窒化物半導体レーザ素子及び窒化物半導体素子
【課題】広範囲の波長帯において、窒化物半導体層の組成分布、例えば、活性層の結晶性やＩｎ含有量を均一にして、寿命特性及び素子特性が一層優れた素子を提供することを目的とする。
【解決手段】窒化物半導体基板の主面上に第１導電型の窒化物半導体層と、活性層と、第１導電型とは異なる導電型をした第２導電型の窒化物半導体層と、前記第２導電型の窒化物半導体層にストライプ状のリッジ部とを備えてなる窒化物半導体レーザ素子であって、前記窒化物半導体基板１の主面には、基準結晶面に対して、少なくとも前記ストライプ状のリッジ部と略平行方向に、オフ角ａ（θa）を有しているか、あるいは、このオフ角ａ（θa）と略垂直方向にオフ角ｂ（θb）とを有している窒化物半導体レーザ素子。
【解決手段】窒化物半導体基板の主面上に第１導電型の窒化物半導体層と、活性層と、第１導電型とは異なる導電型をした第２導電型の窒化物半導体層と、前記第２導電型の窒化物半導体層にストライプ状のリッジ部とを備えてなる窒化物半導体レーザ素子であって、前記窒化物半導体基板１の主面には、基準結晶面に対して、少なくとも前記ストライプ状のリッジ部と略平行方向に、オフ角ａ（θa）を有しているか、あるいは、このオフ角ａ（θa）と略垂直方向にオフ角ｂ（θb）とを有してい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、Ｉｎを含有する活性層を備えた窒化物半導体レーザ素子及びレーザダイオード、発光ダイオード（ＬＥＤ）、受光素子、高周波トランジスタ、高耐圧トランジスタ等の窒化物半導体素子に関する。特に、特定のオフ角を有する窒化物半導体基板を用いることで素子特性が改善された窒化物半導体レーザ素子及び窒化物半導体素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ等の窒化物半導体からなるレーザ素子は、発振波長を、３７０ｎｍ以下の紫外域から５００ｎｍ以上の波長域までの広範囲で利用可能である。このようなレーザ素子を形成する基板は、ＥＬＯＧ（Epitaxially Lateral Overgrowth）法と呼ばれるラテラル成長を利用して形成しているものがある。
【０００３】
この技術は、周期的なストライプ状の開口部をもつＳｉＯ2マスクパターンを形成した下地基板の上に、ＧａＮをラテラル成長させて、ＧａＮ層を形成する。次に、下地基板を除去することで、ＧａＮ層のみからなる基板を製造する。ラテラル成長した領域のＧａＮは、転位が低い領域となる。低転位化したＧａＮの結晶性は良好であるため、このＧａＮを基板として使用すれば、窒化物半導体レーザ素子の寿命特性を向上させることができる。
【０００４】
また、窒化物半導体レーザ素子は、素子特性の向上も要求されている。そのため、基板は、基板自体の低転位化のみならず、良好な結晶性を有する窒化物半導体層をその上に成長させることができるものである必要がある。さらに、窒化物半導体素子を実用化するには、基板自体の大口径化も必要となる。
そのため、六方晶系の窒化物系半導体からなる基板において、（０００１）面から所定の方向に１°以上２０°以下でオフ角を形成する基板が提案されている（参考文献１）。
【特許文献１】特開２００２−１６０００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、この窒化物半導体基板は、オフ角の傾斜範囲とオフ角の傾斜方向とが広範囲であるため、レーザ素子内でのＩｎ、Ａｌ等の組成、不純物等の分布がばらつく。特に、Ｉｎを含有する活性層を備えているレーザ素子の場合には、発振波長によっては、閾値電流の上昇を招く。窒化物半導体レーザ素子は、理論上、広範囲の波長帯でレーザ発振が可能となるが、実際には組成分布、例えば、活性層内でのＩｎ分布を均一にしなければ、これを実現することができない等の課題がある。
また、１インチ以上に大口径化した基板を製造する場合、この基板の主面上に、ピット及び溝が残るため、基板上に形成する窒化物半導体層によってその表面を平坦化することが必要になるという課題もある。
【０００６】
本発明はこのような点に鑑みてなされたもので、広範囲の波長帯において、窒化物半導体層の組成分布、例えば、活性層の結晶性やＩｎ含有量を均一にして、寿命特性及び素子特性が一層優れた素子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】
【０００７】
本発明の第１の窒化物半導体レーザ素子は、窒化物半導体基板の主面上に第１導電型の窒化物半導体層と、Ｉｎを含有する活性層と、第１導電型とは異なる導電型をした第２導電型の窒化物半導体層と、前記第２導電型の窒化物半導体層にストライプ状のリッジ部とを備えてなり、前記窒化物半導体基板の主面は、基準結晶面に対して、少なくとも前記ストライプ状のリッジ部と略平行方向にオフ角ａ（θa）を有していることを特徴とする。
【０００８】
また、第２の窒化物半導体レーザ素子は、窒化物半導体基板の主面上に第１導電型の窒化物半導体層と、活性層と、第１導電型とは異なる導電型をした第２導電型の窒化物半導体層と、前記第２導電型の窒化物半導体層にストライプ状のリッジ部とを備えてなり、前記窒化物半導体基板の主面は、基準結晶面に対して、前記ストライプ状のリッジ部に略平行方向にオフ角ａ（θa）と、略垂直方向にオフ角ｂ（θb）とを有していることを特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明の窒化物半導体素子は、窒化物半導体基板の主面上に第１導電型の窒化物半導体層と、活性層と、第１導電型とは異なる導電型をした第２導電型の窒化物半導体層とを順に備えてなり、前記窒化物半導体基板の主面は、Ｍ面（１−１００）に対して略垂直方向にオフ角ａ（θa）、略平行方向にオフ角ｂ（θb）を有しており、｜θa｜＞｜θb｜の関係を満たすことを特徴とする。
【００１０】
これらの素子においては、（１）前記基準結晶面は、（０００１）面、（１１−２０）面又は（１−１００）面であるか、（２）前記窒化物半導体基板の主面は、（０００１）面からなる第１の領域と、少なくとも第１の領域と異なる結晶成長面を有する第２の領域とを備えているか、（３）前記第２の領域は、（０００−１）面であるか、（４）前記窒化物半導体基板の主面は、前記第１の領域と前記第２の領域とを略平行に有するか、（５）第１の領域が、リッジの直下に配置されてなるか、（６）０．１°≦｜θa｜≦０．７°を満たすか、（７）｜θa｜＞｜θb｜を満たすか（８）第１導電型の窒化物半導体層には、ラテラル成長させたＡｌを含有するか、（９）第１の領域と第２の領域とは、ストライプ状に極性が分断されているか、の１種以上を備えることが好ましい。
【００１１】
さらに、これら素子は、第１導電型の窒化物半導体層と第２導電型の窒化物半導体層との間に、活性層を含んでコア領域が形成され、
前記第１導電型及び第２導電型窒化物半導体層の少なくとも一方に、前記コア領域の最外層から順に第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層とを有しており、
前記コア領域の最外層と前記第１の窒化物半導体層との間及び前記第１の窒化物半導体層と前記第２の窒化物半導体層との間に屈折率差を有することが好ましい。
【００１２】
この場合、(ａ）第１の窒化物半導体層は前記コア領域の最外層よりも屈折率が低いか、（ｂ）第２の窒化物半導体層は第１の窒化物半導体層よりも屈折率が低いか、（ｃ）コア領域の最外層と第１の窒化物半導体層との屈折率差（Δｎ1）及び／又は第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層との屈折率差（Δｎ2）は、０．００４〜０．０３であるか、（ｄ）ｎ型窒化物半導体層は、コア領域の最外層に接した第１のｎ型窒化物半導体層から順に第ｍ（ｍ≧２）のｎ型窒化物半導体層を有しており、
ｐ型窒化物半導体層は、前記コア領域の最外層に接した第１のｐ型窒化物半導体層を有しており、
第ｍ（ｍ≧２）のｎ型窒化物半導体層の屈折率は、第１のｐ型窒化物半導体層の屈折率より高いか（ｅ）第ｍ（ｍ≧２）のｎ型窒化物半導体層と第１のｐ型窒化物半導体層との屈折率差（Δｎ）は、０．００４〜０．０３であるか、（ｆ）第ｍ（ｍ≧２）のｎ型窒化物半導体層と前記コア領域の最外層との屈折率差（Δｎm）は、０．００７〜０．０５であるか、の１種以上を備えていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の素子によれば、窒化物半導体基板の主面が、所定の方向にオフ角を有しているために、窒化物半導体層の組成分布や膜厚分布、例えば、活性層の結晶性やＩｎ含有量を均一にすることができる。原子面の段差を起点とした平坦な結晶成長を行うことができるからである。これによって、基板の主面上に成長する半導体層の界面は、高低差を有する凹凸段差が抑制され、発振波長が３６５ｎｍ以下の紫外領域から、５００ｎｍ以上の長波長領域に至る範囲を実現し得る活性層において、組成分布を均一化することができる。しかも、このような広範囲の波長帯において、寿命特性及び素子特性に優れた素子を得ることができる。
【００１４】
また、本発明の素子が、所定の半導体層において、所定の屈折率差の関係を有している場合には、活性層で発生する光の滞在領域を適切に調整して、安定した光の閉じ込めを行うことにより、ＣＯＤレベルを向上させることができる。さらに、光強度分布の垂直方向への広がり角を低減させ、アスペクト比を最適化又は２以下に低減することができる。その結果、光の漏れによる閾値電圧の増大を防止し、光出力効率を向上させて集光率が良好で、高信頼性を有する素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の窒化物半導体レーザ素子及び窒化物半導体素子（両者を含めて単に「素子」と記す場合がある）は、窒化物半導体基板（単に「基板」と記す場合がある）の第１の主面上に第１導電型の窒化物半導体層（単に「半導体層」と記す場合がある）と、活性層と、第２導電型（第１導電型とは異なる導電型）の窒化物半導体層とをこの順に備える。なお、窒化物半導体素子は、レーザ素子であってもよいし、ＬＥＤであってもよい。特に、レーザ素子の場合には、第２導電型の窒化物半導体層にストライプ状のリッジ部を有していることが好ましい。
【００１６】
この素子は、第２導電型の窒化物半導体層上に第２の電極を備え、基板の第２の主面（第１の主面と対向する主面）に第１の電極を備えた対向電極構造とすることができる。この構造により、製造工程を安定化し、大電流を投入することが可能となり、高出力発振をすることができる高品質な素子を歩留まり良く実現することができる。また、第１の主面側に、第１及び第２電極の双方が配置されていてもよい。
【００１７】
以下に、本発明の窒化物半導体レーザ素子を、その製造方法とともに説明する。
この素子は、図１（ｂ）及び図２（ａ）に示したように、窒化物半導体基板１０１上に、第１導電型窒化物半導体層、活性層、第２導電型窒化物半導体がこの順に形成されており、第２導電型窒化物半導体層の表面にはストライプ状のリッジ部が形成されている。
基板１０１の主面は、図１（ａ）、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、リッジ部と略平行方向Ａ、例えば、［０００１］方向及び［１−１００］方向からオフ角ａ（θａ°）傾いている。つまり、基板の主面とは、基板の所定の基準結晶面（オフ角の傾斜のない面、例えば、Ｃ面）に対して、オフ角ａを有する面を指す。
【００１８】
また、基板の主面は、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、所定の基準結晶面に対して、リッジ部と略平行方向Ａにオフ角ａ傾くのに加えて、さらに、オリフラ（ＯＦ）面に対して略垂直方向、例えば、［１１−２０］方向に、オフ角ｂ（θｂ°）傾いていてもよい。
ここで、基準結晶面とは、例えば、Ｃ面、Ｍ面、Ａ面、Ｒ面等の結晶面を示す。なかでも、Ｃ面（０００１）、Ｍ面（１−１００）、Ａ面（１１−２０）面等が好ましい。
【００１９】
「オフ角」とは、基板表面に形成された、所定の基準結晶面に対する傾斜角である。オフ角は、少なくともストライプ状のリッジ部と略平行方向に形成される（オフ角ａ）ことが好ましく、さらに、オフ角ａが形成される方向に対して直交する方向に形成される（オフ角ｂ）ことが好ましい。「略平行方向に形成される」とは、例えば、共振面の光出射面方向に下降するように形成される、共振面の光反射面方向に下降するように形成されている、あるいは、Ｍ面（１−１００）に対して略垂直方向に形成されることを含む。これによって、リッジ部の直下に位置する活性層の表面モフォロジー及び組成（例えば、Ｉｎ混晶比）を均一にすることができる。
【００２０】
オフ角ａは、絶対値｜θa｜が０．０２°〜５°程度、０．１°〜０．７°程度、さらに０．１５°〜０．６°程度、０．１°〜０．５°程度、０．１５°〜０．４°程度、０．２°〜０．３°程度であることが好ましい。オフ角ｂは、絶対値｜θb｜が、０°より大、０°〜０．７°程度、０°〜０．５°程度、０°〜０．５°未満、０°〜０．３°程度であることが好ましい。基板がオフ角ａ及びｂを有する場合には、｜θa｜＞｜θb｜であることが好ましい。これにより、基板の主面上に成長する半導体層の表面モフォロジーが面内で平坦化される。また、半導体層内のＡｌやＩｎ等の組成分布をより均一化することができる。特に、従来基板では困難であった、活性層におけるＩｎ組成が５％を越える半導体層においても組成分布を均一化することができる。
【００２１】
つまり、上述したようなオフ角が形成されていれば、波長が３６５ｎｍ以下の紫外領域から５００ｎｍ以上の長波長領域に至る範囲で素子特性を向上させることができる。マイクロＰＬでリッジ又はチップ内を観察したときに、オフ角を有さない基板上に成長させた半導体層内の活性層のＩｎの組成ゆらぎは大きい（図５）のに対して、上述のオフ角を有する基板を用いた場合には、活性層のＩｎ組成のゆらぎを抑制することができる（図６）。
【００２２】
半導体層は、第１導電型（例えば、ｎ型）半導体層と第２導電型（例えば、ｐ型）半導体層とで、活性層を挟んだ分離光閉じ込め型構造（Separate Confinement Heterostructure）である。
活性層は、Ｉｎを含有することが好ましい。これにより、広範囲の波長帯の素子を実現することができる。また、多重又は単一量子井戸構造のいずれでもよい。量子井戸構造とすることにより、発光効率を向上させることができる。活性層よりバンドギャップの大きい半導体層を、活性層の上下に備えることで、光の導波路が構成される。さらに、活性層の両側にクラッド層（屈折率の低い層）を形成することにより、光及びキャリアの双方を閉じ込めることができる。
【００２３】
（第１の工程）
オフ角を有する窒化物半導体基板は、以下のように形成することができる。
まず、図７（ａ）に示すように、窒化物半導体と異なる材料からなる異種基板１０を準備する。異種基板は、サファイア、ＧａＡｓ、ＳｉＣ、Ｓｉ、スピネル、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、ＺｎＯ等が挙げられる。異種基板１０の表面は、後に成長させる窒化物半導体の成長面を（０００１）面、（１１−２０）面又は（１−１００）面とするものが好ましい。
【００２４】
異種基板１０の表面上に、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）からなるバッファ層（図示せず）を成長させる。バッファ層は、９００℃以下の成長温度で、例えば、ＭＯＣＶＤ法により、減圧〜大気圧で成長させる。本発明では、半導体層は、例えば、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法、ハライド気相エピタキシャル成長（ＨＶＰＥ）法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法等の気相成長法、窒化物半導体を成長させるのに知られている全ての方法を用いて形成することができる。
【００２５】
その後、図７（ｂ）に示すように、例えば、バッファ層を介して異種基板１０表面に凸部１０ａを形成する。
続いて、転位を低減させた窒化物半導体層１００を成長させる。この半導体層１００の膜厚は５０μｍ〜１０ｍｍ程度、好ましくは１００μｍ〜１０００μｍ程度である。この範囲であれば、後工程でのオフ角の形成及びハンドリングを容易にすることができる。
【００２６】
次いで、図７（ｃ）に示すように、異種基板を研磨、研削、電磁波照射（エキシマレーザー照射等）又はＣＭＰ等により除去して、単体の窒化物半導体層１００を取り出すことにより、窒化物半導体基板を得る。この基板は、半導体層１００の成長面を第１主面、異種基板１０を除去することによる露出面を第２主面とする。
なお、異種基板は、必ずしもここで除去することは必要ではない。後述するｎ電極の形成までに除去してもよいし、除去しなくてもよい。
【００２７】
得られた窒化物半導体基板の第１表面は、例えば、（０００１）面、（１１−２０）面、（１−１００）面（Ｍ面）等を含むことが好ましい。これにより、基板と窒化物半導体層との界面から発生する転位を低減させることができる。また、ウェハから分割する工程での劈開等を再現性よく行うことができる。
【００２８】
基板の第１表面には、転位が面内で周期的に分布しているものであってもよい。例えば、ＥＬＯ法を用いて低転位密度領域（例えば、第１の領域）と高転位密度領域（例えば、第２の領域）とを交互にストライプ状に形成したものが挙げられる。これにより、基板内の応力を緩和させることができ、基板上に応力緩和層を形成することなく、その上に窒化物半導体層を成長させることができる。
また、第１の領域と第２の領域とはストライプ状に極性が分断されていることが好ましい。これにより、基板に発生する応力や歪みを抑制することができる。また、ウェハの分割工程での劈開等を再現性よく行うことができる。
【００２９】
ここで、低転位密度領域とは、単位面積当たりの転位数が１×１０7／ｃｍ2以下、好ましくは１×１０6／ｃｍ2以下、さらに好ましくは５×１０5／ｃｍ2以下の領域である。高転位密度領域とは、低転位密度領域よりも転位密度が高い領域であればよい。
第１の領域と第２の領域とが交互にストライプを形成する場合、第１の領域の幅は１０μｍ〜５００μｍ、さらに１００μｍ〜５００μｍが好ましい。第２の領域の幅は２μｍ〜１００μｍ、１０μｍ〜５０μｍが好ましい。
これらの転位測定はＣＬ観察やＴＥＭ観察等で行うことができる。
【００３０】
例えば、第１の表面上に形成される低転位密度領域を（０００１）面とすれば、高転位密度領域は（０００１）面と異なる（０００−１）面、（１１−２０）面、（１０−１４）面、（１０−１５）面、（１１−２４）面等の結晶成長面が挙げられる。特に、（０００−１）面が好ましい。このように部分的に結晶成長面が異なる面を有する基板を用いることにより、基板内部に発生する応力や歪みを緩和させることができ、基板上に応力緩和層を形成することなく、半導体層を膜厚５μｍ以上で積層することが可能となる。つまり、ウェハの反り及びクラックの発生を低減することができる。上述のストライプ形状は、破線状に形成されているものを含む。
