(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体を選択的に横方向に成長させて形成された窒化物半導体基板上に、少なくともｎ型コンタクト層、Ａｌを含む窒化物半導体を有するｎ型クラッド層、ＩｎａＧａ１−ａＮ（０＜ａ＜１）からなる井戸層とＩｎｂＧａ１−ｂＮ（０≦ｂ＜１）からなる障壁層とを有する多重量子井戸構造の活性層、Ａｌを含む窒化物半導体層を有するｐ型クラッド層を順に有しており、
前記基板とｎ型コンタクト層との間に、井戸層よりもバンドギャップエネルギーが小さいＩｎｄＧａ１−ｄＮ（０＜ｄ＜１）からなる第１の窒化物半導体を少なくとも１層以上を含んでなる光吸収層を有し、
前記ｎ型コンタクト層とｎ型クラッド層との間に、Ｉｎを含有するクラック防止層を有す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ｐ型クラッド層、及び／又は前記ｎ型クラッド層は、多層膜層からなる請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記光吸収層が、井戸層よりもバンドギャップエネルギーが小さいＩｎｄＧａ１−ｄＮ（０＜ｄ＜１）からなる第１の窒化物半導体と、ＧａＮからなる第２の窒化物半導体とをそれぞれ少なくとも１層以上積層してなる多層膜からなる請求項１又は請求項２に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記光吸収層は、アンドープである請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記光吸収層の膜厚が、０．０２〜１μｍである請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記多層膜の光吸収膜を構成する第１の窒化物半導体層の膜厚が、０．０１〜０．０５μｍであり、第２の窒化物半導体の膜厚が０．０１〜０．０５μｍである請求項３に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は窒化物半導体（ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ、０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）よりなるレーザ素子に関し、特にファーフィールドパターンが良好となる窒化物半導体レーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者等は、実用可能な窒化物半導体レーザ素子として、例えばJpn.J.Appl.Phys.Vol.37(1998）pp.L309-L312、Part2,No.3B,15 March 1998の文献に素子構造を提案している。
上記文献の技術は、サファイア基板上部に、部分的に形成されたＳｉＯ2膜を介して選択成長された転位の少ないＧａＮよりなる窒化物半導体基板の上に、レーザ素子構造となる窒化物半導体層を複数積層してなる素子とすることで、室温での連続発振１万時間以上を可能とするものである。素子構造としては、選択成長された窒化物半導体基板上に、ｎ−ＡｌkＧａ1-kＮ（０≦ｋ＜１）よりなるｎ型コンタクト層、Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなるクラック防止層、ｎ−Ａｌ0.14Ｇａ0.86Ｎ／ＧａＮの多層膜よりなるｎ型クラッド層、ｎ−ＧａＮよりなるｎ型ガイド層、Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ／Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎよりなる多重量子井戸構造の活性層、ｐ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなるｐ型電子閉じ込め層、ｐ−ＧａＮよりなるｐ型ガイド層、ｐ−Ａｌ0.14Ｇａ0.86Ｎ／ＧａＮの多層膜よりなるｐ型クラッド層、ｐ−ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層により構成されている。
【０００３】
この中のｎ及びｐ型クラッド層は、多層膜（超格子構造）とすることで、Ａｌの組成比を上げてもクラックの発生を防止できることにより、光を閉じ込めるのに十分な程度にレーザ導波路の屈折率よりも低くでき、良好な光閉じ込めの作用を有する。光閉じこめが十分であると、しきい値の低下による寿命特性の向上に加えて、ファーフィールドパターン（以下ＦＦＰという場合がある。）が単一モードとなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のレーザ素子の種々の製品への応用への適性を向上させるために、主レーザ光のＦＦＰをさらに詳細に検討すると、シングルモードの主レーザ光にｎ型コンタクト層（窒化物半導体基板を含む）の端面から放出される弱い光が重なり、主レーザ光が小さなマルチモードとなっていることが確認された。
この原因としては、ｐ電極とｎ電極が同一面側に形成されてなる場合、活性層で発光した光がｎ型クラッド層から漏れだし、ｎ型クラッド層及び窒化物半導体基板裏面の支持対などの屈折率より大きい値を示すｎ型コンタクト層内を導波して、ｎ型コンタクト層端面から放出される弱い光が共振面から放出される主レーザ光に重なるために、主レーザ光にリップルが乗り、ＦＦＰが小さなマルチモードとなってしまうと考えられる。このような問題は、サファイア基板を除去せずにレーザ素子とした場合にも、サファイアの屈折率が小さいために同様に生じる。
レーザ素子を用いた製品が実用化された場合に、レーザ光を良好に機能させるために、リップルがＦＦＰに乗ることを抑制することが望ましい。
そこで、本発明の目的は、主レーザ光のＦＦＰにリップルの乗らない良好な単一モードとなる窒化物半導体レーザ素子を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、下記（１）〜（６）の構成により本発明の目的を達成することができる。
（１）窒化物半導体を選択的に横方向に成長させて形成された窒化物半導体基板上に、少なくともｎ型コンタクト層、Ａｌを含む窒化物半導体を有するｎ型クラッド層、ＩｎａＧａ１−ａＮ（０＜ａ＜１）からなる井戸層とＩｎｂＧａ１−ｂＮ（０≦ｂ＜１）からなる障壁層とを有する多重量子井戸構造の活性層、Ａｌを含む窒化物半導体層を有するｐ型クラッド層を順に有しており、
前記基板とｎ型コンタクト層との間に、井戸層よりもバンドギャップエネルギーが小さいＩｎｄＧａ１−ｄＮ（０＜ｄ＜１）からなる第１の窒化物半導体を少なくとも１層以上を含んでなる光吸収層を有し、
