(57)【要約】【課題】  ストライプ状の凸部を共振器とする構造の半導体レーザ素子において、様々な素子特性、ビーム特性の容易に形成し、多様な応用を実現するレーザ素子を得ること。【解決手段】  本発明では、ストライプ状の導波路領域として、第１の導波路領域Ｃ1、第２の導波路領域Ｃ2とを有し、Ｃ1で完全屈折率型の導波路が形成され、Ｃ2で実効屈折率型の導波路を有することで、ストライプ状の凸部を共振器として有するレーザ素子において、様々な素子特性を得ることができ、また素子信頼性に優れ、ビーム特性に優れるレーザ素子を得ることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電型の半導体層と、活性層と、前記第１の導電型とは異なる第２の導電型の半導体層とが順に積層された積層構造体を備え、前記活性層及びその近傍において幅方向に光の広がりを制限してその幅方向と直交する方向に光を導波させる導波路領域が形成されてなる半導体レーザ素子において、
前記導波路領域は、第１の導波路領域と第２の導波路領域とを有してなり、
前記第１の導波路領域は、前記活性層の幅を制限することによりその活性層とその両側の領域との間の屈折率差によってその制限された活性層内に光を閉じ込めるようにした領域であり、
前記第２の導波路領域は、前記活性層において実効的に屈折率差を設けることにより光を閉じ込めるようにした領域であることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記第１の導波路領域における活性層は、前記活性層を含む第１のリッジを形成することにより該活性層の幅が制限され、
前記実効的に屈折率が高い領域は、前記第２の導電型層に第２のリッジを形成することにより形成されている請求項１記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記第１のリッジは、その第１のリッジの両側を前記第１の導電型層が露出するまでエッチングすることにより形成され、
前記第２のリッジは、その第２のリッジの両側において前記活性層の上に前記第２の導電型層を残すようにエッチングすることにより形成された請求項２記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記第２のリッジの両側における、前記活性層上に位置する前記第２の導電型層の膜厚が、０．１μｍ以下である請求項３記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記第２のリッジは前記第１のリッジより長いことを特徴とする請求項２〜４のうちのいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記第１の導波路領域はレーザ共振器の一方の共振端面を含む請求項１〜５のうちのいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記一方の共振端面を出射面とした請求項６記載の半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記第１の導波路領域の長さは、１μｍ以上である請求項１〜７のうちのいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
【請求項９】
前記第１の導電型の半導体層と、前記活性層と、前記第２の導電型の半導体層とがそれぞれ、窒化物半導体により形成されている請求項１〜８のうちのいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
【請求項１０】
前記活性層は、Ｉｎを含む窒化物半導体層からなる請求項１〜９のうちのいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
【請求項１１】
前記第１のリッジの両側面と前記第２のリッジの両側面とにそれぞれ絶縁膜が形成され、該絶縁膜はＴｉ，Ｖ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｔａの各酸化物及びＳｉＮ，ＢＮ，ＳｉＣ，ＡｌＮよりなる群から選択された少なくとも１つからなる請求項１〜１０のうちのいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
【請求項１２】
第１の導電型層と、活性層と、該第１の導電型層と異なる導電型の第２の導電型層と、が順に積層された積層構造体に、ストライプ状の導波路領域を有する半導体レーザ素子において、
前記ストライプ状の導波路領域が、共振器方向において、完全屈折率によりストライプ状の導波路が設けられた第１の導波路領域と、
実効屈折率によりストライプ状の導波路が設けられた第２の導波路領域と、を少なくとも有することを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項１３】
前記第１の導波路領域の完全屈折率が、第１の導電型層に設けられたストライプ状の凸部により形成され、前記第２の導波路領域の完全屈折率が、第２の導電型層に設けられたストライプ状の凸部により形成されていることを特徴とする請求項１２記載の半導体レーザ素子。
【請求項１４】
第１の導電型層と、活性層と、該第１の導電型層と異なる導電型の第２の導電型層とが順に積層された積層構造体に、ストライプ状の導波路領域を有する半導体レーザ素子において、
前記ストライプ状の導波路領域が、共振器方向において、前記第２の導電型層に、第２の導電型層の一部が除去されて、ストライプ状の凸部が設けられた第２の導波路領域と、
前記第１の導電型層に、前記第１の導電型層、活性層、第２の導電型層の一部が除去されて、ストライプ状の凸部が設けられた第１の導波路領域と、を少なくとも有することを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項１５】
前記積層構造体の一部が除去されて、ストライプ状の凸部からなるリッジ導波路が形成されると共に、該ストライプ状の凸部が、前記第１の導波路領域と第２の導波路領域とを少なくとも有することを特徴とする請求項１２乃至１４のいずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
【請求項１６】
前記第２の導波路領域におけるストライプの長さが、前記第１の導波路領域よりも長いことを特徴とする請求項１２乃至１５のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項１７】
前記半導体レーザ素子の共振器面の内、少なくとも１つの共振器面が、前記第１の導波路領域の端部に形成されていることを特徴とする請求項１２乃至１６のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項１８】
前記第１の導波路領域の端部に形成された共振器面が、出射面であることを特徴とする請求項１７に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１９】
前記端部に共振器面を有する第１の導波路領域のストライプ長さが、少なくとも１μｍ以上であることを特徴とする請求項１７又は１８のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項２０】
前記第１の導電型層、活性層、第２の導電型層に、窒化物半導体が用いられていることを特徴とする請求項１２乃至１９のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項２１】
前記活性層がＩｎを含む窒化物半導体層であることを特徴とする請求項２０記載の半導体レーザ素子。
【請求項２２】
前記第１の半導体層においてｎ型窒化物半導体を有し、前記第２の半導体層においてｐ型窒化物半導体を有することを特徴とする請求項２０又は２１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項２３】
前記第２の導波路領域が、ｐ型窒化物半導体を含むｐ型クラッド層を有すると共に、第２の導波路領域のストライプ状の凸部が、該ｐ型クラッド層の膜厚が０．１μｍよりも下で、活性層よりも上となる位置に設けられていることを特徴とする請求項２２記載の半導体レーザ素子。
【請求項２４】
第１の導波路領域のストライプ状の凸部側面及び第２の導波路領域のストライプ状の凸部側面に窒化物半導体が露出されており、該ストライプ状の凸部側面に絶縁膜が設けられ、該絶縁膜が、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａよりなる群から選択される少なくとも一種の元素を含む酸化物、又は、ＳｉＮ、ＢＮ、ＳｉＣ、ＡｌＮよりなる群から選択される少なくとも一種、からなることを特徴とする請求項２０乃至２３のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項２５】
前記ストライプ状の凸部の幅が、１μｍ以上３μｍ以下であることを特徴とする請求項２０乃至２４のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項２６】
窒化物半導体を用いて、第１の導電型層と、活性層と、第２の導電型層とを順に積層した積層構造体を形成する積層工程と、積層構造体を形成した後、ストライプ状の第１の保護膜を形成する工程、前記第１の保護膜が形成されていない部分の積層構造体をエッチングして、第２の導電型層にストライプ状の凸部を形成する第１のエッチング工程と、該第１のエッチング工程で露出した表面の一部に、第１の保護膜を介して第３の保護膜を形成し、該第３の保護膜が形成されていない部分の積層構造体をエッチングして、第１の導電型層にストライプ状の凸部を形成する第２のエッチング工程と、第１の保護膜と異なる材料であって、絶縁性を有する第２の保護膜を、前記ストライプ状の凸部側面、及びエッチングにより露出した窒化物半導体平面に形成する工程、第２の保護膜を形成した後、第１の保護膜を除去する工程と、を具備する事を特徴とする半導体レーザ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ストライプ状のリッジ（凸部）が設けられた半導体レーザ素子に関する。また、本発明の半導体レーザ素子は、特にＧａＮ、ＡｌＮ、もしくはＩｎＮ、又はこれらの混晶であるIII−V族窒化物半導体（ＩｎｂＡｌdＧａ１−ｂ−dＮ、０≦ｂ、０≦ｄ、ｂ＋ｄ＜１）を用いた素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、窒化物半導体を用いた半導体レーザ素子は、ＤＶＤなど、大容量・高密度の情報記録・再生が可能な光ディスクシステムへの利用に対する要求が高まりを見せている。このため、窒化物半導体を用いた半導体レーザ素子は、研究が盛んになされている。また、窒化物半導体を用いた半導体レーザ素子は、紫外域から赤色に至るまで、幅広い可視光の波長域での発振が可能と考えられ、その応用範囲は、前記光ディスクシステムの光源にとどまらず、レーザプリンタ、光ネットワークなどの光源など、多岐にわたるものと期待されている。
【０００３】
特に、レーザ素子構造に関しては、様々な研究がなされ、横モードの好適な制御を可能にする構造についても、種々の提案が成されている。その中でも、特に有望視されている構造として、リッジ導波路構造があり、世界に先駆けて出荷が開始された窒化物半導体レーザ素子でも、採用されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体レーザ素子の構造として、リッジ導波路構造は、構造が単純であることから、容易にレーザ発振が可能な反面、大量生産時において、特性のばらつきが発生しやすい。これは、リッジ導波路構造では、メサストライプの寸法ばらつきに依存して特性が変化するが、メサストライプの形状のばらつきはエッチング精度に依存することから、そのエッチング精度以下には形状ばらつきを抑えることができないからである。また、活性層のエッチングによる損傷、活性層表面がエッチング雰囲気にさらされることによる損傷が大きな半導体材料を用いた半導体レーザ素子では、活性層よりも深くエッチングしてリッジを形成することにより完全屈折率導波型の半導体レーザ素子を構成しようとすると、活性層及び活性層表面のエッチングによる損傷のためにレーザ特性が悪化する。、従って、係る半導体レーザ素子では、活性層に達しない深さでストライプを設けた実効屈折率型の導波路構造としなければならない。しかし、実効屈折率型の導波路構造では、上述したストライプ形状のばらつきによる素子特性変化が顕著なものとなり、量産時において、素子特性のばらつきが大きなものとなる。
【０００５】
窒化物半導体を用いたレーザ素子において、上述した分野への応用の実現に向けての次なる課題としては、大量生産で安定した品質の素子を提供することが必須項目となる。
【０００６】
しかしながら、現在知られているレーザ素子構造では、リッジ導波路の形成がその足かせとなっている。なぜなら、通常、リッジ導波路の形成には、素子構造となる窒化物半導体を成長させた後、上層からエッチングにより、その窒化物半導体の一部を除去して、導波路を構成するためのリッジ（凸部）を形成することになるが、この時のエッチング精度が、上述したように、得られるレーザ素子の素子特性に大きく影響を及ぼすからである。すなわち、リッジ導波路を形成する凸部の形状、特にその高さ及び幅でもって、横モードが制御され、得られるレーザ光のＦ．Ｆ．Ｐ．（ファー・フィールド・パターン）が決定されることから、エッチングによりリッジ導波路を形成する際の、その深さの制御誤差が、直接的に素子特性のばらつきを生み出す大きな要因となるからである。
【０００７】
また、従来、窒化物半導体のエッチング方法として、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）などのドライエッチングを用いることが知られているが、これらのエッチング方法では、素子特性のばらつきを根本的に解決できるほどの精度で、エッチング深さを制御することが困難であった。
【０００８】
さらにまた、近年の素子設計において、超格子構造など、数原子層単位で制御された層が、素子構造中に多数設けられて構成されていることも、前記エッチング精度による素子特性ばらつきの原因となっている。すなわち、素子構造を構成する各層の形成において、それぞれの膜厚は、極めて高い精度で制御されて形成されており、それよりも数桁の精度で劣るエッチング方法を用いて、リッジ等を形成することは、高度に設計された素子構造を実現することが困難となり、素子特性向上のネックとなる。
【０００９】
例えば、窒化物半導体を用いたレーザ素子において、活性層をエッチングすることなく活性層の上に、リッジ導波路を設ける屈折率導波型の構造により、高出力タイプの窒化物半導体レーザ素子を実現するために、エッチングの深さ方向の精度は、リッジ直下の活性層部とその他の活性層部との実効屈折率差を１００分の１の精度で制御する必要がある。その精度を実現するためにには、活性層直上の層において、例えばそれをｐ型クラッド層とすると、ｐ型クラッド層がほんの一部だけ残るまで、０．０１μｍ以下の精度で深さ制御されたエッチングでもって、リッジを形成しなければならない。また、リッジ導波路の幅に関しては、それよりも低い精度ではあるが、０．１μｍの精度でエッチングを制御することが必要である。
【００１０】
また、窒化物半導体のエッチング方法として、ＲＩＥを用いると、エッチング露出面、及び露出された層が、損傷を受ける傾向にあり、素子特性、素子信頼性の低下を招くものとなる。エッチング方法には、ドライエッチングの他に、ウェットエッチングを用いる方法があるが、窒化物半導体に使用できるウェットエッチング液は、未だ開発されていない。
【００１１】
以上のように、窒化物半導体を用いたレーザ素子の高機能化、及び特性のばらつきの少ない大量生産の実現には、エッチング工程におけるリッジ導波路形成時の精度が大きく影響するものであり、精度に優れたリッジ導波路の形成は、極めて重要な課題となっている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明者は、前記事情に鑑み、ストライプ形状の半導体レーザ素子であっても、その発振・導波に優れた共振器を有する半導体レーザ素子でありながら、安定した横モード制御、Ｆ．Ｆ．Ｐ．に優れたレーザ光を得ることができ、且つ量産時においても、素子ばらつきの少ないレーザ素子若しくは端面発光素子、及びその製造方法を発明するに至ったものである。
【００１３】
すなわち本発明の半導体レーザ素子は、下記の構成により本発明の目的を達成することができる。
【００１４】
本発明に係る第１の半導体レーザ素子は、第１の導電型の半導体層と、活性層と、前記第１の導電型とは異なる第２の導電型の半導体層とが順に積層された積層構造体を備え、前記活性層及びその近傍において幅方向に光の広がりを制限してその幅方向と直交する方向に光を導波させる導波路領域が形成されてなる半導体レーザ素子において、
前記導波路領域は、第１の導波路領域と第２の導波路領域とを有してなり、
前記第１の導波路領域は、前記活性層の幅を制限することによりその活性層とその両側の領域との間の屈折率差によってその制限された活性層内に光を閉じ込めるようにした領域であり、
前記第２の導波路領域は、前記活性層において実効的に屈折率差を設けることにより光を閉じ込めるようにした領域であることを特徴とする。
【００１５】
このように、構成された本発明に係る第１の半導体レーザ素子において、前記導波路領域が、第１の導波路領域を備え、その第１の導波路領域では活性層とその両側の領域との間に実際に屈折率差を設けてその活性層内に光を閉じ込めるようにしているので、この第１の導波路領域においてより確実に横モードの発生を抑制することができ、かつビーム制御を確実に行うことができ、Ｆ．Ｆ．Ｐ．に優れたレーザ光を得ることができる。
【００１６】
また、前記第１の半導体レーザ素子においては、前記活性層において実効的に屈折率が高い領域を形成することにより構成した第２の導波路領域を備えているので、第２の導波路領域においては導波路として機能する活性層を直接外部に露出させることなく導波路を構成できるので、素子の寿命を向上させることができ、かつ信頼性を向上させることができる。以上のように、本発明に係る第１の半導体レーザ素子は、第１の導波路領域と第２の導波路領域のそれぞれの特徴を併せ持ったレーザ素子とできる。
【００１７】
また、本発明に係る第１の半導体レーザ素子では、前記第１の導波路領域における活性層を、前記活性層を含む第１のリッジを形成することにより該活性層の幅を制限することにより構成し、前記実効的に屈折率が高い領域を、前記第２の導電型層に第２のリッジを形成することにより構成することができる。
【００１８】
