JPH11224969A

JPH11224969A - 窒化物半導体レーザ素子

Info

Publication number: JPH11224969A
Application number: JP15139298A
Authority: JP
Inventors: Toshio Matsushita; 俊雄松下
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 1997-12-05
Filing date: 1998-06-01
Publication date: 1999-08-17
Anticipated expiration: 2018-06-01
Also published as: JP3682827B2

Abstract

(57)【要約】【課題】ｎ導電側のコンタクト層やＧａＮ基板等のレ
ーザ導波路以外での光の伝播を抑制し、ファーフィール
ドパターン及びニヤーフィールドパターンが良好となる
窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法を提供するこ
とである。【解決手段】異種基板１上に異種基板１より屈折率が
大きい第１の窒化物半導体層１０１、第１の窒化物半導
体層より屈折率が小さい第２の窒化物半導体層１０２、
第２の窒化物半導体層１０２よりも屈折率が大きい活性
層１０３を順に積層してなる素子の第２の窒化物半導体
層１０２と異種基１板との間に光吸収層１０５を設け
る、あるいは異種基板１に光吸収性を持たせる。又Ｇａ
Ｎ基板に形成されたレーザ素子の素子構造を有していな
い面に光吸収膜を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、窒化物半導体（Ｉｎ_X
Ａｌ_YＧａ_1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）よりなる
レーザ素子に関し、特に出射されるレーザ光の集光性の
よいレーザ素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、窒化物半導体系のレーザダイオー
ド（ＬＤ）について、種々の研究開発が活発に行われ、
実用可能なＬＤも開発されている。

【０００３】本出願人は、窒化物半導体レーザ素子とし
て、波長が４１０ｎｍの短波長のレーザ光の連続発振の
可能な窒化物半導体レーザ素子を提案している。例え
ば、Ａｐｐｌ．Ｌｅｔｔ．６９（１９９６）３０３４、
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６９（１９９６）４０
５６などに記載されている。上記本出願人が提案した窒
化物半導体レーザ素子は、短波長のレーザ光を放射する
ことができるので、光メモリーの高密度化や大容量化に
とって大変有用である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記本
出願人が提案したＬＤは、活性層を挟んで形成されてい
る光閉じ込め層（クラッド層）での光の閉じ込めが完全
でないためにレーザ光の一部が漏れ出し、この漏れ出し
た光が基板として用いられているサファイア基板面で反
射し、クラッド層とサファイア基板の間に形成されてい
る窒化物半導体層（例えばコンタクト層）を導波しｎ導
電側の窒化物半導体層の端面から放射され、ファーフィ
ールドパターンやニアフィールドパターンを乱す傾向が
ある。このようなファーフィールドパターン等の乱れ
は、活性層を中心としたレーザ導波路の他に、ｎ導電側
のコンタクト層が低屈折率のサファイア基板と低屈折率
のｎ導電側のクラッド層に挟まれた導波路になっている
ために、ｎ導電側のコンタクト層に主レーザ導波路（主
導波路）から漏れ出した光がマルチモード伝播し、活性
層を中心としたレーザ導波路から放射されるレーザ光の
ファーフィールドパターンに重なるためである。つま
り、活性層付近は、主導波路であるのに対し、ｎ導電側
のコンタクト層を副導波路とした二階建て構造になって
いる。

【０００５】ちなみに窒化物半導体レーザ素子を構成す
る窒化物半導体層の屈折率は、大きい方から順に、Ｉｎ
ＧａＮ（例えば活性層）、ＧａＮ（例えばガイド層、コ
ンタクト層）、ＡｌＧａＮ（例えばクラッド層）、基板
（例えばサファイア、スピネル）である。つまり、クラ
ッド層と基板の間に比較的屈折率の大きいＧａＮからな
るコンタクト層等があると主導波路から漏れ出した光は
コンタクト層で導波され、ｎ側層端面から放射される。
このように主導波路から漏れ出した光は、屈折率の低い
サファイア基板があるとｎ側層を通過して基板から外部
に放散されることが少なく、ｎ側層端面から放射されフ
ァーフィールドパターンを乱す。また、基板がサファイ
ア以外の屈折率の低い材料であると、サファイアの場合
と同様の問題が生じる。また更に、ＧａＮ基板を用いる
場合も、レーザ導波路から漏れだした光はＧａＮ基板を
通過するが、ＧａＮ基板を通過した光はＧａＮ基板に接
する金属や空気によって反射され、ＧａＮ基板を副導波
路として導波しＧａＮ基板端面から放射される。その結
果、ファーフィールドパターンなどを乱す傾向がある。

【０００６】そこで、本発明の目的は、たとえ屈折率の
低いサファイアを基板として用いたとしても、ｎ導電側
のコンタクト層やＧａＮ基板等のレーザ導波路以外での
光の伝播を抑制し、ファーフィールドパターン及びニヤ
ーフィールドパターンが良好となる窒化物半導体レーザ
素子を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明の目的は以
下（１）〜（３）の構成によって達成することができ
る。（１）窒化物半導体と異なる異種基板上に、異種基板
より屈折率が大きい第１の窒化物半導体層と、その上に
第１の窒化物半導体層より屈折率が小さい第２の窒化物
半導体層と、その上に第２の窒化物半導体層よりも屈折
率が大きい活性層とが積層された構造を有する窒化物半
導体レーザ素子において、前記第２の窒化物半導体層と
異種基板との間に活性層を含むレーザ導波路から漏れ出
した光を吸収できる材料よりなる光吸収層が設けられて
いることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。（２）窒化物半導体と異なる異種基板上に、異種基板
より屈折率が大きい第１の窒化物半導体層と、その上に
第１の窒化物半導体層より屈折率が小さい第２の窒化物
半導体層と、その上に第２の窒化物半導体層よりも屈折
率が大きい活性層とが積層された構造を有する窒化物半
導体レーザ素子において、前記異種基板に活性層を含む
レーザ導波路から漏れ出した光を吸収できるような光吸
収性を持たせてなることを特徴とする窒化物半導体レー
ザ素子。（３）ＧａＮ基板上に活性層を有する素子構造を形成
してなる窒化物半導体レーザ素子において、前記素子構
造形成面と対向したＧａＮ基板の素子構造を有していな
い面に、活性層を含むレーザ導波路から漏れ出した光を
吸収できる光吸収膜を形成してなることを特徴とする窒
化物半導体レーザ素子。

【０００８】つまり、本発明は、活性層を中心とした主
レーザ導波路から漏れ出す光を吸収できる機能をレーザ
素子に設けることにより、レーザ導波路から漏れ出した
光が、第２の窒化物半導体層と異種基板との間にある第
１の窒化物半導体層（例えばコンタクト層）を導波する
のを、更にまたＧａＮ基板を導波するのを防止できる。
これにより、第１の窒化物半導体層等のｎ導電側の端
面、又はＧａＮ基板の端面から光が放射されるのを抑え
ることができ、良好なファーフィールドパターン等を得
ることができる。尚、本発明において異種基板、第１の
窒化物半導体層、第２の窒化物半導体層、活性層は接し
て形成されていなくてもよいことは言うまでもない。

【０００９】従来公知の赤色等のＬＤの場合、赤色等の
ＬＤのファーフィールドパターンは単峰性の楕円形をし
ている。このことは、従来公知の赤色ＬＤには、例えば
ｎ型ＧａＡｓ基板を用いており、このＧａＡｓ基板が光
を吸収するためレーザ導波路以外の端面から光が放射さ
れることがない。一方、窒化物半導体レーザ素子の場
合、基板にサファイアのような屈折率の小さい材料のも
のが用いられ、更に窒化物半導体は透明であるので光を
透過させてしまう。これによって、活性層付近の主導波
路以外の副導波路からの光が放射されレーザ光のファー
フィールドパターンを乱すと考えられる。

【００１０】これに対し、本発明者は、上記のように窒
化物半導体レーザ素子に光吸収可能な機能を設けること
で上記問題点を解決することができた。またこのような
本発明は、窒化物半導体レーザ素子の性能を劣化させる
ことなく、ファーフィールドパターン等を改善すること
ができるものである。

【００１１】まず本発明は、サファイアのような屈折率
の小さい異種基板を用いてレーザ素子を形成する場合
は、第２の窒化物半導体層と基板との間に光吸収層を設
ける、又は異種基板に光吸収性を持たせる、ことによっ
て従来の問題点を解決することができる。また、ＧａＮ
基板を用いてレーザ素子を形成する場合は、素子構造を
形成してある面とは反対側のＧａＮ基板面に光吸収膜を
設けることによって上記問題点を解決することができ
る。また、本発明において、第２の窒化物半導体層と基
板との間に光吸収層を設けること、基板に光吸収性を持
たせること、ＧａＮ基板に光吸収膜を設けることを組み
合わせて行ってもよい。

【００１２】本発明において、第１の窒化物半導体層
は、基板及び第２の窒化物半導体層より屈折率が大き
く、レーザ導波路から漏れ出した光が第１の窒化物半導
体層内で導波するような層であり、例えばコンタクト層
であり、１層以上及び１種以上の層であってもよい。本
発明において、第２の窒化物半導体層は、活性層の基板
側に形成され、活性層と第１の窒化物半導体層の屈折率
より小さい層であり、例えば、活性層で発光する光を閉
じ込めるためのクラッド層等が挙げられる。また第２の
窒化物半導体層は１種以上、１層以上であってもよい。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明は、窒化物半導体レーザ素
子にレーザ導波路から漏れ出した光を吸収できる機能を
持たせ、レーザ光のファーフィールドパターンなどが乱
れないようにしたものである。以下に、図１〜図８は窒
化物半導体レーザ素子に光吸収性を持たせた一実施の形
態を示す模式断面図、及び光吸収層としての保護膜を形
成する方法を段階的に示した一実施の形態を示す模式断
面図である。但し、本発明はこれに限定されない。

【００１４】図１には、異種基板１上に、少なくとも異
種基板１より屈折率が大きい第１の窒化物半導体層１０
１、第１の窒化物半導体層１０１より屈折率が小さい第
２の窒化物半導体層１０２、第２の窒化物半導体層１０
２より屈折率が大きい活性層を含むレーザ導波路１０
３、１層以上のｐ導電型の窒化物半導体層１０４を順に
積層してなる異種基板を有する窒化物半導体レーザ素子
の模式断面図である。更に図１の窒化物半導体レーザ素
子には、活性層を含むレーザ導波路１０３から漏れ出す
光を吸収できるように光吸収層１０５を形成し光吸収機
能を設けている。