前記ｎ型コンタクト層とｎ型クラッド層との間に、Ｉｎを含有するクラック防止層を有することを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
（２）前記ｐ型クラッド層、及び／又は前記ｎ型クラッド層は、多層膜層からなる前記（１）に記載の窒化物半導体レーザ素子。
（３）前記光吸収層が、井戸層よりもバンドギャップエネルギーが小さいＩｎｄＧａ１−ｄＮ（０＜ｄ＜１）からなる第１の窒化物半導体と、ＧａＮからなる第２の窒化物半導体とをそれぞれ少なくとも１層以上積層してなる多層膜からなる前記（１）又は（２）に記載の窒化物半導体レーザ素子。
（４）前記光吸収層は、アンドープである前記（１）乃至（３）のいずれか１つに記載の窒化物半導体レーザ素子。
（５）前記光吸収層の膜厚が、０．０２〜１μｍである前記（１）乃至（４）のいずれか１つに記載の窒化物半導体レーザ素子。
（６）前記多層膜の光吸収膜を構成する第１の窒化物半導体層の膜厚が、０．０１〜０．０５μｍであり、第２の窒化物半導体の膜厚が０．０１〜０．０５μｍである前記（３）に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【０００６】
つまり、本発明は、ｎ型クラッド層から漏れ出した光によるＦＦＰの乱れを防止するために、ｎ型コンタクト層と基板との間に、活性層の井戸層よりバンドギャップエネルギーが小さいアンドープのＩｎＧａＮを含んでなる光吸収層を形成することにより、ＦＦＰを良好にするものである。
【０００７】
従来、本発明者等は、特開平８−１３０３２７号公報に、基板とｎ型コンタクト層との間に、発光層を構成する窒化物半導体層よりもバンドギャップエネルギーの小さい層（例えばＩｎＧａＮ）を形成してなるＬＥＤ素子を開示している。この技術において、発光層よりもバンドギャップエネルギーの小さい層は、ＺｎやＳｉの不純物準位による主発光を通過させ、ＩｎＧａＮのバンド間発光による光のみを吸収し、不純物準位による主発光スペクトルの半値幅を狭め色純度を良好にするものである。
【０００８】
これに対して、本発明におけるアンドープの光吸収層は、光閉じ込め層として設けられたｎ型クラッド層から漏れ出した光を実質的に全て吸収し、ｎ型コンタクト層端面からの光の放出を抑制し、レーザ導波路から放出される主レーザ光のＦＦＰを良好な単一モードにするものである。従って、本発明は、実用可能な程度に良好なレーザ素子が実現したことにより新たに生じた問題点を解決するものである。
【０００９】
本発明において、光吸収層をアンドープとする理由は、ｎ型クラッド層から漏れ出した光を吸収した後、光吸収層内部でわずかに発光が生じて端面から放出する傾向があり、不純物がドープされているとフォトルミネセンスの強度が強まり、ＦＦＰに乗るリップルが大きくなることが考えられるからである。本発明のようにアンドープとすると、フォトルミネッセンスの強度が不純物ドープ層に比べて弱いため、仮に光吸収層の端面から光が放出されたとしても、雑音程度の弱いものとなり、ＦＦＰへの影響を弱めることができる。更に、光吸収層をアンドープとすると、結晶性良くＩｎＧａＮの光吸収層を形成でき、この上に形成されるｎ型コンタクト層や活性層などの結晶性も良好にすることができる。結晶性の良好な素子が得られれば、寿命特性が向上する。
【００１０】
更に、本発明は、上記のように光吸収層をアンドープとすることから、バルク抵抗の上昇による順方向電圧（Ｖｆ）の上昇を避けるために、電気の流れに関与しない位置に光吸収層を形成することを考慮して、光吸収層をｎ型コンタクト層と基板との間に形成するものである。
【００１１】
以上のように、本発明は、活性層の井戸層のバンドギャップエネルギーより小さい光吸収層をアンドープとし且つ素子構造の特定の位置に形成することにより、従来の問題点を解決することができるものである。
【００１２】
更に、本発明において、光吸収層を、ＩｎＧａＮからなる第１の窒化物半導体と、ＧａＮからなる第２の窒化物半導体とを含んでなる多層膜とすることにより、光吸収層の結晶性を低下させることなく、ｎ型クラッド層から漏れ出した光を実質的に全て吸収するのに十分な程度に厚膜にするのに好ましい。
更に本発明において、光吸収層の膜厚が、０．０２〜１μｍであると、ｎ型クラッド層から漏れ出した光を良好に吸収するのに好ましい。
更に本発明において、光吸収層が多層膜から構成される場合、ＩｎＧａＮからなる第１の窒化物半導体の膜厚が、０．０１〜０．０５μｍであり、ＧａＮからなる第２の窒化物半導体の膜厚が、０．０１〜０．５μｍであると、結晶性よく多層膜の光吸収層を形成するのに好ましい。光吸収層が、第１及び第２の窒化物半導体を含んでなる多層膜の場合、上記各層の膜厚内で、上記の光吸収層の膜厚となるように積層回数等を調整して光吸収層を形成する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の窒化物半導体レーザ素子は、基板上に、少なくともｎ型コンタクト層、及び、Ａｌを含む窒化物半導体を有する多層膜層からなるｎ型クラッド層とＡｌを含む窒化物半導体を有する多層膜層からなるｐ型クラッド層との間に、ＩｎaＧａ1-aＮ（０＜ａ＜１）からなる井戸層とＩｎbＧａ1-bＮ（０≦ｂ＜１）からなる障壁層とを有する多重量子井戸構造の活性層を有し、更に、前記ｎ型コンタクト層と基板との間に、井戸層よりもバンドギャップエネルギーが小さいアンドープのＩｎdＧａ1-dＮ（０＜ｄ＜１）からなる第１の窒化物半導体の少なくとも１層以上を含んでなる光吸収層を有する。
【００１４】
本発明において、光吸収層の形成させる位置は、ｎ型コンタクト層と基板との間に形成されればいずれに形成されてもよい。このような位置に光吸収層が形成されると、フォトルミネッセンスの強度が弱いアンドープとしても素子の抵抗を増加させることがないので、Ｖｆの上昇を引き起こすことがなく、更にアンドープとすることで結晶性を良好にすることができる。
本発明において、光吸収層としては、活性層のＩｎaＧａ1-aＮからなる井戸層よりもバンドギャップエネルギーが小さいアンドープのＩｎdＧａ1-dＮからなる第１の窒化物半導体の少なくとも１層を含んでいればよく、第１の窒化物半導体からなる単層、又は第１の窒化物半導体とそれ以外の窒化物半導体とを積層してなる多層膜などが挙げられる。光吸収層として好ましくは、アンドープのＩｎdＧａ1-dＮ（０＜ｄ＜１）からなる第１の窒化物半導体とアンドープのＧａＮからなる第２の窒化物半導体とをそれぞれ少なくとも１層以上積層してなる多層膜である。
光吸収層が多層膜から構成されていると、Ｉｎを含む第１の窒化物半導体の結晶性を損なうことなく光吸収層を厚膜にすることができ好ましい。更に多層膜を構成するその他の層としてＧａＮからなる第２の窒化物半導体を用いると、第１の窒化物半導体の結晶性及び光吸収層の結晶性を良好にすることができ好ましい。
