(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体基板上に、ｎ側窒化物半導体層、活性層、ｐ側窒化物半導体層を順に積層形成してなる素子構造を有し、前記ｐ側窒化物半導体層に形成されたリッジ形状のストライプを有し、該ストライプの最上層にｐ電極を有する窒化物半導体レーザ素子において、
前記窒化物半導体基板裏面のリッジ形状のストライプの真下に、少なくともリッジ形状のストライプ幅を有し、活性層を含むレーザ導波路から漏れ出したレーザ発振波長の光を吸収できる光吸収膜が形成され、ｎ電極が、前記光吸収膜の形成されている部分以外の窒化物半導体基板裏面に形成され、前記光吸収膜及びｎ電極を被覆するようにメタライズ電極が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２】
前記光吸収膜が、Ａｕ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｇｅ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ及びＴｉの少なくとも２種以上の合金、少なくとも１種以上の積層された金属膜、並びに１種以上の酸化物のいずれかであ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３】
前記窒化物半導体基板裏面と、光吸収膜及び／又はｎ電極との間に、活性層を含むレーザ導波路から漏れ出したレーザ発振波長の光を吸収できる光吸収性半導体層を形成して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】
前記光吸収性半導体層が、ＩｎαＡｌβＧａ1-α-βＮ（０≦α、０≦β、α＋β≦１）からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記窒化物半導体レーザ素子は、前記窒化物半導体基板側を支持体に設置されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記窒化物半導体レーザ素子のメタライズ電極がＴｉ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｗ及びＭｏのいずれか１種以上の材料からなる積層又は合金であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記メタライズ電極とｎ電極及び／又は光吸収膜との間に、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｗ及びＭｏのいずれか１種以上の材料からなる積層又は合金であるバリア電極が形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は窒化物半導体（ＩｎaＡｌbＧａ1-a-bＮ、０≦a、０≦b、a＋b≦１）よりなるレーザ素子に関し、特に垂直横モードが単一で、ファーフィールドパターンが良好な窒化物半導体レーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、窒化物半導体レーザ素子の実用化のために多くの研究開発が行われており、種々の窒化物半導体レーザ素子が知られている。
例えば、本発明者等は、実用可能なレーザ素子として、Jpn.J.Appl.Phys.Vol.37(1998）pp.L309-L312、Part2,No.3B,15 March 1998に、サファイア基板上部に、部分的に形成されたＳｉＯ2膜を介して選択成長されたｎ−ＧａＮよりなる窒化物半導体基板の上に、レーザ素子構造となる窒化物半導体層を複数積層し、サファイア基板を除去して、劈開により共振面を形成することにより、室温での連続発振１万時間以上を可能とする窒化物半導体レーザ素子を発表した。
【０００３】
図１１に、前記Ｊ.Ｊ.Ａ.Ｐ.に示されるレーザ素子と同様の模式的断面図を示した。この図１１に示されるように、窒化物半導体からなる基板上に形成され、ｐ−ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層からｐ−Ａｌ0.14Ｇａ0.86Ｎ／ＧａＮの超格子構造よりなるｐ側クラッド層まで部分的にエッチングして形成されたリッジ形状のストライプを有し、このストライプ上部にｐ電極が形成され、更にｐ側クラッド層からｎ側コンタクト層までをエッチングして露出されたｎ側コンタクト層にｎ電極が形成され、窒化物半導体基板の｛１１−００｝面［Ｍ面：六角柱状の結晶の側面に相当する面］で劈開し共振面を形成してなる窒化物半導体レーザ素子である。
この窒化物半導体レーザ素子は、劈開により共振面を形成しているので、劈開面が鏡面状となると共に、ドライエッチング等で共振面を形成した場合に生じる共振面から突出した平面部分がなく、共振面から放出されるレーザ光が遮られて乱れず、アスペクト比約４のレーザ光を得ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、レーザ素子の更なる実用化の向上のために種々検討の結果、上記レーザ素子は実用可能な程度に良好なレーザ光を発振するものの、活性層を有するレーザ導波路端面の共振面から放出されるレーザ光の他に、わずかではあるが窒化物半導体基板端面付近から発振しているレーザ光があり、垂直横モードの単一性が十分満足できるものでないことがわかった。このことは、活性層で発生した光が、活性層を有するレーザ導波路を導波し増幅する過程で、わずかに散乱するために生じると考えられる。この光の散乱を防止するには、光閉じこめ層であるｎ側クラッド層の屈折率を低くしたり、膜厚を更に厚くすることが考えられるが、光を完全に閉じ込める程度にｎ側クラッド層を調整することは種々の困難な点がある。
レーザ素子を種々の製品に応用する場合、レーザ光が良好な単一のスポットであることがレーザビームの絞りやレンズ設計等において望ましい。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、垂直横モードの単一化が可能でファーフィールドパターンが良好な窒化物半導体レーザ素子を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、以下の構成（１）〜（５）によって本発明の目的を達成することができる。
（１） 窒化物半導体基板上に、ｎ側窒化物半導体層、活性層、ｐ側窒化物半導体層を順に積層形成してなる素子構造を有し、前記ｐ側窒化物半導体層に形成されたリッジ形状のストライプを有し、該ストライプの最上層にｐ電極を有する窒化物半導体レーザ素子において、前記窒化物半導体基板裏面のリッジ形状のストライプの真下に、少なくともリッジ形状のストライプ幅を有し、活性層を含むレーザ導波路から漏れ出したレーザ発振波長の光を吸収できる光吸収膜が形成され、ｎ電極が、前記光吸収膜の形成されている部分以外の窒化物半導体基板裏面に形成され、前記光吸収膜及びｎ電極を被覆するようにメタライズ電極が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。
（２） 前記光吸収膜が、Ａｕ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｇｅ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ及びＴｉの少なくとも２種以上の合金、少なくとも１種以上の積層された金属膜、並びに１種以上の酸化物のいずれかであることを特徴とする（１）に記載の窒化物半導体レーザ素子。
（３） 前記窒化物半導体基板裏面と、光吸収膜及び／又はｎ電極との間に、活性層を含むレーザ導波路から漏れ出したレーザ発振波長の光を吸収できる光吸収性半導体層を形成してなることを特徴とする（１）又は（２）のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。
（４）  前記光吸収性半導体層が、ＩｎαＡｌβＧａ1-α-βＮ（０≦α、０≦β、α＋β≦１）からなることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。
