JP2006229210A - 窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】窒化物半導体層を用いた半導体レーザ素子において、より高出力あるいは長寿命な特性を有する半導体レーザ素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】ｎ型ＧａＮもしくはｎ型ＡｌＧａＮからなる第１クラッド層１０３と、ＡｌＧａＩｎＮ多重量子井戸からなり、第１クラッド層１０３上に形成された活性層１０５と、活性層１０５上に形成され、ｐ型もしくはアンドープのＧａＮもしくはＡｌＧａＮからなる第２クラッド層１０６と、第２クラッド層１０６上に形成され、ｐ型ＧａＮもしくはｐ型ＡｌＧａＮからなる第３クラッド層１０７とを有する共振器を備え、共振器は、共振器端部にイオン注入部１０４を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、青色から紫外域の光を出力する窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法に関し、特に高出力動作、長時間動作に優れた窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法に関する。

従来から通信用レーザ素子やＣＤやＤＶＤ用の読み出し・書き込み素子として、ＡｌＧａＡｓ系赤外レーザ素子やＩｎＧａＰ系赤色レーザ素子などのＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体レーザ素子が広く用いられている。近年、Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_(1-x-y)Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦１−ｘ−ｙ≦１）で表される窒化物半導体を用いた、波長の短い青色や紫外のレーザ素子が実現され、次世代ＤＶＤ（Ｂｌｕ−Ｒａｙ Ｄｉｓｃ）などの高密度光ディスクの書き込み及び読み出し光源として実用化されつつある。現在、数十ｍＷの青色レーザ素子が市販されているが、青色レーザ素子には、今後、記録速度の向上にむけてさらなる高出力化が求められている。

実用化されている青色レーザ素子について、図１５を用いて説明する。図１５は非特許文献１に開示されている青色窒化物半導体レーザ素子の構造を示す断面図である。基板９０１は、サファイア基板上にＥＬＯＧ（Ｅｐｉｔａｘｉａｌｌｙ Ｌａｔｅｒａｌ ＯｖｅｒＧｒｏｗｔｈ）と呼ばれる横方向成長技術を利用してＭＯＣＶＤ成長した厚さ１００μｍのＧａＮにより構成される。基板９０１上には、ｎ型ＧａＮ層９０２と、０．１μｍ厚のｎ−Ｉｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ層、２４０周期のＡｌ_0.14Ｇａ_0.86Ｎ（２５Å）／ｎ−ＧａＮ（２５Å）変調ドープ超格子層、及び０．１μｍ厚のｎ−ＧａＮ層からなるｎ型クラッド層９０３と、Ｉｎ_0.02Ｇａ_0.98Ｎ／Ｉｎ_0.15Ｇａ_0.85ＮのＭＱＷ（Ｍｕｌｔｉ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ）からなる活性層９０４と、０．１μｍ厚のｐ−ＧａＮ層、及び１２０周期のＡｌ_0.14Ｇａ_0.86Ｎ（２５Å）／ｐ−ＧａＮ（２５Å）変調ドープ超格子層からなるｐ型クラッド層９０５と、ｐ電極９０６と、ｎ電極９０７と、ＳｉＯ₂からなる誘電体絶縁膜９０８とが形成されている。この窒化物半導体レーザ素子ではｐ型クラッド層９０５をリッジ型の導波路構造とし、ＳｉＯ₂誘電体絶縁膜９０８をストライプ状に形成することで電流狭窄と光の閉じ込めを行い、レーザ発振を実現している。この窒化物半導体レーザ素子は閾値電流７０ｍＡにおいて５ｍＷの出力で約１０，０００時間の寿命を有すると開示されている。

高出力レーザ素子を実現するために、赤外レーザ素子や赤色レーザ素子においては、ＣＯＤ（Ｃａｔａｓｔｒｏｐｈｉｃ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｄａｍａｇｅ）と呼ばれる、共振器の共振方向における端面（共振器端面）の劣化の抑制が非常に重要であることが知られている。ＣＯＤにより、共振器端面近傍の領域（共振器端部）において表面順位や非発光再結合の増加による発熱により結晶欠陥が増殖し、さらに結晶欠陥が増殖することにより非発光再結合が増加して結晶欠陥の増殖が促進されるという正帰還がかかる。結果として共振器端面の温度が異常に上昇し共振器端面の破壊を起こしてレーザ素子が破壊される。従って、レーザ素子の高出力動作を実現するためには、高い光出力でも共振器端面の破壊を起こさないようにする工夫が必要である。これまでにＣＯＤを抑制し、レーザ素子の高出力動作を可能とする構造として、不純物の拡散や、イオン注入などを用いて、共振器端部の活性層を無秩序化して発光波長に対して透明の部分にしたり、高抵抗化により電流非注入の部分にしたりすることで共振器端面での発熱を抑える窓構造が実用化されている。

従来のイオン注入を用いて窓構造が形成された赤外レーザ素子について図１６を用いて説明する。図１６は特許文献１に記載されている窓構造赤外レーザ素子の構造を示す断面図である。このレーザ素子は、ｎ電極１００１と、ｎ型ＧａＡｓ基板１００２と、ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００３と、ＡｌＡｓ／ＧａＡｓ超格子からなる活性層１００５と、ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層１００６と、ｎ型ＧａＡｓからなる電流ブロック層１００７と、ｐ電極１００８とにより構成される。また、共振器端部にイオン注入により活性層１００５を無秩序化した無秩序部１００４を備える。無秩序部１００４は不純物の拡散による無秩序化により形成されることもある。このような構造をとることにより、共振器端部の無秩序部１００４のバンドギャップは活性層１００５のそれよりも大きくなり、無秩序部１００４は活性層１００５からの光に対して透明になり、共振器端部での光吸収がなくなるので、共振器端部の発熱を抑制することができる。その結果、ＣＯＤや共振器端面の劣化を抑制することができ、高出力・長寿命の信頼性の高いレーザ素子が実現できる。このような窓構造を備えた半導体レーザ素子は、赤色レーザ素子や赤外レーザ素子では様々な構造が提案されており、例えば、特許文献２に開示されているような構造も提案されている。
Ｓｈｕｊｉ Ｎａｋａｍｕｒａ ｅｔ ａｌ．，"Ｈｉｇｈ−Ｐｏｗｅｒ，Ｌｏｎｇ−Ｌｉｆｅｔｉｍｅ ＩｎＧａＮ／ＧａＮ／ＡｌＧａＮ−Ｂａｓｅｄ Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅｓ Ｇｒｏｗｎ ｏｎ Ｐｕｒｅ ＧａＮ Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ"，Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｖｏｌ．３７，ｐｐ．３０９−３１２（１９９８） 特公平６−４８７４２号公報 特開平１１−２６８６６号公報

しかしながら、窒化物半導体レーザ素子における窓構造は、現在までほとんど提案されていない。さらに、窒化物半導体においては、不純物拡散やイオン注入といった技術が確立していないため、窓構造を形成するための量子井戸構造の無秩序化や高抵抗化といった効果がほとんど確認されていない。一般に、窒化物半導体は他の化合物半導体より熱的に安定であるため、不純物の拡散といったプロセスはほとんど実用化されていない。

窒化物半導体の場合、ｐ型層にはＭｇをドープした層を用いるのが一般的であるが、この層は結晶成長後に７５０〜８００℃の熱処理によりｐ型不純物としてのＭｇを活性化してはじめてｐ型層として機能することが知られている。活性化温度が低すぎると、十分な正孔濃度が得られず、活性化温度が高すぎると表面からＮの脱離が起きてしまう。Ｎの脱離が起きた場合、Ｎの空孔がドナー的に機能するため、ｎ型層については問題が生じないが、ｐ型層についてはｐ型層として機能しなくなる。

量子井戸構造の無秩序化には高温での熱処理を必要とするが、ＡｌＧａＡｓ系のレーザ素子においてはイオン注入後の熱処理や不純物拡散の熱処理の温度は５００〜７００℃程度で十分であるが、窒化物半導体の場合、熱的により安定なため８００〜１３００℃の熱処理が必要となる。このような温度での熱処理を行うと前述のように、ｐ型層において表面からＮの脱離が起きてしまうため、特性の劣化を招くという問題がある。半導体レーザ素子にはｐｎ接合が必須であるため、ｐ型層の劣化はレーザ素子の特性に直結する問題である。

そこで、本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、高出力・長寿命な、青色から紫外域の光を出力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。

上記課題を解決し上記目的を達成するために、本発明の窒化物半導体レーザ素子は、窒化物半導体から構成される共振器を備え、前記共振器は、共振方向の端部において変質部を有することを特徴としている。

このように、本発明の窒化物半導体レーザ素子では共振器端部にイオン注入された変質部を備える。これにより、高出力、長寿命である窒化物半導体レーザ素子を実現できる。

ここで、前記共振器は、ｎ型クラッド層と、前記ｎ型クラッド層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成されたｐ型クラッド層とを有し、前記変質部は、前記活性層の上方に位置し、前記ｐ型クラッド層に形成されてもよい。また、前記変質部は、前記ｐ型クラッド層の高抵抗化された部分であってもよい。

この構成によれば、共振器端部に電流非注入領域が形成され、高出力動作時の共振器端面の劣化などを抑制できるという効果がある。

ここで、窒化物半導体レーザ素子はリッジストライプ型の導波路を有してもよい。
この構成によれば、リッジストライプ型の導波路を有する窒化物半導体レーザ素子を実現することができるという効果がある。

