JP2003060287A - 窒化物半導体レーザ素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーザ光のファーフィールドパターン形状が
良好で、単一モードのレーザ光が得られる窒化物半導体
レーザ素子を提供することである。 【解決手段】 共振面を有する窒化物半導体レーザ素子
の少なくとも一方の共振面の活性層端面１１３以外の端
面に不透光膜２０４が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、窒化物半導体（ＩｎX
ＡｌYＧａ1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）よりなる
レーザ素子に関し、特に出射されるレーザ光の単一モー
ド化された集光性のよいレーザ素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】窒化物半導体レーザ素子には、活性層を
含む窒化物半導体層を劈開又はエッチングしてその劈開
面又はエッチング面を共振面とし、活性層内で増幅され
た大きな出力のコヒーレント光を共振面から放射するも
のがある。

【０００３】本発明者等は共振面を有する窒化物半導体
レーザ素子として、波長が４１０ｎｍの短波長のレーザ
光の連続発振の可能な窒化物半導体レーザ素子を提案し
ている。例えば、Ａｐｐｌ．Ｌｅｔｔ．６９（１９９
６）３０３４、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６９
（１９９６）４０５６などに記載されている。レーザ光
は、自然発光で生じた光が活性層内で反射／往復して増
幅され、誘導放出光として共振面中の活性層端面から外
へ放出される。ここで、光は、増幅し活性層中を導波し
ているとき、散乱し活性層以外の窒化物半導体層を導波
するものがある。このような光の散乱を防止し発光効率
を向上させるため、上記の半導体レーザ素子は、活性層
内で発生し誘導された光を閉じ込めるための層、光閉じ
込め層（クラッド層）を活性層を挟むようにｎ側とｐ側
に設けている。クラッド層は、その層を構成する物質の
光屈折率が活性層物質のそれより小さく設計され、それ
によって光を閉じ込める作用を示す。上記クラッド層を
有する本発明者等が提案した窒化物半導体レーザ素子
は、短波長のレーザ光を放射することができるので、光
メモリーの高密度化や大容量化にとって大変有用であ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、共振面
から出射されるレーザ光は、そのファーフィールドパタ
ーンが十分に良好な単一のスポットとして得られにく
い。その原因として活性層で発生した光の一部がクラッ
ド層を通過し、クラッド層と基板との間に積層されてい
る屈折率が中間の値を示す材料、例えばＧａＮからなる
ｎ側窒化物半導体層（ｎ側層）で導波され、ｎ側層端面
から放射される。ちなみに窒化物半導体レーザ素子を構
成する窒化物半導体層の屈折率は、大きい方から順に、
活性層、中間層（ＧａＮ等）、クラッド層、基板（サフ
ァイア、スピネル等）である。つまり、クラッド層と基
板の間に比較的屈折率の大きい中間層があると散乱した
光は中間層で導波され、また、サファイア基板面で反射
され、ｎ側層端面から放射される。このように散乱した
光は、基板があるとｎ側層を通過して基板から外部に放
散されることが少なく、ｎ側層端面から放射されファー
フィールドパターンを乱す。一方、ｐ側窒化物半導体層
（ｐ側層）に散乱した光は、ｐ側層の最上層に形成され
た電極とクラッド層の間に積層されている屈折率の値が
中間の値を示す材料からなる層等を導波しｐ側層端面か
ら放射される。しかし、ｐ側層は、ｎ側層に比べてかな
り薄い膜であるので、ｐ側層端面から放射される光はフ
ァーフィールドパターンをほとんど乱さない。従って、
ｎ側層端面からの不要な光を極力制御する必要がある。

【０００５】光がクラッド層を通過しないようにするに
は、クラッド層の屈折率を更に小さくすることが考えら
れるが、クラッド層物質の物性の点から屈折率の調整に
は限界がある。また、クラッド層を厚く積層すれば、ク
ラッド層を通過する光がクラッド層内で減衰し不要な光
が出射されなくなるが、クラッド層は厚く積層されると
クラックが入り易く、厚く積層させることができない。
このように活性層内の光を十分に閉じ込めることができ
なければ、ファーフィールドパターンを十分に良好な単
一モードとすることができず、レーザビーム径を小さく
することを必要とするＤＶＤ光源や、単一モードの光を
必要とする光通信分野への適用を十分満足させることが
できない。

【０００６】そこで、本発明の目的は、レーザ光のファ
ーフィールドパターンが良好で、単一モードのレーザ光
が得られる窒化物半導体レーザ素子を提供することであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明の目的は以
下の構成によって達成することができる。 （１） 互いに対向する活性層端面を共振面とする窒化
物半導体レーザ素子において、少なくとも一方の共振面
の活性層端面以外の端面に不透光膜が形成されてなるこ
とを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。 （２） 前記共振面の活性層端面以外の端面がｎ側層端
面であることを特徴とする前記（１）に記載の窒化物半
導体レーザ素子。

【０００８】つまり、本発明は、上記の如く活性層端面
以外の共振面に不透光膜を形成することで、散乱した光
の放出を防止し、共振面の活性層端面のみから増幅され
た光を放射することができ、それによってレーザ光のフ
ァーフィールドパターンを良好にし単一モード化を可能
にすることができる。

【０００９】従来の不透光膜を有してない窒化物半導体
レーザ素子として図１を例にとって示した。図１は、サ
ファイア基板１上に、ｎ側ＧａＮ層２、ｎ側クラッド層
３、活性層４、ｐ側クラッド層５、及びｐ側コンタクト
層６を順に積層し、共振面１０１を有する窒化物半導体
レーザ素子の模式的断面図である。活性層４内で増幅し
た光ｃは活性層端面１０４から放出されるが、活性層４
内で一部の光が活性層４以外の窒化物半導体層へ散乱す
る。そしてｎ側ＧａＮ層２を導波する光ａ及びｎ側クラ
ッド層３を導波する光ｂがｎ側層端面１０２から放出
し、更にｐ側クラッド層５を導波する光ｄ及びｐ側コン
タクト層６を導波する光ｅがｎ側層に比べてごくわずか
であるがｐ側層端面１０３から放射される。このような
光ａ、ｂ、ｄ及びｅの放出を防止するのに、クラッド層
の屈折率を更に小さくする又はクラッド層を光が減衰す
るほどに厚く形成することが困難である。

