JP2009071127A - 窒化物半導体レーザ素子 - Google Patents

Abstract

【課題】窒化物半導体レーザ素子における内部電界を最小限に止め、高い発光効率を有する長波長の窒化物半導体レーザ素子を実現することを目的とする。
【解決手段】Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（０＜ｘ≦１）からなる層を含む窒化物半導体層と、該窒化物半導体層上に形成されたＩｎ_yＧａ_1-yＮ（０＜ｙ≦１）からなる層を含む活性層とを備える窒化物半導体レーザ素子であって、前記窒化物半導体層の成長面が、Ｃ面｛０００１｝とのなす角度がθである面を含み、かつ前記窒化物半導体層及び活性層が、 ｘ＞（5.3049−0.09971θ＋0.0005496θ²）ｙ＋（−0.74714＋0.01998θ−0.00012855θ²)を満足する組成である窒化物半導体レーザ素子。
【選択図】なし

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、窒化物半導体層の歪及び偏光を利用した窒化物半導体レーザ素子に関する。

窒化物半導体レーザ素子は、エレクトロニクス、オプトエレクトロニクス等の多くの分野で広く使用されている。特に、III−Ｖ族窒化物系半導体材料（例えば、Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１））からなる窒化物半導体レーザ素子は、高出力化が実現され、光ディスクへの高速書き込み、レーザディスプレイへの応用等、新たな技術分野に実用されている。

このような窒化物半導体レーザ素子は、ｎ型ＧａＮ基板のＣ面（０００１）上に、ｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層、ｎ型ＧａＮからなる光ガイド層、ＩｎＧａＮを含む量子井戸構造からなる活性層、アンドープＧａＮキャップ層、ｐ型ＧａＮからなる光ガイド層、ｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層、絶縁層等が順次積層され、ｐ型クラッド層表面にリッジストライプ構造が形成されている。リッジストライプ構造によって、利得分布により導波モードが形成され、注入される電流の増加に伴って活性層内のキャリア密度が上昇し、その値がしきい値に達するとレーザ発振が得られる。

しかし、ＧａＮ基板のＣ面上にＩｎＧａＮ活性層を形成すると、ＧａＮとＩｎＧａＮとの格子定数が異なるため、結晶構造に歪みが生じ、内部電界、つまりピエゾ電界を発生させ、バンド構造が変化するため、電子と正孔の再結合効率が下がり、結果として半導体レーザの外部量子効率を低下させる一因となる。この現象は、長波長（例えば、青緑色〜緑色の波長）の窒化物半導体レーザ素子を作製する上で特に顕著に現れる。

内部電界はＣ軸方向に沿って発生することから、ＧａＮ基板上に成長させる窒化物半導体層の成長軸をＣ軸方向から傾いた方向に設定すれば、成長軸方向へ及ぼす内部電界の影響を弱めることができることが知られている（非特許文献１及び２）。
そこで、ＧａＮ結晶のＣ面に垂直なＡ面又はＭ面とよばれる非極性面、あるいはＣ面に対して傾斜した半極性面とよばれる面を成長面とし、それぞれの面の法線方向を成長軸として窒化物半導体レーザ素子を作製する研究が進められている（特許文献１）。
第５１回応用物理学会関係連合講演会（２００４年３月）講演予稿集２９ｐ−ＹＫ−５ 第５１回応用物理学会関係連合講演会（２００４年３月）講演予稿集３０ａ−ＹＮ−７ 特開２００６−１２８６６１号公報

しかし、いずれの従来技術においても、４００ｎｍ程度以上においても内部電界の影響を受けていると考えられ、さらに、４８０ｎｍ程度以上の長波長の窒化物半導体レーザ素子を実現するに至っておらず、より一層の研究が求められている。
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、窒化物半導体レーザ素子における内部電界を最小限に止め、高い発光効率を有する長波長の窒化物半導体レーザ素子を実現することを目的とする。

本発明者らは、窒化物半導体層において発生する内部電界と歪との関係を鋭意研究することにより、ＧａＮ基板上に対してコヒーレントに、歪んで成長させた窒化物半導体層からなる活性層について、Ｃ面と成長面とのなす角度（crystal angle）θが高角度になるほど無偏光から直線偏光に変化すること、活性層における偏光は種々の物理的影響を受けるが、なかでも、歪による影響が最も大きいこと、つまり、歪が偏光を支配するという事実を見出し、さらに特定の下地層の組成、成長面と、特定の活性層の組成との組み合わせによって内部電界の影響を最小限に止め、歪を制御することにより偏光度を制御することが可能となり、これによって、特定の共振器面、特に劈開によって容易に作製することができる共振器面と組み合わせて有効に活性層からの光を共振させ、効率的に光を取り出すことができることを突き止め、本発明の完成に至った。

すなわち、本発明の窒化物半導体レーザ素子は、
Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（０＜ｘ≦１）からなる層を含む窒化物半導体層と、
該窒化物半導体層上に形成されたＩｎ_yＧａ_1-yＮ（０＜ｙ≦１）からなる層を含む活性層とを備える窒化物半導体レーザ素子であって、
前記窒化物半導体層の成長面として、Ｃ面｛０００１｝とのなす角度がθ°である面を含み、かつ
前記窒化物半導体層及び活性層が、
ｘ＞（5.3049−0.09971θ＋0.0005496θ²）ｙ＋（−0.74714＋0.01998θ−0.00012855θ²) （ａ）
を満足する組成であることを特徴とする。

この窒化物半導体レーザ素子は、前記窒化物半導体層及び活性層が、さらに、
ｘ＞（4.5855−0.08047θ＋0.00041867θ²）ｙ＋（−0.02198＋0.00185θ−0.000008861θ²） （ｂ）
を満足するか、さらに、
ｘ＞（4.2757−0.07337θ＋0.0003752θ²）ｙ＋（0.5307−0.01131θ＋0.00007588θ²） （ｃ）
を満足することが好ましい。
前記θは３０°以上であることが好ましい。