ここで、前記共振器は、さらに、前記活性層上に形成されたストライプ状の開口部を有する電流ブロック層を有し、前記変質部は、前記開口部内のｐ型クラッド層の高抵抗化された部分であってもよい。

この構成によれば、内部埋込型のストライプ状の導波路を備えた窒化物半導体レーザ素子を実現することができるという効果がある。

ここで、前記共振器は、ｎ型クラッド層と、前記ｎ型クラッド層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成されたｐ型クラッド層とを有し、前記変質部は、前記ｐ型クラッド層の下方に位置し、前記活性層に形成されてもよい。また、前記変質部は、前記活性層の無秩序化された部分であってもよい。

この構成によれば、活性層の一部での光吸収がなくなり、高出力動作時の共振器端面の劣化などを抑制できるという効果がある。

ここで、前記変質部は、前記活性層のエネルギーバンドギャップが大きくされた部分であってもよい。また、前記活性層がＡｌ_xbＧａ_ybＩｎ_(1-xb-yb)Ｎ（ただし、０≦ｘｂ≦１、０≦ｙｂ≦１、０≦１−ｘｂ−ｙｂ≦１）からなるバリア層と、Ａｌ_xwＧａ_ywＩｎ_(1-xw-yw)Ｎ（ただし、０≦ｘｗ≦１、０≦ｙｗ≦１、０≦１−ｘｗ−ｙｗ≦１）からなるウエル層とを有し、前記活性層を構成する材料の平均組成で表されるＡｌ_xaＧａ_yaＩｎ_(1-xa-ya)Ｎ（ただし、０≦ｘａ≦１、０≦ｙａ≦１、０≦１−ｘａ−ｙａ≦１）のバンドギャップが、前記バリア層もしくは前記ウエル層におけるバンドギャップより大きくてもよい。

この構成によれば、変質部とされた活性層における光吸収を阻止できるという効果がある。

ここで、前記変質部は、Ｈ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｇａ、Ａｓ、Ｉｎのうち少なくとも１つを含むイオン種が注入された部分であってもよい。

この構成によれば、Ｈ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｚｎは主に高抵抗化の効果が、Ｓｉは主にｎ型化の効果が、Ａｌ、Ｇａ、Ａｓ、Ｉｎは主に無秩序化の効果があるので、変質部を高抵抗化もしくは無秩序化できるという効果がある。

ここで、前記活性層は、ＡｌＧａＩｎＮから構成され、前記変質部は、Ｂ、Ａｌ、Ｇａのいずれかを含むイオン種が注入された、前記活性層のＢ、ＡｌもしくはＧａの組成比が前記活性層のＢ、ＡｌもしくはＧａの平均組成比より大きくされた部分であってもよい。

この構成によれば、変質部のバンドギャップを更に大きくするという効果がある。
ここで、前記変質部は、Ｂ、Ａｌ、Ｇａのいずれかを含み、かつＩｎを含むイオン種が注入された部分であってもよい。

この構成によれば、Ｉｎによるバンドギャップ縮小の効果が、Ｂ、Ａｌ、Ｇａによるバンドギャップ拡大の効果に打ち消され、Ｉｎの拡散による無秩序化の効果が最大限に発揮されうるという効果がある。

ここで、前記変質部の屈折率と、前記変質部以外の部位の屈折率が同等であってもよい。

この構成によれば、屈折率の差による導波ロスを抑制できるという効果がある。
ここで、本発明は、窒化物半導体から構成され、レーザ発振させる共振器を備える半導体レーザ素子の製造方法であって、窒化物半導体から構成される半導体層を基板上に形成する半導体層形成工程と、前記半導体層における前記共振器の共振方向の端部となる部分を変質させて変質部を形成する変質部形成工程とを含むことを特徴する窒化物半導体レーザ素子の製造方法とすることもできる。また、前記半導体層形成工程において、ｎ型クラッド層及び活性層を基板上に順次結晶成長させ、前記変質部形成工程において、前記活性層における前記共振器の共振方向の端部となる部分に変質部を形成し、前記半導体レーザ素子の製造方法は、さらに、前記変質部を熱処理によって無秩序化させる熱処理工程と、前記無秩序化された変質部が形成された活性層上にｐ型クラッド層を結晶成長させるｐ型クラッド層形成工程と、前記ｐ型クラッド層にストライプ状のリッジ部を形成するリッジ部形成工程とを含んでもよい。

この構成によれば、無秩序化された変質部と、リッジストライプ型の導波路とを有する窒化物半導体レーザ素子を製造することができるという効果がある。

ここで、前記熱処理工程において、前記変質部を８００℃以上に加熱する熱処理を行ってもよい。また、前記熱処理工程において、前記変質部にレーザ光を照射して前記変質部を加熱してもよい。

この構成によれば、変質部形成によるダメージの回復と活性層の無秩序化とを行うことができるという効果がある。

ここで、前記半導体層形成工程において、ｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層を基板上に順次結晶成長させ、前記変質部形成工程において、前記ｐ型クラッド層における前記共振器の共振方向の端部となる部分に変質部を形成し、前記半導体レーザ素子の製造方法は、さらに、前記変質部がリッジ部となるように、前記ｐ型クラッド層にストライプ状のリッジ部を形成するリッジ部形成工程を含んでもよい。

この構成によれば、変質部とリッジストライプ型の導波路とを有する窒化物半導体レーザ素子を製造することができるという効果がある。

ここで、前記半導体レーザ素子の製造方法は、さらに、前記ｐ型クラッド層のｐ型不純物を活性化処理させる活性化処理工程を含み、前記変質部形成工程において、前記ｐ型不純物の活性化処理が行われたｐ型クラッド層に変質部を形成してもよい。また、前記変質部形成工程後に、前記基板及び前記半導体層の温度を８００℃以下に保ってもよい。

この構成によれば、ｐ型層の活性化を効果的に行い、ｐ型層を劣化させずに窒化物半導体レーザ素子を製造できるという効果がある。

ここで、前記半導体層形成工程において、ｎ型クラッド層、活性層及びブロック層を基板上に順次結晶成長させた後、前記ブロック層にストライプ状の開口部を形成し、前記変質部形成工程において、前記活性層における前記共振器の共振方向の端部となる部分に変質部を形成し、前記半導体レーザ素子の製造方法は、さらに、前記変質部を熱処理によって無秩序化させる熱処理工程と、前記熱処理が行われた後に、前記開口部からｐ型クラッド層を結晶成長させるｐ型クラッド層形成工程とを含んでもよい。

この構成によれば、無秩序化された変質部と、内部埋込型のストライプ状の導波路とを有する窒化物半導体レーザ素子を製造することができるという効果がある。

ここで、前記熱処理工程において、前記変質部を８００℃以上に加熱する熱処理を行ってもよい。また、前記熱処理工程において、前記変質部にレーザ光を照射して前記変質部を加熱してもよい。また、前記半導体層形成工程において、ｎ型クラッド層、活性層及びブロック層を基板上に順次結晶成長させた後、前記ブロック層にストライプ状の開口部を形成し、前記開口部からｐ型クラッド層を結晶成長させ、前記変質部形成工程において、前記開口部内のｐ型クラッド層における前記共振器の共振方向の端部となる部分に変質部を形成してもよい。

この構成によれば、変質部と、内部埋込型のストライプ状の導波路とを有する窒化物半導体レーザ素子を製造することができるという効果がある。

ここで、前記変質部形成工程において、前記基板及び半導体層を４００℃以上に加熱しながら、前記変質部が形成される部分に対してイオン注入を行うことにより前記変質部を形成してもよい。

この構成によれば、イオン注入によるダメージを低減できるという効果がある。
ここで、前記変質部形成工程において、前記イオン注入が行われる部分にレーザ光を照射しながら前記イオン注入を行ってもよい。

この構成によれば、イオンを注入するサンプル表面近傍を選択的に加熱でき、イオン注入時のダメージを低減できるという効果がある。

本発明の窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法によれば、共振器端面近傍に形成された無秩序化もしくは高抵抗化された変質部により光吸収や電流注入による共振器端部の発熱を抑えることができるため、ＣＯＤや共振器端面の劣化を抑制でき、その結果、高出力・長寿命の信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を実現できる。また複数種のイオンを同時に注入することで、無秩序化及び高抵抗化された変質部が形成された構造の窒化物半導体レーザ素子を実現でき、簡易なプロセスで高品質な窒化物半導体レーザ素子の作製が可能になる。

（第１の実施の形態）
以下、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法を図１〜４に基づいて詳細に説明する。本実施の形態ではイオン注入による窓構造と、リッジストライプ型の導波路とを有する窒化物半導体レーザ素子について説明する。なお、窓構造とは、共振器の共振方向の端部において、活性層が無秩序化され、共振する光に対して透明な部分が形成されている構造をいう。また、リッジストライプ型の導波路とは、共振方向と平行なストライプ状のリッジ部から構成される導波路をいう。

図１は本実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の斜視図であり、図２（ａ）は同半導体レーザ素子の共振器の共振方向（図１のＣ方向）からみた断面図（図１のＢＢ’線における断面図）であり、図２（ｂ）は同半導体レーザ素子の共振方向と垂直な方向からみた断面図（図１のＡＡ’線における断面図）である。

