(57)【要約】【課題】共振器端面と誘電体膜との応力を緩和させることにより、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を目的とする。【解決手段】基板上に第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備えた窒化物半導体レーザ素子であって、光出力側の共振器端面を被覆するように誘電体膜が形成され、少なくとも前記窒化物半導体層を構成する１つの元素と前記誘電体膜を構成する１つの元素とが同一であり、前記第１窒化物半導体層及び／又は第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なる窒化物半導体レーザ素子。【選択図】  図１
2007258364.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、該基板上に第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備えた窒化物半導体レーザ素子であって、
光出力側の共振器端面を被覆するように誘電体膜が形成されており、
少なくとも前記窒化物半導体層を構成する１つの元素と前記誘電体膜を構成する１つの元素とが同一であり、
前記第１窒化物半導体層及び／又は第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】
基板と、該基板上に第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備えた窒化物半導体レーザ素子であって、
光出力側の共振器端面を被覆するように誘電体膜が形成されており、
少なくとも前記窒化物半導体層を構成する１つの元素と前記誘電体膜を構成する１つの元素とが同一であり、
前記第１窒化物半導体層及び／又は第２窒化物半導体層の光出力側の共振器端面に、窒化物半導体層のバンドギャップを狭くする不純物を含有する不純物含有領域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３】
前記窒化物半導体層と誘電体膜とを構成する同一元素は窒素である請求項１又は２に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記窒化物半導体層と誘電体膜とを構成する同一元素は、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つを含む請求項３に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記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】
前記第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、前記不純物含有領域は、複数の層にわたって形成されてなる請求項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】
前記不純物含有領域は、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】
前記不純物含有領域は、第１窒化物半導体層にのみ形成されてなる請求項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】
前記不純物含有領域は、第２窒化物半導体層にのみ形成されてなる請求項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１０】
前記誘電体膜は、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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体レーザ素子に関し、より詳細には、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に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体は、例えば、一般式がＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、０≦ｘ＋ｙ≦１）で示される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が検討されている。また、紫外域から赤色に至るまで、幅広い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】
このような窒化物半導体レーザでは、光出射側の共振器端面の劣化を防止して、活性層で発生する光を共振器端面において適切に発振させることにより、より長時間、安定駆動させることが検討されている。
【０００４】
そこで、例えば、共振器端面が酸化することに起因した光吸収を抑制するために、超高真空中で共振器端面を形成するとともに、直ちにその共振器端面に誘電体膜を形成することが提案されている。さらに、レーザ駆動動作に伴う酸素の拡散に起因する共振器端面付近の半導体層の劣化を抑制するために、共振器端面に、酸素結合状態の酸化アルミニウムを形成して、端面の自然酸化を防止し、半導体層への酸素の拡散を防止することが提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００５】
また、共振器端面では出力光が吸収されて熱が発生し、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が狭くなり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（Catastropic Optical Damage：ＣＯＤ）が発生することがある。それに対して、光半導体デバイスのコンタクト層にイオン注入を行って電流非注入領域を形成することで、共振器端面に光非吸収領域を形成し、さらに光吸収領域以外の活性層に対して選択的な不純物のドーピングを行い、活性層の実効的な禁制帯幅を狭く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２００５−１７５１１１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、上述するように共振器端面に誘電体膜を形成し、共振器端面の酸化を防止したとしても、この共振器端面における窒化物半導体と誘電体膜との間に応力が発生し、共振器端面に形成されている誘電体膜がその応力に耐え切れずに剥がれたり、割れる場合がある。これでは、窒化物半導体レーザ素子の安定した連続動作を実現することができないばかりでなく、レーザ発振さえ十分に行うことができない。これは、電流非注入領域を形成した場合も同様である。