（５） 前記窒化物半導体レーザ素子は、前記窒化物半導体基板側を支持体に設置されることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【０００７】
更に、本発明は、以下にその他の好ましい形態である構成（６）、（７）を挙げることができる。
（６） 前記窒化物半導体レーザ素子のメタライズ電極がＴｉ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｗ及びＭｏのいずれか１種以上の材料からなる積層又は合金であることを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ素子。
（７） 前記メタライズ電極とｎ電極及び／又は光吸収膜との間に、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｗ及びＭｏのいずれか１種以上の材料からなる積層又は合金であるバリア電極が形成されていることを特徴とする前記（１）〜（６）のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【０００８】
つまり、本発明は、窒化物半導体基板裏面側に、活性層を有するレーザ導波路から漏れ出したレーザ発振波長の光を吸収できる光吸収膜を、リッジ形状のストライプと対向するように形成してなることにより、漏れ出したレーザ発振波長の光が窒化物半導体基板を導波するのを防止し、垂直横モードが良好な単一モードとなりファーフィールドパターンが良好な窒化物半導体レーザ素子を提供することができる。
【０００９】
窒化物半導体基板を有するレーザ素子は、ヒートシンクやリードフレームなどの支持体に、例えばフェースアップでダイボンディングする場合、窒化物半導体基板裏面側にボンディング電極（メタライズ電極）を形成し、このボンディング電極と支持体とを接着させている。しかし、レーザ導波路から漏れ出した光がボンディング電極で反射し、窒化物半導体基板内を光が導波するために、わずかではあるが窒化物半導体基板端面から放出される光があり、主レーザ導波路からのレーザ光の垂直横モードの単一性を低下させる。
【００１０】
これに対して、本発明は、少なくともリッジ形状のストライプ幅を有する光吸収膜を、窒化物半導体基板裏面側のリッジ形状のストライプの真下に且つ平行に形成することにより、レーザ導波路から漏れ出したレーザ発振波長の光が光吸収膜に吸収され、透明な窒化物半導体基板内を漏れ出した光が導波することを防止して窒化物半導体基板端面からの光の放出を抑制でき、垂直横モードが良好な単一となりファーフィールドパターンの良好な窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【００１１】
更に、本発明は、ｎ電極が窒化物半導体基板裏面側に形成されてなる構造とすると、ｐ電極とｎ電極が同一面に形成されている構造の素子を形成する場合に比べ、垂直横モードが単一なレーザ素子を１枚のウエハから量産することができ好ましい。
更にまた、本発明は、光吸収膜が、Ａｕ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｇｅ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ及びＴｉの少なくとも２種以上の合金、少なくとも１種以上の積層された金属膜、並びに１種以上の酸化物のいずれかであると、光を良好に吸収でき好ましい。
更にまた、本発明は、光吸収膜が、窒化物半導体とオーミック接触を有するｎ電極であると、ｎ電極を形成する工程と光吸収膜を形成する工程とを同一工程で行うことができるので、製造工程が簡易化でき好ましい。
更にまた、本発明は、窒化物半導体基板裏面と、光吸収膜及び／又はｎ電極との間に、活性層を含むレーザ導波路から漏れ出したレーザ発振波長の光を吸収できる光吸収性半導体層を形成してなると、レーザ導波路から漏れ出した光を更に良好に吸収でき好ましい。
更にまた、本発明は、光吸収性半導体層が、ＩｎαＡｌβＧａ1-α-βＮ（０≦α、０≦β、α＋β≦１）からなると、光の吸収性が良好であり好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の窒化物半導体レーザ素子は、窒化物半導体基板上に、ｎ側窒化物半導体層、活性層、ｐ側窒化物半導体層を順に積層形成してなる素子構造を有し、ｐ側窒化物半導体層側から基板側にかけてエッチングして形成されたリッジ形状のストライプを有し、ストライプの最上層にｐ電極を有し、更に、活性層を含むレーザ導波路から漏れ出したレーザ発振波長の光を吸収できる光吸収膜が、少なくともリッジ形状のストライプの真下であって且つ平行に、少なくともリッジ形状のストライプ幅を有し、素子構造を有する側とは反対の窒化物半導体基板裏面側に形成されてなる。ここで、本発明のおいて、光吸収膜は実質的に少なくともリッジ形状のストライプの真下且つ平行に形成されていればよい。
このように光吸収膜が、窒化物半導体基板裏面側に形成されていると、レーザ導波路から漏れ出したレーザ発振波長の光が光吸収膜に吸収され、窒化物半導体基板内を導波して放出するのを防止でき、活性層を有するレーザ導波路端面である共振面から放出される光以外の光の放出を抑制でき、レーザ光の垂直横モードを良好な単一性にすることができる。
【００１３】
また、本発明の光吸収膜を有する窒化物半導体レーザ素子の形状としては、ｐ電極を有する窒化物半導体基板の同一面にｎ電極を形成してなる構造や、ｐ電極を有する面とは反対の窒化物半導体基板裏面にｎ電極を形成してなる構造でもよく、ｎ電極が、窒化物半導体基板裏面に形成されてなる構造であると、１枚のウエハからチップを量産することができる点で好ましい。
【００１４】
本発明において、光吸収膜の形成位置としては、上記したように、少なくとも窒化物半導体基板裏面のリッジ形状のストライプのほぼ真下に、リッジ形状のストライプとほぼ平行となるように、少なくともリッジ形状のストライプの幅を有して形成されていればよい。
また本発明において、光吸収膜の幅は、リッジ形状のストライプ幅以上であればよく、窒化物半導体基板裏面全面を覆って形成されていてもよい。また光吸収膜は、リッジ形状のストライプ幅以上であることに加え、リッジ形状のストライプのストライプ長さ（共振器長）を有していることが漏れ出した光を吸収する上で望ましい。このように、光吸収膜の幅などは、レーザ素子の共振器の長さやリッジ形状のストライプの幅などにより種々調整される。また、ストライプを有していないレーザ素子の構造の場合にも、活性層を有するレーザ導波路の発光領域に相当するように窒化物半導体基板裏面に本発明の光吸収膜を形成することができる。
【００１５】
本発明において、光吸収膜の膜厚としては、特に限定されないが、レーザ発振波長の光を吸収し易く、また放熱性や製造工程のし易さなどを考慮して、１０００〜４０００オングストローム、好ましくは１５００〜３５００オングストローム、より好ましくは２０００〜３５００オングストロームである。また、２種以上の金属や酸化膜等からなる場合、１種類の金属等からなる複数層の各層の膜厚はそれぞれ上記範囲とし、また製造時間等を考慮してあまり厚膜とならないように調整される。例えば、光吸収膜がｎ電極を兼ねる複数の金属、Ｔｉ／Ｓｉ／Ａｕからなる場合、それぞれ１０００−２０００−３０００オングストロームの膜厚とし、主にＴｉ／Ｓｉにより散乱したレーザ発振波長の光を吸収しＡｕにより光の吸収をより良好とし更に、Ａｕが光吸収膜の上に形成されるＡｕ−Ｓｎからなるメタライズ電極との密着性をより良好にしている。
【００１６】
本発明において、光吸収膜をリッジ形状のストライプ幅以上とするのは、レーザ導波路の発光領域が、リッジ形状のストライプを有する場合、およそリッジ形状のストライプ幅内であり、この部分に相当するように窒化物半導体基板裏面に光吸収膜を形成すれば、レーザ導波路から漏れ出したレーザ発振波長の光を窒化物半導体基板内での導波を防止できる程度に吸収でき、垂直横モードを単一モードにすることができるからである。
