(57)【要約】  【課題】  ＣＯＤ（光学損傷）レベルの高い窒化物半導体レーザ素子を提供する。  【解決手段】  窒化物半導体レーザ素子１０の端面に、レーザ光の光を吸収することによる発熱を防ぎ、ＣＯＤレベルを向上させるための窓層２７を形成する。このとき窒化物半導体レーザ素子１０の窓層２７との界面のＰ（リン）濃度は１×１０16原子数・ｃｍ-3以下であるものとする。【選択図】      図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体基板と、この窒化物半導体基板上に活性層を含む窒化物半導体薄膜を成長した窒化物半導体成長層と、前記窒化物半導体基板および前記窒化物半導体成長層の端面に形成された窓層とを備える窒化物半導体レーザ素子において、
前記窒化物半導体成長層の、前記窓層との界面のＰ濃度が１×１０16原子数・ｃｍ-3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】
前記端面が劈開により形成されていることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記窓層の発光波長が前記発光層の発光波長よりも５ｎｍ以上短いことを特徴とする請求項１または２に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記窓層の発光波長が前記発光層の発光波長よりも１０ｎｍ以上短いことを特徴とする請求項１または２に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記窓層は窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族半導体からなることを特徴とする請求項３または４に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記窓層の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体がＩｎＧａＮであることを特徴とする請求項５に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記窓層の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体がノンドープであることを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記窓層を構成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体中のＡｒ濃度が１×１０21原子数・ｃｍ-3未満であることを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項９】
前記窓層を構成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体中のＨｅ濃度が１×１０21原子数・ｃｍ-3未満であることを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１０】
前記窓層の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体にＭｇ，Ｚｎ，Ｂｅのいずれかが含まれていることを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１１】
前記窓層の水素濃度が半導体層の２倍以上であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１２】
前記窓層上に誘電体膜が形成されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１３】
前記誘電体膜がＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、アルミナ、ＴｉＯx、ＳｉＯx、ＳｉＮ、ＴａＯx、ＮｂＯx、ＨｆＯxのいずれかであることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１４】
前記誘電体膜が多層膜であることを特徴とする請求項１２または１３に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１５】
前記誘電体膜の４０５ｎｍの光が感じる反射率が３％以上１５％以下であることを特徴とする請求項１２または１３に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１６】
前記窓層の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が結晶構造を有していることを特徴とする請求項１〜１５のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１７】
前記窓層の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が単結晶であることを特徴とする請求項１６に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１８】
前記窒化物半導体基板がＧａＮまたはＡｌＧａＮであることを特徴とする請求項１〜１６のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１９】
窒化物半導体基板上に活性層を含む窒化物半導体薄膜を成長した窒化物半導体成長層を成長させる工程と、前記窒化物半導体成長層を備える前記窒化物半導体基板に端面を形成する工程と、前記端面を真空雰囲気にさらす工程と、前記真空雰囲気にさらした端面に窓層を形成する工程とを有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２０】
前記窒化物半導体成長層を備える前記窒化物半導体基板に端面を形成する工程において、劈開によって前記端面を形成することを特徴とする請求項１９に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項２１】
前記端面を真空雰囲気にさらす工程において真空度が１０Ｐａ未満であることを特徴とする請求項１９または２０に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項２２】
前記端面を真空雰囲気にさらす工程において前記窒化物半導体基板を昇温することを特徴とすることを特徴とする請求項１９〜２１のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項２３】
前記端面を真空雰囲気にさらす工程での前記窒化物半導体基板の昇温温度が１００℃以上７５０℃以下であることを特徴とする請求項２２に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項２４】