【００１５】
ＩｎdＧａ1-dＮ（０＜ｄ＜１）からなる第１の窒化物半導体のｄの値は、井戸層のＩｎの割合、つまり、活性層で発光する光の波長により適宜調整され、ｎ型クラッド層から漏れ出す光を良好に吸収できるように井戸層のバンドギャップエネルギーより小さくなるようにＩｎの組成比が調整される。
光吸収層が、少なくともＩｎdＧａ1-dＮからなる第１の窒化物半導体を有していると、ＩｎＧａＮを含んでなる活性層から発光しｎ型クラッド層から漏れ出す光を吸収するのに好ましい。
またｄの値は、光吸収層が第１の窒化物半導体のみからなる場合でも、第１の窒化物半導体と第２の窒化物半導体とを積層してなる多層膜である場合でも、同様に調整される。
【００１６】
光吸収層が第１の窒化物半導体の単層からなる場合等の光吸収層の総膜厚は、０．０２〜１μｍ、好ましくは０．１〜０．３μｍである。この範囲であると光吸収層を単層としても光を良好に吸収でき更に結晶性良く形成することができる。
また、光吸収層が多層膜の場合の第１の窒化物半導体の単一層の膜厚は、０．０１〜０．０５μｍ、好ましくは０．０５〜０．１μｍであり、この範囲であると活性層で発光しｎ型クラッド層から漏れ出した光を良好に吸収することができるとともに単一層の結晶性が良い点で好ましい。一方、第２の窒化物半導体の単一層の膜厚は、０．０１〜０．５μｍ、好ましくは０．０５〜０．３μｍであり、この範囲であると結晶性が良く、光吸収層全体の結晶性をも良好にすることができる点で好ましい。
第１の窒化物半導体と第２の窒化物半導体との積層回数は、特に限定されず、上記光吸収層の膜厚内で、単一膜厚が上記範囲の第１及び第２の窒化物半導体を積層する。例えば、Ｉｎの組成比が大きい場合は、ＩｎＧａＮの結晶性が維持しにくく傾向があるので、この場合は第１の窒化物半導体の単一層の膜厚を薄して積層回数を増やすことが結晶性の良好な光吸収膜を得るのに好ましい。
【００１７】
以上のように、本発明における光吸収層は、レーザ素子の活性層で発光しｎ型クラッド層から漏れ出した光が、ｎ型コンタクト層で導波してＦＦＰを乱すことを防止するものであり、この点から本発明は、レーザ素子の基板となる材料がｎ型コンタクト層より屈折率の小さい値の材料を有して構成される場合、又は窒化物半導体を基板としこの基板裏面に支持対などが接している場合などに生じる問題点を解決するものである。
本発明において、基板としては、屈折率がｎ型コンタクト層より小さい材料のものであり、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（ＭｇＡ１2Ｏ4）のような絶縁性基板、窒化物半導体と格子整合する酸化物基板等、従来知られている窒化物半導体となり屈折率の小さい基板材料を用いることができる。これらの基板材料は後述の選択成長で用いられる異種基板としても用いることができる。
また、本発明において、基板としては、上記基板材料と、この上に窒化物半導体の横方向の成長を利用して選択成長させた転位の少ない窒化物半導体とを有する材料を基板としてもよい。
【００１８】
窒化物半導体の選択成長の方法としては、特に限定されず、窒化物半導体の転位を低減できる方法であればよい。例えば、前記Ｊ．Ｊ．Ａ．Ｐ．に記載の方法、本出願人が提出した特願平１０−７７２４５号、特願平１０−２７５８２６号、特願平１０−３６３５２０号の各明細書に記載の方法等を挙げることができる。
【００１９】
また、本発明において、Ａｌを含む窒化物半導体を有する多層膜層からなるｎ型クラッド層、Ａｌを含む窒化物半導体を有する多層膜層からなるｐ型クラッド層、ＩｎaＧａ1-aＮ（０＜ａ＜１）からなる井戸層及びＩｎbＧａ1-bＮ（０≦ｂ＜１）からなる障壁層を有する多重量子井戸構造の活性層、ｎ型コンタクト層は特に限定されない。
【００２０】
以下に好ましい実施の形態として、図１を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施の形態である窒化物半導体レーザ素子を示す模式的断面図である。
図１には、サファイア等の異種基板上に選択成長させた窒化物半導体基板１上に、アンドープのＩｎdＧａ1-dＮからなる第１の窒化物半導体の少なくとも１層を含んでなる光吸収層２、ｎ型不純物（例えばＳｉ）をドープしてなるＡｌaＧａ1-aＮ（０＜ａ＜１）よりなるｎ型コンタクト層３、ＳｉドープのＩｎgＧａ1-gＮ（０．０５≦ｇ≦０．２）よりなるクラック防止層４、ＡｌeＧａ1-eＮ（０．１２≦ｅ＜０．１５）を含んでなる多層膜のｎ型クラッド層５、アンドープのＧａＮからなるｎ型ガイド層６、ＩｎbＧａ1-bＮ（０≦ｂ＜１）からなる多重量子井戸構造の活性層７、ＭｇドープのＡｌdＧａ1-dＮ（０＜ｄ≦１）からなる少なくとも１層以上のｐ型電子閉じ込め層８、アンドープのＧａＮからなるｐ型ガイド層９、ＡｌfＧａ1-fＮ（０＜ｆ≦１）を含んでなる多層膜のｐ型クラッド層１０、ＭｇドープのＧａＮからなるｐ型コンタクト層１１からなるリッジ形状のストライプを有する窒化物半導体レーザ素子が示されている。
また、ｐ電極は、リッジ形状のストライプの最上層に形成され、ｎ電極はｎ型コンタクト層上に形成される。
以下に各層について更に詳細に説明する。
【００２１】
本発明において用いることのできる選択成長としては、窒化物半導体の縦方向の成長を少なくとも部分的に一時的止めて、横方向の成長を利用して転位を抑制することのできる成長方法であれば特に限定されない。
例えば具体的に、窒化物半導体と異なる材料からなる異種基板上に、窒化物半導体が成長しないかまたは成長しにくい材料からなる保護膜を部分的に形成し、その上から窒化物半導体を成長させることにより、保護膜が形成されていない部分から窒化物半導体が成長し、成長を続けることにより保護膜上に向かって横方向に成長することにより厚膜の窒化物半導体が得られる。
【００２２】
異種基板としては、窒化物半導体と異なる材料よりなる基板であれば特に限定されず、例えば、図２に示すＣ面、Ｒ面、Ａ面を主面とするサファイア、スピネル（ＭｇＡ１2Ｏ4）のような絶縁性基板、窒化物半導体と格子整合する酸化物基板等、従来知られている窒化物半導体と異なる基板材料を用いることができる。上記の中で好ましい異種基板としては、サファイアであり、更に好ましくはサファイアのＣ面である。更に、選択成長して得られる窒化物半導体の内部に微細なクラックの発生を防止できる等の点から、サファイアのＣ面がステップ状にオフアングルされ、オフアングル角θ（図３に示されるθ）が０．１°〜０．３°の範囲のものが好ましい。オフアングル角θが０．１°未満であるとレーザ素子の特性が安定し易くなり、また選択成長の窒化物半導体の内部に微細なクラックが発生しやすくなる傾向があり、一方オフ角が０．３°を超えると、選択成長の窒化物半導体の面状態がステップ状になり、その上に素子構造を成長させるとステップが若干強調され、素子のショート及びしきい値上昇を招き易くなる傾向がある。
