(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、（Ｈ、Ｋ、−Ｈ−Ｋ、０）面を主面とする発光層を有する窒化物系半導体素子層と、
前記窒化物系半導体素子層の前記発光層を含む領域の端部に形成され、前記発光層の主面に対して略垂直な方向に延びる（０００−１）面からなる端面と、
前記（０００−１）面からなる端面と対向する領域に形成され、前記窒化物系半導体素子層の成長面からなり、前記（０００−１）面からなる端面に対して所定の角度傾斜して延びる反射面とを備える、窒化物系半導体発光素子。
【請求項２】
前記（０００−１）面からなる端面は、前記窒化物系半導体素子層の成長面からなる、請求項１に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項３】
前記窒化物系半導体からなる前記反射面は、（１−１０１）面および（１１−２２）面のいずれかの面方位を有し、
前記基板が（１−１００）面からなる主表面を有する場合、前記反射面は、（１−１０１）面であり、
前記基板が（１１−２０）面からなる主表面を有する場合、前記反射面は、（１１−２２）面である、請求項１または２に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項４】
前記基板は、（Ｈ、Ｋ、−Ｈ−Ｋ、０）面からなる主表面を有し、
前記窒化物系半導体素子層の（０００−１）面からなる端面は、前記基板の主表面内の［Ｋ、−Ｈ、−Ｋ＋Ｈ、０］方向にストライプ状に延びるように前記基板に形成された凹部の片側の側面に沿って、前記基板の主表面に対して略垂直に形成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項５】
前記基板に形成された前記凹部の片側の側面は、（０００−１）面からなる、請求項４に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項６】
前記窒化物系半導体素子層の前記発光層の前記（０００−１）面からなる端面から出射されたレーザ光は、前記窒化物系半導体素子層の成長面からなる前記反射面により、前記発光層からの出射方向と交差する方向に出射方向が変化されて、前記レーザ光のモニタ用の光センサに入射されるように構成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項７】
前記窒化物系半導体素子層の前記発光層の前記（０００−１）面からなる端面から出射されたレーザ光は、前記窒化物系半導体素子層の成長面からなる前記反射面により、前記発光層からの出射方向と交差する方向に出射方向が変化されることにより、面発光型レーザの光源として用いられる、請求項１〜５のいずれか１項に記載の窒化物系半導体発光素子。
【請求項８】
（Ｈ、Ｋ、−Ｈ−Ｋ、０）面からなる主表面を有する基板に、前記基板の主表面内の［Ｋ、−Ｈ、−Ｋ＋Ｈ、０］方向にストライプ状に延びる凹部を形成する工程と、
前記基板の主表面上の、前記基板に形成された前記凹部の片側の側面と対応する領域に、窒化物系半導体の（０００−１）面からなる端面を成長させるとともに、前記（０００−１）面からなる端面と対向する領域に前記（０００−１）面からなる端面に対して所定の角度傾斜して延びる前記窒化物系半導体層の成長面からなる反射面を成長させることにより、（Ｈ、Ｋ、−Ｈ−Ｋ、０）面を主面とする発光層を有する窒化物系半導体素子層を形成する工程とを備える、窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【請求項９】
前記基板に形成された前記凹部の片側の側面は、（０００−１）面からなる、請求項８に記載の窒化物系半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物系半導体発光素子およびその製造方法に関し、特に、非極性面からなる基板の主表面上に形成される窒化物系半導体素子層を備えた窒化物系半導体発光素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガリウム砒素系の半導体材料を用いて、共振器端面とレーザ出射光の反射面とが一体的に形成された半導体素子層を備えたモノリシック型の半導体レーザ素子が提案されている（たとえば、非特許文献１参照）。
【０００３】
上記非特許文献１に開示された半導体レーザ素子では、基板上に一様に積層された半導体素子層に対して、イオンビームエッチング技術により、光出射面側の共振器端面と、この共振器端面と所定の距離を隔てた位置に共振器端面に対して斜め４５°の方向に延びる反射面とが形成されている。これにより、共振器端面からのレーザ出射光を、反射面によって基板と垂直な方向に反射させて外部に出射させることが可能に構成されている。
【０００４】
【非特許文献１】Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．４８（２４），                  １６  Ｊｕｎｅ  １９８６，ｐ．１６７５−１６７７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記非特許文献１に提案されたモノリシック型の半導体レーザ素子では、製造プロセス上、基板上に平坦な半導体素子層を形成した後、イオンビームエッチング技術を用いて共振器端面に対して斜め４５°に傾斜した反射面を形成する工程を必要とするため、製造プロセスが複雑になるという問題点がある。また、イオンビームエッチングにより形成される反射面は、表面に微細な凹凸形状が形成されるために、共振器端面から出射されたレーザ光の一部が反射面で散乱すると考えられる。この場合、半導体レーザ素子としての発光効率が低下してしまうという問題点もある。
【０００６】
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、製造プロセスが複雑になるのを抑制することが可能で、かつ、発光効率の低下を抑制することが可能な窒化物系半導体発光素子およびその製造方法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】
【０００７】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による窒化物系半導体発光素子は、基板上に、（Ｈ、Ｋ、−Ｈ−Ｋ、０）面を主面とする発光層を有する窒化物系半導体素子層と、窒化物系半導体素子層の発光層を含む領域の端部に形成され、発光層の主面に対して略垂直な方向に延びる（０００−１）面からなる端面と、（０００−１）面からなる端面と対向する領域に形成され、窒化物系半導体素子層の成長面からなり、（０００−１）面からなる端面に対して所定の角度傾斜して延びる反射面とを備える。
【０００８】
この発明の第１の局面による窒化物系半導体発光素子では、上記のように、（０００−１）端面と対向する領域に（０００−１）端面に対して所定の角度傾斜して延びる窒化物系半導体素子層の成長面からなる反射面を備えることによって、窒化物系半導体素子層の結晶成長時に同時に（０００−１）端面に対して傾斜する反射面を形成することができる。これにより、基板上に平坦な半導体素子層を成長した後に、イオンビームエッチングなどにより共振器端面に対して所定の角度傾斜した反射面を形成する場合と異なり、半導体発光素子の製造プロセスが複雑になるのを抑制することができる。また、反射面を窒化物系半導体素子層の成長面からなるように構成することによって、反射面に良好な平坦性を得ることができる。これにより、（０００−１）端面から出射されたレーザ光を、反射面で散乱を起こすことなく一様に出射方向を変化させて外部に出射させることができる。したがって、イオンビームエッチングなどにより微細な凹凸形状を有する反射面が形成された半導体発光素子と異なり、半導体発光素子の発光効率の低下を抑制することができる。また、基板上に、（Ｈ、Ｋ、−Ｈ−Ｋ、０）面を主面とする発光層を有する窒化物系半導体素子層を備えることによって、半導体素子層（発光層）に発生するピエゾ電場や自発分極などの内部電場を低減することができる。これにより、レーザ光の発光効率をより向上させることができる。
【０００９】
