JPH11214788A - 窒化ガリウム系半導体レーザ素子 - Google Patents
窒化ガリウム系半導体レーザ素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 窒化ガリウム系半導体レーザ素子において、
光ディスクシステムの光源としての使用が可能な、良好
なレーザ発振特性を有する半導体レーザ素子を提供す
る。 【解決手段】 窒化物半導体からなるクラッド層及び／
又はガイド層に挟まれ、窒化物半導体からなる活性層を
有する半導体レーザにおいて、前記活性層の幅よりも狭
い幅のストライプ領域に電流が注入され、この電流注入
されるストライプ領域の幅が、０．２μｍ以上１．８μ
ｍ以下である。
光ディスクシステムの光源としての使用が可能な、良好
なレーザ発振特性を有する半導体レーザ素子を提供す
る。 【解決手段】 窒化物半導体からなるクラッド層及び／
又はガイド層に挟まれ、窒化物半導体からなる活性層を
有する半導体レーザにおいて、前記活性層の幅よりも狭
い幅のストライプ領域に電流が注入され、この電流注入
されるストライプ領域の幅が、０．２μｍ以上１．８μ
ｍ以下である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ディクスシステ
ムの光源に用いられる窒化ガリウム系半導体レーザ素子
に関する。
ムの光源に用いられる窒化ガリウム系半導体レーザ素子
に関する。
【０００２】
【従来の技術】紫外から緑色の波長領域での発光波長を
有する半導体レーザ素子（ＬＤ）の半導体材料として、
窒化ガリウム系半導体（ＧａＩｎＡｌＮ）が用いられて
いる。この窒化ガリウム系半導体を用いた半導体レーザ
素子は、例えば、ＭＲＳ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｊ．Ｎｉ
ｔｒｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄ．Ｒｅｓ．２（１９９
７）５に記載されており、その断面図を図１１に示す。
図１１において、２０１はサファイア基板、２０２はＧ
ａＮバッファ層、２０３はｎ−ＧａＮコンタクト層、２
０４はｎ−Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ層、２０５はｎ−Ａｌ
0.08Ｇａ0.92Ｎクラッド層、２０６はｎ−ＧａＮガイド
層、２０７はＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ量子井戸層とＩｎ0.02
Ｇａ0.98Ｎ障壁層とからなる多重量子井戸構造活性層、
２０８はｐ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層、２０９はｐ−ＧａＮ
ガイド層、２１０はｐ−Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎクラッド
層、２１１はｐ−ＧａＮコンタクト層、２１２はｐ側電
極、２１３はｎ側電極である。ここで、多重量子井戸構
造活性層２０７は、３．５ｎｍ厚のＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ
量子井戸層が４層、７ｎｍ厚のＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ障壁
層が３層、の合計７層で構成され、量子井戸層と障壁層
が交互に形成されている。この従来例では注入電流を狭
窄するためにｐ−Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎクラッド層２１０
とｐ−ＧａＮコンタクト層２１１はリッジストライプ状
に形成されており、このストライプの幅は４μｍであ
る。この他、特開平９−２３２６８０号公報にも同様に
窒化ガリウム系半導体を用いた半導体レーザ素子が記載
されているが、この従来例においても注入電流を狭窄す
るためにリッジストライプ状構造が形成されており、ス
トライプの幅は５μｍから１０μｍである。
有する半導体レーザ素子（ＬＤ）の半導体材料として、
窒化ガリウム系半導体（ＧａＩｎＡｌＮ）が用いられて
いる。この窒化ガリウム系半導体を用いた半導体レーザ
素子は、例えば、ＭＲＳ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｊ．Ｎｉ
ｔｒｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄ．Ｒｅｓ．２（１９９
７）５に記載されており、その断面図を図１１に示す。
図１１において、２０１はサファイア基板、２０２はＧ
ａＮバッファ層、２０３はｎ−ＧａＮコンタクト層、２
０４はｎ−Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ層、２０５はｎ−Ａｌ
0.08Ｇａ0.92Ｎクラッド層、２０６はｎ−ＧａＮガイド
層、２０７はＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ量子井戸層とＩｎ0.02
Ｇａ0.98Ｎ障壁層とからなる多重量子井戸構造活性層、
２０８はｐ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層、２０９はｐ−ＧａＮ
ガイド層、２１０はｐ−Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎクラッド
層、２１１はｐ−ＧａＮコンタクト層、２１２はｐ側電
極、２１３はｎ側電極である。ここで、多重量子井戸構
造活性層２０７は、３．５ｎｍ厚のＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ
量子井戸層が４層、７ｎｍ厚のＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ障壁
層が３層、の合計７層で構成され、量子井戸層と障壁層
が交互に形成されている。この従来例では注入電流を狭
窄するためにｐ−Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎクラッド層２１０
とｐ−ＧａＮコンタクト層２１１はリッジストライプ状
に形成されており、このストライプの幅は４μｍであ
る。この他、特開平９−２３２６８０号公報にも同様に
窒化ガリウム系半導体を用いた半導体レーザ素子が記載
されているが、この従来例においても注入電流を狭窄す
るためにリッジストライプ状構造が形成されており、ス
トライプの幅は５μｍから１０μｍである。
【０００３】一方、窒化ガリウム系半導体を用いた半導
体レーザ素子を光ディスクシステムの光源として用いる
場合、データの読み出し時における雑音によるデータの
読み出しエラーを防止するために、一定電流を注入して
も光出力が変調されている自励発振型の半導体レーザが
用いられており、このような半導体レーザ素子は特開平
９ー１９１１６０号公報に記載されている。その断面図
を図１２に示す。図１２において、２２１はｎ−ＳｉＣ
基板、２２２はｎ−ＡｌＮバッファ層、２２３はｎ−Ａ
ｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層、２２４は厚さ５０ｎｍの
Ｉｎ0.15Ｇａ0. 85Ｎ活性層、２２５はｐ−Ａｌ0.15Ｇａ
0.85Ｎ第１ｐ型クラッド層、２２６はｐ−Ｉｎ0.2Ｇａ
0.8Ｎ可飽和吸収層、２２７はｎ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ
電流ブロック層、２２８はｐ−Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ第２
ｐ型クラッド層、２２９はｐ−ＧａＮキャップ層、２３
０はｐ−ＧａＮコンタクト層、２３１はｐ側電極、２３
２はｎ側電極ある。この従来例においては、活性層２２
４で発生した光の一部が可飽和吸収層２２６で吸収され
ることによって可飽和吸収層２２６の吸収係数が変化
し、それに伴って活性層２２４からのレーザ発振による
発光強度が周期的に変化する。その結果、レーザからの
出射光の干渉性が低下する。このように干渉性が低下し
た半導体レーザ素子を光ディスクシステムの光源として
用いると、ディスクでの反射光が半導体レーザに戻って
きても、レーザからの出射光と反射による戻り光が干渉
を起こさないため雑音の発生が抑えられ、データの読み
出しエラーを防止できる。この従来例においても注入電
流を狭窄するストライプ構造が用いられており、このス
トライプの幅は２μｍで作製されていた。
体レーザ素子を光ディスクシステムの光源として用いる
場合、データの読み出し時における雑音によるデータの
読み出しエラーを防止するために、一定電流を注入して
も光出力が変調されている自励発振型の半導体レーザが
用いられており、このような半導体レーザ素子は特開平
９ー１９１１６０号公報に記載されている。その断面図
を図１２に示す。図１２において、２２１はｎ−ＳｉＣ
基板、２２２はｎ−ＡｌＮバッファ層、２２３はｎ−Ａ
ｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層、２２４は厚さ５０ｎｍの
Ｉｎ0.15Ｇａ0. 85Ｎ活性層、２２５はｐ−Ａｌ0.15Ｇａ
0.85Ｎ第１ｐ型クラッド層、２２６はｐ−Ｉｎ0.2Ｇａ
0.8Ｎ可飽和吸収層、２２７はｎ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ
電流ブロック層、２２８はｐ−Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ第２
ｐ型クラッド層、２２９はｐ−ＧａＮキャップ層、２３
０はｐ−ＧａＮコンタクト層、２３１はｐ側電極、２３
２はｎ側電極ある。この従来例においては、活性層２２
４で発生した光の一部が可飽和吸収層２２６で吸収され
ることによって可飽和吸収層２２６の吸収係数が変化
し、それに伴って活性層２２４からのレーザ発振による
発光強度が周期的に変化する。その結果、レーザからの
出射光の干渉性が低下する。このように干渉性が低下し
た半導体レーザ素子を光ディスクシステムの光源として
用いると、ディスクでの反射光が半導体レーザに戻って
きても、レーザからの出射光と反射による戻り光が干渉
を起こさないため雑音の発生が抑えられ、データの読み
出しエラーを防止できる。この従来例においても注入電
流を狭窄するストライプ構造が用いられており、このス
トライプの幅は２μｍで作製されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の窒
化ガリウム系半導体を用いた半導体レーザ素子は以下の
ような問題点があった。まず、可飽和吸収層を付加した
自励発振型の半導体レーザ素子に関しては、この可飽和
吸収層で活性層から発生する光が吸収されるため、レー
ザ共振器内部での光の損失が増大してしまう。その結
果、半導体レーザ素子の発振閾値電流が増大するととも
に、発光効率が低下してしまうという問題があった。さ
らにこの従来の自励発振型半導体レーザ素子では、活性
層を挟むクラッド層の一方にのみ可飽和吸収層を付加し
ているか、あるいは、活性層を挟むガイド層の一方にの
み可飽和吸収層を付加しているため、レーザからの出射
光の遠視野像が対称でなくなり、レンズを用いて出射光
を集光する場合に、集光スポットサイズを十分に小さく
出来ない、という問題も生じていた。
化ガリウム系半導体を用いた半導体レーザ素子は以下の
ような問題点があった。まず、可飽和吸収層を付加した
自励発振型の半導体レーザ素子に関しては、この可飽和
吸収層で活性層から発生する光が吸収されるため、レー
ザ共振器内部での光の損失が増大してしまう。その結
果、半導体レーザ素子の発振閾値電流が増大するととも
に、発光効率が低下してしまうという問題があった。さ
らにこの従来の自励発振型半導体レーザ素子では、活性
層を挟むクラッド層の一方にのみ可飽和吸収層を付加し
ているか、あるいは、活性層を挟むガイド層の一方にの
み可飽和吸収層を付加しているため、レーザからの出射
光の遠視野像が対称でなくなり、レンズを用いて出射光
を集光する場合に、集光スポットサイズを十分に小さく
出来ない、という問題も生じていた。
【０００５】一方、可飽和吸収層が付加されていない従
来の窒化ガリウム系半導体を用いた半導体レーザ素子に
おいては、従来の自励発振型半導体レーザ素子に見られ
るような、発振閾値電流の増大、発光効率の低下、集光
スポットサイズを小さく出来ない、という問題は発生し
ないが、この半導体レーザ素子を光ディスクシステムの
光源として用いると、ディスクからの戻り光によって雑
音が発生し、データの読み出し時に読み出しエラーを生
じていた。従って、可飽和吸収層が付加されていない従
来の窒化ガリウム系半導体を用いた半導体レーザ素子は
光ディスクシステム用の光源として実用に供することが
出来ない、という問題があった。
来の窒化ガリウム系半導体を用いた半導体レーザ素子に
おいては、従来の自励発振型半導体レーザ素子に見られ
るような、発振閾値電流の増大、発光効率の低下、集光
スポットサイズを小さく出来ない、という問題は発生し
ないが、この半導体レーザ素子を光ディスクシステムの
光源として用いると、ディスクからの戻り光によって雑
音が発生し、データの読み出し時に読み出しエラーを生
じていた。従って、可飽和吸収層が付加されていない従
来の窒化ガリウム系半導体を用いた半導体レーザ素子は
光ディスクシステム用の光源として実用に供することが
出来ない、という問題があった。
【０００６】本発明は以上のような事情に鑑みてなされ
たものであり、上記窒化ガリウム系半導体レーザ素子に
おける課題を解決して、光ディスクシステムの光源とし
ての使用が可能な、良好なレーザ発振特性を有する窒化
ガリウム系半導体レーザ素子を提供することを目的とす
る。
たものであり、上記窒化ガリウム系半導体レーザ素子に
おける課題を解決して、光ディスクシステムの光源とし
ての使用が可能な、良好なレーザ発振特性を有する窒化
ガリウム系半導体レーザ素子を提供することを目的とす
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る窒化ガリウム系半導体レーザ素子は、
以下の発明から構成される。
め、本発明に係る窒化ガリウム系半導体レーザ素子は、
以下の発明から構成される。
【０００８】請求項１に記載の発明は、基板上に、窒化
物半導体からなる少なくともクラッド層及び／またはガ
イド層に挟まれた窒化物半導体よりなる活性層を備え、
前記活性層の幅よりも狭い幅のストライプ領域に電流が
注入される窒化ガリウム系半導体レーザ素子において、
前記ストライプ領域の幅が、０．２μｍ以上１．８μｍ
以下であることを特徴とする窒化ガリウム系半導体レー
ザ素子である。
物半導体からなる少なくともクラッド層及び／またはガ
イド層に挟まれた窒化物半導体よりなる活性層を備え、
前記活性層の幅よりも狭い幅のストライプ領域に電流が
注入される窒化ガリウム系半導体レーザ素子において、
前記ストライプ領域の幅が、０．２μｍ以上１．８μｍ
以下であることを特徴とする窒化ガリウム系半導体レー
ザ素子である。
【０００９】請求項２に記載の発明は、前記ストライプ
領域の外側に活性層が少なくとも３μｍ以上の幅で存在
することを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム系
半導体レーザ素子である。
領域の外側に活性層が少なくとも３μｍ以上の幅で存在
することを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム系
半導体レーザ素子である。
【００１０】請求項３に記載の発明は、活性層が、単一
量子井戸層からなることを特徴とする請求項１ないし２
のいずれか１項に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素
子である。
量子井戸層からなることを特徴とする請求項１ないし２
のいずれか１項に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素
子である。
【００１１】請求項４に記載の発明は、活性層が、量子
井戸層と障壁層とを交互に積層してなる量子井戸構造活
性層からなり、量子井戸層の層数が２以上４以下である
ことを特徴とする請求項１ないし２のいずれか１項に記
載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子である。
井戸層と障壁層とを交互に積層してなる量子井戸構造活
性層からなり、量子井戸層の層数が２以上４以下である
ことを特徴とする請求項１ないし２のいずれか１項に記
載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子である。
【００１２】請求項５に記載の発明は、前記活性層を形
成する量子井戸層の厚さが、１０ｎｍ以下であることを
特徴とする請求項３または４に記載の窒化ガリウム系半
導体レーザ素子である。
成する量子井戸層の厚さが、１０ｎｍ以下であることを
特徴とする請求項３または４に記載の窒化ガリウム系半
導体レーザ素子である。
【００１３】請求項６に記載の発明は、前記活性層を形
成する障壁層の厚さが、１０ｎｍ以下であることを特徴
とする請求項４または５に記載の窒化ガリウム系半導体
レーザ素子である。
成する障壁層の厚さが、１０ｎｍ以下であることを特徴
とする請求項４または５に記載の窒化ガリウム系半導体
レーザ素子である。
【００１４】請求項７に記載の発明は、前記ストライプ
領域を有する窒化ガリウム系半導体レーザ素子の構造
は、少なくとも第１の導電型のクラッド層と、活性層
と、第２の導電型のクラッド層と、第２の導電型のコン
タクト層が順次積層され、前記第２の導電型のクラッド
層と第２の導電型のコンタクト層とは活性層の幅よりも
狭い幅のストライプが形成され、前記ストライプの外側
には電流阻止層が積層されたことからなることを特徴と
する請求項１ないし６のいずれかに記載の窒化ガリウム
系半導体レーザ素子である。
領域を有する窒化ガリウム系半導体レーザ素子の構造
は、少なくとも第１の導電型のクラッド層と、活性層
と、第２の導電型のクラッド層と、第２の導電型のコン
タクト層が順次積層され、前記第２の導電型のクラッド
層と第２の導電型のコンタクト層とは活性層の幅よりも
狭い幅のストライプが形成され、前記ストライプの外側
には電流阻止層が積層されたことからなることを特徴と
する請求項１ないし６のいずれかに記載の窒化ガリウム
系半導体レーザ素子である。
【００１５】請求項８に記載の発明は、前記ストライプ
領域を有する窒化ガリウム系半導体レーザ素子の構造
は、少なくとも前記第１の導電型のクラッド層と、活性
層と、前記第２の導電型のガイド層またはクラッド層
と、電流阻止層が順次積層され、前記電流阻止層には活
性層の幅よりも狭い幅のストライプ状の溝が第２の導電
型のガイド層またはクラッド層にまで達するように形成
されており、前記ストライプ状の溝と電流阻止層の上に
は、少なくとも第２の導電型のクラッド層と、第２の導
電型のコンタクト層が順次積層されることを特徴とする
請求項１ないし６のいずれかに窒化ガリウム系半導体レ
ーザ素子である。
領域を有する窒化ガリウム系半導体レーザ素子の構造
は、少なくとも前記第１の導電型のクラッド層と、活性
層と、前記第２の導電型のガイド層またはクラッド層
と、電流阻止層が順次積層され、前記電流阻止層には活
性層の幅よりも狭い幅のストライプ状の溝が第２の導電
型のガイド層またはクラッド層にまで達するように形成
されており、前記ストライプ状の溝と電流阻止層の上に
は、少なくとも第２の導電型のクラッド層と、第２の導
電型のコンタクト層が順次積層されることを特徴とする
請求項１ないし６のいずれかに窒化ガリウム系半導体レ
ーザ素子である。
【００１６】請求項９に記載の発明は、前記ストライプ
領域を有する窒化ガリウム系半導体レーザ素子の構造
は、少なくとも第１の導電型のコンタクト層またはクラ
ッド層と、電流阻止層が順次積層され、前記電流阻止層
にはストライプ状の溝が第１の導電型のコンタクト層ま
たはクラッド層にまで達するように形成されており、前
記ストライプ状の溝と電流阻止層の上には、少なくとも
第１の導電型のクラッド層と、活性層と、第２の導電型
のクラッド層と、第２の導電型のコンタクト層が順次積
層されることからなることを特徴とする請求項１ないし
６のいずれかに記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子
である。
領域を有する窒化ガリウム系半導体レーザ素子の構造
は、少なくとも第１の導電型のコンタクト層またはクラ
ッド層と、電流阻止層が順次積層され、前記電流阻止層
にはストライプ状の溝が第１の導電型のコンタクト層ま
たはクラッド層にまで達するように形成されており、前
記ストライプ状の溝と電流阻止層の上には、少なくとも
第１の導電型のクラッド層と、活性層と、第２の導電型
のクラッド層と、第２の導電型のコンタクト層が順次積
層されることからなることを特徴とする請求項１ないし
６のいずれかに記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子
である。
【００１７】請求項１０に記載の発明は、前記電流阻止
層が、誘電体絶縁膜からなることを特徴とする請求項７
ないし９のいずれかに記載の窒化ガリウム系半導体レー
ザ素子である。
層が、誘電体絶縁膜からなることを特徴とする請求項７
ないし９のいずれかに記載の窒化ガリウム系半導体レー
ザ素子である。
【００１８】請求項１１に記載の発明は、前記電流阻止
層が、活性層のエネルギーギャップ以下のエネルギーギ
ャップを有する半導体からなることを特徴とする請求項
７ないし９のいずれかに記載の窒化ガリウム系半導体レ
ーザ素子である。
層が、活性層のエネルギーギャップ以下のエネルギーギ
ャップを有する半導体からなることを特徴とする請求項
７ないし９のいずれかに記載の窒化ガリウム系半導体レ
ーザ素子である。
【００１９】請求項１２に記載の発明は、前記電流阻止
層が、第２の導電型のクラッド層の屈折率以下の屈折率
を有する半導体からなることを特徴とする請求項７ない
し９のいずれかに記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素
子である。
層が、第２の導電型のクラッド層の屈折率以下の屈折率
を有する半導体からなることを特徴とする請求項７ない
し９のいずれかに記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素
子である。
【００２０】請求項１３に記載の発明は、前記電流阻止
層が、窒化物半導体からなることを特徴とする請求項１
１または１２のいずれかに記載の窒化ガリウム系半導体
レーザ素子である。
層が、窒化物半導体からなることを特徴とする請求項１
１または１２のいずれかに記載の窒化ガリウム系半導体
レーザ素子である。
【００２１】請求項１４に記載の発明は、前記電流注入
されるストライプ領域の外側の活性層と前記電流阻止層
とに挟まれた窒化ガリウム系半導体層の層厚が、０．０
１μｍ以上０．８μｍ以下であることを特徴とする請求
項７ないし１３のいずれかに記載の窒化ガリウム系半導
体レーザ素子である。
されるストライプ領域の外側の活性層と前記電流阻止層
とに挟まれた窒化ガリウム系半導体層の層厚が、０．０
１μｍ以上０．８μｍ以下であることを特徴とする請求
項７ないし１３のいずれかに記載の窒化ガリウム系半導
体レーザ素子である。
【００２２】
【発明の実施の形態】このような発明を見い出すにあた
って、本発明者は従来素子における前記課題解決のため
に詳細に検討を行い、その結果、従来の自励発振型の半
導体レーザ素子で用いられている可飽和吸収層を用いる
ことなく、簡単な構成で自励発振型の半導体レーザ素子
が得られることを見い出した。
って、本発明者は従来素子における前記課題解決のため
に詳細に検討を行い、その結果、従来の自励発振型の半
導体レーザ素子で用いられている可飽和吸収層を用いる
ことなく、簡単な構成で自励発振型の半導体レーザ素子
が得られることを見い出した。
【００２３】すなわち、本発明に係る窒化ガリウム系半
導体レーザ素子は、窒化物半導体からなるクラッド層及
び／又はガイド層に挟まれた、窒化物半導体よりなる活
性層を備え、前記活性層の幅よりも狭い幅のストライプ
領域に電流が注入される窒化ガリウム系半導体レーザ素
子であって、電流注入されるストライプ領域の幅が、
０．２μｍ以上１．８μｍ以下である。このように電流
注入されるストライプ領域の幅を、従来の窒化ガリウム
系半導体レーザで用いられていたストライプ領域の幅よ
りも狭くした場合の半導体レーザ素子の断面図を図８に
示す。この場合、ストライプ領域の幅が狭いことによ
り、レーザ光の横モードは電流注入されるストライプ領
域の幅よりも広くなっている。この時、ストライプ領域
外でレーザ光が広がっている領域に存在する活性層はこ
のレーザ光を吸収することができる。従って電流注入さ
れるストライプ領域外の活性層が可飽和吸収層として働
くため自励発振特性が得られた。電流注入されるストラ
イプ領域の幅が従来の窒化ガリウム系半導体レーザのよ
うに広い場合は、ストライプ領域外でレーザ光が広がっ
ている領域が小さいため可飽和吸収層として働く活性層
の効果は小さく、自励発振特性は得られていなかった。
導体レーザ素子は、窒化物半導体からなるクラッド層及
び／又はガイド層に挟まれた、窒化物半導体よりなる活
性層を備え、前記活性層の幅よりも狭い幅のストライプ
領域に電流が注入される窒化ガリウム系半導体レーザ素
子であって、電流注入されるストライプ領域の幅が、
０．２μｍ以上１．８μｍ以下である。このように電流
注入されるストライプ領域の幅を、従来の窒化ガリウム
系半導体レーザで用いられていたストライプ領域の幅よ
りも狭くした場合の半導体レーザ素子の断面図を図８に
示す。この場合、ストライプ領域の幅が狭いことによ
り、レーザ光の横モードは電流注入されるストライプ領
域の幅よりも広くなっている。この時、ストライプ領域
外でレーザ光が広がっている領域に存在する活性層はこ
のレーザ光を吸収することができる。従って電流注入さ
れるストライプ領域外の活性層が可飽和吸収層として働
くため自励発振特性が得られた。電流注入されるストラ
イプ領域の幅が従来の窒化ガリウム系半導体レーザのよ
うに広い場合は、ストライプ領域外でレーザ光が広がっ
ている領域が小さいため可飽和吸収層として働く活性層
の効果は小さく、自励発振特性は得られていなかった。
【００２４】従って本発明では、電流注入されるストラ
イプ領域外の活性層においてレーザ光が吸収されるため
発振閾値電流密度の若干の増大を引き起こしているが、
