JP2009206226A - 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】発光効率の低下を抑制することが可能な窒化物系半導体レーザ素子およびその製造方法を提供する。
【解決手段】この窒化物系半導体レーザ素子（窒化物系半導体発光素子）５０は、（１−１００）面からなる主表面を有する発光層６、光出射面２０ａおよび光反射面２０ｂを有する半導体レーザ素子部２０と、光出射面２０ａに対して角度θ_１（＝約６２°）傾斜して延びるとともに発光層６の主表面と交差する（１−１０１）面からなる反射面２１ａとを含む反射部２１と、半導体レーザ素子部２０および反射部２１（半導体レーザ素子層３）に接合される支持基板３０とを備える。そして、反射面２１ａは、半導体レーザ素子部２０の発光層６で発生したレーザ出射光を、光出射面２０ａに対して角度θ_２（＝約３４°）傾斜した方向に反射するように構成されている。
【選択図】図１

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し、特に、活性層を有する窒化物系半導体層が形成された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、端面出射型の半導体レーザ素子として、ガリウム砒素系の半導体材料を用いて、共振器端面（光出射面）とレーザ出射光を外部に反射させるための反射面とが一体的に形成されたモノリシック型の半導体レーザ素子が提案されている（たとえば、非特許文献１参照）。

上記非特許文献１に開示された半導体レーザ素子では、基板上に一様に積層されたガリウム砒素系の半導体素子層に対して、イオンビームエッチング技術により、光出射面側の共振器端面と、この共振器端面と所定の距離を隔てた位置に共振器端面に対して約４５°傾斜した方向に延びる反射面（傾斜端面）とが形成されている。これにより、共振器端面から出射されたレーザ光を、反射面によって基板の主表面と略垂直な方向に反射させて外部に出射させることが可能に構成されている。

Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．４８（２４）， １６ Ｊｕｎｅ １９８６，ｐ．１６７５−１６７７

しかしながら、上記非特許文献１に提案されたモノリシック型の半導体レーザ素子では、基板と略垂直な方向にレーザ光を出射させるために共振器端面に対して約４５°傾斜した反射面（傾斜端面）が形成されている一方、この反射面の面方位については開示も示唆もされていない。一般的に、イオンビームエッチングなどのドライエッチングを用いて半導体素子層に端面を形成した場合、この端面にはエッチングによる微細な凹凸形状が形成される。したがって、上記非特許文献１に開示されたモノリシック型の半導体レーザ素子では、反射面が微細な凹凸形状を有していると考えられる。この場合、共振器端面（光出射面）から出射されたレーザ光の一部が反射面で散乱するために、半導体レーザ素子としての発光効率が低下してしまう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、発光効率の低下を抑制することが可能な窒化物系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、共振器面と、{Ａ＋Ｂ、Ａ、−２Ａ−Ｂ、Ｌ}面（ＡおよびＢの少なくともいずれか一方が０ではない整数）からなる主表面を有する活性層と、共振器面に対して所定の角度傾斜して延びるとともに活性層の主表面と交差する（０００−１）面、または、{Ａ＋Ｂ、Ａ、−２Ａ−Ｂ、２Ａ＋Ｂ}面（ここでＡ≧０およびＢ≧０であり、かつ、ＡおよびＢの少なくともいずれか一方が０ではない整数）からなる反射面とを含む窒化物系半導体層と、窒化物系半導体層に接合される支持基板とを備え、反射面は、活性層で発生したレーザ光を反射する。

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、共振器面に対して所定の角度傾斜して延びるとともに活性層の主表面と交差する（０００−１）面、または、{Ａ＋Ｂ、Ａ、−２Ａ−Ｂ、２Ａ＋Ｂ}面からなる反射面を含む窒化物系半導体層を備えることによって、上記の面方位を有する反射面（ファセット）は平坦性を有するので、共振器面から出射されたレーザ光は、エッチングなどにより微細な凹凸形状が形成された端面で散乱を起こしながら反射される場合と異なり、上記の面方位を有する反射面で散乱を起こすことなく一様に出射方向を変化させて外部に出射される。この結果、半導体レーザ素子の発光効率が低下するのを抑制することができる。

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、好ましくは、窒化物系半導体層と支持基板とは、接合層を介して接合されている。このように構成すれば、接合層により、窒化物系半導体層と支持基板とを確実に接合することができる。

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、好ましくは、反射面は、窒化物系半導体層の結晶成長面からなる。このように構成すれば、上記の面方位を有する反射面を、活性層などが形成される窒化物系半導体層の結晶成長と同時に形成することができる。

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、成長用基板の主表面上に、共振器面と、{Ａ＋Ｂ、Ａ、−２Ａ−Ｂ、Ｌ}面（ＡおよびＢの少なくともいずれか一方が０ではない整数）からなる主表面を有する活性層と、共振器面に対して所定の角度傾斜して延びるとともに活性層の主表面と交差する（０００−１）面、または、{Ａ＋Ｂ、Ａ、−２Ａ−Ｂ、２Ａ＋Ｂ}面（ここでＡ≧０およびＢ≧０であり、かつ、ＡおよびＢの少なくともいずれか一方が０ではない整数）からなる反射面とを含む窒化物系半導体層を成長させる工程と、窒化物系半導体層に支持基板を接合する工程とを備える。

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、成長用基板の主表面上に、共振器面に対して所定の角度傾斜して延びるとともに活性層の主表面と交差する（０００−１）面、または、{Ａ＋Ｂ、Ａ、−２Ａ−Ｂ、２Ａ＋Ｂ}面からなる反射面を含む窒化物系半導体層を成長させる工程を備えることによって、たとえば、成長用基板上に形成した窒化物系半導体層に対してイオンビームエッチングなどにより微細な凹凸形状を有するような反射面（傾斜端面）を形成する場合と異なり、上記の面方位を有する反射面（ファセット）には良好な平坦性が得られる。これにより、共振器面から出射されたレーザ光を、反射面で散乱を起こすことなく一様に出射方向を変化させて外部に出射させることができるので、発光効率の低下が抑制された半導体レーザ素子を形成することができる。また、窒化物系半導体層を成長させる際に同時に活性層の主表面に対して傾斜する反射面を形成するので、成長用基板上に平坦な窒化物系半導体層を成長させた後に、たとえばイオンビームエッチングなどにより共振器面（たとえば光出射面）に対して所定の角度傾斜した反射面（傾斜端面）を形成する工程を必要としない。これにより、半導体レーザ素子の製造プロセスが複雑になるのを抑制することができる。

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、窒化物系半導体層に支持基板を接合する工程の後に、成長用基板を除去する工程をさらに備える。このように構成すれば、除去後の成長用基板に表面処理などを行うことによって、この成長用基板を窒化物系半導体層の形成時の成長用基板として再度利用することができる。

