窒化ガリウム系半導体レーザ素子、及び、窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法
【課題】閾値電流が低減される窒化ガリウム系半導体レーザ素子及び窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法を提供する。
【解決手段】ｎ型クラッド層１５ｂと、ｎ側光ガイド層２９と、活性層２７と、ｐ側光ガイド層３１と、ｐ型クラッド層２３と、を備え、活性層２７の発振波長は、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であり、ｎ型クラッド層１５ｂは、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０＜ｘ＜０．０５，０＜ｙ＜０．２０）であり、ｐ型クラッド層２３は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜０．０５，０＜ｙ＜０．２０）であり、ｎ側光ガイド層２９及びｐ側光ガイド層３１は、何れも、インジウムを含有し、ｎ側光ガイド層２９及びｐ側光ガイド層３１のインジウムの組成は、何れも、２％以上６％以下であり、ｎ型クラッド層１５ｂの膜厚は、ｎ型クラッド層１５ｂの膜厚とｐ型クラッド層２３の膜厚との合計の６５％以上８５％以下の範囲にある。
【解決手段】ｎ型クラッド層１５ｂと、ｎ側光ガイド層２９と、活性層２７と、ｐ側光ガイド層３１と、ｐ型クラッド層２３と、を備え、活性層２７の発振波長は、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であり、ｎ型クラッド層１５ｂは、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０＜ｘ＜０．０５，０＜ｙ＜０．２０）であり、ｐ型クラッド層２３は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜０．０５，０＜ｙ＜０．２０）であり、ｎ側光ガイド層２９及びｐ側光ガイド層３１は、何れも、インジウムを含有し、ｎ側光ガイド層２９及びｐ側光ガイド層３１のインジウムの組成は、何れも、２％以上６％以下であり、ｎ型クラッド層１５ｂの膜厚は、ｎ型クラッド層１５ｂの膜厚とｐ型クラッド層２３の膜厚との合計の６５％以上８５％以下の範囲にある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化ガリウム系半導体レーザ素子、及び、窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、動作電圧の低減、外部量子効率の増大、発振閾値電流密度の低減等の特性改善を行うための４３０ｎｍ以上の発光波長を有する窒化物半導体レーザ素子が開示されている。この窒化物半導体レーザ素子では、窒化物半導体基板上に、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、ＧａＮ層、第１のＩｎＧａＮ光ガイド層、発光層、第２のＩｎＧａＮ光ガイド層、窒化物半導体中間層、ｐ型ＡｌＧａＮ層、およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層がこの順に設けられる。ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層は、３％以上５％以下のアルミニウム（Ａｌ）の組成と１．８μｍ以上２．５μｍ以下の厚さを有する。第１と第２のＩｎＧａＮ光ガイド層は、３％以上６％以下のインジウム（Ｉｎ）の組成を有する。第１の光ガイド層の厚さは、第２の光ガイド層に比べて大きくかつ１２０ｎｍ以上１６０ｎｍ以下である。ｐ型ＡｌＧａＮ層は、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層に接しかつそのアルミニウム（Ａｌ）の組成はｐ型クラッド層に比べて高くて１０％以上３５％以下である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１２９６７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されている窒化物半導体レーザ素子では、ｎ側のＩｎＧａＮ光ガイド層の膜厚がｐ側のＩｎＧａＮ光ガイド層の膜厚よりも厚い。ｎ側の光ガイド層の方がｐ側の光ガイド層よりも光の吸収は少ないので、閾値電流を低減するためには、ｐ側の光ガイド層の膜厚よりもｎ側の光ガイド層の膜厚を厚くすることが考えられる。一方、ｐ側の光ガイド層の膜厚よりもｎ側の光ガイド層の膜厚を厚くする程、活性層の位置のズレが増して活性層を通る光の割合が減少するので、逆に、閾値電流の上昇を招く。そこで、本発明の目的は、上記の事項を鑑みてなされたものであり、閾値電流が低減される窒化ガリウム系半導体レーザ素子及び窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る窒化ガリウム系半導体レーザ素子は、ｎ型の窒化ガリウム系半導体のｎ型クラッド層と、前記ｎ型クラッド層の上に設けられた窒化ガリウム系半導体の第１の光ガイド層と、前記第１の光ガイド層の上に設けられた窒化ガリウム系半導体の活性層と、前記活性層の上に設けられた窒化ガリウム系半導体の第２の光ガイド層と、前記第２の光ガイド層の上に設けられたｐ型の窒化ガリウム系半導体のｐ型クラッド層とを備え、前記活性層の発振波長は、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であり、前記第１及び第２の光ガイド層は、何れも、インジウムを含有し、前記第１及び第２の光ガイド層のインジウムの組成は、何れも、２％以上６％以下であり、前記第１の光ガイド層の膜厚は、前記第１の光ガイド層の膜厚と前記第２の光ガイド層の膜厚との合計の６５％以上８５％以下の範囲にあり、前記第１の光ガイド層及び前記第２の光ガイド層は前記活性層に接している、ことを特徴とする。また、前記ｎ型クラッド層は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０＜ｘ＜０．０５，０＜ｙ＜０．２０）であり、前記ｐ型クラッド層は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜０．０５，０＜ｙ＜０．２０）である。
【０００６】
ｎ側の光ガイド層及びｐ側の光ガイド層による光の吸収量の総量を低減させることによって、半導体レーザの閾値電流を低減することができる。本発明において、ｎ側にある第１の光ガイド層の膜厚が、この第１の光ガイド層の膜厚とｐ側にある第２の光ガイド層の膜厚との合計の６５％以上８５％以下の範囲にあるので、窒化ガリウム系半導体レーザ素子に含まれるｎ側の光ガイド層及びｐ側の光ガイド層による光の吸収量の総量を低減でき、よって、窒化ガリウム系半導体レーザ素子の閾値電流を低減できることが見出された。ｎ型半導体よりもｐ型半導体のほうが光の吸収係数が大きいため、ｎ型層の割合を大きくすることで導波路全体の光の吸収量を低下させることができる。
【０００７】
また、ｎ側にある第１の光ガイド層の膜厚が、ｐ側にある第２の光ガイド層の膜厚よりも大きい程、活性層の位置のズレが大きくなり（ｎ側とｐ側とが顕著に非対称となり）、活性層を通る光の割合が減少するが、本発明のように、ｎ側にある第１の光ガイド層の膜厚が、この第１の光ガイド層の膜厚とｐ側にある第２の光ガイド層の膜厚との合計の６５％以上８５％以下の範囲にあれば、上記のｎ側とｐ側との間の非対称性による光のロスを好適に抑制できることが見出された。
【０００８】
また、クラッド層及び光ガイド層のそれぞれのインジウム（Ｉｎ）の組成と、発振波長と、によって、クラッド層と光ガイドとの屈折率差が変わるが、本発明に係る発振波長及びインジウム（Ｉｎ）の組成であれば、光のロスを好適に抑制できることが見出された。
【０００９】
本発明に係る素子において、前記活性層は、単一の量子井戸層を含む単一量子井戸構造を有することができる。従って、本発明に係る素子を単一量子井戸構造に適用できる。量子井戸を有することで、発光が可能となる。井戸層数を一とすることで、井戸数が二以上の場合と比較してバリア層／井戸層のバンド障壁がなくなる分、動作電圧を低減することができる。
【００１０】
本発明に係る素子において、前記活性層は、複数の量子井戸層と複数の障壁層とを含む多重量子井戸構造を有することができる。従って、本発明に係る素子を多重量子井戸構造に適用できる。量子井戸を有することで、発光が可能となる。井戸層数を複数とすることで、井戸数が一の場合と比較して屈折率の高い井戸数が増えることにより導波路の光閉じ込めが良いレーザを作製することができる。
【００１１】
本発明に係る素子において、前記第１の光ガイド層と前記活性層との界面は、ｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面からｍ軸方向に傾斜していることができる。従って、緑色を含む範囲の発光波長の光が発光可能である。この面方位を使用することで、高品質な緑色領域の発光に適した活性層を作製することが可能となる。
【００１２】
本発明に係る素子において、前記第１の光ガイド層と前記活性層との界面は、前記基準軸に直交する面からｍ軸方向に６３度以上８０度未満の角度で傾斜していることができる。従って、緑色の光が発光可能である。この面方位を使用することで、高品質な緑色領域の発光に適した活性層を作製することが可能となる。
【００１３】
本発明に係る素子において、窒化ガリウム系半導体の主面を有する基板を更に備え、前記主面の上に、前記ｎ型クラッド層、前記第１の光ガイド層、前記活性層、前記第２の光ガイド層及び前記ｐ型クラッド層が順に設けられており、前記主面は、前記基準軸に直交する面からｍ軸方向に６３度以上８０度未満の角度で傾斜していることができる。従って、緑色の光が発光可能である。この面方位を使用することで、高品質な緑色領域の発光に適した活性層を作製することが可能となる。
【００１４】
本発明に係る素子において、前記活性層の発振波長は、４８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であることができ、又は、前記活性層の発振波長は、５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下であることができる。従って、純緑色の光（波長が概ね５２０ｎｍ以上５３５ｎｍ以下の光）が発光可能である。
【００１５】
本発明に係る素子において、前記第１の光ガイド層のインジウムの組成は、２％以上５％以下であることができる。従って、第１の光ガイド層とｎ型クラッド層との屈折率差が得られると共に結晶の剛性も確保できる。光閉じ込めに十分なクラッド層との屈折率差を得るためには２％以上のインジウム（Ｉｎ）の組成が必要であり、安定してミスフィット転位が入らないようにするためにはインジウム（Ｉｎ）の組成を５％以下にする必要がある。
【００１６】
本発明に係る素子において、前記第１の光ガイド層のインジウムの組成は、２％以上４．５％以下であることができる。従って、第１の光ガイド層とｎ型クラッド層との屈折率差が十分に得られると共に結晶の剛性も十分に確保できる。光閉じ込めに十分なクラッド層との屈折率差を得るためには２％以上のインジウム（Ｉｎ）の組成が必要であり、十分に安定してミスフィット転位が入らないようにするためにはインジウム（Ｉｎ）の組成を４．５％以下にする必要がある。
【００１７】
本発明に係る素子において、前記第２の光ガイド層のインジウムの組成は、２％以上５％以下であることができる。従って、第２の光ガイド層とｐ型クラッド層との屈折率差が得られると共に結晶の剛性も確保できる。光閉じ込めに十分なクラッド層との屈折率差を得るためには２％以上のインジウム（Ｉｎ）の組成が必要であり、安定してミスフィット転位が入らないようにするためにはインジウム（Ｉｎ）の組成を５％以下にする必要がある。
【００１８】
本発明に係る素子において、前記第２の光ガイド層のインジウムの組成は、２％以上４．５％以下であることができる。従って、第２の光ガイド層とｐ型クラッド層との屈折率差が十分に得られると共に結晶の剛性も十分に確保できる。光閉じ込めに十分なクラッド層との屈折率差を得るためには２％以上のインジウム（Ｉｎ）の組成が必要であり、十分に安定してミスフィット転位が入らないようにするためにはインジウム（Ｉｎ）の組成を４．５％以下にする必要がある。
【００１９】
本発明に係る素子において、前記第１の光ガイド層および第２の光ガイド層に含まれるインジウムの総和は、インジウム組成（％）×ガイド層膜厚（ｎｍ）≦１２５０の範囲であることができる。この範囲であればミスフィット転位が入らないエピを得ることができる。
【００２０】
本発明に係る窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法は、ｎ型の窒化ガリウム系半導体のｎ型クラッド層を形成する工程と、前記ｎ型クラッド層の上に窒化ガリウム系半導体の第１の光ガイド層を形成する工程と、前記第１の光ガイド層の上に窒化ガリウム系半導体の活性層を形成する工程と、前記活性層の上に窒化ガリウム系半導体の第２の光ガイド層を形成する工程と、前記第２の光ガイド層の上にｐ型の窒化ガリウム系半導体のｐ型クラッド層を形成する工程と、を備え、前記活性層の発振波長は、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であり、前記第１及び第２の光ガイド層は、何れも、インジウムを含有し、前記第１及び第２の光ガイド層のインジウムの組成は、何れも、２％以上６％以下であり、前記第１の光ガイド層の膜厚は、前記第１の光ガイド層の膜厚と前記第２の光ガイド層の膜厚との合計の６５％以上８５％以下の範囲にあり、前記第１の光ガイド層及び前記第２の光ガイド層は前記活性層に接している、ことを特徴とする。また、前記ｎ型クラッド層は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０＜ｘ＜０．０５，０＜ｙ＜０．２０）であり、前記ｐ型クラッド層は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜０．０５，０＜ｙ＜０．２０）である。
【００２１】
ｎ側の光ガイド層及びｐ側の光ガイド層による光の吸収量の総量を低減させることによって、半導体レーザの閾値電流を低減することができる。本発明において、ｎ側にある第１の光ガイド層の膜厚が、この第１の光ガイド層の膜厚とｐ側にある第２の光ガイド層の膜厚との合計の６５％以上８５％以下の範囲にあるので、窒化ガリウム系半導体レーザ素子に含まれるｎ側の光ガイド層及びｐ側の光ガイド層による光の吸収量の総量を低減でき、よって、窒化ガリウム系半導体レーザ素子の閾値電流を低減できることが見出された。ｎ型半導体よりもｐ型半導体のほうが光の吸収係数が大きいため、ｎ型層の割合を大きくすることで導波路全体の光の吸収量を低下させることができる。
【００２２】
また、ｎ側にある第１の光ガイド層の膜厚が、ｐ側にある第２の光ガイド層の膜厚よりも大きい程、活性層の位置のズレが大きくなり（ｎ側とｐ側とが顕著に非対称となり）、活性層を通る光の割合が減少するが、本発明のように、ｎ側にある第１の光ガイド層の膜厚が、この第１の光ガイド層の膜厚とｐ側にある第２の光ガイド層の膜厚との合計の６５％以上８５％以下の範囲にあれば、上記のｎ側とｐ側との間の非対称性による光のロスを好適に抑制できることが見出された。
【００２３】
また、クラッド層及び光ガイド層のそれぞれのインジウム（Ｉｎ）の組成と、発振波長と、によって、クラッド層と光ガイドとの屈折率差が変わるが、本発明に係る発振波長及びインジウム（Ｉｎ）の組成であれば、光のロスを好適に抑制できることが見出された。
【００２４】
本発明に係る製造方法において、前記活性層は、単一の量子井戸層を含む単一量子井戸構造を有することができる。従って、本発明に係る素子を単一量子井戸構造に適用できる。量子井戸を有することで、発光が可能となる。井戸層数を一とすることで、井戸数が二以上の場合と比較してバリア層／井戸層のバンド障壁がなくなる分、動作電圧を低減することができる。
【００２５】
本発明に係る製造方法において、前記活性層は、複数の量子井戸層と複数の障壁層とを含む多重量子井戸構造を有することができる。従って、本発明に係る素子を多重量子井戸構造に適用できる。量子井戸を有することで、発光が可能となる。井戸層数を複数とすることで、井戸数が一の場合と比較して屈折率の高い井戸数が増えることにより導波路の光閉じ込めが良いレーザを作製することができる。
【００２６】
本発明に係る製造方法において、前記第１の光ガイド層と前記活性層との界面は、ｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面からｍ軸方向に傾斜していることができる。この面方位を使用することで、高品質な緑色領域の発光に適した活性層を作製することが可能となる。
【００２７】
本発明に係る製造方法において、前記第１の光ガイド層と前記活性層との界面は、前記基準軸に直交する面からｍ軸方向に６３度以上８０度未満の角度で傾斜していることができる。この面方位を使用することで、高品質な緑色領域の発光に適した活性層を作製することが可能となる。
【００２８】
本発明に係る製造方法において、窒化ガリウム系半導体の主面を有する基板を準備する工程を更に備え、前記基板の主面の上に、前記ｎ型クラッド層、前記第１の光ガイド層、前記活性層、前記第２の光ガイド層及び前記ｐ型クラッド層が順に設けられ、前記主面は、前記基準軸に直交する面からｍ軸方向に６３度以上８０度未満の角度で傾斜していることができる。この面方位を使用することで、高品質な緑色領域の発光に適した活性層を作製することが可能となる。
【００２９】
本発明に係る製造方法において、前記活性層の発振波長は、４８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であることができ、又は、前記活性層の発振波長は、５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下であることができる。従って、純緑色の光（波長が概ね５２０ｎｍ以上５３５ｎｍ以下の光）が発光可能である。
【００３０】
本発明に係る製造方法において、前記第１の光ガイド層のインジウムの組成は、２％以上５％以下であることができる。従って、第１の光ガイド層とｎ型クラッド層との屈折率差が得られると共に結晶の剛性も確保できる。光閉じ込めに十分なクラッド層との屈折率差を得るためには２％以上のインジウム（Ｉｎ）の組成が必要であり、安定してミスフィット転位が入らないようにするためにはインジウム（Ｉｎ）の組成を５％以下にする必要がある。
【００３１】
本発明に係る製造方法において、前記第１の光ガイド層のインジウムの組成は、２％以上４．５％以下であることができる。従って、第１の光ガイド層とｎ型クラッド層との屈折率差が十分に得られると共に結晶の剛性も十分に確保できる。光閉じ込めに十分なクラッド層との屈折率差を得るためには２％以上のインジウム（Ｉｎ）の組成が必要であり、十分に安定してミスフィット転位が入らないようにするためにはインジウム（Ｉｎ）の組成を４．５％以下にする必要がある。
【００３２】
本発明に係る製造方法において、前記第２の光ガイド層のインジウムの組成は、２％以上５％以下であることができる。従って、第２の光ガイド層とｐ型クラッド層との屈折率差が得られると共に結晶の剛性も確保できる。光閉じ込めに十分なクラッド層との屈折率差を得るためには２％以上のインジウム（Ｉｎ）の組成が必要であり、安定してミスフィット転位が入らないようにするためにはインジウム（Ｉｎ）の組成を５％以下にする必要がある。
【００３３】
本発明に係る製造方法において、前記第２の光ガイド層のインジウムの組成は、２％以上４．５％以下であることができる。従って、第２の光ガイド層とｐ型クラッド層との屈折率差が十分に得られると共に結晶の剛性も十分に確保できる。光閉じ込めに十分なクラッド層との屈折率差を得るためには２％以上のインジウム（Ｉｎ）の組成が必要であり、十分に安定してミスフィット転位が入らないようにするためにはインジウム（Ｉｎ）の組成を４．５％以下にする必要がある。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、閾値電流が低減される窒化ガリウム系半導体レーザ素子及び窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は、実施形態に係る窒化ガリウム系半導体レーザ素子の構成を示す図である。
【図２】図２は、実施形態に係る窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法の主要な工程を示す図である。
【図３】図３は、実施形態に係る窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法の主要な工程における生産物を模式的に示す図である。
【図４】図４は、実施例に係るレーザダイオードの素子構造を示す図である。
【図５】図５は、実施例に係るレーザダイオードの素子構造を示す図である。
【図６】図６は、全ＩｎＧａＮ層の膜厚に占めるｎ−ＩｎＧａＮ層の膜厚の比率と、閾値電流との関係を示す図である。
【図７】図７は、ｎ−ＩｎＧａＮ層の膜厚と、活性層を通る光の割合及び導波路を通る光の減衰率との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、図面を参照して、本発明に係る好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、可能な場合には、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。図１は、本実施の形態に係る窒化ガリウム系半導体レーザ素子の構造及び窒化ガリウム系半導体レーザ素子のためのエピタキシャル基板の構造を概略的に示す図面である。
【００３７】
図１の（ａ）部に窒化ガリウム系半導体レーザ素子１１が示され、図１の（ｂ）部に窒化ガリウム系半導体レーザ素子１１のためのエピタキシャル基板ＥＰが示される。エピタキシャル基板ＥＰは、窒化ガリウム系半導体レーザ素子１１と同様のエピタキシャル層構造を有する。引き続く説明では、窒化ガリウム系半導体レーザ素子１１を構成する半導体層を説明する。エピタキシャル基板ＥＰは、これらの窒化ガリウム系半導体レーザ素子１１を構成する半導体層に対応する半導体層（半導体膜）を含み、対応する半導体層には、窒化ガリウム系半導体レーザ素子１１のための説明が適用される。
【００３８】
図１を参照すると、座標系Ｓ及び結晶座標系ＣＲが示されている。基板１３の主面１３ａは、Ｚ軸の方向を向いており、Ｘ方向及びＹ方向に延びている。Ｘ軸はａ軸の方向に向いている。図１の（ａ）部に示されるように、窒化ガリウム系半導体レーザ素子１１は、基板１３と、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１５と、発光層１７と、ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９とを備える。ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１５、発光層１７及びｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９は、基板１３の上においてエピタキシャル成長によって形成されている。
【００３９】
基板１３のｃ面は、図１に示された面Ｓｃに沿って延びている。面Ｓｃの上では、六方晶系窒化ガリウム系半導体の結晶軸を示すための結晶座標系ＣＲ（ｃ軸，ａ軸，ｍ軸）が示されている。基板１３の主面１３ａは、基準軸Ｃｘに直交する面Ｓｃを基準にして、基板１３の窒化ガリウム系半導体のｍ軸の方向に、傾斜角θで傾斜している。傾斜角θは、基板１３の主面１３ａの法線ベクトルＶＮと基準軸Ｃｘを示すｃ軸部ベクトルＶＣとの成す角度によって規定される。
【００４０】
主面１３ａの上において、発光層１７は、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１５とｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９との間に設けられている。主面１３ａの上において、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１５、活性層１７及びｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９は、法線ベクトルＶＮの向き（Ｚ軸方向）に順に配列されている。主面１３ａの上において、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１５に含まれているｎ型窒化ガリウム系半導体層１５ａ、ｎ型クラッド層１５ｂ及びｎ型窒化ガリウム系半導体層１５ｃが法線ベクトルＶＮの向き（Ｚ軸方向）に順に配列されている。
【００４１】
主面１３ａの上において、発光層１７に含まれているｎ側光ガイド層２９、活性層２７及びｐ側光ガイド層３１が法線ベクトルＶＮの向き（Ｚ軸方向）に順に配列されている。主面１３ａの上において、ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９に含まれているｐ型窒化ガリウム系半導体層２１，ｐ型クラッド層２３ａ，ｐ型クラッド層２３ｂ，コンタクト層２５ａ，コンタクト層２５ｂが、法線ベクトルＶＮの向き（Ｚ軸方向）に順に配列されている。なお、ｐ型クラッド層２３ａ及びｐ型クラッド層２３ｂに替えて、単一の層からなるｐ型クラッド層２３が設けられていてもよい。
【００４２】
基板１３は、導電性を有する窒化ガリウム系半導体からなる主面１３ａを有する。基板１３の主面１３ａは、窒化ガリウム系半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸Ｃｘに直交する面Ｓｃから６３度以上８０度未満の範囲の角度で傾斜する。基板１３は、主面１３ａを含めて、窒化ガリウム系半導体からなることができる。基板１３の窒化ガリウム系半導体は、例えばＧａＮ（窒化ガリウム），ＩｎＧａＮ（Ｉｎ：インジウム），ＡｌＧａＮ（Ａｌ：アルミニウム）等であることができる。ＧａＮは、二元化合物である窒化ガリウム系半導体であるので、良好な結晶品質と安定した基板主面とを提供できる。また、基板１３は、例えばＡｌＮ等であることもできる。
【００４３】
ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１５は、ｎ型の窒化ガリウム系半導体からなる。ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１５のｎ型ドーパントは例えばシリコン（Ｓｉ）である。ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１５は、基板１３の上に設けられる。ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１５は、基板１３の主面１３ａに直接接している。ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１５は、一又は複数のｎ型の窒化ガリウム系半導体層を含む。この一又は複数のｎ型の窒化ガリウム系半導体層は、主面１３ａの上に設けられる。
【００４４】
ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１５は、ｎ型窒化ガリウム系半導体層１５ａ、ｎ型クラッド層１５ｂ及びｎ型窒化ガリウム系半導体層１５ｃを含むことができる。ｎ型窒化ガリウム系半導体層１５ａは、主面１３ａに直接接触している。ｎ型窒化ガリウム系半導体層１５ａは、例えば、ｎ型のＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ又はＩｎＡｌＧａＮ等からなることができる。ｎ型クラッド層１５ｂは、ｎ型窒化ガリウム系半導体層１５ａの上に設けられており、ｎ型窒化ガリウム系半導体層１５ａに直接接触している。ｎ型クラッド層１５ｂは、例えば、ｎ型のＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ又はＩｎＡｌＧａＮ等からなることができる。ｎ型窒化ガリウム系半導体層１５ｃは、ｎ型クラッド層１５ｂの上に設けられており、ｎ型クラッド層１５ｂに直接接触している。ｎ型窒化ガリウム系半導体層１５ｃは、例えば、ｎ型のＧａＮからなることができる。
【００４５】
発光層１７は、例えば、インジウム（Ｉｎ）を含む窒化ガリウム系半導体からなる。発光層１７は、基板１３及びｎ型窒化ガリウム系半導体領域１５の上に設けられる。発光層１７は、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１５（特にｎ型窒化ガリウム系半導体層１５ｃ）に直接接している。もしくは、膜厚１５ｎｍ以下のアンドープ窒化ガリウム系半導体層（バリア層）を介してｎ型窒化ガリウム系半導体領域１５に接している。
【００４６】
発光層１７は、活性層２７、ｎ側光ガイド層２９（第１の光ガイド層）及びｐ側光ガイド層３１（第２の光ガイド層）を含むことができる。活性層２７は、窒化ガリウム系半導体からなる。活性層２７は、一又は複数の井戸層３３と、複数の障壁層３５とを含む。障壁層３５は、井戸層３３のバンドギャップより大きいバンドギャップを有する。活性層２７は、単一の量子井戸層を含む単一量子井戸構造、又は、複数の量子井戸層と複数の障壁層とを含む多重量子井戸構造を有することができる。
【００４７】
井戸層３３及び障壁層３５は、何れも、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１５及びｎ側光ガイド層２９の上に設けられている。井戸層３３及び障壁層３５は、何れも、アンドープの窒化ガリウム系半導体であり、例えば、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ又はＩｎＡｌＧａＮ等からなる。活性層２７の発光波長は、例えば４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であることができるが、４８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であることができ、更に、５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下であることができる。５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の発光波長の場合には純緑色が実現できる。
【００４８】
ｎ側光ガイド層２９は、ｎ型窒化ガリウム系半導体層１５ｃの上に設けられ、ｎ型窒化ガリウム系半導体層１５ｃに直接接触している。ｎ側光ガイド層２９は、インジウム（Ｉｎ）を含有する。ｎ側光ガイド層２９は、ｎ型ドーパントを含むｎ型のＩｎＧａＮからなる。
【００４９】
ｐ側光ガイド層３１は、活性層２７に含まれる障壁層３５の上に設けられ、障壁層３５に直接接触している。ｐ側光ガイド層３１は、インジウム（Ｉｎ）を含有する。ｐ側光ガイド層３１は、アンドープのＩｎＧａＮからなる。なお、ｐ側光ガイド層３１は、アンドープのＩｎＧａＮ層と、このアンドープのＩｎＧａＮ層の上に設けられたｐ型ドーパントを含むＩｎＧａＮ層とを含む二層構造を有していてもよい。
【００５０】
ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９は、ｐ型の窒化ガリウム系半導体からなる。ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９のｐ型ドーパントは例えばマグネシウム（Ｍｇ）である。なお、亜鉛（Ｚｎ）等もｐ型ドーパントに用いることができる。ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９は、基板１３、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１５及び発光層１７の上に設けられる。ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９は、発光層１７に直接接している。ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９は、一又は複数のｐ型の窒化ガリウム系半導体層を含む。ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９は、例えばｐ型窒化ガリウム系半導体層２１を含むことができる。
【００５１】
ｐ型窒化ガリウム系半導体層２１は、発光層１７に含まれるｐ側光ガイド層３１の上に設けられ、ｐ側光ガイド層３１に直接接している。ｐ型窒化ガリウム系半導体層２１は、例えば、ｐ型のＧａＮからなることができる。なお、ｐ型窒化ガリウム系半導体層２１とｐ側光ガイド層３１とが直接接触している構成に替えて、ｐ型窒化ガリウム系半導体層２１とｐ側光ガイド層３１との間に、アンドープのＧａＮ層が設けられた構成であってもよい。ｐ側光ガイド層３１は、このアンドープのＧａＮ層に直接接し、ｐ型窒化ガリウム系半導体層２１も、このアンドープのＧａＮ層に直接接する。
【００５２】
ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９は、例えば、更に、ｐ型クラッド層２３ａ，ｐ型クラッド層２３ｂ，コンタクト層２５ａ，コンタクト層２５ｂを含むことができる。ｐ型クラッド層２３ａは、ｐ型窒化ガリウム系半導体層２１の上に設けられ、ｐ型窒化ガリウム系半導体層２１に直接接している。ｐ型クラッド層２３ｂは、ｐ型クラッド層２３ａの上に設けられ、ｐ型クラッド層２３ａに直接接している。ｐ型クラッド層２３ａ及びｐ型クラッド層２３ｂは、例えば、ｐ型のＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ又はＩｎＡｌＧａＮ等からなることができる。なお、ｐ型クラッド層２３ａ及びｐ型クラッド層２３ｂに替えて、単一層のｐ型クラッド層２３が用いられてもよい。ｐ型クラッド層２３は、例えば、ｐ型のＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ又はＩｎＡｌＧａＮ等からなることができる。
【００５３】
ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９は、例えば、更に、コンタクト層２５ａ及びコンタクト層２５ｂを含むことができる。コンタクト層２５ａは、ｐ型クラッド層２３ｂの上に設けられ、ｐ型クラッド層２３ｂに直接接している。コンタクト層２５ｂは、コンタクト層２５ａの上に設けられ、コンタクト層２５ａに直接接している。
【００５４】
コンタクト層２５ａとコンタクト層２５ｂとは、ｐ型の同一の窒化ガリウム系半導体からなり、例えば、ｐ型のＧａＮからなることができる。ＧａＮは、二元化合物である窒化ガリウム系半導体であるので、コンタクト層２５ａ及びコンタクト層２５ｂがＧａＮからなる場合には、良好な結晶品質を提供できる。
【００５５】
コンタクト層２５ａのｐ型ドーパントの濃度は、コンタクト層２５ｂのｐ型ドーパントの濃度よりも低い。電極３７に直接接していないコンタクト層２５ａのｐ型ドーパントの濃度が比較的低いので、結晶性が比較的良好であり、よってキャリア濃度も比較的高い。電極３７に直接接しているコンタクト層２５ｂのｐ型ドーパントの濃度が比較的高いので、電極３７との接触ＪＣにおける接触抵抗は低下する。コンタクト層２５ａのバンドギャップはｐ型クラッド層２３ｂのバンドギャップよりも小さい。従って、コンタクト層２５ａがコンタクト層２５ａよりも大きいバンドギャップを有するｐ型クラッド層２３ｂの上に設けられるのでコンタクト層２５ａを介したキャリア移動が良好となる。
【００５６】
更に、窒化ガリウム系半導体レーザ素子１１は、より詳細には下記の構成を有する。ｎ側光ガイド層２９と活性層２７との界面Ｊ１は、ｃ軸に沿って延びる基準軸Ｃｘに直交する面Ｓｃからｍ軸方向に傾斜しており、特に、６３度以上８０度未満の傾斜角θで傾斜していることができる。
【００５７】
基板１３の主面１３ａの上に、ｎ型窒化ガリウム系半導体層１５ａ、ｎ型クラッド層１５ｂ、ｎ型窒化ガリウム系半導体層１５ｃ、ｎ側光ガイド層２９、活性層２７、ｐ側光ガイド層３１、ｐ型窒化ガリウム系半導体層２１、ｐ型クラッド層２３ａ、ｐ型クラッド層２３ｂ（又は、ｐ型クラッド層２３ａ及びｐ型クラッド層２３ｂに替えてｐ型クラッド層２３）、コンタクト層２５ａ及びコンタクト層２５ｂが順に設けられている。基板１３の主面１３ａは、ｃ軸に沿って延びる基準軸Ｃｘに直交する面Ｓｃからｍ軸方向に６３度以上８０度未満の傾斜角θで傾斜している。ｎ側光ガイド層２９と活性層２７との界面Ｊ１が、ｃ軸に沿って延びる基準軸Ｃｘに直交する面Ｓｃからｍ軸方向に６３度以上８０度未満の傾斜角θで傾斜しているので、緑色領域の発光に好適である。
【００５８】
ｎ型クラッド層１５ｂは、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０＜ｘ＜０．０５，０＜ｙ＜０．２０）であり、ｐ型クラッド層２３ａ、ｐ型クラッド層２３ｂ及びｐ型クラッド層２３は、何れも、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜０．０５，０＜ｙ＜０．２０）である。
【００５９】
ｎ側光ガイド層２９及びｐ側光ガイド層３１のインジウム（Ｉｎ）の組成は、何れも、２％以上６％以下であるが、２％以上５％以下であることができ、更に、２％以上４．５％以下であることができる。ｎ側光ガイド層２９及びｐ側光ガイド層３１のインジウム（Ｉｎ）の組成は、高い程、ｎ型クラッド層１５ｂ，ｐ型クラッド層２３ａ，ｐ型クラッド層２３ｂ，ｐ型クラッド層２３との屈折率差が顕著となるが、結晶が脆くなる。基板１３の主面１３ａが、ｃ軸に沿って延びる基準軸Ｃｘに直交する面Ｓｃからｍ軸方向に６３度以上８０度未満の傾斜角θで傾斜している場合、インジウム（Ｉｎ）の組成が６％を超えると転位の発生が顕著となる。ｎ側光ガイド層２９及びｐ側光ガイド層３１と、ｎ型クラッド層１５ｂ，ｐ型クラッド層２３ａ，ｐ型クラッド層２３ｂ，ｐ型クラッド層２３との屈折率差を十分に得るために、ｎ側光ガイド層２９及びｐ側光ガイド層３１のインジウム（Ｉｎ）の組成を、特に、２％以上６％以下とすることができる。従って、光ガイド層とクラッド層との屈折率差が十分に得られると共に結晶の剛性も十分に確保できる。
【００６０】
ｎ側光ガイド層２９の膜厚Ｌ１は、ｎ側光ガイド層２９の膜厚Ｌ１とｐ側光ガイド層３１の膜厚Ｌ２との合計の６５％以上８５％以下の範囲にある。また、ｎ側光ガイド層２９の膜厚Ｌ１とｐ側光ガイド層３１の膜厚Ｌ２との合計は、例えば、２４０ｎｍ以上２８０ｎｍ以下とすることができ、特に、２６０ｎｍ程度とすることができる。
【００６１】
ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１５において、ｎ型ドーパントは例えばシリコン（Ｓｉ）であり、ｎ型ドーパントのドーパント濃度は、５×１０１７ｃｍ−３程度である。ｎ型ドーパントのドーパント濃度が、この値５×１０１７ｃｍ−３を下回ると、比較的大きな電気的抵抗が生じる。ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９において、ｐ型ドーパントは例えばマグネシウム（Ｍｇ）であり、ｐ型ドーパントのドーパント濃度は、３×１０１８ｃｍ−３程度である。ｐ型ドーパントのドーパント濃度が、この値３×１０１８ｃｍ−３を下回ると、比較的大きな電気的抵抗が生じる。
【００６２】
ｎ側光ガイド層２９の吸収係数は６ｃｍ−１程度であり、ｐ側光ガイド層３１の吸収係数は１ｃｍ−１程度であり、ｐ型窒化ガリウム系半導体層２１の吸収係数は３０ｃｍ−１程度である。エピ層の吸収係数は、例えば分光エリプソメトリーにより測定できる。
【００６３】
ｐ側光ガイド層３１（ｐ側光ガイド層３１が、アンドープのＩｎＧａＮ層と、このアンドープのＩｎＧａＮ層の上に設けられたｐ型ドーパントを含むＩｎＧａＮ層と、を含む二層構造を有する場合には、アンドープのＩｎＧａＮ層）は、ｐ型ドーパントのマグネシウム（Ｍｇ）が活性層に拡散することを防止できる。マグネシウム（Ｍｇ）の拡散防止に必要なｐ側光ガイド層３１の膜厚Ｌ２（ｐ側光ガイド層３１が、アンドープのＩｎＧａＮ層と、このアンドープのＩｎＧａＮ層の上に設けられたｐ型ドーパントを含むＩｎＧａＮ層と、を含む二層構造を有する場合には、アンドープのＩｎＧａＮ層の膜厚）は０．０７５μｍ程度であり、ｐ側光ガイド層３１の膜厚Ｌ２（ｐ側光ガイド層３１が、アンドープのＩｎＧａＮ層と、このアンドープのＩｎＧａＮ層の上に設けられたｐ型ドーパントを含むＩｎＧａＮ層と、を含む二層構造を有する場合には、アンドープのＩｎＧａＮ層の膜厚）が、この値０．０７５μｍを超えると、ｐ側光ガイド層３１は、比較的に高い電気的抵抗を有する。
【００６４】
以上説明した構成を有する窒化ガリウム系半導体レーザ素子１１では、ｎ側の光ガイド層及びｐ側の光ガイド層による光の吸収量の総量を低減させることによって、窒化ガリウム系半導体レーザ素子の閾値電流を低減することができる。
【００６５】
本実施形態に係る窒化ガリウム系半導体レーザ素子１１において、ｎ側光ガイド層２９の膜厚Ｌ１が、ｎ側光ガイド層２９の膜厚Ｌ１とｐ側光ガイド層３１の膜厚Ｌ２との合計の６５％以上８５％以下の範囲にあるので、ｎ側光ガイド層２９及びｐ側光ガイド層３１による光の吸収量の総量を低減でき、よって、窒化ガリウム系半導体レーザ素子１１の閾値電流を低減できることが見出された。ｎ型半導体よりもｐ型半導体のほうが光の吸収係数が大きいため、ｎ型層の割合を大きくすることで導波路全体の光の吸収量を低下させることができる。なお、後述の実施例１（図４の（ａ）部に示す構成）では、ｐ型半導体に含まれるＭｇが活性層にまで拡散することを防ぐためアンドープ層を７５ｎｍ設けているが、例えばｎ側ガイド層とｐ側ガイド層の膜厚が等しい場合のガイド構造は「ｎドープ層１２９ｎｍ／活性層３ｎｍ／アンドープ層７５ｎｍ／ｐドープ層５５ｎｍ」となり、このｐドープ層の膜厚を減らした（０にした）分ｎドープ層の膜厚を増やした構造を実施例１（図４の（ａ）部に示す構成）としている。これにより光の吸収量を減らすことができる。
【００６６】
また、ｎ側光ガイド層２９の膜厚Ｌ１が、ｐ側光ガイド層３１の膜厚Ｌ２よりも大きい程、活性層２７の位置のズレが大きくなり（ｎ側とｐ側とが顕著に非対称となり）、活性層２７を通る光の割合が減少するが、本実施形態に係る窒化ガリウム系半導体レーザ素子１１のように、ｎ側光ガイド層２９の膜厚Ｌ１が、ｎ側光ガイド層２９の膜厚Ｌ１とｐ側光ガイド層３１の膜厚Ｌ２との合計の６５％以上８５％以下の範囲にあれば、上記のｎ側とｐ側との間の非対称性による光のロスを好適に抑制できることが見出された。
【００６７】
また、クラッド層及び光ガイド層のそれぞれのインジウム（Ｉｎ）の組成と、発振波長と、によって、クラッド層と光ガイドとの屈折率差が変わるが、本実施形態に係る窒化ガリウム系半導体レーザ素子１１の発振波長及びインジウム（Ｉｎ）の組成であれば、光のロスを好適に抑制できることが見出された。
【００６８】
窒化ガリウム系半導体レーザ素子１１は、電極３７及び絶縁膜３９を更に備える。基板１３、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１５、発光層１７及びｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９の上には、電極３７（例えば、アノード）と、コンタクト層２５ｂを覆う絶縁膜３９とが設けられている。電極３７は、コンタクト層２５ｂの上に設けられ、絶縁膜３９の開口３９ａを介してコンタクト層２５ｂに直接接している。コンタクト層２５ｂと電極３７とは、開口３９ａを介して接触ＪＣを成す。電極３７は、例えば、Ｐｄ、Ａｕ、又は、Ｎｉ／Ａｕ（Ｎｉ及びＡｕ）等からなる。従って、このような材料の電極３７によって、コンタクト層２５ｂと良好な接触が実現される。
【００６９】
また、窒化ガリウム系半導体レーザ素子１１は、電極４１（例えば、カソード）を備える。電極４１は、基板１３の裏面１３ｂの上に設けられ、裏面１３ｂに直接接している。電極４１は、例えば、Ｔｉ／Ａｌ等からなる。
【００７０】
図１の（ｂ）部に示すように、窒化ガリウム系半導体レーザ素子１１のエピタキシャル基板ＥＰは、窒化ガリウム系半導体レーザ素子１１の上記の各半導体層に対応する半導体層（半導体膜）を含み、対応する半導体層には、窒化ガリウム系半導体レーザ素子１１のための説明が当てはまる。
【００７１】
図２は、本実施形態に係る窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法の主要な工程を示す図面である。図３は、本実施形態に係る窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法の主要な工程における生産物を模式的に示す図面である。図２に示される工程フローに従って、有機金属気相成長法により、発光素子の構造のエピタキシャル基板ＥＰと窒化ガリウム系半導体レーザ素子１１とを製造した。エピタキシャル成長のための原料として、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、アンモニア（ＮＨ３）、シラン（ＳｉＨ４）、及び、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いた。
【００７２】
工程Ｓ１０１では、窒化ガリウム系半導体からなる主面（図３の（ａ）部に示す主面５１ａ）を有する基板（図３の（ａ）部に示す基板５１）を準備する。この基板５１（基板１３に対応）の主面５１ａ（主面１３ａに対応）の法線軸（法線軸Ａｘ）は、窒化ガリウム系半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸（基準軸Ｃｘ）に対して６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角（傾斜角θに対応）を有する。基板５１の主面５１ａは、例えば、六方晶系ＧａＮにおけるｍ軸方向にｃ面から７５度の角度で傾斜した｛２０−２１｝面であることができる。主面５１ａは鏡面研磨されている。
【００７３】
次に、基板５１の主面５１ａの上に以下の条件でエピタキシャル成長を行う。まず、工程Ｓ１０２では、基板５１を成長炉１０内に設置する。成長炉１０内には、例えば石英フローチャネル等の石英製の治具が配置されている。必要な場合には、摂氏１０５０度程度の温度及び２７ｋＰａ程度の炉内圧力において、ＮＨ３とＨ２を含む熱処理ガスを成長炉１０に供給しながら、１０分間程度、熱処理を行う。この熱処理により、主面５１ａ等において表面改質が生じる。
【００７４】
この熱処理の後に、工程Ｓ１０３では、基板５１の主面５１ａの上に窒化ガリウム系半導体層をエピタキシャルに成長してエピタキシャル基板ＥＰを形成する。雰囲気ガスは、例えば窒素及び／又は水素を含むことができる。工程Ｓ１０３は、下記工程Ｓ１０４、工程Ｓ１０５及び工程Ｓ１１０を含む。
【００７５】
図３の（ａ）部に示すように、工程Ｓ１０４では、ＩＩＩ族構成元素及びＶ族構成元素のための原料、及びｎ型ドーパントを含む原料ガス並びに雰囲気ガスを成長炉１０に供給して、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域５３（ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１５に対応）を、基板５１の主面５１ａの上でエピタキシャルに成長して形成する。ｎ型窒化ガリウム系半導体領域５３の主面５３ａの傾斜角は、基板５１の主面５１ａの傾斜角（傾斜角θ）に対応している。
【００７６】
ｎ型窒化ガリウム系半導体領域５３は、一又は複数のＩＩＩ族窒化物半導体層を含むことができる。本実施形態では、例えば、以下のＩＩＩ族窒化物半導体層（Ｓｉドープ窒化ガリウム系半導体層５５ａ，Ｓｉドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層５５ｂ，Ｓｉドープ窒化ガリウム系半導体層５５ｃ）が順に成長される。
【００７７】
摂氏９５０度程度において、例えば、ＴＭＧ、ＮＨ３、ＳｉＨ４、並びに、窒素及び／又は水素、を成長炉１０に供給して、Ｓｉドープ窒化ガリウム系半導体層５５ａ（ｎ型窒化ガリウム系半導体層１５ａに対応）を成長して形成する。この場合、Ｓｉドープ窒化ガリウム系半導体層５５ａは、ｎ型のＧａＮからなることができる。
【００７８】
次いで、摂氏８７０度程度の基板温度で、例えば、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＴＭＡ、ＮＨ３、ＳｉＨ４及び窒素を成長炉１０に供給して、Ｓｉドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層５５ｂ（ｎ型クラッド層１５ｂに対応）を成長して形成する。この場合、Ｓｉドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層５５ｂは、ｎ型のＩｎＡｌＧａＮからなることができる。
【００７９】
この後に、摂氏１０５０度程度において、例えば、ＴＭＧ、ＮＨ３、ＳｉＨ４、並びに、窒素及び／又は水素、を成長炉１０に供給して、Ｓｉドープ窒化ガリウム系半導体層５５ｃ（ｎ型窒化ガリウム系半導体層１５ｃに対応）を成長して形成する。還元性を有する水素雰囲気では成長炉１０内の治具や治具の付着物から酸素が脱離されやすくなる。以上のようにして、Ｓｉドープ窒化ガリウム系半導体層５５ａ、Ｓｉドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層５５ｂ、及びＳｉドープ窒化ガリウム系半導体層５５ｃが、基板５１の主面５１ａの上に順次形成される。
【００８０】
Ｓｉドープ窒化ガリウム系半導体層５５ａの膜厚は、１．１μｍ程度である。Ｓｉドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層５５ｂの膜厚は、１．２μｍ程度である。Ｓｉドープ窒化ガリウム系半導体層５５ｃの膜厚は、０．２５０μｍ程度である。
【００８１】
工程Ｓ１０５では、図３の（ｂ）部に示すように、発光層５７（発光層１７に対応）を、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域５３の主面５３ａの上でエピタキシャルに成長して形成する。工程Ｓ１０５は、下記工程Ｓ１０６〜工程Ｓ１０９を含む。
【００８２】
工程Ｓ１０６では、摂氏８４０度程度の基板温度で、例えば、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ３、ＳｉＨ４及び窒素を成長炉１０に供給して、ｎ型の光ガイド層５９ａ（ｎ側光ガイド層２９に対応）を主面５３ａの上に成長して形成する。この場合、光ガイド層５９ａは、インジウム（Ｉｎ）を含有するｎ型のＩｎＧａＮからなることができる。光ガイド層５９ａの膜厚Ｌ３は、０．１８４μｍ程度である。
【００８３】
次いで、工程Ｓ１０７及び工程Ｓ１０８において、活性層５９ｂ（活性層２７に対応）を光ガイド層５９ａの上で成長して形成する。工程Ｓ１０７では、例えば、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ３及び雰囲気ガスの窒素を成長炉１０に供給して、障壁層６１ａ（障壁層３５に対応）を成長して形成する。この場合、障壁層６１ａは、アンドープのＩｎＧａＮからなることができる。障壁層６１ａの厚さは、１５ｎｍ程度である。
【００８４】
障壁層６１ａの成長後に、成長を中断して、障壁層の成長温度から井戸層の成長温度に基板温度を変更する。基板温度の変更後の工程Ｓ１０８では、例えば、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ３及び雰囲気ガスの窒素を成長炉１０に供給して、井戸層６１ｂ（井戸層３３に対応）を成長して形成する。この場合、井戸層６１ｂは、アンドープのＩｎＧａＮからなることができる。井戸層６１ｂの厚さは、３ｎｍ程度である。
【００８５】
必要な場合には、障壁層の成長、温度変更、井戸層の成長を繰り返すことができる。本実施形態において、活性層５９ｂの量子井戸構造は、一層の井戸層６１ｂを含む単一量子井戸構造、又は、複数（例えば三層）の井戸層６１ｂを含む多重量子井戸構造、である。
【００８６】
