(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の主面上に第１導電型の半導体層と、活性層と、第１導電型とは異なる導電型をした第２導電型の半導体層と、前記第２導電型の半導体層においてストライプ状領域に電流を狭窄することによって形成された導波路領域と、該導波路領域に対して略垂直な端面に設けられた共振面と、を備えてなる半導体レーザ素子において、
前記共振面に近接する領域において、前記導波路領域から離間して、前記第２導電型の半導体層に複数の凹部が形成され、
前記凹部の少なくとも一部は、前記共振面に対して傾斜した第１の構成辺と、前記共振面に対して前記第１の構成辺と異なる方向に傾斜した第２の構成辺とを有し、前記第１の構成辺と第２の構成辺が連続していることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記凹部は、共振面の出射端面側にある請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記凹部の一部は、出射端面と接している、及び／又は交叉する請求項１又は請求項２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記凹部の少なくとも一部の平面形状は、円形、三角形、六角形又は平行四辺形、ライン状、屈曲したライン状からなる群から選択された１以上である請求項１乃至３のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記第１の構成辺と前記第２の構成辺とが交互に配列されていることを特徴とする請求項４に記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記凹部は、前記導波路の長手方向に複数列配列されており、前記凹部を共振面側から導波路の長手方向に見たときに、奇数列の凹部と偶数列の凹部とが互いに接する又は部分的に重なっていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記凹部の底面は、第１導電型の半導体層内である請求項１乃至６のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記第１導電型の半導体層は、前記活性層の下側に形成された光ガイド層と、前記光ガイド層の下側に形成されたクラッド層を具えており、前記凹部の底面が、前記クラッド層内にあることを特徴とする請求項７に記載の半導体レーザ素子。
【請求項９】
前記第１導電型の半導体層は、前記活性層の下側に形成された光ガイド層と、前記光ガイド層の下側に形成されたクラッド層と、前記クラッド層の下側に形成されたコンタクト層を具えており、前記凹部の底面が、前記コンタクト層内にあることを特徴とする請求項７に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１０】
前記第２導電型の半導体層、前記活性層及び前記第１導電型の半導体層の一部が除去されて、前記第１導電型の半導体層の表面が露出しており、
前記凹部の底面が、前記第１導電型の半導体層の露出した表面と同一面上にあることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１１】
前記第２導電型の半導体層の表面に第２導電型用の電極が形成されており、前記第１導電型の半導体層の露出した表面に第１導電型用の電極が形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１２】
前記第２導電型の半導体層の表面に第２導電型用の電極が形成されており、前記基板の第２の主面に第１導電型用の電極が形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１３】
前記凹部には、光吸収層を有する請求項１乃至１２のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項１４】
前記光吸収層は、前記活性層よりバンドギャップの狭い半導体である請求項１３に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１５】
前記光吸収層は、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｗ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｙ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｎ、それらの酸化物、ＳｉＮ、ＢＮ、ＳｉＣ、及びＡｌＮよりなる群から選択された少なくとも１つである請求項１３に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１６】
前記第２導電型の半導体層に前記導波路領域を形成するためのストライプ状のリッジ部が形成されており、
前記リッジ部の側面から離間して、前記第２導電型の半導体層にイオン注入領域を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１７】
前記イオン注入領域は、共振面の出射端面側にある請求項１６に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１８】
前記共振面の出射端面側から反射端面側に向かって、前記イオン注入領域、前記凹部を順に有する請求項１６又は請求項１７に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１９】
前記共振面の出射端面側から反射端面側に向かって、第１の前記イオン注入領域、前記凹部、第２の前記イオン注入領域を順に有する請求項１６乃至請求項１８のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項２０】
前記イオンは、アルミニウム、ホウ素、マグネシウム、亜鉛、ベリリウム、炭素、カルシウム、プロトンよりなる群から選択される少なくとも１つを原料として用いる請求項１６に記載の半導体レーザ素子。
【請求項２１】
前記第２導電型の半導体層に前記導波路領域を形成するためのリッジ部が形成されており、
前記リッジ部から離間し、かつ、前記共振面近傍の領域において前記第２導電型の半導体層にイオン注入領域を有することを特徴とする請求項３に記載の半導体レーザ素子。
【請求項２２】
前記第１導電型はｎ型であり、前記第２導電型はｐ型であることを特徴とする請求項１乃至２１のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項２３】
前記第１導電型の半導体層、前記活性層及び前記第２導電型の半導体層は、窒化物半導体よりなる請求項１乃至２２のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファー・フィールド・パターン（以下、ＦＦＰと示す。）が良好である半導体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザでは、光の横モード制御のためにストライプ構造を形成して、ストライプ状の導波路領域内で発光を共振させる。しかしながら、導波領域から光が漏れると、漏れた迷光が端面から放出される弱い光となる。これによって、主レーザ光にノイズが乗り、ＦＦＰにリップルが現れるようになる。特に、半導体レーザを高出力化するに従って、この現象が顕著になる。このようなノイズ（リップル）は光ファイバーやレンズに結合する際に種々の支障が招くため、高出力、かつ、リップルのないＦＦＰを実現可能な半導体レーザが求められている。
【０００３】
例えば、本出願人が提案した特許文献１では、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半導体を積層した半導体レーザ素子において、ｎ型コンタクト層と基板との間に光吸収層を形成する。光吸収層は、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いアンドープのＩｎ含有層とする。活性層で発光した光の一部がｎ型クラッド層から漏れだした場合、基板よりも屈折率が大きいｎ型コンタクト層の中を導波することがある。このような迷光もリップルの一因であるため、ｎ型コンタクト層の下側に形成した光吸収層によって吸収し、リップルを抑制する。
【０００４】
特許文献１では、例えば、基板の上に、光吸収層として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半導体レーザ素子とする。このようなレーザ素子構造とすることで、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前記光吸収層で吸収させ、リップルを抑制する。
【特許文献１】特開２０００−１９６１９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の半導体レーザ素子では、リップルの抑制がまだ不十分である。また、特許文献１に示す半導体レーザ素子は、半導体の積層体に光吸収層を余分に追加した構造である。光吸収層は光吸収作用を有するだけのＩｎを含有する組成とする必要があるが、Ｉｎを多く含む窒化物半導体は一般に結晶性が低い。そのため、光吸収層の上に積層させる他層の結晶性が低下し易く、それを防止するために他層の膜厚や組成に制約が発生する恐れがある。
【０００６】
そこで、本発明は、ＦＦＰがリップルの少ない良好なガウシアン形状となる半導体レーザ素子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】
【０００７】
本発明の半導体レーザ素子は、基板の主面上に第１導電型の半導体層と、活性層と、第１導電型とは異なる導電型をした第２導電型の半導体層と、前記第２導電型の半導体層においてストライプ状領域に電流を狭窄することによって形成された導波路領域と、該導波路領域に対して略垂直な端面に設けられた共振面と、を備えてなる半導体レーザ素子において、
前記共振面に近接する領域において、前記導波路領域から離間して、前記第２導電型の半導体層に複数の凹部が形成され、前記凹部の少なくとも一部は、前記共振面に対して傾斜した第１の構成辺と、前記共振面に対して前記第１の構成辺と異なる方向に傾斜した第２の構成辺とを有し、前記第１の構成辺と第２の構成辺が連続していることを特徴とするものである。
【０００８】
上記構成とすることで、共振面の導波路近傍から迷光が出てくるのを防止することができる。その理由は前記複数の凹部によって迷光を散乱・屈折させるからである。前記凹部は、共振面の出射端面側にあることが好ましい。
【０００９】
ここで、凹部は少なくとも２以上形成することが好ましい。これによって、高い散乱効果を奏する。更に前記半導体レーザ素子は、導波路領域の両側に凹部を有することが好ましい。これによって、得られるビーム形状をより左右対称にする効果を奏するからである。
【００１０】
尚、本件発明において導波路領域とは、ストライプ状をした光を伝搬する領域である。ここで伝搬された光が共振面で共振することにより増幅されてレーザ発振する。また導波路領域には、電流を効率良く注入することができるよう導波路領域に向かって電流が狭窄される。電流を導波路領域に狭窄するために、共振面側から見た第２導電型の半導体層の断面形状が凸部形状であることが好ましい。これによって光閉じ込め作用も有するからである。以下の説明では、この凸部をリッジ部と称することがある。
【００１１】
基板は、単一の半導体のみから形成された単体基板であることが好ましい。但し、基板は、基板表面を構成している半導体とは異なる異種材料を基板全面にわたって、又は部分的に備えていても良い。基板が具える異種材料とは、例えばサファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ、スピネル、ＳｉＯ２、ＳｉＮ等である。また半導体は、化合物半導体であって、特にＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体等であることが好ましい。具体例としては、ＧａＮ系化合物半導体、ＧａＡｓ系化合物半導体、ＺｎＯ系化合物半導体等がある。
【００１２】
凹部は、共振面の出射端面側にあることが好ましい。この構成によって共振器長やリッジ部幅に関係なく、ＦＦＰの乱れを防止することができる。
【００１３】
前記凹部は、共振面に接している、及び／又は共振面の近傍にあることが好ましい。ここで、凹部が共振面に接しているとは、凹部の外周が共振面と接しているものである。また凹部が共振面の近傍にあるとは、凹部の外周と共振面との最短距離が１０μｍ以内にあるものである。これらの構成によって、導波損失を低減することができる。また、半導体レーザのリニアリティを確保しやすくなる。さらに、導波路からの光の漏れは、導波路の長手方向全域に渡って起こる。従って、できるだけ出射端面に近い位置で光を散乱・屈折することによって、リップルの発生を一層効果的に抑制できる。
【００１４】
またさらに、凹部が、出射端面と接する、又は交叉して、出射端面に切欠きが形成されることが好ましい。これによって、共振面を劈開で形成する工程において、劈開位置を安定させることができる。従って、チップ化した半導体レーザ素子の端面形状を同一形状として提供することができる。
【００１５】
本発明の半導体レーザ素子において、共振面に平行な断面において、前記凹部の側面が基板主面に対して傾斜していることが好ましい。この構成によって散乱効果を高めることができる。
【００１６】
本発明の半導体レーザ素子において、前記凹部の平面形状は、例えば、円形、三角形、六角形、平行四辺形、ライン状、屈曲したライン状であることが好ましい。これらの形状とすることで散乱・屈折効果を調整することができる。特に凹部の平面形状が円形や六角形であれば、プロセスが容易となる。ここで、凹部の平面形状を円形とする場合の直径は、好ましくは１〜１０μｍ、より好ましくは２〜５μｍである。
