JP4045785B2 - 窒化物半導体レーザダイオードとその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化物半導体レーザダイオード、及びその製造方法に関し、特に、埋め込み層を有するリッジ形状の窒化物半導体レーザダイオードに関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体発光素子である窒化物半導体レーザダイオードは、大容量の情報を記憶するＤＶＤ等のメディアや通信用の光源、又は印刷機器等への利用が期待されている。またガリウムを含有する窒化物半導体は発光波長が４００ｎｍ帯の短波長領域であるため、紫外から緑色までの発光光源とすることができる。そのため、ガリウムを含有する窒化物半導体レーザダイオードとして用いた場合、従来の赤色レーザダイオードに比べて数倍の大容量メディアの再生装置、又は記憶装置として使用可能となる。さらに電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）のような電子デバイスへの応用も期待されている。
【０００３】
このような窒化物半導体レーザダイオードには、光導波路を形成し横方向の光閉じ込めを実現するために窒化物半導体にエッチングをすることによりリッジを備えたものがある。この窒化物半導体レーザダイオードではリッジを形成した後にリッジの両側に絶縁性の埋め込み層を形成し、リッジを構成する窒化物半導体と埋め込み層との屈折率の違いにより、横方向に光を閉じ込めている。また、縦方向の光閉じ込めは、活性層をその活性層より屈折率の低いｐ及びｎ側の領域により挟むことにより実現している。このようなレーザダイオードは実効屈折率型レーザダイオードと呼ばれている。尚、本明細書において、光を閉じ込める領域をコア領域という。また、この窒化物半導体レーザダイオードにおいては、リッジ両側の埋め込み層を絶縁体とすることで電流狭窄されている。このように構成された実効屈折率型レーザダイオードは、水平横モードがシングルでかつキンクの発生しないレーザダイオードの実現が期待できる。尚、キンクとは、電流−出力特性において電流の増加に対して出力が減少する部分のことをいう（図２において６０の符号を付して示す部分）。
【０００４】
従来、埋め込み層としては、例えば、ＳｉＯ_２やＺｒＯ_２が報告されている。ＺｒＯ_２からなる埋め込み層を有する窒化物半導体レーザダイオードにおいては、出力が５ｍＷ程度ではキンクが発生せず、かつ寿命特性が連続発振１万時間以上を達成した良好な窒化物半導体レーザダイオードを可能としている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＺｒＯ_２やＳｉＯ_２の屈折率は窒化物半導体の屈折率に比べて低いためにコア領域と埋め込み層との屈折率差は大きくなるという問題があった。すなわち、光導波路として機能するコア領域を形成するためには、コア領域とコア領域以外との間にはある屈折率差を設ける必要はあるが、ＺｒＯ_２やＳｉＯ_２の屈折率は２．０〜２．１であり、コア領域との屈折率差が大き過ぎるという問題があった。このようにコア領域と埋め込み層との屈折率差が大き過ぎると水平横方向の光の閉じ込めが強くなるすぎることから、光の閉じ込めが不安定となり、光のシングルスポットが揺らぐことが原因となってキンクが発生してしまう。
また、ＳｉＯ_２やＺｒＯ_２は熱伝導率が小さいため、コア領域内で発生した熱を効率よく外部に逃がすことができないという問題点もあった。つまり、熱伝導率が小さいと活性層を含むコア領域で生じた熱を効果的に放熱することが困難であり、出力が３０ｍＷ以上の高出力時においてはキンクの発生の原因となり、また長時間の連続発振が望めないといった寿命特性上の問題も発生する。
【０００６】
このキンクは、レーザ素子への注入電流を増し、光出力を増加させていくと、レーザ素子の電流−光出力特性において、発振開始後線形領域に続いて、水平横方向の光閉じ込めが不安定化することにより発生するものである。このキンクが発生すると窒化物半導体レーザダイオードからのレーザ光の出射点が移動するため、ＤＶＤ、ＭＯ等の記憶媒体として使用する場合にカップリング効率が変化してしまう。そのため、レーザ光のビームが絞れないために正確にデータを読み取るのができなくなる問題が発生する。
【０００７】
また、その他の埋め込み層として報告されているＴｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａ等の酸化物やＳｉ、Ｂ、Ａｌ等の酸化物、又は窒化物についても前記ＺｒＯ_２と同様の問題が発生するため、高出力時におけるキンクの発生、及び寿命特性における課題を解決するには至らない。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、高出力時においてもキンクの発生を防止でき、寿命特性の良好な窒化物半導体レーザダイオードを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の窒化物半導体レーザダイオードは、上記目的を達成するために、リッジを有し、そのリッジ両側に埋め込み層が形成された窒化物半導体レーザダイオードにおいて、前記埋め込み層は炭素の２重結合と３重結合とを含有する多結晶体からなるダイヤモンドライクカーボンからなることを特徴とする。
以上のように構成された本発明の窒化物半導体レーザダイオードにおいて、埋め込み層として用いたダイヤモンドライクカーボンは、その成膜条件により炭素の２重結合と３重結合との割合を変えることが可能で、これにより埋め込み層の屈折率を変更（例えば、２．０〜２．４の範囲）できる。
従って、本発明に係る窒化物半導体レーザダイオードは、埋め込み層の屈折率と窒化物半導体の屈折率との差を小さく設定することができ、高出力時にキンクの発生を防止することが可能になる。
【００１０】
本発明の窒化物半導体レーザダイオードは、基板上にｎ側窒化物半導体層、活性層、ｐ側窒化物半導体層とを形成したものであり、このｐ側窒化物半導体層は活性層上にｐ側キャップ層、ｐ側ガイド層、ｐ側クラッド層、ｐ側コンタクト層とを有するものである場合、前記リッジは、そのリッジの両側をｐ側ガイド層までエッチングすることにより形成することができる。
すなわち、本発明に係る窒化物半導体レーザダイオードでは、前記リッジをそのリッジの両側にｐ側ガイド層が露出する程度まで深くエッチングすることにより形成してもキンクを防止することができる。
【００１１】
本発明の窒化物半導体レーザダイオードにおいては、より効果的に高出力時におけるキンクの発生を防止し寿命の長い窒化物半導体レーザダイオードを提供するために、埋め込み層の屈折率は２．１５以上２．３以下に設定することが好ましい。
すなわち、一般式（Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦Ｘ＜１、０≦Ｙ＜１、０≦Ｘ＋Ｙ＜１））で表される窒化物半導体の組成を変更した場合、エッチングにより形成したリッジ深さ、リッジ幅を変更した場合であっても、それに対応させて、埋め込み層の屈折率を上記に示す２．１５から２．３の範囲内で変化させることで埋め込み層と窒化物半導体との屈折率差を小さくすることができる。
以上のように、埋め込み層と窒化物半導体との屈折率差を小さくすることにより、安定した光閉じ込めができるため、本発明の目的を満たすことができる。
また、ダイヤモンドライクカーボンはＳｉＯ_２やＺｒＯ_２に比べて熱伝導率が高く、放熱性に優れているので、高出力時の連続発振に用いる埋め込み層としては好ましい。