また、本発明に係る第１の半導体レーザ素子では、前記第１のリッジを、その第１のリッジの両側を前記第１の導電型層が露出するまでエッチングすることにより形成し、前記第２のリッジを、その第２のリッジの両側において前記活性層の上に前記第２の導電型層を残すようにエッチングすることにより形成することができる。
【００１９】
また、本発明に係る第１の半導体レーザ素子では、前記第２のリッジの両側における、前記活性層上に位置する前記第２の導電型層の膜厚が、０．１μｍ以下であることが好ましく、これにより横モードの制御をより確実にできる。
【００２０】
さらに、本発明に係る第１の半導体レーザ素子では、前記第２のリッジは前記第１のリッジより長いことが好ましく、これによりより信頼性を向上させることができる。
【００２１】
またさらに、本発明に係る第１の半導体レーザ素子では、前記第１の導波路領域はレーザ共振器の一方の共振端面を含むことが好ましく、これにより、よりＦ．Ｆ．Ｐ．に優れたレーザ光を得ることができる。
【００２２】
また、本発明に係る第１の半導体レーザ素子では、前記一方の共振端面を出射面とすることが好ましく、これにより、さらにＦ．Ｆ．Ｐ．に優れたレーザ光を得ることができる。
【００２３】
さらに、本発明に係る第１の半導体レーザ素子では、前記第１の導波路領域の長さは、１μｍ以上であることが好ましい。
【００２４】
またさらに、本発明に係る第１の半導体レーザ素子では、前記第１の導電型の半導体層と、前記活性層と、前記第２の導電型の半導体層とをそれぞれ、窒化物半導体により形成することができる。
【００２５】
また、前記半導体レーザ素子では、前記活性層は、Ｉｎを含む窒化物半導体層により構成でき、これにより比較的波長の短い可視光領域及び紫外領域のレーザ発振をさせることができる。
【００２６】
また、本発明に係る第１の半導体レーザ素子では、前記第１のリッジの両側面と前記第２のリッジの両側面とにそれぞれ絶縁膜を形成し、該絶縁膜はＴｉ，Ｖ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｔａの各酸化物及びＳｉＮ，ＢＮ，ＳｉＣ，ＡｌＮよりなる群から選択された少なくとも１つにより構成することが好ましい。
【００２７】
また、本発明に係る第２の半導体レーザ素子は、第１の導電型層と、活性層と、該第１の導電型層と異なる導電型の第２の導電型層と、が順に積層された積層構造体に、ストライプ状の導波路領域を有する半導体レーザ素子において、前記ストライプ状の導波路領域が、共振器方向において、完全屈折率によりストライプ状の導波路が設けられた第１の導波路領域Ｃ1と、実効屈折率によりストライプ状の導波路が設けられた第２の導波路領域と、を少なくとも有することを特徴とする。この構成により、本発明のレーザ素子は、素子信頼性に優れる第２の導波路領域Ｃ２と、横モードの制御性、ビーム特性に優れる第１の導波路領域Ｃ１とを有することで、その両方の特性を活かしたレーザ素子となり、煩雑で、複雑な素子設計の変更を伴わずとも、用途に応じた様々なレーザ素子を得ることができる。これは、実効屈折率型の導波路は、活性層の上にある第２の導電型層にストライプ状の凸部が設けられることで、活性層を成長時の状態にとどめておくことができ、素子駆動時において、導波路の劣化がなく、素子信頼性に優れる。また、活性層よりも深くエッチングすることで導波路領域の両側に屈折率差を設けた屈折率型の第１の導波路領域Ｃ1を導波路内に設けることで、容易に横モードの制御が可能であり、これをレーザ素子の導波路として有することで、導波路内の横モードの変更が容易に可能となる。なお、本明細書において、この第１の導波路領域を構成する導波路を、前記実効屈折率型導波路との混同を避けるために、完全屈折率型の導波路、または真屈折率型の導波路とする。
【００２８】
また、本発明に係る第２の半導体レーザ素子では、前記第１の導波路領域Ｃ1の完全屈折率を、第１の導電型層、活性層及び第２の導電型層を含むように設けられたストライプ状の凸部により実現し、前記第２の導波路領域の実効屈折率を、第２の導電型層に設けられたストライプ状の凸部により実現することができる。この構成により、第１の導波路領域Ｃ1と第２の導波路領域Ｃ２とを、レーザ素子内に容易に設けることができるため、簡単な素子設計により多様な素子特性のレーザ素子となる。
【００２９】
また、本発明に係る第３の半導体レーザ素子は、第１の導電型層と、活性層と、該第１の導電型層と異なる導電型の第２の導電型層と、が順に積層された積層構造体に、ストライプ状の導波路領域を有する半導体レーザ素子において、
前記ストライプ状の導波路領域が、共振器方向において、前記第２の導電型層に、第２の導電型層の一部が除去されて、ストライプ状の凸部が設けられた第２の導波路領域と、前記第１の導電型層に、前記第１の導電型層、活性層、第２の導電型層の一部が除去されて、ストライプ状の凸部が設けられた第１の導波路領域Ｃ1と、を少なくとも有することを特徴とする。この構成により、活性層の一部を除去する領域（第１の導波路領域Ｃ1）と、除去されない領域（第２の導波路領域）とで、ストライプ状の導波路を構成することにより、除去により受ける活性層の損傷を導波路の一部にとどめることができ、素子信頼性が向上する。活性層の一部除去による損傷、素子信頼性低下、素子特性低下の大きな半導体材料においては、第１の導波路領域Ｃ1が一部であるため、その第１の導波路領域Ｃ1が占める割合を設計することで、所望の素子信頼性、素子特性のレーザ素子が得られる。また、第１の導波路領域Ｃ1、第２の導波路領域Ｃ２、の長さ（導波路を構成する割合）、位置を変更することにより、様々な素子特性のレーザ素子が得られ，特に所望のビーム特性のレーザ素子が容易に得られる。
【００３０】
また、前記第２及び第３の半導体レーザ素子では、前記積層構造体の一部が除去されて、ストライプ状の凸部からなるリッジ導波路を形成することにより、、前記第１の導波路領域Ｃ1と第２の導波路領域Ｃ２とが構成されるようにしてもよい。。この構成により、ストライプ状の凸部からなるリッジ導波路構造のレーザ素子において、、多様な特性のレーザ素子を得ることができる。
また、前記第２及び第３の半導体レーザ素子では、前記第２の導波路領域Ｃ２におけるストライプの長さを、前記第１の導波路領域Ｃ1よりも長くすることが好ましい。この構成により、第１の導波路領域Ｃ1を設けることによる素子劣化が大きな半導体材料、例えば活性層の一部が除去若しくは大気にさらされることにより損傷を受ける半導体材料では、素子信頼性に優れるレーザ素子となる。
【００３１】
また、前記第２及び第３の半導体レーザ素子では、前記半導体レーザ素子の共振器面の内、少なくとも１つの共振器面が、前記第１の導波路領域Ｃ1の端部に形成されていることが好ましい。この構成により、横モードの制御性に優れる第１の導波路領域Ｃ1を共振器面の一方に設けることで、その他の位置に設けるよりも効果的な光の導波の制御が可能となり、多様な素子特性を有するレーザ素子を得ることができる。
また、前記第２及び第３の半導体レーザ素子では、前記第１の導波路領域Ｃ1の端部に形成された共振器面は、出射面であることが好ましい。この構成により、横モードの制御性に優れる第１の導波路領域Ｃ1を、レーザ光の出射面に設けることで、ビーム特性を直接的に制御することができ、所望のＦ．Ｆ．Ｐ．、レーザ光のアスペクト比を有するレーザ素子が得られる。
また、前記第２及び第３の半導体レーザ素子では、前記端部に共振器面を有する第１の導波路領域Ｃ1のストライプ長さが、少なくとも１μｍ以上であることが好ましい。この構成により、より確実なＦ．Ｆ．Ｐ．、レーザ光のアスペクト比の制御が実現され、それらの特性において素子ばらつきの少ないレーザ素子が得られる。
【００３２】
また、前記第２及び第３の半導体レーザ素子では、前記第１の導電型層、活性層、第２の導電型層に、窒化物半導体を用いて構成することができる。この構成により、イオン注入、再成長層による埋め込み構造を形成することが困難な窒化物半導体を用いたレーザ素子において、様々な特性のレーザ素子を得ることができる。また、窒化物半導体は、活性層の一部をエッチングなどにより除去すると、素子寿命が大幅に低下することから、活性層の一部を除去する完全屈折率型の導波路からなるレーザ素子の実用化が困難であったが、導波路の一部が第１の導波路領域Ｃ1となることから、素子寿命の低下を抑えながら、横モードの制御性に優れるレーザ素子を得ることができる。
【００３３】
また、前記第２及び第３の半導体レーザ素子では、前記活性層はＩｎを含む窒化物半導体層を用いて構成することもできる。この構成により、紫外域から可視光域の波長を有するレーザ素子が得られる。
【００３４】
また、前記第２及び第３の半導体レーザ素子では、前記第１の半導体層においてｎ型窒化物半導体を有し、前記第２の半導体層においてｐ型窒化物半導体を有していてもよい。
【００３５】
また、前記第２及び第３の半導体レーザ素子では、前記第２の導波路領域が、ｐ型窒化物半導体を含むｐ型クラッド層を有し、第２の導波路領域のストライプ状の凸部が、該ｐ型クラッド層の膜厚が０．１μｍよりも薄く設けられていることが好ましい。この構成により、低い閾値電流で、横モード制御性に優れるレーザ素子が得られる。ここで、ｐ型クラッド層の膜厚とは、膜厚方向において、凸部が設けられていない領域におけるｐ型クラッド層の露出された表面と、ｐ型クラッド層の下に接する隣接層との界面との間の距離を指すものであり、活性層よりも上とは、活性層の上に接する隣接層との界面よりも上に位置するものである。すなわち、活性層とｐ型クラッド層が接して設けられている場合には、ｐ型クラッド層が、０より大きく、０．１μｍ以下の膜厚で残る深さで、前記露出された表面・平面が形成される。また、後述の実施例１のように、ガイド層などを活性層、ｐ型クラッド層との間に有している場合には、前記露出された表面・平面が、前記活性層とその上に隣接する層の界面よりも上で、且つｐ型クラッド層の膜厚が０．１μｍとなる位置よりも下、若しくは活性層とｐ型クラッド層との間の層に設けられることである。
【００３６】
また、前記第２及び第３の半導体レーザ素子では、第１の導波路領域Ｃ1のストライプ状の凸部側面及び第２の導波路領域のストライプ状の凸部側面に窒化物半導体が露出されており、該ストライプ状の凸部側面に絶縁膜が設けられてなり、該絶縁膜が、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａよりなる群から選択される少なくとも一種の元素を含む酸化物、又は、ＳｉＮ、ＢＮ、ＳｉＣ、ＡｌＮよりなる群から選択される少なくとも一種、からなるようにしてもよい。この構成により、窒化物半導体を用いたレーザ素子において、ストライプ状の凸部に、良好な屈折率差を設けることができ、横モードの制御性に優れたストライプ状の導波路領域を有するレーザ素子が得られる。
【００３７】
また、前記第２及び第３の半導体レーザ素子では、前記ストライプ状の凸部の幅は、１μｍ以上３μｍ以下であることが好ましい。この構成により、第１の導波路領域Ｃ1、第２の導波路領域Ｃ2において、横モードの制御性に優れたストライプ状の導波路領域を、導波層内に形成することができ、電流―光出力特性において、キンクの発生のない、レーザ素子となる。
【００３８】
本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、以下の構成により本発明の目的を達成することができる。
【００３９】
本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法は、窒化物半導体を用いて、第１の導電型層と、活性層と、第２の導電型層とを順に積層した積層構造体を形成する積層工程と、積層構造体を形成した後、ストライプ状の第１の保護膜を形成する工程と、前記第１の保護膜が形成されていない部分の積層構造体をエッチングして、第２の導電型層にストライプ状の凸部を形成する第１のエッチング工程と、該第１のエッチング工程で露出した表面の一部に、第１の保護膜を介して第３の保護膜を形成し、該第３の保護膜が形成されていない部分の積層構造体をエッチングして、第１の導電型層にストライプ状の凸部を形成する第２のエッチング工程と、第１の保護膜と異なる材料であって、絶縁性を有する第２の保護膜を、前記ストライプ状の凸部側面、及びエッチングにより露出した窒化物半導体平面に形成する工程と、第２の保護膜を形成した後、第１の保護膜を除去する工程と、を具備する事を特徴とする。
【発明の効果】
【００４０】
本発明のレーザ素子は、導波路として、共振器方向に、第１の導波路領域Ｃ1、第２の導波路領域Ｃ2とを有することで、素子信頼性、横モードの制御性に優れている。また、本発明によれば、簡単な設計変更で多様な素子特性のレーザ素子を提供できる。
【００４１】
また、従来、実用に耐える素子信頼性と、安定した横モードの発振等、優れた素子特性の両立は困難であったが、本発明のレーザ素子では、生産性及び信頼性に優れ、且つ素子特性に優れるレーザ素子を得ることが可能となる。加えて、第１の導波路領域Ｃ1を共振面の出射面側に一部設けることで、多様なスポット形状、アスペクト比のビームを取り出すことが可能になる。すなわち、本発明によれば、種々のビーム特性を実現でき、レーザ素子の応用範囲を拡大する上において、その効果は多大なものである。
【００４２】
従来、窒化物半導体を用いたレーザ素子において、結晶の再成長、プロトンなどのイオンの打ち込みが困難なため、ストライプのレーザ素子しか、製造歩留まり、生産性に耐えうるものとならず、また、Ｉｎを含む窒化物半導体を有する活性層が大気にさらされると、その損傷が大きく、素子寿命が大幅に低下する事から、実効屈折率型レーザ素子しか選択できなかった。しかし、本発明のレーザ素子では、第１の導波路領域Ｃ1、第２の導波路領域Ｃ2を有することで、素子信頼性を確保しながら、横モードの制御性、ビーム特性に優れるレーザ素子を得ることが可能となり、またその素子構造は、量産においても優れた歩留まりで製造可能となることから、窒化物半導体を用いたレーザ素子の応用、及び飛躍的な普及を可能なものとすることができる。加えて、高密度記録の光ディスクシステムの光源として、データ読込時（５ｍＷ）、データ書込時（３０ｍＷ）の両方の光出力域において、横モードの移動がなく、また３０ｍＷ駆動でも１０００時間を超えるレーザ素子で、光源としてアスペクト比が１．０〜１．５の範囲と優れるレーザ素子を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、図面を参照しながら本発明に係る実施の形態の半導体レーザ素子について説明する。
【００４４】
本発明に係る実施の形態の半導体レーザ素子は、図１（ａ）に示すように、ストライプ状の導波路領域として、第１の導波路領域Ｃ1と、第２の導波路領域Ｃ2とを有するものである。
【００４５】
ここで、第１の導波路領域Ｃ1は、図１（ｃ）に示すように、活性層を含むように活性層３を含むようにリッジ（第１のリッジ２０１）を形成することにより活性層３とその両側の領域（ここでは大気中）との間に屈折率差を設けて活性層３に光を閉じ込めるようにした導波路領域である。このように、活性層とその両側の領域との間に実際に屈折率差を設けて光を閉じ込めるようにした導波路領域を、本明細書では完全屈折率型の導波路と呼ぶ。
【００４６】
また、第２の導波路領域Ｃ2は、図１（ｂ）に示すように、活性層の上に位置する半導体層においてリッジ（第２のリッジ２０２）を形成することによりその第２のリッジ２０２の下に位置する活性層３の実効的な屈折率をその両側の活性層より高くして、その実効屈折率が高い活性層３に光を閉じ込めるようにした導波路領域である。このように、活性層とその両側の領域との間に実効的に屈折率差を設けて光を閉じ込めるようにした導波路領域を、本明細書では実効屈折率型の導波路という。
【００４７】
このように本発明に係る半導体レーザ素子は、完全屈折率型の導波路と実効屈折率型の導波路とを導波路を有することを特徴としている。。
【００４８】
具体的な構造としては、第１の導電型層、活性層、第１の導電型層と異なる導電型の第２の導電型層とが積層された積層構造体が形成されて、活性層に達しない深さで、第２の導電型層２にストライプ状の第２のリッジ（凸部）２０２を形成することにより第２の導波路領域Ｃ2を構成し、第２の導電型層２、活性層３及び第１の導電型層１の一部を含むようにストライプ状の第１のリッジ（凸部）２０１を形成することにより、第１の導波路領域Ｃ１を構成するものである。
【００４９】
このように、本発明に係る半導体レーザ素子は、第１の導波路領域Ｃ1と第２の導波路領域Ｃ2とを導波路内に有することで、様々な素子特性のレーザ素子を得ることが可能になる。また、本発明に係る半導体レーザ素子は、図３（ａ），（ｂ）、４（ａ），（ｂ）に示すように、第１の導波路領域Ｃ1、第２の導波路領域Ｃ2、を有する導波路を、様々な形態で形成することができる。ここで、図３（ａ）は、ストライプ状の凸部が積層構造体の一部を除去することにより設けられた構造のレーザ素子の斜視図及び一部の断面図を示すものであり、図３（ｂ）は図３（ａ）において、白抜き矢印の方向から観察したものであり、また、図４（ａ），（ｂ）は、図３とは異なる形態の導波路構造を示すものである。
【００５０】
図３（ａ），（ｂ）、図４（ａ），（ｂ）に示すように、本発明では、共振器方向（凸部のストライプの長手方向）において、第１の導波路領域Ｃ1、第２の導波路領域Ｃ2、とが様々に配置された構造を採ることができる。また、本発明の半導体レーザ素子は、もちろん第１の導波路領域Ｃ1、第２の導波路領域Ｃ2以外の導波路領域を有していても良い。例えば図４（ａ）に示すように、第１の導波路領域Ｃ1と第２の導波路領域Ｃ2の間に第１の導波路領域Ｃ１及び第２の導波路領域Ｃ２とは異なる導波路領域２０３を有していても良い。図３（ａ），（ｂ）は、共振器の一方の共振器面を含むように、第１の導波路領域Ｃ1が設けられ、他方の共振器面を含むように第２の導波路領域Ｃ2が設けられた構造を有するものである。図４（ａ）では、第１の導波路領域Ｃ1とを構成する第１のリッジ２０１と、第２の導波路領域Ｃ2を構成するストライプ状の第２のリッジ２０２とが、垂直方向（共振器方向に直交する方向）に対して傾斜するように形成された導波路領域２０３を介して接合されている構造を有する半導体レーザ素子である。このように、第１の導波路領域Ｃ1と第２の導波路領域Ｃ2とは、図３（ａ），（ｂ）に示すように、共振器方向において、ほぼ連続して形成されていても良く、図４（ａ）に示すように、他の領域を間に挟んで形成されていても良い。
【００５１】
また、本発明において、第１のリッジ２０１の幅と第２のリッジ２０２の幅は、それぞれの幅がほぼ同じである必要はない。例えば、図１（ａ）〜（ｃ）、図３（ａ）に示すように、各リッジの側面が傾斜して形成されている場合、第１の導波路領域Ｃ１を構成するために設けられた第１のリッジ２０１の底部の幅と第２の導波路領域Ｃ２を構成するために設けられた第２のリッジ２０２の底部の幅は必然的に異なるものとなる。第１のリッジの側面と第２のリッジの側面とは、同一平面上に位置することが好ましい。図１（ａ）及び図３（ａ）では、ストライプ状の凸部の側面が傾斜したメサ型のうち、下層から上層にむかって幅が小さくなるよう傾斜した順メサ型であるが、これとは逆に上層に向かって幅が大きくなるよう傾斜した逆メサ型でもよく、また両側が同メサ型でも、異なるメサ型でもよい。
