JP2002009398A

JP2002009398A - 窒化物半導体素子、窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法

Info

Publication number: JP2002009398A
Application number: JP2000188492A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Nagahama; 慎一長濱
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 2000-06-22
Filing date: 2000-06-22
Publication date: 2002-01-11
Anticipated expiration: 2020-06-22
Also published as: JP3968959B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ストライプ状の凸部を共振器とする構造の半
導体レーザ素子において、素子特性、特に素子ばらつき
を抑え、３０ｍＷ出力において、電流−光出力特性にお
いてキンクの発生がなく、信頼性の高い窒化物半導体素
子及びその製造方法を提供すること。【解決手段】本発明は、第１の窒化物半導体層１の上
に、開口部を有する第２の窒化物半導体層を設け、その
開口部１９及び第２の窒化物半導体層２表面から成長さ
せ、第２の窒化物半導体表面上の一部が除去された第３
の窒化物半導体層３を有する素子であって、第２の窒化
物半導体層のＡｌ混晶比が、第３の窒化物半導体のＡｌ
混晶比より大きいことで、電流狭窄、エッチングストッ
プ層として機能させ、加えて結晶性を良好なものにする
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＧａＮ、ＡｌＮ、もし
くはＩｎＮ、又はこれらの混晶であるIII−V族窒化物半
導体（ＩｎｂＡｌｃＧａ１−ｂ−ｃＮ、０≦ｂ、０≦
ｄ、ｂ＋ｄ＜１）を用いた素子に係り、特にレーザ素子
に関する。

【０００２】

【従来の技術】今日、窒化物半導体を用いた半導体レー
ザは、ＤＶＤなど、大容量・高密度の光ディスクシステ
ムへの利用に対する要求が高まりを見せている。このた
め、窒化物半導体を用いたレーザ素子は、研究が盛んに
なされている。また、窒化物半導体を用いたレーザ素子
は、紫外域から赤色に至るまで、幅広く可視光域での発
振が可能と考えられ、その応用範囲は、上記光ディスク
システムの光源にとどまらず、レーザプリンタ、光ネッ
トワークなどの光源など、多岐にわたるものと期待され
ている。

【０００３】特に、レーザ素子構造に関しては、様々な
研究がなされ、横モードの好適な制御を可能にする構造
についても、種々の提案が成されている。その中でも、
特に有望視されている構造として、リッジ導波路構造が
あり、世界に先駆けて出荷を開始した窒化物半導体レー
ザ素子でも、採用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】窒化物半導体レーザ素
子において、上述した分野への応用の実現に向けての次
なる課題としては、大量生産で安定した品質の素子を提
供が必須項目となる。

【０００５】しかしながら、現在知られているレーザ素
子構造では、リッジ導波路の形成がその足かせとなって
いる。なぜなら、通常、リッジ導波路の形成には、素子
構造となる窒化物半導体を成長させた後、上層からエッ
チングにより、その窒化物半導体の一部を除去して、導
波路となる凸部を形成することになるが、この時のエッ
チング精度が、得られるレーザ素子の素子特性に大きく
影響を及ぼすことにある。これは、リッジ導波路を形成
する凸部の形状、特にその高さ及び幅でもって、横モー
ドの制御性、得られるレーザ光のＦ．Ｆ．Ｐ．（ファー
・フィールド・パターン）が決定されることにあり、エ
ッチングによるリッジ導波路の形成では、その深さの制
御性が、直接的に素子特性のばらつきを生み出す大きな
要因となるからである。

【０００６】従来、窒化物半導体のエッチングとして、
ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）などのドライエッチ
ングを用いることが知られているが、これらのエッチン
グ方法では、素子特性のばらつきを根本的に解決できる
ほどの精度で、エッチング深さを制御することが困難で
あった。

【０００７】さらにまた、近年の素子設計において、超
格子構造など、数原子層単位で制御された層が、素子構
造中に多数設けられ、構成されていることも、上記エッ
チング精度による素子特性ばらつきの原因となってい
る。すなわち、素子構造の各層の形成において、それぞ
れの膜厚は、極めて高い精度で形成されており、それよ
りも大きく制御性に劣るエッチング深さでもって、素子
を形成することでは、高度に設計された素子構造を損な
うこととなり、素子特性向上のネックとなる。

【０００８】例えば、窒化物半導体を用いた素子におい
て、活性層の上に、リッジ導波路を設ける屈折率導波型
の構造では、高出力タイプの窒化物半導体レーザ素子を
実現するために、エッチングの深さ方向に対する精度と
しては、リッジ直下の活性層部とその他の活性層部との
実効屈折率差を１００分の１の精度で制御する必要があ
る。このことから、それには活性層直上の層において、
例えばそれをｐ型クラッド層とるすと、ｐ型クラッド層
がほんの一部だけ残るまで、０．０１μｍ以下の精度で
深さ制御されたエッチングでもって、リッジを形成しな
ければならない。また、リッジ導波路の幅に関しては、
それよりも低い精度ではあるが、０．１μｍの精度でエ
ッチングを制御することが必要である。

【０００９】以上説明したリッジストライプの形成は、
例えば、図２に示すように、下部コンタクト層〜上部コ
ンタクト層まで積層した後、その表面にストライプ状の
マスク１０を設け（図２−ａ）、図２−ｂに示すよう
に、図中の矢印（白抜き）に示す方向でエッチングし
て、高さＳｈ、幅Ｓｗのリッジストライプを形成して、
ストライプ状の導波路を形成するものである。この時、
ストライプ形状の精度は、図２−ｃ、２−ｄに示すよう
に、ストライプの高さ（エッチング深さ）のズレｄＳ
ｈ、ストライプ幅のズレｄＳｗが発生し、このことが、
上述したようにレーザ素子の特性に大きく影響を及ぼ
し、またこれらストライプ形状の精度に劣ることは、素
子特性のばらつきを生み出す原因となる。ここで、図２
−ｃ、２−ｄは、図２−ｂにおける円で囲まれた領域を
拡大して、説明しているものである。特に、エッチング
深さにおける制御性（ｄＳｈ）において、活性層に達し
ない深さで、リッジストライプを設ける場合には、深刻
な問題に発展する。これは、上述したように、エッチン
グ深さの精度により、横モードの制御性が決定されるこ
ととなるため、この形成においてズレが大きいと、上述
したように、所望の特性を有する素子に対する歩留まり
が大幅に低下する。

【００１０】従来の窒化物半導体を用いたレーザ素子に
おいて、特に高出力での発振を実現するためには、大電
流注入時における素子信頼性、及びより高い横モード制
御性が必要となる。これは、大電流が注入されると、上
述したリッジストライプ及び導波路において、電流密度
が飛躍的に大きなものとなり、活性層などの導波層の面
内に設けられた屈折率差が低減し、すなわち横方向の屈
折率差が小さくなり、このことにより、空間的ホールバ
ーニングが発生する。このため、導波路内の横モードが
移動しやすくなり、電流―光出力特性において、キンク
の発生を招くことになる。従って、高出力発振時におい
ても十分な横モード制御性、また良好な導波路を形成す
るためには、上述したエッチング深さの精度が極めて重
要なものとなる。

【００１１】このようなことから、活性層などの導波層
内に、実効的な屈折率差を設け、なおかつ、高出力発振
時においても、良好な横モード制御性を確保することを
考慮すると、活性層に達する直前の深さでリッジストラ
イプを設けることが考えられるが、それでは、上述した
ストライプ形状精度の問題から得られるレーザ素子のほ
とんどが不良品となり、十分な特性で、且つ量産性に優
れたレーザ素子とはならなかった。

【００１２】また、窒化物半導体のエッチング方法とし
て、ＲＩＥを用いると、エッチング露出面、及び露出さ
れた層が、損傷を受ける傾向にあり、素子特性、素子信
頼性の低下を招くものとなる。エッチング方法には、ド
ライエッチングの他に、ウェットエッチングを用いる方
法があるが、窒化物半導体を有効に制御できるウェット
エッチング液は、未だ開発されていない。

【００１３】また、ストライプ状の導波路をエッチング
により形成する方法として、Ａｌを含む窒化物半導体、
Ｉｎを含む窒化物半導体、により、エッチングストッパ
層を素子構造内に形成する試みもなされているが、結晶
性を悪化させるため現実的ではない。これは、Ａｌを含
む窒化物半導体として、具体的にはＡｌＮ、ＡｌＧａＮ
（特にＡｌ混晶比０．５以上）、などが用いられるが、
これらのＡｌを含む窒化物半導体は、気相成長では、結
晶性良く成長させることが困難で、超格子多層膜構造を
用いずに、単一の膜で厚膜に成長させると、クラックの
発生、若しくは膜の割れをまねくこととなる。結果とし
て素子構造中にそのような層を介在させることは困難で
あった。また、Ｉｎを含む窒化物半導体層をエッチング
ストッパ層、若しくは再成長層表面などとして、エッチ
ング時に、大気にさらす若しくは、エッチングを受ける
と、それによる損傷が激しく、またＩｎそのものの蒸発
・融解などが発生し、エッチング面もしくはその近傍に
Ｉｎを含む窒化物半導体を設ける方法では、結晶性の悪
化、素子劣化を回避することができなかった。

【００１４】以上のように、窒化物半導体レーザ素子の
高機能化、及び大量生産の実現には、エッチング工程に
おけるリッジ導波路形成時の精度が大きく影響するもの
であり、精度に優れたリッジ導波路の形成は、極めて重
要な課題となっている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記事情に
鑑み、量産性に優れた窒化物半導体素子、位置・形状の
制御に優れたリッジ導波路を形成できるレーザ素子、及
びその製造方法をを発明するに至ったものである。

【００１６】すなわち本発明は、下記（１）〜（１１）
の構成により本発明の目的を達成することができる。

【００１７】（１）第１の窒化物半導体層と、開口部を
有し、Ａｌを含む第２の窒化物半導体層と、該第２の窒
化物半導体層を介して第３の窒化物半導体層と、が積層
された積層体を少なくとも有すると共に、前記第２の窒
化物半導体層のＡｌ混晶比が、第３の窒化物半導体層よ
りも大きく、前記第２の窒化物半導体層表面の一部に第
３の窒化物半導体層が接して設けられていること、を特
徴とする窒化物半導体素子である。この構成により、第
３の窒化物半導体の一部を、第２の窒化物半導体層表
面、若しくはそれを介し、開口部を通して第１の窒化物
半導体層上に設けることができる。このため、第１の窒
化物半導体層上の一部に、第３の窒化物半導体を設ける
ような構造を有する素子において、第２の窒化物半導体
層が介在することで第３の窒化物半導体層の一部を除去
する際に、膜厚方向における高い精度での位置決めが成
される。また、開口部を通して、第１の窒化物半導体
層、第３の窒化物半導体層が接合されることで、開口部
を選択的な電流注入領域とすることができ、電流狭窄層
として機能させることができる。これは、Ａｌを含む窒
化物半導体のＡｌ混晶比が大きくなると、半導体層のバ
ルク抵抗が大きくなるばかりでなく、Ａｌ混晶比の低い
窒化物半導体層との間のエネルギ障壁が大きくなるため
である。

【００１８】（２）前記第３の窒化物半導体層の一部
が、エッチングにより除去されて、前記開口部のほぼ全
面を覆うように第３の窒化物半導体層が設けられている
ことを特徴とする窒化物半導体素子である。この構成に
より、開口部が露出することなく、第３の窒化物半導体
層の一部が除去されるため、上述の位置決め精度に優れ
た部分的な第３の窒化物半導体層を形成することがで
き、加えて、開口部の下方に位置する窒化物半導体に、
第３の窒化物半導体層除去時のエッチングなどによる損
傷を防ぐことができる。また、第１の窒化物半導体層の
上には、第２の窒化物半導体層とその開口部を覆う第３
の窒化物半導体層とが設けられているため、半導体加工
時、エッチング工程などにおいて、第４の窒化物半導体
層が大気にさらされることがないため、それによる損傷
を防ぐことができる。ここで、大気にさらされるとは、
エッチング装置とＭＯＶＰＥなどの反応装置との間での
ウエハなどの移送において空気にさらされること、反応
装置内において、活性な雰囲気、活性なフローガス、ソ
ースガス等にさらされること、すなわち窒化物半導体層
の成長時における汚染・損傷を指すものである。特に、
窒化物半導体の成長時において、その反応装置（反応容
器）内で、各種活性なガス、雰囲気にさらされることに
よる損傷が大きい。

