JP2003133650A - 窒化物半導体レーザ素子、その製造方法および半導体光学装置 - Google Patents
窒化物半導体レーザ素子、その製造方法および半導体光学装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 レーザ発振寿命の長い窒化物半導体レーザ素
子を提供する。 【解決手段】 本発明の半導体レーザ素子は、窒化物半
導体基板とその上に積層された窒化物半導体層より成
る。基板はストライプ状の転位集中領域と転位集中領域
を除いた領域である低転位領域を有し、窒化物半導体層
はストライプ状のレーザ光導波領域を有する。レーザ光
導波領域は低転位領域上に設けられており、転位集中領
域と略平行である。レーザ光導波領域と最近接の転位集
中領域との水平方向の距離は４０μｍ以上である。
子を提供する。 【解決手段】 本発明の半導体レーザ素子は、窒化物半
導体基板とその上に積層された窒化物半導体層より成
る。基板はストライプ状の転位集中領域と転位集中領域
を除いた領域である低転位領域を有し、窒化物半導体層
はストライプ状のレーザ光導波領域を有する。レーザ光
導波領域は低転位領域上に設けられており、転位集中領
域と略平行である。レーザ光導波領域と最近接の転位集
中領域との水平方向の距離は４０μｍ以上である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化物半導体レー
ザ素子、その製造方法および窒化物半導体レーザ素子を
光源として備える半導体光学装置に関し、特に、窒化物
半導体を基板として用いる窒化物半導体レーザ素子に関
する。
ザ素子、その製造方法および窒化物半導体レーザ素子を
光源として備える半導体光学装置に関し、特に、窒化物
半導体を基板として用いる窒化物半導体レーザ素子に関
する。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮおよびそれらの
混晶に代表される窒化物半導体材料により、紫外から可
視領域で発振する半導体レーザ素子が試作されている。
ジャパニーズ=ジャーナル=オブ=アプライド=フィジック
ス３９号Ｌ６４７〜Ｌ６５０頁（Jpn. J. Appl. Phys.
Vol.39(2000) pp.L647-650）で報告された半導体レーザ
素子もこの一例であり、ＧａＮ基板上に周期的なストラ
イプ状の開口部をもつＳｉＯ2マスクパターンを形成
し、この上に、ストライプ状導波路（リッジストライプ
構造）を有する窒化物半導体の積層構造を形成し、前記
ＧａＮ層上に窒化物半導体レーザ素子を形成することが
示されている。基板の製造には、次の方法を用いること
が報告されている。
混晶に代表される窒化物半導体材料により、紫外から可
視領域で発振する半導体レーザ素子が試作されている。
ジャパニーズ=ジャーナル=オブ=アプライド=フィジック
ス３９号Ｌ６４７〜Ｌ６５０頁（Jpn. J. Appl. Phys.
Vol.39(2000) pp.L647-650）で報告された半導体レーザ
素子もこの一例であり、ＧａＮ基板上に周期的なストラ
イプ状の開口部をもつＳｉＯ2マスクパターンを形成
し、この上に、ストライプ状導波路（リッジストライプ
構造）を有する窒化物半導体の積層構造を形成し、前記
ＧａＮ層上に窒化物半導体レーザ素子を形成することが
示されている。基板の製造には、次の方法を用いること
が報告されている。
【０００３】周期的なストライプ状の開口部をもつＳｉ
Ｏ2マスクパターン（周期２０μｍ）を形成した下地Ｇ
ａＮ上に、ＭＯＣＶＤ法（Metalorganic Chemical Vapo
r Deposition）により、１５μｍ厚のＧａＮ層を形成し
て、表面が平坦なウェハーを得る。これは、ＥＬＯＧ
（Epitaxially Lateral Overgrown）と呼ばれる技術で
あり、ラテラル成長の利用により、欠陥を低減する手法
である。さらに、通常のＨＶＰＥ法（Hydride Vapor Ph
ase Epitaxy）により２００μｍ厚のＧａＮ層を形成
し、下地を除去することでＧａＮ基板を製造する。こう
して得られた半導体レーザの寿命特性は、６０℃におい
て３０ｍＷで、推定寿命１５０００時間であった。
Ｏ2マスクパターン（周期２０μｍ）を形成した下地Ｇ
ａＮ上に、ＭＯＣＶＤ法（Metalorganic Chemical Vapo
r Deposition）により、１５μｍ厚のＧａＮ層を形成し
て、表面が平坦なウェハーを得る。これは、ＥＬＯＧ
（Epitaxially Lateral Overgrown）と呼ばれる技術で
あり、ラテラル成長の利用により、欠陥を低減する手法
である。さらに、通常のＨＶＰＥ法（Hydride Vapor Ph
ase Epitaxy）により２００μｍ厚のＧａＮ層を形成
し、下地を除去することでＧａＮ基板を製造する。こう
して得られた半導体レーザの寿命特性は、６０℃におい
て３０ｍＷで、推定寿命１５０００時間であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記報
告に記載の半導体レーザ素子では、基板の製造方法が、
３回の結晶成長（下地成長、ＭＯＣＶＤ成長、ＨＶＰＥ
成長）を必要としており、複雑で、生産性に問題があっ
た。また、レーザ発振寿命もまだ十分でなく、さらに高
温で高出力（例えば、７０℃、６０ｍＷ）の条件での寿
命が十分でなかった。
告に記載の半導体レーザ素子では、基板の製造方法が、
３回の結晶成長（下地成長、ＭＯＣＶＤ成長、ＨＶＰＥ
成長）を必要としており、複雑で、生産性に問題があっ
た。また、レーザ発振寿命もまだ十分でなく、さらに高
温で高出力（例えば、７０℃、６０ｍＷ）の条件での寿
命が十分でなかった。
【０００５】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
ので、レーザ発振寿命の一層優れた半導体レーザ素子お
よびその簡便な製造方法を提供することを目的とする。
ので、レーザ発振寿命の一層優れた半導体レーザ素子お
よびその簡便な製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本明細書で説明する窒化
物半導体基板とは、少なくともＡｌxＧａyＩｎzＮ（０
≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）
で構成された基板である。さらに、窒化物半導体基板
は、その構成成分である窒素元素の約２０％以下が、Ａ
ｓ、ＰおよびＳｂの元素群のうち少なくともいずれかの
元素で置換されても構わない。
物半導体基板とは、少なくともＡｌxＧａyＩｎzＮ（０
≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）
で構成された基板である。さらに、窒化物半導体基板
は、その構成成分である窒素元素の約２０％以下が、Ａ
ｓ、ＰおよびＳｂの元素群のうち少なくともいずれかの
元素で置換されても構わない。
【０００７】窒化物半導体基板として、最も好ましく
は、二元結晶となるＧａＮ基板である。二元結晶とする
ことで、組成が一定となり、基板として安定した特性の
ものが得られやすくなるとともに、その上にエピタキシ
ャル成長を行う際にも、組成の変化が無くなる。また、
ＧａＮとすることで、良好な導電性が得られるようにも
なる。次いでは、ＡｌＧａＮ基板である。ＡｌＧａＮ基
板のように、屈折率がＧａＮよりも小さい材料を基板と
して用いることで、紫外〜青色領域の半導体レーザを上
記材料系で構成する場合、レーザ光の活性層への光閉じ
込めが良好になる。
は、二元結晶となるＧａＮ基板である。二元結晶とする
ことで、組成が一定となり、基板として安定した特性の
ものが得られやすくなるとともに、その上にエピタキシ
ャル成長を行う際にも、組成の変化が無くなる。また、
ＧａＮとすることで、良好な導電性が得られるようにも
なる。次いでは、ＡｌＧａＮ基板である。ＡｌＧａＮ基
板のように、屈折率がＧａＮよりも小さい材料を基板と
して用いることで、紫外〜青色領域の半導体レーザを上
記材料系で構成する場合、レーザ光の活性層への光閉じ
込めが良好になる。
【０００８】また、窒化物半導体基板は、ｎ型もしくは
ｐ型のドーパント等の不純物が添加されていても構わな
い。不純物としては、Ｃｌ、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ、
Ｓｉ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、ＭｇおよびＢｅ等を用いるこ
とができる。その不純物の総添加量は５×１０16／ｃｍ
3以上５×１０20／ｃｍ3以下が好ましい。窒化物半導体
基板がｎ型導電性を有するための不純物は、前記不純物
群のうち、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｏ、Ｓｅ、Ｃｌのいずれかが特
に好ましい。
ｐ型のドーパント等の不純物が添加されていても構わな
い。不純物としては、Ｃｌ、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ、
Ｓｉ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、ＭｇおよびＢｅ等を用いるこ
とができる。その不純物の総添加量は５×１０16／ｃｍ
3以上５×１０20／ｃｍ3以下が好ましい。窒化物半導体
基板がｎ型導電性を有するための不純物は、前記不純物
群のうち、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｏ、Ｓｅ、Ｃｌのいずれかが特
に好ましい。
【０００９】本明細書で説明する窒化物半導体基板に積
層された窒化物半導体層とは、少なくともＡｌxＧａyＩ
ｎzＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ
＋ｚ＝１）で構成された層である。窒化物半導体層は、
その構成成分である窒素元素の約２０％以下が、Ａｓ、
ＰおよびＳｂの元素群のうち少なくともいずれかの元素
で置換されても構わない。
層された窒化物半導体層とは、少なくともＡｌxＧａyＩ
ｎzＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ
＋ｚ＝１）で構成された層である。窒化物半導体層は、
その構成成分である窒素元素の約２０％以下が、Ａｓ、
ＰおよびＳｂの元素群のうち少なくともいずれかの元素
で置換されても構わない。
【００１０】また、窒化物半導体層は、ｎ型もしくはｐ
型のドーパント等の不純物が添加されていても構わな
い。不純物としては、Ｃｌ、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ、
Ｓｉ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、ＭｇおよびＢｅ等を用いるこ
とができる。その不純物の総添加量は５×１０16／ｃｍ
3以上５×１０20／ｃｍ3以下が好ましい。窒化物半導体
層がｎ型導電性を有するための不純物は、前記不純物群
のうち、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅのいずれかが特に
好ましく、ｐ型導電性を有するための不純物はＭｇ、Ｃ
ｄ、Ｂｅのいずれかが特に好ましい。
型のドーパント等の不純物が添加されていても構わな
い。不純物としては、Ｃｌ、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｃ、
Ｓｉ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、ＭｇおよびＢｅ等を用いるこ
とができる。その不純物の総添加量は５×１０16／ｃｍ
3以上５×１０20／ｃｍ3以下が好ましい。窒化物半導体
層がｎ型導電性を有するための不純物は、前記不純物群
のうち、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅのいずれかが特に
好ましく、ｐ型導電性を有するための不純物はＭｇ、Ｃ
ｄ、Ｂｅのいずれかが特に好ましい。
【００１１】本明細書で説明する活性層とは、井戸層も
しくは井戸層と障壁層から構成された層の総称を指すも
のとする。例えば、単一量子井戸構造の活性層は、１つ
の井戸層のみから構成されるか、あるいは、障壁層／井
戸層／障壁層から構成される。また、多重量子井戸構造
の活性層は複数の井戸層と複数の障壁層から構成され
る。
しくは井戸層と障壁層から構成された層の総称を指すも
のとする。例えば、単一量子井戸構造の活性層は、１つ
の井戸層のみから構成されるか、あるいは、障壁層／井
戸層／障壁層から構成される。また、多重量子井戸構造
の活性層は複数の井戸層と複数の障壁層から構成され
る。
【００１２】なお、結晶の面や方位を示す指数が負の場
合、絶対値の上に横線を付して表記するのが結晶学の決
まりであるが、本明細書では、そのような表記ができな
いため、絶対値の前に負号「−」を付して負の指数を表
す。
合、絶対値の上に横線を付して表記するのが結晶学の決
まりであるが、本明細書では、そのような表記ができな
いため、絶対値の前に負号「−」を付して負の指数を表
す。
【００１３】前記目的を達成するために、本発明では、
窒化物半導体基板と、その上に積層された窒化物半導体
層を備える窒化物半導体レーザ素子は、窒化物半導体基
板がストライプ状の転位集中領域と、転位集中領域を除
いた領域である低転位領域とを有し、窒化物半導体層が
ストライプ状のレーザ光導波領域を有し、レーザ光導波
領域が低転位領域上に位置して転位集中領域と略平行で
あり、レーザ光導波領域とこれに最近接の転位集中領域
との水平方向の距離ｄが４０μｍ以上である構成とす
る。窒化物半導体層のレーザ光導波領域を窒化物半導体
基板の転位集中領域から４０μｍ以上ずらして低転位領
域上に位置させることで、レーザ光導波領域への基板の
転位の影響が抑えられ、レーザ発振寿命の長い半導体レ
ーザ素子となる。
窒化物半導体基板と、その上に積層された窒化物半導体
層を備える窒化物半導体レーザ素子は、窒化物半導体基
板がストライプ状の転位集中領域と、転位集中領域を除
いた領域である低転位領域とを有し、窒化物半導体層が
ストライプ状のレーザ光導波領域を有し、レーザ光導波
領域が低転位領域上に位置して転位集中領域と略平行で
あり、レーザ光導波領域とこれに最近接の転位集中領域
との水平方向の距離ｄが４０μｍ以上である構成とす
る。窒化物半導体層のレーザ光導波領域を窒化物半導体
基板の転位集中領域から４０μｍ以上ずらして低転位領
域上に位置させることで、レーザ光導波領域への基板の
転位の影響が抑えられ、レーザ発振寿命の長い半導体レ
ーザ素子となる。
【００１４】本発明ではまた、窒化物半導体基板と、そ
の上に積層された窒化物半導体層を備える窒化物半導体
レーザ素子は、窒化物半導体基板が、互いに略平行な複
数のストライプ状の転位集中領域と、転位集中領域を除
いた領域である低転位領域とを有し、窒化物半導体層が
ストライプ状のレーザ光導波領域を有し、レーザ光導波
領域が低転位領域上に位置して転位集中領域と略平行で
あり、レーザ光導波領域とこれに最近接の転位集中領域
との水平方向の距離ｄが４０μｍ以上であり、隣り合う
転位集中領域間の中央線部分を低転位領域中央領域とす
るとき、レーザ光導波領域とこれに最近接の低転位領域
中央領域との水平方向の距離ｔが３０μｍ以上である構
成とする。窒化物半導体基板に転位集中領域が複数存在
するときは、低転位領域の中央部に周囲とは少し性質の
異なる領域が生じることがある。この低転位領域中央領
域からレーザ光導波領域を３０μｍ以上ずらすことで、
一層レーザ発振寿命の長い半導体レーザ素子となる。
の上に積層された窒化物半導体層を備える窒化物半導体
レーザ素子は、窒化物半導体基板が、互いに略平行な複
数のストライプ状の転位集中領域と、転位集中領域を除
いた領域である低転位領域とを有し、窒化物半導体層が
ストライプ状のレーザ光導波領域を有し、レーザ光導波