電流注入されるストライプ領域の幅を狭くしていること
により発振閾値電流値自体は増大することなく、良好な
レーザ発振特性を有する窒化ガリウム系半導体レーザ素
子が得られている。図９には、窒化ガリウム系半導体レ
ーザ素子において、電流注入されるストライプ領域の幅
を変化させたときの、発振閾値電流値の変化を表すグラ
フ図が示されている。この図中ではストライプ領域の幅
が２μｍ以上になると自励発振特性は得られておらず、
電流注入領域の増大により発振閾値電流値も増大してい
る。また、ストライプ領域の幅が０．２μｍ以下になる
と発振閾値電流密度の増大が大きくなるため発振閾値電
流値自体も増大している。従って、電流注入されるスト
ライプ領域の幅を、０．２μｍ以上１．８μｍ以下とす
ることによって、自励発振特性が得られ、かつ、発振閾
値電流値が低い良好なレーザ発振特性を有する窒化ガリ
ウム系半導体レーザ素子が得られることが分かる。
イプ領域外の活性層においてレーザ光が吸収されるため
発振閾値電流密度の若干の増大を引き起こしているが、
電流注入されるストライプ領域の幅を狭くしていること
により発振閾値電流値自体は増大することなく、良好な
レーザ発振特性を有する窒化ガリウム系半導体レーザ素
子が得られている。図９には、窒化ガリウム系半導体レ
ーザ素子において、電流注入されるストライプ領域の幅
を変化させたときの、発振閾値電流値の変化を表すグラ
フ図が示されている。この図中ではストライプ領域の幅
が２μｍ以上になると自励発振特性は得られておらず、
電流注入領域の増大により発振閾値電流値も増大してい
る。また、ストライプ領域の幅が０．２μｍ以下になる
と発振閾値電流密度の増大が大きくなるため発振閾値電
流値自体も増大している。従って、電流注入されるスト
ライプ領域の幅を、０．２μｍ以上１．８μｍ以下とす
ることによって、自励発振特性が得られ、かつ、発振閾
値電流値が低い良好なレーザ発振特性を有する窒化ガリ
ウム系半導体レーザ素子が得られることが分かる。
【００２５】このように電流注入されるストライプ領域
外の活性層が可飽和吸収層として働くためには、電流注
入されるストライプ領域の外側に活性層が少なくとも３
μｍ以上の幅で存在することが好ましい。ストライプ領
域の外側の活性層の幅が３μｍ未満の場合は、可飽和吸
収層として働く活性層の効果が小さく、自励発振特性は
得られない。
外の活性層が可飽和吸収層として働くためには、電流注
入されるストライプ領域の外側に活性層が少なくとも３
μｍ以上の幅で存在することが好ましい。ストライプ領
域の外側の活性層の幅が３μｍ未満の場合は、可飽和吸
収層として働く活性層の効果が小さく、自励発振特性は
得られない。
【００２６】また、本発明のように電流注入されるスト
ライプ領域の幅を狭くする場合、砒素化ガリウム系半導
体材料（ＡｌＧａＡｓ）や燐化インジウム系半導体材料
（ＩｎＧａＡｓＰ）の場合は、注入された電流がストラ
イプ領域外へ広がってしまい、ストライプの幅よりも広
い領域に電流が注入されてしまうので閾値電流が増大す
ることが懸念されているが、窒化ガリウム系半導体材料
では電気抵抗値が大きいため、電流広がりはほとんど生
じていないので閾値電流が小さくなり、且つ、電流注入
の幅でレーザ光の横モードも安定することが判明した。
ライプ領域の幅を狭くする場合、砒素化ガリウム系半導
体材料（ＡｌＧａＡｓ）や燐化インジウム系半導体材料
（ＩｎＧａＡｓＰ）の場合は、注入された電流がストラ
イプ領域外へ広がってしまい、ストライプの幅よりも広
い領域に電流が注入されてしまうので閾値電流が増大す
ることが懸念されているが、窒化ガリウム系半導体材料
では電気抵抗値が大きいため、電流広がりはほとんど生
じていないので閾値電流が小さくなり、且つ、電流注入
の幅でレーザ光の横モードも安定することが判明した。
【００２７】さらに、窒化ガリウム系半導体層の場合に
は、ストライプ幅を小さくしても電流広がりが少ないの
で電流注入されるストライプ領域の外側の活性層と電流
阻止層とに挟まれた窒化ガリウム系半導体層の層厚を比
較的厚くすることができるので、電流注入されるストラ
イプ領域の外側の活性層と電流阻止層とに挟まれた窒化
ガリウム系半導体層の層厚の精密な制御は必要なく、生
産歩留まりを向上させることができる。しかしながら、
電流注入されるストライプ領域の外側の活性層と電流阻
止層とに挟まれた窒化ガリウム系半導体層の層厚が厚過
ぎる場合は、電気抵抗値が大きい窒化ガリウム系半導体
材料でもストライプ領域外への電流広がりが増大し、自
励発振特性が得られなくなる。図１０には、実施形態１
の窒化ガリウム系半導体レーザ素子において、電流注入
されるストライプ領域の外側の活性層と電流阻止層とに
挟まれた窒化ガリウム系半導体層の層厚を変化させたと
きの、発振閾値電流値の変化を表すグラフ図が示されて
いる。この図中では、電流注入されるストライプ領域の
幅が、１．５μｍと０．５μｍの場合について示されて
いるが、いずれも窒化ガリウム系半導体層厚（ここでは
ｐ−ＧａＮガイド層８とｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラ
ッド層９の合計層厚）が０．８μｍより厚いと電流広が
りが生じて発振閾値電流値が増大している。また、窒化
ガリウム系半導体層厚が０．０１μｍより薄いと電流阻
止層が機能しなくなってリーク電流が増大し、発振閾値
電流値が増大している。さらに、この活性層と電流阻止
層とに挟まれた窒化ガリウム系半導体層厚が０．０１μ
ｍ以上０．８μｍ以下では、自励発振することも確認さ
れた。つまり、この窒化ガリウム系半導体層の層厚を
０．８μｍ以下と薄くすることにより電流広がりは抑え
られ、安定して自励発振特性を有する窒化ガリウム系半
導体レーザ素子が得られた。またこの窒化ガリウム系半
導体層の層厚が０．０１μｍ以上であれば、活性層と電
流阻止層とが空間的に離れているので、それぞれの本来
の機能をもたせることができ、自励発振特性を有する窒
化ガリウム系半導体レーザ素子が得られる。
は、ストライプ幅を小さくしても電流広がりが少ないの
で電流注入されるストライプ領域の外側の活性層と電流
阻止層とに挟まれた窒化ガリウム系半導体層の層厚を比
較的厚くすることができるので、電流注入されるストラ
イプ領域の外側の活性層と電流阻止層とに挟まれた窒化
ガリウム系半導体層の層厚の精密な制御は必要なく、生
産歩留まりを向上させることができる。しかしながら、
電流注入されるストライプ領域の外側の活性層と電流阻
止層とに挟まれた窒化ガリウム系半導体層の層厚が厚過
ぎる場合は、電気抵抗値が大きい窒化ガリウム系半導体
材料でもストライプ領域外への電流広がりが増大し、自
励発振特性が得られなくなる。図１０には、実施形態１
の窒化ガリウム系半導体レーザ素子において、電流注入
されるストライプ領域の外側の活性層と電流阻止層とに
挟まれた窒化ガリウム系半導体層の層厚を変化させたと
きの、発振閾値電流値の変化を表すグラフ図が示されて
いる。この図中では、電流注入されるストライプ領域の
幅が、１．５μｍと０．５μｍの場合について示されて
いるが、いずれも窒化ガリウム系半導体層厚（ここでは
ｐ−ＧａＮガイド層８とｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラ
ッド層９の合計層厚）が０．８μｍより厚いと電流広が
りが生じて発振閾値電流値が増大している。また、窒化
ガリウム系半導体層厚が０．０１μｍより薄いと電流阻
止層が機能しなくなってリーク電流が増大し、発振閾値
電流値が増大している。さらに、この活性層と電流阻止
層とに挟まれた窒化ガリウム系半導体層厚が０．０１μ
ｍ以上０．８μｍ以下では、自励発振することも確認さ
れた。つまり、この窒化ガリウム系半導体層の層厚を
０．８μｍ以下と薄くすることにより電流広がりは抑え
られ、安定して自励発振特性を有する窒化ガリウム系半
導体レーザ素子が得られた。またこの窒化ガリウム系半
導体層の層厚が０．０１μｍ以上であれば、活性層と電
流阻止層とが空間的に離れているので、それぞれの本来
の機能をもたせることができ、自励発振特性を有する窒
化ガリウム系半導体レーザ素子が得られる。
【００２８】なお、図１０では、ガイド層にＧａＮ、ク
ラッド層にＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎをそれぞれ用いた場合の例
を示したが、ガイド層はＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．
２）、クラッド層はＡｌyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦０．３）
の範囲で、ｘ≦ｙとなるように、複数の素子（例えば、
ｘ＝ｙ＝０．１や、ｘ＝０、ｙ＝０．３や、ｘ＝０．０
５、ｙ＝０．２）を作製したが、いずれも、図１０に示
す関係とほぼ同等の特性を示し、これらの材料の範囲内
であれば、活性層と電流阻止層に挟まれた窒化ガリウム
系半導体層厚を０．０１μｍ〜０．８μｍの範囲内にす
ることにより、発振閾値電流値を低減でき、かつ自励発
振による低雑音特性を満足させられることが分かった。
さらに、ガイド層やクラッド層にＩｎをＩＩＩ族原子の
組成比として１０％程度以下の範囲で添加した場合で
も、同様の層厚の範囲で低発振閾値電流が実現されるこ
とも確認した。
ラッド層にＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎをそれぞれ用いた場合の例
を示したが、ガイド層はＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦０．
２）、クラッド層はＡｌyＧａ1-yＮ（０≦ｙ≦０．３）
の範囲で、ｘ≦ｙとなるように、複数の素子（例えば、
ｘ＝ｙ＝０．１や、ｘ＝０、ｙ＝０．３や、ｘ＝０．０
５、ｙ＝０．２）を作製したが、いずれも、図１０に示
す関係とほぼ同等の特性を示し、これらの材料の範囲内
であれば、活性層と電流阻止層に挟まれた窒化ガリウム
系半導体層厚を０．０１μｍ〜０．８μｍの範囲内にす
ることにより、発振閾値電流値を低減でき、かつ自励発
振による低雑音特性を満足させられることが分かった。
さらに、ガイド層やクラッド層にＩｎをＩＩＩ族原子の
組成比として１０％程度以下の範囲で添加した場合で
も、同様の層厚の範囲で低発振閾値電流が実現されるこ
とも確認した。
【００２９】また、本発明のような自励発振型の半導体
レーザを得るためには、活性層内に存在する電子と正孔
の密度が高速で変調される必要があるが、活性層として
用いられる窒化ガリウム系半導体材料は、電子・正孔と
もにその有効質量が大きいことと多数の結晶欠陥が存在
していることにより電子や正孔の移動度が大幅に低下し
ている。従って、発光再結合によって電子・正孔が消滅
しても、拡散により新たに電子と正孔が注入されず、電
子と正孔の密度が変調されにくくなっている。そこで、
本発明のように、窒化ガリウム系半導体レーザ素子の活
性層を、単一量子井戸層、あるいは、量子井戸層と障壁
層とを交互に積層してなる量子井戸構造活性層からなり
量子井戸層の層数が２以上４以下である多重量子井戸構
造で構成し、さらには、活性層を形成する量子井戸層の
厚さを１０ｎｍ以下とすることにより、活性層全体で電
子と正孔を拡散しやすくして、電子と正孔の密度が変調
されやすくなった。この結果、安定して自励発振特性を
有する窒化ガリウム系半導体レーザ素子が得られた。ま
た、多重量子井戸構造で構成された活性層の場合、活性
層を形成する障壁層の厚さが厚すぎると、電子と正孔が
活性層の全体にわたって、均一に分布することが阻害さ
れるために、電子と正孔とが再結合しにくくなってしま
う。この結果、自励発振特性のレーザ特性が悪化してし
まうことになるが、障壁層の厚さを１０ｎｍ以下とすれ
ば正孔と電子とは活性層内で均一に分布することにな
り、良好な自励発振特性を有する窒化ガリウム系半導体
レーザが得られた。
レーザを得るためには、活性層内に存在する電子と正孔
の密度が高速で変調される必要があるが、活性層として
用いられる窒化ガリウム系半導体材料は、電子・正孔と
もにその有効質量が大きいことと多数の結晶欠陥が存在
していることにより電子や正孔の移動度が大幅に低下し
ている。従って、発光再結合によって電子・正孔が消滅
しても、拡散により新たに電子と正孔が注入されず、電
子と正孔の密度が変調されにくくなっている。そこで、
本発明のように、窒化ガリウム系半導体レーザ素子の活
性層を、単一量子井戸層、あるいは、量子井戸層と障壁
層とを交互に積層してなる量子井戸構造活性層からなり
量子井戸層の層数が２以上４以下である多重量子井戸構
造で構成し、さらには、活性層を形成する量子井戸層の
厚さを１０ｎｍ以下とすることにより、活性層全体で電
子と正孔を拡散しやすくして、電子と正孔の密度が変調
されやすくなった。この結果、安定して自励発振特性を
有する窒化ガリウム系半導体レーザ素子が得られた。ま
た、多重量子井戸構造で構成された活性層の場合、活性
層を形成する障壁層の厚さが厚すぎると、電子と正孔が
活性層の全体にわたって、均一に分布することが阻害さ
れるために、電子と正孔とが再結合しにくくなってしま
う。この結果、自励発振特性のレーザ特性が悪化してし
まうことになるが、障壁層の厚さを１０ｎｍ以下とすれ
ば正孔と電子とは活性層内で均一に分布することにな
り、良好な自励発振特性を有する窒化ガリウム系半導体
レーザが得られた。
【００３０】さらに、窒化ガリウム系半導体レーザでは
砒素化ガリウム系半導体材料（ＡｌＧａＡｓ）や燐化イ
ンジウム系半導体材料（ＩｎＧａＡｓＰ）を用いた場合
の半導体レーザと違って、電流注入されるストライプ領
域内に多数の欠陥が存在しているが、本発明のようにス
トライプ領域の幅を狭くしたことによりこの領域内に存
在する欠陥の個数が低減されて、レーザ特性の劣化が生
じず、素子の信頼性が向上するという利点も得られた。
砒素化ガリウム系半導体材料（ＡｌＧａＡｓ）や燐化イ
ンジウム系半導体材料（ＩｎＧａＡｓＰ）を用いた場合
の半導体レーザと違って、電流注入されるストライプ領
域内に多数の欠陥が存在しているが、本発明のようにス
トライプ領域の幅を狭くしたことによりこの領域内に存
在する欠陥の個数が低減されて、レーザ特性の劣化が生
じず、素子の信頼性が向上するという利点も得られた。
【００３１】以下、具体例に従ってさらに詳細に説明す
る。 （第１の実施例）図１は本発明の第１の実施例に係る窒
化ガリウム系半導体レーザ素子を示す断面図である。こ
の図において、１はｃ面を表面として有するサファイア
基板、２はＧａＮバッファ層、３はｎ−ＧａＮｎ型コン
タクト層、４はｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｎ型クラッド層、
５はｎ−ＧａＮガイド層、６は２層のＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ
量子井戸層と１層のＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層とからな
る多重量子井戸構造活性層、７はＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発
防止層、８はｐ−ＧａＮガイド層、９はｐ−Ａｌ0.1Ｇ
ａ0.9Ｎｐ型クラッド層、１０はｐ−ＧａＮｐ型コンタ
クト層、１１はｐ側電極、１２はｎ側電極、１３はＳｉ
Ｏ2絶縁膜である。
る。 （第１の実施例）図１は本発明の第１の実施例に係る窒
化ガリウム系半導体レーザ素子を示す断面図である。こ
の図において、１はｃ面を表面として有するサファイア
基板、２はＧａＮバッファ層、３はｎ−ＧａＮｎ型コン
タクト層、４はｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｎ型クラッド層、
５はｎ−ＧａＮガイド層、６は２層のＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ
量子井戸層と１層のＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層とからな
る多重量子井戸構造活性層、７はＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発
防止層、８はｐ−ＧａＮガイド層、９はｐ−Ａｌ0.1Ｇ
ａ0.9Ｎｐ型クラッド層、１０はｐ−ＧａＮｐ型コンタ
クト層、１１はｐ側電極、１２はｎ側電極、１３はＳｉ
Ｏ2絶縁膜である。
【００３２】本発明において、サファイア基板１の表面
はａ面、ｒ面、ｍ面等の他の面方位であっても構わな
い。また、サファイア基板に限らずＧａＮ基板、ＳｉＣ
基板、スピネル基板、ＭｇＯ基板、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ
基板も用いることが出来る。特にＧａＮ基板とＳｉＣ基
板の場合はサファイア基板に比べて基板上に積層した窒
化ガリウム系半導体材料との格子定数差が小さく良好な
結晶性の膜が得られ、さらに劈開しやすいため、劈開に
よるレーザ共振器端面の形成が容易であるという利点が
ある。バッファ層２はその上に窒化ガリウム系半導体を
エピタキシャル成長させることが出来るものであればＧ
ａＮにこだわらず他の材料、例えばＡｌＮやＡｌＧａＮ
３元混晶を用いてもよい。
はａ面、ｒ面、ｍ面等の他の面方位であっても構わな
い。また、サファイア基板に限らずＧａＮ基板、ＳｉＣ
基板、スピネル基板、ＭｇＯ基板、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ
基板も用いることが出来る。特にＧａＮ基板とＳｉＣ基
板の場合はサファイア基板に比べて基板上に積層した窒
化ガリウム系半導体材料との格子定数差が小さく良好な
結晶性の膜が得られ、さらに劈開しやすいため、劈開に
よるレーザ共振器端面の形成が容易であるという利点が
ある。バッファ層２はその上に窒化ガリウム系半導体を
エピタキシャル成長させることが出来るものであればＧ
ａＮにこだわらず他の材料、例えばＡｌＮやＡｌＧａＮ
３元混晶を用いてもよい。
【００３３】ｎ型クラッド層４及びｐ型クラッド層９
は、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ以外のＡｌ組成を持つＡｌＧａＮ
３元混晶でもよい。この場合Ａｌ組成を大きくすると活
性層とクラッド層とのエネルギーギャップ差及び屈折率
差が大きくなり、キャリアや光が活性層に有効に閉じ込
められてさらに発振閾値電流の低減及び、温度特性の向
上が図れる。またキャリアや光の閉じ込めが保持される
程度でＡｌ組成を小さくしていくと、クラッド層におけ
るキャリアの移動度が大きくなるため、半導体レーザ素
子の素子抵抗を小さくできる利点がある。さらにこれら
のクラッド層は微量に他の元素を含んだ４元以上の混晶
半導体でもよく、ｎ型クラッド層４とｐ型クラッド層９
とで混晶の組成が同一でなくても構わない。
は、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ以外のＡｌ組成を持つＡｌＧａＮ
３元混晶でもよい。この場合Ａｌ組成を大きくすると活
性層とクラッド層とのエネルギーギャップ差及び屈折率
差が大きくなり、キャリアや光が活性層に有効に閉じ込
められてさらに発振閾値電流の低減及び、温度特性の向
上が図れる。またキャリアや光の閉じ込めが保持される
程度でＡｌ組成を小さくしていくと、クラッド層におけ
るキャリアの移動度が大きくなるため、半導体レーザ素
子の素子抵抗を小さくできる利点がある。さらにこれら
のクラッド層は微量に他の元素を含んだ４元以上の混晶
半導体でもよく、ｎ型クラッド層４とｐ型クラッド層９
とで混晶の組成が同一でなくても構わない。
【００３４】ガイド層５と８は、そのエネルギーギャッ
プが、多重量子井戸構造活性層６を構成する量子井戸層
のエネルギーギャップとクラッド層４、９のエネルギー
ギャップの間の値を持つような材料であればＧａＮにこ
だわらず他の材料、例えばＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ３元
混晶やＩｎＧａＡｌＮ４元混晶等を用いてもよい。また
ガイド層全体にわたってドナー又はアクセプターをドー
ピングする必要はなく、多重量子井戸構造活性層６側の
一部のみをノンドープとしてもよく、さらにはガイド層
全体をノンドープとしてもよい。この場合、ガイド層に
存在するキャリアが少なくなり、自由キャリアによる光
の吸収が低減されて、さらに発振閾値電流が低減できる
という利点がある。また、必ずしもガイド層を必要とす
る訳ではなく、ガイド層を有しないような窒化ガリウム
系半導体レーザであっても半導体レーザ素子として機能
する。
プが、多重量子井戸構造活性層６を構成する量子井戸層
のエネルギーギャップとクラッド層４、９のエネルギー
ギャップの間の値を持つような材料であればＧａＮにこ
だわらず他の材料、例えばＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ３元
混晶やＩｎＧａＡｌＮ４元混晶等を用いてもよい。また
ガイド層全体にわたってドナー又はアクセプターをドー
ピングする必要はなく、多重量子井戸構造活性層６側の
一部のみをノンドープとしてもよく、さらにはガイド層
全体をノンドープとしてもよい。この場合、ガイド層に
存在するキャリアが少なくなり、自由キャリアによる光
の吸収が低減されて、さらに発振閾値電流が低減できる
という利点がある。また、必ずしもガイド層を必要とす
る訳ではなく、ガイド層を有しないような窒化ガリウム
系半導体レーザであっても半導体レーザ素子として機能
する。
【００３５】多重量子井戸構造活性層６を構成する２層
のＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層と１層のＩｎ0.05Ｇａ
0.95Ｎ障壁層は、必要なレーザ発振波長に応じてその組
成を設定すればよく、発振波長を長くしたい場合は量子
井戸層のＩｎ組成を大きくし、短くしたい場合は量子井
戸層のＩｎ組成を小さくする。また量子井戸層と障壁層
は、ＩｎＧａＮ３元混晶に微量に他の元素を含んだ４元
以上の混晶半導体でもよい。さらに障壁層は単にＧａＮ
を用いてもよい。
のＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層と１層のＩｎ0.05Ｇａ
0.95Ｎ障壁層は、必要なレーザ発振波長に応じてその組
成を設定すればよく、発振波長を長くしたい場合は量子
井戸層のＩｎ組成を大きくし、短くしたい場合は量子井
戸層のＩｎ組成を小さくする。また量子井戸層と障壁層
は、ＩｎＧａＮ３元混晶に微量に他の元素を含んだ４元
以上の混晶半導体でもよい。さらに障壁層は単にＧａＮ
を用いてもよい。
【００３６】また本実施例では、多重量子井戸構造活性
層６に接するようにＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層７を形
成しているが、これは量子井戸層が成長温度を上昇して
いる間に蒸発してしまうことを防ぐためである。従っ
て、量子井戸層を保護するものであれば蒸発防止層７と
して用いることができ、他のＡｌ組成を有するＡｌＧａ
Ｎ３元混晶やＧａＮを用いてもよい。また、この蒸発防
止層７にＭｇをドーピングしてもよく、この場合はｐ−
ＧａＮガイド層８やｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド
層９から正孔が注入され易くなるという利点がある。さ
らに、量子井戸層のＩｎ組成が小さい場合は蒸発防止層
７を形成しなくても量子井戸層は蒸発しないため、特に
蒸発防止層７を形成しなくても、本実施例の窒化ガリウ
ム系半導体レーザ素子の特性は損なわれない。
層６に接するようにＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層７を形
成しているが、これは量子井戸層が成長温度を上昇して
いる間に蒸発してしまうことを防ぐためである。従っ
て、量子井戸層を保護するものであれば蒸発防止層７と
して用いることができ、他のＡｌ組成を有するＡｌＧａ
Ｎ３元混晶やＧａＮを用いてもよい。また、この蒸発防
止層７にＭｇをドーピングしてもよく、この場合はｐ−
ＧａＮガイド層８やｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド
層９から正孔が注入され易くなるという利点がある。さ
らに、量子井戸層のＩｎ組成が小さい場合は蒸発防止層
７を形成しなくても量子井戸層は蒸発しないため、特に
蒸発防止層７を形成しなくても、本実施例の窒化ガリウ
ム系半導体レーザ素子の特性は損なわれない。
【００３７】次に、図１を参照して上記窒化ガリウム系
半導体レーザの作製方法を説明する。以下の説明ではＭ
ＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いた場合を示し
ているが、ＧａＮをエピタキシャル成長できる成長法で
あればよく、ＭＢＥ法（分子線エピタキシャル成長法）
やＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）等の他の気相成
長法を用いることもできる。
半導体レーザの作製方法を説明する。以下の説明ではＭ
ＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いた場合を示し
ているが、ＧａＮをエピタキシャル成長できる成長法で
あればよく、ＭＢＥ法（分子線エピタキシャル成長法）
やＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）等の他の気相成
長法を用いることもできる。
【００３８】まず所定の成長炉内に設置された、ｃ面を
表面として有するサファイア基板１上に、トリメチルガ
リウム（ＴＭＧ）とアンモニア（ＮＨ3）を原料に用い
て、成長温度５５０℃でＧａＮバッファ層２を３５ｎｍ
成長させる。
表面として有するサファイア基板１上に、トリメチルガ
リウム（ＴＭＧ）とアンモニア（ＮＨ3）を原料に用い
て、成長温度５５０℃でＧａＮバッファ層２を３５ｎｍ
成長させる。
【００３９】次に成長温度を１０５０℃まで上昇させ
て、ＴＭＧとＮＨ3、及びシランガス（ＳｉＨ4）を原料
に用いて、厚さ３μｍのＳｉドープｎ−ＧａＮｎ型コン
タクト層３を成長する。さらに続けてトリメチルアルミ
ニウム（ＴＭＡ）を原料に加え、成長温度は１０５０℃
のままで厚さ０．７μｍのＳｉドープｎ−Ａｌ0.1Ｇａ
0.9Ｎｎ型クラッド層４を成長する。続けて、ＴＭＡを
原料から除いて、成長温度は１０５０℃のままで厚さ
０．０５μｍのＳｉドープｎ−ＧａＮガイド層５を成長
する。
て、ＴＭＧとＮＨ3、及びシランガス（ＳｉＨ4）を原料
に用いて、厚さ３μｍのＳｉドープｎ−ＧａＮｎ型コン
