(57)【要約】【課題】応答速度を高速化することが可能な窒化物系半導体レーザ素子を提供する。【解決手段】この窒化物系半導体レーザ素子１０は、ｎ型ＧａＮ基板１上に形成されたｎ型クラッド層３と、ｎ型クラッド層３上に形成され、ｎ型ＧａＮ基板１の幅よりも小さい幅Ｄ１を有する発光層４と、発光層４上に形成され、幅Ｄ１を有する平坦部５ａと、平坦部５ａから突出するように形成された発光層４の幅Ｄ１よりも小さい幅Ｗを有する凸部５ｂとを含むｐ型クラッド層５と、ｐ型クラッド層５の凸部５ｂ上に形成されたｐ側オーミック電極８と、ｐ側オーミック電極８の上面以外の領域を覆うように形成された絶縁膜９と、絶縁膜９の一部上に形成され、ｎ型ＧａＮ基板１の幅よりも小さい幅Ｂ１を有するとともに、発光層４の端部４ｈが位置する領域を越える領域にまで延びて形成された端部１１ａを有するｐ側パッド電極１１とを備えている。【選択図】図２
2005109087.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性基板と、
前記導電性基板上に形成された第１窒化物系半導体層と、
前記第１窒化物系半導体層上に形成され、前記導電性基板の幅よりも小さい幅を有する活性層と、
前記活性層上に形成され、前記導電性基板の幅よりも小さい幅を有する平坦部と、前記平坦部から突出するように形成された前記活性層の幅よりも小さい幅を有する凸部とを含む第２窒化物系半導体層と、
前記第２窒化物系半導体層の凸部上に形成されたオーミック電極と、
前記凸部の側面、前記平坦部、および、前記第１窒化物系半導体層の表面を覆うように形成された絶縁膜と、
前記オーミック電極の上面と接触するように前記絶縁膜の一部上に形成され、前記導電性基板の幅よりも小さい幅を有するとともに、前記活性層の端部が位置する領域を越える領域にまで延びて形成された端部を有するパッド電極とを備えた、窒化物系半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記第１窒化物系半導体層は、第１導電型の第１窒化物系半導体層を含み、前記第２窒化物系半導体層は、第２導電型の第２窒化物系半導体層を含む、請求項１に記載の窒化物系半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記活性層の端部が位置する領域を越える領域にまで延びて形成された前記パッド電極の端部において、前記パッド電極は、外部と電気的に接続されている、請求項１または２に記載の窒化物系半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記導電性基板は、転位の集中している領域を有しており、
前記導電性基板の幅よりも小さい幅を有する活性層は、前記導電性基板上の転位の集中している領域以外の領域に形成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の窒化物系半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記第２窒化物系半導体層の平坦部の幅は、前記活性層の幅と実質的に同じである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の窒化物系半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、窒化物系半導体レーザ素子に関し、特に、導電性基板上に複数の窒化物系半導体層が形成された窒化物系半導体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、導電性基板上に、複数の窒化物系半導体層が形成された窒化物系半導体レーザ素子が知られている（たとえば、特許文献１参照）。上記特許文献１には、窒化物系半導体からなる導電性基板上に、ｎ型窒化物系半導体各層、活性層およびｐ型窒化物系半導体各層が順次形成された窒化物系半導体レーザ素子が開示されている。この特許文献１では、窒化物系半導体からなる導電性基板を用いているため、サファイア基板などを用いる場合のように、格子定数差に起因して、基板上に形成される窒化物系半導体各層に格子欠陥が発生するのを抑制することが可能となる。また、サファイア基板などの固い基板に比べて、素子分離が容易であるという利点もある。
【特許文献１】特開平１１−４０４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記特許文献１に開示された構造を有する窒化物系半導体レーザ素子では、ｎ型窒化物系半導体各層、活性層およびｐ型窒化物系半導体各層は、導電性基板の幅と同じ幅を有している。このため、活性層を介して形成されるｎ型窒化物系半導体層とｐ型窒化物系半導体層とのｐｎ接合領域が大きくなるので、ｐｎ接合容量が増大するという不都合がある。その結果、窒化物系半導体レーザ素子の応答速度を高速化するのが困難であるという問題点がある。
【０００４】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、応答速度を高速化することが可能な窒化物系半導体レーザ素子を提供することである。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００５】
上記目的を達成するために、この発明の一の局面による窒化物系半導体レーザ素子は、導電性基板と、導電性基板上に形成された第１窒化物系半導体層と、第１窒化物系半導体層上に形成され、導電性基板の幅よりも小さい幅を有する活性層と、活性層上に形成され、導電性基板の幅よりも小さい幅を有する平坦部と、平坦部から突出するように形成された活性層の幅よりも小さい幅を有する凸部とを含む第２窒化物系半導体層と、第２窒化物系半導体層の凸部上に形成されたオーミック電極と、凸部の側面、平坦部、および、第１窒化物系半導体層の表面を覆うように形成された絶縁膜と、オーミック電極の上面と接触するように絶縁膜の一部上に形成され、導電性基板の幅よりも小さい幅を有するとともに、活性層の端部が位置する領域を越える領域にまで延びて形成された端部を有するパッド電極とを備えている。
【０００６】
この一の局面による窒化物系半導体レーザ素子では、上記のように、第１窒化物系半導体層上に形成される活性層の幅を導電性基板の幅よりも小さくするとともに、活性層上に形成される第２窒化物系半導体層の幅を導電性基板の幅よりも小さくすることによって、第１窒化物系半導体層が第１導電型であり、第２窒化物系半導体層が第２導電型である場合、活性層を介して形成される第１窒化物系半導体層と第２窒化物系半導体層とのｐｎ接合領域が小さくなるので、第１窒化物系半導体層と第２窒化物系半導体層とによるｐｎ接合容量を小さくすることができる。また、絶縁膜の一部上に形成されるパッド電極の幅を、導電性基板の幅よりも小さくすることによって、パッド電極と、絶縁膜と、第１および第２窒化物系半導体層とにより形成される寄生容量も小さくすることができる。その結果、窒化物系半導体レーザ素子の応答速度を高速化することができる。また、パッド電極を、活性層の端部が位置する領域を越える領域にまで延びる端部を有するように構成することによって、パッド電極の幅を導電性基板の幅よりも小さくしたとしても、その活性層の端部が位置する領域を越えるパッド電極の端部において、外部と電気的に接続することができる。これにより、パッド電極の幅を導電性基板の幅よりも小さくした場合にも、パッド電極と外部との接続が困難になることがない。また、活性層上に形成される第２窒化物系半導体層に、平坦部を設けることによって、第２窒化物系半導体層に活性層の幅よりも小さい幅を有する凸部を設けたとしても、平坦部により光の横方向の閉じ込めが強くなり過ぎるのを抑制することができるので、横モードを安定化させることができる。これにより、窒化物系半導体レーザ素子の発光特性が低下するのを抑制することができる。
【０００７】
上記一の局面による窒化物系半導体レーザ素子において、好ましくは、第１窒化物系半導体層は、第１導電型の第１窒化物系半導体層を含み、第２窒化物系半導体層は、第２導電型の第２窒化物系半導体層を含む。
【０００８】
上記一の局面による窒化物系半導体レーザ素子において、好ましくは、活性層の端部が位置する領域を越える領域にまで延びて形成されたパッド電極の端部において、パッド電極は、外部と電気的に接続されている。このように構成すれば、パッド電極の幅を導電性基板の幅よりも小さくしたとしても、容易に、パッド電極を外部と電気的に接続することができる。
【０００９】
上記一の局面による窒化物系半導体レーザ素子において、好ましくは、導電性基板は、転位の集中している領域を有しており、導電性基板の幅よりも小さい幅を有する活性層は、導電性基板上の転位の集中している領域以外の領域に形成されている。このように構成すれば、活性層には転位の集中している領域が形成されないので、転位の集中している領域に電流が流れるのを抑制することができる。これにより、転位の集中している領域に電流が流れることに起因するリーク電流の発生を抑制することができる。また、転位の集中している領域に流れる電流を抑制することができるので、転位の集中している領域からの不必要な発光を抑制することができる。これにより、窒化物系半導体レーザ素子の動作を安定化させることができる。
