JP2004146420A

JP2004146420A - 窒化物半導体レーザ素子、その製造方法及びそれを備えた半導体光学装置

Info

Publication number: JP2004146420A
Application number: JP2002306631A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Araki; 荒木　正浩; Yoshihiro Ueda; 上田　吉裕; Shigetoshi Ito; 伊藤　茂稔; Mototaka Tanetani; 種谷　元隆; Teruyoshi Takakura; 高倉　輝芳; Kensaku Motoki; 元木　健作
Original assignee: Sharp Corp; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sharp Corp; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2002-10-22
Filing date: 2002-10-22
Publication date: 2004-05-20
Anticipated expiration: 2022-10-22
Also published as: JP4282305B2

Abstract

【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。基板はドット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、周期的に並ぶ複数の転位集中領域と平行または垂直である。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３０μｍ以上である。
【選択図】　図１

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。
【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る。
【０００３】
まず、ＧａＮ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。ＭＯＣＶＤ法（Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によりサファイア基板上に２．５μｍ厚の下地ＧａＮ層を成長し、その上に周期的なストライプ状の開口部をもつＳｉＯ_２マスクパターン（周期２０μｍ）を形成し、再びＭＯＣＶＤ法により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、ＨＶＰＥ法（Ｈｙｄｒｉｄｅ　Ｖａｐｏｒ　Ｐｈａｓｅ　Ｅｐｉｔａｘｙ）により２００μｍ厚のＧａＮ層を形成し、下地を除去することで１５０μｍ厚のＧａＮ基板を製造する。
【０００４】
次に、窒化物半導体レーザ素子の製造方法について示されている。前記の製造方法で得られたＧａＮ基板上に周期的なストライプ状の開口部をもつＳｉＯ_２マスクパターン領域を形成し、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、窒化物半導体レーザ素子を得る。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。
【０００５】
【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。
【０００６】
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窒化物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。
【０００７】
【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Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮ（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、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。
【０００８】
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。
【０００９】
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５×１０^１６／ｃｍ^３以上５×１０^２０／ｃｍ^３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。
【００１０】
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Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮ（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。
【００１１】
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５×１０^１６／ｃｍ^３以上５×１０^２０／ｃｍ^３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、Ｃｄ、Ｂｅのいずれかが特に好ましい。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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複数の点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、窒化物半導体層がストライプ状のレーザ光導波領域を窒化物半導体基板の低転位領域上に有し、レーザ光導波領域とこれに最近接の転位集中領域との中心間距離が３０μｍ以上である構成とする。
【００１５】
レーザ光導波領域を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を得ることができる。ただし、低転位領域においては転位密度が一定ではなく、分布を生じることがある。特に転位集中領域の中心からの距離ｄが３０μｍ以下の領域、つまり、転位集中領域の近傍には転位が多いため、その領域にはレーザ光導波領域を位置させない。
【００１６】
窒化物半導体層がＡｌを含む層を有する場合、Ａｌを含む層の層厚は０．５μｍ以上かつ３．５μｍ以下とするのが望ましい。Ａｌを含む層は厚くなるほど表面の凹凸が大きくなり、素子の特性を低下させる原因となるからである。
【００１７】
複数の転位集中領域は等間隔の千鳥配列である構成とする。
【００１８】
窒化物半導体基板における隣り合う転位集中領域の中心間距離は７０μｍ以上、１０００μｍ以下であることが望ましい。素子の製造プロセスに際し、レーザ光導波領域を設ける位置が転位集中領域を避けるのを容易にするためである。
【００１９】