工程Ｓ１０９では、摂氏８４０度程度の基板温度で、例えば、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ３及び雰囲気ガスの窒素を成長炉１０に供給して、ｐ側の光ガイド層５９ｃ（ｐ側光ガイド層３１に対応）を活性層５９ｂの主面５９ｂ−１の上に成長して形成する。この場合、光ガイド層５９ｃは、インジウム（Ｉｎ）を含有するアンドープのＩｎＧａＮからなることができる。発光層５７の主面５７ａ及び活性層５９ｂの主面５９ｂ−１の傾斜角は、何れも、基板５１の主面５１ａの傾斜角（傾斜角θ）に対応している。光ガイド層５９ｃの膜厚Ｌ４は、０．０７５μｍ程度である。なお、ｐ側の光ガイド層５９ｃは、アンドープのＩｎＧａＮ層と、このアンドープのＩｎＧａＮ層の上に設けられるｐ型ドーパントを含むＩｎＧａＮ層と、を含む二層構造を有することができる。このようにｐ側の光ガイド層５９ｃが二層構造を有する場合、アンドープのＩｎＧａＮ層は、活性層５９ｂの主面５９ｂ−１に接し、アンドープのＩｎＧａＮ層の膜厚は、０．０７５μｍ程度であり、ｐ型ドーパントを含むＩｎＧａＮ層の膜厚は、０．０２５μｍ程度である。
【００８７】
光ガイド層５９ａの膜厚Ｌ３が０．１８４μｍ程度の場合、光ガイド層５９ａの膜厚Ｌ３（０．１８４μｍ程度）と光ガイド層５９ｃの膜厚Ｌ４（０．０７５μｍ程度）との合計が０．２５９μｍ程度となるので、光ガイド層５９ａの膜厚Ｌ３は、光ガイド層５９ａの膜厚Ｌ３と光ガイド層５９ｃの膜厚Ｌ４との合計の７１％程度の膜厚である。
【００８８】
光ガイド層５９ａの膜厚Ｌ３が０．１５０μｍ程度の場合、光ガイド層５９ａの膜厚Ｌ３（０．１５０μｍ程度）と光ガイド層５９ｃの膜厚Ｌ４（０．０７５μｍ程度）との合計が０．２２５μｍ程度となるので、光ガイド層５９ａの膜厚Ｌ３は、光ガイド層５９ａの膜厚Ｌ３と光ガイド層５９ｃの膜厚Ｌ４との合計の６７％程度の膜厚である。
【００８９】
工程Ｓ１１０では、図３の（ｃ）部に示すように、ＩＩＩ族原料、Ｖ族原料、及びｐ型ドーパントを含む原料ガス並びに雰囲気ガスを成長炉１０に供給して、ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域６３（ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９に対応）を、発光層５７の主面５７ａの上でエピタキシャルに成長して形成する。ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域６３の主面６３ａの傾斜角は、基板５１の主面５１ａの傾斜角（傾斜角θ）に対応している。
【００９０】
ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域６３は、一又は複数のＩＩＩ族窒化物半導体層を含むことができる。本実施例では、以下のＩＩＩ族窒化物半導体層（Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体層６５ａ，Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層６５ｂａ，Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層６５ｂｂ，Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｃ，Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｄ）が順に成長される。
【００９１】
例えば、発光層５７の成長後に、ＴＭＧの供給を停止して、基板温度を上昇する。摂氏９００度程度において、例えば、ＴＭＧ、ＮＨ３、Ｃｐ２Ｍｇ及び雰囲気ガスを成長炉１０に供給して、Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体層６５ａ（ｐ型窒化ガリウム系半導体層２１に対応）を発光層５７の主面５７ａの上に成長して形成する。この場合、Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体層６５ａは、ｐ型のＧａＮからなることができる。Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体層６５ａの成長において、雰囲気ガスとして窒素が供給されることが好ましい。
【００９２】
なお、Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体層６５ａの成長の前に、アンドープのＧａＮ層を光ガイド層５９ｃの上（発光層５７の主面５７ａの上）に成長してもよい。この場合、Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体層６５ａは、このアンドープのＧａＮ層の上に形成される。
【００９３】
そして、摂氏８７０度程度の基板温度で、例えば、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＴＭＡ、ＮＨ３、Ｃｐ２Ｍｇ及び窒素を成長炉１０に供給して、Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層６５ｂａ（ｐ型クラッド層２３ａに対応）をＭｇドープ窒化ガリウム系半導体層６５ａの上で成長して形成し、そして、Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層６５ｂａの成長後に、例えば、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＴＭＡの供給量を変更して、Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層６５ｂｂ（ｐ型クラッド層２３ｂに対応）をＭｇドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層６５ｂｂの上で成長して形成する。この場合、Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層６５ｂａ及びＭｇドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層６５ｂｂは、何れも、ｐ型のＩｎＡｌＧａＮからなることができる。
【００９４】
なお、Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体層６５ａの成長の後に、Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層６５ｂａ及びＭｇドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層６５ｂｂの二層のクラッド層の形成に替えて、単一層のＭｇドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層６５ｂ（ｐ型クラッド層２３に対応）をＭｇドープ窒化ガリウム系半導体層６５ａの上で成長させて形成してもよい。Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層６５ｂは、Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層６５ｂａ及びＭｇドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層６５ｂｂと同様に、ｐ型のＩｎＡｌＧａＮからなることができる。
【００９５】
Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層６５ｂｂ（又はＭｇドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層６５ｂ）の成長の後、Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｃ（コンタクト層２５ａに対応）をＭｇドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層６５ｂｂ（又はＭｇドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層６５ｂ）の上でエピタキシャルに成長して形成し、そして、Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｃを成長した後に、ｐ型ドーパントの供給量を変更して、Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｄ（コンタクト層２５ｂに対応）をＭｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｃの上でエピタキシャルに成長して形成する。
【００９６】
まず、摂氏９００度程度において、例えば、ＴＭＧ、ＮＨ３、Ｃｐ２Ｍｇ及び雰囲気ガスを成長炉１０に供給して、Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｃを成長して形成する。この場合、Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｃは、ｐ型のＧａＮからなることができる。Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｃのＭｇ濃度は、例えば、１×１０１９ｃｍ−３程度である。Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｃの成長が終了すると、ｐ型ドーパント（Ｍｇ）の供給量を、例えば、１ｓｃｃｍから５００ｓｃｃｍに切り替えた後に、摂氏９００度程度において、例えば、ＴＭＧ、ＮＨ３、Ｃｐ２Ｍｇ及び雰囲気ガスを成長炉１０に供給して、Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｄを成長して形成する。この場合、Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｄは、ｐ型のＧａＮからなることができる。Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｄのＭｇ濃度は、例えば、５×１０２０ｃｍ−３程度である。
【００９７】
Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｄの成長時に供給されるＭｇの供給量は、Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｃの成長時に供給されるＭｇの供給量より多くてもよい。この場合、ｐ型ドーパント（Ｍｇ）の濃度は、Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｃよりもＭｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｄのほうが高い。また、Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｃ及びＭｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｄの成長において、雰囲気ガスとして窒素が供給されることが好ましい。
【００９８】
Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｃ及びＭｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｄの成長温度は、摂氏１０００度程度の同一温度であってもよい。Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｃ及びＭｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｄの成長温度は、活性層５９ｂの成長温度よりも高いことができる。Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｃ及びＭｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｄの成長温度と活性層５９ｂの成長温度との差は、例えば、摂氏１５０度以上摂氏３００度以下の範囲にあることができる。成長温度の差が当該差よりも小さいと、Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｃ及びＭｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｄの成長温度が低くなるために電気特性が低下する。成長温度の差が当該差よりも大きいと、活性層５９ｂが受ける熱ダメージが増加するので発光効率が低下する。
【００９９】
Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体層６５ａの膜厚は０．２００μｍ程度である。Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層６５ｂａの膜厚は０．２０μｍ程度である。Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層６５ｂｂの膜厚は０．２０μｍ程度である。Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層６５ｂの膜厚は０．４０μｍ程度である。Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｃの膜厚は０．０４０μｍ程度である。Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｄの膜厚は０．０１０μｍ程度である。以上説明した工程Ｓ１０１〜工程Ｓ１１０の後に、エピタキシャル基板ＥＰ１が形成される。エピタキシャル基板ＥＰ１の表面粗さは、１０μｍ角の範囲で１ｎｍ以下の算術平均粗さを有する。
【０１００】
工程Ｓ１１１では、エピタキシャル基板ＥＰ１の上に（特に、Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｄの上に）電極を形成する。電極の形成は以下のように行われる。例えば、Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｄの上にＮｉ／Ａｕ又はＰｄ等の金属の電極（電極３７に対応）を形成すると共に、エピタキシャル基板ＥＰ１の裏面にＴｉ／Ａｌ等の金属の電極（電極４１に対応）を形成する。電極の形成に先立って、エピタキシャル基板ＥＰ１を加工してリッジ構造を形成することができる。工程Ｓ１１１によって、エピタキシャル基板ＥＰが形成される。そして、へき開によってエピタキシャル基板ＥＰからレーザバーを形成し、このレーザバーの共振器端面に、誘電体多層膜（例えばＳｉＯ２／ＴｉＯ２）からなる反射膜を成膜した後に、窒化ガリウム系半導体レーザ素子１１に分離する。
【０１０１】
（実施例１）図４の（ａ）部に示される素子構造のレーザダイオード（窒化ガリウム系半導体レーザ素子１１に対応）を製造した。窒化ガリウム系半導体の主面を有するＧａＮ基板を準備し、有機金属気相成長法を用いて、このＧａＮ基板の主面上で、窒化ガリウム系半導体のエピタキシャル積層を形成した。まず、第１のｎ−ＧａＮ層を、ＧａＮ基板の主面の上で１．１μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。そして、第１のｎ−ＧａＮ層の形成の後に、第１のｎ−ＧａＮ層の上に、ｎ型クラッド層としてｎ−ＩｎＡｌＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成が０．０３程度であり、アルミニウム（Ａｌ）の組成が０．１４程度）を１．２μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。
【０１０２】
次に、ｎ−ＩｎＡｌＧａＮ層の上に、第２のｎ−ＧａＮ層を０．２５０μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。次に、第２のｎ−ＧａＮ層の上に、ｎ側の光ガイド層としてｎ−ＩｎＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成は０．０２５程度）を０．１８４μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。
【０１０３】
次に、ｎ−ＩｎＧａＮ層の上に、活性層としてアンドープのｕｄ−ＩｎＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成は０．２５５程度）を３ｎｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。次に、活性層の上に、ｐ側の光ガイド層としてアンドープのｕｄ−ＩｎＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成は０．０２５程度）を、０．０７５μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。次に、ｐ側の光ガイド層としてのアンドープのｕｄ−ＩｎＧａＮ層の上に、ｐ−ＧａＮ層を０．２００μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。
【０１０４】
次に、ｐ−ＧａＮ層の上に、ｐ型クラッド層として、第１及び第２のｐ−ＩｎＡｌＧａＮ層を形成した。まず、ｐ−ＧａＮ層の上に、第１のｐ−ＩｎＡｌＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成は０．０３程度であり、アルミニウム（Ａｌ）の組成は０．１４程度）を０．２０μｍ程度だけエピタキシャル成長させて形成し、この後、原料の供給量を変更して、第１のｐ−ＩｎＡｌＧａＮ層の上に、第２のｐ−ＩｎＡｌＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成は０．０１５程度であり、アルミニウム（Ａｌ）の組成は０．０７程度）を０．２０μｍ程度だけエピタキシャル成長させて形成した。
【０１０５】
次に、ｐ型クラッド層の上（特に、第２のｐ−ＩｎＡｌＧａＮ層の上）に、第１のｐ＋ＧａＮ層とｐ型ドーパント濃度が同等以上の第２のｐ＋ＧａＮ層から成るコンタクト層を形成した。まず、第２のｐ−ＩｎＡｌＧａＮ層の上に、第１のｐ＋ＧａＮ層を０．０４０μｍ程度だけエピタキシャル成長させて形成し、この後、この第１のｐ＋ＧａＮ層の上に、この第１のｐ＋ＧａＮ層よりもｐ型ドーパント濃度が高い第２のｐ＋ＧａＮ層を０．０１０μｍ程度だけエピタキシャル成長させて形成した。以上のようにして、ＧａＮ基板の主面上で、窒化ガリウム系半導体のエピタキシャル積層を形成した。
【０１０６】
（実施例２）図４の（ｂ）部に示される素子構造のレーザダイオード（窒化ガリウム系半導体レーザ素子１１に対応）を製造した。窒化ガリウム系半導体の主面を有するＧａＮ基板を準備し、有機金属気相成長法を用いて、このＧａＮ基板の主面上で、窒化ガリウム系半導体のエピタキシャル積層を形成した。まず、第１のｎ−ＧａＮ層を、ＧａＮ基板の主面の上で１．１μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。そして、第１のｎ−ＧａＮ層の形成の後に、第１のｎ−ＧａＮ層の上に、ｎ型クラッド層としてｎ−ＩｎＡｌＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成が０．０２程度であり、アルミニウム（Ａｌ）の組成が０．０９度）を１．２μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。
【０１０７】
次に、ｎ−ＩｎＡｌＧａＮ層の上に、第２のｎ−ＧａＮ層を０．２５０μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。次に、第２のｎ−ＧａＮ層の上に、ｎ側の光ガイド層としてｎ−ＩｎＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成は０．０３５程度）を０．１８４μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。
【０１０８】
次に、ｎ−ＩｎＧａＮ層の上に、活性層としてアンドープのｕｄ−ＩｎＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成は０．２５５程度）を３ｎｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。次に、活性層の上に、ｐ側の光ガイド層としてアンドープのｕｄ−ＩｎＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成は０．０２５程度）を、０．０７５μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。次に、ｐ側の光ガイド層としてのアンドープのｕｄ−ＩｎＧａＮ層の上に、ｐ−ＧａＮ層を０．２００μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。次に、ｐ−ＧａＮ層の上に、ｐ型クラッド層としてｐ−ＩｎＡｌＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成は０．０２程度であり、アルミニウム（Ａｌ）の組成は０．０９程度）を０．４０μｍ程度だけエピタキシャル成長させて形成した。
【０１０９】
次に、ｐ型クラッド層の上（特に、第２のｐ−ＩｎＡｌＧａＮ層の上）に、第１のｐ＋ＧａＮ層とｐ型ドーパント濃度が同等以上の第２のｐ＋ＧａＮ層から成るコンタクト層を形成した。まず、第２のｐ−ＩｎＡｌＧａＮ層の上に、第１のｐ＋ＧａＮ層を０．０４０μｍ程度だけエピタキシャル成長させて形成し、この後、この第１のｐ＋ＧａＮ層の上に、この第１のｐ＋ＧａＮ層よりもｐ型ドーパント濃度が高い第２のｐ＋ＧａＮ層を０．０１０μｍ程度だけエピタキシャル成長させて形成した。以上のようにして、ＧａＮ基板の主面上で、窒化ガリウム系半導体のエピタキシャル積層を形成した。
【０１１０】
（実施例３）図４の（ｃ）部に示される素子構造のレーザダイオード（窒化ガリウム系半導体レーザ素子１１に対応）を製造した。窒化ガリウム系半導体の主面を有するＧａＮ基板を準備し、有機金属気相成長法を用いて、このＧａＮ基板の主面上で、窒化ガリウム系半導体のエピタキシャル積層を形成した。まず、第１のｎ−ＧａＮ層を、ＧａＮ基板の主面の上で１．１μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。そして、第１のｎ−ＧａＮ層の形成の後に、第１のｎ−ＧａＮ層の上に、ｎ型クラッド層としてｎ−ＩｎＡｌＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成が０．０２程度であり、アルミニウム（Ａｌ）の組成が０．０９度）を１．２μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。
【０１１１】
次に、ｎ−ＩｎＡｌＧａＮ層の上に、第２のｎ−ＧａＮ層を０．２５０μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。次に、第２のｎ−ＧａＮ層の上に、ｎ側の光ガイド層としてｎ−ＩｎＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成は０．０３程度）を０．１５０μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。次に、ｎ−ＩｎＧａＮ層の上に、活性層としてアンドープのｕｄ−ＩｎＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成は０．２５５程度）を３ｎｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。
【０１１２】
次に、活性層の上に、ｐ側の光ガイド層としてアンドープのｕｄ−ＩｎＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成は０．０３程度）を、０．０７５μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。次に、ｐ側の光ガイド層としてのアンドープのｕｄ−ＩｎＧａＮ層の上に、ｐ−ＧａＮ層を０．２００μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。
【０１１３】
次に、ｐ−ＧａＮ層の上に、ｐ型クラッド層としてｐ−ＩｎＡｌＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成は０．０２程度であり、アルミニウム（Ａｌ）の組成は０．０９程度）を０．４０μｍ程度だけエピタキシャル成長させて形成した。
【０１１４】
次に、ｐ型クラッド層の上（特に、第２のｐ−ＩｎＡｌＧａＮ層の上）に、第１のｐ＋ＧａＮ層とｐ型ドーパント濃度が同等以上の第２のｐ＋ＧａＮ層から成るコンタクト層を形成した。まず、第２のｐ−ＩｎＡｌＧａＮ層の上に、第１のｐ＋ＧａＮ層を０．０４０μｍ程度だけエピタキシャル成長させて形成し、この後、この第１のｐ＋ＧａＮ層の上に、この第１のｐ＋ＧａＮ層よりもｐ型ドーパント濃度が高い第２のｐ＋ＧａＮ層を０．０１０μｍ程度だけエピタキシャル成長させて形成した。以上のようにして、ＧａＮ基板の主面上で、窒化ガリウム系半導体のエピタキシャル積層を形成した。
【０１１５】
（実施例４）図５の（ａ）部に示される素子構造のレーザダイオード（窒化ガリウム系半導体レーザ素子１１に対応）を製造した。窒化ガリウム系半導体の主面を有するＧａＮ基板を準備し、有機金属気相成長法を用いて、このＧａＮ基板の主面上で、窒化ガリウム系半導体のエピタキシャル積層を形成した。まず、第１のｎ−ＧａＮ層を、ＧａＮ基板の主面の上で１．１μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。そして、第１のｎ−ＧａＮ層の形成の後に、第１のｎ−ＧａＮ層の上に、ｎ型クラッド層としてｎ−ＩｎＡｌＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成が０．０２程度であり、アルミニウム（Ａｌ）の組成が０．０９度）を１．２μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。
【０１１６】