また、光吸収膜が窒化物半導体基板裏面全面を覆って形成されていると、漏れ出した光の散乱が大きくなっても良好に光を吸収できる。
また更に、上記したように、光吸収膜がストライプ幅を有していれば効果が得られるので、光吸収膜の材料として、レーザ発振波長の光を吸収できるが窒化物半導体と密着性が弱い場合であっても用いることができ、レーザ発振波長の光を吸収可能な材料の選択性が広がる。更に、光吸収膜の密着性が弱い場合、光吸収膜をストライプ状に形成し、密着性があり熱伝導性があるｎ電極をストライプ状の光吸収膜以外の窒化物半導体基板裏面に広く形成すると、散乱したレーザ発振波長の光を吸収できるとともに寿命特性やヒートシンク等への熱伝導性の点で好ましい。
【００１７】
本発明において、光吸収膜として用いられる材料としては、窒化物半導体基板より屈折率の高い材料でレーザ発振波長の光を吸収できる材料であればよく、例えば、Ａｕ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｇｅ、Ｍｏ、Ｗ、Ｔａ及びＴｉの少なくとも２種以上の合金、少なくとも１種以上の積層された金属膜、並びに１種以上の酸化物等が挙げられる。このような材料を光吸収膜の材料として用いると、散乱したレーザ発振波長の光を良好に吸収でき好ましい。
【００１８】
また本発明において、光吸収膜が、窒化物半導体とオーミック接触を有するｎ電極であると、光吸収膜とｎ電極を１工程で形成でき、製造工程の簡易化が可能となる。光吸収膜がｎ電極を兼ねる場合、光吸収膜の形状は、上記したように、少なくともリッジ形状のストライプとほぼ同形以上の形状であればよいが、窒化物半導体基板裏面全面に形成されていると、光を吸収し易くなることに加え、ヒートシンク等への熱伝導性の点で好ましい。
また、光吸収膜がｎ電極を兼ねる場合、光吸収膜として用いられる材料としてはレーザ発振波長の光を吸収できオーミック接触を有する材料であればよく、例えば上記の光吸収膜の材料の中のオーミック性を有する材料が挙げられ、具体的にはＡｕ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉなどである。また、これらのレーザ発振波長の光を吸収できる金属材料をｎ電極とする場合、オーミック接触を有していない光吸収膜の材料と組み合わせて用いてもよい。かかる組み合わせを行う場合は、オーミック接触を有していない材料をリッジ形状のストライプ幅と同程度の幅として用いることが抵抗を小さくする上で好ましい。
【００１９】
以下に図１（ａ）〜（ｃ）の光吸収膜を窒化物半導体基板裏面側に形成してなる一実施の形態である窒化物半導体レーザ素子の窒化物半導体基板裏面側の模式的平面図を用いて更に詳細に説明する。
【００２０】
図１（ａ）は、ほぼ中央に点線２０１で、最上層にｐ電極を有するリッジ形状のストライプの位置を示してあり、この点線２０１を覆うように、窒化物半導体基板５裏面に光吸収膜２０２を形成してなる窒化物半導体レーザ素子の窒化物半導体基板５裏面側を示している。
本発明の光吸収膜２０２の幅は、図１（ａ）に示すようにリッジ形状のストライプ幅で光吸収膜２０２が形成されている場合や、図１（ｂ）に示すように窒化物半導体基板裏面側全面を覆うよな形状で光吸収膜２０２が形成されている場合等がある。
また、ｎ電極２１が光吸収膜２０２と同一の窒化物半導体基板５裏面に形成される場合、例えば図１（ｃ）に示されるように、光吸収膜２０２の両側などの光吸収膜２０２が形成されていない窒化物半導体基板裏面にｎ電極２１が形成される。図１（ｃ）に示すように、ストライプ状に光吸収膜２０２を形成すると、この場合、光吸収膜２０２として用いられる材料が、窒化物半導体基板との密着性の弱いものや放熱性の劣るもの等であっても、放熱性や熱伝導性のよいｎ電極２１を選択して用いることで、素子特性を低下させることなく、レーザ導波路から散乱した光を吸収することができる。
また、光吸収膜２０２がｎ電極２１を兼ねる場合は、図１（ａ）に示されるようなストライプ状から、図１（ｂ）に示されるように窒化物半導体基板５裏面全面に達するように種々の大きさで形成される。光吸収膜２０２が電極を兼ねる場合、光吸収膜２０２が窒化物半導体基板裏面全面に形成されると放熱性の点で好ましい。
【００２１】
また、図２のストライプ長さ方向に対して垂直に切断したレーザ素子の模式的断面図に示されるように、レーザ導波路から漏れ出したレーザ発振波長の光を吸収できる光吸収性半導体層２０３を、窒化物半導体基板５裏面と、光吸収膜２０２及び／又はｎ電極２１との間に形成すると、漏れ出したレーザ発振波長の光を光吸収膜２０２に加えて光吸収性半導体層２０３によって、良好に光を吸収し垂直横モードの単一化がより良好となり好ましい。
本発明において、光吸収性半導体層２０３は、少なくとも窒化物半導体基板裏面と光吸収膜２０２との間に形成されていればよく、ｎ電極２１が窒化物半導体基板裏面に形成されている場合は窒化物半導体と光吸収膜２０２及びｎ電極２１の間に形成される等、種々の形状で形成することができる。
【００２２】
また、光吸収性半導体層２０３は、窒化物半導体基板裏面と光吸収膜２０２やｎ電極２１との間に形成されていればよく、光吸収性半導体層２０３と、窒化物半導体基板裏面との間や、光吸収膜２０２やｎ電極２１との間にその他の層が形成されていてもよい。
光吸収性半導体層２０３は、上記の如く種々の大きさで形成させることができるが、少なくとも光吸収膜２０２と窒化物半導体基板５裏面との間に形成され、例えば具体例として図１の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）のそれぞれに光吸収性半導体層２０３を形成した図２（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示される形態が挙げられる。
図２（ａ）は、リッジ形状のストライプとほぼ同一の幅を有する光吸収膜２０２と窒化物半導体基板５との間に光吸収膜２０２と同一形状の光吸収性半導体層２０３を形成してなり、図２（ｂ）は、窒化物半導体基板裏面全面に光吸収性半導体層２０３が形成され、図２（ｃ）は、光吸収膜２０２とｎ電極２１が窒化物半導体基板５裏面に形成され窒化物半導体基板と光吸収膜２０２等との間に光吸収性半導体層２０３が形成されてなる素子構造を有する側の反対側の窒化物半導体基板５等を示すレーザ素子の一部分の模式的断面図である。光吸収性半導体層２０３が、リッジ形状のストライプ幅のように形成されていると、光吸収性半導体層が窒化物半導体基板とオーミック接触を有しない倍でも、抵抗を小さくできる点で好ましい。
【００２３】
光吸収性半導体層としては、活性層を含むレーザ導波路から漏れ出したレーザ発振波長の光を吸収可能な半導体であればよく、好ましくはＩｎαＡｌβＧａ1-α-βＮ（０≦α、０≦β、α＋β≦１）である。光吸収性半導体層がＩｎαＡｌβＧａ1-α-βＮであると光吸収性が向上し好ましい。
光吸収性半導体層が活性層を有するレーザ導波路から散乱した光を吸収可能とするには、光吸収性半導体層のバンドギャップエネルギーが、活性層のバンドギャップエネルギー以下であり、光吸収性半導体層のＩｎ含有量を活性層の井戸層のＩｎ含有量よりも多くする。なお、発光波長のバンドギャップエネルギーは｛（ｅＶ）＝１２４０／発光波長（ｎｍ）｝なる式で算出できる。このように、レーザ素子の活性層の組成などにより、適宜、光吸収性半導体層のＩｎ組成を調整する。
光吸収性半導体層の膜厚としては、レーザ発振波長の光を吸収できる程度の膜厚であればよく、具体的には１０００〜４０００オングストローム、好ましくは２０００〜３５００オングストロームである。光吸収膜の膜厚が、上記範囲であるとレーザ発振波長の光を吸収する点で好ましい。
【００２４】
本発明において、光吸収膜、基板裏面に光吸収膜及びｎ電極、または基板裏面と光吸収膜などの間に光吸収性半導体層を形成する場合のそれぞれの形成方法としては、スパッタリング、ＣＶＤ、蒸着等が挙げられ、光吸収性半導体層の形成はＣＶＤ等が挙げられる。
【００２５】
また本発明のレーザ素子において、窒化物半導体基板上に形成される素子構造としては特に限定されず、少なくともｎ側窒化物半導体層、活性層、及びｐ側窒化物半導体層を有している素子構造が挙げられる。
