(57)【要約】【課題】キンクを大幅に低減させ、高出力時の信頼性と低出力時の使い易さを両立させ得る大きなダイナミックレンジを有する窒化物半導体レーザ素子を提供する。【解決手段】窒化物からなるｎ型半導体層１１〜１４、活性層１５およびｐ型半導体層１６〜１９が積層された積層半導体層と、ｎ型半導体層とｐ型半導体層で活性層を挟む導波路領域に対してほぼ垂直な端面に位置する出射側のレーザミラーおよび反射側のレーザミラーとを具備する窒化物半導体レーザ素子であって、活性層は、青紫色〜緑色を含む波長領域内で発光が可能であり、フロント側のレーザミラーの反射率は６０％以下である。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体からなる第１導電型の半導体層、活性層および第２導電型の半導体層が積層された積層半導体層と、前記活性層と該活性層を挟む第１導電型の半導体層および第２導電型の半導体層からなるレーザ光の導波路領域に対してほぼ垂直な端面に位置するフロント側のレーザミラーおよびリア側のレーザミラーとを具備する窒化物半導体レーザ素子であって、前記活性層は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０．０５≦ｘ≦０．２５、０≦ｙ≦０．９５、０．０５≦ｘ＋ｙ≦１）であり、前記フロント側のレーザミラーの反射率は６０％以下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】
前記フロント側のレーザミラーは、レーザ光に対する屈折率が互いに異なる第１の透光性膜および第２の透光性膜が前記導波路領域の一端面に積層されてな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】
前記第１の透光性膜はＺｒＯ2 膜であり、前記第２の透光性膜はＳｉＯ2 膜であり、前記第１の透光性膜と第２の透光性膜とからなるペアが１．５〜２．５ペア積層されていることを特徴とする請求項２記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記フロント側のレーザミラーは、前記導波路領域の一端面に第１の透光性膜からなる単層膜が形成されてな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５】
前記第１の透光性膜は、Ａｌ2 Ｏ3 膜、Ｎｂ2 Ｏ5 膜、ＨｆＯｘ膜、ＭｇＯ膜、Ｔａ2 Ｏ5 膜、ＳｉＯＮ膜、ＡｌＯｘＮｙ膜、ＧａＯｘ膜のいずれか１つからなる単層膜であることを特徴とする請求項４記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記フロント側のレーザミラーの反射率は２０％以下であることを特徴とする請求項４または５記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項７】
窒化物半導体からなる第１導電型の半導体層、活性層および第２導電型の半導体層が積層された積層半導体層と、前記活性層と該活性層を挟む第１導電型の半導体層および第２導電型の半導体層からなるレーザ光の導波路領域に対してほぼ垂直な端面に位置するフロント側のレーザミラーおよびリア側のレーザミラーとを具備する窒化物半導体レーザ素子であって、前記活性層は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０．０５≦ｘ≦０．２５、０≦ｙ≦０．９５、０．０５≦ｘ＋ｙ≦１）であり、前記フロント側のレーザミラーは、Ａｌ2 Ｏ3 膜、Ｎｂ2 Ｏ5 膜、ＨｆＯｘ膜、ＭｇＯ膜、Ｔａ2 Ｏ5 膜、ＳｉＯＮ膜、ＡｌＯｘＮｙ膜、ＧａＯｘ膜のいずれか１つからなる単層膜が前記導波路領域の一端面に形成されてなることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記リア側レーザミラーは、前記導波路領域の一端面にレーザ光に対する屈折率が互いに異なる第１の透光性膜および第２の透光性膜が積層されてなり、当該リア側レーザミラーの反射率は９０％以上であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１つに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項９】
前記第１の透光性膜はＺｒＯ2 膜であり、前記第２の透光性膜はＳｉＯ2 膜であり、前記第１の透光性膜と第２の透光性膜とからなるペアが４．５〜６．５ペア積層されていることを特徴とする請求項８記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１０】
前記活性層は、青紫色〜緑色を含む波長領域内で発光が可能であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１つに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１１】
前記活性層は、光の波長換算で４２０ｎｍ以上、５５０ｎｍ以下のエネルギーバンドギャップを有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１つに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体レーザ素子に係り、特にレーザ発振時の発光出力の揺れ（キンク）を軽減するための構造に関するもので、例えば光ディスク装置の光ヘッド用光源、ＬＤディスプレイ、医療用光源、バイオ用光源、印刷用光源、光学モジュールなどに使用されるものである。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ系の窒化物レーザダイオード（ＬＤ）は、例えば光ディスクに高密度で情報を読み出し／書き込みを行う光源として有望とされている。例えば、発光波長が４００ｎｍ帯（青紫色を含む３８０ｎｍ〜４２０ｎｍ）の短波長ＬＤは、次世代光ディスク用、次世代ＤＶＤ用のピックアップ光源として有望視されている。また、発光波長が４４０ｎｍ帯（青色〜緑色を含む４２０ｎｍ〜５５０ｎｍ）の長波長ＬＤは、画像表示を行うＬＤディスプレイ、医療用光源、バイオ、印刷用光源、光学モジュールなどとして有望視されている。上記ＬＤには、ＬＤのアレイを用いることができる。
【０００３】
なお、一般に、ＬＤ共振器のレーザミラーとして誘電体多層膜を設ける点が特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開２００３−８６８９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本願発明者は、前記したような例えば４００ｎｍ帯や４４０ｎｍ帯の窒化物半導体レーザ素子の製品化に際して、電流Ｉと発光出力Ｌとの関係（Ｉ−Ｌ特性）、特にレーザ発振時に発生する発光出力の揺れ（キンク）について波長依存性を検討した。その結果、図８に示すように、波長が長くなるにつれてキンクが次第に大きくなることが判明した。このようなキンクが大きいと、半導体レーザ素子を連続発振で動作させる場合には問題にならないが、半導体レーザ素子をパルス発振で動作させたり、直接変調で高速動作させる場合に支障が生じる。
【０００５】
さらに、本願発明者は、４４０ｎｍ帯の窒化物半導体レーザ素子のキンクに関して実験を重ねた結果、キンクは、発光出力の大きさ、レーザミラーの反射率に依存することを見い出した。
【０００６】
本発明は上記の知見によりなされたもので、キンクを大幅に低減させることが可能になり、高出力時の信頼性と低出力時の使い易さを両立させ得る大きなダイナミックレンジを有する窒化物半導体レーザ素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の窒化物半導体レーザ素子の第１の態様は、窒化物半導体からなる第１導電型の半導体層、活性層および第２導電型の半導体層が積層された積層半導体層と、前記活性層と該活性層を挟む第１導電型の半導体層および第２導電型の半導体層からなるレーザ光の導波路領域に対してほぼ垂直な端面に位置するフロント側のレーザミラーおよびリア側のレーザミラーを具備する窒化物半導体レーザ素子であって、前記活性層は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０．０５≦ｘ≦０．２５、０≦ｙ≦０．９５、０．０５≦ｘ＋ｙ≦１）であり、前記フロント側のレーザミラーの反射率は６０％以下であることを特徴とする。  ここで、フロント側のレーザミラーは、導波路領域の一端面に、レーザ光に対する屈折率が互いに異なる第１の透光性膜および第２の透光性膜が積層されてなる積層膜が形成される構造と、導波路領域の一端面に保護膜として第１の透光性膜からなる単層膜が形成される構造がある。フロント側のレーザミラーに積層膜を用いる場合、第１の透光性膜としてＺｒＯ2 膜、第２の透光性膜としてＳｉＯ2 膜を用い、第１の透光性膜と第２の透光性膜を１．５〜２．５ペア積層することで実現可能である。フロント側のレーザミラーに単層膜を用いる場合、第１の透光性膜として、Ａｌ2 Ｏ3 膜、Ｎｂ2 Ｏ5 膜、ＨｆＯｘ膜、ＭｇＯ膜、Ｔａ2 Ｏ5 膜、ＳｉＯＮ膜、ＡｌＯｘＮｙ膜、ＧａＯｘ膜のいずれか１つを用いることで、フロント側のレーザミラーの反射率が２０％以下となるように実現可能である。
【０００８】
本発明の窒化物半導体レーザ素子の第２の態様は、窒化物半導体からなる第１導電型の半導体層、活性層および第２導電型の半導体層が積層された積層半導体層と、前記活性層と該活性層を挟む第１導電型の半導体層および第２導電型の半導体層からなるレーザ光の導波路領域に対してほぼ垂直な端面に位置するフロント側のレーザミラーおよびリア側のレーザミラーとを具備する窒化物半導体レーザ素子であって、前記活性層は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０．０５≦ｘ≦０．２５、０≦ｙ≦０．９５、０．０５≦ｘ＋ｙ≦１）であり、前記フロント側のレーザミラーは、Ａｌ2 Ｏ3 膜、Ｎｂ2 Ｏ5 膜、ＨｆＯｘ膜、ＭｇＯ膜、Ｔａ2 Ｏ5 膜、ＳｉＯＮ膜、ＡｌＯｘＮｙ膜、ＧａＯｘ膜のいずれか１つからなる単層膜が前記導波路領域の一端面に形成されてなることを特徴とする。
【０００９】
