JP2008227002A - Nitride semiconductor laser element - Google Patents

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敦生 道上
Tomonori Morizumi
知典 森住
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nitride semiconductor laser element capable of suppressing the generation of a crack in a nitride semiconductor, preventing a protective film from coming off in the end surface, and attaining an excellent characteristic and a long life. <P>SOLUTION: The nitride semiconductor laser element comprises: a conductive substrate having a first main surface and a second main surface opposing to the first main surface; a nitride semiconductor layer arranged on the first main surface of the conductive substrate, where a first nitride semiconductor layer, an active layer, and a second nitride semiconductor layer are successively laminated; an electrode formed on the second main surface of the conductive substrate; and the protective film to be brought into contact with the resonator surface of the nitride semiconductor layer. The edge part at the side of the resonator surface in the electrode is positioned on the inner side of the laser element from the resonator surface. The protective film is brought into contact with the second main surface of the conductive substrate from the resonator surface. Crystalline structures are different between the protective film to be brought into contact with the resonator surface and the protective film to be brought into contact with the second main surface of the conductive substrate concerning the nitride semiconductor laser element. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、窒化物半導体レーザ素子に関し、より詳細には、窒化物半導体層に形成された共振器面に保護膜を有する窒化物半導体レーザ素子に関する。   The present invention relates to a nitride semiconductor laser device, and more particularly to a nitride semiconductor laser device having a protective film on a resonator surface formed in a nitride semiconductor layer.

窒化物半導体レーザ素子では、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）又はへき開によって形成された共振器面はバンドギャップエネルギーが小さくなるため、出射光の吸収が共振器端面で起こり、この吸収により共振器端面に熱が発生し、高出力半導体レーザを実現するには寿命特性等に問題があった。このため、例えば、Ｓｉの酸化膜や窒化膜を、共振器端面の保護膜として形成する高出力半導体レーザの製造方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
また、従来から、窒化物半導体レーザ素子では、共振器面に形成する保護膜の厚みを出射される光密度に応じて変化させる方法（例えば、特許文献２）、共振器内部にストライプ構造を採用し、ストライプごとに保護膜の厚みを変動させる方法（例えば、特許文献３）等により、種々の性能を確保する試みがなされている。
特開２００６−２２８８９２号公報 特開平９−２８３８４３号公報 特開２００２−３２９９２６号公報 In a nitride semiconductor laser device, the resonator surface formed by RIE (reactive ion etching) or cleavage has a small band gap energy, so that the emitted light is absorbed at the resonator end surface, and this absorption causes the resonator end surface to be absorbed. There was a problem in the life characteristics and the like in order to realize a high output semiconductor laser due to the generation of heat. For this reason, for example, a method of manufacturing a high-power semiconductor laser in which an Si oxide film or a nitride film is formed as a protective film for the resonator end face has been proposed (for example, Patent Document 1).
Conventionally, in a nitride semiconductor laser element, a method of changing the thickness of a protective film formed on the resonator surface in accordance with the emitted light density (for example, Patent Document 2), a stripe structure has been adopted inside the resonator. Attempts have been made to ensure various performances by a method of changing the thickness of the protective film for each stripe (for example, Patent Document 3).
JP 2006-228892 A JP-A-9-283443 JP 2002-329926 A

上述したように窒化物半導体レーザ素子において、共振器面での光吸収を抑制するなど種々の要求に応じた保護膜に関する研究が行われている。半導体レーザの高出力化を実現するためには、特に、保護膜の剥がれを抑制し、保護膜を強固に窒化物半導体層に密着させながら保護膜及び窒化物半導体層にクラックが発生することを抑制することが必要である。しかしながら、このような窒化物半導体レーザ素子は、実用化されていない。
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、保護膜の剥がれやクラックの発生等を抑制した信頼性の高い窒化物半導体レーザ素子を提供することを目的とする。 As described above, in nitride semiconductor laser devices, research has been conducted on protective films that meet various requirements such as suppressing light absorption on the resonator surface. In order to realize a high output of the semiconductor laser, in particular, it is possible to suppress the peeling of the protective film and to cause cracks in the protective film and the nitride semiconductor layer while firmly attaching the protective film to the nitride semiconductor layer. It is necessary to suppress. However, such a nitride semiconductor laser element has not been put into practical use.
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a highly reliable nitride semiconductor laser element in which peeling of a protective film, generation of cracks, and the like are suppressed.

本発明の窒化物半導体レーザ素子は、第１主面と該第１主面に対向する第２主面とを有する導電性基板と、該導電性基板の第１主面上に、第１窒化物半導体層、活性層及び第２窒化物半導体層が順に積層された窒化物半導体層と、前記導電性基板の第２主面上に形成された電極と、前記窒化物半導体層の共振器面に接触する保護膜と、を有する窒化物半導体レーザ素子であって、前記電極の共振器面側の縁部が、前記共振器面よりレーザ素子の内側に位置しており、前記保護膜が、前記共振器面から前記導電性基板の第２主面に接触するように形成されており、かつ、前記共振器面に接触する保護膜と前記導電性基板の第２主面に接触する保護膜との結晶構造が異なることを特徴とする。   The nitride semiconductor laser device of the present invention includes a conductive substrate having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface, and a first nitridation on the first main surface of the conductive substrate. A nitride semiconductor layer in which an oxide semiconductor layer, an active layer, and a second nitride semiconductor layer are sequentially stacked; an electrode formed on a second main surface of the conductive substrate; and a resonator surface of the nitride semiconductor layer A nitride semiconductor laser device having a protective film in contact with the electrode, wherein the edge of the electrode on the resonator surface side is located inside the laser device from the resonator surface, and the protective film is A protective film that is formed in contact with the second main surface of the conductive substrate from the resonator surface, and that is in contact with the second main surface of the conductive substrate. The crystal structures are different from each other.

このような窒化物半導体レーザ素子では、前記保護膜が、前記共振器面から前記導電性基板の第２主面及び前記電極表面に接触するように形成されており、かつ、前記共振器面に接触する保護膜と前記電極表面に接触する保護膜との結晶構造が異なることが好ましい。
また、前記導電性基板の第２主面に接触する保護膜と前記電極表面に接触する保護膜との結晶構造が異なることが好ましい。
前記電極の側面側の縁部が、レーザ素子の内側に位置していることが好ましい。
また、前記導電性基板は、窒化物基板であることが好ましく、導電性基板の第２主面は、Ｎ面（０００−１）であることがより好ましい。
また、前記共振器面に接触する保護膜は、半値幅が２°以下であることが好ましく、保護膜は、六方晶系の結晶構造を有する材料で形成されてなるか、窒化物膜で形成されてなるか、共振器面と接触する側において、共振器面と同軸配向の結晶構造を有するか、電極表面においてアモルファス構造であることが好ましく、接触面積が５００μｍ２以上で基板の第２主面と接触するか、接触面積が５００μｍ２以上で電極と接触することが好ましい。
また、前記共振器面が、Ｍ面（１−１００）、Ａ面（１１−２０）、Ｃ面（０００１）及びＲ面（１−１０２）からなる群から選ばれる面であるか、前記共振器面がＭ面（１−１００）であり、かつ、共振器面に接触する保護膜は、共振器面と同軸配向であるＭ軸配向の結晶構造を有していることが好ましい。
さらに、前記共振器面に接触する保護膜上に、第２保護膜がさらに積層されてなることが好ましい。 In such a nitride semiconductor laser device, the protective film is formed so as to be in contact with the second main surface of the conductive substrate and the electrode surface from the resonator surface, and on the resonator surface. It is preferable that the crystal structure of the protective film in contact with the protective film in contact with the electrode surface is different.
Moreover, it is preferable that the crystal structure of the protective film in contact with the second main surface of the conductive substrate and the protective film in contact with the electrode surface are different.
It is preferable that the edge part of the side surface side of the said electrode is located inside a laser element.
The conductive substrate is preferably a nitride substrate, and the second main surface of the conductive substrate is more preferably an N plane (000-1).
The protective film that contacts the resonator surface preferably has a half width of 2 ° or less, and the protective film is formed of a material having a hexagonal crystal structure or a nitride film. Preferably, it has a crystal structure coaxially oriented with the resonator surface on the side in contact with the resonator surface, or an amorphous structure on the electrode surface, and has a contact area of 500 μm 2 or more and the second main surface of the substrate. It is preferable to contact the surface or contact the electrode with a contact area of 500 μm 2 or more.
The resonator plane is a plane selected from the group consisting of an M plane (1-100), an A plane (11-20), a C plane (0001), and an R plane (1-102), or the resonance. The vessel surface is an M-plane (1-100), and the protective film in contact with the resonator surface preferably has an M-axis oriented crystal structure that is coaxial with the resonator surface.
Furthermore, it is preferable that a second protective film is further laminated on the protective film in contact with the resonator surface.

本発明によれば、共振器面において、保護膜を窒化物半導体層に接触させ、かつ前記保護膜を共振器面から基板の第２主面に接触するように形成することにより、保護膜が、共振器面以外の領域において接触面積を増加させることができる。そのため、保護膜の共振器面への密着性を向上させることができる。また、前記保護膜を、共振器面から基板の第２主面及び電極表面に接触するように形成することにより、保護膜の共振器面への密着性をより向上させることができ、保護膜の剥がれを確実に防止することができる。
また、共振器面や基板の第２主面、又は電極表面における保護膜の結晶構造を異なるものとすることにより、保護膜が接触する部材やその物性に対して保護膜の結晶構造を適宜合わせて、最適な密着性を確保することができる。
さらに、保護膜に伝えられた熱を、保護膜の表面積を増加させることによって、より効率的に放出することができる。また、保護膜に配向性を有するものを採用することで、ＣＯＤレベルのみならず放熱効果をも向上することができる。
その結果、安定な動作を確保することができ、信頼性が高く、ＣＯＤレベルを向上させた高出力の窒化物半導体レーザ素子を提供することが可能となる。 According to the present invention, on the resonator surface, the protective film is brought into contact with the nitride semiconductor layer, and the protective film is formed so as to be in contact with the second main surface of the substrate from the resonator surface. The contact area can be increased in a region other than the resonator surface. Therefore, the adhesion of the protective film to the resonator surface can be improved. Further, by forming the protective film so as to contact the second main surface of the substrate and the electrode surface from the resonator surface, the adhesion of the protective film to the resonator surface can be further improved, and the protective film Can be surely prevented.
In addition, by making the crystal structure of the protective film different on the resonator surface, the second main surface of the substrate, or the electrode surface, the crystal structure of the protective film is appropriately matched to the member that contacts the protective film and its physical properties. And optimal adhesion can be ensured.
Furthermore, the heat transferred to the protective film can be released more efficiently by increasing the surface area of the protective film. Further, by adopting a protective film having orientation, not only the COD level but also the heat dissipation effect can be improved.
As a result, it is possible to provide a high-power nitride semiconductor laser device that can ensure stable operation, has high reliability, and has an improved COD level.

本発明の窒化物半導体レーザ素子は、例えば、典型的には図１に示すように、主として、導電性基板１０の第１主面上に、第１窒化物半導体層１１、活性層１２及び第２窒化物半導体層１３が順に積層された窒化物半導体層が形成されており、この窒化物半導体層の対向する端面に共振器面（図２（ａ）中、２０参照）が設けられて、共振器が形成されている。また、第２窒化物半導体層１３の表面にはリッジ１４が形成されている。少なくとも一方の共振器面２０の全面に、共振器面２０に接触する保護膜（図２（ａ）中、２５ａ参照）が形成されている。また、埋込膜１５、ｐ電極１６、第３保護膜１７、ｐパッド電極１８等が適宜形成されており、導電性基板１０の第１主面に対向する第２主面にｎ電極１９が形成されている。   The nitride semiconductor laser device of the present invention typically includes, for example, a first nitride semiconductor layer 11, an active layer 12, and a first layer mainly on a first main surface of a conductive substrate 10, as shown in FIG. A nitride semiconductor layer in which two nitride semiconductor layers 13 are sequentially stacked is formed, and a resonator surface (see 20 in FIG. 2A) is provided on the opposing end surface of the nitride semiconductor layer, A resonator is formed. A ridge 14 is formed on the surface of the second nitride semiconductor layer 13. A protective film (see 25a in FIG. 2A) that contacts the resonator surface 20 is formed on the entire surface of at least one resonator surface 20. Also, an embedded film 15, a p-electrode 16, a third protective film 17, a p-pad electrode 18, and the like are appropriately formed, and an n-electrode 19 is formed on the second main surface facing the first main surface of the conductive substrate 10. Is formed.

