(57)【要約】【課題】比較的抵抗が高い窒化物半導体層における共振器端面近傍への電流の注入を抑えることにより、端面近傍での抵抗による発熱を防止し、端面の特性及び寿命を向上させ、素子自体の高寿命化を図ることができる窒化物半導体レーザ素子の製造方法及びレーザ素子を提供することを目的とする。【解決手段】第１窒化物半導体層、活性層及び第２窒化物半導体層がこの順に積層された窒化物半導体層と、該窒化物半導体層に形成された互いに対向する共振器端面とを有してなる窒化物半導体レーザ素子であって、前記共振器端面における少なくとも光の出力領域は不純物を含有しており、該光の出力領域は、前記活性層における他の領域よりもバンドギャップが広いか、前記活性層における他の領域よりも不純物濃度が高い窒化物半導体レーザ素子。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１窒化物半導体層、活性層及び第２窒化物半導体層がこの順に積層された窒化物半導体層と、該窒化物半導体層に形成された互いに対向する共振器端面とを有してなる窒化物半導体レーザ素子であって、
前記共振器端面における少なくとも光の出力領域は不純物を含有しており、該不純物の濃度は窒化物半導体層の積層方向に、ピーク位置を基準にして非対称な濃度分布を有しており、
該光の出力領域は、前記活性層における他の領域よりもバンドギャップが広いことを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
【請求項２】
第１窒化物半導体層、活性層及び第２窒化物半導体層がこの順に積層された窒化物半導体層と、該窒化物半導体層に形成された互いに対向する共振器端面とを有してなる窒化物半導体レーザ素子であって、
前記共振器端面における少なくとも光の出力領域は不純物を含有しており、該不純物の濃度は窒化物半導体層の積層方向に、ピーク位置を基準にして非対称な濃度分布を有しており、
該光の出力領域は、前記活性層における他の領域よりも前記不純物の濃度が高いことを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
【請求項３】
不純物濃度は、第１窒化物半導体層側が第２窒化物半導体層側よりも高い請求項１又は２に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項４】
不純物濃度は、共振器端面において、ピーク位置を基準として第２窒化物半導体層側への減衰率が第１窒化物半導体層側への減衰率よりも高い請求項１〜３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５】
活性層における他の領域は、共振器端面における光の出力領域の両側の領域である請求項１〜４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６】
共振器端面における不純物を含有する部分が、逆三角形又は下に凸の鍋蓋形状である請求項１〜５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７】
共振器端面における不純物を含有する部分が、共振器端面側において素子の内側よりも幅広の形状である請求項１〜６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８】
不純物は、酸素、ホウ素、アルミニウム、亜鉛、ベリリウム、炭素、マグネシウム、カルシウム及び窒素よりなる群から選択される少なくとも１つの原子を含む請求項１〜７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】
不純物は、イオン注入により導入されてなる請求項１〜８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１０】
第２窒化物半導体層の表面にストライプ状のリッジを有する請求項１〜９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】
（ａ）少なくとも第１窒化物半導体層と活性層とを含む窒化物半導体層を形成し、
（ｂ）該活性層の上に、第１領域と該第１領域よりも厚膜である第２領域とを有する保護層を形成し、
（ｃ）前記保護層を介して、該保護層の第１領域では保護層を貫通して前記活性層に至るようにイオン種を前記窒化物半導体層に注入し、
（ｄ）前記保護層を除去して窒化物半導体層を露出させ、
（ｅ）該窒化物半導体層上に、第２窒化物半導体層を形成し、
（ｆ）前記イオン種が注入された部分を光出力側の共振器端面とするように前記窒化物半導体層を分割することを特徴とする窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１２】
第２窒化物半導体層が積層構造で形成され、工程（ａ）において、活性層の上に、少なくとも１層の第２窒化物半導体層を形成し、工程（ｅ）において、残りの第２窒化物半導体層を形成する請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
保護膜における第１領域は、段階的又は傾斜的に膜厚が変化してなる請求項１１又は１２に記載の方法。
【請求項１４】
保護膜における第１領域は、中央部の膜厚が最も薄い請求項１１〜１３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１５】
共振器端面におけるイオン種が注入された部分が、逆三角形又は下に凸の鍋蓋形状である請求項１１〜１４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１６】
工程（ｃ）の後、さらに熱処理を行う請求項１１〜１５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１７】
工程（ｃ）において、レーザ素子の共振器の光出力端面における少なくとも光の出力領域となる部分にイオン種を注入する請求項１１〜１６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１８】
工程（ｃ）におけるイオン種が、酸素、ホウ素、アルミニウム、亜鉛、ベリリウム、炭素、マグネシウム、カルシウム及び窒素よりなる群から選択される少なくとも１つである請求項１１〜１７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１９】
工程（ｅ）の後において、活性層におけるイオン種を注入した部分のバンドギャップが、活性層の他の領域のバンドギャップと異なる請求項１１〜１８のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２０】
工程（ｅ）の後において、活性層におけるイオン種を注入した部分の組成が、活性層の他の領域の組成と異なる請求項１１〜１９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２１】
工程（ｆ）の後において、活性層におけるイオン種を注入した部分の光透過性が前記イオン種の注入前の活性層に対して１００％以上である請求項１１〜２０のいずれか１つに記載の方法。
【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及びその製造方法に関し、より詳細には、高出力状態で連続駆動させても高信頼性を示す窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、０≦ｘ＋ｙ≦１）の化合物半導体によって形成されており、これを用いた半導体レーザ素子は、次世代ＤＶＤなどの大容量・高密度の情報記録・再生が可能な光ディスクシステムへの利用、パーソナルコンピュータ等の電子機器への利用、さらに、紫外域から赤色に至るまで、幅広い可視光の波長域での発振が可能と考えられていることから、レーザ プリンタ、光ネットワークなどの光源などに対する要求が高まりつつある。このため、窒化物半導体を用いた半導体レーザ素子の研究が、盛んに行われている。
【０００３】