【００３１】
なお、窒化物半導体の第２の表面は、少なくとも２以上の異なる結晶成長面を有することが好ましく、具体的には（０００−１）面、（０００１）面、（１１−２０）面、（１０−１５）面、（１０−１４）面、（１１−２４）面等が挙げられる。本明細書においては、面指数を表す括弧内のバー（−）は、後ろの数字の上に付すものとする。
また、基板の外周形状は特に限定されず、ウェハ状であっても、矩形状等であってもよい。ウェハ状である場合には、１インチ以上、さらに２インチ以上のサイズが好ましい。
【００３２】
基板は、２軸結晶法による（０００２）回折Ｘ線ロッキングカーブの半値幅（Full Width at Half Maximum）が２分以下であることが好ましく、１分以下がより好ましい。
なお、窒化物半導体基板としては、III族元素（Ｂ、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ等）と窒素との化合物又は混晶化合物（ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等）が挙げられる。また、この基板は、ｎ型又はｐ型不純物を含有するものが好ましい。この不純物濃度は、１×１０17ｃｍ-3〜１×１０20ｃｍ-3が挙げられる。
この基板は、部分的にサファイア等の絶縁性基板を有するものであってもよい。
窒化物半導体基板は、上述した２段成長のＥＬＯ法、選択成長法等を用いて形成してもよいし、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、溶融法等で形成されるバルク単結晶を用いてもよい。また、市販品を用いてもよい。
【００３３】
次に、図７（ｄ）に示したように、得られた基板１０１の表面にオフ角を形成する。オフ角は、基板１０１の第１の表面に膜厚分布を有するマスク（図示せず）を形成し、その後、マスクをエッチングにより除去し、さらに露出した基板の第１の表面もエッチングし続ける。エッチングは、ウェットエッチング、ドライエッチング（反応性イオンエッチング：ＲＩＥ、反応性イオンビームエッチング：ＲＩＢＥ、電子サイクロトロン共鳴：ＥＣＲ、高周波誘導結合プラズマ：ＩＣＰ、収束イオンビーム：ＦＩＢ等）、ＣＭＰ処理等により行うことができる。なかでも、ドライエッチング法を用いることが、オフ角を容易に制御することができるため好ましい。これにより、基板の第１の表面には、エッチング時間に面内分布が生じるため、所望のオフ角を、所望の方向に対して、所望の大きさで形成することができる。
【００３４】
あるいは、基板の第１の表面を、研磨する、研削する、レーザー照射により表面処理する方法等を用いてもよいし、バルクの窒化物半導体基板をワイヤーソーでオフ角を有するように切り出してもよい。特に、ドライエッチングによってオフ角を形成する場合には、ドライエッチング装置に基板を傾けてセットするか、傾斜のついた基板ホルダに基板をセットして、エッチングに付す方法であってもよい。さらに、予め異種基板にオフ角を形成し、その上に窒化物半導体層を成長させることで異種基板から窒化物半導体層にオフ角を引き継がせ、この窒化物半導体層から基板を得てもよい。
得られた基板１０１の第１の主面は、窒化物半導体基板の本来の表面に対してオフ角ａを有する。これを用いて素子を形成することで、基板上に成長させた半導体層内では、応力が抑制され、劈開時におけるダメージに耐えることが可能となる。
【００３５】
（第２の工程）
次に、図８（ａ）に示すように、オフ角を有する基板１０１の第１の主面上に、下層（省略可能なクラック防止層等）を介して、窒化物半導体層２００として、例えば、ｎ側層、活性層、ｐ側層をこの順で積層する。半導体層２００は、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）等が挙げられる。
【００３６】
まず、ｎ側層として、ｎ側クラッド層：ｎ型不純物ドープＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．５）、ｎ側光ガイド層：ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．３）を成長させる。なお、クラッド層及び光ガイド層等という名称は、からなずしもその機能のみを有することを意味するものではなく、その他の機能も果たすことを意味する（ｐ側層も同じ）。ｎ側クラッド層は単一層であれば、一般式はＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．２）であって、膜厚は０．５〜５μｍであることが好ましい。多層であれば、第１の層：ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．５、０≦ｘ≦０．１、さらに０＜ｘ≦０．３が好ましい）と第２の層：ＡｌyＧａ1-yＮ（０．０１≦ｙ≦１）との積層構造としてもよい。ｎ側層、特に、多層の場合の第１の層（Ａｌを含有する半導体層）は、ラテラル成長させて形成することが好ましい。これにより、半導体層の表面のさらなる平坦化、半導体層内での組成揺らの抑制が実現できる。ラテラル成長は、炉内での成長温度を１０００℃以上、圧力を６００Ｔｏｒｒ以下とすることが好ましい。多層の場合の第１及び第２の層等は、例えば、０．５〜５μｍの膜厚が適当である。
【００３７】
次に、活性層として、一般式ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０＜ｘ＋ｙ≦１）で表される多重量子井戸構造の半導体層を成長させることが好ましい。井戸層の組成はＩｎの混晶が０＜ｘ≦０．５であることが好ましい。井戸層及び障壁層の膜厚は、例えば、１０〜３００Å、２０〜３００Åが挙げられ、総膜厚は、例えば、１００〜３０００Å程度が適当である。また、総膜厚を１０〜３００Å程度の範囲とすることで、Ｖf、閾値電流密度を低減させることができる。さらに、Ａｌ含有量を調整することで紫外域の発光から、長波長側の発光（例えば、３００ｎｍ〜６５０ｎｍ、さらに３６０ｎｍ〜５８０ｎｍ）が可能となる。
【００３８】
多重量子井戸構造は、障壁層から始まり井戸層で終わっても、障壁層から始まり障壁層で終わっても、井戸層から始まり障壁層で終わっても、井戸層から始まり井戸層で終わってもよい。好ましくは、障壁層から始まり、井戸層と障壁層とのペアを２〜８回繰り返してなるものであって、障壁層で終わる構成である。特にこのペアが２〜３回繰り返してなるものは、しきい値を低下させ、寿命特性を向上させるのに好ましい。
【００３９】
続いて、ｐ側層として、電子閉じ込め層（省略可能）：ｐ型不純物ドープＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．５）、ｐ側光ガイド層：ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．３）、ｐ側クラッド層：ｐ型不純物ドープＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．５）、ｐ側コンタクト層：ｐ型不純物ドープＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）をこの順に成長させる。これらの半導体層には、Ｉｎを混晶させてもよい。各層の膜厚は、３０Å〜５μｍ程度が挙げられる。
【００４０】
半導体層２００は、基板１０１の第１主面上に、低温成長バッファ層：ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．３）、中間層２０２：ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．３）及び／又はクラック防止層：ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０＜ｘ＋ｙ≦１）を介してｎ側層を成長させた構成でもよい。また、各層の間に応力緩衝層を有する構造又はＧＲＩＮ構造を用いてもよい。中間層等は、単一又は多層積層構造のいずれでもよい。この中間層等によって、半導体層の表面上に発生する転位（貫通転位等）、ピットを低減させることができる。
【００４１】
ｎ側クラッド層、ｐ側クラッド層は、単一層構造、２層構造又は組成比が互いに異なる２層からなる超格子（ＳＬ）構造であってもよい。ｎ側及びｐ側クラッド層の総膜厚は、０．４〜１０μｍであることが好ましい。これにより、順方向電圧（Ｖｆ）を低減することができる。また、クラッド層の全体のＡｌの平均組成は、０．０２〜０．１５であることが好ましい。これにより、クラックの発生を抑制することができ、レーザ導波路との屈折率差を得ることができる。
【００４２】
ｎ型不純物は、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｄ等が挙げられ、ｐ型不純物は、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｓｒ等が挙げられる。不純物濃度は５×１０16／ｃｍ3〜１×１０21／ｃｍ3程度が好ましい。特に、ｎ型不純物のドープ量は、１×１０17／ｃｍ3〜５×１０19／ｃｍ3であることが好ましい。これにより、抵抗率を低くでき、かつ結晶性を損なわない。ｐ型不純物のドープ量は、１×１０19／ｃｍ3〜１×１０21／ｃｍ3であることが好ましい。これにより、結晶性を損なわない。不純物ドープは、変調ドープであってもよい。
【００４３】
（第３の工程）
基板１０１上に半導体層２００を積層したウェハを、半導体成長装置の反応容器から取り出し、ｎ側層をエッチングすることにより、例えば、ｎ側クラッド層まで露出させる。これにより、応力を緩和することができる。なお、この工程は省略することができるし、エッチングによって露出させる面は、必ずしもｎ側クラッド層でなくてもよい。エッチングは、ＲＩＥ法を用いＣｌ2、ＣＣｌ4、ＢＣｌ3、ＳｉＣｌ4ガス等の塩素系ガスにより行うことができる。
【００４４】
次いで、図８（ｂ）に示すように、ｐ側層表面にストライプ状のリッジ部を形成する。
リッジ部の形成は、まず、ｐ側層の最上層であるｐ側コンタクト層２０９の表面に保護膜（図示せず）を形成する。この保護膜は、リッジ部の形状に対応するパターンである。この保護膜をマスクとして、ｐ側層をエッチング除去する。リッジ部は、導波路領域を規定するものであり、幅は１．０μｍ〜１００．０μｍ程度、高さ（エッチング深さ）は、少なくともｐ側クラッド層を露出する範囲であればよい。共振器長は３００μｍ〜１０００μｍ程度が好ましい。シングルモードのレーザ光とする場合は、幅は１．０μｍ〜３．０μｍとするのが好ましい。リッジ部の幅を５μｍ以上とすれば、１Ｗ以上の高出力が可能となる。また、大電流を流すと、リッジ部直下では電流が急激に横方向に広がるため、リッジ部の高さはｐ側光ガイド層まであるのが好ましい。なお、リッジは、上述した低転位密度領域（第１の領域）の上方に配置されるように形成することが好ましい。
【００４５】
（第４の工程）
その後、図８（ｃ）に示すように、リッジ部の側面を埋込膜２２０で保護する。この埋込膜２２０は、半導体層よりも屈折率が小さく、絶縁性の材料から選択することが好ましい。具体的には、ＺｒＯ2、ＳｉＯ2、Ｖ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ａｌ等の酸化物の単層又は多層が挙げられる。
続いて、ｐ側コンタクト層２０９のリッジ部の上面にｐ電極２３０を形成する。好ましくは、ｐ側コンタクト層２０９及び埋込膜２２０の上にｐ電極２３０を形成する。ｐ電極は多層構造、例えば、Ｎｉ（５０〜２００Å：下層）／Ａｕ（５００〜３０００Å：上層）、Ｎｉ／Ａｕ／Ｐｔ（５００〜５０００Å）又はＮｉ／Ａｕ／Ｐｄ（５００〜５０００Å）が好ましい。
ｐ電極２３０を形成した後、３００℃以上、好ましくは５００℃以上で、窒素及び／又は酸素雰囲気下にて、オーミックアニールを行うことが好ましい。
【００４６】
次に、図８（ｄ）に示すように、前工程で露出したｎ側層の側面等に保護膜２４０を形成する。なお、この保護膜は、図２（ｂ）に示すように、少なくともｎ側層及びｐ側層の側面を被覆していればよく、ｐ電極２３０の一部を被覆していなくてもよい。
さらに、ｐ電極２３０の上にパッド電極２５０を形成する。パッド電極２５０は、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｗ等の金属からなる積層構造、例えば、Ｗ／Ｐｄ／Ａｕ（１０００Å以上）又はＮｉ／Ｔｉ／Ａｕ（１０００Å以上）とすることができる。
【００４７】
（第５の工程）
図８（ｅ）に示すように、基板１０１の第２の主面にｎ電極２１０を形成する。
ｎ電極は、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｐｄ、Ｗ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｖ、Ｈｆからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属により、第２の主面の一部又は全面に形成することが好ましい。これにより、基板とｎ電極とのオーミック特性が容易に得られ、密着性も良く、ウェハを分割するための劈開工程等での電極剥がれを防止することができる。
【００４８】
ｎ電極が多層構造の場合、最上層はＰｔまたはＡｕであることが好ましい。これにより、電極からの放熱性を向上させることができる。ｎ電極の膜厚は、１００００Å以下、さらに６０００Å以下が好ましい。多層構造の場合、例えば、基板側がＶ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｈｆ等（５００Å以下、Ｗの場合は３００Å以下）であることが好ましい。Ｖの場合は、膜厚は５０〜３００Å以下、さらに、７０〜２００Åが好ましい。これにより、良好なオーミック特性を得ることができ、耐熱性を向上させることができる。具体的には、Ｔｉ（１００Å：基板側）／Ａｌ（５０００Å）、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ（６０Å／１０００Å／３０００Å）、Ｔｉ（６０Å）／Ｍｏ（５００Å）／Ｐｔ（１０００Å）／Ａｕ（２１００Å）、Ｔｉ（６０Å）／Ｈｆ（６０Å）／Ｐｔ（１０００Å）／Ａｕ（３０００Å）、Ｔｉ（６０Å）／Ｍｏ（５００Å）／Ｔｉ（５００Å）／Ｐｔ（１０００Å）／Ａｕ（２１００Å）、Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｗ／Ａｌ／Ｗ／Ａｕ、Ｈｆ／Ａｌ、Ｔｉ／Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｗ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｍｏ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｍｏ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｖ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｖ／Ｍｏ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｖ／Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｃｒ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｃｒ／Ｍｏ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｃｒ／Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ等が挙げられる。ｎ電極を形成した後は、３００℃以上でアニールしてもよい。
【００４９】
ｎ電極は、第２の主面側に、後工程である基板をバー化するためのスクライブ工程においてスクライブラインとなる領域を除く範囲に、矩形形状で形成することが好ましい。また、ｎ電極上には、ｎ電極と同様のパターン形状でメタライズ電極を形成してもよい。これにより、スクライブしやすくなり、劈開性が向上する。メタライズ電極としては、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等が挙げられる。
【００５０】
また、この基板の第２の主面にも、オフ角や凹凸段差を形成してもよい。
凹凸段差を形成することで、第２の主面を（０００−１）面とすれば、（０００−１）面以外の傾斜面を露出させることができる。（０００−１）面以外の傾斜面は、ｎ極性を示す面における表面積の０.５％以上さらに１〜２０％程度が好ましい。これにより、ｎ電極のオーミック特性を向上させることができる。
ここで、段差とは、界面段差が０．１μｍ以上であって、段差形状はテーパー形状、逆テーパー形状のものが挙げられる。段差の平面形状は、ストライプ状、格子状、島状、円状や多角形状、矩形状、くし形状、メッシュ形状から選択することができる。例えば、円状の凸部を形成すれば、円状凸部の直径幅は５μｍ以上とすることができる。また、凹部溝部の幅は少なくとも３μｍ以上の領域を有すると、電極の剥がれ等がなくなり好ましい。
第２の主面において、（０００−１）面以外の傾斜面を露出するには、オフ角を０．２〜９０°の範囲で形成することが適当である。
【００５１】
（第６の工程）
ストライプ状のｐ電極２３０に垂直な方向であって、半導体層の共振面を形成するためにウェハをバー状に分割する。共振面は、Ｍ面（１−１００）、Ａ面（１１−２０）とすることが好ましい。分割方法としては、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等が挙げられる。
この分割は、まず劈開補助溝を形成し、次いで分割する２段階で行うことが好ましい。これにより、共振面を歩留まりよく形成することができる。
つまり、まず、基板の第１又は第２の主面側から、スクライブにより劈開補助溝を形成する。この溝はウェハの全面又はバーとなる領域のウェハの両端に形成する。溝をバーを形成する劈開方向に、破線状に間隔をあけて形成することが好ましい。これによって、劈開方向が屈曲することを抑制し、容易に劈開することができる。また、この溝を第２の主面に形成することにより、ＦＦＰのリップルを抑制することができるとともに、電極の剥がれを防止できる。
【００５２】
次に、ブレイカーによりウェハをバー状に分割する。劈開方法としては、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等が挙げられる。
劈開により形成された共振面の光反射側及び／又は光出射面には、反射ミラーを形成してもよい。反射ミラーは、ＳｉＯ2、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｎｂ2Ｏ5等の誘電体多層膜により形成することができる。特に、出射端面側にはＡｌ2Ｏ3又はＮｂ2Ｏ5が好ましい。これにより、寿命特性が良好となる。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。