【００１９】（３）前記第２の窒化物半導体層が、Ａｌ
_xＧａ_1-xＮ（０＜ｘ≦１）で表される組成であり、膜厚
が１０Å以上５００Å以下の範囲であることを特徴とす
る窒化物半導体素子である。この構成により、膜厚が１
０Å以上であることで、開口部を容易に形成することが
でき、５００Å以下であることにより、第２の窒化物半
導体層の異常成長、またその表面に成長する第３の窒化
物半導体層の異常成長を、回避することができる。この
時、第２の窒化物半導体層の下層を、第３の窒化物半導
体層除去時に、大気にさらされるのを防ぐには、第３の
窒化物半導体層を緻密な膜とする必要があり、２００Å
以上であることが好ましい。これに加えて、第２の窒化
物半導体層により、それより下にある層（例えば、第１
の窒化物半導体層）と、第２の窒化物半導体層表面との
間で、リーク電流のない、十分な絶縁をとるには、２０
０Å以上とすると良い。これは、第２の窒化物半導体層
上に、ボンディング用の電極を設ける場合に効果的に作
用し、すなわち、Ａｌを含む窒化物半導体と良好なオー
ミック接触する金属がほとんどないため、その接合位置
でショットキー障壁を発生させ、絶縁性に優れた電極配
置を可能ならしめる構造を適用でき、素子設計の自由度
が向上する。このとき、第２の窒化物半導体層の上に、
絶縁膜などを介して、電極を設けても良い。

【００２０】（４）前記第２の窒化物半導体層がＡｌ_x
Ｇａ_1-xＮ（０＜ｘ≦１）で表される組成であり、前記
第３の窒化物半導体層がＡｌ_yＧａ_1-yＮ（０≦ｙ＜１）
で表される組成であり、Ａｌ混晶比の差（ｘ―ｙ）が、
０．５以上であることを特徴とする窒化物半導体素子で
ある。この構成により、Ｉｎを含まないで、ＡｌＧａＮ
からなる第３の窒化物半導体層、第２の窒化物半導体層
であることで、第３の窒化物半導体層の一部を除去する
際における、エッチングによる損傷、大気にさらされる
ことによる損傷に対して、耐性を有する層でもって、成
されるため、第２の窒化物半導体層、及びその開口部を
覆う第３の窒化物半導体層により、それよりも下に位置
する層（第１の窒化物半導体層）を、様々組成でもっ
て、形成することができる。これは、すなわち、第１、
第２、第３の窒化物半導体層で構成される積層体が、様
々な素子構造（層構成）を有する窒化物半導体素子にお
いて、多様な位置に配置することができ、多くの素子に
用いることができる。また、第２の窒化物半導体層と第
３の窒化物半導体層との混晶比の差が、０．５以上であ
ることで、エッチングで第３の窒化物半導体層を除去す
るときに、第２の窒化物半導体層と第３の窒化物半導体
層との間で、十分なエッチング速度差が生じ、高い精度
でのエッチング制御が可能となる。また、混晶比差０．
５以上であることで、第２の窒化物半導体層と、第３の
窒化物半導体層との接合部で、十分に大きなバンドギャ
ップエネルギー差を設けることができ、第２の窒化物半
導体表面の一部及び開口部を覆う第３の窒化物半導体層
で、第２の窒化物半導体層が電流狭窄層として機能し、
開口部を電流注入領域とすることができる。

【００２１】（５）前記第１の窒化物半導体が、Ｉｎを
含まない窒化物半導体からなることを特徴とする窒化物
半導体素子である。この構成により、Ｉｎを含む窒化物
半導体がエッチングによる損傷、表面が大気にさらされ
ることによる損傷が、Ｉｎを含まない窒化物半導体に比
べて極めて大きいことから、第２の窒化物半導体層の下
にある第１の窒化物半導体層がＩｎを有していないこと
で、開口部形成時の損傷を最小限に抑えることができ
る。また、この第１の窒化物半導体層の上に、開口部を
設ける第２の窒化物半導体層、その一部を除去する第３
の窒化物半導体層が設けられていても、第１の窒化物半
導体層よりも下に位置する層を、上述した損傷から防ぐ
ことができ、キャップ層としての役割を有するものとな
る。具体的には、Ａｌ_zＧａ_1-zＮ（０＜ｚ≦１）を好ま
しく用いることができる。

【００２２】（６）前記開口部に露出された表面が、前
記第１の窒化物半導体層表面であることを特徴とする窒
化物半導体素子である。この構成により、開口部から成
長させる第３の窒化物半導体層の結晶性を制御できる。

【００２３】（７）前記第１の窒化物半導体層が、Ｉｎ
を含む窒化物半導体からなる第４の窒化物半導体層の上
に設けられていることを特徴とする窒化物半導体素子で
ある。この構成により、Ｉｎを含む窒化物半導体であっ
ても、その上に第１の窒化物半導体層を有することで、
これが開口部形成時、第３の窒化物半導体層の再成長
時、第３の窒化物半導体層の除去時において、Ｉｎが分
解・蒸発すること等による損傷を回避できる。このこと
により、Ｉｎを含む窒化物半導体を第４の窒化物半導体
層として素子構造内に様々な位置に設けることができ、
多様な素子への応用が可能である。例えば、Ｉｎを含む
窒化物半導体を有する活性層、Ｉｎを含む窒化物半導体
を有する発光素子、レーザ素子に用いることができる。

【００２４】（８）前記第２の窒化物半導体層（Ａｌ_x
Ｇａ_1-xＮ）が、ＡｌＮ（ｘ＝０）であることを特徴と
する窒化物半導体素子である。この構成により、上述し
たＡｌ混晶比と、エッチング精度との関係において、最
大限の効果をそうすることができるものとなる。これに
加えて、第２の窒化物半導体層表面に設けられた第３の
窒化物半導体層、第２の窒化物半導体層下に設けられた
第１の窒化物半導体層、として用いることができる窒化
物半導体の組成が多様なものとなり、様々な素子構造に
応用可能なものとなる。これは、第２の窒化物半導体層
と、第１の窒化物半導体層若しくは第３の窒化物半導体
層との間で、比較的大きなバンドギャップエネルギー差
を設けることができるため、上述した電流狭窄層として
機能させる場合、その効果が最大限のものとして得ら
れ、また、絶縁性を確保する層とする場合においても、
ＡｌＮであることでオーミックコンタクトが最も困難な
窒化物半導体となるため、良好な絶縁性を素子構造内に
設けることが可能となる。具体的には、第１の窒化物半
導体層、第２の窒化物半導体層に用いられる窒化物半導
体としては、Ｉｎ_αＡｌ_βＧａ_1- _α _- _βＮ（０≦α≦
１、０≦β≦１、０≦α＋β≦１）で表される様々の組
成の窒化物半導体を用いることができる。

【００２５】（９）ストライプ状の導波路領域を有し、
窒化物半導体を有する活性層が設けられた窒化物半導体
レーザ素子であって、前記積層体が、活性層の上に設け
られていると共に、前記開口部が前記導波路領域にほぼ
平行なストライプ形状であり、前記第２の窒化物半導体
層が、前記開口部のストライプ幅よりも広い幅のストラ
イプ形状であることを特徴とする窒化物半導体レーザ素
子である。この構成により、導波路領域のストライプ方
向と、開口部のストライプ方向がほぼ平行であること
で、導波路内に選択的に電流を注入できるレーザ素子構
造となる。また、一部が除去された第３の窒化物半導体
層により、活性層内に実効的な屈折率差が設けられたリ
ッジ構造のレーザ素子では、前記導波路領域が前記屈折
率差により設けられることから、リッジストライプの形
状、位置などにより、得られるレーザ素子の横モード制
御性、閾値電流、素子寿命などが大きく影響されるが、
本発明では、第２の窒化物半導体層の上にリッジストラ
イプが設けられたことで、このような問題が解決され
る。これは、膜厚方向におけるリッジストライプの位
置、すなわちリッジ形成時のエッチング深さ、により、
上記素子特性が敏感に影響することから、従来のものは
素子特性にばらつきの多いものとなっていたが、開口部
有する第２の窒化物半導体層が介在して、第３の窒化物
半導体層を含むリッジストライプが設けられることか
ら、第２の窒化物半導体層の膜厚方向における位置でも
って、リッジストライプの位置が決定されるものとな
り、従来のような素子特性のばらつきの発生がなく、量
産性に優れるレーザ素子となる。

【００２６】（１０）前記開口部の幅が、１μｍ以上３
μｍ以下であることを特徴とする窒化物半導体レーザ素
子である。この構成により、横モードの制御性に優れ、
５〜３０ｍＷの出力域において、単一基本モードでの発
振が可能となる。また、この時、開口部を覆う第３の窒
化物半導体層の幅を上記範囲内にしたリッジストライプ
を設けることでも、同様に、横モードの制御性に優れる
レーザ素子が得られる。

【００２７】（１１）前記活性層が、前記第４の窒化物
半導体層を有することを特徴とする窒化物半導体レーザ
素子である。この構成により、第１の窒化物半導体層が
上に設けられることで、上述したキャップ層の働きを成
し、エッチング、露出されることによる損傷から守ら
れ、優れた活性層の形成が可能となる。

【００２８】また、本発明の窒化物半導体素子の製造方
法は、以下の（１２）〜（１４）の方法により目的を達
成することができる。

【００２９】（１２）第１の窒化物半導体層の上に、Ａ
ｌを含む第２の窒化物半導体層を成長させる積層工程
と、積層工程の後、該第２の窒化物半導体層の一部を除
去して開口部を設ける工程と、開口部を設けた後、Ａｌ
混晶比が第１の窒化物半導体層よりも小さい第３の窒化
物半導体層を、前記開口部及び第２の窒化物半導体層か
ら成長させる工程と、第２の窒化物半導体層表面上の第
３の窒化物半導体層の一部をエッチングにより除去し
て、前記開口部を覆う第２の窒化物半導体層を形成する
エッチング工程と、を具備することを特徴とする窒化物
半導体素子の製造方法。この方法により、第２の窒化物
半導体層が、エッチングストップ層として機能し、さら
には再成長のための表面として、第２の窒化物半導体層
表面、及びその開口部を提供することができ、結晶性に
優れ、量産性、エッチング精度に優れる製造が可能とな
る。このことは、第２の窒化物半導体層表面でエピタキ
シャル成長されることで、開口部からの成長と合わさっ
て互いにその成長が促進されることで、比較的平坦な膜
（第３の窒化物半導体層）が形成される。また、第２の
窒化物半導体層のＡｌ混晶比が大きくなると、その表面
の成長層の結晶性悪くなる傾向にあるが、第２の窒化物
半導体層表面の第３の窒化物半導体層の一部は除去され
て、開口部から成長させた第３の窒化物半導体層が残さ
れるため、このような結晶性の悪化に対して柔軟に対応
できる素子構造となる。このため、開口部底面となる窒
化物半導体層（第１の窒化物半導体層）のＡｌの混晶比
を、第２の窒化物半導体層よりも小さくすることで、開
口部上部に成長する第３の窒化物半導体層の結晶性を良
好なものとすることができる。この時、好ましくは、第
１の窒化物半導体層と第３の窒化物半導体層とを同じ組
成の窒化物半導体とすることで、良好な結晶成長がなさ
れ、特に、ＧａＮとすることで、十分な結晶性を確保す
ることができる。

【００３０】（１３）前記エッチングが、第３の窒化物
半導体層より第２の窒化物半導体層のエッチング速度の
大きなエッチングであることを特徴とする窒化物半導体
素子の製造方法．この方法により、エッチング速度が異
なることにより、第２の窒化物半導体層をエッチングス
トップとして機能する。この時、Ａｌの混晶比により、
エッチング速度の異なるエッチング方法としては、一般
的に窒化物半導体のエッチングガスとして知られている
ものを用いることができ、ハロゲン系のガス、具体的に
はＣｌ₂、ＳｉＣｌ₄を好ましく用いることができる。

【００３１】（１４）前記積層工程において、Ｉｎを含
む第４の窒化物半導体層の上に、前記第１の窒化物半導
体層を形成すると共に、第１の窒化物半導体層がＩｎを
含まないことを特徴とする窒化物半導体素子の製造方
法。この方法により、第１の窒化物半導体層が、第４の
窒化物半導体層のキャップ層として機能し、第２の窒化
物半導体層に開口部を形成するとき、第３の窒化物半導
体層を再成長し、その一部を除去するときに、第４の窒
化物半導体層中のＩｎが分解・蒸発などが起こらず、良
好な結晶性を維持することができる。

【００３２】（１５）前記開口部を設ける工程の後、第
３の窒化物半導体層の成長温度よりも高い温度で、ガス
エッチングすることにより、前記開口部底面の一部を除
去して前記第１の窒化物半導体層に凹部を形成して、該
凹部表面及び第２の窒化物半導体層表面から第３の窒化
物半導体を成長させることを特徴とする窒化物半導体素
子の製造方法。この方法により、第２の窒化物半導体層
の開口部を形成するときに、損傷を受けた開口部底面を
除去して、新たら再成長面として、第１の窒化物半導体
層表面から、第３の窒化物半導体層を成長させることが
できるため、良好な結晶性の窒化物半導体が得られる。

