JP2004047918A - 窒化物半導体レーザ素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】高出力が可能な窒化物導体レーザ素子の製造方法を提供する。
【解決手段】成長基板上に、ｎ型半導体層１と、活性層３と、ｐ型半導体層２とを順に積層してなる窒化物半導体層を形成し、前記ｐ型半導体層側からエッチングして共振器面を形成させる共振器面形成工程と、前記ｐ型半導体層の上面に、第１の基板を接合させる第１の基板接合工程と、前記成長基板を、前記窒化物半導体層と分離する成長基板分離工程と、前記成長基板を分離して露出された窒化物半導体層を、第２の基板１１と接合させる第２の基板接合工程と、前記第１の基板を、前記窒化物半導体層と分離する第１の基板分離工程と、
を具備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。
【選択図】 図１
【解決手段】成長基板上に、ｎ型半導体層１と、活性層３と、ｐ型半導体層２とを順に積層してなる窒化物半導体層を形成し、前記ｐ型半導体層側からエッチングして共振器面を形成させる共振器面形成工程と、前記ｐ型半導体層の上面に、第１の基板を接合させる第１の基板接合工程と、前記成長基板を、前記窒化物半導体層と分離する成長基板分離工程と、前記成長基板を分離して露出された窒化物半導体層を、第２の基板１１と接合させる第２の基板接合工程と、前記第１の基板を、前記窒化物半導体層と分離する第１の基板分離工程と、
を具備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。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はストライプ状の導波路領域を有する窒化物半導体レーザ素子に係り、特に、高出力が可能な窒化物半導体レーザ素子に関する。また、その半導体レーザ素子に用いる半導体としては、特に、ＧａＮ、ＡｌＮ、若しくはＩｎＮ、又はこれらの混晶であるＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体（ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）を用いた窒化物半導体レーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体レーザは、小型、長寿命、高信頼性、かつ高出力化が進み、主にパーソナルコンピュータ、ＤＶＤなどの電子機器、医療機器、加工機器や光ファイバ通信の光源などに利用されている。中でも窒化物半導体（ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ）は、比較的短波長の紫外域から赤色が発光可能な半導体レーザとして注目されている。
【０００３】
このような半導体レーザ素子は、サファイア基板上にバッファ層、ｎ型コンタクト層、クラック防止層、ｎ型クラッド層、ｎ型光ガイド層、活性層、ｐ型光ガイド層、ｐ型キャップ層、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層が順に形成されている。また、ストライプ状の導波路領域が形成され、ｐ型コンタクト層にｐ側電極が、ｎ型コンタクト層にｎ側電極がそれぞれ設けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような半導体レーザ素子は、高出力で使用される際、活性層から発生する熱によって素子の内部や共振器面が劣化するという問題があった。特に、サファイア基板は熱伝導率が悪いために素子内部で発生する熱を放出しにくく、熱劣化しやすい構造であった。また、高出力化のために導波路を複数設けてマルチストライプ型レーザとする場合は、発生する熱量が極めて大きくなるので劣化しやすく、また、各導波路から出射されるレーザ光が不均一になりやすいという問題も生じ易い。
【０００５】
そこで、本発明は上記問題を鑑み、放熱性に優れ、素子の内部や共振器面が熱により劣化しにくく、また、マルチストライプ型レーザとした場合でも、熱劣化しにくく均一なレーザ光を安定して得ることができる構造を有する窒化物半導体レーザ素子、及びその製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明における窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、成長基板上に、ｎ型半導体層と、活性層と、ｐ型半導体層とを順に積層してなる窒化物半導体層を形成し、ｐ型半導体層側からエッチングして共振器面を形成させる共振器面形成工程と、ｐ型半導体層の上面に第１の基板を接合させる第１の基板接合工程と、成長基板を窒化物半導体層と分離する成長基板分離工程と、成長基板を分離して露出された窒化物半導体層を第２の基板と接合させる第２の基板接合工程と、第１の基板を窒化物半導体層と分離する第１の基板分離工程と、を具備することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の請求項２に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、成長基板上に、ｎ型半導体層と、活性層と、ｐ型半導体層とが順に積層されてなる窒化物半導体層を、ｐ型半導体層側からエッチングして共振器面を形成させる共振器面形成工程と、共振器面で挟まれるｐ型半導体層の表面にストライプ状のリッジを形成させるリッジ形成工程と、窒化物半導体層を、第１の基板と接合させる第１の基板接合工程と、成長基板を、窒化物半導体層と分離する成長基板分離工程と、成長基板を分離して露出された窒化物半導体層を、第２の基板と接合させる第２の基板接合工程と、第１の基板と窒化物半導体層と分離する第１の基板分離工程と、を具備することを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項３に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、共振器面形成工程を、リッジ形成工程の後に有することを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項４に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、共振器面形成工程は、ｎ型半導体層の表面の一部が露出するまでエッチングして共振器面を形成する前工程と、その後に、露出されたｎ型半導体層の表面の一部を更にエッチングして共振器面より光の出射方向に突出するｎ型半導体層の端面を形成する後工程とからなることを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項５に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、共振器面形成工程の後工程は、エッチング底面がｎ型半導体層であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項６に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、共振器面形成工程の後工程は、成長基板が露出するまでエッチングされることを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項７に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、リッジは、複数形成されることを特徴とする。これにより、高出力のレーザ光を出射可能なマルチストライプレーザとすることができる。
【００１３】
本発明の請求項８に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、第１の基板接合工程の前に、共振器面に保護膜を形成させる工程を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項９に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、第１の基板接合工程の前に、リッジの表面にｐ側電極を形成して、アニールする工程を有することを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項１０に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、ｐ側電極形成後、共振器面の保護膜を形成する工程を有することを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項１１に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、リッジ形成後、第１の基板を接合させる前に、エッチングにより形成された共振器面を側面とする溝部に充填剤を充填させる工程を有することを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項１２に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、リッジ形成後、第１の基板を接合させる前に、ｐ型半導体層の上に、田１の基板接合前保護膜を形成させる工程を有することを特徴とする。
【００１８】
本発明の請求項１３に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、第１の基板は、成長基板又は第２の基板と同一の材料からなることを特徴とする。
【００１９】
本発明の請求項１４に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、第１の基板は表面に接着層を有し、第１の基板接合工程は、この接着層を介して接合されることを特徴とする。
【００２０】
本発明の請求項１５に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、第１の接合前保護膜及び／又は接着層は、有機物からなることを特徴とする。
【００２１】
本発明の請求項１６に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、第１の基板の接合前保護膜及び／又は前記第１の基板の接着部は、その表面に、拡散防止層を有することを特徴とする。
【００２２】
本発明の請求項１７に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、拡散防止層は金属からなることを特徴とする。
【００２３】
本発明の請求項１８に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、拡散防止層は、チタンを含むことを特徴とする。
【００２４】
本発明の請求項１９に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、窒化物半導体層と第２の基板とを合金共晶による導電層によって接合させることを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明に係る実施形態の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、リッジを有する実効屈折率型の導波路領域を有し、共振器面がエッチングにより形成されているものに適している。特に、リッジが形成されている側を上方向（上面側）とすると、下方向（下面側）の窒化物半導体層側に成長基板ではない基板、すなわち支持基板が接合されている窒化物半導体レーザ素子の製造方法に関するものである。
【００２６】
本発明によって得られる窒化物半導体レーザ素子は、詳細には、図１に示すように、ｎ型半導体層と、活性層と、ｐ型半導体層とを順に積層してなる窒化物半導体層を備え、ｐ型半導体層にはリッジ（ストライプ状の凸部）が形成され、ストライプの長手方向と略垂直な両端面にエッチングにより形成されてなる共振器面を有しており、これによりストライプ方向を導波方向（共振方向）とする実効屈折率型の導波路領域が形成されている。共振器面のうち一方は、主として光を外部に出射する機能を有する光出射側共振器面（光出射面）であり、他方は、主として光を導波路領域内に反射する機能を有する光反射側共振器面（モニター面）である。リッジの側面及びこの側面に連続するｐ型半導体層の表面には、第１の絶縁膜が形成されている。第１の絶縁膜を介してリッジの上面であるｐ型半導体層とオーミック接触するストライプ状のｐ側オーミック電極が設けられている。
【００２７】
更にｐ側オーミック電極の上には、ｐ側オーミック電極と接するように設けられるｐ側パッド電極が形成されている。ｐ側オーミック電極とｐ側パッド電極とは、電気的に接合されており、この部分から電流が供給される。ｐ側パッド電極の表面はリッジの形状に関わらず、表面が略平坦になるように形成されている。また、ｎ型半導体層の下面、すなわち活性層と接する側とは反対側の面に、支持基板（第２の基板）が設けられている。支持基板とｎ型半導体層との間にはｎ側オーミック電極を含むメタライズ層が設けられており、このメタライズ層を介して電気的に導通するように接合されている。
【００２８】
この支持基板（第２の基板）は、窒化物半導体層を積層させるときに用いる成長基板とは別のもので、窒化物半導体層が積層された後に接合されるものである。支持基板が導電体の場合は、図１のように、ｐ側電極とｎ側電極とがそれぞれ異なる面方向になるように形成される。これにより、ステムなどの導電性の基体上に容易に載置することができ、例えばｎ側電極とステムもしくはリード電極上に導電性材料の接着剤で接合させ、ｐ側電極にはワイヤをボンディングさせることができる。これは、上下が逆にすることも可能であるので、ｐ側電極側をステムにダイボンディングすることも出来る。また、支持基板が絶縁体の場合は図２のように支持基板のメタライズ層に取り出し部を設ける。このような場合は、ｎ側電極及びｐ側電極にワイヤをボンディングさせて用いる。或いは、ワイヤを用いずに、半導体層側をダイボンディングするようフェイスダウンにして用いることもできる。
【００２９】
このように、ｎ型半導体層側に設けられる基板として、成長基板とは異なる支持基板を後から貼り合わせる（接合させる）ることで、基板材料の選択肢を多くすることができる。成長基板は、導電性のものでも絶縁性のものでも用いることができるが、その上に窒化物半導体層を結晶性よく成長（積層）させることができるものを選択する必要があるので材料が限られてくる。例えば、窒化物半導体の成長基板として用いることができる好ましい材料としては、サファイア基板を挙げることができる。しかし、このサファイア基板は放熱性が悪く、また、窒化物半導体層を形成するためのバッファ層が必要であるので、積層された半導体層の膜厚が厚くなりやすい。本発明のように、成長基板と異なる基板を半導体層成長後に用いることで、半導体層の成長条件に束縛されることなく、種々の材料を用いることができるので、熱伝導のよいものや、導電性のあるものなど、材料の選択肢を増やすことができる。更に、材料の選択肢が増えることで、熱膨張係数についても種々変えることが可能となるのでチップの歪みの制御が可能になる等のメリットがある。このように本発明では、成長基板として好ましい材料と、素子駆動時に好ましい支持基板とを異なる材料とすることで、目的に応じて適した基板とすることができる。
【００３０】
（製造方法）
以下、本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造方法について詳述する。
【００３１】
本発明の窒化物半導体レーザ素子は、成長基板上に成長させた半導体層から、成長基板を剥がして、剥がした部分（剥離面）に成長基板と異なる支持基板を接合させることを特徴としており、半導体層がエッチングにより形成されてなる共振器面を有することを特徴としている。特に、この共振器面は、成長基板上に窒化物半導体層が形成されている状態でエッチングにより形成されるものである。すなわち、第１及び第２の基板と接合される前の段階で既に共振器面は形成された状態である。本発明の製造方法は、このように共振器面としてエッチング端面を用いることで、後に劈開工程を経ることなく窒化物半導体レーザ素子を得ることを特徴としている。また、窒化物半導体層にレーザ構造（共振器構造及び導波路構造）が形成されるのは成長基板に接合されている状態で行われ、支持基板が接合されるのは上記レーザ構造が形成された後であることを特徴とする。以下、各工程について詳説する。
【００３２】
（共振器面形成）
本発明において、成長基板上に成長された窒化物半導体層をｐ型半導体層の表面側からエッチングして共振器面を形成させる工程を有する。この共振器面形成工程は、窒化物半導体層が成長基板上にある状態で行われるものである。エッチングの深さは、少なくとも活性層を含む発光領域の端面が露出するまで行うことが必要であるので、ｎ型半導体層の一部が露出するまで行う。その際、ｎ型半導体層の表面の一部が露出するまでエッチングして共振器面を形成する前工程（共振端面形成）と、その後に、前記露出されたｎ型半導体層の表面の一部を更にエッチングして共振器面より光の出射方向に突出するｎ型半導体層の端面を形成する後工程との２段階の工程からなるのが好ましい。
【００３３】
このように、前工程と後工程との２段階のエッチングを行うことで、共振器面を鏡面に近い面として形成させることができる。これは、エッチングを２段階とすることで異なる条件のエッチングを行うことができるためである。エッチングは化学的に半導体層を削りながら除去するものであり、その除去する早さはエッチングガスの種類や条件、或いはマスクの選択比等によって異なる。共振器面を鏡面に近いような均一な平坦面とするために、まず最初のエッチングを行う前工程では、エッチング面ができるだけ荒れないように、エッチング速度がやや遅いエッチングガスを選択するのが好ましい。
【００３４】
このような条件で成長基板近傍まで深くエッチングすると、時間がかかり過ぎるので、工程上好ましくないだけではなく、先に形成された共振器面が、長時間エッチングガスにさらされることになるので面状態が荒れてしまう。そのため、共振器面を形成するために少なくともｎ型半導体層の一部が露出するまで前工程でゆっくりエッチングした後、別のマスクを形成して共振器面を保護して（図示せず）、後工程として、前工程とは異なる条件でエッチングを行う。この場合、エッチングされるのはｎ型半導体層のみであるので、エッチング面は共振器面のような鏡面でなくともよく、粗面になっても構わない。そのため、速度の速いエッチングガスを選択することができる。このように２段階のエッチングを行うことで、優れた共振器面を得ることができる。
【００３５】
このようにエッチングを２段階で行う場合は、後工程で形成されるエッチング端面と前工程で形成される共振器面を含むエッチング端面とに段差が生じることになるが、このような場合、共振器面から出射されるレーザ光を遮らないように、後工程のエッチングを行うのが好ましい。すなわち、前工程で形成される共振器面と、後工程で形成されるｎ型半導体層の端面との距離を少なくして、互いの面が近づくようにすることで、光を遮らないようにすることができる。好ましくはこの距離が３μｍ以内となるように設けるのがよい。これにより、ファーフィールドパターン（ＦＦＰ）のｙ成分（垂直成分）にリップル（凹凸）が生じない、優れたビーム特性を有する半導体レーザ素子とすることができる。リッジが複数ある場合であっても、ＦＦＰのｙ成分については、個々のリッジから出射されるレーザ光に依存しているため、単一のリッジを形成する場合と同様に、共振器面とｎ型半導体層端面の距離を近づけるのが好ましい。
【００３６】
共振器面形成工程（前工程）と、その後のｎ型半導体層の端面形成工程（後工程）とは、続けて行うこともできるし、前工程後にリッジ形成工程やミラー等の保護膜形成工程を経て、その後に後工程を行うこともでき、リッジの形状や保護膜の材料、或いは工程上の安定性等様々な要因を考慮して、適切なタイミングで行うことができる。
【００３７】
ｐ型半導体層の上面側から少なくとも活性層の端面が露出するまでエッチングすることで、共振器面を形成することができる。劈開により共振器面を形成させる場合は、半導体層の劈開面に合わせて素子を分割する必要があるが、エッチングにより共振器面を形成させる場合は、面方位に関係なく、共振器面を形成させることができるので、共振器長も任意のものを選択することができるし、１枚のウエハから得られるチップの数を多くすることができる
【００３８】
後工程としては、少なくともｎ型半導体層の途中までエッチングする、すなわち、エッチング底面がｎ型半導体層となるようにエッチングすることで優れた共振器面を形成させることができるが、さらに成長基板が露出するまで深くエッチングすることもできる。エッチング底面をｎ型半導体層とすると、共振器面系政治にエッチング溝によって分断されている半導体層がｎ型半導体層で連続している状態後となるので、後で行われる成長基板を分離工程や、第２の基板接合工程が、安定した状態で行うことができ、不純物等によって共振器面が汚染されにくくすることもできる。また、後工程は成長基板が露出するまでエッチングすることができ、この場合は支持基板を接合後に成長基板を除去するだけでチップ状に分割されることになるので、工程を少なくすることができる。
【００３９】
（リッジ形成）
本発明においては、ｐ型半導体層側からｎ型半導体層までエッチングして共振器面を形成させる共振器面形成工程と、ｐ型半導体層をエッチングしてストライプ状のリッジを形成させる工程とを、有することもできる。この２つの工程によって、レーザ素子の特性を左右する共振器構造と導波路構造が形成されることになる。共振器面は先に述べたように、半導体層が成長基板に接合されている状態で形成するのが好ましいが、リッジ形成も成長基板に接合されている状態で行うのが好ましい。すなわち、本発明の請求項２に記載されている各工程を、その記載順に従って行うのが好ましい。また、共振器面形成と、リッジ形成工程を逆にしてもよい。共振器面形成工程に続いて、ストライプ状のリッジを形成させる場合について図面を用いて説明する。図５〜図８は、リッジが２本形成されてなる形態の窒化物半導体レーザの製造工程を説明する図である。図５（ｂ）では、エッチングの深さはｎ型半導体層の途中までである。そして、図５（ｃ）では、その溝を更に成長基板が露出するまでエッチングしている。その後に図５（ｄ）のようにリッジが形成され、次に図５（ｅ）のようにｐ側パッド電極が形成されている。
【００４０】
リッジの形成は、共振器面を形成後に行うことで、幅の細いリッジを形成しやすくなる。特に、共振器面形成時に、窒化物半導体層を深くエッチングする場合に有効な方法である。これは、リッジを形成するためにｐ型半導体層のみをエッチングする場合と、基板が露出するまでエッチングする場合とでは、そのエッチング深さがかなり異なるためである。リッジの形成を先に行うと、その後の端面側のエッチング時に、マスクで保護していてもリッジ端部が徐々にエッチングされてしまうので好ましくない。このようなリッジでは、ストライプ状のリッジの端部の幅が、中央部付近よりも狭くなった先細り形状の導波路領域となっており、幅が狭くなることで光の閉じ込めがきつくなってビーム形状が目的のものと異なるものになってしまう上に、共振器面の面積が小さくなるので単位面積あたりに係る負荷が大きくなりすぎて、ＣＯＤを生じやすくなる。
【００４１】
リッジを形成させるには、所望のリッジの幅にあわせてマスク（保護膜）を形成させる。リッジを複数設けてレーザアレイ（マルチストライプレーザ）とする場合も、各リッジに応じたマスクを形成させる。リッジの幅としては、１μｍ〜１０μｍ程度が好ましく、これは、リッジを複数設ける場合の各リッジについても同様である。また、リッジの深さは、少なくとも活性層からなる発光層に達しない深さで、好ましくは、ｐ型ガイド層の途中までをエッチングにより除去して、ストライプ状の凸部を残し、これをリッジとする。このエッチングの深さによってレーザ素子の構造、特性が異なってくる。マスクとして用いる材料としては、窒化物半導体のエッチング速度と差がある材料（選択比の異なる材料）であればどのような材料でもよい。例えば、例えば、Ｓｉ酸化物（ＳｉＯ２を含む）、フォトレジスト等が用いられ、好ましくは、後に形成する第１の絶縁層との溶解度差を設けるために、第１の絶縁膜よりも酸に対して溶解され易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る。フッ酸を用いるためには、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。
【００４２】
（第１の保護膜の形成）
リッジの上面にｐ側電極を形成する場合は、その前にリッジの側面及びリッジの側面から連続する窒化物半導体層（ｐ型半導体層）の表面に、絶縁性の保護膜を設けるのが好ましい。このように設けられる絶縁性の保護膜（第１の保護膜）は、リッジの埋め込み層（膜）として機能するものであり、電流をリッジの上面からに集中させると共に、窒化物半導体よりも屈折率の小さい材料を選択することで、活性層からの光の横方向の光の閉じ込めを優れたものとするこができる。この工程は、ｐ側電極を形成させる前に行うのが好ましく、それにより、電流をリッジ部に集中させることができる。また、第１の基板接合工程を行う前に行っておくのが好ましい。