【００１０】
上記一の局面による窒化物系半導体レーザ素子において、好ましくは、第２窒化物系半導体層の平坦部の幅は、活性層の幅と実質的に同じである。このように構成すれば、第２窒化物系半導体層の平坦部の幅を活性層の幅よりも小さくする場合と異なり、第２窒化物系半導体層および活性層をエッチングによりパターニングする際に、活性層の上面でエッチングを止める必要がないので、容易に、導電性基板の幅よりも小さい幅を有する活性層および第２窒化物系半導体層を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造を示した平面図であり、図２は、図１の１００−１００線に沿った断面図である。図３は、図１および図２に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の発光層の詳細を示した断面図である。まず、図１〜図３を参照して、第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造について説明する。
【００１３】
第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子１０では、図２に示すように、約１００μｍの厚みを有するとともに、約５×１０１８ｃｍ−３のキャリア濃度を有する酸素がドープされたｎ型ＧａＮ基板１上に、約１００ｎｍの厚みを有するとともに、約５×１０１８ｃｍ−３のドーピング量を有するＳｉがドープされたｎ型ＧａＮからなるｎ型層２が形成されている。なお、ｎ型ＧａＮ基板１は、ウルツ鉱型構造を有するとともに、（０００１）面の表面を有している。また、ｎ型ＧａＮ基板１およびｎ型層２の両端部の近傍には、それぞれ、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面からｎ型層２の上面にまで延びるとともに、約１０μｍの幅を有する転位の集中している領域１ａがストライプ状（細長状）に形成されている。なお、ｎ型ＧａＮ基板１は、本発明の「導電性基板」の一例である。
【００１４】
ここで、第１実施形態では、ｎ型層２の転位の集中している領域１ａ以外の領域上に、ｎ型ＧａＮ基板１の幅よりも小さい幅Ｄ１（約７．５μｍ）を有するｎ型クラッド層３、発光層４およびｐ型クラッド層５が順次形成されている。
【００１５】
ｎ型クラッド層３は、約４００ｎｍの厚みを有するとともに、約５×１０１８ｃｍ−３のドーピング量および約５×１０１８ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＳｉがドープされたｎ型Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎからなる。なお、ｎ型クラッド層３は、本発明の「第１窒化物系半導体層」の一例である。
【００１６】
また、発光層４は、図３に示すように、ｎ型キャリアブロック層４ａと、ｎ型光ガイド層４ｂと、多重量子井戸構造を有するＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）活性層４ｅと、アンドープの光ガイド層４ｆと、ｐ型キャップ層４ｇとによって構成されている。ｎ型キャリアブロック層４ａは、約５ｎｍの厚みを有するとともに、約５×１０１８ｃｍ−３のドーピング量および約５×１０１８ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＳｉがドープされたｎ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎからなる。ｎ型光ガイド層４ｂは、約１００ｎｍの厚みを有するとともに、約５×１０１８ｃｍ−３のドーピング量および約５×１０１８ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＳｉがドープされたｎ型ＧａＮからなる。また、ＭＱＷ活性層４ｅは、約２０ｎｍの厚みを有するアンドープＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎからなる４層の障壁層４ｃと、約３ｎｍの厚みを有するアンドープＩｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎからなる３層の井戸層４ｄとが交互に積層されている。なお、ＭＱＷ活性層４ｅは、本発明の「活性層」の一例である。また、アンドープの光ガイド層４ｆは、約１００ｎｍの厚みを有するアンドープＧａＮからなる。ｐ型キャップ層４ｇは、約２０ｎｍの厚みを有するとともに、約４×１０１９ｃｍ−３のドーピング量および約５×１０１７ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＭｇがドープされたｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎからなる。
【００１７】
また、図２に示すように、ｐ型クラッド層５は、約４×１０１９ｃｍ−３のドーピング量および約５×１０１７ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＭｇがドープされたｐ型Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎからなる。このｐ型クラッド層５は、平坦部５ａと、平坦部５ａの中央から上方に突出するように形成された凸部５ｂとを含んでいる。そして、ｐ型クラッド層５の平坦部５ａが、上記したｎ型ＧａＮ基板１の幅よりも小さく、かつ、発光層４の幅と同じ幅Ｄ１（約７．５μｍ）を有するとともに、約１００ｎｍの厚みを有している。また、ｐ型クラッド層５の凸部５ｂは、発光層４の幅よりも小さい幅Ｗ（約１．５μｍ）を有するとともに、平坦部５ａの上面から約３００ｎｍの突出高さを有している。なお、ｐ型クラッド層５は、本発明の「第２窒化物系半導体層」の一例である。
【００１８】
ｐ型クラッド層５の凸部５ｂ上には、約１０ｎｍの厚みを有するとともに、約４×１０１９ｃｍ−３のドーピング量および約５×１０１７ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＭｇがドープされたｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層６が形成されている。そして、ｐ型クラッド層５の凸部５ｂとｐ型コンタクト層６とによって、電流通路領域となるストライプ状（細長状）のリッジ部７が構成されている。また、リッジ部７を構成するｐ型コンタクト層６上には、下層から上層に向かって、約５ｎｍの厚みを有するＰｔ層と、約１００ｎｍの厚みを有するＰｄ層と、約１５０ｎｍの厚みを有するＡｕ層とによって構成されるｐ側オーミック電極８が形成されている。なお、ｐ側オーミック電極８は、本発明の「オーミック電極」の一例である。また、ｐ側オーミック電極８の上面以外の領域を覆うように、約２５０ｎｍの厚みを有するＳｉＮ膜からなる絶縁膜９が形成されている。
【００１９】
ここで、第１実施形態では、図１および図２に示すように、絶縁膜９の所定領域上に、ｐ側オーミック電極８の上面と接触するように、ｎ型ＧａＮ基板１の幅よりも小さい幅Ｂ１（約１５０μｍ）を有するｐ側パッド電極１１が形成されている。このｐ側パッド電極１１は、図１に示すように、平面的に見て、四角形状に形成されている。そして、ｐ側パッド電極１１の一方の端部１１ａは、発光層４の一方の端部４ｈが位置する領域を越える領域にまで延びるように、ｎ型層２の上面上に位置する絶縁膜９上に形成されている。また、ｐ側パッド電極１１の他方の端部１１ｂは、発光層４の他方の端部４ｉが位置する領域を越える領域にまで延びるように、ｎ型クラッド層３の側面上に位置する絶縁膜９上に形成されている。なお、ｐ側パッド電極１１の一方の端部１１ａは、ワイヤボンディング可能な平坦面を有するように形成されている一方、ｐ側パッド電極１１の他方の端部１１ｂは、ワイヤボンディング可能な平坦面は設けられていない。このため、ｐ側パッド電極１１の他方の端部１１ｂは、一方の端部１１ａに比べて、リッジ部７からの距離が小さい。また、ｐ側パッド電極１１は、下層から上層に向かって、約１００ｎｍの厚みを有するＴｉ層と、約１００ｎｍの厚みを有するＰｄ層と、約３μｍの厚みを有するＡｕ層とによって構成されている。なお、ｐ側パッド電極１１は、本発明の「パッド電極」の一例である。そして、ｐ側パッド電極１１の一方の端部１１ａ上には、ｐ側パッド電極１１の一方の端部１１ａと外部とを電気的に接続するためのワイヤ１２がボンディングされている。
【００２０】
