JP2001298243A - Semiconductor laser element, semiconductor laser device, and optical information regenerator - Google Patents
Semiconductor laser element, semiconductor laser device, and optical information regeneratorInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化ガリウム系半
導体を用いた半導体レーザ素子およびそれを用いた半導
体レーザ装置、光学式情報再生装置に関し、特に、良質
な端面ミラーを有する半導体レーザ素子に関連する。The present invention relates to a semiconductor laser device using a gallium nitride-based semiconductor, a semiconductor laser device using the same, and an optical information reproducing device, and more particularly to a semiconductor laser device having a high-quality end face mirror. I do.
【０００２】[0002]
【従来の技術】ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮおよびそれらの
混晶半導体に代表される窒化物系半導体材料により、青
色から紫外領域で発光する半導体レーザ素子が試作され
ている。図１８は、ジャパニーズ＝ジャーナル＝オブ＝
アプライド＝フィジックス３８号Ｌ１８４〜Ｌ１８６ペ
ージ（Ｍａｓａｒｕ ＫＵＲＡＭＯＴＯ ｅｔ ａ
ｌ．：Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ． ｖｏｌ．３
８（１９９９）ｐｐ．Ｌ１８４−Ｌ１８６）に報告され
た、波長４０５ｎｍで発振する窒化物半導体レーザ装置
を示す図である。本半導体レーザ素子は、ｎ−ＧａＮ基
板９０１（膜厚１００μｍ）上に、ｎ−Ａｌ0.07Ｇａ
0.93Ｎ下部クラッド層９０２（膜厚１μｍ）、ｎ−Ｇａ
Ｎ下部ガイド層９０３（膜厚０．１μｍ）、Ｉｎ0.2Ｇ
ａ0.8Ｎ（膜厚３ｎｍ）／Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ（膜厚５
ｎｍ）−３重量子井戸活性層９０４、ｐ−Ａｌ0.19Ｇａ
0.81Ｎキャップ層９０５（膜厚２０ｎｍ）、ｐ−ＧａＮ
上部ガイド層９０６（膜厚０．１μｍ）、ｐ−Ａｌ0.07
Ｇａ0.93Ｎ上部クラッド層９０７（膜厚０．５μｍ）、
ｐ−ＧａＮコンタクト層９０８（膜厚０．０５μｍ）が
順次積層形成されており、また、これらの上下には電極
９０９が形成されている。さらに、ミラー端面が劈開法
により形成されている。本レーザ素子では、活性層およ
びガイド層がクラッド層に挟まれた導波構造を有してお
り、活性層で発光した光は、この導波構造内に閉じ込め
られ、また、ミラー端面がレーザ共振器ミラーとして機
能し、レーザ発振動作を生じる。2. Description of the Related Art A semiconductor laser device that emits light in the blue to ultraviolet region has been experimentally manufactured from a nitride-based semiconductor material represented by GaN, InN, AlN and a mixed crystal semiconductor thereof. FIG. 18 shows Japanese = journal = of =
Applied Physics No. 38 pages L184-L186 (Masaru KURAMOTO et a
l. : Jpn. J. Appl. Phys. vol. Three
8 (1999) pp. L184-L186) shows a nitride semiconductor laser device oscillating at a wavelength of 405 nm. This semiconductor laser device has an n-Al 0.07 Ga film on an n-GaN substrate 901 (film thickness 100 μm).
0.93 N lower cladding layer 902 (film thickness 1 μm), n-Ga
N lower guide layer 903 (film thickness 0.1 μm), In 0.2 G
a 0.8 N (thickness 3 nm) / In 0.05 Ga 0.95 N (thickness 5
nm) -3 quantum well active layer 904, p-Al 0.19 Ga
0.81 N cap layer 905 (thickness: 20 nm), p-GaN
Upper guide layer 906 (0.1 μm thickness), p-Al 0.07
Ga 0.93 N upper cladding layer 907 (0.5 μm thickness),
A p-GaN contact layer 908 (thickness: 0.05 μm) is sequentially laminated, and electrodes 909 are formed above and below these layers. Further, mirror end faces are formed by a cleavage method. This laser device has a waveguide structure in which an active layer and a guide layer are sandwiched between cladding layers. Light emitted from the active layer is confined in this waveguide structure, and the mirror end face is subjected to laser resonance. It functions as a mirror and generates a laser oscillation operation.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の半導体レーザ素子では、以下に示すような問題が生
じる。本発明者らにより上記構造の半導体レーザ素子を
作製したところ、導波路部分のミラー端面において、エ
ピタキシャル成長層（ｎ−ＧａＮ基板９０１よりも上の
各半導体層）の断面部分、特に、表面側（基板と反対
側）近くの領域で、良好な劈開面が得られないことがあ
った。ここで、良好でない劈開面とは、導波路を構成す
る成長層部分に垂直の断面からずれて、段差ができた
り、あるいは、ＧａＮ基板部の劈開面と面角度が違って
いる部分があったり、うねりができたりすることをい
う。However, the above-described conventional semiconductor laser device has the following problems. When the present inventors fabricated a semiconductor laser device having the above structure, the mirror end face of the waveguide portion showed a cross section of the epitaxial growth layer (each semiconductor layer above the n-GaN substrate 901), particularly the surface side (substrate side). (In the opposite side), a good cleavage plane could not be obtained in some regions. Here, the unsatisfactory cleavage plane is deviated from a cross section perpendicular to the growth layer portion forming the waveguide, and a step is formed, or there is a portion where the plane angle differs from the cleavage plane of the GaN substrate portion. Swell.
【０００４】このように、従来の技術によれば、良好な
ミラー端面が得られないことがあり、このような場合、
ミラー反射率の変動によって閾値や微分効率などの素子
特性のばらつきを生じてしまうだけでなく、光放射面が
荒れていることによって、ＦＦＰ（ファーフィールドパ
ターン）がなだらかな単峰とならず、ピークがいくつか
に別れたり、リップルが生じるなどの光学的特性の悪化
が生じてしまう。こういったＦＦＰ異常が生じること
は、特に、光ピックアップ等への応用において、集光が
不十分になったり、極端な場合には、迷光の発生の原因
になって好ましくない。この様に、ミラー端面の欠けや
凹凸は表面側（基板と反対側）に生じやすいのである
が、窒化物系半導体レーザ素子においては、ｐ側クラッ
ド層の抵抗が高く、素子電圧を低減するために、活性層
の位置が非常に表面に近い（一般に１μｍ以下）ことか
ら、導波路部分に影響する可能性が高く、素子製造上の
歩留まりの低下をきたしている。[0004] As described above, according to the conventional technique, a good mirror end face may not be obtained.
Variations in the mirror reflectivity not only cause variations in device characteristics such as threshold and differential efficiency, but also because the light emitting surface is rough, the FFP (far-field pattern) does not become a gradual single peak, but peaks. Are degraded into several parts, and the optical characteristics are deteriorated such as generation of ripples. The occurrence of such an FFP abnormality is not preferable, particularly when applied to an optical pickup or the like, because light collection becomes insufficient or, in extreme cases, stray light is generated. As described above, chipping and unevenness of the mirror end surface are likely to occur on the surface side (the side opposite to the substrate). However, in the nitride semiconductor laser device, the resistance of the p-side cladding layer is high, and the device voltage is reduced. In addition, since the position of the active layer is very close to the surface (generally, 1 μm or less), there is a high possibility that the active layer will be affected on the waveguide portion, and the yield in manufacturing the element is reduced.
【０００５】本発明は、上記問題を解消し、光ピックア
ップ等へ応用して最適な窒化物半導体レーザ素子を提供
し、また、集光特性の優れた光学式情報再生装置を実現
することを目的とする。An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, to provide an optimum nitride semiconductor laser device applied to an optical pickup or the like, and to realize an optical information reproducing apparatus having excellent light-collecting characteristics. And
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ素
子は、ＧａＮ基板と、該基板上に順次積層された下部ク
ラッド層と、活性層と、上部クラッド層と、ＧａＮコン
タクト層とを備えた半導体レーザ素子であって、前記Ｇ
ａＮコンタクト層の膜厚が、０．０７μｍ以上８０μｍ
以下であることを特徴とする。A semiconductor laser device according to the present invention comprises a GaN substrate, a lower cladding layer sequentially laminated on the substrate, an active layer, an upper cladding layer, and a GaN contact layer. A semiconductor laser device, wherein the G
The thickness of the aN contact layer is 0.07 μm or more and 80 μm
It is characterized by the following.
【０００７】本発明の半導体レーザ素子は、前記ＧａＮ
コンタクト層の膜厚が、０．１２μｍ以上であることを
特徴とする。According to the semiconductor laser device of the present invention, the GaN
The thickness of the contact layer is 0.12 μm or more.
【０００８】本発明の半導体レーザ素子は、前記半導体
レーザ素子の発振光の導波モード等価屈折率ｎeqと、前
記ＧａＮコンタクト層の屈折率ｎGaNとの間に、ｎeq≧
ｎGaNの関係が成立することを特徴とする。The semiconductor laser device according to the present invention is characterized in that n eq ≧ n eq between the waveguide mode equivalent refractive index n eq of the oscillation light of the semiconductor laser device and the refractive index n GaN of the GaN contact layer.
The relationship of n GaN is established.
【０００９】本発明の半導体レーザ素子は、ＧａＮ基板
と、該基板上に順次積層されたＡｌＧａＩｎＮＰＡｓ下
部クラッド層（エネルギーバンドギャップＥａ［ｅ
Ｖ］）と、ＡｌＧａＩｎＮＰＡｓ下部ガイド層（膜厚ｄ
１［μｍ］，エネルギーバンドギャップＥ１［ｅＶ］）
と、ＡｌＧａＩｎＮＰＡｓからなる活性層（発光波長λ
［ｎｍ］）と、ＡｌＧａＩｎＮＰＡｓ上部ガイド層（膜
厚ｄ２［μｍ］，エネルギーバンドギャップＥ２［ｅ
Ｖ］）と、ＡｌＧａＩｎＮＰＡｓ上部クラッド層（エネ
ルギーバンドギャップＥａ［ｅＶ］）と、前記ＧａＮコ
ンタクト層とを備えたことを特徴とする。The semiconductor laser device according to the present invention comprises a GaN substrate and an AlGaInNPAs lower cladding layer (energy band gap Ea [e) sequentially laminated on the GaN substrate.
V]) and a lower guide layer of AlGaInNPAs (film thickness d).
1 [μm], energy band gap E1 [eV])
And an active layer made of AlGaInNPAs (emission wavelength λ
[Nm]), an upper guide layer of AlGaInNPAs (film thickness d2 [μm], energy band gap E2 [e]).
V]), an upper cladding layer of AlGaInNPAs (energy band gap Ea [eV]), and the GaN contact layer.
【００１０】本発明の半導体レーザ素子は、前記下部ク
ラッド層および前記上部クラッド層のエネルギーバンド
ギャップを、３．５≦Ｅａ≦３．９かつ３．５≦Ｅｂ≦
３．９の範囲に設定し、さらに、前記下部ガイド層およ
び前記上部ガイド層の膜厚とエネルギーバンドギャップ
を、 Ｅ≦３．４９２−０．０２７４６／（ｄ−０．０３５） かつ、Ｅ１＞１２４０／λ かつ、Ｅ２＞１２４０／λ ［ただし、 ｄ＝（ｄ１＋ｄ２）／２ Ｅ＝（Ｅ１・ｄ１＋Ｅ２・ｄ２）／（ｄ１＋ｄ２）］ の範囲に設定してなることを特徴とする。In the semiconductor laser device according to the present invention, the energy band gaps of the lower cladding layer and the upper cladding layer are set to 3.5 ≦ Ea ≦ 3.9 and 3.5 ≦ Eb ≦
3.9, and the thicknesses and energy band gaps of the lower guide layer and the upper guide layer are given by: E ≦ 3.492−0.02746 / (d−0.035) and E1> 1240 / λ and E2> 1240 / λ [where d = (d1 + d2) / 2 E = (E1 · d1 + E2 · d2) / (d1 + d2)]
【００１１】本発明の半導体レーザ素子は、ＧａＮ基板
と、該基板上に順次積層されたＡｌ x1Ｇａ1-x1Ｎ（０．
０５≦ｘ１≦０．２）下部クラッド層と、Ｉｎy1Ｇａ
1-y1Ｎ（０＜ｙ１＜ｗ）下部ガイド層（膜厚ｄ１［μ
ｍ］）と、ＩｎwＧａ1-wＮ（０＜ｗ＜１）井戸層とＩｎ
vＧａ1-vＮ（０≦ｖ＜ｗ）障壁層との交互多層構造から
なる活性層（膜厚Ｗａ［μｍ］）と、Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ
（０＜ｙ２＜ｗ）上部ガイド層（膜厚ｄ２［μｍ］）
と、Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ（０．０５≦ｘ２≦０．２）上部
クラッド層と、前記ＧａＮコンタクト層とを備えたこと
を特徴とする。[0011] The semiconductor laser device of the present invention comprises a GaN substrate.
And Al sequentially laminated on the substrate x1Ga1-x1N (0.
05 ≦ x1 ≦ 0.2) Lower cladding layer and Iny1Ga
1-y1N (0 <y1 <w) lower guide layer (film thickness d1 [μ
m]) and InwGa1-wN (0 <w <1) well layer and In
vGa1-vFrom an alternate multilayer structure with N (0 ≦ v <w) barrier layers
Active layer (film thickness Wa [μm]) and Iny2Ga1-y2N
(0 <y2 <w) Upper guide layer (film thickness d2 [μm])
And Alx2Ga1-x2N (0.05 ≦ x2 ≦ 0.2) upper part
Having a clad layer and the GaN contact layer
It is characterized by.
【００１２】本発明の半導体レーザ素子は、前記下部ガ
イド層および前記上部ガイド層の膜厚と組成を、０．０
６≦ｄ１＋ｄ２≦０．１かつ０．０６≦ｙ１，０．０６
≦ｙ２、もしくは、０．１＜ｄ１＋ｄ２≦０．１５かつ
０．０４≦ｙ１，０．０４≦ｙ２、もしくは、０．１５
＜ｄ１＋ｄ２≦０．２かつ０．０３≦ｙ１，０．０３≦
ｙ２、もしくは、０．２＜ｄ１＋ｄ２≦０．３かつ０．
０１５≦ｙ１，０．０１５≦ｙ２、もしくは、０．３＜
ｄ１＋ｄ２かつ０．０１≦ｙ１，０．０１≦ｙ２、のい
ずれかの範囲に設定してなることを特徴とする。In the semiconductor laser device of the present invention, the thickness and composition of the lower guide layer and the upper guide layer are set to 0.0
6 ≦ d1 + d2 ≦ 0.1 and 0.06 ≦ y1,0.06
≦ y2 or 0.1 <d1 + d2 ≦ 0.15 and 0.04 ≦ y1, 0.04 ≦ y2 or 0.15
<D1 + d2 ≦ 0.2 and 0.03 ≦ y1,0.03 ≦
y2 or 0.2 <d1 + d2 ≦ 0.3 and 0.
015 ≦ y1, 0.015 ≦ y2, or 0.3 <
d1 + d2 and 0.01 ≦ y1, 0.01 ≦ y2.
【００１３】本発明の半導体レーザ素子は、前記下部ガ
イド層および前記上部ガイド層の膜厚と組成を、 ｙ≧０．００３／ｄ−０．００３＋（０．００７−０．
２２Ｗａ）＋（−０．０１０＋０．１０ｘ） ［ただし、 ｄ＝（ｄ１＋ｄ２）／２、 ｙ＝（ｙ１・ｄ１＋ｙ２・ｄ２）／（ｄ１＋ｄ２）、 ｘ＝（ｘ１＋ｘ２）／２］ の範囲に設定してなることを特徴とする。In the semiconductor laser device of the present invention, the thickness and the composition of the lower guide layer and the upper guide layer are set so that y ≧ 0.003 / d−0.003 + (0.007-0.
22Wa) + (− 0.010 + 0.10x) [where d = (d1 + d2) / 2, y = (y1 · d1 + y2 · d2) / (d1 + d2), x = (x1 + x2) / 2] It is characterized by becoming.
【００１４】本発明の半導体レーザ装置は、基台と、基
台上に積載された前述のいずれかの半導体レーザ素子と
を備えた半導体レーザ装置であって、前記半導体レーザ
素子が、ＧａＮコンタクト層側を基台に接着して積載さ
れることを特徴とする。A semiconductor laser device according to the present invention is a semiconductor laser device including a base and any one of the above-described semiconductor laser elements mounted on the base, wherein the semiconductor laser element includes a GaN contact layer. It is characterized in that it is stacked with the side adhered to the base.
【００１５】本発明の光学式情報再生装置は、半導体レ
ーザ装置は、光学情報記録盤にレーザ光を照射し、その
反射光を検出することにより、該光学情報記録盤に記録
された情報を再生する光学式情報再生装置であって、前
述のいずれかの半導体レーザ素子を光源として用いるこ
とを特徴とする。According to the optical information reproducing apparatus of the present invention, the semiconductor laser device reproduces information recorded on the optical information recording disk by irradiating the optical information recording disk with laser light and detecting the reflected light. An optical information reproducing apparatus according to claim 1, wherein any one of the aforementioned semiconductor laser elements is used as a light source.