【００４３】
リッジの埋め込み層である第１の保護膜を設けるには、リッジ形成時に用いたマスクが、リッジ上部に残っている状態でｐ型半導体層表面に第１の保護膜を形成し、その後バッファード液に浸漬してリッジ上部のマスクを溶解除去し、リフトオフ法によりマスクと共にリッジ上部の第１の保護膜を除去する。これにより、リッジ上面のｐ型半導体層が露出され、リッジ側面には第１の保護膜が形成された構造とすることができる。このような方法を用いるには、第１の保護膜のバッファード液に対する溶解度がリッジ形成時のマスクよりも低いものを選択する必要があり、好ましい組み合わせとしては、マスクとしてはＳｉＯ２が、又、第１の保護膜としてはＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＨｆＯ２等を用いるのが好ましい。
【００４４】
（ｐ側オーミック電極形成）
本発明において、ストライプ状のリッジを形成後、第１の基板を接合させる前に、リッジの表面（上面）にｐ側オーミック電極を形成してアニールする工程を有することが好ましい。ｐ側オーミック電極は、リッジを形成した後であれば、どの段階でも設けることは可能であるので、工程や半導体レーザ素子の構造によっては、第１の基板接合前以外の工程で設けることもできる。
【００４５】
例えば、第２の基板（支持基板）をｎ型半導体層側に接合させた後に第１の基板を分離ししてリッジを露出させてから形成させることもできる。しかし、第１の基板を接合させる前にｐ側オーミック電極を形成させておき、オーミックアニールをすることで、ｐ型半導体層のｐ型化を同時に行うことができるというメリットがある。ｐ型半導体層はｐ型不純物をドープしただけではｐ型層にならないので、何らかの処理（ｐ型化）をする必要が、このｐ型化の処理としてはアニールが好ましく、特に熱によるアニールが好ましい。第１の基板を接合する前という比較的工程の早い段階でｐ側オーミック電極を設けて窒化物半導体層（ｐ型半導体層）とのオーミック接触を良好にするためのアニール工程を行うことで、オーミックアニールと、ｐ型化アニールとを同時に行うことができる。また、このように窒化物半導体レーザ素子の製造工程のなかの早い段階でアニール工程を経ておくことで、比較的熱に弱い材料からなる保護膜等を、これよりも後の工程で用いることが可能となる。特に、ミラー等を設ける場合には、反射率及び屈折率を制御して形成したミラーの特性を損なうことなく製造することができる。
【００４６】
（第２の保護膜の形成）
第１の保護膜形成後に、上記ｐ側オーミック電極を形成するが、このｐ側オーミック電極の上に、第２の保護膜を形成させる。この保護膜は、後に形成するｐ側パッド電極とｐ側オーミック電極との接触がリッジの頂部に限定されるようにするために設けるもので、リッジ上部以外の半導体層の露出部のほぼ全面を覆うように設けることができる。特に、活性層の端面などがさらされないように保護することで、劣化を抑制することができる。また、ｐ側電極とｎ側電極との間の短絡を起こしにくくすることもできる。また、リッジストライプに平行な面（側面）だけでなく、共振器面まで連続するように設けることもでき、これにより、共振器面を保護することができる。ただし、共振器面については、第２の保護膜とは別工程で設けることが好ましく、特に高出力が必要とされる場合は、素子内部の劣化よりも保護膜の劣化によって素子寿命を損なうことがないように設ける必要がある。そのような保護膜（ミラー）を設ける場合は、最終段階でチップ化されるときに、まず、バー状に分割してから、設けることもできる。そのような方法で形成させることで、ｐ型半導体層側から、膜成分が回り込むような条件でスパッタなどの方法で形成させるのに比べて、劣化に対して耐久性のある保護膜とすることができる。尚、この第２の保護膜は、製造方法等によっては省略することもできる。
【００４７】
（共振器面保護膜）
導波路領域の共振器構造を形成するための一対の共振器面は、保護膜を設けることで、両端面の反射率に差を設けることができ、これにより、出射方向を決めることができ、また、光の共振も効率よく行うことができる。従って、どちらか一方に保護膜を設けるのでもよいし、また、両面に保護膜を設けてもよい。また、反射率差をつける機能の他に、活性層端面を保護する機能だけの保護膜を設けてもよい。このような共振器面保護膜は、先に述べたように、リッジストライプと平行な面（側面）に設ける第２の保護膜を回り込むように形成して共振器面に保護膜を形成することもできるし、また、別工程で設けることもできる。この共振器面保護膜も、成長基板上に半導体層が形成されている状態で形成させるのが好ましい。先に設けることで、各基板の接合或いは分離時に共振器面が汚染されるのを防ぐことができる。しかし、後工程での熱や外力によって特性が悪化しないようにする必要がある。また、仮の保護膜として形成させておき、後で別の保護膜を設けるようにしてもよい。共振器面の保護膜は、共振器面形成後第１の基板接合前に形成するのが好ましいが、特に、ｐ側電極形成後に設けるようにすることで、リッジストライプに平行な側面の保護膜と同一工程で形成させることができるので、工程も少なくできるというメリットがある。
【００４８】
（ｐ側パッド電極の形成）
第２の保護膜形成後に、リッジ上面のｐ側オーミック電極とオーミック接触可能なｐ側パッド電極を形成させる。ｐ側パッド電極は、リッジ形状やｐ側オーミック電極の形状などによる表面（上面）の凹凸によらず、上面が略平坦な単一の面になるように形成させるのが好ましい。そして、ｐ型半導体層のほぼ全面に渡るように設けるのが好ましい。例えば、図１のように、リッジ側面及びそのリッジの側面から連続するｐ型半導体層の表面をほぼ覆うように第２の保護膜が設けられているが、その上にｐ型半導体層をほぼ全面に覆うようにｐ側パッド電極をに設ける。ｐ側パッド電極の形成面積を広くすることで、均一に電流を流すことができる。
【００４９】
（充填剤の充填）
本発明において、ｐ型半導体層の表面にストライプ状のリッジを形成後、第１の基板を接合させる前に、共振器面形成時のエッチングにより形成されるエッチング溝部に、充填剤を充填させる工程を有することもできる。充填剤を用いる場合は、第１の基板を接合させる前にｐ側電極を形成させる場合は、ｐ側電極、特にｐ側パッド電極形成後に充填剤を充填させるのが好ましい。ｐ側パッド電極形成前にミラー（第２の保護膜）を形成させる場合も、ｐ側パッド電極形成後に充填させるのが好ましい。充填剤は、少なくともエッチングにより露出された部分を埋めることが必要で、好ましくは、ｐ型半導体層のリッジの上部と同一面まで充填させるのがよい。また、ｐ側電極を形成後に充填剤を充填させる場合は、リッジの上に形成されたｐ側電極の上面と略同一面に達するまで充填剤を充填させるのが好ましい。いずれの場合も、第１の基板を接合時に、接合面の凹凸が少なくなるように、好ましくは略平坦な面となるようにしておくのがよい。例えば、接合面を略平坦な面とすることで、局所的に力が掛かるのを防ぐことができる。ここでは、窒化物半導体層及び／又はｐ側電極、そして充填剤とが略平坦な面を構成しているが、このように、異なる材料からなる面であっても、上面（接合面）が略平坦になっていればよい。このようにすることで、第１の基板と接合しやすくなる。
【００５０】
また、充填剤を用いて略平坦な面とすることで、接合時にリッジ上部にかかる負荷を低減させることができる。充填剤を用いなければ、リッジの上部に係る負荷が大きくなり、接合が不十分なものとなりやすい。また、このようにすることで、第１の基板と接合された後に成長基板を除去する時にも、充填剤を充填させておくことで力が不均一にかかるのを防ぐことができると共に、先に形成された半導体層の端面に不純物が付着するのを防ぐことができる。
【００５１】
また、更にその後にｎ型半導体層の裏面（成長基板を接していた側）を除去してｎ型コンタクト層が露出させるまで薄くする場合にも、エッチング部が充填剤によって埋められていることで、半導体層の端面、特に共振器端面に不純物が付着するのを防ぐことができ、更に充填剤が充填されていることで素子がぐらつくこともなく安定であるので、バラツキが減少する。また、端面の保護膜（ミラーなど）を先に形成しておいた場合でも、それらの特性を変化させることなく行うことができる。
【００５２】
（第１の基板接合前保護膜の形成）
第１の基板は、後で除去される仮の基板であるが、その仮基板と接合されるｐ側パッド電極は、後に外部との導通をはかるためにワイヤなどを接続させる必要があるものなので、第１の基板の接合及び分離によって損傷しないようにする必要がある。そこで、図６（ａ）のように、第１の基板接合（貼り合わせ）前保護膜を形成させる。少なくともｐ側パッド電極の上面に設けていればよいが、溝部に充填剤を充填させる場合は、ｐ側パッド電極上面だけでなく、充填剤の上部にも保護膜を設けて、平坦な面とすることでｐ側パッド電極を保護すると共に、第１の基板との接合性も良好なものとすることができる。第１の基板接合前保護膜の形成は、単に塗布するだけや、スパッタするなど、成膜方法としてはごく簡単で一般的な方法で形成させるのが、ｐ側パッド電極への負荷も少なく、後の除去も容易に行えるので好ましい。この第１の基板接合前保護膜は、レジスト、エポキシ樹脂などの有機物からなる樹脂系材料を用いるのが好ましい。これにより、後の分離工程が容易になり、半導体層に熱や外力などによる負荷を少なくすることができる。また、この保護膜と、これに接合される第１の基板の保護膜の接着部とは、共に有機物からなる材料を用いることで、後工程が行いやすくなる。
【００５３】
（拡散防止層）
上記のように、第１の基板の接着部と半導体層の上に設けられる第１の基板接合前保護膜は、共に有機物からなるようにすることで、後工程が行い易いというメリットがある。しかし、互いに有機物であると、密着性もよくなるので、接合時に有利な反面、後の分離工程で不良が生じやすい。第１の基板は、後で剥がすことを前提とした仮の基板であるので、互いに反応して強固に接合されて（或いは部分的に一体化して）しまうと工程上好ましくない。そこで、接着界面にそれぞれに成分が拡散していかないような拡散防止層を設けるのが好ましい。これは、第１の基板側に設けてもよく、或いは半導体層側に設けてもよい。いずれも、互いの接着剤として機能させるのが有機物であり、互いに反応しやすい（混ざりやすい）場合に必要となる層であり、材料としては金属が好ましい。用いる金属としては、比較的低温で密着性よく接合させることが可能なものであればよく、１種又は２種以上の金属を用いることができる。第１の基板接合前保護膜或いは接着部にエポキシ樹脂が用いられている場合は、チタンを用いるのが好ましい。このような拡散防止層を設けておくことで、後の分離工程での半導体層にかける負荷を低減することができる。
【００５４】
（第１の基板の接合）
本発明において、第１の基板とｐ型半導体層に設けられた保護膜とを向かい合わせるようにして図６（ａ）及び図６（ｂ）のように接合（貼り合わせ）させる。接合方法は、用いる接合剤によって選択することができるが、主として加熱しながらプレスすることによって行う。樹脂などを接合剤として用いる場合は、比較的低温で接合させることができ、例えばエポキシ系樹脂などを用いる場合は１００℃〜２００℃程度に加熱することで、接合させることが可能である。また、ＡｕＳｎなどの共晶を用いる場合は、２００℃〜３００℃程度の加熱が必要である。いずれにしても、後に分離させる第１の基板との接合なので、工程に支障のない程度に接合されていればよい。この接合は、比較的活性層に近い側の半導体層に行われるものなので、比較的低温で行うことで窒化物半導体層の内部、特に活性層が分解するのを抑制できる温度範囲が好ましい。
【００５５】
（成長基板の分離）
本発明において、窒化物半導体層を第１の基板に接合した後に、図６（ｃ）のように、成長基板を分離（除去）する工程を有する。すなわち、窒化物半導体層を成長させるのに適した成長基板は、この工程を経ることで除去されることになる。成長基板を窒化物半導体層から分離（除去）する方法としては、レーザ光照射、研磨、ケミカルポリッシュ（ＣＭＰ処理）などが挙げられる。これらの方法は、半導体層に負荷を与えにくく、成長基板を分離しやすい。これらの方法だけでも成長基板の除去は可能であるが、露出させたいｎ型半導体層の表面に、成長基板やｎ型半導体層の一部が残留する場合がある。そのような場合は、成長基板を除去した側から更にエキシマレーザを照射するか、又は研削することで、残存する成長基板を取り除いて目的とするｎ型半導体層を露出させることができる。更に、ｎ型半導体層を露出させるには、成長基板を除去後、露出した窒化物半導体層の表面をＣＭＰ処理することでｎ型半導体層を露出させる。このように半導体層の膜厚を薄くしても、第１の基板によって強度が保持されているので破損しにくくなっている。また、ｎ型半導体層を薄くすることで、電流抵抗を下げて閾値の低い半導体レーザ素子とすることができる。特に、成長基板分離後の露出面をＣＭＰ処理することにより、分離時の外力によって形成される窒化物半導体のダメージ層を除去することができるので、ｎ側電極とのオーミック接触が得られやすくなる。
【００５６】
また、このとき、後に用いる第２の基板の材料に応じて、露出させるｎ型半導体層を選択することができる。例えば、第２の基板が導電性の場合は、ｎ型コンタクト層が露出するように、成長基板だけでなく、ｎ型半導体層の一部までを除去するようにすることで、ｎ型半導体層の全面（裏面）にｎ側電極を設けることができる。ｎ型コンタクト層を露出させるには、図７（ａ）のように、ｎ型半導体層を更に除去して全体的に薄くするのが好ましいが、一部だけを露出させるようにしてもよい。
【００５７】
また、第２の基板が絶縁性の場合は、ｎ型コンタクト層が露出するまで除去しなくてもよい。これにより、除去する部分を少なくすることもできる。しかし、このような場合も、上記のようにｎ型半導体層を薄くすることで素子内部を流れる電流の抵抗を低くすることができるので、ｎ型コンタクト層を露出させるのが好ましい。このように、露出させるｎ型半導体層の選択を、第２の基板の導電性によるのではなく、他の要因を考慮してもよい。この他にも例えば、窒化物半導体層の膜厚を考慮して応力によって割れにくい厚さになるまで除去するなど、目的に応じて対応させることができる。或いは、第１の工程で共振器面形成時のエッチング溝の底面が、成長基板ではなくｎ型半導体層であった場合は、エッチング底面を除去するまで研磨することで、窒化物半導体層が第１の基板を介して隣接している状態、すなわち、互いに離間した窒化物半導体層とすることができる。このように半導体層が離間するようにしておくことで、後のチップ化が容易になる。
【００５８】
（ｎ側電極及びｎ側メタライズ層形成）
第１の基板を除去した後、図７（ｂ）のように、ｎ側電極を設ける。この場合、方法としては、ｐ側電極と同様に、マスクを用いて目的の箇所にスパッタなどの方法で成膜することで容易に得ることができる。第２の基板が導電性であり、ｎ側電極を裏面側のｎ型コンタクト層に形成させる場合は、マスクを必要とせず、ほぼ全面に設けるのが好ましい。このような場合は、ｎ側メタライズ層を続けて形成させることができるので、工程上も非常に有利であり、また、ｐ側電極とｎ側電極とが異なる面方向に形成されることで、同一面方向に形成させる場合に比べてチップサイズを比較的小さくすることができる。また、ｎ型半導体層とは比較的オーミック接触が得られ易いので、ｐ側オーミック電極のようにアニール工程を経る必要がない。
【００５９】
（第２の基板接合）
次いで、図７（ｃ）及び図７（ｄ）のように、第２の基板を接合させる。第２の基板は、チップ化された後の半導体層をささえる支持基板として用いるものであるので、第１の基板と異なり、後の工程及び素子駆動時においても剥がれないように接着性よく接合させる必要がある。又、導電性の材料を用いる場合などは、電流の抵抗を低くするためにも、オーミック接触するように接合させる必要がある。ここでは、主として共晶材料を用いるのが好ましく、例えばＡｕＳｎ系、ＰｄＳｎ系、ＩｎＰｄ系などの材料を選択することができる。加熱温度は、材料によって異なり、ＡｕＳｎ系及びＰｄＳｎ系は、２３０℃〜３００℃程度、また、ＩｎＰｄ系は１３０℃〜２５０℃程度の温度範囲で行うのが好ましい。これらの温度範囲で加熱しながら、圧力を加えた熱プレス法によって接合させる。
【００６０】
（第１の基板の分離）
次いで、図８（ａ）のように、第１の基板を分離させる。第１の基板の分離は、その材料によって方法が異なる。例えば、エポキシ系樹脂などを用いて接合させている場合は、もともとが熱に対して弱い性質であるため、接合時よりも高い温度、この場合は、およそ２００℃以上に加熱することで、接着力が極端に低下するため、容易に分離することができる。また、ＡｕＳｎなどを用いて共晶させている場合は、酸に浸漬して接合部を溶解させて分離させる。また、この第１の基板を研磨で除去後、接合材料を溶解させてもよい。
【００６１】
（第１の基板接合前保護膜の除去）
上記のようにして、第１の基板を分離した後は図８（ｂ）のように、第１の基板接合前保護膜が露出した状態になっているので、この保護膜を除去することで、図８（ｃ）のようになす。この保護膜は、ｐ側パッド電極を保護する機能も有するものなので、除去時にｐ側パッド電極を損傷しないようにする必要がある。保護膜がレジストなどの場合はアッシングなどの方法で容易に除去することができる。ＳｉＯ２を用いている場合は、フッ酸などの酸を用いて除去するが、この場合は弱酸を用いるのが好ましい。
【００６２】
（チップ化）
最後に、エッチング溝で分離されている半導体層を、図８（ｃ）の矢印で示す位置で分割し、個々のチップになるようにする。本発明では、成長基板を分離後に、エッチング底面のｎ型半導体層も除去するようにするのが好ましく、このような状態で工程を進めておくことで、このチップ化工程が極めて簡易に行われる。しかも、第２の基板（支持基板）の分割位置には窒化物半導体層が形成されていないので、分割による素子の破壊等の問題が生じることはない。従来は、成長基板が劈開性を有しない場合に、支持基板として劈開性のある材料を用い、半導体層を劈開しやすくするという方法が用いられることもあったが、本発明では、半導体層は前の工程までで既に分離された状態となっているため、支持基板は劈開性を有する必要はない。そのため、劈開性を考慮せずに支持基板の材料を選択することができる。支持基板の分割方法としては、ダイシング等、機械的に力を加えて行う方法を用いることができ、支持基板の上面又は下面のいずれの側から行ってもよい。これにより、本発明の窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【００６３】
以上のようにして、本発明の窒化物半導体レーザ素子が製造されるが、以下、窒化物半導体レーザ素子を構成する各部位について詳説する。
【００６４】
（成長基板）
成長基板としては、窒化物半導体層をエピタキシャル成長させることができる基板であれば異種基板でも同種基板でもよく、大きさや厚さ等は特に限定されない。具体的な例としては、異種基板では、Ｃ面、Ｒ面、及びＡ面のいずれかを主面とするサファイアやスピネル（ＭｇＡ１２Ｏ４）のような絶縁性基板、また炭化珪素（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃ）、シリコン、ＺｎＳ、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ダイヤモンド、及び窒化物半導体と格子接合するニオブ酸リチウム、ガリウム酸ネオジウム等の酸化物基板が挙げられる。また、デバイス加工が出来る程度の厚膜（数十μｍ以上）であれば同種基板である窒化物半導体基板を用いることもできる。
【００６５】
成長基板として異種基板を用いる場合は、窒化物半導体層を成長させる前にバッファ層を成長させるのが好ましい。バッファ層としては、一般式ＡｌａＧａ１−ａＮ（０≦ａ≦０．８）で表される窒化物半導体、より好ましくは、ＡｌａＧａ１−ａＮ（０．０５≦ａ≦０．５）で示される窒化物半導体を用いる。バッファ層の成長温度としては、低温成長であるのが好ましい。これにより、窒化物半導体層上の転位やピットを低減させることができる。さらに、前記異種基板上にＥＬＯＧ法によりＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）層を成長させてもよい。このＥＬＯＧ法とは窒化物半導体を横方向成長させることで貫通転位を曲げて収束させることにより転位を低減させるものである。
【００６６】
基板上に横方向成長させた窒化物半導体をＴ字形状とし、保護膜を除去させた後、さらに窒化物半導体を再成長させるものがある。本明細書においては、このような窒化物半導体層は、後工程で形成されるｎ型コンタクト層からｐ型コンタクト層までの導電層と区別して、基板に含めるものとする。窒化物半導体層を有する異種基板は、Ｔ字柱上には転位が伸びるものの、Ｔ字両翼上部、及び隣り合うＴ字両翼の開口部上には転位が大幅に低減された結晶性の良好な窒化物半導体基板を得ることができる。再成長させた接合部にも転位が低減するため、この基板は低欠陥領域がウエハ上に広範囲で存在することとなる。そのため、この基板上に形成した窒化物半導体レーザ素子は寿命特性の良好なものが期待できる。またＴ字両翼下には保護膜除去により再成長後も空洞が残るため、反り抑制効果もある。
【００６７】
また、窒化物半導体に生じる貫通転位を減少させるには、前記ＥＬＯＧ法の他に、ＨＶＰＥ法により厚膜成長させ、この厚膜成長時に貫通転位を収束させることで転位を低減させる方法もある。このＨＶＰＥ法で窒化物半導体を成長させる場合、例えばＧａＮであれば、ＨＣｌガスとＧａ金属が反応することでＧａＣｌやＧａＣｌ３を形成し、さらにこのＧａ塩化物がアンモニアと反応することでＧａＮを基板上に堆積させるものである。ＨＶＰＥ法による窒化物半導体の成長時に成長速度を変化させ、２段階成長させることで結晶欠陥を大幅に低減させることで効率良く窒化物半導体基板を得ることができる。
【００６８】
（第１の基板（仮基板））
第１の基板は、後に除去してしまう仮の基板であるので、平坦度、強度があれば、材質については特に問うものではない。ただし、熱膨張係数は、成長基板と近い値のものが好ましい。好ましい材料としては、サファイア、Ｗ、Ｍｇ、コバール材、インバー材、ポリイミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂等が挙げられる。特に、成長基板と同一の材料か、或いは、後に接合させる第２の基板の材料と同一の材料を用いると、熱膨張係数差を小さくすることができるので、工程時の反りを生じにくくなるので好ましい。また、第１の基板と窒化物半導体層とを接合させるための接着剤（接合剤）としてはエポキシ系樹脂などの高分子材料や、レジスト、あるいは、融点が比較的低温であるＡｕＳｎなどの共晶材料が好ましい。
【００６９】
（第２の基板（支持基板））
窒化物半導体層のｐ型半導体層側に接合される第２の基板は、第１の基板のように、製造過程の途中で用いられてその後分離される仮基板ではなく、最終的に窒化物半導体層に接合される状態で残されている支持基板である。第２の基板（支持基板）は、窒化物半導体層よりも高い熱導電率を有するものが好ましい。具体的な材料としては、Ｃｕ−Ｗ系、Ｃｕ−Ｍｏ系等の合金からなるものや、Ｃｕ−ダイヤモンド系、ＡｌＮ、Ｓｉ、ＳｉＣ等が挙げられる。特に好ましいのはＣｕ−Ｗ系合金である。この材料は、一般式をＣｕｘＷ１−ｘ（０≦ｘ≦３０）のように示すことができるもので、組成比をこのような範囲とすることで、窒化物半導体に比較的近い熱膨張係数の合金とすることができる。これにより、接合（貼り合わせ）時の加熱、及びその後の冷却時などに生じる体積変化の影響を受けにくくすることができる。しかも、この材料は放熱性にも優れているため、より熱劣化を抑制することができる。また、Ｃｕ−Ｍｏ系合金も好ましい材料である。この材料は一般式をＣｕｘＭｏ１−ｘ（０≦ｘ≦５０）のように示すことができ、組成比を選択することで熱膨張係数、放熱性ともに優れた支持基板とすることができる。また、Ｃｕ−ダイヤモンド系も好ましい。また、合金ではなく、ＡｌＮのような絶縁性材料の場合は、プリント基板などの回路上にチップを載せるときに有利である。またＳｉは上記材料に比べて熱導電率がやや劣るものの、安価でチップ化がしやすいという特性を有しているので、比較的低出力で使用する場合など、用途に応じて用いることができる。支持基板の好ましい膜厚としては５０〜５００μｍである。このような範囲に支持基板の膜厚を設定することで放熱性を向上させ、安定して歩留まりよく製作することができる。
【００７０】
第２の基板（支持基板）は導電性を示すものを用いるのが好ましい。更に、支持基板の線熱膨張係数が４〜１０（×１０−６／Ｋ）であるものが好ましい。具体的には、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗの中から少なくとも１つを含有するものが好ましく、それらの組成比は、好ましくはＣｕの含有量が５０％以下である。より好ましくは３０％以下である。前記Ｃｕに対して、Ｍｏを含有する場合はＭｏ含有量は５０％以上である。また、前記Ｃｕに対して、Ｗを含有する場合はＷ含有量は７０％以上である。
【００７１】
（第２の基板（支持基板）のメタライズ層）