上記第１の局面による窒化物系半導体発光素子において、好ましくは、（０００−１）面からなる端面は、窒化物系半導体素子層の成長面からなる。このように構成すれば、窒化物系半導体素子層の結晶成長時に同時に（０００−１）端面を形成することができる。これにより、基板上に半導体素子層を成長した後に、イオンビームエッチングなどにより基板の主表面に対して略垂直な共振器端面を形成する場合と異なり、半導体発光素子の製造プロセスが複雑になるのをより抑制することができる。
【００１０】
上記第１の局面による窒化物系半導体発光素子において、好ましくは、窒化物系半導体からなる反射面は、（１−１０１）面および（１１−２２）面のいずれかの面方位を有し、基板が（１−１００）面からなる主表面を有する場合、反射面は、（１−１０１）面であり、基板が（１１−２０）面からなる主表面を有する場合、反射面は、（１１−２２）面である。このように構成すれば、上記２つの反射面は、結晶成長を利用することにより表面のほとんどが窒素原子で覆われているので、雰囲気中の酸素が反射面に取り込まれるのが抑制される。これにより、酸化に伴う反射面の劣化が抑制される。この結果、レーザ光の反射率に経時変化が生じず、安定したレーザ光を得ることができる。
【００１１】
上記第１の局面による窒化物系半導体発光素子において、好ましくは、基板は、（Ｈ、Ｋ、−Ｈ−Ｋ、０）面からなる主表面を有し、窒化物系半導体素子層の（０００−１）面からなる端面は、基板の主表面内の［Ｋ、−Ｈ、−Ｋ＋Ｈ、０］方向にストライプ状に延びるように基板に形成された凹部の片側の側面に沿って、基板の主表面に対して略垂直に形成されている。このように構成すれば、基板の主表面上に窒化物系半導体層を形成する際に、基板の（Ｈ、Ｋ、−Ｈ−Ｋ、０）面内におけるｃ軸方向（［０００１］方向）と実質的に直交する［Ｋ、−Ｈ、−Ｋ＋Ｈ、０］方向に形成された凹部の片側の側面を利用して、基板の主表面に略垂直な（０００−１）端面を有する窒化物系半導体素子層を容易に形成することができる。
【００１２】
この場合、好ましくは、基板に形成された凹部の片側の側面は、（０００−１）面からなる。このように構成すれば、基板上に窒化物系半導体素子層を形成する際に、基板の凹部の（０００−１）面を引き継ぐようにして（０００−１）端面を有する窒化物系半導体素子層を容易に形成することができる。
【００１３】
上記第１の局面による窒化物系半導体発光素子において、好ましくは、窒化物系半導体素子層の発光層の（０００−１）面からなる端面から出射されたレーザ光は、窒化物系半導体素子層の成長面からなる反射面により、発光層からの出射方向と交差する方向に出射方向が変化されて、レーザ光のモニタ用の光センサに入射されるように構成されている。このように構成すれば、結晶成長面として良好な平坦性を有する反射面により光の散乱が抑制されたレーザ光（端面出射型レーザ素子のレーザ光強度をモニタするサンプル光）を光センサに導くことができるので、レーザ光強度をより正確に測定することができる。
【００１４】
上記第１の局面による窒化物系半導体発光素子において、好ましくは、窒化物系半導体素子層の発光層の（０００−１）面からなる端面から出射されたレーザ光は、窒化物系半導体素子層の成長面からなる反射面により、発光層からの出射方向と交差する方向に出射方向が変化されることにより、面発光型レーザの光源として用いられる。このように構成すれば、結晶成長面として良好な平坦性を有する反射面により光の散乱が抑制されたレーザ光が出射されるので、発光効率が向上された面発光型レーザを形成することができる。
【００１５】
この発明の第２の局面による窒化物系半導体発光素子の製造方法は、（Ｈ、Ｋ、−Ｈ−Ｋ、０）面からなる主表面を有する基板に、基板の主表面内の［Ｋ、−Ｈ、−Ｋ＋Ｈ、０］方向にストライプ状に延びる凹部を形成する工程と、基板の主表面上の、基板に形成された凹部の片側の側面と対応する領域に、窒化物系半導体の（０００−１）面からなる端面を成長させるとともに、（０００−１）面からなる端面と対向する領域に（０００−１）面からなる端面に対して所定の角度傾斜して延びる窒化物系半導体層の成長面からなる反射面を成長させることにより、（Ｈ、Ｋ、−Ｈ−Ｋ、０）面を主面とする発光層を有する窒化物系半導体素子層を形成する工程とを備える。
【００１６】
この発明の第２の局面による窒化物系半導体発光素子の製造方法では、上記のように、基板に形成された凹部の片側の側面と対応する領域に、窒化物系半導体の（０００−１）端面を成長させるとともに、（０００−１）端面と対向する領域に（０００−１）端面に対して所定の角度傾斜して延びる窒化物系半導体層の成長面からなる反射面を成長させることにより、窒化物系半導体素子層を形成する工程を備えることによって、窒化物系半導体素子層の結晶成長時に同時に（０００−１）端面に対して傾斜する反射面が形成された窒化物系半導体発光素子を得ることができる。これにより、基板上に平坦な半導体素子層を成長した後に、イオンビームエッチングなどにより共振器端面に対して所定の角度傾斜した反射面を形成する場合と異なり、複雑な製造プロセスを用いることなく、上記窒化物系半導体発光素子を形成することができる。また、窒化物系半導体層の成長により反射面を形成することによって、結晶成長による良好な平坦性が得られた反射面を形成することができる。これにより、（０００−１）端面から出射されたレーザ光は、反射面で散乱を起こすことなく一様に出射方向を変化させて外部に出射されるので、半導体発光素子の発光効率の低下を抑制することができる。
【００１７】
また、第２の局面による窒化物系半導体発光素子の製造方法では、基板に、基板の主表面内の［Ｋ、−Ｈ、−Ｋ＋Ｈ、０］方向にストライプ状に延びる凹部を形成する工程と、基板の主表面上の、基板に形成された凹部の片側の側面と対応する領域に、窒化物系半導体の（０００−１）面からなる端面を成長させる工程とを備えることによって、基板上に、結晶成長により、基板の主表面（（Ｈ、Ｋ、−Ｈ−Ｋ、０）面）内におけるｃ軸方向（［０００１］方向）と実質的に直交する［Ｋ、−Ｈ、−Ｋ＋Ｈ、０］方向に延びる凹部の片側の側面を利用して、より平坦性を有する（０００−１）端面を有する窒化物系半導体素子層を容易に形成することができる。また、上記の工程を備えることによって、エッチングやスクライブなどにより端面形成を行う場合と異なり、製造プロセスを簡素化させることができる。さらに、エッチングやスクライブなどによって端面形成を行う場合と異なり、端面形成時の不純物などが次工程に導入される虞がないので、清浄度の高い（０００−１）端面を有する窒化物系半導体素子層を形成することができる。また、基板上に、（Ｈ、Ｋ、−Ｈ−Ｋ、０）面を主面とする発光層を有する窒化物系半導体素子層を形成する工程を備えることによって、半導体素子層（発光層）に発生するピエゾ電場や自発分極などの内部電場を低減することができる。これにより、発光効率をより向上させた半導体発光素子を形成することができる。
【００１８】
上記第２の局面による窒化物系半導体発光素子の製造方法において、好ましくは、基板に形成された凹部の片側の側面は、（０００−１）面からなる。このように構成すれば、結晶成長により基板上に窒化物系半導体層を形成する際に、予め基板に形成された凹部の（０００−１）面を引き継ぐようにして（０００−１）端面を有する窒化物系半導体素子層を容易に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】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２０】
（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斜視図である。図２〜図４は、図１に示した窒化物系半導体レーザ素子の構造を説明するための断面図である。まず、図１〜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５０の構造について説明する。
【００２１】
この第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子５０では、図１および図２に示すように、約１００μｍの厚みを有するｎ型ＧａＮ基板１上に形成され、約３μｍ〜約４μｍの厚みを有するＡｌＧａＮからなる下地層２上に、約３．１μｍの厚みを有する半導体レーザ素子層３が形成されている。また、半導体レーザ素子層３は、図２に示すように、レーザ素子端部間（Ａ方向）長さＬ１が約１５６０μｍを有するとともに、［０００１］方向である共振器方向（Ａ方向）に、ｎ型ＧａＮ基板１の主表面に対して略垂直な光出射面２０ａおよび光反射面２０ｂがそれぞれ形成されている。なお、ｎ型ＧａＮ基板１および半導体レーザ素子層３は、それぞれ、本発明の「基板」および「窒化物系半導体素子層」の一例であり、光出射面２０ａは、本発明の「端面」の一例である。なお、本発明において、光出射面２０ａおよび光反射面２０ｂは、光出射側および光反射側のそれぞれの共振器端面から出射されるレーザ光強度の大小関係により区別される。すなわち、相対的にレーザ光の出射強度の大きい側が光出射面２０ａであり、相対的にレーザ光の出射強度の小さい側が光反射面２０ｂである。