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、窒化物系半導体層を成長させる工程に先立って、成長用基板の主表面に凹部を形成する工程をさらに備え、窒化物系半導体層を成長させる工程は、成長用基板の凹部の一方の内側面を起点とした共振器面と、共振器面と対向する領域に凹部の他方の内側面を起点とした反射面とを成長させる工程を含む。このように構成すれば、窒化物系半導体層が成長用基板上に結晶成長する際に、成長層の上面（窒化物系半導体層の主表面）が成長する成長速度よりも、凹部の一方の内側面を起点とした共振器面および凹部の他方の内側面を起点とした反射面がそれぞれ形成される成長速度が遅いので、成長層の上面（主表面）が平坦性を保ちながら成長する。これにより、上記共振器面および反射面からなる端面を形成しない場合の窒化物系半導体層の成長層表面と比較して、活性層を有する半導体層の表面の平坦性をより向上させることができる。なお、この理由は、以下の通りと考えられる。

（０００−１）面や{Ａ＋Ｂ、Ａ、−２Ａ−Ｂ、２Ａ＋Ｂ}面のような成長速度の遅い面は表面エネルギーが小さい一方、成長速度の速い面の一例として、たとえば（１−１００）面などは表面エネルギーが大きいと考えられる。結晶成長中の表面は、表面エネルギーが小さい方がより安定であるため、上記（１−１００）面のみを成長面とした結晶成長を行う場合、（１−１００）面よりも表面エネルギーが小さい（１−１００）面以外の面が現れやすくなる。この結果、成長面（主表面）の平坦性が損なわれやすい。一方、本発明では、たとえば活性層の主表面として成長させる（１−１００）面などよりも表面エネルギーの小さい（０００−１）面や{Ａ＋Ｂ、Ａ、−２Ａ−Ｂ、２Ａ＋Ｂ}面を形成しながら成長面（（１−１００）面）を成長させるので、上記（１−１００）面のみを成長面とした結晶成長を行う場合に比べて、成長面（主表面）の表面エネルギーを小さくすることができる。これにより、成長面の平坦性が改善されると考えられる。

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、成長用基板は、窒化物系半導体からなる。このように構成すれば、窒化物系半導体からなる成長用基板上に窒化物系半導体層の結晶成長を利用して、共振器面および反射面を有する窒化物系半導体層を容易に形成することができる。

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、成長用基板は、下地基板と、下地基板上に形成され、ＡｌＧａＮからなる下地層とを含み、下地基板および下地層の格子定数を、それぞれ、ｃ_１およびｃ_２とした場合、ｃ_１＞ｃ_２の関係を有し、共振器面および反射面は、それぞれ、下地層の（０００１）面と下地基板の主表面とに実質的に平行に延びるように形成されたクラックの内側面を起点として形成される。このように構成すれば、下地基板上にＡｌＧａＮからなる下地層を形成する際に、下地層の格子定数ｃ_２が下地基板の格子定数ｃ_１よりも小さい（ｃ_１＞ｃ_２）ので、下地基板側の格子定数ｃ_１に合わせようとして下地層の内部に引張応力が生じる。この結果、下地層の厚みが所定の厚み以上の場合にはこの引張応力に耐え切れずに下地層にはクラックが形成される。これにより、下地層上に窒化物系半導体層の共振器面および反射面をそれぞれ形成するための起点となるクラックの内側面（凹部の一方の内側面および他方の内側面）を、容易に下地層に形成することができる。

以下、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１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、窒化物系半導体レーザ素子の共振器方向に沿った面における断面図である。図２および図３は、図１に示した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１〜図３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５０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５０では、図１に示すように、約１００μｍの厚みを有する支持基板３０に、約７μｍの厚みを有する半導体レーザ素子部２０と反射部２１とが、接合層３１を介して接合された構造を有している。また、半導体レーザ素子部２０は、発振波長が約４００ｎｍ帯のＧａＮ系半導体層により構成されている。

また、半導体レーザ素子部２０は、図１および図２に示すように、約３μｍ〜約４μｍの厚みを有するＧｅドープＡｌＧａＮからなる下地層２上に、約３．５μｍの厚みを有する半導体レーザ素子層３が形成されている。ここで、下地層２は、ｎ型コンタクト層として機能する。また、半導体レーザ素子部２０は、図１に示すように、約１５６０μｍの共振器長（Ａ方向の長さ）Ｌ１を有するとともに、［０００１］方向（Ａ方向）に、半導体レーザ素子層３の主表面に対して略垂直な光出射面２０ａおよび光反射面２０ｂがそれぞれ形成されている。なお、半導体レーザ素子層３は、本発明の「窒化物系半導体層」の一例であり、光出射面２０ａおよび光反射面２０ｂは、それぞれ、本発明の「共振器面」の一例である。また、本発明において、光出射面２０ａおよび光反射面２０ｂは、光出射側および光反射側のそれぞれの共振器面から出射されるレーザ光強度の大小関係により区別される。すなわち、相対的にレーザ光の出射強度の大きい側が光出射面２０ａであり、相対的にレーザ光の出射強度の小さい側が光反射面２０ｂである。

また、半導体レーザ素子部２０の光出射面２０ａおよび光反射面２０ｂには、製造プロセスにおける端面コート処理により、ＡｌＮ膜やＡｌ_２Ｏ_３膜などからなる誘電体多層膜が、それぞれ形成されていてもよい。

ここで、第１実施形態では、半導体レーザ素子層３は、後述する製造プロセス時に成長用基板として用いるｎ型ＧａＮ基板１の非極性面であるｍ面（（１−１００）面）からなる主表面上に、下地層２を介して形成されている。なお、ｎ型ＧａＮ基板１は、本発明の「成長用基板」および「下地基板」の一例である。また、図１に示すように、下地層２には、下地層２の結晶成長時に形成される（０００−１）面からなる内側面４０ａを有するクラック４０が形成されている。なお、クラック４０および内側面４０ａは、それぞれ、本発明の「凹部」および「凹部の一方の内側面」の一例である。そして、半導体レーザ素子層３の光反射面２０ｂは、下地層２のクラック４０の内側面４０ａを引き継ぐように結晶成長した（０００−１）面からなる端面により構成されている。また、半導体レーザ素子層３の光出射面２０ａは、［０００１］方向（図１のＡ１方向）に垂直な端面であるｃ面（（０００１）面）からなる端面により構成されている。

また、第１実施形態では、図１に示すように、窒化物系半導体レーザ素子５０には、半導体レーザ素子部２０の光出射面２０ａと対向するＡ１方向の領域に、溝部４１を隔てて反射部２１が形成されている。また、反射部２１には、半導体レーザ素子層３（発光層６）の光出射面２０ａに対して角度θ_１（＝約６２°）傾斜した方向に延びる反射面２１ａが形成されている。また、反射面２１ａは、半導体レーザ素子層３の形成時の結晶成長に伴う（１−１０１）面からなるファセット（成長面）により形成されている。そして、反射面２１ａ上には、約２００ｎｍの厚みを有するＡｇ層からなる反射膜２２が形成されている。これにより、窒化物系半導体レーザ素子５０では、後述する発光層６の光出射面２０ａからＡ１方向に出射されたレーザ光が、光出射面２０ａと対向する端面２１ｂから入射して反射部２１内部をＡ１方向に透過するとともに反射面２１ａによって出射方向を略Ｃ１方向（光出射面２０ａに対して角度θ_２（＝約３４°）傾斜した方向）に変化させて外部に出射させることが可能に構成されている。なお、反射膜２２としては、Ａｌなどを用いてもよい。また、Ａｌ_２Ｏ_３膜やＳｉＯ_２膜などからなる誘電体多層膜により反射膜２２を構成してもよい。