上記微細なクラックとは、異種基板と窒化物半導体とが格子整合しないために生じるものであり、窒化物半導体の選択成長のいずれかの過程で生じる場合や、転位の低減された窒化物半導体基板に例えばｎ型コンタクト層などを形成するとｎ型コンタクト層に発生する場合等がある。このような微細なクラックは、寿命特性の低下を引き起こす原因となる可能性がある。従って、上記のようにオフアングルされた基板を用いることが、微細なクラックの発生を防止する点で好ましい。
【００２３】
上記のようなステップ状にオフアングルされたサファイア等の異種基板上に、保護膜を、直接又は一旦窒化物半導体を成長させてから形成する。
保護膜としては、保護膜表面に窒化物半導体が成長しないかまたは成長しにくい性質を有する材料であれば特に限定されないが、例えば酸化ケイ素（ＳｉＯX）、窒化ケイ素（ＳｉXＮY）、酸化チタン（ＴｉＯX）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯX）等の酸化物、窒化物、またこれらの多層膜の他、１２００℃以上の融点を有する金属等を用いることができる。好ましい保護膜材料としては、ＳｉＯ2及びＳｉＮが挙げられる。
保護膜材料を窒化物半導体等の表面に形成するには、例えば蒸着、スパッタ、ＣＶＤ等の気相製膜技術を用いることができる。また、部分的（選択的）に形成するためには、フォトリソグラフィー技術を用いて、所定の形状を有するフォトマスクを作製し、そのフォトマスクを介して、前記材料を気相製膜することにより、所定の形状を有する保護膜を形成できる。保護膜の形状は、特に限定されないが、例えばドット、ストライプ、碁盤面状の形状で形成でき、好ましくはストライプ状の形状でストライプがオリエンテーションフラット面（サファイアのＡ面）に垂直になるように形成される。
また保護膜が形成されている表面積は、保護膜が形成されていない部分の表面積より大きい方が転位を防止して良好な結晶性を有する窒化物半導体基板を得ることができる。
【００２４】
また、保護膜がストライプ形状である場合の保護膜のストライプ幅と保護膜が形成されていない部分（窓部）の幅との関係は、１０：３以上、好ましくは１６〜１８：３である。保護膜のストライプ幅と窓部の幅が上記の関係にあると、窒化物半導体が良好の保護膜を覆い易くなり、且つ転位を良好に防止することができる。保護膜のストライプ幅としては、例えば６〜２７μｍ、好ましくは１１〜２４μｍであり、窓部の幅としては、例えば２〜５μｍ、好ましくは２〜４μｍである。
また、選択成長して得られる窒化物半導体上に素子構造を形成しｐ型窒化物半導体層の最上層にリッジ形状のストライプを形成する場合、リッジ形状のストライプが、保護膜上部であって、且つ保護膜の中心部分を避けて形成されていることがしきい値を低下させることができ、素子の信頼性を向上させるのに好ましい。このことは、保護膜上部の窒化物半導体の結晶性は、窓部上部のその結晶性に比べて良好であるためしきい値を低下させるのに好ましいからである。また保護膜の中心付近は、窓部から成長した隣接する窒化物半導体同士が横方向の成長によって接合する部分でありこのような接合箇所に空隙の生じる場合があり、この空隙の上部にリッジ形状のストライプが形成されると、レーザ素子の動作中に空隙から転位が伝播し易いため素子の信頼性が劣化する傾向があるからである。
【００２５】
保護膜は、異種基板に直接形成されてもよいが、低温成長のバッファ層を形成させ、更に高温成長の窒化物半導体を成長させた上に、形成させることが転位を防止するのに好ましい。
低温成長のバッファ層としては、例えばＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、及びＩｎＧａＮ等のいずれかを９００℃以下２００℃以上の温度で、膜厚数十オングストローム〜数百オングストロームで成長させてなるものである。このバッファ層は、異種基板と高温成長の窒化物半導体層との格子定数不正を緩和し転位の発生を防止するのに好ましい。
高温成長の窒化物半導体としては、アンドープのＧａＮ、ｎ型不純物をドープしたＧａＮ、またＳｉをドープしたＧａＮを用いることができ、好ましくはアンドープのＧａＮである。またこれらの窒化物半導体は、高温、具体的には９００℃〜１１００℃、好ましくは１０５０℃でバッファ層上に成長される。膜厚は特に限定されないが、例えば１〜２０μｍ、好ましくは２〜１０μｍである。
【００２６】
次に保護膜を形成した上に、窒化物半導体を選択成長させて窒化物半導体基板１を得る。この場合、成長させる窒化物半導体としては、アンドープのＧａＮ又は不純物（例えばＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃｒ、及びＭｇ）をドープしたＧａＮが挙げられる。成長温度としては、例えば９００℃〜１１００℃、より具体的には１０５０℃付近の温度で成長させる。不純物がドープされていると転位を抑制するのに好ましい。
保護膜上に成長させる初期は、成長速度をコントロールし易いＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）等で成長させ、保護膜が選択成長の窒化物半導体で覆われた後の成長をＨＶＰＥ（ハライド気相成長法）等で成長させてもよい。
【００２７】
次に、選択成長して得られた窒化物半導体（サファイア等の異種基板を有する）を基板としこの上に、光吸収層２を成長させる。
光吸収層２としては、前記したように、井戸層よりもバンドギャップエネルギーが小さいアンドープのＩｎdＧａ1-dＮ（０＜ｄ＜１）からなる第１の窒化物半導体を含んでなる光吸収層、又は、第１の窒化物半導体とアンドープのＧａＮからなる第２の窒化物半導体とをそれぞれ少なくとも１層以上積層してなる多層膜からなる光吸収層を形成することができる。光吸収層２の詳細は、前記した通りである。
【００２８】
次に、ｎ型コンタクト層３を光吸収層２上に成長させる。ｎ型コンタクト層としては、ｎ型不純物（好ましくはＳｉ）をドープされたＡｌaＧａ1-aＮ（０≦ａ＜１）を成長させ、好ましくはａが０．０１〜０．０５のＡｌaＧａ1-aＮを成長させる。ｎ型コンタクト層がＡｌを含む３元混晶で形成されると、窒化物半導体基板１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、更に窒化物半導体基板１と光吸収層２やｎ型コンタクト層との格子定数及び熱膨張係数の相違によるｎ型コンタクト層等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。ｎ型不純物のドープ量としては、１×１０18／ｃｍ3〜５×１０18／ｃｍ3である。このｎ型コンタクト層３にｎ電極が形成される。ｎ型コンタクト層３の膜厚としては、１〜１０μｍである。