複数の点状の転位集中領域が窒化物半導体基板の［１１−２０］方向に周期的に配列され、ストライプ状のレーザ光導波領域が窒化物半導体基板の［１−１００］方向に設けられ、点状の転位集中領域の配列の周期をＰ、レーザ光導波領域とこれに最近接の転位集中領域との中心間距離をｄで表すとき、おおよそｄ＝０．２５×Ｐとするのが望ましい。レーザ光導波領域と転位集中領域の位置関係をこのように設定することで、一層レーザ発振寿命の長い半導体レーザ素子となり、レーザー素子の反射面も劈開により容易に作製できるためである。
【００２０】
複数の点状の転位集中領域が窒化物半導体基板の［１−１００］方向に周期的に配列され、ストライプ状のレーザ光導波領域が窒化物半導体基板の［１−１００］方向に設けられ、点状の転位集中領域の配列の周期をＰ、レーザ光導波領域とこれに最近接の転位集中領域との中心間距離をｆで表すとき、おおよそｆ＝０．４３３×Ｐとするのが望ましい。レーザ光導波領域と転位集中領域の位置関係をこのように設定しても、レーザ発振寿命の長い半導体レーザ素子となり、レーザー素子の反射面も劈開により容易に作製することができる。
【００２１】
本発明ではまた、複数の点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中心間距離を３０μｍ以上とする。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。
【００２２】
窒化物半導体層がＡｌを含む層を有する場合、Ａｌを含む層の層厚は０．５μｍ以上かつ３．５μｍ以下とする。
【００２３】
窒化物半導体基板としては、複数の点状の転位集中領域が等間隔の千鳥配列をなすものを用いる。
【００２４】
また、窒化物半導体基板として、隣り合う転位集中領域の中心間距離が７０μｍ以上かつ１０００μｍ以下のものを用いる。このような基板を用いると、レーザ光導波領域を転位集中領域から容易にずらすことができる。
【００２５】
窒化物半導体基板として複数の点状の転位集中領域が［１１−２０］方向に周期的に配列したものを用いるとともに、窒化物半導体層のストライプ状のレーザ光導波領域を窒化物半導体基板の［１−１００］方向に沿って設けて、点状の転位集中領域の配列の周期をＰ、レーザ光導波領域とこれに最近接の転位集中領域との中間距離をｄで表すとき、おおよそｄ＝０．２５×Ｐとする。レーザ光導波領域と転位集中領域の位置関係をこのように設定することで、一層レーザ発振寿命の長い半導体レーザ素子となり、レーザー素子の反射面も劈開により容易に作製できる。
【００２６】
窒化物半導体基板として複数の点状の転位集中領域が［１−１００］方向に周期的に配列したものを用いるとともに、窒化物半導体層のストライプ状のレーザ光導波領域を窒化物半導体基板の［１−１００］方向に沿って設けて、点状の転位集中領域の配列の周期をＰ、レーザ光導波領域とこれに最近接の転位集中領域との中心間距離をｆで表すとき、おおよそｆ＝０．４３３×Ｐとする。レーザ光導波領域と転位集中領域の位置関係をこのように設定しても、レーザ発振寿命の長い半導体レーザ素子が得られ、レーザー素子の反射面も劈開により容易に作製することができる。
【００２７】
本発明ではまた、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。
【００２８】
【発明の実施の形態】
＜実施の形態１＞
図１（ａ）は本発明における実施の形態１の半導体レーザ素子１を示す断面模式図であり、光出射方向から見た図である。また、図１（ｂ）は半導体レーザ素子１を上面側から見た（上面図）模式図である。ここで、図１（ａ）は、図１（ｂ）の点線での断面図である。図１（ａ）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１１が存在し、転位集中領域１１以外の部分は低転位領域１２となっている。
【００２９】
ここで、領域１１を転位集中領域と呼称したのは、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なった結果、多数のエッチピットが現れ、転位（あるいは結晶欠陥）が極めて集中している領域であることが判明したからである。一方、領域１２を低転位領域と呼称したのは、ＥＰＤ（エッチピット密度）１０^４〜１０^５／ｃｍ^２台の低転位領域となっていたからである。転位集中領域１１のＥＰＤは、これよりも３桁以上大きいように観察された。
【００３０】
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が設けられている。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。
【００３１】
図１（ａ）において、レーザ光導波領域１４の中央部と転位集中領域１１との距離をｄで表すとき、ｄ＝１００μｍとした。なお、本明細書において、距離ｄは各ストライプ状のレーザ光導波領域１４、および転位集中領域１１の中心位置間の距離から規定されるものとする。
【００３２】
一方、図１（ｂ）は、複数の点状の転位集中領域１１が周期的に千鳥配列（隣接する転位集中領域１１を直線で結ぶと正三角形を成す）し、その周りを同心円状に低転位領域１２が占める。円状の低転位領域１２は隣の円状の低転位領域と接する。転位集中領域１１と低転位領域１２を除く領域を高ルミネッセンス領域１７と呼称する。その所以は、サンプルに紫外線（Ｈｇランプ３６５ｎｍ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すると（蛍光顕微鏡観察）、図１（ｂ）の領域１７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ためである。
【００３３】
この領域１７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領域であり、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。なお、このような高ルミネッセンス領域１７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。
【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。
【００３５】
（ＧａＮ基板の作製方法）
まず、ｎ型ＧａＮ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字状である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（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。
【００３９】
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、上下が逆すなわちＶ字状である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ＳｉＯ_２の薄膜を基体表面に形成しておく。
【００４０】
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。