領域が低転位領域上に位置して転位集中領域と略平行で
あり、レーザ光導波領域とこれに最近接の転位集中領域
との水平方向の距離ｄが４０μｍ以上であり、隣り合う
転位集中領域間の中央線部分を低転位領域中央領域とす
るとき、レーザ光導波領域とこれに最近接の低転位領域
中央領域との水平方向の距離ｔが３０μｍ以上である構
成とする。窒化物半導体基板に転位集中領域が複数存在
するときは、低転位領域の中央部に周囲とは少し性質の
異なる領域が生じることがある。この低転位領域中央領
域からレーザ光導波領域を３０μｍ以上ずらすことで、
一層レーザ発振寿命の長い半導体レーザ素子となる。
【００１５】本発明ではまた、窒化物半導体基板と、そ
の上に積層された窒化物半導体層を備える窒化物半導体
レーザ素子は、窒化物半導体基板がストライプ状の転位
集中領域と、転位集中領域を除いた領域である低転位領
域とを有し、低転位領域がストライプ状の高ルミネッセ
ンス領域を有し、転位集中領域と高ルミネッセンス領域
が略平行であり、窒化物半導体層がストライプ状のレー
ザ光導波領域を有し、レーザ光導波領域が低転位領域上
に位置して転位集中領域と略平行であり、レーザ光導波
領域とこれに最近接の転位集中領域との水平方向の距離
ｄが４０μｍ以上であり、レーザ光導波領域とこれに最
近接の高ルミネッセンス領域との水平方向の距離ｔが３
０μｍ以上である構成とする。高ルミネッセンス領域は
周囲とは少し性質の異なる領域であり、この領域からレ
ーザ光導波領域を３０μｍ以上ずらすことで、長寿命の
半導体レーザ素子となる。
の上に積層された窒化物半導体層を備える窒化物半導体
レーザ素子は、窒化物半導体基板がストライプ状の転位
集中領域と、転位集中領域を除いた領域である低転位領
域とを有し、低転位領域がストライプ状の高ルミネッセ
ンス領域を有し、転位集中領域と高ルミネッセンス領域
が略平行であり、窒化物半導体層がストライプ状のレー
ザ光導波領域を有し、レーザ光導波領域が低転位領域上
に位置して転位集中領域と略平行であり、レーザ光導波
領域とこれに最近接の転位集中領域との水平方向の距離
ｄが４０μｍ以上であり、レーザ光導波領域とこれに最
近接の高ルミネッセンス領域との水平方向の距離ｔが３
０μｍ以上である構成とする。高ルミネッセンス領域は
周囲とは少し性質の異なる領域であり、この領域からレ
ーザ光導波領域を３０μｍ以上ずらすことで、長寿命の
半導体レーザ素子となる。
【００１６】窒化物半導体基板における隣り合う転位集
中領域間の距離Ｐは１４０μｍ以上であることが望まし
い。製造に際し、レーザ光導波領域を転位集中領域から
ずらすのを容易にするためである。
中領域間の距離Ｐは１４０μｍ以上であることが望まし
い。製造に際し、レーザ光導波領域を転位集中領域から
ずらすのを容易にするためである。
【００１７】また、この距離Ｐは１０００μｍ以下であ
ることが望ましい。低転位領域のうちレーザ光導波領域
の下方に位置しない不必要な部分が過大になるのを避け
るためである。
ることが望ましい。低転位領域のうちレーザ光導波領域
の下方に位置しない不必要な部分が過大になるのを避け
るためである。
【００１８】窒化物半導体基板としては、その［１−１
００］方向に転位集中領域が略平行なものを用いること
ができる。
００］方向に転位集中領域が略平行なものを用いること
ができる。
【００１９】本発明ではまた、窒化物半導体基板と、そ
の上に積層された窒化物半導体層を備える窒化物半導体
レーザ素子は、窒化物半導体基板がストライプ状の高ル
ミネッセンス領域を有し、窒化物半導体層がストライプ
状のレーザ光導波領域を有し、レーザ光導波領域が高ル
ミネッセンス領域と略平行であり、レーザ光導波領域と
最近接の高ルミネッセンス領域との水平方向の距離ｔが
３０μｍ以上である構成とする。周囲とは少し性質の異
なる高ルミネッセンス領域からレーザ光導波領域を３０
μｍ以上ずらすことで、長寿命の半導体レーザ素子とな
る。
の上に積層された窒化物半導体層を備える窒化物半導体
レーザ素子は、窒化物半導体基板がストライプ状の高ル
ミネッセンス領域を有し、窒化物半導体層がストライプ
状のレーザ光導波領域を有し、レーザ光導波領域が高ル
ミネッセンス領域と略平行であり、レーザ光導波領域と
最近接の高ルミネッセンス領域との水平方向の距離ｔが
３０μｍ以上である構成とする。周囲とは少し性質の異
なる高ルミネッセンス領域からレーザ光導波領域を３０
μｍ以上ずらすことで、長寿命の半導体レーザ素子とな
る。
【００２０】窒化物半導体基板としては、その［１−１
００］方向に高ルミネッセンス領域が略平行なものを用
いることができる。
００］方向に高ルミネッセンス領域が略平行なものを用
いることができる。
【００２１】窒化物半導体層は、ＩｎxＧａ1-xＮ（０＜
ｘ＜１）から構成される井戸層を含有する量子井戸活性
層を有するものとすることができる。
ｘ＜１）から構成される井戸層を含有する量子井戸活性
層を有するものとすることができる。
【００２２】また、窒化物半導体層は、Ａｓ、Ｐおよび
Ｓｂのうち少なくともいずれかの元素を含む窒化物半導
体から構成される井戸層を含有する量子井戸活性層を有
するものとすることもできる。
Ｓｂのうち少なくともいずれかの元素を含む窒化物半導
体から構成される井戸層を含有する量子井戸活性層を有
するものとすることもできる。
【００２３】本発明では、半導体光学装置に上記の窒化
物半導体レーザ素子を光源として備えるようにする。
物半導体レーザ素子を光源として備えるようにする。
【００２４】本発明ではまた、互いに略平行な複数のス
トライプ状の転位集中領域と、転位集中領域を除いた領
域である低転位領域とを有する窒化物半導体基板上に、
ストライプ状のレーザ光導波領域を備えた窒化物半導体
の積層構造を含有する窒化物半導体層を形成する工程を
含む窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、レー
ザ光導波領域を低転位領域上に転位集中領域と略平行に
設けるとともに、レーザ光導波領域とこれに最近接の転
位集中領域との水平方向の距離ｄを４０μｍ以上とする
ようにする。このようにすると、レーザ光導波領域への
基板の転位の影響を抑えることができて、レーザ発振寿
命の長い半導体レーザ素子が得られる。
トライプ状の転位集中領域と、転位集中領域を除いた領
域である低転位領域とを有する窒化物半導体基板上に、
ストライプ状のレーザ光導波領域を備えた窒化物半導体
の積層構造を含有する窒化物半導体層を形成する工程を
含む窒化物半導体レーザ素子の製造方法において、レー
ザ光導波領域を低転位領域上に転位集中領域と略平行に
設けるとともに、レーザ光導波領域とこれに最近接の転
位集中領域との水平方向の距離ｄを４０μｍ以上とする
ようにする。このようにすると、レーザ光導波領域への
基板の転位の影響を抑えることができて、レーザ発振寿
命の長い半導体レーザ素子が得られる。
【００２５】ここで、隣り合う転位集中領域間の中央線
部分を低転位領域中央領域とするとき、レーザ光導波領
域とこれに最近接の低転位領域中央領域との水平方向の
距離ｔを３０μｍ以上とするようにしてもよい。周囲と
は少し性質の異なる可能性のある低転位領域中央領域か
らレーザ光導波領域をずらすことで、一層長寿命の半導
体レーザ素子を得ることができる。
部分を低転位領域中央領域とするとき、レーザ光導波領
域とこれに最近接の低転位領域中央領域との水平方向の
距離ｔを３０μｍ以上とするようにしてもよい。周囲と
は少し性質の異なる可能性のある低転位領域中央領域か
らレーザ光導波領域をずらすことで、一層長寿命の半導
体レーザ素子を得ることができる。
【００２６】低転位領域中に転位集中領域と略平行なス
トライプ状の高ルミネッセンス領域を有する窒化物半導
体基板を用いるときは、レーザ光導波領域とこれに最近
接の高ルミネッセンス領域との水平方向の距離ｔを３０
μｍ以上とするようにしてもよい。周囲とは少し性質の
異なる高ルミネッセンス領域からレーザ光導波領域をず
らすことで、一層長寿命の半導体レーザ素子を得ること
ができる。
トライプ状の高ルミネッセンス領域を有する窒化物半導
体基板を用いるときは、レーザ光導波領域とこれに最近
接の高ルミネッセンス領域との水平方向の距離ｔを３０
μｍ以上とするようにしてもよい。周囲とは少し性質の
異なる高ルミネッセンス領域からレーザ光導波領域をず
らすことで、一層長寿命の半導体レーザ素子を得ること
ができる。
【００２７】隣り合う転位集中領域間の距離Ｐが１４０
μｍ以上の窒化物半導体基板を用いるとよい。レーザ光
導波領域を転位集中領域からずらすことが容易になる。
μｍ以上の窒化物半導体基板を用いるとよい。レーザ光
導波領域を転位集中領域からずらすことが容易になる。
【００２８】また、この距離Ｐが１０００μｍ以下の窒
化物半導体基板を用いるとよい。低転位領域のうちレー
ザ光導波領域の下方に位置しない不必要な部分の大きい
半導体レーザ素子となるのを避けることができ、また、
歩留まりも向上する。
化物半導体基板を用いるとよい。低転位領域のうちレー
ザ光導波領域の下方に位置しない不必要な部分の大きい
半導体レーザ素子となるのを避けることができ、また、
歩留まりも向上する。
【００２９】本発明ではまた、互いに略平行な複数のス
トライプ状の高ルミネッセンス領域を有する窒化物半導
体基板上に、ストライプ状のレーザ光導波領域を備えた
窒化物半導体の積層構造を含有する窒化物半導体層を形
成する工程を含む窒化物半導体レーザ素子の製造方法に
おいて、レーザ光導波領域を高ルミネッセンス領域と略
平行に設けるとともに、レーザ光導波領域とこれに最近
接の高ルミネッセンス領域との水平方向の距離ｔを３０
μｍ以上とするようにする。この場合も、長寿命の半導
体レーザ素子を得ることができる。
トライプ状の高ルミネッセンス領域を有する窒化物半導
体基板上に、ストライプ状のレーザ光導波領域を備えた
窒化物半導体の積層構造を含有する窒化物半導体層を形
成する工程を含む窒化物半導体レーザ素子の製造方法に
おいて、レーザ光導波領域を高ルミネッセンス領域と略
平行に設けるとともに、レーザ光導波領域とこれに最近
接の高ルミネッセンス領域との水平方向の距離ｔを３０
μｍ以上とするようにする。この場合も、長寿命の半導
体レーザ素子を得ることができる。
【００３０】転位集中領域を有する窒化物半導体基板と
しては、ファセット面｛１１−２２｝面が表出して鋸歯
状の凹凸形状となっている表面を有し、転位集中領域が
表面の凹凸形状の底部の下方に位置するものを用いるこ
とができる。
しては、ファセット面｛１１−２２｝面が表出して鋸歯
状の凹凸形状となっている表面を有し、転位集中領域が
表面の凹凸形状の底部の下方に位置するものを用いるこ
とができる。
【００３１】また、高ルミネッセンス領域を有する窒化
物半導体基板としては、ファセット面｛１１−２２｝面
が表出して鋸歯状の凹凸形状となっている表面を有し、
高ルミネッセンス領域が表面の凹凸形状の頂上部の下方
に位置するものを用いることができる。
物半導体基板としては、ファセット面｛１１−２２｝面
が表出して鋸歯状の凹凸形状となっている表面を有し、
高ルミネッセンス領域が表面の凹凸形状の頂上部の下方
に位置するものを用いることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】＜実施の形態１＞図１は本発明の
実施の形態１の半導体レーザ素子１を示す断面模式図で
ある。図１は、本実施の形態の半導体レーザ素子１を、
光出射方向から見た図である。図１において、１０はｎ
型ＧａＮ基板であり、基板１０中には、転位集中領域１
１が存在し、転位集中領域１１以外の部分は低転位領域
となっている。また、低転位領域中には、さらに転位集
中領域１１に平行して高ルミネッセンス領域１２が存在
する。基板１０上には、窒化物半導体層（エピタキシャ
ル成長層）１３が形成されている。窒化物半導体層１３
中には、レーザ光導波領域１４が位置している。また、
窒化物半導体層１３上面および基板１０下面には、電極
１５、１６がそれぞれ形成されている。図１の断面図に
は現れていないが、転位集中領域１１、高ルミネッセン
ス領域１２およびレーザ光導波領域１４は、図１の奥行
き方向に延伸しており、互いに略平行の配置となってい
る。
実施の形態１の半導体レーザ素子１を示す断面模式図で
ある。図１は、本実施の形態の半導体レーザ素子１を、
光出射方向から見た図である。図１において、１０はｎ
型ＧａＮ基板であり、基板１０中には、転位集中領域１
１が存在し、転位集中領域１１以外の部分は低転位領域
となっている。また、低転位領域中には、さらに転位集
中領域１１に平行して高ルミネッセンス領域１２が存在
する。基板１０上には、窒化物半導体層（エピタキシャ
ル成長層）１３が形成されている。窒化物半導体層１３
中には、レーザ光導波領域１４が位置している。また、
窒化物半導体層１３上面および基板１０下面には、電極
１５、１６がそれぞれ形成されている。図１の断面図に
は現れていないが、転位集中領域１１、高ルミネッセン
ス領域１２およびレーザ光導波領域１４は、図１の奥行
き方向に延伸しており、互いに略平行の配置となってい
る。
【００３３】本実施の形態の半導体レーザ素子１を上面
側から見たとき（平面視）、レーザ光導波領域１４と転
位集中領域１１との距離をｄ、レーザ光導波領域１４と
高ルミネッセンス領域１２との距離をｔとしたとき、ｄ
＝８０μｍ、ｔ＝１２０μｍとした。なお、本明細書に
おいて、距離ｄおよびｔは各ストライプ状のレーザ光導
波領域、転位集中領域、高ルミネッセンス領域の中心位
置間の距離から規定されるものとする。
側から見たとき（平面視）、レーザ光導波領域１４と転
位集中領域１１との距離をｄ、レーザ光導波領域１４と
高ルミネッセンス領域１２との距離をｔとしたとき、ｄ
＝８０μｍ、ｔ＝１２０μｍとした。なお、本明細書に
おいて、距離ｄおよびｔは各ストライプ状のレーザ光導
波領域、転位集中領域、高ルミネッセンス領域の中心位
置間の距離から規定されるものとする。
【００３４】以下に、本実施の形態の半導体レーザ素子
１の製造方法について解説しつつ、さらに詳しくその構
造についても説明する。
１の製造方法について解説しつつ、さらに詳しくその構
造についても説明する。
【００３５】（ＧａＮ基板の作製方法）まず、ｎ型Ｇａ
Ｎ基板１０の結晶成長方法の概略を述べる。ＧａＮの結
晶は、ファセット面からなる斜面が表出するようにし
て、その斜面を維持しながら成長させる。つまり、斜面
を成長方向に次第に移動させていく。これにより、斜面
の途中に発生する転位が斜面の下端に伝搬して集合し、
斜面の下端であった部位が転位集中領域、斜面の途中で
あった部位が低転位領域となる。
Ｎ基板１０の結晶成長方法の概略を述べる。ＧａＮの結
晶は、ファセット面からなる斜面が表出するようにし
て、その斜面を維持しながら成長させる。つまり、斜面
を成長方向に次第に移動させていく。これにより、斜面
の途中に発生する転位が斜面の下端に伝搬して集合し、
斜面の下端であった部位が転位集中領域、斜面の途中で
あった部位が低転位領域となる。
【００３６】転位集中領域にはいくつかの状態がある。
例えば多結晶となることがある。また、周囲の低転位領
域に対して僅かに傾斜した単結晶となることもある。さ
らに、周囲の低転位位領域の成長方向が［０００１］方
向であるのに対して、成長方向が逆に［０００−１］方
向となることもある。このため、転位集中領域と低転位
領域の間には明確な境界が生じる。
例えば多結晶となることがある。また、周囲の低転位領
域に対して僅かに傾斜した単結晶となることもある。さ
らに、周囲の低転位位領域の成長方向が［０００１］方
向であるのに対して、成長方向が逆に［０００−１］方
向となることもある。このため、転位集中領域と低転位
領域の間には明確な境界が生じる。
【００３７】斜面を成長方向に移動させるため、ファセ
ット面を最初にどのような形状で発生させるかにより、
転位集中領域の形状を規定することができる。上下を逆
にした（頂点が下で底面が上の）角錐の側面のようなフ
ァセット面を最初に発生させておけば、転位はその角錐
の頂点の部位に集まり、転位集中領域は成長方向に平行
