窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法
【課題】窒化物半導体レーザ素子の光の閉じ込めを制御しながら、連続駆動時の電流又は電圧劣化を防止することができる窒化物半導体レーザ素子とその製造方法を提供することを目的とする。
【解決手段】基板１０と、基板１０上に積層され、その表面にリッジ１４を有する窒化物半導体層と、窒化物半導体層を被覆する第１保護膜１５と、リッジ１４上及び第１保護膜１５上に形成された電極１７とを備えた窒化物半導体レーザ素子であって、第１保護膜１５は、窒化物半導体層の上面からリッジ１４基底部及びリッジ１４側面に渡って、窒化物半導体層とその一部又は全部が接触するように配置されており、少なくともリッジ１４基底部において、第１保護膜１５と電極１７とで規定された空隙１６を備える窒化物半導体レーザ素子。
【解決手段】基板１０と、基板１０上に積層され、その表面にリッジ１４を有する窒化物半導体層と、窒化物半導体層を被覆する第１保護膜１５と、リッジ１４上及び第１保護膜１５上に形成された電極１７とを備えた窒化物半導体レーザ素子であって、第１保護膜１５は、窒化物半導体層の上面からリッジ１４基底部及びリッジ１４側面に渡って、窒化物半導体層とその一部又は全部が接触するように配置されており、少なくともリッジ１４基底部において、第１保護膜１５と電極１７とで規定された空隙１６を備える窒化物半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法に関し、より詳細には、リッジ導波路構造を有した窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体は、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、０≦ｘ＋ｙ≦１）の化合物半導体によって形成されており、これを用いた半導体レーザ素子は、次世代ＤＶＤなどの大容量・高密度の情報記録・再生が可能な光ディスクシステムへの利用、パーソナルコンピュータ等の電子機器への利用、光ネットワークへの利用など、種々の要求が高まりつつある。このため、レーザ素子構造に関して、横モードの好適な制御を可能にする構造、低消費電力化、高出力化、高信頼性、小型化、長寿命化などを図るための種々の構造が提案されている。
特に、リッジ導波路構造を用いるレーザ素子において、横モードの光閉じ込めを制御性及び再現性よく行い、水平横モードを安定化させるために、屈折率の低い保護膜をリッジ側面からその両側に至る埋込膜として用い、リッジ上面で電極と接触させる構造が検討されている。
例えば、リッジの両側に誘電体膜からなる埋込層を形成し、リッジ上面と接触し、かつリッジ側壁からリッジの両側の半導体層表面に埋込膜を介して配置された電極を形成した半導体レーザが提案されている（例えば、特許文献１）。
また、リッジの側方に配置する電極に空隙部を導入することによって、水平横モードを安定化させる方法が提案されている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１１１６８９号公報
【特許文献２】特開２００７−１０９８８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、近年のレーザ素子の小型化によって、リッジ幅が縮小しており、リッジ上面のみで電極と接触させる場合には、電極の半導体層への密着性が低減し、連続駆動時に電圧劣化が起こりやすいという問題があった。
また、リッジ上面と接触する電極を、埋込膜を介してリッジの両側の窒化物半導体層の表面に配置する場合には、電極材料によって、半導体層に負荷する応力が大きくなり、連続駆動時に電流劣化しやすく、また、リッジ側面に形成される電極の膜質によっては、光吸収が増加するという問題があった。
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、窒化物半導体レーザ素子の光の閉じ込めを制御しながら、連続駆動時の電流又は電圧劣化を防止することができる窒化物半導体レーザ素子とその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の窒化物半導体レーザ素子は、
基板と、
該基板上に積層され、その表面にリッジを有する窒化物半導体層と、
該窒化物半導体層を被覆する第１保護膜と、
リッジ上及び第１保護膜上に形成された電極とを備えた窒化物半導体レーザ素子であって、
前記第１保護膜は、前記窒化物半導体層の上面からリッジ基底部及びリッジ側面に渡って、前記窒化物半導体層とその一部又は全部が接触して配置されており、
少なくとも前記リッジ基底部において、該第１保護膜と電極とで規定された空隙を備えることを特徴とする。
【０００６】
このような窒化物半導体レーザ素子では、以下の１以上の要件を備えることが好ましい。
（１）前記空隙は、前記リッジの基底部から前記リッジ側面にわたって配置されている、
（２）前記第１保護膜は、前記リッジの側面の一部を露出しており、かつ前記空隙は、前記リッジ基底部から前記リッジ側面に及んで、前記リッジ側面と接触している、
（３）前記第１保護膜は、窒化物半導体層よりも屈折率が小さい、
（４）前記空隙は、前記リッジ延長方向において該リッジに略平行して配置されている、
（５）前記第１保護膜と前記リッジとの間に、第２の空隙が配置されてなる。
【０００７】
また、本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、
（ａ）基板上に、窒化物半導体層を積層し、
（ｂ）該窒化物半導体層上にマスクパターンを形成して、該マスクパターンを利用してリッジを形成し、
（ｃ）前記リッジの両側面、前記マスクパターン上及びリッジ形成後に露出している窒化物半導体層上に第１保護膜を形成し、
（ｄ）少なくとも前記マスクパターン及び該マスクパターン上に存在する第１保護膜を除去し、
（ｅ）前記リッジを含む窒化物半導体層及び第１保護膜上に、組成の異なる２以上の多層膜からなる導電層を積層するとともに、少なくとも最表面の導電層の前記リッジの基底部から肩部に相当する部位に、部分的にギャップを導入し、
（ｆ）前記ギャップを介して導電層の一部を除去して、少なくとも前記リッジ基底部において前記第１保護膜と導電層とで規定された空隙を形成することを含むことを特徴とする。
【０００８】
このような窒化物半導体レーザ素子の製造方法では、以下の１以上の要件を備えることが好ましい。
（１）前記導電層を、第１導電層と、その上に配置する該第１導電層とエッチング速度の異なる第２導電層とによって形成する、
（２）前記導電層を、前記第１導電層の下にさらに、該第１及び第２導電層とエッチング速度の異なる第３導電層を積層することによって形成し、工程（ｆ）の後に、前記リッジの上面、側面及び該リッジ両側の窒化物半導体層の一部表面上にマスクパターンを形成し、該マスクパターンを用いて第３導電層の一部を除去する工程を含む、
（３）前記導電層を、前記第１導電層の下にさらに、該第１及び第２導電層とエッチング速度の異なる第３導電層を積層することによって形成し、工程（ｆ）において、第１導電層の一部を除去して空隙を形成し、さらに、工程（ｆ）の後に、前記リッジの上面、側面及び該リッジ両側の窒化物半導体層の一部表面上にマスクパターンを形成し、該マスクパターンを用いて第1導電層及び第３導電層の一部を除去する工程を含む。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の窒化物半導体レーザ素子によれば、光の閉じ込めを制御しながら、連続駆動時の電流又は電圧劣化を防止し、高効率及び高信頼性の窒化物半導体レーザ素子を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】本発明の窒化物半導体レーザ素子の構造を説明するための概略断面図である。
【図１Ｂ】本発明の別の窒化物半導体レーザ素子の構造を説明するための概略断面図である。
【図２Ａ】本発明の窒化物半導体レーザ素子における空隙の変形例を説明するための要部の概略拡大断面図（ａ）〜（ｅ）である。
【図２Ｂ】本発明の窒化物半導体レーザ素子における空隙の変形例を説明するための要部の概略拡大断面図（ｆ）〜（ｉ）である。
【図３】本発明の窒化物半導体レーザ素子における空隙の変形例を説明するための要部の概略拡大断面図（ａ）〜（ｅ）である。
【図４Ａ】本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための概略断面工程図である。
【図４Ｂ】本発明の窒化物半導体レーザ素子の別の製造方法を説明するための概略断面工程図である。
【図５】本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための要部の概略断面図（ａ）、（ｂ）である。
【図６】本発明の窒化物半導体レーザ素子の別の製造方法を説明するための概略断面工程図である。
【図７】本発明の窒化物半導体レーザ素子の別の製造方法を説明するための概略断面工程図である。
【図８】本発明の窒化物半導体レーザ素子の構造を説明するための別の概略断面図である。
【図９】本発明の窒化物半導体レーザ素子の構造を説明するための別の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の窒化物半導体レーザ素子は、主として、基板、窒化物半導体層、第１保護膜及び電極を含んで構成される。
例えば、図１Ａに示したように、第１主面と第２主面とを有する基板１０の第１主面上に、窒化物半導体層として、ｎ側半導体層１１、活性層１２、ｐ側半導体層１３がこの順に形成されている。なお、ｎ側及びｐ側半導体層は、逆に配置されていてもよい。窒化物半導体の表面にはリッジ１４が形成されている。このリッジ１４の延長方向に対して略直交する方向の端面には、共振面が形成されている。
【００１２】
リッジ１４の両側面、リッジ１４基底部から、窒化物半導体層であるｐ側半導体層１３の上面には、第１保護膜１５が形成されている。ここでリッジ基底部とは、リッジ１４の側面を含まず、窒化物半導体上面のリッジの外周部分を指す。つまり、第１保護膜１５は、窒化物半導体層上面から、リッジ基底部、リッジ側面に渡って、窒化物半導体層と接触するように配置されている。なお、第１保護膜１５は、窒化物半導体層上面からリッジ基底部、リッジ側面の少なくとも一部において、好ましくは全てにおいて、窒化物半導体層と接触している。
リッジ１４の上面から、両側面、リッジ１４の基底部、さらにｐ側半導体層１３の上面には、電極７が形成されている。この電極７は、リッジ１４上面において窒化物半導体層と接触しており、リッジ側面、基底部及びｐ側半導体層１３上面においては、第１保護膜１５を介して配置されている。ただし、少なくともリッジ基底部には、第１保護膜１５と電極７とで規定された空隙１６を備える。よって、リッジ基底部では、電極７は、第１保護膜１５と空隙１６とを介して、窒化物半導体上に配置されていることになる。この電極７及び上には、通常、ｐ側パッド電極２０が形成されている。
【００１３】
窒化物半導体層の側面及びｎ側半導体層１１の露出表面には、第２保護膜１９が形成されている。
さらに、ｎ側電極２１が、電極７が配置されている基板１０の第１主面側と異なる側に形成されている。
なお、図９に示したように、ｎ側半導体層１１の露出表面にｎ側電極２１が形成されていてもよい。
【００１４】
（空隙１６等）
空隙は、その断面形状が、図２Ａ（ａ）、（ｂ）及び（ｅ）に示すように、少なくとも、第１保護膜１５、２５上のリッジ１４基底部上にあればよい。従って、空隙１６、２６は、少なくともリッジ１４基底部においては、第１保護膜１５、２５と電極（７、１７及び１８、２７及び２８）とで規定されている。言い換えると、リッジ基底部においては、実質的には、下から順に窒化物半導体層、第１保護膜、空隙及び電極の順に配置されている。なお、後述するように、下から順に窒化物半導体層、第１保護膜、電極、空隙及び電極の順に配置されている領域が一部に存在してもよい。
このように、リッジ１４の基底部においては、少なくとも第１保護膜１５、２５を介して、空隙が配置されることにより、その上に配置される電極によるレーザ光吸収を低減させることができる。特に、リッジ側面に成膜された膜質の悪い電極を実質的に除去することにより、電極によるレーザ光吸収をさらに低減させることができる。しかも、第１保護膜と空隙との配置により、適切に光を閉じ込めることができる。
【００１５】
空隙１６、２６の大きさ及び形状は、特に限定されることなく、少なくともリッジ１４基底部に配置するように適宜調整することができる。これによって、第１保護膜とリッジ、電極と第１保護膜などの界面にかかる応力を緩和することが可能となる。その結果、このような応力を効果的に抑制することができ、さらなる寿命特性の向上を図ることができる。
ただし、空隙は、少なくともリッジ基底部における第１保護膜の上に配置されていれば、電極の上に位置していてもよい。つまり、上述したように窒化物半導体層と、第１保護膜と、電極とを備えた窒化物半導体レーザ素子であって、第１保護膜は、窒化物半導体層の上面からリッジ基底部及びリッジ側面に渡って、窒化物半導体層とその一部又は全部が接触して配置されており、かつ、少なくともリッジ基底部において、電極によって規定された空隙を備えていてもよい。
【００１６】
例えば、後述するように電極が積層構造で形成されている場合、空隙の形成方法における条件等により、リッジ基底部における第１保護膜上に成膜された電極材料のうち、第１保護膜に近い側の電極材料が残存し、第１保護膜に遠い側の電極材料が除去された場合など、リッジ基底部の第１保護膜上に、極薄膜の状態で電極が配置された状態となることがある。このような極薄膜の状態の電極は、たとえ第１保護膜上の全体にわたって又は一部において残存し、空隙の下に配置していても、発光層から出射されるレーザ光を吸収することなく、窒化物半導体層への電極による応力を与えることもなく、光閉じ込めに影響することもない。よって、このような形態の空隙の配置は、本発明においては許容される。また、電子顕微鏡観察等の視覚において薄膜状の電極が配置していない場合であっても、ＳＴＥＭ等の元素分析等によっては、電極材料が測定される場合があるが、このような状態での空隙の配置も、同様に許容される。
【００１７】
例えば、第１保護膜１５上のリッジ１４基底部における空隙の大きさは、特に限定されるものではないが、具体的には、空隙の幅（図２Ａ（ａ）中、Ｘ）は、１５０ｎｍ程度〜３０００ｎｍ程度が挙げられ、１５０ｎｍ程度〜１５００ｎｍ程度が好ましく、３００ｎｍ程度〜５００ｎｍ程度がより好ましい。空隙１６の厚み（図２Ａ（ａ）中、Ｈ）は、特に限定されることなく、電極７の厚み、空隙１６の形成方法等によって適宜調整することができる。
【００１８】
また、図２Ａ（ｃ）及び図２Ｂ（ｆ）に示すように、空隙１６ａ、２６ａは、リッジ１４基底部からリッジ１４の側面の一部に配置されていてもよい。この場合、空隙は、リッジ側面において第１保護膜１５を介して配置していてもよい。また、図２Ａ（ｄ）及び図２Ｂ（ｇ）に示すように、空隙１６ｂ、２６ｂは、リッジ１４基底部からリッジ１４側面の全面に及んで配置されていてもよい。この場合、空隙は、リッジ側面において第１保護膜１５を介して配置していてもよいし、第１保護膜１５を介することなく、上側面おいてリッジ側面と直接接触して配置されていてもよい。リッジ１４の側面における空隙の高さは特に限定されるものではなく、リッジ高さから第１保護膜の膜厚を引いた高さと同等以下であればよい。また、これらの空隙は、リッジ１４の基底部から側面まで繋がっていることが好ましい。
【００１９】
なお、後述するように、第１保護膜がリッジの側面（例えば、上側面）の一部を露出して形成されている場合には、図２Ｂ（ｇ）に示すように、空隙２６ｂは、リッジ１４基底部からリッジ１４側面に及び、リッジ１４の上側面で窒化物半導体層と接触していてもよい。つまり、リッジ１４の上側面に隣接して配置していてもよい。
【００２０】
空隙２６ｂ（又は１６ｂ）は、リッジ１４の上面に及んでいてもよいが、リッジ１４と電極２７等との接触面積の低減及び密着性等を考慮すると、リッジ上面に及んでいないことが好ましい。
ここで、空隙２６ｂのリッジ１４側面との接触高さ（図２Ｂ（ｇ）中、Ｚ）は、例えば、リッジ１４高さの１０％程度〜７０％程度が挙げられ、２０％程度〜４０％程度が好ましい。具体的には、リッジ高さが５００ｎｍ程度の場合、空隙の接触高さは、５０ｎｍ〜３５０ｎｍ程度が挙げられ、１００ｎｍ〜２００ｎｍ程度が好ましい。特にこの高さが高いことにより、空隙の大きさの制御が容易となり、光閉じ込めの制御を効果的に行うことができる。
【００２１】
さらに、図３（ａ）に示すように、後述する電極（３７及び３８）の一部が、リッジ１４の側面近傍（例えば、上側面近傍）でギャップＢを有していてもよい。この場合、空隙３６は、ギャップＢにまで及んで広がることとなる。なお、図３（ａ）においては、第１保護膜２５は、リッジ１４の側面を露出しているが、リッジ１４の全側面を被覆していてもよい。
【００２２】
また、図３（ｂ）に示すように、第１保護膜４５がリッジ１４側面の上端において一部接しておらず、その形状が変形していることにより、第１保護膜４５のリッジ１４側面における上端部が、電極（４７及び４８）と一部接触し、これによって、空隙４６が、リッジ１４の側面から窒化物半導体層上までの間において電極４８によって分断されていてもよい。
図３（ｃ）に示すように、第１保護膜５５のリッジ１４側面における形状が上記と同様に変形しており、電極（５７及び５８）の一部が、リッジ１４の側面近傍でギャップを有しているために、空隙５６の一部が幅狭になり、その一部がギャップにまで及んで広がっていてもよい。
【００２３】
これらの空隙は、図示していないが、共振器方向と略平行な方向に延びた形状であることが好ましい。例えば、共振器方向に、１つの連なった空隙であってもよいし、複数の空隙に分割されて存在していてもよい。このような空隙の配置により、上述したように、その上に配置される電極によるレーザ光吸収を、リッジの延長方向にわたって低減させることが可能となる。ただし、共振器方向の全てにおいて配置していなくてもよく、その一部にのみ配置されていればよく、リッジの延長方向において部分的に空隙が存在しない部位が存在してもよい。つまり、図３（ｄ）に示すように、第１保護膜１５がリッジ１４の側面の略全面を被覆し、その上に電極（６７及び１８）が連続して密着し、空隙が形成されないか、図３（ｅ）に示すように、リッジ１４の側面を第１保護膜２５が被覆しないが、その上に配置される電極（７７及び２８）がリッジ１４の露出面及び第１保護膜２５の上に密着し、空隙が形成されない部位が、リッジの延長方向の一部に存在していてもよい。
【００２４】
空隙は、上述した図２Ａ（ａ）〜図２Ｂ（ｉ）及び図３（ａ）〜図３（ｃ）のような形態が、リッジの延長方向において混在していてもよい。この場合、これらの空隙は、例えば、リッジ１４の延長方向において、５０％程度以上配置していることが適しており、８０％程度以上が好ましく、実質的に略全共振器方向に配置しているのがより好ましい。
【００２５】
共振器端面側における空隙の端部は、保護膜等で塞がれるか、埋め込まれていてもよいし、開放状態であってもよい。従って、空隙は必ずしも全ての領域において上述した幅及び高さを有していなくてもよい。また、空隙は、電極とリッジとの間、第１保護膜と電極との間の完全な空間でなくてもよく、上述した応力緩和、光閉じ込め等の種々の効果に悪影響を及ぼさない限り、第１保護膜、窒化物半導体層、マスクとして用いた材料等の膜残り等が存在していてもよい。
【００２６】
このように空隙を配置することにより、その部位に本来存在する電極等によるレーザ光による光吸収を低減させることができる。また、適所における空隙とリッジ（窒化物半導体）との屈折率差により、リッジ内に効率的に光を閉じ込めにも有効に働く。例えば、空隙がエアギャップであった場合、空気は、屈折率が最小（１．０）であるため、リッジの側面に空隙が存在しない（リッジと保護膜の屈折率差により光を閉じ込める）場合と比較して、リッジ内外の屈折率差が大きくなり、リッジ内への光閉じ込めを強くすることができる。しかも、空隙を有することにより、例えば、熱に対して屈折率が変動しやすい材料を第１保護膜に採用したとしても屈折率の変化の影響を受けにくくなるため、安定して横方向の光を閉じ込めることができる。これにより、閾値を低下させることができ、投入電力の低下及び寿命特性の向上を達成することができる。
【００２７】
また、空隙によって、リッジ側面と電極との密着に起因する応力をリッジ又は窒化物半導体層に対して低減することができるために、特に連続駆動時の電流劣化を低減させることが可能となる。
さらに、電極は、リッジ上面のみならず、第１保護膜上にまで及んで配置されるために、第１保護膜が接触している部位では、リッジとの密着性を確保することができ、特に連続駆動時の電圧劣化を低減させることができる。
また、リッジ側面には安定材料による第１保護膜が配置されていることから、リッジ側面の窒化物半導体層の酸化等の変質のおそれが少なく、動作時の特性の安定性を図ることができる。
さらに、発光部からの熱の影響により、空隙に熱がこもるおそれがあるが、発光部から空隙が離れているため、熱の影響を受けにくい。また、空隙が電極と接しているため、リッジ近傍で生じる熱を、電極を介して効率的に放熱することができる。
