(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板側から少なくともｎ型ガイド層を含むｎ型半導体層と、活性層と、ｐ型ガイド層を含むｐ型半導体層とからなる積層構造体を有し、前記ｐ型半導体層上にストライプ状の凸部からなるリッジ部を有し、該リッジ部の側面及びこの側面に連続する積層構造体の表面には絶縁膜が形成されており、この絶縁膜を介してｐ型半導体層の凸部上面でｐ型半導体層とオーミック接触するストライプ状のｐ電極が形成されてなり、レーザ光を出射する光出射面を有する半導体レーザ素子において、
該半導体レーザ素子は前記光出射面と前記ｐ電極の端部との間に凹部を有し、該凹部は前記リッジ部に離れた位置に形成し、かつ、前記ｎ型ガイド層より基板側まで到達していることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記基板と前記ｎ型ガイド層との間にクラック防止層を有する請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記クラック防止層がＳｉドープのＩｎｂＧａ１−ｂＮである請求項１又は請求項２に記載の半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、半導体レーザ素子に係り、特にファーフィールドパターンが良好な半導体レーザ素子に関する。これらは、パーソナルコンピューター、ＤＶＤなどの電子機器、医療機器、加工機器や光ファイバー通信の光源などに利用されている。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体レーザ素子は小型、軽量、高信頼性、且つ高出力化が進んでいる。中でも、その半導体レーザ素子に用いる半導体としては、特に、ＧａＮ、ＡｌＮ、若しくはＩｎＮ、又はこれらの混晶であるIII−V窒化物半導体（例えばＢ，Ｐ，Ａｓ等を含み、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ+ｙ≦１ に代表される）を用いた半導体レーザ素子は比較的短波長の紫外域から赤色が発光可能な半導体レーザ素子として注目されている。
【０００３】
このような半導体レーザ素子の例としては、サファイア基板上にバッファ層、ｎ型コンタクト層、クラック防止層、ｎ型クラッド層、ｎ型ガイド層、活性層、ｐ型電子閉じ込め層、ｐ型ガイド層、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層が順に形成されている。また、エッチング等によりストライプ状の発光層が形成され、次いでｐ電極とｎ電極とが形成されている。更に、所定の共振器長で劈開面を形成後、光反射側の鏡面を形成して、発振光を光出射側の鏡面から効率的に取り出せる構造が考えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような構造では、ファーフィールドパターン（ＦＦＰ）に凹凸（リップル）が発生し、非ガウシア分布になってしまうという問題を発見した。また、ＦＦＰが非ガウシア分布となる半導体レーザ素子では、ＦＦＰの形状計算に大きな誤りをきたし、効率よく光学系への結合ができず、そのために駆動電流が大きくなってしまうという問題が発生した。
【０００５】
そこで、本発明は、リップルがなく、ガウシア分布に近い良好なＦＦＰを得ることができる半導体レーザ素子を提供することを目的とする。
【０００６】
上記の問題を解決するために、本発明における半導体レーザ素子は、基板側から少なくともｎ型ガイド層を含むｎ型半導体層と、活性層と、ｐ型ガイド層を含むｐ型半導体層とからなる積層構造体を有し、前記ｐ型半導体層上にストライプ状の凸部からなるリッジ部を有し、該リッジ部の側面及びこの側面に連続する積層構造体の表面には絶縁膜が形成されており、この絶縁膜を介してｐ型半導体層の凸部上面でｐ型半導体層とオーミック接触するストライプ状のｐ電極が形成されてなり、レーザ光を出射する光出射面を有する半導体レーザ素子において、該半導体レーザ素子は前記光出射面と前記ｐ電極の端部との間に凹部を有し、該凹部は前記リッジ部に離れた位置に形成し、かつ、前記ｎ型ガイド層より基板側まで到達していることを特徴とする。このような構成とすることにより、リッジ内に閉じ込められた導波路領域内を導波するレーザ光はそのまま出射され、迷光は溝における半導体と空気の界面の屈折率差により大半が反射されるため、導波路領域からしみ出した光（迷光）が導波路領域から出射される主ビームと重なるのを防ぐことができ、優れたＦＦＰを得ることができる。
【０００７】
また、本発明の半導体レーザ素子は基板とｎ型ガイド層との間にクラック防止層を有する。
【０００８】