【００１５】光を吸収できる機能としては、図１に示す
ように第２の窒化物半導体層１０２と異種基板１の間に
光吸収層（図１では光吸収層として後述の保護膜１０５
を示した）を形成すること、及び／又は異種基板１に吸
光性の不純物をドープする等して着色を行うこと等が挙
げられる。

【００１６】以下に光吸収機能として、第２の窒化物半
導体層１０２と異種基板１の間に光吸収層を形成するこ
とについて説明する。本発明において、光吸収層は、異
種基板１と第２の窒化物半導体層１０２の間であればい
ずれに形成されてもよい。光吸収層としては、レーザ素
子の性能を劣化させず、レーザ導波路から漏れ出した光
を吸収できる層であれば特に限定されない。例えば、窒
化物半導体の横方向の成長［Ｌａｔｅｒａｌｏｖｅｒ
ｇｒｏｗｔｈ（ＬＯＧ）、ラテラル成長］による低結
晶欠陥の窒化物半導体層（ＧａＮ下地層）を形成する際
に用いられる、保護膜１０５に光吸収機能を持たせる、
又は第２の窒化物半導体層１０２と異種基板１の間に光
吸収可能な半導体層を成長させること等が挙げられる。
本発明において、ラテラル成長方法としては、特に限定
されず、例えば後述する保護膜１０５を用いて行う方法
が挙げられる。保護膜１０５は、窒化物半導体が成長し
にくく、レーザ導波路から漏れ出す光を吸収できる材料
であればよい。

【００１７】本発明において、光吸収層が、光吸収可能
な半導体層である場合、レーザ素子の性能を劣化させな
いような光吸収可能な半導体層が好ましく、例えば光吸
収層として活性層と同じ様な組成を有するｎ導電側の窒
化物半導体層、又は素子構造を形成するｎ導電側層に光
を吸収できる様に新たな成分を加えてなる層などが挙げ
られる。

【００１８】本発明において、光吸収層が、窒化物半導
体の成長に用いられる保護膜１０５に光吸収機能を持た
せたものである場合について以下に説明する。本発明に
おいて、用いられる保護膜１０５としては、窒化物半導
体のラテラル成長方法に用いられる保護膜１０５があげ
られる。保護膜材料としては、保護膜１０５表面に窒化
物半導体が成長しないか若しくは成長しにくい性質を有
し且つ光吸収性を有する材料を用いる。ラテラル成長方
法に用いられる保護膜１０５としては、例えば酸化ケイ
素（ＳｉＯ_X）、窒化ケイ素（Ｓｉ_XＮ_Y）、酸化チタン
（ＴｉＯ_X）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_X）等の酸化
物、窒化物、またこれらの多層膜の他、１２００℃以上
の融点を有する金属等をあげることができる。これらの
保護膜材料は、窒化物半導体の成長温度６００℃〜１１
００℃の温度にも耐え、その表面に窒化物半導体が成長
しないか、成長しにくい性質を有している。但しこれら
すべての保護膜材料は、ラテラル成長に用いられる保護
膜として使用可能であるが、光吸収性を示さない材料と
光吸収性を示す材料がある。このように、光吸収性を示
さない材料を用いる場合は、光吸収性を示す保護膜材料
又は光吸収性を示すその他の材料と組み合わせて用いる
ことで、光を吸収できる保護膜となり得る。また、前記
保護膜材料は、レーザ導波路から漏れ出す光の波長など
に対応して適宜選択される。

【００１９】上記の保護膜材料の中で、例えば酸化チタ
ン（ＴｉＯ_X）は光吸収性を示す保護膜材料であり、保
護膜及び光吸収層として作用する。このような光吸収性
の保護膜材料を用いると、素子製造の工程が簡素化でき
る。また、上記の保護膜材料の中で光吸収性示さない材
料としては、例えば酸化ケイ素（ＳｉＯ_X）、窒化ケイ
素（Ｓｉ_XＮ_Y）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_X）等であ
る。このような光を吸収しない保護膜材料を用いる場合
は、上記のように単独で保護膜として用いることができ
ず、例えば図１に示すように異種基板１上（異種基板１
に接していてもいなくてもよい）に、光を吸収する材
料、例えば下記に示すＳｉを形成した上に酸化ケイ素
（ＳｉＯ_x）を形成するなど、図１に示すように２層構
造の保護膜１０５（光吸収層）とすることにより、活性
層を有するレーザ導波路１０３から漏れ出した光を吸収
することが可能となると共にラテラル成長方法での保護
膜としても機能する。光吸収性を示さない保護膜材料を
用いる場合に用いられる上記の光吸収性の保護膜材料以
外のその他の材料としては、素子の性能に悪影響を与え
ない様な光吸収性を有する材料を用いることができ、例
えばＳｉ等が挙げられる。

【００２０】本発明において、基板上に形成される保護
膜の膜厚は、ファーフィールドパターン等を乱すような
余分な光を吸収できる膜厚で且つ窒化物半導体の成長方
法において良好に窒化物半導体を成長できる膜厚が好ま
しい。保護膜の膜厚としては、例えば０．１〜１０μ
ｍ、好ましくは０．５〜８μｍ、より好ましくは１〜５
μｍである。保護膜の膜厚が、この範囲であると窒化物
半導体の成長が良好にできると共に、レーザ導波路から
漏れ出した光を良好に吸収できファーフィールドパター
ン等の乱れが防止できる。また光吸収性を示さない保護
膜材料と光吸収性を有する保護膜材料又はその他の材料
とを組み合わせて用いる場合は、光吸収性を有する材料
と光吸収性を示さない総膜厚が上記範囲であることが好
ましい。例えば、光吸収性を示す材料の膜厚は、０．３
〜１０μｍ、好ましくは０．４〜４μｍ、より好ましく
は０．５〜２μｍであり、この範囲であるとレーザ導波
路から漏れ出す光を良好に吸収できる。光吸収性を示さ
ない材料の膜厚は、１μｍ以下、好ましくは０．５μｍ
以下、より好ましくは０．２μｍ以下、更に好ましくは
０．１μｍ以下であり、下限は特に限定されないが、１
分子又は１原子の大きさ以上の厚さで保護膜上に窒化物
半導体が成長しないように光吸収性を有する材料の面上
に積層されていればよい。

【００２１】保護膜材料を窒化物半導体表面に形成する
には、例えば蒸着、スパッタ、ＣＶＤ等の気相製膜技術
を用いることができる。

【００２２】ラテラル成長方法としては特に限定されな
いが、以下に光吸収性を有する保護膜を用いた一実施の
形態を示す。ここで、本発明は、異種基板に光吸収性を
持たせ、この異種基板上に保護膜を形成して窒化物半導
体の横方向の成長を行っても良く、また異種基板が光吸
収性を示す場合は保護膜は光吸収性を有していなくても
良い。

【００２３】保護膜を用いた窒化物半導体のラテラル成
長方法の第１の方法として、窒化物半導体と異なる材料
よりなる異種基板の上に窒化物半導体を成長後、若しく
は成長前に、その窒化物半導体層表面、若しくは異種基
板の表面に、窒化物半導体が縦方向に成長しにくい性質
を有する保護膜を、例えばストライプ状、ドット状、碁
盤目状等の形状で形成し、その保護膜上に窒化物半導体
を横方向に成長させる方法である。第１の方法では保護
膜を形成するに際し、保護膜形成面積と、露出面積（窓
部）とを比較した場合、窓部の面積を少なくする方が、
結晶欠陥の少ない領域が多い厚膜の窒化物半導体層（下
地層）が得られる傾向にある。

【００２４】保護膜を用いた窒化物半導体の成長方法の
第２の方法として、異種基板上に成長させた窒化物半導
体表面に凹凸部を形成し、その凸部及び凹部の平面上に
前記保護膜を形成した後、側面に露出した窒化物半導体
より横方向の成長を行い、保護膜上部に互いに横方向に
成長した窒化物半導体を繋げる方法である。

【００２５】上記どちらの方法においても、前記保護膜
を形成することにより、異種基板と窒化物半導体との格
子定数不整、熱膨張係数差等の要因によって発生する窒
化物半導体の結晶欠陥を止めることができる。即ち、窒
化物半導体と異なる材料よりなる異種基板上部に形成さ
れ、かつ窒化物半導体が縦方向に成長しにくい性質を有
するストライプ状の保護膜上部に横方向に成長された窒
化物半導体は、成長初期に結晶欠陥の多い領域と、少な
い領域とを有している。これは、保護膜形成後、その保
護膜及び窓部（保護膜が形成されていない部分）の上に
再度窒化物半導体を成長させると、窓部の下にある窒化
物半導体から横方向に窒化物半導体の成長を促進させ
て、保護膜上部にまで窒化物半導体を成長させることに
よる。異種基板と窒化物半導体層との界面から発生した
結晶欠陥は、窓部上部において転位しやすい傾向にある
が、保護膜上部においてそのほとんどが厚さ方向に転位
しない。このようにして得られるＧａＮ下地層の結晶欠
陥は、例えば窓部上部では１×１０⁸個／cm²以上であ
り、例えば保護膜上部では１×１０⁷個／cm²以下とな
り、好ましい条件においては５×１０⁶個／cm²以下、さ
らに好ましい条件においては１×１０⁶個／cm²以下、最
も好ましい条件においては５×１０⁵個／cm²であること
が望ましい。

【００２６】例えばストライプ状の保護膜を形成した場
合、窒化物半導体の横方向の成長では、保護膜上におい
て両側（ストライプ幅方向）から成長してきて、例えば
ストライプ中央部で繋がる。このようにして形成された
ＧａＮ下地層は、成長初期における結晶欠陥の数が、窓
部上部とストライプ状の保護膜上部で著しく異なる。即
ち、このＧａＮ下地層は、成長初期における結晶欠陥の
多くが、窓部上部に発生したものとなる。例えば窓部上
部の結晶欠陥の数は１×１０⁸個／cm²以上あり、保護膜
上部では１×１０⁷個／cm²以下になる。結晶欠陥の少な
い好ましい数は前述したとおりである。この結晶欠陥
は、例えば窒化物半導体をドライエッチングした際、そ
のエッチング面に表出するエッチピットの数を計測する
ことにより測定できる。本発明の窒化物半導体レーザ素
子においては、保護膜を用いて行った場合、窓部、即ち
成長初期に結晶欠陥が多く、成長の途中で結晶欠陥の多
くが転位を中断した部分の上部にある活性層の面積を少
なくし、特にこの部分には発振領域を設けずに、結晶欠
陥の少ない領域上部にレーザ発振領域を設けることが好
ましい。