【００３３】

【発明の実施の形態】本発明の窒化物半導体素子は、図
１に示すように、第１の窒化物半導体層５、第２の窒化
物半導体層６を積層して、第２の窒化物半導体層６に開
口部１１を設けて、その開口部１１、第２の窒化物半導
体層の上から、第３の窒化物半導体層７を成長させ、第
２の窒化物半導体層６表面にある第３の窒化物半導体層
の一部を除去するものである。このようにして得られる
第１の窒化物半導体層、その上に開口部１１を有する第
２の窒化物半導体層６、その開口部１１を覆うように、
また第２の窒化物半導体層の一部を覆う第３の窒化物半
導体層が設けられた構造を有する窒化物半導体素子であ
る。

【００３４】この時、第１の窒化物半導体層、第２の窒
化物半導体層、第３の窒化物半導体層、第４の窒化物半
導体層として、具体的には、Ｉｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＮ
（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表され
る窒化物半導体を用いることができる。また、これら各
層には、ｎ型不純物、ｐ型不純物を添加して、所望の導
電型の窒化物半導体層とできる。この時、窒化物半導体
に用いられるｎ型不純物としては、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、
Ｓ、Ｏ等が挙げられ、好ましくはＳｉ、Ｓｎである。ま
た、ｐ型不純物としては、特に限定されないが、Ｂｅ、
Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｃａなどが挙げられ、好まし
くはＭｇが用いられる。

【００３５】［第１の窒化物半導体層］本発明におい
て、第１の窒化物半導体層としては、第２の窒化物半導
体層の下に設けられ、図１に示すように第２の窒化物半
導体層に接して設けられていても良く、第２の窒化物半
導体層との間に別の層を設けても良い。また、第２の窒
化物半導体層の開口部に、第１の窒化物半導体層表面を
露出させる場合には、第３の窒化物半導体層、若しくは
その間に介在する層の成長面となるため、それを考慮し
た組成とすることが好ましい。具体的には、開口部に露
出された第１の窒化物半導体層表面から、第３の窒化物
半導体層を成長させる場合には、第１の窒化物半導体層
と第２の窒化物半導体層とを同一の組成とすることで、
第３の窒化物半導体層の良好な結晶成長が確保され好ま
しい。この時、第３の窒化物半導体層のＡｌ混晶比は、
第２の窒化物半導体層よりも小さくなる。ここで、第１
の窒化物半導体層は、開口部形成時において、開口部底
面が、第１の窒化物半導体層となるようにして、開口部
からの成長を制御する層として、また開口部形成時にお
いてそれより下の層と開口部を分離する層として設ける
ことが好ましい。これは、すなわち開口部が第１の窒化
物半導体層に達する深さで設けられることをさし、例え
ば第１の窒化物半導体層の成長層表面、若しくはそれよ
りも深く、第１の窒化物半導体層が残る深さでその一部
を除去して、開口部として、図２に示すように、第１の
窒化物半導体層に凹部を設ける形態となる。

【００３６】また、第１の窒化物半導体層の組成として
は、特に限定されるものではなく、様々な組成が適用で
きる。具体的には、上述した組成式で表される窒化物半
導体であり、その中でも、第２の窒化物半導体層よりＡ
ｌ混晶比の低いＡｌＧａＮ、若しくはＡｌを有さないＧ
ａＮが好ましく用いられる。なぜなら、開口部から成長
する窒化物半導体層は、開口部底面として第１の窒化物
半導体層の表面となり、第１の窒化物半導体層によりそ
こから成長する層の結晶性が決定するため、異常成長の
少ないＡｌ混晶比の低い層、具体的には第２の窒化物半
導体層よりＡｌ混晶比の低いＡｌＧａＮ、さらにはＡｌ
を有していない窒化物半導体としてＧａＮを設けること
が好ましい。

【００３７】第１の窒化物半導体層を、第２の窒化物半
導体層の開口部形成時の損傷から、それよりも下に位置
する層（例えば第４の窒化物半導体層）を、回避させる
キャップ層として機能させるには、Ｉｎを含んでいない
窒化物半導体からなる第１の窒化物半導体層を設けると
良い。これは、Ｉｎを含む窒化物半導体は、エッチング
による損傷が、他の組成の窒化物半導体に比べて極めて
大きいことにある。なぜなら、図９にも示すように、Ｉ
ｎを含む窒化物半導体は、エッチングによる損傷、エッ
チングで表面がさらされた状態で、その後に続く成長工
程、絶縁膜形成工程における熱処理、等により、結晶中
のＩｎが簡単に蒸発・融解して、その結晶が破壊される
ためである。このため、Ｉｎを含まない窒化物半導体か
らなる第１の窒化物半導体層を設けることで、その層よ
りも下に、Ｉｎを含む窒化物半導体、例えばＩｎＧａ
Ｎ、ＩｎＮ、ＩｎＡｌＧａＮなど、を設けることが可能
となり、開口部形成時、若しくは第３の窒化物半導体層
除去時における損傷から守ることが可能となる。この
時、第１の窒化物半導体層としては、Ａｌ_aＧａ_1-aＮ
（０≦ａ≦１）で表される組成の窒化物半導体を好まし
く用いることができ、更に好ましくは、ＧａＮを用いる
ことで、エッチングによる損傷、大気にさらされた状態
に強いキャップ層として機能する。

【００３８】更に、第１の窒化物半導体層には、上述し
たｎ型不純物、ｐ型不純物を添加して、所望の導電型の
窒化物半導体層としてよいことは、いうまでもない。［第２の窒化物半導体層］本発明において、第２の窒化
物半導体層としては、第１の窒化物半導体層の上に設け
られ、開口部を有するものである。具体的には、図１に
示すように、第１の窒化物半導体層の上に第２の窒化物
半導体層を積層した後、第２の窒化物半導体層の一部を
除去して開口部とするものである。この時、開口部は、
第２の窒化物半導体層の下に隣接する層に達する深さで
設けられ、第３の窒化物半導体層を、第２の窒化物半導
体層、及び開口部の第２の窒化物半導体層とは異なる層
から成長させる。

【００３９】また、第２の窒化物半導体層としては、少
なくともＡｌを有する窒化物半導体であり、具体的には
Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（０＜ｘ≦１）を用いる。この時、Ａｌ
の混晶比としては、第２の窒化物半導体層表面に成長さ
せる第３の窒化物半導体層との関係により導き出される
ものである。

【００４０】本発明における第２の窒化物半導体層の膜
厚としては、少なくとも、２０Å以上とすることであ
り、好ましくは５０Å以上５００Å以下の範囲、最も好
ましくは１００Å以上３００Å以下の範囲である。なぜ
なら、２０Å未満であると、上述した電流狭窄、絶縁性
を有する層、及びエッチングストッパ層として全く機能
しないためである。また、５０Å以上とすることで、電
流狭窄、絶縁性を有する層として機能し、またエッチン
グストッパ層としては、Ａｌの混晶比により、第３の窒
化物半導体層と第２の窒化物半導体層とのＡｌ混晶比差
を０．５以上とすることで、エッチングストッパ層とし
て機能する。また、１００Å以上の膜厚であると、十分
な絶縁性を有し、エッチングストッパ層としても十分に
機能し、加えて第３の窒化物半導体層と第２の窒化物半
導体層とのＡｌ混晶比差を０．５以上であることで、ほ
ぼ完全に第２の窒化物半導体層でもってエッチング深さ
を制御することが可能となる。これら第３の窒化物半導
体層の上限としては、Ａｌ高混晶の窒化物半導体を厚膜
で成長できるのであれば特に限定されるものではない
が、好ましくは５００Å以下とすることで、異常成長、
及びそれによるクラックの発生を抑制して、第２の窒化
物半導体層を設けることができる。更に、３００Å以下
であると、比較的高いＡｌ混晶比であっても、例えば第
３の窒化物半導体層と第２の窒化物半導体層とのＡｌ混
晶比差０．５以上であっても、異常成長を抑えて第２の
窒化物半導体層を設けることが可能となる。

【００４１】ここで、第２の窒化物半導体層は、多層膜
構造であっても良いが、好ましくは単一膜として設ける
ことで、上述した絶縁性に富み、電流狭窄層、エッチン
グストッパ層として良好に機能する層となる。多層膜と
しては、例えば、従来Ａｌを含む窒化物半導体として、
ＡｌＧａＮ／ＧａＮなどを繰り返し積層して、超格子多
層膜として形成する方法でもって、Ａｌを有する窒化物
半導体の膜厚を確保する方法があるが、このような方法
により設けられた窒化物半導体層では、第２の窒化物半
導体層として適さない場合がある。これは、高いＡｌ混
晶比の窒化物半導体と、それより低いＡｌ混晶比の窒化
物半導体、若しくはＡｌを有さない窒化物半導体と、を
繰り返し積層してなる多層膜では、多層膜の膜厚におい
て、各層が占める割合を考慮して、擬似的に多層膜を単
一膜としてとらえた場合に、十分なＡｌ混晶比の窒化物
半導体層とならないことがあるためである。また、詳し
い理由は不明であるが、このような多層膜を超格子層の
ような薄膜で積層したものであることにより、エッチン
グ容易な層（Ａｌ高混晶の層）とエッチング困難な層
（Ａｌ低混晶の層）とが、隣接、若しくは近接して繰り
返し配置された構造となるため、エッチング困難な層に
優先してエッチング容易な層がエッチングされることと
なり、結果として多層膜層のエッチングによる露出面
は、凹凸を呈したものとなる。従って、凹凸を呈した面
では、例えば後述するように、その層をリッジストライ
プ形成時の表面とすると、レーザ素子のばらつきが改善
されず、第２の窒化物半導体層を設ける効果が薄れるこ
ととなる。

【００４２】このため、第２の窒化物半導体層を多層膜
構造で設ける場合には、多層膜を構成する層のそれぞれ
が、少なくとも第２の窒化物半導体層のＡｌ混晶比より
大きい、好ましくはＡｌ混晶比差が０．５以上となるよ
うにすることで、上述した絶縁性に富み、電流狭窄層、
エッチングストッパ層として良好に機能する層となる。
また、多層膜を構成する層が、第３の窒化物半導体層の
Ａｌ混晶比より小さい場合、若しくは十分な混晶比差
（例えば０．５以上）がない場合には、（層のＡｌ混晶
比）×（多層膜の膜厚に占める割合）でそれぞれの層の
総和をとって、多層膜を擬似的に単一幕としてとらえた
場合のＡｌ混晶比を、少なくとも第３の窒化物半導体層
よりも大きくし、好ましくは、Ａｌ混晶比の差を０．５
以上とすることである。例えば、多層膜がＡｌ混晶比が
α、膜厚ａのＡ層と、Ａｌ混晶比がβ、膜厚ｂのＢ層
と、をそれぞれｎ_A、ｎ_B回繰り返し積層した多層膜（膜
厚Ｄ）では、Ａｌ混晶比は、α×ａ×ｎ_A／Ｔ＋β×ｂ
×ｎ_B／Ｔ、の式で平均組成として得られる。

【００４３】［開口部］第２の窒化物半導体層に開口部
を設ける方法としては、窒化物半導体のエッチング方法
として知られているウェットエッチング、ドライエッチ
ングを用いることができ、第３の窒化物半導体層につい
ても同様である。特に、ドライエッチングであると、例
えば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エ
ッチング（ＥＣＲ）、イオンビームエッチング等の装置
があり、いずれもエッチングガスを適宜選択することに
より、窒化物半導体をエッチングできる。

【００４４】また、この開口部は、その底面が、少なく
とも第１の窒化物半導体層表面よりも上に形成されるも
のであり、好ましくは上述したように、開口部底面が第
１の窒化物半導体層の露出面となるようにして、開口部
からの成長層の結晶性を制御する層として設けることで
ある。このため、第１の窒化物半導体層の膜厚をある程
度のものとすることで、開口部の形成が容易になる。こ
れは、第１の窒化物半導体層を厚膜で設けることで、第
２の窒化物半導体層の一部を第１の窒化物半導体層に達
する深さで除去して、開口部を設けることが容易になる
ためである。この時、第１の窒化物半導体層の膜厚とし
ては、少なくとも１００Å以上で設けると、開口部形成
時に、第１の窒化物半導体層内で、深さ制御ができ、好
ましくは３００Å以上で設けると再現性、量産性に富む
制御が可能となる。