【００１６】本発明の半導体レーザ素子の構造を、図１
３の該略図を参照して説明する。ｎ−ＧａＮ基板５０１
（膜厚３０〜３００μｍ）。ｎ−ＧａＮ中間層５０２
（膜厚０〜３０μｍ）、ｎ−ＩｎcＧａ1-cＮ（０．０１
≦ｃ≦０．２）中間層５１２（膜厚０〜０．３μｍ）、
ｎ−Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（０．０５≦Ｘ１≦０．３）下部
クラッド層５０３（膜厚０．４〜１０μｍ）、ｎ−Ｉｎ
y1Ｇａ1-y1Ｎ（ｙ１≦ｗ）下部ガイド層５０４（膜厚ｄ
１［μｍ］）、ＩｎwＧａ1-wＮ井戸層とＩｎvＧａ1-vＮ
（ｖ＜ｗ）障壁層との交互多層構造からなる量子井戸活
性層５０５（発光波長３７０〜４５０ｎｍ、総膜厚Ｗａ
［μｍ］）、ＡｌzＧａ1-zＮ（０≦ｚ１≦０．３）キャ
ップ層５０６（膜厚０〜５０ｎｍ）、ｐ−Ｉｎy2Ｇａ
1-y2Ｎ（ｙ２≦ｗ）上部ガイド層５０７（膜厚ｄ２［μ
ｍ］）、ｐ−Ａｌz1Ｇａ1-z1Ｎ（０≦ｚ１≦０．３）キ
ャップ層５１３（膜厚０〜５０ｎｍ）、ｐ−Ａｌx2Ｇａ
1-x2Ｎ（０．０５≦Ｘ１≦０．２）上部クラッド層５０
８（膜厚０．４〜１０μｍ）、ｐ−ＧａＮコンタクト層
５０９（膜厚０．０７〜８０μｍ、特にロット落ちがな
く、高歩留まりで半導体レーザ素子を作製するために、
好ましくは、０．１２〜８０μｍ）。さらに、ｐ−Ｇａ
Ｎコンタクト層５０９の上面には、電極（例えば、Ｃ
ｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｉｒ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｓ
ｃ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｙ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｌａ，Ｈ
ｆ，Ｔａ，Ｗ，Ａｌ，Ｔｌ，のいずれかを含む金属）５
１０が形成されており、また、ｎ−ＧａＮ基板の裏面に
は電極（例えば、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｐｄ，Ａｇ，Ｉ
ｒ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｓｃ，Ｔｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｙ，Ｚｒ，Ｎ
ｂ，Ｍｏ，Ｌａ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ａｌ，Ｔｌ，のいず
れかを含む金属）５１１が形成されている。FIG. 1 shows the structure of a semiconductor laser device according to the present invention.
3 will be described with reference to the schematic diagram. n-GaN substrate 501
(Film thickness 30 to 300 μm). n-GaN intermediate layer 502
(Film thickness 0 to 30 μm), n-In c Ga 1 -c N (0.01
≦ c ≦ 0.2) intermediate layer 512 (film thickness 0 to 0.3 μm),
n-Al x1 Ga 1-x1 N (0.05 ≦ X1 ≦ 0.3) lower cladding layer 503 (film thickness 0.4 to 10 μm), n-In
y1 Ga 1 -y1 N (y1 ≦ w) Lower guide layer 504 (film thickness d
1 [μm]), the In w Ga 1 -w N well layer and the In v Ga 1 -v N
(V <w) A quantum well active layer 505 having an alternate multilayer structure with a barrier layer (emission wavelength: 370 to 450 nm, total film thickness Wa)
[Μm]), Al z Ga 1 -z N (0 ≦ z1 ≦ 0.3) cap layer 506 (film thickness 0 to 50 nm), p-In y2 Ga
1-y2 N (y2 ≦ w) upper guide layer 507 (film thickness d2 [μ
m]), p-Al z1 Ga 1 -z 1 N (0 ≦ z1 ≦ 0.3) cap layer 513 (film thickness 0 to 50 nm), p-Al x2 Ga
1-x2 N (0.05 ≦ X1 ≦ 0.2) upper cladding layer 50
8 (thickness: 0.4 to 10 μm), p-GaN contact layer 509 (thickness: 0.07 to 80 μm, especially in order to manufacture a semiconductor laser device with high yield without dropping the lot.
Preferably, 0.12-80 μm). Furthermore, p-Ga
On the upper surface of the N contact layer 509, an electrode (for example, C
o, Ni, Cu, Pd, Ag, Ir, Pt, Au, S
c, Ti, V, Cr, Y, Zr, Nb, Mo, La, H
metal containing any of f, Ta, W, Al, Tl) 5
10 are formed, and electrodes (for example, Co, Ni, Cu, Pd, Ag, and I) are formed on the back surface of the n-GaN substrate.
r, Pt, Au, Sc, Ti, V, Cr, Y, Zr, N
b, Mo, La, Hf, Ta, W, Al, Tl).
【００１７】ｐ−ＧａＮコンタクト層５０９を厚くして
も発振閾値の上昇を招かず、また、垂直方向のＦＦＰの
劣化を防止するために、 ｄ＝（ｄ１＋ｄ２）／２ ｙ＝（ｙ１・ｄ１＋ｙ２・ｄ２）／（ｄ１＋ｄ２） ｘ＝（ｘ１＋ｘ２）／２ ５≦Ｗａ≦６０ ｙ≧０．００３／ｄ−０．００３＋（０．００７−０．
２２Ｗａ）＋（−０．０１０＋０．１０ｘ） の関係式を満たすことが望ましい。ここで、ｙの下限
を、さらに ｙ≧０．００３／ｄ＋０．００２＋（０．００７−０．
２２Ｗａ）＋（−０．０１０＋０．１０ｘ） と限定することが好ましい。また、上記本発明の半導体
レーザ装置において、好ましくは、 ｙ１≧０．０１ ｙ２≧０．０１ ｙ≦０．１６−０．６ｄ であり、さらに好ましくは、 ｙ１≧０．０１ ｙ２≧０．０１ ｙ≦０．１３−０．６ｄ である。最も好ましい様態として、さらに、 ｙ１≧０．０２ ｙ２≧０．０２ ｄ≦０．１２ の範囲に限定される。Even if the thickness of the p-GaN contact layer 509 is increased, the oscillation threshold value does not increase, and in order to prevent the FFP from deteriorating in the vertical direction, d = (d1 + d2) / 2 y = (y1 · d1 + y2 · d2) / (d1 + d2) x = (x1 + x2) / 2 5 ≦ Wa ≦ 60 y ≧ 0.003 / d−0.003 + (0.007-0.
22Wa) + (− 0.010 + 0.10x). Here, the lower limit of y is further defined as y ≧ 0.003 / d + 0.002 + (0.007-0.
22Wa) + (− 0.010 + 0.10x). In the semiconductor laser device of the present invention, preferably, y1 ≧ 0.01 y2 ≧ 0.01 y ≦ 0.16-0.6d, and more preferably, y1 ≧ 0.01 y2 ≧ 0.01 y ≦ 0.13-0.6d. The most preferred embodiment is further limited to the range of y1 ≧ 0.02, y2 ≧ 0.02 d ≦ 0.12.
【００１８】また、本発明の半導体レーザ素子の別の構
成を、図１４の該略図を参照して説明する。ｎ−ＧａＮ
基板６０１（膜厚３０〜３００μｍ）。ｎ−ＡｌＧａＩ
ｎＮＰＡｓ中間層６０２（膜厚０〜３０μｍ）、ｎ−Ａ
ｌＧａＩｎＮＰＡｓ下部クラッド層６０３（エネルギー
バンドギャップＥａ［ｅＶ］、膜厚０．４〜１０μ
ｍ）、ｎ−ＡｌＧａＩｎＮＰＡｓ下部ガイド層６０４
（エネルギーバンドギャップＥ１［ｅＶ］、膜厚ｄ１
［μｍ］）、ＡｌＧａＩｎＮＰＡｓ井戸層とＡｌＧａＩ
ｎＮＰＡｓ障壁層との交互多層構造からなる量子井戸活
性層６０５（発光波長λ［ｎｍ］、総膜厚Ｗａ［μ
ｍ］）、ＡｌＧａＩｎＮＰＡｓキャップ層６０６（膜厚
０〜１００ｎｍ）、ｐ−ＡｌＧａＩｎＮＰＡｓ上部ガイ
ド層６０７（エネルギーバンドギャップＥ２［ｅＶ］、
膜厚ｄ２［μｍ］）、ｐ−ＡｌＧａＩｎＮＰＡｓ上部ク
ラッド層６０８（エネルギーバンドギャップＥｂ［ｅ
Ｖ］、膜厚０．３〜１０μｍ）、ｐ−ＧａＮコンタクト
層６０９（膜厚０．０７〜８０μｍ、特にロット落ちが
なく、高歩留まりで半導体レーザ素子を作製するため
に、好ましくは、０．１２〜８０μｍ）である。Another configuration of the semiconductor laser device of the present invention will be described with reference to the schematic diagram of FIG. n-GaN
Substrate 601 (thickness: 30 to 300 μm). n-AlGaI
nNPAs intermediate layer 602 (film thickness 0 to 30 μm), nA
1GaInNPAs lower cladding layer 603 (energy band gap Ea [eV], film thickness 0.4 to 10 μm)
m), n-AlGaInNPAs lower guide layer 604
(Energy band gap E1 [eV], film thickness d1
[Μm]), AlGaInNPAs well layer and AlGaI
A quantum well active layer 605 (emission wavelength λ [nm], total thickness Wa [μ] having an alternate multilayer structure with nNPAs barrier layers
m]), AlGaInNPAs cap layer 606 (film thickness 0 to 100 nm), p-AlGaInNPAs upper guide layer 607 (energy band gap E2 [eV],
Film thickness d2 [μm]), p-AlGaInNPAs upper cladding layer 608 (energy band gap Eb [e
V], a film thickness of 0.3 to 10 μm), and a p-GaN contact layer 609 (film thickness of 0.07 to 80 μm, particularly preferably 0. 12 to 80 μm).
【００１９】ｐ−ＧａＮコンタクト層６０９を厚くして
も発振閾値の上昇を招かず、また、垂直方向のＦＦＰの
劣化を防止するために、 ｄ＝（ｄ１＋ｄ２）／２、 Ｅ＝（Ｅ１・ｄ１＋Ｅ２・ｄ２）／（ｄ１＋ｄ２） ３．５≦Ｅａ≦３．９ ３．５≦Ｅｂ≦３．９ Ｅ≦３．４９２−０．０２７４６／（ｄ−０．０３
５），Ｅ１＞１２４０／λ Ｅ２＞１２４０／λ の関係式を満たすことが望ましい。Even if the thickness of the p-GaN contact layer 609 is increased, the oscillation threshold does not increase, and in order to prevent the deterioration of the vertical FFP, d = (d1 + d2) / 2 and E = (E1 · d1 + E2). D2) / (d1 + d2) 3.5 ≦ Ea ≦ 3.9 3.5 ≦ Eb ≦ 3.9 E ≦ 3.492−0.02746 / (d−0.03)
5) It is desirable to satisfy the relational expression of E1> 1240 / λ E2> 1240 / λ.
【００２０】なお、下部ガイド層とは、下部クラッド層
と、活性層とに挟まれた下部クラッド層よりもエネルギ
ーバンドギャップの小さい層のことであり、必ずしも一
層の構成である必要はない。２、３、４、５層等の複数
の組成の異なるＩｎＧａＮ薄膜あるいはＧａＮあるいは
ＡｌＧａＩｎＮＰＡｓ薄膜の積層構造や、さらに多数の
薄膜からなる超格子積層構造であってもよく、この場
合、各薄膜の膜厚で加重平均した組成を下部ガイド層の
組成とする。また、上部ガイド層とは、上部クラッド層
と、活性層とに挟まれた上部クラッド層よりもエネルギ
ーバンドギャップの小さい層のことであり、必ずしも一
層の構成である必要はないことは、下部ガイド層と同様
である。Note that the lower guide layer is a layer having a smaller energy band gap than the lower clad layer sandwiched between the lower clad layer and the active layer, and does not necessarily have to be a single layer structure. A stacked structure of a plurality of InGaN thin films having different compositions, such as two, three, four, and five layers, or a stacked structure of a GaN or AlGaInNPAs thin film or a superlattice stacked structure including a larger number of thin films may be used. The weighted average composition of the thickness is defined as the composition of the lower guide layer. Also, the upper guide layer is a layer having an energy band gap smaller than that of the upper clad layer sandwiched between the upper clad layer and the active layer. Same as for layers.
【００２１】本発明の光学式情報再生装置は、光学情報
記録盤にレーザ光を照射し、その反射光を検出すること
により、該光学情報記録盤に記録された情報を再生する
光学式情報再生装置であって、前述の半導体レーザ素子
を光源として用いることを特徴とし、これにより、従来
の技術の問題点が解決される。The optical information reproducing apparatus of the present invention irradiates a laser beam to the optical information recording disk and detects the reflected light to reproduce the information recorded on the optical information recording disk. An apparatus using the above-described semiconductor laser device as a light source, thereby solving the problems of the prior art.
【００２２】[0022]
【発明の実施の形態】〔実施の形態１〕図１は本発明の
半導体レーザ素子を示す断面図である。本半導体レーザ
素子は、ｎ−ＧａＮ基板１０１（膜厚１００μｍ）上
に、順次、ｎ−ＧａＮ中間層１０２（膜厚３μｍ）、ｎ
−Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（ｘ１＝０．１）下部クラッド層１
０３（膜厚１．２μｍ）、ｎ−ＧａＮ下部ガイド層１０
４（膜厚０．１μｍ）、ＩｎwＧａ1-wＮ（０＜ｗ＜１）
井戸層とＩｎvＧａ1-vＮ（０≦ｖ＜ｗ）障壁層との交互
多層構造からなる３重量子井戸活性層１０５（発光波長
４００ｎｍ、総膜厚１５ｎｍ）、ｐ−ＡｌＧａＮキャッ
プ層１０６（膜厚２０ｎｍ）、ｐ−ＧａＮ上部ガイド層
１０７（膜厚０．１μｍ）、ｐ−Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ（ｘ
２＝０．１）クラッド層１０８（膜厚０．４μｍ）、ｐ
−ＧａＮコンタクト層１０９（膜厚０．１２μｍ）の各
窒化物系半導体層が形成されている。さらに、ｐ−Ｇａ
Ｎコンタクト層１０９の上面には、金属電極（例えば、
Ｐｄ／Ａｕ，Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ，Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ，Ｐ
ｄ／Ｍｏ／Ａｕ，Ｐｄ／Ｗ／Ａｕ等）１１０が形成され
ており、また、ｎ−ＧａＮ基板の裏面には金属電極（例
えば、Ｔｉ／Ａｌ，Ｚｒ／Ａｌ，Ｈｆ／Ａｌなど）１１
１が形成されている。ｐクラッド層１０８の一部および
ｐ−ＧａＮコンタクト層１０９は、リッジストライプ形
状に形成されており、半導体レーザの横方向光閉じ込め
構造を構成している。また、金属電極１１０は、リッジ
ストライプ部分のみ半導体層と接し、その他の部分に
は、半導体層（ｐ−Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ（ｘ２＝０．１）
クラッド層１０８およびｐ−ＧａＮコンタクト層の一
部）とのあいだに絶縁膜１１２が介装されているので、
電流も、このリッジストライプ部分のみを流れることと
なり、電流狭窄構造も実現されている。FIG. 1 is a sectional view showing a semiconductor laser device according to the present invention. This semiconductor laser device comprises an n-GaN intermediate layer 102 (thickness 3 μm), an n-GaN intermediate layer 102
-Al x1 Ga 1-x1 N (x1 = 0.1) Lower cladding layer 1
03 (1.2 μm thick), n-GaN lower guide layer 10
4 (film thickness 0.1 μm), In w Ga 1-w N (0 <w <1)
A triple quantum well active layer 105 (emission wavelength: 400 nm, total thickness: 15 nm) having an alternating multilayer structure of a well layer and an In v Ga 1-v N (0 ≦ v <w) barrier layer, and a p-AlGaN cap layer 106 (Film thickness 20 nm), p-GaN upper guide layer 107 (film thickness 0.1 μm), p-Al x2 Ga 1-x2 N (x
2 = 0.1) clad layer 108 (0.4 μm thickness), p
Each nitride semiconductor layer of the GaN contact layer 109 (having a thickness of 0.12 μm) is formed. Furthermore, p-Ga
On the upper surface of the N contact layer 109, a metal electrode (for example,
Pd / Au, Ni / Pd / Au, Pd / Pt / Au, P
d / Mo / Au, Pd / W / Au, etc. 110 are formed, and a metal electrode (for example, Ti / Al, Zr / Al, Hf / Al, etc.) 11 is provided on the back surface of the n-GaN substrate.
1 is formed. A part of the p-cladding layer 108 and the p-GaN contact layer 109 are formed in a ridge stripe shape, and constitute a lateral optical confinement structure of the semiconductor laser. Further, the metal electrode 110 is in contact with the semiconductor layer only in the ridge stripe portion, and in the other portions, the semiconductor layer (p-Al x2 Ga 1 -x2N (x2 = 0.1)
Since the insulating film 112 is interposed between the cladding layer 108 and a part of the p-GaN contact layer),
The current also flows only through the ridge stripe portion, and a current confinement structure is realized.
【００２３】次に、本実施の形態の半導体レーザ装置の
作製方法について説明する。Next, a method of manufacturing the semiconductor laser device of the present embodiment will be described.
【００２４】始めに、（０００１）面を結晶成長用面と
するｎ−ＧａＮ基板１０１上に、ｎ−ＧａＮ中間層１０
２（膜厚３μｍ）、ｎ−Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（ｘ１＝０．
１）下部クラッド層１０３（膜厚１．２μｍ）、ｎ−Ｇ
ａＮ下部ガイド層１０４（膜厚０．１μｍ）、ＩｎwＧ
ａ1-wＮ（０＜ｗ＜１）井戸層とＩｎvＧａ1-vＮ（０≦
ｖ＜ｗ）障壁層との交互多層構造からなる３重量子井戸
活性層１０５（発光波長４１０ｎｍ、総膜厚１５ｎ
ｍ）、ＡｌＧａＮキャップ層１０６（膜厚２０ｎｍ）、
ｐ−ＧａＮ上部ガイド層１０７（膜厚０．１μｍ）、ｐ
−Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ（ｘ２＝０．１）クラッド層１０８
（膜厚０．４μｍ）、ｐ−ＧａＮコンタクト層１０９
（膜厚０．１２μｍ）をＭＯＣＶＤ法（有機金属化学気
相成長法）により、順次積層形成する。その後、エッチ
ングにより、ｐ−Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ（ｘ２＝０．１）ク
ラッド層１０８、ｐ−ＧａＮコンタクト層１０９を、幅
２μｍのストライプ状の部分を残して除去することによ
って、図１に示されるリッジストライプ１１４を作製す
る。次いで、ストライプ以外の部分をＳｉＯ2もしくは
Ａｌ2Ｏ3等の絶縁膜で覆ったのちに、上面に金属電極１
１０を形成する。金属電極１１０としては、Ｐｄ／Ａ
ｕ，Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ，Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ，Ｐｄ／Ｍｏ
／Ａｕ，Ｐｄ／Ｗ／Ａｕのいずれを用いてもよく、総膜
厚として、０．０５〜３μｍ程度とすればよい。その
後、ｎ−ＧａＮ基板１０１の裏面側を研磨により削るこ
とで、基板の厚みを調整する。良好な劈開端面を得やす
くするためには、基板の厚みを５０〜１５０μｍに調整
しておくことが好ましく、本実施の形態では１００μｍ
とした。その後、基板裏面に金属電極１１１を形成す
る。金属電極１１１としては、Ｔｉ／Ａｌ，Ｚｒ／Ａ
ｌ，Ｈｆ／Ａｌ，Ｗ／Ａｌのいずれを用いてもよく、そ
の総膜厚として、０．０５〜３μｍ程度とすればよい。
さらに、金属電極１１１を覆って、Ｍｏ／Ａｕ，Ｍｏ／
Ｎｉ，Ｗ／Ａｕ，Ｃｒ／Ｎｉ等の積層構造を形成し、ワ
イヤーボンディングあるいはダイボンディングが容易に
行えるように工夫してもよい。First, an n-GaN intermediate layer 10 is placed on an n-GaN substrate 101 having a (0001) plane for crystal growth.