【００５２】
また、第１のリッジ２０１の上面の幅と第２のリッジ２０２の上面の幅は異なっていてもよい。さらに、水平方向の断面で見た時の、第１のリッジ２０１の幅と第２のリッジ２０２の幅は、第１のリッジ２０１と第２のリッジ２０２との境界部分で不連続に変化するように異なっていてもよい。
【００５３】
［共振器構造］
本実施の形態の半導体レーザ素子では、積層構造体の一部を除去して、凸部を形成して、それにより、ストライプ状の導波路を構成している。すなわち、図１、３に示すように、第１の導電型層１、活性層３、第２の導電型層２などを積層した素子構造において、リッジとする部分両側をエッチング等の手段により除去して、ストライプ状の凸部を形成することにより共振器構造を構成した、いわゆるリッジ導波路のレーザ素子において適した構造である。そして、本発明は、それぞれストライプ状の凸部により、第１の導波路領域Ｃ1、第２の導波路領域Ｃ2とを少なくとも設けることで、ビーム特性を改良することができ、特にＦＦＰを楕円から真円まで任意の形状に制御出来るなど、様々な素子特性のレーザ素子を得ることができるものである。この時、ストライプ状のリッジ（凸部）は、上述したように、図１、３に示すような順メサ形状に限定されるものではなく、逆メサ形状であっても良く、また、垂直な側面を有するストライプであっても良い。すなわち、本発明では、要求されるレーザ特性に応じてリッジの形状を変更することができる。
【００５４】
また、本発明の半導体レーザ素子においては、第１の導波路領域Ｃ1、第２の導波路領域Ｃ2を構成するために、それぞれストライプ状の凸部２０１、２０２を形成した後、それらのリッジの両側に結晶を再成長させて、リッジを埋め込むようにしてもよい。
【００５５】
このように、本発明はストライプ状のリッジを有するリッジ導波路構造を前提としているので、低コストでの製造を実現するだけでなく、導波路内において、第１の導波路領域Ｃ1と第２の導波路領域Ｃ2とを、様々に組み合わせて、配置することで、様々な特性のレーザ素子を実現できる。。例えば、ビーム特性を制御ができることが可能となるので、ビーム補正用のレンズ等を用いなくても良好なＦＦＰが得ることができる。
【００５６】
本発明のレーザ素子において、第１の導波路領域Ｃ1、第２の導波路領域Ｃ2に設けられるストライプ状の第１及び第２のリッジ２０１、２０２は、図１（ｂ）、図１（ｃ）に示すような形状である。
【００５７】
また、本発明は、レーザ発振素子以外の例えば発光ダイオード等の端面発光素子にも適用することができる。この場合、上述した図１等に示す構成において、、発振閾値以下で素子を駆動させることにより発光ダイオードとして動作させることができ、また、導波路端面において、導波路と端面とを垂直とせずに、導波路を端面に垂直な方向から傾けることにより、レーザ発振しないで端面から発光する素子が得られる。
【００５８】
［積層構造体］
次に、本実施の形態の半導体レーザ素子における第１の導電型層、活性層、第２の導電型層の詳細構成を説明する。
【００５９】
まず、本実施の形態の半導体レーザ素子では、、図１に示すように、第１の導電型層１、第２の導電型層２の中にそれぞれ、クラッド層５、７を有し、そのクラッド層５，７で活性層３を挟み込むことにより厚さ方向に光を閉じ込めている。このようにして、リッジによる幅方向（厚さ方向に直交しかつ共振方向に直交する方向）の光の閉じ込めとクラッド層５，７による厚さ方向における光の閉じ込めにより積層構造体内部に、光導波路領域が設けられる。本発明の半導体レーザ素子においては、各半導体層として、従来から知られている様々な種類の半導体材料を用いることができ、例えばＧａＡｌＡｓ系、ＩｎＧａＡｓＰ系、ＧａＡｌＩｎＮ系の材料を適宜選択して用いることができる。
【００６０】
このように、本発明の半導体レーザ素子において、ストライプ状の導波路領域は、第１の導電型層、第２の導電型層に挟まれた活性層及びその近傍に主にリッジに対応して形成されるものであり、このときストライプの長手方向と光の伝搬方向とがほぼ一致しているものである。すなわち、ストライプ状の導波路領域は、上述した主として光が閉じ込められる活性層により構成されるが、光の一部は、その近傍に広がって導波されるので、、例えば、後述する活性層とクラッド層の間にガイド層を形成してそのガイド層を含めた領域を光導波層としてもよい。
【００６１】
［第２の導波路領域Ｃ２］
本発明の第２の導波路領域Ｃ２は、半導体レーザ素子の導波路において、実効屈折率型の導波路として設けられた領域であり、具体的には、積層構造体において、活性層３の上の第２の導電型層２に、ストライプ状の凸部２０１を設けて、活性層の面方向（幅方向）に、実効的な屈折率差を設けて、ストライプ状の導波路領域を設けたものである。
【００６２】
従来の第２の導波路領域Ｃ2だけからなる導波路を形成した実効屈折率型のレーザ素子は、図２（ａ）に示すように、各半導体層を形成した後、マスク２０を設けて、エッチングによりストライプ状の凸部２０２を形成していた。しかし、活性層に達しない深さのエッチングによりストライプ状の凸部２０２が形成されて実効的な屈折率差が活性層（導波層）に設けられることとなるため、図２（ｂ）に示すストライプの幅Ｓｗ、リッジ（凸部）の高さ（ストライプの深さ）Ｓｈ１、エッチング底面と活性層上面からの距離Ｓｈ２によって素子特性が大きく影響されることとなる。これは、レーザ素子の製造において、深刻な素子特性のばらつきを生み出す原因となるものである。すなわち、図２（ｃ）、図２（ｄ）に、エッチング精度による、凸部の高さ（エッチング深さ）に対する誤差Ｈｄ、ストライプ幅に対する誤差Ｗｄが、直接素子特性のばらつきを生み出すものとなるものである。なぜなら、活性層の上に設けられたストライプ状のリッジ（凸部）２０２により、活性層（導波層）内に形成される導波路領域は、リッジ２０２に対応する実効的な屈折率差により設けられるため、上述の凸部の形状が実効的な屈折率差に大きな影響を与えるからである。また、凸部の高さに対する誤差Ｈｄは、活性層上面とエッチング底面との距離に対する誤差でもある。活性層上面とエッチング底面との距離Ｓｈ２が、あまり大きくなると実効的な屈折率差が小さくなるので、光の閉じ込めが弱くなるなど素子特性に大きな影響を与える。このように、凸部形状や、活性層上面とエッチング底面との距離によって実効屈折率は左右されるので、その距離ばらつきに対応してバラツキが生じる。
【００６３】
図１０、１１、１２は、従来の実行屈折率型のレーザ素子における、エッチング深さに対する良品率、駆動電流値、レーザ寿命を示すものである。図からわかるように、エッチング深さに対して、レーザ素子の特性は、極めて敏感に変化する。
【００６４】
本発明のレーザ素子は、活性層に達しない深さでエッチングされてなる第２の導波路領域Ｃ2を導波路の一部として有していることにより、第２の導波路領域Ｃ2では、活性層がエッチングによる損傷を受けないようにできるので、素子の信頼性を向上させることができる。また、活性層が大気にさらされると素子特性の劣化が大きな材料では、第２の導波路領域Ｃ2が設けられていることで、素子の信頼性の低下を抑えることができる。
【００６５】
［第１の導波路領域Ｃ１］
本発明のレーザ素子は、上述したように、ストライプ状の導波路領域として、第２の導波路領域Ｃ2に加えて、第１の導波路領域Ｃ1を形成することで、様々な特性のレーザ素子を容易に実現できる。これは、積層構造体において、活性層及び第１の導電型層１の一部を含むストライプ状の第１のリッジ（凸部）２０１を形成することにより構成された第１の導波路領域Ｃ１が、横モードの制御性に優れていることによってもたらされる効果である。
【００６６】
すなわち、第１の導波路領域Ｃ１は、第１のリッジにより活性層の幅そのものを制限して、活性層とその両側の領域との間で実際の屈折率差により光を閉じ込めているので、より強く光を閉じ込めることが可能になる。
【００６７】
これにより、不用な横モードの発生をより確実に抑制でき、より確実に横モードを制御できる。
【００６８】
このように本発明では、導波路領域の一部に、横モードの制御性に優れた第１の導波路領域を設けることにより、この第１の導波路領域において不用な横モードの発生を抑制して全体としての横モードの制御性を良好なものとして、様々なビーム特性のレーザ素子を容易に得ることが可能となる。
【００６９】
本発明のレーザ素子においては、第１の導波路領域を一方の端部に形成して、レーザ共振器の一方の共振器面を含むように形成することで、所望の形状のビームをより容易に得ることができる。言いかえると、図３（ｂ）、図４（ａ）、４（ｂ）に示すように、レーザ共振器面４が、第１の導波路領域Ｃ1の端面に一致するように形成することが好ましい。これは、共振器面の近傍の領域を、第１の導波路領域Ｃ1とすることで、その共振器面での反射の前後において光を横モード制御することができ、その他の領域に設ける場合に比べて、横モードの制御が導波路内において、より効果的に機能することとなるためである。
【００７０】
また、本発明のレーザ素子において、第１の導波路領域Ｃ1の端面をレーザ共振器面とし、そのレーザ共振面を、出射面とすることで、Ｆ．Ｆ．Ｐ．、アスペクト比に優れたビーム特性のレーザ素子を、得ることができる。これは、第１の導波路領域Ｃ1を出射面側に設けることで、第１の導波路領域Ｃ1においては横モードの制御が容易であることから、容易に出射するレーザ光のビーム特性を制御することが可能となるからである。第１の導波路領域Ｃ1が、図３、４に示すように、ストライプ状の第１のリッジ（凸部）２０１により構成されている場合には、その第１のリッジ２０１のストライプ幅を調整することで、容易に横モードの制御が可能であり、また、精度良く所望のビーム特性を得ることができる。
【００７１】
この時、出射面に設けられる第１の導波路領域Ｃ1の長さとしては、得られるレーザ光の少なくとも１波長の長さで形成すればよいが、横モードを制御するという機能的な面からは、レーザ光の数波長の長さで設けることが好ましくこれにより所望のビーム特性を得ることができる。
【００７２】
具体的には、１μｍ以上の長さで第１の導波路領域を形成することがこのましく、これにより、良好な横モードの制御ができる。また、製造面を考慮すると、第１の導波路領域を、５μｍ以上に設定すると、ストライプ状のリッジ（凸部）２０１を良好な精度で形成することができるので好ましい。
【００７３】
また、活性層幅（共振器方向に垂直な方向における長さ）としては、１０μｍあればよいが、５０μｍ以上とすることが好ましく、より好ましくは１００μｍ以上で形成されていれば良い。この活性層幅は、正負一対の電極が基板を挟んで対向配置する構成では、チップの幅に相当するものとなり、同一面側に正負一対の電極を設ける構造では、第１導電型層に電極を形成するための露出面を形成することになるので、チップの幅から露出面を形成するために除去した部分の幅を減じた長さになる。
【００７４】
［導波路の構成］
本発明のレーザ素子は、ストライプ状の導波路領域が、第１の導波路領域Ｃ1と、第２の導波路領域Ｃ2とを少なくとも有することを特徴とするものであり、複雑な素子構造の設計変更を伴わずとも、これらの導波路領域を、共振器内に様々に配置、分布させることで、容易にレーザ素子の特性を変更することができる。具体的には、上述したように、第１の導波路領域Ｃ1を共振器面に配置することにより、ビーム特性の制御が容易にでき容易に所望の特性を得ることが可能となる。また、導波路を構成する活性層の側面が露出した第１の導波路領域Ｃ1が導波路内に占める割合を、第２の導波路領域Ｃ2よりも小さくすることで、素子信頼性に優れるレーザ素子が得られる。これは、第２の導波路領域Ｃ2を導波路内に多く設けることで、エッチングによる損傷を受けていない活性層の割合を多くすることができるからである。、その結果、素子寿命を向上させることができ、素子寿命についての素子間のばらつきを少なくできる。
【００７５】
本発明のレーザ素子は、導波路として、第１の導波路領域Ｃ1と、第２の導波路領域Ｃ2とを少なくとも有するものであるが、その他に第１の導波路領域Ｃ1と、第２の導波路領域Ｃ2とは異なる形態の導波路領域を設けても良い。例えば、上述したように、図４（ａ）に示すように、第１の導波路領域Ｃ1、第２の導波路領域Ｃ2との間の傾斜して形成された平面２０３により構成領域を設けてもよい。このように、第１の導波路領域Ｃ1と第２の導波路領域Ｃ2の他に、それらとは異なる導波路領域を設けていても良い。さらに、第１の導波路領域Ｃ1、第２の導波路領域Ｃ2は、導波路内に少なくとも１ずつ存在していれば良く、図４（ｂ）に示すように、それぞれの導波路領域を複数設けても良い。また、第１の導波路領域Ｃ1と、第２の導波路領域Ｃ2との間に、図３、図４（ｂ）に示すように、なにも設けなくても良く、また図４（ａ）とは逆の傾斜を設けて、第１の導波路領域Ｃ1と第２の導波路領域Ｃ2の一部が重なり合うように設けても良い。
【００７６】
本発明のレーザ素子において、図１３に示すように、第１の導波路領域Ｃ1、第２の導波路領域Ｃ2の他に、活性層側面（導波層側面）２０４が、共振器方向に対し傾斜するように形成された第３の導波路領域Ｃ3を有する構造であってもよい。ここで、図１３（ａ）は、素子構造を説明する模式的な斜視図であり、図１３（ｂ）は、上部クラッド層７と活性層３との接合面付近を示す断面図である。この時、第３の導波路領域Ｃ3は、上部クラッド層７上にストライプ状のリッジ（凸部）２０２を第２の導波路領域Ｃ２と共有し、活性層（導波層）の端面（側面）２０４が傾斜されて設けられている。以上のように構成されたレーザ素子において、図１３（ｂ）に示すように、共振器方向ＡＡと、活性層の側面方向ＢＢとの成す角αを調整することで、側面２０４により導波する光を全反射させることができ、ストライプ状の第１の導波路領域Ｃ１内に、導くことが可能となる。具体的には、角αを７０°以下とすることで共振器方向ＡＡに導波する光を端面２０４に対して入射角２０°以上とすることができるので、損失のない全反射が期待できる。従って、角αは目的に応じて７０°〜０の範囲で角度を選択することができる。例えば、角αを２０°以下とすることで、共振器方向ＡＡに導波する光が、端面２０４に対して、入射角７０°以上とすることができ、この場合も損失のない全反射が期待できる。これらは、第２の導波路領域Ｃ2において、活性層（導波層）面内では、実効的な屈折率差により、ストライプ状の導波路領域が形成されているが、その導波路領域からはみだして導波する光も存在し、その光は、第２の導波路領域Ｃ2の端部で反射される。
【００７７】
この時、光の損失が大きくなると、出力が低下し、電流−光出力のスロープ効率が低下する原因となる。第２の導波路領域Ｃ2が、第１の導波路領域Ｃ１より広い場合に、前記第３の導波路領域Ｃ3を第２の導波路領域Ｃ2と第１の導波路領域Ｃ１の間にもうけることで、上述の光の損失を低減させ、また、図１３に示すように、第１の導波路領域Ｃ1との接合部で、良好な光の導波を実現することができる。
【００７８】
本発明のレーザ素子において、第１の導波路領域Ｃ1、第２の導波路領域Ｃ2を構成するストライプ状のリッジ（凸部）２０１、２０２は、それらのストライプ幅が異なっていても良い。このように、ストライプ幅を変えることで、ビームを様々なアスペクト比に設定することができる。従って、本発明の半導体レーザ素子では、第１リッジ及び第２リッジを、目的に応じた幅に形成できる。例えば、細くすることで幅の制御に精度が問われるようになるが、より真円に近いＦＦＰを得ることができるなどの特性を得ることができるし、或いは幅にたいおうさせてビームの広がり度を変更することも可能になる。具体的な一例としては、図１５に示すように、第２の導波路領域Ｃ2の一部２０５において幅を徐々に狭くすることにより、第１の導波路領域Ｃ１との接合部におけるストライプ幅をストライプ幅Ｓw2同じにでき、第１の導波路領域の幅に対応させて様々なモードのレーザ光を取り出すことが可能となる。図１５では、第２の導波路領域Ｃ2の幅を徐々に狭くするようにした部分を第３の導波路領域Ｃ３として示している。
【００７９】
図１５では、第２の導波路領域Ｃ2を構成するために、第１の導波路領域Ｃ1のを構成する第１リッジのストライプ幅Ｓw2より広い幅Ｓw1の第１リッジ（凸部）２０２を設けて、実効的な屈折率変化に対する特性変化の少ない導波路とし、第３の導波路領域Ｃ3において、ストライプ幅の異なる導波路領域をうまく接合することができるように、導波路内のストライプ幅に傾斜を設けた領域２０５を設けて、接合部における損失を最小限に留めている。また、第３の導波路領域Ｃ３を構成するためのリッジは、図に示すように活性層よりも上に設けても良いし、第１の導波路領域Ｃ１と同様に、第１の導電型層に達する深さにエッチングすることにより設けても良いし、またその間でも良い。
【００８０】
このように、本発明の第１、２の導波路領域を構成するためのストライプ状のリッジは様々な形状で形成でき、例えばストライプ方向（ストライプの長手方向）でストライプ幅が異なるテーパ状にしてもよい。具体例としては、実施例１若しくは図１５に示すように、第１の導波路領域Ｃ１を出射側端部に配置した導波路構造において、ストライプ幅の大きな第２の導波路領域Ｃ２を、それより幅の狭い第１の導波路領域Ｃ１のストライプに近づくに従って、ストライプ幅を小さくして、光の導波路を両者の接合部までに狭める構造とできる。このようなテーパ状のストライプは、各導波路領域のストライプに部分的に形成しても良く、ストライプ方向の全ての領域で、テーパ状としてもよく、ストライプの両端部に近づくに従ってそれぞれストライプ幅を狭くするような異なるテーパを複数設けることもできる。
【００８１】
［窒化物半導体におけるストライプ］
以下、第１導電型および第２導電型の半導体、活性層に窒化物半導体を用いて本発明に係る半導体レーザ素子を構成する場合について説明する。
【００８２】
本発明のレーザ素子に用いる窒化物半導体としては、ＧａＮ、ＡｌＮ、もしくはＩｎＮ、又はこれらの混晶であるIII−V族窒化物半導体（ＩｎｂＡｌｄＧａ１−ｂ−ｄＮ、０≦ｂ、０≦ｄ、ｂ＋ｄ≦１）がある。加えて、ＩＩＩ族元素としてＢを用いたり、Ｖ族元素のＮの一部を、Ａｓ、Ｐで置換した混晶も用いることができる。また、このような窒化物半導体には各導電型の不純物を添加して、所望の導電型とできる。窒化物半導体に用いられるｎ型不純物としては、具体的にはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ、Ｔｉ、Ｚｒ等のＩＶ族、若しくはＶＩ族元素を用いることができ、好ましくはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎを、さらに最も好ましくはＳｉを用いる。また、ｐ型不純物としては、具体的には、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｃａなどが挙げられ、好ましくはＭｇが用いられる。以下、本発明のレーザ素子について、具体的に窒化物半導体を用いたレーザ素子について説明する。ここで、窒化物半導体を用いたレーザ素子とは、第１の導電型層、活性層、第２の導電型層を積層した積層構造体の各層のいずれかに、窒化物半導体を用いることであり、好ましくは、全ての層に用いることである。例えば、第１の導電型層、第２の導電型層にはそれぞれ、窒化物半導体からなるクラッド層が設けられて、それら２つのクラッド層の間に活性層設けることで導波路を形成する。より具体的には、第１の導電型層にｎ型窒化物半導体層を、第２の導電型層にｐ型窒化物半導体層を含み、活性層において、Ｉｎを含む窒化物半導体層を含むものとする。