【００１７】
本発明の半導体レーザ素子において、凹部の底面は、第１導電型の半導体層内であることが好ましい。半導体レーザ素子は、基板の主面上に第１導電型の半導体層、活性層、第２導電型の半導体層の順に積層されているため、凹部の底面は第２導電型の半導体層のみならず、活性層を貫通して第１導電型の半導体層に達している。この構成によって迷光が散乱する効果を高めることができる。
【００１８】
凹部には、光吸収層を有することが好ましい。これによって迷光が凹部を通過する際に、迷光を散乱・屈折するだけでなく、吸収することができる。従って、ＦＦＰのリップルを一層抑制できる。
【００１９】
光吸収層は、活性層よりバンドギャップの狭い半導体であることが好ましい。具体例としては、活性層にＩｎを含有するＧａＮ系半導体を用いる場合には、光吸収層は記活性層よりもＩｎ混晶比が高いＧａＮ系半導体とすることが好ましい。その他にはＩｎＰ系半導体、ＧａＡｓ系半導体等を用いることもできる。この構成によって効率よく光吸収を行うことができる。
【００２０】
凹部に形成する光吸収層は、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｗ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｙ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｎ、これらの酸化物、ＳｉＮ、ＢＮ、ＳｉＣ、及びＡｌＮよりなる群から選択された少なくとも１つである。この構成によって効率よく光吸収を行うことができる。また、これらの材料には光吸収作用の他に光散乱作用を備えたものがある。また、ＳｉＮ、ＢＮ、ＳｉＣ、ＡｌＮは非晶質であることが好ましい。
【００２１】
また、前記第２導電型の半導体層に前記導波路領域を形成するためのストライプ状のリッジ部が形成されており、前記リッジ部の側面から離間して、前記第２導電型の半導体層にイオン注入領域を有することが好ましい。
【００２２】
上記構成とすることで、ストライプ状のリッジ部の近傍において、凹部のよって迷光を散乱するだけでなく、さらに吸収することができる。吸収できる迷光の波長は、材料によって異なるが、３６５ｎｍ以下の紫外領域から６００ｎｍ以下の領域であるであることが好ましい。活性層やガイド層を含んだコア領域を導波する迷光を吸収することによって良好なＦＦＰを得ることができる。
【００２３】
リッジ部は、導波路領域として機能しており、ストライプ状に光を閉じ込める領域である。リッジ部は、断面形状を凸形状としており、ここで閉じ込めた光を増幅させて共振面の出射端面側からレーザ発振させる。リッジ部は、電流を効率良く注入することができる狭窄領域であり、光閉じ込め作用も有することになる。
【００２４】
イオン注入領域は、リッジ部の近傍であって、共振面の出射端面側に形成することが好ましい。但し、イオン注入領域がリッジ部に接していると導波路領域の結晶性を低下させるため、イオン注入領域がリッジ部から離間していることが必要である。イオン注入領域の形状は、リッジ部を中心にリッジ部の両側に１〜１０μｍ離れた領域から外側へ延びる領域であることが好ましい。イオン注入領域は、リッジ部のストライプ方向には、出射端面から２０μｍ以内の範囲であることが好ましい。
【００２５】
共振面の出射端面側から反射端面側に向かってイオン注入領域、凹部を順に有することが好ましい。この構成によって、反射端面から戻ってきた光を凹部で散乱・屈折させ、出射端面側での導波光をイオン注入領域で吸収することができる。以上より主レーザ光のＦＦＰにリップルの少ない半導体レーザ素子を容易に得ることができる。ここで、出射端面からイオン注入領域があることが好ましく、出射端面から凹部までの距離は少なくとも１μｍ以上とすることが望ましい。
【００２６】
共振面の出射端面側から反射端面側に向かって第１のイオン注入領域、凹部、第２のイオン注入領域を順に有するようにしても良い。この構成によって、反射端面から戻ってきた光を第１のイオン注入領域で吸収し、更に凹部では迷光を散乱・屈折し、出射端面側での導波光は第２のイオン注入領域で吸収することができる。
【００２７】
第１のイオン注入領域は迷光を吸収するものであるが、第２のイオン注入領域はキャパシタンスを低下させる効果をも有する。すなわち、第２のイオン注入領域が電極の下方にあれば、半導体レーザのキャパシタンスを低下できる。半導体レーザのキャパシタンスが低下すれば、半導体レーザの応答速度が向上するため有利である。例えば、第１のイオン注入領域のイオンをＡｌとすれば、第２のイオン注入領域のイオンはＢ又はＡｌとすることが好ましい。第１のイオン注入領域と凹部、また凹部と第２のイオン注入領域とは連続していることが好ましい。
【００２８】
本発明の半導体レーザ素子において、イオン注入領域に注入するイオンは、アルミニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、ベリリウム（Ｂｅ）、炭素（Ｃ）、カルシウム（Ｃａ）、プロトン（Ｈ）よりなる群から選択される少なくとも１つであることが好ましい。これらの材料は深さ方向にイオン注入領域を容易に形成することができる。具体的には活性層よりも下層までイオン注入領域を形成することができる。
【００２９】
さらに別の態様では、基板の主面上に第１導電型の半導体層と、活性層と、第１導電型とは異なる導電型をした第２導電型の半導体層と、前記第２導電型の半導体層にストライプ状のリッジ部と、該リッジ部に対して略垂直な端面に共振面とを備えてなる半導体レーザ素子において、前記共振面の出射端面側であって、リッジ部の側面から離間している前記第２導電型の半導体層に光吸収領域と光散乱領域とを有する。光散乱領域とは、迷光を散乱する領域である。
【００３０】
本発明の半導体レーザ素子において、前記第１導電型の半導体層、前記活性層、前記第２導電型の半導体層は、窒化物半導体よりなる。窒化物半導体の一般式は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）である。
【００３１】
第１の半導体層はｎ型窒化物半導体を有し、前記第２の半導体層はｐ型窒化物半導体を有することが好ましい。また、ｎ型窒化物半導体にはｎ型不純物として、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｏ等のいずれか１つ以上を含有していることが好ましい。またｐ型窒化物半導体には、ｐ型不純物として、Ｍｇ、Ｚｎ等を含有していることが好ましい。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の半導体レーザ素子によれば、レーザ光のＦＦＰのリップルを抑制することができる。また、縦方向のモードホップも抑制することができる。レーザ光のＦＦＰのリップルを減らすことによって、レンズや光ファイバー等の光学系部材との結合やレンズ設計が容易となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る半導体レーザ素子を示す斜視図である。半導体レーザ素子は、第１の主面と第２の主面とを有する半導体基板１０１の第１の主面上に第１導電型の窒化物半導体層２００と、活性層２０５と、第２導電型の窒化物半導体層２１０とが積層されている。また、基板１０１は導電性を有しており、基板１０１の第２の主面上と、第２導電型の窒化物半導体層２１０上とに電極が形成された対向電極構造となっている。対向電極構造とすることによって、大電流を投入することが可能となり、高出力発振をすることができる。また、第２導電型の半導体層２１０には、ストライプ状のリッジ部１０が形成されており、リッジ部１０の下方がストライプ状の導波路領域が形成となる。この導波路領域に対して略垂直な端面２０が、レーザの共振面となる。
【００３４】
図２は、図１に示す半導体レーザの構造の詳細を示すＸ−Ｘ’断面図である。本実施の形態に係る半導体レーザは、分離閉込型（ＳＣＨ型）の構造をとっている。但し、本発明は分離閉込型の構造に限定されるものではなく、光ガイド層を有しない構造であってもよい。基板１０１上に、ｎ側クラッド層２０３、ｎ側光ガイド層２０４、活性層２０５、ｐ側電子閉じ込め層２０６、ｐ側光ガイド層２０７、ｐ側クラッド層２０８、ｐ側コンタクト層２０９が積層されている。ここでｎ側クラッド層２０３とｎ側光ガイド層２０４が、第１導電型の窒化物半導体層２００を構成する。一方、ｐ側電子閉じ込め層２０６、ｐ側光ガイド層２０７、ｐ側クラッド層２０８及びｐ側コンタクト層２０９が、第２導電型の窒化物半導体層２１０を構成する。前記ｐ側電子閉じ込め層２０６は、ｐ側キャップ層と称することもある。ｐ側コンタクト層２０９及びｐ側クラッド層２０８の一部がリッジ状部分を残してエッチング除去されることにより、導波路形成用のリッジ部１０が形成されている。リッジ部１０の両側はｐ側コンタクト層２０９の上面を露出するように絶縁膜２２０が形成されている。前記絶縁膜２２０は、絶縁層または埋込膜と称することもある。また、露出したｐ側コンタクト層２０９の表面にはｐ電極２３０が形成され、さらにｐパッド電極２５０が形成されている。一方、基板１０１の裏面にはｎ電極２３２が形成されている。
【００３５】
また、ｐ側コンタクト層２０９からｎ側クラッド層２０３の途中までエッチングされ、ｎ側半導体層２００の一部が露出されている。このｎ側クラッド層の露出面２０３ａは、ウエハから個々のレーザ素子を切り出す際のダイシングラインとなる。また、このエッチングによってウエハ全体の応力歪が緩和される。露出した半導体層の側面には保護膜２４０が形成されている。
【００３６】
本実施の形態の半導体レーザ素子は、図１に示すように、導波路領域を形成するリッジ部１０から離間した位置において、第２導電型の半導体層２１０の表面に複数の凹部１１０が形成されている点に特徴がある。図１における凹部１１０は、第１導電型の半導体層２００に到達する深さとなっている。また、複数の凹部１１０は、共振面２０の近傍にマトリックス状に配列されている。
【００３７】
このように共振面２０の近傍に複数の凹部１１０を形成することによって、半導体レーザの導波路領域から漏れた光を凹部１１０によって散乱させることができる。従って、レーザの主ビームの方向に放出される漏光を低減し、リップルの抑制されたＦＦＰを得ることができる。
【００３８】
尚、図１においては、凹部１１０の形成領域には絶縁層２２０もｐ電極２３０も形成していない。但し、凹部１１０内に露出した半導体層を保護するため、絶縁層２２０を凹部１１０の形成領域にまで形成しても良い。一方、ｐ電極２３０は、凹部１１０の形成領域に被せない方が好ましい。これは凹部１１０内には第１導電型の半導体層２００が露出しているため、ｐ電極２３０との間に短絡が起きる恐れがあるためである。
【００３９】
凹部１１０は、導波路から漏れだした光を散乱できるような深さに形成される。例えば、活性層２０５から横方向に漏れた光を効果的に散乱できるように、凹部１１０の底面が少なくとも第１導電型の窒化物半導体層２００に達する深さであることが好ましい。特に、本実施の形態のような分離光閉込型（ＳＣＨ型）の半導体レーザの場合は、凹部１１０の底面が第１導電型の半導体層２００中の光ガイド層２０４の下面よりも下方に到達していることが好ましい。すなわち、凹部１１０の底面が第１導電型の半導体層２００中のクラッド層２０３に到達していることが好ましい。これによって、ｎ側光ガイド層２０４、活性層２０５及びｐ側光ガイド層２０７で構成された導波路から漏れてきた光を効果的に散乱することができる。さらに、ｎ側クラッド層内にも光の滲みだしによって光が漏れるため、ｎ側クラッド層の途中の深さまで凹部が形成されていることが一層好ましい。また、凹部１１０の底面が、レーザ素子の横幅を決めるため（又は電極形成面を露出させるため）に露出されるｎ側半導体層の表面２０３ａと同一面上にあることが好ましい。これによって、半導体レーザ素子をエッチングする際のマスク合わせの回数を減らし、半導体レーザの製造歩留まりを向上すると共に、特性バラツキを抑制することができる。
【００４０】
また、凹部１１０は、レーザ共振面の出射端面２０の側に形成することが好ましい。出射端面２０の近傍に凹部１１０を形成することによって、出射端面２０から放出される漏光を散乱し、レーザの主ビームと同じ方向に出射される漏光を減少させることができる。従って、ＦＦＰへのリップル発生を効果的に抑制できる。尚、凹部１１０を、レーザ素子の出射端面近傍と反射端面近傍の両方に形成しても構わない。反射端面近傍にも凹部１１０を形成すれば、レーザの反射端面でレーザ内に向かって反射される漏光を外部に散乱させることができる。従って、レーザ内で導波を繰り返す漏光を減少させ、リップルの発生を一層効果的に抑制できる。
【００４１】
尚、凹部１１０は、共振端面からあまり離れた位置にまで形成すると、却って発光効率を低下する恐れがある。そのため、共振面から３０μｍ以内、より好ましくは共振面から１０μｍ以内の領域に凹部１１０を形成することが望ましい。
【００４２】
また、凹部１１０が導波路にあまり近すぎると、凹部１１０を形成する際に導波路内の半導体結晶を損傷する恐れがある。従って、凹部１１０は、その外縁が導波路（本実施の形態ではリッジ部１０）の外縁から少なくとも０．１μｍ、より好ましくは０．５μｍ離れた位置に形成することが好ましい。一方、あまり導波路から離れた位置に凹部１１０を形成すると、リップル抑制の効果が低下する。従って、凹部１１０の外縁と導波路の外縁の間の最短距離は、１５μｍ以下、より好ましくは１０μｍ以下であることが望ましい。
【００４３】
凹部１１０の平面形状には、種々の構成が考えられる。図３Ａ〜図３Ｄは、凹部１１０の平面形状の例を示す模式図である。凹部１１０の平面形状は、導波路から漏れてきた光を主ビームの進行方向に異なる方向に散乱（微視的には屈折）可能な形状であれば、いかなるものであっても良い。例えば、円形（図３Ａ）、六角形（図３Ｂ）、三角形（図３Ｃ）、ライン状（図３Ｄ）等の種々の形態にすることができる。これらの例に示すように、導波路１０から漏れてレーザ内を導波している光をレーザの主ビームと異なる方向に散乱／屈折するためには、凹部１１０の平面形状が、接線の方向が連続的に変化する円形や楕円形であるか、又は出射端面２０に対して傾斜した構成辺を有していることが好ましい。