前記端面を真空雰囲気にさらす工程後、端面を窒素にさらす工程を有することを特徴とする請求項１９〜２３のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項２５】
前記端面を窒素にさらす工程において窒素源の混合ガス中の窒素濃度が１％以上であることを特徴とする請求項２４に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項２６】
前記端面を真空雰囲気にさらす工程後、前記端面を水素にさらす工程を有することを特徴とする請求項２１〜２５のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項２７】
前記端面を真空雰囲気にさらす工程後、前記端面を窒素と水素に同時にさらす工程を有することを特徴とする請求項２１〜２３のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項２８】
前記窓層を形成する工程において、前記窒化物半導体基板の温度が１００℃以上７５０℃以下であることを特徴とする請求項２１〜２７のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項２９】
前記窓層を形成する工程が分子線エピタキシー法であることを特徴とする請求項２８に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項３０】
前記窓層を分子線エピタキシー法で形成する工程において原料として窒素を用いることを特徴とする請求項２９に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項３１】
前記窓層を分子線エピタキシー法で形成する工程において使用する窒素の純度が９９．９９％よりも高いことを特徴とする請求項３０に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項３２】
前記窓層を分子線エピタキシー法で形成する工程においてガスセルとして高周波プラズマセル又は電子サイクロトロン共鳴プラズマセルを用い、窒素を窒素ラジカルにしていることを特徴とする請求項３０または３１に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項３３】
前記窓層を形成する工程において、窓層を形成したあと、前記窒化物半導体基板を水素にさらすことを特徴とする請求項１９〜３２のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、端面に窓層が形成された窒化物半導体レーザ素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体レーザ素子は、高密度光記録媒体を対象とした情報の読み出しや書き込みを行うための短波長光源技術として注目されている。さらに、短波長光源からの発光の可視領域への波長変換が可能なことから、照明やバックライトなどの可視光の光源としても期待されている。したがって、用途を拡大すべく、安定した動作が可能であり、出力の高い半導体レーザ素子の開発が盛んに行われている。
【０００３】
また、半導体レーザ素子において出力を高くした場合、レーザ光を出射する光出射端面での光密度が高くなることによって、半導体結晶が溶融したり欠陥が増殖したりするＣＯＤ（Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｄａｍａｇｅ；光学損傷）が起こり問題となっている。このＣＯＤは、半導体レーザ装置の光出射端面が吸着した酸素原子等の深い準位にレーザ光が吸収されて発熱を起こすために発生する。したがって、半導体レーザ装置の光出射端面に酸素等の深い準位がなく、しかもレーザ光のエネルギーよりもバンドギャップエネルギーが大きい半導体層を光出射端面上に形成すれば、その半導体層はレーザ光に対して透明になり、光出射端面での光吸収による発熱は起こらなくなるのでＣＯＤを抑制し、ＣＯＤが起こる出力であるＣＯＤレベルを上げることができる。
【０００４】
このように光出射端面にレーザ光のエネルギーよりもバンドギャップエネルギーが大きい半導体層が設けられた半導体レーザ素子は端面窓型半導体レーザ素子と呼ばれており、半導体高出力レーザでは必要な構造でＩＩＩ−Ｖ族系化合物化合物半導体レーザ素子では、例えば特許文献１、２などが提案されている。
【０００５】
さらに、窒化物半導体レーザ素子においても、特許文献３において光出射端面にＡｌＧａＩｎＮを側面成長させる方法が提案されている。また、特許文献４においてはリンを用いて端面処理を行った後、窒化物半導体を光出射端面に成長する方法が提案されている。
【特許文献１】特公昭５５−２７４７４号公報（第１頁−第２頁、第１図）
【特許文献２】特開昭５２―７４２９２号公報（第２頁、第１図）
【特許文献３】特開平７−２４９８３０号公報（第２頁、図１）
【特許文献４】特開２０００−８２８６３号公報（第５頁−第７頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献３で提案された、出射側端面にＡｌＧａＩｎＮを側面成長させる方法は、出射側端面を形成する成長が側面成長であるため、平行性および平面度を高くして、反射損失を少なくするのが難しいという問題を有している。
【０００７】
また、特許文献４で提案された、リンを用いて端面処理を行った後、窒化物半導体を端面に成長する方法では、発明者らの実験によると、後述するようにＣＯＤレベルを上げることができなかった。
【０００８】
本発明は、上記の問題点に鑑み、反射損失が少なく、かつＣＯＤレベルの高い、窓構造を有する窒化物半導体レーザ素子およ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】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明は、窒化物半導体基板と、この窒化物半導体基板上に活性層を含む窒化物半導体薄膜を成長した窒化物半導体成長層と、前記窒化物半導体基板および前記窒化物半導体成長層の端面に形成された窓層とを備える窒化物半導体レーザ素子において、前記窒化物半導体成長層の、前記窓層との界面のＰ濃度が１×１０16原子数・ｃｍ-3以下であることを特徴とする。
【００１０】
また本発明は、上記構成の窒化物半導体レーザ素子において、前記端面が劈開により形成されていることを特徴とする。
【００１１】
また本発明は、上記構成の窒化物半導体レーザ素子において、前記窓層の発光波長が前記発光層の発光波長よりも５ｎｍ以上短いことを特徴とする。
【００１２】
また本発明は、上記構成の窒化物半導体レーザ素子において、前記窓層の発光波長が前記発光層の発光波長よりも１０ｎｍ以上短いことを特徴とする。
【００１３】
また本発明は、上記構成の窒化物半導体レーザ素子において、前記窓層は窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族半導体からなることを特徴とする。
【００１４】
