(57)【要約】    【課題】  短波長域で発振可能である窒化物半導体レーザ素子を得る。    【解決手段】  基板上に、Ａｌを含む窒化物半導体からなるｎ型クラッド層とｎ型光ガイド層、ＩｎとＡｌとを含む窒化物半導体からなる井戸層を有する量子井戸構造をした活性層、及びＡｌを含む窒化物半導体からなるｐ型光ガイド層とｐ型クラッド層とを備えた窒化物半導体レーザ素子において、前記活性層の井戸層が、ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ（０．０２≦ｘ≦０．０５、０．００５≦ｙ≦０．０３、ｘ＋ｙ＜１）からなり、該活性層を挟んだ第１の障壁層及び第２の障壁層がＡｌuＧａ1-uＮ（０．１０≦ｕ≦０．１７）からなり、前記井戸層の膜厚が前記障壁層の膜厚よりも厚膜であることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。【選択図】  図１
2005101536.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、Ａｌを含む窒化物半導体からなるｎ型クラッド層とｎ型光ガイド層、ＩｎとＡｌとを含む窒化物半導体からなる井戸層を有する量子井戸構造をした活性層、及びＡｌを含む窒化物半導体からなるｐ型光ガイド層とｐ型クラッド層とを備えた窒化物半導体レーザ素子において、
前記活性層の井戸層が、ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ（０．０２≦ｘ≦０．０５、０．００５≦ｙ≦０．０３、ｘ＋ｙ＜１）からなり、該活性層を挟んだ第１の障壁層及び第２の障壁層がＡｌuＧａ1-uＮ（０．１０≦ｕ≦０．１７）からなり、
前記井戸層の膜厚が前記障壁層の膜厚よりも厚膜であることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記ｎ型及びｐ型クラッド層が、ＡｌaＧａ1-aＮ（０．０７≦ａ≦０．１０）からなる第１層と、ＡｌbＧａ1-bＮ（０．１１≦ｂ≦０．１４）からなる第２層よりなる超格子層であることを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記ｎ型及びｐ型光ガイド層が、ＡｌcＧａ1-cＮ（０．０５５≦ｃ≦０．０７５）からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記活性層とｐ型光ガイド層との間に、活性層よりもバンドギャップエネルギーが大きいＡｌを含む窒化物半導体層を介していることを特徴とする請求項１乃至３記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記基板は、少なくとも光導波路領域の直下は低転位領域としていることを特徴とする請求項１乃至４記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記基板は、異種基板の表面上に周期的なストライプ状、格子状又は島状をした第１の窒化物半導体層と、該第１の窒化物半導体層の上面、及び／又は側面を核として成長することで前記異種基板の全面を覆う第２の窒化物半導体層とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記第２の窒化物半導体層には低転位領域が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記基板の低転位領域における転位数が１×１０7個／ｃｍ2以下であることを特徴とする請求項７に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項９】
前記基板がＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）からなる基板であることを特徴とする請求項１乃至８に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１０】
前記窒化物半導体レーザ素子が一対の共振器面を有し、該共振器面の光出射端面に、誘電体多層膜が形成されてなる請求項１乃至９に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１１】
前記誘電体多層膜が、光出射端面側から少なくとも５λ／４ｎ以上の膜厚の酸化シリコン膜とλ／４ｎの膜厚の酸化ジルコニウム膜との積層膜により形成されてなる請求項１０に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１２】
基板上に、Ａｌを含む窒化物半導体からなるｎ型クラッド層とｎ型光ガイド層、ＩｎとＡｌとを含む窒化物半導体からなる井戸層を有する量子井戸構造をした活性層、及びＡｌを含む窒化物半導体からなるｐ型光ガイド層とｐ型クラッド層とを備えた窒化物半導体レーザ素子において、
前記窒化物半導体レーザ素子が一対の共振器面を有し、該共振器面の光出射端面に、光出射端面側から少なくとも５λ／４ｎ以上の膜厚の酸化シリコン膜とλ／４ｎの膜厚の酸化ジルコニウム膜との積層膜からなる誘電体多層膜が形成されてなる窒化物半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
今日、窒化物半導体を用いた半導体レーザは、紫外域から赤色に至るまで、幅広い波長域での発振が可能と考えられ、その応用範囲は、ＤＶＤなど、大容量・高密度の情報記録・再生録画が可能な光ディスクシステムへの利用にとどまらず、レーザプリンタ、光ネットワークなどの光源等として期待されている。
また、窒化物半導体レーザ素子において、３６５ｎｍ以下の波長域での発光、発振がさらに重要となっている。これは、３６５ｎｍ以下の短波長化により、環境に無害である窒化物半導体レーザ素子が水銀ランプなどの代替製品あるいはそれらの応用製品として実用化が可能となるからである。
【０００２】
窒化物半導体レーザ素子等において、短波長の発光を得るには、活性層におけるＩｎ混晶比を変化させることが考えられる。しかしながら、ＧａＮのバンドギャップである波長３７０ｎｍ以下では、ＩｎＧａＮを発光層に用いることが困難となる。また、波長が短くなると、導波路内のガイド層で光の吸収による損失が発生し、閾値電流が高くなる。
このような窒化物半導体素子の短波長化への試みとして、ＡｌＩｎＧａＮ等の量子井戸構造を用いるものがある。これにより、理論上は、井戸層におけるＡｌ組成比を変化させることで、所望の発光波長のレーザ素子や発光素子が得られる。
【特許文献１】特開平１０−２７０７５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記特許文献１に示すようなＡｌＩｎＧａＮなどのＡｌを含む窒化物半導体をレーザ素子に用いる場合においては、他のＡｌを含まない窒化物半導体に比べて、クラックが発生しやすくなる。このクラックの発生を防止しなければ、窒化物半導体素子として動作しないものとなる。そのため、Ａｌを含有させる短波長化とクラック発生防止とは排他的な関係であった。さらに、短波長化において、ＧａＮは３６５ｎｍに光の吸収端を有し、それよりも１０ｎｍほど波長の長い領域でも高い吸収係数を有することから、この３７０ｍ以下の短波長域でのレーザ素子や発光素子への使用が困難となる。
【０００４】
加えて、レーザ素子における活性層は、その素子特性が結晶性に大きく依存することから、活性層の上下に配置される導電型層の結晶性が素子特性向上に極めて重要な要因となる。通常、窒化物半導体発光素子は、基板上にｎ型層、活性層、ｐ型層の順に積層された構造を有している。そのため、基板上のｎ型層及び活性層上のｐ型層における結晶性を良好なものとする必要がある。
【０００５】
そこで、本発明は、紫外から青色、例えば、発振波長が３５０ｎｍ以上３６７ｎｍ以下、特に３５２ｎｍ以上３６５ｎｍ以下の窒化物半導体レーザ素子において、窒化物半導体の結晶性を良好なものとし、クラックの発生を抑制したレーザ素子であって、閾値電流密度を低減させた素子構造を形成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の窒化物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。
