JP2009010335A - 窒化物系半導体レーザ素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】良好なＦＦＰを得ることが可能な半導体レーザ素子を提供する。
【解決手段】この窒化物系半導体レーザ素子１０は、窒化物系半導体層の［０００１］方向に対して略平行に延びる導波路と、導波路の前端に位置し、窒化物系半導体層の略（０００１）面からなる出射面１０ａと、導波路の後端に位置し、窒化物系半導体層の略（０００−１）面からなる後面１０ｂとを備えている。そして、出射面１０ａから出射されるレーザ光の強度が、後面１０ｂから出射されるレーザ光の強度よりも大きくされている。
【選択図】図２

Description

本発明は、窒化物系半導体レーザ素子およびその製造方法に関する。

従来、半導体レーザにおいて、活性層の主面の面方位を、（１１−２０）面や、（１−１００）面などの略（Ｈ、Ｋ、−Ｈ−Ｋ、０）面（Ｈ、Ｋの少なくとも一方は０でない整数とした場合）にすることによって、活性層に発生するピエゾ電場を低減することができ、その結果、レーザ光の発光効率を向上させることが可能であることが知られている。また、（０００１）面と（０００−１）面とを一対の共振器面とすることにより、半導体レーザの利得を向上させることができることが知られている（たとえば、特許文献１および非特許文献２参照）。

特開平８−２１３６９２号公報 Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｖｏｌ．４６，Ｎｏ．９，２００７， ｐｐ．Ｌ１８７−Ｌ１８９

しかしながら、上記特許文献１および２に開示された半導体レーザ装置では、一対の共振器面の一方の（０００１）面はＧａ極性面で、他方の（０００−１）面はＮ極性面であり、互いに面方位が異なる。このとき（０００−１）面は、（０００１）面と比較して化学的に不安定であるために、（０００−１）面は、半導体レーザ素子の製造プロセスの途中で、表面に凹凸形状が形成されやすい。このため、（０００−１）面を光出射側の共振器面として形成した場合、共振器面表面の凹凸形状によってレーザ光の散乱が増大する。この結果、遠視野像（ＦＦＰ）にリップルが生じるという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、良好なＦＦＰを得ることが可能な半導体レーザ素子およびその製造方法を提供することである。

課題を解決するための手段および発明の効果

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による窒化物系半導体レーザ素子は、窒化物系半導体層の［０００１］方向に対して略平行に延びる導波路と、導波路の前端に位置し、窒化物系半導体層の略（０００１）面からなる前端面と、導波路の後端に位置し、窒化物系半導体層の略（０００−１）面からなる後端面とを備え、前端面から出射されるレーザ光の強度が、後端面から出射されるレーザ光の強度よりも大きくされている。

この発明の第１の局面による窒化物系半導体レーザ素子では、上記のように、レーザ光の強度が大きい前端面を略（０００１）面からなるように構成するとともに、レーザ光の強度が小さい後端面を略（０００−１）面からなるように構成することによって、前端面を構成する略（０００１）面は、略（０００−１）面よりも化学的に安定であるために表面に凹凸形状が形成されにくいので、レーザ動作時に、レーザ光の出射強度の大きい前端面においてレーザ光の散乱が増大するのを抑制することができる。この結果、レーザ動作時に良好なＦＦＰを得ることができる。

ここで、前端面から出射されるレーザ光の強度を、後端面から出射されるレーザ光の強度よりも大きくするために、例えば、前端面の反射率は後端面の反射率よりも低くされる。前端面の反射率を後端面の反射率よりも低くするためには、前端面および後端面の少なくとも一方に誘電体多層膜を形成する。たとえば、前端面に反射防止膜を形成するか、後端面に反射膜を形成する。前端面に反射防止膜を形成し、かつ、後端面に反射膜を形成することがさらに望ましい。

上記第１の局面による窒化物系半導体レーザ素子において、好ましくは、前端面上に、第１誘電体膜が形成されている。このように構成すれば、第１誘電体膜によって、容易に前端面の反射率を後端面の反射率よりも低くすることができる。

上記前端面に第１誘電体膜が形成される構成において、好ましくは、第１誘電体膜の前端面と反対側の表面の凹凸形状の凹部の深さは、後端面の凹凸形状の凹部の深さよりも小さい。このように構成すれば、相対的に後端面の凹凸形状の凹部の深さが、前端面の第１誘電体膜の表面の凹凸形状の凹部の深さよりも大きくなるので、後端面の表面の清浄化を容易に行うことができる。

上記第１の局面による窒化物系半導体レーザ素子において、好ましくは、後端面上に、第２誘電体膜が形成されている。このように構成すれば、第２誘電体膜によって、容易に後端面の反射率を制御することができる。

上記後端面に第２誘電体膜が形成される構成において、好ましくは、第２誘電体膜の後端面と反対側の表面の凹凸形状の凹部の深さは、後端面の凹凸形状の凹部の深さよりも小さい。このように構成すれば、相対的に後端面の凹凸形状の凹部の深さが、後端面の第２誘電体膜の表面の凹凸形状の凹部の深さよりも大きくなるので、後端面の表面の清浄化を容易に行うことができる。

上記後端面に第２誘電体膜が形成される構成において、好ましくは、第２誘電体膜は、高屈折率膜と低屈折率膜とからなる多層反射膜を含み、後端面の凹凸形状の凹部の深さは、高屈折率膜の厚みよりも小さい。このように構成すれば、後端面の反射率をより大きくすることができる。

上記第１の局面による窒化物系半導体レーザ素子において、前端面の凹凸形状の凹部の深さは、後端面の凹凸形状の凹部の深さよりも小さい。このように構成すれば、レーザ動作時に、良好なＦＦＰを得ることができる。

上記第１の局面による窒化物系半導体レーザ素子において、好ましくは、レーザ光の波長がλであり、導波路の実効屈折率がｎである場合に、前端面の凹凸形状の凹部の深さは、λ／（４ｎ）よりも小さい。このように構成すれば、レーザ動作時に、良好なＦＦＰを得ることができる。

上記第１の局面による窒化物系半導体レーザ素子において、好ましくは、レーザ光の波長がλであり、導波路の実効屈折率がｎである場合に、後端面の凹凸形状の凹部の深さは、λ／（２ｎ）よりも小さい。このように構成すれば、後端面の反射率をより大きくすることができる。

上記前端面の凹凸形状の凹部の深さが後端面の凹凸形状の凹部の深さよりも小さい構成において、好ましくは、前端面の凹凸形状の凹部の深さは、後端面の凹凸形状の凹部の深さの２分の１以下である。このように構成すれば、相対的に後端面の凹凸形状の凹部の深さが、前端面の凹凸形状の凹部の深さよりも大きくなるので、後端面の表面の清浄化を容易に行うことができる。

この発明の第２の局面による窒化物系半導体レーザ素子の製造方法は、基板上に、窒化物系半導体層の［０００１］方向が基板の主面の法線方向と垂直となるように窒化物系半導体素子層を成長させる工程と、窒化物系半導体素子層に、［０００１］方向に対して略平行に延びる導波路を形成する工程と、導波路の前端に、窒化物系半導体層の略（０００１）面からなる前端面を形成する工程と、導波路の後端に、窒化物系半導体層の略（０００−１）面からなる後端面を形成する工程とを備え、窒化物系半導体層の[０００１]方向に対して略垂直な方向と、基板の法線方向とが略一致しており、前端面から出射されるレーザ光の強度が、後端面から出射されるレーザ光の強度よりも大きくされている。