保護膜は、図２（ａ）の縦断面図及び図２（ｂ）の裏面図に示すように、少なくとも共振器面２０に接触して形成されており（図２（ａ）中、２５ａ）、共振器面２０から、導電性基板１０の第２主面（図２（ａ）中、２５ｂ）に亘って連続的に形成されている（さらに、図８参照）。
また、この保護膜は、導電性基板１０の第２主面からさらに連続的にｎ電極１９の表面に亘って形成されていることが好ましい（図２（ａ）中、２５ｃ）。ただし、保護膜は、共振器面の必ずしも全面を被覆する必要はなく、少なくとも、共振器面の光導波路領域を被覆していればよい。
また、保護膜は、導電性基板１０の第２主面に形成されたｎ電極１９側のみならず、リッジ１４上に形成されたｐ電極１６側にも拡大するものであってもよい。この場合、リッジ１４上に形成されたｐ電極１６は共振器面２０から離間していることで、保護膜がリッジの上面、ｐ電極１６の表面に亘って連続的に形成（図２（ａ）参照）されていてもよいし、ｐ電極１６の端面が共振器面と略面一であれば、リッジ１４上面に接触することなくｐ電極１６の表面に亘って形成されていてもよい(図９参照）。ｐ電極１６側にも拡大することにより、保護膜の密着性を向上させることができる。 As shown in the longitudinal sectional view of FIG. 2A and the back view of FIG. 2B, the protective film is formed in contact with at least the resonator surface 20 (25a in FIG. 2A). Further, it is continuously formed from the resonator surface 20 to the second main surface (25b in FIG. 2A) of the conductive substrate 10 (see FIG. 8).
The protective film is preferably formed continuously from the second main surface of the conductive substrate 10 to the surface of the n-electrode 19 (in FIG. 2A, 25c). However, the protective film does not necessarily cover the entire surface of the resonator, and it is sufficient that it covers at least the optical waveguide region of the resonator surface.
Further, the protective film may be expanded not only to the n-electrode 19 side formed on the second main surface of the conductive substrate 10 but also to the p-electrode 16 side formed on the ridge 14. In this case, since the p-electrode 16 formed on the ridge 14 is separated from the resonator surface 20, a protective film is continuously formed over the upper surface of the ridge and the surface of the p-electrode 16 (FIG. If the end surface of the p-electrode 16 is substantially flush with the resonator surface, the p-electrode 16 may be formed over the surface of the p-electrode 16 without contacting the upper surface of the ridge 14 (see FIG. (See FIG. 9). By enlarging also to the p electrode 16 side, the adhesiveness of a protective film can be improved.

保護膜は、共振器面２０に接触する保護膜２５ａと導電性基板１０の第２主面に接触する保護膜２５ｂとで、それぞれ結晶構造が異なっている。また、保護膜がｎ電極表面に亘って連続的に形成されている場合には、共振器面２０に接触する保護膜２５ａと、ｎ電極表面に接触する保護膜２５ｃとの結晶構造が異なることが好ましく、さらに、導電性基板１０の第２主面に接触する保護膜２５ｂとｎ電極表面に接触する保護膜２５ｃとの結晶構造も異なるっていることがより好ましい。
ここで、結晶構造がそれぞれ異なるとは、保護膜の結晶系、結晶状態、配向性のいずれかが異なるものであればよい。結晶系としては、例えば、立方晶系、正方晶系、斜方晶系、単斜晶系、菱面体晶系、六方晶系等である。結晶状態としては、例えば、単結晶、多結晶又はアモルファス等である。配向性とは、保護膜を構成する分子の並び方又は向きのことを意味し、例えば、Ｍ軸〈１−１００〉、Ａ軸〈１１−２０〉、Ｃ軸〈０００１〉及びＲ軸〈１−１０２〉配向等が挙げられる。そのため、結晶状態が同じ単結晶であるが、配向性が異なるものであってもよい。なお、配向性とは成長面方向への軸配向性である。つまり、ここでの結晶構造は、保護膜の膜厚方向における結晶構造を意味し、例えば、共振器面２０に接触する保護膜２５ａの場合には、膜厚方向ａにおける結晶構造、つまり、共振器面に略直交する方向を指し、導電性基板１０の第２主面に接触する保護膜２５ｂの場合には、膜厚方向ｂ、つまり、導電性基板の厚さ方向における結晶構造を指し、ｎ電極表面に接触する保護膜２５ｃの場合には、膜厚方向ｃ、つまりｎ電極の厚さ方向における結晶構造を指す。 The protective film has a different crystal structure between the protective film 25 a in contact with the resonator surface 20 and the protective film 25 b in contact with the second main surface of the conductive substrate 10. When the protective film is continuously formed over the n-electrode surface, the crystal structure of the protective film 25a that contacts the resonator surface 20 and the protective film 25c that contacts the n-electrode surface are different. Further, it is more preferable that the protective film 25b in contact with the second main surface of the conductive substrate 10 and the protective film 25c in contact with the n-electrode surface have different crystal structures.
Here, the crystal structures are different from each other as long as any of the crystal system, crystal state, and orientation of the protective film is different. Examples of the crystal system include cubic system, tetragonal system, orthorhombic system, monoclinic system, rhombohedral system, and hexagonal system. The crystal state is, for example, single crystal, polycrystal, or amorphous. The orientation means the arrangement or orientation of molecules constituting the protective film. For example, the M axis <1-100>, the A axis <11-20>, the C axis <0001>, and the R axis <1- 102> orientation and the like. Therefore, single crystals having the same crystal state may be used, but the orientation may be different. The orientation is the axial orientation in the growth plane direction. That is, the crystal structure here means the crystal structure in the film thickness direction of the protective film. For example, in the case of the protective film 25a in contact with the resonator surface 20, the crystal structure in the film thickness direction a, that is, the resonance In the case of the protective film 25b in contact with the second main surface of the conductive substrate 10 in the direction substantially perpendicular to the vessel surface, the film thickness direction b, that is, the crystal structure in the thickness direction of the conductive substrate, In the case of the protective film 25c in contact with the surface of the n electrode, the crystal structure in the film thickness direction c, that is, the thickness direction of the n electrode is indicated.

保護膜は、例えば、Ｓｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｔａ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｙ、Ｂ、Ｔｉ等の酸化物、窒化物（例えば、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＢＮ等）又はフッ化物等が挙げられる。また、窒化物半導体と格子定数が近い（例えば、窒化物半導体との格子定数の差が１５％以下）ものであれば、結晶性の良好な保護膜を形成することができる。なかでも、六方晶系の結晶構造を有する材料による膜であることが好ましく、さらに、窒化物であることがより好ましい。別の観点では、レーザ素子の発振波長に対して吸収端のない材料により形成されることが好ましい。   The protective film is, for example, an oxide or nitride such as Si, Mg, Al, Hf, Nb, Zr, Sc, Ta, Ga, Zn, Y, B, or Ti (for example, AlN, AlGaN, GaN, BN, etc.) Or a fluoride etc. are mentioned. In addition, when the lattice constant is close to that of the nitride semiconductor (for example, the difference in lattice constant from the nitride semiconductor is 15% or less), a protective film with good crystallinity can be formed. Among these, a film made of a material having a hexagonal crystal structure is preferable, and a nitride is more preferable. From another point of view, it is preferably formed of a material having no absorption edge with respect to the oscillation wavelength of the laser element.

保護膜の膜厚、つまり、共振器面における膜厚（図２（ｂ）中、Ａ参照）は、特に限定されるものではなく、例えば、５０Å〜１０００Å、さらに、５０〜５００Åであることが好ましい。なお、共振器面における保護膜の膜厚は必ずしも均一でなくてもよく、局所的に、例えば、光導波路領域又はＮＦＰに対応する領域において薄膜又は厚膜等であってもよいし、さらに、基板の第２主面上、電極表面において、徐々に又は段階的に膜厚が変化していてもよい。特に、成膜方法によっては、共振器面から、基板の第２主面上及び電極表面へ向かうに従って薄くなっていることが好ましい。これにより、保護膜の端部において応力を徐々に緩和することができる。   The film thickness of the protective film, that is, the film thickness on the resonator surface (see A in FIG. 2B) is not particularly limited, and may be, for example, 50 to 1000 mm, and further 50 to 500 mm. preferable. Note that the thickness of the protective film on the resonator surface is not necessarily uniform, and may be locally, for example, a thin film or a thick film in an optical waveguide region or a region corresponding to NFP. The film thickness may change gradually or in steps on the second main surface of the substrate and on the electrode surface. In particular, depending on the film forming method, it is preferable that the thickness decreases from the resonator surface toward the second main surface of the substrate and the electrode surface. Thereby, stress can be gradually relieved in the edge part of a protective film.

通常、窒化物半導体層における共振器面２０は、例えば、Ｍ軸〈１−１００〉、Ａ軸〈１１−２０〉、Ｃ軸〈０００１〉及びＲ軸〈１−１０２〉配向が挙げられ、つまり、Ｍ面（１−１００）、Ａ面（１１−２０）、Ｃ面（０００１）又はＲ面（１−１０２）からなる群から選ばれる面、特にＭ軸配向であることが好ましい。ここでの共振器面２０とは、光導波路領域又はＮＦＰに対応する領域を含む領域を意味するが、必ずしもこのような特定の領域のすべてを含む面でなくてもよく、光導波路領域又はＮＦＰに対応する領域を含む端面（共振器面２０）の大部分の領域であればよい。従って、共振器面の配向性は、大部分の領域における配向性又は共振器面において優位となっている配向性を意味する。   Usually, the resonator surface 20 in the nitride semiconductor layer includes, for example, M-axis <1-100>, A-axis <11-20>, C-axis <0001>, and R-axis <1-102> orientations, that is, , An M plane (1-100), an A plane (11-20), a C plane (0001), or a plane selected from the group consisting of an R plane (1-102), particularly an M-axis orientation. The resonator surface 20 here means an optical waveguide region or a region including a region corresponding to NFP, but does not necessarily need to be a surface including all of such specific regions. It suffices if it is the most region of the end face (resonator surface 20) including the region corresponding to. Therefore, the orientation of the resonator surface means the orientation in the most region or the orientation superior in the resonator surface.

保護膜は、このような配向を有する共振器面側において（図２(ａ）及び（ｂ）中、２５ａ参照）、Ｍ軸、Ａ軸、Ｃ軸及びＲ軸配向と、この端面と同軸で配向された膜であることが好ましい。これにより、保護膜の膜質がより良好となり、半導体レーザ素子の駆動時においても、窒化物半導体層へのクラックを防止すべく、応力を緩和させることができ、確実にＣＯＤレベルを向上させることができる。なかでも、窒化物半導体レーザ素子の共振器面をＭ面とする場合には、保護膜を前記共振器面と同軸配向であるＭ軸配向をした窒化物膜とすることがより好ましい。これにより保護膜と共振器面との密着性が向上する。ここで、Ｍ軸配向であるとは、単結晶で、精密にＭ軸に配向した状態（単結晶）のみならず、多結晶の状態、多結晶が混在するが、Ｍ軸に配向する部位を均一に含む状態、均一に分布して含む状態であってもよい。このように、多結晶が混在する状態である場合には、共振器面との格子定数の差異が厳格に表れず、その差異を緩和することができる。
保護膜は、共振器面２０上において、半値幅は２．０°以下であり、さらに１．０°以下であることが好ましい。半値幅は、Ｘ線回折分析によって決定される（００２）面からのＸ線ロッキングカーブの半値幅（ＦＷＨＭ）を意味する。これにより、ＣＯＤレベルを向上させることができる。 The protective film has the M-axis, A-axis, C-axis, and R-axis orientations on the side of the resonator surface having such an orientation (see 25a in FIGS. 2A and 2B), and is coaxial with this end face. An oriented film is preferred. As a result, the film quality of the protective film becomes better, and even when the semiconductor laser element is driven, stress can be relaxed to prevent cracks in the nitride semiconductor layer, and the COD level can be improved reliably. it can. In particular, when the resonator surface of the nitride semiconductor laser element is the M plane, it is more preferable that the protective film is a nitride film having an M-axis orientation that is coaxial with the resonator surface. This improves the adhesion between the protective film and the resonator surface. Here, the M-axis orientation is a single crystal, not only in a state precisely aligned in the M-axis (single crystal), but also in a polycrystalline state and a polycrystal, but a portion oriented in the M-axis is It may be in a uniformly contained state or in a uniformly distributed state. In this way, when the polycrystal is mixed, the difference in the lattice constant from the resonator surface does not appear strictly, and the difference can be mitigated.
The protective film has a half-value width of 2.0 ° or less on the resonator surface 20, and preferably 1.0 ° or less. The half-value width means the half-value width (FWHM) of the X-ray rocking curve from the (002) plane determined by X-ray diffraction analysis. Thereby, the COD level can be improved.

また、基板の第２主面に接触する保護膜（図２(ａ）及び（ｂ）中、２５ｂ参照）は、共振器面に接触する保護膜の結晶構造によって、Ｍ軸、Ａ軸、Ｃ軸及びＲ軸配向と、共振器面と同軸で配向された膜以外の膜であることが好ましい。
通常、共振器面がＭ軸配向する場合には、導電性基板の第１主面は、Ｃ軸配向となる。さらに、導電性基板を窒化物基板とする場合には、窒化物基板の第２主面は窒素（Ｎ）面となる。従って、このような配向を有する導電性基板の第２主面側において、保護膜は、Ｃ軸配向の膜であることが好ましい。特に、導電性基板が窒化物基板（例えばＧａＮ基板）である場合、第２主面はＧａ元素が配列されたＧａ面又はＮ元素が配列されたＮ面のいずれかとなるが、ＧａＮ基板の第１主面上に積層する窒化物半導体層の成長、第２主面上に形成する電極との密着性等とを考慮して、ＧａＮ基板の第２主面はＮ元素が配列された面、つまりＮ（０００−１）面であることが好ましい。
これにより、保護膜の基板に対する密着性を向上させることができ、保護膜が基板から剥がれることを防止することができるとともに、共振器面に接触している膜の密着性をも向上させることができる。 In addition, the protective film that contacts the second main surface of the substrate (see 25b in FIGS. 2A and 2B) depends on the crystal structure of the protective film that contacts the resonator surface. A film other than the film oriented in the axial and R-axis orientation and coaxially with the resonator surface is preferable.
Usually, when the resonator surface is M-axis oriented, the first main surface of the conductive substrate is C-axis oriented. Furthermore, when the conductive substrate is a nitride substrate, the second main surface of the nitride substrate is a nitrogen (N) surface. Accordingly, the protective film is preferably a C-axis oriented film on the second main surface side of the conductive substrate having such an orientation. In particular, when the conductive substrate is a nitride substrate (for example, a GaN substrate), the second main surface is either a Ga surface on which Ga elements are arranged or an N surface on which N elements are arranged. In consideration of growth of a nitride semiconductor layer laminated on one main surface, adhesion to an electrode formed on the second main surface, etc., the second main surface of the GaN substrate is a surface on which N elements are arranged, That is, it is preferably the N (000-1) plane.
As a result, the adhesion of the protective film to the substrate can be improved, the protective film can be prevented from peeling off the substrate, and the adhesion of the film in contact with the resonator surface can also be improved. it can.