な直線状となってピットを形成する。また、断面がＶ字
状の溝の側面のようなファセット面を最初に発生させて
おけば、転位はその溝の底の直線状の部位に集まり、転
位集中領域は成長方向に平行な面状となってストライプ
を形成する。
ット面を最初にどのような形状で発生させるかにより、
転位集中領域の形状を規定することができる。上下を逆
にした（頂点が下で底面が上の）角錐の側面のようなフ
ァセット面を最初に発生させておけば、転位はその角錐
の頂点の部位に集まり、転位集中領域は成長方向に平行
な直線状となってピットを形成する。また、断面がＶ字
状の溝の側面のようなファセット面を最初に発生させて
おけば、転位はその溝の底の直線状の部位に集まり、転
位集中領域は成長方向に平行な面状となってストライプ
を形成する。
【００３８】最初に生じさせるファセット面の種として
は、結晶成長を妨げるマスクを利用することができる。
マスクを設けていない部位で結晶成長が始まって、マス
クのない部位とある部位との境界にファセット面が生
じ、水平方向への成長によってマスク上でファセット面
が接し合い、その接点が転位集中領域の開始位置とな
る。ファセット面が接し合った後は、垂直方向（本来の
成長方向）への結晶成長が安定して進み、ファセット面
はそのまま成長方向に移動し、転位集中領域は成長方向
に伸びていく。結晶成長を妨げるマスクをドット状とす
れば、上下が逆の角錐の側面のようなファセット面を発
生させることができ、マスクを直線状とすれば、断面が
Ｖ字状の溝の側面のようなファセット面を発生させるこ
とができる。マスクとしては非結晶または多結晶の層を
設ければよく、例えばＳｉＯ2の薄膜を基体表面に形成
しておく。
は、結晶成長を妨げるマスクを利用することができる。
マスクを設けていない部位で結晶成長が始まって、マス
クのない部位とある部位との境界にファセット面が生
じ、水平方向への成長によってマスク上でファセット面
が接し合い、その接点が転位集中領域の開始位置とな
る。ファセット面が接し合った後は、垂直方向（本来の
成長方向）への結晶成長が安定して進み、ファセット面
はそのまま成長方向に移動し、転位集中領域は成長方向
に伸びていく。結晶成長を妨げるマスクをドット状とす
れば、上下が逆の角錐の側面のようなファセット面を発
生させることができ、マスクを直線状とすれば、断面が
Ｖ字状の溝の側面のようなファセット面を発生させるこ
とができる。マスクとしては非結晶または多結晶の層を
設ければよく、例えばＳｉＯ2の薄膜を基体表面に形成
しておく。
【００３９】結晶成長後、その表面を研磨して鏡面化す
ることで、半導体層を積層しうる基板が得られる。本実
施の形態では、Ｖ字状にファセット面を生じさせて、転
位集中領域がストライプ状となるようにするか、あるい
は、ドットを取り巻く形状のファセット面を短い周期で
多数生じさせて、転位集中領域が巨視的にストライプ状
となるようにする。
ることで、半導体層を積層しうる基板が得られる。本実
施の形態では、Ｖ字状にファセット面を生じさせて、転
位集中領域がストライプ状となるようにするか、あるい
は、ドットを取り巻く形状のファセット面を短い周期で
多数生じさせて、転位集中領域が巨視的にストライプ状
となるようにする。
【００４０】ｎ型ＧａＮ基板１０の具体的な製造方法
を、図２を参照して説明する。支持基体２１上に、ＨＶ
ＰＥ法により、ｎ型ＧａＮ層２２を、ファセット面｛１
１−２２｝面２３が成長中の表面に主として表出するよ
うに成長させる。その結果、表面の断面図形は鋸歯状の
凹凸形状となる。ただし、凸部の頂点付近には、わずか
に、｛０００１｝面２６が表出した部分がストライプ状
に見られた。図２（ａ）は、この状態を説明した断面図
（一部のみ表示）である。
を、図２を参照して説明する。支持基体２１上に、ＨＶ
ＰＥ法により、ｎ型ＧａＮ層２２を、ファセット面｛１
１−２２｝面２３が成長中の表面に主として表出するよ
うに成長させる。その結果、表面の断面図形は鋸歯状の
凹凸形状となる。ただし、凸部の頂点付近には、わずか
に、｛０００１｝面２６が表出した部分がストライプ状
に見られた。図２（ａ）は、この状態を説明した断面図
（一部のみ表示）である。
【００４１】ここで、ＨＶＰＥ法というのは、ホットウ
ォール型の反応炉の上流部にＧａボートを設けて加熱し
たＧａ融液にＨＣｌガスを吹き込むようにし、反応炉の
下流部に基体を設けてＮＨ3を吹き込むようにしてお
き、加熱したＧａメタル（融液）にＨＣｌを吹き込んで
ＧａＣｌを合成し、下方へ送り、下方でＮＨ3と反応さ
せＧａＮを合成して、ＧａＮが基体に堆積するようにし
たものである。
ォール型の反応炉の上流部にＧａボートを設けて加熱し
たＧａ融液にＨＣｌガスを吹き込むようにし、反応炉の
下流部に基体を設けてＮＨ3を吹き込むようにしてお
き、加熱したＧａメタル（融液）にＨＣｌを吹き込んで
ＧａＣｌを合成し、下方へ送り、下方でＮＨ3と反応さ
せＧａＮを合成して、ＧａＮが基体に堆積するようにし
たものである。
【００４２】支持基体２１としては２インチ（１１１）
ＧａＡｓウェハーを用いた。基体２１の材料に特に制約
はなく、一般的なサファイアを用いることも可能である
が、後に切除するため、このようにＧａＡｓを材料とし
て用いて無駄を抑えるのが好ましい。
ＧａＡｓウェハーを用いた。基体２１の材料に特に制約
はなく、一般的なサファイアを用いることも可能である
が、後に切除するため、このようにＧａＡｓを材料とし
て用いて無駄を抑えるのが好ましい。
【００４３】上記凹凸はピッチＰ＝４００μｍの周期構
造であり、図面奥行き方向に畝状に延びている形状とな
っている。このように、凹凸の位置を規定するために
は、基体２１上にあらかじめ上記凹部に対応したＳｉＯ
2等のマスクを形成しておき、これを種としてファセッ
トが表出する状態で、結晶成長を行えば良い。つまりマ
スクは、ＧａＮ結晶の［１−１００］方向に平行になる
ように、ピッチＰ＝４００μｍでストライプ状に配置さ
れており、その形状は、連続したストライプ状、あるい
は略一定間隔で直線上に位置する多数のドット状であ
る。
造であり、図面奥行き方向に畝状に延びている形状とな
っている。このように、凹凸の位置を規定するために
は、基体２１上にあらかじめ上記凹部に対応したＳｉＯ
2等のマスクを形成しておき、これを種としてファセッ
トが表出する状態で、結晶成長を行えば良い。つまりマ
スクは、ＧａＮ結晶の［１−１００］方向に平行になる
ように、ピッチＰ＝４００μｍでストライプ状に配置さ
れており、その形状は、連続したストライプ状、あるい
は略一定間隔で直線上に位置する多数のドット状であ
る。
【００４４】ファセット｛１１−２２｝面が表出した状
態で、結晶成長を持続させる手法（成長条件）について
は、本出願人が先に出願した特願平１１−２７３８８２
号に詳細に開示している。なお、成長時にＯをドーピン
グすることで、成長する結晶をｎ型とした。
態で、結晶成長を持続させる手法（成長条件）について
は、本出願人が先に出願した特願平１１−２７３８８２
号に詳細に開示している。なお、成長時にＯをドーピン
グすることで、成長する結晶をｎ型とした。
【００４５】このような成長モードを保ったまま、さら
にＧａＮ結晶の形成を続けることで、基体２１上に高さ
３０ｍｍのインゴットを作製した。図２（ｂ）は、イン
ゴットを示した図である。
にＧａＮ結晶の形成を続けることで、基体２１上に高さ
３０ｍｍのインゴットを作製した。図２（ｂ）は、イン
ゴットを示した図である。
【００４６】このインゴットを、スライサーによりスラ
イス切断加工して薄片（ｎ型ＧａＮ基板）を得た。薄片
を研磨加工して、表面が平坦な２インチ（約５ｃｍ）
径、厚さ３５０μｍのｎ型ＧａＮ基板１０を得た。エピ
タキシャル成長を行うための表面は鏡面研磨仕上げとし
た。なお、この表面は、ほぼ（０００１）面としたが、
上にエピタキシャル成長される窒化物半導体層１３のモ
フォロジーが平坦で良好になるためには、（０００１）
面から任意の方向に０．２〜１°の範囲の、比較的小さ
いオフ角度を有していることが望ましく、特に表面の平
坦性が最小になるようにするためには、０．４〜０．８
°の範囲とすることが好ましかった。図２（ｃ）は、こ
うして得られたｎ型ＧａＮ基板１０の断面図（一部のみ
表示）であり、図２（ｄ）は、上面図（一部のみ表示）
である。
イス切断加工して薄片（ｎ型ＧａＮ基板）を得た。薄片
を研磨加工して、表面が平坦な２インチ（約５ｃｍ）
径、厚さ３５０μｍのｎ型ＧａＮ基板１０を得た。エピ
タキシャル成長を行うための表面は鏡面研磨仕上げとし
た。なお、この表面は、ほぼ（０００１）面としたが、
上にエピタキシャル成長される窒化物半導体層１３のモ
フォロジーが平坦で良好になるためには、（０００１）
面から任意の方向に０．２〜１°の範囲の、比較的小さ
いオフ角度を有していることが望ましく、特に表面の平
坦性が最小になるようにするためには、０．４〜０．８
°の範囲とすることが好ましかった。図２（ｃ）は、こ
うして得られたｎ型ＧａＮ基板１０の断面図（一部のみ
表示）であり、図２（ｄ）は、上面図（一部のみ表示）
である。
【００４７】こうして得られたＧａＮ基板１０の評価を
次のように行った。まず、ｎ型ＧａＮ基板１０の表面を
顕微鏡で詳細に観察した。研磨加工された表面は必ずし
も平坦でなく、結晶成長時に凹部の最底部が生じていた
領域（図２（ａ）において符号２４で示した部分）に対
応する領域がやや窪んでいた。
次のように行った。まず、ｎ型ＧａＮ基板１０の表面を
顕微鏡で詳細に観察した。研磨加工された表面は必ずし
も平坦でなく、結晶成長時に凹部の最底部が生じていた
領域（図２（ａ）において符号２４で示した部分）に対
応する領域がやや窪んでいた。
【００４８】さらに、硫酸、燐酸の混酸を２５０℃に加
熱した液にサンプルを浸してエッチングを行い、エッチ
ピットが表面に出るようにした。その結果、結晶成長時
に凹部の最底部が生じていた領域（図２（ａ）において
符号２４で示した部分）に対応する領域で、多数のエッ
チピットが現れ、この領域は転位（あるいは結晶欠陥）
が極めて集中している領域（転位集中領域）であること
が判明した。つまり、上記窪みは、この領域に対応して
いた。
熱した液にサンプルを浸してエッチングを行い、エッチ
ピットが表面に出るようにした。その結果、結晶成長時
に凹部の最底部が生じていた領域（図２（ａ）において
符号２４で示した部分）に対応する領域で、多数のエッ
チピットが現れ、この領域は転位（あるいは結晶欠陥）
が極めて集中している領域（転位集中領域）であること
が判明した。つまり、上記窪みは、この領域に対応して
いた。
【００４９】このように窪みの部分は、転位が極めて集
中しているために、研磨工程で他の部分よりも侵食され
やすく、そのため生じてしまったものと考えられる。転
位集中領域の幅は約１０〜４０μｍであった。それ以外
の領域は、ＥＰＤ（エッチピット密度）１０4〜１０5／
ｃｍ2台の低転位領域となっていた。転位集中領域のＥ
ＰＤは、これよりも３桁以上大きいように観察された。
このように、符号１１で表されるような領域は、周囲に
比べて数桁も転位密度が大きくなっている部分であるた
め、本明細書では、「転位集中領域」と呼称した。
中しているために、研磨工程で他の部分よりも侵食され
やすく、そのため生じてしまったものと考えられる。転
位集中領域の幅は約１０〜４０μｍであった。それ以外
の領域は、ＥＰＤ（エッチピット密度）１０4〜１０5／
ｃｍ2台の低転位領域となっていた。転位集中領域のＥ
ＰＤは、これよりも３桁以上大きいように観察された。
このように、符号１１で表されるような領域は、周囲に
比べて数桁も転位密度が大きくなっている部分であるた
め、本明細書では、「転位集中領域」と呼称した。
【００５０】また、サンプルに紫外線（Ｈｇランプ３６
５ｎｍ輝線を用いることができる）を照射して、表面か
らのルミネッセンスを顕微鏡を用いて観察した（蛍光顕
微鏡観察）。その結果、転位集中領域１１に挟まれた低
転位領域の中央に、比較的はっきりと境界をもった、周
囲とコントラストが異なるストライプ状の領域が観察さ
れた。この領域は、周囲よりも肉眼で観察される発光
（ルミネッセンス）が強く、やや黄色がかって明るく観
察される領域である。
５ｎｍ輝線を用いることができる）を照射して、表面か
らのルミネッセンスを顕微鏡を用いて観察した（蛍光顕
微鏡観察）。その結果、転位集中領域１１に挟まれた低
転位領域の中央に、比較的はっきりと境界をもった、周
囲とコントラストが異なるストライプ状の領域が観察さ
れた。この領域は、周囲よりも肉眼で観察される発光
（ルミネッセンス）が強く、やや黄色がかって明るく観
察される領域である。
【００５１】この領域は、結晶成長時にファセット面
｛０００１｝面が表出しつつ成長していた部分２５であ
り、図１および図２（ｄ）に符号１２で表される領域で
ある。このように周囲と異なって観察されるのは、ドー
パントの取り込まれ具合が周囲と異なるなどの理由が考
えられる。上述の事実から、本明細書では、この領域を
「高ルミネッセンス領域」と呼称した。結晶成長時に、
ファセット面｛０００１｝面が表出しつつ成長していた
部分２５が必ずしも同一の幅をもって均一に進行するも
のではないために、高ルミネッセンス領域１２の幅は、
やや揺らぎを持っているものの、広いところで、３０μ
ｍ程度であった。
｛０００１｝面が表出しつつ成長していた部分２５であ
り、図１および図２（ｄ）に符号１２で表される領域で
ある。このように周囲と異なって観察されるのは、ドー
パントの取り込まれ具合が周囲と異なるなどの理由が考
えられる。上述の事実から、本明細書では、この領域を
「高ルミネッセンス領域」と呼称した。結晶成長時に、
ファセット面｛０００１｝面が表出しつつ成長していた
部分２５が必ずしも同一の幅をもって均一に進行するも
のではないために、高ルミネッセンス領域１２の幅は、
やや揺らぎを持っているものの、広いところで、３０μ
ｍ程度であった。
【００５２】なお、このような高ルミネッセンス領域
は、上記インゴットを作成するときの条件や、インゴッ
トにおける位置（支持基体からの距離）によっては、ほ
とんど形成されないこともある。しかしながら、転位集
中領域１１にはさまれた部分のほぼ中央の領域は、上記
凹凸の頂点付近の領域に対応している部分であり、これ
を、本明細書では、「低転位領域中央領域」とも呼称す
る。本明細書において、高ルミネッセンス領域として説
明する部分は、低転位領域中央領域に置き換えて考える
ことができる。
は、上記インゴットを作成するときの条件や、インゴッ
トにおける位置（支持基体からの距離）によっては、ほ
とんど形成されないこともある。しかしながら、転位集
中領域１１にはさまれた部分のほぼ中央の領域は、上記
凹凸の頂点付近の領域に対応している部分であり、これ
を、本明細書では、「低転位領域中央領域」とも呼称す
る。本明細書において、高ルミネッセンス領域として説
明する部分は、低転位領域中央領域に置き換えて考える
ことができる。
【００５３】なお、上記ＧａＮ基板１０の形成のための
結晶成長は、ＨＶＰＥ法以外の気相成長によってもよ
く、ＭＯＣＶＤ法（Metalorganic Chemical Vapor Depo
sition）、ＭＯＣ法（Metalorganic Chloride Vapor Ph
ase Epitaxy）、昇華法などを用いても実施することが
できる。
結晶成長は、ＨＶＰＥ法以外の気相成長によってもよ
く、ＭＯＣＶＤ法（Metalorganic Chemical Vapor Depo
sition）、ＭＯＣ法（Metalorganic Chloride Vapor Ph
ase Epitaxy）、昇華法などを用いても実施することが
できる。
【００５４】ＧａＮ基板１０の形成のための成長に用い
る基体２１としては、ＧａＡｓの他にも、軸廻りに六回
対称性あるいは三回対称性がある結晶基板を用いること
ができる。つまり結晶系としては六方晶系であるか立方
晶系である結晶が挙げられる。立方晶系の場合（１１
１）面を使えば三回対称性がある。サファイア、Ｓｉ
Ｃ、石英、ＮｄＧａＯ3、ＺｎＯ、ＧａＮ、ＡｌＮなど
の六方晶系の結晶を用いることができる。Ｓｉ、スピネ
ル、ＭｇＯ、ＧａＰなどの立方晶系の（１１１）面基板