【００２７】図２乃至図４は、第１の方法により、窒化
物半導体を異なる異種基板上に保護膜を用いて窒化物半
導体の厚膜の層（ＧａＮ基板又はＧａＮ下地層）を作製
する際の、窒化物半導体ウェーハの構造を示す模式的な
断面図である。これらの図において、１は異種基板、２
は第１のＧａＮ層、３は第２のＧａＮ層、１１は保護膜
（２層構造の保護膜を図示している）を示しており、具
体的にＧａＮ下地層となるのは第２のＧａＮ層３であ
る。これらの図を元に光吸収性の保護膜を用いて行うＧ
ａＮ下地層の製法の一例を説明する。

【００２８】図２に示すように、異種基板１の表面に、
第１のＧａＮ層２を例えば１０μｍ以下の膜厚で成長さ
せる。この第１のＧａＮ層は基板に直接、あるいはバッ
ファ層を介して成長される層であり、結晶欠陥が全ての
断面において、例えば１×１０⁸個／cm²以上あるため、
ＧａＮ基板若しくはＧａＮ下地層とはなり得ない。異種
基板１は、後記されたサファイア等を用いる。また第１
のＧａＮ層２を成長させる前に、ＧａＮ、ＡｌＮ等の第
１のＧａＮ層の成長温度よりも低い低温成長バッファ層
を異種基板１の上に０．５μｍ以下の膜厚で成長させる
こともできる。

【００２９】次に第１のＧａＮ層２の上に窒化物半導体
が縦方向に成長しないか、若しくは成長しにくい性質を
有する保護膜１１を、例えばストライプ状に形成する。
ストライプ幅は、第１のＧａＮ層の露出部分、即ち保護
膜が形成されていない部分（窓部）よりも保護膜の面積
を大きくする方が、結晶欠陥の少ない第２のＧａＮ層３
が成長しやすく、またレーザ発振部分を設定するのに好
都合である。保護膜１１の材料としては、前記したもの
を用いる。保護膜の材料が光吸収性である場合は、その
保護膜材料を単層として形成する。一方、保護膜材料が
光吸収性を有していない場合は、光吸収性の保護膜材料
あるいは光吸収性を有する保護膜材料以外の材料を基板
上（基板に接していなくてもよい）に形成し、その上に
光吸収性を有していない保護膜材料を形成し図２に示す
ような２層構造の保護膜とする。例えば光吸収性を示さ
ない酸化ケイ素（ＳｉＯ_X）を保護膜材料として用いる
場合は、基板上に光吸収性を示す酸化チタン（Ｔｉ
Ｏ_X）又はＳｉ等を形成した上に酸化ケイ素（ＳｉＯ_X）
を形成し、図２のような２層構造の保護膜１１とする。
ここで本発明は、保護膜に光吸収性を持たせる場合、酸
化ケイ素（ＳｉＯ_X）は光を吸収できないので光吸収性
を有する保護膜の材料として単独では用いられない。し
かし、異種基板に光吸収性を持たせてこの基板上に保護
膜を形成して行う場合は、保護膜として光吸収性を有し
ていない酸化ケイ素（ＳｉＯ_X）を単独で用いても良い
し、また光吸収性を有している材料を用いても良い。

【００３０】図２では第１のＧａＮ層２の上にストライ
プ状の保護膜を形成し、そのストライプに対して垂直な
方向でウェーハを切断した際の部分的な断面図を示して
おり、結晶欠陥を第１のＧａＮ層２内部に示す細線でも
って模式的に示している。この図に示すように、第１の
ＧａＮ層２にはほぼ均一に無数の結晶欠陥が発生するの
でＧａＮ基板若しくはＧａＮ下地層とすることは不可能
である。この保護膜のストライプ幅は１μｍ以上、さら
に好ましくは２μｍ以上、最も好ましくは５μｍ以上に
調整する。１μｍよりも小さいと、結晶欠陥の少ない領
域が小さくなり、レーザ発振領域を結晶欠陥の少ない領
域の上に確保するのが難しくなる傾向にある。ストライ
プ幅の上限は特に限定しないが、通常は１００μｍ以下
に調整することが望ましい。

【００３１】保護膜１１を形成したウェーハの上にさら
に第２のＧａＮ層３を成長させる。図３に示すように、
保護膜１１を形成した第１のＧａＮ層２の上に、第２の
ＧａＮ層３を成長させると、最初は第１の保護膜１１の
上にはＧａＮ層が成長せず、窓部の第１のＧａＮ層２の
上に第２のＧａＮ層３が選択成長される。図３は、その
様子を示すものであり、成長初期段階において窓部に多
くＧａＮが成長して、第１の保護膜１１の上にほとんど
成長されないことを示している。

【００３２】しかし、第２のＧａＮ層３の成長を続ける
と、第２のＧａＮ層３が第１の保護膜１１の上において
横方向に成長して、隣接した第２のＧａＮ層３同士で繋
がって、図４に示すように、あたかも保護膜１１の上に
第２のＧａＮ層３が成長したかのような状態となる。こ
のように成長した第２のＧａＮ層３は、膜厚が厚くなる
に伴って結晶欠陥が減少する傾向にあり、表面に現れる
結晶欠陥（貫通転移）は、保護膜を設けない従来のもの
に比べ非常に少なくなる。しかし、第２のＧａＮ層３の
成長初期における窓部の上部と保護膜の上部の結晶欠陥
の数は著しく異なる。つまり、異種基板上部の第１の保
護膜１１が形成されていない部分（窓部）に成長されて
いる第２のＧａＮ層３の部分には、異種基板１とＧａＮ
層２との界面から結晶欠陥が転位し易い傾向にあるが、
保護膜１１の上部に成長されている第２のＧａＮ層３の
部分には、縦方向へ転位している結晶欠陥はほとんどな
い。図４において、基板から第１の窒化物半導体層の表
面に向かって示している複数の細線は図２、３と同じく
結晶欠陥を模式的に示している。つまり、窓部から成長
した結晶欠陥は、成長初期においてそのほとんどが第２
のＧａＮ層３の表面に向かって転位するが、第２のＧａ
Ｎ層３の成長を続けるうちに、表面方向に転位する結晶
欠陥の数が減少する傾向にあり、表面まで転位する結晶
欠陥が非常に少なくなる。従って、成長初期において窓
部上部にある結晶欠陥は１０⁸個／cm²以上と多いのに対
して、保護膜上部では１０⁷個／cm²以下と小さくなる。

【００３３】図５及び図６は、第２の方法によるＧａＮ
下地層の製法を示したものである。この方法は異種基板
上に、直接、あるいは低温成長バッファ層を介して成長
された第１のＧａＮ層２の表面に凹凸を設けている。そ
して図５に示すように凹凸部の平面部に保護膜１１、１
１’を形成して、さらに第２のＧａＮ層３を成長させる
と、図６に示すように端面に露出した第１のＧａＮ層２
から、第２のＧａＮ層が横方向に成長して保護膜１１’
上部で繋がった後、そこから上方に成長する。さらに、
第２のＧａＮ層は、保護膜１１上部で横方向に成長し、
繋がることで、ＧａＮ下地層３が形成されたと考えられ
る。第２の方法の場合、第２のＧａＮ層３は第１のＧａ
Ｎ層２の側面部から成長させるため、成長初期において
第１の方法のように、結晶欠陥の多い領域と少ない領域
とに明確に分かれず、また第１の方法に比べて、全体的
な結晶欠陥の数は少なくなる傾向にある。但し、以上述
べたＧａＮ下地層の製法は単なる例を示すものであっ
て、保護膜を用いた場合の本発明のレーザ素子のＧａＮ
下地層が以上の２つの製法により拘束されるものではな
い。保護膜１１及び１１’はどちらか一方が光吸収性を
示していればよく、好ましくは両方が光吸収性を示す。

【００３４】図７はさらに好ましいＧａＮ下地層の製法
を示したものであり、図４で示す第２のＧａＮ層３成長
後、第２のＧａＮ層３の成長初期における結晶欠陥の多
い領域（窓部）に対応する表面や、表面に現れた結晶欠
陥を覆うように第２の保護膜１２を形成し、さらにその
保護膜の上に横方向に第３のＧａＮ層４を成長させる。
こうすることにより、第２のＧａＮ層３の表面に現れた
結晶欠陥の更なる転位を防ぎ、さらに発光素子劣化の原
因となる活性層などへの結晶欠陥の再転位を防止でき、
加えて第２のＧａＮ層３よりもさらに結晶欠陥の少ない
ＧａＮ下地層が得られる。この時、第２の保護膜１２の
面積は、第１の保護膜１１の窓の面積よりも大きく、好
ましくは第１の保護膜の面積よりも大きくすることであ
る。また、保護膜１１及び１２はどちらか一方が光吸収
性を示していればよく、好ましくは両方が光吸収性を示
す。

【００３５】このように異種基板上に、窒化物半導体の
横方向の成長を利用して窒化物半導体を成長させる際
に、保護膜として光吸収性を有する保護膜を用いること
により、結晶欠陥の少ない窒化物半導体の下地層の上に
結晶欠陥の少ない素子構造が形成できることに加え、レ
ーザ導波路から漏れ出す光を保護膜が吸収できるので、
レーザ素子の性能を低下させることなく、ファーフィー
ルドパターン等を良好とすることが可能である。

【００３６】ここで、本発明に用いられる保護膜は、光
吸収性を持たせた異種基板上に保護膜を形成して窒化物
半導体のラテラル成長を行っても良く、このような場合
には保護膜は光吸収性を有していなくても良い。