さらに、バー状となった基板を電極のストライプ方向に平行に分割して、素子をチップ化する。チップ化した後の形状は矩形状であることが好ましく、共振面の幅は５００μｍ以下、さらに、４００μｍ以下であることが好ましい。
【００５３】
このようにして得られたレーザ素子は、ＦＦＰのリップルを抑制した長寿命等の特性を有する。また、対向電極構造の素子であるため、接触抵抗率が１．０Ｅ-3Ωｃｍ2以下と低減させることができる。
なお、この素子は、基板の上に複数の導波路領域を有するレーザ素子であってもよいし、ワイドリッジ部を有するレーザ素子であってもよい。
【００５４】
また、本発明の素子は、主として、第１導電型（例えば、ｎ型）層と第２導電型（例えば、ｐ型）層との間に、活性層を含むコア領域を有することが好ましい。
ここで、コア領域とは、光導波路領域、つまり、活性層で発生した光を閉じ込め、光波を減衰させずに導波させることができる領域を意味する。通常、活性層とこれを挟む光ガイド層がコア領域を構成し、その膜厚は、例えば、１００Å〜１．５μｍ程度であることが適当である。
ｎ型及びｐ型層を構成する半導体層は、特に限定されるものではなく、例えば、上述した窒化物半導体層が挙げられる。
【００５５】
この素子においては、ｎ型及びｐ型層の少なくとも一方に、特に、ｎ型層に、コア領域の最外層に隣接して、第１の窒化物半導体層（以下、「第１層」と記す）及び第２の窒化物半導体層（以下、「第２層」と記す）がこの順に配置していることが好ましい。
ｎ型層において、第１層及び第２層は、それぞれ、光の出射角度を調整するための層、光ガイド層及びクラッド層として機能するものであるが、これらの層の積層により、これらの機能を調整することができる。
つまり、ｎ層又はｐ層を多層化、特にｎ層を多層化することにより、Ｆ．Ｆ．Ｐ．が狭くなり、活性層での利得を減少させないで、Ｎ．Ｆ．Ｐを広げることができる。これによって、閾値電流を維持することができる。さらに、光の出射角度を上向き、下向き等に調整することができ、光出力効率を向上させて集光率の良好な素子を得ることができる。
【００５６】
また、第１層とコア領域の最外層、第２層と第１層とは、屈折率が異なることが好ましく、特に、第１層がコア領域の最外層よりも低屈折率を有し及び／又は第２層が第１層よりも低屈折率を有することが好ましい。これらの層は、コア領域の最外層から順に屈折率が低くなるように設定されていることが好ましい。これにより、安定した光の閉じ込めにより、活性層から照射されるビームを安定化させることができる。その結果、レーザ光源として応用が広がる。
【００５７】
さらに、コア領域の最外層と第１層との屈折率差（Δｎ1）及び／又は第１層と第２層との屈折率差（Δｎ2）が、０．００４〜０．０３であることが好ましい。これにより、活性層で発生する光の滞在領域をより一層適切に調整することができ、安定した光の閉じ込めを行うことが可能となる。その結果、Ｆ．Ｆ．Ｐの広がり角の制御が可能となる。
【００５８】
なお、ｎ型層においては、コア領域の最外層に隣接して形成される層は２層に限らず、３層以上、例えば、ｍ層（ｍ≧２）形成してもよい。その上限は特に限定されない。光の閉じ込め効果を考慮すると１０層以下、８層以下、さらに６層以下が適当である。特に、コア領域の最外層と第ｍ層との屈折率差（Δｎm）は０．００８〜０．０５、０．０７〜０．０５の範囲内であることが好ましい。このような範囲に設定することにより、光の閉じ込めを緩和してＦ．Ｆ．Ｐの広がり角の制御しながら、光の漏れを防止することができる。
【００５９】
ｎ型層の屈折率は、通常、その組成によって調整することができ、例えば、Ａｌの混晶比を大きくすることにより、屈折率を小さくすることができる。例えば、第１層と第２層との間で０．００４〜０．０３の屈折率差を得るために、両者においてＡｌの組成比に０．０１〜０．０７程度差異を設けることが適当である。
【００６０】
また、第１層及び／又は第２層が、Ｘ層とＹ層との超格子構造からなる場合には、いずれかの層の膜厚のみを変化させる、例えば、第１層ではＸ層が厚く、第２層ではＸ層を薄くするなどにより、ｎ型層の屈折率を調整することができる。
ｎ型層において、第１層及び第２層は、例えば、膜厚１０００〜１００００Å程度が適当である。また、第１層〜第ｍ層まで形成されている場合は、その合計が２０００〜４００００Å程度であることが適当である。
【００６１】
特に、ｎ型層が、ＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ＜１）を含んで形成されている場合には、少なくとも、コア領域の最外層から５００〜５０００Å程度の位置に０．００４〜０．０３程度の屈折率差を有する層、１５００〜２００００Å程度の位置に０．００４〜０．０３程度の屈折率差を有する層が配置することが好ましく、さらに、２５００〜２５０００Å程度の位置に０．００４〜０．０３程度の屈折率を有する層が配置していることがより好ましい。これにより、その組成及び膜厚にかかわらず、層内部のクラックの発生を防止することができる。従って、より適切な光の閉じ込めを実現することができる。
【００６２】
また、ｎ型窒化物半導体層側にｍ層のｎ型窒化物半導体層を有し、かつｐ型窒化物半導体層に第１のｐ型半導体層を含み、第ｍのｎ型窒化物半導体層が、第１のｐ型窒化物半導体層の屈折率よりも高い屈折率を有する場合には、ｐ側での光の閉じ込め効果を強くすることにより、より安定した光の閉じ込めを行うことができる。しかも、ｎ側での閉じ込めをｐ側よりも弱くすることにより、ｎ側でのキンクの発生を防止することが可能となる。
【００６３】
ｎ型層に、上述した第１層及び第２層が形成されているのであれば、ｐ型層に、必ずしも、第１層及び第２層が形成されていなくてもよい。ｐ型層に第１層が形成されている場合には、この第１層とコア領域の最外層との屈折率差は特に限定されないが、例えば、０．０１〜０．２程度が適当である。なお、第１層は、コア領域の最外層よりも屈折率が小さいことが好ましい。これにより、光の閉じ込めを確実に行うことができる。また、第ｍ層と第１層との屈折率差は、例えば、０．００４〜０．０３程度であることが好ましい。第１層は、第ｍ層よりも屈折率が小さいことが好ましい。さらに、第１層の膜厚は、例えば、１０００〜１００００Å程度が適当である。第１層は、ＧａＮとＡｌＧａＮとを積層した超格子構造とすることが好ましい。また、ｐ側の屈折率をｎ側よりも小さくするために、Ａｌの混晶比を高く設定したとしても、その膜厚を薄膜化することにより内部のクラックの発生を防止することができ、デバイスの安定性を保つ、つまり、リーク電流を低減させることができる。
【００６４】
光ガイド層は、窒化物半導体からなり、導波路形成に十分なエネルギーバンドギャップを有していれば、その組成、膜厚等は特に限定されるものではなく、単層、多層、超格子層のいずれの構造を有していてもよい。具体的には、波長３７０〜４７０ｎｍでは、ＧａＮを用い、それよりも長波長ではＩｎＧａＮ／ＧａＮの多層又は超格子層を用いることが適当である。光ガイド層を構成する窒化物半導体の組成、膜厚、構造等は、ｎ側及びｐ側において同じでもよいし、異なっていてもよい。
【００６５】
本発明において、コア領域、ｎ型層及びｐ型層の具体的な積層構造は、例えば、
第１のｐ型窒化物半導体層：ＡｌＧａＮ単層、ＡｌＧａＮ／ＧａＮの多層又は超格子層、
ｐ型光ガイド層：ＡｌＧａＮ単層、ＧａＮ単層、ＡｌＧａＮ／ＧａＮの多層又は超格子層、
活性層：ＩｎＧａＮ単層、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮの多層又は超格子層、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの多層又は超格子層、
ｎ型光ガイド層：ＧａＮ単層、ＩｎＧａＮ単層、ＡｌＧａＮ単層、ＧａＮ／ＡｌＧａＮの多層又は超格子層、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮの多層又は超格子層、ＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮの多層又は超格子層、
第１のｎ型窒化物半導体層：ＡｌＧａＮの単層、ＧａＮ／ＡｌＧａＮの多層又は超格子層、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮの多層又は超格子層、ＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮの多層又は超格子層、
第２のｎ型窒化物半導体層：ＡｌＧａＮの単層、ＧａＮ／ＡｌＧａＮの多層又は超格子層、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮの多層又は超格子層、ＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮの多層又は超格子層
等が挙げられる。これらの層は、任意に組み合わせることができる。特に、超格子層の場合には、一方の層又は両方の層において、その組成を変化させたり、膜厚を変化させたり、組成及び膜厚を変化させることにより、各層の屈折率及び屈折率差を上述したように設定することができる。
【００６６】
以下に、本発明の素子の実施例を示す。
実施例１
この実施例の半導体レーザ素子の構造を図１（ｂ）及び図２（ａ）に示す。
このレーザ素子は、主面として、転位密度が１×１０6／ｃｍ2以下で、（０００１）面に対してオフ角ａが０．３°のＧａＮからなる基板１０１上に、低温成長バッファ層（図示せず）と中間層（図示せず）とを介して、ｎ側クラッド層２０３、ｎ側光ガイド層２０４、活性層２０５、ｐ側キャップ層２０６、ｐ側光ガイド層２０７、ｐ側クラッド層２０８、ｐ側コンタクト層２０９がこの順に積層されて構成される。
【００６７】
ｐ側コンタクト層２０９の表面にはストライプ状のリッジ部が形成されており、リッジの両側には、ｐ側クラッド層２０８表面が露出している。
ｐ側クラッド層２０８の露出した面及びリッジ部の側面には埋込層２２０が形成されている。
リッジ部の上面に接触し、埋込膜２２０上にわたる領域にはｐ電極２３０が形成されている。ｐ電極２３０上の一部から上述の半導体の積層体の側面を被覆する保護膜２４０が形成されている。
また、ｐ電極２３０の上には、ｐパッド電極２５０が形成されており、ＧａN基板１０１の裏面にはｎ電極２１０が形成されている。
【００６８】
このような半導体レーザ素子は、以下の製造方法により形成することができる。
（窒化物半導体基板１０１）
まず、ＭＯＣＶＤ反応装置内において、サファイア又はＧａＡｓからなる異種基板を配置して、温度を５００℃にする。次に、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ3）を用い、ＧａＮよりなるバッファ層（２００Å）を成長させる。その後、温度を１０５０℃にして、ＧａＮよりなる第１の窒化物半導体層（４μｍ）を成長させる。
続いて、ウェハを反応容器から取り出し、この第１の窒化物半導体の表面に、ストライプ状のフォトマスクを形成し、ＣＶＤ装置によりストライプ幅１０〜３００μｍ、ストライプ間隔（窓部）５〜３００μｍのＳｉＯ2よりなる保護膜を形成する。
【００６９】
その後、ウェハをＨＶＰＥ装置に移送し、原料にＧａメタル、ＨＣｌガス及びアンモニアを用い、ｎ型不純物としてシリコン（Ｓｉ）又は酸素（Ｏ）をドーピングしながらＧａＮよりなる第２の窒化物半導体（４００μｍ）を成長させる。このように、ＨＶＰＥ法で保護膜上に１００μｍ以上のＧａＮ厚膜を成長させることにより、結晶欠陥を、二桁以上、低減させることができる。
【００７０】
異種基板等を除去することにより、第２の窒化物半導体層からなるＧａＮを窒化物半導体基板１０１を得る。基板１０１の膜厚は４００μｍ程度であり、少なくとも導波路の形成を意図する領域において、転位密度が１×１０6／ｃｍ2以下である。
得られた基板１０１をドライエッチング装置に、所定角度傾けてセットし、ドライエッチングに付すことにより、基板１０１の主面（（０００１面））に、この主面に対して、リッジの形成を意図する方向に、０．３°のオフ角ａを与える。
【００７１】
（ｎ側クラッド層２０３）
続いて、１０００℃〜１０８０℃でＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ、アンモニア、シランガスを用い、Ｓｉを１×１０18／cm3〜１×１０19／cm3ドープしたＡｌ0.03Ｇａ0.97Ｎよりなるｎ側クラッド層（膜厚２μｍ）を成長させる。
【００７２】
（ｎ側光ガイド層２０４）
次いで、シランガスを止め、１０００℃〜１０８０℃でアンドープＧａＮよりなるｎ側光ガイド層（０．１７５μｍ）を成長させる。この層には、ｎ型不純物をドープしてもよいし、ＩＮを含有させてもよい。
【００７３】
（活性層２０５）
次に、温度を９００℃以下にして、ＳｉドープＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎよりなる障壁層（１４０Å）を成長させ、続いて同一温度で、アンドープＩｎ0.07Ｇａ0.93Ｎよりなる井戸層（７０Å）を成長させる。障壁層と井戸層とを２回交互に積層し、最後に障壁層を形成し、総膜厚５６０Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層を形成する。
【００７４】
（ｐ側キャップ層２０６）
次に、９００℃で又は昇温し、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、ｐ側光ガイド層よりもバンドギャップエネルギーが大きい、Ｍｇを１×１０19／cm3〜１×１０20／cm3ドープしたｐ型Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎよりなるｐ側キャップ層（１００Å）を成長させる。この層は省略可能である。
【００７５】
（ｐ側光ガイド層２０７）
続いて、Ｃｐ2Ｍｇ、ＴＭＡを止め、１０００℃〜１０５０℃で、バンドギャップエネルギーがｐ側キャップ層１０よりも小さい、アンドープＧａＮよりなるｐ側光ガイド層（約０．１４μｍ）を成長させる。なお、この層にはｐ型不純物をドープしてもよいし、Ｉｎを含有させてもよい。
【００７６】
（ｐ側クラッド層２０８）
その後、１０００℃〜１０５０℃でアンドープＡｌ0.10Ｇａ0.90Ｎよりなる層（２５Å）を成長させ、続いてＴＭＡを止め、ＭｇドープＧａＮよりなる層（２５Å）を成長させ、総膜厚０．４μｍの超格子層よりなるｐ側クラッド層を成長させる。
【００７７】
（ｐ側コンタクト層２０９）
１０５０℃で、ｐ側クラッド層の上に、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層（１５０Å）を成長させる。
次いで、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ＳｉＯ2よりなる保護膜をマスクとして形成し、ＲＩＥによって、ＳｉＣｌ4ガスを用いてエッチングする。これにより、ｎ側クラッド層２０３を露出させる。
【００７８】
ｐ側コンタクト層２０９の表面に、ストライプ状のＳｉＯ2よりなる保護膜をマスクとして形成し、ＲＩＥを用いてＳｉＣｌ4ガスによりエッチングする。これにより、ストライプ状の導波路領域であるリッジ部を形成する。
続いて、リッジ部の側面をＺｒＯ2からなる埋込層２２０で保護する。
【００７９】
また、導波路領域であるリッジ部の端面近傍で、リッジから離間した位置にフォトリソグラフィー技術を用いて複数の開口部を有するレジストパターンを形成し、ＲＩＥを用いてＳｉＣｌ4ガスにより、ｎ側クラッド層に達するまでエッチングする。これにより、ｐ側コンタクト層の表面に、例えば、六角形状の凹部を形成する。凹部の頂点間の最長距離は１〜１０μｍ、好ましくは２〜５μｍとする。この凹部の形成によって、リップルを抑制することができる。この工程は省略してもよい。
次に、ｐ側コンタクト層２０９及び埋込層２２０の上の表面にＮｉ（１００Å）／Ａｕ（１５００Å）よりなるｐ電極２３０を形成する。
その後、Ｓｉ酸化膜（ＳｉＯ2）からなる保護膜２４０（０．５μｍ）をｐ電極２３０上及び埋込膜２２０上及び半導体層の側面に、スパッタリングにより成膜する。
【００８０】
次いで、６００℃でオーミックアニールを行う。
続いて、保護膜で覆われていない露出しているｐ電極２３０上に連続して、Ｎｉ（１０００Å）／Ｔｉ（１０００Å）／Ａｕ（８０００Å）をこの順で形成し、ｐパッド電極２５０を形成する。
その後、基板の第２の主面に、Ｖ（１００Å）／Ｐｔ（２０００Å）／Ａｕ（３０００Å）よりなるｎ電極２１０を形成する。
【００８１】
次いで、基板の第１の主面側に凹部溝（深さ：１０μｍ、共振面と平行方向の幅：５０μｍ、垂直方向の幅：１５μｍ）を形成する。この溝を劈開補助線として、基板のｎ電極の形成面側から劈開し、劈開面（１−１００面、六角柱状の結晶の側面に相当する面＝Ｍ面）を共振面とするバーを得る。
共振器面に誘電体多層膜を形成する。
最後に、ｐ電極２３０に平行な方向に、バーを分割し、チップ化して半導体レーザ素子を得る。
【００８２】
得られたレーザ素子を、複数個それぞれヒートシンクに設置し、ｐ電極をワイヤーボンディングして、室温でレーザ発振を試みた。その結果、いずれのレーザ素子も、発振波長４００〜４２０ｎｍ、閾値電流密度２．９ｋＡ／cm2において、室温で良好な連続発振を示した。また、共振面に劈開傷がなく、図９に示すように、投入電流が１４０〜１７０ｍＡ、光出力がＣＷ８０ｍＷ、動作温度が７０℃の状態で、寿命が１万時間と、特に寿命特性の良いレーザ素子を再現性良く製造することができた。
【００８３】
さらに、このレーザ素子の活性領域のＩｎ組成の揺らぎを、リッジ部の下、かつ活性層表面から１００μｍ〜４００μｍの深さ方向の断面について、マイクロ・フォトルミネッセンス（μ−ＰＬ）により測定した。
その結果、図６に示すように、活性層のＩｎ組成のゆらぎは抑制されていた。
【００８４】
なお、比較のために、基板がオフ角を有さない以外は実施例１と同様に作製した素子について、同様の測定をした。その結果、図５に示すように、活性層のＩｎの組成ゆらぎは大きかった。
【００８５】
実施例２
以下の表に示す構成を変更する以外は、実質的に実施例１と同様のレーザ素子を作製した。
【００８６】
【表１】
【００８７】
得られた素子を実施例１と同様にレーザ発振させた。
発振波長４６０〜４８０ｎｍ、閾値電流密度２．０ｋＡ／cm2において、室温で良好な連続発振を示す。
さらに、共振面に劈開傷がなく、光出力がＣＷ８０ｍＷ、動作温度が６０℃の状態で寿命が３０００時間と、特に寿命特性の良い長波長レーザ素子を再現性良く製造することができる。
【００８８】
実施例３
この実施例で用いたＧａＮ基板は、主面をＣ面（０００１）とし、Ｍ面（１−１００）に対して垂直方向にオフ角ａが０．２３°、平行方向にオフ角ｂが０．０６°傾斜している。
また、このＧａＮ基板の第１及び第２の主面には、Ｃ面（０００１）からなる第１の領域（１ｓｔ）と、（０００−１）面からなる第２の領域（２ｎｄ）が、それぞれ４００μｍと、２０μｍの間隔で形成されていた。さらに、この実施例のレーザ素子は、以下の表に示す構成を有している。その他は、実質的に実施例１と同様のレーザ素子である。
【００８９】
【表２】
【００９０】
