(57)【要約】【課題】良好なＦＦＰが得られる窒化物半導体レーザ素子を提供する。【解決手段】第１及び第２の主面を有する基板と、基板の第１の主面側に積層されてなるｎ型半導体層、活性層、及びｐ型半導体層からなる窒化物半導体層とを備え、窒化物半導体層は、ストライプ状の導波路領域と、導波路領域の端部に共振器面を有する窒化物半導体レーザ素子であって、基板は、端部及び／又は第２の主面に、活性層からの光を拡散する光拡散領域が形成されてなることを特徴とする。これにより、導波路領域から洩れだした光を拡散させて主ビームにノイズを生じにくくすることができ、良好なＦＦＰを有する半導体レーザ素子が得られる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２の主面を有する基板と、該基板の第１の主面側に積層されてなるｎ型半導体層、活性層、及びｐ型半導体層からなる窒化物半導体層とを備え、該窒化物半導体層は、ストライプ状の導波路領域と、該導波路領域の端部に共振器面を有する窒化物半導体レーザ素子であって、
前記基板は、端部及び／又は第２の主面に、前記活性層からの光を拡散する光拡散領域が形成されてなることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記光拡散領域は、少なくとも前記共振器面の出射面側の端部に形成されている請求項１記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記光拡散領域は、前記基板の第１の主面から離間して形成されている請求項１又は請求項２記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記光拡散領域は、前記基板の第２の主面側から、前記基板端面の面積に対して５〜８０％の領域に形成されてなる請求項１乃至請求項３記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記基板は、サファイア基板である請求項１乃至請求項４記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記基板は、窒化物半導体基板である請求項１乃至請求項４記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記基板は、膜厚が６０〜３００μｍである請求項１乃至請求項６記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項８】
基板の第１の主面側にｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層からなる窒化物半導体層を積層し、リッジストライプ形成後、前記基板の第１の主面と対向する第２の主面側から、前記基板が吸収可能な波長を有するレーザ光を照射して、前記活性層からの光を拡散させる光拡散領域を形成することを特徴とする窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項９】
前記レーザ光は、前記基板の第２の主面側から研磨した後に照射する請求項８記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１０】
前記レーザ光は、前記リッジストライプと略垂直な方向に線状に照射して溝部を形成する請求項８又は請求項９記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１１】
前記溝部を形成後、前記窒化物半導体層側から押圧して溝部で分割させる請求項１０記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１２】
前記溝部を形成後、前記窒化物半導体層側から押圧して溝部で劈開して共振器面を形成する請求項１０記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１３】
前記溝部は、前記基板の第１の主面から離間する位置を底部とする請求項１０乃至請求項１２記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１４】
前記溝部は、前記基板と前記窒化物半導体層との総膜厚の５〜８０％の深さに溝部の底部を有するよう形成される請求項１０乃至請求項１２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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はストライプ状の導波路領域を有する窒化物半導体レーザ素子に係り、特に、主ビームにノイズの少ない窒化物半導体レーザ素子に関するものである。本発明の窒化物半導体レーザ素子に用いる具体的な組成としては、ＧａＮ、ＡｌＮ、若しくはＩｎＮ、又はこれらの混晶であるＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体（ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）を用いた窒化物半導体レーザ素子が挙げられる。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体レーザは、小型、長寿命、高信頼性、かつ高出力化が進み、主にパーソナルコンピュータ、ＤＶＤなどの電子機器、医療機器、加工機器や光ファイバ通信の光源などに利用されている。中でも窒化物半導体（ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）は、比較的短波長の紫外域から赤色が発光可能な半導体レーザとして注目されている。
【０００３】
窒化物半導体レーザ素子は、サファイア基板上にバッファ層、ｎ型コンタクト層、クラック防止層、ｎ型クラッド層、ｎ型光ガイド層、活性層、ｐ型光ガイド層、ｐ型キャップ層、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層などが順に積層された積層構造体からなっている。そして、このような積層構造体にリッジストライプが形成されることでストライプ状の導波路領域が設けられ、その導波路領域の端面に共振器面が形成されている。
【０００４】
リッジストライプは、ｐ型半導体層にリッジの底部が位置するように形成することで、実効屈折率導波型の窒化物半導体レーザ素子とすることができる。このような実効屈折率型の導波路領域を有する窒化物半導体レーザ素子は、活性層で発生する光は、積層面の垂直方向（上下方向）は導波路領域よりも屈折率の低い層からなるｐ型及びｎ型クラッド層によって閉じ込められ、積層面の平行方向（左右方向）は、リッジによる実効屈折率によって閉じ込められる。そして、ストライプ状に閉じ込められた光は、そのストライプの両端に設けられる共振器面によって共振されてレーザ光を発振させる。
【０００５】
光は屈折率差を設けることで導波路領域に閉じ込められてはいるものの、全ての光が閉じ込められるものではなく、導波路領域から洩れだす光（迷光）も存在する。迷光は共振器面によって増幅されていないので弱い光ではあるが、出射部以外の端面から外部に放出される場合がある。この迷光が共振器面から出射されるレーザ光の主ビームに混合されることでファーフィールドパターン（ＦＦＰ）にノイズ（リップル）が発生し、非ガウシア分布になってしまうという問題があった。このようなノイズは、素子の端面に遮光膜を設けて迷光が外部に放出されるのを防ぐことで抑制することができる。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭６４−７８５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、端面に遮光膜を設ける場合、マスク形成工程などの工程が増える上に、遮光膜を形成させるための端面を形成後、その端面の表面にマスクを設けるのは位置精度が悪くなりやすい。
