(57)【要約】      （修正有）【課題】窒化物半導体レーザ素子に関し、特にファーフィールドパターン（ＦＦＰ）が良好であり、縦方向のモードホップの発生を抑制した窒化物半導体レーザ素子を実現する。【解決手段】基板上１０１に、少なくともｎ型コンタクト層１０４、及び、Ｉｎを含む井戸層を有する量子井戸構造の活性層１０８を備えた窒化物半導体層を有する窒化物半導体レーザ素子において、前記基板１０１とｎ型コンタクト層１０４との間に、Ｉｎを含む窒化物半導体であって、アモルファス領域を有する光吸収層１０２が形成される。前記光吸収層１０２上には、Ｉｎの解離を抑えるブロック層１０３を有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、少なくともｎ型コンタクト層、及び、Ｉｎを含む井戸層を有する量子井戸構造の活性層を備えた窒化物半導体層を有する窒化物半導体レーザ素子において、
前記基板とｎ型コンタクト層との間に、Ｉｎを含む窒化物半導体であって、アモルファス領域を有する光吸収層が形成されることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記光吸収層は３００ｎｍから可視光域までの光を吸収することを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記光吸収層上には、Ｉｎの解離を抑えるブロック層を有することを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記光吸収層の屈折率は、ブロック層の屈折率以下であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記光吸収層の膜厚が、１００〜１０００Åであることを特徴とする請求項１乃至４に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記基板は、少なくとも光導波路領域の直下は低転位領域としていることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記基板の低転位領域は、少なくとも活性層の形成面の直下に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記基板は、異種基板表面の周期的なストライプ状、格子状、又は島状の部分を成長起点として横方向成長し、互いに接合する前に横方向成長を停止することにより周期配列されたＴ字状断面を有する第１の窒化物半導体層と、前記第１の窒化物半導体層の上面、又は上面及び横方向成長した側面を核として成長し、前記支持基板全面を覆う第２の窒化物半導体層とを備え、前記第２の窒化物半導体層が互いに接合する部分の下に空間が形成されている下地層を有することを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項９】
前記第２の窒化物半導体層には低転位領域が形成されていることを特徴とする請求項８に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１０】
前記基板の低転位領域における転位数が１×１０７個／ｃｍ２以下であることを特徴とする請求項６乃至９に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１１】
基板上に、少なくともｎ型コンタクト層、及び、Ｉｎを含む井戸層を有する量子井戸構造の活性層を備えた窒化物半導体層を有する窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、
前記基板上にＩｎを含む窒化物半導体からなる光吸収層を成長する工程と、前記光吸収層上にブロック層を成長する工程と、前記ブロック層上に光吸収層のＩｎの分解が発生する程度の温度でｎ型コンタクト層を成長する工程と、を備えた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】
本発明は窒化物半導体（ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）よりなるレーザ素子に関し、特にファーフィールドパターン（以下、ＦＦＰと示す。）が良好であり、縦方向のモードホップの発生を抑制した窒化物半導体レーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人は、ＦＦＰが単一モードとなる窒化物半導体レーザ素子を以下に示す特許文献１に提案している。その技術としては、基板上に、井戸層と障壁層とを有する多重量子井戸構造の活性層を有する窒化物半導体を積層した窒化物半導体レーザ素子であって、前記窒化物半導体の一層であるｎ型コンタクト層と基板との間に活性層の井戸層よりもバンドギャップエネルギーが小さいアンドープのＩｎｄＧａ１−ｄＮ（０＜ｄ＜１）からなる光吸収層を有するものである。
【０００３】
活性層で発光した光がｎ型クラッド層から漏れだし、ｎ型クラッド層及び窒化物半導体基板の支持体である異種基板（サファイア基板等）などの屈折率より大きい屈折率値を示すｎ型コンタクト層内を導波することがある。その導波した光が、ｎ型コンタクト層端面から放出される弱い光であって、本来レーザ光の出射端面である共振面から放出される主レーザ光に重なるために、主レーザ光にリップルが乗り、ＦＦＰが小さなマルチモードとなってしまうと考えられる。そのため、上記文献１では、光吸収層で主レーザ光以外のｎ型コンタクト層端面から放出される光を吸収し、ＦＦＰを単一モードとするものである。
【０００４】
例えば、異種基板上に部分的に形成されたＳｉＯ２膜を介して選択成長された転位の少ない窒化物半導体層を成長させた窒化物半導体基板の上に、光吸収層としてアンドープＩｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎを０．２μｍの膜厚で成長させ、更にその上にｎ型コンタクト層、ｎ型クラッド層、活性層等を積層してなる窒化物半導体レーザ素子とするものである。このようなレーザ素子構造とすることで、導波路領域から放出される主レーザ光以外に光閉じ込め層として機能するｎ型クラッド層から基板側に漏れ出した光を光吸収層で吸収させている。そのため、ｎ型コンタクト層端面から（主レーザ光以外の）光が放出されることが抑制され、光導波路から放出される主レーザ光のＦＦＰを良好な単一モードとするものである。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１９６１９９
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の窒化物レーザ素子は光吸収層に用いるＩｎＧａＮは、活性層の井戸層よりもバンドギャップエネルギーが小さくなければならない。このような構成であればＩｎの混晶が比較的小さい短波長領域であれば光吸収作用は望めるものの、Ｉｎの混晶が高くなる長波長側、具体的には発光波長が４００ｎｍ以上になると光吸収層は前記井戸層よりもバンドギャップエネルギーを小さくするためには、Ｉｎの混晶をより高くする必要があり、この上に積層させる他の層の結晶性を低下させてしまう。
また、主波長領域が短波長、長波長に関わらず高出力レーザ素子の需要が高く、出力３０ｍＷ以上においても主レーザ光のＦＦＰがシングルモードとなる窒化物レーザ素子が望まれる。