さらに、ダイヤモンドライクカーボンは窒化物半導体とのマッチングもよく、後のデバイス工程においても埋め込み層であるダイヤモンドライクカーボンは剥がれにくいため、歩留まりも向上させることができる。
【００１２】
また、本発明に係る請求項４に記載された窒化物半導体レーザダイオードの製造方法は、リッジを有し、そのリッジの両側に埋め込み層が形成された窒化物半導体レーザダイオードの製造方法において、
前記リッジを形成した後に、前記リッジ及びその両側表面に炭素の２重結合と３重結合とを含有する多結晶体からなるダイヤモンドライクカーボンを埋め込み層として成膜する工程を有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る請求項５に記載された窒化物半導体レーザダイオードの製造方法は、前記請求項４に記載された窒化物半導体レーザダイオードの製造方法において、前記リッジはストライプ形状に形成することを特徴とする。
【００１４】
さらに本発明に係る請求項６に記載された窒化物半導体レーザダイオードの製造方法は、前記請求項４に記載された窒化物半導体レーザダイオードの製造方法において、前記埋め込み層を成膜した後、リッジ上部のダイヤモンドライクカーボンを除去する工程を有することを特徴とする。
【００１５】
またさらに本発明に係る請求項７に記載された窒化物半導体レーザダイオードの製造方法は、基板上にｎ側窒化物半導体層、活性層、ｐ側窒化物半導体層とを形成したものであり、このｐ側窒化物半導体層は活性層上にｐ側キャップ層、ｐ側ガイド層、ｐ側クラッド層、ｐ側コンタクト層とを有する前記請求項４に記載された窒化物半導体レーザダイオードの製造方法であって、
前記リッジをストライプ形状に形成する工程でそのリッジ両側を前記ｐ側ガイド層までエッチングすることによりリッジを形成することを特徴とする。
また、本発明に係る請求項８に記載された窒化物半導体レーザダイオードの製造方法は、前記請求項４に記載された窒化物半導体レーザダイオードの製造方法において、前記埋め込み層を成膜する工程において、成膜温度を１５０℃以上６００℃以下に設定したことを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項９に記載された窒化物半導体レーザダイオードの製造方法は、前記請求項４に記載された窒化物半導体レーザダイオードの製造方法において、前記埋め込み層の屈折率が２．１５以上２．３以下になるように前記埋め込み層の成膜温度を設定したことを特徴とする。
【００１６】
本発明における埋め込み層の材料であるダイヤモンドライクカーボンは、炭素同士の２重結合と３重結合とを有する結晶構造をしており、多結晶体である。また、電気伝導度が低く、１０^６〜１０^１２Ωｃｍであるため絶縁体となり、埋め込み層を介する電流のリークはない。さらに、熱伝導率が極めて高いというダイヤモンド固有の特性を有し、放熱性に優れている。そのため、３０ｍＷ以上の高出力に連続発振をする窒化物半導体レーザダイオードにおいても、コア内で発生した熱を埋め込み層から外部に効果的に逃がすことができ発熱による素子の劣化を抑制することができるため、寿命特性の向上が期待できる。また、本発明に係る窒化物半導体レーザダイオードは、フェイスダウン構造とすることによりその窒化物半導体レーザダイオードとステムとの接合面積を広くできるため効率よく熱を逃がすことができ好ましい。
【００１７】
本発明は、このダイヤモンドライクカーボンの成膜方法により特に限定されるものではなく、マイクロ波プラズマＣＶＤ法やＤＣプラズマＣＶＤ法などのプラズマＣＶＤ法、熱フィラメントＣＶＤ法、ＥＡＣＶＤ法、電子ビーム蒸着法、イオンビーム蒸着法、スパッタリング法、アークイオンプレーティング法、電子励起式イオンプレーティング法を用いることができる。
【００１８】
以上のように、本発明はＧａＮ等の窒化物半導体との屈折率差が小さいダイヤモンドライクカーボンからなる埋め込み層を用いることにより、高出力での連続発振時においてキンクの発生しない、安定した寿命特性を示した窒化物半導体レーザダイオードを提供することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る実施の形態の窒化物半導体レーザダイオードについて説明する。
本発明に係る実施の形態の半導体レーザダイオードは、リッジの側壁部からリッジの両側表面に連続して埋め込み層が形成された窒化物半導体レーザダイオードであって、前記埋め込み層として炭素の２重結合と３重結合とを含有する多結晶体であるダイヤモンドライクカーボンを用いたものであり、後述するように構成される。
ここで、ダイヤモンドライクカーボンは原料として用いるメタンやトルエンの流量や成膜温度等の成膜条件や成膜装置によって屈折率を変えることができるものであるが、本実施の形態の窒化物半導体レーザダイオードにおいては、この埋め込み層の屈折率を２．１５〜２．３に設定している。
このように構成された本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子では、詳細後述するように、リッジの深さに依存することなくキンクが発生しないものとでき、かつ連続発振時に電流リークを少なくでき、しかも放熱性を良好にできる。
【００２０】
実施の形態の窒化物半導体レーザダイオードは、基板上にｎ側窒化物半導体層、活性層、ｐ側窒化物半導体層とを形成したものであるが、この基板としては、窒化物半導体基板と異なるサファイア等の異種基板を用いることができる。また、実施の形態において、ｎ側窒化物半導体層は、ｎ側コンタクト層、クラック防止層、ｎ側クラッド層、ｎ側ガイド層とを含むものである。さらに、このｎ側窒化物半導体層上に形成する活性層は単一層からなる活性層、単一量子井戸構造の活性層又は多重量子井戸構造の活性層の種々の形態のものを用いることができる。また、この活性層上に形成するｐ側窒化物半導体層は、活性層上にｐ側キャップ層、ｐ側ガイド層、ｐ側クラッド層、ｐ側コンタクト層とを含むものであって、本実施の形態ではｐ側ガイド層までエッチングすることによりリッジを形成している。
【００２１】
このように本実施の形態の前記窒化物半導体レーザダイオードは、埋め込み層として上述のダイヤモンドライクカーボンを用いたことにより、以下のような効果を有する。
【００２２】
第１に本実施の形態の窒化物半導体レーザダイオードでは、高出力時においてキンクの発生をなくすことができる。この理由は、このダイヤモンドライクカーボンの屈折率は、ＺｎＯ_２やＳｉＯ_２に比較して、窒化物半導体の屈折率（例えばＧａＮは屈折率２．３）との差が大きくなり過ぎないように設定できるからである。
すなわち、ダイヤモンドライクカーボンは成膜温度等の成膜条件によって屈折率を２．０〜２．４と広範囲で変化させることができることから、窒化物半導体から成るコア領域の屈折率を考慮して安定な水平横方向の光閉じ込めができる屈折率２．１５〜２．３とすることができ、窒化物半導体との屈折率差を最適な値に設定できるからである。
【００２３】
すなわち、窒化物半導体レーザダイオードに限らず、レーザダイオードは横方向の光閉じ込めをする必要があるが、埋め込み層にＺｎＯ_２（屈折率が２．０〜２．１）やＳｉＯ_２を用いた場合には、これらと窒化物半導体との屈折率差が大きくなり過ぎる傾向がある。そのため、リッジを形成するためにｐ側ガイド層までエッチングし、その露出面にＺｎＯ_２やＳｉＯ_２を埋め込み層として形成した場合には、水平横方向の光閉じ込めが強すぎてキンクが発生してしまう。そのため、このキンクの発生をなくすには、リッジを形成するためのエッチングをｐ側クラッド層程度まで浅くする必要がある。
【００２４】