そこで、本発明は上記問題を鑑み、導波路領域から洩れだした光がレーザ光の主ビームに悪影響を与えにくくし、良好なファーフィールドパターンを有する窒化物半導体レーザ素子を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明における窒化物半導体レーザ素子は、第１及び第２の主面を有する基板と、基板の第１の主面側に積層されてなるｎ型半導体層、活性層、及びｐ型半導体層からなる窒化物半導体層とを備え、窒化物半導体層は、ストライプ状の導波路領域と、導波路領域の端部に共振器面を有する窒化物半導体レーザ素子であって、基板は、端部及び／又は第２の主面に、活性層からの光を拡散する光拡散領域が形成されてなることを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項２に記載の窒化物半導体レーザ素子は、光拡散領域は、少なくとも共振器面の出射面側の端部に形成されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項３に記載の窒化物半導体レーザ素子は、光拡散領域は、基板の第１の主面から離間して形成されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項４に記載の窒化物半導体レーザ素子は、光拡散領域は、基板の第２の主面側から、基板端面の面積に対して５〜８０％の領域に形成されてなることを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項５に記載の窒化物半導体レーザ素子は、基板は、サファイア基板であることを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項６に記載の窒化物半導体レーザ素子は、基板は、窒化物半導体基板であることを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項７に記載の窒化物半導体レーザ素子は、基板は、膜厚が６０〜３００μｍであることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、基板の第１の主面側にｎ型半導体層、活性層及びｐ型半導体層からなる窒化物半導体層を積層し、リッジストライプ形成後、基板の第１の主面と対向する第２の主面側から、基板が吸収可能な波長を有するレーザ光を照射して、活性層からの光を拡散させる光拡散領域を形成することを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項９に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、レーザ光は、基板の第２の主面側から研磨した後に照射することを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項１０に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、レーザ光は、リッジストライプと略垂直な方向に線状に照射して溝部を形成することを特徴とする。
【００１８】
本発明の請求項１１に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、溝部を形成後、窒化物半導体層側から押圧して溝部で分割させることを特徴とする。
【００１９】
本発明の請求項１２に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、溝部を形成後、窒化物半導体層側から押圧して溝部で劈開して共振器面を形成することを特等とする。
【００２０】
本発明の請求項１３に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、溝部は、基板の第１の主面から離間する位置を底部とすることを特徴とする。
【００２１】
本発明の請求項１４に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、溝部は、基板と前記窒化物半導体層との総膜厚の５〜８０％の深さに溝部の底部を有するよう形成されることを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明に係る実施の形態の窒化物半導体レーザ素子は、第１及び第２の主面を有する基板と、その基板の第１の主面側に、ｎ型半導体層、活性層、及びｐ型半導体層からなる窒化物半導体層を有している。窒化物半導体層のｐ型半導体層に形成されているリッジストライプによってストライプ状の実効屈折率型の導波路領域が設けられる。そして、本発明においては、基板の端部及び／又は第２の主面に、活性層からの光を拡散する光拡散領域が形成されていることを特徴とするものである。
【００２３】
（光拡散領域）
本発明の窒化物半導体レーザ素子は、基板の端部及び／又は第２の主面（裏面）の少なくとも一部に、活性層からの光を拡散させる光拡散領域が形成されている。光拡散領域は、基板表面に設けられる膜（層）などによって形成されているのではなく、基板の一部で構成されているものである。これにより、基板の表面（露出面）が、光拡散領域と光非拡散領域とからなるように構成される。光拡散領域は、基板の一部でありながら、基板のほとんどの領域を占める光非拡散領域とは光学特性が異なるものである。このような光拡散領域は、基板に熱、電子線照射等、外部からエネルギーを与えることでその一部を変質させることで形成させることができる。これら外力を加えることで、詳細は不明ではあるが、組成、組成比、結晶系、透過率、反射率、吸収係数、等が基板と異なる領域となっているものと考えられる。このような基板の一部が変質されて形成された光拡散領域によって、導波路領域から洩れだした光（迷光）を拡散させることができる。
【００２４】
迷光は、活性層で発生した光であるが、導波路領域内に閉じこめられその両端の共振器面によって増幅された光（誘導放射光）とは異なり、導波路領域から洩れ出した自然光である。このような光が共振器面（出射部）以外から外部に放出されても、弱い光であれば問題となりにくい。しかしながら、共振器面以外の端面、例えば基板の端面が劈開面など鏡面に近い面であるとその面で光は反射することが可能であるので、反射を繰り返して共振してやや光が強められる場合がある。そのような光が共振器面以外から外部に漏れ出すと、主ビームにリップル（凹凸）等のノイズが生じる。
【００２５】
本発明では、光拡散領域は、基板の表面に形成されており、その内部の比較的浅い領域まで形成されている。光拡散領域に達した光は、任意の方向に拡散（散乱）されるのに対し、光非拡散領域では光は拡散せずに入射角に応じた方向に反射又は屈折する。拡散された光も反射された光も、一部は基板内に戻されて内部を伝搬するが、拡散されることで弱くなった光は吸収等により減衰されやすくなる。また、光非拡散領域で反射された光も、その後に光拡散領域に達することで同様に拡散されるので、光拡散領域の面積が小さい場合でも迷光を減衰させる効果はある。また、基板端面で反射して内部に戻る光とは別に、一部は外部の放出されるが、光拡散領域を介して拡散された光は、戻り光と同様に光非拡散領域から放出された光に比べて弱くなる。
【００２６】
このように、基板に光拡散領域を形成することで、導波路領域以外での素子内部での光の増幅を抑制することができ、また、例え外部に迷光が漏れたとしても、弱い光であるため、主ビームの特性に悪影響を与えにくくなる。すなわち、拡散や、吸収を繰り返すことで光を次第に減衰させる光拡散領域は、光吸収領域或いは光減衰領域としての機能をも備えていると言える。本発明のような光拡散領域は、例えば金属層などを基板の表面に設けて遮光膜とする場合のように、迷光が素子外部に放出されることを完全に防ぐことはできないかもしれないが、迷光による主ビームのノイズを抑制するという効果を得ることが可能である。
【００２７】
光拡散領域は、基板の端面及び／又は裏面（第２の主面）に形成させる。図２は光拡散領域の形成位置を示す模式図であり、図２（ａ）〜（ｃ）は窒化物半導体基板を有する窒化物半導体レーザ素子を示し、図２（ｄ）〜（ｆ）は異種基板を有する窒化物半導体レーザ素子を示す。図２（ａ）及び（ｄ）は、基板の端面（リッジストライプと略垂直な面）に光拡散領域９が形成されており、共振器面の少なくとも一方の端面に設けることができる。また、図２（ｂ）及び（ｅ）では光拡散領域は、端面に加えてリッジストライプと平行な端面（側面）にも形成している。更に、図２（ｃ）及び（ｆ）は端面と側面とに、基板の裏面（第２の主面）にも光拡散領域を形成させているものである。このように、基板の端面及び／又は裏面に設けるのは、製造工程に応じて調整してもよいし、或いはレーザ光の特性や、窒化物半導体層の層構成、更には基板の材料や膜厚などに応じて選択することができる。基板の端部のみに形成させる場合は、光拡散領域の形成面積としては小さくなるが、共振器面に近いことで効率よく迷光を拡散させることができる。特に、迷光によるリップルが主ビームにのらないようにするには、共振器面の出射面側と同一の面方向の基板端面に設けるのが好ましい。これにより、ノイズが発生するのを効率よく抑制することができる。また、裏面（基板の第２の主面）に設けることで、より広い領域で迷光を拡散させることができるだけでなく、共晶メタル等による反射光によるノイズも低減させることができる。
【００２８】
光拡散領域を基板の端部に形成させる場合は、基板の第１の主面から離間するように形成させるのが好ましい。共振器面と同一の端面に光拡散領域を形成させる場合は、光拡散領域が共振器面の出射部近傍に形成されることで迷光を拡散させやすくなるので好ましい。しかし、後述のように光拡散領域の形成を、基板裏面からレーザ光を線状に照射して溝部を形成し、その溝部を分割（劈開）位置としても機能させる場合は、出射部近傍まで光拡散領域を形成することで溝部が深くなって所望の位置でウエハを割ることが困難になる。このような場合は、光拡散領域の形成位置を、導波路領域から離間するまでとするのが好ましい。光拡散領域は、基板の第２の主面側に近い領域に形成させるのが好ましく、それぞれの基板端面の面積の５〜８０％の範囲に形成させるが好ましく、より好ましくは、３０〜７０％の範囲に形成させるのが好ましい。５％より少ないと、光拡散効果が少なくなるので好ましくなく、また、８０％よりも多くなると、所望の位置で窒化物半導体層を分割しにくくなるので好ましくない。特に、共振器面を劈開面とする場合は、劈開面を得られにくくなるので、上記範囲内とするのが好ましい。但し、共振器面をエッチングにより形成させる場合は、基板の端面は共振器面と段差が形成されていることになるので、光拡散領域形成時の破損は生じにくいので基板端部全面に設けることもできる。