そこで、本発明の目的は、少なくとも３００ｎｍの紫外領域から可視光領域という広範囲において、主レーザ光のＦＦＰにリップルの乗らない良好な単一モードとなる窒化物半導体レーザ素子を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、上記目的を達成するために基板上に、少なくともｎ型コンタクト層、及び、Ｉｎを含む井戸層を有する量子井戸構造の活性層を備えた窒化物半導体層を有する窒化物半導体レーザ素子において、前記基板とｎ型コンタクト層との間に、Ｉｎを含む窒化物半導体であって、アモルファス領域を有する光吸収層が形成される構成とする。アモルファス領域を形成すれば、少なくとも可視光領域の光は吸収することができる。しかも、光吸収層のアモルファス領域はＩｎの混晶が低くても形成することができ、活性層のバンドギャップエネルギーに依存することなく光吸収効果を有する。また、前記光吸収層のアモルファス領域は光導波路領域の直下に限らず、基板上の全面に形成されていることが好ましい。これによって、基板側に漏れた光が基板で反射し、再び主レーザ光に重なる前に該光吸収層で吸収できるからである。
ここで、アモルファス領域とは、結晶性が乱れた領域、長期的な規則性をもたない結晶の集まった領域を言う。Ｉｎを含む窒化物半導体において、アモルファス領域はＩｎを含んだ窒化物半導体の分解温度まで昇温させることで形成することができる。
【０００８】
また、前記窒化物半導体レーザ素子において、前記光吸収層は可視光を吸収することを特徴とする。そのため、主レーザ光が狭範囲の波長域に限らず、ｎ型クラッド層から漏れ出した可視光は吸収してＦＦＰの乱れを防止するため、窒化物半導体で可能な発光域であれば、単一モードの窒化物半導体レーザ素子を実現することができる。本発明は、可視光領域において、特に効果的であるが紫外領域においても光吸収効果を有する。
【０００９】
前記窒化物半導体レーザ素子において、光吸収層１０２上には、Ｉｎの解離を抑えるブロック層１０３を有することを特徴とする。光吸収層はＩｎを含有するため、成長温度は１０００℃以下、好ましくは９５０℃以下、より好ましくは９００℃以下とする必要がある。これに対して、ｎ型コンタクト層１０４は１０５０℃以上、好ましくは１１００℃以上の温度で成長させる。ｎ型コンタクト層にはＩｎを含まないためバルク抵抗を下げるには高温成長が好ましいからである。しかしながら、前記光吸収層上に直接ｎ型コンタクト層を成長すれば、光吸収層は、アモルファス状にはならずＩｎが解離してしまう。そのため、光吸収層上には、Ｉｎが分解しない程度の温度で光吸収層をキャップするブロック層を成長した後、ｎ型コンタクト層を成長させるのである（図２）。ｎ型コンタクト層の成長時には光吸収層はブロック層で完全にキャップされているため、上記のような積層できないといった問題は起こらない。さらに、ｎ型コンタクト層はＩｎが分解する温度で成長するため、ブロック層下の光吸収層が形成されるメカニズムとしてはＩｎが一度解離して、正常な格子位置ではなく、不純物準位を形成する格子間に位置することによって、前記アモルファス領域が形成されるのである。
【００１０】
前記窒化物半導体レーザ素子において、前記光吸収層の屈折率は、ブロック層の屈折率以下であることを特徴とする。これによって、ｎ型コンタクト層とブロック層との界面、またはブロック層と光吸収層との界面で上方に光が反射することを抑制することができ、光吸収層で効率よく漏れ光を吸収させることができる。
【００１１】
前記窒化物半導体レーザ素子において、前記光吸収層の膜厚が、１００〜１０００Åであることを特徴とする。本発明の光吸収層はアモルファス領域を形成できれば、薄膜でもＦＦＰがリップルのない単一モードとなる。そのため、高い混晶比でＩｎを含む窒化物半導体を厚膜で成長した上に窒化物半導体を積層すれば転位やクラックが発生するが、本発明ではこのような必要はなく寿命特性も良好となる。
【００１２】
前記窒化物半導体レーザ素子において、前記基板は、少なくとも光導波路領域の直下は低転位領域としていることを特徴とする。光吸収層のＩｎを含む窒化物半導体は、結晶欠陥の少ない低転位の下地層の上に成長させる必要がある。ここで、下地層とは基準となる層を光吸収層とした場合には、該光吸収層を成長させる前に下方で成長した層であれば、積層されている位置は限定されない。光吸収層が、低転位の下地層の上に成長させる必要があることはＩｎを含んだ量子井戸構造の活性層を成長させる場合と同様である。結晶欠陥の少ない下地層の上に活性層を成長させれば、下からの転位の伝播が少なく、レーザ素子の寿命特性は大幅に向上する。活性層を成長させるのに結晶欠陥の少ない下地層の面積は、光導波路の狭範囲が低転位領域であればよい。これに対して、本発明の光吸収層は下方に漏れた光を広範囲で吸収させなければならない。光導波路領域の直下には主レーザ光以外の光が漏れる度合いは高いため、この領域が低転位領域であればＦＦＰ−Ｙは改善されて好ましい。しかしながら、部分的に低転位領域を形成することは光吸収層内に光吸収係数差の分布ができてしまい、完全にリップルが消えない場合がある。
【００１３】
そこで、前記窒化物半導体レーザ素子において、前記基板の低転位領域は、少なくとも活性層の形成面の直下に形成されていることを特徴とする。これによって、広範囲で下方に漏れる光を吸収することができるため好ましい。更に、本発明の光吸収層は、前記下地層の全面に低転位領域を形成した上に成長させるものがより好ましい。光吸収層内の光吸収係数を一定範囲とし、また基板での跳ね返り光が再び主レーザ光に交わることを抑制できるからである。これによって、ＦＦＰ−Ｙに実質的に完全にリップルが消えた単一モードのレーザ素子となる。
【００１４】
前記窒化物半導体レーザ素子において、前記基板は、支持基板となる異種基板の表面の周期的なストライプ状、格子状、又は島状の部分を成長起点として横方向成長し、互いに接合する前に横方向成長を停止することにより周期配列されたＴ字状断面を有する第１の窒化物半導体層と、前記第１の窒化物半導体層の上面、又は上面及び横方向成長した側面を核として成長し、前記支持基板全面を覆う第２の窒化物半導体層とを備え、前記第２の窒化物半導体層が互いに接合する部分の下に空間が形成されていることを特徴とする。このような基板であれば、空洞を有することで基板の反りを抑制しながら低転位領域を広範囲で形成することができるからである。
【００１５】
前記窒化物半導体レーザ素子において、前記第２の窒化物半導体層には低転位領域が形成されていることを特徴とする。また、異種基板上には低温で成長させるバッファ層を介することが転位を効率よく低減させるには好ましい。この基板は、第２の窒化物半導体層同士の接合部には転位が発生しないため、横方向に成長した低転位領域を従来のマスクを有するＥＬＯ（Ｅｐｉｔａｘｉａｌ  Ｌａｔｅｒａｌ  Ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）法で得られるものに比べて倍以上の面積で得ることができる。そのため、前記異種基板上に成長させた窒化物半導体であって、第２の窒化物半導体層までを本発明の下地層とすることは好ましい。
【００１６】