【００４５】この開口部の形成は、第２の窒化物半導体
層をそれよりも下の層に達する深さで、一部が除去され
ることにより設けられるため、第２の窒化物半導体層の
膜厚を考慮する必要がある。具体的には、第２の窒化物
半導体層が薄くなりすぎると、開口部形成時に第２の窒
化物半導体層の一部を除去する際に、エッチング深さの
制御が困難となるため、ある程度の膜厚として、１００
Å以上の膜厚で設けることで、膜厚が薄いことによる除
去の困難性を回避でき好ましい。

【００４６】［第３の窒化物半導体層］本発明における
第３の窒化物半導体層は、開口部及び第２の窒化物半導
体層表面から成長させ、第２の窒化物半導体層表面にあ
る第２の窒化物半導体層の一部が除去される。この時、
好ましくは、第２の窒化物半導体層表面にある第３の窒
化物半導体層だけを除去して、開口部のほぼ全面を覆う
ように第２の窒化物半導体層を設けることである。こう
することで、図１０に示すように、第２の窒化物半導体
層表面から成長したＡの領域のほとんどを除去すること
となり、このことで、第２の窒化物半導体層として、Ａ
ｌの混晶比の高い窒化物半導体を用いることができる。
これは、従来、第２の窒化物半導体層のように、Ａｌ混
晶比の高い窒化物半導体を成長させると、その上に成長
する層には、異常成長や、クラックの発生が素子とし
て、致命的な欠陥を有する積層構造となるが、本発明で
は、第２の窒化物半導体層表面から成長したＡの領域
は、そのほとんどを除去することとなるため、素子構造
において結晶性の良好なＢの領域を有効に利用できる素
子構造となる。このため、第３の窒化物半導体層３は、
開口部のほぼ全面と、第２の窒化物半導体層２表面の一
部を覆うように設けることが好ましい。これは、開口部
と第２の窒化物半導体層２との境目近傍（図１０に示す
点線部と開口部との間）では、すなわち開口部よりも僅
かに広い領域では、開口部からの成長が、第２の窒化物
半導体層表面からの成長に比べて支配的なものとなるた
め、第２の窒化物半導体層２表面に僅かに覆う第３の窒
化部半導体層を残しても、それほど結晶性に影響を及ぼ
すものとはならない。具体的には、開口部から０．３μ
ｍ以下離れた領域において、その上に成長した窒化物半
導体層の結晶性は、第２の窒化物半導体層よりも第１の
窒化物半導体層の結晶性に多く依存したものとなり、
０．１μｍ以下の範囲であればほぼ開口部から成長した
ものと変わらない結晶性の第３の窒化物半導体層とな
る。

【００４７】また、第３の窒化物半導体層は、図１０に
示すように、開口部から成長したＢの領域と、第３の窒
化物半導体層表面から成長したＡの領域と、を有し、Ａ
の領域のほとんどを除去して、Ｂの領域を残すことで、
結晶性の良好なＢの領域を素子構造として有効に利用す
ることができる。従って、第３の窒化物半導体層は、第
２の窒化物半導体層表面から成長させたものである必要
があり、また同時に開口部から成長させる必要がある。
ここで、開口部から成長させた第２の窒化物半導体層と
しては、図１、４に示すように、第１の窒化物半導体層
表面、若しくは開口部底面の露出面から成長させる形態
の他、図３に示すように、開口部において、第１の窒化
物半導体層と第３の窒化物半導体層との間に中間層２０
を設ける形態でも良い。すなわち、開口部から成長させ
る第３の窒化物半導体層は、開口部底面の第１の窒化物
半導体層表面から、若しくはその開口部底面から成長さ
せた窒化物半導体の表面から成長させればよい。どちら
の場合でも、一部を除去して残る第３の窒化物半導体層
（Ｂの領域）は、そのほとんど若しくは全てが、第１の
窒化物半導体層表面から成長させた層となり、第１の窒
化物半導体層の組成でもって、結晶性を制御できる。ま
た、これら中間層２０となる窒化物半導体としては、少
なくともＡｌ混晶比が第２の窒化物半導体層よりも小さ
い窒化物半導体層とすることで、第２の窒化物半導体層
とのバンドギャップエネルギー差から、開口部への電流
狭窄が可能となり好ましく、又は、結晶性を考慮して第
１の窒化物半導体層若しくは第３の窒化物半導体層と同
じ組成の窒化物半導体とすることが好ましい。具体的に
は、所望のＡｌ混晶比のＡｌＧａＮ、若しくはＧａＮ、
又は第１の窒化物半導体層のＡｌ混晶比、第２の窒化物
半導体層のＡｌ混晶比との間にあるＡｌ混晶比の窒化物
半導体、好ましくはＡｌ_cＧａ_1-cＮ（０≦ｃ≦１）とす
ることで、好ましい結晶性の第３の窒化物半導体層が成
長できる。具体的には、第１の窒化物半導体層のＡｌ混
晶比がｚ、第３の窒化物半導体層のＡｌ混晶比がｙで、
ｚ≠ｙある場合に、中間層の窒化物半導体のＡｌ混晶比
ｕが、ｚ≦ｕ≦ｙ（ただしｚ＜ｙ）、（ｚ＞ｙの場合に
はｙ≦ｕ≦ｚ）であることにより、第１の窒化物半導体
層と第３の窒化物半導体層との中間的な組成にある中間
層とすることができ、Ａｌ混晶比差（｜ｚ−ｙ｜）が大
きい場合に、良好な結晶成長をさせることができる。ま
た前記の場合において、ｚ≠ｙある場合に、中間の混晶
比とするには、（ｚ−ｙ）／２をｕとすることである。
加えて、前記の場合において、ｚ＝ｕ、ｙ＝ｕであって
も良い。

【００４８】本発明ニおける第３の窒化物半導体層とし
ては、第２の窒化物半導体のＡｌ混晶比より小さいＡｌ
を有する窒化物半導体、若しくはＡｌを有していない窒
化物半導体とすることである。このことにより、第２の
窒化物半導体層、第３の窒化物半導体層との混晶比差を
最大にでき、第３の窒化物半導体層の一部を除去する際
に、確実に、第２の窒化物半導体層表面でのエッチング
ストップすることが可能となる。また、第３の窒化物半
導体層から第１の窒化物半導体に電流を流す場合には、
第２の窒化物半導体層、第３の窒化物半導体層のバンド
ギャップ差から、開口部を電流注入領域とすることがで
き、例えば後述するリッジストライプのレーザ素子構造
において、ストライプ状の導波路領域に的確に対応した
電流注入領域を設けることが可能となる。具体的に、第
３の窒化物半導体層としては、第２の窒化物半導体層の
Ａｌ混晶比より小さい混晶比のＡｌＧａＮ、若しくはＧ
ａＮを用いることができる。

【００４９】［エッチング除去］本発明の窒化物半導体
素子において、図４に示すように、第２の窒化物半導体
層２の一部を除去して、開口部１９を設けた後（図４−
ａ）、開口部１９の表面２１を（図４−ｂ）、開口部１
９から成長させる窒化物半導体（第３の窒化物半導体層
３、中間層２０）の成長温度よりも高い温度で、エッチ
ングして、第２の窒化物半導体層の除去時に損傷を受け
た領域２１などを除去して（図４−ｃ）、その後開口部
１９から第３の窒化物半導体層を成長させること（図４
−ｄ）も可能である。ここで、図４は、図４−ａは図１
において第２の窒化物半導体層の一部を除去して、開口
部を設けた状態（図１−ｂ）を示すものであり、図４−
ｂ、−ｃ、−ｄは、図４−ａの円で囲まれた領域を拡大
して示す模式断面図である。このことにより、第２の窒
化物半導体層を一部除去して開口部を形成する際に、エ
ッチングによる損傷を受けて結晶性の悪化した領域２１
を取り除いて、第３の窒化物半導体層３を成長させるこ
とができ、第３の窒化物半導体層の結晶性を良好なもの
とすることができる。具体的な形態としては、図４に示
すように、開口部を設けた後、図４−ｂ中の矢印に示す
ようにエッチングガスを開口部底面に当てて、開口部形
成時に損傷を受けた領域２１（若しくは、それよりも深
い領域）を、除去して、第１の窒化物半導体層に凹部を
設け、凹部表面は良好な結晶性が有することで、良好な
結晶性の第３の窒化物半導体層３を成長させることがで
きる。ここで、領域２１を除去するエッチングは、本願
明細書中に記載のあるドライエッチングを用いることが
できる。また、そのエッチング時の温度としては、少な
くとも第３の窒化物半導体層の成長温度よりも高い温度
とすることであり、好ましくは７００℃以上１１００℃
以下の範囲とすることである。

【００５０】［第３の窒化物半導体層の除去方法（エッ
チング方法）］本発明において、第３の窒化物半導体層
の一部を除去するエッチング方法としては、上述したエ
ッチング方法の内、ドライエッチングが好ましく用いら
れる。この時、エッチングガスとしては、窒化物半導体
のエッチングガスとして知られているハロゲン系のガス
（ハロゲンガス、ハロゲン化合物ガス）を用いることが
でき、その中でもＣｌ₂、ＳｉＳｌ₂が好ましく用いら
れ、第２の窒化物半導体層と第３の窒化物半導体層と
で、エッチングレートに比較的大きな差が生じ、第２の
窒化物半導体層で精度良くエッチングストップすること
ができる。これは、Ａｌの混晶比により、エッチングレ
ートが異なるため、第２の窒化物半導体層でエッチング
深さを制御でき、第２の窒化物半導体層でもって、エッ
チングストッパ層として機能させることができる。特
に、第２の窒化物半導体層のＡｌ混晶比ｘと、第３の窒
化物半導体層のＡｌ混晶比ｙとの差、ｘ−ｙが０．５以
上であると、エッチング深さ制御において、好ましいエ
ッチングストッパ層となりうる。これは、窒化物半導体
の組成が異なることにより、エッチングレートが異なる
が、その中でも特にＡｌ混晶比に大きく依存してエッチ
ングレートが変化することに着眼されたものであり、Ａ
ｌ混晶比を大きくすることで、第２の窒化物半導体層を
エッチングストッパ層として機能させるものであり、そ
れと第３の窒化物半導体層とのＡｌ混晶比の差が０．５
以上であると十分なエッチングレート変化を生み出すこ
とができるからである。これとは別に、第２の窒化物半
導体層だけでエッチングレートを考慮すると、窒化物半
導体のＡｌ混晶比とエッチングレート、膜厚方向におけ
るエッチング速度、との関係は、リニアな関係よりも指
数関数的な関係に近い傾向にあるため、Ａｌ混晶比が
０．５以上、好ましくは０．７以上とすることで、エッ
チングレートの急激な低下を生み出すことが可能とな
り、膜厚方向におけるエッチング深さ制御が好ましく成
されることとなる。また、これらの性質は、第２の窒化
物半導体層が多層膜である場合よりも、単一膜で形成さ
れることである方が、顕著に現れる傾向にあるため、単
一膜で第２の窒化物半導体層を設けることが好ましい。

【００５１】［第４の窒化物半導体層］本発明における
第４の窒化物半導体層としては、第１の窒化物半導体
層、第２の窒化物半導体層の下に設けられる層であり、
第２の窒化物半導体層の開口部形成時において、第１の
窒化物半導体層を介していることにより、開口部から離
間して設けられた層となり、エッチングによる損傷、大
気にさらされることで大きく結晶性が劣化する傾向にあ
る、Ｉｎを含む窒化物半導体を用いることができる。具
体的には、ＩｎＧａＮであり、その第４の窒化物半導体
層を、活性層、発光層、若しくは量子井戸構造の井戸
層、障壁層などとして用いることができる。

【００５２】［発光素子］本発明の窒化物半導体素子に
おいて、ＬＥＤ（発光素子）に用いる形態としては、図
６に示すようになる。サファイアなどの基板２０１の上
に、ＧａＮのバッファ層２０２、ＧａＮの下地層２０
３、ＳｉドープＧａＮの第１のｎ型コンタクト層２０４
ａ（第１の窒化物半導体層）、を積層して、ＡｌＧａＮ
からなる第２の窒化物半導体層を２００Åの膜厚で形成
し、図に示すように、幅２μｍで、ｎ電極２１２の形成
層として第１のｎ型コンタクト層２０４ａ（第３の窒化
物半導体層）を除く領域の外形に対応する第２の窒化物
半導体層となるようにエッチングにより除去して、続い
て、ＧａＮの第２のｎ型コンタクト層、ＩｎＧａＮ、Ａ
ｌＧａＮ、ＧａＮなどからなるｎ型層２０５、２０６、
ＩｎＧａＮ、ＧａＮなどからなる多重量子井戸構造の活
性層２０７、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮなどからなるｐ型
クラッド層２０８、ＧａＮからなるｐ型コンタクト層２
０９を積層する。続いて、図に示す第２の窒化物半導体
層２１３で囲まれた領域にマスクを設けて、図に示すよ
うにｎ電極２１２形成層を露出させ、ｐ型コンタクト層
２０９の上に、ＮｉとＡｕを含む透光性のｐ電極２１
０、Ａｕを含むボンディング用のｐ電極２１１を設け、
ＴｉとＡｌを含むｎ電極を形成してＬＥＤを得る。この
ように、窒化物半導体層としてＬＥＤにも用いることが
できる。