（１）本発明の第１の窒化物半導体レーザ素子は、基板上にＡｌを含む窒化物半導体からなるｎ型クラッド層とｎ型光ガイド層、ＩｎとＡｌとを含む窒化物半導体からなる井戸層を有する量子井戸構造をした活性層、及びＡｌを含む窒化物半導体からなるｐ型光ガイド層とｐ型クラッド層とを備えた窒化物半導体レーザ素子において、前記活性層の井戸層が、ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ（０．０２≦ｘ≦０．０５、０．００５≦ｙ≦０．０３、ｘ＋ｙ＜１）からなり、該活性層を挟んだ第１の障壁層及び第２の障壁層がＡｌuＧａ1-uＮ（０．１０≦ｕ≦０．１７）からなり、前記井戸層の膜厚が前記障壁層の膜厚よりも厚膜である。
【０００７】
活性層の井戸層が、４元混晶であれば理論上は短波長域での発光は可能であるが、これでは活性層の周辺からクラックが発生する。そのため、本発明では前記井戸層をＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ（０．０２≦ｘ≦０．０５、０．００５≦ｙ≦０．０３、ｘ＋ｙ＜１）からなる構成とすることにより、該井戸層の上下層におけるクラックの発生を抑制する。特に４元混晶において、Ｉｎを０．００５から０．０３の範囲とすることで該井戸層を中心に歪みが緩和される。また、４元混晶の井戸層を上記範囲にした場合であっても、その上下に積層される障壁層との整合性によっては結晶性を低下させてしまう。そこで、本発明は前記井戸層を挟んだ障壁層をＡｌuＧａ1-uＮ（０．１０≦ｕ≦０．１７）からなる構成とすることで井戸層と障壁層と良好な整合性を保つことができ結晶性の低下を防ぐことができる。
【０００８】
井戸層と障壁層を上記混晶比で積層する場合には、井戸層の膜厚を障壁層よりも厚くすることで、効果的に活性層の周辺でのクラックの発生が抑制できる。前記活性層は単一量子井戸層について述べたが、多重量子井戸層としてもよく、最終層は井戸層で形成しても障壁層で形成してもよい。
（２）上記構成において、前記ｎ型及びｐ型クラッド層が、ＡｌcＧａ1-cＮ（０．０７≦ｃ≦０．１０）からなる第１層と、ＡｌdＧａ1-dＮ（０．１１≦ｄ≦０．１４）からなる第２層よりなる超格子層であることが好ましい。
【０００９】
前述した条件で活性層を結晶性よく成長させた場合であっても、その下層で、すでにクラックが発生していればレーザ素子とすることはできない。また、前記活性層の上に成長する上層についても同様である。特に発振波長を３６５ｎｍ以下とする窒化物半導体レーザ素子においては、活性層と、その上下層との相性であったり、これらの上下層の結晶性が素子特性に顕著な差として現れる。そこで、前記ｎ型及びｐ型クラッド層を、Ａｌ混晶を上記範囲とした第１層と第２層からなる超格子層とすることでクラッド層内でのクラック発生を抑制することができる。
【００１０】
（３）上記構成において、前記ｎ型及びｐ型光ガイド層が、ＡｌｃＧａ１−ｃＮ（０．０５５≦ｃ≦０．０７５）からなることが好ましい。これによって、ガイド層内及びガイド層とこの層に接した層との界面でのクラック発生を抑制することができる。
（４）上記構成において、前記活性層とｐ型光ガイド層との間に、活性層よりもバンドギャップエネルギーが大きいＡｌを含む窒化物半導体層を介していることが好ましい。該Ａｌを含む窒化物半導体層は、ｐ型キャリア閉込め層として機能する。
【００１１】
（５）上記構成において、前記基板は、少なくとも光導波路領域の直下は低転位領域としていることが好ましい。前記基板に結晶欠陥の少ない下地層を備えていることで、該下地層の上に成長させる活性層には、下からの転位の伝播が少なく、レーザ素子の寿命特性は大幅に向上する。活性層を成長させるのに結晶欠陥の少ない下地層の面積は、光導波路の狭範囲が低転位領域であればよい。また前記基板を用いることで基板と窒化物半導体層との界面でのクラック発生も抑制することができる。
【００１２】
（６）上記構成において、前記基板は、異種基板の表面上に周期的なストライプ状、格子状又は島状の第１の窒化物半導体層と、該第１の窒化物半導体層の上面、及び／又は側面を核として成長することで前記異種基板の全面を覆う第２の窒化物半導体層とを備えていることが好ましい。このような基板であれば、低転位領域を広範囲で形成するのみならず、第１の窒化物半導体層同士の間に空洞を形成することができ、これにより基板の反りを緩和してクラックの発生を抑制することができる。
【００１３】
（７）上記構成において、前記第２の窒化物半導体層には低転位領域が形成されていることが好ましい。これにより、レーザ素子の寿命特性は大幅に向上する。
（８）上記構成において、前記基板の低転位領域における転位数が１×１０7個／ｃｍ2以下であることが好ましい。基板の結晶性はその上に成長させる各層に引き継がれるが、前記低転位領域における転位数が１×１０7個／ｃｍ2以下であれば、この上に成長させる各層の結晶性が安定する。
【００１４】
前記基板としては、窒化物半導体と異なる材質からなる異種基板を用いることができる。Ｃ面、Ｒ面及びＡ面のいずれかを主面とするサファイア、スピネル（ＭｇＡ１2Ｏ4）のような絶縁性基板、窒化物半導体と格子整合する酸化物基板、その他にはＳｉ、ＳｉＣ等の導電性基板である。好ましくは、前記異種基板上に結晶欠陥の少ない窒化物半導体を成長させた擬似窒化物半導体基板や、窒化物バルク単結晶からウェハ加工した窒化物半導体基板を用いる。窒化物半導体基板や導電性の基板を用いれば、同一面上に電極を形成したレーザ素子構造に限定されずに、対向電極構造とすることができる。
【００１５】
また、窒化物半導体の内部に微細なクラックの発生を防止するために、異種基板にはオフアングル角を以下に示す範囲で形成する。サファイアのＣ面がステップ状にオフアングルされ、オフアングル角θが０．０１°〜０．３°の範囲のものが好ましい。オフアングル角θが０．０１°未満であると横方向に成長させる窒化物半導体の内部に微細なクラックが発生しやすくなる傾向があり、一方オフ角が０．３°を超えると、選択成長の窒化物半導体の面状態がステップ状になり、その上に素子構造を成長させるとステップが若干強調され、素子のショート及び閾値（Ｉｔｈ）の上昇を招き易くなる傾向がある。このような微細なクラックは、寿命特性の低下を引き起こす原因となる可能性がある。従って、上記のようにオフアングルされた基板を用いることが、微細なクラックの発生を防止する点で好ましい。
【００１６】
（９）上記構成において、前記基板がＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）からなる基板であることが好ましい。その他には、前記基板の上にＨＶＰＥ法又はＭＯＣＶＤ法でＧａＮ層を積層し、異種基板等を除去してＧａＮ層のみとしたＧａＮ基板、ＮＨ3流体中でＧａＮ種結晶上に単結晶ＧａＮを再結晶させて形成したＧａＮ基板等を用いることもできる。
（１０）さらに、前記窒化物半導体レーザ素子が一対の共振器面を有し、該共振器面の光出射端面に、誘電体多層膜が形成されていてもよい。
【００１７】
（１１）前記誘電体多層膜は、光出射端面側から少なくとも５λ／４ｎ以上の膜厚の酸化シリコン膜とλ／４ｎの膜厚の酸化ジルコニウム膜との積層膜により形成することができる。
（１２）本発明の第２の窒化物半導体レーザ素子は、基板上に、Ａｌを含む窒化物半導体からなるｎ型クラッド層とｎ型光ガイド層、ＩｎとＡｌとを含む窒化物半導体からなる井戸層を有する量子井戸構造をした活性層、及びＡｌを含む窒化物半導体からなるｐ型光ガイド層とｐ型クラッド層とを備えた窒化物半導体レーザ素子において、前記窒化物半導体レーザ素子が一対の共振器面を有し、該共振器面の光出射端面に、光出射端面側から少なくとも５λ／４ｎ以上の膜厚の酸化シリコン膜とλ／４ｎの膜厚の酸化ジルコニウム膜との積層膜からなる誘電体多層膜が形成されてなる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の窒化物半導体レーザ素子は、３６５ｎｍ以下の短波長域において、レーザ発振可能な活性層、導波路構造を形成している。特に、ＡｌＩｎＧａＮの井戸層において、上記構成とすることによりＡｌ組成比を変化させて所望の発光波長の禁制帯幅を形成して、短波長域の発光素子、レーザ素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の窒化物半導体レーザ素子は、例えば、典型的には図１に示すようなレーザ素子が挙げられる。なお、図１は、本発明の一実施の形態である窒化物半導体レーザ素子を示す模式的断面図である。