得られた素子について、実施例１と同様にレーザ発振させた。
発振波長４００〜４２０ｎｍ、閾値電流密度２．９ｋＡ／cm2において、室温で良好な連続発振を示す。また、共振面には劈開傷がなく、光出力がＣＷ８０ｍＷ、動作温度が７０℃の状態で寿命が１万時間と、特に寿命特性の良いレーザ素子を再現性良く製造することができる。
【００９１】
さらに、このレーザ素子の活性領域の混晶揺らぎをマイクロ・フォトルミネッセンス（μ−ＰＬ）により測定した。
その結果、図１０（ａ）に示すように、第１の領域内において波長が均一となっている。
また、窒化物半導体層の表面状態を観察した。
その結果、図１０（ｂ）に示すように、第１の領域内において半導体層の表面段差は０．１μｍ以下に平坦化されている。
【００９２】
実施例４〜８
オフ角ａ（θa）及びオフ角ｂ（θb）を以下の表に示された値にする以外、実施例３と実質的に同様の素子を作製する。
【００９３】
【表３】
得られた素子について、実施例１と同様にレーザ発振させると、いずれも、実施例３と同様に、長寿命で、優れた表面平坦性が得られる。
【００９４】
実施例９
ＧａＮ基板は、オフ角ａが０．３°、オフ角ｂが０．０５°であり、その上に、以下の表に示す構成を有している以外、実質的に実施例１と同様のレーザ素子である。
【００９５】
【表４】
【００９６】
得られた素子について、実施例１と同様にレーザ発振させた。
発振波長４０３〜４０７ｎｍ、閾値電流密度１．８〜２．０ｋＡ／cm2において、室温で良好な連続発振を示す。また、光出力がＣＷ２００ｍＷ、動作温度が２５℃の状態で寿命が１００００時間以上と、特に寿命特性の良いレーザ素子を再現性良く製造することができる。
【００９７】
実施例１０
ＧａＮ基板は、オフ角ａが０．３°、オフ角ｂが０．０５°であり、その上に、以下の表に示す構成を有している以外、実質的に実施例１と同様のレーザ素子である。
【００９８】
【表５】
【００９９】
得られた素子について、実施例１と同様にレーザ発振させた。
発振波長３７３〜３７６ｎｍ、閾値電流密度３．４〜３．５ｋＡ／cm2において、室温で良好な連続発振を示す。また、光出力がＣＷ３０ｍＷ、動作温度が２５℃の状態で寿命が８０００時間と、特に寿命特性の良いレーザ素子を再現性良く製造することができる。
【０１００】
実施例１１
ＧａＮ基板は、オフ角ａが０．３°、オフ角ｂが０．０５°であり、その上に、以下の表に示す構成を有している以外、実質的に実施例１と同様のレーザ素子である。
【０１０１】
【表６】
【０１０２】
得られた素子について、実施例１と同様にレーザ発振させた。
発振波長３７３〜３７６ｎｍ、閾値電流密度２．２〜２．３ｋＡ／cm2において、室温で良好な連続発振を示す。また、光出力がＣＷ１００ｍＷ、動作温度が２５℃の状態で寿命が１０００時間以上と、特に寿命特性の良いレーザ素子を再現性良く製造することができる。
【０１０３】
実施例１２
ＧａＮ基板は、オフ角ａが０．３°、オフ角ｂが０．０５°であり、その上に、以下の表に示す構成を有している以外、実質的に実施例１と同様のレーザ素子である。
【０１０４】
【表７】
【０１０５】
得られた素子について、実施例１と同様にレーザ発振させた。
発振波長４４２〜４４９ｎｍ、閾値電流密度２．５ｋＡ／cm2において、室温で良好な連続発振を示す。また、光出力がＣＷ３０ｍＷ、動作温度が５０℃の状態で寿命が１００００時間と、特に寿命特性の良いレーザ素子を再現性良く製造することができる。
【０１０６】
実施例１３
ＧａＮ基板は、オフ角ａが０．３°、オフ角ｂが０．０５°であり、その上に、以下の表に示す構成を有している以外、実質的に実施例１と同様のレーザ素子である。
【０１０７】
【表８】
【０１０８】
得られた素子について、実施例１と同様にレーザ発振させた。
発振波長４４２〜４４９ｎｍ、閾値電流密度１．７〜１．８ｋＡ／cm2において、室温で良好な連続発振を示す。また、光出力がＣＷ１５０ｍＷ、動作温度が２５℃の状態で寿命が１００００時間と、特に寿命特性の良いレーザ素子を再現性良く製造することができる。
【０１０９】
実施例１４
ＧａＮ基板は、オフ角ａが０．３°、オフ角ｂが０．０５°であり、その上に、以下の表に示す構成を有している以外、実質的に実施例１と同様のレーザ素子である。
【０１１０】
【表９】
【０１１１】
得られた素子について、実施例１と同様にレーザ発振させた。
発振波長４６７〜４７５ｎｍ、閾値電流密度２．９ｋＡ／cm2において、室温で良好な連続発振を示す。また、光出力がＣＷ２０ｍＷ、動作温度が５０℃の状態で寿命が５０００時間と、特に寿命特性の良いレーザ素子を再現性良く製造することができる。
【０１１２】
比較例１〜３
以下の表に示すオフ角とする以外、実施例３と実質的に同様の素子を作製する。
【０１１３】
【表１０】
これらの素子の活性領域の混晶揺らぎ及び窒化物半導体層の表面状態を、実施例３と同様に測定した。その結果、いずれの比較例においても、第１の領域内において波長が不均一となった。また、第１の領域内において半導体層に段差があり、平坦化されていない。
【０１１４】
実施例１５
この実施例の素子は、半導体層の構成を以下に示すように変更する以外、実質的に実施例１と同様の素子を作製する。
−ｎ側層における第２層として、Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ（２５Å）／ＧａＮ（２５Å）を２２０回繰り返した総膜厚１．１μｍの超格子構造（平均Ａｌ混晶は４％）、
−第１層として、Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ（２５Å）／ＧａＮ（２５Å）を６０回繰り返した総膜厚３０００Åの超格子構造（平均Ａｌ混晶は２．５％）、
−コア領域におけるｎ型光ガイド層として、ＧａＮ層（１７００Å）、
−活性層として、Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎからなる障壁層（１４０Å）／Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎからなる井戸層（７０Å）を２回繰り返し、その上にＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎからなる障壁層（３００Å）を形成した総膜厚約７２０Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）、
−ｐ型ガイド層として、ＧａＮ（１５００Å）、
−ｐ側層における第１層として、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ（２０Å）／ＧａＮ（２０Å）を３００回繰り返した総膜厚４５００Åの超格子構造（平均Ａｌ混晶は４．９％）を有する。
【０１１５】
また、ｐ電極は、Ｎｉ／Ａｕ、ｎ電極はＴｉ／Ａｌとし、パッド電極としてＮｉ−Ｔｉ−Ａｕ（１０００Å−１０００Å−８０００Å）が形成されている。共振器長は、６５０μｍである。
【０１１６】
この素子について、いずれのレーザ素子も、発振波長４０５ｎｍ、閾値電流密度２．８ｋＡ／cm2において、室温で良好な連続発振を示した。
また、共振面に劈開傷がなく、光出力がＣＷ５ｍＷ、動作温度が６０℃の状態で、寿命が２０００時間以上と、特に寿命特性の良いレーザ素子を再現性良く製造することができた。
さらに、この素子の広がり角及びアスペクト比を、それぞれ測定し、以下に示す比較例の素子と比較した。その結果、広がり角では約８％、アスペクト比では約６％低減させることができた。
【０１１７】
比較例は、上述した素子において、第２のｎ型窒化物半導体層及び第１のｎ型窒化物半導体層を設ける代わりに、ｎ型クラッド層として、Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ（２５Å）／ＧａＮ（２５Å）を繰り返し、総膜厚１．４μｍの超格子構造（平均Ａｌ混晶は４％）を１層のみ形成した。
【０１１８】
実施例１６
この実施例は、ｎ側層の第２層を、超格子構造の２層構造とする以外、実施例１５の素子と同様である。つまり、温度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＡｌ0.12Ｇａ0.88ＮよりなるＡ層を２５Åの膜厚で成長させ、続いて、ＴＭＡを止め、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０18／ｃｍ3ドープしたＧａＮよりなるＢ層を２５Åの膜厚で成長させる。そして、この操作をそれぞれ１６０回繰り返してＡ層とＢ層の積層し、総膜厚８０００Åの多層膜（超格子構造）よりなる第２のｎ型窒化物半導体層の下層を形成する。この第２層の下層の平均Ａｌ混晶は６％である。
【０１１９】
続いて、温度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＡｌ0.08Ｇａ0.92ＮよりなるＡ層を２５Åの膜厚で成長させ、続いて、ＴＭＡを止め、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０18／ｃｍ3ドープしたＧａＮよりなるＢ層を２５Åの膜厚で成長させる。そして、この操作をそれぞれ６０回繰り返してＡ層とＢ層の積層し、総膜厚３０００Åの多層膜（超格子構造）よりなる第２層の上層を成長させる。この第２層の上層の平均Ａｌ混晶は４％である。
その後、実施例１５と同様に、第１のｎ型窒化物半導体層以降を形成し、窒化物半導体素子を得る。
【０１２０】
得られた素子について、実施例１と同様の評価を行うとともに、広がり角及びアスペクト比を測定した。
その結果、実施例１と同様の効果が得られた。
また、上記の比較例に対して、広がり角では約２０％、アスペクト比では約１３％低減させることができた。つまり、光の閉じ込め効果が緩和されていることに起因して、Ｆ．Ｆ．Ｐ．における光の広がり角度を抑えることができ、これによって、アスペクト比を低減させることができることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
本発明の素子は、光ディスク用途、光通信システム、印刷機、光通信システム、露光用途、測定等の種々のデバイスに利用することができる。また、特定波長（４７０〜４９０ｎｍ付近）に感度を有する物質に、本発明の素子から得た光を照射することで、その物質の有無又は位置を検出することができるバイオ関連の励起光原等にも有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】本発明の窒化物半導体レーザ素子の模式的斜視図である。
【図２】本発明の窒化物半導体基板の模式的断面図である。
【図３】本発明の窒化物半導体基板のオフ角を説明するための図である。
【図４】本発明の窒化物半導体基板の別のオフ角を説明するための図である。
【図５】従来の窒化物半導体レーザ素子のマイクロＰＬ測定データである。
【図６】本発明の窒化物半導体レーザ素子のマイクロＰＬ測定データである。
【図７】本発明の窒化物半導体基板の一製造工程を示す断面図である。
【図８】本発明の窒化物半導体レーザ素子の一製造工程を示す断面図である。
【図９】本発明の窒化物半導体レーザ素子のライフデータを示す図である。
【図１０】本発明の窒化物半導体レーザ素子における活性領域の混晶揺らぎをマイクロ・フォトルミネッセンス（μ−ＰＬ）により測定した断面図（ａ）及び窒化物半導体層の表面状態を観察した断面図（ｂ）である。
【図１１】比較例１の窒化物半導体レーザ素子における活性領域の混晶揺らぎをマイクロ・フォトルミネッセンス（μ−ＰＬ）により測定した断面図（ａ）及び窒化物半導体層の表面状態を観察した断面図（ｂ）である。
【図１２】比較例２の窒化物半導体レーザ素子における活性領域の混晶揺らぎをマイクロ・フォトルミネッセンス（μ−ＰＬ）により測定した断面図（ａ）及び窒化物半導体層の表面状態を観察した断面図（ｂ）である。
【図１３】比較例３の窒化物半導体レーザ素子における活性領域の混晶揺らぎをマイクロ・フォトルミネッセンス（μ−ＰＬ）により測定した断面図（ａ）及び窒化物半導体層の表面状態を観察した断面図（ｂ）である。
【符号の説明】
【０１２３】
１０１…窒化物半導体基板、２００…窒化物半導体層、２０３…ｎ側クラッド層、２０４…ｎ側光ガイド層、２０５…活性層、２０６…ｐ側キャップ層、２０７…ｐ側光ガイド層、２０８…ｐ側クラッド層、２０９…ｐ側コンタクト層、２２０…埋込膜、２３０…ｐ電極、２４０…保護膜、２５０…パッド電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｉｎを含有する活性層を備えた窒化物半導体レーザ素子及びレーザダイオード、発光ダイオード（ＬＥＤ）、受光素子、高周波トランジスタ、高耐圧トランジスタ等の窒化物半導体素子に関する。特に、特定のオフ角を有する窒化物半導体基板を用いることで素子特性が改善された窒化物半導体レーザ素子及び窒化物半導体素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ等の窒化物半導体からなるレーザ素子は、発振波長を、３７０ｎｍ以下の紫外域から５００ｎｍ以上の波長域までの広範囲で利用可能である。このようなレーザ素子を形成する基板は、ＥＬＯＧ（Epitaxially Lateral Overgrowth）法と呼ばれるラテラル成長を利用して形成しているものがある。
【０００３】
この技術は、周期的なストライプ状の開口部をもつＳｉＯ2マスクパターンを形成した下地基板の上に、ＧａＮをラテラル成長させて、ＧａＮ層を形成する。次に、下地基板を除去することで、ＧａＮ層のみからなる基板を製造する。ラテラル成長した領域のＧａＮは、転位が低い領域となる。低転位化したＧａＮの結晶性は良好であるため、このＧａＮを基板として使用すれば、窒化物半導体レーザ素子の寿命特性を向上させることができる。
【０００４】
また、窒化物半導体レーザ素子は、素子特性の向上も要求されている。そのため、基板は、基板自体の低転位化のみならず、良好な結晶性を有する窒化物半導体層をその上に成長させることができるものである必要がある。さらに、窒化物半導体素子を実用化するには、基板自体の大口径化も必要となる。
そのため、六方晶系の窒化物系半導体からなる基板において、（０００１）面から所定の方向に１°以上２０°以下でオフ角を形成する基板が提案されている（参考文献１）。
【特許文献１】特開２００２−１６０００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、この窒化物半導体基板は、オフ角の傾斜範囲とオフ角の傾斜方向とが広範囲であるため、レーザ素子内でのＩｎ、Ａｌ等の組成、不純物等の分布がばらつく。特に、Ｉｎを含有する活性層を備えているレーザ素子の場合には、発振波長によっては、閾値電流の上昇を招く。窒化物半導体レーザ素子は、理論上、広範囲の波長帯でレーザ発振が可能となるが、実際には組成分布、例えば、活性層内でのＩｎ分布を均一にしなければ、これを実現することができない等の課題がある。
また、１インチ以上に大口径化した基板を製造する場合、この基板の主面上に、ピット及び溝が残るため、基板上に形成する窒化物半導体層によってその表面を平坦化することが必要になるという課題もある。
【０００６】
本発明はこのような点に鑑みてなされたもので、広範囲の波長帯において、窒化物半導体層の組成分布、例えば、活性層の結晶性やＩｎ含有量を均一にして、寿命特性及び素子特性が一層優れた素子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】
【０００７】
本発明の第１の窒化物半導体レーザ素子は、窒化物半導体基板の主面上に第１導電型の窒化物半導体層と、Ｉｎを含有する活性層と、第１導電型とは異なる導電型をした第２導電型の窒化物半導体層と、前記第２導電型の窒化物半導体層にストライプ状のリッジ部とを備えてなり、前記窒化物半導体基板の主面は、基準結晶面に対して、少なくとも前記ストライプ状のリッジ部と略平行方向にオフ角ａ（θa）を有していることを特徴とする。
【０００８】
また、第２の窒化物半導体レーザ素子は、窒化物半導体基板の主面上に第１導電型の窒化物半導体層と、活性層と、第１導電型とは異なる導電型をした第２導電型の窒化物半導体層と、前記第２導電型の窒化物半導体層にストライプ状のリッジ部とを備えてなり、前記窒化物半導体基板の主面は、基準結晶面に対して、前記ストライプ状のリッジ部に略平行方向にオフ角ａ（θa）と、略垂直方向にオフ角ｂ（θb）とを有していることを特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明の窒化物半導体素子は、窒化物半導体基板の主面上に第１導電型の窒化物半導体層と、活性層と、第１導電型とは異なる導電型をした第２導電型の窒化物半導体層とを順に備えてなり、前記窒化物半導体基板の主面は、Ｍ面（１−１００）に対して略垂直方向にオフ角ａ（θa）、略平行方向にオフ角ｂ（θb）を有しており、｜θa｜＞｜θb｜の関係を満たすことを特徴とする。
【００１０】
これらの素子においては、（１）前記基準結晶面は、（０００１）面、（１１−２０）面又は（１−１００）面であるか、（２）前記窒化物半導体基板の主面は、（０００１）面からなる第１の領域と、少なくとも第１の領域と異なる結晶成長面を有する第２の領域とを備えているか、（３）前記第２の領域は、（０００−１）面であるか、（４）前記窒化物半導体基板の主面は、前記第１の領域と前記第２の領域とを略平行に有するか、（５）第１の領域が、リッジの直下に配置されてなるか、（６）０．１°≦｜θa｜≦０．７°を満たすか、（７）｜θa｜＞｜θb｜を満たすか（８）第１導電型の窒化物半導体層には、ラテラル成長させたＡｌを含有するか、（９）第１の領域と第２の領域とは、ストライプ状に極性が分断されているか、の１種以上を備えることが好ましい。
【００１１】
さらに、これら素子は、第１導電型の窒化物半導体層と第２導電型の窒化物半導体層との間に、活性層を含んでコア領域が形成され、
前記第１導電型及び第２導電型窒化物半導体層の少なくとも一方に、前記コア領域の最外層から順に第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層とを有しており、
前記コア領域の最外層と前記第１の窒化物半導体層との間及び前記第１の窒化物半導体層と前記第２の窒化物半導体層との間に屈折率差を有することが好ましい。
【００１２】
この場合、(ａ）第１の窒化物半導体層は前記コア領域の最外層よりも屈折率が低いか、（ｂ）第２の窒化物半導体層は第１の窒化物半導体層よりも屈折率が低いか、（ｃ）コア領域の最外層と第１の窒化物半導体層との屈折率差（Δｎ1）及び／又は第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層との屈折率差（Δｎ2）は、０．００４〜０．０３であるか、（ｄ）ｎ型窒化物半導体層は、コア領域の最外層に接した第１のｎ型窒化物半導体層から順に第ｍ（ｍ≧２）のｎ型窒化物半導体層を有しており、
ｐ型窒化物半導体層は、前記コア領域の最外層に接した第１のｐ型窒化物半導体層を有しており、