【００２８】
（窒化物半導体層１１、１２及び１３）
窒化物半導体層としては、一般式ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の半導体層を用いることができる。また、これに加えて、III族元素としてＢが一部に置換されたものを用いてもよいし、Ｖ族元素としてＮの一部をＰ、Ａｓで置換されたものを用いてもよい。ｎ側半導体層は、ｎ型不純物として、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＣｄなどのＩＶ族元素又はＶＩ族元素等のいずれか１つ以上を含有している。また、ｐ側半導体層は、ｐ型不純物として、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｓｒ等を含有している。不純物は、例えば、５×１０16／ｃｍ3〜１×１０21／ｃｍ3程度の濃度範囲で含有されていることが好ましい。
【００２９】
窒化物半導体層は、ｎ側半導体層とｐ側半導体層とに光導波路を構成する光ガイド層を有することで、活性層を挟んだ分離光閉じ込め型構造であるＳＣＨ（Separate Confinement Heterostructure）構造とすることが好ましい。但し、本発明は、これらの構造に限定されるものではない。
活性層は、多重量子井戸構造又は単一量子井戸構造のいずれでもよい。活性層は、後述する第１保護膜よりバンドギャップエネルギーが小さいものであることが好ましい。端面のバンドギャップエネルギーを広げ、言い換えると、共振器面付近の不純物準位を広げ、ウィンドウ構造を形成することにより、ＣＯＤレベルをより向上させることができる。
【００３０】
窒化物半導体層、例えば、ｐ側半導体層の表面に形成されたリッジは、導波路領域として機能する。リッジの幅は１．０μｍ〜５０．０μｍ程度である。さらに、ビーム形状をシングルモードとする場合にはリッジの幅は１．０μｍ〜３．０μｍ程度が好ましい。リッジ高さは、ｐ側半導体層を構成する層の膜厚、材料等によって適宜調整することができ、例えば、０．１〜２μｍが挙げられる。なお、リッジは、共振器方向の長さが１００μｍ〜２０００μｍ程度になるように設定することが好ましい。リッジは、共振器方向においてすべて同じ幅でなくてもよいし、その側面が垂直であっても、テーパー状であってもよい。この場合のテーパー角は６０〜９０°程度が適当である。
【００３１】
窒化物半導体層には、例えば、リッジが延びる方向に、共振器が形成されており、その方向に直交して、一対の共振器面が形成されている。共振器面は、例えば、Ｍ軸、Ａ軸、Ｃ軸及びＲ軸配向が挙げられ、つまり、Ｍ面（１−１００）、Ａ面（１１−２０）、Ｃ面（０００１）又はＲ面（１−１０２）からなる群から選ばれる面であることが好ましい。ここでの共振器面とは、通常、光導波路領域又はＮＦＰに対応する領域を含む領域を意味するが、光導波路領域又はＮＦＰに対応する以外の領域を含んでいてもよい。
【００３２】
（基板１０）
本発明の窒化物半導体レーザ素子における基板は、絶縁性基板であってもよいし、導電性基板であってもよい。絶縁性基板の場合には、窒化物半導体層の一部が厚さ方向に除去されてｎ側半導体層を露出し、その露出面に接触するように後述するｎ電極を配置することができる（図９参照）。導電性基板の場合には、窒化物半導体層が形成された面と反対側の面に接触するようにｎ電極を配置することができる（図１Ａ、図１Ｂ及び図８参照）。
特に、基板は、例えば、第１主面及び／又は第２主面に、０°〜１０°程度のオフ角を有する窒化物半導体基板であることが好ましい。その膜厚は、例えば、５０μｍ〜１ｍｍ程度が挙げられる。
【００３３】
（第１保護膜１５等）
本発明の窒化物半導体レーザ素子では、上述したように、窒化物半導体層の表面及びリッジの側面にわたって、第１保護膜１５が形成されている。つまり、第１保護膜１５は、少なくとも、電極がリッジと直接接触して電気的接続を取る領域における窒化物半導体層上面を露出して、窒化物半導体層の表面に形成されている（図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａ（ａ）〜（ｄ）参照）。また、第１保護膜１５は、リッジ１４の上面に加えて、側面の一部（例えば、上側面）を露出するように形成されていてもよい（図２Ａ（ｅ）、図２Ｂ（ｇ）及び図３（ａ）〜（ｃ）参照）。さらに、第１保護膜１５は、リッジ基底部及びリッジ側面の全部と接触していなくてもよい（この非接触の部位を第２の空隙と称することがある。図２Ｂ（ｈ）の１６ａａ、図２Ｂ（ｉ）の２６ｂｂ参照）。なお、第１保護膜が窒化物半導体層と接触している部位では、両者は良好に密着している。また、リッジ１４の側面に配置された第１保護膜１５は、リッジ１４両側の窒化物半導体層表面に配置された第１保護膜の膜厚よりも薄膜状に形成されていることが好ましい。
【００３４】
第２の空隙は、公知のドライ又はウェットエッチングにより形成することができる。第２の空隙を形成することにより、第１保護膜とリッジとの界面にかかる応力を効果的に抑制することができ、さらなる寿命特性の向上を図ることができる。加えて、この第２の空隙により、光閉じ込めを安定化させることができる。
なお、この第２の空隙の大きさは特に限定されるものではなく、上述した光閉じ込めに有効に作用し、応力緩和に寄与し得る程度であればよく、上述した空隙と同様の大きさにしてもよいし、それよりも幅及び／又は高さ及び／又は容積を小さくしてもよい。
【００３５】
第１保護膜は、通常、窒化物半導体層よりも屈折率が小さな絶縁材料によって形成されている。屈折率は、エリプソメトリーを利用した分光エリプソメータ、具体的には、Ｊ．Ａ．ＷＯＯＬＬＡＭ社製のＨＳ−１９０等を用いて測定することができる。例えば、第１保護膜は、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ａｌ、Ｃｅ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｚｎ等の酸化物、窒化物、酸化窒化物等の絶縁膜又は誘電体膜の単層又は積層構造が挙げられる。なお、第１保護膜の膜質を制御することにより、上述した部位に容易に形成又は加工配置することができる。よって、第１保護膜は、単結晶、多結晶アモルファス、あるいは、部分的にこれらの結晶状態の膜とすることが好ましい。
【００３６】
このように、リッジの下側面から、リッジの両側の窒化物半導体表面にわたって第１保護膜が形成されていることにより、窒化物半導体層、特にｐ側半導体層に対する屈折率差を確保して、活性層からの光の漏れを制御することができ、リッジ内に効率的に光閉じ込めができるとともに、リッジの両側における絶縁性をより確保することができ、リーク電流の発生を回避することができる。
【００３７】
第１保護膜の膜厚は特に限定されるものではないが、その部位によって、例えば、１０〜２０００ｎｍ程度の範囲内、さらに１０〜５００ｎｍの範囲内とすることが適当である。第１保護膜の膜厚を厚くすることにより、より容量を低減させることができる。なお、第１保護膜は、リッジ側面以外の領域においては、均一な膜厚であることが好ましい。これにより、容量の制御がより容易となる。
【００３８】
（電極７、１７及び１８等）
リッジの上面には電極７、１７及び１８等が形成されている。この電極は、リッジ１４の上面と接触して電気的に接続され、リッジ１４の側面においては第１保護膜１５を介して又は一部介さないで、かつ一部空隙１６等を介して、リッジ１４の側面及び窒化物半導体層１３の表面を被覆している。ただし、この電極は、リッジの延長方向の全てにわたってこのような構成を有していなくてもよい。つまり、リッジの延長方向の一部において、リッジ側面を被覆していなくても（分断されていても）よく、リッジ側面の全面に渡って第１保護膜を介して配置されていてもよく、リッジ側面に直接接触して配置していてもよく、第１保護膜との間に空隙を有さなくてもよい。このように、電極が、リッジ側面まで、あるいはリッジの両側の窒化物半導体層上にまで配置されていることにより、リッジ側面に形成された第１保護膜について有効に剥がれを防止することができる。
【００３９】
ここでの電極は、少なくとも、窒化物半導体層といわゆるオーミックコンタクトを取る目的で形成される電極を指し、この電極は、単層であってもよい(例えば、図１Ａ中、７)が、２層以上の積層構造（例えば、図１Ｂ中、１７及び１８）であることが好ましく、３層以上の積層構造（例えば、図４Ａ（ｆ）中、４０、４１及び４３）であることがより好ましい。この場合の積層構造の電極は、全ての層が同一の平面形状をしていなくてもよく、積層構造のうちの１層以上が他の層と異なる平面形状であってもよい。
【００４０】
なお、電極は、上述したように単層であってもよいし、２層以上の積層構造であってもよいが、そのうちの一部の層が明確な層構造を採っていなくてもよい。例えば、２層の導電層を成膜して電極を形成したが、その後の熱処理等によって導電層が合金化、偏在化、変形等して、薄膜状又は島状等に変化していてもよい。
従って、リッジ１４基底部において、電極が第１保護膜とともに空隙を規定する場合には、第１保護膜と、第１保護膜上に島状等に配置する電極と、第１保護膜上に空隙を介して存在する電極等とによって、空隙が規定されることとなる。言い換えると、リッジ基底部においては、部分的に、窒化物半導体層、第１保護膜、電極、空隙及び電極の順に配置されて部位が存在してもよい。
なお、上述したように、空隙が、少なくともリッジ基底部において、電極によって規定されている場合、リッジ基底部における第１保護膜上に極薄膜の状態で電極が配置される場合の極薄膜とは、上述したように、光吸収、窒化物半導体層への応力付与、光閉じ込め等に影響しない程度の厚みである。具体的には、後述する電極材料において、５０ｎｍ程度以下であることが適している。
また、この電極上にパッド電極等が形成されていてもよい。
【００４１】
電極は、例えば、パラジウム、白金、ニッケル、金、チタン、タングステン、銅、銀、亜鉛、錫、インジウム、アルミニウム、イリジウム、ロジウム、ＩＴＯ等の金属又は合金の単層膜又は積層膜により形成することができる。ｐ電極としては、特に、Ｎｉ−Ａｕ（例えば、１０ｎｍ−２００ｎｍ厚等）、Ｎｉ−Ａｕ−Ｐｔ（例えば、１０ｎｍ−１００ｎｍ−１００ｎｍ厚等）、Ｐｄ−Ｐｔ、Ｎｉ−Ｐｔの電極材料等が挙げられる。電極の膜厚は、用いる材料等により適宜調整することができ、例えば、５０〜５００ｎｍ程度が適当である。
【００４２】
（その他の構成）
第１保護膜１５上の一部領域には第２保護膜１９が形成されていることが好ましい。第２保護膜１９は、窒化物半導体層１１、１２及び１３の側面及び／又は基板１０の表面又は側面等をさらに被覆していることが好ましい。第２保護膜１９は、Ｓｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｔａ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｙ、Ｂ、Ｔｉ等の酸化物が挙げられ、なかでもＡｌ２Ｏ３又はＳｉＯ２膜が好ましい。第２保護膜１９は、第１保護膜１５と同様の材料であってもよく、異なる材料であってもよい。これにより、絶縁性のみならず、露出した窒化物半導体層の側面又は表面等を確実に保護することができる。第２保護膜１９は、単層構造及び積層構造のいずれでもよい。具体的には、Ｓｉの酸化物の単層、Ａｌの酸化物の単層、Ｓｉの酸化物とＡｌの酸化物の積層構造等が挙げられる。このような膜が形成されていることにより、第１保護膜をより強固に共振器面に密着させることができる。その結果、安定な動作を確保することができ、ＣＯＤレベルを向上させることができる。
【００４３】
第２保護膜１９の膜厚は、特に限定されるものではなく、例えば、１００〜１０００ｎｍ程度が適当である。さらに好ましくは、第１保護膜と同一材料であることが好ましい。これにより、第１保護膜及び第２保護膜の熱膨張係数が一致するため第１保護膜及び第２保護膜にクラックが発生することを抑制することができる。
【００４４】
（窒化物半導体レーサ素子の製造方法）
本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造方法としては、以下の方法が挙げられる。
（ａ）窒化物半導体層の形成
まず、基板として、例えば、第１主面及び第２主面に０〜１０°程度のオフ角を有する窒化物半導体基板を準備する。
窒化物半導体基板は、ＭＯＣＶＤ法（有機金属化学気相成長法）、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＨＶＰＥ法（ハイドライド気相成長法）、ＭＢＥ法（分子線エピタキシー法）等の気相成長法、超臨界流体中で結晶育成させる水熱合成法、高圧法、フラックス法、溶融法等により形成することができる。また、例えば、特開２００６−２４７０３号公報に例示されている種々の基板等の公知の基板、市販の基板等を用いてもよい。
【００４５】
この窒化物半導体基板の第１主面上に、窒化物半導体層を成長させる。
窒化物半導体層は、ｎ側半導体層、活性層、ｐ側半導体層を、この順に又は逆の順序で形成することが好ましい。
窒化物半導体層の成長方法は、特に限定されないが、ＭＯＣＶＤ、ＭＯＶＰＥ、ＨＶＰＥ、ＭＢＥなど、窒化物半導体の成長方法として知られている全ての方法を好適に用いることができる。特に、ＭＯＣＶＤは結晶性良く成長させることができるので好ましい。具体的には、ＭＯＣＶＤ法等により、減圧〜大気圧の条件で成長させる方法が挙げられる。
【００４６】
ｎ側半導体層は、多層膜で形成することが好ましい。例えば、第１のｎ側半導体層としてはＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．５）、好ましくはＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ≦０．３）である。具体的な成長条件としては、反応炉内での成長温度を１０００℃以上、圧力を６００Ｔｏｒｒ以下が挙げられる。また、第１のｎ側半導体層はクラッド層として機能させることができる。膜厚は０．５〜５μｍ程度が適当である。
第２のｎ側半導体層は、光ガイド層として機能させることができ、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．３）によって形成することができる。膜厚は０．５〜５μｍが適当である。
【００４７】
活性層は、少なくともＩｎを含有している一般式ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０＜ｘ＋ｙ≦１）を有することが好ましい。Ａｌ含有量を高くすることで紫外域の発光が可能となる。また、長波長側の発光も可能であり３６０ｎｍ〜５８０ｎｍまでが発光可能となる。活性層を量子井戸構造で形成することにより、発光効率を向上させることができる。
【００４８】
活性層上にｐ側半導体層を積層する。第１のｐ側半導体層としてはｐ型不純物を含有したＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．５）が挙げられる。
第１のｐ側半導体層はｐ側電子閉じ込め層として機能する。
第２のｐ側半導体層は、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．３）、第３のｐ側半導体層は、ｐ型不純物を含有したＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．５）で形成することができる。第３のｐ側半導体層はＧａＮとＡｌＧａＮとからなる超格子構造であることが好ましく、クラッド層として機能する。
第４のｐ側半導体層は、ｐ型不純物を含有したＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）で形成することができる。これらの半導体層にＩｎを混晶させてもよい。なお、第１のｐ側半導体層、第２のｐ側半導体層は省略可能である。各層の膜厚は、３ｎｍ〜５μｍ程度が適当である。
【００４９】
なお、ｎ側半導体層、ｐ側半導体層は、単一膜構造、多層膜構造又は組成比が互いに異なる２層からなる超格子構造としてもよい。また、多層膜構造又は超格子構造の場合は、ｎ側半導体層及びｐ側半導体層の全ての層が、必ずしも、ｎ型不純物及びｐ型不純物を含有していなくてもよい。
【００５０】
任意に、窒化物半導体層をエッチングして、ｎ側半導体層（例えば、第１のｎ側半導体層等）を露出させてもよい。露出は、例えば、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）法により、Ｃｌ2、ＣＣｌ4、ＢＣｌ3、ＳｉＣｌ4ガス等の塩素系ガスを用いて行うことができる。これによって、応力を緩和させることができる。上述したｎ側半導体層の露出の際に、エッチングによって、共振器面を同時に形成してもよい。ただし、共振器面の形成は、劈開によって、これとは別工程で行ってもよい。
その後の任意の段階で、反応容器内において、得られた基板を窒素雰囲気中、７００℃程度以上の温度でアニールして、ｐ側半導体層を低抵抗化することが好ましい。
【００５１】
（ｂ）リッジの形成
窒化物半導体層上にリッジ形状に対応するマスクパターンを形成し、このマスクパターンを利用して、リッジを形成する。
マスクパターンは、例えば、ＳｉＯ2等の酸化膜、ＳｉＮ等の窒化物を用いて、フォトリソグラフィ及びエッチング工程等の公知の方法を利用して、任意の形状に形成することができる。マスクパターンの膜厚は、リッジが形成された後に、リッジ上に残存するマスクパターンが、後の工程でリフトオフ法により除去することができるような膜厚となることが適当である。例えば、０．１〜５.０μｍ程度が挙げられる。例えば、マスクパターンは、ＣＶＤ装置等を用いて形成することが好ましい。また、ＲＩＥ法等を用いてマスクパターンを任意の形状にエッチングすることが好ましい。エッチングは、ＲＩＥ法を用い、上述した塩素系ガスを用いることが適している。
【００５２】
その後、マスクパターンを利用して、窒化物半導体層表面をエッチングすることによりリッジを形成する。エッチングは、ＲＩＥ法を用い、例えば、上述した塩素系のガスを用いることが適している。エッチングの際の基板温度は、特に限定されないが、低温（例えば、６０〜２００℃程度）とすることが好ましい。
【００５３】
（ｃ）第１保護膜の形成
リッジを含む窒化物半導体層上に第１保護膜を形成する。この場合、上述したリッジの形成の際に用いたマスクパターンをそのまま存在させた状態で、窒化物半導体層上に第１保護膜を形成することが好ましい。
【００５４】
第１保護膜は、当該分野で公知の方法によって形成することができる。例えば、蒸着法、スパッタ法、反応性スパッタ法、ＥＣＲプラズマスパッタ法、マグネトロンスパッタ法、イオンビームアシスト蒸着法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション法、ＣＶＤ法、スプレー法、スピンコート法、ディップ法又はこれらの方法の２種以上を組み合わせる方法、あるいはこれらの方法と熱処理とを組み合わせた方法等、種々の方法を利用することができる。この場合、任意の材料を用いて、任意の膜厚で、単層又は積層構造で形成することができる。
【００５５】
ここでの第１保護膜の成膜方法、成膜条件等を制御するとともに、材料の適切な選択を行うことによって、リッジ側面における膜厚が、リッジ側面以外の領域の窒化物半導体層表面に成膜される膜厚よりも薄膜状となるように形成することが好ましい。
【００５６】
なお、第１保護膜は、リッジの肩部（リッジ側面近傍、つまり、リッジの側面から上面に及ぶ部位）に相当する部位において、リフトオフされやすい膜質の薄膜を配置することが好ましい。この場合、後述する工程によって、容易にリッジ側面を露出させることができる。
例えば、単層の膜を、１回又は２回以上、製造方法又は条件を変化させることにより、組成は同じであるが、膜質及び部位によって膜厚の異なる膜を形成してもよい。具体的には、マグネトロンスパッタ法によって形成した第１保護膜は、ＥＣＲスパッタ法で形成した第１保護膜よりも、エッチング速度を大きくすることができ、特にリッジ側面への成膜厚みの異なる膜を容易に形成することができる。
【００５７】
また、ＥＣＲスパッタ法で形成した第１保護膜は、窒化物半導体層の突出した角部において膜質が悪く、その部分のみリフトオフされやすくなり、このような第１保護膜を利用することができる。
第１保護膜は、窒化物半導体レーザ素子の製造後において、結果的に、窒化物半導体層の上面からリッジ基底部及びリッジ側面の一部において第２の空隙が形成されるように形成してもよい。このような形成方法としては、その膜の一部においてエッチングされやすい膜質を配置する、第１保護膜を形成する前に窒化物半導体表面に部分的な処理を行う、第１保護膜を部分的に処理する、これらを組み合わせるなどの方法が挙げられる。
【００５８】
（ｄ）第１保護膜の除去
少なくともマスクパターン及びマスクパターン上に存在する第１保護膜を除去する。例えば、リッジを形成する際に用いたマスクパターンをリフトオフ法に付することにより、リッジ上面の上方に位置するマスクパターン及びその上の第１保護膜を除去することができる。
【００５９】