【００１０】これに対して、本発明は、従来難しいとさ
れている窒化物半導体層内の物質の調整や膜厚等の調整
を行わず、活性層端面１０４以外の共振面の端面に不透
光膜を形成するといった本発明の意外な発想により、不
要な光の放射を防止し従来の問題点を解決するものであ
る。本発明において、活性層端面以外の端面とは、活性
層端面以外であればいずれでもよく、具体的には、図１
の端面１０２及び１０３を示す。不透光膜を形成するの
に好ましくは、少なくともｎ側層端面１０２（但し、本
発明においては光ガイド層は含まれず、ｎ側クラッド層
を含んで基板に接して形成されている窒化物半導体層ま
でを示す。）である。なぜならば、ｎ側層端面１０２か
らファーフィールドパターンを乱す不要な光が多量に放
射されるので、ｎ側層端面１０２に不透光膜を形成する
ことでファーフィールドパターンを良好にすることがで
きる。また、不透光膜を形成する工程の簡便化及び操作
性の点から、ｎ側層端面１０２に形成する際基板端面１
０５にも形成することが好ましい。またｐ側層端面１０
３（但し、本発明においてはキャップ層や光ガイド層は
含まれず、ｐ側クラッド層を含んで活性層とは反対側の
すべての窒化物半導体層を示す。）からも不必要な光が
放射されるので不透光膜を形成することが好ましいが、
その光の量はレーザ光の実用を阻害する程度にファーフ
ィールドパターンを乱すものではなく、更にｐ側層が非
常に薄膜に形成されているため、ｐ側層端面１０３に不
透光膜を形成しなくてもよい。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明において、不透光膜とは、
光を吸収するか光を全反射させるような、光を透過させ
ない膜を示す。本発明で用いることのできる不透光膜と
しては、例えば金属膜、黒色膜等である。具体的な不透
光膜としては、例えばＣｒ、Ｎｉ、Ａｌ、Ａｇ、Ｐｄ等
を挙げることができる。好ましい不透光膜としては、Ｃ
ｒ、Ｎｉ、Ａｌ等である。不透光膜は、窒化物半導体の
共振面に接して形成してもよく、また絶縁体の膜（例え
ば絶縁体の反射鏡等）を形成した後に絶縁体膜上に形成
してもよい。

【００１２】本発明において、不透光膜の形成される位
置は、窒化物半導体層の共振面であり、レーザ光放射口
以外、つまり活性層端面以外の端面である。また、不透
光膜は２面以上の共振面に形成されてもよく、少なくと
もレーザ光放出方向の共振面に形成されるのが好まし
い。活性層端面以外の端面とは、図１に示されるよう
に、共振面１０１中、活性層端面１０４以外の端面であ
るｎ側ＧａＮ層２及びｎ側クラッド層３等のｎ側窒化物
半導体層（ｎ側層）端面１０２並びにｐ側クラッド層５
及びｐ側コンタクト層６等のｐ側窒化物半導体層（ｐ側
層）端面１０３である。不透光膜の形成される位置の好
ましくは、ｎ側層端面１０２である。またｎ側層端面１
０２及びｐ側層端面１０３に不透光膜を形成することが
ファーフィールドパターンをより良好とするのに好まし
が、前記したようにｐ側層端面１０３に不透光膜を形成
するのが困難であり、更にｐ側層端面１０３からの不要
な光がわずかであるので、ｐ側層端面１０３には不透光
膜を形成しなくてもよい。散乱し活性層以外の層を導波
して活性層端面１０４以外の共振面から放出される光
は、ｎ側層端面１０２から放出されるのが多く、ｎ側層
端面１０２からの不要な光の放出を防止できればほぼ良
好なファーフィールドパターンが得られ、光を単一のモ
ードにし易くなる。更に、ｎ側層端面１０２に加えて、
ｐ側層端面１０３にも不透光膜を形成すると、より良好
に光を制御できる。また共振面を有してないレーザ素子
であっても、光が散乱するのを防止するために、レーザ
光放出部分以外の部分であれば不透光膜を形成すること
ができる。

【００１３】不透光膜の膜厚は、特に限定されず、光り
を透過しない範囲の膜厚であればよい。具体的には２０
０・以上、好ましくは５００〜１００００・、より好ま
しくは５００〜２０００・である。この範囲であると光
を完全に遮断でき出射ビームを妨げないので好ましい。

【００１４】本発明においてレーザ素子の共振面は、窒
化物半導体をエッチングあるいは劈開して形成される。
エッチング方法及び劈開の方法は、いずれの方法を用い
てもよく、特に限定されない。

【００１５】本発明において、用いることのできる窒化
物半導体をエッチングする方法には、ウエットエッチン
グ、ドライエッチング等の方法があり、共振面となるよ
うな平滑な面を形成するには、好ましくはドライエッチ
ングを用いる。ドライエッチングには、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（Ｅ
ＣＲ）、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して共振面を形成することができ
る。例えば、本出願人が先に出願した特開平８−１７８
０３号公報記載の窒化物半導体の具体的なエッチング手
段を用いることができる。

【００１６】上記のように形成された共振面に不透光膜
を形成する方法としては、スパッタリング、蒸着により
不透光膜を形成する。

【００１７】また本発明において、共振面の一方又は両
方の、活性層端面あるいは共振面の全面に反射鏡を形成
してもよい。反射鏡は窒化物半導体端面に接して形成さ
れることが好ましく、また接して形成される場合は絶縁
体の反射鏡が好ましい。反射鏡を形成すると、光損失が
少なく、活性層内で光が増幅するための反射／往復が良
好に起こり、発光効率が向上するので好ましい。本発明
に用いることのできる反射鏡は、例えば誘電体多層膜が
挙げられ、その具体例としては、以下のものを挙げるこ
とができる。

【００１８】誘電体多層膜は基本的に互いに反射率の異
なる無機材料を交互に積層してなり、例えばλ／４ｎ
（λ：波長、ｎ：屈折率）の厚さで交互に積層すること
により反射率を変化させることができる。誘電体多層膜
の各薄膜の種類、厚さ等は発振させようとするレーザ素
子の波長に応じてそれらの無機材料を適宜選択すること
により設計可能である。例えばその無機材料には、高屈
折率側の薄膜材料としてＴｉＯ2、ＺｒＯ2、ＨｆＯ2、
Ｓｃ2Ｏ3、Ｙ2Ｏ3、ＭｇＯ、Ａｌ2Ｏ3、Ｓｉ3Ｎ4、Ｔｈ
Ｏ2の内の少なくとも一種類が選択でき、低屈折率側の
薄膜材料としてＳｉＯ2、ＴｈＦ4、ＬａＦ3、ＭｇＦ2、
ＬｉＦ、ＮａＦ、Ｎａ3ＡｌＦ6の内の少なくとも一種類
が選択でき、これら高屈折率側の薄膜材料と、低屈折率
側の薄膜材料とを適宜組み合わせ、発振する波長に応じ
て数十オングストローム〜数μｍの厚さで数層〜数十層
積層することにより誘電体多層膜を形成することができ
る。

【００１９】また、窒化物半導体で３６０ｎｍ〜４６０
ｎｍに発振するレーザ素子である場合、その光共振面に
形成する誘電体多層膜は、特にＳｉＯ2、ＴｉＯ2、Ｚｒ
Ｏ2より選択された少なくとも２種類以上が最も適して
いる。なぜなら前記３種類の酸化物は３６０ｎｍ〜４６
０ｎｍの範囲で光吸収が少なく、窒化物半導体と非常に
良く密着して剥がれることもない。さらに前記波長の光
が連続的に長時間照射されても劣化することがなく、さ
らに好ましいことにレーザ素子の発熱に対して非常に耐
熱性に優れているからである。