また、光吸収層２とｎ型コンタクト層３との間に、アンドープのＡｌaＧａ1-aＮ（０＜ａ＜１）を成長させてもよく、このアンドープの層を成長させると結晶性が良好となり、寿命特性を向上させるのに好ましい。アンドープｎ型コンタクト層の膜厚は、数μｍである。
【００２９】
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ＩｎgＧａ1-gＮ（０．０５≦ｇ≦０．２）を成長させ、好ましくはｇが０．０５〜０．０８のＩｎgＧａ1-gＮ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。Ｓｉのドープ量としては、５×１０18／ｃｍ3である。
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（ｘ≧０．１）すると、クラック防止層４が、活性層７から発光しｎ型クラッド層５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。
クラック防止層４膜厚としては、結晶性を損なわない程度の厚みであり、例えば具体的には０．０５〜０．３μｍである。
【００３０】
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、ＡｌeＧａ1-eＮ（０．１２≦ｅ＜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、ＡｌeＧａ1-eＮ（０．１２≦ｅ＜０．１５）層と、このＡｌeＧａ1-eＮ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、ＡｌeＧａ1-eＮ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ＡｌeＧａ1-eＮ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、ＡｌeＧａ1-eＮにドープされてもよい。ｎ型不純物のドープ量は、４×１０18／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。
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ｎ型クラッド層が超格子構造となり、Ａｌを含有しているにもかかわらず、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、０．７〜２μｍである。
またｎ型クラッド層の全体のＡｌの平均組成は、０．０５〜０．１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。
【００３１】
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の膜厚としては、０．１〜０．０７μｍであるとしきい値が低下し好ましい。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。
【００３２】
次に、活性層７をｎ型ガイド層６上に成長させる。活性層７としては、ＩｎbＧａ1-bＮ（０≦ｂ＜１）を含んでなる多重量子井戸構造である。活性層７の井戸層としては、ｂが０．１〜０．２のＩｎbＧａ1-bＮであり、障壁層としては、ｂが０〜０．０１のＩｎbＧａ1-bＮである。
また活性層７を構成する井戸層及び障壁層のいずれか一方または両方に不純物をドープしてもよい。好ましくは障壁層に不純物をドープさせると、しきい値が低下し好ましい。
井戸層の膜厚としては、３０〜６０オングストロームであり、障壁層の膜厚としては、９０〜１５０オングストロームである。
【００３３】
活性層６の多重量子井戸構造は、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。好ましくは障壁層から始まり、井戸層と障壁層とのペアを２〜５回繰り返してなるもの、好ましくは井戸層と障壁層とのペアを３回繰り返してなるものがしきい値を低くし寿命特性を向上させるのに好ましい。
【００３４】
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ＡｌdＧａ1-dＮ（０＜ｄ≦１）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。好ましくはｄが０．１〜０．５のＭｇドープのＡｌdＧａ1-dＮである。ｐ型電子閉じ込め層８の膜厚は、１０〜１０００オングストローム、好ましくは５０〜２００オングストロームである。膜厚が上記範囲であると、活性層７内の電子を良好に閉じ込めることができ、且つバルク抵抗も低く抑えることができ好ましい。
またｐ型電子閉じ込め層８のＭｇのドープ量は、１×１０19／ｃｍ3〜１×１０21／ｃｍ3である。ドープ量がこの範囲であると、バルク抵抗を低下させることに加えて、後述のアンドープで成長させるｐ型ガイド層へＭｇが良好に拡散され、薄膜層であるｐ型ガイド層９にＭｇを１×１０16／ｃｍ3〜１×１０18／ｃｍ3の範囲で含有させることができる。
またｐ型電子閉じ込め層８は、低温、例えば８５０〜９５０℃程度の活性層を成長させる温度と同様の温度で成長させると活性層の分解を防止することができ好ましい。
またｐ型電子閉じ込め層８は、低温成長の層と、高温、例えば活性層の成長温度より１００℃程度の温度で成長させる層との２層から構成されていてもよい。このように、２層で構成されていると、低温成長の層が活性層の分解を防止し、高温成長の層がバルク抵抗を低下させるので、全体的に良好となる。
またｐ型電子閉じ込め層８が２層から構成される場合の各層の膜厚は、特に限定されないが、低温成長層は１０〜５０オングストローム、高温成長層は５０〜１５０オングストロームが好ましい。
【００３５】
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。膜厚は０．１〜０．０７μｍであり、この範囲であるとしきい値が低くなり好ましい。また上記したように、ｐ型ガイド層９はアンドープ層として成長させるが、ｐ型電子閉じ込め層８にドープされているＭｇが拡散して、１×１０16／ｃｍ3〜１×１０18／ｃｍ3の範囲でＭｇが含有される。
【００３６】