保護膜２５ｂは、例えば、共振器面からの距離（図２（ｂ）中、Ｂ参照）が１０μｍ程度以下の範囲、好ましくは５μｍ程度以下の範囲で、基板の第２主面と接触していることが好ましい。また、別の観点から、基板の第２主面と保護膜との接触面積が５００μｍ２程度以上、さらに６００〜３０００μｍ２程度であることが好ましい。導電性基板の第２主面と接触する保護膜２５ｂの接触面積は、（共振器面から電極までの距離Ｂ１）×（基板の幅）で求められる面積だけではなく、それぞれ（基板側面から電極までの距離Ｂ２）×（電極の共振器面側の端面から保護膜の端面までの距離Ｃ）で求められる両側面の面積を付加した面積になる。
なお、共振器面及び導電性基板の第２主面に形成される保護膜は、部分的に、アモルファスが含有されていてもよい。通常、共振器面に形成される保護膜と導電性基板の第２主面に形成される保護膜とでは、アモルファスの含有量は導電性基板の第２主面に形成される保護膜が多くなりやすい。 The protective film 25b is in contact with the second main surface of the substrate, for example, when the distance from the resonator surface (see B in FIG. 2B) is about 10 μm or less, preferably about 5 μm or less. Preferably it is. Further, from another point of view, the contact area between the second main surface and the protective film of the substrate is 500 [mu] m 2 of about or more, preferably further 600～3000Myuemu 2 about. The contact area of the protective film 25b in contact with the second main surface of the conductive substrate is not only the area determined by (distance B 1 from the resonator surface to the electrode) × (substrate width), It is an area obtained by adding the area of both side surfaces obtained by the distance B 2 ) × (distance C from the end surface of the electrode on the resonator surface side to the end surface of the protective film).
The protective film formed on the resonator surface and the second main surface of the conductive substrate may partially contain amorphous. Usually, in the protective film formed on the resonator surface and the protective film formed on the second main surface of the conductive substrate, the amorphous content is often a protective film formed on the second main surface of the conductive substrate. Prone.

電極に接触する保護膜（図２(ａ）及び（ｂ）中、２５ｃ参照）は、アモルファスであることが好ましい。電極を構成する材料は、一般に金属であり、金属に対して結晶性の良好な保護膜を形成する場合には剥がれが生じやすいが、アモルファスとすることにより、保護膜の電極表面への密着性をも確保できる。
電極に接触する保護膜２５ｃは、例えば、電極の共振器面側の端面からの距離（図２（ｂ）中、Ｃ参照）が３０μｍ程度以下、好ましくは２５μｍ程度以下で、電極に接触していることが適している。あるいは、共振器面から４０μｍ程度以下、好ましくは３５μｍ程度以下の距離で電極に接触していることが適している。また、別の観点から、基板の第２主面と保護膜との接触面積が５００μｍ２程度以上、さらに６００〜３０００μｍ２程度であることが好ましい。また、前記保護膜が基板の第２主面上に形成された電極１９と接触する面積は、５００μｍ２程度以上、さらに１０００〜７５００μｍ２程度であることが好ましい。 The protective film in contact with the electrode (see 25c in FIGS. 2A and 2B) is preferably amorphous. The material that constitutes the electrode is generally a metal, and when a protective film with good crystallinity is formed on the metal, it tends to peel off, but by making it amorphous, the adhesion of the protective film to the electrode surface Can be secured.
The protective film 25c in contact with the electrode has a distance from the end surface on the resonator surface side of the electrode (see C in FIG. 2B) of about 30 μm or less, preferably about 25 μm or less. It is suitable to be. Alternatively, it is suitable that the electrode is in contact with the electrode at a distance of about 40 μm or less, preferably about 35 μm or less from the resonator surface. Further, from another point of view, the contact area between the second main surface and the protective film of the substrate is 500 [mu] m 2 of about or more, preferably further 600～3000Myuemu 2 about. The area where the protective layer is in contact with the electrode 19 formed on the second major surface of the substrate, 500 [mu] m 2 of about or more, preferably further 1000～7500Myuemu 2 about.

保護膜は、当該分野で公知の方法によって形成することができる。例えば、蒸着法、スパッタ法、反応性スパッタ法、ＥＣＲプラズマスパッタ法、マグネトロンスパッタ法、イオンビームアシスト蒸着法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション法、ＣＶＤ法、スプレー法、スピンコート法、ディップ法又はこれらの方法の２種以上を組み合わせる方法、あるいはこれらの方法と、全体又は部分的な酸化処理（熱処理）又は露光処理とを組み合わせる方法等、種々の方法を利用することができる。なお、組み合わせの方法では、必ずしも同時又は連続的に成膜及び／又は処理しなくてもよく、成膜した後に、処理等を行ってもよいし、その逆でもよい。なかでも、ＥＣＲプラズマスパッタ法及びその後の熱処理の組み合わせが好ましい。   The protective film can be formed by a method known in the art. For example, vapor deposition method, sputtering method, reactive sputtering method, ECR plasma sputtering method, magnetron sputtering method, ion beam assisted vapor deposition method, ion plating method, laser ablation method, CVD method, spray method, spin coating method, dip method or Various methods such as a method of combining two or more of these methods, or a method of combining these methods with a whole or partial oxidation treatment (heat treatment) or exposure treatment can be used. Note that in the combination method, the film formation and / or treatment may not necessarily be performed simultaneously or continuously, and the treatment may be performed after the film formation, or vice versa. Among these, a combination of ECR plasma sputtering and subsequent heat treatment is preferable.

特に、保護膜として、上述したように、共振器面と同軸配向の膜を得るためには、その成膜方法にもよるが、成膜前に、共振器面の表面を窒素プラズマで処理する、成膜速度を比較的遅いレートに調整する、成膜時の雰囲気を、例えば、窒素雰囲気に制御する、成膜圧力を比較的低く調整するなどのいずれか１つ又は２以上を組み合わせて成膜を制御することが好ましい。   In particular, as described above, as a protective film, in order to obtain a film coaxially aligned with the resonator surface, the surface of the resonator surface is treated with nitrogen plasma before film formation, depending on the film formation method. The film formation speed is adjusted to a relatively slow rate, the atmosphere during film formation is controlled to, for example, a nitrogen atmosphere, or the film formation pressure is adjusted to be relatively low. It is preferred to control the membrane.

また、各方法での成膜時に窒素分圧、成膜圧力等の条件を変動させてもよい。
例えば、スパッタ法で成膜する際、ターゲットとして保護膜材料を用い、成膜レートを徐々に又は急激に増大させるか、ＲＦ電力を徐々に又は急激に増大（増大させる範囲が５０〜５００Ｗ程度）させるか、あるいはターゲットと基板との距離を徐々に又は急激に変化させる（変化させる範囲が元の距離の０．２〜３倍程度）方法、ターゲットとして保護膜材料を用いて成膜する際に圧力を徐々に又は急激に低下させる（低下させる圧力範囲が０．１〜２．０ｐａ程度）方法等が挙げられる。 Further, conditions such as nitrogen partial pressure and film forming pressure may be varied during film formation by each method.
For example, when a film is formed by sputtering, a protective film material is used as a target, and the film formation rate is gradually or rapidly increased, or the RF power is gradually or rapidly increased (the increase range is about 50 to 500 W). Or a method in which the distance between the target and the substrate is gradually or rapidly changed (the range to be changed is about 0.2 to 3 times the original distance), when a film is formed using a protective film material as a target. Examples include a method of gradually or rapidly reducing the pressure (the pressure range to be reduced is about 0.1 to 2.0 pa).

具体的には、成膜速度を調整する際に、５Å／ｍｉｎ〜１００Å／ｍｉｎの範囲で成膜し、その後、当初の成膜速度以上の成膜速度で成膜することが好ましい。また、ＲＦ電力は、１００Ｗ〜６００Ｗ、マイクロ波電力は３００〜６００Ｗで成膜し、その後（例えば、成膜速度の変更時に）これ以上のＲＦ電力で成膜することが好ましい。なお、この後、任意に熱処理又は露光処理を行ってもよい。
さらに、スパッタ法で成膜する際、基板の温度を徐々に又は急激に上昇または低下させる（変化させる温度範囲が５０〜５００℃程度）方法が挙げられる。その他には、ターゲットか窒化物半導体レーザ素子がパターン形成されたウェハーのどちらかを傾けて成膜するものであってもよい。 Specifically, when adjusting the film formation rate, it is preferable to form a film in the range of 5 Å / min to 100 Å / min, and then form a film at a film formation rate higher than the initial film formation rate. Further, it is preferable to form a film with an RF power of 100 W to 600 W and a microwave power of 300 to 600 W, and then form a film with an RF power higher than that (for example, when changing the film formation speed). In addition, after this, you may perform heat processing or exposure processing arbitrarily.
Furthermore, when the film is formed by the sputtering method, there is a method in which the temperature of the substrate is gradually or rapidly increased or decreased (the temperature range to be changed is about 50 to 500 ° C.). In addition, the film may be formed by tilting either the target or the wafer on which the nitride semiconductor laser element is patterned.

なお、保護膜は、上述したように、共振器面において、特に、活性層（任意にその近傍領域）に接触する領域、光導波路領域又はＳＣＨ構造を採用した場合、活性層と、その上下に位置するガイド層の一部又は全部とを含む領域において、保護膜の最大膜厚よりも薄膜な領域が形成されていてもよい。また、この領域は、通常、リッジの下方の領域とその近傍領域、つまり、ＮＦＰに対応する領域を含み、全幅がリッジ幅の１．５倍程度以下の幅を有する領域であることが適している。光導波路領域の形状に対応した薄膜の領域を形成することで、より効率よく、ＣＯＤレベルを高く保ったまま放熱性を向上させることができる。
薄膜の領域の膜厚は、最大膜厚よりも薄ければよく、最大膜厚に対して５％程度以上又は１０Å程度以上薄く形成されていることが好ましい。あるいは、薄膜の領域の膜厚は、最大膜厚の４０％以上であることが好ましい。他の領域よりも薄膜であっても、強度不足による劣化等を抑制し、安定した端面保護膜とすることができる。 As described above, the protective film is formed on the resonator surface, particularly in the case where a region in contact with the active layer (arbitrarily adjacent region), an optical waveguide region, or an SCH structure is employed, In a region including part or all of the guide layer located, a region thinner than the maximum thickness of the protective film may be formed. In addition, this region usually includes a region below the ridge and its neighboring region, that is, a region corresponding to NFP, and is a region having a total width of about 1.5 times or less of the ridge width. Yes. By forming the thin film region corresponding to the shape of the optical waveguide region, the heat dissipation can be improved more efficiently while keeping the COD level high.
The film thickness of the thin film region only needs to be thinner than the maximum film thickness, and is preferably formed to be about 5% or more, or about 10 mm or more thinner than the maximum film thickness. Alternatively, the thickness of the thin film region is preferably 40% or more of the maximum film thickness. Even if the film is thinner than other regions, deterioration due to insufficient strength can be suppressed, and a stable end face protective film can be obtained.