次に、ｎ−ＩｎＡｌＧａＮ層の上に、第２のｎ−ＧａＮ層を０．２５０μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。次に、第２のｎ−ＧａＮ層の上に、ｎ側の光ガイド層としてｎ−ＩｎＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成は０．０４５程度）を０．１９０μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。次に、ｎ−ＩｎＧａＮ層の上に、活性層としてアンドープのｕｄ−ＩｎＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成は０．２５５程度）を３ｎｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。
【０１１７】
次に、活性層の上に、ｐ側の光ガイド層としてアンドープのｕｄ−ＩｎＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成は０．０２程度）を、０．０７５μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。次に、このアンドープのｕｄ−ＩｎＧａＮ層の上に、ｐ側の光ガイド層としてｐ−ＩｎＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成は０．０２程度）を、０．０２５μｍ程度だけエピタキシャル成長させて形成した。次に、ｐ側の光ガイド層としてのｐ−ＩｎＧａＮ層の上に、ｐ−ＧａＮ層を０．２００μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。
【０１１８】
次に、ｐ−ＧａＮ層の上に、ｐ型クラッド層としてｐ−ＩｎＡｌＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成は０．０１５程度であり、アルミニウム（Ａｌ）の組成は０．０７程度）を０．４０μｍ程度だけエピタキシャル成長させて形成した。
【０１１９】
次に、ｐ型クラッド層の上（特に、第２のｐ−ＩｎＡｌＧａＮ層の上）に、第１のｐ＋ＧａＮ層とｐ型ドーパント濃度が同等以上の第２のｐ＋ＧａＮ層から成るコンタクト層を形成した。まず、第２のｐ−ＩｎＡｌＧａＮ層の上に、第１のｐ＋ＧａＮ層を０．０４０μｍ程度だけエピタキシャル成長させて形成し、この後、この第１のｐ＋ＧａＮ層の上に、この第１のｐ＋ＧａＮ層よりもｐ型ドーパント濃度が高い第２のｐ＋ＧａＮ層を０．０１０μｍ程度だけエピタキシャル成長させて形成した。以上のようにして、ＧａＮ基板の主面上で、窒化ガリウム系半導体のエピタキシャル積層を形成した。
【０１２０】
（実施例５）図５の（ｂ）部に示される素子構造のレーザダイオード（窒化ガリウム系半導体レーザ素子１１に対応）を製造した。窒化ガリウム系半導体の主面を有するＧａＮ基板を準備し、有機金属気相成長法を用いて、このＧａＮ基板の主面上で、窒化ガリウム系半導体のエピタキシャル積層を形成した。まず、第１のｎ−ＧａＮ層を、ＧａＮ基板の主面の上で１．１μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。そして、第１のｎ−ＧａＮ層の形成の後に、第１のｎ−ＧａＮ層の上に、ｎ型クラッド層としてｎ−ＩｎＡｌＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成が０．０２程度であり、アルミニウム（Ａｌ）の組成が０．０９度）を１．２μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。
【０１２１】
次に、ｎ−ＩｎＡｌＧａＮ層の上に、第２のｎ−ＧａＮ層を０．２５０μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。次に、第２のｎ−ＧａＮ層の上に、ｎ側の光ガイド層としてｎ−ＩｎＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成は０．０６程度）を０．１５０μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。次に、ｎ−ＩｎＧａＮ層の上に、活性層としてアンドープのｕｄ−ＩｎＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成は０．２５５程度）を３ｎｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。
【０１２２】
次に、活性層の上に、ｐ側の光ガイド層としてアンドープのｕｄ−ＩｎＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成は０．０２程度）を、０．０７５μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。次に、ｐ側の光ガイド層としてのアンドープのｕｄ−ＩｎＧａＮ層の上に、ｐ−ＧａＮ層を０．２００μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。
【０１２３】
次に、ｐ−ＧａＮ層の上に、ｐ型クラッド層としてｐ−ＩｎＡｌＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成は０．０１５程度であり、アルミニウム（Ａｌ）の組成は０．０７程度）を０．４０μｍ程度だけエピタキシャル成長させて形成した。
【０１２４】
次に、ｐ型クラッド層の上（特に、第２のｐ−ＩｎＡｌＧａＮ層の上）に、第１のｐ＋ＧａＮ層とｐ型ドーパント濃度が同等以上の第２のｐ＋ＧａＮ層から成るコンタクト層を形成した。まず、第２のｐ−ＩｎＡｌＧａＮ層の上に、第１のｐ＋ＧａＮ層を０．０４０μｍ程度だけエピタキシャル成長させて形成し、この後、この第１のｐ＋ＧａＮ層の上に、この第１のｐ＋ＧａＮ層よりもｐ型ドーパント濃度が高い第２のｐ＋ＧａＮ層を０．０１０μｍ程度だけエピタキシャル成長させて形成した。以上のようにして、ＧａＮ基板の主面上で、窒化ガリウム系半導体のエピタキシャル積層を形成した。
【０１２５】
実施例１〜実施例５のそれぞれにおいて、活性層の発振波長は、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であるが、４８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であることができ、更に、５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下であることができる。
【０１２６】
実施例１〜実施例５のそれぞれにおいて、活性層は、単一の量子井戸層を含む単一量子井戸構造を有する、又は、複数の量子井戸層と複数の障壁層とを含む多重量子井戸構造を有する。
【０１２７】
実施例１〜実施例５のそれぞれにおいて、ｎ側の光ガイド層（ｎ−ＩｎＧａＮ層）と活性層との界面は、ｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面からｍ軸方向に傾斜しており、特に、６３度以上８０度未満の角度で傾斜していることができる。
【０１２８】
実施例１〜実施例５のそれぞれにおいて、ＧａＮ基板の主面の上に、ｎ型クラッド層、ｎ−ＧａＮ層、ｎ側の光ガイド層、活性層、ｐ側の光ガイド層、ｐ−ＧａＮ層及びｐ型クラッド層が順に設けられている。実施例１〜実施例５のそれぞれにおいて、ＧａＮ基板の主面は、ｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面からｍ軸方向に６３度以上８０度未満の角度で傾斜している。ｎ側の光ガイド層（ｎ−ＩｎＧａＮ層）と活性層との界面が、ｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面からｍ軸方向に６３度以上８０度未満の角度で傾斜しているので、緑色領域の発光に好適である。
【０１２９】
実施例１〜実施例５のそれぞれにおいて、ｎ型クラッド層は、何れも、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０＜ｘ＜０．０５，０＜ｙ＜０．２０）であり、ｐ型クラッド層は、何れも、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜０．０５，０＜ｙ＜０．２０）である。
【０１３０】
実施例１〜実施例５のそれぞれにおいて、ｎ側及びｐ側の光ガイド層のインジウム（Ｉｎ）の組成は、何れも、２％以上６％以下であるが、２％以上５％以下であることができ、更に、２％以上４．５％以下であることができる。ｎ側及びｐ側の光ガイド層のインジウム（Ｉｎ）の組成は、高い程、ｎ型クラッド層及びｐ型クラッド層との屈折率差が顕著となるが、結晶が脆くなる。ＧａＮ基板の主面が、ｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面からｍ軸方向に６３度以上８０度未満の角度で傾斜している場合、インジウム（Ｉｎ）の組成が６％を超えると転位の発生が顕著となる。実施例１〜実施例５のそれぞれでは、ｎ側及びｐ側の光ガイド層とｎ型クラッド層及びｐ型クラッド層との屈折率差を十分に得るために、ｎ側及びｐ側の光ガイド層のインジウム（Ｉｎ）の組成を、特に、２％以上６％以下とすることができる。従って、光ガイド層とクラッド層との屈折率差が十分に得られると共に結晶の剛性も十分に確保できる。
【０１３１】
実施例１〜実施例５のそれぞれにおいて、ｎ側の光ガイド層の膜厚は、ｎ側の光ガイド層の膜厚とｐ側の光ガイド層の膜厚との合計の６５％以上８５％以下の範囲にある。例えば、実施例１及び実施例２の場合、ｎ側の光ガイド層の膜厚は、ｎ側の光ガイド層の膜厚とｐ側の光ガイド層の膜厚との合計の７１％程度である。実施例３の場合、ｎ側の光ガイド層の膜厚は、ｎ側の光ガイド層の膜厚とｐ側の光ガイド層の膜厚との合計の６７％程度である。
【０１３２】
実施例１〜実施例５のそれぞれにおいて、ｎ型ドーパントは例えばシリコン（Ｓｉ）であり、ｎ型ドーパントのドーパント濃度は、５×１０１７ｃｍ−３程度である。ｎ型ドーパントのドーパント濃度が、この値５×１０１７ｃｍ−３を下回ると、比較的大きな電気的抵抗が生じる。
実施例１〜実施例５のそれぞれにおいて、ｐ型ドーパントは例えばマグネシウム（Ｍｇ）であり、ｐ型ドーパントのドーパント濃度は、３×１０１８ｃｍ−３程度である。ｐ型ドーパントのドーパント濃度が、この値３×１０１８ｃｍ−３を下回ると、比較的大きな電気的抵抗が生じる。
【０１３３】
実施例１〜実施例５のそれぞれにおいて、ｎ側の光ガイド層としてのｎ−ＩｎＧａＮ層の吸収係数は６ｃｍ−１程度であり、ｐ側の光ガイド層としてのｕｄ−ＩｎＧａＮ層の吸収係数は１ｃｍ−１程度であり、ｐ−ＧａＮ層の吸収係数は３０ｃｍ−１程度であった。エピ層の吸収係数は、例えば分光エリプソメトリーにより測定できる。
【０１３４】
実施例１〜実施例５のそれぞれにおいて、ｐ側の光ガイド層としてのｕｄ−ＩｎＧａＮ層は、ｐ型ドーパントのマグネシウム（Ｍｇ）が活性層に拡散することを防止できる。マグネシウム（Ｍｇ）の拡散防止に必要なｐ側の光ガイド層としてのｕｄ−ＩｎＧａＮ層の膜厚は０．０７５μｍ程度であり、ｐ側の光ガイド層としてのｕｄ−ＩｎＧａＮ層の膜厚が、この値０．０７５μｍを超えると、ｐ側の光ガイド層としてのｕｄ−ＩｎＧａＮ層は、比較的に高い電気的抵抗を有する。
【０１３５】
実施例１〜実施例５のそれぞれにおいて、エピタキシャル積層の上には、幅１０μｍ程度のストライプ窓を有する絶縁膜（例えばＳｉＯ２膜）をウェットエッチングにより形成し、Ｐｄからなるアノード電極（ｐ側の電極）及びパッド電極を蒸着により形成した。この後に、裏面には、Ａｌからなるカソード電極（ｎ側の電極）及びパッド電極を蒸着により形成した。このように作製された実施例１〜実施例３のそれぞれにおける基板生産物を、６００μｍ程度の間隔で、割断を行って分離して、レーザバーを作製し、レーザバーの共振器端面に、誘電体多層膜からなる反射膜を成膜した。割断面は、｛２０−２１｝面及び｛１１−２０｝面に対して垂直な面である。誘電体多層膜は、例えばＳｉＯ２／ＴｉＯ２からなる。前端面の反射率は８０％程度であり、後端面の反射率は９５％程度である。
【０１３６】
実施例１に係るレーザダイオード及び実施例２に係るレーザダイオードにおいて、全ＩｎＧａＮ層（ｎ側及びｐ側の光ガイド層）の膜厚の合計に占めるｎ−ＩｎＧａＮ層（ｎ側の光ガイド層）の膜厚の比率と、閾値電流Ｊｔｈ（Ａ／ｃｍ２）との関係を図６に示す。図６のグラフＧ１は、実施例１に係るレーザダイオードにおいて、全ＩｎＧａＮ層（ｎ側及びｐ側の光ガイド層）の膜厚を一定（例えば２５０ｎｍ程度）とした上でｎ−ＩｎＧａＮ層（ｎ側の光ガイド層）の膜厚を変化させた場合に、全ＩｎＧａＮ層の膜厚に占めるｎ−ＩｎＧａＮ層の膜厚の比率と、閾値電流との関係を示す。図６のグラフＧ２は、実施例２に係るレーザダイオードにおいて、全ＩｎＧａＮ層（ｎ側及びｐ側の光ガイド層）の膜厚を一定（例えば２５０ｎｍ程度）とした上でｎ−ＩｎＧａＮ層（ｎ側の光ガイド層）の膜厚を変化させた場合に、全ＩｎＧａＮ層の膜厚に占めるｎ−ＩｎＧａＮ層の膜厚の比率と、閾値電流との関係を示す。グラフＧ１，Ｇ２を参照すると、ｎ−ＩｎＧａＮ層のインジウム（Ｉｎ）の組成が、２．５％（実施例１）及び３．５％（実施例２）の何れであっても、全ＩｎＧａＮ層の膜厚に占めるｎ−ＩｎＧａＮ層の膜厚の比率が０．６５以上０．８５以下（６５％以上８５％以下）の範囲にある場合に、閾値電流が比較的小さいことがわかる。
【０１３７】
図７に示すように、ｎ−ＩｎＧａＮ層（ｎ側の光ガイド層）の膜厚が、ｕｄ−ＩｎＧａＮ層（ｐ側の光ガイド層）の膜厚よりも大きい程、活性層の位置のズレが大きくなり（ｎ側とｐ側とが顕著に非対称となり）、活性層を通る光の割合（Γｗｅｌｌ）及び導波路を通る光の減衰率（αｉｎｔ）が減少する。ここで、例えば、強度Ｉｎｔの光が導波路をｋ（ｃｍ）進んだ場合、この光の強度は、Ｉｎｔ×ｅαｉｎｔ×ｋのように減衰する（“ｅ”は、自然対数の底（Napier constant）である。）。しかし、実施例１及び実施例２のように、ｎ−ＩｎＧａＮ層（ｎ側の光ガイド層）の膜厚が、ｎ−ＩｎＧａＮ層（ｎ側の光ガイド層）の膜厚とｕｄ−ＩｎＧａＮ層（ｐ側の光ガイド層）の膜厚との合計の６５％以上８５％以下の範囲にあれば、図６に示すように、上記のｎ側とｐ側との間の非対称性による光のロスを好適に抑制できることが見出された。図７に示す結果は、実施例１おいて、ｕｄ−ＩｎＧａＮ層（ｐ側の光ガイド層）の膜厚を一定にした上で、ｎ−ＩｎＧａＮ層（ｎ側の光ガイド層）の膜厚を変化させて得られたΓｗｅｌｌ（％）及びαｉｎｔ（ｃｍ−１）の測定結果である。導波路の内部ロス（αｉｎｔ）は、例えばハッキパウリ法により測定できる。導波路の位置は、図１の（ａ）部に示す開口部３９ａの下に位置する。
【０１３８】
以上、好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【符号の説明】
【０１３９】
１０…成長炉、１１…窒化ガリウム系半導体レーザ素子、１３…基板、１３ａ…主面、１３ｂ…裏面、１５…ｎ型窒化ガリウム系半導体領域、１５ａ…ｎ型窒化ガリウム系半導体層、１５ｂ…ｎ型クラッド層、１５ｃ…ｎ型窒化ガリウム系半導体層、１７…発光層、１９…ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域、２１…ｐ型窒化ガリウム系半導体層、２３…ｐ型クラッド層、２３ａ…ｐ型クラッド層、２３ｂ…ｐ型クラッド層、２５ａ…コンタクト層、２５ｂ…コンタクト層、２７…活性層、２９…ｎ側光ガイド層、３１…ｐ側光ガイド層、３３…井戸層、３５…障壁層、３７…電極、３９…絶縁膜、３９ａ…開口、４１…電極、５１…基板、５１ａ…主面、５３…ｎ型窒化ガリウム系半導体領域、５３ａ…主面、５５ａ…Ｓｉドープ窒化ガリウム系半導体層、５５ｂ…Ｓｉドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層、５５ｃ…Ｓｉドープ窒化ガリウム系半導体層、５７…発光層、５７ａ…主面、５９ａ…光ガイド層、５９ｂ…活性層、５９ｂ−１…主面、５９ｃ…光ガイド層、６１ａ…障壁層、６１ｂ…井戸層、６３…ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域、６３ａ…主面、６５ａ…Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体層、６５ｂ…Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層、６５ｂａ…Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層、６５ｂｂ…Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層、６５ｃ…Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層、６５ｄ…Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層、Ａｘ…法線軸、ＣＲ…結晶座標系、Ｃｘ…基準軸、ＥＰ…エピタキシャル基板、ＥＰ１…エピタキシャル基板、Ｊ１…界面、ＪＣ…接触、Ｓ…座標系、Ｓｃ…面、ＶＣ…ｃ軸部ベクトル、ＶＮ…法線ベクトル。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化ガリウム系半導体レーザ素子、及び、窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、動作電圧の低減、外部量子効率の増大、発振閾値電流密度の低減等の特性改善を行うための４３０ｎｍ以上の発光波長を有する窒化物半導体レーザ素子が開示されている。この窒化物半導体レーザ素子では、窒化物半導体基板上に、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、ＧａＮ層、第１のＩｎＧａＮ光ガイド層、発光層、第２のＩｎＧａＮ光ガイド層、窒化物半導体中間層、ｐ型ＡｌＧａＮ層、およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層がこの順に設けられる。ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層は、３％以上５％以下のアルミニウム（Ａｌ）の組成と１．８μｍ以上２．５μｍ以下の厚さを有する。第１と第２のＩｎＧａＮ光ガイド層は、３％以上６％以下のインジウム（Ｉｎ）の組成を有する。第１の光ガイド層の厚さは、第２の光ガイド層に比べて大きくかつ１２０ｎｍ以上１６０ｎｍ以下である。ｐ型ＡｌＧａＮ層は、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層に接しかつそのアルミニウム（Ａｌ）の組成はｐ型クラッド層に比べて高くて１０％以上３５％以下である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１２９６７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されている窒化物半導体レーザ素子では、ｎ側のＩｎＧａＮ光ガイド層の膜厚がｐ側のＩｎＧａＮ光ガイド層の膜厚よりも厚い。ｎ側の光ガイド層の方がｐ側の光ガイド層よりも光の吸収は少ないので、閾値電流を低減するためには、ｐ側の光ガイド層の膜厚よりもｎ側の光ガイド層の膜厚を厚くすることが考えられる。一方、ｐ側の光ガイド層の膜厚よりもｎ側の光ガイド層の膜厚を厚くする程、活性層の位置のズレが増して活性層を通る光の割合が減少するので、逆に、閾値電流の上昇を招く。そこで、本発明の目的は、上記の事項を鑑みてなされたものであり、閾値電流が低減される窒化ガリウム系半導体レーザ素子及び窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る窒化ガリウム系半導体レーザ素子は、ｎ型の窒化ガリウム系半導体のｎ型クラッド層と、前記ｎ型クラッド層の上に設けられた窒化ガリウム系半導体の第１の光ガイド層と、前記第１の光ガイド層の上に設けられた窒化ガリウム系半導体の活性層と、前記活性層の上に設けられた窒化ガリウム系半導体の第２の光ガイド層と、前記第２の光ガイド層の上に設けられたｐ型の窒化ガリウム系半導体のｐ型クラッド層とを備え、前記活性層の発振波長は、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であり、前記第１及び第２の光ガイド層は、何れも、インジウムを含有し、前記第１及び第２の光ガイド層のインジウムの組成は、何れも、２％以上６％以下であり、前記第１の光ガイド層の膜厚は、前記第１の光ガイド層の膜厚と前記第２の光ガイド層の膜厚との合計の６５％以上８５％以下の範囲にあり、前記第１の光ガイド層及び前記第２の光ガイド層は前記活性層に接している、ことを特徴とする。また、前記ｎ型クラッド層は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０＜ｘ＜０．０５，０＜ｙ＜０．２０）であり、前記ｐ型クラッド層は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜０．０５，０＜ｙ＜０．２０）である。
【０００６】
ｎ側の光ガイド層及びｐ側の光ガイド層による光の吸収量の総量を低減させることによって、半導体レーザの閾値電流を低減することができる。本発明において、ｎ側にある第１の光ガイド層の膜厚が、この第１の光ガイド層の膜厚とｐ側にある第２の光ガイド層の膜厚との合計の６５％以上８５％以下の範囲にあるので、窒化ガリウム系半導体レーザ素子に含まれるｎ側の光ガイド層及びｐ側の光ガイド層による光の吸収量の総量を低減でき、よって、窒化ガリウム系半導体レーザ素子の閾値電流を低減できることが見出された。ｎ型半導体よりもｐ型半導体のほうが光の吸収係数が大きいため、ｎ型層の割合を大きくすることで導波路全体の光の吸収量を低下させることができる。
【０００７】
また、ｎ側にある第１の光ガイド層の膜厚が、ｐ側にある第２の光ガイド層の膜厚よりも大きい程、活性層の位置のズレが大きくなり（ｎ側とｐ側とが顕著に非対称となり）、活性層を通る光の割合が減少するが、本発明のように、ｎ側にある第１の光ガイド層の膜厚が、この第１の光ガイド層の膜厚とｐ側にある第２の光ガイド層の膜厚との合計の６５％以上８５％以下の範囲にあれば、上記のｎ側とｐ側との間の非対称性による光のロスを好適に抑制できることが見出された。
【０００８】
また、クラッド層及び光ガイド層のそれぞれのインジウム（Ｉｎ）の組成と、発振波長と、によって、クラッド層と光ガイドとの屈折率差が変わるが、本発明に係る発振波長及びインジウム（Ｉｎ）の組成であれば、光のロスを好適に抑制できることが見出された。
【０００９】
本発明に係る素子において、前記活性層は、単一の量子井戸層を含む単一量子井戸構造を有することができる。従って、本発明に係る素子を単一量子井戸構造に適用できる。量子井戸を有することで、発光が可能となる。井戸層数を一とすることで、井戸数が二以上の場合と比較してバリア層／井戸層のバンド障壁がなくなる分、動作電圧を低減することができる。
【００１０】
本発明に係る素子において、前記活性層は、複数の量子井戸層と複数の障壁層とを含む多重量子井戸構造を有することができる。従って、本発明に係る素子を多重量子井戸構造に適用できる。量子井戸を有することで、発光が可能となる。井戸層数を複数とすることで、井戸数が一の場合と比較して屈折率の高い井戸数が増えることにより導波路の光閉じ込めが良いレーザを作製することができる。
【００１１】
本発明に係る素子において、前記第１の光ガイド層と前記活性層との界面は、ｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面からｍ軸方向に傾斜していることができる。従って、緑色を含む範囲の発光波長の光が発光可能である。この面方位を使用することで、高品質な緑色領域の発光に適した活性層を作製することが可能となる。
【００１２】
本発明に係る素子において、前記第１の光ガイド層と前記活性層との界面は、前記基準軸に直交する面からｍ軸方向に６３度以上８０度未満の角度で傾斜していることができる。従って、緑色の光が発光可能である。この面方位を使用することで、高品質な緑色領域の発光に適した活性層を作製することが可能となる。
【００１３】
本発明に係る素子において、窒化ガリウム系半導体の主面を有する基板を更に備え、前記主面の上に、前記ｎ型クラッド層、前記第１の光ガイド層、前記活性層、前記第２の光ガイド層及び前記ｐ型クラッド層が順に設けられており、前記主面は、前記基準軸に直交する面からｍ軸方向に６３度以上８０度未満の角度で傾斜していることができる。従って、緑色の光が発光可能である。この面方位を使用することで、高品質な緑色領域の発光に適した活性層を作製することが可能となる。
【００１４】
本発明に係る素子において、前記活性層の発振波長は、４８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であることができ、又は、前記活性層の発振波長は、５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下であることができる。従って、純緑色の光（波長が概ね５２０ｎｍ以上５３５ｎｍ以下の光）が発光可能である。
【００１５】
本発明に係る素子において、前記第１の光ガイド層のインジウムの組成は、２％以上５％以下であることができる。従って、第１の光ガイド層とｎ型クラッド層との屈折率差が得られると共に結晶の剛性も確保できる。光閉じ込めに十分なクラッド層との屈折率差を得るためには２％以上のインジウム（Ｉｎ）の組成が必要であり、安定してミスフィット転位が入らないようにするためにはインジウム（Ｉｎ）の組成を５％以下にする必要がある。
【００１６】
本発明に係る素子において、前記第１の光ガイド層のインジウムの組成は、２％以上４．５％以下であることができる。従って、第１の光ガイド層とｎ型クラッド層との屈折率差が十分に得られると共に結晶の剛性も十分に確保できる。光閉じ込めに十分なクラッド層との屈折率差を得るためには２％以上のインジウム（Ｉｎ）の組成が必要であり、十分に安定してミスフィット転位が入らないようにするためにはインジウム（Ｉｎ）の組成を４．５％以下にする必要がある。
【００１７】
本発明に係る素子において、前記第２の光ガイド層のインジウムの組成は、２％以上５％以下であることができる。従って、第２の光ガイド層とｐ型クラッド層との屈折率差が得られると共に結晶の剛性も確保できる。光閉じ込めに十分なクラッド層との屈折率差を得るためには２％以上のインジウム（Ｉｎ）の組成が必要であり、安定してミスフィット転位が入らないようにするためにはインジウム（Ｉｎ）の組成を５％以下にする必要がある。
