(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物からなる基板と、
前記基板の主表面上に形成された光導波路とを備え、
前記基板は、前記基板の主表面に対して斜め方向に延びるように配置された転位集中領域を含み、
前記光導波路は、前記転位集中領域の上方に位置し、かつ、前記基板の主表面のうち、前記転位集中領域が表れた部分を除く領域上に位置するように形成されており、
前記基板の主表面が、（ｌｍｎ０）面（ｌ、ｍ、ｎは整数）である、半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記基板は、高抵抗領域をさらに含み、
前記光導波路は、前記基板の主表面のうち、前記転位集中領域および前記高抵抗領域が表れた部分を除く領域上に位置するように形成されている、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記基板の主表面が、（１０−１０）面、（−２１１０）面、またはこれらの面に等価な面である、請求項１または２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
クラッド層をさらに含み、
前記基板は、前記クラッド層よりも大きい屈折率を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体レーザ素子に関し、特に、窒化物からなる基板を備えた半導体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、窒化物からなる基板を備えた半導体レーザ素子が知られている（たとえば、特許文献１および２参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、主表面に対して垂直な方向に延びる転位集中領域を含む基板上に光導波路を含む半導体層が設けられた半導体レーザ素子が開示されている。この転位集中領域は、他の部分と比較して抵抗が高いことが知られている。
【０００４】
また、上記特許文献２には、主表面と平行な方向に延びる線状の貫通転位を含む基板が開示されている。
【０００５】
また、半導体レーザ素子では、半導体層の光導波路から基板側に光が漏れてしまう場合があることが知られている。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１３３６４９号公報
【特許文献２】特開２００２−２９８９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１のような半導体レーザ素子では、半導体層の光導波路から基板側に光が漏れた場合に、垂直横モードの基板側で強いピーク（基板モード）が表れてしまうという問題点がある。
【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、電流通路の抵抗が増加するのを抑制し、かつ、垂直横モードの基板側に強いピークが表れてしまうのを抑制することが可能な半導体レーザ素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の一の局面による半導体レーザ素子は、窒化物からなる基板と、基板の主表面上に形成された光導波路とを備え、基板は、基板の主表面に対して斜め方向に延びるように配置された転位集中領域を含み、光導波路は、転位集中領域の上方に位置し、かつ、基板の主表面のうち、転位集中領域が表れた部分を除く領域上に位置するように形成されている。
【００１０】
この一の局面による半導体レーザ素子では、上記のように、光導波路を、転位集中領域の上方に位置するように形成することによって、光導波路から基板側に漏れた光を転位集中領域によって吸収することができる。これにより、垂直横モードの基板側に強いピークが表れてしまうのを抑制することができる。その結果、垂直横モードの高次モード化を抑制することができるので、良好な垂直横モードを得ることができる。また、基板に基板の主表面に対して斜め方向に延びるように配置された転位集中領域を設けるとともに、光導波路を、基板の主表面のうち、転位集中領域が表れた部分を除く領域上に位置するように形成することによって、高い抵抗を有する転位集中領域を介さない電流の通路を基板に設けることができる。これにより、高い抵抗を有する転位集中領域を避けて電流を流すことができるので、電流通路の抵抗が増加するのを抑制することができる。
【００１１】
上記一の局面による半導体レーザ素子において、好ましくは、基板は、高抵抗領域をさ
らに含み、光導波路は、基板の主表面のうち、転位集中領域および高抵抗領域が表れた部分を除く領域上に位置するように形成されている。このように構成すれば、半導体レーザ素子を駆動する際に、転位集中領域のみならず、高抵抗領域も避けて電流を流すことができるので、電流通路の抵抗が増加するのをより抑制することができる。
【００１２】
上記一の局面による半導体レーザ素子において、好ましくは、基板の主表面は、（１−１０２）面、（１１−２４）面、またはこれらの面に等価な面と実質的に等しい。このように構成すれば、基板上に半導体層を形成する際に、（０００１）面に対して約４０度傾いた半極性面（（１−１０２）面、（１１−２４）面、またはこれらの面に等価な面）上に半導体層を形成することができる。この（０００１）面に対して約４０度傾いた面を主表面とした基板を用いた半導体レーザ素子では、ピエゾ電界が発生するのを抑制することができるので、高い発光効率を得ることができる。