【００４４】
例えば、図３Ａに示すように、凹部１１０の平面形状が円形であれば、導波路と平行に進行してきた光は、円の中心を進む場合を除いて主ビームの進行方向（出射端面に対して垂直な方向）と異なる方向に曲げられる。凹部１１０の平面形状が楕円形である場合も同様である。従って、円形又は楕円形の平面形状を持つ凹部１１０を多数配列することによって、主ビームに対する漏光の影響を抑制し、良好なＦＦＰを得ることができる。
【００４５】
また、図３Ｂ〜図３Ｄに示すように、出射端面２０に対して角度αだけ傾いた構成辺を有するようにすれば、それらの構成辺を通過する光も主ビームと異なる方向に曲げられる。ここで漏光によるリップルを効果的に抑制するためには、凹部１１０の平面形状における構成辺の持つ傾斜角αが５°〜７０°、より好ましくは１０°〜６０°であることが望ましい。尚、凹部１１０の平面形状は、凹部を形成する半導体層の結晶方位に応じて決めることが好ましい。例えば、半導体が六方晶系結晶（窒化物半導体結晶など）であり、出射端面が六方晶系のＭ面である場合、図３Ｂに示すように、凹部１１０の平面形状が出射端面２０に平行な構成辺を持つ六角形であることが好ましい。このような形状にすることによって、凹部１１０を安定した形状、寸法で形成することが可能になる。尚、凹部１１０の平面形状は、ここで示した例には限定されない。
【００４６】
尚、凹部１１０の平面形状がいずれの場合にも、凹部１１０の最も狭い部分の幅が０．１μｍ以上、より好ましくは０．５μｍ以上であることが望ましい。ただし、凹部１１０の平面形状が円形の場合は、凹部１１０の直径が０．１μｍ以上、より好ましくは０．５μｍ以上であることが望ましい。これは凹部１１０があまり小さいと、凹部１１０のつぶれ等が生じやすいからである。
【００４７】
第２導電型の半導体層２１０に形成する凹部の数は特に限定されないが、ストライプ状の導波路に対して平行な方向にも、垂直方向にも複数個配列されていることが好ましい。例えば、ストライプ状の導波路に対して凹部を平行方向、及び垂直方向に３個ずつ碁盤目状に形成すれば、全体で凹部を９個有することになる。凹部１１０同士の間隔は、等間隔であっても、間隔が変化していても良い。また、凹部１１０同士の間は光が散乱されずに通過することになるため、凹部１１０が偶数列と奇数列で互いにずれた位置に配置されていることが好ましい。特に、凹部１１０を共振面側から導波方向にみたときに、奇数列の凹部と偶数列の凹部とが互いに接する又は部分的に重なっているようにすると、漏光の散乱効率が高まる。また、発光効率を低下させずに、リップルを効果的に抑制するため、凹部１１０の配列が導波路に平行な方向よりも、導波路に垂直な方向に長く延びていることが好ましい。
【００４８】
凹部１１０の具体的な配列例について説明する。図４Ａ〜図４Ｄは、平面形状が円形の凹部１１０を配列した例を示す模式図である。図４Ａに示す例では、リッジ部１０に垂直な方向に凹部１１０が等間隔に配置されており、その凹部１１０の配列がリッジ部１０に平行な方向に３列繰り返されている。図４Ａの例では、凹部１１０の間隔（＝凹部１１０の外端同士の最短距離）は、凹部１１０自身の直径と略等しい。そして図４Ａに示すように、第１列の凹部１１０ａに対して第２列の凹部１１０ｂは半ピッチずれて配置されており、第２列の凹部１１０ｂに対して第３列の凹部１１０ｃも半ピッチずれて配置されている。これによって共振面２０の側から導波路方向にレーザ素子をみたときに、偶数列の凹部１１０と奇数列の凹部１１０が互いに接するようになる。従って、レーザ内を導波路方向に進行してきた漏光は必ずいずれかの凹部１１０を通過することになり、漏光の散乱効率が高まる。尚、共振面２０の側から導波路方向にレーザ素子をみたときに、偶数列の凹部１１０と奇数列の凹部１１０が互いに重なっていれば一層好ましい。そのためには、凹部１１０の間隔（＝凹部１１０の外端同士の最短距離）を、凹部１１０自身の直径よりも小さくすれば良い。
【００４９】
図４Ｂに示す例では、平面形状が円形の凹部１１０をＷ字型に配列している。この場合も、共振面２０の側から導波路方向にレーザ素子をみたときに、隣り合う凹部１１０同士が互いに接しているか、重なっていることが好ましい。Ｗ型とすることによって、比較的少ない個数の凹部１１０で効果的に漏光を散乱することができる。尚、図４Ｂに示すＷ字型の配列を導波路に平行な方向に２回繰り返しても良い。また、図４Ｂに示すＷ字型を導波路に垂直な方向に繰り返しても良い。さらに、Ｗ字型をＭ字型にしても同様の効果を得ることができる。
【００５０】
図４Ｃに示す例では、平面形状が円形の凹部１１０が、図４Ａと同様な方法で、導波路方向に７列繰り返されている。但し、図４Ｃの例では、共振面２０から離れるに従って、導波路に垂直な横の１列中に含まれる凹部１１０の数を漸次減らしている。また、導波路に平行な縦の１列中に含まれる凹部１１０の数も、導波路（＝リッジ部１０）から離れるに従って漸次減らしている。これによって、特に重要な共振器端面近傍及び導波路近傍での散乱効率を高めることができる。また、図４Ｄは、図４Ｃの変形例である。
【００５１】
図５Ａ〜Ｃは、平面形状が円形の凹部１１０をいくつか連続させて、平面形状がライン状（又は棒状）の凹部１１０を構成した例である。このとき平面視で凹部１１０が出射端面２０に対して傾斜した構成辺を有するようにすることが望ましい。共振面に対して傾斜した構成辺を有することにより、傾斜した構成辺にあたった光が主ビームと異なる方向に曲げられることになり、リップルを効果的に抑制できる。図５Ａに示す例では、出射端面２０に対して斜めに傾斜したライン状の凹部１１０を導波路に垂直な方向に複数個配列している。これによって、凹部１１０の間を通過する漏光が減少し、単純な円形の凹部１１０を配列した場合に比べてリップルの抑制効果が高まる。また、図５Ｂ及び図５Ｃは、ライン状の凹部１１０ａと円形の凹部１１０ｂを組み合わせた例である。
【００５２】
図６Ａ及びＢは、さらにライン状の凹部を連続させた例を示す。このようにライン状の凹部同士を連続することによって、凹部同士の隙間をなくし、散乱又は屈折されずに抜けてくる漏光を減少させることができる。尚、ライン状の凹部を連続させる場合には、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、傾斜方向の異なるライン状の凹部を交互に接続して、屈曲したライン状（又は屈曲した棒状、図６ＡではＷ字型、図６ＢではＭ字型）とすることが好ましい。Ｗ字型又はＭ字型に凹部を形成した場合、凹部は共振面に対する傾斜角の異なる２つの構成辺（第１の構成辺と第２の構成辺）を有することになる。また、第１の構成辺と第２の構成辺が連続しており、しかも角度の異なる第１の構成辺と前記第２の構成辺とが交互に配列されることになる。これによって、より狭い面積内に光を屈折する傾斜面を多数配置できるため、効果的なリップル抑制を行うことができる。また、異なる傾斜角を持った２種類の構成辺によって、漏光を異なる２方向に屈折させることができる。従って、屈折された漏光が特定の方向に集中することを防止できる。尚、図６Ｂの例では、Ｍ字型の凹部１１０ａに、円形の凹部１１０ｂを組み合わせている。また、図６Ｃの例では、Ｍ字型の凹部を連続してつなげた形状となっている。
【００５３】
このように複数の凹部をつなげてライン状にすれば、基板の反りの影響を受けにくくなる。すなわち、基板に反りがあると凹部形成時の露光のピントがウエハ面内でずれやすくなり、凹部の寸法に大小ができ易い。このため凹部１１０がドット状の場合、凹部同士の間隔が部分的に広くなって、漏光が散乱・屈折されずに通過し易くなる。しかし、ドット状の凹部を連続してライン状としておけば、多少露光時のピントがずれた場合にも、凹部の幅が変化するだけであって、漏光が抜けるような隙間は形成されにくい。
【００５４】
図７Ａ〜Ｃは、凹部１１０の断面形状を示す模式図である。凹部１１０の断面形状は、図７Ａに示すように基板（図示せず）の主面に垂直な側壁を有していても良いが、図７Ｂに示すように基板の主面に対して傾斜した側壁１１０ｓを有することが好ましい。凹部の側壁１１０ｓが基板主面に対して傾斜していることにより、凹部１１０の側壁１１０ｓに当たった光が側壁１１０ｓの傾斜に応じて屈折し、主ビームから外れた方向に進行しやすくなる。すなわち、凹部１１０によって漏光をＸ方向だけでなく、Ｙ方向にも曲げることができ、リップルが一層効果的に抑制される。尚、図７Ａ〜Ｃに示すように、本実施の形態における凹部１１０の内面は保護膜２２０によって覆われている。
【００５５】
また、図７Ｃの例では、さらに凹部１１０の内壁に光吸収層（＝埋込部材）１１１を形成している。これによって凹部１１０によって漏光を散乱・屈折させると同時に吸収することができ、漏光の影響を一層抑制できる。凹部１１０の内壁に形成する光吸収層１１１は、例えば、活性層よりもバンドギャップの狭い半導体を用いることができる。活性層にＩｎを含有するＧａＮ系半導体を用いる場合、活性層よりもＩｎ混晶比が高いＧａＮ系半導体を光吸収層１１１とすることができる。本来のレーザ素子と同じ材料系の半導体を用いることで、半導体レーザ素子の汚染や膨張係数差による歪発生を防止することができる。また、ＩｎＰ系半導体やＧａＡｓ系半導体等を光吸収層１１１として用いても良い。さらに、光吸収層１１１は、金属やその金属の酸化物であっても良い。例えば、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｗ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｓｃ、Ｙ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｉｎ、これらの酸化物（例えばＲｈＯ）などを用いることができる。また、光吸収層１１１を、ＳｉＮ、ＢＮ、ＳｉＣ、ＡｌＮなどで構成することもできる。これらのＳｉＮ、ＢＮ、ＳｉＣ、ＡｌＮは非晶質であることが好ましい。
【００５６】
尚、図７Ａ〜Ｃのいずれの場合においても、凹部１１０の内部は空洞であることが望ましい。凹部１１０の内部が空洞であることにより、凹部１１０の内壁界面に大きな屈折率差が生じ、凹部１１０による光の散乱・屈折効果が高まる。従って、凹部１１０の内側に保護膜２２０や光吸収層１１１を形成する場合であっても、凹部１１０が完全に埋め込まれない膜厚とすることが好ましい。尚、光吸収層は、凹部１１０を平坦化するまで埋め込んだ形状でも良い。但し、凹部１１０を平坦化するまで埋め込む場合は、凹部１１０による光の散乱・屈折機能が失われないように、半導体と屈折率が異なる物質を光吸収層１１１に用いることが必要である。
【００５７】
光吸収層１１１は、例えば、凹部１１０を形成した後、凹部１１０を形成するためのマスク（レジストパターン等）を除去する前に、形成することができる。光吸収層１１１の形成方法としては、ＣＶＤやスパッタ、蒸着等の方法を用いることができる。
【００５８】
凹部１１０は、例えば、マスクを用いたエッチングによって作成できる。このときのエッチング条件を適宜選択することで、凹部の側面を垂直面や傾斜面にすることもできる。またマスクパターンによって、凹部の平面形状を円形、三角形、六角形又は平行四辺形等の所望の形にすることができる。
【００５９】
第１導電型の半導体層２００、活性層２０５及び第２導電型の半導体層２１０は、いずれも化合物半導体であることが好ましい。第２導電型の半導体層は、第１導電型とは異なる導電型をしており、一方をｎ型半導体層とすれば、他方はｐ型半導体層となる。活性層２０５は多重量子井戸構造、又は単一量子井戸構造をしている。
【００６０】
尚、第２導電型の半導体層２１０は、表面に凹部１１０を形成できるだけの耐久性が必要となる。従って、基板１０１からの転位が第２導電型の半導体層２１０に伝播することをできるだけ抑制した方が良い。また、活性層２０５上に再発生した転位が第２導電型の半導体層２１０に伝播することもできるだけ抑制した方が良い。このため基板１０１と各半導体層とは同一材料系の化合物半導体とすることが好ましい。
【００６１】
［製造方法］
以下、本実施の形態の半導体レーザ素子の製造方法について説明する。
本実施の形態では、第１の主面と第２の主面とを有する基板を用いる。該基板の第１の主面側には半導体層を積層しており、第２の主面側には電極を有する。半導体層は、第１導電型の半導体層と第２導電型の半導体層とで、活性層を挟んだ分離光閉じ込め型（ＳＣＨ）構造としている。これは活性層よりバンドギャップの大きい光ガイド層を活性層の上下に備えることで光の導波路を構成するものである。
【００６２】
（１）基板１０１の作成
まず、基板１０１上に半導体層を成長させる。本実施の形態では、基板には窒化物半導体基板１０１を用いる。窒化物半導体基板１０１としては、ＩＩＩ族元素であるＢ、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ等と窒素との化合物であるＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等を用いることが好ましい。また、窒化物半導体基板１０１には、ｎ型不純物やｐ型不純物を含有させても良い。
【００６３】
窒化物半導体基板の作製方法としては、様々なものがある。例えば、窒化物半導体と異なる材料の異種基板上に、窒化物半導体層を成長した後、成長基板として用いた異種基板を除去して、単体の窒化物半導体基板を取り出す。異種基板上に窒化物半導体層を成長させる場合、窒化物半導体層をＭＯＣＶＤ法やＨＶＰＥ法等の気相成長法で成長させることが好ましい。より具体的には、まず、サファイアやＳｉＣ、ＧａＡｓ等の異種基板上に窒化物半導体から成るバッファ層を成長する。このとき、バッファ層の成長温度は９００℃以下とする。次に異種基板上に窒化物半導体を気相成長法によって５０μｍ以上の厚膜で成長する。そして異種基板を除去して窒化物半導体基板を得る。異種基板の除去方法としては、研磨、研削、ＣＭＰ、エッチング、電磁波照射、レーザ照射等を用いることができる。窒化物半導体の成長面を第１の主面とし、異種基板を除去することで露出した窒化物半導体基板の露出面側を第２の主面とすることが好ましい。窒化物半導体の成長は、転位を低減できるように、ＥＬＯ法や選択成長法などを用いることが好ましい。ＥＬＯ法には、例えば、基板や基板上に成長した窒化物半導体層に凹凸を形成した後、窒化物半導体を再成長させる方法がある。また、異種基板を除去する方法に代えて、超臨界流体中で結晶育成させる水熱合成法や、高圧法、フラックス法等で窒化物半導体のバルク単結晶を形成しても良い。