また本発明は、上記構成の窒化物半導体レーザ素子において、前記窓層の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体がＩｎＧａＮであることを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、上記構成の窒化物半導体レーザ素子において、前記窓層の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体がノンドープであることを特徴とする。
【００１６】
また本発明は、上記構成の窒化物半導体レーザ素子において、前記窓層を構成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体中のＡｒ濃度が１×１０21原子数・ｃｍ-3未満であることを特徴とする。
【００１７】
また本発明は、上記構成の窒化物半導体レーザ素子において、前記窓層を構成する窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体中のＨｅ濃度が１×１０21原子数・ｃｍ-3未満であることを特徴とする。
【００１８】
また本発明は、上記構成の窒化物半導体レーザ素子において、前記窓層の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体にＭｇ，Ｚｎ，Ｂｅのいずれかが含まれていることを特徴とする。
【００１９】
また本発明は、上記構成の窒化物半導体レーザ素子において、前記窓層の水素濃度が半導体層の２倍以上であることを特徴とする。
【００２０】
また本発明は、上記構成の窒化物半導体レーザ素子において、前記窓層上に誘電体膜が形成されていることを特徴とする。
【００２１】
また本発明は、上記構成の窒化物半導体レーザ素子において、前記誘電体膜がＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、アルミナ、ＴｉＯx、ＳｉＯx、ＳｉＮ、ＴａＯx、ＮｂＯx、ＨｆＯxのいずれかであることを特徴とする。
【００２２】
また本発明は、上記構成の窒化物半導体レーザ素子において、前記誘電体膜が多層膜であることを特徴とする。
【００２３】
また本発明は、上記構成の窒化物半導体レーザ素子において、前記誘電体膜の４０５ｎｍの光が感じる反射率が３％以上１５％以下であることを特徴とする。
【００２４】
また本発明は、上記構成の窒化物半導体レーザ素子において、前記窓層の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が結晶構造を有していることを特徴とする。
【００２５】
また本発明は、上記構成の窒化物半導体レーザ素子において、前記窓層の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体が単結晶であることを特徴とする。
【００２６】
また本発明は、上記構成の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がＧａＮまたはＡｌＧａＮであることを特徴とする。
【００２７】
また上記目的を達成するために本発明は、窒化物半導体基板上に活性層を含む窒化物半導体薄膜を成長した窒化物半導体成長層を成長させる工程と、前記窒化物半導体成長層を備える前記窒化物半導体基板に端面を形成する工程と、前記端面を真空雰囲気にさらす工程と、前記真空雰囲気にさらした端面に窓層を形成する工程とを有することを特徴とする。
【００２８】
また本発明は、上記構成の窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、前記窒化物半導体成長層を備える前記窒化物半導体基板に端面を形成する工程において、劈開によって前記端面を形成することを特徴とする。
【００２９】
また本発明は、上記構成の窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、前記端面を真空雰囲気にさらす工程において真空度が１０Ｐａ未満であることを特徴とする。
【００３０】
また本発明は、上記構成の窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、前記端面を真空雰囲気にさらす工程において前記窒化物半導体基板を昇温することを特徴とすることを特徴とする。
【００３１】
また本発明は、上記構成の窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、前記端面を真空雰囲気にさらす工程での前記窒化物半導体基板の昇温温度が１００℃以上７５０℃以下であることを特徴とする。
【００３２】
また本発明は、上記構成の窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、前記端面を真空雰囲気にさらす工程後、端面を窒素にさらす工程を有することを特徴とする。
【００３３】
また本発明は、上記構成の窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、前記端面を窒素にさらす工程において窒素源の混合ガス中の窒素濃度が１％以上であることを特徴とする。
【００３４】
また本発明は、上記構成の窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、前記端面を真空雰囲気にさらす工程後、前記端面を水素にさらす工程を有することを特徴とする。
【００３５】
また本発明は、上記構成の窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、前記端面を真空雰囲気にさらす工程後、前記端面を窒素と水素に同時にさらす工程を有することを特徴とする。
【００３６】
また本発明は、上記構成の窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、前記窓層を形成する工程において、前記窒化物半導体基板の温度が１００℃以上７５０℃以下であることを特徴とする。
【００３７】
また本発明は、上記構成の窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、前記窓層を形成する工程が分子線エピタキシー法であることを特徴とする。
【００３８】
また本発明は、上記構成の窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、前記窓層を分子線エピタキシー法で形成する工程において原料として窒素を用いることを特徴とする。
【００３９】
また本発明は、上記構成の窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、前記窓層を分子線エピタキシー法で形成する工程において使用する窒素の純度が９９．９９％よりも高いことを特徴とする。
【００４０】