本発明のレーザ素子の素子構造の一実施の形態としては、例えば、前記Jpn.J.Appl.Phys.Vol.37(1998）pp.L309-L312、Part2,No.3B,15 March 1998に記載されている素子構造や、本出願人が先に出願した特願平１０−６１４号明細書に記載されている光閉じ込め効果の良好なクラッド層等を有する素子構造、後述の実施例で示されている素子構造などを挙げることができる。素子構造に用いられているクラッド層の光閉じ込め効果が良好であると、本発明の光吸収膜と組み合わせることにより、垂直横モードの単一化がより良好となり好ましい。また、クラッド層の光閉じ込めが良好であると、発振しきい値を低下させることができ好ましい。
【００２６】
また、本発明において、リッジ形状のストライプの形状としては、特に限定されず、種々の形状のものを用いることができる。
例えば図１１に示される前記Ｊ．Ｊ．Ａ．Ｐ．に記載のストライプ形状、本出願人が提案した特願平１０−１２６５４９号明細書に記載のストライプ幅が４μｍ〜０．５μｍの屈折率導波構造を有するストライプ形状などが挙げられる。
ストライプ幅の狭い構造のレーザ素子は、水平横モードを調整するのに好ましく、上記本発明の光吸収膜との組み合わせにより、より円形に近い単一モードのレーザ光が得られ易くなり好ましい。更にストライプ幅の狭い構造のレーザ素子は、しきい値電流を低下させる点でも好ましい。ストライプ幅の狭い構造を有するレーザ素子の一実施の形態としては、後述の実施例にその一例を示す。
【００２７】
また、本発明の窒化物半導体レーザ素子において用いられるｐ電極としては、特に限定されず、種々のものを用いることができ、リッジ形状のストライプの最上層のｐ側窒化物半導体層とオーミック接触を有する材料が用いられる。また本発明において用いられるｎ電極としては、上記のように光吸収膜がｎ電極を兼ねる場合、例えば上記光吸収膜の材料の中のｎ側窒化物半導体又は窒化物半導体基板とオーミック接触を有する材料をｎ電極として用い、光吸収膜がｎ電極を兼ねない場合はｎ側窒化物半導体などとオーミック接触を有する種々の材料が用いられる。
【００２８】
また、本発明において、メタライズ電極がＴｉ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｓｎ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｗ及びＭｏのいずれか１種以上の材料からなる積層又は合金であると、ｎ電極が窒化物半導体基板裏面に形成されている場合、ｎ電極とメタライズ電極とがレーザ素子の動作中に反応してオーミック性が低下することを防止でき、レーザ素子の電圧の上昇の防止をする点で好ましい。
また、本発明において、ｎ電極が窒化物半導体基板裏面に形成されている場合、メタライズ電極とｎ電極との間に、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｗ及びＭｏのいずれか１種以上の材料からなる積層又は合金であるバリア電極が形成されていると、ｎ電極とメタライズ電極との反応をより良く防止でき、レーザ素子の電圧の上昇の防止の点で好ましい。
【００２９】
本発明において、用いられる窒化物半導体基板の膜厚は、７０〜４００μｍ、好ましくは７０〜２００μｍ、より好ましくは７０〜１５０μｍである。窒化物半導体基板の膜厚が上記範囲であると加工強度を保て、劈開が容易となり好ましい。
また、本発明において、窒化物半導体基板が、窒化物半導体と異なる異種基板上に成長されてなる場合、窒化物半導体基板上に成長される素子構造は異種基板を除去してから、又は除去する前に形成してもよく、好ましくは異種基板を除去してから素子構造を成長させる。また異種基板を除去してから素子構造を成長させる場合、異種基板を除去した面とは反対の窒化物半導体面に素子構造を形成することが好ましい。
【００３０】
本発明において用いられる窒化物半導体基板は、いずれの成長方法により形成されたものでもよく、例えばサファイアなどの異種基板上に、低温成長させた薄膜の窒化物半導体層（バッファ層）上に、成長させてなる窒化物半導体基板、又は横方向の成長を利用して選択成長させた窒化物半導体基板等が挙げられる。好ましくは横方向の成長を利用して選択成長させた窒化物半導体を用いると、結晶欠陥の少ない窒化物半導体を基板とすることができ好ましい。
横方向の成長を利用して成長された窒化物半導体基板の成長方法としては、特に限定されず、窒化物半導体を横方向に成長させ結晶欠陥の転位を減少させることが可能な方法であればいずれの方法でもよい。
例えば前記したＪ．Ｊ．Ａ．Ｐ．に記載の方法、本出願人が先に出願した特願平９−２９００９８号明細書に記載の窒化物半導体と異なる材料よりなる異種基板の上に、窒化物半導体を成長させた後、該窒化物半導体の縦方向の成長を抑え、窒化物半導体を横方向のみに成長させ、続いて、縦及び横方向に成長させて形成させる方法等が挙げられる。
【００３１】
以下に前記した窒化物半導体基板の成長方法の好ましい一実施の形態を更に説明する。
本発明において、好ましい窒化物半導体基板の成長方法の一実施の形態としては、本出願人が出願した特願平９−２９００９８号明細書に提案の、異種基板の表面で発生する結晶欠陥が窒化物半導体を厚く成長させても窒化物半導体の表面まで連続して転位することを防止し結晶欠陥を減少させるために、異種基板上に窒化物半導体を成長させた後、窒化物半導体の縦方向の成長を抑え、横方向にのみ成長させ、続いて縦と横方向に成長させる方法が挙げられる。この方法で厚膜に成長された窒化物半導体基板は、前記Ｊ．Ｊ．Ａ．Ｐ．に記載の方法で成長させた場合よりも結晶欠陥を少なくすることができる。結晶欠陥の少ない窒化物半導体を基板とすると、その上に成長させる素子構造も結晶欠陥が少なくなり、Ａｌを含有するとクラックの入り易い傾向のあるクラッド層を良好に形成させることができ、活性層を有するレーザ導波路内の光の閉じこめが良好となり、本発明の光吸収膜と組み合わせると垂直横モードがより良好となり好ましい。
【００３２】
このような成長方法の具体例としては、下記第１〜第３の工程を有する窒化物半導体の成長方法が挙げられる。
まず、第１の工程で、窒化物半導体と異なる材料よりなる異種基板の上に、第１の窒化物半導体を成長させ、第２の工程で、前記第１の窒化物半導体に部分的に段差を形成して第１の窒化物半導体の端面（形成される段差の内部に露出する部分）を露出させ、段差上面にある第１の窒化物半導体の平面及び段差の異種基板に対して水平な面に保護膜を形成し、続いて、第３の工程で、前記第１の窒化物半導体の端面から第２の窒化物半導体を成長させる。
【００３３】
また、本発明の成長方法により得られる結晶が良好で結晶欠陥の少ない第２の窒化物半導体を基板として用いて窒化物半導体素子を作成すると、この上に積層成長させた窒化物半導体素子も同様に、結晶欠陥のほとんどない結晶性の良好な素子となり、結晶欠陥による劣化を著しく防止できライフ時間が向上し、寿命特性の良好な窒化物半導体素子を提供することが可能となる。
【００３４】
上記方法により得られる第２の窒化物半導体の結晶欠陥は、１×１０7個／ｃｍ2以下となり、好ましい条件においては５×１０6個／ｃｍ2以下、さらに好ましい条件においては１×１０6個／cm2以下、最も好ましい条件においては５×１０5個／ｃｍ2以下であることが望ましい。
【００３５】
以下、本発明で用いられる窒化物半導体基板となる窒化物半導体の成長方法の一実施形態を段階的に示した模式的断面図である図３〜図６を用いて窒化物半導体の成長方法を説明する。
図３は異種基板１上に、第１の窒化物半導体２を成長させる第１の工程を行った模式的段面図である。
この第１の工程において、用いることのできる異種基板としては、例えば、サファイアＣ面、Ｒ面及びＡ面のいずれかの面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、従来知られている窒化物半導体と異なる基板材料を用いることができる。好ましい異種基板としては、サファイア、スピネルが挙げられる。