【０００７】
本発明は、上記のような事情に鑑みなされたものであり、特に、窒化物半導体レーザ素子において、共振器端面における窒化物半導体と誘電体膜との応力を緩和させ、共振器端面、特に光出射領域における窒化物半導体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を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の窒化物半導体レーザ素子は、基板と、該基板上に第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備えた窒化物半導体レーザ素子であって、
光出力側の共振器端面を被覆するように誘電体膜が形成されており、
少なくとも前記窒化物半導体層を構成する１つの元素と前記誘電体膜を構成する１つの元素とが同一であり、
前記第１窒化物半導体層及び／又は第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か、あるいは窒化物半導体層のバンドギャップを狭くする不純物を含有する不純物含有領域が形成されてなることを特徴とする。
【０００９】
こ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を構成する同一元素は窒素であることが好ましい。
また、前記窒化物半導体層と誘電体膜とを構成する同一元素は、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。
【００１０】
さらに、前記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ことが好ましい。
また、前記第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、前記不純物含有領域は、複数の層にわたって形成されてなることが好ましい。
【００１１】
前記不純物含有領域は、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。
前記不純物含有領域は、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。
前記誘電体膜は、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。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、共振器端面における窒化物半導体と誘電体膜との応力を緩和させ、共振器端面、特に光出射領域における窒化物半導体と誘電体膜との密着性を安定させることができ、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可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の窒化物半導体レーザ素子は、主として、基板上に、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を備えており、窒化物半導体層には、互いに対向する共振器端面が形成されている。
【００１４】
例えば、図１（ａ）に示すように、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型）窒化物半導体層１１、活性層１２、第２（例えば、ｐ型）窒化物半導体層１３がこの順に形成されている。第２窒化物半導体層１３の表面にはリッジ１４が形成されており、このリッジ１４上面にはｐ電極（図示せず）が形成されている。また、基板１０の第２主面にはｎ電極２０が形成されている。なお、本発明の窒化物半導体レーザ素子は、リッジを有さない構造であってもよく、基板の第１主面側にｐ電極及びｎ電極の双方が形成された構造でもよい。
【００１５】
また、このような窒化物半導体レーザ素子は、図１（ａ）に示すように、第１窒化物半導体層１１及び／又は第２窒化物半導体層１３の光出力側の共振器端面３０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第１の不純物含有領域３１及び／又は第２の不純物含有領域３２が形成されている。このような不純物含有領域によって、窒化物半導体層と後述する誘電体膜４４との界面で生じる応力をより緩和させることでき、窒化物半導体層、より具体的には、光出力側の共振器端面３０又はレーザ光が出射される活性層を含んだ光導波路領域と誘電体膜４４との密着性の向上と相まって、窒化物半導体レーザ素子の連続駆動を実現することができる。また、不純物含有領域において光導波領域から漏れた迷光を吸収し、主レーザ光のＦＦＰにリップルの乗らない良好なガウシアン形状となる単一モードの半導体レーザ素子を得ることができる。
【００１６】
このように含有される不純物は、窒化物半導体層の格子定数を大きくするもの、言い換えると窒化物半導体層のバンドギャップを狭くするものであればよく、例えば、周期表の１２族から１５族で第３周期以降、第６周期までの元素のうちアルミニウムとガリウムを除く元素であり、珪素から始まり、ビスマスまでの元素である。好ましくは、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つの原子が挙げられる。より好ましくはインジウム、砒素、リンより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。
【００１７】