また本発明は、上記構成の窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、前記窓層を分子線エピタキシー法で形成する工程においてガスセルとして高周波プラズマセル又は電子サイクロトロン共鳴プラズマセルを用い、窒素を窒素ラジカルにしていることを特徴とする。
【００４１】
また本発明は、上記構成の窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、前記窓層を形成する工程において、窓層を形成したあと、前記窒化物半導体基板を水素にさらすことを特徴とする。
【発明の効果】
【００４２】
本発明によると、窒化物半導体レーザ素子の光出射端面に窓層が設けられており、かつ窒化物半導体成長層の、前記窓層との界面のＰ濃度が１×１０16原子数・ｃｍ-3以下であるため、ＣＯＤレベルの高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【００４３】
また、本発明によると、窒化物半導体レーザ素子の端面が劈開によって設けられているため、端面の平行性および平面度が高く、反射損失を少ない窒化物半導体レーザ素子を容易に得ることができる。
【００４４】
また、本発明によると、活性層の発光波長を窓層の発光波長よりも５ｎｍ以上長いものとすることにより、または、窓層を窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるものとすることにより、ＣＯＤレベルの高い窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【００４５】
また、本発明によると、窓層を形成した後、水素にさらして窓層の水素量を増加させることにより、窒化物半導体レーザ素子のスロープ効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
まず、本明細書において用語の意味を予め明らかにしておく。「窒化物半導体基板」は、ＡｌxＧａyＩｎzＮ（０≦ｘ≦１；０≦ｙ≦１；０≦ｚ≦１；ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）から成る基板を意味する。ただし、窒化物半導体基板の窒素元素のうちで、その約１０％以下がＡｓ、Ｐ、またはＳｂの元素で置換されても構わない（但し、基板の六方晶系が維持されている。）。又、窒化物半導体基板中に、Ｓｉ、Ｏ、Ｃｌ、Ｓ、Ｃ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｇ、ＢまたはＢｅがドーピングされても構わない。更に、ｎ型窒化物半導体としては、これらのドーピング材料のうちでも、Ｓｉ、Ｏ、およびＣｌが特に好ましい。窒化物半導体基板の主面方位としては、Ｃ面｛０００１｝、Ａ面｛１１−２０｝、Ｒ面｛１−１０２｝、Ｍ面｛１−１００｝、または｛１−１０１｝面が好ましく用いられ得る。また、これらの結晶面方位から２°以内のオフ角度を有する基板主面であれば、その表面モホロジーが良好であり得る。
【００４７】
又、窒化物半導体基板上に窒化物半導体成長層として積層される窒化物半導体薄膜は、ＩＩＩ族元素としてＧａ、Ａｌ、ＩｎおよびＢのうち少なくとも１種類を含んでいても構わない。又、Ｖ族元素としてＮまたはＮとＡｓおよびＳｂのうち少なくとも１種類とを含
んでいても構わない。
【００４８】
「窓層」とは、劈開面に形成された半導体層のことを言い、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＺｎＯ、ＺｎＳ、ＺｎＳＳｅ等により構成される。又、「ＭＢＥ装置」とは、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎといった固体材料と、Ｎ2に代表される気体材料を個別に制御して試料に供給でき、試料温度を２００℃以上に加熱出来、成膜室の真空度を成膜中およびクリーニング処理中にも真空度を１０-3Ｐａ以下に制御することのできる装置を言う。
【００４９】
《第１の実施形態》
本発明の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、第１の実施形態にかかる窒化物半導体成長層が形成された窒化物半導体ウェハーの斜視図である。
【００５０】
図１に示すように、窒化物半導体ウェハー２０は、ｎ型ＧａＮを材料とする窒化物半導体基板２１の表面に、窒化物半導体成長層３０が形成されている。窒化物半導体成長層３０は、厚さ０．５μｍのｎ型ＧａＮ層３１と、厚さ２μｍのｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層３２と、厚さ０．１μｍのｎ型ＧａＮガイド層３３と、活性層３４（詳細は後述する）と、厚さ２０ｎｍのｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎキャリアブロック層３５と、厚さ０．５μｍのｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層３６と、厚さ０．１μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層３７とが順に積層されて構成される。なお、本発明においては、窒化物半導体基板２１の材料としては、ｎ型ＧａＮを用いたが、これに限定されるものではなく、ｐ型のＧａＮ、半絶縁性のＧａＮ、Ａｌ1-xＧａxＮ（０≦ｘ≦１）、または上述のＡｌxＧａyＩｎzＮ（０≦ｘ≦１；０≦ｙ≦１；０≦ｚ≦１；ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）などを用いても構わない。
【００５１】
活性層３４は、厚さ２０ｎｍの下部ＧａＮ障壁層と厚さ５０ｎｍの上部ＧａＮ障壁層の間にアンドープのＩｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ井戸層（厚さ：４ｎｍ）とアンドープのＧａＮ障壁層（厚さ：８ｎｍ）とが、井戸層、障壁層、井戸層、障壁層、井戸層の順で形成されたＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ；多重量子井戸）構造（井戸数３）で構成されている。井戸層および障壁層は、ＩｎxＧａ1-xＮ（０≦ｘ＜１）、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ＜１）、ＩｎＧａＡｌＮ、ＧａＮ1-xＡｓx（０＜ｘ＜１）、ＧａＮ1-xＰx（０＜ｘ＜１）、またはこれらの化合物などの窒化物半導体で形成できるが、障壁層は井戸層よりもバンドギャップエネルギーが大きくなるような組成とする。素子の発振閾値を引き下げる目的から、活性層３４を井戸数が２〜４のＭＱＷ構造とすることが好ましいが、ＳＱＷ（Ｓｉｎｇｌｅ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ；単一量子井戸）構造とすることを排除するものではない。この場合、本明細書でいうところの井戸層に挟まれる障壁層は存在しない。
【００５２】
