０℃から９００℃の間が好ましく、待機時間は、３分以上１０分以下が好ましかった。また、温度の降下速度は、３０℃／分以上が好ましい。
【００５９】
このようにして作製した成長膜をラマン測定によって評価した結果、ＭＯＣＶＤ装置からのウェハー取り出し後のｐ型化アニールを実行しなくても、成長後すでにｐ型化の特性が示されていた（Ｍｇが活性化していた）。また、ｐ電極形成によるコンタクト抵抗も低下する。上記手法に加えて従来のｐ型化アニールを組み合わせると、Ｍｇの活性化率がより向上して好ましかった。
【００６０】
Ｉｎ0.07Ｇａ0.93Ｎクラック防止層１０３は、Ｉｎ組成比が０．０７以外であっても構わないし、ＩｎＧａＮクラック防止層１０３自体がなくても構わない。しかしながら、クラッド層１０４とＧａＮ基板１０との格子不整合が大きくなる場合は、前記ＩｎＧａＮクラック防止層１０３を挿入した方がクラック防止の点でより好ましい。また、クラックを防止するために、各ｎ型層におけるｎ型の不純物として、Ｓｉに代えてＧｅを用いることも好ましい。
【００６１】
活性層１０６は、障壁層で始まり障壁層で終わる構成であるが、井戸層で始まり井戸層で終わる構成であってもよい。また、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った。特に２層以上６層以下のとき閾値電流密度が低く好ましかった。さらに上記で説明した活性層に、Ａｌを含有するようにしてもよい。
【００６２】
また、ここでは活性層１０６を成す井戸層と障壁層の両層にＳｉを所要量添加したが、不純物を添加しなくても構わない。しかしながら、Ｓｉのような不純物を活性層に添加した方が発光強度は強かった。このような不純物としては、Ｓｉ以外に、Ｏ、Ｃ、Ｇｅ、ＺｎおよびＭｇのうちのいずれか、またはこれらの２以上を組み合わせて用いることができる。また、不純物の添加量の総和は、約１×１０17〜８×１０18／ｃｍ3程度が好ましかった。さらに、不純物を添加する層は井戸層と障壁層の両層に限らず、片方の層のみに不純物を添加しても良い。
【００６３】
ｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎキャリアブロック層１０７は、この組成以外であっても構わない。Ｉｎを添加したＡｌＧａＮとすれば、より低温での成長でｐ型化するので、結晶成長時に活性層１０６が受けるダメージを低減することができて、好ましい。なお、キャリアブロック層１０７自体が無くても構わないが、これを設けた方が閾値電流密度が低かった。これは、キャリアブロック層１０７が活性層１０６にキャリアを閉じ込める働きがあるからである。キャリアブロック層１０７のＡｌ組成比は、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。また、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、キャリアブロック層内のキャリア移動度が大きくなり電気抵抗が低くなって好ましい。
【００６４】
また、ここでは、ｐ型クラッド層１０９とｎ型クラッド層１０４として、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ結晶を用いたが、Ａｌの組成比が０．１以外の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１０６とのエネルギーギャップ差及び屈折率差が大きくなり、キャリアや光が活性層に効率良く閉じ込められ、レーザ発振閾値電流密度を低減することができる。また、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、クラッド層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。この点を考慮してｐ型クラッド層１０９のＡｌ組成比を０．０６〜０．０９程度にすることも、好ましい。
【００６５】
ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０４の厚さは、０．７μｍ〜１．５μｍが好ましい。これにより、垂直横モードの単峰化と光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が図れる。
【００６６】
また、クラッド層１０４、１０９は、上記ではＡｌＧａＮ３元混晶としたが、ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮＰ、ＡｌＧａＮＡｓ等の４元混晶であっても良い。さらに、ｐ型クラッド層１０９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、ｐ型ＡｌＧａＮ層とｐ型ＡｌＧａＮ層からなる超格子構造、またはｐ型ＡｌＧａＮ層とｐ型ＩｎＧａＮ層からなる超格子構造を有していても良い。
【００６７】
ここでは、ＭＯＣＶＤ装置による結晶成長方法を説明したが、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）を用いても構わない。
【００６８】