例えば、窒化物半導体では、共振器端面に不純物準位が形成されることで、バンドギャップエネルギーが小さくなるため、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）やへき開によって形成された共振器端面で出力光の吸収が起こり、この吸収により、共振器端面で熱が発生する。この熱の発生は、共振器端面において温度の上昇を招き、共振器端面におけるバンドギャップを低下させ、さらに出力光の吸収を増加させる。その結果、端面の光学的損傷（Catastrophic Optical Damage：ＣＯＤ）が発生する。
【０００４】
そのため、高出力レーザを実現するには、共振器端面の光吸収を抑制することにより端面での熱の発生を抑えることが重要な課題となる。
このような課題に対して、窒化物半導体レーザ素子にウィンドウ構造を形成したり、端面の保護膜としてＡｌＧａＩｎＮ半導体膜を形成する方法（例えば、特許文献１）などが提案されている。
【０００５】
また、図９（ａ）に示したように、光デバイスの半導体の積層構造（１１、１２、１３）を形成した後、共振器端面３０付近における積層構造体表面に配置するコンタクト層にイオン３７を注入し、図９（ｂ）に示すように、電流非注入領域３３を形成することで、共振器端面３０に光非吸収領域を形成する方法が提案されている（例えば、特許文献２）。
【特許文献１】特開平７−２４９８３０号公報
【特許文献２】特開２００２−２６１３７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、これらの方法では、共振器端面から出力されるレーザのビーム形状の調整が困難になったり、製造プロセスにおいて活性層に損傷を与えるなど、十分に共振器端面における特性を維持しながら、端面劣化を防止するに至っていない。
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、特に、窒化物半導体レーザにおいて、共振器端面の光出力領域のバンドギャップを広げることにより、この領域での光吸収を抑制し、発熱を抑え、レーザ素子特性を維持しながら、高出力での連続駆動を可能とする窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法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によれば、第１窒化物半導体層、活性層及び第２窒化物半導体層がこの順に積層された窒化物半導体層と、該窒化物半導体層に形成された互いに対向する共振器端面とを有してなる窒化物半導体レーザ素子であって、前記共振器端面における少なくとも光の出力領域は不純物を含有しており、該不純物の濃度は窒化物半導体層の積層方向に、ピーク位置を基準にして非対称な濃度分布を有しており、該光の出力領域は、（１）前記活性層における他の領域よりもバンドギャップが広いか、あるいは（２）前記活性層における他の領域よりも前記不純物の濃度が高いことを特徴とする。
【０００８】
このような窒化物半導体レーザ素子では、不純物濃度は、第１窒化物半導体層側が第２窒化物半導体層側よりも高いか、共振器端面において、ピーク位置を基準として第２窒化物半導体層側への減衰率が第１窒化物半導体層側への減衰率よりも高いことが好ましい。
さらに、前記活性層における他の領域は、共振器端面における光の出力領域の両側領域とすることができる。
また、共振器端面における不純物を含有する部分は、逆三角形又は下に凸の鍋蓋形状であってもよいし、共振器端面側において素子の内側よりも幅広の形状であってもよい。
さらに、不純物は、酸素、ホウ素、アルミニウム、亜鉛、ベリリウム、炭素、マグネシウム、カルシウムよりなる群から選択される少なくとも１つの原子を含むことが好ましい。
【０００９】
また、不純物は、イオン注入により導入されることが好ましい。
さらに、第２窒化物半導体層の表面にストライプ状のリッジを有することが好ましい。
本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造方法によれば、（ａ）少なくとも第１窒化物半導体層と活性層とを含む窒化物半導体層を形成し、
（ｂ）該活性層の上に、第１領域と該第１領域よりも厚膜である第２領域とを有する保護層を形成し、
（ｃ）前記保護層を介して、該保護層の第１領域では保護層を貫通して前記活性層に至るようにイオン種を前記窒化物半導体層に注入し、
（ｄ）前記保護層を除去して窒化物半導体層を露出させ、
（ｅ）該窒化物半導体層上に、第２窒化物半導体層を形成し、
（ｆ）前記イオン種が注入された部分を光出力側の共振器端面とするように前記窒化物半導体層を分割することを特徴とする。
【００１０】
この窒化物半導体レーザ素子の製造方法では、第２窒化物半導体層が積層構造で形成され、工程（ａ）において、活性層の上に、少なくとも１層の第２窒化物半導体層を形成し、工程（ｅ）において、残りの第２窒化物半導体層を形成することが好ましい。
また、保護膜における第１領域は、段階的又は傾斜的に膜厚が変化してなるか、中央部の膜厚が最も薄いことが好ましい。
さらに、共振器端面におけるイオン種が注入された部分が、逆三角形又は下に凸の鍋蓋形状であることが好ましい。
また、工程（ｃ）の後、さらに熱処理を行ってもよいし、工程（ｃ）において、レーザ素子の共振器の光出力端面における少なくとも光の出力領域となる部分にイオン種を注入してもよい。
【００１１】
さらに、工程（ｅ）の後において、活性層におけるイオン種を注入した部分のバンドギャップが、活性層の他の領域のバンドギャップと異なるか、活性層におけるイオン種を注入した部分の組成が、活性層の他の領域の組成と異なるか、工程（ｆ）の後において、活性層におけるイオン種を注入した部分の光透過性が前記イオン種注入前の活性層に対して１００％以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、窒化物半導体レーザ素子における共振器端面及びその近傍で、窒化物半導体層及び電極による光の吸収を抑えることができるように構成されているため、端面近傍での発熱を防止し、端面の特性を向上させることができる。これにより、本発明の窒化物半導体レーザ素子は、素子自体の長寿命化、高出力化を実現することができる。
【００１３】
また、本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造方法によれば、膜厚が部分的に変化した保護層をマスクとしてイオン種を注入し、このイオン種を注入した部分が、レーザ素子の共振器の光出力端面を構成するように製造することにより、共振器端面近傍の電流注入及び光吸収等の特性を簡便かつ確実に制御することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の窒化物半導体素子は、例えば、図１（ａ）に示したように、第１主面と第２主面とを有する基板１０の第１主面上に、窒化物半導体層として、第１（例えば、ｎ側）窒化物半導体層１１、活性層１２、第２（例えば、ｐ側）窒化物半導体層１３がこの順に形成されて構成されている。第２窒化物半導体層１３の表面には、共振器方向に延びるストライプ状のリッジ１４が形成されている。リッジ１４上面にはｐ電極１７が、基板１０の第２主にはｎ電極２０が、それぞれ形成されている。なお、図１（ｂ）に示したように、基板の上面にｐ電極１７及びｎ電極２０が形成されていてもよい。
【００１５】
この窒化物半導体レーザ素子は、互いに対向する共振器端面が、通常リッジ１４の長手方向において、光出力側とモニター側との２面で構成されている。本発明の窒化物半導体レーザでは、少なくとも光出力側の共振器端面であって、少なくとも光の出力領域に不純物が導入された不純物導入領域（以下、「イオン注入領域又は不純物導入領域」ということがある）３９が形成されている。言い換えると、不純物導入領域３９は、少なくとも、ＮＦＰ（ニア・フィールド・パターン）に一致する領域を含んでいる。
【００１６】