本半導体レーザ素子は、Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕからなるｎ電極１０１と、ｎ型ＧａＮ基板１０２と、ｎ型ＧａＮもしくはｎ型ＡｌＧａＮからなる第１クラッド層１０３と、イオン注入部１０４と、ＡｌＧａＩｎＮ多重量子井戸からなる活性層１０５と、ｐ型もしくはアンドープのＧａＮもしくはＡｌＧａＮからなる第２クラッド層１０６と、ｐ型ＧａＮもしくはｐ型ＡｌＧａＮからなる第３クラッド層１０７と、ＳｉＯ₂からなる誘電体絶縁膜１０８と、Ｎｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるｐ電極１０９とから構成される。なお、イオン注入部１０４は、本発明の変質部の一例である。

このとき、第１クラッド層１０３、活性層１０５、第２クラッド層１０６、第３クラッド層１０７及び誘電体絶縁膜１０８によりレーザ発振させる共振器が形成される。

本実施の形態の半導体レーザ素子は、共振器の共振方向の端面（共振器端面）Ｄ近傍の領域（共振器端部）において、第２クラッド層１０６、活性層１０５及び第１クラッド層１０３の一部にイオン注入とそれに続く熱アニールとにより無秩序化領域（イオン注入部１０４）が形成され、その後の再成長により第３クラッド層１０７が形成された、リッジストライプ型の導波路を備えた窒化物半導体より構成される青紫色半導体レーザ素子である。すなわち、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子は、光が共振する共振器の中間部を挟み込む共振器端部において、中間部のｐ型半導体層としての第３クラッド層１０７よりも下方に位置する半導体層を変質させた無秩序化領域（イオン注入部１０４）が形成された青紫色半導体レーザ素子である。

例えば、ｎ型ＧａＮ基板１０２上には、ｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（ただし、０≦ｘ≦１）からなる第１クラッド層１０３と、Ｉｎ_1-xbＧａ_xbＮ（ただし、０≦ｘｂ≦１）バリア層及びＩｎ_1-xwＧａ_xwＮ（ただし、０≦ｘｗ≦１）ウエル層からなるＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層１０５と、ｐ型もしくはアンドープのＧａＮもしくはＡｌ_xＧａ_1-xＮからなる第２クラッド層１０６と、ｐ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮからなる第３クラッド層１０７とが順次形成される。第３クラッド層１０７はストライプ状のリッジ部（図１におけるＥ部）を有し、第３クラッド層１０７のリッジ部の側面と非リッジ部上面にはＳｉＯ₂からなる誘電体絶縁膜１０８が形成される。リッジ部の上面にはＮｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるオーミック電極がｐ電極１０９として形成され、ｎ型ＧａＮ基板１０２の裏面にはＴｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕからなるオーミック電極がｎ電極１０１として形成される。さらに、共振器端部において、第１クラッド層１０３の一部、活性層１０５及び第２クラッド層１０６にイオン注入部１０４が設けられる。ｎ型層である第１クラッド層１０３にはＳｉが、ｐ型層である第２クラッド層１０６（ｐ型である場合）及び第３クラッド層１０７にはＭｇがそれぞれ不純物としてドーピングされる。イオン注入部１０４はＡｌが１×１０¹⁵ｃｍ^-2の不純物濃度で注入されて形成される。イオン注入部１０４は、イオン注入に続く１０００℃での熱アニール処理が施されて形成され、イオン注入部１０４では活性層１０５が無秩序化され、活性層１０５の青紫色発光（約４０５ｎｍ）を吸収しない程度にバンドギャップが大きくなっている。

以上のように本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子によれば、共振器端部において、活性層１０５が無秩序化され、活性層１０５のバンドギャップが大きくなったイオン注入部１０４が形成されている。この結果、共振器端部での光吸収がなくなり、高出力動作時のＣＯＤや共振器端面の劣化などを抑制することができるので、高出力・長寿命のレーザ素子を実現できる。

なお、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子においては、イオン注入部１０４を形成するために注入されるイオン種はＡｌであったが、Ｈ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｇａ、Ａｓ、Ｉｎといった他のイオン種でも構わない。また、イオン種の注入量は１×１０¹⁴ｃｍ^-2〜１×１０¹⁶ｃｍ^-2の範囲であることが望ましい。

例えば、Ｈ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｚｎといったイオン種を注入イオンとすると、イオン注入部１０４は活性層１０５、第１クラッド層１０３及び第２クラッド層１０６の高抵抗な部分となり、活性層１０５の発光に対する透明化の効果とともに高抵抗化の効果、つまり共振器端部を電流非注入領域とすることによる効果も期待できるので、さらにレーザ素子の高出力化・長寿命化が期待できる。また、Ｓｉを注入イオン種とした場合は、イオン注入部１０４はｎ型化するため、イオン注入部１０４の周辺がすべてｐ型であれば、ｐ−ｎ−ｐ接合が形成されるので、上記と同様の共振器端部を電流非注入領域とすることによる効果が期待できる。さらに、注入イオン種がＢ、Ａｌ、Ｇａ、ＩｎといったＩＩＩ族イオンである場合は、活性層１０５を形成する元素との無秩序化によりイオン注入部１０４のＩＩＩ族元素の組成比を活性層１０５のＩＩＩ族元素の平均組成比よりも大きくなるように制御でき、窓構造のチューニングが可能となる。ＩＩＩ族イオン注入による波長のチューニングを行う場合には１×１０¹⁶ｃｍ^-2以上の高い注入量が好ましい。このような高い注入量によりイオン注入部１０４のＩＩＩ族組成比を変化させることが可能になる。

また、イオン注入部１０４を形成するために注入されるイオン種は２種以上でも構わない。例えば、Ａｌ等のＩＩＩ族元素とＩｎの同時注入や、Ａｌ等のＩＩＩ族元素とＺｎの同時注入などを行うことで、より特性の良い窓構造を実現できる。具体的には、ＡｌとＩｎを同時に注入した場合、Ｉｎの方がＡｌよりも質量が大きく、ＧａＮ中での拡散係数も大きいため、活性層１０５の無秩序化には適しているが、Ｉｎは活性層１０５のバンドギャップを小さくする方に働くため、Ｉｎと同量程度のＡｌを同時に注入することで、Ｉｎの効果を補償し、活性層１０５のバンドギャップを大きくすることができる。すなわち、光吸収が無いイオン注入部１０４を形成することができる。また、Ａｌ、Ｚｎを同時に注入した場合には、Ａｌにはバンドギャップ増大の効果が、Ｚｎには高抵抗化の効果がそれぞれ期待でき、透明化と高抵抗化の効果を両方備えた窓構造を実現できる。

また、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子によれば、半導体層へのイオン注入により窓構造を形成する。よって、イオン注入部１０４と非注入部の屈折率差がほとんどないため、レーザ素子内部の活性層１０５、リッジストライプ型の導波路、及び誘電体絶縁膜１０８による光の閉じ込め構造と共振器端部のイオン注入部１０４における光の閉じ込め構造がほぼ同一になり、安定したレーザ発振を実現できる。

図１、２に示すような構造の窒化物半導体レーザ素子を作製するためには、例えば、図３に示す製造方法が考えられる。図３は本発明の第１の実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の製造方法を示す断面図である。図３において、図１、２と同一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略する。

まず、例えば、転位密度が１０⁶ｃｍ^-3台のｎ型ＧａＮ基板１０２の（０００１）面上に、有機金属気相成長法（Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ： ＭＯＣＶＤ法）等の結晶成長法により、ｎ型ＧａＮ緩衝層（不図示）と、ｎ型ＧａＮもしくはｎ型ＡｌＧａＮからなる第１クラッド層１０３と、ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層１０５と、ｐ型もしくはアンドープのＧａＮもしくはＡｌＧａＮからなる第２クラッド層１０６とを順次形成する（図３（ａ））。活性層１０５からは電流注入により、４０５ｎｍの青紫色発光が生じる。

次に、第２クラッド層１０６上に、共振器端部のみに開口部を有するＳｉＯ₂マスク１１０を形成し、例えばＡｌイオンを用いて活性層１０５及び第１クラッド層１０３の一部まで到達する加速電圧でイオン注入を行い、第１クラッド層１０３及び活性層１０５における共振器端部となる部分にイオン注入部１０４を形成する（図３（ｂ））。イオン注入量は例えば１×１０¹⁵ｃｍ^-2である。その後、イオン注入部１０４を８００℃以上の熱処理、例えば１０００℃に加熱する熱アニールを行い、イオン注入部１０４のダメージを回復するとともに、イオン注入部１０４の注入イオンを拡散させ共振器端部の活性層１０５を無秩序化する。

次に、ｐ型ＡｌＧａＮからなる第３クラッド層１０７をＭＯＣＶＤ法等の結晶成長法により第２クラッド層１０６上に再成長させる。その後、第２クラッド層１０６（ｐ型である場合）及び第３クラッド層１０７に対し、Ｎ₂雰囲気中で例えば７５０℃、３０分のアニールを施し、第２クラッド層１０６（ｐ型である場合）、第３クラッド層１０７のｐ型不純物を活性化させる（図３（ｃ））。

次に、ｐ型不純物の活性化処理の後、第３クラッド層１０７上にストライプ状の開口部を有するフォトレジスト（不図示）を形成する。このフォトレジストをマスクとして例えばＣｌ₂ガスを用いたＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）エッチングと呼ばれるドライエッチングにより第３クラッド層１０７にストライプ状のリッジ部を形成する（図３（ｄ））。