続いて、窒化物半導体層１３の各層がｎ型ＧａＮ基板１０上に形成されたエピウェハーを、ＭＯＣＶＤ装置から取り出して、窒化物半導体レーザ素子チップに加工するプロセス工程を説明する。
【００６９】
（素子化プロセス）
レーザ光導波領域１４であるリッジストライプ部を、ｎ型ＧａＮ基板１０に対して、図１を用いて説明した所要の位置に形成する。これは、エピウェハー表面側より、ｐ型クラッド層１０９の途中または下端までを、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行う。ここで、ストライプ幅は１〜３μｍ、好ましくは１．３〜２μｍとし、また、エッチング底面のｐ型ガイド層１０８からの距離は、０〜０．１μｍした。その後、リッジストライプ部以外の部分に絶縁膜１１３を形成した。ここで、絶縁膜１１３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１１０は露出しているので、この部分および絶縁膜１１３上に、ｐ電極１１２をＰｄ／Ｍｏ／Ａｕの順序で蒸着して形成した。
【００７０】
絶縁膜１１３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ることもでき、また、ｐ電極１１２の材料として他に、Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｐｄ／Ａｕ、またはＮｉ／Ａｕのいずれかを用いても構わない。
【００７１】
さらに、エピウェハー裏面側（基板側）を研磨することにより、ウェハーの厚さを８０〜２００μｍに調整し、後にウェハーの分割を行いやすいようにした。ｎ電極１１１は、基板の裏側にＨｆ／Ａｌの順序で形成した。ｎ電極１１１の材料として他に、Ｈｆ／Ａｌ／Ｍｏ／Ａｕ、Ｈｆ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｈｆ／Ａｌ／Ｗ／Ａｕ、Ｈｆ／Ａｕ、Ｈｆ／Ｍｏ／Ａｕや、これらのうちのＨｆをＴｉ、Ｚｒに置き換えたものを用いても構わない。
【００７２】
最後に、エピウェハーを、リッジストライプ方向に対して垂直方向に劈開し、共振器長６００μｍのファブリ・ペロー共振器を作製した。共振器長は２５０μｍから１０００μｍが好ましい。この工程により、ウェハーは個々の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。劈開はウェハー全面にスクライバーにより罫書き傷をつけて行うのではなく、ウェハーの一部、例えば、ウェハーの両端にのみ、あるいは、チップ両端に対応する部分にのみスクライバーによって罫書き傷をつけ、これを起点に劈開した。なお、端面で帰還させる手法以外に、内部に回折格子を設けて帰還させるＤＦＢ（Distributed Feedback）、外部に回折格子を設けて帰還させるＤＢＲ（Distributed Bragg Reflector）を用いても構わない。
【００７３】
ファブリ・ペロー共振器の共振器端面を形成した後、この端面に約８０％の反射率を有するＳｉＯ2とＴｉＯ2の誘電体膜を交互に蒸着し、誘電体多層反射膜を形成した。誘電多層反射膜は他の誘電体材料で形成しても構わない。さらにこの後、バーを個々のレーザ素子に分割することで、図１の半導体レーザ素子１を得た。レーザチップの中央にレーザ光導波領域１４（リッジストライプ）を配置し、レーザ素子１の横幅Ｗは４００μｍとした。
【００７４】
もともとのｎ型ＧａＮ基板１０にはピッチＰ＝４００μｍで転位集中領域１１が配置され、各低転位領域の中央部に高ルミネッセンス領域１２が配置され、また、図１を用いて説明したように、ｄ＝８０μｍ、ｔ＝１２０μｍとして、各領域を配置したから、各半導体レーザ素子（チップ）には、１本の転位集中領域と、1本の高ルミネッセンス領域が含まれた。つまり、本実施の形態では、Ｗ＝Ｐであり、２（ｔ＋ｄ）＝Ｐである。
【００７５】
以上のようにして図１および図３に示す窒化物半導体レーザ素子１のチップを作製した。
【００７６】
（半導体レーザ素子の特性）
得られた窒化物半導体レーザ素子１では、最適位置に電流狭窄部分が存在することによって、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。なお、本発明者らが前述の従来技術によって半導体レーザを作製し、同一条件で試験を行ったところ、その寿命は１０００時間程度であった。
【００７７】
（レーザ光導波領域と基板との位置関係）
本実施の形態の窒化物半導体基板１０は、上述のごとく、ストライプ状の転位集中領域、低転位領域、高ルミネッセンス領域あるいは低転位領域中央領域のような構造を有していることを特徴とする。あるいは、上述のような製造方法を用いて作製されたことを特徴とする。このような窒化物半導体基板を用いて窒化物半導体レーザ素子を製造する際、窒化物半導体レーザ素子のレーザ光導波領域を窒化物半導体基板上のどの位置に形成するかによって、レーザ発振寿命が変化することを、本発明者らは見出した。以下に、距離ｄおよびｔの好ましい範囲について詳細に検討する。
【００７８】