第２の基板は、ｎ型半導体層と接合される面にはメタライズ層を形成させるのが好ましい。メタライズ層は単層で用いるよりはむしろ、異なる性質を有する金属の多層膜として用いるのが好ましく、例えば、密着層−バリア層−共晶層の多層構造にして、各層にそれぞれ好ましい材料を配することができる。共晶後には、これら多層膜は合金化されて導電層として機能させる。密着層は、支持基板と接する層であり、支持基板の材料と接合性のよい材料が好ましく、例えばＴｉ、ＲｈＯ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ等が好ましい。また、共晶層は、窒化物半導体のｐ側メタライズ層と共晶化させるための層で、低温で共晶可能で、かつ、共晶後に融点が高くなるような材料の組み合わせが好ましく、例えばＡｕとＳｎ、ＰｄとＳｎ、ＡｕとＳｎＡｕ、ＡｕとＩｎ、ＰｄとＩｎ等が挙げられる。また、密着層と共晶層との間に形成されるバリア層は、共晶層の金属が拡散するのを防ぐための層であり、例えばＰｔ、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＷＮ、ＭｏＮ等が好ましい材料として挙げられる。これら多層構造のメタライズ層の好ましい材料としては、例えばＴｉ−Ｐｔ−Ａｕ、Ｔｉ−Ｐｔ−ＡｕＳｎ、あるいはＴｉ−Ｐｔ−Ｐｄ等の金属多層膜が挙げられる。
【００７２】
（窒化物半導体）
本発明の窒化物半導体レーザ素子として用いられる半導体層としては、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、及びこれらの混晶であるＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体（ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）が好ましい。以下、本発明の窒化物半導体レーザ素子について具体的に説明する。
【００７３】
（導波路領域）
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、ｎ型半導体層とｐ型半導体層に挟まれた活性層の面内に主に形成されるものであり、この時ストライプ方向と共振器方向はほぼ一致しているものである。ここで、活性層の面内とは、活性層と、ｎ型窒化物半導体層及び型窒化物半導体層の接合面に平行な面内であって、活性層の内部を指すものである。また、ストライプ状の導波路領域は、上述した活性層だけでなく、積層構造体内部に設けられる光導波路（導波層）に設けられてもよく、例えば、後述する活性層を挟むガイド層までの領域を光導波層とし、これを導波路領域としてもよい。
【００７４】
また、ストライプ方向を共振器方向とするために、端面に設けられている一対の共振器面は、エッチングによって形成される平坦な面である。本実施の形態においては、共振器面は、成長基板が同種基板であるか異種基板あるかによらず、エッチングにより形成されるものである。エッチング端面とすることで、基板の劈開性に左右されずに共振器面を形成することができるので、少なくとも劈開性を考慮せずに、窒化物半導体層を積層しやすい材料を選択することができる。
これにより、劈開によって容易に共振器面を形成させることができる。例えばサファイア基板などは、劈開しにくい成長基板であるが、バッファ層などを介して窒化物半導体層を積層させるのに適した材料であり、また、半導体層と剥離しやすいので、好ましく用いることができる。
【００７５】
（活性層）
本発明の窒化物半導体レーザ素子は、特に活性層がＩｎを含む窒化物半導体層を有するものが好ましい。これにより、紫外線及び可視域において紫色系から赤色系の波長のレーザ光を得ることができる。また、Ｉｎを含む窒化物半導体層を用いる場合、活性層が大気に曝されると、レーザ素子駆動時において極めて重大な素子劣化を起こすことがある。これは、Ｉｎの融点が低いため、分解、蒸発が起こりやすくリッジ（ストライプ状の凸部）形成時のエッチングによって損傷し、活性層露出後の加工においてその結晶性を保つことが困難となるので、ストライプ状の凸部を活性層に達しない深さに形成することが好ましい。
【００７６】
活性層は、量子井戸構造であってもよく、その場合、単一量子井戸、多量子井戸のいずれでも良い。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が得られる。
【００７７】
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、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（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以下）では、ＩｎｙＧａ１−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ＩｎｙＧａ１−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ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０＜ｘ≦１、０＜ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）が用いられる。
【００７８】
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。
【００７９】
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／ｃｍ３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。
【００８０】
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、ＡｌＧａＮ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、ＩｎβＧａ１− βＮ（０≦β＜１，α＞β）、ＧａＮ、ＡｌγＧａ１− γＮ（０＜γ≦１）、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（ｘ≦０、ｙ≦０、ｘ＋ｙ≦１）などを用いることができ、好ましくはＩｎβＧａ１− 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。ＡｌγＧａ１− 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、ＩｎβＧａ１− 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。
【００８１】
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。
【００８２】
（ｐ型クラッド層）
本発明の窒化物半導体レーザ素子において、ｐ型半導体層及びｎ型半導体層には、それぞれｐ型クラッド層及びｎ型クラッド層を設けることが好ましい。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よく、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、ＡｌＧａＮとＧａＮとを交互に積層した超格子構造であっても良い。さらに、この層は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、多層膜の場合は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よい。なお、発振波長が長波長の４３０〜５５０ｎｍの窒化物半導体レーザ素子では、このクラッド層はｐ型層にはｐ型不純物を、ｎ型層にはｎ型不純物をドープしたＧａＮが好ましい。又、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が好ましく、更に好ましくは５００Å以上１μｍ以下の範囲で形成することで十分な光閉じ込め効果を有する。また、活性層とｐ型及びｎ型クラッド層との間に、電子閉じ込め層、光ガイド層を設けて、活性層及び光ガイド層を挟み込む構造とすることが好ましい。
【００８３】
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。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ＡｌＧａＮ／ＧａＮの超格子多層膜構造などが好適に用いられる。
【００８４】
また、本発明において、活性層とｐ型クラッド層との間に、後述する電子閉じ込め層、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じ込める。クラッド層とガイド層と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。
【００８５】
（ｐ型電子閉じ込め層）
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型電子閉じ込め層は、活性層へのキャリアの閉じ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、ｐ型半導体層に、ｐ型クラッド層、ｐ型電子閉じ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型電子閉じ込め層に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じ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、ＡｌｘＧａ１−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側キャリア閉じ込め層を設けても良い。ホールの閉じ込めは、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、閉じ込めが可能である。具体的には、ｐ側電子閉じ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、キャリア閉じ込めとなる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側のキャリア閉じ込め層は、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じ込め層とすることもできる。
【００８６】
（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。
【００８７】
ｐ型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、ＩｎＧａＮ／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、３７０ｎｍ以下の短波長の領域では、ＧａＮの吸収端が３６５ｎｍ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ＡｌｘＧａ１−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ＩｎＧａＮとＧａＮとを交互に積層した多層膜で設けると好ましい導波路となる。
【００８８】
（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、キャリアの閉じ込め層、及び光閉じ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ＡｌＧａＮ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、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、十分な光の閉じ込め層として機能する。
【００８９】
（リッジ）
本発明の窒化物半導体レーザ素子では、ストライプ状の導波路領域は、窒化物半導体層のｐ型窒化層にストライプ状の凸部（リッジ）を設けることにより容易に形成することができる。具体的には、ｐ型半導体層の一部をエッチング等の手段によりストライプ状の凸部が残るように除去することで実効屈折率型の導波路領域を形成することができる。このようなストライプ状の凸部は、凸部の底面側の幅が広く上面に近づくに従ってストライプ幅が小さくなる順メサ形状に限らず、逆に凸部の平面に近づくにつれてストライプの幅が小さくなる逆メサ形状でもよく、また、積層面に垂直な側面を有するストライプであってもよく、これらが組み合わされた形状でもよい。また、ストライプ状の導波路は、その幅がほぼ同じである必要はない。さらに、このような凸部を形成した後に凸部表面に結晶を再成長させた埋め込み型の窒化物半導体レーザ素子とすることもできる。
【００９０】
（ｐ側オーミック電極）
本発明の半導体レーザ素子において、ストライプ状の凸部の上に形成される電極としては特に限定されるものではなく、窒化物半導体と良好なオーミック接触得られる材料を好ましく用いることができる。導波路領域となるストライプ状の凸部に対応して形成させることで、キャリアの注入を効率よく行うことが出来る。ｐ側オーミック電極の好ましい材料としては、Ｒｈ、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｄ等が挙げられ、これらを単層で用いてもよいし、或いは、多層膜や合金として用いてもよい。例えば、Ｎｉ−Ａｕ、Ｎｉ―Ａｕ―ＲｈＯ、Ｒｈ−Ｉｒ等のように、２層或いは３層などの多層膜とすることができる。膜厚は０．０５〜０．５μｍとするのが好ましい。
【００９１】
（ｐ側パッド電極）
本発明において、ｐ側オーミック電極上に形成された第２の保護膜を介してｐ側パッド電極を設けるのが好ましい。ｐ側パッド電極は、ｐ側オーミック電極とは少なくとも一部が接するように設けられていればいいので、好ましくは例えばリッジ上面で接していればいいので、それ以外の部分を第２の保護膜で覆うことで、ｐ側電極とｐ側オーミック電極との間に第２の絶縁層を設けることもできる。ｐ側パッド電極の好ましい材料としては、ＲｈＯ−Ｐｔ−Ａｕ、Ｎｉ−Ｔｉ−Ａｕなどが挙げられる。好ましい膜厚としては、０．５〜３．０μｍであり、より好ましくは０．８〜２．０μｍである。
【００９２】
（第１の基板接合前保護膜）
ｐ側パッド電極形成後、第１の基板を接合する前に、ｐ側パッド電極上面に保護膜を設けることができる。これにより、第１の基板接合時にかかる負荷を低減させることができるとともに、後に第１の基板を除去する際にかかる負荷も低減することができる。また、ｐ側パッド電極が剥がれてしまうのを防ぐことにもなる。このような保護膜の好ましい材料としては、レジストや、ＳｉＯ２などが挙げられる。
【００９３】
（第１の基板接合剤）
ｐ型半導体層側と第１の基板の接合は、仮に固定させておくことができればよいので、導電性などにこだわらずに、材料を選択することができる。好ましくは、後の第１の基板の分離工程が容易な材料であり、また、一時的な固定とはいえ、強度及び平坦性なども必要な特性である。このような材料としては、例えば、エポキシ系樹脂シート、ドライシートなどを挙げることができる。或いは、ＡｕＳｎのような共晶可能な材料であっても用いることができる。これらは主に、熱プレス等による加熱によって接合剤として機能させることができる。
【００９４】
（ｎ側電極）
ｎ側電極（ｎ側オーミック電極）は、ｎ型コンタクト層にオーミック接触するように設けられるもので、形成させる面は成長基板を除去して露出した側でもいいし、それとは反対側の面でもよい。どちらに設けるかは、裏面側のｎ型半導体層がコンタクト層であるかどうか、及び、ｎ型半導体層に接合させる第２の基板が導電性であるかどうか、によって選択することができる。好ましくは、成長基板を除去後、更にｎ型コンタクト層を露出するようにして裏面側にｎ側オーミック電極を設け、更に、後述するｎ側メタライズ層を続けて形成し、導電性の第２の基板と接合させることである。ｎ側電極をこのように裏面側に設ける場合は、成長基板を除去した後、研磨等により、裏面側に露出されたｎ型コンタクト層のほぼ全面に渡るように設ける。このようにすることで、特に、複数のリッジを有するマルチストライプレーザなどは、各リッジのｐ側電極とｎ側電極との距離をほぼ等しくすることができるので、各リッジに流れる電流が均等になって各リッジのレーザ特性が等しいものとなるため、各リッジに対応する共振器面から出射されるレーザ光が均一になりやすい。ｎ側電極の好ましい材料としては、Ｔｉ−Ａｌ、Ｗ−Ａｌなどがある。膜厚は０．１〜１．５μｍが好ましい。
【００９５】
（ｎ側メタライズ層）
本発明において、ｎ側メタライズ層は、ｎ型半導体層とオーミック接触するｎ側オーミック電極の上に形成されるものであって、支持基板である第２の基板との間に形成される層である。第２の基板（支持基板）側にも支持基板のメタライズ層を形成させるのが好ましく、両方にメタライズ層を形成させておくことで、接着性に優れた共晶合金とすることができる。ｎ側メタライズ層の好ましい材料としては、ｎ側オーミック電極側から、Ｔｉ−Ｐｔ−Ｓｎ、Ｗ−Ｐｔ−ＡｕＳｎ、Ｗ−Ｐｔ−Ｉｎなどの順で積層させた多層膜が挙げられる。このｎ側メタライズ層は、ｎ側オーミック電極が裏面側、すなわち成長基板を除去した側に設けられる場合は、ｎ側オーミック電極形成後に続けて形成させることができる。その場合、ｎ側オーミック電極とほぼ同じ大きさで形成させるのが好ましく、ｎ側オーミック電極とともにｎ側半導体層のほぼ全面に渡るように設けるのが好ましい。これにより、第２の基板と、より密着性よく接合（貼り合わせ）させることができる。ｎ側オーミック電極が成長基板を除去した側に設けられない場合は、ｎ側メタライズ層のみをｎ型半導体層の裏面側に設けることになるが、そのような場合でも、ほぼ全面に渡るように形成させるのが好ましい。
【００９６】
（第１の保護膜）
本発明の窒化物半導体レーザ素子においては、窒化物半導体層の一部を除去して、ストライプ状のリッジを設けて導波路を形成させるが、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）に第１の保護膜として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ｐ型半導体層の表面にかけて連続するように設ける。
【００９７】
第１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、Ｈｆの酸化物、ＢＮ、ＳｉＣを用いることが特に好ましい。これらの材料はフッ酸に対しても多少溶解する性質を有しているものもあるが、実効屈折率型の導波路を有する窒化物半導体レーザ素子の埋め込み層として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。
【００９８】
また、第１の保護膜の膜厚としては、具体的には、２００Å以上１μｍ以下の範囲が好ましく、更に２００Å以上４０００Å以下の範囲とすることがより好ましい。なぜなら、２００Å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あり、１μｍ以上であると、リッジの段差（リッジ高さ）を超えてしまい、保護膜を作製するのが困難となるからである。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。
【００９９】
（第２の保護膜）
第２の保護膜は、エッチングによって露出されたｐ型半導体層、活性層、ｎ型半導体層の側面（リッジに平行な方向の側面）などに設けられるもので、絶縁性の保護膜を用いるのが好ましい。絶縁膜とすることで一部はｐ側オーミック電極と重なるように形成させることもできる。好ましい材料としては、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２などの単層膜または多層膜を挙げることができる。また、第２の保護膜を端面にまで連続するよう形成させて、後述する端面保護膜とすることもできる。特に、多層膜として端面の共振器面にまで連続するように設けることで、ミラーとしても機能させることができる。この場合の好ましい多層膜としては、ＳｉＯ２−ＴｉＯ２からなる多層膜を数ペア形成したもの、或いは、ＳｉＯ２−ＺｒＯ２からなる多層膜を数ペア形成したもの等が好ましい。
【０１００】
（共振器面保護膜）
共振器面には保護膜を設けるのが好ましい。上記のように第２の保護膜を共振器面に渡るように設けるようにすることもできるし、第２の保護膜とは別工程で、同じ材料或いは異なる材料からなる共振器面保護膜を形成させてもよい。特に、一対の共振器面を互いに異なる屈折率の保護膜を設けることで、一方を出射側、他方を反射側として機能させることができ、効率よくレーザ光を出射させることができる。具体的な材料として、Ｓｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｔａ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｙ、Ｂ、Ｔｉ、Ｃｒの酸化物、窒化物、フッ化物等などの化合物を用いることができる。
【０１０１】
光出射側の端面をＡＲ膜とすることで、光の反射を防止することができる。ＡＲ膜とする場合、は、屈折率ｎＡＲと、窒化物半導体素子の屈折率ｎＳとの関係が、ｎＡＲ＝ｎＳ １／２±２５％を満たすものがよい。好ましくは、ｎＡＲ＝ｎＳ １／２±１５％で、最も好ましくは、ｎＡＲ＝ｎＳ １／２±７％である。このような屈折率を有する材料としては、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、Ｙ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２等がある。これらの材料を用いて、膜厚を制御することでＡＲ膜となる。ＡＲ膜とするためには、膜厚は、λ／４ｎＡＲ、もしくはλ／２ｎ＋λ／４ｎＡＲ（λ：活性層から発生する光の波長）となるようにする。
【０１０２】
端面保護膜は屈折率と膜厚とによって、様々な特性を有するので、膜厚としてはλ／４ｎとすることが好ましく、これにより共振器面が受けるダメージを低減することができる。先に述べたようにこれに屈折率をも考慮することでＡＲ膜とすることができるが、屈折率によらず膜厚をλ／４ｎとすることが好ましい。単層の場合はλ／４ｎでよいが、多層膜の場合はλ／２ｎ＋λ／４ｎとしてもよい。これにより、積層構造体端面と保護膜との界面において、定在波の電界強度が最小値を取る膜厚とすることができるので、共振器端面がダメージを受けるのを抑制し、素子寿命を向上させることができる。
【０１０３】
このように保護膜の膜厚を制御することは、光出射側の共振器面だけでなく、光反射側（モニター側）に形成される保護膜（ミラー）にも適用できる。レーザ光を出射するためには、共振器のどちらかだけ一方が劣化しても特性は悪化するので、光出射側と同様に、光反射側にも活性層からの光によってダメージを受けないように保護膜（ミラー）の膜厚を制御することで劣化を防ぎ、素子寿命を向上させることができる。
【０１０４】
また、端面保護膜は、窒化物半導体層に直接接するように形成させるのが好ましい。これにより、光が積層構造体以外、例えば絶縁膜等の内部へ導入されるのを防ぐことができ、迷光を外部に放出し易くすることができる。
【０１０５】
（充填剤）
第１の基板を接合前にエッチング溝に充填される充填剤としては、接合時の加熱温度で分解しない安定なものが好ましく、更に、後工程で除去しやすいものであればよい。具体的な材料としては、ポリイミドなどの有機系の材料や、ＳｉＯ２などの無機系の材料を用いることができる。除去する方法は材料に応じて選択することができる。
【０１０６】
【実施例】
本発明において、窒化物半導体層を構成するｐ型半導体層、活性層、ｎ型半導体層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。デバイスの具体的な構造としては、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、絶縁膜（保護膜）等も特に限定されず種々のものを用いることができる。窒化物半導体を用いた半導体レーザ素子の場合は、ＧａＮ、ＡｌＮ、若しくはＩｎＮなどの窒化物半導体や、これらの混晶であるＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体（ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）を用いることができる。窒化物半導体の成長は、ＭＯＶＰＥ、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線気相成長法）等、窒化物半導体を成長させるのに知られている全ての方法を適用できる。
以下、実施例として窒化物半導体を用いた半導体レーザ素子について説明するが、本発明の半導体レーザ素子は、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。
【０１０７】
［実施例１］
（バッファ層） 実施例１では、基板としてサファイアを用いる。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（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ３）を用い、ＧａＮよりなるバッファ層を２００Åの膜厚で成長させる。