【００１８】
本発明に係る素子において、前記第２の光ガイド層のインジウムの組成は、２％以上４．５％以下であることができる。従って、第２の光ガイド層とｐ型クラッド層との屈折率差が十分に得られると共に結晶の剛性も十分に確保できる。光閉じ込めに十分なクラッド層との屈折率差を得るためには２％以上のインジウム（Ｉｎ）の組成が必要であり、十分に安定してミスフィット転位が入らないようにするためにはインジウム（Ｉｎ）の組成を４．５％以下にする必要がある。
【００１９】
本発明に係る素子において、前記第１の光ガイド層および第２の光ガイド層に含まれるインジウムの総和は、インジウム組成（％）×ガイド層膜厚（ｎｍ）≦１２５０の範囲であることができる。この範囲であればミスフィット転位が入らないエピを得ることができる。
【００２０】
本発明に係る窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法は、ｎ型の窒化ガリウム系半導体のｎ型クラッド層を形成する工程と、前記ｎ型クラッド層の上に窒化ガリウム系半導体の第１の光ガイド層を形成する工程と、前記第１の光ガイド層の上に窒化ガリウム系半導体の活性層を形成する工程と、前記活性層の上に窒化ガリウム系半導体の第２の光ガイド層を形成する工程と、前記第２の光ガイド層の上にｐ型の窒化ガリウム系半導体のｐ型クラッド層を形成する工程と、を備え、前記活性層の発振波長は、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であり、前記第１及び第２の光ガイド層は、何れも、インジウムを含有し、前記第１及び第２の光ガイド層のインジウムの組成は、何れも、２％以上６％以下であり、前記第１の光ガイド層の膜厚は、前記第１の光ガイド層の膜厚と前記第２の光ガイド層の膜厚との合計の６５％以上８５％以下の範囲にあり、前記第１の光ガイド層及び前記第２の光ガイド層は前記活性層に接している、ことを特徴とする。また、前記ｎ型クラッド層は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０＜ｘ＜０．０５，０＜ｙ＜０．２０）であり、前記ｐ型クラッド層は、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜０．０５，０＜ｙ＜０．２０）である。
【００２１】
ｎ側の光ガイド層及びｐ側の光ガイド層による光の吸収量の総量を低減させることによって、半導体レーザの閾値電流を低減することができる。本発明において、ｎ側にある第１の光ガイド層の膜厚が、この第１の光ガイド層の膜厚とｐ側にある第２の光ガイド層の膜厚との合計の６５％以上８５％以下の範囲にあるので、窒化ガリウム系半導体レーザ素子に含まれるｎ側の光ガイド層及びｐ側の光ガイド層による光の吸収量の総量を低減でき、よって、窒化ガリウム系半導体レーザ素子の閾値電流を低減できることが見出された。ｎ型半導体よりもｐ型半導体のほうが光の吸収係数が大きいため、ｎ型層の割合を大きくすることで導波路全体の光の吸収量を低下させることができる。
【００２２】
また、ｎ側にある第１の光ガイド層の膜厚が、ｐ側にある第２の光ガイド層の膜厚よりも大きい程、活性層の位置のズレが大きくなり（ｎ側とｐ側とが顕著に非対称となり）、活性層を通る光の割合が減少するが、本発明のように、ｎ側にある第１の光ガイド層の膜厚が、この第１の光ガイド層の膜厚とｐ側にある第２の光ガイド層の膜厚との合計の６５％以上８５％以下の範囲にあれば、上記のｎ側とｐ側との間の非対称性による光のロスを好適に抑制できることが見出された。
【００２３】
また、クラッド層及び光ガイド層のそれぞれのインジウム（Ｉｎ）の組成と、発振波長と、によって、クラッド層と光ガイドとの屈折率差が変わるが、本発明に係る発振波長及びインジウム（Ｉｎ）の組成であれば、光のロスを好適に抑制できることが見出された。
【００２４】
本発明に係る製造方法において、前記活性層は、単一の量子井戸層を含む単一量子井戸構造を有することができる。従って、本発明に係る素子を単一量子井戸構造に適用できる。量子井戸を有することで、発光が可能となる。井戸層数を一とすることで、井戸数が二以上の場合と比較してバリア層／井戸層のバンド障壁がなくなる分、動作電圧を低減することができる。
【００２５】
本発明に係る製造方法において、前記活性層は、複数の量子井戸層と複数の障壁層とを含む多重量子井戸構造を有することができる。従って、本発明に係る素子を多重量子井戸構造に適用できる。量子井戸を有することで、発光が可能となる。井戸層数を複数とすることで、井戸数が一の場合と比較して屈折率の高い井戸数が増えることにより導波路の光閉じ込めが良いレーザを作製することができる。
【００２６】
本発明に係る製造方法において、前記第１の光ガイド層と前記活性層との界面は、ｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面からｍ軸方向に傾斜していることができる。この面方位を使用することで、高品質な緑色領域の発光に適した活性層を作製することが可能となる。
【００２７】
本発明に係る製造方法において、前記第１の光ガイド層と前記活性層との界面は、前記基準軸に直交する面からｍ軸方向に６３度以上８０度未満の角度で傾斜していることができる。この面方位を使用することで、高品質な緑色領域の発光に適した活性層を作製することが可能となる。
【００２８】
本発明に係る製造方法において、窒化ガリウム系半導体の主面を有する基板を準備する工程を更に備え、前記基板の主面の上に、前記ｎ型クラッド層、前記第１の光ガイド層、前記活性層、前記第２の光ガイド層及び前記ｐ型クラッド層が順に設けられ、前記主面は、前記基準軸に直交する面からｍ軸方向に６３度以上８０度未満の角度で傾斜していることができる。この面方位を使用することで、高品質な緑色領域の発光に適した活性層を作製することが可能となる。
【００２９】
本発明に係る製造方法において、前記活性層の発振波長は、４８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であることができ、又は、前記活性層の発振波長は、５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下であることができる。従って、純緑色の光（波長が概ね５２０ｎｍ以上５３５ｎｍ以下の光）が発光可能である。
【００３０】
本発明に係る製造方法において、前記第１の光ガイド層のインジウムの組成は、２％以上５％以下であることができる。従って、第１の光ガイド層とｎ型クラッド層との屈折率差が得られると共に結晶の剛性も確保できる。光閉じ込めに十分なクラッド層との屈折率差を得るためには２％以上のインジウム（Ｉｎ）の組成が必要であり、安定してミスフィット転位が入らないようにするためにはインジウム（Ｉｎ）の組成を５％以下にする必要がある。
【００３１】
本発明に係る製造方法において、前記第１の光ガイド層のインジウムの組成は、２％以上４．５％以下であることができる。従って、第１の光ガイド層とｎ型クラッド層との屈折率差が十分に得られると共に結晶の剛性も十分に確保できる。光閉じ込めに十分なクラッド層との屈折率差を得るためには２％以上のインジウム（Ｉｎ）の組成が必要であり、十分に安定してミスフィット転位が入らないようにするためにはインジウム（Ｉｎ）の組成を４．５％以下にする必要がある。
【００３２】
本発明に係る製造方法において、前記第２の光ガイド層のインジウムの組成は、２％以上５％以下であることができる。従って、第２の光ガイド層とｐ型クラッド層との屈折率差が得られると共に結晶の剛性も確保できる。光閉じ込めに十分なクラッド層との屈折率差を得るためには２％以上のインジウム（Ｉｎ）の組成が必要であり、安定してミスフィット転位が入らないようにするためにはインジウム（Ｉｎ）の組成を５％以下にする必要がある。
【００３３】
本発明に係る製造方法において、前記第２の光ガイド層のインジウムの組成は、２％以上４．５％以下であることができる。従って、第２の光ガイド層とｐ型クラッド層との屈折率差が十分に得られると共に結晶の剛性も十分に確保できる。光閉じ込めに十分なクラッド層との屈折率差を得るためには２％以上のインジウム（Ｉｎ）の組成が必要であり、十分に安定してミスフィット転位が入らないようにするためにはインジウム（Ｉｎ）の組成を４．５％以下にする必要がある。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、閾値電流が低減される窒化ガリウム系半導体レーザ素子及び窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１は、実施形態に係る窒化ガリウム系半導体レーザ素子の構成を示す図である。
【図２】図２は、実施形態に係る窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法の主要な工程を示す図である。
【図３】図３は、実施形態に係る窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法の主要な工程における生産物を模式的に示す図である。
【図４】図４は、実施例に係るレーザダイオードの素子構造を示す図である。
【図５】図５は、実施例に係るレーザダイオードの素子構造を示す図である。
【図６】図６は、全ＩｎＧａＮ層の膜厚に占めるｎ−ＩｎＧａＮ層の膜厚の比率と、閾値電流との関係を示す図である。
【図７】図７は、ｎ−ＩｎＧａＮ層の膜厚と、活性層を通る光の割合及び導波路を通る光の減衰率との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、図面を参照して、本発明に係る好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、可能な場合には、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。図１は、本実施の形態に係る窒化ガリウム系半導体レーザ素子の構造及び窒化ガリウム系半導体レーザ素子のためのエピタキシャル基板の構造を概略的に示す図面である。
【００３７】
図１の（ａ）部に窒化ガリウム系半導体レーザ素子１１が示され、図１の（ｂ）部に窒化ガリウム系半導体レーザ素子１１のためのエピタキシャル基板ＥＰが示される。エピタキシャル基板ＥＰは、窒化ガリウム系半導体レーザ素子１１と同様のエピタキシャル層構造を有する。引き続く説明では、窒化ガリウム系半導体レーザ素子１１を構成する半導体層を説明する。エピタキシャル基板ＥＰは、これらの窒化ガリウム系半導体レーザ素子１１を構成する半導体層に対応する半導体層（半導体膜）を含み、対応する半導体層には、窒化ガリウム系半導体レーザ素子１１のための説明が適用される。
【００３８】
図１を参照すると、座標系Ｓ及び結晶座標系ＣＲが示されている。基板１３の主面１３ａは、Ｚ軸の方向を向いており、Ｘ方向及びＹ方向に延びている。Ｘ軸はａ軸の方向に向いている。図１の（ａ）部に示されるように、窒化ガリウム系半導体レーザ素子１１は、基板１３と、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１５と、発光層１７と、ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９とを備える。ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１５、発光層１７及びｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９は、基板１３の上においてエピタキシャル成長によって形成されている。
【００３９】
基板１３のｃ面は、図１に示された面Ｓｃに沿って延びている。面Ｓｃの上では、六方晶系窒化ガリウム系半導体の結晶軸を示すための結晶座標系ＣＲ（ｃ軸，ａ軸，ｍ軸）が示されている。基板１３の主面１３ａは、基準軸Ｃｘに直交する面Ｓｃを基準にして、基板１３の窒化ガリウム系半導体のｍ軸の方向に、傾斜角θで傾斜している。傾斜角θは、基板１３の主面１３ａの法線ベクトルＶＮと基準軸Ｃｘを示すｃ軸部ベクトルＶＣとの成す角度によって規定される。
【００４０】
主面１３ａの上において、発光層１７は、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１５とｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９との間に設けられている。主面１３ａの上において、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１５、活性層１７及びｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９は、法線ベクトルＶＮの向き（Ｚ軸方向）に順に配列されている。主面１３ａの上において、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１５に含まれているｎ型窒化ガリウム系半導体層１５ａ、ｎ型クラッド層１５ｂ及びｎ型窒化ガリウム系半導体層１５ｃが法線ベクトルＶＮの向き（Ｚ軸方向）に順に配列されている。
【００４１】
主面１３ａの上において、発光層１７に含まれているｎ側光ガイド層２９、活性層２７及びｐ側光ガイド層３１が法線ベクトルＶＮの向き（Ｚ軸方向）に順に配列されている。主面１３ａの上において、ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９に含まれているｐ型窒化ガリウム系半導体層２１，ｐ型クラッド層２３ａ，ｐ型クラッド層２３ｂ，コンタクト層２５ａ，コンタクト層２５ｂが、法線ベクトルＶＮの向き（Ｚ軸方向）に順に配列されている。なお、ｐ型クラッド層２３ａ及びｐ型クラッド層２３ｂに替えて、単一の層からなるｐ型クラッド層２３が設けられていてもよい。
【００４２】
基板１３は、導電性を有する窒化ガリウム系半導体からなる主面１３ａを有する。基板１３の主面１３ａは、窒化ガリウム系半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸Ｃｘに直交する面Ｓｃから６３度以上８０度未満の範囲の角度で傾斜する。基板１３は、主面１３ａを含めて、窒化ガリウム系半導体からなることができる。基板１３の窒化ガリウム系半導体は、例えばＧａＮ（窒化ガリウム），ＩｎＧａＮ（Ｉｎ：インジウム），ＡｌＧａＮ（Ａｌ：アルミニウム）等であることができる。ＧａＮは、二元化合物である窒化ガリウム系半導体であるので、良好な結晶品質と安定した基板主面とを提供できる。また、基板１３は、例えばＡｌＮ等であることもできる。
【００４３】
ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１５は、ｎ型の窒化ガリウム系半導体からなる。ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１５のｎ型ドーパントは例えばシリコン（Ｓｉ）である。ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１５は、基板１３の上に設けられる。ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１５は、基板１３の主面１３ａに直接接している。ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１５は、一又は複数のｎ型の窒化ガリウム系半導体層を含む。この一又は複数のｎ型の窒化ガリウム系半導体層は、主面１３ａの上に設けられる。
【００４４】
ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１５は、ｎ型窒化ガリウム系半導体層１５ａ、ｎ型クラッド層１５ｂ及びｎ型窒化ガリウム系半導体層１５ｃを含むことができる。ｎ型窒化ガリウム系半導体層１５ａは、主面１３ａに直接接触している。ｎ型窒化ガリウム系半導体層１５ａは、例えば、ｎ型のＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ又はＩｎＡｌＧａＮ等からなることができる。ｎ型クラッド層１５ｂは、ｎ型窒化ガリウム系半導体層１５ａの上に設けられており、ｎ型窒化ガリウム系半導体層１５ａに直接接触している。ｎ型クラッド層１５ｂは、例えば、ｎ型のＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ又はＩｎＡｌＧａＮ等からなることができる。ｎ型窒化ガリウム系半導体層１５ｃは、ｎ型クラッド層１５ｂの上に設けられており、ｎ型クラッド層１５ｂに直接接触している。ｎ型窒化ガリウム系半導体層１５ｃは、例えば、ｎ型のＧａＮからなることができる。
【００４５】
発光層１７は、例えば、インジウム（Ｉｎ）を含む窒化ガリウム系半導体からなる。発光層１７は、基板１３及びｎ型窒化ガリウム系半導体領域１５の上に設けられる。発光層１７は、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１５（特にｎ型窒化ガリウム系半導体層１５ｃ）に直接接している。もしくは、膜厚１５ｎｍ以下のアンドープ窒化ガリウム系半導体層（バリア層）を介してｎ型窒化ガリウム系半導体領域１５に接している。
【００４６】
発光層１７は、活性層２７、ｎ側光ガイド層２９（第１の光ガイド層）及びｐ側光ガイド層３１（第２の光ガイド層）を含むことができる。活性層２７は、窒化ガリウム系半導体からなる。活性層２７は、一又は複数の井戸層３３と、複数の障壁層３５とを含む。障壁層３５は、井戸層３３のバンドギャップより大きいバンドギャップを有する。活性層２７は、単一の量子井戸層を含む単一量子井戸構造、又は、複数の量子井戸層と複数の障壁層とを含む多重量子井戸構造を有することができる。
【００４７】
井戸層３３及び障壁層３５は、何れも、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１５及びｎ側光ガイド層２９の上に設けられている。井戸層３３及び障壁層３５は、何れも、アンドープの窒化ガリウム系半導体であり、例えば、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ又はＩｎＡｌＧａＮ等からなる。活性層２７の発光波長は、例えば４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であることができるが、４８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であることができ、更に、５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下であることができる。５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の発光波長の場合には純緑色が実現できる。
【００４８】
ｎ側光ガイド層２９は、ｎ型窒化ガリウム系半導体層１５ｃの上に設けられ、ｎ型窒化ガリウム系半導体層１５ｃに直接接触している。ｎ側光ガイド層２９は、インジウム（Ｉｎ）を含有する。ｎ側光ガイド層２９は、ｎ型ドーパントを含むｎ型のＩｎＧａＮからなる。
【００４９】
ｐ側光ガイド層３１は、活性層２７に含まれる障壁層３５の上に設けられ、障壁層３５に直接接触している。ｐ側光ガイド層３１は、インジウム（Ｉｎ）を含有する。ｐ側光ガイド層３１は、アンドープのＩｎＧａＮからなる。なお、ｐ側光ガイド層３１は、アンドープのＩｎＧａＮ層と、このアンドープのＩｎＧａＮ層の上に設けられたｐ型ドーパントを含むＩｎＧａＮ層とを含む二層構造を有していてもよい。
【００５０】
ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９は、ｐ型の窒化ガリウム系半導体からなる。ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９のｐ型ドーパントは例えばマグネシウム（Ｍｇ）である。なお、亜鉛（Ｚｎ）等もｐ型ドーパントに用いることができる。ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９は、基板１３、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１５及び発光層１７の上に設けられる。ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９は、発光層１７に直接接している。ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９は、一又は複数のｐ型の窒化ガリウム系半導体層を含む。ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９は、例えばｐ型窒化ガリウム系半導体層２１を含むことができる。
【００５１】
ｐ型窒化ガリウム系半導体層２１は、発光層１７に含まれるｐ側光ガイド層３１の上に設けられ、ｐ側光ガイド層３１に直接接している。ｐ型窒化ガリウム系半導体層２１は、例えば、ｐ型のＧａＮからなることができる。なお、ｐ型窒化ガリウム系半導体層２１とｐ側光ガイド層３１とが直接接触している構成に替えて、ｐ型窒化ガリウム系半導体層２１とｐ側光ガイド層３１との間に、アンドープのＧａＮ層が設けられた構成であってもよい。ｐ側光ガイド層３１は、このアンドープのＧａＮ層に直接接し、ｐ型窒化ガリウム系半導体層２１も、このアンドープのＧａＮ層に直接接する。
【００５２】
ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９は、例えば、更に、ｐ型クラッド層２３ａ，ｐ型クラッド層２３ｂ，コンタクト層２５ａ，コンタクト層２５ｂを含むことができる。ｐ型クラッド層２３ａは、ｐ型窒化ガリウム系半導体層２１の上に設けられ、ｐ型窒化ガリウム系半導体層２１に直接接している。ｐ型クラッド層２３ｂは、ｐ型クラッド層２３ａの上に設けられ、ｐ型クラッド層２３ａに直接接している。ｐ型クラッド層２３ａ及びｐ型クラッド層２３ｂは、例えば、ｐ型のＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ又はＩｎＡｌＧａＮ等からなることができる。なお、ｐ型クラッド層２３ａ及びｐ型クラッド層２３ｂに替えて、単一層のｐ型クラッド層２３が用いられてもよい。ｐ型クラッド層２３は、例えば、ｐ型のＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ又はＩｎＡｌＧａＮ等からなることができる。
【００５３】
ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９は、例えば、更に、コンタクト層２５ａ及びコンタクト層２５ｂを含むことができる。コンタクト層２５ａは、ｐ型クラッド層２３ｂの上に設けられ、ｐ型クラッド層２３ｂに直接接している。コンタクト層２５ｂは、コンタクト層２５ａの上に設けられ、コンタクト層２５ａに直接接している。
【００５４】
コンタクト層２５ａとコンタクト層２５ｂとは、ｐ型の同一の窒化ガリウム系半導体からなり、例えば、ｐ型のＧａＮからなることができる。ＧａＮは、二元化合物である窒化ガリウム系半導体であるので、コンタクト層２５ａ及びコンタクト層２５ｂがＧａＮからなる場合には、良好な結晶品質を提供できる。
【００５５】
コンタクト層２５ａのｐ型ドーパントの濃度は、コンタクト層２５ｂのｐ型ドーパントの濃度よりも低い。電極３７に直接接していないコンタクト層２５ａのｐ型ドーパントの濃度が比較的低いので、結晶性が比較的良好であり、よってキャリア濃度も比較的高い。電極３７に直接接しているコンタクト層２５ｂのｐ型ドーパントの濃度が比較的高いので、電極３７との接触ＪＣにおける接触抵抗は低下する。コンタクト層２５ａのバンドギャップはｐ型クラッド層２３ｂのバンドギャップよりも小さい。従って、コンタクト層２５ａがコンタクト層２５ａよりも大きいバンドギャップを有するｐ型クラッド層２３ｂの上に設けられるのでコンタクト層２５ａを介したキャリア移動が良好となる。
【００５６】
更に、窒化ガリウム系半導体レーザ素子１１は、より詳細には下記の構成を有する。ｎ側光ガイド層２９と活性層２７との界面Ｊ１は、ｃ軸に沿って延びる基準軸Ｃｘに直交する面Ｓｃからｍ軸方向に傾斜しており、特に、６３度以上８０度未満の傾斜角θで傾斜していることができる。
【００５７】
基板１３の主面１３ａの上に、ｎ型窒化ガリウム系半導体層１５ａ、ｎ型クラッド層１５ｂ、ｎ型窒化ガリウム系半導体層１５ｃ、ｎ側光ガイド層２９、活性層２７、ｐ側光ガイド層３１、ｐ型窒化ガリウム系半導体層２１、ｐ型クラッド層２３ａ、ｐ型クラッド層２３ｂ（又は、ｐ型クラッド層２３ａ及びｐ型クラッド層２３ｂに替えてｐ型クラッド層２３）、コンタクト層２５ａ及びコンタクト層２５ｂが順に設けられている。基板１３の主面１３ａは、ｃ軸に沿って延びる基準軸Ｃｘに直交する面Ｓｃからｍ軸方向に６３度以上８０度未満の傾斜角θで傾斜している。ｎ側光ガイド層２９と活性層２７との界面Ｊ１が、ｃ軸に沿って延びる基準軸Ｃｘに直交する面Ｓｃからｍ軸方向に６３度以上８０度未満の傾斜角θで傾斜しているので、緑色領域の発光に好適である。
【００５８】
ｎ型クラッド層１５ｂは、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０＜ｘ＜０．０５，０＜ｙ＜０．２０）であり、ｐ型クラッド層２３ａ、ｐ型クラッド層２３ｂ及びｐ型クラッド層２３は、何れも、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜０．０５，０＜ｙ＜０．２０）である。
【００５９】
ｎ側光ガイド層２９及びｐ側光ガイド層３１のインジウム（Ｉｎ）の組成は、何れも、２％以上６％以下であるが、２％以上５％以下であることができ、更に、２％以上４．５％以下であることができる。ｎ側光ガイド層２９及びｐ側光ガイド層３１のインジウム（Ｉｎ）の組成は、高い程、ｎ型クラッド層１５ｂ，ｐ型クラッド層２３ａ，ｐ型クラッド層２３ｂ，ｐ型クラッド層２３との屈折率差が顕著となるが、結晶が脆くなる。基板１３の主面１３ａが、ｃ軸に沿って延びる基準軸Ｃｘに直交する面Ｓｃからｍ軸方向に６３度以上８０度未満の傾斜角θで傾斜している場合、インジウム（Ｉｎ）の組成が６％を超えると転位の発生が顕著となる。ｎ側光ガイド層２９及びｐ側光ガイド層３１と、ｎ型クラッド層１５ｂ，ｐ型クラッド層２３ａ，ｐ型クラッド層２３ｂ，ｐ型クラッド層２３との屈折率差を十分に得るために、ｎ側光ガイド層２９及びｐ側光ガイド層３１のインジウム（Ｉｎ）の組成を、特に、２％以上６％以下とすることができる。従って、光ガイド層とクラッド層との屈折率差が十分に得られると共に結晶の剛性も十分に確保できる。