このような構成とすることにより活性層から発光しクラック防止層まで漏れ出してきた光を吸収することができ、レーザ光のＦＦＰの乱れを防止することができ好ましい。
【０００９】
また、本発明のクラック防止層がＳｉドープのＩｎｂＧａ１−ｂＮである。
【００１０】
このような構成とすることにより、さらに良好なＦＦＰを得ることが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本件発明者らは種々実験の結果、出射面近傍を特定構造とすることにより、比較的簡単な構造でＦＦＰが良好な半導体レーザ素子が得られることを思いつき、本発明を成すに至った。即ち、本件発明はｐ型電極端面と出射端面との間に凹部を設けることにより上記問題を解決するに至った。ここで凹部の形状は特に限定されるものではなく、図１〜図８に示すように種々の形状が可能であり、またこれらの形状に限定されるものでもない。
【００１２】
即ち本件発明はｐ型電極端面と出射端面との間に凹部を設けることによりリッジ内に閉じ込められた導波路領域内を導波するレーザ光はそのまま出射され、迷光は溝における半導体と空気の界面の屈折率差により大半が反射されるため、導波路領域からしみ出した光（迷光）が導波路領域から出射される主ビームと重なるのを防ぐことができ、優れたＦＦＰを得ることができる。
【００１３】
また図３〜図８のように、凹部の面の角度が導波路に対して垂直からずれることによりさらに光が反射され、効果が上がる。
【００１４】
以下、図面を用いて本発明について説明するが、本発明の半導体レーザ素子は、実施の形態に示された素子構造や電極構成に限定されるものではない。
【００１５】
本実施の形態は、窒化物半導体を用いた半導体レーザ素子に関するものである。図１〜８は本発明の実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子の構造を示す斜視図であり、図９はそのＡ−Ａ’断面図、図１０はＢ−Ｂ’断面図である。
【００１６】
図に示すように、この半導体レーザ素子は、ｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層からなる積層構造体がレーザ素子に設けられ、活性層に達しない深さで、ｐ型半導体層にストライプ状の凸部が形成されている。このストライプと垂直になるように形成された両端面が共振器面であり、ストライプ方向を共振器方向とする導波路領域が形成されている。共振器面のうち保護膜が除去され溝に近接する方は、主として光を外部に出射する機能を有する光出射面側共振器（光出射面）であり、他方は主として光を導波路領域内に反射する機能を有する光反射面側共振器（モニター面）である。また、ストライプ状の凸部の側面及びこの側面に連続する積層構造体の表面には保護膜（絶縁膜）が形成されている。更に、この絶縁膜を介してｐ型半導体層の凸部上面でｐ型半導体層とオーミック接触するストライプ状の電極が設けられている。また、ｐ型半導体層からｎ型半導体層の一部までを除去して露出したｎ型半導体層には、ｎ型半導体層とオーミック接触する電極がストライプ状に形成されている。両電極は、略平行になるように設けられている。
【００１７】
ここで本発明の半導体レーザ素子では、光出射面側共振器（光出射面）とｐ電極の間で、リッジ部の両端に、溝が形成されていることを特徴とする。ここで光出射面側共振器に溝を設けることにより、リッジ内に閉じ込められた導波路領域内を導波するレーザ光はそのまま出射され、迷光は溝における半導体と空気の界面の屈折率差により大半が反射されるため、導波路領域からしみ出した光（迷光）が導波路領域から出射される主ビームと重なるのを防ぐことができ、優れたＦＦＰを得ることができる。
【００１８】
また、溝部に光吸収物質を形成することによりわずかに透過してきた迷光さえも吸収するため、さらに優れたＦＦＰを得ることができる。
【００１９】
このような本件発明の一例として、半導体レーザ素子は、異種基板１（特にサファイア基板であることが一般的）上にバッファ層を含む窒化物半導体基板２、ｎ型コンタクト層３、クラック防止層４、ｎ型クラッド層５、ｎ型ガイド層６、活性層７、ｐ型電子閉じ込め層８、ｐ型ガイド層９、ｐ型クラッド層１０、ｐ型コンタクト層１１が順に形成されている。また、エッチング等によりストライプ状の発光層が形成され、出射面近傍を凹型の特定構造とし、次いでｐ電極とｎ電極とが形成されている。更に、所定の共振器長で劈開面を形成後、光反射側の鏡面を形成して、発振光を光出射側の鏡面から効率的に取り出せるようにしているものが挙げられる。
【００２０】
以下に、基板、各層、溝などについて更に詳細に説明する。
（窒化物半導体基板２）
今回は窒化物半導体の低転位基板としてＥＬＯＧ（Epitaxially lateral over growth GaN）基板を用い説明するが、本発明の実施の形態はこれに限る訳ではなく、低転位のＧａＮよりなる窒化物半導体基板であれば置換可能である。