2 (thickness: 3 μm), n-Al x1 Ga 1-x1 N (x1 = 0.
1) Lower cladding layer 103 (1.2 μm thickness), n-G
aN lower guide layer 104 (0.1 μm thickness), In w G
a 1-w N (0 <w <1) well layer and In v Ga 1-v N (0 ≦ w
v <w) Triple quantum well active layer 105 (emission wavelength: 410 nm, total film thickness: 15 n) having an alternate multilayer structure with a barrier layer
m), an AlGaN cap layer 106 (20 nm thick),
p-GaN upper guide layer 107 (film thickness 0.1 μm), p
-Al x2 Ga 1-x2 N ( x2 = 0.1) cladding layer 108
(Thickness: 0.4 μm), p-GaN contact layer 109
(Film thickness: 0.12 μm) are sequentially formed by MOCVD (metal organic chemical vapor deposition). Thereafter, the p- Alx2Ga1 -x2N (x2 = 0.1) cladding layer 108 and the p-GaN contact layer 109 are removed by etching, leaving a stripe-shaped portion having a width of 2 .mu.m. The ridge stripe 114 shown in FIG. Next, after covering the portions other than the stripes with an insulating film such as SiO 2 or Al 2 O 3 , a metal electrode 1 is formed on the upper surface.
Form 10. Pd / A as the metal electrode 110
u, Ni / Pd / Au, Pd / Pt / Au, Pd / Mo
/ Au or Pd / W / Au may be used, and the total thickness may be about 0.05 to 3 μm. Thereafter, the thickness of the n-GaN substrate 101 is adjusted by grinding the back surface of the substrate 101 by polishing. In order to easily obtain a good cleavage end face, it is preferable that the thickness of the substrate is adjusted to 50 to 150 μm, and in this embodiment, it is set to 100 μm.
And After that, a metal electrode 111 is formed on the back surface of the substrate. As the metal electrode 111, Ti / Al, Zr / A
1, Hf / Al or W / Al may be used, and the total film thickness may be about 0.05 to 3 μm.
Further, by covering the metal electrode 111, Mo / Au, Mo /
A stacked structure of Ni, W / Au, Cr / Ni, or the like may be formed so that wire bonding or die bonding can be easily performed.
【００２５】その後、以下に示す工程によりウェハーを
劈開し、ミラー端面を形成する。なお、このウェハーと
は前述の半導体レーザ素子が複数並んだもので、このウ
ェハーを２０１とする。本工程については、図２を参照
して説明する。図２はウェハーを上面から見た図であ
る。上述の工程で得られたウェハー２０１の表面側に、
スクライビング法により、ウェハー端部に長さ１ｍｍ程
のスクライブ溝２０２を形成する。これは、ダイヤモン
ド針により表面をけがき、傷をつける工程である。な
お、スクライブ溝２０２はＧａＮ結晶の劈開面である
（１０−１０）面に平行な方向とし、これは、上記リッ
ジストライプ１１４に垂直になるように、あらかじめ、
リッジストライプの方向が設定されている。Thereafter, the wafer is cleaved by the following steps to form mirror end faces. Note that this wafer is a plurality of the above-described semiconductor laser elements arranged side by side. This step will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a view of the wafer as viewed from above. On the surface side of the wafer 201 obtained in the above process,
A scribe groove 202 having a length of about 1 mm is formed at the edge of the wafer by a scribing method. This is a process of scratching and scratching the surface with a diamond needle. The scribe groove 202 is in a direction parallel to the (10-10) plane, which is a cleavage plane of the GaN crystal, and is set in advance so as to be perpendicular to the ridge stripe 114.
The direction of the ridge stripe is set.
【００２６】次に、スクライブ溝２０２に沿ってブレー
ド（刃）をウェハーの裏面側（ｎ−ＧａＮ基板１０１の
側）に当てて外力を加えることにより、スクライブ溝を
起点としてウェハーを分割したところ、ＧａＮ結晶の劈
開面である（１０−１０）面が劈開断面として現れた。
これは、上記リッジストライプに垂直な面であり、レー
ザ導波路の端面ミラーとして機能する。こうして、ウェ
ハー２０１から、個々のレーザ素子が横に連なったレー
ザバーを多数得た。その後、スクライビング法、ダイシ
ング法などの分割方法を用いて、適宜上記連なったレー
ザ素子をバーから切り出すことにより、個々の半導体レ
ーザ素子（チップ）を製造した。得られた半導体レーザ
素子は、ステム、リードフレーム等の基台の上に金属電
極１１０を下にして設置し、金属電極１１１にワイヤー
を接続するか、もしくは、金属電極１１１を下にして設
置し、金属電極１１０にワイヤーを接続するかして、外
部からの電力供給を行い動作させる。Next, a wafer is divided starting from the scribe groove by applying an external force by applying a blade (blade) to the back side of the wafer (the side of the n-GaN substrate 101) along the scribe groove 202. The (10-10) plane, which is the cleavage plane of the GaN crystal, appeared as a cleavage section.
This is a plane perpendicular to the ridge stripe and functions as an end face mirror of the laser waveguide. In this way, a large number of laser bars in which individual laser elements were arranged side by side were obtained from the wafer 201. Thereafter, by using a dividing method such as a scribing method or a dicing method, the above-described connected laser elements were appropriately cut out from a bar to manufacture individual semiconductor laser elements (chips). The obtained semiconductor laser device is placed on a base such as a stem or a lead frame with the metal electrode 110 facing down, and a wire is connected to the metal electrode 111 or placed with the metal electrode 111 facing down. Alternatively, a wire is connected to the metal electrode 110 to supply power from the outside and operate.
【００２７】本実施の形態の半導体レーザ素子において
は、ＧａＮ基板上に設けられた半導体レーザにおいて、
ｐ−Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ（ｘ２＝０．１）クラッド層１０
８（膜厚０．４μｍ）上に設けられた、ｐ−ＧａＮコン
タクト層１０９の膜厚が０．０７μｍ以上であるので、
良好な劈開が可能となり、従来の技術と比較して、ミラ
ー端面に凹凸等が発生することに起因したＦＦＰの異常
が防止された。In the semiconductor laser device of the present embodiment, in the semiconductor laser provided on the GaN substrate,
p-Al x2 Ga 1-x2 N (x2 = 0.1) cladding layer 10
8 (0.4 μm in thickness), the thickness of the p-GaN contact layer 109 is 0.07 μm or more.
Good cleavage was made possible, and an abnormality in the FFP caused by the occurrence of irregularities on the mirror end face was prevented as compared with the conventional technique.
【００２８】図３に水平方向（各層の積層面に平行方
向）ＦＦＰの例を示す。図３（ａ）は本発明の半導体レ
ーザ素子の水平方向ＦＦＰであり、図３（ｂ）は、従来
技術同様、本実施の形態の半導体レーザ素子のｐ−Ｇａ
Ｎコンタクト層１０９の膜厚を０．０５μｍに変更して
作成した比較素子の水平方向ＦＦＰの例である。本実施
の形態の半導体レーザ素子においては単峰でリップルの
ほとんどないパターンが得られているのに対し、比較素
子においてはいくつかのピークが見られ、パターンが異
常になっている。このように水平方向ＦＦＰが不良の比
較素子の、端面ミラー付近を拡大して見たものを図４に
示す。図において、ｎ−ＧａＮ基板３０１上に、上記ｎ
型半導体の積層体（ｎ−ＧａＮ中間層１０２からｎ−Ｇ
ａＮ下部ガイド層１０４に相当する層）３０２、上記ｐ
型半導体の積層体３０３（ｐ−ＧａＮ上部ガイド層１０
７からｐ−ＧａＮコンタクト層１０９に相当する層）が
順次形成されており、さらに、ｐ型半導体の積層体には
リッジストライプ３０４が形成されている様子が示され
ている。なお、簡単のため、金属電極，絶縁膜は省略さ
れている。リッジストライプ３０４の部分には、劈開が
正常に行われずに、凹凸が発生している部分３０６が存
在する。このように、導波路部分のミラー端面に凹凸が
生じてしまったことにより、水平方向ＦＦＰに異常が発
生しているものと考えられる。FIG. 3 shows an example of the FFP in the horizontal direction (the direction parallel to the lamination plane of each layer). FIG. 3A shows the horizontal direction FFP of the semiconductor laser device of the present invention, and FIG. 3B shows the p-Ga of the semiconductor laser device of the present embodiment as in the prior art.
This is an example of a horizontal direction FFP of a comparative element prepared by changing the thickness of the N contact layer 109 to 0.05 μm. In the semiconductor laser device according to the present embodiment, a pattern with a single peak and almost no ripple is obtained, whereas in the comparative device, several peaks are observed, and the pattern is abnormal. FIG. 4 shows an enlarged view of the vicinity of the end face mirror of the comparative element having a defective horizontal FFP. In the figure, the n-GaN substrate 301
-Type semiconductor laminate (n-GaN intermediate layer 102 to n-G
aN lower layer layer 104) 302, p
Semiconductor 303 (p-GaN upper guide layer 10)
7 to the p-GaN contact layer 109) are sequentially formed, and a ridge stripe 304 is formed in the p-type semiconductor laminate. Note that, for simplicity, a metal electrode and an insulating film are omitted. In the portion of the ridge stripe 304, there is a portion 306 where the cleavage is not performed normally and irregularities are generated. As described above, it is considered that an abnormality has occurred in the horizontal direction FFP due to the occurrence of irregularities on the mirror end surface of the waveguide portion.
【００２９】このことを明らかにするために、本実施の
形態の半導体レーザ素子から、ｐ−ＧａＮコンタクト層
の膜厚を種々変更した半導体レーザ素子を作製し、各ロ
ットごとに水平方向ＦＦＰが正常な素子の割合を調査し
た。その結果は図５に示されている。ｐ−ＧａＮコンタ
クト層の膜厚が０．０５μｍであるとき、歩留まりは、
４２〜６６％の範囲にばらつき、平均は５４％しかなか
った。ｐ−ＧａＮコンタクト層の膜厚が０．０７μｍで
あるとき、歩留まりは、６４〜９０％の範囲にばらつ
き、平均は７７％であった。ｐ−ＧａＮコンタクト層の
膜厚が０．１０μｍであるとき、歩留まりは、６４〜９
２％の範囲にばらつき、平均は８０％であった。ｐ−Ｇ
ａＮコンタクト層の膜厚が０．１２μｍであるとき、歩
留まりは、８０〜９４％の範囲にばらつき、平均は８７
％であった。ｐ−ＧａＮコンタクト層の膜厚が０．２μ
ｍであるとき、歩留まりは、８４〜９８％の範囲にばら
つき、平均は９０％であった。ｐ−ＧａＮコンタクト層
の膜厚が０．３μｍであるとき、歩留まりは、９２〜９
８％の範囲にばらつき、平均は９５％であった。ｐ−Ｇ
ａＮコンタクト層の膜厚が０．５μｍであるとき、歩留
まりは、９２〜９９％の範囲にばらつき、平均は９６％
であった。実験において、ガウシアン関数で近似したな
めらかな単峰のパターンからのずれの最大値が、ピーク
強度の２０％を超える場合をＦＦＰ不良と定義した。In order to clarify this, semiconductor laser devices in which the thickness of the p-GaN contact layer was variously changed were manufactured from the semiconductor laser device of the present embodiment, and the horizontal FFP was normal for each lot. The ratio of various devices was investigated. The result is shown in FIG. When the thickness of the p-GaN contact layer is 0.05 μm, the yield is
It ranged from 42 to 66%, with an average of only 54%. When the thickness of the p-GaN contact layer was 0.07 μm, the yield varied from 64% to 90%, and the average was 77%. When the thickness of the p-GaN contact layer is 0.10 μm, the yield is 64 to 9
The range was 2%, with an average of 80%. p-G
When the thickness of the aN contact layer is 0.12 μm, the yield varies in the range of 80 to 94%, and the average is 87%.
%Met. The thickness of the p-GaN contact layer is 0.2 μm
When m, the yield varied in the range of 84-98%, with an average of 90%. When the thickness of the p-GaN contact layer is 0.3 μm, the yield is 92 to 9
The range was 8%, with an average of 95%. p-G
When the thickness of the aN contact layer is 0.5 μm, the yield varies in the range of 92 to 99%, and the average is 96%.
Met. In the experiment, a case where the maximum value of the deviation from the smooth monomodal pattern approximated by the Gaussian function exceeded 20% of the peak intensity was defined as FFP failure.
【００３０】以上のように、ＡｌＧａＮクラッド層の上
部に設けられたＧａＮコンタクト層の膜厚が厚いほど、
ＦＦＰ良品の歩留まりが向上した。このように、ｐ−Ｇ
ａＮコンタクト層の膜厚を、０．０７μｍ以上とするこ
とで、０．０５μｍとしたときの１．４倍以上もの良好
な総合歩留まりが達成できた。また、ｐ−ＧａＮコンタ
クト層の膜厚を、０．１μｍ以上とすることで不良率が
０．０５μｍとしたときの約半分に減少した。また、ｐ
−ＧａＮコンタクト層の膜厚を、０．１２μｍ以上とす
ることで、ロットごとの歩留まりのばらつきが顕著に減
少し、各ロットにおける歩留まりが８割以上に安定し
た。ＧａＮコンタクト層の膜厚の上限に関しては、８０
μｍ以下であればよく、これより厚くなると、ウェハー
の全体の厚みが大きくなってしまい、かえってチップ分
割が困難になってしまう。なお、このような、ｐ−Ｇａ
Ｎコンタクト層の膜厚と、各ロットごとに水平方向ＦＦ
Ｐが正常な素子の割合の関係、すなわち、良好に劈開が
できる状況は、実施の形態２以下のすべての実施の形態
の素子においても同様であった。As described above, as the thickness of the GaN contact layer provided on the AlGaN cladding layer is larger,
The yield of non-defective products has improved. Thus, p-G
By setting the thickness of the aN contact layer to 0.07 μm or more, a good overall yield of 1.4 times or more as compared with 0.05 μm was achieved. Further, when the thickness of the p-GaN contact layer was set to 0.1 μm or more, the defect rate was reduced to about half that when the defect rate was set to 0.05 μm. Also, p
By setting the thickness of the GaN contact layer to 0.12 μm or more, the variation in the yield from lot to lot was significantly reduced, and the yield in each lot was stabilized to 80% or more. Regarding the upper limit of the thickness of the GaN contact layer, 80
If it is thicker than this, the entire thickness of the wafer becomes large, and it becomes rather difficult to divide the chips. In addition, such p-Ga
N contact layer thickness and horizontal FF for each lot
The relation of the ratio of the element having a normal P, that is, the situation where the cleavage can be performed favorably, was the same in the elements of all the embodiments after the second embodiment.
【００３１】ＧａＮ基板上に形成された窒化物系半導体
の積層構造を（１０−１０）面に沿って劈開しようとす
る場合、本実施の形態や従来例の窒化物系半導体レーザ
素子のような構造では、積層中にＡｌＧａＮクラッド層
のような、基板とは格子定数の異なる材料で構成された
層があり、この層は格子不整合による歪を内在している
ために、劈開の際、劈開面上に凹凸ができやすい傾向が
あり、完全に平坦な面が得られにくいものと考えられ
る。特に凹凸は、劈開の際に加える力の集中する表面付
近で生じやすいので、従来の技術では図４に示したよう
な結果となったものと考えられる。しかし、本発明によ
ると、少なくとも導波路部分（ストライプ部分）におい
ては、基板と同一材料であるＧａＮからなるコンタクト
層を所定の膜厚以上付加して表面を覆ったので、劈開の
際に格子不整合による歪に影響されて凹凸を生じて分断
されることが減少したものである。In order to cleave the laminated structure of the nitride-based semiconductor formed on the GaN substrate along the (10-10) plane, as in the present embodiment and the conventional nitride-based semiconductor laser device, In the structure, there is a layer made of a material having a different lattice constant from that of the substrate, such as an AlGaN cladding layer, in the lamination, and this layer contains a strain due to lattice mismatch. It is considered that there is a tendency that irregularities are easily formed on the surface, and it is difficult to obtain a completely flat surface. In particular, since unevenness is likely to occur near the surface where the force applied during cleavage is concentrated, it is considered that the result shown in FIG. However, according to the present invention, at least in the waveguide portion (stripe portion), a contact layer made of GaN, which is the same material as the substrate, is added by a predetermined thickness or more to cover the surface. In this case, the occurrence of unevenness due to the influence of the distortion due to the alignment is reduced.