【００２２】
ここで、第１実施形態では、半導体レーザ素子層３は、ｎ型ＧａＮ基板１の非極性面であるｍ面（（１−１００）面）からなる主表面上に、下地層２を介して形成されている。また、下地層２には、結晶成長時に形成される（０００−１）面からなる内側面３０ａを有するクラック３０が形成されている。なお、クラック３０は、本発明の「凹部」の一例であり、内側面３０ａは、本発明の「凹部の片側の側面」の一例である。そして、図２に示すように、半導体レーザ素子層３の光出射面２０ａは、下地層２のクラック３０の内側面３０ａを引き継ぐように結晶成長した（０００−１）面からなる端面により構成されている。また、半導体レーザ素子層３の光反射面２０ｂは、［０００１］方向（図２のＡ１方向）に垂直な端面であるｃ面（（０００１）面）により形成されている。
【００２３】
なお、第１実施形態では、ＡｌＧａＮからなる下地層２を結晶成長させる際に、ｎ型ＧａＮ基板１と下地層２との格子定数差を利用することにより凹部としてのクラック３０を下地層２に形成しているが、下地層２を結晶成長させた後に、下地層２の表面側から機械的スクライブ、レーザスクライブ、ダイシングおよびエッチングなどにより、（０００−１）面を含む内側面（凹部の内側面）を形成してもよい。また、上記手法を用いて凹部を形成する場合には、下地層２を基板（下地基板）であるｎ型ＧａＮ基板１と同様の格子定数を有するＧａＮとしてもよい。さらには、後述するように、機械的スクライブ、レーザスクライブ、ダイシングおよびエッチングなどにより、ｎ型ＧａＮ基板１の表面に直接（０００−１）面からなる内側面を有する凹部（第２実施形態の溝部８０）を形成してもよい。
【００２４】
また、第１実施形態では、図２に示すように、半導体レーザ素子層３には、［０００−１］方向（Ａ２方向）の光出射面２０ａと対向する領域に、光出射面２０ａに対して角度θ１（＝約６２°）傾斜した方向に延びる反射面２０ｃが形成されている。また、反射面２０ｃは、半導体レーザ素子層３形成時の結晶成長に伴う（１−１０１）面からなるファセット（成長面）により形成されている。これにより、窒化物系半導体レーザ素子５０では、図４に示すように、後述する発光層６の光出射面２０ａからＡ２方向に出射されたレーザ光を、反射面２０ｃにより光出射面２０ａに対して角度θ２（＝約３４°）傾斜した方向に出射方向を変化させて外部に出射させることが可能に構成されている。また、図２に示すように、半導体レーザ素子層３のＡ２方向の端部には、製造プロセスの際のバー状の劈開により、半導体レーザ素子層３の（０００−１）面からなる端面２０ｄが形成されている。
【００２５】
また、半導体レーザ素子層３は、バッファ層４と、ｎ型クラッド層５と、発光層６と、ｐ型クラッド層７およびｐ型コンタクト層８とを含んでいる。具体的には、図１および図２に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１上に形成された下地層２の上面上に、約１．０μｍの厚みを有するアンドープＡｌ０．０１Ｇａ０．９９Ｎからなるバッファ層４と、約１．９μｍの厚みを有するＧｅドープのＡｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなるｎ型クラッド層５とが形成されている。
【００２６】
また、ｎ型クラッド層５上には、発光層６が形成されている。この発光層６は、図３に示すように、ｎ型クラッド層５（図２参照）に近い側から順に、約２０ｎｍの厚みを有するＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎからなるｎ側キャリアブロック層６ａと、多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層６ｄと、約０．８ｎｍの厚みを有するアンドープＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎからなるｐ側光ガイド層６ｅと、約２０ｎｍの厚みを有するＡｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎからなるキャリアブロック層６ｆとから構成されている。また、ＭＱＷ活性層６ｄは、約２．５ｎｍの厚みを有するアンドープＩｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎからなる３層の量子井戸層６ｂと約２０ｎｍの厚みを有するアンドープＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎからなる３層の量子障壁層６ｃとが交互に積層されている。ｎ型クラッド層５は、ＭＱＷ活性層６ｄよりもバンドギャップが大きい。また、ｎ側キャリアブロック層６ａとＭＱＷ活性層６ｄとの間に、ｎ側キャリアブロック層６ａとＭＱＷ活性層６ｄとの中間のバンドギャップを有する光ガイド層などを形成してもよい。また、ＭＱＷ活性層６ｄは、単層または単一量子井戸（ＳＱＷ）構造で形成してもよい。
【００２７】
また、図１および図２に示すように、発光層６上には、約０．５μｍの厚みを有するＭｇドープのＡｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなるからなるｐ型クラッド層７が形成されている。ｐ型クラッド層７は、ＭＱＷ活性層６ｄよりもバンドギャップが大きい。また、ｐ型クラッド層７上には、約３ｎｍの厚みを有するアンドープＩｎ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなるｐ型コンタクト層８が形成されている。なお、バッファ層４、ｎ型クラッド層５、発光層６、ｐ型クラッド層７およびｐ型コンタクト層８は、それぞれ、本発明の「窒化物系半導体素子層」の一例である。
【００２８】
また、図１に示すように、ｐ型コンタクト層８の上面上の所定の領域には、約２００ｎｍの厚みを有するＳｉＯ２からなる電流ブロック層９が形成されている。
【００２９】
また、ｐ型コンタクト層８の上面上の電流ブロック層９が形成されていない領域（図１のＢ方向の中央部近傍）には、ｐ型コンタクト層８の上面に近い方から順に、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層とからなるｐ側電極１０が形成されている。また、ｐ側電極１０は、電流ブロック層９の上面上を覆うように形成されている。
【００３０】
また、図１および図２に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面上には、ｎ型ＧａＮ基板１に近い側から順に、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層とからなるｎ側電極１１が形成されている。このｎ側電極１１は、図２に示すように、窒化物系半導体レーザ素子５０のＡ方向の両側部まで延びるようにｎ型ＧａＮ基板１の裏面上の全面に形成されている。
【００３１】
図５〜図９は、図１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および平面図である。次に、図１〜図３および図５〜図９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５０の製造プロセスについて説明する。
【００３２】
まず、図５に示すように、有機金属化学的気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）を用いて、ｎ型ＧａＮ基板１上に、約３μｍ〜約４μｍの厚みを有するＡｌＧａＮからなる下地層２を成長させる。なお、下地層２が結晶成長する際、ｎ型ＧａＮ基板１の［０００１］方向の格子定数ｃ１よりもＡｌＧａＮからなる下地層２の［０００１］方向の格子定数ｃ２が小さい（ｃ１＞ｃ２）ので、所定の厚みに達した下地層２は、ｎ型ＧａＮ基板１の格子定数ｃ１に合わせようとして下地層２の内部に引張応力Ｒが発生する。この結果、下地層２が局所的にＡ方向に縮むのに伴って、下地層２には、図５に示すようなクラック３０が形成される。その際、クラック３０は、図６に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１の［０００１］方向（Ａ方向）と直交する［１１−２０］方向（Ｂ方向）にストライプ状に形成される。