サファイア等の異種基板１０１上にバッファ層（図示せず）を介して、ラテラル成長を利用した下地層１０２を形成し、その上に、ｎ型不純物をドープした窒化物半導体層からなるｎ型コンタクト層１０３、ｎ型不純物をドープしたＩｎgＧａ1-gＮ（０．０５≦ｇ≦０．２）よりなるクラック防止層１０４、超格子層のｎ型クラッド層１０５、クラッド層よりもバンドギャップエネルギーの小さい窒化物半導体層（ＡｌＧａＮ）からなるｎ型ガイド層１０６、ＡｌＩｎＧａＮからなる井戸層を備えた量子井戸構造の活性層１０７、ｐ型不純物をドープしたＡｌdＧａ1-dＮ（０＜ｄ≦１）からなる少なくとも１層以上のｐ型電子閉込め層（省略可能）１０８、クラッド層よりもバンドギャップエネルギーの小さい窒化物半導体層（ＡｌＧａＮ）からなるｐ型ガイド層１０９、超格子層のｐ型クラッド層１１０、ｐ型不純物をドープした窒化物半導体層からなるｐ型コンタクト層１１１を積層したリッジ形状のストライプを有する窒化物半導体レーザ素子である。
【００２０】
また、リッジの側面には第２の保護膜（埋め込み層）１６２が形成されている。
リッジ形状のストライプの最上層であるｐ型コンタクト層１１１上にはｐ電極１２０が形成されており、ｎ型コンタクト層１０３上にｎ電極１２１が形成されている。
さらに、ｐパッド電極１２２及びｎパッド電極１２３の形成面を除いて、ｐ電極１２０及びｎ電極１２１上から側面には積層膜１６４が形成されている。これらのｐ電極１２０及びｎ電極１２１上にはそれぞれｐパッド電極１２２、ｎパッド電極１２３が形成されている。
【００２１】
また、図１には示されていないが、共振器面の光出射面側には、後述する無機材料により形成される保護膜が形成され、その上に、誘電体多層膜が形成されている。
（基板１０１）
本発明の窒化物半導体レーザ素子に用いる基板としては、窒化物半導体と異なる異種基板を用いてもよいし、窒化物半導体基板を用いてもよい。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で、従来から知られている基板材料を用いることができる。なかでも、サファイア、スピネルが挙げられる。基板は、少なくともその表面が、０．０１〜０．３°程度のオフアングル角、さらにステップ状のオフアングル角を有しているものであってもよい。これにより、素子を構成する窒化物半導体層、活性層の内部において、微細なクラックの発生を防止することができる。
【００２２】
なお、窒化物半導体基板（例えば、ＧａＮ基板など）を用いる場合には、下地層（ラテラル成長を行うための保護層等を含む）、ｎコンタクト層等は、必ずしも形成する必要はなく、省略することができる。
（下地層１０２）
異種基板１０１上にはバッファ層（図示せず）を介して窒化物半導体からなる下地層１０２を形成することが好ましい。
【００２３】
バッファ層としては、例えばＩｎαＡｌβＧａ1-α-βＮ（０≦α、０≦β、α＋β≦１）等（例えば、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ等、好ましくはＧａＮ）を３００℃以上９００℃以下の温度で、膜厚数十オングストローム〜数百オングストロームで成長させてなるものが挙げられる。このバッファ層は、異種基板と高温成長の窒化物半導体層との格子定数不正を緩和し、転位の発生を防止するのに好ましい。
【００２４】
バッファ層を成長した後、第１の窒化物半導体層を部分的に成長させ、さらに、この第１の窒化物半導体層を成長核として第２の窒化物半導体層を成長させることにより、ラテラル成長を利用した転位が低減した下地層１０２を形成することが好ましい。下地層は、一般式ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）で表される窒化物半導体であることが好ましく、膜厚は３〜３０μｍであることが好ましい。また、ラテラル成長した領域（低転位領域）は、転位数が１×１０7個／ｃｍ2以下、好ましくは１×１０6個／ｃｍ2以下と少ないか、部分的に少ない領域を有しているものが適当である。さらに、この下地層は、例えば、１×１０16〜５×１０21ｃｍ-3程度の範囲でｎ型不純物（例えば、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｃ、Ｔｉ等）が含有されていてもよい。
【００２５】
部分的（選択的）に第１の窒化物半導体層を形成するためには、フォトリソグラフィ技術を用いて、所定の形状を有するフォトマスクを作製し、そのフォトマスクを介して、所定の形状を有する保護膜を形成する。保護膜の形状を、例えばドット、ストライプ、碁盤面状、メッシュ形状、網目状等の形状で形成することで、第１の窒化物半導体層をエッチングして所望のパターンとすることができる。なお、保護膜は、例えば、酸化ケイ素（ＳｉＯX）、酸化チタン（ＴｉＯX）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯX）等の酸化物、窒化ケイ素（ＳｉXＮY）、窒化チタン等の窒化物、窒化酸化ケイ素、またはこれらの多層膜の他、タングステン、チタン、タンタル等の１２００℃以上の融点を有する高融点金属等が挙げられる。
【００２６】
また、第１の窒化物半導体層をストライプ形状に形成する場合のストライプ幅Ａと核が形成されていない部分（窓部）の幅Ｂとの関係は、幅Ａは２〜２００μｍ、好ましくは１５〜１００μｍであり、幅Ｂは２〜２００μｍ、好ましくは２〜１００μｍである。また、選択成長して得られる窒化物半導体上にレーザ素子構造を形成し、ｐ型窒化物半導体層の最上層にリッジ形状のストライプを形成する場合、リッジ形状のストライプが、低転位領域上に形成されていることが好ましい。これによって、寿命特性等に優れた窒化物半導体レーザ素子を実現することができる。
【００２７】
なお、異種基板を用いる場合には、異種基板上に素子構造形成前の下地層となる窒化物半導体を成長させた後、異種基板を研磨などの方法により除去して、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、素子構造形成中又は後に、異種基板を除去してもよい。
また、窒化物半導体基板としては、後述する窒化物半導体からなる基板が挙げられる。
【００２８】
（窒化物半導体層）
本発明の窒化物半導体レーザ素子において、窒化物半導体としては、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体（ＩｎαＡｌβＧａ1-α-βＮ、０≦α、０≦β、α＋β≦１）であり、層によっては、更にＩＩＩ族元素としてＢを用いたり、Ｖ族元素としてＮの一部をＰ、Ａｓで置換した、混晶とすることができる。なお、Ａｌを含む窒化物半導体はβ＞０であり、Ｉｎを含む窒化物半導体はα＞０である。  窒化物半導体は、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線気相成長法）等、当該分野で公知のいずれの方法によっても形成することができる。
【００２９】
窒化物半導体層に用いるｎ型不純物としては、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、特に限定されないが、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。これにより、各導電型の窒化物半導体層を形成し、後述する各導電型層を構成する。
【００３０】
なお、本発明においては、クラッド層等をｎ型層及びｐ型層と記載しているが、からなずしも、それらの全ての層にｎ型不純物又はｐ型不純物が含まれていなくてもよく、活性層からｎ型層側に配置する層をｎ型層、活性層からｐ型層側に配置する層をｐ型層と記載する場合もある。
まず、下地層１０２の上に、ＡｌdＧａ1-dＮ（０＜ｄ≦０．５）からなるｎ型コンタクト層１０３を成長させる。ｎ型不純物のドープ量としては、５×１０17／ｃｍ3〜５×１０18／ｃｍ3であることが好ましい。ｎ型コンタクト層の膜厚としては、０．５〜１０μｍ、好ましくは２〜５μｍである。なお、後工程において、このｎ型コンタクト層にｎ電極１２１が形成される。
【００３１】
続いて、クラック防止層１０４をｎ型コンタクト層１０３上に成長させる。クラック防止層１０４としては、ＳｉドープのＩｎgＧａ1-gＮ（０．０５≦ｇ≦０．２０）を成長させ、好ましくはｇが０．０８〜０．１２のＩｎgＧａ1-gＮを成長させる。このクラック防止層は、省略することができるが、クラック防止層をｎ型コンタクト層上に形成すると、窒化物半導体素子内でクラックの発生を防止することができる。特に３６５ｎｍ以下の短波長レーザ素子においては、活性層付近でのクラックが発生しやすいため、上記に示すＩｎの範囲でクラック防止層を形成することが好ましい。Ｓｉのドープ量としては、５×１０17／ｃｍ3〜５×１０19／ｃｍ3である。クラック防止層の膜厚としては、結晶性を損なわない程度の厚みであり、例えば具体的には０．１０〜０．２０μｍである。