また、半導体レーザ素子層３は、ｎ型バッファ層４と、ｎ型クラッド層５と、発光層６と、ｐ型クラッド層７およびｐ型コンタクト層８とを含んでいる。具体的には、図１および図２に示すように、下地層２の上面上に、約１．０μｍの厚みを有するＧｅドープＡｌ_０．０１Ｇａ_０．９９Ｎからなるｎ型バッファ層４と、約１．９μｍの厚みを有するＧｅドープのＡｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎからなるｎ型クラッド層５とが形成されている。

また、ｎ型クラッド層５上には、発光層６が形成されている。この発光層６は、図３に示すように、ｎ型クラッド層５（図２参照）に近い側から順に、約２０ｎｍの厚みを有するＡｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎからなるｎ側キャリアブロック層６ａと、約２０ｎｍの厚みを有するアンドープＩｎ_０．０２Ｇａ_０．９８Ｎからなるｎ側光ガイド層６ｂと、多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層６ｅと、約０．０８μｍの厚みを有するアンドープＩｎ_０．０１Ｇａ_０．９９Ｎからなるｐ側光ガイド層６ｆと、約２０ｎｍの厚みを有するＡｌ_０．２５Ｇａ_０．７５Ｎからなるキャリアブロック層６ｇとから構成されている。また、ＭＱＷ活性層６ｅは、約２．５ｎｍの厚みを有するアンドープＩｎ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎからなる３層の量子井戸層６ｃと約２０ｎｍの厚みを有するアンドープＩｎ_０．０２Ｇａ_０．９８Ｎからなる３層の量子障壁層６ｄとが交互に積層されている。また、ｎ型クラッド層５は、ＭＱＷ活性層６ｅよりもバンドギャップが大きい。また、ｎ側キャリアブロック層６ａとＭＱＷ活性層６ｅとの間に、ｎ側キャリアブロック層６ａとＭＱＷ活性層６ｅとの中間のバンドギャップを有する光ガイド層などを形成してもよい。また、ＭＱＷ活性層６ｅは、単層または単一量子井戸（ＳＱＷ）構造で形成してもよい。

また、図１および図２に示すように、発光層６上には、約０．５μｍの厚みを有するＭｇドープのＡｌ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎからなるからなるｐ型クラッド層７が形成されている。また、ｐ型クラッド層７は、ＭＱＷ活性層６ｅよりもバンドギャップが大きい。また、ｐ型クラッド層７上には、約３ｎｍの厚みを有するアンドープＩｎ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎからなるｐ型コンタクト層８が形成されている。なお、ｎ型バッファ層４、ｎ型クラッド層５、発光層６、ｐ型クラッド層７およびｐ型コンタクト層８は、それぞれ、本発明の「窒化物系半導体層」の一例である。また、発光層６は、本発明の「活性層」の一例である。

また、図２に示すように、ｐ型コンタクト層８の上面上の所定の領域には、約２００ｎｍの厚みを有するＳｉＯ_２からなる電流ブロック層９が形成されている。

また、ｐ型コンタクト層８の上面上の電流ブロック層９が形成されていない領域（図２のＢ方向の中央部近傍）には、ｐ型コンタクト層８の上面に近い方から順に、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層とからなるｐ側電極１０が形成されている。また、ｐ側電極１０は、電流ブロック層９の上面上を覆うように形成されている。

また、図１および図２に示すように、下地層２の下面上には、下地層２から近い順に、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層とからなるｎ側電極１１が形成されている。このｎ側電極１１は、図１に示すように、半導体レーザ素子部２０のＡ方向の両側部まで延びるように下地層２の下面上の全面に形成されている。

また、支持基板３０としては、導電性を有する基板を用いてもよいし、絶縁性を有する基板を用いてもよい。導電性を有する基板としては、たとえば、Ｃｕ−Ｗ系、ＡｌおよびＦｅ−Ｎｉ系などの金属板や、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や、金属および金属酸化物の複合材料などを用いてもよいし、金属を含侵した黒鉛粒子焼結体で構成される炭素および金属の複合材料を用いてもよい。また、導電性を有する基板を用いる場合、半導体層を接合する側と反対側の表面（上面）に電極を形成してもよい。また、支持基板３０として半導体基板を用いてもよい。

また、接合層３１としては、半田や導電性ペーストなどの材料からなる層を用いることができる。半田としては、ＡｕＳｎ、ＩｎＳｎ、ＳｎＡｇＣｕ、ＳｎＡｇＢｉ、ＳｎＡｇＣｕＢｉ、ＳｎＡｇＢｉＩｎ、ＳｎＺｎ、ＳｎＣｕ、ＳｎＢｉおよびＳｎＺｎＢｉなどからなる半田を用いることができる。

図４〜図１０は、図１に示した第１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断面図および平面図である。次に、図１〜図１０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５０の製造プロセスについて説明する。

まず、図４に示すように、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法を用いて、ｎ型ＧａＮ基板１上に、約２０ｎｍの厚みを有するＩｎ_０．３５Ｇａ_０．６５Ｎからなる剥離層３２および約３μｍ〜約４μｍの厚みを有するＡｌＧａＮからなる下地層２を成長させる。なお、下地層２が結晶成長する際、ｎ型ＧａＮ基板１の［０００１］方向の格子定数ｃ_１よりもＡｌＧａＮからなる下地層２の［０００１］方向の格子定数ｃ_２が小さい（ｃ_１＞ｃ_２）ので、所定の厚みに達した下地層２は、ｎ型ＧａＮ基板１の格子定数ｃ_１に合わせようとして下地層２の内部に引張応力Ｒが発生する。この結果、下地層２が局所的にＡ方向に縮むのに伴って、下地層２には、図４および図５に示すようなクラック４０が形成される。ここで、ＧａＮとＡｌＧａＮとのｃ軸の格子定数の差の方が、ＧａＮとＡｌＧａＮとのａ軸の格子定数の差よりも大きいので、クラック４０は、（０００１）面とｎ型ＧａＮ基板１の主表面の（１−１００）面とに平行な［１１−２０］方向（Ｂ方向）に沿ってストライプ状に延びるように形成されやすい。なお、図５では、下地層２に自発的にクラック４０が形成される様子を模式的に示している。

なお、第１実施形態では、下地層２を結晶成長させる際に、ｎ型ＧａＮ基板１と下地層２との格子定数差を利用することにより凹部としてのクラック４０を下地層２に形成しているが、下地層２を結晶成長させた後に、下地層２の表面側から機械的スクライブ、レーザスクライブ、ダイシングおよびエッチングなどにより、（０００−１）面を含む内側面（凹部の内側面）を形成してもよい。また、上記手法を用いて凹部を形成する場合には、下地層２を基板（下地基板）であるｎ型ＧａＮ基板１と同様の格子定数を有するＧａＮとしてもよい。さらには、後述するように、機械的スクライブ、レーザスクライブ、ダイシングおよびエッチングなどにより、ｎ型ＧａＮ基板１上の表面側に直接（０００−１）面からなる内側面を有する凹部（第２実施形態の溝部８０）を形成してもよい。