【００１３】
上記一の局面による半導体レーザ素子において、好ましくは、基板の主表面は、（ｌｍｎ０）面（ｌ、ｍ、ｎは整数）と実質的に等しい。このように構成すれば、基板上に半導体層を形成する際に、（０００１）面に対して約９０度傾いた非極性面としての（ｌｍｎ０）面（ｌ、ｍ、ｎは整数）上に半導体層を形成することができる。この（０００１）面に対して約９０度傾いた非極性面を主表面とした基板を用いた半導体レーザ素子では、ピエゾ電界が発生するのを抑制することができるので、高い発光効率を得ることができる。
【００１４】
この場合、好ましくは、基板の主表面は、（１０−１０）面、（−２１１０）面、またはこれらの面に等価な面と実質的に等しい。このように構成すれば、（１１−２０）面、またはこの面に等価な面に転位集中領域が形成されている場合に、主表面（（１０−１０）面、（−２１１０）面、またはこれらの面に等価な面）に対して転位集中領域を斜めに延びるように配置することができる。
【００１５】
上記一の局面による半導体レーザ素子において、好ましくは、クラッド層をさらに含み、基板は、クラッド層よりも大きい屈折率を有する。このように構成すれば、クラッド層よりも大きい屈折率を有することに起因してクラッド層から光が漏れやすい基板を用いた半導体レーザ素子においても、基板から光が発射されるのを抑制することができるので、垂直横モードの基板側に強いピークが表れてしまうのを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１７】
（第１参考形態）
図１は、本発明の第１参考形態による半導体レーザ素子の構造を説明するための断面図である。まず、図１を参照して、第１参考形態による半導体レーザ素子１００の構造を説明する。
【００１８】
図１に示すように、第１参考形態による半導体レーザ素子１００は、４０５ｎｍの青紫色レーザを発射するレーザ素子であり、基板１０と、半導体層２０と、ｐ側オーミック電極２９と、電流ブロック層３０と、ｐ側パッド電極３１と、ｎ側オーミック電極４１と、ｎ側パッド電極４２とを備えている。
【００１９】
基板１０は、ｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）からなり、約１００μｍの厚みを有する。第１参考形態では、基板１０の主表面１１は（１１−２４）面と実質的に等しい。また、基板１０には、（１１−２０）面と平行に延びるように面状の転位集中領域１２および高抵抗領域１３が配置されている。この転位集中領域１２および高抵抗領域１３は、基板１０の主表面１１に対して約５０度傾いている。また、転位集中領域１２は、光を吸収する機
能を有する。また、転位集中領域１２は、結晶構造の欠陥が多く、周りの結晶部分と結晶構造が連続していないため、高い抵抗値を有する。また、高抵抗領域１３は、周りの部分と比較して不純物が少ないので、高い抵抗値を有する。この基板１０では、転位集中領域１２および高抵抗領域１３と比較して抵抗値が低い低抵抗領域からなる通路（転位集中領域１２と高抵抗領域１３との間の領域）に沿って、高い抵抗を有する転位集中領域１２および高抵抗領域１３を避けて電流を流すことが可能である。
【００２０】
また、半導体層２０は、Ａｌ０．０１Ｇａ０．９９Ｎからなる約１．０μｍの厚みを有するバッファ層２１と、バッファ層２１上に形成され、Ｇｅがドープされたｎ型Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなる約１．９μｍの厚みを有するｎ側クラッド層２２と、ｎ側クラッド層２２上に形成され、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎからなる約２０ｎｍの厚みを有するｎ側キャリアブロック層２３と、ｎ側キャリアブロック層２３上に形成された発光層２４とを含んでいる。なお、ｎ側クラッド層２２は、本発明の「クラッド層」の一例である。
【００２１】
発光層２４は、多重量子井戸（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌ）構造を有する。また、発光層２４は、約２．５μｍの厚みを有するとともに、ＩｎｘＧａ１−ｘＮからなる３つの量子井戸層と約２０ｎｍの厚みを有するＩｎｙＧａ１−ｙＮからなる３つの量子障壁層とが交互に積層されたＭＱＷ活性層からなる。ここで、ｘ＞ｙであり、ｘ＝０．１５、ｙ＝０．０２である。
【００２２】