このように、保護膜の膜厚を変化させる場合、例えば、一旦、共振器面全面に所定の膜厚の保護膜を形成し、その後、公知のフォトリソグラフィ（例えば、レジスト塗布、プリベーク、露光、現像及びポストベーク等）及びエッチング工程（アルカリ現像液によるウェットエッチング、塩素系ガスを用いるドライエッチング等）を利用して、あるいは、局所的に露光又は熱処理などを付し、保護膜の膜厚方向において部分的に薄膜化してもよい。露光等により保護膜の膜厚を薄膜化させる場合には、保護膜の酸化を防ぐために、その上に後述する第２保護膜を形成してから加工することが好ましい。この際、素子を駆動させることにより、光導波路領域の保護膜に局所的にレーザ光を露光してもよいし、外部からの露光によって薄膜領域を形成してもよい。また、公知のフォトリソグラフィ及びエッチング工程を利用して、共振器面における他の領域にのみ所定膜厚の保護膜を形成し、続いて、共振器面全面に同じ材料の保護膜を積層して、薄膜の領域を形成してもよい。さらに、共振器端面に保護膜を形成する前に、得られる保護膜の膜質、膜厚等を局所的に変化させることができるように、局所的に前処理等を施してもよい。これらの方法は、任意に組み合わせてもよい。
なお、露光、熱処理、前処理等を行う場合には、共振器面の局所的な劣化、変質等を防止するために、特に活性層及びその近傍領域を構成する窒化物半導体層に悪影響を与えない温度、例えば、９００℃程度以下とすることが好ましい。 Thus, when changing the film thickness of the protective film, for example, a protective film having a predetermined film thickness is once formed on the entire resonator surface, and then known photolithography (for example, resist coating, pre-baking, exposure, Development and post-bake, etc.) and etching processes (wet etching with an alkali developer, dry etching using a chlorine-based gas, etc.) or local exposure or heat treatment, etc., and the film thickness direction of the protective film In FIG. When reducing the thickness of the protective film by exposure or the like, it is preferable to form a second protective film, which will be described later, on the protective film in order to prevent oxidation of the protective film. At this time, by driving the element, the protective film in the optical waveguide region may be locally exposed to the laser beam, or the thin film region may be formed by external exposure. Also, using a known photolithography and etching process, a protective film having a predetermined thickness is formed only in other regions on the resonator surface, and then a protective film of the same material is laminated on the entire surface of the resonator. A thin film region may be formed. Furthermore, before forming the protective film on the resonator end face, pretreatment or the like may be performed locally so that the film quality, film thickness, and the like of the obtained protective film can be locally changed. These methods may be arbitrarily combined.
Note that when performing exposure, heat treatment, pretreatment, etc., in order to prevent local degradation and alteration of the resonator surface, the nitride semiconductor layer constituting the active layer and its neighboring region is adversely affected. It is preferable that the temperature be less than about 900 ° C., for example.

本発明の窒化物半導体レーザ素子では、保護膜の上に、さらに膜質、材料又は組成の異なる第２保護膜２６が積層されていることが好ましい。
第２保護膜は、Ｓｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｔａ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｙ、Ｂ、Ｔｉ等の酸化物が挙げられ、なかでもＳｉＯ２膜が好ましい。また、第２保護膜は、単層構造、積層構造のどちらを用いてもよい。例えば、Ｓｉの酸化物の単層、Ａｌの酸化物の単層、Ｓｉの酸化物とＡｌの酸化物の積層構造等が挙げられる。このような膜が形成されていることにより、保護膜をより強固に共振器面に密着させることができる。第２保護膜は、アモルファスの膜によって形成することが好ましい。これにより、保護膜と窒化物半導体層との界面における応力をより緩和させながら、保護膜の密着性をより向上させることができる。
第２保護膜の膜厚は、特に限定されることなく、保護膜として機能し得る膜厚とすることが適しており、例えば、保護膜と第２保護膜との総膜厚が、２μｍ程度以下となるものが好ましい。 In the nitride semiconductor laser device of the present invention, it is preferable that a second protective film 26 having a different film quality, material, or composition is further laminated on the protective film.
Examples of the second protective film include oxides such as Si, Mg, Al, Hf, Nb, Zr, Sc, Ta, Ga, Zn, Y, B, and Ti. Of these, a SiO 2 film is preferable. Further, the second protective film may have either a single layer structure or a laminated structure. For example, a single layer of Si oxide, a single layer of Al oxide, a stacked structure of Si oxide and Al oxide, or the like can be given. By forming such a film, the protective film can be more firmly adhered to the resonator surface. The second protective film is preferably formed of an amorphous film. Thereby, the adhesiveness of the protective film can be further improved while the stress at the interface between the protective film and the nitride semiconductor layer is further relaxed.
The film thickness of the second protective film is not particularly limited, and is suitable to be a film thickness that can function as a protective film. For example, the total film thickness of the protective film and the second protective film is about 2 μm. The following is preferable.

また、保護膜及び第２保護膜はいずれも、レーザ光の取り出し面である共振器面の出射側のみならず、反射側に形成していてもよく、両者において、材料、膜厚等を異ならせてもよい。反射側の第２保護膜としては、Ｓｉの酸化物とＺｒの酸化物との積層構造、Ａｌの酸化物とＺｒの酸化物との積層構造、Ｓｉの酸化物とＴｉの酸化物との積層構造、Ａｌの酸化物とＳｉの酸化物とＺｒの酸化物との積層構造、Ｓｉの酸化物とＴａの酸化物とＡｌの酸化物の積層構造等が挙げられる。所望の反射率に合わせて適宜その積層周期等を調整することができる。   In addition, both the protective film and the second protective film may be formed not only on the emission side of the resonator surface, which is the laser beam extraction surface, but also on the reflection side. It may be allowed. As the second protective film on the reflection side, a stacked structure of Si oxide and Zr oxide, a stacked structure of Al oxide and Zr oxide, a stacked structure of Si oxide and Ti oxide Examples thereof include a structure, a laminated structure of Al oxide, Si oxide, and Zr oxide, and a laminated structure of Si oxide, Ta oxide, and Al oxide. The stacking period and the like can be adjusted as appropriate according to the desired reflectance.

また、上述した保護膜と第２保護膜との間に、任意に第２膜を形成してもよい。第２膜は、保護膜（以下、第１膜と称する場合がある）と同一材料で異軸配向、異なる材料で同軸配向、異なる材料で異軸配向、同一材料で同軸配向のいずれの結晶構造を有するものでもよい。なかでも、保護膜をＡｌＮ、第２膜をＧａＮとするような異なる材料であり、同軸配向の結晶構造とするものが好ましい。これにより結晶性のよい保護膜とし、保護膜同士の剥がれを抑制することができる。また、第２膜の膜厚は上述した保護膜（第１膜）と同程度であることが好ましい。第２膜は、上述した保護膜と同様に形成することができる。   Moreover, you may form a 2nd film | membrane arbitrarily between the protective film mentioned above and a 2nd protective film. The second film has the same material as the protective film (hereinafter sometimes referred to as the first film), different axis orientation, different material coaxial orientation, different material different axis orientation, and the same material coaxial orientation. It may have. Among these, different materials such as AlN for the protective film and GaN for the second film, which have a coaxially oriented crystal structure are preferable. Accordingly, a protective film having good crystallinity can be obtained, and peeling between the protective films can be suppressed. Moreover, it is preferable that the film thickness of a 2nd film | membrane is comparable as the protective film (1st film | membrane) mentioned above. The second film can be formed in the same manner as the protective film described above.

通常、半導体レーザ素子では、保護膜の膜厚を厚くすると、保護膜と窒化物半導体層との格子定数差から保護膜にクラックが発生しやすい。そこで、保護膜の膜厚をクラックが入らないような膜厚にとどめるとともに、共振器面から、基板の第２主面及び電極表面に亘って、レーザ素子を挟み込むように形成するとともに、各表面における結晶性を異ならせることにより、保護膜の共振器面への密着性をより確保しながら、ＣＯＤレベルをより向上させることができる。   Usually, in a semiconductor laser element, when the protective film is thickened, cracks are likely to occur in the protective film due to a difference in lattice constant between the protective film and the nitride semiconductor layer. Therefore, the thickness of the protective film is limited so that cracks do not occur, and the laser element is sandwiched from the resonator surface to the second main surface of the substrate and the electrode surface. By making the crystallinity different, the COD level can be further improved while ensuring the adhesion of the protective film to the resonator surface.

なお、保護膜（第１膜、第２膜）及び第２保護膜は、共振器面から第２窒化物半導体層表面（ｐ電極１６側）にかけて連続して形成されていてもよい。窒化物半導体層表面に形成された第１及び／又は第２保護膜は、ｐ電極、埋込膜及びｐ側パッド電極と、離間していてもよいし、接していてもよいし、被覆していてもよい。特に、第１及び／又は第２保護膜が埋込膜及びｐ電極を被覆することが好ましい。これにより、埋込膜やｐ電極の剥がれをより防止することができる。
第２窒化物半導体層表面に形成された保護膜の膜厚は、共振器面に形成された第１保護膜及び第２保護膜の膜厚よりも薄いものが好ましい。これにより、保護膜におけるクラックの発生を防止することができる。 The protective film (first film, second film) and second protective film may be formed continuously from the resonator surface to the second nitride semiconductor layer surface (p-electrode 16 side). The first and / or second protective film formed on the surface of the nitride semiconductor layer may be separated from, in contact with, or cover the p electrode, the buried film, and the p-side pad electrode. It may be. In particular, the first and / or second protective film preferably covers the buried film and the p-electrode. As a result, peeling of the buried film and the p-electrode can be further prevented.
The thickness of the protective film formed on the surface of the second nitride semiconductor layer is preferably thinner than the thickness of the first protective film and the second protective film formed on the resonator surface. Thereby, generation | occurrence | production of the crack in a protective film can be prevented.

第２窒化物半導体層表面に形成された保護膜は、窒化物半導体層の結晶面と同軸配向であることが好ましく、特にＣ軸配向であることが好ましい。これにより半導体層表面と保護膜との密着性を良好なものとすることができる。
第１保護膜及び／又は第２保護膜が共振器面から半導体層表面にかけて形成される場合、その角部において、共振器面及び半導体層表面と異なる結晶面を有するように形成することが好ましい。これにより、保護膜の剥がれが起こりやすい角部において、局所的に応力がかかるのを抑制し、共振器面と保護膜の間の応力が緩和されることで保護膜の剥がれを防止することができる。 The protective film formed on the surface of the second nitride semiconductor layer is preferably coaxial with the crystal plane of the nitride semiconductor layer, and particularly preferably C-axis oriented. Thereby, the adhesiveness between the semiconductor layer surface and the protective film can be improved.
When the first protective film and / or the second protective film is formed from the resonator surface to the surface of the semiconductor layer, it is preferable to form the corner so as to have a crystal plane different from that of the resonator surface and the semiconductor layer surface. . As a result, it is possible to suppress the local application of stress at corners where the protective film easily peels off and to prevent the protective film from peeling off by relaxing the stress between the resonator surface and the protective film. it can.

本発明の窒化物半導体レーザ素子を形成するために用いる基板は、導電性基板であることが好ましい。基板としては、例えば、第１主面及び／又は第２主面に０°以上１０°以下のオフ角を有する窒化物半導体基板であることが好ましい。その膜厚は、例えば、５０μｍ以上、１０ｍｍ以下が挙げられる。なお、例えば、特開２００６−２４７０３号公報に例示されている種々の基板等の公知の基板、市販の基板等を用いてもよい。
窒化物半導体基板は、ＭＯＣＶＤ法、ＨＶＰＥ法、ＭＢＥ法等の気相成長法、超臨界流体中で結晶育成させる水熱合成法、高圧法、フラックス法、溶融法等により形成することができる。 The substrate used for forming the nitride semiconductor laser device of the present invention is preferably a conductive substrate. The substrate is preferably a nitride semiconductor substrate having an off angle of 0 ° to 10 ° on the first main surface and / or the second main surface, for example. As for the film thickness, 50 micrometers or more and 10 mm or less are mentioned, for example. For example, a known substrate such as various substrates exemplified in JP-A-2006-24703, a commercially available substrate, or the like may be used.
The nitride semiconductor substrate can be formed by vapor phase growth methods such as MOCVD method, HVPE method, MBE method, hydrothermal synthesis method for crystal growth in a supercritical fluid, high pressure method, flux method, melting method and the like.

窒化物半導体層としては、一般式ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）のものを用いることができる。また、これに加えて、III族元素としてＢが一部に置換されたものを用いてもよいし、Ｖ族元素としてＮの一部をＰ、Ａｓで置換されたものを用いてもよい。ｎ側半導体層は、ｎ型不純物として、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ、Ｔｉ、Ｚｒ、ＣｄなどのＩＶ族元素又はＶＩ族元素等のいずれか１つ以上を含有していてもよい。また、ｐ側半導体層は、ｐ型不純物として、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｍｎ、Ｃａ、Ｓｒ等を含有していてもよい。不純物は、例えば、５×１０16／ｃｍ3〜１×１０21／ｃｍ3程度の濃度範囲で含有されていることが好ましい。第１窒化物半導体層をｎ側半導体層とすれば、第２窒化物半導体層はｐ側半導体層となる。また、第１窒化物半導体層をｐ側半導体層とすれば、第２窒化物半導体層はｎ側半導体層となる。 As the nitride semiconductor layer, can be used of the general formula In x Al y Ga 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1,0 ≦ x + y ≦ 1). In addition to this, a group III element partially substituted with B may be used, or a group V element partially substituted with P and As may be used. The n-side semiconductor layer may contain any one or more of IV group elements or VI group elements such as Si, Ge, Sn, S, O, Ti, Zr, and Cd as n-type impurities. Further, the p-side semiconductor layer may contain Mg, Zn, Be, Mn, Ca, Sr, etc. as p-type impurities. The impurities are preferably contained in a concentration range of, for example, about 5 × 10 16 / cm 3 to 1 × 10 21 / cm 3 . If the first nitride semiconductor layer is an n-side semiconductor layer, the second nitride semiconductor layer becomes a p-side semiconductor layer. If the first nitride semiconductor layer is a p-side semiconductor layer, the second nitride semiconductor layer is an n-side semiconductor layer.