前記窒化物半導体レーザ素子において、前記基板の低転位領域における転位数が１×１０７個／ｃｍ２以下であることを特徴とする。下地層の結晶性はその上に成長させる光吸収層、ブロック層、ｎ型コンタクト層等に引き継がれる。光吸収層はｎ型コンタクト層を成長時にアモルファス領域を形成するが、下地層の上に光吸収層を成長させる工程で、いきなり光吸収層にアモルファス領域を形成すると、この上にブロック層等を積層することができない。そこで、前記低転位領域における転位数が１×１０７個／ｃｍ２以下であれば光吸収層は結晶性よく成長させることができ、この上に成長させるブロック層の結晶性が安定する。ブロック層を成長した後、その上にｎ型コンタクト層を高温で成長させて光吸収層にアモルファス領域を形成する。これによってｎ型コンタクト層上に成長させる他の層は結晶性よく積層できる。本発明における基板とはサファイア等の単体基板だけではなく、その上に半導体層を下地層として成長させたテンプレート基板も含む。
【００１７】
更に、本発明における窒化物半導体レーザ素子は、光吸収層をアンドープとすることでバルク抵抗の上昇による順方向電圧（Ｖｆ）の上昇を避けることができ、電気の流れに関与しない位置に光吸収層を形成することを考慮して、光吸収層をｎ型コンタクト層と基板との間に形成するものである。
【００１８】
以上の構成によって、本発明における窒化物半導体レーザ素子は、光吸収層によって導波路から放出される主レーザ光以外の下方に漏れ出した光を実質的に全て吸収し、前記導波路から放出される主レーザ光のＦＦＰを良好な単一モードにすることができる。さらには、縦方向のモードホップを抑制することもできる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の窒化物半導体レーザ素子は、基板上に、少なくともｎ型コンタクト層、及び、Ｉｎを含む井戸層を有する量子井戸構造の活性層を備えた窒化物半導体層を有する窒化物半導体レーザ素子において、前記基板とｎ型コンタクト層との間に、Ｉｎを含む窒化物半導体であって、アモルファス領域を有する光吸収層が形成されている。
【００２０】
前記光吸収層にアモルファス領域を形成することで、下方に漏れる光を可視光領域の広範囲で吸収することができる。これは、活性層を含む導波路から放出される主レーザ光の波長に依存しない。光吸収層を基板とｎ型コンタクト層との間に形成すれば、フォトルミネッセンスの強度が弱いアンドープとしてもよい。レーザ素子の抵抗を増加させることがないため、Ｖｆの上昇を引き起こすことがなく、更に結晶性を良好にすることができる。ここで、Ｉｎを含む窒化物半導体の断面ＴＥＭ写真を図５に示す。図５ａは窒化物半導体からなる下地層の上にＩｎを含む窒化物半導体を光吸収層として成長し、その上にブロック層、ｎ型コンタクト層を順に成長させたものであって、ｎ型コンタクト層はＩｎが分解する温度で成長させている。そのため、Ｉｎを含む窒化物半導体にはアモルファス領域が存在する。このＴＥＭ写真においては、白く見える領域である。図５において中間にある層がＩｎを含む窒化物半導体であるが、図５ｂは後に成長させる層をＩｎが分解する程度の温度で成長させていないため、アモルファス領域が存在しないことがわかる。
【００２１】
前記光吸収層としては、Ｉｎを含む窒化物半導体であって、一般式はＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）で示すことができる。また、不純物としてｐ型不純物やｎ型不純物を含有していても構わない。好ましくはＡｌの混晶が小さく、Ｉｎの混晶は０＜ｘ≦０．５、さらに好ましくは０＜ｘ≦０．３である。この範囲であれば、光吸収係数を高く維持しながら、ブロック層の結晶性を安定にすることができる。この光吸収層は単層に限らず、Ｉｎ混晶に差がある第１の層：ＩｎａＡｌｂＧａ１−ａ−ｂＮ（０＜ａ≦０．３、０≦ｂ、ａ＋ｂ≦１）と、第２の層：ＩｎｃＡｌｄＧａ１−ｃ−ｄＮ（０＜ｃ≦０．３、０≦ｄ、ｃ＋ｄ≦１）との超格子多層構造としてもよい。ａ＜ｃとすれば、０＜ｃ−ａ＜０．２の範囲であれば、アモルファス領域を光吸収領域に均一に形成することができ、またこの上に積層する層へのダメージも抑制される。
【００２２】
前記光吸収層の膜厚は、１００〜１０００Åである。好ましくは１００〜５００Åである。光吸収層にアモルファス領域を形成することで、高い光吸収係数は維持したままで上に積層する半導体層に転位やクラックが発生することがない上記範囲の薄膜で光吸収層を成長させることができる。ここで、図６には本発明における光吸収層の光吸収係数と、その比較例としてＧａＮの光吸収係数を示す。ＧａＮは波長が３６５ｎｍ以下であれば吸収しているが、それより長波長側になれば透過しているのがわかる。これに対して、本発明の光吸収層は長波長側においても光吸収係数が一定であるため、長波長側においてもＦＦＰの良好なレーザ素子が実現できる。
【００２３】
前記光吸収層上には、Ｉｎの解離を抑えるブロック層を有する。このブロック層は光吸収層が分解しない程度の成長温度で成長させればよく、ｎ型コンタクト層より低い温度で成長させることが好ましい。ｎ型コンタクト層の成長時にブロック層自身は分解せずに、光吸収層のみがアモルファス領域を形成するものである。そのため、ブロック層はＩｎを含有しないことが好ましい。ブロック層の一般式はＡｌｅＧａ１−ｅＮ（０≦ｅ≦１）で示すことができる。ブロック層の膜厚は１００００Å以下、好ましくは５０００Å以下とする。ブロック層の膜厚の下限は光吸収層のＩｎをキャップできる膜厚であればよく３００Å以上とする。
【００２４】
また、少なくともｎ型コンタクト層、及び、Ｉｎを含む井戸層を有する量子井戸構造の活性層を備えた窒化物半導体層とは、レーザ素子構造を形成するための積層体であれば特に限定しない。前記活性層は膜厚が薄膜であってバンドギャップエネルギー差を有する井戸層と障壁層とで単一または多重量子井戸構造を形成したものである。前記活性層の両側に光ガイド層を形成したＳＣＨ（Ｓｅｐａｒａｔｅ  Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ  Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）構造とすることが好ましい。更に、その両側にｎ型クラッド層、ｐ型クラッド層を形成する。クラッド層には屈折率の低い窒化物半導体層を設けて光閉じ込めをする。クラッド層はキャリア閉じ込め効果もある。また、電極とのオーミック接触を得るためにｎ型コンタクト層とｐ型コンタクト層を有する。
【００２５】
前記基板としては、窒化物半導体と異なる材質からなる異種基板を用いることができる。Ｃ面、Ｒ面及びＡ面のいずれかを主面とするサファイア、スピネル（ＭｇＡ１２Ｏ４）のような絶縁性基板、窒化物半導体と格子整合する酸化物基板、その他にはＳｉ、ＳｉＣ等の導電性基板である。好ましくは、前記異種基板上に結晶欠陥の少ない窒化物半導体を成長させた擬似窒化物半導体基板や、窒化物バルク単結晶からウェハー加工した窒化物半導体基板を用いる。窒化物半導体基板や導電性の基板を用いれば、同一面上に電極を形成したレーザ素子構造に限定されずに、対向電極構造とすることができる（図３）。窒化物バルク単結晶であれば、転位数が１×１０５個／ｃｍ２以下の窒化物半導体基板、例えばＧａＮを得ることができる。
また、窒化物半導体の内部に微細なクラックの発生を防止するために、異種基板にはオフアングル角を以下に示す範囲で形成する。サファイアのＣ面がステップ状にオフアングルされ、オフアングル角θが０．０１°〜０．３°の範囲のものが好ましい。オフアングル角θが０．０１°未満であると横方向に成長させる窒化物半導体の内部に微細なクラックが発生しやすくなる傾向があり、一方オフ角が０．３°を超えると、選択成長の窒化物半導体の面状態がステップ状になり、その上に素子構造を成長させるとステップが若干強調され、素子のショート及びしきい値上昇を招き易くなる傾向がある。このような微細なクラックは、寿命特性の低下を引き起こす原因となる可能性がある。従って、上記のようにオフアングルされた基板を用いることが、微細なクラックの発生を防止する点で好ましい。