図４は、Ｐ＝６００μｍのｎ型ＧａＮ基板上に、本実施の形態の半導体レーザ素子１とほぼ同様にして作製し、レーザ光導波領域１４の位置を変更したいくつかの半導体レーザ素子のレーザ発振寿命を、レーザ光導波領域１４と転位集中領域１１との距離ｄに対してプロットしたグラフである。評価した距離ｄの最大値は２００μｍである。評価は、レーザ出力６０ｍＷ、雰囲気温度７０℃の条件で行った。その結果、ｄ≧４０μｍで、実用寿命の３０００時間が達成され、ｄ≧６０μｍで５０００時間以上と十分な特性が得られた。なお、寿命の測定は５０００時間までしか行っておらず、図４中の上向きの矢印はレーザ発振寿命が５０００時間以上であることを示したものである。
【００７９】
ｄ≦１０μｍの場合、レーザ光導波領域１４は概ね転位集中領域１１上に位置しているが、この場合、寿命数時間以下と極端に特性が劣化した。距離ｄが２０〜３０μｍの場合、駆動電流が時間の経過とともに徐々に上昇する現象が見られ、これが２００ｍＡ付近に達したときに熱暴走によりレーザ発振が不可能となった。ｐｎ接合に逆バイアスを印加してｐｎ接合のリーク電流を評価したところ、このように、駆動電流が徐々に上昇するような素子においては、ｄ≧６０μｍの素子と比較すると明らかにリーク電流が多く、これが経過時間とともに増加していた。
【００８０】
上記手法で作製されたＧａＮ基板１０の転位集中領域１１の近くに形成された半導体レーザ素子では、レーザ光導波領域１４付近のｐｎ接合に転位（欠陥）が発生しているため、またはこの影響によりｐｎ接合面が平坦でなく乱れているために、このような駆動時間の経過とともに増大するリークが発生してしまい、寿命特性が劣化したものと推定された。結果として、少なくともｄ≧４０μｍ、好ましくは、ｄ≧６０μｍと設定することが必要であると判明した。
【００８１】
図５は、Ｐ＝６００μｍのｎ型ＧａＮ基板上１０に、本実施の形態の半導体レーザ素子１とほぼ同様にして作製し、レーザ光導波領域１４の位置を変更したいくつかの半導体レーザ素子のレーザ発振寿命を、レーザ光導波領域１４と高ルミネッセンス領域１２との距離ｔに対してプロットしたグラフである。評価した距離ｔの最大値は２００μｍである。評価は、レーザ出力６０ｍＷ、雰囲気温度７０℃の条件で行った。その結果、ｔ≧３０μｍで、実用寿命の３０００時間が達成され、ｔ≧５０μｍで５０００時間以上と十分な特性が得られた。なお、図５中の上向きの矢印は、図４と同様に、レーザ発振寿命が５０００時間以上であることを表している。
【００８２】
ｔ＝０μｍの場合、レーザ光導波領域１４は高ルミネッセンス領域１２上に位置しているが、この場合、寿命１００時間程度に特性が劣化した。レーザ光導波領域１４を高ルミネッセンス領域１２近傍に配置すると、素子電圧の上昇と、駆動電流値の上昇が見られ、これにより、素子寿命が劣化してしまうものと考えられた。基板１０において高ルミネッセンス領域（あるいは低転位領域中央領域）１２およびその近傍には、周囲よりも抵抗の高い領域が存在しており、そのため素子電圧に影響が現れたものと考えられる。素子電圧を詳細に観察すると、ｔ≧５０μｍではほぼ一定となるが、それより小さい領域では若干上昇してきており、結果として、少なくともｔ≧３０μｍ、好ましくは、ｔ≧５０μｍと設定することが必要であると判明した。
【００８３】
（基板の好ましい範囲）
次に、ＧａＮ基板１０における転位集中領域１１の現れるピッチＰの好ましい範囲について検討した。前述のように、ＧａＮ基板１０の作製においては、ファセット面｛１１−２２｝面を表出させながら、表面の断面形状が鋸歯状の凹凸形状となるようにすることが重要である。こうすることにより、低転位領域、高ルミネッセンス領域１２を発生させることができ、転位集中領域１１と高ルミネッセンス領域１２の双方から所要距離だけ離れた部分はレーザ導波領域を形成するに好適な領域となる。したがって、上述の効果を得る距離ｄの最小値４０μｍと、上述の効果を得る距離ｔの最小値である３０μｍとの和７０μｍの２倍以上を、ピッチＰとして取らないと、レーザ導波領域を形成する領域が無くなってしまう。よって、距離Ｐの範囲はＰ≧１４０μｍに限定される。
【００８４】
また、距離Ｐの値は、ＧａＮ基板１０の形成において、凹凸形状の位置を一定に保ったまま成長が持続できるか否かの点からも限定される。なぜなら、成長の進行とともに凹凸形状の位置が初期の位置とずれてきてしまうと、ピッチＰが一定しなくなり、得られたＧａＮ基板１０に対して所定の位置にレーザ導波領域を設定することが困難になるためである。この点からＰの範囲について検討すると、Ｐ＜５０μｍ程度では、このような状態を保つことができず、Ｐ≧１００μｍとすることが望ましいことがわかった。
【００８５】
さらに、転位を転位集中領域１１に集中させる機能からすると、ファセット面｛１１−２２｝面を大きく発生させたほうが良く、Ｐ≧３００μｍとすると、上述のように転位集中領域１１と低転位領域での欠陥密度が３桁以上異なるようになって好ましかった。距離Ｐの上限に関しては、これらの要請からは規定されないが、あまり大きくすると、得られるインゴット表面の凹凸が大きくなり、得られるウェハーの取れ数が小さくなってしまうから、１０００μｍ程度が適当である。結論として、１４０≦Ｐが必要であり、好ましくは、３００≦Ｐであれば良く、あえて上限を規定するならばＰ≦１０００が好ましい。
【００８６】
＜実施の形態２＞