次に、窒化物半導体成長層３０の製造方法を説明する。以下の説明ではＭＯＣＶＤ法（Ｍｅｔａｌ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；有機金属化学気相蒸着法）を用いた場合を示しているが、エピタキシャル成長できる成長法であれば、ＭＯＣＶＤ法に限定されるものではなく、ＭＢＥ法（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ；分子線エピタキシ法）、ＨＶＰＥ法（Ｈｙｄｒｉｄｅ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ；ハイドライドＶＰＥ法）等、他の気相成長法を用いても構わない。
【００５３】
窒化物半導体基板２１をＭＯＣＶＤ装置の成長炉内の所定のサセプタ上に設置し、キャリアガスとして、Ｈ2を５ｌ／ｍｉｎ流しながら、サセプタ温度を１０５０℃まで昇温する。昇温が終われば、原料としてアンモニア（ＮＨ3）３ｌ／ｍｉｎ、トリメチルガリウム（（ＣＨ3）3Ｇａ：ＴＭＧ）を１００μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＳｉＨ4を１０ｎｍｏｌ／ｍｉｎとして成長炉内に供給し、ｎ型ＧａＮ層３１を１μｍ成長させる。その後、ＴＭＧを５０μｍｏｌ／ｍｉｎに減少し、Ａｌの原料としてトリメチルアルミニウム（（ＣＨ3）3Ａｌ：ＴＭＡ）を４０μｍｏｌ／ｍｉｎとして成長炉内に供給して、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層３２を０．７μｍ成長させる。ｎ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層３２の成長が終了すると、ＴＭＡの供給を停止し、ＴＭＧを１００μｍｏｌ／ｍｉｎに増加し、ｎ型ＧａＮガイド層３３を０．０５μｍ成長させる。
【００５４】
その後、ＴＭＧ、ＳｉＨ4の供給を停止して、キャリアガスをＨ2からＮ2に代え、サセプタ温度を７００℃まで降温し、ＴＭＧを１５μｍｏｌ／ｍｉｎとして成長炉内に供給し、ＧａＮから成る２０ｎｍ厚の下部ＧａＮ障壁層を成長させる。次に、インジウムの原料としてトリメチルインジウム（（ＣＨ3）3Ｉｎ：ＴＭＩ）を５０μｍｏｌ／ｍｉｎ供給し、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎから成る４ｎｍ厚の井戸層を成長させる。次に、ＴＭＩの供給を停止し、ＴＭＧを１５μｍ／ｍｉｎ供給しＧａＮから成る８ｎｍ厚の障壁層を成長させる。以下、同様にして４ｎｍ厚の井戸層と８ｎｍ厚の障壁層を、井戸層／障壁層／井戸層の順で成長させる。引き続き、ＴＭＧを１５μｍｏｌ／ｍｉｎで成長炉内に供給し、５０ｎｍの上部ＧａＮ障壁層を成長させる。このようにして、活性層３４は、下部ＧａＮ障壁層／井戸層／障壁層／井戸層／障壁層／井戸層／上部ＧａＮ障壁層の順序でＭＱＷ構造として形成される。
【００５５】
ＭＱＷ構造の活性層３４が形成したのち、サセプタ温度を１０５０℃まで昇温し、キャリアガスをＮ2からＨ2に代え、ＴＭＡの供給量を１２０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧの供給量を１００μｍｏｌ／ｍｉｎに増加し、ｐ型ドーパントであるＭｇの原料としてビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム（（Ｃ2Ｈ5Ｃ5Ｈ4）2Ｍｇ：ＥｔＣｐ2Ｍｇ）を１０ｎｍｏｌ／ｍｉｎで成長炉内に供給し、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎキャリアブロック層３５を２０ｎｍ成長させる。引き続き、ＴＭＡの供給を５０μｍｏｌ／ｍｉｎに減少し、ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層３６を０．５μｍ成長させ、次に、ＴＭＧの供給を１００μｍｏｌ／ｍｉｎに増加し、ＴＭＡの供給を停止し、ｐ型ＧａＮコンタクト層３７を０．１μｍ成長させて、窒化物半導体成長層３０の成長を終了する。その後、ＴＭＧおよびＥｔＣｐ2Ｍｇの供給を停止して降温する。このようにして、窒化物半導体基板２１の表面に窒化物半導体成長層３０の形成された窒化物半導体ウェハー２０が得られる。
【００５６】
上述のようにして窒化物半導体ウェハー２０を作製した後、窒化物半導体レーザ素子１０の作製を行う。以下に、図面を参照し、窒化物半導体レーザ素子の作製方法を説明する。図２は第１の実施形態にかかるリッジストライプおよび電極を形成した窒化物半導体ウェハーの部分斜視図、図３は第１の実施形態にかかるレーザバーの斜視図、図４はレーザバーが配置されたＭＢＥ装置の概略構成図、図５は第１の実施形態にかかる窒化物半導体レーザ素子の斜視図である。
【００５７】
まず、通常のフォトリソグラフィ技術とドライエッチング技術を用いて、幅略２μｍのリッジストライプ構造を形成するように、ｐ型ＧａＮコンタクト層３７とｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層３６をエッチングして除去する。このリッジストライプ２２は図２および図５に示すようにストライプ状に共振器方向に延びている。なお、本実施形態において、ドライエッチングに用いる反応性ガスとしてＳｉＣｌ4を用いるものとするが、これに限定されるものではなく、ＢＣｌ3などの塩素を含有する他のガスを用いても構わない。
【００５８】
リッジストライプ２２形成後、リッジストライプ２２上部を除く窒化物半導体成長層３０の表面に、電流狭窄のためにとしてＳｉＯ2からなる絶縁層２４を形成する。次に、Ｐｄ、Ｍｏ、金Ａｕを順次蒸着した後、ｐ型ＧａＮコンタクト層３７との間でオーミック接触が得られるように高温で電極の合金化を行い、図２に示すようにｐ型電極２５を形成する。
【００５９】
次に、窒化物半導体ウェハー２０の窒化物半導体成長層３０が形成されていない面の一部を研削や研磨により除去し、窒化物半導体基板２１の厚みが１００μｍ程度になるまで薄くする。そして、この研削や研磨が行われた窒化物半導体基板１の裏面に、ＨｆおよびＡｌから成るｎ型電極２６を形成し、窒化物半導体基板１との間でオーミック接触が得られるように高温で電極の合金化を行う。
【００６０】
このようにしてリッジストライプおよび電極が形成された窒化物半導体ウェハー２０（図２）を、スクライブ装置を用い、リッジストライプ２２が延在する方向と垂直な方向に沿って劈開することで、リッジストライプ２２が延在する方向と平行な方向である共振器方向の長さである共振器長が６００μｍであるレーザバー４１（図３）に分割する。なお、本実施例では共振器長を６００μｍとしているが、本発明は共振器長により制限されるものではない。実際、共振器長を１ｍｍ、１．５ｍｍ、２ｍｍとしたものでも同様の効果を得ている。
【００６１】