【００３７】次に、光吸収層として、異種基板１にレー
ザ導波路から漏れ出した光を吸収できるような光吸収性
を持たせる場合について説明する。異種基板１に光吸収
性を持たせる方法として、異種基板１が光を吸収できよ
うな方法であればよく、例えば異種基板１に不純物を添
加して着色し光吸収性を持たせることが挙げられる。本
発明において、異種基板１としては、前記本発明の課題
に記載した問題点を引き起こす可能性のある屈折率が第
１の窒化物半導体層より低く、レーザ導波路から漏れ出
した光を吸収できない材料からなる異種基板１であり、
例えばＣ面、Ｒ面又はＡ面を主面とするサファイア、ス
ピネル（ＭｇＡ１₂Ｏ₄）のような絶縁性の基板、Ｚｎ
Ｓ、ＺｎＯ等である。窒化物半導体の異種基板として、
レーザ導波路から漏れ出した光を吸収できる材料、例え
ば色を有するものは、本発明の課題に記載した問題は生
じにくい。本発明はもともと屈折率の低い光吸収性を持
たない異種基板を用いた時に生じる問題を解決するのに
有効である。

【００３８】上記異種基板の材料の中に添加される不純
物は、異種基板となる物質の形成時に異種基板の材料と
共に用いられ、形成される異種基板内に取り込まれる。
不純物としては、異種基板に添加され異種基板が光を吸
収できる機能を有する様なものであればいずれでもよ
く、例えば金属（イオンを含む）、具体的にはクロム
（例えばＣｒ³⁺）、チタン等が挙げられる。またこれら
列記した不純物の添加量は、基板が光吸収性を示す程度
に添加されていればよく、具体的には、０．０１〜０．
１５重量％、好ましくは０．０３〜０．１０重量％、よ
り好ましくは０．０４〜０．０７重量％である。不純物
の添加量が上記範囲であると光を良好に吸収することが
できるので好ましい。

【００３９】次に、図８に示す窒化物半導体レーザ素子
の模式的断面図を用いて、ＧａＮよりなる基板（ＧａＮ
基板）２０１上に活性層を含む素子構造２０２を有する
窒化物半導体レーザ素子において、ＧａＮ基板２０１の
素子構造２０２を有していない面に活性層で発生し漏れ
出した光を吸収できる光吸収膜２０３を形成することに
ついて説明する。基板にＧａＮ基板２０１を用いると、
素子構造２０２を形成している半導体層と屈折率がＧａ
Ｎ基板の屈折率と同程度であるので、ＧａＮ基板２０１
をレーザ導波路から漏れ出した光が通過する。しかし、
素子構造２０２を有する面とは反対側のＧａＮ基板面
（以下、ＧａＮ基板の反対面とする）に接して設けられ
る金属（図示されていない）や空気によって、レーザ導
波路から漏れ出した光が反射され、ＧａＮ基板２０１を
導波してＧａＮ基板２０１の端面から放射されファーフ
ィールドパターンを乱す。これに対して、本発明は、Ｇ
ａＮ基板２０１の反対面にＧａＮ基板２０１を通過した
光を吸収できる光吸収膜２０３を形成することによって
問題を解決することができる。

【００４０】ＧａＮ基板２０１の反対面に形成される光
吸収膜２０３としては、少なくとも光を吸収できる材料
からなるものであればよく、有色膜及びＧａＮ基板より
屈折率の高い不透明膜などが好ましい。光吸収膜の材料
としては、例えば、ＧａＡｓ、ＳｉＣ、Ｓｉ、Ｔｉ
Ｏ₂、炭素等が挙げられる。光吸収膜２０３は、活性層
で発生する光により、その光を吸収し易い材料を適宜選
択して形成される。光吸収膜２０３を形成する方法は、
光吸収膜２０３の接着面とＧａＮ基板の接着面とを鏡面
として、それら鏡面同士を張り合わせた後、熱圧着する
いわゆるウェーハ接着の手法等が挙げられる。また光吸
収膜２０３の膜厚は、０．１μｍ以上、好ましくは０．
４μｍ以上であり、また光吸収膜２０３の膜厚の上限は
特に限定されないが、コスト面及び装置の大きさなどを
考慮して約１０μｍ以下であることが好ましい。光吸収
膜２０３の膜厚がこの範囲であると、活性層で発生し漏
れ出した光を良好に吸収でき、更に放熱性も良好であ
る。また、光吸収膜の材料によっては薄膜であっても色
を有している材料、ある程度の厚みを持たないと色を持
ちにくい材料があり、材料の種類によって適宜膜厚が調
整される。

【００４１】本発明において、ＧａＮ基板はどのような
方法で形成されてもよく、例えば上記異種基板上に保護
膜を形成して厚膜の窒化物半導体層を形成する方法を用
いて厚膜の窒化物半導体層を形成し、その後、異種基板
と保護膜を除去することにより得られる。ここで、素子
構造を有する面とは反対の面に光吸収膜を設けたＧａＮ
基板を形成する際に保護膜を用いる場合は、保護膜は光
吸収性を有していなくてもよい。従って、用いることの
できる保護膜は光吸収性を有する及び有しない材料から
適宜選択される。

【００４２】本発明において、光吸収性の機能を持たせ
た異種基板、第２の窒化物半導体層と異種基板との間に
形成した光吸収層、ＧａＮ基板の反対面に光吸収膜、を
有する窒化物半導体のレーザ素子となる窒化物半導体の
層構成は特に限定されず、いずれの層構成でもよく、素
子の形状も特に限定されない。またレーザ素子に形成さ
れる電極、電極の形成位置等、層構成以外のものも特に
限定されない。

【００４３】本発明の窒化物半導体素子を構成する層構
成として好ましくは、活性層に接して又は離れた位置に
超格子構造のクラッド層（ｎ導電側及びｐ導電側のクラ
ッド層を示す。また上記の第２の窒化物半導体層はｎ導
電側のクラッド層を示す）が形成されているものが挙げ
られる。超格子構造のクラッド層としては、バンドギャ
ップエネルギーの大きな窒化物半導体層と、バンドギャ
ップエネルギーの大きな窒化物半導体層よりもバンドギ
ャップエネルギーの小さな窒化物半導体層とが積層され
てなる超格子層を有し、バンドギャップエネルギーの大
きな窒化物半導体層とバンドギャップエネルギーの小さ
な窒化物半導体層とはｎ型不純物濃度が異なるものであ
る。

【００４４】また超格子層は、クラッド層以外の層に形
成されていてもよく、例えば発光素子、受光素子のよう
な光電変換素子であれば、基板に接して形成されたバッ
ファ層、ｎ電極が形成されるｎ側コンタクト層、キャリ
ア閉じ込めとしてのｎ側クラッド層、及び活性層の発光
を導波するｎ側光ガイド層等の内の少なくとも１種の層
に、また、ｐ層側に形成する場合についても、ｐ電極が
形成されるｐ側コンタクト層、キャリア閉じ込めとして
のｐ側クラッド層、及び活性層の発光を導波するｐ側光
ガイド層等の内の少なくとも１種の層に形成される。

【００４５】また、超格子層のｎ型不純物、若しくはｐ
型不純物は、バンドギャップエネルギーの大きな窒化物
半導体層側に多くドープされても、バンドギャップエネ
ルギーの小さな窒化物半導体層側に多くドープされても
よい。

【００４６】バンドギャップエネルギーの大きい窒化物
半導体層にｎ型不純物を多くドープする場合、バンドギ
ャップエネルギーの大きな窒化物半導体層のｎ型不純物
濃度が１×１０¹⁷／cm³〜１×１０²⁰／cm³の範囲にあ
り、バンドギャップエネルギーの小さい窒化物半導体層
のｎ型不純物濃度が１×１０¹⁹／cm³以下（但し、不純
物濃度はバンドギャップエネルギーの大きな窒化物半導
体＞バンドギャップエネルギーの小さな窒化物半導体の
関係にある。）である。なおバンドギャップエネルギー
が小さい窒化物半導体層は、好ましくは１×１０¹⁸／cm
³以下、さらに好ましくは１×１０¹⁷／cm³以下、最も好
ましくはアンドープ（undope）、即ち不純物を意図的に
ドープしない状態が最も望ましい。

【００４７】また、バンドギャップエネルギーが大きい
窒化物半導体層にｐ型不純物を多くドープする場合、バ
ンドギャップエネルギーの大きな窒化物半導体層のｐ型
不純物濃度が１×１０¹⁸／cm³〜１×１０²¹／cm³の範囲
にあり、バンドギャップエネルギーの小さい窒化物半導
体層のｐ型不純物濃度が１×１０²⁰／cm³以下（但し、
不純物濃度はバンドギャップエネルギーの大きな窒化物
半導体＞バンドギャップエネルギーの小さな窒化物半導
体の関係にある。）である。なおバンドギャップエネル
ギーが小さい窒化物半導体層は１×１０¹⁹／cm³以下、
さらに好ましくは１×１０¹⁸／cm³以下、最も好ましく
はアンドープ（undope）、即ち不純物を意図的にドープ
しない状態が最も望ましい。

【００４８】さらに、前記バンドギャップエネルギーの
大きな窒化物半導体層にドープされた不純物は、それぞ
れ厚さ方向に対し、半導体層中心部近傍の不純物濃度が
大きく、両端部近傍の不純物濃度が小さい。

【００４９】バンドギャップエネルギーの大きい窒化物
半導体層にｎ型不純物を少なくドープする場合、バンド
ギャップエネルギーの大きな窒化物半導体層のｎ型不純
物濃度が１×１０¹⁹／cm³以下であり、バンドギャップ
エネルギーの小さい窒化物半導体層のｎ型不純物濃度が
１×１０¹⁷／cm³〜１×１０²⁰／cm³の範囲である（但
し、不純物濃度はバンドギャップエネルギーの大きな窒
化物半導体＜バンドギャップエネルギーの小さな窒化物
半導体の関係にある。）。なおバンドギャップエネルギ
ーが大きい窒化物半導体層は、好ましくは１×１０¹⁸／
cm³以下、さらに好ましくは１×１０¹⁷／cm³以下、最も
好ましくはアンドープ（undope）、即ち不純物を意図的
にドープしない状態が最も望ましい。

【００５０】また、バンドギャップエネルギーが大きい
窒化物半導体層にｐ型不純物を少なくドープする場合、
バンドギャップエネルギーの大きな窒化物半導体層のｐ
型不純物濃度が１×１０²⁰／cm³以下であり、バンドギ
ャップエネルギーの小さな窒化物半導体層のｐ型不純物
濃度が１×１０¹⁸／cm³〜１×１０²¹／cm³の範囲である
（但し、不純物濃度はバンドギャップエネルギーの大き
な窒化物半導体＜バンドギャップエネルギーの小さな窒
化物半導体の関係にある。）。なおバンドギャップエネ
ルギーが大きい窒化物半導体層は１×１０¹⁹／cm³以
下、さらに好ましくは１×１０¹⁸／cm³以下、最も好ま
しくはアンドープ（undope）、即ち不純物を意図的にド
ープしない状態が最も望ましい。