【００３２】
次に、ｎ型クラッド層１０５をクラック防止層１０４上に成長させる。ｎ型クラッド層１０５は、第１層としてＡｌaＧａ1-aＮ（０．０７≦ａ≦０．１０）、第２層としてＡｌbＧａ1-bＮ（０．１１≦ｂ≦０．１４）からなる超格子層であることが好ましい。第１層及び第２層は、単一層の膜厚が１００オングストローム以下、好ましくは７０オングストローム以下、さらに好ましくは４０オングストローム以下、好ましくは１０オングストローム以上の層を積層することにより構成することができる。このような超格子層とすることにより、Ａｌを含有しているにもかかわらず、クラックの発生を防止でき結晶性を良好にすることができる。なお、ｎ型クラッド層の総膜厚としては、０．４５〜０．６５μｍであることが好ましい。
【００３３】
また、平均組成がＡｌeＧａ1-eＮ（０．０７≦ｅ≦０．１４）として形成されることが好ましい。Ａｌの平均組成がこの範囲であると、クラックを抑制でき、且つ充分にレーザ導波路との屈折率の差を得ることができ、好ましい。ｎ型不純物のドープ量は、１×１０17／ｃｍ3〜５×１０18／ｃｍ3であることが好ましい。ｎ型不純物がこの範囲でドープされていると抵抗率を低くでき、且つ結晶性を損なわない。
【００３４】
ｎ型ガイド層１０６をｎ型クラッド層１０５上に成長させる。ｎ型ガイド層１０６としては、ＡｌcＧａ1-cＮ（０．０５５≦ｃ≦０．０７５）が挙げられる。ｎ型ガイド層の膜厚としては、０．０５〜０．２５μｍ、好ましくは０．１４〜０．１６μｍとする。この膜厚で成長させるとクラックが発生せずに、閾値（Ｉth）が低下するため好ましい。
活性層１０７をｎ型ガイド層１０６上に成長させる。活性層１０７としては、井戸層が、ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ（０．０２≦ｘ≦０．０５、０．００５≦ｙ≦０．０３、ｘ＋ｙ＜１）からなる。また、活性層を挟んだｎ層側に形成される第１の障壁層及びｐ層側に形成される第２の障壁層がＡｌuＧａ1-uＮ（０．１０≦ｕ≦０．１７）からなる。なお、井戸層の膜厚は障壁層の膜厚よりも厚膜であることが好ましい。また、活性層を構成する井戸層及び障壁層のいずれか一方または両方に不純物をドープしてもよい。好ましくは障壁層に不純物をドープさせると、しきい値が低下するため好ましい。井戸層の膜厚としては、５０〜１５０オングストローム、好ましくは９０〜１１０オングストロームである。障壁層の膜厚としては、第１の障壁層が３０〜１５０オングストローム、好ましくは６０〜８０オングストロームである。第２の障壁層は１０〜１５０オングストローム、好ましくは３０〜６０オングストロームである。活性層を上記範囲で形成すれば、活性層付近でのクラックの発生を抑制することができる。
【００３５】
活性層の多重量子井戸構造は、障壁層から始まり井戸層で終わっても、障壁層から始まり障壁層で終わっても、井戸層から始まり障壁層で終わっても、また井戸層から始まり井戸層で終わってもよい。好ましくは障壁層から始まり、井戸層と障壁層とのペアを１〜５回繰り返してなるものがしきい値を低くし、寿命特性を向上させるのに好ましい。
ｐ型キャリア閉込め層１０８を活性層１０７上に成長させる。ｐ型キャリア閉込め層１０８は活性層よりもバンドギャップエネルギーが大きいＡｌを含む窒化物半導体層である。ｐ型キャリア閉込め層１０８としては、ＭｇドープのＡｌdＧａ1-dＮ（０＜ｄ≦１）からなる少なくとも１層以上を成長させてなるものである。好ましくはｄが０．１〜０．５、さらに好ましくはｄが０．２５〜０．３５の範囲である。なぜなら、ｄが０．１未満であるとレーザ素子において、十分な電子閉込め層として機能せず、０．２５以上であると十分に電子閉込め（キャリアの閉込め）がなされ、キャリアのオーバーフローを抑えるからである。
【００３６】
加えて０．３５以下であるとクラックの発生を低く抑えて成長させることができ、良好な結晶性で成長できる。ｐ型キャリア閉込め層の膜厚は、１０〜２００オングストローム、好ましくは５０〜１５０オングストロームである。膜厚が上記範囲であると、活性層１０８内の電子を良好に閉込めることができ、クラックの発生も抑制できる。またバルク抵抗も低く抑えることができ好ましい。ｐ型電子閉込め層１０９のＭｇのドープ量は、１×１０19／ｃｍ3〜１×１０21／ｃｍ3である。ドープ量がこの範囲であると、バルク抵抗を低下させることに加えて、後述のアンドープで成長させるｐ型ガイド層へＭｇが良好に拡散され、薄膜層であるｐ型ガイド層にＭｇを１×１０16／ｃｍ3〜１×１０18／ｃｍ3の範囲で含有させることができる。ｐ型電子閉込め層１０９は、低温、例えば９００〜１０００℃程度の活性層を成長させる温度と同様の温度で成長させると活性層の分解を防止することができ好ましい。
【００３７】
また、ｐ型電子閉込め層は、低温成長の層と、高温、例えば、活性層の成長温度より１００℃程度の温度で成長させる層との２層から構成されていてもよい。このように、２層で構成されていると、低温成長の層が活性層の分解を防止し、高温成長の層がバルク抵抗を低下させるので、全体的に良好となる。ｐ型電子閉込め層が２層から構成される場合の各層の膜厚は、特に限定されないが、低温成長層は１０〜５０オングストローム、高温成長層は５０〜１５０オングストロームが好ましい。ここで、キャリアを閉込め層は、単一膜で形成して良く、組成が異なる多層膜で形成してもよい。
【００３８】
このｐ型電子閉込め層は、キャリアを活性層若しくは井戸層内に閉込めるもので、レーザ素子、高出力の発光素子などにおいて、素子駆動などによる温度上昇、電流密度増大によって、キャリアが活性層をオーバーフローすることを防ぐことが可能となり、活性層内にキャリアが効率的に注入される構造とできる。
次に、ｐ型ガイド層１０９をｐ型電子閉込め層１０８上に成長させる。ｐ型ガイド層１０９としては、ＡｌcＧａ1-cＮ（０．０５５≦ｃ≦０．０７５）からなる窒化物半導体層が挙げられる。ｐ型ガイド層の膜厚は、０．０５〜０．２５μｍ、好ましくは０．１４〜０．１６μｍである。この範囲であるとしきい値が低くなり好ましい。また上記したように、ｐ型ガイド層はアンドープ層として成長させるが、ｐ型電子閉込め層にドープされているＭｇが拡散して、１×１０16／ｃｍ3〜１×１０18／ｃｍ3の範囲でＭｇが含有される。また、ｎ型ガイド層とｐ型ガイド層との膜厚が上下非対称であっても、上記膜厚範囲であれば、クラックの発生を抑制することができる。
【００３９】
ｐ型クラッド層１１０をｐ型ガイド層１０９に成長させる。ｐ型クラッド層１１０は、互いに組成が異なる窒化物半導体層を積層した多層膜構造であることが好ましい。例えば、第１層としてＡｌaＧａ1-aＮ（０．０７≦ａ≦０．１０）、第２層としてＡｌbＧａ1-bＮ（０．１１≦ｂ≦０．１４）からなる超格子層が挙げられる。ｐ型不純物のドープ量は、１×１０17／ｃｍ3〜１×１０19／ｃｍ3であることが好ましい。ｐ型不純物がこの範囲でドープされていると結晶性を損なわない程度のドープ量で且つバルク抵抗が低くなり好ましい。このような多層膜は、単一層の膜厚が１００オングストローム以下、好ましくは７０オングストローム以下、さらに好ましくは４０オングストローム以下、好ましくは１０オングストローム以上の層を積層することにより構成することができる。ｐ型クラッド層が超格子構造で形成されることにより、クラックの発生を抑制して３６５ｎｍ発振のレーザ素子を実現することができる。ｐ型クラッド層１１０の総膜厚としては、０．４〜０．５５μｍであり、この範囲であると順方向電圧（Ｖｆ）を低減するために好ましい。またｐ型クラッド層の全体のＡｌの平均組成は、０．０７〜０．１４である。この値は、クラックの発生を抑制し、且つレーザ導波路との屈折率差を得るのに好ましい。
【００４０】
ｐ型コンタクト層１１１をｐ型クラッド層１１０上に成長させる。ｐ型コンタクト層は、ＭｇドープのＧａＮからなる窒化物半導体層を成長させてなるものが好ましい。膜厚は１０〜２００オングストローム程度が適当である。Ｍｇのドープ量は１×１０19／ｃｍ3〜１×１０22／ｃｍ3である。このよう膜厚とＭｇのドープ量を調整することにより、ｐ型コンタクト層のキャリア濃度が上昇し、ｐ電極１２０とのオーミックがとりやすくなる。
【００４１】
（リッジの形成）