このようなｐ側クラッド層の途中までエッチングすることにより形成された比較的浅いリッジでは、リッジ両側に露出したｐ側クラッド層上に成膜された埋め込み層と、コア領域を構成する窒化物半導体との間の距離が長くなる。言いかえると従来例では、この距離を長くすることにより、埋め込み層であるＺｎＯ_２やＳｉＯ_２の屈折率と窒化物半導体の屈折率との間の実際の屈折率差に比べてコア領域とその両側との間の実効的な屈折率差を小さくして、横方向の光閉じ込めを安定させ、キンクの発生を防止しているのである。
【００２５】
しかしながら、エッチング深さをｐ側クラッド層程度と浅くすると、半導体レーザダイオードの発振動作時において、ｐ側クラッド層の下に積層されている層（ｐ側ガイド層、ｐ側キャップ層、活性層）においては電流狭窄がされないようになる。そのため、ｐ側クラッド層以下の活性層までの間におけるリーク電流（コア領域以外に流れる発振に寄与しない電流）が増加するために閾値が上昇してしまい、その結果、寿命特性を低下させてしまうという問題が発生する。この問題は、特に３０ｍＷ以上の高出力時において顕著であり、従来の例では、長時間の連続発振が期待できない。
【００２６】
上述したことから理解できるように、本発明では、埋め込み層にダイヤモンドライクカーボンを用いているために、高出力時での寿命特性を向上させることができる。その理由は、リッジを比較的深く形成してもキンクの発生を抑制できるので、リッジ両側の窒化物半導体をｐ側ガイド層までエッチングすることができるからである。すなわち、本発明における埋め込み層であるダイヤモンドライクカーボンの屈折率が２．１５〜２．３であるため、窒化物半導体との屈折率差は小さい。そのため、リッジを形成するエッチング深さをｐ側ガイド層までエッチングしたとしても横方向の光閉じ込めが強すぎることなく、安定した光の閉じ込めが可能となる。
【００２７】
そのため、リッジ形成時のエッチングを深くすることができる。このエッチング深さは、活性層までエッチングしなければ、ｐ側キャップ層（図１におけるｐ型電子閉じ込め層１０７）までエッチングしてもよい。しかしながら、ｐ側光ガイド層と活性層の間には形成される層は、通常、極めて薄く形成されるものであるから、好ましくはｐ側ガイド層までエッチングすることとする。その理由は、窒化物半導体は、エッチングによりエッチング表面が劣化することが考えられる。そのため、このエッチングによる劣化の影響が活性層に及ばない範囲とすることが好ましいからである。
【００２８】
このように、本実施の形態ではｐ側ガイド層までエッチングすることが可能であり、ｐ側ガイド層までエッチングすることによりコア領域以外に電流が流れることを効果的に防止できる電流狭窄が可能となる。その結果、ｐ側ガイド層上にダイヤモンドライクカーボンを埋め込み層として形成した実施の形態の窒化物半導体レーザダイオードでは５ｍＷ程度の低出力動作時のみならず、３０ｍＷ以上、さらには５０ｍＷ程度の高出力動作時においてもキンクを発生させることなくかつ３０００時間以上の連続発振を行なうことが可能なリッジ形状の窒化物半導体レーザダイオードを提供することができる。
【００２９】
また、本発明の第２の効果として、埋め込み層にダイヤモンドライクカーボンを用いることで、リッジ幅を広げることが可能になることを挙げることができる。
その理由は、本発明に係る窒化物半導体レーザダイオードでは、リッジを従来例に比較して深く形成することができる結果、安定した横方向の光閉じ込めができるためである。すなわち、従来例では、リッジを浅く形成する必要があるために、横方向の光閉じ込めが不安定になることから、リッジ幅をある程度狭くすることにより安定した横方向の光閉じ込め確保する必要があるが、本発明では係る問題が生じないからである。
これも、コア領域を形成する窒化物半導体の屈折率（例えばＧａＮでは２．３）に対して屈折率差を小さくできるダイヤモンドライクカーボンを埋め込み層に用いることにより、横方向の光閉じ込めを強すぎることなくできることによるものである。そのため、リッジ幅を広げたとしても光閉じ込めが安定であるためレーザ発振時にビーム光が揺らぐことがなく、リッジ幅を１．５〜２．５μｍ程度に広げることを可能になる。
【００３０】
すなわち、従来例の埋め込み層としてＺｒＯ_２を用いたものでは、一般にリッジ幅を１．４μｍ程度に設定することが多いが、これは、ＺｒＯ_２を埋め込み層に用いた場合は横方向の光閉じ込めがダイヤモンドライクカーボンのように安定ではないため、リッジ幅を広くすればレーザ発振時のビーム光が揺らぐため、キンクを発生させてしまうからである。このように、本実施の形態の窒化物半導体レーザダイオードでは、リッジ幅を広くすることができるので、電流通路を広げることが可能となる。その結果、狭い範囲における過剰な電流の集中を緩和させることができ、３０ｍＷ以上、さらには５０ｍＷ程度の高出力動作をさせた場合においても、駆動電圧の増大を抑制することができ、寿命を向上させることができる。
【００３１】
上述したように、本発明に係る窒化物半導体レーザダイオードはリッジ幅を従来例より広い１．５〜２．５μｍとすることができるので、高出力時における過剰な電流密度を緩和させることができ、寿命特性を向上させることができる。具体的には、リッジ幅を２．０μｍとすれば３０ｍＷ以上の高出力時において低閾値であってキンクを発生させることなく、３０００時間以上の寿命を得ることができる。
【００３２】
このダイヤモンドライクカーボンの成膜条件を以下に示す。本実施の形態では、成膜装置として、プラズマＣＶＤ等のＣＶＤ装置を用いた場合について説明する。原料にはメタン、トルエン等を使用し、成膜温度を窒化物半導体にダメージを与えない温度である６００℃以下とする。しかし、成膜温度は１５０℃以下の低温にすると、２重結合を多く有するアモルファス状になり屈折率の低い埋め込み層となってしまう。このように埋め込み層の屈折率が低いと、窒化物半導体との屈折率差が大きくなり高出力時においてキンクが発生してしまう。また、成膜温度が６００℃より高ければ、成膜時に窒化物半導体にダメージを与える恐れがある。以上より、本発明における埋め込み層は、１５０℃以上で６００℃以下、好ましくは２００℃以上５００℃以下の範囲において成膜時の温度を設定する。このように、埋め込み層の成膜温度を１５０℃以上６００℃以下とすることで埋め込み層の屈折率を２．１５〜２．３とすることができる。これは、ダイヤモンドライクカーボンが炭素の２重結合と３重結合との多結晶体であるため、この２重結合と３重結合との割合によって屈折率を変えられるためである。より具体的には、成膜温度を上記に示す１５０℃から６００℃の間で高温領域にするほど、炭素の３重結合の割合が多くなり、ダイヤモンドの屈折率である２．４４に近づけることができる。また成膜温度を上記範囲内で低温領域にするほど、炭素の２重結合の割合が多くなり屈折率を下げることができる。
このように、ダイヤモンドライクカーボンは、成膜温度に対応させて屈折率を２．１５〜２．３の範囲で任意に設定することができるので、窒化物半導体レーザダイオードの窒化物半導体層をＧａＮ（屈折率２．３）だけでなく一般式Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦Ｘ＜１、０≦Ｙ＜１、０≦Ｘ＋Ｙ＜１）で示した場合にも、この組成式により表される種々の窒化物半導体の屈折率に対して容易に屈折率差を小さく維持することが可能となる。そのため、リッジ幅やエッチング深さを微妙に制御することなく、安定した光閉じ込めができる。この際、埋め込み層の膜厚は５００Å〜６０００Åに設定することが好ましい。
【００３３】