【００６４】
窒化物半導体基板１０１は、第１の主面がＣ面、Ａ面又はＭ面とすることが好ましい。また第１の主面は、Ｃ面、Ａ面又はＭ面等の結晶成長面の他に（０００−１）面を有するものであってもよい。基板１０１の第２の主面は、（０００−１）面であることが好ましい。第２の主面は、（０００１）面を備えているものであってもよい。尚、本明細書において、面指数を表す括弧内のバー（−）は、後ろの数字の上に付すべきバーを表すものとする。また窒化物半導体基板の形状は特に限定されず、円形であっても、矩形であってもよい。
【００６５】
窒化物半導体基板１０１は、転位が面内で周期的に分布しているものがある。例えば、ＥＬＯ法を用いれば、低転位密度領域と高転位密度領域とが交互に形成される。低転位密度領域と高転位密度領域は、ストライプ状であることが好ましいが、ドット状などであっても良い。転位が面内で周期的に分布した窒化物半導体基板では、内部に発生する応力を緩和させる作用がはたらく。従って、基板上に応力緩和層を形成することなく窒化物半導体素子を膜厚５μｍ以上で積層することが可能となる。低転位密度領域の単位面積当たりの転位数は、１×１０７／ｃｍ２以下、好ましくは１×１０６／ｃｍ２以下であることが望ましい。高転位密度領域は低転位密度領域よりも転位密度が高い領域であればよい。これらの転位測定はＣＬ観察やＴＥＭ観察等で行うことができる。
【００６６】
また、窒化物半導体基板１０１の第１の主面上に、第１のｎ型不純物を含有している第１の領域と、第１の領域とは異なるｎ型不純物を含有している第２の領域とを有していても良い。窒化物半導体基板の第１の主面に第１の領域及び第２の領域を形成するには、例えば次のようにすれば良い。まず、窒化物半導体基板の作製時にｎ型不純物をドープしながら窒化物半導体を成長させることで第１の領域を形成する。その後、基板の第１の主面において第１の領域以外に、第１の領域とは異なるｎ型不純物をイオン注入することで第２の領域を形成できる。その他に、窒化物半導体基板１０１の表面に凹部を形成した後、その凹部に第１の領域とは異なるｎ型不純物をドープしながら窒化物半導体を再成長させることによって第２の領域を形成しても良い。このような構成をとることによって、駆動電圧を低下させることができる。
【００６７】
また窒化物半導体基板１０１の表面にオフ角を形成していても良い。オフ角は０．０２°以上９０°以下、好ましくは０．０５°以上５°以下とすることが望ましい。窒化物半導体基板の表面にオフ角を形成することによって、その上に成長させる窒化物半導体の結晶品質を向上できる。また、窒化物半導体基板を成長した後、基板表面をエッチング等で研削することで新たな露出面を形成してもよい。
【００６８】
前記窒化物半導体基板１０１に含有されているｎ型不純物の不純物濃度は、１×１０１７ｃｍ−３〜１×１０２０ｃｍ−３とすることが好ましい。また、窒化物半導体基板の膜厚は５０μｍ以上１ｍｍ以下、より好ましくは５０μｍ以上５００μｍ以下とすることが望ましい。この範囲であれば、窒化物半導体レーザ素子を形成した後の劈開が再現性よくすることができる。また窒化物半導体基板の膜厚が５０μｍ未満であればデバイス工程でのハンドリングが困難となる。
【００６９】
前記窒化物半導体基板１０１は、基板の表面をウェットエッチング、ドライエッチング、又はＣＭＰ処理をすることで、第１の主面及び／又は第２の主面上に任意の凹凸部を形成しても良い。第２の主面とは第１の主面とは対向した面であって、第１導電型用の電極を形成する面である。ドライエッチングには、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）、ＲＩＢＥ（反応性イオンビームエッチング）、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）、ＩＣＰ（高周波誘導結合プラズマ）、ＦＩＢ（収束イオンビーム）等がある。部分的に結晶成長面を異なる面としている窒化物半導体基板であれば、該基板に発生する応力や歪みを解消するため好ましい。具体的には、該第１の主面を（０００１）面とし、その他には（０００１）面と異なる結晶成長面である（０００−１）面、（１１−２０）面、（１０−１５）面、（１０−１４）面、（１１−２４）面を有するものである。
【００７０】
前記窒化物半導体基板の第２の主面には少なくとも２以上の異なる結晶成長面を有し、具体的には（０００−１）面や（０００１）面、（１１−２０）面、（１０−１５）面、（１０−１４）面、（１１−２４）面等を有することが好ましい。このような窒化物半導体基板であれば、該基板上に成長させた窒化物半導体素子は、素子内にかかる応力を抑制しており、劈開時におけるダメージに耐えることが可能である。
【００７１】
窒化物半導体基板は、転位密度が１×１０６／ｃｍ２以下、好ましくは５×１０５／ｃｍ２以下であることが好ましい。このような低転位密度の領域の上部にリッジ部を形成し導波路領域を有することで寿命特性を向上させることができる。また前記窒化物半導体基板は、２軸結晶法による（０００２）回折Ｘ線ロッキングカーブの半値幅（Full Width at Half Maximum）が２分以下、好ましくは１分以下であることが望ましい。
【００７２】
（２）半導体層の成長
本実施形態では第１導電型の半導体層２００をｎ側半導体層とし、第２導電型の半導体層２１０をｐ側半導体層とした構成とする。本実施形態の窒化物半導体レーザ素子は、活性層の両側に光ガイド層を形成したＳＣＨ（Separate Confinement Heterostructure）構造としている。更に、その両側にｎ側クラッド層、ｐ側クラッド層を形成している。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、前記各層の間に応力緩衝層を有する構造としてもよい。
【００７３】
具体的には、次のような順で各層を成長させる。
（第１導電型の半導体層２００）
まず、第１導電型の半導体層２００として、ｎ型不純物ドープＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．５）から成るｎ側クラッド層２０３、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．３）から成るｎ側光ガイド層２０４を成長する。ｎ側クラッド層２０３は、単一層であっても、多層であっても良い。ｎ側クラッド層２０３が単一層である場合、ｎ側クラッド層２０３は、一般式がＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．２）であって、膜厚は０．５〜５μｍであることが好ましい。ｎ側クラッド層２０３が多層である場合、ｎ側クラッド層が超格子構造であることが好ましい。例えば、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．１）から成る第１の層とＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０．０１≦ｙ≦１）から成る第２の層との積層によってｎ側クラッド層２０３を構成できる。また、ｎ側クラッド層２０３と基板１０１の第１主面上との間に、低温成長バッファ層、中間層及びクラック防止層を介在させても良い。また、ｎ側クラッド層２０３と基板１０１の第１主面上との間に、下地層を介在させても良い。下地層は、ＡｌａＧａ１−ａＮ（０≦ａ≦０．５）とすることが好ましい。これにより、窒化物半導体層の表面上に発生する転位（貫通転位等）やピットを低減させることができる。下地層は単一層、または多層とすることができる。
【００７４】
（活性層２０５）
次に、活性層２０５として、一般式がＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０＜ｘ＋ｙ≦１）で表される窒化物半導体層を成長することが好ましい。この一般式中でＡｌ含有量を高くすると紫外域の発光が可能となる。またＩｎ含有量を多くすれば長波長側の発光も可能である。組成を適宜選択することにより、３６０ｎｍ〜５８０ｎｍまでが発光可能となる。また、活性層２０５は、量子井戸構造にすると発光効率が向上する。ここで、井戸層の組成はＩｎの混晶が０＜ｘ≦０．５であることが好ましい。井戸層の膜厚としては、３０〜２００オングストロームであり、障壁層の膜厚としては、５０〜３００オングストロームであることが好ましい。尚、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２〜８回繰り返してなるものであって、障壁層で終わる構成である。井戸層と障壁層とのペアを２〜３回繰り返すと、しきい値を低下させて寿命特性を向上させることができる。
【００７５】
（第２導電型の半導体層２１０）
次に、第２導電型の半導体層２１０として、ｐ型不純物ドープＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．５）から成るｐ側電子閉じ込め層２０６、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．３）から成るｐ側光ガイド層２０７、ｐ型不純物ドープＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．５）から成るｐ側クラッド層２０８、ｐ型不純物ドープＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）から成るｐ側コンタクト層２０９を形成する。ｐ側電子閉じ込め層２０６は省略可能である。
【００７６】
第１導電型の半導体層２００及び第２導電型の半導体層２１０に含まれる半導体層のいずれにも、Ｉｎを混晶させてもよい。
【００７７】
ｎ側クラッド層２０３、ｐ側クラッド層２０８は単一層構造、２層構造、又は組成比がお互いに異なる２層からなる超格子構造であっても構わない。ｎ側クラッド層の総膜厚又はｐ側クラッド層の総膜厚は、０．４〜１０μｍであることが好ましい。この範囲であると順方向電圧（Ｖｆ）を低減できる。また前記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。
【００７８】
不純物の濃度は５×１０16／ｃｍ3以上１×１０21／ｃｍ3以下の範囲でドープされることが好ましい。不純物の濃度は１×１０21／ｃｍ3よりも多いと窒化物半導体層の結晶性が悪くなって、逆に出力が低下する傾向がある。これは変調ドープの場合も同様である。特にｎ型不純物の場合、ドープ量が１×１０１７／ｃｍ3〜５×１０１９／ｃｍ3であることが好ましい。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。またｐ型不純物の場合、ドープ量が１×１０19／ｃｍ3〜１×１０21／ｃｍ3であることが好ましい。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。前記ｎ型不純物としてはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｄ等が挙げられ、またｐ型不純物としてはＭｇの他にＢｅ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｓｒ等が挙げられる。窒化物半導体基板や窒化物半導体層は、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法、やハライド気相エピタキシャル成長（ＨＶＰＥ）法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法等の気相成長法を用いて成長させる。
【００７９】
（３）エッチングによるｎ側半導体層２００の露出
窒化物半導体基板１０１上にｎ側半導体層２００、活性層２０５及びｐ側半導体層２１０を積層したウェハーを半導体成長装置の反応容器から取り出す。次に、応力緩和の目的のために、レーザ素子の側面にあたる位置において、ｐ側半導体層２１０、活性層２０５及びｎ側半導体層２００の一部をエッチングし、ｎ側半導体層２００を部分的に露出させる。ｎ側半導体層２００の露出面は、特に限定するのもではないが本実施形態ではｎ側クラッド層２０３としている。エッチングには、Ｃｌ２、ＣＣｌ４、ＢＣｌ３、ＳｉＣｌ４ガス等を用いたＲＩＥ法を用いることができる。
【００８０】
（４）導波路の形成
次に、ｐ側半導体層２１０にストライプ状の導波路領域を形成する。ｐ側半導体層２１０の最上層であるｐ側コンタクト層２０９の表面にＳｉＯ２等より成る保護膜を形成する。この保護膜のパターンはストライプ状の導波路領域を形成するためのパターン形状をしている。保護膜のパターニングは、フォトレジストを用いたフォトリソグラフィにより行うことができる。まず、ＳｉＯ２の上にフォトレジストをコートし、次に投影露光装置を用いてフォトレジストを露光する。このとき露光を４００ｎｍ以下の短波長の光で行うことが好ましい。例えば、４００ｎｍ以下より好ましくは３７０ｎｍ以下の紫外光で露光を行うと、窒化物半導体基板１０１が光を吸収する。従って、窒化物半導体基板１０１の裏面における光の乱反射がなくなり、精度良くパターニングすることができる。この方法は、リッジ部形成以外のあらゆるパターニング工程で有効である。そして、パターニングされたフォトレジストをマスクとして、ＳｉＯ２をストライプ状にパターニングし、ＳｉＯ２をマスクとして、ストライプ状の導波路領域以外のｐ型半導体層２１０をエッチングする。エッチングにはＣｌ2やＣＣｌ4、ＳｉＣｌ4、ＢＣｌ３のような塩素系のガスを用いたＲＩＥ法が好ましい。導波路領域であるリッジ部１０の幅は１．０μｍ〜５０．０μｍとすることが好ましい。導波路領域のストライプ方向の長さは３００μｍ〜１０００μｍであることが好ましい。特にシングルモードのレーザ光とする場合、リッジ部１０の幅は１．０μｍ〜２．０μｍに狭くするのが好ましい。一方、リッジ部の幅を１０μｍ以上に広くすれば、２００ｍＷ以上の出力が可能となる。リッジ部１０の高さ（エッチングの深さ）は、本実施の形態ではｐ側クラッド層２０８が露出する深さとなっている。但し、大電流を流すと、リッジ部１０以下で電流が急激に横方向に広がりやすい。そのためリッジ部を深く形成することが好ましい。例えば、ｐ側光ガイド層２０７が露出する深さまでエッチングしてリッジ部を形成することが好ましい。
