JP2002374035A - 半導体レーザ素子及びその製造方法 - Google Patents

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、様々な素子特性、ビーム特性
の容易に形成し、多様な応用を実現するレーザ素子を得
ること。 【解決手段】 本発明では、ストライプ状の導波路領域
として、第１の導波路領域Ｃ₁、第２の導波路領域Ｃ₂と
を有し、Ｃ₁で完全屈折率型の導波路が形成され、Ｃ₂で
実効屈折率型の導波路を有することで、ストライプ状の
凸部を共振器として有するレーザ素子において、様々な
素子特性を得ることができ、また素子信頼性に優れ、ビ
ーム特性に優れるレーザ素子を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ストライプ状のリッジ
（凸部）が設けられた半導体レーザ素子に関する。ま
た、本発明の半導体レーザ素子は、特にＧａＮ、Ａｌ
Ｎ、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（ＩｎｂＡｌdＧａ１−ｂ−dＮ、０≦ｂ、
０≦ｄ、ｂ＋ｄ＜１）を用いた素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】今日、窒化物半導体を用いた半導体レー
ザ素子は、ＤＶＤなど、大容量・高密度の情報記録・再
生が可能な光ディスクシステムへの利用に対する要求が
高まりを見せている。このため、窒化物半導体を用いた
半導体レーザ素子は、研究が盛んになされている。ま
た、窒化物半導体を用いた半導体レーザ素子は、紫外域
から赤色に至るまで、幅広い可視光の波長域での発振が
可能と考えられ、その応用範囲は、前記光ディスクシス
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が開始された窒化物半導体レ
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】半導体レーザ素子の構
造として、リッジ導波路構造は、構造が単純であること
から、容易にレーザ発振が可能な反面、大量生産時にお
いて、特性のばらつきが発生しやすい。これは、リッジ
導波路構造では、メサストライプの寸法ばらつきに依存
して特性が変化するが、メサストライプの形状のばらつ
きはエッチング精度に依存することから、そのエッチン
グ精度以下には形状ばらつきを抑えることができないか
らである。また、活性層のエッチングによる損傷、活性
層表面がエッチング雰囲気にさらされることによる損傷
が大きな半導体材料を用いた半導体レーザ素子では、活
性層よりも深くエッチングしてリッジを形成することに
より完全屈折率導波型の半導体レーザ素子を構成しよう
とすると、活性層及び活性層表面のエッチングによる損
傷のためにレーザ特性が悪化する。、従って、係る半導
体レーザ素子では、活性層に達しない深さでストライプ
を設けた実効屈折率型の導波路構造としなければならな
い。しかし、実効屈折率型の導波路構造では、上述した
ストライプ形状のばらつきによる素子特性変化が顕著な
ものとなり、量産時において、素子特性のばらつきが大
きなものとなる。

【０００５】窒化物半導体を用いたレーザ素子におい
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するこ
とが必須項目となる。

【０００６】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
波路を構成するためのリッジ（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、上述したように、
得られるレーザ素子の素子特性に大きく影響を及ぼすか
らである。すなわち、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、横モードが制御さ
れ、得られるレーザ光のＦ．Ｆ．Ｐ．（ファー・フィー
ルド・パターン）が決定されることから、エッチングに
よりリッジ導波路を形成する際の、その深さの制御誤差
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。

【０００７】また、従来、窒化物半導体のエッチング方
法として、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。

【０００８】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て構成されていることも、前記エッ
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、素子構造を構成する各層の形成におい
て、それぞれの膜厚は、極めて高い精度で制御されて形
成されており、それよりも数桁の精度で劣るエッチング
方法を用いて、リッジ等を形成することは、高度に設計
された素子構造を実現することが困難となり、素子特性
向上のネックとなる。

【０００９】例えば、窒化物半導体を用いたレーザ素子
において、活性層をエッチングすることなく活性層の上
に、リッジ導波路を設ける屈折率導波型の構造により、
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の精度は、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。その精度を実現するた
めにには、活性層直上の層において、例えばそれをｐ型
クラッド層とすると、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。

【００１０】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、窒化物半導体に使用できるウェットエッチ
ング液は、未だ開発されていない。

【００１１】以上のように、窒化物半導体を用いたレー
ザ素子の高機能化、及び特性のばらつきの少ない大量生
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。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者は、前記事情に
鑑み、ストライプ形状の半導体レーザ素子であっても、
その発振・導波に優れた共振器を有する半導体レーザ素
子でありながら、安定した横モード制御、Ｆ．Ｆ．Ｐ．
に優れたレーザ光を得ることができ、且つ量産時におい
ても、素子ばらつきの少ないレーザ素子若しくは端面発
光素子、及びその製造方法を発明するに至ったものであ
る。

【００１３】すなわち本発明の半導体レーザ素子は、下
記の構成により本発明の目的を達成することができる。

【００１４】本発明に係る第１の半導体レーザ素子は、
第１の導電型の半導体層と、活性層と、前記第１の導電
型とは異なる第２の導電型の半導体層とが順に積層され
た積層構造体を備え、前記活性層及びその近傍において
幅方向に光の広がりを制限してその幅方向と直交する方
向に光を導波させる導波路領域が形成されてなる半導体
レーザ素子において、前記導波路領域は、第１の導波路
領域と第２の導波路領域とを有してなり、前記第１の導
波路領域は、前記活性層の幅を制限することによりその
活性層とその両側の領域との間の屈折率差によってその
制限された活性層内に光を閉じ込めるようにした領域で
あり、前記第２の導波路領域は、前記活性層において実
効的に屈折率差を設けることにより光を閉じ込めるよう
にした領域であることを特徴とする。

【００１５】このように、構成された本発明に係る第１
の半導体レーザ素子において、前記導波路領域が、第１
の導波路領域を備え、その第１の導波路領域では活性層
とその両側の領域との間に実際に屈折率差を設けてその
活性層内に光を閉じ込めるようにしているので、この第
１の導波路領域においてより確実に横モードの発生を抑
制することができ、かつビーム制御を確実に行うことが
でき、Ｆ．Ｆ．Ｐ．に優れたレーザ光を得ることができ
る。

【００１６】また、前記第１の半導体レーザ素子におい
ては、前記活性層において実効的に屈折率が高い領域を
形成することにより構成した第２の導波路領域を備えて
いるので、第２の導波路領域においては導波路として機
能する活性層を直接外部に露出させることなく導波路を
構成できるので、素子の寿命を向上させることができ、
かつ信頼性を向上させることができる。以上のように、
本発明に係る第１の半導体レーザ素子は、第１の導波路
領域と第２の導波路領域のそれぞれの特徴を併せ持った
レーザ素子とできる。

【００１７】また、本発明に係る第１の半導体レーザ素
子では、前記第１の導波路領域における活性層を、前記
活性層を含む第１のリッジを形成することにより該活性
層の幅を制限することにより構成し、前記実効的に屈折
率が高い領域を、前記第２の導電型層に第２のリッジを
形成することにより構成することができる。

【００１８】また、本発明に係る第１の半導体レーザ素
子では、前記第１のリッジを、その第１のリッジの両側
を前記第１の導電型層が露出するまでエッチングするこ
とにより形成し、前記第２のリッジを、その第２のリッ
ジの両側において前記活性層の上に前記第２の導電型層
を残すようにエッチングすることにより形成することが
できる。

【００１９】また、本発明に係る第１の半導体レーザ素
子では、前記第２のリッジの両側における、前記活性層
上に位置する前記第２の導電型層の膜厚が、０．１μｍ
以下であることが好ましく、これにより横モードの制御
をより確実にできる。

【００２０】さらに、本発明に係る第１の半導体レーザ
素子では、前記第２のリッジは前記第１のリッジより長
いことが好ましく、これによりより信頼性を向上させる
ことができる。

【００２１】またさらに、本発明に係る第１の半導体レ
ーザ素子では、前記第１の導波路領域はレーザ共振器の
一方の共振端面を含むことが好ましく、これにより、よ
りＦ．Ｆ．Ｐ．に優れたレーザ光を得ることができる。

【００２２】また、本発明に係る第１の半導体レーザ素
子では、前記一方の共振端面を出射面とすることが好ま
しく、これにより、さらにＦ．Ｆ．Ｐ．に優れたレーザ
光を得ることができる。

【００２３】さらに、本発明に係る第１の半導体レーザ
素子では、前記第１の導波路領域の長さは、１μｍ以上
であることが好ましい。

【００２４】またさらに、本発明に係る第１の半導体レ
ーザ素子では、前記第１の導電型の半導体層と、前記活
性層と、前記第２の導電型の半導体層とをそれぞれ、窒
化物半導体により形成することができる。

【００２５】また、前記半導体レーザ素子では、前記活
性層は、Ｉｎを含む窒化物半導体層により構成でき、こ
れにより比較的波長の短い可視光領域及び紫外領域のレ
ーザ発振をさせることができる。

【００２６】また、本発明に係る第１の半導体レーザ素
子では、前記第１のリッジの両側面と前記第２のリッジ
の両側面とにそれぞれ絶縁膜を形成し、該絶縁膜はＴ
ｉ，Ｖ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｔａの各酸化物及びＳｉ
Ｎ，ＢＮ，ＳｉＣ，ＡｌＮよりなる群から選択された少
なくとも１つにより構成することが好ましい。

【００２７】また、本発明に係る第２の半導体レーザ素
子は、第１の導電型層と、活性層と、該第１の導電型層
と異なる導電型の第２の導電型層と、が順に積層された
積層構造体に、ストライプ状の導波路領域を有する半導
体レーザ素子において、前記ストライプ状の導波路領域
が、共振器方向において、完全屈折率によりストライプ
状の導波路が設けられた第１の導波路領域Ｃ₁と、実効
屈折率によりストライプ状の導波路が設けられた第２の
導波路領域と、を少なくとも有することを特徴とする。
この構成により、本発明のレーザ素子は、素子信頼性に
優れる第２の導波路領域Ｃ_２と、横モードの制御性、ビ
ーム特性に優れる第１の導波路領域Ｃ_１とを有すること
で、その両方の特性を活かしたレーザ素子となり、煩雑
で、複雑な素子設計の変更を伴わずとも、用途に応じた
様々なレーザ素子を得ることができる。これは、実効屈
折率型の導波路は、活性層の上にある第２の導電型層に
ストライプ状の凸部が設けられることで、活性層を成長
時の状態にとどめておくことができ、素子駆動時におい
て、導波路の劣化がなく、素子信頼性に優れる。また、
活性層よりも深くエッチングすることで導波路領域の両
側に屈折率差を設けた屈折率型の第１の導波路領域Ｃ₁
を導波路内に設けることで、容易に横モードの制御が可
能であり、これをレーザ素子の導波路として有すること
で、導波路内の横モードの変更が容易に可能となる。な
お、本明細書において、この第１の導波路領域を構成す
る導波路を、前記実効屈折率型導波路との混同を避ける
ために、完全屈折率型の導波路、または真屈折率型の導
波路とする。

【００２８】また、本発明に係る第２の半導体レーザ素
子では、前記第１の導波路領域Ｃ₁の完全屈折率を、第
１の導電型層、活性層及び第２の導電型層を含むように
設けられたストライプ状の凸部により実現し、前記第２
の導波路領域の実効屈折率を、第２の導電型層に設けら
れたストライプ状の凸部により実現することができる。
この構成により、第１の導波路領域Ｃ₁と第２の導波路
領域Ｃ_２とを、レーザ素子内に容易に設けることができ
るため、簡単な素子設計により多様な素子特性のレーザ
素子となる。

【００２９】また、本発明に係る第３の半導体レーザ素
子は、第１の導電型層と、活性層と、該第１の導電型層
と異なる導電型の第２の導電型層と、が順に積層された
積層構造体に、ストライプ状の導波路領域を有する半導
体レーザ素子において、前記ストライプ状の導波路領域
が、共振器方向において、前記第２の導電型層に、第２
の導電型層の一部が除去されて、ストライプ状の凸部が
設けられた第２の導波路領域と、前記第１の導電型層
に、前記第１の導電型層、活性層、第２の導電型層の一
部が除去されて、ストライプ状の凸部が設けられた第１
の導波路領域Ｃ₁と、を少なくとも有することを特徴と
する。この構成により、活性層の一部を除去する領域
（第１の導波路領域Ｃ₁）と、除去されない領域（第２
の導波路領域）とで、ストライプ状の導波路を構成する
ことにより、除去により受ける活性層の損傷を導波路の
一部にとどめることができ、素子信頼性が向上する。活
性層の一部除去による損傷、素子信頼性低下、素子特性
低下の大きな半導体材料においては、第１の導波路領域
Ｃ₁が一部であるため、その第１の導波路領域Ｃ₁が占め
る割合を設計することで、所望の素子信頼性、素子特性
のレーザ素子が得られる。また、第１の導波路領域
Ｃ₁、第２の導波路領域Ｃ_２、の長さ（導波路を構成す
る割合）、位置を変更することにより、様々な素子特性
のレーザ素子が得られ，特に所望のビーム特性のレーザ
素子が容易に得られる。

【００３０】また、前記第２及び第３の半導体レーザ素
子では、前記積層構造体の一部が除去されて、ストライ
プ状の凸部からなるリッジ導波路を形成することによ
り、、前記第１の導波路領域Ｃ₁と第２の導波路領域Ｃ
_２とが構成されるようにしてもよい。。この構成によ
り、ストライプ状の凸部からなるリッジ導波路構造のレ
ーザ素子において、、多様な特性のレーザ素子を得るこ
とができる。また、前記第２及び第３の半導体レーザ素
子では、前記第２の導波路領域Ｃ_２におけるストライプ
の長さを、前記第１の導波路領域Ｃ₁よりも長くするこ
とが好ましい。この構成により、第１の導波路領域Ｃ₁
を設けることによる素子劣化が大きな半導体材料、例え
ば活性層の一部が除去若しくは大気にさらされることに
より損傷を受ける半導体材料では、素子信頼性に優れる
レーザ素子となる。

【００３１】また、前記第２及び第３の半導体レーザ素
子では、前記半導体レーザ素子の共振器面の内、少なく
とも１つの共振器面が、前記第１の導波路領域Ｃ₁の端
部に形成されていることが好ましい。この構成により、
横モードの制御性に優れる第１の導波路領域Ｃ₁を共振
器面の一方に設けることで、その他の位置に設けるより
も効果的な光の導波の制御が可能となり、多様な素子特
性を有するレーザ素子を得ることができる。また、前記
第２及び第３の半導体レーザ素子では、前記第１の導波
路領域Ｃ₁の端部に形成された共振器面は、出射面であ
ることが好ましい。この構成により、横モードの制御性
に優れる第１の導波路領域Ｃ₁を、レーザ光の出射面に
設けることで、ビーム特性を直接的に制御することがで
き、所望のＦ．Ｆ．Ｐ．、レーザ光のアスペクト比を有
するレーザ素子が得られる。また、前記第２及び第３の
半導体レーザ素子では、前記端部に共振器面を有する第
１の導波路領域Ｃ₁のストライプ長さが、少なくとも１
μｍ以上であることが好ましい。この構成により、より
確実なＦ．Ｆ．Ｐ．、レーザ光のアスペクト比の制御が
実現され、それらの特性において素子ばらつきの少ない
レーザ素子が得られる。

【００３２】また、前記第２及び第３の半導体レーザ素
子では、前記第１の導電型層、活性層、第２の導電型層
に、窒化物半導体を用いて構成することができる。この
構成により、イオン注入、再成長層による埋め込み構造
を形成することが困難な窒化物半導体を用いたレーザ素
子において、様々な特性のレーザ素子を得ることができ
る。また、窒化物半導体は、活性層の一部をエッチング
などにより除去すると、素子寿命が大幅に低下すること
から、活性層の一部を除去する完全屈折率型の導波路か
らなるレーザ素子の実用化が困難であったが、導波路の
一部が第１の導波路領域Ｃ₁となることから、素子寿命
の低下を抑えながら、横モードの制御性に優れるレーザ
素子を得ることができる。

【００３３】また、前記第２及び第３の半導体レーザ素
子では、前記活性層はＩｎを含む窒化物半導体層を用い
て構成することもできる。この構成により、紫外域から
可視光域の波長を有するレーザ素子が得られる。

【００３４】また、前記第２及び第３の半導体レーザ素
子では、前記第１の半導体層においてｎ型窒化物半導体
を有し、前記第２の半導体層においてｐ型窒化物半導体
を有していてもよい。

【００３５】また、前記第２及び第３の半導体レーザ素
子では、前記第２の導波路領域が、ｐ型窒化物半導体を
含むｐ型クラッド層を有し、第２の導波路領域のストラ
イプ状の凸部が、該ｐ型クラッド層の膜厚が０．１μｍ
よりも薄く設けられていることが好ましい。この構成に
より、低い閾値電流で、横モード制御性に優れるレーザ
素子が得られる。ここで、ｐ型クラッド層の膜厚とは、
膜厚方向において、凸部が設けられていない領域におけ
るｐ型クラッド層の露出された表面と、ｐ型クラッド層
の下に接する隣接層との界面との間の距離を指すもので
あり、活性層よりも上とは、活性層の上に接する隣接層
との界面よりも上に位置するものである。すなわち、活
性層とｐ型クラッド層が接して設けられている場合に
は、ｐ型クラッド層が、０より大きく、０．１μｍ以下
の膜厚で残る深さで、前記露出された表面・平面が形成
される。また、後述の実施例１のように、ガイド層など
を活性層、ｐ型クラッド層との間に有している場合に
は、前記露出された表面・平面が、前記活性層とその上
に隣接する層の界面よりも上で、且つｐ型クラッド層の
膜厚が０．１μｍとなる位置よりも下、若しくは活性層
とｐ型クラッド層との間の層に設けられることである。

【００３６】また、前記第２及び第３の半導体レーザ素
子では、第１の導波路領域Ｃ₁のストライプ状の凸部側
面及び第２の導波路領域のストライプ状の凸部側面に窒
化物半導体が露出されており、該ストライプ状の凸部側
面に絶縁膜が設けられてなり、該絶縁膜が、Ｔｉ、Ｖ、
Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａよりなる群から選択される少な
くとも一種の元素を含む酸化物、又は、ＳｉＮ、ＢＮ、
ＳｉＣ、ＡｌＮよりなる群から選択される少なくとも一
種、からなるようにしてもよい。この構成により、窒化
物半導体を用いたレーザ素子において、ストライプ状の
凸部に、良好な屈折率差を設けることができ、横モード
の制御性に優れたストライプ状の導波路領域を有するレ
ーザ素子が得られる。

【００３７】また、前記第２及び第３の半導体レーザ素
子では、前記ストライプ状の凸部の幅は、１μｍ以上３
μｍ以下であることが好ましい。この構成により、第１
の導波路領域Ｃ₁、第２の導波路領域Ｃ₂において、横モ
ードの制御性に優れたストライプ状の導波路領域を、導
波層内に形成することができ、電流―光出力特性におい
て、キンクの発生のない、レーザ素子となる。