【００２０】誘電体多層膜は例えば、蒸着、スパッタ等
の気相製膜技術を用いて形成することができる。またそ
の他、上記化合物を含む溶媒にレーザ素子を浸漬（ディ
ッピング）した後、乾燥するという操作を繰り返して形
成することも可能である。例えばＳｉＯ2とＺｒＯ2より
なる誘電体多層膜を形成する場合、ＳｉＯ2、ＺｒＯ2を
蒸着、スパッタ等の気相製膜技術で形成する他、Ｓｉを
含む有機金属化合物の溶媒にレーザ素子を浸漬した後、
乾燥し、酸素雰囲気でベーキングして酸化物とし、次に
Ｚｒを含む有機金属化合物の溶媒にレーザ素子を浸漬
し、乾燥した後、ベーキングして酸化物とする操作を繰
り返すことにより誘電体多層膜を製膜することが可能で
ある。但し、好ましく膜厚制御の面で気相製膜技術を用
いる方がよい。

【００２１】本発明の一実施の形態である不透光膜を共
振面に形成した窒化物半導体の模式的断面図である図２
を用いて本発明に係る不透光膜の形成された窒化物半導
体レーザ素子の具体例を示す。図２は、基板１上に、ｎ
側層２０１（ｎ側コンタクト層、ｎ側クラッド層等）、
活性層４、ｐ側層２０２（ｐ側コンタクト層、ｐ側クラ
ッド層等）を順に積層され、劈開又はエッチングにより
形成された共振面全体に反射鏡２０３が形成され、更に
この反射鏡２０３に接してｎ側層端面及び基板端面に不
透光膜２０４が形成されている。活性層端面１１３には
不透光膜を形成せず、活性層内で増幅し誘導されたレー
ザ光がこの活性層端面１１３から放射される。また、ｐ
側層端面には、前記した理由でこの図においては形成し
ていない。

【００２２】また、図２のように共振面全面に反射鏡２
０３を形成すると、反射鏡２０３により活性層内の光が
良好に共振できる。また反射鏡は少なくともレーザ光の
放射側に形成されていることが好ましく、レーザ光の放
射側の反対に形成されてもよい。反射鏡の膜厚は、出射
側に形成されるので、出射パワーやしきい値の制御によ
って異なるが、レーザ光の波長（λ）と反射鏡を形成す
る各物質の屈折率（η）、λ／４η、で表される。例え
ばＳｉＯ2／ＴｉＯ2より形成される場合、ＳｉＯ2の屈
折率をη１、ＴｉＯ2の屈折率をη２とすると、反射鏡
の膜厚は、λ／４η１＋λ／４η２、となる。また、反
射鏡は、ＳｉＯ2／ＴｉＯ2のように１ペアとすることが
好ましい。図２の反射鏡及び不透光膜の形成方法は、ス
パッタ、蒸着などによって形成する。

【００２３】本発明において、窒化物半導体の層構成は
特に限定されず、いずれの層構成及び形状を有していて
もよい。またその他のレーザ素子を形成するための構成
も限定されない。以下に本発明に用いることのできる好
ましい窒化物半導体素子の構成要素の一実施形態を記載
する。

【００２４】図３は、本発明に用いることのできる好ま
しい窒化物半導体素子の構造をす模式的な断面図（レー
ザ光の共振方向に垂直な断面）であり、該窒化物半導体
素子は、例えば、Ｃ面を主面とするサファイア等の基板
１上に、ｎ型窒化物半導体層領域（ｎ側コンタクト層１
２、クラッド防止層１３、ｎ側クラッド層１４及びｎ側
光ガイド層１５からなる。）とｐ型窒化物半導体領域
（キャップ層１７、ｐ側光ガイド層１８、ｐ側クラッド
層１９及びｐ側コンタクト層２０からなる。）とによっ
て挟設された窒化物半導体からなる活性層１６を備えた
窒化物半導体レーザダイオード素子である。但し、図３
には、不透光膜を図示していない。

【００２５】ここで、本実施形態の窒化物半導体素子
は、ｎ型窒化物半導体層領域におけるｎ側クラッド層１
４を超格子層で形成し、かつｐ型窒化物半導体領域にお
けるｐ側クラッド層１９を超格子層で形成することによ
り、ＬＤ素子である窒化物半導体素子のしきい値電圧を
低く設定している。超格子層とは、組成の異なる極めて
薄い層が積層されたものであって、各層の厚さが十分薄
いために、格子不整に伴う欠陥が発生することなく積層
された層のことをいい、量子井戸構造を含む広い概念で
ある。また、この超格子層は、内部に欠陥は有しない
が、通常、格子不整に伴う歪みを有するので超格子とも
呼ばれる。

【００２６】この実施形態の窒化物半導体素子において
は、まず、基板１０上にバッファ層１１と第２のバッフ
ァ層１１２を介してｎ側コンタクト層１２が形成され、
さらにｎ側コンタクト層１２上に、クラック防止層１
３、ｎ側クラッド層１４及びｎ側光ガイド層１５が積層
されて、ｎ型窒化物半導体層領域が形成される。なお、
クラック防止層１３の両側に露出されたｎ側コンタクト
層１２の表面にはそれぞれ、ｎ側コンタクト層１２とオ
ーミック接触するｎ側電極２３が形成され、該ｎ側電極
２３上には、例えば、ワイヤーボンディング用のｎ側パ
ッド電極が形成される。そして、ｎ側光ガイド層１５上
に窒化物半導体からなる活性層１６が形成され、さらに
該活性層１６上に、キャップ層１７、ｐ側光ガイド層１
８、ｐ側クラッド層１９及びｐ側コンタクト層２０が積
層されてｐ側窒化物半導体層領域が形成される。さら
に、ｐ側コンタクト層２０上に該ｐ側コンタクト層２０
とオーミック接触するｐ側電極２１が形成され、該ｐ側
電極２１上には、例えば、ワイヤーボンディング用のｐ
側パッド電極が形成される。なお、ｐ側コンタクト層２
０とｐ側クラッド層１９の上部とによって、共振方向に
長く伸びた峰状のリッジ部が構成された該リッジ部を形
成することによって、活性層１６において、光を幅方向
（共振方向に直交する方向）に閉じ込め、リッジ部（ス
トライプ状の電極）に垂直な方向で劈開された劈開面を
用いて、リッジ部の長手方向に共振する共振器を作製し
てレーザ発振させる。

【００２７】（基板１０）基板１０にはＣ面を主面とす
るサファイアの他、Ｒ面、Ａ面を主面とするサファイ
ア、その他、スピネル（ＭｇＡ１2Ｏ4）のような絶縁性
の基板の他、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、Ｚｎ
Ｓ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ＧａＮ等の半導体基板を用いる
ことができる。