また、第１実施形態では、図４に示すように、下地層２にクラック４０が形成される際に、クラック４０には、ＡｌＧａＮ層（下地層２）の（０００−１）面からなり、下地層２とｎ型ＧａＮ基板１上の剥離層３２との界面近傍まで達する内側面４０ａが形成される。なお、内側面４０ａは、ｎ型ＧａＮ基板１の（１−１００）面からなる主表面に対して略垂直に形成される。また、クラック４０の内側面４０ａと対向する位置には内側面４０ｂが形成される。なお、内側面４０ｂは、本発明の「凹部の他方の内側面」の一例である。ここで、クラック４０は、下地層２の内部に発生する引張応力Ｒを利用して形成されるので、外部的な加工技術（たとえば、機械的スクライブ、レーザスクライブ、ダイシングおよびエッチングなど）により凹部（溝形状の窪み）を形成する場合と異なり、内側面４０ａを結晶学的面指数（０００−１）面に容易に一致させることが可能である。この結果、内側面４０ａを極めて平坦な（０００−１）面として形成することができるので、平坦な内側面４０ａ上に半導体レーザ素子層３を結晶成長させる際、内側面４０ａの（０００−１）面を引き継ぐような平坦な端面（（０００−１）面）を有する半導体レーザ素子層３を容易に成長させることができる。

また、第１実施形態では、下地層２の内部に剥離層３２の上面近傍まで達するクラック４０が形成されるので、ｎ型ＧａＮ基板１と格子定数が異なる下地層２の格子歪を開放することができる。したがって、下地層２の結晶品質が良好になり、下地層２上に形成される半導体レーザ素子層３を高品質な結晶状態とすることができる。この結果、後述する工程で形成されるｎ型クラッド層５、ｎ側キャリアブロック層６ａ、キャリアブロック層６ｆ、ｐ型クラッド層７およびｐ型コンタクト層８などの電気特性が向上されるとともに、これらの層内での光吸収を抑制することが可能となる。さらに、発光層６（ｎ側キャリアブロック層６ａ、ｎ側光ガイド層６ｂ、ＭＱＷ活性層６ｅ、ｐ側光ガイド層６ｆおよびキャリアブロック層６ｇ）の内部損失を低減するとともに、発光層６の発光効率を向上させることが可能である。なお、第１実施形態では、下地層２の内部に剥離層３２の上面近傍まで達するクラック４０を形成したが、下地層２の厚み方向（図４の矢印Ｃ１方向）に、下地層２の厚みに相当する深さの溝部を形成するようにしてもよい。このように構成しても、下地層２の厚みに相当する深さの溝部によって下地層２の内部歪を開放することができるので、クラック４０を形成する場合と同様の効果を得ることができる。

次に、図６に示すように、ＭＯＣＶＤ法を用いて、クラック４０が形成された下地層２上に、ｎ型バッファ層４、ｎ型クラッド層５、発光層６（詳細は図３参照）、ｐ型クラッド層７およびｐ型コンタクト層８を順次成長させて半導体レーザ素子層３を形成する。

上記半導体レーザ素子層３の形成において、具体的には、まず、基板温度を約１０００℃の成長温度に保持した状態で、Ｇａ原料であるＴＭＧａ（トリメチルガリウム）およびＡｌ原料であるＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）を含んだＨ_２からなるキャリアガスを反応炉内に供給して、下地層２上にｎ型バッファ層４を成長させる。次に、ＴＭＧａおよびＴＭＡｌと、ｎ型導電性を得るためのＧｅ不純物の原料であるＧｅＨ_４（モノゲルマン）とを含んだＨ_２からなるキャリアガスを反応炉内に供給して、ｎ型バッファ層４上にｎ型クラッド層５を成長させる。その後、ＴＭＧａおよびＴＭＡｌを含んだＨ_２ガスを反応炉内に供給して、ｎ型クラッド層５上にｎ側キャリアブロック層６ａを成長させる。

次に、基板温度を約８５０℃の成長温度に下げて保持した状態で、反応炉内にＮＨ_３ガスを供給した窒素ガス雰囲気中にて、Ｇａ原料であるＴＥＧａ（トリエチルガリウム）およびＩｎ原料であるＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）を供給して、ｎ側光ガイド層６ｂ、ＭＱＷ活性層６ｅおよびｐ側光ガイド層６ｆを成長させる。そして、ＴＭＧａおよびＴＭＡｌを反応炉内に供給して、キャリアブロック層６ｇを成長させる。これにより、発光層６（図３参照）が形成される。

次に、基板温度を約１０００℃の成長温度に上昇させて保持した状態で、反応炉内にＮＨ_３ガスを供給した水素ガスおよび窒素ガス雰囲気中にて、ｐ型不純物であるＭｇの原料であるＭｇ（Ｃ_５Ｈ_５）_２（シクロペンタンジエニルマグネシウム）、Ｇａ原料であるＴＭＧａおよびＡｌ原料であるＴＭＡｌを供給して、発光層６上にｐ型クラッド層７を成長させる。その後、再び基板温度を約８５０℃の成長温度に下げて保持した状態で、反応炉内にＮＨ_３ガスを供給した窒素ガス雰囲気中にて、Ｇａ原料であるＴＥＧａおよびＩｎ原料であるＴＭＩｎを供給して、ｐ型コンタクト層８を成長させる。このようにして、下地層２上に半導体レーザ素子層３が形成される。

ここで、第１実施形態による製造プロセスでは、図６に示すように、下地層２上に半導体レーザ素子層３を成長させた場合、Ｂ方向（図５参照）にストライプ状に延びるクラック４０の（０００−１）面からなる内側面４０ａにおいて、半導体レーザ素子層３は、クラック４０の（０００−１）面を引き継ぐように［１−１００］方向（Ｃ２方向）に延びる（０００−１）面を形成しながら結晶成長する。

また、第１実施形態による製造プロセスでは、図６に示すように、クラック４０の内側面４０ａに対向する内側面４０ｂ側では、半導体レーザ素子層３には、内側面４０ｂを起点として光反射面２０ｂに対して角度θ_１（＝約６２°）傾斜した方向に延びる反射面２１ａが形成される。また、反射面２１ａは、半導体レーザ素子層３の結晶成長に伴う（１−１０１）面からなるファセット（成長面）である。

なお、半導体レーザ素子層３を上述の方法により形成することによって、半導体レーザ素子層３の結晶成長時に、ｎ型ＧａＮ基板１の主表面に対して略垂直な光反射面２０ｂと反射面２１ａとを同時に形成することが可能となる。したがって、クラック４０などが無い平坦な基板上に積層された半導体レーザ素子層３に対してエッチング加工により光反射面２０ｂまたは反射面２１ａに相当する端面を形成する場合と異なり、光反射面２０ｂおよび反射面２１ａの形成にエッチング加工を必要としないので、窒化物系半導体レーザ素子５０の製造プロセスが簡素化される。