また、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面の転位の集中している領域１ａ以外の領域上には、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面に近い方から順に、約１０ｎｍの厚みを有するＡｌ層と、約２０ｎｍの厚みを有するＰｔ層と、約３００ｎｍの厚みを有するＡｕ層とによって構成されるｎ側電極１３が形成されている。
【００２１】
図４は、図１および図２に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子を用いた半導体レーザの構造を示した斜視図である。次に、図１、図２および図４を参照して、第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子を用いた半導体レーザの構造について説明する。
【００２２】
第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子１０を用いた半導体レーザは、図４に示すように、窒化物系半導体レーザ素子１０が装着されるステム２１と、気密封止するためのキャップ２２とを備えている。ステム２１には、３本のリード２１ａ〜２１ｃが設けられているとともに、３本のリード２１ａ〜２１ｃのうち、リード２１ａおよび２１ｂは、ステム２１の上面から突出している。また、ステム２１の上面上には、ブロック２３が設けられているとともに、ブロック２３の側面上には、サブマウント２４が設けられている。そして、このサブマウント２４上に、第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子１０が装着されている。具体的には、レーザ光がステム２１の上面に対して垂直な方向に出射されるように、窒化物系半導体レーザ素子１０のへき開面がステム２１の上面に対して平行に配置されている。また、窒化物系半導体レーザ素子１０を構成するｐ側パッド電極１１の端部１１ａ（図１および図２参照）にボンディングされたワイヤ１２は、リード２１ａと電気的に接続されている。また、ステム２１の上面上の窒化物系半導体レーザ素子１０のへき開面と対向する領域には、受光素子２５が装着されている。この受光素子２５には、ワイヤ２６の一方端がボンディングされているとともに、そのワイヤ２６の他方端は、リード２１ｂにボンディングされている。そして、キャップ２２は、窒化物系半導体レーザ素子１０および受光素子２５を覆うように、ステム２１の上面上に溶接されている。
【００２３】
第１実施形態では、上記のように、ｎ型クラッド層３上に形成される発光層４の幅Ｄ１（約７．５μｍ）をｎ型ＧａＮ基板１の幅よりも小さくするとともに、発光層４上に形成されるｐ型クラッド層５の幅を発光層４の幅と同じにすることによって、発光層４を介して形成されるｎ型クラッド層３とｐ型クラッド層５とのｐｎ接合領域が小さくなるので、ｐｎ接合容量を小さくすることができる。また、絶縁膜９の所定領域上に形成されるｐ側パッド電極１１の幅Ｂ１（約１５０μｍ）を、ｎ型ＧａＮ基板１の幅よりも小さくすることによって、ｐ側パッド電極１１と、絶縁膜９と、ｎ型層２とにより形成される寄生容量も小さくすることができる。その結果、窒化物系半導体レーザ素子１０の応答速度を高速化することができる。
【００２４】
また、第１実施形態では、ｐ側パッド電極１１の端部１１ａを、発光層４の一方の端部４ｈが位置する領域を越える領域にまで延びるように、ｎ型層２の上面上に位置する絶縁膜９上に形成することによって、ｐ側パッド電極１１の幅Ｂ１（約１５０μｍ）をｎ型ＧａＮ基板１の幅よりも小さくしたとしても、発光層４の一方の端部４ｈが位置する領域を越えるｐ側パッド電極１１の一方の端部１１ａにおいて、リード２１ａと電気的に接続することができる。これにより、ｐ側パッド電極１１の幅Ｂ１（約１５０μｍ）をｎ型ＧａＮ基板１の幅よりも小さくした場合にも、ｐ側パッド電極１１とリード２１ａとの接続が困難になることがない。また、発光層４上に形成されるｐ型クラッド層５に平坦部５ａを設けることによって、ｐ型クラッド層５に発光層４の幅よりも小さい幅Ｗ（約１．５μｍ）を有する凸部５ｂを設けたとしても、平坦部５ａにより光の横方向の閉じ込めが強くなり過ぎるのを抑制することができるので、横モードを安定化させることができる。これにより、窒化物系半導体レーザ素子１０の発光特性が低下するのを抑制することができる。
【００２５】
また、第１実施形態では、ｎ型層２の転位の集中している領域１ａ以外の領域上に、ｎ型クラッド層３、発光層４およびｐ型クラッド層５を形成することによって、ｎ型クラッド層３、発光層４およびｐ型クラッド層５には転位の集中している領域１ａが形成されないので、転位の集中している領域１ａに電流が流れるのを抑制することができる。これにより、転位の集中している領域１ａに電流が流れることに起因するリーク電流の発生を抑制することができる。また、転位の集中している領域１ａに流れる電流を抑制することができるので、転位の集中している領域１ａからの不必要な発光を低減することができる。これにより、窒化物系半導体レーザ素子１０の動作を安定化させることができる。
【００２６】
図５〜図１７は、図１および図２に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図１〜図３および図５〜図１７を参照して、第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスについて説明する。
【００２７】
まず、図５〜図８を参照して、ｎ型ＧａＮ基板１（図１参照）の形成プロセスについて説明する。図５に示すように、ＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：有機金属気相堆積）法を用いて、基板温度を約６００℃に保持した状態で、サファイア基板３１上に、約２０ｎｍの厚みを有するＡｌＧａＮ層３２を成長させる。その後、基板温度を約１１００℃に変えて、ＡｌＧａＮ層３２上に、約１μｍの厚みを有するＧａＮ層３３を成長させる。この際、ＧａＮ層３３の全領域に、縦方向に伝播された転位が、約５×１０８ｃｍ−２以上（たとえば、約５×１０９ｃｍ−２）の密度で形成される。
【００２８】
次に、図６に示すように、プラズマＣＶＤ法を用いて、ＧａＮ層３３上に、約１０μｍの間隔を隔てて、約３９０μｍの幅と約２００ｎｍの厚みとを有するＳｉＮまたはＳｉＯ２からなるマスク層３４を、約４００μｍの周期でストライプ状（細長状）に形成する。
【００２９】
次に、図７に示すように、ＨＶＰＥ（Ｈａｌｉｄｅ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ：ハライド気相成長）法を用いて、基板温度を約１１００℃に保持した状態で、マスク層３４を選択成長マスクとして、ＧａＮ層３３上に、約１５０μｍの厚みを有するとともに、約５×１０１８ｃｍ−３のキャリア濃度を有する酸素がドープされたｎ型ＧａＮ層１ｂを横方向成長させる。この際、ｎ型ＧａＮ層１ｂは、マスク層３４が形成されていないＧａＮ層３３上に選択的に縦方向に成長した後、徐々に横方向に成長する。このため、ＧａＮ層３３上のマスク層３４が形成されていない領域に位置するｎ型ＧａＮ層１ｂには、約５×１０８ｃｍ−２以上（たとえば、約５×１０９ｃｍ−２）の密度で縦方向に伝播された転位の集中している領域１ａが、約１０μｍの幅でストライプ状（細長状）に形成される。その一方、マスク層３４上に位置するｎ型ＧａＮ層１ｂには、ｎ型ＧａＮ層１ｂが横方向に成長することにより転位が横方向へ曲げられるので、縦方向に伝播された転位が形成されにくく、転位密度は、約５×１０７ｃｍ−２以下（たとえば、約１×１０６ｃｍ−２）である。この後、ｎ型ＧａＮ層１ｂのマスク層３４よりも下方の領域（サファイア基板３１など）を除去することによって、図８に示されるような、約５×１０１８ｃｍ−３のキャリア濃度を有する酸素がドープされたｎ型ＧａＮ（０００１）Ｇａ面基板１が形成される。
【００３０】
次に、上記のようにして形成したｎ型ＧａＮ（０００１）Ｇａ面基板１（以下、ｎ型ＧａＮ基板１という）上に、図９に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ｎ型層２、ｎ型クラッド層３、発光層４、ｐ型クラッド層５およびｐ型コンタクト層６を順次成長させる。
【００３１】
具体的には、基板温度を約１１００℃の成長温度に保持した状態で、Ｈ２およびＮ２からなるキャリアガスと、ＮＨ３およびＴＭＧａ（トリメチルガリウム）からなる原料ガスと、ＳｉＨ４からなるドーパントガスとを用いて、ｎ型ＧａＮ基板１上に、約１００ｎｍの厚みを有するとともに、約５×１０１８ｃｍ−３のドーピング量を有するＳｉがドープされたｎ型ＧａＮからなるｎ型層２を成長させる。この後、原料ガスにＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）をさらに加えて、ｎ型層２上に、約４００ｎｍの厚みを有するとともに、約５×１０１８ｃｍ−３のドーピング量および約５×１０１８ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＳｉがドープされたｎ型Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎからなるｎ型クラッド層３を成長させる。次に、ｎ型クラッド層３上に、図３に示したような構造を有する発光層４を成長させる。