また、半導体層２０は、発光層２４上に形成され、Ｉｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎからなる約０．８μｍの厚みを有するｐ側光ガイド層２５と、ｐ側光ガイド層２５上に形成され、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎからなる約２０ｎｍの厚みを有するｐ側キャリアブロック層２６と、ｐ側キャリアブロック層２６上に形成され、ＭｇがドープされたＡｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなる約０．５μｍの厚みを有するｐ側クラッド層２７と、ｐ側クラッド層２７上に形成され、Ｉｎ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなる約３ｎｍの厚みを有するｐ側コンタクト層２８とをさらに含んでいる。ｐ側クラッド層２７には、約０．４μｍの厚みを有する凸部２７ａが設けられている。また、ｐ側コンタクト層２８は、ｐ側クラッド層２７の凸部２７ａ上に形成されている。このｐ側クラッド層２７の凸部２７ａとｐ側コンタクト層２８とによって、光導波路としてのリッジ部５０が形成されている。このリッジ部５０は、［１−１００］ 方向（紙面垂直方向）に延びるように形成されている。
【００２３】
ここで、第１参考形態では、リッジ部５０は、基板１０の主表面１１のうち、転位集中領域１２および高抵抗領域１３が表れた部分を除く領域１１ａ上に形成されている。また、リッジ部５０の幅は、約１．５μｍである。
【００２４】
また、ｐ側コンタクト層２８上には、ｐ側オーミック電極２９が形成されている。また、ｐ側クラッド層２７の上面上と、リッジ部５０およびｐ側オーミック電極２９の側面を覆うように、ＳｉＯ２からなる約０．２μｍの厚みを有する電流ブロック層３０が形成されている。また、ｐ側オーミック電極２９の上面および電流ブロック層３０の上面を覆うように、ｐ側パッド電極３１が形成されている。また、基板１０の裏面上には、基板１０側から順に、ｎ側オーミック電極４１と、ｎ側パッド電極４２とが形成されている。
【００２５】
図２は、第１参考形態の半導体レーザ素子に用いられる基板の製造プロセスを説明するための図である。図３〜図６は、第１参考形態の半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。次に、図１〜図６を参照して、第１参考形態の半導体レーザ素子１００の製造プロセスを説明する。
【００２６】
基板１０の製造プロセスとしては、まず、（１１１）面を主表面とするＧａＡｓ基板１５０上に、非晶質または多結晶からなる転位形成種１６０を、［１−１００］方向（紙面
垂直方向）に延びるように、［１１−２０］方向に約２００μｍの間隔を隔てて形成する。この後、ＨＶＰＥ（Ｈｙｄｒｉｄｅ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｉｙ）法により、ＧａＡｓ基板１５０の主表面上に［０００１］方向にＧａＮ層１７０を成長させる。
【００２７】
このようにしてＧａＮ層１７０を成長させた場合、図２に示すように、転位形成種１６０上に転位が形成されるとともに、転位形成種１６０上の領域を谷とした鋸刃状の凹凸を有する断面形状のＧａＮ層１７０が形成される。このＧａＮ層１７０の凹凸の斜面（ファセット面１７０ａ）は、（１１−２２）面である。そして、この断面形状を維持しながら［０００１］方向に成長を進めた場合、ファセット面１７０ａに存在する転位がファセットの谷間１７０ｂに移動する。これにより、転位形成種１６０上には、転位集中領域１２が、［１１−２０］方向に約２００μｍの間隔を隔てて（１１−２０）面と平行に形成される。また、ＧａＮ層１７０が成長される際に、隣接する転位集中領域１２の略中間に位置する凹凸の山の部分１７０ｃには不純物が比較的取り込まれない。これにより、隣接する転位集中領域１２の略中間の部分に、不純物が比較的少ない高抵抗領域１３が形成される。このようにして、転位集中領域１２および高抵抗領域１３を有するＧａＮ層１７０が形成される。
【００２８】
この後、ＧａＡｓ基板１５０を除去するとともに、ＧａＮ層１７０を（０００１）面から［１１−２０］方向に約４０度の角度で傾斜させた（１１−２４）面と平行なスライス面１８０に沿ってスライスする。これにより、図３に示すように、主表面１１が（１１−２４）面と実質的に等しく、転位集中領域１２が主表面１１に対して斜めに延びるように配置されたＧａＮからなる基板１０が形成される。この基板１０の主表面１１には、約３１２μｍ間隔で転位集中領域１２が配置されている。また、隣接する転位集中領域１２の中間には、高抵抗領域１３が配置されている。なお、この時の基板１０の厚みは約３５０μｍである。
【００２９】
次に、図４に示すように、ＭＯＣＶＤ法により、基板１０上にバッファ層２１（図１参照）、ｎ側クラッド層２２、ｎ側キャリアブロック層２３、発光層２４、ｐ側光ガイド層２５、ｐ側キャリアブロック層２６、ｐ側クラッド層２７およびｐ側コンタクト層２８からなる半導体層２０を形成する。具体的には、まず、基板１０を水素および窒素雰囲気中の反応炉の中に挿入し、半導体層２０の窒素の原料であるＮＨ３ガスを供給した状態において、基板１０を約１０００℃付近まで加熱する。基板１０の温度が１０００℃付近にまで達した時点で、Ｇａの原料であるＴＭＧａ（トリメチルガリウム）およびＡｌの原料であるＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）を含んだ水素ガスを反応炉内に供給することにより、基板１０上にＡｌ０．０１Ｇａ０．９９Ｎからなるバッファ層２１（図１参照）を約１．０μｍの厚みで成長させる。
【００３０】