【００２６】
擬似窒化物半導体基板としては、窒化物半導体を横方向に成長させて転位を低減させるものである。具体的には、支持基板となる前記異種基板上にバッファ層を形成した後、その表面に周期的なストライプ状、格子状、網目状、又は島状の部分を成長起点として横方向成長し、互いに接合する前に横方向成長を停止することにより周期配列されたＴ字状断面を有する第１の窒化物半導体層を形成する。この第１の窒化物半導体層には横方向成長した領域に低欠陥領域が形成させる。さらに前記第１の窒化物半導体層の上面、又は上面及び横方向成長した側面を核として成長して、前記支持基板の全面を覆う第２の窒化物半導体層を形成させる。前記第２の窒化物半導体層が互いに接合する部分の下には空間が形成されており、接合部には転位が集中することなく低転位領域が広範囲で形成されている。これは、図７に示すＡ領域である。具体的には転位数が１×１０７個／ｃｍ２以下、好ましくは転位数が１×１０６個／ｃｍ２以下である。
【００２７】
前記窒化物半導体レーザ素子において、前記基板の低転位領域は、少なくとも光導波路領域の直下に形成されている。好ましくは、前記基板の低転位領域は、少なくとも活性層の形成面の直下に形成されている。これは、導波路からの漏れ光を完全に吸収させるためである。
【００２８】
以下に好ましい実施の形態として、図１を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施の形態である窒化物半導体レーザ素子を示す模式的断面図である。図１には、サファイア等の異種基板１０１ａ上に前記横方向に成長させた下地層１０１ｂを形成した基板１０１上に、Ｉｎを含む窒化物半導体から成る光吸収層１０２、ＡｌａＧａ１−ａＮ（０≦ａ≦１）よりなるブロック層１０３、ｎ型不純物をドープした窒化物半導体層からなるｎ型コンタクト層１０４、ｎ型不純物をドープしたＩｎｇＧａ１−ｇＮ（０．０５≦ｇ≦０．２）よりなるクラック防止層１０５、ＡｌｅＧａ１−ｅＮ（０．０５≦ｅ＜０．３）を含んでなる超格子多層膜構造のｎ型クラッド層１０６、クラッド層よりもバンドギャップエネルギーの小さい窒化物半導体層（ＩｎＡｌＧａＮ）からなるｎ型ガイド層１０７、ＩｎｂＧａ１−ｂＮ（０≦ｂ＜１）からなる多重量子井戸構造の活性層１０８、ｐ型不純物をドープしたＡｌｄＧａ１−ｄＮ（０＜ｄ≦１）からなる少なくとも１層以上のｐ型電子閉じ込め層（省略可能）１０９、クラッド層よりもバンドギャップエネルギーの小さい窒化物半導体層（ＩｎＡｌＧａＮ）からなるｐ型ガイド層１１０、ＡｌｅＧａ１−ｅＮ（０．０５≦ｅ＜０．３）を含んでなる超格子多層膜構造のｐ型クラッド層１１１、ｐ型不純物をドープした窒化物半導体層からなるｐ型コンタクト層１１２からなるリッジ形状のストライプを有する窒化物半導体レーザ素子が示されている。また、本発明における窒化物半導体にドープさせる不純物としては、ｎ型不純物であればＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、ｐ型不純物としてはＢｅ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｇが挙げられる。
また、ｐ電極１２０は、リッジ形状のストライプの最上層であるｐ型コンタクト層上に形成され、ｎ電極１２１はｎ型コンタクト層上に形成されている。
以下に各層について更に詳細に説明する。
【００２９】
（下地層１０１ｂ）
異種基板１０１ａ上にはバッファ層（図示せず）を介して窒化物半導体を形成する。このバッファ層としては、例えばＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、及びＩｎＧａＮ等のいずれかを９００℃以下２００℃以上の温度で、膜厚数十オングストローム〜数百オングストロームで成長させてなるものである。このバッファ層は、異種基板と高温成長の窒化物半導体層との格子定数不正を緩和し転位の発生を防止するのに好ましい。
【００３０】
バッファ層（図示しない。）を成長した後、横方向成長を利用した窒化物半導体層を成長させ、転位を低減させる。異種基板２０１上にバッファ層を介して、薄膜で窒化物半導体層２１１を数μｍで成長させる。その上に部分的に保護膜２１２を形成し、開口部から第１の窒化物半導体層２１３を成長させる。保護膜上で横方向成長をさせた後、保護膜は除去する。この時、第１の窒化物半導体層２１３は断面がＴ字形状となっている。次に、その上に第２の窒化物半導体層２１４を成長させることで低転位の下地層を形成する。具体的にはＡ領域として示す低転位領域の転位数は１×１０７個／ｃｍ２以下、好ましくは１×１０６個／ｃｍ２以下となる（図７）。
【００３１】
保護膜としては、保護膜表面に窒化物半導体が成長しないかまたは成長しにくい性質を有する材料であれば特に限定されないが、例えば酸化ケイ素（ＳｉＯＸ）、窒化ケイ素（ＳｉＸＮＹ）、酸化チタン（ＴｉＯＸ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯＸ）、窒化チタン（ＴｉＮ）等の酸化物、窒化物、またこれらの多層膜の他、１２００℃以上の融点を有する金属等を用いることができる。好ましい保護膜材料としては、ＳｉＯ２及びＳｉＮが挙げられる。保護膜材料を窒化物半導体等の表面に形成するには、例えば蒸着、スパッタ、ＣＶＤ等の気相製膜技術を用いることができる。また、部分的（選択的）に形成するためには、フォトリソグラフィー技術を用いて、所定の形状を有するフォトマスクを作製し、そのフォトマスクを介して、前記材料を気相製膜することにより、所定の形状を有する保護膜を形成できる。保護膜の形状は、特に限定されないが、例えばドット、ストライプ、碁盤面状、メッシュ形状、網目状等の形状で形成でき、好ましくはストライプ状の形状でストライプがオリエンテーションフラット面（サファイアのＡ面）に垂直になるように形成される。
また保護膜が形成されている表面積は、保護膜が形成されていない部分の表面積より大きい方が転位を防止して良好な結晶性を有する基板１０１を得ることができる。
【００３２】
また、保護膜がストライプ形状である場合の保護膜のストライプ幅と保護膜が形成されていない部分（窓部）の幅との関係は、１０：２以上である。保護膜のストライプ幅と窓部の幅が上記の関係にあると、窒化物半導体が良好の保護膜を覆い易くなり、且つ転位を良好に防止することができる。保護膜のストライプ幅としては、例えば２〜２００μｍ、好ましくは１５〜１００μｍであり、窓部の幅としては、例えば２〜２００μｍ、好ましくは２〜１００μｍである。図７に示すように保護膜２１２の幅が低転位領域であるＡ領域となる。また、選択成長して得られる窒化物半導体上に素子構造を形成しｐ型窒化物半導体層の最上層にリッジ形状のストライプを形成する場合、リッジ形状のストライプが、保護膜上部であって、且つ保護膜の中心部分を避けて形成されていることがしきい値を低下させることができ、素子の信頼性を向上させるのに好ましい。このことは、保護膜上部の窒化物半導体の結晶性は、窓部上部のその結晶性に比べて良好であるためしきい値を低下させるのに好ましいからである。また保護膜の中心付近は、窓部から成長した隣接する窒化物半導体同士が横方向の成長によって接合する部分でありこのような接合箇所に空隙の生じる場合があり、この空隙の上部にリッジ形状のストライプが形成されると、窒化物半導体レーザ素子の動作中に空隙から転位が伝播し易いため素子の信頼性が劣化する傾向があるからである。