【００４１】
次に、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。本実施の形態では、マスクをドット状の千鳥配列となるように設け、ドットを取り巻くＶ字状のファセット面を周期的に複数生じさせるようにする。ドットはＧａＮ基板１０の＜１１−２０＞方向に４００μｍのピッチで設ける。
【００４２】
支持基体２１上に、ＨＶＰＥ法により、ｎ型ＧａＮ層２２を、ファセット面｛１１−２２｝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。
【００４３】
ただし、前記ファセット面を｛１１−２２｝面と表したが、このように｛…｝は集合的な面の表示である。例えば、｛１１−２２｝面は、個別の面にすると、（１１−２２）、（１−２１２）、（２−１−１２）、（−１２−１２）、（−２１１２）、（−１−１２２）の６つの面を含み、この６つが傾斜面すなわちファセット面を形成する。
【００４４】
ここで、ＨＶＰＥ法というのは、ホットウォール型の反応炉によりＧａＮを基体に堆積するものである。上流部にＧａボートを設けて加熱したＧａ融液にＨＣｌガスを吹き込んでＧａＣｌガスを合成し、反応炉の下流部に設けた基体へ送る。ＮＨ_３ガスも基体へ送り、ＧａＣｌガスとＮＨ_３ガスとを基体上で反応させ、合成することにより基体にＧａＮが堆積する。
【００４５】
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。
【００４６】
図２（ｂ）は、図２（ａ）の上面図（一部のみ表示）である。ＧａＮ結晶の［１１−２０］方向に平行で、ピッチＰ＝４００μｍの周期構造である。また、隣接する転位集中領域１１を直線で結ぶと正三角形を成す。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凸の凹部に対応した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［１１−２０］方向に平行になるように、ピッチＰ＝４００μｍで千鳥状に配置されており、その形状は、連続した一定間隔で直線上に位置する多数のドット状である。
【００４７】
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。
【００４８】
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（ｃ）は、インゴットを示した図である。
【００４９】
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１３層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（ｄ）は、こうして得られたｎ型ＧａＮ基板１０の図２（ｂ）における点線での断面図（一部のみ表示）である。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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）１０^４〜１０^５／ｃｍ^２台の低転位領域となっていた。転位集中領域のＥＰＤは、これよりも３桁以上大きいように観察された。
【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　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、ＭＯＣ法（Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｈｌｏｒｉｄｅ　Ｖａｐｏｒ　Ｐｈａｓｅ　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（１１１）面を使えば三回対称性がある。サファイア、ＳｉＣ、石英、ＮｄＧａＯ_３、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。
【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。
【００５７】
「従来の技術」の欄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。
【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。
【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。
【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ＳｉＨ_４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_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラック防止層１０３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Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎクラッド層１０４を成長させた。ｎ型不純物としてＳｉを５×１０^１７／ｃｍ^３〜１×１０^１９／ｃｍ^３添加した。続いて、ｎ型ＧａＮ光ガイド層１０５（Ｓｉ不純物濃度１×１０^１６〜１×１０^１８／ｃｍ^３）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Ｉｎ_０．１Ｇａ_０．９Ｎ井戸層と厚さ８ｎｍのＩｎ_０．０１Ｇａ_０．９９Ｎ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ＳｉＨ_４（Ｓｉ不純物濃度は１×１０^１６〜１×１０^１８／ｃｍ^３）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ＰＨ_３（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、ＮＨ_３以外にＮ_２Ｈ_４（ヒドラジン）、Ｃ_２Ｎ_２Ｈ_８（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Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎ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Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎクラッド層１０９、および０．１μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層１１０を順次成長させた。ｐ型不純物として原料にＥｔＣＰ_２Ｍｇ（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１×１０^１８／ｃｍ^３〜２×１０^２０／ｃｍ^３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ＮＨ_３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、ＮＨ_３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。