この際、リフトオフに用いるエッチャントを選択するか、種類の異なるエッチャントを順次用いるか、エッチャントの濃度を調整するか、エッチング時間を調整することなどにより、マスクパターンと、その直上に存在する第１保護膜とを除去することができる。また、マスクパターンの直上の第１保護膜のみならず、リッジの側面を第１保護膜から露出させるように、第１保護膜を除去してもよい。さらに、上述したように、リッジ側面が薄膜及び／又はリッジ肩部の膜質等を異ならせることなどにより、マスクパターンとその直上に存在する第１保護膜とを除去してもよいし、マスクパターンの直上の第１保護膜のみならず、第１保護膜のリッジ肩部又は側面部に存在する第１保護膜の一部を除去してもよい。また、リフトオフ法を行った後に、別途のエッチングによって、任意にマスクパターンを利用して、リッジ肩部に相当する部位の第１保護膜を除去してもよい。
なお、少なくともリッジの下側面の第１保護膜は除去せずに、リッジの側面の一部を被覆、密着させることが好ましい。これにより、第１保護膜の剥がれを有効に防止することができる。
【００６０】
（ｅ）導電層の積層
得られた窒化物半導体層及び第１保護膜の上に、単層の導電層又は組成の異なる２以上の多層膜からなる導電層を積層する。多層膜からなる導電層を積層する場合には、例えば、所定のエッチング方法及び条件等に応じて、互いに異なるエッチング速度を有する多層膜を選択することが好ましい。この際、少なくとも最表面の導電層であって、そのリッジの基底部から肩部に相当する部位に、部分的にギャップを導入することが適している。
【００６１】
導電層の形成方法は、特に限定されるものではなく、例えば、Ａｕからなる単層構造であれば、Ａｕを５０〜３００ｎｍ程度の膜厚で形成する。例えば、ＮｉとＡｕとからなる２層構造であれば、まず、窒化物半導体層上にＮｉを５〜２０ｎｍ程度の膜厚で形成し、次に、Ａｕを５０〜３００ｎｍ程度の膜厚で形成する。ＡｕとＰｔとからなる２層構造であれば、まず、窒化物半導体層上にＡｕを５０〜２００ｎｍ程度の膜厚で形成し、次に、Ｐｔを５０〜２００ｎｍ程度の膜厚で形成する。また、ｐ電極を３層構造とする場合にはＮｉ−Ａｕ−Ｐｔ又はＮｉ−Ａｕ−Ｐｄの順に形成することが好ましい。例えば、Ｎｉを１０ｎｍ、Ａｕを１００ｎｍ形成し、最表面層となるＰｔ又はＰｄ等を５０〜５００ｎｍ程度で形成する。さらに、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕ等を任意の膜厚で、任意に組み合わせて、任意の位置に、任意の成膜方法で形成してもよい。ただし、導電層を３層以上で形成する場合には、全てが異なるエッチング速度であってもよいが、必ずしも全てが異なるエッチング速度でなくてもよく、少なくとも２つの導電層で組成が異なり及び／又はエッチング速度が異なるものが好ましい。
【００６２】
成膜方法は、当該分野で公知の方法によって形成することができる。例えば、蒸着法、スパッタ法、反応性スパッタ法、ＥＣＲプラズマスパッタ法、マグネトロンスパッタ法、イオンビームアシスト蒸着法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション法、ＣＶＤ法又はこれらの方法の２種以上を組み合わせる方法等、種々の方法を利用することができる。この場合、任意の材料を用いて、任意の膜厚で、任意の条件を選択して形成することが好ましい。
【００６３】
導電層の積層と同時又は連続して、少なくとも最表面の導電層のリッジの基底部から肩部に相当する部位に部分的にギャップを導入する場合、例えば、(i)上述した方法により導電層を積層した後、ギャップに相当する部分に開口を有するマスクパターンを形成して、このマスクパターンを利用してウェット又はドライエッチングする方法が挙げられる。また、(ii)このようなマスクパターンを任意に利用して、部分的に導電層を薄くし得る角度を選択して、導電層をスパッタリングして部分的にギャップを導入してもよい。
【００６４】
さらに、(iii) 上述した導電層の成膜の際に、成膜レートを早くするなどの条件を変更することにより、最上層の導電層を劣膜質に形成してギャップを導入するか、(iv) 最上層の導電層を劣膜質に形成して最上層の導電層を部分的にエッチングしてギャップを導入する方法、(v) 最上層の導電層を成膜する際にその条件又は材料等を選択して、リッジ肩部から基底部に相当する最上層の導電層の部位に、下地である第１保護膜の有無等を利用して、部分的にギャップを導入する方法、(vi) リッジを形成する際に、通常の導電層の成膜方法によって、リッジ肩部から基底部に相当する最上層の導電層の部位に、ギャップが導入できるようなリッジ側面の傾斜角度を調整する方法など、種々の方法を利用することができる。
【００６５】
これらの方法は、用いる装置、条件、材料などによって当該分野で公知のものを利用して実現することができる。これによって、例えば、図５（ａ）及び（ｂ）に示したように、最上層の導電層４３において、複数のギャップ２２、２３を導入することができる。
この場合、例えば、図５（ｂ）に示すように、最上層の導電層４３（又は導電層の最表面）の基底部近傍にのみギャップ２３を導入することにより、後工程において、図２Ａ（ａ）又は図２A（ｂ）及び図２A（ｅ）に示した位置に空隙を形成することができる。
また、図５（ａ）に示すように、最上層の導電層４３の肩部近傍にもギャップ２２を導入することにより、後工程において、図２Ａ（ｃ）、図２A（ｄ）、図２B（ｆ）及び図２B（ｇ）に示した位置に空隙を形成することができる。
この場合のギャップの大きさ及び密度は特に限定されるものではないが、最終的に電極として機能し得る程度の厚み及び成膜面積を有していることが好ましい。なお、このようなギャップを導入する成膜方法は、最上層のみならず、下層に配置する導電層の成膜に利用してもよい。
【００６６】
リッジ上面に接触する電極は、上述した導電層の積層によって形成される。この場合の電極形成方法としては、公知の方法のいずれを利用してもよい。例えば、積層構造の導電層のうちの最上層以外の導電層を形成し、その後、電極形成部分にのみ開口を有するリフトオフ用パターンを形成し、その上に最上層の導電層を形成してリフトオフ法に付す方法が挙げられる。これにより、最上層を所望の形状の電極にパターニングし、このパターニングした電極をマスクとして利用して、さらに下層の導電層をパターニングして、所望の形状の電極を形成することができる。
また、導電層を形成する前に、電極形成部分にのみ開口を有するリフトオフ用パターンを形成し、その上に積層構造の導電層を形成し、その後、積層構造の導電層をリフトオフ法に付すことにより、所望の形状の電極を形成する方法を利用してもよい。
【００６７】
従って、上述した積層構造の導電層を形成してその最上層にギャップを形成する方法を、上述した電極形成方法と適宜組み合わせて、積層構造の導電層を所望の電極にパターニングすることが好ましい。
【００６８】
（ｆ）空隙の形成
上述した導電層の最上層（又は最表面）のギャップを利用して、単層の導電層では内側の一部、積層構造の導電層では、それよりも下層に位置する導電層の一部を除去する。これにより、少なくともリッジ基底部において、第１保護膜と導電層とで規定された空隙を形成することができる。
このような導電層の一部の除去は、公知のドライ又はウェットエッチングにより行うことができる。例えば、ＨＦ（フッ酸）溶液、ＢＨＦ（バッファードフッ酸）溶液、塩酸と酢酸等との混合液等の塩酸系溶液、硝酸系又は熱濃硫酸系等の酸化作用のある溶液、王水、ヨウ素ヨウ化カリウム系溶液等の１種又は２種以上を混合して又は２種以上を順次用いたウェットエッチング、リフトオフ法、あるいは、塩素系ガス等を用いたドライエッチング等により行うことが適当である。この際、上述したように最上層（又は最表面）の導電層におけるギャップを利用するとともに、その下層の導電層の材料、膜厚、積層構造、成膜方法、エッチング方法、エッチャントの種類、エッチャントの濃度、エッチング時間等の種々の条件を適宜調整することにより、リッジの側面の一部に隣接する空隙を形成するようにエッチングする。
【００６９】
第１保護膜がリッジ側面を露出せずに残存した場合、そのまま次工程を行ってもよいが、第１保護膜の材料、膜質、膜厚、上述した下層の導電層の材料等を適宜選択することにより、この導電層の除去と同時に、第１保護膜のリッジ側面の一部を露出するように、第１保護膜を除去してもよい。この段階で、リッジの傾斜角度、エッチャントの種類、濃度、処理（浸潰）時間等の種々のパラメータを調整することによって、空隙の形状及び大きさを調整することができる。具体的には、下層にＮｉが含まれている場合には、Ｎｉは、塩酸と酢酸等との混合液のような塩酸系溶液等でエッチングすることができ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇは硝酸系又は熱濃硫酸系の溶液等でエッチングすることができ、Ｐｔは王水等、Ａｕはヨウ素ヨウ化カリウム系又は王水等でエッチングすることができる。従って、これらの材料の選択及び積層順序並びにエッチャントを適宜選択する方法が好ましい。
【００７０】
なお、導電層が、３層構造以上の積層構造を有している場合であって、例えば、最下層の導電層（つまり、第３導電層）が、それより上層の導電層、最上層の導電層（つまり、第２導電層）と、エッチング速度の異なる材料で形成されている場合には、工程（ｆ）の後に、リッジの上面、側面及びリッジ両側の窒化物半導体層の一部表面上にマスクパターンを形成し、このマスクパターンを用いて最下層の導電層の一部を除去してもよい。
また、工程（ｆ）において、上層の導電層（つまり、第１導電層）の一部のみを除去しその一部が残存している場合には、工程（ｆ）の後に、上述したマスクパターンを用いて最下層の導電層（つまり、第３導電層）の一部又は全部とともに、上層の導電層（つまり、第１導電層）をさらに除去してもよい。
このように、マスクパターンを別途形成して、導電層の一部を除去することにより、最上層の導電層にエッチングダメージを与えずに、空隙をより確実に形成することができる。つまり、空隙のリッジの延長方向への延長をより助長し、かつリッジの両側の窒化物半導体層上に確実に延長させることができる。
【００７１】
ここでの導電層の除去は、結果的に空隙が配置される部位において完全に除去されていてもよいし、薄膜状又は島状等の形態で残存していてもよい。残存する場合の導電層の厚みは、少なくとも、活性層から出射された光の閉じ込め等に対して影響しない程度が許容される。また、後工程におけるアニールによる合金化等によって、光の閉じ込め等に対して影響しない程度に止められる厚みであってもよい。具体的には、材料にもよるが、５〜２０ｎｍ程度が挙げられる。
【００７２】
多層構造の導電層を形成した後、導電層のパターニング（空隙の形成）の後等、任意の段階において、オーミックアニールを行うことが好ましい。例えば、窒素及び／又は酸素含有雰囲気下で、３００℃程度以上、好ましくは５００℃程度以上のアニール条件が適当である。
なお、上述した工程において、導電層を積層構造で形成した場合であっても、アニール後においては、その材料によってはその内の２層以上の層が合金化して、単層構造に変化したり、その内の１層以上が薄膜化又は偏在化することがある。
【００７３】
工程の（ｆ）後の任意の段階で、第１保護膜の上に、第２の保護膜を形成してもよい。
第２の保護膜は、当該分野で公知の方法により形成することができる。
また、任意に、上述したリッジ上に形成した電極の上に、パッド電極２０を形成してもよい。パッド電極は、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｗ等の金属からなる積層体とすることが好ましい。具体的には、パッド電極は、電極側からＷ−Ｐｄ−Ａｕ又はＮｉ−Ｔｉ−Ａｕの順に形成することができる。パッド電極の膜厚は特に限定されないが、最終層のＡｕの膜厚を１００ｎｍ程度以上とすることが好ましい。
【００７４】
さらに、窒化物半導体基板の第１主面上の任意の半導体層上に別の電極を形成してもよいし（図９中、２１参照）、窒化物半導体基板の第２主面に、部分的又は全面に、別の電極を形成してもよい（図１Ａ、図１Ｂ及び図８中、２１参照）。例えば、基板の第２主面側から、Ｖ（膜厚１０ｎｍ）、Ｐｔ（膜厚２００ｎｍ）、Ａｕ（膜厚３００ｎｍ）を形成することができる。この別の電極は、例えば、スパッタ法、ＣＶＤ、蒸着等で形成することができ、好ましくはＶ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｕ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｍｏ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｄ／Ａｌ、Ｔｉ／Ａｌ、Ｃｒ／Ａｕ、Ｗ／Ａｌ、Ｒｈ／Ａｌ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる２層構造〜４層構造である。別の電極の形成には、リフトオフ法を利用することが好ましく、別の電極を形成した後、５００℃程度以上でアニールを行うことが好ましいが、アニールは省略可能である。さらに、この別の電極上に、メタライズ電極を形成してもよい。メタライズ電極は、例えば、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ−（Ａｕ／Ｓｎ）、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ−（Ａｕ／Ｓｉ）、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ−（Ａｕ／Ｇｅ）、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ−Ｉｎ、Ａｕ／Ｓｎ、Ｉｎ、Ａｕ／Ｓｉ、Ａｕ／Ｇｅ等により形成することができる。
【００７５】
（チップの形成）
任意の段階で、好ましくは電極を形成した後、リッジに垂直な方向であって、窒化物半導体層の共振器端面を形成するために、通常、窒化物半導体層を含む基板をバー状に分割する。ここで、共振器端面は、Ｍ面（１−１００）又はＡ面（１１−２０）とすることが好ましい。窒化物半導体層を含む基板をバー状に分割する方法としては、ブレードブレイク、ローラーブレイク又はプレスブレイクがある。
【００７６】
また、共振器端面に、反射ミラーを形成してもよい。反射ミラーはＳｉＯ2、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｎｂ2Ｏ5、ＡｌＮ、Ｔａ２Ｏ５等からなる誘電体多層膜とすることが好ましい。反射ミラーは、共振面の光反射側及び光出射面に形成することが好ましい。劈開によって形成された共振面であれば、反射ミラーを再現性よく形成することができる。また、空隙の端面がミラーによって被覆されていてもよい。これにより、この後の工程やレーザの駆動時に粉塵等が空隙に入り込み、空隙の機能を低下させることを防ぐことができる。
バー状となった窒化物半導体基板は、通常、電極のストライプ方向に平行に分割して、窒化物半導体レーザ素子をチップ化する。
なお、第２の空隙は、第１保護膜の形成時、上述した第１の空隙の形成時、電極のパターニング又はエッチング時などにおいて、これらの形成等と同時に形成することができる。
【００７７】
以下に、本発明の窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
実施例１：窒化物半導体レーザ素子
この実施例のレーザ素子は、５００ｎｍ帯以下で発振する素子であって、図８に示すように、ｎ型ＧａＮからなる基板１０上に、ｎ側半導体層１１として、ＳｉドープＡｌ０．３３Ｇａ０．６７Ｎよりなるｎ側クラッド層（２μｍ）、アンドープＧａＮよりなるｎ側光ガイド層（０．１５μｍ）が形成されている。さらに、活性層１２として、ＳｉドープＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎよりなる障壁層（７ｎｍ）、アンドープＩｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎよりなる井戸層（１０ｎｍ）を２回繰り返した後、ＳｉドープＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎよりなる障壁層（５ｎｍ）が形成されている。この上には、ｐ側半導体層１３として、Ｍｇドープｐ側Ａｌ０．３０Ｇａ０．７０Ｎよりなるｐ側キャップ層（１０ｎｍ）、アンドープＧａＮよりなるｐ側光ガイド層（０．１５μｍ）、アンドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎよりなる層（２．５ｎｍ）とＭｇドープＧａＮよりなる層（２．５ｎｍ）との総膜厚０．６μｍの超格子層よりなるｐ側クラッド層、Ｍｇドープｐ側ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層（１５ｎｍ）が形成されている。
【００７８】
エッチングによりｐ側半導体層の表面には、高さ０．７μｍ程度、幅２μｍ程度のストライプ状のリッジ１４（傾斜角度８０°）が形成されている。
リッジ１４の上面及び肩部を除くｐ側半導体層の表面には、ＺｒＯ2からなる第１保護膜２５が形成されている。
リッジ１４の側面には、それに隣接する位置に空隙２６ｂが形成されている。この空隙２６ｂは、リッジ１４の下側面及びリッジ１４の両側の窒化物半導体層上の一部において、第１保護膜２５を介して、配置している。空隙２６ｂは、リッジ１４の側面においてはその高さＺ（図２Ｂ（ｇ）参照）が１５０ｎｍ程度、リッジ１４の両側の窒化物半導体層上においてはその幅Ｘが４００ｎｍ程度である。
【００７９】
リッジ１４上面からリッジ１４両側の窒化物半導体層上の一部にわたって、電極（２７ｂ及び２８）が形成されている。電極２７ｂは、Ｎｉ膜（例えば、膜厚１０ｎｍ程度）とＡｕ膜（例えば、膜厚１００ｎｍ程度）とがこの順に積層されて形成されており、リッジ１４の側面の一部において、空隙２６ｂによって分断されている。また、電極２８は、Ｐｔ膜（例えば、膜厚１００ｎｍ程度）によって形成されている。この電極（２７ｂ及び２８）上には、ｐ側パッド電極２０が形成されている。
窒化物半導体層の側面及びｎ側半導体層１１の露出表面には、第２保護膜１９が形成されている。
さらに、基板１０の裏面には、ｎ側電極２１が形成されている。
【００８０】
この半導体レーザチップについて、各電極をワイヤーボンディングして、室温でレーザ発振させた。なお、比較例として、後述する半導体レーザの製造方法と基本的には同様であるが、空隙を導入しないように、レーザ素子を形成して、同様に、各電極をワイヤーボンディングして、室温でレーザ発振させた。
その結果、本実施例のレーザ素子は、空隙を有していないものに比較して、駆動電流が１５％程度低下し、長時間にわたって安定した動作電流及び動作電圧を示すことが確認された。
また、その上に配置される電極によるレーザ光吸収を、リッジの延長方向にわたって低減させることができ、発光効率を増大させることができる。
【００８１】
実施例２：窒化物半導体レーザ素子の製造方法
実施例１のレーザ素子は、以下の方法によって製造することができる。
（ａ）窒化物半導体層の形成
まず、ｎ型ＧａＮからなる基板１をＭＯＶＰＥ反応容器内にセットし、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ3）、不純物ガスにシランガス（ＳｉＨ4）を用い、ＳｉをドープしたＡｌ０．３３Ｇａ０．６７Ｎよりなるｎ型クラッド層を成長させる。
続いて、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＧａＮからなるｎ側光ガイド層を成長させる。
【００８２】
次に、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、ＴＭＧ、アンモニア及びシランガスを用い、ＳｉをドープしたＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎよりなる障壁層を成長させた。シランガスを止め、ＴＭＩ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＩｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎよりなる井戸層を成長させる。これを２回繰り返した後、ＴＭＩ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、Ｉｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎよりなる障壁層を成長させて、２ペアの多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる活性層（屈折率：約２．５）を成長させる。ＴＭＩを止め、ＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を流し、Ｍｇをドープしたｐ型Ａｌ０．３０Ｇａ０．７０Ｎよりなるｐ型キャップ層を成長させる。
【００８３】