本実施の形態２の半導体レーザ素子は実施の形態１の半導体レーザ素子１と同様であるが、距離Ｐ、ｄ、ｔの値等が種々異なるものである。図６は本実施の形態の半導体レーザ素子のレーザ光導波領域１４とｎ型ＧａＮ基板の転位集中領域１１、高ルミネッセンス領域１２の配置関係を示す図であり、ｎ型ＧａＮ基板６０のうち個々の半導体レーザ素子（チップ）とする領域を符号６１、６２で表している。なお、本実施の形態２および後述する実施の形態３、４においては、レーザ光導波領域１４、転位集中領域１１、高ルミネッセンス領域１２の位置関係が実施の形態１と異なるが、各実施の形態においても実施の形態１と同様に符号１で半導体レーザ素子を示す。
【００８７】
本実施の形態の半導体レーザ素子１の製造方法においては、ｎ型ＧａＮ基板６０の転位集中領域１１のピッチＰは５００μｍであり、１ピッチに２本のレーザ光導波領域１４を配置して、ピッチあたり２個の半導体レーザ素子（チップ）１を形成する。個々の半導体レーザ素子１（領域６１、６２）の横幅Ｗは２５０μｍである。
【００８８】
一方の領域６１については、レーザ光導波領域１４と最近接の転位集中領域１２との距離ｄは１００μｍであり、レーザ光導波領域１４と最近接の低転位領域中央領域１２との距離ｔは１５０μｍである。他方の領域６２については、レーザ光導波領域１４と最近接の転位集中領域１１との距離ｄは１５０μｍであり、レーザ光導波領域１４と最近接の低転位領域間中央領域１２との距離ｔは１００μｍである。
【００８９】
領域６１、６２の幅Ｗと転位集中領域１１のピッチＰには２Ｗ＝Ｐの関係があり、２（ｔ＋ｄ）＝Ｐである。また、領域６１についての距離ｄ、ｔをｄ１、ｔ１で表し、領域６２についての距離ｄ、ｔをｄ２、ｔ２で表すと、ｄ１＝ｔ２、ｄ２＝ｔ１である。
【００９０】
一方の領域６１においては、ｎ型ＧａＮ基板６０中に転位集中領域１１が１本のみ存在し、高ルミネッセンス領域１２は存在しない。また、他方の領域６２においては、ｎ型ＧａＮ基板６０中に転位集中領域１１が存在せず、高ルミネッセンス領域１２が１本のみ存在する。本実施の形態においても、本発明の効果の出現する距離ｄ、ｔ、Ｐの範囲は実施の形態１に記載したとおりであり、この範囲において実施の形態１で述べた効果が得られる。
【００９１】
＜実施の形態３＞
本実施の形態３の半導体レーザ素子の製造方法は、さらに、１ピッチＰあたりに作製する半導体レーザ素子（チップ）１の数を４個に増大させたものである。図７は、図６と同様に、半導体レーザ素子のレーザ光導波領域１４とｎ型ＧａＮ基板の転位集中領域１１、高ルミネッセンス領域１２の配置関係を示す図であり、ｎ型ＧａＮ基板７０のうち個々の半導体レーザ素子（チップ）１とする領域を符号７１〜７４で表している。
【００９２】
本実施の形態の半導体レーザ素子１の製造方法においては、ｎ型ＧａＮ基板７０の転位集中領域１１のピッチＰは８００μｍであり、１ピッチに４本のレーザ光導波領域１４を配置して、ピッチあたり４個の半導体レーザ素子（チップ）１を形成する。各半導体レーザ素子１（領域７１〜７４）の横幅Ｗは等しく、２００μｍである。順に並んだ領域７１、７２、７３、７４について、レーザ光導波領域１４と最近接の転位集中領域１１との距離ｄは、それぞれ８０、２８０、３２０、１２０μｍであり、レーザ光導波領域１４と最近接の低転位領域中央領域１２との距離ｔは、それぞれ３２０、１２０、８０、２８０μｍである。
【００９３】
図示したように、領域７１には１本の転位集中領域１１が、領域７３には１本の高ルミネッセンス領域１２が含まれ、領域７２および領域７４には転位集中領域１１、高ルミネッセンス領域１２のいずれも含まれない。本実施の形態の半導体レーザ素子１の製造方法においては、４Ｗ＝Ｐであり、各レーザ光導波領域１４に対して２（ｔ＋ｄ）＝Ｐである。
【００９４】
本実施の形態においても、本発明の効果の出現する距離ｄ、ｔ、Ｐの範囲は実施の形態１に記載したとおりであり、この範囲において実施の形態１で述べた効果が得られる。
【００９５】
＜実施の形態４＞
本実施の形態４は、実施の形態２または３とは逆に、幅Ｗ＞ピッチＰとするものである。図８は、図６と同様に、本実施の形態の半導体レーザ素子のレーザ光導波領域１４とｎ型ＧａＮ基板の転位集中領域１１、高ルミネッセンス領域１２の配置関係を示す図であり、ｎ型ＧａＮ基板８０のうち半導体レーザ素子（チップ）１とする領域を符号８１で表している。
【００９６】
本実施の形態の半導体レーザ素子１の製造方法においては、ｎ型ＧａＮ基板８０の転位集中領域１１のピッチＰは２００μｍであり、半導体レーザ素子１（領域８１）の横幅Ｗは３００μｍである。つまり、ピッチあたり２／３個の半導体レーザ素子（チップ）１を形成する（１.５ピッチに１つのチップ１を形成する）。レーザ光導波領域１４と最近接の転位集中領域１１との距離ｄは５０μｍであり、レーザ光導波領域１４と最近接の低転位領域中央領域１２との距離ｔは５０μｍである。
【００９７】
図示したように、１つの半導体レーザ素子（チップ）１に含まれる転位集中領域１１と高ルミネッセンス領域１２は、いずれも１本またはそれ以上である。本実施の形態の半導体レーザの製造方法においては、（２／３）Ｗ＝Ｐであり、各レーザ光導波領域１４に対して２（ｔ＋ｄ）＝Ｐである。
【００９８】