【０１０８】
（下地層）
バッファ層形成後、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を４μｍの膜厚で成長させる。この層は、素子構造を形成する各層の成長において下地層（成長基板）として作用する。下地層としてこの他にＥＬＯＧ（Ｅｐｉｔａｘｉａｌｌｙ ＬａｔｅｒａｌｌｙＯｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）成長させた窒化物半導体を用いると結晶性が良好な成長基板が得られる。ＥＬＯＧ成長層の具体例としては、異種基板上に、窒化物半導体層を成長させ、その表面に窒化物半導体の成長が困難な保護膜を設ける等して形成したマスク領域と、窒化物半導体を成長させる非マスク領域とをストライプ状に設け、その非マスク領域から窒化物半導体を成長させることで、膜厚方向への成長に加えて横方向への成長が成されることにより、マスク領域にも窒化物半導体が成長して成膜させたものや、異種基板上に成長させた窒化物半導体層に開口部を設け、その開口部側面から横方向への成長が成されて成膜されたもの等が挙げられる。
次に、窒化物半導体からなる下地層の上に、積層構造体を構成する各層を形成する。
【０１０９】
（ｎ型コンタクト層）
続いて１０５０℃で、同じく原料ガスにＴＭＧ、アンモニアガス、不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉを４．５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮよりなるｎ型コンタクト層を２．２５μｍの膜厚で成長させる。このｎ型コンタクト層の膜厚は２〜３０μｍであればよい。
【０１１０】
（クラック防止層）
次に、ＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニアを用い、温度を８００℃にしてＩｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎよりなるクラック防止層を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。
【０１１１】
（ｎ型クラッド層）
次に、温度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＡｌＧａＮよりなるＡ層を２５Åの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止め、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮよりなるＢ層を２５Åの膜厚で成長させる。そしてこの操作をそれぞれ１６０回繰り返してＡ層とＢ層を交互に積層し、総膜厚８０００Åの多層膜（超格子構造）よりなるｎ型クラッド層を成長させる。この時、アンドープＡｌＧａＮのＡｌの混晶比としては、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。
【０１１２】
（ｎ型光ガイド層）
次に、同様の温度で原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなるｎ型光ガイド層を０．１μｍの膜厚で成長させる。この層は、ｎ型不純物をドープさせてもよい。
【０１１３】
（活性層）
次に、温度を８００℃にして、原料にＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ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Ｉｎ０．１Ｇａ０．９Ｎよりなる井戸層を５０Åの膜厚で成長させる。この操作を３回繰り返し、最後に障壁層を積層させて総膜厚５５０Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層を成長させる。
【０１１４】
（ｐ型キャップ層）
次に、同様の温度で、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてＣｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌＧａＮよりなるｐ型電子閉じ込め層を１００Åの膜厚で成長させる。
【０１１５】
（ｐ型光ガイド層）
次に、温度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなるｐ型光ガイド層を７５０Åの膜厚で成長させる。このｐ型光ガイド層はアンドープとして成長させるが、Ｍｇをドープさせてもよい。
【０１１６】
（ｐ型クラッド層）
続いて、１０５０℃でアンドープＡｌ０．１６Ｇａ０．８４Ｎよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、続いてＴＭＧを止め、Ｃｐ２Ｍｇを用いてＭｇドープＧａＮよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、総膜厚０．６μｍの超格子層よりなるｐ型クラッド層を成長させる。ｐ型クラッド層は少なくとも一方がＡｌを含む窒化物半導体層を含み、互いにバンドギャップエネルギーが異なる窒化物半導体層を積層した超格子で作製した場合、不純物はいずれも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よくなる傾向にあるが、両方に同じようにドープさせてもよい。
【０１１７】
（ｐ型コンタクト層）
最後に１０５０℃でｐ型クラッド層の上にＭｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層を１５０Åの膜厚で成長させる。ｐ型コンタクト層はｐ型のＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（ｘ≦０、ｙ≦０、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電極と最も好ましいオーミック接触が得られる。反応終了後、反応容器内において窒素雰囲気中でウエハを７００℃でアニーリングして、ｐ型層を更に低抵抗化する。
【０１１８】
（ｎ型層露出及び共振器面形成）
以上のようにして窒化物半導体を形成した後、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、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端面とする。
【０１１９】
（基板露出）
次に、ＳｉＯ２をウエハ全面に形成した後、その上にｎ型コンタクト層の露出面を除いてレジスト膜を形成し、基板が露出するまでエッチングする。共振器面など側面にもレジスト膜が形成されているので、エッチング後には、先に形成させた共振器面などの側面（ｐ型層と、活性層と、ｎ型層の一部と、を含む）と、共振器面と基板との間のｎ型層との２段になった端面が形成されることになる。
【０１２０】
（ストライプ状凸部（リッジ）形成）
次に、ストライプ状の導波路領域を形成するために、最上層のｐ型コンタクト層のほぼ全面にＣＶＤ装置により、Ｓｉ酸化物（主としてＳｉＯ２）よりなる保護膜を０．５μｍの膜厚で形成した後、保護膜の上に幅３μｍのストライプ形状のマスクをかけ、ＲＩＥ装置によりＣＦ４ガスを用いてＳｉＯ２をエッチングしその後ＳｉＣｌ４により窒化物半導体層をｐ型ガイド層が露出するまでエッチングし、活性層よりも上にストライプ状の凸部が形成される。
【０１２１】
（第１の絶縁膜）
ＳｉＯ２マスクをつけたまま、ｐ型半導体層表面にＺｒＯ２よりなる第１の絶縁膜を形成する。この第１の絶縁膜は後に分割され易いように絶縁膜を形成させない部分を設けてもよい。第１の絶縁膜形成後、バッファード液に浸漬して、ストライプ状凸部の上面に形成したＳｉＯ２を溶解除去し、リフトオフ法によりＳｉＯ２と共に、ｐ型コンタクト層上（更にはｎ型コンタクト層上）にあるＺｒＯ２を除去する。これにより、ストライプ状凸部の上面は露出され、凸部の側面はＺｒＯ２で覆われた構造となる。
【０１２２】
（ｐ側オーミック電極）
次に、ｐ型コンタクト層上の凸部最表面の第１の絶縁膜上にｐ側オーミック電極を形成させる。このｐ側オーミック電極は、ＮｉとＡｕからなる。電極形成後、それぞれを酸素：窒素が１：９９の割合の雰囲気中で、６００℃でアニーリングすることで、ｐ側オーミック電極を合金化し、良好なオーミック特性を得る。
【０１２３】
（第２の絶縁膜）
次いで、ストライプ状凸部上のｐ側オーミック電極の一部にレジストを塗布し、Ｓｉ酸化物（主としてＳｉＯ２）とＴｉ酸化膜（ＴｉＯ２）の多層膜からなる第２の絶縁膜をλ／４ｎの膜厚で２ペア（４層）の条件で、エッチングされた底面及び側面に形成することでミラーを形成する。このときｐ側オーミック電極は露出するようにしておく。
【０１２４】
（ｐ側パッド電極）
次に、上記の絶縁膜を覆うようにｐ側パッド電極を形成する。ｐ側パッド電極は、密着層、バリア層、共晶層からなり、各層は、ｐ型半導体層側からとしてＲｈＯ−Ｐｔ−Ａｕの順に膜厚２０００Å−３０００Å−６０００Åで形成する。
【０１２５】
（第１の基板貼り合わせ前保護膜）
ｐ側パッド電極形成後、ウエハのほぼ全面を覆うようにレジスト膜を膜厚３μｍで形成する。
【０１２６】
他方、第１の基板を用意する。第１の基板としては、膜厚が４２５μｍであるサファイアを用いる。このサファイアと上記で得られる窒化物半導体層のｐ型半導体層側との間にエポキシ樹脂系接着シートを挟んで貼り合わせる。この場合、前記窒化物半導体は、ｐ側パッド電極形成後に設けられる保護膜を介して接合される。熱プレスによって温度約１５０℃で約１時間、加熱することで接合させる。
【０１２７】
（成長基板分離）
成長基板であるサファイア基板を研磨によって除去する。更に、ｎ型コンタクト層が露出するまで研磨し、ＫＯＨ及びコロイダルシリカ（Ｋ２ＳｉＯ３）を用いてケミカルポリッシュ研磨して面の荒れを無くす。
【０１２８】
（ｎ側電極及びｎ側メタライズ層）
次に前記ｎ型コンタクト層上にｎ型電極をＴｉ−Ａｌ―Ｔｉ―Ｐｔ−Ｓｎの順に膜厚１００Å−２５００Å−１０００Å−２０００Å−６０００Åで形成する。Ｔｉ−Ａｌ層がｎ側電極であり、その上のＴｉ−Ｐｔ−Ｓｎは共晶のためのメタライズ層である。
【０１２９】
他方、第２の基板を用意する。膜厚が２００μｍでありＣｕ２０％、Ｗ８０％から成る支持基板の表面にメタライズ層をＴｉ−Ｐｔ−Ａｕの順に膜厚２０００Å−３０００Å−１２０００Åで形成する。
【０１３０】
（第２の基板接合）
次に前記ｎ側メタライズ層と、第２の基板のメタライズ層とを接合させて、両者を貼り合わせる。２４０℃でプレス圧力をかける。ここで共晶ができる。
【０１３１】
（第１の基板分離）
上記のように、第１の基板と第２の基板とによって挟まれた状態の窒化物半導体層のウエハを、約２００℃まで昇温させる。これにより、エポキシ系接着シートの接着力を低下させて、第１の基板を分離させることができる。その後、ｐ側パッド電極の上に形成していた保護膜（レジスト）を除去し、ダイシングを行ってチップ化する。
【０１３２】
以上のようにして得られる窒化物半導体レーザ素子は、しきい値電流密度１．５ｋＡ／ｃｍ２、しきい値電圧３．５Ｖである。
【０１３３】
［実施例２］
実施例１において、膜厚が２００μｍであってＣｕ５０％、Ｍｏ５０％から成る第２の基板を用いる。その他の条件は実施例１と同様とする。以上によって得られるＬＤ特性は、しきい値電流密度１．５ｋＡ／ｃｍ２、しきい値電圧３．５Ｖである。
【０１３４】
［実施例３］
実施例３では、オーミック電極形成工程までは実施例１と同様に形成する。
【０１３５】
（第２の絶縁膜）
次いで、ストライプ状凸部上のｐ側オーミック電極の一部にレジストを塗布し、Ｓｉ酸化物（主としてＳｉＯ２）を膜厚０．５μｍの条件で、エッチングされた底面及び側面に形成し、リフトオフすることで保護膜を形成する。このときＰオーミック電極は露出するようにしておく。
【０１３６】
（ｐ側パッド電極）
次に、上記の絶縁膜を覆うようにｐ側パッド電極を形成する。ｐ側パッド電極は、密着層、バリア層、共晶層からなり、各層は、ｐ型半導体層側からとしてＲｈＯ−Ｐｔ−Ａｕの順に膜厚２０００Å−３０００Å−６０００Åで形成する。
【０１３７】
（第１の基板貼り合わせ前保護膜）
ｐ側パッド電極形成後、ウエハのほぼ全面を覆うようにＳｉＯ２を膜厚１μｍで形成する。
【０１３８】
他方、第１の基板を用意する。第１の基板としては、膜厚が４２５μｍであるサファイアを用い、接合剤としてＡｕＳｎからなる共晶材を用いる。この共晶材を上記で得られる窒化物半導体層のｐ型半導体層側と接合させる。この場合、前記ｐ側パッド電極形成後に設けられる保護膜を介して接合される。熱プレスによって温度２４０℃で１０分間、加熱することで接合させる。
【０１３９】
（成長基板分離）
成長基板であるサファイア基板を研磨によって除去する。更に、ｎ型コンタクト層が露出するまで研磨し、ＫＯＨ及びコロイダルシリカ（Ｋ２ＳｉＯ３）を用いてケミカルポリッシュ研磨して面の荒れを無くす。
【０１４０】
（ｎ側電極及びｎ側メタライズ層）
フッ酸を用いて第２の保護膜として形成したＳｉ酸化膜を除去する。次にｎ型コンタクト層上にｎ型電極をＴｉ−Ａｌ―Ｔｉ―Ｐｔ−Ａｕの順に膜厚１００Å−２５００Å−１０００Å−２０００Å−６０００Åで形成する。
【０１４１】
他方、第２の基板を用意する。膜厚が２００μｍでありＣｕ２０％、Ｗ８０％から成る支持基板の表面にメタライズ層をＴｉ−Ｐｔ−Ｐｄの順に膜厚２０００Å−３０００Å−１２０００Åで形成する。
【０１４２】
（第２の基板接合）
次に前記ｎ側メタライズ層と、第２の基板のメタライズ層とを接合させて、両者を貼り合わせる。２４０℃でプレス圧力をかける。ここで共晶ができる。
【０１４３】
（第１の基板分離）
上記のように、第１の基板と第２の基板とによって挟まれた状態の窒化物半導体層のウエハを、約２５０℃まで昇温する。これにより、ＡｕＳｎ共晶の接着力を低下させて、第１の基板を分離させることができる。その後、ｐ側パッド電極の上に形成していた保護膜（ＳｉＯ２）を除去した後、バー状態にダイシングを行う。その後、片側端面にＳｉＯ２とＺｒＯ２の多層膜をそれぞれλ／４ｎの膜厚で６ペア（１２層）形成する。また他方端面にＮｂ２Ｏ５よりなる保護膜を形成する。その後ダイシングによりチップ状に分離する。
【０１４４】
最後にストライプ状凸部に平行な方向でバーを切断して本発明の窒化物半導体レーザ素子を得る。以上のようにして得られる窒化物半導体レーザ素子は、室温において閾値２．０ｋＡ／ｃｍ２、しきい値電圧３．６Ｖである。
【０１４５】
［実施例４］
実施例４では、第２の保護膜形成工程までは実施例１と同様に形成する。
【０１４６】
（充填材）
ＲｈＯ−Ｐｔ−Ａｕの順で積層されてなるｐ側パッド電極をｐ側オーミック電極の上に形成させる。ｐ側パッド電極は、密着層、バリア層、共晶層からなり、各層は、ｐ型半導体層側からＲｈＯ−Ｐｔ−Ａｕの順に膜厚２０００Å−３０００Å−６０００Åで形成する。次いで、エッチングされた溝部にポリイミドを塗布法により形成し、ウエハ全体の平坦化を行う。
【０１４７】
他方、第１の基板を用意する。第１の基板としては、膜厚が４２５μｍであるサファイアを用い、接合剤としてＡｕＳｎからなる共晶材を用いる。この共晶材を上記で得られる窒化物半導体層のｐ型半導体層側と接合させる。この場合、前記ｐ側パッド電極形成後に設けられる保護膜を介して接合される。熱プレスによって温度２４０℃で１０分間、加熱することで接合させる。
【０１４８】
（成長基板分離）
成長基板であるサファイア基板を研磨によって除去する。更に、ｎ型コンタクト層が露出するまで研磨し、ＫＯＨ及びコロイダルシリカ（Ｋ２ＳｉＯ３）を用いてケミカルポリッシュ研磨して面の荒れを無くす。
【０１４９】
（ｎ側電極及びｎ側メタライズ層）
フッ酸を用いて第２の保護膜として形成したＳｉ酸化膜を除去する。次にｎ型コンタクト層上にｎ型電極をＴｉ−Ａｌ―Ｔｉ―Ｐｔ−Ａｕの順に膜厚１００Å−２５００Å−１０００Å−２０００Å−６０００Åで形成する。
【０１５０】
他方、第２の基板を用意する。膜厚が２００μｍでありＣｕ２０％、Ｗ８０％から成る支持基板の表面にメタライズ層をＴｉ−Ｐｔ−Ｐｄの順に膜厚２０００Å−３０００Å−１２０００Åで形成する。
【０１５１】
（第２の基板接合）
次に前記ｎ側メタライズ層と、第２の基板のメタライズ層とを接合させて、両者を貼り合わせる。２４０℃でプレス圧力をかける。ここで共晶ができる。
【０１５２】
（第１の基板分離）
上記のように、第１の基板と第２の基板とによって挟まれた状態の窒化物半導体層のウエハを、約２００℃に昇温する。これにより、エポキシ系樹脂シートの接着力を低下させて、第１の基板を分離させることができる。その後、ｐ側パッド電極の上に形成していた保護膜（ポリイミド）を除去した後、酸素プラズマによりポリイミド充填層の除去を行った後、ダイシングを行う。
【０１５３】
以上のようにして得られる窒化物半導体レーザ素子は、しきい値電流密度１．５ｋＡ／ｃｍ２、しきい値電圧３．５Ｖである。
【０１５４】
［実施例５］
実施例５では、幅３μｍのリッジを、６０μｍ間隔で３０本有するマルチストライプ型の窒化物半導体レーザ素子を形成させる以外は実施例１と同様に行い、本発明の窒化物半導体レーザ素子を得る。得られる窒化物半導体レーザ素子は、室温において１．５ｋＡ／ｃｍ２、しきい値電圧３．５Ｖであった。このとき、各ストライプからは均一にレーザ光が発振されており、最大出力は１０Ｗである。
【０１５５】
また、実施例５で得られるマルチストライプ型の窒化物半導体レーザは、重ねて（スタック化）用いることもできる。例えば、図９（ａ）にマルチストライプ型の窒化物半導体レーザを示すが、ここではリッジが１５本形成されたマルチストライプ型窒化物半導体レーザ素子の略断面図を示しており、実施例５はこの図８のレーザ素子のリッジ本数を３０本としたものである。この図９（ａ）のように、マルチストライプ型の場合、リッジ本数が多くなることで横幅（リッジと垂直な方向の端面の幅）が大きくなり、バー状のレーザ素子となっている。リッジがこのように１次元方向に複数形成されることで、高出力を有することができる。そして、更に、図９（ｂ）のように、バー状のレーザ素子を重ねて２次元方向に複数のリッジを設けてスタック型半導体レーザとすることで、超高出力の半導体レーザ素子とすることができる。実施例５のマルチストライプ型窒化物半導体レーザ素子ひとつで最大出力が１０Ｗであるが、これらを１０個重ねて用いるスタック型窒化物半導体レーザ素子では、約１００Ｗという超高出力とすることができる。また、このとき、室温において１．５ｋＡ／ｃｍ２、しきい値電圧３．５Ｖであり、各ストライプからは均一にレーザ光が発振されている。本発明のように、成長基板とは異なる支持基板を用い、かつ、導電性の材料からなる支持基板、特に金属材料からなる支持基板を用いることで、比較的容易な構造でスタック化することができる。例えば、ｎ型層側に設けられる支持基板と、ｐ型層側に設けられるｐ電極とが対向するように配置して順次接合させるという単純な構造で、容易に導通を図ることができ、スタック型のレーザ素子を実現することができ、極めて投入電力が大きくなる場合でも優れたレーザ特性を保持することができる。
【０１５６】
［実施例６］
実施例６では、実施例１の端面のエッチング工程を変更する。ｎ型層が露出するまでエッチングして共振器面を形成させるまでは実施例と同じように行い、その次にリッジを形成する。その後も同様に、ＺｒＯ２からなる第１の保護膜（リッジの埋込層）及びｐ側電極を形成し、アニール工程まで行う。そして、この後に、ｎ型層を更に深くまでエッチングする共振器面形成の後工程を行う。ここでは、基板が露出するまでは行わず、半導体層の総膜厚の２〜４割程度の厚みを残してエッチングを終了させる。これにより、エッチング底面がｎ型半導体層である溝が形成される。
【０１５７】
次いで、この溝にレジストをコートする。このレジストは、溝を埋めている充填剤であり、ｐ側電極の上にまで形成して第１の基板接合前保護膜としても機能させている。そして、この第１の基板接合前保護膜の上に、蒸着によりチタンの薄膜を形成する。チタンの膜厚は約０．１μｍ程度である。
【０１５８】
他方、第１の基板を用意する。ここでは、Ｃｕ２０％、Ｗ８０％からなる第１の保護膜を用意し、表面のほぼ全面にエポキシ樹脂からなる接着部を形成させる。第１の基板の膜厚は約２００μｍで、接着部の膜厚は約５０μｍである。
【０１５９】
上記のように用意した半導体層の拡散防止層であるチタンと、第１の基板の接着部であるエポキシ樹脂とを貼り合わせる。熱プレスによって温度約１５０℃で約１時間加熱することで接合される。後工程は実施例１とほぼ同様に行う。その後、成長基板を分離した面に、第２の基板として第１の基板と同一のＣｕ２０％、Ｗ８０％、膜厚２００μｍからなる基板を貼り付ける。第１の基板の膜厚を２０μｍ程度になるまで研磨し、ｎ−メチルピロリドンを用いて第１の基板及びエポキシ樹脂、チタン、そしてレジストまでを剥離する。チタンを介在させることで、互いが反応して剥がれにくくなるのを防いだことで、容易に第１の基板及び接着部、第１の基板接合前保護膜までを除去することができる。後は、ｐ側電極、第２の絶縁膜を形成した後に、ダイシングを行ってチップ化することで、本発明の窒化物半導体レーザ素子を得る。得られる窒化物半導体レーザ素子は、しきい値電流密度１．４ｋＡ／ｃｍ２、しきい値電圧３．５Ｖである。
【発明の効果】
本発明の半導体レーザ素子は、エッチングにより形成される端面を有する窒化物半導体層と、その窒化物半導体層の成長基板とは異なる支持基板とを有するものであり、これにより、成長基板及び支持基板の劈開性に制限されることなく平滑性に優れた窒化物半導体層の端面を形成させることができる。特に、成長基板は半導体層の成長に適した基板を、また、支持基板は熱導電性に優れた基板をそれぞれ用いることで、放熱性に優れた窒化物半導体レーザ素子とすることができ、複数の導波路領域を有するレーザアレイなど、高出力を要求されるような場合、放熱性を向上させることでＣＯＤを抑制し、寿命特性に優れた窒化物半導体レーザアレイとすることができる。また、成長基板を除去した側であるｎ型半導体層に第２の基板を接合させることで、活性層から出射されるレーザ光を第２の基板によって遮られにくくすることができ、良好なＦＦＰを得やすくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の半導体レーザ素子を説明する断面図
【図２】本発明の他の形態の半導体レーザ素子を説明する断面図、
【図３】本発明の共振器面形成工程を説明するウエハ上面図
【図４】本発明の共振器面形成工程を説明するウエハ上面図
【図５】本発明の工程を説明する断面図
【図６】本発明の工程を説明する断面図
【図７】本発明の工程を説明する断面図
【図８】本発明の工程を説明する断面図
【図９】本発明の他の形態の半導体レーザ素子を説明する断面図
【符号の簡単な説明】
１・・・ｎ型窒化物半導体層
２・・・ｐ型窒化物半導体層
３・・・活性層
４・・・ｐ側オーミック電極
５・・・ｐ側パッド電極
６・・・ｎ側電極
７・・・第１の絶縁膜
８・・・第２の絶縁膜
９・・・第１の基板（仮基板）
１０・・第１の基板の接着部
１１・・第２の基板（支持基板）
１２・・第２の基板のメタライズ層
１３・・成長基板
１４・・エッチング部
１５・・第１の基板貼り合わせ前保護膜
１６・・充填剤
【発明の属する技術分野】
本発明はストライプ状の導波路領域を有する窒化物半導体レーザ素子に係り、特に、高出力が可能な窒化物半導体レーザ素子に関する。また、その半導体レーザ素子に用いる半導体としては、特に、ＧａＮ、ＡｌＮ、若しくはＩｎＮ、又はこれらの混晶であるＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体（ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）を用いた窒化物半導体レーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、半導体レーザは、小型、長寿命、高信頼性、かつ高出力化が進み、主にパーソナルコンピュータ、ＤＶＤなどの電子機器、医療機器、加工機器や光ファイバ通信の光源などに利用されている。中でも窒化物半導体（ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ）は、比較的短波長の紫外域から赤色が発光可能な半導体レーザとして注目されている。
【０００３】
このような半導体レーザ素子は、サファイア基板上にバッファ層、ｎ型コンタクト層、クラック防止層、ｎ型クラッド層、ｎ型光ガイド層、活性層、ｐ型光ガイド層、ｐ型キャップ層、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層が順に形成されている。また、ストライプ状の導波路領域が形成され、ｐ型コンタクト層にｐ側電極が、ｎ型コンタクト層にｎ側電極がそれぞれ設けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような半導体レーザ素子は、高出力で使用される際、活性層から発生する熱によって素子の内部や共振器面が劣化するという問題があった。特に、サファイア基板は熱伝導率が悪いために素子内部で発生する熱を放出しにくく、熱劣化しやすい構造であった。また、高出力化のために導波路を複数設けてマルチストライプ型レーザとする場合は、発生する熱量が極めて大きくなるので劣化しやすく、また、各導波路から出射されるレーザ光が不均一になりやすいという問題も生じ易い。