この発明の第２の局面による窒化物系半導体レーザ素子の製造方法では、上記のように、導波路の前端に、略（０００１）面からなる前端面を形成するとともに、導波路の後端に、前端面から出射されるレーザ光の強度よりもレーザ光の強度が小さい略（０００−１）面からなる後端面を形成する工程を備えることによって、前端面を構成する略（０００１）面は、略（０００−１）面よりも化学的に安定であるために表面に凹凸形状が形成されにくいので、レーザ動作時にレーザ光の出射強度の大きい前端面においてレーザ光の散乱が増大するのを抑制することが可能な半導体レーザ素子を得ることができる。

上記第２の局面による窒化物系半導体レーザ素子の製造方法において、好ましくは、前端面および後端面を形成する工程は、エッチングにより前端面および後端面を形成する工程を含む。このように構成すれば、エッチングの条件を制御することにより、容易に、レーザ光の出射強度の大きい前端面の凹凸形状を、レーザ光の出射強度の小さい後端面よりも小さくなるように形成することができる。

この場合、好ましくは、エッチングにより前端面および後端面を形成する工程は、第１のドライエッチングにより、前端面の凹凸形状の凹部の深さが、後端面の凹凸形状の凹部の深さよりも小さくなるように形成する工程と、その後、後端面に対して、さらに第２のドライエッチングを行うことにより、後端面の凹凸形状の凹部の深さを小さくする工程とを含む。このように構成すれば、後端面を凹凸が形成されやすい略（０００−１）面により形成したとしても、第２のドライエッチングにより後端面の凹凸形状の凹部の深さを小さくすることができるので、レーザ動作時に、後端面においてレーザ光の散乱が抑制される。その結果、後端面での反射率が低下するのがより抑制された半導体レーザ素子を容易に製造することができる。

上記第２の局面による窒化物系半導体レーザ素子の製造方法において、好ましくは、前端面および後端面の少なくとも一方に対して、清浄化を行う工程をさらに備える。このように構成すれば、導波路端面に吸着した原子・分子を除去できるので、導波路端面近傍の劣化や光学損傷破壊（ＣＯＤ）が抑制された半導体レーザ素子を容易に形成することができる。ここで、プラズマやオゾンなどを端面に照射することで、導波路端面を清浄化する。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の窒化物系半導体レーザ素子の概略的な構造を説明するための、半導体レーザ素子の導波路と平行な面における断面図である。図２は、図１に示した窒化物系半導体レーザ素子の概略的な構造を説明するための、半導体レーザ素子の導波路と垂直な面における断面図である。図１および図２を参照して、本発明の具体的な実施形態を説明する前に、本発明の窒化物系半導体レーザ素子１０の概念について説明する。

本発明の窒化物系半導体レーザ素子１０では、図１に示すように、基板１の上面上に半導体レーザ素子部２がエピタキシャル成長により形成されている。なお、半導体レーザ素子部２は、本発明の「窒化物系半導体素子層」の一例である。また、半導体レーザ素子部２は、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＢＮ、ＴｌＮおよびこれらの混晶からなるウルツ構造の窒化物系半導体層から構成されている。そして、この半導体レーザ素子部２は、図１に示すように、第１半導体層３と、活性層４と、第２半導体層５などの窒化物系半導体層によって構成されている。また、第１半導体層３と第２半導体層５とは、互いに反対の導電型を有している。また、第１半導体層３は、活性層４よりもバンドギャップの大きい第１クラッド層（図示せず）などにより形成されるとともに、第２半導体層５は、活性層４よりもバンドギャップの大きい第２クラッド層（図示せず）などにより形成されている。この第１クラッド層および第２クラッド層は、特に、ＧａＮや、ＡｌＧａＮなどが用いられる。なお、第１半導体層３、活性層４および第２半導体層５は、それぞれ、本発明の「窒化物系半導体素子層」の一例である。

また、第１半導体層３と活性層４との間に、第１半導体層３と活性層４との中間のバンドギャップを有する光ガイド層が形成されていてもよい。また、活性層４と第２半導体層５との間に、活性層４と第２半導体層５との中間のバンドギャップを有する光ガイド層が形成されていてもよい。また、図１に示すように、第２半導体層５の上面上には、電極６が形成されている。また、第２半導体層５と電極６との間には、第２半導体層５よりも好ましくはバンドギャップが小さいコンタクト層（図示せず）が形成されている。

また、図１に示すように、活性層４は、アンドープの場合や、Ｓｉなどがドーピングされている場合があり、特に、活性層４の材料としてＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）などが用いられる。また、活性層４は、４層の障壁層と、３層の井戸層とが交互に積層された多重量子井戸構造（ＭＱＷ）構造を有している。なお、活性層４は、単層または単一量子井戸（ＳＱＷ）構造などにより構成されてもよい。なお、活性層４を形成する障壁層および井戸層は、それぞれ、本発明の「窒化物系半導体素子層」の一例である。

ここで、本発明では、活性層４の主面の面方位は、（１１−２０）面や、（１−１００）面などの、略（Ｈ、Ｋ、−Ｈ−Ｋ、０）面（ここで、ＨおよびＫの少なくともいずれか一方が０ではない整数）から構成されている。このように構成することにより、活性層４に発生するピエゾ電場を低減することができるので、半導体レーザ素子部２における発光効率を向上させることが可能となる。

また、本発明では、図１および図２に示すように、半導体レーザ素子部２には、第２半導体層５に略［０００１］方向に延びるリッジ部５ａを形成することによって、導波路構造が略［０００１］方向に延びるように形成されている。なお、導波路構造の形成方法はリッジ部を形成する方法に限らず、埋め込みヘテロ構造などにより、導波路構造を形成してもよい。また、導波路の一方の端部には出射面（前端面）１０ａを有するとともに、出射面１０ａと反対側の導波路の端部には後面（後端面）１０ｂを有している。なお、出射面１０ａおよび後面１０ｂは、それぞれ、本発明の「前端面」および「後端面」の一例である。

また、本発明では、出射面１０ａは、III族元素の極性の例えばＧａ極性を有する略（０００１）面からなるとともに、後面１０ｂは、略（０００−１）面からなる。ここで、出射面１０ａおよび後面１０ｂは、ドライエッチングなどのエッチングや、劈開や研磨により形成される。あるいは、選択成長などの結晶成長により形成されたファセットを出射面１０ａまたは後面１０ｂとしてもよい。また、出射面１０ａおよび後面１０ｂを同じ方法で形成してもよく、別の方法で形成してもよい。例えば、選択成長によるファセットを出射面１０ａとし、後面１０ｂをエッチングにより形成してもよい。

なお、出射面１０ａと後面１０ｂとの少なくとも一方を劈開により形成する場合、活性層４の主面は、（Ｈ、Ｋ、−Ｈ−Ｋ、０）面から±約０．３度の範囲の面方位とするのが望ましい。また、劈開により形成された出射面１０ａおよび後面１０ｂは、それぞれ、（０００１）面および（０００−１）面から±約０．３度の範囲の面方位とするのが望ましい。また、出射面１０ａと後面１０ｂとの両方をエッチングや研磨や選択成長などの劈開以外の方法により形成する場合、活性層４の主面は、（Ｈ、Ｋ、−Ｈ−Ｋ、０）面から±約２５度の範囲の面方位とするのが望ましい。また、エッチングや研磨や選択成長などの劈開以外の方法により形成された出射面１０ａおよび後面１０ｂは、それぞれ、（０００１）面および（０００−１）面から±約２５度の範囲の面方位とするのが望ましい。ただし、出射面１０ａおよび後面１０ｂは、活性層４の主面と実質的に垂直（９０度±約５度）であるのが望ましい。