このようにして得られたレーザバー４１を、図４に示すようにＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ；分子線エピタキシー）装置６０にセッティングした。ＭＢＥ装置６０には、Ｈ2やＮ2といった気体導入用のガスセル（Ｈ2セル６２、Ｎ2セル６３）とＡｌ、Ｇａ、Ｉｎといった固体用の固体材料用セル（Ａｌセル６１、Ｇａセル６４、Ｉｎセル６５）が複数設けられている。ガスセルとしてはＲＦ（Ｒａｄｉｏ  Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ；高周波）プラズマセルや熱クラッキングセルを用いており、固体材料用セルとしてはコニカルセルやＳＵＭＯセルを用いているが、バルブドクラッカセルを用いても良い。ガスセルはバルブにより材料の供給を制御しており、流量はバリアブルバルブにより流量を制御しているが、マスフローコントローラ等により制御を行っても良い。それぞれの固体材料セルは、Ａｌ、Ｇａ、ＩｎをＭＢＥ装置６０内に供給するものであり、シャッタ６１ａ、６４ａ、６５ａによって供給を開始および停止することができる。図４にはシャッタ６４ａ、６５ａが開いている状態を示している。
【００６２】
真空にしたＭＢＥ装置６０内でレーザバー４１を常温から３００℃まで加熱後、原子状水素ガンより導入された水素にさらした。なお、ＭＢＥ装置６０内は、３００℃に加熱した際の真空度は１０-6Ｐａであり、水素にさらした際の真空度は、１０-4Ｐａであった。次にＮ2セル６３によって窒素ガスを窒素源としてプラズマ化した窒素を導入した後、水素の供給を停止した。
【００６３】
その後、窒素にさらしながらレーザバー４１を４００℃に加熱した。次にＧａセル６４およびＩｎセル６５のシャッタ６４ａ，６５ａを開けることによりＧａおよびＩｎをレーザバー４１の劈開によって形成された端面に供給し、アンドープＩｎＧａＮからなる窓層２７を１．５μｍ形成した。なお、窓層２７として、アンドープの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族半導体や、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族半導体、例えばＩｎＧａＮにＭｇ、Ｚｎ、Ｂｅドープしたものを用いてもよい。又、今回は金属ＧａおよびＩｎを原料として用いたが、ＴＭＩやＴＭＧをガスセルを通してＭＢＥ装置６０内に導入し、窓層形成用ＩＩＩ族材料に用いても良い。
【００６４】
その後、Ｇａセル６４およびＩｎセル６５のシャッタ６４ａ，６５ａを閉じることにより、ＧａおよびＩｎの供給を停止し、Ａｌセル６１のシャッタ６１ａを開けＡｌを端面に供給することにより、窓層２７の表面に、窓層２７の保護用にＡｌＮからなる誘電体膜２８を５０ｎｍ形成した。このときＮ2セル６３に使用した窒素ガスの純度は７Ｎ（９９．９９９９９％）であった。なお、誘電体膜２８として、ＡｌＮ以外に、ＡｌＧａＮ、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、ＴｉＯx、ＳｉＯx、ＳｉＮx、ＴａＯx、ＮｂＯx、ＨｆＯxのような誘電体からなる膜を用いることができる。又、ＡｌＮ，ＡｌＧａＮ、アルミナ、ＴｉＯx、ＳｉＯx、ＳｉＮx、ＴａＯx、ＮｂＯx、ＨｆＯxからなる群より選ばれた２種類の誘電体を多層膜にしたものを用いてもよい。さらに、半導体を不動態化し、４０５ｎｍの光が感じる反射率が３％以上１５％以下にすることができるものを用いてもよい。
【００６５】
その後、レーザバー４１をＭＢＥ装置６０より取り出し、窓層２７が設けられていない方の端面に反射率９５パーセントのＨＲ（Ｈｉｇｈ  Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）コーティング膜２９を形成した。本実施形態では、ＨＲコーティング膜２９の材料にはＳｉＯ2、ＴｉＯ2の多層膜を用いるものとするが、これ以外の材料を用いても構わない。例えば、ＳｉＮ、ＺｒＯ2、Ｔａ2Ｏ5、ＭｇＦ2等の誘電体を単層または、複数層用いても構わない。その後、レーザバー４１を個々の窒化物半導体レーザ素子１０に分割した。
【００６６】
上述のようにして作製された窒化物半導体レーザ素子１０をレーザパッケージ内に密閉封止実装した窒化物半導体レーザ装置を作製し、駆動電流を増加させてＣＯＤ破壊に至る出力を測定するＣＯＤ試験を行った。図６に、３個の窒化物半導体レーザ装置についてＣＯＤ試験を行った際の駆動電流と光出力との関係を示すグラフを示す。図６からわかるように、第１の実施形態の窒化物半導体レーザ素子ではＣＯＤレベルは約５００ｍＷであり、良好な値であった。
【００６７】
また、活性層３４と窓層２７の発光波長を調べたところ、活性層３４の発光波長は４０６ｎｍ、窓層２７の発光波長は３７０ｎｍであり窓層と活性層の発光波長の差（活性層３４の発光波長から窓層２７の発光波長を引いた値）は３６ｎｍであった。ここで、窓層２７および活性層３４の発光波長は窒化物半導体レーザ素子をリッジストライプ２２が延在する方向と平行な方向の断面より、それぞれカソードルミネセンス法によって測定した。
【００６８】
また、第１の実施形態では、レーザ光の出射する端面が劈開によって形成されているため、出射側端面を形成する成長が側面成長である場合と比べて、共振器を形成する端面の平行性および平面度を高くして、反射損失を少なくすることが容易にできる。また、ｐ型電極２５およびｎ型電極２６の形成後に窒化物半導体ウェハー２０を劈開し、窓層２７を形成しているため、活性層３４よりも熱伝導率の高い窓層２７が、窒化物半導体成長層３０のみならず、熱伝導率の高い金属により形成されているｐ型電極２５およびｎ型電極２６に接しているため、熱はけが良くなり、ＣＯＤレベルの向上に寄与している。
【００６９】
次に、第１の実施形態にかかる窒化物半導体レーザ素子の特性を確認するための比較例と比較結果を以下に示す。
【００７０】
（比較例１）
第１の実施形態において、窒化物半導体ウェハー２０を劈開してレーザバー４１に分割後、窓層２７および誘電体膜２８を形成する前に、レーザバー４１をフォスフィン（ＰＨ3）ガス雰囲気中で、圧力１３．３ｋＰａ（１００Ｔｏｒｒ）、レーザバー４１温度６５０℃、２０分間の条件下でリン処理した後、再びレーザバー４１を加熱してリンを昇華させてリンを取り除いた、窒化物半導体レーザ素子を作製した。
【００７１】
第１の実施形態にかかる窒化物半導体レーザ素子とリン処理した窒化物半導体レーザ素子についてＣＯＤ試験を行った後、窒化物半導体成長層３０の窓層２７との界面のＰ濃度をＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ；二次イオン質量分析計）により測定を行った結果を図７に示す。図７は、横軸をＰ濃度、縦軸をＣＯＤレベルとしたグラフである。図７からわかるように、リン処理した試料では窒化物半導体成長層３０の窓層２７との界面のＰの濃度は１×１０17原子数・ｃｍ-3以上であり、ＣＯＤレベルも１００ｍＷ程度である。それに対し第１の実施形態にかかる試料ではＣＯＤレベルは５００ｍＷと良好な値であり、Ｐの濃度は１×１０16原子数・ｃｍ-3以下である。この結果から、窒化物半導体成長層３０の窓層２７との界面のＰ濃度が１×１０16原子数・ｃｍ-3以下であればＣＯＤレベルが良好な窒化物半導体レーザ素子が得られることがわかる。
