JP2000196199A - 窒化物半導体レーザ素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 主レーザ光のＦＦＰにリップルの乗らない良
好な単一モードとなる窒化物半導体レーザ素子を提供す
ることである。 【解決手段】 基板１上に、ｎ型コンタクト層３、及
び、Ａｌを含む窒化物半導体を有する多層膜層からなる
ｎ型クラッド層５とＡｌを含む窒化物半導体を有する多
層膜層からなるｐ型クラッド層１０との間に、Ｉｎ_aＧ
ａ_1-aＮ（０＜ａ＜１）からなる井戸層とＩｎ_bＧａ_1-b
Ｎ（０≦ｂ＜１）からなる障壁層とを有する多重量子井
戸構造の活性層７を有し、ｎ型コンタクト層３と基板１
との間に、井戸層よりもバンドギャップエネルギーが小
さいアンドープのＩｎ_dＧａ_1-dＮ（０＜ｄ＜１）からな
る第１の窒化物半導体の少なくとも１層以上を含んでな
る光吸収層２を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は窒化物半導体（Ｉｎ
_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＮ、０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）よ
りなるレーザ素子に関し、特にファーフィールドパター
ンが良好となる窒化物半導体レーザ素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明者等は、実用可能な窒化物半導体
レーザ素子として、例えばJpn.J.Appl.Phys.Vol.37(199
8）pp.L309-L312、Part2,No.3B,15 March 1998の文献に
素子構造を提案している。上記文献の技術は、サファイ
ア基板上部に、部分的に形成されたＳｉＯ₂膜を介して
選択成長された転位の少ないＧａＮよりなる窒化物半導
体基板の上に、レーザ素子構造となる窒化物半導体層を
複数積層してなる素子とすることで、室温での連続発振
１万時間以上を可能とするものである。素子構造として
は、選択成長された窒化物半導体基板上に、ｎ−Ａｌ_k
Ｇａ_1-kＮ（０≦ｋ＜１）よりなるｎ型コンタクト層、
Ｉｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎよりなるクラック防止層、ｎ−Ａｌ
_0.14Ｇａ_0.86Ｎ／ＧａＮの多層膜よりなるｎ型クラッド
層、ｎ−ＧａＮよりなるｎ型ガイド層、Ｉｎ_0.02Ｇａ
_0.98Ｎ／Ｉｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎよりなる多重量子井戸構造
の活性層、ｐ−Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎよりなるｐ型電子閉じ
込め層、ｐ−ＧａＮよりなるｐ型ガイド層、ｐ−Ａｌ
_0.14Ｇａ_0.86Ｎ／ＧａＮの多層膜よりなるｐ型クラッド
層、ｐ−ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層により構成さ
れている。

【０００３】この中のｎ及びｐ型クラッド層は、多層膜
（超格子構造）とすることで、Ａｌの組成比を上げても
クラックの発生を防止できることにより、光を閉じ込め
るのに十分な程度にレーザ導波路の屈折率よりも低くで
き、良好な光閉じ込めの作用を有する。光閉じこめが十
分であると、しきい値の低下による寿命特性の向上に加
えて、ファーフィールドパターン（以下ＦＦＰという場
合がある。）が単一モードとなる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
レーザ素子の種々の製品への応用への適性を向上させる
ために、主レーザ光のＦＦＰをさらに詳細に検討する
と、シングルモードの主レーザ光にｎ型コンタクト層
（窒化物半導体基板を含む）の端面から放出される弱い
光が重なり、主レーザ光が小さなマルチモードとなって
いることが確認された。この原因としては、ｐ電極とｎ
電極が同一面側に形成されてなる場合、活性層で発光し
た光がｎ型クラッド層から漏れだし、ｎ型クラッド層及
び窒化物半導体基板裏面の支持対などの屈折率より大き
い値を示すｎ型コンタクト層内を導波して、ｎ型コンタ
クト層端面から放出される弱い光が共振面から放出され
る主レーザ光に重なるために、主レーザ光にリップルが
乗り、ＦＦＰが小さなマルチモードとなってしまうと考
えられる。このような問題は、サファイア基板を除去せ
ずにレーザ素子とした場合にも、サファイアの屈折率が
小さいために同様に生じる。レーザ素子を用いた製品が
実用化された場合に、レーザ光を良好に機能させるため
に、リップルがＦＦＰに乗ることを抑制することが望ま
しい。そこで、本発明の目的は、主レーザ光のＦＦＰに
リップルの乗らない良好な単一モードとなる窒化物半導
体レーザ素子を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、下記
（１）〜（４）の構成により本発明の目的を達成するこ
とができる。 （１） 基板上に、少なくともｎ型コンタクト層、Ａｌ
を含む窒化物半導体を有する多層膜層からなるｎ型クラ
ッド層とＡｌを含む窒化物半導体を有する多層膜層から
なるｐ型クラッド層との間に、Ｉｎ_aＧａ_1-aＮ（０＜ａ
＜１）からなる井戸層及びＩｎ_bＧａ_1-bＮ（０≦ｂ＜
１）からなる障壁層を有する多重量子井戸構造の活性層
を有し、前記ｎ型コンタクト層と基板との間に、井戸層
よりもバンドギャップエネルギーが小さいアンドープの
Ｉｎ_dＧａ_1-dＮ（０＜ｄ＜１）からなる第１の窒化物半
導体の少なくとも１層以上を含んでなる光吸収層を有す
ることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。 （２） 前記光吸収層が、井戸層よりもバンドギャップ
エネルギーが小さいアンドープのＩｎ_dＧａ_1-dＮ（０＜
ｄ＜１）からなる第１の窒化物半導体と、アンドープの
ＧａＮからなる第２の窒化物半導体とをそれぞれ少なく
とも１層以上積層してなる多層膜からなることを特徴と
する前記（１）に記載の窒化物半導体レーザ素子。 （３） 前記光吸収層の膜厚が、０．０２〜１μｍであ
ることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の窒化
物半導体レーザ素子。 （４） 前記多層膜の光吸収膜を構成する第１の窒化物
半導体層の膜厚が０．０１〜０．０５μｍであり、第２
の窒化物半導体層の膜厚が０．０１〜０．５μｍである
ことを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載
の窒化物半導体レーザ素子。

【０００６】つまり、本発明は、ｎ型クラッド層から漏
れ出した光によるＦＦＰの乱れを防止するために、ｎ型
コンタクト層と基板との間に、活性層の井戸層よりバン
ドギャップエネルギーが小さいアンドープのＩｎＧａＮ
を含んでなる光吸収層を形成することにより、ＦＦＰを
良好にするものである。

【０００７】従来、本発明者等は、特開平８−１３０３
２７号公報に、基板とｎ型コンタクト層との間に、発光
層を構成する窒化物半導体層よりもバンドギャップエネ
ルギーの小さい層（例えばＩｎＧａＮ）を形成してなる
ＬＥＤ素子を開示している。この技術において、発光層
よりもバンドギャップエネルギーの小さい層は、Ｚｎや
Ｓｉの不純物準位による主発光を通過させ、ＩｎＧａＮ
のバンド間発光による光のみを吸収し、不純物準位によ
る主発光スペクトルの半値幅を狭め色純度を良好にする
ものである。

【０００８】これに対して、本発明におけるアンドープ
の光吸収層は、光閉じ込め層として設けられたｎ型クラ
ッド層から漏れ出した光を実質的に全て吸収し、ｎ型コ
ンタクト層端面からの光の放出を抑制し、レーザ導波路
から放出される主レーザ光のＦＦＰを良好な単一モード
にするものである。従って、本発明は、実用可能な程度
に良好なレーザ素子が実現したことにより新たに生じた
問題点を解決するものである。