不純物導入領域３９は、イオン注入により、一旦その結晶系が部分的に破壊されるが、その後に結晶系が復元し易い状態又は結晶系がほぼ復元されている状態を意味する。あるいは、拡散等によって、不純物が導入された領域を意味する。これは、例えば、活性層が成膜された直後又はイオン注入がされていない活性層の他の領域（以下単に「他の領域」ということがある）の完全な結晶系と、結晶回復した結晶系とを、ＴＥＭ等での観察によって比較することにより明らかになるであろう。また、不純物導入領域１９は、活性層及びその上又は下の層の構成原子が混合された状態となり、活性層が成膜された直後の又は他領域の完全な結晶系における組成と異なる組成を有する領域となっている。あるいは、不純物又はイオン種の注入・導入により、活性層が成膜された直後の又は他領域の完全な結晶系におけるバンドギャップと異なる、つまり、そのバンドギャップよりも広いバンドギャップを有する領域となっているか、活性層が成膜された直後の又は他領域の完全な結晶系における抵抗よりも、高い抵抗を有する領域となっている。あるいは、透過率が完全に回復しているか、より良好になっている。これにより、共振器端面近傍において光の吸収を有効に防止することができる。両者のバンドギャップの差異は、例えば、０．５ｎｍ程度以上、さらに３ｎｍ程度以上が適当である。
【００１７】
なお、不純物導入領域には、後述するように、それを構成する層が所定の機能を果たすために、本来ｎ型又はｐ型の導電性を示す不純物が拡散されているが、それに加えて、それらの層の結晶系を変化させるための不純物又はイオン種が導入された部分である。この結晶系を変化させるための不純物又はイオン種は、酸素、ホウ素、アルミニウム、亜鉛、ベリリウム、炭素、マグネシウム、カルシウム及び窒素よりなる群から選択される少なくとも１つであり、これらの原子が、少なくとも不純物導入領域において、例えば、１×１０１５〜１×１０２３／ｃｍ３程度、好ましくは、１０１６〜１０２０／ｃｍ３オーダーの濃度で拡散されている。これらのイオン種、イオン濃度によって、適当な結晶系の変化、バンドギャップの広がりを与えることができる。
【００１８】
不純物導入領域は、通常、共振器端面から素子内側にわたって、かつ活性層から第１窒化物半導体層及び／又は第２窒化物半導体層にわたって配置されている。その大きさは特に限定されず、活性層、第１及び第２窒化物半導体層等の組成、レーザ素子の性能等によって適宜調整することができる。高さ（図１（ａ）中、Ｚ参照）は、例えば、活性層から上下１μｍ程度の範囲内、あるいは活性層を挟んで活性層膜厚の２０倍程度以内とすることが適当である。具体的には、１００Å〜０．３μｍが挙げられる。ただし、必ずしも、不純物導入領域は活性層に対して上下対称でなくてもよい。なお、不純物導入領域における不純物濃度は、通常、窒化物半導体層の積層方向に濃度分布（好ましくは、連続的な）を有している。幅（図１（ａ）中、Ｘ参照）は、例えば、リッジ幅と同程度〜素子幅と同程度とすることができ、なかでも、リッジ幅の１．０〜２０倍程度、１．５〜６倍程度が適当である。具体的には、１〜５０μｍが挙げられる。この幅を制御することによって、光閉じ込めを制御することが可能となる。奥行き、つまり、素子内部にわたる長さは、例えば、共振器端面から少なくとも１．０μｍ程度の範囲内、あるいは共振器長の０．１〜３％程度で配置されていることが適当である。具体的には、１〜２０μｍが挙げられる。
【００１９】
一般に、窒化物半導体は、結晶が硬く、抵抗が比較的高いために、高出力になるにつれて、共振器端面近傍での発熱に起因する劣化が顕著となるが、このような範囲かつ態様で不純物導入領域を設定することにより、レーザ素子の光出力に影響を与えず、共振器端面近傍でのみ電流注入を低減させて抵抗による発熱を効率的に防止することができる。加えて、共振器端面近傍での光吸収を防止して発熱防止をより向上させることができる。その結果、ＣＯＤレベルを向上させ、レーザ素子の寿命を改善することができる。
【００２０】
リッジは、導波路領域として機能するものであり、その幅は１．０μｍ〜３０．０μｍ程度、さらに、１．０μｍ〜３．０μｍ程度が好ましい。その高さ（エッチングの深さ）は、ｐ側半導体層を構成する層の膜厚、材料等によって適宜調整することができ、例えば、０．１〜２μｍが挙げられる。なお、リッジは、共振器方向の長さが１００μｍ〜１０００μｍ程度になるように設定することが好ましい。また、共振器方向においてすべて同じ幅でなくてもよいし、その側面が垂直であっても、テーパー状であってもよい。この場合のテーパー角は４５°〜９０°程度が適当である。
【００２１】
電極、つまりｐ電極及びｎ電極は、例えば、パラジウム、白金、ニッケル、金、チタン、タングステン、銅、銀、亜鉛、錫、インジウム、アルミニウム、イリジウム、ロジウム、ＩＴＯ等の金属又は合金の単層膜又は積層膜により形成することができる。電極の膜厚は、用いる材料等により適宜調整することができ、例えば、５００〜５０００Å程度が適当である。電極は、少なくともｐ側及びｎ側半導体層又は基板上にそれぞれ形成していればよく、さらにこの電極上にパッド電極等、単数又は複数の導電層を形成してもよい。
【００２２】
特に、ｐ電極は、リッジと電気的に接続されており、その形状は特に限定されないが、通常、リッジの幅よりも幅広で、リッジの延設方向に沿って形成されている。ｐ電極において、共振器面側の電極端面は、共振器端面と略一致して形成されるもの、または前記共振器端面とは一致せず、その共振器端面よりも素子の内側に配置されているものであってもよい。ｐ電極の端面は、共振器端面よりも素子の内側に配置されていることが好ましい。窒化物半導体レーザ素子は、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）やへき開によって共振器端面を形成している。ＲＩＥで共振器端面を形成する場合には、共振器端面と電極端面とが一致するような構造を再現性よく形成することは困難であり、電極が共振器端面に回り込む問題があった。へき開により共振器端面を形成する場合には、へき開時に電極が剥がれるという問題があった。このような問題を解決するために、電極を共振器端面から離間させて形成すると、発振に寄与しない光吸収領域が形成されるために発振直後のキンク（立ち上がりキンクと記載することがある）の問題が発生する。共振器端面では出力光が吸収されることで熱が発生し、共振器端面の温度が上昇し、共振器端面におけるバンドギャップは減少してしまうため、さらに出力光の吸収が増加することがある。その結果、端面の光学的損傷（Catastrophic Optical Damage：ＣＯＤ）が発生するという問題も生じる。
【００２３】
本発明のように不純物含有領域を形成し、かつ、前記光の出力側における電極の端面が、前記光の出力側の共振器端面よりも素子の内側に配置することによって、窒化物半導体と電極との剥がれ又は電極ダレを抑止するとともに、共振器端面及びその近傍での窒化物半導体層及び電極による光の吸収を抑えることができる。これにより、端面近傍での発熱を防止し、端面の特性及び寿命を向上させることができ、半導体レーザ素子自体の高寿命化、高出力化を図ることが可能となる。特に、光出射側共振面の電極端面を共振器端面よりも内側とすることが好ましい。不純物を含有した領域の素子内側の端部は、光の出力側の前電極端部と一致するか、該電極とオーバーラップしてなることが好ましい。これにより、上述した効果をより効率的に発揮させることができる。
【００２４】
電極は、窒化物半導体層が四角形等で形成されていれば、通常、ほぼ同様の形状で形成されている。例えば、電極端面は、通常、共振器端面のそれぞれと平行又は略平行（面一を含む）に配置されている（ただし、電極端面が共振器端面とは必ずしも平行又は略平行に配置していなくてもよい）。従って、電極は、全ての端面が、光の出力領域側の共振器端面においては素子の内側に配置されていることが適している。電極端面と光の出力領域側の共振器端面との距離は、窒化物半導体レーザ素子のサイズによるが、例えば、０．１μｍ以上、さらに１．０μｍ以上、好ましくは２．０〜３．０μｍ程度が適している。これにより、光の出力領域側の共振器端面近傍への電流注入を低減させることができるとともに、共振器端面近傍での電極による光の吸収を防止することができるために、この付近での発熱を低減させることができる。なお、電極は、特に光の出力領域側の共振器端面近傍において、素子の内側よりも、幅狭となっていることが好ましい。これにより、上述した効果をより効率的に発揮させることができる。
【００２５】