基板として、異種基板に成長させたＧａＮよりなる窒化物半導体を厚膜で成長させてＧａＮよりなる窒化物半導体基板を用いる。基板の形成方法は、以下の通りである。Ｃ面を主面とするサファイアよりなる異種基板をＭＯＶＰＥ反応容器内にセットし、有機金属ガスを用いバッファ層を成長させ、その後、温度を上げて、アンドープの窒化物半導体を成長させて、下地層とする。次に、下地層表面にストライプ状のマスクを複数形成して、マスク開口部（窓部）から窒化物半導体を選択成長させて、横方向の成長を伴った成長（ＥＬＯＧ（Epitaxially laterally overgrown GaN））により成膜された窒化物半導体層を、さらに厚膜で成長させて、窒化物半導体基板を得る。
（アンドープｎ型コンタクト層）
まず、アンドープｎ型コンタクト層を窒化物半導体基板２上に成長させる。アンドープｎ型コンタクト層としては、ＡｌａＧａ１−ａＮを成長させる。この層は窒化物半導体基板２がＧａＮからなり、ｎ型コンタクト層３がＳｉドープＡｌａＧａ１−ａＮからなるため、格子定数が異なり、かつ、Ｓｉは不純物であるため結晶構造の整合性が取れなくなり、結晶が乱れる。よって結晶の整合性をとるために、アンドープｎ型コンタクト層を積層させてから、ｎ型コンタクト層３を積層させる。結果として、寿命特性が向上する。
（ｎ型コンタクト層３）
まず、ｎ型コンタクト層３をアンドープｎ型コンタクト層上に成長させる。ｎ型コンタクト層３としては、ｎ型不純物（好ましくはＳｉ）をドープされたＡｌａＧａ１−ａＮを成長させる。ｎ型コンタクト層３がＡｌを含む３元混晶で形成されると、窒化物半導体基板２に微細なクラックが発生していても、微細なクラックの伝播を防止することができ、更に従来の問題点であった窒化物半導体基板２とｎ型コンタクト層３との格子定数及び熱膨張係数の相違によるｎ型コンタクト層３への微細なクラックの発生を防止することができ好ましい。このｎ型コンタクト層３にｎ電極１４が形成される。
（クラック防止層４）
次に、クラック防止層４をｎ型コンタクト層３上に成長させる。クラック防止層４としては、ＳｉドープのＩｎｂＧａ１−ｂＮを成長させる。このクラック防止層４は、省略することができるが、クラック防止層４をｎ型コンタクト層３上に形成すると、素子内のクラックの発生を防止するのに好ましい。
【００２１】
また、クラック防止層４を成長させる際に、Ｉｎの混晶比を大きくすると、クラック防止層４が、活性層１１から発光しｎ型クラッド層から漏れ出した光を吸収することができ、レーザ光のファーフィールドパターンの乱れを防止することができ好ましい。
（ｎ型クラッド層５）
次に、ｎ型クラッド層５をクラック防止層４上に成長させる。ｎ型クラッド層５としては、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０．０３≦ｘ＜０．１５）を含む窒化半導体を有する多層膜の層として形成される。多層膜とは、互いに組成が異なる窒化物半導体層を積層した多層膜構造を示し、例えば、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０．０３≦ｘ＜０．１５）層と、このＡｌｘＧａ１−ｘＮと組成の異なる窒化物半導体、例えばＡｌの混晶比の異なるもの、Ｉｎを含んでなる３元混晶のもの、又はＧａＮ等からなる層とを組み合わせて積層してなるものである。この中で好ましい組み合わせとしては、ＡｌｘＧａ１−ｘＮとＧａＮとを積層してなる多層膜とすると、同一温度で結晶性の良い窒化物半導体層が積層でき好ましい。より好ましい多層膜としては、アンドープのＡｌｘＧａ１−ｘＮとｎ型不純物（例えばＳｉ）ドープのＧａＮとを積層してなる組み合わせである。ｎ型不純物は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮにドープされてもよい。ｎ型不純物のドープ量は、１×１０１８／ｃｍ３〜５×１０１８／ｃｍ３である。ｎ型不純物がこの範囲でドープされていると抵抗率を低くでき且つ結晶性を損なわない。
【００２２】
このような多層膜は、単一層の膜厚が１００オングストローム以下、好ましくは７０オングストローム以下、さらに好ましくは４０オングストローム以下、好ましくは１０オングストローム以上の膜厚の窒化物半導体層を積層してなる。単一の膜厚が１００オングストローム以下であると第2のｎ型クラッド層が超格子構造になると考えられ、Ａｌを含んでいるにも関わらずＡｌの結晶構造における影響を抑制することにより、クラックの発生を防止でき結晶性を良好にすることができる。また、ｎ型クラッド層５の総膜厚としては、０．６〜１．８μｍである。
【００２３】