続いて、Ｃｐ２Ｍｇ、ＴＭＡを止め、アンドープＧａＮよりなるｐ側光ガイド層を成長させる。続いて、アンドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎよりなる層（２．５ｎｍ）とＭｇドープＧａＮよりなる層（２．５ｎｍ）との総膜厚０．６μｍの超格子層よりなるｐ側クラッド層を成長させる。最後に、この上に、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、Ｃｐ２Ｍｇを流し、Ｍｇをドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層を成長させる。
【００８４】
（ｂ）リッジの形成
基板上に窒化物半導体層を積層させたウェハを、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、幅２μｍのストライプからなるＳｉＯ2からなるマスクパターンを形成する。
その後、ＲＩＥを用い、ｐ側クラッド層とｐ側光ガイド層との界面付近までエッチングを行い、ストライプ状のリッジ１４を形成する。また、この同時に、窒化物半導体層をＲＩＥ法によりエッチングして、例えば、ｎ側クラッド層の一部表面を露出させる。
【００８５】
（ｃ）第１保護膜の形成
次に、マスクパターンが残存した状態で、窒化物半導体層の表面にＥＣＲスパッタ装置を用いて、ＺｒＯ2の単層からなる第１保護膜２５を形成する。この第１保護膜２５は、膜厚2００ｎｍで形成する。なお、ここでの成膜条件を変更することにより、以下の工程における第１保護膜の除去の程度を調整することができる。
【００８６】
（ｄ）第１保護膜の除去
リフトオフ法により、ＳｉＯ2からなるマスクパターンとともに、ｐ側コンタクト層上に形成されている第１保護膜２５を除去する。第１保護膜２５の除去は、例えば、ＢＨＦを用いたウェットエッチングによって行うことができ、そのエッチング時間を調整するか、ＢＨＦの濃度を調整するなどにより、第１保護膜２５は、リッジ１４の側面の一部も除去する。
【００８７】
（ｅ）導電層の積層
次に、図４Ａ（ａ）に示すように、リッジ１４を含むｐ側コンタクト層上に、Ｎｉ膜からなる導電層４０とＡｕ膜からなる導電層４１とを、スパッタ法によって積層する。その上に、図４Ａ（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ及びエッチング工程によって、ｐ側電極に相当する領域に開口を有するマスクパターン４２を、レジストにより形成する。
その後、図４Ａ（ｃ）に示すように、マスクパターン４２を含む導電層４０、４１上に、Ｐｔ膜からなる導電層４３を、スパッタ法によって形成し、リフトオフ法によって、Ｐｔ膜からなる導電層４３をパターニングする（図４Ａ（ｄ）参照）。
【００８８】
ここで、図示しないが、リッジ１４の肩部に相当するＰｔ膜からなる導電層４３の一部に開口を有するマスクパターンを形成し、このマスクパターンをマスクとして用いるとともに、王水を用いて、比較的単時間ウェットエッチングすることにより、リッジ１４の肩部に相当する導電層４３に、ギャップ２２を導入する（図５（ａ）参照）。ここでのギャップ２２の導入は、王水の濃度、エッチング時間等を調整することにより、適宜導入することができる。また、この際、マスクパターンの形状を変化させることにより、リッジ１４の基底部に相当する導電層４３に、ギャップ２３を導入してもよい（図５（ｂ）参照）し、リッジの肩部及び基底部の双方に相当する導電層４３にギャップを導入してもよい。
【００８９】
続いて、図４Ａ（ｅ）に示すように、Ｐｔ膜からなる導電層４３をマスクとして、ヨウ素ヨウ化カリウム系溶液をエッチャントとして用いるウェットエッチングによって、Ａｕ膜からなる導電層４１をパターニングする。この際、先に導入された導電層４３のギャップを介して、リッジ１４の肩部から基底部に相当する部位のＡｕ膜からなる導電層４１もともに除去され、その部位に空隙が導入される。
【００９０】
図４Ａ（ｆ）に示すように、フォトリソグラフィ及びエッチング工程によって、Ｐｔ膜からなる導電層４３を被覆するマスクパターン４４を、レジストにより形成する。
このマスクパターン４４をマスクとして利用して、塩酸及び酢酸の混合液からなる塩酸系溶液をエッチャントとして用いるウェットエッチングによって、Ｎｉ膜からなる導電層４０をパターニングし、電極を形成する。ここでのマスクパターン４４は、先に導入された導電層４３のギャップを介してリッジの上面に形成された導電層４０が除去されないように形成される。これにより、マスクパターン４４で被覆されたリッジの上面、リッジの側面、空隙の下部においてはＮｉ膜からなる導電層４０が残存し、マスクパターン４４から露出した部位では、Ｎｉ膜が除去される。
その後、電極の上に、ｐ側電極と電気的に接続したｐ側パッド電極を形成する。
【００９１】
これらの工程の後、オーミック性を確保するために、酸素雰囲気下にて、５００℃程度でアニールを行う。これにより、空隙２６ｂに隣接するＮｉ膜からなる導電層４０の一部又は全部が偏在化し、第１保護膜２５上において島状に配置される部位ができる。また、Ｎｉ膜からなる導電層４０とＡｕからなる導電層４１とが合金化し、部分的又は全体的にこれらが単層構造として配置される。
その後、ｎ側電極をｎ型ＧａＮ基板の裏面に形成する。
【００９２】
このようにして、ｐ及びｎ両電極を形成した後、ＧａＮ基板のＭ面（窒化物半導体を六角柱で表した場合にその六角柱の側面に相当する面）でＧａＮを劈開してウェハをバー状とし、そのバーの劈開面に共振面を作製する。その後、さらに共振面に垂直な方向でバー状のウェハを切断してチップ化する。
なお、上述したＮｉ膜からなる導電層の合金化、変形又は偏在化は、得られたレーザ素子においては、駆動電流、安定した動作電流及び動作電圧の確保、レーザ光の吸収及び発光効率には実質的に影響していないことが確認されており、実施例１のレーザ素子と同様の効果が得られる。
【００９３】
実施例３：窒化物半導体レーザ素子の製造方法
実施例１のレーザ素子は、以下の方法によっても製造することができる。
工程（ａ）窒化物半導体層の形成から工程（ｄ）第１保護膜の除去は、実施例２と同様に行う。
【００９４】
この実施例の製造方法では、工程（ｄ）において第１保護膜の除去によって、リッジの側面に段差部を形成することで、その段差部を利用して、工程（ｅ）において、導電層を積層し、電極を形成する。ここで形成された電極は、リッジの側面の段差部に起因して、導電層４３の一部にギャップが導入されている。
【００９５】
（ｅ）導電層の積層
図６（ａ）に示すように、第１保護膜２５を形成した窒化物半導体層上に、ｐ側電極を形成する領域に開口を有するマスクパターン５２を形成する。
図６（ｂ）に示すように、このマスクパターン５２を含む窒化物半導体層上に、Ｎｉ膜からなる導電層５０、Ａｕ膜からなる導電層５１、Ｐｔ膜からなる導電層５３を、それぞれスパッタ法により形成し、積層する。
【００９６】
図６（ｃ）に示すように、リフトオフ法によってパターニングし、電極を形成する。この際、上述したリッジ側面における段差部を利用することにより、導電層５３の肩部にギャップを導入する。
その後、図示しないが、ヨウ素ヨウ化カリウム系溶液をエッチャントとして用いるウェットエッチングによって、Ａｕ膜からなる導電層５１をエッチングする。これにより、先に導入された導電層５３のギャップを介して、リッジ１４の肩部に相当する部位のＡｕ膜からなる導電層５１もともに除去され、その部位に空隙が導入される。
その後、実施例２と同様に半導体レーザ素子を形成する。得られたレーザ素子は、実施例１のレーザ素子と同様の効果が得られる。
【００９７】
実施例４：窒化物半導体レーザ素子の製造方法
実施例１のレーザ素子は、以下の方法によっても製造することができる。
工程（ａ）窒化物半導体層の形成から工程（ｄ）第１保護膜の除去は、実施例２と同様に行う。
【００９８】
（ｅ）導電層の積層
次に、実施例２と同様に、図４Ｂ（ａ）に示すように、リッジ１４を含むｐ側コンタクト層上に、Ｎｉ膜からなる導電層４０とＡｕ膜からなる導電層４１とを、スパッタ法によって積層する。その上に、図４Ｂ（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ及びエッチング工程によって、ｐ側電極に相当する領域に開口を有するマスクパターン４２を、レジストにより形成する。
その後、図４Ｂ（ｃ）に示すように、マスクパターン４２を含む導電層４０、４１上に、Ｐｔ膜からなる導電層４３を、スパッタ法によって形成し、リフトオフ法によって、Ｐｔ膜からなる導電層４３をパターニングする（図４Ｂ（ｄ）参照）。
その後、実施例２と同様に、マスクパターンを利用して、導電層４３にギャップを導入する。
【００９９】
続いて、図４Ｂ（ｅ）に示すように、ヨウ素ヨウ化カリウム系溶液をエッチャントとして用いるウェットエッチングによって、導電層４３をマスクとして、Ａｕ膜からなる導電層４１をパターニングする。この際、先に導入された導電層４３のギャップを介して、リッジ１４の肩部から基底部に相当する部位のＡｕ膜からなる導電層４１もともに除去され、その部位に空隙２６ｂが導入される。
【０１００】
続いて、図４Ｂ（ｆ）に示すように、塩酸及び酢酸の混合液からなる塩酸系溶液をエッチャントとして用いるウェットエッチングによって、導電層４３及びＡｕ膜からなる導電層４１をマスクとして、Ｎｉ膜からなる導電層４０をパターニングし、電極を形成する 。この際、先に導入された導電層４３のギャップ、リッジ１４の肩部から基底部に相当する部位の空隙２６ｂを介して、空隙２６ｂに隣接するＮｉ膜からなる導電層４０もともに除去され、その部位に空隙２６ｂ’が確保される。
その後、実施例２と同様に半導体レーザ素子を形成する。
なお、このような製造方法では、上述したＮｉ膜からなる導電層は、アニールによって、それと接触するＡｕ膜からなる導電層４１と合金化される。得られたレーザ素子は、実施例１のレーザ素子と同様の効果が得られる。
【０１０１】
実施例５：窒化物半導体レーザ素子の製造方法
実施例１のレーザ素子は、以下の方法によっても製造することができる。
工程（ａ）窒化物半導体層の形成から工程（ｄ）第１保護膜の除去は、実施例２と同様に行う。
この実施例の製造方法では、工程（ｄ）において第１保護膜の除去によって、リッジの側面に段差部を形成することで、その段差部を利用して、工程（ｅ）において、導電層を積層し、電極を形成する。ここで形成された電極は、リッジの側面の段差部に起因して、導電層４３の一部にギャップが導入されている。
その後、実施例２と同様にして、ギャップが導入された導電層４３をマスクとしてＡｕ膜からなる導電層４１をパターニングし、リッジ１４の肩部から基底部に相当する部位のＡｕ膜からなる導電層４１の一部が除去されて、その部位に空隙を形成する。
【０１０２】
続いて図４Ａ（ｆ）に示すように、フォトリソグラフィ及びエッチング工程によって、Ｐｔ膜からなる導電層４３を被覆するマスクパターン４４を、レジストにより形成する。
このマスクパターン４４をマスクとして利用して、塩酸及び酢酸の混合液からなる塩酸系溶液をエッチャントとして用いるウェットエッチングによって、Ｎｉ膜からなる導電層４０をパターニングし、電極を形成する。ここでのマスクパターン４４は、先に導入された導電層４３のギャップを介してリッジの上面に形成された導電層４０が除去されないように形成される。これにより、マスクパターン４４で被覆されたリッジの上面、リッジの側面、空隙の下部においてはＮｉ膜からなる導電層４０が残存し、マスクパターン４４から露出した部位では、Ｎｉ膜が除去される。
その後、実施例２と同様に半導体レーザ素子を形成する。得られたレーザ素子は、実施例１のレーザ素子と同様の効果が得られる。
【０１０３】
実施例６：窒化物半導体レーザ素子の製造方法
この実施例におけるレーザ素子の製造方法では、実施例２における工程（ｅ）導電層の積層において、リッジの肩部に相当するＰｔ膜からなる導電層４３にギャップを導入する際、マスクパターンを形成せずに、リッジの肩部に相当する導電層４３を集中的にスパッタリングし得る条件を設定して、導電層４３をエッチバックすることにより、導電層４３にギャップを導入する以外、実施例２と実質的に同様に製造することができる。得られたレーザ素子は、実施例１のレーザ素子と同様の効果が得られる。
ここでの集中的なスパッタリングは、例えば、Ａｒによるスパッタリング、Ａｒに塩素又は窒素等を混合したガスによるスパッタリングが挙げられる。
【０１０４】
実施例７：窒化物半導体レーザ素子
この実施例のレーザ素子は、図１Ｂに示すように、５００ｎｍ帯以下で発振する素子であって、実施例１と同様の窒化物半導体層の積層構造及びリッジ１４を有している。
リッジ１４の上面を除くｐ側半導体層の表面には、ＺｒＯ2からなる第１保護膜１５が形成されている。
リッジ１４の基底部に対応する位置には、第１保護膜１５を介して空隙１６が配置されている。この空隙１６の幅（図２Ａ（ａ）中のＸ）は、例えば、４００ｎｍであり、高さＨは１１０ｎｍ程度である。
【０１０５】
リッジ１４上面からリッジ１４両側の窒化物半導体層上の一部にわたって、電極（１７及び１８）が形成されている。電極（１７及び１８）は、実施例１と同様の積層構造であり、この電極（１７及び１８）上には、ｐ側パッド電極２０が形成されている。
また、窒化物半導体層の側面及びｎ側半導体層１１の露出表面には、第２保護膜１９が形成されている。
さらに、基板１０裏面にはｎ側電極２１が形成されている。
このような空隙を有する窒化物半導体レーザ素子においても、実施例１と同様の効果を有する。
つまり、その上に配置される電極によるレーザ光吸収を、リッジの延長方向にわたって低減させることができるとともに、駆動電流が１５％程度低下し、長時間にわたって安定した動作電流及び動作電圧を示す。
【０１０６】
実施例８：窒化物半導体レーザ素子の製造方法
実施例７のレーザ素子は、以下の方法によって製造することができる。
第１保護膜の成膜条件を制御することにより、実施例２と実質的に同様にして、図７（ａ）に示すように、リッジ上面を露出する第１保護膜１５を形成し、実施例２と実質的に同様にしてＮｉ膜からなる導電層４０、Ａｕ膜からなる導電層４１を形成する。その上に、図７（ｂ）に示すように、マスクパターン４２を形成する。
その後、図７（ｃ）に示すように、Ｐｔ膜からなる導電層４３を形成し、リフトオフ法によって、導電層４３をパターニングする（図７（ｄ）参照）。
図示しないが、リッジ１４の基底部に相当する部位に開口を有するマスクを形成することにより、導電層４３のリッジ１４の基底部に相当する位置に、図５（ｂ）に示すように、ギャップ２３を導入する。
【０１０７】
続いて、図７（ｅ）に示すように、導電層４３をマスクとして、ヨウ素ヨウ化カリウム系溶液をエッチャントとして用いるウェットエッチングによって、Ａｕ膜からなる導電層４１をパターニングする。この際、先に導入された導電層４３のギャップを介して、リッジ１４の基底部に相当する部位のＡｕ膜からなる導電層４１の一部もともに除去され、その部位に空隙が導入される。
その後、図７（ｆ）に示すように、Ｐｔ膜からなる導電層４３を被覆するマスクパターン４４を形成する。
【０１０８】
このマスクパターン４４をマスクとして利用して、塩酸及び酢酸の混合液からなる塩酸系溶液をエッチャントとして用いるウェットエッチングによって、Ｎｉ膜からなる導電層４０をパターニングし、電極を形成する。ここでのマスクパターン４４は、先に導入された導電層４３のギャップを介してリッジの上面に形成された導電層４０が除去されないように形成される。これにより、マスクパターン４４で被覆されたリッジの上面、リッジの側面、空隙の下部においてはＮｉ膜からなる導電層４０が残存し、マスクパターン４４から露出した部位では、Ｎｉ膜が除去される。
その後、実施例２と同様に半導体レーザ素子を形成する。得られたレーザ素子は、実施例７のレーザ素子と同様の効果が得られる。
【０１０９】
なお、この製造方法においても、オーミック性を確保するためにアニールを行った後には、空隙２６ｂに隣接するＮｉ膜からなる導電層４０の一部又は全部が偏在化し、第１保護膜２５上において島状に配置される部位ができることがある。また、Ｎｉ膜からなる導電層４０とＡｕからなる導電層４１とが合金化し、部分的又は全体的にこれらが単層構造として配置され、図１Ａで表されたような、電極構造を採り得る場合がある。
【０１１０】
実施例９：窒化物半導体レーザ素子及び製造方法
この実施例は、実質的に実施例２の工程（ａ）〜（ｃ）を行い、工程（ｄ）の第１保護膜の除去の際に、ＢＨＦを用いたウェットエッチングの時間を実施例２よりも長くすることにより、例えば、図２Ｂの（ｈ）における第２の空隙１６ａａに相当する空隙を形成することができる。これ以外は実質的に、実施例２と同様に半導体レーザ素子を形成する。得られたレーザ素子は、実施例１のレーザ素子と同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明の窒化物半導体レーザ素子は、光ディスク用途、光通信システム、印刷機、露光用途、測定等に利用することができる。また、特定波長に感度を有する物質に窒化物半導体レーザから得た光を照射することで、その物質の有無または位置を検出することができるバイオ関連の励起用光源等に利用することもできる。
【符号の説明】
【０１１２】
１０ 基板
１１ ｎ側半導体層
１２ 活性層
１３ ｐ側半導体層
１４ リッジ
１５、２５、４５、５５ 第１保護膜
１６、１６ａ、１６ｂ、２６、２６ａ、２６ｂ、２６ｂ’３６、４６、５６ 空隙
１６ａａ、２６ｂｂ 第２の空隙
７、１７、１７ａ、１７ｂ、１８、２７、２７ａ、２７ｂ、２８、３７、３８、４７、４８、５７、５８、６７、７７ 電極
１９ 第２保護膜
２０ パッド電極
２１ ｎ側電極
２２、２３ ギャップ
４０、４３、５０、５１、５３ （Ｎｉ膜からなる）導電層
４１、４３、５０、５１、５３ （Ａｕ膜からなる）導電層
４３、５０、５１、５３ （Ｐｔ膜からなる）導電層
４２、４４、５２ マスクパターン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法に関し、より詳細には、リッジ導波路構造を有した窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体は、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、０≦ｘ＋ｙ≦１）の化合物半導体によって形成されており、これを用いた半導体レーザ素子は、次世代ＤＶＤなどの大容量・高密度の情報記録・再生が可能な光ディスクシステムへの利用、パーソナルコンピュータ等の電子機器への利用、光ネットワークへの利用など、種々の要求が高まりつつある。このため、レーザ素子構造に関して、横モードの好適な制御を可能にする構造、低消費電力化、高出力化、高信頼性、小型化、長寿命化などを図るための種々の構造が提案されている。
特に、リッジ導波路構造を用いるレーザ素子において、横モードの光閉じ込めを制御性及び再現性よく行い、水平横モードを安定化させるために、屈折率の低い保護膜をリッジ側面からその両側に至る埋込膜として用い、リッジ上面で電極と接触させる構造が検討されている。
例えば、リッジの両側に誘電体膜からなる埋込層を形成し、リッジ上面と接触し、かつリッジ側壁からリッジの両側の半導体層表面に埋込膜を介して配置された電極を形成した半導体レーザが提案されている（例えば、特許文献１）。
また、リッジの側方に配置する電極に空隙部を導入することによって、水平横モードを安定化させる方法が提案されている（例えば、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１１１６８９号公報
【特許文献２】特開２００７−１０９８８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、近年のレーザ素子の小型化によって、リッジ幅が縮小しており、リッジ上面のみで電極と接触させる場合には、電極の半導体層への密着性が低減し、連続駆動時に電圧劣化が起こりやすいという問題があった。
また、リッジ上面と接触する電極を、埋込膜を介してリッジの両側の窒化物半導体層の表面に配置する場合には、電極材料によって、半導体層に負荷する応力が大きくなり、連続駆動時に電流劣化しやすく、また、リッジ側面に形成される電極の膜質によっては、光吸収が増加するという問題があった。
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、窒化物半導体レーザ素子の光の閉じ込めを制御しながら、連続駆動時の電流又は電圧劣化を防止することができる窒化物半導体レーザ素子とその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の窒化物半導体レーザ素子は、
基板と、
該基板上に積層され、その表面にリッジを有する窒化物半導体層と、
該窒化物半導体層を被覆する第１保護膜と、
リッジ上及び第１保護膜上に形成された電極とを備えた窒化物半導体レーザ素子であって、
前記第１保護膜は、前記窒化物半導体層の上面からリッジ基底部及びリッジ側面に渡って、前記窒化物半導体層とその一部又は全部が接触して配置されており、
少なくとも前記リッジ基底部において、該第１保護膜と電極とで規定された空隙を備えることを特徴とする。
【０００６】
このような窒化物半導体レーザ素子では、以下の１以上の要件を備えることが好ましい。
（１）前記空隙は、前記リッジの基底部から前記リッジ側面にわたって配置されている、