なお、前記各態様において、リア側レーザミラーは、導波路領域の一端面に、レーザ光に対する屈折率が互いに異なる第１の透光性膜および第２の透光性膜を積層することで実現可能であり、リア側レーザミラーの反射率を９０％以上とすることが好ましい。この場合、第１の透光性膜としてＺｒＯ2 膜、第２の透光性膜としてＳｉＯ2 膜を用い、第１の透光性膜と第２の透光性膜を４．５〜６．５ペア積層することで実現可能である。
【００１０】
また、前記各態様において、活性層は、青紫色〜緑色を含む波長領域の範囲内で発光が可能なものであり、光の波長換算で、４２０ｎｍ以上、５５０ｎｍ以下のエネルギーバンドギャップを有するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の窒化物半導体レーザ素子の第１の態様によれば、青紫色〜緑色を含む波長領域の範囲内で発光が可能な窒化物半導体レーザ素子において、フロント側のレーザミラーとして、レーザ光に対する屈折率が互いに異なる第１の透光性膜および第２の透光性膜を導波路領域の一端面に積層し、または、第１の透光性膜の単層膜を導波路領域の一端面に形成し、フロント側のレーザミラーの反射率を６０％以下、好ましくは２０％以下にすることによって、キンクを大幅に低減させることが可能になり、高出力時の信頼性と低出力時の使い易さを両立させ得る大きなダイナミックレンジを持たせることができる。
【００１２】
本発明の窒化物半導体レーザ素子の第２の態様によれば、青紫色〜緑色を含む波長領域の範囲内で発光が可能な窒化物半導体レーザ素子において、フロント側のレーザミラーとして、Ａｌ2 Ｏ3 膜、Ｎｂ2 Ｏ5 膜、ＨｆＯｘ膜、ＭｇＯ膜、Ｔａ2 Ｏ5 膜、ＳｉＯＮ膜、ＡｌＯｘＮｙ膜、ＧａＯｘ膜のいずれか１つからなる単層膜を用いることによって、キンクを大幅に低減させることが可能になり、高出力時の信頼性と低出力時の使い易さを両立させ得る大きなダイナミックレンジを持たせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
＜第１の実施形態＞
第１の実施形態の窒化物半導体レーザ素子は、光の波長換算で４２０ｎｍ以上、５５０ｎｍ以下のエネルギーバンドギャップを有する活性層を含む積層半導体層と、レーザ光の導波路領域に対してほぼ垂直な端面に位置するフロント側レーザミラー（以下、出射側ミラーと記す）およびリア側レーザミラー（以下、反射側ミラーと記す）とを有する。ここで、活性層は、４２０ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲内の青色、青緑色、緑色などの発光が可能な組成を有する。そして、出射側ミラーの反射率が６０％以下、より好ましくは２０％以下となるように構成され、反射側ミラーの反射率が６０％以上、より好ましくは９０％以上となるように構成されている。
【００１４】
図１（ａ）は、第１の実施形態の窒化物半導体レーザ素子の一部であってレーザ光の共振方向に垂直な方向（共振面に平行な方向）に切断した際の断面構造の一例を模式的に示す。本例では、第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型で示している。
【００１５】
図１（ａ）において、それぞれ窒化物半導体からなる第１導電型（ｎ型）の半導体層、活性(Act) 層１５、第２導電型（ｐ型）の半導体層は、基板（図示せず）上に積層成長された積層半導体層を形成している。
【００１６】
ｎ型の半導体層は、ｎ側コンタクト層（n-Contact 層）１１、クラック防止層（Crack-Barrier 層）１２、ｎ側クラッド層（n-Clad層）１３、ｎ側光ガイド層（n-Guide 層）１４が積層されている。ｐ型の半導体層は、ｐ側電子閉じ込め層（p-Cap 層）１６、ｐ側光ガイド層（p-Guide 層）１７、ｐ側クラッド層（p-Clad層）１８、ｐ側コンタクト層（p-Contact 層）１９が積層されている。
【００１７】
なお、ｎ側コンタクト層１１は、前記積層半導体層を成長させるためにＧａＮ系基板を用いた場合には、その一部を用いてもよい。また、ｐ側コンタクト層１９、ｐ側クラッド層１８およびｐ側光ガイド層１７の一部は、約２μｍのストライプ幅を有するリッジストライプを形成するようにエッチングされている。リッジ形状とされることにより、Act 層１５の発光がリッジ下部に集中して、横モードが単一化し易く、閾値が低下し易い。
【００１８】
本実施形態の窒化物半導体レーザ素子は、Act 層１５をn-Guide 層１４、p-Cap 層１６、p-Guide 層１７で挟んだ分離光閉じ込め型（ＳＣＨ；Separate Confinement Heterostructure）構造を有する。このＳＣＨ構造は、Act 層１５よりバンドギャップの大きい光ガイド層をAct 層１５の両側に備えることで光の導波路を構成するものである。さらに、ＳＣＨ構造の両側にn-Clad層１３、p-Clad層１８を有する。これらのn-Clad層１３、p-Clad層１８には、屈折率の低い窒化物半導体層を設けて光閉じ込め効果およびキャリア閉じ込め効果を持たせている。また、前記各層の間に応力緩衝層を有する構造としてもよい。
【００１９】
なお、窒化物半導体レーザ素子の各半導体層を形成する窒化物半導体の一般式は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）である。ｎ型の窒化物半導体は、ｎ型不純物として、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｏ等のいずれか１つ以上を含有している。ｐ型の窒化物半導体は、ｐ型不純物として、Ｍｇ、Ｚｎ等を含有している。
【００２０】
前記Act 層１５は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０．０５≦ｘ≦０．２５、０≦ｙ≦０．９５、０．０５≦ｘ＋ｙ≦１）であり、Ｉｎの含有量を制御することで４２０ｎｍから４７０ｎｍ、さらに５５０ｎｍまでの発光が可能である。Act 層１５は、多重量子井戸構造または単一量子井戸構造を有し、多重量子井戸構造で形成すると発光効率が向上する。多重量子井戸構造は、障壁層から始まり井戸層で終わっても、障壁層から始まり障壁層で終わっても、井戸層から始まり障壁層で終わっても、また井戸層から始まり井戸層で終わってもよい。好ましくは障壁層から始まり、井戸層と障壁層とのペアを２〜８回繰り返してなるものであって、障壁層で終わる構成である。井戸層と障壁層とのペアを２〜３回繰り返してなるものが閾値電流を低下させて寿命特性を向上させるのに好ましい。
【００２１】
図１（ｂ）は、図１（ａ）中のAct 層１５の断面構造の一例を模式的に示している。本例のAct 層１５は、第１の障壁（1st Barrier ）層１５１、第１の井戸（1st Well）層１５２、中間障壁（Middle Barrier）層１５３、第２の井戸（2nd Well）層１５４、最終障壁（Last Barrier）層１５５が積層された多重量子井戸構造を有する。
【００２２】
さらに、図１（ａ）、（ｂ）中には示されていないが、Act 層１５とそれを挟むｎ型の半導体層およびｐ型の半導体層からなるレーザ光の導波路領域に対して略垂直な端面に出射側ミラーおよび反射側ミラーが形成されており、各レーザミラーは導波路領域とともにレーザ共振器を形成している。レーザ光出力をモニターする場合には、モニター光を取り出す反射側ミラーはモニター側ミラーと称する。
【００２３】
導波路領域は、光を伝搬する領域であり、平面ストライプ状に形成される。ここで、伝搬された光がレーザ共振器で共振することにより増幅されてレーザ発振する。また、導波路領域に電流を効率良く注入することができるように電流狭窄領域の断面形状は突状（リッジ状）をしていることが好ましい。
【００２４】
前記各レーザミラーは、導波路領域の一端面側に、レーザ光に対する屈折率が互いに異なる少なくとも２種類の透光性膜が積層状態で所定のペア数だけ配置される場合と、１種類の透光性膜（例えばＡｌ2 Ｏ3 膜、Ｎｂ2 Ｏ5 膜、ＨｆＯｘ膜のいずれか１つ）が配置される場合がある。この場合、各透光性膜は、それぞれの内部におけるレーザ光波長のｍ／４ｎ（n：１以上の整数，ｍ：奇数）の厚さを有し、導波路領域の一端面（結晶劈開面）に接する透光性膜は、結晶劈開面の光学損傷を保護し、発光出力の劣化、寿命を改善する役割も有する。
【００２５】
さらに、図１（ａ）、（ｂ）中には示されていないが、ｐ側コンタクト層１９の表面にオーミックにコンタクトするように第１電極（ｐ電極、正電極）が形成され、ｎ側コンタクト層１１に電気的に接続されるように第２電極（ｎ電極、負電極）が形成される。
【００２６】
上記ｐ電極と導波路領域とを上面から見た場合の両者の平面的な配置関係は、図７（ａ）に示すように、ｐ電極２１の一端が導波路領域の一端面（結晶劈開面）Ａに一致している構造と、図７（ｂ）に示すように、ｐ電極２１の一端が導波路領域の一端面（結晶劈開面）から０．１〜５μｍ程度離れている構造がある。ｐ電極２１の一端が導波路領域の一端面Ａに一致している構造は、ｐ電極２１にＡｕを用いない場合に採用され、ＣＯＤ(Catastrophic Optical Damage) レベルが向上する。この場合、ｐ電極２１にＡｕを用いたとしても、その膜厚が薄い（１０〜３００ｎｍ程度）場合には、ＣＯＤレベルが向上する。
【００２７】
これに対して、ｐ電極２１の一端が導波路領域の一端面Ａから離れている構造は、ｐ電極２１にＡｕを用いることに制約を受けない。この場合、導波路領域においてｐ電極２１の一端と導波路領域の一端面Ａとの間の部分は、キャリアが直接に注入されないので、吸収領域となってしまい、発熱によりバンドギャップが低下し、ＣＯＤにより結晶破壊が発生し易い。しかし、図７（ｂ）に示す構造は、前記したようにｐ電極２１の一端が導波路領域の一端面（結晶劈開面）から近い（０．１〜５μｍ程度離れている）ので、問題がなく、図７（ａ）に示す構造と同等の特性が得られる。
【００２８】
表１は、図１（ａ）、（ｂ）に示した窒化物半導体レーザ素子の各層の膜厚、Ｉｎの混晶比ｘあるいはＡｌの混晶比ｙの最小値(Minimum) 、標準値、最大値(Maximum) の一例を示している。（表１）
膜厚             ‖  混晶比（ＩｎｘまたはＡｌｙ）
Minimum         Maximum  ‖  Minimum           Maximum 
―――――――――――――――――――――――――――――――――――――
n-Contact        2 μｍ    4 μｍ   7.5 μｍ ‖  y=0.010   y=0.02   y=0.045