次に、ｐ型クラッド層１０をｐ型ガイド層９に成長させる。ｐ型クラッド層１０としては、ＡｌfＧａ1-fＮ（０＜ｆ≦１）を含んでなる窒化物半導体層、好ましくはＡｌfＧａ1-fＮ（０．０５≦ｆ≦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、ＡｌfＧａ1-fＮ層と、ＡｌfＧａ1-fＮ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、ＡｌfＧａ1-fＮ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ＡｌfＧａ1-fＮ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、ＡｌfＧａ1-fＮ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。
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ｎ型クラッド層が超格子構造となり、Ａｌを含有しているにもかかわらず、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。
ｐ型クラッド層１０の総膜厚としては、０．４〜０．５μｍ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。
またｐ型クラッド層の全体のＡｌの平均組成は、０．０５〜０．１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。
【００３７】
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。膜厚は１０〜２００オングストロームである。Ｍｇのドープ量は１×１０19／ｃｍ3〜１×１０22／ｃｍ3である。このよう膜厚とＭｇのドープ量を調整することにより、ｐ型コンタクト層１１のキャリア濃度が上昇し、ｐ電極をのオーミックがとりやすくなる。
【００３８】
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１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、又はｐ型コンタクト層１１からｎ型コンタクト層２までエッチングしてなるストライプなどが挙げられる。
【００３９】
エッチングして形成されたリッジ形状のストライプの側面やその側面に連続した窒化物半導体層の平面に、例えば図１に示すように、レーザ導波路領域の屈折率より小さい値を有する絶縁膜が形成されている。ストライプの側面等に形成される絶縁膜としては、例えば、屈折率が約１．６〜２．３付近の値を有する、Ｓｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａよりなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む酸化物や、ＢＮ、ＡｌＮ等が挙げられ、好ましくは、Ｚｒ及びＨｆの酸化物のいずれか１種以上の元素や、ＢＮである。
さらにこの絶縁膜を介してストライプの最上層にあるｐ型コンタクト層１１の表面にｐ電極が形成される。
エッチングして形成されるリッジ形状のストライプの幅としては、０．５〜４μｍ、好ましくは１〜３μｍである。ストライプの幅がこの範囲であると、水平横モードが単一モードになり易く好ましい。
また、エッチングがｐ型クラッド層１０とレーザ導波路領域との界面よりも基板側にかけてなされていると、アスペクト比を１に近づけるのに好ましい。
以上のように、リッジ形状のストライプのエッチング量や、ストライプ幅、さらにストライプの側面の絶縁膜の屈折率などを特定すると、単一モードのレーザ光が得られ、さらにアスペクト比を円形に近づけるられ、レーザビームやレンズ設計が容易となり好ましい。
また本発明の素子において、ｐ電極やｎ電極等は従来公知の種々のものを適宜選択して用いることができる。
【００４０】
【実施例】
以下に本発明の一実施の形態である実施例を示す。しかし本発明はこれに限定されない。
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。
【００４１】
［実施例１］
実施例１として、図１に示される本発明の一実施の形態である窒化物半導体レーザ素子を製造する。
【００４２】
異種基板として、図３に示すようにステップ状にオフアングルされたＣ面を主面とし、オフアングル角θ＝０．１５°、ステップ段差およそ２０オングストローム、テラス幅Ｗおよそ８００オングストロームであり、オリフラ面をＡ面とし、ステップがＡ面に垂直であるサファイア基板を用意する。
このサファイア基板を反応容器内にセットし、温度を５１０℃にして、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）とを用い、サファイア基板上にＧａＮよりなる低温成長のバッファ層を２００オングストロームの膜厚で成長させる。
バッファ層成長後、ＴＭＧのみ止めて、温度を１０５０℃まで上昇させ、１０５０℃になったら、原料ガスにＴＭＧ、アンモニア、シランガスを用い、アンドープのＧａＮからなる高温成長のバッファ層を５μｍの膜厚で成長させる。
次に、高温成長のバッファ層を積層したウェーハ上にストライプ状のフォトマスクを形成し、ＣＶＤ装置によりストライプ幅１８μｍ、窓部の幅３μｍのＳｉＯ2よりなる保護膜を０．１μｍの膜厚で形成する。保護膜のストライプ方向はサファイアＡ面に対して垂直な方向である。
保護膜形成後、ウェーハを反応容器に移し、１０５０℃にて、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなる窒化物半導体層を１５μｍの膜厚で成長させ窒化物半導体基板１とする。
得られた窒化物半導体を窒化物半導体基板１として以下の素子構造を積層成長させる。
【００４３】
（光吸収層２）
窒化物半導体基板１上に、７８０℃で原料ガスにＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ、アンモニアガスを用いアンドープのＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎよりなる第１の窒化物半導体を５００オングストロームの膜厚で成長させ、続いて、ＴＭＩを止め、アンドープのＧａＮよりなる第２の窒化物半導体を１０００オングストローム成長させる。そして、この操作をそれぞれ３回繰り返して、第１の窒化物半導体と第２の窒化物半導体とを積層し、総膜厚４５００オングストロームの多層膜よりなる光吸収層２を成長させる。
【００４４】
（アンドープｎ型コンタクト層）［図１には図示されていない］
光吸収層２上に、１０５０℃で原料ガスにＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ、アンモニアガスを用いアンドープのＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎよりなるｎ型コンタクト層を１μｍの膜厚で成長させる。