また、本発明の別の窒化物半導体レーザ素子は、
Ｉｎ_zＡｌ_1-zＮ（０＜ｚ≦１）からなる層を含む窒化物半導体層と、
該窒化物半導体層上に形成されたＩｎ_yＧａ_1-yＮ（０＜ｙ≦１）からなる層を含む活性層とを備えることを特徴とする。

この窒化物半導体レーザ素子では、前記窒化物半導体層及び活性層が、さらに、
ｙ＜(0.61794−0.00541θ−0.00009384θ²)ｚ＋(0.22495＋0.00464θ＋0.000075524θ²) （Ａ）
を満足するか、さらに、
ｙ＜（0.69294−0.00728θ−0.000084122θ²)ｚ＋(0.09778＋0.00695θ＋0.00006299θ²) （Ｂ）
を満足するか、さらに、
ｙ＜(0.8342−0.01078θ−0.00006677θ²)ｚ+(−0.0718＋0.01059θ＋0.000042061θ²) （Ｃ）
を満足することが好ましい。

また、前記窒化物半導体層の成長面として、Ｃ面｛０００１｝とのなす角度がθ°である面を含み、該θは３０°以上であることが好ましい。

さらに、上述した窒化物半導体レーザ素子は、前記窒化物半導体層は無歪の層であり、前記活性層は前記窒化物半導体層に対してコヒーレント成長してなる層であるか、
前記Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（０＜ｘ≦１）からなる層を含む窒化物半導体層は、成長面内の格子定数が無歪のＡｌ_xＧａ_1-xＮと一致するか、
前記Ｉｎ_zＡｌ_1-zＮ（０＜ｚ≦１）からなる層を含む窒化物半導体層は、成長面内の格子定数が無歪のＩｎ_zＡｌ_1-zＮと一致することが好ましい。
また、前記窒化物半導体層は、Ｉｎ_zＡｌ_1-zＮ（０＜ｚ≦０．７）であることが好ましい。
さらに、前記θが、Ｃ面｛０００１｝と｛１０−１３｝面とのなす角度以上であることが好ましい。
また、前記窒化物半導体層の成長面が、｛１１−２ｎ｝面（ただし、ｎは整数）又は｛１−１０ｍ｝面（ただし、ｍは整数）であることが好ましい。

本発明のさらに別の窒化物半導体レーザ素子は、
｛１１−２ｎ｝面（ただし、ｎは整数）を成長面とし、Ａｌを含有する層を含む窒化物半導体層と、
該窒化物半導体層上に形成されたＩｎを含有する活性層とを備え、
Ｍ面｛１−１００｝を共振器面とすることを特徴とする。

この窒化物半導体レーザ素子では、窒化物半導体層は、｛１１−２４｝、｛１１−２２｝面又はＡ面｛１１−２０｝を成長面とすることが好ましい。

さらに本発明の更なる別の窒化物半導体レーザ素子は、
｛１−１０ｍ｝面（ただし、ｍは整数）を成長面とし、Ａｌを含有する層を含む窒化物半導体層と、
該窒化物半導体層上に形成されたＩｎを含有する活性層とを備え、
Ａ面｛１１−２０｝面を共振器面とすることを特徴とする。

この窒化物半導体レーザ素子では、窒化物半導体層は、[１−１０３｝、｛１−１０２｝、｛１−１０１｝面又はＭ面｛１−１００｝を成長面とすることが好ましい。

また、上述した窒化物半導体レーザ素子では、
窒化物半導体層は、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（０＜ｘ≦１）又はＩｎ_zＡｌ_1-zＮ（０＜ｚ≦１）であることが好ましい。
さらに、活性層は、Ｉｎ_yＧａ_1-yＮ（０＜ｙ≦１）であることが好ましい。
また、窒化物半導体レーザ素子の発振波長が４００ｎｍ以上において、前記窒化物半導体層は、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（０．３≦ｘ≦１）であるか、窒化物半導体レーザ素子の発振波長が５００ｎｍ以上において、前記窒化物半導体層は、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（０．５≦ｘ≦１）であることが好ましい。

さらに、窒化物半導体層は、Ａｌを含有する第１層と、その上にコヒーレント成長した第２層との積層構造であることが好ましい。
また、活性層は、Ｉｎの組成比が０．１〜０．５５であることが好ましい。
さらに、劈開により形成される共振器面を備えてなることが好ましい。

本発明によれば、窒化物半導体レーザ素子（以下、単に「レーザ素子」と記すことがある）における内部電界を最小限に止め、高い発光効率を有する長波長のレーザ素子を実現することが可能となる。

本発明の窒化物半導体レーザ素子は、少なくとも特定の窒化物半導体層と、その上に形成された特定の活性層とを含んで構成される。
例えば、典型的には図１に示すように、主として、基板１０（例えば、窒化物半導体基板）の第１主面上に、特定の窒化物半導体層として第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が順に積層されており、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。
また、少なくとも窒化物半導体層及び活性層の積層構造で互いに対向する端面には、共振器面が設けられ、共振器が形成されている。共振器面には保護膜が形成されており、さらに、埋込膜１５、ｐ電極１６、第２保護膜１７、ｐパッド電極１８等が適宜形成され、窒化物半導体基板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。

なお、本発明のレーザ素子では、リッジに代えて、例えば、窒化物半導体層に電流狭窄層を形成した構成でもよい。つまり、第１窒化物半導体層の上に、幅０．３〜２０μｍ程度のストライプ状の開口を有した膜厚０．０１μｍ〜５μｍ程度の絶縁層による電流狭窄層を配置し、この電流狭窄層の開口に露出した第１窒化物半導体層上に活性層を配置するような構成でもよい。
また、本発明のレーザ素子は、図２に示すように、窒化物半導体基板１０の第１主面側にｎ電極１９が形成されていてもよい。