【００３８】本発明の半導体レーザ素子の製造方法は、
以下の構成により本発明の目的を達成することができ
る。

【００３９】本発明に係る半導体レーザ素子の製造方法
は、窒化物半導体を用いて、第１の導電型層と、活性層
と、第２の導電型層とを順に積層した積層構造体を形成
する積層工程と、積層構造体を形成した後、ストライプ
状の第１の保護膜を形成する工程と、前記第１の保護膜
が形成されていない部分の積層構造体をエッチングし
て、第２の導電型層にストライプ状の凸部を形成する第
１のエッチング工程と、該第１のエッチング工程で露出
した表面の一部に、第１の保護膜を介して第３の保護膜
を形成し、該第３の保護膜が形成されていない部分の積
層構造体をエッチングして、第１の導電型層にストライ
プ状の凸部を形成する第２のエッチング工程と、第１の
保護膜と異なる材料であって、絶縁性を有する第２の保
護膜を、前記ストライプ状の凸部側面、及びエッチング
により露出した窒化物半導体平面に形成する工程と、第
２の保護膜を形成した後、第１の保護膜を除去する工程
と、を具備する事を特徴とする。

【００４０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
に係る実施の形態の半導体レーザ素子について説明す
る。

【００４１】本発明に係る実施の形態の半導体レーザ素
子は、図１（ａ）に示すように、ストライプ状の導波路
領域として、第１の導波路領域Ｃ₁と、第２の導波路領
域Ｃ₂とを有するものである。

【００４２】ここで、第１の導波路領域Ｃ₁は、図１
（ｃ）に示すように、活性層を含むように活性層３を含
むようにリッジ（第１のリッジ２０１）を形成すること
により活性層３とその両側の領域（ここでは大気中）と
の間に屈折率差を設けて活性層３に光を閉じ込めるよう
にした導波路領域である。このように、活性層とその両
側の領域との間に実際に屈折率差を設けて光を閉じ込め
るようにした導波路領域を、本明細書では完全屈折率型
の導波路と呼ぶ。

【００４３】また、第２の導波路領域Ｃ₂は、図１
（ｂ）に示すように、活性層の上に位置する半導体層に
おいてリッジ（第２のリッジ２０２）を形成することに
よりその第２のリッジ２０２の下に位置する活性層３の
実効的な屈折率をその両側の活性層より高くして、その
実効屈折率が高い活性層３に光を閉じ込めるようにした
導波路領域である。このように、活性層とその両側の領
域との間に実効的に屈折率差を設けて光を閉じ込めるよ
うにした導波路領域を、本明細書では実効屈折率型の導
波路という。

【００４４】このように本発明に係る半導体レーザ素子
は、完全屈折率型の導波路と実効屈折率型の導波路とを
導波路を有することを特徴としている。。

【００４５】具体的な構造としては、第１の導電型層、
活性層、第１の導電型層と異なる導電型の第２の導電型
層とが積層された積層構造体が形成されて、活性層に達
しない深さで、第２の導電型層２にストライプ状の第２
のリッジ（凸部）２０２を形成することにより第２の導
波路領域Ｃ₂を構成し、第２の導電型層２、活性層３及
び第１の導電型層１の一部を含むようにストライプ状の
第１のリッジ（凸部）２０１を形成することにより、第
１の導波路領域Ｃ_１を構成するものである。

【００４６】このように、本発明に係る半導体レーザ素
子は、第１の導波路領域Ｃ₁と第２の導波路領域Ｃ₂とを
導波路内に有することで、様々な素子特性のレーザ素子
を得ることが可能になる。また、本発明に係る半導体レ
ーザ素子は、図３（ａ），（ｂ）、４（ａ），（ｂ）に
示すように、第１の導波路領域Ｃ₁、第２の導波路領域
Ｃ₂、を有する導波路を、様々な形態で形成することが
できる。ここで、図３（ａ）は、ストライプ状の凸部が
積層構造体の一部を除去することにより設けられた構造
のレーザ素子の斜視図及び一部の断面図を示すものであ
り、図３（ｂ）は図３（ａ）において、白抜き矢印の方
向から観察したものであり、また、図４（ａ），（ｂ）
は、図３とは異なる形態の導波路構造を示すものであ
る。

【００４７】図３（ａ），（ｂ）、図４（ａ），（ｂ）
に示すように、本発明では、共振器方向（凸部のストラ
イプの長手方向）において、第１の導波路領域Ｃ₁、第
２の導波路領域Ｃ₂、とが様々に配置された構造を採る
ことができる。また、本発明の半導体レーザ素子は、も
ちろん第１の導波路領域Ｃ₁、第２の導波路領域Ｃ₂以外
の導波路領域を有していても良い。例えば図４（ａ）に
示すように、第１の導波路領域Ｃ₁と第２の導波路領域
Ｃ₂の間に第１の導波路領域Ｃ_１及び第２の導波路領域
Ｃ_２とは異なる導波路領域２０３を有していても良い。
図３（ａ），（ｂ）は、共振器の一方の共振器面を含む
ように、第１の導波路領域Ｃ₁が設けられ、他方の共振
器面を含むように第２の導波路領域Ｃ₂が設けられた構
造を有するものである。図４（ａ）では、第１の導波路
領域Ｃ₁とを構成する第１のリッジ２０１と、第２の導
波路領域Ｃ₂を構成するストライプ状の第２のリッジ２
０２とが、垂直方向（共振器方向に直交する方向）に対
して傾斜するように形成された導波路領域２０３を介し
て接合されている構造を有する半導体レーザ素子であ
る。このように、第１の導波路領域Ｃ₁と第２の導波路
領域Ｃ₂とは、図３（ａ），（ｂ）に示すように、共振
器方向において、ほぼ連続して形成されていても良く、
図４（ａ）に示すように、他の領域を間に挟んで形成さ
れていても良い。

【００４８】また、本発明において、第１のリッジ２０
１の幅と第２のリッジ２０２の幅は、それぞれの幅がほ
ぼ同じである必要はない。例えば、図１（ａ）〜
（ｃ）、図３（ａ）に示すように、各リッジの側面が傾
斜して形成されている場合、第１の導波路領域Ｃ_１を構
成するために設けられた第１のリッジ２０１の底部の幅
と第２の導波路領域Ｃ_２を構成するために設けられた第
２のリッジ２０２の底部の幅は必然的に異なるものとな
る。第１のリッジの側面と第２のリッジの側面とは、同
一平面上に位置することが好ましい。図１（ａ）及び図
３（ａ）では、ストライプ状の凸部の側面が傾斜したメ
サ型のうち、下層から上層にむかって幅が小さくなるよ
う傾斜した順メサ型であるが、これとは逆に上層に向か
って幅が大きくなるよう傾斜した逆メサ型でもよく、ま
た両側が同メサ型でも、異なるメサ型でもよい。

【００４９】また、第１のリッジ２０１の上面の幅と第
２のリッジ２０２の上面の幅は異なっていてもよい。さ
らに、水平方向の断面で見た時の、第１のリッジ２０１
の幅と第２のリッジ２０２の幅は、第１のリッジ２０１
と第２のリッジ２０２との境界部分で不連続に変化する
ように異なっていてもよい。

【００５０】［共振器構造］本実施の形態の半導体レー
ザ素子では、積層構造体の一部を除去して、凸部を形成
して、それにより、ストライプ状の導波路を構成してい
る。すなわち、図１、３に示すように、第１の導電型層
１、活性層３、第２の導電型層２などを積層した素子構
造において、リッジとする部分両側をエッチング等の手
段により除去して、ストライプ状の凸部を形成すること
により共振器構造を構成した、いわゆるリッジ導波路の
レーザ素子において適した構造である。そして、本発明
は、それぞれストライプ状の凸部により、第１の導波路
領域Ｃ₁、第２の導波路領域Ｃ₂とを少なくとも設けるこ
とで、ビーム特性を改良することができ、特にＦＦＰを
楕円から真円まで任意の形状に制御出来るなど、様々な
素子特性のレーザ素子を得ることができるものである。
この時、ストライプ状のリッジ（凸部）は、上述したよ
うに、図１、３に示すような順メサ形状に限定されるも
のではなく、逆メサ形状であっても良く、また、垂直な
側面を有するストライプであっても良い。すなわち、本
発明では、要求されるレーザ特性に応じてリッジの形状
を変更することができる。

【００５１】また、本発明の半導体レーザ素子において
は、第１の導波路領域Ｃ₁、第２の導波路領域Ｃ₂を構成
するために、それぞれストライプ状の凸部２０１、２０
２を形成した後、それらのリッジの両側に結晶を再成長
させて、リッジを埋め込むようにしてもよい。

【００５２】このように、本発明はストライプ状のリッ
ジを有するリッジ導波路構造を前提としているので、低
コストでの製造を実現するだけでなく、導波路内におい
て、第１の導波路領域Ｃ₁と第２の導波路領域Ｃ₂とを、
様々に組み合わせて、配置することで、様々な特性のレ
ーザ素子を実現できる。。例えば、ビーム特性を制御が
できることが可能となるので、ビーム補正用のレンズ等
を用いなくても良好なＦＦＰが得ることができる。

【００５３】本発明のレーザ素子において、第１の導波
路領域Ｃ₁、第２の導波路領域Ｃ₂に設けられるストライ
プ状の第１及び第２のリッジ２０１、２０２は、図１
（ｂ）、図１（ｃ）に示すような形状である。

【００５４】また、本発明は、レーザ発振素子以外の例
えば発光ダイオード等の端面発光素子にも適用すること
ができる。この場合、上述した図１等に示す構成におい
て、、発振閾値以下で素子を駆動させることにより発光
ダイオードとして動作させることができ、また、導波路
端面において、導波路と端面とを垂直とせずに、導波路
を端面に垂直な方向から傾けることにより、レーザ発振
しないで端面から発光する素子が得られる。

【００５５】［積層構造体］次に、本実施の形態の半導
体レーザ素子における第１の導電型層、活性層、第２の
導電型層の詳細構成を説明する。

【００５６】まず、本実施の形態の半導体レーザ素子で
は、、図１に示すように、第１の導電型層１、第２の導
電型層２の中にそれぞれ、クラッド層５、７を有し、そ
のクラッド層５，７で活性層３を挟み込むことにより厚
さ方向に光を閉じ込めている。このようにして、リッジ
による幅方向（厚さ方向に直交しかつ共振方向に直交す
る方向）の光の閉じ込めとクラッド層５，７による厚さ
方向における光の閉じ込めにより積層構造体内部に、光
導波路領域が設けられる。本発明の半導体レーザ素子に
おいては、各半導体層として、従来から知られている様
々な種類の半導体材料を用いることができ、例えばＧａ
ＡｌＡｓ系、ＩｎＧａＡｓＰ系、ＧａＡｌＩｎＮ系の材
料を適宜選択して用いることができる。

【００５７】このように、本発明の半導体レーザ素子に
おいて、ストライプ状の導波路領域は、第１の導電型
層、第２の導電型層に挟まれた活性層及びその近傍に主
にリッジに対応して形成されるものであり、このときス
トライプの長手方向と光の伝搬方向とがほぼ一致してい
るものである。すなわち、ストライプ状の導波路領域
は、上述した主として光が閉じ込められる活性層により
構成されるが、光の一部は、その近傍に広がって導波さ
れるので、、例えば、後述する活性層とクラッド層の間
にガイド層を形成してそのガイド層を含めた領域を光導
波層としてもよい。

【００５８】［第２の導波路領域Ｃ_２］本発明の第２の
導波路領域Ｃ_２は、半導体レーザ素子の導波路におい
て、実効屈折率型の導波路として設けられた領域であ
り、具体的には、積層構造体において、活性層３の上の
第２の導電型層２に、ストライプ状の凸部２０１を設け
て、活性層の面方向（幅方向）に、実効的な屈折率差を
設けて、ストライプ状の導波路領域を設けたものであ
る。

【００５９】従来の第２の導波路領域Ｃ₂だけからなる
導波路を形成した実効屈折率型のレーザ素子は、図２
（ａ）に示すように、各半導体層を形成した後、マスク
２０を設けて、エッチングによりストライプ状の凸部２
０２を形成していた。しかし、活性層に達しない深さの
エッチングによりストライプ状の凸部２０２が形成され
て実効的な屈折率差が活性層（導波層）に設けられるこ
ととなるため、図２（ｂ）に示すストライプの幅Ｓｗ、
リッジ（凸部）の高さ（ストライプの深さ）Ｓｈ _１、エ
ッチング底面と活性層上面からの距離Ｓｈ_２によって素
子特性が大きく影響されることとなる。これは、レーザ
素子の製造において、深刻な素子特性のばらつきを生み
出す原因となるものである。すなわち、図２（ｃ）、図
２（ｄ）に、エッチング精度による、凸部の高さ（エッ
チング深さ）に対する誤差Ｈｄ、ストライプ幅に対する
誤差Ｗｄが、直接素子特性のばらつきを生み出すものと
なるものである。なぜなら、活性層の上に設けられたス
トライプ状のリッジ（凸部）２０２により、活性層（導
波層）内に形成される導波路領域は、リッジ２０２に対
応する実効的な屈折率差により設けられるため、上述の
凸部の形状が実効的な屈折率差に大きな影響を与えるか
らである。また、凸部の高さに対する誤差Ｈｄは、活性
層上面とエッチング底面との距離に対する誤差でもあ
る。活性層上面とエッチング底面との距離Ｓｈ_２が、あ
まり大きくなると実効的な屈折率差が小さくなるので、
光の閉じ込めが弱くなるなど素子特性に大きな影響を与
える。このように、凸部形状や、活性層上面とエッチン
グ底面との距離によって実効屈折率は左右されるので、
その距離ばらつきに対応してバラツキが生じる。

【００６０】図１０、１１、１２は、従来の実行屈折率
型のレーザ素子における、エッチング深さに対する良品
率、駆動電流値、レーザ寿命を示すものである。図から
わかるように、エッチング深さに対して、レーザ素子の
特性は、極めて敏感に変化する。

【００６１】本発明のレーザ素子は、活性層に達しない
深さでエッチングされてなる第２の導波路領域Ｃ₂を導
波路の一部として有していることにより、第２の導波路
領域Ｃ₂では、活性層がエッチングによる損傷を受けな
いようにできるので、素子の信頼性を向上させることが
できる。また、活性層が大気にさらされると素子特性の
劣化が大きな材料では、第２の導波路領域Ｃ₂が設けら
れていることで、素子の信頼性の低下を抑えることがで
きる。

【００６２】［第１の導波路領域Ｃ_１］本発明のレーザ
素子は、上述したように、ストライプ状の導波路領域と
して、第２の導波路領域Ｃ₂に加えて、第１の導波路領
域Ｃ₁を形成することで、様々な特性のレーザ素子を容
易に実現できる。これは、積層構造体において、活性層
及び第１の導電型層１の一部を含むストライプ状の第１
のリッジ（凸部）２０１を形成することにより構成され
た第１の導波路領域Ｃ_１が、横モードの制御性に優れて
いることによってもたらされる効果である。

【００６３】すなわち、第１の導波路領域Ｃ_１は、第１
のリッジにより活性層の幅そのものを制限して、活性層
とその両側の領域との間で実際の屈折率差により光を閉
じ込めているので、より強く光を閉じ込めることが可能
になる。

【００６４】これにより、不用な横モードの発生をより
確実に抑制でき、より確実に横モードを制御できる。

【００６５】このように本発明では、導波路領域の一部
に、横モードの制御性に優れた第１の導波路領域を設け
ることにより、この第１の導波路領域において不用な横
モードの発生を抑制して全体としての横モードの制御性
を良好なものとして、様々なビーム特性のレーザ素子を
容易に得ることが可能となる。

【００６６】本発明のレーザ素子においては、第１の導
波路領域を一方の端部に形成して、レーザ共振器の一方
の共振器面を含むように形成することで、所望の形状の
ビームをより容易に得ることができる。言いかえると、
図３（ｂ）、図４（ａ）、４（ｂ）に示すように、レー
ザ共振器面４が、第１の導波路領域Ｃ₁の端面に一致す
るように形成することが好ましい。これは、共振器面の
近傍の領域を、第１の導波路領域Ｃ₁とすることで、そ
の共振器面での反射の前後において光を横モード制御す
ることができ、その他の領域に設ける場合に比べて、横
モードの制御が導波路内において、より効果的に機能す
ることとなるためである。

【００６７】また、本発明のレーザ素子において、第１
の導波路領域Ｃ₁の端面をレーザ共振器面とし、そのレ
ーザ共振面を、出射面とすることで、Ｆ．Ｆ．Ｐ．、ア
スペクト比に優れたビーム特性のレーザ素子を、得るこ
とができる。これは、第１の導波路領域Ｃ₁を出射面側
に設けることで、第１の導波路領域Ｃ₁においては横モ
ードの制御が容易であることから、容易に出射するレー
ザ光のビーム特性を制御することが可能となるからであ
る。第１の導波路領域Ｃ₁が、図３、４に示すように、
ストライプ状の第１のリッジ（凸部）２０１により構成
されている場合には、その第１のリッジ２０１のストラ
イプ幅を調整することで、容易に横モードの制御が可能
であり、また、精度良く所望のビーム特性を得ることが
できる。

【００６８】この時、出射面に設けられる第１の導波路
領域Ｃ₁の長さとしては、得られるレーザ光の少なくと
も１波長の長さで形成すればよいが、横モードを制御す
るという機能的な面からは、レーザ光の数波長の長さで
設けることが好ましくこれにより所望のビーム特性を得
ることができる。

【００６９】具体的には、１μｍ以上の長さで第１の導
波路領域を形成することがこのましく、これにより、良
好な横モードの制御ができる。また、製造面を考慮する
と、第１の導波路領域を、５μｍ以上に設定すると、ス
トライプ状のリッジ（凸部）２０１を良好な精度で形成
することができるので好ましい。

【００７０】また、活性層幅（共振器方向に垂直な方向
における長さ）としては、１０μｍあればよいが、５０
μｍ以上とすることが好ましく、より好ましくは１００
μｍ以上で形成されていれば良い。この活性層幅は、正
負一対の電極が基板を挟んで対向配置する構成では、チ
ップの幅に相当するものとなり、同一面側に正負一対の
電極を設ける構造では、第１導電型層に電極を形成する
ための露出面を形成することになるので、チップの幅か
ら露出面を形成するために除去した部分の幅を減じた長
さになる。

【００７１】［導波路の構成］本発明のレーザ素子は、
ストライプ状の導波路領域が、第１の導波路領域Ｃ
₁と、第２の導波路領域Ｃ₂とを少なくとも有することを
特徴とするものであり、複雑な素子構造の設計変更を伴
わずとも、これらの導波路領域を、共振器内に様々に配
置、分布させることで、容易にレーザ素子の特性を変更
することができる。具体的には、上述したように、第１
の導波路領域Ｃ₁を共振器面に配置することにより、ビ
ーム特性の制御が容易にでき容易に所望の特性を得るこ
とが可能となる。また、導波路を構成する活性層の側面
が露出した第１の導波路領域Ｃ₁が導波路内に占める割
合を、第２の導波路領域Ｃ₂よりも小さくすることで、
素子信頼性に優れるレーザ素子が得られる。これは、第
２の導波路領域Ｃ₂を導波路内に多く設けることで、エ
ッチングによる損傷を受けていない活性層の割合を多く
することができるからである。、その結果、素子寿命を
向上させることができ、素子寿命についての素子間のば
らつきを少なくできる。