次に、第３クラッド層１０７上にＳｉＯ₂からなる誘電体絶縁膜１０８を形成し、フォトリソグラフィによるパターンニングとウェットエッチングにより、第３クラッド層１０７のリッジ部上方にのみに開口部を形成する。その後、リッジ部上方の開口部にＮｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極を、例えばＥＢ（Electron Beam）蒸着とリフトオフにより形成する。ここではｐ型層へのコンタクト抵抗低減のためにＮ₂雰囲気中で６００℃のシンタを行い、オーミック電極（ｐ電極１０９）を形成する。

次に、ｎ型ＧａＮ基板１０２を裏面より厚さ約１５０μｍ程度まで研磨し、さらにｎ型ＧａＮ基板１０２の裏面にＴｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ電極を例えばＥＢ蒸着とリフトオフにより形成する。ここでは、ｎ型層へのコンタクト抵抗低減のためにＮ₂雰囲気中で６００℃のシンタを行い、オーミック電極（ｎ電極１０１）を形成する。以上により図１、２に示すような構造の窒化物半導体レーザ素子が形成される（図３（ｅ））。

以上のように、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子の製造方法によれば、イオン注入及び熱アニールによる窓構造の形成を行った後にｐ型層（第３クラッド層１０７）を再成長により形成する。よって、ｐ型層（第３クラッド層１０７）を８００℃以上の高温にさらすことなく、窓構造を備えた窒化物半導体レーザ素子を製造でき、高出力・長寿命の青紫色窒化物半導体レーザ素子を実現できる。

なお、上述の窒化物半導体レーザ素子の製造方法においては、イオン注入部１０４を形成するために注入されるイオン種としてＡｌを例示したが、Ｈ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｇａ、Ａｓ、Ｉｎといった他のイオン種でも構わない。また複数種のイオン種を同時に注入しても構わない。イオン種の注入量は１×１０¹⁴ｃｍ^-2〜１×１０¹⁶ｃｍ^-2の範囲であることが望ましく、Ａｌ、Ｇａ、ＩｎといったＩＩＩ族イオンを注入する場合は１×１０¹⁶ｃｍ^-2以上の注入量が好ましい。

また、図３（ｂ）で示すイオン注入時にｎ型ＧａＮ基板１０２及び半導体層を４００℃以上に加熱してもよい。これによって、ｎ型ＧａＮ基板１０２の格子エネルギーが大きくなり、イオン注入時の結晶ダメージを軽減でき、窓構造の透過特性を向上させることができる。

このとき、イオン注入時に、ＹＡＧの３倍波レーザ（波長３５５ｎｍ）やＫｒＦレーザ（波長２４８ｎｍ）などのイオン注入部１０４が形成される部分のバンドギャップより大きいエネルギーを持つレーザをイオン注入部１０４が形成される部分に照射してもよい。これによって、イオン注入部１０４が形成される部分のみを選択的に加熱することができ、イオン注入時の結晶ダメージを軽減し、窓構造の透過特性を向上させることができる。

また、図３（ｂ）で示すイオン注入後の熱処理時に、図４に示すようにＹＡＧの３倍波レーザ（波長３５５ｎｍ）やＫｒＦレーザ（波長２４８ｎｍ）などのレーザ１１１をイオン注入部１０４が形成される部分に照射し、８００℃以上に加熱してもよい。これによって、イオン注入部１０４が形成される部分のみを選択的に加熱することができる。

（第２の実施の形態）
以下、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法を図５〜７に基づいて詳細に説明する。本実施の形態ではイオン注入による高抵抗・電流非注入領域を備えた、リッジストライプ型の導波路を有する窒化物半導体レーザ素子について説明する。

図５は本実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の斜視図であり、図６（ａ）は同半導体レーザ素子の共振器の共振方向（図５のＣ方向）からみた断面図（図５のＢＢ’線における断面図）であり、図６（ｂ）は同半導体レーザ素子の共振方向と垂直な方向からみた断面図（図５のＡＡ’線における断面図）である。図５、６において、図１、２と同一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略する。

本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子は、ｎ電極１０１と、ｎ型ＧａＮ基板１０２と、第１クラッド層１０３と、イオン注入部２０４と、活性層１０５と、ｐ型ＧａＮもしくはｐ型ＡｌＧａＮからなる第３クラッド層２０１と、誘電体絶縁膜１０８と、ｐ電極１０９とから構成される。なお、イオン注入部２０４は、本発明の変質部の一例である。

このとき、第１クラッド層１０３、活性層１０５、第３クラッド層２０１及び誘電体絶縁膜１０８によりレーザ発振させる共振器が形成される。

本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子は、共振器端面Ｄ近傍の領域（共振器端部）において、第３クラッド層２０１の一部にイオン注入により高抵抗領域（イオン注入部２０４）が形成された、リッジストライプ型の導波路を備えた窒化物半導体より構成される青紫色半導体レーザ素子である。すなわち、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子は、光が共振する共振器の中間部を挟み込む共振器端部において、中間部の活性層１０５よりも上方に位置する半導体層を変質させた電流非注入領域が形成された青紫色半導体レーザ素子である。

例えば、ｎ型ＧａＮ基板１０２上には、ｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（ただし、０≦ｘ≦１）からなる第１クラッド層１０３と、Ｉｎ_1-xbＧａ_xbＮ（ただし、０≦ｘｂ≦１）バリア層及びＩｎ_1-xwＧａ_xwＮ（ただし、０≦ｘｗ≦１）ウエル層からなるＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層１０５と、ｐ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮからなる第３クラッド層２０１とが順次形成される。第３クラッド層２０１はストライプ状のリッジ部（図５におけるＥ部）を有し、第３クラッド層２０１のリッジ部の側面と非リッジ部上面にはＳｉＯ₂からなる誘電体絶縁膜１０８が形成されている。リッジ部の上面にはＮｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるオーミック電極がｐ電極１０９として形成され、ｎ型ＧａＮ基板１０２の裏面にはＴｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕからなるオーミック電極がｎ電極１０１として形成される。

さらに、共振器端部において、第３クラッド層２０１の一部にイオン注入部２０４が設けられる。ｎ型層である第１クラッド層１０３にはＳｉが、ｐ型層である第３クラッド層２０１にはＭｇがそれぞれ不純物としてドーピングされる。イオン注入部２０４にはＺｎが１×１０¹⁵ｃｍ^-2の不純物濃度で注入される。イオン注入部２０４は第３クラッド層２０１のみに形成されており、活性層１０５には形成されていない。またイオン注入部２０４では第３クラッド層２０１がイオン注入によって、例えば比抵抗１０⁸Ωｃｍ以上に高抵抗化され、イオン注入部２０４は共振器端部での電流注入をブロックする電流注入ブロック層として機能している。

以上のように本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子によれば、イオン注入部２０４は共振器端部での電流注入をブロックする電流注入ブロック層として機能する。よって、共振器端部での発熱が抑えられ、高出力動作時のＣＯＤや共振器端面の劣化などを抑制することができるので、高出力・長寿命のレーザ素子が実現できる。

また、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子によれば、半導体層へのイオン注入により電流非注入領域を形成する。よって、イオン注入部２０４とイオン非注入部の屈折率差がほとんどないため、共振器端部での導波路構造を乱すことなく、電流非注入領域を形成できるので、安定した単一横モード動作を実現できる。

なお、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子においては、イオン注入部２０４を形成するために注入されるイオン種はＺｎであったが、イオン注入によって第３クラッド層２０１を高抵抗化できればこれに限られず、Ｈ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ａｓ、Ｉｎといった他のイオン種でも構わない。本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子では、注入後の高温（＞８００℃）での熱アニールを行わないため、注入イオン種としては、その他のプロセスにおける比較的低温（〜６００℃）の熱処理によって抵抗が低下しないものであればＺｎに限られない。例えば、Ｓｉを注入イオン種とした場合は、イオン注入部２０４はｎ型化し、イオン注入部２０４の周辺がすべてｐ型であるので、ｐ−ｎ−ｐ接合が形成され、上記と同様の共振器端部を電流非注入領域とすることによる効果が期待できる。イオン種の注入量は１×１０¹⁴ｃｍ^-2〜１×１０¹⁶ｃｍ^-2の範囲であることが望ましい。また、イオン注入部２０４に注入されるイオン種は２種以上でも構わない。

図５、６に示すような窒化物半導体レーザ素子を作製するためには、例えば、図７に示す製造方法が考えられる。図７は本発明の第２の実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の製造方法を示す断面図である。図７において、図５、６と同一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略する。

まず、例えば、転位密度が１０⁶ｃｍ^-3台のｎ型ＧａＮ基板１０２の（０００１）面上に、ＭＯＣＶＤ法等の結晶成長法により、ｎ型ＧａＮ緩衝層（不図示）、ｎ型ＧａＮもしくはｎ型ＡｌＧａＮからなる第１クラッド層１０３と、ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層１０５と、ｐ型ＧａＮもしくはｐ型ＡｌＧａＮからなる第３クラッド層２０１とを順次形成する（図７（ａ））。活性層１０５からは電流注入により、４０５ｎｍの青紫色発光が生じる。その後、第３クラッド層２０１に対し、Ｎ₂雰囲気中で例えば７５０℃、３０分のアニールを施し、第３クラッド層２０１のｐ型不純物を活性化させる。