このように窒化物半導体を積層した後、リッジを形成する。リッジ形状のストライプは、ｐ型コンタクト層からエッチングされてｐ型コンタクト層よりも下側（基板側）まで、少なくともｐ型クラッド層までエッチングされており、活性層よりも上にリッジストライプを形成することが適当である。例えば、図１に示すようなｐ型コンタクト層からｐ型ガイド層の途中までエッチングしてなるストライプなどが挙げられる。
【００４２】
ストライプ状の導波路領域を形成するために、最上層のｐ型コンタクト層のほぼ全面にＣＶＤ装置により、Ｓｉ酸化物（主としてＳｉＯ2）よりなる保護膜を０．５μｍの膜厚で形成し、その後、保護膜の上に所定の形状のマスクを形成し、例えば、ＲＩＥ装置によりＣＨＦ3ガスを用いたフォトリソグラフィ技術により、ストライプ状の保護膜を形成する。この保護膜をマスクとして用いて、例えば、ＳｉＣｌ4ガスにより半導体層をエッチングする。
【００４３】
リッジの幅は１〜１５μｍ、好ましくは１．５〜５．０μｍの範囲である。
（第１の絶縁膜の形成）
ＳｉＯ2マスクを残存させた状態で、ｐ型半導体層表面に第１の絶縁膜を形成する。この第１の絶縁膜は、ｎ電極の形成面をマスクして半導体層の全面に設けてもよい。また、後に分割され易いように絶縁膜を形成しない部分を設けることが好ましい。第１の絶縁膜としては、レーザ導波路領域の屈折率より小さい値を有する材質であって、屈折率が約１．６〜２．３付近の値を有する、Ｓｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａよりなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む酸化物や、ＢＮ、ＡｌＮ等が挙げられ、好ましくは、Ｚｒ及びＨｆの酸化物のいずれか１種以上の元素、ＢＮ、特に好ましくは、ＺｒＯ2またはＳｉＯ2である。
【００４４】
第１の絶縁膜を形成した後、バッファード液に浸漬して、リッジストライプの上面に形成したＳｉＯ2を溶解除去し、リフトオフ法によりＳｉＯ2と共に、ｐ型コンタクト層上（更にはｎ型コンタクト層上）にある第１の絶縁膜を除去する。これにより、リッジの上面は露出され、リッジの側面は第１の絶縁膜で覆われた構造となる。
次いで、ウェハを６００℃で熱処理する。第１の絶縁膜として、ＳｉＯ2以外の材料膜を形成した場合、第１の絶縁膜を形成した後に、３００℃以上、好ましくは４００℃以上、窒化物半導体の分解温度以下（１２００℃）で熱処理することにより、第１の絶縁膜が後工程のマスク（主としてＳｉＯ2等）の溶解材料に対して溶解しにくくすることができる。
【００４５】
（電極の形成）
次に、ｐ型コンタクト層１１１上のリッジ凸部及び第１の絶縁膜上にｐ電極１２０をスパッタにより形成する。ｐ電極１２０は、例えば、金属層の多層構造とすることが好ましく、具体的には、Ｎｉ／Ａｕが挙げられる。
また、ｎ型コンタクト層１０４上面にもオーミックを取るｎ電極１２１を形成する。ｎ電極１２１はＴｉ／Ａｌからなり、リッジと平行で、かつ、同程度の長さのストライプ状に形成されている。なお、ｎ電極は必ずしもｎ型コンタクト層の上面に形成する必要はなく、例えば、用いた基板が導電性を有し、オーミックコンタクト性を確保することができれば、基板の下面側（素子構造とは反対側）に形成してもよい。
【００４６】
ｐ電極１２０とｎ電極１２１とを形成した後、酸素及び／又は窒素の混合雰囲気中で熱処理を行う。その温度は、１０００℃以下、好ましくは８００℃以下、さらに好ましくは６００℃以下である。
（第２絶縁膜の形成）
次いで、リッジ上のｐ電極１２０上の全面と、ｎ電極１２１の上部の一部を覆うレジストを形成し、その上に、ＳｉＯ2からなる第２の絶縁膜１６２をほぼ全面に形成する。その後、リフトオフ法を行うことにより、ｐ電極１２０の上面全面とｎ電極１２１の一部が露出された第２の絶縁膜１６２が形成される。
【００４７】
なお、後の分割を考慮して、分割位置を挟んで幅１０μｍ程度のストライプ状の範囲には、第２の絶縁膜１６２、さらにｐ及びｎ電極１２０、１２１を形成しないようにしてもよい。
（パッド電極の形成）
次に、上記の電極を覆うように積層膜１６４を、例えば、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2等の積層膜で形成する。なお、この積層膜１６４は、単一の層として形成されていてもよい。その後、パッド電極１２２、１２３を形成する。パッド電極１２２、１２３は、第２の絶縁膜１６２を覆うように形成することが好ましい。このパッド電極は、ｐ電極及びｎ電極にそれぞれストライプ状に接している。パッド電極はＮｉ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ等の金属からなる積層体とすることが好ましい。
【００４８】
（チップ化）
次いで、窒化物半導体が成長したサファイア基板を研磨して約２００μｍの膜厚になるよう調整後、基板裏面にスクライブ溝を形成し、窒化物半導体層側からブレーキングして、劈開することでバー状のレーザとする。あるいは、サファイア基板を研磨又は除去しないで、ＲＩＥ等のエッチングによりバー状のレーザとしてもよい。窒化物半導体層の劈開面又はエッチング面は、窒化物半導体のＭ面（１−１００面）となっており、この面を共振器面とする。
【００４９】
共振器面には、絶縁膜を被覆することが好ましい。絶縁膜としては、保護膜として機能するもの及び／又は反射率制御膜として機能するもの等が挙げられる。この絶縁膜としては、例えば、誘電体多層膜が適当である。
誘電体多層膜は、基本的に互いに反射率の異なる無機材料を交互に積層してなり、例えばλ／４ｎ（λ：波長、ｎ：屈折率）の厚さで交互に積層することにより反射率を変化させることができる。誘電体多層膜の各薄膜の種類、厚さ等は発振させようとする窒化物半導体レーザ素子の波長に応じてそれらの無機材料を適宜選択することにより設計可能である。例えば、その無機材料としては、Ｓｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｔａ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｙ、Ｂ、Ｔｉ及びこれらの酸化物、窒化物（例えば、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＢＮ等）又はフッ化物等の化合物が、活性層で発生する光を効率よく共振させる点から、適当である。特に、高屈折率の材料としてＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＨｆＯ2、Ｓｃ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、ＭｇＯ、Ａｌ2Ｏ3、Ｓｉ3Ｎ4又はＴｈＯ2の１種又は２種以上、低屈折率の材料としてＳｉＯ2、ＴｈＦ4、ＬａＦ3、ＭｇＦ2、ＬｉＦ、ＮａＦ又はＮａ3ＡｌＦ6の１種又は２種以上が挙げられ、これら高屈折率の材料と、低屈折率の材料とを適宜組み合わせて用いることが好ましい。
【００５０】
絶縁膜は、発振する波長に応じて数十Å〜数μｍの厚さで１層〜数十層積層することにより形成することができる。
【００５１】
なかでも、窒化物半導体で、紫外又は近紫外から青色に発振する半導体レーザ素子の場合、その共振器面に形成する誘電体多層膜は、ＳｉＯ2、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2から選択された少なくとも２種類以上が好ましく、ＳｉＯ2及びＺｒＯ2の組み合わせがより好ましい。これら３種類、特にこれら２種類の酸化物は３６０ｎｍ〜４６０ｎｍの範囲で光吸収が少なく、窒化物半導体と非常に良く密着して剥がれを防止することができる。さらにこの範囲の波長の光が連続的に長時間照射されても劣化することがなく、半導体レーザ素子の発熱に対して非常に耐熱性に優れており、環境雰囲気の種類にかかわらず高寿命を確保することができる。
【００５２】
ＳｉＯ2及びＺｒＯ2を組み合わせて用いる場合、まず、窒化物半導体には、窒化物半導体との密着性が良好な膜を保護膜として形成することが好ましい。例えば、保護膜としてはＺｒＯ2が挙げられる。なお、窒化物半導体と直接接する絶縁膜、特に誘電体多層膜が、この窒化物半導体と良好な密着性を有する場合には、保護膜は設けなくてもよい。これにより、窒化物半導体（特にＧａＮ系半導体等）との密着性をより確保することができる。例えば、ＺｒＯ2の上に、ＳｉＯ2とＺｒＯ2とを交互に積層することが適当である。この場合の膜厚は、上述したように、例えば、λ／４ｎとすることが適当であるが、特に、ＳｉＯ2の膜厚を５λ／４ｎ以上とするのが好ましく、５λ／４ｎとすることがより好ましい。なお、このような絶縁膜の多層構造において、ＳｉＯ2が２層以上積層される場合には、最も窒化物半導体に近い側のみを５λ／４ｎの膜厚とすればよい。