活性層は、多重量子井戸構造又は単一量子井戸構造のいずれでもよい。
窒化物半導体層は、ｎ側半導体層とｐ側半導体層に光の光導波路を構成する光ガイド層を有することで、活性層を挟んだ分離光閉じ込め型構造であるＳＣＨ（Separate Confinement Heterostructure）構造とすることが好ましい。但し、本発明は、これらの構造に限定されるものではない。
また、活性層は、保護膜よりバンドギャップエネルギーが小さいものであることが好ましい。本発明において、保護膜のバンドギャップエネルギーを活性層より大きいもので形成すことにより、端面のバンドギャップエネルギーを広げ、言い換えると、共振器面付近の不純物準位を広げ、ウィンドウ構造を形成することにより、ＣＯＤレベルをより向上させることができる。
また、本発明では、特に発振波長が２２０ｎｍ〜５００ｎｍのものにおいて、保護膜の剥がれを防止し、ＣＯＤレベルを向上させることができる。 The active layer may have either a multiple quantum well structure or a single quantum well structure.
The nitride semiconductor layer has a light guide layer that constitutes an optical waveguide for light on the n-side semiconductor layer and the p-side semiconductor layer, so that an SCH (Separate Confinement Heterostructure) structure that is a separated light confinement structure sandwiching the active layer It is preferable that However, the present invention is not limited to these structures.
The active layer preferably has a smaller band gap energy than the protective film. In the present invention, the band gap energy of the protective film is made larger than that of the active layer, so that the band gap energy of the end face is widened, in other words, the impurity level near the resonator surface is widened to form a window structure. As a result, the COD level can be further improved.
Further, in the present invention, in particular, when the oscillation wavelength is 220 nm to 500 nm, it is possible to prevent the protective film from peeling and to improve the COD level.

窒化物半導体層の成長方法は、特に限定されないが、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）など、窒化物半導体の成長方法として知られている全ての方法を好適に用いることができる。特に、ＭＯＣＶＤは結晶性良く成長させることができるので好ましい。   The growth method of the nitride semiconductor layer is not particularly limited, but MOVPE (metal organic chemical vapor deposition), MOCVD (metal organic chemical vapor deposition), HVPE (hydride vapor deposition), MBE (molecular beam epitaxy). All methods known as nitride semiconductor growth methods can be suitably used. In particular, MOCVD is preferable because it can be grown with good crystallinity.

窒化物半導体層の第１窒化物半導体層をｎ側半導体層とする場合に、第２窒化物半導体層であるｐ側半導体層の表面には、リッジが形成されている。リッジは、光導波路領域として機能するものであり、その幅は１．０μｍ〜３０．０μｍ程度である。さらに、レーザ光を単一光の光源として使用する場合には、１．０μｍ〜３．０μｍ程度が好ましい。その高さ（エッチングの深さ）は、例えば、０．１〜２μｍが挙げられる。また、ｐ側半導体層を構成する層の膜厚、材料等を調整することにより、光閉じ込めの程度を適宜調整することができる。リッジは、共振器方向の長さが２００μｍ〜５０００μｍ程度になるように設定することが好ましい。また、共振器方向においてすべて同じ幅でなくてもよいし、その側面が垂直であっても、テーパー状であってもよい。この場合のテーパー角は４５°〜９０°程度が適当である。   When the first nitride semiconductor layer of the nitride semiconductor layer is an n-side semiconductor layer, a ridge is formed on the surface of the p-side semiconductor layer that is the second nitride semiconductor layer. The ridge functions as an optical waveguide region and has a width of about 1.0 μm to 30.0 μm. Furthermore, when using a laser beam as a light source of single light, about 1.0 micrometer-3.0 micrometers are preferable. The height (etching depth) is, for example, 0.1 to 2 μm. In addition, the degree of light confinement can be appropriately adjusted by adjusting the film thickness, material, and the like of the layers constituting the p-side semiconductor layer. The ridge is preferably set so that the length in the resonator direction is about 200 μm to 5000 μm. Further, they may not all have the same width in the resonator direction, and the side surfaces thereof may be vertical or tapered. The taper angle in this case is suitably about 45 ° to 90 °.

通常、窒化物半導体層の表面及びリッジの側面にわたって、埋込膜が形成されている。つまり、埋込膜は、窒化物半導体層上であって、窒化物半導体層と、後述する電極とが直接接触して、電気的な接続をとる領域以外の領域に形成されている。なお、窒化物半導体層と電極との接続領域としては、特にその位置、大きさ、形状等は限定されず、窒化物半導体層の表面の一部、例えば、窒化物半導体層の表面に形成されるストライプ状のリッジ上面のほぼ全面が例示される。   Usually, a buried film is formed over the surface of the nitride semiconductor layer and the side surface of the ridge. That is, the buried film is formed on the nitride semiconductor layer in a region other than the region in which the nitride semiconductor layer and an electrode described later are in direct contact and electrically connected. The connection region between the nitride semiconductor layer and the electrode is not particularly limited in position, size, shape, etc., and is formed on a part of the surface of the nitride semiconductor layer, for example, on the surface of the nitride semiconductor layer. A substantially entire upper surface of the striped ridge is illustrated.

埋込膜は、一般に、窒化物半導体層よりも屈折率が小さな絶縁材料によって形成されている。屈折率は、エリプソメトリーを利用した分光エリプソメータ、具体的には、Ｊ．Ａ．ＷＯＯＬＬＡＭ社製のＨＳ−１９０等を用いて測定することができる。例えば、埋込膜は、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｖ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ａｌ、Ｃｅ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｚｎ等の酸化物、窒化物、酸化窒化物等の絶縁膜又は誘電体膜の単層又は積層構造が挙げられる。また、埋込膜は、単結晶であってもよいし、多結晶又はアモルファスであってもよい。このように、リッジの側面から、リッジの両側の窒化物半導体表面にわたって保護膜が形成されていることにより、窒化物半導体層、特にｐ側半導体層に対する屈折率差を確保して、活性層からの光の漏れを制御することができ、リッジ内に効率的に光閉じ込めができるとともに、リッジ基底部近傍における絶縁性をより確保することができ、リーク電流の発生を回避することができる。   The buried film is generally formed of an insulating material having a refractive index smaller than that of the nitride semiconductor layer. The refractive index is a spectroscopic ellipsometer using ellipsometry. A. It can be measured using HS-190 manufactured by WOOLLAM. For example, the buried film is a single layer of an insulating film or a dielectric film such as an oxide such as Zr, Si, V, Nb, Hf, Ta, Al, Ce, In, Sb, Zn, nitride, oxynitride, etc. Or a laminated structure is mentioned. Further, the embedded film may be single crystal, polycrystalline or amorphous. As described above, the protective film is formed from the side surface of the ridge to the surface of the nitride semiconductor on both sides of the ridge, thereby ensuring a difference in refractive index from the nitride semiconductor layer, particularly the p-side semiconductor layer, from the active layer. The light leakage can be controlled, the light can be efficiently confined in the ridge, the insulation in the vicinity of the ridge base portion can be further secured, and the occurrence of the leakage current can be avoided.

埋込膜は、当該分野で公知の方法によって形成することができる。例えば、蒸着法、スパッタ法、反応性スパッタ法、ＥＣＲプラズマスパッタ法、マグネトロンスパッタ法、イオンビームアシスト蒸着法、イオンプレーティング法、レーザアブレーション法、ＣＶＤ法、スプレー法、スピンコート法、ディップ法又はこれらの方法の２種以上を組み合わせる方法、あるいはこれらの方法と酸化処理（熱処理）とを組み合わせる方法等、種々の方法を利用することができる。   The buried film can be formed by a method known in the art. For example, evaporation method, sputtering method, reactive sputtering method, ECR plasma sputtering method, magnetron sputtering method, ion beam assisted evaporation method, ion plating method, laser ablation method, CVD method, spray method, spin coating method, dip method or Various methods such as a method of combining two or more of these methods or a method of combining these methods and oxidation treatment (heat treatment) can be used.

ｐ電極は、窒化物半導体層及び埋込膜上に形成されることが好ましい。ｐ電極が最上層の窒化物半導体層及び保護膜上に連続して形成されていることにより、保護膜の剥がれを防止することができる。特に、リッジ側面までｐ電極を形成することにより、リッジ側面に形成された埋込膜について有効に剥がれを防止することができる。   The p-electrode is preferably formed on the nitride semiconductor layer and the buried film. Since the p-electrode is continuously formed on the uppermost nitride semiconductor layer and the protective film, the protective film can be prevented from peeling off. In particular, by forming the p-electrode up to the ridge side surface, the embedded film formed on the ridge side surface can be effectively prevented from peeling off.

ｐ電極及びｎ電極は、例えば、パラジウム、白金、ニッケル、金、チタン、タングステン、銅、銀、亜鉛、錫、インジウム、アルミニウム、イリジウム、ロジウム、ＩＴＯ等の金属又は合金の単層膜又は積層膜により形成することができる。ｐ電極の膜厚は、用いる材料等により適宜調整することができ、例えば、５００〜５０００Å程度が適当である。電極は、少なくとも第１窒化物半導体層及び第２窒化物半導体層又は導電性基板上にそれぞれ形成していればよく、さらにこの電極上にパッド電極等、単数又は複数の導電層を形成してもよい。なお、導電性基板の第２主面における電極１９は、通常、その端面（縁部、図２（ｂ）中、Ｘ、Ｙ）が、基板端面よりも、共振器面側及び側面側において、上述したように、図２（ｂ）中、Ｂ１及びＢ２に相当する距離、内側に配置されている。 The p electrode and the n electrode are, for example, a single layer film or a multilayer film of a metal or an alloy such as palladium, platinum, nickel, gold, titanium, tungsten, copper, silver, zinc, tin, indium, aluminum, iridium, rhodium, ITO, etc. Can be formed. The film thickness of the p-electrode can be appropriately adjusted depending on the material used and the like, for example, about 500 to 5000 mm is appropriate. The electrodes only need to be formed on at least the first nitride semiconductor layer and the second nitride semiconductor layer or the conductive substrate, respectively, and further, one or a plurality of conductive layers such as pad electrodes are formed on the electrodes. Also good. In addition, the electrode 19 on the second main surface of the conductive substrate usually has an end surface (edge, X, Y in FIG. 2B) on the resonator surface side and the side surface side of the substrate end surface. ] as described above, in FIG. 2 (b), the distance corresponding to B 1 and B 2, are arranged on the inner side.

また、埋込膜上には、第３保護膜１７が形成されていることが好ましい。このような第３保護膜は、少なくとも窒化物半導体層表面において埋込膜上に配置していればよく、埋込膜を介して又は介さないで、窒化物半導体層の側面及び／又は基板の側面又は表面等をさらに被覆していることが好ましい。第３保護膜は、埋込膜で例示したものと同様の材料で形成することができる。これにより、絶縁性のみならず、露出した側面又は表面等を確実に保護することができる。
なお、窒化物半導体層の側面から、埋込膜１５、ｐ電極１６及び第３保護膜１７の上面には、ｐパッド電極１８が形成されていることが好ましい。 In addition, it is preferable that a third protective film 17 is formed on the buried film. The third protective film may be disposed on the buried film at least on the surface of the nitride semiconductor layer, and may be disposed on the side surface of the nitride semiconductor layer and / or on the substrate without or through the buried film. It is preferable that the side surface or the surface is further coated. The third protective film can be formed of the same material as that exemplified for the buried film. As a result, not only the insulating properties but also the exposed side surfaces or surfaces can be reliably protected.
A p-pad electrode 18 is preferably formed on the top surface of the buried film 15, the p-electrode 16 and the third protective film 17 from the side surface of the nitride semiconductor layer.

また、本発明の窒化物半導体レーザ素子は、例えば、サブマウント、ステム等の支持部材に実装し、支持部材にキャップ部材を接合することによって、窒化物半導体レーザ装置を構成する。通常、レーザ素子は、窒素雰囲気、大気雰囲気、希ガス元素又は酸素を含有するもの（含有割合が０〜２０％）等中で、支持部材に実装され、キャップ部材で封止される。   The nitride semiconductor laser device of the present invention is mounted on a support member such as a submount or a stem, and a cap member is joined to the support member to constitute a nitride semiconductor laser device. Usually, the laser element is mounted on a support member and sealed with a cap member in a nitrogen atmosphere, an air atmosphere, a rare gas element or oxygen-containing element (content ratio: 0 to 20%).

以下に、本発明の窒化物半導体レーザ素子の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
実施例１
この実施例の窒化物半導体レーザ素子は、図１及び図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、Ｃ（０００１）面を第１主面（成長面）とするＧａＮからなる基板１０の第１主面であるＧａ面に、第１窒化物半導体層（例えば、ｎ側）１１、活性層１２及び表面にリッジ１４が形成された第２窒化物半導体層（例えば、ｐ側）１４をこの順に積層しており、主としてＭ面を共振器面とする共振器が形成されて構成されている。 Hereinafter, embodiments of the nitride semiconductor laser device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following examples.
Example 1
As shown in FIGS. 1 and 3A and 3B, the nitride semiconductor laser device of this embodiment is formed of a GaN substrate 10 having a C (0001) plane as a first main surface (growth surface). A first nitride semiconductor layer (for example, n-side) 11, an active layer 12, and a second nitride semiconductor layer (for example, p-side) 14 having a ridge 14 formed on the surface are formed on the Ga surface that is the first main surface. The layers are stacked in this order, and a resonator having the M plane as a resonator plane is mainly formed.