次に、Ｇａの原料であるＴＭＧａ（トリメチルガリウム）およびＡｌの原料である（ＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）、ｎ型導電性を得るためのＧｅ不純物の原料であるＧｅＨ４（モノゲルマン）を含んだ水素ガスを反応炉内に供給することにより、Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなるｎ側クラッド層２２（図１参照）を約１．９μｍの厚みで成長させる。その後、ＴＭＧａおよびＴＭＡｌを含んだ水素ガスを反応炉内に供給することにより、Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎからなるｎ側キャリアブロック層２３（図１参照）を約２０ｎｍの厚みで成長させる。
【００３１】
そして、基板温度を約８５０℃付近まで下げるとともに、ＮＨ３ガスを供給した窒素雰囲気中において、Ｇａの原料であるＴＥＧａ（トリエチルガリウム）およびＩｎの原料であるＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）を流量比を変化させながら供給する。これにより、ＩｎｘＧａ１−ｘＮからなる３つの量子井戸層とＩｎｙＧａ１−ｙＮからなる３つの量
子障壁層とが交互に積層された多重量子井戸構造を有するＭＱＷ活性層からなる発光層２４（図１参照）を形成する。その後、ＴＭＧａおよびＴＭＡｌを反応炉内に供給することによって、発光層２４の上面上に、Ｉｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎからなる約０．８μｍの厚みを有するｐ側光ガイド層２５およびＡｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎからなる約２０ｎｍの厚みを有するｐ側キャリアブロック層２６（図１参照）を順次成長させる。
【００３２】
次に、ＮＨ３ガスを供給した水素および窒素雰囲気において、基板温度を約１０００℃付近にまで加熱し、ｐ型不純物であるＭｇの原料であるＭｇ（Ｃ５Ｈ５）２（シクロペンタジエニルマグネシウム）、Ｇａの原料であるＴＭＧａ（トリメチルガリウム）、およびＡｌの原料であるＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）を反応炉に供給し、Ａｌ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなるｐ側クラッド層２７（図１参照）を約０．４５μｍの厚みで成長させる。そして、基板温度を約８５０℃付近にまで下げ、ＮＨ３ガスを供給した窒素雰囲気においてＧａの原料であるＴＥＧａ（トリエチルガリウム）およびＩｎ原料であるＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）を供給して、Ｉｎ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなるｐ側コンタクト層２８（図１参照）を形成する。以上のようにして、ＭＯＣＶＤ法によりＧａＮからなる基板１０上に半導体層２０を成長させる。
【００３３】
その後、基板温度を室温付近にまで下げるとともに、半導体層２０を積層した基板１０を反応炉から取り出す。
【００３４】
そして、図４に示すように、Ｃｌ２ガスを用いたＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法により、ＳｉＯ２をマスクとして、ｐ側コンタクト層２８およびｐ側クラッド層２７の一部をパターニングすることにより、光導波路としてのリッジ部５０を形成する。この時、リッジ部５０は、基板１０の主表面１１に表れている転位集中領域１２から主表面１１に沿って約８３μｍ離れた位置に形成する。このエッチングでは、ｐ側コンタクト層２８をパターニングするとともに、約０．４５μｍの厚みを有するｐ側クラッド層２７（図１参照）のうち、約０．０５μｍを残してｐ側クラッド層２７の凸部２７ａを形成する。これにより、ｐ側クラッド層２７の凸部２７ａとｐ側コンタクト層２８とからなるリッジ部５０が形成される。また、リッジ部５０は、［１−１００］方向（紙面垂直方向）に延びるように平行に形成される。
【００３５】
その後、リッジ部５０の上面に位置するｐ側コンタクト層２８上にｐ側オーミック電極２９を形成する。そして、ｐ側クラッド層２７の上面上と、リッジ部５０およびｐ側オーミック電極２９の側面を覆うように、ＳｉＯ２からなる電流ブロック層３０（図１参照）を形成する。その後、ｐ側オーミック電極２９の上面および電流ブロック層３０の上面を覆うように、ｐ側パッド電極３１（図１参照）を形成する。その後、図５に示すように、基板１０の裏面を劈開し易い厚み（約１００μｍ）まで研磨した後、基板１０の裏面にｎ側オーミック電極４１およびｎ側パッド電極４２（図１参照）を順次形成する。
【００３６】
そして、図示はしないが、（１−１００）面と平行に劈開することにより共振器面を形成し、端面保護膜（図示せず）を両端面（両共振器面）に形成する。その後、図６に示すように、リッジ部５０から主表面１１の両側にリッジ部５０が延びる方向（紙面垂直方向）と直交する方向に約１５６μｍ離れた位置において、（１１−２０）面に平行にチップ化する。第１参考形態では、このようにして半導体レーザ素子１００が製造される。
【００３７】