【００３２】
具体的には、ｎ型クラッド層３の形成に続いて、ｎ型クラッド層３上に、約５ｎｍの厚みを有するとともに、約５×１０１８ｃｍ−３のドーピング量および約５×１０１８ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＳｉがドープされたｎ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎからなるｎ型キャリアブロック層４ａ（図３参照）を成長させる。
【００３３】
次に、基板温度を約８００℃の成長温度に保持した状態で、Ｈ２およびＮ２からなるキャリアガスと、ＮＨ３およびＴＭＧａからなる原料ガスと、ＳｉＨ４からなるドーパントガスとを用いて、ｎ型キャリアブロック層４ａ上に、約１００ｎｍの厚みを有するとともに、約５×１０１８ｃｍ−３のドーピング量および約５×１０１８ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＳｉがドープされたｎ型ＧａＮからなるｎ型光ガイド層４ｂを成長させる。
【００３４】
この後、原料ガスにＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）をさらに加えるとともに、ドーパントガスを用いないで、ｎ型光ガイド層４ｂ上に、約２０ｎｍの厚みを有するアンドープＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎからなる４層の障壁層４ｃと、約３ｎｍの厚みを有するアンドープＩｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎからなる３層の井戸層４ｄとを交互に成長させることによりＭＱＷ活性層４ｅを形成する。
【００３５】
そして、原料ガスをＮＨ３およびＴＭＧａに変えて、ＭＱＷ活性層４ｅ（障壁層４ｃ）上に、約１００ｎｍの厚みを有するアンドープＧａＮからなるアンドープの光ガイド層４ｆを成長させる。この後、原料ガスにＴＭＡｌをさらに加えるとともに、Ｃｐ２Ｍｇからなるドーパントガスを用いて、アンドープの光ガイド層４ｆ上に、約２０ｎｍの厚みを有するとともに、約４×１０１９ｃｍ−３のドーピング量および約５×１０１７ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＭｇがドープされたｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎからなるｐ型キャップ層４ｇを成長させる。これにより、ｎ型キャリアブロック層４ａ、ｎ型光ガイド層４ｂ、ＭＱＷ活性層４ｅ、アンドープの光ガイド層４ｆおよびｐ型キャップ層４ｇからなる発光層４が形成される。
【００３６】
次に、図９に示すように、基板温度を約１１００℃の成長温度に保持した状態で、Ｈ２およびＮ２からなるキャリアガスと、ＮＨ３、ＴＭＧａおよびＴＭＡｌからなる原料ガスと、Ｃｐ２Ｍｇからなるドーパントガスとを用いて、発光層４上に、約４００ｎｍの厚みを有するとともに、約４×１０１９ｃｍ−３のドーピング量および約５×１０１７ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＭｇがドープされたｐ型Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎからなるｐ型クラッド層５を成長させる。この後、原料ガスをＮＨ３およびＴＭＧａに変えて、ｐ型クラッド層５上に、約１０ｎｍの厚みを有するとともに、約４×１０１９ｃｍ−３のドーピング量および約５×１０１７ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＭｇがドープされたｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層６を成長させる。
【００３７】
上記のように、ｎ型ＧａＮ基板１上に、ｎ型層２、ｎ型クラッド層３、発光層４、ｐ型クラッド層５およびｐ型コンタクト層６を成長させる際に、ｎ型ＧａＮ基板１の転位が伝播することにより、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面からｐ型コンタクト層６の上面にまで延びる転位の集中している領域１ａが形成される。
【００３８】
この後、窒素ガス雰囲気中で、約８００℃の温度条件下でアニール処理する。
【００３９】
次に、図１０に示すように、真空蒸着法を用いて、ｐ型コンタクト層６上の所定領域に、下層から上層に向かって、約５ｎｍの厚みを有するＰｔ層と、約１００ｎｍの厚みを有するＰｄ層と、約１５０ｎｍの厚みを有するＡｕ層とによって構成されるｐ側オーミック電極８を形成した後、ｐ側オーミック電極８上に、約２５０ｎｍの厚みを有するＮｉ層３５を形成する。この際、ｐ側オーミック電極８およびＮｉ層３５が、約１．５μｍの幅Ｗを有するストライプ状（細長状）になるように形成する。
【００４０】
次に、図１１に示すように、Ｃｌ２系ガスによるドライエッチングを用いて、Ｎｉ層３５をマスクとして、ｐ型コンタクト層６およびｐ型クラッド層５の上面から約３００ｎｍの厚み分をエッチングする。これにより、ｐ型コンタクト層６がパターニングされるとともに、ｐ型クラッド層５に平坦部５ａと凸部５ｂとが形成される。また、約１．５μｍの幅Ｗを有するとともに、ｐ型クラッド層５の凸部５ｂとｐ型コンタクト層６とによって構成されるストライプ状（細長状）のリッジ部７が形成される。この後、Ｎｉ層３５を除去する。
【００４１】
次に、図１２に示すように、ｐ型クラッド層５の平坦部５ａ上の転位の集中している領域１ａ以外の領域に、ｐ側オーミック電極８およびリッジ部７を覆うように、約７．５μｍの幅Ｄ１を有するレジスト３６を形成する。
【００４２】
次に、図１３に示すように、レジスト３６をマスクとして、ｐ型クラッド層５の平坦部５ａの上面から発光層４およびｎ型クラッド層３までをエッチングする。これにより、ｎ型クラッド層３、発光層４およびｐ型クラッド層５の転位の集中している領域１ａが除去されるとともに、ｎ型クラッド層３、発光層４およびｐ型クラッド層５（平坦部５ａ）の幅が、それぞれ、ｎ型ＧａＮ基板１の幅よりも小さい幅Ｄ１（約７．５μｍ）となる。なお、ｐ型クラッド層５の平坦部５ａと発光層４とが同じ幅Ｄ１（約７．５μｍ）になるようにエッチングすることによって、ｐ型クラッド層５の平坦部５ａの幅を発光層４の幅よりも小さくする場合と異なり、発光層４の上面でエッチングを止める必要がないので、容易に、ｎ型ＧａＮ基板１の幅よりも小さい幅Ｄ１（約７．５μｍ）を有する発光層４およびｐ型クラッド層５を形成することができる。この後、レジスト３６を除去する。
【００４３】
次に、図１４に示すように、プラズマＣＶＤ法を用いて、全面を覆うように、約２５０ｎｍの厚みを有するＳｉＮ膜（図示せず）を形成した後、そのＳｉＮ膜上の所定領域にレジスト３７を形成する。そして、レジスト３７をマスクとして、ｐ側オーミック電極８の上面上に位置するＳｉＮ膜を除去することによって、約２５０ｎｍの厚みを有するＳｉＮ膜からなる絶縁膜９を形成する。この後、レジスト３７を除去する。
【００４４】
次に、図１５に示すように、ｎ型層２の上面上に位置する絶縁膜９上に、約１５０μｍの間隔Ｂ１を隔ててレジスト３８を形成する。この際、発光層４の一方の端部４ｈ側に位置するレジスト３８を、発光層４の一方の端部４ｈが位置する領域から所定量離れた領域に形成する。また、発光層４の他方の端部４ｉ側に位置するレジスト３８を、発光層４の他方の端部４ｉが位置する領域の近傍の領域に形成する。この後、真空蒸着法を用いて、全面を覆うように、下層から上層に向かって、約１００ｎｍの厚みを有するＴｉ層と、約１００ｎｍの厚みを有するＰｄ層と、約３μｍの厚みを有するＡｕ層とを形成することによって、ｐ側パッド電極１１を構成する金属層を形成する。次に、レジスト３８を除去することによって、レジスト３８上に位置する金属層をリフトオフする。これにより、ｐ側パッド電極１１の一方の端部１１ａを、発光層４の一方の端部４ｈが位置する領域を越える領域にまで延びるように、ｎ型層２の上面上に位置する絶縁膜９上に形成する。また、ｐ側パッド電極１１の他方の端部１１ｂを、発光層４の他方の端部４ｉが位置する領域を越える領域にまで延びるように、ｎ型クラッド層３の側面上に位置する絶縁膜９上に形成する。また、ｐ側パッド電極１１の幅は、ｎ型ＧａＮ基板１の幅よりも小さい幅Ｂ１（約１５０μｍ）となる。
【００４５】
次に、図１６に示すように、真空蒸着法を用いて、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面上に、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面に近い方から順に、約１０ｎｍの厚みを有するＡｌ層と、約２０ｎｍの厚みを有するＰｔ層と、約３００ｎｍの厚みを有するＡｕ層とによって構成されるｎ側電極１３を形成する。