【００２９】
本発明に用いる基板としては、窒化物半導体層をエピタキシャル成長させることができる基板であれば異種基板でも同種基板でもよく、大きさや厚さ等は特に限定されない。具体的な例としては、異種基板では、Ｃ面、Ｒ面、及びＡ面のいずれかを主面とするサファイアやスピネル（ＭｇＡ１２Ｏ４）のような絶縁性基板、また炭化珪素（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃ）、シリコン、ＺｎＳ、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ダイヤモンド、及び窒化物半導体と格子接合するニオブ酸リチウム、ガリウム酸ネオジウム等の酸化物基板が挙げられる。また、前記異種基板上にＥＬＯ（Ｅｐｉｔａｘｉａｌ−Ｌａｔｅｒａｌ−Ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）法によりＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）層を成長させてもよい。或いは、基板上に横方向成長させた窒化物半導体をＴ字形状とし、保護膜を除去させた後、さらに窒化物半導体を再成長させたものを用いてもよい。このような窒化物半導体層を有する異種基板は、Ｔ字柱上には転位が伸びるものの、Ｔ字両翼上部、及び隣り合うＴ字両翼の開口部上には転位が大幅に低減された結晶性の良好な窒化物半導体基板を得ることができ、再成長させた接合部にも転位が低減するため、この基板は低欠陥領域がウエハ上に広範囲で存在することとなる。そのため、この基板上に形成した窒化物半導体レーザ素子は寿命特性の良好なものが期待できる。またＴ字両翼下には保護膜除去により再成長後も空洞が残るため、反り抑制効果もある。
【００３０】
また、デバイス加工が出来る程度の厚膜（６０μｍ程度以上）であれば同種基板である窒化物半導体基板を用いることもできる。このような基板としては、上記のように異種基板上に形成された窒化物半導体層から、異種基板を除去したものがあげられる。同種基板を用いることで劈開面が得られ易くなる。また、異種基板に比べて窒化物半導体層はレーザ光の吸収が大きいので、光拡散領域は光吸収領域としても機能し易くなり、迷光によるノイズを低減させる効果も大きい。
【００３１】
レーザ光を出射させるには、共振器面は凹凸の少ない劈開面が好ましい。特に、窒化物半導体のＭ面とするのが好ましい。このような劈開面の場合、特に同種基板の場合は、出射部以外の端面も劈開面であるため、導波路領域以外でも光は共振しやすくなる。このような劈開面を共振器面とするレーザ素子の基板に光拡散領域を設けることでリップルを生じにくくすることができる。
【００３２】
また、共振器面はエッチング面であってもよい。エッチング端面を有する場合、窒化物半導体層の端面（エッチング面）と、分割されることで形成される基板端面とは段差を有するようになっている。このような段差の有る端面に遮光膜等を設けると更に段差を有するようになるが、段差を有することで共振器面からの光が遮られる場合がある。これにより、主ビームの特性が悪化してしまうが、本発明では基板の端面の一部を光拡散領域とすることで、更に段差を設けないようにすることができるので、そのような問題が生じることもない。
【００３３】
次に、本発明の窒化物半導体レーザ素子の各層及び構成について詳説する。
（窒化物半導体）
本発明の窒化物半導体レーザ素子として用いられる半導体層としては、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、及びこれらの混晶であるＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体（ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）が好ましい。以下、本発明の窒化物半導体レーザ素子について具体的に説明する。
【００３４】
（活性層）
本発明の窒化物半導体レーザ素子は、特に活性層がＩｎを含む窒化物半導体層を有するものが好ましい。これにより、紫外線及び可視域において紫色系から赤色系の波長のレーザ光を得ることができる。また、活性層は、量子井戸構造であってもよく、その場合、単一量子井戸、多量子井戸のいずれでも良い。好ましくは量子井戸構造とすることで、発光効率に優れ、高出力のレーザ素子が得られる。具体的には、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０＜ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）で表される窒化物半導体を用いることが好ましい。この場合、量子井戸構造の活性層においては、井戸層としてここで示した窒化物半導体を用いることが好ましいことを意味する。また、近紫外から可視光の緑色までの波長領域（３８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下）では、ＩｎｙＧａ１−ｙＮ（０＜ｙ＜１）を用いることが好ましく、またそれ以上の長波長領域（赤色）でも、同様にＩｎｙＧａ１−ｙＮ（０＜ｙ＜１）を用いることができ、この時、主にＩｎ混晶比ｙを変化させることにより、所望の波長を得ることができる。３８０ｎｍ以下の短波長の領域では、ＧａＮの禁制帯幅に相当する波長が３６５ｎｍであるため、ＧａＮとほぼ同じか若しくはそれよりも大きなバンドギャップエネルギーとする必要があるため、例えばＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０＜ｘ≦１、０＜ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）が用いられる。
【００３５】
活性層を量子井戸構造とする場合、具体的な井戸層の膜厚としては、１０Å以上３００Å以下の範囲、好ましくは２０Å以上２００Å以下の範囲とすることで、Ｖｆ、しきい値電流密度を低減させることができる。また、結晶成長の観点からは、２０Å以上であると、膜厚に大きなむらがなく比較的均一な膜質の層が得られ、２００Å以下とすることで結晶欠陥の発生を低く抑えた結晶成長が可能となる。活性層内の井戸層数としては特に限定されず、１以上であり、この時、井戸層の数が４以上である場合には、活性層を構成する各層の膜厚が厚くなると、活性層全体の膜厚が厚くなって、Ｖｆの上昇を招くこととなるため、井戸層の膜厚を１００Å以下の範囲として、活性層の膜厚を低く抑えることが好ましい。また、井戸層にはｐ又はｎ型の不純物（アクセプター又はドナー）がドープされていても、アンドープ若しくはノンドープであっても良い。
【００３６】
障壁層の組成としては、特に限定されないが、井戸層と同様の窒化物半導体を用いることができ、具体的には井戸層よりＩｎ混晶比の低いＩｎＧａＮなどのＩｎを含む窒化物半導体、若しくはＧａＮ、ＡｌＧａＮ等のＡｌを含む窒化物半導体などを用いることができる。具体的な組成としては、ＩｎβＧａ１−βＮ（０≦β＜１，α＞β）、ＧａＮ、ＡｌγＧａ１−γＮ（０＜γ≦１）などを用いることができ、好ましくはＩｎβＧａ１−βＮ（０≦β＜１，α＞β）、ＧａＮを用いることで良好な結晶性でもって障壁層が形成できる。多重量子井戸構造において、井戸層に挟まれた障壁層は、特に１層であること（井戸層／障壁層／井戸層）に限るものではなく、２層若しくはそれ以上の層の障壁層を、「井戸層／障壁層（１）／障壁層（２）／・・・／井戸層」というように、組成・不純物量等の異なる障壁層を複数設けても良い。ここでαは井戸層のＩｎ組成比であり、α＞βとして障壁層のＩｎ組成比βを井戸層より小さくすることが好ましい。また、障壁層は、ｎ型不純物がドープされていても、ノンドープであっても良いが、好ましくはｎ型不純物がドープされていることである。この時、障壁層中のｎ型不純物濃度としては、少なくとも５×１０１６／ｃｍ３以上ドープされていることが好ましく、上限としては１×１０２０／ｃｍ３である。
【００３７】
（ｐ型クラッド層）
ｐ型クラッド層に用いられる窒化物半導体としては、光を閉じ込めるのに十分な屈折率差が設けられていればよく、Ａｌを含む窒化物半導体層が好ましく用いられる。また、この層は、単一若しくは多層膜であっても良く、ＡｌＧａＮとＧａＮとを交互に積層した超格子構造であっても良い。さらに、この層は不純物がドープされていても良いし、アンドープであっても良く、多層膜の場合はそれを構成する少なくとも１つの層にドープしたものであってもよい。なお、発振波長が長波長の４３０〜５５０ｎｍの窒化物半導体レーザ素子では、このｐ型クラッド層はｐ型不純物をドープしたＧａＮが好ましい。又、膜厚としては特に限定されるものではないが、１００Å以上２μｍ以下で形成することが好ましく、更に好ましくは５００Å以上１μｍ以下の範囲で形成することで十分な光閉じ込め効果を有する。また、活性層とｐ型クラッド層との間に、電子閉じ込め層、光ガイド層を設けて、活性層及び光ガイド層を挟み込む構造とすることが好ましい。
【００３８】
（ｐ型電子閉じ込め層）