【００７２】本発明のレーザ素子は、導波路として、第
１の導波路領域Ｃ₁と、第２の導波路領域Ｃ₂とを少なく
とも有するものであるが、その他に第１の導波路領域Ｃ
₁と、第２の導波路領域Ｃ₂とは異なる形態の導波路領域
を設けても良い。例えば、上述したように、図４（ａ）
に示すように、第１の導波路領域Ｃ₁、第２の導波路領
域Ｃ₂との間の傾斜して形成された平面２０３により構
成領域を設けてもよい。このように、第１の導波路領域
Ｃ₁と第２の導波路領域Ｃ₂の他に、それらとは異なる導
波路領域を設けていても良い。さらに、第１の導波路領
域Ｃ₁、第２の導波路領域Ｃ₂は、導波路内に少なくとも
１ずつ存在していれば良く、図４（ｂ）に示すように、
それぞれの導波路領域を複数設けても良い。また、第１
の導波路領域Ｃ₁と、第２の導波路領域Ｃ₂との間に、図
３、図４（ｂ）に示すように、なにも設けなくても良
く、また図４（ａ）とは逆の傾斜を設けて、第１の導波
路領域Ｃ₁と第２の導波路領域Ｃ₂の一部が重なり合うよ
うに設けても良い。

【００７３】本発明のレーザ素子において、図１３に示
すように、第１の導波路領域Ｃ₁、第２の導波路領域Ｃ₂
の他に、活性層側面（導波層側面）２０４が、共振器方
向に対し傾斜するように形成された第３の導波路領域Ｃ
₃を有する構造であってもよい。ここで、図１３（ａ）
は、素子構造を説明する模式的な斜視図であり、図１３
（ｂ）は、上部クラッド層７と活性層３との接合面付近
を示す断面図である。この時、第３の導波路領域Ｃ
₃は、上部クラッド層７上にストライプ状のリッジ（凸
部）２０２を第２の導波路領域Ｃ_２と共有し、活性層
（導波層）の端面（側面）２０４が傾斜されて設けられ
ている。以上のように構成されたレーザ素子において、
図１３（ｂ）に示すように、共振器方向ＡＡと、活性層
の側面方向ＢＢとの成す角αを調整することで、側面２
０４により導波する光を全反射させることができ、スト
ライプ状の第１の導波路領域Ｃ_１内に、導くことが可能
となる。具体的には、角αを７０°以下とすることで共
振器方向ＡＡに導波する光を端面２０４に対して入射角
２０°以上とすることができるので、損失のない全反射
が期待できる。従って、角αは目的に応じて７０°〜０
の範囲で角度を選択することができる。例えば、角αを
２０°以下とすることで、共振器方向ＡＡに導波する光
が、端面２０４に対して、入射角７０°以上とすること
ができ、この場合も損失のない全反射が期待できる。こ
れらは、第２の導波路領域Ｃ₂において、活性層（導波
層）面内では、実効的な屈折率差により、ストライプ状
の導波路領域が形成されているが、その導波路領域から
はみだして導波する光も存在し、その光は、第２の導波
路領域Ｃ₂の端部で反射される。

【００７４】この時、光の損失が大きくなると、出力が
低下し、電流−光出力のスロープ効率が低下する原因と
なる。第２の導波路領域Ｃ₂が、第１の導波路領域Ｃ_１
より広い場合に、前記第３の導波路領域Ｃ₃を第２の導
波路領域Ｃ₂と第１の導波路領域Ｃ_１の間にもうけるこ
とで、上述の光の損失を低減させ、また、図１３に示す
ように、第１の導波路領域Ｃ₁との接合部で、良好な光
の導波を実現することができる。

【００７５】本発明のレーザ素子において、第１の導波
路領域Ｃ₁、第２の導波路領域Ｃ₂を構成するストライプ
状のリッジ（凸部）２０１、２０２は、それらのストラ
イプ幅が異なっていても良い。このように、ストライプ
幅を変えることで、ビームを様々なアスペクト比に設定
することができる。従って、本発明の半導体レーザ素子
では、第１リッジ及び第２リッジを、目的に応じた幅に
形成できる。例えば、細くすることで幅の制御に精度が
問われるようになるが、より真円に近いＦＦＰを得るこ
とができるなどの特性を得ることができるし、或いは幅
にたいおうさせてビームの広がり度を変更することも可
能になる。具体的な一例としては、図１５に示すよう
に、第２の導波路領域Ｃ₂の一部２０５において幅を徐
々に狭くすることにより、第１の導波路領域Ｃ_１との接
合部におけるストライプ幅をストライプ幅Ｓ_w2同じにで
き、第１の導波路領域の幅に対応させて様々なモードの
レーザ光を取り出すことが可能となる。図１５では、第
２の導波路領域Ｃ₂の幅を徐々に狭くするようにした部
分を第３の導波路領域Ｃ_３として示している。

【００７６】図１５では、第２の導波路領域Ｃ₂を構成
するために、第１の導波路領域Ｃ₁のを構成する第１リ
ッジのストライプ幅Ｓ_w2より広い幅Ｓ_w1の第１リッジ
（凸部）２０２を設けて、実効的な屈折率変化に対する
特性変化の少ない導波路とし、第３の導波路領域Ｃ₃に
おいて、ストライプ幅の異なる導波路領域をうまく接合
することができるように、導波路内のストライプ幅に傾
斜を設けた領域２０５を設けて、接合部における損失を
最小限に留めている。また、第３の導波路領域Ｃ_３を構
成するためのリッジは、図に示すように活性層よりも上
に設けても良いし、第１の導波路領域Ｃ_１と同様に、第
１の導電型層に達する深さにエッチングすることにより
設けても良いし、またその間でも良い。

【００７７】このように、本発明の第１、２の導波路領
域を構成するためのストライプ状のリッジは様々な形状
で形成でき、例えばストライプ方向（ストライプの長手
方向）でストライプ幅が異なるテーパ状にしてもよい。
具体例としては、実施例１若しくは図１５に示すよう
に、第１の導波路領域Ｃ_１を出射側端部に配置した導波
路構造において、ストライプ幅の大きな第２の導波路領
域Ｃ_２を、それより幅の狭い第１の導波路領域Ｃ_１のス
トライプに近づくに従って、ストライプ幅を小さくし
て、光の導波路を両者の接合部までに狭める構造とでき
る。このようなテーパ状のストライプは、各導波路領域
のストライプに部分的に形成しても良く、ストライプ方
向の全ての領域で、テーパ状としてもよく、ストライプ
の両端部に近づくに従ってそれぞれストライプ幅を狭く
するような異なるテーパを複数設けることもできる。

【００７８】［窒化物半導体におけるストライプ］以
下、第１導電型および第２導電型の半導体、活性層に窒
化物半導体を用いて本発明に係る半導体レーザ素子を構
成する場合について説明する。

【００７９】本発明のレーザ素子に用いる窒化物半導体
としては、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（ＩｎｂＡｌｄＧ
ａ１−ｂ−ｄＮ、０≦ｂ、０≦ｄ、ｂ＋ｄ≦１）があ
る。加えて、ＩＩＩ族元素としてＢを用いたり、Ｖ族元
素のＮの一部を、Ａｓ、Ｐで置換した混晶も用いること
ができる。また、このような窒化物半導体には各導電型
の不純物を添加して、所望の導電型とできる。窒化物半
導体に用いられるｎ型不純物としては、具体的にはＳ
ｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ、Ｔｉ、Ｚｒ等のＩＶ族、若し
くはＶＩ族元素を用いることができ、好ましくはＳｉ、
Ｇｅ、Ｓｎを、さらに最も好ましくはＳｉを用いる。ま
た、ｐ型不純物としては、具体的には、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｍ
ｎ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｃａなどが挙げられ、好ましくはＭｇ
が用いられる。以下、本発明のレーザ素子について、具
体的に窒化物半導体を用いたレーザ素子について説明す
る。ここで、窒化物半導体を用いたレーザ素子とは、第
１の導電型層、活性層、第２の導電型層を積層した積層
構造体の各層のいずれかに、窒化物半導体を用いること
であり、好ましくは、全ての層に用いることである。例
えば、第１の導電型層、第２の導電型層にはそれぞれ、
窒化物半導体からなるクラッド層が設けられて、それら
２つのクラッド層の間に活性層設けることで導波路を形
成する。より具体的には、第１の導電型層にｎ型窒化物
半導体層を、第２の導電型層にｐ型窒化物半導体層を含
み、活性層において、Ｉｎを含む窒化物半導体層を含む
ものとする。

【００８０】（活性層）本発明において、窒化物半導体
を用いて本発明に係る半導体レーザ素子を構成する場
合、活性層にＩｎを含む窒化物半導体層を有すること
で、紫外域、可視域において青色系から赤色系の波長域
のレーザ光を発生させることができるまた、Ｉｎを含む
窒化物半導体層は、活性層が大気にさらされると、レー
ザ素子駆動において極めて重大な素子劣化を起こす場合
があるが、、本発明では活性層に達しない深さで設けら
れた第１リッジ（凸部）２０２により構成された第２の
導波路領域Ｃ₂を含んでいるので、そのような素子劣化
を最小限に抑えることが可能である。なぜなら、Ｉｎは
融点が低いため、Ｉｎを含む窒化物半導体は、分解、蒸
発が起こりやすい材料であり、エッチング時に損傷を受
けやすく、また、活性層を露出させた後の加工におい
て、その結晶性を保つことが困難となり、結果として、
素子寿命の低下につながるからである。

【００８１】図１２は、ストライプ状の凸部形成時のエ
ッチング深さと、素子寿命との関係を示す図である。図
からわかるように、Ｉｎを含む窒化物半導体を有する活
性層では、活性層に達する深さでエッチングすること
で、急激に素子寿命が低下し、活性層が大気にさらされ
ることが、レーザ素子の素子信頼性を極めて悪化させる
ことがわかる。

【００８２】本発明のレーザ素子では、導波路として、
第１の導波路領域Ｃ₁、第２の導波路領域Ｃ₂とを有する
ことで、このような活性層を大気にさらすことで特性劣
化が懸念される窒化物半導体を用いた半導体レーザ素子
においても、素子信頼性に優れたレーザ素子を提供する
ことが可能となる。これは、第１の導波路領域Ｃ₁を構
成するための第１のリッジ（凸部）２０１が、導波路の
一部のみを構成され、素子信頼性の低下を防止すること
が可能になるからである。例えば、本発明の窒化物半導
体を用いたレーザ素子において、共振器長を約６５０μ
ｍとし、第１の導波路領域Ｃ₁を構成するためのストラ
イプ状の第１のリッジ（凸部）２０１の長さを１０μｍ
とした場合、第１のリッジにおいて露出した活性層に起
因する素子信頼性の低下がないことが確認され、５ｍＷ
時の駆動において、数千時間の寿命が確保できる。

【００８３】本発明の窒化物半導体を用いたレーザ素子
において、第１の導波路領域Ｃ₁若しくは第２の導波路
領域Ｃ₂を構成するリッジのストライプの幅として好ま
しくは０．５〜４μｍに設定され、より好ましくは、１
〜３μｍの範囲に調整することで、基本（単一）モード
で安定した横モードでの発振が可能となる。リッジのス
トライプの幅が、１μｍ未満であるとリッジの形成が困
難となり、３μｍ以上であるとレーザ発振波長によって
は横モードが多モードになる場合があり、４μｍ以上に
なると安定した横モードが得られない場合がある。本発
明においてはさらに、１．２〜２μｍの範囲に調整する
と、更に光出力の高い領域における横モードを効果的に
安定（効果的に不用な横モードの発生を抑制する）させ
ることができる。本発明において、リッジのストライプ
の幅は、第１の導波路領域Ｃ₁、第２の導波路領域Ｃ₂の
少なくとも一方が、前記範囲にあればよいが、共振器面
の出射面側に第１の導波路領域Ｃ₁を設ける場合には、
この第１の導波路領域Ｃ₁のストライプ状の第１のリッ
ジ（凸部）２０１を前記範囲の幅で設けることが好まし
い。また、本発明は、このような狭ストライプ構造に限
らず、ストライプ幅５μｍ以上のストライプにも適用で
きる。また、導波路端部に第１の導波路領域Ｃ_１を配置
する構成においては、主としてこの第１の導波路領域Ｃ
_１でもって、レーザ光の光学特性を制御するため、第２
の導波路領域Ｃ_２のストライプ幅は、比較的に自由に設
定できる。

【００８４】本発明の窒化物半導体を用いたレーザ素子
において、第１の導波路領域Ｃ₁の端面を共振器面（出
射面）とすることで、従来得られなかった横モードの制
御性、Ｆ．Ｆ．Ｐ．、アスペクト比に優れ、且つ素子信
頼性にも優れるレーザ素子が得られる。これは、上述し
たように、活性層よりも深くエッチングして、第１の導
波路領域Ｃ₁を共振器面の出射面側に設けることで、レ
ーザ素子から出射する光を、出射直前で制御することが
できるためであり、このこのとにより様々な形状、大き
さのスポットのレーザ光を得ることが可能となる。

【００８５】ここで、活性層は、量子井戸構造であって
も良く、その場合単一量子井戸、多重量子井戸のどれで
も良い。好ましくは量子井戸構造とすることで、発光効
率に優れ、高出力のレーザ素子、端面発光素子が得られ
る。また、第２の導波路領域Ｃ₂を構成するためにのス
トライプ状の第２のリッジ（凸部）２０２は、活性層に
達しない深さでエッチングをすることにより形成され
る。本明細書において、この第２のリッジ２０２が活性
層よりも上に位置するとは、活性層に達しない深さでエ
ッチングされて形成されることである。すなわち、第２
の導波路領域Ｃ₂を構成するストライプ状の第２のリッ
ジ（凸部）２０２は、活性層とその上に接して設けられ
た層との界面よりも上に位置するように設けられる。

【００８６】窒化物半導体の活性層としては、上述した
ように、Ｉｎを含む窒化物半導体を用いることが好まし
く、具体的には、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦
ｘ≦１、０＜ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）で表される窒化物半
導体を用いることが好ましい。この場合、量子井戸構造
の活性層においては、井戸層としてここで示した窒化物
半導体を用いることが好ましいことを意味する。また、
近紫外から可視光の緑色までの波長領域（３８０ｎｍ以
上５５０ｎｍ）では、Ｉｎ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０＜ｙ＜
１）を用いることが好ましく、またそれ以上の長波長領
域（赤色）でも、同様にＩｎ_ｙＧａ_１−ｙＮ（０＜ｙ＜
１）を用いることができ、この時主に、Ｉｎ混晶比ｙを
変化させることにより、所望の波長を得ることができ
る。３８０ｎｍ以下の短波長の領域では、ＧａＮの禁制
帯幅に相当する波長が３６５ｎｍであるため、ＧａＮと
ほぼ同じか若しくはそれよりも大きなバンドギャップエ
ネルギーとする必要があるため、例えばＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧ
ａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０＜ｘ≦１、０＜ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦
１）が用いられる。

【００８７】活性層を量子井戸構造とする場合、具体的
な井戸層の膜厚としては、１０Å以上３００Å以下の範
囲、好ましくは２０Å以上２００Å以下の範囲とするこ
とで、Ｖｆ、しきい値電流密度を低減させることができ
る。また、結晶成長の観点からは、２０Å以上である
と、膜厚に大きなむらがなく比較的均一な膜質の層が得
られ、２００Å以下とすることで結晶欠陥の発生を低く
抑えた結晶成長が可能となる。活性層内の井戸層数とし
ては特に限定されず、１以上であり、この時、井戸層の
数が４以上である場合には、活性層を構成する各層の膜
厚が厚くなると、活性層全体の膜厚が厚くなって、Ｖｆ
の上昇を招くこととなるため、井戸層の膜厚を１００Å
以下の範囲として、活性層の膜厚を低く抑えることが好
ましい。高出力のＬＤ、ＬＥＤにおいては、井戸層の数
を１以上３以下とすることで、高い発光効率の素子が得
られる傾向にあり、好ましい。

【００８８】また、井戸層にはｐ又はｎ型の不純物（ア
クセプター又はドナー）がドープされていても、アンド
ープ若しくはノンドープであっても良い。しかしなが
ら、井戸層としてＩｎを含む窒化物半導体を用いる場
合、ｎ型不純物濃度が大きくなると結晶性が悪化する傾
向にあるため、ｎ型不純物濃度を低く抑えて結晶性の良
好な井戸層とすることが好ましい。具体的には、結晶性
を最大限に良好なものとするために井戸層をアンドープ
で成長させることが好ましく、具体的にはｎ型不純物濃
度を５×１０¹⁶／cm³以下にすることが好ましい。尚、
ｎ型不純物濃度を５×１０¹⁶／cm³以下の状態は、極め
て不純物濃度の低い状態であり、この状態では、実質的
にｎ型不純物を含まない井戸層と言える。また、井戸層
にｎ型不純物をドープする場合には、ｎ型不純物濃度が
１×１０¹⁸以下５×１０¹⁶以上の範囲でドープされてい
ると、結晶性の悪化を低く抑え、なおかつキャリア濃度
を高くすることができる。

【００８９】障壁層の組成としては、特に限定されない
が、井戸層と同様の窒化物半導体を用いることができ、
具体的には井戸層よりＩｎ混晶比の低いＩｎＧａＮなど
のＩｎを含む窒化物半導体、若しくはＧａＮ、ＡｌＧａ
Ｎ等のＡｌを含む窒化物半導体などを用いることができ
る。この時、障壁層は、井戸層よりもバンドギャップエ
ネルギーを大きくすることが必要である。具体的な組成
としては、Ｉｎ_βＧａ _1-βＮ（０≦β＜１，α＞β）、
ＧａＮ、Ａｌ_γＧａ_1-γＮ（０＜γ≦１）などを用いる
ことができ、好ましくはＩｎ_βＧａ_1-βＮ（０≦β＜
１，α＞β）、ＧａＮを用いることで良好な結晶性でも
って障壁層が形成できる。これは、Ｉｎを含む窒化物半
導体からなる井戸層をＡｌＧａＮなどのＡｌを含む窒化
物半導体の上に直接成長させると、結晶性が低下する傾
向にあり、井戸層の機能が悪化する傾向にあるためであ
る。Ａｌ_γＧａ_1-γＮ（０＜γ≦１）を障壁層として用
いる場合には、Ａｌを含む障壁層を井戸層の上に設ける
ようにし、井戸層の下には、Ｉｎ_βＧａ_1-βＮ（０≦β
＜１，α＞β）、ＧａＮの障壁層を用いた多層膜の障壁
層とすることでこれを回避できる。このように、多重量
子井戸構造において、井戸層に挟まれた障壁層は、特に
１層であること（井戸層／障壁層／井戸層）に限るもの
ではなく、２層若しくはそれ以上の層の障壁層を、「井
戸層／障壁層(1)／障壁層(2)／・・・／井戸層」という
ように、組成・不純物量等の異なる障壁層を複数設けて
も良い。ここでαは井戸層のＩｎ組成比であり、α＞β
として障壁層のＩｎ組成比βを井戸層より小さくするこ
とが好ましい。