【００３６】
また、第１の工程において、異種基板１上に第１の窒化物半導体２を成長させる前に、異種基板１上にバッファ層（図示されていない）を形成してもよい。バッファ層としては、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ等が用いられる。バッファ層は、９００℃以下３００℃以上の温度で、膜厚０．５μｍ〜１０オングストロームで成長される。このように異種基板１上にバッファ層を９００℃以下の温度で形成すると、異種基板１と第１の窒化物半導体２との格子定数不正を緩和し、第１の窒化物半導体２の結晶欠陥が少なくなる傾向がある。
【００３７】
第１の工程において、異種基板１上に形成される第１の窒化物半導体２としては、アンドープ（不純物をドープしない状態、undope）のＧａＮ、Ｓｉ、Ｇｅ、及びＳ等のｎ型不純物をドープしたＧａＮを用いることができる。
第１の窒化物半導体２は、高温、具体的には９００℃〜１１００℃、好ましくは１０５０℃で異種基板１上に成長される。第１の窒化物半導体２の膜厚は特に限定しないが、段差を形成するためには１００オングストローム以上、好ましくは１〜１０μｍ程度、より好ましくは１〜５μｍの膜厚で形成することが望ましい。
【００３８】
次に、図４は異種基板１上に第１の窒化物半導体２を成長させた後、第１の窒化物半導体２に部分的に第１の窒化物半導体２がわずかに残る程度の深さで段差を形成して、第１の窒化物半導体２の端面を露出させ、図４のように段差上面にある第１の窒化物半導体２の平面及び段差下面の異種基板に対し水平な面に保護膜３及び保護膜４を形成する第２の工程を行った模式的断面図である。
【００３９】
第２の工程において、部分的に段差を形成するとは、少なくとも第１の窒化物半導体２の端面が露出されるように、第１の窒化物半導体２の表面から異種基板１方向に窪みを形成してあればよく、第１の窒化物半導体２にいずれの形状で段差を設けてもよく、例えば、ランダムな窪み、ストライプ状、碁盤面状、ドット状に形成できる。
第１の窒化物半導体２に部分的に設けられた段差は、第１の窒化物半導体の途中まで、又は異種基板に達する深さで形成され、この段差の深さは、第１の窒化物半導体２の膜厚や、保護膜４の膜厚等にも左右される値であり、第１の窒化物半導体２の端面から横方向に成長する第２の窒化物半導体５が成長し易いような端面となるように段差が形成されることが好ましい。段差の深さは、第１の窒化物半導体２が残る程度の深さが好ましい。仮に、段差を形成する際に異種基板１が露出されていると、保護膜４の形成時に第１の窒化物半導体２の端面付近に保護膜４が形成しにくいと考えられることから、保護膜４が十分に異種基板の表面を覆ってない場合には、異種基板の表面に第２の窒化物半導体５が成長し、そこから結晶欠陥が発生する可能性があるからである。
段差の具体的な深さは、特に限定せず通常５００オングストローム〜５μｍ程度であれば十分である。
【００４０】
段差をストライプ状の形状とする場合、ストライプの形状として、例えばストライプ幅を１０〜２０μｍ、ストライプ間隔を２〜５μｍのものを形成することができる。
【００４１】
第２の工程で段差を設ける方法としては、第１の窒化物半導体を一部分取り除くことができる方法であればいずれの方法でもよく、例えばエッチング、ダイシング等が挙げられる。
【００４２】
第２の工程において窒化物半導体をエッチングする方法には、ウエットエッチング、ドライエッチング等の方法があり、平滑な面を形成するには、好ましくはドライエッチングを用いる。ドライエッチングには、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）、電子サイクロトロンエッチング（ＥＣＲ）、イオンビームエッチング等の装置があり、いずれもエッチングガスを適宜選択することにより、窒化物半導体をエッチングしてできる。例えば、本出願人が先に出願した特開平８−１７８０３号公報記載の窒化物半導体の具体的なエッチング手段を用いることができる。
また、エッチングによって段差を形成する場合、エッチング面が、図４に示すように異種基板に対して端面がほぼ垂直となる形状、又は順メサ形状や逆メサ形状でもよく、あるいは第１の窒化物半導体２の端面が階段状になるように形成された形状等でのもよい。
【００４３】
第２の工程で、第１の窒化物半導体２が縦方向に成長するのを制御するために、例えば段差の上面にある第１の窒化物半導体２の平面に保護膜３を、段差の下面の異種基板に対してほぼ水平な面に保護膜４を、保護膜としてそれぞれ形成する。段差の形状が階段状である場合は、階段の各段の異種基板にほぼ水平な面に保護膜４をそれぞれ形成する。
第２の工程で用いられる保護膜としては、保護膜表面に窒化物半導体が成長しないか、若しくは成長しにくい性質を有する材料が挙げられる。保護膜として、例えば酸化ケイ素（ＳｉＯX）、窒化ケイ素（ＳｉXＮY）、酸化チタン（ＴｉＯX）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯX）等の酸化物、窒化物、またこれらの多層膜の他、１２００℃以上の融点を有する金属等をあげることができる。これらの保護膜材料は、窒化物半導体の成長温度６００℃〜１１００℃の温度にも耐え、その表面に窒化物半導体が成長しないか、成長しにくい性質を有している。保護膜材料を窒化物半導体表面に形成するには、例えば蒸着、スパッタ、ＣＶＤ等の気相製膜技術を用いることができる。
【００４４】
また、第２の工程において、保護膜３及び保護膜４は、段差を第１の窒化物半導体２に形成する方法が、エッチングである場合と、ダイシングである場合とで、形成のされ方が多少異なる。まずエッチングで段差を形成する場合、第１の窒化物半導体２上に保護膜を形成後、その上にレジスト膜を形成しパターンを転写し露光、現像して部分的に保護膜３を形成した後、第１の窒化物半導体２をエッチングすることで段差の形成を行う。続いて段差を形成した第１の窒化物半導体２上、つまり保護膜３及び段差の下面等に更に保護膜を形成し、ＣＦ4とＯ2ガスによるドライエッチングにより、第１の窒化物半導体２の端面部分のみの保護膜をエッチングし、保護膜４を形成する。このように形成すると、例えば図４では、保護膜３は一層として図示されているが、保護膜３上に更に保護膜が形成され２層の保護膜が積層されたような状態になっている。ここで保護膜４を形成する前に、保護膜３を取り除いてから、保護膜３の形成されていた部分と段差の下面とに保護膜を形成してもよく、又は保護膜３を取り除かずに保護膜４を形成してもよい。
次に、ダイシングで段差を形成する場合、第１の窒化物半導体２を上面からダイシング・ソーで第１の窒化物半導体２に段差を形成し、その後、その上に保護膜を形成し、ＣＦ4とＯ2ガスによるドライエッチングにより端面部分の保護膜のみエッチングすることで所望の形状及び位置に保護膜３及び保護膜４を同時に形成する。
【００４５】
保護膜３及び保護膜４の膜厚は、特に限定せず、ドライエッチングにより端面を露出させられる膜厚であり、且つ底面を被覆できる膜厚にする必要がある。また、保護膜３と保護膜４の膜厚は、第２の窒化物半導体５が横方向に成長し易いように調整されていることが好ましく、場合によってはそれぞれの膜厚が異なってもよい。
例えば、保護膜３は、薄く形成された方が、第３の工程で成長させる第２の窒化物半導体５が保護膜３と同程度の膜厚となった時、隣接している第２の窒化物半導体５同士が接合し易くなると考えられる。また保護膜４は、比較的厚く（但し、第１の窒化物半導体２の端面が第２の窒化物半導体５が成長される程度に十分露出されている範囲）形成された方が、第２の窒化物半導体５の成長初期において、段差の下面（第１の窒化物半導体の平面又は異種基板面）を十分に覆うことができると共に熱による保護膜４へのピンホールの発生を防止できると考えられる。ピンホールが保護膜に発生すると、ピンホールから第２の窒化物半導体５が縦方向に成長する恐れがあり、結晶欠陥の発生の原因となると考えられる。