タクト層３を成長する。さらに続けてトリメチルアルミ
ニウム（ＴＭＡ）を原料に加え、成長温度は１０５０℃
のままで厚さ０．７μｍのＳｉドープｎ−Ａｌ0.1Ｇａ
0.9Ｎｎ型クラッド層４を成長する。続けて、ＴＭＡを
原料から除いて、成長温度は１０５０℃のままで厚さ
０．０５μｍのＳｉドープｎ−ＧａＮガイド層５を成長
する。
【００４０】次に、成長温度を７５０℃に下げ、ＴＭＧ
とＮＨ3、及びトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を原料
に用いて、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層（厚さ５ｎ
ｍ）、Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層（厚さ５ｎｍ）、Ｉｎ
0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層（厚さ５ｎｍ）を順次成長する
ことにより多重量子井戸構造活性層（トータルの厚さ１
５ｎｍ）６を作成する。さらに続けてＴＭＧとＴＭＡと
ＮＨ3を原料に用いて、成長温度は７５０℃のままで厚
さ１０ｎｍのＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層７を成長す
る。
とＮＨ3、及びトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を原料
に用いて、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層（厚さ５ｎ
ｍ）、Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層（厚さ５ｎｍ）、Ｉｎ
0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層（厚さ５ｎｍ）を順次成長する
ことにより多重量子井戸構造活性層（トータルの厚さ１
５ｎｍ）６を作成する。さらに続けてＴＭＧとＴＭＡと
ＮＨ3を原料に用いて、成長温度は７５０℃のままで厚
さ１０ｎｍのＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層７を成長す
る。
【００４１】次に、再び成長温度を１０５０℃に上昇し
て、ＴＭＧとＮＨ3、及びシクロペンタジエニルマグネ
シウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を原料に用いて、厚さ０．０５μ
ｍのＭｇドープｐ−ＧａＮガイド層８を成長する。さら
に続けてＴＭＡを原料に加え、成長温度は１０５０℃の
ままで厚さ０．７μｍのＭｇドープｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9
Ｎｐ型クラッド層９を成長する。続けて、ＴＭＡを原料
から除いて、成長温度は１０５０℃のままで厚さ０．２
μｍのＭｇドープｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層１０を成
長して、窒化ガリウム系エピタキシャルウエハーを完成
する。
て、ＴＭＧとＮＨ3、及びシクロペンタジエニルマグネ
シウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を原料に用いて、厚さ０．０５μ
ｍのＭｇドープｐ−ＧａＮガイド層８を成長する。さら
に続けてＴＭＡを原料に加え、成長温度は１０５０℃の
ままで厚さ０．７μｍのＭｇドープｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9
Ｎｐ型クラッド層９を成長する。続けて、ＴＭＡを原料
から除いて、成長温度は１０５０℃のままで厚さ０．２
μｍのＭｇドープｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層１０を成
長して、窒化ガリウム系エピタキシャルウエハーを完成
する。
【００４２】その後、このウエハーを８００℃の窒素ガ
ス雰囲気中でアニールして、Ｍｇドープのｐ型層を低抵
抗化する。
ス雰囲気中でアニールして、Ｍｇドープのｐ型層を低抵
抗化する。
【００４３】さらに通常のフォトリソグラフィーとドラ
イエッチング技術を用いて、２００μｍ幅のストライプ
状にｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層１０の最表面から、ｎ
−ＧａＮｎ型コンタクト層３が露出するまでエッチング
を行いメサ構造を作製する。次に、上記と同様のフォト
リソグラフィーとドライエッチング技術を用いて、残っ
たｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層１０の最表面に、１．５
μｍ幅のストライプ状にリッジ構造を形成するようにｐ
−ＧａＮｐ型コンタクト層１０、ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ
ｐ型クラッド層９をエッチングする。この時、ストライ
プ状のリッジ構造は、２００μｍ幅のメサ構造の両端よ
り３μｍ以上離しておけばよく、本実施例ではｎ側電極
１２を形成する側のメサ構造の端より１０μｍ離れたと
ころにストライプ状のリッジ構造を形成した。このよう
にｎ側電極１２に近付けるようにストライプ状のリッジ
構造を配置すれば、素子の電気抵抗が小さくなり、動作
電圧が低減される。また、このドライエッチングの際に
は、多重量子井戸構造活性層６に達しないようにエッチ
ングを停止しているので、活性層へのエッチングダメー
ジが抑えられており、信頼性の低下や、発振閾値電流値
の増大が防がれている。またストライプ領域外でエッチ
ングされずに残ったｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド
層９の層厚は、本実施例では０．３μｍとしており、ｐ
−ＧａＮガイド層８とあわせても０．８μｍよりも薄い
ので電流広がりも抑えられている。
イエッチング技術を用いて、２００μｍ幅のストライプ
状にｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層１０の最表面から、ｎ
−ＧａＮｎ型コンタクト層３が露出するまでエッチング
を行いメサ構造を作製する。次に、上記と同様のフォト
リソグラフィーとドライエッチング技術を用いて、残っ
たｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層１０の最表面に、１．５
μｍ幅のストライプ状にリッジ構造を形成するようにｐ
−ＧａＮｐ型コンタクト層１０、ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ
ｐ型クラッド層９をエッチングする。この時、ストライ
プ状のリッジ構造は、２００μｍ幅のメサ構造の両端よ
り３μｍ以上離しておけばよく、本実施例ではｎ側電極
１２を形成する側のメサ構造の端より１０μｍ離れたと
ころにストライプ状のリッジ構造を形成した。このよう
にｎ側電極１２に近付けるようにストライプ状のリッジ
構造を配置すれば、素子の電気抵抗が小さくなり、動作
電圧が低減される。また、このドライエッチングの際に
は、多重量子井戸構造活性層６に達しないようにエッチ
ングを停止しているので、活性層へのエッチングダメー
ジが抑えられており、信頼性の低下や、発振閾値電流値
の増大が防がれている。またストライプ領域外でエッチ
ングされずに残ったｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド
層９の層厚は、本実施例では０．３μｍとしており、ｐ
−ＧａＮガイド層８とあわせても０．８μｍよりも薄い
ので電流広がりも抑えられている。
【００４４】続いて、リッジの側面とリッジ以外のｐ型
層表面に厚さ２００ｎｍのＳｉＯ2絶縁膜１３を電流阻
止層として形成する。このＳｉＯ2絶縁膜１３とｐ−Ｇ
ａＮｐ型コンタクト層１０の表面にニッケルと金からな
るｐ側電極１１を形成し、エッチングにより露出したｎ
−ＧａＮｎ型コンタクト層３の表面にチタンとアルミニ
ウムからなるｎ側電極１２を形成して、窒化ガリウム系
ＬＤウエハーを完成する。
層表面に厚さ２００ｎｍのＳｉＯ2絶縁膜１３を電流阻
止層として形成する。このＳｉＯ2絶縁膜１３とｐ−Ｇ
ａＮｐ型コンタクト層１０の表面にニッケルと金からな
るｐ側電極１１を形成し、エッチングにより露出したｎ
−ＧａＮｎ型コンタクト層３の表面にチタンとアルミニ
ウムからなるｎ側電極１２を形成して、窒化ガリウム系
ＬＤウエハーを完成する。
【００４５】その後、このウエハーをリッジストライプ
と垂直な方向に劈開してレーザの共振器端面を形成し、
さらに個々のチップに分割する。そして、各チップをス
テムにマウントし、ワイヤーボンディングにより各電極
とリード端子とを接続して、窒化ガリウム系半導体レー
ザ素子を完成する。
と垂直な方向に劈開してレーザの共振器端面を形成し、
さらに個々のチップに分割する。そして、各チップをス
テムにマウントし、ワイヤーボンディングにより各電極
とリード端子とを接続して、窒化ガリウム系半導体レー
ザ素子を完成する。
【００４６】以上のようにして作製された半導体レーザ
素子は、発振波長４１０ｎｍ、発振閾値電流２０ｍＡと
いう良好なレーザ特性が得られ、これらの特性の劣化も
みられず、自励発振することも確認された。この結果、
光ディスクシステム用として本実施例の窒化ガリウム系
半導体レーザ素子を用いると、データの読み出しエラー
を防止することができ、実用に供する窒化ガリウム系半
導体レーザ素子が実現できた。
素子は、発振波長４１０ｎｍ、発振閾値電流２０ｍＡと
いう良好なレーザ特性が得られ、これらの特性の劣化も
みられず、自励発振することも確認された。この結果、
光ディスクシステム用として本実施例の窒化ガリウム系
半導体レーザ素子を用いると、データの読み出しエラー
を防止することができ、実用に供する窒化ガリウム系半
導体レーザ素子が実現できた。
【００４７】本実施例では、電流注入されるストライプ
領域の幅を１．５μｍとしたが、０．２μｍ以上１．８
μｍ以下であれば、本実施例にこだわらず他のストライ
プ領域の幅でも同等の効果が得られる。
領域の幅を１．５μｍとしたが、０．２μｍ以上１．８
μｍ以下であれば、本実施例にこだわらず他のストライ
プ領域の幅でも同等の効果が得られる。
【００４８】なお、本実施例では、多重量子井戸構造活
性層６を構成する量子井戸層と障壁層の層厚をともに５
ｎｍとしたが、これらの層厚が同一である必要はなく、
異なっていても構わない。また量子井戸層と障壁層の各
層厚を１０ｎｍ以下とすれば、本実施例にこだわらず、
他の層厚でも同等の効果が得られる。また、多重量子井
戸構造活性層６の量子井戸層数は３層や４層でもよく、
単一量子井戸構造活性層でも構わない。
性層６を構成する量子井戸層と障壁層の層厚をともに５
ｎｍとしたが、これらの層厚が同一である必要はなく、
異なっていても構わない。また量子井戸層と障壁層の各
層厚を１０ｎｍ以下とすれば、本実施例にこだわらず、
他の層厚でも同等の効果が得られる。また、多重量子井
戸構造活性層６の量子井戸層数は３層や４層でもよく、
単一量子井戸構造活性層でも構わない。
【００４９】本実施例では、劈開によりレーザの共振器
端面を形成しているが、サファイア基板は硬くて劈開し
にくい場合があるので、ドライエッチングにより共振器
端面を形成することもできる。
端面を形成しているが、サファイア基板は硬くて劈開し
にくい場合があるので、ドライエッチングにより共振器
端面を形成することもできる。
【００５０】さらに本実施例では絶縁体であるサファイ
アを基板として用いたため、エッチングにより露出した
ｎ−ＧａＮｎ型コンタクト層３の表面にｎ側電極１２を
形成しているが、ｎ型導電性を有するＧａＮ、ＳｉＣ、
Ｓｉ、ＧａＡｓ等を基板に用いれば、この基板の裏面に
ｎ側電極１２を形成してもよい。この場合、２００μｍ
幅のストライプ状のメサ構造を作製するエッチングを行
う必要はなく、電流注入されるストライプ状のリッジ構
造は、半導体レーザ素子チップの両端より３μｍ以上離
しておけばよい。また、ｐ型とｎ型の構成を逆にしても
構わない。
アを基板として用いたため、エッチングにより露出した
ｎ−ＧａＮｎ型コンタクト層３の表面にｎ側電極１２を
形成しているが、ｎ型導電性を有するＧａＮ、ＳｉＣ、
Ｓｉ、ＧａＡｓ等を基板に用いれば、この基板の裏面に
ｎ側電極１２を形成してもよい。この場合、２００μｍ
幅のストライプ状のメサ構造を作製するエッチングを行
う必要はなく、電流注入されるストライプ状のリッジ構
造は、半導体レーザ素子チップの両端より３μｍ以上離
しておけばよい。また、ｐ型とｎ型の構成を逆にしても
構わない。
【００５１】（第２の実施例）図２は本発明の第２の実
施例に係る窒化ガリウム系半導体レーザ素子を示す断面
図である。この図において、２１はｃ面を表面として有
するサファイア基板、２２はＧａＮバッファ層、２３は
ｎ−ＧａＮｎ型コンタクト層、２４はｎ−Ａｌ0.1Ｇａ
0.9Ｎｎ型クラッド層、２５はｎ−ＧａＮガイド層、２
６は２層のＩｎ0. 2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層と３層のＩｎ
0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層とからなる多重量子井戸構造活性
層、２７はｐ−ＧａＮガイド層、２８はｐ−Ｉｎ0.05Ｇ
ａ0.95Ｎエッチング停止層、２９はｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9
Ｎｐ型クラッド層、３０はｐ−ＧａＮｐ型コンタクト
層、３１はｐ側電極、３２はｎ側電極、３３はＳｉＯ2
絶縁膜である。
施例に係る窒化ガリウム系半導体レーザ素子を示す断面
図である。この図において、２１はｃ面を表面として有
するサファイア基板、２２はＧａＮバッファ層、２３は
ｎ−ＧａＮｎ型コンタクト層、２４はｎ−Ａｌ0.1Ｇａ
0.9Ｎｎ型クラッド層、２５はｎ−ＧａＮガイド層、２
６は２層のＩｎ0. 2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層と３層のＩｎ
0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層とからなる多重量子井戸構造活性
層、２７はｐ−ＧａＮガイド層、２８はｐ−Ｉｎ0.05Ｇ
ａ0.95Ｎエッチング停止層、２９はｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9
Ｎｐ型クラッド層、３０はｐ−ＧａＮｐ型コンタクト
層、３１はｐ側電極、３２はｎ側電極、３３はＳｉＯ2
絶縁膜である。
【００５２】本実施例では、多重量子井戸構造活性層２
６の最上面にＩｎ組成の少ないＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁
層を形成しているためＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層が積
層されていない点と、ｐ−ＧａＮガイド層２７の上にｐ
−Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎエッチング停止層２８が積層され
ている点以外は、第１の実施例と同様にして窒化ガリウ
ム系半導体レーザ素子を作製している。
６の最上面にＩｎ組成の少ないＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁
層を形成しているためＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層が積
層されていない点と、ｐ−ＧａＮガイド層２７の上にｐ
−Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎエッチング停止層２８が積層され
ている点以外は、第１の実施例と同様にして窒化ガリウ
ム系半導体レーザ素子を作製している。
【００５３】次に、図２を参照して上記窒化ガリウム系
半導体レーザの作製方法を説明する。以下の説明ではＭ
ＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いた場合を示し
ているが、ＧａＮをエピタキシャル成長できる成長法で
あればよく、ＭＢＥ法（分子線エピタキシャル成長法）
やＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）等の他の気相成
長法を用いることもできる。
半導体レーザの作製方法を説明する。以下の説明ではＭ
ＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いた場合を示し
ているが、ＧａＮをエピタキシャル成長できる成長法で
あればよく、ＭＢＥ法（分子線エピタキシャル成長法）
やＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）等の他の気相成
長法を用いることもできる。
【００５４】まず所定の成長炉内に設置された、ｃ面を
表面として有するサファイア基板２１上に、ＴＭＧとＮ
Ｈ3を原料に用いて、成長温度５５０℃でＧａＮバッフ
ァ層２２を３５ｎｍ成長させる。
表面として有するサファイア基板２１上に、ＴＭＧとＮ
Ｈ3を原料に用いて、成長温度５５０℃でＧａＮバッフ
ァ層２２を３５ｎｍ成長させる。
【００５５】次に成長温度を１０５０℃まで上昇させ
て、ＴＭＧとＮＨ3、及びＳｉＨ4を原料に用いて、厚さ
３μｍのＳｉドープｎ−ＧａＮｎ型コンタクト層２３を
成長する。さらに続けてＴＭＡを原料に加え、成長温度
は１０５０℃のままで厚さ０．７μｍのＳｉドープｎ−
Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｎ型クラッド層２４を成長する。続け
て、ＴＭＡを原料から除いて、成長温度は１０５０℃の
ままで厚さ０．０５μｍのＳｉドープｎ−ＧａＮガイド
層２５を成長する。
て、ＴＭＧとＮＨ3、及びＳｉＨ4を原料に用いて、厚さ
３μｍのＳｉドープｎ−ＧａＮｎ型コンタクト層２３を
成長する。さらに続けてＴＭＡを原料に加え、成長温度
は１０５０℃のままで厚さ０．７μｍのＳｉドープｎ−
Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｎ型クラッド層２４を成長する。続け
て、ＴＭＡを原料から除いて、成長温度は１０５０℃の
ままで厚さ０．０５μｍのＳｉドープｎ−ＧａＮガイド
層２５を成長する。
【００５６】次に、成長温度を７５０℃に下げ、ＴＭＧ
とＮＨ3、及びＴＭＩを原料に用いて、Ｉｎ0.05Ｇａ
0.95Ｎ障壁層（厚さ５ｎｍ）、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井
戸層（厚さ５ｎｍ）、Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層（厚さ
５ｎｍ）、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層（厚さ５ｎ
ｍ）、Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層（厚さ５ｎｍ）を順次
成長することにより多重量子井戸構造活性層（トータル
の厚さ２５ｎｍ）２６を作成する。
とＮＨ3、及びＴＭＩを原料に用いて、Ｉｎ0.05Ｇａ
0.95Ｎ障壁層（厚さ５ｎｍ）、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井
戸層（厚さ５ｎｍ）、Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層（厚さ
５ｎｍ）、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層（厚さ５ｎ
ｍ）、Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層（厚さ５ｎｍ）を順次
成長することにより多重量子井戸構造活性層（トータル
の厚さ２５ｎｍ）２６を作成する。
【００５７】次に、再び成長温度を１０５０℃に上昇し
て、ＴＭＧとＮＨ3、及びＣｐ2Ｍｇを原料に用いて、厚
さ０．０５μｍのＭｇドープｐ−ＧａＮガイド層２７を
成長する。次に、成長温度を７５０℃に下げ、ＴＭＧと
ＮＨ3、Ｃｐ2Ｍｇ、及びＴＭＩを原料に用いて、厚さ
０．０２μｍのＭｇドープｐ−Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎエッ
チング停止層（厚さ１０ｎｍ）２８を作成する。
て、ＴＭＧとＮＨ3、及びＣｐ2Ｍｇを原料に用いて、厚
さ０．０５μｍのＭｇドープｐ−ＧａＮガイド層２７を
成長する。次に、成長温度を７５０℃に下げ、ＴＭＧと
ＮＨ3、Ｃｐ2Ｍｇ、及びＴＭＩを原料に用いて、厚さ
０．０２μｍのＭｇドープｐ−Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎエッ
チング停止層（厚さ１０ｎｍ）２８を作成する。
【００５８】次に、再び成長温度を１０５０℃に上昇し
て、ＴＭＧとＮＨ3、Ｃｐ2Ｍｇ、及びＴＭＡを原料に用
いて、厚さ０．７μｍのＭｇドープｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9
Ｎｐ型クラッド層２９を成長する。続けて、ＴＭＡを原
料から除いて、成長温度は１０５０℃のままで厚さ０．
２μｍのＭｇドープｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層３０を
成長して、窒化ガリウム系エピタキシャルウエハーを完
成する。
て、ＴＭＧとＮＨ3、Ｃｐ2Ｍｇ、及びＴＭＡを原料に用
いて、厚さ０．７μｍのＭｇドープｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9
Ｎｐ型クラッド層２９を成長する。続けて、ＴＭＡを原
料から除いて、成長温度は１０５０℃のままで厚さ０．
２μｍのＭｇドープｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層３０を
成長して、窒化ガリウム系エピタキシャルウエハーを完
成する。
【００５９】その後、このウエハーを８００℃の窒素ガ
ス雰囲気中でアニールして、Ｍｇドープのｐ型層を低抵
抗化する。
ス雰囲気中でアニールして、Ｍｇドープのｐ型層を低抵
抗化する。
【００６０】さらに通常のフォトリソグラフィーとドラ
イエッチング技術を用いて、２００μｍ幅のストライプ
状にｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層３０の最表面から、ｎ
−ＧａＮｎ型コンタクト層２３が露出するまでエッチン
グを行いメサ構造を作製する。次に、上記と同様のフォ
トリソグラフィーとドライエッチング技術を用いて、残
ったｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層３０の最表面に、１．
５μｍ幅のストライプ状にリッジ構造を形成するように
ｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層３０、ｐ−Ａｌ0. 1Ｇａ0.9
Ｎｐ型クラッド層２９をエッチングする。この時、エッ
チングの深さがｐ−Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎエッチング停止
層２８に達すると、エッチング表面にＩｎ原子が現れる
ため、このＩｎ原子を元素分析により検出した時点でエ
ッチングを停止するようにして、エッチングする深さを
正確に制御できた。またストライプ状のリッジ構造は、
ｎ側電極３２を形成する側のメサ構造の端より１０μｍ
離れたところに形成した。
イエッチング技術を用いて、２００μｍ幅のストライプ
状にｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層３０の最表面から、ｎ
−ＧａＮｎ型コンタクト層２３が露出するまでエッチン
グを行いメサ構造を作製する。次に、上記と同様のフォ
トリソグラフィーとドライエッチング技術を用いて、残
ったｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層３０の最表面に、１．
５μｍ幅のストライプ状にリッジ構造を形成するように
ｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層３０、ｐ−Ａｌ0. 1Ｇａ0.9
Ｎｐ型クラッド層２９をエッチングする。この時、エッ
チングの深さがｐ−Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎエッチング停止
層２８に達すると、エッチング表面にＩｎ原子が現れる
ため、このＩｎ原子を元素分析により検出した時点でエ
ッチングを停止するようにして、エッチングする深さを
正確に制御できた。またストライプ状のリッジ構造は、
ｎ側電極３２を形成する側のメサ構造の端より１０μｍ
離れたところに形成した。
【００６１】続いて、リッジの側面とリッジ以外のｐ型
層表面に厚さ２００ｎｍのＳｉＯ2絶縁膜３３を電流阻
止層として形成する。このＳｉＯ2絶縁膜３３とｐ−Ｇ
ａＮｐ型コンタクト層３０の表面にニッケルと金からな
るｐ側電極３１を形成し、エッチングにより露出したｎ
−ＧａＮｎ型コンタクト層２３の表面にチタンとアルミ
ニウムからなるｎ側電極３２を形成して、窒化ガリウム
系ＬＤウエハーを完成する。
層表面に厚さ２００ｎｍのＳｉＯ2絶縁膜３３を電流阻
止層として形成する。このＳｉＯ2絶縁膜３３とｐ−Ｇ
ａＮｐ型コンタクト層３０の表面にニッケルと金からな
るｐ側電極３１を形成し、エッチングにより露出したｎ
−ＧａＮｎ型コンタクト層２３の表面にチタンとアルミ
ニウムからなるｎ側電極３２を形成して、窒化ガリウム
系ＬＤウエハーを完成する。
【００６２】その後、このウエハーをリッジストライプ
と垂直な方向に劈開してレーザの共振器端面を形成し、
さらに個々のチップに分割する。そして、各チップをス
テムにマウントし、ワイヤーボンディングにより各電極
とリード端子とを接続して、窒化ガリウム系半導体レー
ザ素子を完成する。
と垂直な方向に劈開してレーザの共振器端面を形成し、
さらに個々のチップに分割する。そして、各チップをス
テムにマウントし、ワイヤーボンディングにより各電極
とリード端子とを接続して、窒化ガリウム系半導体レー
ザ素子を完成する。
【００６３】以上のようにして作製された半導体レーザ
素子は、第１の実施例と同様に、発振波長４１０ｎｍ、