【００６０】
ｎ側光ガイド層２９の膜厚Ｌ１は、ｎ側光ガイド層２９の膜厚Ｌ１とｐ側光ガイド層３１の膜厚Ｌ２との合計の６５％以上８５％以下の範囲にある。また、ｎ側光ガイド層２９の膜厚Ｌ１とｐ側光ガイド層３１の膜厚Ｌ２との合計は、例えば、２４０ｎｍ以上２８０ｎｍ以下とすることができ、特に、２６０ｎｍ程度とすることができる。
【００６１】
ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１５において、ｎ型ドーパントは例えばシリコン（Ｓｉ）であり、ｎ型ドーパントのドーパント濃度は、５×１０１７ｃｍ−３程度である。ｎ型ドーパントのドーパント濃度が、この値５×１０１７ｃｍ−３を下回ると、比較的大きな電気的抵抗が生じる。ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９において、ｐ型ドーパントは例えばマグネシウム（Ｍｇ）であり、ｐ型ドーパントのドーパント濃度は、３×１０１８ｃｍ−３程度である。ｐ型ドーパントのドーパント濃度が、この値３×１０１８ｃｍ−３を下回ると、比較的大きな電気的抵抗が生じる。
【００６２】
ｎ側光ガイド層２９の吸収係数は６ｃｍ−１程度であり、ｐ側光ガイド層３１の吸収係数は１ｃｍ−１程度であり、ｐ型窒化ガリウム系半導体層２１の吸収係数は３０ｃｍ−１程度である。エピ層の吸収係数は、例えば分光エリプソメトリーにより測定できる。
【００６３】
ｐ側光ガイド層３１（ｐ側光ガイド層３１が、アンドープのＩｎＧａＮ層と、このアンドープのＩｎＧａＮ層の上に設けられたｐ型ドーパントを含むＩｎＧａＮ層と、を含む二層構造を有する場合には、アンドープのＩｎＧａＮ層）は、ｐ型ドーパントのマグネシウム（Ｍｇ）が活性層に拡散することを防止できる。マグネシウム（Ｍｇ）の拡散防止に必要なｐ側光ガイド層３１の膜厚Ｌ２（ｐ側光ガイド層３１が、アンドープのＩｎＧａＮ層と、このアンドープのＩｎＧａＮ層の上に設けられたｐ型ドーパントを含むＩｎＧａＮ層と、を含む二層構造を有する場合には、アンドープのＩｎＧａＮ層の膜厚）は０．０７５μｍ程度であり、ｐ側光ガイド層３１の膜厚Ｌ２（ｐ側光ガイド層３１が、アンドープのＩｎＧａＮ層と、このアンドープのＩｎＧａＮ層の上に設けられたｐ型ドーパントを含むＩｎＧａＮ層と、を含む二層構造を有する場合には、アンドープのＩｎＧａＮ層の膜厚）が、この値０．０７５μｍを超えると、ｐ側光ガイド層３１は、比較的に高い電気的抵抗を有する。
【００６４】
以上説明した構成を有する窒化ガリウム系半導体レーザ素子１１では、ｎ側の光ガイド層及びｐ側の光ガイド層による光の吸収量の総量を低減させることによって、窒化ガリウム系半導体レーザ素子の閾値電流を低減することができる。
【００６５】
本実施形態に係る窒化ガリウム系半導体レーザ素子１１において、ｎ側光ガイド層２９の膜厚Ｌ１が、ｎ側光ガイド層２９の膜厚Ｌ１とｐ側光ガイド層３１の膜厚Ｌ２との合計の６５％以上８５％以下の範囲にあるので、ｎ側光ガイド層２９及びｐ側光ガイド層３１による光の吸収量の総量を低減でき、よって、窒化ガリウム系半導体レーザ素子１１の閾値電流を低減できることが見出された。ｎ型半導体よりもｐ型半導体のほうが光の吸収係数が大きいため、ｎ型層の割合を大きくすることで導波路全体の光の吸収量を低下させることができる。なお、後述の実施例１（図４の（ａ）部に示す構成）では、ｐ型半導体に含まれるＭｇが活性層にまで拡散することを防ぐためアンドープ層を７５ｎｍ設けているが、例えばｎ側ガイド層とｐ側ガイド層の膜厚が等しい場合のガイド構造は「ｎドープ層１２９ｎｍ／活性層３ｎｍ／アンドープ層７５ｎｍ／ｐドープ層５５ｎｍ」となり、このｐドープ層の膜厚を減らした（０にした）分ｎドープ層の膜厚を増やした構造を実施例１（図４の（ａ）部に示す構成）としている。これにより光の吸収量を減らすことができる。
【００６６】
また、ｎ側光ガイド層２９の膜厚Ｌ１が、ｐ側光ガイド層３１の膜厚Ｌ２よりも大きい程、活性層２７の位置のズレが大きくなり（ｎ側とｐ側とが顕著に非対称となり）、活性層２７を通る光の割合が減少するが、本実施形態に係る窒化ガリウム系半導体レーザ素子１１のように、ｎ側光ガイド層２９の膜厚Ｌ１が、ｎ側光ガイド層２９の膜厚Ｌ１とｐ側光ガイド層３１の膜厚Ｌ２との合計の６５％以上８５％以下の範囲にあれば、上記のｎ側とｐ側との間の非対称性による光のロスを好適に抑制できることが見出された。
【００６７】
また、クラッド層及び光ガイド層のそれぞれのインジウム（Ｉｎ）の組成と、発振波長と、によって、クラッド層と光ガイドとの屈折率差が変わるが、本実施形態に係る窒化ガリウム系半導体レーザ素子１１の発振波長及びインジウム（Ｉｎ）の組成であれば、光のロスを好適に抑制できることが見出された。
【００６８】
窒化ガリウム系半導体レーザ素子１１は、電極３７及び絶縁膜３９を更に備える。基板１３、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１５、発光層１７及びｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９の上には、電極３７（例えば、アノード）と、コンタクト層２５ｂを覆う絶縁膜３９とが設けられている。電極３７は、コンタクト層２５ｂの上に設けられ、絶縁膜３９の開口３９ａを介してコンタクト層２５ｂに直接接している。コンタクト層２５ｂと電極３７とは、開口３９ａを介して接触ＪＣを成す。電極３７は、例えば、Ｐｄ、Ａｕ、又は、Ｎｉ／Ａｕ（Ｎｉ及びＡｕ）等からなる。従って、このような材料の電極３７によって、コンタクト層２５ｂと良好な接触が実現される。
【００６９】
また、窒化ガリウム系半導体レーザ素子１１は、電極４１（例えば、カソード）を備える。電極４１は、基板１３の裏面１３ｂの上に設けられ、裏面１３ｂに直接接している。電極４１は、例えば、Ｔｉ／Ａｌ等からなる。
【００７０】
図１の（ｂ）部に示すように、窒化ガリウム系半導体レーザ素子１１のエピタキシャル基板ＥＰは、窒化ガリウム系半導体レーザ素子１１の上記の各半導体層に対応する半導体層（半導体膜）を含み、対応する半導体層には、窒化ガリウム系半導体レーザ素子１１のための説明が当てはまる。
【００７１】
図２は、本実施形態に係る窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法の主要な工程を示す図面である。図３は、本実施形態に係る窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法の主要な工程における生産物を模式的に示す図面である。図２に示される工程フローに従って、有機金属気相成長法により、発光素子の構造のエピタキシャル基板ＥＰと窒化ガリウム系半導体レーザ素子１１とを製造した。エピタキシャル成長のための原料として、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、アンモニア（ＮＨ３）、シラン（ＳｉＨ４）、及び、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いた。
【００７２】
工程Ｓ１０１では、窒化ガリウム系半導体からなる主面（図３の（ａ）部に示す主面５１ａ）を有する基板（図３の（ａ）部に示す基板５１）を準備する。この基板５１（基板１３に対応）の主面５１ａ（主面１３ａに対応）の法線軸（法線軸Ａｘ）は、窒化ガリウム系半導体のｃ軸に沿って延びる基準軸（基準軸Ｃｘ）に対して６３度以上８０度未満の範囲の傾斜角（傾斜角θに対応）を有する。基板５１の主面５１ａは、例えば、六方晶系ＧａＮにおけるｍ軸方向にｃ面から７５度の角度で傾斜した｛２０−２１｝面であることができる。主面５１ａは鏡面研磨されている。
【００７３】
次に、基板５１の主面５１ａの上に以下の条件でエピタキシャル成長を行う。まず、工程Ｓ１０２では、基板５１を成長炉１０内に設置する。成長炉１０内には、例えば石英フローチャネル等の石英製の治具が配置されている。必要な場合には、摂氏１０５０度程度の温度及び２７ｋＰａ程度の炉内圧力において、ＮＨ３とＨ２を含む熱処理ガスを成長炉１０に供給しながら、１０分間程度、熱処理を行う。この熱処理により、主面５１ａ等において表面改質が生じる。
【００７４】
この熱処理の後に、工程Ｓ１０３では、基板５１の主面５１ａの上に窒化ガリウム系半導体層をエピタキシャルに成長してエピタキシャル基板ＥＰを形成する。雰囲気ガスは、例えば窒素及び／又は水素を含むことができる。工程Ｓ１０３は、下記工程Ｓ１０４、工程Ｓ１０５及び工程Ｓ１１０を含む。
【００７５】
図３の（ａ）部に示すように、工程Ｓ１０４では、ＩＩＩ族構成元素及びＶ族構成元素のための原料、及びｎ型ドーパントを含む原料ガス並びに雰囲気ガスを成長炉１０に供給して、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域５３（ｎ型窒化ガリウム系半導体領域１５に対応）を、基板５１の主面５１ａの上でエピタキシャルに成長して形成する。ｎ型窒化ガリウム系半導体領域５３の主面５３ａの傾斜角は、基板５１の主面５１ａの傾斜角（傾斜角θ）に対応している。
【００７６】
ｎ型窒化ガリウム系半導体領域５３は、一又は複数のＩＩＩ族窒化物半導体層を含むことができる。本実施形態では、例えば、以下のＩＩＩ族窒化物半導体層（Ｓｉドープ窒化ガリウム系半導体層５５ａ，Ｓｉドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層５５ｂ，Ｓｉドープ窒化ガリウム系半導体層５５ｃ）が順に成長される。
【００７７】
摂氏９５０度程度において、例えば、ＴＭＧ、ＮＨ３、ＳｉＨ４、並びに、窒素及び／又は水素、を成長炉１０に供給して、Ｓｉドープ窒化ガリウム系半導体層５５ａ（ｎ型窒化ガリウム系半導体層１５ａに対応）を成長して形成する。この場合、Ｓｉドープ窒化ガリウム系半導体層５５ａは、ｎ型のＧａＮからなることができる。
【００７８】
次いで、摂氏８７０度程度の基板温度で、例えば、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＴＭＡ、ＮＨ３、ＳｉＨ４及び窒素を成長炉１０に供給して、Ｓｉドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層５５ｂ（ｎ型クラッド層１５ｂに対応）を成長して形成する。この場合、Ｓｉドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層５５ｂは、ｎ型のＩｎＡｌＧａＮからなることができる。
【００７９】
この後に、摂氏１０５０度程度において、例えば、ＴＭＧ、ＮＨ３、ＳｉＨ４、並びに、窒素及び／又は水素、を成長炉１０に供給して、Ｓｉドープ窒化ガリウム系半導体層５５ｃ（ｎ型窒化ガリウム系半導体層１５ｃに対応）を成長して形成する。還元性を有する水素雰囲気では成長炉１０内の治具や治具の付着物から酸素が脱離されやすくなる。以上のようにして、Ｓｉドープ窒化ガリウム系半導体層５５ａ、Ｓｉドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層５５ｂ、及びＳｉドープ窒化ガリウム系半導体層５５ｃが、基板５１の主面５１ａの上に順次形成される。
【００８０】
Ｓｉドープ窒化ガリウム系半導体層５５ａの膜厚は、１．１μｍ程度である。Ｓｉドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層５５ｂの膜厚は、１．２μｍ程度である。Ｓｉドープ窒化ガリウム系半導体層５５ｃの膜厚は、０．２５０μｍ程度である。
【００８１】
工程Ｓ１０５では、図３の（ｂ）部に示すように、発光層５７（発光層１７に対応）を、ｎ型窒化ガリウム系半導体領域５３の主面５３ａの上でエピタキシャルに成長して形成する。工程Ｓ１０５は、下記工程Ｓ１０６〜工程Ｓ１０９を含む。
【００８２】
工程Ｓ１０６では、摂氏８４０度程度の基板温度で、例えば、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ３、ＳｉＨ４及び窒素を成長炉１０に供給して、ｎ型の光ガイド層５９ａ（ｎ側光ガイド層２９に対応）を主面５３ａの上に成長して形成する。この場合、光ガイド層５９ａは、インジウム（Ｉｎ）を含有するｎ型のＩｎＧａＮからなることができる。光ガイド層５９ａの膜厚Ｌ３は、０．１８４μｍ程度である。
【００８３】
次いで、工程Ｓ１０７及び工程Ｓ１０８において、活性層５９ｂ（活性層２７に対応）を光ガイド層５９ａの上で成長して形成する。工程Ｓ１０７では、例えば、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ３及び雰囲気ガスの窒素を成長炉１０に供給して、障壁層６１ａ（障壁層３５に対応）を成長して形成する。この場合、障壁層６１ａは、アンドープのＩｎＧａＮからなることができる。障壁層６１ａの厚さは、１５ｎｍ程度である。
【００８４】
障壁層６１ａの成長後に、成長を中断して、障壁層の成長温度から井戸層の成長温度に基板温度を変更する。基板温度の変更後の工程Ｓ１０８では、例えば、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ３及び雰囲気ガスの窒素を成長炉１０に供給して、井戸層６１ｂ（井戸層３３に対応）を成長して形成する。この場合、井戸層６１ｂは、アンドープのＩｎＧａＮからなることができる。井戸層６１ｂの厚さは、３ｎｍ程度である。
【００８５】
必要な場合には、障壁層の成長、温度変更、井戸層の成長を繰り返すことができる。本実施形態において、活性層５９ｂの量子井戸構造は、一層の井戸層６１ｂを含む単一量子井戸構造、又は、複数（例えば三層）の井戸層６１ｂを含む多重量子井戸構造、である。
【００８６】
工程Ｓ１０９では、摂氏８４０度程度の基板温度で、例えば、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ３及び雰囲気ガスの窒素を成長炉１０に供給して、ｐ側の光ガイド層５９ｃ（ｐ側光ガイド層３１に対応）を活性層５９ｂの主面５９ｂ−１の上に成長して形成する。この場合、光ガイド層５９ｃは、インジウム（Ｉｎ）を含有するアンドープのＩｎＧａＮからなることができる。発光層５７の主面５７ａ及び活性層５９ｂの主面５９ｂ−１の傾斜角は、何れも、基板５１の主面５１ａの傾斜角（傾斜角θ）に対応している。光ガイド層５９ｃの膜厚Ｌ４は、０．０７５μｍ程度である。なお、ｐ側の光ガイド層５９ｃは、アンドープのＩｎＧａＮ層と、このアンドープのＩｎＧａＮ層の上に設けられるｐ型ドーパントを含むＩｎＧａＮ層と、を含む二層構造を有することができる。このようにｐ側の光ガイド層５９ｃが二層構造を有する場合、アンドープのＩｎＧａＮ層は、活性層５９ｂの主面５９ｂ−１に接し、アンドープのＩｎＧａＮ層の膜厚は、０．０７５μｍ程度であり、ｐ型ドーパントを含むＩｎＧａＮ層の膜厚は、０．０２５μｍ程度である。
【００８７】
光ガイド層５９ａの膜厚Ｌ３が０．１８４μｍ程度の場合、光ガイド層５９ａの膜厚Ｌ３（０．１８４μｍ程度）と光ガイド層５９ｃの膜厚Ｌ４（０．０７５μｍ程度）との合計が０．２５９μｍ程度となるので、光ガイド層５９ａの膜厚Ｌ３は、光ガイド層５９ａの膜厚Ｌ３と光ガイド層５９ｃの膜厚Ｌ４との合計の７１％程度の膜厚である。
【００８８】
光ガイド層５９ａの膜厚Ｌ３が０．１５０μｍ程度の場合、光ガイド層５９ａの膜厚Ｌ３（０．１５０μｍ程度）と光ガイド層５９ｃの膜厚Ｌ４（０．０７５μｍ程度）との合計が０．２２５μｍ程度となるので、光ガイド層５９ａの膜厚Ｌ３は、光ガイド層５９ａの膜厚Ｌ３と光ガイド層５９ｃの膜厚Ｌ４との合計の６７％程度の膜厚である。
【００８９】
工程Ｓ１１０では、図３の（ｃ）部に示すように、ＩＩＩ族原料、Ｖ族原料、及びｐ型ドーパントを含む原料ガス並びに雰囲気ガスを成長炉１０に供給して、ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域６３（ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域１９に対応）を、発光層５７の主面５７ａの上でエピタキシャルに成長して形成する。ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域６３の主面６３ａの傾斜角は、基板５１の主面５１ａの傾斜角（傾斜角θ）に対応している。
【００９０】
ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域６３は、一又は複数のＩＩＩ族窒化物半導体層を含むことができる。本実施例では、以下のＩＩＩ族窒化物半導体層（Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体層６５ａ，Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層６５ｂａ，Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層６５ｂｂ，Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｃ，Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｄ）が順に成長される。
【００９１】
例えば、発光層５７の成長後に、ＴＭＧの供給を停止して、基板温度を上昇する。摂氏９００度程度において、例えば、ＴＭＧ、ＮＨ３、Ｃｐ２Ｍｇ及び雰囲気ガスを成長炉１０に供給して、Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体層６５ａ（ｐ型窒化ガリウム系半導体層２１に対応）を発光層５７の主面５７ａの上に成長して形成する。この場合、Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体層６５ａは、ｐ型のＧａＮからなることができる。Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体層６５ａの成長において、雰囲気ガスとして窒素が供給されることが好ましい。
【００９２】
なお、Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体層６５ａの成長の前に、アンドープのＧａＮ層を光ガイド層５９ｃの上（発光層５７の主面５７ａの上）に成長してもよい。この場合、Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体層６５ａは、このアンドープのＧａＮ層の上に形成される。
【００９３】
そして、摂氏８７０度程度の基板温度で、例えば、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＴＭＡ、ＮＨ３、Ｃｐ２Ｍｇ及び窒素を成長炉１０に供給して、Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層６５ｂａ（ｐ型クラッド層２３ａに対応）をＭｇドープ窒化ガリウム系半導体層６５ａの上で成長して形成し、そして、Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層６５ｂａの成長後に、例えば、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＴＭＡの供給量を変更して、Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層６５ｂｂ（ｐ型クラッド層２３ｂに対応）をＭｇドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層６５ｂｂの上で成長して形成する。この場合、Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層６５ｂａ及びＭｇドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層６５ｂｂは、何れも、ｐ型のＩｎＡｌＧａＮからなることができる。
【００９４】
なお、Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体層６５ａの成長の後に、Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層６５ｂａ及びＭｇドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層６５ｂｂの二層のクラッド層の形成に替えて、単一層のＭｇドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層６５ｂ（ｐ型クラッド層２３に対応）をＭｇドープ窒化ガリウム系半導体層６５ａの上で成長させて形成してもよい。Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層６５ｂは、Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層６５ｂａ及びＭｇドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層６５ｂｂと同様に、ｐ型のＩｎＡｌＧａＮからなることができる。
【００９５】
Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層６５ｂｂ（又はＭｇドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層６５ｂ）の成長の後、Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｃ（コンタクト層２５ａに対応）をＭｇドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層６５ｂｂ（又はＭｇドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層６５ｂ）の上でエピタキシャルに成長して形成し、そして、Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｃを成長した後に、ｐ型ドーパントの供給量を変更して、Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｄ（コンタクト層２５ｂに対応）をＭｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｃの上でエピタキシャルに成長して形成する。
【００９６】
まず、摂氏９００度程度において、例えば、ＴＭＧ、ＮＨ３、Ｃｐ２Ｍｇ及び雰囲気ガスを成長炉１０に供給して、Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｃを成長して形成する。この場合、Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｃは、ｐ型のＧａＮからなることができる。Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｃのＭｇ濃度は、例えば、１×１０１９ｃｍ−３程度である。Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｃの成長が終了すると、ｐ型ドーパント（Ｍｇ）の供給量を、例えば、１ｓｃｃｍから５００ｓｃｃｍに切り替えた後に、摂氏９００度程度において、例えば、ＴＭＧ、ＮＨ３、Ｃｐ２Ｍｇ及び雰囲気ガスを成長炉１０に供給して、Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｄを成長して形成する。この場合、Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｄは、ｐ型のＧａＮからなることができる。Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｄのＭｇ濃度は、例えば、５×１０２０ｃｍ−３程度である。
【００９７】
Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｄの成長時に供給されるＭｇの供給量は、Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｃの成長時に供給されるＭｇの供給量より多くてもよい。この場合、ｐ型ドーパント（Ｍｇ）の濃度は、Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｃよりもＭｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｄのほうが高い。また、Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｃ及びＭｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｄの成長において、雰囲気ガスとして窒素が供給されることが好ましい。
【００９８】
Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｃ及びＭｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｄの成長温度は、摂氏１０００度程度の同一温度であってもよい。Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｃ及びＭｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｄの成長温度は、活性層５９ｂの成長温度よりも高いことができる。Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｃ及びＭｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｄの成長温度と活性層５９ｂの成長温度との差は、例えば、摂氏１５０度以上摂氏３００度以下の範囲にあることができる。成長温度の差が当該差よりも小さいと、Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｃ及びＭｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｄの成長温度が低くなるために電気特性が低下する。成長温度の差が当該差よりも大きいと、活性層５９ｂが受ける熱ダメージが増加するので発光効率が低下する。