図７は、第１参考形態の比較例による半導体レーザ素子の構造を示す断面図である。図８は、第１参考形態による半導体レーザ素子の垂直横モードを示す図である。図９は、図７に示した比較例による半導体レーザ素子の垂直横モードを示す図である。次に、図１、図２および図７〜図９を参照して、本発明の効果を検証した比較実験を説明する。
【００３８】
この比較実験では、第１参考形態による半導体レーザ素子１００の効果を検証するために、図１に示した第１参考形態による半導体レーザ素子１００と、図７に示す比較例による半導体レーザ素子２００との垂直横モードを測定した。なお、比較例による半導体レーザ素子２００は、以下のようにして作製した。
【００３９】
すなわち、上記第１参考形態と同様のＧａＮ層１７０からＧａＡｓ基板１５０（図２参照）を除去するとともに、ＧａＮ層１７０を（０００１）面と平行な面に沿ってスライスした。これにより、図７に示すように、主表面２１１が（０００１）面と実質的に等しく、転位集中領域２１２が主表面２１１に対して垂直に延びるように配置された基板２１０を形成した。そして、基板２１０を用いて、上記第１参考形態と同様のプロセスにより、半導体層２０、ｐ側オーミック電極２９、電流ブロック層３０、ｐ側パッド電極３１、ｎ側オーミック電極４１およびｎ側パッド電極４２を形成した。
【００４０】
この比較例による半導体レーザ素子２００は、基板２１０の両端に転位集中領域２１２が配置されている。また、リッジ部５０は、基板２１０の主表面２１１のうち、転位集中領域２１２が表れた領域を除く領域２１１ａ上に形成されている。
【００４１】
このように作製した比較例による半導体レーザ素子２００の垂直横モードには、図８に示すように、２０度近傍に強いピークが表れている。この強いピークは、以下の理由によるものと考えられる。すなわち、ＧａＮからなる基板２１０は、ＡｌＧａＮからなるｎ側クラッド層２２よりも屈折率が大きいため、ｎ側クラッド層２２から基板２１０に光が漏れやすい。また、基板２１０に漏れた光がレーザに混ざって発射されてしまうため、基板２１０から発射された光に対応するピークが図８に示す垂直横モードに表れていると考えられる。
【００４２】
また、図９に示すように、第１参考形態による半導体レーザ素子１００の垂直横モードには、２０度近傍に弱いピークが表れている。この弱いピークは、以下の理由によるものと考えられる。すなわち、第１参考形態による半導体レーザ素子１００においても、ＧａＮからなる基板１０は、ＡｌＧａＮからなるｎ側クラッド層２２よりも屈折率が大きいため、ｎ側クラッド層２２から基板１０に光が漏れやすい。ここで、図１に示すように、第１参考形態による半導体レーザ素子１００の基板１０には、リッジ部５０の下方に転位集中領域１２が配置されている。この転位集中領域１２は、光を吸収する機能を有するので、ｎ側クラッド層２２から基板１０に漏れた光はこの転位集中領域１２に吸収されると考えられる。したがって、光が転位集中領域１２に吸収された分、基板１０から発射される光の強度が小さくなるので、図９に示したように、２０度近傍のピークが小さくなっていると考えられる。
【００４３】
第１参考形態では、上記のように、リッジ部５０を、転位集中領域１２の上方に位置し、かつ、基板１０の主表面１１のうち、転位集中領域１２が表れた部分を除く領域上に位置するように形成することによって、リッジ部５０から基板１０側に漏れた光を転位集中領域１２によって吸収することができる。これにより、垂直横モードの基板側に強いピークが表れてしまうのを抑制することができる。その結果、垂直横モードの高次モード化を抑制することができるので、良好な垂直横モードを得ることができる。
【００４４】
また、第１参考形態では、上記のように、基板１０に基板１０の主表面１１に対して斜めに延びるように転位集中領域１２を配置するとともに、リッジ部５０を、基板１０の主表面１１のうち、転位集中領域１２が表れた部分を除く領域上に位置するように形成することによって、高い抵抗を有する転位集中領域１２を介さない電流の通路を基板１０に設けることができる。これにより、高い抵抗を有する転位集中領域１２を避けて電流を流すことができるので、電流通路の抵抗が増加するのを抑制することができる。
【００４５】
また、第１参考形態では、上記のように、リッジ部５０を、基板１０の主表面１１のうち、高転位集中領域１２および高抵抗領域１３が表れた部分を除く領域１１ａ上に設けることによって、半導体レーザ素子１００を駆動する際に、転位集中領域１２のみならず、高抵抗領域１３も避けて電流を流すことができるので、電流通路の抵抗が増加するのをより抑制することができる。
【００４６】
また、第１参考形態では、上記のように、基板１０の主表面１１を、（１１−２４）面、またはこの面に等価な面と実質的に等しくすることによって、基板１０上に半導体層２０を形成する際に、（０００１）面に対して約４０度傾いた半極性面（（１１−２４）面、またはこの面に等価な面）上に半導体層２０を形成することができる。この（０００１）面に対して約４０度傾いた面を主表面１１とした基板１０を用いた半導体レーザ素子１００では、ピエゾ電界を抑制することができるので、高い発光効率を得ることができる。
【００４７】