本発明においては、窒化物半導体層は、レーザ素子の下地層として機能する層を意味し、その機能は果たす限り、基板として形成されていてもよいし、基板の上に形成された単層又は積層構造によるクラッド層、ガイド層等であってもよい。つまり、基板、クラッド層、活性層の順に積層したものにおけるクラッド層、あるいは基板、クラッド層、ガイド層、活性層の順に積層したものにおけるクラッド層又はガイド層等としてもよい。

窒化物半導体層として、その組成は特に限定されるものではなく、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（０＜ｘ≦１）又はＩｎ_zＡｌ_1-zＮ（０＜ｚ≦１）からなる層を含んで構成されていればよい。このような組成の層を用いることにより、その上に形成される活性層における歪を制御することが可能となり、内部電界を低減することができる。特に、前者の場合、得ようとするレーザ素子の発振波長が４００ｎｍ程度以上においてはｘが０．３〜１の範囲、発振波長が５００ｎｍ程度以上においてはｘが０．５〜１の範囲であることが適している。一方、後者の場合、結晶成長を考慮すると、ｚは０．７程度以下であることが好ましい。
この窒化物半導体層は、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（０＜ｘ≦１）又はＩｎ_zＡｌ_1-zＮ（０＜ｚ≦１）自体が無歪で形成されていることが好ましい。ここで無歪とは、ｘ又はｚの組成に対応して、ＡｌＧａＮ又はＩｎＡｌＮが本来有する物質固有の格子定数と一致している状態を意味する。このように無歪とすることにより、その上に形成される活性層に対して歪を内在させることができ、偏光を制御することが可能となる。

窒化物半導体層は、基板として又は基板上に形成された層として機能する場合、いずれにおいても、上述したように、ＡｌＧａＮ又はＩｎＡｌＮが本来有する物質固有の格子定数と一致する状態を引き継ぐことができる限り、その上にいかなる半導体層が形成されていてもよい。例えば、窒化物半導体層として、ＡｌＧａＮ又はＩｎＡｌＮのように、Ａｌを含有する第１層と、その上にコヒーレント成長した第２層との積層構造が挙げられる。
ここで、第２層は、Ａｌを含有する層（組成が同じで、比が異なる層及び組成が異なる層の双方を含む）又はＡｌを含有しない層のいずれであってもよい。
また、コヒーレント成長とは、第１層と第２層との間の格子定数の差異がわずかであることに起因して、半導体の原子配列が伸縮し、結晶欠陥を生じずに結晶成長すること、いいかえると、第１層と第２層との界面で結晶の面が途切れない、あるいは両者の間で格子緩和が全くされていない又はわずかの格子緩和が行われているのみである状態を意味する。なお、格子緩和が行われる程度は、例えば、２０％程度以下、１５％程度以下、１０％程度以下が挙げられ、その程度をより小さくすることにより寿命等の特性を向上させることができる。

例えば、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（０＜ｘ≦１）からなる層を含む窒化物半導体層は、成長面内の格子定数が無歪のＡｌ_xＧａ_1-xＮと同程度であることが好ましい。また、Ｉｎ_zＡｌ_1-zＮ（０＜ｚ≦１）からなる層を含む窒化物半導体層は、成長面内の格子定数が無歪のＩｎ_zＡｌ_1-zＮと同程度であることが好ましい。ここで無歪とは、ＡｌＮ、ＧａＮ又はＩｎＮ等を基準にｘ又はｚの比によって算出される値と一致することを意味する。また、無歪と同程度とは、本来の格子定数の±１０％程度以内、±５％程度以内、±２％程度以内、±１％程度以内を意味する。

また、本発明のレーザ素子においては、上述した特定の組成の窒化物半導体層に代えて又は特定の組成に加えて、活性層を成長させる成長面が、Ｃ面｛０００１｝とのなす角度がθである面を含むことが好ましい。この場合、この窒化物半導体層が面一であって、その全面がＣ面｛０００１｝に対して角度θ°で交差する面を有するものであってもよいし、特開２００６−１２８６６１号公報等に記載されたように、基板の主面上に所定形状の開口を有する選択成長マスクを形成し、その上に窒化物半導体層を形成することにより、Ｃ面｛０００１｝に対して角度θ°で交差する成長面をその一部にもたせるものであってもよい。

ここで、Ｃ面｛０００１｝とのなす角度θは、特に限定されるものではないが、意図する偏光を得るために、０°より大きく、９０°以下であることが適している。また、用いる窒化物半導体層のより安定した結晶面を利用するとともに、偏光した光をより効率的にレーザ光として利用するために、３０°以上であることが好ましい。この角度は、例えば、Ｃ面｛０００１｝と｛１０−１３｝面とのなす角度に対応し、この角度以上であることが好ましい。
さらに、窒化物半導体層の安定した結晶面を利用するという観点から、窒化物半導体層の成長面として、例えば、｛１１−２ｎ｝面（ただし、ｎは整数）、｛１−１０ｍ｝面（ただし、ｍは整数）が例示される。なお、ｎ及びｍはそれぞれ０〜４であることが好ましい。