本実施の形態においても、本発明の効果の出現する距離ｄ、ｔ、Ｐの範囲は実施の形態１に記載したとおりであり、この範囲において実施の形態１で述べた効果が得られる。
【００９９】
上記実施の形態１〜４においては、１ピッチあたり半導体レーザ素子（チップ）を１個、２個、４個、２／３個形成する配置について説明したが、本発明の適用範囲はこれに限られるわけではなく、６個、１／２個、１／３個等の配置とすることもできる。さらに、ＧａＮ基板上の一部の素子の配置が上記ｔ、ｄの所要の範囲を逸脱しても構わないようにすれば、このように整数倍または簡単な分数で表せる値以外の数に設定することも可能である。
【０１００】
＜実施の形態５＞
本実施の形態５は、実施の形態１〜４で述べたリッジストライプ構造を有する窒化物半導体レーザ素子１を、電流阻止層を有する窒化物半導体レーザ素子２に替えたものである。電流阻止層を有する本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子２について、図９を参照して説明する。
【０１０１】
本実施例の半導体レーザ素子２は、ｎ型ＧａＮ基板２００、その上に順次形成されたｎ型ＧａＮ層２０１、ｎ型Ｉｎ0.07Ｇａ0.93Ｎクラック防止層２０３、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層２０４、ｎ型ＧａＮ光ガイド層２０５、活性層２０６、 ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎキャリアブロック層２０７、ｐ型ＧａＮ光ガイド層２０８、ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ第１クラッド層２０９ａ、電流阻止層２２０、ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ第２クラッド層２０９ｂ、ｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層２１０およびｐ電極２１２、ならびにｎ電極２１１、から構成される。
【０１０２】
電流阻止層２２０は、ｐ型電極１１２から注入された電流が、図９に示した電流阻止層間幅のみを通過できるように電流を阻止する層であれば良い。例えば、電流阻止層２２０として、ｎ型Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層を用いても良い。電流阻止層２２０のＡｌ組成比は０．２５に限らず、その他の値でも構わない。本実施の形態では、電流阻止層２２０の開口部がレーザ光導波領域１４に対応しており、本実施の形態においても、本発明の効果の出現する距離ｄ、ｔ、Ｐの範囲は実施の形態１に記載したとおりであり、この範囲において実施の形態１で述べた効果が得られる。
【０１０３】
＜実施の形態６＞
本実施の形態６は、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を窒化物半導体レーザ素子１または２の活性層に含有するようにしたものである。他の構成は既に述べたとおりである。
【０１０４】
本実施の形態では、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を、窒化物半導体発光レーザ素子１、２を構成している活性層１０６、２０６のうち少なくとも井戸層に含有させる。ここで、井戸層に含有させる上記元素群の総和の組成比をＸとし、井戸層のＮ元素の組成比をＹとするとき、ＸはＹよりも小さく、Ｘ／（Ｘ＋Ｙ）は０．３（３０％）以下であり、好ましくは０．２（２０％）以下である。また、上記元素群の総和の下限値は、１×１０18／ｃｍ3以上である。
【０１０５】
組成比Ｘが２０％よりも高くなると、井戸層内の領域ごとに各元素の組成比が異なる濃度分離が次第に生じ始める。さらに、組成比Ｘが３０％よりも高くなると、今度は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、上記元素群の総和の添加量が１×１０18／ｃｍ3よりも小さくなると、井戸層に上記元素を含有したことによる効果が得られにくくなる。
【０１０６】
本実施の形態による効果は、井戸層にＡｓ、ＰまたはＳｂを含有させることによって、井戸層の電子とホールの有効質量が小さく、また、井戸層の電子とホールの移動度が大きくなる点にある。半導体レーザ素子の場合、前者は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ことを意味し、後者は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・ホールが拡散により高速に注入されることを意味する。即ち、現在報告されているような活性層にＡｓ、Ｐ、Ｓｂのいずれの元素をも含有しないＩｎＧａＮ系窒化物半導体レーザ素子と比べて、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子は、閾値電流密度が低く、雑音特性にも優れたものとなる。本実施の形態においても、本発明の効果の出現する距離ｄ、ｔ、Ｐの範囲は実施の形態１に記載したとおりである。
【０１０７】
＜実施の形態７＞