【００２８】（バッファ層１１）バッファ層１１は、例
えばＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ等が９０
０℃以下の温度で成長させて、膜厚数十オングストロー
ム〜数百オングストロームに形成される。このバッファ
層１１は、基板と窒化物半導体との格子定数不正を緩和
するために形成されるが、窒化物半導体の成長方法、基
板の種類等によってはバッファ層１１を省略することも
可能である。

【００２９】（第２のバッファ層１１２）第２のバッフ
ァ層１１２は、前記バッファ層１１の上に、前記バッフ
ァ層よりも高温で成長させた単結晶の窒化物半導体より
なる層であり、バッファ層１１よりも厚膜を有する。こ
の第２のバッファ層１１２は次に成長させるｎ側コンタ
クト層１２よりもｎ型不純物濃度が少ない層とするか、
若しくはｎ型不純物をドープしない窒化物半導体層、好
ましくはＧａＮ層とすると、第２のバッファ層１１２の
結晶性が良くなる。最も好ましくはｎ型不純物をアンド
ープのＧａＮとすると最も結晶性が良い窒化物半導体が
得られる。従来のように負電極を形成するｎ側コンタク
ト層を数μｍ以上の膜厚で、高キャリア濃度の単一の窒
化物半導体層で構成しようとすると、ｎ型不純物濃度の
大きい層を成長させる必要がある。不純物濃度の大きい
厚膜の層は結晶性が悪くなる傾向にある。このため結晶
性の悪い層の上に、活性層等の他の窒化物半導体を成長
させても、結晶欠陥を他の層が引き継ぐことになって結
晶性の向上が望めない。そこで、ｎ側コンタクト層１２
層を成長させる前に、不純物濃度が小さい、結晶性の良
い第２のバッファ層１１２を成長させることにより、キ
ャリア濃度が大きく結晶性の良いｎ側コンタクト層１２
を成長させることができる。この第２のバッファ層１１
２の膜厚は、０．１μｍ以上、さらに好ましくは０．５
μｍ以上、最も好ましくは１μｍ以上、２０μｍ以下に
調整することが望ましい。第２のバッファ層１１２が
０．１μｍよりも薄いと、不純物濃度の大きいｎ型コン
タクト層１２を厚く成長させなければならず、ｎ側コン
タクト層１２の結晶性の向上があまり望めない傾向にあ
る。また２０μｍよりも厚いと、第２のバッファ層１１
２自体に結晶欠陥が多くなりやすい傾向にある。また第
２のバッファ層１１２を厚く成長させる利点として、放
熱性の向上が挙げられる。つまりレーザ素子を作製した
場合に、第２のバッファ層１１２で熱が広がりやすくレ
ーザ素子の寿命が向上する。さらにレーザ光の漏れ光が
第２のバッファ層１１２内で広がって、楕円形に近いレ
ーザ光が得やすくなる。なお、第２のバッファ層１１２
は、基板にＧａＮ、ＳｉＣ、ＺｎＯ等の導電性基板を使
用した場合には省略してもよい。

【００３０】（ｎ側コンタクト層１２）ｎ側コンタクト
層１２は負電極を形成するコンタクト層として作用する
層であり、０．２μｍ以上、４μｍ以下に調整すること
が望ましい。０．２μｍよりも薄いと、後で負電極を形
成する際にこの層を露出させるようにエッチングレート
を制御するのが難しく、一方、４μｍ以上にすると不純
物の影響で結晶性が悪くなる傾向にある。このｎ側コン
タクト層１２の窒化物半導体にドープするｎ型不純物の
範囲は１×１０17／ｃｍ3〜１×１０21／ｃｍ3の範囲、
さらに好ましくは、１×１０18／ｃｍ3〜１×１０19／
ｃｍ3に調整することが望ましい。１×１０17／ｃｍ3よ
りも小さいとｎ電極の材料と好ましいオーミックが得ら
れにくくなるので、レーザ素子ではしきい値電流、電圧
の低下が望めず、１×１０21／ｃｍ3よりも大きいと、
素子自体のリーク電流が多くなったり、また結晶性も悪
くなるため、素子の寿命が短くなる傾向にある。なおｎ
側コンタクト層１２においては、ｎ電極２３とのオーミ
ック接触抵抗を小さくするために、該ｎ側コンタクト層
１２のキャリア濃度を上げる不純物の濃度を、ｎ側クラ
ッド層１４よりも大きくすることが望ましい。なお、ｎ
側コンタクト層１２は基板にＧａＮ、ＳｉＣ、ＺｎＯ等
の導電性基板を使用し基板裏面側に負電極を設ける場合
にはコンタクト層としてではなくバッファ層として作用
する。

【００３１】また、第２のバッファ層１１２、及びｎ側
コンタクト層１２の内の少なくとも一方の層を、超格子
層とすることもできる。超格子層とすると、この層の結
晶性が飛躍的に良くなり、しきい値電流が低下する。好
ましくは第２のバッファ層１１２よりも膜厚が薄いｎ側
コンタクト層１２の方を超格子層とする。ｎ側コンタク
ト層１２を互いにバンドギャップエネルギーが異なる第
１の層と第２の層とが積層されてなる超格子構造とした
場合においては、好ましくはバンドギャップエネルギー
の小さな層を露出させてｎ電極２３を形成することによ
り、ｎ電極２３との接触抵抗が低くできしきい値を低下
させることができる。なおｎ型窒化物半導体と好ましい
オーミックが得られるｎ電極２３の材料としてはＡｌ、
Ｔｉ、Ｗ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｉｎ等の金属若しくは合
金が挙げられる。

【００３２】また、ｎ側コンタクト層１２を不純物濃度
が異なる超格子層とすることにより、横方向の抵抗値を
低くでき、ＬＤ素子のしきい値電圧、電流を低くするこ
とができる。これは、バンドギャップエネルギーの大き
な層の方に、多くｎ型不純物をドープした超格子層をｎ
層側のコンタクト層として形成した場合について、以下
のようなＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ−Ｅｌｅｃｔｏｒｏｎ−Ｍ
ｏｂｉｌｉｔｙ−Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）に類似した作
用が出現した効果が推察される。ｎ型不純物がドープさ
れたバンドギャップの大きい第１の層（第２の層）と、
バンドギャップが小さいアンドープ｛（ｕｎｄｏｐ
ｅ）；以下、不純物がドープされてない状態をアンドー
プという｝の第２の層（第１の層）とを積層した超格子
層では、ｎ型不純物を添加した層と、アンドープの層と
のヘテロ接合界面で、バンドギャップエネルギーの大き
な層側が空乏化し、バンドギャップエネルギーの小さな
層側の厚さ（１００オングストローム）前後の界面に電
子（二次元電子ガス）が蓄積する。この二次元電子ガス
がバンドギャップエネルギーの小さな層側にできるの
で、電子が走行するときに不純物による散乱を受けない
ため、超格子層の電子の移動度が高くなり、抵抗率が低
下すると推察される。