第１の窒化物半導体２の縦方向の成長を防止する一実施の形態として、保護膜を形成して行うことを挙げたが、本発明はこれに限定されない。また、横方向から第２の窒化物半導体５を成長させる一実施の形態として第１の窒化物半導体２に窪みを形成して端面を設けることを挙げたが、これに限定されない。
【００４６】
次に、図５は、エッチングにより露出された第１の窒化物半導体２の端面から第２の窒化物半導体５を成長させる第３の工程を行った模式的断面図である。
第３の工程においては、第１〜第２の工程により保護膜３及び保護膜４を形成したことにより、第２の窒化物半導体５が成長可能な部分を、第１の窒化物半導体２の端面のみとし、第１の窒化物半導体２の端面から第２の窒化物半導体５が選択的に横方向に成長し始める。そして、成長を続けるうちに、第２の窒化物半導体５が横方向に加え縦方向にも成長をはじめ、窒化物半導体が成長しにくい保護膜上にあたかも成長したかのように、第２の窒化物半導体５は保護膜３及び保護膜４を覆い成長を続け、図６に示す模式的断面図のように、第２の窒化物半導体５が得られる。このように成長初期に成長方向を特定された第２の窒化物半導体５は、厚膜に成長させても、結晶欠陥の極めて少ない非常に良好な結晶性を有する。第２の窒化物半導体５としては、前記第１の窒化物半導体２と同様のものを用いることができる。
【００４７】
第１の窒化物半導体２、及び第２の窒化物半導体５を成長させる方法としては、特に限定されないが、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）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。好ましい成長方法としては、膜厚が１００μｍ以下ではＭＯＣＶＤ法を用いると成長速度をコントロールし易い。また膜厚が１００μｍ以下ではＨＶＰＥでは成長速度が速くてコントロールが難しい。
【００４８】
【実施例】
以下に本発明の窒化物半導体レーザ素子の一実施の形態である実施例を示す。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。
［実施例１］
以下に図７に示される本発明の一実施の形態である窒化物半導体レーザ素子の模式的断面図で示されるレーザ素子を以下のように形成する。
【００４９】
（窒化物半導体基板５の形成）
窒化物半導体基板の成長方法の各工程を示した図３〜図６を用いて示す。また実施例１での窒化物半導体基板の成長はＭＯＣＶＤ法を用いて行った。
【００５０】
異種基板１として、２インチφ、Ｃ面を主面とし、オリフラ面をＡ面とするサファイア基板１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１上にＧａＮよりなるバッファ層（図示されていない）を約２００オングストロームの膜厚で成長させる。
【００５１】
バッファ層を成長後、ＴＭＧのみ止めて、温度を１０５０℃まで上昇させる。１０５０℃になったら、原料ガスにＴＭＧ、アンモニア、シランガスを用い、Ｓｉを１×１０18／cm3ドープしたＧａＮよりなる第１の窒化物半導体層２を２μｍの膜厚で成長させる（図３）。
【００５２】
第１の窒化物半導体層２を成長後、ストライプ状のフォトマスクを形成し、スパッタ装置によりストライプ幅１５μｍ、ストライプ間隔３μｍのＳｉＯ2よりなる保護膜３を１μｍの膜厚で形成し、続いて、ＲＩＥ装置により第１の窒化物半導体層２の途中までエッチングして段差を形成することにより第１の窒化物半導体２の端面を露出させる（図４）。なお、ストライプ方向は、オリフラ面に対して垂直な方向で形成する。
【００５３】
第１の窒化物半導体層２に、図４のように段差を形成した後、段差を形成した第１の窒化物半導体２の表面にスパッタ装置により保護膜を形成し、ＣＦ4とＯ2ガスにより、段差を形成したことにより形成された第１の窒化物半導体２の端面部の保護膜のみをエッチングすることにより、保護膜３及び保護膜４を形成する。
【００５４】
保護膜３及び保護膜４を形成後、反応容器内にセットし、温度を１０５０℃で、原料ガスにＴＭＧ、アンモニア、シランガスを用い、Ｓｉを１×１０18／cm3ドープしたＧａＮよりなる第２の窒化物半導体層５を２００μｍの膜厚で成長させる（図５及び図６）。
【００５５】
第２の窒化物半導体層５を成長後、ウェーハを反応容器から取り出し、ＳｉドープＧａＮよりなる窒化物半導体基板を得る。
上記で得られたウェーハのサファイア基板１、バッファ層、第１の窒化物半導体２、及び保護膜３、４を研磨、除去し、第２の窒化物半導体層５の表面を露出させ、第２の窒化物半導体層５のみにする。以下第２の窒化物半導体層５を窒化物半導体基板５とする。
【００５６】
（素子構造）
上記で得られた窒化物半導体基板５（ＳｉドープＧａＮ）を主面とするウェーハをＭＯＶＰＥ装置の反応容器内にセットし、この異種基板を除去した面と反対側の窒化物半導体基板５の面上に下記各層を形成する。
【００５７】
（ｎ側クラッド層４３）
次に、Ｓｉを１×１０19／cm3ドープしたｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる第１の層、２０オングストロームと、アンドープ（undope）のＧａＮよりなる第２の層、２０オングストロームとを交互に１００層積層してなる総膜厚０．４μｍの超格子構造とする。
【００５８】
（ｎ側光ガイド層４４）
続いて、Ｓｉを１×１０17／cm3ドープしたｎ型ＧａＮよりなるｎ型光ガイド層４４を０．１μｍの膜厚で成長させる。
【００５９】
（活性層４５）
次に、Ｓｉを１×１０17／cm3ドープのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる井戸層、２５オングストロームと、Ｓｉを１×１０17／cm3ドープのＩｎ0.01Ｇａ0.95Ｎよりなる障壁層、５０オングストロームを交互に積層してなる総膜厚１７５オングストロームの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層４５を成長させる。
【００６０】
（ｐ側キャップ層４６）
次に、バンドギャップエネルギーがｐ側光ガイド層４７よりも大きく、かつ活性層４５よりも大きい、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.9Ｎよりなるｐ側キャップ層４６を３００オングストロームの膜厚で成長させる。
【００６１】
（ｐ側光ガイド層４７）
次に、バンドギャップエネルギーがｐ側キャップ層４６より小さい、Ｍｇを１×１０18／cm3ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側光ガイド層４７を０．１μｍの膜厚で成長させる。
【００６２】
（ｐ側クラッド層４８）
次に、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる第１の層、２０オングストロームと、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型ＧａＮよりなる第２の層、２０オングストロームとを交互に積層してなる総膜厚０．４μｍの超格子層よりなるｐ側クラッド層４８を形成する。
【００６３】
（ｐ側コンタクト層４９）
最後に、Ｍｇを２×１０20／cm3ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層４９を１５０オングストロームの膜厚で成長させる。
【００６４】
反応終了後、反応容器内において、ウェーハを窒素雰囲気中、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化する。アニーリング後、ウェーハを反応容器から取り出し、図７に示すように、ＲＩＥ装置により最上層のｐ型コンタクト層４９と、ｐ型クラッド層４８とをエッチングして、４μｍのストライプ幅を有するリッジ形状とし、リッジ表面の全面にＮｉ／Ａｕよりなるｐ電極５１を形成する。
次に、窒化物半導体基板裏面にレジスト膜を形成しマスクパターンを合わせ露光、現像した後、この全面に膜厚５０００オングストロームのＴｉ／Ａｌを形成し、リフトオフにより図７に示すようにｎ電極２１を形成する。