【００５１】さらに、前記バンドギャップエネルギーの
小さな窒化物半導体層にドープされた不純物は、それぞ
れ厚さ方向に対し、半導体層中心部近傍の不純物濃度が
大きく、両端部近傍の不純物濃度が小さい。

【００５２】超格子層を構成するバンドギャップエネル
ギーの大きな窒化物半導体層、バンドギャップエネルギ
ーの小さな窒化物半導体層の膜厚は１００オングストロ
ーム以下、さらに好ましくは７０オングストローム以
下、最も好ましくは１０〜４０オングストロームの膜厚
に調整する。１００オングストロームよりも厚いと、バ
ンドギャップエネルギーの大きな窒化物半導体層及びバ
ンドギャップエネルギーの小さな窒化物半導体層が弾性
歪み限界以上の膜厚となり、膜中に微少なクラック、あ
るいは結晶欠陥が入りやすい傾向にある。バンドギャッ
プエネルギーの大きな窒化物半導体層、バンドギャップ
エネルギーの小さな窒化物半導体層の膜厚の下限は特に
限定せず、１原子層以上であればよいが、前記のように
１０オングストローム以上が最も好ましい。バンドギャ
ップエネルギーの大きな窒化物半導体層は少なくともＡ
ｌを含む窒化物半導体、好ましくはＡｌ_XＧａ_1-XＮ（０
＜X≦１）を成長させる方が望ましい。一方、バンドギ
ャップエネルギーの小さな窒化物半導体は、バンドギャ
ップエネルギーの大きな窒化物半導体よりもバンドギャ
ップエネルギーが小さい窒化物半導体であればどのよう
なものでも良いが、好ましくはＡｌ_YＧａ_1-YＮ（０≦Y
＜１、X＞Y）、Ｉｎ_ZＧａ_1-ZＮ（０≦Z＜１）のような
２元混晶、３元混晶の窒化物半導体が成長させやすく、
また結晶性の良いものが得られやすい。その中でも特に
好ましくはバンドギャップエネルギーの大きな窒化物半
導体は実質的にＩｎ、Ｇａを含まないＡｌ_XＧａ_1-XＮ
（０＜X＜１）とし、バンドギャップエネルギーの小さ
な窒化物半導体は実質的にＡｌを含まないＩｎ_ZＧａ_1-Z
Ｎ（０≦Z＜１）とし、中でも結晶性に優れた超格子を
得る目的で、Ａｌ混晶比(Y値）０．３以下のＡｌ_XＧａ
_1-XＮ（０＜X≦０．３）と、ＧａＮの組み合わせが最も
好ましい。

【００５３】光閉じ込め層、及びキャリア閉じ込め層と
してクラッド層を形成する場合、活性層の井戸層よりも
バンドギャップエネルギーの大きい窒化物半導体を成長
させる必要がある。バンドギャップエネルギーの大きな
窒化物半導体層とは、即ちＡｌ混晶比の高い窒化物半導
体である。従来ではＡｌ混晶比の高い窒化物半導体を厚
膜で成長させると、クラックが入りやすくなるため、結
晶成長が非常に難しかった。しかしながら本発明のよう
に超格子層にすると、超格子層を構成する単一層をＡｌ
混晶比の多少高い層としても、弾性臨界膜厚以下の膜厚
で成長させているのでクラックが入りにくい。そのた
め、Ａｌ混晶比の高い層を結晶性良く成長できることに
より、光閉じ込め、キャリア閉じ込め効果が高くなり、
閾値電圧を低下させることができる。

【００５４】またクラッド層のバンドギャップエネルギ
ーの大きな窒化物半導体層とバンドギャップエネルギー
の小さな窒化物半導体層との不純物濃度が異なる、いわ
ゆる変調ドープにすると、一方の層の不純物濃度を小さ
く、好ましくは不純物をドープしない状態（アンドー
プ）として、もう一方を高濃度にドープすると、閾値電
圧を低下させることができる。これは不純物濃度の低い
層を超格子層中に存在させることにより、その層の移動
度が大きくなり、また不純物濃度が高濃度の層も同時に
存在することにより、キャリア濃度が高いままで超格子
層が形成できることによる。つまり、不純物濃度が低い
移動度の高い層と、不純物濃度が高いキャリア濃度が大
きい層とが同時に存在することにより、キャリア濃度が
大きく、移動度も大きい層がクラッド層となるために、
閾値電圧が低下すると推察される。

【００５５】バンドギャップエネルギーの大きな窒化物
半導体層に高濃度に不純物をドープした場合、この変調
ドープにより高不純物濃度層と、低不純物濃度層との間
に二次元電子ガスができ、この二次元電子ガスの影響に
より抵抗率が低下すると推察される。例えば、ｎ型不純
物がドープされたバンドギャップの大きい窒化物半導体
層と、バンドギャップが小さいアンドープの窒化物半導
体層とを積層した超格子層では、ｎ型不純物を添加した
層と、アンドープの層とのヘテロ接合界面で、障壁層側
が空乏化し、バンドギャップの小さい層側の厚さ前後の
界面に電子（二次元電子ガス）が蓄積する。この二次元
電子ガスがバンドギャップの小さい側にできるので、電
子が走行するときに不純物による散乱を受けないため、
超格子の電子の移動度が高くなり、抵抗率が低下する。
またｐ層の場合、ＡｌＧａＮはＧａＮに比較して抵抗率
が高い。そこでＡｌＧａＮの方にｐ型不純物を多くドー
プすることにより抵抗率が低下するために、超格子層の
実質的な抵抗率が低下するので素子を作製した場合に、
閾値が低下する傾向にあると推察される。

【００５６】ｐ側クラッド層１７を超格子構造とする
と、超格子構造が発光素子に与える作用は、ｎ側クラッ
ド層１２の作用と同じであるが、さらにｎ層側に形成し
た場合に加えて次のような作用がある。即ち、ｐ型窒化
物半導体はｎ型窒化物半導体に比べて、通常抵抗率が２
桁以上高い。そのため超格子層をｐ層側に形成すること
により、閾値電圧の低下が顕著に現れる。詳しく説明す
ると窒化物半導体はｐ型結晶が非常に得られにくい半導
体であることが知られている。ｐ型結晶を得るためｐ型
不純物をドープした窒化物半導体層をアニーリングし
て、水素を除去する技術が知られている（特許第２５４
０７９１号）。しかしｐ型が得られたといってもその抵
抗率は数Ω・cm以上もある。そこで、このｐ型層を超格
子層とすることにより結晶性が良くなり、抵抗率が１桁
以上低下するため閾値電圧の低下が現れやすい。

【００５７】バンドギャップエネルギーの小さな窒化物
半導体層に高濃度に不純物をドープした場合、以下のよ
うな作用があると推察される。例えばＡｌＧａＮ層とＧ
ａＮ層にＭｇを同量でドープした場合、ＡｌＧａＮ層で
はＭｇのアクセプター準位の深さが大きく、活性化率が
小さい。一方、ＧａＮ層のアクセプター準位の深さはＡ
ｌＧａＮ層に比べて浅く、Ｍｇの活性化率は高い。例え
ばＭｇを１×１０²⁰／cm³ドープしてもＧａＮでは１×
１０¹⁸／cm³程度のキャリア濃度であるのに対し、Ａｌ
ＧａＮでは１×１０¹⁷／cm³程度のキャリア濃度しか得
られない。そこで、本発明ではＡｌＧａＮ／ＧａＮとで
超格子とし、高キャリア濃度が得られるＧａＮ層の方に
多く不純物をドープすることにより、高キャリア濃度の
超格子が得られるものである。しかも超格子としている
ため、トンネル効果でキャリアは不純物濃度の少ないＡ
ｌＧａＮ層を移動するため、実質的にキャリアはＡｌＧ
ａＮ層の作用は受けず、ＡｌＧａＮ層はバンドギャップ
エネルギーの高いクラッド層として作用する。従って、
バンドギャップエネルギーの小さな方の窒化物半導体層
に不純物を多くドープしても、レーザ素子の閾値を低下
させる上で非常に効果的である。なおこの説明はｐ型層
側に超格子を形成する例について説明したが、ｎ層側に
超格子を形成する場合においても、同様の効果がある。

【００５８】バンドギャップエネルギーが大きい窒化物
半導体層にｎ型不純物を多くドープする場合、バンドギ
ャップエネルギーの大きい窒化物半導体層への好ましい
ドープ量としては、１×１０¹⁷／cm³〜１×１０²⁰／c
m³、さらに好ましくは１×１０ ¹⁸／cm³〜５×１０¹⁹／c
m³の範囲に調整する。１×１０¹⁷／cm³よりも少ない
と、バンドギャップエネルギーの小さい窒化物半導体層
との差が少なくなって、キャリア濃度の大きい層が得ら
れにくい傾向にあり、また１×１０²⁰／cm³よりも多い
と、素子自体のリーク電流が多くなりやすい傾向にあ
る。一方、バンドギャップエネルギーの小さい窒化物半
導体層のｎ型不純物濃度は、バンドギャップエネルギー
の大きな窒化物半導体層よりも少なければ良く、好まし
くは１／１０以上少ない方が望ましい。最も好ましくは
アンドープとすると最も移動度の高い層が得られるが、
膜厚が薄いため、バンドギャップエネルギーの大きな窒
化物半導体側から拡散してくるｎ型不純物があり、その
量は１×１０¹⁹／cm³以下が望ましい。ｎ型不純物とし
てはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｓ、Ｏ等の周期律表第IVＢ族、
VIＢ族元素を選択し、好ましくはＳｉ、Ｇｅ、Ｓをｎ型
不純物とする。この作用は、バンドギャップエネルギー
が大きい窒化物半導体層にｎ型不純物を少なくドープし
て、バンドギャップエネルギーが小さい窒化物半導体層
にｎ型不純物を多くドープする場合も同様である。