【００８１】
（５）凹部の形成
ストライプ状の導波路領域であるリッジ部１０を形成した後、ｐ側半導体層２１０の表面に凹部１１０を形成する。凹部１１０は導波路領域を規定するリッジ部１０から離間した位置に形成する。凹部１１０は、リッジ部１０の端から０．１μｍ以上、より好ましくは０．５μｍ以上離すことが望ましい。
【００８２】
まず、出射端面２０の近傍でリッジ部１０から離間した位置にフォトリソグラフィー技術を用いて複数の開口部を有するレジストパターンを形成する。ここで、レジストパターンの開口部は、凹部１１０の平面形状を規定する。レジストパターンは半導体層をエッチングすることができるだけの膜厚があればよい。
【００８３】
次に、凹部１１０を形成するために、半導体層のエッチングを行う。このエッチングの深さによって凹部の深さが決まる。エッチングの深さは、ｎ側半導体層２００に到達することが好ましい。凹部の深さは、０．１μｍ〜３μｍであることが好ましい。その後、剥離液でレジストパターンを除去する。
【００８４】
尚、凹部１１０の形成は、上記工程（３）のｎ側層２００の露出工程と同時に行っても良い。その場合、凹部１１０の底面とｎ側層２００の露出面２０３ａの高さが同一となる。凹部１１０の形成をｎ側半導体層２００の露出と同時に行うことによって、半導体レーザ素子の歩留まりが向上し、特性も安定する。すなわち、本実施の形態で説明した方法では、工程（３）のｎ側半導体層の露出と、工程（４）の導波路の形成、工程（５）の凹部の形成の合計３回のエッチングを行うことになる。このためエッチングを行うためのマスクの位置合わせを３回行うことになり、マスクの位置ズレによる不良や特性バラツキが発生し易い。工程（３）のｎ側半導体層の露出と、工程（５）の凹部の形成とを同時に行えば、マスク合わせの回数が減り、マスクの位置ズレによる不良発生や特性バラツキを抑制できる。
【００８５】
（６）絶縁膜２２０の形成
その後、リッジ部の側面を絶縁膜２２０で保護する。この絶縁膜２２０とは半導体層よりも屈折率が小さく、絶縁性の材料から選ばれる。具体例としては、ＺｒＯ２、ＳｉＯ２、その他にはＶ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ等の酸化物である。絶縁膜２２０は、凹部１１０の形成領域にも形成することが好ましい。それによって凹部１１０の内面に露出したｎ側半導体層２００がｐ電極２３０とショートすることを防止できる。
【００８６】
（７）ｐ電極２３０の形成
リッジ部１０の側面を絶縁膜（＝埋込膜）２２０で保護した後、ｐ側コンタクト層２０９の表面にｐ電極２３０を形成する。好ましくは、ｐ側コンタクト層２０９及び絶縁膜２２０の上にｐ電極２３０を形成する。ｐ電極２３０は、例えばＮｉとＡｕから成る２層構造のような多層構造とすることが好ましい。ｐ側コンタクト層２０９上にＮｉを５０Å〜２００Åの膜厚で形成し、次にＡｕを５００Å〜３０００Åの膜厚で形成する。また、ｐ電極を３層構造とする場合にはＮｉ／Ａｕ／Ｐｔ、Ｎｉ／Ａｕ／Ｐｄ等にしても良い。このような３層構造において、Ｎｉを５０Å〜２００Åの膜厚で形成し、Ａｕを５００Å〜３０００Åの膜厚で形成し、最終層となるＰｔやＰｄは５００Å〜５０００Åの膜厚で形成することが好ましい。
【００８７】
ｐ電極２３０を形成した後、オーミックアニールを行う。詳細な条件としては、アニール温度を３００℃以上、好ましくは５００℃以上とする。またアニールを行う雰囲気を窒素及び／又は酸素を含有する条件とする。
【００８８】
（８）保護膜２４０、ｐパッド電極２５０の形成
その後、前工程で露出したｎ側半導体層２００の側面等に保護膜２４０を形成する。次に、ｐ電極２３０の上にパッド電極２５０を形成する。またパッド電極２５０は、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｗ等の金属からなる積層体とすることが好ましい。例えば、パッド電極２５０は、ｐ電極側からＷ／Ｐｄ／Ａｕ、又はＮｉ／Ｔｉ／Ａｕの順に形成することが好ましい。パッド電極２５０の膜厚は特に限定されないが、最終層のＡｕの膜厚を１０００Å以上とすることが好ましい。尚、本発明における半導体レーザ素子は、図１や図２に示すように保護膜２４０はｐ電極２３０を被覆するものに限定されない。
【００８９】
（９）ｎ電極２３２の形成
窒化物半導体基板１０１の第２の主面にｎ電極２３２を形成する。ｎ電極２３２は、ＣＶＤやスパッタ、蒸着等で形成することができる。ｎ電極２３２は、少なくともＴｉ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｐｄ、Ｗ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｖ、Ｈｆから成る群より選ばれる少なくとも１つを有することが好ましい。またｎ電極２３２は、多層構造とし、その最上層をＰｔまたはＡｕにすると、ｎ電極２３２からの放熱性を向上させることができる。また、これらの材料を選択することによって、特に窒化物半導体から成る基板１０１との間のオーミック特性が良好になる。また、窒化物半導体から成る基板１０１とｎ電極２３２との密着性も良くなるため、ウェハーからバー化又はチップ化するための劈開工程でｎ電極２３２が剥がれにくくなる。ｎ電極２３２の膜厚は、１００００Å以下、好ましくは６０００Å以下とすることが望ましい。ｎ電極２３２を多層構造とする場合、第１の層をＶ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｈｆ等とすることが好ましい。ここで第１の層の膜厚は５００Å以下とする。また第１の層をＷにした場合、３００Å以下とすると良好なオーミック特性が得られる。第１の層をＶとすれば、耐熱性が向上する。ここで、Ｖの膜厚は５０Å以上３００Å以下、好ましくは７０Å以上２００Åとすると、良好なオーミック特性を得ることができる。
【００９０】
前記ｎ電極２３２がＴｉ／Ａｌである場合、膜厚が１００００Å以下とすることが好ましい。例えば、膜厚を１００Å／５０００Åとする。またｎ電極２３２として基板側からＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの順に積層した場合、膜厚は６０Å／１０００Å／３０００Åとすることが好ましい。その他のｎ電極としては、基板側からＴｉ／Ｍｏ／Ｐｔ／Ａｕとすれば、例えばＴｉ（６０Å）／Ｍｏ（５００Å）／Ｐｔ（１０００Å）／Ａｕ（２１００Å）となる。ｎ電極がＴｉ／Ｈｆ／Ｐｔ／Ａｕであれば、例えばＴｉ（６０Å）／Ｈｆ（６０Å）／Ｐｔ（１０００Å）／Ａｕ（３０００Å）となり、Ｔｉ／Ｍｏ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕであれば、Ｔｉ（６０Å）／Ｍｏ（５００Å）／Ｔｉ（５００Å）／Ｐｔ（１０００Å）／Ａｕ（２１００Å）の順に積層することができる。また、Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｗ／Ａｌ／Ｗ／Ａｕ等にしても良い。基板側から、Ｈｆ／Ａｌ、Ｔｉ／Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｗ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｍｏ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｍｏ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｖ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｖ／Ｍｏ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｖ／Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｃｒ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｃｒ／Ｍｏ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｃｒ／Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ等であっても良い。またｎ電極を形成した後、３００℃以上でアニールしてもよい。
【００９１】
本実施の形態のｎ電極２３２は、矩形状に形成される。ｎ電極２３２は、基板１０１の第２の主面側に、窒化物半導体基板をバー化するためのスクライブラインとなる領域を除く範囲に形成される。更にメタライズ電極（省略可能）を、ｎ電極と同様のパターン形状でｎ電極上に形成すると、スクライブし易くなり劈開性が向上する。メタライズ電極としてはＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ／（Ａｕ／Ｓｎ）、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ／（Ａｕ／Ｓｉ）、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ／（Ａｕ／Ｇｅ）、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ／Ｉｎ、Ａｕ／Ｓｎ、Ｉｎ、Ａｕ／Ｓｉ、Ａｕ／Ｇｅ等を用いることができる。ここで、カッコは、カッコ内の金属が共晶になっていることを示す。
【００９２】
また、ｎ電極２３２の形成前に、窒化物半導体基板１０１の第２の主面に段差を形成してもよい。これによってｎ電極２３２のオーミック特性や密着性が向上する。第２の主面を（０００−１）面とすれば、段差を形成することで（０００−１）面以外の傾斜面を露出することができる。ここで傾斜面の面指数等は一面に限定されず、傾斜面は（１０−１５）、（１０−１４）、（１１−２４）面等の複数の面指数を持つ。傾斜面は、ｎ極性を示す面における表面積の０.５％以上であることが好ましい。より好ましくは１％以上２０％以下である。ここで、段差は、０．１μｍ以上とすることが好ましい。段差形状は、テーパー形状でも逆テーパー形状でもよい。また、段差の平面形状は、ストライプ状、格子状、島状、円状、多角形状、矩形状、くし形状、メッシュ形状などにすることができる。これらの平面形状の部分が凹部になるように形成しても、凸部になるように形成しても良い。例えば、円状の凸部を形成する場合、円状凸部の直径幅は５μｍ以上とすることが好ましい。凹部溝部の幅を少なくとも３μｍ以上にすると、ｎ電極２３２の剥がれ等がなくなり好ましい。（０００−１）面以外の傾斜面を露出するには、オフ角を０．２〜９０°の範囲で形成すればよい。窒化物半導体基板の第２の主面が（０００−１）面だけでなく、（０００−１）面以外の面をも有することで、ｎ電極２３２のオーミック特性が向上する。従って、信頼性の高い半導体レーザ素子とする事が得られる。
【００９３】
（１０）共振面の形成
ｎ電極２３２を形成した後、ストライプ状のｐ電極２３０に垂直な方向にウェハーをバー状に分割して共振面を形成する。ここで、共振面は、Ｍ面（１−１００）やＡ面（１１−２０）であることが好ましい。ウェハーをバー状に分割する方法としては、ブレードブレイク、ローラーブレイク、又はプレスブレイク等がある。
【００９４】
本実施形態の半導体レーザ素子は、ウェハーの分割工程を下記の２段階で行うことが好ましい。この方法によって、共振面を歩留まり良く形成することができる。
１）まず窒化物半導体基板の第１の主面側、又は第２の主面側からスクライブにより予め劈開補助線を形成する。劈開補助線は、バーの全幅に渡って、若しくはバー内で各素子の両端に該当する位置に形成する。好ましくは、劈開補助溝をバーを形成する劈開方向に破線状に間隔をあけて形成する。これによって、劈開方向が屈曲することを抑制することができる。なお、劈開補助線はエッチング等により形成しても良い。また、ｎ側半導体層を露出する工程や凹部を形成する工程等の他工程と同時に行うこともできる。
２）次にブレイカーによりウェハーをバー状に分割する。劈開方法には、ブレードブレイク、ローラーブレイク、又はプレスブレイク等がある。前記ｎ電極は、半導体基板の第２の主面に部分的、又は全面に形成されている。
【００９５】
窒化物半導体基板の第１の主面、及び／又は第２の主面に予め劈開補助溝を形成することで、容易にウェハーをバー状に劈開することができる。また、窒化物半導体基板１０１の第２の主面（裏面）に形成した電極の剥がれ防止効果がある。
【００９６】
ここで劈開により形成された共振面に反射ミラーを形成することもできる。反射ミラーは、ＳｉＯ２やＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５等から成る誘電体多層膜である。反射ミラーは、共振面の光反射側、及び／又は光出射面に形成することができる。反射ミラーを、光反射側と光出射面の両方に形成することが好ましい。劈開によって形成された共振面であれば、反射ミラーを再現性よく形成することができる。
【００９７】
（１１）チップ分割