また、埋め込み層であるダイヤモンドライクカーボンの成膜装置としては、マイクロ波プラズマＣＶＤ法やＤＣプラズマＣＶＤ法などのプラズマＣＶＤ装置の他に、熱フィラメントＣＶＤ法、ＥＡＣＶＤ法、電子ビーム蒸着法、イオンビーム蒸着法、スパッタリング法、アークイオンプレーティング法、電子励起式イオンプレーティング法を使用した装置を用いることができるが、その場合でも、ダイヤモンドライクカーボンの成膜条件により対応する窒化物半導体に対応させて所望の屈折率に設定することができる。
【００３４】
以下、本実施の形態における半導体レーザダイオードの製造工程の一例を詳細に説明するが、本発明は、これに限定されるものでない。
本発明に使用することができる基板は、窒化物半導体層をエピタキシャル成長させることができる基板であればよく、基板の大きさや厚さ等は特に限定されない。この基板の具体例としては、Ｃ面、Ｒ面、及びＡ面のいずれかを主面とするサファイアやスピネルのような絶縁性基板、また炭化珪素（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃ）、シリコン、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ダイヤモンド、及び窒化物半導体と格子接合する酸化物基板が挙げられる。
例えば、サファイア基板を用いる場合、サファイア基板はＡ面をオリフラとし、Ｃ面を成長面とすることができる。その他、Ｒ面やＡ面でも成長面とすることができるが、好ましくはＣ軸配向の窒化物半導体層を成長させることができる基板とする。また、用いる基板は、外周を面取り加工や裏面を研削加工したものであってもよい。
【００３５】
次に、基板上に成長させる窒化物半導体層は、一般式としてＩｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦Ｘ＜１、０≦Ｙ＜１、０≦Ｘ＋Ｙ＜１）で表される種々の窒化物半導体である。また、本発明では、窒化物半導体層を有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法、やハライド気相エピタキシャル成長（ＨＶＰＥ）法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法等の気相成長法を用いて成長させることができる。
【００３６】
本例ではまず、前記基板上に低温で窒化物半導体Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）から成る下地層を成長させる。これにより、基板と窒化物半導体との格子定数差により生じる欠陥や割れを抑制することができる。ここで言う低温とは３００〜８００℃の温度範囲である。さらに、第２の下地層としてＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）を、有機金属化学気相成長法により、成長原料としてＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）とアンモニアを使用して成長温度１１５０℃以下で、表面が平坦な鏡面となるように１〜２０μｍ程度成長させる。
【００３７】
次に、第２の下地層上にＥＬＯ（Epitaxial Lateral Overgrowth）法によりＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）層を成長させる。ＥＬＯ（Epitaxial Lateral Overgrowth）法とは窒化物半導体を横方向成長させることで貫通転位を曲げて収束させることにより転位を低減させるものである。異種基板上に窒化物半導体を成長させる場合、この基板と窒化物半導体との格子定数の違いから成長界面に応力が発生する。この応力が貫通転位等を発生させることとなり、貫通転位が窒化物半導体の結晶性を低下させてしまう。そこで、このＥＬＯ法では縦方向に伸びる性質を有する貫通転位を横方向に曲げることで窒化物半導体の表面の貫通転位を低減させるものである。具体的には、まず、第２の下地層上に保護膜を成膜し、この保護膜に開口部を設ける。この保護膜は、その保護膜上には窒化物半導体が成長しないような材料を選択して用いる。すなわち、保護膜の開口部には第２の下地層の表面が露出しており、この露出された第２の下地層を核として窒化物半導体を成長させることにより、保護膜上では横方向成長させる。この横方向成長する窒化物半導体においては貫通転位も横方向に伸びる。この横方向に伸びた貫通転位は保護膜上で接合して収束し、窒化ガリウム層の表面には転位は表われない。このようにすると、開口部から縦方向に伸びる貫通転位が存在するが、保護膜上に成長させた窒化物半導体において、低転位領域を形成することができる。尚、この低転位領域は保護膜上であってかつ横方向成長してきた窒化物半導体同士の接合部を除く部分に形成される。
【００３８】
以上の具体例では、上述のＥＬＯ法を用いたが、窒化物半導体に生じる貫通転位を減少させる方法には、前記ＥＬＯ法の他に、ＨＶＰＥ法により厚膜成長させ、この厚膜成長時に貫通転位を収束させることで転位を低減させる方法等があり、本発明はＥＬＯ法以外の方法を用いてもよい。
【００３９】
このＨＶＰＥ法は、例えばＧａＮからなる窒化物半導体を成長させる場合であれば、ＨＣｌガスとＧａ金属とを反応させてＧａＣｌやＧａＣｌ_３を形成し、さらにこのＧａ塩化物をアンモニアと反応することでＧａＮを基板上に堆積させる。
【００４０】
また、ＨＶＰＥ法により窒化物半導体と異なる異種基板上に窒化物半導体を厚膜成長させた場合には、この厚膜の窒化物半導体基板から異種基板を除去することにより窒化物半導体のみから成る単体基板として用いることができる。厚膜の窒化物半導体（基板）から異種基板を除去する方法としては、異種基板を研磨により除去する方法、異種基板と窒化物半導体との界面にエキシマレーザ照射することにより異種基板を除去する方法等がある。このように作製した窒化物半導体基板ではサファイア基板を除去することで窒化物半導体基板の裏面にｎ電極が形成された裏面電極構造とすることが可能となる。
ここまでの工程で得られた基板上に窒化物半導体を成長させたもの、ＥＬＯ法で成長させたもの、及びＨＶＰＥ法により成長させたものを、異種基板を除去しているか否かにかかわらず、以下、窒化物半導体基板という。
【００４１】
次に、前記窒化物半導体基板上に窒化物半導体素子を形成する。前記窒化物半導体基板上にｎ側コンタクト層としてｎ型不純物をドープしたＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦Ｘ＜１）を５μｍ程度で成長させる。さらに、このｎ側コンタクト層上にクラック防止層としてｎ型不純物ドープＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦Ｘ＜１）を０．２μｍ程度で成長させる。なお、このクラック防止層は省略可能である。続いて、クラック防止層上にｎ側クラッド層を成長させる。このｎ側クラッド層としては、超格子構造であるのが好ましく、例えば、アンドープＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦Ｘ＜１）よりなる層と、ｎ型不純物をドープしたｎ型ＧａＮよりなる層とを交互に積層して総膜厚１．２μｍ程度の超格子構造よりなるｎ側クラッド層を成長させる。続いて、アンドープＧａＮよりなるｎ側光ガイド層を０．１μｍ程度の膜厚で成長させる。このｎ側光ガイド層は、ｎ型不純物をドープしてもよい。
【００４２】
活性層