を用いることもできる。これらはＧａＮをＣ面で成長さ
せるものである。
る基体２１としては、ＧａＡｓの他にも、軸廻りに六回
対称性あるいは三回対称性がある結晶基板を用いること
ができる。つまり結晶系としては六方晶系であるか立方
晶系である結晶が挙げられる。立方晶系の場合（１１
１）面を使えば三回対称性がある。サファイア、Ｓｉ
Ｃ、石英、ＮｄＧａＯ3、ＺｎＯ、ＧａＮ、ＡｌＮなど
の六方晶系の結晶を用いることができる。Ｓｉ、スピネ
ル、ＭｇＯ、ＧａＰなどの立方晶系の（１１１）面基板
を用いることもできる。これらはＧａＮをＣ面で成長さ
せるものである。
【００５５】ＧａＮ基板１０の形成のためのマスクの設
け方にも２種類の選択肢がある。一つは基体の上に直接
にマスクを形成する手法である。この場合、エピ層に先
立ちマスク開口の内部の基体露出面にＧａＮバッファ層
を堆積する等の工夫を行ったほうがよい。もう一つは基
体の上に予め比較的薄くＧａＮ層を形成しておいて、そ
の上にマスクを形成する手法である。後者の方が成長が
スムーズに進行し、より好ましい場合が多い。
け方にも２種類の選択肢がある。一つは基体の上に直接
にマスクを形成する手法である。この場合、エピ層に先
立ちマスク開口の内部の基体露出面にＧａＮバッファ層
を堆積する等の工夫を行ったほうがよい。もう一つは基
体の上に予め比較的薄くＧａＮ層を形成しておいて、そ
の上にマスクを形成する手法である。後者の方が成長が
スムーズに進行し、より好ましい場合が多い。
【００５６】また、ここでは基板１０としてＧａＮを用
いた例を説明したが、「課題を解決するための手段」の
欄に記載したような材料で構成される窒化物半導体基板
に置換してもよい。
いた例を説明したが、「課題を解決するための手段」の
欄に記載したような材料で構成される窒化物半導体基板
に置換してもよい。
【００５７】従来の技術に示した窒化物半導体基板の製
造方法では、基板結晶の成長を進行させるに従って、横
方向成長技術（ＥＬＯＧ技術）を用いることで、転位を
低減しているが、転位（欠陥）が生じる位置は特に制御
されず、結晶成長が進むに従って、転位は面内に一様に
分布するようになる。一方、本発明で用いる窒化物半導
体基板では、転位集中領域の位置が、基板結晶の成長を
通じて、所定の位置（ピッチが数１００μｍオーダであ
る）に制御される。従来技術のＧａＮ基板と、本発明で
用いる窒化物半導体基板には、このような違いがある。
造方法では、基板結晶の成長を進行させるに従って、横
方向成長技術（ＥＬＯＧ技術）を用いることで、転位を
低減しているが、転位（欠陥）が生じる位置は特に制御
されず、結晶成長が進むに従って、転位は面内に一様に
分布するようになる。一方、本発明で用いる窒化物半導
体基板では、転位集中領域の位置が、基板結晶の成長を
通じて、所定の位置（ピッチが数１００μｍオーダであ
る）に制御される。従来技術のＧａＮ基板と、本発明で
用いる窒化物半導体基板には、このような違いがある。
【００５８】そのため、同程度の転位密度の基板を得よ
うとする場合、本実施の形態で説明する基板結晶の製造
方法の方が、結晶成長回数が少なくてすみ、生産性が良
好になる。このような基板を用いた場合に、半導体レー
ザ素子におけるレーザ光導波領域がどのような位置に設
けられれば適当であるかについては、従来知られていな
かった。この点については、後に詳細に説明する。
うとする場合、本実施の形態で説明する基板結晶の製造
方法の方が、結晶成長回数が少なくてすみ、生産性が良
好になる。このような基板を用いた場合に、半導体レー
ザ素子におけるレーザ光導波領域がどのような位置に設
けられれば適当であるかについては、従来知られていな
かった。この点については、後に詳細に説明する。
【００５９】（窒化物半導体層のエピタキシャル成長）
次に、ｎ型ＧａＮ基板１０上に窒化物半導体層１３等を
形成して半導体レーザ素子１を作製する方法について、
図３を参照して解説する。図３は、図１の半導体レーザ
素子１を、窒化物半導体層１３の層構造を詳細に示すよ
うに表した模式図であり、基板１０中の上記構造につい
ては記載を省略した。
次に、ｎ型ＧａＮ基板１０上に窒化物半導体層１３等を
形成して半導体レーザ素子１を作製する方法について、
図３を参照して解説する。図３は、図１の半導体レーザ
素子１を、窒化物半導体層１３の層構造を詳細に示すよ
うに表した模式図であり、基板１０中の上記構造につい
ては記載を省略した。
【００６０】ＭＯＣＶＤ装置を用いて、Ｖ族原料のＮＨ
3とＩＩＩ族原料のＴＭＧａ（トリメチルガリウム）ま
たはＴＥＧａ（トリエチルガリウム）に、ドーパント原
料としてのＳｉＨ4を加え、ｎ型ＧａＮ基板１０に、基
板温度１０５０℃で、膜厚３μｍのｎ型ＧａＮ層１０２
を形成した。次いで、８００℃の基板温度で、上記原料
にＩＩＩ族原料としてのＴＭＩｎ（トリメチルインジウ
ム）を加え、ｎ型Ｉｎ 0.07Ｇａ0.93Ｎクラック防止層１
０３を４０ｎｍ成長させた。次に、基板温度を１０５０
℃に上げ、ＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）または
ＴＥＡｌ（トリエチルアルミニウム）のＩＩＩ族原料も
用いて、１．２μｍ厚のｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド
層１０４を成長させた。ｎ型不純物としてＳｉを５×１
０17／ｃｍ3〜１×１０19／ｃｍ3添加した。続いて、ｎ
型ＧａＮ光ガイド層１０５（Ｓｉ不純物濃度１×１０16
〜１×１０18／ｃｍ3）を０．１μｍ成長させた。
3とＩＩＩ族原料のＴＭＧａ（トリメチルガリウム）ま
たはＴＥＧａ（トリエチルガリウム）に、ドーパント原
料としてのＳｉＨ4を加え、ｎ型ＧａＮ基板１０に、基
板温度１０５０℃で、膜厚３μｍのｎ型ＧａＮ層１０２
を形成した。次いで、８００℃の基板温度で、上記原料
にＩＩＩ族原料としてのＴＭＩｎ（トリメチルインジウ
ム）を加え、ｎ型Ｉｎ 0.07Ｇａ0.93Ｎクラック防止層１
０３を４０ｎｍ成長させた。次に、基板温度を１０５０
℃に上げ、ＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）または
ＴＥＡｌ（トリエチルアルミニウム）のＩＩＩ族原料も
用いて、１．２μｍ厚のｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド
層１０４を成長させた。ｎ型不純物としてＳｉを５×１
０17／ｃｍ3〜１×１０19／ｃｍ3添加した。続いて、ｎ
型ＧａＮ光ガイド層１０５（Ｓｉ不純物濃度１×１０16
〜１×１０18／ｃｍ3）を０．１μｍ成長させた。
【００６１】その後、基板温度を７５０℃に下げ、３周
期の、厚さ４ｎｍのＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ井戸層と厚さ８ｎ
ｍのＩｎ0.01Ｇａ0.99Ｎ障壁層から成る活性層（多重量
子井戸構造）１０６を、障壁層／井戸層／障壁層／井戸
層／障壁層／井戸層／障壁層の順序で成長させた。その
際、障壁層または障壁層と井戸層の両方にＳｉＨ4（Ｓ
ｉ不純物濃度は１×１０16〜１×１０18／ｃｍ3）を添
加した。障壁層と井戸層、または井戸層と障壁層との間
に、１秒以上１８０秒以内の成長中断を実施すると、各
層の平坦性が向上し、発光半値幅が減少して好ましい。
期の、厚さ４ｎｍのＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ井戸層と厚さ８ｎ
ｍのＩｎ0.01Ｇａ0.99Ｎ障壁層から成る活性層（多重量
子井戸構造）１０６を、障壁層／井戸層／障壁層／井戸
層／障壁層／井戸層／障壁層の順序で成長させた。その
際、障壁層または障壁層と井戸層の両方にＳｉＨ4（Ｓ
ｉ不純物濃度は１×１０16〜１×１０18／ｃｍ3）を添
加した。障壁層と井戸層、または井戸層と障壁層との間
に、１秒以上１８０秒以内の成長中断を実施すると、各
層の平坦性が向上し、発光半値幅が減少して好ましい。
【００６２】活性層にＡｓを添加する場合はＡｓＨ
3（アルシン）またはＴＢＡｓ（ターシャリブチルアル
シン）を、活性層にＰを添加する場合はＰＨ3（ホスフ
ィン）またはＴＢＰ（ターシャリブチルホスフィン）
を、活性層にＳｂを添加する場合はＴＭＳｂ（トリメチ
ルアンチモン）またはＴＥＳｂ（トリエチルアンチモ
ン）を、それぞれ原料に用いると良い。また、活性層を
形成する際、Ｎ原料として、ＮＨ3以外にＮ2Ｈ4（ヒド
ラジン）、Ｃ2Ｎ2Ｈ8（ジメチルヒドラジン）あるいは
Ｎを含む有機原料を用いても構わない。
3（アルシン）またはＴＢＡｓ（ターシャリブチルアル
シン）を、活性層にＰを添加する場合はＰＨ3（ホスフ
ィン）またはＴＢＰ（ターシャリブチルホスフィン）
を、活性層にＳｂを添加する場合はＴＭＳｂ（トリメチ
ルアンチモン）またはＴＥＳｂ（トリエチルアンチモ
ン）を、それぞれ原料に用いると良い。また、活性層を
形成する際、Ｎ原料として、ＮＨ3以外にＮ2Ｈ4（ヒド
ラジン）、Ｃ2Ｎ2Ｈ8（ジメチルヒドラジン）あるいは
Ｎを含む有機原料を用いても構わない。
【００６３】次に、基板温度を再び１０５０℃まで上昇
させて、厚さ２０ｎｍのｐ型Ａｌ0. 3Ｇａ0.7Ｎキャリア
ブロック層１０７、０．１μｍのｐ型ＧａＮ光ガイド層
１０８、０．５μｍのｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層
１０９、および０．１μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層１
１０を順次成長させた。ｐ型不純物として原料にＥｔＣ
Ｐ2Ｍｇ（ビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウ
ム）を用い、Ｍｇを１×１０18／ｃｍ3〜２×１０20／
ｃｍ3で添加した。ｐ型ＧａＮコンタクト層１１０のｐ
型不純物濃度は、ｐ電極１１２の方向に向かって高くな
るようにした方が好ましい。これによりｐ電極形成によ
るコンタクト抵抗が低減する。また、ｐ型不純物である
Ｍｇの活性化を妨げているｐ型層中の残留水素を除去す
るために、ｐ型層成長中に微量の酸素を混入させてもよ
い。
させて、厚さ２０ｎｍのｐ型Ａｌ0. 3Ｇａ0.7Ｎキャリア
ブロック層１０７、０．１μｍのｐ型ＧａＮ光ガイド層
１０８、０．５μｍのｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層
１０９、および０．１μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層１
１０を順次成長させた。ｐ型不純物として原料にＥｔＣ
Ｐ2Ｍｇ（ビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウ
ム）を用い、Ｍｇを１×１０18／ｃｍ3〜２×１０20／
ｃｍ3で添加した。ｐ型ＧａＮコンタクト層１１０のｐ
型不純物濃度は、ｐ電極１１２の方向に向かって高くな
るようにした方が好ましい。これによりｐ電極形成によ
るコンタクト抵抗が低減する。また、ｐ型不純物である
Ｍｇの活性化を妨げているｐ型層中の残留水素を除去す
るために、ｐ型層成長中に微量の酸素を混入させてもよ
い。
【００６４】このようにして、ｐ型ＧａＮコンタクト層
１１０を成長させた後、ＭＯＣＶＤ装置のリアクター内
を全て窒素キャリアガスとＮＨ3に替えて、６０℃／分
で温度を降下させた。基板温度が８００℃になった時点
で、ＮＨ3の供給を停止し、５分間その基板温度で待機
してから、室温まで降下した。ここでの基板の保持温度
は６５０℃から９００℃の間が好ましく、待機時間は、
３分以上１０分以下が好ましかった。また、温度の降下
速度は、３０℃／分以上が好ましい。
１１０を成長させた後、ＭＯＣＶＤ装置のリアクター内
を全て窒素キャリアガスとＮＨ3に替えて、６０℃／分
で温度を降下させた。基板温度が８００℃になった時点
で、ＮＨ3の供給を停止し、５分間その基板温度で待機
してから、室温まで降下した。ここでの基板の保持温度
は６５０℃から９００℃の間が好ましく、待機時間は、
３分以上１０分以下が好ましかった。また、温度の降下
速度は、３０℃／分以上が好ましい。
【００６５】このようにして作製した成長膜をラマン測
定によって評価した結果、ＭＯＣＶＤ装置からのウェハ
ー取り出し後のｐ型化アニールを実行しなくても、成長
後すでにｐ型化の特性が示されていた（Ｍｇが活性化し
ていた）。また、ｐ電極形成によるコンタクト抵抗も低
下する。上記手法に加えて従来のｐ型化アニールを組み
合わせると、Ｍｇの活性化率がより向上して好ましかっ
た。
定によって評価した結果、ＭＯＣＶＤ装置からのウェハ
ー取り出し後のｐ型化アニールを実行しなくても、成長
後すでにｐ型化の特性が示されていた（Ｍｇが活性化し
ていた）。また、ｐ電極形成によるコンタクト抵抗も低
下する。上記手法に加えて従来のｐ型化アニールを組み
合わせると、Ｍｇの活性化率がより向上して好ましかっ
た。
【００６６】Ｉｎ0.07Ｇａ0.93Ｎクラック防止層１０３
は、Ｉｎ組成比が０．０７以外であっても構わないし、
ＩｎＧａＮクラック防止層１０３自体がなくても構わな
い。しかしながら、クラッド層１０４とＧａＮ基板１０
との格子不整合が大きくなる場合は、前記ＩｎＧａＮク
ラック防止層１０３を挿入した方がクラック防止の点で
より好ましい。また、クラックを防止するために、各ｎ
型層におけるｎ型の不純物として、Ｓｉに代えてＧｅを
用いることも好ましい。
は、Ｉｎ組成比が０．０７以外であっても構わないし、
ＩｎＧａＮクラック防止層１０３自体がなくても構わな
い。しかしながら、クラッド層１０４とＧａＮ基板１０
との格子不整合が大きくなる場合は、前記ＩｎＧａＮク
ラック防止層１０３を挿入した方がクラック防止の点で
より好ましい。また、クラックを防止するために、各ｎ
型層におけるｎ型の不純物として、Ｓｉに代えてＧｅを
用いることも好ましい。
【００６７】活性層１０６は、障壁層で始まり障壁層で
終わる構成であるが、井戸層で始まり井戸層で終わる構
成であってもよい。また、井戸層の層数は、前述の３層
に限らず、１０層以下であれば閾値電流密度が低く、室
温連続発振が可能であった。特に２層以上６層以下のと
き閾値電流密度が低く好ましかった。さらに上記で説明
した活性層に、Ａｌを含有するようにしてもよい。
終わる構成であるが、井戸層で始まり井戸層で終わる構
成であってもよい。また、井戸層の層数は、前述の３層
に限らず、１０層以下であれば閾値電流密度が低く、室
温連続発振が可能であった。特に２層以上６層以下のと
き閾値電流密度が低く好ましかった。さらに上記で説明
した活性層に、Ａｌを含有するようにしてもよい。
【００６８】また、ここでは活性層１０６を成す井戸層
と障壁層の両層にＳｉを所要量添加したが、不純物を添
加しなくても構わない。しかしながら、Ｓｉのような不
純物を活性層に添加した方が発光強度は強かった。この
ような不純物としては、Ｓｉ以外に、Ｏ、Ｃ、Ｇｅ、Ｚ
ｎおよびＭｇのうちのいずれか、またはこれらの２以上
を組み合わせて用いることができる。また、不純物の添
加量の総和は、約１×１０17〜８×１０18／ｃｍ3程度
が好ましかった。さらに、不純物を添加する層は井戸層
と障壁層の両層に限らず、片方の層のみに不純物を添加
しても良い。
と障壁層の両層にＳｉを所要量添加したが、不純物を添
加しなくても構わない。しかしながら、Ｓｉのような不
純物を活性層に添加した方が発光強度は強かった。この
ような不純物としては、Ｓｉ以外に、Ｏ、Ｃ、Ｇｅ、Ｚ
ｎおよびＭｇのうちのいずれか、またはこれらの２以上
を組み合わせて用いることができる。また、不純物の添
加量の総和は、約１×１０17〜８×１０18／ｃｍ3程度
が好ましかった。さらに、不純物を添加する層は井戸層
と障壁層の両層に限らず、片方の層のみに不純物を添加
しても良い。
【００６９】ｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎキャリアブロック層
１０７は、この組成以外であっても構わない。Ｉｎを添