【００３２】〔実施の形態２〕図６は、本実施の形態の
半導体レーザ素子を示す模式図である。本実施の形態の
レーザ素子は、ｎ−ＧａＮ基板４０１（膜厚３０〜３０
０μｍ）上に、順次、ｎ−ＧａＮ中間層４０２（膜厚０
〜３０μｍ）、ｎ−Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（０．０５≦ｘ１
≦０．２）下部クラッド層４０３（膜厚０．５μｍ〜１
０μｍ）、ｎ−Ｉｎy1Ｇａ1-y1Ｎ（０＜ｙ１＜ｗ）下部
ガイド層４０４（膜厚ｄ１［μｍ］）、ＩｎwＧａ1-wＮ
（０＜ｗ＜１）井戸層とＩｎvＧａ1-vＮ（０≦ｖ＜ｗ）
障壁層との交互多層構造からなる活性層４０５（発光波
長３７０〜５００ｎｍ、総膜厚５〜６０ｎｍ）、ＡｌＧ
ａＮキャップ層４０６（膜厚０〜２０ｎｍ）、ｐ−Ｉｎ
y2Ｇａ1-y2Ｎ（０＜ｙ２＜ｗ）上部ガイド層４０７（膜
厚ｄ２［μｍ］）、ｐ−Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ（０．０５≦
ｘ１≦０．２）クラッド層４０８（膜厚０．４μｍ〜１
０μｍ）、ｐ−ＧａＮコンタクト層４０９（膜厚０．０
７μｍ〜８０μｍ）の各窒化物系半導体層が形成されて
いる。さらに、ｐ−ＧａＮコンタクト層４０９の上面に
は、金属電極（例えば、Ｐｄ／Ａｕ，Ｎｉ／Ｐｄ／Ａ
ｕ，Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ等）４１０が形成されており、ま
た、ｎ−ＧａＮ基板の裏面には金属電極（例えば、Ｔｉ
／Ａｌ，Ｚｒ／Ａｌ，Ｈｆ／Ａｌなど）４１１が形成さ
れている。ｐクラッド層４０８の一部およびｐ−ＧａＮ
コンタクト層４０９は、リッジストライプ形状に形成さ
れており、半導体レーザの横方向光閉じ込め構造を構成
している。また、金属電極４１０は、リッジストライプ
部分のみ半導体層と接し、その他の部分には、半導体層
（ｐクラッド層４０８）とのあいだに絶縁膜４１２が介
装されているので、電流も、このリッジストライプ部分
のみを流れることとなり、電流狭窄構造も実現されてい
る。[Embodiment 2] FIG. 6 is a schematic view showing a semiconductor laser device of the present embodiment. The laser device according to the present embodiment includes an n-GaN substrate 401 (thickness: 30 to 30).
0 μm) on the n-GaN intermediate layer 402 (film thickness 0
-30 μm), n-Al x1 Ga 1-x1 N (0.05 ≦ x1
≦ 0.2) Lower cladding layer 403 (film thickness 0.5 μm to 1)
0 μm), n-In y1 Ga 1-y1 N (0 <y1 <w), lower guide layer 404 (film thickness d1 [μm]), In w Ga 1-w N
(0 <w <1) well layer and In v Ga 1-v N (0 ≦ v <w)
Active layer 405 (emission wavelength: 370-500 nm, total film thickness: 5-60 nm) having an alternate multilayer structure with a barrier layer, AlG
aN cap layer 406 (film thickness 0 to 20 nm), p-In
y2Ga1 -y2N (0 <y2 <w) upper guide layer 407 (film thickness d2 [μm]), p- Alx2Ga1 -x2N (0.05 ≦
x1 ≦ 0.2) Cladding layer 408 (film thickness 0.4 μm to 1)
0 μm), p-GaN contact layer 409 (film thickness 0.0
7 μm to 80 μm). Further, a metal electrode (for example, Pd / Au, Ni / Pd / A) is formed on the upper surface of the p-GaN contact layer 409.
u, Pd / Pt / Au) 410, and a metal electrode (for example, Ti) on the back surface of the n-GaN substrate.
/ Al, Zr / Al, Hf / Al, etc.) 411 are formed. Part of p-cladding layer 408 and p-GaN
The contact layer 409 is formed in a ridge stripe shape, and constitutes a lateral light confinement structure of the semiconductor laser. Further, the metal electrode 410 is in contact with the semiconductor layer only in the ridge stripe portion, and the other portion is provided with the insulating film 412 between the semiconductor layer (p-cladding layer 408). The current flows only in the stripe portion, and a current confinement structure is also realized.
【００３３】本半導体レーザ装置において、下部ガイド
層および上部ガイド層の組成および、膜厚は、発振モー
ドの等価屈折率ｎeqが、ｐ−ＧａＮコンタクト層の屈折
率ｎ GaNとの間に、ｎeq≧ｎGaNの関係が成立するように
設定されている。これは、次の手順により決定できる。In the present semiconductor laser device, the lower guide
The composition and film thickness of the
Equivalent refractive index neqIs the refraction of the p-GaN contact layer
Rate n GaNBetween neq≧ nGaNSo that the relationship
Is set. This can be determined by the following procedure.
【００３４】等価屈折率ｎeqは、スラブ導波路における
通常の電界分布計算により求めることができ、例えば、
ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス８４号１
１９６〜１２０３ページ（Ｍ．Ｊ．Ｂｅｒｇｍａｎｎ
ａｎｄ Ｈ．Ｃ．Ｃａｓｅｙ，Ｊｒ．：Ｊ．Ａｐｐｌ．
Ｐｈｙｓ．ｖｏｌ．８４（１９９８）ｐｐ．１１９６−
１２０３）を参照することができる。また、電界分布計
算におけるパラメタである、発振波長λ［ｎｍ］におけ
る各材料の屈折率ｎは、次により、求められる。発振波
長λは３００〜８００ｎｍの範囲とすることができる。
各窒化物系材料のエネルギーバンドギャップをＥｇ［ｅ
Ｖ］（Ｅｇ≧１）とするとき、屈折率は、 ｐ［λ］＝１／［１／λ−（Ｅｇ−３．４２）／１２３
９．８５２］ とおいて、 ｐ［λ］＞３６０．７ のとき、 ｎ（ｐ［λ］）＝［４．３６６３８０１＋ｐ2／（ｐ2−
２９５．９２）］0.5 ｐ［λ］≦３６０．７ のとき、 ｎ（ｐ［λ］）＝ｃｏ＋ｃ１×ｑ＋ｃ２×ｑ２＋ｃ３×
ｑ３＋ｃ４×ｑ４ ｑ ＝ ｐ［λ］−３６０ ｃ０＝ ２．７１８ ｃ１＝ ９．９７６ｅ−３ ｃ２＝ ３．００５ｅ−４ ｃ３＝ ４．５８４ｅ−６ ｃ４＝ ２．５９６ｅ−８ とできる。エネルギーバンドギャップＥｇと各材料の組
成との関係は、ＩｎsＧａ1-sＮ（０≦ｓ≦１）に対して
は、 Ｅｇ＝Ｅｇ１［ｓ］＝３．４２（１−ｓ）＋２．６５ｓ
−３．９４ｓ（１−ｓ） ＡｌtＧａ1-tＮ（０≦ｔ≦１）に対しては、 Ｅｇ＝Ｅｇ２［ｔ］＝３．４２（１−ｔ）＋６．２ｔ−
１．０５７ｔ（１−ｔ） ＩｎsＡｌtＧａ1-s-tＮ（０＜ｓ＜１，０＜ｔ＜１）に
対しては、 Ｅｇ＝｛ｓ×Ｅｇ１［ｓ＋ｔ］＋ｔ×Ｅｇ２［ｓ＋
ｔ］｝／（ｓ＋ｔ） とすることができる。ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＩｎＮＰを
始めとして、組成式ＡｌＧａＩｎＮＰＡｓで表わされる
一般の窒化物半導体に対して、組成とエネルギーギャッ
プとの関係式は、詳らかでないが、任意のＡｌＧａＩｎ
ＮＰＡｓのエネルギーギャップは、フォトルミネッセン
ス発光エネルギーより知ることができる。これにより、
本発明において、ｎeqはここに規定されたパラメタを用
い、上述のとおり、スラブ導波路における電界分布計算
により計算されるものである。The equivalent refractive index n eq can be obtained by ordinary electric field distribution calculation in a slab waveguide.
Journal of Applied Physics 84 No. 1
196 to 1203 (MJ Bergmann)
and H. C. Casey, Jr. : J. Appl.
Phys. vol. 84 (1998) pp. 1196-
1203). Further, the refractive index n of each material at the oscillation wavelength λ [nm], which is a parameter in the electric field distribution calculation, can be obtained as follows. The oscillation wavelength λ can be in the range of 300 to 800 nm.
The energy band gap of each nitride-based material is Eg [e
V] (Eg ≧ 1), the refractive index is: p [λ] = 1 / [1 / λ− (Eg−3.42) / 123
9.852], and when p [λ]> 360.7, n (p [λ]) = [4.3636801 + p 2 / (p 2 −
295.92)] When 0.5 p [λ] ≦ 360.7, n (p [λ]) = co + c1 × q + c2 × q2 + c3 ×
q3 + c4 × q4 q = p [λ] -360 c0 = 2.718 c1 = 9.976e-3 c2 = 3.005e-4 c3 = 4.584e-6 c4 = 2.596e-8. Relationship between the composition of the energy band gap Eg and the material, an In s for the Ga 1-s N (0 ≦ s ≦ 1), Eg = Eg1 [s] = 3.42 (1-s) +2. 65s
-3.94s (1-s) Al t Ga 1-t for the N (0 ≦ t ≦ 1) , Eg = Eg2 [t] = 3.42 (1-t) + 6.2t-
For 1.057t (1-t) In s Al t Ga 1-st N (0 <s <1,0 <t <1), Eg = {s × Eg1 [s + t] + t × Eg2 [s +
t]｝ / (s + t). For general nitride semiconductors represented by the composition formula AlGaInNPAs including GaInNAs and GaInNP, the relational expression between the composition and the energy gap is not clear, but any AlGaIn
The energy gap of NPAs can be known from the photoluminescence emission energy. This allows
In the present invention, n eq is calculated by the electric field distribution calculation in the slab waveguide as described above using the parameters defined here.
【００３５】レーザ構造を構成する各層において、井戸
層よりもエネルギーギャップの小さい組成の半導体から
なる層と金属からなる層を除いて、吸収係数は小さいと
して、無視してよい。また、基板である層は、通常膜厚
５０μｍ以上であり、ＬＤ導波路構造のコア部分である
ある下部ガイド層〜上部ガイド層の膜厚（通常０．４μ
ｍ以下）と比較してかなり大きいので、基板の下面の導
波モードに与える影響は小さいとして、無視してよい。
すなわち、基板である層の厚みを無限大として電界分布
計算をすればよい。以上の手順により、本実施の形態に
おけるＩｎＧａＮ下部ガイド層、ＩｎＧａＮ上部ガイド
層の膜厚・組成がｎeq≧ｎGaNとなるように選定するこ
とができる。In each layer constituting the laser structure, the absorption coefficient is small and can be neglected except for a layer made of a semiconductor and a metal made of a composition having a smaller energy gap than the well layer. The thickness of the layer serving as the substrate is usually 50 μm or more, and the thickness of the lower guide layer to the upper guide layer (normally 0.4 μm) which is the core portion of the LD waveguide structure.
m or less), the effect on the waveguide mode on the lower surface of the substrate is small and can be ignored.
That is, the electric field distribution calculation may be performed by setting the thickness of the layer serving as the substrate to infinity. Through the above procedure, the thickness and composition of the InGaN lower guide layer and the InGaN upper guide layer in the present embodiment can be selected so that n eq ≧ n GaN .
【００３６】以上の手順により、結果として、およそ、 ０．０６≦ｄ１＋ｄ２、０．０１≦ｙ１、０．０１≦ｙ
２ の範囲内に上記条件を満たす場合が存在することがわか
る。つまり、 ０．０６≦ｄ１＋ｄ２≦０．１の場合には０．０６≦ｙ
１、０．０６≦ｙ２ ０．１＜ｄ１＋ｄ２≦０．１５の場合には、０．０４≦
ｙ１、０．０４≦ｙ２ ０．１５＜ｄ１＋ｄ２≦０．２の場合には、０．０３≦
ｙ１、０．０３≦ｙ２ ０．２＜ｄ１＋ｄ２≦０．３の場合には、０．０１５≦
ｙ１、０．０１５≦ｙ２ ０．３＜ｄ１＋ｄ２の場合には、０．０１≦ｙ１、０．
０１≦ｙ２である。According to the above procedure, as a result, approximately 0.06 ≦ d1 + d2, 0.01 ≦ y1, 0.01 ≦ y
It can be seen that there are cases where the above condition is satisfied within the range of 2. That is, if 0.06 ≦ d1 + d2 ≦ 0.1, 0.06 ≦ y
1, 0.06 ≦ y2 When 0.1 <d1 + d2 ≦ 0.15, 0.04 ≦
When y1, 0.04 ≦ y2 0.15 <d1 + d2 ≦ 0.2, 0.03 ≦
When y1, 0.03 ≦ y2 0.2 <d1 + d2 ≦ 0.3, 0.015 ≦
When y1, 0.015 ≦ y2 0.3 <d1 + d2, 0.01 ≦ y1, 0.
01 ≦ y2.
【００３７】ここで、下部ガイド層とは、ＡｌＧａＮ下
部クラッド層と、活性層とに挟まれた、Ａｌを構成元素
として含まない層のことであり、必ずしも一層の構成で
ある必要はない。２、３、４、５層等の複数の組成の異
なるＩｎＧａＮ薄膜あるいはＧａＮ薄膜の積層構造やさ
らに多数の薄膜からなる超格子積層構造であってもよ
く、この場合、各薄膜の膜厚で加重平均した組成を下部
ガイド層のＩｎ組成ｙ１とすればよい。また、上部ガイ
ド層とは、ＡｌＧａＮ上部クラッド層と、活性層とに挟
まれた、Ａｌを構成元素として含まない層のことであ
り、必ずしも一層の構成である必要はない。２、３、
４、５層等の複数の組成の異なるＩｎＧａＮ薄膜あるい
はＧａＮ薄膜の積層構造やさらに多数の薄膜からなる超
格子積層構造であってもよく、この場合、各薄膜の膜厚
で加重平均した組成を上部ガイド層のＩｎ組成ｙ２とす
ればよい。Here, the lower guide layer is a layer sandwiched between the lower cladding layer of AlGaN and the active layer and not containing Al as a constituent element, and does not necessarily have to have a single layer structure. A stacked structure of a plurality of InGaN thin films or GaN thin films having different compositions, such as two, three, four, and five layers, or a superlattice stacked structure including a larger number of thin films may be used. The average composition may be set as the In composition y1 of the lower guide layer. In addition, the upper guide layer is a layer sandwiched between the AlGaN upper cladding layer and the active layer, which does not contain Al as a constituent element, and does not necessarily have to have a single-layer structure. 2, 3,
A stacked structure of InGaN thin films or GaN thin films having different compositions, such as four or five layers, or a superlattice stacked structure composed of a large number of thin films may be used. What is necessary is just to set it as In composition y2 of an upper guide layer.
【００３８】次に、上述の条件を満たすように、層構造
を限定する理由について述べる。Next, the reason why the layer structure is limited so as to satisfy the above conditions will be described.
【００３９】実施の形態１の半導体レーザ素子のよう
に、ガイド層にＧａＮを用いた半導体レーザ素子では、
ｐ−ＧａＮコンタクト層の膜厚を厚くすると、半導体レ
ーザ積層構造に垂直な方向のＦＦＰにリップルが生じや
すくなる傾向が見られた。図７における１００２、１０
０３はこのようなリップルが顕著に生じた例であり、こ
のときのｐ−ＧａＮコンタクト層厚は、０．４μｍであ
る。＋２０°付近にサブピークが生じているほか、多数
のリップルが見られる。このようなリップルは必ずしも
現れるわけではなく、１００１のように１０％以下と良
好な結果の場合もあるが、素子によっては顕著である。
このようにガイド層にＧａＮを用いた半導体レーザ素子
では、垂直方向のＦＦＰにリップルが生じることがあ
り、最悪の場合、１００３のように単峰のパターンが得
られないこともある。In the semiconductor laser device using GaN for the guide layer as in the semiconductor laser device of the first embodiment,
When the thickness of the p-GaN contact layer was increased, ripples tended to occur in the FFP in the direction perpendicular to the semiconductor laser stacked structure. 1002, 10 in FIG.
03 is an example in which such ripples are remarkably generated, and the thickness of the p-GaN contact layer at this time is 0.4 μm. In addition to the occurrence of a subpeak near + 20 °, many ripples are observed. Such a ripple does not always appear. In some cases, such as 1001, a good result of 10% or less is obtained, but it is remarkable depending on the element.
As described above, in the semiconductor laser device using GaN for the guide layer, ripples may occur in the FFP in the vertical direction, and in the worst case, a single-peak pattern such as 1003 may not be obtained.
【００４０】ＴＥモードで発振する半導体レーザ素子に
おいて、角度Θにおける垂直ＦＦＰ強度は、導波モード
の垂直方向χの電界分布Ｅ［χ］の、係数を（２π／
λ）ｓｉｎΘ（λは発光波長）としたフーリエ変換であ
るから、電界分布に、周期Λの振動成分が強くあれば、 （２π／Λ）＝（２π／λ）ｓｉｎΘ （１） を満たすΘの方向に、サブピークが生じることになる。
この振動成分を持つ電界の分布が大きい、すなわち、電
界強度が強い、もしくは、広い範囲にわたって存在する
ほど、リップルが顕著になることになる。In a semiconductor laser device that oscillates in the TE mode, the vertical FFP intensity at the angle を is calculated by setting the coefficient of the electric field distribution E [χ] in the vertical direction の of the waveguide mode to (2π /
λ) sin Θ (where λ is the emission wavelength), so that if the electric field distribution has a strong vibration component with a period Λ, then (2π / Λ) = (2π / λ) sin Θ (1) In the direction, a sub-peak will occur.
The larger the distribution of the electric field having this vibration component, that is, the stronger the electric field intensity or the electric field intensity exists over a wider range, the more remarkable the ripple becomes.
【００４１】図６に示す窒化物半導体レーザ素子構造に
おいて、ＧａＮコンタクト層の屈折率ｎGaNは２．５
４、スラブ導波路における導波理論から導波モードの等
価屈折率ｎeqが、２．５１と見積もられ、よって、ｎ
GaN＞ｎeqの関係があるから、ＧａＮ層中で電界Ｅ
［χ］は周期Λで振動している。数式で示すと、次のよ
うになる。In the nitride semiconductor laser device structure shown in FIG. 6, the refractive index n GaN of the GaN contact layer is 2.5
4. From the waveguide theory in the slab waveguide, the equivalent refractive index n eq of the guided mode is estimated to be 2.51;
Since there is a relationship of GaN > neq , the electric field E in the GaN layer
[Χ] is oscillating at the cycle Λ. The following is a mathematical expression.