第ｍ（ｍ≧２）のｎ型窒化物半導体層の屈折率は、第１のｐ型窒化物半導体層の屈折率より高いか（ｅ）第ｍ（ｍ≧２）のｎ型窒化物半導体層と第１のｐ型窒化物半導体層との屈折率差（Δｎ）は、０．００４〜０．０３であるか、（ｆ）第ｍ（ｍ≧２）のｎ型窒化物半導体層と前記コア領域の最外層との屈折率差（Δｎm）は、０．００７〜０．０５であるか、の１種以上を備えていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の素子によれば、窒化物半導体基板の主面が、所定の方向にオフ角を有しているために、窒化物半導体層の組成分布や膜厚分布、例えば、活性層の結晶性やＩｎ含有量を均一にすることができる。原子面の段差を起点とした平坦な結晶成長を行うことができるからである。これによって、基板の主面上に成長する半導体層の界面は、高低差を有する凹凸段差が抑制され、発振波長が３６５ｎｍ以下の紫外領域から、５００ｎｍ以上の長波長領域に至る範囲を実現し得る活性層において、組成分布を均一化することができる。しかも、このような広範囲の波長帯において、寿命特性及び素子特性に優れた素子を得ることができる。
【００１４】
また、本発明の素子が、所定の半導体層において、所定の屈折率差の関係を有している場合には、活性層で発生する光の滞在領域を適切に調整して、安定した光の閉じ込めを行うことにより、ＣＯＤレベルを向上させることができる。さらに、光強度分布の垂直方向への広がり角を低減させ、アスペクト比を最適化又は２以下に低減することができる。その結果、光の漏れによる閾値電圧の増大を防止し、光出力効率を向上させて集光率が良好で、高信頼性を有する素子を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の窒化物半導体レーザ素子及び窒化物半導体素子（両者を含めて単に「素子」と記す場合がある）は、窒化物半導体基板（単に「基板」と記す場合がある）の第１の主面上に第１導電型の窒化物半導体層（単に「半導体層」と記す場合がある）と、活性層と、第２導電型（第１導電型とは異なる導電型）の窒化物半導体層とをこの順に備える。なお、窒化物半導体素子は、レーザ素子であってもよいし、ＬＥＤであってもよい。特に、レーザ素子の場合には、第２導電型の窒化物半導体層にストライプ状のリッジ部を有していることが好ましい。
【００１６】
この素子は、第２導電型の窒化物半導体層上に第２の電極を備え、基板の第２の主面（第１の主面と対向する主面）に第１の電極を備えた対向電極構造とすることができる。この構造により、製造工程を安定化し、大電流を投入することが可能となり、高出力発振をすることができる高品質な素子を歩留まり良く実現することができる。また、第１の主面側に、第１及び第２電極の双方が配置されていてもよい。
【００１７】
以下に、本発明の窒化物半導体レーザ素子を、その製造方法とともに説明する。
この素子は、図１（ｂ）及び図２（ａ）に示したように、窒化物半導体基板１０１上に、第１導電型窒化物半導体層、活性層、第２導電型窒化物半導体がこの順に形成されており、第２導電型窒化物半導体層の表面にはストライプ状のリッジ部が形成されている。
基板１０１の主面は、図１（ａ）、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、リッジ部と略平行方向Ａ、例えば、［０００１］方向及び［１−１００］方向からオフ角ａ（θａ°）傾いている。つまり、基板の主面とは、基板の所定の基準結晶面（オフ角の傾斜のない面、例えば、Ｃ面）に対して、オフ角ａを有する面を指す。
【００１８】
また、基板の主面は、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、所定の基準結晶面に対して、リッジ部と略平行方向Ａにオフ角ａ傾くのに加えて、さらに、オリフラ（ＯＦ）面に対して略垂直方向、例えば、［１１−２０］方向に、オフ角ｂ（θｂ°）傾いていてもよい。
ここで、基準結晶面とは、例えば、Ｃ面、Ｍ面、Ａ面、Ｒ面等の結晶面を示す。なかでも、Ｃ面（０００１）、Ｍ面（１−１００）、Ａ面（１１−２０）面等が好ましい。
【００１９】
「オフ角」とは、基板表面に形成された、所定の基準結晶面に対する傾斜角である。オフ角は、少なくともストライプ状のリッジ部と略平行方向に形成される（オフ角ａ）ことが好ましく、さらに、オフ角ａが形成される方向に対して直交する方向に形成される（オフ角ｂ）ことが好ましい。「略平行方向に形成される」とは、例えば、共振面の光出射面方向に下降するように形成される、共振面の光反射面方向に下降するように形成されている、あるいは、Ｍ面（１−１００）に対して略垂直方向に形成されることを含む。これによって、リッジ部の直下に位置する活性層の表面モフォロジー及び組成（例えば、Ｉｎ混晶比）を均一にすることができる。
【００２０】
オフ角ａは、絶対値｜θa｜が０．０２°〜５°程度、０．１°〜０．７°程度、さらに０．１５°〜０．６°程度、０．１°〜０．５°程度、０．１５°〜０．４°程度、０．２°〜０．３°程度であることが好ましい。オフ角ｂは、絶対値｜θb｜が、０°より大、０°〜０．７°程度、０°〜０．５°程度、０°〜０．５°未満、０°〜０．３°程度であることが好ましい。基板がオフ角ａ及びｂを有する場合には、｜θa｜＞｜θb｜であることが好ましい。これにより、基板の主面上に成長する半導体層の表面モフォロジーが面内で平坦化される。また、半導体層内のＡｌやＩｎ等の組成分布をより均一化することができる。特に、従来基板では困難であった、活性層におけるＩｎ組成が５％を越える半導体層においても組成分布を均一化することができる。
【００２１】
つまり、上述したようなオフ角が形成されていれば、波長が３６５ｎｍ以下の紫外領域から５００ｎｍ以上の長波長領域に至る範囲で素子特性を向上させることができる。マイクロＰＬでリッジ又はチップ内を観察したときに、オフ角を有さない基板上に成長させた半導体層内の活性層のＩｎの組成ゆらぎは大きい（図５）のに対して、上述のオフ角を有する基板を用いた場合には、活性層のＩｎ組成のゆらぎを抑制することができる（図６）。
【００２２】
半導体層は、第１導電型（例えば、ｎ型）半導体層と第２導電型（例えば、ｐ型）半導体層とで、活性層を挟んだ分離光閉じ込め型構造（Separate Confinement Heterostructure）である。
活性層は、Ｉｎを含有することが好ましい。これにより、広範囲の波長帯の素子を実現することができる。また、多重又は単一量子井戸構造のいずれでもよい。量子井戸構造とすることにより、発光効率を向上させることができる。活性層よりバンドギャップの大きい半導体層を、活性層の上下に備えることで、光の導波路が構成される。さらに、活性層の両側にクラッド層（屈折率の低い層）を形成することにより、光及びキャリアの双方を閉じ込めることができる。
【００２３】
（第１の工程）
オフ角を有する窒化物半導体基板は、以下のように形成することができる。
まず、図７（ａ）に示すように、窒化物半導体と異なる材料からなる異種基板１０を準備する。異種基板は、サファイア、ＧａＡｓ、ＳｉＣ、Ｓｉ、スピネル、ＳｉＯ2、ＳｉＮ、ＺｎＯ等が挙げられる。異種基板１０の表面は、後に成長させる窒化物半導体の成長面を（０００１）面、（１１−２０）面又は（１−１００）面とするものが好ましい。
【００２４】
異種基板１０の表面上に、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）からなるバッファ層（図示せず）を成長させる。バッファ層は、９００℃以下の成長温度で、例えば、ＭＯＣＶＤ法により、減圧〜大気圧で成長させる。本発明では、半導体層は、例えば、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法、ハライド気相エピタキシャル成長（ＨＶＰＥ）法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法等の気相成長法、窒化物半導体を成長させるのに知られている全ての方法を用いて形成することができる。
【００２５】
その後、図７（ｂ）に示すように、例えば、バッファ層を介して異種基板１０表面に凸部１０ａを形成する。
続いて、転位を低減させた窒化物半導体層１００を成長させる。この半導体層１００の膜厚は５０μｍ〜１０ｍｍ程度、好ましくは１００μｍ〜１０００μｍ程度である。この範囲であれば、後工程でのオフ角の形成及びハンドリングを容易にすることができる。
【００２６】
次いで、図７（ｃ）に示すように、異種基板を研磨、研削、電磁波照射（エキシマレーザー照射等）又はＣＭＰ等により除去して、単体の窒化物半導体層１００を取り出すことにより、窒化物半導体基板を得る。この基板は、半導体層１００の成長面を第１主面、異種基板１０を除去することによる露出面を第２主面とする。
なお、異種基板は、必ずしもここで除去することは必要ではない。後述するｎ電極の形成までに除去してもよいし、除去しなくてもよい。
【００２７】
得られた窒化物半導体基板の第１表面は、例えば、（０００１）面、（１１−２０）面、（１−１００）面（Ｍ面）等を含むことが好ましい。これにより、基板と窒化物半導体層との界面から発生する転位を低減させることができる。また、ウェハから分割する工程での劈開等を再現性よく行うことができる。
【００２８】
基板の第１表面には、転位が面内で周期的に分布しているものであってもよい。例えば、ＥＬＯ法を用いて低転位密度領域（例えば、第１の領域）と高転位密度領域（例えば、第２の領域）とを交互にストライプ状に形成したものが挙げられる。これにより、基板内の応力を緩和させることができ、基板上に応力緩和層を形成することなく、その上に窒化物半導体層を成長させることができる。
また、第１の領域と第２の領域とはストライプ状に極性が分断されていることが好ましい。これにより、基板に発生する応力や歪みを抑制することができる。また、ウェハの分割工程での劈開等を再現性よく行うことができる。
【００２９】
ここで、低転位密度領域とは、単位面積当たりの転位数が１×１０7／ｃｍ2以下、好ましくは１×１０6／ｃｍ2以下、さらに好ましくは５×１０5／ｃｍ2以下の領域である。高転位密度領域とは、低転位密度領域よりも転位密度が高い領域であればよい。
第１の領域と第２の領域とが交互にストライプを形成する場合、第１の領域の幅は１０μｍ〜５００μｍ、さらに１００μｍ〜５００μｍが好ましい。第２の領域の幅は２μｍ〜１００μｍ、１０μｍ〜５０μｍが好ましい。
これらの転位測定はＣＬ観察やＴＥＭ観察等で行うことができる。
【００３０】
例えば、第１の表面上に形成される低転位密度領域を（０００１）面とすれば、高転位密度領域は（０００１）面と異なる（０００−１）面、（１１−２０）面、（１０−１４）面、（１０−１５）面、（１１−２４）面等の結晶成長面が挙げられる。特に、（０００−１）面が好ましい。このように部分的に結晶成長面が異なる面を有する基板を用いることにより、基板内部に発生する応力や歪みを緩和させることができ、基板上に応力緩和層を形成することなく、半導体層を膜厚５μｍ以上で積層することが可能となる。つまり、ウェハの反り及びクラックの発生を低減することができる。上述のストライプ形状は、破線状に形成されているものを含む。
【００３１】
なお、窒化物半導体の第２の表面は、少なくとも２以上の異なる結晶成長面を有することが好ましく、具体的には（０００−１）面、（０００１）面、（１１−２０）面、（１０−１５）面、（１０−１４）面、（１１−２４）面等が挙げられる。本明細書においては、面指数を表す括弧内のバー（−）は、後ろの数字の上に付すものとする。
また、基板の外周形状は特に限定されず、ウェハ状であっても、矩形状等であってもよい。ウェハ状である場合には、１インチ以上、さらに２インチ以上のサイズが好ましい。
【００３２】
基板は、２軸結晶法による（０００２）回折Ｘ線ロッキングカーブの半値幅（Full Width at Half Maximum）が２分以下であることが好ましく、１分以下がより好ましい。
なお、窒化物半導体基板としては、III族元素（Ｂ、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ等）と窒素との化合物又は混晶化合物（ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等）が挙げられる。また、この基板は、ｎ型又はｐ型不純物を含有するものが好ましい。この不純物濃度は、１×１０17ｃｍ-3〜１×１０20ｃｍ-3が挙げられる。
この基板は、部分的にサファイア等の絶縁性基板を有するものであってもよい。
窒化物半導体基板は、上述した２段成長のＥＬＯ法、選択成長法等を用いて形成してもよいし、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、溶融法等で形成されるバルク単結晶を用いてもよい。また、市販品を用いてもよい。
【００３３】
次に、図７（ｄ）に示したように、得られた基板１０１の表面にオフ角を形成する。オフ角は、基板１０１の第１の表面に膜厚分布を有するマスク（図示せず）を形成し、その後、マスクをエッチングにより除去し、さらに露出した基板の第１の表面もエッチングし続ける。エッチングは、ウェットエッチング、ドライエッチング（反応性イオンエッチング：ＲＩＥ、反応性イオンビームエッチング：ＲＩＢＥ、電子サイクロトロン共鳴：ＥＣＲ、高周波誘導結合プラズマ：ＩＣＰ、収束イオンビーム：ＦＩＢ等）、ＣＭＰ処理等により行うことができる。なかでも、ドライエッチング法を用いることが、オフ角を容易に制御することができるため好ましい。これにより、基板の第１の表面には、エッチング時間に面内分布が生じるため、所望のオフ角を、所望の方向に対して、所望の大きさで形成することができる。
【００３４】
あるいは、基板の第１の表面を、研磨する、研削する、レーザー照射により表面処理する方法等を用いてもよいし、バルクの窒化物半導体基板をワイヤーソーでオフ角を有するように切り出してもよい。特に、ドライエッチングによってオフ角を形成する場合には、ドライエッチング装置に基板を傾けてセットするか、傾斜のついた基板ホルダに基板をセットして、エッチングに付す方法であってもよい。さらに、予め異種基板にオフ角を形成し、その上に窒化物半導体層を成長させることで異種基板から窒化物半導体層にオフ角を引き継がせ、この窒化物半導体層から基板を得てもよい。
得られた基板１０１の第１の主面は、窒化物半導体基板の本来の表面に対してオフ角ａを有する。これを用いて素子を形成することで、基板上に成長させた半導体層内では、応力が抑制され、劈開時におけるダメージに耐えることが可能となる。
【００３５】
（第２の工程）
次に、図８（ａ）に示すように、オフ角を有する基板１０１の第１の主面上に、下層（省略可能なクラック防止層等）を介して、窒化物半導体層２００として、例えば、ｎ側層、活性層、ｐ側層をこの順で積層する。半導体層２００は、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）等が挙げられる。
【００３６】
まず、ｎ側層として、ｎ側クラッド層：ｎ型不純物ドープＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．５）、ｎ側光ガイド層：ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．３）を成長させる。なお、クラッド層及び光ガイド層等という名称は、からなずしもその機能のみを有することを意味するものではなく、その他の機能も果たすことを意味する（ｐ側層も同じ）。ｎ側クラッド層は単一層であれば、一般式はＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．２）であって、膜厚は０．５〜５μｍであることが好ましい。多層であれば、第１の層：ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．５、０≦ｘ≦０．１、さらに０＜ｘ≦０．３が好ましい）と第２の層：ＡｌyＧａ1-yＮ（０．０１≦ｙ≦１）との積層構造としてもよい。ｎ側層、特に、多層の場合の第１の層（Ａｌを含有する半導体層）は、ラテラル成長させて形成することが好ましい。これにより、半導体層の表面のさらなる平坦化、半導体層内での組成揺らの抑制が実現できる。ラテラル成長は、炉内での成長温度を１０００℃以上、圧力を６００Ｔｏｒｒ以下とすることが好ましい。多層の場合の第１及び第２の層等は、例えば、０．５〜５μｍの膜厚が適当である。
【００３７】
次に、活性層として、一般式ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０＜ｘ＋ｙ≦１）で表される多重量子井戸構造の半導体層を成長させることが好ましい。井戸層の組成はＩｎの混晶が０＜ｘ≦０．５であることが好ましい。井戸層及び障壁層の膜厚は、例えば、１０〜３００Å、２０〜３００Åが挙げられ、総膜厚は、例えば、１００〜３０００Å程度が適当である。また、総膜厚を１０〜３００Å程度の範囲とすることで、Ｖf、閾値電流密度を低減させることができる。さらに、Ａｌ含有量を調整することで紫外域の発光から、長波長側の発光（例えば、３００ｎｍ〜６５０ｎｍ、さらに３６０ｎｍ〜５８０ｎｍ）が可能となる。
【００３８】
多重量子井戸構造は、障壁層から始まり井戸層で終わっても、障壁層から始まり障壁層で終わっても、井戸層から始まり障壁層で終わっても、井戸層から始まり井戸層で終わってもよい。好ましくは、障壁層から始まり、井戸層と障壁層とのペアを２〜８回繰り返してなるものであって、障壁層で終わる構成である。特にこのペアが２〜３回繰り返してなるものは、しきい値を低下させ、寿命特性を向上させるのに好ましい。
【００３９】
続いて、ｐ側層として、電子閉じ込め層（省略可能）：ｐ型不純物ドープＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．５）、ｐ側光ガイド層：ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．３）、ｐ側クラッド層：ｐ型不純物ドープＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．５）、ｐ側コンタクト層：ｐ型不純物ドープＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）をこの順に成長させる。これらの半導体層には、Ｉｎを混晶させてもよい。各層の膜厚は、３０Å〜５μｍ程度が挙げられる。
【００４０】
半導体層２００は、基板１０１の第１主面上に、低温成長バッファ層：ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．３）、中間層２０２：ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．３）及び／又はクラック防止層：ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０＜ｘ＋ｙ≦１）を介してｎ側層を成長させた構成でもよい。また、各層の間に応力緩衝層を有する構造又はＧＲＩＮ構造を用いてもよい。中間層等は、単一又は多層積層構造のいずれでもよい。この中間層等によって、半導体層の表面上に発生する転位（貫通転位等）、ピットを低減させることができる。
【００４１】