【００８３】
（活性層）
本発明において、窒化物半導体を用いて本発明に係る半導体レーザ素子を構成する場合、活性層にＩｎを含む窒化物半導体層を有することで、紫外域、可視域において青色系から赤色系の波長域のレーザ光を発生させることができるまた、Ｉｎを含む窒化物半導体層は、活性層が大気にさらされると、レーザ素子駆動において極めて重大な素子劣化を起こす場合があるが、、本発明では活性層に達しない深さで設けられた第１リッジ（凸部）２０２により構成された第２の導波路領域Ｃ2を含んでいるので、そのような素子劣化を最小限に抑えることが可能である。なぜなら、Ｉｎは融点が低いため、Ｉｎを含む窒化物半導体は、分解、蒸発が起こりやすい材料であり、エッチング時に損傷を受けやすく、また、活性層を露出させた後の加工において、その結晶性を保つことが困難となり、結果として、素子寿命の低下につながるからである。
【００８４】
図１２は、ストライプ状の凸部形成時のエッチング深さと、素子寿命との関係を示す図である。図からわかるように、Ｉｎを含む窒化物半導体を有する活性層では、活性層に達する深さでエッチングすることで、急激に素子寿命が低下し、活性層が大気にさらされることが、レーザ素子の素子信頼性を極めて悪化させることがわかる。
【００８５】
本発明のレーザ素子では、導波路として、第１の導波路領域Ｃ1、第２の導波路領域Ｃ2とを有することで、このような活性層を大気にさらすことで特性劣化が懸念される窒化物半導体を用いた半導体レーザ素子においても、素子信頼性に優れたレーザ素子を提供することが可能となる。これは、第１の導波路領域Ｃ1を構成するための第１のリッジ（凸部）２０１が、導波路の一部のみを構成され、素子信頼性の低下を防止することが可能になるからである。例えば、本発明の窒化物半導体を用いたレーザ素子において、共振器長を約６５０μｍとし、第１の導波路領域Ｃ1を構成するためのストライプ状の第１のリッジ（凸部）２０１の長さを１０μｍとした場合、第１のリッジにおいて露出した活性層に起因する素子信頼性の低下がないことが確認され、５ｍＷ時の駆動において、数千時間の寿命が確保できる。
【００８６】
本発明の窒化物半導体を用いたレーザ素子において、第１の導波路領域Ｃ1若しくは第２の導波路領域Ｃ2を構成するリッジのストライプの幅として好ましくは０．５〜４μｍに設定され、より好ましくは、１〜３μｍの範囲に調整することで、基本（単一）モードで安定した横モードでの発振が可能となる。リッジのストライプの幅が、１μｍ未満であるとリッジの形成が困難となり、３μｍ以上であるとレーザ発振波長によっては横モードが多モードになる場合があり、４μｍ以上になると安定した横モードが得られない場合がある。本発明においてはさらに、１．２〜２μｍの範囲に調整すると、更に光出力の高い領域における横モードを効果的に安定（効果的に不用な横モードの発生を抑制する）させることができる。本発明において、リッジのストライプの幅は、第１の導波路領域Ｃ1、第２の導波路領域Ｃ2の少なくとも一方が、前記範囲にあればよいが、共振器面の出射面側に第１の導波路領域Ｃ1を設ける場合には、この第１の導波路領域Ｃ1のストライプ状の第１のリッジ（凸部）２０１を前記範囲の幅で設けることが好ましい。また、本発明は、このような狭ストライプ構造に限らず、ストライプ幅５μｍ以上のストライプにも適用できる。また、導波路端部に第１の導波路領域Ｃ１を配置する構成においては、主としてこの第１の導波路領域Ｃ１でもって、レーザ光の光学特性を制御するため、第２の導波路領域Ｃ２のストライプ幅は、比較的に自由に設定できる。
【００８７】
本発明の窒化物半導体を用いたレーザ素子において、第１の導波路領域Ｃ1の端面を共振器面（出射面）とすることで、従来得られなかった横モードの制御性、Ｆ．Ｆ．Ｐ．、アスペクト比に優れ、且つ素子信頼性にも優れるレーザ素子が得られる。これは、上述したように、活性層よりも深くエッチングして、第１の導波路領域Ｃ1を共振器面の出射面側に設けることで、レーザ素子から出射する光を、出射直前で制御することができるためであり、このこのとにより様々な形状、大きさのスポットのレーザ光を得ることが可能となる。
【００８８】
ここで、活性層は、量子井戸構造であっても良く、その場合単一量子井戸、多重量子井戸のどれでも良い。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、端面発光素子が得られる。また、第２の導波路領域Ｃ2を構成するためにのストライプ状の第２のリッジ（凸部）２０２は、活性層に達しない深さでエッチングをすることにより形成される。本明細書において、この第２のリッジ２０２が活性層よりも上に位置するとは、活性層に達しない深さでエッチングされて形成されることである。すなわち、第２の導波路領域Ｃ2を構成するストライプ状の第２のリッジ（凸部）２０２は、活性層とその上に接して設けられた層との界面よりも上に位置するように設けられる。
【００８９】
窒化物半導体の活性層としては、上述したように、Ｉｎを含む窒化物半導体を用いることが好ましく、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）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。
【００９０】
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。高出力のＬＤ、ＬＥＤにおいては、井戸層の数を１以上３以下とすることで、高い発光効率の素子が得られる傾向にあり、好ましい。
【００９１】
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。しかしながら、井戸層としてＩｎを含む窒化物半導体を用いる場合、ｎ型不純物濃度が大きくなると結晶性が悪化する傾向にあるため、ｎ型不純物濃度を低く抑えて結晶性の良好な井戸層とすることが好ましい。具体的には、結晶性を最大限に良好なものとするために井戸層をアンドープで成長させることが好ましく、具体的にはｎ型不純物濃度を５×１０16／cm3以下にすることが好ましい。尚、ｎ型不純物濃度を５×１０16／cm3以下の状態は、極めて不純物濃度の低い状態であり、この状態では、実質的にｎ型不純物を含まない井戸層と言える。また、井戸層にｎ型不純物をドープする場合には、ｎ型不純物濃度が１×１０18以下５×１０16以上の範囲でドープされていると、結晶性の悪化を低く抑え、なおかつキャリア濃度を高くすることができる。
【００９２】
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。この時、障壁層は、井戸層よりもバンドギャップエネルギーを大きくすることが必要である。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。これは、Ｉｎを含む窒化物半導体からなる井戸層をＡｌＧａＮなどのＡｌを含む窒化物半導体の上に直接成長させると、結晶性が低下する傾向にあり、井戸層の機能が悪化する傾向にあるためである。ＡｌγＧａ1-γＮ（０＜γ≦１）を障壁層として用いる場合には、Ａｌを含む障壁層を井戸層の上に設けるようにし、井戸層の下には、ＩｎβＧａ1-βＮ（０≦β＜１，α＞β）、ＧａＮの障壁層を用いた多層膜の障壁層とすることでこれを回避できる。このように、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。
【００９３】
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。具体的には、例えば、高い出力を要求されないＬＥＤである場合には、５×１０16／cm3以上２×１０18／cm3以下の範囲でｎ型不純物を有することが好ましく、また、より高出力のＬＥＤ及び高出力のＬＤでは、５×１０17／cm3以上１×１０20／cm3以下の範囲、好ましくは１×１０18／cm3以上５×１０19／cm3以下の範囲でドープされていることが好ましく、このように高濃度でドープする場合には、井戸層にｎ型不純物を実質的に含まないか、アンドープで成長させることが好ましい。この時、通常のＬＥＤと、高出力のＬＥＤ（ハイパワーＬＥＤ）と高出力のＬＤ（５〜１００ｍＷ出力のＬＤなど）とで、ｎ型不純物量が異なるのは、高出力の素子では、より大電流で駆動させ高い出力を得るために、高いキャリア濃度を必要とするためである。前記好ましい範囲でドープされることで、上述したように、良好な結晶性で、高濃度のキャリアを注入することが可能となる。
【００９４】
これとは逆に、高出力でない低出力のＬＤ、ＬＥＤ等の窒化物半導体素子の場合には、活性層中の一部の障壁層にｎ型不純物をドープしたもの、若しくは全ての障壁層を実質的にｎ型不純物を含まないものとしても良い。ｎ型不純物をドープする場合には、活性層内の全ての障壁層にドープしても良く、一部の障壁層にドープしても良い。一部の障壁層にｎ型不純物をドープする場合には、活性層内で、ｎ型層側配置された障壁層にドープすることが好ましく、具体的には、ｎ型層側から数えてｎ番目の障壁層Ｂｎ（ｎ＝１，２，３・・・）にドープすることで、電子が効率的に活性層内に注入され、発光効率、内部量子効率に優れた素子となる。これは、障壁層に限らず、井戸層についても同様であり、また両方にドープする場合には、ｎ型層から数えてｎ番目の障壁層Ｂｎ（ｎ＝１，２，３・・・）、ｍ番目の井戸層Ｗｍ（ｍ＝１，２，３・・・）にドープすること、すなわち、ｎ型層に近い側からドープすることで、前記効果が得られる傾向にある。
【００９５】
障壁層の膜厚としては、特に限定されず５００Å以下、より具体的には井戸層と同様に１０Å以上３００Å以下の範囲が適用できる。
【００９６】
本発明の窒化物半導体を用いたレーザ素子において、積層構造体として、第１の導電型層にｎ型窒化物半導体を有すること、第２の導電型層にｐ型窒化物半導体を用いることが好ましく、具体的には、それぞれの導電型層に、ｎ型クラッド層、ｐ型クラッド層を設けて、導波路を構成するようにする。この時、各クラッド層と、活性層との間には、後述するようなガイド層、電子閉込め層などを設けても良い。
【００９７】
（ｐ型クラッド層）
本発明の窒化物半導体を用いたレーザ素子において、第２の導電型層若しくは第１の導電型層として、ｐ型窒化物半導体（第１のｐ型窒化物半導体）を含むｐ型クラッド層を設けることが好ましい。このとき、ｐ型クラッド層が設けられた導電型層とは異なる導電型層に、ｎ型窒化物半導体を含むｎ型クラッド層を設けて、積層構造体に導波路を形成する。また、この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く、超格子構造とすると結晶性を良好なものとでき好ましい。さらに、この層は、ｐ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、実施例に示すように多層膜層において、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ｐ型不純物をドープしたＧａＮが好ましい。また、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、好ましくは５００Å以上１μｍ以下の範囲で形成することで、十分な光の閉込め層として機能する。
【００９８】
また、本発明において、活性層とｐ型クラッド層との間に、後述する電子閉込め層、光ガイド層を設けても良い。この時、光ガイド層を設ける場合には、ｎ型クラッド層と活性層との間にも、光ガイド層を設けて、活性層を光ガイド層で挟み込む構造とすることが好ましい。この場合には、ＳＣＨ構造となり、クラッド層のＡｌ組成比をガイド層のＡｌ組成比より大きくして屈折率差を設け、クラッド層で光を閉込める。クラッド層とガイド層のがそれぞれ多層膜で形成される場合には、Ａｌの組成比の大小はＡｌ平均組成により決定する。
【００９９】
（ｐ型電子閉込め層）
また、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型電子閉込め層は、活性層へのキャリアの閉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、第２の導電型層に、ｐ型クラッド層、ｐ型電子閉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。また、ｎ型層側にも、ホールを活性層内に閉じ込めるｎ側キャリア閉込め層を設けても良い。ホールの閉込めは、電子を閉じ込める場合ほどオフセット（活性層とのバンドキャップの差）を設けなくても、閉込めが可能である。具体的には、ｐ側電子閉込め層と同様の組成を適用できる。また、結晶性を良好なものとするためには、Ａｌを含まない窒化物半導体により形成しても良く、具体的には、活性層の障壁層とほぼ同じ組成を用いることができ、この場合には、キャリア閉込めとなるｎ側障壁層を、活性層内で最もｎ型層側に配置させることが好ましく、若しくは活性層に接して、ｎ型層内に配置しても良い。このように、ｐ側、ｎ側のキャリア閉込め層は、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、別の形態としては、活性層内において、ｐ側、ｎ側の層と接する層をキャリア閉込め層とすることもできる。
【０１００】
（ｐ型ガイド層）
本発明において、活性層を挟むガイド層を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、窒化物半導体からなり、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。
【０１０１】
ｐ側光ガイド層として具体的には、発振波長が３７０〜４７０ｎｍではアンドープのＧａＮを用い、比較的長波長な領域（４５０μｍ以上）では、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの多層膜構造を用いることが好ましい。これにより、長波長の領域において、活性層及び光ガイド層により構成される導波路内の屈折率を大きくでき、クラッド層との屈折率差を大きくできる。また、３７０ｎｍ以下の短波長の領域では、ＧａＮの吸収端が３６５ｎｍであるため、好ましくは、Ａｌを含む窒化物半導体を用いることであり、具体的にはＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）を用いることが好ましく、ＡｌＧａＮ／ＧａＮからなる多層膜、これを交互に積層した多層膜、更に各層を超格子とした超格子多層膜とすることができる。ｎ型ガイド層の具体的な構成は、ｐ型ガイド層と同様であり、活性層のエネルギーバンドギャップを考慮して、ＧａＮ、ＩｎＧａＮを用い、アンドープのＧａＮ、活性層に近づくに従いＩｎ混晶比を小さくしたＩｎＧａＮとＧａＮとを交互に積層した多層膜で設けると好ましい導波路となる。
【０１０２】
（ｎ型クラッド層）
本発明の窒化物半導体を用いたレーザ素子において、ｎ型クラッド層に用いる窒化物半導体としては、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、キャリアの閉込め層、及び光閉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、実施例に示すように多層膜層において、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、十分な光の閉込め層として機能する。
【０１０３】
ここで、窒化物半導体を用いたレーザ素子において、ストライプ状のリッジを設ける位置を、Ａｌを含む窒化物半導体層内とし、露出した窒化物半導体表面及び凸部側面に絶縁膜を設けることで、良好な絶縁がなされ、絶縁膜の上に電極を設けても、リーク電流のないレーザ素子を得ることができる。これは、Ａｌを含む窒化物半導体には、良好なオーミックコンタクトをなし得る材料がほとんどないため、この半導体表面に絶縁膜、電極などを設けても、リーク電流の発生がほとんどない、好適な絶縁が成されることにある。逆に、Ａｌを含まない窒化物半導体表面に電極を設けると、その電極材料と窒化物半導体との間にオーミックコンタクトが形成されやすく、Ａｌを含まない窒化物半導体表面に絶縁膜を介して電極を形成すると、絶縁膜、電極の膜質により、絶縁膜に微少な孔がある場合にリークの原因となる。そのため、それらを解決するために、絶縁が十分に確保される膜厚で絶縁膜を形成するか、電極の形状、位置を露出した半導体表面にかからないようにするなどの配慮が必要となり、レーザ素子構造の設計において、大きな制約が加わることになる。また、リッジ（凸部）が設けられる位置が問題になるのは、リッジ（凸部）形成時に露出されるリッジの両側の窒化物半導体表面（平面）は、リッジ（凸部）側面に比べて、極めて大きな面積を占めるものであり、この表面において良好な絶縁性が確保されることで、様々な電極形状を適用できかつ電極形成位置を比較的自由に選べる設計自由度の高いレーザ素子となり、リッジ（凸部）の形成において極めて有利なものとなる。ここで、Ａｌを含む窒化物半導体としては、具体的には、ＡｌＧａＮ、若しくは上述したＡｌＧａＮ／ＧａＮの超格子多層膜構造などが好適に用いられる。
【０１０４】
ここで、第１の導波路領域Ｃ1、第２の導波路領域Ｃ2として、設けられるストライプ状の第１のリッジ（凸部）２０１、第２のリッジ２０２は、図１（ｂ）、１（ｃ）に示すように、各リッジの両側を除去することで形成される。凸部２０２は上部クラッド層７に設けられ、その時、凸部以外の領域において、上部クラッド層７が露出された表面・平面の位置が、エッチング深さとなる。
【０１０５】
［電極］
本発明のレーザ素子において、ストライプ状の第１のリッジ及び第２のリッジの上に設ける電極形状により本発明は、特に限定されるものではない。例えば、図１、７等に示すように、第１の導波路領域Ｃ1と、第２の導波路領域Ｃ2として設けられたストライプ状の第１のリッジ２０１および第２のリッジ２０２のそれぞれのほぼ全面に設ける構造であっても良い。また、、例えば、第２の導波路領域Ｃ2にのみ電極を設け、第２の導波路領域Ｃ2に優先的にキャリアを注入するようにしてもよいし、その逆に第１の導波路領域Ｃ1にのみ電極を設ける構造として、共振器方向において導波路内を機能分離させても良い。