ｐ電極５１とｎ電極２１を形成後に、窒化物半導体と電極のオーミックコンタクトをとるため熱処理する。
【００６５】
次に、図７に示すように、ｐ電極５１を除くｐ側クラッド層４８、ｐ側コンタクト層４９の表面にＳｉＯ2よりなる絶縁膜５０を形成し、この絶縁膜５０を介してｐ電極５１と電気的に接続したｐパッド電極５２を形成する。
【００６６】
次に、ｎ電極２１を形成した窒化物半導体基板裏面に、フォトリソによりｎ電極２１上にレジスト膜を形成し、この上に４０００オングストロームの膜厚でＣｒＯを全面に形成後リフトオフにより、図７に示すようにリッジ形状のストライプのほぼ真下に光吸収膜２０２を形成する。
ｎ電極２１と光吸収膜２０２を形成した後、これの上に、ヒートシンクとのメタライゼーション用にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ／Ａｕ−Ｓｎを１０００／１０００／８０００／３０００オングストロームの膜厚でメタライズ電極を形成する。
【００６７】
その後、ｐ電極５１を有する側からウエハの端部にエッジスクライブし、５ｍｍの傷をつけ、続いてブレーキングして素子構造及び窒化物半導体基板５のＭ面（１１−００、六角柱の側面に相当する面）で素子構造及び窒化物半導体基板５を劈開し、共振面を作製する。
【００６８】
得られた共振面の両方あるいはどちらか一方にＳｉＯ2とＴｉＯ2よりなる誘電体多層膜を形成し、最後にｐ電極に平行な方向で、バーを切断してレーザチップとした。次にチップをフェースアップ（基板とヒートシンクとが対向した状態）でヒートシンクに設置し、ｐパッド電極５２をワイヤーボンディングして、室温でレーザ発振を試みたところ、室温において、閾値電流密度２．０ｋＡ／cm2、閾値電圧４．０Ｖで、発振波長４０５ｎｍの連続発振が確認され、１０００時間以上の寿命を示す。
更に、得られたレーザ素子の垂直横モードは良好な単一モードとなり、窒化物半導体基板端面から放出される光を十分に抑制できる。
【００６９】
［実施例２］
図８は本発明の一実施例に係るレーザ素子の構造を示す模式的な断面図でありストライプ導波路に垂直な方向で切断した際の図を示すものである。以下、この図を用いて実施例２を説明する。
実施例１の窒化物半導体の成長方法と同様にして窒化物半導体を成長させ、窒化物半導体基板５として、この窒化物半導体基板５上に下記の素子構造を成長させる。但し、窒化物半導体基板５に、Ｓｉをドープせず、窒化物半導体基板５の膜厚を１５０μｍとする。
【００７０】
（ｎ側コンタクト層８５）
次に、アンモニアとＴＭＧ、不純物ガスとしてシランガスを用い、窒化物半導体基板５の上に、１０５０℃でＳｉを３×１０18／cm3ドープしたＧａＮよりなるｎ側コンタクト層８５を４μｍの膜厚で成長させる。
【００７１】
（クラック防止層８６）
次に、ＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニアを用い、温度を８００℃にしてＩｎ0.06Ｇａ0.94Ｎよりなるクラック防止層８６を０．１５μｍの膜厚で成長させる。なお、このクラック防止層は省略可能である。
【００７２】
（ｎ側クラッド層８７）
続いて、１０５０℃でＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープＡｌ0.16Ｇａ0.84Ｎよりなる層を２５オングストロームの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止めて、シランガスを流し、Ｓｉを１×１０19／cm3ドープしたｎ型ＧａＮよりなる層を２５オングストロームの膜厚で成長させる。それらの層を交互積層して超格子層を構成し、総膜厚１．２μｍの超格子よりなるｎ側クラッド層８７を成長させる。
【００７３】
（ｎ側光ガイド層８８）
続いて、シランガスを止め、１０５０℃でアンドープＧａＮよりなるｎ側光ガイド層８８を０．１μｍの膜厚で成長させる。このｎ側光ガイド層８８にｎ型不純物をドープしても良い。
【００７４】
（活性層８９）
次に、温度を８００℃にして、ＳｉドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎよりなる障壁層を１００オングストロームの膜厚で成長させ、続いて同一温度で、アンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる井戸層を４０オングストロームの膜厚で成長させる。障壁層と井戸層とを２回交互に積層し、最後に障壁層で終わり、総膜厚３８０オングストロームの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層を成長させる。
【００７５】
（ｐ側キャップ層９０）
次に、温度を１０５０℃に上げ、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、ｐ側光ガイド層９１よりもバンドギャップエネルギーが大きい、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなるｐ側キャップ層９０を３００オングストロームの膜厚で成長させる。
【００７６】
（ｐ側光ガイド層９１）
続いてＣｐ2Ｍｇ、ＴＭＡを止め、１０５０℃で、バンドギャップエネルギーがｐ側キャップ層９０よりも小さい、アンドープＧａＮよりなるｐ側光ガイド層９１を０．１μｍの膜厚で成長させる。
【００７７】
（ｐ側クラッド層９２）
続いて、１０５０℃でアンドープＡｌ0.16Ｇａ0.84Ｎよりなる層を２５オングストロームの膜厚で成長させ、続いてＣｐ2Ｍｇ、ＴＭＡを止め、アンドープＧａＮよりなる層を２５オングストロームの膜厚で成長させ、総膜厚０．６μｍの超格子層よりなるｐ側クラッド層９２を成長させる。
【００７８】
（ｐ側コンタクト層９３）
最後に、１０５０℃で、ｐ側クラッド層９の上に、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層９３を１５０オングストロームの膜厚で成長させる。
【００７９】
以上のようにして窒化物半導体を成長させたウェーハを反応容器から取り出し、最上層のｐ側コンタクト層の表面にＳｉＯ2よりなる保護膜を形成して、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用いＳｉＣｌ4ガスによりエッチングし、図８に示すように、ｎ電極を形成すべきｎ側コンタクト層８５の表面を露出させる。
【００８０】
次に、図９（ａ）に示すように、最上層のｐ側コンタクト層９３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６１を０．５μｍの膜厚で形成した後、第１の保護膜６１の上に所定の形状のマスクをかけ、フォトレジストよりなる第３の保護膜６３を、ストライプ幅２μｍ、厚さ１μｍで形成する。
【００８１】
次に、図９（ｂ）に示すように第３の保護膜６３形成後、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置により、ＣＦ4ガスを用い、第３の保護膜６３をマスクとして、前記第１の保護膜をエッチングして、ストライプ状とする。その後エッチング液で処理してフォトレジストのみを除去することにより、図９（ｃ）に示すようにｐ側コンタクト層９３の上にストライプ幅２μｍの第１の保護膜６１が形成できる。
【００８２】
さらに、図９（ｄ）に示すように、ストライプ状の第１の保護膜６１形成後、再度ＲＩＥによりＳｉＣｌ4ガスを用いて、ｐ側コンタクト層９３、およびｐ側クラッド層９２をエッチングして、ストライプ状の導波路領域（この場合、リッジストライプ）を形成する。ストライプを形成する際、そのストライプの断面形状を図８に示すような順メサの形状とすると、横モードがシングルモードとなりやすく非常に好ましい。
【００８３】
リッジ形状のストライプを形成後、ウェーハをＰＶＤ装置に移送し、図９（ｅ）に示すように、Ｚｒ酸化物（主としてＺｒＯ2）よりなる第２の保護膜６２を、第１の保護膜６１の上と、エッチングにより露出されたｐ側クラッド層９２の上に０．５μｍの膜厚で連続して形成する。
【００８４】