加したＡｌＧａＮとすれば、より低温での成長でｐ型化
するので、結晶成長時に活性層１０６が受けるダメージ
を低減することができて、好ましい。なお、キャリアブ
ロック層１０７自体が無くても構わないが、これを設け
た方が閾値電流密度が低かった。これは、キャリアブロ
ック層１０７が活性層１０６にキャリアを閉じ込める働
きがあるからである。キャリアブロック層１０７のＡｌ
組成比は、高くすることによってキャリアの閉じ込めが
強くなって好ましい。また、キャリアの閉じ込めが保持
される程度までＡｌ組成比を小さくすれば、キャリアブ
ロック層内のキャリア移動度が大きくなり電気抵抗が低
くなって好ましい。
１０７は、この組成以外であっても構わない。Ｉｎを添
加したＡｌＧａＮとすれば、より低温での成長でｐ型化
するので、結晶成長時に活性層１０６が受けるダメージ
を低減することができて、好ましい。なお、キャリアブ
ロック層１０７自体が無くても構わないが、これを設け
た方が閾値電流密度が低かった。これは、キャリアブロ
ック層１０７が活性層１０６にキャリアを閉じ込める働
きがあるからである。キャリアブロック層１０７のＡｌ
組成比は、高くすることによってキャリアの閉じ込めが
強くなって好ましい。また、キャリアの閉じ込めが保持
される程度までＡｌ組成比を小さくすれば、キャリアブ
ロック層内のキャリア移動度が大きくなり電気抵抗が低
くなって好ましい。
【００７０】また、ここでは、ｐ型クラッド層１０９と
ｎ型クラッド層１０４として、Ａｌ 0.1Ｇａ0.9Ｎ結晶を
用いたが、Ａｌの組成比が０．１以外のＡｌＧａＮ３元
結晶であっても構わない。Ａｌの混晶比が高くなると活
性層１０６とのエネルギーギャップ差及び屈折率差が大
きくなり、キャリアや光が活性層に効率良く閉じ込めら
れ、レーザ発振閾値電流密度を低減することができる。
また、キャリアおよび光の閉じ込めが保持される程度ま
でＡｌ組成比を小さくすれば、クラッド層でのキャリア
移動度が大きくなり、素子の動作電圧を低くすることが
できる。この点を考慮してｐ型クラッド層１０９のＡｌ
組成比を０．０６〜０．０９程度にすることも、好まし
い。
ｎ型クラッド層１０４として、Ａｌ 0.1Ｇａ0.9Ｎ結晶を
用いたが、Ａｌの組成比が０．１以外のＡｌＧａＮ３元
結晶であっても構わない。Ａｌの混晶比が高くなると活
性層１０６とのエネルギーギャップ差及び屈折率差が大
きくなり、キャリアや光が活性層に効率良く閉じ込めら
れ、レーザ発振閾値電流密度を低減することができる。
また、キャリアおよび光の閉じ込めが保持される程度ま
でＡｌ組成比を小さくすれば、クラッド層でのキャリア
移動度が大きくなり、素子の動作電圧を低くすることが
できる。この点を考慮してｐ型クラッド層１０９のＡｌ
組成比を０．０６〜０．０９程度にすることも、好まし
い。
【００７１】ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０４の厚さ
は、０．７μｍ〜１．５μｍが好ましい。これにより、
垂直横モードの単峰化と光閉じ込め効率が増し、レーザ
の光学特性の向上とレーザ閾値電流密度の低減が図れ
る。
は、０．７μｍ〜１．５μｍが好ましい。これにより、
垂直横モードの単峰化と光閉じ込め効率が増し、レーザ
の光学特性の向上とレーザ閾値電流密度の低減が図れ
る。
【００７２】また、クラッド層１０４、１０９は、上記
ではＡｌＧａＮ３元混晶としたが、ＡｌＩｎＧａＮ、Ａ
ｌＧａＮＰ、ＡｌＧａＮＡｓ等の４元混晶であっても良
い。さらに、ｐ型クラッド層１０９は、電気抵抗を低減
するために、ｐ型ＡｌＧａＮ層とｐ型ＧａＮ層からなる
超格子構造、ｐ型ＡｌＧａＮ層とｐ型ＡｌＧａＮ層から
なる超格子構造、またはｐ型ＡｌＧａＮ層とｐ型ＩｎＧ
ａＮ層からなる超格子構造を有していても良い。
ではＡｌＧａＮ３元混晶としたが、ＡｌＩｎＧａＮ、Ａ
ｌＧａＮＰ、ＡｌＧａＮＡｓ等の４元混晶であっても良
い。さらに、ｐ型クラッド層１０９は、電気抵抗を低減
するために、ｐ型ＡｌＧａＮ層とｐ型ＧａＮ層からなる
超格子構造、ｐ型ＡｌＧａＮ層とｐ型ＡｌＧａＮ層から
なる超格子構造、またはｐ型ＡｌＧａＮ層とｐ型ＩｎＧ
ａＮ層からなる超格子構造を有していても良い。
【００７３】ここでは、ＭＯＣＶＤ装置による結晶成長
方法を説明したが、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）、
ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）を用いても構わな
い。
方法を説明したが、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）、
ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）を用いても構わな
い。
【００７４】続いて、窒化物半導体層１３の各層がｎ型
ＧａＮ基板１０上に形成されたエピウェハーを、ＭＯＣ
ＶＤ装置から取り出して、窒化物半導体レーザ素子チッ
プに加工するプロセス工程を説明する。
ＧａＮ基板１０上に形成されたエピウェハーを、ＭＯＣ
ＶＤ装置から取り出して、窒化物半導体レーザ素子チッ
プに加工するプロセス工程を説明する。
【００７５】（素子化プロセス）レーザ光導波領域１４
であるリッジストライプ部を、ｎ型ＧａＮ基板１０に対
して、図１を用いて説明した所要の位置に形成する。こ
れは、エピウェハー表面側より、ｐ型クラッド層１０９
の途中または下端までを、ストライプ状の部分を残して
エッチングすることにより行う。ここで、ストライプ幅
は１〜３μｍ、好ましくは１．３〜２μｍとし、また、
エッチング底面のｐ型ガイド層１０８からの距離は、０
〜０．１μｍした。その後、リッジストライプ部以外の
部分に絶縁膜１１３を形成した。ここで、絶縁膜１１３
としてはＡｌＧａＮを用いた。エッチングされずに残っ
たｐ型ＧａＮコンタクト層１１０は露出しているので、
この部分および絶縁膜１１３上に、ｐ電極１１２をＰｄ
／Ｍｏ／Ａｕの順序で蒸着して形成した。
であるリッジストライプ部を、ｎ型ＧａＮ基板１０に対
して、図１を用いて説明した所要の位置に形成する。こ
れは、エピウェハー表面側より、ｐ型クラッド層１０９
の途中または下端までを、ストライプ状の部分を残して
エッチングすることにより行う。ここで、ストライプ幅
は１〜３μｍ、好ましくは１．３〜２μｍとし、また、
エッチング底面のｐ型ガイド層１０８からの距離は、０
〜０．１μｍした。その後、リッジストライプ部以外の
部分に絶縁膜１１３を形成した。ここで、絶縁膜１１３
としてはＡｌＧａＮを用いた。エッチングされずに残っ
たｐ型ＧａＮコンタクト層１１０は露出しているので、
この部分および絶縁膜１１３上に、ｐ電極１１２をＰｄ
／Ｍｏ／Ａｕの順序で蒸着して形成した。
【００７６】絶縁膜１１３としては上記以外に珪素、チ
タン、ジルコニア、タンタル、アルミニウム等の酸化物
もしくは窒化物を用いることもでき、また、ｐ電極１１
２の材料として他に、Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｐｄ／Ａｕ、
またはＮｉ／Ａｕのいずれかを用いても構わない。
タン、ジルコニア、タンタル、アルミニウム等の酸化物
もしくは窒化物を用いることもでき、また、ｐ電極１１
２の材料として他に、Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｐｄ／Ａｕ、
またはＮｉ／Ａｕのいずれかを用いても構わない。
【００７７】さらに、エピウェハー裏面側（基板側）を
研磨することにより、ウェハーの厚さを８０〜２００μ
ｍに調整し、後にウェハーの分割を行いやすいようにし
た。ｎ電極１１１は、基板の裏側にＨｆ／Ａｌの順序で
形成した。ｎ電極１１１の材料として他に、Ｈｆ／Ａｌ
／Ｍｏ／Ａｕ、Ｈｆ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｈｆ／Ａｌ／
Ｗ／Ａｕ、Ｈｆ／Ａｕ、Ｈｆ／Ｍｏ／Ａｕや、これらの
うちのＨｆをＴｉ、Ｚｒに置き換えたものを用いても構
わない。
研磨することにより、ウェハーの厚さを８０〜２００μ
ｍに調整し、後にウェハーの分割を行いやすいようにし
た。ｎ電極１１１は、基板の裏側にＨｆ／Ａｌの順序で
形成した。ｎ電極１１１の材料として他に、Ｈｆ／Ａｌ
／Ｍｏ／Ａｕ、Ｈｆ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｈｆ／Ａｌ／
Ｗ／Ａｕ、Ｈｆ／Ａｕ、Ｈｆ／Ｍｏ／Ａｕや、これらの
うちのＨｆをＴｉ、Ｚｒに置き換えたものを用いても構
わない。
【００７８】最後に、エピウェハーを、リッジストライ
プ方向に対して垂直方向に劈開し、共振器長６００μｍ
のファブリ・ペロー共振器を作製した。共振器長は２５
０μｍから１０００μｍが好ましい。この工程により、
ウェハーは個々のレーザ素子が横に連なったバー状の形
態となった。ストライプが＜１−１００＞方向に沿って
形成された窒化物半導体レーザ素子の共振器端面は、窒
化物半導体結晶の｛１−１００｝面である。劈開はウェ
ハー全面にスクライバーにより罫書き傷をつけて行うの
ではなく、ウェハーの一部、例えば、ウェハーの両端に
のみ、あるいは、チップ両端に対応する部分にのみスク
ライバーによって罫書き傷をつけ、これを起点に劈開し
た。なお、端面で帰還させる手法以外に、内部に回折格
子を設けて帰還させるＤＦＢ（Distributed Feedbac
k）、外部に回折格子を設けて帰還させるＤＢＲ（Distr
ibuted Bragg Reflector）を用いても構わない。
プ方向に対して垂直方向に劈開し、共振器長６００μｍ
のファブリ・ペロー共振器を作製した。共振器長は２５
０μｍから１０００μｍが好ましい。この工程により、
ウェハーは個々のレーザ素子が横に連なったバー状の形
態となった。ストライプが＜１−１００＞方向に沿って
形成された窒化物半導体レーザ素子の共振器端面は、窒
化物半導体結晶の｛１−１００｝面である。劈開はウェ
ハー全面にスクライバーにより罫書き傷をつけて行うの
ではなく、ウェハーの一部、例えば、ウェハーの両端に
のみ、あるいは、チップ両端に対応する部分にのみスク
ライバーによって罫書き傷をつけ、これを起点に劈開し
た。なお、端面で帰還させる手法以外に、内部に回折格
子を設けて帰還させるＤＦＢ（Distributed Feedbac
k）、外部に回折格子を設けて帰還させるＤＢＲ（Distr
ibuted Bragg Reflector）を用いても構わない。
【００７９】ファブリ・ペロー共振器の共振器端面を形
成した後、この端面に約８０％の反射率を有するＳｉＯ
2とＴｉＯ2の誘電体膜を交互に蒸着し、誘電体多層反射
膜を形成した。誘電多層反射膜は他の誘電体材料で形成
しても構わない。さらにこの後、バーを個々のレーザ素
子に分割することで、図１の半導体レーザ素子１を得
た。レーザチップの中央にレーザ光導波領域１４（リッ
ジストライプ）を配置し、レーザ素子１の横幅Ｗは４０
０μｍとした。
成した後、この端面に約８０％の反射率を有するＳｉＯ
2とＴｉＯ2の誘電体膜を交互に蒸着し、誘電体多層反射
膜を形成した。誘電多層反射膜は他の誘電体材料で形成
しても構わない。さらにこの後、バーを個々のレーザ素
子に分割することで、図１の半導体レーザ素子１を得
た。レーザチップの中央にレーザ光導波領域１４（リッ
ジストライプ）を配置し、レーザ素子１の横幅Ｗは４０
０μｍとした。
【００８０】もともとのｎ型ＧａＮ基板１０にはピッチ
Ｐ＝４００μｍで転位集中領域１１が配置され、各低転
位領域の中央部に高ルミネッセンス領域１２が配置さ
れ、また、図１を用いて説明したように、ｄ＝８０μ
ｍ、ｔ＝１２０μｍとして、各領域を配置したから、各
半導体レーザ素子（チップ）には、１本の転位集中領域
と、1本の高ルミネッセンス領域が含まれた。つまり、
本実施の形態では、Ｗ＝Ｐであり、２（ｔ＋ｄ）＝Ｐで
ある。
Ｐ＝４００μｍで転位集中領域１１が配置され、各低転
位領域の中央部に高ルミネッセンス領域１２が配置さ
れ、また、図１を用いて説明したように、ｄ＝８０μ
ｍ、ｔ＝１２０μｍとして、各領域を配置したから、各
半導体レーザ素子（チップ）には、１本の転位集中領域
と、1本の高ルミネッセンス領域が含まれた。つまり、
本実施の形態では、Ｗ＝Ｐであり、２（ｔ＋ｄ）＝Ｐで
ある。
【００８１】以上のようにして図１および図３に示す窒
化物半導体レーザ素子１のチップを作製した。
化物半導体レーザ素子１のチップを作製した。
【００８２】（半導体レーザ素子の特性）得られた窒化
物半導体レーザ素子１では、最適位置に電流狭窄部分が
存在することによって、レーザ出力６０ｍＷ、雰囲気温
度７０℃の条件の下、レーザ発振寿命５０００時間以上
が達成された。なお、本発明者らが前述の従来技術によ
って半導体レーザを作製し、同一条件で試験を行ったと
ころ、その寿命は１０００時間程度であった。
物半導体レーザ素子１では、最適位置に電流狭窄部分が
存在することによって、レーザ出力６０ｍＷ、雰囲気温
度７０℃の条件の下、レーザ発振寿命５０００時間以上
が達成された。なお、本発明者らが前述の従来技術によ
って半導体レーザを作製し、同一条件で試験を行ったと
ころ、その寿命は１０００時間程度であった。
【００８３】（レーザ光導波領域と基板との位置関係）
本実施の形態の窒化物半導体基板１０は、上述のごと
く、ストライプ状の転位集中領域、低転位領域、高ルミ
ネッセンス領域あるいは低転位領域中央領域のような構
造を有していることを特徴とする。あるいは、上述のよ
うな製造方法を用いて作製されたことを特徴とする。こ
のような窒化物半導体基板を用いて窒化物半導体レーザ
素子を製造する際、窒化物半導体レーザ素子のレーザ光
導波領域を窒化物半導体基板上のどの位置に形成するか
によって、レーザ発振寿命が変化することを、本発明者
らは見出した。以下に、距離ｄおよびｔの好ましい範囲
について詳細に検討する。
本実施の形態の窒化物半導体基板１０は、上述のごと
く、ストライプ状の転位集中領域、低転位領域、高ルミ
ネッセンス領域あるいは低転位領域中央領域のような構
造を有していることを特徴とする。あるいは、上述のよ
うな製造方法を用いて作製されたことを特徴とする。こ
のような窒化物半導体基板を用いて窒化物半導体レーザ
素子を製造する際、窒化物半導体レーザ素子のレーザ光
導波領域を窒化物半導体基板上のどの位置に形成するか
によって、レーザ発振寿命が変化することを、本発明者
らは見出した。以下に、距離ｄおよびｔの好ましい範囲
について詳細に検討する。
【００８４】図４は、Ｐ＝６００μｍのｎ型ＧａＮ基板
上に、本実施の形態の半導体レーザ素子１とほぼ同様に
して作製し、レーザ光導波領域１４の位置を変更したい
くつかの半導体レーザ素子のレーザ発振寿命を、レーザ
光導波領域１４と転位集中領域１１との距離ｄに対して
プロットしたグラフである。評価した距離ｄの最大値は
２００μｍである。評価は、レーザ出力６０ｍＷ、雰囲
気温度７０℃の条件で行った。その結果、ｄ≧４０μｍ
で、実用寿命の３０００時間が達成され、ｄ≧６０μｍ
で５０００時間以上と十分な特性が得られた。なお、寿
命の測定は５０００時間までしか行っておらず、図４中
の上向きの矢印はレーザ発振寿命が５０００時間以上で
あることを示したものである。
上に、本実施の形態の半導体レーザ素子１とほぼ同様に
して作製し、レーザ光導波領域１４の位置を変更したい
くつかの半導体レーザ素子のレーザ発振寿命を、レーザ
光導波領域１４と転位集中領域１１との距離ｄに対して
プロットしたグラフである。評価した距離ｄの最大値は
２００μｍである。評価は、レーザ出力６０ｍＷ、雰囲
気温度７０℃の条件で行った。その結果、ｄ≧４０μｍ
で、実用寿命の３０００時間が達成され、ｄ≧６０μｍ
で５０００時間以上と十分な特性が得られた。なお、寿
命の測定は５０００時間までしか行っておらず、図４中
の上向きの矢印はレーザ発振寿命が５０００時間以上で
あることを示したものである。
【００８５】ｄ≦１０μｍの場合、レーザ光導波領域１
４は概ね転位集中領域１１上に位置しているが、この場
合、寿命数時間以下と極端に特性が劣化した。距離ｄが