【０００９】本発明において、光吸収層をアンドープと
する理由は、ｎ型クラッド層から漏れ出した光を吸収し
た後、光吸収層内部でわずかに発光が生じて端面から放
出する傾向があり、不純物がドープされているとフォト
ルミネセンスの強度が強まり、ＦＦＰに乗るリップルが
大きくなることが考えられるからである。本発明のよう
にアンドープとすると、フォトルミネッセンスの強度が
不純物ドープ層に比べて弱いため、仮に光吸収層の端面
から光が放出されたとしても、雑音程度の弱いものとな
り、ＦＦＰへの影響を弱めることができる。更に、光吸
収層をアンドープとすると、結晶性良くＩｎＧａＮの光
吸収層を形成でき、この上に形成されるｎ型コンタクト
層や活性層などの結晶性も良好にすることができる。結
晶性の良好な素子が得られれば、寿命特性が向上する。

【００１０】更に、本発明は、上記のように光吸収層を
アンドープとすることから、バルク抵抗の上昇による順
方向電圧（Ｖｆ）の上昇を避けるために、電気の流れに
関与しない位置に光吸収層を形成することを考慮して、
光吸収層をｎ型コンタクト層と基板との間に形成するも
のである。

【００１１】以上のように、本発明は、活性層の井戸層
のバンドギャップエネルギーより小さい光吸収層をアン
ドープとし且つ素子構造の特定の位置に形成することに
より、従来の問題点を解決することができるものであ
る。

【００１２】更に、本発明において、光吸収層を、Ｉｎ
ＧａＮからなる第１の窒化物半導体と、ＧａＮからなる
第２の窒化物半導体とを含んでなる多層膜とすることに
より、光吸収層の結晶性を低下させることなく、ｎ型ク
ラッド層から漏れ出した光を実質的に全て吸収するのに
十分な程度に厚膜にするのに好ましい。更に本発明にお
いて、光吸収層の膜厚が、０．０２〜１μｍであると、
ｎ型クラッド層から漏れ出した光を良好に吸収するのに
好ましい。更に本発明において、光吸収層が多層膜から
構成される場合、ＩｎＧａＮからなる第１の窒化物半導
体の膜厚が、０．０１〜０．０５μｍであり、ＧａＮか
らなる第２の窒化物半導体の膜厚が、０．０１〜０．５
μｍであると、結晶性よく多層膜の光吸収層を形成する
のに好ましい。光吸収層が、第１及び第２の窒化物半導
体を含んでなる多層膜の場合、上記各層の膜厚内で、上
記の光吸収層の膜厚となるように積層回数等を調整して
光吸収層を形成する。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の窒化物半導体レーザ素子
は、基板上に、少なくともｎ型コンタクト層、及び、Ａ
ｌを含む窒化物半導体を有する多層膜層からなるｎ型ク
ラッド層とＡｌを含む窒化物半導体を有する多層膜層か
らなるｐ型クラッド層との間に、Ｉｎ_aＧａ_1-aＮ（０＜
ａ＜１）からなる井戸層とＩｎ_bＧａ_1-bＮ（０≦ｂ＜
１）からなる障壁層とを有する多重量子井戸構造の活性
層を有し、更に、前記ｎ型コンタクト層と基板との間
に、井戸層よりもバンドギャップエネルギーが小さいア
ンドープのＩｎ_dＧａ_1-dＮ（０＜ｄ＜１）からなる第１
の窒化物半導体の少なくとも１層以上を含んでなる光吸
収層を有する。

【００１４】本発明において、光吸収層の形成させる位
置は、ｎ型コンタクト層と基板との間に形成されればい
ずれに形成されてもよい。このような位置に光吸収層が
形成されると、フォトルミネッセンスの強度が弱いアン
ドープとしても素子の抵抗を増加させることがないの
で、Ｖｆの上昇を引き起こすことがなく、更にアンドー
プとすることで結晶性を良好にすることができる。本発
明において、光吸収層としては、活性層のＩｎ_aＧａ_1-a
Ｎからなる井戸層よりもバンドギャップエネルギーが小
さいアンドープのＩｎ_dＧａ_1-dＮからなる第１の窒化物
半導体の少なくとも１層を含んでいればよく、第１の窒
化物半導体からなる単層、又は第１の窒化物半導体とそ
れ以外の窒化物半導体とを積層してなる多層膜などが挙
げられる。光吸収層として好ましくは、アンドープのＩ
ｎ_d Ｇａ_1-dＮ（０＜ｄ＜１）からなる第１の窒化物半導
体とアンドープのＧａＮからなる第２の窒化物半導体と
をそれぞれ少なくとも１層以上積層してなる多層膜であ
る。光吸収層が多層膜から構成されていると、Ｉｎを含
む第１の窒化物半導体の結晶性を損なうことなく光吸収
層を厚膜にすることができ好ましい。更に多層膜を構成
するその他の層としてＧａＮからなる第２の窒化物半導
体を用いると、第１の窒化物半導体の結晶性及び光吸収
層の結晶性を良好にすることができ好ましい。

【００１５】Ｉｎ_dＧａ_1-dＮ（０＜ｄ＜１）からなる第
１の窒化物半導体のｄの値は、井戸層のＩｎの割合、つ
まり、活性層で発光する光の波長により適宜調整され、
ｎ型クラッド層から漏れ出す光を良好に吸収できるよう
に井戸層のバンドギャップエネルギーより小さくなるよ
うにＩｎの組成比が調整される。光吸収層が、少なくと
もＩｎ_dＧａ_1-dＮからなる第１の窒化物半導体を有して
いると、ＩｎＧａＮを含んでなる活性層から発光しｎ型
クラッド層から漏れ出す光を吸収するのに好ましい。ま
たｄの値は、光吸収層が第１の窒化物半導体のみからな
る場合でも、第１の窒化物半導体と第２の窒化物半導体
とを積層してなる多層膜である場合でも、同様に調整さ
れる。

【００１６】光吸収層が第１の窒化物半導体の単層から
なる場合等の光吸収層の総膜厚は、０．０２〜１μｍ、
好ましくは０．１〜０．３μｍである。この範囲である
と光吸収層を単層としても光を良好に吸収でき更に結晶
性良く形成することができる。また、光吸収層が多層膜
の場合の第１の窒化物半導体の単一層の膜厚は、０．０
１〜０．０５μｍ、好ましくは０．０５〜０．１μｍで
あり、この範囲であると活性層で発光しｎ型クラッド層
から漏れ出した光を良好に吸収することができるととも
に単一層の結晶性が良い点で好ましい。一方、第２の窒
化物半導体の単一層の膜厚は、０．０１〜０．５μｍ、
好ましくは０．０５〜０．３μｍであり、この範囲であ
ると結晶性が良く、光吸収層全体の結晶性をも良好にす
ることができる点で好ましい。第１の窒化物半導体と第
２の窒化物半導体との積層回数は、特に限定されず、上
記光吸収層の膜厚内で、単一膜厚が上記範囲の第１及び
第２の窒化物半導体を積層する。例えば、Ｉｎの組成比
が大きい場合は、ＩｎＧａＮの結晶性が維持しにくく傾
向があるので、この場合は第１の窒化物半導体の単一層
の膜厚を薄して積層回数を増やすことが結晶性の良好な
光吸収膜を得るのに好ましい。