このような窒化物半導体レーザ素子は、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、共振器面に保護膜２５ａ〜２５ｃ及び第２保護膜２６、さらに、埋込膜１５、ｐ電極１６、ｎ電極１９、第３保護膜１７、ｐパッド電極１８等が形成されている。
また、ｎ電極１９は、ＧａＮ基板１０の第２主面であるＮ面に形成されている。ｎ電極１９は、レーザ素子の平面形状とほぼ相似の平面形状で形成されている。ｎ電極１９の共振器面側における縁部（例えば、図２及び図３中（ｂ）中、Ｘ参照）は、レーザ素子の端部（共振器面）から、光出射面側及び光反射面側において１０μｍ程度内側に配置している。また、ｎ電極１９の側面側における縁部（例えば、図２及び図３中（ｂ）中、Ｙ参照）は、レーザ素子の端部（側面）から、１５μｍ〜３０μｍ程度内側に位置している。ｐ電極１６も、ｎ電極１９とほぼ同一の形状で、光出射面側及び光反射面側においてレーザ素子の端部から１０μｍ程度内側に配置している。 As shown in FIGS. 3A and 3B, such a nitride semiconductor laser device has a protective film 25a to 25c and a second protective film 26 on the resonator surface, a buried film 15, and a p-electrode 16. , An n-electrode 19, a third protective film 17, a p-pad electrode 18 and the like are formed.
Further, the n electrode 19 is formed on the N surface which is the second main surface of the GaN substrate 10. The n-electrode 19 is formed in a planar shape substantially similar to the planar shape of the laser element. The edge of the n-electrode 19 on the resonator surface side (see, for example, X in FIGS. 2 and 3B) is from the end (resonator surface) of the laser element to the light emitting surface side and the light reflecting surface. On the side, it is arranged about 10 μm inside. Moreover, the edge part (for example, see Y in FIG.2 and FIG.3 (b)) in the side surface side of the n electrode 19 is located inside 15 micrometers-about 30 micrometers from the edge part (side surface) of a laser element. . The p-electrode 16 has substantially the same shape as the n-electrode 19 and is disposed about 10 μm from the end of the laser element on the light emitting surface side and the light reflecting surface side.

保護膜２５ａは、少なくとも光出射面側の共振器面において、その共振器面と同軸、つまり、Ｍ軸配向しており、この保護膜２５ａに連続的に、ＧａＮ基板１０の第２主面、ｎ電極１９表面に亘って保護膜２５ｂ及び２５ｃが形成されている。ＧａＮ基板１０の第２主面に形成された保護膜２５ｂは、主としてＣ軸配向しており、接触面積が１０００μｍ２以上で、基板１０の裏面と接触している。また、ｎ電極１９表面に形成された保護膜２５ｃは、主としてアモルファス構造であり、接触面積が２０００μｍ２以上で、ｎ電極１９と接触している。
保護膜２５ａ〜２５ｃはＡｌＮからなり、共振器面上において、最大膜厚が１００Å程度であり、基板１０の第２主面からｎ電極１９表面に亘って徐々に薄くなっており、保護膜２５ｃの端部においては、膜厚が２０Å程度である。 The protective film 25a is coaxial with the resonator surface, that is, is M-axis oriented at least on the light emitting surface side of the resonator surface. The second main surface of the GaN substrate 10 is continuously formed on the protective film 25a. Protective films 25b and 25c are formed over the surface of the n-electrode 19. The protective film 25b formed on the second main surface of the GaN substrate 10 is mainly C-axis oriented, has a contact area of 1000 μm 2 or more, and is in contact with the back surface of the substrate 10. The protective film 25c formed on the surface of the n electrode 19 has an amorphous structure mainly, has a contact area of 2000 μm 2 or more, and is in contact with the n electrode 19.
The protective films 25a to 25c are made of AlN, have a maximum film thickness of about 100 mm on the resonator surface, and gradually become thinner from the second main surface of the substrate 10 to the surface of the n electrode 19, and the protective film 25c. At the end, the film thickness is about 20 mm.

なお、保護膜２５ａは、活性層１２と、その上下の第１窒化物半導体層１１及び第２窒化物半導体層１４にわたる領域、かつリッジ１４の下方及びその左右にわたる領域に、膜厚が５０Å程度、窪みの深さが５０Å程度、その幅が２．０μｍ程度、高さが７００Å程度の薄膜の領域を有している。   The protective film 25a has a film thickness of about 50 mm in the active layer 12 and in the region extending over the first nitride semiconductor layer 11 and the second nitride semiconductor layer 14 above and below the active layer 12 and in the region below and right and left of the ridge 14. The thin film region has a depth of about 50 mm, a width of about 2.0 μm, and a height of about 700 mm.

また、保護膜２５ａ〜２５ｃ上に形成された第２保護膜２６はＳｉＯ２からなり、アモルファス構造を有し、最大膜厚が３０００Å程度である。
なお、第２保護膜は、活性層に対向する側において、その上下の第１窒化物半導体層１１及び第２窒化物半導体層１４にわたる領域、かつリッジ１４の下方及びその左右にわたる領域、つまり、保護膜２５ａの薄膜の領域に対応して突出している。また、活性層とは反対側の面に、活性層側の突出よりも若干大面積の突出が形成され、これらによって厚膜部が形成されている。厚膜部の膜厚は、例えば、３１５０Å程度、その幅が３．０μｍ程度、高さが４０００Å程度である。 The second protective film 26 formed on the protective film 25a~25c consists SiO 2, has an amorphous structure, the maximum thickness is about 3000 Å.
The second protective film has a region extending over the first nitride semiconductor layer 11 and the second nitride semiconductor layer 14 on the upper and lower sides thereof, and a region extending under the ridge 14 and on the left and right sides thereof on the side facing the active layer, that is, It protrudes corresponding to the thin film region of the protective film 25a. Further, a protrusion having a slightly larger area than the protrusion on the active layer side is formed on the surface opposite to the active layer, thereby forming a thick film portion. The thickness of the thick film portion is, for example, about 3150 mm, its width is about 3.0 μm, and its height is about 4000 mm.

この窒化物半導体レーザ素子は、以下のように製造することができる。
まず、ＧａＮ基板を準備する。このＧａＮ基板１０上に、１１６０℃でＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、アンモニア、シランガスを用い、Ｓｉを４×１０18／cm3ドープしたＡｌ０．０３Ｇａ０．９７Ｎよりなる層を膜厚２μｍで成長させる。なお、このｎ側クラッド層は超格子構造とすることもできる。
続いて、シランガスを止め、１０００℃でアンドープＧａＮよりなるｎ側光ガイド層を０．１７５μｍの膜厚で成長させる。このｎ側光ガイド層にｎ型不純物をドープしてもよい。 This nitride semiconductor laser device can be manufactured as follows.
First, a GaN substrate is prepared. This GaN substrate 10 is made of Al 0.03 Ga 0.97 N doped with Si at 4 × 10 18 / cm 3 using TMA (trimethylaluminum), TMG (trimethylgallium), ammonia, and silane gas at 1160 ° C. The layer is grown to a thickness of 2 μm. Note that the n-side cladding layer may have a superlattice structure.
Subsequently, the silane gas is stopped, and an n-side light guide layer made of undoped GaN is grown to a thickness of 0.175 μm at 1000 ° C. The n-side light guide layer may be doped with n-type impurities.

次に、温度を９００℃にして、ＳｉドープＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎよりなる障壁層を１４０Åの膜厚で成長させ、続いて同一温度で、アンドープＩｎ０．０７Ｇａ０．９３Ｎよりなる井戸層を７０Åの膜厚で成長させる。障壁層と井戸層とを２回交互に積層し、最後に障壁層で終わり、総膜厚５６０Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層を成長させる。 Next, the temperature is set to 900 ° C., a barrier layer made of Si-doped In 0.02 Ga 0.98 N is grown to a thickness of 140 mm, and then at the same temperature, undoped In 0.07 Ga 0.93 N A well layer made of this is grown to a thickness of 70 mm. A barrier layer and a well layer are alternately stacked twice, and finally, an active layer of a multiple quantum well structure (MQW) having a total film thickness of 560 mm is grown by ending with the barrier layer.

温度を１０００℃に上げ、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、ｐ側光ガイド層よりもバンドギャップエネルギーが大きい、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型Ａｌ０．２５Ｇａ０．７５Ｎよりなるｐ側キャップ層を１００Åの膜厚で成長させる。なお、このｐ側キャップ層は省略可能である。
続いて、Ｃｐ2Ｍｇ、ＴＭＡを止め、１０００℃で、バンドギャップエネルギーがｐ側キャップ層１０よりも小さい、アンドープＧａＮよりなるｐ側光ガイド層を０．１４５μｍの膜厚で成長させる。 The temperature was raised to 1000 ° C., TMG, TMA, ammonia, Cp 2 Mg (cyclopentadienyl magnesium) was used, and the band gap energy was larger than that of the p-side light guide layer, and Mg was doped at 1 × 10 20 / cm 3 . A p-side cap layer made of p-type Al 0.25 Ga 0.75 N is grown to a thickness of 100 mm. This p-side cap layer can be omitted.
Subsequently, Cp 2 Mg and TMA are stopped, and a p-side light guide layer made of undoped GaN having a band gap energy smaller than that of the p-side cap layer 10 is grown to a thickness of 0.145 μm at 1000 ° C.

次に、１０００℃でアンドープＡｌ０．１０Ｇａ０．９０Ｎよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、続いてＣｐ2Ｍｇ、ＴＭＡを止め、アンドープＧａＮよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、総膜厚０．４５μｍの超格子層よりなるｐ側クラッド層を成長させる。
最後に、１０００℃で、ｐ側クラッド層の上に、Ｍｇを１×１０２０／cm３ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層を１５０Åの膜厚で成長させる。 Next, a layer made of undoped Al 0.10 Ga 0.90 N is grown to a thickness of 25 mm at 1000 ° C., then Cp 2 Mg and TMA are stopped, and a layer made of undoped GaN is grown to a thickness of 25 mm. A p-side cladding layer made of a superlattice layer having a total film thickness of 0.45 μm is grown.
Finally, a p-side contact layer made of p-type GaN doped with 1 × 10 20 / cm 3 of Mg is grown on the p-side cladding layer at 1000 ° C. to a thickness of 150 mm.

このようにして窒化物半導体を成長させたウェハを反応容器から取り出し、最上層のｐ側コンタクト層の表面にＳｉＯ2よりなるマスクを形成して、共振器面に平行な方向における幅が８００μｍのストライプ状の構造を形成する。この部分がレーザ素子の共振器本体となる。共振器長は、２００μｍ〜５０００μｍ程度の範囲であることが好ましい。 The wafer on which the nitride semiconductor is grown in this way is taken out of the reaction vessel, a mask made of SiO 2 is formed on the surface of the uppermost p-side contact layer, and the width in the direction parallel to the resonator surface is 800 μm. A stripe structure is formed. This part becomes the resonator body of the laser element. The resonator length is preferably in the range of about 200 μm to 5000 μm.

次に、ｐ側コンタクト層の表面にストライプ状のＳｉＯ２よりなるマスクを形成して、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用いてＳｉＣｌ４ガスによりエッチングし、ストライプ状の光導波路領域であるリッジを形成する。
このリッジの側面をＺｒＯ２からなる埋込膜１５で保護する。
次いで、ｐ側コンタクト層及び埋込膜１５の上の表面にＮｉ（１００Å）／Ａｕ（１０００Å）／Ｐｔ（１０００Å）よりなるｐ電極を形成する。ｐ電極を形成した後、Ｓｉ酸化膜（ＳｉＯ2）からなる第３保護膜１７をｐ電極の上及び埋込膜の上及び半導体層の側面に０．５μｍの膜厚で、スパッタリングにより成膜する。ｐ電極を形成した後、６００℃でオーミックアニールを行う。
次に、ｐ電極上に連続して、Ｎｉ（８０Å）／Ｐｄ（２０００Å）／Ａｕ（８０００Å）よりなるｐパッド電極１８を形成する。
その後、ＧａＮ基板１０の厚みが８０μｍになるように窒化物半導体層の成長面である第１主面と反対側の面である第２主面側から研磨を行う。 Next, a mask made of striped SiO 2 is formed on the surface of the p-side contact layer, and etched by SiCl 4 gas using RIE (reactive ion etching) to form a ridge that is a striped optical waveguide region. Form.
The side surface of this ridge is protected by a buried film 15 made of ZrO 2 .
Next, a p-electrode made of Ni (100 Å) / Au (1000 Å) / Pt (1000 Å) is formed on the surface above the p-side contact layer and the buried film 15. After forming the p-electrode, a third protective film 17 made of a Si oxide film (SiO 2 ) is formed by sputtering with a thickness of 0.5 μm on the p-electrode, the buried film, and the side surface of the semiconductor layer. To do. After forming the p-electrode, ohmic annealing is performed at 600 ° C.
Next, a p-pad electrode 18 made of Ni (80 cm) / Pd (2000 cm) / Au (8000 cm) is formed continuously on the p-electrode.
Thereafter, polishing is performed from the second main surface side, which is the surface opposite to the first main surface, which is the growth surface of the nitride semiconductor layer, so that the thickness of the GaN substrate 10 becomes 80 μm.

研磨した第２主面に、Ｔｉ（１５０Å）／Ｐｔ（２０００Å）／Ａｕ（３０００Å）よりなるｎ電極１９を形成する。   An n-electrode 19 made of Ti (150 よ り) / Pt (2000 Å) / Au (3000 Å) is formed on the polished second main surface.