このレーザ素子においては、リッジ側面から第２窒化物半導体層表面にわたって、第１の保護膜が形成されていることが好ましい。第１の保護膜は、例えば、窒化物半導体層よりも屈折率が小さな絶縁材料によって形成することが好ましい。具体的には、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ａｌ等の酸化物及び窒化物等の単層又は複数層が挙げられる。このように、リッジの側面から、リッジの両側の窒化物半導体表面にわたって第１の保護膜が形成されていることにより、窒化物半導体層、特にｐ側半導体層に対する屈折率差を確保して、活性層からの光の漏れを制御することができ、リッジ内に効率的に光閉じ込めができるとともに、リッジ基底部近傍における絶縁性をより確保することができ、リーク電流の発生を回避することができる。なお、第１の保護膜の膜厚は、特に限定されるものではないが、例えば、１００Å〜２００００Å程度、さらに１００Å〜５０００Åとすることが適当である。
【００２６】
第１の保護膜上には、第２の保護膜が形成されていることが好ましい。第２の保護膜は、少なくとも窒化物半導体層表面において第１保護膜上に配置していればよく、第１保護膜を介して又は介さないで、窒化物半導体層の側面及び／又は基板の側面又は表面等をさらに被覆していることが好ましい。第２の保護膜は、第１の保護膜と同様の材料で形成することができる。これにより、絶縁性のみならず、露出した側面又は表面等を確実に保護することができる。
【００２７】
本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造方法では、まず、工程（ａ）において、少なくとも第１窒化物半導体層と活性層とを含む窒化物半導体層を形成する。
窒化物半導体層は、通常、基板上に形成される。基板としては、特に限定されるものではなく、公知のいずれの基板を用いてもよい。例えば、第１主面及び／又は第２主面に０°以上１０°以下のオフ角を有する窒化物半導体基板を用いることができ、その膜厚は、例えば、５０μｍ〜１０ｍｍ程度が挙げられる。第１主面は窒化物半導体層の成長面であって、第２主面は電極形成面とすることができる。窒化物半導体基板は、ＭＯＣＶＤ法、ＨＶＰＥ法、ＭＢＥ法等の気相成長法、超臨界流体中で結晶育成させる水熱合成法、高圧法、フラックス法、溶融法等により形成することができる。市販のものを用いてもよい。また、基板表面には、予め、バッファ層、中間層等の単層又は多層膜を形成していてもよい。
【００２８】
窒化物半導体層は、少なくとも、第１窒化物半導体層（例えば、ｎ側半導体層）及び活性層がこの順に形成されている。これらの窒化物半導体層は、限定されないが、ｎ側半導体層及び後述するｐ側半導体層に、光の導波路を構成する光ガイド層を備え、活性層を挟んだ分離光閉じ込め型構造であるＳＣＨ（Separate Confinement Heterostructure）構造とすることが好ましい。
【００２９】
窒化物半導体層としては、一般式ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）のものを用いることができる。また、これに加えて、III族元素としてＢが一部に置換されたものを用いてもよいし、Ｖ族元素としてＮの一部をＰ、Ａｓで置換されたものを用いてもよい。ｎ側半導体層は、ｎ型不純物として、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＣｄなどのＩＶ族元素又はＶＩ族元素等のいずれか１つ以上を含有した窒化物半導体層を備えている。また、後述するｐ側半導体層は、ｐ型不純物として、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｓｒ等を含有した窒化物半導体層を備えている。これらの不純物は、例えば、１×１０１５〜１×１０２３／ｃｍ3程度の濃度範囲で含有されていることが好ましく、さらには１×１０１６〜１×１０２１／ｃｍ3程度の濃度範囲で含有されていることが好ましい。
【００３０】
窒化物半導体層は、特に限定されないが、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）など、窒化物半導体の成長方法として知られているいずれの方法をも好適に用いることができる。特に、ＭＯＣＶＤは結晶性よく成長させることができるため好ましい。第１窒化物半導体層及び活性層は、単一構造、積層構造又は組成比が互いに異なる２層からなる超格子構造のいずれであってもよい。
【００３１】
第１窒化物半導体層をｎ側窒化物半導体層とすれば、第２窒化物半導体層はｐ側窒化物半導体層となる。また、第１窒化物半導体層をｐ側窒化物半導体層とすれば、第２窒化物半導体層はｎ側窒化物半導体層となる。
特に、第１窒化物半導体層は、多層膜で形成することが好ましい。例えば、第１窒化物半導体層を多層膜からなるｎ側窒化物半導体層とする場合に、第１のｎ側半導体層としてはＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．５）、好ましくはＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０＜ｘ≦０．３）である。具体的な成長条件としては、反応炉内での成長温度を１０００℃以上、圧力を７６０Ｔｏｒｒ以下とする。また、第１のｎ側半導体層はクラッド層として機能させることができる。膜厚は０．５〜５μｍ程度が適当である。
第２のｎ側半導体層は、光ガイド層として機能させることができ、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．３）によって形成することができる。膜厚は０．５〜５μｍが適当である。
【００３２】
活性層は、多重量子井戸構造又は単一量子井戸構造のいずれでもよいが、少なくともＩｎを含有している一般式ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０＜ｘ＋ｙ≦１）を有することが好ましい。Ａｌ含有量を高くすることで紫外域の発光が可能となる。また、長波長側の発光も可能であり３６０ｎｍ〜５８０ｎｍまでが発光可能となる。活性層を量子井戸構造で形成することにより、発光効率を向上させることができる。活性層には、その成長時に井戸層及び／又は障壁層にｎ型不純物やｐ型不純物を含有させてもよい。そのため、共振器端面における光の出力領域には異なる２以上の不純物が含有されている場合がある。例えば、共振器端面における光の出力領域には活性層のバンドギャップを広げる第１の不純物を含有しており、さらに障壁層にキャリアとしての第２の不純物を含有するものである。この場合、第１の不純物を酸素とすれば、第２の不純物はシリコンとすることができる。
【００３３】
なお、本発明では、活性層を形成した後、工程（ｂ）における保護膜を形成することが好ましいが、活性層を形成した後、引き続き、つまり、後述する工程（ｂ）の保護膜を形成する前に、第２窒化物半導体層を積層してもよい。ただし、この後にイオン種を注入する場合には、活性層が表面近くに存在することにより、イオン種の注入後に、容易に活性層自体を回復又は透明化することができるため、後述するように、第２窒化物半導体層を積層構造とし、その一部のみを形成することが好ましい。例えば、後述する第１のｐ側半導体層のみを形成してもよい。
【００３４】
このように、活性層を形成した後、あるいは第２窒化物半導体層の一部のみを形成した後、後述するように保護層を介してイオン種を注入することにより、所望の深さ（部位）に集中的にイオン種を注入することができ、保護層を除去することにより窒化物半導体層への不要なイオン種の注入を排除することができるため、素子を構成する窒化物半導体層における十分な結晶回復が期待でき、上述した効果を有効に得ることができる。一方、図９の従来技術で説明したように、ｎ層、活性層及びｐ層まで積層した後にイオン注入すると、結晶性の破壊される程度が大きくなり、その結果、結晶性の回復が不十分となる。
【００３５】
工程（ｂ）において、活性層の上に、第１領域と第２領域とを有する保護層を形成する。活性層の上に第２窒化物半導体層の一部が形成されている場合には、その上に保護層を形成する。
ここでの保護層は、後述するイオン種を注入後に、窒化物半導体層上から完全に除去することができる材料であれば、特に限定されるものではなく、絶縁体層（例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、レジスト等）、導電体層、金属層（例えば、Ａｌ）、半導体層等の単層構造又は積層構造等、種々のもので形成することができる。例えば、レジストの単層、レジストと酸化シリコンとの積層構造であることが好ましい。これらを用いることにより、通常利用されるエッチング法を適用して、活性層等を損傷させることなく、完全かつ簡便に除去することができる。なお、保護層として、窒化物半導体層に対するｎ型不純物を含む材料層は、発光を意図する領域の上に形成しないことが好ましい。これにより、得られたレーザ素子における電圧の上昇を防止することができる。