【００５９】バンドギャップエネルギーの大きい窒化物
半導体層にｐ型不純物を多くドープする場合の好ましい
ドープ量としては１×１０¹⁸／cm³〜１×１０²¹／cm³、
さらに好ましくは１×１０¹⁹／cm³〜５×１０²⁰／cm³の
範囲に調整する。１×１０¹⁸／cm³よりも少ないと、同
様にバンドギャップエネルギーの小さい窒化物半導体層
との差が少なくなって、同様にキャリア濃度の大きい層
が得られにくい傾向にあり、また１×１０²¹／cm³より
も多いと、結晶性が悪くなる傾向にある。一方、バンド
ギャップエネルギーの小さい窒化物半導体層のｐ型不純
物濃度はバンドギャップエネルギーの大きい窒化物半導
体層よりも少なければ良く、好ましくは１／１０以上少
ない方が望ましい。最も好ましくはアンドープとすると
最も移動度の高い層が得られるが、膜厚が薄いため、バ
ンドギャップエネルギーの大きな窒化物半導体側から拡
散してくるｐ型不純物があり、その量は１×１０²⁰／cm
³以下が望ましい。ｐ型不純物としてはＭｇ、Ｚｎ、Ｃ
ａ、Ｂｅ等の周期律表第IIＡ族、IIＢ族元素を選択し、
好ましくはＭｇ、Ｃａ等をｐ型不純物とする。この作用
は、バンドギャップエネルギーが大きい窒化物半導体層
にｐ型不純物を少なくドープして、バンドギャップエネ
ルギーが小さい窒化物半導体層にｐ型不純物を多くドー
プする場合も同様である。

【００６０】さらにまた超格子を構成する窒化物半導体
層において、不純物が高濃度にドープされる層は、厚さ
方向に対し、半導体層中心部近傍の不純物濃度が大き
く、両端部近傍の不純物濃度が小さい（好ましくはアン
ドープ）とすることが望ましい。具体的に説明すると、
例えばｎ型不純物としてＳｉをドープしたＡｌＧａＮ
と、アンドープのＧａＮ層とで超格子層を形成した場
合、ＡｌＧａＮはＳｉをドープしているのでドナーとし
て電子を伝導帯に出すが、電子はポテンシャルの低いＧ
ａＮの伝導帯に落ちる。ＧａＮ結晶中にはドナー不純物
をドープしていないので、不純物によるキャリアの散乱
を受けない。そのため電子は容易にＧａＮ結晶中を動く
ことができ、実質的な電子の移動度が高くなる。これは
前述した二次元電子ガスの効果と類似しており、電子横
方向の実質的な移動度が高くなり、抵抗率が小さくな
る。さらに、バンドギャップエネルギーの大きいＡｌＧ
ａＮの中心領域にｎ型不純物を高濃度にドープすると効
果はさらに大きくなる。即ちＧａＮ中を移動する電子に
よっては、ＡｌＧａＮ中に含まれるｎ型不純物イオン
（この場合Ｓｉ）の散乱を多少とも受ける。しかしＡｌ
ＧａＮ層の厚さ方向に対して両端部をアンドープとする
とＳｉの散乱を受けにくくなるので、さらにアンドープ
ＧａＮ層の移動度が向上するのである。作用は若干異な
るが、ｐ層側の第１の窒化物半導体層と第２の窒化物半
導体層とで超格子を構成した場合も類似した効果があ
り、バンドギャップエネルギーの大きい窒化物半導体層
の中心領域に、ｐ型不純物を多くドープし、両端部を少
なくするか、あるいはアンドープとすることが望まし
い。一方、バンドギャップエネルギーの小さな窒化物半
導体層にｎ型不純物を多くドープした層を、前記不純物
濃度の構成とすることもできるが、バンドギャップエネ
ルギーの小さな方に不純物を多くドープした超格子で
は、その効果は少ない傾向にある。

【００６１】以上、ｎ側クラッド層、ｐ側クラッド層を
超格子層とすることについて説明したが、本発明では超
格子層は、この他、コンタクト層としてのｎ側バッファ
層、ｎ側光ガイド層、ｐ側キャップ層、ｐ側光ガイド
層、ｐ側コンタクト層等を超格子構造とすることができ
る。つまり活性層から離れた層、活性層に接した層、ど
の層でも超格子層とすることができる。特にｎ電極が形
成されるｎ側バッファ層を超格子とすると、前記ＨＥＭ
Ｔに類似した効果が現れやすい。

【００６２】超格子層からなるｎ側クラッド層と活性層
との間に、不純物（この場合ｎ型不純物）濃度が１×１
０¹⁹／cm³以下に調整されたｎ側光ガイド層が形成され
ていることが好ましい。好ましい不純物濃度は１×１０
¹⁸／cm³以下、さらに好ましくは１×１０¹⁷／cm³以下、
最も好ましくはアンドープとする。アンドープとして
も、ｎ型不純物が他の層から拡散してこの光ガイド層に
入ってくる可能性があるため、１×１０¹⁹／cm³を上限
とした。このｎ側光ガイド層はＩｎを含む窒化物半導
体、またはＧａＮで構成することが望ましい。

【００６３】また、超格子層からなるｐ側クラッド層と
活性層との間に、不純物（この場合ｐ型不純物）濃度が
１×１０¹⁹／cm³以下に調整されたｐ側光ガイド層が形
成されている。同様に好ましい不純物濃度は１×１０¹⁸
／cm³以下、最も好ましくはアンドープとする。窒化物
半導体の場合、アンドープとすると、通常ｎ導電性を示
すが、このｐ側ガイド層の場合、ｐ型不純物が他の層か
ら拡散してこのｐ側光ガイド層に入ってくる可能性もあ
り、導電型はｎ、ｐ等に限定しないで、ｐ側光ガイド層
という。このｐ側光ガイド層もＩｎを含む窒化物半導
体、またはＧａＮで構成することが望ましい。

【００６４】なぜ、活性層とクラッド層との間にアンド
ープの窒化物半導体を存在させることが好ましいのかは
次の通りである。即ち、窒化物半導体の場合、活性層の
発光は通常３８０〜５２０ｎｍ、特に４００〜４５０ｎ
ｍを目的として設計される。アンドープの窒化物半導体
はｎ型不純物、ｐ型不純物をドープした窒化物半導体に
比較して、前記波長の吸収率が低い。従って、アンドー
プの窒化物半導体を、発光する活性層と、光閉じ込め層
としてのクラッド層との間に挟むことにより、活性層の
発光を消衰させることが少ないので、低利得で発振する
レーザ素子が実現でき、閾値電圧が低下する。

【００６５】従って、好ましい組み合わせとしては、活
性層と離れた位置に不純物が変調ドープされた超格子構
造を有するクラッド層を有し、そのクラッド層と活性層
との間に、不純物濃度が低い、好ましくはアンドープの
ガイド層を有する発光素子である。

【００６６】また、ｐ側ガイド層と活性層との間に、活
性層の井戸層、及びｐ側ガイド層界面のバンドギャップ
エネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギーを有
する膜厚０．１μｍ以下の窒化物半導体よりなるｐ側キ
ャップ層が形成されており、そのｐ側キャップ層の不純
物濃度が１×１０¹⁸／cm³以上に調整されていることが
好ましい。このｐ側キャップ層の膜厚は０．１μｍ以
下、さらに好ましくは５００オングストローム以下、最
も好ましくは３００オングストローム以下に調整する。
０．１μｍより厚い膜厚で成長させると、ｐ側キャップ
層中にクラックが入りやすくなり、結晶性の良い窒化物
半導体層が成長しにくいからである。このようにバンド
ギャップエネルギーが大きな層を活性層に接して、０．
１μｍ以下の薄膜で形成することにより、発光素子のリ
ーク電流が少なくなる傾向にある。これはｎ層側から注
入された電子が、キャップ層のエネルギーバリアの障壁
により、活性層内に溜まり、電子と正孔との再結合の確
率が高くなるために素子自体の出力も向上する。また、
不純物濃度は１×１０¹⁸／cm³以上に調整する必要があ
る。このキャップ層はＡｌ混晶比の高い層であり、Ａｌ
混晶比の高い層は高抵抗になりやすい。このため不純物
をドープすることによりキャリア濃度を高くして抵抗率
を下げてやらないと、この層が高抵抗なｉ層のようにな
り、ｐ−ｉ−ｎ構造となって電流電圧特性が悪くなる傾
向にあるからである。なお、このｐ側にあるキャップ層
は、ｎ側に形成してもよい。ｎ側に形成する場合は、ｎ
型不純物をドープしてもしなくても良い。

【００６７】

【実施例】以下に本発明の一実施例を示すが、本発明は
これに限定されない。［実施例１］図９は本発明の実施例に係る窒化物半導体
レーザ素子の構造を示す斜視図である。以下、サファイ
ア基板上に、図２〜図４に示すように光吸収性の保護膜
を用いて厚膜の窒化物半導体層（ＧａＮ下地層）を形成
し、図９に示される窒化物半導体レーザ素子を作成する
場合について説明する。

【００６８】（ＧａＮの下地層）２インチφ、Ｃ面を主
面とするサファイア基板１を反応容器内にセットし、５
００℃にてサファイア基板１の上にＧａＮよりなるバッ
ファ層を２００オングストロームの膜厚で成長させた
後、温度を１０５０℃にしてＧａＮよりなる第１のＧａ
Ｎ層２を５μｍ膜厚で成長させる。この第１のＧａＮ層
はＡｌ混晶比X値が０．５以下のＡｌ_XＧａ_1-XＮ（０≦X
≦０．５）を成長させることが望ましい。０．５を超え
ると、結晶欠陥というよりも結晶自体にクラックが入り
やすくなってしまうため、結晶成長自体が困難になる傾
向にある。また膜厚はバッファ層よりも厚い膜厚で成長
させて、１０μｍ以下の膜厚に調整することが望まし
い。なお図２においてバッファ層は特に図示していな
い。

【００６９】第１のＧａＮ層２成長後、ウェーハを反応
容器から取り出し、第１のＧａＮ層２の表面に、ストラ
イプ状のフォトマスクを形成し、ＣＶＤ装置によりスト
ライプ幅２０μｍ、ストライプ間隔（窓部）５μｍとな
るようにＳｉを１μｍの膜厚で形成した上にＳｉＯ₂を
０．１μｍの膜厚で形成してなる外見状が２層構造の保
護膜１１を形成する。図２はストライプの長軸方向に垂
直な方向で切断した際の部分的なウェーハの構造を示す
模式断面図である。