【００１７】以上のように、本発明における光吸収層
は、レーザ素子の活性層で発光しｎ型クラッド層から漏
れ出した光が、ｎ型コンタクト層で導波してＦＦＰを乱
すことを防止するものであり、この点から本発明は、レ
ーザ素子の基板となる材料がｎ型コンタクト層より屈折
率の小さい値の材料を有して構成される場合、又は窒化
物半導体を基板としこの基板裏面に支持対などが接して
いる場合などに生じる問題点を解決するものである。本
発明において、基板としては、屈折率がｎ型コンタクト
層より小さい材料のものであり、例えば、Ｃ面、Ｒ面及
びＡ面のいずれかを主面とするサファイア、スピネル
（ＭｇＡ１₂Ｏ₄）のような絶縁性基板、窒化物半導体と
格子整合する酸化物基板等、従来知られている窒化物半
導体となり屈折率の小さい基板材料を用いることができ
る。これらの基板材料は後述の選択成長で用いられる異
種基板としても用いることができる。また、本発明にお
いて、基板としては、上記基板材料と、この上に窒化物
半導体の横方向の成長を利用して選択成長させた転位の
少ない窒化物半導体とを有する材料を基板としてもよ
い。

【００１８】窒化物半導体の選択成長の方法としては、
特に限定されず、窒化物半導体の転位を低減できる方法
であればよい。例えば、前記Ｊ．Ｊ．Ａ．Ｐ．に記載の
方法、本出願人が提出した特願平１０−７７２４５号、
特願平１０−２７５８２６号、特願平１０−３６３５２
０号の各明細書に記載の方法等を挙げることができる。

【００１９】また、本発明において、Ａｌを含む窒化物
半導体を有する多層膜層からなるｎ型クラッド層、Ａｌ
を含む窒化物半導体を有する多層膜層からなるｐ型クラ
ッド層、Ｉｎ_aＧａ_1-aＮ（０＜ａ＜１）からなる井戸層
及びＩｎ_bＧａ_1-bＮ（０≦ｂ＜１）からなる障壁層を有
する多重量子井戸構造の活性層、ｎ型コンタクト層は特
に限定されない。

【００２０】以下に好ましい実施の形態として、図１を
用いて説明する。図１は、本発明の一実施の形態である
窒化物半導体レーザ素子を示す模式的断面図である。図
１には、サファイア等の異種基板上に選択成長させた窒
化物半導体基板１上に、アンドープのＩｎ_dＧａ_1-dＮか
らなる第１の窒化物半導体の少なくとも１層を含んでな
る光吸収層２、ｎ型不純物（例えばＳｉ）をドープして
なるＡｌ_aＧａ_1-aＮ（０＜ａ＜１）よりなるｎ型コンタ
クト層３、ＳｉドープのＩｎ_gＧａ_{1- g}Ｎ（０．０５≦ｇ
≦０．２）よりなるクラック防止層４、Ａｌ_eＧａ_1-eＮ
（０．１２≦ｅ＜０．１５）を含んでなる多層膜のｎ型
クラッド層５、アンドープのＧａＮからなるｎ型ガイド
層６、Ｉｎ_bＧａ_1-bＮ（０≦ｂ＜１）からなる多重量子
井戸構造の活性層７、ＭｇドープのＡｌ_dＧａ_1-dＮ（０
＜ｄ≦１）からなる少なくとも１層以上のｐ型電子閉じ
込め層８、アンドープのＧａＮからなるｐ型ガイド層
９、Ａｌ_fＧａ_1-fＮ（０＜ｆ≦１）を含んでなる多層膜
のｐ型クラッド層１０、ＭｇドープのＧａＮからなるｐ
型コンタクト層１１からなるリッジ形状のストライプを
有する窒化物半導体レーザ素子が示されている。また、
ｐ電極は、リッジ形状のストライプの最上層に形成さ
れ、ｎ電極はｎ型コンタクト層上に形成される。以下に
各層について更に詳細に説明する。

【００２１】本発明において用いることのできる選択成
長としては、窒化物半導体の縦方向の成長を少なくとも
部分的に一時的止めて、横方向の成長を利用して転位を
抑制することのできる成長方法であれば特に限定されな
い。例えば具体的に、窒化物半導体と異なる材料からな
る異種基板上に、窒化物半導体が成長しないかまたは成
長しにくい材料からなる保護膜を部分的に形成し、その
上から窒化物半導体を成長させることにより、保護膜が
形成されていない部分から窒化物半導体が成長し、成長
を続けることにより保護膜上に向かって横方向に成長す
ることにより厚膜の窒化物半導体が得られる。

【００２２】異種基板としては、窒化物半導体と異なる
材料よりなる基板であれば特に限定されず、例えば、図
２に示すＣ面、Ｒ面、Ａ面を主面とするサファイア、ス
ピネル（ＭｇＡ１₂Ｏ₄）のような絶縁性基板、窒化物半
導体と格子整合する酸化物基板等、従来知られている窒
化物半導体と異なる基板材料を用いることができる。上
記の中で好ましい異種基板としては、サファイアであ
り、更に好ましくはサファイアのＣ面である。更に、選
択成長して得られる窒化物半導体の内部に微細なクラッ
クの発生を防止できる等の点から、サファイアのＣ面が
ステップ状にオフアングルされ、オフアングル角θ（図
３に示されるθ）が０．１°〜０．３°の範囲のものが
好ましい。オフアングル角θが０．１°未満であるとレ
ーザ素子の特性が安定し易くなり、また選択成長の窒化
物半導体の内部に微細なクラックが発生しやすくなる傾
向があり、一方オフ角が０．３°を超えると、選択成長
の窒化物半導体の面状態がステップ状になり、その上に
素子構造を成長させるとステップが若干強調され、素子
のショート及びしきい値上昇を招き易くなる傾向があ
る。上記微細なクラックとは、異種基板と窒化物半導体
とが格子整合しないために生じるものであり、窒化物半
導体の選択成長のいずれかの過程で生じる場合や、転位
の低減された窒化物半導体基板に例えばｎ型コンタクト
層などを形成するとｎ型コンタクト層に発生する場合等
がある。このような微細なクラックは、寿命特性の低下
を引き起こす原因となる可能性がある。従って、上記の
ようにオフアングルされた基板を用いることが、微細な
クラックの発生を防止する点で好ましい。

【００２３】上記のようなステップ状にオフアングルさ
れたサファイア等の異種基板上に、保護膜を、直接又は
一旦窒化物半導体を成長させてから形成する。保護膜と
しては、保護膜表面に窒化物半導体が成長しないかまた
は成長しにくい性質を有する材料であれば特に限定され
ないが、例えば酸化ケイ素（ＳｉＯ_X ）、窒化ケイ素
（Ｓｉ_XＮ_Y）、酸化チタン（ＴｉＯ_X）、酸化ジルコニ
ウム（ＺｒＯ_X）等の酸化物、窒化物、またこれらの多
層膜の他、１２００℃以上の融点を有する金属等を用い
ることができる。好ましい保護膜材料としては、ＳｉＯ
₂ 及びＳｉＮが挙げられる。保護膜材料を窒化物半導体
等の表面に形成するには、例えば蒸着、スパッタ、ＣＶ
Ｄ等の気相製膜技術を用いることができる。また、部分
的（選択的）に形成するためには、フォトリソグラフィ
ー技術を用いて、所定の形状を有するフォトマスクを作
製し、そのフォトマスクを介して、前記材料を気相製膜
することにより、所定の形状を有する保護膜を形成でき
る。保護膜の形状は、特に限定されないが、例えばドッ
ト、ストライプ、碁盤面状の形状で形成でき、好ましく
はストライプ状の形状でストライプがオリエンテーショ
ンフラット面（サファイアのＡ面）に垂直になるように
形成される。また保護膜が形成されている表面積は、保
護膜が形成されていない部分の表面積より大きい方が転
位を防止して良好な結晶性を有する窒化物半導体基板を
得ることができる。