【００９０】障壁層は、ｎ型不純物がドープされていて
も、ノンドープであっても良いが、好ましくはｎ型不純
物がドープされていることである。この時、障壁層中の
ｎ型不純物濃度としては、少なくとも５×１０¹⁶／cm³
以上ドープされていることが好ましく、上限としては１
×１０²⁰／cm³である。具体的には、例えば、高い出力
を要求されないＬＥＤである場合には、５×１０¹⁶／cm
³以上２×１０¹⁸／cm³以下の範囲でｎ型不純物を有する
ことが好ましく、また、より高出力のＬＥＤ及び高出力
のＬＤでは、５×１０¹⁷／cm³以上１×１０²⁰／cm³以下
の範囲、好ましくは１×１０¹⁸／cm³以上５×１０¹⁹／c
m³以下の範囲でドープされていることが好ましく、この
ように高濃度でドープする場合には、井戸層にｎ型不純
物を実質的に含まないか、アンドープで成長させること
が好ましい。この時、通常のＬＥＤと、高出力のＬＥＤ
（ハイパワーＬＥＤ）と高出力のＬＤ（５〜１００ｍＷ
出力のＬＤなど）とで、ｎ型不純物量が異なるのは、高
出力の素子では、より大電流で駆動させ高い出力を得る
ために、高いキャリア濃度を必要とするためである。前
記好ましい範囲でドープされることで、上述したよう
に、良好な結晶性で、高濃度のキャリアを注入すること
が可能となる。

【００９１】これとは逆に、高出力でない低出力のＬ
Ｄ、ＬＥＤ等の窒化物半導体素子の場合には、活性層中
の一部の障壁層にｎ型不純物をドープしたもの、若しく
は全ての障壁層を実質的にｎ型不純物を含まないものと
しても良い。ｎ型不純物をドープする場合には、活性層
内の全ての障壁層にドープしても良く、一部の障壁層に
ドープしても良い。一部の障壁層にｎ型不純物をドープ
する場合には、活性層内で、ｎ型層側配置された障壁層
にドープすることが好ましく、具体的には、ｎ型層側か
ら数えてｎ番目の障壁層Ｂ_ｎ（ｎ＝１，２，３・・・）
にドープすることで、電子が効率的に活性層内に注入さ
れ、発光効率、内部量子効率に優れた素子となる。これ
は、障壁層に限らず、井戸層についても同様であり、ま
た両方にドープする場合には、ｎ型層から数えてｎ番目
の障壁層Ｂ_ｎ（ｎ＝１，２，３・・・）、ｍ番目の井戸
層Ｗ_ｍ（ｍ＝１，２，３・・・）にドープすること、す
なわち、ｎ型層に近い側からドープすることで、前記効
果が得られる傾向にある。

【００９２】障壁層の膜厚としては、特に限定されず５
００Å以下、より具体的には井戸層と同様に１０Å以上
３００Å以下の範囲が適用できる。

【００９３】本発明の窒化物半導体を用いたレーザ素子
において、積層構造体として、第１の導電型層にｎ型窒
化物半導体を有すること、第２の導電型層にｐ型窒化物
半導体を用いることが好ましく、具体的には、それぞれ
の導電型層に、ｎ型クラッド層、ｐ型クラッド層を設け
て、導波路を構成するようにする。この時、各クラッド
層と、活性層との間には、後述するようなガイド層、電
子閉込め層などを設けても良い。

【００９４】（ｐ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、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、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
く、超格子構造とすると結晶性を良好なものとでき好ま
しい。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
分な光の閉込め層として機能する。

【００９５】また、本発明において、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。この場合には、ＳＣＨ構造となり、クラッド層
のＡｌ組成比をガイド層のＡｌ組成比より大きくして屈
折率差を設け、クラッド層で光を閉込める。クラッド層
とガイド層のがそれぞれ多層膜で形成される場合には、
Ａｌの組成比の大小はＡｌ平均組成により決定する。

【００９６】（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型電子閉込め層は、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、閾値電流を
低下させることにより容易な発振に寄与し、、具体的に
はＡｌＧａＮ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、より効果的な電子閉じ込め効果が得られる。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より確実
に前記機能を発揮し得るが、ノンドープであっても前記
キャリアの閉込めとして機能を有する。膜厚の下限とし
ては、少なくとも１０Åで好ましくは２０Åである。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
以上とする事で前記効果が十分に期待できる。また、ｎ
型層側にも、ホールを活性層内に閉じ込めるｎ側キャリ
ア閉込め層を設けても良い。ホールの閉込めは、電子を
閉じ込める場合ほどオフセット（活性層とのバンドキャ
ップの差）を設けなくても、閉込めが可能である。具体
的には、ｐ側電子閉込め層と同様の組成を適用できる。
また、結晶性を良好なものとするためには、Ａｌを含ま
ない窒化物半導体により形成しても良く、具体的には、
活性層の障壁層とほぼ同じ組成を用いることができ、こ
の場合には、キャリア閉込めとなるｎ側障壁層を、活性
層内で最もｎ型層側に配置させることが好ましく、若し
くは活性層に接して、ｎ型層内に配置しても良い。この
ように、ｐ側、ｎ側のキャリア閉込め層は、好ましくは
活性層に接して設けることで、効率良く活性層若しくは
井戸層内にキャリアを注入でき、別の形態としては、活
性層内において、ｐ側、ｎ側の層と接する層をキャリア
閉込め層とすることもできる。

【００９７】（ｐ型ガイド層）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、基本モードによる長寿命の連
続発振が可能となる。また、両ガイド層は、ほぼ同じ膜
厚で形成することが好ましく、ガイド層の膜厚としては
１００Å以上１μｍ以下の範囲に設定することが好まし
く、より好ましくは５００Å以上２０００Å以下で形成
すること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、導波路を形成す
るため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。また、光
ガイド層として、具体的には、活性層とほぼ同じ、好ま
しくはそれよりも大きなバンドギャップエネルギーとす
ることで良好な導波路の形成が可能であり、量子井戸構
造の場合には井戸層よりもバンドギャップエネルギーを
大きくし、好ましくは障壁層よりも大きくすることであ
る。さらには、活性層の発光波長よりも１０ｎｍ程度以
上のバンドギャップエネルギーを光ガイド層に設けるこ
とで、光の導波に優れた導波路が形成できる。

【００９８】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（４５０μｍ以上）では、Ｉｎ
ＧａＮ／ＧａＮの多層膜構造を用いることが好ましい。
これにより、長波長の領域において、活性層及び光ガイ
ド層により構成される導波路内の屈折率を大きくでき、
クラッド層との屈折率差を大きくできる。また、３７０
ｎｍ以下の短波長の領域では、ＧａＮの吸収端が３６５
ｎｍであるため、好ましくは、Ａｌを含む窒化物半導体
を用いることであり、具体的にはＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ
（０＜ｘ＜１）を用いることが好ましく、ＡｌＧａＮ／
ＧａＮからなる多層膜、これを交互に積層した多層膜、
更に各層を超格子とした超格子多層膜とすることができ
る。ｎ型ガイド層の具体的な構成は、ｐ型ガイド層と同
様であり、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ＩｎＧａ
Ｎ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。

【００９９】（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
込め層として機能する。

【０１００】ここで、窒化物半導体を用いたレーザ素子
において、ストライプ状のリッジを設ける位置を、Ａｌ
を含む窒化物半導体層内とし、露出した窒化物半導体表
面及び凸部側面に絶縁膜を設けることで、良好な絶縁が
なされ、絶縁膜の上に電極を設けても、リーク電流のな
いレーザ素子を得ることができる。これは、Ａｌを含む
窒化物半導体には、良好なオーミックコンタクトをなし
得る材料がほとんどないため、この半導体表面に絶縁
膜、電極などを設けても、リーク電流の発生がほとんど
ない、好適な絶縁が成されることにある。逆に、Ａｌを
含まない窒化物半導体表面に電極を設けると、その電極
材料と窒化物半導体との間にオーミックコンタクトが形
成されやすく、Ａｌを含まない窒化物半導体表面に絶縁
膜を介して電極を形成すると、絶縁膜、電極の膜質によ
り、絶縁膜に微少な孔がある場合にリークの原因とな
る。そのため、それらを解決するために、絶縁が十分に
確保される膜厚で絶縁膜を形成するか、電極の形状、位
置を露出した半導体表面にかからないようにするなどの
配慮が必要となり、レーザ素子構造の設計において、大
きな制約が加わることになる。また、リッジ（凸部）が
設けられる位置が問題になるのは、リッジ（凸部）形成
時に露出されるリッジの両側の窒化物半導体表面（平
面）は、リッジ（凸部）側面に比べて、極めて大きな面
積を占めるものであり、この表面において良好な絶縁性
が確保されることで、様々な電極形状を適用できかつ電
極形成位置を比較的自由に選べる設計自由度の高いレー
ザ素子となり、リッジ（凸部）の形成において極めて有
利なものとなる。ここで、Ａｌを含む窒化物半導体とし
ては、具体的には、ＡｌＧａＮ、若しくは上述したＡｌ
ＧａＮ／ＧａＮの超格子多層膜構造などが好適に用いら
れる。

【０１０１】ここで、第１の導波路領域Ｃ₁、第２の導
波路領域Ｃ₂として、設けられるストライプ状の第１の
リッジ（凸部）２０１、第２のリッジ２０２は、図１
（ｂ）、１（ｃ）に示すように、各リッジの両側を除去
することで形成される。凸部２０２は上部クラッド層７
に設けられ、その時、凸部以外の領域において、上部ク
ラッド層７が露出された表面・平面の位置が、エッチン
グ深さとなる。

【０１０２】［電極］本発明のレーザ素子において、ス
トライプ状の第１のリッジ及び第２のリッジの上に設け
る電極形状により本発明は、特に限定されるものではな
い。例えば、図１、７等に示すように、第１の導波路領
域Ｃ₁と、第２の導波路領域Ｃ₂として設けられたストラ
イプ状の第１のリッジ２０１および第２のリッジ２０２
のそれぞれのほぼ全面に設ける構造であっても良い。ま
た、、例えば、第２の導波路領域Ｃ₂にのみ電極を設
け、第２の導波路領域Ｃ₂に優先的にキャリアを注入す
るようにしてもよいし、その逆に第１の導波路領域Ｃ₁
にのみ電極を設ける構造として、共振器方向において導
波路内を機能分離させても良い。

【０１０３】［絶縁膜］本発明のレーザ素子において、
前記積層構造体の一部を除去して、ストライプ状のリッ
ジを設けて共振器とするような場合には、そのストライ
プ側面、及びそれに連続するリッジ両側の平面（凸部が
設けられている表面）に絶縁膜を形成することが好まし
い。例えば、図１に示すようなストライプ状のリッジを
設けた後、そのリッジ側面から、リッジの両側の表面に
かけて、設けるなどする。

【０１０４】本発明のレーザ素子において、窒化物半導
体を用いた場合には、図７、８、９に示すように、絶縁
膜として、第２の保護膜１６２を設けることが好まし
い。

【０１０５】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Ｚｒ、Ｈ
ｆ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として
用い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。また一般的に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易い傾向にあ
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
縁性に関する信頼性に優れている。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１６１を
Ｓｉ酸化物を用いて形成すると、Ｓｉ酸化物は、フッ酸
により除去されるので、図７（ｂ）に示すようにリッジ
の上面のみに第１の保護膜１６１を形成して、その上及
びリッジの側面、そのリッジの両側の平面（エッチスト
ップ層）、第２の保護膜１６２を連続して形成して、第
１の保護膜１６１を選択的に除去すると、図７（ｃ）に
示すように、リッジの上面を除く面に均一な膜厚を有す
る第２の保護膜１６２を形成することができる。

【０１０６】また、第２の保護膜の膜厚としては、具体
的には、５００Å以上１μｍ以下の範囲、好ましくは１
０００Å以上５０００Å以下の範囲とすることである。
なぜなら、５００Å以下であると、電極の形成時に、十
分な絶縁性を確保することが困難で、１μｍ以上である
と、かえって保護膜の均一性が失われ、良好な絶縁膜と
ならないからである。また、前記好ましい範囲にあるこ
とで、リッジ（凸部）側面において、リッジとの間に良
好な屈折率差を有する均一な膜が形成される。

【０１０７】また、第２の保護膜を窒化物半導体の埋込
層により形成することもでき、半絶縁性、ｉ型の窒化物
半導体、各導波路領域のリッジとは逆の導電型、例え
ば、実施例１の第２の導波路領域Ｃ_２においてはｎ型の
窒化物半導体からなる埋込層を形成してその埋込層を第
２の保護膜として用いることができる。また、埋込層の
具体例としては、ＡｌＧａＮなどのＡｌを含む窒化物半
導体によりリッジとの間に屈折率差を設けたり、電流阻
止層として機能させたりすることで横方向の光の閉込め
が実現され、Ｉｎを含む窒化物半導体により光吸収係数
差を設けて、レーザ素子としての良好な光学特性が実現
される。埋込層に、ｉ型、半絶縁性以外の層を用いる場
合には、第２の導波路領域は第２導電型と異なる第１導
電型の埋込層とすればよい。一方で、第１の導波路領域
を構成する第１のリッジでは、活性層を挟んで、第１，
２の導電型層がそれぞれストライプ状に形成されるた
め、第１の導電型層、若しくは第１の導電型層及び活性
層の両側の領域では、第１の導電型と異なる第２の導電
型の埋込層とし、第２の導電型層、若しくは第２の導電
型層及び活性層の領域では、第２の導電型と異なる第１
の導電型の埋込層とする。このように、第１の導波路領
域、第２の導波路領域とで、埋込層を異なる層構成とす
ることもできる。また、埋込層は、第２の保護膜と同様
に、ストライプ側面の一部、好ましくはほぼ全面に形成
する。また更には、埋込層はリッジ側面とそのリッジの
両側の窒化物半導体の表面（平面）に連続して形成する
ことで、より良好な光閉込め、電流狭窄機能を発揮させ
ることができ好ましい。また、埋込層を形成した後、さ
らにその上に、窒化物半導体の層を、埋込層及び／又は
ストライプ上部に形成し、各導波路領域を構成するリッ
ジを素子内部に配置した構造とすることもできる。

【０１０８】本発明における窒化物半導体を用いたレー
ザ素子の共振器長としては、４００〜９００μｍの範囲
であれば、前後のミラーの反射率を制御することで、駆
動電流を低くすることができ、好ましい。

【０１０９】［製造方法］以上のように、本発明の窒化
物半導体を用いたレーザ素子は、良好な素子特性を実現
でき、更にその第１の導波路領域Ｃ₁、第２の導波路領
域Ｃ₂となるストライプは以下の方法により形成するこ
とで、本発明のレーザ素子におけるストライプ状の導波
路領域を精度良く、且つ歩留まり良く製造できる。ま
た、以下の製造方法により信頼性の高いレーザ素子を製
造することができる。以下、その製造方法について詳述
する

【０１１０】また、図８、９に示すように、異種基板の
同一面側に正・負一対の電極を形成した素子を製造する
場合には、図７に示すように、負電極を形成するｎ型コ
ンタクト層を露出させるため、その深さまでエッチング
を行い、その後ストライプ状の導波路領域を形成するエ
ッチングを行う。

【０１１１】（ストライプ状リッジ（凸部）の形成方法
１）図５は、本発明の電極形成方法の工程を説明するた
めの、窒化物半導体を用いた素子構造を形成したウェハ
の一部を示す模式的な斜視図であり、図６も同様な図
で、本発明における別の実施形態を説明するものであ
り、図７は、第２の保護膜形成後の工程を説明する図で
あり、図７（ｂ）は、図７（ａ）において、第２の導波
路領域Ｃ₂断面図を示すものであり、図７（ｃ）は、図
７（ｄ）において、第２の導波路領域Ｃ₂断面図を示す
ものである。本発明の製造方法において、図５（ａ）に
示すように、素子構造を構成する各半導体層を積層した
後、最上層にある第２の導電型層中のコンタクト層８の
上にストライプ状の第１の保護膜１６１を形成する。

【０１１２】第１の保護膜１６１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（Ｓｉ
Ｏ₂を含む）、フォトレジスト等が用いられ、好ましく
は、後に形成する第２の保護膜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酸化物を用いることが好ましい。第１の保
護膜のストライプ幅（Ｗ）としては３μｍ〜１μｍに調
整する。第１の保護膜１６１のストライプ幅が、おおよ
そ導波路領域を構成するためのリッジのストライプ幅に
相当する。

【０１１３】図５（ａ）は前記第１の保護膜１６１が、
積層構造体表面に形成された様子を示すものである。即
ち、図５（ａ）に示すようなストライプ状の第１の保護
膜は、先ず、積層構造体表面のほぼ全面に、第２の保護
膜を形成した後、フォトリソグラフィー技術により、所
望の形状のマスクを第１の保護膜表面に設けて、コンタ
クト層８表面にストライプ状の第１の保護膜１６１を形
成する。

【０１１４】また図５（ａ）に示すようなストライプ状
の第１の保護膜１６１を形成するにはリフトオフ法を用
いることもできる。即ち、ストライプ状の孔が開いた形
状のフォトレジストを形成し、そのフォトレジストの上
から全面に第１の保護膜を形成し、その後フォトレジス
トを溶解除去することにより、コンタクト層８と接触し
ている第１の保護膜１６１のみを残す手段である。なお
リフトオフ法でストライプ状の第１の保護膜を形成する
よりも、前述のようにエッチングにより形成することに
より、端面がほぼ垂直で形状が整ったストライプが得ら
れやすい傾向にある。

【０１１５】次に、図５（ｂ）に示すように、第１の保
護膜１６１をマスクとして、該第１の保護膜１６１が形
成されていない部分をコンタクト層８からエッチングし
て、第１の保護膜１６１の直下部分に保護膜の形状に応
じたストライプ状のリッジを形成する。エッチングを行
う場合、エッチストップをどの位置にするかでレーザ素
子の構造、特性が異なってくる。

【０１１６】窒化物半導体を用いて形成された層をエッ
チングする手段としては、例えばＲＩＥ（反応性イオン
エッチング）のようなドライエッチングを用い、Ｓｉ酸
化物よりなる第１の保護膜をエッチングするには、ＣＦ
₄のようなフッ素化合物系のガスを用いることが望まし
く、第２の工程では窒化物半導体をエッチングするには
他のIII−Ｖ族化合物半導体で良く用いられている、Ｃ
ｌ₂、ＣＣｌ₄、ＳｉＣｌ₄のような塩素系のガスを用い
ると、Ｓｉ酸化物との選択比が大きくできるため望まし
い。

【０１１７】続いて、図５（ｃ）に示すように、ストラ
イプ状のリッジの一部を覆うように、第３の保護膜１６
３を形成する（図５（ｅ）は、図５（ｃ）における第３
の保護膜１６３で覆われた部分の断面図）。第３の保護
膜１６３としては、レジスト膜として、耐ドライエッチ
ング性のある一般的に知られたレジスト膜を用いること
ができ、具体的には光硬化性樹脂などを用いることがで
きる。この時、第３の保護膜１６３に覆われたストライ
プ状のリッジが、第２の導波路領域Ｃ₂を構成するため
の第２のリッジ２０２となり、第３の保護膜で覆われて
いない領域に、第１の導波路領域Ｃ₁を構成するための
第１のリッジ（凸部）２０１が形成される。このように
して設けられた第３の保護膜１６３、第１の保護膜１６
１をマスクとして、それらのマスクが形成されていない
積層構造体においてさらにクラッド層５に達する深さ
で、エッチングして、深さの異なるストライプ状のリッ
ジ（第１のリッジ）が形成される。その後、第３の保護
膜１６３を除去して、図５（ｄ）のように第１のリッジ
及び第２のリッジ上に第１の保護膜１６１を残す（図５
（ｆ）は図５（ｄ）における第２のリッジ部の断面
図）。