また、出射面１０ａの凹凸形状の凹部の深さが、後面１０ｂの凹凸形状の凹部の深さよりも小さいことが望ましい。このように構成すれば、レーザ動作時に、良好なＦＦＰを得ることができる。ここで、出射面１０ａの凹部の深さよりも、後面１０ｂの凹部の深さの２分の１以下であるのが好ましい。すなわち、後面１０ｂの凹部の深さを出射面１０ａの凹部の深さの２倍以上の深さに形成することにより、後面１０ｂの表面の清浄化を容易に行うことができる。ここで、レーザ光の波長がλであり、導波路の実効屈折率がｎである場合、後面１０ｂの凹部の深さは、λ／（２ｎ）よりも小さいのが好ましい。後面１０ｂの凹部の深さをλ／（２ｎ）よりも小さくすることにより、後面１０ｂにおける反射率を大きくすることができる。また、出射面１０ａの凹部の深さは、λ／（４ｎ）よりも小さいのが好ましい。出射面１０ａの凹部の深さをλ／（４ｎ）よりも小さくすることにより、レーザ作動時に良好なＦＦＰを得ることが可能となる。なお、出射面１０ａおよび後面１０ｂのそれぞれの凹部の深さは、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）や原子間力顕微鏡などを用いて測定することができる。なお、出射面１０ａの凹凸形状の凹部の深さが、後面１０ｂの凹凸形状の凹部の深さよりも小さい場合として、出射面１０ａの凹凸形状が、断面ＴＥＭを用いて測定不可能な程度に小さい場合も含む。

また、エッチングにより出射面１０ａと後面１０ｂとを、別々に形成するようにしてもよい。この場合、出射面１０ａを形成する際のドライエッチングの条件と、後面１０ｂを形成する際のドライエッチングの条件とを異なる条件とするのが望ましい。

また、図２に示すように、出射面１０ａおよび後面１０ｂには、それぞれ、誘電体膜２０および誘電体膜２１が形成されているのが望ましい。ここで、本発明では、出射面１０ａから出射されるレーザ光の強度が、後面１０ｂから出射されるレーザ光の強度よりも大きくなるように構成されている。この目的のために、前端面の反射率は後端面の反射率よりも低くされる。前端面の反射率を後端面の反射率よりも低くするためには、前端面および後端面の少なくとも一方に誘電体多層膜を形成する。たとえば、後面１０ｂの誘電体膜２１は、出射面１０ａの誘電体膜２０のよりも反射率が高くなるように形成されている。特に、後面１０ｂの誘電体膜２１は、反射率を高くするために、高屈折率の材料と、低屈折率の材料とをそれぞれ２層以上積層した多層反射膜により形成されている。一方、出射面１０ａの誘電体多層膜２０は、反射防止膜であることが好ましい。また、出射面１０ａと後面１０ｂとを、真空装置内でプラズマ処理により、表面を清浄化してから上記の誘電体膜２０および２１をそれぞれ形成することが望ましい。また、誘電体膜２０および２１の材料として、ＭｇＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＨｆＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、ＡｌＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＭｇＦ_２、ＣａＦ_２、ＳｒＦ_２およびＢａＦ_２などを用いてもよい。なお、誘電体膜２０および誘電体膜２１は、それぞれ、本発明の「第１誘電体膜」および「第２誘電体膜」の一例である。

また、基板１は、成長用基板でもよく、支持基板でもよい。基板１が成長用基板である場合には、基板１は、窒化物系半導体基板や窒化物系半導体ではない異種基板により構成されている。窒化物系半導体ではない異種基板として、たとえば、六方晶構造および菱面体構造のα−ＳｉＣ基板、ＺｎＯ基板、サファイア基板、スピネル基板およびＬｉＡｌＯ_３基板などを用いている。その一方で、最も結晶性のよい窒化物系半導体層（半導体レーザ素子部２）を得るためには、窒化物系半導体基板を用いることが好ましい。

また、基板１として窒化物系半導体基板、α−ＳｉＣ基板およびＺｎＯ基板を用いる場合、［１１−２０］面や、［１−１００］面などの略（Ｈ、Ｋ、−Ｈ−Ｋ、０）面の面方位の基板を用いることにより、成長用基板上（基板１）に、成長用基板の面方位と同じ面方位を主面とする活性層４を形成することができる。なお、出射面１０ａと後面１０ｂとの少なくとも一方を劈開により形成する場合、成長用基板は、（Ｈ、Ｋ、−Ｈ−Ｋ、０）面から±約０．３度の範囲の面方位とするのが望ましい。また、出射面１０ａと後面１０ｂとの両方をエッチングや研磨や選択成長などの劈開以外の方法により形成する場合、成長用基板は、（Ｈ、Ｋ、−Ｈ−Ｋ、０）面から±約２５度の範囲の面方位とするのが望ましい。また、基板１としてサファイア基板を用いる場合、（１−１０２）面の面方位の基板を用いることによって、成長用基板上に、（１−１００）面を主面とする活性層４を形成できる。また、基板１としてγ−ＬｉＡｌＯ_３基板を用いる場合、（１００）面の面方位の基板を用いることによって、成長用基板上に、（１−１００）面を主面とする活性層４を形成できる。また、導電性を有する成長用基板を用いる場合、半導体層（半導体レーザ素子部２）を接合する側と反対側の成長用基板の面に電極層（図示せず）を形成してもよい。また、成長用基板が半導体の場合、第１半導体層３は、成長用基板の導電型と同じ導電型を有してもよい。

また、基板１が支持基板である場合には、支持基板（基板１）と半導体レーザ素子部２とは、半田などを介して接合されている。また、支持基板（基板１）は、導電性を有するものでもよいし、絶縁性を有するものでもよい。また、導電性を有する支持基板（基板１）の例として、Ｃｕ−Ｗ、Ａｌ、Ｆｅ−Ｎｉなどの金属板や、単結晶のＳｉ、ＳｉＣ、ＧａＡｓおよびＺｎＯなどの半導体基板や、多結晶のＡｌＮ基板などを用いてもよい。また、金属などの導電性の微粒子を分散させた導電性樹脂フィルム、金属・金属酸化物の複合材料などを用いてもよい。また、金属を含浸した黒鉛粒子焼結体により構成される炭素・金属複合材料を用いてもよい。また、導電性を有する支持基板（基板１）の場合、半導体層（半導体レーザ素子部２）を接合する側と反対側の支持基板の面に電極層（図示せず）を形成してもよい。

以下、上記した本発明の概念を具体化した本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図３および図４は、本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造を説明するための断面図である。図５は、図３に示した窒化物系半導体レーザ素子の活性層近傍を拡大した断面図である。まず、図３〜図５を参照して、本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子３０の構造について説明する。