【０００５】
そこで、本発明は上記問題を鑑み、放熱性に優れ、素子の内部や共振器面が熱により劣化しにくく、また、マルチストライプ型レーザとした場合でも、熱劣化しにくく均一なレーザ光を安定して得ることができる構造を有する窒化物半導体レーザ素子、及びその製造方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明における窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、成長基板上に、ｎ型半導体層と、活性層と、ｐ型半導体層とを順に積層してなる窒化物半導体層を形成し、ｐ型半導体層側からエッチングして共振器面を形成させる共振器面形成工程と、ｐ型半導体層の上面に第１の基板を接合させる第１の基板接合工程と、成長基板を窒化物半導体層と分離する成長基板分離工程と、成長基板を分離して露出された窒化物半導体層を第２の基板と接合させる第２の基板接合工程と、第１の基板を窒化物半導体層と分離する第１の基板分離工程と、を具備することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の請求項２に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、成長基板上に、ｎ型半導体層と、活性層と、ｐ型半導体層とが順に積層されてなる窒化物半導体層を、ｐ型半導体層側からエッチングして共振器面を形成させる共振器面形成工程と、共振器面で挟まれるｐ型半導体層の表面にストライプ状のリッジを形成させるリッジ形成工程と、窒化物半導体層を、第１の基板と接合させる第１の基板接合工程と、成長基板を、窒化物半導体層と分離する成長基板分離工程と、成長基板を分離して露出された窒化物半導体層を、第２の基板と接合させる第２の基板接合工程と、第１の基板と窒化物半導体層と分離する第１の基板分離工程と、を具備することを特徴とする。
【０００８】
本発明の請求項３に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、共振器面形成工程を、リッジ形成工程の後に有することを特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項４に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、共振器面形成工程は、ｎ型半導体層の表面の一部が露出するまでエッチングして共振器面を形成する前工程と、その後に、露出されたｎ型半導体層の表面の一部を更にエッチングして共振器面より光の出射方向に突出するｎ型半導体層の端面を形成する後工程とからなることを特徴とする。
【００１０】
本発明の請求項５に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、共振器面形成工程の後工程は、エッチング底面がｎ型半導体層であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の請求項６に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、共振器面形成工程の後工程は、成長基板が露出するまでエッチングされることを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項７に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、リッジは、複数形成されることを特徴とする。これにより、高出力のレーザ光を出射可能なマルチストライプレーザとすることができる。
【００１３】
本発明の請求項８に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、第１の基板接合工程の前に、共振器面に保護膜を形成させる工程を有することを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項９に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、第１の基板接合工程の前に、リッジの表面にｐ側電極を形成して、アニールする工程を有することを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項１０に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、ｐ側電極形成後、共振器面の保護膜を形成する工程を有することを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項１１に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、リッジ形成後、第１の基板を接合させる前に、エッチングにより形成された共振器面を側面とする溝部に充填剤を充填させる工程を有することを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項１２に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、リッジ形成後、第１の基板を接合させる前に、ｐ型半導体層の上に、田１の基板接合前保護膜を形成させる工程を有することを特徴とする。
【００１８】
本発明の請求項１３に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、第１の基板は、成長基板又は第２の基板と同一の材料からなることを特徴とする。
【００１９】
本発明の請求項１４に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、第１の基板は表面に接着層を有し、第１の基板接合工程は、この接着層を介して接合されることを特徴とする。
【００２０】
本発明の請求項１５に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、第１の接合前保護膜及び／又は接着層は、有機物からなることを特徴とする。
【００２１】
本発明の請求項１６に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、第１の基板の接合前保護膜及び／又は前記第１の基板の接着部は、その表面に、拡散防止層を有することを特徴とする。
【００２２】
本発明の請求項１７に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、拡散防止層は金属からなることを特徴とする。
【００２３】
本発明の請求項１８に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、拡散防止層は、チタンを含むことを特徴とする。
【００２４】
本発明の請求項１９に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、窒化物半導体層と第２の基板とを合金共晶による導電層によって接合させることを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明に係る実施形態の窒化物半導体レーザ素子の製造方法は、リッジを有する実効屈折率型の導波路領域を有し、共振器面がエッチングにより形成されているものに適している。特に、リッジが形成されている側を上方向（上面側）とすると、下方向（下面側）の窒化物半導体層側に成長基板ではない基板、すなわち支持基板が接合されている窒化物半導体レーザ素子の製造方法に関するものである。
【００２６】
本発明によって得られる窒化物半導体レーザ素子は、詳細には、図１に示すように、ｎ型半導体層と、活性層と、ｐ型半導体層とを順に積層してなる窒化物半導体層を備え、ｐ型半導体層にはリッジ（ストライプ状の凸部）が形成され、ストライプの長手方向と略垂直な両端面にエッチングにより形成されてなる共振器面を有しており、これによりストライプ方向を導波方向（共振方向）とする実効屈折率型の導波路領域が形成されている。共振器面のうち一方は、主として光を外部に出射する機能を有する光出射側共振器面（光出射面）であり、他方は、主として光を導波路領域内に反射する機能を有する光反射側共振器面（モニター面）である。リッジの側面及びこの側面に連続するｐ型半導体層の表面には、第１の絶縁膜が形成されている。第１の絶縁膜を介してリッジの上面であるｐ型半導体層とオーミック接触するストライプ状のｐ側オーミック電極が設けられている。
【００２７】
更にｐ側オーミック電極の上には、ｐ側オーミック電極と接するように設けられるｐ側パッド電極が形成されている。ｐ側オーミック電極とｐ側パッド電極とは、電気的に接合されており、この部分から電流が供給される。ｐ側パッド電極の表面はリッジの形状に関わらず、表面が略平坦になるように形成されている。また、ｎ型半導体層の下面、すなわち活性層と接する側とは反対側の面に、支持基板（第２の基板）が設けられている。支持基板とｎ型半導体層との間にはｎ側オーミック電極を含むメタライズ層が設けられており、このメタライズ層を介して電気的に導通するように接合されている。
【００２８】
この支持基板（第２の基板）は、窒化物半導体層を積層させるときに用いる成長基板とは別のもので、窒化物半導体層が積層された後に接合されるものである。支持基板が導電体の場合は、図１のように、ｐ側電極とｎ側電極とがそれぞれ異なる面方向になるように形成される。これにより、ステムなどの導電性の基体上に容易に載置することができ、例えばｎ側電極とステムもしくはリード電極上に導電性材料の接着剤で接合させ、ｐ側電極にはワイヤをボンディングさせることができる。これは、上下が逆にすることも可能であるので、ｐ側電極側をステムにダイボンディングすることも出来る。また、支持基板が絶縁体の場合は図２のように支持基板のメタライズ層に取り出し部を設ける。このような場合は、ｎ側電極及びｐ側電極にワイヤをボンディングさせて用いる。或いは、ワイヤを用いずに、半導体層側をダイボンディングするようフェイスダウンにして用いることもできる。
【００２９】
このように、ｎ型半導体層側に設けられる基板として、成長基板とは異なる支持基板を後から貼り合わせる（接合させる）ることで、基板材料の選択肢を多くすることができる。成長基板は、導電性のものでも絶縁性のものでも用いることができるが、その上に窒化物半導体層を結晶性よく成長（積層）させることができるものを選択する必要があるので材料が限られてくる。例えば、窒化物半導体の成長基板として用いることができる好ましい材料としては、サファイア基板を挙げることができる。しかし、このサファイア基板は放熱性が悪く、また、窒化物半導体層を形成するためのバッファ層が必要であるので、積層された半導体層の膜厚が厚くなりやすい。本発明のように、成長基板と異なる基板を半導体層成長後に用いることで、半導体層の成長条件に束縛されることなく、種々の材料を用いることができるので、熱伝導のよいものや、導電性のあるものなど、材料の選択肢を増やすことができる。更に、材料の選択肢が増えることで、熱膨張係数についても種々変えることが可能となるのでチップの歪みの制御が可能になる等のメリットがある。このように本発明では、成長基板として好ましい材料と、素子駆動時に好ましい支持基板とを異なる材料とすることで、目的に応じて適した基板とすることができる。
【００３０】
（製造方法）
以下、本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造方法について詳述する。
【００３１】
本発明の窒化物半導体レーザ素子は、成長基板上に成長させた半導体層から、成長基板を剥がして、剥がした部分（剥離面）に成長基板と異なる支持基板を接合させることを特徴としており、半導体層がエッチングにより形成されてなる共振器面を有することを特徴としている。特に、この共振器面は、成長基板上に窒化物半導体層が形成されている状態でエッチングにより形成されるものである。すなわち、第１及び第２の基板と接合される前の段階で既に共振器面は形成された状態である。本発明の製造方法は、このように共振器面としてエッチング端面を用いることで、後に劈開工程を経ることなく窒化物半導体レーザ素子を得ることを特徴としている。また、窒化物半導体層にレーザ構造（共振器構造及び導波路構造）が形成されるのは成長基板に接合されている状態で行われ、支持基板が接合されるのは上記レーザ構造が形成された後であることを特徴とする。以下、各工程について詳説する。
【００３２】
（共振器面形成）
本発明において、成長基板上に成長された窒化物半導体層をｐ型半導体層の表面側からエッチングして共振器面を形成させる工程を有する。この共振器面形成工程は、窒化物半導体層が成長基板上にある状態で行われるものである。エッチングの深さは、少なくとも活性層を含む発光領域の端面が露出するまで行うことが必要であるので、ｎ型半導体層の一部が露出するまで行う。その際、ｎ型半導体層の表面の一部が露出するまでエッチングして共振器面を形成する前工程（共振端面形成）と、その後に、前記露出されたｎ型半導体層の表面の一部を更にエッチングして共振器面より光の出射方向に突出するｎ型半導体層の端面を形成する後工程との２段階の工程からなるのが好ましい。
【００３３】
このように、前工程と後工程との２段階のエッチングを行うことで、共振器面を鏡面に近い面として形成させることができる。これは、エッチングを２段階とすることで異なる条件のエッチングを行うことができるためである。エッチングは化学的に半導体層を削りながら除去するものであり、その除去する早さはエッチングガスの種類や条件、或いはマスクの選択比等によって異なる。共振器面を鏡面に近いような均一な平坦面とするために、まず最初のエッチングを行う前工程では、エッチング面ができるだけ荒れないように、エッチング速度がやや遅いエッチングガスを選択するのが好ましい。
【００３４】
このような条件で成長基板近傍まで深くエッチングすると、時間がかかり過ぎるので、工程上好ましくないだけではなく、先に形成された共振器面が、長時間エッチングガスにさらされることになるので面状態が荒れてしまう。そのため、共振器面を形成するために少なくともｎ型半導体層の一部が露出するまで前工程でゆっくりエッチングした後、別のマスクを形成して共振器面を保護して（図示せず）、後工程として、前工程とは異なる条件でエッチングを行う。この場合、エッチングされるのはｎ型半導体層のみであるので、エッチング面は共振器面のような鏡面でなくともよく、粗面になっても構わない。そのため、速度の速いエッチングガスを選択することができる。このように２段階のエッチングを行うことで、優れた共振器面を得ることができる。
【００３５】
このようにエッチングを２段階で行う場合は、後工程で形成されるエッチング端面と前工程で形成される共振器面を含むエッチング端面とに段差が生じることになるが、このような場合、共振器面から出射されるレーザ光を遮らないように、後工程のエッチングを行うのが好ましい。すなわち、前工程で形成される共振器面と、後工程で形成されるｎ型半導体層の端面との距離を少なくして、互いの面が近づくようにすることで、光を遮らないようにすることができる。好ましくはこの距離が３μｍ以内となるように設けるのがよい。これにより、ファーフィールドパターン（ＦＦＰ）のｙ成分（垂直成分）にリップル（凹凸）が生じない、優れたビーム特性を有する半導体レーザ素子とすることができる。リッジが複数ある場合であっても、ＦＦＰのｙ成分については、個々のリッジから出射されるレーザ光に依存しているため、単一のリッジを形成する場合と同様に、共振器面とｎ型半導体層端面の距離を近づけるのが好ましい。
【００３６】
共振器面形成工程（前工程）と、その後のｎ型半導体層の端面形成工程（後工程）とは、続けて行うこともできるし、前工程後にリッジ形成工程やミラー等の保護膜形成工程を経て、その後に後工程を行うこともでき、リッジの形状や保護膜の材料、或いは工程上の安定性等様々な要因を考慮して、適切なタイミングで行うことができる。
【００３７】
ｐ型半導体層の上面側から少なくとも活性層の端面が露出するまでエッチングすることで、共振器面を形成することができる。劈開により共振器面を形成させる場合は、半導体層の劈開面に合わせて素子を分割する必要があるが、エッチングにより共振器面を形成させる場合は、面方位に関係なく、共振器面を形成させることができるので、共振器長も任意のものを選択することができるし、１枚のウエハから得られるチップの数を多くすることができる
【００３８】
後工程としては、少なくともｎ型半導体層の途中までエッチングする、すなわち、エッチング底面がｎ型半導体層となるようにエッチングすることで優れた共振器面を形成させることができるが、さらに成長基板が露出するまで深くエッチングすることもできる。エッチング底面をｎ型半導体層とすると、共振器面系政治にエッチング溝によって分断されている半導体層がｎ型半導体層で連続している状態後となるので、後で行われる成長基板を分離工程や、第２の基板接合工程が、安定した状態で行うことができ、不純物等によって共振器面が汚染されにくくすることもできる。また、後工程は成長基板が露出するまでエッチングすることができ、この場合は支持基板を接合後に成長基板を除去するだけでチップ状に分割されることになるので、工程を少なくすることができる。
【００３９】
（リッジ形成）
本発明においては、ｐ型半導体層側からｎ型半導体層までエッチングして共振器面を形成させる共振器面形成工程と、ｐ型半導体層をエッチングしてストライプ状のリッジを形成させる工程とを、有することもできる。この２つの工程によって、レーザ素子の特性を左右する共振器構造と導波路構造が形成されることになる。共振器面は先に述べたように、半導体層が成長基板に接合されている状態で形成するのが好ましいが、リッジ形成も成長基板に接合されている状態で行うのが好ましい。すなわち、本発明の請求項２に記載されている各工程を、その記載順に従って行うのが好ましい。また、共振器面形成と、リッジ形成工程を逆にしてもよい。共振器面形成工程に続いて、ストライプ状のリッジを形成させる場合について図面を用いて説明する。図５〜図８は、リッジが２本形成されてなる形態の窒化物半導体レーザの製造工程を説明する図である。図５（ｂ）では、エッチングの深さはｎ型半導体層の途中までである。そして、図５（ｃ）では、その溝を更に成長基板が露出するまでエッチングしている。その後に図５（ｄ）のようにリッジが形成され、次に図５（ｅ）のようにｐ側パッド電極が形成されている。
【００４０】
リッジの形成は、共振器面を形成後に行うことで、幅の細いリッジを形成しやすくなる。特に、共振器面形成時に、窒化物半導体層を深くエッチングする場合に有効な方法である。これは、リッジを形成するためにｐ型半導体層のみをエッチングする場合と、基板が露出するまでエッチングする場合とでは、そのエッチング深さがかなり異なるためである。リッジの形成を先に行うと、その後の端面側のエッチング時に、マスクで保護していてもリッジ端部が徐々にエッチングされてしまうので好ましくない。このようなリッジでは、ストライプ状のリッジの端部の幅が、中央部付近よりも狭くなった先細り形状の導波路領域となっており、幅が狭くなることで光の閉じ込めがきつくなってビーム形状が目的のものと異なるものになってしまう上に、共振器面の面積が小さくなるので単位面積あたりに係る負荷が大きくなりすぎて、ＣＯＤを生じやすくなる。
【００４１】
リッジを形成させるには、所望のリッジの幅にあわせてマスク（保護膜）を形成させる。リッジを複数設けてレーザアレイ（マルチストライプレーザ）とする場合も、各リッジに応じたマスクを形成させる。リッジの幅としては、１μｍ〜１０μｍ程度が好ましく、これは、リッジを複数設ける場合の各リッジについても同様である。また、リッジの深さは、少なくとも活性層からなる発光層に達しない深さで、好ましくは、ｐ型ガイド層の途中までをエッチングにより除去して、ストライプ状の凸部を残し、これをリッジとする。このエッチングの深さによってレーザ素子の構造、特性が異なってくる。マスクとして用いる材料としては、窒化物半導体のエッチング速度と差がある材料（選択比の異なる材料）であればどのような材料でもよい。例えば、例えば、Ｓｉ酸化物（ＳｉＯ２を含む）、フォトレジスト等が用いられ、好ましくは、後に形成する第１の絶縁層との溶解度差を設けるために、第１の絶縁膜よりも酸に対して溶解され易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る。フッ酸を用いるためには、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。
【００４２】
（第１の保護膜の形成）
リッジの上面にｐ側電極を形成する場合は、その前にリッジの側面及びリッジの側面から連続する窒化物半導体層（ｐ型半導体層）の表面に、絶縁性の保護膜を設けるのが好ましい。このように設けられる絶縁性の保護膜（第１の保護膜）は、リッジの埋め込み層（膜）として機能するものであり、電流をリッジの上面からに集中させると共に、窒化物半導体よりも屈折率の小さい材料を選択することで、活性層からの光の横方向の光の閉じ込めを優れたものとするこができる。この工程は、ｐ側電極を形成させる前に行うのが好ましく、それにより、電流をリッジ部に集中させることができる。また、第１の基板接合工程を行う前に行っておくのが好ましい。
【００４３】
リッジの埋め込み層である第１の保護膜を設けるには、リッジ形成時に用いたマスクが、リッジ上部に残っている状態でｐ型半導体層表面に第１の保護膜を形成し、その後バッファード液に浸漬してリッジ上部のマスクを溶解除去し、リフトオフ法によりマスクと共にリッジ上部の第１の保護膜を除去する。これにより、リッジ上面のｐ型半導体層が露出され、リッジ側面には第１の保護膜が形成された構造とすることができる。このような方法を用いるには、第１の保護膜のバッファード液に対する溶解度がリッジ形成時のマスクよりも低いものを選択する必要があり、好ましい組み合わせとしては、マスクとしてはＳｉＯ２が、又、第１の保護膜としてはＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＨｆＯ２等を用いるのが好ましい。
【００４４】
（ｐ側オーミック電極形成）
本発明において、ストライプ状のリッジを形成後、第１の基板を接合させる前に、リッジの表面（上面）にｐ側オーミック電極を形成してアニールする工程を有することが好ましい。ｐ側オーミック電極は、リッジを形成した後であれば、どの段階でも設けることは可能であるので、工程や半導体レーザ素子の構造によっては、第１の基板接合前以外の工程で設けることもできる。
【００４５】
例えば、第２の基板（支持基板）をｎ型半導体層側に接合させた後に第１の基板を分離ししてリッジを露出させてから形成させることもできる。しかし、第１の基板を接合させる前にｐ側オーミック電極を形成させておき、オーミックアニールをすることで、ｐ型半導体層のｐ型化を同時に行うことができるというメリットがある。ｐ型半導体層はｐ型不純物をドープしただけではｐ型層にならないので、何らかの処理（ｐ型化）をする必要が、このｐ型化の処理としてはアニールが好ましく、特に熱によるアニールが好ましい。第１の基板を接合する前という比較的工程の早い段階でｐ側オーミック電極を設けて窒化物半導体層（ｐ型半導体層）とのオーミック接触を良好にするためのアニール工程を行うことで、オーミックアニールと、ｐ型化アニールとを同時に行うことができる。また、このように窒化物半導体レーザ素子の製造工程のなかの早い段階でアニール工程を経ておくことで、比較的熱に弱い材料からなる保護膜等を、これよりも後の工程で用いることが可能となる。特に、ミラー等を設ける場合には、反射率及び屈折率を制御して形成したミラーの特性を損なうことなく製造することができる。
【００４６】
（第２の保護膜の形成）
第１の保護膜形成後に、上記ｐ側オーミック電極を形成するが、このｐ側オーミック電極の上に、第２の保護膜を形成させる。この保護膜は、後に形成するｐ側パッド電極とｐ側オーミック電極との接触がリッジの頂部に限定されるようにするために設けるもので、リッジ上部以外の半導体層の露出部のほぼ全面を覆うように設けることができる。特に、活性層の端面などがさらされないように保護することで、劣化を抑制することができる。また、ｐ側電極とｎ側電極との間の短絡を起こしにくくすることもできる。また、リッジストライプに平行な面（側面）だけでなく、共振器面まで連続するように設けることもでき、これにより、共振器面を保護することができる。ただし、共振器面については、第２の保護膜とは別工程で設けることが好ましく、特に高出力が必要とされる場合は、素子内部の劣化よりも保護膜の劣化によって素子寿命を損なうことがないように設ける必要がある。そのような保護膜（ミラー）を設ける場合は、最終段階でチップ化されるときに、まず、バー状に分割してから、設けることもできる。そのような方法で形成させることで、ｐ型半導体層側から、膜成分が回り込むような条件でスパッタなどの方法で形成させるのに比べて、劣化に対して耐久性のある保護膜とすることができる。尚、この第２の保護膜は、製造方法等によっては省略することもできる。