【００３３】（クラック防止層１３）クラック防止層１
３は、例えば、Ｓｉを５×１０18／cm3ドープしたＩｎ
0.1Ｇａ0.9Ｎからなり、例えば、５００オングストロー
ムの膜厚を有する。このクラック防止層１３はＩｎを含
むｎ型の窒化物半導体、好ましくはＩｎＧａＮを成長さ
せて形成することにより、その上に形成されるＡｌを含
む窒化物半導体層中にクラックが入るのを防止すること
ができる。なお、このクラック防止層１３は１００オン
グストローム以上、０．５μｍ以下の膜厚で成長させる
ことが好ましい。１００オングストロームよりも薄いと
前記のようにクラック防止として作用しにくく、０．５
μｍよりも厚いと、結晶自体が黒変する傾向にある。な
お、このクラック防止層１３は、ｎ型コンタクト層１２
を超格子とする場合、または次に成長させるｎ型クラッ
ド層１４を超格子層とする場合には省略してもよい。

【００３４】（ｎ型超格子からなるｎ側クラッド層１
４）ｎ側クラッド層は、例えばＳｉを５×１０18／cm3
ドープしたｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎからなり、２０オング
ストロームの膜厚を有する第１の層、及びアンドープの
ＧａＮよりなり、２０オングストロームの膜厚を有する
第２の層とが交互に積層された超格子層よりなり、全体
で例えば０．５μｍの膜厚を有する。このｎ型クラッド
層１４はキャリア閉じ込め層、及び光閉じ込め層として
作用し、超格子層とした場合にはいずれか一方の層をＡ
ｌを含む窒化物半導体、好ましくはＡｌＧａＮを成長さ
せることが望ましく、１００オングストローム以上、２
μｍ以下、さらに好ましくは５００オングストローム以
上、１μｍ以下で成長させることにより良好なキャリア
閉じ込め層が成長できる。このｎ型クラッド層１４は単
一の窒化物半導体で成長させることもできるが、超格子
層とすることがクラックのない結晶性のよいキャリア閉
じ込め層が形成できる。

【００３５】（ｎ側光ガイド層１５）ｎ側光ガイド層１
５は、アンドープＧａＮからなり、０．１μｍの膜厚を
有する。このｎ側光ガイド層６は、活性層の光ガイド層
として作用し、ＧａＮ、ＩｎＧａＮを成長させて形成す
ることが望ましく、通常１００オングストローム〜５μ
ｍ、さらに好ましくは２００オングストローム〜１μｍ
の膜厚で成長させることが望ましい。なお、この光ガイ
ド層１５も超格子層にすることができる。ｎ側光ガイド
層１５、ｎ側クラッド層１４を超格子層にする場合、超
格子層を構成する窒化物半導体層の平均的なバンドギャ
ップエネルギーは活性層よりも大きくする。超格子層と
する場合には、第１の層及び第２の層の少なくとも一方
にｎ型不純物をドープしてもよいし、またアンドープで
も良い。

【００３６】（活性層１６）活性層１６は、例えば、Ｓ
ｉを８×１０18／cm3でドープしたＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよ
りなり、２５オングストロームの膜厚を有する井戸層
と、Ｓｉを８×１０18／cm3ドープしたＩｎ0.05Ｇａ0.9
5Ｎよりなり、５０オングストロームの膜厚を有する障
壁層とを交互に積層することにより、所定の膜厚を有す
る多重量子井戸構造（ＭＱＷ）で構成する。活性層１６
においては、井戸層、障壁層両方に不純物をドープして
も良く、いずれか一方にドープしてもよい。なおｎ型不
純物をドープすると閾値が低下する傾向にある。また、
このように活性層１６を多重量子井戸構造とする場合に
は必ずバンドギャップエネルギーの小さい井戸層と、井
戸層よりもバンドギャップエネルギーが小さい障壁層と
を積層するため、超格子層とは区別される。井戸層の厚
さは、１００オングストローム以下、好ましくは７０オ
ングストローム以下、最も好ましくは、５０オングスト
ローム以下にする。障壁層の厚さは１５０オングストロ
ーム以下、好ましくは１００オングストローム以下、最
も好ましくは７０オングストローム以下にする。

【００３７】（ｐ側キャップ層１７）ｐ側キャップ層１
７は、活性層１６よりもバンドギャップエネルギーが大
きい、例えば、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型
Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなり、例えば、２００オングスト
ロームの膜厚を有する。本実施形態では、このように、
キャップ層１７を用いることが好ましいが、このキャッ
プ層は、薄い膜厚に形成されるので、本発明では、ｎ型
不純物をドープしてキャリアが補償されたｉ型としても
よい。ｐ側キャップ層１７の膜厚は０．１μｍ以下、さ
らに好ましくは５００オングストローム以下、最も好ま
しくは３００オングストローム以下に調整する。０．１
μｍより厚い膜厚で成長させると、ｐ側キャップ層１７
中にクラックが入りやすくなり、結晶性の良い窒化物半
導体層が成長しにくいからである。また、ｐ側キャップ
層１７の膜厚が、０．１μｍより大きいと、キャリアが
このエネルギーバリアとなるｐ型キャップ層１７をトン
ネル効果により通過できなくなるからであり、該トンネ
ル効果によるキャリアの通過を考慮すると、上述のよう
に５００オングストローム以下、さらには３００オング
ストローム以下に設定することが好ましい

【００３８】また、ｐ側キャップ層１７には、ＬＤ素子
を発振しやすくするために、Ａｌの組成比が大きいＡｌ
ＧａＮを用いて形成することが好ましく、該ＡｌＧａＮ
を薄く形成する程、ＬＤ素子は発振しやすくなる。例え
ば、Y値が０．２以上のＡｌYＧａ1-YＮであれば５００
オングストローム以下に調整することが望ましい。ｐ型
キャップ層１７の膜厚の下限は特に限定しないが、１０
オングストローム以上の膜厚で形成することが望まし
い。

【００３９】（ｐ側光ガイド層１８）ｐ側光ガイド層１
８は、バンドギャップエネルギーがｐ側キャップ層１７
よりも小さい、例えば、アンドープＧａＮよりなり、
０．１μｍの膜厚を有する。このｐ側光ガイド層１８
は、活性層１６の光ガイド層として作用し、ｎ側光ガイ
ド層１５と同じくＧａＮ、ＩｎＧａＮで成長させて形成
することが望ましい。また、この層はｐ型クラッド層１
９を成長させる際のバッファ層としても作用し、１００
オングストローム〜５μｍ、さらに好ましくは２００オ
ングストローム〜１μｍの膜厚で成長させることによ
り、好ましい光ガイド層として作用する。このｐ側光ガ
イド層はＭｇ等のｐ型不純物をドープしてｐ型の導電型
としても良い。なお、このｐ側光ガイド層を超格子層と
することもできる。超格子層とする場合には第１の層及
び第２の層の少なくとも一方にｐ型不純物をドープして
もよいし、またアンドープでも良い。