【００４２】 Ｅ（χ）〜ｅｘｐ［±ｊ（２π／Λ）χ］ （２） Λ ＝ λ／（ｎGaN 2−ｎeq 2）0.5 （３） 〜１μｍ この電界の振動成分により生じるリップル位置は、上式
より約２３°であり、図７におけるサブピーク位置とほ
ぼ一致する。また、ｐ−ＧａＮコンタクト層厚を厚くす
るとが増大する結果は、この層への電界の分布を大きく
して垂直方向ＦＦＰを悪化させていることを示している
と考えられる。以上の考察および検討事実から、特に±
２０°付近に顕著に生じることの多いリップルの原因
を、クラッド層の外側に存在するＧａＮ層（ｐコンタク
ト層、ＧａＮ基板等）における電界の振動であると推測
した。E (χ) to exp [± j (2π / Λ) χ] (2) ＝= λ / (n GaN 2 −n eq 2 ) 0.5 (3) to 1 μm Ripple position generated by the vibration component of this electric field Is approximately 23 ° from the above equation, which substantially coincides with the sub-peak position in FIG. Also, the result of increasing the thickness of the p-GaN contact layer is considered to indicate that the distribution of the electric field to this layer is increased to deteriorate the vertical FFP. From the above discussion and facts, especially ±
It was assumed that the cause of the ripple that often occurs remarkably around 20 ° was the vibration of the electric field in the GaN layer (p-contact layer, GaN substrate, etc.) existing outside the cladding layer.
【００４３】ＧａＮ層における電界の振動が原因で生じ
るＦＦＰのリップルを根本的に生じなくさせるために
は、上述の考察から、ＧａＮ層において電界が振動成分
を持たないようにすればよく、これは、（２）式におけ
るｅｘｐ関数の引数を実数とすること、すなわち、ｎ
GaN≦ｎeqとすればよい。この場合には、ＧａＮ層にお
ける電界Ｅ［χ］がχ方向に減衰することになる。な
お、ここでの議論では、ＧａＮ層および実効屈折率の虚
数成分は実数成分に比較して十分小さいので、無視して
いる。ｎeqの値をこのような条件を満たすように変更で
きるかどうか、本発明者らが種々検討した結果、ガイド
層を上述のような特定の組成・膜厚のＩｎＧａＮとすれ
ば、達成できることを見い出した。In order to fundamentally eliminate the ripple of the FFP caused by the vibration of the electric field in the GaN layer, from the above consideration, it is sufficient that the electric field does not have a vibration component in the GaN layer. , (2), the argument of the exp function is a real number, that is, n
It is sufficient that GaN ≦ n eq . In this case, the electric field E [χ] in the GaN layer is attenuated in the χ direction. In the discussion here, the imaginary components of the GaN layer and the effective refractive index are ignored because they are sufficiently smaller than the real components. The present inventors have conducted various studies as to whether the value of n eq can be changed so as to satisfy such a condition. I found it.
【００４４】本実施の形態の半導体レーザ素子は、本条
件を満たす範囲で作製したところ、単峰で、かつ、図７
に現われていたようなリップルは問題にならない程度
（１０％以下）まで抑制された垂直方向ＦＦＰが常に得
られ、良好な光学特性が実現できた。The semiconductor laser device according to the present embodiment was manufactured within a range satisfying the above conditions, and was found to be monomodal and to have the structure shown in FIG.
As described above, the vertical FFP in which the ripple as described in (1) was suppressed (to 10% or less) was always obtained, and good optical characteristics were realized.
【００４５】本実施の形態においても、実施の形態１と
同様に、良好な劈開が可能であり、水平方向のＦＦＰの
良好な素子が実施の形態１の記載と同様に、ｐコンタク
ト層の層厚に応じて歩留まりよく得られた。その結果、
垂直方向、水平方向とも、図１２に示すようななめらか
で単峰のＦＦＰが得られた。Also in this embodiment, as in the first embodiment, good cleavage can be performed, and an element having a good horizontal FFP can be formed in a layer of the p-contact layer as in the first embodiment. Good yield was obtained according to the thickness. as a result,
In both the vertical and horizontal directions, a smooth and single-peak FFP as shown in FIG. 12 was obtained.
【００４６】〔実施の形態３〕本実施の形態は、図６に
該略図を示す半導体レーザ素子の各層の膜厚・組成を次
のものとしたものである。ｎ−ＧａＮ基板４０１（膜厚
１００μｍ）、ｎ−ＧａＮ中間層４０２（膜厚３μ
ｍ）、ｎ−Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（Ｘ１＝０．１）下部クラ
ッド層４０３（膜厚０．８μｍ）、ｎ−Ｉｎy1Ｇａ1-y1
Ｎ（ｙ１＝０．０３５）下部ガイド層４０４（膜厚０．
１μｍ）、ＩｎwＧａ1-wＮ（ｗ＝０．１７程度）井戸層
（膜厚２ｎｍ）とＩｎvＧａ1-vＮ（ｖ＝０．０５）障壁
層（膜厚４ｎｍ）との交互多層構造（障壁層／井戸層
／．．．／井戸層／障壁層）からなる５重の量子井戸活
性層４０５（発光波長４１０ｎｍ、総膜厚３４ｎｍ）、
ＡｌzＧａ1-zＮ（ｚ＝０．２）キャップ層４０６（膜厚
１８ｎｍ）、ｐ−Ｉｎy2Ｇａ1-y 2Ｎ（ｙ２＝０．０３
５）上部ガイド層４０７（膜厚０．１μｍ）、ｐ−Ａｌ
x2Ｇａ1-x2Ｎ（ｘ２＝０．１）上部クラッド層４０８
（膜厚０．５μｍ）、ｐ−ＧａＮコンタクト層４０９
（膜厚０．３μｍ）、ｐ−ＧａＮコンタクト層４０９の
上面には、金属電極（例えば、Ｐｄ／Ａｕ，Ｎｉ／Ｐｄ
／Ａｕ，Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ，Ｐｄ／Ｔｉ／Ａｕ等）４１
０が形成されており、また、ｎ−ＧａＮ基板の裏面には
金属電極（例えば、Ｔｉ／Ａｌ，Ｚｒ／Ａｌ，Ｈｆ／Ａ
ｌなど）４１１が形成されている。[Embodiment 3] In this embodiment, the thickness and composition of each layer of the semiconductor laser device whose schematic diagram is shown in FIG. 6 are as follows. n-GaN substrate 401 (thickness: 100 μm), n-GaN intermediate layer 402 (thickness: 3 μm)
m), n-Al x1 Ga 1-x1 N (X1 = 0.1) lower cladding layer 403 (thickness 0.8 μm), n-In y1 Ga 1-y1
N (y1 = 0.035) lower guide layer 404 (thickness 0.
1 μm), alternating between In w Ga 1 -w N (w = 0.17) well layer (2 nm thick) and In v Ga 1 -v N (v = 0.05) barrier layer (4 nm thick) A quintuple quantum well active layer 405 (emission wavelength: 410 nm, total thickness: 34 nm) having a multilayer structure (barrier layer / well layer /.../ well layer / barrier layer);
Al z Ga 1 -zN (z = 0.2) cap layer 406 (18 nm thick), p-In y2 Ga 1 -y 2 N (y2 = 0.03)
5) Upper guide layer 407 (0.1 μm thickness), p-Al
x2Ga1 -x2N (x2 = 0.1) upper cladding layer 408
(Thickness: 0.5 μm), p-GaN contact layer 409
(Thickness: 0.3 μm), a metal electrode (for example, Pd / Au, Ni / Pd) is formed on the upper surface of the p-GaN contact layer 409.
/ Au, Pd / Pt / Au, Pd / Ti / Au, etc.) 41
0 is formed, and a metal electrode (for example, Ti / Al, Zr / Al, Hf / A) is formed on the back surface of the n-GaN substrate.
1 etc.) 411 are formed.
【００４７】本実施の形態の半導体レーザ素子の構成に
おいて、ＦＦＰを測定したところ、水平方向、垂直方向
ともなめらかな単峰のプロファイルが得られ、良好な放
射特性が得られることが判明した。なお、室温における
発振閾値は３８ｍＡであり、８０℃においても連続発振
動作が確認できた。本実施の形態の半導体レーザ素子の
発振モードの等価屈折率を上記手法により見積もったと
ころ、ｎeq＝２．５４７であり、ＧａＮ層の屈折率ｎ
GaN＝２．５４０よりも大きかった。これにより、ｎ−
ＧａＮ基板４０１、ｎ−ＧａＮ中間層４０２、ｐ−Ｇａ
Ｎコンタクト層４０９等でのＧａＮ層内での電界の振動
成分が無くなり、よって、良好な放射特性が得られたも
のと考えられる。When the FFP was measured in the configuration of the semiconductor laser device of the present embodiment, it was found that a smooth single-peak profile was obtained in both the horizontal and vertical directions, and good radiation characteristics were obtained. The oscillation threshold at room temperature was 38 mA, and a continuous oscillation operation was confirmed even at 80 ° C. When the equivalent refractive index of the oscillation mode of the semiconductor laser device of the present embodiment was estimated by the above method, n eq = 2.547, and the refractive index n of the GaN layer was n eq = 2.547.
GaN was greater than 2.540. Thus, n-
GaN substrate 401, n-GaN intermediate layer 402, p-Ga
It is considered that the vibration component of the electric field in the GaN layer in the N contact layer 409 and the like disappeared, and thus good radiation characteristics were obtained.
【００４８】次に、本実施の形態の半導体レーザ素子の
構造から、Ｉｎy1Ｇａ1-y1Ｎ下部ガイド層およびＩｎy2
Ｇａ1-y2Ｎ上部ガイド層のＩｎ組成ｙ１およびｙ２と、
それらの膜厚ｄ１［μｍ］，ｄ２［μｍ］を種々変更し
て、等価屈折率の値を計算したものを図８に示す。図中
のドットが計算された点であり、曲線はそれらをなめら
かに結ぶ線である。ここで、簡単のために、ｙ１＝ｙ
２，ｄ１＝ｄ２とした。図示されるガイド層厚は、各ガ
イド層の厚さ（ｄ１＝ｄ２）である。本図によれば、ガ
イド層のＩｎ組成が０すなわち、ガイド層がＧａＮから
なる場合には、ガイド層厚を０．０２５〜０．１５と変
えても、等価屈折率の値はＧａＮの屈折率２．５４を超
えない。ガイド層のＩｎ組成を０から０．０９へと変化
させる、あるいは、ガイド層厚を増加させるほど、等価
屈折率は増大し、ガイド層厚が０．１５μｍの場合に
は、Ｉｎ組成０．０１６程度以上、ガイド層厚が０．１
μｍの場合には、Ｉｎ組成０．０２８程度以上、ガイド
層厚が０．０５μｍの場合には、Ｉｎ組成０．０５７程
度以上で等価屈折率の値はＧａＮの屈折率２．５４を超
える。ガイド層厚が０．０２５μｍの場合にはいずれの
Ｉｎ組成でも、等価屈折率の値がＧａＮの屈折率２．５
４を超えることがなかった。上述のように、ここで、下
部ガイド層とは、ＡｌＧａＮ下部クラッド層と、活性層
とに挟まれた、Ａｌを構成元素として含まない層のこと
であり、必ずしも一層の構成である必要はない。２、
３、４、５層等の複数の組成の異なるＩｎＧａＮ薄膜あ
るいはＧａＮ薄膜の積層構造やさらに多数の薄膜からな
る超格子積層構造であってもよく、この場合、各薄膜の
膜厚で加重平均した組成を下部ガイド層のＩｎ組成ｙ１
とすればよい。Next, based on the structure of the semiconductor laser device of this embodiment, the lower guide layer of In y1 Ga 1-y1 N and In y2
In composition y1 and y2 of the Ga 1-y2 N upper guide layer,
FIG. 8 shows calculated values of the equivalent refractive index by variously changing the film thicknesses d1 [μm] and d2 [μm]. The dots in the figure are the calculated points, and the curve is a line that connects them smoothly. Here, for simplicity, y1 = y
2, d1 = d2. The illustrated guide layer thickness is the thickness of each guide layer (d1 = d2). According to the figure, when the In composition of the guide layer is 0, that is, when the guide layer is made of GaN, the value of the equivalent refractive index is the refractive index of GaN even if the thickness of the guide layer is changed from 0.025 to 0.15. The rate does not exceed 2.54. As the In composition of the guide layer is changed from 0 to 0.09 or the guide layer thickness is increased, the equivalent refractive index is increased. When the guide layer thickness is 0.15 μm, the In composition is 0.016 μm. Guide layer thickness 0.1
In the case of μm, the In composition is about 0.028 or more, and when the thickness of the guide layer is 0.05 μm, the In composition is about 0.057 or more, and the equivalent refractive index exceeds the refractive index of GaN of 2.54. When the thickness of the guide layer is 0.025 μm, the value of the equivalent refractive index is 2.5 for GaN, regardless of the In composition.
It did not exceed 4. As described above, the lower guide layer here is a layer that does not contain Al as a constituent element and is sandwiched between the AlGaN lower cladding layer and the active layer, and does not necessarily have to have a single-layer structure. . 2,
A stacked structure of a plurality of InGaN thin films or GaN thin films having different compositions, such as three, four, and five layers, or a superlattice stacked structure composed of a larger number of thin films may be used. The composition is the In composition y1 of the lower guide layer.
And it is sufficient.
【００４９】この事情は、実施の形態４ないし８におい
ても同じである。また、上部ガイド層とは、ＡｌＧａＮ
上部クラッド層と、活性層とに挟まれた、Ａｌを構成元
素として含まない層のことであり、必ずしも一層の構成
である必要はない。２、３、４、５層等の複数の組成の
異なるＩｎＧａＮ薄膜あるいはＧａＮ薄膜の積層構造や
さらに多数の薄膜からなる超格子積層構造であってもよ
く、この場合、各薄膜の膜厚で加重平均した組成を上部
ガイド層のＩｎ組成ｙ２とすればよい。この事情は、実
施の形態４ないし９においても同じである。This situation is the same in the fourth to eighth embodiments. Also, the upper guide layer is AlGaN
It is a layer that does not contain Al as a constituent element and is sandwiched between the upper cladding layer and the active layer, and does not necessarily have to have a single-layer structure. A stacked structure of a plurality of InGaN thin films or GaN thin films having different compositions, such as two, three, four, and five layers, or a superlattice stacked structure including a larger number of thin films may be used. The average composition may be set as the In composition y2 of the upper guide layer. This situation is the same in the fourth to ninth embodiments.
【００５０】図９は、各ガイド層厚（ｄ１＝ｄ２）に対
して、等価屈折率の値がＧａＮの屈折率を超える時のガ
イドＩｎ組成（ｙ１＝ｙ２）を示すための図である。図
中Ａで示した曲線がそれである。曲線Ａは、ｙ１＝０．
００３／ｄ１−０．００３で近似できる。曲線Ａより上
の領域、すなわち、ｙ１≧０．００３／ｄ１−０．００
３の範囲で、等価屈折率の値がＧａＮの屈折率を超える
ことになり、基板等のＧａＮ層に起因するリップルが無
く、良好な光学特性を得ることができる。図８および図
９での計算結果は、簡単のために上下のＩｎＧａＮガイ
ド層を対称すなわち、ｄ１＝ｄ２，ｙ１＝ｙ２とした
が、これが非対称であってもよく、この場合、上下ガイ
ド層の平均厚さ、すなわち（ｄ１＋ｄ２）／２＝ｄを、
ガイド層厚と考えれば、図８および図９の関係はそのま
まほぼ同じであり、また、上下ガイド層の組成の加重平
均、すなわち（ｙ１・ｄ１＋ｙ２・ｄ２）／（ｄ１＋ｄ
２）＝ｙをガイドＩｎ組成として考えれば、図８および
図９の関係はそのままほぼ同じになる。ただし、実用的
には非対称をあまり大きくすると、活性層への光閉じ込
めに悪影響を及ぼすので、そうならない範囲におのずか
ら限定される。実用的には、−０．０５≦ｙ１−ｙ２≦
０．０５が必要であり、特に好ましくは、−０．０３≦
ｙ１−ｙ２≦０．０３であるべきである。また、実用的
には、０．３３≦ｄ１／ｄ２≦３が必要であり、特に好
ましくは、０．５６≦ｄ１／ｄ２≦１．８である。FIG. 9 is a diagram showing the guide In composition (y1 = y2) when the value of the equivalent refractive index exceeds the refractive index of GaN for each guide layer thickness (d1 = d2). The curve indicated by A in FIG. Curve A shows that y1 = 0.
003 / d1-0.003. The area above the curve A, ie, y1 ≧ 0.003 / d1−0.00
In the range of 3, the value of the equivalent refractive index exceeds the refractive index of GaN, and there is no ripple due to a GaN layer such as a substrate, and good optical characteristics can be obtained. 8 and 9, the upper and lower InGaN guide layers are symmetrical for simplicity, that is, d1 = d2, y1 = y2, but may be asymmetrical. The average thickness, ie, (d1 + d2) / 2 = d,
Considering the thickness of the guide layer, the relationship between FIG. 8 and FIG. 9 is almost the same, and the weighted average of the composition of the upper and lower guide layers, that is, (y1 · d1 + y2 · d2) / (d1 + d)
2) If y is considered as the guide In composition, the relationship between FIG. 8 and FIG. 9 becomes almost the same. However, in practice, if the asymmetry is too large, it will adversely affect the light confinement in the active layer, so that it is naturally limited to a range where this is not the case. Practically, -0.05 ≦ y1-y2 ≦
0.05 is required, and particularly preferably, -0.03 ≦
y1−y2 ≦ 0.03. Further, practically, 0.33 ≦ d1 / d2 ≦ 3 is required, and particularly preferably, 0.56 ≦ d1 / d2 ≦ 1.8.
【００５１】さらに、曲線Ａで示される条件を満たす種
々の構造の半導体レーザ素子を作製してみたところ、曲
線Ａで示される条件に近い領域、例えば、ｄ＝０．１
［μｍ］かつ、ｙ＝０．０３の場合や、ｄ＝０．０７
［μｍ］かつ、ｙ＝０．０４５の場合等には、必ずしも
完全にＦＦＰのリップルが防止されるわけではなく、同
一ウェハー内でも、垂直方向ＦＦＰの０°付近（正面付
近）に微妙なリップルが生じてしまう素子が現われるこ
とがあった。これは、ＩｎＧａＮの結晶成長では、相分
離すなわち、結晶中の微小な組成揺らぎが生じてしまい
やすく、そのような領域において、曲線Ａで示される条
件を逸脱してしまう場合があり、これが、悪影響を及ぼ
しているものと推察される。実験的にこのような問題が
生じない境界を求めたところ、ｙ≧０．００３／ｄ＋
０．００２で表わされる範囲であれば良いことが判明
し、この境界を曲線Ａ’として図示した。Further, when semiconductor laser devices having various structures satisfying the condition shown by the curve A were manufactured, a region close to the condition shown by the curve A, for example, d = 0.1
[Μm] and y = 0.03 or d = 0.07
[Μm] and y = 0.045, etc., the ripple of the FFP is not necessarily completely prevented. Even in the same wafer, a slight ripple near 0 ° of the vertical FFP (near the front). In some cases, an element in which the phenomenon occurs occurs. This is because, in the crystal growth of InGaN, phase separation, that is, minute composition fluctuation in the crystal is likely to occur, and in such a region, the condition shown by the curve A may be deviated. It is presumed that it is exerting. When a boundary where such a problem does not occur is obtained experimentally, y ≧ 0.003 / d +
It has been found that a range represented by 0.002 is sufficient, and this boundary is shown as a curve A '.