【０１０６】
［絶縁膜］
本発明のレーザ素子において、前記積層構造体の一部を除去して、ストライプ状のリッジを設けて共振器とするような場合には、そのストライプ側面、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）に絶縁膜を形成することが好ましい。例えば、図１に示すようなストライプ状のリッジを設けた後、そのリッジ側面から、リッジの両側の表面にかけて、設けるなどする。
【０１０７】
本発明のレーザ素子において、窒化物半導体を用いた場合には、図７、８、９に示すように、絶縁膜として、第２の保護膜１６２を設けることが好ましい。
【０１０８】
第２の保護膜の材料としては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。さらにまた、第１の保護膜１６１をＳｉ酸化物を用いて形成すると、Ｓｉ酸化物は、フッ酸により除去されるので、図７（ｂ）に示すようにリッジの上面のみに第１の保護膜１６１を形成して、その上及びリッジの側面、そのリッジの両側の平面（エッチストップ層）、第２の保護膜１６２を連続して形成して、第１の保護膜１６１を選択的に除去すると、図７（ｃ）に示すように、リッジの上面を除く面に均一な膜厚を有する第２の保護膜１６２を形成することができる。
【０１０９】
また、第２の保護膜の膜厚としては、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。
【０１１０】
また、第２の保護膜を窒化物半導体の埋込層により形成することもでき、半絶縁性、ｉ型の窒化物半導体、各導波路領域のリッジとは逆の導電型、例えば、実施例１の第２の導波路領域Ｃ２においてはｎ型の窒化物半導体からなる埋込層を形成してその埋込層を第２の保護膜として用いることができる。また、埋込層の具体例としては、ＡｌＧａＮなどのＡｌを含む窒化物半導体によりリッジとの間に屈折率差を設けたり、電流阻止層として機能させたりすることで横方向の光の閉込めが実現され、Ｉｎを含む窒化物半導体により光吸収係数差を設けて、レーザ素子としての良好な光学特性が実現される。埋込層に、ｉ型、半絶縁性以外の層を用いる場合には、第２の導波路領域は第２導電型と異なる第１導電型の埋込層とすればよい。一方で、第１の導波路領域を構成する第１のリッジでは、活性層を挟んで、第１，２の導電型層がそれぞれストライプ状に形成されるため、第１の導電型層、若しくは第１の導電型層及び活性層の両側の領域では、第１の導電型と異なる第２の導電型の埋込層とし、第２の導電型層、若しくは第２の導電型層及び活性層の領域では、第２の導電型と異なる第１の導電型の埋込層とする。このように、第１の導波路領域、第２の導波路領域とで、埋込層を異なる層構成とすることもできる。また、埋込層は、第２の保護膜と同様に、ストライプ側面の一部、好ましくはほぼ全面に形成する。また更には、埋込層はリッジ側面とそのリッジの両側の窒化物半導体の表面（平面）に連続して形成することで、より良好な光閉込め、電流狭窄機能を発揮させることができ好ましい。また、埋込層を形成した後、さらにその上に、窒化物半導体の層を、埋込層及び／又はストライプ上部に形成し、各導波路領域を構成するリッジを素子内部に配置した構造とすることもできる。
【０１１１】
本発明における窒化物半導体を用いたレーザ素子の共振器長としては、４００〜９００μｍの範囲であれば、前後のミラーの反射率を制御することで、駆動電流を低くすることができ、好ましい。
【０１１２】
［製造方法］
以上のように、本発明の窒化物半導体を用いたレーザ素子は、良好な素子特性を実現でき、更にその第１の導波路領域Ｃ1、第２の導波路領域Ｃ2となるストライプは以下の方法により形成することで、本発明のレーザ素子におけるストライプ状の導波路領域を精度良く、且つ歩留まり良く製造できる。また、以下の製造方法により信頼性の高いレーザ素子を製造することができる。以下、その製造方法について詳述する
【０１１３】
また、図８、９に示すように、異種基板の同一面側に正・負一対の電極を形成した素子を製造する場合には、図７に示すように、負電極を形成するｎ型コンタクト層を露出させるため、その深さまでエッチングを行い、その後ストライプ状の導波路領域を形成するエッチングを行う。
【０１１４】
（ストライプ状リッジ（凸部）の形成方法１）
図５は、本発明の電極形成方法の工程を説明するための、窒化物半導体を用いた素子構造を形成したウェハの一部を示す模式的な斜視図であり、図６も同様な図で、本発明における別の実施形態を説明するものであり、図７は、第２の保護膜形成後の工程を説明する図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）において、第２の導波路領域Ｃ2断面図を示すものであり、図７（ｃ）は、図７（ｄ）において、第２の導波路領域Ｃ2断面図を示すものである。本発明の製造方法において、図５（ａ）に示すように、素子構造を構成する各半導体層を積層した後、最上層にある第２の導電型層中のコンタクト層８の上にストライプ状の第１の保護膜１６１を形成する。
【０１１５】
第１の保護膜１６１は、特に絶縁性は問わず、窒化物半導体のエッチング速度と差がある材料であればどのような材料でも良い。例えばＳｉ酸化物（ＳｉＯ2を含む）、フォトレジスト等が用いられ、好ましくは、後に形成する第２の保護膜との溶解度差を設けるために、第２の保護膜よりも酸に対して溶解されやすい性質を有している材料を選択する。酸としてはフッ酸を好ましく用い、そのためフッ酸に対して溶解しやすい材料として、Ｓｉ酸化物を用いることが好ましい。第１の保護膜のストライプ幅（Ｗ）としては３μｍ〜１μｍに調整する。第１の保護膜１６１のストライプ幅が、おおよそ導波路領域を構成するためのリッジのストライプ幅に相当する。
【０１１６】
図５（ａ）は前記第１の保護膜１６１が、積層構造体表面に形成された様子を示すものである。即ち、図５（ａ）に示すようなストライプ状の第１の保護膜は、先ず、積層構造体表面のほぼ全面に、第２の保護膜を形成した後、フォトリソグラフィー技術により、所望の形状のマスクを第１の保護膜表面に設けて、コンタクト層８表面にストライプ状の第１の保護膜１６１を形成する。
【０１１７】
また図５（ａ）に示すようなストライプ状の第１の保護膜１６１を形成するにはリフトオフ法を用いることもできる。即ち、ストライプ状の孔が開いた形状のフォトレジストを形成し、そのフォトレジストの上から全面に第１の保護膜を形成し、その後フォトレジストを溶解除去することにより、コンタクト層８と接触している第１の保護膜１６１のみを残す手段である。なおリフトオフ法でストライプ状の第１の保護膜を形成するよりも、前述のようにエッチングにより形成することにより、端面がほぼ垂直で形状が整ったストライプが得られやすい傾向にある。
【０１１８】
次に、図５（ｂ）に示すように、第１の保護膜１６１をマスクとして、該第１の保護膜１６１が形成されていない部分をコンタクト層８からエッチングして、第１の保護膜１６１の直下部分に保護膜の形状に応じたストライプ状のリッジを形成する。エッチングを行う場合、エッチストップをどの位置にするかでレーザ素子の構造、特性が異なってくる。
【０１１９】
窒化物半導体を用いて形成された層をエッチングする手段としては、例えばＲＩＥ（反応性イオンエッチング）のようなドライエッチングを用い、Ｓｉ酸化物よりなる第１の保護膜をエッチングするには、ＣＦ4のようなフッ素化合物系のガスを用いることが望ましく、第２の工程では窒化物半導体をエッチングするには他のIII−Ｖ族化合物半導体で良く用いられている、Ｃｌ2、ＣＣｌ4、ＳｉＣｌ4のような塩素系のガスを用いると、Ｓｉ酸化物との選択比が大きくできるため望ましい。
【０１２０】
続いて、図５（ｃ）に示すように、ストライプ状のリッジの一部を覆うように、第３の保護膜１６３を形成する（図５（ｅ）は、図５（ｃ）における第３の保護膜１６３で覆われた部分の断面図）。第３の保護膜１６３としては、レジスト膜として、耐ドライエッチング性のある一般的に知られたレジスト膜を用いることができ、具体的には光硬化性樹脂などを用いることができる。この時、第３の保護膜１６３に覆われたストライプ状のリッジが、第２の導波路領域Ｃ2を構成するための第２のリッジ２０２となり、第３の保護膜で覆われていない領域に、第１の導波路領域Ｃ1を構成するための第１のリッジ（凸部）２０１が形成される。このようにして設けられた第３の保護膜１６３、第１の保護膜１６１をマスクとして、それらのマスクが形成されていない積層構造体においてさらにクラッド層５に達する深さで、エッチングして、深さの異なるストライプ状のリッジ（第１のリッジ）が形成される。その後、第３の保護膜１６３を除去して、図５（ｄ）のように第１のリッジ及び第２のリッジ上に第１の保護膜１６１を残す（図５（ｆ）は図５（ｄ）における第２のリッジ部の断面図）。
【０１２１】
次に、図７（ａ）に示すように、第１の保護膜１６１と異なる材料であって、絶縁性を有する第２の保護膜１６２を、ストライプ状のリッジ（凸部）側面と、エッチングされて露出した層（図７では、クラッド層５，７）の平面とに形成する。第１の保護膜１６１は第２の保護膜１６２と異なる材料により形成し、、エッチング手段に対して、第１の保護膜１６１と第２の保護膜１６２とにおいて選択性を持たせている。そのため、後に第１の保護膜１６１のみを、例えばフッ酸で除去すると、次の図７（ｂ）に示すような、リッジの上面を開口させ、クラッド層５、７の表面（エッチングにより露出された窒化物半導体の平面）とリッジの側面との両方に連続した第２の保護膜１６２を形成することができる。このように、第２の保護膜１６２を連続して形成することにより、高い絶縁性を保持できる。加えて、第１の保護膜１６１の上から連続して第２の保護膜１６２を形成すると、クラッド層５、７の上に均一な膜厚で形成できるため、膜厚の不均一が起こりにくく、膜厚の不均一に起因する電流の集中も発生しなくなる。なお、この工程においてエッチストップをクラッド層５，７の途中としているため、図７（ａ）では第２の保護膜１６２はクラッド層５，７の平面（露出された上面）に形成されるが、エッチストップをクラッド層５，７よりも下にすると、当然第２の保護膜はそのエッチストップした層の平面に形成されることは言うまでもない。
【０１２２】
次の工程では、図７（ｂ）に示すように、第１の保護膜１６１をリフトオフにより除去する。その後に、第２の保護膜１６２とコンタクト層８の上に、そのコンタクト層８と電気的に接触するように電極を形成する。本発明では、リッジの上にストライプ状の開口部を有する第２の保護膜を先に形成しているために、この電極を形成する際に、ストライプ幅の狭いコンタクト層のみに電極を形成する必要がなく、開口部に露出したコンタクト層から第２の絶縁膜上に連続した電極を大面積で形成できる。これにより、オーミック接触を兼ねた電極材料を選択してオーミック接触用の電極とボンディング用の電極を兼ねた電極とを一緒に形成できる。
【０１２３】
窒化物半導体を用いたレーザ素子では、ストライプ状の導波路領域を形成する場合、ウェットエッチングではエッチングが難しいため、ドライエッチングが用いられる。ドライエッチングでは、第１の保護膜と窒化物半導体との選択性が重要視されるため、第１の保護膜としてＳｉＯ2が用いられる。しかしながらＳｉＯ2をエッチストップした層の上面に形成する第２の保護膜にも使用すると、絶縁性が不十分であり、また第１の保護膜と同一材料であるので、第１の保護膜のみを除去することが困難となる。そのため、本発明では、第２の保護膜をＳｉＯ2以外の材料とし、第１の保護膜との間の選択性を確保している。、また、第２の保護膜形成後は窒化物半導体をエッチングすることがないため、第２の保護膜は、窒化物半導体との間のエッチング速さに関して、問題とされることはない。
【０１２４】
（ストライプ状凸部の形成方法２）
図１６は本発明の半導体レーザの別な製造方法の工程を説明するための、窒化物半導体を用いた素子構造を形成したウエハの一部を示す模式的な斜視図である。各工程は前述した形成方法１の工程とほぼ同様に行うが、ここでは、負電極を形成するｎ型コンタクト層を露出させるためにエッチングをする時に同時に、共振器端面を形成するものである。つまり、形成方法１とは各部位の形成される順序が異なる。形成方法２では、まずｎ型コンタクト層を露出させる（図１６（ａ））。このとき、共振器端面も同時に形成しておく。次いでストライプ状のリッジ（凸部）及び第１、第２の導波路領域、更に電極を形成する工程は、前記形成方法１と同様に行う（図１６（ｂ））。このように、まずエッチングにより共振器端面を形成しておくことで、劈開では良好な共振器端面が得られない場合などにも対応することができる。
【０１２５】
以上説明したように、本発明のレーザ素子において、第１の導波路領域Ｃ1、第２の導波路領域Ｃ2を構成するためのストライプ状の第２のリッジ（凸部）２０２を、効率的に形成することができ、また、電極を積層構造体のリッジの表面に形成できる。
【０１２６】
（エッチング手段）
本発明の製造方法において、窒化物半導体のエッチング手段としては、例えばＲＩＥ（反応性イオンエッチング）のようなドライエッチングを用いる場合、第１の工程で多用するＳｉ酸化物よりなる第１の保護膜をエッチングするために、ＣＦ4のようなフッ素化合物系のガスを用いることが望ましく、第２の工程では窒化物半導体をエッチングするために他のIII−Ｖ族化合物半導体で良く用いられている、Ｃｌ2、ＣＣｌ4、ＳｉＣｌ4のような塩素系のガスを用いることが、Ｓｉ酸化物との選択比が大きくできるので望ましい。
【０１２７】
（チップ化）
図１７は、前記のようにウエハ上に形成された積層構造体をチップ化する時の切断位置を説明するための模式的断面図である。図１７（ａ）は、基板のみを、図１７（ｂ）は基板とｎ型層とを分割する場合を示す。また、１対の電極が形成された領域を１つの単位として、図のように左からＩ、ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶとする。図１７（ａ）のＩａ、ＩＩａ、ＩＶａは第１の導波路領域が右側に向いており、ＩＩＩａはその逆に向いている。また、図１７（ｂ）は、Ｉｂ、ＩＩｂ、ＩＩＩｂは第１の導波路領域が右側に向いており、ＩＶｂはその逆に向いている。なお、このような分割前の配置は、工程等に応じて、好適なものを選択することができる。
【０１２８】
ＡＡ切断位置で分割すると、エッチングにより形成された共振器端面をそのまま残すことができる。Ｉ及びＩＩでは、ＡＡ切断面で分割後、更にＢＢ切断面で分割すると、光反射側の共振器端面が劈開面となる。また、ＩＩはＤＤ切断面で分割することで、光出射側の共振器端面も劈開面となる。また、ＣＣ切断面で分割すると、ＩＩＩａとＩＶａの光反射側の共振器端面が同時に劈開面として形成される。同様にＥＥ切断面で分割すると、ＩＩＩｂとＩＶｂの光出射側の共振器端面が、同時に劈開面として形成される。このように、素子の端面及び共振器面は、切断位置によってエッチング端面あるいは劈開端面とすることができる。
【０１２９】
ここで、図１７（ａ）に示すＩａ及びＩＩａの間のように、Ｉａの共振器端面とＩＩｂとの共振器端面の間には基板のみしか存在しないようにするには、前述の図１６（ｂ）のようにエッチングにより共振器端面を形成したものを、さらに基板までエッチングすることで得ることができる。このように基板までエッチングするのは、分割する際に、半導体層にクラックが生じるのを防ぐためである。ここで、図１６（ａ）を経ずに、１度のエッチングで基板まで露出させると、エッチング時間が長いために先に露出される活性層近傍のエッチング面が荒れてしまい、良好な共振器端面が得られにくくなる。しかし、図１６（ａ）のようなｎ型層までのエッチング工程を経て、次いで、基板までのエッチングを行うというように２度に分けて行うことで、良好な共振器端面が得られ、かつ、分割もしやすくすることができる。図１６（ｄ）は図１６（ｃ）を矢印の位置で切断した図であるが、前記のように２度のエッチング工程を経ることで、図中のＤのような突き出し領域が生じる。基板までエッチングするときには、この突き出し領域Ｄの光の出射方向への突き出しが小さくなるように行う必要がある。なぜなら、Ｄの幅（突き出す長さ）が大きくなると、光出射面から出射された光が遮られて良好なＦ．Ｆ．Ｐ．が得られにくくなるからである。この場合、少なくとも光出射側の端面でのＤが小さければ問題はない。
【０１３０】
（反射膜）
図１８は、共振器端面に設ける反射膜の形成方法を説明するための模式図である。図１８のようにバー状に分割した半導体を光反射側の端面或いは光出射側の端面が反射膜の原料と対向するように設置して、スパッタなどの方法で反射膜を形成する。このようにバー状に分割してその分割面を反射膜の原料と対向するように設置してスパッタで形成することで、多層膜にする場合でも膜質が均一で劣化しにくい高品質の反射膜を形成することができる。このような反射膜は、高出力が要求される素子に用いる場合により効果的であり、特に多層膜にすることで高出力に耐えうる反射膜とすることができる。端面の反射膜は、電極の上部からスパッタしても、側面になっている共振器端面にまで回り込ませるようにして形成することもできる。しかしその場合は、バー状にして端面を上に向けるという工程を省くことができるというメリットはあるものの、端面に対して横方向から回り込むように形成されていくので、均一な膜、特に多層膜が得られにくくなり、膜質がやや劣るものとなる。なお、このような反射膜は、光反射端面及び光出射端面の両方に設けてもよく、また、片方だけでもよく、また、異なる材料を用いていてもよい。
【０１３１】
また、本発明において、その他の活性層、クラッド層等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。デバイス構造の具体的な実施の形態としては、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、電極等も特に限定されず種々のものを用いることができる。また、レーザ素子として用いた各層の窒化物半導体は、特にその組成に限定されるものではなく、上述した組成式（ＩｎｂＡｌｃＧａ１−ｂ−ｃＮ、０≦ｂ、０≦ｄ、ｂ＋ｄ＜１）であらわされる窒化物半導体を用いることができる。
【０１３２】
本発明において、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すべての方法を適用できる。
【０１３３】
実施例
以下本発明に係る実施例について説明する。
【０１３４】
以下の実施例は、窒化物半導体を用いたレーザ素子であるが、本発明のレーザ素子は、これに限らず、本発明の技術的思想において、様々な半導体に実施できることは言うまでもない。
【０１３５】
［実施例１］
以下、実施例１のレーザ素子について、説明する。具体的には、実施例１として、図８に示す断面構造を有する第２の導波路領域Ｃ２と、図９に示す断面構造を有する第１の導波路領域Ｃ１とを備えたレーザ素子を作製する。