【００６６】
Ｉｎ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎ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。
【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。
【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、Ｚｎ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１×１０^１７〜８×１０^１８／ｃｍ^３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Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎ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は低かった。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、ｎ型クラッド層１０４とｐ型クラッド層１０９として、Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎ結晶を用いたが、Ａｌの組成比が０．１以外のＡｌＧａＮ三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】
ただし、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０４のようにＡｌを含む層の厚さを大きくするほど表面の凹凸が顕著になり、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０４の後段で成長する活性層１０６を面内に均一に作製することが難しくなり、素子の特性が悪化する原因となる。なぜならば、活性層の一周期分の層厚は数ｎｍから１０ｎｍ程度と非常に薄いので、表面の凹凸の影響を受けやすいためである。
【００７２】
そのため、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０４のようにＡｌを含む層の厚さは、０．５μｍ〜３．５μｍが好ましい。さらに、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０４の層厚が０．７μｍ〜２．５μｍの範囲にある場合、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も同時に図ることができる。
【００７３】
また、クラッド層１０４、１０９は、電気抵抗を低減するために、ＡｌＧａＮ層とＧａＮ層からなる超格子構造、ＡｌＧａＮ層とＡｌＧａＮ層からなる超格子構造、またはＡｌＧａＮ層とＩｎＧａＮ層からなる超格子構造を有していても良い。
【００７４】
さらに、クラッド層１０４、１０９は、上記ではＡｌＧａＮ三元混晶としたが、ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮＰ、ＡｌＧａＮＡｓ等の四元混晶であっても良い。
【００７５】
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。
【００７６】
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、ＭＯＣＶＤ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。
【００７７】
（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とした。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。
【００７８】
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１１２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。
【００７９】
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８０〜２００μｍ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。
【００８０】
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２５０μｍ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　Ｆｅｅｄｂａｃｋ）、外部に回折格子を設けて帰還させるＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　Ｂｒａｇｇ　Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）を用いても構わない。
【００８１】
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ＴｉＯ_２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の横幅は４００μｍとした。
【００８２】
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。
【００８３】
（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。
【００８４】
（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、点状の転位集中領域、低転位領域、高ルミネッセンス領域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、レーザ光導波領域と転移集中領域との距離の好ましい範囲について詳細に検討する。
【００８５】
まず、窒化物半導体基板１０が有する点状の転位集中領域１１の２通りの周期的な配置について説明する。図４（ａ）と図４（ｂ）は、それぞれ転位集中領域がドット状の千鳥配列となるように作製した窒化物半導体レーザ素子の表面の概略図である。図４（ａ）と図４（ｂ）の違いは、周期的なドットが並ぶ方向が異なっている点にある。図４（ａ）はＧａＮ基板１０の［１１−２０］方向に、図４（ｂ）はＧａＮ基板１０の［１−１００］方向に周期的に並んでいる。それそれ、ストライプ状のレーザ光導波領域１４を窒化物半導体基板１０の［１−１００］方向に設け、劈開方向は［１１−２０］方向である。
【００８６】