【００５３】［レーザ素子］本発明の窒化物半導体レー
ザ素子は、前記第１の窒化物半導体層、第２の窒化物半
導体層、第３の窒化物半導体層、さらには第４の窒化物
半導体層とを有するものとなる。具体的には、図１に示
すように、Ｉｎを含む窒化物半導体からなる第４の窒化
物半導体層を活性層として有し、その上に、第１の窒化
物半導体層を介して、開口部を有する第２の窒化物半導
体層、その上に、一部が除去された第３の窒化物半導体
層を有し、その第３の窒化物半導体層を有するリッジス
トライプが、第２の窒化物半導体層の上に設けられたレ
ーザ素子である。

【００５４】本発明のレーザ素子では、開口部を有する
第２の窒化物半導体層を設けることで、優れた精度でリ
ッジストライプを形成でき、また、リーク電流のないレ
ーザ素子を得ることができる。

【００５５】以下の図７〜９は、比較例１における、エ
ッチング深さ（リッジストライプの高さ）と素子特性の
関係を示すものである。

【００５６】図７は、エッチング深さに対する、横モー
ド安定性、を示す。図７から明らかなように、ｐ型クラ
ッド層の膜厚０．１μｍよりも活性層方向に深くエッチ
ングすることで、安定した単一横モード発振のレーザ素
子が高い割合で得られる。また、エッチング深さが、ｐ
型クラッド層の膜厚が０．１μｍとなる厚さ以上である
と、キンクの発生が急激に起こり、大幅に良品率が減少
していることもわかる。ここで、図７の良品率とは、発
振を確認した素子の内、５ｍＷで基本単一横モード発振
が可能な素子の割合を示すものであり、この時の導波路
領域のストライプ幅は１．８μｍであった。

【００５７】図８は、光出力３０ｍＷでの駆動電流を示
すもので、この時ストライプ状の導波路領域は幅１．８
μｍである。図から明らかなように、ｐ型光ガイド層か
ら深いところ（活性層側）では５０ｍＡで一定である
が、ｐ型光ガイド層から膜厚０．１μｍ付近のｐ型クラ
ッド層まで緩やかに電流値が上昇し、ｐ型クラッド層の
膜厚０．１μｍ超えるエッチング深さで急激に電流値が
上昇している。更に、エッチング深さが、ｐ型クラッド
層の膜厚が厚くなる方向にあるレーザ素子では、ｐ型ク
ラッド層の膜厚０．２５μｍ以上では３０ｍＷの光出力
が得られなくなる。

【００５８】図９は、光出力３０ｍＷでのエッチング深
さに対するレーザ寿命を示すもので、エッチングがｐ型
光ガイド層とｐ型キャップ層との界面付近の深さで、レ
ーザ寿命は大幅に低下し、活性層に達する深さでストラ
イプ状の導波路領域が形成されると、素子寿命に多大に
悪影響を及ぼすことを示している。この時、レーザ素子
の素子構造は、実施例１と同じであり、素子寿命を考慮
する場合において、ｐ型電子閉込め層に達しない深さで
エッチングが行われる方がよい。また、この活性層より
も浅いｐ型光ガイド層、ｐ型クラッド層の膜厚０．１μ
ｍ付近まで良好な寿命特性を示しており、更に好ましい
領域として図に観るように、ｐ型光ガイド層とｐ型クラ
ッド層との界面付近からｐ型クラッド層の膜厚が僅かな
領域で良好な寿命特性を示す。すなわち、エッチングに
より露出されるｐ型クラッド層の膜厚を０．１μｍ以下
とし、更に好ましくは、ｐ型クラッド層が僅かに残る
か、ほぼ除去される深さでエッチングされると、良好な
寿命特性が得られることを示すものである。ｐ型クラッ
ド層の膜厚が０．１μｍより厚くなる深さであると、寿
命特性は急激に低下する。

【００５９】以上、説明したように、窒化物半導体レー
ザ素子は、リッジ形成時のエッチング深さに極めて敏感
なものであり、５〜３０ｍＷの光出力で、横モードが安
定し、閾値電流、駆動電流が低く、且つ長い素子寿命の
レーザ素子を得ようとすると、歩留まりが大きく低下
し、量産性に乏しいものとなっていた。この原因の一つ
としては、Ｉｎを含む窒化物半導体層が、エッチングに
よる損傷を受け、また、大気にさらされてその後に続
く、絶縁膜、光反射膜、電極なとの形成工程で、Ｉｎが
蒸発・融解することがあげられる。これは、ストライプ
が比較的狭い幅、例えば数μｍ〜数十μｍ、で形成され
ることで、ストライプ側面として、Ｉｎを含む窒化物半
導体層（例えば、井戸層、障壁層）が露出されること
で、ストライプの内部の導波路に深刻な損傷を受けるこ
とになるためである。

【００６０】しかし、本発明では、リッジストライプと
して、第２の窒化物半導体層の上に、リッジを設けるこ
とにより、従来のリッジ形状の精度に左右されない。す
なわち、素子構造を積層時に、第２の窒化物半導体層を
設けるため、素子構造中の任意の位置に設けることが可
能となり、結果として、その第２の窒化物半導体層の直
上にリッジを設けることが可能となり、従来のようなリ
ッジの高さ（エッチング深さ）のばらつきの問題が解消
されるものである。

【００６１】本発明のレーザ素子では、第２の窒化物半
導体層に設けられた開口部の真上に、リッジが設けられ
ることとなるため、エッチングストッパ層として機能す
る第２の窒化物半導体層から成長した窒化物半導体層、
及び第２の窒化物半導体層の上に位置する窒化物半導体
層を除去することができ、その層による結晶性の悪化を
回避できる。

【００６２】これは、上述したように、第２の窒化物半
導体層をエッチングストッパ層として機能させるため
に、Ａｌの混晶比を大きくし、またその膜厚も厚膜での
形成が必要となることに起因する。一般的に、Ａｌの混
晶比が０．３以上であるような高混晶比の窒化物半導体
を成長させると、厚膜で成長させることが困難となり、
成長を続けるとクラックが多く発生し、それにより、そ
れよりも下に位置する層を伴って亀裂がはいることとな
る。また、このＡｌを含む窒化物半導体の上に、異なる
組成の窒化物半導体を成長させると、成長層の結晶性を
悪化させることとなる。本発明では、このようなＡｌを
含む窒化物半導体層から成長させた領域をリッジ形成時
に、そのほとんどを除去することができ、素子構造にお
いて、従来のように素子特性を悪化させる層とはならな
い。

【００６３】具体的には、図１０に示すように、第２の
窒化物半導体層の上に成長した図中Ａ領域において、結
晶性の悪い第３の窒化物半導体層、さらにはその上に成
長される層も、リッジ形成時にそのほとんどを除去する
ことができるため、素子特性に影響を与えるものとはな
らない。すなわち、リッジとして残される図中Ｂの領域
では、開口部から（第１の窒化物半導体層表面）から成
長された層となり、結晶性の良好な層として得られる。
ここで、第３の窒化物半導体層３としては、開口部のス
トライプ幅よりも広く且つ開口部のほぼ全面を覆うよう
に設けることが好ましく、具体的には上述したように、
開口部のストライプより０．３μｍ以下離れた位置まで
第３の窒化物半導体層を設ける。

【００６４】本発明の窒化物半導体レーザ素子におい
て、第４の窒化物半導体層を有することで、紫外域〜赤
色系域までの波長で発振する活性層を設けることも、可
能となる。すなわち、第４の窒化物半導体層を有する活
性層とすることで、その上にある第１の窒化物半導体層
により、開口部形成時、リッジ形成時においても、損傷
を受けることがなく、良好な導波路を有するレーザ素子
となる。これは、上述したように、第１の窒化物半導体
層が、開口部形成時においては、キャップ層として機能
し、第４の窒化物半導体層が損傷を受けることから回避
させることができる。この時、第１の窒化物半導体層
は、Ｉｎを有していない窒化物半導体層とすることが好
ましい。また、第４の窒化物半導体層は、それ自身で活
性層としても良く、活性層が量子井戸構造である場合に
は、その井戸層、障壁層の内の一層として、設けても良
い。また、第１の窒化物半導体層としては、量子井戸構
造の活性層において、障壁層として設けても良く、若し
くは活性層の外側の光ガイド層として設けても良い。

【００６５】本発明のレーザ素子において、上述した素
子構造のほかに、実施例に示すように、第１の窒化物半
導体層、第２の窒化物半導体層とを光ガイド層として、
その上に、上部クラッド層を設けても良く、第１の窒化
物半導体層、第２の窒化物半導体層とを上部クラッド層
として、設けても良い。すなわち、本発明のレーザ素子
において、第１の窒化物半導体層、第２の窒化物半導体
層、第３の窒化物半導体層の積層体は、レーザ素子構造
中の任意の位置に配置できる。

【００６６】図７〜８に示すように、リッジストライプ
は、ｐ型クラッド層の膜厚が０．１μｍ以下となる位置
までエッチングで掘り下げて形成されることで、横モー
ド制御性、素子寿命、閾値電流（駆動電流）に優れたも
のとなるため、これを考慮して第２の窒化物半導体層を
設けることが好ましい。すなわち、開口部を有する第２
の窒化物半導体層を、そのような位置に設けることで、
従来のようなエッチング深さ精度によるばらつきのない
レーザ素子が得られる。具体的には、第２の窒化物半導
体層を、活性層と光ガイド層との間、光ガイド層内、ク
ラッド層と光ガイド層との間、クラッド層内であってク
ラッド層の膜厚が０．１μｍ以下となる位置よりも下側
（活性層側）に設けることである。この時、第２の窒化
物半導体層は、活性層に接して設けても良く、この場
合、第１の窒化物半導体層を、量子井戸構造の活性層内
における最上層の障壁層として、設けることができ、こ
の時、第１の窒化物半導体層をＩｎを含まない窒化物半
導体とすることで、Ｉｎを含む窒化物半導体からなる他
の層、例えば井戸層、などを、第２の窒化物半導体層か
ら分離させることができる。このため、本発明のレーザ
素子において、好ましくは、少なくとも第２の窒化物半
導体層が活性層よりも上に設けることであり、詳しく
は、Ｉｎを含む窒化物半導体からなる第４の窒化物半導
体層と、その上に、Ｉｎを含まない窒化物半導体からな
る第１の窒化物半導体層、開口部を有する第２の窒化物
半導体層、第３の窒化物半導体層とを積層した積層体を
有することである。

【００６７】本発明のレーザ素子では、図１に示すよう
に、活性層を導電型の異なる上部クラッド層、下部クラ
ッド層とで挟み込む構造で、各クラッド層と活性層との
間に、光ガイド層を有した分離閉込め（ＳＣＨ）構造で
あっても良く、光ガイド層を除いた構造であっても良
い。

【００６８】本発明の窒化物半導体を用いたレーザ素子
において、第２の導電型層若しくは第１の導電型層とし
て、ｐ型窒化物半導体（第１のｐ型窒化物半導体）を含
むｐ型クラッド層を設けることが好ましい。このとき、
ｐ型クラッド層が設けられた導電型層とは異なる導電型
層に、ｎ型窒化物半導体を含むｎ型クラッド層を設け
て、積層構造体に導波路を形成する。また、このｐ型ク
ラッド層に用いられる窒化物半導体としては、光を閉じ
込めるのに十分な屈折率差が設けられていれば良く、Ａ
ｌを含む窒化物半導体層が好ましく用いられる。また、
この層は、単一若しくは多層膜であっても良く、具体的
には実施例に示すように、ＡｌＧａＮとＧａＮとを交互
に積層した超格子構造であっても良い。さらに、この層
は、ｐ型不純物がドープされていても良いし、アンドー
プであっても良く、実施例に示すように多層膜層におい
て、それを構成する少なくとも１つの層にドープしたも
のであっても良い。なお、発振波長が長波長の４３０〜
５５０ｎｍのレーザ素子では、このクラッド層はｐ型不
純物をドープしたＧａＮが好ましい。また、膜厚として
は、特に限定されるものではないが、１００Å以上２μ
ｍ以下で形成すること、好ましくは５００Å以上１μｍ
以下の範囲で形成することで、十分な光の閉込めとして
機能する。