またｎ型クラッド層の全体のＡｌの平均組成は、０．０１〜０．１である。Ａｌの平均組成がこの範囲であると、クラックを発生させない程度の組成比で、且つ充分にレーザ導波路との屈折率の差を得るのに好ましい組成比である。
（ｎ型ガイド層６）
次に、ｎ型ガイド層６をｎ型クラッド層５上に成長させる。ｎ型ガイド層６としては、アンドープのＧａＮからなる窒化物半導体を成長させる。ｎ型ガイド層６をアンドープとすることで、レーザ導波路内の伝搬損失が減少し、しきい値が低くなり好ましい。
（活性層７）
次に、活性層７をｎ型ガイド層６上に成長させる。
【００２４】
本発明において、活性層としては、少なくともＩｎを含んでなる井戸層と、井戸層よりバンドギャップエネルギーが大きい障壁層からなる量子井戸構造を有している。
【００２５】
活性層の井戸層としては、少なくともＩｎを含んでなるＩｎｅＧａ１−ｅＮで示される窒化物半導体が挙げられる。
【００２６】
また、井戸層は、アンドープでも、不純物をドープされていてもよいが、好ましくは結晶性を損なわない点で、アンドープ、または不純物をドープする場合でも不純物（例えばＳｉなど）を含有されてなるものが好ましい。井戸層の結晶性が良好であれば、しきい値電流密度の低下や寿命特性の向上の点で好ましい。
【００２７】
また、活性層の障壁層としては、特に限定されないが、少なくとも井戸層よりバンドギャップエネルギーが大きい組成のものが挙げられ、例えば具体的には、ＩｎｅＧａ１−ｅＮで示される窒化物半導体が挙げられる。
【００２８】
障壁層は、アンドープでも、不純物をドープされていてもよい。
【００２９】
活性層の井戸層の積層数が、例えば２の場合、少なくとも井戸層が２層積層されていればよく、障壁層から始まり井戸層で終わっても、障壁層から始まり障壁層で終わっても、井戸層から始まり障壁層で終わっても、また井戸層から始まり井戸層で終わってもよい。好ましくは障壁層で始まり障壁層で終わると、しきい値電流密度を低下させ寿命特性を向上させるのに好ましい。
【００３０】
また、活性層が井戸層の積層数が１である単一量子井戸構造の場合は、障壁層は井戸層を挟むように形成されるのが好ましい。単一量子井戸構造の場合、障壁層が形成されていると、しきい値電流密度の低下及び寿命特性の向上の点で好ましい。井戸層の積層数は１〜１０層程度が好ましい。最適値は膜厚との兼ね合いで決まり、井戸層１層あたりの膜厚が厚くなれば積層数を少なめに、井戸層１層あたりの膜厚が薄くなれば積層数を多めにするのが好ましい。
（ｐ型電子閉じ込め層８）
次に、ｐ型電子閉じ込め層８を活性層７上に成長させる。ｐ型電子閉じ込め層８としては、ＭｇドープのＡｌｆＧａ１−ｆＮからなる少なくとも１層以上を成長させてなるものである。
（ｐ型ガイド層９）
次に、ｐ型ガイド層９をｐ型電子閉じ込め層８上に成長させる。ｐ型ガイド層９としては、アンドープのＧａＮからなる窒化物半導体層として成長させてなるものである。
（ｐ型クラッド層１０）
次に、ｐ型クラッド層１０をｐ型ガイド層９上に成長させる。ｐ型クラッド層としては、ＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０＜ｙ≦１）を含んでなる窒化物半導体層、好ましくはＡｌｙＧａ１−ｙＮ（０．０３≦ｙ≦０．１５）を含んでなる窒化物半導体層を有する多層膜の層として形成される。多層膜とは、互いに組成が異なる窒化物半導体層を積層した多層膜構造であり、例えばＡｌｙＧａ１−ｙＮ層と、ＡｌｙＧａ１−ｙＮと組成の異なる窒化物半導体、例えばＡｌの混晶比の異なるもの、Ｉｎを含んでなる３元混晶のもの、又はＧａＮ等からなる層とを組み合わせて積層してなるものである。この中で好ましい組み合わせとしては、ＡｌｙＧａ１−ｙＮとＧａＮとを積層してなる多層膜とすると、同一温度で結晶性の良い窒化物半導体層が積層でき好ましい。より好ましい多層膜としは、アンドープのＡｌｙＧａ１−ｙＮとｐ型不純物（例えばＭｇ）ドープのＧａＮとを積層してなる組み合わせである。ｐ型不純物は、ＡｌｙＧａ１−ｙＮにドープされてもよい。ｐ型不純物のドープ量は、１×１０１７／ｃｍ３〜１×１０１９／ｃｍ３である。ｐ型不純物がこの範囲でドープされていると結晶性を損なわない程度のドープ量で且つバルク抵抗が低くなり好ましい。
【００３１】
このような多層膜は、単一層の膜厚が１００オングストローム以下、好ましくは７０オングストローム以下、さらに好ましくは４０オングストローム以下、好ましくは１０オングストローム以上の膜厚の窒化物半導体層を積層してなる。単一の膜厚が１００オングストローム以下であるとｐ型クラッド層が超格子構造になると考えられ、Ａｌを含んでいるにも関わらずＡｌの結晶構造における影響を抑制することにより、クラックの発生を防止でき結晶性を良好にすることができる。
【００３２】
ｐ型クラッド層１５の総膜厚としては、０．２〜０．５μｍであり、この範囲であると順方向電圧（Ｖｆ）を低減するために好ましい。