これらの面のＣ面｛０００１｝とのなす角度θは、それぞれ以下のとおりである。
｛１１−２４｝面（約３９°）、
｛１１−２２｝面（約５８°）、
Ａ面｛１１−２０｝（９０°）、
｛１−１０３｝面（約３２°）、
｛１−１０２｝面（約４３°）、
｛１−１０１｝面（約６２°）、
Ｍ面｛１−１００｝（９０°）。
なお、本明細書においては、面指数を表す括弧内のバー（−）は、直後の数字の上に付すべきバーを表すものとする。また、中カッコで示す面指数は、それに等価な面の全てを包含することを意味する。具体的には、｛１−１００｝面は、（０１−１０）、（１０−１０）、（１−１００）、（０−１１０）、（−１０１０）、（−１１００）を示す。
特に、本発明のレーザ素子では、Ｃ面｛０００１｝とのなす角度θは、上述した範囲において、窒化物半導体層及び活性層の組成に応じて、後述する値をとることが好ましい。

本発明における窒化物半導体層は、当該分野で公知の方法、例えば、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）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。また、市販の基板を窒化物半導体層として用いてもよい。窒化物半導体層が基板自体でない場合には、支持基板上に形成されたものであってもよい。この場合の支持基板は、絶縁性基板（サファイア基板等）であってもよいし、導電性基板（ＧａＮ基板等）であってもよい。支持基板としては、例えば、第１主面及び／又は第２主面に０〜１０°程度のオフ角を有するものであってもよい。

なお、窒化物半導体層としては、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。また、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。あるいは、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程度の濃度範囲が挙げられる。

本発明におけるレーザ素子の活性層は、上述した窒化物半導体層の成長面上に形成されているものであり、レーザ素子の発振波長として長波長のものを得るという観点から、Ｉｎを含有する半導体層であることが適している。特に、Ｉｎ_yＧａ_1-yＮ（０＜ｙ≦１）からなる層を含むことが好ましく、Ｉｎを含有しない半導体層が含まれる場合には、活性層全体の平均組成が上記のように表せるものであればよい。この場合、Ｉｎの組成、つまりｙは、０．１〜０．５５程度であることが好ましい。Ｉｎの組成を、例えば、０．３〜０．５５と増大することにより、今まで実現されていなかった４８０ｎｍ程度〜６５０ｎｍ程度の発振波長のレーザ素子を得ることができる。また、Ｉｎの組成を０．１程度以上とすることにより、現状で得られているレーザ素子に比較して、活性層における歪により生じる内部電界を低減させるとともに、偏光を効率的に利用することが可能となり、例えば、低しきい値電流等のより高い特性を得ることが可能となる。

特に、Ｉｎの組成であるｙと、上述したＡｌ_xＧａ_1-xＮ（０＜ｘ≦１）からなる層を含んで構成される窒化物半導体層のＡｌの組成であるｘと、この窒化物半導体層の成長面のＣ面｛０００１｝とのなす角度θとの間には、以下の関係が成立することが好ましい。
ｘ＞（5.3049−0.09971θ＋0.0005496θ²）ｙ＋（−0.74714＋0.01998θ−0.00012855θ²) （ａ）
ｘ＞（4.5855−0.08047θ＋0.00041867θ²）ｙ＋（−0.02198＋0.00185θ−0.000008861θ²） （ｂ）
ｘ＞（4.2757−0.07337θ＋0.0003752θ²）ｙ＋（0.5307−0.01131θ＋0.00007588θ²） （ｃ）
このような式を満足する値ｘ、ｙ及びθをとることにより、活性層における歪、ひいては偏光度Ｐを制御することが可能となり、所望の偏光度Ｐの光を効率的にレーザ発振に利用することが可能となる。

なお、本発明では、偏光度Ｐは、無偏光の場合０であり、直線偏光の場合±１である。また、図３に示すように、窒化物半導体層の（１１−２２）面を成長面とする場合、例えば、［１−１００］へ直線偏光していれば＋１、それに垂直な［−１−１２３］に直線偏光していれば−１と定義する。

一般に、偏光を決定する要因である半導体中の電子状態を記述する式として、シュレディンガー方程式がある。また、この方程式を解く手法として、ｋｐ摂動法とよばれる方法（PHYSICAL REVIEW B, Volume 59, NUMBER 7 pp4725-4737に記載）がある。このｋｐ摂動法における上記論文中の式（１）の行列を対角化することが、シュレディンガー方程式を解くことと等価であり、
Ｐ＝（Ｍｙ’²−Ｍｘ’²）／（Ｍｙ’²＋Ｍｘ’²） （ｄ）
として偏光度Ｐを求めることができる。

つまり、発光に寄与する電子状態に着目し、上述した式（１）の光学遷移行列要素Ｍｘ’及びＭｙ’を求める。これらの光学遷移行列要素Ｍｘ’及びＭｙ’は、ある方向ｘ’又はｙ’（ｘ’とｙ’とは直交）に偏光した光の放出しやすさを意味する。ｙ’方向に偏光していれば、ｘ’方向での遷移はなく、Ｍｘ’＝０であり、Ｐ＝１となり、逆にｘ’方向に偏光していれば、Ｍｙ’＝０であり、ｐ＝−１となり、どちらにも同じように偏光していれば、Ｍｘ’＝Ｍｙ’により、Ｐ＝０となる。

このようなことから、上述した式（ａ）においては、偏光度Ｐ＜０．５となる。これによって、所定の方向に活性層からの光を偏光させることができるため、半導体レーザにおける内部電界を低減することができ、しきい値電流の低減、ひいては発光効率の向上を図ることができる。
また、上述した式（ｂ）を満足することにより、偏光度Ｐ＜０を実現することができる。これによって、活性層からの光が無偏光であるために光の利用という点では、従来のレーザ素子と同様であるが、活性層における歪を制御して、内部電界を低減することができ、しきい値電流の低減、ひいては発光効率のより一層の向上を図ることができる。
さらに、上述した式（ｃ）を満足することにより、偏光度Ｐ＜−０．５を実現することができる。これによって、活性層からの光を、最も光が取り出しやすい方向に偏光させることができ、さらに、劈開によって形成しやすい共振器面からレーザ光を取り出すことができる方向のみに偏光させることができる。その結果、内部電界及びしきい値電流の低減とともに、非常に発光効率を増大させることが可能となる。