また、上記第１参考形態では、（１１−２０）面と平行に転位集中領域１２を形成したＧａＮ層１７０を、（０００１）面から［１１−２０］方向に約４０度の角度で傾斜させた（１１−２４）面に沿ってスライスした基板１０を用い、［１−１００］方向に平行にリッジ部５０を形成し、（１−１００）面を共振器面とした例を示したが、本発明はこれに限られない。すなわち、図１０に示す変形例の半導体レーザ素子３００のように、（１−１００）面と平行に転位集中領域を形成したＧａＮ層（図示せず）を、（０００１）面から［１−１００］方向に約４０度の角度で傾斜させた（１−１０２）面に沿ってスライスした基板３１０を用い、［１１−２０］方向に平行にリッジ部３５０を形成し、（１１−２０）面を共振器面としてもよい。この半導体レーザ素子３００においても、転位集中領域３１２および高抵抗領域３１３が基板３１０の主表面３１１に対して斜めに延びるように配置されている。また、リッジ部５０は、基板３１０の主表面３１１のうち、高転位集中領域３１２および高抵抗領域３１３が表れた部分を除く領域３１１ａ上に設けられている。この構成によっても、（０００１）面に対して約４０度傾いた面を主表面３１１とした基板３１０を用いた半導体レーザ素子となるので、ピエゾ電界を抑制することができる。また、この変形例の他の効果は、上記第１参考形態と同様である。
【００４８】
（第２実施形態）
図１１は、第２実施形態による半導体レーザ素子の構造を示す断面図である。次に、図１１を参照して、この第２実施形態では、基板を（０００１）面から［１１−１０］方向に約４０度傾けた面でスライスした上記第１参考形態と異なり、基板を（１０−１０）面でスライスする例について説明する。また、この第２実施形態では、青紫色の半導体レーザに本発明を適用した上記第１参考形態と異なり、緑色の半導体レーザに本発明を適用する例を説明する。
【００４９】
図１１に示すように、第２実施形態による半導体レーザ素子４００は、基板４１０と、半導体層４２０と、ｐ側オーミック電極２９と、電流ブロック層３０と、ｐ側パッド電極３１と、ｎ側オーミック電極４１と、ｎ側パッド電極４２とを備えている。
【００５０】
また、基板４１０は、ｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）からなり、約１００μｍの厚みを有する。第２実施形態では、基板４１０の主表面４１１は（１０−１０）面と実質的に等しい。また、基板４１０には、（１１−２０）面に沿って延びるように転位集中領域４１２および高抵抗領域４１３が配置されている。この転位集中領域４１２および高抵抗領域４１３は、基板４１０の主表面４１１に対して約３０度傾いている。
【００５１】
また、第２実施形態の半導体層４２０は、上記第１参考形態の半導体層２０に対して組成が異なるとともに、ｎ側光ガイド層４２４が別途設けられる。具体的には、半導体層４
２０は、基板４１０上に形成され、Ａｌ０．０１Ｇａ０．９９Ｎからなるバッファ層４２１と、バッファ層４２１に形成され、Ｇｅがドープされたｎ側Ａｌ０．０３Ｇａ０．９７Ｎからなるｎ側クラッド層４２２と、ｎ側クラッド層４２２上に形成され、Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎからなるｎ側キャリアブロック層４２３と、ｎ側キャリアブロック層４２３上に形成され、Ｉｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎからなるｎ側光ガイド層４２４と、ｎ側光ガイド層４２４上に形成されている発光層４２５とを含んでいる。また、半導体層４２０は、発光層４２５上に形成され、Ｉｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎからなるｐ側光ガイド層４２６と、ｐ側光ガイド層４２６上に形成され、Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎからなるｐ側キャリアブロック層４２７と、ｐ側キャリアブロック層４２７上に形成され、Ａｌ０．０３Ｇａ０．９７Ｎからなるｐ側クラッド層４２８と、ｐ側クラッド層４２８上に形成され、Ｉｎ０．０７Ｇａ０．９３Ｎからなるｐ側コンタクト層４２９とをさらに含んでいる。また、発光層４２５は、約２．５μｍの厚みを有するとともに、ＩｎｘＧａ１−ｘＮからなる２つの量子井戸層と約２０μｍの厚みを有するＩｎｙＧａ１−ｙＮからなる３つの量子障壁層とが交互に積層されたＭＱＷ活性層からなる。ここで、ｘ＞ｙであり、ｘ＝０．５５、ｙ＝０．２５である。このような構成により、半導体層４２０から緑色のレーザが発射される。なお、ｎ側クラッド層４２２は、本発明の「クラッド層」の一例である。
【００５２】
また、ｐ側クラッド層４２８には、約０．４μｍの厚みを有する凸部４２８ａが設けられている。また、ｐ側コンタクト層４２９は、ｐ側クラッド層４２８の凸部４２８ａ上に形成されている。このｐ側クラッド層４２８の凸部４２８ａとｐ側コンタクト層４２９とによって、光導波路としてのリッジ部４５０が形成されている。このリッジ部４５０は、［０００１］方向（紙面垂直方向）に延びるように形成されている。また、リッジ部４５０は、基板４１０の主表面４１１のうち、転位集中領域４１２および高抵抗領域４１３が表れた部分を除く領域４１１ａ上に形成されている。
【００５３】