【００３３】
またｐ型クラッド層の全体のＡｌの平均組成は、０．０１５〜０．１である。この値は、クラックの発生を抑制し且つレーザ導波路との屈折率差を得るのに好ましい。
（ｐ型コンタクト層１１）
次に、ｐ型コンタクト層１１をｐ型クラッド層１０上に成長させる。ｐ型コンタクト層としては、ＭｇドープのＧａＮからなる窒化物半導体層を成長させてなるものである。膜厚とＭｇのドープ量を調整することにより、ｐ型コンタクト層のキャリア濃度が上昇し、ｐ電極とのオーミックがとりやすくなる。
(リッジ形状のストライプ)
本発明の素子において、リッジ形状のストライプは、ｐ型コンタクト層からエッチングされてｐ型コンタクト層よりも下側（基板側）までエッチングされることにより形成される。例えば図２に示すようなｐ型コンタクト層１１からｐ型クラッド層１０の途中までエッチングしてなるストライプ、ｐ型コンタクト層１１からｐ型ガイド層９までエッチングしてなるストライプ、又はｐ型コンタクト層１１からｎ型コンタクト層３までエッチングしてなるストライプなどが挙げられる。
(出射面の溝１８)
次に、光出射面側共振器（光出射面）とｐ電極の間に溝１８を形成するために、ウエハー全面にレジスト膜を形成した後、所定の形状のマスクをかけ、露光し、溝を形成するべき部分のレジストを除去し、ＲＩＥ装置によりｎ型クラッド層までエッチングし、溝を形成する。
【００３４】
その後、場合によっては、ウエハー全面に蒸着やスパッタ等により光吸収物質を形成した後、残存しているレジストを除去する。これによりレジストを除去する時に溝部以外に形成されたレジスト上の光吸収物質は同時に除去される。
【００３５】
出射面に溝を設けることにより、リッジ内に閉じ込められた導波路領域内を導波するレーザ光はそのまま出射され、迷光は溝における半導体と空気の界面の屈折率差により大半が反射されるため、導波路領域からしみ出した光（迷光）が導波路領域から出射される主ビームと重なるのを防ぐことができ、優れたＦＦＰを得ることができる。
【００３６】
また、溝部に光吸収物質を形成することによりわずかに透過してきた迷光さえも吸収するため、さらに優れたＦＦＰを得ることができる。
【００３７】
また、形状の違いによる効果の差であるが、先ず図１と２で代表されるように、凹部がリッジ部のギリギリまで形成されるか、若しくはリッジ部から少し離して形成する場合がある。本件発明の効果である迷光をカットするためには図１のようにギリギリまでエッチングする方が効果が大きいが、この場合溝部で導波路が剥き出しになるため素子の寿命が低下する。そこで図２のように凹部をリッジ部から少し離れて形成すると素子の寿命が低下することは無い。
【００３８】
また、図１，３，５，７に代表されるように溝の縦方向の角度による効果の違いであるが、図１のように直角に形成するよりも９０°からズレればズレるほど反射による迷光カットの効果は大きくなる。作成の容易であるのは図３，４のパターンである。
（絶縁膜１６、保護膜１７）
本発明の半導体レーザ素子は、前記積層構造体の一部を除去してストライプ状の凸部を形成して共振器とする場合、そのストライプ状凸部の側面及びその側面に連続する露出面（平面）に保護膜１６を形成させる。凸部を保護する部分にだけ形成するのであれば絶縁性は問わないが、絶縁性の保護膜を用いることで、電極間ショートを防ぐ絶縁膜としての機能と、露出された層を保護する保護膜としての機能を有する膜とすることができる。具体的には、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２などの単一膜或いは多層膜を好ましく用いることができる。
（電極）
本発明の半導体レーザ素子において、ストライプ状の凸部の上に形成される電極としては特に限定されるものではなく、窒化物半導体と良好なオーミック接触得られる材料を好ましく用いることができる。導波路領域となるストライプ状の凸部に対応して形成させることで、キャリアの注入を効率よくおこなうことが出来る。また、後述する絶縁膜を介して窒化物半導体を接するように設けることも出来る。
【００３９】
また、本実施例はＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）について示すものであるが、本発明の方法は、ＭＯＶＰＥ法に限るものではなく、例えばＨＶＰＥ（ハライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線気相成長法）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。
【００４０】
【実施例】