例えば、上述した式（１）及び式（ｄ）を利用して求められた偏光度Ｐは、例えば、図４の（Ａ）〜（Ｄ）に示すグラフにおける曲線で表される。つまり、Ｉｎ_yＧａ_1-yＮからなる活性層におけるＩｎ組成をそれぞれ０．１、０．１５、０．３５及び０．５５とした場合、Ａｌ_xＧａ_1-xＮからなる窒化物半導体層の組成及び窒化物半導体の成長面とＣ面｛０００１｝とのなす角度θとを変動させることによって、偏光度Ｐを種々の値に調整することができる。なお、図４の（Ａ）〜（Ｄ）において、０で表される曲線は式（ｂ）に対応し（ただし、不等号は等号となる、以下同じ）、−０．４と−０．６との曲線の間の略−０．５付近は、式（ｃ）に対応し、０．４と０．６との曲線の間の略０．５で表される付近は、式（ａ）に対応することは、上述したとおりである。

図４の（Ａ）〜（Ｄ）は、上述した式（ａ）〜（ｃ）を具体的に表すとともに、説明を簡単にするために、特定の活性層の組成での偏光度Ｐ、窒化物半導体層の組成及びθの変化を示しているが、種々の活性層の組成においても、上述した式（ａ）〜（ｃ）に従って、同様に偏光度Ｐ、窒化物半導体層の組成及びθを決定することができる。

さらに具体的に、結晶性が安定である代表的な結晶面（つまり、特定のθを示す成長面）を有するＡｌ_xＧａ_1-xＮからなる窒化物半導体層とＩｎ_yＧａ_1-yＮからなる活性層との組成を示す。
偏光度Ｐを所定の値よりも小さい値にしようとする場合、ｘ＞ａｙ＋ｂの関係を満たすように設定すればよい。ここでａ及びｂは、上述した式（ａ）〜式（ｃ）から算出した値であって、以下の表１に示すとおりである。

例えば、[１１−２２]面を窒化物半導体層の成長面として、０未満の偏光度Ｐを得ようとする場合には、窒化物半導体層と活性層との組成を、ｘ＞１．３３３ｙ＋０．０５３を満たすようなｘ、ｙ、つまり、各層の組成を選択すればよい。

また、本発明のレーザ素子では、Ｉｎの組成であるｙと、上述したＩｎ_zＡｌ_1-zＮ（０＜ｚ≦１）からなる層を含んで構成される窒化物半導体層のＩｎの組成であるｚと、この窒化物半導体層の成長面のＣ面｛０００１｝とのなす角度θとの間には、以下の関係が成立することが好ましい。
ｙ＜(0.61794−0.00541θ−0.00009384θ²)ｚ＋(0.22495＋0.00464θ＋0.000075524θ²)
（Ａ）
ｙ＜（0.69294−0.00728θ−0.000084122θ²)ｚ＋(0.09778＋0.00695θ＋0.00006299θ²) （Ｂ）
ｙ＜(0.8342−0.01078θ−0.00006677θ²)ｚ+(−0.0718＋0.01059θ＋0.000042061θ²) （Ｃ）
このような式を満足する値ｚ、ｙ及びθをとることにより、活性層における歪、ひいては偏光度Ｐを制御することが可能となり、所望の偏光度Ｐの光を効率的にレーザ発振に利用することが可能となる。

このようなことから、上述した式（Ａ）においては、偏光度Ｐ＜０．５となる。これによって、所定の方向に活性層からの光を偏光させることができ、半導体レーザにおける内部電界を低減することができ、しきい値電流の低減、ひいては発光効率の向上を図ることができる。
また、上述した式（Ｂ）を満足することにより、偏光度Ｐ＜０を実現することができる。これによって、活性層からの光が無偏光であるために光の利用という点では、従来のレーザ素子と同様であるが、活性層における歪を制御して、内部電界を低減することができ、しきい値電流の低減、ひいては発光効率のより一層の向上を図ることができる。
さらに、上述した式（Ｃ）を満足することにより、偏光度Ｐ＜−０．５を実現することができる。これによって、活性層からの光を最も光が取り出しやすい方向に向けることができ、さらに、劈開によって形成しやすい共振器面からレーザ光を取り出すことができる方向のみに偏光させることができる。その結果、内部電界及びしきい値電流の低減とともに、非常に発光効率を増大させることが可能となる。

例えば、この場合の偏光度Ｐは、例えば、図５の（Ａ）〜（Ｄ）に示すグラフにおける曲線で表される。つまり、Ｉｎ_yＧａ_1-yＮからなる活性層におけるＩｎ組成をそれぞれ０．１、０．１５、０．３５及び０．５５とした場合、Ｉｎ_zＡｌ_1-zＮからなる窒化物半導体層の組成及び窒化物半導体の成長面とＣ面｛０００１｝とのなす角度θとを変動させることによって、偏光度Ｐを種々の値に調整することができる。
なお、図５の（Ａ）〜（Ｄ）において、０で表される曲線は式（Ｂ）に対応し（ただし、不等号は等号となる、以下同じ）、−０．４と−０．６との曲線の間の略−０．５で表される付近は、式（Ｃ）に対応し、０．４と０．６との曲線の間の略０．５で表される曲線は、式（Ａ）に対応することは、上述したとおりである。

図５の（Ａ）〜（Ｄ）は、上述した式（Ａ）〜（Ｃ）を具体的に表すとともに、説明を簡単にするために、特定の活性層の組成での偏光度Ｐ、窒化物半導体層の組成及びθの変化を示しているが、種々の活性層の組成においても、上述した式（Ａ）〜（Ｃ）に従って同様に、偏光度Ｐ、窒化物半導体層の組成及びθを決定することができる。