【００７２】
（比較例２）
第１の実施形態において窓層２７の材料を変えた窒化物半導体レーザ素子を作成した。窓層２７の材料として、ＩｎxＧａ1-xＮ（ＩｎＧａＮ、０＜ｘ＜１）、ＡｌxＧａ1-xＮ（ＡｌＧａＮ、０＜ｘ＜１）、ＡｌＧａＩｎＮ、ＺｎＯおよびＺｎＳxＳｅ1-x（ＺｎＳＳｅ、０＜ｘ＜１）を用いた。これらの窒化物半導体レーザ素子１０について、活性層３４と窓層２７の発光波長の差とＣＯＤレベルとの関係を調べた。この場合も窓層２７および活性層３４の発光波長は窒化物半導体レーザ素子をリッジストライプ２２が延在する方向と平行な方向の断面より、それぞれカソードルミネセンス法によって測定した。図８は、その結果を示すグラフであり、横軸を発光波長差、縦軸をＣＯＤレベルとしている。図８から、窓層２７の材料として窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた場合、特にＩｎＧａＮを用いた場合、高いＣＯＤレベルを得ることができることがわかる。また、窒化物系化合物半導体を用いた場合において、活性層３４と窓層２７の発光波長の差が５ｎｍ以上ではＣＯＤレベルは４００ｍＷ以上と優れており、発光波長の差が１０ｎｍ以上ではＣＯＤレベルは約５００ｍＷであり、より優れていることがわかる。
【００７３】
（比較例３）
第１の実施形態において、ＭＢＥ装置６０におけるレーザバー４１の常温から３００℃への加熱を、ＭＢＥ装置６０内の真空度が１０Ｐａで処理を行った窒化物半導体レーザ素子を作製した。この窒化物半導体レーザ素子は、ＣＯＤレベルが１２１ｍＷであり、真空度が１０-6Ｐａの第１の実施形態と比べて極端に低下した。また、ＭＢＥ装置６０内の真空度が１０-3Ｐａで処理を行った窒化物半導体レーザ素子は、ＣＯＤレベルが３００ｍＷであった。これらの結果から、ＣＯＤレベルが良好な窒化物半導体レーザ素子を得るには、ＭＢＥ装置６０の真空度が１０Ｐａ未満、望ましくは１０-3Ｐａ未満であることが必要であることがわかる。
【００７４】
（比較例４）
第１の実施形態において、ＭＢＥ装置６０における真空雰囲気下でのレーザバー４１の常温からの加熱温度を変えた試料を作成した。加熱温度が１００℃未満の場合、発光するものの発振しない窒化物半導体レーザ素子が発生し、加熱温度が３００℃である第１の実施形態の場合と比べて歩留りが悪くなった。また、加熱温度が７５０℃より高い場合、ｐ型電極２５、ｎ型電極２６が正常に形成できない電極異常が多発し、窒化物半導体レーザ素子を得ることができなかった。この結果から、安定して窒化物半導体レーザ素子を作製するには、ＭＢＥ装置６０における真空雰囲気下でのレーザバー４１の常温からの加熱温度が１００℃以上７５０℃以下であることが必要であることがわかる。
【００７５】
（比較例５）
第１の実施形態において、ＭＢＥ装置６０内でレーザバー４１を窒素にさらさずに窓層２７を形成し、窒化物半導体レーザ素子１０を作製した。その結果、レーザバー４１の端面から窒素抜けが起こり、窓層２７の平坦性が極端に落ちた。一方、窒素源としてＮＨ3、ＮＨ2、ＮＨ、ヒドラジン（Ｈ2ＮＮＨ2）を用いた試料を作成したところ、いずれもＣＯＤレベルは４００ｍＷと良好であった。これらの結果から、ＭＢＥ装置６０内でレーザバー４１を、窒素ガス、ＮＨ3、ＮＨ2、ＮＨ、ヒドラジンを窒素源とする窒素にさらした場合、ＣＯＤレベルが良好な窒化物半導体レーザ素子が得られることがわかる。
【００７６】
（比較例６）
第１の実施形態において、ＭＢＥ装置６０に替えて、ＥＢ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｂｅａｍ；電子ビーム）蒸着機により窓層２７を形成した窒化物半導体レーザ素子１０を作製したところ、ＣＯＤレベルは２００ｍＷと悪かった。ＳＩＭＳにより深さ方向分析をしたところ、窓層２７中に酸素が１０18〜１０20原子数ｃｍ-3残留していることがわかった。よって、ＣＯＤレベルが低い値であった理由は、この残留酸素により窓層２７中の欠陥が増殖し、窒化物半導体成長層３０と窓層２７の界面が荒れるためであると考えられる。
【００７７】
また、Ａｒを用いたＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ；電子サイクロトロン共鳴）スパッタ装置により窓層２７を形成した窒化物半導体レーザ素子１０では、初期状態でのＣＯＤレベルは、５００ｍＷと良好な値であった。ところが、８０℃、ＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ−Ｗａｖｅ；連続発振）１００ｍＷの条件で２００時間エージングを行った後ではＣＯＤレベルが２００ｍＷまで下がってしまった。図９は、その結果を示すグラフであり、横軸をエージング時間、縦軸をＣＯＤレベルとしている。図９には、１００時間のエージング後のＣＯＤレベルも記載している。ＳＩＭＳにより深さ方向分析をしたところ、窓層２７中にＡｒが１０21原子数ｃｍ-3残留していることがわかった。よって、ＣＯＤレベルが、初期状態では良好であったが、エージング後に低下した理由は、この残留Ａｒにより窓層２７中の欠陥が増殖し、窒化物半導体成長層３０と窓層２７の界面が荒れるためであると考えられる。
【００７８】
また、Ｈｅを用いたＥＣＲスパッタ装置により窓層２７を形成した窒化物半導体レーザ素子１０では、初期状態でのＣＯＤレベルは５００ｍＷと良好な値であったが、上記と同様の条件で２００時間エージングを行った後では２００ｍＷまで下がってしまった。図９にはこれらの結果を、１００時間のエージング後のＣＯＤレベルも含めて記載している。ＳＩＭＳにより深さ方向分析をしたところ、窓層２７中にＨｅが１０21原子数ｃｍ-3残留していることがわかった。よって、ＣＯＤレベルが、初期状態では良好であったが、エージング後に低下した理由は、この残留Ｈｅにより窓層２７中の欠陥が増殖し、窒化物半導体成長層３０と窓層２７の界面が荒れるためであると考えられる。
【００７９】
第１の実施形態にかかる窒化物半導体レーザ素子についても上記と同様の条件で１００時間および２００時間エージングを行い、その結果を図９に記載している。図９より、第１の実施形態にかかる窒化物半導体レーザ素子は、エージング後においても高いＣＯＤレベルを維持していることがわかる。
【００８０】
この一連の結果より、窓層２７の形成にＭＢＥ装置６０を用いることにより、ＥＣＲスパッタ装置を用いた場合と比べて窓層２７中の残留不純物を下げることができ、初期状態のみならずエージング後においてもＣＯＤレベルが良好な窒化物半導体レーザ素子が得られることがわかる。また、初期状態のみならずエージング後においてもＣＯＤレベルが良好な窒化物半導体レーザ素子を得るには、窓層２７中のＡｒおよびＨｅ濃度は１０21原子数ｃｍ-3未満であることが必要であることがわかる。
【００８１】
（比較例７）