（２）前記第１保護膜は、前記リッジの側面の一部を露出しており、かつ前記空隙は、前記リッジ基底部から前記リッジ側面に及んで、前記リッジ側面と接触している、
（３）前記第１保護膜は、窒化物半導体層よりも屈折率が小さい、
（４）前記空隙は、前記リッジ延長方向において該リッジに略平行して配置されている、
（５）前記第１保護膜と前記リッジとの間に、第２の空隙が配置されてなる。
【０００７】
また、本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、
（ａ）基板上に、窒化物半導体層を積層し、
（ｂ）該窒化物半導体層上にマスクパターンを形成して、該マスクパターンを利用してリッジを形成し、
（ｃ）前記リッジの両側面、前記マスクパターン上及びリッジ形成後に露出している窒化物半導体層上に第１保護膜を形成し、
（ｄ）少なくとも前記マスクパターン及び該マスクパターン上に存在する第１保護膜を除去し、
（ｅ）前記リッジを含む窒化物半導体層及び第１保護膜上に、組成の異なる２以上の多層膜からなる導電層を積層するとともに、少なくとも最表面の導電層の前記リッジの基底部から肩部に相当する部位に、部分的にギャップを導入し、
（ｆ）前記ギャップを介して導電層の一部を除去して、少なくとも前記リッジ基底部において前記第１保護膜と導電層とで規定された空隙を形成することを含むことを特徴とする。
【０００８】
このような窒化物半導体レーザ素子の製造方法では、以下の１以上の要件を備えることが好ましい。
（１）前記導電層を、第１導電層と、その上に配置する該第１導電層とエッチング速度の異なる第２導電層とによって形成する、
（２）前記導電層を、前記第１導電層の下にさらに、該第１及び第２導電層とエッチング速度の異なる第３導電層を積層することによって形成し、工程（ｆ）の後に、前記リッジの上面、側面及び該リッジ両側の窒化物半導体層の一部表面上にマスクパターンを形成し、該マスクパターンを用いて第３導電層の一部を除去する工程を含む、
（３）前記導電層を、前記第１導電層の下にさらに、該第１及び第２導電層とエッチング速度の異なる第３導電層を積層することによって形成し、工程（ｆ）において、第１導電層の一部を除去して空隙を形成し、さらに、工程（ｆ）の後に、前記リッジの上面、側面及び該リッジ両側の窒化物半導体層の一部表面上にマスクパターンを形成し、該マスクパターンを用いて第1導電層及び第３導電層の一部を除去する工程を含む。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の窒化物半導体レーザ素子によれば、光の閉じ込めを制御しながら、連続駆動時の電流又は電圧劣化を防止し、高効率及び高信頼性の窒化物半導体レーザ素子を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】本発明の窒化物半導体レーザ素子の構造を説明するための概略断面図である。
【図１Ｂ】本発明の別の窒化物半導体レーザ素子の構造を説明するための概略断面図である。
【図２Ａ】本発明の窒化物半導体レーザ素子における空隙の変形例を説明するための要部の概略拡大断面図（ａ）〜（ｅ）である。
【図２Ｂ】本発明の窒化物半導体レーザ素子における空隙の変形例を説明するための要部の概略拡大断面図（ｆ）〜（ｉ）である。
【図３】本発明の窒化物半導体レーザ素子における空隙の変形例を説明するための要部の概略拡大断面図（ａ）〜（ｅ）である。
【図４Ａ】本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための概略断面工程図である。
【図４Ｂ】本発明の窒化物半導体レーザ素子の別の製造方法を説明するための概略断面工程図である。
【図５】本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造方法を説明するための要部の概略断面図（ａ）、（ｂ）である。
【図６】本発明の窒化物半導体レーザ素子の別の製造方法を説明するための概略断面工程図である。
【図７】本発明の窒化物半導体レーザ素子の別の製造方法を説明するための概略断面工程図である。
【図８】本発明の窒化物半導体レーザ素子の構造を説明するための別の概略断面図である。
【図９】本発明の窒化物半導体レーザ素子の構造を説明するための別の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の窒化物半導体レーザ素子は、主として、基板、窒化物半導体層、第１保護膜及び電極を含んで構成される。
例えば、図１Ａに示したように、第１主面と第２主面とを有する基板１０の第１主面上に、窒化物半導体層として、ｎ側半導体層１１、活性層１２、ｐ側半導体層１３がこの順に形成されている。なお、ｎ側及びｐ側半導体層は、逆に配置されていてもよい。窒化物半導体の表面にはリッジ１４が形成されている。このリッジ１４の延長方向に対して略直交する方向の端面には、共振面が形成されている。
【００１２】
リッジ１４の両側面、リッジ１４基底部から、窒化物半導体層であるｐ側半導体層１３の上面には、第１保護膜１５が形成されている。ここでリッジ基底部とは、リッジ１４の側面を含まず、窒化物半導体上面のリッジの外周部分を指す。つまり、第１保護膜１５は、窒化物半導体層上面から、リッジ基底部、リッジ側面に渡って、窒化物半導体層と接触するように配置されている。なお、第１保護膜１５は、窒化物半導体層上面からリッジ基底部、リッジ側面の少なくとも一部において、好ましくは全てにおいて、窒化物半導体層と接触している。
リッジ１４の上面から、両側面、リッジ１４の基底部、さらにｐ側半導体層１３の上面には、電極７が形成されている。この電極７は、リッジ１４上面において窒化物半導体層と接触しており、リッジ側面、基底部及びｐ側半導体層１３上面においては、第１保護膜１５を介して配置されている。ただし、少なくともリッジ基底部には、第１保護膜１５と電極７とで規定された空隙１６を備える。よって、リッジ基底部では、電極７は、第１保護膜１５と空隙１６とを介して、窒化物半導体上に配置されていることになる。この電極７及び上には、通常、ｐ側パッド電極２０が形成されている。
【００１３】
窒化物半導体層の側面及びｎ側半導体層１１の露出表面には、第２保護膜１９が形成されている。
さらに、ｎ側電極２１が、電極７が配置されている基板１０の第１主面側と異なる側に形成されている。
なお、図９に示したように、ｎ側半導体層１１の露出表面にｎ側電極２１が形成されていてもよい。
【００１４】
（空隙１６等）
空隙は、その断面形状が、図２Ａ（ａ）、（ｂ）及び（ｅ）に示すように、少なくとも、第１保護膜１５、２５上のリッジ１４基底部上にあればよい。従って、空隙１６、２６は、少なくともリッジ１４基底部においては、第１保護膜１５、２５と電極（７、１７及び１８、２７及び２８）とで規定されている。言い換えると、リッジ基底部においては、実質的には、下から順に窒化物半導体層、第１保護膜、空隙及び電極の順に配置されている。なお、後述するように、下から順に窒化物半導体層、第１保護膜、電極、空隙及び電極の順に配置されている領域が一部に存在してもよい。
このように、リッジ１４の基底部においては、少なくとも第１保護膜１５、２５を介して、空隙が配置されることにより、その上に配置される電極によるレーザ光吸収を低減させることができる。特に、リッジ側面に成膜された膜質の悪い電極を実質的に除去することにより、電極によるレーザ光吸収をさらに低減させることができる。しかも、第１保護膜と空隙との配置により、適切に光を閉じ込めることができる。
【００１５】
空隙１６、２６の大きさ及び形状は、特に限定されることなく、少なくともリッジ１４基底部に配置するように適宜調整することができる。これによって、第１保護膜とリッジ、電極と第１保護膜などの界面にかかる応力を緩和することが可能となる。その結果、このような応力を効果的に抑制することができ、さらなる寿命特性の向上を図ることができる。
ただし、空隙は、少なくともリッジ基底部における第１保護膜の上に配置されていれば、電極の上に位置していてもよい。つまり、上述したように窒化物半導体層と、第１保護膜と、電極とを備えた窒化物半導体レーザ素子であって、第１保護膜は、窒化物半導体層の上面からリッジ基底部及びリッジ側面に渡って、窒化物半導体層とその一部又は全部が接触して配置されており、かつ、少なくともリッジ基底部において、電極によって規定された空隙を備えていてもよい。
【００１６】
例えば、後述するように電極が積層構造で形成されている場合、空隙の形成方法における条件等により、リッジ基底部における第１保護膜上に成膜された電極材料のうち、第１保護膜に近い側の電極材料が残存し、第１保護膜に遠い側の電極材料が除去された場合など、リッジ基底部の第１保護膜上に、極薄膜の状態で電極が配置された状態となることがある。このような極薄膜の状態の電極は、たとえ第１保護膜上の全体にわたって又は一部において残存し、空隙の下に配置していても、発光層から出射されるレーザ光を吸収することなく、窒化物半導体層への電極による応力を与えることもなく、光閉じ込めに影響することもない。よって、このような形態の空隙の配置は、本発明においては許容される。また、電子顕微鏡観察等の視覚において薄膜状の電極が配置していない場合であっても、ＳＴＥＭ等の元素分析等によっては、電極材料が測定される場合があるが、このような状態での空隙の配置も、同様に許容される。
【００１７】
例えば、第１保護膜１５上のリッジ１４基底部における空隙の大きさは、特に限定されるものではないが、具体的には、空隙の幅（図２Ａ（ａ）中、Ｘ）は、１５０ｎｍ程度〜３０００ｎｍ程度が挙げられ、１５０ｎｍ程度〜１５００ｎｍ程度が好ましく、３００ｎｍ程度〜５００ｎｍ程度がより好ましい。空隙１６の厚み（図２Ａ（ａ）中、Ｈ）は、特に限定されることなく、電極７の厚み、空隙１６の形成方法等によって適宜調整することができる。
【００１８】
また、図２Ａ（ｃ）及び図２Ｂ（ｆ）に示すように、空隙１６ａ、２６ａは、リッジ１４基底部からリッジ１４の側面の一部に配置されていてもよい。この場合、空隙は、リッジ側面において第１保護膜１５を介して配置していてもよい。また、図２Ａ（ｄ）及び図２Ｂ（ｇ）に示すように、空隙１６ｂ、２６ｂは、リッジ１４基底部からリッジ１４側面の全面に及んで配置されていてもよい。この場合、空隙は、リッジ側面において第１保護膜１５を介して配置していてもよいし、第１保護膜１５を介することなく、上側面おいてリッジ側面と直接接触して配置されていてもよい。リッジ１４の側面における空隙の高さは特に限定されるものではなく、リッジ高さから第１保護膜の膜厚を引いた高さと同等以下であればよい。また、これらの空隙は、リッジ１４の基底部から側面まで繋がっていることが好ましい。
【００１９】
なお、後述するように、第１保護膜がリッジの側面（例えば、上側面）の一部を露出して形成されている場合には、図２Ｂ（ｇ）に示すように、空隙２６ｂは、リッジ１４基底部からリッジ１４側面に及び、リッジ１４の上側面で窒化物半導体層と接触していてもよい。つまり、リッジ１４の上側面に隣接して配置していてもよい。
【００２０】
空隙２６ｂ（又は１６ｂ）は、リッジ１４の上面に及んでいてもよいが、リッジ１４と電極２７等との接触面積の低減及び密着性等を考慮すると、リッジ上面に及んでいないことが好ましい。
ここで、空隙２６ｂのリッジ１４側面との接触高さ（図２Ｂ（ｇ）中、Ｚ）は、例えば、リッジ１４高さの１０％程度〜７０％程度が挙げられ、２０％程度〜４０％程度が好ましい。具体的には、リッジ高さが５００ｎｍ程度の場合、空隙の接触高さは、５０ｎｍ〜３５０ｎｍ程度が挙げられ、１００ｎｍ〜２００ｎｍ程度が好ましい。特にこの高さが高いことにより、空隙の大きさの制御が容易となり、光閉じ込めの制御を効果的に行うことができる。
【００２１】
さらに、図３（ａ）に示すように、後述する電極（３７及び３８）の一部が、リッジ１４の側面近傍（例えば、上側面近傍）でギャップＢを有していてもよい。この場合、空隙３６は、ギャップＢにまで及んで広がることとなる。なお、図３（ａ）においては、第１保護膜２５は、リッジ１４の側面を露出しているが、リッジ１４の全側面を被覆していてもよい。
【００２２】
また、図３（ｂ）に示すように、第１保護膜４５がリッジ１４側面の上端において一部接しておらず、その形状が変形していることにより、第１保護膜４５のリッジ１４側面における上端部が、電極（４７及び４８）と一部接触し、これによって、空隙４６が、リッジ１４の側面から窒化物半導体層上までの間において電極４８によって分断されていてもよい。
図３（ｃ）に示すように、第１保護膜５５のリッジ１４側面における形状が上記と同様に変形しており、電極（５７及び５８）の一部が、リッジ１４の側面近傍でギャップを有しているために、空隙５６の一部が幅狭になり、その一部がギャップにまで及んで広がっていてもよい。
【００２３】
これらの空隙は、図示していないが、共振器方向と略平行な方向に延びた形状であることが好ましい。例えば、共振器方向に、１つの連なった空隙であってもよいし、複数の空隙に分割されて存在していてもよい。このような空隙の配置により、上述したように、その上に配置される電極によるレーザ光吸収を、リッジの延長方向にわたって低減させることが可能となる。ただし、共振器方向の全てにおいて配置していなくてもよく、その一部にのみ配置されていればよく、リッジの延長方向において部分的に空隙が存在しない部位が存在してもよい。つまり、図３（ｄ）に示すように、第１保護膜１５がリッジ１４の側面の略全面を被覆し、その上に電極（６７及び１８）が連続して密着し、空隙が形成されないか、図３（ｅ）に示すように、リッジ１４の側面を第１保護膜２５が被覆しないが、その上に配置される電極（７７及び２８）がリッジ１４の露出面及び第１保護膜２５の上に密着し、空隙が形成されない部位が、リッジの延長方向の一部に存在していてもよい。
【００２４】
空隙は、上述した図２Ａ（ａ）〜図２Ｂ（ｉ）及び図３（ａ）〜図３（ｃ）のような形態が、リッジの延長方向において混在していてもよい。この場合、これらの空隙は、例えば、リッジ１４の延長方向において、５０％程度以上配置していることが適しており、８０％程度以上が好ましく、実質的に略全共振器方向に配置しているのがより好ましい。
【００２５】
共振器端面側における空隙の端部は、保護膜等で塞がれるか、埋め込まれていてもよいし、開放状態であってもよい。従って、空隙は必ずしも全ての領域において上述した幅及び高さを有していなくてもよい。また、空隙は、電極とリッジとの間、第１保護膜と電極との間の完全な空間でなくてもよく、上述した応力緩和、光閉じ込め等の種々の効果に悪影響を及ぼさない限り、第１保護膜、窒化物半導体層、マスクとして用いた材料等の膜残り等が存在していてもよい。
【００２６】
このように空隙を配置することにより、その部位に本来存在する電極等によるレーザ光による光吸収を低減させることができる。また、適所における空隙とリッジ（窒化物半導体）との屈折率差により、リッジ内に効率的に光を閉じ込めにも有効に働く。例えば、空隙がエアギャップであった場合、空気は、屈折率が最小（１．０）であるため、リッジの側面に空隙が存在しない（リッジと保護膜の屈折率差により光を閉じ込める）場合と比較して、リッジ内外の屈折率差が大きくなり、リッジ内への光閉じ込めを強くすることができる。しかも、空隙を有することにより、例えば、熱に対して屈折率が変動しやすい材料を第１保護膜に採用したとしても屈折率の変化の影響を受けにくくなるため、安定して横方向の光を閉じ込めることができる。これにより、閾値を低下させることができ、投入電力の低下及び寿命特性の向上を達成することができる。
【００２７】
また、空隙によって、リッジ側面と電極との密着に起因する応力をリッジ又は窒化物半導体層に対して低減することができるために、特に連続駆動時の電流劣化を低減させることが可能となる。
さらに、電極は、リッジ上面のみならず、第１保護膜上にまで及んで配置されるために、第１保護膜が接触している部位では、リッジとの密着性を確保することができ、特に連続駆動時の電圧劣化を低減させることができる。
また、リッジ側面には安定材料による第１保護膜が配置されていることから、リッジ側面の窒化物半導体層の酸化等の変質のおそれが少なく、動作時の特性の安定性を図ることができる。
さらに、発光部からの熱の影響により、空隙に熱がこもるおそれがあるが、発光部から空隙が離れているため、熱の影響を受けにくい。また、空隙が電極と接しているため、リッジ近傍で生じる熱を、電極を介して効率的に放熱することができる。
【００２８】
（窒化物半導体層１１、１２及び１３）
窒化物半導体層としては、一般式ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の半導体層を用いることができる。また、これに加えて、III族元素としてＢが一部に置換されたものを用いてもよいし、Ｖ族元素としてＮの一部をＰ、Ａｓで置換されたものを用いてもよい。ｎ側半導体層は、ｎ型不純物として、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＣｄなどのＩＶ族元素又はＶＩ族元素等のいずれか１つ以上を含有している。また、ｐ側半導体層は、ｐ型不純物として、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｓｒ等を含有している。不純物は、例えば、５×１０16／ｃｍ3〜１×１０21／ｃｍ3程度の濃度範囲で含有されていることが好ましい。
【００２９】
窒化物半導体層は、ｎ側半導体層とｐ側半導体層とに光導波路を構成する光ガイド層を有することで、活性層を挟んだ分離光閉じ込め型構造であるＳＣＨ（Separate Confinement Heterostructure）構造とすることが好ましい。但し、本発明は、これらの構造に限定されるものではない。
活性層は、多重量子井戸構造又は単一量子井戸構造のいずれでもよい。活性層は、後述する第１保護膜よりバンドギャップエネルギーが小さいものであることが好ましい。端面のバンドギャップエネルギーを広げ、言い換えると、共振器面付近の不純物準位を広げ、ウィンドウ構造を形成することにより、ＣＯＤレベルをより向上させることができる。
【００３０】
窒化物半導体層、例えば、ｐ側半導体層の表面に形成されたリッジは、導波路領域として機能する。リッジの幅は１．０μｍ〜５０．０μｍ程度である。さらに、ビーム形状をシングルモードとする場合にはリッジの幅は１．０μｍ〜３．０μｍ程度が好ましい。リッジ高さは、ｐ側半導体層を構成する層の膜厚、材料等によって適宜調整することができ、例えば、０．１〜２μｍが挙げられる。なお、リッジは、共振器方向の長さが１００μｍ〜２０００μｍ程度になるように設定することが好ましい。リッジは、共振器方向においてすべて同じ幅でなくてもよいし、その側面が垂直であっても、テーパー状であってもよい。この場合のテーパー角は６０〜９０°程度が適当である。
【００３１】
窒化物半導体層には、例えば、リッジが延びる方向に、共振器が形成されており、その方向に直交して、一対の共振器面が形成されている。共振器面は、例えば、Ｍ軸、Ａ軸、Ｃ軸及びＲ軸配向が挙げられ、つまり、Ｍ面（１−１００）、Ａ面（１１−２０）、Ｃ面（０００１）又はＲ面（１−１０２）からなる群から選ばれる面であることが好ましい。ここでの共振器面とは、通常、光導波路領域又はＮＦＰに対応する領域を含む領域を意味するが、光導波路領域又はＮＦＰに対応する以外の領域を含んでいてもよい。
【００３２】
（基板１０）
本発明の窒化物半導体レーザ素子における基板は、絶縁性基板であってもよいし、導電性基板であってもよい。絶縁性基板の場合には、窒化物半導体層の一部が厚さ方向に除去されてｎ側半導体層を露出し、その露出面に接触するように後述するｎ電極を配置することができる（図９参照）。導電性基板の場合には、窒化物半導体層が形成された面と反対側の面に接触するようにｎ電極を配置することができる（図１Ａ、図１Ｂ及び図８参照）。
特に、基板は、例えば、第１主面及び／又は第２主面に、０°〜１０°程度のオフ角を有する窒化物半導体基板であることが好ましい。その膜厚は、例えば、５０μｍ〜１ｍｍ程度が挙げられる。
【００３３】
（第１保護膜１５等）
本発明の窒化物半導体レーザ素子では、上述したように、窒化物半導体層の表面及びリッジの側面にわたって、第１保護膜１５が形成されている。つまり、第１保護膜１５は、少なくとも、電極がリッジと直接接触して電気的接続を取る領域における窒化物半導体層上面を露出して、窒化物半導体層の表面に形成されている（図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａ（ａ）〜（ｄ）参照）。また、第１保護膜１５は、リッジ１４の上面に加えて、側面の一部（例えば、上側面）を露出するように形成されていてもよい（図２Ａ（ｅ）、図２Ｂ（ｇ）及び図３（ａ）〜（ｃ）参照）。さらに、第１保護膜１５は、リッジ基底部及びリッジ側面の全部と接触していなくてもよい（この非接触の部位を第２の空隙と称することがある。図２Ｂ（ｈ）の１６ａａ、図２Ｂ（ｉ）の２６ｂｂ参照）。なお、第１保護膜が窒化物半導体層と接触している部位では、両者は良好に密着している。また、リッジ１４の側面に配置された第１保護膜１５は、リッジ１４両側の窒化物半導体層表面に配置された第１保護膜の膜厚よりも薄膜状に形成されていることが好ましい。
【００３４】