【００７０】保護膜１１形成後、ウェーハを再度反応容
器内にセットし、１０５０℃で、Ｓｉを１×１０¹⁸／cm
³ドープしたＧａＮよりなる第２のＧａＮ層３を６μｍ
の膜厚で成長させる（図３、図４）。第２のＧａＮ層３
の好ましい成長膜厚は、先に形成した保護膜１１の膜
厚、大きさによっても異なるが、保護膜１１の表面を覆
うように第２のＧａＮ層３を成長させる。保護膜１１の
大きさは特に限定しないが、保護膜１１の面積を窓部の
面積よりも大きくする方が結晶欠陥の少ないＧａＮ基板
を得る上で非常に好ましい。

【００７１】（窒化物半導体レーザ素子の層構成）図９
に示されているように上記の第２のＧａＮ層３をＧａＮ
下地層５０として下記の各層を成長させる。

【００７２】（第２のバッファ層７１）ＧａＮ下地層５
０を主面とするウェーハを反応容器内にセットし、１０
５０℃でこのＧａＮ下地層５０上にＳｉを１×１０¹⁸／
cm³ドープしたＧａＮよりなる第２のバッファ層７１を
４μｍの膜厚で成長させる。第２のバッファ層７１は９
００℃以上の高温で成長させる窒化物半導体単結晶層で
あり、従来より成長される基板と窒化物半導体との格子
不整合を緩和するため、次に成長させる窒化物半導体よ
りも低温で成長させるバッファ層とは区別される。バッ
ファ層の膜厚は２〜６μｍが好ましい。膜厚がこの範囲
であるとバッファ層の結晶性や放熱性の点で好ましい。
レーザ素子を作製する場合、この第２のバッファ層７１
は膜厚１００オングストローム以下、さらに好ましくは
７０オングストローム以下、最も好ましくは５０オング
ストローム以下の互いに組成が異なる窒化物半導体を積
層してなる歪超格子層とすることが好ましい。歪超格子
層とすると、単一窒化物半導体層の結晶性が良くなるた
め、高出力なレーザ素子が実現できる。

【００７３】（クラック防止層７２）次にＳｉを５×１
０¹⁸／cm³ドープしたＩｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎよりなるクラッ
ク防止層４２を５００オングストロームの膜厚で成長さ
せる。このクラック防止層７２はＩｎを含むｎ型の窒化
物半導体、好ましくはＩｎＧａＮで成長させることによ
り、Ａｌを含む窒化物半導体層中にクラックが入るのを
防止することができる。クラック防止層は１００オング
ストローム以上、０．５μｍ以下の膜厚で成長させるこ
とが好ましい。１００オングストロームよりも薄いと前
記のようにクラック防止として作用しにくく、０．５μ
ｍよりも厚いと、結晶自体が黒変する傾向にある。な
お、このクラック防止層７２は省略することもできる。

【００７４】（ｎ側クラッド層７３）次に、Ｓｉを５×
１０¹⁸／cm³ドープしたｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎよりなる
第１の層、２０オングストロームと、アンドープ（undo
pe）のＧａＮよりなる第２の層、２０オングストローム
とを交互に１００層積層してなる総膜厚０．４μｍの超
格子構造とする。ｎ側クラッド層７３はキャリア閉じ込
め層、及び光閉じ込め層として作用し、Ａｌを含む窒化
物半導体、好ましくはＡｌＧａＮを含む超格子層とする
ことが望ましく、超格子層全体の膜厚を１００オングス
トローム以上、２μｍ以下、さらに好ましくは５００オ
ングストローム以上、１μｍ以下で成長させることが望
ましい。超格子層にするとクラックのない結晶性の良い
キャリア閉じ込め層が形成できる。なお超格子層とする
場合、互いにバンドギャップエネルギーの異なる窒化物
半導体層を積層して、いずれか一方の不純物濃度を大き
く、もう一方を小さくするようにして変調ドープを行う
と、閾値が低下しやすい傾向にある。

【００７５】（ｎ側光ガイド層７４）続いて、Ｓｉを５
×１０¹⁸／cm³ドープしたｎ型ＧａＮよりなるｎ側光ガ
イド層７４を０．１μｍの膜厚で成長させる。このｎ側
光ガイド層７４は、活性層の光ガイド層として作用し、
ＧａＮ、ＩｎＧａＮを成長させることが望ましく、通常
１００オングストローム〜５μｍ、さらに好ましくは２
００オングストローム〜１μｍの膜厚で成長させること
が望ましい。このｎ側光ガイド層７４は通常はＳｉ、Ｇ
ｅ等のｎ型不純物をドープしてｎ型の導電型とするが、
特にアンドープにすることもできる。超格子とする場合
には第１の層及び第２の層の少なくとも一方にｎ型不純
物をドープしてもよいし、またアンドープでも良い。

【００７６】（活性層７５）次に、アンドープのＩｎ
_0.2Ｇａ_0.8Ｎよりなる井戸層、２５オングストローム
と、アンドープＩｎ_0.01Ｇａ_0.99Ｎよりなる障壁層、５
０オングストロームを交互に積層してなる総膜厚１７５
オングストロームの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性
層７５を成長させる。

【００７７】（ｐ側キャップ層７６）次に、バンドギャ
ップエネルギーがｐ側光ガイド層７７よりも大きく、か
つ活性層７５よりも大きい、Ｍｇを１×１０²⁰／cm³ド
ープしたｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎよりなるｐ側キャップ層
７６を３００オングストロームの膜厚で成長させる。こ
のｐ側キャップ層７６はｐ型としたが、膜厚が薄いた
め、ｎ型不純物をドープしてキャリアが補償されたｉ
型、若しくはアンドープとしても良く、最も好ましくは
ｐ型不純物をドープした層とする。ｐ側キャップ層７６
の膜厚は０．１μｍ以下、さらに好ましくは５００オン
グストローム以下、最も好ましくは３００オングストロ
ーム以下に調整する。０．１μｍより厚い膜厚で成長さ
せると、ｐ側キャップ層７６中にクラックが入りやすく
なり、結晶性の良い窒化物半導体層が成長しにくいから
である。Ａｌの組成比が大きいＡｌＧａＮ程薄く形成す
るとＬＤ素子は発振しやすくなる。例えば、Y値が０．
２以上のＡｌ_YＧａ_1-YＮであれば５００オングストロー
ム以下に調整することが望ましい。ｐ側キャップ層７６
の膜厚の下限は特に限定しないが、１０オングストロー
ム以上の膜厚で形成することが望ましい。

【００７８】（ｐ側光ガイド層７７）次に、バンドギャ
ップエネルギーがｐ側キャップ層７６より小さい、Ｍｇ
を１×１０²⁰／cm³ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側
光ガイド層７７を０．１μｍの膜厚で成長させる。この
層は、活性層の光ガイド層として作用し、ｎ側光ガイド
層４４と同じくＧａＮ、ＩｎＧａＮで成長させることが
望ましい。また、この層はｐ側クラッド層７８を成長さ
せる際のバッファ層としても作用し、１００オングスト
ローム〜５μｍ、さらに好ましくは２００オングストロ
ーム〜１μｍの膜厚で成長させることにより、好ましい
光ガイド層として作用する。このｐ側光ガイド層は通常
はＭｇ等のｐ型不純物をドープしてｐ型の導電型とする
が、特に不純物をドープしなくても良い。なお、このｐ
側光ガイド層を超格子層とすることもできる。超格子層
とする場合には第１の層及び第２の層の少なくとも一方
にｐ型不純物をドープしてもよいし、またアンドープで
も良い。

【００７９】（ｐ側クラッド層７８）次に、Ｍｇを１×
１０²⁰／cm³ドープしたｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎよりなる
第１の層、２０オングストロームと、Ｍｇを１×１０²⁰
／cm³ドープしたｐ型ＧａＮよりなる第２の層、２０オ
ングストロームとを交互に積層してなる総膜厚０．４μ
ｍの超格子層よりなるｐ側クラッド層７８を成長させ
る。この層はｎ側クラッド層７３と同じくキャリア閉じ
込め層として作用し、超格子構造とすることによりｐ型
層側の抵抗率を低下させるための層として作用する。こ
のｐ側クラッド層７８の膜厚も特に限定しないが、１０
０オングストローム以上、２μｍ以下、さらに好ましく
は５００オングストローム以上、１μｍ以下で成長させ
ることが望ましい。特に超格子構造を有する窒化物半導
体層をクラッド層とする場合、ｐ層側に超格子層を設け
る方が、閾値電流を低下させる上で、効果が大きい。な
おｎ側クラッド層と同じく、超格子層とする場合、互い
にバンドギャップエネルギーの異なる窒化物半導体層を
積層して、いずれか一方の不純物濃度を大きく、もう一
方を小さくするようにして変調ドープを行うと、閾値が
低下しやすい傾向にある。

【００８０】量子構造の井戸層を有する活性層を有する
ダブルへテロ構造の窒化物半導体素子の場合、活性層に
接して、活性層よりもバンドギャップエネルギーが大き
い膜厚０．１μｍ以下のＡｌを含む窒化物半導体よりな
るキャップ層を設け、そのキャップ層よりも活性層から
離れた位置に、キャップ層よりもバンドギャップエネル
ギーが小さいｐ側光ガイド層を設け、そのｐ側光ガイド
層よりも活性層から離れた位置に、ｐ側光ガイド層より
もバンドギャップが大きいＡｌを含む窒化物半導体を含
む超格子層よりなるｐ側クラッド層を設けることは非常
に好ましい。しかもｐ側キャップ層のバンドギャップエ
ネルギーが大きくしてあるため、ｎ層から注入された電
子がこのキャップ層で阻止されるため、電子が活性層を
オーバーフローしないために、素子のリーク電流が少な
くなる。

【００８１】（ｐ側コンタクト層７９）最後に、Ｍｇを
２×１０²⁰／cm³ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側コ
ンタクト層７９を１５０オングストロームの膜厚で成長
させる。ｐ側コンタクト層は５００オングストローム以
下、さらに好ましくは４００オングストローム以下、２
０オングストローム以上に膜厚を調整すると、ｐ層抵抗
が小さくなるため閾値における電圧を低下させる上で有
利である。