【００５２】良好な光学特性を得るための、ガイド層の
組成ｙ、膜厚ｄは、図９の曲線Ａ、好ましくは、曲線
Ａ’より上の領域に限定されるが、次のような要請か
ら、ガイド層の好ましい範囲はさらに制限される。この
点に関して記載の重複を避けるために、以降の実施の形
態４ないし７での記載は省略されるが、以下と同じ範囲
で、好ましい範囲が適用されるものである。まず、組成
に関して、井戸層にキャリアを良好に閉じ込める必要か
ら、ｙ１≦ｗ−０．０８、ｙ２≦ｗ−０．０８でなけれ
ばならないことが、実験的に判明した。（図中に直線Ｂ
で境界線を示した。）この範囲を逸脱して、ガイド層の
Ｉｎ組成が大きくなり、井戸層のＩｎ組成に近づくと、
キャリアの閉じ込めが十分でなくなり、発振動作が見ら
れなくなるか、閾値が非常に高くなってしまった。さら
に、好ましくは、ｙ１≦ｗ−０．１，ｙ２≦ｗ−０．１
である必要があり、これにより、高温でも閾値の上昇が
抑制され、５０℃で１０００時間以上の寿命が確保され
るようになった。（図中に直線Ｂ’で境界線を示し
た）。またさらには、ガイド層のＩｎ組成を障壁層のＩ
ｎ組成よりも小さくすること、すなわち、ｙ１＜ｖ、ｙ
２＜ｖであることが最も好ましかった。これにより、井
戸層へのキャリアの閉じこめが良好なものとなったと考
えられ、この範囲に限定することで７０℃で１０００時
間以上の寿命が確保されるようになった。The composition y and the thickness d of the guide layer for obtaining good optical characteristics are limited to the region above the curve A, preferably the curve A 'in FIG. Therefore, the preferable range of the guide layer is further limited. To avoid repetition of the description in this regard, the description in the following Embodiments 4 to 7 is omitted, but a preferable range is applied within the same range as described below. First, it has been experimentally found that the composition must satisfy y1 ≦ w−0.08 and y2 ≦ w−0.08 in order to well confine carriers in the well layer. (Line B in the figure
Indicates the borderline. Deviating from this range, the In composition of the guide layer increases and approaches the In composition of the well layer,
Either the carrier confinement was insufficient and no oscillation operation was observed, or the threshold value became extremely high. Further preferably, y1 ≦ w−0.1, y2 ≦ w−0.1
Therefore, the rise of the threshold value is suppressed even at a high temperature, and a life of 1000 hours or more at 50 ° C. is secured. (The boundary line is indicated by a straight line B 'in the figure). Furthermore, the In composition of the guide layer is changed to the I composition of the barrier layer.
smaller than n composition, that is, y1 <v, y
Most preferably, 2 <v. Thus, it is considered that the confinement of the carriers in the well layer was improved, and by limiting to this range, a life of 1000 hours or more at 70 ° C. was secured.
【００５３】次に、大きいＩｎ組成のガイド層を厚く形
成すると、半導体レーザ素子の雑音特性および寿命特性
に関して問題が生じることが判明した。これは、結晶成
長により生じた組成揺らぎにより、活性層の組成自体が
変調されることと、ガイド層自体の組成揺らぎが、活性
層へのキャリア注入の空間的揺らぎを生じ、そのため、
雑音特性および寿命特性に悪影響を及ぼすものと推測し
ている。これにより、ガイド層の厚みに関しても、好ま
しい範囲が限定される。この点に関して記載の重複を避
けるために、以降の実施の形態４ないし７では記載は省
略されるが、ここに記載するものと同じ範囲で、好まし
い範囲が制限されるものである。Ｉｎ組成が０．０１以
上の結晶の場合、ｙ≦０．１６−０．６ｄの範囲であれ
ば、良好なＩｎＧａＮ膜の形成が可能であり、戻り光量
が０．００１〜１０％の範囲で、相対雑音強度が−１２
５ｄＢ／Ｈｚ以下の低雑音発振動作が可能であり、この
範囲で室温で１００００時間以上の寿命が確保されるよ
うになった。（図中に直線Ｃで境界線を示した）より好
ましくは、ｙ≦０．１３−０．０６ｄの範囲であればよ
く、これにより、戻り光量が０．００１〜１０％の範囲
で、相対雑音強度が−１３０ｄＢ／Ｈｚ以下の低雑音発
振動作が可能であり、低雑音発振動作が可能で、かつ、
４０℃で１００００時間以上の寿命が確保されるように
なった。（図９中に直線Ｃ’で境界線を示した） さらに、ロット歩留まり良く特性の良好なレーザ素子を
得る観点からは、ガイド層厚ｄはｙ１≧０．０２，ｙ２
≧０．０２の結晶に対して、０．１２μｍであることが
良く、これを超えた場合、Ｉｎ金属の堆積に起因して結
晶成長後のウェハーが黒っぽく見えることが時々生じ、
このようなウェハーから作製された半導体レーザ素子は
特性が非常に悪いものしか得られないことがあったが
（必ず生じてしまうものではない）、ｄ≦０．１２の範
囲に限定することで、このような問題が防止された。以
上、ここで説明した最も好ましい範囲（ｙ≧０．００３
／ｄ−０．００３、ｙ１≦ｗ−０．１、ｙ２≦ｗ−０．
１、ｙ１＜ｖ、ｙ２＜ｖ、ｄ≦０．１２）を図９中に斜
線で示した。Next, it has been found that when the guide layer having a large In composition is formed thick, problems occur with respect to noise characteristics and life characteristics of the semiconductor laser device. This is because the composition fluctuation of the active layer is modulated by the composition fluctuation caused by the crystal growth, and the composition fluctuation of the guide layer itself causes a spatial fluctuation of carrier injection into the active layer.
It is presumed that it adversely affects noise characteristics and life characteristics. This limits the preferable range of the thickness of the guide layer. In order to avoid duplication of the description in this regard, the description is omitted in the following Embodiments 4 to 7, but the preferred range is limited to the same range as described here. In the case of a crystal having an In composition of 0.01 or more, a favorable InGaN film can be formed in a range of y ≦ 0.16-0.6d, and a return light amount is in a range of 0.001 to 10%. , The relative noise intensity is -12
A low noise oscillation operation of 5 dB / Hz or less is possible, and a life of 10,000 hours or more at room temperature is secured in this range. (The boundary line is indicated by a straight line C in the drawing). More preferably, y should be within a range of 0.13 to 0.06 d. A low-noise oscillation operation with a noise intensity of -130 dB / Hz or less is possible, a low-noise oscillation operation is possible, and
A life of 10,000 hours or more at 40 ° C. has been secured. (The boundary line is indicated by a straight line C ′ in FIG. 9) Further, from the viewpoint of obtaining a laser device with good lot yield and good characteristics, the guide layer thickness d is y1 ≧ 0.02, y2
For crystals of ≧ 0.02, it is preferably 0.12 μm, above which the wafer after crystal growth sometimes looks dark due to the deposition of In metal,
Although a semiconductor laser device manufactured from such a wafer may only obtain a device having very poor characteristics (it does not always occur), by limiting the range to d ≦ 0.12, Such a problem was prevented. As described above, the most preferable range described here (y ≧ 0.003)
/D-0.003, y1≤w-0.1, y2≤w-0.
1, y1 <v, y2 <v, d ≦ 0.12) are indicated by oblique lines in FIG.
【００５４】さらに、活性層の組成を調整して、発光波
長を３６０〜４８０ｎｍ（２０℃）の範囲としても、上
述の関係式は変わらなかった。Further, even when the composition of the active layer was adjusted so that the emission wavelength was in the range of 360 to 480 nm (20 ° C.), the above relational expression did not change.
【００５５】本実施の形態においても、実施の形態１と
同様に、良好な劈開が可能であり、水平方向のＦＦＰの
良好な素子が実施の形態１の記載と同様に、ｐコンタク
ト層の層厚に応じて歩留まりよく得られた。その結果、
垂直方向、水平方向とも、図１２に示すようななめらか
で単峰のＦＦＰが得られた。Also in this embodiment, as in the first embodiment, good cleavage can be performed, and an element having a good horizontal FFP can be formed as a p-contact layer in the same manner as in the first embodiment. Good yield was obtained according to the thickness. as a result,
In both the vertical and horizontal directions, a smooth and single-peak FFP as shown in FIG. 12 was obtained.
【００５６】〔実施の形態４〕本実施の形態は、実施の
形態３における半導体レーザ素子の活性層４０５の構成
を変更した他は実施の形態３と同じである。本実施の形
態における半導体レーザ素子の活性層の構成は、Ｉｎw
Ｇａ1-wＮ（ｗ＝０．１７程度）井戸層（膜厚２ｎ
ｍ）、ＩｎvＧａ1-vＮ（ｖ＝０．０５）障壁層（膜厚４
ｎｍ）との交互多層構造（障壁層／井戸層／障壁層／井
戸層／障壁層）からなる２重量子井戸活性層（発光波長
４１０ｎｍ、総膜厚１６ｎｍ）である。[Fourth Embodiment] The present embodiment is the same as the third embodiment except that the configuration of the active layer 405 of the semiconductor laser device in the third embodiment is changed. The configuration of the active layer of the semiconductor laser device according to the present embodiment is In w
Ga 1-w N (w = 0.17) well layer (film thickness 2n)
m), In v Ga 1 -v N (v = 0.05) barrier layer (film thickness 4
nm) and a double quantum well active layer (emission wavelength: 410 nm, total thickness: 16 nm) having an alternate multilayer structure (barrier layer / well layer / barrier layer / well layer / barrier layer).
【００５７】本実施の形態の半導体レーザ素子の構成に
おいて、垂直方向のＦＦＰを測定したところ、実施の形
態３と同様に単峰でリップルがほとんど見られない（３
％以下）プロファイルが得られ、良好な放射特性が得ら
れることが判明した。なお、本実施の形態の半導体レー
ザ素子において、室温における発振閾値は２５ｍＡであ
り、１１０℃においても連続発振動作が確認できた。従
来の技術のようにガイド層にＧａＮを用いた他は、本実
施の形態と同じ構造の半導体レーザ素子を作製したとこ
ろ、図７の１００３と同様の、リップルのある垂直方向
ＦＦＰ特性であった。このように、本実施の形態によれ
ば、光学特性の改善された半導体レーザ素子を得ること
ができた。When the FFP in the vertical direction was measured in the configuration of the semiconductor laser device of the present embodiment, almost no single-peak ripple was observed as in the third embodiment (3).
% Or less) profile and good radiation characteristics were found to be obtained. In addition, in the semiconductor laser device of the present embodiment, the oscillation threshold value at room temperature was 25 mA, and a continuous oscillation operation was confirmed even at 110 ° C. A semiconductor laser device having the same structure as that of the present embodiment except that GaN was used for the guide layer as in the prior art was manufactured, and the vertical FFP characteristic with ripple was similar to 1003 in FIG. . As described above, according to the present embodiment, a semiconductor laser device having improved optical characteristics can be obtained.
【００５８】本実施の形態の半導体レーザ素子の発振モ
ードの等価屈折率を上記手法により見積もったところ、
ｎeq＝２．５４３であり、ＧａＮ層の屈折率ｎGaN＝
２．５４０よりも大きかった。これにより、ｎ−ＧａＮ
基板４０１、ｎ−ＧａＮ中間層４０２、ｐ−ＧａＮコン
タクト層４０９等での電界の振動成分が無くなり、よっ
て、良好な放射特性が得られたものと考えられる。When the equivalent refractive index of the oscillation mode of the semiconductor laser device of the present embodiment was estimated by the above method,
n eq = 2.543, and the refractive index of the GaN layer n GaN =
It was larger than 2.540. Thereby, n-GaN
It is considered that the vibration component of the electric field in the substrate 401, the n-GaN intermediate layer 402, the p-GaN contact layer 409, and the like disappeared, and thus good radiation characteristics were obtained.
【００５９】さらに、本実施の形態における活性層の構
成を、ＩｎwＧａ1-wＮ（ｗ＝０．１７程度）井戸層（膜
厚２ｎｍ）とＩｎvＧａ1-vＮ（ｖ＝０．０５）障壁層
（膜厚４ｎｍ）との交互多層構造（障壁層／井戸層
／．．．／井戸層／障壁層）からなる３重量子井戸活性
層（発光波長４１０ｎｍ、総膜厚２２ｎｍ）としたとこ
ろ、図１２に示したものと同様に単峰で、リップルがほ
とんど見られないＦＦＰプロファイルが得られ、良好な
放射特性となることが判明した。なお、この半導体レー
ザ素子において、室温における発振閾値は４０ｍＡであ
り、１００℃においても連続発振動作が確認できた。こ
の半導体レーザ素子の発振モードの等価屈折率を上記手
法により見積もったところ、ｎeq＝２．５４５であり、
ＧａＮ層の屈折率ｎGaN＝２．５４０よりも大きかっ
た。これにより、ｎ−ＧａＮ基板４０１、ｎ−ＧａＮ中
間層４０２，ｐ−ＧａＮコンタクト層４０９等での電界
の振動成分が無くなり、よって、良好な放射特性が得ら
れたものと考えられる。Further, the configuration of the active layer according to the present embodiment includes an In w Ga 1 -w N (w = 0.17) well layer (2 nm thick) and an In v Ga 1 -v N (v = 0). .05) Triple quantum well active layer (emission wavelength: 410 nm, total film thickness: 22 nm) having an alternate multilayer structure (barrier layer / well layer /.../ well layer / barrier layer) with a barrier layer (film thickness: 4 nm) As a result, it was found that an FFP profile having a single peak and substantially no ripple was obtained as in the case shown in FIG. 12, and favorable radiation characteristics were obtained. In addition, in this semiconductor laser device, the oscillation threshold value at room temperature was 40 mA, and continuous oscillation operation was confirmed even at 100 ° C. When the equivalent refractive index of the oscillation mode of this semiconductor laser device was estimated by the above method, n eq = 2.545, and
The refractive index of the GaN layer was larger than n GaN = 2.540. As a result, it is considered that the vibration component of the electric field in the n-GaN substrate 401, the n-GaN intermediate layer 402, the p-GaN contact layer 409, and the like disappeared, and thus good radiation characteristics were obtained.
【００６０】次に、本実施の形態の半導体レーザ素子の
構造から、活性層の構造を、その総膜厚を種々変更し、
各活性層膜厚に対して、等価屈折率の値がＧａＮの屈折
率を超えるときのガイド層Ｉｎ組成ｙを計算し、示した
のが図１０である。図によれば、活性層の膜厚が５から
５０ｎｍの範囲で、等価屈折率の値がＧａＮの屈折率を
超えるようにするためのガイド層の条件は実施の形態３
（活性層膜厚３４ｎｍ）で説明したものとほとんど変わ
らない（Ｉｎ組成±０．００５以内）ことがわかる。厳
密には、活性層膜厚が薄いほどＩｎ組成ｙを大きく設定
する必要があるが、活性層膜厚１０ｎｍの場合でも実施
の形態３に示した条件にＩｎ組成を＋０．００５大きく
する必要があるだけであり、また、活性層膜厚が厚いほ
どＩｎ組成が小さくてもよいが、活性層膜厚５０ｎｍの
場合でも実施の形態３に示した条件からＩｎ組成が０．
００５程度小さくてもよいだけであり、実用上組成をこ
のレベルまで厳密にコントロールすることも難しいた
め、実施の形態３に示した条件を活性層膜厚１０〜５０
ｎｍの範囲で適用してよい。より厳密には、活性層膜厚
が、５〜６０ｎｍのとき、図９の曲線Ａで示される条件
に活性層膜厚Ｗａ［μｍ］による補正を加えて、ｙ≧
０．００３／ｄ−０．００３＋（０．００７−０．２２
×Ｗａ）とすればよいことが、図１０より示される。ま
た、実施の形態３に記述したのと同じ理由により、好ま
しい範囲が、図９の曲線Ａ’で示される条件に活性層膜
厚Ｗａ［μｍ］による補正を加えて、ｙ≧０．００３／
ｄ＋０．００３＋（０．００７−０．２２×Ｗａ）とす
ればよいことが、図１０より示される。Next, from the structure of the semiconductor laser device of the present embodiment, the structure of the active layer is changed variously in the total film thickness.
FIG. 10 shows calculated values of the guide layer In composition y when the equivalent refractive index value exceeds the refractive index of GaN for each active layer film thickness. According to the figure, when the thickness of the active layer is in the range of 5 to 50 nm, the condition of the guide layer to make the value of the equivalent refractive index exceed the refractive index of GaN is the third embodiment.
It can be seen that there is almost no difference from the one described in (active layer thickness 34 nm) (In composition ± 0.005 or less). Strictly speaking, the thinner the active layer thickness, the larger the In composition y needs to be set. However, even when the active layer thickness is 10 nm, it is necessary to increase the In composition by +0.005 under the conditions described in the third embodiment. The In composition may be smaller as the thickness of the active layer is larger. However, even when the thickness of the active layer is 50 nm, the In composition is lower than the condition described in the third embodiment.
005, and it is practically difficult to strictly control the composition to this level in practice.
It may be applied in the range of nm. More strictly, when the thickness of the active layer is 5 to 60 nm, the condition shown by the curve A in FIG. 9 is corrected by the active layer thickness Wa [μm], and y ≧
0.003 / d-0.003 + (0.007-0.22
× Wa) is shown in FIG. For the same reason as described in the third embodiment, a preferable range is obtained by adding a correction by the active layer film thickness Wa [μm] to the condition shown by the curve A ′ in FIG.