Crack-Barrier    90 ｎｍ  150 ｎｍ  250 ｎｍ ‖  x=0.014   x=0.03   x=0.06
n-Clad         0.8 μｍ   1.3 μｍ  2.2 μｍ ‖  y=0.035   y=0.059  y=0.100
n-Guide        200 ｎｍ  315 ｎｍ  520 ｎｍ ‖    −        −      −
1st Barrier      20 ｎｍ   40 ｎｍ  150 ｎｍ ‖  x=0.02    x=0.04   x=0.075 
1st Well       1.7 ｎｍ    3 ｎｍ   6.7 ｎｍ ‖  x=0.06    x=0.10   x=0.18
Middle Barrier   8 ｎｍ   14 ｎｍ    24 ｎｍ ‖  x=0.02    x=0.04   x=0.075 
2nd Well      1.7 ｎｍ    3 ｎｍ   6.7 ｎｍ  ‖  x=0.06    x=0.10   x=0.18
Last Barrier    20 ｎｍ   40 ｎｍ   200 ｎｍ ‖  x=0.02    x=0.04   x=0.075 
p-Cap         5.3 ｎｍ   10 ｎｍ   18 ｎｍ  ‖  y=0.14    y=0.25   y=0.45
p-Guide       200 ｎｍ  315 ｎｍ  520 ｎｍ ‖    −        −      −
p-Clad        270 ｎｍ  450 ｎｍ  750 ｎｍ ‖  y=0.027   y=0.046  y=0.100 
p-Contact     6.7 ｎｍ   15 ｎｍ   30 ｎｍ  ‖    −        −      −
表１において、Crack-Barrier 層、1st Barrier 層、1st Well層、Middle Barrier層、2nd Well層およびLast Barrier層はＩｎｘを含む層である。n-Contact 層、n-Clad層、p-Cap 層およびp-Clad層はＡｌｙを含む層である。n-Guide 層、p-Guide 層およびp-Contact 層はＧａＮ層である。
【００２９】
Crack-Barrier 層は、膜厚が１３０〜１７０ｎｍ、Ｉｎの混晶比ｘが０．０２〜０．０４である。1st Barrier 層およびLast Barrier層は、膜厚が３０〜１００ｎｍ、Ｉｎの混晶比ｘが０．０３〜０．０５である。Middle Barrier層は、膜厚が１２〜１６ｎｍ、Ｉｎの混晶比ｘが０．０３〜０．０５である。1st Well層および2nd Well層は、膜厚が２．５〜４．５ｎｍ、Ｉｎの混晶比ｘが０．０９〜０．１２である。
【００３０】
n-Contact 層は、膜厚が３〜５μｍ、Ａｌの混晶比ｙが０．０１５〜０．０３である。n-Clad層は、膜厚が１．２〜１．５μｍ、Ａｌの混晶比ｙが０．０５０〜０．０７０である。p-Cap 層は、膜厚が８〜１２ｎｍ、Ａｌの混晶比ｙが０．２０〜０．３０である。p-Clad層は、膜厚が４００〜５００ｎｍ、Ａｌの混晶比ｙが０．０４０〜０．０７０である。n-Guide 層およびp-Guide 層は、膜厚が３００〜３５０ｎｍであり、p-Contact 層は、膜厚が１０〜２０ｎｍである。
【００３１】
図２（ａ）、（ｂ）は、図１（ａ）、（ｂ）に示した窒化物半導体レーザ素子のレーザミラーの断面構造の二例を模式的に示す。
【００３２】
図２（ａ）に示すレーザミラーは、導波路領域の一端面側から順に、レーザ光に対して第１の屈折率ｎ1 を有する第１の透光性膜１と、それよりも屈折率が相対的に低い第２の屈折率ｎ2 を有する第２の透光性膜２とが積層されて形成されている。この場合、使用する透光性膜の材質に応じて、第１の透光性膜１と第２の透光性膜２とからなるペアが１ペア、あるいは１．５〜６．５ペアだけ例えばスパッタ装置により交互に積層されている。第１の透光性膜１としては、ＺｒＯ2 （酸化ジルコニウム）膜、Ａｌ2 Ｏ3 （アルミナ）膜、Ｎｂ2 Ｏ5 （酸化ニオブ）膜、ＨｆＯｘ膜、ＭｇＯ膜、Ｔａ2 Ｏ5 膜、ＳｉＯＮ膜、ＡｌＯｘＮｙ膜、ＧａＯｘ膜などが挙げられ、第２の透光性膜２としてはＳｉＯ2 （酸化シリコン）膜などが挙げられる。
【００３３】
このような構造により、各透光性膜１、２の界面でレーザ光の反射と透過を繰り返すので、積層数を増すほど反射率は１００％に近付き、積層数を減らすと反射率は低下する。  図２（ｂ）に示すレーザミラーは、導波路領域の一端面に、前述したような第１の透光性膜１からなる単層膜が形成されている。
【００３４】
本実施形態では、出射側ミラーの反射率が７５％以下、好ましくは６０％以下、より好ましくは２０％以下となるように構成されており、反射側ミラーの反射率が７５％以上、好ましくは８５％以上、よりより好ましくは９０％以上となるように構成されている。
【００３５】
表２は、図２に示したレーザミラーの第１の透光性膜１としてＺｒＯ2 膜、Ｎｂ2 Ｏ5 膜、Ａｌ2 Ｏ3 膜のいずれか１つ、第２の透光性膜２としてＳｉＯ2 膜を用いた場合について、第１の透光性膜１と第２の透光性膜２の材質および膜厚と、第１の透光性膜と第２の透光性膜とからなるペアの数（Pair数）と、レーザミラーの反射率との関係を調べた結果の一例を示している。
【００３６】
（表２）
タイプ        材質                膜厚          Pair数      反射率
―――――――――――――――――――――――――――――――――
（Ａ）  ＳｉＯ2 ／ＺｒＯ2     73ｎｍ／49ｎｍ    6.5 Pair    98.5％
（Ｂ）  ＳｉＯ2 ／ＺｒＯ2     73ｎｍ／49ｎｍ    5.5 Pair    97  ％
（Ｃ）  ＳｉＯ2 ／ＺｒＯ2     73ｎｍ／49ｎｍ    4.5 Pair    93  ％
（Ｄ）  ＳｉＯ2 ／ＺｒＯ2     73ｎｍ／49ｎｍ    3.5 Pair    85  ％
（Ｅ）  ＳｉＯ2 ／ＺｒＯ2     73ｎｍ／49ｎｍ    2.5 Pair    71  ％
（Ｆ）  ＳｉＯ2 ／ＺｒＯ2     73ｎｍ／49ｎｍ    1.5 Pair    49  ％
（Ｇ）  Ｎｂ2 Ｏ5             89ｎｍ              単層    18  ％
（Ｈ）  Ａｌ2 Ｏ3            138ｎｍ              単層    18  ％
（Ｉ）  Ａｌ2 Ｏ3            167ｎｍ              単層    11  ％
（Ｊ）  Ａｌ2 Ｏ3           約69ｎｍ              単層     0  ％
（Ｋ）  ＨｆＯ2             約52ｎｍ              単層    11  ％
表２から分かるように、一例として、第１の透光性膜１としてＺｒＯ2 膜（４９ｎｍ）、第２の透光性膜２としてＳｉＯ2 膜（７３ｎｍ）を用いる場合、透光性膜のPair数を４．５〜６．５の範囲に設定することによって、レーザミラーの反射率を９０％以上（例えば９３〜９８．５％）に設定することが可能であり、Pair数を３．５に設定することによって、レーザミラーの反射率を８５％、ペア数を１．５〜２．５の範囲で設定することによって、反射率を７５％以下（例えば４９〜７１％）に設定することが可能である。
【００３７】
他の例として、第１の透光性膜１としてＮｂ2 Ｏ5 膜（８９ｎｍ）の単層膜を用いる場合、レーザミラーの反射率を１８％に設定することが可能である。上記Ｎｂ2 Ｏ5 膜の膜厚を厚くしても、レーザミラーの反射率はあまり変化させることができない。なお、第２の透光性膜２としてＳｉＯ2 膜（７３ｎｍ）を付加してもよい。
【００３８】
さらに他の例として、第１の透光性膜１としてＡｌ2 Ｏ3 膜（１３８ｎｍ）の単層膜を用いる場合、レーザミラーの反射率を１８％に設定することが可能である。なお、第２の透光性膜２としてＳｉＯ2 膜（７３ｎｍ）を付加してもよい。上記Ａｌ2 Ｏ3 膜の膜厚を変化させると、レーザミラーの反射率を１８％〜０％まで変化させることが可能である。例えば、第１の透光性膜１としてＡｌ2 Ｏ3 膜（１６７ｎｍ）の単層膜を用いる場合、レーザミラーの反射率を１１％に設定することが可能である。また、第１の透光性膜１としてＡｌ2 Ｏ3 膜（約６９ｎｍ）の単層膜を用いる場合、レーザミラーの反射率を０％に設定することが可能である。さらに他の例として、第１の透光性膜１としてＨｆＯ2 膜（約５２ｎｍ）の単層膜を用いる場合、レーザミラーの反射率を１１％に設定することが可能である。なお、前記第１の透光性膜１の単層膜は、出射端面の保護膜として用いることができる。
【００３９】
表３は、図１（ａ）、（ｂ）に示した窒化物半導体レーザ素子の出射側ミラーの透光性膜の材質およびPair数とモニター側ミラーの透光性膜の材質およびPair数との組み合わせについて実現に適した数例を示している。
【００４０】
（表３）
タイプ  出射側ミラーの材質  Pair数    モニター側ミラーの材質  Pair数
――――――――――――――――――――――――――――――――――
（１）  ＳｉＯ2 ／ＺｒＯ2   3.5 Pair    ＳｉＯ2 ／ＺｒＯ2     4.5 Pair
（２）  ＳｉＯ2 ／ＺｒＯ2   2.5 Pair    ＳｉＯ2 ／ＺｒＯ2     4.5 Pair
（３）  ＳｉＯ2 ／ＺｒＯ2   2.5 Pair    ＳｉＯ2 ／ＺｒＯ2     5.5 Pair
（４）  ＳｉＯ2 ／ＺｒＯ2   2.5 Pair    ＳｉＯ2 ／ＺｒＯ2     6.5 Pair
（５）  Ａｌ2 Ｏ3             単層      ＳｉＯ2 ／ＺｒＯ2   4.5 Pair
（６）  Ａｌ2 Ｏ3             単層      ＳｉＯ2 ／ＺｒＯ2   5.5 Pair
（７）  Ａｌ2 Ｏ3             単層      ＳｉＯ2 ／ＺｒＯ2   6.5 Pair
表３から分かるように、反射側ミラーとしてＺｒＯ2 膜／ＳｉＯ2 膜からなるペアを４．５〜６．５ペアの範囲に設定することによってその反射率を９０％以上（例えば９３〜９８．５％）に設定することが可能である。
【００４１】
この場合、出射側ミラーとしてＺｒＯ2 膜とＳｉＯ2 膜からなるペアを１．５ペアに設定することによって、その反射率を６０％以下（例えば４９％）に設定することが可能である。