第１の不純物含有領域３１は、実質的に第１窒化物半導体層１１内にのみ形成されてもよいし、第１窒化物半導体層１１及び基板１０内に形成されてもよいし、基板１０内のみに形成されていてもよい。図３のように第１窒化物半導体層１１の膜厚を厚くした場合には、レーザ素子の厚さ方向において第１窒化物半導体層の占める割合が大きくなるので、不純物含有領域を大きく設けることができる。これにより、窒化物半導体の格子定数が大きくなる領域を大きくすることができるため、第１窒化物半導体層及び基板側においては、窒化物半導体層と誘電体膜との接触面積が小さくなり、この部分で応力を緩和することができ、より効果的に光出射領域での密着性を向上させることができる。加えて、不純物含有領域を大きく設けても、不純物含有領域と活性層との距離を確保することができるため、活性層に対する不純物の影響を抑制することができる。なお、基板内において、不純物含有領域を大きく設ける場合には、その効果がより顕著に得られる。
【００１８】
第１の不純物含有領域は、第１窒化物半導体層の厚さＴ1に対する活性層から不純物含有領域の端部までの不純物が含有されていない領域の高さＨの比（Ｈ／Ｔ1）は、１／１０以上さらに好ましくは、１／２以上であることが好ましい。具体的には、活性層１２から２０００Å程度以上、さらには１μｍ以上離間して形成されていることが好ましい。格子定数を変動させる不純物が、活性層まで到達して、活性層本来の機能を阻害させないためである。
また、基板に設けられた不純物含有領域においては、基板の厚さＴ2に対する基板における不純物含有領域の高さＹ1bの比（Ｙ1b／Ｔ2）は、１／８以上）、さらには１／４以上）であることが好ましい。具体的には、１０μｍ以上、好ましくは２０μｍ以上のものである。このように不純物含有領域を設けることで、より効果的に共振器端面における窒化物半導体と誘電体膜との応力を緩和させることができる。
【００１９】
また、基板及び第１窒化物半導体層に不純物含有領域が設けられた場合、基板及び第１窒化物半導体層に設けられた不純物含有領域の高さＹ1に対する第１窒化物半導体層に設けられた不純物含有領域の高さＹ1aの比（Ｙ1a／Ｙ1）は、１／５以下、好ましくは１／２０以下であれば、共振器端面における窒化物半導体と誘電体膜との応力を効果的に緩和させると同時に、不純物が活性層まで到達せず、活性層本来の機能を阻害させずに良好な特性のレーザ素子を得ることができ、好ましい。
【００２０】
この領域の形状は、特に限定されるものではなく、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。例えば、四角形、ひし形、逆三角形（図４（ａ）中の３１ａ）もしくは下に凸の鍋蓋形状（図４（ｂ）中の３１ｂ）又はこれらに近い形状が挙げられる。さらには、上に凸又は下に凸の不純物含有領域を形成した場合、基板内における不純物含有領域の幅を広く又は狭くするような形態とすることも可能である。上に凸の不純物含有領域を設けた場合は光出射領域から離れた位置において不純物含有領域を大きく設けているので、光出射領域において窒化物半導体層と誘電体膜の密着性を向上させると同時に、大きく設けられた不純物含有領域が光出射領域からは離間しているので、素子特性への影響を低減することができる。
【００２１】
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（ｂ）中、Ｙ１参照）は、例えば、第１窒化物半導体層の膜厚の１／２００程度から１倍程度、具体的には、１００Å〜２μｍが挙げられる。幅（図１（ａ）中、Ｘ１参照）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。共振器端面から素子の内側方向への奥行Ｚ１（図１（ｂ）中、Ｚ１）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。
【００２２】
第２の不純物含有領域３２は、第２窒化物半導体層１３内にのみ形成されることが好ましく、さらに、活性層１２から２０００Å程度以上離間して形成されていることが好ましい。格子定数を変動させる不純物が、活性層まで到達して、活性層本来の機能を阻害させないためである。
【００２３】
この領域の形状及び大きさは、実質的に第１の不純物領域３１と同様のものが挙げられるが、特に、積層方向における高さＹ2は１００Å〜１μｍ程度、幅Ｘ2は１〜５０μｍ程度、共振器端面から素子の内側方向への奥行Ｚ2は１〜２０μｍ程度の範囲とすることが好ましい。なお、第２の不純物含有領域３２は、第２窒化物半導体層１３の表面に及んでいてもよいし、第２窒化物半導体層１３の表面から離間した位置に配置されていてもよい。この領域が第２窒化物半導体層１３の表面に形成される場合には、さらに、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。
【００２４】
これら第１及び／又は第２の不純物含有領域３１、３２では、不純物の濃度のピーク位置が、第１窒化物半導体層及び／又は第２窒化物半導体層内に存在することが好ましい。不純物の濃度のピーク位置、言い換えれば格子定数を最も変化させた領域を第１窒化物半導体層及び／又は第２窒化物半導体層に形成することによって、活性層の格子定数を実質的に変化させず、図２のように活性層と誘電体膜との密着性を維持した状態で、第１窒化物半導体層又は第２窒化物半導体層と誘電体膜との密着性を低下させることで、相対的に、窒化物半導体層と誘電体膜との応力を緩和させることができるからである。この場合、不純物の濃度の水平方向（各半導体層の面内方向）におけるピーク位置は、共振器端面又はその近傍であることが好ましい。従って、不純物含有領域を構成する不純物濃度は、共振器端面側で最大となり、素子の内側にいくにつれて徐々に低減し、上述した所定の端面からの距離よりも内側では、ほぼ無くなる。また、素子の幅方向では、光の出射領域又はその近傍の積層方向線上に存在することが好ましい。
【００２５】
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いることが好ましい。特に、第１窒化物半導体層側では、ピーク位置を基準として基板側への減衰率よりも活性層側への減衰率が高いことが好ましい。これによって意図しない不純物が活性層まで拡散することを効果的に抑制することができる。
【００２６】