【００９９】
Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体層６５ａの膜厚は０．２００μｍ程度である。Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層６５ｂａの膜厚は０．２０μｍ程度である。Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層６５ｂｂの膜厚は０．２０μｍ程度である。Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層６５ｂの膜厚は０．４０μｍ程度である。Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｃの膜厚は０．０４０μｍ程度である。Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｄの膜厚は０．０１０μｍ程度である。以上説明した工程Ｓ１０１〜工程Ｓ１１０の後に、エピタキシャル基板ＥＰ１が形成される。エピタキシャル基板ＥＰ１の表面粗さは、１０μｍ角の範囲で１ｎｍ以下の算術平均粗さを有する。
【０１００】
工程Ｓ１１１では、エピタキシャル基板ＥＰ１の上に（特に、Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｄの上に）電極を形成する。電極の形成は以下のように行われる。例えば、Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層６５ｄの上にＮｉ／Ａｕ又はＰｄ等の金属の電極（電極３７に対応）を形成すると共に、エピタキシャル基板ＥＰ１の裏面にＴｉ／Ａｌ等の金属の電極（電極４１に対応）を形成する。電極の形成に先立って、エピタキシャル基板ＥＰ１を加工してリッジ構造を形成することができる。工程Ｓ１１１によって、エピタキシャル基板ＥＰが形成される。そして、へき開によってエピタキシャル基板ＥＰからレーザバーを形成し、このレーザバーの共振器端面に、誘電体多層膜（例えばＳｉＯ２／ＴｉＯ２）からなる反射膜を成膜した後に、窒化ガリウム系半導体レーザ素子１１に分離する。
【０１０１】
（実施例１）図４の（ａ）部に示される素子構造のレーザダイオード（窒化ガリウム系半導体レーザ素子１１に対応）を製造した。窒化ガリウム系半導体の主面を有するＧａＮ基板を準備し、有機金属気相成長法を用いて、このＧａＮ基板の主面上で、窒化ガリウム系半導体のエピタキシャル積層を形成した。まず、第１のｎ−ＧａＮ層を、ＧａＮ基板の主面の上で１．１μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。そして、第１のｎ−ＧａＮ層の形成の後に、第１のｎ−ＧａＮ層の上に、ｎ型クラッド層としてｎ−ＩｎＡｌＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成が０．０３程度であり、アルミニウム（Ａｌ）の組成が０．１４程度）を１．２μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。
【０１０２】
次に、ｎ−ＩｎＡｌＧａＮ層の上に、第２のｎ−ＧａＮ層を０．２５０μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。次に、第２のｎ−ＧａＮ層の上に、ｎ側の光ガイド層としてｎ−ＩｎＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成は０．０２５程度）を０．１８４μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。
【０１０３】
次に、ｎ−ＩｎＧａＮ層の上に、活性層としてアンドープのｕｄ−ＩｎＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成は０．２５５程度）を３ｎｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。次に、活性層の上に、ｐ側の光ガイド層としてアンドープのｕｄ−ＩｎＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成は０．０２５程度）を、０．０７５μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。次に、ｐ側の光ガイド層としてのアンドープのｕｄ−ＩｎＧａＮ層の上に、ｐ−ＧａＮ層を０．２００μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。
【０１０４】
次に、ｐ−ＧａＮ層の上に、ｐ型クラッド層として、第１及び第２のｐ−ＩｎＡｌＧａＮ層を形成した。まず、ｐ−ＧａＮ層の上に、第１のｐ−ＩｎＡｌＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成は０．０３程度であり、アルミニウム（Ａｌ）の組成は０．１４程度）を０．２０μｍ程度だけエピタキシャル成長させて形成し、この後、原料の供給量を変更して、第１のｐ−ＩｎＡｌＧａＮ層の上に、第２のｐ−ＩｎＡｌＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成は０．０１５程度であり、アルミニウム（Ａｌ）の組成は０．０７程度）を０．２０μｍ程度だけエピタキシャル成長させて形成した。
【０１０５】
次に、ｐ型クラッド層の上（特に、第２のｐ−ＩｎＡｌＧａＮ層の上）に、第１のｐ＋ＧａＮ層とｐ型ドーパント濃度が同等以上の第２のｐ＋ＧａＮ層から成るコンタクト層を形成した。まず、第２のｐ−ＩｎＡｌＧａＮ層の上に、第１のｐ＋ＧａＮ層を０．０４０μｍ程度だけエピタキシャル成長させて形成し、この後、この第１のｐ＋ＧａＮ層の上に、この第１のｐ＋ＧａＮ層よりもｐ型ドーパント濃度が高い第２のｐ＋ＧａＮ層を０．０１０μｍ程度だけエピタキシャル成長させて形成した。以上のようにして、ＧａＮ基板の主面上で、窒化ガリウム系半導体のエピタキシャル積層を形成した。
【０１０６】
（実施例２）図４の（ｂ）部に示される素子構造のレーザダイオード（窒化ガリウム系半導体レーザ素子１１に対応）を製造した。窒化ガリウム系半導体の主面を有するＧａＮ基板を準備し、有機金属気相成長法を用いて、このＧａＮ基板の主面上で、窒化ガリウム系半導体のエピタキシャル積層を形成した。まず、第１のｎ−ＧａＮ層を、ＧａＮ基板の主面の上で１．１μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。そして、第１のｎ−ＧａＮ層の形成の後に、第１のｎ−ＧａＮ層の上に、ｎ型クラッド層としてｎ−ＩｎＡｌＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成が０．０２程度であり、アルミニウム（Ａｌ）の組成が０．０９度）を１．２μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。
【０１０７】
次に、ｎ−ＩｎＡｌＧａＮ層の上に、第２のｎ−ＧａＮ層を０．２５０μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。次に、第２のｎ−ＧａＮ層の上に、ｎ側の光ガイド層としてｎ−ＩｎＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成は０．０３５程度）を０．１８４μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。
【０１０８】
次に、ｎ−ＩｎＧａＮ層の上に、活性層としてアンドープのｕｄ−ＩｎＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成は０．２５５程度）を３ｎｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。次に、活性層の上に、ｐ側の光ガイド層としてアンドープのｕｄ−ＩｎＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成は０．０２５程度）を、０．０７５μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。次に、ｐ側の光ガイド層としてのアンドープのｕｄ−ＩｎＧａＮ層の上に、ｐ−ＧａＮ層を０．２００μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。次に、ｐ−ＧａＮ層の上に、ｐ型クラッド層としてｐ−ＩｎＡｌＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成は０．０２程度であり、アルミニウム（Ａｌ）の組成は０．０９程度）を０．４０μｍ程度だけエピタキシャル成長させて形成した。
【０１０９】
次に、ｐ型クラッド層の上（特に、第２のｐ−ＩｎＡｌＧａＮ層の上）に、第１のｐ＋ＧａＮ層とｐ型ドーパント濃度が同等以上の第２のｐ＋ＧａＮ層から成るコンタクト層を形成した。まず、第２のｐ−ＩｎＡｌＧａＮ層の上に、第１のｐ＋ＧａＮ層を０．０４０μｍ程度だけエピタキシャル成長させて形成し、この後、この第１のｐ＋ＧａＮ層の上に、この第１のｐ＋ＧａＮ層よりもｐ型ドーパント濃度が高い第２のｐ＋ＧａＮ層を０．０１０μｍ程度だけエピタキシャル成長させて形成した。以上のようにして、ＧａＮ基板の主面上で、窒化ガリウム系半導体のエピタキシャル積層を形成した。
【０１１０】
（実施例３）図４の（ｃ）部に示される素子構造のレーザダイオード（窒化ガリウム系半導体レーザ素子１１に対応）を製造した。窒化ガリウム系半導体の主面を有するＧａＮ基板を準備し、有機金属気相成長法を用いて、このＧａＮ基板の主面上で、窒化ガリウム系半導体のエピタキシャル積層を形成した。まず、第１のｎ−ＧａＮ層を、ＧａＮ基板の主面の上で１．１μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。そして、第１のｎ−ＧａＮ層の形成の後に、第１のｎ−ＧａＮ層の上に、ｎ型クラッド層としてｎ−ＩｎＡｌＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成が０．０２程度であり、アルミニウム（Ａｌ）の組成が０．０９度）を１．２μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。
【０１１１】
次に、ｎ−ＩｎＡｌＧａＮ層の上に、第２のｎ−ＧａＮ層を０．２５０μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。次に、第２のｎ−ＧａＮ層の上に、ｎ側の光ガイド層としてｎ−ＩｎＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成は０．０３程度）を０．１５０μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。次に、ｎ−ＩｎＧａＮ層の上に、活性層としてアンドープのｕｄ−ＩｎＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成は０．２５５程度）を３ｎｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。
【０１１２】
次に、活性層の上に、ｐ側の光ガイド層としてアンドープのｕｄ−ＩｎＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成は０．０３程度）を、０．０７５μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。次に、ｐ側の光ガイド層としてのアンドープのｕｄ−ＩｎＧａＮ層の上に、ｐ−ＧａＮ層を０．２００μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。
【０１１３】
次に、ｐ−ＧａＮ層の上に、ｐ型クラッド層としてｐ−ＩｎＡｌＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成は０．０２程度であり、アルミニウム（Ａｌ）の組成は０．０９程度）を０．４０μｍ程度だけエピタキシャル成長させて形成した。
【０１１４】
次に、ｐ型クラッド層の上（特に、第２のｐ−ＩｎＡｌＧａＮ層の上）に、第１のｐ＋ＧａＮ層とｐ型ドーパント濃度が同等以上の第２のｐ＋ＧａＮ層から成るコンタクト層を形成した。まず、第２のｐ−ＩｎＡｌＧａＮ層の上に、第１のｐ＋ＧａＮ層を０．０４０μｍ程度だけエピタキシャル成長させて形成し、この後、この第１のｐ＋ＧａＮ層の上に、この第１のｐ＋ＧａＮ層よりもｐ型ドーパント濃度が高い第２のｐ＋ＧａＮ層を０．０１０μｍ程度だけエピタキシャル成長させて形成した。以上のようにして、ＧａＮ基板の主面上で、窒化ガリウム系半導体のエピタキシャル積層を形成した。
【０１１５】
（実施例４）図５の（ａ）部に示される素子構造のレーザダイオード（窒化ガリウム系半導体レーザ素子１１に対応）を製造した。窒化ガリウム系半導体の主面を有するＧａＮ基板を準備し、有機金属気相成長法を用いて、このＧａＮ基板の主面上で、窒化ガリウム系半導体のエピタキシャル積層を形成した。まず、第１のｎ−ＧａＮ層を、ＧａＮ基板の主面の上で１．１μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。そして、第１のｎ−ＧａＮ層の形成の後に、第１のｎ−ＧａＮ層の上に、ｎ型クラッド層としてｎ−ＩｎＡｌＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成が０．０２程度であり、アルミニウム（Ａｌ）の組成が０．０９度）を１．２μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。
【０１１６】
次に、ｎ−ＩｎＡｌＧａＮ層の上に、第２のｎ−ＧａＮ層を０．２５０μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。次に、第２のｎ−ＧａＮ層の上に、ｎ側の光ガイド層としてｎ−ＩｎＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成は０．０４５程度）を０．１９０μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。次に、ｎ−ＩｎＧａＮ層の上に、活性層としてアンドープのｕｄ−ＩｎＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成は０．２５５程度）を３ｎｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。
【０１１７】
次に、活性層の上に、ｐ側の光ガイド層としてアンドープのｕｄ−ＩｎＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成は０．０２程度）を、０．０７５μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。次に、このアンドープのｕｄ−ＩｎＧａＮ層の上に、ｐ側の光ガイド層としてｐ−ＩｎＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成は０．０２程度）を、０．０２５μｍ程度だけエピタキシャル成長させて形成した。次に、ｐ側の光ガイド層としてのｐ−ＩｎＧａＮ層の上に、ｐ−ＧａＮ層を０．２００μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。
【０１１８】
次に、ｐ−ＧａＮ層の上に、ｐ型クラッド層としてｐ−ＩｎＡｌＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成は０．０１５程度であり、アルミニウム（Ａｌ）の組成は０．０７程度）を０．４０μｍ程度だけエピタキシャル成長させて形成した。
【０１１９】
次に、ｐ型クラッド層の上（特に、第２のｐ−ＩｎＡｌＧａＮ層の上）に、第１のｐ＋ＧａＮ層とｐ型ドーパント濃度が同等以上の第２のｐ＋ＧａＮ層から成るコンタクト層を形成した。まず、第２のｐ−ＩｎＡｌＧａＮ層の上に、第１のｐ＋ＧａＮ層を０．０４０μｍ程度だけエピタキシャル成長させて形成し、この後、この第１のｐ＋ＧａＮ層の上に、この第１のｐ＋ＧａＮ層よりもｐ型ドーパント濃度が高い第２のｐ＋ＧａＮ層を０．０１０μｍ程度だけエピタキシャル成長させて形成した。以上のようにして、ＧａＮ基板の主面上で、窒化ガリウム系半導体のエピタキシャル積層を形成した。
【０１２０】
（実施例５）図５の（ｂ）部に示される素子構造のレーザダイオード（窒化ガリウム系半導体レーザ素子１１に対応）を製造した。窒化ガリウム系半導体の主面を有するＧａＮ基板を準備し、有機金属気相成長法を用いて、このＧａＮ基板の主面上で、窒化ガリウム系半導体のエピタキシャル積層を形成した。まず、第１のｎ−ＧａＮ層を、ＧａＮ基板の主面の上で１．１μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。そして、第１のｎ−ＧａＮ層の形成の後に、第１のｎ−ＧａＮ層の上に、ｎ型クラッド層としてｎ−ＩｎＡｌＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成が０．０２程度であり、アルミニウム（Ａｌ）の組成が０．０９度）を１．２μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。
【０１２１】
次に、ｎ−ＩｎＡｌＧａＮ層の上に、第２のｎ−ＧａＮ層を０．２５０μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。次に、第２のｎ−ＧａＮ層の上に、ｎ側の光ガイド層としてｎ−ＩｎＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成は０．０６程度）を０．１５０μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。次に、ｎ−ＩｎＧａＮ層の上に、活性層としてアンドープのｕｄ−ＩｎＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成は０．２５５程度）を３ｎｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。
【０１２２】
次に、活性層の上に、ｐ側の光ガイド層としてアンドープのｕｄ−ＩｎＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成は０．０２程度）を、０．０７５μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。次に、ｐ側の光ガイド層としてのアンドープのｕｄ−ＩｎＧａＮ層の上に、ｐ−ＧａＮ層を０．２００μｍ程度だけエピタキシャルに成長させて形成した。
【０１２３】
次に、ｐ−ＧａＮ層の上に、ｐ型クラッド層としてｐ−ＩｎＡｌＧａＮ層（インジウム（Ｉｎ）の組成は０．０１５程度であり、アルミニウム（Ａｌ）の組成は０．０７程度）を０．４０μｍ程度だけエピタキシャル成長させて形成した。
【０１２４】
次に、ｐ型クラッド層の上（特に、第２のｐ−ＩｎＡｌＧａＮ層の上）に、第１のｐ＋ＧａＮ層とｐ型ドーパント濃度が同等以上の第２のｐ＋ＧａＮ層から成るコンタクト層を形成した。まず、第２のｐ−ＩｎＡｌＧａＮ層の上に、第１のｐ＋ＧａＮ層を０．０４０μｍ程度だけエピタキシャル成長させて形成し、この後、この第１のｐ＋ＧａＮ層の上に、この第１のｐ＋ＧａＮ層よりもｐ型ドーパント濃度が高い第２のｐ＋ＧａＮ層を０．０１０μｍ程度だけエピタキシャル成長させて形成した。以上のようにして、ＧａＮ基板の主面上で、窒化ガリウム系半導体のエピタキシャル積層を形成した。
【０１２５】
実施例１〜実施例５のそれぞれにおいて、活性層の発振波長は、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であるが、４８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であることができ、更に、５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下であることができる。
【０１２６】
実施例１〜実施例５のそれぞれにおいて、活性層は、単一の量子井戸層を含む単一量子井戸構造を有する、又は、複数の量子井戸層と複数の障壁層とを含む多重量子井戸構造を有する。
【０１２７】
実施例１〜実施例５のそれぞれにおいて、ｎ側の光ガイド層（ｎ−ＩｎＧａＮ層）と活性層との界面は、ｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面からｍ軸方向に傾斜しており、特に、６３度以上８０度未満の角度で傾斜していることができる。
【０１２８】
実施例１〜実施例５のそれぞれにおいて、ＧａＮ基板の主面の上に、ｎ型クラッド層、ｎ−ＧａＮ層、ｎ側の光ガイド層、活性層、ｐ側の光ガイド層、ｐ−ＧａＮ層及びｐ型クラッド層が順に設けられている。実施例１〜実施例５のそれぞれにおいて、ＧａＮ基板の主面は、ｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面からｍ軸方向に６３度以上８０度未満の角度で傾斜している。ｎ側の光ガイド層（ｎ−ＩｎＧａＮ層）と活性層との界面が、ｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面からｍ軸方向に６３度以上８０度未満の角度で傾斜しているので、緑色領域の発光に好適である。
【０１２９】
実施例１〜実施例５のそれぞれにおいて、ｎ型クラッド層は、何れも、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０＜ｘ＜０．０５，０＜ｙ＜０．２０）であり、ｐ型クラッド層は、何れも、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜０．０５，０＜ｙ＜０．２０）である。
【０１３０】
実施例１〜実施例５のそれぞれにおいて、ｎ側及びｐ側の光ガイド層のインジウム（Ｉｎ）の組成は、何れも、２％以上６％以下であるが、２％以上５％以下であることができ、更に、２％以上４．５％以下であることができる。ｎ側及びｐ側の光ガイド層のインジウム（Ｉｎ）の組成は、高い程、ｎ型クラッド層及びｐ型クラッド層との屈折率差が顕著となるが、結晶が脆くなる。ＧａＮ基板の主面が、ｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面からｍ軸方向に６３度以上８０度未満の角度で傾斜している場合、インジウム（Ｉｎ）の組成が６％を超えると転位の発生が顕著となる。実施例１〜実施例５のそれぞれでは、ｎ側及びｐ側の光ガイド層とｎ型クラッド層及びｐ型クラッド層との屈折率差を十分に得るために、ｎ側及びｐ側の光ガイド層のインジウム（Ｉｎ）の組成を、特に、２％以上６％以下とすることができる。従って、光ガイド層とクラッド層との屈折率差が十分に得られると共に結晶の剛性も十分に確保できる。
【０１３１】
実施例１〜実施例５のそれぞれにおいて、ｎ側の光ガイド層の膜厚は、ｎ側の光ガイド層の膜厚とｐ側の光ガイド層の膜厚との合計の６５％以上８５％以下の範囲にある。例えば、実施例１及び実施例２の場合、ｎ側の光ガイド層の膜厚は、ｎ側の光ガイド層の膜厚とｐ側の光ガイド層の膜厚との合計の７１％程度である。実施例３の場合、ｎ側の光ガイド層の膜厚は、ｎ側の光ガイド層の膜厚とｐ側の光ガイド層の膜厚との合計の６７％程度である。
【０１３２】
実施例１〜実施例５のそれぞれにおいて、ｎ型ドーパントは例えばシリコン（Ｓｉ）であり、ｎ型ドーパントのドーパント濃度は、５×１０１７ｃｍ−３程度である。ｎ型ドーパントのドーパント濃度が、この値５×１０１７ｃｍ−３を下回ると、比較的大きな電気的抵抗が生じる。
実施例１〜実施例５のそれぞれにおいて、ｐ型ドーパントは例えばマグネシウム（Ｍｇ）であり、ｐ型ドーパントのドーパント濃度は、３×１０１８ｃｍ−３程度である。ｐ型ドーパントのドーパント濃度が、この値３×１０１８ｃｍ−３を下回ると、比較的大きな電気的抵抗が生じる。
【０１３３】
実施例１〜実施例５のそれぞれにおいて、ｎ側の光ガイド層としてのｎ−ＩｎＧａＮ層の吸収係数は６ｃｍ−１程度であり、ｐ側の光ガイド層としてのｕｄ−ＩｎＧａＮ層の吸収係数は１ｃｍ−１程度であり、ｐ−ＧａＮ層の吸収係数は３０ｃｍ−１程度であった。エピ層の吸収係数は、例えば分光エリプソメトリーにより測定できる。
【０１３４】
実施例１〜実施例５のそれぞれにおいて、ｐ側の光ガイド層としてのｕｄ−ＩｎＧａＮ層は、ｐ型ドーパントのマグネシウム（Ｍｇ）が活性層に拡散することを防止できる。マグネシウム（Ｍｇ）の拡散防止に必要なｐ側の光ガイド層としてのｕｄ−ＩｎＧａＮ層の膜厚は０．０７５μｍ程度であり、ｐ側の光ガイド層としてのｕｄ−ＩｎＧａＮ層の膜厚が、この値０．０７５μｍを超えると、ｐ側の光ガイド層としてのｕｄ−ＩｎＧａＮ層は、比較的に高い電気的抵抗を有する。
【０１３５】
実施例１〜実施例５のそれぞれにおいて、エピタキシャル積層の上には、幅１０μｍ程度のストライプ窓を有する絶縁膜（例えばＳｉＯ２膜）をウェットエッチングにより形成し、Ｐｄからなるアノード電極（ｐ側の電極）及びパッド電極を蒸着により形成した。この後に、裏面には、Ａｌからなるカソード電極（ｎ側の電極）及びパッド電極を蒸着により形成した。このように作製された実施例１〜実施例３のそれぞれにおける基板生産物を、６００μｍ程度の間隔で、割断を行って分離して、レーザバーを作製し、レーザバーの共振器端面に、誘電体多層膜からなる反射膜を成膜した。割断面は、｛２０−２１｝面及び｛１１−２０｝面に対して垂直な面である。誘電体多層膜は、例えばＳｉＯ２／ＴｉＯ２からなる。前端面の反射率は８０％程度であり、後端面の反射率は９５％程度である。
【０１３６】