【０１１８】次に、図７（ａ）に示すように、第１の保
護膜１６１と異なる材料であって、絶縁性を有する第２
の保護膜１６２を、ストライプ状のリッジ（凸部）側面
と、エッチングされて露出した層（図７では、クラッド
層５，７）の平面とに形成する。第１の保護膜１６１は
第２の保護膜１６２と異なる材料により形成し、、エッ
チング手段に対して、第１の保護膜１６１と第２の保護
膜１６２とにおいて選択性を持たせている。そのため、
後に第１の保護膜１６１のみを、例えばフッ酸で除去す
ると、次の図７（ｂ）に示すような、リッジの上面を開
口させ、クラッド層５、７の表面（エッチングにより露
出された窒化物半導体の平面）とリッジの側面との両方
に連続した第２の保護膜１６２を形成することができ
る。このように、第２の保護膜１６２を連続して形成す
ることにより、高い絶縁性を保持できる。加えて、第１
の保護膜１６１の上から連続して第２の保護膜１６２を
形成すると、クラッド層５、７の上に均一な膜厚で形成
できるため、膜厚の不均一が起こりにくく、膜厚の不均
一に起因する電流の集中も発生しなくなる。なお、この
工程においてエッチストップをクラッド層５，７の途中
としているため、図７（ａ）では第２の保護膜１６２は
クラッド層５，７の平面（露出された上面）に形成され
るが、エッチストップをクラッド層５，７よりも下にす
ると、当然第２の保護膜はそのエッチストップした層の
平面に形成されることは言うまでもない。

【０１１９】次の工程では、図７（ｂ）に示すように、
第１の保護膜１６１をリフトオフにより除去する。その
後に、第２の保護膜１６２とコンタクト層８の上に、そ
のコンタクト層８と電気的に接触するように電極を形成
する。本発明では、リッジの上にストライプ状の開口部
を有する第２の保護膜を先に形成しているために、この
電極を形成する際に、ストライプ幅の狭いコンタクト層
のみに電極を形成する必要がなく、開口部に露出したコ
ンタクト層から第２の絶縁膜上に連続した電極を大面積
で形成できる。これにより、オーミック接触を兼ねた電
極材料を選択してオーミック接触用の電極とボンディン
グ用の電極を兼ねた電極とを一緒に形成できる。

【０１２０】窒化物半導体を用いたレーザ素子では、ス
トライプ状の導波路領域を形成する場合、ウェットエッ
チングではエッチングが難しいため、ドライエッチング
が用いられる。ドライエッチングでは、第１の保護膜と
窒化物半導体との選択性が重要視されるため、第１の保
護膜としてＳｉＯ₂が用いられる。しかしながらＳｉＯ₂
をエッチストップした層の上面に形成する第２の保護膜
にも使用すると、絶縁性が不十分であり、また第１の保
護膜と同一材料であるので、第１の保護膜のみを除去す
ることが困難となる。そのため、本発明では、第２の保
護膜をＳｉＯ ₂以外の材料とし、第１の保護膜との間の
選択性を確保している。、また、第２の保護膜形成後は
窒化物半導体をエッチングすることがないため、第２の
保護膜は、窒化物半導体との間のエッチング速さに関し
て、問題とされることはない。

【０１２１】（ストライプ状凸部の形成方法２）図１６
は本発明の半導体レーザの別な製造方法の工程を説明す
るための、窒化物半導体を用いた素子構造を形成したウ
エハの一部を示す模式的な斜視図である。各工程は前述
した形成方法１の工程とほぼ同様に行うが、ここでは、
負電極を形成するｎ型コンタクト層を露出させるために
エッチングをする時に同時に、共振器端面を形成するも
のである。つまり、形成方法１とは各部位の形成される
順序が異なる。形成方法２では、まずｎ型コンタクト層
を露出させる（図１６（ａ））。このとき、共振器端面
も同時に形成しておく。次いでストライプ状のリッジ
（凸部）及び第１、第２の導波路領域、更に電極を形成
する工程は、前記形成方法１と同様に行う（図１６
（ｂ））。このように、まずエッチングにより共振器端
面を形成しておくことで、劈開では良好な共振器端面が
得られない場合などにも対応することができる。

【０１２２】以上説明したように、本発明のレーザ素子
において、第１の導波路領域Ｃ₁、第２の導波路領域Ｃ₂
を構成するためのストライプ状の第２のリッジ（凸部）
２０２を、効率的に形成することができ、また、電極を
積層構造体のリッジの表面に形成できる。

【０１２３】（エッチング手段）本発明の製造方法にお
いて、窒化物半導体のエッチング手段としては、例えば
ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）のようなドライエッ
チングを用いる場合、第１の工程で多用するＳｉ酸化物
よりなる第１の保護膜をエッチングするために、ＣＦ₄
のようなフッ素化合物系のガスを用いることが望まし
く、第２の工程では窒化物半導体をエッチングするため
に他のIII−Ｖ族化合物半導体で良く用いられている、
Ｃｌ₂、ＣＣｌ₄、ＳｉＣｌ₄のような塩素系のガスを用
いることが、Ｓｉ酸化物との選択比が大きくできるので
望ましい。

【０１２４】（チップ化）図１７は、前記のようにウエ
ハ上に形成された積層構造体をチップ化する時の切断位
置を説明するための模式的断面図である。図１７（ａ）
は、基板のみを、図１７（ｂ）は基板とｎ型層とを分割
する場合を示す。また、１対の電極が形成された領域を
１つの単位として、図のように左からＩ、ＩＩ、ＩＩ
Ｉ、ＩＶとする。図１７（ａ）のＩａ、ＩＩａ、ＩＶａ
は第１の導波路領域が右側に向いており、ＩＩＩａはそ
の逆に向いている。また、図１７（ｂ）は、Ｉｂ、ＩＩ
ｂ、ＩＩＩｂは第１の導波路領域が右側に向いており、
ＩＶｂはその逆に向いている。なお、このような分割前
の配置は、工程等に応じて、好適なものを選択すること
ができる。

【０１２５】ＡＡ切断位置で分割すると、エッチングに
より形成された共振器端面をそのまま残すことができ
る。Ｉ及びＩＩでは、ＡＡ切断面で分割後、更にＢＢ切
断面で分割すると、光反射側の共振器端面が劈開面とな
る。また、ＩＩはＤＤ切断面で分割することで、光出射
側の共振器端面も劈開面となる。また、ＣＣ切断面で分
割すると、ＩＩＩａとＩＶａの光反射側の共振器端面が
同時に劈開面として形成される。同様にＥＥ切断面で分
割すると、ＩＩＩｂとＩＶｂの光出射側の共振器端面
が、同時に劈開面として形成される。このように、素子
の端面及び共振器面は、切断位置によってエッチング端
面あるいは劈開端面とすることができる。

【０１２６】ここで、図１７（ａ）に示すＩａ及びＩＩ
ａの間のように、Ｉａの共振器端面とＩＩｂとの共振器
端面の間には基板のみしか存在しないようにするには、
前述の図１６（ｂ）のようにエッチングにより共振器端
面を形成したものを、さらに基板までエッチングするこ
とで得ることができる。このように基板までエッチング
するのは、分割する際に、半導体層にクラックが生じる
のを防ぐためである。ここで、図１６（ａ）を経ずに、
１度のエッチングで基板まで露出させると、エッチング
時間が長いために先に露出される活性層近傍のエッチン
グ面が荒れてしまい、良好な共振器端面が得られにくく
なる。しかし、図１６（ａ）のようなｎ型層までのエッ
チング工程を経て、次いで、基板までのエッチングを行
うというように２度に分けて行うことで、良好な共振器
端面が得られ、かつ、分割もしやすくすることができ
る。図１６（ｄ）は図１６（ｃ）を矢印の位置で切断し
た図であるが、前記のように２度のエッチング工程を経
ることで、図中のＤのような突き出し領域が生じる。基
板までエッチングするときには、この突き出し領域Ｄの
光の出射方向への突き出しが小さくなるように行う必要
がある。なぜなら、Ｄの幅（突き出す長さ）が大きくな
ると、光出射面から出射された光が遮られて良好なＦ．
Ｆ．Ｐ．が得られにくくなるからである。この場合、少
なくとも光出射側の端面でのＤが小さければ問題はな
い。

【０１２７】（反射膜）図１８は、共振器端面に設ける
反射膜の形成方法を説明するための模式図である。図１
８のようにバー状に分割した半導体を光反射側の端面或
いは光出射側の端面が反射膜の原料と対向するように設
置して、スパッタなどの方法で反射膜を形成する。この
ようにバー状に分割してその分割面を反射膜の原料と対
向するように設置してスパッタで形成することで、多層
膜にする場合でも膜質が均一で劣化しにくい高品質の反
射膜を形成することができる。このような反射膜は、高
出力が要求される素子に用いる場合により効果的であ
り、特に多層膜にすることで高出力に耐えうる反射膜と
することができる。端面の反射膜は、電極の上部からス
パッタしても、側面になっている共振器端面にまで回り
込ませるようにして形成することもできる。しかしその
場合は、バー状にして端面を上に向けるという工程を省
くことができるというメリットはあるものの、端面に対
して横方向から回り込むように形成されていくので、均
一な膜、特に多層膜が得られにくくなり、膜質がやや劣
るものとなる。なお、このような反射膜は、光反射端面
及び光出射端面の両方に設けてもよく、また、片方だけ
でもよく、また、異なる材料を用いていてもよい。

【０１２８】また、本発明において、その他の活性層、
クラッド層等のデバイス構造としては、特に限定され
ず、種々の層構造を用いることができる。デバイス構造
の具体的な実施の形態としては、例えば後述の実施例に
記載されているデバイス構造が挙げられる。また、電極
等も特に限定されず種々のものを用いることができる。
また、レーザ素子として用いた各層の窒化物半導体は、
特にその組成に限定されるものではなく、上述した組成
式（ＩｎｂＡｌｃＧａ１−ｂ−ｃＮ、０≦ｂ、０≦ｄ、
ｂ＋ｄ＜１）であらわされる窒化物半導体を用いること
ができる。

【０１２９】本発明において、窒化物半導体の成長はＭ
ＯＶＰＥ、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）、Ｈ
ＶＰＥ（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
すべての方法を適用できる。

【０１３０】実施例 以下本発明に係る実施例について説明する。

【０１３１】以下の実施例は、窒化物半導体を用いたレ
ーザ素子であるが、本発明のレーザ素子は、これに限ら
ず、本発明の技術的思想において、様々な半導体に実施
できることは言うまでもない。

【０１３２】［実施例１］以下、実施例１のレーザ素子
について、説明する。具体的には、実施例１として、図
８に示す断面構造を有する第２の導波路領域Ｃ_２と、図
９に示す断面構造を有する第１の導波路領域Ｃ_１とを備
えたレーザ素子を作製する。

【０１３３】ここで、本実施例１ではサファイア基板、
すなわち、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（ＭｇＡ１₂Ｏ₄）のような絶縁性基
板、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、ＺｎＳ、Ｚｎ
Ｏ、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な
基板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、通常使用される低指数面から傾いた面を有してい
てもよく（オフアングル）、この場合ステップ状にオフ
アングルされた基板を用いると窒化ガリウムからなる下
地層の成長を結晶性よく成長させることができる。更
に、異種基板を用いる場合には、異種基板上に下地層と
なる窒化物半導体を成長させた後、素子構造形を成する
前に、異種基板を研磨などの方法により除去して下地層
のみとし、その下地層を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、
異種基板を除去してもよい。

【０１３４】図８のように、異種基板を用いる場合に
は、バッファ層、下地層を形成した上に、素子構造を形
成すると、良好な窒化物半導体からなる素子構造を形成
できる。ここで、図８は、第２の導波路領域Ｃ₂におけ
る素子構造を説明する断面図であり、図９は、第１の導
波路領域Ｃ₁における素子構造を説明する断面図であ
る。

【０１３５】（バッファ層１０２） 本実施例１では最
初に、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ＭＯＶＰＥ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（ＴＭ
Ｇ）、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。

【０１３６】（下地層１０３） バッファ層１０２を成
長させた後、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
造を形成するための下地層（成長基板）として形成する
ものである。下地層として、その他に、ＥＬＯＧ(Epita
xially Laterally Overgrowth)成長させた窒化物半導体
を用いることができ、こうすると、より結晶性が良好な
窒化物半導体を成長させることができる。ＥＬＯＧ成長
とは、横方向成長を伴う成長方法の総称であり、例え
ば、異種基板上に、窒化物半導体層を成長させた後、そ
の表面に窒化物半導体の成長が困難な保護膜を、例え
ば、ストライプ状に一定間隔で形成し、その保護膜の間
に露出した窒化物半導体表面から新たに窒化物半導体を
成長させることにより、基板全体を窒化物半導体で覆う
成長方法である。すなわち、マスクが形成されたマスク
領域と、窒化物半導体が露出した非マスク領域とを交互
に形成し、その非マスク領域に露出した窒化物半導体表
面から窒化物半導体を再び成長させると、最初は厚さ方
向に成長が進んでいたものが、成長が進むに従いマスク
領域を覆うように横方向にも成長して基板全体を覆うよ
うになる。また、ＥＬＯＧ成長として、異種基板上に最
初に成長させた窒化物半導体層において、基板表面が露
出するように開口部を設け、その開口部側面に位置する
窒化物半導体から横方向へ窒化物半導体を成長させるこ
とにより、成膜する方法もある。本発明では、これら種
々のＥＬＯＧ成長を用いることができ、これらのＥＬＯ
Ｇ成長方法を用いて、窒化物半導体を成長させると、横
方向の成長により形成された窒化物半導体は、結晶性が
良好であることから、全体として結晶性の良好な窒化物
半導体層が得られるという利点がある。

【０１３７】次に、窒化物半導体からなる下地層の上
に、素子構造を構成する以下の各層を積層する。

【０１３８】（ｎ型コンタクト層１０４）まず、得られ
た窒化物半導体基板（下地層）１０３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１×１０^１８／ｃｍ^３ドープしたＧａＮより
なるｎ型コンタクト層１０４を４．５μｍの膜厚で成長
させる。

【０１３９】（クラック防止層１０５） 次に、ＴＭ
Ｇ、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。

【０１４０】（ｎ型クラッド層１０６） 次に、温度を
１０５０℃にして、原料ガスとして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５×１０^１８／ｃｍ^３ドープしたＧａ
Ｎ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。

【０１４１】（ｎ型光ガイド層１０７） 次に、同様の
温度で、原料ガスとして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
０．１μｍの膜厚で成長させる。ｎ型光ガイド層１０７
には、ｎ型不純物をドープしてもよい。

【０１４２】（活性層１０８） 次に、温度を８００℃
にして、原料ガスとして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５×１０^１８／ｃｍ^３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、最後が障壁層と
なるように積層した総膜厚５５０Åの多重量子井戸構造
（ＭＱＷ）の活性層１０８を成長させる。

【０１４３】（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Ｃｐ_２Ｍｇ（シクロペンタジエニ
ルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０^１９／ｃｍ^３
ドープしたＡｌＧａＮよりなるｐ型電子閉込層１０９を
１００Åの膜厚で成長させる。この層は、特に設けなく
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。

【０１４４】（ｐ型光ガイド層１１０） 次に、温度を
１０５０℃にして、原料ガスとしてＴＭＧ及びアンモニ
アを用い、アンドープのＧａＮよりなるｐ型光ガイド層
１１０を７５０Åの膜厚で成長させる。この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１０９からのＭｇの拡散により、Ｍｇ濃度が５
×１０^１６／ｃｍ^３となりｐ型を示す。またこの層は成
長時に意図的にＭｇをドープしても良い。

【０１４５】（ｐ型クラッド層１１１） 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、これを繰り返すことにより、総膜厚０．
６μｍの超格子層よりなるｐ側クラッド層１１１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する
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。しかしながら、本発明では、両方に同じようにドー
プしても良い。クラッド層１１１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１１１を超格子構造とすることによっ
て、クラッド層全体としてのＡｌ混晶比を大きくするこ
とができるので、クラッド層自体の屈折率を小さくで
き、さらにバンドギャップエネルギーを大きくできるの
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に比較して少なくできるの
で、ショートの発生も少なくなる。

【０１４６】（ｐ型コンタクト層１１２） 最後に、１
０５０℃で、ｐ側クラッド層１１１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１１２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２０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１１２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／cm³
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ＧａＮ
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。

【０１４７】以上のようにして窒化物半導体を成長させ
各層を積層した後、ウエハを反応容器から取り出し、最
上層のｐ型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８に示すよう
に、ｎ電極を形成すべきｎ型コンタクト層１０４の表面
を露出させる。このように窒化物半導体を深くエッチン
グするには保護膜としてＳｉＯ₂が最適である。また、
ｎ型コンタクト層１０４を露出させると同時に、共振器
面となる活性層端面を露出させて、エッチング端面を共
振器面としても良い。

【０１４８】次に上述したストライプ状の導波路領域と
して、第１の導波路領域Ｃ₁、第２の導波路領域Ｃ₂を形
成する方法について詳説する。まず、最上層のｐ型コン
タクト層（上部コンタクト層）８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の保護膜を０．５μｍの膜厚で形成した後、パタ
ーンニングすることにより、第１の保護膜１６１を形成
する（実施の形態の説明に用いた図５（ａ）参照）。こ
こで、第１の保護膜１６１のパターンニングは、フォト
リソグラフィー技術、及びＣＦ₄ガスを用いたＲＩＥ
（反応性イオンエッチング）装置により行う。次に、第
１の保護膜１６１をマスクとして、そのマスクの両側に
ｐ型クラッド層１１１が薄く残るように、ｐ型コンタク
ト層１１２及びｐ型クラッド層１１１の一部を除去する
ことにより、活性層３よりも上に、ストライプ状の凸部
を形成する（実施の形態の説明に用いた図５（ｂ）参
照）。これにより、第２の導波路領域Ｃ₂を構成するた
めの第２のリッジ２０２が形成される。この時、第２の
リッジは、ｐ側コンタクト層１１２、およびｐ側クラッ
ド層１１１の一部をエッチングして、ｐ型クラッド層１
１１の膜厚が０．０１μｍとなる深さでエッチングされ
て、形成されている。

【０１４９】次に、ストライプ状の第２のリッジを形成
した後、第３の保護膜１６３としてフォトレジスト膜
を、第２のリッジの一部（第１の導波路領域を構成する
部分）を除いて形成する（実施の形態の説明に用いた図
５（ｃ）参照）。尚、第２の導波路領域を形成する部分
の凸部の上面及び第１の導波路領域を構成する部分に位
置する凸部の上面には、第１の保護膜１６１が形成され
たまま残っている。続いて、ＲＩＥ（反応性イオンエッ
チング）装置に移し、第３の保護膜１６３及び第１の保
護膜１６１をマスクとして、ＳｉＣｌ₄ガスを用いて、
第１の導波路領域を形成する部分において第１の保護膜
１６１の両側をｎ型クラッド層１０６が露出する深さ
で、エッチングすることで、第１の導波路領域Ｃ₁を構
成するストライプ状の第１のリッジを、形成する。この
時、形成されるストライプ状の第１のリッジは、第１の
リッジ両側のｎ型クラッド層１０６の膜厚が０．２μｍ
となる深さまでエッチングされて形成されている。次
に、第３の保護膜１６３を除去する。