図１２は、第２実施形態の半導体レーザ素子に用いられる基板の製造プロセスを説明するための図である。図１３〜図１６は、第２実施形態の半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。次に、図２および図１１〜図１６を参照して、第２実施形態の半導体レーザ素子４００の製造プロセスを説明する。
【００５４】
基板４１０の製造プロセスとしては、まず、上記第１参考形態と同様に、転位集中領域１２および高抵抗領域１３を有するＧａＮ層１７０（図２参照）が形成される。
【００５５】
この後、ＧａＡｓ基板１５０（図２参照）を除去するとともに、図１２に示すように、ＧａＮ層１７０を（１１−２０）面から［１−１００］方向に約３０度の角度で傾斜させた（１０−１０）面と平行な面１８１に沿ってスライスする。これにより、図１３に示すように、主表面４１１が（１０−１０）面と実質的に等しく、転位集中領域４１２および高抵抗領域４１３が主表面４１１に対して斜めに延びるように配置された基板４１０が形成される。この基板４１０の主表面４１１には、約４００μｍ間隔で転位集中領域４１２が配置されている。また、隣接する転位集中領域４１２の中間には、高抵抗領域４１３が配置されている。なお、この時の基板４１０の厚みは、約３５０μｍである。
【００５６】
次に、ＭＯＣＶＤ法により、上記第１参考形態と同様の製造プロセスにより、基板４１０上に半導体層４２０（図１４参照）を形成する。
【００５７】
その後、基板温度を室温付近にまで下げるとともに、バッファ層４２１、ｎ側クラッド層４２２、ｎ側キャリアブロック層４２３、ｎ側光ガイド層４２４、発光層４２５、ｐ側光ガイド層４２６、ｐ側キャリアブロック層４２７、ｐ側クラッド層４２８およびｐ側コンタクト層４２９からなる半導体層４２０を積層した基板４１０を反応炉から取り出す。
【００５８】
そして、図１４に示すように、Ｃｌ２ガスを用いたＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ
Ｅｔｃｈｉｎｇ）法により、ＳｉＯ２をマスクとして、ｐ側コンタクト層４２９およびｐ側クラッド層４２８の一部をパターニングすることにより、ｐ側クラッド層４２８の凸部４２８ａとｐ側コンタクト層４２９とからなる光導波路としてのリッジ部４５０を形成する。リッジ部４５０は、［０００１］方向（紙面垂直方向）に平行に延びるように形成される。
【００５９】
その後、上記第１参考形態と同様に、ｐ側オーミック電極２９、電流ブロック層３０およびｐ側パッド電極３１を形成する。その後、図１５に示すように、基板４１０の裏面を劈開し易い厚み（約１００μｍ）まで研磨した後、基板４１０の裏面にｎ側オーミック電極４１およびｎ側パッド電極４２を順次形成する。
【００６０】
そして、（０００１）面に平行に劈開することにより共振器面を形成し、端面保護膜（図示せず）を両端面（両共振器面）に形成する。その後、図１６に示すように、リッジ部４５０から主表面４１１の両側にリッジ部４５０が延びる方向（紙面垂直方向）と直交する方向に約２００μｍ離れた位置において、チップ化する。第２実施形態では、このようにして半導体レーザ素子４００が製造される。
【００６１】
第２実施形態では、上記のように、リッジ部４５０を、転位集中領域４１２の上方に位置し、かつ、基板４１０の主表面４１１のうち、転位集中領域４１２が表れた部分を除く領域上に位置するように形成することによって、リッジ部４５０から基板４１０側に漏れた光を転位集中領域４１２によって吸収することができる。これにより、垂直横モードの基板側に強いピークが表れてしまうのを抑制することができる。その結果、垂直横モードの高次モード化を抑制することができるので、良好な垂直横モードを得ることができる。
【００６２】
また、第２実施形態では、上記のように、基板４１０の主表面４１１は、（１０−１０）面と実質的に等しくすることによって、基板４１０上に半導体層４２０を形成する際に、（０００１）面に対して約９０度傾いた非極性面としての（１０−１０）面上に半導体層４２０を形成することができる。この非極性面を主表面４１１とした基板４１０を用いた半導体レーザ素子４００では、ピエゾ電界が発生するのを抑制することができる。
【００６３】
また、第２実施形態では、上記のように、基板４１０の主表面４１１は、（１０−１０）面と実質的に等しくすることによって、（１１−２０）面に転位集中領域４１２が形成されている場合に、（１０−１０）面と平行な主表面４１１に対して転位集中領域４１２が斜めに延びるように配置させることができる。
【００６４】
また、上記第２実施形態では、（１１−２０）面から［１−１００］方向に３０度傾けた（１０−１０）面に沿ってＧａＮ層１７０をスライスした例を示したが、本発明はこれに限らず、図１７および図１８に示す変形例の半導体レーザ素子５００のように、（１１−２０）面から［１−１００］方向に６０度傾けた（−２１１０）面に沿ってＧａＮ層１７０をスライスしてもよい。この半導体レーザ素子５００の基板５１０は、主表面５１１が（−２１１０）面と平行であるとともに、主表面５１１に対して約６０度傾いた（１１−２０）面に沿って延びる転位集中領域５１２および高抵抗領域５１３を有する。また、リッジ部４５０は、基板５１０の主表面５１１のうち、高転位集中領域５１２および高抵抗領域５１３が表れた部分を除く領域５１１ａ上に設けられている。
【００６５】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００６６】