【００２４】また、保護膜がストライプ形状である場合
の保護膜のストライプ幅と保護膜が形成されていない部
分（窓部）の幅との関係は、１０：３以上、好ましくは
１６〜１８：３である。保護膜のストライプ幅と窓部の
幅が上記の関係にあると、窒化物半導体が良好の保護膜
を覆い易くなり、且つ転位を良好に防止することができ
る。保護膜のストライプ幅としては、例えば６〜２７μ
ｍ、好ましくは１１〜２４μｍであり、窓部の幅として
は、例えば２〜５μｍ、好ましくは２〜４μｍである。
また、選択成長して得られる窒化物半導体上に素子構造
を形成しｐ型窒化物半導体層の最上層にリッジ形状のス
トライプを形成する場合、リッジ形状のストライプが、
保護膜上部であって、且つ保護膜の中心部分を避けて形
成されていることがしきい値を低下させることができ、
素子の信頼性を向上させるのに好ましい。このことは、
保護膜上部の窒化物半導体の結晶性は、窓部上部のその
結晶性に比べて良好であるためしきい値を低下させるの
に好ましいからである。また保護膜の中心付近は、窓部
から成長した隣接する窒化物半導体同士が横方向の成長
によって接合する部分でありこのような接合箇所に空隙
の生じる場合があり、この空隙の上部にリッジ形状のス
トライプが形成されると、レーザ素子の動作中に空隙か
ら転位が伝播し易いため素子の信頼性が劣化する傾向が
あるからである。

【００２５】保護膜は、異種基板に直接形成されてもよ
いが、低温成長のバッファ層を形成させ、更に高温成長
の窒化物半導体を成長させた上に、形成させることが転
位を防止するのに好ましい。低温成長のバッファ層とし
ては、例えばＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、及びＩｎＧ
ａＮ等のいずれかを９００℃以下２００℃以上の温度
で、膜厚数十オングストローム〜数百オングストローム
で成長させてなるものである。このバッファ層は、異種
基板と高温成長の窒化物半導体層との格子定数不正を緩
和し転位の発生を防止するのに好ましい。高温成長の窒
化物半導体としては、アンドープのＧａＮ、ｎ型不純物
をドープしたＧａＮ、またＳｉをドープしたＧａＮを用
いることができ、好ましくはアンドープのＧａＮであ
る。またこれらの窒化物半導体は、高温、具体的には９
００℃〜１１００℃、好ましくは１０５０℃でバッファ
層上に成長される。膜厚は特に限定されないが、例えば
１〜２０μｍ、好ましくは２〜１０μｍである。

【００２６】次に保護膜を形成した上に、窒化物半導体
を選択成長させて窒化物半導体基板１を得る。この場
合、成長させる窒化物半導体としては、アンドープのＧ
ａＮ又は不純物（例えばＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｂｅ、Ｚ
ｎ、Ｍｎ、Ｃｒ、及びＭｇ）をドープしたＧａＮが挙げ
られる。成長温度としては、例えば９００℃〜１１００
℃、より具体的には１０５０℃付近の温度で成長させ
る。不純物がドープされていると転位を抑制するのに好
ましい。保護膜上に成長させる初期は、成長速度をコン
トロールし易いＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）
等で成長させ、保護膜が選択成長の窒化物半導体で覆わ
れた後の成長をＨＶＰＥ（ハライド気相成長法）等で成
長させてもよい。

【００２７】次に、選択成長して得られた窒化物半導体
（サファイア等の異種基板を有する）を基板としこの上
に、光吸収層２を成長させる。光吸収層２としては、前
記したように、井戸層よりもバンドギャップエネルギー
が小さいアンドープのＩｎ_dＧａ_1-dＮ（０＜ｄ＜１）か
らなる第１の窒化物半導体を含んでなる光吸収層、又
は、第１の窒化物半導体とアンドープのＧａＮからなる
第２の窒化物半導体とをそれぞれ少なくとも１層以上積
層してなる多層膜からなる光吸収層を形成することがで
きる。光吸収層２の詳細は、前記した通りである。

【００２８】次に、ｎ型コンタクト層３を光吸収層２上
に成長させる。ｎ型コンタクト層としては、ｎ型不純物
（好ましくはＳｉ）をドープされたＡｌ_aＧａ_1-aＮ（０
≦ａ＜１）を成長させ、好ましくはａが０．０１〜０．
０５のＡｌ_aＧａ_1-aＮを成長させる。ｎ型コンタクト層
がＡｌを含む３元混晶で形成されると、窒化物半導体基
板１に微細なクラックが発生していても、微細なクラッ
クの伝播を防止することができ、更に窒化物半導体基板
１と光吸収層２やｎ型コンタクト層との格子定数及び熱
膨張係数の相違によるｎ型コンタクト層等への微細なク
ラックの発生を防止することができ好ましい。ｎ型不純
物のドープ量としては、１×１０¹⁸／ｃｍ³〜５×１０
¹⁸／ｃｍ³である。このｎ型コンタクト層３にｎ電極が
形成される。ｎ型コンタクト層３の膜厚としては、１〜
１０μｍである。また、光吸収層２とｎ型コンタクト層
３との間に、アンドープのＡｌ_aＧａ_1-a Ｎ（０＜ａ＜
１）を成長させてもよく、このアンドープの層を成長さ
せると結晶性が良好となり、寿命特性を向上させるのに
好ましい。アンドープｎ型コンタクト層の膜厚は、数μ
ｍである。

【００２９】次に、クラック防止層４をｎ型コンタクト
層３上に成長させる。クラック防止層４としては、Ｓｉ
ドープのＩｎ_gＧａ_1-gＮ（０．０５≦ｇ≦０．２）を成
長させ、好ましくはｇが０．０５〜０．０８のＩｎ_gＧ
ａ_1-gＮを成長させる。このクラック防止層４は、省略
することができるが、クラック防止層４をｎ型コンタク
ト層３上に形成すると、素子内のクラックの発生を防止
するのに好ましい。Ｓｉのドープ量としては、５×１０
¹⁸／ｃｍ³である。また、クラック防止層４を成長させ
る際に、Ｉｎの混晶比を大きく（ｘ≧０．１）すると、
クラック防止層４が、活性層７から発光しｎ型クラッド
層５から漏れ出した光を吸収することができ、レーザ光
のファーフィールドパターンの乱れを防止することがで
き好ましい。クラック防止層４膜厚としては、結晶性を
損なわない程度の厚みであり、例えば具体的には０．０
５〜０．３μｍである。