さらに具体的に、結晶性が安定である代表的な結晶面（つまり、特定のθを示す成長面）を有するＩｎ_zＡｌ_1-zＮからなる窒化物半導体層とＩｎ_yＧａ_1-yＮからなる活性層との組成は、偏光度Ｐを所定の値よりも小さい値にしようとする場合、ｙ＜Ａｚ＋Ｂの関係を満たすように設定すればよい。ここでＡ及びＢは、上述した式（Ａ）〜式（Ｃ）から算出した値であって、以下の表２に示すとおりである。

例えば、[１１−２２]面を窒化物半導体層の成長面として、０未満の偏光度Ｐを得ようとする場合には、窒化物半導体層と活性層との組成を、ｙ＜−０．０１ｚ＋０．７１を満たすようなｚ、ｙ、つまり、各層の組成を選択すればよい。

なお、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。
活性層が、量子井戸構造である場合、井戸層と障壁層とが１以上の対で交互に形成される層を意味し、本発明では、井戸層又は障壁層のいずれが窒化物半導体層に接触してもよい。窒化物半導体層、井戸層及び障壁層、あるいは窒化物半導体層、井戸層、障壁層、井戸層、障壁層・・・の順に積層されることが好ましい。
また、活性層は、上述した窒化物半導体層に対してコヒーレント成長してなる層であることが好ましい。

本発明のレーザ素子では、少なくとも窒化物半導体層及び活性層の積層構造における互いに対向する端面には共振器面が設けられている。特に、本発明のレーザ素子では、特定の組成を有する窒化物半導体層と活性層との組み合わせにより、活性層に内在する歪を制御することができ、これによって、活性層から発せられる光に偏光を与え、その方向を制御することができる。その結果、窒化物半導体層の成長面として所定の面を選択することによって、劈開によって得ることが容易な共振器面に垂直に光を共振させることができ、効率的に光を取り出すことが可能となる。

共振器面としては、特に、結晶性が安定である面が好ましく、さらに、劈開によって形成することができる面であることが好ましい。なお、共振器面は、劈開のみならず、ＲＩＥ等によるドライエッチング等によって形成することができる。
このような共振器面としては、例えば、Ｍ面｛１−１００｝、Ａ面｛１１−２０｝面、Ｃ面｛０００１｝、Ｒ面｛１−１０２｝面等が挙げられる。なかでも、Ｍ面又はＡ面が好ましく、特に、窒化物半導体層の成長面が｛１１−２ｎ｝面（ただし、ｎは整数）である場合にはそれに直交するＭ面が、成長面が｛１−１０ｍ｝面（ただし、ｍは整数）である場合にはそれに直交するＡ面が好ましい。これらを組み合わせることにより、歪を制御して偏光を所望の方向に変化させることができ、活性層からの光の略全てをレーザ発振に利用することができるとともに、内部電界を最小限にとどめて、発光効率の向上、しきい値電流の低下等を可能にすることができる。

また、共振器面に形成される保護膜は、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。保護膜は、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。保護膜の膜厚は、例えば、５０Å〜１０００Å程度が挙げられる。

本発明のレーザ素子において、活性層の上に形成される、表面にリッジを有する窒化物半導体層は、特に限定されることなく、一般式Ｉｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）で表される半導体によって形成することができる。また、これに加えて、上述したように、その一部が、Ｂ、Ｐ、Ａｓ等で置換されたものであってもよい。さらに、適当なｎ型又はｐ型不純物を含有することが好ましい。このような窒化物半導体層は、上述したような公知の方法によって形成することができる。
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程度とすることが好ましい。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、共振器方向の長さは２００μｍ〜５０００μｍ程度になるように設定することが好ましい。

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。
埋込膜は、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ことが好ましい。埋込膜は、例えば、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によって形成することができる。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。

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。

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。

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、活性層に電流を注入できるように形成されていればよく、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。

以下に、本発明のレーザ素子及びその製造方法の一例を説明するが、本発明はこの例に限定されるものではない。
実施の形態１
この実施の形態１のレーザ素子は、（１１−２２）面のＧａＮ基板上に、本発明の窒化物半導体層としてｎ側クラッド層としてＡｌ_0.5Ｇａ_0.5Ｎよりなる層（膜厚３μｍ、無歪）、ｎ側光ガイド層としてＧａＮ層（０．２５μｍの膜厚、クラッド層に対してコヒーレント成長）がこの順で積層されている。
その上に、ＳｉドープＩｎ_0.02Ｇａ_0.98Ｎよりなる障壁層（１００Åの膜厚）とアンドープＩｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎよりなる井戸層（７０Åの膜厚）とが２回交互に積層され、最後に障壁層が積層されて、多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層（総膜厚４４０Å）が積層され、さらにその上に、ｐ側キャップ層（１００Å）、ｐ側光ガイド層（０．１４５μｍ）、ｐ側クラッド層（総膜厚０．４５μｍ）、ｐ側コンタクト層（１５０Åの膜厚）が積層されて構成されている。
また、このような構成において、Ｍ面によって共振器面が形成されている。

このレーザ素子は、以下の方法で製造することができる。
まず、（１１−２２）面を主面とするＧａＮ基板を準備する。この（１１−２２）面を主面とするＧａＮ基板は、Ｃ面（０００１）ＧａＮ基板から所望の角度に研磨することやワイヤーソーでカッティングして新たに面出しすること等で形成することができる。このＧａＮ（１１−２２）面基板上では、その上に形成する半導体層の成長面が（１１−２２）面となる。
このＧａＮ（１１−２２）面基板の成長面上に、１１００℃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、本発明における窒化物半導体層として、Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ｎよりなる層を膜厚３μｍで成長させ、ｎ側クラッド層を形成する。このｎ側クラッド層は、基板と異なる組成比であるが、比較的厚膜で形成するために、面内の格子定数は、無歪Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ｎ本来の物質固有の格子定数と概一致する。