発振閾値電流２０ｍＡという良好なレーザ特性が得ら
れ、これらの特性の劣化もみられず、自励発振すること
も確認された。この結果、光ディスクシステム用として
本実施例の窒化ガリウム系半導体レーザ素子を用いる
と、データの読み出しエラーを防止することができ、実
用に供する窒化ガリウム系半導体レーザ素子が実現でき
た。また、エッチング停止層を用いたことによりエッチ
ング深さの制御性が向上し、作製ロット間での特性のば
らつきが低減された。
素子は、第１の実施例と同様に、発振波長４１０ｎｍ、
発振閾値電流２０ｍＡという良好なレーザ特性が得ら
れ、これらの特性の劣化もみられず、自励発振すること
も確認された。この結果、光ディスクシステム用として
本実施例の窒化ガリウム系半導体レーザ素子を用いる
と、データの読み出しエラーを防止することができ、実
用に供する窒化ガリウム系半導体レーザ素子が実現でき
た。また、エッチング停止層を用いたことによりエッチ
ング深さの制御性が向上し、作製ロット間での特性のば
らつきが低減された。
【００６４】本実施例では、電流注入されるストライプ
領域の幅を１．５μｍとしたが、０．２μｍ以上１．８
μｍ以下であれば、本実施例にこだわらず他のストライ
プ領域の幅でも同等の効果が得られる。
領域の幅を１．５μｍとしたが、０．２μｍ以上１．８
μｍ以下であれば、本実施例にこだわらず他のストライ
プ領域の幅でも同等の効果が得られる。
【００６５】なお、本実施例では、多重量子井戸構造活
性層２６を構成する量子井戸層と障壁層の層厚をともに
５ｎｍとしたが、これらの層厚が同一である必要はな
く、異なっていても構わない。また量子井戸層と障壁層
の各層厚を１０ｎｍ以下とすれば、本実施例にこだわら
ず、他の層厚でも同等の効果が得られる。また、多重量
子井戸構造活性層２６の量子井戸層数は３層や４層でも
よく、単一量子井戸構造活性層でも構わない。
性層２６を構成する量子井戸層と障壁層の層厚をともに
５ｎｍとしたが、これらの層厚が同一である必要はな
く、異なっていても構わない。また量子井戸層と障壁層
の各層厚を１０ｎｍ以下とすれば、本実施例にこだわら
ず、他の層厚でも同等の効果が得られる。また、多重量
子井戸構造活性層２６の量子井戸層数は３層や４層でも
よく、単一量子井戸構造活性層でも構わない。
【００６６】本実施例では、劈開によりレーザの共振器
端面を形成しているが、サファイア基板は硬くて劈開し
にくい場合があるので、ドライエッチングにより共振器
端面を形成することもできる。
端面を形成しているが、サファイア基板は硬くて劈開し
にくい場合があるので、ドライエッチングにより共振器
端面を形成することもできる。
【００６７】さらに本実施例では絶縁体であるサファイ
アを基板として用いたため、エッチングにより露出した
ｎ−ＧａＮｎ型コンタクト層２３の表面にｎ側電極３２
を形成しているが、ｎ型導電性を有するＧａＮ、Ｓｉ
Ｃ、Ｓｉ、ＧａＡｓ等を基板に用いれば、この基板の裏
面にｎ側電極３２を形成してもよい。この場合、２００
μｍ幅のストライプ状のメサ構造を作製するエッチング
を行う必要はなく、電流注入されるストライプ状のリッ
ジ構造は、半導体レーザ素子チップの両端より３μｍ以
上離しておけばよい。また、ｐ型とｎ型の構成を逆にし
ても構わない。
アを基板として用いたため、エッチングにより露出した
ｎ−ＧａＮｎ型コンタクト層２３の表面にｎ側電極３２
を形成しているが、ｎ型導電性を有するＧａＮ、Ｓｉ
Ｃ、Ｓｉ、ＧａＡｓ等を基板に用いれば、この基板の裏
面にｎ側電極３２を形成してもよい。この場合、２００
μｍ幅のストライプ状のメサ構造を作製するエッチング
を行う必要はなく、電流注入されるストライプ状のリッ
ジ構造は、半導体レーザ素子チップの両端より３μｍ以
上離しておけばよい。また、ｐ型とｎ型の構成を逆にし
ても構わない。
【００６８】また、本実施例では、ｐ−ＧａＮガイド層
２７の上にｐ−Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎエッチング停止層２
８を積層したが、ｐ−ＧａＮガイド層２７の内部やｐ−
Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド層２９の内部にｐ−Ｉｎ
0.05Ｇａ0.95Ｎエッチング停止層２８を形成しても構わ
ない。さらに、ｐ−Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎエッチング停止
層２８のＩｎ組成も本実施例にこだわらず、エッチング
の深さを判断できるものであれば他の半導体材料でも構
わない。
２７の上にｐ−Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎエッチング停止層２
８を積層したが、ｐ−ＧａＮガイド層２７の内部やｐ−
Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド層２９の内部にｐ−Ｉｎ
0.05Ｇａ0.95Ｎエッチング停止層２８を形成しても構わ
ない。さらに、ｐ−Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎエッチング停止
層２８のＩｎ組成も本実施例にこだわらず、エッチング
の深さを判断できるものであれば他の半導体材料でも構
わない。
【００６９】（第３の実施例）電流注入されるストライ
プ状のリッジ構造の側面とリッジ以外のｐ型層表面に形
成する電流阻止層として、厚さ０．５μｍのＳｉドープ
ｎ−Ｉｎ0.25Ｇａ0.75Ｎ層を用いたこと以外は、第２の
実施例と同様にして窒化ガリウム系半導体レーザ素子を
作製した。
プ状のリッジ構造の側面とリッジ以外のｐ型層表面に形
成する電流阻止層として、厚さ０．５μｍのＳｉドープ
ｎ−Ｉｎ0.25Ｇａ0.75Ｎ層を用いたこと以外は、第２の
実施例と同様にして窒化ガリウム系半導体レーザ素子を
作製した。
【００７０】このようにして作製された半導体レーザ素
子は、発振波長４１０ｎｍ、発振閾値電流２３ｍＡとい
う良好なレーザ特性が得られ、これらの特性の劣化もみ
られず、自励発振することも確認された。本実施例で
は、電流注入されるストライプ領域外に形成されたＳｉ
ドープｎ−Ｉｎ0.25Ｇａ0.75Ｎ電流阻止層において活性
層で発生した光を吸収していることにより、レーザ光の
横モードの広がりがこの電流阻止層での光の吸収によっ
て安定化され、単一横モードのレーザ光が再現性良く得
られるようになった。
子は、発振波長４１０ｎｍ、発振閾値電流２３ｍＡとい
う良好なレーザ特性が得られ、これらの特性の劣化もみ
られず、自励発振することも確認された。本実施例で
は、電流注入されるストライプ領域外に形成されたＳｉ
ドープｎ−Ｉｎ0.25Ｇａ0.75Ｎ電流阻止層において活性
層で発生した光を吸収していることにより、レーザ光の
横モードの広がりがこの電流阻止層での光の吸収によっ
て安定化され、単一横モードのレーザ光が再現性良く得
られるようになった。
【００７１】また本実施例では、電流阻止層の導電型を
ｎ型としたが、この電流阻止層での光の吸収によって発
生された少数キャリアである正孔は、拡散長が短いため
すぐに消滅してしまい、電流阻止層を流れてｐ型クラッ
ド層に流入することはない。従って、電流阻止層として
光を吸収する半導体材料を用いる場合は、その導電型は
ｎ型になるようにすることが好ましい。
ｎ型としたが、この電流阻止層での光の吸収によって発
生された少数キャリアである正孔は、拡散長が短いため
すぐに消滅してしまい、電流阻止層を流れてｐ型クラッ
ド層に流入することはない。従って、電流阻止層として
光を吸収する半導体材料を用いる場合は、その導電型は
ｎ型になるようにすることが好ましい。
【００７２】なお、本実施例では、電流阻止層としてＳ
ｉドープｎ−Ｉｎ0.25Ｇａ0.75Ｎ層（２．９ｅＶ）を用
いたが、活性層のエネルギーギャップ（３．１ｅＶ）以
下のエネルギーギャップを有する半導体であればよく、
他のＩｎ組成を有するＩｎＧａＮ３元混晶窒化物半導体
やＡｌＧａＩｎＮ４元混晶窒化物半導体、及び、窒化物
半導体以外の砒化ガリウム系半導体、燐化インジウム系
半導体、ＩＩ−ＶＩ族半導体、ＩＶ族半導体等でも構わ
ない。電流阻止層として窒化ガリウム系半導体を用いた
場合は、活性層やクラッド層を構成する他の窒化ガリウ
ム系半導体と熱膨張係数や格子定数、及び、結晶構造が
似ているため、結晶性の良い電流阻止層が形成でき、レ
ーザ素子の信頼性が向上するという利点がある。
ｉドープｎ−Ｉｎ0.25Ｇａ0.75Ｎ層（２．９ｅＶ）を用
いたが、活性層のエネルギーギャップ（３．１ｅＶ）以
下のエネルギーギャップを有する半導体であればよく、
他のＩｎ組成を有するＩｎＧａＮ３元混晶窒化物半導体
やＡｌＧａＩｎＮ４元混晶窒化物半導体、及び、窒化物
半導体以外の砒化ガリウム系半導体、燐化インジウム系
半導体、ＩＩ−ＶＩ族半導体、ＩＶ族半導体等でも構わ
ない。電流阻止層として窒化ガリウム系半導体を用いた
場合は、活性層やクラッド層を構成する他の窒化ガリウ
ム系半導体と熱膨張係数や格子定数、及び、結晶構造が
似ているため、結晶性の良い電流阻止層が形成でき、レ
ーザ素子の信頼性が向上するという利点がある。
【００７３】（第４の実施例）電流注入されるストライ
プ状のリッジ構造の側面とリッジ以外のｐ型層表面に形
成する電流阻止層として、厚さ０．５μｍのＳｉドープ
ｎ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層を用いたこと以外は、第２の
実施例と同様にして窒化ガリウム系半導体レーザ素子を
作製した。
プ状のリッジ構造の側面とリッジ以外のｐ型層表面に形
成する電流阻止層として、厚さ０．５μｍのＳｉドープ
ｎ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層を用いたこと以外は、第２の
実施例と同様にして窒化ガリウム系半導体レーザ素子を
作製した。
【００７４】このようにして作製された半導体レーザ素
子は、発振波長４１０ｎｍ、発振閾値電流１８ｍＡとい
う良好なレーザ特性が得られ、これらの特性の劣化もみ
られず、自励発振することも確認された。本実施例で
は、電流注入されるストライプ領域外に形成されたＳｉ
ドープｎ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ電流阻止層の屈折率
（２．４３）が、Ｍｇドープｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型
クラッド層の屈折率（２．４９）よりも小さいため、ス
トライプ領域の内部では外部に比べて実効屈折率が大き
くなり、この屈折率差によってレーザ光の横モードの広
がりが安定化され、単一横モードのレーザ光が再現性良
く得られるようになった。また、Ｓｉドープｎ−Ａｌ
0.25Ｇａ0.75Ｎ電流阻止層では活性層で発生した光を吸
収しないので、さらに発振閾値電流値を低減できた。
子は、発振波長４１０ｎｍ、発振閾値電流１８ｍＡとい
う良好なレーザ特性が得られ、これらの特性の劣化もみ
られず、自励発振することも確認された。本実施例で
は、電流注入されるストライプ領域外に形成されたＳｉ
ドープｎ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ電流阻止層の屈折率
（２．４３）が、Ｍｇドープｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型
クラッド層の屈折率（２．４９）よりも小さいため、ス
トライプ領域の内部では外部に比べて実効屈折率が大き
くなり、この屈折率差によってレーザ光の横モードの広
がりが安定化され、単一横モードのレーザ光が再現性良
く得られるようになった。また、Ｓｉドープｎ−Ａｌ
0.25Ｇａ0.75Ｎ電流阻止層では活性層で発生した光を吸
収しないので、さらに発振閾値電流値を低減できた。
【００７５】なお、本実施例では、電流阻止層としてＳ
ｉドープｎ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層を用いたが、Ｍｇド
ープｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド層の屈折率以下
の屈折率を有する半導体であればよく、他のＡｌ組成を
有するＡｌＧａＮ３元混晶窒化物半導体やＡｌＧａＩｎ
Ｎ４元混晶窒化物半導体、及び、窒化物半導体以外の半
導体材料でも構わない。電流阻止層として窒化ガリウム
系半導体を用いた場合は、活性層やクラッド層を構成す
る他の窒化ガリウム系半導体と熱膨張係数や格子定数、
及び、結晶構造が似ているため、結晶性の良い電流阻止
層が形成でき、レーザ素子の信頼性が向上するという利
点がある。
ｉドープｎ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層を用いたが、Ｍｇド
ープｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド層の屈折率以下
の屈折率を有する半導体であればよく、他のＡｌ組成を
有するＡｌＧａＮ３元混晶窒化物半導体やＡｌＧａＩｎ
Ｎ４元混晶窒化物半導体、及び、窒化物半導体以外の半
導体材料でも構わない。電流阻止層として窒化ガリウム
系半導体を用いた場合は、活性層やクラッド層を構成す
る他の窒化ガリウム系半導体と熱膨張係数や格子定数、
及び、結晶構造が似ているため、結晶性の良い電流阻止
層が形成でき、レーザ素子の信頼性が向上するという利
点がある。
【００７６】（第５の実施例）図３は本発明の第５の実
施例に係る窒化ガリウム系半導体レーザ素子を示す断面
図である。この図において、４１はｃ面を表面として有
するサファイア基板、４２はＧａＮバッファ層、４３は
ｎ−ＧａＮｎ型コンタクト層、４４はｎ−Ａｌ0.1Ｇａ
0.9Ｎｎ型クラッド層、４５はｎ−ＧａＮガイド層、４
６は３層のＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層と２層のＩｎ
0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層とからなる多重量子井戸構造活性
層、４７はＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層、４８はｐ−Ｇ
ａＮガイド層、４９はｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッ
ド層、５０はｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層、５１はｐ側
電極、５２はｎ側電極、５３はＳｉＯ2絶縁膜である。
施例に係る窒化ガリウム系半導体レーザ素子を示す断面
図である。この図において、４１はｃ面を表面として有
するサファイア基板、４２はＧａＮバッファ層、４３は
ｎ−ＧａＮｎ型コンタクト層、４４はｎ−Ａｌ0.1Ｇａ
0.9Ｎｎ型クラッド層、４５はｎ−ＧａＮガイド層、４
６は３層のＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層と２層のＩｎ
0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層とからなる多重量子井戸構造活性
層、４７はＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層、４８はｐ−Ｇ
ａＮガイド層、４９はｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッ
ド層、５０はｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層、５１はｐ側
電極、５２はｎ側電極、５３はＳｉＯ2絶縁膜である。
【００７７】本発明において、サファイア基板４１の表
面はａ面、ｒ面、ｍ面等の他の面方位であっても構わな
い。また、サファイア基板に限らずＧａＮ基板、ＳｉＣ
基板、スピネル基板、ＭｇＯ基板、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ
基板も用いることが出来る。特にＧａＮ基板とＳｉＣ基
板の場合はサファイア基板に比べて基板上に積層した窒
化ガリウム系半導体材料との格子定数差が小さく良好な
結晶性の膜が得られ、さらに劈開しやすいため、劈開に
よるレーザ共振器端面の形成が容易であるという利点が
ある。バッファ層４２はその上に窒化ガリウム系半導体
をエピタキシャル成長させることが出来るものであれば
ＧａＮにこだわらず他の材料、例えばＡｌＮやＡｌＧａ
Ｎ３元混晶を用いてもよい。
面はａ面、ｒ面、ｍ面等の他の面方位であっても構わな
い。また、サファイア基板に限らずＧａＮ基板、ＳｉＣ
基板、スピネル基板、ＭｇＯ基板、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ
基板も用いることが出来る。特にＧａＮ基板とＳｉＣ基
板の場合はサファイア基板に比べて基板上に積層した窒
化ガリウム系半導体材料との格子定数差が小さく良好な
結晶性の膜が得られ、さらに劈開しやすいため、劈開に
よるレーザ共振器端面の形成が容易であるという利点が
ある。バッファ層４２はその上に窒化ガリウム系半導体
をエピタキシャル成長させることが出来るものであれば
ＧａＮにこだわらず他の材料、例えばＡｌＮやＡｌＧａ
Ｎ３元混晶を用いてもよい。
【００７８】ｎ型クラッド層４４及びｐ型クラッド層４
９は、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ以外のＡｌ組成を持つＡｌＧａ
Ｎ３元混晶でもよい。この場合Ａｌ組成を大きくすると
活性層とクラッド層とのエネルギーギャップ差及び屈折
率差が大きくなり、キャリアや光が活性層に有効に閉じ
込められてさらに発振閾値電流の低減及び、温度特性の
向上が図れる。またキャリアや光の閉じ込めが保持され
る程度でＡｌ組成を小さくしていくと、クラッド層にお
けるキャリアの移動度が大きくなるため、半導体レーザ
素子の素子抵抗を小さくできる利点がある。さらにこれ
らのクラッド層は微量に他の元素を含んだ４元以上の混
晶半導体でもよく、ｎ型クラッド層４４とｐ型クラッド
層４９とで混晶の組成が同一でなくても構わない。
９は、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ以外のＡｌ組成を持つＡｌＧａ
Ｎ３元混晶でもよい。この場合Ａｌ組成を大きくすると
活性層とクラッド層とのエネルギーギャップ差及び屈折
率差が大きくなり、キャリアや光が活性層に有効に閉じ
込められてさらに発振閾値電流の低減及び、温度特性の
向上が図れる。またキャリアや光の閉じ込めが保持され
る程度でＡｌ組成を小さくしていくと、クラッド層にお
けるキャリアの移動度が大きくなるため、半導体レーザ
素子の素子抵抗を小さくできる利点がある。さらにこれ
らのクラッド層は微量に他の元素を含んだ４元以上の混
晶半導体でもよく、ｎ型クラッド層４４とｐ型クラッド
層４９とで混晶の組成が同一でなくても構わない。
【００７９】ガイド層４５、４８は、そのエネルギーギ
ャップが、多重量子井戸構造活性層４６を構成する量子
井戸層のエネルギーギャップとクラッド層４４、４９の
エネルギーギャップの間の値を持つような材料であれば
ＧａＮにこだわらず他の材料、例えばＩｎＧａＮ・Ａｌ
ＧａＮ３元混晶やＩｎＧａＡｌＮ４元混晶等を用いても
よい。またガイド層全体にわたってドナー又はアクセプ
ターをドーピングする必要はなく、多重量子井戸構造活
性層４６側の一部のみをノンドープとしてもよく、さら
にはガイド層全体をノンドープとしてもよい。この場
合、ガイド層に存在するキャリアが少なくなり、自由キ
ャリアによる光の吸収が低減されて、さらに発振閾値電
流が低減できるという利点がある。
ャップが、多重量子井戸構造活性層４６を構成する量子
井戸層のエネルギーギャップとクラッド層４４、４９の
エネルギーギャップの間の値を持つような材料であれば
ＧａＮにこだわらず他の材料、例えばＩｎＧａＮ・Ａｌ
ＧａＮ３元混晶やＩｎＧａＡｌＮ４元混晶等を用いても
よい。またガイド層全体にわたってドナー又はアクセプ
ターをドーピングする必要はなく、多重量子井戸構造活
性層４６側の一部のみをノンドープとしてもよく、さら
にはガイド層全体をノンドープとしてもよい。この場
合、ガイド層に存在するキャリアが少なくなり、自由キ
ャリアによる光の吸収が低減されて、さらに発振閾値電
流が低減できるという利点がある。
【００８０】多重量子井戸構造活性層４６を構成する３
層のＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層と２層のＩｎ0.05Ｇａ
0.95Ｎ障壁層は、必要なレーザ発振波長に応じてその組
成を設定すればよく、発振波長を長くしたい場合は量子
井戸層のＩｎ組成を大きくし、短くしたい場合は量子井
戸層のＩｎ組成を小さくする。また量子井戸層と障壁層
は、ＩｎＧａＮ３元混晶に微量に他の元素を含んだ４元
以上の混晶半導体でもよい。さらに障壁層は単にＧａＮ
を用いてもよい。
層のＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層と２層のＩｎ0.05Ｇａ
0.95Ｎ障壁層は、必要なレーザ発振波長に応じてその組
成を設定すればよく、発振波長を長くしたい場合は量子
井戸層のＩｎ組成を大きくし、短くしたい場合は量子井
戸層のＩｎ組成を小さくする。また量子井戸層と障壁層
は、ＩｎＧａＮ３元混晶に微量に他の元素を含んだ４元
以上の混晶半導体でもよい。さらに障壁層は単にＧａＮ
を用いてもよい。
【００８１】また本実施例では、多重量子井戸構造活性
層４６に接するようにＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層４７
を形成しているが、これは量子井戸層が成長温度を上昇
している間に蒸発してしまうことを防ぐためである。従
って、量子井戸層を保護するものであれば蒸発防止層４
７として用いることができ、他のＡｌ組成を有するＡｌ
ＧａＮ３元混晶やＧａＮを用いてもよい。また、この蒸
発防止層４７にＭｇをドーピングしてもよく、この場合
はｐ−ＧａＮガイド層４８やｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型
クラッド層４９から正孔が注入され易くなるという利点
がある。さらに、量子井戸層のＩｎ組成が小さい場合は
蒸発防止層４７を形成しなくても量子井戸層は蒸発しな
いため、特に蒸発防止層４７を形成しなくても、本実施
例の窒化ガリウム系半導体レーザ素子の特性は損なわれ
ない。
層４６に接するようにＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層４７
を形成しているが、これは量子井戸層が成長温度を上昇
している間に蒸発してしまうことを防ぐためである。従
って、量子井戸層を保護するものであれば蒸発防止層４
７として用いることができ、他のＡｌ組成を有するＡｌ
ＧａＮ３元混晶やＧａＮを用いてもよい。また、この蒸
発防止層４７にＭｇをドーピングしてもよく、この場合
はｐ−ＧａＮガイド層４８やｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型
クラッド層４９から正孔が注入され易くなるという利点
がある。さらに、量子井戸層のＩｎ組成が小さい場合は
蒸発防止層４７を形成しなくても量子井戸層は蒸発しな
いため、特に蒸発防止層４７を形成しなくても、本実施
例の窒化ガリウム系半導体レーザ素子の特性は損なわれ
ない。
【００８２】次に、図３を参照して上記窒化ガリウム系
半導体レーザの作製方法を説明する。以下の説明ではＭ
ＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いた場合を示し
ているが、ＧａＮをエピタキシャル成長できる成長法で
あればよく、ＭＢＥ法（分子線エピタキシャル成長法）
やＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）等の他の気相成
長法を用いることもできる。
半導体レーザの作製方法を説明する。以下の説明ではＭ
ＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いた場合を示し
ているが、ＧａＮをエピタキシャル成長できる成長法で
あればよく、ＭＢＥ法（分子線エピタキシャル成長法）
やＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）等の他の気相成
長法を用いることもできる。
【００８３】まず所定の成長炉内に設置された、ｃ面を
表面として有するサファイア基板４１上に、ＴＭＧとＮ
Ｈ3を原料に用いて、成長温度５５０℃でＧａＮバッフ
ァ層４２を３５ｎｍ成長させる。
表面として有するサファイア基板４１上に、ＴＭＧとＮ
Ｈ3を原料に用いて、成長温度５５０℃でＧａＮバッフ
ァ層４２を３５ｎｍ成長させる。
【００８４】次に成長温度を１０５０℃まで上昇させ
て、ＴＭＧとＮＨ3、及びＳｉＨ4を原料に用いて、厚さ
３μｍのＳｉドープｎ−ＧａＮｎ型コンタクト層４３を
成長する。さらに続けてＴＭＡを原料に加え、成長温度
は１０５０℃のままで厚さ０．７μｍのＳｉドープｎ−
Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｎ型クラッド層４４を成長する。続け
て、ＴＭＡを原料から除いて、成長温度は１０５０℃の
ままで厚さ０．０５μｍのＳｉドープｎ−ＧａＮガイド
層４５を成長する。
て、ＴＭＧとＮＨ3、及びＳｉＨ4を原料に用いて、厚さ
３μｍのＳｉドープｎ−ＧａＮｎ型コンタクト層４３を
成長する。さらに続けてＴＭＡを原料に加え、成長温度
は１０５０℃のままで厚さ０．７μｍのＳｉドープｎ−
Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｎ型クラッド層４４を成長する。続け
て、ＴＭＡを原料から除いて、成長温度は１０５０℃の
ままで厚さ０．０５μｍのＳｉドープｎ−ＧａＮガイド
層４５を成長する。
【００８５】次に、成長温度を７５０℃に下げ、ＴＭＧ
とＮＨ3、及びＴＭＩを原料に用いて、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8
Ｎ量子井戸層（厚さ５ｎｍ）、Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁
層（厚さ５ｎｍ）、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層（厚さ
５ｎｍ）、Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層（厚さ５ｎｍ）、
Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層（厚さ５ｎｍ）を順次成長
することにより多重量子井戸構造活性層（トータルの厚
さ２５ｎｍ）４６を作成する。さらに続けてＴＭＧとＴ
ＭＡとＮＨ3を原料に用いて、成長温度は７５０℃のま
まで厚さ１０ｎｍのＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層４７を
成長する。次に、再び成長温度を１０５０℃に上昇し
て、ＴＭＧとＮＨ3、及びＣｐ2Ｍｇを原料に用いて、厚
さ０．０５μｍのＭｇドープｐ−ＧａＮガイド層４８を
成長する。
とＮＨ3、及びＴＭＩを原料に用いて、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8
Ｎ量子井戸層（厚さ５ｎｍ）、Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁
層（厚さ５ｎｍ）、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層（厚さ
５ｎｍ）、Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層（厚さ５ｎｍ）、
Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層（厚さ５ｎｍ）を順次成長
することにより多重量子井戸構造活性層（トータルの厚
さ２５ｎｍ）４６を作成する。さらに続けてＴＭＧとＴ
ＭＡとＮＨ3を原料に用いて、成長温度は７５０℃のま
まで厚さ１０ｎｍのＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層４７を
成長する。次に、再び成長温度を１０５０℃に上昇し
て、ＴＭＧとＮＨ3、及びＣｐ2Ｍｇを原料に用いて、厚
さ０．０５μｍのＭｇドープｐ−ＧａＮガイド層４８を
成長する。
【００８６】以上の結晶成長を行った後、このウェハー
を一旦成長炉から取り出し、Ｍｇドープｐ−ＧａＮガイ
ド層４８表面に厚さ２００ｎｍのＳｉＯ2絶縁膜５３を
電流阻止層として形成する。さらに通常のフォトリソグ
ラフィーとウェットエッチング技術を用いて、１．０μ
ｍ幅のストライプ状の溝を形成するように、ＳｉＯ2絶
縁膜５３をフッ酸によりウェットエッチングする。
を一旦成長炉から取り出し、Ｍｇドープｐ−ＧａＮガイ
ド層４８表面に厚さ２００ｎｍのＳｉＯ2絶縁膜５３を
電流阻止層として形成する。さらに通常のフォトリソグ
ラフィーとウェットエッチング技術を用いて、１．０μ
ｍ幅のストライプ状の溝を形成するように、ＳｉＯ2絶
縁膜５３をフッ酸によりウェットエッチングする。
【００８７】その後、このウェハーを再度成長炉内に設
置して、ＴＭＧとＴＭＡ、ＮＨ3、及びＣｐ2Ｍｇを原料
に用いて、成長温度を１０５０℃として厚さ０．７μｍ
のＭｇドープｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド層４９
を成長する。続けて、ＴＭＡを原料から除いて、成長温
度は１０５０℃のままで厚さ０．２μｍのＭｇドープｐ
−ＧａＮｐ型コンタクト層５０を成長して、窒化ガリウ
ム系エピタキシャルウエハーを完成する。この時、ｐ−
Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド層４９とｐ−ＧａＮｐ型
コンタクト層５０は、上記１．０μｍ幅のストライプ状
の溝を中心にして、リッジ構造状に形成される。
置して、ＴＭＧとＴＭＡ、ＮＨ3、及びＣｐ2Ｍｇを原料
に用いて、成長温度を１０５０℃として厚さ０．７μｍ
のＭｇドープｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド層４９
を成長する。続けて、ＴＭＡを原料から除いて、成長温
度は１０５０℃のままで厚さ０．２μｍのＭｇドープｐ
−ＧａＮｐ型コンタクト層５０を成長して、窒化ガリウ
ム系エピタキシャルウエハーを完成する。この時、ｐ−
Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド層４９とｐ−ＧａＮｐ型
コンタクト層５０は、上記１．０μｍ幅のストライプ状
の溝を中心にして、リッジ構造状に形成される。
【００８８】その後、このウエハーを８００℃の窒素ガ
ス雰囲気中でアニールして、Ｍｇドープのｐ型層を低抵
抗化する。
ス雰囲気中でアニールして、Ｍｇドープのｐ型層を低抵
抗化する。
【００８９】さらに通常のフォトリソグラフィーとドラ
イエッチング技術を用いて、ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型
クラッド層４９とｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層５０から
なるストライプ状のリッジ構造を含むように２００μｍ
幅のストライプ状のメサ構造を形成するために、ｐ−Ａ
ｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド層４９とｐ−ＧａＮｐ型コ
ンタクト層５０が積層されていないＳｉＯ2絶縁膜５３
の最表面から、ｎ−ＧａＮｎ型コンタクト層４３が露出
するまでエッチングを行いメサ構造を作製する。この
時、ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド層４９とｐ−Ｇ
ａＮｐ型コンタクト層５０からなるストライプ状のリッ
ジ構造は、２００μｍ幅のメサ構造の両端より３μｍ以
上離しておけばよく、本実施例ではｎ側電極５２を形成
する側のメサ構造の端より５μｍ離れたところにストラ
イプ状のリッジ構造を配置した。このようにｎ側電極５
２に近付けるようにストライプ状のリッジ構造を配置す
れば、素子の電気抵抗が小さくなり、動作電圧が低減さ
れる。
イエッチング技術を用いて、ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型
クラッド層４９とｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層５０から
なるストライプ状のリッジ構造を含むように２００μｍ
幅のストライプ状のメサ構造を形成するために、ｐ−Ａ
ｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド層４９とｐ−ＧａＮｐ型コ
ンタクト層５０が積層されていないＳｉＯ2絶縁膜５３
の最表面から、ｎ−ＧａＮｎ型コンタクト層４３が露出
するまでエッチングを行いメサ構造を作製する。この
時、ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド層４９とｐ−Ｇ
ａＮｐ型コンタクト層５０からなるストライプ状のリッ
ジ構造は、２００μｍ幅のメサ構造の両端より３μｍ以
上離しておけばよく、本実施例ではｎ側電極５２を形成
する側のメサ構造の端より５μｍ離れたところにストラ
イプ状のリッジ構造を配置した。このようにｎ側電極５
２に近付けるようにストライプ状のリッジ構造を配置す
れば、素子の電気抵抗が小さくなり、動作電圧が低減さ
れる。
【００９０】続いて、ＳｉＯ2絶縁膜５３とｐ−ＧａＮ
ｐ型コンタクト層５０の表面にニッケルと金からなるｐ
側電極５１を形成し、エッチングにより露出したｎ−Ｇ
ａＮｎ型コンタクト層４３の表面にチタンとアルミニウ
ムからなるｎ側電極５２を形成して、窒化ガリウム系Ｌ
Ｄウエハーを完成する。
ｐ型コンタクト層５０の表面にニッケルと金からなるｐ
側電極５１を形成し、エッチングにより露出したｎ−Ｇ
ａＮｎ型コンタクト層４３の表面にチタンとアルミニウ
ムからなるｎ側電極５２を形成して、窒化ガリウム系Ｌ
Ｄウエハーを完成する。
【００９１】その後、このウエハーをリッジストライプ
と垂直な方向に劈開してレーザの共振器端面を形成し、
さらに個々のチップに分割する。そして、各チップをス
テムにマウントし、ワイヤーボンディングにより各電極
とリード端子とを接続して、窒化ガリウム系半導体レー
ザ素子を完成する。
と垂直な方向に劈開してレーザの共振器端面を形成し、
さらに個々のチップに分割する。そして、各チップをス
テムにマウントし、ワイヤーボンディングにより各電極
とリード端子とを接続して、窒化ガリウム系半導体レー
ザ素子を完成する。
【００９２】以上のようにして作製された半導体レーザ
素子は、発振波長４１０ｎｍ、発振閾値電流１５ｍＡと
いう良好なレーザ特性が得られ、これらの特性の劣化も
みられず、自励発振することも確認された。この結果、
光ディスクシステム用として本実施例の窒化ガリウム系
半導体レーザ素子を用いると、データの読み出しエラー
を防止することができ、実用に供する窒化ガリウム系半
導体レーザ素子が実現できた。
素子は、発振波長４１０ｎｍ、発振閾値電流１５ｍＡと
いう良好なレーザ特性が得られ、これらの特性の劣化も
みられず、自励発振することも確認された。この結果、
光ディスクシステム用として本実施例の窒化ガリウム系
半導体レーザ素子を用いると、データの読み出しエラー
を防止することができ、実用に供する窒化ガリウム系半
導体レーザ素子が実現できた。
【００９３】本実施例では、電流注入されるストライプ
領域の幅を１．０μｍとしたが、０．２μｍ以上１．８
μｍ以下であれば、本実施例にこだわらず他のストライ
プ領域の幅でも同等の効果が得られる。
領域の幅を１．０μｍとしたが、０．２μｍ以上１．８
μｍ以下であれば、本実施例にこだわらず他のストライ
プ領域の幅でも同等の効果が得られる。
【００９４】なお、本実施例では、多重量子井戸構造活
性層４６を構成する量子井戸層と障壁層の層厚をともに
５ｎｍとしたが、これらの層厚が同一である必要はな
く、異なっていても構わない。また量子井戸層と障壁層
の各層厚を１０ｎｍ以下とすれば、本実施例にこだわら
ず、他の層厚でも同等の効果が得られる。また、多重量
子井戸構造活性層４６の量子井戸層数は２層や４層でも
よく、単一量子井戸構造活性層でも構わない。
性層４６を構成する量子井戸層と障壁層の層厚をともに
５ｎｍとしたが、これらの層厚が同一である必要はな
く、異なっていても構わない。また量子井戸層と障壁層
の各層厚を１０ｎｍ以下とすれば、本実施例にこだわら
ず、他の層厚でも同等の効果が得られる。また、多重量
子井戸構造活性層４６の量子井戸層数は２層や４層でも
よく、単一量子井戸構造活性層でも構わない。
【００９５】本実施例では、劈開によりレーザの共振器
端面を形成しているが、サファイア基板は硬くて劈開し
にくい場合があるので、ドライエッチングにより共振器
端面を形成することもできる。
端面を形成しているが、サファイア基板は硬くて劈開し
にくい場合があるので、ドライエッチングにより共振器
端面を形成することもできる。
【００９６】さらに本実施例では絶縁体であるサファイ
アを基板として用いたため、エッチングにより露出した
ｎ−ＧａＮｎ型コンタクト層４３の表面にｎ側電極５２
を形成しているが、ｎ型導電性を有するＧａＮ、Ｓｉ
Ｃ、Ｓｉ、ＧａＡｓ等を基板に用いれば、この基板の裏
面にｎ側電極５２を形成してもよい。この場合、２００
μｍ幅のストライプ状のメサ構造を作製するエッチング
を行う必要はなく、電流注入されるストライプ状のリッ
ジ構造は、半導体レーザ素子チップの両端より３μｍ以
上離しておけばよい。また、ｐ型とｎ型の構成を逆にし
ても構わない。
アを基板として用いたため、エッチングにより露出した
ｎ−ＧａＮｎ型コンタクト層４３の表面にｎ側電極５２
を形成しているが、ｎ型導電性を有するＧａＮ、Ｓｉ
Ｃ、Ｓｉ、ＧａＡｓ等を基板に用いれば、この基板の裏
面にｎ側電極５２を形成してもよい。この場合、２００
μｍ幅のストライプ状のメサ構造を作製するエッチング
を行う必要はなく、電流注入されるストライプ状のリッ
ジ構造は、半導体レーザ素子チップの両端より３μｍ以
上離しておけばよい。また、ｐ型とｎ型の構成を逆にし
ても構わない。
【００９７】（第６の実施例）図４は本発明の第６の実
施例に係る窒化ガリウム系半導体レーザ素子を示す断面
図である。この図において、６１はｃ面を表面として有
する絶縁性ＧａＮ基板、６２はｎ−ＧａＮｎ型コンタク
ト層、６３はｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｎ型クラッド層、６
４はｎ−ＧａＮガイド層、６５は３層のＩｎ0.2Ｇａ0.8
Ｎ量子井戸層と４層のＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層とから
なる多重量子井戸構造活性層、６６はｐ−ＧａＮガイド
層、６７はｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型第１クラッド層、
６８はｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型第２クラッド層、６９
はｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層、７０はｐ側電極、７１
はｎ側電極、７２はＳｉドープｎ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ
電流阻止層である。
施例に係る窒化ガリウム系半導体レーザ素子を示す断面
図である。この図において、６１はｃ面を表面として有
する絶縁性ＧａＮ基板、６２はｎ−ＧａＮｎ型コンタク
ト層、６３はｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｎ型クラッド層、６
４はｎ−ＧａＮガイド層、６５は３層のＩｎ0.2Ｇａ0.8
Ｎ量子井戸層と４層のＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層とから
なる多重量子井戸構造活性層、６６はｐ−ＧａＮガイド
層、６７はｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型第１クラッド層、
６８はｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型第２クラッド層、６９
はｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層、７０はｐ側電極、７１
はｎ側電極、７２はＳｉドープｎ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ
電流阻止層である。
【００９８】本実施例では、電流阻止層としてＳｉドー
プｎ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層を用いたが、Ｍｇドープｐ
−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド層の屈折率以下の屈折
率を有する半導体であればよく、他のＡｌ組成を有する
ＡｌＧａＮ３元混晶窒化物半導体やＡｌＧａＩｎＮ４元
混晶窒化物半導体、及び、窒化物半導体以外の半導体材
料でも構わない。電流阻止層として窒化ガリウム系半導
体を用いた場合は、活性層やクラッド層を構成する他の
窒化ガリウム系半導体と熱膨張係数や格子定数、及び、
結晶構造が似ているため、結晶性の良い電流阻止層が形
成でき、レーザ素子の信頼性が向上するという利点があ
る。
プｎ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層を用いたが、Ｍｇドープｐ
−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド層の屈折率以下の屈折
率を有する半導体であればよく、他のＡｌ組成を有する
ＡｌＧａＮ３元混晶窒化物半導体やＡｌＧａＩｎＮ４元
混晶窒化物半導体、及び、窒化物半導体以外の半導体材
料でも構わない。電流阻止層として窒化ガリウム系半導
体を用いた場合は、活性層やクラッド層を構成する他の
窒化ガリウム系半導体と熱膨張係数や格子定数、及び、
結晶構造が似ているため、結晶性の良い電流阻止層が形
成でき、レーザ素子の信頼性が向上するという利点があ
る。
【００９９】本発明においては、基板としてＧａＮ基板
を用いたことにより、積層する窒化ガリウム系半導体材
料との格子定数差が小さく良好な結晶性の膜が得られ、
さらに劈開しやすいため、劈開によるレーザ共振器端面
の形成が容易になっている。しかしながら、基板はＧａ
Ｎ基板に限らず、サファイア基板、ＳｉＣ基板、スピネ
ル基板、ＭｇＯ基板、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板も用いる
ことが出来る。特にサファイア基板を用いた場合は、窒
化物半導体とサファイア基板との格子定数の違いを緩和
するために、サファイア基板上に窒化ガリウム系半導体
バッファ層を形成して、半導体レーザ素子の多層構造を
積層すれば良い。
を用いたことにより、積層する窒化ガリウム系半導体材
料との格子定数差が小さく良好な結晶性の膜が得られ、
さらに劈開しやすいため、劈開によるレーザ共振器端面
の形成が容易になっている。しかしながら、基板はＧａ
Ｎ基板に限らず、サファイア基板、ＳｉＣ基板、スピネ
ル基板、ＭｇＯ基板、Ｓｉ基板、ＧａＡｓ基板も用いる
ことが出来る。特にサファイア基板を用いた場合は、窒
化物半導体とサファイア基板との格子定数の違いを緩和
するために、サファイア基板上に窒化ガリウム系半導体
バッファ層を形成して、半導体レーザ素子の多層構造を
積層すれば良い。
【０１００】ｎ型クラッド層６３及びｐ型クラッド層６
７と６８は、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ以外のＡｌ組成を持つＡ
ｌＧａＮ３元混晶でもよい。この場合Ａｌ組成を大きく
すると活性層とクラッド層とのエネルギーギャップ差及
び屈折率差が大きくなり、キャリアや光が活性層に有効
に閉じ込められてさらに発振閾値電流の低減及び、温度
特性の向上が図れる。またキャリアや光の閉じ込めが保
持される程度でＡｌ組成を小さくしていくと、クラッド
層におけるキャリアの移動度が大きくなるため、半導体
レーザ素子の素子抵抗を小さくできる利点がある。さら
にこれらのクラッド層は微量に他の元素を含んだ４元以
上の混晶半導体でもよく、ｎ型クラッド層６３とｐ型ク
ラッド層６７と６８とで混晶の組成が同一でなくても構
わない。
７と６８は、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ以外のＡｌ組成を持つＡ
ｌＧａＮ３元混晶でもよい。この場合Ａｌ組成を大きく
すると活性層とクラッド層とのエネルギーギャップ差及
び屈折率差が大きくなり、キャリアや光が活性層に有効
に閉じ込められてさらに発振閾値電流の低減及び、温度
特性の向上が図れる。またキャリアや光の閉じ込めが保
持される程度でＡｌ組成を小さくしていくと、クラッド
層におけるキャリアの移動度が大きくなるため、半導体
レーザ素子の素子抵抗を小さくできる利点がある。さら
にこれらのクラッド層は微量に他の元素を含んだ４元以
上の混晶半導体でもよく、ｎ型クラッド層６３とｐ型ク
ラッド層６７と６８とで混晶の組成が同一でなくても構
わない。
【０１０１】次に、図４を参照して上記窒化ガリウム系
半導体レーザの作製方法を説明する。以下の説明ではＭ
ＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いた場合を示し
ているが、ＧａＮをエピタキシャル成長できる成長法で
あればよく、ＭＢＥ法（分子線エピタキシャル成長法）
やＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）等の他の気相成
長法を用いることもできる。
半導体レーザの作製方法を説明する。以下の説明ではＭ
ＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いた場合を示し
ているが、ＧａＮをエピタキシャル成長できる成長法で
あればよく、ＭＢＥ法（分子線エピタキシャル成長法）
やＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）等の他の気相成
長法を用いることもできる。
【０１０２】まず所定の成長炉内に設置された、ｃ面を
表面として有する絶縁性ＧａＮ基板６１上に、成長温度
１０５０℃で、ＴＭＧとＮＨ3、及びＳｉＨ4を原料に用
いて、厚さ３μｍのＳｉドープｎ−ＧａＮｎ型コンタク
ト層６２を成長する。さらに続けてＴＭＡを原料に加
え、成長温度は１０５０℃のままで厚さ０．７μｍのＳ
ｉドープｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｎ型クラッド層６３を成
長する。続けて、ＴＭＡを原料から除いて、成長温度は
１０５０℃のままで厚さ０．０５μｍのＳｉドープｎ−
ＧａＮガイド層６４を成長する。
表面として有する絶縁性ＧａＮ基板６１上に、成長温度
１０５０℃で、ＴＭＧとＮＨ3、及びＳｉＨ4を原料に用
いて、厚さ３μｍのＳｉドープｎ−ＧａＮｎ型コンタク
ト層６２を成長する。さらに続けてＴＭＡを原料に加
え、成長温度は１０５０℃のままで厚さ０．７μｍのＳ
ｉドープｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｎ型クラッド層６３を成
長する。続けて、ＴＭＡを原料から除いて、成長温度は
１０５０℃のままで厚さ０．０５μｍのＳｉドープｎ−
ＧａＮガイド層６４を成長する。
【０１０３】次に、成長温度を７５０℃に下げ、ＴＭＧ
とＮＨ3、及びＴＭＩを原料に用いて、Ｉｎ0.05Ｇａ
0.95Ｎ障壁層（厚さ５ｎｍ）、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井
戸層（厚さ５ｎｍ）、Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層（厚さ
５ｎｍ）、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層（厚さ５ｎ
ｍ）、Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層（厚さ５ｎｍ）、Ｉｎ
0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層（厚さ５ｎｍ）、Ｉｎ0.05Ｇａ
0.95Ｎ障壁層（厚さ５ｎｍ）を順次成長することにより
多重量子井戸構造活性層（トータルの厚さ３５ｎｍ）６
５を作成する。
とＮＨ3、及びＴＭＩを原料に用いて、Ｉｎ0.05Ｇａ
0.95Ｎ障壁層（厚さ５ｎｍ）、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井
戸層（厚さ５ｎｍ）、Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層（厚さ
５ｎｍ）、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層（厚さ５ｎ
ｍ）、Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層（厚さ５ｎｍ）、Ｉｎ
0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層（厚さ５ｎｍ）、Ｉｎ0.05Ｇａ
0.95Ｎ障壁層（厚さ５ｎｍ）を順次成長することにより
多重量子井戸構造活性層（トータルの厚さ３５ｎｍ）６
５を作成する。
【０１０４】次に、再び成長温度を１０５０℃に上昇し
て、ＴＭＧとＮＨ3、及びＣｐ2Ｍｇを原料に用いて、厚
さ０．０５μｍのＭｇドープｐ−ＧａＮガイド層６６を
成長する。さらに続けてＴＭＡを原料に加え、成長温度
は１０５０℃のままで厚さ０．２μｍのＭｇドープｐ−
Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型第１クラッド層６７を成長する。
続けて、ＴＭＧとＮＨ3、ＴＭＡ、及びＳｉＨ4を原料に
用いて、成長温度は１０５０℃のままで厚さ０．３μｍ
のＳｉドープｎ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ電流阻止層７２を
成長する。
て、ＴＭＧとＮＨ3、及びＣｐ2Ｍｇを原料に用いて、厚
さ０．０５μｍのＭｇドープｐ−ＧａＮガイド層６６を
成長する。さらに続けてＴＭＡを原料に加え、成長温度
は１０５０℃のままで厚さ０．２μｍのＭｇドープｐ−
Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型第１クラッド層６７を成長する。
続けて、ＴＭＧとＮＨ3、ＴＭＡ、及びＳｉＨ4を原料に
用いて、成長温度は１０５０℃のままで厚さ０．３μｍ
のＳｉドープｎ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ電流阻止層７２を
成長する。
【０１０５】以上の結晶成長を行った後、このウェハー
を一旦成長炉から取り出し、通常のフォトリソグラフィ
ーとドライエッチング技術を用いて、ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ
0.9Ｎｐ型第１クラッド層６７に達するまで１．０μｍ
幅のストライプ状の溝を形成するように、ｎ−Ａｌ0.25
Ｇａ0.75Ｎ電流阻止層７２をドライエッチングする。こ
のドライエッチングの際には、多重量子井戸構造活性層
６５に達しないようにエッチングを停止しているので、
活性層へのエッチングダメージが抑えられており、信頼
性の低下や、発振閾値電流値の増大が防がれている。
を一旦成長炉から取り出し、通常のフォトリソグラフィ
ーとドライエッチング技術を用いて、ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ
0.9Ｎｐ型第１クラッド層６７に達するまで１．０μｍ
幅のストライプ状の溝を形成するように、ｎ−Ａｌ0.25
Ｇａ0.75Ｎ電流阻止層７２をドライエッチングする。こ
のドライエッチングの際には、多重量子井戸構造活性層
６５に達しないようにエッチングを停止しているので、
活性層へのエッチングダメージが抑えられており、信頼
性の低下や、発振閾値電流値の増大が防がれている。
【０１０６】その後、このウェハーを再度成長炉内に設
置して、１．０μｍ幅のストライプ状の溝とｎ−Ａｌ
0.25Ｇａ0.75Ｎ電流阻止層７２の表面全体にわたり、Ｔ
ＭＧとＴＭＡ、ＮＨ3、及びＣｐ2Ｍｇを原料に用いて、
成長温度を１０５０℃として厚さ０．５μｍのＭｇドー
プｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型第２クラッド層６８を成長
する。続けて、ＴＭＡを原料から除いて、成長温度は１
０５０℃のままで厚さ０．２μｍのＭｇドープｐ−Ｇａ