【００３０】次に、ｎ型クラッド層５をクラック防止層
４上に成長させる。ｎ型クラッド層５としては、Ａｌ_e
Ｇａ_1-eＮ（０．１２≦ｅ＜０．１５）を含む窒化半導
体を有する多層膜の層として形成される。多層膜とは、
互いに組成が異なる窒化物半導体層を積層した多層膜構
造を示し、例えば、Ａｌ_eＧａ_1-eＮ（０．１２≦ｅ＜
０．１５）層と、このＡｌ_eＧａ_1-eＮと組成の異なる窒
化物半導体、例えばＡｌの混晶比の異なるもの、Ｉｎを
含んでなる３元混晶のもの、又はＧａＮ等からなる層と
を組み合わせて積層してなるものである。この中で好ま
しい組み合わせとしては、Ａｌ_eＧａ_1-eＮとＧａＮとを
積層してなる多層膜とすると、同一温度で結晶性の良い
窒化物半導体層が積層でき好ましい。より好ましい多層
膜としは、アンドープのＡｌ_eＧａ_1-eＮとｎ型不純物
（例えばＳｉ）ドープのＧａＮとを積層してなる組み合
わせである。ｎ型不純物は、Ａｌ_eＧａ_1-eＮにドープさ
れてもよい。ｎ型不純物のドープ量は、４×１０¹⁸／ｃ
ｍ³〜５×１０¹⁸／ｃｍ³である。ｎ型不純物がこの範囲
でドープされていると抵抗率を低くでき且つ結晶性を損
なわない。このような多層膜は、単一層の膜厚が１００
オングストローム以下、好ましくは７０オングストロー
ム以下、さらに好ましくは４０オングストローム以下、
好ましくは１０オングストローム以上の膜厚の窒化物半
導体層を積層してなる。単一の膜厚が１００オングスト
ローム以下であるとｎ型クラッド層が超格子構造とな
り、Ａｌを含有しているにもかかわらず、クラックの発
生を防止でき結晶性を良好にすることができる。また、
ｎ型クラッド層５の総膜厚としては、０．７〜２μｍで
ある。またｎ型クラッド層の全体のＡｌの平均組成は、
０．０５〜０．１である。Ａｌの平均組成がこの範囲で
あると、クラックを発生させない程度の組成比で、且つ
充分にレーザ導波路との屈折率の差を得るのに好ましい
組成比である。

【００３１】次に、ｎ型ガイド層６をｎ型クラッド層５
上に成長させる。ｎ型ガイド層６としては、アンドープ
のＧａＮからなる窒化物半導体を成長させる。ｎ型ガイ
ド層６の膜厚としては、０．１〜０．０７μｍであると
しきい値が低下し好ましい。ｎ型ガイド層６をアンドー
プとすることで、レーザ導波路内の伝搬損失が減少し、
しきい値が低くなり好ましい。

【００３２】次に、活性層７をｎ型ガイド層６上に成長
させる。活性層７としては、Ｉｎ_b Ｇａ_1-bＮ（０≦ｂ＜
１）を含んでなる多重量子井戸構造である。活性層７の
井戸層としては、ｂが０．１〜０．２のＩｎ_bＧａ_1-bＮ
であり、障壁層としては、ｂが０〜０．０１のＩｎ_bＧ
ａ_1-bＮである。また活性層７を構成する井戸層及び障
壁層のいずれか一方または両方に不純物をドープしても
よい。好ましくは障壁層に不純物をドープさせると、し
きい値が低下し好ましい。井戸層の膜厚としては、３０
〜６０オングストロームであり、障壁層の膜厚として
は、９０〜１５０オングストロームである。

【００３３】活性層６の多重量子井戸構造は、障壁層か
ら始まり井戸層で終わっても、障壁層から始まり障壁層
で終わっても、井戸層から始まり障壁層で終わっても、
また井戸層から始まり井戸層で終わってもよい。好まし
くは障壁層から始まり、井戸層と障壁層とのペアを２〜
５回繰り返してなるもの、好ましくは井戸層と障壁層と
のペアを３回繰り返してなるものがしきい値を低くし寿
命特性を向上させるのに好ましい。

【００３４】次に、ｐ型電子閉じ込め層８を活性層７上
に成長させる。ｐ型電子閉じ込め層８としては、Ｍｇド
ープのＡｌ_dＧａ_1-dＮ（０＜ｄ≦１）からなる少なくと
も１層以上を成長させてなるものである。好ましくはｄ
が０．１〜０．５のＭｇドープのＡｌ_dＧａ_1-dＮであ
る。ｐ型電子閉じ込め層８の膜厚は、１０〜１０００オ
ングストローム、好ましくは５０〜２００オングストロ
ームである。膜厚が上記範囲であると、活性層７内の電
子を良好に閉じ込めることができ、且つバルク抵抗も低
く抑えることができ好ましい。またｐ型電子閉じ込め層
８のＭｇのドープ量は、１×１０¹⁹／ｃｍ³〜１×１０
²¹／ｃｍ³である。ドープ量がこの範囲であると、バル
ク抵抗を低下させることに加えて、後述のアンドープで
成長させるｐ型ガイド層へＭｇが良好に拡散され、薄膜
層であるｐ型ガイド層９にＭｇを１×１０¹⁶／ｃｍ³〜
１×１０¹⁸／ｃｍ³の範囲で含有させることができる。
またｐ型電子閉じ込め層８は、低温、例えば８５０〜９
５０℃程度の活性層を成長させる温度と同様の温度で成
長させると活性層の分解を防止することができ好まし
い。またｐ型電子閉じ込め層８は、低温成長の層と、高
温、例えば活性層の成長温度より１００℃程度の温度で
成長させる層との２層から構成されていてもよい。この
ように、２層で構成されていると、低温成長の層が活性
層の分解を防止し、高温成長の層がバルク抵抗を低下さ
せるので、全体的に良好となる。またｐ型電子閉じ込め
層８が２層から構成される場合の各層の膜厚は、特に限
定されないが、低温成長層は１０〜５０オングストロー
ム、高温成長層は５０〜１５０オングストロームが好ま
しい。

【００３５】次に、ｐ型ガイド層９をｐ型電子閉じ込め
層８上に成長させる。ｐ型ガイド層９としては、アンド
ープのＧａＮからなる窒化物半導体層として成長させて
なるものである。膜厚は０．１〜０．０７μｍであり、
この範囲であるとしきい値が低くなり好ましい。また上
記したように、ｐ型ガイド層９はアンドープ層として成
長させるが、ｐ型電子閉じ込め層８にドープされている
Ｍｇが拡散して、１×１０¹⁶／ｃｍ³〜１×１０¹⁸／ｃ
ｍ³の範囲でＭｇが含有される。

【００３６】次に、ｐ型クラッド層１０をｐ型ガイド層
９に成長させる。ｐ型クラッド層１０としては、Ａｌ_f
Ｇａ_1-fＮ（０＜ｆ≦１）を含んでなる窒化物半導体
層、好ましくはＡｌ_fＧａ_1-fＮ（０．０５≦ｆ≦０．１
５）を含んでなる窒化物半導体層を有する多層膜の層と
して形成される。多層膜とは、互いに組成が異なる窒化
物半導体層を積層した多層膜構造であり、例えば、Ａｌ
_fＧａ_1-fＮ層と、Ａｌ_fＧａ_1-fＮと組成の異なる窒化物
半導体、例えばＡｌの混晶比の異なるもの、Ｉｎを含ん
でなる３元混晶のもの、又はＧａＮ等からなる層とを組
み合わせて積層してなるものである。この中で好ましい
組み合わせとしては、Ａｌ_fＧａ_1-fＮとＧａＮとを積層
してなる多層膜とすると、同一温度で結晶性の良い窒化
物半導体層が積層でき好ましい。より好ましい多層膜と
しは、アンドープのＡｌ_fＧａ_1-fＮとｐ型不純物（例え
ばＭｇ）ドープのＧａＮとを積層してなる組み合わせで
ある。ｐ型不純物は、Ａｌ_fＧａ_1-fＮにドープされても
よい。ｐ型不純物のドープ量は、１×１０¹⁷／ｃｍ³〜
１×１０¹⁹／ｃｍ³である。ｐ型不純物がこの範囲でド
ープされていると結晶性を損なわない程度のドープ量で
且つバルク抵抗が低くなり好ましい。このような多層膜
は、単一層の膜厚が１００オングストローム以下、好ま
しくは７０オングストローム以下、さらに好ましくは４
０オングストローム以下、好ましくは１０オングストロ
ーム以上の膜厚の窒化物半導体層を積層してなる。単一
の膜厚が１００オングストローム以下であるとｎ型クラ
ッド層が超格子構造となり、Ａｌを含有しているにもか
かわらず、クラックの発生を防止でき結晶性を良好にす
ることができる。ｐ型クラッド層１０の総膜厚として
は、０．４〜０．５μｍであり、この範囲であると順方
向電圧（Ｖｆ）を低減するために好ましい。またｐ型ク
ラッド層の全体のＡｌの平均組成は、０．０５〜０．１
である。この値は、クラックの発生を抑制し且つレーザ
導波路との屈折率差を得るのに好ましい。