更にバー状となった窒化物半導体基板を、電極のストライプ方向に垂直な方向に分割して、窒化物半導体レーザ素子をチップ化する。半導体レーザ素子としてチップ化した後の形状は矩形状であって、矩形状の共振面の幅は５００μｍ以下、好ましくは４００μｍ以下とする。
【００９８】
以上より、得られる半導体レーザ素子は、ＦＦＰのリップルが抑制されており、かつ、長寿命等の特性を有する。また、対向電極構造の半導体レーザ素子であって、接触抵抗率は１．０×１０−３Ωｃｍ２以下とすることも可能である。また本発明は、窒化物半導体基板の上に複数の導波路領域を有する半導体レーザ素子や、ワイドリッジ部を有する半導体レーザ素子にも適用できる。
【００９９】
実施の形態２．
本実施の形態では、ウエハーをバー状に分割して共振面を形成する際に、ウエハーの劈開を容易にする形態について説明する。本実施の形態の半導体レーザは、以下に説明する点を除いて、実施の形態１の半導体レーザと同様である。
【０１００】
図８Ａは、実施の形態２に係る半導体レーザ素子を示す斜視図であり、図８Ｂは、図８Ａの凹部１１０を拡大した部分拡大斜視図である。図８Ａ及び図８Ｂに示すように、本実地の形態に係る半導体レーザ素子は、凹部１１０の配列が共振面２０と重なっており、共振面２０に形成された切欠部となっている点に特徴がある。これによって、共振面２０と重なった凹部１１０が共振面２０の劈開を補助する劈開補助溝としても機能することになり、劈開時に劈開方向が曲がるといった不具合の発生を抑制できる。
【０１０１】
本実施の形態においても、凹部１１０の平面形状と配列は種々の形態をとり得る。図９Ａ〜Ｄは、本実施の形態における凹部１１０のバリエーションを示す平面図である。いずれの実施形態でも、凹部１１０は、少なくとも一部が出射端面２０と重なる（或いは、接する又は交叉する）構成となっている。複数の凹部１１０が全て出射端面２０と重なる必要はなく、一部の凹部１１０が出射端面２０と重なっていれば良い。
【０１０２】
図９Ａに示す例では、図４Ａと同様に凹部１１０が形成されている。すなわち、リッジ部１０に垂直な方向に凹部１１０が等間隔に配置されており、その凹部１１０の配列がリッジ部１０に平行な方向に３列繰り返されている。そして、第１列の凹部１１０ａに対して第２列の凹部１１０ｂは半ピッチずれて配置されており、第２列の凹部１１０ｂに対して第３列の凹部１１０ｃも半ピッチずれて配置されている。しかしながら、図９Ａの例では、図４Ａと異なり、第１列の凹部１１０ａが出射端面２０と重なり、半円状となっている。これによって半円柱状の切欠が出射端面２０に形成され、劈開が容易となる。すなわち、第１列の凹部１１０ａは、漏光を散乱・屈折することによってリップル防止機能を発揮すると同時に、劈開補助溝として機能する。
【０１０３】
図９Ｂに示す例では、図５Ａの例と同様に、平面形状がライン状の複数の凹部１１０が出射端面に斜めに形成され、リッジ部１０に垂直な方向に等間隔に配列されている。そして、各凹部１１０は、１つおきに前後にずれて配置されており、リッジ部１０側から奇数番目の凹部１１０は出射端面２０に重なっている。これによって奇数番目の凹部１１０が劈開補助溝として機能する。
【０１０４】
図９Ｃに示す例では、平面形状がライン状の複数の凹部１１０ａが出射端面に斜めに形成され、リッジ部１０に垂直な方向に等間隔に配列されている。そして、平面形状が三角形の凹部１１０ｂが、ライン状の凹部１１０ａ同士の間に１つずつ挿入されている。三角形の凹部１１０ｂは、出射端面に平行は構成辺を有しており、その構成辺が出射端面に接している。三角形の凹部１１０ｂは、劈開補助溝として機能する。すなわち、三角形の凹部１１０ｂを出射端面に接するように形成することによって三角柱状の切欠が出射端面に形成され、劈開が容易になる。
【０１０５】
図９Ｄに示す例では、図６Ｂと同様に、平面形状がＭ字型の凹部１１０ａが形成され、さらにＭ字の各辺を両側から挟むように三角形の凹部１１０ｂが複数形成されている。三角形の凹部１１０ｂは、出射端面２０に平行な構成辺を持つ。そして三角形の凹部１１０ｂの一部は、出射端面２０に平行な構成辺が出射端面２０に接している。これが劈開補助溝として機能する。
【０１０６】
尚、凹部１１０と別に、劈開補助溝１２０を形成しても良い。例えば、図１０Ａに示すように、Ｗ字型の凹部１１０とは別に、略矩形の劈開補助溝１２０を出射端面２０に沿って形成しても良い。劈開補助溝１２０は、導波路部分の結晶にダメージを与えないよう、導波路から０．１μｍ以上離して形成することが好ましい。さらに好ましくは、０．５μｍ以上離して形成したものである。図１０Ｂは、図１０Ａの劈開補助溝１２０を鋸刃状にした例を示す。劈開補助溝１２０をこのような形状にすることによって、劈開補助溝が出射端面に傾斜した構成辺を有するようになる。従って、劈開補助溝１２０は、漏光を散乱・屈折する機能も果たすようになる。すなわち、図１０Ｂに示す劈開補助溝１２０は、同時に本件発明における凹部１１０でもあることになる。さらに、図１０Ｃに示すように、劈開補助溝１２０を円弧が繰り返されたフリルのような形状にしても良い。この場合も、劈開補助溝１２０が漏光を散乱・屈折できるため、凹部１１０としても機能する。
【０１０７】
本実施の形態において、劈開補助溝１２０は凹部１１０と同じエッチング工程で同時に形成することが好ましい。さらに、凹部１１０と劈開補助溝１２０の形成を、ｎ側窒化物半導体層の露出面２００ａを露出させるエッチングと同時に行うことが好ましい。これによってエッチングのためのマスク合わせの回数が減り、歩留まりが向上すると共に、レーザの特性も安定する。
【０１０８】
実施の形態３．
本実施形態では、図１１に示すように、基板１０１の第１の主面上にｐ電極２３０とｎ電極２３２が両方形成されている。すなわち、基板１０１の第１の主面上に、第１導電型の半導体層２００と、活性層２０５と、第１導電型とは異なる導電型をした第２導電型の半導体層２１０が積層されている。第２導電型の半導体層２１０と、活性層２０５と、第１導電型の半導体層２００の一部とがエッチングされ、第１導電型の半導体層２００が露出している。そして、その露出した第１導電型の半導体層２００にｎ電極２３２が形成されている。その他の点は実施の形態１と同様である。本実施形態の構成であれば、基板はＧａＮやＳｉＣ等の導電性基板に限定されず、サファイア等の絶縁性基板を用いることもできる。本実施形態に限らず、本発明の半導体レーザ素子は、第１導電型の半導体層にはｎ型半導体層を含んでおり、第２導電型の半導体層にはｐ型半導体層を含んでいる構成とすることができる。
【０１０９】
本実施の形態において、ｎ電極２３２の形成面を露出するためのエッチング時に、凹部１１０を同時に形成することが好ましい。また、実施の形態２のように劈開補助溝を形成する場合には、それも同時に行うことが好ましい。それによって、エッチングのためのマスク合わせの回数が減り、歩留まりが向上すると共に、レーザの特性も安定する。
【０１１０】
実施の形態４．
本実施形態では、図１２に示すように、半導体層のｐパッド電極２５０をヒートシンクへの実装面とする。その他の構成は実施形態１と同様とする。ｐパッド電極２５０の上に、ワイヤーではなく、外部電極等と接続させるためのメタライズ層（バンプ）を形成したフェイスダウン構造とする。ここで、ｐパッド電極２５０をメタライズ層と併用してもよい。メタライズ層（図示されていない）としては、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｚｎ等の材料から成る単層又は多層を用いることができる。窒化物半導体基板を用いることでフェイスダウン構造の窒化物半導体素子を再現性よく提供することができる。また本実施形態の構造であれば、放熱性がよく信頼性が向上する。
【０１１１】
実施形態５．
本実施の形態では、ｐ側コンタクト２０９上にのみｐ電極２３０を形成したものがある。その他の構成は実施形態１と同様とする。絶縁層２２０とｐ電極２３０は密着性が悪い。この構造であれば、絶縁層２２０とｐ電極２３０は接合していないため、絶縁層２２０とｐ電極２３０との界面でｐ電極２３０が剥がれることがなくなる。
【０１１２】
実施の形態６．
本実施の形態では、凹部１１０に加えて、イオン注入領域１３０を形成した例について説明する。イオン注入領域１３０は、導波路からの漏光を吸収し、さらにリップルを抑制する役割を果たす。
【０１１３】
図１３は、本実施の形態に係る半導体レーザ素子を示す斜視図である。以下に説明する点を除いては、実施の形態１の半導体レーザ素子と同様である。リッジ部１０の側面から離間して、ｐ型窒化物半導体層２１０の表面に出射端面２０側からイオン注入領域１３０と凹部１１０とが順に形成されている。イオン注入領域１３０と凹部１１０は複数であってもよい。好ましくは、リッジ部１０の両側にイオン注入領域１３０と凹部１１０を形成する。
【０１１４】
イオン注入領域１３０と凹部１１０とを有することにより、これらが相乗的に作用してＦＦＰ形状が良好となり、光学特性の良好な半導体レーザ素子となる。イオン注入領域１３０は、導波路から漏れた迷光を吸収する効果を有する。本実施の形態において、イオン注入領域１３０は、リッジ部１０を形成した後、露出しているｐ型窒化物半導体層２１０の表面にイオンを注入することによって形成される。
【０１１５】
イオン注入領域１３０は、例えば、次のようにして形成できる。まず、イオン注入領域とする領域以外をＳｉ酸化膜、Ｓｉ窒化膜、又はレジストなどでマスクし、その後、マスク開口部にイオン化させたイオン源を１０〜３００ｋｅＶ、好ましくは２０〜３０ｋｅＶのエネルギーに加速して打ち込む。イオン注入領域の表面からの深さは、イオンを打ち込む際の加速電圧と注入時間を調整することで制御できる。イオン注入領域１３０の表面からの深さは、例えば２０オングストローム〜２μｍであって、好ましくは活性層に到達するものとする。さらに言えば、イオン注入領域１３０はｎ側光ガイド層まで、より好ましくはｎ側クラッド層まで到達していることが望ましい。これによって、導波路から漏れた迷光を一層効率良く吸収できる。尚、イオン打込みによってイオン注入領域を形成した場合はｐ側半導体層２１０の表面ごく近傍にはイオンが殆ど存在しないが、導波路から漏れた迷光が吸収できれば良いため、特に問題ない。
【０１１６】
また、イオン注入領域１３０を作製する他の方法として、イオン注入領域１３０にイオン源を蒸着させた後に熱を加えて拡散させる方法がある。熱処理の温度を３００℃〜１０００℃、好ましくは５００℃〜７００℃とすることが望ましい。また熱処理の時間は、例えば１分〜２時間とすることが好ましい。
【０１１７】
一方、凹部１１０は、イオン注入領域１３０よりも出射端面２０から離れた位置に形成されている。凹部１１０は、ストライプ状のリッジ部の両側に少なくとも２以上あることが好ましい。また凹部１１０の深さは２０オングストローム〜３μｍであって、ｎ型窒化物半導体層２００まで達していることが好ましい。これは、光の導波領域がｎ型窒化物半導体層２００まで達しているからである。
【０１１８】
凹部１１０の形成方法や好ましい形状は実施の形態１と同様である。すなわち、凹部１１０は、マスクを用いたエッチングによって形成できる。このときのエッチング方法にドライエッチングを選択することで、凹部の側面を垂直面であったり傾斜面とすることもできる。また凹部の平面形状は、矩形、円形、三角形、六角形又は平行四辺形等にパターン化することができる。
【０１１９】
本実施の形態に係る半導体レーザ素子の製造方法について説明する。
まず、リッジ部１０を形成するまでは実施の形態１と同様である。リッジ部１０を形成した後、ｐ型窒化物半導体層２１０の表面にイオン注入領域１３０と凹部１１０とを形成する。まず、イオン注入領域１３０を形成する。フォトリソグラフィー技術を用いてイオン注入領域に開口部をもったレジストパターンを形成する。次に、イオン注入装置を用いてレジストパターンの開口部にイオン注入を行う。加速電圧を３０ｋｅＶ以上とすることが好ましい。またドーズ量を５×１０１５以上５×１０２０以下、好ましくは１×１０１６以上１×１０２０atoms/cｍ−2以下の条件で行うことが望ましい。イオン注入領域１３０はリッジ部１０から離間した位置に形成する。リッジ部からイオン注入領域１３０の端までの距離が少なくとも０．５μｍ以上であることが好ましい。その後、剥離液で前記レジストパターンを除去する。
【０１２０】
次に、ｐ型半導体層２１０の表面に凹部１１０を形成する。出射端面２０近傍でリッジ部１０から離間した位置にフォトリソグラフィー技術を用いて開口部を有するレジストパターンを形成する。ここで、レジストパターンは凹部の平面形状を形成するものであって、円状、三角形状、六角形状等が配列しているものである。レジストパターンは窒化物半導体層をエッチングすることができるだけの膜厚があればよい。凹部の深さを決めるエッチングの深さはｎ側クラッド層２０３に到達していることが好ましい。凹部１１０はリッジ部１０のストライプ方向には少なくとも１μｍ以上の幅を有することが好ましい。またリッジ部１０の両側にある凹部１１０の幅はイオン注入領域１３０と同程度であれば良い。凹部１１０の深さは２０オングストローム〜３μｍ、好ましくは０．１μｍ〜２μｍであることが望ましい。その後、剥離液でレジストパターンを除去する。
【０１２１】
また、図１４に示すようにイオン注入領域１３０を広範囲で形成した後、イオン注入領域１３０の内部に凹部１１０を形成することで、共振面の出射端面側から順に第１のイオン注入領域１３０ａ、凹部１１０、第２のイオン注入領域１３０ｂを形成することができる。その後は、実施の形態１と同様にして半導体レーザ素子を製造できる。
【０１２２】
実施の形態７．
本実施の形態における半導体レーザ素子は、実施の形態３と同様に、基板１０１の第１の主面上にｐ電極２３０とｎ電極２３２が両方形成されている。その他の点は実施の形態６と同様である。
【０１２３】
実施の形態８．
本実施の形態における半導体レーザ素子は、実施の形態６に示した半導体レーザ素子において、凹部１１０の内側に光吸収層１１１を形成している。その他の点は、実施の形態６と同様である。光吸収層１１１は、実施の形態１で説明したものと同様である。