【００４６】
最後に、図１および図２に示したように、ｐ側パッド電極１１の一方の端部１１ａ上に、ｐ側パッド電極１１の一方の端部１１ａと外部とを電気的に接続するためのワイヤ１２をボンディングする。このようにして、第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子が形成される。
【００４７】
（第２実施形態）
図１７は、本発明の第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造を示した平面図であり、図１８は、図１７の２００−２００線に沿った断面図である。図１７および図１８を参照して、この第２実施形態では、上記第１実施形態と異なり、ｎ型ＧａＮ基板の幅と同じ幅を有するｎ型クラッド層上に、ｎ型ＧａＮ基板よりも小さい幅を有する発光層およびｐ型クラッド層を順次形成する場合の例について説明する。
【００４８】
すなわち、この第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子４０では、図１８に示すように、上記第１実施形態と同様、ｎ型ＧａＮ基板１上に、ｎ型層２が形成されている。ｎ型層２上には、ｎ型ＧａＮ基板１の幅と同じ幅を有するとともに、上記第１実施形態のｎ型クラッド層３と同様の厚みおよび組成を有するｎ型クラッド層４３が形成されている。また、ｎ型ＧａＮ基板１、ｎ型層２およびｎ型クラッド層４３の両端部の近傍には、それぞれ、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面からｎ型クラッド層４３の上面にまで延びる転位の集中している領域１ａが形成されている。なお、ｎ型クラッド層４３は、本発明の「第１窒化物系半導体層」の一例である。
【００４９】
ここで、第２実施形態では、ｎ型クラッド層４３の転位の集中している領域１ａ以外の領域上に、ｎ型ＧａＮ基板１の幅よりも小さい幅Ｄ２（約４．５μｍ）を有する発光層４４およびｐ型クラッド層４５が順次形成されている。この発光層４４は、図３に示した第１実施形態の発光層４と同様の構成を有している。また、ｐ型クラッド層４５は、上記第１実施形態のｐ型クラッド層５と同様の厚みおよび組成を有するとともに、上記第１実施形態のｐ型クラッド層５と同様の平坦部４５ａおよび凸部４５ｂを含んでいる。そして、ｐ型クラッド層４５の平坦部４５ａが、上記したｎ型ＧａＮ基板１の幅よりも小さい幅Ｄ２（約４．５μｍ）を有するとともに、ｐ型クラッド層４５の凸部４５ｂは、発光層４４の幅よりも小さい幅Ｗ（約１．５μｍ）を有している。なお、ｐ型クラッド層４５は、本発明の「第２窒化物系半導体層」の一例である。
【００５０】
ｐ型クラッド層４５の凸部４５ｂ上には、上記第１実施形態のｐ型コンタクト層６と同様の厚みおよび組成を有するｐ型コンタクト層４６が形成されているとともに、ｐ型クラッド層４５の凸部４５ｂとｐ型コンタクト層４６とによってリッジ部４７が構成されている。また、リッジ部４７を構成するｐ型コンタクト層４６上には、ｐ側オーミック電極８が形成されている。そして、ｐ側オーミック電極８の上面以外の領域を覆うように、上記第１実施形態の絶縁膜９と同様の厚みおよび組成を有する絶縁膜４９が形成されている。
【００５１】
ここで、第２実施形態では、図１７および図１８に示すように、絶縁膜４９の所定領域上に、ｐ側オーミック電極８の上面と接触するように、ｎ型ＧａＮ基板１の幅よりも小さい幅Ｂ２（約２５０μｍ）を有するｐ側パッド電極５１が形成されている。このｐ側パッド電極５１は、図１７に示すように、平面的に見て、四角形状に形成されている。そして、ｐ側パッド電極５１の一方の端部５１ａおよび他方の端部５１ｂは、それぞれ、発光層４４の一方の端部４４ｈおよび他方の端部４４ｉが位置する領域を越える領域にまで延びるように、ｎ型クラッド層４３の上面上に位置する絶縁膜４９上に形成されている。また、ｐ側パッド電極５１の一方の端部５１ａおよび他方の端部５１ｂは、第１実施形態のｐ側パッド電極１１と異なり、リッジ部４７の中心に対して左右対称に配置されている。なお、第２実施形態のｐ側パッド電極５１の厚みおよび組成は、上記第１実施形態のｐ側パッド電極１１と同様である。なお、ｐ側パッド電極５１は、本発明の「パッド電極」の一例である。そして、ｐ側パッド電極５１の一方の端部５１ａ上には、ｐ側パッド電極５１の一方の端部５１ａと外部とを電気的に接続するためのワイヤ１２がボンディングされている。
【００５２】
そして、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面の転位の集中している領域１ａ上には、約２５０ｎｍの厚みと約４０μｍの幅とを有するＳｉＯ２膜からなる絶縁膜５４が形成されている。また、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面上には、絶縁膜５４を覆うように、上記第１実施形態のｎ側電極１３と同様の厚みおよび組成を有するｎ側電極５３が形成されている。
【００５３】
第２実施形態では、上記のように、ｎ型クラッド層４３上に形成される発光層４４の幅Ｄ２（約４．５μｍ）をｎ型ＧａＮ基板１の幅よりも小さくするとともに、発光層４４上に形成されるｐ型クラッド層４５の幅を発光層４４の幅と同じにすることによって、ｎ型クラッド層４３の幅がｎ型ＧａＮ基板１の幅と同じである場合においても、発光層４４を介して形成されるｎ型クラッド層４３とｐ型クラッド層４５とのｐｎ接合領域が小さくなるので、ｐｎ接合容量を小さくすることができる。また、絶縁膜４９の所定領域上に形成されるｐ側パッド電極５１の幅Ｂ２（約２５０μｍ）を、ｎ型ＧａＮ基板１の幅よりも小さくすることによって、ｐ側パッド電極５１と、絶縁膜４９と、ｎ型クラッド層４３とにより形成される寄生容量も小さくすることができる。その結果、上記第１実施形態と同様、窒化物系半導体レーザ素子４０の応答速度を高速化することができる。また、第２実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板１の幅と同じ幅を有するｎ型クラッド層４３上に、ｎ型クラッド層４３の幅よりも小さい幅（ｎ型ＧａＮ基板１の幅よりも小さい幅Ｄ２（約４．５μｍ））を有する発光層４４を形成することによって、容易に、発光層４４を介して形成されるｎ型クラッド層４３とｐ型クラッド層４５とのｐｎ接合領域を小さくすることができる。
【００５４】
また、第２実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面の転位の集中している領域１ａ上に絶縁膜５４を形成するとともに、その絶縁膜５４を覆うようにｎ側電極５３を形成することによって、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面の転位の集中している領域１ａとｎ側電極５３とが接触しないので、転位の集中している領域１ａに流れる電流をより抑制することができる。
【００５５】
なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００５６】
なお、第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスとしては、まず、図５〜図１１に示した第１実施形態と同様の製造プロセスを用いて、図１８に示したリッジ部４７までを形成する。
【００５７】
この後、図１２に示した第１実施形態の製造プロセスと同様のプロセスを用いてレジストを形成する際、この第２実施形態では、約４．５μｍの幅を有するレジスト（図示せず）を形成する。そして、図１３に示した第１実施形態の製造プロセスと同様のプロセスを用いてエッチングする際、この第２実施形態では、レジストをマスクとして、ｐ型クラッド層４５の平坦部４５ａの上面から発光層４４までをエッチングする。これにより、第２実施形態では、発光層４４およびｐ型クラッド層４５の転位の集中している領域１ａが除去されるとともに、発光層４４およびｐ型クラッド層４５（平坦部４５ａ）の幅が、それぞれ、ｎ型ＧａＮ基板１の幅よりも小さい幅Ｄ２（約４．５μｍ）となる。この後、図１４に示した第１実施形態と同様の製造プロセスを用いて、絶縁膜４９を形成する。
【００５８】
次に、第２実施形態では、図１８に示したような形状を有するｐ側パッド電極５１を形成する。ｐ側パッド電極５１の一方の端部５１ａおよび他方の端部５１ｂは、それぞれ、発光層４４の一方の端部４４ｈおよび他方の端部４４ｉが位置する領域を越える領域にまで延びるとともに、リッジ部４７の中心に対して左右対称になるように形成する。また、ｐ側パッド電極５１の幅は、ｎ型ＧａＮ基板１の幅よりも小さい幅Ｂ２（約２５０μｍ）となるようにパターニングする。
【００５９】