【００３３】
次に、前記基板１０１の上に、光吸収層１０２を成長させる。ここで、基板１０１からエキシマレーザ照射や研磨によって異種基板を剥離したものとしてもよい。  光吸収層１０２としては、前記したようにＩｎを含有した窒化物半導体であって、ｎ型不純物、及び／又はｐ型不純物をドープしたものであってもよい。光吸収層１０２の詳細は、前記した通りである。
【００３４】
次に、ブロック層１０３を光吸収層１０２上に成長させる。ブロック層１０３の詳細は、前記した通りである。
【００３５】
次に、ｎ型コンタクト層１０４をブロック層１０３上に成長させる。ｎ型コンタクト層としては、ｎ型不純物（好ましくはＳｉ）をドープされたＡｌａＧａ１−ａＮ（０≦ａ＜１）を成長させ、好ましくはａが０．０１〜０．０５のＡｌａＧａ１−ａＮを成長させる。ｎ型コンタクト層がＡｌを含む３元混晶で形成されると、基板１０１に微細なクラックが発生していても、微細なクラックの伝播を防止することができ、更に基板１０１と光吸収層１０２やｎ型コンタクト層１０４との格子定数及び熱膨張係数の相違によるｎ型コンタクト層等への微細なクラックの発生を防止することができ好ましい。ｎ型不純物のドープ量としては、１×１０１８／ｃｍ３〜５×１０１８／ｃｍ３である。このｎ型コンタクト層にｎ電極が形成される。ｎ型コンタクト層の膜厚としては、０．５〜１０μｍである。
【００３６】
次に、クラック防止層１０５をｎ型コンタクト層１０４上に成長させる。クラック防止層としては、ＳｉドープのＩｎｇＧａ１−ｇＮ（０．０３≦ｇ≦０．３）を成長させ、好ましくはｇが０．０５〜０．０８のＩｎｇＧａ１−ｇＮを成長させる。このクラック防止層は、省略することができるが、クラック防止層をｎ型コンタクト層上に形成すると、窒化物半導体を積層しても窒化物半導体素子内でクラックの発生を防止することができ好ましい。Ｓｉのドープ量としては、５×１０１８／ｃｍ３である。また、クラック防止層を成長させる際に、Ｉｎの混晶比を大きく（ｘ≧０．１）すると、クラック防止層が、活性層１０８から発光しｎ型クラッド層１０６から漏れ出した光を吸収することができ、レーザ光のファーフィールドパターンの乱れを防止することができ好ましい。クラック防止層の膜厚としては、結晶性を損なわない程度の厚みであり、例えば具体的には０．０５〜０．３μｍである。
【００３７】
次に、ｎ型クラッド層１０６をクラック防止層１０５上に成長させる。ｎ型クラッド層１０６としては、ＡｌｅＧａ１−ｅＮ（０．１０≦ｅ＜０．１５）を含む窒化半導体を有する多層膜の層として形成される。多層膜とは、互いに組成が異なる窒化物半導体層を積層した多層膜構造を示し、例えば、ＡｌｅＧａ１−ｅＮ（０．１０≦ｅ＜０．１５）層と、このＡｌｅＧａ１−ｅＮと組成の異なる窒化物半導体、例えばＡｌの混晶比の異なるもの、Ｉｎを含んでなる３元混晶のもの、又はＧａＮ等からなる層とを組み合わせて積層してなるものである。この中で好ましい組み合わせとしては、ＡｌｅＧａ１−ｅＮとＧａＮとを積層してなる多層膜とすると、同一温度で結晶性の良い窒化物半導体層が積層でき好ましい。より好ましい多層膜としは、アンドープのＡｌｅＧａ１−ｅＮとｎ型不純物（例えばＳｉ）ドープのＧａＮとを積層してなる組み合わせである。ｎ型不純物は、ＡｌｅＧａ１−ｅＮにドープされてもよい。ｎ型不純物のドープ量は、４×１０１８／ｃｍ３〜５×１０１８／ｃｍ３である。ｎ型不純物がこの範囲でドープされていると抵抗率を低くでき且つ結晶性を損なわない。
このような多層膜は、単一層の膜厚が１００オングストローム以下、好ましくは７０オングストローム以下、さらに好ましくは４０オングストローム以下、好ましくは１０オングストローム以上の膜厚の窒化物半導体層を積層してなる。単一の膜厚が１００オングストローム以下であるとｎ型クラッド層が超格子構造となり、Ａｌを含有しているにもかかわらず、クラックの発生を防止でき結晶性を良好にすることができる。また、ｎ型クラッド層の総膜厚としては、０．７〜２μｍである。またｎ型クラッド層の全体のＡｌの平均組成は、０．０２〜０．１である。Ａｌの平均組成がこの範囲であると、クラックを発生させない程度の組成比で、且つ充分にレーザ導波路との屈折率の差を得るのに好ましい組成比である。
【００３８】
次に、ｎ型ガイド層１０７をｎ型クラッド層１０６上に成長させる。ｎ型ガイド層１０７としては、アンドープのＧａＮからなる窒化物半導体を成長させる。ｎ型ガイド層の膜厚としては、０．０７〜０．５μｍであるとしきい値が低下し好ましい。ｎ型ガイド層をアンドープとすることで、レーザ導波路内の伝搬損失が減少し、しきい値が低くなり好ましい。
【００３９】
次に、活性層１０８をｎ型ガイド層１０７上に成長させる。活性層１０８としては、ＩｎｂＧａ１−ｂＮ（０≦ｂ＜１）を含んでなる多重量子井戸構造である。活性層の井戸層としては、ｂが０．１〜０．２のＩｎｂＧａ１−ｂＮであり、障壁層としては、ｂが０〜０．０１のＩｎｂＧａ１−ｂＮである。また活性層を構成する井戸層及び障壁層のいずれか一方または両方に不純物をドープしてもよい。好ましくは障壁層に不純物をドープさせると、しきい値が低下し好ましい。井戸層の膜厚としては、３０〜１５０オングストロームであり、障壁層の膜厚としては、９０〜２００オングストロームである。
【００４０】
活性層の多重量子井戸構造は、障壁層から始まり井戸層で終わっても、障壁層から始まり障壁層で終わっても、井戸層から始まり障壁層で終わっても、また井戸層から始まり井戸層で終わってもよい。好ましくは障壁層から始まり、井戸層と障壁層とのペアを２〜５回繰り返してなるもの、好ましくは井戸層と障壁層とのペアを２回以上繰り返してなるものがしきい値を低くし寿命特性を向上させるのに好ましい。
【００４１】
次に、ｐ型電子閉じ込め層１０９を活性層１０８上に成長させる。ｐ型電子閉じ込め層１０９としては、ＭｇドープのＡｌｄＧａ１−ｄＮ（０＜ｄ≦１）からなる少なくとも１層以上を成長させてなるものである。好ましくはｄが０．１〜０．５のＭｇドープのＡｌｄＧａ１−ｄＮである。ｐ型電子閉じ込め層の膜厚は、１０〜１０００オングストローム、好ましくは５０〜２００オングストロームである。膜厚が上記範囲であると、活性層１０８内の電子を良好に閉じ込めることができ、且つバルク抵抗も低く抑えることができ好ましい。またｐ型電子閉じ込め層１０９のＭｇのドープ量は、１×１０１９／ｃｍ３〜１×１０２１／ｃｍ３である。ドープ量がこの範囲であると、バルク抵抗を低下させることに加えて、後述のアンドープで成長させるｐ型ガイド層へＭｇが良好に拡散され、薄膜層であるｐ型ガイド層９にＭｇを１×１０１６／ｃｍ３〜１×１０１８／ｃｍ３の範囲で含有させることができる。またｐ型電子閉じ込め層１０９は、低温、例えば８５０〜９５０℃程度の活性層を成長させる温度と同様の温度で成長させると活性層の分解を防止することができ好ましい。またｐ型電子閉じ込め層は、低温成長の層と、高温、例えば活性層の成長温度より１００℃程度の温度で成長させる層との２層から構成されていてもよい。このように、２層で構成されていると、低温成長の層が活性層の分解を防止し、高温成長の層がバルク抵抗を低下させるので、全体的に良好となる。またｐ型電子閉じ込め層が２層から構成される場合の各層の膜厚は、特に限定されないが、低温成長層は１０〜５０オングストローム、高温成長層は５０〜１５０オングストロームが好ましい。
【００４２】