【０１２４】
実施の形態９．
本実施の形態では、実施の形態４と同様に半導体層のｐ電極側をヒートシンクへの実装面とする。その他の構成は実施の形態６と同様とする。
【０１２５】
以上実施の形態１から９のいずれにおいても、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）、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。
【０１２６】
また、上記実施形態１〜９では、また、ストライプ状のリッジ部１０を形成した半導体レーザ素子について説明した。しかし、本件発明は、リッジ部１０に代えて、電流狭窄層によって導波路を形成した半導体レーザ素子にも適用できる。ここで電流狭窄層とは、導波路となる領域に選択的に電流を流す機能を有する層である。例えば、ＡｌＮから成る電流狭窄層を用いることができる。電流狭窄層は活性層とｐ側コンタクト層との間にあればよく、好ましくはｐガイド層に形成されている。電流狭窄層同士の間隔は０．５μｍ〜３μｍであることが好ましい。電流狭窄層の膜厚は１００Å〜１μｍであることが好ましい。
【０１２７】
以下に本発明の半導体レーザ素子の実施例を示す。しかし本発明はこれに限定されない
【実施例１】
【０１２８】
ＭＯＣＶＤ反応装置内において、サファイア又はＧａＡｓ基板を配置して、温度を５００℃にする。次に、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２００オングストロームの膜厚で成長させる。バッファ層を成長した後、温度を１０５０℃にして、同じくＧａＮよりなる下地層を４μｍの膜厚で成長させる。
【０１２９】
下地層を成長した後、ウェハーを反応容器から取り出し、この下地層の表面に、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１０〜３００μｍ、ストライプ間隔（窓部）５〜３００μｍのＳｉＯ2よりなる保護膜を形成する。
【０１３０】
保護膜を形成した後、ウェハーをＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）装置に移送し、原料にＧａメタル、ＨＣｌガス、及びアンモニアを用い、ｎ型不純物として酸素をドーピングしながらＧａＮよりなる窒化物半導体を４００μｍの膜厚で成長させる。このようにＨＶＰＥ法で保護膜の上に窒化物半導体を成長させながら１００μｍ以上のＧａＮ厚膜を成長させると結晶欠陥は二桁以上少なくなる。ここで、異種基板等を研磨、研削、ＣＭＰ又はレーザ照射等により剥離したＧａＮを窒化物半導体基板とする。ここで、ＧａＮの膜厚は４００μｍ程度である。また該ＧａＮ基板１０１は少なくとも導波路形成領域下においては転位密度が１×１０６／ｃｍ２以下である。
【０１３１】
（ｎ側クラッド層２０３）
続いて、１０５０℃でＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ、アンモニア、シランガスを用い、Ｓｉを１×１０19／cm3ドープしたＡｌ０．０３Ｇａ０．９７Ｎよりなる層を膜厚２μｍで成長させる。なお、このｎ側クラッド層は超格子構造とすることもできる。
【０１３２】
（ｎ側光ガイド層２０４）
続いて、シランガスを止め、１０５０℃でアンドープＧａＮよりなるｎ側光ガイド層を０．１７５μｍの膜厚で成長させる。このｎ側光ガイド層にｎ型不純物をドープしても良い。
【０１３３】
（活性層２０５）
次に、温度を８００℃にして、ＳｉドープＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎよりなる障壁層を１４０Åの膜厚で成長させ、続いて同一温度で、アンドープＩｎ０．０７Ｇａ０．９３Ｎよりなる井戸層を７０Åの膜厚で成長させる。障壁層と井戸層とを２回交互に積層し、最後に障壁層で終わり、総膜厚５６０Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層を成長させる。
【０１３４】
（ｐ側キャップ層２０６）
次に、温度を１０５０℃に上げ、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、ｐ側光ガイド層よりもバンドギャップエネルギーが大きい、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎよりなるｐ側キャップ層を１００Åの膜厚で成長させる。該ｐ側キャップ層は省略可能である。
【０１３５】
（ｐ側光ガイド層２０７）
続いてＣｐ2Ｍｇ、ＴＭＡを止め、１０５０℃で、バンドギャップエネルギーがｐ側キャップ層１０よりも小さい、アンドープＧａＮよりなるｐ側光ガイド層を０．１４μｍの膜厚で成長させる。
【０１３６】
（ｐ側クラッド層２０８）
続いて、１０５０℃でアンドープＡｌ０．１０Ｇａ０．９０Ｎよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、続いてＣｐ2Ｍｇ、ＴＭＡを止め、アンドープＧａＮよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、総膜厚０．４μｍの超格子層よりなるｐ側クラッド層を成長させる。
【０１３７】
（ｐ側コンタクト層２０９）
最後に、１０５０℃で、ｐ側クラッド層の上に、Ｍｇを１×１０２０／cm３ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層を１５０Åの膜厚で成長させる。
【０１３８】
以上のようにして窒化物半導体を成長させたウェハー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する。以上よりｎ側クラッド層を露出させ、出射端面に平行な方向における幅が４００μｍのストライプ状の構造を形成する。この部分がレーザ素子の共振器本体となる。
【０１３９】
次にｐ側コンタクト層の表面にストライプ状の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）を用いてＳｉＣｌ４ガスによりエッチングする。以上によりストライプ状の導波路領域であるリッジ部を形成する。次に前記リッジ部の側面をＺｒＯ２から成る絶縁層２２０で保護する。
【０１４０】
（凹部１１０の形成）
次に導波路領域のリッジ部の端面近傍で該リッジ部から離間した位置にフォトリソグラフィー技術を用いて複数の六角形状の開口部を有するレジストパターンを形成し、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用いてＳｉＣｌ４ガスによりｎ側クラッド層２０３に達するまでエッチングする。以上よりｐ側コンタクト層の表面に六角形状の凹部１１０を形成することができる。凹部１１０の配列は、図４Ａと同様にした。すなわち、凹部１１０は直径が２μｍ、深さが１．５μｍであって、リッジ部１０の左右それぞれに、出射端面側から第１列目に６個、第２列目に５個、第３列目に６個の合計１７個が形成されている。すなわちリッジ部の左右に１７個ずつ、合計３４個形成する。第１列目の凹部１１０ａは、リッジ部を挟んで対称な位置にある最短の凹部同士の中心間距離は８μｍである。リッジ部１０から最も近い凹部１１０ａの中心までの距離は２．３μｍである。また、隣接する凹部１１０ａ同士の中心間距離は４μｍである。第２列目の凹部１１０ｂは、第１列目の凹部１１１０ａをリア側へ２μｍ、レーザの側面方向へ２μｍ動かした位置に形成する。但し、第２列目の凹部１１０ｂの数は片側５個とする。リッジ部を挟んで対称な位置にある最短の凹部同士の中心間距離は１２μｍである。このときリッジ部１０から最も近い凹部１１０ｂの中心までの距離は４．３μｍである。また、凹部１１０ｂ同士の間隔は第１列目と同じである。第３列目の凹部１１０ｃは、第１列目の凹部１１０ａをリア側に４μｍ移動した位置に形成する。第３列目の凹部１１０ｃの数は第１列目の凹部１１０ａと同じ６個にする。また、リッジ部を挟んで対称な位置にある最短の凹部同士の中心間距離や、凹部１１０ｃ同士の間隔も第１列目の凹部１１０ａと同じである。
【０１４１】
次に、ｐ側コンタクト層２０９及び絶縁層２２０の上の表面にＮｉ（１００Å）／Ａｕ（１５００Å）よりなるｐ電極２３０を形成する。ｐ電極を形成した後、Ｓｉ酸化膜（ＳｉＯ2）からなる保護膜２４０をｐ電極の上及び埋込膜２２０の上及び半導体層２００の側面に０．５μｍの膜厚で、スパッタリング成膜により形成する。ｐ電極２３０を形成した後に６００℃でオーミックアニールを行う。
【０１４２】
次に、保護膜で覆われていない露出しているｐ電極２３０上に連続して、Ｎｉ（１０００Å）／Ｔｉ（１０００Å）／Ａｕ（８０００Å）で形成し、ｐパッド電極２５０を形成する。
【０１４３】
その後、窒化物半導体基板の第２の主面にはＶ（１００Å）／Ｐｔ（２０００Å）／Ａｕ（３０００Å）よりなるｎ電極２３２を形成する。
【０１４４】
ｎ電極とｐ電極及びｐパッド電極とを形成したウェハー状の窒化物半導体基板の第１の主面側に凹部溝をけがきによって形成する。該凹部溝は深さを１０μｍとする。また共振面と平行方向に側面から５０μｍ、垂直方向に１５μｍの幅とする。次に、前記凹部溝を劈開補助線として窒化物半導体基板のｎ電極の形成面側からバー状に劈開し、劈開面（１−１００面、六角柱状の結晶の側面に相当する面＝Ｍ面）を共振面とする。
【０１４５】
次に共振器面にＳｉＯ2と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、バーをチップ化することで半導体レーザ素子とする。誘電体多層膜は共振器面の光出射側端面と光反射側端面とで材料を異にする場合がある。例えば、光出射側端面をＡｌ２Ｏ３とし、光反射側端面をＳｉＯ２とＺｒＯ２よりなる誘電体多層膜としてもよい。その他には、光出射側端面をＡｌ２Ｏ３とし、光反射側端面はＡｌ２Ｏ３を介したＳｉＯ２とＺｒＯ２よりなる誘電体多層膜としてもよい。これによって、ＣＯＤレベルを向上させることができる。なお共振器長は３００〜１０００μｍとする。ここで窒化物半導体レーザ素子の共振面側の左右の角には凹部溝を有する。該凹部溝は深さを１０μｍであって、共振面と平行方向に３０μｍ、垂直方向に１０μｍの幅である。
【０１４６】
このようにして形成した半導体レーザ素子のＸ方向におけるＦＦＰを図１５に示す。図１５に示すように、リップルの抑制された良好なＦＦＰが得られることがわかる。
【実施例２】
【０１４７】
本実施例では、図６Ｃに示すような形状の凹部１１０を形成する。その他の点は実施例１と同様である。具体的には、実施例１の第１列目の凹部１１０ａと第２列目の凹部１１０ｂをリア側へ２μｍ移動させる。そして、各円の直径が凹部の幅（２μｍ）となるように第１列目の円と第２列目の円を交互につないでＭ字型が連続したパターンにする。凹部全体の導波路方向の長さは４μｍであり、導波路と垂直方向の幅は２２μｍである。
【０１４８】
このようにして形成した半導体レーザ素子のＸ方向におけるＦＦＰを図１６に示す。図１６に示すように、実施例１よりも、さらにリップルの抑制された良好なＦＦＰが得られることがわかる。
【実施例３】
【０１４９】
実施例２において、凹部１１０を１μｍリア側に移動した上で、導波路方向の長さが１μｍの劈開補助溝を、リッジ部１０からの距離が５μｍのところからレーザ素子の側面まで形成する。劈開補助溝の深さは１．５μｍとする。尚、凹部１１０の形成と同じエッチングによって同時に行う。
【０１５０】
本実施例においても、実施例２と同様にリップルの抑制された良好なＦＦＰが得られる。また、劈開補助溝が形成されているため、ウエハーをバー状に分割する際に、劈開方向が曲がる不良は殆ど発生しない。
【０１５１】
［比較例１］
凹部１１０を形成しなかった他は実施例１と同様にして半導体レーザ素子を作成する。この半導体レーザ素子のＸ方向におけるＦＦＰを図１７に示す。ＦＦＰに多数のリップルが観察される。
【実施例４】
【０１５２】
凹部を下記の方法で形成した他は、実施例１と同様にして半導体レーザ素子を作成した。すなわち、凹部は直径が２μｍ、深さが０．５μｍであって、リッジ部の左右に５個ずつ、合計１０個形成する。５個の凹部の配置は共振面側から３個、２個と形成する。
【０１５３】
このレーザ素子をヒートシンクに設置し、ｐ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ところ、発振波長４００〜４２０ｎｍ、閾値電流密度２．９ｋＡ／cm2において室温で良好な連続発振を示す。更に、共振面を劈開により形成しても、劈開傷がなく、光出力がＣＷ８０ｍＷ、動作温度が７０℃の状態で寿命が１万時間と、特に寿命特性の良いレーザ素子を再現性良く製造することができる（図１８）。
【実施例５】
【０１５４】
実施例４において、窒化物半導体基板１０１を作製する際にＨＶＰＥ装置において原料にシランガスを加え、ケイ素（Ｓｉ）又は酸素（Ｏ）を１×１０18／cm3ドープしたＧａＮよりなる窒化物半導体基板を５００μｍの膜厚で成長させる。なおＳｉ濃度は１×１０17／cm3〜５×１０19／cm3の範囲とすることが望ましい。窒化物半導体基板の成長後、実施例１と同様にしてサファイア基板、バッファ層等をレーザ照射又は研磨により除去し、窒化物半導体基板１０１とする。その他は同様の条件で窒化物半導体レーザ素子を形成することで効率良く実施例３と同等の特性を有するレーザ素子が得られる。
【実施例６】
【０１５５】
実施例４において、窒化物半導体基板１０１上に中間層を介して、ｎ側クラッド層を成長させる。その他は実施例１と同様の条件で半導体レーザ素子を形成する。
【０１５６】
前記中間層は、アンモニアとＴＭＧ、不純物ガスとしてシランガスを用い、窒化物半導体基板１の上に、１０５０℃でＳｉを３×１０18／cm3ドープしたＧａＮよりなり、膜厚を４μｍで成長させる。
【実施例７】
【０１５７】
実施例４において、窒化物半導体基板１０１上に中間層及びクラック防止層を介して、ｎ側クラッド層２０３を成長させる。その他は実施例３と同様の条件で半導体レーザ素子を形成する。
【０１５８】