【００４７】
（共振器面保護膜）
導波路領域の共振器構造を形成するための一対の共振器面は、保護膜を設けることで、両端面の反射率に差を設けることができ、これにより、出射方向を決めることができ、また、光の共振も効率よく行うことができる。従って、どちらか一方に保護膜を設けるのでもよいし、また、両面に保護膜を設けてもよい。また、反射率差をつける機能の他に、活性層端面を保護する機能だけの保護膜を設けてもよい。このような共振器面保護膜は、先に述べたように、リッジストライプと平行な面（側面）に設ける第２の保護膜を回り込むように形成して共振器面に保護膜を形成することもできるし、また、別工程で設けることもできる。この共振器面保護膜も、成長基板上に半導体層が形成されている状態で形成させるのが好ましい。先に設けることで、各基板の接合或いは分離時に共振器面が汚染されるのを防ぐことができる。しかし、後工程での熱や外力によって特性が悪化しないようにする必要がある。また、仮の保護膜として形成させておき、後で別の保護膜を設けるようにしてもよい。共振器面の保護膜は、共振器面形成後第１の基板接合前に形成するのが好ましいが、特に、ｐ側電極形成後に設けるようにすることで、リッジストライプに平行な側面の保護膜と同一工程で形成させることができるので、工程も少なくできるというメリットがある。
【００４８】
（ｐ側パッド電極の形成）
第２の保護膜形成後に、リッジ上面のｐ側オーミック電極とオーミック接触可能なｐ側パッド電極を形成させる。ｐ側パッド電極は、リッジ形状やｐ側オーミック電極の形状などによる表面（上面）の凹凸によらず、上面が略平坦な単一の面になるように形成させるのが好ましい。そして、ｐ型半導体層のほぼ全面に渡るように設けるのが好ましい。例えば、図１のように、リッジ側面及びそのリッジの側面から連続するｐ型半導体層の表面をほぼ覆うように第２の保護膜が設けられているが、その上にｐ型半導体層をほぼ全面に覆うようにｐ側パッド電極をに設ける。ｐ側パッド電極の形成面積を広くすることで、均一に電流を流すことができる。
【００４９】
（充填剤の充填）
本発明において、ｐ型半導体層の表面にストライプ状のリッジを形成後、第１の基板を接合させる前に、共振器面形成時のエッチングにより形成されるエッチング溝部に、充填剤を充填させる工程を有することもできる。充填剤を用いる場合は、第１の基板を接合させる前にｐ側電極を形成させる場合は、ｐ側電極、特にｐ側パッド電極形成後に充填剤を充填させるのが好ましい。ｐ側パッド電極形成前にミラー（第２の保護膜）を形成させる場合も、ｐ側パッド電極形成後に充填させるのが好ましい。充填剤は、少なくともエッチングにより露出された部分を埋めることが必要で、好ましくは、ｐ型半導体層のリッジの上部と同一面まで充填させるのがよい。また、ｐ側電極を形成後に充填剤を充填させる場合は、リッジの上に形成されたｐ側電極の上面と略同一面に達するまで充填剤を充填させるのが好ましい。いずれの場合も、第１の基板を接合時に、接合面の凹凸が少なくなるように、好ましくは略平坦な面となるようにしておくのがよい。例えば、接合面を略平坦な面とすることで、局所的に力が掛かるのを防ぐことができる。ここでは、窒化物半導体層及び／又はｐ側電極、そして充填剤とが略平坦な面を構成しているが、このように、異なる材料からなる面であっても、上面（接合面）が略平坦になっていればよい。このようにすることで、第１の基板と接合しやすくなる。
【００５０】
また、充填剤を用いて略平坦な面とすることで、接合時にリッジ上部にかかる負荷を低減させることができる。充填剤を用いなければ、リッジの上部に係る負荷が大きくなり、接合が不十分なものとなりやすい。また、このようにすることで、第１の基板と接合された後に成長基板を除去する時にも、充填剤を充填させておくことで力が不均一にかかるのを防ぐことができると共に、先に形成された半導体層の端面に不純物が付着するのを防ぐことができる。
【００５１】
また、更にその後にｎ型半導体層の裏面（成長基板を接していた側）を除去してｎ型コンタクト層が露出させるまで薄くする場合にも、エッチング部が充填剤によって埋められていることで、半導体層の端面、特に共振器端面に不純物が付着するのを防ぐことができ、更に充填剤が充填されていることで素子がぐらつくこともなく安定であるので、バラツキが減少する。また、端面の保護膜（ミラーなど）を先に形成しておいた場合でも、それらの特性を変化させることなく行うことができる。
【００５２】
（第１の基板接合前保護膜の形成）
第１の基板は、後で除去される仮の基板であるが、その仮基板と接合されるｐ側パッド電極は、後に外部との導通をはかるためにワイヤなどを接続させる必要があるものなので、第１の基板の接合及び分離によって損傷しないようにする必要がある。そこで、図６（ａ）のように、第１の基板接合（貼り合わせ）前保護膜を形成させる。少なくともｐ側パッド電極の上面に設けていればよいが、溝部に充填剤を充填させる場合は、ｐ側パッド電極上面だけでなく、充填剤の上部にも保護膜を設けて、平坦な面とすることでｐ側パッド電極を保護すると共に、第１の基板との接合性も良好なものとすることができる。第１の基板接合前保護膜の形成は、単に塗布するだけや、スパッタするなど、成膜方法としてはごく簡単で一般的な方法で形成させるのが、ｐ側パッド電極への負荷も少なく、後の除去も容易に行えるので好ましい。この第１の基板接合前保護膜は、レジスト、エポキシ樹脂などの有機物からなる樹脂系材料を用いるのが好ましい。これにより、後の分離工程が容易になり、半導体層に熱や外力などによる負荷を少なくすることができる。また、この保護膜と、これに接合される第１の基板の保護膜の接着部とは、共に有機物からなる材料を用いることで、後工程が行いやすくなる。
【００５３】
（拡散防止層）
上記のように、第１の基板の接着部と半導体層の上に設けられる第１の基板接合前保護膜は、共に有機物からなるようにすることで、後工程が行い易いというメリットがある。しかし、互いに有機物であると、密着性もよくなるので、接合時に有利な反面、後の分離工程で不良が生じやすい。第１の基板は、後で剥がすことを前提とした仮の基板であるので、互いに反応して強固に接合されて（或いは部分的に一体化して）しまうと工程上好ましくない。そこで、接着界面にそれぞれに成分が拡散していかないような拡散防止層を設けるのが好ましい。これは、第１の基板側に設けてもよく、或いは半導体層側に設けてもよい。いずれも、互いの接着剤として機能させるのが有機物であり、互いに反応しやすい（混ざりやすい）場合に必要となる層であり、材料としては金属が好ましい。用いる金属としては、比較的低温で密着性よく接合させることが可能なものであればよく、１種又は２種以上の金属を用いることができる。第１の基板接合前保護膜或いは接着部にエポキシ樹脂が用いられている場合は、チタンを用いるのが好ましい。このような拡散防止層を設けておくことで、後の分離工程での半導体層にかける負荷を低減することができる。
【００５４】
（第１の基板の接合）
本発明において、第１の基板とｐ型半導体層に設けられた保護膜とを向かい合わせるようにして図６（ａ）及び図６（ｂ）のように接合（貼り合わせ）させる。接合方法は、用いる接合剤によって選択することができるが、主として加熱しながらプレスすることによって行う。樹脂などを接合剤として用いる場合は、比較的低温で接合させることができ、例えばエポキシ系樹脂などを用いる場合は１００℃〜２００℃程度に加熱することで、接合させることが可能である。また、ＡｕＳｎなどの共晶を用いる場合は、２００℃〜３００℃程度の加熱が必要である。いずれにしても、後に分離させる第１の基板との接合なので、工程に支障のない程度に接合されていればよい。この接合は、比較的活性層に近い側の半導体層に行われるものなので、比較的低温で行うことで窒化物半導体層の内部、特に活性層が分解するのを抑制できる温度範囲が好ましい。
【００５５】
（成長基板の分離）
本発明において、窒化物半導体層を第１の基板に接合した後に、図６（ｃ）のように、成長基板を分離（除去）する工程を有する。すなわち、窒化物半導体層を成長させるのに適した成長基板は、この工程を経ることで除去されることになる。成長基板を窒化物半導体層から分離（除去）する方法としては、レーザ光照射、研磨、ケミカルポリッシュ（ＣＭＰ処理）などが挙げられる。これらの方法は、半導体層に負荷を与えにくく、成長基板を分離しやすい。これらの方法だけでも成長基板の除去は可能であるが、露出させたいｎ型半導体層の表面に、成長基板やｎ型半導体層の一部が残留する場合がある。そのような場合は、成長基板を除去した側から更にエキシマレーザを照射するか、又は研削することで、残存する成長基板を取り除いて目的とするｎ型半導体層を露出させることができる。更に、ｎ型半導体層を露出させるには、成長基板を除去後、露出した窒化物半導体層の表面をＣＭＰ処理することでｎ型半導体層を露出させる。このように半導体層の膜厚を薄くしても、第１の基板によって強度が保持されているので破損しにくくなっている。また、ｎ型半導体層を薄くすることで、電流抵抗を下げて閾値の低い半導体レーザ素子とすることができる。特に、成長基板分離後の露出面をＣＭＰ処理することにより、分離時の外力によって形成される窒化物半導体のダメージ層を除去することができるので、ｎ側電極とのオーミック接触が得られやすくなる。
【００５６】
また、このとき、後に用いる第２の基板の材料に応じて、露出させるｎ型半導体層を選択することができる。例えば、第２の基板が導電性の場合は、ｎ型コンタクト層が露出するように、成長基板だけでなく、ｎ型半導体層の一部までを除去するようにすることで、ｎ型半導体層の全面（裏面）にｎ側電極を設けることができる。ｎ型コンタクト層を露出させるには、図７（ａ）のように、ｎ型半導体層を更に除去して全体的に薄くするのが好ましいが、一部だけを露出させるようにしてもよい。
【００５７】
また、第２の基板が絶縁性の場合は、ｎ型コンタクト層が露出するまで除去しなくてもよい。これにより、除去する部分を少なくすることもできる。しかし、このような場合も、上記のようにｎ型半導体層を薄くすることで素子内部を流れる電流の抵抗を低くすることができるので、ｎ型コンタクト層を露出させるのが好ましい。このように、露出させるｎ型半導体層の選択を、第２の基板の導電性によるのではなく、他の要因を考慮してもよい。この他にも例えば、窒化物半導体層の膜厚を考慮して応力によって割れにくい厚さになるまで除去するなど、目的に応じて対応させることができる。或いは、第１の工程で共振器面形成時のエッチング溝の底面が、成長基板ではなくｎ型半導体層であった場合は、エッチング底面を除去するまで研磨することで、窒化物半導体層が第１の基板を介して隣接している状態、すなわち、互いに離間した窒化物半導体層とすることができる。このように半導体層が離間するようにしておくことで、後のチップ化が容易になる。
【００５８】
（ｎ側電極及びｎ側メタライズ層形成）
第１の基板を除去した後、図７（ｂ）のように、ｎ側電極を設ける。この場合、方法としては、ｐ側電極と同様に、マスクを用いて目的の箇所にスパッタなどの方法で成膜することで容易に得ることができる。第２の基板が導電性であり、ｎ側電極を裏面側のｎ型コンタクト層に形成させる場合は、マスクを必要とせず、ほぼ全面に設けるのが好ましい。このような場合は、ｎ側メタライズ層を続けて形成させることができるので、工程上も非常に有利であり、また、ｐ側電極とｎ側電極とが異なる面方向に形成されることで、同一面方向に形成させる場合に比べてチップサイズを比較的小さくすることができる。また、ｎ型半導体層とは比較的オーミック接触が得られ易いので、ｐ側オーミック電極のようにアニール工程を経る必要がない。
【００５９】
（第２の基板接合）
次いで、図７（ｃ）及び図７（ｄ）のように、第２の基板を接合させる。第２の基板は、チップ化された後の半導体層をささえる支持基板として用いるものであるので、第１の基板と異なり、後の工程及び素子駆動時においても剥がれないように接着性よく接合させる必要がある。又、導電性の材料を用いる場合などは、電流の抵抗を低くするためにも、オーミック接触するように接合させる必要がある。ここでは、主として共晶材料を用いるのが好ましく、例えばＡｕＳｎ系、ＰｄＳｎ系、ＩｎＰｄ系などの材料を選択することができる。加熱温度は、材料によって異なり、ＡｕＳｎ系及びＰｄＳｎ系は、２３０℃〜３００℃程度、また、ＩｎＰｄ系は１３０℃〜２５０℃程度の温度範囲で行うのが好ましい。これらの温度範囲で加熱しながら、圧力を加えた熱プレス法によって接合させる。
【００６０】
（第１の基板の分離）
次いで、図８（ａ）のように、第１の基板を分離させる。第１の基板の分離は、その材料によって方法が異なる。例えば、エポキシ系樹脂などを用いて接合させている場合は、もともとが熱に対して弱い性質であるため、接合時よりも高い温度、この場合は、およそ２００℃以上に加熱することで、接着力が極端に低下するため、容易に分離することができる。また、ＡｕＳｎなどを用いて共晶させている場合は、酸に浸漬して接合部を溶解させて分離させる。また、この第１の基板を研磨で除去後、接合材料を溶解させてもよい。
【００６１】
（第１の基板接合前保護膜の除去）
上記のようにして、第１の基板を分離した後は図８（ｂ）のように、第１の基板接合前保護膜が露出した状態になっているので、この保護膜を除去することで、図８（ｃ）のようになす。この保護膜は、ｐ側パッド電極を保護する機能も有するものなので、除去時にｐ側パッド電極を損傷しないようにする必要がある。保護膜がレジストなどの場合はアッシングなどの方法で容易に除去することができる。ＳｉＯ２を用いている場合は、フッ酸などの酸を用いて除去するが、この場合は弱酸を用いるのが好ましい。
【００６２】
（チップ化）
最後に、エッチング溝で分離されている半導体層を、図８（ｃ）の矢印で示す位置で分割し、個々のチップになるようにする。本発明では、成長基板を分離後に、エッチング底面のｎ型半導体層も除去するようにするのが好ましく、このような状態で工程を進めておくことで、このチップ化工程が極めて簡易に行われる。しかも、第２の基板（支持基板）の分割位置には窒化物半導体層が形成されていないので、分割による素子の破壊等の問題が生じることはない。従来は、成長基板が劈開性を有しない場合に、支持基板として劈開性のある材料を用い、半導体層を劈開しやすくするという方法が用いられることもあったが、本発明では、半導体層は前の工程までで既に分離された状態となっているため、支持基板は劈開性を有する必要はない。そのため、劈開性を考慮せずに支持基板の材料を選択することができる。支持基板の分割方法としては、ダイシング等、機械的に力を加えて行う方法を用いることができ、支持基板の上面又は下面のいずれの側から行ってもよい。これにより、本発明の窒化物半導体レーザ素子を得ることができる。
【００６３】
以上のようにして、本発明の窒化物半導体レーザ素子が製造されるが、以下、窒化物半導体レーザ素子を構成する各部位について詳説する。
【００６４】
（成長基板）
成長基板としては、窒化物半導体層をエピタキシャル成長させることができる基板であれば異種基板でも同種基板でもよく、大きさや厚さ等は特に限定されない。具体的な例としては、異種基板では、Ｃ面、Ｒ面、及びＡ面のいずれかを主面とするサファイアやスピネル（ＭｇＡ１２Ｏ４）のような絶縁性基板、また炭化珪素（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃ）、シリコン、ＺｎＳ、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ダイヤモンド、及び窒化物半導体と格子接合するニオブ酸リチウム、ガリウム酸ネオジウム等の酸化物基板が挙げられる。また、デバイス加工が出来る程度の厚膜（数十μｍ以上）であれば同種基板である窒化物半導体基板を用いることもできる。
【００６５】
成長基板として異種基板を用いる場合は、窒化物半導体層を成長させる前にバッファ層を成長させるのが好ましい。バッファ層としては、一般式ＡｌａＧａ１−ａＮ（０≦ａ≦０．８）で表される窒化物半導体、より好ましくは、ＡｌａＧａ１−ａＮ（０．０５≦ａ≦０．５）で示される窒化物半導体を用いる。バッファ層の成長温度としては、低温成長であるのが好ましい。これにより、窒化物半導体層上の転位やピットを低減させることができる。さらに、前記異種基板上にＥＬＯＧ法によりＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）層を成長させてもよい。このＥＬＯＧ法とは窒化物半導体を横方向成長させることで貫通転位を曲げて収束させることにより転位を低減させるものである。
【００６６】
基板上に横方向成長させた窒化物半導体をＴ字形状とし、保護膜を除去させた後、さらに窒化物半導体を再成長させるものがある。本明細書においては、このような窒化物半導体層は、後工程で形成されるｎ型コンタクト層からｐ型コンタクト層までの導電層と区別して、基板に含めるものとする。窒化物半導体層を有する異種基板は、Ｔ字柱上には転位が伸びるものの、Ｔ字両翼上部、及び隣り合うＴ字両翼の開口部上には転位が大幅に低減された結晶性の良好な窒化物半導体基板を得ることができる。再成長させた接合部にも転位が低減するため、この基板は低欠陥領域がウエハ上に広範囲で存在することとなる。そのため、この基板上に形成した窒化物半導体レーザ素子は寿命特性の良好なものが期待できる。またＴ字両翼下には保護膜除去により再成長後も空洞が残るため、反り抑制効果もある。
【００６７】
また、窒化物半導体に生じる貫通転位を減少させるには、前記ＥＬＯＧ法の他に、ＨＶＰＥ法により厚膜成長させ、この厚膜成長時に貫通転位を収束させることで転位を低減させる方法もある。このＨＶＰＥ法で窒化物半導体を成長させる場合、例えばＧａＮであれば、ＨＣｌガスとＧａ金属が反応することでＧａＣｌやＧａＣｌ３を形成し、さらにこのＧａ塩化物がアンモニアと反応することでＧａＮを基板上に堆積させるものである。ＨＶＰＥ法による窒化物半導体の成長時に成長速度を変化させ、２段階成長させることで結晶欠陥を大幅に低減させることで効率良く窒化物半導体基板を得ることができる。
【００６８】
（第１の基板（仮基板））
第１の基板は、後に除去してしまう仮の基板であるので、平坦度、強度があれば、材質については特に問うものではない。ただし、熱膨張係数は、成長基板と近い値のものが好ましい。好ましい材料としては、サファイア、Ｗ、Ｍｇ、コバール材、インバー材、ポリイミド系樹脂、ポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂等が挙げられる。特に、成長基板と同一の材料か、或いは、後に接合させる第２の基板の材料と同一の材料を用いると、熱膨張係数差を小さくすることができるので、工程時の反りを生じにくくなるので好ましい。また、第１の基板と窒化物半導体層とを接合させるための接着剤（接合剤）としてはエポキシ系樹脂などの高分子材料や、レジスト、あるいは、融点が比較的低温であるＡｕＳｎなどの共晶材料が好ましい。
【００６９】
（第２の基板（支持基板））
窒化物半導体層のｐ型半導体層側に接合される第２の基板は、第１の基板のように、製造過程の途中で用いられてその後分離される仮基板ではなく、最終的に窒化物半導体層に接合される状態で残されている支持基板である。第２の基板（支持基板）は、窒化物半導体層よりも高い熱導電率を有するものが好ましい。具体的な材料としては、Ｃｕ−Ｗ系、Ｃｕ−Ｍｏ系等の合金からなるものや、Ｃｕ−ダイヤモンド系、ＡｌＮ、Ｓｉ、ＳｉＣ等が挙げられる。特に好ましいのはＣｕ−Ｗ系合金である。この材料は、一般式をＣｕｘＷ１−ｘ（０≦ｘ≦３０）のように示すことができるもので、組成比をこのような範囲とすることで、窒化物半導体に比較的近い熱膨張係数の合金とすることができる。これにより、接合（貼り合わせ）時の加熱、及びその後の冷却時などに生じる体積変化の影響を受けにくくすることができる。しかも、この材料は放熱性にも優れているため、より熱劣化を抑制することができる。また、Ｃｕ−Ｍｏ系合金も好ましい材料である。この材料は一般式をＣｕｘＭｏ１−ｘ（０≦ｘ≦５０）のように示すことができ、組成比を選択することで熱膨張係数、放熱性ともに優れた支持基板とすることができる。また、Ｃｕ−ダイヤモンド系も好ましい。また、合金ではなく、ＡｌＮのような絶縁性材料の場合は、プリント基板などの回路上にチップを載せるときに有利である。またＳｉは上記材料に比べて熱導電率がやや劣るものの、安価でチップ化がしやすいという特性を有しているので、比較的低出力で使用する場合など、用途に応じて用いることができる。支持基板の好ましい膜厚としては５０〜５００μｍである。このような範囲に支持基板の膜厚を設定することで放熱性を向上させ、安定して歩留まりよく製作することができる。
【００７０】
第２の基板（支持基板）は導電性を示すものを用いるのが好ましい。更に、支持基板の線熱膨張係数が４〜１０（×１０−６／Ｋ）であるものが好ましい。具体的には、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｗの中から少なくとも１つを含有するものが好ましく、それらの組成比は、好ましくはＣｕの含有量が５０％以下である。より好ましくは３０％以下である。前記Ｃｕに対して、Ｍｏを含有する場合はＭｏ含有量は５０％以上である。また、前記Ｃｕに対して、Ｗを含有する場合はＷ含有量は７０％以上である。
【００７１】
（第２の基板（支持基板）のメタライズ層）
第２の基板は、ｎ型半導体層と接合される面にはメタライズ層を形成させるのが好ましい。メタライズ層は単層で用いるよりはむしろ、異なる性質を有する金属の多層膜として用いるのが好ましく、例えば、密着層−バリア層−共晶層の多層構造にして、各層にそれぞれ好ましい材料を配することができる。共晶後には、これら多層膜は合金化されて導電層として機能させる。密着層は、支持基板と接する層であり、支持基板の材料と接合性のよい材料が好ましく、例えばＴｉ、ＲｈＯ、Ｎｉ、Ｗ、Ｍｏ等が好ましい。また、共晶層は、窒化物半導体のｐ側メタライズ層と共晶化させるための層で、低温で共晶可能で、かつ、共晶後に融点が高くなるような材料の組み合わせが好ましく、例えばＡｕとＳｎ、ＰｄとＳｎ、ＡｕとＳｎＡｕ、ＡｕとＩｎ、ＰｄとＩｎ等が挙げられる。また、密着層と共晶層との間に形成されるバリア層は、共晶層の金属が拡散するのを防ぐための層であり、例えばＰｔ、ＴｉＮ、ＴａＮ、ＷＮ、ＭｏＮ等が好ましい材料として挙げられる。これら多層構造のメタライズ層の好ましい材料としては、例えばＴｉ−Ｐｔ−Ａｕ、Ｔｉ−Ｐｔ−ＡｕＳｎ、あるいはＴｉ−Ｐｔ−Ｐｄ等の金属多層膜が挙げられる。
【００７２】
（窒化物半導体）
本発明の窒化物半導体レーザ素子として用いられる半導体層としては、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、及びこれらの混晶であるＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体（ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）が好ましい。以下、本発明の窒化物半導体レーザ素子について具体的に説明する。
【００７３】
（導波路領域）
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、ｎ型半導体層とｐ型半導体層に挟まれた活性層の面内に主に形成されるものであり、この時ストライプ方向と共振器方向はほぼ一致しているものである。ここで、活性層の面内とは、活性層と、ｎ型窒化物半導体層及び型窒化物半導体層の接合面に平行な面内であって、活性層の内部を指すものである。また、ストライプ状の導波路領域は、上述した活性層だけでなく、積層構造体内部に設けられる光導波路（導波層）に設けられてもよく、例えば、後述する活性層を挟むガイド層までの領域を光導波層とし、これを導波路領域としてもよい。
【００７４】
また、ストライプ方向を共振器方向とするために、端面に設けられている一対の共振器面は、エッチングによって形成される平坦な面である。本実施の形態においては、共振器面は、成長基板が同種基板であるか異種基板あるかによらず、エッチングにより形成されるものである。エッチング端面とすることで、基板の劈開性に左右されずに共振器面を形成することができるので、少なくとも劈開性を考慮せずに、窒化物半導体層を積層しやすい材料を選択することができる。
これにより、劈開によって容易に共振器面を形成させることができる。例えばサファイア基板などは、劈開しにくい成長基板であるが、バッファ層などを介して窒化物半導体層を積層させるのに適した材料であり、また、半導体層と剥離しやすいので、好ましく用いることができる。
【００７５】
（活性層）
本発明の窒化物半導体レーザ素子は、特に活性層がＩｎを含む窒化物半導体層を有するものが好ましい。これにより、紫外線及び可視域において紫色系から赤色系の波長のレーザ光を得ることができる。また、Ｉｎを含む窒化物半導体層を用いる場合、活性層が大気に曝されると、レーザ素子駆動時において極めて重大な素子劣化を起こすことがある。これは、Ｉｎの融点が低いため、分解、蒸発が起こりやすくリッジ（ストライプ状の凸部）形成時のエッチングによって損傷し、活性層露出後の加工においてその結晶性を保つことが困難となるので、ストライプ状の凸部を活性層に達しない深さに形成することが好ましい。
【００７６】