図４（ａ）において、転位集中領域１１がＧａＮ基板１０の［１１−２０］方向に周期的に並んでいること、かつ、レーザ光導波領域１４がＧａＮ基板１０の［１−１００］方向に設けられることから以下の位置関係が導かれる。転位集中領域１１のピッチＰ＝４００μｍの場合、１つの転位集中領域１１の中心Ａからレーザ光導波領域１４までの距離ｄがＰ／４＝１００μｍより大きくなると、他の転位集中領域１１の中心Ｃからレーザ光導波領域１４までの距離ｅの方が小さくなる。したがって、レーザ光導波領域１４に最近接の転位集中領域１１の中心Ａからレーザ光導波領域１４までの距離ｄは、Ｐ／４＝１００μｍ以下の範囲をとる。ここで、２×（ｄ＋ｅ）＝Ｐの関係が成り立つ。
【００８７】
一方、図４（ｂ）において、転位集中領域１１がＧａＮ基板１０の［１−１００］方向に周期的に並んでいること、かつ、レーザ光導波領域１４がＧａＮ基板１０の［１−１００］方向に設けられることから以下の位置関係が導かれる。Ｐ＝４００μｍの場合、１つの転位集中領域１１の中心Ｄからレーザ光導波領域１４までの距離ｆが０．４３３×Ｐ＝１７３μｍより大きくなると、他の転位集中領域１１の中心ＥまたはＦからレーザ光導波領域１４までの距離ｇの方が小さくなる。したがって、レーザ光導波領域１４に最近接の転位集中領域１１の中心Ｄからレーザ光導波領域１４までの距離ｆは、０．４３３×Ｐ＝１７３以下の範囲をとる。ここで、ｆ＋ｇ＝０．８６６×Ｐの関係が成り立つ。
【００８８】
図５は、図４（ａ）に示す転位集中領域１１の配列で、Ｐ＝４００μｍの場合について、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１００μｍである。
【００８９】
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≧３０μｍの範囲で、実用寿命の３０００時間が達成され、ｄ≧７０μｍ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５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。
【００９０】
一方、ｄ≦１０μｍの場合、レーザ光導波領域１４は転位集中領域１１上に位置しており、寿命数時間以下と極端に特性が劣化した。距離ｄが１０〜２０μｍ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。また、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≧３０μｍ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。
【００９１】
上記手法で作製されたＧａＮ基板１０の転位集中領域１１上またはその近傍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、上記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≧３０μｍ、好ましくは、ｄ≧７０μｍと設定することが必要であると判明した。特に寿命測定試験において、時間の経過につれて駆動電流が上昇が最も少なかったのはｄ＝１００μｍの近傍であった。ｄ＝１００μｍの距離は、ｄ＝Ｐ／４に相当する位置である。
【００９２】
図６は、図４（ｂ）に示すドット状の千鳥配列をとる転位集中領域１１がＧａＮ基板１０の［１−１００］方向に、Ｐ＝４００μｍで周期的に配列した場合について、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ｆに対してプロットしたグラフである。評価した距離ｆの最大値は１７３μｍである。
【００９３】
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、３０μｍ≦ｆ≦９０μｍ、および、１４０μｍ≦ｆ≦１７３μｍで、実用寿命の３０００時間が達成され、ｆ≧１５０μｍで５０００時間以上と十分な特性が得られた。特に寿命測定試験において、時間の経過につれて駆動電流が上昇が最も少なかったのはｆ＝１７３μｍの近傍であった。ｆ＝１７３μｍの距離は、ｆ＝０．４３３×Ｐの位置に相当する。
【００９４】
なお、寿命の測定は５０００時間までしか行っておらず、図５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。
【００９５】
一方、ｆ≦１０μｍの場合、レーザ光導波領域１４は概ね転位集中領域１１上に位置しており、この場合、寿命数時間以下と極端に特性が劣化した。距離ｆが１０〜２０μｍ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、ｆ≧１５０μｍ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。
【００９６】
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３０μｍ≦ｆ≦９０μｍ、および、１４０μｍ≦ｆ≦１７３μｍ、好ましくは、ｆ≧１５０μｍと設定することが必要であると判明した。
【００９７】
上記の図５および図６の結果より、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が判明した。その物理的な要因を考察すると、素子の寿命特性は、レーザ光導波領域１４と転位集中領域１１との距離に依存するが、これは、レーザ光導波領域１４における高ルミネッセンス領域１７の占める割合が小さいほど寿命特性が向上するものと考えられる。
【００９８】
なぜならば、図４（ａ）において距離ｄ＝Ｐ／４の位置に、図４（ｂ）においてｆ＝０．４３３×Ｐの位置にあるとき、レーザ光導波領域１４は高ルミネッセンス領域１７を全く含まないため素子寿命特性は向上し、一方、ｄ＝Ｐ／４、および、ｆ＝０．４３３×Ｐの位置から離れるにしたがって、レーザ光導波領域１４における高ルミネッセンス領域１７が占める割合が大きくなって素子の寿命が悪化するためである。この原因は、高ルミネッセンス領域１７では、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る。また、基板１０において高ルミネッセンス領域１７では、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。
【００９９】
（ピッチＰ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１２、高ルミネッセンス領域１７を発生させることができ、転位集中領域１１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。
【０１００】
したがって、図４（ａ）の場合では、上述の効果を得る距離ｄの最小値３０μｍの４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≧１２０μｍに限定される。一方、図４（ｂ）の場合では、距離ｆの最小値３０μｍのおよそ２．３倍である７０μｍ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≧７０μｍに限定される。
【０１０１】
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ＧａＮ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。