FIG. 10 shows that d + 0.003 + (0.007−0.22 × Wa) is sufficient.
【００６１】なお、本実施の形態のように、活性層が、
＜障壁層／井戸層／．．．／井戸層／障壁層＞の構成か
らなるとき、＜障壁層／井戸層／．．．／障壁層／井戸
層＞の構成からなるとき、＜井戸層／障壁層／．．．／
障壁層／井戸層＞の構成からなるときのいずれの場合に
おいても、それら井戸層・障壁層の膜厚を加えあわせた
ものを活性層膜厚Ｗａとしてよく、いずれの場合におい
ても、本実施の形態に示した関係式は保たれるものであ
る。As in this embodiment, the active layer is
<Barrier layer / well layer /. . . / Well layer / barrier layer>, <barrier layer / well layer /. . . / Barrier layer / well layer>, <well layer / barrier layer /. . . /
In any case where the barrier layer / well layer> configuration is used, the sum of the thicknesses of the well layer and the barrier layer may be used as the active layer film thickness Wa. The relational expressions shown in the form are maintained.
【００６２】さらに、活性層の組成を調整して、発光波
長を３６０〜４８０ｎｍ（２０℃）の範囲としても、上
述の関係式は変わらなかった。Further, even when the composition of the active layer was adjusted so that the emission wavelength was in the range of 360 to 480 nm (20 ° C.), the above relational expression did not change.
【００６３】本実施の形態においても、実施の形態１と
同様に、良好な劈開が可能であり、水平方向のＦＦＰの
良好な素子が実施の形態１の記載と同様に、ｐコンタク
ト層の層厚に応じて歩留まりよく得られた。その結果、
垂直方向、水平方向とも、図１２に示すようななめらか
で単峰のＦＦＰが得られた。Also in the present embodiment, as in the first embodiment, good cleavage can be performed, and an element having a good horizontal FFP can be formed as a p-contact layer in the same manner as in the first embodiment. Good yield was obtained according to the thickness. as a result,
In both the vertical and horizontal directions, a smooth and single-peak FFP as shown in FIG. 12 was obtained.
【００６４】〔実施の形態５〕本実施の形態は、実施の
形態３における半導体レーザ素子の上下のクラッド層の
組成および活性層４０５の構成を変更した他は実施の形
態３と同じである。本実施の形態における半導体レーザ
素子の活性層の構成は、ＩｎwＧａ1-wＮ（ｗ＝０．１７
程度）井戸層（膜厚２ｎｍ）、ＩｎvＧａ1-vＮ（ｖ＝
０．０５）障壁層（膜厚４ｎｍ）との交互多層構造（障
壁層／井戸層／．．．／井戸層／障壁層）からなる３重
量子井戸活性層（発光波長４１０ｎｍ、総膜厚２２ｎ
ｍ）である。本実施の形態における半導体レーザ素子の
それぞれのクラッド層の構成は、ｎ−Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ
（Ｘ１＝０．１３）下部クラッド層（膜厚０．８μ
ｍ）、ｐ−Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ（ｘ２＝０．１３）上部ク
ラッド層（膜厚０．５μｍ）である。Fifth Embodiment This embodiment is the same as the third embodiment except that the composition of the upper and lower cladding layers of the semiconductor laser device and the configuration of the active layer 405 in the third embodiment are changed. The configuration of the active layer of the semiconductor laser device according to the present embodiment is In w Ga 1 -w N (w = 0.17).
About) a well layer (film thickness 2 nm), In v Ga 1 -v N (v =
0.05) Triple quantum well active layer (emission wavelength: 410 nm, total thickness: 22 n) having an alternate multilayer structure (barrier layer / well layer /.../ well layer / barrier layer) with a barrier layer (film thickness: 4 nm)
m). The configuration of each cladding layer of the semiconductor laser device in the present embodiment is n-Al x1 Ga 1-x1 N
(X1 = 0.13) Lower clad layer (0.8 μm thick)
m), p-Al x2 Ga 1-x2 N (x2 = 0.13) upper cladding layer (film thickness 0.5 μm).
【００６５】本実施の形態の半導体レーザ素子の構成に
おいて、垂直方向ＦＦＰを測定したところ、実施の形態
３と同様に単峰でリップルがほとんど見られない（３％
以下）プロファイルが得られ、良好な放射特性が得られ
ることが判明した。なお、本実施の形態の半導体レーザ
素子において、室温における発振閾値は２５ｍＡであ
り、１１０℃においても連続発振動作が確認できた。従
来の技術のようにガイド層にＧａＮを用いた他は、本実
施の形態と同じ構造の半導体レーザ素子を作製したとこ
ろ、図７の１００１と同様の、リップルのある垂直方向
ＦＦＰ特性であった。このように、本実施の形態によれ
ば、光学特性の改善された半導体レーザ素子を得ること
ができた。In the configuration of the semiconductor laser device of the present embodiment, when the vertical FFP was measured, almost no ripple was observed in a single peak as in the third embodiment (3%).
The following) profile was obtained, and it was found that good radiation characteristics were obtained. In addition, in the semiconductor laser device of the present embodiment, the oscillation threshold value at room temperature was 25 mA, and a continuous oscillation operation was confirmed even at 110 ° C. A semiconductor laser device having the same structure as that of the present embodiment except that GaN was used for the guide layer as in the prior art was manufactured, and the same vertical FFP characteristic with ripple as 1001 in FIG. 7 was obtained. . As described above, according to the present embodiment, a semiconductor laser device having improved optical characteristics can be obtained.
【００６６】本実施の形態の半導体レーザ素子の発振モ
ードの等価屈折率を上記手法により見積もったところ、
ｎeq＝２．５４８であり、ＧａＮ層の屈折率ｎGaN＝
２．５４０よりも大きかった。これにより、ｎ−ＧａＮ
基板４０１、ｎ−ＧａＮ中間層４０２、ｐ−ＧａＮコン
タクト層等での電界の振動成分が無くなり、よって、良
好な放射特性が得られたものと考えられる。When the equivalent refractive index of the oscillation mode of the semiconductor laser device of the present embodiment was estimated by the above method,
n eq = 2.548 and the refractive index of the GaN layer n GaN =
It was larger than 2.540. Thereby, n-GaN
It is considered that the vibration component of the electric field in the substrate 401, the n-GaN intermediate layer 402, the p-GaN contact layer, and the like disappeared, and thus good radiation characteristics were obtained.
【００６７】さらに、本実施の形態における上下のクラ
ッド層の構成を、それぞれ、ｎ−Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（Ｘ
１＝０．０７）下部クラッド層（膜厚０．８μｍ）、ｐ
−Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ（ｘ２＝０．０７）上部クラッド層
（膜厚０．５μｍ）としたところ、実施の形態３と同様
に単峰で、リップルがほとんど見られない（５％以下）
垂直方向ＦＦＰプロファイルが得られ、良好な放射特性
となることが判明した。なお、この半導体レーザ素子に
おいて、室温における発振閾値は７０ｍＡであった。こ
の半導体レーザ素子の発振モードの等価屈折率を上記手
法により見積もったところ、ｎeq＝２．５４２であり、
ＧａＮ層の屈折率ｎGaN＝２．５４０よりも大きかっ
た。これにより、ｎ−ＧａＮ基板４０１、ｎ−ＧａＮ中
間層４０２、ｐ−ＧａＮコンタクト層等での電界の振動
成分が無くなり、よって、良好な放射特性が得られたも
のと考えられる。Further, the structure of the upper and lower cladding layers in the present embodiment was changed to n-Al x1 Ga 1-x1 N (X
1 = 0.07) lower cladding layer (film thickness 0.8 μm), p
When the upper clad layer (film thickness: 0.5 μm) was made of Al x2 Ga 1-x2 N (x2 = 0.07), it was unimodal and almost no ripple was observed (5% or less) as in the third embodiment. )
It was found that a vertical FFP profile was obtained and good radiation characteristics were obtained. In this semiconductor laser device, the lasing threshold at room temperature was 70 mA. When the equivalent refractive index of the oscillation mode of this semiconductor laser device was estimated by the above method, n eq = 2.542,
The refractive index of the GaN layer was larger than n GaN = 2.540. Thus, it is considered that the vibration component of the electric field in the n-GaN substrate 401, the n-GaN intermediate layer 402, the p-GaN contact layer, and the like disappeared, and thus good radiation characteristics were obtained.
【００６８】次に、本実施の形態の半導体レーザ素子の
構造から、上下のクラッド層の構成を、その組成を種々
変更して、上下のクラッド層のＡｌ組成に対して、等価
屈折率の値がＧａＮの屈折率を超えるときのガイド層Ｉ
ｎ組成ｙを計算し、示したのが図１１である。ただし、
簡単のためにｘ１＝ｘ２とした。図によれば、クラッド
層のＡｌ組成が０．０５５から０．１４５の範囲で、等
価屈折率の値がＧａＮの屈折率を超えるようにするため
のガイド層の条件はＡｌ組成が０．１の場合（実施の形
態３ならびに４の場合）とほとんど変わらない（Ｉｎ組
成±０．００５以内）ことがわかる。詳細には、クラッ
ド層のＡｌ組成が大きいほどＩｎ組成ｙを大きく設定す
る必要があるが、クラッド層のＡｌ組成０．１４５の場
合でも実施の形態３に示した条件にＩｎ組成を＋０．０
０５大きくする必要があるだけであり、また、クラッド
層のＡｌ組成が小さいほどＩｎ組成が小さくてもよい
が、クラッド層のＡｌ組成０．０５５の場合でも実施の
形態３に示した条件からＩｎ組成が０．００５程度小さ
くてもよいだけであり、実用上組成をこのレベルまで厳
密にコントロールすることも難しいため、実施の形態３
に示した条件をクラッド層組成０．０５５から０．１４
５の範囲で適用してよい。なお、図１１では、上下のク
ラッド層の組成を異なるものとしたが、本発明の適用範
囲はこの場合に限られるものではなく、図１１を参照す
れば明らかなように、クラッド層のＡｌ組成が０．０５
５から０．１４５の範囲で結果はほとんど変わらないも
のであるから、上下のクラッド層の組成をこの範囲内で
任意に変更しても良い。Next, from the structure of the semiconductor laser device of this embodiment, the composition of the upper and lower cladding layers is variously changed, and the value of the equivalent refractive index is changed with respect to the Al composition of the upper and lower cladding layers. Layer I when the refractive index exceeds the refractive index of GaN
FIG. 11 shows the calculated n composition y. However,
X1 = x2 for simplicity. According to the figure, when the Al composition of the cladding layer is in the range of 0.055 to 0.145, the conditions of the guide layer for making the value of the equivalent refractive index exceed the refractive index of GaN are as follows. It can be seen that this is almost the same as the case of (Embodiments 3 and 4) (In composition ± 0.005 or less). Specifically, it is necessary to set the In composition y to be larger as the Al composition of the cladding layer is larger. However, even when the Al composition of the cladding layer is 0.145, the In composition is set to +0.0
05, and the In composition may be smaller as the Al composition of the cladding layer is smaller. However, even when the Al composition of the cladding layer is 0.055, the In composition is reduced from the condition described in the third embodiment. Since the composition may be as small as about 0.005 and it is difficult to strictly control the composition to this level in practice, the third embodiment
The conditions shown in FIG.
5 may be applied. In FIG. 11, the compositions of the upper and lower cladding layers are different. However, the scope of the present invention is not limited to this case. As apparent from FIG. Is 0.05
Since the result hardly changes in the range of 5 to 0.145, the compositions of the upper and lower cladding layers may be arbitrarily changed within this range.
【００６９】また、より厳密には、クラッド層のＡｌ組
成ｘが、０．０５≦ｘ≦０．２のとき、図１１の曲線Ａ
で示される条件にクラッド層のＡｌ組成ｘによる補正を
加えて、ｙ≧０．００３／ｄ−０．００３＋（−０．０
１０＋０．１０ｘ）とすればよいことが、図１１より示
される。また、実施の形態３に記述したのと同じ理由に
より、好ましい範囲が、図９の曲線Ａ’で示される条件
に活性層膜厚Ｗａ［μｍ］による補正を加えて、ｙ≧
０．００３／ｄ＋０．００２＋（−０．０１０＋０．１
０ｘ）とすればよいことが、図１１より示される。これ
らの式において、上下のクラッド層のＡｌ組成が異なる
場合には、その単純平均値（ｘ１＋ｘ２）／２をｘとし
て考えれば良い。More strictly, when the Al composition x of the cladding layer is 0.05 ≦ x ≦ 0.2, the curve A in FIG.
Is corrected by the Al composition x of the cladding layer, and y ≧ 0.003 / d−0.003 + (− 0.0
10 + 0.10x) is shown in FIG. For the same reason as described in the third embodiment, a preferable range is obtained by adding a correction by the active layer film thickness Wa [μm] to the condition shown by the curve A ′ in FIG.
0.003 / d + 0.002 + (− 0.010 + 0.1
0x) is shown in FIG. In these equations, when the Al compositions of the upper and lower cladding layers are different, the simple average value (x1 + x2) / 2 may be considered as x.
【００７０】さらに、ＡｌＧａＮクラッド層の構成を組
成の異なるいくつかの薄層ＡｌＧａＮの交互積層からな
るような、いわゆる超格子クラッド層とした場合、交互
積層膜を構成する薄層の周期が３０ｎｍ以下程度であれ
ば、モードには影響しないので、上記クラッド層の組成
比ｘ１、ｘ２を、その交互積層膜の平均組成としてよ
く、上記の関係式はそのまま適用できる。Furthermore, when the structure of the AlGaN cladding layer is a so-called superlattice cladding layer composed of alternate laminations of several thin AlGaN layers having different compositions, the period of the thin layers constituting the alternate lamination film is 30 nm or less. Since the mode does not affect the mode, the composition ratios x1 and x2 of the cladding layer may be set as the average composition of the alternately stacked films, and the above relational expression can be applied as it is.
【００７１】さらに、クラッド層の厚みを変える検討を
行ったところ、下部クラッド層に関して、膜厚０．６μ
ｍ以上であれば、上述の条件を変更する必要はなかっ
た。また、上部クラッド層に関して、膜厚０．３μｍ以
上であれば、上述の条件を変更する必要はなかった。Further, when the thickness of the cladding layer was changed, the lower cladding layer was found to have a thickness of 0.6 μm.
If m or more, there was no need to change the above conditions. Further, if the thickness of the upper cladding layer is 0.3 μm or more, there is no need to change the above conditions.
【００７２】さらに、活性層の組成を調整して、発光波
長を３６０〜４８０ｎｍ（２０℃）の範囲としても、上
述の関係式は変わらなかった。Further, even when the composition of the active layer was adjusted so that the emission wavelength was in the range of 360 to 480 nm (20 ° C.), the above relational expression did not change.
【００７３】本実施の形態においても、実施の形態１と
同様に、良好な劈開が可能であり、水平方向のＦＦＰの
良好な素子が実施の形態１の記載と同様に、ｐコンタク
ト層の層厚に応じて歩留まりよく得られた。その結果、
垂直方向、水平方向とも、図１２に示すようななめらか
で単峰のＦＦＰが得られた。Also in this embodiment, as in the first embodiment, good cleavage can be performed, and an element having good horizontal FFP can be formed as a p-contact layer in the same manner as in the first embodiment. Good yield was obtained according to the thickness. as a result,
In both the vertical and horizontal directions, a smooth and single-peak FFP as shown in FIG. 12 was obtained.
【００７４】〔実施の形態６〕本半導体レーザ素子は、
実施の形態２の半導体レーザ素子の変形例であり、図１
３に共振器方向断面（導波路部断面）の該略図を示す。
本実施の形態の半導体レーザ素子の各層の膜厚・組成を
次のものとしたものである。ｎ−ＧａＮ基板５０１（膜
厚７０μｍ）の上にｎ−ＧａＮ中間層５０２（膜厚４μ
ｍ）、ｎ−Ｉｎ cＧａ1-cＮ（ｃ＝０．０７）中間層５１
２（膜厚０．０５μｍ）、ｎ−Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（Ｘ１
＝０．１）下部クラッド層５０３（膜厚０．７μｍ）、
ｎ−Ｉｎ y1Ｇａ1-y1Ｎ（ｙ１＝０．０３５）下部ガイド
層５０４（膜厚０．１μｍ）、ＩｎwＧａ1-wＮ（ｗ＝
０．１７程度）井戸層（膜厚２ｎｍ）、ＩｎvＧａ1-vＮ
（ｖ＝０．０５）障壁層（膜厚４ｎｍ）との交互多層構
造（障壁層／井戸層／．．．／井戸層／障壁層）からな
る５重量子井戸活性層５０５（発光波長４１０ｎｍ、総
膜厚３４ｎｍ）、ｐ−ＡｌzＧａ1-zＮ（ｚ＝０．２）キ
ャップ層５０６（膜厚１８ｎｍ）、ｐ−Ｉｎy2Ｇａ1-y2
Ｎ（ｙ２＝０．０３５）上部ガイド層５０７（膜厚０．
１μｍ）、ｐ−Ａｌz1Ｇａ1-z1Ｎ（ｚ＝０．２）キャッ
プ層５１３（膜厚５ｎｍ）、ｐ−Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ（ｘ
２＝０．１）上部クラッド層５０８（膜厚０．５μ
ｍ）、ｐ−ＧａＮコンタクト層５０９（膜厚０．１μ
ｍ）が順次積層形成されている。本実施の形態において
は、下部クラッド層の下にｎ−ＩｎcＧａ1-cＮ中間層５
１２が介装されており、これは、積層構造中にクラック
が導入されることを防止するための役割も果たしてい
る。さらに、本実施の形態においては、上部ガイド層の
上にｐ−Ａｌz1Ｇａ1-z1Ｎ（ｚ＝０．２）キャップ層５
１３が介装されており、これは、レーザ構造の積層形成
中に、Ｉｎを含んで構成されるガイド層の劣化を防止す
るために設けたものである。さらに、ｐ−ＧａＮコンタ
クト層５０９の上面には、金属電極（例えば、Ｐｄ／Ａ
ｕ，Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ，Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ等）５１０が
形成されており、また、ｎ−ＧａＮ基板の裏面には金属
電極（例えば、Ｔｉ／Ａｌ，Ｚｒ／Ａｌ，Ｈｆ／Ａｌな
ど）５１１が形成されている。本実施の形態の半導体レ
ーザ素子において、金属電極５１１はミラー端面にまで
達せず、結果、その長さは共振器長さよりも小さくなっ
ている。これは、ウェハーから劈開によりミラー端面を
形成する際、金属電極が劈開位置で連続していることに
より、劈開が難しくなることを防止するための工夫であ
る。本実施の形態において、ＧａＮ基板側の金属電極５
１１がミラー端面付近において形成されてないが、これ
は、成長層側の金属電極５１０も同じようにミラー端面
付近において形成されないようにしても、同様の効果が
ある。このように、ミラー端面付近において金属電極を
形成しない技術をそれぞれ実施の形態１、２、３、４、
５、７、８の半導体レーザ素子に適用しても同様の効果
があり、好ましかった。[Embodiment 6] The present semiconductor laser device
FIG. 1 shows a modification of the semiconductor laser device of the second embodiment,
3 shows a schematic view of a section in the direction of the resonator (section of the waveguide section).