【００３７】次に、ｐ型コンタクト層１１をｐ型クラッ
ド層１０上に成長させる。ｐ型コンタクト層としては、
ＭｇドープのＧａＮからなる窒化物半導体層を成長させ
てなるものである。膜厚は１０〜２００オングストロー
ムである。Ｍｇのドープ量は１×１０¹⁹／ｃｍ³〜１×
１０²²／ｃｍ³である。このよう膜厚とＭｇのドープ量
を調整することにより、ｐ型コンタクト層１１のキャリ
ア濃度が上昇し、ｐ電極をのオーミックがとりやすくな
る。

【００３８】本発明の素子において、リッジ形状のスト
ライプは、ｐ型コンタクト層からエッチングされてｐ型
コンタクト層よりも下側（基板側）までエッチングされ
ることにより形成される。例えば図１に示すようなｐ型
コンタクト層１１からｐ型クラッド層１０の途中までエ
ッチングしてなるストライプ、又はｐ型コンタクト層１
１からｎ型コンタクト層２までエッチングしてなるスト
ライプなどが挙げられる。

【００３９】エッチングして形成されたリッジ形状のス
トライプの側面やその側面に連続した窒化物半導体層の
平面に、例えば図１に示すように、レーザ導波路領域の
屈折率より小さい値を有する絶縁膜が形成されている。
ストライプの側面等に形成される絶縁膜としては、例え
ば、屈折率が約１．６〜２．３付近の値を有する、Ｓ
ｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａよりなる群から選択さ
れた少なくとも一種の元素を含む酸化物や、ＢＮ、Ａｌ
Ｎ等が挙げられ、好ましくは、Ｚｒ及びＨｆの酸化物の
いずれか１種以上の元素や、ＢＮである。さらにこの絶
縁膜を介してストライプの最上層にあるｐ型コンタクト
層１１の表面にｐ電極が形成される。エッチングして形
成されるリッジ形状のストライプの幅としては、０．５
〜４μｍ、好ましくは１〜３μｍである。ストライプの
幅がこの範囲であると、水平横モードが単一モードにな
り易く好ましい。また、エッチングがｐ型クラッド層１
０とレーザ導波路領域との界面よりも基板側にかけてな
されていると、アスペクト比を１に近づけるのに好まし
い。以上のように、リッジ形状のストライプのエッチン
グ量や、ストライプ幅、さらにストライプの側面の絶縁
膜の屈折率などを特定すると、単一モードのレーザ光が
得られ、さらにアスペクト比を円形に近づけるられ、レ
ーザビームやレンズ設計が容易となり好ましい。また本
発明の素子において、ｐ電極やｎ電極等は従来公知の種
々のものを適宜選択して用いることができる。

【００４０】

【実施例】以下に本発明の一実施の形態である実施例を
示す。しかし本発明はこれに限定されない。また、本実
施例はＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）について示す
ものであるが、本発明の方法は、ＭＯＶＰＥ法に限るも
のではなく、例えばＨＶＰＥ（ハライド気相成長法）、
ＭＢＥ（分子線気相成長法）等、窒化物半導体を成長さ
せるのに知られている全ての方法を適用できる。

【００４１】［実施例１］実施例１として、図１に示さ
れる本発明の一実施の形態である窒化物半導体レーザ素
子を製造する。

【００４２】異種基板として、図３に示すようにステッ
プ状にオフアングルされたＣ面を主面とし、オフアング
ル角θ＝０．１５°、ステップ段差およそ２０オングス
トローム、テラス幅Ｗおよそ８００オングストロームで
あり、オリフラ面をＡ面とし、ステップがＡ面に垂直で
あるサファイア基板を用意する。このサファイア基板を
反応容器内にセットし、温度を５１０℃にして、キャリ
アガスに水素、原料ガスにアンモニアとＴＭＧ（トリメ
チルガリウム）とを用い、サファイア基板上にＧａＮよ
りなる低温成長のバッファ層を２００オングストローム
の膜厚で成長させる。バッファ層成長後、ＴＭＧのみ止
めて、温度を１０５０℃まで上昇させ、１０５０℃にな
ったら、原料ガスにＴＭＧ、アンモニア、シランガスを
用い、アンドープのＧａＮからなる高温成長のバッファ
層を５μｍの膜厚で成長させる。次に、高温成長のバッ
ファ層を積層したウェーハ上にストライプ状のフォトマ
スクを形成し、ＣＶＤ装置によりストライプ幅１８μ
ｍ、窓部の幅３μｍのＳｉＯ₂よりなる保護膜を０．１
μｍの膜厚で形成する。保護膜のストライプ方向はサフ
ァイアＡ面に対して垂直な方向である。保護膜形成後、
ウェーハを反応容器に移し、１０５０℃にて、原料ガス
にＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープのＧａＮより
なる窒化物半導体層を１５μｍの膜厚で成長させ窒化物
半導体基板１とする。得られた窒化物半導体を窒化物半
導体基板１として以下の素子構造を積層成長させる。

【００４３】（光吸収層２）窒化物半導体基板１上に、
７８０℃で原料ガスにＴＭＩ（トリメチルインジウ
ム）、ＴＭＧ、アンモニアガスを用いアンドープのＩｎ
_0.15Ｇａ_0.85Ｎよりなる第１の窒化物半導体を５００オ
ングストロームの膜厚で成長させ、続いて、ＴＭＩを止
め、アンドープのＧａＮよりなる第２の窒化物半導体を
１０００オングストローム成長させる。そして、この操
作をそれぞれ３回繰り返して、第１の窒化物半導体と第
２の窒化物半導体とを積層し、総膜厚４５００オングス
トロームの多層膜よりなる光吸収層２を成長させる。

【００４４】（アンドープｎ型コンタクト層）［図１に
は図示されていない］ 光吸収層２上に、１０５０℃で原料ガスにＴＭＡ（トリ
メチルアルミニウム）、ＴＭＧ、アンモニアガスを用い
アンドープのＡｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎよりなるｎ型コンタク
ト層を１μｍの膜厚で成長させる。 （ｎ型コンタクト層３）次に、同様の温度で、原料ガス
にＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアガスを用い、不純物ガ
スにシランガス（ＳｉＨ₄）を用い、Ｓｉを３×１０¹⁸
／ｃｍ³ドープしたＡｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎよりなるｎ型コ
ンタクト層３を３μｍの膜厚で成長させる。