本実施の形態７は、基板上に各窒化物半導体層を形成する際に、選択成長技術を用いるものであり、他は上述の実施の形態のいずれかと同様である。
【０１０８】
選択成長技術は、成長を抑制する材料（例えばＳｉＯ2等の酸化物や、ＳｉＮ、ＡｌＮなどの窒化物）からなり開口部を有するマスクを、基板上にあらかじめ設けておき、基板上に各窒化物半導体層を形成する際、その成長初期に、横方向への成長が進行するように制御する技術である。これにより、各窒化物半導体層の成長に伴って生じうるクラックが有効に防止される。マスクは、転位集中領域１１上、高ルミネッセンス領域１２上に対応して設けることができ、また、これらの領域に関わらず設けることもできる。少なくともレーザ導波領域１４の直下にマスクを設けることが、レーザ導波領域に発生しうるクラックを効果的に防止できる点から望ましい。
【０１０９】
上述の各実施の形態１〜７においては、基板としてＧａＮを用いる例を説明したが、実施形態の説明前に記載説明した材料で構成される窒化物半導体基板に置換することもできる。また、窒化物半導体基板上に成長させる各窒化物半導体層の材料についても、実施形態の説明前に記載説明したような窒化物半導体材料に置換することができる。
【０１１０】
＜実施の形態８＞
本実施の形態８は、本発明の窒化物半導体レーザ素子を半導体光学装置に適用したものである。
【０１１１】
本発明の窒化物半導体レーザ素子（３３０〜５５０ｎｍの発振波長）は、半導体光学装置、例えば光ピックアップ装置に利用すると、以下の点において好ましい。各窒化物半導体レーザ素子は、高出力（３０ｍＷ）であり、高温雰囲気中（６０℃）でも安定して動作し、しかもレーザ発振寿命が長いことから、高い信頼性が要求される高密度記録再生用光ディスク装置に最適である（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）。
【０１１２】
図１０に、本発明の窒化物半導体レーザ素子を半導体光学装置に利用した一例として、光ディスク装置（光ピックアップを有する装置、例えば、ＤＶＤ装置など）の概略構成を示す。光ディスク装置３００は、光ピックアップ３０１、制御回路３０２、ディスクＤを回転させるモータ３０３、および光ピックアップ３０１を移動させるモータ３０４を備えている。光ピックアップ３０１には、半導体レーザ素子３０５、ビームスプリッタ３０６、ミラー３０７、対物レンズ３０８、および光検出器３０９が含まれている。半導体レーザ素子３０５は、上述のいずれかの実施の形態の窒化物半導体レーザ素子１、２である。
【０１１３】
情報の記録に際し、半導体レーザ素子３０５が発するレーザ光Ｌは、制御回路３０２によって入力情報に応じて変調され、ビームスプリッタ３０６、ミラー３０７および対物レンズ３０８を経てディスクＤの記録面上に収束して、情報をディスクＤに記録する。また、半導体レーザ素子３０５が無変調のレーザ光Ｌを発している間に、ディスクＤの記録面のうちレーザ光Ｌが収束する部位の磁界を入力情報に応じて変調することによっても、情報を記録することができる。情報の再生に際しては、ディスクＤ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Ｌが、対物レンズ３０８、ミラー３０７、ビームスプリッタ３０６を経て光検出器３０９に入射し、光検出器３０９によって再生信号とされる。半導体レーザ素子３０５が出力するレーザ光Ｌのパワーは、例えば、記録時には３０ｍＷ、再生時には５ｍＷ程度である。
【０１１４】
本発明の半導体レーザ素子は、光ピックアップ装置を有するこのような光ディスク装置の他に、例えば、レーザプリンター、バーコードリーダー、光の三原色（青色、緑色、赤色）レーザによるプロジェクター等にも利用可能であり、高出力で高寿命の光源として適している。
【０１１５】
〈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。
【０１１６】
窒化物半導体基板と、その上に積層された窒化物半導体層を備える窒化物半導体レーザ素子は、窒化物半導体基板がストライプ状の転位集中領域と、転位集中領域を除いた領域である低転位領域とを有し、窒化物半導体層がストライプ状のレーザ光導波領域を有し、レーザ光導波領域が低転位領域上に位置して転位集中領域と略平行であり、レーザ光導波領域とこれに最近接の転位集中領域との水平方向の距離ｄが４０μｍ以上である構成とする。窒化物半導体層のレーザ光導波領域を窒化物半導体基板の転位集中領域から４０μｍ以上ずらして低転位領域上に位置させることで、レーザ光導波領域への基板の転位の影響が抑えられ、レーザ発振寿命の長い半導体レーザ素子となる。
【０１１７】
本発明ではまた、窒化物半導体基板と、その上に積層された窒化物半導体層を備える窒化物半導体レーザ素子は、窒化物半導体基板が、互いに略平行な複数のストライプ状の転位集中領域と、転位集中領域を除いた領域である低転位領域とを有し、窒化物半導体層がストライプ状のレーザ光導波領域を有し、レーザ光導波領域が低転位領域上に位置して転位集中領域と略平行であり、レーザ光導波領域とこれに最近接の転位集中領域との水平方向の距離ｄが４０μｍ以上であり、隣り合う転位集中領域間の中央線部分を低転位領域中央領域とするとき、レーザ光導波領域とこれに最近接の低転位領域中央領域との水平方向の距離ｔが３０μｍ以上である構成とする。窒化物半導体基板に転位集中領域が複数存在するときは、低転位領域の中央部に周囲とは少し性質の異なる領域が生じることがある。この低転位領域中央領域からレーザ光導波領域を３０μｍ以上ずらすことで、一層レーザ発振寿命の長い半導体レーザ素子となる。