本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子３０では、図３に示すように、約１００μｍの厚みを有するとともに、約５×１０^１８ｃｍ^−３のキャリア濃度を有するＳｉがドープされたｎ型ＧａＮ基板３１上に、約１００ｎｍの厚みを有するとともに、約５×１０^１８ｃｍ^−３のドーピング量を有するＳｉがドープされたｎ型ＧａＮからなるｎ型層３２が形成されている。ｎ型ＧａＮ基板３１は、（１１−２０）面から、［０００−１］方向に約０．３度オフされている。また、ｎ型ＧａＮ基板３１の上面上には、［０００１］方向に延びる段差部４６（深さ：約０．５μｍ、幅：約２０μｍ）が予め形成されている。この段差部４６は、窒化物系半導体レーザ素子３０の両側部に位置するように形成されている。また、ｎ型層３２上には、約４００ｎｍの厚みを有するとともに、約５×１０^１８ｃｍ^−３のドーピング量および約５×１０^１８ｃｍ^−３のキャリア濃度を有するＳｉがドープされたｎ型Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎからなるｎ型クラッド層３３が形成されている。

また、ｎ型クラッド層３３上には、約５ｎｍの厚みを有するとともに、約５×１０^１８ｃｍ^−３のドーピング量および約５×１０^１８ｃｍ^−３のキャリア濃度を有するＳｉがドープされたｎ型Ａｌ_０．１６Ｇａ_０．８４Ｎからなるｎ型キャリアブロック層３４が形成されている。また、ｎ型キャリアブロック層３４上には、約１００ｎｍの厚みを有するとともに、約５×１０^１８ｃｍ^−３のドーピング量および約５×１０^１８ｃｍ^−３のキャリア濃度を有するＳｉがドープされたｎ型ＧａＮからなるｎ型光ガイド層３５が形成されている。また、ｎ型光ガイド層３５上には、活性層３６が形成されている。この活性層３６は、約２０ｎｍの厚みを有するアンドープＩｎ_０．０２Ｇａ_０．９８Ｎからなる４層の障壁層３６ａと、約３ｎｍの厚みを有するアンドープＩｎ_０．６Ｇａ_０．４Ｎからなる３層の井戸層３６ｂとが交互に積層されたＭＱＷ構造を有している。

また、図３示すように、活性層３６上には、約１００ｎｍの厚みを有するとともに、約４×１０^１９ｃｍ^−３のドーピング量および約５×１０^１７ｃｍ^−３のキャリア濃度を有するＭｇがドープされたｐ型ＧａＮからなるｐ型光ガイド層３７が形成されている。ｐ型光ガイド層３７上には、約２０ｎｍの厚みを有するとともに、約４×１０^１９ｃｍ^−３のドーピング量および約５×１０^１７ｃｍ^−３のキャリア濃度を有するＭｇがドープされたｐ型Ａｌ_０．１６Ｇａ_０．８４Ｎからなるｐ型キャップ層３８が形成されている。

また、ｐ型キャップ層３８上には、凸部３９ａと凸部３９ａ以外の平坦部３９ｂとを有するとともに、約４×１０^１９ｃｍ^−３のドーピング量および約５×１０^１７ｃｍ^−３のキャリア濃度を有するＭｇがドープされたｐ型Ａｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎからなるｐ型クラッド層３９が形成されている。このｐ型クラッド層３９の平坦部３９ｂの厚みは、凸部３９ａの左右両側において約８０ｎｍを有している。また、ｐ型クラッド層３９の平坦部３９ｂから凸部３９ａまでの高さは、約３２０ｎｍを有するとともに、凸部３９ａの幅は、約１．７５μｍを有している。

また、ｐ型クラッド層３９の凸部３９ａ上には、約１０ｎｍの厚みを有するとともに、約４×１０^１９ｃｍ^−３のドーピング量および約５×１０^１７ｃｍ^−３のキャリア濃度を有するＭｇがドープされたｐ型Ｉｎ_０．０２Ｇａ_０．９８Ｎからなるｐ型コンタクト層４０が形成されている。このｐ型コンタクト層４０とｐ型クラッド層３９の凸部３９ａとによって、一方側面４１ａと、一方側面４１ａとは反対側に位置する他方側面４１ｂとを有するリッジ部４１が構成されている。また、リッジ部４１は、下部において約１．７５μｍの幅を有し、［０００１］方向に延びる形状に形成されている。ここで、リッジ部４１の下方に位置する活性層３６を含む部分に、［０００１］方向に延びる導波路が形成されている。なお、ｎ型クラッド層３３、ｎ型キャリアブロック層３４、ｎ型光ガイド層３５、活性層３６、障壁層３６ａ、井戸層３６ｂ、ｐ型光ガイド層３７、ｐ型キャップ層３８、ｐ型クラッド層３９およびｐ型コンタクト層４０は、それぞれ、本発明の「窒化物系半導体素子層」の一例である。

また、リッジ部４１を構成するｐ型コンタクト層４０上には、下層から上層に向かって、約５ｎｍの厚みを有するＰｔ層と、約１００ｎｍの厚みを有するＰｄ層と、約１５０ｎｍの厚みを有するＡｕ層とからかるｐ側オーミック電極４２が形成されている。また、ｐ側オーミック電極４２の上面以外の領域上には、約２５０ｎｍの厚みを有するＳｉＯ_２膜（絶縁膜）からなる電流狭窄層４３が形成されている。また、電流狭窄層４３上の所定領域には、ｐ側オーミック電極４２の上面に接触するように、下層から上層に向かって、約１００ｎｍの厚みを有するＴｉ層と、約１００ｎｍの厚みを有するＰｄ層と、約３μｍの厚みを有するＡｕ層とからなるｐ側パッド電極４４が形成されている。

また、図３に示すように、ｎ型ＧａＮ基板３１の下面上には、ｎ側電極４５が形成されている。このｎ側電極４５は、ｎ型ＧａＮ基板３１下面側から順に、約１０ｎｍの厚みを有するＡｌ層と、約２０ｎｍの厚みを有するＰｔ層と、約３００ｎｍの厚みを有するＡｕ層とから構成されている。

ここで、第１実施形態では、図４に示すように、導波路の一方の端部には、Ｇａ極性を有する（０００１）面の劈開面からなる出射面３０ａが形成されているとともに、導波路の他方の端部には、Ｎ極性を有する（０００−１）面の劈開面からなる後面３０ｂが形成されている。また、窒化物系半導体レーザ素子３０は、出射面３０ａから出射されるレーザ光の強度が、後面３０ｂから出射されるレーザ光の強度よりも大きくなるように構成されている。なお、出射面３０ａおよび後面３０ｂは、それぞれ、本発明の「前端面」および「後端面」の一例である。

また、図４に示すように、レーザ光の出射面３０ａには、半導体層側から順に、約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ膜５１、約８５ｎｍの厚みを有するＡｌ_２Ｏ_３膜５２および約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ膜５３の順序で形成された反射率約５％の誘電体多層膜５０が形成されている。また、レーザ光の後面３０ｂには、半導体層側から順に、約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ膜６１、低屈折率膜として約７０ｎｍの厚みｔ１を有するＳｉＯ_２膜６２ａと高屈折率膜として約４５ｎｍの厚みｔ２を有するＴｉＯ_２膜６２ｂの各々５層の多層反射膜６２、および、約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ膜６３の順序で形成された反射率約９５％の誘電体多層膜６０が形成されている。なお、誘電体多層膜５０および誘電体多層膜６０は、それぞれ、本発明の「第１誘電体膜」および「第２誘電体膜」の一例である。また、ＳｉＯ_２膜６２ａおよびＴｉＯ_２膜６２ｂは、それぞれ、本発明の「低屈折率膜」および「高屈折率膜」の一例である。