【００３３】
また、第１実施形態では、図５に示すように、下地層２にクラック３０が形成される際に、クラック３０には、ＡｌＧａＮ層の（０００−１）面からなり、ｎ型ＧａＮ基板１の上面の（１−１００）面まで達する内側面３０ａが形成される。この内側面３０ａは、ｎ型ＧａＮ基板１の（１−１００）面からなる主表面に対して略垂直に形成される。ここで、クラック３０は、下地層２の内部に発生する引張応力Ｒを利用して形成されるので、外部的な加工技術（たとえば、機械的スクライブ、レーザスクライブ、ダイシングおよびエッチングなど）により凹部を形成する場合と異なり、内側面３０ａを結晶学的面指数（０００−１）面に容易に一致させることが可能である。この結果、内側面３０ａを極めて平坦な（０００−１）面として形成することができるので、平坦な内側面３０ａ上に半導体レーザ素子層３を結晶成長させる際、内側面３０ａの（０００−１）面を引き継ぐような平坦な端面を有する半導体レーザ素子層３を容易に成長させることができる。
【００３４】
また、第１実施形態では、上記のように下地層２の内部にｎ型ＧａＮ基板１の上面まで達するクラック３０が形成されるので、ｎ型ＧａＮ基板１と格子定数が異なる下地層２の格子歪を開放することができる。したがって、下地層２の結晶品質が良好になり、下地層２上に形成される半導体レーザ素子層３を高品質な結晶状態とすることができる。この結果、後述する工程で形成されるｎ型クラッド層５、ｎ側キャリアブロック層６ａ、キャリアブロック層６ｆ、ｐ型クラッド層７およびｐ型コンタクト層８などの電気特性が向上されるとともに、これらの層内での光吸収を抑制することが可能となる。さらに、発光層６（ｎ側キャリアブロック層６ａ、ＭＱＷ活性層６ｄ、ｐ側光ガイド層６ｅおよびキャリアブロック層６ｆ）の内部損失を低減するとともに、発光層６の発光効率を向上させることが可能である。なお、第１実施形態では、下地層２の内部にｎ型ＧａＮ基板１の上面まで達するクラック３０を形成したが、下地層２の厚み方向（図５の矢印Ｃ２方向）に、下地層２の厚みに相当する深さの溝部を形成するようにしてもよい。このように構成しても、下地層２の厚みに相当する深さの溝部によって下地層２の内部歪を開放することができるので、クラック３０を形成する場合と同様の効果を得ることができる。
【００３５】
次に、図７に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、クラック３０が形成された下地層２上に、バッファ層４、ｎ型クラッド層５、発光層６（詳細は図３参照）、ｐ型クラッド層７およびｐ型コンタクト層８を順次成長させて半導体レーザ素子層３を形成する。
【００３６】
上記半導体レーザ素子層３の形成において、具体的には、まず、基板温度を約１０００℃の成長温度に保持した状態で、Ｇａ原料であるＴＭＧａ（トリメチルガリウム）およびＡｌ原料であるＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）を含んだＨ２からなるキャリアガスを反応炉内に供給して、ｎ型ＧａＮ基板１上にバッファ層４を成長させる。次に、ＴＭＧａおよびＴＭＡｌと、ｎ型導電性を得るためのＧｅ不純物の原料であるＧｅＨ４（モノゲルマン）とを含んだＨ２からなるキャリアガスを反応炉内に供給して、バッファ層４上にｎ型クラッド層５を成長させる。その後、ＴＭＧａおよびＴＭＡｌを含んだＨ２ガスを反応炉内に供給して、ｎ型クラッド層５上にｎ側キャリアブロック層６ａを成長させる。
【００３７】
次に、基板温度を約８５０℃の成長温度に下げて保持した状態で、反応炉内にＮＨ３ガスを供給した窒素ガス雰囲気中にて、Ｇａ原料であるＴＥＧａ（トリエチルガリウム）およびＩｎ原料であるＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）を供給して、ＭＱＷ活性層６ｄおよびｐ側光ガイド層６ｅを成長させる。そして、ＴＭＧａおよびＴＭＡｌを反応炉内に供給して、キャリアブロック層６ｆを成長させる。これにより、発光層６（図３参照）が形成される。
【００３８】
次に、基板温度を約１０００℃の成長温度に上昇させて保持した状態で、反応炉内にＮＨ３ガスを供給した水素ガスおよび窒素ガス雰囲気中にて、ｐ型不純物であるＭｇの原料であるＭｇ（Ｃ５Ｈ５）２（シクロペンタンジエニルマグネシウム）、Ｇａ原料であるＴＭＧａおよびＡｌ原料であるＴＭＡｌを供給して、発光層６上にｐ型クラッド層７を成長させる。その後、再び基板温度を約８５０℃の成長温度に下げて保持した状態で、反応炉内にＮＨ３ガスを供給した窒素ガス雰囲気中にて、Ｇａ原料であるＴＥＧａおよびＩｎ原料であるＴＭＩｎを供給して、ｐ型コンタクト層８を成長させる。このようにして、下地層２上に半導体レーザ素子層３が形成される。
【００３９】
ここで、第１実施形態による製造プロセスでは、図８に示すように、下地層２上に半導体レーザ素子層３を成長させた場合、Ｂ方向（図６参照）にストライプ状に延びるクラック３０の（０００−１）面からなる内側面３０ａにおいて、半導体レーザ素子層３は、クラック３０の（０００−１）面を引き継ぐように［１−１００］方向（Ｃ２方向）に延びる（０００−１）面を形成しながら結晶成長する。これにより、エッチングやスクライブなどにより端面形成を行う場合と異なり、製造プロセスを複雑化させることなく、半導体レーザ素子層３の（０００−１）面を、窒化物系半導体レーザ素子５０における一対の共振器端面のうちの光出射面２０ａとして容易に形成することができる。
【００４０】
また、第１実施形態による製造プロセスでは、図８に示すように、クラック３０の内側面３０ａに対向する内側面３０ｂ側では、半導体レーザ素子層３は、光出射面２０ａに対して角度θ１（＝約６２°）傾斜した方向に延びる成長面としての反射面２０ｃが形成される。この反射面２０ｃは、半導体レーザ素子層３の結晶成長に伴う（１−１０１）面からなるファセット（成長面）である。これにより、半導体レーザ素子層３の結晶成長時に、ｎ型ＧａＮ基板１の主表面に対して略垂直な光出射面２０ａと、反射面２０ｃとを同時に形成することが可能となる。
【００４１】
また、第１実施形態による製造プロセスでは、エッチングやスクライブなどによって光出射面２０ａおよび反射面２０ｃなどの端面形成を行わないので、端面（光出射面２０ａおよび反射面２０ｃ）形成時の不純物などが次工程に導入される虞がないので、清浄度の高い（０００−１）端面からなる光出射面２０ａおよび（１−１０１）面からなる反射面２０ｃを有する半導体レーザ素子層３を形成することができる。
【００４２】
そして、窒素ガス雰囲気中で、約８００℃の温度条件下でｐ型化アニール処理を行う。また、図１に示すように、ｐ型コンタクト層８の上面上に、フォトリソグラフィによりレジストパターンを形成した後、そのレジストパターンをマスクとしてドライエッチングなどを行うことにより、ＳｉＯ２からなる電流ブロック層９を形成する。また、図１および図９に示すように、真空蒸着法を用いて、電流ブロック層９上および電流ブロック層９が形成されていないｐ型コンタクト層８上に、ｐ側電極１０を形成する。なお、図９では、電流ブロック層９が形成された位置における半導体レーザ素子の共振器方向（Ａ方向）に沿った断面構造を示している。
【００４３】
この後、図９に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１の厚みが約１００μｍになるように、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面を研磨した後、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に接触するようにｎ側電極１１を形成する。
【００４４】
そして、図９に示すように、ｎ側電極１１の裏面側の所定の（０００１）面を形成したい位置に、レーザスクライブまたは機械式スクライブにより、ｎ型ＧａＮ基板１の［０００１］方向（図１のＡ方向）と直行する方向（図１のＢ方向）に延びるように直線状のスクライブ溝３１を形成する。この状態で、図９に示すように、ウェハの表面側（上側）が開くようにｎ型ＧａＮ基板１の裏面側を支点として荷重を印加することにより、ウェハをスクライブ溝３１の位置（劈開線５００）で劈開する。これにより、半導体レーザ素子層３の（０００１）面が、窒化物系半導体レーザ素子５０における一対の共振器端面のうちの光反射面２０ｂとして形成される。