また、半導体レーザ素子層３がｎ型ＧａＮ基板１上に結晶成長する際に、成長層の上面（半導体レーザ素子層３の主表面）が成長する成長速度よりも、クラック４０の内側面４０ａを起点とした光反射面２０ｂおよびクラック４０の内側面３０ｂを起点とした反射面２１ａがそれぞれ形成される成長速度が遅いので、成長層の上面（主表面）が平坦性を保ちながら成長する。これにより、上記光反射面２０ｂおよび反射面２１ａからなる端面を形成しない場合の発光素子層の成長層表面と比較して、発光層６を有する半導体レーザ素子層３の表面（上面）の平坦性をより向上させることが可能である。

そして、窒素ガス雰囲気中で、約８００℃の温度条件下でｐ型化アニール処理を行う。また、図２に示すように、ｐ型コンタクト層８の上面上に、フォトリソグラフィによりレジストパターンを形成した後、そのレジストパターンをマスクとしてドライエッチングなどを行うことにより、ＳｉＯ_２からなる電流ブロック層９を形成する。また、図２および図７に示すように、真空蒸着法を用いて、電流ブロック層９上および電流ブロック層９が形成されていないｐ型コンタクト層８上に、ｐ側電極１０を形成する。また、図７に示すように、真空蒸着法を用いて、反射面２１ａ上にＡｇ層からなる反射膜２２を形成する。そして、ｐ側電極１０側と支持基板３０とをＡｕＳｎからなる接合層３１を介して接合する。

そして、図８に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１の下面側から剥離層３２（破線で示す）に向かってＣ２方向にレーザ照射を行う。その際、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ光の第２高調波（波長：約５３２ｎｍ）を、約５００ｍＪ／ｃｍ^２〜約２０００ｍＪ／ｃｍ^２のエネルギ密度に調整した上で、ｎ型ＧａＮ基板１の下面側からｎ型ＧａＮ基板１に向けて断続的（パルス状）に照射する。これにより、剥離層３２の結晶結合が分解されて蒸発するとともに、半導体レーザ素子層３側がｎ型ＧａＮ基板１から剥離される。なお、約５３２ｎｍの波長を有するレーザ光は、剥離層３２において吸収される一方、基板（ｎ型ＧａＮ基板１および支持基板３０）および半導体レーザ素子層３では吸収されない。

その後、図９に示すように、所定の共振器面を形成したい位置を、半導体レーザ素子層３の裏面側（下面側）からｐ側電極１０まで達する方向（矢印Ｃ１方向）にドライエッチングを行うことにより、半導体レーザ素子層３の一方の側面が平坦な略（０００１）面を有する溝部４１を形成する。これにより、溝部４１の一方の側面である略（０００１）面が、半導体レーザ素子部２０における一対の共振器面のうちの光出射面２０ａとして容易に形成される。また、溝部４１の他方の側面である略（０００−１）面が、反射部２１の端面２１ｂとして形成される。なお、溝部４１は、平面的に見て、クラック４０の延びる方向と略平行な［１１−２０］方向（Ｂ方向）に伸びるように形成される。

その後、図９に示すように、半導体レーザ素子部２０となる領域の下地層２の下面上に、真空蒸着法を用いてｎ側電極１１を形成する。そして、図１０に示すように、下地層２の裏面側の所定の位置にレーザスクライブまたは機械式スクライブにより、半導体レーザ素子層３の［０００１］方向（図１のＡ１方向）と直交する［１１−２０］方向（図１のＢ方向）に延びるように直線状のスクライブ溝４２を形成する。この状態で、図１０に示すように、支持基板３０の下面側（下側）が開くように支持基板３０の上面側（上側）を支点として荷重を印加することにより、ウェハをスクライブ溝４２の位置（劈開線５００）で劈開する。

最後に、共振器方向（Ａ方向）に沿って素子を分割してチップ化することによって、図１に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子５０が形成される。

第１実施形態では、上記のように、共振器面（半導体レーザ素子部２０の光出射面２０ａ）に対して角度θ_１（＝約６２°）傾斜して延びるとともに発光層６の主表面（（１−１００）面）と交差する（１−１０１）面からなる反射面２１ａを含む半導体レーザ素子層３（反射部２１）を備えることによって、上記の面方位を有する反射面２１ａ（ファセット）は平坦性を有するので、光出射面２０ａから出射されたレーザ光は、エッチングなどより微細な凹凸形状が形成された端面で散乱を起こしながら反射される場合と異なり、上記の面方位を有する反射面２１ａで散乱を起こすことなく一様に出射方向を変化させて外部に出射される。この結果、窒化物系半導体レーザ素子５０の発光効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、半導体レーザ素子層３と支持基板３０とを接合層３１を介して接合することによって、接合層３１により、半導体レーザ素子層３と支持基板３０とを確実に接合することができる。

また、第１実施形態では、反射面２１ａを、半導体レーザ素子層３の結晶成長面からなるように構成することによって、（１−１０１）面からなる反射面２１ａを、発光層６などが形成される半導体レーザ素子層３の結晶成長と同時に形成することができる。

また、第１実施形態では、製造プロセスの際に、成長用基板として用いるｎ型ＧａＮ基板１上に、主表面が（１−１００）面からなる半導体レーザ素子層３（発光層６）を形成することによって、半導体レーザ素子層３（発光層６）に発生するピエゾ電場を低減することができる。これにより、レーザ光の発光効率を向上させることができる。

また、第１実施形態では、（０００−１）面からなる光出射面２０ａを、半導体レーザ素子層３の結晶成長面からなるように構成することによって、半導体レーザ素子層３の結晶成長時に同時に光出射面２０ａを形成することができる。これにより、ｎ型ＧａＮ基板上に半導体素子層を成長した後に、イオンビームエッチングなどによりｎ型ＧａＮ基板上の主表面に対して略垂直な共振器端面を形成する場合と異なり、窒化物系半導体レーザ素子５０の製造プロセスが複雑になるのをより抑制することができる。

また、第１実施形態では、製造プロセスの際に、ＧａＮからなるｎ型ＧａＮ基板１を成長用基板として用いることによって、ｎ型ＧａＮ基板１上に半導体レーザ素子層３の結晶成長を利用して、容易に、光出射面２０ａに対して角度θ_１（＝約６２°）傾斜した反射面２１ａを形成することができる。

また、第１実施形態では、ｍ面（（１−１００）面）からなる主表面を有するｎ型ＧａＮ基板１を成長用基板として用いることによって、特に、無極性面からなる主表面を有するｎ型ＧａＮ基板１上に半導体レーザ素子層３（発光層６）が形成されるので、半導体レーザ素子層３に発生するピエゾ電場をより一層低減させることができる。これにより、レーザ光の発光効率をより一層向上させることができる。