【００６９】また、本発明において、図１、実施例１な
どで示す構造のように、活性層とｐ型クラッド層との間
に、後述する電子閉込め層、光ガイド層を設けても良
い。この時、光ガイド層を設ける場合には、ｎ型クラッ
ド層と活性層との間にも、光ガイド層を設けて、活性層
を光ガイド層で挟み込む構造とすることが好ましい。こ
こで、活性層を挟み込むクラッド層の他に、活性層とク
ラッド層との間に光ガイド層、ｐ型電子閉込めを有する
ことで、駆動電流を１００ｍＡから５０ｍＡへと低く抑
えることができる。また、活性層とそれを挟むクラッド
層と、ｐ型電子閉込め層とを有することで、ｐ型電子閉
込め層と光ガイド層を有していない場合に比べて、１０
〜２０ｍＡほど駆動電流を低減する効果がある。さら
に、活性層とそれを挟む光ガイド層及びクラッド層を有
する構成では、ｐ型電子閉込め層を有していないことに
より閾値電流が５〜６倍に上昇する傾向が現れる。

【００７０】また、本発明における窒化物半導体素子に
おいて、活性層としては、Ｉｎを含む窒化物半導体（第
４の窒化物半導体）を少なくとも有することが好まし
く、単一量子井戸構造（ＳＱＷ）、多重量子井戸構造
（ＭＱＷ）などを用いることができる。発光素子、レー
ザ素子としては、活性層としてＭＱＷを有していること
が好ましく、この時井戸層の数を２〜５とすることが好
ましい。また、井戸層、障壁層の組成としては、それぞ
れ、井戸層：Ｉｎ_sＧａ_1-sＮ、障壁層：Ｉｎ_tＧａ₁ _-tＮ
（ただし、０≦ｓ≦１，０≦ｔ≦１、ｓ＞ｔ）としたも
のが、好ましく用いることができ、井戸層のＩｎ混晶比
を変化させることで、所望の発光は長の光を得ることが
できる。

【００７１】以下、本発明におけるレーザ素子の各層に
ついて説明する。

【００７２】（ｐ型電子閉込め層）また、活性層とｐ型
クラッド層との間、好ましくは活性層とｐ型光ガイド層
との間に設けられるｐ型電子閉込め層としては、閾値電
流の低下により容易な発振に寄与し、活性層へのキャリ
アの閉込めとしても機能する層であり、具体的にはＡｌ
ＧａＮを用いる。特に、第２の導電型層に、ｐ型クラッ
ド層、ｐ型電子閉込め層を設ける構成とすることで、こ
のような効果が大きくなる傾向にある。このｐ型電子閉
込め層にＡｌＧａＮを用いる場合には、好ましくはｐ型
不純物をドープしたものとすることで上記機能を有し得
るが、ノンドープであっても上記キャリアの閉込めとし
て機能する傾向にある。また、膜厚としては、５００Å
以下で形成し、Ａｌ_xＧａ_1-xＮの組成としては、ｘが０
以上、好ましくは０．２以上とする事で上記効果が十分
に期待できる。

【００７３】（ｐ型光ガイド層）本発明において、活性
層を挟むガイド層をクラッド層より内側に設けて、光導
波路を形成することで、窒化物半導体において優れた導
波路を形成することができる。この時、導波路（活性層
とそれを挟み込む両ガイド層）の膜厚としては、具体的
には６０００Å以下とし、発振閾値電流の急激な増大を
抑制し、好ましくは４５００Å以下とすることで、低く
抑えられた発振閾値電流で、基本モード、長寿命での連
続発振が可能となる。また、両ガイド層として具体的に
は、ほぼ同じ膜厚で、具体的には１００Å以上１μｍ以
下の範囲であり、好ましくは５００Å以上２０００Å以
下で形成するで良好な光導波路を設けることができる。
更に、ガイド層としては、窒化物半導体からなり、その
外側に設けられるクラッド層と比較して、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よく、
単一の膜、多層膜のどちらでも良い。ｐ側光ガイド層と
して具体的には、発振波長が３７０〜４７０ｎｍではア
ンドープのＧａＮを用い、比較的長波長な領域（４５０
μｍ以上）では、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの多層膜構造を用
いることである。ｎ型ガイド層として具体的には、ｐ型
ガイド層も同様に、活性層のエネルギーバンドギャップ
を考慮して、ＧａＮ、ＩｎＧａＮを用い、アンドープの
ＧａＮ、活性層に近づくに従いＩｎ混晶比を小さくした
ＩｎＧａＮとＧａＮとを交互に積層した多層膜で設ける
と好ましい導波路となる。また、ｎ型光ガイド層につい
ても、同様な層を用いることができる。

【００７４】（ｎ型クラッド層）本発明の窒化物半導体
を用いたレーザ素子において、ｎ型クラッド層に用いる
窒化物半導体としては、ｐ型クラッド層と同様に、光を
閉じ込めるのに十分な屈折率差が設けられていれば良
く、Ａｌを含む窒化物半導体層が好ましく用いられる。
また、この層は、単一若しくは多層膜であっても良く、
具体的には実施例に示すように、ＡｌＧａＮとＧａＮと
を交互に積層した超格子構造であっても良い。また、こ
のｎ型クラッド層は、キャリアの閉込め層、及び光閉込
め層として作用し、多層膜構造とする場合には、前述の
ように、Ａｌを含む窒化物半導体、好ましくはＡｌＧａ
Ｎを成長させると良い。さらに、この層は、ｎ型不純物
がドープされていても良いし、アンドープであっても良
く、実施例に示すように多層膜層において、それを構成
する少なくとも１つの層にドープしたものであっても良
い。なお、発振波長が長波長の４３０〜５５０ｎｍのレ
ーザ素子では、このクラッド層はｎ型不純物をドープし
たＧａＮが好ましい。また、膜厚としては、ｐ型クラッ
ド層と同様に、特に限定されるものではないが、１００
Å以上２μｍ以下で形成すること、好ましくは５００Å
以上１μｍ以下の範囲で形成することで、十分な光の閉
込めとして機能する。

【００７５】［第２の保護膜］本発明のレーザ素子にお
いて、リッジストライプ側面、及びそれに連続する第２
の窒化物半導体層表面に第２の保護膜を設ける形態をと
ることができる。第２の保護膜の材料としてはＳｉＯ₂
以外の材料、好ましくはＴｉ、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、ＳｉＮ、ＢＮ、ＳｉＣ、ＡｌＮの内の少な
くとも一種で形成することが望ましく、その中でもＺ
ｒ、Ｈｆの酸化物、ＢＮ、ＳｉＣを用いることが特に好
ましい。これらの材料はフッ酸に対しても多少溶解する
性質を有しているものもあるが、レーザ素子の絶縁層に
すれば埋め込み層としてＳｉＯ₂よりもかなり信頼性が
高くなる傾向にある。またＰＶＤ、ＣＶＤのような気相
で成膜した酸化物系薄膜は、その元素と酸素とが当量反
応した酸化物となりにくいので、酸化物系薄膜の絶縁性
に対する信頼性が不十分となりにくい傾向にあるが、本
発明で選択した前記元素のＰＶＤ、ＣＶＤによる酸化
物、ＢＮ、ＳｉＣ、ＡｌＮはＳｉ酸化物よりも絶縁性に
対して信頼性に優れている傾向にある。しかも酸化物の
屈折率を窒化物半導体よりも小さいもの（例えばＳｉＣ
以外のもの）を選択すると、レーザ素子の埋め込み層と
して非常に都合がよい。さらにまた、第１の保護膜１６
１をＳｉ酸化物とすると、Ｓｉ酸化物に対して、フッ酸
による選択性を有しているため、図１１に示すようにス
トライプ導波路の側面、そのストライプが形成されてい
る平面（第２の窒化物半導体層）、及び第１の保護膜１
０の表面に連続して形成すると、リフトオフ法により、
図１１に示すように、第１の保護膜１６１のみを除去す
ると、、平面に対して膜厚が均一な第２の保護膜１６２
を形成することができる。ここで、第１の保護膜１６１
としては、特に絶縁性は問わず、窒化物半導体のエッチ
ング速度と差がある材料であればどのような材料でも良
い。例えばＳｉ酸化物（ＳｉＯ₂を含む）、フォトレジ
スト等が用いられ、好ましくは、先に述べた第２の保護
膜１６２との溶解度差を設けるために、第２の保護膜よ
りも酸に対して溶解されやすい性質を有している材料を
選択する。酸としてはフッ酸を好ましく用い、そのため
フッ酸に対して溶解しやすい材料として、Ｓｉ酸化物を
好ましく用いる。

【００７６】［電極配置］本発明において、第２の窒化
物半導体層について別の効果としては、高いＡｌ混晶比
の窒化物半導体からなるため、第３の窒化物半導体層除
去後の第２の窒化物半導体層表面と、下層の第１の窒化
物半導体層との間で、優れた絶縁性を設けることがで
き、様々な素子構造に利用することができる点がある。
これは、Ａｌ混晶比の高い窒化物半導体、例えばＡｌＧ
ａＮ、では、その自身の広いバンドギャップエネルギに
より、第２の窒化物半導体層表面に金属薄膜などを設け
ても、ほとんどのものがオーミック接触しないことにあ
る。このことにより、例えば実施例１、図５、に示すよ
うに、第２の窒化物半導体層の上に、電極１２０、若し
くは取り出し電極１２２を、配置してボンディング面と
しても、第２の窒化物半導体層からリーク電流が発生す
ることなく、開口部に電流を集中させることができる。
図５では、第２の保護膜１６２が設けられ、リッジスト
ライプ側面において良好な屈折率差、絶縁性を確保して
いるが、ストライプが設けられた表面、図では第２の窒
化物半導体層１１１表面において、その絶縁性は必ずし
も十分なものではない。特に、３０ｍＷの高出力、大電
流下での駆動において、その傾向は顕著なものとなる。
これは、第２の保護膜のように、リッジストライプの埋
込層は、屈折率差を設けることが考慮されるため、必ず
しも厚膜で形成することが良いものとはならない、すな
わち屈折率差と絶縁性とが排他的な関係に陥る場合があ
り、この場合には、屈折率差を確保した後、絶縁性を必
要とする領域（図では第２の窒化物半導体層の上方）に
改めて、別の絶縁膜が必要となる。また、絶縁膜を厚く
形成すると、膜質の低下を招くこともあり、これも絶縁
性において、悪影響となる。

【００７７】これに加えて、リッジストライプの最上面
は、ボンディング面としては、微少な面積、小さいスト
ライプ幅であるため、ボンディング面を別に用意しなけ
ればならないことも、この問題を悪化させている一因と
なっている。本発明では、第２の窒化物半導体層がＡｌ
を高い混晶比であることで、第２の窒化物半導体層表面
もしくはその上方において、大きな面積で、絶縁性に優
れたボンディング面を確保することができる。特に、大
電流、高出力駆動時において、極めて有利なものとな
る。

【００７８】

【実施例】

【００７９】［実施例１］図５に示すレーザ素子につい
て説明する。

【００８０】ここで、本実施例では、基板として窒化物
半導体と異なる異種基板を用いているが、ＧａＮ基板な
どの窒化物半導体からなる基板を用いても良い。ここ
で、異種基板としては、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（ＭｇＡ
１₂Ｏ₄のような絶縁性基板、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃ
を含む）、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、Ｓｉ、及び窒化
物半導体と格子整合する酸化物基板等、窒化物半導体を
成長させることが可能で従来から知られており、窒化物
半導体と異なる基板材料を用いることができる。好まし
い異種基板としては、サファイア、スピネルが挙げられ
る。また、異種基板は、オフアングルしていてもよく、
この場合ステップ状にオフアングルしたものを用いると
窒化ガリウムからなる下地層の成長が結晶性よく成長さ
せるため好ましい。更に、異種基板を用いる場合には、
異種基板上に素子構造形成前の下地層となる窒化物半導
体を成長させた後、異種基板を研磨などの方法により除
去して、窒化物半導体の単体基板として素子構造を形成
してもよく、また、素子構造形成後に、異種基板を除去
する方法でも良い。

【００８１】（バッファ層１０２）２インチφ、Ｃ面
を主面とするサファイアよりなる異種基板１０１をＭＯ
ＶＰＥ反応容器内にセットし、温度を５００℃にして、
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を２００Åの膜厚で
成長させる。