【００４２】
また、出射側ミラーとしてＮｂ2 Ｏ5 膜（またはＡｌ2 Ｏ3 膜）の単層膜を用いることによってその反射率を２０％以下（例えば１８％）に設定することが可能である。なお、第２の透光性膜２としてＳｉＯ2 膜（７３ｎｍ）を付加してもよい。
【００４３】
図３（ａ）は、図１（ａ）、（ｂ）に示した４４０ｎｍ帯の窒化物半導体レーザ素子について出射側ミラーの反射率を変えてＩ−Ｌ特性を測定した結果の一例を示す。図３（ｂ）は、同図（ａ）の一部を取り出して拡大して示す特性図である。
【００４４】
図３（ａ）、（ｂ）から分かるように、出射側ミラーの反射率が８５％の場合には、閾値電流が３８ｍＡ程度であり、７０ｍＡ程度の電流で発光出力１０ｍＷ程度まで立ち上がる。出射側ミラーの反射率が７１％の場合には、閾値電流が４０ｍＡ程度であり、８０ｍＡ程度の電流で発光出力２５ｍＷ程度まで立ち上がる。出射側ミラーの反射率が４９％の場合には、閾値電流が５２ｍＡ程度であり、１００ｍＡ程度の電流で発光出力５０ｍＷ程度まで立ち上がる。出射側ミラーの反射率が１８％の場合には、閾値電流が６０ｍＡ程度であり、１００ｍＡ程度の電流で発光出力６０ｍＷ程度まで立ち上がる。
【００４５】
図３（ｃ）は、図１（ａ）、（ｂ）に示した４４０ｎｍ帯の窒化物半導体レーザ素子について出射側ミラーの反射率を１１％、０％にした場合のＩ−Ｌ特性を測定した結果の一例を示す。出射端面保護膜としてＨｆＯ2 膜（約５２ｎｍ）の単層膜を用いた場合（出射側ミラーの反射率は１１％）、１３０ｍＡ程度の電流で発光出力が急激に立ち上がる。また、出射端面保護膜としてＡｌ2 Ｏ3 膜（約６９ｎｍ）の単層膜を用いた場合（出射側ミラーの反射率は０％）、電流の増加につれて発光出力が緩やかに増加する。
【００４６】
図４は、図１（ａ）、（ｂ）に示した４４０ｎｍ帯の窒化物半導体レーザ素子について出射側ミラーの反射率とキンクとの関係を測定した結果の一例（実線）と、４００ｎｍ帯の窒化物半導体レーザ素子について出射側ミラーの反射率とキンクとの関係を測定した結果の一例（点線）とを対比して示す。
【００４７】
図４中に実線で示すように、出射側ミラーの反射率を８５％から１８％まで下げていく（発光出力を増加させていく）につれて、キンクが１８０程度から１２０程度まで大きく低減（１５０％程度）し、出射側ミラーの反射率を６０％以下にするとキンクが１５０程度以下に低減し、出射側ミラーの反射率を２０％以下にするとキンクが１２０程度に低減することが判明した。つまり、４４０ｎｍ帯の窒化物半導体レーザ素子の出射側ミラーの反射率を６０％以下に低下させた場合には、キンクの波長依存性は従来よりも小さくなることが判明した。
【００４８】
上記したように本実施形態の４４０ｎｍ帯の窒化物半導体レーザ素子によれば、出射側ミラーの反射率を低下させる（発光出力を増加させる）ことによってキンクを大幅に低減させることが可能になり、高出力時の信頼性と低出力時の使い易さを両立させ得る大きなダイナミックレンジを持たせることができる。したがって、例えば光ディスク装置の光ヘッド（ピックアップ）に搭載される半導体レーザ素子に適用してパルス電流により直接変調を行う用途とか、ＬＤディスプレイの高速走査を行うためにパルス電流により高速に直接変調を行う用途に好適である。
【００４９】
因みに、図４中に点線で示すように、４００ｎｍ帯の窒化物半導体レーザ素子では、出射側ミラーの反射率を８５％から１８％まで下げていくと、キンクは１１５程度から１０５程度まで低減する。つまり、４００ｎｍ帯の窒化物半導体レーザ素子では、４４０ｎｍ帯の窒化物半導体レーザ素子と比べて、キンクは出射側ミラーの反射率に依存する割合が低い。
【００５０】
以上述べたように、本実施形態の４４０ｎｍ帯の窒化物半導体レーザ素子の出射側ミラーの反射率を所定値以下に低下させるためには、出射側ミラーの透光性多層膜のペア数を減らたり、出射側ミラーに透光性単層膜を用いたり、透光性膜の材質や膜厚を選定することが有効である。
【００５１】
以下、図１（ａ）に示した窒化物半導体レーザ素子の各構成要素について詳細に説明する。
【００５２】
窒化物半導体層を成長させるための基板は、単一の半導体のみから形成された単体基板であることが好ましいが、単体基板に半導体とは異なる異種材料（サファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ、スピネル、ＳｉＯ2 、ＳｉＮ等）を全体的、または部分的に備えている導電性または絶縁性の基板を用いることも可能である。単体基板の半導体は、化合物半導体であって、III-Ｖ族化合物半導体、II−ＶＩ族化合物半導体等である。具体例としては、ＧａＮ系化合物半導体、ＧａＡｓ系化合物半導体、ＺｎＯ系化合物半導体等がある。ＧａＮ系化合物半導体は、III 族元素であるＢ、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ等とＶ族元素であるＮとの化合物であるＧａＮ、ＡｌＮ、その他に３元や４元の混晶化合物であるＡｌＧａＮやＩｎＡｌＧａＮなどがあり、ｎ型不純物やｐ型不純物を含有するものを含む。
【００５３】
基板として窒化物半導体基板を用いれば、窒化物半導体層と格子不整合等の問題を生じない。また、第１の主面と第２の主面を有する導電性基板を用いる場合には、第１の主面側に半導体層、電極が順に形成され、第２の主面側に電極が形成された対向電極構造を有する窒化物半導体レーザ素子を実現でき、大電流の投入が可能となり、高出力発振が可能となる。
【００５４】
窒化物半導体基板の作製方法には様々なものがある。例えば窒化物半導体と異なる材料の異種基板上に、ＥＬＯＧ（エピタキシャル横方向成長）法、選択成長法などにより、転位を低減させた窒化物半導体層を成長した後、成長基板として用いた異種基板を除去して、単体の窒化物半導体基板を取り出す。異種基板の除去方法としては、研磨、研削、エッチング、レーザ照射等を用いる。また、超臨界流体中で結晶育成させる水熱合成法、その他には高圧法、フラックス法で形成されるバルク単結晶を窒化物半導体基板として用いても良い。前記気相成長法とは、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長）法やＨＶＰＥ（ハライド気相エピタキシャル成長）法等である。
【００５５】
窒化物半導体基板の作製方法の一具体例を説明すると、サファイアやＳｉＣ、ＧａＡｓ等の異種基板上に窒化物半導体からなるバッファ層を成長する。この時、バッファ層の成長温度は９００℃以下とする。次に、異種基板上に窒化物半導体を５０μｍ以上の厚膜で成長する。その後、異種基板を研磨、電磁波照射（エキシマレーザー照射等）、またはＣＭＰ（化学的機械研磨）等により除去することにより、窒化物半導体基板を得ることができる。この場合、窒化物半導体基板として、２軸結晶法による（０００２）回折Ｘ線ロッキングカーブの半値幅（Full Width at Half Maximum）が１００arcsec以下、好ましくは６０arcsec以下のものを得ることができる。
【００５６】
ここで、上記したように作製された窒化物半導体基板の成長面を第１の主面と称し、異種基板を除去することで露出した露出面側を第２の主面と称する。窒化物半導体基板の第１の主面は、Ｃ面、Ａ面またはＭ面等の結晶成長面の他に、（０００−１）面を有するものであってもよい。窒化物半導体基板の第２の主面は、（０００−１）面であることが好ましく、その他には（０００１）面を備えているものであってもよい。なお、本明細書において、面指数を表す括弧内のバー（−）は、後ろの数字の上に付すべきバーを表すものとする。また窒化物半導体基板の外周形状は特に限定されず、ウェハー状であっても、矩形状等であってもよい。
【００５７】
窒化物半導体基板の一例として、転位が面内で周期的に分布しているもの、例えばＥＬＯＧ法を用いて低転位密度領域と高転位密度領域が交互にストライプ状に形成されたものがある。このような窒化物半導体基板であれば内部に発生する応力を緩和させる作用が働くので、基板上に応力緩和層を形成することなく窒化物半導体素子を膜厚５μｍ以上で積層することが可能となる。前記ＥＬＯＧ法の具体例として、基板に凹凸を形成した後で窒化物半導体を再成長させる方法がある。前記低転位密度領域および高転位密度領域がストライプ状に形成されたものは、連続的に形成されている場合に限らず、破線状（間欠的）に形成されている場合を含む。前記低転位密度領域とは、単位面積当たりの転位数が１×１０7 ／ｃｍ2 以下、好ましくは１×１０6 ／ｃｍ2 以下である。前記高転位密度領域とは、前記低転位密度領域よりも転位密度が高い領域であればよい。これらの転位測定はＣＬ観察やＴＥＭ観察等で行う。転位密度が１×１０6 ／ｃｍ2 以下、好ましくは５×１０5 ／ｃｍ2 以下の低転位領域の上部にリッジを形成した導波路領域を有する半導体レーザ素子は、寿命特性を向上させることができる。
【００５８】
窒化物半導体基板の他の例として、第１の主面上に、第１のｎ型不純物を含有している第１の領域と、この第１の領域とは異なるｎ型不純物を含有している第２の領域とを有するものがある。このような異なるｎ型不純物を含有した第１の領域および第２の領域を形成するためには、窒化物半導体基板の作製時に、窒化物半導体基板の第１の主面にｎ型不純物をドープしながら窒化物半導体を成長させることで第１の領域を形成し、第１の領域以外の表面に第１の領域とは異なるｎ型不純物をイオン注入することで第２の領域を形成する。第２の領域の形成方法の他の例としては、窒化物半導体基板の表面に凹部を形成した後、この凹部を第１の領域とは異なるｎ型不純物をドープしながら再成長させる。
【００５９】
また、窒化物半導体基板の表面にオフ角を形成したり、エッチング等で研削することで表面に新たに露出した面を形成してもよい。前記オフ角は、０．０２°以上９０°以下、好ましくは０．０５°以上５°以下である。
【００６０】
窒化物半導体基板に含有されているｎ型不純物の不純物濃度は、１×１０17ｃｍ-3〜１×１０20ｃｍ-3である。窒化物半導体基板の膜厚は、５０μｍ以上１ｍｍ以下とするが、好ましくは５０μｍ以上５００μｍ以下とする。この範囲であれば、ウェハ上に窒化物半導体レーザ素子を形成した後に劈開を再現性よく実施することができる。また、窒化物半導体基板の膜厚が５０μｍ未満であれば、デバイス工程でのハンドリングが困難となる。
【００６１】