第１及び／又は第２の不純物含有領域は、不純物が導入された領域であって、その領域の格子定数が変化した領域である。つまり、各窒化物半導体層の面内方向において、この不純物含有領域でない領域と比べて、格子定数が大きくなった領域である。第１及び／又は第２の不純物含有領域では、不純物を導入（例えば、イオン注入などで）することによって、結晶系が部分的に破壊されていてもよいし、さらに部分的に回復されていてもよい。また、第１窒化物半導体層及び／又は第２窒化物半導体層が、それぞれ積層構造で形成されている場合には、第１及び／又は第２の不純物含有領域において、それら積層構造における各構成元素が混合された状態となり、第１窒化物半導体層及び／又は第２窒化物半導体層が成膜された直後の又は不純物が含有されてない面内方向の他の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場合がある。例えば、第１窒化物半導体層の同一層内において、不純物を含有しない領域と第１の不純物の含有領域３１との格子定数の差異は、０．０００２Å程度以上、さらに０．００１Å程度以上が適当である。また、第２窒化物半導体層の同一層内において、不純物を含有しない領域と第２の不純物の含有領域３２との格子定数の差異は、０．０００２Å程度以上、さらに０．００１Å程度以上が適当である。
【００２７】
第１及び／又は第２の不純物含有領域は、イオン注入又は拡散等により形成することができる。この場合、不純物が、例えば、１×１０15〜１×１０23／ｃｍ3程度、好ましくは、１０18／ｃｍ3〜１０21／ｃｍ3の濃度で分布している。これらの不純物の種類、濃度等によって、上述したように、適当な格子定数（結晶系）の変化を与えることができる。不純物含有領域が、第１窒化物半導体層及び第２窒化物半導体層の双方に形成されている場合には、両者の不純物の濃度のピークが同等でもよいし、いずれかが大きくてもよい。例えば、イオン注入で、第１窒化物半導体層に第１の不純物含有領域を形成する場合には、活性層を形成する前に、イオン注入することが好ましい。また、第２窒化物半導体層に第２の不純物含有領域を形成する場合には、活性層には至らないように、イオン注入することが好ましい。つまり、半導体層を構成する元素と同一の元素が共振器端面の全面にイオン注入されて、全面に不純物を含有するような場合には、その共振器端面上に同一の元素を含む誘電体膜を被覆すると、応力が強すぎて誘電体膜が剥がれたり、破壊されることがある。一方、本発明のように、全面に不純物を含有させない場合、光の出射領域である活性層及びその近傍にイオン注入しないために、共振器端面において、誘電体膜と第１及び／又は第２の不純物含有領域との位置、窒化物半導体層における第１及び／又は第２の不純物含有領域の位置関係、ピーク位置、対称／非対称関係等によって、誘電体膜と光出射領域の窒化物半導体層との密着性の向上及び不純物含有領域における誘電体膜と窒化物半導体層との界面での応力緩和の双方を調節することが可能になる。
【００２８】
なお、不純物含有領域では、通常、後述するように、第１窒化物半導体層及び第２窒化物半導体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含有されているが、不純物含有領域を形成する不純物は、そのような導電性付与のための不純物とは上述したように機能的に異なるものである。
【００２９】
さらに、この窒化物半導体レーザ素子は、図１（ｂ）に示すように、互いに対向する共振器端面３０の光出力側において、この共振器端面３０を被覆するように、誘電体膜４４が形成されていることが好ましい。この誘電体膜４４は、光出射側端面の反対側であるモニター側の共振器端面を被覆していてもよい。
【００３０】
誘電体膜４４は、誘電体膜４４を構成する少なくとも１つの元素が、後述する窒化物半導体層を構成する１つの元素と同一のものとする。誘電体膜４４及び窒化物半導体層の双方に含まれる構成元素としては、窒素であることが好ましい。誘電体膜４４が、窒化物半導体層の主構成元素である窒素を含有することにより、窒化物半導体層と誘電体膜との密着性を向上させることができる。さらに、両者は、アルミニウム、インジウム、ガリウムから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。これによって、より窒化物半導体層と誘電体膜との密着性を向上させることができる。具体的には、誘電体膜４１は、Ａｌ2 Ｏ3 、Ｇａ2 Ｏ3、Ｉｎ2 Ｏ3等の酸化膜、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮ等の窒化膜、ＡｌＯＮ、ＧａＯＮ、ＩｎＯＮ等の酸窒化膜等が挙げられる。なかでも、アルミニウムの酸化膜、窒化膜、酸窒化膜が好ましい。
【００３１】
なお、この誘電体膜４４は、必ずしも単層構造でなくてもよく、レーザ光に対する屈折率が互いに異なる少なくとも２種の膜が、所定のペア数で積層させて構成されていてもよい。例えば、光の出射領域側から順に、レーザ光に対して第１の屈折率を有する第１膜と、それよりも屈折率が相対的に低い第２の屈折率を有する第２膜とを積層することができる。この場合、使用する透光性膜の材質に応じて、第１膜と第２膜とからなるペアが１ペア又は１．５〜１０．５ペア積層することが適当である。積層構造を用いる場合には、各膜の界面でレーザ光の反射と透過とを繰り返すので、積層数を増すほど反射率が１００％に近づく。誘電体膜４１は、例えば、光出射側において、反射率が７５％以下、さらに６０％以下、２０％以下となるように構成することが好ましい。また、モニター側において、反射率が７５％以上、さらに８５％以上、９０％以上となるように構成することが好ましい。各膜は、それぞれの内部におけるレーザ光波長のｍ／４ｎ（ｎ：屈折率、ｍ：奇数）の厚さを有していることが適当である。これにより、光出射側の共振器端面の光学損傷を保護することができ、発光出力の劣化、寿命を改善することができる。積層構造の場合には、少なくとも、窒化物半導体層に接触する膜が上記した材料で形成されていることが好ましく、それ以外の膜は、例えば、Ａｌ2 Ｏ3 、ＳｉＯ2、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2、Ｎｂ2 Ｏ5 、Ｔａ2 Ｏ5 、Ｇａ2 Ｏ3、Ｉｎ2 Ｏ3、ＨｆＯx等の酸化膜、ＡｌＮ、ＳｉＮ、ＩｎＮ等の窒化膜、ＡｌＯＮ、ＳｉＯＮ、ＺｒＯＮ、ＴｉＯＮ、ＮｂＯＮ、ＴａＯＮ、ＧａＯＮ、ＩｎＯＮ、ＨｆＯＮ等の酸窒化膜等のいずれであってもよい。
【００３２】