ｎ側クラッド層、ｐ側クラッド層は、単一層構造、２層構造又は組成比が互いに異なる２層からなる超格子（ＳＬ）構造であってもよい。ｎ側及びｐ側クラッド層の総膜厚は、０．４〜１０μｍであることが好ましい。これにより、順方向電圧（Ｖｆ）を低減することができる。また、クラッド層の全体のＡｌの平均組成は、０．０２〜０．１５であることが好ましい。これにより、クラックの発生を抑制することができ、レーザ導波路との屈折率差を得ることができる。
【００４２】
ｎ型不純物は、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｃｄ等が挙げられ、ｐ型不純物は、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｓｒ等が挙げられる。不純物濃度は５×１０16／ｃｍ3〜１×１０21／ｃｍ3程度が好ましい。特に、ｎ型不純物のドープ量は、１×１０17／ｃｍ3〜５×１０19／ｃｍ3であることが好ましい。これにより、抵抗率を低くでき、かつ結晶性を損なわない。ｐ型不純物のドープ量は、１×１０19／ｃｍ3〜１×１０21／ｃｍ3であることが好ましい。これにより、結晶性を損なわない。不純物ドープは、変調ドープであってもよい。
【００４３】
（第３の工程）
基板１０１上に半導体層２００を積層したウェハを、半導体成長装置の反応容器から取り出し、ｎ側層をエッチングすることにより、例えば、ｎ側クラッド層まで露出させる。これにより、応力を緩和することができる。なお、この工程は省略することができるし、エッチングによって露出させる面は、必ずしもｎ側クラッド層でなくてもよい。エッチングは、ＲＩＥ法を用いＣｌ2、ＣＣｌ4、ＢＣｌ3、ＳｉＣｌ4ガス等の塩素系ガスにより行うことができる。
【００４４】
次いで、図８（ｂ）に示すように、ｐ側層表面にストライプ状のリッジ部を形成する。
リッジ部の形成は、まず、ｐ側層の最上層であるｐ側コンタクト層２０９の表面に保護膜（図示せず）を形成する。この保護膜は、リッジ部の形状に対応するパターンである。この保護膜をマスクとして、ｐ側層をエッチング除去する。リッジ部は、導波路領域を規定するものであり、幅は１．０μｍ〜１００．０μｍ程度、高さ（エッチング深さ）は、少なくともｐ側クラッド層を露出する範囲であればよい。共振器長は３００μｍ〜１０００μｍ程度が好ましい。シングルモードのレーザ光とする場合は、幅は１．０μｍ〜３．０μｍとするのが好ましい。リッジ部の幅を５μｍ以上とすれば、１Ｗ以上の高出力が可能となる。また、大電流を流すと、リッジ部直下では電流が急激に横方向に広がるため、リッジ部の高さはｐ側光ガイド層まであるのが好ましい。なお、リッジは、上述した低転位密度領域（第１の領域）の上方に配置されるように形成することが好ましい。
【００４５】
（第４の工程）
その後、図８（ｃ）に示すように、リッジ部の側面を埋込膜２２０で保護する。この埋込膜２２０は、半導体層よりも屈折率が小さく、絶縁性の材料から選択することが好ましい。具体的には、ＺｒＯ2、ＳｉＯ2、Ｖ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ａｌ等の酸化物の単層又は多層が挙げられる。
続いて、ｐ側コンタクト層２０９のリッジ部の上面にｐ電極２３０を形成する。好ましくは、ｐ側コンタクト層２０９及び埋込膜２２０の上にｐ電極２３０を形成する。ｐ電極は多層構造、例えば、Ｎｉ（５０〜２００Å：下層）／Ａｕ（５００〜３０００Å：上層）、Ｎｉ／Ａｕ／Ｐｔ（５００〜５０００Å）又はＮｉ／Ａｕ／Ｐｄ（５００〜５０００Å）が好ましい。
ｐ電極２３０を形成した後、３００℃以上、好ましくは５００℃以上で、窒素及び／又は酸素雰囲気下にて、オーミックアニールを行うことが好ましい。
【００４６】
次に、図８（ｄ）に示すように、前工程で露出したｎ側層の側面等に保護膜２４０を形成する。なお、この保護膜は、図２（ｂ）に示すように、少なくともｎ側層及びｐ側層の側面を被覆していればよく、ｐ電極２３０の一部を被覆していなくてもよい。
さらに、ｐ電極２３０の上にパッド電極２５０を形成する。パッド電極２５０は、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｗ等の金属からなる積層構造、例えば、Ｗ／Ｐｄ／Ａｕ（１０００Å以上）又はＮｉ／Ｔｉ／Ａｕ（１０００Å以上）とすることができる。
【００４７】
（第５の工程）
図８（ｅ）に示すように、基板１０１の第２の主面にｎ電極２１０を形成する。
ｎ電極は、Ｔｉ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｐｄ、Ｗ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｍｏ、Ｖ、Ｈｆからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属により、第２の主面の一部又は全面に形成することが好ましい。これにより、基板とｎ電極とのオーミック特性が容易に得られ、密着性も良く、ウェハを分割するための劈開工程等での電極剥がれを防止することができる。
【００４８】
ｎ電極が多層構造の場合、最上層はＰｔまたはＡｕであることが好ましい。これにより、電極からの放熱性を向上させることができる。ｎ電極の膜厚は、１００００Å以下、さらに６０００Å以下が好ましい。多層構造の場合、例えば、基板側がＶ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｈｆ等（５００Å以下、Ｗの場合は３００Å以下）であることが好ましい。Ｖの場合は、膜厚は５０〜３００Å以下、さらに、７０〜２００Åが好ましい。これにより、良好なオーミック特性を得ることができ、耐熱性を向上させることができる。具体的には、Ｔｉ（１００Å：基板側）／Ａｌ（５０００Å）、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ（６０Å／１０００Å／３０００Å）、Ｔｉ（６０Å）／Ｍｏ（５００Å）／Ｐｔ（１０００Å）／Ａｕ（２１００Å）、Ｔｉ（６０Å）／Ｈｆ（６０Å）／Ｐｔ（１０００Å）／Ａｕ（３０００Å）、Ｔｉ（６０Å）／Ｍｏ（５００Å）／Ｔｉ（５００Å）／Ｐｔ（１０００Å）／Ａｕ（２１００Å）、Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｗ／Ａｌ／Ｗ／Ａｕ、Ｈｆ／Ａｌ、Ｔｉ／Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｔｉ／Ｗ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｍｏ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｍｏ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｖ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｖ／Ｍｏ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｖ／Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｃｒ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｃｒ／Ｍｏ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｃｒ／Ｗ／Ｐｔ／Ａｕ等が挙げられる。ｎ電極を形成した後は、３００℃以上でアニールしてもよい。
【００４９】
ｎ電極は、第２の主面側に、後工程である基板をバー化するためのスクライブ工程においてスクライブラインとなる領域を除く範囲に、矩形形状で形成することが好ましい。また、ｎ電極上には、ｎ電極と同様のパターン形状でメタライズ電極を形成してもよい。これにより、スクライブしやすくなり、劈開性が向上する。メタライズ電極としては、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等が挙げられる。
【００５０】
また、この基板の第２の主面にも、オフ角や凹凸段差を形成してもよい。
凹凸段差を形成することで、第２の主面を（０００−１）面とすれば、（０００−１）面以外の傾斜面を露出させることができる。（０００−１）面以外の傾斜面は、ｎ極性を示す面における表面積の０.５％以上さらに１〜２０％程度が好ましい。これにより、ｎ電極のオーミック特性を向上させることができる。
ここで、段差とは、界面段差が０．１μｍ以上であって、段差形状はテーパー形状、逆テーパー形状のものが挙げられる。段差の平面形状は、ストライプ状、格子状、島状、円状や多角形状、矩形状、くし形状、メッシュ形状から選択することができる。例えば、円状の凸部を形成すれば、円状凸部の直径幅は５μｍ以上とすることができる。また、凹部溝部の幅は少なくとも３μｍ以上の領域を有すると、電極の剥がれ等がなくなり好ましい。
第２の主面において、（０００−１）面以外の傾斜面を露出するには、オフ角を０．２〜９０°の範囲で形成することが適当である。
【００５１】
（第６の工程）
ストライプ状のｐ電極２３０に垂直な方向であって、半導体層の共振面を形成するためにウェハをバー状に分割する。共振面は、Ｍ面（１−１００）、Ａ面（１１−２０）とすることが好ましい。分割方法としては、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等が挙げられる。
この分割は、まず劈開補助溝を形成し、次いで分割する２段階で行うことが好ましい。これにより、共振面を歩留まりよく形成することができる。
つまり、まず、基板の第１又は第２の主面側から、スクライブにより劈開補助溝を形成する。この溝はウェハの全面又はバーとなる領域のウェハの両端に形成する。溝をバーを形成する劈開方向に、破線状に間隔をあけて形成することが好ましい。これによって、劈開方向が屈曲することを抑制し、容易に劈開することができる。また、この溝を第２の主面に形成することにより、ＦＦＰのリップルを抑制することができるとともに、電極の剥がれを防止できる。
【００５２】
次に、ブレイカーによりウェハをバー状に分割する。劈開方法としては、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等が挙げられる。
劈開により形成された共振面の光反射側及び／又は光出射面には、反射ミラーを形成してもよい。反射ミラーは、ＳｉＯ2、ＺｒＯ2、ＴｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、Ｎｂ2Ｏ5等の誘電体多層膜により形成することができる。特に、出射端面側にはＡｌ2Ｏ3又はＮｂ2Ｏ5が好ましい。これにより、寿命特性が良好となる。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。
さらに、バー状となった基板を電極のストライプ方向に平行に分割して、素子をチップ化する。チップ化した後の形状は矩形状であることが好ましく、共振面の幅は５００μｍ以下、さらに、４００μｍ以下であることが好ましい。
【００５３】
このようにして得られたレーザ素子は、ＦＦＰのリップルを抑制した長寿命等の特性を有する。また、対向電極構造の素子であるため、接触抵抗率が１．０Ｅ-3Ωｃｍ2以下と低減させることができる。
なお、この素子は、基板の上に複数の導波路領域を有するレーザ素子であってもよいし、ワイドリッジ部を有するレーザ素子であってもよい。
【００５４】
また、本発明の素子は、主として、第１導電型（例えば、ｎ型）層と第２導電型（例えば、ｐ型）層との間に、活性層を含むコア領域を有することが好ましい。
ここで、コア領域とは、光導波路領域、つまり、活性層で発生した光を閉じ込め、光波を減衰させずに導波させることができる領域を意味する。通常、活性層とこれを挟む光ガイド層がコア領域を構成し、その膜厚は、例えば、１００Å〜１．５μｍ程度であることが適当である。
ｎ型及びｐ型層を構成する半導体層は、特に限定されるものではなく、例えば、上述した窒化物半導体層が挙げられる。
【００５５】
この素子においては、ｎ型及びｐ型層の少なくとも一方に、特に、ｎ型層に、コア領域の最外層に隣接して、第１の窒化物半導体層（以下、「第１層」と記す）及び第２の窒化物半導体層（以下、「第２層」と記す）がこの順に配置していることが好ましい。
ｎ型層において、第１層及び第２層は、それぞれ、光の出射角度を調整するための層、光ガイド層及びクラッド層として機能するものであるが、これらの層の積層により、これらの機能を調整することができる。
つまり、ｎ層又はｐ層を多層化、特にｎ層を多層化することにより、Ｆ．Ｆ．Ｐ．が狭くなり、活性層での利得を減少させないで、Ｎ．Ｆ．Ｐを広げることができる。これによって、閾値電流を維持することができる。さらに、光の出射角度を上向き、下向き等に調整することができ、光出力効率を向上させて集光率の良好な素子を得ることができる。
【００５６】
また、第１層とコア領域の最外層、第２層と第１層とは、屈折率が異なることが好ましく、特に、第１層がコア領域の最外層よりも低屈折率を有し及び／又は第２層が第１層よりも低屈折率を有することが好ましい。これらの層は、コア領域の最外層から順に屈折率が低くなるように設定されていることが好ましい。これにより、安定した光の閉じ込めにより、活性層から照射されるビームを安定化させることができる。その結果、レーザ光源として応用が広がる。
【００５７】
さらに、コア領域の最外層と第１層との屈折率差（Δｎ1）及び／又は第１層と第２層との屈折率差（Δｎ2）が、０．００４〜０．０３であることが好ましい。これにより、活性層で発生する光の滞在領域をより一層適切に調整することができ、安定した光の閉じ込めを行うことが可能となる。その結果、Ｆ．Ｆ．Ｐの広がり角の制御が可能となる。
【００５８】
なお、ｎ型層においては、コア領域の最外層に隣接して形成される層は２層に限らず、３層以上、例えば、ｍ層（ｍ≧２）形成してもよい。その上限は特に限定されない。光の閉じ込め効果を考慮すると１０層以下、８層以下、さらに６層以下が適当である。特に、コア領域の最外層と第ｍ層との屈折率差（Δｎm）は０．００８〜０．０５、０．０７〜０．０５の範囲内であることが好ましい。このような範囲に設定することにより、光の閉じ込めを緩和してＦ．Ｆ．Ｐの広がり角の制御しながら、光の漏れを防止することができる。
【００５９】
ｎ型層の屈折率は、通常、その組成によって調整することができ、例えば、Ａｌの混晶比を大きくすることにより、屈折率を小さくすることができる。例えば、第１層と第２層との間で０．００４〜０．０３の屈折率差を得るために、両者においてＡｌの組成比に０．０１〜０．０７程度差異を設けることが適当である。
【００６０】
また、第１層及び／又は第２層が、Ｘ層とＹ層との超格子構造からなる場合には、いずれかの層の膜厚のみを変化させる、例えば、第１層ではＸ層が厚く、第２層ではＸ層を薄くするなどにより、ｎ型層の屈折率を調整することができる。
ｎ型層において、第１層及び第２層は、例えば、膜厚１０００〜１００００Å程度が適当である。また、第１層〜第ｍ層まで形成されている場合は、その合計が２０００〜４００００Å程度であることが適当である。
【００６１】
特に、ｎ型層が、ＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ＜１）を含んで形成されている場合には、少なくとも、コア領域の最外層から５００〜５０００Å程度の位置に０．００４〜０．０３程度の屈折率差を有する層、１５００〜２００００Å程度の位置に０．００４〜０．０３程度の屈折率差を有する層が配置することが好ましく、さらに、２５００〜２５０００Å程度の位置に０．００４〜０．０３程度の屈折率を有する層が配置していることがより好ましい。これにより、その組成及び膜厚にかかわらず、層内部のクラックの発生を防止することができる。従って、より適切な光の閉じ込めを実現することができる。
【００６２】
また、ｎ型窒化物半導体層側にｍ層のｎ型窒化物半導体層を有し、かつｐ型窒化物半導体層に第１のｐ型半導体層を含み、第ｍのｎ型窒化物半導体層が、第１のｐ型窒化物半導体層の屈折率よりも高い屈折率を有する場合には、ｐ側での光の閉じ込め効果を強くすることにより、より安定した光の閉じ込めを行うことができる。しかも、ｎ側での閉じ込めをｐ側よりも弱くすることにより、ｎ側でのキンクの発生を防止することが可能となる。
【００６３】
ｎ型層に、上述した第１層及び第２層が形成されているのであれば、ｐ型層に、必ずしも、第１層及び第２層が形成されていなくてもよい。ｐ型層に第１層が形成されている場合には、この第１層とコア領域の最外層との屈折率差は特に限定されないが、例えば、０．０１〜０．２程度が適当である。なお、第１層は、コア領域の最外層よりも屈折率が小さいことが好ましい。これにより、光の閉じ込めを確実に行うことができる。また、第ｍ層と第１層との屈折率差は、例えば、０．００４〜０．０３程度であることが好ましい。第１層は、第ｍ層よりも屈折率が小さいことが好ましい。さらに、第１層の膜厚は、例えば、１０００〜１００００Å程度が適当である。第１層は、ＧａＮとＡｌＧａＮとを積層した超格子構造とすることが好ましい。また、ｐ側の屈折率をｎ側よりも小さくするために、Ａｌの混晶比を高く設定したとしても、その膜厚を薄膜化することにより内部のクラックの発生を防止することができ、デバイスの安定性を保つ、つまり、リーク電流を低減させることができる。
【００６４】
光ガイド層は、窒化物半導体からなり、導波路形成に十分なエネルギーバンドギャップを有していれば、その組成、膜厚等は特に限定されるものではなく、単層、多層、超格子層のいずれの構造を有していてもよい。具体的には、波長３７０〜４７０ｎｍでは、ＧａＮを用い、それよりも長波長ではＩｎＧａＮ／ＧａＮの多層又は超格子層を用いることが適当である。光ガイド層を構成する窒化物半導体の組成、膜厚、構造等は、ｎ側及びｐ側において同じでもよいし、異なっていてもよい。
【００６５】
本発明において、コア領域、ｎ型層及びｐ型層の具体的な積層構造は、例えば、
第１のｐ型窒化物半導体層：ＡｌＧａＮ単層、ＡｌＧａＮ／ＧａＮの多層又は超格子層、
ｐ型光ガイド層：ＡｌＧａＮ単層、ＧａＮ単層、ＡｌＧａＮ／ＧａＮの多層又は超格子層、
活性層：ＩｎＧａＮ単層、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮの多層又は超格子層、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの多層又は超格子層、
ｎ型光ガイド層：ＧａＮ単層、ＩｎＧａＮ単層、ＡｌＧａＮ単層、ＧａＮ／ＡｌＧａＮの多層又は超格子層、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮの多層又は超格子層、ＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮの多層又は超格子層、