【００４５】（クラック防止層４）次に、温度を８００
℃にして、原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルイン
ジウム）及びアンモニアを用い、不純物ガスにシランガ
スを用い、Ｓｉを５×１０¹⁸／ｃｍ³ドープしたＩｎ
_0.08Ｇａ_0.92Ｎよりなるクラック防止層４を０．１５μ
ｍの膜厚で成長させる。

【００４６】（ｎ型クラッド層５）次に、温度を１０５
０℃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Ａｌ_0.14Ｇａ_0.86ＮよりなるＡ層
を２５オングストロームの膜厚で成長させ、続いて、Ｔ
ＭＡを止め、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉ
を５×１０¹⁸／ｃｍ³ドープしたＧａＮよりなるＢ層を
２５オングストロームの膜厚で成長させる。そして、こ
の操作をそれぞれ１６０回繰り返してＡ層とＢ層の積層
し、総膜厚８０００オングストロームの多層膜（超格子
構造）よりなるｎ型クラッド層５を成長させる。

【００４７】（ｎ型ガイド層６）次に、同様の温度で、
原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープの
ＧａＮよりなるｎ型ガイド層６を０．０７５μｍの膜厚
で成長させる。

【００４８】（活性層７）次に、温度を８００℃にし
て、原料ガスにＴＭＩ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、
不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０¹⁸
／ｃｍ³ドープしたＩｎ_0.01Ｇａ_0.99Ｎよりなる障壁層
を１００オングストロームの膜厚で成長させる。続い
て、シランガスを止め、アンドープのＩｎ_0.11Ｇａ_0.89
Ｎよりなる井戸層を５０オングストロームの膜厚で成長
させる。この操作を３回繰り返し、最後に障壁層を積層
した総膜厚５５０オングストロームの多重量子井戸構造
（ＭＱＷ）の活性層７を成長させる。

【００４９】（ｐ型電子閉じ込め層８）次に、同様の温
度で、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用
い、不純物ガスとしてＣｐ₂Ｍｇ（シクロペンタジエニ
ルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０¹⁹／ｃｍ³ド
ープしたＡｌ_0.4Ｇａ_0.6Ｎよりなるｐ型電子閉じ込め層
８を１００オングストロームの膜厚で成長させる。

【００５０】（ｐ型ガイド層９）次に、温度を１０５０
℃にして、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、ア
ンドープのＧａＮよりなるｐ型ガイド層９を０．０７５
μｍの膜厚で成長させる。このｐ型ガイド層９は、アン
ドープとして成長させるが、ｐ型電子閉じ込め層８から
のＭｇの拡散により、Ｍｇ濃度が５×１０¹⁶／ｃｍ³と
なりｐ型を示す。

【００５１】（ｐ型クラッド層１０）次に、同様の温度
で、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、
アンドープのＡｌ_0.1Ｇａ_0.9ＮよりなるＡ層を２５オン
グストロームの膜厚で成長させ、続いて、ＴＭＡを止
め、不純物ガスとしてＣｐ₂Ｍｇを用い、Ｍｇを５×１
０¹⁸／ｃｍ³ドープしたＧａＮよりなるＢ層を２５オン
グストロームの膜厚で成長させる。そして、この操作を
それぞれ１００回繰り返してＡ層とＢ層の積層し、総膜
厚５０００オングストロームの多層膜（超格子構造）よ
りなるｐ型クラッド層１０を成長させる。

【００５２】（ｐ型コンタクト層１１）次に、同様の温
度で、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物
ガスとしてＣｐ₂Ｍｇを用い、Ｍｇを１×１０²⁰／ｃｍ³
ドープしたＧａＮよりなるｐ型コンタクト層１１を１５
０オングストロームの膜厚で成長させる。

【００５３】反応終了後、反応容器内において、ウエハ
を窒素雰囲気中、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型
層を更に低抵抗化する。アニーリング後、ウエハを反応
容器から取り出し、最上層のｐ側コンタクト層の表面に
ＳｉＯ₂よりなる保護膜を形成して、ＲＩＥ（反応性イ
オンエッチング）を用いＳｉＣｌ₄ガスによりエッチン
グし、図４に示すように、ｎ電極を形成すべきｎ側コン
タクト層３の表面を露出させる。次に図４（ａ）に示す
ように、最上層のｐ側コンタクト層１１のほぼ全面に、
ＰＶＤ装置により、Ｓｉ酸化物（主として、ＳｉＯ₂）
よりなる第１の保護膜６１を０．５μｍの膜厚で形成し
た後、第１の保護膜６１の上に所定の形状のマスクをか
け、フォトレジストよりなる第３の保護膜６３を、スト
ライプ幅１．８μｍ、厚さ１μｍで形成する。次に、図
４（ｂ）に示すように第３の保護膜６３形成後、ＲＩＥ
（反応性イオンエッチング）装置により、ＣＦ₄ガスを
用い、第３の保護膜６３をマスクとして、前記第１の保
護膜をエッチングして、ストライプ状とする。その後エ
ッチング液で処理してフォトレジストのみを除去するこ
とにより、図４（ｃ）に示すようにｐ側コンタクト層１
０の上にストライプ幅１．８μｍの第１の保護膜６１が
形成できる。

【００５４】さらに、図４（ｄ）に示すように、ストラ
イプ状の第１の保護膜６１形成後、再度ＲＩＥによりＳ
ｉＣｌ₄ガスを用いて、ｐ側コンタクト層１１、および
ｐ側クラッド層１０をエッチングして、ストライプ幅
１．８μｍのリッジ形状のストライプを形成する。但
し、リッジ形状のストライプは、図１に示すように、選
択成長を行う際に形成した保護膜の上部で且つ保護膜の
中心部分を避けるように形成される。リッジストライプ
形成後、ウェーハをＰＶＤ装置に移送し、図４（ｅ）に
示すように、Ｚｒ酸化物（主としてＺｒＯ₂）よりなる
第２の保護膜６２を、第１の保護膜６１の上と、エッチ
ングにより露出されたｐ側クラッド層１０の上に０．５
μｍの膜厚で連続して形成する。このようにＺｒ酸化物
を形成すると、ｐ−ｎ面の絶縁をとるためと、横モード
の安定を図ることができ好ましい。次に、ウェーハをフ
ッ酸に浸漬し、図４（ｆ）に示すように、第１の保護膜
６１をリフトオフ法により除去する。

【００５５】次に図４（ｇ）に示すように、ｐ側コンタ
クト層１１の上の第１の保護膜６１が除去されて露出し
たそのｐ側コンタクト層１１の表面にＮｉ／Ａｕよりな
るｐ電極２０を形成する。但しｐ電極２０は１００μｍ
のストライプ幅として、この図に示すように、第２の保
護膜６２の上に渡って形成する。第２の保護膜６２形成
後、図１に示されるように露出させたｎ側コンタクト層
３の表面にはＴｉ／Ａｌよりなるｎ電極２１をストライ
プと平行な方向で形成する。