また、第１実施形態では、図５に示すように、出射面３０ａ側の活性層３６のうち、障壁層３６ａが上下に隣り合うように井戸層３６ｂに対して、深さＤ１で窪むように形成されているとともに、ｎ型クラッド層３３、ｎ型キャリアブロック層３４、ｐ型キャップ層３８およびｐ型クラッド層３９が、それぞれ、井戸層３６ｂに対して窪むように形成されている。また、図６に示すように、後面３０ｂ側の活性層３６のうち、障壁層３６ａが上下に隣り合うように井戸層３６ｂに対して、深さＤ２で窪むように表面形状が構成されている。ここで、出射面３０ａの凹部の深さＤ１（図５参照）は約１ｎｍであり、後面３０ｂの凹部の深さＤ２（図６参照）は約６ｎｍであり、後面３０ｂの凹部の深さＤ２よりも、出射面３０ａの凹部の深さＤ１が小さく（Ｄ１＜Ｄ２）なるように構成されている。この場合、特に、出射面３０ａの凹部の深さＤ１を後面３０ｂの凹部の深さＤ２の２分の１以下に形成するのが好ましい。したがって、凹凸形状の小さい（０００１）面を出射面３０ａとして用いることで、リップルの少ないＦＦＰを得ることが可能となる。一方、凹凸形状の大きい（０００−１）面を後面３０ｂとして用いたとしても、後面３０ｂには反射率の高い誘電体多層膜６０が形成されているので、後面３０ｂでの反射率が低下するのを抑制することができる。

また、第１実施形態では、図５に示すように、後面３０ｂの凹部の深さＤ２（約６ｎｍ）は、多層反射膜６２のうちの薄い方の高屈折率膜（ＴｉＯ_２膜６２ｂ）の厚みｔ２（約４５ｎｍ）（図４参照）よりも小さくなる（Ｄ２＜ｔ２）ように構成されている。これは、後面３０ｂの凹部の深さＤ２が、多層反射膜６２のうちの薄い方の高屈折率膜（ＴｉＯ_２膜６２ｂ）の厚みよりも大きい場合には、反射率の高い誘電体多層膜６０を形成することが困難となるのを回避するためである。

また、第１実施形態では、レーザ光の波長がλであり、導波路（リッジ部４１の下部の活性層３６の部分）の実効屈折率がｎである場合に、出射面３０ａの凹部の深さＤ１（図５参照）は、λ／（４ｎ）よりも小さく形成されている。また、後面３０ｂの凹部の深さＤ２（図５参照）は、λ／（２ｎ）よりも小さく形成されている。

次に、図３および図４を参照して、第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子３０の製造プロセスについて説明する。

まず、図３に示すように、［０００１］方向に延びる溝部４６ａ（段差部４６）（深さ：約０．５μｍ、幅：約４０μｍ）が、約４００μｍ周期で予め形成されているｎ型ＧａＮ基板３１上に、有機金属気相エピタキシ（ＭＯＶＰＥ）法を用いて、ｎ型層３２（厚み：約１００ｎｍ）、ｎ型クラッド層３３（厚み：約４００ｎｍ）、ｎ型キャリアブロック層３４（厚み：約５ｎｍ）、ｎ型光ガイド層３５（厚み：約１００ｎｍ）、活性層３６（合計厚み：約９０ｎｍ）、ｐ型光ガイド層３７（厚み：約１００ｎｍ）、ｐ型キャップ層３８（厚み：約２０ｎｍ）、ｐ型クラッド層３９（厚み：約４００ｎｍ）、およびｐ型コンタクト層４０（厚み：約１０ｎｍ）を順次形成する。その後、ｐ型化アニール処理、リッジ部４１の形成を行った後、ｐ側オーミック電極４２、電流狭窄層４３およびｐ側パッド電極４４を形成する。また、ｎ型ＧａＮ基板３１の下面上に、ｎ側電極４５を形成する。

次に、窒化物系半導体レーザ素子３０を構成する共振器面と誘電体多層膜との形成方法について説明する。まず、所定の箇所にレーザあるいは機械式スクライブにより、［１−１００］方向に延びるスクライブ傷を形成する。このスクライブ傷は、リッジ部４１を除く部分に、破線状に形成する。

ここで、第１実施形態では、上述の半導体レーザ構造を形成したｎ型ＧａＮ基板３１を、（０００１）面および（０００−１）面の劈開面が形成されるように劈開を行い、バー状に分離された構造が形成される。その後、劈開面が形成された基板を、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）スパッタ成膜装置に導入する。

また、第１実施形態では、ＥＣＲプラズマを５分間の間、（０００１）面の劈開面からなる出射面３０ａ（図４参照）に照射することにより、出射面３０ａを清浄化する。ＥＣＲプラズマは、約０．０２ＰａのＮ_２ガス雰囲気中で、マイクロ波出力５００Ｗの条件で発生させる。このとき、出射面３０ａ（図４参照）は軽微にエッチングされる。なお、その際、スパッタターゲットへＲＦパワーを印加しない。その後、ＥＣＲスパッタ法により、出射面３０ａに誘電体多層膜５０（図４参照）を形成する。

また、第１実施形態では、上述の出射面３０ａを清浄化する工程と同様に、ＥＣＲプラズマを５分間の間、（０００−１）面の劈開面からなる後面３０ｂ（図４参照）に照射することにより、（０００−１）面の劈開面からなる後面３０ｂを清浄化する。このとき、後面３０ｂは軽微にエッチングされる。なお、その際、スパッタターゲットへＲＦパワーを印加しない。その後、ＥＣＲスパッタ法により、後面３０ｂに誘電体多層膜６０（図４参照）を形成する。

これらの清浄化の工程において、（０００１）面よりも（０００−１）面の方が化学的に不安定なため、出射面３０ａに形成される凹凸形状よりも、後面３０ｂに形成される凹凸形状がより顕著となる。この製造プロセスにより、表面に凹凸形状が形成されにくいＧａ極性を有する略（０００１）面が、レーザ光の出射面３０ａとなるために、レーザ動作時に出射面３０ａにおけるレーザ光の散乱を抑制することができる。この結果、レーザ動作時に良好なＦＦＰを得ることができる。

また、井戸層３６ｂのＩｎ組成が高い場合に、凹凸形状がより顕著となる。この原因は、井戸層３６ｂの材料と、障壁層や光ガイド層やクラッド層の材料との組成の差が大きくなるためで、清浄化の工程において顕著となる。特に井戸層がＧａの組成よりＩｎの組成の方が大きいＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０．５＜ｘ≦１）からなる場合に凹凸形状はより顕著となるので、井戸層がＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０．５＜ｘ≦１）からなる場合において、レーザ動作時に良好なＦＦＰを得るためには、略（０００１）面を出射面３０ａとすることが好ましい。

その後、ｎ型ＧａＮ基板３１上に形成された溝部４６ａ（段差部４６）（幅：約４０μｍ）の中央部で、バー状のｎ型ＧａＮ基板３１をチップ状に分離することにより、第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子３０が形成される。

このように、第１実施形態では、ＥＣＲプラズマを照射することにより、劈開後の出射面３０ａおよび後面３０ｂに対して清浄化を行う工程を備えることによって、清浄化により、導波路端面近傍の劣化やＣＯＤが発生するのが抑制された窒化物系半導体レーザ素子３０を容易に形成することができる。また、第１実施形態では、出射面３０ａと後面３０ｂとを清浄化する工程により、出射面３０ａと後面３０ｂとに凹凸形状が形成されても、凹凸形状の小さい（０００１）面を出射面３０ａとして用いることで、リップルの少ないＦＦＰを得ることができる一方、凹凸形状の大きい（０００−１）面を後面３０ｂとして用いたとしても、後面３０ｂには、反射率の高い誘電体多層膜６０が形成されているので、後面３０ｂでの反射率が低下するのを抑制することができる。