【００３６】
保護層は、第１領域と、この第１領域よりも膜厚が厚い第２領域とを含んで形成する。このような保護膜を形成することにより、局所的に不純物を含有させる（イオン注入する又は不純物を導入する）こと、具体的には共振器端面における窒化物半導体層の積層方向である縦方向の不純物濃度を調整すること、好ましくは共振器端面における縦方向と横方向との不純物濃度を調整することにより、十分な結晶性の回復が期待できるために、他の諸特性を維持しながら、上述した効果を発揮させることができる。
【００３７】
ここで、第１領域とは、後述するイオン種の注入条件等によって異なるが、イオン注入によってイオン種が保護層を貫通し、その下層に配置する窒化物半導体層にイオン種を導入し得るような膜厚を有する領域を意味する。この第１領域は、その領域全体にわたって均一な領域でなくてもよく、段階的に又は傾斜的に膜厚が変動していてもよい。これにより、膜厚に応じてイオン種の窒化物半導体層への注入量を制御することができる。第１領域の膜厚が変動する場合、中央部において、最も膜厚が薄くなるように設定することが好ましい。保護膜の第１領域の中心部を、得られる半導体レーザ素子の光の出力領域、つまり、共振器の光出力端面に位置合わせすることにより、容易かつ適切に光の出力領域にイオン注入領域を配置することが可能となるからである。例えば、第１領域の膜厚は、後述するイオン種の注入条件等によるが、例えば、１００Å〜２μｍ程度の範囲内であることが適当である。第１領域の大きさ及び形状は特に限定されるものではないが、例えば、得ようとする半導体レーザ素子の共振器端面の少なくとも光出力側と、第１領域が配置した領域とがオーバーラップする大きさ及び形状であることが必要である。例えば、レーザ素子の共振器端面において、リッジ幅〜その２０倍の幅、具体的には１〜５０μｍ程度の長さ（例えば、図２（ａ）中、Ｘ）を有し、かつ、レーザ素子の共振器長さの０．１〜３％程度、具体的には、１〜２０μｍ程度の長さ（例えば、図２（ａ）中、Ｙ）を有する、平面形状が四角形（矩形（例えば、図２（ｂ）参照）、ひし形（例えば、図２（ａ）参照）、平行四辺形等）、多角形、円形、楕円形（例えば、図２（ｃ）参照）、十字形（例えば、図２（ｄ）参照）、星形等が挙げられる。なかでも、共振器端面側において素子の内側よりも幅広の形状で配置することが好ましい。これにより、共振器端面側においてのみ、広い範囲の面積でイオン注入領域を配置することができ、活性層での発光を十分に確保しながら、端面近傍における発熱等による劣化を効率的に防止することができる。なお、図２（ａ）〜（ｄ）においては、光の出力側の共振器端面３０を含む半導体レーザ素子の一単位における保護層の第１領域２１と、後述する第２領域２２とを表わしており、光出力領域の位置の指標となるリッジ１４をも表わしている。
【００３８】
第２領域とは、イオン注入によってイオン種が保護層を貫通せず、その下層に配置する窒化物半導体層にイオン種が注入されるのを防止し得るような膜厚を有する領域を意味する。この第２領域は、その領域全体にわたって均一な膜厚でなくてもよい。例えば、第２領域の膜厚は、後述するイオン種の注入条件等によるが、例えば、５００Å程度以上、好ましくは１μｍ程度以上が適当である。第２領域の大きさ及び形状は特に限定されるものではないが、得ようとする半導体レーザ素子において発光に寄与する領域（つまり、単位素子における共振器端面近傍以外の領域）の略全ての領域と、第２領域とがオーバーラップする大きさ及び形状であることが必要である。これにより、単位素子において活性層の発光を十分に確保することができる。
【００３９】
保護層は、特に限定されることなく、公知の方法のいずれを利用して形成してもよい。例えば、窒化物半導体層上の全面にレジスト層を一定の厚さで形成し、所定形状のマスクを用いて露光し、現像することにより、レジスト層の一部の領域においてのみ、膜厚方向に一部を残すことにより、この領域を第１領域として、第１領域及び第２領域を有する保護層を形成することができる。また、レジスト層の一部の領域において、膜厚方向に全部を除去して、窒化物半導体層の表面の一部を露出させ、このレジスト層を含む窒化物半導体層の表面全面に、第１領域を構成し得る膜厚で、例えば、酸化シリコン膜を形成することにより、この酸化シリコン膜が窒化物半導体層と接している領域を第１領域とし、レジスト層及び酸化シリコン膜が積層した領域を第２領域として、保護層を形成することができる。
【００４０】
工程（ｃ）において、保護層を介して窒化物半導体層にイオン種を注入する。ここでのイオン種は、特に限定されるものではなく、窒化物半導体層の組成、イオン注入方法等によって適宜選択することができる。例えば、酸素、ホウ素、アルミニウム、亜鉛、ベリリウム、炭素、マグネシウム、カルシウム及び窒素等からなる群から選択される少なくとも１つの原子が挙げられる。なかでも、酸素原子が好ましい。イオン種を注入した後の窒化物半導体層の結晶回復に有利だからである。イオン種の注入は、用いる保護層の膜厚、イオン種等によって適宜調整することができるが、例えば、注入エネルギーが１０〜３００ｋｅＶである。特に、酸素は２０〜１２０ｋｅＶ、ホウ素は１５〜１００ｋｅＶ、アルミニウムは４０〜２４０ｋｅＶとすることが好ましい。また、ドーズは１×１０１５〜１×１０２３／ｃｍ３程度、さらに１０１６〜１０２０／ｃｍ３程度で行うことが適当である。あるいは、イオン種が、共振器端面の光の出力領域にその飛程が設定されるように条件を調整してもよいし、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、光の出力領域を含み、光の出力領域付近で第１窒化物半導体層１１側に拡張した領域３１（例えば、逆三角形又は略逆三角形）、３２（下に凸の鍋蓋形状又は略鍋蓋形状）に、その飛程が設定されるように条件を調整してもよい。
【００４１】
本発明の製造方法では、前又は後述するように、第２窒化物半導体層の全てを積層する前に、光の出力領域に対応する領域に、その注入する不純物がピークとなるように注入するため、不純物濃度のプロファイルは、図８に示すように、活性層のピーク位置を基準に窒化物半導体層の積層方向において、非対称の分布を有する。言い換えると、第１窒化物半導体層側が第２窒化物半導体層側よりも高く設定されており、第１窒化物半導体層における、この不純物の総濃度が、第２窒化物半導体層におけるこの不純物の総濃度よりも高い。さらに、その不純物濃度は、共振器端面においては、ピーク位置を基準として第２窒化物半導体層側への減衰率が第１窒化物半導体層側への減衰率よりも高くなっている。つまり、不純物の導入によって、一部が第１窒化物半導体層にも導入されるとともに、その後工程において第１窒化物半導体層に不純物が拡散されるため、第１窒化物半導体層に相当量の不純物が導入される。一方、第２窒化物半導体層では、不純物導入時には未だ積層されていないため、不純物が導入されず、さらに、その後工程においても不純物の拡散が少ない。よって、不純物濃度のプロファイルにおいては、第２窒化物半導体層では、活性層に比較して、不純物濃度が急激に低下するが、第１窒化物半導体層では、活性層からゆるやかに不純物濃度が低下する。なお、ここでの不純物濃度は、ｐ型又はｎ型の導電性付与を意図してドーピングされているドーパント濃度ではなく、共振器端面での光の吸収を阻止することを意図して、導電性付与のためのドーピングとは異なる工程により導入されたものを意味する。  このようなイオン注入によって、保護層の第１領域では、イオン種が保護層を貫通して窒化物半導体層、好ましくは活性層に導入され、第２領域では、イオン種が保護層を貫通せずに保護層で確実にイオン種を捕捉することができる。従って、後述する窒化物半導体層の分割の際に、レーザ素子の共振器端面を第１領域内にくるように設定することにより、共振器端面となることを意図する部分における窒化物半導体層自体の劣化又は破壊を招くことなく、共振器端面近傍にのみイオンが注入された領域を適切に形成することが可能となる。その結果、窒化物半導体層の適当な位置、部分及び領域において、適当な結晶系の変化、バンドギャップの広がり、窒化物半導体層の組成の変化等を与えることができる。