【０１３６】
ここで、本実施例１ではサファイア基板、すなわち、基板として窒化物半導体と異なる異種基板を用いているが、ＧａＮ基板などの窒化物半導体からなる基板を用いても良い。ここで、異種基板としては、例えば、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、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、Ｓｉ、及び窒化物半導体と格子整合する酸化物基板等、窒化物半導体を成長させることが可能な基板を用いることができる。好ましい異種基板としては、サファイア、スピネルが挙げられる。また、異種基板は、通常使用される低指数面から傾いた面を有していてもよく（オフアングル）、この場合ステップ状にオフアングルされた基板を用いると窒化ガリウムからなる下地層の成長を結晶性よく成長させることができる。
【０１３７】
更に、異種基板を用いる場合には、異種基板上に下地層となる窒化物半導体を成長させた後、素子構造形を成する前に、異種基板を研磨などの方法により除去して下地層のみとし、その下地層を窒化物半導体の単体基板として素子構造を形成してもよく、また、素子構造形成後に、異種基板を除去してもよい。
【０１３８】
図８のように、異種基板を用いる場合には、バッファ層、下地層を形成した上に、素子構造を形成すると、良好な窒化物半導体からなる素子構造を形成できる。ここで、図８は、第２の導波路領域Ｃ2における素子構造を説明する断面図であり、図９は、第１の導波路領域Ｃ1における素子構造を説明する断面図である。
【０１３９】
（バッファ層１０２）  本実施例１では最初に、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１０１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。
【０１４０】
（下地層１０３）  バッファ層１０２を成長させた後、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１０３を４μｍの膜厚で成長させる。この層は、素子構造を形成するための下地層（成長基板）として形成するものである。下地層として、その他に、ＥＬＯＧ(Epitaxially Laterally Overgrowth)成長させた窒化物半導体を用いることができ、こうすると、より結晶性が良好な窒化物半導体を成長させることができる。ＥＬＯＧ成長とは、横方向成長を伴う成長方法の総称であり、例えば、異種基板上に、窒化物半導体層を成長させた後、その表面に窒化物半導体の成長が困難な保護膜を、例えば、ストライプ状に一定間隔で形成し、その保護膜の間に露出した窒化物半導体表面から新たに窒化物半導体を成長させることにより、基板全体を窒化物半導体で覆う成長方法である。すなわち、マスクが形成されたマスク領域と、窒化物半導体が露出した非マスク領域とを交互に形成し、その非マスク領域に露出した窒化物半導体表面から窒化物半導体を再び成長させると、最初は厚さ方向に成長が進んでいたものが、成長が進むに従いマスク領域を覆うように横方向にも成長して基板全体を覆うようになる。
【０１４１】
また、ＥＬＯＧ成長として、異種基板上に最初に成長させた窒化物半導体層において、基板表面が露出するように開口部を設け、その開口部側面に位置する窒化物半導体から横方向へ窒化物半導体を成長させることにより、成膜する方法もある。
【０１４２】
本発明では、これら種々のＥＬＯＧ成長を用いることができ、これらのＥＬＯＧ成長方法を用いて、窒化物半導体を成長させると、横方向の成長により形成された窒化物半導体は、結晶性が良好であることから、全体として結晶性の良好な窒化物半導体層が得られるという利点がある。
【０１４３】
次に、窒化物半導体からなる下地層の上に、素子構造を構成する以下の各層を積層する。
【０１４４】
（ｎ型コンタクト層１０４）
まず、得られた窒化物半導体基板（下地層）１０３上にＴＭＧ、アンモニア、不純物ガスとしてシランガスを用い、１０５０℃でＳｉを１×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮよりなるｎ型コンタクト層１０４を４．５μｍの膜厚で成長させる。
【０１４５】
（クラック防止層１０５）  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１０５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。
【０１４６】
（ｎ型クラッド層１０６）  次に、温度を１０５０℃にして、原料ガスとして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層の積層し、総膜厚８０００Åの多層膜（超格子構造）よりなるｎ型クラッド層１０６を成長させる。この時、アンドープＡｌＧａＮのＡｌ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。
【０１４７】
（ｎ型光ガイド層１０７）  次に、同様の温度で、原料ガスとして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１０７を０．１μｍの膜厚で成長させる。ｎ型光ガイド層１０７には、ｎ型不純物をドープしてもよい。
【０１４８】
（活性層１０８）  次に、温度を８００℃にして、原料ガスとして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、最後が障壁層となるように積層した総膜厚５５０Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層１０８を成長させる。
【０１４９】
（ｐ型電子閉込層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ＡｌＧａＮよりなるｐ型電子閉込層１０９を１００Åの膜厚で成長させる。この層は、特に設けなくても良いが、電子閉込めとして機能し、閾値の低下に寄与する。
【０１５０】
（ｐ型光ガイド層１１０）  次に、温度を１０５０℃にして、原料ガスとして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１１０を７５０Åの膜厚で成長させる。
【０１５１】
このｐ型光ガイド層１１０は、アンドープとして成長させるが、ｐ型電子閉込層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。またこの層は成長時に意図的にＭｇをドープしても良い。
【０１５２】
（ｐ型クラッド層１１１）  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ＴＭＡ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、これを繰り返すことにより、総膜厚０．６μｍの超格子層よりなるｐ側クラッド層１１１を成長させる。ｐ側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する場合、不純物はいずれか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良くなる傾向にある。しかしながら、本発明では、両方に同じようにドープしても良い。クラッド層１１１は、Ａｌを含む窒化物半導体層、好ましくはＡｌXＧａ1-XＮ（０＜X＜１）を含む超格子構造とすることが望ましく、さらに好ましくはＧａＮとＡｌＧａＮとを積層した超格子構造とする。ｐ側クラッド層１１１を超格子構造とすることによって、クラッド層全体としてのＡｌ混晶比を大きくすることができるので、クラッド層自体の屈折率を小さくでき、さらにバンドギャップエネルギーを大きくできるので、閾値を低下させる上で非常に有効である。さらに、超格子としたことにより、クラッド層自体に発生するピットが超格子にしないものに比較して少なくできるので、ショートの発生も少なくなる。
【０１５３】
（ｐ型コンタクト層１１２）  最後に、１０５０℃で、ｐ側クラッド層１１１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１１２を１５０Åの膜厚で成長させる。ｐ側コンタクト層はｐ型のＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、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２０と最も好ましいオーミック接触が得られる。コンタクト層１１２は電極を形成する層であるので、１×１０17／cm3以上の高キャリア濃度とすることが望ましい。１×１０17／cm3よりも低いと電極と好ましいオーミックを得るのが難しくなる傾向にある。さらにコンタクト層の組成をＧａＮとすると、電極材料と好ましいオーミックが得られやすくなる。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。
【０１５４】
以上のようにして窒化物半導体を成長させ各層を積層した後、ウエハを反応容器から取り出し、最上層のｐ型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、図８に示すように、ｎ電極を形成すべきｎ型コンタクト層１０４の表面を露出させる。このように窒化物半導体を深くエッチングするには保護膜としてＳｉＯ2が最適である。また、ｎ型コンタクト層１０４を露出させると同時に、共振器面となる活性層端面を露出させて、エッチング端面を共振器面としても良い。
【０１５５】
次に上述したストライプ状の導波路領域として、第１の導波路領域Ｃ1、第２の導波路領域Ｃ2を形成する方法について詳説する。まず、最上層のｐ型コンタクト層（上部コンタクト層）８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、パターンニングすることにより、第１の保護膜１６１を形成する（実施の形態の説明に用いた図５（ａ）参照）。ここで、第１の保護膜１６１のパターンニングは、フォトリソグラフィー技術、及びＣＦ4ガスを用いたＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置により行う。次に、第１の保護膜１６１をマスクとして、そのマスクの両側にｐ型クラッド層１１１が薄く残るように、ｐ型コンタクト層１１２及びｐ型クラッド層１１１の一部を除去することにより、活性層３よりも上に、ストライプ状の凸部を形成する（実施の形態の説明に用いた図５（ｂ）参照）。これにより、第２の導波路領域Ｃ2を構成するための第２のリッジ２０２が形成される。この時、第２のリッジは、ｐ側コンタクト層１１２、およびｐ側クラッド層１１１の一部をエッチングして、ｐ型クラッド層１１１の膜厚が０．０１μｍとなる深さでエッチングされて、形成されている。
【０１５６】
次に、ストライプ状の第２のリッジを形成した後、第３の保護膜１６３としてフォトレジスト膜を、第２のリッジの一部（第１の導波路領域を構成する部分）を除いて形成する（実施の形態の説明に用いた図５（ｃ）参照）。尚、第２の導波路領域を形成する部分の凸部の上面及び第１の導波路領域を構成する部分に位置する凸部の上面には、第１の保護膜１６１が形成されたまま残っている。
【０１５７】
続いて、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置に移し、第３の保護膜１６３及び第１の保護膜１６１をマスクとして、ＳｉＣｌ4ガスを用いて、第１の導波路領域を形成する部分において第１の保護膜１６１の両側をｎ型クラッド層１０６が露出する深さで、エッチングすることで、第１の導波路領域Ｃ1を構成するストライプ状の第１のリッジを、形成する。この時、形成されるストライプ状の第１のリッジは、第１のリッジ両側のｎ型クラッド層１０６の膜厚が０．２μｍとなる深さまでエッチングされて形成されている。
【０１５８】
次に、第３の保護膜１６３を除去する。
【０１５９】
更に、第１の導波路領域Ｃ1、第２の導波路領域Ｃ2を形成したウエハを、ＰＶＤ装置に移送し、Ｚｒ酸化物（主としてＺｒＯ2）よりなる第２の保護膜１６２を、第１の保護膜１６１の上、第１と第２のリッジの側面、エッチングにより露出されたｐ型クラッド層１１１及びｎ型クラッド層１０６の上に０．５μｍの膜厚で連続して形成する（実施の形態の説明で用いた図７（ａ）参照）。
【０１６０】
第２の保護膜１６２形成後、ウエハを６００℃で熱処理する。このようにＳｉＯ2以外の材料で第２の保護膜を形成した場合、第２の保護膜成膜後に、３００℃以上、好ましくは４００℃以上であって、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、第２の保護膜を第１の保護膜を溶解させる材料（フッ酸）に対して溶解しにくくできるため、この熱処理工程を加えることが望ましい。
【０１６１】
次に、ウエハをフッ酸に浸漬し、第１の保護膜１６１を除去する（リフトオフ法）。これにより、ｐ型コンタクト層１１２の上に設けられていた第１の保護膜１６１が除去されて、ｐ型コンタクト層１１２が露出される。以上のようにして、第１の導波路領域Ｃ1、第２の導波路領域Ｃ2に設けられたストライプ状の第１と第２のリッジ（凸部）２０１、２０２の側面と、それに連続するリッジ両側の平面（第２のリッジの両側に位置するｐ型クラッド層１１１の表面と第１のリッジの両側に位置するｎ型クラッド層の表面）に第２の保護膜１６２が形成される（実施の形態の説明で用いた図７（ｂ），（ｃ）参照）。続いて、ｎ電極１２１を形成する領域において、ｎ型コンタクト層１０４に達する深さで、エッチングし、ｎ型電極１２１を形成するためのｎ型コンタクト層１０４の表面を露出させる（実施の形態の説明で用いた図７（ｃ）参照）。
【０１６２】
このように、ｐ型コンタクト層１１２の上に設けられた第１の保護膜１６１が、除去された後、図８に示すように、その露出したｐ側コンタクト層の表面にオーミック接触するＮｉ／Ａｕよりなるｐ電極１２０を形成する。但しｐ電極１２０は１００μｍのストライプ幅として、図８に示すように、第２の保護膜１６２の上に渡って形成する。この時、ｐ電極１２０は、ストライプ方向において、本実施例１では、第２の導波路領域Ｃ２だけに形成している。また、本実施例１ではさらに、ｐ電極１２０は、第２の導波路領域Ｃ２の両端部に達しない長さで形成する。第２の保護膜１６２形成後、既に露出させたｎ側コンタクト層１０４の表面にはＴｉ／Ａｌよりなるｎ電極２１をストライプと平行な方向で形成する。
【０１６３】
次に、ｐ及びｎ電極上の取り出し電極を設けるための領域にマスクをし、ＳｉＯ2とＴｉＯ2よりなる誘電体多層膜１６４を形成する。そして、そのマスクを除去することにより、誘電体多層膜１６４において、ｐ及びｎ電極上を開口させる開口部を形成し、その開口部を介してｐ，ｎ電極上にＮｉ−Ｔｉ−Ａｕ（１０００Å−１０００Å−８０００Å）よりなる取り出し（パッド）電極１２２，１２３をそれぞれ形成する。尚、本実施例１において、第２の導波路領域Ｃ２における活性層１０８の幅は、２００μｍの幅（共振器方向に垂直な方向の幅）に形成する。また、ガイド層も同様の幅に形成されている。
【０１６４】
ｎ電極とｐ電極とを形成した後、さらに基板が露出するまでエッチングして、第１の導波路領域Ｃ1、第２の導波路領域Ｃ2の端部に、共振器面を設ける。
【０１６５】
本実施例１のレーザ素子では、共振器の全長が６５０μｍになるように、また、第１の導波路領域Ｃ1は一方の共振端面を含み全長が５μｍになるように形成した。従って、第２の導波路領域Ｃ2は他方の端面を含み全長が６４５μｍである。そして、エッチング面である共振器端面にそれぞれＳｉＯ2とＴｉＯ2よりなる誘電体多層膜を形成した。その後、ウエハのサファイア基板を研磨して７０μｍとし、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分割して、更にバー状のウエハを個々の素子毎に分割してレーザ素子を得る。
【０１６６】
尚、実施例１では、エッチング面に誘電体多層膜を形成することにより共振器面を形成したが、共振面の形成方法として、ＧａＮの劈開面である（1 1- 0 0）Ｍ面で、ウエハをバー状に分割して、その面を共振器面とする方法を用いてもよい。
【０１６７】
以上のようにして作製された実施例１のレーザ素子において、室温においてしきい値２．０ｋＡ／ｃｍ2、３０ｍＷの出力において発振波長４０５ｎｍの連続発振が確認され、またＦ．Ｆ．Ｐにおいて、良好なビームが得られ、そのアスペクト比は、１．５と、光ディスクシステムの光源として、十分に満足するビーム特性を有する。このような優れた特性は、主に利得領域として機能する第２の導波路領域Ｃ２のストライプ幅にかかわらずに、出射側の第１の導波路領域Ｃ１の凸部の幅を適宜調節することにより、所望の光特性のレーザ光を取り出せるという本発明の特有の作用によるものである。また、本実施例１のレーザ素子は、５〜３０ｍＷでの光出力域において、横モードの移動がなく、光ディスクシステムの読込、書込光源として適した特性を有する。加えて、３０ｍＷでの駆動において、従来の屈折率導波型のレーザ素子と同様に優れたレーザ素子が得られる。
【０１６８】
また、実施例１では、図７（ｃ）に示すように、第１の導波路領域Ｃ1にかかる（覆う）長さでｐ電極を設けてもよく、このようにしても、実施例１と同等にビーム特性に優れるレーザ素子で、素子寿命の長いものとなる。
【０１６９】
［実施例２］
実施例１において、第１の導波路領域Ｃ1の長さを、１μｍとする他は、実施例１と同様にしてレーザ素子を得る。第１の導波路領域Ｃ1をこのように、短く形成するためには、実施例１において、実際に得られる共振器長よりもストライプ状の第１のリッジを長く（たとえば、数十μｍ〜１００μｍ程度の長さ）形成した後、第１の導波路領域Ｃ1が所望の長さとなる位置でエッチング、または基板分割により共振器面を形成する。このため、実施例１に比べて、第２のリッジ２０１の形状を安定して形成することが難くなるが、この長さでも横モードの良好な制御は可能であり、かつ第１の導波路領域が短くなることから、素子寿命については、実施例１よりも僅かに優れている。
【０１７０】
［実施例３］
実施例３の半導体レーザ素子は、両端部にそれぞれ５μｍの長さの第１の導波路領域Ｃ1を形成する以外は実施例１と同様に構成する（図４（ｂ）参照）。すなわち、本実施例３のレーザ素子では、中央部に第２の導波路領域Ｃ2を配置し、その両側に第１の導波路領域Ｃ1を配置し、その第１の導波路領域Ｃ1共振器がそれぞれ共振端面を含むようにしている。このように構成された実施例３のレーザ素子は、レーザのビーム形状において、Ｆ．Ｆ．Ｐ．、アスペクト比ともに、実施例１とほぼ同等の特性を有する。
【０１７１】
［実施例４］