【００８２】（下地層１０３）バッファ層成長後、温
度を１０５０℃にして、ＴＭＧ、アンモニアを用い、ア
ンドープＧａＮよりなる窒化物半導体層１０３を４μｍ
の膜厚で成長させる。この層は、素子構造を形成する各
層の成長において下地層（成長基板）として作用する。
下地層として、その他に、ELOG(Epitaxially Laterally
Overgrowth)成長させた窒化物半導体を用いると結晶性
が良好な成長基板が得られる。ELOG成長層の具体例とし
ては、異種基板上に、窒化物半導体層を成長させ、その
表面に窒化物半導体の成長が困難な保護膜を設けるなど
して形成したマスク領域と、窒化物半導体を成長させる
非マスク領域を、ストライプ状に設け、その非マスク領
域から窒化物半導体を成長させることで、膜厚方向への
成長に加えて、横方向への成長が成されることにより、
マスク領域にも窒化物半導体が成長して成膜された層な
どがある。その他の形態では、異種基板上に成長させた
窒化物半導体層に開口部を設け、その開口部側面から横
方向への成長がなされて、成膜される層でもよい。

【００８３】次に、窒化物半導体からなる下地層の上
に、素子構造となる各層を積層する。

【００８４】（ｎ型コンタクト層１０４）次に得られた
窒化物半導体基板（下地層）１０４上にＴＭＧ、アンモ
ニア、不純物ガスとしてシランガスを用い、１０５０℃
でＳｉを１×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮよりな
るｎ型コンタクト層３を４．５μｍの膜厚で成長させ
る。（クラック防止層１０５）次に、ＴＭＧ、ＴＭＩ
（トリメチルインジウム）、アンモニアを用い、温度を
８００℃にしてＩｎ_0.06Ｇａ_0.94Ｎよりなるクラック防
止層１０５を０．１５μｍの膜厚で成長させる。なお、
このクラック防止層は省略可能である。

【００８５】（ｎ型クラッド層１０６）次に、温度を
１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＡ（トリメチルアル
ミニウム）、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープ
のＡｌＧａＮ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
ｎ型クラッド層１０６を成長させる。この時、アンドー
プＡｌＧａＮのＡｌ混晶比としては、０．０５以上０．
３以下の範囲であれば、十分にクラッド層として機能す
る屈折率差を設けることができる。

【００８６】（ｎ型光ガイド層１０７）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型光ガイド層１０７を０．１
５μｍの膜厚で成長させる。また、ｎ型不純物をドープ
してもよい。（活性層１０８：第４の窒化物半導体層）次に、温度
を８００℃にして、原料ガスにＴＭＩ（トリメチルイン
ジウム）、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_0.05Ｇａ_0.95Ｎよりなる障壁層を１００Å
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_0.1Ｇａ_0.9Ｎよりなる井戸層を５０Å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５５０Åの多重量子井戸構造（ＭＱ
Ｗ）の活性層１０８を成長させる。この時、Ｉｎを含む
窒化物半導体として障壁層、井戸層の少なくとも１層、
若しくはＩｎを含む層の全てが、第４の窒化物半導体層
となる。

【００８７】（ｐ型電子閉込層１０９）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_0.1Ｇａ_0.9Ｎよりなるｐ型電子閉込層１
０９を１００Åの膜厚で成長させる。この層は、レーザ
素子として特に設けられていなくても良いが、電子閉込
めとして機能し、閾値の低下に寄与するものとなる。

【００８８】（第１のｐ型光ガイド層１１１：第１の窒
化物半導体層）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
なる第１のｐ型光ガイド層１１０を１０００Åの膜厚
で、成長させる。この第２のｐ型光ガイド層１１０は、
アンドープとして成長させるが、ｐ型電子閉込層１１０
からのＭｇの拡散により、Ｍｇ濃度が５×１０１６／ｃ
ｍ３となりｐ型を示す。この時、本発明において第１の
ｐ型光ガイド層１１０は、第１の窒化物半導体層１とな
る。

【００８９】（第２の窒化物半導体層１１１）次に、第
３の窒化物半導体層として、ＡｌＮを１００Åの膜厚で
成長させる。

【００９０】ＭＯＶＰＥ反応装置からウエハを取り出
し、ＣＶＤ装置に移送し、図１に示すように、フォトリ
ソグラフィー技術により、所望の形状のＳｉＯ₂よりな
るマスク１０を設ける（図１−ａ）。続いて、ウエハを
ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置に移送し、Ｓｉ
Ｃｌ₄ガスにより、第１の窒化物半導体層（第１のｐ型
光ガイド層１１１）表面が露出する深さでエッチングし
て、第２の窒化物半導体層の一部を除去して開口部１１
を設ける（図１−ｂ）。この時、開口部１１は、幅１．
８μｍでストライプ状に設ける。

【００９１】（第２のｐ型光ガイド層１１２：第３の窒
化物半導体層）次に、ウエハをＭＯＶＰＥ反応装置に
移送し、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よりなる第２
のｐ型光ガイド層１１２を５００Åの膜厚で、第２の窒
化物半導体層１１１、及びその開口部の上に、成長させ
る。この第２のｐ型光ガイド層１１２は、アンドープと
して成長させるが、ｐ型電子閉込層１０９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。またこの層は成長時にＭｇのガス源をフロー
して、意図的にＭｇをドープしても良い。この時、第２
のｐ型光ガイド層１１２は、図１に示す第３の窒化物半
導体層として、開口部１１における第１の窒化物半導体
層（第１のｐ型光ガイド層１１０）表面、及び第２の窒
化物半導体層１１１の表面から、第３の窒化物半導体層
を成長させる。

【００９２】（ｐ型クラッド層１１３）続いて、１０
５０℃でアンドープＡｌ_0.16Ｇａ_0.84Ｎよりなる層を２
５Åの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止め、Ｃｐ₂Ｍ
ｇを用いて、ＭｇドープＧａＮよりなる層を２５Åの膜
厚で成長させ、総膜厚０．５μｍの超格子層よりなるｐ
側クラッド層１１３を成長させる。ｐ側クラッド層は少
なくとも一方がＡｌを含む窒化物半導体層を含み、互い
にバンドギャップエネルギーが異なる窒化物半導体層を
積層した超格子で作製した場合、不純物はいずれか一方
の層に多くドープして、いわゆる変調ドープを行うと結
晶性が良くなる傾向にあるが、両方に同じようにドープ
しても良い。クラッド層１１２は、Ａｌを含む窒化物半
導体層、好ましくはＡｌ_XＧａ_1-XＮ（０＜X＜１）を含
む超格子構造とすることが望ましく、さらに好ましくは
ＧａＮとＡｌＧａＮとを積層した超格子構造とする。ｐ
側クラッド層１１３を超格子構造とすることによって、
クラッド層全体のＡｌ混晶比を上げることができるの
で、クラッド層自体の屈折率が小さくなり、さらにバン
ドギャップエネルギーが大きくなるので、閾値を低下さ
せる上で非常に有効である。さらに、超格子としたこと
により、クラッド層自体に発生するピットが超格子にし
ないものよりも少なくなるので、ショートの発生も低く
なる。

【００９３】（ｐ型コンタクト層１１４）最後に、１
０５０℃で、ｐ側クラッド層１１２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１１３を１５０Åの膜厚で成長させる。ｐ側コン
タクト層はｐ型のＩｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ（０≦X、０≦
Y、X＋Y≦１）で構成することができ、好ましくはＭｇ
をドープしたＧａＮとすれば、ｐ電極１２０と最も好ま
しいオーミック接触が得られる。コンタクト層１１３は
電極を形成する層であるので、１×１０¹⁷／cm³以上の
高キャリア濃度とすることが望ましい。１×１０¹⁷／cm
³よりも低いと電極と好ましいオーミックを得るのが難
しくなる傾向にある。さらにコンタクト層の組成をＧａ
Ｎとすると、電極材料と好ましいオーミックが得られや
すくなる。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。

【００９４】以上、レーザ素子構造となる各層を積層し
た後、ｐ型コンタクト層１１３（図１のコンタクト層
８）表面に、図１−ｄに示すように、ＳｉＯ₂よりなる
第１の保護膜１６１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、第２の窒化物半導体層６を露出させ、図５に示すよ
うに、リッジストライプが形成される。この時、第３の
窒化物半導体層（第２のｐ型光ガイド層１１２）のスト
ライプ幅は、第２の窒化物半導体層表面において、約２
μｍで、開口部のほぼ全面を覆って、一部が第２の窒化
物半導体層表面を覆って形成される。

【００９５】続いて、図１１に示すように、リッジ形成
時のＳｉＯ₂からなるストライプ状の第１の保護膜１６
１上から、ストライプの側面、第２の窒化物半導体層１
１１の表面を覆うように、Ｚｒ酸化物（主としてＺｒＯ
₂）よりなる第２の保護膜１６２を形成し、ＳｉＯ₂より
なるマスクをリフトオフして、ｐ型コンタクト層表面を
露出させる。図５に示すように、ストライプの側面及
び、第２の窒化物半導体層１１１表面に、連続した第２
の保護膜１６２が形成される。続いて、ｎ型コンタクト
層１０４が露出する深さで、エッチングして、電極形成
面を露出させる。

【００９６】次に、その露出したｐ型コンタクト層１１
４の表面にＮｉ／Ａｕよりなるｐ電極１２０を形成す
る。但しｐ電極１２０は１００μｍのストライプ幅とし
て、図５に示すように、第２の保護膜１６２の上に渡っ
て形成する。既に露出させたｎ側コンタクト層１０４の
表面にはＴｉ／Ａｌよりなるｎ電極２１を形成する。こ
れらの電極は、リッジストライプの方向に平行なストラ
イプとして形成される。

【００９７】次に、ｎ電極を形成するためにエッチング
して露出された面でｐ，ｎ電極に、取り出し電極を設け
るため所望の領域にマスクし、ＳｉＯ₂とＴｉＯ₂よりな
る誘電体多層膜１６４を設けた後、ｐ，ｎ電極上にＮｉ
−Ｔｉ−Ａｕ（１０００Å−１０００Å−８０００Å）
よりなる取り出し（パット）電極１２２，１２３をそれ
ぞれ設けた。この時、活性層１０８の幅は、２００μｍ
の幅（共振器方向に垂直な方向の幅）で、両ガイド層も
形成されている。

【００９８】以上のようにして、ｎ電極とｐ電極とを形
成した後、さらに基板が露出するまでエッチングして、
共振器面を設ける。この時、共振器長は、６５０μｍで
ある。共振器面を形成した後、この共振器面にＳｉＯ₂
とＴｉＯ₂よりなる誘電体多層膜を形成し、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分割し
て、更にバー状のウエハを分割してレーザ素子を得る。
この時、共振器面の形成方法として、エッチングにより
基板を露出した後、ＧａＮの劈開面である（1 1- 00）
Ｍ面で、ウエハをバー状に分割して、共振器面を作製し
ても良い。

【００９９】室温においてしきい値２．０ｋＡ／ｃ
ｍ²、３０ｍＷの出力において発振波長４０５ｎｍの連
続発振が確認され、またＦ．Ｆ．Ｐにおいて、良好なビ
ームが得られ、そのアスペクト比は、多くのチップが
１．５と、光ディスクシステムの光源として、十分に満
足するビーム特性である。また、５〜３０ｍＷでの光出
力域において、横モードの移動がなく、光ディスクシス
テムの読込、書込光源となるレーザ素子である。加え
て、リッジストライプが、第２の窒化物半導体層上に、
確実設けられることで、従来に比べて、素子のばらつ
き、特に横モードの制御性に関してキンクの発生が少な
く、またレーザ発振しないウエハ当たりのチップ数も大
幅に減少し、歩留まりが向上し、特に３０ｍＷ出力での
歩留まりにおいては飛躍的な向上を示す。

【０１００】［実施例２］第２の窒化物半導体層をＡｌ
_0.6Ｇａ_0.4Ｎとするほかは、実施例１と同様にして、レ
ーザ素子を得る。得られるレーザ素子は、実施例１と同
様に、横モードの制御性、Ｆ．Ｆ．Ｐ．などのビーム特
性に優れたものとなるが、実施例１に比べて、素子特性
のばらつきが多くなる傾向にある。これは、リッジスト
ライプ形成時のエッチングにおいて、実施例１に比べ
て、その精度が下がったためと考えられ、また、第２の
窒化物半導体層のＡｌ混晶比が減少したことにより、電
流狭窄層としての機能も低下傾向にあると考えられる。
特に、大電流、例えば３０ｍＷ、での駆動において、素
子ばらつきが多くなる傾向にある。

【０１０１】更に、第２の窒化物半導体層をＡｌ_0.5Ｇ
ａ_0.5Ｎとすると、上述の素子ばらつきの傾向が、大き
くなる。

【０１０２】［実施例３］第１のｐ型光ガイド層１１０
を１５００Åの膜厚で形成し、第２のｐ型光ガイド層を
設けずに、ｐ型クラッド層を第３の窒化物半導体層とす
ることを除いて、実施例１と同様にして、第２の窒化物
半導体層の上に、リッジストライプが設けられたレーザ
素子を得る。得られるレーザ素子は、実施例１に比べ
て、閾値電流、駆動電流が上昇する傾向にあり、また横
モードの制御性も、僅かながら劣る傾向が観られる。