（ｎ型コンタクト層３）
次に、同様の温度で、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアガスを用い、不純物ガスにシランガス（ＳｉＨ4）を用い、Ｓｉを３×１０18／ｃｍ3ドープしたＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎよりなるｎ型コンタクト層３を３μｍの膜厚で成長させる。
【００４５】
（クラック防止層４）
次に、温度を８００℃にして、原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）及びアンモニアを用い、不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉを５×１０18／ｃｍ3ドープしたＩｎ0.08Ｇａ0.92Ｎよりなるクラック防止層４を０．１５μｍの膜厚で成長させる。
【００４６】
（ｎ型クラッド層５）
次に、温度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＡｌ0.14Ｇａ0.86ＮよりなるＡ層を２５オングストロームの膜厚で成長させ、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２５オングストローム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層の積層し、総膜厚８０００オングストロームの多層膜（超格子構造）よりなるｎ型クラッド層５を成長させる。
【００４７】
（ｎ型ガイド層６）
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６を０．０７５μｍの膜厚で成長させる。
【００４８】
（活性層７）
次に、温度を８００℃にして、原料ガスにＴＭＩ、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Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｎよりなる障壁層を１００オングストローム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Ｉｎ0.11Ｇａ0.89Ｎよりなる井戸層を５０オングストローム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した総膜厚５５０オングストロームの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層７を成長させる。
【００４９】
（ｐ型電子閉じ込め層８）
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Ａｌ0.4Ｇａ0.6Ｎよりなるｐ型電子閉じ込め層８を１００オングストロームの膜厚で成長させる。
【００５０】
（ｐ型ガイド層９）
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型ガイド層９を０．０７５μｍの膜厚で成長させる。
このｐ型ガイド層９は、アンドープとして成長させるが、ｐ型電子閉じ込め層８からのＭｇの拡散により、Ｍｇ濃度が５×１０16／ｃｍ3となりｐ型を示す。
【００５１】
（ｐ型クラッド層１０）
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、アンドープのＡｌ0.1Ｇａ0.9ＮよりなるＡ層を２５オングストロームの膜厚で成長させ、続いて、ＴＭＡを止め、不純物ガスとしてＣｐ2Ｍｇを用い、Ｍｇを５×１０18／ｃｍ3ドープしたＧａＮよりなるＢ層を２５オングストロームの膜厚で成長させる。そして、この操作をそれぞれ１００回繰り返してＡ層とＢ層の積層し、総膜厚５０００オングストロームの多層膜（超格子構造）よりなるｐ型クラッド層１０を成長させる。
【００５２】
（ｐ型コンタクト層１１）
次に、同様の温度で、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてＣｐ2Ｍｇを用い、Ｍｇを１×１０20／ｃｍ3ドープしたＧａＮよりなるｐ型コンタクト層１１を１５０オングストロームの膜厚で成長させる。
【００５３】
反応終了後、反応容器内において、ウエハを窒素雰囲気中、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層を更に低抵抗化する。
アニーリング後、ウエハを反応容器から取り出し、最上層のｐ側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、図４に示すように、ｎ電極を形成すべきｎ側コンタクト層３の表面を露出させる。
次に図４（ａ）に示すように、最上層のｐ側コンタクト層１１のほぼ全面に、ＰＶＤ装置により、Ｓｉ酸化物（主として、ＳｉＯ2）よりなる第１の保護膜６１を０．５μｍの膜厚で形成した後、第１の保護膜６１の上に所定の形状のマスクをかけ、フォトレジストよりなる第３の保護膜６３を、ストライプ幅１．８μｍ、厚さ１μｍで形成する。
次に、図４（ｂ）に示すように第３の保護膜６３形成後、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置により、ＣＦ4ガスを用い、第３の保護膜６３をマスクとして、前記第１の保護膜をエッチングして、ストライプ状とする。その後エッチング液で処理してフォトレジストのみを除去することにより、図４（ｃ）に示すようにｐ側コンタクト層１０の上にストライプ幅１．８μｍの第１の保護膜６１が形成できる。
【００５４】
さらに、図４（ｄ）に示すように、ストライプ状の第１の保護膜６１形成後、再度ＲＩＥによりＳｉＣｌ4ガスを用いて、ｐ側コンタクト層１１、およびｐ側クラッド層１０をエッチングして、ストライプ幅１．８μｍのリッジ形状のストライプを形成する。但し、リッジ形状のストライプは、図１に示すように、選択成長を行う際に形成した保護膜の上部で且つ保護膜の中心部分を避けるように形成される。
リッジストライプ形成後、ウェーハをＰＶＤ装置に移送し、図４（ｅ）に示すように、Ｚｒ酸化物（主としてＺｒＯ2）よりなる第２の保護膜６２を、第１の保護膜６１の上と、エッチングにより露出されたｐ側クラッド層１０の上に０．５μｍの膜厚で連続して形成する。このようにＺｒ酸化物を形成すると、ｐ−ｎ面の絶縁をとるためと、横モードの安定を図ることができ好ましい。
次に、ウェーハをフッ酸に浸漬し、図４（ｆ）に示すように、第１の保護膜６１をリフトオフ法により除去する。
【００５５】