ｎ電極１９とｐ電極１６及びｐパッド電極１８とを形成したウェハ状のＧａＮ基板１０の第２主面側に凹部溝をけがきによって形成する。この凹部溝は、例えば、深さを略１０μｍとする。また、共振器面と平行方向に、側面から略５０μｍ、垂直方向に略１５μｍの幅とする。次に、この凹部溝を劈開補助線としてＧａＮ基板のｎ電極の形成面側からバー状に劈開し、劈開面（１−１００面、六角柱状の結晶の側面に相当する面＝Ｍ面）を共振器面とする。共振器長は８００μｍとし、その後、ｐ電極に平行な方向で、バーをチップ幅２００μｍにチップ化することで半導体レーザ素子とする。なお、ＧａＮ基板１０の第２主面側に凹部溝をけがきによって形成する工程は省略可能である。   A concave groove is formed by scribing on the second main surface side of the wafer-like GaN substrate 10 on which the n electrode 19, the p electrode 16 and the p pad electrode 18 are formed. For example, the recess groove has a depth of about 10 μm. The width is approximately 50 μm from the side surface in the direction parallel to the resonator surface and approximately 15 μm in the vertical direction. Next, this concave groove is used as a cleavage aid line to cleave the GaN substrate from the n-electrode formation surface side in a bar shape, and a cleavage surface (1-100 surface, surface corresponding to the side surface of hexagonal column crystal = M surface) is formed. Resonator surface. The cavity length is set to 800 μm, and then a bar is formed into a chip with a chip width of 200 μm in a direction parallel to the p-electrode to obtain a semiconductor laser element. Note that the step of forming the concave groove on the second main surface side of the GaN substrate 10 by scribing can be omitted.

続いて、共振器面を、窒素プラズマを用いて表面処理する。続いて、ＥＣＲスパッタ装置にて、Ａｌターゲットを用い、Ａｒの流量が３０ｓｃｃｍ、Ｎ２の流量が１０ｓｃｃｍ、マイクロ波電力５００Ｗ、ＲＦ電力２５０Ｗの条件で、ＡｌＮからなる保護膜２５を膜厚１００Åで形成する。この際、スパッタ装置において、ターゲットに対向する共振器面の角度を２０から８０°程度に設定する。これにより、保護膜を所望の結晶構造とすることができる。また、このように形成することにより、保護膜が、窒化物半導体表面からｐ電極１６上の表面の一部上及びＧａＮ基板の第２主面からｎ電極１９の表面の一部上に回りこみ、縦断面形状において、コの字状の保護膜を形成することができる。このとき、保護膜は、レーザ素子の端部（側面）から、連続して導電性基板の第２主面上及びｎ電極上を被覆している。具体的には、保護膜は、レーザ素子の端部（側面）から内側に連続して２５μｍ延伸している。 Subsequently, the resonator surface is surface-treated using nitrogen plasma. Subsequently, a protective film 25 made of AlN is formed to a thickness of 100 mm using an Al target in an ECR sputtering apparatus under the conditions of an Ar flow rate of 30 sccm, an N 2 flow rate of 10 sccm, a microwave power of 500 W, and an RF power of 250 W. Form. At this time, in the sputtering apparatus, the angle of the resonator surface facing the target is set to about 20 to 80 °. Thereby, a protective film can be made into a desired crystal structure. Moreover, by forming in this way, the protective film wraps around from the nitride semiconductor surface to a part of the surface on the p-electrode 16 and from the second main surface of the GaN substrate to a part of the surface of the n-electrode 19. In the longitudinal cross-sectional shape, a U-shaped protective film can be formed. At this time, the protective film continuously covers the second main surface and the n electrode of the conductive substrate from the end (side surface) of the laser element. Specifically, the protective film extends 25 μm continuously from the end (side surface) of the laser element to the inside.

次いで、ＡｌＮの保護膜２５の上に、出射側の共振器端面に、ＥＣＲスパッタ装置にて、Ｓｉターゲットを用い、酸素の流量が５ｓｃｃｍ、マイクロ波電力５００Ｗ、ＲＦ電力５００Ｗの条件でＳｉＯ２からなる第２保護膜２６を２９００Å成膜する。
また、反射側には、出射側と同様の成膜条件で、ＡｌＮを１００Å成膜し、ＳｉＯ２を２９００Å成膜し、その上に（ＳｉＯ２／ＺｒＯ２）を（６７０Å／４４０Å）で６周期成膜してもよい。
その後、レーザ素子に電圧を印加し、雰囲気、動作時間、動作電圧、動作電流等を調整しながら形成されたＡｌＮからなる保護膜のいわゆるコア領域に局所的にレーザ光を露光する。 Then, on the protective film 25 of AlN, the cavity end face on the exit side, at ECR sputtering apparatus using a Si target, the flow rate of oxygen is 5 sccm, the microwave power 500W, of SiO 2 under the conditions of RF power 500W The second protective film 26 to be formed is formed to 2900 mm.
On the reflection side, AlN is deposited in a thickness of 100 mm, SiO 2 is deposited in a thickness of 2900 mm, and (SiO 2 / ZrO 2 ) is (670 mm / 440 mm) at 6 Periodic film formation may be performed.
Thereafter, a voltage is applied to the laser element, and laser light is locally exposed to a so-called core region of the protective film made of AlN formed while adjusting the atmosphere, operating time, operating voltage, operating current, and the like.

得られた半導体レーザ素子について、Ｔｃ＝８０℃、Ｐｏ＝Ｐｕｌｓｅ３２０ｍＷ（Ｄｕｔｙ５０％、３０ｎｓｅｃ Ｃｙｃｌｅ）、発振波長４０６ｎｍで連続発振した後の光出力を測定した。その結果を図４に示す。
比較のために、保護膜をアモルファス構造のみで形成した以外は、実質的に上述した半導体レーザ素子と同様の製造方法でレーザ素子を形成し、同様の条件で、連続発振後の光出力を測定し、評価した。その結果を図６の破線で示す。本発明の実施例に比較して、ＣＯＤレベルが顕著に低下することが確認された。 With respect to the obtained semiconductor laser element, the optical output after continuous oscillation at Tc = 80 ° C., Po = Pulse 320 mW (Duty 50%, 30 nsec Cycle), oscillation wavelength 406 nm was measured. The result is shown in FIG.
For comparison, except that the protective film is formed only with an amorphous structure, a laser element is formed by the same manufacturing method as the semiconductor laser element described above, and the optical output after continuous oscillation is measured under the same conditions. And evaluated. The result is shown by the broken line in FIG. It was confirmed that the COD level was remarkably lowered as compared with the examples of the present invention.

また、共振器面にのみアモルファスの保護膜を形成した場合、保護膜の剥がれが生じた。
これらに対して、本発明の実施例のレーザ素子では、共振器面から基板の裏面、電極表面に亘って連続的であり、各表面における結晶構造が異なる保護膜を形成することにより、共振器面を構成する窒化物半導体層の発光部分に対して、応力を生じさせることなく、窒化物半導体にクラックが生じず、共振器面との密着性が良好で、剥がれを防止し、ひいては、ＣＯＤレベルを向上させることができる。 Further, when an amorphous protective film was formed only on the resonator surface, the protective film was peeled off.
On the other hand, in the laser element of the embodiment of the present invention, the resonator is formed by forming a protective film that is continuous from the resonator surface to the back surface of the substrate and the electrode surface, and has a different crystal structure on each surface. The light-emitting portion of the nitride semiconductor layer constituting the surface does not cause stress, the nitride semiconductor does not crack, the adhesiveness with the resonator surface is good, the peeling is prevented, and the COD The level can be improved.

なお、得られた窒化物半導体レーザ素子の保護膜を検証するために、ｎ−ＧａＮ基板（Ｍ軸配向：Ｍ面）上に、上記と同様の材料及び実質的に同様の成膜方法で、ＡｌＮからなる保護膜を１００Å成膜し、さらにその上にＳｉＯ２からなる第２保護膜を１５００Å積層し、これらの膜の軸配向性を、ＸＲＤ装置（使用Ｘ線：ＣｕＫα線（λ＝０．１５４ｎｍ）、モノクロメータ：Ｇｅ(２２０)、測定方法：ωスキャン、ステップ幅：０．０１°、スキャンスピード：０．４秒／ステップ）を用いて測定した。
その結果、図５に示したように、強度の高いＭ軸配向性を示すＡｌＮに由来するピークが現れ、１８°付近のＣ軸配向性を有するＡｌＮに由来するピークはほとんど見られず、Ｍ軸配向性を有することが確認された。
この膜の半値幅は、上述した方法による測定によれば、１．０°であった。
また、ｎ−ＧａＮ基板（Ｃ軸配向：Ｃ面）上に、ＡｌＮからなる膜を１００Å成膜し、この膜を、上記と同様に測定したところ、１８°付近に強度の高いＣ軸配向性を示すＡｌＮに由来するピークが現れ、Ｍ軸配向性を有するＡｌＮに由来するピークはほとんど見られず、Ｃ軸配向性を有することが確認された。
さらに、金属表面に形成したＡｌＮからなる膜について、上記と同様に測定したところ、特定の角度付近に配向性を示すピークはほとんど見られず、アモルファス構造であることが確認された。 In order to verify the protective film of the obtained nitride semiconductor laser device, on the n-GaN substrate (M-axis orientation: M-plane), using the same material and the substantially same film formation method as described above, A protective film made of AlN was formed in a thickness of 100 mm, and a second protective film made of SiO 2 was laminated on the thickness of 1500 mm, and the axial orientation of these films was determined using an XRD apparatus (used X-ray: CuKα ray (λ = 0). 154 nm), monochromator: Ge (220), measurement method: ω scan, step width: 0.01 °, scan speed: 0.4 sec / step).
As a result, as shown in FIG. 5, a peak derived from AlN having a high strength M-axis orientation appears, and a peak derived from AlN having a C-axis orientation near 18 ° is hardly seen. It was confirmed to have axial orientation.
The half width of this film was 1.0 ° according to the measurement by the method described above.
In addition, a 100-nm film of AlN was formed on an n-GaN substrate (C-axis orientation: C-plane), and this film was measured in the same manner as described above. A peak derived from AlN showing γ appeared, almost no peak derived from AlN having M-axis orientation was observed, and it was confirmed to have C-axis orientation.
Further, when the film made of AlN formed on the metal surface was measured in the same manner as described above, it was confirmed that the film had an amorphous structure with almost no peak showing orientation near a specific angle.

実施例２〜９
この実施例では、ＡｌＮからなる保護膜と、ＳｉＯ２からなる第２保護膜とを、膜厚を変更して形成する以外、実施例１と同様にレーザ素子を作製した。なお、Ｂ１は、出射面側及び光反射面側において略１０μｍである。また、Ｃは、３０μｍ〜４０μｍ程度である。
得られたレーザ素子は、表１に示す保護膜及び第２保護膜の組成及び膜厚のものであった。また、保護膜は、共振器面に接触する部位においてＭ軸配向、基板裏面に接触する部位においてＣ軸配向、電極上に接触する部位においてアモルファスであることを確認した。
これらのレーザ素子において、実施例１と同様の評価を行った。その結果の一部を図６に示す。図６において、実線は実施例３、破線は実施例１で例示した比較例の結果を示す。
図６に示すように、実施例２ではＣＯＤレベルが良好であることが分かった。また、図示していないが、実施例２、４〜９についても、実施例１と同様にＣＯＤレベルが向上し、寿命特性が良好であることが分かる。 Examples 2-9
In this example, a laser element was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the protective film made of AlN and the second protective film made of SiO 2 were formed by changing the film thickness. B 1 is approximately 10 μm on the exit surface side and the light reflection surface side. C is about 30 μm to 40 μm.
The obtained laser element had the composition and film thickness of the protective film and the second protective film shown in Table 1. In addition, it was confirmed that the protective film was M-axis oriented at the part in contact with the resonator surface, C-axis oriented at the part in contact with the back surface of the substrate, and amorphous at the part in contact with the electrode.
For these laser elements, the same evaluation as in Example 1 was performed. A part of the result is shown in FIG. In FIG. 6, the solid line indicates the result of Example 3 and the broken line indicates the result of the comparative example illustrated in Example 1.
As shown in FIG. 6, it was found that the COD level was good in Example 2. Moreover, although not shown in figure, it turns out that COD level improves also about Example 2, 4-9 similarly to Example 1, and a lifetime characteristic is favorable.

実施例１０
この実施例では、図７に示すように、保護膜として、ＡｌＮからなり、共振器面上において、最大膜厚が１００Å程度であり、基板１０の第２主面からｎ電極１９表面に亘って徐々に薄くなっており、保護膜２５ｃの端部においては、膜厚が２０Å程度である保護膜２５ａ〜２５ｃの上に、さらに第２膜２５’としてＧａＮからなる膜が形成されている以外、実質的に実施例１と同様の構成を有する。
なお、第２膜２５’は、保護膜２５ａ〜２５ｃに対応する部位において、保護膜２５ａ〜２５ｃとそれぞれ同じ結晶構造、つまり、保護膜２５ａに対応する部位ではＭ軸配向、保護膜２５ｂに対応する部位ではＣ軸配向、保護膜２５ｃに対応する部位ではアモルファス構造をとっている。
この実施例のレーザ素子においても、実施例１と同様に、保護膜の密着性が向上し、ＣＯＤレベル及び寿命特性が良好である。 Example 10
In this embodiment, as shown in FIG. 7, the protective film is made of AlN, has a maximum film thickness of about 100 mm on the resonator surface, and extends from the second main surface of the substrate 10 to the surface of the n electrode 19. The thickness is gradually reduced, and at the end of the protective film 25c, a film made of GaN is further formed as the second film 25 ′ on the protective films 25a to 25c having a thickness of about 20 mm. The configuration is substantially the same as in the first embodiment.
The second film 25 ′ corresponds to the protective film 25 a to 25 c in the same crystal structure as that of the protective film 25 a to 25 c, that is, corresponds to the M-axis orientation and protective film 25 b in the part corresponding to the protective film 25 a. The portion corresponding to the C-axis orientation and the portion corresponding to the protective film 25c have an amorphous structure.
Also in the laser element of this example, as in Example 1, the adhesion of the protective film is improved, and the COD level and life characteristics are good.