Ｎｐ型コンタクト層６９を成長して、窒化ガリウム系エ
ピタキシャルウエハーを完成する。
置して、１．０μｍ幅のストライプ状の溝とｎ−Ａｌ
0.25Ｇａ0.75Ｎ電流阻止層７２の表面全体にわたり、Ｔ
ＭＧとＴＭＡ、ＮＨ3、及びＣｐ2Ｍｇを原料に用いて、
成長温度を１０５０℃として厚さ０．５μｍのＭｇドー
プｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型第２クラッド層６８を成長
する。続けて、ＴＭＡを原料から除いて、成長温度は１
０５０℃のままで厚さ０．２μｍのＭｇドープｐ−Ｇａ
Ｎｐ型コンタクト層６９を成長して、窒化ガリウム系エ
ピタキシャルウエハーを完成する。
【０１０７】その後、このウエハーを８００℃の窒素ガ
ス雰囲気中でアニールして、Ｍｇドープのｐ型層を低抵
抗化する。
ス雰囲気中でアニールして、Ｍｇドープのｐ型層を低抵
抗化する。
【０１０８】さらに通常のフォトリソグラフィーとドラ
イエッチング技術を用いて、１．０μｍ幅のストライプ
状の溝部を含むように２００μｍ幅のストライプ状のメ
サ構造を形成するために、１．０μｍ幅のストライプ状
の溝部が形成されていない領域のｐ−ＧａＮｐ型コンタ
クト層６９の最表面から、ｎ−ＧａＮｎ型コンタクト層
６２が露出するまでエッチングを行いメサ構造を作製す
る。この時、１．０μｍ幅のストライプ状の溝部は、２
００μｍ幅のメサ構造の両端より３μｍ以上離しておけ
ばよく、本実施例ではｎ側電極７１を形成する側のメサ
構造の端より５μｍ離れたところにストライプ状の溝を
配置した。
イエッチング技術を用いて、１．０μｍ幅のストライプ
状の溝部を含むように２００μｍ幅のストライプ状のメ
サ構造を形成するために、１．０μｍ幅のストライプ状
の溝部が形成されていない領域のｐ−ＧａＮｐ型コンタ
クト層６９の最表面から、ｎ−ＧａＮｎ型コンタクト層
６２が露出するまでエッチングを行いメサ構造を作製す
る。この時、１．０μｍ幅のストライプ状の溝部は、２
００μｍ幅のメサ構造の両端より３μｍ以上離しておけ
ばよく、本実施例ではｎ側電極７１を形成する側のメサ
構造の端より５μｍ離れたところにストライプ状の溝を
配置した。
【０１０９】続いて、２００μｍ幅のメサ構造の最表面
にあるｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層６９の表面にニッケ
ルと金からなるｐ側電極７０を形成し、エッチングによ
り露出したｎ−ＧａＮｎ型コンタクト層６２の表面にチ
タンとアルミニウムからなるｎ側電極７１を形成して、
窒化ガリウム系ＬＤウエハーを完成する。
にあるｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層６９の表面にニッケ
ルと金からなるｐ側電極７０を形成し、エッチングによ
り露出したｎ−ＧａＮｎ型コンタクト層６２の表面にチ
タンとアルミニウムからなるｎ側電極７１を形成して、
窒化ガリウム系ＬＤウエハーを完成する。
【０１１０】その後、このウエハーをストライプ状の溝
部と垂直な方向に劈開してレーザの共振器端面を形成
し、さらに個々のチップに分割する。そして、各チップ
をステムにマウントし、ワイヤーボンディングにより各
電極とリード端子とを接続して、窒化ガリウム系半導体
レーザ素子を完成する。
部と垂直な方向に劈開してレーザの共振器端面を形成
し、さらに個々のチップに分割する。そして、各チップ
をステムにマウントし、ワイヤーボンディングにより各
電極とリード端子とを接続して、窒化ガリウム系半導体
レーザ素子を完成する。
【０１１１】以上のようにして作製された半導体レーザ
素子は、発振波長４１０ｎｍ、発振閾値電流１５ｍＡと
いう良好なレーザ特性が得られ、これらの特性の劣化も
みられず、自励発振することも確認された。この結果、
光ディスクシステム用として本実施例の窒化ガリウム系
半導体レーザ素子を用いると、データの読み出しエラー
を防止することができ、実用に供する窒化ガリウム系半
導体レーザ素子が実現できた。
素子は、発振波長４１０ｎｍ、発振閾値電流１５ｍＡと
いう良好なレーザ特性が得られ、これらの特性の劣化も
みられず、自励発振することも確認された。この結果、
光ディスクシステム用として本実施例の窒化ガリウム系
半導体レーザ素子を用いると、データの読み出しエラー
を防止することができ、実用に供する窒化ガリウム系半
導体レーザ素子が実現できた。
【０１１２】本実施例では、電流注入されるストライプ
状の溝部の幅を１．０μｍとしたが、０．２μｍ以上
１．８μｍ以下であれば、本実施例にこだわらず他のス
トライプ領域の幅でも同等の効果が得られる。
状の溝部の幅を１．０μｍとしたが、０．２μｍ以上
１．８μｍ以下であれば、本実施例にこだわらず他のス
トライプ領域の幅でも同等の効果が得られる。
【０１１３】なお、本実施例では、多重量子井戸構造活
性層６５を構成する量子井戸層と障壁層の層厚をともに
５ｎｍとしたが、これらの層厚が同一である必要はな
く、異なっていても構わない。また量子井戸層と障壁層
の各層厚を１０ｎｍ以下とすれば、本実施例にこだわら
ず、他の層厚でも同等の効果が得られる。また、多重量
子井戸構造活性層６５の量子井戸層数は２層や４層でも
よく、単一量子井戸構造活性層でも構わない。
性層６５を構成する量子井戸層と障壁層の層厚をともに
５ｎｍとしたが、これらの層厚が同一である必要はな
く、異なっていても構わない。また量子井戸層と障壁層
の各層厚を１０ｎｍ以下とすれば、本実施例にこだわら
ず、他の層厚でも同等の効果が得られる。また、多重量
子井戸構造活性層６５の量子井戸層数は２層や４層でも
よく、単一量子井戸構造活性層でも構わない。
【０１１４】本実施例では、劈開によりレーザの共振器
端面を形成しているが、ドライエッチングにより共振器
端面を形成することもできる。
端面を形成しているが、ドライエッチングにより共振器
端面を形成することもできる。
【０１１５】さらに本実施例では絶縁性基板を用いたた
め、エッチングにより露出したｎ−ＧａＮｎ型コンタク
ト層６２の表面にｎ側電極７１を形成しているが、ｎ型
導電性を有するＧａＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＡｓ等を基
板に用いれば、この基板の裏面にｎ側電極７１を形成し
てもよい。この場合、２００μｍ幅のストライプ状のメ
サ構造を作製するエッチングを行う必要はなく、電流注
入されるストライプ状の溝部は、半導体レーザ素子チッ
プの両端より３μｍ以上離しておけばよい。また、ｐ型
とｎ型の構成を逆にしても構わない。
め、エッチングにより露出したｎ−ＧａＮｎ型コンタク
ト層６２の表面にｎ側電極７１を形成しているが、ｎ型
導電性を有するＧａＮ、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＡｓ等を基
板に用いれば、この基板の裏面にｎ側電極７１を形成し
てもよい。この場合、２００μｍ幅のストライプ状のメ
サ構造を作製するエッチングを行う必要はなく、電流注
入されるストライプ状の溝部は、半導体レーザ素子チッ
プの両端より３μｍ以上離しておけばよい。また、ｐ型
とｎ型の構成を逆にしても構わない。
【０１１６】また本実施例では、ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ
ｐ型第１クラッド層６７とｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型第
２クラッド層６８とを同一組成にしている。従ってｎ−
Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ電流阻止層７２をドライエッチング
してストライプ状の溝部を作製する際、ｐ−Ａｌ0.1Ｇ
ａ0.9Ｎｐ型第１クラッド層６７のエッチングの残し膜
厚がいくらであっても、ストライプ状の溝部に配置され
たｐ型クラッド層を構成する窒化ガリウム系半導体材料
は同一組成であるため、横モード等のレーザ特性には全
く影響しない。これにより、ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型
第１クラッド層６７のエッチングの残し膜厚にばらつき
が生じても、このばらつきに影響されずに良好なレーザ
特性が得られることになる。また、ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9
Ｎｐ型第１クラッド層６７のエッチングの残し膜厚をエ
ッチングレートにより正確に制御できるのであれば、ｐ
−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型第１クラッド層６７とｐ−Ａｌ
0. 1Ｇａ0.9Ｎｐ型第２クラッド層６８とを同一組成にし
なくても、ばらつきの無い良好なレーザ特性が得られる
ので、違う組成で作成しても構わない。
ｐ型第１クラッド層６７とｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型第
２クラッド層６８とを同一組成にしている。従ってｎ−
Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ電流阻止層７２をドライエッチング
してストライプ状の溝部を作製する際、ｐ−Ａｌ0.1Ｇ
ａ0.9Ｎｐ型第１クラッド層６７のエッチングの残し膜
厚がいくらであっても、ストライプ状の溝部に配置され
たｐ型クラッド層を構成する窒化ガリウム系半導体材料
は同一組成であるため、横モード等のレーザ特性には全
く影響しない。これにより、ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型
第１クラッド層６７のエッチングの残し膜厚にばらつき
が生じても、このばらつきに影響されずに良好なレーザ
特性が得られることになる。また、ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9
Ｎｐ型第１クラッド層６７のエッチングの残し膜厚をエ
ッチングレートにより正確に制御できるのであれば、ｐ
−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型第１クラッド層６７とｐ−Ａｌ
0. 1Ｇａ0.9Ｎｐ型第２クラッド層６８とを同一組成にし
なくても、ばらつきの無い良好なレーザ特性が得られる
ので、違う組成で作成しても構わない。
【０１１７】（第７の実施例）図５は本発明の第７の実
施例に係る窒化ガリウム系半導体レーザ素子を示す断面
図である。この図において、８１はｃ面を表面として有
する絶縁性ＧａＮ基板、８２はｎ−ＧａＮｎ型コンタク
ト層、８３はｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｎ型クラッド層、８
４はｎ−ＧａＮガイド層、８５は２層のＩｎ0.2Ｇａ0.8
Ｎ量子井戸層と３層のＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層とから
なる多重量子井戸構造活性層、８６はｐ−ＧａＮガイド
層、８７はｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型エッチング停止
層、８８はｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド層、８９
はｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層、９０はｐ側電極、９１
はｎ側電極、９２はＳｉドープｎ−Ｉｎ0.25Ｇａ0.75Ｎ
電流阻止層である。
施例に係る窒化ガリウム系半導体レーザ素子を示す断面
図である。この図において、８１はｃ面を表面として有
する絶縁性ＧａＮ基板、８２はｎ−ＧａＮｎ型コンタク
ト層、８３はｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｎ型クラッド層、８
４はｎ−ＧａＮガイド層、８５は２層のＩｎ0.2Ｇａ0.8
Ｎ量子井戸層と３層のＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層とから
なる多重量子井戸構造活性層、８６はｐ−ＧａＮガイド
層、８７はｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型エッチング停止
層、８８はｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド層、８９
はｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層、９０はｐ側電極、９１
はｎ側電極、９２はＳｉドープｎ−Ｉｎ0.25Ｇａ0.75Ｎ
電流阻止層である。
【０１１８】本実施例では、電流阻止層としてＳｉドー
プｎ−Ｉｎ0.25Ｇａ0.75Ｎ層を用いたが、活性層のエネ
ルギーギャップ以下のエネルギーギャップを有する半導
体であればよく、他のＩｎ組成を有するＩｎＧａＮ３元
混晶窒化物半導体やＡｌＧａＩｎＮ４元混晶窒化物半導
体、及び、窒化物半導体以外の砒化ガリウム系半導体、
燐化インジウム系半導体、ＩＩ−ＶＩ族半導体、ＩＶ族
半導体等でも構わない。電流阻止層として窒化ガリウム
系半導体を用いた場合は、活性層やクラッド層を構成す
る他の窒化ガリウム系半導体と熱膨張係数や格子定数、
及び、結晶構造が似ているため、結晶性の良い電流阻止
層が形成でき、レーザ素子の信頼性が向上するという利
点がある。
プｎ−Ｉｎ0.25Ｇａ0.75Ｎ層を用いたが、活性層のエネ
ルギーギャップ以下のエネルギーギャップを有する半導
体であればよく、他のＩｎ組成を有するＩｎＧａＮ３元
混晶窒化物半導体やＡｌＧａＩｎＮ４元混晶窒化物半導
体、及び、窒化物半導体以外の砒化ガリウム系半導体、
燐化インジウム系半導体、ＩＩ−ＶＩ族半導体、ＩＶ族
半導体等でも構わない。電流阻止層として窒化ガリウム
系半導体を用いた場合は、活性層やクラッド層を構成す
る他の窒化ガリウム系半導体と熱膨張係数や格子定数、
及び、結晶構造が似ているため、結晶性の良い電流阻止
層が形成でき、レーザ素子の信頼性が向上するという利
点がある。
【０１１９】次に、図５を参照して上記窒化ガリウム系
半導体レーザの作製方法を説明する。以下の説明ではＭ
ＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いた場合を示し
ているが、ＧａＮをエピタキシャル成長できる成長法で
あればよく、ＭＢＥ法（分子線エピタキシャル成長法）
やＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）等の他の気相成
長法を用いることもできる。
半導体レーザの作製方法を説明する。以下の説明ではＭ
ＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いた場合を示し
ているが、ＧａＮをエピタキシャル成長できる成長法で
あればよく、ＭＢＥ法（分子線エピタキシャル成長法）
やＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）等の他の気相成
長法を用いることもできる。
【０１２０】まず所定の成長炉内に設置された、ｃ面を
表面として有する絶縁性ＧａＮ基板８１上に、成長温度
１０５０℃で、ＴＭＧとＮＨ3、及びＳｉＨ4を原料に用
いて、厚さ３μｍのＳｉドープｎ−ＧａＮｎ型コンタク
ト層８２を成長する。さらに続けてＴＭＡを原料に加
え、成長温度は１０５０℃のままで厚さ０．７μｍのＳ
ｉドープｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｎ型クラッド層８３を成
長する。続けて、ＴＭＡを原料から除いて、成長温度は
１０５０℃のままで厚さ０．０５μｍのＳｉドープｎ−
ＧａＮガイド層８４を成長する。
表面として有する絶縁性ＧａＮ基板８１上に、成長温度
１０５０℃で、ＴＭＧとＮＨ3、及びＳｉＨ4を原料に用
いて、厚さ３μｍのＳｉドープｎ−ＧａＮｎ型コンタク
ト層８２を成長する。さらに続けてＴＭＡを原料に加
え、成長温度は１０５０℃のままで厚さ０．７μｍのＳ
ｉドープｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｎ型クラッド層８３を成
長する。続けて、ＴＭＡを原料から除いて、成長温度は
１０５０℃のままで厚さ０．０５μｍのＳｉドープｎ−
ＧａＮガイド層８４を成長する。
【０１２１】次に、成長温度を７５０℃に下げ、ＴＭＧ
とＮＨ3、及びＴＭＩを原料に用いて、Ｉｎ0.05Ｇａ
0.95Ｎ障壁層（厚さ５ｎｍ）、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井
戸層（厚さ５ｎｍ）、Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層（厚さ
５ｎｍ）、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層（厚さ５ｎ
ｍ）、Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層（厚さ５ｎｍ）を順次
成長することにより多重量子井戸構造活性層（トータル
の厚さ２５ｎｍ）８５を作成する。
とＮＨ3、及びＴＭＩを原料に用いて、Ｉｎ0.05Ｇａ
0.95Ｎ障壁層（厚さ５ｎｍ）、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井
戸層（厚さ５ｎｍ）、Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層（厚さ
５ｎｍ）、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層（厚さ５ｎ
ｍ）、Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層（厚さ５ｎｍ）を順次
成長することにより多重量子井戸構造活性層（トータル
の厚さ２５ｎｍ）８５を作成する。
【０１２２】次に、再び成長温度を１０５０℃に上昇し
て、ＴＭＧとＮＨ3、及びＣｐ2Ｍｇを原料に用いて、厚
さ０．０５μｍのＭｇドープｐ−ＧａＮガイド層８６を
成長する。さらに続けてＴＭＡを原料に加え、成長温度
は１０５０℃のままで厚さ０．０５μｍのＭｇドープｐ
−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型エッチング停止層８７を成長す
る。続けて成長温度を７５０℃に下げ、ＴＭＧとＮ
Ｈ3、ＴＭＩ、及びＳｉＨ4を原料に用いて、厚さ０．３
μｍのＳｉドープｎ−Ｉｎ0.25Ｇａ0.75Ｎ電流阻止層９
２を成長する。
て、ＴＭＧとＮＨ3、及びＣｐ2Ｍｇを原料に用いて、厚
さ０．０５μｍのＭｇドープｐ−ＧａＮガイド層８６を
成長する。さらに続けてＴＭＡを原料に加え、成長温度
は１０５０℃のままで厚さ０．０５μｍのＭｇドープｐ
−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型エッチング停止層８７を成長す
る。続けて成長温度を７５０℃に下げ、ＴＭＧとＮ
Ｈ3、ＴＭＩ、及びＳｉＨ4を原料に用いて、厚さ０．３
μｍのＳｉドープｎ−Ｉｎ0.25Ｇａ0.75Ｎ電流阻止層９
２を成長する。
【０１２３】以上の結晶成長を行った後、このウェハー
を一旦成長炉から取り出し、通常のフォトリソグラフィ
ーとドライエッチング技術を用いて、ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ
0.9Ｎｐ型エッチング停止層８７に達するまで１．０μ
ｍ幅のストライプ状の溝を形成するように、ｎ−Ｉｎ
0.25Ｇａ0.75Ｎ電流阻止層９２をドライエッチングす
る。この時、エッチングの深さがｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ
ｐ型エッチング停止層８７に達すると、エッチング表面
にＡｌ原子が現れるため、このＡｌ原子を元素分析によ
り検出した時点でエッチングを停止するようにして、エ
ッチングする深さを正確に制御できた。
を一旦成長炉から取り出し、通常のフォトリソグラフィ
ーとドライエッチング技術を用いて、ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ
0.9Ｎｐ型エッチング停止層８７に達するまで１．０μ
ｍ幅のストライプ状の溝を形成するように、ｎ−Ｉｎ
0.25Ｇａ0.75Ｎ電流阻止層９２をドライエッチングす
る。この時、エッチングの深さがｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ
ｐ型エッチング停止層８７に達すると、エッチング表面
にＡｌ原子が現れるため、このＡｌ原子を元素分析によ
り検出した時点でエッチングを停止するようにして、エ
ッチングする深さを正確に制御できた。
【０１２４】その後、このウェハーを再度成長炉内に設
置して、１．０μｍ幅のストライプ状の溝とｎ−Ｉｎ
0.25Ｇａ0.75Ｎ電流阻止層９２の表面全体にわたり、Ｔ
ＭＧとＴＭＡ、ＮＨ3、及びＣｐ2Ｍｇを原料に用いて、
成長温度を１０５０℃として厚さ０．７μｍのＭｇドー
プｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド層８８を成長す
る。続けて、ＴＭＡを原料から除いて、成長温度は１０
５０℃のままで厚さ０．２μｍのＭｇドープｐ−ＧａＮ
ｐ型コンタクト層８９を成長して、窒化ガリウム系エピ
タキシャルウエハーを完成する。
置して、１．０μｍ幅のストライプ状の溝とｎ−Ｉｎ
0.25Ｇａ0.75Ｎ電流阻止層９２の表面全体にわたり、Ｔ
ＭＧとＴＭＡ、ＮＨ3、及びＣｐ2Ｍｇを原料に用いて、
成長温度を１０５０℃として厚さ０．７μｍのＭｇドー
プｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド層８８を成長す
る。続けて、ＴＭＡを原料から除いて、成長温度は１０
５０℃のままで厚さ０．２μｍのＭｇドープｐ−ＧａＮ
ｐ型コンタクト層８９を成長して、窒化ガリウム系エピ
タキシャルウエハーを完成する。
【０１２５】その後、このウエハーを８００℃の窒素ガ
ス雰囲気中でアニールして、Ｍｇドープのｐ型層を低抵
抗化する。
ス雰囲気中でアニールして、Ｍｇドープのｐ型層を低抵
抗化する。
【０１２６】さらに通常のフォトリソグラフィーとドラ
イエッチング技術を用いて、１．０μｍ幅のストライプ
状の溝部を含むように２００μｍ幅のストライプ状のメ
サ構造を形成するために、１．０μｍ幅のストライプ状
の溝部が形成されていない領域のｐ−ＧａＮｐ型コンタ
クト層８９の最表面から、ｎ−ＧａＮｎ型コンタクト層
８２が露出するまでエッチングを行いメサ構造を作製す
る。この時、１．０μｍ幅のストライプ状の溝部は、２
００μｍ幅のメサ構造の両端より３μｍ以上離しておけ
ばよく、本実施例ではｎ側電極９１を形成する側のメサ
構造の端より５μｍ離れたところにストライプ状の溝を
配置した。
イエッチング技術を用いて、１．０μｍ幅のストライプ
状の溝部を含むように２００μｍ幅のストライプ状のメ
サ構造を形成するために、１．０μｍ幅のストライプ状
の溝部が形成されていない領域のｐ−ＧａＮｐ型コンタ
クト層８９の最表面から、ｎ−ＧａＮｎ型コンタクト層
８２が露出するまでエッチングを行いメサ構造を作製す
る。この時、１．０μｍ幅のストライプ状の溝部は、２
００μｍ幅のメサ構造の両端より３μｍ以上離しておけ
ばよく、本実施例ではｎ側電極９１を形成する側のメサ
構造の端より５μｍ離れたところにストライプ状の溝を
配置した。
【０１２７】続いて、２００μｍ幅のメサ構造の最表面
にあるｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層８９の表面にニッケ
ルと金からなるｐ側電極９０を形成し、エッチングによ
り露出したｎ−ＧａＮｎ型コンタクト層８２の表面にチ
タンとアルミニウムからなるｎ側電極９１を形成して、
窒化ガリウム系ＬＤウエハーを完成する。
にあるｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層８９の表面にニッケ
ルと金からなるｐ側電極９０を形成し、エッチングによ
り露出したｎ−ＧａＮｎ型コンタクト層８２の表面にチ
タンとアルミニウムからなるｎ側電極９１を形成して、
窒化ガリウム系ＬＤウエハーを完成する。
【０１２８】その後、このウエハーをストライプ状の溝
部と垂直な方向に劈開してレーザの共振器端面を形成
し、さらに個々のチップに分割する。そして、各チップ
をステムにマウントし、ワイヤーボンディングにより各
電極とリード端子とを接続して、窒化ガリウム系半導体
レーザ素子を完成する。
部と垂直な方向に劈開してレーザの共振器端面を形成
し、さらに個々のチップに分割する。そして、各チップ
をステムにマウントし、ワイヤーボンディングにより各
電極とリード端子とを接続して、窒化ガリウム系半導体
レーザ素子を完成する。
【０１２９】以上のようにして作製された半導体レーザ
素子は、発振波長４１０ｎｍ、発振閾値電流１８ｍＡと
いう良好なレーザ特性が得られ、これらの特性の劣化も
みられず、自励発振することも確認された。この結果、
光ディスクシステム用として本実施例の窒化ガリウム系
半導体レーザ素子を用いると、データの読み出しエラー
を防止することができ、実用に供する窒化ガリウム系半
導体レーザ素子が実現できた。
素子は、発振波長４１０ｎｍ、発振閾値電流１８ｍＡと
いう良好なレーザ特性が得られ、これらの特性の劣化も
みられず、自励発振することも確認された。この結果、
光ディスクシステム用として本実施例の窒化ガリウム系
半導体レーザ素子を用いると、データの読み出しエラー
を防止することができ、実用に供する窒化ガリウム系半
導体レーザ素子が実現できた。
【０１３０】本実施例では、電流注入されるストライプ
状の溝部の幅を１．０μｍとしたが、０．２μｍ以上
１．８μｍ以下であれば、本実施例にこだわらず他のス
トライプ領域の幅でも同等の効果が得られる。
状の溝部の幅を１．０μｍとしたが、０．２μｍ以上
１．８μｍ以下であれば、本実施例にこだわらず他のス
トライプ領域の幅でも同等の効果が得られる。
【０１３１】また本実施例では、ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ
ｐ型エッチング停止層８７とｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型
クラッド層８８とを同一組成にしているが、これは異な
っていても構わず、ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型エッチン