第１のｎ型窒化物半導体層：ＡｌＧａＮの単層、ＧａＮ／ＡｌＧａＮの多層又は超格子層、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮの多層又は超格子層、ＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮの多層又は超格子層、
第２のｎ型窒化物半導体層：ＡｌＧａＮの単層、ＧａＮ／ＡｌＧａＮの多層又は超格子層、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮの多層又は超格子層、ＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮの多層又は超格子層
等が挙げられる。これらの層は、任意に組み合わせることができる。特に、超格子層の場合には、一方の層又は両方の層において、その組成を変化させたり、膜厚を変化させたり、組成及び膜厚を変化させることにより、各層の屈折率及び屈折率差を上述したように設定することができる。
【００６６】
以下に、本発明の素子の実施例を示す。
実施例１
この実施例の半導体レーザ素子の構造を図１（ｂ）及び図２（ａ）に示す。
このレーザ素子は、主面として、転位密度が１×１０6／ｃｍ2以下で、（０００１）面に対してオフ角ａが０．３°のＧａＮからなる基板１０１上に、低温成長バッファ層（図示せず）と中間層（図示せず）とを介して、ｎ側クラッド層２０３、ｎ側光ガイド層２０４、活性層２０５、ｐ側キャップ層２０６、ｐ側光ガイド層２０７、ｐ側クラッド層２０８、ｐ側コンタクト層２０９がこの順に積層されて構成される。
【００６７】
ｐ側コンタクト層２０９の表面にはストライプ状のリッジ部が形成されており、リッジの両側には、ｐ側クラッド層２０８表面が露出している。
ｐ側クラッド層２０８の露出した面及びリッジ部の側面には埋込層２２０が形成されている。
リッジ部の上面に接触し、埋込膜２２０上にわたる領域にはｐ電極２３０が形成されている。ｐ電極２３０上の一部から上述の半導体の積層体の側面を被覆する保護膜２４０が形成されている。
また、ｐ電極２３０の上には、ｐパッド電極２５０が形成されており、ＧａN基板１０１の裏面にはｎ電極２１０が形成されている。
【００６８】
このような半導体レーザ素子は、以下の製造方法により形成することができる。
（窒化物半導体基板１０１）
まず、ＭＯＣＶＤ反応装置内において、サファイア又はＧａＡｓからなる異種基板を配置して、温度を５００℃にする。次に、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ3）を用い、ＧａＮよりなるバッファ層（２００Å）を成長させる。その後、温度を１０５０℃にして、ＧａＮよりなる第１の窒化物半導体層（４μｍ）を成長させる。
続いて、ウェハを反応容器から取り出し、この第１の窒化物半導体の表面に、ストライプ状のフォトマスクを形成し、ＣＶＤ装置によりストライプ幅１０〜３００μｍ、ストライプ間隔（窓部）５〜３００μｍのＳｉＯ2よりなる保護膜を形成する。
【００６９】
その後、ウェハをＨＶＰＥ装置に移送し、原料にＧａメタル、ＨＣｌガス及びアンモニアを用い、ｎ型不純物としてシリコン（Ｓｉ）又は酸素（Ｏ）をドーピングしながらＧａＮよりなる第２の窒化物半導体（４００μｍ）を成長させる。このように、ＨＶＰＥ法で保護膜上に１００μｍ以上のＧａＮ厚膜を成長させることにより、結晶欠陥を、二桁以上、低減させることができる。
【００７０】
異種基板等を除去することにより、第２の窒化物半導体層からなるＧａＮを窒化物半導体基板１０１を得る。基板１０１の膜厚は４００μｍ程度であり、少なくとも導波路の形成を意図する領域において、転位密度が１×１０6／ｃｍ2以下である。
得られた基板１０１をドライエッチング装置に、所定角度傾けてセットし、ドライエッチングに付すことにより、基板１０１の主面（（０００１面））に、この主面に対して、リッジの形成を意図する方向に、０．３°のオフ角ａを与える。
【００７１】
（ｎ側クラッド層２０３）
続いて、１０００℃〜１０８０℃でＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ、アンモニア、シランガスを用い、Ｓｉを１×１０18／cm3〜１×１０19／cm3ドープしたＡｌ0.03Ｇａ0.97Ｎよりなるｎ側クラッド層（膜厚２μｍ）を成長させる。
【００７２】
（ｎ側光ガイド層２０４）
次いで、シランガスを止め、１０００℃〜１０８０℃でアンドープＧａＮよりなるｎ側光ガイド層（０．１７５μｍ）を成長させる。この層には、ｎ型不純物をドープしてもよいし、ＩＮを含有させてもよい。
【００７３】
（活性層２０５）
次に、温度を９００℃以下にして、ＳｉドープＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎよりなる障壁層（１４０Å）を成長させ、続いて同一温度で、アンドープＩｎ0.07Ｇａ0.93Ｎよりなる井戸層（７０Å）を成長させる。障壁層と井戸層とを２回交互に積層し、最後に障壁層を形成し、総膜厚５６０Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層を形成する。
【００７４】
（ｐ側キャップ層２０６）
次に、９００℃で又は昇温し、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、ｐ側光ガイド層よりもバンドギャップエネルギーが大きい、Ｍｇを１×１０19／cm3〜１×１０20／cm3ドープしたｐ型Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎよりなるｐ側キャップ層（１００Å）を成長させる。この層は省略可能である。
【００７５】
（ｐ側光ガイド層２０７）
続いて、Ｃｐ2Ｍｇ、ＴＭＡを止め、１０００℃〜１０５０℃で、バンドギャップエネルギーがｐ側キャップ層１０よりも小さい、アンドープＧａＮよりなるｐ側光ガイド層（約０．１４μｍ）を成長させる。なお、この層にはｐ型不純物をドープしてもよいし、Ｉｎを含有させてもよい。
【００７６】
（ｐ側クラッド層２０８）
その後、１０００℃〜１０５０℃でアンドープＡｌ0.10Ｇａ0.90Ｎよりなる層（２５Å）を成長させ、続いてＴＭＡを止め、ＭｇドープＧａＮよりなる層（２５Å）を成長させ、総膜厚０．４μｍの超格子層よりなるｐ側クラッド層を成長させる。
【００７７】
（ｐ側コンタクト層２０９）
１０５０℃で、ｐ側クラッド層の上に、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層（１５０Å）を成長させる。
次いで、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ＳｉＯ2よりなる保護膜をマスクとして形成し、ＲＩＥによって、ＳｉＣｌ4ガスを用いてエッチングする。これにより、ｎ側クラッド層２０３を露出させる。
【００７８】
ｐ側コンタクト層２０９の表面に、ストライプ状のＳｉＯ2よりなる保護膜をマスクとして形成し、ＲＩＥを用いてＳｉＣｌ4ガスによりエッチングする。これにより、ストライプ状の導波路領域であるリッジ部を形成する。
続いて、リッジ部の側面をＺｒＯ2からなる埋込層２２０で保護する。
【００７９】
また、導波路領域であるリッジ部の端面近傍で、リッジから離間した位置にフォトリソグラフィー技術を用いて複数の開口部を有するレジストパターンを形成し、ＲＩＥを用いてＳｉＣｌ4ガスにより、ｎ側クラッド層に達するまでエッチングする。これにより、ｐ側コンタクト層の表面に、例えば、六角形状の凹部を形成する。凹部の頂点間の最長距離は１〜１０μｍ、好ましくは２〜５μｍとする。この凹部の形成によって、リップルを抑制することができる。この工程は省略してもよい。
次に、ｐ側コンタクト層２０９及び埋込層２２０の上の表面にＮｉ（１００Å）／Ａｕ（１５００Å）よりなるｐ電極２３０を形成する。
その後、Ｓｉ酸化膜（ＳｉＯ2）からなる保護膜２４０（０．５μｍ）をｐ電極２３０上及び埋込膜２２０上及び半導体層の側面に、スパッタリングにより成膜する。
【００８０】
次いで、６００℃でオーミックアニールを行う。
続いて、保護膜で覆われていない露出しているｐ電極２３０上に連続して、Ｎｉ（１０００Å）／Ｔｉ（１０００Å）／Ａｕ（８０００Å）をこの順で形成し、ｐパッド電極２５０を形成する。
その後、基板の第２の主面に、Ｖ（１００Å）／Ｐｔ（２０００Å）／Ａｕ（３０００Å）よりなるｎ電極２１０を形成する。
【００８１】
次いで、基板の第１の主面側に凹部溝（深さ：１０μｍ、共振面と平行方向の幅：５０μｍ、垂直方向の幅：１５μｍ）を形成する。この溝を劈開補助線として、基板のｎ電極の形成面側から劈開し、劈開面（１−１００面、六角柱状の結晶の側面に相当する面＝Ｍ面）を共振面とするバーを得る。
共振器面に誘電体多層膜を形成する。
最後に、ｐ電極２３０に平行な方向に、バーを分割し、チップ化して半導体レーザ素子を得る。
【００８２】
得られたレーザ素子を、複数個それぞれヒートシンクに設置し、ｐ電極をワイヤーボンディングして、室温でレーザ発振を試みた。その結果、いずれのレーザ素子も、発振波長４００〜４２０ｎｍ、閾値電流密度２．９ｋＡ／cm2において、室温で良好な連続発振を示した。また、共振面に劈開傷がなく、図９に示すように、投入電流が１４０〜１７０ｍＡ、光出力がＣＷ８０ｍＷ、動作温度が７０℃の状態で、寿命が１万時間と、特に寿命特性の良いレーザ素子を再現性良く製造することができた。
【００８３】
さらに、このレーザ素子の活性領域のＩｎ組成の揺らぎを、リッジ部の下、かつ活性層表面から１００μｍ〜４００μｍの深さ方向の断面について、マイクロ・フォトルミネッセンス（μ−ＰＬ）により測定した。
その結果、図６に示すように、活性層のＩｎ組成のゆらぎは抑制されていた。
【００８４】
なお、比較のために、基板がオフ角を有さない以外は実施例１と同様に作製した素子について、同様の測定をした。その結果、図５に示すように、活性層のＩｎの組成ゆらぎは大きかった。
【００８５】
実施例２
以下の表に示す構成を変更する以外は、実質的に実施例１と同様のレーザ素子を作製した。
【００８６】
【表１】
【００８７】
得られた素子を実施例１と同様にレーザ発振させた。
発振波長４６０〜４８０ｎｍ、閾値電流密度２．０ｋＡ／cm2において、室温で良好な連続発振を示す。
さらに、共振面に劈開傷がなく、光出力がＣＷ８０ｍＷ、動作温度が６０℃の状態で寿命が３０００時間と、特に寿命特性の良い長波長レーザ素子を再現性良く製造することができる。
【００８８】
実施例３
この実施例で用いたＧａＮ基板は、主面をＣ面（０００１）とし、Ｍ面（１−１００）に対して垂直方向にオフ角ａが０．２３°、平行方向にオフ角ｂが０．０６°傾斜している。
また、このＧａＮ基板の第１及び第２の主面には、Ｃ面（０００１）からなる第１の領域（１ｓｔ）と、（０００−１）面からなる第２の領域（２ｎｄ）が、それぞれ４００μｍと、２０μｍの間隔で形成されていた。さらに、この実施例のレーザ素子は、以下の表に示す構成を有している。その他は、実質的に実施例１と同様のレーザ素子である。
【００８９】
【表２】
【００９０】
得られた素子について、実施例１と同様にレーザ発振させた。
発振波長４００〜４２０ｎｍ、閾値電流密度２．９ｋＡ／cm2において、室温で良好な連続発振を示す。また、共振面には劈開傷がなく、光出力がＣＷ８０ｍＷ、動作温度が７０℃の状態で寿命が１万時間と、特に寿命特性の良いレーザ素子を再現性良く製造することができる。
【００９１】
さらに、このレーザ素子の活性領域の混晶揺らぎをマイクロ・フォトルミネッセンス（μ−ＰＬ）により測定した。
その結果、図１０（ａ）に示すように、第１の領域内において波長が均一となっている。
また、窒化物半導体層の表面状態を観察した。
その結果、図１０（ｂ）に示すように、第１の領域内において半導体層の表面段差は０．１μｍ以下に平坦化されている。
【００９２】
実施例４〜８
オフ角ａ（θa）及びオフ角ｂ（θb）を以下の表に示された値にする以外、実施例３と実質的に同様の素子を作製する。
【００９３】
【表３】
得られた素子について、実施例１と同様にレーザ発振させると、いずれも、実施例３と同様に、長寿命で、優れた表面平坦性が得られる。
【００９４】
実施例９
ＧａＮ基板は、オフ角ａが０．３°、オフ角ｂが０．０５°であり、その上に、以下の表に示す構成を有している以外、実質的に実施例１と同様のレーザ素子である。
【００９５】
【表４】
【００９６】
得られた素子について、実施例１と同様にレーザ発振させた。
発振波長４０３〜４０７ｎｍ、閾値電流密度１．８〜２．０ｋＡ／cm2において、室温で良好な連続発振を示す。また、光出力がＣＷ２００ｍＷ、動作温度が２５℃の状態で寿命が１００００時間以上と、特に寿命特性の良いレーザ素子を再現性良く製造することができる。
【００９７】
実施例１０
ＧａＮ基板は、オフ角ａが０．３°、オフ角ｂが０．０５°であり、その上に、以下の表に示す構成を有している以外、実質的に実施例１と同様のレーザ素子である。
【００９８】
【表５】
【００９９】
得られた素子について、実施例１と同様にレーザ発振させた。
発振波長３７３〜３７６ｎｍ、閾値電流密度３．４〜３．５ｋＡ／cm2において、室温で良好な連続発振を示す。また、光出力がＣＷ３０ｍＷ、動作温度が２５℃の状態で寿命が８０００時間と、特に寿命特性の良いレーザ素子を再現性良く製造することができる。
【０１００】
実施例１１
ＧａＮ基板は、オフ角ａが０．３°、オフ角ｂが０．０５°であり、その上に、以下の表に示す構成を有している以外、実質的に実施例１と同様のレーザ素子である。
【０１０１】
【表６】
【０１０２】
得られた素子について、実施例１と同様にレーザ発振させた。
発振波長３７３〜３７６ｎｍ、閾値電流密度２．２〜２．３ｋＡ／cm2において、室温で良好な連続発振を示す。また、光出力がＣＷ１００ｍＷ、動作温度が２５℃の状態で寿命が１０００時間以上と、特に寿命特性の良いレーザ素子を再現性良く製造することができる。
【０１０３】
実施例１２
ＧａＮ基板は、オフ角ａが０．３°、オフ角ｂが０．０５°であり、その上に、以下の表に示す構成を有している以外、実質的に実施例１と同様のレーザ素子である。
【０１０４】
【表７】
【０１０５】
得られた素子について、実施例１と同様にレーザ発振させた。
発振波長４４２〜４４９ｎｍ、閾値電流密度２．５ｋＡ／cm2において、室温で良好な連続発振を示す。また、光出力がＣＷ３０ｍＷ、動作温度が５０℃の状態で寿命が１００００時間と、特に寿命特性の良いレーザ素子を再現性良く製造することができる。
【０１０６】
実施例１３
ＧａＮ基板は、オフ角ａが０．３°、オフ角ｂが０．０５°であり、その上に、以下の表に示す構成を有している以外、実質的に実施例１と同様のレーザ素子である。
【０１０７】
【表８】
【０１０８】
得られた素子について、実施例１と同様にレーザ発振させた。
発振波長４４２〜４４９ｎｍ、閾値電流密度１．７〜１．８ｋＡ／cm2において、室温で良好な連続発振を示す。また、光出力がＣＷ１５０ｍＷ、動作温度が２５℃の状態で寿命が１００００時間と、特に寿命特性の良いレーザ素子を再現性良く製造することができる。
【０１０９】
実施例１４
ＧａＮ基板は、オフ角ａが０．３°、オフ角ｂが０．０５°であり、その上に、以下の表に示す構成を有している以外、実質的に実施例１と同様のレーザ素子である。
【０１１０】
【表９】
【０１１１】
得られた素子について、実施例１と同様にレーザ発振させた。
発振波長４６７〜４７５ｎｍ、閾値電流密度２．９ｋＡ／cm2において、室温で良好な連続発振を示す。また、光出力がＣＷ２０ｍＷ、動作温度が５０℃の状態で寿命が５０００時間と、特に寿命特性の良いレーザ素子を再現性良く製造することができる。
【０１１２】
比較例１〜３
以下の表に示すオフ角とする以外、実施例３と実質的に同様の素子を作製する。
【０１１３】
【表１０】
これらの素子の活性領域の混晶揺らぎ及び窒化物半導体層の表面状態を、実施例３と同様に測定した。その結果、いずれの比較例においても、第１の領域内において波長が不均一となった。また、第１の領域内において半導体層に段差があり、平坦化されていない。
【０１１４】
実施例１５
この実施例の素子は、半導体層の構成を以下に示すように変更する以外、実質的に実施例１と同様の素子を作製する。
−ｎ側層における第２層として、Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ（２５Å）／ＧａＮ（２５Å）を２２０回繰り返した総膜厚１．１μｍの超格子構造（平均Ａｌ混晶は４％）、
−第１層として、Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ（２５Å）／ＧａＮ（２５Å）を６０回繰り返した総膜厚３０００Åの超格子構造（平均Ａｌ混晶は２．５％）、
−コア領域におけるｎ型光ガイド層として、ＧａＮ層（１７００Å）、
−活性層として、Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎからなる障壁層（１４０Å）／Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎからなる井戸層（７０Å）を２回繰り返し、その上にＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎからなる障壁層（３００Å）を形成した総膜厚約７２０Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）、
−ｐ型ガイド層として、ＧａＮ（１５００Å）、
−ｐ側層における第１層として、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ（２０Å）／ＧａＮ（２０Å）を３００回繰り返した総膜厚４５００Åの超格子構造（平均Ａｌ混晶は４．９％）を有する。
【０１１５】
また、ｐ電極は、Ｎｉ／Ａｕ、ｎ電極はＴｉ／Ａｌとし、パッド電極としてＮｉ−Ｔｉ−Ａｕ（１０００Å−１０００Å−８０００Å）が形成されている。共振器長は、６５０μｍである。
【０１１６】
この素子について、いずれのレーザ素子も、発振波長４０５ｎｍ、閾値電流密度２．８ｋＡ／cm2において、室温で良好な連続発振を示した。
また、共振面に劈開傷がなく、光出力がＣＷ５ｍＷ、動作温度が６０℃の状態で、寿命が２０００時間以上と、特に寿命特性の良いレーザ素子を再現性良く製造することができた。
さらに、この素子の広がり角及びアスペクト比を、それぞれ測定し、以下に示す比較例の素子と比較した。その結果、広がり角では約８％、アスペクト比では約６％低減させることができた。
【０１１７】
比較例は、上述した素子において、第２のｎ型窒化物半導体層及び第１のｎ型窒化物半導体層を設ける代わりに、ｎ型クラッド層として、Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ（２５Å）／ＧａＮ（２５Å）を繰り返し、総膜厚１．４μｍの超格子構造（平均Ａｌ混晶は４％）を１層のみ形成した。
【０１１８】
実施例１６