【００４０】（ｐ側クラッド層１９＝超格子層）ｐ側ク
ラッド層１９は、例えば、Ｍｇを１×１０20／cm3ドー
プしたｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなり、例えば、２０オ
ングストロームの膜厚を有する第１の層と、例えばＭｇ
を１×１０20／cm3ドープしたｐ型ＧａＮよりなり、２
０オングストロームの膜厚を有する第２の層とが交互に
積層された超格子層からなる。このｐ側クラッド層１９
は、ｎ側クラッド層１４と同じくキャリア閉じ込め層と
して作用し、特にｐ型層の抵抗率を低下させるための層
として作用する。このｐ側クラッド層１９の膜厚も特に
限定しないが、１００オングストローム以上、２μｍ以
下、さらに好ましくは５００オングストローム以上、１
μｍ以下で形成することが望ましい。

【００４１】（ｐ側コンタクト層２０）ｐ側コンタクト
層２０は、ｐ側クラッド層１９の上に、例えば、Ｍｇを
２×１０20／cm3ドープしたｐ型ＧａＮよりなり、例え
ば、１５０オングストロームの膜厚を有する。このｐ側
コンタクト層２０はｐ型のＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０
≦X、０≦Y、X＋Y≦１）で構成することができ、好まし
くは、上述のようにＭｇをドープしたＧａＮとすれば、
ｐ電極２１と最も好ましいオーミック接触が得られる。
さらにｐ側コンタクト層の膜厚を５００オングストロー
ム以下、さらに好ましくは３００オングストローム以
下、最も好ましくは２００オングストローム以下に調整
することが望ましい。なぜなら、上述したように抵抗率
が数Ω・ｃｍ以上もあるｐ型窒化物半導体層の膜厚を５
００オングストローム以下に調整することにより、さら
に抵抗率を低下させることができるため、しきい値での
電流、電圧が低下する。またｐ型層から除去される水素
の量を多くすることができ、さらに抵抗率を低下させる
ことができる。

【００４２】なお、本発明では、ｐ側コンタクト層２０
も超格子層とすることもできる。超格子層とする場合に
は、特にバンドギャップエネルギーが異なる第１の層と
第２の層とを積層し、第１＋第２＋第１＋第２＋・・・
というように積層していき、最後にバンドギャップエネ
ルギーが小さい方の層が露出するようにすると、ｐ電極
２１と好ましいオーミック接触が得られる。ｐ電極２１
の材料としては、例えばＮｉ、Ｐｄ、Ｎｉ／Ａｕ等を挙
げることができる。

【００４３】次に、図３に示すようにｐ電極２１と、ｎ
電極２３との間に露出した窒化物半導体層の表面にＳｉ
Ｏ2よりなる絶縁膜２５が形成され、この絶縁膜２５に
形成された開口部を介してｐ電極２１と電気的に接続さ
れたｐパッド電極２２、及びｎ電極２３と接続されたｎ
パッド電極２４が形成される。このｐパッド電極２２は
実質的なｐ電極２１の表面積を広げて、ｐ電極側をワイ
ヤーボンディング、ダイボンディングできるようにし、
一方ｎパッド電極２４はｎ電極２３の剥がれを防止す
る。

【００４４】以上の窒化物半導体素子は、第１の層、及
び第２の層を弾性歪み限界以下の膜厚にして積層された
超格子層である、結晶性のよいｐ型クラッド層１９を備
えている。これによって、本実施形態の窒化物半導体素
子は、ｐ側クラッド層１９の抵抗値を、超格子構造を有
しないｐ側クラッド層に比較して１桁以上低くすること
ができるので、しきい値電圧、電流を低くすることがで
きる。

【００４５】また、本実施形態の窒化物半導体素子では
ｐ型ＡｌYＧａ1-YＮを含むｐ側クラッド層１９に接し
て、バンドギャップエネルギーの小さい窒化物半導体を
ｐ側コンタクト層２０として、その膜厚を５００オング
ストローム以下と薄く形成することにより、実質的にｐ
側コンタクト層２０のキャリア濃度が高くなりｐ電極と
好ましいオーミックが得られて、素子のしきい値電流、
電圧を低くすることができる。さらに、ｎ側コンタクト
層を成長させる前に、第２のバッファ層１１２を備えて
いるので、第２のバッファ層１１２の上に成長させる窒
化物半導体層の結晶性が良くなり、長寿命の素子を実現
できる。好ましくは、第２のバッファ層１１２の上に成
長させるｎ側コンタクト層を超格子とすると、横方向の
抵抗値が低くなり、しきい値電圧・しきい値電流の低い
素子が実現できる。

【００４６】なお、本実施形態のＬＤ素子ではＩｎＧａ
Ｎのような、少なくともインジウムを含む窒化物半導体
を活性層１６に備える場合には、ＩｎXＧａ1-XＮと、Ａ
ｌYＧａ1-YＮとが交互に積層された超格子層を、活性層
１６を挟設する層（ｎ側クラッド層１４及びｐ側クラッ
ド層１９）として用いることが好ましい。これによっ
て、活性層１６と該超格子層とのバンドギャップエネル
ギー差、屈折率差を大きくできるため、該超格子層をレ
ーザ素子を実現する際に非常に優れた光閉じ込め層とし
て動作させることができる。さらにＩｎＧａＮは結晶の
性質が他のＡｌＧａＮのようなＡｌを含む窒化物半導体
に比べて柔らかいので、ＩｎＧａＮを活性層とすると、
積層した各窒化物層全体にクラックが入りにくくなる。
これによって、ＬＤ素子の寿命を長くすることができ
る。

【００４７】本実施形態のように量子井戸構造を有する
活性層１６を有するダブルヘテロ構造の半導体素子の場
合、その活性層１６に接して、活性層１６よりもバンド
ギャップエネルギーが大きい膜厚０．１μｍ以下の窒化
物半導体よりなるｐ側キャップ層１７、好ましくはＡｌ
を含む窒化物半導体よりなるｐ側キャップ層１７を設
け、そのｐ側キャップ層１７よりも活性層から離れた位
置に、ｐ側キャップ層１７よりもバンドギャップエネル
ギーが小さいｐ側光ガイド層１８を設け、そのｐ側光ガ
イド層１８よりも活性層から離れた位置に、ｐ側光ガイ
ド層１８よりもバンドギャップが大きい窒化物半導体、
好ましくはＡｌを含む窒化物半導体を含む超格子構造を
有するｐ側クラッド層１９を設けることは非常に好まし
い。しかもｐ側キャップ層１７のバンドギャップエネル
ギーを大きくしてあるため、ｎ層から注入された電子
が、このｐ側キャップ層１７で阻止されて閉じ込めら
れ、電子が活性層をオーバーフローしないために、素子
のリーク電流が少なくなる。

【００４８】以上の本実施形態の窒化物半導体素子で
は、レーザ素子の構造として好ましい構造を示したが、
本実施形態ではｎ型の超格子層は活性層１６から下のｎ
型窒化物半導体層領域（ｎ型層側）に少なくとも１層有
していれば良く、またｐ型の超格子層も活性層１６から
上のｐ型窒化物半導体層領域（ｐ型層側）に少なくとも
１層有していれば良く、素子構成は特に規定するもので
はない。但し、前記超格子層はｐ層側に形成する場合は
キャリア閉じ込め層としてのｐ側クラッド層１９に形成
し、ｎ層側に形成する場合はｎ電極２３が接した電流注
入層としてのｎコンタクト層１２、またはキャリア閉じ
込めとしてのｎ側クラッド層１４として形成することが
素子のＶｆ、しきい値を低下させる上で最も好ましい傾
向にある。