活性層とｐ型クラッド層との間、好ましくは活性層とｐ型光ガイド層との間に設けられるｐ型電子閉じ込め層は、活性層へのキャリアの閉じ込めとしても機能する層であり、閾値電流を低下させることにより容易な発振に寄与し、具体的にはＡｌＧａＮを用いる。特に、ｐ型半導体層に、ｐ型クラッド層、ｐ型電子閉じ込め層を設ける構成とすることで、より効果的な電子閉じ込め効果が得られる。このｐ型電子閉じ込め層にＡｌＧａＮを用いる場合には、好ましくはｐ型不純物をドープしたものとすることでより確実に前記機能を発揮し得るが、ノンドープであっても前記キャリアの閉じ込めとして機能を有する。膜厚の下限としては、少なくとも１０Åで好ましくは２０Åである。また、膜厚としては、５００Å以下で形成し、ＡｌｘＧａ１−ｘＮの組成としては、ｘが０以上、好ましくは０．２以上とする事で前記効果が十分に期待できる。このように、ｐ型電子閉じ込め層は、好ましくは活性層に接して設けることで、効率良く活性層若しくは井戸層内にキャリアを注入できる。
【００３９】
（ガイド層）
本発明において、活性層を挟むｐ型及びｎ型ガイド層をそれぞれｐ型及びｎ型クラッド層より内側に設けて、光導波路を形成することで、窒化物半導体において優れた導波路を形成することができる。この時、導波路（活性層とそれを挟み込む両ガイド層）の膜厚としては、具体的には６０００Å以下とし、発振閾値電流の急激な増大を抑制し、好ましくは４５００Å以下とすることで、低く抑えられた発振閾値電流で、基本モードによる長寿命の連続発振が可能となる。また、両ガイド層は、ほぼ同じ膜厚で形成することが好ましく、ガイド層の膜厚としては１００Å以上１μｍ以下の範囲に設定することが好ましく、より好ましくは５００Å以上２０００Å以下で形成することで良好な光導波路を設けることができる。更に、ガイド層としては、その外側に設けられるクラッド層と比較して、導波路を形成するために十分なエネルギーバンドギャップを有していればよく、単一の膜、多層膜のどちらでも良い。また、光ガイド層として、具体的には、活性層とほぼ同じ、好ましくはそれよりも大きなバンドギャップエネルギーとすることで良好な導波路の形成が可能であり、量子井戸構造の場合には井戸層よりもバンドギャップエネルギーを大きくし、好ましくは障壁層よりも大きくすることである。さらには、活性層の発光波長よりも１０ｎｍ程度以上のバンドギャップエネルギーを光ガイド層に設けることで、光の導波に優れた導波路が形成できる。
【００４０】
（ｎ型クラッド層）
ｎ型クラッド層としては、ｐ型クラッド層と同様に、光を閉じ込めるのに十分な屈折率差が設けられていれば良く、Ａｌを含む窒化物半導体層が好ましく用いられる。また、この層は、単一若しくは多層膜であっても良く、具体的には実施例に示すように、ＡｌＧａＮとＧａＮとを交互に積層した超格子構造であっても良い。また、このｎ型クラッド層は、キャリアの閉じ込め層、及び光閉じ込め層として作用し、多層膜構造とする場合には、前述のように、Ａｌを含む窒化物半導体、好ましくはＡｌＧａＮを成長させると良い。さらに、この層は、ｎ型不純物がドープされていても良いし、アンドープであっても良く、多層膜層としてその構成する少なくとも１つの層にドープしたものであっても良い。なお、発振波長が長波長の４３０〜５５０ｎｍのレーザ素子では、このクラッド層はｎ型不純物をドープしたＧａＮが好ましい。また、膜厚としては、ｐ型クラッド層と同様に、特に限定されるものではないが、１００Å以上２μｍ以下で形成すること、好ましくは５００Å以上１μｍ以下の範囲で形成することで、十分な光の閉じ込め層として機能する。
【００４１】
（電極）
本発明の窒化物半導体レーザ素子において、リッジストライプの上に形成されるｐ側電極、及びｎ側層（ｎ型コンタクト層）に設けられるｎ側電極としては、特に限定されるものではなく、窒化物半導体と良好なオーミック接触得られる材料を好ましく用いることができる。導波路領域となるリッジストライプ対応して形成させることで、キャリアの注入を効率よく行うことが出来る。また、後述する絶縁膜を介して窒化物半導体を接するように設けることも出来る。また、半導体と接するように設けられるオーミック電極と、ボンディングに適した材料からなるパッド電極とを設けてもよい。本実施の形態においては、ｐ側電極（ｐ側オーミック電極）は、リッジ上面からリッジ側面、及びリッジ底部から連続するｐ型半導体層の表面に第１の絶縁膜を形成後、リッジストライプの上面に第１の絶縁膜の開口部を設けてその上にオーミック電極を形成する。その上に更に開口部を有する第２の絶縁膜を形成し、その上にｐ側パッド電極を形成された構造である。電極として用いられる具体的な材料としては、ｐ側電極では、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｒｈ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｗ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｐｔ、Ａｇ及びこれらの酸化物、窒化物等があげられ、これらの単層、合金、或いは多層膜を用いることができる。また、ｎ側電極では、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｒｈ、Ａｕ、Ｒｕ、Ｗ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｐｔ、Ａｇ等があげられ、これらの単層、合金、或いは多層膜を用いることができる。
【００４２】
（第１の絶縁層）
本発明の窒化物半導体レーザ素子において、窒化物半導体層の一部を除去して、リッジストライプの側面、及びそれに連続するリッジ両側の平面（凸部が設けられている表面）に埋め込み層として絶縁膜（以下、第１の絶縁層）を形成することが好ましい。第１の絶縁層の材料としてはＳｉＯ２以外の材料、好ましくはＴｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａよりなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む酸化物、ＳｉＮ、ＢＮ、ＳｉＣ、ＡｌＮの内の少なくとも一種で形成することが望ましく、その中でもＺｒ、Ｈｆの酸化物、ＢＮ、ＳｉＣを用いることが特に好ましい。これらの材料はフッ酸に対しても多少溶解する性質を有しているものもあるが、レーザ素子の絶縁層として用いれば埋め込み層としてＳｉＯ２よりもかなり信頼性が高くなる傾向にある。また一般的にＰＶＤ、ＣＶＤのような気相で成膜した酸化物系薄膜は、その元素と酸素とが当量反応した酸化物となりにくいので、酸化物系薄膜の絶縁性に対する信頼性が不十分となり易い傾向にあるが、本発明で選択した前記元素のＰＶＤ、ＣＶＤによる酸化物、ＢＮ、ＳｉＣ、ＡｌＮはＳｉ酸化物よりも絶縁性に関する信頼性に優れている。しかも酸化物の屈折率を窒化物半導体よりも小さいもの（例えばＳｉＣ以外のもの）を選択すると、レーザ素子の埋め込み層として非常に都合がよい。
【００４３】
また、第１の絶縁層の膜厚としては、具体的には、５００Å以上１μｍ以下の範囲、好ましくは１０００Å以上５０００Å以下の範囲とすることである。なぜなら、５００Å以下であると、電極の形成時に、十分な絶縁性を確保することが困難で、１μｍ以上であると、かえって保護膜の均一性が失われ、良好な絶縁膜とならないからである。また、前記好ましい範囲にあることで、リッジ（凸部）側面において、リッジとの間に良好な屈折率差を有する均一な膜が形成される。
【００４４】
（第２の絶縁層）
第２の絶縁層は、ｐ側オーミック電極の、リッジ上部を除く全面に渡るように設けるものである。また、エッチングによって露出されたｐ型半導体層及び活性層の側部端面にも連続するように設けるのが好ましい。好ましい材料としては、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２などの単層膜または多層膜を挙げることができる。
【００４５】
（共振器面保護膜）
共振器面には、活性層で発生する光を効率よく共振させるために、その表面に保護膜を設けるのが好ましい。特に、モニター側の共振器面には、出射側の共振器面と屈折率差を設けるためにも保護膜を設けるのが好ましい。具体的な材料として、導体材料としては、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｗ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｙ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｇａ、更にはこれらの酸化物、窒化物、フッ化物などの化合物から選ばれたいずれかから選ばれたものを用いることができる。これらは、単独で用いてもよいし、複数を組み合わせた化合物或いは多層膜として用いてもよい。半導体材料としてはＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＢＮ、Ｓｉ、ＩｎＧａＮ、ＧａＡｓ、ＩｎＰなどを用いることができる。絶縁体材料としてはＳｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｔａ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｙ、Ｂ、Ｔｉ、Ｃｒの酸化物、窒化物、フッ化物等などの化合物を用いることができる。
【００４６】