【０１５０】更に、第１の導波路領域Ｃ₁、第２の導波
路領域Ｃ₂を形成したウエハを、ＰＶＤ装置に移送し、
Ｚｒ酸化物（主としてＺｒＯ₂）よりなる第２の保護膜
１６２を、第１の保護膜１６１の上、第１と第２のリッ
ジの側面、エッチングにより露出されたｐ型クラッド層
１１１及びｎ型クラッド層１０６の上に０．５μｍの膜
厚で連続して形成する（実施の形態の説明で用いた図７
（ａ）参照）。

【０１５１】第２の保護膜１６２形成後、ウエハを６０
０℃で熱処理する。このようにＳｉＯ₂以外の材料で第
２の保護膜を形成した場合、第２の保護膜成膜後に、３
００℃以上、好ましくは４００℃以上であって、窒化物
半導体の分解温度以下（１２００℃）で熱処理すること
により、第２の保護膜を第１の保護膜を溶解させる材料
（フッ酸）に対して溶解しにくくできるため、この熱処
理工程を加えることが望ましい。

【０１５２】次に、ウエハをフッ酸に浸漬し、第１の保
護膜１６１を除去する（リフトオフ法）。これにより、
ｐ型コンタクト層１１２の上に設けられていた第１の保
護膜１６１が除去されて、ｐ型コンタクト層１１２が露
出される。以上のようにして、第１の導波路領域Ｃ₁、
第２の導波路領域Ｃ₂に設けられたストライプ状の第１
と第２のリッジ（凸部）２０１、２０２の側面と、それ
に連続するリッジ両側の平面（第２のリッジの両側に位
置するｐ型クラッド層１１１の表面と第１のリッジの両
側に位置するｎ型クラッド層の表面）に第２の保護膜１
６２が形成される（実施の形態の説明で用いた図７
（ｂ），（ｃ）参照）。続いて、ｎ電極１２１を形成す
る領域において、ｎ型コンタクト層１０４に達する深さ
で、エッチングし、ｎ型電極１２１を形成するためのｎ
型コンタクト層１０４の表面を露出させる（実施の形態
の説明で用いた図７（ｃ）参照）。

【０１５３】このように、ｐ型コンタクト層１１２の上
に設けられた第１の保護膜１６１が、除去された後、図
８に示すように、その露出したｐ側コンタクト層の表面
にオーミック接触する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８に示すように、第２の保護膜１６２の
上に渡って形成する。この時、ｐ電極１２０は、ストラ
イプ方向において、本実施例１では、第２の導波路領域
Ｃ_２だけに形成している。また、本実施例１ではさら
に、ｐ電極１２０は、第２の導波路領域Ｃ_２の両端部に
達しない長さで形成する。第２の保護膜１６２形成後、
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をストライプと平行な方向で
形成する。

【０１５４】次に、ｐ及びｎ電極上の取り出し電極を設
けるための領域にマスクをし、ＳｉＯ₂とＴｉＯ₂よりな
る誘電体多層膜１６４を形成する。そして、そのマスク
を除去することにより、誘電体多層膜１６４において、
ｐ及びｎ電極上を開口させる開口部を形成し、その開口
部を介してｐ，ｎ電極上にＮｉ−Ｔｉ−Ａｕ（１０００
Å−１０００Å−８０００Å）よりなる取り出し（パッ
ド）電極１２２，１２３をそれぞれ形成する。尚、本実
施例１において、第２の導波路領域Ｃ_２における活性層
１０８の幅は、２００μｍの幅（共振器方向に垂直な方
向の幅）に形成する。また、ガイド層も同様の幅に形成
されている。

【０１５５】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、第１の導波路領域Ｃ
₁、第２の導波路領域Ｃ₂の端部に、共振器面を設ける。
本実施例１のレーザ素子では、共振器の全長が６５０μ
ｍになるように、また、第１の導波路領域Ｃ₁は一方の
共振端面を含み全長が５μｍになるように形成した。従
って、第２の導波路領域Ｃ₂は他方の端面を含み全長が
６４５μｍである。そして、エッチング面である共振器
端面にそれぞれＳｉＯ₂とＴｉＯ₂よりなる誘電体多層膜
を形成した。その後、ウエハのサファイア基板を研磨し
て７０μｍとし、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個
々の素子毎に分割してレーザ素子を得る。尚、実施例１
では、エッチング面に誘電体多層膜を形成することによ
り共振器面を形成したが、共振面の形成方法として、Ｇ
ａＮの劈開面である（1 1- 0 0）Ｍ面で、ウエハをバー
状に分割して、その面を共振器面とする方法を用いても
よい。

【０１５６】以上のようにして作製された実施例１のレ
ーザ素子において、室温においてしきい値２．０ｋＡ／
ｃｍ²、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、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
性を有する。このような優れた特性は、主に利得領域と
して機能する第２の導波路領域Ｃ_２のストライプ幅にか
かわらずに、出射側の第１の導波路領域Ｃ_１の凸部の幅
を適宜調節することにより、所望の光特性のレーザ光を
取り出せるという本発明の特有の作用によるものであ
る。また、本実施例１のレーザ素子は、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、書込光源として適した特性を有す
る。加えて、３０ｍＷでの駆動において、従来の屈折率
導波型のレーザ素子と同様に優れたレーザ素子が得られ
る。

【０１５７】また、実施例１では、図７（ｃ）に示すよ
うに、第１の導波路領域Ｃ₁にかかる（覆う）長さでｐ
電極を設けてもよく、このようにしても、実施例１と同
等にビーム特性に優れるレーザ素子で、素子寿命の長い
ものとなる。

【０１５８】［実施例２］実施例１において、第１の導
波路領域Ｃ₁の長さを、１μｍとする他は、実施例１と
同様にしてレーザ素子を得る。第１の導波路領域Ｃ₁を
このように、短く形成するためには、実施例１におい
て、実際に得られる共振器長よりもストライプ状の第１
のリッジを長く（たとえば、数十μｍ〜１００μｍ程度
の長さ）形成した後、第１の導波路領域Ｃ₁が所望の長
さとなる位置でエッチング、または基板分割により共振
器面を形成する。このため、実施例１に比べて、第２の
リッジ２０１の形状を安定して形成することが難くなる
が、この長さでも横モードの良好な制御は可能であり、
かつ第１の導波路領域が短くなることから、素子寿命に
ついては、実施例１よりも僅かに優れている。

【０１５９】［実施例３］実施例３の半導体レーザ素子
は、両端部にそれぞれ５μｍの長さの第１の導波路領域
Ｃ₁を形成する以外は実施例１と同様に構成する（図４
（ｂ）参照）。すなわち、本実施例３のレーザ素子で
は、中央部に第２の導波路領域Ｃ₂を配置し、その両側
に第１の導波路領域Ｃ₁を配置し、その第１の導波路領
域Ｃ₁共振器がそれぞれ共振端面を含むようにしてい
る。このように構成された実施例３のレーザ素子は、レ
ーザのビーム形状において、Ｆ．Ｆ．Ｐ．、アスペクト
比ともに、実施例１とほぼ同等の特性を有する。

【０１６０】［実施例４］実施例１において、第２の導
波路領域Ｃ₂を構成するための第２のリッジ（凸部）２
０２を、その第２のリッジの両側に５００Åの厚さのｐ
型ガイド層が残るようにエッチングすることにより形成
した以外は、実施例１と同様にして構成する。得られる
レーザ素子は、実施例１に比べて閾値電流が低くなる傾
向があるが、ビーム特性については、実施例１とほぼ同
等に良好なものが得られる。

【０１６１】［実施例５］本実施例５の半導体レーザ素
子は、実施例１において、第１の導波路領域Ｃ₁と第２
の導波路領域Ｃ_２との間に、傾斜面を設けた以外は実施
例１と同様に構成する（図４（ａ）参照）。すなわち、
本実施例５では、第１の導波路領域Ｃ₁と第２の導波路
領域Ｃ_２との境界において、第１のリッジの両側に位置
するｎ型クラッド層１０６の表面と第２のリッジの両側
に位置するｐ型クラッド層１１１の表面との間に形成さ
れるエッチング断面を、ｎ型クラッド層１０６の表面に
対して９０°以上になるように傾斜させている。このよ
うに作製されるレーザ素子は、実施例１に比べて、素子
特性にばらつきが生じる場合があるが、良好なＦＦＰが
得られかつ信頼性を向上させることができるという本発
明の効果は得られる。

【０１６２】［実施例６］本実施例６の半導体レーザ素
子は、図１３に示すように、第１の導波路領域Ｃ _１と第
２の導波路領域Ｃ_２の間に第３の導波路領域Ｃ_３を設け
た以外は実施例１と同様に作製される。すなわち、本実
施例６のレーザ素子は、第２の導電型層（ｐ型クラッド
層１１１）に達する深さで、第２のリッジ（凸部）２０
２を形成した後、第１の導電型層（ｎ型クラッド層１０
６）までエッチングして第１のリッジを形成する際に、
共振器方向との成す角αが２０°である側面２０４を有
する第３の導波路領域Ｃ₃を同時に形成する。このよう
にして、第１の導波路領域Ｃ₁と、第２の導波路領域Ｃ₂
の他に、第３の導波路領域Ｃ₃を有する実施例６のレー
ザ素子が作製される。このように構成された実施例６の
レーザ素子では、第２の導波路領域Ｃ₂において活性層
面内に広がって導波されていた光が、第３の導波路領域
Ｃ_３の側面２０４で反射され、第１の導波路領域Ｃ₁へ
と導かれるので、円滑な導波が可能になる。すなわち、
共振器方向に導波する光が、側面２０４に、入射角（９
０°−α）で入射することで、側面２０４で全反射さ
れ、光の損失なく、ストライプ状の導波路領域内に、導
くことができるためである。第２の導波路領域Ｃ₂、第
３の導波路領域Ｃ₃では、第２の導電型層（ｐ型クラッ
ド層１１１）に設けられた第２のリッジ（凸部）２０２
により実効的な屈折率差が活性層面内に設けられ、スト
ライプ状の導波路領域が形成されており、この第３の導
波路領域Ｃ₃では、第２のリッジの直下の領域からはみ
出して導波する光を、第１の導波路領域Ｃ₁内へ、好適
に導くことができる。

【０１６３】以上のように、実施例６では、側面２０４
が第１の導波路領域Ｃ₁における第１のリッジ（凸部）
２０１側面に対して傾斜して設けられていることで、ス
ムーズな光の導波を実現できる。また、側面２０４と第
２の導波路領域Ｃ₂との境界部で、図１３に示すよう
に、屈曲することなく直接、第２の導波路領域Ｃ_２の側
面に繋がっていてもよい。

【０１６４】このように、本実施例６のレーザ素子で
は、第２の導波路領域Ｃ₂において、活性層面内におけ
るストライプ状の導波路領域内、若しくはそれをはずれ
て導波する光を、第１の導波路領域Ｃ₁内に効率よく導
くことができるため、素子特性を向上させることができ
る。本実施例６のレーザ素子では、特に閾値電流密度を
低下させることができ、スロープ効率を向上させること
ができる。

【０１６５】［実施例７］実施例７のレーザ素子は、第
１の導波路領域Ｃ_１を側面が２段になった２段リッジに
より構成した点が実施例１とは異なり、それ以外の部分
は実施例１と同様に構成される。すなわち、実施例７で
は、活性層まで達しないようにエッチングすることによ
り、ストライプ状のリッジを形成した後、第１の導波路
領域を形成する部分においてそのリッジのストライプ幅
よりも広いリッジをｎ型クラッド層１０６までエッチン
グすることにより、２段リッジを形成する。ここで、図
１４（ａ）は、本実施例７のレーザ素子構造を説明する
斜視図であり、図１４（ｃ）は、第１の導波路領域Ｃ₁
における断面図であり、図１４（ｂ）は、第２の導波路
領域Ｃ₂における断面図である。本実施例７のレーザ素
子では、図１４（ａ）に示すように、第１の導波路領域
Ｃ₂が、幅Ｓ_w1の上部リッジ（凸部）と幅Ｓ_w2の下部リ
ッジ（凸部）とからなる２段リッジにより形成されてい
る。この第１の導波路領域Ｃ_１において、活性層は下部
リッジの中に位置し、この下部リッジの幅Ｓ_ｗ２により
活性層３の幅が決定されているので、実質的には下ブリ
ッジにより導波路が形成されていると考えることができ
る。この実施例７の構造にすると、実施例１等の第１の
リッジを形成する場合に比較して、下部リッジの幅Ｓ_w2
の制御が容易になり、その結果、第１の導波路領域の活
性層の幅を精度良く形成することができる。これは、図
５に示す方法で、第１の導波路領域Ｃ₁を構成するため
の第１のリッジ２０１を形成すると、１つのマスクによ
り２段階でエッチングをすることになるので、２回目の
エッチングにより第１の導電型層１に達する深さでエッ
チングする際に、最初に形成された第２のリッジと共通
する部分とその下の部分との境界において側面に段差が
でき、その下の部分における幅を精度よく制御できない
場合があるためである。

【０１６６】しかし、本実施例７では、第２のリッジと
共通のエッチング工程で、上部リッジを形成した後に、
下部リッジを形成するために上部リッジを形成した時の
マスクとは別のマスクを形成してその別のマスクを用い
てエッチングすることにより下部リッジを形成している
ので、下部リッジの幅を精度よく形成することができ、
その下部リッジ内に位置する活性層３の幅を精度良く形
成できる。従って、本実施例によれば、実施例１と同等
な特性を有しかつ製造ばらつきの少ないレーザ素子を提
供できる。すなわち、本実施例７のレーザ素子は、製造
において有利なものである。

【０１６７】［実施例８］本実施例８のレーザ素子は、
第１の導波路領域と第２の導波路領域の間に第３の導波
路領域を形成したレーザ素子であって、その第３の導波
路領域を実施例６とは異なる形態で構成した例である。
具体的には、本実施例８のレーザ素子において、第３の
導波路領域Ｃ_３は、図１５（ａ）に示すように、ｐ型ク
ラッド層１１１及びｐ型コンタクト層１１２に設けられ
た第３のリッジにより構成されており、その第３のリッ
ジは第１の導波路領域に近づくにしたがって幅が狭くな
るように形成されている。すなわち、本実施例８では、
第３の導波路領域を形成することにより、導波路の幅が
互いに異なる第１の導波路領域と第２の導波路領域と
を、導波路の幅を不連続に変化させることなく接続でき
る。ここで、図１５（ａ）は、実施例８のレーザ素子構
造を説明する斜視図であり、図１５（ｂ）は活性層にお
ける横断面図である。また、図１５（ｂ）において、Ｓ
_ｗ１で示す幅は、第２のリッジの底部における幅であ
り、Ｓ_ｗ２で示す幅は第１のリッジにおける活性層部分
の幅である。

【０１６８】ここで、図１５（ｂ）における想像線（２
点鎖線）は、第２のリッジ及び第３のリッジを活性層の
横断面に投影した線であるが、第２の導波路領域及び第
３の導波路領域における導波路はそれぞれ、第２のリッ
ジ及び第３のリッジに対応して活性層内に実効的な屈折
率差が形成されることにより構成されるので、その想像
線（２点鎖線）は実質的には第２の導波路領域及び第３
の導波路領域における導波路を示していると考えること
ができる。以上のように作製される実施例８のレーザ素
子は、実施例１と同様に、優れた特性が得られる。

【０１６９】［実施例９］本実施例９は、実施例１と同
様に構成されるレーザ素子を実施例１とは異なる方法で
作製した例である。すなわち、本実施例９では、第１の
リッジを形成した後に第２のリッジを形成している。具
体的には、実施例１と同様にして各層を積層し、その
後、図５（ａ）に示すように、積層体表面にストライプ
状の第１の保護膜１６１を形成する。そして、図６
（ａ）に示すように、第１の保護膜１６１の一部（第１
の導波路領域を形成する部分）を除いて、第３の保護膜
１６３を形成し、図６（ｂ）に示すように、第１の保護
膜１６１の両側を下部クラッド層５（ｎ型クラッド層１
０６）が露出する深さでエッチングして、第１のリッジ
２０１を形成する。続いて、第３の保護膜１６３をいっ
たん除去した後、図６（ｃ）に示すように、第１のリッ
ジ２０１を覆うように、第３の保護膜１６３を形成す
る。この状態では、第２の導波路領域を形成する部分に
おける、第１の保護膜１６１の両側以外は、第１の保護
膜１６１及び第３の保護膜１６３の少なくとも一方の保
護膜で覆われていることになる。このような状態にした
あと、第１の保護膜１６１、第３の保護膜１６３で覆わ
れていない領域を活性層まで達しないようにエッチング
することで、第２のリッジを形成する。この時、第１の
導波路領域Ｃ_１、第２の導波路領域Ｃ_２を構成する各リ
ッジのリッジ幅、リッジ高さは、実施例１と同様にす
る。続いて、第１の導波路領域Ｃ _１上の第３の保護膜１
６３を除去して、ストライプ状のマスクである第１の保
護膜だけとし、その後の工程は実施例１と同様に第２の
保護膜（埋込層）をストライプ側面及びそれに連続する
窒化物半導体層平面に形成する。その後さらに、実施例
１と同様にして、レーザ素子を得る。以上の実施例９の
方法によれば、実施例１で説明した方法に比較して、工
数が多くなるが、実施例１と同様のレーザ素子を製造で
きる。

【０１７０】［実施例１０］本実施例１０は、窒化物半
導体基板を用いてレーザ素子を作製する例であり、基本
的な素子構造としては、第２の導波路領域Ｃ_２において
は図８に示す構造を有し、第１の導波路領域Ｃ_１におい
ては、図９に示す構造を有する。