【０１１８】
本発明ではまた、窒化物半導体基板と、その上に積層された窒化物半導体層を備える窒化物半導体レーザ素子は、窒化物半導体基板がストライプ状の転位集中領域と、転位集中領域を除いた領域である低転位領域とを有し、低転位領域がストライプ状の高ルミネッセンス領域を有し、転位集中領域と高ルミネッセンス領域が略平行であり、窒化物半導体層がストライプ状のレーザ光導波領域を有し、レーザ光導波領域が低転位領域上に位置して転位集中領域と略平行であり、レーザ光導波領域とこれに最近接の転位集中領域との水平方向の距離ｄが４０μｍ以上であり、レーザ光導波領域とこれに最近接の高ルミネッセンス領域との水平方向の距離ｔが３０μｍ以上である構成とする。高ルミネッセンス領域は周囲とは少し性質の異なる領域であり、この領域からレーザ光導波領域を３０μｍ以上ずらすことで、長寿命の半導体レーザ素子となる。
【０１１９】
窒化物半導体基板における隣り合う転位集中領域間の距離Ｐは１４０μｍ以上であることが望ましい。製造に際し、レーザ光導波領域を転位集中領域からずらすのを容易にするためである。
【０１２０】
また、この距離Ｐは１０００μｍ以下であることが望ましい。低転位領域のうちレーザ光導波領域の下方に位置しない不必要な部分が過大になるのを避けるためである。
【０１２１】
窒化物半導体基板としては、その［１−１００］方向に転位集中領域が略平行なものを用いることができる。
【０１２２】
本発明ではまた、窒化物半導体基板と、その上に積層された窒化物半導体層を備える窒化物半導体レーザ素子は、窒化物半導体基板がストライプ状の高ルミネッセンス領域を有し、窒化物半導体層がストライプ状のレーザ光導波領域を有し、レーザ光導波領域が高ルミネッセンス領域と略平行であり、レーザ光導波領域と最近接の高ルミネッセンス領域との水平方向の距離ｔが３０μｍ以上である構成とする。周囲とは少し性質の異なる高ルミネッセンス領域からレーザ光導波領域を３０μｍ以上ずらすことで、長寿命の半導体レーザ素子となる。
【０１２３】
窒化物半導体基板としては、その［１−１００］方向に高ルミネッセンス領域が略平行なものを用いることができる。
【０１２４】
窒化物半導体層は、ＩｎxＧａ1-xＮ（０＜ｘ＜１）から構成される井戸層を含有する量子井戸活性層を有するものとすることができる。
【０１２５】
また、窒化物半導体層は、Ａｓ、ＰおよびＳｂのうち少なくともいずれかの元素を含む窒化物半導体から構成される井戸層を含有する量子井戸活性層を有するものとすることもできる。
【０１２６】
本発明では、半導体光学装置に上記の窒化物半導体レーザ素子を光源として備えるようにする。
【０１２７】
本発明ではまた、互いに略平行な複数のストライプ状の転位集中領域と、転位集中領域を除いた領域である低転位領域とを有する窒化物半導体基板上に、ストライプ状のレーザ光導波領域を備えた窒化物半導体の積層構造を含有する窒化物半導体層を形成する工程を含む窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、レーザ光導波領域を低転位領域上に転位集中領域と略平行に設けるとともに、レーザ光導波領域とこれに最近接の転位集中領域との水平方向の距離ｄを４０μｍ以上とするようにする。このようにすると、レーザ光導波領域への基板の転位の影響を抑えることができて、レーザ発振寿命の長い半導体レーザ素子が得られる。
【０１２８】
ここで、隣り合う転位集中領域間の中央線部分を低転位領域中央領域とするとき、レーザ光導波領域とこれに最近接の低転位領域中央領域との水平方向の距離ｔを３０μｍ以上とするようにしてもよい。周囲とは少し性質の異なる可能性のある低転位領域中央領域からレーザ光導波領域をずらすことで、一層長寿命の半導体レーザ素子を得ることができる。
【０１２９】
低転位領域中に転位集中領域と略平行なストライプ状の高ルミネッセンス領域を有する窒化物半導体基板を用いるときは、レーザ光導波領域とこれに最近接の高ルミネッセンス領域との水平方向の距離ｔを３０μｍ以上とするようにしてもよい。周囲とは少し性質の異なる高ルミネッセンス領域からレーザ光導波領域をずらすことで、一層長寿命の半導体レーザ素子を得ることができる。
【０１３０】
隣り合う転位集中領域間の距離Ｐが１４０μｍ以上の窒化物半導体基板を用いるとよい。レーザ光導波領域を転位集中領域からずらすことが容易になる。
【０１３１】
また、この距離Ｐが１０００μｍ以下の窒化物半導体基板を用いるとよい。低転位領域のうちレーザ光導波領域の下方に位置しない不必要な部分の大きい半導体レーザ素子となるのを避けることができ、また、歩留まりも向上する。
【０１３２】