また、端面保護膜は、窒化物半導体層に直接接するように形成させるのが好ましい。これにより、光が積層構造体以外、例えば絶縁膜等の内部へ導入されるのを防ぐことができ、迷光を外部に放出し易くすることができる。
【００４７】
また、金属材料のような導電性材料を用いる場合は、積層構造体表面に絶縁層を形成し、その絶縁層上に形成させることもできる。これにより、積層構造体との材料との接着性がよくない材料であっても対応することができる。
【００４８】
［製造方法］
本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、基板の端面や裏面（第２の主面）に、活性層からの光を拡散可能な光拡散領域を形成させるものである。レーザ光の光源としては、基板が吸収可能な波長を有するものであればよく、基本波長が１０６３ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザのＹＡＧ　ＳＨＧレーザ（Ｎｄ：ＹＡＧの第２高調波（５３２ｎｍ）、ＹＡＧ　ＴＨＧレーザ（Ｎｄ：ＹＡＧの第３高調波（３５５ｎｍ））、ＣＯ２レーザレーザ等を用いることができる。このようなレーザ光を基板に吸収させることで、基板の光学特性を変化させることができる。すなわち、基板の表面に新たに膜（層）などを形成させて活性層からの光を制御するのではなく、基板自体を加工して光学特性を変化させることで、導波路領域から洩れだした光（迷光）による主ビームのノイズを低減することができる。
【００４９】
レーザ光の照射によって、上記のように基板の光学特性を変化させることができるが、これは、基板の形状及び基板の材質を変化させることによるものである。例えば、基板の第２の主面（裏面）を凹凸状になるようにレーザ光を照射すると、単一の面であった基板裏面が、面方向の異なる複数の面を有することになるので、光の反射角が変化する。これにより、迷光を拡散（分散）させることができるので、導波路領域に戻りにくくすることができる。このように、基板の形状を変化させることができるのは、レーザ光の照射により、その照射部分の基板が蒸発していることによる。基板の第２の主面に凹凸を形成する場合は、共振器面との位置関係及び導波路領域との位置関係を考慮して規則性を有するような形状及び配列とすることもできるし、ランダムな形状及び配列とすることもできる。また、それらを複合させるように形成してもよい。
【００５０】
また、上記のような蒸発とは別に、レーザ光を照射して熱を生じさせるものの、その部分が蒸発しない程度にレーザ光の照射条件を調整することで、基板材質を変質させることもできる。例えば、レーザ光照射部を熱変質させて組成、組成比、結晶系、透光率、反射率、吸収係数等を変化させることができる。このような変質は、レーザ光照射に伴う熱の発生によって生じるもので、結晶の再配列化による結晶系の変化、単結晶基板の多結晶化等の現象によるものと考えられる。このように、基板を熱変質させることで、基板と光学特性の異なる光拡散領域とすることができる。また、レーザ光照射部で生じる熱はその照射部の周辺にも伝わるので、基板の形状を変化させる場合は、その周辺部はある程度の熱による変質を伴うので、形状の変化と、材質の変化とを組み合わせて用いることもできる。
【００５１】
このような基板の加工は、用いるレーザ光の波長や照射条件を選択することで、容易に制御することができる。基板表面の光学特性を変化させるために、その基板表面に新たに膜を設ける場合は、光拡散領域を形成しない部分をマスクする必要があるのに対し、レーザ照射の場合はそのようなマスクが不要である。そのため、マスク形成工程が不要である上に、レーザ光の照射時間や、用いるレンズ系等を任意に選択することで、照射部分に生じる熱の広がりを容易に制御することができる。これにより、光吸収領域の形成面積や位置、及び深さについての制御が極めて容易である。また、ウエハ状態だけでなく、バー状として加工することも可能である。バー状のレーザ素子とした場合、膜の場合は、その端面の一部にマスクを形成するのは困難であるため、形成位置の精度は非常に悪くなるが、本発明のようなレーザ照射の場合は、そのような問題はなく、バー状でも、目的の領域にレーザ照射させて加工することができる。
【００５２】
レーザ光の照射は、基板の裏面（第２の主面）側から、或いは基板の端面側から行うことができる。その場合、ウエハ状のままで照射させることもできるし、バー状のレーザ素子として、或いは、チップ状に分割してから照射させることもできる。また、レーザ光の照射は、基板の裏面や端面の全面に照射してもよく、或いは、部分的に照射してもよい。
【００５３】
ウエハ状の基板の第２の主面側からレーザ光を照射する場合は、図３（ａ）のように、ウエハの第２の主面１２のほぼ全面に照射することができる。これにより、図３（ｂ）のように基板の第２の主面の表面とその周辺すなわち基板内部とが、レーザ光の吸収による発熱によって変質された領域とすることができる。この変質された領域が光拡散領域９であり、活性層からの発光波長を吸収することができる。このように基板の第２の主面のほぼ全面に光拡散領域を形成後にチップ化することで、図３（ｃ）のような窒化物半導体レーザ素子とすることができる。このように第２の主面側に光拡散領域を有すると、ステム等に載置する際の共晶メタル等による迷光の反射をも防ぐことができる。また、基板の第２の主面に光拡散領域を形成させる場合、例えば、基板の第２の主面表面に凹凸加工を施すなど形状を変化させることもでき、それにより光を効率よく拡散させることができる。更に、基板の第２の主面に凹凸加工を施すことで、迷光の光拡散効果の他に、基板裏面（接合面）の表面積を増やすことにもなるので、ステム等支持体への接合時の密着性を向上させるという効果も得ることができる。
【００５４】
このように、ウエハの状態で基板の第２の主面のほぼ全面にレーザ光を照射させて基板の第２の主面側を熱変質させる場合、リッジストライプの形成等窒化物半導体層の加工は、レーザ光照射前に行うのが好ましい。
【００５５】
また、成長時の基板の第２の主面をそのまま加工してもよいが、所望の膜厚になるまで研磨した後、その研磨面にレーザ光を照射するのが好ましい。研磨後の基板の膜厚としては、約６０〜２００μｍ程度が好ましい。６０μｍよりも薄くすると基板が割れやすくなって所望の位置で分割しにくくなるので好ましくない。また、２００μｍよりも厚いと、光拡散領域の効果が少なくなるので好ましくない。
【００５６】
また、ウエハ状の基板の第２の主面側からレーザ光を照射する場合、全面ではなく部分的に照射することもでき、特に、線状に照射するのが好ましい。その場合、線状照射部を変質させるだけでなく、形状を変化させるようにするのが好ましく、図５のように線状にレーザ光を照射し、その部分を溝部１７とするのが好ましい。線状にレーザ光を照射して溝部を形成すると、その溝部１７の側面及び底面が図５（ｂ）に示すようにレーザ光照射に伴う熱によって変質して光拡散領域９となる。
【００５７】
このように溝部を形成すると、その溝部に沿って、基板及び窒化物半導体層を図５（ｂ）の矢印の位置で分割することができる。溝部の位置をチップのサイズに合わせて形成すると、図６に示すように窒化物半導体層側からブレーキング１８等により押圧してその溝部の位置で分割することができる。この場合、押圧位置は、一つの溝部の全体を一気に押圧するように力を加えて割るようにするのが好ましいので、ブレーキングの刃の幅はウエハより同等以上とするのが好ましい。このようにレーザ光照射によって溝部を形成することで、光拡散領域を形成できるとともに、チップ化のための位置を決める溝として用いることもできる。レーザ光照射によって形成される溝は、ダイサー等による溝よりもその溝幅を狭くすることができるので、チップ数を多くすることができる。
【００５８】
また、特に、レーザ光を照射する際に、リッジストライプと略垂直な方向に線状に照射するのが好ましい。図４（ａ）は基板の第１の主面側１５に窒化物半導体層が形成され、その窒化物半導体層にリッジストライプ１３が形成されていることを示す図である。ここでは、リッジストライプはオリフラ面に対して略垂直な方向に形成されているが、オリフラ面に対して略平行な方向に形成されていてもよい。このようなウエハを上下逆にした図が図５であって、基板の第２の主面側１２からリッジストライプと略垂直になるようにレーザ光を照射させる。レーザ光照射後の断面は、図５（ｂ）に示すようになる。
【００５９】
このようにリッジストライプと略垂直な方向に溝部を形成し、その溝部で分割する際、その分割面を共振器面として用いることができる。共振器面を得る場合は、窒化物半導体層が劈開できる位置に溝部を形成する必要があり、たとえば、窒化物半導体層のＭ面、Ａ面などの位置となるように溝部の位置を調整する。全述のように、レーザ光照射による溝部は、幅を狭くすることができ、しかも、基板裏面（第２の主面）側の溝幅が狭い状態で、深い溝を形成することができる。例えば、Ｎｄ：ＹＡＧの第３高調波（ＹＡＧ　ＴＨＧ）を用いると、線状の溝部幅を、その開口部が５〜１５μｍで約５０μｍ程度の深さの溝を形成することができる。スクライブなどを用いると、約５０μｍの深さの溝を形成すると、開口部の幅も約５０μｍとなり、チップ数が少なくなる。そのため、１００μｍ程度の深さまでスクライブで溝を形成させるのは実質的ではないが、レーザ光照射では可能である。
【００６０】