【００５３】
これらの絶縁膜は、蒸着又はスパッタ法等の公知の方法により形成することができる。共振器面の出射端面とその反対面においては、必ずしも同じ材料、同じ積層構造、同じ膜厚で形成しなくてもよい。
なお、本発明の窒化物半導体レーザ素子は、フェイスアップ実装（すなわち基板側をサブマウント基板に対向させる）、フェイスダウン実装（すなわちリッジ側をサブマウント基板に対向させる）のいずれで実装してもよい。前者の場合、パッド電極の上に、ワイヤボンディング等が施され、外部と接続される。また、後者の場合、ｐ電極及びｎ電極の上には、外部電極等と接続させるためのメタライズ層（バンプ：Ａｇ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｚｎ等）がそれぞれ形成され、このメタライズ層がサブマウント上に設けられた正負一対の外部電極とそれぞれ接続される。さらにサブマウント基板（外部電極）に対してワイヤなどが配線される。フェイスダウン実装する場合には、発熱するリッジ側がサブマウント基板近傍に位置するために放熱性を向上させることができる。
【００５４】
以下、実施例として、図１に示すようなレーザ素子構造について説明する。
（実施例１）
まず、異種基板として、ステップ状にオフアングルされたＣ面を主面とし、オフアングル角θ＝０．０２°、ステップ段差およそ２０オングストローム、テラス幅Ｗおよそ８００オングストロームであり、オリフラ面をＡ面とし、ステップがＡ面に垂直であるサファイア基板を用意する。
【００５５】
このサファイア基板を反応容器内にセットし、温度を５１０℃にして、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）とを用い、サファイア基板１０１上にＧａＮよりなる低温成長のバッファ層１０２を２００オングストロームの膜厚で成長させる。
【００５６】
バッファ層成長後、ＴＭＧのみ止めて、温度を１０５０℃まで上昇させ、１０５０℃になったら、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープのＧａＮからなるＧａＮ層を２．５μｍの膜厚で成長させる。得られたＧａＮ層を、ストライプ幅４μｍ、窓部の幅１６μｍに加工する。
その後、ストライプ形状に加工されたＧａＮ層上に、アンドープのＧａＮよりなる第１の窒化物半導体層（図示せず）を３μｍ程度、その上に、第２の窒化物半導体層を１５μｍ程度、成長させ、平坦化して、下地層１０２を形成する。
【００５７】
次に、下地層１０２の上に、温度を１１００℃にして、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、アンモニアを用い、Ａｌ0.02Ｇａ0.98Ｎからなるバッファ層（図示せず）を０．５μｍの膜厚で成長させる。この層は、ＡｌＧａＮのｎ型コンタクト層と、ＧａＮからなる窒化物半導体基板との間で、バッファ層として機能する。
【００５８】
得られたバッファ層の上にＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、不純物ガスとしてシランガスを用い、１１００℃でＳｉドープしたＡｌ0.02Ｇａ0.98Ｎよりなるｎ型コンタクト層１０３を４μｍの膜厚で成長させる。
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９２０℃にしてＳｉを５×１０18／ｃｍ3ドープしたＩｎ0.10Ｇａ0.90Ｎよりなるクラック防止層１０４を０．１５μｍの膜厚で成長させる。
【００５９】
温度を１０００℃にして、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＡｌ0.13Ｇａ0.87ＮよりなるＡ層を２５Åの膜厚で成長させ、続いて、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Ａｌ0.09Ｇａ0.91ＮよりなるＢ層を２５Åの膜厚で成長させる。そして、Ａ層、Ｂ層を交互に積層する操作をそれぞれ１２０回繰り返してＡ層とＢ層を積層し、総膜厚０．６μｍの多層膜（超格子構造）よりなるｎ型クラッド層１０５を成長させる。このとき、クラッド層のＡｌの平均組成は０．１１０とする。
【００６０】
クラッド層１０５の上に、同様の温度で、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、Ａｌ0.065Ｇａ0.935Ｎからなる膜厚０．１５μｍのｎ型光ガイド層１０６で成長させる。
次に、温度を９７０℃にして、原料ガスにＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ、ＴＭＡを用い、ＳｉドープのＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎよりなる障壁層、その上に、アンドープのＩｎ0.02Ａｌ0.03Ｇａ0.95Ｎよりなる井戸層、アンドープのＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎよりなる障壁層を、第１の障壁層／井戸層／第２の障壁層の順に積層し、活性層１０７を形成する。この時、第１の障壁層を７０Å、第２の障壁層を５０Å、井戸層を１００Åとし、総膜厚約２２０Åの量子井戸構造とする。
【００６１】
活性層１０７の上に、同様の温度で、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてＣｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０19／ｃｍ3ドープしたＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなるｐ型電子閉込め層１０８を１３ｎｍの膜厚で成長させる。
温度を１０００℃にして、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、Ａｌ0.065Ｇａ0.935Ｎからなる膜厚０．１５μｍのｐ型光ガイド層１０９を成長させる。このｐ型光ガイド層１０９は、ｐ型電子閉込め層１０８、後述するｐ型クラッド層１１０等の隣接層からのＭｇの拡散により、Ｍｇがドープされるため、アンドープで形成しても、Ｍｇドープ層とできる。
【００６２】
続いて、１０００℃でアンドープＡｌ0.13Ｇａ0.87ＮよりなるＡ層を２５Åの膜厚で成長させ、次にＣｐ2Ｍｇを用いて、ＭｇドープＡｌ0.09Ｇａ0.91ＮよりなるＢ層を２５Åの膜厚で成長させ、Ａ層、Ｂ層を交互に積層する操作を９０回繰り返して総膜厚０．４５μｍの超格子層よりなるｐ型クラッド層１１０を成長させる。
最後に、１０００℃で、ｐ型クラッド層１１０の上に、Ｍｇを１×１０20／ｃｍ3ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層１１１を１５０Åの膜厚で成長させる。ｐ型コンタクト層１１１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ｐ型不純物をドープしたＧａＮ又はＡｌ組成比０．３以下のＡｌＧａＮとすれば、ｐ電極１２０と最も好ましいオーミック接触が得られる。ｐ型コンタクト層１１１はその上に電極を形成するので、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、ウェハを窒素雰囲気中、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層を更に低抵抗化する。
【００６３】
このようにして窒化物半導体を成長させて積層構造体を形成した後、ウェハを反応容器から取り出し、最上層のｐ型コンタクト層１１１の表面にＳｉＯ2からなるエッチング用マスクを形成する。このマスクを所定の形状に加工し、Ｃｌ2ガスを用いたＲＩＥ（反応性イオンエッチング）によってｐ型半導体層、活性層、ｎ型半導体層の一部を順次エッチングし、ｎ電極を形成するｎ型コンタクト層の表面を露出させる。また、この際、ｎ電極を形成する領域のみならず、後工程において窒化物半導体素子に劈開又は分割する位置及び／又はその周辺を含む領域においても、ｎ型コンタクト層の表面を露出されておく。
【００６４】