次に、例えば、障壁層としてノンドープＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）層、井戸層としてｎ型不純物ドープＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）層とを含む単一量子井戸構造、又は多重量子井戸構造の活性層を成長させる。多重量子井戸構造であれば、障壁層と井戸層とを同一温度で２〜５回程度で交互に積層し、最後に障壁層を形成して総膜厚を例えば、２００〜５００Åとする。
【００４３】
次に、活性層上にｐ側キャップ層としてｐ型不純物をドープしたｐ型Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦Ｘ＜１）を成長させる。このｐ側キャップ層は膜厚を３００Å程度で成長させる。続いて、アンドープＧａＮよりなるｐ側光ガイド層を０．１μｍ程度の膜厚で成長させる。このｐ側光ガイド層は、ｐ型不純物をドープしてもよい。次に、ｐ側光ガイド層上にｐ側クラッド層を成長させる。このｐ側クラッド層としては、ｎ側クラッド層と同様に超格子構造であるのが好ましく、アンドープＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦Ｘ＜１）よりなる層と、ｐ型不純物をドープしたｐ型ＧａＮよりなる層とを交互に積層して総膜厚０．６μｍ程度の超格子構造よりなるｐ側クラッド層を成長させる。最後に、ｐ側クラッド層の上に、ｐ型不純物をドープしたＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦Ｘ≦１）からなるｐ側コンタクト層を成長させる。
【００４４】
ここで、不純物濃度としては、特に限定する必要はないが、好ましくはｎ型不純物、及びｐ型不純物は１×１０^１８／ｃｍ^３〜１×１０^２０／ｃｍ^３とする。また、前記ｎ型不純物としてはＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｃｄ等が挙げられ、ｐ型不純物としてはＢｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ等が挙げられる。
【００４５】
次に、窒化物半導体基板上に上述の窒化物半導体素子を構成する各層を形成した後、ｐ電極とｎ電極とを同一面側に形成する場合には、ｎ電極を形成するためにｎ側コンタクト層の一部をエッチングにより露出させる。次に、ストライプ状の光導波路領域を形成するためにエッチングすることによりリッジを形成する。ここで、リッジを形成するためのエッチングは異方性エッチングであるのが好ましく、例えばＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置等を使用する。ここで形成されるリッジ幅は本発明においては、埋め込み層としてダイヤモンドライクカーボンを用いることにより、１．５〜２．５μｍと広くすることができる。また、エッチング深さとしては窒化物半導体素子内のｐ側ガイド層までエッチングすることが可能である。
【００４６】
リッジを形成後、露出したリッジの側壁部からリッジの両側表面の窒化物半導体層上に絶縁体であるダイヤモンドライクカーボンからなる埋め込み層をＣＶＤ（化学気相堆積）法により形成する。埋め込み層の成膜条件は前に示しており、ここでは省略する。
【００４７】
この埋め込み層の機能は電流狭窄、及び横方向の光閉じ込めである。コア領域内の横方向に光を閉じ込めるためには、窒化物半導体よりも屈折率の小さい材料を埋め込み層に用いる必要があるが、上述したようにキンクを発生させないようにするためには、埋め込み層の屈折率と窒化物半導体の屈折率との間の差を小さくする必要がある。
尚、縦方向の光閉じ込めは屈折率の高いコア領域と、屈折率の低いｐ、ｎ側クラッド層とで屈折率差をつけることでコア内に光を閉じ込めている。
【００４８】
その後、ｐ側電極を形成するためにリッジ最上面に成膜された埋め込み層をＲＩＥで除去する。次に、除去後、露出したｐ側コンタクト層の表面にＮｉ／Ａｕよりなるｐ側電極をストライプ状に形成し、ｐ側電極を形成した後、ｎ側コンタクト層の表面にＴｉ／Ａｌよりなるｎ側電極をリッジストライプと平行に形成する。次に取り出し電極であるパッド電極をｐ電極、及びｎ電極上に形成する。このパッド電極を形成する前に、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２等から成る誘電体多層膜を共振器面（光出射端面側）に形成してもよい。この誘電体多層膜を有することにより高出力時における光出射端面の端面劣化を抑制することができる。
【００４９】
さらに、ストライプ状の電極に垂直な方向で、基板側からバー状にヘキカイし、ヘキカイ面（（１１−００）面、六方晶系の側面に相当する面＝Ｍ面）に共振器を形成する。この共振器面に誘電体多層膜を形成し、電極に平行な方向でバーを切断して窒化物半導体レーザ素子とする。この窒化物半導体レーザ素子をヒートシンクに設置し、ワイヤーボンディングし、キャップで封止することで窒化物半導体レーザダイオードとする。
【００５０】
以上のようにして、実施の形態の窒化物半導体レーザダイオードを製造することができる。
【００５１】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面（図１）を参照して説明する。
［実施例１］
実施例１では、図１に示すように、基板としてＣ面を主面、オリフラ面をＡ面とする２インチφで厚さ２ｍｍのサファイア基板１を用い、ＭＯＣＶＤ装置にセットし、温度１０５０℃で１０分間のサーマルクリーニングを行い水分や表面の付着物を除去する。
【００５２】
次に、温度を５１０℃にして、キャリアガスに水素、原料ガスにアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウム）を用い、前記サファイア基板上にＧａＮより成る第１の下地層２を２００オングストロームの膜厚で成長させる。
【００５３】
その後、前記第１の下地層２上に、ＧａＮからなる第２の下地層３を成長温度１０５０℃、膜厚２０μｍで成長させる。この第２の下地層３は、第１の下地層２と同様にキャリアガスには水素、原料ガスにはアンモニア、ＴＭＧを用いて成長させる。
【００５４】
次に、ＥＬＯ法による横方向成長を行い、貫通転位を低減させる。
すなわち、第２の下地層３を成長させた後、第２の下地層３上にＳｉＯ_２よりなる保護膜を膜厚０．５μｍで成膜する。さらに、この保護膜に開口部を有するストライプパターンを形成する。この開口部を有する保護膜５のストライプパターンは基板のオリフラ面に対して垂直方向に形成される。また、保護膜５のストライプ幅は１４μｍ、開口部幅は６μｍである。この開口部には第２の下地層３のＧａＮが露出している。この開口部より露出した 窒化物半導体を核としてＧａＮを横方向に成長させることにより膜厚１５μｍのＧａＮ層４を形成する。このように保護膜５上に横方向成長させることにより平坦でミラー形状を有する窒化物半導体基板とでき、この窒化物半導体基板において保護膜５上の横方向成長させた領域では単位面積あたりの貫通転位が１×１０^７個／ｃｍ^２以下にできる。
【００５５】
次に、窒化物半導体基板上に窒化物半導体素子を形成する。
（アンドープｎ型コンタクト層１０１）
ウェーハ（サファイア基板１上に第１の下地層からＧａＮ層４までを形成した窒化物半導体基板）を、ＭＯＣＶＤ装置の反応容器内にセットし、１０５０℃でＧａＮ層４上に、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、アンモニアを用い、Ａｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎよりなるアンドープｎ型コンタクト層１０１を１μｍの膜厚で成長させる。この層は、ＧａＮ層４を最上層に備えた窒化物半導体基板とｎ型コンタクト層をはじめとする半導体素子を構成する層との間で、緩衝層としての機能を有する。