【００４５】
この後、共振器方向（Ａ方向）に沿って素子を分割してチップ化することによって、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５０が形成される。
【００４６】
第１実施形態では、上記のように、（０００−１）面からなる光出射面２０ａに対して角度θ１（＝約６２°）傾斜した方向に延びる半導体レーザ素子層３の結晶成長時の成長面である（１−１０１）面からなる反射面２０ｃを備えることによって、ｎ型ＧａＮ基板１の主表面上に半導体レーザ素子層３を形成する際の結晶成長時に同時に光出射面２０ａに対して傾斜する反射面２０ｃを形成することができる。これにより、ｎ型ＧａＮ基板上に平坦な半導体素子層を成長した後に、イオンビームエッチングなどにより共振器端面（光出射面）に対して所定の角度傾斜した反射面を形成する場合と異なり、窒化物系半導体レーザ素子５０の製造プロセスが複雑になるのを抑制することができる。
【００４７】
また、第１実施形態では、反射面２０ｃを半導体レーザ素子層３の成長面（ファセット）である（１−１０１）面からなるように構成することによって、反射面２０ｃに良好な平坦性を得ることができる。これにより、光出射面２０ａから出射されたレーザ光を、反射面２０ｃで散乱を起こすことなく光出射面２０ａに対して角度θ２（＝約３４°）傾斜した方向に一様に出射方向を変化させて外部に出射させることができる。したがって、イオンビームエッチングなどにより微細な凹凸形状を有する反射面が形成された半導体レーザ素子と異なり、窒化物系半導体レーザ素子５０の発光効率の低下を抑制することができる。
【００４８】
また、第１実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板１上に、（１−１００）面を主面とする発光層６を有する半導体レーザ素子層３を備えることによって、半導体レーザ素子層３（発光層６）に発生するピエゾ電場を低減することができる。これにより、レーザ光の発光効率を向上させることができる。
【００４９】
また、第１実施形態では、（０００−１）面からなる光出射面２０ａを、半導体レーザ素子層３の成長面からなるように構成することによって、半導体レーザ素子層３の結晶成長時に同時に光出射面２０ａを形成することができる。これにより、ｎ型ＧａＮ基板上に半導体素子層を成長した後に、イオンビームエッチングなどによりｎ型ＧａＮ基板上の主表面に対して略垂直な共振器端面を形成する場合と異なり、窒化物系半導体レーザ素子５０の製造プロセスが複雑になるのをより抑制することができる。
【００５０】
また、第１実施形態では、ＧａＮからなるｎ型ＧａＮ基板１を用いることによって、ｎ型ＧａＮ基板１上に窒化物系半導体層の結晶成長を利用して、容易に、光出射面２０ａに対して角度θ１（＝約６２°）傾斜した反射面２０ｃを形成することができる。
【００５１】
また、第１実施形態では、ｍ面（（１−１００）面）からなる主表面を有するｎ型ＧａＮ基板１を用いることによって、特に、無極性面からなる主表面を有するｎ型ＧａＮ基板１上に半導体レーザ素子層３（発光層６）が形成されるので、半導体レーザ素子層３に発生するピエゾ電場をより一層低減させることができる。これにより、レーザ光の発光効率をより一層向上させることができる。
【００５２】
また、第１実施形態では、半導体レーザ素子層３に形成された反射面２０ｃは、（１−１０１）面の面方位を有することによって、上記反射面２０ｃは、窒化物系半導体層の結晶成長を利用することにより表面のほとんどが窒素原子で覆われているので、雰囲気中の酸素が反射面２０ｃに取り込まれるのが抑制される。これにより、酸化に伴う反射面２０ｃの劣化が抑制される。この結果、レーザ光の反射率に経時変化が生じず、安定したレーザ光を得ることができる。
【００５３】
また、第１実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板１上に下地層２を形成するとともに、半導体レーザ素子層３の（０００−１）面からなる光出射面２０ａを、下地層２に、ｎ型ＧａＮ基板１の主表面であるｍ面（（０００−１）面）の［１１−２０］方向（図６の矢印Ｂ方向）にストライプ状に延びるように形成したクラック３０の内側面３０ａからなる（０００−１）面に沿って、ｎ型ＧａＮ基板１の主表面に対して略垂直に形成することによって、ｎ型ＧａＮ基板１の主表面上に窒化物系半導体層を形成する際に、ｎ型ＧａＮ基板１のｍ面（（０００−１）面）内におけるｃ軸方向（［０００１］方向）と実質的に直交する［１１−２０］方向に形成されたクラック３０の内側面３０ａを利用して、ｎ型ＧａＮ基板１の主表面に略垂直な（０００−１）面からなる光出射面２０ａを有する半導体レーザ素子層３を容易に形成することができる。
【００５４】
また、第１実施形態では、ｎ型ＧａＮ基板１上に形成されたクラック３０の内側面３０ａを（０００−１）面からなるように構成することによって、ｎ型ＧａＮ基板１上に半導体レーザ素子層３を形成する際に、ｎ型ＧａＮ基板１上の下地層２に形成されたクラック３０の（０００−１）面を引き継ぐようにして（０００−１）端面からなる光出射面２０ａを有する半導体レーザ素子層３を容易に形成することができる。
【００５５】
（第１実施形態の変形例）
図１０は、本発明の第１実施形態の変形例による窒化物系半導体レーザ素子６０の構造を説明するための断面図である。図１０を参照して、この第１実施形態の変形例による窒化物系半導体レーザ素子６０では、上記第１実施形態と異なり、半導体レーザ素子層３がｎ型ＧａＮ基板６１の非極性面であるａ面（（１１−２０）面）からなる主表面上に、下地層２を介して形成される場合について説明する。なお、ｎ型ＧａＮ基板６１は、本発明の「基板」の一例である。
【００５６】
ここで、第１実施形態の変形例では、図１０に示すように、半導体レーザ素子層３の光出射面６０ａは、下地層２のクラック３０の内側面３０ａを引き継ぐように結晶成長した（０００−１）面からなる端面により構成されている。また、半導体レーザ素子層３には、［０００−１］方向（Ａ２方向）の光出射面６０ａと対向する領域に、光出射面６０ａに対して角度θ３（＝約５８°）傾斜した方向に延びる反射面６０ｃが形成されている。また、反射面６０ｃは、半導体レーザ素子層３形成時の結晶成長に伴う（１１−２２）面からなるファセットにより形成されている。これにより、窒化物系半導体レーザ素子６０では、発光層６の光出射面６０ａからＡ２方向に出射されたレーザ光を、反射面６０ｃにより光出射面６０ａに対して角度θ４（＝約２６°）傾斜した方向に出射方向を変化させて外部に出射させることが可能に構成されている。
【００５７】
また、図１０に示すように、半導体レーザ素子層３のＡ２方向の端部には、製造プロセスの際のバー状の劈開により、半導体レーザ素子層３の（０００−１）面からなる端面６０ｄが形成されている。なお、第１実施形態の変形例による窒化物系半導体レーザ素子６０のその他の構造および製造プロセスは、上記第１実施形態と同様である。
【００５８】
第１実施形態の変形例では、上記のように、面方位がａ面（（１１−２０）面）を主表面としたｎ型ＧａＮ基板６１上に、下地層２を介して、結晶成長を利用して（０００−１）面からなる光出射面２０ａと、（１１−２２）面からなる反射面２０ｃとを含む半導体レーザ素子層３を形成することによって、第１実施形態と同様に、ｎ型ＧａＮ基板上に平坦な半導体素子層を形成した後に、イオンビームエッチングなどにより光出射面および光反射面と、反射面とをそれぞれ形成して半導体レーザ素子を形成する場合と異なり、製造プロセスが複雑になるのを抑制することができる。なお、第１実施形態の変形例による窒化物系半導体レーザ素子６０のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００５９】
［実施例］
図１１および図１２は、図８に示した第１実施形態の製造プロセスによるｎ型ＧａＮ基板上の半導体層の結晶成長の様子を走査型電子顕微鏡を用いて観察した顕微鏡写真である。図６、図１１および図１２を参照して、上記第１実施形態の効果を確認するために行った実験について説明する。
【００６０】