次に、ｐ型ガイド層１１０をｐ型電子閉じ込め層１０９上に成長させる。ｐ型ガイド層１１０としては、アンドープのＩｎＡｌＧａＮ、好ましくはＧａＮからなる窒化物半導体層として成長させてなるものである。膜厚は０．０７〜０．５μｍであり、この範囲であるとしきい値が低くなり好ましい。また上記したように、ｐ型ガイド層はアンドープ層として成長させるが、ｐ型電子閉じ込め層にドープされているＭｇが拡散して、１×１０１６／ｃｍ３〜１×１０１８／ｃｍ３の範囲でＭｇが含有される。
【００４３】
次に、ｐ型クラッド層１１１をｐ型ガイド層１１０に成長させる。ｐ型クラッド層１１１としては、ＡｌｆＧａ１−ｆＮ（０＜ｆ≦１）を含んでなる窒化物半導体層、好ましくはＡｌｆＧａ１−ｆＮ（０．０５≦ｆ≦０．１５）を含んでなる窒化物半導体層を有する多層膜の層として形成される。多層膜とは、互いに組成が異なる窒化物半導体層を積層した多層膜構造であり、例えば、ＡｌｆＧａ１−ｆＮ層と、ＡｌｆＧａ１−ｆＮと組成の異なる窒化物半導体、例えばＡｌの混晶比の異なるもの、Ｉｎを含んでなる３元混晶のもの、又はＧａＮ等からなる層とを組み合わせて積層してなるものである。この中で好ましい組み合わせとしては、ＡｌｆＧａ１−ｆＮとＧａＮとを積層してなる多層膜とすると、同一温度で結晶性の良い窒化物半導体層が積層でき好ましい。より好ましい多層膜としは、アンドープのＡｌｆＧａ１−ｆＮとｐ型不純物（例えばＭｇ）ドープのＧａＮとを積層してなる組み合わせである。ｐ型不純物は、ＡｌｆＧａ１−ｆＮにドープされてもよい。ｐ型不純物のドープ量は、１×１０１７／ｃｍ３〜１×１０１９／ｃｍ３である。ｐ型不純物がこの範囲でドープされていると結晶性を損なわない程度のドープ量で且つバルク抵抗が低くなり好ましい。このような多層膜は、単一層の膜厚が１００オングストローム以下、好ましくは７０オングストローム以下、さらに好ましくは４０オングストローム以下、好ましくは１０オングストローム以上の膜厚の窒化物半導体層を積層してなる。単一の膜厚が１００オングストローム以下であるとｎ型クラッド層が超格子構造となり、Ａｌを含有しているにもかかわらず、クラックの発生を防止でき結晶性を良好にすることができる。ｐ型クラッド層１１１の総膜厚としては、０．４〜０．５μｍであり、この範囲であると順方向電圧（Ｖｆ）を低減するために好ましい。またｐ型クラッド層の全体のＡｌの平均組成は、０．０２〜０．１である。この値は、クラックの発生を抑制し且つレーザ導波路との屈折率差を得るのに好ましい。
【００４４】
次に、ｐ型コンタクト層１１２をｐ型クラッド層１１１上に成長させる。ｐ型コンタクト層としては、ＭｇドープのＧａＮからなる窒化物半導体層を成長させてなるものである。膜厚は１０〜２００オングストロームである。Ｍｇのドープ量は１×１０１９／ｃｍ３〜１×１０２２／ｃｍ３である。このよう膜厚とＭｇのドープ量を調整することにより、ｐ型コンタクト層のキャリア濃度が上昇し、ｐ電極１２０とのオーミックがとりやすくなる。
【００４５】
以上より窒化物半導体素子を積層した後、リッジを形成する。リッジ形状のストライプは、ｐ型コンタクト層からエッチングされてｐ型コンタクト層よりも下側（基板側）までエッチングされることにより形成される。例えば図１に示すようなｐ型コンタクト層１１からｐ型ガイド層の途中までエッチングしてなるストライプなどが挙げられる。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ＣＨＦ３ガスを用いたフォトリソグラフィ技術によりストライプ状のＳｉ酸化物からなる保護膜を形成する。このＳｉ酸化物の保護膜をマスクとしてＳｉＣｌ４ガスを用いて半導体層をエッチングする。リッジは、少なくともｐ型クラッド層までエッチングされており、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１〜１５μｍ、好ましくは１．５〜２．０μｍの範囲であるようにする。
【００４６】
ＳｉＯ２マスクを形成させた状態で、ｐ型半導体層表面にＺｒＯ２またはＳｉＯ２よりなる第１の絶縁膜１６１を形成する。この第１の絶縁膜１６１は、ｎ電極の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１６１としては、レーザ導波路領域の屈折率より小さい値を有する材質であって、屈折率が約１．６〜２．３付近の値を有する、Ｓｉ、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や、ＢＮ、ＡｌＮ等が挙げられ、好ましくは、Ｚｒ及びＨｆの酸化物のいずれか１種以上の元素や、ＢＮである。第１の絶縁膜１６１を形成した後、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）にある第１の絶縁膜１６１を除去する。これにより、リッジの上面は露出され、リッジの側面は第１の絶縁膜１６１で覆われた構造となる。
【００４７】
前記絶縁膜１６１を形成した後、ウエハを６００℃で熱処理する。このように、ＳｉＯ２以外の材料を該絶縁膜として形成する場合、絶縁膜を形成した後に、３００℃以上、好ましくは４００℃以上、窒化物半導体の分解温度以下（１２００℃）で熱処理することにより、絶縁膜が後工程のマスク（主としてＳｉＯ２等）の溶解材料に対して溶解しにくくすることができる。
【００４８】
次に、ｐ型コンタクト層１２０上のリッジ凸部及び第１の絶縁膜１６１上にｐ電極１２０をスパッタにより形成する。本実施例では該ｐ電極１２０を金属層の多層構造とする。例えば、Ｎｉ／Ａｕで形成する。また、ｎ型コンタクト層１０４上面にもｎ側のオーミックを取るためのｎ電極１２１を形成させる。ｎ電極はＴｉ／Ａｌ（２００Å／８０００Å）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。
【００４９】
その後、前記ｐ電極とｎ電極を形成後、酸素及び／又は窒素の混合雰囲気中で熱処理を行う。その温度は、１０００℃以下、好ましくは８００℃以下、さらに好ましくは６００℃以下で熱処理する。
【００５０】
次いで、リッジ上のｐ電極１２０の全面と、ｎ電極１２１の上部の一部を覆うレジストを形成する。次いで、ＳｉＯ２からなる第２の絶縁膜１６２を、ほぼ全面に形成し、リフトオフすることで、ｐ電極の上面全面とｎ側電極の一部が露出された第２の絶縁膜１６２が形成される。第２の絶縁膜１６２は、後の分割を考慮して、分割位置を挟んで幅１０μｍ程度のストライプ状の範囲には、絶縁膜、また電極を形成しないようにしておいてもよい。
【００５１】
次に、上記の電極を覆うようにパッド電極を形成する。このとき、第２の絶縁膜１６２を覆うように形成させるのが好ましい。このパッド電極は、第２の絶縁膜を介してｐ電極及びｎ電極にそれぞれストライプ状に接している。パッド電極はＮｉ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ等の金属からなる積層体とすることが好ましい。
【００５２】
次いで、前記窒化物半導体が成長した基板を研磨して約１５０μｍの膜厚になるよう調整後、基板裏面にスクライブ溝を形成し、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。
【００５３】
以上のように、リッジ形状のストライプのエッチング量や、ストライプ幅、さらにストライプの側面の絶縁膜の屈折率などを特定すると、単一モードのレーザ光が得られ、さらにアスペクト比を円形に近づけるられ、レーザビームやレンズ設計が容易となり好ましい。また本発明の素子において、ｐ電極やｎ電極等は従来公知の種々のものを適宜選択して用いることができる。