【０１０２】
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、Ｐ≧１２０μｍが必要であり、好ましくは、Ｐ≧３００μｍ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。
【０１０３】
＜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、ｆの値等が種々異なるものである。
【０１０４】
図７は、図４（ａ）の場合について、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１７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）とする領域を符号７１、７２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、５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１７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。
【０１０５】
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１１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７１、７２）の横幅Ｗは２５０μｍである。
【０１０６】
一方の領域７１、および、領域７２のいずれも、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１２５μｍであり、高ルミネッセンス領域１７上を含まない。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、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。
【０１０７】
＜実施の形態３＞
図８は、図４（ｂ）の場合について、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１７の配置関係を示す図であり、ｎ型ＧａＮ基板８０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８１、８２で表している。実施の形態２と３の違いは、ドット状の千鳥配列をとる転位集中領域１１の周期的な配列の方向であり、前者はＧａＮ基板１０の［１１−２０］方向であり、後者はＧａＮ基板１０の［１−１００］方向である。
【０１０８】
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１１のピッチＰは５００μｍであり、１ピッチに１本のレーザ光導波領域１４を配置して、ピッチあたり１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８１、８２）の横幅Ｗは４００μｍである。
【０１０９】
一方の領域８１、および、領域８２のいずれも、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２１７μｍであり、高ルミネッセンス領域１７上を含まない。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、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。
【０１１０】
＜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、半導体レーザ素子の幅Ｗ＞ピッチＰとするものである。図９は、図７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１７の配置関係を示す図であり、ｎ型ＧａＮ基板９０のうち半導体レーザ素子（チップ）１とする領域を符号９１と９２で表している。
【０１１１】
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９０の転位集中領域１１のピッチＰは２００μｍであり、半導体レーザ素子１（領域９１、９２）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１１との距離ｄは５０μｍである。
【０１１２】
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３つ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である。
【０１１３】
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、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。
【０１１４】
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、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。
【０１１５】
＜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１０を参照して説明する。
【０１１６】
本実施例の半導体レーザ素子２は、ｎ型ＧａＮ基板２００、その上に順次形成されたｎ型ＧａＮ層２０１、ｎ型Ｉｎ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎクラック防止層２０３、ｎ型Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎクラッド層２０４、ｎ型ＧａＮ光ガイド層２０５、活性層２０６、　ｐ型Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎキャリアブロック層２０７、ｐ型ＧａＮ光ガイド層２０８、ｐ型Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎ第１クラッド層２０９ａ、電流阻止層２２０、ｐ型Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎ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。
【０１１７】
電流阻止層２２０は、ｐ型電極２１２から注入された電流が、図１０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Ａｌ_０．２５Ｇａ_０．７５Ｎ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、ｆ、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。
【０１１８】
＜実施の形態６＞