（第１実施形態の変形例）
図１１は、本発明の第１実施形態の変形例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、窒化物系半導体レーザ素子の共振器方向に沿った面における断面図である。図１２は、図１１に示した第１実施形態の変形例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断面図である。図１１および図１２を参照して、この第１実施形態の変形例による窒化物系半導体レーザ素子５５では、上記第１実施形態の製造プロセスと異なり、成長用基板であるｎ型ＧａＮ基板１上に、アンドープＡｌＧａＮからなる下地層２および剥離層３２をこの順に形成した後に半導体レーザ素子層３を結晶成長させる場合について説明する。

ここで、第１実施形態の変形例による窒化物系半導体レーザ素子５５では、図１１に示すように、半導体レーザ素子層３を構成するｎ型コンタクト層４の下面上に、ｎ側電極１１が形成されている。すなわち、第１実施形態の変形例による製造プロセスでは、図１２に示すように、成長用基板であるｎ型ＧａＮ基板１上に、下地層２および剥離層３２をこの順に形成した後に半導体レーザ素子層３を結晶成長させる。その後、上記第１実施形態と同様の製造プロセスにより、接合層３１（図１１参照）を介して支持基板３０（図１１参照）を接合するとともに、ｎ型ＧａＮ基板１を半導体レーザ素子層３から剥離する。その際、レーザ照射によって下地層２上の剥離層３２が蒸発するために、ｎ型ＧａＮ基板１と下地層２とが半導体レーザ素子層３から分離される。その後、半導体レーザ素子層３の下面側に露出したｎ型コンタクト層４上にｎ側電極１１を形成することにより、図１１に示した窒化物系半導体レーザ素子５５が形成される。

なお、第１実施形態の変形例による窒化物系半導体レーザ素子５５のその他の構造および製造プロセスは、上記第１実施形態と同様である。また、第１実施形態の変形例の効果についても、上記第１実施形態と同様である。

（第２実施形態）
図１３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、窒化物系半導体レーザ素子の共振器方向に沿った面における断面図である。図１４〜図１８は、図１３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断面図である。まず、図１３を参照して、この第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子９０では、上記第１実施形態と異なり、成長用基板として用いるｎ型ＧａＮ基板７１（図１４参照）の（１１−２０）面からなる主表面に、エッチング技術を用いて、［−１１００］方向に延びる溝部８０（図１４参照）を形成した後に、半導体レーザ素子層３を形成する場合について説明する。なお、ｎ型ＧａＮ基板７１は、本発明の「成長用基板」の一例であり、溝部８０は、本発明の「凹部」の一例である。

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９０では、図１３に示すように、所定の位置にＰＤ（フォトダイオード）１００が組み込まれた支持基板３０に、約５μｍの厚みを有する半導体レーザ素子部６０と反射部６１とが、接合層３１を介して接合された構造を有している。また、半導体レーザ素子部６０は、発振波長が約４００ｎｍ帯のＧａＮ系半導体層により構成されている。

また、半導体レーザ素子部６０は、約１５６０μｍの共振器長（Ａ方向の長さ）Ｌ１を有するとともに、［０００１］方向（Ａ方向）に、半導体レーザ素子層３の主表面に対して略垂直な光出射面６０ａおよび光反射面６０ｂがそれぞれ形成されている。なお、光出射面６０ａおよび光反射面６０ｂは、それぞれ、本発明の「共振器面」の一例である。

また、半導体レーザ素子部６０は、端面出射型のレーザ素子であり、図１３に示すように、発光層６から出射されたレーザ光は、光出射面６０ａから出射されるレーザ光９０ａの出射強度の方が、光反射面６０ｂから出射されるレーザ光９０ｂの出射強度よりも大きくなるように構成されている。

ここで、第２実施形態では、半導体レーザ素子層３は、後述する製造プロセス時に成長用基板として用いるｎ型ＧａＮ基板７１（図１４参照）の非極性面であるａ面（（１１−２０）面）からなる主表面上に形成されている。

また、第２実施形態では、図１３に示すように、半導体レーザ素子部６０には、半導体レーザ素子層３の光反射面６０ｂと対向する領域に、空隙部６２を隔てて反射部６１が形成されている。そして、反射部６１には、半導体レーザ素子層３の光反射面６０ｂに対して角度θ_３（＝約５８°）傾斜した方向に延びる反射面６１ａが形成されている。また、反射面６１ａは、半導体レーザ素子層３の形成時の結晶成長に伴う（１１−２２）面からなるファセット（成長面）により形成されている。これにより、窒化物系半導体レーザ素子９０では、図１３に示すように、発光層６の光出射面６０ａからＡ１方向にレーザ光９０ａが出射される一方、発光層６の光反射面６０ｂからＡ２方向に出射されたレーザ光９０ｂが、反射面６１ａによって出射方向を略Ｃ２方向（光反射面６０ｂに対して角度θ_４（＝約２６°）傾斜した方向）に変化させてＰＤ１００に入射されるように構成されている。

また、図１３に示すように、ｎ型コンタクト層４の下面上には、ｎ型コンタクト層４から近い順に、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層とからなるｎ側電極１１が形成されている。このｎ側電極１１は、空隙部６２を跨ぐとともに窒化物系半導体レーザ素子９０のＡ方向の両側部まで延びるように形成されている。

次に、図１３〜図１８を参照して、第２実施形態による半導体レーザ素子の製造プロセスについて説明する。

ここで、第２実施形態では、図１４に示すように、上記第１実施形態における窒化物系半導体レーザ素子５０の製造プロセスと異なり、ｎ型ＧａＮ基板７１のａ面（（１１−２０）面）からなる主表面に、エッチング技術を用いて、［０００１］方向（Ａ方向）に約１０μｍの幅Ｗ１を有するとともに、約２μｍの深さを有し、［−１１００］方向（Ｂ方向）に延びる溝部８０を形成する。また、溝部８０は、Ａ方向に、約１６００μｍ（＝Ｗ１＋Ｌ２）周期でストライプ状に形成する。また、その際、溝部８０には、ｎ型ＧａＮ基板７１の（１１−２０）面に対して略垂直な（０００−１）面からなる内側面８０ａと、ｎ型ＧａＮ基板７１の（１１−２０）面に対して略垂直な（０００１）面からなる内側面８０ｂとが形成される。なお、内側面８０ａおよび８０ｂは、それぞれ、本発明の「凹部の一方の内側面」および「凹部の他方の内側面」の一例である。

そして、図１５に示すように、第１実施形態と同様の製造プロセスによってｎ型ＧａＮ基板７１上に、剥離層３２、ｎ型コンタクト層４、ｎ型クラッド層５、発光層６、ｐ型クラッド層７およびｐ型コンタクト層８を順次積層することにより、半導体レーザ素子層３を形成する。