窒化物半導体基板の第１の主面は、基板の表面をウェットエッチング、ドライエッチング、またはＣＭＰ処理をすることで、任意の凹凸部を形成することができる。ドライエッチングとしては、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）、ＲＩＢＥ（反応性イオンビームエッチング）、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）、ＩＣＰ（高周波誘導結合プラズマ）、ＦＩＢ（収束イオンビーム）等がある。上記したように部分的に結晶成長面が異なる表面を有する窒化物半導体基板は、基板に発生する応力や歪みを解消するので好ましく、具体的には、第１の主面を（０００１）面とし、その他には（０００１）面と異なる結晶成長面である（０００−１）面や（１１−２０）面、（１０−１５）面、（１０−１４）面、（１１−２４）面を有するものである。
【００６２】
窒化物半導体基板の第２の主面は、少なくとも２以上の異なる結晶成長面を有し、具体的には、（０００−１）面や（０００１）面、（１１−２０）面、（１０−１５）面、（１０−１４）面、（１１−２４）面等を有することが好ましい。このような窒化物半導体基板であれば、基板上に成長させた窒化物半導体素子は、素子内にかかる応力を抑制しており、劈開時におけるダメージに耐えることが可能である。
【００６３】
前記ｎ側クラッド層１３、ｐ側クラッド層１７は単一層構造、２層構造、または組成比が互いに異なる２層からなる超格子構造であっても構わない。ｎ側クラッド層１３の総膜厚としては０．４〜１０μｍであり、ｐ側クラッド層１７の総膜厚としては０．２〜８μｍ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、ｎ側クラッド層１３、ｐ側クラッド層１７全体のＡｌの平均組成は、０．０２〜０．１である。この値は、クラックの発生を抑制し、且つ、レーザ光導波路との屈折率差を得るのに好ましい。
【００６４】
前記ｎ型不純物のドープ量は、１×１０17／ｃｍ3 〜５×１０19／ｃｍ3 である。ｎ型不純物がこの範囲でドープされていると、抵抗率を低くでき、且つ、結晶性を損なわない。また、前記ｐ型不純物のドープ量は、１×１０19／ｃｍ3 〜１×１０21／ｃｍ3 である。ｐ型不純物がこの範囲でドープされていると、結晶性を損なわない。
【００６５】
前記ｎ型不純物としてはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｄ等が挙げられ、ｐ型不純物としてはＭｇの他にＢｅ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｓｒ等が挙げられる。不純物の濃度は、５×１０16／ｃｍ3 以上１×１０21／ｃｍ3 以下の範囲でドープされることが好ましい。不純物の濃度が１×１０21／ｃｍ3 よりも多いと、窒化物半導体層の結晶性が悪くなって、出力が低下する傾向がある。これは変調ドープの場合も同様である。
【００６６】
窒化物半導体基板上には下地層を介してｎ側クラッド層１３を成長させることもできる。前記下地層は、ＡｌａＧａ１−ａＮ（０≦ａ≦０．５）である。これにより、窒化物半導体層の表面上に発生する転位（貫通転位等）やピットを低減させることができる。前記下地層は単一層構造、または多層積層構造である。ｎ側クラッド層１３は単一層であれば、一般式はＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．２）であって、膜厚は０．５〜５μｍである。多層で成長させるには、超格子構造としては第１の層であるＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．１）と第２の層であるＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０．０１≦ｙ≦１）との積層構造とする。
【００６７】
窒化物半導体基板の第２の主面にｎ電極を形成する際、第２の主面にＣＶＤやスパッタ、蒸着等により形成する。このｎ電極は、少なくともＴｉ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｐｄ、Ｗ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｖ、Ｈｆからなる群より選ばれる少なくとも１つを有する。ｎ電極を多層構造とする場合には、多層構造の最上層はＰｔまたはＡｕであると、電極からの放熱性を向上させることが可能となるので好ましい。窒化物半導体基板の第２の主面に形成する電極の材料にこれらの材料を選択することによって、特に窒化物半導体からなる基板と電極とのオーミック特性が得られる。また、窒化物半導体からなる基板と電極との密着性も良くウェハーからバー化またはチップ化するための劈開工程で電極が剥がれることを抑制する効果を有する。ｎ電極の膜厚としては１０００ｎｍ以下、好ましくは６００ｎｍ以下とする。ｎ電極を多層構造とする場合には、具体的には第１の層をＶ、またはＴｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｈｆ等とする。ここで、第１の層の膜厚は５０ｎｍ以下とする。第１の層をＷとすれば、３０ｎｍ以下とすることが良好なオーミック特性を得ることができるので好ましい。第１の層をＶとすれば、耐熱性が向上するので好ましい。ここで、Ｖの膜厚は５ｎｍ以上３０ｎｍ以下、好ましくは７ｎｍ以上２０ｎｍとすることで良好なオーミック特性を得ることができる。
【００６８】
前記ｎ電極がＴｉ／Ａｌであれば膜厚は１０００ｎｍ以下であって、例えば膜厚は１０ｎｍ／５００ｎｍとなる。ｎ電極として、窒化物半導体基板の第２の主面側からＴｉ／Ｐｔ／Ａｕの順に積層すれば膜厚は６ｎｍ／１００ｎｍ／３００ｎｍである。ｎ電極として、窒化物半導体基板の第２の主面側からＴｉ／Ｍｏ／Ｐｔ／Ａｕとすれば、例えばＴｉ（６ｎｍ）／Ｍｏ（５０ｎｍ）／Ｐｔ（１００ｎｍ）／Ａｕ（２１０ｎｍ）となる。ｎ電極として、Ｔｉ／Ｈｆ／Ｐｔ／Ａｕとすれば、例えばＴｉ（６ｎｍ）／Ｈｆ（６ｎｍ）／Ｐｔ（１００ｎｍ）／Ａｕ（３００ｎｍ）となり、Ｔｉ／Ｍｏ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕとすれば、Ｔｉ（６ｎｍ）／Ｍｏ（５０ｎｍ）／Ｔｉ（５０ｎｍ）／Ｐｔ（１００ｎｍ）／Ａｕ（２１０ｎｍ）の順に積層することができる。ｎ電極として、Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｗ／Ａｌ／Ｗ／Ａｕ等とすれば、上記特性を示す。ｎ電極の多層構造の他の例として、窒化物半導体基板の第２の主面側からＨｆ／Ａｌ、Ｔｉ／Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｗ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｍｏ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｍｏ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｖ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｖ／Ｍｏ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｖ／Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｃｒ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｃｒ／Ｍｏ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｃｒ／Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ等がある。ｎ電極２２を形成した後、３００℃以上でアニールしてもよい。
【００６９】
ｎ電極は、矩形状に形成される。ｎ電極は、窒化物半導体基板の第２の主面側に、後工程である窒化物半導体基板をバー化するためのスクライブ工程においてスクライブラインとなる領域を除く範囲にパターン形成される。さらに、ｎ電極上にそれと同様のパターン形状でメタライズ電極（省略可能）が形成されると、スクライブし易くなり、劈開性が向上する。メタライズ電極としてはＴｉ−Ｐｔ−Ａｕ−（Ａｕ／Ｓｎ）、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ−（Ａｕ／Ｓｉ）、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ−（Ａｕ／Ｇｅ）、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ−Ｉｎ、Ａｕ／Ｓｎ、Ｉｎ、Ａｕ／Ｓｉ、Ａｕ／Ｇｅ等を用いることができる。
【００７０】
また、窒化物半導体基板の第２の主面には段差を形成してもよい。段差を形成することで、第２の主面を（０００−１）面とすれば、（０００−１）面以外の傾斜面を露出することができる。例えば（０００−１）面以外の面を意味する面指数等は一面に指定されず、（１０−１５）、（１０−１４）、（１１−２４）面等である。（０００−１）面以外の傾斜面は、ｎ極性を示す面における表面積の０. ５％以上であることが好ましい。より好ましくは１％以上２０％以下である。
【００７１】
ここで、段差とは界面段差が０．１μｍ以上であって、段差形状はテーパー形状や逆テーパー形状である。また、段差の平面形状のパターンはストライプ状、格子状、島状、円状や多角形状、矩形状、くし形状、メッシュ形状から選ばれる凸部および／または凹部を有する。例えば、円状の凸部を形成すれば、円状凸部の直径幅は５μｍ以上とする。また、凹部溝部の幅は少なくとも３μｍ以上の領域を有すると電極の剥がれ等がなくなり好ましい。（０００−１）面以外の傾斜面を露出するには、オフ角を０．２〜９０°の範囲で形成してもよい。窒化物半導体基板の第２の主面はｎ電極を形成する面であるので、（０００−１）面、および（０００−１）面以外の面を有することでオーミック特性を向上させることができる。これにより、信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子が得られる。
【００７２】