本実施の形態６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、図３におけるｎ型Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎクラッド層１０４の層厚が種々異なるものである。なお、実施の形態１はｎ型Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎクラッド層１０４の層厚が１．２μｍの場合である。
【０１１９】
図１１は、本実施の形態とほぼ同様にして作製した半導体レーザ素子１の、ｎ型Ａｌ_０．１Ｇａ_０．９Ｎクラッド層１０４の層厚ｈ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プロットしたグラフである。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、０．５≦ｈ≦３．５μｍの範囲で、実用寿命の３０００時間が達成され、０．７≦ｈ≦２．５μｍ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１１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。
【０１２０】
ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０４のようにＡｌを含む層の厚さを大きくするほど表面の凹凸が顕著になる。その原因は、ＡｌがＧａよりも成長面｛０００１｝面にマイグレーションしにくいため、Ａｌを含むことによりファセット面｛１１−２２｝面２３が成長中の表面に表出しやすくなることが原因で、表面の断面図形は鋸歯状の凹凸形状となるものと考えられる。窒化物半導体基板１０が有する点状の転位集中領域１１の直径が平均して２０μｍであったのに対し、窒化物半導体層（エピタキシャル成長層）１３を積層した後の転位集中領域１１の直径は平均して３０μｍまで広がっていた。表面の凹凸が顕著になると、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０４の後段で成長する活性層１０６を面内に均一に作製することが難しくなり、素子の特性が悪化する原因となる。なぜならば、活性層の一周期分の層厚は数ｎｍから１０ｎｍ程度と非常に薄いので、表面の凹凸の影響を受けやすいためである。
【０１２１】
ｈ≦０．５μｍの場合、駆動電流が１５０ｍＡ付近と大きく、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。これは、クラッド層１０４、１０９への光閉じ込めが十分ではないためであると考えられる。さらに、ｈ≧３．５μｍの場合も、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。これは、活性層が平坦でなく乱れているためであると推定される。
【０１２２】
上記のような結果として、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０４の層厚ｈは０．５μｍ〜３．５μｍが好ましく、さらに好ましくは０．７μｍ〜２．５μｍの範囲であると判明した。また、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０４の層厚が０．７μｍ〜２．５μｍの範囲にある場合は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も同時に図ることができる。
【０１２３】
本実施の形態６では、Ａｌを含む層をｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０４の場合について述べたが、ＡｌＧａＮ層とＧａＮ層からなる超格子構造、ＡｌＧａＮ層とＡｌＧａＮ層からなる超格子構造、またはＡｌＧａＮ層とＩｎＧａＮ層からなる超格子構造を用いても良い。
【０１２４】
＜実施の形態７＞
本実施の形態７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。
【０１２５】
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、１×１０^１８／ｃｍ^３以上である。
【０１２６】
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／ｃｍ^３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。
【０１２７】
本実施の形態による効果は、井戸層にＡｓ、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ＩｎＧａＮ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、ｆ、Ｐの範囲は実施の形態１に記載したとおりである。
【０１２８】
＜実施の形態８＞
本実施の形態８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。
【０１２９】
選択成長技術は、成長を抑制する材料（例えばＳｉＯ_２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１７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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
＜実施の形態９＞
本実施の形態９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。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（３０ｍＷ）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）。
【０１３２】
図１２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。光ディスク装置は、光ピックアップ、制御回路、ディスクを回転させるモータ、および光ピックアップを移動させるモータを備えている。光ピックアップには、半導体レーザ素子、ビームスプリッタ、ミラー、対物レンズ、および光検出器が含まれている。半導体レーザ素子は、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。
【０１３３】
情報の記録に際し、半導体レーザ素子が発するレーザ光は、制御回路によって入力情報に応じて変調され、ビームスプリッタ、ミラーおよび対物レンズを経てディスクの記録面上に収束して、情報をディスクに記録する。また、半導体レーザ素子が無変調のレーザ光を発している間に、ディスクの記録面のうちレーザ光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が、対物レンズ、ミラー、ビームスプリッタを経て光検出器に入射し、光検出器によって再生信号とされる。半導体レーザ素子が出力するレーザ光のパワーは、例えば、記録時には３０ｍＷ、再生時には５ｍＷ程度である。
【０１３４】