【００８２】反応終了後、反応容器内において、ウェー
ハを窒素雰囲気中、７００℃でアニーリングを行い、ｐ
層をさらに低抵抗化する。アニーリング後、ウェーハを
反応容器から取り出し、図９に示すように、ＲＩＥ装置
により最上層のｐ側コンタクト層７９と、ｐ側クラッド
層７８とをエッチングして、４μｍのストライプ幅を有
するリッジ形状とする。リッジ形成位置は保護膜のスト
ライプと平行方向に形成し、ＧａＮ下地層にあるストラ
イプ状の結晶欠陥の多い領域をはずす。

【００８３】つまり、幅２０μｍ、窓部５μｍの保護膜
上に形成されたＧａＮ層は、窓部に成長初期に結晶欠陥
の多い領域を有しており、前記リッジが、この領域にか
からないように、即ちストライプ状の保護膜の直上部に
位置するように設計する。このように設計することによ
り、ストライプ状のリッジ下部に存在する活性層がレー
ザ発振領域に相当するため、レーザ発振領域が、結晶欠
陥の多い領域にかからないようにできる。図９の素子で
はリッジを設けて、発光をリッジ下部の活性層に集中さ
せてレーザ発振領域を作製する手法を採用したが、この
他に、例えばｐ層最上層に、絶縁層を形成して電流狭窄
できるような細いストライプ幅の電極を設ける手法、窒
化物半導体層中に、電流狭窄層を形成する手法等によっ
ても、活性層にレーザ発振領域を設けることもできる。
このような場合も同様に、結晶欠陥の多い領域上部にあ
る活性層をレーザ発振領域からずらすようにする。

【００８４】リッジ形成後、図９に示すように、リッジ
ストライプを中心として、そのリッジストライプの両側
に露出したｐ側クラッド層７７をエッチングして、ｎ電
極８２を形成すべきｎ側クラッド層７１の表面を露出さ
せる。なおｎ電極８２を形成する面は、図９に示すよう
にｎ側クラッド層７１の表面でもよいし、またＧａＮ下
地層５０の表面でもよいが、キャリア濃度の大きい方の
ｎ型窒化物半導体層面を露出させることが望ましい。

【００８５】次にリッジ表面の全面にＮｉ／Ａｕよりな
るｐ電極８０を形成する。次に、図９に示すようにｐ電
極８０を除くｐ側クラッド層７８、ｐ側コンタクト層７
９の表面にＳｉＯ₂よりなる絶縁膜８３を形成し、この
絶縁膜８３を介してｐ電極８０と電気的に接続したｐパ
ッド電極８１を形成する。一方、先ほど露出させたｎ側
クラッド層７１の表面にはＷとＡｌよりなるｎ電極８２
を形成する。

【００８６】電極形成後、ウェーハのサファイア基板の
み研磨して５０μｍ厚とした後、ストライプ状のｐ電極
８０、ｎ電極８２のストライプに垂直な方向でサファイ
ア基板１を劈開して、活性層の劈開面を共振面とする。
劈開後のレーザ素子形状を図９に示している。このよう
に同一面側にｎ電極と、ｐ電極とを設けるレーザ素子の
構造において、結晶欠陥が少ない領域と、結晶欠陥が多
い領域とを有する窒化物半導体よりなる下地層上部に活
性層を有する場合、ｎ電極を設ける活性層を含まない窒
化物半導体層の露出面積を、活性層を有する側の活性層
面積よりも多くすることにより、熱が集中する活性層が
結晶欠陥により破壊されることが少ないため信頼性が高
く長寿命な素子が実現できる。なおこのレーザ素子を室
温でレーザ発振させたところ、閾値電流密度２．０ｋＡ
／cm²、閾値電圧４．０Ｖで、発振波長４０５ｎｍの連
続発振が確認され、１０００時間以上の寿命を示し、更
に保護膜が光吸収性であるので、レーザ導波路以外から
の光がレーザ光のファーフィールドパターン及びニアフ
ィールドパターンを乱すことがなく、良好なレーザ光が
得られた。

【００８７】［実施例２］実施例１において、保護膜を
用いてＧａＮ下地層５０を形成せずに、サファイア基板
１にクロムイオン（Ｃｒ³⁺）を０．０５重量％添加して
基板に光吸収性を持たせ、この基板上に、温度を５１０
℃としてキャリアガスに水素、原料ガスにアンモニア
（ＮＨ₃）とＴＭＧ（トリメチルガリウム）とを用い、
ＧａＮよりなるバッファ層を約２００オングストローム
の膜厚で成長させ、続いて、実施例１と同様にして第２
のバッファ層７１から順に積層形成し窒化物半導体レー
ザ素子を得た。得られたレーザ素子を室温でレーザ発振
させたところ、実施例１とほぼ同様に良好な連続発振が
確認され、更にレーザ光のファーフィールドパターン及
びニアフィールドパターンが良好であった。

【００８８】［実施例３］実施例３は図１０に示すよう
にＧａＮ基板を用いた窒化物半導体レーザ素子を作成し
て行った。実施例３は、実施例１でサファイア基板上に
保護膜を形成し、更に厚膜の窒化物半導体層を形成して
得られた第２のＧａＮ層３をＧａＮ基板（ＧａＮ下地層
５０）として行った。このＧａＮ下地層５０上に、実施
例１と同様に、レーザ素子構造の各層を積層させ、ｐ側
コンタクト層７９とｐ側クラッド層７８とをエッチング
してリッジを形成し、このリッジ表面の全面にｐ電極８
０を形成し、続いて絶縁膜８３及びｐパッド電極８１を
それぞれ図１０のように形成する。その後、ウェーハの
サファイア基板１から保護膜１１とＧａＮ下地層５０の
一部を研磨、除去し、ＧａＮ下地層５０の表面を露出さ
せる。露出されたＧａＮ下地層５０を鏡面状にし、その
鏡面全面に、接着面を鏡面状にした膜厚３μｍのＳｉか
らなる光吸収膜２０３をウェーハ接着により接合する。
更に、その光吸収膜２０３表面にＷ／Ａｌよりなるｎ電
極８２を０．５μｍの膜厚で形成し、その後、ストライ
プ状のｐ電極８０に垂直な方向でＧａＮ下地層５０を劈
開して劈開面を共振面とする。劈開後のレーザ素子形状
を図１０に示す。得られたレーザ素子は実施例１と同様
に良好な連続発振をし、更にファーフィールドパターン
等も良好であった。尚、ｎ電極８２は図９に示すように
第２のバッファ層７１に形成することも可能である。

【００８９】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように、素子構
造中に光吸収層を形成すること、基板を光吸収性にする
こと、ＧａＮ基板の素子構造形成面の反対面に光吸収膜
を形成することにより、長寿命で信頼性が高いレーザ素
子などの性能を阻害することなく、レーザ導波路以外の
光が放射されるのを防止でき、ファーフィールドパター
ン及びニアフィールドパターンの乱れが防止でき、レー
ザ光が良好となる窒化物半導体レーザ素子を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の窒化物半導体レーザ素子構造を示す一
実施の形態であるＬＤ素子の模式断面図である。

【図２】保護膜を用いてＧａＮ下地層を作製し得られる
窒化物半導体ウェーハの一構造を示す模式断面図であ
る。

【図３】保護膜を用いてＧａＮ下地層を作製し得られる
窒化物半導体ウェーハの一構造を示す模式断面図であ
る。

【図４】保護膜を用いてＧａＮ下地層を作製し得られる
窒化物半導体ウェーハの一構造を示す模式断面図であ
る。

【図５】保護膜を用いてＧａＮ下地層を作製し得られる
窒化物半導体ウェーハの一構造を示す模式断面図であ
る。

【図６】保護膜を用いてＧａＮ下地層を作製し得られる
窒化物半導体ウェーハの一構造を示す模式断面図であ
る。

【図７】保護膜を用いてＧａＮ下地層を作製し得られる
窒化物半導体ウェーハの一構造を示す模式断面図であ
る。

【図８】本発明の窒化物半導体レーザ素子構造を示す一
実施の形態であるＬＤ素子の模式断面図である。

【図９】本発明の一実施形態のＬＤ素子の構造を示す模
式断面図である。

【図１０】本発明の一実施形態のＬＤ素子の構造を示す
模式断面図である。

【符号の説明】

１・・・異種基板２・・・第１のＧａＮ層３・・・第２のＧａＮ層１１、１１’・・・保護膜５０・・・ＧａＮ下地層７１・・・第２のバッファ層７２・・・クラック防止層７３・・・ｎ側クラッド層７４・・・ｎ側光ガイド層７５・・・活性層７６・・・ｐ側キャップ層７７・・・ｐ側光ガイド層７８・・・ｐ側クラッド層７９・・・ｐ側コンタクト層１０１・・・第１の窒化物半導体層１０２・・・第２の窒化物半導体層１０３・・・活性層を含むレーザ導波路１０４・・・ｐ導電側の窒化物半導体層１０５・・・保護膜（光吸収層）２０１・・・ＧａＮ基板２０２・・・素子構造２０３・・・光吸収膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】窒化物半導体と異なる異種基板上に、異
種基板より屈折率が大きい第１の窒化物半導体層と、そ
の上に第１の窒化物半導体層より屈折率が小さい第２の
窒化物半導体層と、その上に第２の窒化物半導体層より
も屈折率が大きい活性層とが積層された構造を有する窒
化物半導体レーザ素子において、前記第２の窒化物半導
体層と異種基板との間に活性層を含むレーザ導波路から
漏れ出した光を吸収できる材料よりなる光吸収層が設け
られていることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
【請求項２】窒化物半導体と異なる異種基板上に、異
種基板より屈折率が大きい第１の窒化物半導体層と、そ
の上に第１の窒化物半導体層より屈折率が小さい第２の
窒化物半導体層と、その上に第２の窒化物半導体層より
も屈折率が大きい活性層とが積層された構造を有する窒
化物半導体レーザ素子において、前記異種基板に活性層
を含むレーザ導波路から漏れ出した光を吸収できるよう
な光吸収性を持たせてなることを特徴とする窒化物半導
体レーザ素子。
【請求項３】ＧａＮ基板上に活性層を有する素子構造
を形成してなる窒化物半導体レーザ素子において、前記
素子構造形成面と対向したＧａＮ基板の素子構造を有し
ていない面に、活性層を含むレーザ導波路から漏れ出し
た光を吸収できる光吸収膜を形成してなることを特徴と
する窒化物半導体レーザ素子。