【０１０３】更に、第２の窒化物半導体層をＡｌ_0.6Ｇ
ａ_0.4Ｎとすると、実施例２で観られるような、素子ば
らつき、横モードの制御性に関して、実施例２よりもそ
の傾向が強くなる。

【０１０４】［実施例４］ｐ型電子閉込め層１０９を第
１の窒化物半導体層とし、第１のｐ型光ガイド層１１０
を形成せずに、第２のｐ型光ガイド層１１２の膜厚を１
５００Åとする他は、実施例１と同様にして、レーザ素
子を得る。得られるレーザ素子は、第１の窒化物半導体
層が、ｐ型電子閉込め層で１００Åの膜厚と、比較的薄
膜であることが影響し、第２の窒化物半導体層１１１に
開口部を設ける際に、活性層（第４の窒化物半導体層）
が損傷を受けるものがあり、実施例１に比べて、素子寿
命において、特性のばらつきが発生する傾向にある。し
かし、３０ｍＷ出力で素子寿命が１０００時間を超える
良品率は、比較例１に比べて、十分な大きな割合で得ら
れる傾向にある。

【０１０５】［実施例５］実施例１において、開口部を
設けた後、８５０℃で、ＳｉＣｌ₄ガスを用いて、エッ
チングして、図に示すように、第１のｐ型光ガイド層を
約１００Åの深さで、凹部を設け、その第１のｐ型光ガ
イド層の凹部及び第２の窒化物半導体層表面から第３の
窒化物半導体層として第２のｐ型光ガイド層を８２０℃
で成長させるほかは、実施例１と同様にして、レーザ素
子を得る。得られるレーザ素子は、実施例１に比べて閾
値電流が低下する傾向が観られ、そのほかのレーザ素子
特性については、実施例１と同様に優れたものとなる。

【０１０６】［実施例６］第２の窒化物半導体層を５０
０Åの膜厚で形成するほかは、実施例１と同様にして、
レーザ素子を得る。この時、第２の窒化部宇半導体層表
面及び、その上に成長した第３の窒化物半導体層（ｐ型
光ガイド層）に異常成長が僅かながら観られ、クラック
の発生が観られたチップも出てくるようになる。しか
し、本発明では、第２の窒化物半導体層表面に成長した
第３の窒化物半導体層は、そのほとんどが、エッチング
により除去されるため、このような異常成長において
も、レーザ素子の特性に悪影響を与えるものではない。
また、第２の窒化物半導体層表面に僅かに残された第３
の窒化物半導体層も、開口部近傍であるため、開口部か
ら成長してきたものが、支配的な領域であり、第２の窒
化物半導体層の異常成長による影響を受けるものとはな
らない。また、リッジストライプ形成後に残されたｐ型
光ガイド層は、第２の窒化物半導体層の膜厚が５００Å
であり、第１の光ガイド層の膜厚も５００Åであるた
め、第１の光ガイド層表面は、第２の窒化物半導体層表
面よりも僅かに、上方に位置するものとなる。

【０１０７】更に、第２の窒化物半導体層を、１０００
Åの膜厚で形成すると、上述の異常成長が、ウエハ面内
の多くの部分で観察されるようになり、また、第２の窒
化物半導体層に深刻なクラックが発生するものも観ら
れ、レーザ素子の形成においてこのような素子がほとん
どとなる。

【０１０８】［比較例１］第２のｐ型光ガイド層、第２
の窒化物半導体層を設けずに、下地層、ｎ型コンタクト
層〜ｐ型コンタクト層まで積層したのち、ｐ型コンタク
ト層側からエッチングするほかは、実施例１と同様にし
て、レーザ素子を得る。このとき、リッジストライプ
は、ｐ型光ガイド層とｐ型クラッド層とのほぼ界面まで
エッチングし、また第１のｐ型光ガイド層は、１５００
Åの膜厚で形成する。得られるレーザ素子は、実施例１
に比して、素子のばらつきが多く、レーザ発振しないも
の、横モードの制御性に劣るもの、素子寿命に劣るもの
がウエハに占める割合が多くなり、またそれらの特性が
良好なチップは僅かであり、良品のチップにおいても、
素子ばらつきの大きいものとなる。

【０１０９】

【発明の効果】本発明の窒化物半導体素子では、第１の
窒化物半導体層、第２の窒化物半導体層、第３の窒化物
半導体層を有することで、様々な素子において、その素
子特性の向上、量産性の向上、を実現することができ
る。また、これらの窒化物半導体層は、その組成が比較
的様々な構成で設けることが可能となり、またそれを設
けることによる結晶性の悪化を効果的に回避できること
から、素子構造において様々な位置に設けることが可能
となり、特に第２の窒化物半導体層のように、エッチン
グストッパ層として機能する層を任意の位置に配するこ
とができる。従って、上述した各窒化物半導体層に拘束
されない比較的自由度の高い素子設計が可能となる。

【０１１０】また、本発明の窒化物半導体レーザ素子で
は、従来問題となっていたリッジストライプの形状精度
を完全に解決し、なおかつ、前記各窒化物半導体層を有
することにより素子特性の向上も図ることが可能とな
る。加えて、５〜３０ｍＷの高く、広い出力域におい
て、従来は、リッジストライプにより作りつけた屈折率
差による導波路の問題から量産性に乏しい素子構造、す
なわち素子ばらつきの多いレーザ素子であったが、本発
明では素子ばらつきをなくし、量産性に優れ、なおか
つ、さらなる素子特性の向上、素子設計自由度の向上を
実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施形態を説明する断面図。

【図２】従来のレーザ素子に係るリッジストライプの形
成を説明する断面図。

【図３】本発明の１実施形態を説明する断面図。

【図４】本発明の１実施形態を説明する断面図。

【図５】本発明の１実施形態を説明する断面図。

【図６】本発明の１実施形態を説明する断面図。

【図７】本発明の１実施形態について横モードの制御性
とエッチング深さとの関係を示す図。

【図８】本発明の１実施形態について駆動電流とエッチ
ング深さとの関係を示す図。

【図９】本発明の１実施形態について素子寿命とエッチ
ング深さとの関係を示す図。

【図１０】本発明の１実施形態を説明する断面図。

【図１１】本発明の１実施形態を説明する断面図。

【符号の簡単な説明】

１・・・第１の窒化物半導体層２・・・第２の窒化物半導体層３・・・第３の窒化物半導体層４・・・第４の窒化物半導体層１０・・・マスク（第１の保護膜１６１）１１・・・下部コンタクト層１２・・・下部クラッド層１３・・・下部光ガイド層１４・・・活性層１５・・・上部光ガイド層１６・・・第２の窒化物半導体層１７・・・上部クラッド層１８・・・上部コンタクト層１９・・・開口部２０・・・中間層１０１・・・異種基板１０２・・・バッファ層１０３・・・下地層１０４・・・ｎ型コンタクト層１０５・・・クラック防止層１０６・・・ｎ型クラッド層１０７・・・ｎ型光ガイド層１０８・・・活性層１０９・・・ｐ側キャップ層１１０・・・第１のｐ型光ガイド層１１１・・・第２の窒化物半導体層１１２・・・第２のｐ型光ガイド層１１３・・・ｐ型クラッド層１１４・・・ｐ型コンタクト層１２１・・・ｎオーミック電極１２３・・・ｎパッド電極１２０・・・ｐオーミック電極１２２・・・ｐパッド電極１６２・・・第２の保護膜１６４・・・絶縁膜

フロントページの続きＦターム(参考） 5F004 AA16 BA04 BB26 CA04 DA04 DA13 DB19 EB04 5F041 CA05 CA34 CA40 CA46 CA57 CA74 CA85 CA87 CA88 FF13 FF14 FF16 5F045 AA04 AB14 AB15 AB17 AC01 AC08 AC09 AC12 AD09 AD14 BB08 BB16 CA10 CA12 DA53 DA55 5F073 AA13 AA43 AA74 BA06 CA07 CB05 DA05 DA25 EA16 EA28

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の窒化物半導体層と、開口部を有し、
Ａｌを含む第２の窒化物半導体層と、該第２の窒化物半
導体層を介して第３の窒化物半導体層と、が積層された
積層体を少なくとも有すると共に、前記第２の窒化物半
導体層のＡｌ混晶比が、第１の窒化物半導体層よりも大
きいく、前記第２の窒化物半導体層表面の一部に第３の
窒化物半導体層が接して設けられていること、を特徴と
する窒化物半導体素子。
【請求項２】前記第３の窒化物半導体層の一部が、エッ
チングにより除去されて、前記開口部のほぼ前面を覆う
ように第３の窒化物半導体層が設けられていることを特
徴とする請求項１記載の窒化物半導体素子。
【請求項３】前記第２の窒化物半導体層が、Ａｌ_xＧａ
_1-xＮ（０＜ｘ≦１）で表される組成であり、膜厚が１
０Å以上５００Å以下の範囲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素子。
【請求項４】前記第２の窒化物半導体層がＡｌ_xＧａ_1-x
Ｎ（０＜ｘ≦１）で表される組成であり、前記第３の窒
化物半導体層がＡｌ_yＧａ_1-yＮ（０≦ｙ＜１）で表され
る組成であり、Ａｌ混晶比の差（ｘ―ｙ）が、０．５以
上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに
記載の窒化物半導体素子
【請求項５】前記第１の窒化物半導体が、Ｉｎを含まな
い窒化物半導体からなることを特徴とする請求項１乃至
４のいずれかに記載の窒化物半導体素子。
【請求項６】前記開口部に露出された表面が、前記第１
の窒化物半導体層表面であることを特徴とする請求項１
乃至５のいずれかに記載の窒化物半導体素子。
【請求項７】前記第１の窒化物半導体層が、Ｉｎを含む
窒化物半導体からなる第４の窒化物半導体層の上に設け
られていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか
に記載の窒化物半導体素子。
【請求項８】前記第２の窒化物半導体層（Ａｌ_xＧａ_1-x
Ｎ）が、ＡｌＮ（ｘ＝０）であることを特徴とする請求
項１乃至７のいずれかに記載の窒化物半導体素子。
【請求項９】ストライプ状の導波路領域を有し、窒化物
半導体を有する活性層が設けられた窒化物半導体レーザ
素子であって、前記積層体が、活性層の上に設けられて
いると共に、前記開口部が前記導波路領域にほぼ平行な
ストライプ形状であり、前記第２の窒化物半導体層が、
前記開口部のストライプ幅よりも広い幅のストライプ形
状であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに
記載の窒化物半導体レーザ素子
【請求項１０】前記開口部の幅が、１μｍ以上３μｍ以
下であることを特徴とする請求項９記載の窒化物半導体
レーザ素子。
【請求項１１】前記活性層が、前記第４の窒化物半導体
層を有することを特徴とする請求項９又は１０記載の窒
化物半導体レーザ素子。
【請求項１２】第１の窒化物半導体層の上に、Ａｌを含
む第２の窒化物半導体層を成長させる積層工程と、積層
工程の後、該第２の窒化物半導体層の一部を除去して開
口部を設ける工程と、開口部を設けた後、Ａｌ混晶比が
第１の窒化物半導体層よりも小さい第３の窒化物半導体
層を、前記開口部及び第２の窒化物半導体層から成長さ
せる工程と、第２の窒化物半導体層表面上の第３の窒化
物半導体層の一部をエッチングにより除去して、前記開
口部を覆う第２の窒化物半導体層を形成するエッチング
工程と、を具備することを特徴とする窒化物半導体素子
の製造方法。
【請求項１３】前記エッチングが、第３の窒化物半導体
層より第２の窒化物半導体層のエッチング速度の大きな
エッチングであることを特徴とする請求項１２記載の窒
化物半導体素子の製造方法．
【請求項１４】前記積層工程において、Ｉｎを含む第４
の窒化物半導体層の上に、前記第１の窒化物半導体層を
形成すると共に、第１の窒化物半導体層がＩｎを含まな
いことを特徴とする請求項１２又は１３記載の窒化物半
導体素子。
【請求項１５】前記開口部を設ける工程の後、第３の窒
化物半導体層の成長温度よりも高い温度で、ガスエッチ
ングすることにより、前記開口部底面の一部を除去して
前記第１の窒化物半導体層に凹部を形成して、該凹部表
面及び第２の窒化物半導体層表面から第３の窒化物半導
体を成長させることを特徴とする請求項１１乃至１４の
いずれかに記載の窒化物半導体素子の製造方法。