次に、第３クラッド層２０１上に、共振器端部のみに開口部を有するＳｉＯ₂マスク１１０を形成し、例えばＺｎイオンを用いて活性層１０５に到達しない程度の加速電圧で第３クラッド層２０１にイオン注入を行い、第３クラッド層２０１における共振器端部となる部分にイオン注入部２０４を形成する（図７（ｂ））。イオン注入量は例えば１×１０¹⁵ｃｍ^-2である。

次に、イオン注入部２０４がリッジ部となるように、第３クラッド層２０１にストライプ状のリッジ部を形成する。すなわち、第３クラッド層２０１上にストライプ状の開口部を有するフォトレジスト（不図示）を形成する。このフォトレジストをマスクとして例えばＣｌ₂ガスを用いたＩＣＰドライエッチングにより第３クラッド層２０１にストライプ状のリッジ部を形成する（図７（ｃ））。

次に、第３クラッド層２０１上にＳｉＯ₂からなる誘電体絶縁膜１０８を形成し、フォトリソグラフィによるパターンニングとウェットエッチングにより、第３クラッド層２０１のリッジ部上方.にのみに開口部を形成する。その後、リッジ部上方の開口部にＮｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極を、例えばＥＢ蒸着とリフトオフにより形成する。ここではｐ型層へのコンタクト抵抗低減のためにＮ₂雰囲気中で６００℃のシンタを行い、オーミック電極（ｐ電極１０９）を形成する。

次に、ｎ型ＧａＮ基板１０２を裏面より厚さ約１５０μｍ程度まで研磨し、さらにｎ型ＧａＮ基板１０２の裏面にＴｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ電極を例えばＥＢ蒸着とリフトオフにより形成する。ここでは、ｎ型層へのコンタクト抵抗低減のためにＮ₂雰囲気中で６００℃のシンタを行い、オーミック電極（ｎ電極１０１）を形成する。以上により、図５、６に示すような構造の窒化物半導体レーザ素子が形成される（図７（ｄ））。

以上のように、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子の製造方法によれば、活性層１０５に到達しないイオン注入による高抵抗化で電流非注入領域を形成する。よって、注入ダメージの回復のための高温熱アニールを施すことなく、共振器端部に電流非注入領域を有する構造の窒化物半導体レーザ素子を製造でき、高出力・長寿命の青紫色窒化物半導体レーザ素子を実現できる。

なお、上述の窒化物半導体レーザ素子の製造方法においては、イオン注入部２０４を形成するために注入されるイオン種としてＺｎを例示したが、Ｈ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ａｓ、Ｉｎといった他のイオン種でも構わない。イオン種の注入量は１×１０¹⁴ｃｍ^-2〜１×１０¹⁶ｃｍ^-2の範囲であることが望ましい。

また、図７（ｂ）で示すイオン注入時にｎ型ＧａＮ基板１０２及び半導体層を４００℃以上に加熱してもよい。これによって、ｎ型ＧａＮ基板１０２の格子エネルギーが大きくなり、イオン注入時の結晶ダメージを軽減できる。

このとき、イオン注入時に、ＹＡＧの３倍波レーザ（波長３５５ｎｍ）やＫｒＦレーザ（波長２４８ｎｍ）などのイオン注入部２０４が形成される部分のバンドギャップより大きいエネルギーを持つレーザをイオン注入部２０４が形成される部分に照射してもよい。これによって、イオン注入部２０４が形成される部分のみを選択的に加熱することができ、イオン注入時の結晶ダメージを軽減できる。

（第３の実施の形態）
以下、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法を図８〜１１に基づいて詳細に説明する。本実施の形態ではイオン注入による窓構造を備えた、内部埋込型のストライプ状の導波路を有する窒化物半導体レーザ素子について説明する。なお、内部埋込型のストライプ状の導波路とは、半導体層の内部に埋め込まれた共振方向と平行なストライプ状の導波路をいう。

図８は本実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の斜視図であり、図９（ａ）は同半導体レーザ素子の共振器の共振方向（図８のＣ方向）からみた断面図（図８のＢＢ’線における断面図）であり、図９（ｂ）は共振方向と垂直な方向からみた断面図（図８のＡＡ’線における断面図）である。図８、９において、図１、２と同一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略する。

本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子は、ｎ電極１０１と、ｎ型ＧａＮ基板１０２と、第１クラッド層１０３と、イオン注入部３０４と、活性層１０５と、第２クラッド層１０６と、ｐ型ＧａＮもしくはｐ型ＡｌＧａＮからなる第３クラッド層３０７と、ｎ型もしくはアンドープのＡｌＧａＮからなる電流ブロック層３０１と、ｐ電極１０９とから構成される。なお、イオン注入部３０４は、本発明の変質部の一例である。

このとき、第１クラッド層１０３、活性層１０５、第２クラッド層１０６、第３クラッド層３０７及び電流ブロック層３０１によりレーザ発振させる共振器が形成される。

本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子は、共振器端面Ｄ近傍の領域（共振器端部）において、電流ブロック層３０１と第２クラッド層１０６と活性層１０５と第１クラッド層１０３の一部にイオン注入とそれに続く熱アニールとにより無秩序化領域（イオン注入部３０４）が形成され、その後の再成長により第３クラッド層３０７が形成された、内部埋込型のストライプ状の導波路を備えた窒化物半導体より構成される青紫色半導体レーザ素子である。すなわち、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子は、光が共振する共振器の中間部を挟み込む共振器端部において、中間部のｐ型半導体層としての第３クラッド層３０７よりも下方に位置する半導体層を変質させた無秩序化領域（イオン注入部３０４）が形成された青紫色半導体レーザ素子である。

例えば、ｎ型ＧａＮ基板１０２上には、ｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（ただし、０≦ｘ≦１）からなる第１クラッド層１０３と、Ｉｎ_1-xbＧａ_xbＮ（ただし、０≦ｘｂ≦１）バリア層及びＩｎ_1-xwＧａ_xwＮ（ただし、０≦ｘｗ≦１）ウエル層からなるＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層１０５と、ｐ型もしくはアンドープのＧａＮもしくはＡｌ_xＧａ_1-xＮからなる第２クラッド層１０６と、ｎ型もしくはアンドープのＡｌ_yＧａ_1-yＮ（ただし、０≦ｙ≦１）からなる電流ブロック層３０１と、ｐ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮからなる第３クラッド層３０７とが順次形成される。電流ブロック層３０１はストライプ状の開口部（図８におけるＥ部）を有し、第３クラッド層３０７の上面にはＮｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるオーミック電極がｐ電極１０９として形成され、ｎ型ＧａＮ基板１０２の裏面にはＴｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕからなるオーミック電極がｎ電極１０１として形成される。さらに、共振器端部において、第１クラッド層１０３の一部、活性層１０５、第２クラッド層１０６及び電流ブロック層３０１の一部にイオン注入部３０４が設けられる。ｎ型層である第１クラッド層１０３、及び電流ブロック層３０１（ｎ型である場合）にはＳｉが、ｐ型層である第２クラッド層１０６（ｐ型である場合）、及び第３クラッド層３０７にはＭｇがそれぞれ不純物としてドーピングされる。イオン注入部３０４はＡｌが１×１０¹⁵ｃｍ^-2の不純物濃度で注入されて形成される。

イオン注入部３０４は、イオン注入に続く１０００℃での熱アニール処理が施されて形成され、イオン注入部３０４では活性層１０５が無秩序化され、活性層１０５の青紫色発光（約４０５ｎｍ）を吸収しない程度にバンドギャップが大きくなっている。

以上のように本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子によれば、共振器端部において、活性層１０５が無秩序化され、活性層１０５のバンドギャップが大きくなったイオン注入部３０４が形成されている。この結果、共振器端部での光吸収がなくなり、高出力動作時のＣＯＤや端面劣化などを抑制することができるので、高出力・長寿命のレーザ素子が実現できる。

なお、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子においては、イオン注入部３０４を形成するために注入されるイオン種はＡｌであったが、Ｈ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｇａ、Ａｓ、Ｉｎといった他のイオン種でも構わない。また、イオン種の注入量は１×１０¹⁴ｃｍ^-2〜１×１０¹⁶ｃｍ^-2の範囲であることが望ましい。

例えば、Ｈ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｚｎといったイオン種を注入イオンとすると、イオン注入部３０４は活性層１０５、第１クラッド層１０３及び第２クラッド層１０６の高抵抗な部分となり、活性層１０５の発光に対する透明化の効果とともに高抵抗化の効果、つまり共振器端部を電流非注入領域とすることによる効果も期待できるので、さらにレーザ素子の高出力化・長寿命化が期待できる。また、Ｓｉを注入イオン種とした場合は、イオン注入部３０４はｎ型化するため、イオン注入部３０４の周辺がすべてｐ型であれば、ｐ−ｎ−ｐ接合が形成されるので、上記と同様の共振器端部を電流非注入領域とすることによる効果が期待できる。さらに、注入イオン種がＢ、Ａｌ、Ｇａ、ＩｎといったＩＩＩ族イオンである場合は、活性層１０５を形成する元素との無秩序化によりイオン注入部３０４のＩＩＩ族元素の組成比を活性層１０５のＩＩＩ族元素の平均組成比よりも大きくなるように制御でき、窓構造のチューニングが可能となる。ＩＩＩ族イオン注入による波長のチューニングを行う場合には１×１０¹⁶ｃｍ^-2以上の高い注入量が好ましい。このような高い注入量によりイオン注入部３０４のＩＩＩ族組成比を変化させることが可能になる。