【００４９】以上のように構成された実施形態２の窒化
物半導体素子では、各層が形成された後、水素を含まな
い雰囲気、例えば、窒素雰囲気中で、４００℃以上、例
えば７００℃でアニーリングを行うことが好ましく、こ
れによって、ｐ型窒化物半導体層領域の各層をさらに低
抵抗化することができるので、これによって、さらにし
きい値電圧を低くすることができる。

【００５０】また、実施形態の窒化物半導体素子では、
ｐ側コンタクト層１２の表面にＮｉとＡｕよりなるｐ電
極２１がストライプ状に形成され、このｐ電極２１に対
して左右対称にｎ側コンタクト層を露出させて、そのｎ
側コンタクト層表面のほぼ全面にｎ電極２３を設けてい
る。このように、絶縁性基板を用いた場合ｐ電極２１の
両側に左右対称にｎ電極２３を設ける構造は、しきい値
電圧を低くする上で非常に有利である。

【００５１】なお、本実施形態では、リッジ部（ストラ
イプ状の電極）に垂直な方向で劈開した劈開面（共振器
面）にＳｉＯ2とＴｉＯ2よりなる誘電体多層膜を形成し
てもよい。

【００５２】このように、本実施形態において、超格子
層は、活性層を挟設するｎ型領域又はｐ型領域に形成さ
れるキャリア閉じ込め層としてのクラッド層、活性層の
光ガイド層、若しくは電極が接して形成される電流注入
層として用いられるため、超格子層を構成する窒化物半
導体の平均バンドギャップエネルギーが活性層よりも大
きくなるように調整することが望ましい。

【００５３】

【実施例】以下、本発明の一実施例を用いて本発明を更
に詳細に説明する。しかし本発明はこれに限定されるも
のではない。 ［実施例１］本発明に係る実施例１は図３に示す窒化物
半導体素子（ＬＤ素子）の作成例であり、以下の手順で
作製される。まず、サファイア（Ｃ面）よりなる基板１
０を反応容器内にセットし、容器内を水素で十分置換し
た後、水素を流しながら、基板の温度を１０５０℃まで
上昇させ、基板のクリーニングを行う。続いて、温度を
５１０℃まで下げ、キャリアガスに水素、原料ガスにア
ンモニア（ＮＨ3）とＴＭＧ（トリメチルガリウム）と
を用い、基板１０上にＧａＮよりなるバッファ層１１を
約２００オングストロームの膜厚で成長させる。

【００５４】バッファ層１１成長後、ＴＭＧのみ止め
て、温度を１０５０℃まで上昇させる。１０５０℃にな
ったら、同じく原料ガスにＴＭＧ、アンモニアガスを用
い、キャリア濃度１×１０18／cm3アンドープＧａＮよ
りなる第２のバッファ層１１２を５μｍの膜厚で成長さ
せる。第２のバッファ層１１２はＩｎXＡｌYＧａ1-X-Y
Ｎ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）で構成でき、その組
成は特に問うものではないが、好ましくはアンドープで
Ａｌ（Ｙ値）が０．１以下のＡｌYＧａ1-YＮ、最も好ま
しくはアンドープのＧａＮとする。続いて、１０５０℃
でＴＭＧ、アンモニア、不純物ガスにシランガス（Ｓｉ
Ｈ4）を用い、Ｓｉを１×１０19／cm3ドープしたｎ型Ｇ
ａＮよりなるｎ側コンタクト層１２を１μｍの膜厚で成
長させる。このｎ側コンタクト層１２は超格子で形成す
るとさらに好ましい。

【００５５】次に、温度を８００℃にして、原料ガスに
ＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニ
ア、不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉを５×１０18
／cm3ドープしたＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなるクラック防
止層１３を５００オングストロームの膜厚で成長させ
る。

【００５６】そして、温度を１０５０℃にして、ＴＭＡ
（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ、アンモニア、シ
ランガスを用い、Ｓｉを５×１０18／cm3ドープしたｎ
型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる第１の層を２０オングスト
ロームの膜厚で成長させ、続いて、ＴＭＡ、シランを止
め、アンドープＧａＮよりなる第２の層を２０オングス
トロームの膜厚で成長させる。そして、この操作をそれ
ぞれ１００回繰り返し、総膜厚０．４μｍの超格子層よ
りなるｎ側クラッド層１４を成長させる。

【００５７】続いて、１０５０℃でアンドープＧａＮよ
りなるｎ側光ガイド層１５を０．１μｍの膜厚で成長さ
せる。次に、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニア、シランガス
を用いて活性層１６を成長させる。活性層１６は温度を
８００℃に保持して、まずＳｉを８×１０18／cm3でド
ープしたＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる井戸層を２５オング
ストロームの膜厚で成長させる。次にＴＭＩのモル比を
変化させるのみで同一温度で、Ｓｉを８×１０18／cm3
ドープしたＩｎ0.01Ｇａ0.99Ｎよりなる障壁層を５０オ
ングストロームの膜厚で成長させる。この操作を２回繰
り返し、最後に井戸層を積層した総膜厚１７５オングス
トロームの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層１６を
成長させる。

【００５８】次に、温度を１０５０℃に上げ、原料ガス
にＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、不純物ガスにＣｐ2Ｍ
ｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、活性
層よりもバンドギャップエネルギーが大きく、Ｍｇを１
×１０20／cm3ドープしたｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりな
るｐ側キャップ層１７を３００オングストロームの膜厚
で成長させる。続いて、１０５０℃で、バンドギャップ
エネルギーがｐ側キャップ層１７よりも小さい、アンド
ープＧａＮよりなるｐ側光ガイド層１８を０．１μｍの
膜厚で成長させる。

【００５９】続いて、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃ
ｐ2Ｍｇを用い、１０５０℃でＭｇを１×１０20／cm3ド
ープしたｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる第１の層を２０
オングストロームの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡのみ
を止め、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型ＧａＮ
よりなる第２の層を２０オングストロームの膜厚で成長
させる。そしてこの操作をそれぞれ１００回繰り返し、
総膜厚０．４μｍの超格子層よりなるｐ側クラッド層１
９を形成する。最後に、１０５０℃で、ｐ側クラッド層
１９の上に、Ｍｇを２×１０20／cm3ドープしたｐ型Ｇ
ａＮよりなるｐ側コンタクト層２０を１５０オングスト
ロームの膜厚で成長させる。