なお、本発明の実施に際し、窒化物半導体基板や窒化物半導体層はＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長）法、ＭＯＣＶＤ法、ＨＶＰＥ（ハライド気相成長）法、ＭＢＥ（分子線気相成長）法等、窒化物半導体を成長させるのに知られている全ての方法を適用できる。
【実施例】
【００７３】
以下、本発明の窒化物半導体レーザ素子の実施例を数例示すが、本発明はこれらに限定されない。また、実施例の全図を通して同一部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００７４】
［実施例１］
図５は、実施例１の４４０ｎｍ帯の窒化物半導体レーザ素子の断面構造を模式的に示す。ここでは、一対の電極がチップの上下両面に分離されて形成された対向電極構造を示している。
【００７５】
実施例１の４４０ｎｍ帯の窒化物半導体レーザ素子は、光の波長換算で４２０ｎｍ以上、５５０ｎｍ以下のエネルギーバンドギャップを有する活性層を含むリッジ導波路構造と、導波路領域に対してほぼ垂直な端面に位置する出射側ミラーおよび反射側ミラーとを有する。
【００７６】
この半導体レーザ素子の構造は、導電性を有する窒化物半導体基板（例えばＧａＮ基板）１０の第１の主面上に、窒化物半導体層として、n-Contact 層１１、Crack-Barrier 層１２、n-Clad層１３、n-Guide 層１４、Act 層１５、p-Cap 層１６、p-Guide 層１７、p-Clad層１８、p-Contact 層１９が積層成長により形成されている。n-Contact 層１１、Crack-Barrier 層１２、n-Clad層１３、n-Guide 層１４はｎ型不純物がドープされており、p-Cap 層１６、p-Guide 層１７、p-Clad層１８、p-Contact 層１９はｐ型不純物がドープされている。Act 層１５は、本例ではｎ型不純物がドープされている。
【００７７】
p-Contact 層１９およびp-Cladｐ層１８の上面部には、平面がストライプ状、断面が突状（リッジ状）の電流狭窄領域（リッジ部）が形成されており、このリッジ部を含む導波路領域に対して略垂直な端面に共振面が形成されている。なお、p-Guide 層１７の一部まで掘り下げてリッジ部を形成してもよい。
【００７８】
そして、リッジ部の側面およびp-Cladｐ層１８の表面を覆う埋め込み絶縁膜（例えば厚さ５０ｎｍのＺｒＯ2 膜）２０と、リッジ部の上面にオーミックにコンタクトし、かつ、リッジ部の表面および埋め込み絶縁膜上の一部を覆うｐ電極２１と、保護絶縁膜（例えば厚さ５００ｎｍのＳｉＯ2 膜）２４と、ｐパッド電極２３が形成されている。保護絶縁膜２４は、ｐ電極２１の側端部上から埋め込み絶縁膜２０上、ｐ型の半導体層１８、１７、１６、活性層１５、ｎ型の半導体層１４、１３、１２、１１の各側面を覆うように形成されている。ｐ電極２１上から保護絶縁膜２４の一部上まで覆うようにパッド電極２３が形成されている。さらに、ＧａＮ基板１０の第２の主面（裏面側）はラッピングおよび研磨が施され、所定の厚さに（放熱性を高めるために薄く）調整された後にｎ電極２２が形成されている。
【００７９】
本実施例１では、Act 層１５の両側にn-Guide 層１４、p-Guide １７を形成したＳＣＨ構造を有し、さらに、ＳＣＨ構造の両側にn-Clad層１３、p-Clad層１８を有する。これらのn-Clad層１３、p-Clad層１８として、屈折率の低い窒化物半導体層を設けて光閉じ込め機能およびキャリア閉じ込め効果を持たせている。なお、各層の間に応力緩衝層を有する構造としてもよい。
【００８０】
Act 層１５は、例えば図１（ｂ）に示したように、1st Barrier 層１５１、1st Well層１５２、Middle Barrier層１５３、2nd Well層１５４、Last Barrier層１５５が積層された多重量子井戸構造を有する。
【００８１】
表４は、図５に示した窒化物半導体レーザ素子の各層の膜厚、Ｉｎの混晶比ｘあるいはＡｌの混晶比ｙの一例を示している。
【００８２】
（表４）
膜厚  ‖  混晶比（ＩｎｘまたはＡｌｙ）
―――――――――――――――――――――――――――――
n-Contact         4 μｍ ‖  y=0.02
Crack-Barrier    150 ｎｍ ‖  x=0.03
n-Clad          1.3 μｍ ‖  y=0.059 
n-Guide         315 ｎｍ ‖    −
1st Barrier       40 ｎｍ ‖  x=0.035 
1st Well          3 ｎｍ ‖  x=0.10
Middle Barrier   14 ｎｍ ‖  x=0.035 
2nd Well         3 ｎｍ ‖  x=0.10
Last Barrier     40 ｎｍ  ‖  x=0.035 
p-Cap          10 ｎｍ  ‖  y=0.25
p-Guide         315 ｎｍ ‖    −
p-Clad          450 ｎｍ ‖  y=0.046 
p-Contact        15 ｎｍ ‖    −
表４において、Crack-Barrier 層、1st Barrier 層、1st Well層、Middle Barrier層、2nd Well層およびLast Barrier層はＩｎｘを含む層であり、n-Contact 層、n-Clad層、p-Cap 層およびp-Clad層はＡｌｙを含む層である。n-Guide 層、p-Guide 層およびp-Contact 層はＧａＮ層である。
【００８３】
Crack-Barrier 層は、膜厚が１５０ｎｍ、Ｉｎの混晶比ｘが０．０３である。1st Barrier 層およびLast Barrier層は、膜厚が４０ｎｍ、Ｉｎの混晶比ｘが０．０３５である。Middle Barrier層は、膜厚が１４ｎｍ、Ｉｎの混晶比ｘが０．０３５である。1st Well層および2nd Well層は、膜厚が３ｎｍ、Ｉｎの混晶比ｘが０．１０である。
【００８４】
n-Contact 層は、膜厚が４μｍ、Ａｌの混晶比ｙが０．０２である。n-Clad層は、膜厚が１．３μｍ、Ａｌの混晶比ｙが０．０５９である。p-Cap 層は、膜厚が１０ｎｍ、Ａｌの混晶比ｙが０．２５である。p-Clad層は、膜厚が４５０ｎｍ、Ａｌの混晶比ｙが０．０４６である。n-Guide 層およびp-Guide 層は、膜厚が３１５ｎｍであり、p-Contact 層は、膜厚が１５ｎｍである。
【００８５】
図５に示した窒化物半導体レーザ素子のレーザミラーの断面構造の一例は、図２（ａ）あるいは図２（ｂ）を参照して前述したようなものである。本実施例１では、出射側ミラーは、導波路領域の一端面側から順に、レーザ光に対して第１の屈折率ｎ1 を有する第１の透光性膜１と、それよりも屈折率が低い第２の屈折率ｎ2 を有する第２の透光性膜２とが１．５ペアだけ積層されて形成されている。ここでは、表２中のタイプ（Ｆ）に示すように、第１の透光性膜１としてＺｒＯ2 膜（４９ｎｍ）、第２の透光性膜２としてＳｉＯ2 膜（７３ｎｍ）で形成している。この場合、表２を参照して前述したように出射側ミラーの反射率は４９％である。これに対して、反射側ミラーは、導波路領域の他端面側から順に、第１の透光性膜１と第２の透光性膜２とが４．５ペアだけ積層されて形成されている。ここでは、第１の透光性膜１としてＺｒＯ2 膜（４９ｎｍ）、第２の透光性膜２としてＳｉＯ2 膜（７３ｎｍ）で形成している。この場合、表２を参照して前述したように反射側ミラーの反射率は９３％である。
【００８６】
本実施例１によれば、図３（ａ）、（ｂ）を参照して前述したように、閾値電流が５２ｍＡ程度、１００ｍＡ程度の電流で発光出力５０ｍＷ程度まで立ち上がるＩ−Ｌ特性を有する４４０ｎｍ帯の窒化物半導体レーザ素子が得られる。そして、図４を参照して前述したように、キンクが１４０程度まで低減するという効果が得られる。
【００８７】
［実施例２］
窒化物半導体レーザ素子の実施例２は、前述した実施例１において、n-Clad層１３およびp-Clad層１８の混晶比と、n-Guide 層１４、p-Cap 層１６、p-Guide 層１７およびp-Clad層１８の膜厚を変更し、その他は同様の条件で窒化物半導体レーザ素子を形成したものである。
【００８８】
表５は、図５に示した窒化物半導体レーザ素子の各層の膜厚、Ｉｎの混晶比ｘあるいはＡｌの混晶比ｙの一例を示している。
【００８９】
（表５）
膜厚    ‖  混晶比（ＩｎｘまたはＡｌｙ）
―――――――――――――――――――――――――――――
n-Contact         4 μｍ ‖  y=0.02
Crack-Barrier    150 ｎｍ‖  X=0.03
n-Clad          1.3 μｍ‖  y=0.062 
n-Guide         330 ｎｍ‖    −
1st Barrier       40 ｎｍ‖  X=0.035 
1st Well          3 ｎｍ‖  X=0.10
Middle Barrier   14 ｎｍ ‖  X=0.035 
2nd Well         3 ｎｍ ‖  X=0.10
Last Barrier     40 ｎｍ ‖  X=0.035 
p-Cap            8 ｎｍ ‖  y=0.25
p-Guide        330 ｎｍ ‖    −
p-Clad          500 ｎｍ‖  y=0.055 
p-Contact        15 ｎｍ ‖    −
表５に示すように、Crack-Barrier 層は、膜厚が１５０ｎｍ、Ｉｎの混晶比ｘが０．０３である。1st Barrier 層およびLast Barrier層は、膜厚が４０ｎｍ、Ｉｎの混晶比ｘが０．０３５である。Middle Barrier層は、膜厚が１４ｎｍ、Ｉｎの混晶比ｘが０．０３５である。1st Well層および2nd Well層は、膜厚が３ｎｍ、Ｉｎの混晶比ｘが０．１０である。n-Contact 層は、膜厚が４μｍ、Ａｌの混晶比ｙが０．０２である。n-Clad層は、膜厚が１．３μｍ、Ａｌの混晶比ｙが０．０６２である。p-Cap 層は、膜厚が８ｎｍ、Ａｌの混晶比ｙが０．２５である。p-Clad層は、膜厚が５００ｎｍ、Ａｌの混晶比ｙが０．０５５である。n-Guide 層およびp-Guide 層は、膜厚が３３０ｎｍであり、p-Contact 層は、膜厚が１５ｎｍである。
【００９０】
本実施例２によっても、実施例１とほぼ同等の特性を有する窒化物半導体レーザ素子が得られる。