この確認実験では、まず、上記した第１実施形態の製造プロセスと同様の製造プロセスを用いて、ｍ面（（１−１００）面）からなる主表面を有するｎ型ＧａＮ基板上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて３μｍ〜４μｍの厚みを有するＡｌＧａＮからなる下地層を形成した。この際、ｎ型ＧａＮ基板と下地層との格子定数差に起因して、下地層に図１１および図１２に示すようなクラックが形成された。この際、クラックは、図１２に示すように、ｎ型ＧａＮ基板の主表面に対して垂直な方向に延びる（０００−１）面を形成しているのが確認された。また、クラックは、図６に示したように、ｎ型ＧａＮ基板の［０００１］方向と直交する［１１−２０］方向にストライプ状に形成されたのが確認された。
【００６１】
次に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ＧａＮからなる半導体層を下地層上にエピタキシャル成長させた。この結果、図１２に示すように、クラックの（０００−１）面からなる内側面側において、半導体層がこの面方位を引き継ぐように垂直方向に延びるＧａＮの（０００−１）面を形成しながら［１−１００］方向に結晶成長するのが確認された。これにより、下地層に設けられたクラックの片面を利用して半導体層の共振器端面（光出射面または光反射面）を形成することが可能であることが確認された。なお、図１２に示すように、共振器端面の形成と同時に、クラックの（０００−１）面と反対側の内側面上に、ＧａＮの（１−１０１）面からなる成長面（ファセット）が形成されるのが確認された。また、形成時にｎ型ＧａＮ基板まで達していたクラックは、半導体層の積層に伴って、空隙の一部を埋められているのが確認された。
【００６２】
上記の確認実験の結果から、本発明による窒化物系半導体発光素子およびその製造方法では、結晶成長による半導体層の形成と同時に、半導体層（発光層）に（０００−１）面からなる共振器端面の片側（光出射面）と、傾斜面（反射面）とを同時に形成することが可能であるのが確認された。
【００６３】
（第２実施形態）
図１３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断面図である。図１４および図１５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製造プロセスを説明するための断面図である。図１３〜図１５を参照して、この第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子７０では、上記第１実施形態と異なり、ｎ型ＧａＮ基板７１の（１−１００）面からなる主表面に、エッチング技術を用いて、［１１−２０］方向（図１３の紙面奥方向）に延びる溝部８０を形成した後に、半導体レーザ素子層３を形成する場合について説明する。なお、ｎ型ＧａＮ基板７１は、本発明の「基板」の一例であり、溝部８０は、本発明の「凹部」の一例である。
【００６４】
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７０では、図１３に示すように、ｎ型ＧａＮ基板７１上に、第１実施形態と同様の構造を有する半導体レーザ素子層３が形成されている。また、半導体レーザ素子層３は、共振器長が約１５６０μｍを有するとともに、［０００１］方向である共振器方向に、ｎ型ＧａＮ基板７１の主表面に対して略垂直な光出射面７０ａおよび光反射面７０ｂがそれぞれ形成されている。なお、光出射面７０ａは、本発明の「端面」の一例である。
【００６５】
ここで、第２実施形態では、図１４に示すように、上記第１実施形態における窒化物系半導体レーザ素子５０の製造プロセスと異なり、ｎ型ＧａＮ基板７１の（１−１００）面からなる主表面に、エッチング技術を用いて、［０００１］方向（Ａ方向）に約１０μｍの幅Ｗ１を有するとともに、約２μｍの深さを有し、［１１−２０］方向（Ｂ方向）に延びる溝部８０を形成する。また、溝部８０は、Ａ方向に、約１６００μｍ（＝Ｗ１＋Ｌ２）周期でストライプ状に形成する。また、その際、溝部８０には、ｎ型ＧａＮ基板７１の（１−１００）面に対して略垂直な（０００−１）面からなる内側面８０ａと、ｎ型ＧａＮ基板７１の（１−１００）面に対して略垂直な（０００１）面からなる内側面８０ｂとが形成される。なお、内側面８０ａは、本発明の「凹部の片側の側面」の一例である。
【００６６】
その後、図１５に示すように、第１実施形態と同様の製造プロセスによってｎ型ＧａＮ基板７１上に、バッファ層４、ｎ型クラッド層５、発光層６、ｐ型クラッド層７およびｐ型コンタクト層８を順次積層することにより、半導体レーザ素子層３を形成する。
【００６７】
この際、第２実施形態では、図１５に示すように、溝部８０の（０００−１）面からなる内側面８０ａにおいて、半導体レーザ素子層３は、溝部８０の（０００−１）面を引き継ぐように［１−１００］方向（Ｃ２方向）に延びる（０００−１）面を形成しながら結晶成長する。これにより、半導体レーザ素子層３の（０００−１）面が、窒化物系半導体レーザ素子７０における一対の共振器端面のうちの光出射面７０ａとして形成される。また、溝部８０の（０００−１）面に対向する（０００１）面（内側面８０ｂ）側では、半導体レーザ素子層３は、光出射面７０ａに対して角度θ１（＝約６２°）傾斜した方向に延びる（１−１０１）面からなる反射面７０ｃ（ファセット）を形成しながら結晶成長する。
【００６８】
そして、第１実施形態と同様の製造プロセスにより、電流ブロック層９、ｐ側電極１０およびｎ側電極１１を順次形成する。そして、図１５に示すように、ｎ側電極１１の裏面側の（０００−１）半導体端面に対応する位置と、所定の（０００１）面を形成したい位置に、レーザスクライブまたは機械式スクライブにより、ｎ型ＧａＮ基板７１の溝部８０と平行（図９のＢ方向）に延びるように直線状のスクライブ溝８１を形成する。この状態で、図１３に示すように、ウェハの表面側（上側）が開くようにｎ型ＧａＮ基板７１の裏面側を支点として荷重を印加することにより、ウェハを、スクライブ溝８１の位置（劈開線６００）で劈開する。これにより、半導体レーザ素子層３の（０００１）面が、窒化物系半導体レーザ素子７０における一対の共振器端面のうちの光反射面７０ｂとして形成される。
【００６９】
この後、共振器方向（Ａ方向）に沿って素子を分割してチップ化することによって、図１３に示した第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子７０が形成される。
【００７０】
第２実施形態では、上記のように、（０００−１）面からなる光出射面７０ａに対して角度θ１（＝約６２°）傾斜した方向に延びる半導体レーザ素子層３の結晶成長時の成長面である（１−１０１）面からなる反射面７０ｃを備えることによって、ｎ型ＧａＮ基板７１の主表面上に半導体レーザ素子層３を形成する際の結晶成長時に同時に光出射面７０ａに対して傾斜する反射面７０ｃを形成することができる。これにより、第１実施形態と同様に、ｎ型ＧａＮ基板上に平坦な半導体素子層を成長した後に、イオンビームエッチングなどにより共振器端面（光出射面）と反射面とを形成する場合と異なり、半導体レーザ素子の製造プロセスが複雑になるのを抑制することができる。
【００７１】
また、第２実施形態においても、反射面７０ｃを半導体レーザ素子層３の成長面である（１−１０１）面からなるように構成することによって、反射面７０ｃに良好な平坦性を得ることができる。これにより、第１実施形態と同様に、光出射面７０ａから出射されたレーザ光は、反射面７０ｃで散乱を起こすことなく一様に出射方向が変化されるので、窒化物系半導体レーザ素子７０の発光効率の低下を抑制することができる。なお、第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子７０のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００７２】
（第２実施形態の変形例）
図１６は、本発明の第２実施形態の変形例による窒化物系半導体レーザ素子９０の構造を説明するための断面図である。図１６を参照して、この第２実施形態の変形例による窒化物系半導体レーザ素子９０では、上記第２実施形態と異なり、半導体レーザ素子層３がｎ型ＧａＮ基板９１の非極性面であるａ面（（１１−２０）面）からなる主表面上に形成される場合について説明する。なお、ｎ型ＧａＮ基板９１は、本発明の「基板」の一例である。
【００７３】