【００５６】
（ｎ型コンタクト層１０２）
次にアンドープｎ型コンタクト層１０１上にＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、不純物ガスとしてシランガスを用い、１０５０℃でＳｉドープしたＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎよりなるｎ型コンタクト層１０２を４μｍの膜厚で成長させる。
【００５７】
（クラック防止層１０３）
次に、ＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニアを用い、温度を９００℃にしてＩｎ_０．０７Ｇａ_０．９３Ｎよりなるクラック防止層１０３を０．１５μｍの膜厚で成長させる。
【００５８】
（ｎ型クラッド層１０４）
次に、温度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５ＮよりなるＡ層を２５Åの膜厚で成長させ、続いて、ＴＭＡを止め、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０^１８／ｃｍ^３ドープしたＧａＮよりなるＢ層を２５Åの膜厚で成長させる。この操作を２００回繰り返しＡ層とＢ層との積層構造とし、総膜厚１μｍの多層膜（超格子構造）よりなるｎ型クラッド層を成長させる。
【００５９】
（ｎ型ガイド層１０５）
次に、シランガスを止め、同様の温度で、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなるｎ型ガイド層１０５を０．１５μｍの膜厚で成長させる。このｎ型ガイド層１０５は、ｎ型不純物をドープしてもよい。
【００６０】
（活性層１０６）
次に、温度を９００℃にし、原料ガスにＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０^１８／ｃｍ^３ドープしたＩｎ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎよりなる障壁層を１００Åの膜厚で成長させた後、シランガスを止め、アンドープのＩｎ_０．１３Ｇａ_０．８７Ｎよりなる井戸層を４０Åの膜厚で成長させることを繰り返すことにより、障壁層／井戸層／障壁層／井戸層の順に積層し、最後に障壁層を形成としてＴＭＩ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＩｎ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎを成長させる。活性層１０６は、総膜厚５００Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）となる。
【００６１】
（ｐ型電子閉じ込め層１０７）
次に、活性層と同じ温度で、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてＣｐ_２Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０^１９／ｃｍ^３ドープしたＡｌ_０．３Ｇａ_０．７Ｎよりなるｐ型電子閉じ込め層１０７を１００Åの膜厚で成長させる。
【００６２】
（ｐ型ガイド層１０８）
次に、Ｃｐ_２Ｍｇ、ＴＭＡを止め、温度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープのＧａＮよりなるｐ型ガイド層１０８を０．１５μｍの膜厚で成長させる。
【００６３】
（ｐ型クラッド層１０９）
次に、１０５０℃でアンドープＡｌ_０．０５Ｇａ_０．９５ＮよりなるＡ層を２５Åの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止め、Ｃｐ_２Ｍｇを用いて、Ｍｇを１×１０^２０／ｃｍ^３ドープしたＧａＮよりなるＢ層を２５Åの膜厚で成長させ、それを９０回繰り返して総膜厚０．４５μｍの超格子層よりなるｐ型クラッド層１０９を成長させる。ｐ型クラッド層は、ＧａＮとＡｌＧａＮとを積層した超格子構造とする。ｐ型クラッド層１０９を超格子構造とすることによって、クラッド層全体のＡｌ混晶比を上げることができるので、クラッド層自体の屈折率が小さくなり、さらにバンドギャップエネルギーが大きくなるので、しきい値を低下させる上で非常に有効である。
【００６４】
（ｐ型コンタクト層１１０）
最後に、１０５０℃で、ｐ型クラッド層１０９の上に、ＴＭＧ、アンモニア、Ｃｐ_２Ｍｇを用い、Ｍｇを１×１０^２０／ｃｍ^３ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層１１０を１５０Åの膜厚で成長させる。
反応終了後、反応容器内において、ウェハを窒素雰囲気中、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化する。
【００６５】
アニーリング後、窒化物半導体を積層させたウェハを反応容器から取り出し、最上層のｐ型コンタクト層の表面にＳｉＯ_２よりなる保護膜を形成して、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）法を用いＳｉＣｌ_４ガスによりエッチングし、ｎ電極を形成するためにｎ型コンタクト層１０２の表面（一部）を露出させる。
【００６６】
次に、ＳｉＯ_２保護膜をマスクとして形成し、ＲＩＥを用いＣＦ_４ガスによりエッチングすることにより、ストライプ状の導波路領域を形成するためのリッジをストライプ幅が２μｍになるように形成する。このリッジはその両側をｐ側ガイド層までエッチングするようにして形成する。その後、プラズマＣＶＤ装置を用いてダイヤモンドライクカーボンよりなる絶縁保護膜５０を、エッチングによりリッジを形成した後の露出面となるリッジの上面、リッジの側壁部、及びリッジの両側表面（リッジを形成するためのエッチングにより露出されたｐ型光ガイド層表面）に成膜温度２００℃で０．５μｍの膜厚で形成する。
【００６７】
次に前記リッジ上面に成膜された埋め込み層を除去した後、ｐ型コンタクト層１１０上にｐ型電極３１をＮｉ／Ａｕで形成し、また、エッチングにより露出したｎ型コンタクト層１０２上にはＴｉ／Ａｌよりなるｎ型電極２１を形成する。このｐ電極３１は、リッジ上にストライプ形成されており、同じくストライプ状に形成されているｎ電極２１と平行に形成する。
【００６８】
次に、光反射端面にＳｉＯ_２とＴｉＯ_２よりなる誘電体多層膜を設けた後、ｐ電極、及びｎ電極上にＮｉ−Ｔｉ−Ａｕ（１０００Å−１０００Å−８０００Å）よりなるパット電極２２，３２をそれぞれ形成する。
【００６９】
以上のようにして得られた窒化物半導体レーザ素子をヒートシンクに設置し、それぞれのパッド電極にワイヤーボンディングをすることで窒化物半導体レーザダイオードとする。以上のようにして作製した実施例１の窒化物半導体レーザダイオードは、室温において発振波長４０５ｎｍの連続発振が得られ、そのしきい値が２．８ｋＡ／ｃｍ^２であった。また、本実施例１の窒化物半導体レーザダイオードにおいては、３０ｍＷの出力動作をさせた場合でもキンクの発生は観測されず、また、寿命は３０００時間以上であった。
【００７０】
変形例．
図３は、本発明に係る変形例の窒化物半導体レーザダイオードの断面図である。
本変形例の窒化物半導体素子は、図３に示すように、保護膜５を形成した後からアンドープｎ型コンタクト層１０１を形成するまでの工程（これらの工程により形成された部分）が実施例１とは異なり、他の部分については実施例１と同様に構成される。