２０〜３０μｍの場合、駆動電流が時間の経過とともに
徐々に上昇する現象が見られ、これが２００ｍＡ付近に
達したときに熱暴走によりレーザ発振が不可能となっ
た。ｐｎ接合に逆バイアスを印加してｐｎ接合のリーク
電流を評価したところ、このように、駆動電流が徐々に
上昇するような素子においては、ｄ≧６０μｍの素子と
比較すると明らかにリーク電流が多く、これが経過時間
とともに増加していた。
４は概ね転位集中領域１１上に位置しているが、この場
合、寿命数時間以下と極端に特性が劣化した。距離ｄが
２０〜３０μｍの場合、駆動電流が時間の経過とともに
徐々に上昇する現象が見られ、これが２００ｍＡ付近に
達したときに熱暴走によりレーザ発振が不可能となっ
た。ｐｎ接合に逆バイアスを印加してｐｎ接合のリーク
電流を評価したところ、このように、駆動電流が徐々に
上昇するような素子においては、ｄ≧６０μｍの素子と
比較すると明らかにリーク電流が多く、これが経過時間
とともに増加していた。
【００８６】上記手法で作製されたＧａＮ基板１０の転
位集中領域１１の近くに形成された半導体レーザ素子で
は、レーザ光導波領域１４付近のｐｎ接合に転位（欠
陥）が発生しているため、またはこの影響によりｐｎ接
合面が平坦でなく乱れているために、このような駆動時
間の経過とともに増大するリークが発生してしまい、寿
命特性が劣化したものと推定された。結果として、少な
くともｄ≧４０μｍ、好ましくは、ｄ≧６０μｍと設定
することが必要であると判明した。
位集中領域１１の近くに形成された半導体レーザ素子で
は、レーザ光導波領域１４付近のｐｎ接合に転位（欠
陥）が発生しているため、またはこの影響によりｐｎ接
合面が平坦でなく乱れているために、このような駆動時
間の経過とともに増大するリークが発生してしまい、寿
命特性が劣化したものと推定された。結果として、少な
くともｄ≧４０μｍ、好ましくは、ｄ≧６０μｍと設定
することが必要であると判明した。
【００８７】図５は、Ｐ＝６００μｍのｎ型ＧａＮ基板
上１０に、本実施の形態の半導体レーザ素子１とほぼ同
様にして作製し、レーザ光導波領域１４の位置を変更し
たいくつかの半導体レーザ素子のレーザ発振寿命を、レ
ーザ光導波領域１４と高ルミネッセンス領域１２との距
離ｔに対してプロットしたグラフである。評価した距離
ｔの最大値は２００μｍである。評価は、レーザ出力６
０ｍＷ、雰囲気温度７０℃の条件で行った。その結果、
ｔ≧３０μｍで、実用寿命の３０００時間が達成され、
ｔ≧５０μｍで５０００時間以上と十分な特性が得られ
た。なお、図５中の上向きの矢印は、図４と同様に、レ
ーザ発振寿命が５０００時間以上であることを表してい
る。
上１０に、本実施の形態の半導体レーザ素子１とほぼ同
様にして作製し、レーザ光導波領域１４の位置を変更し
たいくつかの半導体レーザ素子のレーザ発振寿命を、レ
ーザ光導波領域１４と高ルミネッセンス領域１２との距
離ｔに対してプロットしたグラフである。評価した距離
ｔの最大値は２００μｍである。評価は、レーザ出力６
０ｍＷ、雰囲気温度７０℃の条件で行った。その結果、
ｔ≧３０μｍで、実用寿命の３０００時間が達成され、
ｔ≧５０μｍで５０００時間以上と十分な特性が得られ
た。なお、図５中の上向きの矢印は、図４と同様に、レ
ーザ発振寿命が５０００時間以上であることを表してい
る。
【００８８】ｔ＝０μｍの場合、レーザ光導波領域１４
は高ルミネッセンス領域１２上に位置しているが、この
場合、寿命１００時間程度に特性が劣化した。レーザ光
導波領域１４を高ルミネッセンス領域１２近傍に配置す
ると、素子電圧の上昇と、駆動電流値の上昇が見られ、
これにより、素子寿命が劣化してしまうものと考えられ
た。基板１０において高ルミネッセンス領域（あるいは
低転位領域中央領域）１２およびその近傍には、周囲よ
りも抵抗の高い領域が存在しており、そのため素子電圧
に影響が現れたものと考えられる。素子電圧を詳細に観
察すると、ｔ≧５０μｍではほぼ一定となるが、それよ
り小さい領域では若干上昇してきており、結果として、
少なくともｔ≧３０μｍ、好ましくは、ｔ≧５０μｍと
設定することが必要であると判明した。
は高ルミネッセンス領域１２上に位置しているが、この
場合、寿命１００時間程度に特性が劣化した。レーザ光
導波領域１４を高ルミネッセンス領域１２近傍に配置す
ると、素子電圧の上昇と、駆動電流値の上昇が見られ、
これにより、素子寿命が劣化してしまうものと考えられ
た。基板１０において高ルミネッセンス領域（あるいは
低転位領域中央領域）１２およびその近傍には、周囲よ
りも抵抗の高い領域が存在しており、そのため素子電圧
に影響が現れたものと考えられる。素子電圧を詳細に観
察すると、ｔ≧５０μｍではほぼ一定となるが、それよ
り小さい領域では若干上昇してきており、結果として、
少なくともｔ≧３０μｍ、好ましくは、ｔ≧５０μｍと
設定することが必要であると判明した。
【００８９】（基板の好ましい範囲）次に、ＧａＮ基板
１０における転位集中領域１１の現れるピッチＰの好ま
しい範囲について検討した。前述のように、ＧａＮ基板
１０の作製においては、ファセット面｛１１−２２｝面
を表出させながら、表面の断面形状が鋸歯状の凹凸形状
となるようにすることが重要である。こうすることによ
り、低転位領域、高ルミネッセンス領域１２を発生させ
ることができ、転位集中領域１１と高ルミネッセンス領
域１２の双方から所要距離だけ離れた部分はレーザ導波
領域を形成するに好適な領域となる。したがって、上述
の効果を得る距離ｄの最小値４０μｍと、上述の効果を
得る距離ｔの最小値である３０μｍとの和７０μｍの２
倍以上を、ピッチＰとして取らないと、レーザ導波領域
を形成する領域が無くなってしまう。よって、距離Ｐの
範囲はＰ≧１４０μｍに限定される。
１０における転位集中領域１１の現れるピッチＰの好ま
しい範囲について検討した。前述のように、ＧａＮ基板
１０の作製においては、ファセット面｛１１−２２｝面
を表出させながら、表面の断面形状が鋸歯状の凹凸形状
となるようにすることが重要である。こうすることによ
り、低転位領域、高ルミネッセンス領域１２を発生させ
ることができ、転位集中領域１１と高ルミネッセンス領
域１２の双方から所要距離だけ離れた部分はレーザ導波
領域を形成するに好適な領域となる。したがって、上述
の効果を得る距離ｄの最小値４０μｍと、上述の効果を
得る距離ｔの最小値である３０μｍとの和７０μｍの２
倍以上を、ピッチＰとして取らないと、レーザ導波領域
を形成する領域が無くなってしまう。よって、距離Ｐの
範囲はＰ≧１４０μｍに限定される。
【００９０】また、距離Ｐの値は、ＧａＮ基板１０の形
成において、凹凸形状の位置を一定に保ったまま成長が
持続できるか否かの点からも限定される。なぜなら、成
長の進行とともに凹凸形状の位置が初期の位置とずれて
きてしまうと、ピッチＰが一定しなくなり、得られたＧ
ａＮ基板１０に対して所定の位置にレーザ導波領域を設
定することが困難になるためである。この点からＰの範
囲について検討すると、Ｐ＜５０μｍ程度では、このよ
うな状態を保つことができず、Ｐ≧１００μｍとするこ
とが望ましいことがわかった。
成において、凹凸形状の位置を一定に保ったまま成長が
持続できるか否かの点からも限定される。なぜなら、成
長の進行とともに凹凸形状の位置が初期の位置とずれて
きてしまうと、ピッチＰが一定しなくなり、得られたＧ
ａＮ基板１０に対して所定の位置にレーザ導波領域を設
定することが困難になるためである。この点からＰの範
囲について検討すると、Ｐ＜５０μｍ程度では、このよ
うな状態を保つことができず、Ｐ≧１００μｍとするこ
とが望ましいことがわかった。
【００９１】さらに、転位を転位集中領域１１に集中さ
せる機能からすると、ファセット面｛１１−２２｝面を
大きく発生させたほうが良く、Ｐ≧３００μｍとする
と、上述のように転位集中領域１１と低転位領域での欠
陥密度が３桁以上異なるようになって好ましかった。距
離Ｐの上限に関しては、これらの要請からは規定されな
いが、あまり大きくすると、得られるインゴット表面の
凹凸が大きくなり、得られるウェハーの取れ数が小さく
なってしまうから、１０００μｍ程度が適当である。結
論として、１４０≦Ｐが必要であり、好ましくは、３０
０≦Ｐであれば良く、あえて上限を規定するならばＰ≦
１０００が好ましい。
せる機能からすると、ファセット面｛１１−２２｝面を
大きく発生させたほうが良く、Ｐ≧３００μｍとする
と、上述のように転位集中領域１１と低転位領域での欠
陥密度が３桁以上異なるようになって好ましかった。距
離Ｐの上限に関しては、これらの要請からは規定されな
いが、あまり大きくすると、得られるインゴット表面の
凹凸が大きくなり、得られるウェハーの取れ数が小さく
なってしまうから、１０００μｍ程度が適当である。結
論として、１４０≦Ｐが必要であり、好ましくは、３０
０≦Ｐであれば良く、あえて上限を規定するならばＰ≦
１０００が好ましい。
【００９２】＜実施の形態２＞本実施の形態２の半導体
レーザ素子は実施の形態１の半導体レーザ素子１と同様
であるが、距離Ｐ、ｄ、ｔの値等が種々異なるものであ
る。図６は本実施の形態の半導体レーザ素子のレーザ光
導波領域１４とｎ型ＧａＮ基板の転位集中領域１１、高
ルミネッセンス領域１２の配置関係を示す図であり、ｎ
型ＧａＮ基板６０のうち個々の半導体レーザ素子（チッ
プ）とする領域を符号６１、６２で表している。なお、
本実施の形態２および後述する実施の形態３、４におい
ては、レーザ光導波領域１４、転位集中領域１１、高ル
ミネッセンス領域１２の位置関係が実施の形態１と異な
るが、各実施の形態においても実施の形態１と同様に符
号１で半導体レーザ素子を示す。
レーザ素子は実施の形態１の半導体レーザ素子１と同様
であるが、距離Ｐ、ｄ、ｔの値等が種々異なるものであ
る。図６は本実施の形態の半導体レーザ素子のレーザ光
導波領域１４とｎ型ＧａＮ基板の転位集中領域１１、高
ルミネッセンス領域１２の配置関係を示す図であり、ｎ
型ＧａＮ基板６０のうち個々の半導体レーザ素子（チッ
プ）とする領域を符号６１、６２で表している。なお、
本実施の形態２および後述する実施の形態３、４におい
ては、レーザ光導波領域１４、転位集中領域１１、高ル
ミネッセンス領域１２の位置関係が実施の形態１と異な
るが、各実施の形態においても実施の形態１と同様に符
号１で半導体レーザ素子を示す。
【００９３】本実施の形態の半導体レーザ素子１の製造
方法においては、ｎ型ＧａＮ基板６０の転位集中領域１
１のピッチＰは５００μｍであり、１ピッチに２本のレ
ーザ光導波領域１４を配置して、ピッチあたり２個の半
導体レーザ素子（チップ）１を形成する。個々の半導体
レーザ素子１（領域６１、６２）の横幅Ｗは２５０μｍ
である。
方法においては、ｎ型ＧａＮ基板６０の転位集中領域１
１のピッチＰは５００μｍであり、１ピッチに２本のレ
ーザ光導波領域１４を配置して、ピッチあたり２個の半
導体レーザ素子（チップ）１を形成する。個々の半導体
レーザ素子１（領域６１、６２）の横幅Ｗは２５０μｍ
である。
【００９４】一方の領域６１については、レーザ光導波
領域１４と最近接の転位集中領域１２との距離ｄは１０
０μｍであり、レーザ光導波領域１４と最近接の低転位
領域中央領域１２との距離ｔは１５０μｍである。他方
の領域６２については、レーザ光導波領域１４と最近接
の転位集中領域１１との距離ｄは１５０μｍであり、レ
ーザ光導波領域１４と最近接の低転位領域間中央領域１
２との距離ｔは１００μｍである。
領域１４と最近接の転位集中領域１２との距離ｄは１０
０μｍであり、レーザ光導波領域１４と最近接の低転位
領域中央領域１２との距離ｔは１５０μｍである。他方
の領域６２については、レーザ光導波領域１４と最近接
の転位集中領域１１との距離ｄは１５０μｍであり、レ
ーザ光導波領域１４と最近接の低転位領域間中央領域１
２との距離ｔは１００μｍである。
【００９５】領域６１、６２の幅Ｗと転位集中領域１１
のピッチＰには２Ｗ＝Ｐの関係があり、２（ｔ＋ｄ）＝
Ｐである。また、領域６１についての距離ｄ、ｔをｄ
１、ｔ１で表し、領域６２についての距離ｄ、ｔをｄ
２、ｔ２で表すと、ｄ１＝ｔ２、ｄ２＝ｔ１である。
のピッチＰには２Ｗ＝Ｐの関係があり、２（ｔ＋ｄ）＝
Ｐである。また、領域６１についての距離ｄ、ｔをｄ
１、ｔ１で表し、領域６２についての距離ｄ、ｔをｄ
２、ｔ２で表すと、ｄ１＝ｔ２、ｄ２＝ｔ１である。
【００９６】一方の領域６１においては、ｎ型ＧａＮ基
板６０中に転位集中領域１１が１本のみ存在し、高ルミ
ネッセンス領域１２は存在しない。また、他方の領域６
２においては、ｎ型ＧａＮ基板６０中に転位集中領域１
１が存在せず、高ルミネッセンス領域１２が１本のみ存
在する。本実施の形態においても、本発明の効果の出現
する距離ｄ、ｔ、Ｐの範囲は実施の形態１に記載したと
おりであり、この範囲において実施の形態１で述べた効
果が得られる。
板６０中に転位集中領域１１が１本のみ存在し、高ルミ
ネッセンス領域１２は存在しない。また、他方の領域６
２においては、ｎ型ＧａＮ基板６０中に転位集中領域１
１が存在せず、高ルミネッセンス領域１２が１本のみ存
在する。本実施の形態においても、本発明の効果の出現
する距離ｄ、ｔ、Ｐの範囲は実施の形態１に記載したと
おりであり、この範囲において実施の形態１で述べた効
果が得られる。
【００９７】＜実施の形態３＞本実施の形態３の半導体
レーザ素子の製造方法は、さらに、１ピッチＰあたりに
作製する半導体レーザ素子（チップ）１の数を４個に増
大させたものである。図７は、図６と同様に、半導体レ
ーザ素子のレーザ光導波領域１４とｎ型ＧａＮ基板の転
位集中領域１１、高ルミネッセンス領域１２の配置関係
を示す図であり、ｎ型ＧａＮ基板７０のうち個々の半導
体レーザ素子（チップ）１とする領域を符号７１〜７４
で表している。
レーザ素子の製造方法は、さらに、１ピッチＰあたりに
作製する半導体レーザ素子（チップ）１の数を４個に増
大させたものである。図７は、図６と同様に、半導体レ
ーザ素子のレーザ光導波領域１４とｎ型ＧａＮ基板の転
位集中領域１１、高ルミネッセンス領域１２の配置関係
を示す図であり、ｎ型ＧａＮ基板７０のうち個々の半導
体レーザ素子（チップ）１とする領域を符号７１〜７４
で表している。
【００９８】本実施の形態の半導体レーザ素子１の製造
方法においては、ｎ型ＧａＮ基板７０の転位集中領域１
１のピッチＰは８００μｍであり、１ピッチに４本のレ
ーザ光導波領域１４を配置して、ピッチあたり４個の半
導体レーザ素子（チップ）１を形成する。各半導体レー
ザ素子１（領域７１〜７４）の横幅Ｗは等しく、２００
μｍである。順に並んだ領域７１、７２、７３、７４に
ついて、レーザ光導波領域１４と最近接の転位集中領域
１１との距離ｄは、それぞれ８０、２８０、３２０、１
２０μｍであり、レーザ光導波領域１４と最近接の低転
位領域中央領域１２との距離ｔは、それぞれ３２０、１
２０、８０、２８０μｍである。
方法においては、ｎ型ＧａＮ基板７０の転位集中領域１
１のピッチＰは８００μｍであり、１ピッチに４本のレ
ーザ光導波領域１４を配置して、ピッチあたり４個の半
導体レーザ素子（チップ）１を形成する。各半導体レー
ザ素子１（領域７１〜７４）の横幅Ｗは等しく、２００
μｍである。順に並んだ領域７１、７２、７３、７４に
ついて、レーザ光導波領域１４と最近接の転位集中領域
１１との距離ｄは、それぞれ８０、２８０、３２０、１
２０μｍであり、レーザ光導波領域１４と最近接の低転
位領域中央領域１２との距離ｔは、それぞれ３２０、１
２０、８０、２８０μｍである。
【００９９】図示したように、領域７１には１本の転位
集中領域１１が、領域７３には１本の高ルミネッセンス
領域１２が含まれ、領域７２および領域７４には転位集
中領域１１、高ルミネッセンス領域１２のいずれも含ま
れない。本実施の形態の半導体レーザ素子１の製造方法
においては、４Ｗ＝Ｐであり、各レーザ光導波領域１４
に対して２（ｔ＋ｄ）＝Ｐである。
集中領域１１が、領域７３には１本の高ルミネッセンス
領域１２が含まれ、領域７２および領域７４には転位集
中領域１１、高ルミネッセンス領域１２のいずれも含ま
れない。本実施の形態の半導体レーザ素子１の製造方法