【００５６】以上のようにして、ｎ電極とｐ電極とを形
成したウェーハのサファイア基板を研磨して７０μｍと
した後、ストライプ状の電極に垂直な方向で、基板側か
らバー状に劈開し、劈開面（１１−００面、六角柱状の
結晶の側面に相当する面＝Ｍ面）に共振器を作製する。
共振器面にＳｉＯ₂とＴｉＯ₂よりなる誘電体多層膜を形
成し、最後にｐ電極に平行な方向で、バーを切断して図
１に示すようなレーザ素子とする。なお共振器長は３０
０〜５００μｍとすることが望ましい。得られたレーザ
素子をヒートシンクに設置し、それぞれの電極をワイヤ
ーボンディングして、室温でレーザ発振を試みた。その
結果、室温においてしきい値２．５ｋＡ／ｃｍ²、しき
い値電圧５Ｖで、発振波長４００ｎｍの連続発振が確認
され、室温で１万時間以上の寿命を示し、更にｎ型コン
タクト層の端面からの光の放出が抑制され、共振面から
放出されるレーザ光のＦＦＰにはリップルが乗ることな
く良好な単一モードとなる。

【００５７】［実施例２］実施例１において、光吸収層
２を以下のように単層で構成させる他は同様にして窒化
物半導体レーザ素子を作製する。 （光吸収層２）窒化物半導体基板１上に、７８０℃で原
料ガスにＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ、ア
ンモニアガスを用いアンドープのＩｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎよ
りなる第１の窒化物半導体を０．２μｍの膜厚で成長さ
せ光吸収層２を成長させる。得られたレーザ素子は、実
施例１とほぼ同様に良好なＦＦＰで、良好な寿命特性を
有する。

【００５８】［実施例３］実施例１において、ｐ型電子
閉じ込め層８を以下のように２層から構成させる他は同
様にして窒化物半導体レーザ素子を作製する。 （ｐ型電子閉じ込め層８）温度を８００℃にして、原料
ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガ
スとしてＣｐ₂Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウ
ム）を用い、Ｍｇを５×１０¹⁸／ｃｍ³ドープしたＡｌ
_0.4Ｇａ_0.6Ｎよりなる低温成長のＡ層を３０オングスト
ロームの膜厚で成長させ、続いて温度を９００℃にし
て、Ｍｇを５×１０¹⁸／ｃｍ³ドープしたＡｌ_0.4Ｇａ
_0.6Ｎよりなる高温成長のＢ層を７０オングストローム
の膜厚で成長させてなる低温成長のＡ層と高温成長のＢ
層との２層からなるｐ型電子閉じ込め層８を成長させ
る。得られたレーザ素子は、実施例１と同様に良好なＦ
ＦＰのレーザ光を放出し、寿命特性の良好な素子であ
る。

【００５９】［実施例４］実施例１において、クラック
防止層４を成長させる際に、Ｉｎの組成比を０．２とし
て、Ｓｉを５×１０¹⁸／ｃｍ³ドープしたＩｎ_0.2Ｇａ
_0.8Ｎよりなるクラック防止層４を０．１５μｍの膜厚
で成長させる他は同様にしてレーザ素子を作製する。得
られたレーザ素子は、実施例１と同様に良好な寿命特性
を有し、更に活性層６で発光しｎ型クラッド層から漏れ
だした光が、光吸収層２とクラッド防止層４とで吸収さ
れ、ＦＦＰが実施例１より良好になる。

【００６０】［実施例５］実施例１において、光吸収層
２を以下のように変更する他は同様にしてレーザ素子を
作製する。 （光吸収層２）窒化物半導体基板１上に、７８０℃で原
料ガスにＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ、ア
ンモニアガスを用いアンドープのＩｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎよ
りなる第１の窒化物半導体を０．１μｍの膜厚で成長さ
せ、続いて、ＴＭＩを止め、アンドープのＧａＮよりな
る第２の窒化物半導体を０．３μｍ成長させる。そし
て、この操作をそれぞれ２回繰り返して、第１の窒化物
半導体と第２の窒化物半導体とを積層し、総膜厚０．８
μｍの多層膜よりなる光吸収層２を成長させる。得られ
たレーザ素子は実施例１とほぼ同様に良好な結果が得ら
れる。

【００６１】［実施例６］実施例１において、光吸収層
２を以下のように変更する他は同様にしてレーザ素子を
作製する。 （光吸収層２）窒化物半導体基板１上に、７８０℃で原
料ガスにＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ、ア
ンモニアガスを用いアンドープのＩｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎよ
りなる第１の窒化物半導体を０．０１μｍの膜厚で成長
させ、続いて、ＴＭＩを止め、アンドープのＧａＮより
なる第２の窒化物半導体を０．０２μｍ成長させる。そ
して、この操作をそれぞれ５回繰り返して、第１の窒化
物半導体と第２の窒化物半導体とを積層し、総膜厚０．
１５μｍの多層膜よりなる光吸収層２を成長させる。得
られたレーザ素子は実施例１とほぼ同様に良好な結果が
得られる。

【００６２】［実施例７］実施例２において、光吸収層
２の膜厚を０．５μｍとする他は同様にしてレーザ素子
を作製する。得られたレーザ素子は、実施例２とほぼ同
様に良好な結果が得られる。

【００６３】

【発明の効果】本発明は、レーザ光のＦＦＰがリップル
のない良好な単一モードとなる窒化物半導体レーザ素子
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の一実施の形態である窒化物半
導体レーザ素子を示す模式的断面図である。

【図２】図２は、サファイアの面方位を示すユニットセ
ル図である。

【図３】図３は、オフアングルした異種基板の部分的な
形状を示す模式的断面図である。

【図４】図４は、リッジ形状のストライプを形成する一
実施の形態である方法の各工程におけるウエハの部分的
な構造を示す模式的断面図である。

【符号の説明】

１・・・窒化物半導体基板 ２・・・光吸収層 ３・・・ｎ型コンタクト層 ４・・・クラック防止層 ５・・・ｎ型クラッド層 ６・・・ｎ型ガイド層 ７・・・活性層 ８・・・ｐ型電子閉じ込め層 ９・・・ｐ型ガイド層 １０・・・ｐ型クラッド層 １１・・・ｐ型コンタクト層

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に、少なくともｎ型コンタクト
   層、及び、Ａｌを含む窒化物半導体を有する多層膜層か
   らなるｎ型クラッド層とＡｌを含む窒化物半導体を有す
   る多層膜層からなるｐ型クラッド層との間に、Ｉｎ_aＧ
   ａ_1-aＮ（０＜ａ＜１）からなる井戸層とＩｎ_bＧａ_1-b
   Ｎ（０≦ｂ＜１）からなる障壁層とを有する多重量子井
   戸構造の活性層を有し、前記ｎ型コンタクト層と基板と
   の間に、井戸層よりもバンドギャップエネルギーが小さ
   いアンドープのＩｎ_dＧａ_1-dＮ（０＜ｄ＜１）からなる
   第１の窒化物半導体の少なくとも１層以上を含んでなる
   光吸収層を有することを特徴とする窒化物半導体レーザ
   素子。
2. 【請求項２】 前記光吸収層が、井戸層よりもバンドギ
   ャップエネルギーが小さいアンドープのＩｎ_dＧａ_1-dＮ
   （０＜ｄ＜１）からなる第１の窒化物半導体と、アンド
   ープのＧａＮからなる第２の窒化物半導体とをそれぞれ
   少なくとも１層以上積層してなる多層膜からなることを
   特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
3. 【請求項３】 前記光吸収層の膜厚が、０．０２〜１μ
   ｍであることを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化
   物半導体レーザ素子。
4. 【請求項４】 前記多層膜の光吸収膜を構成する第１の
   窒化物半導体層の膜厚が０．０１〜０．０５μｍであ
   り、第２の窒化物半導体層の膜厚が０．０１〜０．５μ
   ｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記
   載の窒化物半導体レーザ素子。