たとえば、上記実施形態では、青紫色および緑色の半導体レーザ素子に本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限らず、紫外線や青色の半導体レーザ素子に適用してもよい。
【００６７】
また、上記実施形態では、ＡｌＧａＮからなる３−５族窒化物半導体に本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限らず、ＢＮ、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＴｌＮ、またはこれらの混晶などの窒化物半導体に本発明を適用してもよい。
【００６８】
また、上記実施形態では、光導波路としてリッジ部を設けた例を示したが、本発明はこれに限らず、埋め込み型、メサ型、スラブ型などの光導波路を設けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の第１参考形態による半導体レーザ素子の構造を示す［１−１００］方向から見た断面図である。
【図２】第１参考形態による半導体レーザ素子の基板の製造プロセスを説明するための［１−１００］方向から見た断面図である。
【図３】第１参考形態による半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための［１−１００］方向から見た断面図である。
【図４】第１参考形態による半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための［１−１００］方向から見た断面図である。
【図５】第１参考形態による半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための［１−１００］方向から見た断面図である。
【図６】第１参考形態による半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための［１−１００］方向から見た断面図である。
【図７】比較例による半導体レーザ素子の構造を示す断面図である。
【図８】比較例による半導体レーザ素子の垂直横モードを示す図である。
【図９】第１参考形態による半導体レーザ素子の垂直横モードを示す図である。
【図１０】第１参考形態による半導体レーザ素子の変形例の構成を示す［１−１００］方向から見た断面図である。
【図１１】本発明の第２実施形態による半導体レーザ素子の構造を示す［０００１］方向から見た断面図である。
【図１２】第２実施形態による半導体レーザ素子の基板の製造プロセスを説明するための［０００１］方向から見た平面図である。
【図１３】第２実施形態による半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための［０００１］方向から見た断面図である。
【図１４】第２実施形態による半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための［０００１］方向から見た断面図である。
【図１５】第２実施形態による半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための［０００１］方向から見た断面図である。
【図１６】第２実施形態による半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための［０００１］方向から見た断面図である。
【図１７】第２実施形態による半導体レーザ素子の変形例の構成を示す［０００１］方向から見た断面図である。
【図１８】第２実施形態による半導体レーザ素子の変形例の基板の製造プロセスを説明するための［０００１］方向から見た平面図である。
【符号の説明】
【００７０】
１０、３１０、４１０、５１０  基板
１１、３１１、４１１、５１１  主表面
１２、３１２、４１２、５１２  転位集中領域
１３、３１３、４１３、５１３  高抵抗領域
２２、４２２  ｎ側クラッド層（クラッド層）  
５０、４５０  リッジ部（光導波路）  
１００、３００、４００、５００  半導体レーザ素子
【図１】
0005041902.tif 000002
【図２】
0005041902.tif 000003
【図３】
0005041902.tif 000004
【図４】
0005041902.tif 000005
【図５】
0005041902.tif 000006
【図６】
0005041902.tif 000007
【図７】
0005041902.tif 000008
【図８】
0005041902.tif 000009
【図９】
0005041902.tif 000010
【図１０】
0005041902.tif 000011
【図１１】
0005041902.tif 000012
【図１２】
0005041902.tif 000013
【図１３】
0005041902.tif 000014
【図１４】
0005041902.tif 000015
【図１５】
0005041902.tif 000016
【図１６】
0005041902.tif 000017
【図１７】
0005041902.tif 000018
【図１８】
0005041902.tif 000019