この際、第２実施形態では、図１５に示すように、溝部８０の（０００−１）面からなる内側面８０ａにおいて、半導体レーザ素子層３は、溝部８０の（０００−１）面を引き継ぐように［１１−２０］方向（Ｃ２方向）に延びる（０００−１）面を形成しながら結晶成長する。これにより、半導体レーザ素子層３の（０００−１）面が、半導体レーザ素子部６０における一対の共振器端面のうちの光反射面６０ｂとして形成される。また、溝部８０の（０００−１）面に対向する（０００１）面（内側面８０ｂ）側では、半導体レーザ素子層３は、内側面８０ｂを起点として光反射面６０ｂに対して角度θ_３（＝約５８°）傾斜した方向に延びる（１１−２２）面からなる反射面６１ａ（ファセット）を形成しながら結晶成長する。

そして、第１実施形態と同様の製造プロセスにより、半導体レーザ素子層３上に電流ブロック層９およびｐ側電極１０を形成する。その後、図１６に示すように、ＰＤ１００が固定された支持基板３０を、ＡｕＳｎからなる接合層３１を介して半導体レーザ素子層３のｐ側電極１０側に接合する。その後、ｎ型ＧａＮ基板７１の下面側から剥離層３２に向かってＣ２方向にレーザ照射を行うことにより、ｎ型ＧａＮ基板７１を半導体レーザ素子層３から剥離する。

その後、図１７に示すように、ｎ型コンタクト層４の下面上の所定領域に、真空蒸着法を用いてｎ側電極１１を形成する。そして、図１７に示すように、ｎ側電極１１の裏面側の所定の位置にレーザスクライブまたは機械式スクライブにより、半導体レーザ素子層３の［０００１］方向（図１３のＡ１方向）と直交する［−１１００］方向（図１３のＢ方向）に延びるように直線状のスクライブ溝８１を形成する。この状態で、図１８に示すように、支持基板３０の下面側（下側）が開くように支持基板３０の上面側を支点として荷重を印加することにより、ウェハをスクライブ溝８１の位置（劈開線６００）で劈開する。これにより、半導体レーザ素子層３の（０００１）面が、半導体レーザ素子部６０における一対の共振器端面のうちの光出射面６０ａとして形成される。

この後、共振器方向（Ａ方向）に沿って素子を分割してチップ化することによって、図１３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９０が形成される。

第２実施形態では、上記のように、共振器面（半導体レーザ素子部６０の光反射面６０ｂ）に対して角度θ_３（＝約５８°）傾斜して延びるとともに発光層６の主表面（（１１−２０）面）と交差する（１１−２２）面からなる反射面６１ａを含む半導体レーザ素子層３（反射部６１）を備えることによって、上記の面方位を有する反射面６１ａ（ファセット）は平坦性を有するので、光反射面６０ｂから出射されたレーザ光９０ｂは、エッチングなどより微細な凹凸形状が形成された端面で散乱を起こしながら反射される場合と異なり、上記の面方位を有する反射面６１ａで散乱を起こすことなく一様に出射方向を変化させて出射される。この結果、窒化物系半導体レーザ素子９０の発光効率が低下するのを抑制することができる。また、結晶成長面として良好な平坦性を有する反射面６１ａにより光の散乱が抑制されたレーザ光９０ｂ（半導体レーザ素子部６０のレーザ光強度をモニタするサンプル光）をＰＤ１００に導くことができるので、レーザ光強度をより正確に測定することができる。

また、第２実施形態においても、反射面６１ａを半導体レーザ素子層３の結晶成長面である（１１−２２）面からなるように構成することによって、（１１−２２）面からなる反射面６１ａを、発光層６などが形成される半導体レーザ素子層３の結晶成長と同時に形成することができる。

また、第２実施形態では、製造プロセスの際に、成長用基板として用いるｎ型ＧａＮ基板７１上に、主表面が（１１−２０）面からなる半導体レーザ素子層３（発光層６）を形成することによって、半導体レーザ素子層３（発光層６）に発生するピエゾ電場を低減することができる。これにより、レーザ光の発光効率を向上させることができる。

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。

たとえば、上記第１および第２実施形態による窒化物系半導体レーザ素子では、半導体レーザ素子層３を、ＡｌＧａＮやＩｎＧａＮなどの窒化物系半導体層により形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、半導体レーザ素子層３を、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により形成してもよい。

また、上記実施形態では、成長用基板としてＧａＮからなるｎ型ＧａＮ基板を用いるとともに、ｎ型ＧａＮ基板上にＡｌＧａＮからなる下地層を形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、基板としてＩｎＧａＮ基板を用いるとともに、ＩｎＧａＮ基板上にＧａＮまたはＡｌＧａＮからなる下地層を形成してもよい。

また、上記実施形態では、成長用基板としてＧａＮ基板を使用した例について示したが、本発明はこれに限らず、たとえば、ａ面（（１１−２０）面）を主表面とする窒化物系半導体を予め成長させたｒ面（（１−１０２）面）サファイア基板や、ａ面またはｍ面（（１−１００）面）を主表面とする窒化物系半導体を予め成長させたａ面ＳｉＣ基板またはｍ面ＳｉＣ基板などを使用してもよい。また、ｍ面を主表面とする窒化物系半導体を予め成長させたＬｉＡｌＯ_２やＬｉＧａＯ_２基板などの（１００）面基板などを用いてもよい。

また、上記第１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では、ｎ型ＧａＮ基板１と下地層２との格子定数差を利用して下地層２に自発的にクラック４０が形成されるのを利用した例について示したが、本発明はこれに限らず、下地層２のＢ方向（図５参照）の両端部（ｎ型ＧａＮ基板１のＢ方向の端部に対応する領域）にのみスクライブ傷を形成してもよい。このように構成しても、両端部のスクライブ傷を起点としてＢ方向に延びるクラックを導入することができる。

また、上記第１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では、ｎ型ＧａＮ基板１と下地層２との格子定数差を利用して下地層２に自発的にクラック４０が形成されるのを利用した例について示したが、本発明はこれに限らず、ｎ型ＧａＮ基板１上の下地層２にＢ方向（図６参照）に延びる破線状のスクライブ傷を形成することによって発生位置が制御されたクラックを形成するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、成長用基板のｍ面（（１−１００）面）およびａ面（（１１−２０）面）からなる主表面上に窒化物系半導体層を成長させて、一方の共振器面（光出射面）と、レーザ光を外部に反射させる反射面とを形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、下記に例示する面方位からなる主表面を有する成長用基板を用いて窒化物系半導体層を成長させてもよい。

たとえば、（１−１０−４）面からなる主表面を有する成長用基板を用いてもよい。この場合、窒化物系半導体層の光出射側の共振器面（光出射面）およびレーザ光を外部に反射させる反射面は、それぞれ、（１−１０１）面および（０００−１）面からなるように構成される。また、反射面（（０００−１）面）は、光出射面（（１−１０１）面）に対して約６５°傾斜した方向に延びるように形成される。なお、光反射側の共振器面（光反射面）については、上記実施形態の製造プロセスと同様に、半導体層の劈開により（−１１０−１）面からなる光反射面が形成される。