グ停止層８７のＡｌ組成も本実施例にこだわらず、エッ
チングの深さを判断できるものであれば他の半導体材料
でも構わない。Ａｌ組成をｐ型クラッド層８８よりも少
なくし、ｐ−ＧａＮガイド層８６よりも大きくすると、
ｐ型エッチング停止層８７のエネルギーギャップはｐ型
クラッド層８８とｐ−ＧａＮガイド層８６の間のエネル
ギーギャップとなり、正孔をｐ型クラッド層８８からｐ
−ＧａＮガイド層８６へ注入する際にエネルギーの勾配
が出来て、注入しやすくなるという利点がある。
ｐ型エッチング停止層８７とｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型
クラッド層８８とを同一組成にしているが、これは異な
っていても構わず、ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型エッチン
グ停止層８７のＡｌ組成も本実施例にこだわらず、エッ
チングの深さを判断できるものであれば他の半導体材料
でも構わない。Ａｌ組成をｐ型クラッド層８８よりも少
なくし、ｐ−ＧａＮガイド層８６よりも大きくすると、
ｐ型エッチング停止層８７のエネルギーギャップはｐ型
クラッド層８８とｐ−ＧａＮガイド層８６の間のエネル
ギーギャップとなり、正孔をｐ型クラッド層８８からｐ
−ＧａＮガイド層８６へ注入する際にエネルギーの勾配
が出来て、注入しやすくなるという利点がある。
【０１３２】また、本実施例では、ｐ−ＧａＮガイド層
８６の上にｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型エッチング停止層
８７を積層したが、ｐ−ＧａＮガイド層８６の内部にｐ
−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型エッチング停止層８７を形成し
ても構わない。
８６の上にｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型エッチング停止層
８７を積層したが、ｐ−ＧａＮガイド層８６の内部にｐ
−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型エッチング停止層８７を形成し
ても構わない。
【０１３３】（第８の実施例）図６は本発明の第８の実
施例に係る窒化ガリウム系半導体レーザ素子を示す断面
図である。この図において、１０１はｃ面を表面として
有するサファイア基板、１０２はＧａＮバッファ層、１
０３はｎ−ＧａＮｎ型コンタクト層、１０４はｎ−Ａｌ
0.1Ｇａ0.9Ｎｎ型クラッド層、１０５はｎ−ＧａＮガイ
ド層、１０６は２層のＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層と１
層のＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層とからなる多重量子井戸
構造活性層、１０７はＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層、１
０８はｐ−ＧａＮガイド層、１０９はｐ−Ａｌ0.1Ｇａ
0.9Ｎｐ型クラッド層、１１０はｐ−ＧａＮｐ型コンタ
クト層、１１１はｐ側電極、１１２はｎ側電極、１１３
はＳｉＯ2絶縁膜である。
施例に係る窒化ガリウム系半導体レーザ素子を示す断面
図である。この図において、１０１はｃ面を表面として
有するサファイア基板、１０２はＧａＮバッファ層、１
０３はｎ−ＧａＮｎ型コンタクト層、１０４はｎ−Ａｌ
0.1Ｇａ0.9Ｎｎ型クラッド層、１０５はｎ−ＧａＮガイ
ド層、１０６は２層のＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層と１
層のＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層とからなる多重量子井戸
構造活性層、１０７はＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層、１
０８はｐ−ＧａＮガイド層、１０９はｐ−Ａｌ0.1Ｇａ
0.9Ｎｐ型クラッド層、１１０はｐ−ＧａＮｐ型コンタ
クト層、１１１はｐ側電極、１１２はｎ側電極、１１３
はＳｉＯ2絶縁膜である。
【０１３４】次に、図６を参照して上記窒化ガリウム系
半導体レーザの作製方法を説明する。以下の説明ではＭ
ＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いた場合を示し
ているが、ＧａＮをエピタキシャル成長できる成長法で
あればよく、ＭＢＥ法（分子線エピタキシャル成長法）
やＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）等の他の気相成
長法を用いることもできる。
半導体レーザの作製方法を説明する。以下の説明ではＭ
ＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いた場合を示し
ているが、ＧａＮをエピタキシャル成長できる成長法で
あればよく、ＭＢＥ法（分子線エピタキシャル成長法）
やＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）等の他の気相成
長法を用いることもできる。
【０１３５】まず所定の成長炉内に設置された、ｃ面を
表面として有するサファイア基板１０１上に、ＴＭＧと
ＮＨ3を原料に用いて、成長温度５５０℃でＧａＮバッ
ファ層１０２を３５ｎｍ成長させる。
表面として有するサファイア基板１０１上に、ＴＭＧと
ＮＨ3を原料に用いて、成長温度５５０℃でＧａＮバッ
ファ層１０２を３５ｎｍ成長させる。
【０１３６】次に成長温度を１０５０℃まで上昇させ
て、ＴＭＧとＮＨ3、及びＳｉＨ4を原料に用いて、厚さ
３μｍのＳｉドープｎ−ＧａＮｎ型コンタクト層１０３
を成長する。
て、ＴＭＧとＮＨ3、及びＳｉＨ4を原料に用いて、厚さ
３μｍのＳｉドープｎ−ＧａＮｎ型コンタクト層１０３
を成長する。
【０１３７】以上の結晶成長を行った後、このウェハー
を一旦成長炉から取り出し、Ｓｉドープｎ−ＧａＮｎ型
コンタクト層１０３表面に厚さ２００ｎｍのＳｉＯ2絶
縁膜１１３を電流阻止層として形成する。さらに通常の
フォトリソグラフィーとウェットエッチング技術を用い
て、１．０μｍ幅のストライプ状の溝を形成するよう
に、ＳｉＯ2絶縁膜１１３をフッ酸によりウェットエッ
チングする。
を一旦成長炉から取り出し、Ｓｉドープｎ−ＧａＮｎ型
コンタクト層１０３表面に厚さ２００ｎｍのＳｉＯ2絶
縁膜１１３を電流阻止層として形成する。さらに通常の
フォトリソグラフィーとウェットエッチング技術を用い
て、１．０μｍ幅のストライプ状の溝を形成するよう
に、ＳｉＯ2絶縁膜１１３をフッ酸によりウェットエッ
チングする。
【０１３８】その後、このウェハーを再度成長炉内に設
置して、ＴＭＧとＴＭＡ、ＮＨ3、及びＳｉＨ4を原料に
用いて、成長温度を１０５０℃として厚さ０．７μｍの
Ｓｉドープｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｎ型クラッド層１０４
を成長する。続けて、ＴＭＡを原料から除いて、成長温
度は１０５０℃のままで厚さ０．０５μｍのＳｉドープ
ｎ−ＧａＮガイド層１０５を成長する。
置して、ＴＭＧとＴＭＡ、ＮＨ3、及びＳｉＨ4を原料に
用いて、成長温度を１０５０℃として厚さ０．７μｍの
Ｓｉドープｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｎ型クラッド層１０４
を成長する。続けて、ＴＭＡを原料から除いて、成長温
度は１０５０℃のままで厚さ０．０５μｍのＳｉドープ
ｎ−ＧａＮガイド層１０５を成長する。
【０１３９】次に、成長温度を７５０℃に下げ、ＴＭＧ
とＮＨ3、及びＴＭＩを原料に用いて、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8
Ｎ量子井戸層（厚さ５ｎｍ）、Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁
層（厚さ５ｎｍ）、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層（厚さ
５ｎｍ）を順次成長することにより多重量子井戸構造活
性層（トータルの厚さ１５ｎｍ）１０６を作成する。さ
らに続けてＴＭＧとＴＭＡとＮＨ3を原料に用いて、成
長温度は７５０℃のままで厚さ１０ｎｍのＡｌ0.2Ｇａ
0.8Ｎ蒸発防止層１０７を成長する。次に、再び成長温
度を１０５０℃に上昇して、ＴＭＧとＮＨ3、及びＣｐ2
Ｍｇを原料に用いて、厚さ０．０５μｍのＭｇドープｐ
−ＧａＮガイド層１０８を成長する。さらに続けて、Ｔ
ＭＡを原料に加え、成長温度は１０５０℃のままで厚さ
０．７μｍのＭｇドープｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラ
ッド層１０９を成長する。続けて、ＴＭＡを原料から除
いて、成長温度は１０５０℃のままで厚さ０．２μｍの
Ｍｇドープｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層１１０を成長し
て、窒化ガリウム系エピタキシャルウエハーを完成す
る。この時、ｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｎ型クラッド層１０
４、ｎ−ＧａＮガイド層１０５、多重量子井戸構造活性
層１０６、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層１０７、ｐ−Ｇ
ａＮガイド層１０８、ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッ
ド層１０９、ｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層１１０は、上
記１．０μｍ幅のストライプ状の溝を中心にして、リッ
ジ構造状に形成される。
とＮＨ3、及びＴＭＩを原料に用いて、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8
Ｎ量子井戸層（厚さ５ｎｍ）、Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁
層（厚さ５ｎｍ）、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層（厚さ
５ｎｍ）を順次成長することにより多重量子井戸構造活
性層（トータルの厚さ１５ｎｍ）１０６を作成する。さ
らに続けてＴＭＧとＴＭＡとＮＨ3を原料に用いて、成
長温度は７５０℃のままで厚さ１０ｎｍのＡｌ0.2Ｇａ
0.8Ｎ蒸発防止層１０７を成長する。次に、再び成長温
度を１０５０℃に上昇して、ＴＭＧとＮＨ3、及びＣｐ2
Ｍｇを原料に用いて、厚さ０．０５μｍのＭｇドープｐ
−ＧａＮガイド層１０８を成長する。さらに続けて、Ｔ
ＭＡを原料に加え、成長温度は１０５０℃のままで厚さ
０．７μｍのＭｇドープｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラ
ッド層１０９を成長する。続けて、ＴＭＡを原料から除
いて、成長温度は１０５０℃のままで厚さ０．２μｍの
Ｍｇドープｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層１１０を成長し
て、窒化ガリウム系エピタキシャルウエハーを完成す
る。この時、ｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｎ型クラッド層１０
４、ｎ−ＧａＮガイド層１０５、多重量子井戸構造活性
層１０６、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層１０７、ｐ−Ｇ
ａＮガイド層１０８、ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッ
ド層１０９、ｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層１１０は、上
記１．０μｍ幅のストライプ状の溝を中心にして、リッ
ジ構造状に形成される。
【０１４０】その後、このウエハーを８００℃の窒素ガ
ス雰囲気中でアニールして、Ｍｇドープのｐ型層を低抵
抗化する。
ス雰囲気中でアニールして、Ｍｇドープのｐ型層を低抵
抗化する。
【０１４１】さらに通常のフォトリソグラフィーとウェ
ットエッチング技術を用いて、上記リッジ構造が形成さ
れていないＳｉＯ2絶縁膜１１３の一部を１００μｍ幅
のストライプ状に、ｎ−ＧａＮｎ型コンタクト層１０３
が露出するまでエッチングを行う。
ットエッチング技術を用いて、上記リッジ構造が形成さ
れていないＳｉＯ2絶縁膜１１３の一部を１００μｍ幅
のストライプ状に、ｎ−ＧａＮｎ型コンタクト層１０３
が露出するまでエッチングを行う。
【０１４２】続いて、ｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層１１
０の表面にニッケルと金からなるｐ側電極１１１を形成
し、エッチングにより露出したｎ−ＧａＮｎ型コンタク
ト層１０３の表面にチタンとアルミニウムからなるｎ側
電極１１２を形成して、窒化ガリウム系ＬＤウエハーを
完成する。
０の表面にニッケルと金からなるｐ側電極１１１を形成
し、エッチングにより露出したｎ−ＧａＮｎ型コンタク
ト層１０３の表面にチタンとアルミニウムからなるｎ側
電極１１２を形成して、窒化ガリウム系ＬＤウエハーを
完成する。
【０１４３】その後、このウエハーをリッジストライプ
と垂直な方向に劈開してレーザの共振器端面を形成し、
さらに個々のチップに分割する。そして、各チップをス
テムにマウントし、ワイヤーボンディングにより各電極
とリード端子とを接続して、窒化ガリウム系半導体レー
ザ素子を完成する。
と垂直な方向に劈開してレーザの共振器端面を形成し、
さらに個々のチップに分割する。そして、各チップをス
テムにマウントし、ワイヤーボンディングにより各電極
とリード端子とを接続して、窒化ガリウム系半導体レー
ザ素子を完成する。
【０１４４】以上のようにして作製された半導体レーザ
素子は、発振波長４１０ｎｍ、発振閾値電流１８ｍＡと
いう良好なレーザ特性が得られ、これらの特性の劣化も
みられず、自励発振することも確認された。この結果、
光ディスクシステム用として本実施例の窒化ガリウム系
半導体レーザ素子を用いると、データの読み出しエラー
を防止することができ、実用に供する窒化ガリウム系半
導体レーザ素子が実現できた。
素子は、発振波長４１０ｎｍ、発振閾値電流１８ｍＡと
いう良好なレーザ特性が得られ、これらの特性の劣化も
みられず、自励発振することも確認された。この結果、
光ディスクシステム用として本実施例の窒化ガリウム系
半導体レーザ素子を用いると、データの読み出しエラー
を防止することができ、実用に供する窒化ガリウム系半
導体レーザ素子が実現できた。
【０１４５】本実施例では、電流注入されるストライプ
領域の幅を１．０μｍとしたが、０．２μｍ以上１．８
μｍ以下であれば、本実施例にこだわらず他のストライ
プ領域の幅でも同等の効果が得られる。
領域の幅を１．０μｍとしたが、０．２μｍ以上１．８
μｍ以下であれば、本実施例にこだわらず他のストライ
プ領域の幅でも同等の効果が得られる。
【０１４６】また、本実施例ではサファイア基板１０１
上にまずｎ型の導電性を有する窒化ガリウム系半導体を
形成した後に、ｐ型の導電性を有する窒化ガリウム系半
導体を形成したが、ｐ型とｎ型の構成を逆にしても構わ
ない。逆にした場合、電流阻止層を形成後に積層される
Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層はｐ型であるため、電気抵
抗が大きくなり、電流阻止層で狭窄された電流がｐ−Ａ
ｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド層で広がってしまうことを
抑えられ、発振閾値電流値が低減できる。
上にまずｎ型の導電性を有する窒化ガリウム系半導体を
形成した後に、ｐ型の導電性を有する窒化ガリウム系半
導体を形成したが、ｐ型とｎ型の構成を逆にしても構わ
ない。逆にした場合、電流阻止層を形成後に積層される
Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層はｐ型であるため、電気抵
抗が大きくなり、電流阻止層で狭窄された電流がｐ−Ａ
ｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド層で広がってしまうことを
抑えられ、発振閾値電流値が低減できる。
【０１４７】（第９の実施例）図７は本発明の第９の実
施例に係る窒化ガリウム系半導体レーザ素子を示す断面
図である。この図において、１２１はｃ面を表面として
有するサファイア基板、１２２はＧａＮバッファ層、１
２３はｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層、１２４はｐ−Ｉｎ
0.05Ｇａ0.95Ｎエッチング停止層、１２５はｐ−Ａｌ
0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド層、１２６はｐ−ＧａＮガイ
ド層、１２７は２層のＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層と３
層のＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層とからなる多重量子井戸
構造活性層、１２８はｎ−ＧａＮガイド層、１２９はｎ
−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｎ型クラッド層、１３０はｎ−Ｇａ
Ｎｎ型コンタクト層、１３１はｐ側電極、１３２はｎ側
電極、１３３はＳｉドープｎ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ電流
阻止層である。
施例に係る窒化ガリウム系半導体レーザ素子を示す断面
図である。この図において、１２１はｃ面を表面として
有するサファイア基板、１２２はＧａＮバッファ層、１
２３はｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層、１２４はｐ−Ｉｎ
0.05Ｇａ0.95Ｎエッチング停止層、１２５はｐ−Ａｌ
0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド層、１２６はｐ−ＧａＮガイ
ド層、１２７は２層のＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層と３
層のＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層とからなる多重量子井戸
構造活性層、１２８はｎ−ＧａＮガイド層、１２９はｎ
−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｎ型クラッド層、１３０はｎ−Ｇａ
Ｎｎ型コンタクト層、１３１はｐ側電極、１３２はｎ側
電極、１３３はＳｉドープｎ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ電流
阻止層である。
【０１４８】本実施例では、電流阻止層としてＳｉドー
プｎ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層を用いたが、Ｍｇドープｐ
−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド層の屈折率以下の屈折
率を有する半導体であればよく、他のＡｌ組成を有する
ＡｌＧａＮ３元混晶窒化物半導体やＡｌＧａＩｎＮ４元
混晶窒化物半導体、及び、窒化物半導体以外の半導体材
料でも構わない。電流阻止層として窒化ガリウム系半導
体を用いた場合は、活性層やクラッド層を構成する他の
窒化ガリウム系半導体と熱膨張係数や格子定数、及び、
結晶構造が似ているため、結晶性の良い電流阻止層が形
成でき、レーザ素子の信頼性が向上するという利点があ
る。
プｎ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層を用いたが、Ｍｇドープｐ
−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド層の屈折率以下の屈折
率を有する半導体であればよく、他のＡｌ組成を有する
ＡｌＧａＮ３元混晶窒化物半導体やＡｌＧａＩｎＮ４元
混晶窒化物半導体、及び、窒化物半導体以外の半導体材
料でも構わない。電流阻止層として窒化ガリウム系半導
体を用いた場合は、活性層やクラッド層を構成する他の
窒化ガリウム系半導体と熱膨張係数や格子定数、及び、
結晶構造が似ているため、結晶性の良い電流阻止層が形
成でき、レーザ素子の信頼性が向上するという利点があ
る。
【０１４９】次に、図７を参照して上記窒化ガリウム系
半導体レーザの作製方法を説明する。以下の説明ではＭ
ＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いた場合を示し
ているが、ＧａＮをエピタキシャル成長できる成長法で
あればよく、ＭＢＥ法（分子線エピタキシャル成長法）
やＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）等の他の気相成
長法を用いることもできる。
半導体レーザの作製方法を説明する。以下の説明ではＭ
ＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いた場合を示し
ているが、ＧａＮをエピタキシャル成長できる成長法で
あればよく、ＭＢＥ法（分子線エピタキシャル成長法）
やＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）等の他の気相成
長法を用いることもできる。
【０１５０】まず所定の成長炉内に設置された、ｃ面を
表面として有するサファイア基板１２１上に、ＴＭＧと
ＮＨ3を原料に用いて、成長温度５５０℃でＧａＮバッ
ファ層１２２を３５ｎｍ成長させる。
表面として有するサファイア基板１２１上に、ＴＭＧと
ＮＨ3を原料に用いて、成長温度５５０℃でＧａＮバッ
ファ層１２２を３５ｎｍ成長させる。
【０１５１】次に成長温度を１０５０℃まで上昇させ
て、ＴＭＧとＮＨ3、及びＣｐ2Ｍｇを原料に用いて、厚
さ３μｍのＭｇドープｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層１２
３を成長する。次に、成長温度を７５０℃に下げ、ＴＭ
Ｉを原料に加え、厚さ０．０２μｍのＭｇドープｐ−Ｉ
ｎ0.05Ｇａ0.95Ｎエッチング停止層１２４を成長する。
次に、再び成長温度を１０５０℃に上昇して、ＴＭＧ、
ＴＭＡとＮＨ3、及びＳｉＨ4を原料に用いて、厚さ０．
２μｍのＳｉドープｎ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ電流阻止層
１３３を成長する。
て、ＴＭＧとＮＨ3、及びＣｐ2Ｍｇを原料に用いて、厚
さ３μｍのＭｇドープｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層１２
３を成長する。次に、成長温度を７５０℃に下げ、ＴＭ
Ｉを原料に加え、厚さ０．０２μｍのＭｇドープｐ−Ｉ
ｎ0.05Ｇａ0.95Ｎエッチング停止層１２４を成長する。
次に、再び成長温度を１０５０℃に上昇して、ＴＭＧ、
ＴＭＡとＮＨ3、及びＳｉＨ4を原料に用いて、厚さ０．
２μｍのＳｉドープｎ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ電流阻止層
１３３を成長する。
【０１５２】以上の結晶成長を行った後、このウェハー
を一旦成長炉から取り出し、通常のフォトリソグラフィ
ーとドライエッチング技術を用いて、１．０μｍ幅のス
トライプ状の溝を形成するように、Ｓｉドープｎ−Ａｌ
0.25Ｇａ0.75Ｎ電流阻止層１３３をエッチングする。こ
の時、エッチングの深さがｐ−Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎエッ
チング停止層１２４に達すると、エッチング表面にＩｎ
原子が現れるため、このＩｎ原子を元素分析により検出
した時点でエッチングを停止するようにして、エッチン
グする深さを正確に制御できた。
を一旦成長炉から取り出し、通常のフォトリソグラフィ
ーとドライエッチング技術を用いて、１．０μｍ幅のス
トライプ状の溝を形成するように、Ｓｉドープｎ−Ａｌ
0.25Ｇａ0.75Ｎ電流阻止層１３３をエッチングする。こ
の時、エッチングの深さがｐ−Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎエッ
チング停止層１２４に達すると、エッチング表面にＩｎ
原子が現れるため、このＩｎ原子を元素分析により検出
した時点でエッチングを停止するようにして、エッチン
グする深さを正確に制御できた。
【０１５３】その後、このウェハーを再度成長炉内に設
置して、１．０μｍ幅のストライプ状の溝とｎ−Ａｌ
0.25Ｇａ0.75Ｎ電流阻止層１３３の表面全体にわたり、
ＴＭＧとＴＭＡ、ＮＨ3、及びＣｐ2Ｍｇを原料に用い
て、成長温度を１０５０℃として厚さ０．７μｍのＭｇ
ドープｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド層１２５を成
長する。続けて、ＴＭＡを原料から除いて、成長温度は
１０５０℃のままで厚さ０．０５μｍのＭｇドープｐ−
ＧａＮガイド層１２６を成長する。
置して、１．０μｍ幅のストライプ状の溝とｎ−Ａｌ
0.25Ｇａ0.75Ｎ電流阻止層１３３の表面全体にわたり、
ＴＭＧとＴＭＡ、ＮＨ3、及びＣｐ2Ｍｇを原料に用い
て、成長温度を１０５０℃として厚さ０．７μｍのＭｇ
ドープｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド層１２５を成
長する。続けて、ＴＭＡを原料から除いて、成長温度は
１０５０℃のままで厚さ０．０５μｍのＭｇドープｐ−
ＧａＮガイド層１２６を成長する。
【０１５４】次に、成長温度を７５０℃に下げ、ＴＭＧ
とＮＨ3、及びＴＭＩを原料に用いて、Ｉｎ0.05Ｇａ
0.95Ｎ障壁層（厚さ５ｎｍ）、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井
戸層（厚さ５ｎｍ）、Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層（厚さ