第１の実施形態において、ＭＢＥ装置６０内でレーザバー４１を窒素にさらす工程において、窒素源を窒素ガスに替えて、窒素ガスとＡｒガスの混合比を変化させて窒素の濃度を変えた混合ガスを用いて窒化物半導体レーザ素子を作製した。混合ガス中の窒素濃度が１％以上では、ＣＯＤレベルが約５００ｍＷと、ほぼ第１の実施形態と同様の結果が得られたが、１％未満ではＣＯＤレベルが３００ｍＷまで低下した。この結果から、窒素源として、窒素濃度が１％以上の混合ガスを用いた場合、ＣＯＤレベルが良好な窒化物半導体レーザ素子１０が得られることがわかる。
【００８２】
（比較例８）
第１の実施形態において窒素源として純度が９９．９９％の窒素ガスを用いて窓層２７および誘電体膜２８を形成した窒化物半導体レーザ素子を作製したところ、ＣＯＤレベルは２００ｍＷと、第１の実施形態のように７Ｎの窒素ガスを用いた場合と比べて悪かった。この結果から、ＣＯＤレベルが良好な窒化物半導体レーザ素子を得るには、窒素源として純度が９９．９９％よりも高い窒素ガスを用いることが必要であることがわかる。
【００８３】
（比較例９）
第１の実施形態において、ガスセルをＲＦプラズマセル６１に替えてＥＣＲプラズマセルを用いてラジカル化した窒素を導入して窒化物半導体レーザ素子を作製した。ＣＯＤレベルは４５０ｍＷと、ＲＦプラズマセルを用いた場合の５００ｍＷと比べても大きく低下していなかった。同様に、ＲＦプラズマセルに替えて熱クラッキングセルによって窒素を導入して試料を作成したところ、ＣＯＤレベルは３５０ｍＷとＲＦプラズマセルを用いたものの方が良かった。この結果から、窒素を導入するのにＲＦプラズマセルまたはＥＣＲプラズマセルを用いればＣＯＤレベルが良好な窒化物半導体レーザ素子が得られることがわかる。
【００８４】
（比較例１０）
第１の実施形態において、ＭＢＥ装置６０内でレーザバー４１を水素にさらさずに窒化物半導体レーザ素子を作製したところ、この窒化物半導体レーザ素子のＣＯＤレベルは５００ｍＷとほぼ同程度であった。しかし、発光するものの発振しない窒化物半導体レーザ素子が発生し、水素にさらした場合と比べて歩留りが若干低下した。この結果から、安定して動作する窒化物半導体レーザ素子を作製するには、レーザバー４１を水素にさらすことが必要であることがわかる。
【００８５】
（比較例１１）
第１の実施形態において、窓層２７を形成する工程におけるレーザバー４１の加熱温度のみを変えて窒化物半導体レーザ素子を作製した。加熱温度が１００℃未満ではＣＯＤレベルが３００ｍＷと低かった。電子線回折法によってこの窒化物半導体レーザ素子の窓層２７部分の構造を解析したところ、アモルファス状であった。一方、加熱温度が４００℃の第１の実施形態にかかる窒化物半導体レーザ素子では、結晶構造を有していた（回折パターンが現れた）。更に、加熱温度を４５０℃としたところ、熱飽和し、ＣＯＤしなかった。ＴＥＭ解析を行ったところ、窒化物半導体成長層３０に接した部分の窓層２７は単結晶になっていた。結晶化させることにより光学吸収が減少することと、熱伝導率が上がることによりＣＯＤレベルが上がっていると考えられる。また、加熱温度が７５０℃よりも高い場合、電極異常が多発し、サンプルを得ることができなかった。この結果から、ＣＯＤレベルが良好な窒化物半導体レーザ素子を得るには、窓層２７を形成する工程におけるレーザバー４１の加熱温度は少なくとも１００℃以上７５０℃未満とする必要があることがわかる。また、窓層２７が結晶構造を有することが必要であることがわかる。
【００８６】
《第２の実施形態》
本発明の第２の実施形態について説明する。第２の実施形態は、窓層をＭｇドープＩｎＧａＮとし、窓層成長後、レーザバーを水素にさらしたほかは第１の実施形態と同じであり、構成は第１の実施形態と実質上同一である。
【００８７】
第２の実施形態において、窓層２７はＭｇドープＩｎＧａＮからなるものとし、窓層２７の成長後、レーザバーを圧力１０-3Ｐａ、温度３００℃の条件で２０分間水素にさらした。このようにして作製した窒化物半導体レーザ素子１０は、ＣＯＤレベルが５００Ｗと第１の実施形態と同様であり、さらにスロープ効率（図６に示す直線の傾き）が第１の実施形態よりも向上した。
【００８８】
これは、窓層２７にドープされたＭｇが水素により終端され、窓層２７の抵抗が高くなり、無効電流が減ったためであると考えられる。この窒化物半導体レーザ素子１０についてＳＩＭＳにより本実施例の試料の水素濃度を調べたところ、窓層２７の水素原子濃度は窒化物半導体成長層３０中の水素濃度の２倍以上であった。また、窓層２７をＭｇドープＩｎＧａＮとし、窓層２７の成長後、レーザバー４１を水素にさらさずに作製した窒化物半導体レーザ素子１０の水素濃度と比べても高かった。
【００８９】
このことから、窓層２７の成長後にレーザバー４１を水素にさらすことにより、窓層２７の水素濃度を増大させ、窒化物半導体レーザ素子のスロープ効率を向上させることができることがわかる。このとき、窓層２７の水素原子濃度は窒化物半導体成長層３０中の水素濃度の２倍以上であることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】第１の実施形態にかかる窒化物半導体ウェハーの斜視図
【図２】第１の実施形態にかかるリッジストライプおよび電極を形成した窒化物半導体ウェハーの部分斜視図
【図３】第１の実施形態にかかるレーザバーの斜視図
【図４】レーザバーが配置されたＭＢＥ装置の概略構成図
【図５】第１の実施形態にかかる窒化物半導体レーザ素子の斜視図
【図６】第１の実施形態にかかる窒化物半導体レーザ素子の駆動電流と光出力との関係を示すグラフ
【図７】窒化物半導体成長層の窓層との界面のＰ濃度とＣＯＤレベルとの関係を示すグラフ
【図８】活性層と窓層の発光波長の差とＣＯＤレベルとの関係を示すグラフ
【図９】窓層の形成条件を変えた場合のエージング時間とＣＯＤレベルとの関係を示すグラフ
【符号の説明】
【００９１】
１
１０    窒化物半導体レーザ素子
２０    窒化物半導体ウェハー
２１    窒化物半導体基板
２７    窓層
２８    誘電体膜
３０    窒化物半導体成長層
３１    ｎ型ＧａＮ層
３２    ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層
３３    ｎ型ＧａＮガイド層
３４    活性層
３５    ｐ型ＧａＮガイド層
３６    ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層
４１    レーザバー
６０    ＭＢＥ（分子線エピタキシー）装置
６１    Ａｌセル
６２    Ｈ2セル（熱クラッキングセル）
６３    Ｎ2セル（ＲＦ（高周波）プラズマセル）
６４    Ｇａセル
６５    Ｉｎセル
【図１】
2007081075.tif 000003
【図２】
2007081075.tif 000004
【図３】
2007081075.tif 000005
【図４】
2007081075.tif 000006
【図５】
2007081075.tif 000007
【図６】
2007081075.tif 000008
【図７】
2007081075.tif 000009
【図８】
2007081075.tif 000010
【図９】
2007081075.tif 000011