次に、プラズマＣＶＤ法、ＳＯＧ（スピンオングラス）法（塗布法）、または、電子ビーム蒸着法を用いて、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面上の全面に、ＳｉＯ２膜（図示せず）を形成した後、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面の転位の集中している領域１ａ以外の領域上に位置するＳｉＯ２膜を除去することによって、図１８に示したＳｉＯ２膜からなる絶縁膜５４を形成する。この後、真空蒸着法を用いて、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面上に、絶縁膜５４を覆うように、ｎ側電極５３を形成する。
【００６０】
最後に、第２実施形態では、ｐ側パッド電極５１の一方の端部５１ａ上に、ｐ側パッド電極５１の一方の端部５１ａと外部とを電気的に接続するためのワイヤ１２をボンディングする。このようにして、第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子が形成される。
【００６１】
（第３実施形態）
図１９は、本発明の第３実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造を示した平面図であり、図２０は、図１９の３００−３００線に沿った断面図である。図２１は、図１９および図２０に示した第３実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の発光層の詳細を示した断面図である。図１９〜図２１を参照して、この第３実施形態では、上記第１および第２実施形態と異なり、ｎ型ＧａＮ基板上に順次形成されるｎ型層、ｎ型クラッド層、発光層、ｐ型クラッド層のすべてが、ｎ型ＧａＮ基板よりも小さい幅を有する場合の例について説明する。
【００６２】
すなわち、この第３実施形態による窒化物系半導体レーザ素子６０では、図２０に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１の転位の集中している領域１ａ以外の領域上に、ｎ型ＧａＮ基板１の幅よりも小さい幅Ｄ３（約１０．５μｍ）を有するｎ型層６２、ｎ型クラッド層６３、発光層６４およびｐ型クラッド層６５が順次形成されている。また、ｎ型ＧａＮ基板１の転位の集中している領域１ａ上には、後述する製造プロセスにおいて、選択成長マスクとして用いる約１００ｎｍの厚みを有するＳｉＮ膜７４が形成されている。
【００６３】
ｎ型層６２は、上記第１実施形態のｎ型層２と同様、約１００ｎｍの厚みを有するとともに、約５×１０１８ｃｍ−３のドーピング量を有するＳｉがドープされたｎ型ＧａＮからなる。また、ｎ型クラッド層６３は、約４００ｎｍの厚みを有するとともに、約５×１０１８ｃｍ−３のドーピング量および約５×１０１８ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＳｉがドープされたｎ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎからなる。なお、ｎ型クラッド層６３は、本発明の「第１窒化物系半導体層」の一例である。
【００６４】
また、発光層６４は、図２１に示すように、ｎ型キャリアブロック層６４ａと、ｎ型光ガイド層６４ｂと、ＭＱＷ活性層６４ｅと、ｐ型光ガイド層６４ｆと、ｐ型キャップ層６４ｇとによって構成されている。ｎ型キャリアブロック層６４ａは、約５ｎｍの厚みを有するとともに、約５×１０１８ｃｍ−３のドーピング量および約５×１０１８ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＳｉがドープされたｎ型Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎからなる。ｎ型光ガイド層６４ｂは、約１００ｎｍの厚みを有するとともに、約５×１０１８ｃｍ−３のドーピング量および約５×１０１８ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＳｉがドープされたｎ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎからなる。また、ＭＱＷ活性層６４ｅは、約２０ｎｍの厚みを有するアンドープＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎからなる４層の障壁層６４ｃと、約３ｎｍの厚みを有するアンドープＡｌ０．０８Ｉｎ０．０２Ｇａ０．９Ｎからなる３層の井戸層６４ｄとが交互に積層されている。なお、ＭＱＷ活性層６４ｅは、本発明の「活性層」の一例である。また、ｐ型光ガイド層６４ｆは、約１００ｎｍの厚みを有するとともに、約４×１０１９ｃｍ−３のドーピング量および約５×１０１７ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＭｇがドープされたｐ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎからなる。ｐ型キャップ層６４ｇは、約２０ｎｍの厚みを有するとともに、約４×１０１９ｃｍ−３のドーピング量および約５×１０１７ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＭｇがドープされたｐ型Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎからなる。
【００６５】
また、図２０に示すように、ｐ型クラッド層６５は、約４×１０１９ｃｍ−３のドーピング量および約５×１０１７ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＭｇがドープされたｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎからなる。このｐ型クラッド層６５は、平坦部６５ａおよび凸部６５ｂを含んでいる。そして、ｐ型クラッド層６５の平坦部６５ａが、上記したｎ型ＧａＮ基板１の幅よりも小さい幅Ｄ３（約１０．５μｍ）を有する。また、ｐ型クラッド層６５の凸部６５ｂは、発光層６４の幅よりも小さい幅Ｗ（約１．５μｍ）を有するとともに、約３００ｎｍの平坦部６５ａの上面からの突出高さを有する。なお、ｐ型クラッド層６５は、本発明の「第２窒化物系半導体層」の一例である。
【００６６】
ｐ型クラッド層６５の凸部６５ｂ上には、ｐ型コンタクト層６６が形成されているとともに、ｐ型クラッド層６５の凸部とｐ型コンタクト層６６とによってリッジ部６７が構成されている。このｐ型コンタクト層６６は、上記第１実施形態のｐ型コンタクト層６と同様、約１０ｎｍの厚みを有するとともに、約４×１０１９ｃｍ−３のドーピング量および約５×１０１７ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＭｇがドープされたｐ型ＧａＮからなる。また、リッジ部６７を構成するｐ型コンタクト層６６上には、ｐ側オーミック電極８が形成されている。そして、ｐ側オーミック電極８の上面以外の領域を覆うように、絶縁膜６９が形成されている。この絶縁膜６９は、上記第１実施形態の絶縁膜９と同様、約２５０ｎｍの厚みを有するＳｉＮ膜からなる。
【００６７】
ここで、第３実施形態では、図１９および図２０に示すように、絶縁膜６９の所定領域上に、ｐ側オーミック電極８の上面と接触するように、ｎ型ＧａＮ基板１の幅よりも小さい幅Ｂ３（約１２０μｍ）を有するｐ側パッド電極７１が形成されている。このｐ側パッド電極７１の一方の端部７１ａは、図１９に示すように、平面的に見て、矩形状に突出するように形成されている。そして、ｐ側パッド電極７１の矩形状に突出した一方の端部７１ａは、発光層６４の一方の端部６４ｈが位置する領域を越える領域にまで延びるように、ＳｉＮ膜７４の上面上に位置する絶縁膜６９上に形成されている。その一方、ｐ側パッド電極７１の他方の端部７１ｂは、発光層６４の他方の端部６４ｉが位置する領域を越えないように、ｐ型クラッド層６５の平坦部上に位置する絶縁膜６９上に形成されている。また、ｐ側パッド電極７１は、上記第１実施形態のｐ側パッド電極１１と同様、下層から上層に向かって、約１００ｎｍの厚みを有するＴｉ層と、約１００ｎｍの厚みを有するＰｄ層と、約３μｍの厚みを有するＡｕ層とによって構成されている。なお、ｐ側パッド電極７１は、本発明の「パッド電極」の一例である。そして、ｐ側パッド電極７１の矩形状に突出した一方の端部７１ａ上には、ｐ側パッド電極７１の一方の端部７１ａと外部とを電気的に接続するためのワイヤ１２がボンディングされている。
【００６８】
また、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面の転位の集中している領域１ａ以外の領域上には、約３００μｍの幅を有するｎ側電極７３が形成されている。このｎ側電極７３は、上記第１実施形態のｎ側電極１３と同様、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面に近い方から順に、約１０ｎｍの厚みを有するＡｌ層と、約２０ｎｍの厚みを有するＰｔ層と、約３００ｎｍの厚みを有するＡｕ層とによって構成されている。