特に、窒化物半導体層がＧａＮの場合には、誘電体膜として、ＡｌＮによる膜を薄膜状に被覆したとしても、通常は、応力によりクラックが入り易い。しかし、本発明では、光の出射領域の上方及び／又は下方に不純物含有領域が形成されているために、不純物含有領域において窒化物半導体層の格子定数が大きくなり、共振器端面と誘電体膜との間の応力が緩和され、厚膜でもクラックが入らずに誘電体膜を形成することができ、光出射領域において密着性の良好な膜を形成することができる。しかも、ＧａＮは、光のエネルギーが高く、熱がこもり易くなり、一般に、誘電体膜との界面を十分に安定させることが困難であるが、共振器端面の光の出力領域の上方及び／又は下方にイオンの含有領域が形成され、不純物含有領域において窒化物半導体層の格子定数が大きくなっているため、図４のように相対的に光出力領域の誘電体膜を共振器端面に密着させることができ、共振器端面の光出力領域においての光の吸収を防止して発熱を抑制することができる。
【００３３】
なお、窒化物半導体レーザ素子の連続駆動を実現するためには、窒化物半導体層と誘電体膜との密着性を向上させるのみならず、上述したように、窒化物半導体層と誘電体膜との界面で生じる応力をより緩和させることも重要である。
【００３４】
以下に本発明の窒化物半導体レーザ素子について説明する。
本発明の窒化物半導体レーザ素子を構成する基板は、絶縁性基板であってもよいし、導電性基板であってもよい。絶縁性基板の場合には、窒化物半導体層の一部を厚さ方向に除去して、ｎ型半導体層に接触するようにｎ電極が形成されていてもよい。
【００３５】
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型半導体層は、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つ以上を含有している。また、ｐ型半導体層は、ｐ型不純物として、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｓｒ等を含有している。不純物は、例えば、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。
【００３６】
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。
窒化物半導体層は、ｎ型半導体層とｐ型半導体層に光の導波路を構成する光ガイド層を有することで、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。但し、本発明は、これらの構造に限定されるものではない。
【００３７】
なお、本出願において光出射領域とは、レーザ光が出力される領域であり、窒化物半導体層としては少なくとも井戸層を含む領域であり、活性層を含む領域である場合もある。また、ＳＣＨ構造の窒化物半導体レーザ素子の場合は光ガイド層を含む領域である。
【００３８】
前記窒化物半導体層の成長方法は、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全ての方法を好適に用いることができる。特に、ＭＯＣＶＤは結晶性良く成長させることができるので好ましい。
【００３９】
また、窒化物半導体層、例えば、ｐ型半導体層の表面には、リッジが形成されている。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型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。
【００４０】
第２窒化物半導体層表面に形成された電極は、例えば、ｐ電極とすることが適当である。この電極及び任意に第１窒化物半導体層に形成された電極（ｎ電極）は、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型及びｎ型半導体層又は基板とにそれぞれ電気的に接続するように形成していればよい。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。
【００４１】
特にｐ電極は、リッジと電気的に接続されており、光の出力領域側におけるｐ電極の端面が光の出力領域側の共振器端面よりも素子の内側に配置されていれば、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。なお、電極は、窒化物半導体層が四角形等で形成されていれば、一般に同様の形状で形成されている。つまり、電極端面は、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、光の出射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。また、電極は、特に光の出射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。電極は、例えば、共振器端面側で、内側の幅に対して１０〜９０％程度とすることができる。
【００４２】
本発明の窒化物半導体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型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、好ましくは１００Å〜５０００Åとすることが適当である。
【００４３】
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。
【００４４】
また、本発明の窒化物半導体レーザ素子では、第２窒化物半導体層上であって、共振器端面から電極端面にわたって、絶縁膜が形成されていることが好ましい。絶縁膜は、上述した第１及び第２の保護膜として例示したものと同様のものを用いることができる。膜厚は、特に限定されるものではなく、絶縁膜の種類、レーザ素子の特性等によって適宜調整することができる。絶縁膜は、その端部が共振器端面と一致することが好ましく、素子内側の端部は、電極端部と一致していてもよいし、電極の下方に回りこんでいてもよい。これにより、電極端部における第２窒化物半導体層とのショートを防止することができる。
【００４５】
本発明の窒化物半導体レーザ素子は、リッジ構造のレーザ素子に限定されるものではなく、半導体層中に電流狭窄機能を有する層（例えば、光導波路領域に開口部を有し、ＡｌＮ等からなる層）を設けて電流を狭窄する電流狭窄構造のレーザ素子であってもよい。
【００４６】
本発明の窒化物半導体レーザ素子は、例えば、以下の製造方法によって製造することができる。