【００４２】
なお、イオン注入の後、任意に工程（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）の前後に、窒化物半導体層、特に活性層の結晶回復のための熱処理（アニール）を行うことが好ましい。熱処理は、炉アニール、ＲＴＡ等、公知の方法のいずれを利用してもよい。例えば、ＭＯＣＶＤ装置により、アンモニア及び／又は窒素雰囲気下、７００〜１１００℃程度の温度範囲で、５〜２００分間程度行うことが適当である。あるいは、別の観点から、熱処理は、活性層におけるイオン種を注入した部分の光透過性（例えば、３７５〜４５０ｎｍ程度の光）が１００％以上、好ましくは１０１％以上、１０５％以上、さらに好ましくは１０７％以上となるように行うことが適当である。共振器端面における光出力領域の光透過性が１０１％以上であれば、端面における出力光の吸収を抑制し、窒化物半導体レーザ素子の信頼性を向上させることができる。さらに共振器端面における光出力領域の光透過性が１０５％以上であれば、端面における出力光の吸収を顕著に抑制することができる。ただし、この熱処理は、必ずしも個別に行うことは必要とせず、その後の窒化物半導体層、絶縁膜、保護膜、導電膜等の形成時等に発生する熱工程と兼用してもよい。なお、窒化物半導体層の結晶回復の後又は熱処理の後、イオン種は、注入された部分から窒化物半導体層中において、結晶を構成する原子間に又は結晶を構成する原子として、拡散／導入されることとなり、実際にイオン種が注入された部分に対して拡張する。
【００４３】
工程（ｄ）において、保護層を除去する。ここでの保護層の除去は、窒化物半導体層にダメージを与えずに、窒化物半導体層を完全に露出させることができる方法であれば、ウェットエッチング法、ドライエッチング法等、どのような方法であってもよい。
【００４４】
工程（ｅ）において、窒化物半導体層（好ましくは、活性層）上に、第２窒化物半導体層を積層する。なお、すでに、第２窒化物半導体層の一部が形成されている場合には、その上に、適当な層を形成することが好ましい。第１のｐ側半導体層としてはｐ型不純物を含有したＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．５）とする。第１のｐ側半導体層はｐ側電子閉じ込め層として機能する。第２のｐ側半導体層は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．３）、第３のｐ側半導体層は、ｐ型不純物を含有したＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．５）で形成することができる。第３のｐ側半導体層はＧａＮとＡｌＧａＮとからなる超格子構造であることが好ましく、クラッド層として機能する。第４のｐ側半導体層は、ｐ型不純物を含有したＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）で形成することができる。これらの半導体層にＩｎを混晶させてもよい。なお、第１のｐ側半導体層、第２のｐ側半導体層は省略可能である。各層の膜厚は、３０Å〜５μｍ程度が適当である。
【００４５】
この後、任意に、窒化物半導体層をエッチングして、第１窒化物半導体層（例えば、第１のｎ側半導体層）を露出させてもよい。露出は、例えば、ＲＩＥ法により、Ｃｌ２、ＣＣｌ４、ＢＣｌ３、ＳｉＣｌ４ガス等を用いて行うことができる。これによって、応力を緩和させることができる。また、この第１窒化物半導体層の露出の際に、ストライプ状の導波路領域に垂直な端面を露出するようにエッチングすることで、共振器面を同時に形成することもできる。ただし、共振器面の形成は、劈開によって、これとは別工程で行ってもよい。共振器端面を同時に形成する場合には、上述したイオン種を注入した部分、つまり、保護層の第１領域が配置していた領域の下方が、光出力側の共振器端面、さらに光の出力領域となるように、共振器端面の位置合わせをすることが必要である。これにより、共振器端面近傍にのみイオンが注入された部分を適切に配置することができ、共振器端面付近にのみ、適当な結晶系の変化、バンドギャップの広がり、窒化物半導体層の組成の変化等を与えることができる。
【００４６】
その後、反応容器内において、ウェハを窒素雰囲気中、７００℃以上の温度でアニールして、第２窒化物半導体層を低抵抗化することが好ましい。但し、この工程は他の熱処理工程と同一工程としてもよい。
【００４７】
次いで、通常、窒化物半導体層上にリッジを形成する。
リッジは、例えば、第１のマスクパターンを形成し、この第１のマスクパターンを用いてエッチングすることにより形成することができる。第１のマスクパターンは、例えば、ＳｉＯ２等の酸化膜、ＳｉＮ等の窒化物を用いて、フォトリソグラフィ及びエッチング工程等の公知の方法を利用して、所望の形状に形成することができる。第１のマスクパターンの膜厚は、リッジが形成された後に、リッジ上に残存する第１のマスクパターンが、後の工程でリフトオフ法により除去することができるような膜厚であることが適当である。例えば、０．１〜５.０μｍ程度が挙げられる。
【００４８】
続いて、第１のマスクパターン、リッジ形成後に露出している窒化物半導体層上に、第１の保護膜を形成する。第１の保護膜の形成方法は、当該分野で公知の方法によって形成することができる。第１の保護膜の膜厚としては、１００〜５０００Å程度の膜厚で形成されるものが好ましい。次に、第１のマスクパターン上に存在する第１の保護膜と、第１のマスクパターンとを除去する。これらの除去は、公知のドライ又はウェットエッチングにより行うことができる。
【００４９】
その後、リッジの表面にｐ電極を形成する。ｐ電極を形成した後には、オーミックアニールを行うことが好ましい。例えば、窒素及び／又は酸素含有雰囲気下で、３００℃以上、好ましくは５００℃以上のアニール条件が適当である。
【００５０】
第１の保護膜の上には、第２の保護膜を形成してもよい。第２の保護膜は、当該分野で公知の方法により形成することができる。任意に、ｐ電極の上にパッド電極を形成してもよい。パッド電極は、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｗ等の金属からなる積層膜とすることが好ましい。
【００５１】
また、窒化物半導体基板の第２主面に、部分的又は全面に、ｎ電極を形成する。例えば、基板側から、Ｖ（膜厚１００Å）、Ｐｔ（膜厚２０００Å）、Ａｕ（膜厚３０００Å）を形成する。ｎ電極は、例えば、スパッタ法、ＣＶＤ、蒸着等で形成することができる。ｎ電極の形成には、リフトオフ法を利用することが好ましく、ｎ電極を形成した後、５００℃以上でアニールを行うことが好ましい。さらに、ｎ電極上に、メタライズ電極を形成してもよい。メタライズ電極は、例えば、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等により形成することができる。
【００５２】
工程（ｆ）において、窒化物半導体層の共振器端面を形成するために、任意の方向（例えば、ストライプ状のリッジに垂直な方向）であって、イオン種が注入された部分を、光出力側の共振器端面とするように、窒化物半導体層をバー状に分割する。ここで、共振器端面は、Ｍ面（１−１００）又はＡ面（１１−２０）とすることが好ましい。窒化物半導体層を分割する方法としては、ブレードブレイク、ローラーブレイク又はプレスブレイク等が挙げられる。
【００５３】
また、共振器端面に、反射ミラーを形成してもよい。反射ミラーは、酸化膜、窒化膜、酸窒化膜、これらの組み合わせ等により形成することができる。具体的には、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｎｂ２Ｏ５、ＳｉＮ，ＡｌＮ、ＳｉＯＮ，ＡｌＯＮ等からなる誘電体多層膜である。また、注入するイオン種によってミラー材料を選択することも可能である。例えば、酸素イオンを注入した場合は、半導体層側に酸化膜からなるミラーを形成することで、半導体層とミラーとの密着性を良好にすることができる。また、窒素イオンを注入した場合は、半導体層側に窒化膜からなるミラーを形成することで密着性を良好にすることができる。また、ミラーの最外層に安定な膜（例えばＳｉＯ２）を用いることで、表面を安定に保つことができ、駆動時間の経過に伴う劣化を抑制することができる。反射ミラーは、共振面の光反射側及び／又は光出力面に形成することが好ましい。また、共振面の光反射側及び光出力面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、反射ミラーを再現性よく形成することができる。