においては、４Ｗ＝Ｐであり、各レーザ光導波領域１４
に対して２（ｔ＋ｄ）＝Ｐである。
【０１００】本実施の形態においても、本発明の効果の
出現する距離ｄ、ｔ、Ｐの範囲は実施の形態１に記載し
たとおりであり、この範囲において実施の形態１で述べ
た効果が得られる。
出現する距離ｄ、ｔ、Ｐの範囲は実施の形態１に記載し
たとおりであり、この範囲において実施の形態１で述べ
た効果が得られる。
【０１０１】＜実施の形態４＞本実施の形態４は、実施
の形態２または３とは逆に、幅Ｗ＞ピッチＰとするもの
である。図８は、図６と同様に、本実施の形態の半導体
レーザ素子のレーザ光導波領域１４とｎ型ＧａＮ基板の
転位集中領域１１、高ルミネッセンス領域１２の配置関
係を示す図であり、ｎ型ＧａＮ基板８０のうち半導体レ
ーザ素子（チップ）１とする領域を符号８１で表してい
る。
の形態２または３とは逆に、幅Ｗ＞ピッチＰとするもの
である。図８は、図６と同様に、本実施の形態の半導体
レーザ素子のレーザ光導波領域１４とｎ型ＧａＮ基板の
転位集中領域１１、高ルミネッセンス領域１２の配置関
係を示す図であり、ｎ型ＧａＮ基板８０のうち半導体レ
ーザ素子（チップ）１とする領域を符号８１で表してい
る。
【０１０２】本実施の形態の半導体レーザ素子１の製造
方法においては、ｎ型ＧａＮ基板８０の転位集中領域１
１のピッチＰは２００μｍであり、半導体レーザ素子１
（領域８１）の横幅Ｗは３００μｍである。つまり、ピ
ッチあたり２／３個の半導体レーザ素子（チップ）１を
形成する（１.５ピッチに１つのチップ１を形成す
る）。レーザ光導波領域１４と最近接の転位集中領域１
１との距離ｄは５０μｍであり、レーザ光導波領域１４
と最近接の低転位領域中央領域１２との距離ｔは５０μ
ｍである。
方法においては、ｎ型ＧａＮ基板８０の転位集中領域１
１のピッチＰは２００μｍであり、半導体レーザ素子１
（領域８１）の横幅Ｗは３００μｍである。つまり、ピ
ッチあたり２／３個の半導体レーザ素子（チップ）１を
形成する（１.５ピッチに１つのチップ１を形成す
る）。レーザ光導波領域１４と最近接の転位集中領域１
１との距離ｄは５０μｍであり、レーザ光導波領域１４
と最近接の低転位領域中央領域１２との距離ｔは５０μ
ｍである。
【０１０３】図示したように、１つの半導体レーザ素子
（チップ）１に含まれる転位集中領域１１と高ルミネッ
センス領域１２は、いずれも１本またはそれ以上であ
る。本実施の形態の半導体レーザの製造方法において
は、（２／３）Ｗ＝Ｐであり、各レーザ光導波領域１４
に対して２（ｔ＋ｄ）＝Ｐである。
（チップ）１に含まれる転位集中領域１１と高ルミネッ
センス領域１２は、いずれも１本またはそれ以上であ
る。本実施の形態の半導体レーザの製造方法において
は、（２／３）Ｗ＝Ｐであり、各レーザ光導波領域１４
に対して２（ｔ＋ｄ）＝Ｐである。
【０１０４】本実施の形態においても、本発明の効果の
出現する距離ｄ、ｔ、Ｐの範囲は実施の形態１に記載し
たとおりであり、この範囲において実施の形態１で述べ
た効果が得られる。
出現する距離ｄ、ｔ、Ｐの範囲は実施の形態１に記載し
たとおりであり、この範囲において実施の形態１で述べ
た効果が得られる。
【０１０５】上記実施の形態１〜４においては、１ピッ
チあたり半導体レーザ素子（チップ）を１個、２個、４
個、２／３個形成する配置について説明したが、本発明
の適用範囲はこれに限られるわけではなく、６個、１／
２個、１／３個等の配置とすることもできる。さらに、
ＧａＮ基板上の一部の素子の配置が上記ｔ、ｄの所要の
範囲を逸脱しても構わないようにすれば、このように整
数倍または簡単な分数で表せる値以外の数に設定するこ
とも可能である。
チあたり半導体レーザ素子（チップ）を１個、２個、４
個、２／３個形成する配置について説明したが、本発明
の適用範囲はこれに限られるわけではなく、６個、１／
２個、１／３個等の配置とすることもできる。さらに、
ＧａＮ基板上の一部の素子の配置が上記ｔ、ｄの所要の
範囲を逸脱しても構わないようにすれば、このように整
数倍または簡単な分数で表せる値以外の数に設定するこ
とも可能である。
【０１０６】＜実施の形態５＞本実施の形態５は、実施
の形態１〜４で述べたリッジストライプ構造を有する窒
化物半導体レーザ素子１を、電流阻止層を有する窒化物
半導体レーザ素子２に替えたものである。電流阻止層を
有する本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子２につい
て、図９を参照して説明する。
の形態１〜４で述べたリッジストライプ構造を有する窒
化物半導体レーザ素子１を、電流阻止層を有する窒化物
半導体レーザ素子２に替えたものである。電流阻止層を
有する本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子２につい
て、図９を参照して説明する。
【０１０７】本実施例の半導体レーザ素子２は、ｎ型Ｇ
ａＮ基板２００、その上に順次形成されたｎ型ＧａＮ層
２０１、ｎ型Ｉｎ0.07Ｇａ0.93Ｎクラック防止層２０
３、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層２０４、ｎ型Ｇａ
Ｎ光ガイド層２０５、活性層２０６、 ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ
0.8Ｎキャリアブロック層２０７、ｐ型ＧａＮ光ガイド
層２０８、ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ第１クラッド層２０９
ａ、電流阻止層２２０、ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ第２クラ
ッド層２０９ｂ、ｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層２１０お
よびｐ電極２１２、ならびにｎ電極２１１、から構成さ
れる。
ａＮ基板２００、その上に順次形成されたｎ型ＧａＮ層
２０１、ｎ型Ｉｎ0.07Ｇａ0.93Ｎクラック防止層２０
３、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層２０４、ｎ型Ｇａ
Ｎ光ガイド層２０５、活性層２０６、 ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ
0.8Ｎキャリアブロック層２０７、ｐ型ＧａＮ光ガイド
層２０８、ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ第１クラッド層２０９
ａ、電流阻止層２２０、ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ第２クラ
ッド層２０９ｂ、ｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層２１０お
よびｐ電極２１２、ならびにｎ電極２１１、から構成さ
れる。
【０１０８】電流阻止層２２０は、ｐ型電極１１２から
注入された電流が、図９に示した電流阻止層間幅のみを
通過できるように電流を阻止する層であれば良い。例え
ば、電流阻止層２２０として、ｎ型Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ
層を用いても良い。電流阻止層２２０のＡｌ組成比は
０．２５に限らず、その他の値でも構わない。本実施の
形態では、電流阻止層２２０の開口部がレーザ光導波領
域１４に対応しており、本実施の形態においても、本発
明の効果の出現する距離ｄ、ｔ、Ｐの範囲は実施の形態
１に記載したとおりであり、この範囲において実施の形
態１で述べた効果が得られる。
注入された電流が、図９に示した電流阻止層間幅のみを
通過できるように電流を阻止する層であれば良い。例え
ば、電流阻止層２２０として、ｎ型Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ
層を用いても良い。電流阻止層２２０のＡｌ組成比は
０．２５に限らず、その他の値でも構わない。本実施の
形態では、電流阻止層２２０の開口部がレーザ光導波領
域１４に対応しており、本実施の形態においても、本発
明の効果の出現する距離ｄ、ｔ、Ｐの範囲は実施の形態
１に記載したとおりであり、この範囲において実施の形
態１で述べた効果が得られる。
【０１０９】＜実施の形態６＞本実施の形態６は、Ａ
ｓ、ＰおよびＳｂの元素群のうち少なくともいずれかの
元素を窒化物半導体レーザ素子１または２の活性層に含
有するようにしたものである。他の構成は既に述べたと
おりである。
ｓ、ＰおよびＳｂの元素群のうち少なくともいずれかの
元素を窒化物半導体レーザ素子１または２の活性層に含
有するようにしたものである。他の構成は既に述べたと
おりである。
【０１１０】本実施の形態では、Ａｓ、ＰおよびＳｂの
元素群のうち少なくともいずれかの元素を、窒化物半導
体発光レーザ素子１、２を構成している活性層１０６、
２０６のうち少なくとも井戸層に含有させる。ここで、
井戸層に含有させる上記元素群の総和の組成比をＸと
し、井戸層のＮ元素の組成比をＹとするとき、ＸはＹよ
りも小さく、Ｘ／（Ｘ＋Ｙ）は０．３（３０％）以下で
あり、好ましくは０．２（２０％）以下である。また、
上記元素群の総和の下限値は、１×１０18／ｃｍ 3以上
である。
元素群のうち少なくともいずれかの元素を、窒化物半導
体発光レーザ素子１、２を構成している活性層１０６、
２０６のうち少なくとも井戸層に含有させる。ここで、
井戸層に含有させる上記元素群の総和の組成比をＸと
し、井戸層のＮ元素の組成比をＹとするとき、ＸはＹよ
りも小さく、Ｘ／（Ｘ＋Ｙ）は０．３（３０％）以下で
あり、好ましくは０．２（２０％）以下である。また、
上記元素群の総和の下限値は、１×１０18／ｃｍ 3以上
である。
【０１１１】組成比Ｘが２０％よりも高くなると、井戸
層内の領域ごとに各元素の組成比が異なる濃度分離が次
第に生じ始める。さらに、組成比Ｘが３０％よりも高く
なると、今度は濃度分離から六方晶系と立方晶系が混在
する結晶系分離に移行し始めて、井戸層の結晶性が低下
し始める。一方、上記元素群の総和の添加量が１×１０
18／ｃｍ3よりも小さくなると、井戸層に上記元素を含
有したことによる効果が得られにくくなる。
層内の領域ごとに各元素の組成比が異なる濃度分離が次
第に生じ始める。さらに、組成比Ｘが３０％よりも高く
なると、今度は濃度分離から六方晶系と立方晶系が混在
する結晶系分離に移行し始めて、井戸層の結晶性が低下
し始める。一方、上記元素群の総和の添加量が１×１０
18／ｃｍ3よりも小さくなると、井戸層に上記元素を含
有したことによる効果が得られにくくなる。
【０１１２】本実施の形態による効果は、井戸層にＡ
ｓ、ＰまたはＳｂを含有させることによって、井戸層の
電子とホールの有効質量が小さく、また、井戸層の電子
とホールの移動度が大きくなる点にある。半導体レーザ
素子の場合、前者は少ない電流注入量でレーザ発振のた
めのキャリア反転分布が得られることを意味し、後者は
活性層で電子とホールが発光再結合によって消滅しても
新たに電子・ホールが拡散により高速に注入されること
を意味する。即ち、現在報告されているような活性層に
Ａｓ、Ｐ、Ｓｂのいずれの元素をも含有しないＩｎＧａ
Ｎ系窒化物半導体レーザ素子と比べて、本実施の形態の
窒化物半導体レーザ素子は、閾値電流密度が低く、雑音
特性にも優れたものとなる。本実施の形態においても、
本発明の効果の出現する距離ｄ、ｔ、Ｐの範囲は実施の
形態１に記載したとおりである。
ｓ、ＰまたはＳｂを含有させることによって、井戸層の
電子とホールの有効質量が小さく、また、井戸層の電子
とホールの移動度が大きくなる点にある。半導体レーザ
素子の場合、前者は少ない電流注入量でレーザ発振のた
めのキャリア反転分布が得られることを意味し、後者は
活性層で電子とホールが発光再結合によって消滅しても
新たに電子・ホールが拡散により高速に注入されること
を意味する。即ち、現在報告されているような活性層に
Ａｓ、Ｐ、Ｓｂのいずれの元素をも含有しないＩｎＧａ
Ｎ系窒化物半導体レーザ素子と比べて、本実施の形態の
窒化物半導体レーザ素子は、閾値電流密度が低く、雑音
特性にも優れたものとなる。本実施の形態においても、
本発明の効果の出現する距離ｄ、ｔ、Ｐの範囲は実施の
形態１に記載したとおりである。
【０１１３】＜実施の形態７＞本実施の形態７は、基板
上に各窒化物半導体層を形成する際に、選択成長技術を
用いるものであり、他は上述の実施の形態のいずれかと
同様である。
上に各窒化物半導体層を形成する際に、選択成長技術を
用いるものであり、他は上述の実施の形態のいずれかと
同様である。
【０１１４】選択成長技術は、成長を抑制する材料（例
えばＳｉＯ2等の酸化物や、ＳｉＮ、ＡｌＮなどの窒化
物）からなり開口部を有するマスクを、基板上にあらか
じめ設けておき、基板上に各窒化物半導体層を形成する
際、その成長初期に、横方向への成長が進行するように
制御する技術である。これにより、各窒化物半導体層の
成長に伴って生じうるクラックが有効に防止される。マ
スクは、転位集中領域１１上、高ルミネッセンス領域１
２上に対応して設けることができ、また、これらの領域
に関わらず設けることもできる。少なくともレーザ導波
領域１４の直下にマスクを設けることが、レーザ導波領
域に発生しうるクラックを効果的に防止できる点から望
ましい。
えばＳｉＯ2等の酸化物や、ＳｉＮ、ＡｌＮなどの窒化
物）からなり開口部を有するマスクを、基板上にあらか
じめ設けておき、基板上に各窒化物半導体層を形成する
際、その成長初期に、横方向への成長が進行するように
制御する技術である。これにより、各窒化物半導体層の
成長に伴って生じうるクラックが有効に防止される。マ
スクは、転位集中領域１１上、高ルミネッセンス領域１
２上に対応して設けることができ、また、これらの領域
に関わらず設けることもできる。少なくともレーザ導波
領域１４の直下にマスクを設けることが、レーザ導波領
域に発生しうるクラックを効果的に防止できる点から望
ましい。
【０１１５】上述の各実施の形態１〜７においては、基
板としてＧａＮを用いる例を説明したが、「課題を解決
するための手段」に記載したような材料で構成される窒
化物半導体基板に置換することもできる。また、窒化物
半導体基板上に成長させる各窒化物半導体層の材料につ
いても、「課題を解決するための手段」に記載したよう
な窒化物半導体材料に置換することができる。
板としてＧａＮを用いる例を説明したが、「課題を解決
するための手段」に記載したような材料で構成される窒
化物半導体基板に置換することもできる。また、窒化物
半導体基板上に成長させる各窒化物半導体層の材料につ
いても、「課題を解決するための手段」に記載したよう
な窒化物半導体材料に置換することができる。
【０１１６】＜実施の形態８＞本実施の形態８は、本発
明の窒化物半導体レーザ素子を半導体光学装置に適用し
たものである。
明の窒化物半導体レーザ素子を半導体光学装置に適用し
たものである。
【０１１７】本発明の窒化物半導体レーザ素子（３３０
〜５５０ｎｍの発振波長）は、半導体光学装置、例えば
光ピックアップ装置に利用すると、以下の点において好
ましい。各窒化物半導体レーザ素子は、高出力（３０ｍ
Ｗ）であり、高温雰囲気中（６０℃）でも安定して動作
し、しかもレーザ発振寿命が長いことから、高い信頼性
が要求される高密度記録再生用光ディスク装置に最適で
ある（発振波長が短いほど、より高密度に記録再生が可
能となる）。
〜５５０ｎｍの発振波長）は、半導体光学装置、例えば
光ピックアップ装置に利用すると、以下の点において好
ましい。各窒化物半導体レーザ素子は、高出力（３０ｍ
Ｗ）であり、高温雰囲気中（６０℃）でも安定して動作
し、しかもレーザ発振寿命が長いことから、高い信頼性
が要求される高密度記録再生用光ディスク装置に最適で
ある（発振波長が短いほど、より高密度に記録再生が可
能となる）。
【０１１８】図１０に、本発明の窒化物半導体レーザ素
子を半導体光学装置に利用した一例として、光ディスク
装置（光ピックアップを有する装置、例えば、ＤＶＤ装