第２の空隙は、公知のドライ又はウェットエッチングにより形成することができる。第２の空隙を形成することにより、第１保護膜とリッジとの界面にかかる応力を効果的に抑制することができ、さらなる寿命特性の向上を図ることができる。加えて、この第２の空隙により、光閉じ込めを安定化させることができる。
なお、この第２の空隙の大きさは特に限定されるものではなく、上述した光閉じ込めに有効に作用し、応力緩和に寄与し得る程度であればよく、上述した空隙と同様の大きさにしてもよいし、それよりも幅及び／又は高さ及び／又は容積を小さくしてもよい。
【００３５】
第１保護膜は、通常、窒化物半導体層よりも屈折率が小さな絶縁材料によって形成されている。屈折率は、エリプソメトリーを利用した分光エリプソメータ、具体的には、Ｊ．Ａ．ＷＯＯＬＬＡＭ社製のＨＳ−１９０等を用いて測定することができる。例えば、第１保護膜は、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ａｌ、Ｃｅ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｚｎ等の酸化物、窒化物、酸化窒化物等の絶縁膜又は誘電体膜の単層又は積層構造が挙げられる。なお、第１保護膜の膜質を制御することにより、上述した部位に容易に形成又は加工配置することができる。よって、第１保護膜は、単結晶、多結晶アモルファス、あるいは、部分的にこれらの結晶状態の膜とすることが好ましい。
【００３６】
このように、リッジの下側面から、リッジの両側の窒化物半導体表面にわたって第１保護膜が形成されていることにより、窒化物半導体層、特にｐ側半導体層に対する屈折率差を確保して、活性層からの光の漏れを制御することができ、リッジ内に効率的に光閉じ込めができるとともに、リッジの両側における絶縁性をより確保することができ、リーク電流の発生を回避することができる。
【００３７】
第１保護膜の膜厚は特に限定されるものではないが、その部位によって、例えば、１０〜２０００ｎｍ程度の範囲内、さらに１０〜５００ｎｍの範囲内とすることが適当である。第１保護膜の膜厚を厚くすることにより、より容量を低減させることができる。なお、第１保護膜は、リッジ側面以外の領域においては、均一な膜厚であることが好ましい。これにより、容量の制御がより容易となる。
【００３８】
（電極７、１７及び１８等）
リッジの上面には電極７、１７及び１８等が形成されている。この電極は、リッジ１４の上面と接触して電気的に接続され、リッジ１４の側面においては第１保護膜１５を介して又は一部介さないで、かつ一部空隙１６等を介して、リッジ１４の側面及び窒化物半導体層１３の表面を被覆している。ただし、この電極は、リッジの延長方向の全てにわたってこのような構成を有していなくてもよい。つまり、リッジの延長方向の一部において、リッジ側面を被覆していなくても（分断されていても）よく、リッジ側面の全面に渡って第１保護膜を介して配置されていてもよく、リッジ側面に直接接触して配置していてもよく、第１保護膜との間に空隙を有さなくてもよい。このように、電極が、リッジ側面まで、あるいはリッジの両側の窒化物半導体層上にまで配置されていることにより、リッジ側面に形成された第１保護膜について有効に剥がれを防止することができる。
【００３９】
ここでの電極は、少なくとも、窒化物半導体層といわゆるオーミックコンタクトを取る目的で形成される電極を指し、この電極は、単層であってもよい(例えば、図１Ａ中、７)が、２層以上の積層構造（例えば、図１Ｂ中、１７及び１８）であることが好ましく、３層以上の積層構造（例えば、図４Ａ（ｆ）中、４０、４１及び４３）であることがより好ましい。この場合の積層構造の電極は、全ての層が同一の平面形状をしていなくてもよく、積層構造のうちの１層以上が他の層と異なる平面形状であってもよい。
【００４０】
なお、電極は、上述したように単層であってもよいし、２層以上の積層構造であってもよいが、そのうちの一部の層が明確な層構造を採っていなくてもよい。例えば、２層の導電層を成膜して電極を形成したが、その後の熱処理等によって導電層が合金化、偏在化、変形等して、薄膜状又は島状等に変化していてもよい。
従って、リッジ１４基底部において、電極が第１保護膜とともに空隙を規定する場合には、第１保護膜と、第１保護膜上に島状等に配置する電極と、第１保護膜上に空隙を介して存在する電極等とによって、空隙が規定されることとなる。言い換えると、リッジ基底部においては、部分的に、窒化物半導体層、第１保護膜、電極、空隙及び電極の順に配置されて部位が存在してもよい。
なお、上述したように、空隙が、少なくともリッジ基底部において、電極によって規定されている場合、リッジ基底部における第１保護膜上に極薄膜の状態で電極が配置される場合の極薄膜とは、上述したように、光吸収、窒化物半導体層への応力付与、光閉じ込め等に影響しない程度の厚みである。具体的には、後述する電極材料において、５０ｎｍ程度以下であることが適している。
また、この電極上にパッド電極等が形成されていてもよい。
【００４１】
電極は、例えば、パラジウム、白金、ニッケル、金、チタン、タングステン、銅、銀、亜鉛、錫、インジウム、アルミニウム、イリジウム、ロジウム、ＩＴＯ等の金属又は合金の単層膜又は積層膜により形成することができる。ｐ電極としては、特に、Ｎｉ−Ａｕ（例えば、１０ｎｍ−２００ｎｍ厚等）、Ｎｉ−Ａｕ−Ｐｔ（例えば、１０ｎｍ−１００ｎｍ−１００ｎｍ厚等）、Ｐｄ−Ｐｔ、Ｎｉ−Ｐｔの電極材料等が挙げられる。電極の膜厚は、用いる材料等により適宜調整することができ、例えば、５０〜５００ｎｍ程度が適当である。
【００４２】
（その他の構成）
第１保護膜１５上の一部領域には第２保護膜１９が形成されていることが好ましい。第２保護膜１９は、窒化物半導体層１１、１２及び１３の側面及び／又は基板１０の表面又は側面等をさらに被覆していることが好ましい。第２保護膜１９は、Ｓｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｔａ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｙ、Ｂ、Ｔｉ等の酸化物が挙げられ、なかでもＡｌ２Ｏ３又はＳｉＯ２膜が好ましい。第２保護膜１９は、第１保護膜１５と同様の材料であってもよく、異なる材料であってもよい。これにより、絶縁性のみならず、露出した窒化物半導体層の側面又は表面等を確実に保護することができる。第２保護膜１９は、単層構造及び積層構造のいずれでもよい。具体的には、Ｓｉの酸化物の単層、Ａｌの酸化物の単層、Ｓｉの酸化物とＡｌの酸化物の積層構造等が挙げられる。このような膜が形成されていることにより、第１保護膜をより強固に共振器面に密着させることができる。その結果、安定な動作を確保することができ、ＣＯＤレベルを向上させることができる。
【００４３】
第２保護膜１９の膜厚は、特に限定されるものではなく、例えば、１００〜１０００ｎｍ程度が適当である。さらに好ましくは、第１保護膜と同一材料であることが好ましい。これにより、第１保護膜及び第２保護膜の熱膨張係数が一致するため第１保護膜及び第２保護膜にクラックが発生することを抑制することができる。
【００４４】
（窒化物半導体レーサ素子の製造方法）
本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造方法としては、以下の方法が挙げられる。
（ａ）窒化物半導体層の形成
まず、基板として、例えば、第１主面及び第２主面に０〜１０°程度のオフ角を有する窒化物半導体基板を準備する。
窒化物半導体基板は、ＭＯＣＶＤ法（有機金属化学気相成長法）、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＨＶＰＥ法（ハイドライド気相成長法）、ＭＢＥ法（分子線エピタキシー法）等の気相成長法、超臨界流体中で結晶育成させる水熱合成法、高圧法、フラックス法、溶融法等により形成することができる。また、例えば、特開２００６−２４７０３号公報に例示されている種々の基板等の公知の基板、市販の基板等を用いてもよい。
【００４５】
この窒化物半導体基板の第１主面上に、窒化物半導体層を成長させる。
窒化物半導体層は、ｎ側半導体層、活性層、ｐ側半導体層を、この順に又は逆の順序で形成することが好ましい。
窒化物半導体層の成長方法は、特に限定されないが、ＭＯＣＶＤ、ＭＯＶＰＥ、ＨＶＰＥ、ＭＢＥなど、窒化物半導体の成長方法として知られている全ての方法を好適に用いることができる。特に、ＭＯＣＶＤは結晶性良く成長させることができるので好ましい。具体的には、ＭＯＣＶＤ法等により、減圧〜大気圧の条件で成長させる方法が挙げられる。
【００４６】
ｎ側半導体層は、多層膜で形成することが好ましい。例えば、第１のｎ側半導体層としてはＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．５）、好ましくはＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ≦０．３）である。具体的な成長条件としては、反応炉内での成長温度を１０００℃以上、圧力を６００Ｔｏｒｒ以下が挙げられる。また、第１のｎ側半導体層はクラッド層として機能させることができる。膜厚は０．５〜５μｍ程度が適当である。
第２のｎ側半導体層は、光ガイド層として機能させることができ、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．３）によって形成することができる。膜厚は０．５〜５μｍが適当である。
【００４７】
活性層は、少なくともＩｎを含有している一般式ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０＜ｘ＋ｙ≦１）を有することが好ましい。Ａｌ含有量を高くすることで紫外域の発光が可能となる。また、長波長側の発光も可能であり３６０ｎｍ〜５８０ｎｍまでが発光可能となる。活性層を量子井戸構造で形成することにより、発光効率を向上させることができる。
【００４８】
活性層上にｐ側半導体層を積層する。第１のｐ側半導体層としてはｐ型不純物を含有したＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．５）が挙げられる。
第１のｐ側半導体層はｐ側電子閉じ込め層として機能する。
第２のｐ側半導体層は、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．３）、第３のｐ側半導体層は、ｐ型不純物を含有したＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．５）で形成することができる。第３のｐ側半導体層はＧａＮとＡｌＧａＮとからなる超格子構造であることが好ましく、クラッド層として機能する。
第４のｐ側半導体層は、ｐ型不純物を含有したＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）で形成することができる。これらの半導体層にＩｎを混晶させてもよい。なお、第１のｐ側半導体層、第２のｐ側半導体層は省略可能である。各層の膜厚は、３ｎｍ〜５μｍ程度が適当である。
【００４９】
なお、ｎ側半導体層、ｐ側半導体層は、単一膜構造、多層膜構造又は組成比が互いに異なる２層からなる超格子構造としてもよい。また、多層膜構造又は超格子構造の場合は、ｎ側半導体層及びｐ側半導体層の全ての層が、必ずしも、ｎ型不純物及びｐ型不純物を含有していなくてもよい。
【００５０】
任意に、窒化物半導体層をエッチングして、ｎ側半導体層（例えば、第１のｎ側半導体層等）を露出させてもよい。露出は、例えば、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）法により、Ｃｌ2、ＣＣｌ4、ＢＣｌ3、ＳｉＣｌ4ガス等の塩素系ガスを用いて行うことができる。これによって、応力を緩和させることができる。上述したｎ側半導体層の露出の際に、エッチングによって、共振器面を同時に形成してもよい。ただし、共振器面の形成は、劈開によって、これとは別工程で行ってもよい。
その後の任意の段階で、反応容器内において、得られた基板を窒素雰囲気中、７００℃程度以上の温度でアニールして、ｐ側半導体層を低抵抗化することが好ましい。
【００５１】
（ｂ）リッジの形成
窒化物半導体層上にリッジ形状に対応するマスクパターンを形成し、このマスクパターンを利用して、リッジを形成する。
マスクパターンは、例えば、ＳｉＯ2等の酸化膜、ＳｉＮ等の窒化物を用いて、フォトリソグラフィ及びエッチング工程等の公知の方法を利用して、任意の形状に形成することができる。マスクパターンの膜厚は、リッジが形成された後に、リッジ上に残存するマスクパターンが、後の工程でリフトオフ法により除去することができるような膜厚となることが適当である。例えば、０．１〜５.０μｍ程度が挙げられる。例えば、マスクパターンは、ＣＶＤ装置等を用いて形成することが好ましい。また、ＲＩＥ法等を用いてマスクパターンを任意の形状にエッチングすることが好ましい。エッチングは、ＲＩＥ法を用い、上述した塩素系ガスを用いることが適している。
【００５２】
その後、マスクパターンを利用して、窒化物半導体層表面をエッチングすることによりリッジを形成する。エッチングは、ＲＩＥ法を用い、例えば、上述した塩素系のガスを用いることが適している。エッチングの際の基板温度は、特に限定されないが、低温（例えば、６０〜２００℃程度）とすることが好ましい。
【００５３】
（ｃ）第１保護膜の形成
リッジを含む窒化物半導体層上に第１保護膜を形成する。この場合、上述したリッジの形成の際に用いたマスクパターンをそのまま存在させた状態で、窒化物半導体層上に第１保護膜を形成することが好ましい。
【００５４】
第１保護膜は、当該分野で公知の方法によって形成することができる。例えば、蒸着法、スパッタ法、反応性スパッタ法、ＥＣＲプラズマスパッタ法、マグネトロンスパッタ法、イオンビームアシスト蒸着法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション法、ＣＶＤ法、スプレー法、スピンコート法、ディップ法又はこれらの方法の２種以上を組み合わせる方法、あるいはこれらの方法と熱処理とを組み合わせた方法等、種々の方法を利用することができる。この場合、任意の材料を用いて、任意の膜厚で、単層又は積層構造で形成することができる。
【００５５】
ここでの第１保護膜の成膜方法、成膜条件等を制御するとともに、材料の適切な選択を行うことによって、リッジ側面における膜厚が、リッジ側面以外の領域の窒化物半導体層表面に成膜される膜厚よりも薄膜状となるように形成することが好ましい。
【００５６】
なお、第１保護膜は、リッジの肩部（リッジ側面近傍、つまり、リッジの側面から上面に及ぶ部位）に相当する部位において、リフトオフされやすい膜質の薄膜を配置することが好ましい。この場合、後述する工程によって、容易にリッジ側面を露出させることができる。
例えば、単層の膜を、１回又は２回以上、製造方法又は条件を変化させることにより、組成は同じであるが、膜質及び部位によって膜厚の異なる膜を形成してもよい。具体的には、マグネトロンスパッタ法によって形成した第１保護膜は、ＥＣＲスパッタ法で形成した第１保護膜よりも、エッチング速度を大きくすることができ、特にリッジ側面への成膜厚みの異なる膜を容易に形成することができる。
【００５７】
また、ＥＣＲスパッタ法で形成した第１保護膜は、窒化物半導体層の突出した角部において膜質が悪く、その部分のみリフトオフされやすくなり、このような第１保護膜を利用することができる。
第１保護膜は、窒化物半導体レーザ素子の製造後において、結果的に、窒化物半導体層の上面からリッジ基底部及びリッジ側面の一部において第２の空隙が形成されるように形成してもよい。このような形成方法としては、その膜の一部においてエッチングされやすい膜質を配置する、第１保護膜を形成する前に窒化物半導体表面に部分的な処理を行う、第１保護膜を部分的に処理する、これらを組み合わせるなどの方法が挙げられる。
【００５８】
（ｄ）第１保護膜の除去
少なくともマスクパターン及びマスクパターン上に存在する第１保護膜を除去する。例えば、リッジを形成する際に用いたマスクパターンをリフトオフ法に付することにより、リッジ上面の上方に位置するマスクパターン及びその上の第１保護膜を除去することができる。
【００５９】
この際、リフトオフに用いるエッチャントを選択するか、種類の異なるエッチャントを順次用いるか、エッチャントの濃度を調整するか、エッチング時間を調整することなどにより、マスクパターンと、その直上に存在する第１保護膜とを除去することができる。また、マスクパターンの直上の第１保護膜のみならず、リッジの側面を第１保護膜から露出させるように、第１保護膜を除去してもよい。さらに、上述したように、リッジ側面が薄膜及び／又はリッジ肩部の膜質等を異ならせることなどにより、マスクパターンとその直上に存在する第１保護膜とを除去してもよいし、マスクパターンの直上の第１保護膜のみならず、第１保護膜のリッジ肩部又は側面部に存在する第１保護膜の一部を除去してもよい。また、リフトオフ法を行った後に、別途のエッチングによって、任意にマスクパターンを利用して、リッジ肩部に相当する部位の第１保護膜を除去してもよい。
なお、少なくともリッジの下側面の第１保護膜は除去せずに、リッジの側面の一部を被覆、密着させることが好ましい。これにより、第１保護膜の剥がれを有効に防止することができる。
【００６０】
（ｅ）導電層の積層
得られた窒化物半導体層及び第１保護膜の上に、単層の導電層又は組成の異なる２以上の多層膜からなる導電層を積層する。多層膜からなる導電層を積層する場合には、例えば、所定のエッチング方法及び条件等に応じて、互いに異なるエッチング速度を有する多層膜を選択することが好ましい。この際、少なくとも最表面の導電層であって、そのリッジの基底部から肩部に相当する部位に、部分的にギャップを導入することが適している。
【００６１】
導電層の形成方法は、特に限定されるものではなく、例えば、Ａｕからなる単層構造であれば、Ａｕを５０〜３００ｎｍ程度の膜厚で形成する。例えば、ＮｉとＡｕとからなる２層構造であれば、まず、窒化物半導体層上にＮｉを５〜２０ｎｍ程度の膜厚で形成し、次に、Ａｕを５０〜３００ｎｍ程度の膜厚で形成する。ＡｕとＰｔとからなる２層構造であれば、まず、窒化物半導体層上にＡｕを５０〜２００ｎｍ程度の膜厚で形成し、次に、Ｐｔを５０〜２００ｎｍ程度の膜厚で形成する。また、ｐ電極を３層構造とする場合にはＮｉ−Ａｕ−Ｐｔ又はＮｉ−Ａｕ−Ｐｄの順に形成することが好ましい。例えば、Ｎｉを１０ｎｍ、Ａｕを１００ｎｍ形成し、最表面層となるＰｔ又はＰｄ等を５０〜５００ｎｍ程度で形成する。さらに、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕ等を任意の膜厚で、任意に組み合わせて、任意の位置に、任意の成膜方法で形成してもよい。ただし、導電層を３層以上で形成する場合には、全てが異なるエッチング速度であってもよいが、必ずしも全てが異なるエッチング速度でなくてもよく、少なくとも２つの導電層で組成が異なり及び／又はエッチング速度が異なるものが好ましい。
【００６２】
成膜方法は、当該分野で公知の方法によって形成することができる。例えば、蒸着法、スパッタ法、反応性スパッタ法、ＥＣＲプラズマスパッタ法、マグネトロンスパッタ法、イオンビームアシスト蒸着法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション法、ＣＶＤ法又はこれらの方法の２種以上を組み合わせる方法等、種々の方法を利用することができる。この場合、任意の材料を用いて、任意の膜厚で、任意の条件を選択して形成することが好ましい。
【００６３】
導電層の積層と同時又は連続して、少なくとも最表面の導電層のリッジの基底部から肩部に相当する部位に部分的にギャップを導入する場合、例えば、(i)上述した方法により導電層を積層した後、ギャップに相当する部分に開口を有するマスクパターンを形成して、このマスクパターンを利用してウェット又はドライエッチングする方法が挙げられる。また、(ii)このようなマスクパターンを任意に利用して、部分的に導電層を薄くし得る角度を選択して、導電層をスパッタリングして部分的にギャップを導入してもよい。
【００６４】
さらに、(iii) 上述した導電層の成膜の際に、成膜レートを早くするなどの条件を変更することにより、最上層の導電層を劣膜質に形成してギャップを導入するか、(iv) 最上層の導電層を劣膜質に形成して最上層の導電層を部分的にエッチングしてギャップを導入する方法、(v) 最上層の導電層を成膜する際にその条件又は材料等を選択して、リッジ肩部から基底部に相当する最上層の導電層の部位に、下地である第１保護膜の有無等を利用して、部分的にギャップを導入する方法、(vi) リッジを形成する際に、通常の導電層の成膜方法によって、リッジ肩部から基底部に相当する最上層の導電層の部位に、ギャップが導入できるようなリッジ側面の傾斜角度を調整する方法など、種々の方法を利用することができる。
【００６５】
これらの方法は、用いる装置、条件、材料などによって当該分野で公知のものを利用して実現することができる。これによって、例えば、図５（ａ）及び（ｂ）に示したように、最上層の導電層４３において、複数のギャップ２２、２３を導入することができる。