実施例１１
この実施例では、図８に示すように、保護膜として、ＡｌＮからなり、共振器面上において、最大膜厚が１００Å程度であり、基板１０の第２主面に亘って徐々に薄くなっており、保護膜２５ｂの端部では、膜厚が４０Å程度である保護膜２５ａ及び２５ｂが形成されている以外、実質的に実施例１と同様の構成を有する。
つまり、この実施例では、保護膜がｎ電極１９表面にまで及ばない形状を有しているが、保護膜２５ｂと基板１０の第２主面との接触面積が５０００μｍ２以上と広げた。なお、保護膜２５ｂは、基板１０の第２主面との適当な接触面積を確保している限り、その端部がｎ電極１９に接触していてもよいし、ｎ電極１９から離間していてもよい。
この実施例のレーザ素子においても、実施例１と同様に、保護膜の密着性が向上し、ＣＯＤレベル及び寿命特性が良好である。 Example 11
In this embodiment, as shown in FIG. 8, the protective film is made of AlN, has a maximum film thickness of about 100 mm on the resonator surface, and gradually becomes thinner over the second main surface of the substrate 10. The end portion of the protective film 25b has substantially the same configuration as that of the first embodiment except that protective films 25a and 25b having a thickness of about 40 mm are formed.
That is, in this embodiment, the protective film has a shape that does not reach the surface of the n-electrode 19, but the contact area between the protective film 25 b and the second main surface of the substrate 10 is increased to 5000 μm 2 or more. The protective film 25b may be in contact with the n-electrode 19 or separated from the n-electrode 19 as long as an appropriate contact area with the second main surface of the substrate 10 is ensured. May be.
Also in the laser element of this example, as in Example 1, the adhesion of the protective film is improved, and the COD level and life characteristics are good.

実施例１２
この実施例では、図９に示すように、ｐ電極１６の端面が共振器面と面一に形成されており、従って、ｐ電極１６側の保護膜が、リッジ１４の表面に接触していない以外、実質的に実施例１と同様の構成を有する。
この実施例のレーザ素子においても、実施例１と同様に、保護膜の密着性が向上し、ＣＯＤレベル及び寿命特性が良好である。 Example 12
In this embodiment, as shown in FIG. 9, the end face of the p-electrode 16 is formed flush with the resonator face, and therefore the protective film on the p-electrode 16 side is not in contact with the surface of the ridge 14. Except for the above, the configuration is substantially the same as in the first embodiment.
Also in the laser element of this example, as in Example 1, the adhesion of the protective film is improved, and the COD level and life characteristics are good.

実施例１３
この実施例では、Ｍ面（１−１００）を第１主面（成長面）とするＧａＮからなる基板１０の第１主面であるＧａ面に、第１窒化物半導体層（例えば、ｎ側）１１、活性層１２及び表面にリッジ１４が形成された第２窒化物半導体層（例えば、ｐ側）１４をこの順に積層しており、主としてＣ面を共振器面とする共振器が形成されており、さらに、共振器面に形成された保護膜２５ａがＣ軸配向、保護膜２５ｂがＭ軸配向、保護膜２５ｃがアモルファスである以外、実質的に実施例１と同様の構成を有する。
この実施例のレーザ素子においても、実施例１と同様に、保護膜の密着性が向上し、ＣＯＤレベル及び寿命特性が良好である。 Example 13
In this embodiment, a first nitride semiconductor layer (for example, n-side) is formed on the Ga surface, which is the first main surface of the substrate 10 made of GaN having the M surface (1-100) as the first main surface (growth surface). 11) The active layer 12 and the second nitride semiconductor layer (for example, p side) 14 having the ridge 14 formed on the surface are laminated in this order, and a resonator having a C plane as a resonator surface is mainly formed. Furthermore, it has substantially the same configuration as that of Example 1 except that the protective film 25a formed on the resonator surface is C-axis oriented, the protective film 25b is M-axis oriented, and the protective film 25c is amorphous.
Also in the laser element of this example, as in Example 1, the adhesion of the protective film is improved, and the COD level and life characteristics are good.

本発明は、レーザダイオード素子（ＬＤ）のみならず、発光ダイオード素子（ＬＥＤ）、スーパーフォトルミネセンスダイオード等の発光素子、太陽電池、光センサ等の受光素子、あるいはトランジスタ、パワーデバイス等の電子デバイスに用いられるような、保護膜と半導体層との密着性を確保する必要がある窒化物半導体素子に広く適用することができる。特に、光ディスク用途、光通信システム、印刷機、露光用途、測定、バイオ関連の励起用光源等における窒化物半導体レーザ素子に利用することができる。   The present invention provides not only a laser diode element (LD) but also a light emitting diode element (LED), a light emitting element such as a super photoluminescence diode, a light receiving element such as a solar cell or a photosensor, or an electronic device such as a transistor or a power device. It can be widely applied to nitride semiconductor elements that need to ensure the adhesion between the protective film and the semiconductor layer as used in the above. In particular, it can be used for nitride semiconductor laser elements in optical disc applications, optical communication systems, printing presses, exposure applications, measurements, bio-related excitation light sources, and the like.

本発明の窒化物半導体レーザ素子の構造を説明するための要部の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the principal part for demonstrating the structure of the nitride semiconductor laser element of this invention. 本発明の窒化物半導体レーザ素子の保護膜を説明するための縦断面図（ａ）及び裏面図（ｃ）である。It is the longitudinal cross-sectional view (a) and back view (c) for demonstrating the protective film of the nitride semiconductor laser element of this invention. 本発明の別の窒化物半導体レーザ素子の保護膜を説明するための縦断面図（ａ）及び裏面図（ｃ）である。It is the longitudinal cross-sectional view (a) and back view (c) for demonstrating the protective film of another nitride semiconductor laser element of this invention. 本発明の窒化物半導体レーザ素子のＣＯＤレベルを示すグラフである。It is a graph which shows the COD level of the nitride semiconductor laser element of this invention. 本発明の窒化物半導体レーザ素子の保護膜の配向性を検証するための配向強度を示すグラフである。It is a graph which shows the orientation intensity | strength for verifying the orientation of the protective film of the nitride semiconductor laser element of this invention. 本発明の別の窒化物半導体レーザ素子のレーザ素子のＣＯＤレベルを示すグラフである。It is a graph which shows the COD level of the laser element of another nitride semiconductor laser element of this invention. 本発明の窒化物半導体レーザ素子の保護膜の別の態様を説明するための縦断面図（ａ）及び裏面図（ｃ）である。It is the longitudinal cross-sectional view (a) and back view (c) for demonstrating another aspect of the protective film of the nitride semiconductor laser element of this invention. 本発明の窒化物半導体レーザ素子の保護膜のさらに別の態様を説明するための縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view for demonstrating another aspect of the protective film of the nitride semiconductor laser element of this invention. 本発明の窒化物半導体レーザ素子の保護膜のさらに別の態様を説明するための縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view for demonstrating another aspect of the protective film of the nitride semiconductor laser element of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１０ 基板
１１ 第１窒化物半導体層
１２ 活性層
１３ 第２窒化物半導体層
１４ リッジ
１５ 埋込膜
１６ ｐ電極
１７ 第３保護膜
１８ ｐ側パッド電極
１９ ｎ電極
２０ 共振器面
２５’ 第２膜
２５ａ〜ｃ 保護膜
２６ 第２保護膜
10 substrate 11 first nitride semiconductor layer 12 active layer 13 second nitride semiconductor layer 14 ridge 15 buried film 16 p-electrode 17 third protective film 18 p-side pad electrode 19 n-electrode 20 resonator face 25 ′ second film 25a-c protective film 26 second protective film

Claims (16)

第１主面と該第１主面に対向する第２主面とを有する導電性基板と、該導電性基板の第１主面上に、第１窒化物半導体層、活性層及び第２窒化物半導体層が順に積層された窒化物半導体層と、前記導電性基板の第２主面上に形成された電極と、前記窒化物半導体層の共振器面に接触する保護膜と、を有する窒化物半導体レーザ素子であって、
前記電極の共振器面側の縁部が、前記共振器面よりレーザ素子の内側に位置しており、
前記保護膜が、前記共振器面から前記導電性基板の第２主面に接触するように形成されており、かつ、前記共振器面に接触する保護膜と前記導電性基板の第２主面に接触する保護膜との結晶構造が異なることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。 A conductive substrate having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface, and a first nitride semiconductor layer, an active layer, and a second nitridation on the first main surface of the conductive substrate A nitride semiconductor layer in which a nitride semiconductor layer is sequentially stacked; an electrode formed on a second main surface of the conductive substrate; and a protective film in contact with a resonator surface of the nitride semiconductor layer. Semiconductor laser device,
The edge of the electrode on the resonator surface side is located inside the laser element from the resonator surface,
The protective film is formed so as to be in contact with the second main surface of the conductive substrate from the resonator surface, and the protective film that is in contact with the resonator surface and the second main surface of the conductive substrate A nitride semiconductor laser device having a crystal structure different from that of a protective film contacting the substrate. 前記保護膜が、前記共振器面から前記導電性基板の第２主面及び前記電極表面に接触するように形成されており、かつ、前記共振器面に接触する保護膜と前記電極表面に接触する保護膜との結晶構造が異なる請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。   The protective film is formed so as to be in contact with the second main surface of the conductive substrate and the electrode surface from the resonator surface, and is in contact with the protective film and the electrode surface that are in contact with the resonator surface. The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein the crystal structure of the protective film is different from that of the protective film. 前記導電性基板の第２主面に接触する保護膜と前記電極表面に接触する保護膜との結晶構造が異なる請求項２に記載の窒化物半導体レーザ素子。   The nitride semiconductor laser device according to claim 2, wherein the protective film in contact with the second main surface of the conductive substrate and the protective film in contact with the electrode surface have different crystal structures. 前記電極の側面側の縁部が、レーザ素子の内側に位置している請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。   2. The nitride semiconductor laser element according to claim 1, wherein an edge portion on a side surface side of the electrode is positioned inside the laser element. 前記導電性基板は、窒化物基板である請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。   The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein the conductive substrate is a nitride substrate. 前記導電性基板の第２主面は、Ｎ面（０００−１）である請求項４に記載の窒化物半導体レーザ素子。   The nitride semiconductor laser element according to claim 4, wherein the second main surface of the conductive substrate is an N plane (000-1). 前記共振器面に接触する保護膜は、半値幅が２°以下である請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。   The nitride semiconductor laser element according to claim 1, wherein the protective film in contact with the resonator surface has a half width of 2 ° or less. 前記保護膜は、六方晶系の結晶構造を有する材料で形成されてなる請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。   The nitride semiconductor laser element according to claim 1, wherein the protective film is formed of a material having a hexagonal crystal structure. 前記保護膜は、窒化物膜で形成されてなる請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。   The nitride semiconductor laser element according to claim 1, wherein the protective film is formed of a nitride film. 前記保護膜は、共振器面と接触する側において、共振器面と同軸配向の結晶構造を有する請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。   2. The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein the protective film has a crystal structure coaxial with a resonator surface on a side in contact with the resonator surface. 3. 前記共振器面が、Ｍ面（１−１００）、Ａ面（１１−２０）、Ｃ面（０００１）及びＲ面（１−１０２）からなる群から選ばれる面である請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。   The said resonator surface is a surface selected from the group which consists of M surface (1-100), A surface (11-20), C surface (0001), and R surface (1-102). Nitride semiconductor laser device. 前記共振器面がＭ面（１−１００）であり、かつ、共振器面に接触する保護膜は、共振器面と同軸配向であるＭ軸配向の結晶構造を有している請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。   The resonator surface is an M-plane (1-100), and the protective film in contact with the resonator surface has an M-axis oriented crystal structure that is coaxial with the resonator surface. The nitride semiconductor laser device described. 前記保護膜は、電極表面においてアモルファス構造である請求項１に記載の窒化物半導体素子。   The nitride semiconductor device according to claim 1, wherein the protective film has an amorphous structure on an electrode surface. 前記共振器面に接触する保護膜上に、第２保護膜がさらに積層されてなる請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。   The nitride semiconductor laser element according to claim 1, wherein a second protective film is further laminated on the protective film in contact with the resonator surface. 前記保護膜は、接触面積が５００μｍ２以上で基板の第２主面と接触する請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。 The nitride semiconductor laser element according to claim 1, wherein the protective film has a contact area of 500 μm 2 or more and contacts the second main surface of the substrate. 前記保護膜は、接触面積が５００μｍ２以上で電極と接触する請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
The nitride semiconductor laser element according to claim 1, wherein the protective film is in contact with the electrode with a contact area of 500 μm 2 or more.
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