本発明において、積層構造体を構成するｎ型半導体層、活性層、ｐ型半導体層のデバイス構造としては、特に限定されず、種々の層構造を用いることができる。デバイスの具体的な構造としては、例えば後述の実施例に記載されているデバイス構造が挙げられる。また、電極、絶縁膜（保護膜）等も特に限定されず種々のものを用いることができる。窒化物半導体を用いた半導体レーザ素子の場合は、ＧａＮ、ＡｌＮ、若しくはＩｎＮなどの窒化物半導体や、これらの混晶であるIII−V族窒化物半導体（ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）を用いることができる。窒化物半導体の成長は、ＭＯＶＰＥ、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線気相成長法）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。
【００４１】
以下、実施例として窒化物半導体を用いた半導体レーザ素子について説明するが、本発明の半導体レーザ素子は、これに限らず、本発明の技術的思想において、様々な半導体に実施できることは言うまでもない。
【００４２】
［実施例１］
実施例１では、基板として窒化物半導体と異なる異種基板を用いているが、ＧａＮ基板などの窒化物半導体からなる基板を用いてもよい。ここで、異種基板としては、例えば、Ｃ面、Ｒ面、及びＡ面のいずれかを主面とするサファイア、スピネル、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、Ｓｉ、ＳｉＣ及び窒化物半導体と格子整合する酸化物基板等、窒化物半導体を成長させることが可能な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。また、異種基板は、オフアングルしていても良く、この場合ステップ状にオフアングルしたものを用いると窒化ガリウムからなる下地層の成長が結晶性よく行えるので好ましい。更に、異種基板を用いる場合には、異種基板上に素子構造形成前の下地層となる窒化物半導体を成長させた後、異種基板を研磨などの方法により除去して、窒化物半導体の単体基板として素子構造を形成してもよく、また、素子構造形成後に、異種基板を除去する方法で形成してもよい。異種基板を用いる場合には、バッファ層、下地層を介して素子を形成すると窒化物半導体の成長が良好なものとなる。
（バッファ層）
２インチφ、Ｃ面を主面とするサファイアよりなる異種基板をＭＯＶＰＥ反応容器内にセットし温度を５００℃にしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ３）を用い、ＧａＮよりなるバッファ層を２００Åの膜厚で成長させる。
（下地層）
バッファ層形成後、温度を１０５０℃にして、ＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープＧａＮよりなる窒化物半導体層を４μｍの膜厚で成長させる。この層は、素子構造を形成する各層の成長において下地層（成長基板）として作用する。下地層としてこの他にＥＬＯＧ（Ｅｐｉｔａｘｉａｌｌｙ  ＬａｔｅｒａｌｌｙＯｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）成長させた窒化物半導体を用いると結晶性が良好な成長基板が得られる。ＥＬＯＧ成長層の具体例としては、異種基板上に、窒化物半導体層を成長させ、その表面に窒化物半導体の成長が困難な保護膜を設ける等して形成したマスク領域と、窒化物半導体を成長させる非マスク領域とをストライプ状に設け、その非マスク領域から窒化物半導体を成長させることで、膜厚方向への成長に加えて横方向への成長が成されることにより、マスク領域にも窒化物半導体が成長して成膜させたものや、異種基板上に成長させた窒化物半導体層に開口部を設け、その開口部側面から横方向への成長が成されて成膜されたもの等が挙げられる。
【００４３】
次に、窒化物半導体からなる下地層の上に、積層構造体を構成する各層を形成する。
（ｎ型コンタクト層）
下地層（窒化物半導体基板）上にＴＭＧ、アンモニア、不純物ガスとしてシランガスを用い、１０５０℃でＳｉを１×１０１８／ｃｍ３ドープさせたＧａＮよりなるｎ型コンタクト層を４．５μｍの膜厚で成長させる。
（クラック防止層）
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。
（ｎ型クラッド層）
次に、温度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＡｌＧａＮよりなるＡ層を２５Åの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止め、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮよりなるＢ層を２５Åの膜厚で成長させる。そしてこの操作をそれぞれ１６０回繰り返してＡ層とＢ層を交互に積層し、総膜厚８０００Åの多層膜（超格子構造）よりなるｎ型クラッド層を成長させる。この時、アンドープＡｉＧａＮのＡｌの混晶比としては、０．０５以上０．３以下の範囲であれば、十分にクラッド層として機能する屈折率差を設けることができる。