また、同じＮｄ：ＹＡＧでも第２高調波（ＹＡＧ　ＳＨＧ）を用いると、その開口部の幅はＹＡＧ　ＴＨＧｎ照射時に比べてやや広くなる。また、溝の開口部よりも底部の方が溝幅は狭くなるが、ＹＡＧ　ＴＨＧよりもＹＡＧ　ＳＨＧの方が、その幅の差が大きくなる。そのため、ＹＡＧ　ＳＨＧを照射させると、基板端面の傾斜が大きくなる。これにより、外部に放出される迷光を導波路領域と逆の方向に放出させることもできる。
【００６１】
このような、細い溝幅で深く溝を形成できるレーザ光照射を用いることで、共振器面を劈開面として得られ易くなる。窒化物半導体層は劈開性を有する結晶であるが、成長基板の劈開性がよくないと、その基板とともに分割して劈開面を得るのは困難である。たとえばサファイア基板を用いると劈開面を得るのは困難である。基板を薄くすることで劈開させることは可能であるが、その際に、基板の反りが生じて任意の位置で割れやすくなるので、目的の位置で劈開しにくい。また、薄くできたとしてもダイサーなどで溝を形成すると、研削時にかかる力によって任意の位置で割れが生じる。しかしながら、本発明のようにレーザ光照射で溝を形成すると、基板を薄くしなくても劈開が可能であり、また、溝形成時にウエハに力がかかることがないので、素子内部の歪み等も起こりにくい。また、基板を厚く残しておけることで、反りを少なくすることもできる。基板の反りが大きいと、ステムなどに載置するときに接着部が少なくなって剥がれやすくなるが、反りを低減できるので密着性よく接合させることができ、信頼性が向上する。
【００６２】
溝部は、第２の主面側から形成させるが、前述の全面照射と同様に、第２の主面側から研磨した後に照射させるのが好ましい。また、溝部の底部は基板の第１の主面から離間するように形成させるのが好ましい。溝部の深さを深くすると残りの窒化物半導体層の膜厚が薄くなって所望の位置で割れにくくなるので、ある程度の膜厚を残すようにするのが好ましく、特に第１の主面からは離間するように形成するのが好ましい。溝部の深さとしては、基板及び窒化物半導体層の総膜厚の５〜８０％程度に底部がくるように形成させるのが好ましい。
【００６３】
リッジストライプと略垂直に溝部を形成させる場合、上記のようにその溝部で劈開して共振器面を形成させるのではなく、先にＲＩＥなどのエッチッングによって共振器面を形成させておいてもよい。エッチングは窒化物半導体層の表面側から行い、ｐ型半導体層、活性層、そしてｎ型半導体層の一部が露出するようにエッチングする。これは、共振器面形成時のエッチングを基板の第１の主面が露出するまで行うと、共振器面が荒れやすくなるので、それを防ぐためである。基板の第１の主面が露出するまでエッチングする場合は、エッチング工程を２度に分けて行うとよい。すなわち、先にｎ型半導体層の一部が露出するまでエッチングして共振器面を形成し、その後共振器面に保護膜を形成するなどして保護した状態で基板が露出するまでエッチングすることができる。このように行うと、２回目のエッチング時の端面は共振器面よりも突出するようになって端面に段差が生じることになるが、共振器面からあまり突出しないように調整することで主ビームの特性に悪影響を与えにくくすることができる。
【００６４】
（リッジストライプ形成）
本発明の窒化物半導体レーザ素子では、リッジストライプは、光拡散領域形成前に形成させるのが好ましい。リッジの数は単数でもよく、高出力のためには複数形成してマルチストライプ型のレーザ素子とすることもできる。リッジの幅としては、上記と同様に１μｍ〜５μｍ程度が好ましい。複数のリッジを設ける場合は、できるだけ各リッジの幅を同一とすることが好ましい。幅が異なると各共振器面にかかる負荷が不均一になるので、一部に集中された電流によって劣化し易くなるので、そのような現象を回避するためにも、各リッジに均一に電流が流れるようにするのが好ましい。
【００６５】
このようなリッジは、ストライプ状凸部の底面側の幅が広く上面に近づくに従ってストライプ幅が小さくなる順メサ形状に限らず、逆に凸部の平面に近づくにつれてストライプの幅が小さくなる逆メサ形状でもよく、また、積層面に垂直な側面を有するストライプであってもよく、或いはこれらが組み合わされた形状でもよい。また、リッジの幅は、導波路領域内において全てほぼ同じであるのが好ましいが、例えばテーパー状にするなどして、変更させることもできる。
【００６６】
（エッチングによる共振器面形成）
共振器面をエッチングにより形成させる場合、エッチング深さは、ｎ型半導体層の一部が露出するまでの深さとすることが好ましく、特にｎ型コンタクト層が露出するまでの比較的浅い深さとするのが好ましい。これにより、深くエッチングする場合に比べてエッチングガス曝される時間を少なくすることができ、共振器面の荒れを少なくすることができる。しかし、そうなると、チップ化の際に、分割位置に厚い半導体層が残っていることになるので、所望の位置で分割しにくくなることがある。このような問題を解決するために、対向する共振器面の間を更にエッチングして、共振器面より突出するｎ型半導体層突出部を設けることが好ましい。これにより、素子分割時を容易にすることができる。
【００６７】
このように一度のエッチングではなく、２段階のエッチングを行うことで、共振器面が荒れることを抑制し、鏡面に近い面として形成させることができる。エッチングは化学的に半導体層を削りながら除去するものであるが、その除去する早さは、エッチングガスの種類や条件、或いはマスクの選択比等によって異なる。共振器面は、鏡面に近いような均一な平坦面とするのが好ましいので、エッチング面ができるだけ荒れないように行う。そのためには、エッチング速度がやや遅いエッチングガスを選択するのが好ましい。しかし、そのような速度で成長基板までエッチングすると、時間がかかり過ぎるためにマスクが保たなくなり、共振器面が荒れてしまう。そのため、共振器面を形成するために少なくともｎ型半導体層の一部が露出するまでゆっくりエッチングした後、別のマスクを形成して共振器面を保護して異なる条件でエッチングを行う。この場合、エッチングされるのはｎ型半導体層のみであるので、共振器面のような鏡面でなくともよく、粗面になってもビーム特性に与える影響は比較的少ない。そのため、速度の速いエッチングガスを選択することができる。このように２段階のエッチングを行うことで、優れた共振器面を得ることができる。このような工程を設けることで、対向する共振器面間の半導体層の膜厚を薄くして、分割時に破損しにくくなるようにすることができる。
【００６８】
共振器面形成後、その間のｎ型半導体層をエッチングする時には、共振器面を何らかの保護膜で被覆するのが好ましい。保護膜としては、後で除去してしまうエッチングマスクでもよいし、又、後でミラー等として残存される保護膜でもよい。また、この場合の保護膜の膜厚（共振器面上での膜厚）としては、薄くするのが好ましい。これは、共振器面からｎ型半導体層の突出部の端面までの長さが変わってくるためであり、共振器面から出射されるレーザ光を遮らないようにするには、ｎ型半導体層の突出部は少ない方が好ましい。但し、エッチング時に保護膜下の半導体層が変質しない程度の膜厚は必要である。これにより、ＦＦＰのｙ成分にリップル（凹凸）が生じない、優れたビーム特性を有する半導体レーザ素子とすることができる。また、ｎ型半導体層の突出部形成時のエッチングは、基板が露出するまで行ってもよい。そうすると、チップ化する際に、基板のみを分割すればよいことになる。
【００６９】
【実施例】
本発明において、窒化物半導体層を構成するｐ型半導体層、活性層、ｎ型半導体層のデバイス構造としては、特に限定されず、種々の層構造を用いることができる。デバイスの具体的な構造としては、例えば後述の実施例に記載されているデバイス構造が挙げられる。また、電極、絶縁膜（保護膜）等も特に限定されず種々のものを用いることができる。窒化物半導体の具体的な例としては、ＧａＮ、ＡｌＮ、若しくはＩｎＮなどの窒化物半導体や、これらの混晶であるＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体（ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）を用いることができる。窒化物半導体の成長は、ＭＯＶＰＥ、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線気相成長法）等、窒化物半導体を成長させるのに知られている全ての方法を適用できる。
以下、実施例として窒化物半導体を用いた半導体レーザ素子について説明する。
【００７０】
［実施例１］
（バッファ層）　実施例１では、基板としてサファイアを用いる。２インチφ、Ｃ面を主面とするサファイアよりなる異種基板をＭＯＶＰＥ反応容器内にセットし温度を５００℃にしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ３）を用い、ＧａＮよりなるバッファ層を２００Åの膜厚で成長させる。
【００７１】