ここで、第２実施形態の変形例では、図１６に示すように、半導体レーザ素子層３の光出射面９０ａは、溝部９２の内側面９２ａを引き継ぐように結晶成長した（０００−１）面からなる端面により構成されている。なお、溝部９２は、本発明の「凹部」の一例であり、内側面９２ａは、本発明の「凹部の片側の側面」の一例である。また、半導体レーザ素子層３には、［０００−１］方向（Ａ２方向）の光出射面９０ａと対向する領域に、光出射面９０ａに対して角度θ３（＝約５８°）傾斜した方向に延びる反射面９０ｃが形成されている。また、反射面９０ｃは、半導体レーザ素子層３形成時の結晶成長に伴う（１１−２２）面からなるファセット（成長面）により形成されている。これにより、窒化物系半導体レーザ素子９０では、発光層６の光出射面９０ａから出射されたレーザ光を、反射面９０ｃにより光出射面９０ａに対して角度θ４（＝約２６°）傾斜した方向に出射方向を変化させて外部に出射させることが可能に構成されている。
【００７４】
なお、第２実施形態の変形例による窒化物系半導体レーザ素子９０のその他の構造および製造プロセスは、上記第２実施形態と同様である。また、第２実施形態の変形例の効果についても、上記第２実施形態と同様である。
【００７５】
（第３実施形態）
図１７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とモニタ用ＰＤ内蔵サブマウントとを組み合わせた構造を示した断面図である。図１７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１００とモニタ用ＰＤ（フォトダイオード）内蔵サブマウント１１０とを組み合わせた構造について説明する。
【００７６】
この第３実施形態では、図１７に示すように、上記第１実施形態で示した窒化物系半導体レーザ素子５０と同様の構造を有する窒化物系半導体レーザ素子１００が、Ｓｉからなるモニタ用ＰＤ内蔵サブマウント１１０に固定されている。また、モニタ用ＰＤ内蔵サブマウント１１０の略中央部には凹部１１０ａが形成されるとともに、凹部１１０ａの内底面部にＰＤ（フォトダイオード）１１１が組み込まれている。なお、ＰＤ１１１は、本発明の「光センサ」の一例である。
【００７７】
ここで、第３実施形態では、モニタ用ＰＤ内蔵サブマウント１１０の主表面１１０ｂは、裏面１１０ｃに対して角度θ５（＝約３４°）傾斜した状態で形成されている。そして、窒化物系半導体レーザ素子１００は、モニタ用ＰＤ内蔵サブマウント１１０の主表面１１０ｂ側に開口した凹部１１０ａをＡ方向に跨ぐように、主表面１１０ｂ上に固定されている。
【００７８】
また、第３実施形態では、窒化物系半導体レーザ素子１００は、端面型発光レーザ素子であり、図１７に示すように、発光層６から出射されたレーザ光は、（０００１）面からなる端面１００ａ（光出射面）から出射されるレーザ光１０１ａの出射強度の方が、（０００−１）面からなる端面１００ｂ（光反射面）から出射されるレーザ光１０１ｂの出射強度よりも大きくなるように構成されている。
【００７９】
したがって、モニタ用ＰＤ内蔵サブマウント１１０では、図１７に示すように、窒化物系半導体レーザ素子１００の端面１００ｂから反射面１００ｃ側に出射されたレーザ光１０１ｂが、（１−１０１）面からなる反射面１００ｃによりモニタ用ＰＤ内蔵サブマウント１１０に設けられたＰＤ１１１に入射されるように構成されている。この際、モニタ用ＰＤ内蔵サブマウント１１０の主表面１１０ｂが角度θ５（＝約３４°）傾斜しているので、レーザ光１０１ｂは、ＰＤ１１１に対して実質的に垂直に入射される。
【００８０】
第３実施形態では、上記のように、窒化物系半導体レーザ素子１００の発光層６の（０００−１）面からなる端面１００ｂから出射されたレーザ光１０１ｂを、半導体レーザ素子層３の結晶成長時の成長面である（１−１０１）面からなる反射面１００ｃにより、発光層６からの出射方向と交差する方向に出射方向を変化させるように構成するとともに、窒化物系半導体レーザ素子１００とモニタ用ＰＤ内蔵サブマウント１１０とを組み合わせることにより、レーザ光１０１ｂをモニタ用ＰＤ内蔵サブマウント１１０のＰＤ１１１に対して実質的に垂直に入射させるように構成することによって、結晶成長面として良好な平坦性を有する反射面１００ｃにより光の散乱が抑制されたレーザ光１０１ｂ（端面出射型レーザ素子のレーザ光強度をモニタするサンプル光）をＰＤ１１１に導くことができるので、レーザ光強度をより正確に測定することができる。
【００８１】
（第４実施形態）
図１８は、本発明の第４実施形態による２次元面発光素子の構造を示した斜視図である。図１９および図２０は、図１８に示した２次元面発光素子を用いた面発光レーザ装置の構造を示した平面図および断面図である。図４、図１３および図１８〜図２０を参照して、第４実施形態による２次元面発光素子２００およびそれを用いた面発光型レーザ装置３００の構造について説明する。
【００８２】
この第４実施形態による２次元面発光素子２００は、図１８に示すように、上記第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子７０（図１３参照）を形成する際に、ウェハに縦方向および横方向にそれぞれ３個ずつ（合計９個）並べて２次元アレイ化することにより形成されている。
【００８３】
ここで、第４実施形態では、図１８に示すように、上記第２実施形態と同様の製造プロセスにより２次元面発光素子２００の半導体レーザ素子層３を形成した後に、エッチング技術により、共振器方向（Ａ方向）に隣接する窒化物系半導体レーザ素子７０の半導体レーザ素子層３同志をＡ方向に分離するための分離溝部８２が形成されている。この分離溝部８２を形成することにより、各窒化物系半導体レーザ素子７０の共振器端面のうちの端面２００ｂ（光反射面）が半導体レーザ素子層３に形成されている。
【００８４】
また、第４実施形態では、図１８に示すように、２次元面発光素子２００の各窒化物系半導体レーザ素子７０の（０００１）面からなる端面２００ａ（光出射面）から出射された９本のレーザ光を、（１−１０１）面からなる反射面２００ｃにより光出射面２００ａに対して約３４°（図４の角度θ２に相当）傾斜した方向に出射方向を変化させて上方に出射させることが可能に構成されている。また、図１８に示すように、半導体レーザ素子層３のＡ２方向の端部には、製造プロセスの際のバー状の劈開により、半導体レーザ素子層３の（０００−１）面からなる端面２００ｄが形成されている。
【００８５】
また、図１９および図２０には、２次元面発光素子２００を用いた面発光型レーザ装置３００が示されている。この面発光型レーザ装置３００では、角度θ６（＝θ２＝約３４°）の傾斜面３０１ａが形成された鉄や銅などからなるブロック部３０１に、ＡｕＳｎなどの導電性接着層（図示せず）を介して固定された２次元面発光素子２００が、鉄や銅などからなるベース部３０２に固定されている。また、ベース部３０２には、２つのリード端子３０３および３０４が設けられている。
【００８６】
これにより、図２０に示した面発光型レーザ装置３００では、２次元面発光素子２００の端面２００ａ（図１８参照）から出射された９本のレーザ光を、反射面２００ｃ（図１８参照）で反射させることにより、ブロック部３０１の上面３０１ａに対して実質的に垂直な方向に出射方向を変化させて出射させることが可能である。
【００８７】
また、図１９に示すように、２次元面発光素子２００の各窒化物系半導体レーザ素子７０の上面のｐ側電極１０には、Ａｕワイヤ３１０を用いて、ベース部３０２のリード端子３０３にワイヤボンディングされている。また、ブロック部３０１の傾斜面３０１ａには、Ａｕワイヤ３１１を用いて、ベース部３０２のリード端子３０４にワイヤボンディングされている。すなわち、窒化物系半導体レーザ素子７０の裏面上に形成されたｎ側電極１１が、導電性接着層（図示せず）、ブロック部３０１およびＡｕワイヤ３１１を介してリード端子３０４に導通されている。
【００８８】
第４実施形態では、上記のように、２次元面発光素子２００を、ブロック部３０１の傾斜面３０１ａに固定するとともに、各窒化物系半導体レーザ素子７０の（０００−１）面からなる端面２００ａ（図１８参照）から出射された９本のレーザ光を、半導体レーザ素子層３の結晶成長時の成長面である（１−１０１）面からなる反射面２００ｃ（図１８参照）で反射させてベース部３０２の上面３０１ａに対して実質的に垂直な方向に出射方向を変化させて出射させることにより、面発光型レーザ装置３００の光源として用いることによって、結晶成長面として良好な平坦性を有する複数の反射面２００ｃ（９箇所）により光の散乱が抑制された複数のレーザ光（９本）が出射されるので、発光効率が向上された面発光型レーザ装置３００を形成することができる。