実施例１に係るレーザダイオード及び実施例２に係るレーザダイオードにおいて、全ＩｎＧａＮ層（ｎ側及びｐ側の光ガイド層）の膜厚の合計に占めるｎ−ＩｎＧａＮ層（ｎ側の光ガイド層）の膜厚の比率と、閾値電流Ｊｔｈ（Ａ／ｃｍ２）との関係を図６に示す。図６のグラフＧ１は、実施例１に係るレーザダイオードにおいて、全ＩｎＧａＮ層（ｎ側及びｐ側の光ガイド層）の膜厚を一定（例えば２５０ｎｍ程度）とした上でｎ−ＩｎＧａＮ層（ｎ側の光ガイド層）の膜厚を変化させた場合に、全ＩｎＧａＮ層の膜厚に占めるｎ−ＩｎＧａＮ層の膜厚の比率と、閾値電流との関係を示す。図６のグラフＧ２は、実施例２に係るレーザダイオードにおいて、全ＩｎＧａＮ層（ｎ側及びｐ側の光ガイド層）の膜厚を一定（例えば２５０ｎｍ程度）とした上でｎ−ＩｎＧａＮ層（ｎ側の光ガイド層）の膜厚を変化させた場合に、全ＩｎＧａＮ層の膜厚に占めるｎ−ＩｎＧａＮ層の膜厚の比率と、閾値電流との関係を示す。グラフＧ１，Ｇ２を参照すると、ｎ−ＩｎＧａＮ層のインジウム（Ｉｎ）の組成が、２．５％（実施例１）及び３．５％（実施例２）の何れであっても、全ＩｎＧａＮ層の膜厚に占めるｎ−ＩｎＧａＮ層の膜厚の比率が０．６５以上０．８５以下（６５％以上８５％以下）の範囲にある場合に、閾値電流が比較的小さいことがわかる。
【０１３７】
図７に示すように、ｎ−ＩｎＧａＮ層（ｎ側の光ガイド層）の膜厚が、ｕｄ−ＩｎＧａＮ層（ｐ側の光ガイド層）の膜厚よりも大きい程、活性層の位置のズレが大きくなり（ｎ側とｐ側とが顕著に非対称となり）、活性層を通る光の割合（Γｗｅｌｌ）及び導波路を通る光の減衰率（αｉｎｔ）が減少する。ここで、例えば、強度Ｉｎｔの光が導波路をｋ（ｃｍ）進んだ場合、この光の強度は、Ｉｎｔ×ｅαｉｎｔ×ｋのように減衰する（“ｅ”は、自然対数の底（Napier constant）である。）。しかし、実施例１及び実施例２のように、ｎ−ＩｎＧａＮ層（ｎ側の光ガイド層）の膜厚が、ｎ−ＩｎＧａＮ層（ｎ側の光ガイド層）の膜厚とｕｄ−ＩｎＧａＮ層（ｐ側の光ガイド層）の膜厚との合計の６５％以上８５％以下の範囲にあれば、図６に示すように、上記のｎ側とｐ側との間の非対称性による光のロスを好適に抑制できることが見出された。図７に示す結果は、実施例１おいて、ｕｄ−ＩｎＧａＮ層（ｐ側の光ガイド層）の膜厚を一定にした上で、ｎ−ＩｎＧａＮ層（ｎ側の光ガイド層）の膜厚を変化させて得られたΓｗｅｌｌ（％）及びαｉｎｔ（ｃｍ−１）の測定結果である。導波路の内部ロス（αｉｎｔ）は、例えばハッキパウリ法により測定できる。導波路の位置は、図１の（ａ）部に示す開口部３９ａの下に位置する。
【０１３８】
以上、好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【符号の説明】
【０１３９】
１０…成長炉、１１…窒化ガリウム系半導体レーザ素子、１３…基板、１３ａ…主面、１３ｂ…裏面、１５…ｎ型窒化ガリウム系半導体領域、１５ａ…ｎ型窒化ガリウム系半導体層、１５ｂ…ｎ型クラッド層、１５ｃ…ｎ型窒化ガリウム系半導体層、１７…発光層、１９…ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域、２１…ｐ型窒化ガリウム系半導体層、２３…ｐ型クラッド層、２３ａ…ｐ型クラッド層、２３ｂ…ｐ型クラッド層、２５ａ…コンタクト層、２５ｂ…コンタクト層、２７…活性層、２９…ｎ側光ガイド層、３１…ｐ側光ガイド層、３３…井戸層、３５…障壁層、３７…電極、３９…絶縁膜、３９ａ…開口、４１…電極、５１…基板、５１ａ…主面、５３…ｎ型窒化ガリウム系半導体領域、５３ａ…主面、５５ａ…Ｓｉドープ窒化ガリウム系半導体層、５５ｂ…Ｓｉドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層、５５ｃ…Ｓｉドープ窒化ガリウム系半導体層、５７…発光層、５７ａ…主面、５９ａ…光ガイド層、５９ｂ…活性層、５９ｂ−１…主面、５９ｃ…光ガイド層、６１ａ…障壁層、６１ｂ…井戸層、６３…ｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体領域、６３ａ…主面、６５ａ…Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体層、６５ｂ…Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層、６５ｂａ…Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層、６５ｂｂ…Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体クラッド層、６５ｃ…Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層、６５ｄ…Ｍｇドープ窒化ガリウム系半導体コンタクト層、Ａｘ…法線軸、ＣＲ…結晶座標系、Ｃｘ…基準軸、ＥＰ…エピタキシャル基板、ＥＰ１…エピタキシャル基板、Ｊ１…界面、ＪＣ…接触、Ｓ…座標系、Ｓｃ…面、ＶＣ…ｃ軸部ベクトル、ＶＮ…法線ベクトル。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化ガリウム系半導体レーザ素子であって、
ｎ型の窒化ガリウム系半導体のｎ型クラッド層と、
前記ｎ型クラッド層の上に設けられた窒化ガリウム系半導体の第１の光ガイド層と、
前記第１の光ガイド層の上に設けられた窒化ガリウム系半導体の活性層と、
前記活性層の上に設けられた窒化ガリウム系半導体の第２の光ガイド層と、
前記第２の光ガイド層の上に設けられたｐ型の窒化ガリウム系半導体のｐ型クラッド層と、
を備え、
前記活性層の発振波長は、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であり、
前記第１及び第２の光ガイド層は、何れも、インジウムを含有し、
前記第１及び第２の光ガイド層のインジウムの組成は、何れも、２％以上６％以下であり、
前記第１の光ガイド層の膜厚は、前記第１の光ガイド層の膜厚と前記第２の光ガイド層の膜厚との合計の６５％以上８５％以下の範囲にあり、
前記第１の光ガイド層及び前記第２の光ガイド層は前記活性層に接している、
ことを特徴とする窒化ガリウム系半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記ｎ型クラッド層は、
ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０＜ｘ＜０．０５，０＜ｙ＜０．２０）であり、
前記ｐ型クラッド層は、
ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜０．０５，０＜ｙ＜０．２０）であることを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記活性層は、単一の量子井戸層を含む単一量子井戸構造を有する、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記活性層は、複数の量子井戸層と複数の障壁層とを含む多重量子井戸構造を有する、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記第１の光ガイド層と前記活性層との界面は、ｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面からｍ軸方向に傾斜している、ことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記第１の光ガイド層と前記活性層との界面は、前記基準軸に直交する面からｍ軸方向に６３度以上８０度未満の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項５に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子。
【請求項７】
窒化ガリウム系半導体の主面を有する基板を更に備え、
前記主面の上に、前記ｎ型クラッド層、前記第１の光ガイド層、前記活性層、前記第２の光ガイド層及び前記ｐ型クラッド層が順に設けられており、
前記主面は、前記基準軸に直交する面からｍ軸方向に６３度以上８０度未満の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記活性層の発振波長は、４８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下である、ことを特徴とする請求項１〜請求項７の何れか一項に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子。
【請求項９】
前記活性層の発振波長は、５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下である、ことを特徴とする請求項１〜請求項７の何れか一項に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子。
【請求項１０】
前記第１の光ガイド層のインジウムの組成は、２％以上５％以下である、ことを特徴とする請求項１〜請求項９の何れか一項に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子。
【請求項１１】
前記第１の光ガイド層のインジウムの組成は、２％以上４．５％以下である、ことを特徴とする請求項１〜請求項９の何れか一項に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子。
【請求項１２】
前記第２の光ガイド層のインジウムの組成は、２％以上５％以下である、ことを特徴とする請求項１〜請求項１１の何れか一項に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子。
【請求項１３】
前記第２の光ガイド層のインジウムの組成は、２％以上４．５％以下である、ことを特徴とする請求項１〜請求項１１の何れか一項に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子。
【請求項１４】
窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法であって、
ｎ型の窒化ガリウム系半導体のｎ型クラッド層を形成する工程と、
前記ｎ型クラッド層の上に窒化ガリウム系半導体の第１の光ガイド層を形成する工程と、
前記第１の光ガイド層の上に窒化ガリウム系半導体の活性層を形成する工程と、
前記活性層の上に窒化ガリウム系半導体の第２の光ガイド層を形成する工程と、
前記第２の光ガイド層の上にｐ型の窒化ガリウム系半導体のｐ型クラッド層を形成する工程と、
を備え、
前記活性層の発振波長は、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であり、
前記第１及び第２の光ガイド層は、何れも、インジウムを含有し、
前記第１及び第２の光ガイド層のインジウムの組成は、何れも、２％以上６％以下であり、
前記第１の光ガイド層の膜厚は、前記第１の光ガイド層の膜厚と前記第２の光ガイド層の膜厚との合計の６５％以上８５％以下の範囲にあり、
前記第１の光ガイド層及び前記第２の光ガイド層は前記活性層に接している、
ことを特徴とする窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１５】
前記ｎ型クラッド層は、
ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０＜ｘ＜０．０５，０＜ｙ＜０．２０）であり、
前記ｐ型クラッド層は、
ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜０．０５，０＜ｙ＜０．２０）であることを特徴とする請求項１４に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１６】
前記活性層は、単一の量子井戸層を含む単一量子井戸構造を有する、ことを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１７】
前記活性層は、複数の量子井戸層と複数の障壁層とを含む多重量子井戸構造を有する、ことを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１８】
前記第１の光ガイド層と前記活性層との界面は、ｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面からｍ軸方向に傾斜している、ことを特徴とする請求項１４〜請求項１７の何れか一項に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１９】
前記第１の光ガイド層と前記活性層との界面は、前記基準軸に直交する面からｍ軸方向に６３度以上８０度未満の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項１８に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項２０】
窒化ガリウム系半導体の主面を有する基板を準備する工程を更に備え、
前記基板の主面の上に、前記ｎ型クラッド層、前記第１の光ガイド層、前記活性層、前記第２の光ガイド層及び前記ｐ型クラッド層が順に設けられ、
前記主面は、前記基準軸に直交する面からｍ軸方向に６３度以上８０度未満の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項１８又は請求項１９に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項２１】
前記活性層の発振波長は、４８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下である、ことを特徴とする請求項１４〜請求項２０の何れか一項に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項２２】
前記活性層の発振波長は、５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下である、ことを特徴とする請求項１４〜請求項２０の何れか一項に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項２３】
前記第１の光ガイド層のインジウムの組成は、２％以上５％以下である、ことを特徴とする請求項１４〜請求項２２の何れか一項に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項２４】
前記第１の光ガイド層のインジウムの組成は、２％以上４．５％以下である、ことを特徴とする請求項１４〜請求項２２の何れか一項に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項２５】
前記第２の光ガイド層のインジウムの組成は、２％以上５％以下である、ことを特徴とする請求項１４〜請求項２４の何れか一項に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項２６】
前記第２の光ガイド層のインジウムの組成は、２％以上４．５％以下である、ことを特徴とする請求項１４〜請求項２４の何れか一項に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１】
窒化ガリウム系半導体レーザ素子であって、
ｎ型の窒化ガリウム系半導体のｎ型クラッド層と、
前記ｎ型クラッド層の上に設けられた窒化ガリウム系半導体の第１の光ガイド層と、
前記第１の光ガイド層の上に設けられた窒化ガリウム系半導体の活性層と、
前記活性層の上に設けられた窒化ガリウム系半導体の第２の光ガイド層と、
前記第２の光ガイド層の上に設けられたｐ型の窒化ガリウム系半導体のｐ型クラッド層と、
を備え、
前記活性層の発振波長は、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であり、
前記第１及び第２の光ガイド層は、何れも、インジウムを含有し、
前記第１及び第２の光ガイド層のインジウムの組成は、何れも、２％以上６％以下であり、
前記第１の光ガイド層の膜厚は、前記第１の光ガイド層の膜厚と前記第２の光ガイド層の膜厚との合計の６５％以上８５％以下の範囲にあり、
前記第１の光ガイド層及び前記第２の光ガイド層は前記活性層に接している、
ことを特徴とする窒化ガリウム系半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記ｎ型クラッド層は、
ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０＜ｘ＜０．０５，０＜ｙ＜０．２０）であり、
前記ｐ型クラッド層は、
ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜０．０５，０＜ｙ＜０．２０）であることを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記活性層は、単一の量子井戸層を含む単一量子井戸構造を有する、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記活性層は、複数の量子井戸層と複数の障壁層とを含む多重量子井戸構造を有する、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記第１の光ガイド層と前記活性層との界面は、ｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面からｍ軸方向に傾斜している、ことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか一項に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記第１の光ガイド層と前記活性層との界面は、前記基準軸に直交する面からｍ軸方向に６３度以上８０度未満の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項５に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子。
【請求項７】
窒化ガリウム系半導体の主面を有する基板を更に備え、
前記主面の上に、前記ｎ型クラッド層、前記第１の光ガイド層、前記活性層、前記第２の光ガイド層及び前記ｐ型クラッド層が順に設けられており、
前記主面は、前記基準軸に直交する面からｍ軸方向に６３度以上８０度未満の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記活性層の発振波長は、４８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下である、ことを特徴とする請求項１〜請求項７の何れか一項に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子。
【請求項９】
前記活性層の発振波長は、５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下である、ことを特徴とする請求項１〜請求項７の何れか一項に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子。
【請求項１０】
前記第１の光ガイド層のインジウムの組成は、２％以上５％以下である、ことを特徴とする請求項１〜請求項９の何れか一項に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子。
【請求項１１】
前記第１の光ガイド層のインジウムの組成は、２％以上４．５％以下である、ことを特徴とする請求項１〜請求項９の何れか一項に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子。
【請求項１２】
前記第２の光ガイド層のインジウムの組成は、２％以上５％以下である、ことを特徴とする請求項１〜請求項１１の何れか一項に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子。
【請求項１３】
前記第２の光ガイド層のインジウムの組成は、２％以上４．５％以下である、ことを特徴とする請求項１〜請求項１１の何れか一項に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子。
【請求項１４】
窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法であって、
ｎ型の窒化ガリウム系半導体のｎ型クラッド層を形成する工程と、
前記ｎ型クラッド層の上に窒化ガリウム系半導体の第１の光ガイド層を形成する工程と、
前記第１の光ガイド層の上に窒化ガリウム系半導体の活性層を形成する工程と、
前記活性層の上に窒化ガリウム系半導体の第２の光ガイド層を形成する工程と、
前記第２の光ガイド層の上にｐ型の窒化ガリウム系半導体のｐ型クラッド層を形成する工程と、
を備え、
前記活性層の発振波長は、４００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下であり、
前記第１及び第２の光ガイド層は、何れも、インジウムを含有し、
前記第１及び第２の光ガイド層のインジウムの組成は、何れも、２％以上６％以下であり、
前記第１の光ガイド層の膜厚は、前記第１の光ガイド層の膜厚と前記第２の光ガイド層の膜厚との合計の６５％以上８５％以下の範囲にあり、
前記第１の光ガイド層及び前記第２の光ガイド層は前記活性層に接している、
ことを特徴とする窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１５】
前記ｎ型クラッド層は、
ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０＜ｘ＜０．０５，０＜ｙ＜０．２０）であり、
前記ｐ型クラッド層は、
ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ＜０．０５，０＜ｙ＜０．２０）であることを特徴とする請求項１４に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１６】
前記活性層は、単一の量子井戸層を含む単一量子井戸構造を有する、ことを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１７】
前記活性層は、複数の量子井戸層と複数の障壁層とを含む多重量子井戸構造を有する、ことを特徴とする請求項１４又は請求項１５に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１８】
前記第１の光ガイド層と前記活性層との界面は、ｃ軸に沿って延びる基準軸に直交する面からｍ軸方向に傾斜している、ことを特徴とする請求項１４〜請求項１７の何れか一項に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項１９】
前記第１の光ガイド層と前記活性層との界面は、前記基準軸に直交する面からｍ軸方向に６３度以上８０度未満の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項１８に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項２０】
窒化ガリウム系半導体の主面を有する基板を準備する工程を更に備え、
前記基板の主面の上に、前記ｎ型クラッド層、前記第１の光ガイド層、前記活性層、前記第２の光ガイド層及び前記ｐ型クラッド層が順に設けられ、
前記主面は、前記基準軸に直交する面からｍ軸方向に６３度以上８０度未満の角度で傾斜している、ことを特徴とする請求項１８又は請求項１９に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項２１】
前記活性層の発振波長は、４８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下である、ことを特徴とする請求項１４〜請求項２０の何れか一項に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項２２】
前記活性層の発振波長は、５１０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下である、ことを特徴とする請求項１４〜請求項２０の何れか一項に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項２３】
前記第１の光ガイド層のインジウムの組成は、２％以上５％以下である、ことを特徴とする請求項１４〜請求項２２の何れか一項に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項２４】
前記第１の光ガイド層のインジウムの組成は、２％以上４．５％以下である、ことを特徴とする請求項１４〜請求項２２の何れか一項に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項２５】
前記第２の光ガイド層のインジウムの組成は、２％以上５％以下である、ことを特徴とする請求項１４〜請求項２４の何れか一項に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項２６】
前記第２の光ガイド層のインジウムの組成は、２％以上４．５％以下である、ことを特徴とする請求項１４〜請求項２４の何れか一項に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−１２５９９（Ｐ２０１３−１２５９９Ａ）
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４４６５３（Ｐ２０１１−１４４６５３）
【出願日】平成２３年６月２９日（２０１１．６．２９）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月１７日（２０１３．１．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２９日（２０１１．６．２９）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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