このようにして、第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子３０が形成される。

第１実施形態では、上記のように、レーザ光の強度が大きい出射面３０ａを略（０００１）面からなるように構成するとともに、レーザ光の強度が小さい後面３０ｂを略（０００−１）面からなるように構成することによって、出射面３０ａを構成する略（０００１）面は、略（０００−１）面よりも化学的に安定であるために表面に凹凸形状が形成されにくいので、レーザ動作時に、レーザ光の出射強度の大きい出射面３０ａにおいてレーザ光の散乱が増大するのを抑制することができる。この結果、レーザ動作時に良好なＦＦＰを得ることができる。

また、第１実施形態では、出射面３０ａの凹部の深さＤ１を、後面３０ｂの凹部の深さＤ２よりも小さく形成することによって、レーザ動作時に、良好なＦＦＰを得ることができる。

また、第１実施形態では、出射面３０ａの凹部の深さＤ１を、後面３０ｂの凹部の深さＤ２の２分の１以下とすることによって、相対的に後面３０ｂの凹部の深さＤ２が、出射面３０ａの凹部の深さＤ１よりも大きくなるので、後面３０ｂの表面の清浄化を容易に行うことができる。

また、第１実施形態では、出射面３０ａに誘電体多層膜５０を形成することによって、誘電体多層膜５０によって、容易に出射面３０ａの反射率を後面３０ｂの反射率よりも低くすることができる。

また、第１実施形態では、後面３０ｂに、誘電体多層膜６０を形成することによって、誘電体多層膜６０によって、容易に後面３０ｂの反射率を制御することができる。

また、第１実施形態では、誘電体多層膜６０が、ＳｉＯ_２膜６２ａとＴｉＯ_２膜６２ｂとからなる多層反射膜６２を含むとともに、後面３０ｂの凹部の深さＤ２を、ＴｉＯ_２膜６２ｂの厚みｔ２よりも小さく形成することによって、後面３０ｂの反射率をより大きくすることができる。

また、第１実施形態では、レーザ光の波長がλであり、導波路（リッジ部４１の下部の活性層３６の部分）の実効屈折率がｎである場合に、出射面３０ａの凹部の深さＤ１を、λ／（４ｎ）よりも小さく形成することによって、レーザ動作時に、良好なＦＦＰを得ることができる。

また、第１実施形態では、レーザ光の波長がλであり、導波路（リッジ部４１の下部の活性層３６の部分）の実効屈折率がｎである場合に、後面３０ｂの凹部の深さＤ２を、λ／（２ｎ）よりも小さく形成することによって、後面３０ｂの反射率をより大きくすることができる。

（第２実施形態）
図６は、本発明の第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造を説明するための断面図である。まず、図６を参照して、この第２実施形態では、上記第１実施形態と異なり、窒化物系半導体レーザ素子７０の導波路端部に段差部が形成されている場合について説明する。

本発明の第２実施形態では、図６に示すように、約１００μｍの厚みを有するとともに、約５×１０^１８ｃｍ^−３のキャリア濃度を有する酸素がドープされたｎ型ＧａＮ基板７１上に、導波路端部を除いて、第１実施形態と同じ構造の半導体レーザ構造が形成されている。

ここで、第２実施形態では、図６に示すように、導波路端部におけるｎ型ＧａＮ基板７１に、段差部が形成されている。また、導波路の一方端部には、Ｇａ極性を有する（０００１）面の出射面７０ａがドライエッチングにより形成されているとともに、導波路の他方端部には、Ｎ極性を有する（０００−１）面の後面７０ｂがドライエッチングにより形成されている。なお、出射面７０ａおよび後面７０ｂは、それぞれ、本発明の「前端面」および「後端面」の一例である。

また、図６に示すように、レーザ光の出射面７０ａには、半導体側から順に、ＡｌＮ膜８１（厚み：約２０ｎｍ）、Ａｌ_２ＸＳｉ_ＹＯ_{３Ｘ＋２Ｙ}（Ｘ＝０．９、Ｙ＝０．１）膜８２（厚み：約８５ｎｍ）およびＡｌＮ膜８３（厚み：約１０ｎｍ）の順序で形成された反射率５％の誘電体多層膜８０が形成されている。また、レーザ光の後面７０ｂには、半導体側から順に、ＡｌＮ膜９１（厚み：約２０ｎｍ）、低屈折率膜としてＳｉＯ_２膜（厚み：約７０ｎｍ）および高屈折率膜としてＡｌ_２ＸＳｉ_ＹＯ_{３Ｘ＋２Ｙ}（Ｘ＝０．９、Ｙ＝０．１）膜（厚み：約５０ｎｍ）が各々５層積層された多層反射膜９２、および、ＡｌＮ膜９３（厚み：約１０ｎｍ）の順序で形成された反射率９５％の誘電体多層膜９０が形成されている。なお、誘電体多層膜８０および誘電体多層膜９０は、それぞれ、本発明の「第１誘電体膜」および「第２誘電体膜」の一例である。

また、第２実施形態では、出射面７０ａの凹部の深さは約５ｎｍを有するとともに、後面７０ｂの凹部の深さは約１５ｎｍを有している。また、出射面７０ａは、（１−１００）面と約８９度の角度をなすとともに、後面７０ｂは、（１−１００）面と約８７度の角度をなすように構成されている。

なお、第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子７０のその他の構造は、上記第１実施形態と同様である。

図７は、図６に示した第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。次に、図７を参照して、第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子７０の製造プロセスについて説明する。

まず、ｎ型ＧａＮ基板７１上に、上記第１実施形態の製造プロセスと同様の製造プロセスにより、半導体レーザ構造が形成される。

次に、窒化物系半導体レーザ素子７０を構成する共振器面と誘電体多層膜の形成方法について説明する。

まず、図７に示すように、半導体レーザ構造を形成したｎ型ＧａＮ基板７１において、ｐ側パッド電極４４の表面からｎ型ＧａＮ基板７１に達するまでドライエッチングを行い、［１１−２０］方向に延びる溝部１００（幅：約４０μｍ）を形成する。ここで、溝部１００の側面に、略（０００１）面および略（０００−１）面がそれぞれ形成されるように、Ｃｌ_２などによる反応性イオンエッチングなどのドライエッチングを適用する。その後、溝部１００に沿って、ｎ型ＧａＮ基板７１を分割し、バー状に分離された構造を形成する。その後、第１実施形態と同様に、ＥＣＲプラズマを照射することにより、出射面７０ａおよび後面７０ｂをそれぞれ清浄化した後、出射面７０ａに誘電体多層膜８０を形成するとともに、後面７０ｂに誘電体多層膜９０を、それぞれ形成する。

このようにして、第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子７０が形成される。

第２実施形態では、上記のように、レーザ光の出射面７０ａおよび後面７０ｂを形成する際に、ドライエッチングを適用することによって、エッチングの条件を制御することにより、容易に、レーザ光の出射強度の大きい出射面７０ａの凹凸形状を、レーザ光の出射強度の小さいおよび後面７０ｂよりも小さくなるように、窒化物系半導体レーザ素子７０を形成することができる。なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