まず、基板上に窒化物半導体層を形成する。基板としては、例えば、第１主面及び／又は第２主面に０°〜１０°程度のオフ角を有する窒化物半導体基板とすることができる。その膜厚は５０μｍ〜１０ｍｍ程度、好ましくは１００〜１０００μｍ程度である。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。
【００４７】
この窒化物半導体基板の第１主面上に、窒化物半導体層を成長させる。
窒化物半導体層は、例えば、ｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層を、この順に、例えば、ＭＯＣＶＤ法により、減圧〜大気圧の条件で成長させる。ｎ型半導体層、ｐ型半導体層は、単一膜構造、多層膜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としてもよい。また、順序は逆転してもよい。
【００４８】
ｎ型半導体層は、多層膜で形成することが好ましい。例えば、第１のｎ型半導体層としては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６００Ｔｏｒｒ以下とする。また、第１のｎ型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。
【００４９】
第２のｎ型半導体層は、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。
ｎ型半導体層を形成した後、イオン注入のための保護層を形成する。ここでの保護層は、イオン注入後に、ｎ型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、導電体層、金属層、半導体層等種々のものを形成することができる。なかでも、酸化シリコン層であることが好ましい。通常利用されるエッチングを適用して、ｎ型半導体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からである。保護層の膜厚は、特に限定されるものではなく、用いるイオン種、ドーズ等によって適宜調整することができる。例えば、１００Å〜１０μｍ程度が挙げられる。
【００５０】
例えば、図５（ａ）に示すように、保護層２６は、所望の領域のみに、イオン２７を貫通させて窒化物半導体層にイオンを注入することができる薄膜領域２１を有し、その他の領域ではイオンを貫通させない厚膜領域２２を有するものが挙げられる。また、図６（ａ）又は（ｂ）に示すように、傾斜的又は段階的に膜厚が変化する保護層２３、２４であってもよいし、図７に示すように、傾斜的に膜厚が変化する保護層２５であってもよい。この保護層の形状に対応して、不純物の含有領域の共振器面側から見た形状を変化させることができる（図５（ｂ）の３１ｃ、図４（ａ）の３１ａ、図４（ｂ）の３１ｂ及び図７（ｂ）の３１ｄ）。
【００５１】
保護層を形成した後、この保護層を介してｎ型半導体層に対してイオン注入を行う。イオン注入は、当該分野で公知の何れの方法によっても行うことができる。注入エネルギー及びドーズは、用いるイオン種、保護層の厚み等によって適宜調整することができる。例えば、上記のような条件で製造する半導体レーザ素子にイオン注入する場合では、注入エネルギーは１０〜５０００ｋｅＶ、特に、インジウムは１０〜３０００ｋｅＶ、砒素は１０〜２０００ｋｅＶ、リンは１０〜１０００ｋｅＶとすることが好ましい。ドーズ量は１×１０15〜１×１０17ｉｏｎｓ／ｃｍ2程度が挙げられる。本発明はこの範囲には限られず、注入する領域や深さによって注入エネルギーは１０ｋｅＶ〜１０ＭｅＶ程度、ドーズ量は１×１０15〜１×１０20ｉｏｎｓ／ｃｍ2程度など適宜調節することが可能である。
【００５２】
また、複数回にわたってイオン注入することも可能であり、イオン注入と再成長を繰り返して不純物含有領域を形成してもよい。
イオン注入の後、ｎ型半導体層の結晶回復のための熱処理を行うことが好ましい。熱処理は、公知の方法のいずれを利用してもよい。例えば、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。
【００５３】
その後、保護層を除去し、ｎ型半導体層上に活性層及びｐ型半導体層を積層する。
活性層は、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。
【００５４】
続いて、ｐ型半導体層を形成する。ｐ型半導体層は、多層膜で形成することが好ましい。例えば、第１のｐ型半導体層としてｐ型不純物を含有したＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．５）を形成する。第１のｐ型半導体層１６１はｐ側電子閉じ込め層として機能する。第２のｐ型半導体層は、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．３）、第３のｐ型半導体層は、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型半導体層は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型半導体層は、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型半導体層、第２のｐ型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。
【００５５】
ｐ型半導体層を形成した後、上記と同様に、保護層を形成し、イオン注入を行う。
なお、イオン注入は、ｎ型半導体層を完全に形成した後、活性層を形成する前、あるいはｐ型半導体層を完全に形成した後に必ずしも行う必要はなく、任意に、ｎ型又はｐ型半導体層を構成する層を形成した後の何れに行ってもよい。
【００５６】
このように、ｎ型又はｐ型半導体層を形成した後、あるいはｎ型又はｐ型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を図ることができる。
【００５７】
また、結晶回復のための熱処理は、ｎ型又はｐ型半導体層を構成する層を形成する間の熱処理を利用してもよいし、いずれかの半導体層を形成した後に、別途熱処理を行ってもよい。
【００５８】