次に、上述したストライプ状の導波路領域として、リッジストライプを形成する。まず、最上層のｐ型コンタクト層（上部コンタクト層）１１１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の膜厚で形成する。次いで、第１の保護膜の上に所定の形状のマスクを形成し、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置により、ＣＦ4ガスを用い、フォトリソグラフィ技術により、第１の保護膜をストライプ幅１．６μｍとする。続いて、第１の保護膜をマスクとして用いて、ｐ型コンタクト層１１１およびｐ型クラッド層１１０、ｐ型光ガイド層１０９の一部をエッチングして、ｐ型光ガイド層１０９の膜厚が０．１μｍとなる深さまでエッチングすることにより、リッジストライプを形成する。
【００６５】
リッジストライプ形成後、第１の保護膜の上から、Ｚｒ酸化物（主としてＺｒＯ2）よりなる第２の保護膜１６２を、第１の保護膜の上と、エッチングにより露出されたｐ型光ガイド層１０９との上に０．２μｍの膜厚で連続して形成する。
第２の保護膜１６２形成後、ウェハを６００℃で熱処理する。このようにＳｉＯ2以外の材料を第２の保護膜１６２として形成した場合、第２の保護膜１６２成膜後に、３００℃以上、好ましくは４００℃以上、窒化物半導体の分解温度以下（１２００℃）で熱処理することにより、第２の保護膜１６２が第１の保護膜の溶解材料（フッ酸）に対して溶解しにくくなるため、この工程を加えることがさらに望ましい。
【００６６】
次に、ウェハをフッ酸に浸漬し、第１の保護膜をリフトオフ法により除去する。これにより、ｐ型コンタクト層１１１の上に設けられていた第１の保護膜が除去されて、ｐ型コンタクト層が露出される。以上のようにして、図１に示すように、リッジストライプの側面及びそれに連続する平面（ｐ型光ガイド層１０９の露出面）に第２の保護膜（埋込層）１６２を形成する。
【００６７】
このように、ｐ型コンタクト層１１２の上に設けられた第１の保護膜が除去された後、図１に示すように、その露出したｐ型コンタクト層１１１の表面にＮｉ／Ａｕ（１００Å／１５００Å）よりなるｐ電極１２０を形成する。但し、ｐ電極１２０はストライプ幅を１００μｍとして、図１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ｐ電極１２０の形成の前又は後に、既に露出させたｎ型コンタクト層１０３の表面に、Ｔｉ／Ａｌ（１００Å／５０００Å）よりなるストライプ状のｎ電極１２１をストライプと平行な方向で形成する。
【００６８】
次に、ｐ電極１２０及びｎ電極１２１に取り出し電極を設けるため、所望の領域をマスクし、ＳｉＯ2とＴｉＯ2とよりなる積層膜１６４を設ける。この際、活性層１０７の幅（共振器方向に垂直な方向の幅）は１６０μｍであり、対になる共振器面（反射面側）及び共振器面（光出射面側）にもＳｉＯ2とＴｉＯ2よりなる積層膜１６４が設けられる。
その後、ｐ電極１２０上にＲｈＯ−Ｐｔ−Ａｕ（３０００Å−１５００Å−６０００Å）よりなるパッド電極１２２を設ける。ｎ電極１２１上にＮｉ−Ｔｉ−Ａｕ（１０００Å−１０００Å−８０００Å）よりなるパッド電極１２３を設ける。
【００６９】
以上のようにして、ｎ電極１２１とｐ電極１２０とを形成した後、ウェハのサファイア基板１０１を研磨して２００μｍとした後、上述した共振器面（光出射面側）の表面、つまり、ストライプ状のｐ及びｎ電極１２０、１２１に垂直な方向の面をエッチングすることにより、積層膜１６４を除去するとともに、共振面（１−１００面、六角柱状の結晶の側面に相当する面＝Ｍ面）を形成する。
【００７０】
最後に、ｐ電極に平行な方向で、ウェハをチップ状に切断してレーザ素子（共振器長は６５０μｍ）を得た。
得られたレーザ素子は、波長３６５ｎｍで室温にて連続発振する窒化物半導体素子が得られた。２５℃で発振波長が３６５ｎｍのＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）、３ｍＷのＡＰＣ駆動時において、２０００時間以上の寿命特性を示した。
（実施例２）
異種基板として、実施例１と同様のサファイア基板を用意する。
【００７１】
このサファイア基板を反応容器内にセットし、温度を５１０℃にして、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）とを用い、サファイア基板１０１上にＧａＮよりなる低温成長のバッファ層１０２を２００オングストロームの膜厚で成長させる。
【００７２】
バッファ層成長後、ＴＭＧのみ止めて、温度を１０５０℃まで上昇させ、１０５０℃になったら、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープのＧａＮからなるＧａＮ層を２．５μｍの膜厚で成長させる。得られたＧａＮ層を、ストライプ幅４μｍ、窓部の幅１６μｍに加工する。
その後、ストライプ形状に加工されたＧａＮ層上に、アンドープのＧａＮよりなる第１の窒化物半導体層（図示せず）を３μｍ程度、その上に、第２の窒化物半導体層を１５μｍ程度、成長させ、平坦化して、下地層１０２を形成する。
【００７３】
次に、下地層１０２の上に、温度を１１００℃にして、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、アンモニアを用い、Ａｌ0.02Ｇａ0.98Ｎからなるバッファ層（図示せず）を０．５μｍの膜厚で成長させる。
得られたバッファ層の上にＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、不純物ガスとしてシランガスを用い、１１００℃でＳｉドープしたＡｌ0.02Ｇａ0.98Ｎよりなるｎ型コンタクト層１０３を４μｍの膜厚で成長させる。
【００７４】
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９２０℃にしてＳｉを５×１０18／ｃｍ3ドープしたＩｎ0.10Ｇａ0.90Ｎよりなるクラック防止層１０４を０．１５μｍの膜厚で成長させる。
温度を１０００℃にして、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＡｌ0.13Ｇａ0.87ＮよりなるＡ層を２５Åの膜厚で成長させ、続いて、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Ａｌ0.09Ｇａ0.91ＮよりなるＢ層を２５Åの膜厚で成長させる。そして、Ａ層、Ｂ層を交互に積層する操作をそれぞれ１２０回繰り返してＡ層とＢ層を積層し、総膜厚０．６μｍの多層膜（超格子構造）よりなるｎ型クラッド層１０５を成長させる。このとき、クラッド層のＡｌの平均組成は０．１１０とする。
【００７５】
クラッド層１０５の上に、同様の温度で、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、Ａｌ0.065Ｇａ0.935Ｎからなる膜厚０．１５μｍのｎ型光ガイド層１０６で成長させる。
次に、温度を９７０℃にして、原料ガスにＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ、ＴＭＡを用い、ＳｉドープのＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎよりなる障壁層、その上に、アンドープのＩｎ0.02Ａｌ0.03Ｇａ0.95Ｎよりなる井戸層、アンドープのＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎよりなる障壁層を、第１の障壁層／井戸層／第２の障壁層の順に積層し、活性層１０７を形成する。この時、第１の障壁層を７０Å、第２の障壁層を５０Å、井戸層を１００Åとし、総膜厚約２２０Åの量子井戸構造とする。
【００７６】
活性層１０７の上に、同様の温度で、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてＣｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０19／ｃｍ3ドープしたＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなるｐ型電子閉込め層１０８を１３ｎｍの膜厚で成長させる。