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。
【０１３５】
【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３０μｍ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。
【図面の簡単な説明】
【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（ａ）、および平面図（ｂ）
【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）、平面図（ｂ）、斜視図（ｃ）および縦断面図（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。
【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。
【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から転位集中領域までの距離とレーザ発振寿命との関係を示す図。
【図６】窒化物半導体レーザ素子におけるレーザ光導波領域から転位集中領域までの距離とレーザ発振寿命との関係を示す図。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】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。
【図１０】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。
【図１１】窒化物半導体レーザ素子におけるｎ型ＡｌＧａＮクラッド層の層厚とレーザ発振寿命との関係を示す図。
【図１２】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。
【符号の説明】
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
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
１７　　低転位領域中央領域（高ルミネッセンス領域）
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
７０　　ｎ型ＧａＮ基板
７１、７２　窒化物半導体レーザ素子形成領域
８０　　ｎ型ＧａＮ基板
８１、８２　　窒化物半導体レーザ素子形成領域
９０　　ｎ型ＧａＮ基板
９１、９２　　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

Claims

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複数の点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、
窒化物半導体層がストライプ状のレーザ光導波領域を窒化物半導体基板の低転位領域上に有し、
レーザ光導波領域とこれに最近接の転位集中領域との中心間距離が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。
窒化物半導体層にＡｌを含む層を有し、Ａｌを含む層の層厚が０．５μｍ以上かつ３．５μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
窒化物半導体基板の複数の転位集中領域が等間隔の千鳥配列をなすことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
窒化物半導体基板の隣り合う転位集中領域の中心間距離が７０μｍ以上かつ１０００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
複数の点状の転位集中領域が窒化物半導体基板の［１１−２０］方向に周期的に配列され、
ストライプ状のレーザ光導波領域が窒化物半導体基板の［１−１００］方向に設けられ、
点状の転位集中領域の配列の周期をＰ、レーザ光導波領域とこれに最近接の転位集中領域との中心間距離をｄで表すとき、おおよそ
ｄ＝０．２５×Ｐ
であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
複数の点状の転位集中領域が窒化物半導体基板の［１−１００］方向に周期的に配列され、
ストライプ状のレーザ光導波領域が窒化物半導体基板の［１−１００］方向に設けられ、
点状の転位集中領域の配列の周期をＰ、レーザ光導波領域とこれに最近接の転位集中領域との中心間距離をｆで表すとき、おおよそ
ｆ＝０．４３３×Ｐ
であることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
複数の点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中心間距離を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。
窒化物半導体層の一部としてＡｌを含む層を形成するとともに、
Ａｌを含む層の層厚を０．５μｍ以上かつ３．５μｍ以下とすることを特徴とする請求項７に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
窒化物半導体基板として、複数の点状の転位集中領域が等間隔の千鳥配列をなすものを用いることを特徴とする請求項７に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
窒化物半導体基板として、隣り合う転位集中領域の中心間距離が７０μｍ以上かつ１０００μｍ以下のものを用いることを特徴とする請求項７に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
窒化物半導体基板として複数の点状の転位集中領域が［１１−２０］方向に周期的に配列したものを用いるとともに、
窒化物半導体層のストライプ状のレーザ光導波領域を窒化物半導体基板の［１−１００］方向に沿って設けて、
点状の転位集中領域の配列の周期をＰ、レーザ光導波領域とこれに最近接の転位集中領域との中間距離をｄで表すとき、おおよそ
ｄ＝０．２５×Ｐ
とすることを特徴とする請求項７に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
窒化物半導体基板として複数の点状の転位集中領域が［１−１００］方向に周期的に配列したものを用いるとともに、
窒化物半導体層のストライプ状のレーザ光導波領域を窒化物半導体基板の［１−１００］方向に沿って設けて、
点状の転位集中領域の配列の周期をＰ、レーザ光導波領域とこれに最近接の転位集中領域との中心間距離をｆで表すとき、おおよそ
ｆ＝０．４３３×Ｐ
とすることを特徴とする請求項７に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
請求項１から請求項６までのいずれか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。