（下地層）　バッファ層形成後、温度を１０５０℃にして、ＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープＧａＮよりなる窒化物半導体層を４μｍの膜厚で成長させる。この層は、素子構造を形成する各層の成長において下地層（成長基板）として作用する。下地層としてこの他にＥＬＯ（Ｅｐｉｔａｘｉａｌｌｙ　Ｌａｔｅｒａｌｌｙ　Ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）成長させた窒化物半導体を用いると結晶性が良好な成長基板が得られる。ＥＬＯ成長層の具体例としては、異種基板上に、窒化物半導体層を成長させ、その表面に窒化物半導体の成長が困難な保護膜を設ける等して形成したマスク領域と、窒化物半導体を成長させる非マスク領域とをストライプ状に設け、その非マスク領域から窒化物半導体を成長させることで、膜厚方向への成長に加えて横方向への成長が成されることにより、マスク領域にも窒化物半導体が成長して成膜させたものや、異種基板上に成長させた窒化物半導体層に開口部を設け、その開口部側面から横方向への成長が成されて成膜されたもの等が挙げられる。
次に、窒化物半導体からなる下地層の上に、積層構造体を構成する各層を形成する。
【００７２】
（ｎ型コンタクト層）
続いて１０５０℃で、同じく原料ガスにＴＭＧ、アンモニアガス、不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉを４．５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮよりなるｎ型コンタクト層を２．２５μｍの膜厚で成長させる。このｎ型コンタクト層の膜厚は２〜３０μｍであればよい。
【００７３】
（クラック防止層）
次に、ＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニアを用い、温度を８００℃にしてＩｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎよりなるクラック防止層を０．１５μｍの膜厚で成長させる。なお、このクラック防止層は省略可能である。
【００７４】
（ｎ型クラッド層）
次に、温度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＡｌＧａＮよりなるＡ層を２５Åの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止め、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮよりなるＢ層を２５Åの膜厚で成長させる。そしてこの操作をそれぞれ１６０回繰り返してＡ層とＢ層を交互に積層し、総膜厚８０００Åの多層膜（超格子構造）よりなるｎ型クラッド層を成長させる。この時、アンドープＡｉＧａＮのＡｌの混晶比としては、０．０５以上０．３以下の範囲であれば、十分にクラッド層として機能する屈折率差を設けることができる。
【００７５】
（ｎ型光ガイド層）
次に、同様の温度で原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなるｎ型光ガイド層を０．１μｍの膜厚で成長させる。この層は、ｎ型不純物をドープさせてもよい。
【００７６】
（活性層）
次に、温度を８００℃にして、原料にＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎよりなる障壁層を１００Åの膜厚で成長させる。続いてシランガスを止め、アンドープのＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎよりなる井戸層を５０Åの膜厚で成長させる。この操作を３回繰り返し、最後に障壁層を積層させて総膜厚５５０Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層を成長させる。
【００７７】
（ｐ型キャップ層）
次に、同様の温度で、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてＣｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌＧａＮよりなるｐ型電子閉じ込め層を１００Åの膜厚で成長させる。
【００７８】
（ｐ型光ガイド層）
次に、温度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなるｐ型光ガイド層を７５０Åの膜厚で成長させる。このｐ型光ガイド層はアンドープとして成長させるが、Ｍｇをドープさせてもよい。
【００７９】
（ｐ型クラッド層）
続いて、１０５０℃でアンドープＡｌ０．１６Ｇａ０．８４Ｎよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、続いてＴＭＧを止め、Ｃｐ２Ｍｇを用いてＭｇドープＧａＮよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、総膜厚０．６μｍの超格子層よりなるｐ型クラッド層を成長させる。ｐ型クラッド層は少なくとも一方がＡｌを含む窒化物半導体層を含み、互いにバンドギャップエネルギーが異なる窒化物半導体層を積層した超格子で作製した場合、不純物はいずれも一方の層に多くドープして、いわゆる変調ドープを行うと結晶性がよくなる傾向にあるが、両方に同じようにドープさせてもよい。
【００８０】
（ｐ型コンタクト層）
最後に１０５０℃でｐ型クラッド層の上にＭｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層を１５０Åの膜厚で成長させる。ｐ型コンタクト層はｐ型のＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（ｘ≦０、ｙ≦０、ｘ＋ｙ≦１）で構成することができ、好ましくはＭｇをドープしたＧａＮとすればｐ電極と最も好ましいオーミック接触が得られる。反応終了後、反応容器内において窒素雰囲気中でウエハを７００℃でアニーリングして、ｐ型層を更に低抵抗化する。
【００８１】
（リッジストライプ形成）
次に、ストライプ状の導波路領域を形成するために、最上層のｐ型コンタクト層のほぼ全面にＣＶＤ装置により、Ｓｉ酸化物（主としてＳｉＯ２）よりなる保護膜を０．５μｍの膜厚で形成した後、保護膜の上に所定の形状のマスクをかけ、ＲＩＥ装置によりＣＦ４ガスを用いたフォトリソグラフィー技術によりストライプ状の保護膜を形成して、活性層よりも上にリッジストライプが形成される。このとき、リッジの幅は１．６μｍとなるようにする。
【００８２】
（第１の絶縁膜）
ＳｉＯ２マスクをつけたまま、ｐ型半導体層表面にＺｒＯ２よりなる第１の絶縁膜を形成する。この第１の絶縁膜は、ｎ側オーミック電極形成面をマスクして半導体層の全面に設けてもよい。また、後に分割され易いように絶縁膜を形成させない部分を設ける。第１の絶縁膜形成後、バッファード液に浸漬して、リッジストライプの上面に形成したＳｉＯ２を溶解除去し、リフトオフ法によりＳｉＯ２と共に、ｐ型コンタクト層上（更にはｎ型コンタクト層上）にあるＺｒＯ２を除去する。これにより、リッジの上面は露出され、リッジの側面はＺｒＯ２で覆われた構造となる。
【００８３】
（オーミック電極）
次に、ｐ型コンタクト層上の凸部最表面及び第１の絶縁膜上にｐ側オーミック電極を形成させる。このｐ側オーミック電極は、Ｎｉ−Ａｕからなる。また、ｎ型コンタクト層上面にもｎ側オーミック電極を形成させる。ｎ側オーミック電極はＴｉ−Ａｌからなり、リッジと平行で、かつ、同程度の長さのストライプ状に形成されている。これら電極形成後、酸素：窒素が８０：２０の割合の雰囲気中で、６００℃でアニーリングすることで、ｐ側及びｎ側オーミック電極を合金化し、良好なオーミック特性を有するオーミック電極とする。
【００８４】
（第２の絶縁膜）
次いで、ＳｉＯ２及びＺｒＯ２からなる第２ん４お絶縁膜を、分割位置を除いてほぼ全面に形成させる。ＳｉＯ２とＺｒＯ２は交互に３ペア積層させることで、モニター側の共振器面のミラーとして機能する。その後、リッジ上部のｐ側オーミック電極とｎ側オーミック電極の一部にレジストを塗布し、ドライエッチングすることでそれぞれの電極の一部を露出させる。尚、分割位置とは、後に基板の第２の主面（裏面）側から溝部を形成させる位置であり、リッジストライプと略直交する位置で、共振器長に対応するよう間隔を調整する。この分割位置を挟んで幅１０μｍ程度のストライプ状の範囲には、第１及び第２の絶縁膜や電極を形成しないようにしておくことで劈開し易くなる。
【００８５】
（パッド電極）
次に、上記の第２の絶縁膜を覆うようにｐ側パッド電極及びｎ側パッド電極を形成する。このパッド電極は、Ｎｉ（１０００Å）−Ｔｉ（１０００Å）−Ａｕ（８０００Å）からなり、第２の絶縁膜を介してｐ側オーミック電極及びｎ側オーミック電極にそれぞれストライプ状に接している。
【００８６】
（光拡散領域形成：溝部形成）
ウエハのサファイア基板を第２の主面（裏面）側から研磨して約１００μｍとし、その裏面のリッジストライプと略垂直な方向に線状にレーザ光を照射させる。用いるレーザ光は、基本波長１０６４ｎｍのＮｄ：ＹＡＧレーザの第３高調波であるＴＨＧ　ＹＧＡレーザ（波長３５５ｎｍ）を用いる。このレーザ光をパルス発振で線状に照射し、深さ約５０μｍの線状溝部を形成する。各溝部はウエハのオリフラ面に対して略平行になるよう形成され、それぞれ約６５０μｍ間隔で形成させる。この間隔によって共振器長が約６５０ｎｍとなるように調整される。この溝部の形成により、溝部の底部及び側部に光拡散領域が形成される。このような溝部の深さはレーザ光の走査スピード等で容易に調整することができる。また、このとき溝部の幅は、開口部近傍において約１０〜１５μｍである。