【００９１】
［実施例３］
実施例３は、前述した実施例１あるいは実施例２において、出射側ミラーの第１の透光性膜１として表２中のタイプ（Ｈ）に示すようにＡｌ2 Ｏ3 膜（８９ｎｍ）を用い、その他は同様の条件で窒化物半導体レーザ素子を形成した（第２の透光性膜２は用いない）ものである。この場合、表２を参照して前述したように出射側ミラーの反射率は１８％である。
【００９２】
本実施例３によれば、実施例１よりも出射側ミラーの反射率が低く、発光出力が高く、図３（ａ）、（ｂ）を参照して前述したように、閾値電流が６０ｍＡ程度、１００ｍＡ程度の電流で発光出力６０ｍＷ程度まで立ち上がるＩ−Ｌ特性を有する４４０ｎｍ帯の窒化物半導体レーザ素子が得られる。そして、図４を参照して前述したように、キンクが１２０程度まで大きく低減するという効果が得られる。
【００９３】
なお、本実施例３において、出射側ミラーの第１の透光性膜１に対して、第２の透光性膜２としてＳｉＯ2 膜（７３ｎｍ）を積層するように変更してもよい。
【００９４】
［実施例１の半導体レーザ素子の製造方法］
（基板）  ＭＯＣＶＤ反応装置内において、サファイアまたはＧａＡｓ基板を配置して、温度を５００℃にする。次に、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）及び／又は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２０ｎｍの膜厚で成長させる。バッファ層を成長した後、温度を１０５０℃にして、同じくＧａＮよりなる下地層を４μｍの膜厚で成長させる。  下地層を成長した後、ウェハーを反応容器から取り出し、この下地層の表面に、ストライプ状のフォトマスクを形成し、ＣＶＤ装置によりストライプ幅１０〜３００μｍ、ストライプ間隔（窓部）５〜３００μｍのＳｉＯ2 よりなる保護膜を形成する。
【００９５】
保護膜を形成した後、ウェハーをＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）装置に移送し、原料にＧａメタル、ＨＣｌガス、およびアンモニアを用い、ｎ型不純物としてＳｉおよび／またはＯをドーピングしながらＧａＮよりなる窒化物半導体を４００μｍの膜厚で成長させる。このようにＨＶＰＥ法で保護膜の上に窒化物半導体を成長させながら１００μｍ以上のＧａＮ厚膜を成長させると、結晶欠陥は二桁以上少なくなる。そして、異種基板等を研磨、研削、ＣＭＰまたはレーザ照射等により剥離することでＧａＮ基板１０が得られる。このＧａＮ基板１０は、膜厚が４００μｍ程度であり、少なくとも導波路形成予定領域下においては転位密度が５×１０6 ／ｃｍ2 以下である。
【００９６】
（n-Contact 層１１）  基板上にＧａＮ層を成長させる際、さらに、中間層１１ａを成長させ、最上層には、１０５０℃でＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＥＧ及び／又はＴＭＧ、アンモニア、シランガスを用い、ＳｉをドープしたＡｌ0.02Ｇａ0.98Ｎよりなるn-Contact 層１１を成長させる。
【００９７】
（Crack-Barrier 層１２）  次に、温度を８００℃にして、原料ガスにＴＥＧ及び／又はＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニア、シランガスを用い、ＳｉをドープしたＩｎ0.03Ｇａ0.97ＮよりなるCrack-Barrier 層１２を膜厚１５０ｎｍとなるように成長させる。
【００９８】
（n-Clad層１３）  次に、１０５０℃でＴＭＡ、ＴＥＧ及び／又はＴＭＧ、アンモニア、シランガスを用い、ＳｉをドープしたＡｌ0.059 Ｇａ0.941 Ｎよりなるn-Clad層１３を膜厚１．３μｍとなるように成長させる。なお、このn-Clad層１３は超格子構造とすることもできる。
【００９９】
（n-Guide 層１４）  次に、シランガスを止め、１０５０℃でアンドープＧａＮよりなるn-Guide 層１４を膜厚３１５ｎｍとなるように成長させる。
【０１００】
（Act 層１５）  次に、ＴＥＧ及び／又はＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニア、シランガスを用いてAct 層１５を成長させる。この際、温度を８００℃に保持して、まず、ＳｉをドープしたＩｎ0.035 Ｇａ0.965 Ｎよりなる1st Barrier 層１５１を膜厚４０ｎｍとなるように成長させる。続いて、同一温度で、Ｉｎ0.10Ｇａ0.90Ｎよりなる1st Well層１５２を膜厚３ｎｍとなるように成長させる。このような障壁層と井戸層とを２回交互に積層する。この際、1st Well層１５２を成長させた後、ＳｉをドープしたＩｎ0.035 Ｇａ0.965 ＮよりなるMiddle Barrier層１５３を膜厚１４ｎｍとなるように成長させる。続いて、Ｉｎ0.10Ｇａ0.90Ｎよりなる2nd Well層１５４を膜厚３ｎｍとなるように成長させる。この後、ＳｉをドープしたＩｎ0.035 Ｇａ0.965 ＮよりなるLast Barrier層１５５を膜厚４０ｎｍとなるように成長させることにより、総膜厚１００ｎｍの多重量子井戸構造のAct 層１５を得る。
【０１０１】
（p-Cap 層１６）  次に、温度を１０５０℃に上げ、ＴＥＧ及び／又はＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ2 Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、ＭｇをドープしたＡｌ0.25Ｇａ0.75Ｎよりなるp-Cap 層１６を膜厚１０ｎｍとなるように成長させる。なお、このp-Cap 層１６は省略可能である。
【０１０２】
（p-Guide 層１７）  続いて、Ｃｐ2 Ｍｇ、ＴＭＡを止め、１０５０℃で、前述したp-Cap 層１６よりもバンドギャップエネルギーが小さいアンドープＧａＮよりなるp-Guide 層１７を膜厚３１５ｎｍとなるように成長させる。
【０１０３】
（p-Clad層１８）  続いて、１０５０℃で、ＭｇをドープしたＡｌ0.046 Ｇａ0.954 Ｎよりなる層を膜厚２．５ｎｍだけ成長させ、続いて、Ｃｐ2 Ｍｇ、ＴＭＡを止め、アンドープＧａＮよりなる層を膜厚２．５ｎｍだけ成長させる。このようなペアを９０回成長させ、総膜厚４５０ｎｍの超格子構造のp-Clad層１８を成長させる。
【０１０４】
（p-Contact １９）  最後に、１０５０℃で、p-Clad層１８の上に、ＭｇをドープしたＧａＮよりなるp-Contact 層１９を膜厚１５ｎｍとなるように成長させる。
【０１０５】
反応終了後、温度を室温まで下げ、さらに窒素雰囲気中、ウェハーを反応容器内において、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型半導体層をさらに低抵抗化する。アニーリング後、ウェハーを反応容器から取り出す。
【０１０６】
次に、応力緩和の目的のために、ｎ側半導体層をエッチングにより露出させる。ｎ側半導体層の露出面は特に限定するのもではないが、例えばContact 層１１の一部まで露出する。この際、エッチングは、ＲＩＥ法を用い、Ｃｌ2 、ＣＣｌ4 、ＳｉＣｌ4 、ＢＣｌ3 のような塩素系のガスによりエッチングする。そして、最上層のp-Contact １９の表面にＳｉＯ2 等よりなる保護膜（図示せず）をストライプ状に形成する。この保護膜は、ストライプ状の電流狭窄領域であるリッジ部を形成するためのパターン形状をしており、この保護膜をマスクとしてＲＩＥ法でエッチングすることにより、ストライプ状のリッジ部を形成する。リッジストライプを形成する場合、特にAct 層１５よりも上にあるＡｌを含むｐ型半導体層以上の層をリッジ形状とすることにより、Act 層１５の発光がリッジ下部に集中して、横モードが単一化しやすく、閾値が低下し易い。リッジ部の幅は１．０μｍ〜５０．０μｍとする。リッジ部のストライプ方向の長さは３００μｍ〜１０００μｍである。レーザ光をシングルモードとする場合には、リッジ部の幅は１．０μｍ〜２．０μｍとするのが好ましい。リッジ部の幅を１０μｍ以上とすれば、２００ｍＷ以上の出力が可能となる。リッジ部の高さは、p-Guide 層１７を露出する範囲であればよい。その理由は、大電流を流す場合にはリッジ部以下では電流が急激に横方向に広がるので、リッジ部を形成するためのエッチング深さはp-Guide 層１７まであるのが好ましい。
【０１０７】
次に、リッジ部の側面およびp-Clad層１８の表面を保護するために埋め込み絶縁膜２０で覆う。この埋め込み絶縁膜２０は、窒化物半導体層よりも屈折率が小さく、絶縁性の材料から選ばれるものである。具体例としては、ＺｒＯ2 、ＳｉＯ2 、その他にはＶ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ等の酸化物である。
【０１０８】
次に、p-Contact 層１９の表面にｐ電極２１を形成する。好ましくは、p-Contact 層１９および埋め込み絶縁膜２０の一部上にｐ電極２１を多層構造で形成する。この際、ｐ電極２１を例えばＮｉとＡｕからなる２層構造とする場合には、先ず、p-Contact 層１９上にＮｉを５ｎｍ〜２０ｎｍの膜厚で形成し、次に、Ａｕを５０ｎｍ〜３００ｎｍの膜厚で形成する。また、ｐ電極２１を３層構造とする場合にはＮｉ／Ａｕ／Ｐｔ、Ｎｉ／Ａｕ／Ｐｄ等があり、ＮｉとＡｕは２層構造と同じ膜厚であればよく、最終層となるＰｔやＰｄは５０ｎｍ〜５００ｎｍである。なお、ｐ電極２１を形成する際、図７（ａ）、（ｂ）に示したように、ｐ電極の一端を導波路領域の一端面に一致させて形成する場合と、ｐ電極の一端を導波路領域の一端面から少し離して形成する場合がある。
【０１０９】
上記したようにｐ電極２１を形成した後、オーミックアニールを行う。詳細な条件としては、アニール温度を３００℃以上、好ましくは５００℃以上とする。また、アニールを行う雰囲気は、窒素および／または酸素を含有する条件とする。
【０１１０】
この後、ｐ電極２１の一部（側端部）上および埋め込み絶縁膜２０上および前工程で露出した半導体層の側面に、ＳｉＯ2 からなる保護絶縁膜２４を０．５μｍの膜厚となるようにスパッタリング成膜により形成する。
【０１１１】