また、（１１−２−５）面からなる主表面を有する成長用基板を用いてもよい。この場合、窒化物系半導体層の光出射側の共振器面およびレーザ光を外部に反射させる反射面は、それぞれ、（１１−２２）面および（０００−１）面からなるように構成される。また、反射面（（０００−１）面）は、光出射面（（１１−２２）面）に対して約５７°傾斜した方向に延びるように形成される。なお、光反射側の共振器面（光反射面）については、上記実施形態の製造プロセスと異なり、半導体層のエッチングにより（−１−１２−２）面からなる光反射面が形成される。その後、レーザスクライブなどにより支持基板を劈開してチップ化される。

また、（１−１０−２）面からなる主表面を有する成長用基板を用いてもよい。この場合、レーザ光を外部に反射させる反射面は（０００−１）面からなるように構成される。また、反射面（（０００−１）面）は、成長用基板の主表面と垂直な方向（［１−１０−２］方向）に対して約４７°傾斜した方向に延びるように形成される。したがって、レーザ光を半導体層の主表面と略垂直な方向（［１−１０−２］方向）に出射させることができる。なお、共振器面（光出射面および光反射面）については、上記実施形態の製造プロセスと異なり、半導体層のエッチングにより［１−１０−２］方向に延びる端面として形成される。その後、レーザスクライブなどにより支持基板を劈開してチップ化される。

また、（１１−２−３）面からなる主表面を有する成長用基板を用いてもよい。この場合も、レーザ光を外部に反射させる反射面は（０００−１）面からなるように構成される。また、反射面（（０００−１）面）は、成長用基板の主表面と垂直な方向（［１１−２−３］方向）に対して約４３°傾斜した方向に延びるように形成される。したがって、レーザ光を半導体層の主表面と略垂直な方向（［１１−２−３］方向）に出射させることができる。なお、共振器面（光出射面および光反射面）については、上記実施形態の製造プロセスと異なり、半導体層のエッチングにより［１１−２−３］方向に延びる端面として形成される。その後、レーザスクライブなどにより支持基板を劈開してチップ化される。

また、上記実施形態による窒化物系半導体レーザ素子では、利得導波型のオキサイドストライプ構造を有する窒化物系半導体レーザ素子を形成する例について示したが、本発明はこれに限らず、リッジ部をＳｉＯ_２またはＡｌＧａＮなどからなる電流ブロック層で埋め込んだ屈折率導波型のリッジ導波構造を有する窒化物系半導体レーザ素子を形成してもよい。

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、窒化物系半導体レーザ素子の共振器方向に沿った面における断面図である。 図１に示した第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２に示した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の発光層の詳細を示した拡大断面図である。 図１に示した第１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断面図である。 図１に示した第１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平面図である。 図１に示した第１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断面図である。 図１に示した第１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断面図である。 図１に示した第１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断面図である。 図１に示した第１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断面図である。 図１に示した第１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断面図である。 本発明の第１実施形態の変形例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、窒化物系半導体レーザ素子の共振器方向に沿った面における断面図である。 図１１に示した第１実施形態の変形例による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを示した断面図である。 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、窒化物系半導体レーザ素子の共振器方向に沿った面における断面図である。 図１３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断面図である。 図１３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断面図である。 図１３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断面図である。 図１３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断面図である。 図１３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断面図である。

符号の説明

１ ｎ型ＧａＮ基板（成長用基板、下地基板）
２ 下地層
３ 半導体レーザ素子層（窒化物系半導体層）
４ ｎ型バッファ層、ｎ型コンタクト層（窒化物系半導体層）
５ ｎ型クラッド層（窒化物系半導体層）
６ 発光層（窒化物系半導体層、活性層）
７ ｐ型クラッド層（窒化物系半導体層）
８ ｐ型コンタクト層（窒化物系半導体層）
２０ａ、６０ａ 光出射面（共振器面）
２０ｂ、６０ｂ 光反射面（共振器面）
２１ａ、６１ａ 反射面
４０ クラック
４０ａ、８０ａ 内側面（凹部の一方の内側面）
４０ｂ、８０ｂ 内側面（凹部の他方の内側面）
７１ ｎ型ＧａＮ基板（成長用基板）
８０ 溝部（凹部）

Claims (8)

1. 共振器面と、{Ａ＋Ｂ、Ａ、−２Ａ−Ｂ、Ｌ}面（ＡおよびＢの少なくともいずれか一方が０ではない整数）からなる主表面を有する活性層と、前記共振器面に対して所定の角度傾斜して延びるとともに前記活性層の主表面と交差する（０００−１）面、または、{Ａ＋Ｂ、Ａ、−２Ａ−Ｂ、２Ａ＋Ｂ}面（ここでＡ≧０およびＢ≧０であり、かつ、ＡおよびＢの少なくともいずれか一方が０ではない整数）からなる反射面とを含む窒化物系半導体層と、
   前記窒化物系半導体層に接合される支持基板とを備え、
   前記反射面は、前記活性層で発生したレーザ光を反射する、窒化物系半導体レーザ素子。
2. 前記窒化物系半導体層と前記支持基板とは、接合層を介して接合されている、請求項１に記載の窒化物系半導体レーザ素子。
3. 前記反射面は、前記窒化物系半導体層の結晶成長面からなる、請求項１または２に記載の窒化物系半導体レーザ素子。
4. 成長用基板の主表面上に、共振器面と、{Ａ＋Ｂ、Ａ、−２Ａ−Ｂ、Ｌ}面（ＡおよびＢの少なくともいずれか一方が０ではない整数）からなる主表面を有する活性層と、前記共振器面に対して所定の角度傾斜して延びるとともに前記活性層の主表面と交差する（０００−１）面、または、{Ａ＋Ｂ、Ａ、−２Ａ−Ｂ、２Ａ＋Ｂ}面（ここでＡ≧０およびＢ≧０であり、かつ、ＡおよびＢの少なくともいずれか一方が０ではない整数）からなる反射面とを含む窒化物系半導体層を成長させる工程と、
   前記窒化物系半導体層に支持基板を接合する工程とを備える、窒化物系半導体レーザ素子の製造方法。
5. 前記窒化物系半導体層に支持基板を接合する工程の後に、前記成長用基板を除去する工程をさらに備える、請求項４に記載の窒化物系半導体レーザ素子の製造方法。
6. 前記窒化物系半導体層を成長させる工程に先立って、前記成長用基板の主表面に凹部を形成する工程をさらに備え、
   前記窒化物系半導体層を成長させる工程は、前記成長用基板の前記凹部の一方の内側面を起点とした前記共振器面と、前記共振器面と対向する領域に前記凹部の他方の内側面を起点とした前記反射面とを成長させる工程を含む、請求項４または５に記載の窒化物系半導体レーザ素子の製造方法。
7. 前記成長用基板は、窒化物系半導体からなる、請求項４〜６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。
8. 前記成長用基板は、下地基板と、前記下地基板上に形成され、ＡｌＧａＮからなる下地層とを含み、
   前記下地基板および前記下地層の格子定数を、それぞれ、ｃ_１およびｃ_２とした場合、ｃ_１＞ｃ_２の関係を有し、
   前記共振器面および前記反射面は、それぞれ、前記下地層の（０００１）面と前記下地基板の主表面とに実質的に平行に延びるように形成されたクラックの内側面を起点として形成される、請求項４〜７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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