【００６９】
第３実施形態では、上記のように、ｎ型クラッド層６３上に形成される発光層６４の幅Ｄ３（約１０．５μｍ）をｎ型ＧａＮ基板１の幅よりも小さくするとともに、発光層６４上に形成されるｐ型クラッド層６５の幅を発光層６４の幅と同じにすることによって、発光層６４を介して形成されるｎ型クラッド層６３とｐ型クラッド層６５とのｐｎ接合領域が小さくなるので、ｐｎ接合容量を小さくすることができる。また、絶縁膜６９の所定領域上に形成されるｐ側パッド電極７１の幅Ｂ３（約１２０μｍ）を、ｎ型ＧａＮ基板１の幅よりも小さくすることによって、ｐ側パッド電極７１と、絶縁膜６９およびＳｉＮ膜７４と、ｎ型ＧａＮ基板１とにより形成される寄生容量も小さくすることができる。特に、第３実施形態では、発光層６４の一方の端部６４ｈが位置する領域を越える領域にまで延びるように形成されたｐ側パッド電極７１の一方の端部７１ａを、平面的に見て矩形状に突出するように形成しているので、平面的に見て四角形状に形成されたｐ側パッド電極の一方の端部を、発光層の一方の端部が位置する領域を越える領域にまで延びるように形成した第１および第２実施形態に比べて、ｐ側パッド電極７１の形成領域をより小さくすることができる。このため、第１および第２実施形態よりも寄生容量を小さくすることができる。その結果、窒化物系半導体レーザ素子６０の応答速度をより高速化することができる。
【００７０】
また、第３実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面の転位の集中している領域１ａ以外の領域上にｎ側電極７３を形成することによって、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面の転位の集中している領域１ａとｎ側電極７３とが接触しないので、転位の集中している領域１ａに流れる電流をより抑制することができる。
【００７１】
なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００７２】
図２２は、図１９および図２０に示した第３実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図５〜図８、図１０、図１１、図１５および図１９〜図２２を参照して、第３実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスについて説明する。
【００７３】
まず、図５〜図８に示した第１実施形態と同様の製造プロセスを用いて、ｎ型ＧａＮ基板１を形成する。
【００７４】
次に、第３実施形態では、図２２に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１の転位の集中している領域１ａ上に、約１００ｎｍの厚みを有するＳｉＮ膜７４を、約１０．５μｍの間隔Ｄ３を隔てて形成する。この後、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ＳｉＮ膜７４を選択成長マスクとして、ｎ型ＧａＮ基板１上に、ｎ型層６２、ｎ型クラッド層６３、発光層６４、ｐ型クラッド層６５およびｐ型コンタクト層６６を順次成長させる。
【００７５】
具体的には、基板温度を約１１００℃の成長温度に保持した状態で、Ｈ２およびＮ２からなるキャリアガスと、ＮＨ３およびＴＭＧａからなる原料ガスと、ＳｉＨ４からなるドーパントガスとを用いて、ｎ型ＧａＮ基板１上に、約１００ｎｍの厚みを有するとともに、約５×１０１８ｃｍ−３のドーピング量を有するＳｉがドープされたｎ型ＧａＮからなるｎ型層６２を成長させる。この後、原料ガスにＴＭＡｌをさらに加えて、ｎ型層６２上に、約４００ｎｍの厚みを有するとともに、約５×１０１８ｃｍ−３のドーピング量および約５×１０１８ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＳｉがドープされたｎ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎからなるｎ型クラッド層６３を成長させる。次に、ｎ型クラッド層６３上に、図２１に示したような構造を有する発光層６４を成長させる。
【００７６】
具体的には、ｎ型クラッド層６３の形成に続いて、ｎ型クラッド層６３上に、約５ｎｍの厚みを有するとともに、約５×１０１８ｃｍ−３のドーピング量および約５×１０１８ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＳｉがドープされたｎ型Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎからなるｎ型キャリアブロック層６４ａ（図２１参照）を成長させる。
【００７７】
この後、基板温度を約８００℃の成長温度に保持した状態で、Ｈ２およびＮ２からなるキャリアガスと、ＮＨ３、ＴＭＧａおよびＴＭＡｌからなる原料ガスと、ＳｉＨ４からなるドーパントガスとを用いて、ｎ型キャリアブロック層６４ａ上に、約１００ｎｍの厚みを有するとともに、約５×１０１８ｃｍ−３のドーピング量および約５×１０１８ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＳｉがドープされたｎ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎからなるｎ型光ガイド層６４ｂを成長させる。
【００７８】
次に、ドーパントガスを用いないで、ｎ型光ガイド層６４ｂ上に、約２０ｎｍの厚みを有するアンドープＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎからなる４層の障壁層６４ｃと、約３ｎｍの厚みを有するアンドープＡｌ０．０８Ｉｎ０．０２Ｇａ０．９Ｎからなる３層の井戸層６４ｄとを交互に成長させることによりＭＱＷ活性層６４ｅを形成する。なお、障壁層６４ｃを成長させる際には、原料ガスとしてＮＨ３、ＴＭＧａおよびＴＭＡｌを用いるとともに、井戸層６４ｄを成長させる際には、原料ガスとしてＮＨ３、ＴＭＧａ、ＴＭＡｌおよびＴＭＩｎを用いる。
【００７９】
次に、Ｃｐ２Ｍｇからなるドーパントガスを用いて、ＭＱＷ活性層６４ｅ（障壁層６４ｃ）上に、約１００ｎｍの厚みを有するとともに、約４×１０１９ｃｍ−３のドーピング量および約５×１０１７ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＭｇがドープされたｐ型Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎからなるｐ型光ガイド層６４ｆを成長させる。この後、ｐ型光ガイド層６４ｆ上に、約２０ｎｍの厚みを有するとともに、約４×１０１９ｃｍ−３のドーピング量および約５×１０１７ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＭｇがドープされたｐ型Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎからなるｐ型キャップ層６４ｇを成長させる。これにより、ｎ型キャリアブロック層６４ａ、ｎ型光ガイド層６４ｂ、ＭＱＷ活性層６４ｅ、ｐ型光ガイド層６４ｆおよびｐ型キャップ層６４ｇからなる発光層６４が形成される。
【００８０】
次に、図２２に示すように、基板温度を約１１００℃の成長温度に保持した状態で、Ｈ２およびＮ２からなるキャリアガスと、ＮＨ３、ＴＭＧａおよびＴＭＡｌからなる原料ガスと、Ｃｐ２Ｍｇからなるドーパントガスとを用いて、発光層６４上に、約４００ｎｍの厚みを有するとともに、約４×１０１９ｃｍ−３のドーピング量および約５×１０１７ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＭｇがドープされたｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎからなるｐ型クラッド層６５を成長させる。この後、原料ガスをＮＨ３およびＴＭＧａに変えて、ｐ型クラッド層６５上に、約１０ｎｍの厚みを有するとともに、約４×１０１９ｃｍ−３のドーピング量および約５×１０１７ｃｍ−３のキャリア濃度を有するＭｇがドープされたｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層６６を成長させる。
【００８１】