また、イオン注入部３０４を形成するために注入されるイオン種は２種以上でも構わない。例えば、Ａｌ等のＩＩＩ族元素とＩｎの同時注入や、Ａｌ等のＩＩＩ族元素とＺｎの同時注入などを行うことで、より特性の良い窓構造を実現できる。具体的には、ＡｌとＩｎを同時に注入した場合、Ｉｎの方がＡｌよりも質量が大きく、ＧａＮ中での拡散係数も大きいため、活性層１０５の無秩序化には適しているが、Ｉｎは活性層１０５のバンドギャップを小さくする方に働くため、Ｉｎと同量程度のＡｌを同時に注入することで、Ｉｎの効果を補償し、活性層１０５のバンドギャップを大きくすることができる。すなわち、光吸収が無いイオン注入部３０４を形成することができる。また、Ａｌ、Ｚｎを同時に注入した場合には、Ａｌにはバンドギャップ増大の効果が、Ｚｎには高抵抗化の効果がそれぞれ期待でき、透明化と高抵抗化の効果を両方備えた窓構造を実現できる。

また、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子によれば、半導体層へのイオン注入により窓構造を形成する。よって、イオン注入部３０４と非注入部の屈折率差がほとんどないため、レーザ素子内部の活性層１０５、ストライプ状の導波路、及び電流ブロック層３０１による光の閉じ込め構造と共振器端部のイオン注入部３０４における光の閉じ込め構造がほぼ同一になり、安定したレーザ発振が実現できる。

図８、９に示すような構造の窒化物半導体レーザ素子を作製するためには、例えば、図１０に示す製造方法が考えられる。図１０は第３の実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の製造方法を示す断面図である。図１０において、図８、９と同一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略する。

まず、例えば、転位密度が１０⁶ｃｍ^-3台のｎ型ＧａＮ基板１０２の（０００１）面上に、ＭＯＣＶＤ法等の結晶成長法により、ｎ型ＧａＮ緩衝層（不図示）と、ｎ型ＧａＮもしくはｎ型ＡｌＧａＮからなる第１クラッド層１０３と、ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層１０５と、ｐ型もしくはアンドープのＧａＮもしくはＡｌＧａＮからなる第２クラッド層１０６と、ｎ型もしくはアンドープのＡｌＧａＮからなる電流ブロック層３０１とを順次形成する（図１０（ａ））。活性層１０５からは電流注入により、４０５ｎｍの青紫色発光が生じる。

次に、電流ブロック層３０１上に、ストライプ状の開口部を有するフォトレジスト（不図示）を形成する。このフォトレジストをマスクとして例えばＣｌ₂ガスを用いたＩＣＰドライエッチングにより電流ブロック層３０１にストライプ状の開口部を形成する。

次に、電流ブロック層３０１上に、共振器端部となる部分のみに開口部を有するＳｉＯ₂マスク１１０を形成し、例えばＡｌイオンを用いて電流ブロック層３０１の開口部において、活性層１０５及び第１クラッド層１０３の一部まで到達する加速電圧でイオン注入を行い、第１クラッド層１０３及び活性層１０５における共振器端部となる部分にイオン注入部３０４を形成する。イオン注入量は例えば１×１０¹⁵ｃｍ^-2である。その後、イオン注入部３０４を８００℃以上の熱処理、例えば１０００℃加熱する熱アニールを行い、イオン注入部３０４のダメージを回復するとともに、イオン注入部３０４の注入イオンを拡散させ共振器端部の活性層１０５を無秩序化する（図１０（ｂ）、（ｃ））。

次に、ｐ型ＡｌＧａＮからなる第３クラッド層３０７をＭＯＣＶＤ法等の結晶成長法により電流ブロック層３０１の開口部から再成長させる。その後、第２クラッド層１０６（ｐ型である場合）及び第３クラッド層３０７に対し、Ｎ₂雰囲気中で例えば７５０℃、３０分のアニールを施し、第２クラッド層１０６（ｐ型である場合）、第３クラッド層３０７のｐ型不純物を活性化させる（図１０（ｄ））。

次に、ｐ型不純物の活性化処理の後、第３クラッド層３０７上にＮｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極を、例えばＥＢ蒸着とリフトオフにより形成する。ここではｐ型層へのコンタクト抵抗低減のためにＮ₂雰囲気中で６００℃のシンタを行い、オーミック電極（ｐ電極１０９）を形成する。

次に、ｎ型ＧａＮ基板１０２を裏面より厚さ約１５０μｍ程度まで研磨し、さらにｎ型ＧａＮ基板１０２の裏面にＴｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ電極を例えばＥＢ蒸着とリフトオフにより形成する。ここでは、ｎ型層へのコンタクト抵抗低減のためにＮ₂雰囲気中で６００℃のシンタを行い、オーミック電極（ｎ電極１０１）を形成する。以上により図８、９に示すような構造の窒化物半導体レーザ素子が形成される（図１０（ｅ））。

以上のように、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子の製造方法によれば、イオン注入及び熱アニールによる窓構造の形成を行った後にｐ型層（第３クラッド層３０７）を再成長により形成する。よって、ｐ型層（第３クラッド層３０７）を８００℃以上の高温にさらすことなく、窓構造を備えた構造の窒化物半導体レーザ素子を製造でき、高出力・長寿命の青紫色窒化物半導体レーザ素子を実現できる。

なお、上述の窒化物半導体レーザ素子の製造方法においては、イオン注入部３０４を形成するために注入されるイオン種としてＡｌを例示したが、Ｈ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｇａ、Ａｓ、Ｉｎといった他のイオン種でも構わない。また複数種のイオン種を同時に注入しても構わない。イオン種の注入量は１×１０¹⁴ｃｍ^-2〜１×１０¹⁶ｃｍ^-2の範囲であることが望ましく、Ａｌ、Ｇａ、ＩｎといったＩＩＩ族イオンを注入する場合は１×１０¹⁶ｃｍ^-2以上の注入量が好ましい。

また、図１０（ｂ）、（ｃ）で示すイオン注入時にｎ型ＧａＮ基板１０２及び半導体層を４００℃以上に加熱してもよい。これによって、ｎ型ＧａＮ基板１０２の格子エネルギーが大きくなり、イオン注入時の結晶ダメージを軽減でき、窓構造の透過特性を向上させることができる。

このとき、イオン注入時に、ＹＡＧの３倍波レーザ（波長３５５ｎｍ）やＫｒＦレーザ（波長２４８ｎｍ）などのイオン注入部３０４が形成される部分のバンドギャップより大きいエネルギーを持つレーザをイオン注入部３０４が形成される部分に照射してもよい。これによって、イオン注入部３０４が形成される部分のみを選択的に加熱することができ、イオン注入時の結晶ダメージを軽減し、窓構造の透過特性を向上させることができる。

また、図１０（ｂ）、（ｃ）で示すイオン注入後の熱処理時に、図１１に示すようにＹＡＧの３倍波レーザ（波長３５５ｎｍ）やＫｒＦレーザ（波長２４８ｎｍ）などのレーザ１１１をイオン注入部３０４が形成される部分に照射し、８００℃以上に加熱してもよい。これによって、イオン注入部３０４のみを選択的に加熱することができる。

（第４の実施の形態）
以下、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法を図１２〜１４に基づいて詳細に説明する。本実施の形態ではイオン注入による高抵抗・電流非注入領域を備えた、内部埋込型のストライプ状の導波路を有する窒化物半導体レーザ素子について説明する。

図１２は本実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の斜視図であり、図１３（ａ）は同半導体レーザ素子の共振器の共振方向（図１２のＣ方向）からみた断面図（図１２のＢＢ’線における断面図）であり、図１３（ｂ）は同半導体レーザ素子の共振方向と垂直な方向からみた断面図（図１２のＡＡ’線における断面図）である。図１２、１３において、図８、９と同一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略する。

本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子は、ｎ電極１０１と、ｎ型ＧａＮ基板１０２と、第１クラッド層１０３と、イオン注入部４０４と、活性層１０５と、第２クラッド層１０６と、第３クラッド層３０７と、電流ブロック層３０１と、ｐ電極１０９とから構成される。なお、イオン注入部４０４は、本発明の変質部の一例である。

このとき、第１クラッド層１０３、活性層１０５、第２クラッド層１０６、第３クラッド層３０７及び電流ブロック層３０１によりレーザ発振させる共振器が形成される。

本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子は、共振器端面Ｄ近傍の領域（共振器端部）において、第３クラッド層３０７と電流ブロック層３０１の一部または全体へのイオン注入により高抵抗・電流非注入領域（イオン注入部４０４）が形成された、内部埋込型のストライプ状の導波路を備えた窒化物半導体から構成される青紫色半導体レーザ素子である。すなわち、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子は、光が共振する共振器の中間部を挟み込む共振器端部において、中間部の活性層１０５よりも上方に位置する半導体層を変質させた高抵抗・電流非注入領域（イオン注入部４０４）が形成された青紫色半導体レーザ素子である。