【００５４】
【実施例】
以下に本発明の一実施の形態である実施例を示す。しかし本発明はこれに限定されない。
また、本実施例はＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）について示すものであるが、本発明の方法は、ＭＯＶＰＥ法に限るものではなく、例えば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。
【００５５】
［実施例１］
実施例１として、図１に示される本発明の一実施の形態である窒化物半導体レーザ素子を製造する。
【００５６】
異種基板として、ステップ状にオフアングルされたＣ面を主面とし、オフアングル角θ＝０．０２°、ステップ段差およそ２０オングストローム、テラス幅Ｗおよそ８００オングストロームであり、オリフラ面をＡ面とし、ステップがＡ面に垂直であるサファイア基板を用意する。このサファイア基板を反応容器内にセットし、温度を５１０℃にして、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）とを用い、サファイア基板１０１ａ上にＧａＮよりなる低温成長のバッファ層を２００オングストロームの膜厚で成長させる。バッファ層成長後、ＴＭＧのみ止めて、温度を１０５０℃まで上昇させ、１０５０℃になったら、原料ガスにＴＭＧ、アンモニア、シランガスを用い、アンドープのＧａＮからなるＧａＮを２．５μｍの膜厚で成長させる。次に、高温成長のバッファ層を積層したウェーハ上にストライプ状のフォトマスクを形成し、ＣＶＤ装置によりストライプ幅２０μｍ、窓部の幅５μｍのＳｉＯ２よりなる保護膜を０．５μｍの膜厚で形成する。保護膜のストライプ方向はサファイアＡ面に対して垂直な方向である。
保護膜形成後、ウェーハを反応容器に移し、１０５０℃にて、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなる第１の窒化物半導体層を５μｍ程度の膜厚で前記保護膜上に横方向成長させる。次に保護膜を除去して空洞（空間）を形成した後、第２の窒化物半導体層を成長させ、下地層１０１ｂとする。以上より前記下地層には横方向に成長した領域には低転位領域が形成された基板１０１を得ることができる。
得られた基板１０１を窒化物半導体基板として以下の素子構造を積層成長させる。
【００５７】
（光吸収層１０２）
窒化物半導体基板の上に、７８０℃で原料ガスにＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ、アンモニアガスを用いアンドープのＩｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎよりなる窒化物半導体を５００オングストロームの膜厚で成長させ、光吸収層１０２とする。
【００５８】
（ブロック層１０３）
前記光吸収層２上に、１０００℃で原料ガスにＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ、アンモニアガスを用いアンドープのＧａＮよりなるブロック層１０３を１μｍの膜厚で成長させる。
（ｎ型コンタクト層１０４）
次に、同様の温度で、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアガスを用い、不純物ガスにシランガス（ＳｉＨ４）を用い、Ｓｉを３×１０１８／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎよりなるｎ型コンタクト層１０４を成長温度を１１００℃として３μｍの膜厚で成長させる。
【００５９】
（クラック防止層１０５）
次に、温度を８００℃にして、原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）及びアンモニアを用い、不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉを５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＩｎ０．０８Ｇａ０．９２Ｎよりなるクラック防止層１０５を０．１５μｍの膜厚で成長させる。
【００６０】
（ｎ型クラッド層１０６）
次に、温度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＡｌ０．１４Ｇａ０．８６ＮよりなるＡ層を２５オングストロームの膜厚で成長させ、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２５オングストローム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層の積層し、総膜厚８０００オングストロームの多層膜（超格子構造）よりなるｎ型クラッド層を成長させる。このとき、クラッド層のＡｌの平均組成は０．０３６とする。
【００６１】
（ｎ型ガイド層１０７）
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型ガイド層１０７を０．１７５μｍの膜厚で成長させる。
【００６２】
（活性層１０８）
次に、温度を８００℃にして、原料ガスにＴＭＩ、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Ｉｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎよりなる障壁層を１４０オングストローム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Ｉｎ０．１１Ｇａ０．８９Ｎよりなる井戸層を７０オングストロームの膜厚で成長させる。最初に障壁層、次に井戸層、障壁層、井戸層、最後に障壁層を積層した総膜厚５５０オングストロームの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層１０８を成長させる。
【００６３】
（ｐ型電子閉じ込め層１０９）
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Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ｎよりなるｐ型電子閉じ込め層８を１００オングストロームの膜厚で成長させる。
【００６４】
（ｐ型ガイド層１１０）
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型ガイド層９を０．１５μｍの膜厚で成長させる。
このｐ型ガイド層９は、アンドープとして成長させるが、ｐ型電子閉じ込め層１０９からのＭｇの拡散により、Ｍｇ濃度が５×１０１６／ｃｍ３となりｐ型を示す。
【００６５】
（ｐ型クラッド層１１１）
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、アンドープのＡｌ０．１Ｇａ０．９ＮよりなるＡ層を２５オングストロームの膜厚で成長させ、続いて、ＴＭＡを止め、不純物ガスとしてＣｐ２Ｍｇを用い、Ｍｇを５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮよりなるＢ層を２５オングストロームの膜厚で成長させる。そして、この操作をそれぞれ１００回繰り返してＡ層とＢ層の積層し、総膜厚５０００オングストロームの多層膜（超格子構造）よりなるｐ型クラッド層１１１を成長させる。ｐ型クラッド層のＡｌの平均組成は０．０５以下とする。