クラック防止層は、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よりなり、０．１５μｍの膜厚で成長させる。
【実施例８】
【０１５９】
実施例４において、ｎ側クラッド層を超格子構造とする。その他は実施例３と同様の条件で半導体レーザ素子を形成する。本実施例におけるｎ側クラッド層は、１０５０℃でＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止めて、シランガスを流し、Ｓｉを１×１０19／cm3ドープしたｎ型ＧａＮよりなる層を２５Åの膜厚で成長させる。それらの層を交互積層して超格子層を構成し、総膜厚２μｍとするものである。
【実施例９】
【０１６０】
本実施例では、図１３に示す構造の半導体レーザ素子を作成する。尚、層構成は図２に示すものとほぼ同様であるが、リッジ部の深さは異なる。
（ＧａＮ基板１０１）
２インチφ、膜厚４００μｍであって、Ｃ面を主面とするＧａＮよりなる基板１０１をＭＯＶＰＥ反応容器内にセットする。このＧａＮ基板１０１は、結晶欠陥が１０5個／cm2以下である。
【０１６１】
（ｎ側クラッド層２０３）
続いて、１０５０℃でＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープＡｌ0.16Ｇａ0.84Ｎよりなる層を２５オングストロームの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止めて、シランガスを流し、Ｓｉを１×１０19／cm3ドープしたｎ型ＧａＮよりなる層を２５オングストロームの膜厚で成長させる。それらの層を交互積層して超格子層を構成し、総膜厚１．２μｍの超格子よりなるｎ側クラッド層２０３を成長させる。
【０１６２】
（ｎ側光ガイド層２０４）
続いて、シランガスを止め、１０５０℃でアンドープＧａＮよりなるｎ側光ガイド層２０４を０．１μｍの膜厚で成長させる。このｎ側光ガイド層にｎ型不純物をドープしても良い。
【０１６３】
（活性層２０５）
次に、温度を８００℃にして、ＳｉドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎよりなる障壁層を１００オングストロームの膜厚で成長させ、続いて同一温度で、アンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる井戸層を７５オングストロームの膜厚で成長させる。障壁層と井戸層とを２回交互に積層し、最後に障壁層で終わり、総膜厚４５０オングストロームの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層２０５を成長させる。
【０１６４】
（ｐ側電子閉じ込め層２０６）
次に、温度を１０５０℃に上げ、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、ｐ側光ガイド層２０７よりもバンドギャップエネルギーが大きい、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなるｐ側電子閉じ込め層２０６を１００オングストロームの膜厚で成長させる。
【０１６５】
（ｐ側光ガイド層２０７）
続いてＣｐ2Ｍｇ、ＴＭＡを止め、１０５０℃で、バンドギャップエネルギーがｐ型キャップ層２０６よりも小さい、アンドープＧａＮよりなるｐ型光ガイド層２０７を０．１μｍの膜厚で成長させる。
【０１６６】
（ｐ側クラッド層２０８）
続いて、１０５０℃でアンドープＡｌ0.16Ｇａ0.84Ｎよりなる層を２５オングストロームの膜厚で成長させ、続いてＣｐ2Ｍｇ、ＴＭＡを止め、アンドープＧａＮよりなる層を２５オングストロームの膜厚で成長させ、総膜厚０．６μｍの超格子層よりなるｐ型クラッド層２０８を成長させる。
【０１６７】
（ｐ側コンタクト層２０９）
最後に、１０５０℃で、ｐ型クラッド層２０８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２０９を１５０オングストロームの膜厚で成長させる。
【０１６８】
以上のようにして窒化物半導体を成長させたウェーハを反応容器から取り出し、最上層のｐ側コンタクト層２０９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側クラッド層２０３の表面を露出させる。
【０１６９】
次に、最上層のｐ側コンタクト層２０９のほぼ全面に、ＰＶＤ装置により、Ｓｉ酸化物（主として、ＳｉＯ2）よりなる第１の保護膜を０．５μｍの膜厚で形成した後、前記第１の保護膜をエッチングして、ｐ側コンタクト層の上にストライプ幅２μｍの第１の保護膜が形成できる。さらに、再度ＲＩＥによりＳｉＣｌ4ガスを用いて、ｐ側コンタクト層、およびｐ側クラッド層をエッチングして、ストライプ状のリッジ部１０を形成する。前記リッジ部幅は１．６μｍである。
【０１７０】
（イオン注入領域１３０）
ストライプ状のリッジ部１０を形成した後に、該リッジ部１０にレジストパターンを形成する。次に、基板１０１をイオン注入装置内にセットする。リッジ部１０以外の露出しているｐ側ガイド層２０７にＡｌイオン注入を行う。加速電圧を３０ｋｅＶ、ドーズ量を１×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ２とする。Ａｌイオンの注入領域１３０はリッジ部の両側に形成する。Ａｌイオンの注入領域１３０は、リッジ部から左右に２μｍ離間した位置から幅５μｍ、リッジ部のストライプ方向に１０μｍの面積で形成する。その後、剥離液で前記レジストパターンを除去する。
【０１７１】
（凹部１１０）
次にリッジ部１０及びｐ側ガイド層２０６にフォトリソグラフィー技術を用いてレジストパターンを形成する。このレジストパターンには開口部を形成しており、イオン注入領域の後部を、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用いてＳｉＣｌ４ガスによりエッチングをする。凹部１１０のエッチング深さは０．８μｍであって、凹部の底面はｎ側クラッド層２０３に達する。凹部１１０はリッジ部の左右両側に幅５μｍ、リッジ部のストライプ方向に２μｍで形成される。その後、剥離液で前記レジストパターンを除去する。
【０１７２】
次に、リッジ部の両側にＺｒＯ２より成る絶縁層２２０を形成する。ｐ側コンタクト層２０９及び絶縁層２２０の上の表面にＮｉ（１００Å）／Ａｕ（１５００Å）よりなるｐ電極２３０を形成する。ｐ電極を形成した後、Ｓｉ酸化膜（ＳｉＯ2）からなる保護膜２４０をｐ電極の上及び絶縁膜２２０の上及び窒化物半導体層２００の側面に０．５μｍの膜厚で、スパッタリング成膜により形成する。ｐ電極２３０を形成した後に６００℃でオーミックアニールを行う。
【０１７３】
次に、保護膜で覆われていない露出しているｐ電極２３０上に連続して、Ｎｉ（１０００Å）／Ｔｉ（１０００Å）／Ａｕ（８０００Å）で形成し、ｐパッド電極２５０を形成する。
【０１７４】
その後、窒化物半導体基板の第２の主面にはＶ（１００Å）／Ｐｔ（２０００Å）／Ａｕ（３０００Å）よりなるｎ電極２３２を形成する。
【０１７５】
ｎ電極２３２とｐ電極２３０及びｐパッド電極２５０とを形成したウェハー状の窒化物半導体基板の第１の主面側に凹部溝をけがきによって形成する。該凹部溝は深さを１０μｍとする。また共振面と平行方向に側面から５０μｍ、垂直方向に１５μｍの幅とする。次に、前記凹部溝を劈開補助線として窒化物半導体基板のｎ電極の形成面側からバー状に劈開し、劈開面（（１−１００）面、六角柱状の結晶の側面に相当する面＝Ｍ面）を共振面とする。
【０１７６】
次に共振器面にＳｉＯ2と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、バーをチップ化することで半導体レーザ素子とする。なお共振器長は３００〜１０００μｍとする。
【０１７７】
このレーザ素子をヒートシンクに設置し、ｐ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ところ、発振波長４００〜４２０ｎｍ、閾値電流密度２．９ｋＡ／cm2において室温で良好な連続発振を示す。光出力がＣＷ８０ｍＷ、動作温度が７０℃の状態で寿命が１万時間と、寿命特性の良いレーザ素子である。このレーザ素子のＸ方向のＦＦＰを図１９に示す。主レーザ光のＦＦＰにリップルの乗らない良好なガウシアン形状となる単一モードのレーザ素子となる。
【実施例１０】
【０１７８】
実施例９において、凹部１２０をＡｌイオン注入領域の内部に形成することで出射端面側から第１のＡｌイオン注入領域、凹部、第２のＡｌイオン注入領域を形成する他は同様にしてレーザ素子を作製する。これによって、迷光の吸収効率は大幅に向上する。
【産業上の利用可能性】
【０１７９】
本発明の半導体レーザ素子は、全てのデバイス、例えば、光ディスク、光通信システム、又は印刷機、測定器等に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１８０】
【図１】実施の形態１に係る半導体レーザ素子の模式的斜視図である。
【図２】実施の形態１に係る半導体レーザ素子の模式的断面図である。
【図３Ａ】凹部の平面形状の例を示す模式平面図である。
【図３Ｂ】凹部の平面形状の例を示す模式平面図である。
【図３Ｃ】凹部の平面形状の例を示す模式平面図である。
【図３Ｄ】凹部の平面形状の例を示す模式平面図である。
【図４Ａ】円形の凹部の配列例を示す模式平面図である。
【図４Ｂ】円形の凹部の配列例を示す模式平面図である。
【図４Ｃ】円形の凹部の配列例を示す模式平面図である。
【図４Ｄ】円形の凹部の配列例を示す模式平面図である。
【図５Ａ】ライン状の凹部の配列例を示す模式平面図である。
【図５Ｂ】ライン状の凹部の配列例を示す模式平面図である。
【図５Ｃ】ライン状の凹部の配列例を示す模式平面図である。
【図６Ａ】屈曲したライン状の凹部の例を示す模式平面図である。
【図６Ｂ】屈曲したライン状の凹部の例を示す模式平面図である。
【図６Ｃ】屈曲したライン状の凹部の例を示す模式平面図である。
【図７Ａ】凹部の断面形状の一例を示す模式的断面図である。
【図７Ｂ】凹部の断面形状の一例を示す模式的断面図である。
【図７Ｃ】凹部の断面形状の一例を示す模式的断面図である。
【図８Ａ】実施の形態２に係る半導体レーザ素子の模式的斜視図である。
【図８Ｂ】実施の形態２に係る半導体レーザ素子の凹部付近の部分拡大斜視図である。
【図９Ａ】実施の形態２に係る半導体レーザ素子における凹部の平面形状の例を示す模式平面図である。
【図９Ｂ】実施の形態２に係る半導体レーザ素子における凹部の平面形状の例を示す模式平面図である。
【図９Ｃ】実施の形態２に係る半導体レーザ素子における凹部の平面形状の例を示す模式平面図である。
【図９Ｄ】実施の形態２に係る半導体レーザ素子における凹部の平面形状の例を示す模式平面図である。
【図１０Ａ】実施の形態２に係る半導体レーザ素子における凹部と劈開補助溝の平面形状の例を示す模式平面図である。
【図１０Ｂ】実施の形態２に係る半導体レーザ素子における凹部と劈開補助溝の平面形状の例を示す模式平面図である。
【図１０Ｃ】実施の形態２に係る半導体レーザ素子における凹部と劈開補助溝の平面形状の例を示す模式平面図である。
【図１１】実施の形態３に係る半導体レーザ素子を示す模式的斜視図である。
【図１２】実施の形態４に係る半導体レーザ素子を示す模式的断面図である。
【図１３】実施の形態６に係る半導体レーザ素子を示す模式的斜視図である。
【図１４】実施の形態６に係る半導体レーザ素子の変形例を示す模式的斜視図である。
【図１５】実施例１のＸ方向のＦＦＰを示すグラフである。
【図１６】実施例２のＸ方向のＦＦＰを示すグラフである。
【図１７】比較例１のＸ方向のＦＦＰを示すグラフである。
【図１８】実施例４の半導体レーザ素子の寿命試験の測定結果である。
【図１９】実施例９のＸ方向のＦＦＰを示すグラフである。
【符号の説明】
【０１８１】
１０１・・・基板
１１０・・・凹部
１１１・・・光吸収層
１２０・・・劈開補助溝
１３０・・・イオン注入領域
２００・・・第１導電型の半導体層
２０５・・・活性層
２１０・・・第２導電型の半導体層
２３２・・・ｎ電極
２２０・・・絶縁膜
２３０・・・ｐ電極
２５０・・・ｐパッド電極
【図１】
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【図２】
0004830315.tif 000003
【図３Ａ】
0004830315.tif 000004
【図３Ｂ】
0004830315.tif 000005
【図３Ｃ】
0004830315.tif 000006
【図３Ｄ】
0004830315.tif 000007
【図４Ａ】
0004830315.tif 000008
【図４Ｂ】
0004830315.tif 000009
【図４Ｃ】
0004830315.tif 000010
【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
0004830315.tif 000012
【図５Ｂ】
0004830315.tif 000013
【図５Ｃ】
0004830315.tif 000014
【図６Ａ】
0004830315.tif 000015
【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
0004830315.tif 000020
【図８Ａ】
0004830315.tif 000021
【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
0004830315.tif 000024
【図９Ｃ】
0004830315.tif 000025
【図９Ｄ】
0004830315.tif 000026
【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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