５ｎｍ）、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層（厚さ５ｎ
ｍ）、Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層（厚さ５ｎｍ）を順次
成長することにより多重量子井戸構造活性層（トータル
の厚さ２５ｎｍ）１２７を作成する。次に、再び成長温
度を１０５０℃に上昇して、ＴＭＧとＮＨ3、及びＳｉ
Ｈ4を原料に用いて、厚さ０．０５μｍのＳｉドープｎ
−ＧａＮガイド層１２８を成長する。さらに続けて、Ｔ
ＭＡを原料に加え、成長温度は１０５０℃のままで厚さ
０．７μｍのＳｉドープｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｎ型クラ
ッド層１２９を成長する。続けて、ＴＭＡを原料から除
いて、成長温度は１０５０℃のままで厚さ０．２μｍの
Ｓｉドープｎ−ＧａＮｎ型コンタクト層１３０を成長し
て、窒化ガリウム系エピタキシャルウエハーを完成す
る。
とＮＨ3、及びＴＭＩを原料に用いて、Ｉｎ0.05Ｇａ
0.95Ｎ障壁層（厚さ５ｎｍ）、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井
戸層（厚さ５ｎｍ）、Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層（厚さ
５ｎｍ）、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層（厚さ５ｎ
ｍ）、Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層（厚さ５ｎｍ）を順次
成長することにより多重量子井戸構造活性層（トータル
の厚さ２５ｎｍ）１２７を作成する。次に、再び成長温
度を１０５０℃に上昇して、ＴＭＧとＮＨ3、及びＳｉ
Ｈ4を原料に用いて、厚さ０．０５μｍのＳｉドープｎ
−ＧａＮガイド層１２８を成長する。さらに続けて、Ｔ
ＭＡを原料に加え、成長温度は１０５０℃のままで厚さ
０．７μｍのＳｉドープｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｎ型クラ
ッド層１２９を成長する。続けて、ＴＭＡを原料から除
いて、成長温度は１０５０℃のままで厚さ０．２μｍの
Ｓｉドープｎ−ＧａＮｎ型コンタクト層１３０を成長し
て、窒化ガリウム系エピタキシャルウエハーを完成す
る。
【０１５５】その後、このウエハーを８００℃の窒素ガ
ス雰囲気中でアニールして、Ｍｇドープのｐ型層を低抵
抗化する。
ス雰囲気中でアニールして、Ｍｇドープのｐ型層を低抵
抗化する。
【０１５６】さらに通常のフォトリソグラフィーとドラ
イエッチング技術を用いて、１．０μｍ幅のストライプ
状の溝部を含むように２００μｍ幅のストライプ状のメ
サ構造を形成するために、１．０μｍ幅のストライプ状
の溝部が形成されていない領域のｎ−ＧａＮｐ型コンタ
クト層１３０の最表面から、ｐ−ＧａＮｐ型コンタクト
層１２３が露出するまでエッチングを行いメサ構造を作
製する。この時、１．０μｍ幅のストライプ状の溝部
は、２００μｍ幅のメサ構造の両端より３μｍ以上離し
ておけばよく、本実施例ではｐ側電極１３１を形成する
側のメサ構造の端より５μｍ離れたところにストライプ
状の溝を配置した。
イエッチング技術を用いて、１．０μｍ幅のストライプ
状の溝部を含むように２００μｍ幅のストライプ状のメ
サ構造を形成するために、１．０μｍ幅のストライプ状
の溝部が形成されていない領域のｎ−ＧａＮｐ型コンタ
クト層１３０の最表面から、ｐ−ＧａＮｐ型コンタクト
層１２３が露出するまでエッチングを行いメサ構造を作
製する。この時、１．０μｍ幅のストライプ状の溝部
は、２００μｍ幅のメサ構造の両端より３μｍ以上離し
ておけばよく、本実施例ではｐ側電極１３１を形成する
側のメサ構造の端より５μｍ離れたところにストライプ
状の溝を配置した。
【０１５７】続いて、２００μｍ幅のメサ構造の最表面
にあるｎ−ＧａＮｎ型コンタクト層１３０の表面にチタ
ンとアルミニウムからなるｎ側電極１３２を形成し、エ
ッチングにより露出したｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層１
２３の表面にニッケルと金からなるｐ側電極１３１を形
成して、窒化ガリウム系ＬＤウエハーを完成する。
にあるｎ−ＧａＮｎ型コンタクト層１３０の表面にチタ
ンとアルミニウムからなるｎ側電極１３２を形成し、エ
ッチングにより露出したｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層１
２３の表面にニッケルと金からなるｐ側電極１３１を形
成して、窒化ガリウム系ＬＤウエハーを完成する。
【０１５８】その後、このウエハーをリッジストライプ
と垂直な方向に劈開してレーザの共振器端面を形成し、
さらに個々のチップに分割する。そして、各チップをス
テムにマウントし、ワイヤーボンディングにより各電極
とリード端子とを接続して、窒化ガリウム系半導体レー
ザ素子を完成する。
と垂直な方向に劈開してレーザの共振器端面を形成し、
さらに個々のチップに分割する。そして、各チップをス
テムにマウントし、ワイヤーボンディングにより各電極
とリード端子とを接続して、窒化ガリウム系半導体レー
ザ素子を完成する。
【０１５９】以上のようにして作製された半導体レーザ
素子は、発振波長４１０ｎｍ、発振閾値電流１５ｍＡと
いう良好なレーザ特性が得られ、これらの特性の劣化も
みられず、自励発振することも確認された。この結果、
光ディスクシステム用として本実施例の窒化ガリウム系
半導体レーザ素子を用いると、データの読み出しエラー
を防止することができ、実用に供する窒化ガリウム系半
導体レーザ素子が実現できた。
素子は、発振波長４１０ｎｍ、発振閾値電流１５ｍＡと
いう良好なレーザ特性が得られ、これらの特性の劣化も
みられず、自励発振することも確認された。この結果、
光ディスクシステム用として本実施例の窒化ガリウム系
半導体レーザ素子を用いると、データの読み出しエラー
を防止することができ、実用に供する窒化ガリウム系半
導体レーザ素子が実現できた。
【０１６０】本実施例では、電流注入されるストライプ
領域の幅を１．０μｍとしたが、０．２μｍ以上１．８
μｍ以下であれば、本実施例にこだわらず他のストライ
プ領域の幅でも同等の効果が得られる。
領域の幅を１．０μｍとしたが、０．２μｍ以上１．８
μｍ以下であれば、本実施例にこだわらず他のストライ
プ領域の幅でも同等の効果が得られる。
【０１６１】また、本実施例では、ｐ−ＧａＮｐ型コン
タクト層１２３とｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド層
１２５の間にｐ−Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎエッチング停止層
１２４を積層したが、ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッ
ド層１２５の内部にｐ−Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎエッチング
停止層１２４を形成しても構わない。
タクト層１２３とｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド層
１２５の間にｐ−Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎエッチング停止層
１２４を積層したが、ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッ
ド層１２５の内部にｐ−Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎエッチング
停止層１２４を形成しても構わない。
【０１６２】また、本実施例ではサファイア基板１２１
上にまずｐ型の導電性を有する窒化ガリウム系半導体を
形成した後に、ｎ型の導電性を有する窒化ガリウム系半
導体を形成したが、ｐ型とｎ型の構成を逆にしても構わ
ない。逆にした場合、ｐ型の導電性を有する窒化ガリウ
ム系半導体よりも良質のｎ型の導電性を有する窒化ガリ
ウム系半導体の上に活性層を形成するため、信頼性が向
上するという利点がある。
上にまずｐ型の導電性を有する窒化ガリウム系半導体を
形成した後に、ｎ型の導電性を有する窒化ガリウム系半
導体を形成したが、ｐ型とｎ型の構成を逆にしても構わ
ない。逆にした場合、ｐ型の導電性を有する窒化ガリウ
ム系半導体よりも良質のｎ型の導電性を有する窒化ガリ
ウム系半導体の上に活性層を形成するため、信頼性が向
上するという利点がある。
【０１６３】（第１０の実施例）エッチング停止層とし
て厚さ０．０２μｍのＭｇドープｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ
層を用い、電流阻止層として厚さ０．２μｍのＳｉドー
プｎ−Ｉｎ0.25Ｇａ0.75Ｎ層を用いたこと、以外は、第
９の実施例と同様にして窒化ガリウム系半導体レーザ素
子を作製した。この場合、１．０μｍ幅のストライプ状
の溝を形成するように、Ｓｉドープｎ−Ｉｎ0.25Ｇａ
0.75Ｎ電流阻止層をエッチングする際、エッチングの深
さがｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎエッチング停止層に達する
と、エッチング表面にＡｌ原子が現れるため、このＡｌ
原子を元素分析により検出した時点でエッチングを停止
するようにして、エッチングする深さを正確に制御でき
た。
て厚さ０．０２μｍのＭｇドープｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ
層を用い、電流阻止層として厚さ０．２μｍのＳｉドー
プｎ−Ｉｎ0.25Ｇａ0.75Ｎ層を用いたこと、以外は、第
９の実施例と同様にして窒化ガリウム系半導体レーザ素
子を作製した。この場合、１．０μｍ幅のストライプ状
の溝を形成するように、Ｓｉドープｎ−Ｉｎ0.25Ｇａ
0.75Ｎ電流阻止層をエッチングする際、エッチングの深
さがｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎエッチング停止層に達する
と、エッチング表面にＡｌ原子が現れるため、このＡｌ
原子を元素分析により検出した時点でエッチングを停止
するようにして、エッチングする深さを正確に制御でき
た。
【０１６４】このようにして作製された半導体レーザ素
子は、発振波長４１０ｎｍ、発振閾値電流１８ｍＡとい
う良好なレーザ特性が得られ、これらの特性の劣化もみ
られず、自励発振することも確認された。本実施例で
は、電流注入されるストライプ領域外に形成されるＳｉ
ドープｎ−Ｉｎ0.25Ｇａ0.75Ｎ電流阻止層において活性
層で発生した光を吸収していることにより、レーザ光の
横モードの広がりがこの電流阻止層での光の吸収によっ
て安定化され、単一横モードのレーザ光が再現性良く得
られるようになった。
子は、発振波長４１０ｎｍ、発振閾値電流１８ｍＡとい
う良好なレーザ特性が得られ、これらの特性の劣化もみ
られず、自励発振することも確認された。本実施例で
は、電流注入されるストライプ領域外に形成されるＳｉ
ドープｎ−Ｉｎ0.25Ｇａ0.75Ｎ電流阻止層において活性
層で発生した光を吸収していることにより、レーザ光の
横モードの広がりがこの電流阻止層での光の吸収によっ
て安定化され、単一横モードのレーザ光が再現性良く得
られるようになった。
【０１６５】なお、本実施例では、電流阻止層としてＳ
ｉドープｎ−Ｉｎ0.25Ｇａ0.75Ｎ層を用いたが、活性層
のエネルギーギャップ以下のエネルギーギャップを有す
る半導体であればよく、他のＩｎ組成を有するＩｎＧａ
Ｎ３元混晶窒化物半導体やＡｌＧａＩｎＮ４元混晶窒化
物半導体、及び、窒化物半導体以外の砒化ガリウム系半
導体、燐化インジウム系半導体、ＩＩ−ＶＩ族半導体、
ＩＶ族半導体等でも構わない。電流阻止層として窒化ガ
リウム系半導体を用いた場合は、活性層やクラッド層を
構成する他の窒化ガリウム系半導体と熱膨張係数や格子
定数、及び、結晶構造が似ているため、結晶性の良い電
流阻止層が形成でき、レーザ素子の信頼性が向上すると
いう利点がある。
ｉドープｎ−Ｉｎ0.25Ｇａ0.75Ｎ層を用いたが、活性層
のエネルギーギャップ以下のエネルギーギャップを有す
る半導体であればよく、他のＩｎ組成を有するＩｎＧａ
Ｎ３元混晶窒化物半導体やＡｌＧａＩｎＮ４元混晶窒化
物半導体、及び、窒化物半導体以外の砒化ガリウム系半
導体、燐化インジウム系半導体、ＩＩ−ＶＩ族半導体、
ＩＶ族半導体等でも構わない。電流阻止層として窒化ガ
リウム系半導体を用いた場合は、活性層やクラッド層を
構成する他の窒化ガリウム系半導体と熱膨張係数や格子
定数、及び、結晶構造が似ているため、結晶性の良い電
流阻止層が形成でき、レーザ素子の信頼性が向上すると
いう利点がある。
【０１６６】
【発明の効果】上述したように本発明による窒化ガリウ
ム系半導体レーザ素子では、活性層の幅よりも狭い幅の
ストライプ領域に電流が注入される窒化ガリウム系半導
体レーザ素子において電流注入されるストライプ領域の
幅を０．２μｍ以上１．８μｍ以下とした。この結果、
ストライプ領域外でレーザ光が広がっている領域に存在
する活性層はこのレーザ光を吸収することができ、電流
注入されるストライプ領域外の活性層が可飽和吸収層と
して働くため自励発振特性が得られた。また、本発明の
ようにストライプ領域の幅を狭くしても、窒化ガリウム
系半導体材料では電気抵抗値が大きいことにより、電流
広がりはほとんど生じていないため、発振閾値電流値が
低い良好なレーザ発振特性を有する窒化ガリウム系半導
体レーザ素子が得られた。さらに、本発明のようにスト
ライプ領域の幅を狭くしたことによりこの領域内に存在
する欠陥の個数が低減されて、レーザ特性の劣化が生じ
ず、素子の信頼性が向上するという利点も得られた。こ
れにより、良好なレーザ発振特性を有し、光ディスク用
として使用可能な、データの読み出し時にエラーを発生
しない窒化ガリウム系半導体レーザ素子が実現できた。
ム系半導体レーザ素子では、活性層の幅よりも狭い幅の
ストライプ領域に電流が注入される窒化ガリウム系半導
体レーザ素子において電流注入されるストライプ領域の
幅を０．２μｍ以上１．８μｍ以下とした。この結果、
ストライプ領域外でレーザ光が広がっている領域に存在
する活性層はこのレーザ光を吸収することができ、電流
注入されるストライプ領域外の活性層が可飽和吸収層と
して働くため自励発振特性が得られた。また、本発明の
ようにストライプ領域の幅を狭くしても、窒化ガリウム
系半導体材料では電気抵抗値が大きいことにより、電流
広がりはほとんど生じていないため、発振閾値電流値が
低い良好なレーザ発振特性を有する窒化ガリウム系半導
体レーザ素子が得られた。さらに、本発明のようにスト
ライプ領域の幅を狭くしたことによりこの領域内に存在
する欠陥の個数が低減されて、レーザ特性の劣化が生じ
ず、素子の信頼性が向上するという利点も得られた。こ
れにより、良好なレーザ発振特性を有し、光ディスク用
として使用可能な、データの読み出し時にエラーを発生
しない窒化ガリウム系半導体レーザ素子が実現できた。
【図１】本発明の第１の実施例に係る半導体レーザ素子
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施例に係る半導体レーザ素子
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図３】本発明の第５の実施例に係る半導体レーザ素子
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図４】本発明の第６の実施例に係る半導体レーザ素子
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図５】本発明の第７の実施例に係る半導体レーザ素子
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図６】本発明の第８の実施例に係る半導体レーザ素子
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図７】本発明の第９の実施例に係る半導体レーザ素子
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図８】電流注入されるストライプ領域の幅を従来例の
幅よりも狭くした、本発明に係る半導体レーザ素子の断
面図である。
幅よりも狭くした、本発明に係る半導体レーザ素子の断
面図である。
【図９】窒化ガリウム系半導体レーザ素子において、電
流注入されるストライプ領域の幅を変化させた時の発振
閾値電流値の変化を表すグラフ図である。
流注入されるストライプ領域の幅を変化させた時の発振
閾値電流値の変化を表すグラフ図である。
【図１０】窒化ガリウム系半導体レーザ素子において、
電流注入されるストライプ領域の外側の活性層と電流素
子層とにはさまれた半導体層の層厚を変化させた時の発
振閾値電流値の変化を表すグラフ図である。
電流注入されるストライプ領域の外側の活性層と電流素
子層とにはさまれた半導体層の層厚を変化させた時の発
振閾値電流値の変化を表すグラフ図である。
【図１１】窒化ガリウム系半導体を用いた従来の半導体
レーザ素子の断面図である。
レーザ素子の断面図である。
【図１２】窒化ガリウム系半導体を用いた従来の自励発
振型の半導体レーザ素子の断面図である。
振型の半導体レーザ素子の断面図である。
１、２１、４１、１０１、１２１ サファイア基板 ２、２２、４２、１０２、１２２ ＧａＮバッファ層 ３、２３、４３、６２、８２、１０３、１３０ ｎ−Ｇ
ａＮｎ型コンタクト層 ４、２４、４４、６３、８３、１０４、１２９ ｎ−Ａ
ｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｎ型クラッド層 ５、２５、４５、６４、８４、１０５、１２８ ｎ−Ｇ
ａＮガイド層 ６、２６、４６、６５、８５、１０６、１２７ 多重量
子井戸構造活性層 ７、４７、１０７ Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層 ８、２７、４８、６６、８６、１０８、１２６ ｐ−Ｇ
ａＮガイド層 ９、２９、４９、８８、１０９、１２５ ｐ−Ａｌ0.1
Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド層 １０、３０、５０、６９、８９、１１０、１２３ ｐ−
ＧａＮｐ型コンタクト層 １１、３１、５１、７０、９０、１１１、１３１ ｐ側
電極 １２、３２、５２、７１、９１、１１２、１３２ ｎ側
電極 １３、３３、５３、１１３ ＳｉＯ2絶縁膜 ２８、１２４ ｐ−Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎエッチング停止
層 ６７ ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ第１クラッド層 ６８ ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ第２クラッド層 ７２、１３３ Ｓｉドープｎ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ電流
阻止層 ６１、８１ 絶縁性ＧａＮ基板 ８７ ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎエッチングストップ層 ９２ ＳｉドープＩｎ0.25Ｇａ0.75Ｎ電流阻止層
ａＮｎ型コンタクト層 ４、２４、４４、６３、８３、１０４、１２９ ｎ−Ａ
ｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｎ型クラッド層 ５、２５、４５、６４、８４、１０５、１２８ ｎ−Ｇ
ａＮガイド層 ６、２６、４６、６５、８５、１０６、１２７ 多重量
子井戸構造活性層 ７、４７、１０７ Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層 ８、２７、４８、６６、８６、１０８、１２６ ｐ−Ｇ
ａＮガイド層 ９、２９、４９、８８、１０９、１２５ ｐ−Ａｌ0.1
Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド層 １０、３０、５０、６９、８９、１１０、１２３ ｐ−
ＧａＮｐ型コンタクト層 １１、３１、５１、７０、９０、１１１、１３１ ｐ側
電極 １２、３２、５２、７１、９１、１１２、１３２ ｎ側
電極 １３、３３、５３、１１３ ＳｉＯ2絶縁膜 ２８、１２４ ｐ−Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎエッチング停止
層 ６７ ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ第１クラッド層 ６８ ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ第２クラッド層 ７２、１３３ Ｓｉドープｎ−Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ電流
阻止層 ６１、８１ 絶縁性ＧａＮ基板 ８７ ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎエッチングストップ層 ９２ ＳｉドープＩｎ0.25Ｇａ0.75Ｎ電流阻止層
Claims (14)
- 【請求項１】 基板上に、窒化物半導体からなる少なく
ともクラッド層及び／またはガイド層に挟まれた窒化物
半導体よりなる活性層を備え、前記活性層の幅よりも狭
い幅のストライプ領域に電流が注入される窒化ガリウム
系半導体レーザ素子において、前記ストライプ領域の幅
が、０．２μｍ以上１．８μｍ以下であることを特徴と
する窒化ガリウム系半導体レーザ素子。 - 【請求項２】 前記ストライプ領域の外側に活性層が少
なくとも３μｍ以上の幅で存在することを特徴とする請
求項１に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子。 - 【請求項３】 前記活性層が、単一量子井戸層からなる
ことを特徴とする請求項１ないし２のいずれかに記載の
窒化ガリウム系半導体レーザ素子。 - 【請求項４】 前記活性層が、量子井戸層と障壁層とを
交互に積層してなる量子井戸構造活性層からなり、量子
井戸層の層数が２以上４以下であることを特徴とする請
求項１ないし２のいずれかに記載の窒化ガリウム系半導
体レーザ素子。 - 【請求項５】 前記活性層を形成する量子井戸層の厚さ
が、１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項３また
は４に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子。 - 【請求項６】 前記活性層を形成する障壁層の厚さが、
１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項４または５
に記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子。 - 【請求項７】 前記ストライプ領域を有する窒化ガリウ
ム系半導体レーザ素子の構造は、少なくとも第１の導電
型のクラッド層と、活性層と、第２の導電型のクラッド
層と、第２の導電型のコンタクト層が順次積層され、前
記第２の導電型のクラッド層と第２の導電型のコンタク
ト層とは活性層の幅よりも狭い幅のストライプが形成さ
れ、前記ストライプの外側には電流阻止層が積層された
ことからなることを特徴とする請求項１ないし６のいず
れかに記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子。 - 【請求項８】 前記ストライプ領域を有する窒化ガリウ
ム系半導体レーザ素子の構造は、少なくとも前記第１の
導電型のクラッド層と、活性層と、前記第２の導電型の
ガイド層またはクラッド層と、電流阻止層が順次積層さ
れ、前記電流阻止層には活性層の幅よりも狭い幅のスト
ライプ状の溝が第２の導電型のガイド層またはクラッド
層にまで達するように形成されており、前記ストライプ
状の溝と電流阻止層の上には、少なくとも第２の導電型
のクラッド層と、第２の導電型のコンタクト層が順次積
層されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか
に窒化ガリウム系半導体レーザ素子。 - 【請求項９】 前記ストライプ領域を有する窒化ガリウ
ム系半導体レーザ素子の構造は、少なくとも第１の導電
型のコンタクト層またはクラッド層と、電流阻止層が順
次積層され、前記電流阻止層にはストライプ状の溝が第
１の導電型のコンタクト層またはクラッド層にまで達す
るように形成されており、前記ストライプ状の溝と電流
阻止層の上には、少なくとも第１の導電型のクラッド層
と、活性層と、第２の導電型のクラッド層と、第２の導
電型のコンタクト層が順次積層されることからなること
を特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の窒化
ガリウム系半導体レーザ素子。 - 【請求項１０】 前記電流阻止層が、誘電体絶縁膜から
なることを特徴とする請求項７ないし９のいずれかに記
載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子。 - 【請求項１１】 前記電流阻止層が、活性層のエネルギ
ーギャップ以下のエネルギーギャップを有する半導体か
らなることを特徴とする請求項７ないし９のいずれかに
記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子。 - 【請求項１２】 前記電流阻止層が、第２の導電型のク
ラッド層の屈折率以下の屈折率を有する半導体からなる
ことを特徴とする請求項７ないし９のいずれかに記載の
窒化ガリウム系半導体レーザ素子。 - 【請求項１３】 前記電流阻止層が、窒化物半導体から
なることを特徴とする請求項１１または１２に記載の窒
化ガリウム系半導体レーザ素子。 - 【請求項１４】 前記電流注入されるストライプ領域の
外側の活性層と前記電流阻止層とに挟まれた窒化ガリウ
ム系半導体層の層厚が、０．０１μｍ以上０．８μｍ以
下であることを特徴とする請求項７ないし１３のいずれ
かに記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子。
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