すなわち、本変形例では、実施例１と同様にして第２の下地層３を成長させて開口部を有する保護膜５を形成した後、断面がＴ字形状である第１横成長窒化物半導体４ａとその上に形成された第２横成長窒化物半導体４ｂとからなる、実施例１におけるＧａＮ層４に相当する部分を以下のようにして形成している。
尚、図３において、保護膜５は示されていないが、これは後述するように、後の工程で除去されるからである。
【００７１】
ここで、保護膜５は、ストライプ状にエッチングして保護膜５の間に窓部を形成するようにしてもよいし、格子状にエッチングして、島状の窓部を形成するようにしてもよい。また、この場合において、島状の窓部は多角形（三角形、四角形、六角形等）であっても、円形であっても良い。
保護膜５において形成された窓部を島状、格子状にすると、次に成長させる第１横成長窒化物半導体４ａが保護膜５上を放射状に横方向成長するようになり、例えば、第１横成長窒化物半導体４ａより下の支持基板部分を剥離する場合に剥離を容易にできる。
【００７２】
また、保護膜を島状に残すようにして、格子状の窓部を形成すると、後で成長させる第２横成長窒化物半導体層４ｂの接合部を中心の１点だけにできるため、転位が集中し易い接合部の面積を最小限にすることができる。
【００７３】
また、保護膜をストライプ状に形成した場合には、基板のオリフラ面をＡ面として、ストライプをそのオリフラ面の垂直軸に対して左右どちらかに、θ＝０．１〜１°ずらして形成することが好ましく、このようにすると成長面がより平坦で良好な結晶が得られる。
【００７４】
変形例では、以上のようにして保護膜５を形成した後、保護膜５の窓部から第２の下地層３を核として、第１横成長窒化物半導体４ａを成長させ、第１横成長窒化物半導体４ａが保護膜５上を横方向に成長する時、完全に保護膜５を覆う前に成長を止める。このようにして成長された第１横成長窒化物半導体４ａの断面形状は、図３に示すように、周期配列されたＴ字状となる。ここで、第１横成長窒化物半導体４ａの材料としては、特に限定されるものではないが、好ましくはＧａＮが挙げられる。また、この第１横成長窒化物半導体４ａとしては、ノンドープであってもよいし、ｐ型不純物及びｎ型不純物のうちの一方又は両方をドープしてもよい。
また、第１横成長窒化物半導体４ａの好ましい膜厚は、保護膜５の膜厚、大きさによっても異なるが、保護膜の表面において横方向に成長した結晶性のいい部分を一定の広さ以上に形成するために、第１横成長窒化物半導体４ａの膜厚は保護膜５の膜厚の少なくとも１．５倍以上、具体的には１．５〜２μｍの膜厚で成長させることが好ましい。
【００７５】
次に、隣接する第１横成長窒化物半導体４ａの間から、保護膜５を除去して図３に示す空洞５ａを形成する。この保護膜５の除去方法としては、エッチングを用いることができ、エッチング方法としては、特に限定されるものではなく、ドライエッチングまたはウェットエッチングを用いることができる。尚、この際、等方性ドライエッチングであれば、エッチングの制御を容易に行うことができる。
【００７６】
このように変形例では、保護膜５を除去することにより第１横成長窒化物半導体４ａの横方向に成長した結晶欠陥の少ない部分の直下に空洞が形成される。
次に、保護膜５を除去して空洞５ａが形成された後、図３に示すように、第１横成長窒化物半導体４ａの上面及び側面より窒化物半導体を成長させることにより、第１横成長窒化物半導体４ａを覆うように第２横成長窒化物半導体４ｂを形成する。
このように形成された第２横成長窒化物半導体層４ｂでは保護膜が除去されてその部分に空洞が形成されているので、保護膜を除去しない場合にそれと第２横成長窒化物半導体層４ｂとの間に生じていた応力は発生しない。
【００７７】
ここで、第２横成長窒化物半導体４ｂは、アンドープのＧａＮ、およびＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ等のｎ型不純物をドープしたＧａＮ、またはＭｇ等のｐ型不純物をドープしたＧａＮを用いることができ、９００〜１１００℃で成長される。上述した中でも、Ｍｇをドープして第２横成長窒化物半導体４ｂを成長させると、第２横成長窒化物半導体層４ｂが横方向に伸び易くなり、第１横成長窒化物半導体４ａの隙間を埋め易くなるため好ましい。他方、アンドープとすると電気的特性が安定する。また、第２横成長窒化物半導体４ｂは空間上を成長するため、保護膜上の成長を伴う場合には選択性が低いために用いることのできなかったＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）を用いることもできる。
また、第２横成長窒化物半導体４ｂの膜厚は、ＧａＮの場合は３〜２０μｍ、好ましくは５〜２０μｍであるのが望ましく、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮの場合は２〜１５μｍが好ましい。
【００７８】
さらに、第２横成長窒化物半導体４ｂとして適当な多層膜を用いてもよい。多層膜の層数及び膜厚は特に限定されず、バルクを２ペア積層したものであっても、多数の薄膜を積層した超格子であっても良い。各層の膜厚は、１０Å〜２μｍが好ましい。第２横成長窒化物半導体４ｂを多層膜とすることにより、多様な機能の層、例えば、ｎ型コンタクト層、ｎ型クラッド層等と兼用することができる。その結果、窒化物半導体基板の総厚を薄くすることができ、基板の反りを緩和することができる。また、第２横成長窒化物半導体４ｂを多層膜とすることにより、転位の縦方向の進行を抑制することができる。例えば、ＧａＮ／Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０＜ｘ＜１）多層膜を用いると、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮは横方向成長を促進する条件で成長させることができるため、転位の貫通を抑制することができ有利である。例えば、ＧａＮとＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮのペアを各々２００Åの膜厚で５０サイクル繰り返して超格子として成長し、第２横成長窒化物半導体４ｂとする。
【００７９】
ここで第２横成長窒化物半導体４ｂは、横方向の成長により得られた結晶性のよい第１横成長窒化物半導体４ａの上面及び側面より成長させるため、空洞５ａの上方に成長される第２横成長窒化物半導体４ｂにおいては結晶欠陥がなくなり、窓部（空洞と空洞の間）の上方に位置する部分にのみ結晶欠陥が残る。
【００８０】
このように、変形例では、保護膜５を除去しているので、以後の工程においてＳｉＯ_２等からなる保護膜が１０００℃以上の温度で分解拡散して保護膜上の窒化物半導体に入るのを防止することができる。したがって、分解したＳｉＯ_２が窒化物半導体に入って結晶性を低下させたり、異常成長を引き起こすといった問題点を解決することができる。
さらに、第２横成長窒化物半導体４ｂを、保護膜を完全に除去した状態で第１横成長窒化物半導体４ａの上面及び側面から成長させているので、空間５ａにより、結晶欠陥の多い第２の下地層３からの結晶欠陥の伝播を抑えることができる。以下、実施例１と同様にして、第２横成長窒化物半導体４ｂ上にアンドープｎ型コンタクト層１０１から上の部分を形成する。
【００８１】