【０１７１】（基板１０１）本実施例１０では、以下の
ように作製される厚さ８０μｍのＧａＮよりなる窒化物
半導体基板を用いる。

【０１７２】ここでは、まず、窒化物半導体を成長させ
る異種基板として、厚さが４２５μｍ、２インチφ、主
面がＣ面、オリエンテーションフラット面（以下、オリ
フラ面と記す）がＡ面のサファイア基板を用意し、ＭＯ
ＣＶＤの反応容器内にそのウエハをセットする。次に、
温度を５１０℃にして、キャリアガスとして水素、原料
ガスとしてアンモニアと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
バッファ層を約２００Å（オングストローム）の膜厚で
成長させ、さらに温度を１０５０℃とし、原料ガスにＴ
ＭＧ、アンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなる
下地層を２．５μｍの膜厚で成長させる。続いて、ウエ
ハをサファイア基板のオリフラ面（Ａ面）に垂直な方向
からθ＝０．３°だけ傾けた方向に、それぞれ幅６μｍ
のストライプ状のＳｉＯ₂からなる複数のマスクを、マ
スク間の間隔（マスク開口部）が１４μｍになるように
平行に形成する。そして、ＭＯＣＶＤ装置に戻して、ア
ンドープＧａＮを１５μｍの膜厚で成長させる。このよ
うにすると、マスク開口部から選択的に成長されたＧａ
Ｎはマスク開口部では主として縦方向（厚み方向）に成
長し、マスクの上では横方向成長してマスク及びマスク
開口部を覆う下地層が形成される（ＥＬＯＧ成長）。こ
のように成長された下地層において、横方向成長された
窒化物半導体層は貫通転位を低減させることができる。
具体的には、貫通転位は、マスク開口部の上と、マスク
の両側から横方向成長した窒化物半導体が接合するマス
ク中央部付近とで、転位密度が１０^１０／ｃｍ^２程度と
高くなり、マスク中央部を除くマスクの上では転位密度
が１０^８／ｃｍ^２程度と低くなる。次に、ウエハをＨＶ
ＰＥ装置に載置して、下地層の上にさらにアンドープの
ＧａＮを約１００μｍの膜厚で成長させる（この約１０
０μｍの膜厚で成長させた層を厚膜層という。）。続い
て、異種基板、低温成長バッファ層、下地層、厚膜層の
一部を除去して厚膜層のみとし（単体化）、膜厚８０μ
ｍのＧａＮ基板を得る。ここで、ＨＶＰＥによる厚膜層
は、ＧａＮ以外に他の窒化物半導体を用いても良いが、
本発明では、良好な結晶性でかつ厚膜の窒化物半導体を
容易に成長できるＧａＮ又はＡｌＮを用いることが好ま
しい。また、異種基板等の除去は、以下に示す素子構造
を形成した後、また、導波路を形成した後、電極を形成
した後、いずれの段階で行っても良い。また、ウエハを
バー状、チップ状に切断する前に異種基板等を除去する
ことで、チップ状に切断する際に、窒化物半導体の劈開
面（六方晶系で近似した｛1 1- 0 0｝Ｍ面、｛１０１
０｝Ａ面、（０００１）Ｃ面）を用いて切断・劈開でき
る。

【０１７３】（下地層１０２）窒化物半導体基板１０１
の上に、窒化物半導体基板を作製する際の下地層と同様
にストライプ状のＳｉＯ_２マスクを用いて横方向成長を
伴うように窒化物半導体を成長させることにより、下地
層１０２を１５μｍの膜厚で形成する。

【０１７４】（バッファ層１０３）次に、下地層１０２
の上に、Ａｌ混晶比が０．０１のアンドープＡｌＧａＮ
からなるバッファ層１０３を形成する。このバッファ層
１０３は省略可能であるが、横方向成長を用いた基板が
ＧａＮである場合、若しくは横方向成長させて形成した
下地層がＧａＮである場合に、それよりも熱膨張係数の
小さい窒化物半導体、すなわち、Ａｌ_ａＧａ_１−ａＮ
（０＜ａ≦１）等からなるバッファ層１０３を用いるこ
とで、ピットを低減させることができるため、バッファ
層１０３を形成することが好ましい。すなわち、下地層
１０２のように、横方向成長を伴って成膜された窒化物
半導体層上に別の窒化物半導体を成長させるとピットが
発生しやすいが、このバッファ層１０３は、ピットの発
生を防ぐ効果がある。

【０１７５】更にバッファ層１０３のＡｌ混晶比ａが、
０＜ａ＜０．３であることが好ましく、これにより、結
晶性が良好なバッファ層を形成することができる。ま
た、このバッファ層をｎ側コンタクト層としての機能を
兼ねる層として形成しても良いし、バッファ層１０３を
形成した後、前記バッファ層と同様の組成式で表される
ｎ側コンタクト層を形成して、そのｎ側コンタクト層１
０４にもバッファ効果を持たせるようにしてもよい。す
なわち、このバッファ層１０３は、横方向成長層（Ｇａ
Ｎ基板）と素子構造を構成する窒化物半導体層との間、
又は素子構造中の活性層と横方向成長層（ＧａＮ基板）
との間に設けること、さらに好ましくは素子構造中の基
板側、下部クラッド層と横方向成長層（ＧａＮ基板）と
の間に、少なくとも１層以上設けることで、ピットを低
減し、素子特性を向上させることができる。また、ｎ側
コンタクト層の機能を兼ね備えたバッファ層とする場合
には、電極との良好なオーミックコンタクトが得られる
ように、Ａｌ混晶比ａを０．１以下とすることが好まし
い。この下地層１０２の上に形成するバッファ層は、上
述した異種基板上に設けるバッファ層と同様に３００℃
以上９００℃以下の低温で成長させても良いが、好まし
くは８００℃以上１２００℃以下の温度で単結晶成長さ
せると、上述したピット低減効果がより効果的に得られ
る傾向にある。さらに、このバッファ層１０３は、ｎ
型、ｐ型不純物をドープしても良いし、アンドープでも
良いが、結晶性を良好なものとするためにはアンドープ
で形成することが好ましい。またさらに、２層以上のバ
ッファ層を設ける場合には、ｎ型、ｐ型不純物濃度、Ａ
ｌ混晶比を変化させて設けることができる。

【０１７６】（ｎ側コンタクト層１０４）バッファ層１
０３の上に、膜厚４μｍ、Ｓｉを３×１０^１８／ｃｍ^３
ドープしたＡｌ_０．０１Ｇａ_０．９９Ｎからなるｎ側コ
ンタクト層１０４を形成する。 （クラック防止層１０５）ｎ側コンタクト層１０４の上
に膜厚０．１５μｍのＩｎ_０．０６Ｇａ_０．９４Ｎから
なるクラック防止層１０５を形成する。 （ｎ側クラッド層１０６）クラック防止層１０５の上
に、総膜厚１．２μｍの超格子構造のｎ側クラッド層１
０６を形成する。具体的には、膜厚２５Åのアンドープ
Ａｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎ層と、膜厚２５Å、Ｓｉを
１×１０^１９／ｃｍ^３ドープしたＧａＮ層と、を交互に
積層することにより、ｎ側クラッド層１０６を形成す
る。 （ｎ側光ガイド層１０７）ｎ側クラッド層１０６の上に
膜厚０．１５μｍのアンドープＧａＮからなるｎ側光ガ
イド層１０７を形成する。 （活性層１０８）ｎ側光ガイド層１０７の上に、総膜厚
５５０Åの多重量子井戸構造の活性層１０８を形成す
る。具体的には、Ｓｉを５×１０^１８／ｃｍ^３ドープし
た膜厚１４０ÅのＳｉドープＩｎ_０．０５Ｇａ_０．９５
Ｎよりなる障壁層（Ｂ）と、膜厚５０ÅのアンドープＩ
ｎ_０．１３Ｇａ_０．８７Ｎよりなる井戸層（Ｗ）とを、
（Ｂ）−（Ｗ）−（Ｂ）−（Ｗ）−（Ｂ）の順に積層す
ることにより、活性層１０８を形成する。 （ｐ側電子閉込め層１０９）活性層１０８の上に膜厚１
００Å、Ｍｇを１×１０^２０／ｃｍ^３ドープしたｐ型Ａ
ｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎからなるｐ側電子閉込め層１０９
を形成する。 （ｐ側光ガイド層１１０）ｐ側電子閉込め層１０９の上
に膜厚０．１５μｍのＭｇを１×１０^１８／ｃｍ ^３ドー
プしたｐ型ＧａＮからなるｐ側光ガイド層１１０を形成
する。 （ｐ側クラッド層１１１）ｐ側光ガイド層１１０の上に
総膜厚０．４５μｍの超格子構造のｐ側クラッド層１１
１を形成する。具体的には、膜厚２５ÅのアンドープＡ
ｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎと、膜厚２５ÅでＭｇを１×
１０^２０／ｃｍ^３ドープしたｐ型ＧａＮと、を交互に積
層するすることにより、ｐ側クラッド層１１１を形成す
る。 （ｐ側コンタクト層１１２）ｐ側クラッド層１１１の上
に、膜厚１５０Å、Ｍｇを２×１０^２０／ｃｍ^３ドープ
したｐ型ＧａＮからなるｐ側コンタクト層１１２を形成
する。以上のように、ｎ側コンタクト層１０４〜ｐ側コ
ンタクト層１１２までの素子構造を形成した後、実施例
１と同様にして、ｎ側コンタクト層１０４を露出させ、
第１の導波路領域Ｃ_１、第２の導波路領域Ｃ_２をエッチ
ングにより形成し、第２の保護膜１６２（埋込層）を第
１のリッジおよび第２のリッジの各側面及びそれに連続
する窒化物半導体層平面に形成する。この時、第２の導
波路領域Ｃ_２を構成するための第２のリッジは、第２の
リッジの両側のｐ側光ガイド層１１０の膜厚が０．１μ
ｍとなる深さでエッチングすることにより形成する。

【０１７７】次に、本実施例１０における各レーザ素子
の共振端面の形成方法について説明する。本実施例１０
では、２つのレーザ素子を１組とし、その２つの素子が
１つの面（対向面）に対して対称となるように向かい合
うように配置することにより、効率的に各共振端面を形
成している。具体的には、１０μｍの長さの第１の導波
路領域Ｃ_１（１組のレーザ素子の第１の導波路領域が連
結された状態のもの）を挟んでその両側にそれぞれ６４
５μｍの長さの第２の導波路領域Ｃ_２を形成する（図１
７（ｂ）のＩＩＩｂ及びＩＶｂの部分を参照）。この両
側の第２の導波路領域Ｃ_２の外側の端面はｎ側コンタク
ト層を露出させる際のエッチングにより同時に形成す
る。

【０１７８】続いて、実施例１と同様に、ｎ側コンタク
ト層１０４、ｐ側コンタクト層１１２表面に、ｎ電極１
２１、ｐ電極１２０を形成する。次に、第２の導波路領
域の端面、導波路領域を構成するための各リッジの側面
を含む露出された面全てに、誘電体多層膜からなる絶縁
膜（反射膜）１６４を形成する。これにより、第２の導
波路領域Ｃ_２端面において反射膜として機能し、他の部
分で絶縁膜として機能（特にｐ−ｎ電極間の短絡を防止
する機能）する絶縁膜１６４が形成される。尚、本実施
例１０では、ｐ電極１２０は、図８，９と異なり、ｐ側
コンタクト層１１２表面の一部に、ｐ側コンタクト層１
１２のストライプ幅よりも小さい幅で形成し、またｐ電
極１２０のストライプ方向では、第２の導波路領域Ｃ_２
上部だけに形成する。尚、ｐ電極１２０は、第２の導波
路領域Ｃ_２の端部からは若干離して形成する。

【０１７９】そして、ｎ電極、ｐ電極上の絶縁膜１６４
の一部を除去して、各電極を露出させ、各電極表面上
に、電気的に接続するパッド電極１２２，１２３を形成
する。次に、長さが１０μｍの第１の導波路領域Ｃ_１の
ほぼ中央部（図１７（ｂ）のＥ−Ｅ線を参照）におい
て、窒化物半導体のＭ面で劈開して、バー状とし、更に
そのバーを各素子間において劈開されたＭ面に垂直なＡ
面で共振器方向に平行に劈開して、レーザチップを得
る。以上のようにして得られるレーザチップは、実施例
１と同様に、約５μｍの長さで第１の導波路領域Ｃ
_１と、６４５μｍの長さの第２の導波路領域Ｃ_２とを有
し、第１の導波路領域Ｃ_１端面を出射側とする。

【０１８０】得られるレーザ素子は、室温で閾値電流密
度２．５ｋＡ／ｃｍ^２、閾値電圧４．５Ｖで、発振波長
は４０５ｎｍであり、出射されるレーザビームのアスペ
クト比１．５である。また、３０ｍＷの連続発振で、１
０００時間以上の長寿命の高出力のレーザ素子が得られ
る。また、本レーザ素子は、５ｍＷ〜８０ｍＷの出力域
で連続発振が可能で、その出力域において、光ディスク
システムの光源として適したビーム特性を有する。

【０１８１】［実施例１１］実施例１１のレーザ素子
は、実施例１０の厚さ８０μｍのアンドープＧａＮから
なる基板に代えて、基板１０１として、膜厚８０μｍの
Ｓｉがドープされたｎ型ＧａＮを用いて構成する。尚、
このＳｉがドープされたｎ型ＧａＮからなる基板１０１
は、実施例１０と同様にして、異種基板の上に、低温成
長バッファ層を形成して、下地層を横方向成長を伴う成
長により形成した後、ＨＶＰＥにて、厚膜のＳｉドープ
したＧａＮを１００μｍで成長させ、異種基板を除去し
て得られる。

【０１８２】本実施例１１では、ｎ型ＧａＮ基板１０１
の上に、ＳｉドープＡｌ_０．０１Ｇａ_０．９９Ｎからな
るバッファ層１０２を形成し、その上に、素子構造とし
て、実施例１と同様にｎ側コンタクト層１０４〜ｐ側コ
ンタクト層１１２まで積層する。

【０１８３】続いて、各素子の導波路領域を形成するた
めの領域を規定するためにｎ側コンタクト層１１２表面
が露出するようにエッチングして分離溝を形成する。実
施例１１では、実施例１０と異なり、同一面側に正負一
対の電極を形成せずに、基板を挟んで電極を対向配置す
る構造とするため、ｎ側コンタクト層露出面にｎ電極を
設けるスペースを設ける必要はない。従って、隣接する
素子を実施例１０に比較してを接近して配置することが
できる。尚、本実施例１１では、エッチングによりｎ側
コンタクト層を露出させることにより、各領域を規定し
ているが、本構成では電極を対向配置するためエッチン
グすることなく以下の工程を行っても良い。また、分離
溝を形成する場合には、ｎ側コンタクト層と基板との間
の層を露出させるようにしても良いし、基板を露出させ
るように分離溝を形成するようにしてもよい。さらに、
基板を露出させて分離溝を形成する場合、基板の途中ま
でエッチングして基板を露出させても良い。尚、各素子
を構成するために規定する領域は必ずしも各素子ごとに
形成する必要はなく、実施例１０で説明したように２つ
の素子を構成するための領域を一体て形成しても良い
し、さらに３以上の素子を形成する領域を一体で形成し
てもよい（例えば、図１７（ａ）、（ｂ）のＩＩＩ及び
ＩＶに示す部分を一体で形成する。） 光を導波する方向に対して垂直な方向についても同様
に、素子間に分離溝を形成することなく、複数の領域を
連続して形成してもよい。尚、基板を分割する部分にお
いて、活性層よりも深くエッチングすることにより溝を
形成した後、その溝の部分で基板を分割すると（例え
ば、図１７（ａ），図１７（ｂ）においてＡ−Ａで示す
部分）、分割の衝撃による活性層部分における割れ、欠
けを回避できる。

【０１８４】本実施例１１では、１つの素子毎に領域を
分離して各素子を作製する。続いて、実施例１０と同様
に、各導波路領域を構成するために、それぞれストライ
プ状のリッジを形成し、各素子に対応して領域毎にそれ
ぞれ、第１の導波路領域Ｃ_１、第２の導波路領域Ｃ_２を
それぞれ形成する。この時、第１の導波路領域Ｃ_１は、
ストライプ長さ１０μｍで形成する。

【０１８５】続いて、実施例１０と同様に、ｐ側コンタ
クト層表面に、その表面よりも幅の狭いストライプ状の
ｐ電極を、第２の導波路領域Ｃ_２のみに形成する。ここ
で、ストライプ状のｐ電極は、第２の導波路領域Ｃ_２の
を構成するための第２のリッジの端面から若干離れるよ
うにその端部に達しない長さで、形成する。次に基板の
裏面側（素子構造が形成された基板面に対向する面側）
に、ｎ電極を形成し、ｐ電極、ｎ電極を、基板及び素子
構造を挟んで対向配置する。続いて、実施例１０と同様
に、基板の素子構造が形成された側の表面ほぼ全面に、
誘電体多層膜からなる絶縁膜（反射膜）１６４を形成
し、ｐ電極の一部を露出させて、その露出したｐ電極に
電気的に接続するパッド電極を形成する。

【０１８６】最後に、図１７（ｂ）のＩＩに示すよう
に、共振器に垂直な切断方向として、第１の導波路領域
Ｃ_１においてそのほぼ中央部のＤ−Ｄ切断位置と、各素
子間のＡ−Ａ切断位置で基板のＭ面で劈開し、バー状と
した後その劈開面に垂直なＡ面で素子間を劈開してチッ
プ状のレーザ素子を得る。

【０１８７】このようにして得られるレーザ素子は、第
１の導波路領域Ｃ_１端部に設けられた劈開面と、第２の
導波路領域Ｃ_２端部に設けられ、反射膜が設けられたエ
ッチング端面とを共振器面として有し、レーザ発振させ
ることができる。このようにして得られるレーザ素子
は、実施例１０と同様に優れたレーザ特性を有する。

【０１８８】［実施例１２］実施例１２のレーザ素子
は、実施例１０において、ｎ型コンタクト層までエッチ
ングする時に同時に共振器端面を形成し、この共振器端
面間の基板を分割する前に基板までエッチングし、図１
７（ａ）のＩ及びＩＩにおいてＡＡ切断面で分割する。
この時、共振器端面から突き出した部分は、３μｍとし
た。このようにして得られるレーザ素子の特性は、実施
例１０と同様に優れた素子特性、光学特性を有する。

【０１８９】［比較例１］比較例１として、実施例１に
おいて、第１の導波路領域を形成することなく、全長に
わたって第２の導波路領域を形成したレーザ素子を作製
する。本比較例１では、実施例１と同様に、素子構造と
なる各層を積層する。その後、図５（ｂ）に示すよう
に、第１の保護膜１６１をマスクとして用いてストライ
プ状の第２のリッジを素子の一端面から他端面に至るよ
うに形成する。次に、その全長に亙って形成された第１
のリッジの側面、及びその両側のエッチング露出面に、
ＺｒＯ₂からなる保護膜を形成しウエハをフッ酸に浸漬
し、第１の保護膜１６１をリフトオフ法により除去す
る。続いて、実施例１と同様に、共振器面、各電極を形
成して、第２の導波路領域Ｃ₂とを構成するための第２
のリッジのみを有する比較例１のレーザ素子を得る。以
上のようにして作製される比較例１のレーザ素子は、不
要な横モードを効果的に抑えることが困難で、横モード
の安定性に乏しく、電流―光出力特性においてキンクの
発生が多発するレーザ素子となる。特に光出力の大きな
高出力域、例えば光ディスクシステムのデータ書き込み
時に必要な３０ｍＷの出力などの条件下では、横モード
の移動が発生しやすい。また、ストライプ状の第２のリ
ッジの寸法精度に、素子特性が敏感に反応することか
ら、図１０に観るように、素子間のばらつきが大きく、
製造歩留まりを向上させることが困難である。また、得
られるレーザ光のスポットのアスペクト比は、２．５〜
３．０の間に位置するものがほとんどで、アスペクト比
の合格ラインを２．０以下とすると、製造歩留まりが大
きく低下する。

【０１９０】以下、本発明に係るレーザ素子の構成によ
り得られる効果（レーザ素子寿命、駆動電流、横モード
の制御性）を確認するために行った検討結果について説
明する。本検討では、実施例１と同様の素子構造（半導
体積層構造）を用いて、エッチング深さを順次変化させ
て、リッジの高さが異なるレーザ素子を作製して、各レ
ーザ素子について、レーザ素子寿命、駆動電流、横モー
ドの制御性を評価した。