置など）の概略構成を示す。光ディスク装置３００は、
光ピックアップ３０１、制御回路３０２、ディスクＤを
回転させるモータ３０３、および光ピックアップ３０１
を移動させるモータ３０４を備えている。光ピックアッ
プ３０１には、半導体レーザ素子３０５、ビームスプリ
ッタ３０６、ミラー３０７、対物レンズ３０８、および
光検出器３０９が含まれている。半導体レーザ素子３０
５は、上述のいずれかの実施の形態の窒化物半導体レー
ザ素子１、２である。
子を半導体光学装置に利用した一例として、光ディスク
装置（光ピックアップを有する装置、例えば、ＤＶＤ装
置など）の概略構成を示す。光ディスク装置３００は、
光ピックアップ３０１、制御回路３０２、ディスクＤを
回転させるモータ３０３、および光ピックアップ３０１
を移動させるモータ３０４を備えている。光ピックアッ
プ３０１には、半導体レーザ素子３０５、ビームスプリ
ッタ３０６、ミラー３０７、対物レンズ３０８、および
光検出器３０９が含まれている。半導体レーザ素子３０
５は、上述のいずれかの実施の形態の窒化物半導体レー
ザ素子１、２である。
【０１１９】情報の記録に際し、半導体レーザ素子３０
５が発するレーザ光Ｌは、制御回路３０２によって入力
情報に応じて変調され、ビームスプリッタ３０６、ミラ
ー３０７および対物レンズ３０８を経てディスクＤの記
録面上に収束して、情報をディスクＤに記録する。ま
た、半導体レーザ素子３０５が無変調のレーザ光Ｌを発
している間に、ディスクＤの記録面のうちレーザ光Ｌが
収束する部位の磁界を入力情報に応じて変調することに
よっても、情報を記録することができる。情報の再生に
際しては、ディスクＤ上のピット配列によって光学的に
変化を受けたレーザ光Ｌが、対物レンズ３０８、ミラー
３０７、ビームスプリッタ３０６を経て光検出器３０９
に入射し、光検出器３０９によって再生信号とされる。
半導体レーザ素子３０５が出力するレーザ光Ｌのパワー
は、例えば、記録時には３０ｍＷ、再生時には５ｍＷ程
度である。
５が発するレーザ光Ｌは、制御回路３０２によって入力
情報に応じて変調され、ビームスプリッタ３０６、ミラ
ー３０７および対物レンズ３０８を経てディスクＤの記
録面上に収束して、情報をディスクＤに記録する。ま
た、半導体レーザ素子３０５が無変調のレーザ光Ｌを発
している間に、ディスクＤの記録面のうちレーザ光Ｌが
収束する部位の磁界を入力情報に応じて変調することに
よっても、情報を記録することができる。情報の再生に
際しては、ディスクＤ上のピット配列によって光学的に
変化を受けたレーザ光Ｌが、対物レンズ３０８、ミラー
３０７、ビームスプリッタ３０６を経て光検出器３０９
に入射し、光検出器３０９によって再生信号とされる。
半導体レーザ素子３０５が出力するレーザ光Ｌのパワー
は、例えば、記録時には３０ｍＷ、再生時には５ｍＷ程
度である。
【０１２０】本発明の半導体レーザ素子は、光ピックア
ップ装置を有するこのような光ディスク装置の他に、例
えば、レーザプリンター、バーコードリーダー、光の三
原色（青色、緑色、赤色）レーザによるプロジェクター
等にも利用可能であり、高出力で高寿命の光源として適
している。
ップ装置を有するこのような光ディスク装置の他に、例
えば、レーザプリンター、バーコードリーダー、光の三
原色（青色、緑色、赤色）レーザによるプロジェクター
等にも利用可能であり、高出力で高寿命の光源として適
している。
【０１２１】
【発明の効果】窒化物半導体層のレーザ光導波領域を窒
化物半導体基板の転位集中領域から４０μｍ以上ずらす
ようにした本発明では、レーザ光導波領域への基板の転
位の影響が抑えられ、レーザ発振寿命の長い窒化物半導
体レーザ素子が得られる。
化物半導体基板の転位集中領域から４０μｍ以上ずらす
ようにした本発明では、レーザ光導波領域への基板の転
位の影響が抑えられ、レーザ発振寿命の長い窒化物半導
体レーザ素子が得られる。
【０１２２】また、窒化物半導体層のレーザ光導波領域
を窒化物半導体基板の低転位領域中央領域または高ルミ
ネッセンス領域から３０μｍ以上ずらすようにした本発
明では、基板のうち性質が一定の部位の上にレーザ光導
波領域を位置させることができ、やはり、レーザ発振寿
命の長い窒化物半導体レーザ素子が得られる。
を窒化物半導体基板の低転位領域中央領域または高ルミ
ネッセンス領域から３０μｍ以上ずらすようにした本発
明では、基板のうち性質が一定の部位の上にレーザ光導
波領域を位置させることができ、やはり、レーザ発振寿
命の長い窒化物半導体レーザ素子が得られる。
【図１】 実施の形態１の半導体レーザ素子の構造を模
式的に示す縦断面図。
式的に示す縦断面図。
【図２】 本発明における窒化物半導体基板の製造工程
を模式的に示す拡大縦断面図（ａ）、斜視図（ｂ）、縦
断面図（ｃ）および平面図（ｄ）。
を模式的に示す拡大縦断面図（ａ）、斜視図（ｂ）、縦
断面図（ｃ）および平面図（ｄ）。
【図３】 実施の形態１の半導体レーザ素子の層構成を
模式的に示す縦断面図。
模式的に示す縦断面図。
【図４】 窒化物半導体レーザ素子におけるレーザ光導
波領域と転位集中領域の距離とレーザ発振寿命との関係
を示す図。
波領域と転位集中領域の距離とレーザ発振寿命との関係
を示す図。
【図５】 窒化物半導体レーザ素子におけるレーザ光導
波領域と高ルミネッセンス領域の距離とレーザ発振寿命
との関係を示す図。
波領域と高ルミネッセンス領域の距離とレーザ発振寿命
との関係を示す図。
【図６】 実施の形態２の半導体レーザ素子の製造方法
を模式的に示す平面図。
を模式的に示す平面図。
【図７】 実施の形態３の半導体レーザ素子の製造方法
を模式的に示す平面図。
を模式的に示す平面図。
【図８】 実施の形態４の半導体レーザ素子の製造方法
を模式的に示す平面図。
を模式的に示す平面図。
【図９】 実施の形態１〜４の半導体レーザ素子の他の
層構成を模式的に示す縦断面図。
層構成を模式的に示す縦断面図。
【図１０】 実施の形態８の半導体光学装置の概略構成
を示すブロック図。
を示すブロック図。
１、２ 窒化物半導体レーザ素子
１０ ｎ型ＧａＮ基板
１１ 転位集中領域
１２ 低転位領域中央領域（高ルミネッセンス領域）
１３ 窒化物半導体層
１４ レーザ光導波領域
１５ ｐ電極
１６ ｎ電極
２１ 支持基体
２２ ｎ型ＧａＮ層
２３ ｛１１−２２｝面
２４ 凹凸底部下部
２５ 凹凸頂上部
２６ ｛０００１｝面
６０ ｎ型ＧａＮ基板
６１、６２ 窒化物半導体レーザ素子形成領域
７０ ｎ型ＧａＮ基板
７１〜７４ 窒化物半導体レーザ素子形成領域
８０ ｎ型ＧａＮ基板
８１ 窒化物半導体レーザ素子形成領域
１０２ ｎ型ＧａＮ層
１０３ ｎ型ＩｎＧａＮクラック防止層
１０４ ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
１０５ ｎ型ＧａＮ光ガイド層
１０６ ＩｎＧａＮ活性層
１０７ ｐ型ＡｌＧａＮキャリアブロック層
１０８ ｐ型ＧａＮ光ガイド層
１０９ ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
１１０ ｐ型ＧａＮコンタクト層
１１１ ｎ電極
１１２ ｐ電極
１１３ 絶縁膜
２００ ｎ型ＧａＮ基板
２０１ ｎ型ＧａＮ層
２０３ ｎ型ＩｎＧａＮクラック防止層
２０４ ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
２０５ ｎ型ＧａＮ光ガイド層
２０６ 活性層
２０７ ｐ型ＡｌＧａＮキャリアブロック層
２０８ ｐ型ＧａＮ光ガイド層
２０９ａ ｐ型ＡｌＧａＮ第１クラッド層
２０９ｂ ｐ型ＡｌＧａＮ第２クラッド層
２１０ ｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層
２１１ ｎ電極
２１２ ｐ電極
２２０ 電流阻止層
３００ 光ディスク装置
３０１ 光ピックアップ
３０２ 制御回路
３０３、３０４ モータ
３０５ 窒化物半導体レーザ素子
３０６ ビームスプリッタ
３０７ ミラー
３０８ 対物レンズ
３０９ 光検出器
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 上田 吉裕
大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ
ャープ株式会社内
(72)発明者 湯浅 貴之
大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ
ャープ株式会社内
(72)発明者 種谷 元隆
大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ
ャープ株式会社内
(72)発明者 元木 健作
兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住友
電気工業株式会社伊丹製作所内
Ｆターム(参考） 5F073 AA13 AA20 AA51 AA74 AA89
BA06 CA07 CB18 EA24 EA28
Claims (19)
- 【請求項１】 窒化物半導体基板と、その上に積層され
た窒化物半導体層を備える窒化物半導体レーザ素子であ
って、 窒化物半導体基板がストライプ状の転位集中領域と、転
位集中領域を除いた領域である低転位領域とを有し、 窒化物半導体層がストライプ状のレーザ光導波領域を有
し、 レーザ光導波領域が低転位領域上に位置して転位集中領
域と略平行であり、 レーザ光導波領域とこれに最近接の転位集中領域との水
平方向の距離ｄが４０μｍ以上であることを特徴とする
窒化物半導体レーザ素子。 - 【請求項２】 窒化物半導体基板と、その上に積層され
た窒化物半導体層を備える窒化物半導体レーザ素子であ
って、 窒化物半導体基板が、互いに略平行な複数のストライプ
状の転位集中領域と、転位集中領域を除いた領域である
低転位領域とを有し、 窒化物半導体層がストライプ状のレーザ光導波領域を有
し、 レーザ光導波領域が低転位領域上に位置して転位集中領
域と略平行であり、 レーザ光導波領域とこれに最近接の転位集中領域との水
平方向の距離ｄが４０μｍ以上であり、 隣り合う転位集中領域間の中央線部分を低転位領域中央
領域とするとき、レーザ光導波領域とこれに最近接の低
転位領域中央領域との水平方向の距離ｔが３０μｍ以上
であることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。 - 【請求項３】 窒化物半導体基板と、その上に積層され
た窒化物半導体層を備える窒化物半導体レーザ素子であ
って、 窒化物半導体基板がストライプ状の転位集中領域と、転
位集中領域を除いた領域である低転位領域とを有し、 低転位領域がストライプ状の高ルミネッセンス領域を有
し、 転位集中領域と高ルミネッセンス領域が略平行であり、 窒化物半導体層がストライプ状のレーザ光導波領域を有
し、 レーザ光導波領域が低転位領域上に位置して転位集中領
域と略平行であり、 レーザ光導波領域とこれに最近接の転位集中領域との水
平方向の距離ｄが４０μｍ以上であり、 レーザ光導波領域とこれに最近接の高ルミネッセンス領
域との水平方向の距離ｔが３０μｍ以上であることを特
徴とする窒化物半導体レーザ素子。 - 【請求項４】 距離ｄが６０μｍ以上であることを特徴
とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の
窒化物半導体レーザ素子。 - 【請求項５】 窒化物半導体基板が転位集中領域を複数
有し、 隣り合う転位集中領域間の距離Ｐが１４０μｍ以上であ
ることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか
１項に記載の窒化物半導体レーザ素子。 - 【請求項６】 距離Ｐが３００μｍ以上であることを特
徴とする請求項５に記載の窒化物半導体レーザ素子。 - 【請求項７】 転位集中領域が窒化物半導体基板の［１
−１００］方向に略平行であることを特徴とする請求項
１ないし請求項６のいずれか１項に記載の窒化物半導体
レーザ素子。 - 【請求項８】 窒化物半導体基板と、その上に積層され
た窒化物半導体層を備える窒化物半導体レーザ素子であ
って、 窒化物半導体基板がストライプ状の高ルミネッセンス領
域を有し、 窒化物半導体層がストライプ状のレーザ光導波領域を有
し、 レーザ光導波領域が高ルミネッセンス領域と略平行であ
り、 レーザ光導波領域と最近接の高ルミネッセンス領域との
水平方向の距離ｔが３０μｍ以上であることを特徴とす
る窒化物半導体レーザ素子。 - 【請求項９】 距離ｔが５０μｍ以上であることを特徴
とする請求項２、請求項３、請求項８、または請求項２
もしくは請求項３を引用する請求項４ないし請求項７の
いずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ素子。 - 【請求項１０】 高ルミネッセンス領域が窒化物半導体
基板の［１−１００］方向に略平行であることを特徴と
する請求項８に記載の窒化物半導体レーザ素子。 - 【請求項１１】 請求項１ないし請求項１０のいずれか
１項に記載の窒化物半導体レーザ素子を光源として備え
ることを特徴とする半導体光学装置。 - 【請求項１２】 互いに略平行な複数のストライプ状の
転位集中領域と、転位集中領域を除いた領域である低転
位領域とを有する窒化物半導体基板上に、ストライプ状
のレーザ光導波領域を備えた窒化物半導体の積層構造を
含有する窒化物半導体層を形成する工程を含む窒化物半
導体レーザ素子の製造方法であって、 レーザ光導波領域を低転位領域上に転位集中領域と略平
行に設けるとともに、 レーザ光導波領域とこれに最近接の転位集中領域との水
平方向の距離ｄを４０μｍ以上とすることを特徴とする
窒化物半導体レーザ素子の製造方法。 - 【請求項１３】 隣り合う転位集中領域間の中央線部分
を低転位領域中央領域とするとき、レーザ光導波領域と
これに最近接の低転位領域中央領域との水平方向の距離
ｔを３０μｍ以上とすることを特徴とする請求項１２に
記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。 - 【請求項１４】 低転位領域中に転位集中領域と略平行
なストライプ状の高ルミネッセンス領域を有する窒化物
半導体基板を用い、 レーザ光導波領域とこれに最近接の高ルミネッセンス領
域との水平方向の距離ｔを３０μｍ以上とすることを特
徴とする請求項１２に記載の窒化物半導体レーザ素子の
製造方法。 - 【請求項１５】 距離ｄを６０μｍ以上とすることを特
徴とする請求項１２ないし請求項１４のいずれか１項に
記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。 - 【請求項１６】 隣り合う転位集中領域間の距離Ｐが１
４０μｍ以上の窒化物半導体基板を用いることを特徴と
する請求項１２ないし請求項１５のいずれか１項に記載
の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。 - 【請求項１７】 距離Ｐが３００μｍ以上の窒化物半導
体基板を用いることを特徴とする請求項１６に記載の窒
化物半導体レーザ素子の製造方法。 - 【請求項１８】 互いに略平行な複数のストライプ状の
高ルミネッセンス領域を有する窒化物半導体基板上に、
ストライプ状のレーザ光導波領域を備えた窒化物半導体
の積層構造を含有する窒化物半導体層を形成する工程を
含む窒化物半導体レーザ素子の製造方法であって、 レーザ光導波領域を高ルミネッセンス領域と略平行に設
けるとともに、 レーザ光導波領域とこれに最近接の高ルミネッセンス領
域との水平方向の距離ｔを３０μｍ以上とすることを特
徴とする窒化物半導体レーザ素子の製造方法。 - 【請求項１９】 距離ｔを５０μｍ以上とすることを特
徴とする請求項１３、請求項１４、請求項１８、または
請求項１３もしくは請求項１４を引用する請求項１５な
いし請求項１７のいずれか１項に記載の窒化物半導体レ
ーザ素子の製造方法。
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