本発明ではまた、互いに略平行な複数のストライプ状の高ルミネッセンス領域を有する窒化物半導体基板上に、ストライプ状のレーザ光導波領域を備えた窒化物半導体の積層構造を含有する窒化物半導体層を形成する工程を含む窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、レーザ光導波領域を高ルミネッセンス領域と略平行に設けるとともに、レーザ光導波領域とこれに最近接の高ルミネッセンス領域との水平方向の距離ｔを３０μｍ以上とするようにする。この場合も、長寿命の半導体レーザ素子を得ることができる。
【０１３３】
転位集中領域を有する窒化物半導体基板としては、ファセット面｛１１−２２｝面が表出して鋸歯状の凹凸形状となっている表面を有し、転位集中領域が表面の凹凸形状の底部の下方に位置するものを用いることができる。
【０１３４】
また、高ルミネッセンス領域を有する窒化物半導体基板としては、ファセット面｛１１−２２｝面が表出して鋸歯状の凹凸形状となっている表面を有し、高ルミネッセンス領域が表面の凹凸形状の頂上部の下方に位置するものを用いることができる。
【０１３５】
なお、窒化物半導体層のレーザ光導波領域を窒化物半導体基板の転位集中領域から４０μｍ以上ずらすようにした本発明では、レーザ光導波領域への基板の転位の影響が抑えられ、レーザ発振寿命の長い窒化物半導体レーザ素子が得られる。
【０１３６】
また、窒化物半導体層のレーザ光導波領域を窒化物半導体基板の低転位領域中央領域または高ルミネッセンス領域から３０μｍ以上ずらすようにした本発明では、基板のうち性質が一定の部位の上にレーザ光導波領域を位置させることができ、やはり、レーザ発振寿命の長い窒化物半導体レーザ素子が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０１３７】
【図１】実施の形態１の半導体レーザ素子の構造を模式的に示す縦断面図。
【図２】本発明における窒化物半導体基板の製造工程を模式的に示す拡大縦断面図（ａ）、斜視図（ｂ）、縦断面図（ｃ）および平面図（ｄ）。
【図３】実施の形態１の半導体レーザ素子の層構成を模式的に示す縦断面図。
【図４】窒化物半導体レーザ素子におけるレーザ光導波領域と転位集中領域の距離とレーザ発振寿命との関係を示す図。
【図５】窒化物半導体レーザ素子におけるレーザ光導波領域と高ルミネッセンス領域の距離とレーザ発振寿命との関係を示す図。
【図６】実施の形態２の半導体レーザ素子の製造方法を模式的に示す平面図。
【図７】実施の形態３の半導体レーザ素子の製造方法を模式的に示す平面図。
【図８】実施の形態４の半導体レーザ素子の製造方法を模式的に示す平面図。
【図９】実施の形態１〜４の半導体レーザ素子の他の層構成を模式的に示す縦断面図。
【図１０】実施の形態８の半導体光学装置の概略構成を示すブロック図。
【符号の説明】
【０１３８】
１、２  窒化物半導体レーザ素子
１０    ｎ型ＧａＮ基板
１１    転位集中領域
１２    低転位領域中央領域（高ルミネッセンス領域）
１３    窒化物半導体層
１４    レーザ光導波領域
１５    ｐ電極
１６    ｎ電極
２１    支持基体
２２    ｎ型ＧａＮ層
２３    ｛１１−２２｝面
２４    凹凸底部下部
２５    凹凸頂上部
２６    ｛０００１｝面
６０    ｎ型ＧａＮ基板
６１、６２  窒化物半導体レーザ素子形成領域
７０    ｎ型ＧａＮ基板
７１〜７４  窒化物半導体レーザ素子形成領域
８０    ｎ型ＧａＮ基板
８１    窒化物半導体レーザ素子形成領域
１０２    ｎ型ＧａＮ層
１０３    ｎ型ＩｎＧａＮクラック防止層
１０４    ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
１０５    ｎ型ＧａＮ光ガイド層
１０６    ＩｎＧａＮ活性層
１０７    ｐ型ＡｌＧａＮキャリアブロック層
１０８    ｐ型ＧａＮ光ガイド層
１０９    ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
１１０    ｐ型ＧａＮコンタクト層
１１１    ｎ電極
１１２    ｐ電極
１１３    絶縁膜
２００    ｎ型ＧａＮ基板
２０１    ｎ型ＧａＮ層
２０３    ｎ型ＩｎＧａＮクラック防止層
２０４    ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
２０５    ｎ型ＧａＮ光ガイド層
２０６    活性層
２０７    ｐ型ＡｌＧａＮキャリアブロック層
２０８    ｐ型ＧａＮ光ガイド層
２０９ａ  ｐ型ＡｌＧａＮ第１クラッド層
２０９ｂ  ｐ型ＡｌＧａＮ第２クラッド層
２１０    ｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層
２１１    ｎ電極
２１２    ｐ電極
２２０    電流阻止層
３００    光ディスク装置
３０１    光ピックアップ
３０２    制御回路
３０３、３０４  モータ
３０５    窒化物半導体レーザ素子
３０６    ビームスプリッタ
３０７    ミラー
３０８    対物レンズ
３０９    光検出器
【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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