次に、ｐ電極２１上および保護絶縁膜２４の一部上にｐパッド電極２３を形成する。このｐパッド電極２３は、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｗ等の金属からなる積層体とすることが好ましく、例えばｐ電極２１側からＷ／Ｐｄ／Ａｕ、またはＮｉ／Ｔｉ／Ａｕの順に連続して形成する。ｐパッド電極２３の膜厚は特に限定されないが、最終層のＡｕの膜厚を１００ｎｍ以上とする。ｐパッド電極２３は、ｐ電極２１の表面積よりも広い面積で形成されており、放熱性が向上し、ワイヤーボンディングが容易になっている。また、ｐパッド電極２３は、ｐ電極２１よりも膜厚が厚く形成されており、ｐ電極２１の剥がれを防止する役割も有する。その後、ＧａＮ基板１０の第２の主面の一部または全面に、Ｖ（１０ｎｍ）／Ｐｔ（２００ｎｍ）／Ａｕ（３００ｎｍ）よりなるｎ電極２２を形成する。
【０１１２】
次に、上記したようにｐ電極２１、ｎ電極２２およびｐパッド電極２３を形成したウェハーをリッジストライプに垂直な方向でバー状に劈開する。ここで、共振面は、Ｍ面（１−１００面、六角柱状の結晶の側面に相当する面）やＡ面（１１−２０面）である。ウェハーをバー状に分割する劈開方法としては、ブレードブレイク、ローラーブレイク、またはプレスブレイク等がある。
【０１１３】
この場合、ウェハーの分割工程を２段階で行うことによって、共振面を歩留まり良く形成することが好ましい。先ず、ウェハー状のＧａＮ基板１０の第１の主面側、または第２の主面側からスクライブにより予め劈開補助溝を形成する。劈開補助溝は、深さを１０μｍとし、共振面と平行方向に５０μｍ、垂直方向に１５μｍの幅とし、ウェハーの全面、若しくはバーを形成するためにウェハーの両端に形成する。好ましくは、劈開補助溝をバーを形成する劈開方向に破線状に間隔をあけて形成する。これによって、劈開方向が屈曲することを抑制することができる。また、ＧａＮ基板１０の第１の主面、および／または第２の主面に予め劈開補助溝を形成することで、容易にウェハーをバー状に劈開することができる。劈開補助溝をＧａＮ基板１０の第２の主面に有することによって、第２の主面（裏面）に形成したｎ電極２２の剥がれ防止効果がある。
【０１１４】
前記した劈開補助線を用いてＧａＮ基板１０のｎ電極２２の形成面側からウェハーをバー状に劈開することによって、共振器長３００〜１０００μｍの共振器を作製した後、共振器の反射面側および／または出射面側にレーザミラーを形成する。レーザミラーは、ＳｉＯ2 やＺｒＯ2 、ＴｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、Ｎｂ2 Ｏ5 等からなる誘電体積層膜である。レーザミラーは、共振面の反射面側および出射面側に形成することが好ましい。劈開によって形成された共振面であれば、再現性よく形成することができる。なお、出射面側のレーザミラーとして、Ａｌ2 Ｏ3 膜、Ｎｂ2 Ｏ5 膜、ＨｆＯｘ膜、ＭｇＯ膜、Ｔａ2 Ｏ5 膜、ＳｉＯＮ膜、ＡｌＯｘＮｙ膜、ＧａＯｘ膜のいずれか１つからなる単層膜を用いると、反射率を低くすることができる。
【０１１５】
さらに、前記したようにバー状に劈開され、レーザミラーが形成された窒化物半導体基板を、リッジストライプに平行（ｐ電極２１に平行）な方向分割してチップ化する。このチップの形状は矩形状であって、矩形状の共振面の幅は５００μｍ以下、好ましくは４００μｍ以下とする。ここで、窒化物半導体レーザ素子の共振面側の左右の角には凹部溝を有する。凹部溝は、深さが１０μｍであって、共振面と平行方向に３０μｍ、垂直方向に１０μｍの幅である。
【０１１６】
このように作製された窒化物半導体レーザ素子チップのｎ電極２２側をヒートシンク上に設置し、ｐ電極２１にワイヤーボンディング接続を行い、室温でレーザ発振を試みたところ、発振波長４３５〜４６５ｎｍ、閾値電流密度２．９ｋＡ／ｃｍ2 において室温で良好な連続発振を示す。さらに、前記したように共振面を劈開により形成しても、劈開傷がなく、光出力が連続動作（ＣＷ）で５０ｍＷ、動作温度が２５℃の状態で寿命が１万時間と、特に寿命特性の良いレーザ素子を再現性良く製造することができる。
【０１１７】
このような特性を有する窒化物半導体レーザ素子は、光学モジュール、医療用、バイオ、印刷用、露光用等の光源として使用可能である。
【０１１８】
なお、前記ｐパッド電極２３は、単にｐ電極２１と電気的に接続するだけでよい。パッド電極２３は、ｐ電極２０よりも膜厚を厚くして、ｐ電極２１の剥離を防止すると共に、表面積をｐ電極２１よりも大きくしてあるので、ｐ電極２１側でｐパッド電極２３にワイヤーボンディング接続を行うことを容易にすると共に、ｐ電極２１側をヒートシンク、サブマウントのような放熱体に接続する際に、接着面積を大きくして放熱性を向上させることが可能になる。
【０１１９】
［実施例４］
図６は、窒化物半導体レーザ素子の実施例４の断面構造の一例を模式的に示している。
【０１２０】
図６の窒化物半導体レーザ素子は、前述した実施例１の窒化物半導体レーザ素子と比べて、ｐ電極２１側をヒートシンクへの実装面とするために、ｐパッド電極２３上に外部電極等と接続させるためのメタライズ層（バンプ）（図示せず）を形成したフェイスダウン構造を有する点が異なり、その他は同じである。ここで、ｐパッド電極２３をメタライズ層と併用してもよい。メタライズ層は、Ａｇ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｚｎ等の材料からなる。基板として、ＧａＮ基板１０を用いることでフェイスダウン構造の窒化物半導体レーザ素子を再現性よく提供することができる。本実施例４によれば、放熱性がよく、信頼性が向上する。
【０１２１】
［実施例５］
窒化物半導体レーザ素子の実施例５は、ＧａＮ基板１０の第１の主面側にｎ電極２２を配設した（つまり、ｐ電極２１およびｎ電極２２をチップの同一面側に配置した）ものである。この場合、前述した実施例１と比べて、n-Contact 層１１の一部を露出させるようにエッチングし、その露出上面の一部にｎ電極２２を形成し、露出上面の残部に保護絶縁膜を形成している。ｐ電極２１とｎ電極２２を同一面側に形成した後、ウェハーを研磨装置に移送し、ダイヤモンド研磨剤を用いて、ＧａＮ基板１０の裏面をラッピングし、基板の厚さを１００μｍとする。この後、細かい研磨剤で１μｍポリシングして基板裏面を鏡面状とする。このように基板の厚さを１００μｍ以下に薄くすることによって、窒化物半導体レーザ素子の放熱性が高まる。この後、ＧａＮ基板１０の研磨面側をスクライブして、リッジストライプに垂直な方向でバー状に劈開し、劈開面に共振器長６５０μｍの共振器を作製する。さらに、共振器面にＳｉＯ2 とＺｒＯ2 よりなる透光性積層膜を形成し、最後にリッジストライプに平行な方向で、バーを切断してＬＤチップとする。
【０１２２】
このように同一面側電極構造を有するＬＤチップを、ヒートシンク上にフェースアップ状態（ＧａＮ基板１０がヒートシンクに対向した状態）で設置し、ｐ電極２１およびｎ電極２２にそれぞれ金線よりなるワイヤーをボンディング接続する。このワイヤーボンディング時の位置は、リッジストライプの真上を避けてリッジストライプの位置から離れた位置とすることにより、リッジ部に衝撃を与えないので、リッジ部の結晶が破壊されることはない。
【０１２３】
［その他の実施例］
その他の実施例としては、前述した各実施例においてp-Contact 層１９上にのみｐ電極２１を形成するように変更したものがある。この構造によれば、埋め込み絶縁膜２０とｐ電極２１が密着していないので、埋め込み絶縁膜２０とｐ電極２１との界面でｐ電極２１が剥がれることがなくなる。
【０１２４】
また、本発明は、前記したようなストライプ状のリッジ構造導波路を有する窒化物半導体レーザ素子とは構造を異にする電流狭窄層を有する窒化物半導体レーザ素子にも適用可能である。電流狭窄層とは、選択的に電流を流す機能を有する層であり、具体的な組成としてはＡｌＮである。電流狭窄層はAct 層１５とp-Contact 層１９との間にあればよく、好ましくはp-Guide 層１７に形成されている。電流狭窄層同士の間隔は０．５μｍ〜３μｍである。電流狭窄層の膜厚は１０ｎｍ〜１μｍである。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る４４０ｎｍ帯の窒化物半導体レーザ素子の断面構造の一例を模式的に示す図。
【図２】図１の窒化物半導体レーザ素子のレーザミラーの断面構造の二例を模式的に示す図。
【図３】図１の窒化物半導体レーザ素子について出射側ミラーの反射率を変えてＩ−Ｌ特性を測定した結果の数例を示す特性図。
【図４】図１の窒化物半導体レーザ素子について出射側ミラーの反射率とキンクとの関係を測定した結果の一例と、４００ｎｍ帯の窒化物半導体レーザ素子について出射側ミラーの反射率とキンクとの関係を測定した結果の一例とを対比して示す図。
【図５】本発明の実施例１に係る４４０ｎｍ帯の窒化物半導体レーザ素子の断面構造の一例を模式的に示す図。
【図６】本発明の実施例４に係る４４０ｎｍ帯の窒化物半導体レーザ素子の断面構造の一例を模式的に示す図。
【図７】図１の窒化物半導体レーザ素子のｐ電極と導波路領域とを上面から見た場合の両者の平面的な配置関係について２通りを模式的に示す平面図。
【図８】窒化物半導体レーザ素子の波長が長くなるにつれてキンクが次第に大きくなる様子を示す図。
【符号の説明】
【０１２６】
１…第１の透光性膜、２…第２の透光性膜、１０…窒化物半導体基板（ＧａＮ基板）、１１…ｎ側コンタクト層（n-Contact 層）、１２…クラックバリア層（Crack-Barrier 層）、１３…ｎ側クラッド（n-Clad層）、１４…ｎ側光ガイド層（n-Guide 層）、１５…活性層（Act 層）、１５１…第１の障壁層（1st Barrier 層）、１５２…第１の井戸層（1st Well層）、１５３…中間障壁層（Middle Barrier層）、１５４…第２の井戸層（2nd Well層）、１５５…最終障壁層（Last Barrier層）、１６…ｐ側電子閉じ込め層（p-Cap 層）、１７…ｐ側光ガイド層（p-Guide 層）、１８…ｐ側クラッド層（p-Clad層）、１９…ｐ側コンタクト層（p-Contact 層）、２０…埋め込み絶縁膜、２１…第１電極（ｎ電極）、２２…第２電極（ｐ電極）、２３…パッド電極、２４…保護絶縁膜。
【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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