この場合、例えば、図５（ｂ）に示すように、最上層の導電層４３（又は導電層の最表面）の基底部近傍にのみギャップ２３を導入することにより、後工程において、図２Ａ（ａ）又は図２A（ｂ）及び図２A（ｅ）に示した位置に空隙を形成することができる。
また、図５（ａ）に示すように、最上層の導電層４３の肩部近傍にもギャップ２２を導入することにより、後工程において、図２Ａ（ｃ）、図２A（ｄ）、図２B（ｆ）及び図２B（ｇ）に示した位置に空隙を形成することができる。
この場合のギャップの大きさ及び密度は特に限定されるものではないが、最終的に電極として機能し得る程度の厚み及び成膜面積を有していることが好ましい。なお、このようなギャップを導入する成膜方法は、最上層のみならず、下層に配置する導電層の成膜に利用してもよい。
【００６６】
リッジ上面に接触する電極は、上述した導電層の積層によって形成される。この場合の電極形成方法としては、公知の方法のいずれを利用してもよい。例えば、積層構造の導電層のうちの最上層以外の導電層を形成し、その後、電極形成部分にのみ開口を有するリフトオフ用パターンを形成し、その上に最上層の導電層を形成してリフトオフ法に付す方法が挙げられる。これにより、最上層を所望の形状の電極にパターニングし、このパターニングした電極をマスクとして利用して、さらに下層の導電層をパターニングして、所望の形状の電極を形成することができる。
また、導電層を形成する前に、電極形成部分にのみ開口を有するリフトオフ用パターンを形成し、その上に積層構造の導電層を形成し、その後、積層構造の導電層をリフトオフ法に付すことにより、所望の形状の電極を形成する方法を利用してもよい。
【００６７】
従って、上述した積層構造の導電層を形成してその最上層にギャップを形成する方法を、上述した電極形成方法と適宜組み合わせて、積層構造の導電層を所望の電極にパターニングすることが好ましい。
【００６８】
（ｆ）空隙の形成
上述した導電層の最上層（又は最表面）のギャップを利用して、単層の導電層では内側の一部、積層構造の導電層では、それよりも下層に位置する導電層の一部を除去する。これにより、少なくともリッジ基底部において、第１保護膜と導電層とで規定された空隙を形成することができる。
このような導電層の一部の除去は、公知のドライ又はウェットエッチングにより行うことができる。例えば、ＨＦ（フッ酸）溶液、ＢＨＦ（バッファードフッ酸）溶液、塩酸と酢酸等との混合液等の塩酸系溶液、硝酸系又は熱濃硫酸系等の酸化作用のある溶液、王水、ヨウ素ヨウ化カリウム系溶液等の１種又は２種以上を混合して又は２種以上を順次用いたウェットエッチング、リフトオフ法、あるいは、塩素系ガス等を用いたドライエッチング等により行うことが適当である。この際、上述したように最上層（又は最表面）の導電層におけるギャップを利用するとともに、その下層の導電層の材料、膜厚、積層構造、成膜方法、エッチング方法、エッチャントの種類、エッチャントの濃度、エッチング時間等の種々の条件を適宜調整することにより、リッジの側面の一部に隣接する空隙を形成するようにエッチングする。
【００６９】
第１保護膜がリッジ側面を露出せずに残存した場合、そのまま次工程を行ってもよいが、第１保護膜の材料、膜質、膜厚、上述した下層の導電層の材料等を適宜選択することにより、この導電層の除去と同時に、第１保護膜のリッジ側面の一部を露出するように、第１保護膜を除去してもよい。この段階で、リッジの傾斜角度、エッチャントの種類、濃度、処理（浸潰）時間等の種々のパラメータを調整することによって、空隙の形状及び大きさを調整することができる。具体的には、下層にＮｉが含まれている場合には、Ｎｉは、塩酸と酢酸等との混合液のような塩酸系溶液等でエッチングすることができ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇは硝酸系又は熱濃硫酸系の溶液等でエッチングすることができ、Ｐｔは王水等、Ａｕはヨウ素ヨウ化カリウム系又は王水等でエッチングすることができる。従って、これらの材料の選択及び積層順序並びにエッチャントを適宜選択する方法が好ましい。
【００７０】
なお、導電層が、３層構造以上の積層構造を有している場合であって、例えば、最下層の導電層（つまり、第３導電層）が、それより上層の導電層、最上層の導電層（つまり、第２導電層）と、エッチング速度の異なる材料で形成されている場合には、工程（ｆ）の後に、リッジの上面、側面及びリッジ両側の窒化物半導体層の一部表面上にマスクパターンを形成し、このマスクパターンを用いて最下層の導電層の一部を除去してもよい。
また、工程（ｆ）において、上層の導電層（つまり、第１導電層）の一部のみを除去しその一部が残存している場合には、工程（ｆ）の後に、上述したマスクパターンを用いて最下層の導電層（つまり、第３導電層）の一部又は全部とともに、上層の導電層（つまり、第１導電層）をさらに除去してもよい。
このように、マスクパターンを別途形成して、導電層の一部を除去することにより、最上層の導電層にエッチングダメージを与えずに、空隙をより確実に形成することができる。つまり、空隙のリッジの延長方向への延長をより助長し、かつリッジの両側の窒化物半導体層上に確実に延長させることができる。
【００７１】
ここでの導電層の除去は、結果的に空隙が配置される部位において完全に除去されていてもよいし、薄膜状又は島状等の形態で残存していてもよい。残存する場合の導電層の厚みは、少なくとも、活性層から出射された光の閉じ込め等に対して影響しない程度が許容される。また、後工程におけるアニールによる合金化等によって、光の閉じ込め等に対して影響しない程度に止められる厚みであってもよい。具体的には、材料にもよるが、５〜２０ｎｍ程度が挙げられる。
【００７２】
多層構造の導電層を形成した後、導電層のパターニング（空隙の形成）の後等、任意の段階において、オーミックアニールを行うことが好ましい。例えば、窒素及び／又は酸素含有雰囲気下で、３００℃程度以上、好ましくは５００℃程度以上のアニール条件が適当である。
なお、上述した工程において、導電層を積層構造で形成した場合であっても、アニール後においては、その材料によってはその内の２層以上の層が合金化して、単層構造に変化したり、その内の１層以上が薄膜化又は偏在化することがある。
【００７３】
工程の（ｆ）後の任意の段階で、第１保護膜の上に、第２の保護膜を形成してもよい。
第２の保護膜は、当該分野で公知の方法により形成することができる。
また、任意に、上述したリッジ上に形成した電極の上に、パッド電極２０を形成してもよい。パッド電極は、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｗ等の金属からなる積層体とすることが好ましい。具体的には、パッド電極は、電極側からＷ−Ｐｄ−Ａｕ又はＮｉ−Ｔｉ−Ａｕの順に形成することができる。パッド電極の膜厚は特に限定されないが、最終層のＡｕの膜厚を１００ｎｍ程度以上とすることが好ましい。
【００７４】
さらに、窒化物半導体基板の第１主面上の任意の半導体層上に別の電極を形成してもよいし（図９中、２１参照）、窒化物半導体基板の第２主面に、部分的又は全面に、別の電極を形成してもよい（図１Ａ、図１Ｂ及び図８中、２１参照）。例えば、基板の第２主面側から、Ｖ（膜厚１０ｎｍ）、Ｐｔ（膜厚２００ｎｍ）、Ａｕ（膜厚３００ｎｍ）を形成することができる。この別の電極は、例えば、スパッタ法、ＣＶＤ、蒸着等で形成することができ、好ましくはＶ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｕ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｍｏ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｄ／Ａｌ、Ｔｉ／Ａｌ、Ｃｒ／Ａｕ、Ｗ／Ａｌ、Ｒｈ／Ａｌ、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕからなる２層構造〜４層構造である。別の電極の形成には、リフトオフ法を利用することが好ましく、別の電極を形成した後、５００℃程度以上でアニールを行うことが好ましいが、アニールは省略可能である。さらに、この別の電極上に、メタライズ電極を形成してもよい。メタライズ電極は、例えば、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ−（Ａｕ／Ｓｎ）、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ−（Ａｕ／Ｓｉ）、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ−（Ａｕ／Ｇｅ）、Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ−Ｉｎ、Ａｕ／Ｓｎ、Ｉｎ、Ａｕ／Ｓｉ、Ａｕ／Ｇｅ等により形成することができる。
【００７５】
（チップの形成）
任意の段階で、好ましくは電極を形成した後、リッジに垂直な方向であって、窒化物半導体層の共振器端面を形成するために、通常、窒化物半導体層を含む基板をバー状に分割する。ここで、共振器端面は、Ｍ面（１−１００）又はＡ面（１１−２０）とすることが好ましい。窒化物半導体層を含む基板をバー状に分割する方法としては、ブレードブレイク、ローラーブレイク又はプレスブレイクがある。
【００７６】
また、共振器端面に、反射ミラーを形成してもよい。反射ミラーはＳｉＯ2、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｎｂ2Ｏ5、ＡｌＮ、Ｔａ２Ｏ５等からなる誘電体多層膜とすることが好ましい。反射ミラーは、共振面の光反射側及び光出射面に形成することが好ましい。劈開によって形成された共振面であれば、反射ミラーを再現性よく形成することができる。また、空隙の端面がミラーによって被覆されていてもよい。これにより、この後の工程やレーザの駆動時に粉塵等が空隙に入り込み、空隙の機能を低下させることを防ぐことができる。
バー状となった窒化物半導体基板は、通常、電極のストライプ方向に平行に分割して、窒化物半導体レーザ素子をチップ化する。
なお、第２の空隙は、第１保護膜の形成時、上述した第１の空隙の形成時、電極のパターニング又はエッチング時などにおいて、これらの形成等と同時に形成することができる。
【００７７】
以下に、本発明の窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
実施例１：窒化物半導体レーザ素子
この実施例のレーザ素子は、５００ｎｍ帯以下で発振する素子であって、図８に示すように、ｎ型ＧａＮからなる基板１０上に、ｎ側半導体層１１として、ＳｉドープＡｌ０．３３Ｇａ０．６７Ｎよりなるｎ側クラッド層（２μｍ）、アンドープＧａＮよりなるｎ側光ガイド層（０．１５μｍ）が形成されている。さらに、活性層１２として、ＳｉドープＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎよりなる障壁層（７ｎｍ）、アンドープＩｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎよりなる井戸層（１０ｎｍ）を２回繰り返した後、ＳｉドープＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎよりなる障壁層（５ｎｍ）が形成されている。この上には、ｐ側半導体層１３として、Ｍｇドープｐ側Ａｌ０．３０Ｇａ０．７０Ｎよりなるｐ側キャップ層（１０ｎｍ）、アンドープＧａＮよりなるｐ側光ガイド層（０．１５μｍ）、アンドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎよりなる層（２．５ｎｍ）とＭｇドープＧａＮよりなる層（２．５ｎｍ）との総膜厚０．６μｍの超格子層よりなるｐ側クラッド層、Ｍｇドープｐ側ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層（１５ｎｍ）が形成されている。
【００７８】
エッチングによりｐ側半導体層の表面には、高さ０．７μｍ程度、幅２μｍ程度のストライプ状のリッジ１４（傾斜角度８０°）が形成されている。
リッジ１４の上面及び肩部を除くｐ側半導体層の表面には、ＺｒＯ2からなる第１保護膜２５が形成されている。
リッジ１４の側面には、それに隣接する位置に空隙２６ｂが形成されている。この空隙２６ｂは、リッジ１４の下側面及びリッジ１４の両側の窒化物半導体層上の一部において、第１保護膜２５を介して、配置している。空隙２６ｂは、リッジ１４の側面においてはその高さＺ（図２Ｂ（ｇ）参照）が１５０ｎｍ程度、リッジ１４の両側の窒化物半導体層上においてはその幅Ｘが４００ｎｍ程度である。
【００７９】
リッジ１４上面からリッジ１４両側の窒化物半導体層上の一部にわたって、電極（２７ｂ及び２８）が形成されている。電極２７ｂは、Ｎｉ膜（例えば、膜厚１０ｎｍ程度）とＡｕ膜（例えば、膜厚１００ｎｍ程度）とがこの順に積層されて形成されており、リッジ１４の側面の一部において、空隙２６ｂによって分断されている。また、電極２８は、Ｐｔ膜（例えば、膜厚１００ｎｍ程度）によって形成されている。この電極（２７ｂ及び２８）上には、ｐ側パッド電極２０が形成されている。
窒化物半導体層の側面及びｎ側半導体層１１の露出表面には、第２保護膜１９が形成されている。
さらに、基板１０の裏面には、ｎ側電極２１が形成されている。
【００８０】
この半導体レーザチップについて、各電極をワイヤーボンディングして、室温でレーザ発振させた。なお、比較例として、後述する半導体レーザの製造方法と基本的には同様であるが、空隙を導入しないように、レーザ素子を形成して、同様に、各電極をワイヤーボンディングして、室温でレーザ発振させた。
その結果、本実施例のレーザ素子は、空隙を有していないものに比較して、駆動電流が１５％程度低下し、長時間にわたって安定した動作電流及び動作電圧を示すことが確認された。
また、その上に配置される電極によるレーザ光吸収を、リッジの延長方向にわたって低減させることができ、発光効率を増大させることができる。
【００８１】
実施例２：窒化物半導体レーザ素子の製造方法
実施例１のレーザ素子は、以下の方法によって製造することができる。
（ａ）窒化物半導体層の形成
まず、ｎ型ＧａＮからなる基板１をＭＯＶＰＥ反応容器内にセットし、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ3）、不純物ガスにシランガス（ＳｉＨ4）を用い、ＳｉをドープしたＡｌ０．３３Ｇａ０．６７Ｎよりなるｎ型クラッド層を成長させる。
続いて、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＧａＮからなるｎ側光ガイド層を成長させる。
【００８２】
次に、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、ＴＭＧ、アンモニア及びシランガスを用い、ＳｉをドープしたＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎよりなる障壁層を成長させた。シランガスを止め、ＴＭＩ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＩｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎよりなる井戸層を成長させる。これを２回繰り返した後、ＴＭＩ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、Ｉｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎよりなる障壁層を成長させて、２ペアの多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる活性層（屈折率：約２．５）を成長させる。ＴＭＩを止め、ＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を流し、Ｍｇをドープしたｐ型Ａｌ０．３０Ｇａ０．７０Ｎよりなるｐ型キャップ層を成長させる。
【００８３】
続いて、Ｃｐ２Ｍｇ、ＴＭＡを止め、アンドープＧａＮよりなるｐ側光ガイド層を成長させる。続いて、アンドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎよりなる層（２．５ｎｍ）とＭｇドープＧａＮよりなる層（２．５ｎｍ）との総膜厚０．６μｍの超格子層よりなるｐ側クラッド層を成長させる。最後に、この上に、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、Ｃｐ２Ｍｇを流し、Ｍｇをドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層を成長させる。
【００８４】
（ｂ）リッジの形成
基板上に窒化物半導体層を積層させたウェハを、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、幅２μｍのストライプからなるＳｉＯ2からなるマスクパターンを形成する。
その後、ＲＩＥを用い、ｐ側クラッド層とｐ側光ガイド層との界面付近までエッチングを行い、ストライプ状のリッジ１４を形成する。また、この同時に、窒化物半導体層をＲＩＥ法によりエッチングして、例えば、ｎ側クラッド層の一部表面を露出させる。
【００８５】
（ｃ）第１保護膜の形成
次に、マスクパターンが残存した状態で、窒化物半導体層の表面にＥＣＲスパッタ装置を用いて、ＺｒＯ2の単層からなる第１保護膜２５を形成する。この第１保護膜２５は、膜厚2００ｎｍで形成する。なお、ここでの成膜条件を変更することにより、以下の工程における第１保護膜の除去の程度を調整することができる。
【００８６】
（ｄ）第１保護膜の除去
リフトオフ法により、ＳｉＯ2からなるマスクパターンとともに、ｐ側コンタクト層上に形成されている第１保護膜２５を除去する。第１保護膜２５の除去は、例えば、ＢＨＦを用いたウェットエッチングによって行うことができ、そのエッチング時間を調整するか、ＢＨＦの濃度を調整するなどにより、第１保護膜２５は、リッジ１４の側面の一部も除去する。
【００８７】
（ｅ）導電層の積層
次に、図４Ａ（ａ）に示すように、リッジ１４を含むｐ側コンタクト層上に、Ｎｉ膜からなる導電層４０とＡｕ膜からなる導電層４１とを、スパッタ法によって積層する。その上に、図４Ａ（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ及びエッチング工程によって、ｐ側電極に相当する領域に開口を有するマスクパターン４２を、レジストにより形成する。
その後、図４Ａ（ｃ）に示すように、マスクパターン４２を含む導電層４０、４１上に、Ｐｔ膜からなる導電層４３を、スパッタ法によって形成し、リフトオフ法によって、Ｐｔ膜からなる導電層４３をパターニングする（図４Ａ（ｄ）参照）。
【００８８】
ここで、図示しないが、リッジ１４の肩部に相当するＰｔ膜からなる導電層４３の一部に開口を有するマスクパターンを形成し、このマスクパターンをマスクとして用いるとともに、王水を用いて、比較的単時間ウェットエッチングすることにより、リッジ１４の肩部に相当する導電層４３に、ギャップ２２を導入する（図５（ａ）参照）。ここでのギャップ２２の導入は、王水の濃度、エッチング時間等を調整することにより、適宜導入することができる。また、この際、マスクパターンの形状を変化させることにより、リッジ１４の基底部に相当する導電層４３に、ギャップ２３を導入してもよい（図５（ｂ）参照）し、リッジの肩部及び基底部の双方に相当する導電層４３にギャップを導入してもよい。
【００８９】
続いて、図４Ａ（ｅ）に示すように、Ｐｔ膜からなる導電層４３をマスクとして、ヨウ素ヨウ化カリウム系溶液をエッチャントとして用いるウェットエッチングによって、Ａｕ膜からなる導電層４１をパターニングする。この際、先に導入された導電層４３のギャップを介して、リッジ１４の肩部から基底部に相当する部位のＡｕ膜からなる導電層４１もともに除去され、その部位に空隙が導入される。
【００９０】
図４Ａ（ｆ）に示すように、フォトリソグラフィ及びエッチング工程によって、Ｐｔ膜からなる導電層４３を被覆するマスクパターン４４を、レジストにより形成する。
このマスクパターン４４をマスクとして利用して、塩酸及び酢酸の混合液からなる塩酸系溶液をエッチャントとして用いるウェットエッチングによって、Ｎｉ膜からなる導電層４０をパターニングし、電極を形成する。ここでのマスクパターン４４は、先に導入された導電層４３のギャップを介してリッジの上面に形成された導電層４０が除去されないように形成される。これにより、マスクパターン４４で被覆されたリッジの上面、リッジの側面、空隙の下部においてはＮｉ膜からなる導電層４０が残存し、マスクパターン４４から露出した部位では、Ｎｉ膜が除去される。
その後、電極の上に、ｐ側電極と電気的に接続したｐ側パッド電極を形成する。
【００９１】
これらの工程の後、オーミック性を確保するために、酸素雰囲気下にて、５００℃程度でアニールを行う。これにより、空隙２６ｂに隣接するＮｉ膜からなる導電層４０の一部又は全部が偏在化し、第１保護膜２５上において島状に配置される部位ができる。また、Ｎｉ膜からなる導電層４０とＡｕからなる導電層４１とが合金化し、部分的又は全体的にこれらが単層構造として配置される。