温度を１０００℃にして、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、Ａｌ0.065Ｇａ0.935Ｎからなる膜厚０．１５μｍのｐ型光ガイド層１０９を成長させる。このｐ型光ガイド層１０９は、ｐ型電子閉込め層１０８、後述するｐ型クラッド層１１０等の隣接層からのＭｇの拡散により、Ｍｇがドープされるため、アンドープで形成しても、Ｍｇドープ層とできる。
【００７７】
続いて、１０００℃でアンドープＡｌ0.13Ｇａ0.87ＮよりなるＡ層を２５Åの膜厚で成長させ、次にＣｐ2Ｍｇを用いて、ＭｇドープＡｌ0.09Ｇａ0.91ＮよりなるＢ層を２５Åの膜厚で成長させ、Ａ層、Ｂ層を交互に積層する操作を９０回繰り返して総膜厚０．４５μｍの超格子層よりなるｐ型クラッド層１１０を成長させる。
最後に、１０００℃で、ｐ型クラッド層１１０の上に、Ｍｇを１×１０20／ｃｍ3ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層１１１を１５０Åの膜厚で成長させる。ｐ型コンタクト層１１１は１×１０17／ｃｍ3以上の高キャリア濃度を有する。反応終了後、反応容器内において、ウェハを窒素雰囲気中、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層を更に低抵抗化する。
【００７８】
このようにして窒化物半導体を成長させて積層構造体を形成した後、ウェハを反応容器から取り出し、最上層のｐ型コンタクト層１１１の表面にＳｉＯ2からなるエッチング用マスクを形成する。このマスクを所定の形状に加工し、Ｃｌ2ガスを用いたＲＩＥによってｐ型半導体層、活性層、ｎ型半導体層の一部を順次エッチングし、ｎ電極を形成するｎ型コンタクト層の表面を露出させる。また、この際、ｎ電極を形成する領域のみならず、後工程において窒化物半導体素子に劈開又は分割する位置及び／又はその周辺を含む領域においても、ｎ型コンタクト層の表面を露出されておく。
【００７９】
次に、上述したストライプ状の導波路領域として、リッジストライプを形成する。まず、最上層のｐ型コンタクト層（上部コンタクト層）１１１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の膜厚で形成する。次いで、第１の保護膜の上に所定の形状のマスクを形成し、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置により、ＣＦ4ガスを用い、フォトリソグラフィ技術により、第１の保護膜をストライプ幅１．６μｍとする。続いて、第１の保護膜をマスクとして用いて、ｐ型コンタクト層１１１およびｐ型クラッド層１１０、ｐ型光ガイド層１０９の一部をエッチングして、ｐ型光ガイド層１０９の膜厚が０．１μｍとなる深さまでエッチングすることにより、リッジストライプを形成する。
【００８０】
リッジストライプ形成後、第１の保護膜の上から、Ｚｒ酸化物（主としてＺｒＯ2）よりなる第２の保護膜１６２を、第１の保護膜の上と、エッチングにより露出されたｐ型光ガイド層１０９との上に０．２μｍの膜厚で連続して形成する。
第２の保護膜１６２形成後、ウェハを６００℃で熱処理する。
次に、ウェハをフッ酸に浸漬し、第１の保護膜をリフトオフ法により除去する。これにより、ｐ型コンタクト層１１１の上に設けられていた第１の保護膜が除去されて、ｐ型コンタクト層が露出される。以上のようにして、図１に示すように、リッジストライプの側面及びそれに連続する平面（ｐ型光ガイド層１０９の露出面）に第２の保護膜（埋込層）１６２を形成する。
【００８１】
このように、ｐ型コンタクト層１１２の上に設けられた第１の保護膜が除去された後、図１に示すように、その露出したｐ型コンタクト層１１１の表面にＮｉ／Ａｕ（１００Å／１５００Å）よりなるｐ電極１２０を形成する。但し、ｐ電極１２０はストライプ幅を１００μｍとして、図１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ｐ電極１２０の形成の前又は後に、既に露出させたｎ型コンタクト層１０３の表面に、Ｔｉ／Ａｌ（１００Å／５０００Å）よりなるストライプ状のｎ電極１２１をストライプと平行な方向で形成する。
【００８２】
次に、ｐ電極１２０及びｎ電極１２１に取り出し電極を設けるため、所望の領域をマスクし、ＳｉＯ2とＴｉＯ2とよりなる積層膜１６４を設ける。この際、活性層１０７の幅（共振器方向に垂直な方向の幅）は１６０μｍであり、対になる共振器面（反射面側）及び共振器面（光出射面側）にもＳｉＯ2とＴｉＯ2よりなる積層膜１６４が設けられる。
その後、ｐ電極１２０上にＲｈＯ−Ｐｔ−Ａｕ（３０００Å−１５００Å−６０００Å）よりなるパッド電極１２２を設ける。ｎ電極１２１上にＮｉ−Ｔｉ−Ａｕ（１０００Å−１０００Å−８０００Å）よりなるパッド電極１２３を設ける。
【００８３】
以上のようにして、ｎ電極１２１とｐ電極１２０とを形成した後、ウェハのサファイア基板１０１を研磨して２００μｍとした後、上述した共振器面（光出射面側）の表面、つまり、ストライプ状のｐ及びｎ電極１２０、１２１に垂直な方向の面をエッチングすることにより、積層膜１６４を除去するとともに、共振面（１−１００面、六角柱状の結晶の側面に相当する面＝Ｍ面）を形成する。
【００８４】
得られたレーザ素子において、少なくとも、主レーザ光の出射面側に、活性層で発光する光を効率よく共振させ、特に反対面側の共振器面が、光出射面側の共振器面と屈折率差を有するように、スパッタ装置を用いて、ＺｒＯ2からなる保護膜を形成し、次いでＳｉＯ2とＺｒＯ2とを積層して誘電体多層膜（図示せず）を形成した。
ここで、保護膜、誘電体多層膜を構成するＳｉＯ2膜とＺｒＯ2膜との膜厚は、それぞれ活性層からの発光波長に応じて好ましい厚さに設定することができる。例えば、誘電体多層膜におけるＺｒＯ2膜をλ／４ｎ、ＳｉＯ2膜を５λ／４ｎとした。
【００８５】
最後に、ｐ電極に平行な方向で、ウェハをチップ状に切断してレーザ素子（共振器長は６５０μｍ）を得た。
得られたレーザ素子は、実施例１と同様の効果が得られたとともに、光吸収が少なく、窒化物半導体と非常に良く密着して剥がれを防止できることが確認された。さらに、光が連続的に長時間照射されても劣化することがなく、半導体レーザ素子の発熱に対して非常に耐熱性に優れており、環境雰囲気の種類にかかわらず高寿命を確保することができることがわかった。
（実施例３）
基板としてｎ−ＧａＮ基板を用い、このＧａＮ基板上に、任意にクラック防止層を形成し、さらにその上にｎ型クラッド層を形成する以外は、実施例１と同様の構成のレーザ素子を得た。ここで、ＧａＮ基板の不純物は酸素及び／又はシリコンとした。
【００８６】
得られたレーザー素子は、実施例１と同様の効果が得られることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明は、発光ダイオード素子（ＬＥＤ）、レーザダイオード素子（ＬＤ）、スーパーフォトルミネセンスダイオード等の発光素子、太陽電池、光センサ等の受光素子、あるいはトランジスタ、パワーデバイス等の電子デバイスに用いられるＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体を用いた窒化物半導体素子に関し、紫外から青色、特に発光波長が３６５ｎｍ以下である窒化物半導体発光素子に関する。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーザ素子構造を説明する模式断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るレーザ素子における２５℃、ＣＷ２ｍＷ時の発振スペクトルである。
【図３】本発明の一実施形態に係るレーザ素子における２５℃、ＣＷ２ｍＷ時のＩ−Ｌ、Ｉ−Ｖ特性である。
【図４】本発明の一実施形態に係るレーザ素子における２５℃、ＣＷ３ｍＷ時の通電試験結果である。
【符号の説明】
【００８９】
１０１・・・基板、１０２・・・バッファ層、１０３・・・ｎ型コンタクト層、１０４・・・クラック防止層、１０５・・・ｎ型クラッド層、１０６・・・ｎ型光ガイド層、１０７・・・活性層、１０８・・・ｐ型電子閉込め層、１０９・・・ｐ型光ガイド層、１１０・・・ｐ型クラッド層、１１１・・・ｐ型コンタクト層、１２０・・・ｐ電極、１２１・・・ｎ電極、１２２・・・ｐパッド電極、１２３・・・ｎパッド電極、１６２・・・第２の保護膜（埋込層）、１６４・・・積層膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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