【００６０】反応終了後、温度を室温まで下げ、さらに
窒素雰囲気中、ウェーハを反応容器内において、７００
℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化す
る。アニーリング後、ウェーハを反応容器から取り出
し、図３に示すように、ＲＩＥ装置により最上層のｐ側
コンタクト層２０と、ｐ側クラッド層１９とをエッチン
グして、４μｍのストライプ幅を有するリッジ形状とす
る。

【００６１】次にリッジ表面にマスクを形成し、図３に
示すように、ストライプ状のリッジに対して左右対称に
して、ｎ側コンタクト層１２の表面を露出させる。

【００６２】次にｐ側コンタクト層２０のストライプリ
ッジ最表面のほぼ全面にＮｉとＡｕよりなるｐ電極２１
を形成する。一方、ＴｉとＡｌよりなるｎ電極２３をス
トライプ状のｎ側コンタクト層１２のほぼ全面に形成す
る。

【００６３】次に、図３に示すようにｐ電極２１と、ｎ
電極２３との間に露出した窒化物半導体層の表面にＳｉ
Ｏ2よりなる絶縁膜２５を形成し、この絶縁膜２５を介
してｐ電極２１と電気的に接続したｐパッド電極２２、
及びｎパッド電極２４を形成する。以上のようにして、
ｎ電極とｐ電極とを形成したウェーハを研磨装置に移送
し、ダイヤモンド研磨剤を用いて、窒化物半導体を形成
していない側のサファイア基板１をラッピングし、基板
の厚さを５０μｍとする。ラッピング後、さらに細かい
研磨剤で１μｍポリシングして基板表面を鏡面状とす
る。

【００６４】基板研磨後、研磨面側をスクライブして、
ストライプ状の電極に垂直な方向でバー状に劈開し、劈
開面に共振面を作製する。図２のように共振面等にＳｉ
Ｏ2（屈折率は１．４５）とＴｉＯ2（屈折率は２．５
８）よりなる誘電体多層膜（反射鏡）を膜厚０．１０９
μｍで形成し、更にｐ側層多端面及び活性層端面にレジ
ストでマスクをして図２のようにｎ側層端面（光ガイド
層を除く）及び基板端面にスパッタリングにてＣｒより
なる不透光膜を膜厚５００・で形成し、その後レジスト
膜を除去し、最後にｐ電極に平行な方向で、バーを切断
してレーザチップとした。次にチップをフェースアップ
（基板とヒートシンクとが対向した状態）でヒートシン
クに設置し、それぞれの電極をワイヤーボンディングし
て、室温でレーザ発振を試みたところ、室温において、
波長４００ｎｍ、しきい値電流密度２．９ｋＡ／cm2、
しきい値電圧４．４Ｖで、ファーフィールドパターンは
レーザ光のスポットが１つであり、単一モードで集光性
が良好であった。

【００６５】［実施例２］実施例１において、第２のバ
ッファ層１１２を成長させず、さらにｎ側コンタクト層
１２をＳｉを１×１０19／cm3ドープしたｎ型ＧａＮ単
一で２μｍ成長させ、ｎ側クラッド層１４をＳｉを１×
１０19／cm3ドープしたｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ単一で
０．４μｍ成長させ、ｐ側クラッド層１９をＭｇを１×
１０20／m3ドープしたｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ単一で０．
４μｍ成長させ、さらにｐ側コンタクト層２０をＭｇを
２×１０20／cm3ドープした単一のｐ型ＧａＮを３００
オングストローム成長させる他は実施例１と同様にして
レーザ素子を得た。実施例１と同様にレーザ発振させた
ところ、室温において、波長４００ｎｍ、しきい値電流
密度３．２ｋＡ／cm2、しきい値電圧４．６Ｖで、ファ
ーフィールドパターンはレーザ光のスッポトが１つであ
り、単一モードで集光性が良好であった。

【００６６】［実施例３］実施例１において、不透光膜
をＮｉからなる膜厚３５０・の膜とする他は実施例１と
同様にしてレーザ素子を得た。実施例１と同様にレーザ
発振させたところ、同様に良好なファーフィールドパタ
ーンが得られた。

【００６７】［実施例４］実施例１において、不透光膜
をＡｌからなる膜厚１０００・の膜とする他は実施例１
と同様にしてレーザ素子を得た。実施例１と同様にレー
ザ発振させたところ、同様に良好なファーフィールドパ
ターンが得られた。

【００６８】［実施例５］実施例１において、不透光膜
の膜厚を７００・とする他は実施例１と同様にしてレー
ザ素子を得た。実施例１と同様にレーザ発振させたとこ
ろ、同様に良好なファーフィールドパターンが得られ
た。

【００６９】［比較例１］実施例１において、共振面の
ｎ側層及び基板の各端面に不透光膜を形成しない他は同
様にして行った。その結果、ファーフィールドパターン
は主ビームのスッポトの下に複数のその他の小さいにス
ッポトが見られ、活性層端面以外から不要な光が放射さ
れていることが確認された。また主ビームの上にもかす
かな小さいスッポトが見られたが実用するには差し支え
ない程度であった。

【００７０】

【発明の効果】本発明の窒化物半導体レーザ素子は、レ
ーザ光のファーフィールドパターン形状が良好で、単一
モードのレーザ光が得られる窒化物半導体レーザ素子を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の共振面に不透光膜が形成されていない窒
化物半導体の模式的断面図である。

【図２】本発明に係る一実施形態である共振面に不透光
膜が形成されている窒化物半導体の模式的断面図であ
る。

【図３】本発明に係るの一実施形態である共振面に対し
垂直に切断した窒化物半導体素子の模式的断面図であ
る。

【符号の説明】

１・・・・基板 ２・・・・ｎ側ＧａＮ層 ３・・・・ｎ側クラッド層 ４・・・・活性層 ５・・・・ｐ側クラッド層 ６・・・・ｐ側コンタクト層 １０１・・・・共振面 １０２・・・・ｎ側層端面 １０３・・・・ｐ側層端面 １０４、１１３・・・・活性層端面 ２０１・・・・ｎ側層 ２０２・・・・ｐ側層 ２０３・・・・反射鏡 ２０４、２０５・・・・不透光膜 １０・・・・基板 １１・・・・バッファ層 １１２・・・・第２のバッファ層 １２・・・・ｎ側コンタクト層 １３・・・・クラック防止層 １４・・・・ｎ側クラッド層（超格子層） １５・・・・ｎ側光ガイド層 １６・・・・活性層 １７・・・・キャップ層 １８・・・・ｐ側光ガイド層 １９・・・・ｐ側クラッド層（超格子層） ２０・・・・ｐ側コンタクト層 ２１・・・・ｐ電極 ２２・・・・ｐパッド電極 ２３・・・・ｎ電極 ２４・・・・ｎパッド電極 ２５・・・・絶縁膜

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに対向する活性層端面を共振面とす
   る窒化物半導体レーザ素子において、少なくとも一方の
   共振面の活性層端面以外の端面に不透光膜が形成されて
   なることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
2. 【請求項２】 前記共振面の活性層端面以外の端面がｎ
   側層端面であることを特徴とする請求項１に記載の窒化
   物半導体レーザ素子。