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０．２５μｍ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。この光ガイド層は、その直下のクラッド層に対してコヒーレント成長しており、結晶緩和がほとんど起こらない膜厚及び組成とする。

次に、温度を９００℃にして、ＳｉドープＩｎ_0.02Ｇａ_0.98Ｎよりなる障壁層を１００Åの膜厚で成長させ、続いて同一温度で、アンドープＩｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ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４４０Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層を成長させる。

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Ａｌ_0.25Ｇａ_0.75Ｎ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。

次に、１０００℃でアンドープＡｌ_0.10Ｇａ_0.90Ｎ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。
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。

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２保護膜１７を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。
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。

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。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（Ｍ面（１−１００））を共振器面とする。
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。
続いて、共振器面に酸化膜か窒化膜を単一膜か多層膜で形成する。ここでは、Ａｌ₂Ｏ₃からなる保護膜を共振器面のフロント側に形成する。また、共振器面のリア側にはＡｌ₂Ｏ₃、（ＳｉＯ₂/ＺｒＯ₂）からなる保護膜を形成する。

実施の形態２
ＧａＮ基板として、｛１１−２４｝面（約３９°）、（１１−２２）面以外の｛１１−２２｝面（約５８°）を成長面とするＧａＮ基板を、主面が（０００１）面であるＧａＮ基板を準備して、それぞれ所望の角度が主面となるように加工する以外、上記と同様の方法によってレーザ素子を作製することができる。
なお、加工方法は特に限定されるものではなく、研磨やワイヤーソーを併用して行う。

実施の形態３
また、Ａ面｛１１−２０｝（９０°）、Ｍ面｛１−１００｝（９０°）を成長面とするＧａＮ基板は（０００１）面ＧａＮ基板を劈開することにより形成する以外、上記と同様の方法によってレーザ素子を作製することができる。

実施の形態４
基板として、実施の形態１のＧａＮ基板上にＡｌＮ層を５μｍ以上の膜厚で形成したテンプレート基板を用いる以外、上記と同様の方法によってレーザ素子を作製することができる。

実施の形態５
ＧａＮ基板として、｛１−１０３｝面（約３２°）、｛１−１０２｝面（約４３°）、｛１−１０１｝面（約６２°）を成長面とするＧａＮ基板を、主面が（０００１）面であるＧａＮ基板を準備して、それぞれ所望の角度が主面となるように加工し、共振器面をＡ面とする以外、上記と同様の方法によってレーザ素子を作製することができる。

実施の形態６
本発明における窒化物半導体層として、Ｉｎ_0.5Ａｌ_0.5Ｎよりなる層を膜厚３μｍで成長させる以外、実施の形態１〜３のそれぞれと同様の方法によってレーザ素子素子を作製することができる。

上述した説明から、４００ｎｍ帯の、例えば、(１１−２２)−ＩｎＧａＮレーザ素子を作製するためには、Ｉｎ_0.15Ｇａ_0.85ＮをＡｌ_0.40Ｇａ_0.60Ｎ上にコヒーレント成長させたり（図４（Ｂ）参照）、Ｉｎ_0.15Ｇａ_0.85ＮをＡｌＮ上にコヒーレント成長させればよく（図５（Ｂ）参照）、５００ｎｍ帯の(１１−２２)−ＩｎＧａＮレーザ素子を作るために、Ｉｎ_0.35Ｇａ_0.65ＮをＡｌ_0.60Ｇａ_0.40Ｎにコヒーレント成長させたり（図４（Ｃ）参照）、Ｉｎ_0.35Ｇａ_0.65ＮをＡｌＮにコヒーレント成長させればよい（図５（Ｃ）参照）ことが分かる。
つまり、図４（Ａ）〜（Ｄ）及び図５（Ａ）〜（Ｄ）によって、θが３０°程度以上、特に４０°程度以上、さらに５０°程度以上においては、偏光特性に大きな差はなく、（１１−２２)面だけでなく、無極性面でも同様の偏光特性が成立するといえる。
従って、得られる半導体レーザ素子は、活性層の内部に歪が内在するとともに、偏光方向を制御することができるために、劈開が容易なＭ面又はＡ面を共振器面とすることができる。

本発明は、特に安定で、高出力を可能とする窒化物半導体レーザ、例えば、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。

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。 本発明の別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。 本発明の窒化物半導体レーザ素子における偏光を説明するための窒化物半導体の結晶をあらわした図である。 本発明の窒化物半導体レーザ素子における偏光度と窒化物半導体層の組成との関係を示すグラフである。 本発明の窒化物半導体レーザ素子における偏光度と別の窒化物半導体層の組成との関係を示すグラフである。

符号の説明

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２保護膜
１８ ｐ側パッド電極
１９ ｎ電極

Claims (26)

1. Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（０＜ｘ≦１）からなる層を含む窒化物半導体層と、
   該窒化物半導体層上に形成されたＩｎ_yＧａ_1-yＮ（０＜ｙ≦１）からなる層を含む活性層とを備える窒化物半導体レーザ素子であって、
   前記窒化物半導体層の成長面として、Ｃ面｛０００１｝とのなす角度がθ°である面を含み、かつ
   前記窒化物半導体層及び活性層が、
   ｘ＞（5.3049−0.09971θ＋0.0005496θ²）ｙ＋（−0.74714＋0.01998θ−0.00012855θ²) （ａ）
   を満足する組成であることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
2. 前記窒化物半導体層及び活性層が、さらに、
   ｘ＞（4.5855−0.08047θ＋0.00041867θ²）ｙ＋（−0.02198＋0.00185θ−0.000008861θ²） （ｂ）
   を満足する請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
3. 前記窒化物半導体層及び活性層が、さらに、
   ｘ＞（4.2757−0.07337θ＋0.0003752θ²）ｙ＋（0.5307−0.01131θ＋0.00007588θ²） （ｃ）
   を満足する請求項２に記載の窒化物半導体レーザ素子。
4. 前記θが３０°以上である請求項１〜３のいずれか１つに記載の窒化物半導体レーザ素子。
5. Ｉｎ_zＡｌ_1-zＮ（０＜ｚ≦１）からなる層を含む窒化物半導体層と、
   該窒化物半導体層上に形成されたＩｎ_yＧａ_1-yＮ（０＜ｙ≦１）からなる層を含む活性層とを備えることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
6. 前記窒化物半導体層及び活性層が、さらに、
   ｙ＜(0.61794−0.00541θ−0.00009384θ²)ｚ＋(0.22495＋0.00464θ＋0.000075524θ²) （Ａ）
   を満足する請求項５に記載の窒化物半導体レーザ素子。
7. 前記窒化物半導体層及び活性層が、さらに、
   ｙ＜（0.69294−0.00728θ−0.000084122θ²)ｚ＋(0.09778＋0.00695θ＋0.00006299θ²) （Ｂ）
   を満足する請求項６に記載の窒化物半導体レーザ素子。
8. 前記窒化物半導体層及び活性層が、さらに、
   ｙ＜(0.8342−0.01078θ−0.00006677θ²)ｚ+(−0.0718＋0.01059θ＋0.000042061θ²) （Ｃ）
   を満足する請求項７に記載の窒化物半導体レーザ素子。
9. 前記窒化物半導体層の成長面として、Ｃ面｛０００１｝とのなす角度がθ°である面を含み、該θは３０°以上である請求項５〜８のいずれか１つに記載の窒化物半導体レーザ素子。
10. 前記窒化物半導体層は無歪の層であり、前記活性層は前記窒化物半導体層に対してコヒーレント成長してなる層である請求項１〜９のいずれか１つに記載の窒化物半導体レーザ素子。
11. 前記Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（０＜ｘ≦１）からなる層を含む窒化物半導体層は、成長面内の格子定数が無歪のＡｌ_xＧａ_1-xＮと一致する請求項１０に記載の窒化物半導体レーザ素子。
12. 前記Ｉｎ_zＡｌ_1-zＮ（０＜ｚ≦１）からなる層を含む窒化物半導体層は、成長面内の格子定数が無歪のＩｎ_zＡｌ_1-zＮと一致する請求項１０に記載の窒化物半導体レーザ素子。
13. 前記窒化物半導体層は、Ｉｎ_zＡｌ_1-zＮ（０＜ｚ≦０．７）である請求項１〜１２のいずれか１つに記載の窒化物半導体レーザ素子。
14. 前記θが、Ｃ面｛０００１｝と｛１０−１３｝面とのなす角度以上である請求項１〜４及び９〜１３のいずれか１つに記載の窒化物半導体レーザ素子。
15. 前記窒化物半導体層の成長面が、｛１１−２ｎ｝面（ただし、ｎは整数）又は｛１−１０ｍ｝面（ただし、ｍは整数）である請求項１〜１４のいずれか１つに記載の窒化物半導体レーザ素子。
16. ｛１１−２ｎ｝面（ただし、ｎは整数）を成長面とし、Ａｌを含有する層を含む窒化物半導体層と、
    該窒化物半導体層上に形成されたＩｎを含有する活性層とを備え、
    Ｍ面｛１−１００｝を共振器面とすることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
17. 窒化物半導体層は、｛１１−２４｝、｛１１−２２｝面又はＡ面｛１１−２０｝を成長面とする請求項１６に記載の窒化物半導体レーザ素子。
18. ｛１−１０ｍ｝面（ただし、ｍは整数）を成長面とし、Ａｌを含有する層を含む窒化物半導体層と、
    該窒化物半導体層上に形成されたＩｎを含有する活性層とを備え、
    Ａ面｛１１−２０｝面を共振器面とすることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
19. 窒化物半導体層は、[１−１０３｝、｛１−１０２｝、｛１−１０１｝面又はＭ面｛１−１００｝を成長面とする請求項１８記載の窒化物半導体レーザ素子。
20. 窒化物半導体層は、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（０＜ｘ≦１）又はＩｎ_zＡｌ_1-zＮ（０＜ｚ≦１）である請求項１６〜１９のいずれか１つに記載の窒化物半導体レーザ素子。
21. 活性層は、Ｉｎ_yＧａ_1-yＮ（０＜ｙ≦１）である請求項１６〜２０のいずれか１つに記載の窒化物半導体レーザ素子。
22. 窒化物半導体レーザ素子の発振波長が４００ｎｍ以上において、前記窒化物半導体層は、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（０．３≦ｘ≦１）である請求項１６〜２１のいずれか１つに記載の窒化物半導体レーザ素子。
23. 窒化物半導体レーザ素子の発振波長が５００ｎｍ以上において、前記窒化物半導体層は、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（０．５≦ｘ≦１）である請求項１６〜２１のいずれか１つに記載の窒化物半導体レーザ素子。
24. 窒化物半導体層は、Ａｌを含有する第１層と、その上にコヒーレント成長した第２層との積層構造である請求項１〜２３のいずれか１つに記載の窒化物半導体レーザ素子。
25. 活性層は、Ｉｎの組成比が０．１〜０．５５である請求項１〜２４のいずれか１つに記載の窒化物半導体レーザ素子。
26. 劈開により形成される共振器面を備えてなる請求項１〜２５のいずれか１つに記載の窒化物半導体レーザ素子。

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