例えば、ｎ型ＧａＮ基板１０２上には、ｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（ただし、０≦ｘ≦１）からなる第１クラッド層１０３と、Ｉｎ_1-xbＧａ_xbＮ（ただし、０≦ｘｂ≦１）バリア層及びＩｎ_1-xwＧａ_xwＮ（ただし、０≦ｘｗ≦１）ウエル層からなるＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層１０５と、ｐ型もしくはアンドープのＧａＮもしくはＡｌ_xＧａ_1-xＮからなる第２クラッド層１０６と、ｎ型もしくはアンドープのＡｌ_yＧａ_1-yＮ（ただし、０≦ｙ≦１）からなる電流ブロック層３０１と、ｐ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮからなる第３クラッド層３０７とが順次形成されている。電流ブロック層３０１はストライプ状の開口部（図１２におけるＥ部）を有し、第３クラッド層３０７の上面にはＮｉ／Ｐｔ／Ａｕからなるオーミック電極がｐ電極１０９として形成され、ｎ型ＧａＮ基板１０２の裏面にはＴｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕからなるオーミック電極がｎ電極１０１として形成される。イオン注入部４０４は、電流ブロック層３０１の開口部内の第３クラッド層３０７に形成される。

さらに、共振器端部において、第３クラッド３０７と電流ブロック層３０１の一部または全体にイオン注入部４０４が設けられる。ｎ型層である第１クラッド層１０３、及び電流ブロック層３０１（ｎ型である場合）にはＳｉが、ｐ型層である第２クラッド層１０６（ｐ型である場合）、及び第３クラッド層３０７にはＭｇがそれぞれ不純物としてドーピングされる。イオン注入部４０４はＺｎが１×１０¹⁵ｃｍ^-2の不純物濃度で注入されて形成される。イオン注入部４０４では、第３クラッド３０７がイオン注入によって、例えば比抵抗１０⁸Ωｃｍ以上に高抵抗化され、イオン注入部４０４は共振器端部での電流注入をブロックする電流注入ブロック層として機能している。

以上のように本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子によれば、イオン注入部４０４は共振器端部での電流注入をブロックする電流注入ブロック層として機能する。よって、共振器端部での発熱が抑えられ、高出力動作時のＣＯＤや端面劣化などを抑制することができるので、高出力・長寿命のレーザ素子が実現できる。

また、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子によれば、半導体層へのイオン注入により電流非注入領域を形成する。よって、イオン注入部４０４とイオン非注入部との屈折率差がほとんどないため、共振器端部での導波路構造を乱すことなく、電流非注入領域を形成できるので、安定した単一横モード動作を実現できる。

なお、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子においては、イオン注入部４０４を形成するために注入されるイオン種はＺｎであったが、イオン注入によって第３クラッド層３０７を高抵抗化できればこれに限られず、Ｈ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ａｓ、Ｉｎといった他のイオン種でも構わない。本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子では、注入後の高温（＞８００℃）での熱アニールを行わないため、注入イオン種としては、その他のプロセスにおける比較的低温（〜６００℃）の熱処理によって抵抗が低下しないものであればＺｎに限られない。例えば、Ｓｉを注入イオン種とした場合は、イオン注入部４０４はｎ型化し、イオン注入部４０４の周辺がすべてｐ型であるので、ｐ−ｎ−ｐ接合が形成され、上記と同様の共振器端部を電流非注入領域とすることによる効果が期待できる。イオン種の注入量は１×１０¹⁴ｃｍ^-2〜１×１０¹⁶ｃｍ^-2の範囲であることが望ましい。また、イオン注入部４０４に注入されるイオン種は２種以上でも構わない。

図１２、１３に示すような窒化物半導体レーザ素子を作製するためには、例えば、図１４に示す製造方法が考えられる。図１４は本発明の第４の実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の製造方法を示す断面図である。図１４において、図１２、１３と同一の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

まず、例えば、転位密度が１０⁶ｃｍ^-3台のｎ型ＧａＮ基板１０２の（０００１）面上に、ＭＯＣＶＤ法等の結晶成長法により、ｎ型ＧａＮ緩衝層（不図示）と、ｎ型ＧａＮもしくはｎ型ＡｌＧａＮからなる第１クラッド層１０３と、ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層１０５と、ｐ型もしくはアンドープのＧａＮもしくはＡｌＧａＮからなる第２クラッド層１０６と、ｎ型もしくはアンドープのＡｌＧａＮからなる電流ブロック層３０１とを順次形成する（図１４（ａ））。活性層１０５からは電流注入により、４０５ｎｍの青紫色発光が生じる。

次に、電流ブロック層３０１上に、ストライプ状の開口部を有するフォトレジスト（不図示）を形成する。このフォトレジストをマスクとして例えばＣｌ₂ガスを用いたＩＣＰドライエッチングにより電流ブロック層３０１にストライプ状の開口部を形成する（図１４（ｂ））。

次に、ｐ型ＡｌＧａＮからなる第３クラッド層３０７をＭＯＣＶＤ法等の結晶成長法により電流ブロック層３０１の開口部から再成長させる。その後、第２クラッド層１０６（ｐ型である場合）及び第３クラッド層３０７に対し、Ｎ₂雰囲気中で例えば７５０℃、３０分のアニールを施し、第２クラッド層１０６（ｐ型である場合）及び第３クラッド層３０７のｐ型不純物を活性化させる（図１４（ｃ））。

次に、ｐ型不純物の活性化処理の後、第３クラッド層３０７上に、共振器端部となる部分のみに開口部を有するＳｉＯ₂マスク１１０を形成し、例えばＺｎイオンを用いて第３クラッド層３０７及び電流ブロック層３０１の一部または全体まで到達する加速電圧でイオン注入を行い、開口部内の第３クラッド層３０７及び電流ブロック層３０１における共振器端部となる部分にイオン注入部４０４を形成する（図１４（ｄ））。イオン注入量は例えば１×１０¹⁵ｃｍ^-2である。

次に、第３クラッド層３０７上にＮｉ／Ｐｔ／Ａｕ電極を、例えばＥＢ蒸着とリフトオフにより形成する。ここではｐ型層へのコンタクト抵抗低減のためにＮ₂雰囲気中で６００℃のシンタを行い、オーミック電極（ｐ電極１０９）を形成する。

次に、ｎ型ＧａＮ基板１０２を裏面より厚さ約１５０μｍ程度まで研磨し、さらにｎ型ＧａＮ基板１０２の裏面にＴｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ電極を例えばＥＢ蒸着とリフトオフにより形成する。ここでは、ｎ型層へのコンタクト抵抗低減のためにＮ₂雰囲気中で６００℃のシンタを行い、オーミック電極（ｎ電極１０１）を形成する。以上により、図１２、１３に示すような構造の窒化物半導体レーザ素子が形成される（図１４（ｅ））。

以上のように、本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子の製造方法によれば、活性層１０５に到達しないイオン注入による高抵抗化で電流非注入領域を形成する。よって、注入ダメージの回復のための高温熱アニールを施すことなく、共振器端部に電流非注入領域を有する構造の窒化物半導体レーザ素子を製造でき、高出力・長寿命の青紫色窒化物半導体レーザ素子を実現できる。

なお、上述の窒化物半導体レーザ素子の製造方法においては、イオン注入部４０４を形成するために注入されるイオン種としてＺｎを例示したが、Ｈ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ、Ａｓ、Ｉｎといった他のイオン種でも構わない。イオン種の注入量は１×１０¹⁴ｃｍ^-2〜１×１０¹⁶ｃｍ^-2の範囲であることが望ましい。

また、図１４（ｄ）で示すイオン注入時にｎ型ＧａＮ基板１０２及び半導体層を４００℃以上に加熱してもよい。これによって、ｎ型ＧａＮ基板１０２の格子エネルギーが大きくなり、イオン注入時の結晶ダメージを軽減できる。

このとき、イオン注入時に、ＹＡＧの３倍波レーザ（波長３５５ｎｍ）やＫｒＦレーザ（波長２４８ｎｍ）などのイオン注入部４０４が形成される部分のバンドギャップより大きいエネルギーを持つレーザをイオン注入部４０４が形成される部分に照射してもよい。これによって、イオン注入部４０４が形成される部分のみを選択的に加熱することができ、イオン注入時の結晶ダメージを軽減できる。

以上、本発明の窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態の限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲内で当業者が思いつく各種変形を施したものも本発明の範囲内に含まれる。

例えば、上記実施の形態においては、４０５ｎｍの青紫色レーザ素子について示したが、活性層をＡｌ_xbＧａ_ybＩｎ_(1-xb-yb)Ｎ（ただし、０≦ｘｂ≦１、０≦ｙｂ≦１、０≦１−ｘｂ−ｙｂ≦１）からなるバリア層と、Ａｌ_xwＧａ_ywＩｎ_(1-xw-yw)Ｎ（ただし、０≦ｘｗ≦１、０≦ｙｗ≦１、０≦１−ｘｗ−ｙｗ≦１）からなるウエル層とを有する多重量子井戸とすることで、３６０ｎｍで発光する紫外レーザ素子を実現する場合にも、同様の方法で窓構造を形成でき、高出力・長寿命の紫外半導体レーザ素子を実現できる。