（ｎ型ガイド層）
次に、同様の温度で原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなるｎ型ガイド層を０．１μｍの膜厚で成長させる。この層は、ｎ型不純物をドープさせてもよい。
（活性層）
次に、温度を８００℃にして、原料にＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎよりなる障壁層を１００Åの膜厚で成長させる。続いてシランガスを止め、アンドープのＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎよりなる井戸層を５０Åの膜厚で成長させる。この操作を３回繰り返し、最後に障壁層を積層させて総膜厚５５０Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層を成長させる。
（ｐ型電子閉じ込め層）
次に、同様の温度で、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてＣｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌＧａＮよりなるｐ型電子閉じ込め層を１００Åの膜厚で成長させる。
（ｐ型ガイド層）
次に、温度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなるｐ型光ガイド層を７５０Åの膜厚で成長させる。このｐ型ガイド層はアンドープとして成長させるが、Ｍｇをドープさせてもよい。
（ｐ型クラッド層）
続いて、１０５０℃でアンドープＡｌ０．１６Ｇａ０．８４Ｎよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、続いてＴＭＧを止め、Ｃｐ２Ｍｇを用いてＭｇドープＧａＮよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、総膜厚０．６μｍの超格子層よりなるｐ型クラッド層を成長させる。ｐ型クラッド層は少なくとも一方がＡｌを含む窒化物半導体層を含み、互いにバンドギャップエネルギーが異なる窒化物半導体層を積層した超格子で作製した場合、不純物はいずれも一方の層に多くドープして、いわゆる変調ドープを行うと結晶性がよくなる傾向にあるが、両方に同じようにドープさせてもよい。
（ｐ型コンタクト層）
最後に１０５０℃でｐ型クラッド層の上にＭｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層を１５０Åの膜厚で成長させる。ｐ型コンタクト層はｐ型のＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（ｘ≦０、ｙ≦０、ｘ＋ｙ≦１）で構成することができ、好ましくはＭｇをドープしたＧａＮとすればｐ電極と最も好ましいオーミック接触が得られる。反応終了後、反応容器内において窒素雰囲気中でウエハを７００℃でアニーリングして、ｐ型層を更に低抵抗化する。
（ｎ型層露出及びストライプ状凸部形成）
以上のようにして窒化物半導体を成長させて積層構造体を形成した後、ウエハを反応容器から取り出し、最上層のｐ型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、ｎ電極を形成させるｎ型コンタクト層の表面を露出させる。
(ストライプ状の導波路領域)
次に、ストライプ状の導波路領域を形成するために、最上層のｐ型コンタクト層のほぼ全面にＣＶＤ装置により、Ｓｉ酸化物（主としてＳｉＯ２）よりなる保護膜を０．５μｍの膜厚で形成した後、保護膜の上に所定の形状のマスクをかけ、ＲＩＥ装置によりＣＦ４ガスを用いたフォトリソグラフィー技術によりストライプ状の保護膜を形成して、活性層よりも上にストライプ状の凸部が形成される。
(出射面の溝)
次に、光出射面側共振器（光出射面）とｐ電極の間に溝を形成するために、
電極側全面にレジストを約１μｍの膜厚で形成した後、レジスト上に所定の形状のマスクをかけ、感光し、溝を形成するべき部分のレジストをリフトオフし、ＲＩＥ装置によりＣＦ４ガスを用いて約０．３μｍエッチングし、溝を形成する。
【００４４】
その後、残存しているレジストを除去する。
（第１の絶縁膜）