続いて、任意に、窒化物半導体層をエッチングして、ｎ型半導体層（例えば、第１のｎ型半導体層）を露出させることが好ましい。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ｎ型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。
【００５９】
次いで、窒化物半導体層上に第１のマスクパターンを形成して、マスクパターンを用いてエッチングすることによりリッジを形成する。
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。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。
【００６０】
続いて、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。その後にアニールして、ｐ型半導体層を低抵抗化してもよい。この場合のアニール温度は５００℃以上で行うことが好ましい。
【００６１】
次に、マスクパターン上に存在する第１の保護膜と、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。
その後、リッジの表面に所望の形状の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。
【００６２】
次に、第１の保護膜の上に、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体とすることが好ましい。
【００６３】
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電極を形成することが好ましい。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。
【００６４】
ｎ電極を形成した後、ストライプ状のｐ電極に垂直な方向であって、窒化物半導体層の共振器端面を形成するために、ウェハをバー状に分割することが好ましい。ここで、共振器端面は、Ｍ面（１−１００）又はＡ面（１１−２０）とする。共振器端面の形成は、劈開又はエッチングなど公知の方法を用いて行うことができる。
【００６５】
例えば、劈開により共振器端面を形成した場合には、比較的きれいな面の共振器端面とすることができ、その上に形成する誘電体膜の膜質を良好なものとすることができる。
また、エッチングにより共振器端面を形成し、得られた共振器端面に誘電体膜を形成し、その後に基板を別工程で分割した場合には、全面に誘電体膜を形成した場合と比較して、誘電体膜の面積が小さく、誘電体膜にかかる応力が小さいため、第１窒化物半導体層にだけ不純物含有領域を形成し、不純物含有領域を比較的小さくする、または格子定数の変化の小さい不純物を用いて不純物含有領域を形成しても、本発明の効果を容易に得ることができる。
【００６６】
なお、ウェハの分割工程は２段階で行ってもよい。この方法によって、共振器端面を歩留まりよく形成することができる。まず基板の第１主面側、又は第２主面側からエッチング等により予め劈開補助溝を形成する。該劈開補助溝はチップ化する素子の各四隅に形成する。これによって、劈開方向が屈曲することを抑制することができる。次に、ブレイカーによりウェハーをバー状に分割する。ウェハをバー状に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がある。
【００６７】
共振器端面を形成した後、誘電体膜を形成する。ただし、誘電体膜の形成は、チップ化した後に形成してもよい。誘電体膜は、公知の方法、例えば、スパッタ法、ＣＶＤ法等により形成することができる。
【００６８】
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。
このような製造方法は、上述した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所定の領域に不純物を導入してもよい。この場合には、基板１０上に、第１窒化物半導体層としてｎ型半導体層１１を形成した後、あるいはｐ型半導体層１３を形成した後、所定の位置に、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、拡散により不純物の含有領域を形成することができる。
【００６９】
また、共振器端面を形成してから端面にマスクを形成し、その上から所望の領域に不純物を注入し、不純物含有領域を形成してもよい。
以下に、本発明の窒化物半導体レーザ素子の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
【００７０】
実施例１
本発明の窒化物半導体レーザ素子は、図１（ａ）に示したように、ＧａＮ基板１０上に、ｎ型半導体層１１として、第１のｎ型半導体層（Ｓｉ：８×１０17／ｃｍ3〜３×１０18／ｃｍ3ドープ、Ａｌ0.02Ｇａ0.98Ｎ、膜厚３．５μｍ）、第２のｎ型半導体層（Ｓｉ：２×１０18／ｃｍ3〜１×１０19／ｃｍ3ドープ、Ｉｎ0.06Ｇａ0.94Ｎ、膜厚：０．１５μｍ）、第３のｎ型半導体層（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型半導体層（アンドープＧａＮ、膜厚：０．１７μｍ）が形成されている。
【００７１】
その上に、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が形成されている。
【００７２】
さらに、その上に、ｐ型半導体層１３として、第１のｐ型半導体層（Ｍｇ：１×１０19／ｃｍ3〜１×１０20／ｃｍ3ドープ、Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ、１００Å）と、第２のｐ側窒化物半導体層（アンドープＧａＮ、０．１５μｍ）と、第３のｐ型半導体層（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型半導体層（Ｍｇ：１×１０20／cm3ドープ、ＧａＮ、１５０Å）とが形成されている。
【００７３】
窒化物半導体レーザ素子の光出射側の共振器端面には、第１の不純物含有領域３１と第２の不純物含有領域３２とが形成されている。この第１の不純物含有領域３１は、図１（ａ）及び（ｂ）に示したように、その幅Ｘ１は、リッジの下方を中心にｎ型半導体層１１の全幅の略８０％程度、奥行Ｚ1は、共振器端面から２．５μｍ程度、その高さＹ1は０．３μｍで配置されている。また、第２の不純物含有領域３２は、その幅Ｘ2は、リッジの下方を中心にｐ型半導体層１３の全幅の略６０％程度、奥行Ｚ２は、共振器端面から２．５μｍ程度、その高さＹ2は０．３μｍで配置されている。