上記のように、ｎ型ＧａＮ基板１上に、ｎ型層６２、ｎ型クラッド層６３、発光層６４、ｐ型クラッド層６５およびｐ型コンタクト層６６を成長させる際に、第３実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板１の転位の集中している領域１ａ上に形成されたＳｉＮ膜７４を選択成長マスクとして用いるので、ｎ型層６２、ｎ型クラッド層６３、発光層６４、ｐ型クラッド層６５およびｐ型コンタクト層６６に、ｎ型ＧａＮ基板１の転位が伝播するのを抑制することができる。また、約１０．５μｍの間隔Ｄ３を隔てて形成されたＳｉＮ膜７４を選択成長マスクとして、ｎ型ＧａＮ基板１上に、窒化物系半導体各層（６２〜６６）を形成することによって、ｎ型ＧａＮ基板１の幅よりも小さい幅Ｄ３（約１０．５μｍ）を有する窒化物系半導体各層（６２〜６６）を形成することができるので、ｎ型ＧａＮ基板１の幅と同じ幅を有する窒化物系半導体各層を形成する場合に比べて、クラックが発生するのを抑制することができる。この場合、第３実施形態のように、窒化物系半導体各層（６３〜６５）のＡｌ組成比を高くしたとしても、窒化物系半導体各層（６３〜６５）にクラックが発生するのを抑制することができる。また、大きい厚みを有する窒化物系半導体層を形成した場合においても、クラックが発生するのを抑制することができる。また、隣接するＳｉＮ膜７４間の距離が約１０．５μｍの幅Ｄ３を有するように形成されているので、ｎ型層６２、ｎ型クラッド層６３、発光層６４、ｐ型クラッド層６５およびｐ型コンタクト層６６の幅が、それぞれ、ｎ型ＧａＮ基板１の幅よりも小さい幅Ｄ３（約１０．５μｍ）となる。
【００８２】
次に、図１０および図１１に示した第１実施形態と同様の製造プロセスを用いて、図２０に示したｐ型クラッド層６５の凸部６５ｂとｐ型コンタクト層６６とによって構成されるリッジ部６７を形成する。
【００８３】
この後、第３実施形態では、図２０に示したような形状を有するｐ側パッド電極７１を形成する。ｐ側パッド電極７１の矩形状に突出した一方の端部７１ａは、発光層６４の一方の端部６４ｈが位置する領域を越える領域にまで延びるように形成する。また、ｐ側パッド電極７１の他方の端部７１ｂは、発光層６４の他方の端部６４ｉが位置する領域を越えないように形成する。また、ｐ側パッド電極７１の幅は、ｎ型ＧａＮ基板１の幅よりも小さい幅Ｂ３（約１２０μｍ）となるようにパターニングする。
【００８４】
次に、真空蒸着法を用いて、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面上の全面に、ｎ側電極７３を構成する金属層（図示せず）を形成した後、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面の転位の集中している領域１ａ上に位置する金属層を除去することによって、裏面電極７３を形成する。
【００８５】
最後に、第３実施形態では、図１９および図２０に示したように、ｐ側パッド電極７１の矩形状に突出した一方の端部７１ａ上に、ｐ側パッド電極７１の一方の端部７１ａと外部とを電気的に接続するためのワイヤ１２をボンディングする。このようにして、第３実施形態による窒化物系半導体レーザ素子が形成される。
【００８６】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００８７】
たとえば、上記実施形態では、発光層とｐ型クラッド層の平坦部とが同じ幅になるようにしたが、本発明はこれに限らず、ｐ型クラッド層の平坦部の幅が発光層の幅よりも小さくてもよい。
【００８８】
また、上記第１および第２実施形態では、ｐ側パッド電極を、平面的に見て、四角形状になるように形成したが、本発明はこれに限らず、ｐ側パッド電極の端部が、発光層の端部が位置する領域を超える領域にまで延びて形成されていれば、四角形状以外の平面形状を有するｐ側パッド電極を形成してもよい。
【００８９】
また、上記実施形態では、ウルツ鉱型構造の窒化物系半導体各層を形成するようにしたが、本発明はこれに限らず、閃亜鉛鉱型構造の窒化物系半導体各層を形成するようにしてもよい。
【００９０】
また、上記実施形態では、ＭＯＣＶＤ法を用いて、窒化物系半導体各層を結晶成長させるようにしたが、本発明はこれに限らず、ＨＶＰＥ法、および、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、ＴＭＩｎ、ＮＨ３、ＳｉＨ４、ＧｅＨ４およびＣｐ２Ｍｇなどを原料ガスとして用いるガスソースＭＢＥ法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ：分子線エピタキシャル成長法）などを用いて、窒化物系半導体各層を結晶成長させるようにしてもよい。
【００９１】
また、上記実施形態では、窒化物系半導体各層の表面が（０００１）面になるように積層したが、本発明はこれに限らず、窒化物系半導体各層の表面が他の方向になるように積層してもよい。たとえば、窒化物系半導体各層の表面が（１−１００）面や（１１−２０）面などの（Ｈ、Ｋ、−Ｈ−Ｋ、０）面になるように積層してもよい。この場合、ＭＱＷ活性層内にピエゾ電場が発生しないので、井戸層のエネルギバンドの傾きに起因する正孔と電子との再結合確率の低下を抑制することができる。その結果、ＭＱＷ活性層の発光効率を向上させることができる。また、（１−１００）面や（１１−２０）面から傾斜している基板を用いてもよい。
【００９２】
また、上記実施形態では、活性層として多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の活性層を用いる例を示したが、本発明はこれに限らず、量子効果を有しない大きな厚みを有する単層または単一量子井戸構造の活性層であっても同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造を示した平面図である。
【図２】図１の１００−１００線に沿った断面図である。
【図３】図１および図２に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の発光層の詳細を示した断面図である。
【図４】図１および図２に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子を用いた半導体レーザの構造を示した斜視図である。
【図５】図１および図２に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図６】図１および図２に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図７】図１および図２に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図８】図１および図２に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図９】図１および図２に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１０】図１および図２に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１１】図１および図２に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１２】図１および図２に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１３】図１および図２に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１４】図１および図２に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１５】図１および図２に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１６】図１および図２に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図１７】本発明の第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造を示した平面図である。
【図１８】図１７の２００−２００線に沿った断面図である。
【図１９】本発明の第３実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造を示した平面図である。
【図２０】図１９の３００−３００線に沿った断面図である。
【図２１】図１９および図２０に示した第３実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の発光層の詳細を示した断面図である。
【図２２】図１９および図２０に示した第３実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００９４】
１  ｎ型ＧａＮ基板（導電性基板）
３、４３、６３  ｎ型クラッド層（第１窒化物系半導体層）
４ｅ、６４ｅ  ＭＱＷ活性層（活性層）
４ｈ、４４ｈ、６４ｈ  端部
５、４５、６５  ｐ型クラッド層（第２窒化物系半導体層）
５ａ、４５ａ、６５ａ  平坦部
５ｂ、４５ｂ、６５ｂ  凸部
８  ｐ側オーミック電極（オーミック電極）
９、４９、６９  絶縁膜
１１、５１、７１  ｐ側パッド電極（パッド電極）
１１ａ、５１ａ、７１ａ  端部
【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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