（第３実施形態）
図８は、本発明の第３実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。図７および図８を参照して、この第３実施形態では、上記第２実施形態と異なり、窒化物系半導体レーザ素子１１０の溝部１２０をドライエッチングにより形成することにより出射面１１０ａおよび後面１１０ｂを形成する工程の後に、後面１１０ｂに対して、さらにドライエッチングを行うことにより形成する場合について説明する。なお、出射面１１０ａおよび後面１１０ｂは、それぞれ、本発明の「前端面」および「後端面」の一例である。

まず、図７に示すように、半導体レーザ構造を形成したｎ型ＧａＮ基板１１１上に、第２実施形態と同様に、ドライエッチングにより［１１−２０］方向に延びる溝部１２０を形成する。

そして、第３実施形態では、図８に示すように、（０００１）面側にイオンビームが照射されないように、斜め方向（矢印Ａ方向）のイオンビームをｎ型ＧａＮ基板１１１に向けて照射することにより、（０００−１）面のみを反応性イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）などのドライエッチングによりエッチングを行う。すなわち、第３実施形態では、（０００−１）面（後面１１０ｂ）の凹凸形状を、第２実施形態における（０００−１）面（後面７０ｂ）の凹凸形状と比較して、より平坦性を持たせる（凹部の深さを小さくする）ように形成する。これにより、後面１１０ｂの凹部の深さを約１０ｎｍとした。なお、ＲＩＢＥは、たとえば、ガス圧力が、ＣＨ_４ガス：Ｈ_２ガス：Ａｒガス：Ｎ_２ガス＝５：１５：３：３の分圧比に調整されたエッチングガスを用いている。

その後、溝部１２０に沿って、ｎ型ＧａＮ基板１１１を分割し、バー状に分離された構造を形成する。その後、第１および第２実施形態と同様に出射面１１０ａおよび後面１１０ｂをそれぞれ清浄化した後、出射面１１０ａに誘電体多層膜８０を形成するとともに、後面１１０ｂに誘電体多層膜９０を、それぞれ形成する。

なお、第３実施形態による窒化物系半導体レーザ素子１１０のその他の構造は、上記第２実施形態と同様である。このようにして、第３実施形態による窒化物系半導体レーザ素子１１０が形成される。

第３実施形態では、上記のように、ドライエッチングにより形成された溝部１２０に対して、さらに、溝部１２０のうちの後面１１０ｂにのみドライエッチング（ＲＩＢＥ）を行うことによって、凹凸が形成されやすい略（０００−１）面からなる後面１１０ｂに、より平坦性を持たせることができるために、レーザ動作時に、後面１１０ｂにおいてレーザ光の散乱が抑制される。その結果、後面１１０ｂでの反射率が低下するのがより抑制された窒化物系半導体レーザ素子１１０を容易に製造することができる。なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第１および第２実施形態と同様である。

（第４実施形態）
図９および図１０は、本発明の第４実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。図４、図９および図１０を参照して、第４実施形態による窒化物系半導体レーザ素子３０の製造プロセスでは、まず、上記第１実施形態の製造プロセスと同様に、劈開面（出射面３０ａおよび後面３０ｂ）を形成するとともにＥＣＲプラズマを５分間の間、（０００１）面からなる出射面３０ａ（図９参照）に照射することにより、出射面３０ａを清浄化して出射面３０ａが約１ｎｍの深さＤ１の凹凸形状を有するように形成する。

その後、第４実施形態では、まず、約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ膜５１をＥＣＲスパッタ法により形成する。そして、出射面３０ａを清浄化する工程と同じ条件で、ＥＣＲプラズマを１分間の間、ＡｌＮ膜５１に照射することにより、ＡｌＮ膜５１の、出射面３０ａとは反対側の表面の凹部の深さＤ３を約０．５ｎｍまで低減する。さらに、図４に示すように、ＡｌＮ膜５１に、約８５ｎｍの厚みを有するＡｌ_２Ｏ_３膜５２および約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ膜５３の順序で形成された反射率約５％の誘電体多層膜５０を形成する。この結果、図９に示すように、誘電体多層膜５０（ＡｌＮ膜５３）の出射面３０ａと反対側の表面の凹部の深さＤ３（約０．５ｎｍ）が、後面３０ｂ（図１０参照）の凹部の深さＤ２（約６ｎｍ）よりも小さく（Ｄ３＜Ｄ２）なるように形成される。

また、第４実施形態による窒化物系半導体レーザ素子３０の製造プロセスでは、上記第１実施形態の製造プロセスと同様に、ＥＣＲプラズマを５分間の間、（０００−１）面からなる後面３０ｂ（図１０参照）に照射することにより、（０００−１）面の劈開面からなる後面３０ｂを清浄化して後面３０ｂが約６ｎｍの深さＤ２の凹凸形状を有するように形成する。

その後、第４実施形態では、まず、約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ膜６１をＥＣＲスパッタ法により形成する。そして、後面３０ｂを清浄化する工程と同じ条件で、ＥＣＲプラズマを４分間の間、ＡｌＮ膜６１に照射することにより、ＡｌＮ膜６１の、後面３０ｂとは反対側の表面の凹部の深さＤ４を約１ｎｍまで低減する。さらに、図４に示すように、ＡｌＮ膜６１に、低屈折率膜として約７０ｎｍの厚みを有するＳｉＯ_２膜６２ａと高屈折率膜として約４５ｎｍの厚みを有するＴｉＯ_２膜６２ｂの各々５層の多層反射膜６２、および、約１０ｎｍの厚みを有するＡｌＮ膜６３の順序で形成された反射率約９５％の誘電体多層膜６０を形成する。この結果、図１０に示すように、誘電体多層膜６０（ＡｌＮ膜６３）の後面３０ｂと反対側の表面の凹部の深さＤ４（約１ｎｍ）が、後面３０ｂの凹部の深さＤ２（約６ｎｍ）よりも小さく（Ｄ４＜Ｄ２）なるように形成される。このようにして、第４実施形態による窒化物系半導体レーザ素子３０が形成される。

第４実施形態の製造プロセスでは、上記のように、誘電体多層膜５０（ＡｌＮ膜５３）の出射面３０ａと反対側の表面の凹部の深さＤ３を、後面３０ｂの凹部の深さＤ２よりも小さく形成することによって、相対的に後面３０ｂの凹部の深さＤ２が、出射面３０ａの誘電体多層膜５０の表面の凹部の深さＤ３よりも大きくなるので、後面３０ｂの表面の清浄化を容易に行うことができる。

また、第４実施形態の製造プロセスでは、誘電体多層膜６０（ＡｌＮ膜６３）の後面３０ｂと反対側の表面の凹部の深さＤ４を、後面３０ｂの凹部の深さＤ２よりも小さく形成することによって、相対的に後面３０ｂの凹部の深さＤ２が、後面３０ｂの誘電体多層膜６０の表面の凹部の深さＤ４よりも大きくなるので、後面３０ｂの表面の清浄化を容易に行うことができる。なお、第４実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

また、上記第１〜第４実施形態では、窒化物系半導体レーザ素子の共振器面（出射面および後面）に形成した誘電体多層膜の最表面の誘電体膜を、ＡｌＮとした例について示したが、本発明はこれに限らず、誘電体多層膜の最表面の誘電体膜を、ＳｉＮ_Ｘ、ＧａＮおよびＢＮなどの窒化膜や、ＺｒＯ_２膜やＨｆＯ_２などとしてもよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、窒化物系半導体レーザ素子の出射面および後面に接触する誘電体膜を、ＡｌＮとした例について示したが、本発明はこれに限らず、ＳｉＮ_Ｘ、ＧａＮおよびＢＮなどの窒化膜や、ＺｒＯ_２膜やＨｆＯ_２などとしてもよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、低屈折率膜と高屈折率膜とを交互に５層ずつ積層した多層反射膜を設けた例について示したが、積層の数はこれに限るものではない。