この実施例は、ｎ側層の第２層を、超格子構造の２層構造とする以外、実施例１５の素子と同様である。つまり、温度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＡｌ0.12Ｇａ0.88ＮよりなるＡ層を２５Åの膜厚で成長させ、続いて、ＴＭＡを止め、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０18／ｃｍ3ドープしたＧａＮよりなるＢ層を２５Åの膜厚で成長させる。そして、この操作をそれぞれ１６０回繰り返してＡ層とＢ層の積層し、総膜厚８０００Åの多層膜（超格子構造）よりなる第２のｎ型窒化物半導体層の下層を形成する。この第２層の下層の平均Ａｌ混晶は６％である。
【０１１９】
続いて、温度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＡｌ0.08Ｇａ0.92ＮよりなるＡ層を２５Åの膜厚で成長させ、続いて、ＴＭＡを止め、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０18／ｃｍ3ドープしたＧａＮよりなるＢ層を２５Åの膜厚で成長させる。そして、この操作をそれぞれ６０回繰り返してＡ層とＢ層の積層し、総膜厚３０００Åの多層膜（超格子構造）よりなる第２層の上層を成長させる。この第２層の上層の平均Ａｌ混晶は４％である。
その後、実施例１５と同様に、第１のｎ型窒化物半導体層以降を形成し、窒化物半導体素子を得る。
【０１２０】
得られた素子について、実施例１と同様の評価を行うとともに、広がり角及びアスペクト比を測定した。
その結果、実施例１と同様の効果が得られた。
また、上記の比較例に対して、広がり角では約２０％、アスペクト比では約１３％低減させることができた。つまり、光の閉じ込め効果が緩和されていることに起因して、Ｆ．Ｆ．Ｐ．における光の広がり角度を抑えることができ、これによって、アスペクト比を低減させることができることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
本発明の素子は、光ディスク用途、光通信システム、印刷機、光通信システム、露光用途、測定等の種々のデバイスに利用することができる。また、特定波長（４７０〜４９０ｎｍ付近）に感度を有する物質に、本発明の素子から得た光を照射することで、その物質の有無又は位置を検出することができるバイオ関連の励起光原等にも有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】本発明の窒化物半導体レーザ素子の模式的斜視図である。
【図２】本発明の窒化物半導体基板の模式的断面図である。
【図３】本発明の窒化物半導体基板のオフ角を説明するための図である。
【図４】本発明の窒化物半導体基板の別のオフ角を説明するための図である。
【図５】従来の窒化物半導体レーザ素子のマイクロＰＬ測定データである。
【図６】本発明の窒化物半導体レーザ素子のマイクロＰＬ測定データである。
【図７】本発明の窒化物半導体基板の一製造工程を示す断面図である。
【図８】本発明の窒化物半導体レーザ素子の一製造工程を示す断面図である。
【図９】本発明の窒化物半導体レーザ素子のライフデータを示す図である。
【図１０】本発明の窒化物半導体レーザ素子における活性領域の混晶揺らぎをマイクロ・フォトルミネッセンス（μ−ＰＬ）により測定した断面図（ａ）及び窒化物半導体層の表面状態を観察した断面図（ｂ）である。
【図１１】比較例１の窒化物半導体レーザ素子における活性領域の混晶揺らぎをマイクロ・フォトルミネッセンス（μ−ＰＬ）により測定した断面図（ａ）及び窒化物半導体層の表面状態を観察した断面図（ｂ）である。
【図１２】比較例２の窒化物半導体レーザ素子における活性領域の混晶揺らぎをマイクロ・フォトルミネッセンス（μ−ＰＬ）により測定した断面図（ａ）及び窒化物半導体層の表面状態を観察した断面図（ｂ）である。
【図１３】比較例３の窒化物半導体レーザ素子における活性領域の混晶揺らぎをマイクロ・フォトルミネッセンス（μ−ＰＬ）により測定した断面図（ａ）及び窒化物半導体層の表面状態を観察した断面図（ｂ）である。
【符号の説明】
【０１２３】
１０１…窒化物半導体基板、２００…窒化物半導体層、２０３…ｎ側クラッド層、２０４…ｎ側光ガイド層、２０５…活性層、２０６…ｐ側キャップ層、２０７…ｐ側光ガイド層、２０８…ｐ側クラッド層、２０９…ｐ側コンタクト層、２２０…埋込膜、２３０…ｐ電極、２４０…保護膜、２５０…パッド電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体基板の主面上に第１導電型の窒化物半導体層と、Ｉｎを含有する活性層と、第１導電型とは異なる導電型をした第２導電型の窒化物半導体層と、前記第２導電型の窒化物半導体層にストライプ状のリッジ部とを備えてなる窒化物半導体レーザ素子であって、
前記窒化物半導体基板の主面は、基準結晶面に対して、少なくとも前記ストライプ状のリッジ部と略平行方向に、オフ角ａ（θa）を有していることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
【請求項２】
窒化物半導体基板の主面上に第１導電型の窒化物半導体層と、活性層と、第１導電型とは異なる導電型をした第２導電型の窒化物半導体層と、前記第２導電型の窒化物半導体層にストライプ状のリッジ部とを備えてなる窒化物半導体レーザ素子であって、
前記窒化物半導体基板の主面には、基準結晶面に対して、前記ストライプ状のリッジ部に略平行方向にオフ角ａ（θa）と、略垂直方向にオフ角ｂ（θb）とを有していることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記基準結晶面は、（０００１）面、（１１−２０）面又は（１−１００）面である請求項１又は２に記載の素子。
【請求項４】
前記窒化物半導体基板の主面は、（０００１）面からなる第１の領域と、少なくとも第１の領域と異なる結晶成長面を有する第２の領域とを備えている請求項３に記載の素子。
【請求項５】
前記第２の領域は、（０００−１）面である請求項４に記載の素子。
【請求項６】
前記窒化物半導体基板の主面は、前記第１の領域と前記第２の領域とを略平行に有する請求項４又は５に記載の素子。
【請求項７】
第１の領域が、リッジの直下に配置されてなる請求項４〜６のいずれか１つに記載の素子。
【請求項８】
０．１°≦｜θa｜≦０．７°を満たす請求項１〜７のいずれか１つに記載の素子。
【請求項９】
｜θa｜＞｜θb｜を満たす請求項２〜８のいずれか１つに記載の素子。
【請求項１０】
第１導電型の窒化物半導体層は、ラテラル成長させたＡｌを含有する層を含む請求項１〜９のいずれか１つに記載の素子。
【請求項１１】
第１導電型の窒化物半導体層と第２導電型の窒化物半導体層との間に、活性層を含んでコア領域が形成され、
前記第１導電型及び第２導電型窒化物半導体層の少なくとも一方に、前記コア領域の最外層から順に第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層とを有しており、
前記コア領域の最外層と前記第１の窒化物半導体層との間及び前記第１の窒化物半導体層と前記第２の窒化物半導体層との間に屈折率差を有する請求項１〜１０のいずれか１つに記載の素子。
【請求項１２】
第１の窒化物半導体層は前記コア領域の最外層よりも屈折率が低い請求項１１に記載の素子。
【請求項１３】
第２の窒化物半導体層は第１の窒化物半導体層よりも屈折率が低い請求項１１又は１２に記載の素子。
【請求項１４】
コア領域の最外層と第１の窒化物半導体層との屈折率差（Δｎ1）及び／又は第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層との屈折率差（Δｎ2）は、０．００４〜０．０３である請求項１１〜１３のいずれか１つに記載の素子。
【請求項１５】
ｎ型窒化物半導体層は、コア領域の最外層に接した第１のｎ型窒化物半導体層から順に第ｍ（ｍ≧２）のｎ型窒化物半導体層を有しており、
ｐ型窒化物半導体層は、前記コア領域の最外層に接した第１のｐ型窒化物半導体層を有しており、
第ｍ（ｍ≧２）のｎ型窒化物半導体層の屈折率は、第１のｐ型窒化物半導体層の屈折率より高い請求項１１〜１４のいずれか１つに記載の素子。
【請求項１６】
第ｍ（ｍ≧２）のｎ型窒化物半導体層と第１のｐ型窒化物半導体層との屈折率差（Δｎ）は、０．００４〜０．０３である請求項１５に記載の素子。
【請求項１７】
第ｍ（ｍ≧２）のｎ型窒化物半導体層と前記コア領域の最外層との屈折率差（Δｎm）は、０．００７〜０．０５である請求項１５又は１６に記載の素子。
【請求項１８】
窒化物半導体基板の主面上に第１導電型の窒化物半導体層と、活性層と、第１導電型とは異なる導電型をした第２導電型の窒化物半導体層とを順に備えてなる窒化物半導体素子であって、
前記窒化物半導体基板の主面は、Ｍ面（１−１００）に対して略垂直方向にオフ角ａ（θa）、略平行方向にオフ角ｂ（θb）を有しており、｜θa｜＞｜θb｜の関係を満たすことを特徴とする窒化物半導体素子。
【請求項１９】
０．１°≦｜θa｜≦０．７°を満たす請求項１８に記載の素子。
【請求項２０】
窒化物半導体基板の主面は、Ｃ面（０００１）からなる第１の領域と、少なくとも第１の領域と異なる結晶成長面を有する第２の領域とを備えている請求項１８又は１９に記載の素子。
【請求項２１】
第１の領域と第２の領域とは、ストライプ状に極性が分断されている請求項２０に記載の素子。
【請求項２２】
第１導電型の窒化物半導体層には、ラテラル成長させたＡｌを含有する窒化物半導体層を有する請求項１８〜２１のいずれか１つに記載の素子。
【請求項２３】
第１導電型の窒化物半導体層と第２導電型の窒化物半導体層との間に、活性層を含んでコア領域が形成され、
前記第１導電型及び第２導電型窒化物半導体層の少なくとも一方に、前記コア領域の最外層から順に第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層とを有しており、
前記コア領域の最外層と前記第１の窒化物半導体層との間及び前記第１の窒化物半導体層と前記第２の窒化物半導体層との間に屈折率差を有する請求項１８〜２２のいずれか１つに記載の素子。
【請求項２４】
第１の窒化物半導体層は前記コア領域の最外層よりも屈折率が低い請求項２３に記載の素子。
【請求項２５】
第２の窒化物半導体層は第１の窒化物半導体層よりも屈折率が低い請求項２３又は２４に記載の素子。
【請求項２６】
コア領域の最外層と第１の窒化物半導体層との屈折率差（Δｎ1）及び／又は第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層との屈折率差（Δｎ2）は、０．００４〜０．０３である請求項２３〜２５のいずれか１つに記載の素子。
【請求項２７】
ｎ型窒化物半導体層は、コア領域の最外層に接した第１のｎ型窒化物半導体層から順に第ｍ（ｍ≧２）のｎ型窒化物半導体層を有しており、
ｐ型窒化物半導体層は、前記コア領域の最外層に接した第１のｐ型窒化物半導体層を有しており、
第ｍ（ｍ≧２）のｎ型窒化物半導体層の屈折率は、第１のｐ型窒化物半導体層の屈折率より高い請求項１８〜２６のいずれか１つに記載の素子。
【請求項２８】
第ｍ（ｍ≧２）のｎ型窒化物半導体層と第１のｐ型窒化物半導体層との屈折率差（Δｎ）は、０．００４〜０．０３である請求項２７に記載の素子。
【請求項２９】
第ｍ（ｍ≧２）のｎ型窒化物半導体層と前記コア領域の最外層との屈折率差（Δｎm）は、０．００７〜０．０５である請求項２７又は２８に記載の素子。
【請求項１】
窒化物半導体基板の主面上に第１導電型の窒化物半導体層と、Ｉｎを含有する活性層と、第１導電型とは異なる導電型をした第２導電型の窒化物半導体層と、前記第２導電型の窒化物半導体層にストライプ状のリッジ部とを備えてなる窒化物半導体レーザ素子であって、
前記窒化物半導体基板の主面は、基準結晶面に対して、少なくとも前記ストライプ状のリッジ部と略平行方向に、オフ角ａ（θa）を有していることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
【請求項２】
窒化物半導体基板の主面上に第１導電型の窒化物半導体層と、活性層と、第１導電型とは異なる導電型をした第２導電型の窒化物半導体層と、前記第２導電型の窒化物半導体層にストライプ状のリッジ部とを備えてなる窒化物半導体レーザ素子であって、
前記窒化物半導体基板の主面には、基準結晶面に対して、前記ストライプ状のリッジ部に略平行方向にオフ角ａ（θa）と、略垂直方向にオフ角ｂ（θb）とを有していることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記基準結晶面は、（０００１）面、（１１−２０）面又は（１−１００）面である請求項１又は２に記載の素子。
【請求項４】
前記窒化物半導体基板の主面は、（０００１）面からなる第１の領域と、少なくとも第１の領域と異なる結晶成長面を有する第２の領域とを備えている請求項３に記載の素子。
【請求項５】
前記第２の領域は、（０００−１）面である請求項４に記載の素子。
【請求項６】
前記窒化物半導体基板の主面は、前記第１の領域と前記第２の領域とを略平行に有する請求項４又は５に記載の素子。
【請求項７】
第１の領域が、リッジの直下に配置されてなる請求項４〜６のいずれか１つに記載の素子。
【請求項８】
０．１°≦｜θa｜≦０．７°を満たす請求項１〜７のいずれか１つに記載の素子。
【請求項９】
｜θa｜＞｜θb｜を満たす請求項２〜８のいずれか１つに記載の素子。
【請求項１０】
第１導電型の窒化物半導体層は、ラテラル成長させたＡｌを含有する層を含む請求項１〜９のいずれか１つに記載の素子。
【請求項１１】
第１導電型の窒化物半導体層と第２導電型の窒化物半導体層との間に、活性層を含んでコア領域が形成され、
前記第１導電型及び第２導電型窒化物半導体層の少なくとも一方に、前記コア領域の最外層から順に第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層とを有しており、
前記コア領域の最外層と前記第１の窒化物半導体層との間及び前記第１の窒化物半導体層と前記第２の窒化物半導体層との間に屈折率差を有する請求項１〜１０のいずれか１つに記載の素子。
【請求項１２】
第１の窒化物半導体層は前記コア領域の最外層よりも屈折率が低い請求項１１に記載の素子。
【請求項１３】
第２の窒化物半導体層は第１の窒化物半導体層よりも屈折率が低い請求項１１又は１２に記載の素子。
【請求項１４】
コア領域の最外層と第１の窒化物半導体層との屈折率差（Δｎ1）及び／又は第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層との屈折率差（Δｎ2）は、０．００４〜０．０３である請求項１１〜１３のいずれか１つに記載の素子。
【請求項１５】
ｎ型窒化物半導体層は、コア領域の最外層に接した第１のｎ型窒化物半導体層から順に第ｍ（ｍ≧２）のｎ型窒化物半導体層を有しており、
ｐ型窒化物半導体層は、前記コア領域の最外層に接した第１のｐ型窒化物半導体層を有しており、
第ｍ（ｍ≧２）のｎ型窒化物半導体層の屈折率は、第１のｐ型窒化物半導体層の屈折率より高い請求項１１〜１４のいずれか１つに記載の素子。
【請求項１６】
第ｍ（ｍ≧２）のｎ型窒化物半導体層と第１のｐ型窒化物半導体層との屈折率差（Δｎ）は、０．００４〜０．０３である請求項１５に記載の素子。
【請求項１７】
第ｍ（ｍ≧２）のｎ型窒化物半導体層と前記コア領域の最外層との屈折率差（Δｎm）は、０．００７〜０．０５である請求項１５又は１６に記載の素子。
【請求項１８】
窒化物半導体基板の主面上に第１導電型の窒化物半導体層と、活性層と、第１導電型とは異なる導電型をした第２導電型の窒化物半導体層とを順に備えてなる窒化物半導体素子であって、
前記窒化物半導体基板の主面は、Ｍ面（１−１００）に対して略垂直方向にオフ角ａ（θa）、略平行方向にオフ角ｂ（θb）を有しており、｜θa｜＞｜θb｜の関係を満たすことを特徴とする窒化物半導体素子。
【請求項１９】
０．１°≦｜θa｜≦０．７°を満たす請求項１８に記載の素子。
【請求項２０】
窒化物半導体基板の主面は、Ｃ面（０００１）からなる第１の領域と、少なくとも第１の領域と異なる結晶成長面を有する第２の領域とを備えている請求項１８又は１９に記載の素子。
【請求項２１】
第１の領域と第２の領域とは、ストライプ状に極性が分断されている請求項２０に記載の素子。
【請求項２２】
第１導電型の窒化物半導体層には、ラテラル成長させたＡｌを含有する窒化物半導体層を有する請求項１８〜２１のいずれか１つに記載の素子。
【請求項２３】
第１導電型の窒化物半導体層と第２導電型の窒化物半導体層との間に、活性層を含んでコア領域が形成され、
前記第１導電型及び第２導電型窒化物半導体層の少なくとも一方に、前記コア領域の最外層から順に第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層とを有しており、
前記コア領域の最外層と前記第１の窒化物半導体層との間及び前記第１の窒化物半導体層と前記第２の窒化物半導体層との間に屈折率差を有する請求項１８〜２２のいずれか１つに記載の素子。
【請求項２４】
第１の窒化物半導体層は前記コア領域の最外層よりも屈折率が低い請求項２３に記載の素子。
【請求項２５】
第２の窒化物半導体層は第１の窒化物半導体層よりも屈折率が低い請求項２３又は２４に記載の素子。
【請求項２６】
コア領域の最外層と第１の窒化物半導体層との屈折率差（Δｎ1）及び／又は第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層との屈折率差（Δｎ2）は、０．００４〜０．０３である請求項２３〜２５のいずれか１つに記載の素子。
【請求項２７】
ｎ型窒化物半導体層は、コア領域の最外層に接した第１のｎ型窒化物半導体層から順に第ｍ（ｍ≧２）のｎ型窒化物半導体層を有しており、
ｐ型窒化物半導体層は、前記コア領域の最外層に接した第１のｐ型窒化物半導体層を有しており、
第ｍ（ｍ≧２）のｎ型窒化物半導体層の屈折率は、第１のｐ型窒化物半導体層の屈折率より高い請求項１８〜２６のいずれか１つに記載の素子。
【請求項２８】
第ｍ（ｍ≧２）のｎ型窒化物半導体層と第１のｐ型窒化物半導体層との屈折率差（Δｎ）は、０．００４〜０．０３である請求項２７に記載の素子。
【請求項２９】
第ｍ（ｍ≧２）のｎ型窒化物半導体層と前記コア領域の最外層との屈折率差（Δｎm）は、０．００７〜０．０５である請求項２７又は２８に記載の素子。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００６−６６８６９（Ｐ２００６−６６８６９Ａ）
【公開日】平成１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−４６５７７（Ｐ２００５−４６５７７）
【出願日】平成１７年２月２３日（２００５．２．２３）
【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１８年３月９日（２００６．３．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月２３日（２００５．２．２３）
【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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