また、上記実施の形態に示した窒化物半導体レーザ素子では全てｎ型ＧａＮ基板が用いられ、基板裏面にｎ電極が形成されるとしたが、サファイア基板などの絶縁性基板が用いられ、図１５の従来例に示したようなｎ電極が基板表面に形成されても構わない。また、基板は導電性、絶縁性どちらでも良く、ＧａＮ、サファイア、ＳｉＣ、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＬｉＧａＯ₂、ＬｉＡｌＯ₂あるいはこれらの混晶からなる基板であっても良い。また、基板の面方位もいかなるものでも良く、代表面からオフアングルのついた基板であっても良い。また、基板はストライプ状の導波路が形成される部分の転位密度が１０⁶ｃｍ^-2台以下となっていることが望ましい。また、基板上に形成される半導体層の構造は所望のレーザ特性が実現できる限りいかなる多層構造を含んでも構わない。また、基板上に半導体層を形成するために用いられる結晶成長方法はＭＯＣＶＤ法でなく、分子線エピタキシー（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ：ＭＢＥ）法やハイドライド気相成長（Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ：ＨＶＰＥ）法でも良い。

本発明にかかる窒化物半導体レーザ素子は、次世代ＤＶＤ（Ｂｌｕ−Ｒａｙ Ｄｉｓｃ）などの高密度光ディスクの書き込み及び読み出し光源として使用できる、高出力・長寿命の青色半導体レーザ素子として有用である。

第１の実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の斜視図である。 （ａ）同実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の断面図（図１のＢＢ’線における断面図）である。（ｂ）同実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の断面図（図１のＡＡ’線における断面図）である。 同実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の製造方法を示す断面図である。 同実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の製造方法を示す断面図である。 第２の実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の斜視図である。 （ａ）同実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の断面図（図５のＢＢ’線における断面図）である。（ｂ）同実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の断面図（図５のＡＡ’線における断面図）である。 同実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の製造方法を示す断面図である。 第３の実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の斜視図である。 （ａ）同実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の断面図（図８のＢＢ’線における断面図）である。（ｂ）同実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の断面図（図８のＡＡ’線における断面図）である。 同実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の製造方法を示す断面図である。 同実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の製造方法を示す断面図である。 第４の実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の斜視図である。 （ａ）同実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の断面図（図１２のＢＢ’線における断面図）である。（ｂ）同実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の断面図（図１２のＡＡ’線における断面図）である。 同実施の形態における窒化物半導体レーザ素子の製造方法を示す断面図である。 非特許文献１に開示されている従来の青色窒化物半導体レーザ素子の構造を示す断面図である。 特許文献１に記載されている従来の窓構造赤外レーザ素子の構造を示す断面図である。

符号の説明

１０１、９０７、１００１ ｎ電極
１０２ ｎ型ＧａＮ基板
１０３ 第１クラッド層
１０４、２０４、３０４、４０４ イオン注入部
１０５、９０４、１００５ 活性層
１０６ 第２クラッド層
１０７、２０１、３０７ 第３クラッド層
１０８、９０８ 誘電体絶縁膜
１０９、９０６、１００８ ｐ電極
１１０ ＳｉＯ₂マスク
１１１ レーザ
３０１、１００７ 電流ブロック層
９０１、１００２ 基板
９０２ ｎ型ＧａＮ層
９０３ ｎ型クラッド層
９０５ ｐ型クラッド層
１００３ ｎ型ＡｌＧａＡｓクラッド層
１００４ 無秩序部
１００６ ｐ型ＡｌＧａＡｓクラッド層

Claims (23)

1. 窒化物半導体から構成され、レーザ発振させる共振器を備え、
   前記共振器は、共振方向の端部において変質部を有する
   ことを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
2. 前記共振器は、ｎ型クラッド層と、前記ｎ型クラッド層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成されたｐ型クラッド層とを有し、
   前記変質部は、前記活性層の上方に位置し、前記ｐ型クラッド層に形成される
   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。
3. 前記変質部は、前記ｐ型クラッド層の高抵抗化された部分である
   ことを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体レーザ素子。
4. 前記共振器は、さらに、前記活性層上に形成されたストライプ状の開口部を有する電流ブロック層を有し、
   前記変質部は、前記開口部内のｐ型クラッド層の高抵抗化された部分である
   ことを特徴とする請求項３に記載の窒化物半導体レーザ素子。
5. 前記共振器は、ｎ型クラッド層と、前記ｎ型クラッド層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成されたｐ型クラッド層とを有し、
   前記変質部は、前記ｐ型クラッド層の下方に位置し、前記活性層に形成される
   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。
6. 前記変質部は、前記活性層の無秩序化された部分である
   ことを特徴とする請求項５に記載の窒化物半導体レーザ素子。
7. 前記変質部は、前記活性層のエネルギーバンドギャップが大きくされた部分である
   ことを特徴とする請求項６に記載の窒化物半導体レーザ素子。
8. 前記活性層は、ＡｌＧａＩｎＮから構成され、
   前記変質部は、Ｂ、Ａｌ、Ｇａのいずれかを含むイオン種が注入された、前記活性層のＢ、ＡｌもしくはＧａの組成比が前記活性層のＢ、ＡｌもしくはＧａの平均組成比より大きくされた部分である
   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。
9. 前記変質部は、Ｂ、Ａｌ、Ｇａのいずれかを含み、かつＩｎを含むイオン種が注入された部分である
   ことを特徴とする請求項８に記載の窒化物半導体レーザ素子。
10. 前記変質部は、Ｈ、Ｂ、Ｃ、Ｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｚｎ、Ｇａ、Ａｓ、Ｉｎのうち少なくとも１つを含むイオン種が注入された部分である
    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。
11. 窒化物半導体から構成され、レーザ発振させる共振器を備える半導体レーザ素子の製造方法であって、
    窒化物半導体から構成される半導体層を基板上に形成する半導体層形成工程と、
    前記半導体層における前記共振器の共振方向の端部となる部分を変質させて変質部を形成する変質部形成工程とを含む
    ことを特徴する窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
12. 前記半導体層形成工程において、ｎ型クラッド層及び活性層を基板上に順次結晶成長させ、
    前記変質部形成工程において、前記活性層における前記共振器の共振方向の端部となる部分に変質部を形成し、
    前記半導体レーザ素子の製造方法は、さらに、
    前記変質部を熱処理によって無秩序化させる熱処理工程と、
    前記無秩序化された変質部が形成された活性層上にｐ型クラッド層を結晶成長させるｐ型クラッド層形成工程と、
    前記ｐ型クラッド層にストライプ状のリッジ部を形成するリッジ部形成工程とを含む
    ことを特徴とする請求項１１に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
13. 前記熱処理工程において、前記変質部を８００℃以上に加熱する熱処理を行う
    ことを特徴とする請求項１２に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
14. 前記熱処理工程において、前記変質部にレーザ光を照射して前記変質部を加熱する
    ことを特徴とする請求項１３に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
15. 前記半導体層形成工程において、ｎ型クラッド層、活性層及びｐ型クラッド層を基板上に順次結晶成長させ、
    前記変質部形成工程において、前記ｐ型クラッド層における前記共振器の共振方向の端部となる部分に変質部を形成し、
    前記半導体レーザ素子の製造方法は、さらに、
    前記変質部がリッジ部となるように、前記ｐ型クラッド層にストライプ状のリッジ部を形成するリッジ部形成工程を含む
    ことを特徴とする請求項１１に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
16. 前記半導体レーザ素子の製造方法は、さらに、
    前記ｐ型クラッド層のｐ型不純物を活性化処理させる活性化処理工程を含み、
    前記変質部形成工程において、前記ｐ型不純物の活性化処理が行われたｐ型クラッド層に変質部を形成する
    ことを特徴とする請求項１５に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
17. 前記半導体層形成工程において、ｎ型クラッド層、活性層及びブロック層を基板上に順次結晶成長させた後、前記ブロック層にストライプ状の開口部を形成し、
    前記変質部形成工程において、前記活性層における前記共振器の共振方向の端部となる部分に変質部を形成し、
    前記半導体レーザ素子の製造方法は、さらに、
    前記変質部を熱処理によって無秩序化させる熱処理工程と、
    前記熱処理が行われた後に、前記開口部からｐ型クラッド層を結晶成長させるｐ型クラッド層形成工程とを含む
    ことを特徴とする請求項１１に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
18. 前記熱処理工程において、前記変質部を８００℃以上に加熱する熱処理を行う
    ことを特徴とする請求項１７に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
19. 前記熱処理工程において、前記変質部にレーザ光を照射して前記変質部を加熱する
    ことを特徴とする請求項１８に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
20. 前記半導体層形成工程において、ｎ型クラッド層、活性層及びブロック層を基板上に順次結晶成長させた後、前記ブロック層にストライプ状の開口部を形成し、前記開口部からｐ型クラッド層を結晶成長させ、
    前記変質部形成工程において、前記開口部内のｐ型クラッド層における前記共振器の共振方向の端部となる部分に変質部を形成する
    ことを特徴とする請求項１１に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
21. 前記半導体レーザ素子の製造方法は、さらに、
    前記ｐ型クラッド層のｐ型不純物を活性化処理させる活性化処理工程を含み、
    前記変質部形成工程において、前記ｐ型不純物の活性化処理が行われたｐ型クラッド層に変質部を形成する
    ことを特徴とする請求項２０に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
22. 前記変質部形成工程において、前記基板及び半導体層を４００℃以上に加熱しながら、前記変質部が形成される部分に対してイオン注入を行うことにより前記変質部を形成する
    ことを特徴とする請求項１１に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
23. 前記変質部形成工程において、前記イオン注入が行われる部分にレーザ光を照射しながら前記イオン注入を行う
    ことを特徴とする請求項２２に記載の窒化物半導体レーザ素子の製造方法。

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