実施例１において、第２の導波路領域Ｃ2を構成するための第２のリッジ（凸部）２０２を、その第２のリッジの両側に５００Åの厚さのｐ型ガイド層が残るようにエッチングすることにより形成した以外は、実施例１と同様にして構成する。得られるレーザ素子は、実施例１に比べて閾値電流が低くなる傾向があるが、ビーム特性については、実施例１とほぼ同等に良好なものが得られる。
【０１７２】
［実施例５］
本実施例５の半導体レーザ素子は、実施例１において、第１の導波路領域Ｃ1と第２の導波路領域Ｃ２との間に、傾斜面を設けた以外は実施例１と同様に構成する（図４（ａ）参照）。
【０１７３】
すなわち、本実施例５では、第１の導波路領域Ｃ1と第２の導波路領域Ｃ２との境界において、第１のリッジの両側に位置するｎ型クラッド層１０６の表面と第２のリッジの両側に位置するｐ型クラッド層１１１の表面との間に形成されるエッチング断面を、ｎ型クラッド層１０６の表面に対して９０°以上になるように傾斜させている。
【０１７４】
このように作製されるレーザ素子は、実施例１に比べて、素子特性にばらつきが生じる場合があるが、良好なＦＦＰが得られかつ信頼性を向上させることができるという本発明の効果は得られる。
【０１７５】
［実施例６］
本実施例６の半導体レーザ素子は、図１３に示すように、第１の導波路領域Ｃ１と第２の導波路領域Ｃ２の間に第３の導波路領域Ｃ３を設けた以外は実施例１と同様に作製される。すなわち、本実施例６のレーザ素子は、第２の導電型層（ｐ型クラッド層１１１）に達する深さで、第２のリッジ（凸部）２０２を形成した後、第１の導電型層（ｎ型クラッド層１０６）までエッチングして第１のリッジを形成する際に、共振器方向との成す角αが２０°である側面２０４を有する第３の導波路領域Ｃ3を同時に形成する。このようにして、第１の導波路領域Ｃ1と、第２の導波路領域Ｃ2の他に、第３の導波路領域Ｃ3を有する実施例６のレーザ素子が作製される。このように構成された実施例６のレーザ素子では、第２の導波路領域Ｃ2において活性層面内に広がって導波されていた光が、第３の導波路領域Ｃ３の側面２０４で反射され、第１の導波路領域Ｃ1へと導かれるので、円滑な導波が可能になる。すなわち、共振器方向に導波する光が、側面２０４に、入射角（９０°−α）で入射することで、側面２０４で全反射され、光の損失なく、ストライプ状の導波路領域内に、導くことができるためである。第２の導波路領域Ｃ2、第３の導波路領域Ｃ3では、第２の導電型層（ｐ型クラッド層１１１）に設けられた第２のリッジ（凸部）２０２により実効的な屈折率差が活性層面内に設けられ、ストライプ状の導波路領域が形成されており、この第３の導波路領域Ｃ3では、第２のリッジの直下の領域からはみ出して導波する光を、第１の導波路領域Ｃ1内へ、好適に導くことができる。
【０１７６】
以上のように、実施例６では、側面２０４が第１の導波路領域Ｃ1における第１のリッジ（凸部）２０１側面に対して傾斜して設けられていることで、スムーズな光の導波を実現できる。また、側面２０４と第２の導波路領域Ｃ2との境界部で、図１３に示すように、屈曲することなく直接、第２の導波路領域Ｃ２の側面に繋がっていてもよい。
【０１７７】
このように、本実施例６のレーザ素子では、第２の導波路領域Ｃ2において、活性層面内におけるストライプ状の導波路領域内、若しくはそれをはずれて導波する光を、第１の導波路領域Ｃ1内に効率よく導くことができるため、素子特性を向上させることができる。本実施例６のレーザ素子では、特に閾値電流密度を低下させることができ、スロープ効率を向上させることができる。
【０１７８】
［実施例７］
実施例７のレーザ素子は、第１の導波路領域Ｃ１を側面が２段になった２段リッジにより構成した点が実施例１とは異なり、それ以外の部分は実施例１と同様に構成される。
【０１７９】
すなわち、実施例７では、活性層まで達しないようにエッチングすることにより、ストライプ状のリッジを形成した後、第１の導波路領域を形成する部分においてそのリッジのストライプ幅よりも広いリッジをｎ型クラッド層１０６までエッチングすることにより、２段リッジを形成する。
【０１８０】
ここで、図１４（ａ）は、本実施例７のレーザ素子構造を説明する斜視図であり、図１４（ｃ）は、第１の導波路領域Ｃ1における断面図であり、図１４（ｂ）は、第２の導波路領域Ｃ2における断面図である。本実施例７のレーザ素子では、図１４（ａ）に示すように、第１の導波路領域Ｃ2が、幅Ｓw1の上部リッジ（凸部）と幅Ｓw2の下部リッジ（凸部）とからなる２段リッジにより形成されている。この第１の導波路領域Ｃ１において、活性層は下部リッジの中に位置し、この下部リッジの幅Ｓｗ２により活性層３の幅が決定されているので、実質的には下ブリッジにより導波路が形成されていると考えることができる。この実施例７の構造にすると、実施例１等の第１のリッジを形成する場合に比較して、下部リッジの幅Ｓw2の制御が容易になり、その結果、第１の導波路領域の活性層の幅を精度良く形成することができる。これは、図５に示す方法で、第１の導波路領域Ｃ1を構成するための第１のリッジ２０１を形成すると、１つのマスクにより２段階でエッチングをすることになるので、２回目のエッチングにより第１の導電型層１に達する深さでエッチングする際に、最初に形成された第２のリッジと共通する部分とその下の部分との境界において側面に段差ができ、その下の部分における幅を精度よく制御できない場合があるためである。
【０１８１】
しかし、本実施例７では、第２のリッジと共通のエッチング工程で、上部リッジを形成した後に、下部リッジを形成するために上部リッジを形成した時のマスクとは別のマスクを形成してその別のマスクを用いてエッチングすることにより下部リッジを形成しているので、下部リッジの幅を精度よく形成することができ、その下部リッジ内に位置する活性層３の幅を精度良く形成できる。
【０１８２】
従って、本実施例によれば、実施例１と同等な特性を有しかつ製造ばらつきの少ないレーザ素子を提供できる。すなわち、本実施例７のレーザ素子は、製造において有利なものである。
【０１８３】
［実施例８］
本実施例８のレーザ素子は、第１の導波路領域と第２の導波路領域の間に第３の導波路領域を形成したレーザ素子であって、その第３の導波路領域を実施例６とは異なる形態で構成した例である。
【０１８４】
具体的には、本実施例８のレーザ素子において、第３の導波路領域Ｃ３は、図１５（ａ）に示すように、ｐ型クラッド層１１１及びｐ型コンタクト層１１２に設けられた第３のリッジにより構成されており、その第３のリッジは第１の導波路領域に近づくにしたがって幅が狭くなるように形成されている。
【０１８５】
すなわち、本実施例８では、第３の導波路領域を形成することにより、導波路の幅が互いに異なる第１の導波路領域と第２の導波路領域とを、導波路の幅を不連続に変化させることなく接続できる。
【０１８６】
ここで、図１５（ａ）は、実施例８のレーザ素子構造を説明する斜視図であり、図１５（ｂ）は活性層における横断面図である。また、図１５（ｂ）において、Ｓｗ１で示す幅は、第２のリッジの底部における幅であり、Ｓｗ２で示す幅は第１のリッジにおける活性層部分の幅である。
【０１８７】
ここで、図１５（ｂ）における想像線（２点鎖線）は、第２のリッジ及び第３のリッジを活性層の横断面に投影した線であるが、第２の導波路領域及び第３の導波路領域における導波路はそれぞれ、第２のリッジ及び第３のリッジに対応して活性層内に実効的な屈折率差が形成されることにより構成されるので、その想像線（２点鎖線）は実質的には第２の導波路領域及び第３の導波路領域における導波路を示していると考えることができる。
【０１８８】
以上のように作製される実施例８のレーザ素子は、実施例１と同様に、優れた特性が得られる。
【０１８９】
［実施例９］
本実施例９は、実施例１と同様に構成されるレーザ素子を実施例１とは異なる方法で作製した例である。
【０１９０】
すなわち、本実施例９では、第１のリッジを形成した後に第２のリッジを形成している。
【０１９１】
具体的には、実施例１と同様にして各層を積層し、その後、図５（ａ）に示すように、積層体表面にストライプ状の第１の保護膜１６１を形成する。そして、図６（ａ）に示すように、第１の保護膜１６１の一部（第１の導波路領域を形成する部分）を除いて、第３の保護膜１６３を形成し、図６（ｂ）に示すように、第１の保護膜１６１の両側を下部クラッド層５（ｎ型クラッド層１０６）が露出する深さでエッチングして、第１のリッジ２０１を形成する。続いて、第３の保護膜１６３をいったん除去した後、図６（ｃ）に示すように、第１のリッジ２０１を覆うように、第３の保護膜１６３を形成する。この状態では、第２の導波路領域を形成する部分における、第１の保護膜１６１の両側以外は、第１の保護膜１６１及び第３の保護膜１６３の少なくとも一方の保護膜で覆われていることになる。このような状態にしたあと、第１の保護膜１６１、第３の保護膜１６３で覆われていない領域を活性層まで達しないようにエッチングすることで、第２のリッジを形成する。
【０１９２】
この時、第１の導波路領域Ｃ１、第２の導波路領域Ｃ２を構成する各リッジのリッジ幅、リッジ高さは、実施例１と同様にする。続いて、第１の導波路領域Ｃ１上の第３の保護膜１６３を除去して、ストライプ状のマスクである第１の保護膜だけとし、その後の工程は実施例１と同様に第２の保護膜（埋込層）をストライプ側面及びそれに連続する窒化物半導体層平面に形成する。その後さらに、実施例１と同様にして、レーザ素子を得る。以上の実施例９の方法によれば、実施例１で説明した方法に比較して、工数が多くなるが、実施例１と同様のレーザ素子を製造できる。
【０１９３】
［実施例１０］
本実施例１０は、窒化物半導体基板を用いてレーザ素子を作製する例であり、基本的な素子構造としては、第２の導波路領域Ｃ２においては図８に示す構造を有し、第１の導波路領域Ｃ１においては、図９に示す構造を有する。
【０１９４】
（基板１０１）本実施例１０では、以下のように作製される厚さ８０μｍのＧａＮよりなる窒化物半導体基板を用いる。
【０１９５】
ここでは、まず、窒化物半導体を成長させる異種基板として、厚さが４２５μｍ、２インチφ、主面がＣ面、オリエンテーションフラット面（以下、オリフラ面と記す）がＡ面のサファイア基板を用意し、ＭＯＣＶＤの反応容器内にそのウエハをセットする。次に、温度を５１０℃にして、キャリアガスとして水素、原料ガスとしてアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）とを用い、サファイア基板上にＧａＮよりなる低温成長バッファ層を約２００Å（オングストローム）の膜厚で成長させ、さらに温度を１０５０℃とし、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなる下地層を２．５μｍの膜厚で成長させる。続いて、ウエハをサファイア基板のオリフラ面（Ａ面）に垂直な方向からθ＝０．３°だけ傾けた方向に、それぞれ幅６μｍのストライプ状のＳｉＯ2からなる複数のマスクを、マスク間の間隔（マスク開口部）が１４μｍになるように平行に形成する。そして、ＭＯＣＶＤ装置に戻して、アンドープＧａＮを１５μｍの膜厚で成長させる。このようにすると、マスク開口部から選択的に成長されたＧａＮはマスク開口部では主として縦方向（厚み方向）に成長し、マスクの上では横方向成長してマスク及びマスク開口部を覆う下地層が形成される（ＥＬＯＧ成長）。このように成長された下地層において、横方向成長された窒化物半導体層は貫通転位を低減させることができる。具体的には、貫通転位は、マスク開口部の上と、マスクの両側から横方向成長した窒化物半導体が接合するマスク中央部付近とで、転位密度が１０１０／ｃｍ２程度と高くなり、マスク中央部を除くマスクの上では転位密度が１０８／ｃｍ２程度と低くなる。
【０１９６】
次に、ウエハをＨＶＰＥ装置に載置して、下地層の上にさらにアンドープのＧａＮを約１００μｍの膜厚で成長させる（この約１００μｍの膜厚で成長させた層を厚膜層という。）。続いて、異種基板、低温成長バッファ層、下地層、厚膜層の一部を除去して厚膜層のみとし（単体化）、膜厚８０μｍのＧａＮ基板を得る。ここで、ＨＶＰＥによる厚膜層は、ＧａＮ以外に他の窒化物半導体を用いても良いが、本発明では、良好な結晶性でかつ厚膜の窒化物半導体を容易に成長できるＧａＮ又はＡｌＮを用いることが好ましい。また、異種基板等の除去は、以下に示す素子構造を形成した後、また、導波路を形成した後、電極を形成した後、いずれの段階で行っても良い。また、ウエハをバー状、チップ状に切断する前に異種基板等を除去することで、チップ状に切断する際に、窒化物半導体の劈開面（六方晶系で近似した｛1 1- 0 0｝Ｍ面、｛１０１０｝Ａ面、（０００１）Ｃ面）を用いて切断・劈開できる。
【０１９７】
（下地層１０２）
窒化物半導体基板１０１の上に、窒化物半導体基板を作製する際の下地層と同様にストライプ状のＳｉＯ２マスクを用いて横方向成長を伴うように窒化物半導体を成長させることにより、下地層１０２を１５μｍの膜厚で形成する。
【０１９８】
（バッファ層１０３）
次に、下地層１０２の上に、Ａｌ混晶比が０．０１のアンドープＡｌＧａＮからなるバッファ層１０３を形成する。このバッファ層１０３は省略可能であるが、横方向成長を用いた基板がＧａＮである場合、若しくは横方向成長させて形成した下地層がＧａＮである場合に、それよりも熱膨張係数の小さい窒化物半導体、すなわち、ＡｌａＧａ１−ａＮ（０＜ａ≦１）等からなるバッファ層１０３を用いることで、ピットを低減させることができるため、バッファ層１０３を形成することが好ましい。すなわち、下地層１０２のように、横方向成長を伴って成膜された窒化物半導体層上に別の窒化物半導体を成長させるとピットが発生しやすいが、このバッファ層１０３は、ピットの発生を防ぐ効果がある。
【０１９９】
更にバッファ層１０３のＡｌ混晶比ａが、０＜ａ＜０．３であることが好ましく、これにより、結晶性が良好なバッファ層を形成することができる。また、このバッファ層をｎ側コンタクト層としての機能を兼ねる層として形成しても良いし、バッファ層１０３を形成した後、前記バッファ層と同様の組成式で表されるｎ側コンタクト層を形成して、そのｎ側コンタクト層１０４にもバッファ効果を持たせるようにしてもよい。すなわち、このバッファ層１０３は、横方向成長層（ＧａＮ基板）と素子構造を構成する窒化物半導体層との間、又は素子構造中の活性層と横方向成長層（ＧａＮ基板）との間に設けること、さらに好ましくは素子構造中の基板側、下部クラッド層と横方向成長層（ＧａＮ基板）との間に、少なくとも１層以上設けることで、ピットを低減し、素子特性を向上させることができる。また、ｎ側コンタクト層の機能を兼ね備えたバッファ層とする場合には、電極との良好なオーミックコンタクトが得られるように、Ａｌ混晶比ａを０．１以下とすることが好ましい。この下地層１０２の上に形成するバッファ層は、上述した異種基板上に設けるバッファ層と同様に３００℃以上９００℃以下の低温で成長させても良いが、好ましくは８００℃以上１２００℃以下の温度で単結晶成長させると、上述したピット低減効果がより効果的に得られる傾向にある。さらに、このバッファ層１０３は、ｎ型、ｐ型不純物をドープしても良いし、アンドープでも良いが、結晶性を良好なものとするためにはアンドープで形成することが好ましい。またさらに、２層以上のバッファ層を設ける場合には、ｎ型、ｐ型不純物濃度、Ａｌ混晶比を変化させて設けることができる。
【０２００】
（ｎ側コンタクト層１０４）
バッファ層１０３の上に、膜厚４μｍ、Ｓｉを３×１０１８／ｃｍ３ドープしたＡｌ０．０１Ｇａ０．９９Ｎからなるｎ側コンタクト層１０４を形成する。
【０２０１】
（クラック防止層１０５）
ｎ側コンタクト層１０４の上に膜厚０．１５μｍのＩｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎからなるクラック防止層１０５を形成する。
【０２０２】
（ｎ側クラッド層１０６）
クラック防止層１０５の上に、総膜厚１．２μｍの超格子構造のｎ側クラッド層１０６を形成する。
【０２０３】
具体的には、膜厚２５ÅのアンドープＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ層と、膜厚２５Å、Ｓｉを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＧａＮ層と、を交互に積層することにより、ｎ側クラッド層１０６を形成する。
【０２０４】
（ｎ側光ガイド層１０７）
ｎ側クラッド層１０６の上に膜厚０．１５μｍのアンドープＧａＮからなるｎ側光ガイド層１０７を形成する。
【０２０５】
（活性層１０８）
ｎ側光ガイド層１０７の上に、総膜厚５５０Åの多重量子井戸構造の活性層１０８を形成する。
【０２０６】
具体的には、Ｓｉを５×１０１８／ｃｍ３ドープした膜厚１４０ÅのＳｉドープＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎよりなる障壁層（Ｂ）と、膜厚５０ÅのアンドープＩｎ０．１３Ｇａ０．８７Ｎよりなる井戸層（Ｗ）とを、（Ｂ）−（Ｗ）−（Ｂ）−（Ｗ）−（Ｂ）の順に積層することにより、活性層１０８を形成する。
【０２０７】
（ｐ側電子閉込め層１０９）
活性層１０８の上に膜厚１００Å、Ｍｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたｐ型Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎからなるｐ側電子閉込め層１０９を形成する。
【０２０８】
（ｐ側光ガイド層１１０）
ｐ側電子閉込め層１０９の上に膜厚０．１５μｍのＭｇを１×１０１８／ｃｍ３ドープしたｐ型ＧａＮからなるｐ側光ガイド層１１０を形成する。
【０２０９】
（ｐ側クラッド層１１１）
ｐ側光ガイド層１１０の上に総膜厚０．４５μｍの超格子構造のｐ側クラッド層１１１を形成する。
【０２１０】
具体的には、膜厚２５ÅのアンドープＡｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎと、膜厚２５ÅでＭｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたｐ型ＧａＮと、を交互に積層するすることにより、ｐ側クラッド層１１１を形成する。
【０２１１】
（ｐ側コンタクト層１１２）
ｐ側クラッド層１１１の上に、膜厚１５０Å、Ｍｇを２×１０２０／ｃｍ３ドープしたｐ型ＧａＮからなるｐ側コンタクト層１１２を形成する。
【０２１２】
以上のように、ｎ側コンタクト層１０４〜ｐ側コンタクト層１１２までの素子構造を形成した後、実施例１と同様にして、ｎ側コンタクト層１０４を露出させ、第１の導波路領域Ｃ１、第２の導波路領域Ｃ２をエッチングにより形成し、第２の保護膜１６２（埋込層）を第１のリッジおよび第２のリッジの各側面及びそれに連続する窒化物半導体層平面に形成する。この時、第２の導波路領域Ｃ２を構成するための第２のリッジは、第２のリッジの両側のｐ側光ガイド層１１０の膜厚が０．１μｍとなる深さでエッチングすることにより形成する。