ＳｉＯ２マスクをつけたまま、ｐ型層表面にＺｒＯ２よりなる第１の絶縁膜を形成する。この第１の絶縁膜は、ｎ側オーミック電極形成面をマスクして半導体層の全面に設けてもよい。第１の絶縁膜形成後、バッファード液に浸漬して、ストライプ状凸部の上面に形成したＳｉＯ２を溶解除去し、リフトオフ法によりＳｉＯ２と共に、ｐ型コンタクト層上（更にはｎ型コンタクト層上）にあるＺｒＯ２を除去する。これにより、ストライプ状凸部の上面は露出され、凸部の側面はＺｒＯ２で覆われた構造となる。
（オーミック電極）
次に、ｐ型コンタクト層上の凸部最表面にｐ側オーミック電極を形成させる。
このｐ側オーミック電極は、Ａｕ−Ｎｉからなる。また、エッチングにより露出されたｎ型コンタクト層の表面にもストライプ状のｎ側オーミック電極を形成させる。ｎ側オーミック電極はＴｉ−Ａｌからなる。これらを形成後、それぞれを酸素：窒素が８０：２０の割合の雰囲気中で、６００℃でアニーリングすることで、ｐ側、ｎ側とものオーミック電極を合金化し、良好なオーミック特性を得る。
（第２の絶縁膜）
次いで、Ｓｉ酸化物（主としてＳｉＯ２）からなる第２の絶縁膜を分割面を除いた全面に形成し、ストライプ状凸部上のｐ側オーミック電極とｎ側オーミック電極の一部にレジストを塗布しドライエッチングすることでｐ側オーミック電極とｎ側オーミック電極の一部を露出させる。尚、分割面近傍とは、ストライプ状凸部と直交するように分割させる位置から幅１０μｍ程度のストライプ状の範囲を指す。
（パッド電極）
次に、上記の絶縁膜を覆うようにｐ側パッド電極及びｎ側パッド電極がそれぞれ形成される。電極は、Ｎｉ−Ｔｉ−Ａｕからなる。このパッド電極は、露出されたオーミック電極とストライプ状に接している。
（共振器面）
以上のようにして、ｐ型及びｎ型パッド電極形成後、窒化物半導体をチップサイズにするためにＲＩＥによって網目状に窒化物半導体をサファイア基板が露出するまでエッチングする。このとき、レーザ出射面はレーザを発振させたときのＦＦＰ（ファーフィールドパターン）が良好となるようにレーザ出射端面から３μｍ以内でエッチングする。
【００４５】
次に、ウエハのサファイア基板を研磨して７０μｍとした後、ストライプ状の電極に垂直な方向で、基板側からバー状にヘキ開し、ヘキ開面（１１−００面、六角柱状の結晶の側面に相当する面＝Ｍ面）に共振器面を作製した。この共振器面は、エッチングにより形成してもよい。
（ミラー形成）
上記のように形成された共振器面にミラーとしてＳｉＯ２とＺｒＯ２よりなる誘電体多層膜を形成させる。光反射側の共振器面には、スパッタ装置を用い、ＺｒＯ２からなる保護膜を形成し、次いでＳｉＯ２とＺｒＯ２とを交互に３ペア積層して高反射膜を形成した。ここで、保護膜と、高反射膜を構成するＳｉＯ２膜とＺｒＯ２膜の膜厚は、それぞれ活性層からの発光波長に応じて好ましい厚さに設定することができる。また、光出射側の共振器面は、何も設けなくてもいいし、スパッタ装置を用いてＺｒＯ２よりなる第１の低反射膜とＳｉＯ２よりなる第２の低反射膜を形成させてもよい。次いで、最後にストライプ状凸部に平行な方向でバーを切断して図１のような本発明の半導体レーザ素子を得る。
【００４６】
上記のようにして得られた半導体レーザ素子は、室温において閾値２．０ｋＡ／ｃｍ２、３０ｍＷの高出力において発振波長４０５ｎｍの連続発振が確認され、また、ＦＦＰにおいて、リップルのない良好なビームが得られた。
【００４８】
【発明の効果】
本発明の半導体レーザ素子は、導波路領域の近傍に光吸収層を有することで、導波路からしみ出した迷光をカットし、主ビームだけを出射させることができるため、良好なＦＦＰを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体レーザ素子を説明する模式斜視図
【図２】本発明の半導体レーザ素子を説明する模式斜視図
【図３】本発明の半導体レーザ素子を説明する模式斜視図
【図４】本発明の半導体レーザ素子を説明する模式斜視図
【図５】本発明の半導体レーザ素子を説明する模式斜視図
【図６】本発明の半導体レーザ素子を説明する模式斜視図
【図７】本発明の半導体レーザ素子を説明する模式斜視図
【図８】本発明の半導体レーザ素子を説明する模式斜視図
【図９】図１のＡ−Ａ’断面における模式断面図
【図１０】図１のＢ−Ｂ’断面における模式断面図
【符号の簡単な説明】
１・・・異種基板
２・・・窒化物半導体基板
３・・・ｎ型コンタクト層
４・・・クラック防止層
５・・・ｎ型クラッド層
６・・・ｎ型ガイド層
７・・・活性層
８・・・ｐ型電子閉じ込め層
９・・・ｐ型ガイド層
１０・・・ｐ型クラッド層
１１・・・ｐ型コンタクト層
１２・・・ｐ電極
１３・・・ｐパッド電極
１４・・・ｎ電極
１５・・・ｎパッド電極
１６・・・絶縁膜
１７・・・保護膜
１８・・・溝
【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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