【００６６】
（ｐ型コンタクト層１１２）
次に、同様の温度で、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてＣｐ２Ｍｇを用い、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたＧａＮよりなるｐ型コンタクト層１１２を１５０オングストロームの膜厚で成長させる。
【００６７】
反応終了後、反応容器内において、ウエハを窒素雰囲気中、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層を更に低抵抗化する。アニーリング後、ウエハを反応容器から取り出し、最上層のｐ側コンタクト層の表面にＳｉＯ２よりなる保護膜を形成して、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用いＳｉＣｌ４ガスによりエッチングし、ｎ電極１２１を形成すべきｎ型コンタクト層１０４の表面を露出させる。
次に図４（ａ）に示すように、最上層のｐ型コンタクト層のほぼ全面に、ＰＶＤ装置により、Ｓｉ酸化物（主として、ＳｉＯ２）よりなる保護膜を０．５μｍの膜厚で形成したする。その後、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置により、ＣＦ４ガスを用い、エッチングをすることで、リッジをストライプ状に形成する。リッジのストライプ幅は１．８μｍである。
【００６８】
ｐ型ガイド層までエッチングして、ストライプ幅１．８μｍのリッジ形状のストライプを形成する。リッジストライプを形成した後、ウェーハをＰＶＤ装置に移送し、Ｚｒ酸化物（主としてＺｒＯ２）よりなる第１の絶縁膜１６１を、前記ｐ型コンタクト層上に形成された保護膜の上と、エッチングにより露出されたｐ型クラッド層の上に０．５μｍの膜厚で連続して形成する。このようにＺｒ酸化物を形成すると、ｐ−ｎ面の絶縁をとるためと、横モードの安定を図ることができ好ましい。次に、ウェーハをフッ酸に浸漬し、保護膜をリフトオフ法により除去する。
【００６９】
次にｐ型コンタクト層１１２の上の保護膜が除去されて露出したそのｐ型コンタクト層１１２の表面にＮｉ／Ａｕよりなるｐ電極１２０を形成する。ｐ電極は１００μｍ程度のストライプ幅とする。また、露出させたｎ型コンタクト層の表面にはＴｉ／Ａｌよりなるｎ電極１２１をストライプと平行な方向で形成する。
【００７０】
以上のようにして、ｎ電極とｐ電極とを形成したウェーハのサファイア基板を研磨して７０μｍとした後、ストライプ状の電極に垂直な方向で、基板側からバー状に劈開し、劈開面（１１−００面、六角柱状の結晶の側面に相当する面＝Ｍ面）に共振器を作製する。主レーザ光の出射面側及び／又は反射面側にＳｉＯ２やＮｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２よりなる誘電体多層膜を形成し、最後にｐ電極に平行な方向で、バーを切断してレーザ素子とする。得られたレーザ素子をヒートシンクに設置し、それぞれの電極をワイヤーボンディングして、室温でレーザ発振を試みた。
その結果、室温においてしきい値２．５ｋＡ／ｃｍ２、しきい値電圧５Ｖで、出力５０ｍＷ、発振波長４００ｎｍの連続発振が確認され、室温で１万時間以上の寿命を示し、更にｎ型コンタクト層の端面からの光の放出が抑制され、共振面から放出されるレーザ光のＦＦＰにはリップルが乗ることなく図４ａに示すような良好な単一モードとなる。
【００７１】
［比較例］
実施例１において、光吸収層及びブロック層を有しない構成とし、他は同様にして窒化物半導体レーザ素子を作製する。
得られたレーザ素子は、ＦＦＰにはリップルが乗っており単一モードが得られない（図４ｂ）。
【００７２】
［実施例２］
実施例１において、基板１０１にＧａＮの単体基板を用いる他は同様にして窒化物半導体レーザ素子を作製する。
（基板１０１）
転位密度が１×１０６／ｃｍ２以下であって、膜厚４００μｍのＧａＮ基板を用いる。  この上に直接、光吸収層１０２等を成長させる。
得られたレーザ素子は、実施例１と同様に良好なＦＦＰのレーザ光を放出し、寿命特性の良好な素子である。
【００７３】
［実施例３］
実施例１において、光吸収層１０２をＩｎの組成比を０．２として成長させる他は同様にして窒化物半導体レーザ素子を作製する。
得られたレーザ素子は、実施例１と同様に良好な寿命特性を有し、ＦＦＰについても実施例１と同様に良好となる。
【００７４】
［実施例４］
実施例１において、光吸収層２を以下のように変更する他は同様にしてレーザ素子を作製する。
基板１０１上に、７８０℃で原料ガスにＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ、アンモニアガスを用いアンドープのＩｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎよりなる窒化物半導体を０．０２μｍの膜厚で成長させ、続いて、ＴＭＩを止め、アンドープのＧａＮよりなる窒化物半導体を０．０２μｍ成長させる。そして、この操作をそれぞれ２回繰り返して、第１の窒化物半導体と第２の窒化物半導体とを積層し、総膜厚０．０８μｍの多層膜よりなる光吸収層を成長させる。
以上よりＦＦＰの良好なレーザ素子が得られる。
【００７５】
［実施例５］
実施例１において、光吸収層１０２の膜厚を０．１μｍとする他は同様にしてレーザ素子を作製する。
得られたレーザ素子は、実施例１とほぼ同様に良好な結果が得られる。
【００７６】
【発明の効果】
本発明は、レーザ光のＦＦＰがリップルのない良好な単一モードとなる窒化物半導体レーザ素子を提供することができる。また、縦方向のモードホップも抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態である窒化物半導体レーザ素子を示す模式的断面図である。
【図２】図２は、光吸収層等の積層構造を示す模式断面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施の形態である窒化物半導体レーザ素子を示す模式的断面図である。
【図４】図４は、ＦＦＰ−Ｙに発生するリップル変化グラフを示す。
【図５】図５は、Ｉｎを含む窒化物半導体層のＴＥＭ写真を示す。
【図６】図６は、本発明のＩｎを含む窒化物半導体層の光吸収係数を示すグラフである。
【図７】図７は、本発明の一実施の形態における基板の製造工程を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
１０１・・・基板、１０２・・・光吸収層、１０３・・・ブロック層、１０４・・・ｎ型コンタクト層、１０５・・・クラック防止層、１０６・・・ｎ型クラッド層、１０７・・・ｎ型ガイド層、１０８・・・活性層、１０９・・・ｐ型電子閉じ込め層、１１０・・・ｐ型ガイド層、１０１・・・ｐ型クラッド層、１０２・・・ｐ型コンタクト層、１２０・・・ｐ電極、１２１・・・ｎ電極、１２２・・・ｐパッド電極、１２３・・・ｎパッド電極、１６１・・・第１の絶縁膜、１６２・・・第２の絶縁膜
【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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