次に、ウェーハをフッ酸に浸漬し、図９（ｆ）に示すように、第１の保護膜６１をリフトオフ法により除去する。
【００８５】
次に図９（ｇ）に示すように、ｐ側コンタクト層９３の上の第１の保護膜６１が除去されて露出したそのｐ側コンタクト層の表面にＮｉ／Ａｕよりなるｐ電極２０を形成する。但しｐ電極２０は１００μｍのストライプ幅として、この図９（ｇ）に示すように、第２の保護膜６２の上に渡って形成する。
更に、一番最初に露出させたｎ側コンタクト層８５の表面にはＴｉ／Ａｌよりなるｎ電極２１をストライプと平行な方向で形成する。
ｐ及びｎ電極を形成後、窒化物半導体と電極のオーミックコンタクトをとるため熱処理する。
【００８６】
次に、ｐ電極２０上の全面に連続して、Ｔｉからなる第１の薄膜層３１を１０００オングストロームの膜厚で形成し、更に図８に示すようにストライプの側面等にも第１薄膜層３１を形成する。この連続して形成された第１薄膜層３１上に、後の工程で劈開により共振面を形成する際の劈開面に一致しない大きさ、つまり劈開面となる部分の上部を避けて、断続的にＡｕからなる第２の薄膜層３２を８０００オングストロームの膜厚で形成し、第１の薄膜層３１及び第２の薄膜層３２からなるｐパッド電極３０１を形成する。更に、ｎ電極２１上にｎパッド電極３０２を形成する。
【００８７】
次に、図８に示すように、窒化物半導体基板５裏面のリッジ形状のストライプのほぼ真下に、ストライプとほぼ同一の幅を有する光吸収膜２０２を実施例１と同様に形成する。更に、光吸収膜２０２を形成した後、この上から窒化物半導体基板５裏面に、実施例１と同様にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ／Ａｕ−Ｓｎを膜厚１０００／１０００／８０００／３０００オングストロームの膜厚でメタライズ電極を形成する。
【００８８】
以上のようにして、電極、パッド電極及び光吸収膜２０２等を形成した後、ｐ電極を有する側からウエハの端部の窒化物半導体層のＭ面方向に５ｍｍのエッジスクライブをし、ブレーキングしてＭ面で劈開し劈開面に共振面を形成する。
共振面にＳｉＯ2とＴｉＯ2よりなる誘電体多層膜を形成し、最後にｐ電極に平行な方向で、バーを切断して図８に示すようなレーザ素子とする。なお共振器長は３００〜５００μｍとすることが望ましい。
【００８９】
このレーザ素子をヒートシンクに設置し、それぞれの電極をワイヤーボンディングして、室温でレーザ発振を試みたところ、発振波長４００〜４２０ｎｍ、閾値電流密度２．９ｋＡ／cm2において室温連続発振が確認され、１０００時間以上の寿命を示し、良好な単一モードのレーザ光を得ることができる。
【００９０】
［実施例３］
図１０は本発明の他の実施例に係るレーザ素子の構造を示す模式的な断面図であり、以下この図１０を用いて実施例３について説明する。
【００９１】
実施例１と同様にして得られた窒化物半導体の単体を窒化物半導体基板５を用いる。但し、窒化物半導体基板５の膜厚を１００μｍとする。
次に、この窒化物半導体基板５の異種基板等を除去した面とは反対の面上に、実施例２と同様のクラック防止層８６〜ｐ側コンタクト層９３までの素子構造を成長させる。
【００９２】
ｐ側コンタクト層１３成長後、実施例２と同様にして、ストライプ状の第１の保護膜６１を形成した後、第２の工程において、エッチングストップを図１０に示すｎ側クラッド層７の表面とする。後は、実施例２と同様にして、ＺｒＯ2を主成分とする第２の保護膜６２をストライプ導波路の側面と、ｎ側クラッド層７の表面とに形成した後、その第２の保護膜を介してｐ電極２０を形成する。形成されたｐ電極２１上に、ストライプ長さと同一の長さとなるようにＴｉからなる第１の薄膜層３１を膜厚１０００オングストロームで、第２の薄膜層３２の形状と同様の形状でＰｔよりなる第３の薄膜層を膜厚１０００オングストロームで、及びストライプ長さより短い形状でＡｕからなる第２の薄膜層３２を膜厚８０００オングストロームで順に積層形成してなる劈開性の良いｐパッド電極３０１を図１０に示すように形成する。第３の薄膜層は図示していないが、第２の薄膜層と同様の形状で形成する。
一方、窒化物半導体基板の裏面側のほぼ全面に、基板とオーミック接触を有するＴｉ／Ｓｉ／Ａｕからなるｎ電極を兼ねる光吸収膜２０２を１０００／２０００／３０００オングストロームの膜厚で形成し、この上にＡｕ−Ｓｎからなるメタライズ電極を３０００オングストロームの膜厚で形成する。
電極形成後、窒化物半導体基板のＭ面で劈開して、共振面を作製し、図１０に示すような構造のレーザ素子としたところ、実施例２とほぼ同等のＬＤ特性を有するレーザ素子が得られる。
また、レーザ導波路から漏れ出したレーザ発振波長の光を良好に吸収でき、垂直横モードが良好な単一となり、ファーフィールドパターンの良好なレーザ素子を得ることができる。
【００９３】
［実施例４］
実施例３において、図１０に示される窒化物半導体基板と光吸収膜との間に、Ｉｎ0.4Ｇａ0.6Ｎからなる光吸収性半導体層を４０００オングストロームの膜厚で、ＣＶＤにより形成した他は実施例３と同様にしてレーザ素子を作製した。
得られたレーザ素子は、実施例３とほぼ同様の素子特性を示し、更に光吸収膜に加えて光吸収性半導体層を形成したことにより、実施例３に比べて、垂直横モードの単一化がより良好になる。
【００９４】
［実施例５］
図１１に示されるレーザ素子において、実施例２と同様に窒化物半導体基板５裏面のリッジ形状のストライプのほぼ真下にストライプ幅と同様の幅の光吸収膜を形成し、この上に実施例２と同様にメタライズ電極を形成する他は同様にしてレーザ素子を作製する。
得られたレーザ素子は、光吸収膜が形成されていない場合に比べ、垂直横モードの単一性が更に向上しファーフィールドパターンの良好なレーザ素子を得ることができる。
【００９５】
【発明の効果】
本発明は、垂直横モードの単一化が可能でファーフィールドパターンが良好な窒化物半導体レーザ素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１の（ａ）〜（ｃ）は、光吸収膜を窒化物半導体基板裏面側に形成してなる一実施の形態である窒化物半導体レーザ素子の窒化物半導体基板裏面側の模式的平面図である。
【図２】図１の窒化物半導体基板と光吸収膜の間に、光吸収性半導体層を形成してなる一実施の形態であるリッジ形状のストライプ方向に垂直に切断した窒化物半導体レーザ素子の一部分である窒化物半導体基板裏面側の模式的断面図である。
【図３】本発明で用いられる窒化物半導体基板を成長させる方法の一実施の形態である各工程において得られる窒化物半導体ウェーハの構造を示す模式的断面図である。
【図４】本発明で用いられる窒化物半導体基板を成長させる方法の一実施の形態である各工程において得られる窒化物半導体ウェーハの構造を示す模式的断面図である。
【図５】本発明で用いられる窒化物半導体基板を成長させる方法の一実施の形態である各工程において得られる窒化物半導体ウェーハの構造を示す模式的断面図である。
【図６】本発明で用いられる窒化物半導体基板を成長させる方法の一実施の形態である各工程において得られる窒化物半導体ウェーハの構造を示す模式的断面図である。
【図７】本発明の一実施の形態に係る実施例１に示される窒化物半導体レーザ素子の模式的断面図である。
【図８】本発明の一実施の形態に係る実施例２に示される窒化物半導体レーザ素子の模式的断面図である。
【図９】実施例２でリッジ形状のストライプを形成する方法の各工程を説明するための、各工程においてそれぞれ得られるウェーハの部分的な構造を示す模式的断面図である。
【図１０】本発明の一実施の形態に係る実施例３に示される窒化物半導体レーザ素子の模式的断面図である。
【図１１】従来のレーザ素子の構造を示す模式断面図である。
【符号の説明】
１・・・・異種基板
２・・・・第１の窒化物半導体
３、４・・・・保護膜
５・・・・第２の窒化物半導体（窒化物半導体基板）
２０２・・・・光吸収膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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