【００８７】
（共振器面形成）
次いで、この溝部と対向する窒化物半導体層側からブレーキングして、劈開することでバー状のレーザとする。窒化物半導体層の劈開面は、窒化物半導体のＭ面（１１−００面）となっており、この面を共振器面とする。また、共振器面と同一面状にある基板の第２の主面側から約５０μｍの領域が光拡散領域となっており、基板端面の約５０％の領域が光拡散領域である。また、その表面の近傍も光拡散領域となっており、基板の第２の主面の端部近傍にも光拡散領域が形成されている。
【００８８】
（ミラー形成）
上記のように形成された共振器面に、ミラーとしてＳｉＯ２とＺｒＯ２よりなる誘電体多層膜を形成させる。光反射側（モニター側）の共振器面には、スパッタ装置を用いてＺｒＯ２からなる保護膜を形成し、次いでＳｉＯ２とＺｒＯ２とを交互に３ペア積層して高反射膜を形成する。ここで、保護膜と、高反射膜を構成するＳｉＯ２膜とＺｒＯ２膜の膜厚は、それぞれ活性層からの発光波長に応じて好ましい厚さに設定することができる。また、光出射側の共振器面には、何も設けなくてもよいし、スパッタ装置を用いてＺｒＯ２よりなる第１の低反射膜とＳｉＯ２よりなる第２の低反射膜とを形成させてもよい。
【００８９】
最後に、リッジストライプと略平行になるように上記と同様にレーザ照射して溝を形成し、その溝部でバーを切断して本発明の窒化物半導体レーザ素子を得る。上記のようにして得られる窒化物半導体レーザ素子は、基板の端部及び側部に光拡散領域を有するものであり、室温において閾値２．０ｋＡ／ｃｍ２、３０ｍＷの高出力において発振波長４０５ｎｍの連続発振可能なものである。また、ＦＦＰにおいて、ノイズのない良好なビームを有する。
【００９０】
［実施例２］
実施例２では、レーザ光照射の前に、基板の膜厚を２００μｍとし、溝部の深さを１５０μｍとする以外は実施例１と同様に行い、本発明の窒化物半導体レーザ素子を得る。溝部の幅は開口部において約３０μｍである。溝部で劈開して形成される基板端面は、第２の主面側から約１５０μｍの領域が光拡散領域であり、端面の全面積に対して約７５％の領域が光拡散領域となっている。得られる窒化物半導体レーザ素子は、室温において閾値電流密度２．０ｋＡ／ｃｍ２、３０ｍＷの高出力において発振波長４０５ｎｍの連続発振可能なものである。また、ＦＦＰにおいて、ノイズのない良好なビームを有するとともに、基板の反りの少ない窒化物半導体レーザ素子とすることができる。
【００９１】
［実施例３］
実施例３では、レーザ光の光源としてはＮｄ：ＹＡＧの第２高調波（ＹＡＧ−ＳＨＧ）を用いる以外は、実施例１と同様に行い、本発明の窒化物半導体レーザ素子を得る。得られる素子は、溝部の幅は開口部において約２０μｍである。溝部で劈開して形成される基板端面は、第２の主面側から約５０μｍの領域が光拡散領域であり、端面の全面積に対して約４０％の領域が光拡散領域となっている。また、基板端部の傾斜が実施例１で得られる素子よりも大きくなっている。このような窒化物半導体レーザ素子は、室温において閾値電流密度２．０ｋＡ／ｃｍ２、３０ｍＷの高出力において発振波長４０５ｎｍの連続発振可能なものである。また、ＦＦＰにおいて、ノイズのない良好なビームを有するものである。また、傾斜することで光拡散領域が導波路領域の端部から内側寄りに形成されることになるので迷光が到達し易くなって、より拡散し易くなる。また、傾斜角度が大きくなることで光拡散領域の面積が垂直な場合に比べて大きくなり、光の拡散効果が大きくなる。
【００９２】
［実施例４］
実施例４では、実施例１において、基板を研磨後、基板の第２の主面側からほぼ全面に渡ってレーザ光を照射して光拡散領域を形成させる。これにより、裏面全面に光拡散領域を有する窒化物半導体レーザ素子とすることができる。このとき、劈開するための溝をレーザ照射とすることで、基板の端面と裏面とに光拡散領域を形成させることができる。このような窒化物半導体レーザ素子は、室温において閾値電流密度２．０ｋＡ／ｃｍ２、３０ｍＷの高出力において発振波長４０５ｎｍの連続発振可能なものである。また、ＦＦＰにおいて、ノイズのない良好なビームを有するものである。また、共晶メタルによる反射も低減させることができる。
【００９３】
［実施例５］
実施例５では、実施例１において、共振器面をエッチングにより形成した後に、基板の第２の主面側からレーザ光を照射して溝部を形成する。この場合、リッジストライプ形成の前に、共振器面を形成させる。
【００９４】
（ｎ型層露出及び共振器面形成）
ｐ型コンタクト層の表面に、エッチングマスク（ＳｉＯ２）を形成した後、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用いＳｉＣｌ４ガスにより窒化物半導体層をエッチングして、ｎ電極形成面（ｎ型コンタクト層）を露出させる。このとき、この時、共振器面となる活性層端面も露出させてエッチング端面を共振器面とする。
【００９５】
次に、先の共振器面形成時のエッチングによって露出されているｎ型コンタクト層を更にエッチングしてｎ型半導体層の突出部を形成させる。まず、ＳｉＯ２をウエハ前面に形成した後、その上にｎ型コンタクト層の露出面を除いてレジスト膜を形成し、基板が露出するまでエッチングする。これにより、共振器面から突出するｎ型半導体層の突出部が形成される。
【００９６】
（出射面側保護膜形成）
上記のように形成されたウインドウ領域に出射面側保護膜としてＳｉＯ２とＺｒＯ２よりなる誘電体保護膜を形成する。この出射面側保護膜は、モニター側保護膜よりも低反射率となるように設計する。次いで、リッジストライプに垂直な方向で基板側からバー状に割り、最後にリッジストライプと平行な方向でバーを切断して本発明の窒化物半導体レーザ素子を得る。このとき、リッジストライプの幅は中央部で約１．８μｍとなるように形成させる。
【００９７】
以上のようにして得られる窒化物半導体レーザ素子は、室温において閾値電流密度２．０ｋＡ／ｃｍ２、３０ｍＷの高出力において、発振波長４０５ｎｍの連続発振が確認され、ＦＦＰにノイズのない良好なビームを有するものである。
【００９８】
［実施例６］
実施例６では、リッジを４本有するマルチストライプ型の窒化物半導体レーザ素子を形成させる以外は実施例１と同様に行い、本発明の窒化物半導体レーザ素子を得る。各リッジストライプは、幅が２．５μｍで、それぞれの間隔を６０μｍ程度にする。得られる窒化物半導体レーザ素子は、室温において閾値１７０〜１８０ｍＡ、１２０ｍＷの高出力において発振波長４０５ｎｍの連続発振が確認され、ＦＦＰにノイズのない良好なビームを有するものである。
【００９９】
［実施例７］
実施例７では、リッジの幅を４μｍとする以外は、実施例１と同様に行い、本発明の窒化物半導体レーザ素子を得る。このような窒化物半導体レーザ素子は、室温において閾値８０ｍＡ、１００ｍＷの高出力において発振波長４０５ｎｍの連続発振が確認され、ＦＦＰにノイズのない良好なビームを有するものである。
【０１００】
【発明の効果】
本発明の半導体レーザ素子は、基板の端部及び／又は裏面に活性層からの光を拡散可能な光拡散領域を有していることで、導波路領域から洩れだした光（迷光）を拡散することができ、これにより迷光によるノイズを生じにくくして良好なビーム特性とすることができる。
また、基板が吸収可能な波長を有するレーザ光を照射して基板を熱変質させることにより、その照射された部分の基板を光拡散領域として機能させることができる。これにより、基板表面に遮光膜等を設けずに迷光によるノイズを低減させることができる。また、線状にレーザ光を照射し、その部分を溝部とすることで、幅の狭い溝部を形成することができる。これにより、光拡散領域が出射側の端面に容易に形成でき、しかも、窒化物半導体層の劈開面が得られ易くなり、良好な共振器面を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の半導体レーザ素子を説明する断面図
【図２】（ａ）〜（ｆ）本発明の光拡散領域の形成位置を示す斜視図
【図３】（ａ）基板の第２の主面側からレーザ光を照射させたウエハの斜視図
（ｂ）図３（ａ）の部分拡大図
（ｃ）基板の第２の主面からレーザ光照射させて得られる窒化物半導体レーザ素子の斜視図
【図４】（ａ）基板の第１の主面側からみたウエハの斜視図
（ｂ）図４（ａ）の部分拡大図
【図５】（ａ）図５のウエハを第２の主面側からみたウエハの斜視図
（ｂ）図５（ａ）の部分拡大図
【図６】レーザ光照射位置を第１の主面側から押圧することを示す斜視図
【図７】バー状に分割されたウエハを示す斜視図
【符号の簡単な説明】
１・・・基板
２・・・ｎ型窒化物半導体層
３・・・ｐ型窒化物半導体層
４・・・活性層
５・・・ｐ側オーミック電極
６・・・ｐ側パッド電極
７・・・ｎ側オーミック電極
８・・・ｎ側パッド電極
９・・・光拡散領域
１０・・・第１の絶縁膜
１１・・・第２の絶縁膜
１２・・・基板の第２の主面
１３・・・基板の第１の主面
１４・・・オリフラ面
１５・・・リッジストライプ
１６・・・ｎ側電極形成面
１７・・・溝部
１８・・・カッター
【図１】
2004140203.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004140203.tif 000007
【図６】
2004140203.tif 000008
【図７】
2004140203.tif 000009