また、上記第１〜第４実施形態では、ＥＣＲプラズマにより窒化物系半導体レーザ素子の共振器面（出射面および後面の両方）に対して清浄化を行う例について示したが、本発明はこれに限らず、清浄化の工程を、出射面および後面のいずれか一方のみに対して行うようにしてもよく、あるいは、清浄化の工程をどちらの面に対しても行わなくてもよい。

また、上記第１〜第４実施形態では、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ井戸層３６ｂのＩｎ組成ｘを０．６としたが、本発明はこれに限らず、たとえば、ｘ＝０、ｘ＝０．１５、ｘ＝０．５、ｘ＝０．８５およびｘ＝１などでもよい。

また、上記第３実施形態では、後面１１０ｂの凹凸形状を小さくする（凹部の深さを小さくする）工程を備えているが、本発明はこれに限らす、出射面１１０ａの凹凸形状を小さくする工程を備えてもよい。

本発明の窒化物系半導体レーザ素子の概略的な構造を説明するための、半導体レーザ素子の導波路と平行な面における断面図である。 図１に示した窒化物系半導体レーザ素子の概略的な構造を説明するための、半導体レーザ素子の導波路と垂直な面における断面図である。 本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造を説明するための断面図である。 本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造を説明するための断面図である。 図３に示した窒化物系半導体レーザ素子の活性層近傍を拡大した断面図である。 本発明の第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造を説明するための断面図である。 図６に示した第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。 本発明の第３実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。 本発明の第４実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。 本発明の第４実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための図である。

符号の説明

２ 半導体レーザ素子部（窒化物系半導体素子層）
３ 第１半導体層（窒化物系半導体素子層）
４ 活性層（窒化物系半導体素子層）
５ 第２半導体層（窒化物系半導体素子層）
１０ａ、３０ａ、７０ａ、１１０ａ 出射面（前端面）
１０ｂ、３０ｂ、７０ｂ、１１０ｂ 後面（後端面）
２０ 誘電体膜（第１誘電体膜）
２１ 誘電体膜（第２誘電体膜）
３３ ｎ型クラッド層（窒化物系半導体素子層）
３４ ｎ型キャリアブロック層（窒化物系半導体素子層）
３５ ｎ型光ガイド層（窒化物系半導体素子層）
３６ 活性層（窒化物系半導体素子層）
３６ａ 障壁層（窒化物系半導体素子層）
３６ｂ 井戸層（窒化物系半導体素子層）
３７ ｐ型光ガイド層（窒化物系半導体素子層）
３８ ｐ型キャップ層（窒化物系半導体素子層）
３９ ｐ型クラッド層（窒化物系半導体素子層）
４０ ｐ型コンタクト層（窒化物系半導体素子層）
５０、８０ 誘電体多層膜（第１誘電体膜）
６０、９０ 誘電体多層膜（第２誘電体膜）
６２ａ ＳｉＯ_２膜（低屈折率膜）
６２ｂ ＴｉＯ_２膜（高屈折率膜）

Claims (14)

1. 窒化物系半導体層の［０００１］方向に対して略平行に延びる導波路と、
   前記導波路の前端に位置し、前記窒化物系半導体層の略（０００１）面からなる前端面と、
   前記導波路の後端に位置し、前記窒化物系半導体層の略（０００−１）面からなる後端面とを備え、
   前記前端面から出射されるレーザ光の強度が、前記後端面から出射されるレーザ光の強度よりも大きくされている、窒化物系半導体レーザ素子。
2. 前記前端面上に、第１誘電体膜が形成されている、請求項１に記載の窒化物系半導体レーザ素子。
3. 前記第１誘電体膜の前記前端面と反対側の表面の凹凸形状の凹部の深さは、前記後端面の凹凸形状の凹部の深さよりも小さい、請求項２に記載の窒化物系半導体レーザ素子。
4. 前記後端面上に、第２誘電体膜が形成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の窒化物系半導体レーザ素子。
5. 前記第２誘電体膜の前記後端面と反対側の表面の凹凸形状の凹部の深さは、前記後端面の凹凸形状の凹部の深さよりも小さい、請求項４に記載の窒化物系半導体レーザ素子。
6. 前記第２誘電体膜は、高屈折率膜と低屈折率膜とからなる多層反射膜を含み、
   前記後端面の凹凸形状の凹部の深さは、前記高屈折率膜の厚みよりも小さい、請求項４または５に記載の窒化物系半導体レーザ素子。
7. 前記前端面の凹凸形状の凹部の深さは、前記後端面の凹凸形状の凹部の深さよりも小さい、請求項１〜６のいずれか１項に記載の窒化物系半導体レーザ素子。
8. 前記レーザ光の波長がλであり、前記導波路の実効屈折率がｎである場合に、前記前端面の凹凸形状の凹部の深さは、λ／（４ｎ）よりも小さい、請求項１〜７のいずれか１項に記載の窒化物系半導体レーザ素子。
9. 前記レーザ光の波長がλであり、前記導波路の実効屈折率がｎである場合に、前記後端面の凹凸形状の凹部の深さは、λ／（２ｎ）よりも小さい、請求項１〜８のいずれか１項に記載の窒化物系半導体レーザ素子。
10. 前記前端面の凹凸形状の凹部の深さは、前記後端面の凹凸形状の凹部の深さの２分の１以下である、請求項７〜９のいずれか１項に記載の窒化物系半導体レーザ素子。
11. 基板上に、窒化物系半導体層の［０００１］方向が前記基板の主面の法線方向と垂直となるように窒化物系半導体素子層を成長させる工程と、
    前記窒化物系半導体素子層に、［０００１］方向に対して略平行に延びる導波路を形成する工程と、
    前記導波路の前端に、前記窒化物系半導体層の略（０００１）面からなる前端面を形成する工程と、
    前記導波路の後端に、前記窒化物系半導体層の略（０００−１）面からなる後端面を形成する工程とを備え、
    前記窒化物系半導体層の［０００１］方向に対して略垂直な方向と、前記基板の法線方向とが略一致しており、
    前記前端面から出射されるレーザ光の強度が、前記後端面から出射されるレーザ光の強度よりも大きくされている、窒化物系半導体レーザ素子の製造方法。
12. 前記前端面および前記後端面を形成する工程は、エッチングにより前記前端面および前記後端面を形成する工程を含む、請求項１１に記載の窒化物系半導体レーザ素子の製造方法。
13. 前記エッチングにより前端面および後端面を形成する工程は、
    第１のドライエッチングにより、前記前端面の凹凸形状の凹部の深さが、前記後端面の凹凸形状の凹部の深さよりも小さくなるように形成する工程と、
    その後、前記後端面に対して、さらに第２のドライエッチングを行うことにより、前記後端面の凹凸形状の凹部の深さを小さくする工程とを含む、請求項１２に記載の窒化物系半導体レーザ素子の製造方法。
14. 前記前端面および前記後端面の少なくとも一方に対して、清浄化を行う工程をさらに備える、請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の窒化物系半導体レーザ素子の製造方法。

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