【０２１３】
次に、本実施例１０における各レーザ素子の共振端面の形成方法について説明する。
【０２１４】
本実施例１０では、２つのレーザ素子を１組とし、その２つの素子が１つの面（対向面）に対して対称となるように向かい合うように配置することにより、効率的に各共振端面を形成している。
【０２１５】
具体的には、１０μｍの長さの第１の導波路領域Ｃ１（１組のレーザ素子の第１の導波路領域が連結された状態のもの）を挟んでその両側にそれぞれ６４５μｍの長さの第２の導波路領域Ｃ２を形成する（図１７（ｂ）のＩＩＩｂ及びＩＶｂの部分を参照）。
【０２１６】
この両側の第２の導波路領域Ｃ２の外側の端面はｎ側コンタクト層を露出させる際のエッチングにより同時に形成する。
【０２１７】
続いて、実施例１と同様に、ｎ側コンタクト層１０４、ｐ側コンタクト層１１２表面に、ｎ電極１２１、ｐ電極１２０を形成する。
【０２１８】
次に、第２の導波路領域の端面、導波路領域を構成するための各リッジの側面を含む露出された面全てに、誘電体多層膜からなる絶縁膜（反射膜）１６４を形成する。
【０２１９】
これにより、第２の導波路領域Ｃ２端面において反射膜として機能し、他の部分で絶縁膜として機能（特にｐ−ｎ電極間の短絡を防止する機能）する絶縁膜１６４が形成される。尚、本実施例１０では、ｐ電極１２０は、図８，９と異なり、ｐ側コンタクト層１１２表面の一部に、ｐ側コンタクト層１１２のストライプ幅よりも小さい幅で形成し、またｐ電極１２０のストライプ方向では、第２の導波路領域Ｃ２上部だけに形成する。尚、ｐ電極１２０は、第２の導波路領域Ｃ２の端部からは若干離して形成する。
【０２２０】
そして、ｎ電極、ｐ電極上の絶縁膜１６４の一部を除去して、各電極を露出させ、各電極表面上に、電気的に接続するパッド電極１２２，１２３を形成する。  次に、長さが１０μｍの第１の導波路領域Ｃ１のほぼ中央部（図１７（ｂ）のＥ−Ｅ線を参照）において、窒化物半導体のＭ面で劈開して、バー状とし、更にそのバーを各素子間において劈開されたＭ面に垂直なＡ面で共振器方向に平行に劈開して、レーザチップを得る。
【０２２１】
以上のようにして得られるレーザチップは、実施例１と同様に、約５μｍの長さで第１の導波路領域Ｃ１と、６４５μｍの長さの第２の導波路領域Ｃ２とを有し、第１の導波路領域Ｃ１端面を出射側とする。
【０２２２】
得られるレーザ素子は、室温で閾値電流密度２．５ｋＡ／ｃｍ２、閾値電圧４．５Ｖで、発振波長は４０５ｎｍであり、出射されるレーザビームのアスペクト比１．５である。また、３０ｍＷの連続発振で、１０００時間以上の長寿命の高出力のレーザ素子が得られる。また、本レーザ素子は、５ｍＷ〜８０ｍＷの出力域で連続発振が可能で、その出力域において、光ディスクシステムの光源として適したビーム特性を有する。
【０２２３】
［実施例１１］
実施例１１のレーザ素子は、実施例１０の厚さ８０μｍのアンドープＧａＮからなる基板に代えて、基板１０１として、膜厚８０μｍのＳｉがドープされたｎ型ＧａＮを用いて構成する。尚、このＳｉがドープされたｎ型ＧａＮからなる基板１０１は、実施例１０と同様にして、異種基板の上に、低温成長バッファ層を形成して、下地層を横方向成長を伴う成長により形成した後、ＨＶＰＥにて、厚膜のＳｉドープしたＧａＮを１００μｍで成長させ、異種基板を除去して得られる。
【０２２４】
本実施例１１では、ｎ型ＧａＮ基板１０１の上に、ＳｉドープＡｌ０．０１Ｇａ０．９９Ｎからなるバッファ層１０２を形成し、その上に、素子構造として、実施例１と同様にｎ側コンタクト層１０４〜ｐ側コンタクト層１１２まで積層する。
【０２２５】
続いて、各素子の導波路領域を形成するための領域を規定するためにｎ側コンタクト層１１２表面が露出するようにエッチングして分離溝を形成する。実施例１１では、実施例１０と異なり、同一面側に正負一対の電極を形成せずに、基板を挟んで電極を対向配置する構造とするため、ｎ側コンタクト層露出面にｎ電極を設けるスペースを設ける必要はない。従って、隣接する素子を実施例１０に比較してを接近して配置することができる。
【０２２６】
尚、本実施例１１では、エッチングによりｎ側コンタクト層を露出させることにより、各領域を規定しているが、本構成では電極を対向配置するためエッチングすることなく以下の工程を行っても良い。また、分離溝を形成する場合には、ｎ側コンタクト層と基板との間の層を露出させるようにしても良いし、基板を露出させるように分離溝を形成するようにしてもよい。さらに、基板を露出させて分離溝を形成する場合、基板の途中までエッチングして基板を露出させても良い。
【０２２７】
尚、各素子を構成するために規定する領域は必ずしも各素子ごとに形成する必要はなく、実施例１０で説明したように２つの素子を構成するための領域を一体て形成しても良いし、さらに３以上の素子を形成する領域を一体で形成してもよい（例えば、図１７（ａ）、（ｂ）のＩＩＩ及びＩＶに示す部分を一体で形成する。）
光を導波する方向に対して垂直な方向についても同様に、素子間に分離溝を形成することなく、複数の領域を連続して形成してもよい。
【０２２８】
尚、基板を分割する部分において、活性層よりも深くエッチングすることにより溝を形成した後、その溝の部分で基板を分割すると（例えば、図１７（ａ），図１７（ｂ）においてＡ−Ａで示す部分）、分割の衝撃による活性層部分における割れ、欠けを回避できる。
【０２２９】
本実施例１１では、１つの素子毎に領域を分離して各素子を作製する。続いて、実施例１０と同様に、各導波路領域を構成するために、それぞれストライプ状のリッジを形成し、各素子に対応して領域毎にそれぞれ、第１の導波路領域Ｃ１、第２の導波路領域Ｃ２をそれぞれ形成する。この時、第１の導波路領域Ｃ１は、ストライプ長さ１０μｍで形成する。
【０２３０】
続いて、実施例１０と同様に、ｐ側コンタクト層表面に、その表面よりも幅の狭いストライプ状のｐ電極を、第２の導波路領域Ｃ２のみに形成する。ここで、ストライプ状のｐ電極は、第２の導波路領域Ｃ２のを構成するための第２のリッジの端面から若干離れるようにその端部に達しない長さで、形成する。
【０２３１】
次に基板の裏面側（素子構造が形成された基板面に対向する面側）に、ｎ電極を形成し、ｐ電極、ｎ電極を、基板及び素子構造を挟んで対向配置する。続いて、実施例１０と同様に、基板の素子構造が形成された側の表面ほぼ全面に、誘電体多層膜からなる絶縁膜（反射膜）１６４を形成し、ｐ電極の一部を露出させて、その露出したｐ電極に電気的に接続するパッド電極を形成する。
【０２３２】
最後に、図１７（ｂ）のＩＩに示すように、共振器に垂直な切断方向として、第１の導波路領域Ｃ１においてそのほぼ中央部のＤ−Ｄ切断位置と、各素子間のＡ−Ａ切断位置で基板のＭ面で劈開し、バー状とした後その劈開面に垂直なＡ面で素子間を劈開してチップ状のレーザ素子を得る。
【０２３３】
このようにして得られるレーザ素子は、第１の導波路領域Ｃ１端部に設けられた劈開面と、第２の導波路領域Ｃ２端部に設けられ、反射膜が設けられたエッチング端面とを共振器面として有し、レーザ発振させることができる。このようにして得られるレーザ素子は、実施例１０と同様に優れたレーザ特性を有する。
【０２３４】
［実施例１２］
実施例１２のレーザ素子は、実施例１０において、ｎ型コンタクト層までエッチングする時に同時に共振器端面を形成し、この共振器端面間の基板を分割する前に基板までエッチングし、図１７（ａ）のＩ及びＩＩにおいてＡＡ切断面で分割する。この時、共振器端面から突き出した部分は、３μｍとした。このようにして得られるレーザ素子の特性は、実施例１０と同様に優れた素子特性、光学特性を有する。
【０２３５】
［比較例１］
比較例１として、実施例１において、第１の導波路領域を形成することなく、全長にわたって第２の導波路領域を形成したレーザ素子を作製する。
【０２３６】
本比較例１では、実施例１と同様に、素子構造となる各層を積層する。その後、図５（ｂ）に示すように、第１の保護膜１６１をマスクとして用いてストライプ状の第２のリッジを素子の一端面から他端面に至るように形成する。
【０２３７】
次に、その全長に亙って形成された第１のリッジの側面、及びその両側のエッチング露出面に、ＺｒＯ2からなる保護膜を形成しウエハをフッ酸に浸漬し、第１の保護膜１６１をリフトオフ法により除去する。続いて、実施例１と同様に、共振器面、各電極を形成して、第２の導波路領域Ｃ2とを構成するための第２のリッジのみを有する比較例１のレーザ素子を得る。
【０２３８】
以上のようにして作製される比較例１のレーザ素子は、不要な横モードを効果的に抑えることが困難で、横モードの安定性に乏しく、電流―光出力特性においてキンクの発生が多発するレーザ素子となる。
【０２３９】
特に光出力の大きな高出力域、例えば光ディスクシステムのデータ書き込み時に必要な３０ｍＷの出力などの条件下では、横モードの移動が発生しやすい。また、ストライプ状の第２のリッジの寸法精度に、素子特性が敏感に反応することから、図１０に観るように、素子間のばらつきが大きく、製造歩留まりを向上させることが困難である。また、得られるレーザ光のスポットのアスペクト比は、２．５〜３．０の間に位置するものがほとんどで、アスペクト比の合格ラインを２．０以下とすると、製造歩留まりが大きく低下する。
【０２４０】
以下、本発明に係るレーザ素子の構成により得られる効果（レーザ素子寿命、駆動電流、横モードの制御性）を確認するために行った検討結果について説明する。
【０２４１】
本検討では、実施例１と同様の素子構造（半導体積層構造）を用いて、エッチング深さを順次変化させて、リッジの高さが異なるレーザ素子を作製して、各レーザ素子について、レーザ素子寿命、駆動電流、横モードの制御性を評価した。
【０２４２】
図１２は、エッチング深さに対するレーザ寿命（光出力は３０ｍＷとして試験した）を示すものである。
【０２４３】
図１２に示すように、エッチング深さをｐ型クラッド層とｐ型光ガイド層の境界付近とした場合に、最も素子寿命は長くなり、それより浅くても深くても寿命は短くなる。また、ｐ型光ガイド層とｐ型電子閉じ込め層との境界付近までエッチングすると、レーザ寿命は急激に低下し、活性層に達する深さでストライプ状の導波路領域が形成されると、素子寿命に多大に悪影響を及ぼすことを示している。従って、素子寿命を考慮した場合、ｐ型電子閉込め層に達しない深さでエッチングが行われる方がよい。また、ｐ型クラッド層とｐ型光ガイド層の境界から上下０．１μｍ程度の範囲の深さまでエッチングをしてリッジを形成すると、極めて良好な寿命が得られることが理解できる。また、厚さ方向の光の閉じ込めを考慮すると、ｐ型ガイド層まで達しないようにエッチングすることが好ましく、この点を含めると、ｐ型光ガイド層とｐ型クラッド層の界面付近からその境界の上０．１μｍの間に達する深さにエッチングすることがより好ましい。
【０２４４】
図１０は、エッチング深さに対する良品率を示すグラフである。図１０から、ｐ型クラッド層とｐ型光ガイド層の境界の上０．１μｍよりも深くエッチングすることで、高い良品率が得られることが分る。ここで、図１０の良品率とは、発振を確認した素子の内、５ｍＷで基本単一横モード発振が可能な素子の割合を示すものであり、この時の導波路領域のストライプ幅は１．８μｍであった。
【０２４５】
また、エッチング深さが、リッジの両側にｐ型クラッド層が０．１μｍ以上残る深さでエッチングをすると、キンクの発生が急激に起こり、大幅に良品率が減少する。
【０２４６】
図１１は、エッチング深さに対する駆動電流（光出力３０ｍＷにおける）を示すもので、この検討において導波路領域は幅１．８μｍに設定した。図１１から明らかなように、ｐ型光ガイド層の中間点（厚さ方向の中間点）より深いところ（活性層側）までエッチングすると、エッチング深さに拘わらず５０ｍＡで一定となる。また、ｐ型光ガイド層の中間点から徐々にエッチング深さを浅くしていくと、ｐ型クラッド層とｐ型光ガイド層の境界の上０．１μｍまでは緩やかに電流値が上昇し、ｐ型クラッド層とｐ型光ガイド層の境界の上０．１μｍより浅いエッチング深さ（リッジの両側にｐ型クラッド層が膜厚０．１μｍ以上の厚さで残るエッチング深さ）にすると急激に電流値が上昇する。更に、ｐ型クラッド層が０．２５μｍ以上の厚さで残るようにエッチングすると３０ｍＷの光出力が得られなくなる。
【０２４７】
［比較例２］
比較例２として、実施例１において、第２の導波路領域を形成することなく、全長にわたって第１の導波路領域を形成したレーザ素子を作製する。
【０２４８】
本比較例２では、実施例１と同様に、素子構造となる各層を積層する。その後図５（ａ）に示すように、ストライプ状の第１の保護膜１６１を設け、第１の保護膜の両側の領域を下部クラッド層５に達する深さでエッチングすることにより、第１の導波路領域Ｃ1を構成するためのストライプ状のリッジを形成する。その後、リッジの上面および側面、そのリッジの両側のエッチング露出面に、ＺｒＯ2からなる保護膜を形成しウエハをフッ酸に浸漬し、第１の保護膜１６１をリフトオフ法により除去する。続いて、実施例１と同様に、共振器面、各電極を形成して、図９に示すような断面構造を有し、かつ第１の導波路領域Ｃ1のみを有するレーザ素子を得る。この比較例２において、ストライプ状のリッジは、実施例１の第１の導波路領域Ｃ1と同様に、リッジの両側のｎ型クラッド層の膜厚が０．２μｍとなる深さまでエッチングされて形成されている。
【０２４９】
得られるレーザ素子は、活性層よりも深くエッチングしたストライプであるため、実施例１に比べて素子寿命に劣り、図１２に示すように素子寿命が短く、実用に耐えうるレーザ素子とはならない。
【産業上の利用可能性】
【０２５０】
本発明は、ストライプ状のリッジ（凸部）が設けられた半導体レーザ素子に関する。また、本発明の半導体レーザ素子は、特にＧａＮ、ＡｌＮ、もしくはＩｎＮ、又はこれらの混晶であるIII−V族窒化物半導体（ＩｎｂＡｌdＧａ１−ｂ−dＮ、０≦ｂ、０≦ｄ、ｂ＋ｄ＜１）を用いた素子に関する。
【図面の簡単な説明】
【０２５１】
【図１】（ａ）は、本発明に係る実施の形態のレーザ素子の構成を模式的に示す斜視図である。
【０２５２】
（ｂ）は、実施の形態のレーザ素子の第２の導波路領域における断面図である。
【０２５３】
（ｃ）は、実施の形態のレーザ素子の第１の導波路領域における断面図である。
【図２】（ａ）は、従来のレーザ素子において、リッジを形成する前の模式断面図である。
【０２５４】
（ｂ）は、従来のレーザ素子において、リッジを形成した後の模式断面図である。
【０２５５】
（ｃ），（ｄ）は図（ｂ）の部分拡大図である。
【図３】（ａ）は、本発明の実施の形態のレーザ素子の層構成を示す模式的な斜視図であり、（ｂ）は、図３（ａ）の側面図である。
【図４】（ａ）は本発明に係る一変形例のレーザ素子の側面図である。
【０２５６】
（ｂ）は本発明に係る他の変形例のレーザ素子の側面図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は、本発明のレーザ素子のリッジを形成する工程を示す斜視図である。
【０２５７】
（ｅ）は、図５（ｃ）の第２の導波路領域を形成する部分における断面図である。
【０２５８】
（ｆ）は、図５（ｄ）の第２の導波路領域を形成する部分における断面図である。
【０２５９】
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、図５（ａ）〜（ｄ）に示す方法とは異なる方法による本発明のレーザ素子のリッジの形成工程を示す斜視図である。
【０２６０】
【図７】（ａ）〜（ｄ）は、本発明のレーザ素子における電極を形成する工程を示す斜視図である。
【０２６１】
【図８】本発明に係る実施例１のレーザ素子の第２の導波路領域における模式断面図である。
【０２６２】
【図９】本発明に係る実施例１のレーザ素子の第１の導波路領域における模式断面図である。
【０２６３】
【図１０】実効屈折率型のレーザ素子における、エッチング深さと良品率との関係を示すグラフである。
【０２６４】
【図１１】実効屈折率型のレーザ素子における、エッチング深さと駆動電流との関係を示すグラフである。
【０２６５】
【図１２】実効屈折率型のレーザ素子における、エッチング深さと素子寿命との関係を示すグラフである。
【０２６６】
【図１３】（ａ）は、本発明に係る実施例６のレーザ素子の斜視図である。
【０２６７】
（ｂ）は、本発明に係る実施例６のレーザ素子の横断面図である。
【図１４】（ａ）は、本発明に係る実施例７のレーザ素子の斜視図である。
【０２６８】
（ｂ）は、本発明に係る実施例７のレーザ素子の第２の導波路領域における断面図である。
【０２６９】
（ｃ）は、本発明に係る実施例７のレーザ素子の第１の導波路領域における断面図である。
【０２７０】
【図１５】（ａ）は、本発明に係る実施例８のレーザ素子の斜視図である。
【０２７１】
（ｂ）は、本発明に係る実施例８のレーザ素子の横断面図である。
【０２７２】
【図１６】（ａ）〜（ｄ）は、ウエハ上に形成される素子を用いて、本発明のレーザ素子の製造方法を説明するための斜視図である。
【０２７３】
【図１７】（ａ）、（ｂ）は、本発明のレーザ素子の製造方法において、切断位置を説明するための模式断面図である。
【０２７４】
【図１８】本発明のレーザ素子の製造方法において、反射膜を形成する工程を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【０２７５】
１・・・第１の導電型層、  ２・・・第２の導電型層、  ３・・・活性層、  ４・・・共振器面、  ５・・・下部クラッド層、  ６・・・下部コンタクト層、  ７・・・上部クラッド層、  ８・・・上部コンタクト層、  ９・・・基板、  １０・・・第１の導波路領域Ｃ1、  １１・・・第２の導波路領域Ｃ2、  １０１・・・基板、  １０２・１０３・・・バッファ層・下地層、  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型光ガイド層、  １０８・・・活性層、  １０９・・・ｐ側キャップ層、  １１０・・・ｐ型光ガイド層、  １１１・・・ｐ型クラッド層、  １１２・・・ｐ型コンタクト層、  ２０，１２０・・・ｐ電極、  ２１，１２１・・・ｎ電極、  ２２，１２２・・・ｐパッド電極、  ２３，１２３・・・ｎパッド電極、  １６１・・・第１の保護膜、  １６２・・・第２の保護膜（埋込層）、  １６３・・・第３の保護膜、  １６４・・・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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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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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