その後、ｎ側電極をｎ型ＧａＮ基板の裏面に形成する。
【００９２】
このようにして、ｐ及びｎ両電極を形成した後、ＧａＮ基板のＭ面（窒化物半導体を六角柱で表した場合にその六角柱の側面に相当する面）でＧａＮを劈開してウェハをバー状とし、そのバーの劈開面に共振面を作製する。その後、さらに共振面に垂直な方向でバー状のウェハを切断してチップ化する。
なお、上述したＮｉ膜からなる導電層の合金化、変形又は偏在化は、得られたレーザ素子においては、駆動電流、安定した動作電流及び動作電圧の確保、レーザ光の吸収及び発光効率には実質的に影響していないことが確認されており、実施例１のレーザ素子と同様の効果が得られる。
【００９３】
実施例３：窒化物半導体レーザ素子の製造方法
実施例１のレーザ素子は、以下の方法によっても製造することができる。
工程（ａ）窒化物半導体層の形成から工程（ｄ）第１保護膜の除去は、実施例２と同様に行う。
【００９４】
この実施例の製造方法では、工程（ｄ）において第１保護膜の除去によって、リッジの側面に段差部を形成することで、その段差部を利用して、工程（ｅ）において、導電層を積層し、電極を形成する。ここで形成された電極は、リッジの側面の段差部に起因して、導電層４３の一部にギャップが導入されている。
【００９５】
（ｅ）導電層の積層
図６（ａ）に示すように、第１保護膜２５を形成した窒化物半導体層上に、ｐ側電極を形成する領域に開口を有するマスクパターン５２を形成する。
図６（ｂ）に示すように、このマスクパターン５２を含む窒化物半導体層上に、Ｎｉ膜からなる導電層５０、Ａｕ膜からなる導電層５１、Ｐｔ膜からなる導電層５３を、それぞれスパッタ法により形成し、積層する。
【００９６】
図６（ｃ）に示すように、リフトオフ法によってパターニングし、電極を形成する。この際、上述したリッジ側面における段差部を利用することにより、導電層５３の肩部にギャップを導入する。
その後、図示しないが、ヨウ素ヨウ化カリウム系溶液をエッチャントとして用いるウェットエッチングによって、Ａｕ膜からなる導電層５１をエッチングする。これにより、先に導入された導電層５３のギャップを介して、リッジ１４の肩部に相当する部位のＡｕ膜からなる導電層５１もともに除去され、その部位に空隙が導入される。
その後、実施例２と同様に半導体レーザ素子を形成する。得られたレーザ素子は、実施例１のレーザ素子と同様の効果が得られる。
【００９７】
実施例４：窒化物半導体レーザ素子の製造方法
実施例１のレーザ素子は、以下の方法によっても製造することができる。
工程（ａ）窒化物半導体層の形成から工程（ｄ）第１保護膜の除去は、実施例２と同様に行う。
【００９８】
（ｅ）導電層の積層
次に、実施例２と同様に、図４Ｂ（ａ）に示すように、リッジ１４を含むｐ側コンタクト層上に、Ｎｉ膜からなる導電層４０とＡｕ膜からなる導電層４１とを、スパッタ法によって積層する。その上に、図４Ｂ（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィ及びエッチング工程によって、ｐ側電極に相当する領域に開口を有するマスクパターン４２を、レジストにより形成する。
その後、図４Ｂ（ｃ）に示すように、マスクパターン４２を含む導電層４０、４１上に、Ｐｔ膜からなる導電層４３を、スパッタ法によって形成し、リフトオフ法によって、Ｐｔ膜からなる導電層４３をパターニングする（図４Ｂ（ｄ）参照）。
その後、実施例２と同様に、マスクパターンを利用して、導電層４３にギャップを導入する。
【００９９】
続いて、図４Ｂ（ｅ）に示すように、ヨウ素ヨウ化カリウム系溶液をエッチャントとして用いるウェットエッチングによって、導電層４３をマスクとして、Ａｕ膜からなる導電層４１をパターニングする。この際、先に導入された導電層４３のギャップを介して、リッジ１４の肩部から基底部に相当する部位のＡｕ膜からなる導電層４１もともに除去され、その部位に空隙２６ｂが導入される。
【０１００】
続いて、図４Ｂ（ｆ）に示すように、塩酸及び酢酸の混合液からなる塩酸系溶液をエッチャントとして用いるウェットエッチングによって、導電層４３及びＡｕ膜からなる導電層４１をマスクとして、Ｎｉ膜からなる導電層４０をパターニングし、電極を形成する 。この際、先に導入された導電層４３のギャップ、リッジ１４の肩部から基底部に相当する部位の空隙２６ｂを介して、空隙２６ｂに隣接するＮｉ膜からなる導電層４０もともに除去され、その部位に空隙２６ｂ’が確保される。
その後、実施例２と同様に半導体レーザ素子を形成する。
なお、このような製造方法では、上述したＮｉ膜からなる導電層は、アニールによって、それと接触するＡｕ膜からなる導電層４１と合金化される。得られたレーザ素子は、実施例１のレーザ素子と同様の効果が得られる。
【０１０１】
実施例５：窒化物半導体レーザ素子の製造方法
実施例１のレーザ素子は、以下の方法によっても製造することができる。
工程（ａ）窒化物半導体層の形成から工程（ｄ）第１保護膜の除去は、実施例２と同様に行う。
この実施例の製造方法では、工程（ｄ）において第１保護膜の除去によって、リッジの側面に段差部を形成することで、その段差部を利用して、工程（ｅ）において、導電層を積層し、電極を形成する。ここで形成された電極は、リッジの側面の段差部に起因して、導電層４３の一部にギャップが導入されている。
その後、実施例２と同様にして、ギャップが導入された導電層４３をマスクとしてＡｕ膜からなる導電層４１をパターニングし、リッジ１４の肩部から基底部に相当する部位のＡｕ膜からなる導電層４１の一部が除去されて、その部位に空隙を形成する。
【０１０２】
続いて図４Ａ（ｆ）に示すように、フォトリソグラフィ及びエッチング工程によって、Ｐｔ膜からなる導電層４３を被覆するマスクパターン４４を、レジストにより形成する。
このマスクパターン４４をマスクとして利用して、塩酸及び酢酸の混合液からなる塩酸系溶液をエッチャントとして用いるウェットエッチングによって、Ｎｉ膜からなる導電層４０をパターニングし、電極を形成する。ここでのマスクパターン４４は、先に導入された導電層４３のギャップを介してリッジの上面に形成された導電層４０が除去されないように形成される。これにより、マスクパターン４４で被覆されたリッジの上面、リッジの側面、空隙の下部においてはＮｉ膜からなる導電層４０が残存し、マスクパターン４４から露出した部位では、Ｎｉ膜が除去される。
その後、実施例２と同様に半導体レーザ素子を形成する。得られたレーザ素子は、実施例１のレーザ素子と同様の効果が得られる。
【０１０３】
実施例６：窒化物半導体レーザ素子の製造方法
この実施例におけるレーザ素子の製造方法では、実施例２における工程（ｅ）導電層の積層において、リッジの肩部に相当するＰｔ膜からなる導電層４３にギャップを導入する際、マスクパターンを形成せずに、リッジの肩部に相当する導電層４３を集中的にスパッタリングし得る条件を設定して、導電層４３をエッチバックすることにより、導電層４３にギャップを導入する以外、実施例２と実質的に同様に製造することができる。得られたレーザ素子は、実施例１のレーザ素子と同様の効果が得られる。
ここでの集中的なスパッタリングは、例えば、Ａｒによるスパッタリング、Ａｒに塩素又は窒素等を混合したガスによるスパッタリングが挙げられる。
【０１０４】
実施例７：窒化物半導体レーザ素子
この実施例のレーザ素子は、図１Ｂに示すように、５００ｎｍ帯以下で発振する素子であって、実施例１と同様の窒化物半導体層の積層構造及びリッジ１４を有している。
リッジ１４の上面を除くｐ側半導体層の表面には、ＺｒＯ2からなる第１保護膜１５が形成されている。
リッジ１４の基底部に対応する位置には、第１保護膜１５を介して空隙１６が配置されている。この空隙１６の幅（図２Ａ（ａ）中のＸ）は、例えば、４００ｎｍであり、高さＨは１１０ｎｍ程度である。
【０１０５】
リッジ１４上面からリッジ１４両側の窒化物半導体層上の一部にわたって、電極（１７及び１８）が形成されている。電極（１７及び１８）は、実施例１と同様の積層構造であり、この電極（１７及び１８）上には、ｐ側パッド電極２０が形成されている。
また、窒化物半導体層の側面及びｎ側半導体層１１の露出表面には、第２保護膜１９が形成されている。
さらに、基板１０裏面にはｎ側電極２１が形成されている。
このような空隙を有する窒化物半導体レーザ素子においても、実施例１と同様の効果を有する。
つまり、その上に配置される電極によるレーザ光吸収を、リッジの延長方向にわたって低減させることができるとともに、駆動電流が１５％程度低下し、長時間にわたって安定した動作電流及び動作電圧を示す。
【０１０６】
実施例８：窒化物半導体レーザ素子の製造方法
実施例７のレーザ素子は、以下の方法によって製造することができる。
第１保護膜の成膜条件を制御することにより、実施例２と実質的に同様にして、図７（ａ）に示すように、リッジ上面を露出する第１保護膜１５を形成し、実施例２と実質的に同様にしてＮｉ膜からなる導電層４０、Ａｕ膜からなる導電層４１を形成する。その上に、図７（ｂ）に示すように、マスクパターン４２を形成する。
その後、図７（ｃ）に示すように、Ｐｔ膜からなる導電層４３を形成し、リフトオフ法によって、導電層４３をパターニングする（図７（ｄ）参照）。
図示しないが、リッジ１４の基底部に相当する部位に開口を有するマスクを形成することにより、導電層４３のリッジ１４の基底部に相当する位置に、図５（ｂ）に示すように、ギャップ２３を導入する。
【０１０７】
続いて、図７（ｅ）に示すように、導電層４３をマスクとして、ヨウ素ヨウ化カリウム系溶液をエッチャントとして用いるウェットエッチングによって、Ａｕ膜からなる導電層４１をパターニングする。この際、先に導入された導電層４３のギャップを介して、リッジ１４の基底部に相当する部位のＡｕ膜からなる導電層４１の一部もともに除去され、その部位に空隙が導入される。
その後、図７（ｆ）に示すように、Ｐｔ膜からなる導電層４３を被覆するマスクパターン４４を形成する。
【０１０８】
このマスクパターン４４をマスクとして利用して、塩酸及び酢酸の混合液からなる塩酸系溶液をエッチャントとして用いるウェットエッチングによって、Ｎｉ膜からなる導電層４０をパターニングし、電極を形成する。ここでのマスクパターン４４は、先に導入された導電層４３のギャップを介してリッジの上面に形成された導電層４０が除去されないように形成される。これにより、マスクパターン４４で被覆されたリッジの上面、リッジの側面、空隙の下部においてはＮｉ膜からなる導電層４０が残存し、マスクパターン４４から露出した部位では、Ｎｉ膜が除去される。
その後、実施例２と同様に半導体レーザ素子を形成する。得られたレーザ素子は、実施例７のレーザ素子と同様の効果が得られる。
【０１０９】
なお、この製造方法においても、オーミック性を確保するためにアニールを行った後には、空隙２６ｂに隣接するＮｉ膜からなる導電層４０の一部又は全部が偏在化し、第１保護膜２５上において島状に配置される部位ができることがある。また、Ｎｉ膜からなる導電層４０とＡｕからなる導電層４１とが合金化し、部分的又は全体的にこれらが単層構造として配置され、図１Ａで表されたような、電極構造を採り得る場合がある。
【０１１０】
実施例９：窒化物半導体レーザ素子及び製造方法
この実施例は、実質的に実施例２の工程（ａ）〜（ｃ）を行い、工程（ｄ）の第１保護膜の除去の際に、ＢＨＦを用いたウェットエッチングの時間を実施例２よりも長くすることにより、例えば、図２Ｂの（ｈ）における第２の空隙１６ａａに相当する空隙を形成することができる。これ以外は実質的に、実施例２と同様に半導体レーザ素子を形成する。得られたレーザ素子は、実施例１のレーザ素子と同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明の窒化物半導体レーザ素子は、光ディスク用途、光通信システム、印刷機、露光用途、測定等に利用することができる。また、特定波長に感度を有する物質に窒化物半導体レーザから得た光を照射することで、その物質の有無または位置を検出することができるバイオ関連の励起用光源等に利用することもできる。
【符号の説明】
【０１１２】
１０ 基板
１１ ｎ側半導体層
１２ 活性層
１３ ｐ側半導体層
１４ リッジ
１５、２５、４５、５５ 第１保護膜
１６、１６ａ、１６ｂ、２６、２６ａ、２６ｂ、２６ｂ’３６、４６、５６ 空隙
１６ａａ、２６ｂｂ 第２の空隙
７、１７、１７ａ、１７ｂ、１８、２７、２７ａ、２７ｂ、２８、３７、３８、４７、４８、５７、５８、６７、７７ 電極
１９ 第２保護膜
２０ パッド電極
２１ ｎ側電極
２２、２３ ギャップ
４０、４３、５０、５１、５３ （Ｎｉ膜からなる）導電層
４１、４３、５０、５１、５３ （Ａｕ膜からなる）導電層
４３、５０、５１、５３ （Ｐｔ膜からなる）導電層
４２、４４、５２ マスクパターン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
該基板上に積層され、その表面にリッジを有する窒化物半導体層と、
該窒化物半導体層を被覆する第１保護膜と、
リッジ上及び第１保護膜上に形成された電極とを備えた窒化物半導体レーザ素子であって、
前記第１保護膜は、前記窒化物半導体層の上面からリッジ基底部及びリッジ側面に渡って、前記窒化物半導体層とその一部又は全部が接触して配置されており、
少なくとも前記リッジ基底部において、該第１保護膜と電極とで規定された空隙を備えることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記空隙は、前記リッジの基底部から前記リッジ側面にわたって配置されている請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記第１保護膜は、前記リッジの側面の一部を露出しており、かつ
前記空隙は、前記リッジ基底部から前記リッジ側面に及んで、前記リッジ側面と接触している請求項１又は２に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記第１保護膜は、窒化物半導体層よりも屈折率が小さい請求項１〜３のいずれか１つに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記空隙は、前記リッジ延長方向において該リッジに略平行して配置されている請求項１〜４のいずれか１つに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記第１保護膜と前記リッジとの間に、第２の空隙が配置されてなる請求項１〜５のいずれか１つに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項７】
（ａ）基板上に、窒化物半導体層を積層し、
（ｂ）該窒化物半導体層上にマスクパターンを形成して、該マスクパターンを利用してリッジを形成し、
（ｃ）前記リッジの両側面、前記マスクパターン上及びリッジ形成後に露出している窒化物半導体層上に第１保護膜を形成し、
（ｄ）少なくとも前記マスクパターン及び該マスクパターン上に存在する第１保護膜を除去し、
（ｅ）前記リッジを含む窒化物半導体層及び第１保護膜上に、組成の異なる２以上の多層膜からなる導電層を積層するとともに、少なくとも最表面の導電層の前記リッジの基底部から肩部に相当する部位に、部分的にギャップを導入し、
（ｆ）前記ギャップを介して導電層の一部を除去して、少なくとも前記リッジ基底部において前記第１保護膜と導電層とで規定された空隙を形成することを含む窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項８】
前記導電層を、第１導電層と、その上に配置する該第１導電層とエッチング速度の異なる第２導電層とによって形成する請求項７に記載の製造方法。
【請求項９】
前記導電層を、前記第１導電層の下にさらに、該第１及び第２導電層とエッチング速度の異なる第３導電層を積層することによって形成し、
工程（ｆ）の後に、前記リッジの上面、側面及び該リッジ両側の窒化物半導体層の一部表面上にマスクパターンを形成し、該マスクパターンを用いて第３導電層の一部を除去する工程を含む請求項８に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記導電層を、前記第１導電層の下にさらに、該第１及び第２導電層とエッチング速度の異なる第３導電層を積層することによって形成し、
工程（ｆ）において、第１導電層の一部を除去して空隙を形成し、
さらに、工程（ｆ）の後に、前記リッジの上面、側面及び該リッジ両側の窒化物半導体層の一部表面上にマスクパターンを形成し、該マスクパターンを用いて第1導電層及び第３導電層の一部を除去する工程を含む請求項８に記載の製造方法。
【請求項１】
基板と、
該基板上に積層され、その表面にリッジを有する窒化物半導体層と、
該窒化物半導体層を被覆する第１保護膜と、
リッジ上及び第１保護膜上に形成された電極とを備えた窒化物半導体レーザ素子であって、
前記第１保護膜は、前記窒化物半導体層の上面からリッジ基底部及びリッジ側面に渡って、前記窒化物半導体層とその一部又は全部が接触して配置されており、
少なくとも前記リッジ基底部において、該第１保護膜と電極とで規定された空隙を備えることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記空隙は、前記リッジの基底部から前記リッジ側面にわたって配置されている請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記第１保護膜は、前記リッジの側面の一部を露出しており、かつ
前記空隙は、前記リッジ基底部から前記リッジ側面に及んで、前記リッジ側面と接触している請求項１又は２に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記第１保護膜は、窒化物半導体層よりも屈折率が小さい請求項１〜３のいずれか１つに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記空隙は、前記リッジ延長方向において該リッジに略平行して配置されている請求項１〜４のいずれか１つに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記第１保護膜と前記リッジとの間に、第２の空隙が配置されてなる請求項１〜５のいずれか１つに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項７】
（ａ）基板上に、窒化物半導体層を積層し、
（ｂ）該窒化物半導体層上にマスクパターンを形成して、該マスクパターンを利用してリッジを形成し、
（ｃ）前記リッジの両側面、前記マスクパターン上及びリッジ形成後に露出している窒化物半導体層上に第１保護膜を形成し、
（ｄ）少なくとも前記マスクパターン及び該マスクパターン上に存在する第１保護膜を除去し、
（ｅ）前記リッジを含む窒化物半導体層及び第１保護膜上に、組成の異なる２以上の多層膜からなる導電層を積層するとともに、少なくとも最表面の導電層の前記リッジの基底部から肩部に相当する部位に、部分的にギャップを導入し、
（ｆ）前記ギャップを介して導電層の一部を除去して、少なくとも前記リッジ基底部において前記第１保護膜と導電層とで規定された空隙を形成することを含む窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
【請求項８】
前記導電層を、第１導電層と、その上に配置する該第１導電層とエッチング速度の異なる第２導電層とによって形成する請求項７に記載の製造方法。
【請求項９】
前記導電層を、前記第１導電層の下にさらに、該第１及び第２導電層とエッチング速度の異なる第３導電層を積層することによって形成し、
工程（ｆ）の後に、前記リッジの上面、側面及び該リッジ両側の窒化物半導体層の一部表面上にマスクパターンを形成し、該マスクパターンを用いて第３導電層の一部を除去する工程を含む請求項８に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記導電層を、前記第１導電層の下にさらに、該第１及び第２導電層とエッチング速度の異なる第３導電層を積層することによって形成し、
工程（ｆ）において、第１導電層の一部を除去して空隙を形成し、
さらに、工程（ｆ）の後に、前記リッジの上面、側面及び該リッジ両側の窒化物半導体層の一部表面上にマスクパターンを形成し、該マスクパターンを用いて第1導電層及び第３導電層の一部を除去する工程を含む請求項８に記載の製造方法。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−５９８９０（Ｐ２０１２−５９８９０Ａ）
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０１０８７（Ｐ２０１０−２０１０８７）
【出願日】平成２２年９月８日（２０１０．９．８）
【出願人】（０００２２６０５７）日亜化学工業株式会社 (993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月８日（２０１０．９．８）
【出願人】（０００２２６０５７）日亜化学工業株式会社 (993)
【Ｆターム（参考）】
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