活性層は、量子井戸構造であってもよく、その場合、単一量子井戸、多量子井戸のいずれでも良い。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が得られる。
【００７７】
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、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（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以下）では、ＩｎｙＧａ１−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ＩｎｙＧａ１−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ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０＜ｘ≦１、０＜ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）が用いられる。
【００７８】
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。
【００７９】
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／ｃｍ３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。
【００８０】
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、ＡｌＧａＮ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、ＩｎβＧａ１− βＮ（０≦β＜１，α＞β）、ＧａＮ、ＡｌγＧａ１− γＮ（０＜γ≦１）、ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（ｘ≦０、ｙ≦０、ｘ＋ｙ≦１）などを用いることができ、好ましくはＩｎβＧａ１− 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。ＡｌγＧａ１− 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、ＩｎβＧａ１− 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。
【００８１】
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。
【００８２】
（ｐ型クラッド層）
本発明の窒化物半導体レーザ素子において、ｐ型半導体層及びｎ型半導体層には、それぞれｐ型クラッド層及びｎ型クラッド層を設けることが好ましい。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よく、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、ＡｌＧａＮとＧａＮとを交互に積層した超格子構造であっても良い。さらに、この層は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、多層膜の場合は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よい。なお、発振波長が長波長の４３０〜５５０ｎｍの窒化物半導体レーザ素子では、このクラッド層はｐ型層にはｐ型不純物を、ｎ型層にはｎ型不純物をドープしたＧａＮが好ましい。又、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が好ましく、更に好ましくは５００Å以上１μｍ以下の範囲で形成することで十分な光閉じ込め効果を有する。また、活性層とｐ型及びｎ型クラッド層との間に、電子閉じ込め層、光ガイド層を設けて、活性層及び光ガイド層を挟み込む構造とすることが好ましい。
【００８３】
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。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ＡｌＧａＮ／ＧａＮの超格子多層膜構造などが好適に用いられる。
【００８４】
また、本発明において、活性層とｐ型クラッド層との間に、後述する電子閉じ込め層、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じ込める。クラッド層とガイド層と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。
【００８５】
（ｐ型電子閉じ込め層）
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型電子閉じ込め層は、活性層へのキャリアの閉じ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、ｐ型半導体層に、ｐ型クラッド層、ｐ型電子閉じ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型電子閉じ込め層に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じ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、ＡｌｘＧａ１−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側キャリア閉じ込め層を設けても良い。ホールの閉じ込めは、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、閉じ込めが可能である。具体的には、ｐ側電子閉じ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、キャリア閉じ込めとなる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側のキャリア閉じ込め層は、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じ込め層とすることもできる。
【００８６】
（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。
【００８７】
ｐ型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、ＩｎＧａＮ／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、３７０ｎｍ以下の短波長の領域では、ＧａＮの吸収端が３６５ｎｍ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ＡｌｘＧａ１−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ＩｎＧａＮとＧａＮとを交互に積層した多層膜で設けると好ましい導波路となる。
【００８８】
（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、キャリアの閉じ込め層、及び光閉じ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ＡｌＧａＮ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、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、十分な光の閉じ込め層として機能する。
【００８９】
（リッジ）
本発明の窒化物半導体レーザ素子では、ストライプ状の導波路領域は、窒化物半導体層のｐ型窒化層にストライプ状の凸部（リッジ）を設けることにより容易に形成することができる。具体的には、ｐ型半導体層の一部をエッチング等の手段によりストライプ状の凸部が残るように除去することで実効屈折率型の導波路領域を形成することができる。このようなストライプ状の凸部は、凸部の底面側の幅が広く上面に近づくに従ってストライプ幅が小さくなる順メサ形状に限らず、逆に凸部の平面に近づくにつれてストライプの幅が小さくなる逆メサ形状でもよく、また、積層面に垂直な側面を有するストライプであってもよく、これらが組み合わされた形状でもよい。また、ストライプ状の導波路は、その幅がほぼ同じである必要はない。さらに、このような凸部を形成した後に凸部表面に結晶を再成長させた埋め込み型の窒化物半導体レーザ素子とすることもできる。
【００９０】
（ｐ側オーミック電極）
本発明の半導体レーザ素子において、ストライプ状の凸部の上に形成される電極としては特に限定されるものではなく、窒化物半導体と良好なオーミック接触得られる材料を好ましく用いることができる。導波路領域となるストライプ状の凸部に対応して形成させることで、キャリアの注入を効率よく行うことが出来る。ｐ側オーミック電極の好ましい材料としては、Ｒｈ、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｐｄ等が挙げられ、これらを単層で用いてもよいし、或いは、多層膜や合金として用いてもよい。例えば、Ｎｉ−Ａｕ、Ｎｉ―Ａｕ―ＲｈＯ、Ｒｈ−Ｉｒ等のように、２層或いは３層などの多層膜とすることができる。膜厚は０．０５〜０．５μｍとするのが好ましい。
【００９１】
（ｐ側パッド電極）
本発明において、ｐ側オーミック電極上に形成された第２の保護膜を介してｐ側パッド電極を設けるのが好ましい。ｐ側パッド電極は、ｐ側オーミック電極とは少なくとも一部が接するように設けられていればいいので、好ましくは例えばリッジ上面で接していればいいので、それ以外の部分を第２の保護膜で覆うことで、ｐ側電極とｐ側オーミック電極との間に第２の絶縁層を設けることもできる。ｐ側パッド電極の好ましい材料としては、ＲｈＯ−Ｐｔ−Ａｕ、Ｎｉ−Ｔｉ−Ａｕなどが挙げられる。好ましい膜厚としては、０．５〜３．０μｍであり、より好ましくは０．８〜２．０μｍである。
【００９２】
（第１の基板接合前保護膜）
ｐ側パッド電極形成後、第１の基板を接合する前に、ｐ側パッド電極上面に保護膜を設けることができる。これにより、第１の基板接合時にかかる負荷を低減させることができるとともに、後に第１の基板を除去する際にかかる負荷も低減することができる。また、ｐ側パッド電極が剥がれてしまうのを防ぐことにもなる。このような保護膜の好ましい材料としては、レジストや、ＳｉＯ２などが挙げられる。
【００９３】
（第１の基板接合剤）
ｐ型半導体層側と第１の基板の接合は、仮に固定させておくことができればよいので、導電性などにこだわらずに、材料を選択することができる。好ましくは、後の第１の基板の分離工程が容易な材料であり、また、一時的な固定とはいえ、強度及び平坦性なども必要な特性である。このような材料としては、例えば、エポキシ系樹脂シート、ドライシートなどを挙げることができる。或いは、ＡｕＳｎのような共晶可能な材料であっても用いることができる。これらは主に、熱プレス等による加熱によって接合剤として機能させることができる。
【００９４】
（ｎ側電極）
ｎ側電極（ｎ側オーミック電極）は、ｎ型コンタクト層にオーミック接触するように設けられるもので、形成させる面は成長基板を除去して露出した側でもいいし、それとは反対側の面でもよい。どちらに設けるかは、裏面側のｎ型半導体層がコンタクト層であるかどうか、及び、ｎ型半導体層に接合させる第２の基板が導電性であるかどうか、によって選択することができる。好ましくは、成長基板を除去後、更にｎ型コンタクト層を露出するようにして裏面側にｎ側オーミック電極を設け、更に、後述するｎ側メタライズ層を続けて形成し、導電性の第２の基板と接合させることである。ｎ側電極をこのように裏面側に設ける場合は、成長基板を除去した後、研磨等により、裏面側に露出されたｎ型コンタクト層のほぼ全面に渡るように設ける。このようにすることで、特に、複数のリッジを有するマルチストライプレーザなどは、各リッジのｐ側電極とｎ側電極との距離をほぼ等しくすることができるので、各リッジに流れる電流が均等になって各リッジのレーザ特性が等しいものとなるため、各リッジに対応する共振器面から出射されるレーザ光が均一になりやすい。ｎ側電極の好ましい材料としては、Ｔｉ−Ａｌ、Ｗ−Ａｌなどがある。膜厚は０．１〜１．５μｍが好ましい。
【００９５】
（ｎ側メタライズ層）
本発明において、ｎ側メタライズ層は、ｎ型半導体層とオーミック接触するｎ側オーミック電極の上に形成されるものであって、支持基板である第２の基板との間に形成される層である。第２の基板（支持基板）側にも支持基板のメタライズ層を形成させるのが好ましく、両方にメタライズ層を形成させておくことで、接着性に優れた共晶合金とすることができる。ｎ側メタライズ層の好ましい材料としては、ｎ側オーミック電極側から、Ｔｉ−Ｐｔ−Ｓｎ、Ｗ−Ｐｔ−ＡｕＳｎ、Ｗ−Ｐｔ−Ｉｎなどの順で積層させた多層膜が挙げられる。このｎ側メタライズ層は、ｎ側オーミック電極が裏面側、すなわち成長基板を除去した側に設けられる場合は、ｎ側オーミック電極形成後に続けて形成させることができる。その場合、ｎ側オーミック電極とほぼ同じ大きさで形成させるのが好ましく、ｎ側オーミック電極とともにｎ側半導体層のほぼ全面に渡るように設けるのが好ましい。これにより、第２の基板と、より密着性よく接合（貼り合わせ）させることができる。ｎ側オーミック電極が成長基板を除去した側に設けられない場合は、ｎ側メタライズ層のみをｎ型半導体層の裏面側に設けることになるが、そのような場合でも、ほぼ全面に渡るように形成させるのが好ましい。
【００９６】
（第１の保護膜）
本発明の窒化物半導体レーザ素子においては、窒化物半導体層の一部を除去して、ストライプ状のリッジを設けて導波路を形成させるが、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）に第１の保護膜として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ｐ型半導体層の表面にかけて連続するように設ける。
【００９７】
第１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、Ｈｆの酸化物、ＢＮ、ＳｉＣを用いることが特に好ましい。これらの材料はフッ酸に対しても多少溶解する性質を有しているものもあるが、実効屈折率型の導波路を有する窒化物半導体レーザ素子の埋め込み層として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。
【００９８】
また、第１の保護膜の膜厚としては、具体的には、２００Å以上１μｍ以下の範囲が好ましく、更に２００Å以上４０００Å以下の範囲とすることがより好ましい。なぜなら、２００Å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あり、１μｍ以上であると、リッジの段差（リッジ高さ）を超えてしまい、保護膜を作製するのが困難となるからである。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。
【００９９】
（第２の保護膜）
第２の保護膜は、エッチングによって露出されたｐ型半導体層、活性層、ｎ型半導体層の側面（リッジに平行な方向の側面）などに設けられるもので、絶縁性の保護膜を用いるのが好ましい。絶縁膜とすることで一部はｐ側オーミック電極と重なるように形成させることもできる。好ましい材料としては、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２などの単層膜または多層膜を挙げることができる。また、第２の保護膜を端面にまで連続するよう形成させて、後述する端面保護膜とすることもできる。特に、多層膜として端面の共振器面にまで連続するように設けることで、ミラーとしても機能させることができる。この場合の好ましい多層膜としては、ＳｉＯ２−ＴｉＯ２からなる多層膜を数ペア形成したもの、或いは、ＳｉＯ２−ＺｒＯ２からなる多層膜を数ペア形成したもの等が好ましい。
【０１００】
（共振器面保護膜）
共振器面には保護膜を設けるのが好ましい。上記のように第２の保護膜を共振器面に渡るように設けるようにすることもできるし、第２の保護膜とは別工程で、同じ材料或いは異なる材料からなる共振器面保護膜を形成させてもよい。特に、一対の共振器面を互いに異なる屈折率の保護膜を設けることで、一方を出射側、他方を反射側として機能させることができ、効率よくレーザ光を出射させることができる。具体的な材料として、Ｓｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｔａ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｙ、Ｂ、Ｔｉ、Ｃｒの酸化物、窒化物、フッ化物等などの化合物を用いることができる。
【０１０１】
光出射側の端面をＡＲ膜とすることで、光の反射を防止することができる。ＡＲ膜とする場合、は、屈折率ｎＡＲと、窒化物半導体素子の屈折率ｎＳとの関係が、ｎＡＲ＝ｎＳ １／２±２５％を満たすものがよい。好ましくは、ｎＡＲ＝ｎＳ １／２±１５％で、最も好ましくは、ｎＡＲ＝ｎＳ １／２±７％である。このような屈折率を有する材料としては、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、Ｙ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２等がある。これらの材料を用いて、膜厚を制御することでＡＲ膜となる。ＡＲ膜とするためには、膜厚は、λ／４ｎＡＲ、もしくはλ／２ｎ＋λ／４ｎＡＲ（λ：活性層から発生する光の波長）となるようにする。
【０１０２】
端面保護膜は屈折率と膜厚とによって、様々な特性を有するので、膜厚としてはλ／４ｎとすることが好ましく、これにより共振器面が受けるダメージを低減することができる。先に述べたようにこれに屈折率をも考慮することでＡＲ膜とすることができるが、屈折率によらず膜厚をλ／４ｎとすることが好ましい。単層の場合はλ／４ｎでよいが、多層膜の場合はλ／２ｎ＋λ／４ｎとしてもよい。これにより、積層構造体端面と保護膜との界面において、定在波の電界強度が最小値を取る膜厚とすることができるので、共振器端面がダメージを受けるのを抑制し、素子寿命を向上させることができる。
【０１０３】
このように保護膜の膜厚を制御することは、光出射側の共振器面だけでなく、光反射側（モニター側）に形成される保護膜（ミラー）にも適用できる。レーザ光を出射するためには、共振器のどちらかだけ一方が劣化しても特性は悪化するので、光出射側と同様に、光反射側にも活性層からの光によってダメージを受けないように保護膜（ミラー）の膜厚を制御することで劣化を防ぎ、素子寿命を向上させることができる。
【０１０４】
また、端面保護膜は、窒化物半導体層に直接接するように形成させるのが好ましい。これにより、光が積層構造体以外、例えば絶縁膜等の内部へ導入されるのを防ぐことができ、迷光を外部に放出し易くすることができる。
【０１０５】
（充填剤）
第１の基板を接合前にエッチング溝に充填される充填剤としては、接合時の加熱温度で分解しない安定なものが好ましく、更に、後工程で除去しやすいものであればよい。具体的な材料としては、ポリイミドなどの有機系の材料や、ＳｉＯ２などの無機系の材料を用いることができる。除去する方法は材料に応じて選択することができる。
【０１０６】
【実施例】
本発明において、窒化物半導体層を構成するｐ型半導体層、活性層、ｎ型半導体層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。デバイスの具体的な構造としては、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、絶縁膜（保護膜）等も特に限定されず種々のものを用いることができる。窒化物半導体を用いた半導体レーザ素子の場合は、ＧａＮ、ＡｌＮ、若しくはＩｎＮなどの窒化物半導体や、これらの混晶であるＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体（ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）を用いることができる。窒化物半導体の成長は、ＭＯＶＰＥ、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線気相成長法）等、窒化物半導体を成長させるのに知られている全ての方法を適用できる。
以下、実施例として窒化物半導体を用いた半導体レーザ素子について説明するが、本発明の半導体レーザ素子は、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。
【０１０７】
［実施例１］
（バッファ層） 実施例１では、基板としてサファイアを用いる。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（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ３）を用い、ＧａＮよりなるバッファ層を２００Åの膜厚で成長させる。
【０１０８】
（下地層）
バッファ層形成後、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を４μｍの膜厚で成長させる。この層は、素子構造を形成する各層の成長において下地層（成長基板）として作用する。下地層としてこの他にＥＬＯＧ（Ｅｐｉｔａｘｉａｌｌｙ ＬａｔｅｒａｌｌｙＯｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）成長させた窒化物半導体を用いると結晶性が良好な成長基板が得られる。ＥＬＯＧ成長層の具体例としては、異種基板上に、窒化物半導体層を成長させ、その表面に窒化物半導体の成長が困難な保護膜を設ける等して形成したマスク領域と、窒化物半導体を成長させる非マスク領域とをストライプ状に設け、その非マスク領域から窒化物半導体を成長させることで、膜厚方向への成長に加えて横方向への成長が成されることにより、マスク領域にも窒化物半導体が成長して成膜させたものや、異種基板上に成長させた窒化物半導体層に開口部を設け、その開口部側面から横方向への成長が成されて成膜されたもの等が挙げられる。
次に、窒化物半導体からなる下地層の上に、積層構造体を構成する各層を形成する。
【０１０９】
（ｎ型コンタクト層）
続いて１０５０℃で、同じく原料ガスにＴＭＧ、アンモニアガス、不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉを４．５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮよりなるｎ型コンタクト層を２．２５μｍの膜厚で成長させる。このｎ型コンタクト層の膜厚は２〜３０μｍであればよい。
【０１１０】
（クラック防止層）
次に、ＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニアを用い、温度を８００℃にしてＩｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎよりなるクラック防止層を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。
【０１１１】
（ｎ型クラッド層）
次に、温度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＡｌＧａＮよりなるＡ層を２５Åの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止め、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＧａＮよりなるＢ層を２５Åの膜厚で成長させる。そしてこの操作をそれぞれ１６０回繰り返してＡ層とＢ層を交互に積層し、総膜厚８０００Åの多層膜（超格子構造）よりなるｎ型クラッド層を成長させる。この時、アンドープＡｌＧａＮのＡｌの混晶比としては、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。
【０１１２】
（ｎ型光ガイド層）
次に、同様の温度で原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなるｎ型光ガイド層を０．１μｍの膜厚で成長させる。この層は、ｎ型不純物をドープさせてもよい。
【０１１３】
（活性層）
次に、温度を８００℃にして、原料にＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０１８／ｃｍ３ドープしたＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ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Ｉｎ０．１Ｇａ０．９Ｎよりなる井戸層を５０Åの膜厚で成長させる。この操作を３回繰り返し、最後に障壁層を積層させて総膜厚５５０Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層を成長させる。