【００８９】
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。
【００９０】
たとえば、上記第１〜第４実施形態による窒化物系半導体レーザ素子では、半導体レーザ素子層３を、ＡｌＧａＮやＩｎＧａＮなどの窒化物系半導体層により形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、半導体レーザ素子層３を、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＢＮ、ＴｌＮおよびこれらの混晶からなるウルツ構造の窒化物系半導体層により形成してもよい。
【００９１】
また、上記第１実施形態、上記第１実施形態の変形例および上記第３実施形態による窒化物系半導体レーザ素子では、基板としてＧａＮからなるｎ型ＧａＮ基板を用いるとともに、ｎ型ＧａＮ基板上にＡｌＧａＮからなる下地層を形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、基板としてＩｎＧａＮ基板を用いるとともに、ＩｎＧａＮ基板上にＧａＮまたはＡｌＧａＮからなる下地層を形成してもよい。
【００９２】
また、上記第１〜第４実施形態による窒化物系半導体レーザ素子では、基板としてＧａＮ基板を使用した例について示したが、本発明はこれに限らず、たとえば、ａ面（（１１−２０）面）を主面とする窒化物系半導体を予め成長させたｒ面（（１１０２）面）サファイア基板や、ａ面（（１１−２０）面）またはｍ面（（１−１００）面）を主面とする窒化物系半導体を予め成長させたａ面ＳｉＣ基板またはｍ面ＳｉＣ基板などを使用してもよい。また、上記の非極性窒化物系半導体を予め成長させたＬｉＡｌＯ２・ＬｉＧａＯ２基板などを用いてもよい。
【００９３】
また、上記第１実施形態および上記第１実施形態の変形例による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスでは、ｎ型ＧａＮ基板と下地層との格子定数差を利用して下地層に自発的にクラックが形成されるのを利用した例について示したが、本発明はこれに限らず、下地層２のＢ方向（図６参照）の両端部（ｎ型ＧａＮ基板１のＢ方向の端部に対応する領域）にのみスクライブ傷を形成してもよい。このように構成しても、両端部のスクライブ傷を起点としてＢ方向に延びるクラックを導入することができる。
【００９４】
また、上記第３実施形態では、ｍ面（（１−１００）面）からなる主表面を有するｎ型ＧａＮ基板上に半導体レーザ素子層を形成することにより窒化物系半導体レーザ素子１００を形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、ａ面（（１１−２０）面）からなる主表面を有するｎ型ＧａＮ基板上に半導体レーザ素子層を形成してもよい。この場合、レーザ光をＰＤ（光センサ）に反射させる反射面は、（１１−２２）面により構成される。したがって、約２６°（図１７の角度θ５に相当）傾斜させた主表面を有するモニタ用ＰＤ内蔵サブマウントに窒化物系半導体レーザ素子を固定することにより、ＰＤ（光センサ）に対して実質的に垂直な方向に出射方向を変化させて出射させることが可能である。
【００９５】
また、上記第４実施形態では、ｍ面（（１−１００）面）からなる主表面を有するｎ型ＧａＮ基板上に半導体レーザ素子層を形成することにより２次元面発光素子を形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、ａ面（（１１−２０）面）からなる主表面を有するｎ型ＧａＮ基板上に半導体レーザ素子層を形成してもよい。この場合、レーザ光を外部に反射させる反射面は、（１１−２２）面により構成される。したがって、約２６°（図２０の角度θ６に相当）傾斜させた傾斜面を有するブロック部に２次元面発光素子を固定することにより、ブロック部の上面に対して実質的に垂直な方向に出射方向を変化させて出射させることが可能である。
【００９６】
また、上記第１〜第４実施形態による窒化物系半導体レーザ素子では、利得導波型のオキサイドストライプ構造を有する窒化物系半導体レーザ素子を形成する例について示したが、本発明はこれに限らず、リッジ部をＳｉＯ２またはＡｌＧａＮなどからなる電流ブロック層で埋め込んだ屈折率導波型のリッジ導波構造を有する窒化物系半導体レーザ素子を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【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斜視図である。
【図２】図１に示した窒化物系半導体レーザ素子の構造を説明するための、半導体レーザ素子の共振器方向に沿った断面図である。
【図３】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拡大断面図である。
【図４】図１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動作を説明するための断面図である。
【図５】図１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平面図である。
【図７】図１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拡大断面図である。
【図９】図１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】本発明の第１実施形態の変形例による窒化物系半導体レーザ素子の構造を示した断面図である。
【図１１】図８に示した第１実施形態の製造プロセスによるｎ型ＧａＮ基板上の半導体層の結晶成長の様子を走査型電子顕微鏡を用いて観察した顕微鏡写真である。
【図１２】図８に示した第１実施形態の製造プロセスによるｎ型ＧａＮ基板上の半導体層の結晶成長の様子を走査型電子顕微鏡を用いて観察した顕微鏡写真である。
【図１３】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断面図である。
【図１４】図１３に示した第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を説明するための断面図である。
【図１５】図１３に示した第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を説明するための断面図である。
【図１６】本発明の第２実施形態の変形例による窒化物系半導体レーザ素子の構造を示した断面図である。
【図１７】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とモニタ用ＰＤ内蔵サブマウントとを組み合わせた構造を示した断面図である。
【図１８】本発明の第４実施形態による２次元面発光素子の構造を示した斜視図である。
【図１９】図１８に示した２次元面発光素子を用いた面発光レーザ装置の構造を示した平面図および断面図である。
【図２０】図１８に示した２次元面発光素子を用いた面発光レーザ装置の構造を示した断面図である。
【符号の説明】
【００９８】
１、６１、７１、９１  ｎ型ＧａＮ基板（基板）
２  下地層
３  半導体レーザ素子層（窒化物系半導体素子層）
４  バッファ層（窒化物系半導体素子層）
５  ｎ型クラッド層（窒化物系半導体素子層）
６  発光層（窒化物系半導体素子層）
７  ｐ型クラッド層（窒化物系半導体素子層）
８  ｐ型コンタクト層（窒化物系半導体素子層）
２０ａ、６０ａ、７０ａ、９０ａ  光出射面（端面）
２０ｃ、６０ｃ、７０ｃ、９０ｃ、１００ｃ、２００ｃ  反射面
３０、８０、９２  凹部
３０ａ、８０ａ、９２ａ  内側面（凹部の片側の側面）
１００ａ、２００ａ  端面
１１１  ＰＤ（光センサ）
【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】
0005232993.tif 000017
【図１９】
0005232993.tif 000018
【図２０】
0005232993.tif 000019
【図１１】
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【図１２】
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