【００７４】
ｐ型半導体層の表面には、リッジが形成されている。リッジ側面から、ｐ型半導体層の表面にわたって、膜厚５５０ÅのＺｒＯ2からなる第１の保護膜１５が形成されている。
また、第１の保護膜１５の上には、Ｎｉ（１００Å）−Ａｕ（１５００Å）からなるｐ電極（図示せず）が形成されている。ｐ電極の共振器面側端面の端部は、共振器面からＤ＝２．５μｍ離間した内側に配置されている。さらに第２の保護膜（図示せず）を介して、Ｎｉ（１０００Å）−Ｔｉ（１０００Å）−Ａｕ（８０００Å）からなるｐパッド電極（図示せず）が形成されている。
【００７５】
ＧａＮ基板１０の裏面側には、Ｔｉ（１００Å）−Ａｌ（５０００Å）からなるｎ電極２０が形成されている。
さらに、光出射側の共振器端面３０には、図１（ｂ）に示すように、誘電体膜４４が形成されている。この誘電体膜４４は、例えば、Ａｌ2Ｏ3により、膜厚１２０ｎｍで形成されている。
【００７６】
この窒化物半導体レーザ素子は、以下の製造方法によって形成した。
上述した方法に従って、まず、ＧａＮ基板上に、第１〜第４のｎ型半導体層からなるｎ型半導体層１１を形成する。
【００７７】
その後、ｎ型半導体層１１上全面に、レジスト層（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を矩形状に除去する。得られたレジスト層上全面に、ＳｉＯ2膜（膜厚：０．１μｍ）を形成する。これによって、図５（ａ）に示すように、イオンを注入することができる薄膜領域２１を有し、その他の領域ではイオンを貫通させない厚膜領域２２を有する保護層２６を形成することができる。この保護層２６の上方から、例えば、加速エネルギー３００ｋｅＶ、ドーズ１×１０16／ｃｍ2で、リンイオンを注入する。
【００７８】
次いで、図５（ｂ）に示すように、保護層２６を、ウェットエッチングによって除去する。
続いて、ｎ型半導体層１１上に、多重量子井戸構造の活性層、第１〜第４のｐ型半導体層を形成する。
【００７９】
その後、ｐ型半導体層１３上全面に、上記と同様に保護層を形成し、この保護層の上方から、例えば、加速エネルギー３００ｋｅＶ、ドーズ１×１０16／ｃｍ2で、リンイオンを注入する。
【００８０】
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して、ｐ型半導体層を低抵抗化する。この熱処理は、同時に、ｎ型及びｐ型半導体層に形成された２つの不純物含有領域の結晶を回復させ、イオンが注入された部分の透明性を向上させる。
【００８１】
ｐ型半導体層上に、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。
【００８２】
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。
その後、リッジに垂直な方向であって、イオンの含有領域とオーバーラップする位置で、ブレードブレイクを利用して、窒化物半導体層を分割し、さらに、スパッタ法により、光出射側の共振器端面の全面に酸化アルミニウムからなる誘電体膜を形成する。
【００８３】
次いで、チップ状の半導体レーザ素子を形成する。
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、不純物含有領域が、他の領域よりも格子定数が大きくなる。
さらに、第１及び第２不純物含有領域が形成されているために、共振器端面の不純物含有領域においては半導体層と誘電体膜との応力が緩和され、光出力領域においては誘電体膜の共振器端面への密着性を向上させることができる。
【００８４】
実施例２
この実施例の半導体レーザ素子は、実施例１において、ｐ型半導体層に不純物含有領域を形成しない以外、実質的に実施例１と同様に形成した。
このようにして得られた半導体レーザ素子においても、光出力領域の誘電体膜の共振器端面への密着性を向上させることができる。
【００８５】
実施例３
この実施例の半導体レーザ素子は、実施例１において、ｎ型半導体層に不純物含有領域を形成しない以外、実質的に実施例１と同様に形成した。
このようにして得られた半導体レーザ素子においても、光出力領域の誘電体膜の共振器端面への密着性を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８６】
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】
【００８７】
【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斜視図及び断面図及びである。
【図２】本発明の窒化物半導体レーザ素子における誘電体膜の密着性を説明するための要部の概略断面図及びである。
【図３】本発明の窒化物半導体レーザ素子における誘電体膜の密着性を説明するための別の要部の概略断面図及びである。
【図４】本発明の窒化物半導体レーザ素子における共振器面の不純物含有領域の形状を説明するための断面図である。
【図５】本発明の窒化物半導体レーザ素子を形成するための保護層の形状を説明するための要部の概略製造工程図である。
【図６】本発明の別の窒化物半導体レーザ素子を形成するための保護層の形状を説明するための要部の概略製造工程図である。
【図７】本発明のさらに別の窒化物半導体レーザ素子を形成するための保護層の形状を説明するための要部の概略製造工程図である。
【符号の説明】
【００８８】
１０  基板
１１  ｎ型半導体層
１２  活性層
１３  ｐ型半導体層
１４  リッジ
１５  第１の保護膜
２１  薄膜領域
２２  厚膜領域
２３、２４、２５、２６  保護層
２７  イオン
３０  共振器端面
３１、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ  第１の不純物含有領域
３２  第２の不純物含有領域
４４  誘電体膜
【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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