【０１１４】
（ｐ型キャップ層）
次に、同様の温度で、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてＣｐ２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０１９／ｃｍ３ドープしたＡｌＧａＮよりなるｐ型電子閉じ込め層を１００Åの膜厚で成長させる。
【０１１５】
（ｐ型光ガイド層）
次に、温度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなるｐ型光ガイド層を７５０Åの膜厚で成長させる。このｐ型光ガイド層はアンドープとして成長させるが、Ｍｇをドープさせてもよい。
【０１１６】
（ｐ型クラッド層）
続いて、１０５０℃でアンドープＡｌ０．１６Ｇａ０．８４Ｎよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、続いてＴＭＧを止め、Ｃｐ２Ｍｇを用いてＭｇドープＧａＮよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、総膜厚０．６μｍの超格子層よりなるｐ型クラッド層を成長させる。ｐ型クラッド層は少なくとも一方がＡｌを含む窒化物半導体層を含み、互いにバンドギャップエネルギーが異なる窒化物半導体層を積層した超格子で作製した場合、不純物はいずれも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よくなる傾向にあるが、両方に同じようにドープさせてもよい。
【０１１７】
（ｐ型コンタクト層）
最後に１０５０℃でｐ型クラッド層の上にＭｇを１×１０２０／ｃｍ３ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層を１５０Åの膜厚で成長させる。ｐ型コンタクト層はｐ型のＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（ｘ≦０、ｙ≦０、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電極と最も好ましいオーミック接触が得られる。反応終了後、反応容器内において窒素雰囲気中でウエハを７００℃でアニーリングして、ｐ型層を更に低抵抗化する。
【０１１８】
（ｎ型層露出及び共振器面形成）
以上のようにして窒化物半導体を形成した後、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、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端面とする。
【０１１９】
（基板露出）
次に、ＳｉＯ２をウエハ全面に形成した後、その上にｎ型コンタクト層の露出面を除いてレジスト膜を形成し、基板が露出するまでエッチングする。共振器面など側面にもレジスト膜が形成されているので、エッチング後には、先に形成させた共振器面などの側面（ｐ型層と、活性層と、ｎ型層の一部と、を含む）と、共振器面と基板との間のｎ型層との２段になった端面が形成されることになる。
【０１２０】
（ストライプ状凸部（リッジ）形成）
次に、ストライプ状の導波路領域を形成するために、最上層のｐ型コンタクト層のほぼ全面にＣＶＤ装置により、Ｓｉ酸化物（主としてＳｉＯ２）よりなる保護膜を０．５μｍの膜厚で形成した後、保護膜の上に幅３μｍのストライプ形状のマスクをかけ、ＲＩＥ装置によりＣＦ４ガスを用いてＳｉＯ２をエッチングしその後ＳｉＣｌ４により窒化物半導体層をｐ型ガイド層が露出するまでエッチングし、活性層よりも上にストライプ状の凸部が形成される。
【０１２１】
（第１の絶縁膜）
ＳｉＯ２マスクをつけたまま、ｐ型半導体層表面にＺｒＯ２よりなる第１の絶縁膜を形成する。この第１の絶縁膜は後に分割され易いように絶縁膜を形成させない部分を設けてもよい。第１の絶縁膜形成後、バッファード液に浸漬して、ストライプ状凸部の上面に形成したＳｉＯ２を溶解除去し、リフトオフ法によりＳｉＯ２と共に、ｐ型コンタクト層上（更にはｎ型コンタクト層上）にあるＺｒＯ２を除去する。これにより、ストライプ状凸部の上面は露出され、凸部の側面はＺｒＯ２で覆われた構造となる。
【０１２２】
（ｐ側オーミック電極）
次に、ｐ型コンタクト層上の凸部最表面の第１の絶縁膜上にｐ側オーミック電極を形成させる。このｐ側オーミック電極は、ＮｉとＡｕからなる。電極形成後、それぞれを酸素：窒素が１：９９の割合の雰囲気中で、６００℃でアニーリングすることで、ｐ側オーミック電極を合金化し、良好なオーミック特性を得る。
【０１２３】
（第２の絶縁膜）
次いで、ストライプ状凸部上のｐ側オーミック電極の一部にレジストを塗布し、Ｓｉ酸化物（主としてＳｉＯ２）とＴｉ酸化膜（ＴｉＯ２）の多層膜からなる第２の絶縁膜をλ／４ｎの膜厚で２ペア（４層）の条件で、エッチングされた底面及び側面に形成することでミラーを形成する。このときｐ側オーミック電極は露出するようにしておく。
【０１２４】
（ｐ側パッド電極）
次に、上記の絶縁膜を覆うようにｐ側パッド電極を形成する。ｐ側パッド電極は、密着層、バリア層、共晶層からなり、各層は、ｐ型半導体層側からとしてＲｈＯ−Ｐｔ−Ａｕの順に膜厚２０００Å−３０００Å−６０００Åで形成する。
【０１２５】
（第１の基板貼り合わせ前保護膜）
ｐ側パッド電極形成後、ウエハのほぼ全面を覆うようにレジスト膜を膜厚３μｍで形成する。
【０１２６】
他方、第１の基板を用意する。第１の基板としては、膜厚が４２５μｍであるサファイアを用いる。このサファイアと上記で得られる窒化物半導体層のｐ型半導体層側との間にエポキシ樹脂系接着シートを挟んで貼り合わせる。この場合、前記窒化物半導体は、ｐ側パッド電極形成後に設けられる保護膜を介して接合される。熱プレスによって温度約１５０℃で約１時間、加熱することで接合させる。
【０１２７】
（成長基板分離）
成長基板であるサファイア基板を研磨によって除去する。更に、ｎ型コンタクト層が露出するまで研磨し、ＫＯＨ及びコロイダルシリカ（Ｋ２ＳｉＯ３）を用いてケミカルポリッシュ研磨して面の荒れを無くす。
【０１２８】
（ｎ側電極及びｎ側メタライズ層）
次に前記ｎ型コンタクト層上にｎ型電極をＴｉ−Ａｌ―Ｔｉ―Ｐｔ−Ｓｎの順に膜厚１００Å−２５００Å−１０００Å−２０００Å−６０００Åで形成する。Ｔｉ−Ａｌ層がｎ側電極であり、その上のＴｉ−Ｐｔ−Ｓｎは共晶のためのメタライズ層である。
【０１２９】
他方、第２の基板を用意する。膜厚が２００μｍでありＣｕ２０％、Ｗ８０％から成る支持基板の表面にメタライズ層をＴｉ−Ｐｔ−Ａｕの順に膜厚２０００Å−３０００Å−１２０００Åで形成する。
【０１３０】
（第２の基板接合）
次に前記ｎ側メタライズ層と、第２の基板のメタライズ層とを接合させて、両者を貼り合わせる。２４０℃でプレス圧力をかける。ここで共晶ができる。
【０１３１】
（第１の基板分離）
上記のように、第１の基板と第２の基板とによって挟まれた状態の窒化物半導体層のウエハを、約２００℃まで昇温させる。これにより、エポキシ系接着シートの接着力を低下させて、第１の基板を分離させることができる。その後、ｐ側パッド電極の上に形成していた保護膜（レジスト）を除去し、ダイシングを行ってチップ化する。
【０１３２】
以上のようにして得られる窒化物半導体レーザ素子は、しきい値電流密度１．５ｋＡ／ｃｍ２、しきい値電圧３．５Ｖである。
【０１３３】
［実施例２］
実施例１において、膜厚が２００μｍであってＣｕ５０％、Ｍｏ５０％から成る第２の基板を用いる。その他の条件は実施例１と同様とする。以上によって得られるＬＤ特性は、しきい値電流密度１．５ｋＡ／ｃｍ２、しきい値電圧３．５Ｖである。
【０１３４】
［実施例３］
実施例３では、オーミック電極形成工程までは実施例１と同様に形成する。
【０１３５】
（第２の絶縁膜）
次いで、ストライプ状凸部上のｐ側オーミック電極の一部にレジストを塗布し、Ｓｉ酸化物（主としてＳｉＯ２）を膜厚０．５μｍの条件で、エッチングされた底面及び側面に形成し、リフトオフすることで保護膜を形成する。このときＰオーミック電極は露出するようにしておく。
【０１３６】
（ｐ側パッド電極）
次に、上記の絶縁膜を覆うようにｐ側パッド電極を形成する。ｐ側パッド電極は、密着層、バリア層、共晶層からなり、各層は、ｐ型半導体層側からとしてＲｈＯ−Ｐｔ−Ａｕの順に膜厚２０００Å−３０００Å−６０００Åで形成する。
【０１３７】
（第１の基板貼り合わせ前保護膜）
ｐ側パッド電極形成後、ウエハのほぼ全面を覆うようにＳｉＯ２を膜厚１μｍで形成する。
【０１３８】
他方、第１の基板を用意する。第１の基板としては、膜厚が４２５μｍであるサファイアを用い、接合剤としてＡｕＳｎからなる共晶材を用いる。この共晶材を上記で得られる窒化物半導体層のｐ型半導体層側と接合させる。この場合、前記ｐ側パッド電極形成後に設けられる保護膜を介して接合される。熱プレスによって温度２４０℃で１０分間、加熱することで接合させる。
【０１３９】
（成長基板分離）
成長基板であるサファイア基板を研磨によって除去する。更に、ｎ型コンタクト層が露出するまで研磨し、ＫＯＨ及びコロイダルシリカ（Ｋ２ＳｉＯ３）を用いてケミカルポリッシュ研磨して面の荒れを無くす。
【０１４０】
（ｎ側電極及びｎ側メタライズ層）
フッ酸を用いて第２の保護膜として形成したＳｉ酸化膜を除去する。次にｎ型コンタクト層上にｎ型電極をＴｉ−Ａｌ―Ｔｉ―Ｐｔ−Ａｕの順に膜厚１００Å−２５００Å−１０００Å−２０００Å−６０００Åで形成する。
【０１４１】
他方、第２の基板を用意する。膜厚が２００μｍでありＣｕ２０％、Ｗ８０％から成る支持基板の表面にメタライズ層をＴｉ−Ｐｔ−Ｐｄの順に膜厚２０００Å−３０００Å−１２０００Åで形成する。
【０１４２】
（第２の基板接合）
次に前記ｎ側メタライズ層と、第２の基板のメタライズ層とを接合させて、両者を貼り合わせる。２４０℃でプレス圧力をかける。ここで共晶ができる。
【０１４３】
（第１の基板分離）
上記のように、第１の基板と第２の基板とによって挟まれた状態の窒化物半導体層のウエハを、約２５０℃まで昇温する。これにより、ＡｕＳｎ共晶の接着力を低下させて、第１の基板を分離させることができる。その後、ｐ側パッド電極の上に形成していた保護膜（ＳｉＯ２）を除去した後、バー状態にダイシングを行う。その後、片側端面にＳｉＯ２とＺｒＯ２の多層膜をそれぞれλ／４ｎの膜厚で６ペア（１２層）形成する。また他方端面にＮｂ２Ｏ５よりなる保護膜を形成する。その後ダイシングによりチップ状に分離する。
【０１４４】
最後にストライプ状凸部に平行な方向でバーを切断して本発明の窒化物半導体レーザ素子を得る。以上のようにして得られる窒化物半導体レーザ素子は、室温において閾値２．０ｋＡ／ｃｍ２、しきい値電圧３．６Ｖである。
【０１４５】
［実施例４］
実施例４では、第２の保護膜形成工程までは実施例１と同様に形成する。
【０１４６】
（充填材）
ＲｈＯ−Ｐｔ−Ａｕの順で積層されてなるｐ側パッド電極をｐ側オーミック電極の上に形成させる。ｐ側パッド電極は、密着層、バリア層、共晶層からなり、各層は、ｐ型半導体層側からＲｈＯ−Ｐｔ−Ａｕの順に膜厚２０００Å−３０００Å−６０００Åで形成する。次いで、エッチングされた溝部にポリイミドを塗布法により形成し、ウエハ全体の平坦化を行う。
【０１４７】
他方、第１の基板を用意する。第１の基板としては、膜厚が４２５μｍであるサファイアを用い、接合剤としてＡｕＳｎからなる共晶材を用いる。この共晶材を上記で得られる窒化物半導体層のｐ型半導体層側と接合させる。この場合、前記ｐ側パッド電極形成後に設けられる保護膜を介して接合される。熱プレスによって温度２４０℃で１０分間、加熱することで接合させる。
【０１４８】
（成長基板分離）
成長基板であるサファイア基板を研磨によって除去する。更に、ｎ型コンタクト層が露出するまで研磨し、ＫＯＨ及びコロイダルシリカ（Ｋ２ＳｉＯ３）を用いてケミカルポリッシュ研磨して面の荒れを無くす。
【０１４９】
（ｎ側電極及びｎ側メタライズ層）
フッ酸を用いて第２の保護膜として形成したＳｉ酸化膜を除去する。次にｎ型コンタクト層上にｎ型電極をＴｉ−Ａｌ―Ｔｉ―Ｐｔ−Ａｕの順に膜厚１００Å−２５００Å−１０００Å−２０００Å−６０００Åで形成する。
【０１５０】
他方、第２の基板を用意する。膜厚が２００μｍでありＣｕ２０％、Ｗ８０％から成る支持基板の表面にメタライズ層をＴｉ−Ｐｔ−Ｐｄの順に膜厚２０００Å−３０００Å−１２０００Åで形成する。
【０１５１】
（第２の基板接合）
次に前記ｎ側メタライズ層と、第２の基板のメタライズ層とを接合させて、両者を貼り合わせる。２４０℃でプレス圧力をかける。ここで共晶ができる。
【０１５２】
（第１の基板分離）
上記のように、第１の基板と第２の基板とによって挟まれた状態の窒化物半導体層のウエハを、約２００℃に昇温する。これにより、エポキシ系樹脂シートの接着力を低下させて、第１の基板を分離させることができる。その後、ｐ側パッド電極の上に形成していた保護膜（ポリイミド）を除去した後、酸素プラズマによりポリイミド充填層の除去を行った後、ダイシングを行う。
【０１５３】
以上のようにして得られる窒化物半導体レーザ素子は、しきい値電流密度１．５ｋＡ／ｃｍ２、しきい値電圧３．５Ｖである。
【０１５４】
［実施例５］
実施例５では、幅３μｍのリッジを、６０μｍ間隔で３０本有するマルチストライプ型の窒化物半導体レーザ素子を形成させる以外は実施例１と同様に行い、本発明の窒化物半導体レーザ素子を得る。得られる窒化物半導体レーザ素子は、室温において１．５ｋＡ／ｃｍ２、しきい値電圧３．５Ｖであった。このとき、各ストライプからは均一にレーザ光が発振されており、最大出力は１０Ｗである。
【０１５５】
また、実施例５で得られるマルチストライプ型の窒化物半導体レーザは、重ねて（スタック化）用いることもできる。例えば、図９（ａ）にマルチストライプ型の窒化物半導体レーザを示すが、ここではリッジが１５本形成されたマルチストライプ型窒化物半導体レーザ素子の略断面図を示しており、実施例５はこの図８のレーザ素子のリッジ本数を３０本としたものである。この図９（ａ）のように、マルチストライプ型の場合、リッジ本数が多くなることで横幅（リッジと垂直な方向の端面の幅）が大きくなり、バー状のレーザ素子となっている。リッジがこのように１次元方向に複数形成されることで、高出力を有することができる。そして、更に、図９（ｂ）のように、バー状のレーザ素子を重ねて２次元方向に複数のリッジを設けてスタック型半導体レーザとすることで、超高出力の半導体レーザ素子とすることができる。実施例５のマルチストライプ型窒化物半導体レーザ素子ひとつで最大出力が１０Ｗであるが、これらを１０個重ねて用いるスタック型窒化物半導体レーザ素子では、約１００Ｗという超高出力とすることができる。また、このとき、室温において１．５ｋＡ／ｃｍ２、しきい値電圧３．５Ｖであり、各ストライプからは均一にレーザ光が発振されている。本発明のように、成長基板とは異なる支持基板を用い、かつ、導電性の材料からなる支持基板、特に金属材料からなる支持基板を用いることで、比較的容易な構造でスタック化することができる。例えば、ｎ型層側に設けられる支持基板と、ｐ型層側に設けられるｐ電極とが対向するように配置して順次接合させるという単純な構造で、容易に導通を図ることができ、スタック型のレーザ素子を実現することができ、極めて投入電力が大きくなる場合でも優れたレーザ特性を保持することができる。
【０１５６】
［実施例６］
実施例６では、実施例１の端面のエッチング工程を変更する。ｎ型層が露出するまでエッチングして共振器面を形成させるまでは実施例と同じように行い、その次にリッジを形成する。その後も同様に、ＺｒＯ２からなる第１の保護膜（リッジの埋込層）及びｐ側電極を形成し、アニール工程まで行う。そして、この後に、ｎ型層を更に深くまでエッチングする共振器面形成の後工程を行う。ここでは、基板が露出するまでは行わず、半導体層の総膜厚の２〜４割程度の厚みを残してエッチングを終了させる。これにより、エッチング底面がｎ型半導体層である溝が形成される。
【０１５７】
次いで、この溝にレジストをコートする。このレジストは、溝を埋めている充填剤であり、ｐ側電極の上にまで形成して第１の基板接合前保護膜としても機能させている。そして、この第１の基板接合前保護膜の上に、蒸着によりチタンの薄膜を形成する。チタンの膜厚は約０．１μｍ程度である。
【０１５８】
他方、第１の基板を用意する。ここでは、Ｃｕ２０％、Ｗ８０％からなる第１の保護膜を用意し、表面のほぼ全面にエポキシ樹脂からなる接着部を形成させる。第１の基板の膜厚は約２００μｍで、接着部の膜厚は約５０μｍである。
【０１５９】
上記のように用意した半導体層の拡散防止層であるチタンと、第１の基板の接着部であるエポキシ樹脂とを貼り合わせる。熱プレスによって温度約１５０℃で約１時間加熱することで接合される。後工程は実施例１とほぼ同様に行う。その後、成長基板を分離した面に、第２の基板として第１の基板と同一のＣｕ２０％、Ｗ８０％、膜厚２００μｍからなる基板を貼り付ける。第１の基板の膜厚を２０μｍ程度になるまで研磨し、ｎ−メチルピロリドンを用いて第１の基板及びエポキシ樹脂、チタン、そしてレジストまでを剥離する。チタンを介在させることで、互いが反応して剥がれにくくなるのを防いだことで、容易に第１の基板及び接着部、第１の基板接合前保護膜までを除去することができる。後は、ｐ側電極、第２の絶縁膜を形成した後に、ダイシングを行ってチップ化することで、本発明の窒化物半導体レーザ素子を得る。得られる窒化物半導体レーザ素子は、しきい値電流密度１．４ｋＡ／ｃｍ２、しきい値電圧３．５Ｖである。
【発明の効果】
本発明の半導体レーザ素子は、エッチングにより形成される端面を有する窒化物半導体層と、その窒化物半導体層の成長基板とは異なる支持基板とを有するものであり、これにより、成長基板及び支持基板の劈開性に制限されることなく平滑性に優れた窒化物半導体層の端面を形成させることができる。特に、成長基板は半導体層の成長に適した基板を、また、支持基板は熱導電性に優れた基板をそれぞれ用いることで、放熱性に優れた窒化物半導体レーザ素子とすることができ、複数の導波路領域を有するレーザアレイなど、高出力を要求されるような場合、放熱性を向上させることでＣＯＤを抑制し、寿命特性に優れた窒化物半導体レーザアレイとすることができる。また、成長基板を除去した側であるｎ型半導体層に第２の基板を接合させることで、活性層から出射されるレーザ光を第２の基板によって遮られにくくすることができ、良好なＦＦＰを得やすくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の半導体レーザ素子を説明する断面図
【図２】本発明の他の形態の半導体レーザ素子を説明する断面図、
【図３】本発明の共振器面形成工程を説明するウエハ上面図
【図４】本発明の共振器面形成工程を説明するウエハ上面図
【図５】本発明の工程を説明する断面図
【図６】本発明の工程を説明する断面図
【図７】本発明の工程を説明する断面図
【図８】本発明の工程を説明する断面図
【図９】本発明の他の形態の半導体レーザ素子を説明する断面図
【符号の簡単な説明】
１・・・ｎ型窒化物半導体層
２・・・ｐ型窒化物半導体層
３・・・活性層
４・・・ｐ側オーミック電極
５・・・ｐ側パッド電極
６・・・ｎ側電極
７・・・第１の絶縁膜
８・・・第２の絶縁膜
９・・・第１の基板（仮基板）
１０・・第１の基板の接着部
１１・・第２の基板（支持基板）
１２・・第２の基板のメタライズ層
１３・・成長基板
１４・・エッチング部
１５・・第１の基板貼り合わせ前保護膜
１６・・充填剤
Claims (19)
- 成長基板上に、ｎ型半導体層と、活性層と、ｐ型半導体層とを順に積層してなる窒化物半導体層を形成し、前記ｐ型半導体層側からエッチングして共振器面を形成させる共振器面形成工程と、
前記ｐ型半導体層の上面に、第１の基板を接合させる第１の基板接合工程と、
前記成長基板を、前記窒化物半導体層と分離する成長基板分離工程と、
前記成長基板を分離して露出された窒化物半導体層を、第２の基板と接合させる第２の基板接合工程と、
前記第１の基板を、前記窒化物半導体層と分離する第１の基板分離工程と、
を具備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。 - 成長基板上に、ｎ型半導体層と、活性層と、ｐ型半導体層とが順に積層されてなる窒化物半導体層を、前記ｐ型半導体層側からエッチングして共振器面を形成させる共振器面形成工程と、
前記共振器面で挟まれるｐ型半導体層の表面にストライプ状のリッジを形成させるリッジ形成工程と、
前記窒化物半導体層を、第１の基板と接合させる第１の基板接合工程と、
前記成長基板を、前記窒化物半導体層と分離する成長基板分離工程と、
前記成長基板を分離して露出された窒化物半導体層を、第２の基板と接合させる第２の基板接合工程と、
前記第１の基板を、前記窒化物半導体層と分離する第１の基板分離工程と、
を具備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。 - 前記共振器面形成工程を、前記リッジ形成工程の後に有する請求項２記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
- 前記共振器面形成工程は、前記ｎ型半導体層の表面の一部が露出するまでエッチングして共振器面を形成する前工程と、その後に、前記露出されたｎ型半導体層の表面の一部を更にエッチングして前記共振器面より光の出射方向に突出するｎ型半導体層の端面を形成する後工程とからなる請求項１乃至請求項３記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
- 前記後工程は、前記エッチング底面がｎ型半導体層である請求項４記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
- 前記共振器面形成工程の後工程は、前記成長基板が露出するまでエッチングされる請求項４記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
- 前記リッジは、複数形成される請求項２乃至請求項６記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
- 前記共振器面形成後、前記第１の基板接合工程の前に、前記共振器面に保護膜を形成させる工程を有する請求項１乃至請求項７記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
- 前記リッジ形成工程の後、前記第１の基板接合工程の前に、前記リッジの表面にｐ側電極を形成して、アニールするｐ側電極形成工程を有する請求項２乃至請求項８記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
- 前記ｐ側電極形成後、共振器面の保護膜を形成する工程を有する請求項９記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
- 前記リッジ形成後、前記第１の基板を接合させる前に、前記エッチングにより形成された共振器面を側面とする溝部に充填剤を充填させる工程を有する請求項１乃至請求項１０記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
- 前記リッジ形成後、前記第１の基板を接合させる前に、前記ｐ型半導体層の上に、第１の基板接合前保護膜を形成させる工程を有する請求項１乃至請求項１１記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
- 前記第１の基板は、前記成長基板又は前記第２の基板と同一の材料からなる請求項１乃至請求項１２記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
- 前記第１の基板は、表面に接着部を有し、前記第１の基板接合工程は、該接着部を介して接合される請求項１乃至請求項１３記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
- 前記第１の接合前保護膜及び／又は前記接着部は、有機物からなる請求項１２乃至請求項１４記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
- 前記第１の基板の接合前保護膜及び／又は前記第１の基板の接着部は、その表面に、拡散防止層を有する請求項１４又は請求項１５記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
- 前記拡散防止層は、金属からなる請求項１６記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
- 前記拡散防止層は、チタンを含む請求項１７記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
- 前記第２の基板接合工程は、前記窒化物半導体層と、前記第２の基板とを合金共晶による導電層によって接合させる請求項１乃至請求項１８記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
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