【０１９１】図１２は、エッチング深さに対するレーザ
寿命（光出力は３０ｍＷとして試験した）を示すもので
ある。図１２に示すように、エッチング深さをｐ型クラ
ッド層とｐ型光ガイド層の境界付近とした場合に、最も
素子寿命は長くなり、それより浅くても深くても寿命は
短くなる。また、ｐ型光ガイド層とｐ型電子閉じ込め層
との境界付近までエッチングすると、レーザ寿命は急激
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。従って、素子寿命を考慮した場合、
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、ｐ型クラッド層とｐ型光ガイド層の
境界から上下０．１μｍ程度の範囲の深さまでエッチン
グをしてリッジを形成すると、極めて良好な寿命が得ら
れることが理解できる。また、厚さ方向の光の閉じ込め
を考慮すると、ｐ型ガイド層まで達しないようにエッチ
ングすることが好ましく、この点を含めると、ｐ型光ガ
イド層とｐ型クラッド層の界面付近からその境界の上
０．１μｍの間に達する深さにエッチングすることがよ
り好ましい。

【０１９２】図１０は、エッチング深さに対する良品率
を示すグラフである。図１０から、ｐ型クラッド層とｐ
型光ガイド層の境界の上０．１μｍよりも深くエッチン
グすることで、高い良品率が得られることが分る。ここ
で、図１０の良品率とは、発振を確認した素子の内、５
ｍＷ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。また、エッチング深さが、リッジの両
側にｐ型クラッド層が０．１μｍ以上残る深さでエッチ
ングをすると、キンクの発生が急激に起こり、大幅に良
品率が減少する。

【０１９３】図１１は、エッチング深さに対する駆動電
流（光出力３０ｍＷにおける）を示すもので、この検討
において導波路領域は幅１．８μｍに設定した。図１１
から明らかなように、ｐ型光ガイド層の中間点（厚さ方
向の中間点）より深いところ（活性層側）までエッチン
グすると、エッチング深さに拘わらず５０ｍＡで一定と
なる。また、ｐ型光ガイド層の中間点から徐々にエッチ
ング深さを浅くしていくと、ｐ型クラッド層とｐ型光ガ
イド層の境界の上０．１μｍまでは緩やかに電流値が上
昇し、ｐ型クラッド層とｐ型光ガイド層の境界の上０．
１μｍより浅いエッチング深さ（リッジの両側にｐ型ク
ラッド層が膜厚０．１μｍ以上の厚さで残るエッチング
深さ）にすると急激に電流値が上昇する。更に、ｐ型ク
ラッド層が０．２５μｍ以上の厚さで残るようにエッチ
ングすると３０ｍＷの光出力が得られなくなる。

【０１９４】［比較例２］比較例２として、実施例１に
おいて、第２の導波路領域を形成することなく、全長に
わたって第１の導波路領域を形成したレーザ素子を作製
する。本比較例２では、実施例１と同様に、素子構造と
なる各層を積層する。その後図５（ａ）に示すように、
ストライプ状の第１の保護膜１６１を設け、第１の保護
膜の両側の領域を下部クラッド層５に達する深さでエッ
チングすることにより、第１の導波路領域Ｃ₁を構成す
るためのストライプ状のリッジを形成する。その後、リ
ッジの上面および側面、そのリッジの両側のエッチング
露出面に、ＺｒＯ₂からなる保護膜を形成しウエハをフ
ッ酸に浸漬し、第１の保護膜１６１をリフトオフ法によ
り除去する。続いて、実施例１と同様に、共振器面、各
電極を形成して、図９に示すような断面構造を有し、か
つ第１の導波路領域Ｃ₁のみを有するレーザ素子を得
る。この比較例２において、ストライプ状のリッジは、
実施例１の第１の導波路領域Ｃ₁と同様に、リッジの両
側のｎ型クラッド層の膜厚が０．２μｍとなる深さまで
エッチングされて形成されている。

【０１９５】得られるレーザ素子は、活性層よりも深く
エッチングしたストライプであるため、実施例１に比べ
て素子寿命に劣り、図１２に示すように素子寿命が短
く、実用に耐えうるレーザ素子とはならない。

【０１９６】

【発明の効果】本発明のレーザ素子は、導波路として、
共振器方向に、第１の導波路領域Ｃ₁、第２の導波路領
域Ｃ₂とを有することで、素子信頼性、横モードの制御
性に優れている。また、本発明によれば、簡単な設計変
更で多様な素子特性のレーザ素子を提供できる。

【０１９７】また、従来、実用に耐える素子信頼性と、
安定した横モードの発振等、優れた素子特性の両立は困
難であったが、本発明のレーザ素子では、生産性及び信
頼性に優れ、且つ素子特性に優れるレーザ素子を得るこ
とが可能となる。加えて、第１の導波路領域Ｃ₁を共振
面の出射面側に一部設けることで、多様なスポット形
状、アスペクト比のビームを取り出すことが可能にな
る。すなわち、本発明によれば、種々のビーム特性を実
現でき、レーザ素子の応用範囲を拡大する上において、
その効果は多大なものである。

【０１９８】従来、窒化物半導体を用いたレーザ素子に
おいて、結晶の再成長、プロトンなどのイオンの打ち込
みが困難なため、ストライプのレーザ素子しか、製造歩
留まり、生産性に耐えうるものとならず、また、Ｉｎを
含む窒化物半導体を有する活性層が大気にさらされる
と、その損傷が大きく、素子寿命が大幅に低下する事か
ら、実効屈折率型レーザ素子しか選択できなかった。し
かし、本発明のレーザ素子では、第１の導波路領域
Ｃ₁、第２の導波路領域Ｃ₂を有することで、素子信頼性
を確保しながら、横モードの制御性、ビーム特性に優れ
るレーザ素子を得ることが可能となり、またその素子構
造は、量産においても優れた歩留まりで製造可能となる
ことから、窒化物半導体を用いたレーザ素子の応用、及
び飛躍的な普及を可能なものとすることができる。加え
て、高密度記録の光ディスクシステムの光源として、デ
ータ読込時（５ｍＷ）、データ書込時（３０ｍＷ）の両
方の光出力域において、横モードの移動がなく、また３
０ｍＷ駆動でも１０００時間を超えるレーザ素子で、光
源としてアスペクト比が１．０〜１．５の範囲と優れる
レーザ素子を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明に係る実施の形態のレーザ素
子の構成を模式的に示す斜視図である。（ｂ）は、実施
の形態のレーザ素子の第２の導波路領域における断面図
である。（ｃ）は、実施の形態のレーザ素子の第１の導
波路領域における断面図である。

【図２】（ａ）は、従来のレーザ素子において、リッジ
を形成する前の模式断面図である。（ｂ）は、従来のレ
ーザ素子において、リッジを形成した後の模式断面図で
ある。（ｃ），（ｄ）は図（ｂ）の部分拡大図である。

【図３】（ａ）は、本発明の実施の形態のレーザ素子の
層構成を示す模式的な斜視図であり、（ｂ）は、図３
（ａ）の側面図である。

【図４】（ａ）は本発明に係る一変形例のレーザ素子の
側面図である。（ｂ）は本発明に係る他の変形例のレー
ザ素子の側面図である。

【図５】（ａ）〜（ｄ）は、本発明のレーザ素子のリッ
ジを形成する工程を示す斜視図である。（ｅ）は、図５
（ｃ）の第２の導波路領域を形成する部分における断面
図である。（ｆ）は、図５（ｄ）の第２の導波路領域を
形成する部分における断面図である。

【図６】（ａ）〜（ｃ）は、図５（ａ）〜（ｄ）に示す
方法とは異なる方法による本発明のレーザ素子のリッジ
の形成工程を示す斜視図である。

【図７】（ａ）〜（ｄ）は、本発明のレーザ素子におけ
る電極を形成する工程を示す斜視図である。

【図８】本発明に係る実施例１のレーザ素子の第２の導
波路領域における模式断面図である。

【図９】本発明に係る実施例１のレーザ素子の第１の導
波路領域における模式断面図である。

【図１０】実効屈折率型のレーザ素子における、エッチ
ング深さと良品率との関係を示すグラフである。

【図１１】実効屈折率型のレーザ素子における、エッチ
ング深さと駆動電流との関係を示すグラフである。

【図１２】実効屈折率型のレーザ素子における、エッチ
ング深さと素子寿命との関係を示すグラフである。

【図１３】（ａ）は、本発明に係る実施例６のレーザ素
子の斜視図である。（ｂ）は、本発明に係る実施例６の
レーザ素子の横断面図である。

【図１４】（ａ）は、本発明に係る実施例７のレーザ素
子の斜視図である。（ｂ）は、本発明に係る実施例７の
レーザ素子の第２の導波路領域における断面図である。
（ｃ）は、本発明に係る実施例７のレーザ素子の第１の
導波路領域における断面図である。

【図１５】（ａ）は、本発明に係る実施例８のレーザ素
子の斜視図である。（ｂ）は、本発明に係る実施例８の
レーザ素子の横断面図である。

【図１６】（ａ）〜（ｄ）は、ウエハ上に形成される素
子を用いて、本発明のレーザ素子の製造方法を説明する
ための斜視図である。

【図１７】（ａ）、（ｂ）は、本発明のレーザ素子の製
造方法において、切断位置を説明するための模式断面図
である。

【図１８】本発明のレーザ素子の製造方法において、反
射膜を形成する工程を説明するための模式図である。

【符号の簡単な説明】

１・・・第１の導電型層、 ２・・・第２の導電型層、
３・・・活性層、 ４・・・共振器面、 ５・・・下
部クラッド層、 ６・・・下部コンタクト層、７・・・
上部クラッド層、 ８・・・上部コンタクト層、 ９・
・・基板、 １０・・・第１の導波路領域Ｃ₁、 １１
・・・第２の導波路領域Ｃ₂、 １０１・・・基板、
１０２・１０３・・・バッファ層・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・・・ｐ型光ガイド層、 １１
１・・・ｐ型クラッド層、１１２・・・ｐ型コンタクト
層、 ２０，１２０・・・ｐ電極、 ２１，１２１・・
・ｎ電極、 ２２，１２２・・・ｐパッド電極、 ２
３，１２３・・・ｎパッド電極、 １６１・・・第１の
保護膜、 １６２・・・第２の保護膜（埋込層）、 １
６３・・・第３の保護膜、 １６４・・・絶縁膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F045 AA04 AB09 AB14 AB17 AB18 AB32 AC01 AC08 AC12 AC19 AD09 AD12 AD14 AF02 AF04 AF09 AF13 BB08 CA10 CA12 DA53 DA54 DA55 HA13 HA16 5F073 AA11 AA13 AA45 AA73 AA74 AA83 AA84 BA01 BA06 BA07 CA17 DA25 DA33 EA16 EA28

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の導電型の半導体層と、活性層と、
   前記第１の導電型とは異なる第２の導電型の半導体層と
   が順に積層された積層構造体を備え、前記活性層及びそ
   の近傍において幅方向に光の広がりを制限してその幅方
   向と直交する方向に光を導波させる導波路領域が形成さ
   れてなる半導体レーザ素子において、 前記導波路領域は、第１の導波路領域と第２の導波路領
   域とを有してなり、 前記第１の導波路領域は、前記活性層の幅を制限するこ
   とによりその活性層とその両側の領域との間の屈折率差
   によってその制限された活性層内に光を閉じ込めるよう
   にした領域であり、 前記第２の導波路領域は、前記活性層において実効的に
   屈折率差を設けることにより光を閉じ込めるようにした
   領域であることを特徴とする半導体レーザ素子。
2. 【請求項２】 前記第１の導波路領域における活性層
   は、前記活性層を含む第１のリッジを形成することによ
   り該活性層の幅が制限され、 前記実効的に屈折率が高い領域は、前記第２の導電型層
   に第２のリッジを形成することにより形成されている請
   求項１記載の半導体レーザ素子。
3. 【請求項３】 前記第１のリッジは、その第１のリッジ
   の両側を前記第１の導電型層が露出するまでエッチング
   することにより形成され、 前記第２のリッジは、その第２のリッジの両側において
   前記活性層の上に前記第２の導電型層を残すようにエッ
   チングすることにより形成された請求項２記載の半導体
   レーザ素子。
4. 【請求項４】 前記第２のリッジの両側における、前記
   活性層上に位置する前記第２の導電型層の膜厚が、０．
   １μｍ以下である請求項３記載の半導体レーザ素子。
5. 【請求項５】 前記第２のリッジは前記第１のリッジよ
   り長いことを特徴とする請求項２〜４のうちのいずれか
   １つに記載の半導体レーザ素子。
6. 【請求項６】 前記第１の導波路領域はレーザ共振器の
   一方の共振端面を含む請求項１〜５のうちのいずれか１
   つに記載の半導体レーザ素子。
7. 【請求項７】 前記一方の共振端面を出射面とした請求
   項６記載の半導体レーザ素子。
8. 【請求項８】 前記第１の導波路領域の長さは、１μｍ
   以上である請求項１〜７のうちのいずれか１つに記載の
   半導体レーザ素子。
9. 【請求項９】 前記第１の導電型の半導体層と、前記活
   性層と、前記第２の導電型の半導体層とがそれぞれ、窒
   化物半導体により形成されている請求項１〜８のうちの
   いずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
10. 【請求項１０】 前記活性層は、Ｉｎを含む窒化物半導
    体層からなる請求項１〜９のうちのいずれか１つに記載
    の半導体レーザ素子。
11. 【請求項１１】 前記第１のリッジの両側面と前記第２
    のリッジの両側面とにそれぞれ絶縁膜が形成され、該絶
    縁膜はＴｉ，Ｖ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｔａの各酸化物及
    びＳｉＮ，ＢＮ，ＳｉＣ，ＡｌＮよりなる群から選択さ
    れた少なくとも１つからなる請求項１〜１０のうちのい
    ずれか１つに記載の半導体レーザ素子。
12. 【請求項１２】第１の導電型層と、活性層と、該第１の
    導電型層と異なる導電型の第２の導電型層と、が順に積
    層された積層構造体に、ストライプ状の導波路領域を有
    する半導体レーザ素子において、 前記ストライプ状の導波路領域が、共振器方向におい
    て、完全屈折率によりストライプ状の導波路が設けられ
    た第１の導波路領域と、実効屈折率によりストライプ状
    の導波路が設けられた第２の導波路領域と、を少なくと
    も有することを特徴とする半導体レーザ素子。
13. 【請求項１３】前記第１の導波路領域の完全屈折率が、
    第１の導電型層に設けられたストライプ状の凸部により
    形成され、前記第２の導波路領域の完全屈折率が、第２
    の導電型層に設けられたストライプ状の凸部により形成
    されていることを特徴とする請求項１２記載の半導体レ
    ーザ素子。
14. 【請求項１４】第１の導電型層と、活性層と、該第１の
    導電型層と異なる導電型の第２の導電型層とが順に積層
    された積層構造体に、ストライプ状の導波路領域を有す
    る半導体レーザ素子において、 前記ストライプ状の導波路領域が、共振器方向におい
    て、前記第２の導電型層に、第２の導電型層の一部が除
    去されて、ストライプ状の凸部が設けられた第２の導波
    路領域と、 前記第１の導電型層に、前記第１の導電型層、活性層、
    第２の導電型層の一部が除去されて、ストライプ状の凸
    部が設けられた第１の導波路領域と、を少なくとも有す
    ることを特徴とする半導体レーザ素子。
15. 【請求項１５】前記積層構造体の一部が除去されて、ス
    トライプ状の凸部からなるリッジ導波路が形成されると
    共に、該ストライプ状の凸部が、前記第１の導波路領域
    と第２の導波路領域とを少なくとも有することを特徴と
    する請求項１２乃至１４のいずれか１つに記載の半導体
    レーザ素子。
16. 【請求項１６】前記第２の導波路領域におけるストライ
    プの長さが、前記第１の導波路領域よりも長いことを特
    徴とする請求項１２乃至１５のいずれかに記載の半導体
    レーザ素子。
17. 【請求項１７】前記半導体レーザ素子の共振器面の内、
    少なくとも１つの共振器面が、前記第１の導波路領域の
    端部に形成されていることを特徴とする請求項１２乃至
    １６のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
18. 【請求項１８】前記第１の導波路領域の端部に形成され
    た共振器面が、出射面であることを特徴とする請求項１
    ７に記載の半導体レーザ素子。
19. 【請求項１９】前記端部に共振器面を有する第１の導波
    路領域のストライプ長さが、少なくとも１μｍ以上であ
    ることを特徴とする請求項１７又は１８のいずれかに記
    載の半導体レーザ素子。
20. 【請求項２０】前記第１の導電型層、活性層、第２の導
    電型層に、窒化物半導体が用いられていることを特徴と
    する請求項１２乃至１９のいずれかに記載の半導体レー
    ザ素子。
21. 【請求項２１】前記活性層がＩｎを含む窒化物半導体層
    であることを特徴とする請求項２０記載の半導体レーザ
    素子。
22. 【請求項２２】前記第１の半導体層においてｎ型窒化物
    半導体を有し、前記第２の半導体層においてｐ型窒化物
    半導体を有することを特徴とする請求項２０又は２１に
    記載の半導体レーザ素子。
23. 【請求項２３】前記第２の導波路領域が、ｐ型窒化物半
    導体を含むｐ型クラッド層を有すると共に、第２の導波
    路領域のストライプ状の凸部が、該ｐ型クラッド層の膜
    厚が０．１μｍよりも下で、活性層よりも上となる位置
    に設けられていることを特徴とする請求項２２記載の半
    導体レーザ素子。
24. 【請求項２４】第１の導波路領域のストライプ状の凸部
    側面及び第２の導波路領域のストライプ状の凸部側面に
    窒化物半導体が露出されており、該ストライプ状の凸部
    側面に絶縁膜が設けられ、該絶縁膜が、Ｔｉ、Ｖ、Ｚ
    ｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａよりなる群から選択される少なく
    とも一種の元素を含む酸化物、又は、ＳｉＮ、ＢＮ、Ｓ
    ｉＣ、ＡｌＮよりなる群から選択される少なくとも一
    種、からなることを特徴とする請求項２０乃至２３のい
    ずれかに記載の半導体レーザ素子。
25. 【請求項２５】前記ストライプ状の凸部の幅が、１μｍ
    以上３μｍ以下であることを特徴とする請求項２０乃至
    ２４のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
26. 【請求項２６】窒化物半導体を用いて、第１の導電型層
    と、活性層と、第２の導電型層とを順に積層した積層構
    造体を形成する積層工程と、積層構造体を形成した後、
    ストライプ状の第１の保護膜を形成する工程、前記第１
    の保護膜が形成されていない部分の積層構造体をエッチ
    ングして、第２の導電型層にストライプ状の凸部を形成
    する第１のエッチング工程と、該第１のエッチング工程
    で露出した表面の一部に、第１の保護膜を介して第３の
    保護膜を形成し、該第３の保護膜が形成されていない部
    分の積層構造体をエッチングして、第１の導電型層にス
    トライプ状の凸部を形成する第２のエッチング工程と、
    第１の保護膜と異なる材料であって、絶縁性を有する第
    ２の保護膜を、前記ストライプ状の凸部側面、及びエッ
    チングにより露出した窒化物半導体平面に形成する工
    程、第２の保護膜を形成した後、第１の保護膜を除去す
    る工程と、を具備する事を特徴とする半導体レーザ素子
    の製造方法。