【００５４】
バー状となった窒化物半導体基板は、リッジのストライプ方向に平行に分割して、チップ化することができる。  
なお、工程（ｅ）の後、最終的に得られる窒化物半導体レーザ素子においては、窒化物半導体層の結晶系はほぼ回復していると考えられるが、活性層におけるイオン種を注入した部分のバンドギャップが、活性層の他部分のバンドギャップと異なっていることが必要である。あるいは、別の観点から、活性層におけるイオン種を注入した部分の組成が、活性層の他部分の組成と異なっていることが必要である。さらに、上述したように、光透過性が１００％程度以上に回復していることが必要である。これにより、発熱による端面破壊を有効に防止することができる。
【００５５】
本発明においては、上述した製造方法におけるイオン注入に代えて、固相拡散等の拡散方法によって、共振器端面における、少なくとも光の出力領域に不純物を導入してもよい。この場合には、例えば、図６（ａ）に示したように、上述したのと同様の方法により、基板１０上に、第１窒化物半導体層としてｎ側半導体層１１、活性層１２を形成した後、所定の位置、例えば、上述した保護膜の第１領域に対応する位置に、導入しようとする不純物を含有する膜（例えば、不純物が酸素原子の場合には、ＳｉＯ２膜２６のような酸化膜）を形成し、上述したような条件で熱処理することにより、図６（ｂ）に示したように、拡散により不純物導入領域３４を形成し、その後、図６（ｃ）に示したように、第２窒化物半導体層としてｐ側半導体層１３を積層する方法が挙げられる。
【００５６】
また、共振器端面において、上述した光の出力領域に形成された不純物を含有した領域（以下、「第１の不純物領域」と記すことがある）とは独立して、共振器端面側であって第２窒化物半導体層の表面領域に、第２の不純物を含有した領域が配置されていてもよい。この第２の不純物領域は、第２窒化物半導体層の表面から、１００Å〜５０００Å、好ましくは１００Å〜１０００Å程度の深さで配置していることが好ましい。また、その奥行きは、上述した不純物を含有した領域（第１の不純物領域）と同様とすることができる。ここで、独立して形成されているとは、共振器端面において、この不純物の濃度分布が、両者の間で、上述した意図する機能を果たさない程度に減少することを意味し、例えば、両者の間で略ゼロに近い値を示すことを意味する。ただし、必ずしも、両者が同一の不純物種、濃度、幅、奥行きでなくてもよい。これにより、ｐ電極の端面における窒化物半導体層とのショートを有効に防止することができるとともに、窒化物半導体層表面からの共振器端面への電流の流れを確実に防止することができる。
【００５７】
第２の不純物領域は、第２窒化物半導体層を高抵抗化するものであればよい。これに対して、第１の不純物領域は、光の出力領域における光吸収を抑制することを目的としており、それぞれの効果を奏するものであれば、第２の不純物と第１の不純物との濃度は同一のもの、第２の不純物濃度が第1の不純物濃度よりも高いもの、第１の不純物濃度が第２の不純物濃度よりも高いもののいずれであってもよい。また、第２の不純物は、第１の不純物と同一であっても、互いに異なる不純物であってもよい。また、第２の不純物濃度は、１×１０１７〜１０２３／ｃｍ３程度が適当である。
【００５８】
共振器端面における窒化物半導体層の積層方向に不純物のピーク位置を２以上有するようにした場合、これらのピーク位置を活性層と第２窒化物半導体層に配置することで、電極端部に過度の電流が集中するために発生する電極と窒化物半導体層との界面でのショートを抑制することができる。
【００５９】
本発明の別の態様として、光出力側の共振器端面を被覆するように形成された誘電体膜を構成する少なくとも１つの元素と、前記窒化物半導体層を構成する少なくとも１つの元素とが同一であり、かつ、第１窒化物半導体層及び第２窒化物半導体層の光出力側の共振器端面に、窒化物半導体層の格子定数を大きくする不純物を含有する不純物含有領域が形成されていてもよい。なお、不純物含有領域は、第１窒化物半導体層にのみ又は第２窒化物半導体層にのみ形成されていてもよい。これにより、共振器端面と誘電体膜との応力を緩和させ、共振器端面と誘電体膜との密着性を安定させて、高出力状態での連続駆動においても高信頼性を示す窒化物半導体レーザ素子を提供することができる。
【００６０】
この態様の窒化物半導体レーザ素子においては、前記窒化物半導体層と誘電体膜とは窒素を含有していることが好ましく、さらに、アルミニウム、インジウム、ガリウムよりなる群から選択される少なくとも１つを含むことが好ましい。なお、誘電体膜は、アルミニウムの窒化物、酸化物又は酸窒化物からなることが好ましい。
【００６１】
また、不純物の濃度のピークは、第１窒化物半導体層及び／又は第２窒化物半導体層に位置する、第１窒化物半導体層及び／又は第２窒化物半導体層は、複数の層により構成されており、不純物含有領域は、複数の層にわたって形成される、不純物含有領域は、インジウム、砒素、リン、アンチモン、亜鉛、タリウム，ビスマスよりなる群から選択される少なくとも１つを含むことが好ましい。
以下に、本発明の窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００６２】
実施例１
この実施例の窒化物半導体素子は、図１（ａ）に示したように、基板１０上に、窒化物半導体層として、ｎ側半導体層１１、活性層１２、ｐ側半導体層１３がこの順に形成されて構成されている。ｐ側半導体層１３の表面には、共振器方向に延びるストライプ状のリッジ１４が形成されている。リッジ１４上面にはｐ電極１７が、基板１０の下面にはｎ電極２０が、それぞれ形成されている。
この窒化物半導体レーザ素子では、互いに対向する共振器端面が、リッジ１４の長手方向において、光出力側とモニター側との２面で構成されており、光出力側の共振器端面であって、少なくとも光の出力領域、つまり、活性層１２を中心にして、リッジ１４の直下部分に、不純物導入領域３９として、イオンが注入された領域が形成されている。
【００６３】
このような窒化物半導体レーザ素子は、以下のように製造することができる。
まず、図４（ａ）に示すように、ＧａＮ基板１０上に、ｎ側半導体層１１として、第１のｎ側半導体層（Ｓｉ：８×１０1７／ｃｍ3〜３×１０1８／ｃｍ3ドープ、Ａｌ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ、膜厚３．５μｍ）、第２のｎ側半導体層（Ｓｉ：２×１０1８／ｃｍ3〜１×１０1９／ｃｍ3ドープ、Ｉｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ、膜厚：０．１５μｍ）、第３のｎ側半導体層（アンドープＡｌ０．０３８Ｇａ０．９６２Ｎ（２５Å）とＳｉ：８×１０1７／ｃｍ3〜３×１０1８／ｃｍ3ドープＧａＮ（２５Å）との総膜厚１．２μｍの超格子層）、第４のｎ側半導体層（アンドープＧａＮ、膜厚：０．１７μｍ）を形成し、続いて、ＳｉドープＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎからなる障壁層（１４０Å）と、アンドープＩｎ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなる井戸層（７０Å）とが２回交互に積層され、その上に障壁層が形成された、総膜厚５６０Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層１２を形成する。さらに、活性層１２の上に、ｐ側半導体層１３の一部として、第１のｐ側半導体層１３ａ（Ｍｇ：１×１０１９／ｃｍ3〜１×１０20／ｃｍ3ドープ、Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎ、１００Å）を形成する。