本変形例によれば、横方向に成長させた窒化物半導体の接合部における転位の集中が緩和されており、接合部の認識が容易で、反りも抑制されているので、半導体レーザなどの窒化物半導体素子の製造が容易となる。半導体レーザ素子を製造する場合、半導体レーザ素子の横モード制御のためのストライプ構造は、電流及び／又は光が閉じ込められる活性領域が第１横成長窒化物半導体層４ａの成長起点となった領域と、第２横成長窒化物半導体層４ｂの接合部とを避けて、これらの間に位置するように形成することが好ましい（これらの間における欠陥密度は、１×１０^７個／ｃｍ^２以下とできる）。なぜなら、横方向成長した第１横成長窒化物半導体４ａの成長起点となった領域、即ち保護膜５の窓部の領域は転位密度が高く、また、第２横成長窒化物半導体４ｂ同士が接合する部分も従来よりも転位が大巾に抑制されているとは言え、その他の領域に比べて転位密度が高いためである。すなわち、本発明の埋め込みヘテロ型半導体レーザの場合には埋めこまれたストライプ部を、第１横成長窒化物半導体層４ａの成長起点となった領域と第２横成長窒化物半導体層５ｂの接合部とを避けて、これらの間に位置するように形成する。尚、第２横成長窒化物半導体４ｂ同士の接合部における転位の集中が従来よりも大巾に緩和されているため、半導体レーザ素子のストライプ構造をより接合部に近い位置に形成することが可能であり、また、レーザ素子の寿命も向上する。
【００８２】
以上説明したように、本発明に係る変形例の窒化物半導体レーザダイオードは、実施例１のＧａＮ層４よりさらに結晶欠陥の少ない第２横成長窒化物半導体層４ｂの上に素子構造が構成されているので、実施例１よりさらに優れた特性を実現できる。
【００８３】
［実施例２］
実施例１と同様にサファイア基板１上に第１の下地層２を成長させた後、実施例１の第２の下地層３〜ＧａＮ層４に代えて、膜厚１００μｍのアンドープＧａＮよりなる第１の窒化物半導体層と膜厚５０μｍのアンドープＧａＮよりなる第２の窒化物半導体層とを形成した後、その上に実施例１と同様にして窒化物半導体素子を構成した。
ここで、アンドープＧａＮよりなる第１の窒化物半導体は、第１の下地層２を形成したサファイア基板１を、ハイドライド気相エピタキシャル成長装置にセットし、Ｇａメタルを石英ボートに用意し、ハロゲンガスにＨＣｌガスを用いることによりＧａＣｌ_３を生成し、次に、Ｎガスであるアンモニアガスと反応させることにより形成した。この第１の窒化物半導体の成長温度は１０００℃に設定し、成長速度を１ｍｍ／ｈｏｕｒとして、膜厚１００μｍに成長させる。
【００８４】
第１の窒化物半導体層上に形成した第２の窒化物半導体もハイドライド気相エピタキシャル成長法装置において成長させる。この時の成長条件としては、成長温度を第１の窒化物半導体と同じ温度とし、成長速度は５０μｍ／ｈｏｕｒに設定して膜厚が５０μｍになるように成長させた。このようにして得られた窒化物半導体基板は表面は平坦かつ鏡面となり、ＣＬ観察によると貫通転位密度は約１×１０^６ｃｍ^−２程度であり、低欠陥である窒化物半導体基板を提供することができる。
【００８５】
以上により得られた実施例２の窒化物半導体レーザダイオードにおいて、埋め込み層である絶縁保護膜５０は当然ダイヤモンドライクカーボンである。この実施例２の窒化物半導体レーザダイオードにおいても、３０ｍＷ以上の光出力時においてキンクが発生しない連続発振が可能であり、３０００時間以上の寿命特性が期待できる。
【００８６】
【発明の効果】
以上に示すように、本発明に係る窒化物半導体レーザ素子は、ダイヤモンドライクカーボンにより埋め込み層を形成しているので、高出力条件下においてレーザ発振させた場合においてもキンクが発生しない、寿命特性の良好な窒化物半導体レーザダイオードを提供することができる。また、埋め込み層の材料であるダイヤモンドライクカーボンは熱伝導率が高く、放熱性に優れフェイスダウン構造の窒化物半導体レーザダイオードとした場合においてより有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る実施例１の窒化物半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。
【図２】 半導体レーザ素子におけるキンク現象を説明するための模式図である。
【図３】 本発明に係る変形例の窒化物半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１…サファイア基板、
２…第１の下地層、
３…第２の下地層、
４…ＧａＮ層、
４ａ…第１横成長窒化物半導体、
４ｂ…第２横成長窒化物半導体、
５…保護膜、
５ａ…空洞、
１０１…アンドープｎ型コンタクト層、
１０２…ｎ型コンタクト層、
１０３…クラック防止層、
１０４…ｎ型クラッド層、
１０５…ｎ型ガイド層、
１０６…活性層、
１０７…ｐ型電子閉じ込め層、
１０８…ｐ型ガイド層、
１０９…ｐ型クラッド層、
１１０…ｐ型コンタクト層、
２１…ｎ型電極、
２２，３２…パット電極、
３１…ｐ型電極。

Claims (9)

1. リッジを有し、そのリッジ両側に埋め込み層が形成された窒化物半導体レーザダイオードにおいて、
   前記埋め込み層は炭素の２重結合と３重結合とを含有する多結晶体からなるダイヤモンドライクカーボンからなることを特徴とする窒化物半導体レーザダイオード。
2. 前記窒化物半導体レーザダイオードは、基板上にｎ側窒化物半導体層、活性層、ｐ側窒化物半導体層とを形成したものであり、このｐ側窒化物半導体層は活性層上にｐ側キャップ層、ｐ側ガイド層、ｐ側クラッド層、ｐ側コンタクト層とを有するものであって、
   前記リッジは、そのリッジの両側がｐ側ガイド層までエッチングされることにより形成されていることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体レーザダイオード。
3. 前記埋め込み層の屈折率が２．１５以上２．３以下に設定されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物半導体レーザダイオード。
4. リッジを有し、そのリッジの両側に埋め込み層が形成された窒化物半導体レーザダイオードの製造方法において、
   前記リッジを形成した後に、前記リッジ及びその両側表面に炭素の２重結合と３重結合とを含有する多結晶体からなるダイヤモンドライクカーボンを埋め込み層として成膜する工程を有することを特徴とする窒化物半導体レーザダイオードの製造方法。
5. 前記リッジはストライプ形状に形成されることを特徴とする請求項４に記載の窒化物半導体レーザダイオードの製造方法。
6. 前記埋め込み層を成膜した後、リッジ上部のダイヤモンドライクカーボンを除去する工程を含むことを特徴とする請求項４に記載の窒化物半導体レーザダイオードの製造方法。
7. 前記窒化物半導体レーザダイオードは、基板上にｎ側窒化物半導体層、活性層、ｐ側窒化物半導体層とを形成したものであり、このｐ側窒化物半導体層は活性層上にｐ側キャップ層、ｐ側ガイド層、ｐ側クラッド層、ｐ側コンタクト層とを有する窒化物半導体レーザダイオードの製造方法であって、
   前記リッジをストライプ形状に形成する工程でそのリッジ両側を前記ｐ側ガイド層までエッチングすることによりリッジを形成することを特徴とする請求項４に記載の窒化物半導体レーザダイオードの製造方法。
8. 前記埋め込み層を成膜する工程において、成膜温度を１５０℃以上６００℃以下に設定したことを特徴とする請求項４に記載の窒化物半導体レーザダイオードの製造方法。
9. 前記埋め込み層の屈折率が２．１５以上２．３以下になるように前記埋め込み層の成膜温度を設定したことを特徴とする請求項４に記載の窒化物半導体レーザダイオードの製造方法。

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