次に図４（ｇ）に示すように、ｐ側コンタクト層１１の上の第１の保護膜６１が除去されて露出したそのｐ側コンタクト層１１の表面にＮｉ／Ａｕよりなるｐ電極２０を形成する。但しｐ電極２０は１００μｍのストライプ幅として、この図に示すように、第２の保護膜６２の上に渡って形成する。
第２の保護膜６２形成後、図１に示されるように露出させたｎ側コンタクト層３の表面にはＴｉ／Ａｌよりなるｎ電極２１をストライプと平行な方向で形成する。
【００５６】
以上のようにして、ｎ電極とｐ電極とを形成したウェー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劈開し、劈開面（１１−００面、六角柱状の結晶の側面に相当する面＝Ｍ面）に共振器を作製する。共振器面にＳｉＯ2とＴｉＯ2よりなる誘電体多層膜を形成し、最後にｐ電極に平行な方向で、バーを切断して図１に示すようなレーザ素子とする。なお共振器長は３００〜５００μｍとすることが望ましい。
得られたレーザ素子をヒートシンクに設置し、それぞれの電極をワイヤーボンディングして、室温でレーザ発振を試みた。
その結果、室温においてしきい値２．５ｋＡ／ｃｍ2、しきい値電圧５Ｖで、発振波長４００ｎｍの連続発振が確認され、室温で１万時間以上の寿命を示し、更にｎ型コンタクト層の端面からの光の放出が抑制され、共振面から放出されるレーザ光のＦＦＰにはリップルが乗ることなく良好な単一モードとなる。
【００５７】
［実施例２］
実施例１において、光吸収層２を以下のように単層で構成させる他は同様にして窒化物半導体レーザ素子を作製する。
（光吸収層２）
窒化物半導体基板１上に、７８０℃で原料ガスにＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ、アンモニアガスを用いアンドープのＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎよりなる第１の窒化物半導体を０．２μｍの膜厚で成長させ光吸収層２を成長させる。
得られたレーザ素子は、実施例１とほぼ同様に良好なＦＦＰで、良好な寿命特性を有する。
【００５８】
［実施例３］
実施例１において、ｐ型電子閉じ込め層８を以下のように２層から構成させる他は同様にして窒化物半導体レーザ素子を作製する。
（ｐ型電子閉じ込め層８）
温度を８００℃にして、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５×１０18／ｃｍ3ドープしたＡｌ0.4Ｇａ0.6Ｎよりなる低温成長のＡ層を３０オングストロームの膜厚で成長させ、続いて温度を９００℃にして、Ｍｇを５×１０18／ｃｍ3ドープしたＡｌ0.4Ｇａ0.6Ｎよりなる高温成長のＢ層を７０オングストロームの膜厚で成長させてなる低温成長のＡ層と高温成長のＢ層との２層からなるｐ型電子閉じ込め層８を成長させる。
得られたレーザ素子は、実施例１と同様に良好なＦＦＰのレーザ光を放出し、寿命特性の良好な素子である。
【００５９】
［実施例４］
実施例１において、クラック防止層４を成長させる際に、Ｉｎの組成比を０．２として、Ｓｉを５×１０18／ｃｍ3ドープしたＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなるクラック防止層４を０．１５μｍの膜厚で成長させる他は同様にしてレーザ素子を作製する。
得られたレーザ素子は、実施例１と同様に良好な寿命特性を有し、更に活性層６で発光しｎ型クラッド層から漏れだした光が、光吸収層２とクラッド防止層４とで吸収され、ＦＦＰが実施例１より良好になる。
【００６０】
［実施例５］
実施例１において、光吸収層２を以下のように変更する他は同様にしてレーザ素子を作製する。
（光吸収層２）
窒化物半導体基板１上に、７８０℃で原料ガスにＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ、アンモニアガスを用いアンドープのＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎよりなる第１の窒化物半導体を０．１μｍの膜厚で成長させ、続いて、ＴＭＩを止め、アンドープのＧａＮよりなる第２の窒化物半導体を０．３μｍ成長させる。そして、この操作をそれぞれ２回繰り返して、第１の窒化物半導体と第２の窒化物半導体とを積層し、総膜厚０．８μｍの多層膜よりなる光吸収層２を成長させる。
得られたレーザ素子は実施例１とほぼ同様に良好な結果が得られる。
【００６１】
［実施例６］
実施例１において、光吸収層２を以下のように変更する他は同様にしてレーザ素子を作製する。
（光吸収層２）
窒化物半導体基板１上に、７８０℃で原料ガスにＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ、アンモニアガスを用いアンドープのＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎよりなる第１の窒化物半導体を０．０１μｍの膜厚で成長させ、続いて、ＴＭＩを止め、アンドープのＧａＮよりなる第２の窒化物半導体を０．０２μｍ成長させる。そして、この操作をそれぞれ５回繰り返して、第１の窒化物半導体と第２の窒化物半導体とを積層し、総膜厚０．１５μｍの多層膜よりなる光吸収層２を成長させる。
得られたレーザ素子は実施例１とほぼ同様に良好な結果が得られる。
【００６２】
［実施例７］
実施例２において、光吸収層２の膜厚を０．５μｍとする他は同様にしてレーザ素子を作製する。
得られたレーザ素子は、実施例２とほぼ同様に良好な結果が得られる。
【００６３】
【発明の効果】
本発明は、レーザ光のＦＦＰがリップルのない良好な単一モードとなる窒化物半導体レーザ素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態である窒化物半導体レーザ素子を示す模式的断面図である。
【図２】図２は、サファイアの面方位を示すユニットセル図である。
【図３】図３は、オフアングルした異種基板の部分的な形状を示す模式的断面図である。
【図４】図４は、リッジ形状のストライプを形成する一実施の形態である方法の各工程におけるウエハの部分的な構造を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
１・・・窒化物半導体基板
２・・・光吸収層
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
【図１】
0003794530.tif 000002
【図２】
0003794530.tif 000003
【図３】
0003794530.tif 000004
【図４】
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