【００６４】
図４（ｂ）に示すように、第１のｐ側半導体層１３ａの上全面に、レジスト層２５（膜厚：２μｍ）を形成し、フォトリソグラフィ及びエッチング工程によって、所定の領域のレジスト層２５を矩形状に除去する。その後、得られたレジスト層２５上全面に、ＳｉＯ２膜２６（膜厚：０．１μｍ）を形成することにより、第１領域２１と第２領域２２とを有する保護層を形成する。
【００６５】
続いて、図４（ｃ）及び（ｃ’）に示すように、形成した保護層をマスクとして用いて、窒化物半導体層に、加速エネルギー４５ｋｅＶ、ドーズ１×１０１６／ｃｍ２で、酸素イオンを注入する。この際、酸素イオンは、保護層における第２領域２２では保護層を貫通せず、保護層内に捕捉され、一方、第１領域２１においては、酸素イオンは保護層を貫通し、窒化物半導体内に注入され、図４（ｄ）及び（ｄ’）に示すようにイオン注入領域１９が形成される。
【００６６】
その後、図４（ｄ）及び（ｄ’）に示すように、ＢＨＦでＳｉＯ２膜２６を除去し、また剥離液でレジスト層２５を除去することによって保護層を完全に除去する。
次いで、反応容器内において、ウェハを窒素雰囲気中、７００℃以上の温度でアニールする。この熱処理は、同時に、イオン注入領域１９の結晶を回復させ、イオンが注入された部分の透明性を向上させる。但し、この工程は残りのｐ側半導体層の形成工程と同時に行ってもよく、又は第４のｐ側半導体層を形成した後に行ってもよい。
【００６７】
続いて、図４（ｅ）及び（ｅ’）に示すように、第１のｐ側半導体層上に、第２のｐ側半導体層（アンドープＧａＮ、０．１５μｍ）と、第３のｐ側半導体層（アンドープＡｌ０．１０Ｇａ０．９０Ｎ（２５Å）とＭｇ：１．２５×１０１９／cm３ドープＧａＮ（２５Å）との総膜厚０．４５μｍの超格子層）と、第４のｐ側半導体層（Ｍｇ：１×１０２０／cm３ドープ、ＧａＮ、１５０Å）とを形成する。
【００６８】
ｐ側半導体層１３上に、ＳｉＯ２からなる第１のマスクパターンを形成して、これを用いてエッチングすることによりリッジを形成する。
続いて、第１のマスクパターン、リッジ形成後に露出している窒化物半導体層上に、第１の保護膜を形成する。第１の保護膜の形成方法は、当該分野で公知の方法によって形成する。
次に、第１のマスクパターン上に存在する第１の保護膜と、第１のマスクパターンとを除去し、リッジ１４の表面にｐ電極、窒化物半導体基板の第２主面に、ｎ電極を形成する。
【００６９】
その後、リッジ１４に垂直な方向であって、イオン注入領域１９とオーバーラップする位置、つまり、図４（ｅ）の点線で示す位置で、ブレードブレイクを利用して、窒化物半導体層を分割する。
このような製造方法によって形成された窒化物半導体レーザ素子では、イオン注入領域１９が、活性層１２におけるイオン注入領域１９以外の他の領域と組成が異なり、他の領域よりも、バンドギャップが広い。
【００７０】
従って、共振器端面における発熱を有効に防止することができ、端面破壊を防止して、ＣＯＤレベルの向上及び長寿命化を図ることができる。
なお、上述した製造方法に準じて、半導体層を積層し、イオン注入する前の半導体層における光の透過率を測定した。また、イオン注入し、熱処理を行った後の光の透過率を測定した。その結果を図７に示す。図７中、イオン注入する前の透過率を破線、イオン注入及び熱処理後の透過率を実線で示す。
【００７１】
図７によれば、イオン種の注入前より高いレベルに結晶系、つまり透明性及び／又は光透過性が回復したことが確認された。光透過性は１０３％以上となっている。このように窒化物半導体層を形成した後、イオン注入し、その後に熱処理、残りの窒化物半導体層を形成すれば、窒化物半導体層の結晶破壊を抑制し、結晶回復が促進する。
【００７２】
実施例２
この実施例は、保護層における第１領域と第２領域との形状及び厚みを、実施例１とは異ならせる以外、実質的に同様の方法で窒化物半導体レーザ素子を製造する。
図５（ａ）に示すように、保護層の第１領域２１を、共振器端面方向から見て、２段階に変化させる。第２領域２２の膜厚は、レジスト層（２μｍ）とＳｉＯ２膜（０．１μｍ）との合計、第１領域２１の膜厚は、それぞれ、０．３μｍ、０．１μｍ（ＳｉＯ２膜の膜厚に相当）とする。この形状の保護層は、レジスト層の露光を２段階で行い、露光量に大小をつけて、レジスト層を現像することにより行う。
【００７３】
このような保護層を用いることにより、図５（ｂ）に示すように、イオン注入領域３２をｎ側半導体層１１側に拡張させることができ、これにより、光の出力領域から出力されるビームを、ｎ側半導体層１１側に寄せることができる。
その後、実施例１と同様にして、図５（ｃ）に示すように、ｐ側半導体層１３を形成し、半導体レーザ素子を完成させる。
この半導体レーザ素子においても、実施例１と同様に、ＣＯＤレベルの向上及び長寿命化を図ることができる。
また、イオンを注入した領域の形状を変化させることにより、光の出力領域から出力されるビームの形状、光密度等を制御することができる。
【００７４】
実施例３
この実施例は、保護層における第１領域と第２領域との形状及び厚みを、実施例１とは異ならせる以外、実質的に同様の方法で窒化物半導体レーザ素子を製造する。
つまり、保護層の第１領域を、共振器端面方向から見て、傾斜的に変化させる。つまり、第２領域の膜厚は、レジスト層（２μｍ）とＳｉＯ２膜（０．１μｍ）との合計、第１領域の最も薄い領域の膜厚は、０．１μｍ（ＳｉＯ２膜の膜厚に相当）とし、第１領域から、第１領域の最も薄い領域まで、連続的に膜厚を変化させたものとする。
【００７５】
このような保護層を用いて、イオンを注入することにより、図３（ａ）に示したように、イオン注入領域３１を形成することができる。
この半導体レーザ素子においても、実施例１と同様に、ＣＯＤレベルの向上及び長寿命化を図ることができる。
また、イオンを注入した領域の形状を変化させることにより、光の出力領域から出力されるビームの形状、光密度等を制御することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明の窒化物半導体レーザ素子は、光ディスク用途、光通信システム、印刷機、露光用途、測定等に利用することができる。また、特定波長に感度を有する物質に窒化物半導体レーザから得た光を照射することで、その物質の有無または位置を検出することができるバイオ関連の励起用光源等に利用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の窒化物半導体レーザ素子の構造を説明するための要部の概略断面図である。
【図２】本発明の窒化物半導体レーザ素子のイオンを注入した領域の位置を説明するための概略平面図である。
【図３】本発明の窒化物半導体レーザ素子の共振器端面におけるイオンを注入した領域の位置を説明するための概略断面図である。
【図４】本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための概略断面工程図である。
【図５】本発明の窒化物半導体レーザ素子の別の製造方法を説明するための概略断面工程図である。
【図６】本発明の窒化物半導体レーザ素子のさらに別の製造方法を説明するための概略断面工程図である。
【図７】本発明の窒化物半導体レーザ素子における半導体層の光の透過率を説明するためのグラフである。
【図８】本発明の窒化物半導体レーザ素子における半導体層の不純物のプラファイルを示すグラフである。
【図９】従来の窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための概略断面工程図である。
【符号の説明】
【００７８】
１０  基板
１１  ｎ側半導体層
１２  活性層
１３、１３ａ  ｐ側半導体層
１４  リッジ
１５  第１の保護膜
１６  ｐ電極
１７  ｐパッド電極
１８  第２の保護膜
１９、３１、３２  イオン注入領域
２０  ｎ電極
２１  第１領域
２２  第２領域
２５  レジスト層
２６  ＳｉＯ２膜
２７  酸素イオン（イオン種）
３０  共振器端面
３４、３９  不純物導入領域  
【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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