The thickness and composition of each layer of the semiconductor laser device of this embodiment
It is the following. n-GaN substrate 501 (film
An n-GaN intermediate layer 502 (4 μm thick)
m), n-In cGa1-cN (c = 0.07) intermediate layer 51
2 (thickness 0.05 μm), n-Alx1Ga1-x1N (X1
= 0.1) Lower cladding layer 503 (0.7 μm thick)
n-In y1Ga1-y1N (y1 = 0.035) lower guide
Layer 504 (0.1 μm thickness), InwGa1-wN (w =
0.17) Well layer (2 nm thick), InvGa1-vN
(V = 0.05) Alternating multilayer structure with barrier layer (film thickness 4 nm)
(Barrier layer / well layer /.../ well layer / barrier layer)
5 quantum well active layer 505 (emission wavelength 410 nm, total
34 nm), p-AlzGa1-zN (z = 0.2) key
Cap layer 506 (18 nm thick), p-Iny2Ga1-y2
N (y2 = 0.035) upper guide layer 507 (film thickness of 0.
1 μm), p-Alz1Ga1-z1N (z = 0.2)
Layer 513 (film thickness 5 nm), p-Alx2Ga1-x2N (x
2 = 0.1) Upper cladding layer 508 (0.5 μm in thickness)
m), p-GaN contact layer 509 (0.1 μm thick)
m) are sequentially laminated. In the present embodiment
Is n-In under the lower cladding layer.cGa1-cN intermediate layer 5
12 is interposed, which is a crack in the laminated structure.
Also play a role in preventing the introduction of
You. Furthermore, in the present embodiment, the upper guide layer
P-Al on topz1Ga1-z1N (z = 0.2) cap layer 5
13 is provided, which is used for laminating the laser structure.
In order to prevent deterioration of the guide layer containing In
It is provided for the purpose. Furthermore, the p-GaN contour
A metal electrode (for example, Pd / A
u, Ni / Pd / Au, Pd / Pt / Au) 510
Formed on the back surface of the n-GaN substrate.
Electrodes (for example, Ti / Al, Zr / Al, Hf / Al
Etc.) 511 are formed. The semiconductor laser of the present embodiment
In the laser element, the metal electrode 511 extends to the mirror end face.
Not reach, resulting in a length that is smaller than the cavity length
ing. This is because the mirror end face is cut by cleavage from the wafer.
When forming, make sure that the metal electrode is continuous at the cleavage
More difficult to cleave.
You. In the present embodiment, the metal electrode 5 on the GaN substrate side is used.
11 is not formed near the mirror end face.
In the same way, the metal electrode 510 on the growth layer
The same effect can be obtained even if it is not formed near
is there. Thus, the metal electrode is placed near the mirror end face.
Embodiments 1, 2, 3, 4,
Similar effects can be obtained by applying the present invention to the semiconductor laser devices of Nos. 5, 7, and 8.
There was and was good.
【００７５】本実施の形態の半導体レーザ素子の構成に
おいて、ＦＦＰを測定したところ、図１２のように単峰
のプロファイルが得られ、リップルはほとんど見られず
（１０％以下）、良好な放射特性が得られることが判明
した。なお、室温における発振閾値は５５ｍＡであり、
８０℃においても連続発振動作が確認できた。従来の技
術のようにガイド層にＧａＮを用いた他は、本実施の形
態と同じ構造の半導体レーザ素子を作製したところ、図
７の１００３と同様の、リップルのある垂直方向ＦＦＰ
特性であった。When the FFP was measured in the configuration of the semiconductor laser device of the present embodiment, a monomodal profile was obtained as shown in FIG. Was obtained. The oscillation threshold at room temperature is 55 mA,
A continuous oscillation operation was confirmed even at 80 ° C. A semiconductor laser device having the same structure as that of the present embodiment except that GaN was used for the guide layer as in the prior art was manufactured. As shown in FIG.
Characteristics.
【００７６】本実施の形態の半導体レーザ素子の発振モ
ードの等価屈折率を上記手法により見積もったところ、
ｎeq＝２．５４７であり、このように、ｎ−ＩｎcＧａ
1-cＮ中間層をクラッド層の外部に介装しない実施の形
態３の場合と同じであった。これは、導波モードは、上
下のクラッド層よりも内側の構造によりほぼ決定されて
いるので、等価屈折率の値にはほとんど影響しないため
であり、実施の形態３ないし５に示した等価屈折率の値
がＧａＮの屈折率を超える条件は本実施の形態のように
クラックを防止するための層（ＩｎＧａＮで構成され膜
厚０．１μｍ以下）を導入しても変わらなかった。さら
に、等価屈折率がｐ−Ａｌz1Ｇａ1-z1Ｎ（ｚ＝０．２）
キャップ層５１３を上部ガイド層と上部クラッド層の間
に介装しない実施の形態３の場合と同じであったのは、
ｐ−Ａｌz1Ｇａ1-z1Ｎ（ｚ＝０．２）キャップ層５１３
が５０ｎｍ以下と薄いために、等価屈折率の値にはほと
んど影響しないためであり、実施の形態３ないし５に示
した等価屈折率の値がＧａＮの屈折率を超える条件は本
実施の形態のようにクラックを防止するための層（Ｉｎ
ＧａＮで構成され膜厚０．１μｍ以下）を導入しても変
わらなかったものである。When the equivalent refractive index of the oscillation mode of the semiconductor laser device of the present embodiment was estimated by the above method,
n eq = 2.547, thus n-In c Ga
This is the same as the case of the third embodiment in which the 1-c N intermediate layer is not interposed outside the cladding layer. This is because the waveguide mode is almost determined by the structure inside the upper and lower cladding layers, and therefore has little effect on the value of the equivalent refractive index. The condition that the value of the index exceeds the refractive index of GaN did not change even if a layer (made of InGaN and having a thickness of 0.1 μm or less) for preventing cracks was introduced as in the present embodiment. Further, the equivalent refractive index is p- Alz1Ga1 -z1N (z = 0.2)
The same as in the case of Embodiment 3 in which the cap layer 513 is not interposed between the upper guide layer and the upper clad layer,
p-Al z1 Ga 1 -z 1 N (z = 0.2) cap layer 513
Is as small as 50 nm or less, which has little effect on the value of the equivalent refractive index. The condition that the value of the equivalent refractive index shown in Embodiments 3 to 5 exceeds the refractive index of GaN corresponds to the condition of this embodiment. To prevent cracks (In
Even if a film made of GaN and having a thickness of 0.1 μm or less) was introduced, it did not change.
【００７７】本実施の形態においても、実施の形態１と
同様に、良好な劈開が可能であり、水平方向のＦＦＰの
良好な素子が実施の形態１の記載と同様に、ｐコンタク
ト層の層厚に応じて歩留まりよく得られた。その結果、
垂直方向、水平方向とも、図１２に示すようななめらか
で単峰のＦＦＰが得られた。このように、本実施の形態
によれば、光学特性の優れた半導体レーザ素子を得るこ
とができた。Also in this embodiment, as in the first embodiment, good cleavage can be performed, and an element having a good horizontal FFP can be formed in a layer of the p-contact layer as in the first embodiment. Good yield was obtained according to the thickness. as a result,
In both the vertical and horizontal directions, a smooth and single-peak FFP as shown in FIG. 12 was obtained. As described above, according to the present embodiment, a semiconductor laser device having excellent optical characteristics can be obtained.
【００７８】〔実施の形態７〕本半導体レーザ素子は、
図１３に該略図を示す半導体レーザ素子の各層の膜厚・
組成を次のものとしたものである。ｎ−ＧａＮ基板５０
１（膜厚３０〜３００μｍ）。ｎ−ＧａＮ中間層５０２
（膜厚０〜３０μｍ）、ｎ−ＩｎcＧａ1-cＮ（０．０１
≦ｃ≦０．２）中間層４１２（膜厚０〜０．１μｍ）、
ｎ−Ａｌx1Ｇａ 1-x1Ｎ（０．０５≦ｘ１≦０．２）下部
クラッド層５０３（膜厚０．６〜１０μｍ）、ｎ−Ｉｎ
y1Ｇａ1-y1Ｎ（ｙ１≦ｗ）下部ガイド層５０４（膜厚ｄ
１［μｍ］）、ＩｎwＧａ1-wＮ井戸層，ＩｎvＧａ1-vＮ
（ｖ＜ｗ）障壁層との交互多層構造からなる量子井戸活
性層５０５（発光波長３７０〜４５０ｎｍ、総膜厚Ｗａ
［μｍ］）、ＡｌzＧａ1-zＮ（０≦ｚ１≦０．３）キャ
ップ層５０６（膜厚０〜５０ｎｍ）、ｐ−Ｉｎy2Ｇａ
1-y2Ｎ（ｙ２≦ｗ）上部ガイド層５０７（膜厚ｄ２［μ
ｍ］）、ｐ−Ａｌz1Ｇａ1-z1Ｎ（０≦ｚ１≦０．３）キ
ャップ層５１３（膜厚０〜５０ｎｍ）、ｐ−Ａｌx2Ｇａ
1-x2Ｎ（０．０５≦Ｘ１≦０．２）上部クラッド層５０
８（膜厚０．４〜１０μｍ）、ｐ−ＧａＮコンタクト層
５０９（膜厚０．０７μｍ〜８０μｍ）。ただし、ｄ＝
（ｄ１＋ｄ２）／２、ｙ＝（ｙ１・ｄ１＋ｙ２・ｄ２）
／（ｄ１＋ｄ２）、ｘ＝（ｘ１＋ｘ２）／２、５≦Ｗａ
≦６０、ｙ≧０．００３／ｄ−０．００３＋（０．００
７−０．２２Ｗａ）＋（−０．０１０＋０．１０ｘ）の
関係式を満たす。[Embodiment 7] The present semiconductor laser device is
FIG. 13 is a schematic diagram showing the thickness of each layer of the semiconductor laser device.
The composition was as follows. n-GaN substrate 50
1 (film thickness 30 to 300 μm). n-GaN intermediate layer 502
(Film thickness 0-30 μm), n-IncGa1-cN (0.01
≦ c ≦ 0.2) intermediate layer 412 (film thickness 0 to 0.1 μm),
n-Alx1Ga 1-x1N (0.05 ≦ x1 ≦ 0.2) lower part
Cladding layer 503 (film thickness 0.6 to 10 μm), n-In
y1Ga1-y1N (y1 ≦ w) lower guide layer 504 (film thickness d
1 [μm]), InwGa1-wN well layer, InvGa1-vN
(V <w) Quantum well active having an alternate multilayer structure with a barrier layer
Layer 505 (emission wavelength 370-450 nm, total film thickness Wa)
[Μm]), AlzGa1-zN (0 ≦ z1 ≦ 0.3)
Layer 506 (film thickness 0 to 50 nm), p-Iny2Ga
1-y2N (y2 ≦ w) upper guide layer 507 (film thickness d2 [μ
m]), p-Alz1Ga1-z1N (0 ≦ z1 ≦ 0.3) key
Cap layer 513 (film thickness 0 to 50 nm), p-Alx2Ga
1-x2N (0.05 ≦ X1 ≦ 0.2) upper cladding layer 50
8 (0.4-10 μm thickness), p-GaN contact layer
509 (film thickness 0.07 μm to 80 μm). Where d =
(D1 + d2) / 2, y = (y1 · d1 + y2 · d2)
/ (D1 + d2), x = (x1 + x2) / 2, 5 ≦ Wa
≦ 60, y ≧ 0.003 / d−0.003 + (0.00
7−0.22 Wa) + (− 0.010 + 0.10x)
Satisfy the relational expression.
【００７９】本実施の形態の半導体レーザ素子の構成に
おいて、ＦＦＰを測定したところ、図１２に示したパタ
ーンに類似の単峰のプロファイルが得られ、リップルは
ほとんど見られず、良好な放射特性が得られることが判
明した。When the FFP was measured in the configuration of the semiconductor laser device of the present embodiment, a single-peak profile similar to the pattern shown in FIG. 12 was obtained, almost no ripple was observed, and good radiation characteristics were obtained. It turned out to be obtained.
【００８０】さらに、ガイド層の組成、膜厚の範囲を、
ｙ≧０．００３／ｄ＋０．００２＋（０．００７−０．
２２Ｗａ）＋（−０．０１０＋０．１０ｘ）の関係式を
満たすように限定したところ、実施の形態３に記載した
のと同じ理由により、垂直方向ＦＦＰにおいて、正面
（０°）付近のリップルが生じてしまう素子が現われる
ことが防止され、望ましかった。Further, the composition and thickness range of the guide layer
y ≧ 0.003 / d + 0.002 + (0.007-0.
22W) + (− 0.010 + 0.10x), the ripples near the front (0 °) are generated in the vertical FFP for the same reason as described in the third embodiment. The appearance of an element that would otherwise be prevented was prevented, which was desirable.
【００８１】本実施の形態においても、実施の形態１と
同様に、良好な劈開が可能であり、水平方向のＦＦＰの
良好な素子が実施の形態１の記載と同様に、ｐコンタク
ト層の層厚に応じて歩留まりよく得られた。その結果、
垂直方向、水平方向とも、図１２に示すようななめらか
で単峰のＦＦＰが得られた。このように、本実施の形態
によれば、光学特性の優れた半導体レーザ素子を得るこ
とができた。Also in this embodiment, as in the first embodiment, good cleavage can be performed, and an element having a good horizontal FFP can be formed as a p-contact layer in the same manner as in the first embodiment. Good yield was obtained according to the thickness. as a result,
In both the vertical and horizontal directions, a smooth and single-peak FFP as shown in FIG. 12 was obtained. As described above, according to the present embodiment, a semiconductor laser device having excellent optical characteristics can be obtained.
【００８２】以上の実施の形態２ないし７の中では、上
下のガイド層をＩｎＧａＮとして説明してきたが、本発
明の適用はこれに限られるものではなく、ＧａＮに添加
するとその屈折率の大きくなるようなＩｎ以外の他の元
素、例えば、Ａｓ，Ｐ，Ｔｌ等を添加した材料を添加し
た材料であってもよい。すなわち、ガイド層を、ＧａＮ
Ａｓ，ＧａＮＰ，ＧａＮＰＡｓ，ＩｎＧａＮＡｓ，Ｉｎ
ＧａＮＰ，ＩｎＧａＮＰＡｓ，ＴｌＧａＮ，ＴｌＩｎＧ
ａＮ等としてもよい。特に、ＧａＮＡｓの場合、これま
での実施の形態の中で説明してきたＩｎ組成の６分の１
をＡｓ組成とすることで、変換された組成の範囲で、同
様の効果が得られる。特に、ＧａＮＰの場合、これまで
の実施の形態の中で説明してきたＩｎ組成の４分の１を
Ｐ組成とすることで、変換された組成の範囲で、同様の
効果が得られる。In the second to seventh embodiments, the upper and lower guide layers have been described as being made of InGaN. However, the present invention is not limited to this, and the addition of GaN increases the refractive index. A material to which an element other than In, such as As, P, Tl, or the like, is added may be used. That is, the guide layer is made of GaN
As, GaNP, GaNPAs, InGaNAs, In
GaNP, InGaNPAs, TlGaN, TlInG
aN or the like. In particular, in the case of GaNAs, one sixth of the In composition described in the above embodiments is used.
Is the As composition, the same effect can be obtained in the range of the converted composition. In particular, in the case of GaNP, a similar effect can be obtained within the range of the converted composition by setting a quarter of the In composition described in the above embodiments as the P composition.
【００８３】〔実施の形態８〕図１４は本発明の半導体
レーザ素子を示す断面図である。本半導体レーザ素子
は、ｎ−ＧａＮ基板６０１（膜厚３０〜３００μｍ）上
に、その上に順次、ｎ−ＡｌＧａＩｎＮＰＡｓ６０２
（膜厚０〜３０μｍ）、ｎ−ＡｌＧａＩｎＮＰＡｓ（エ
ネルギーギャップＥａ［ｅＶ］）下部クラッド層６０３
（膜厚０．４〜１０μｍ）、ｎ−ＡｌＧａＩｎＮＰＡｓ
（エネルギーギャップＥ１［ｅＶ］、１２４０／λ＜Ｅ
１≦Ｅａ）下部ガイド層６０４（膜厚ｄ１［μｍ］）、
ＡｌＧａＩｎＮＰＡｓ井戸層、ＡｌＧａＩｎＮＰＡｓ障
壁層との交互多層構造からなる量子井戸活性層６０５
（発光波長λ［ｎｍ］）、ｐ−ＡｌＧａＩｎＮＰＡｓキ
ャップ層６０６（膜厚０〜５０ｎｍ）、ｐ−ＡｌＧａＩ
ｎＮＰＡｓ（エネルギーギャップＥ２［ｅＶ］、１２４
０／λ＜Ｅ２≦Ｅｂ）上部ガイド層６０７（膜厚ｄ２
［μｍ］）、ｐ−ＡｌＧａＩｎＮＰＡｓ（エネルギーギ
ャップＥｂ［ｅＶ］）クラッド層６０８（膜厚０．３〜
１０μｍ）、ｐ−ＧａＮコンタクト層６０９（膜厚０．
１μｍ）の各窒化物系半導体層が形成されている。さら
に、ｐ−ＧａＮコンタクト層６０９の上面には、金属電
極（例えば、Ｐｄ／Ａｕ，Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ，Ｐｄ／Ｐ
ｔ／Ａｕ，Ｐｄ／Ｍｏ／Ａｕ，Ｐｄ／Ｗ／Ａｕ等）６１
０が形成されており、また、ｎ−ＧａＮ基板の裏面には
金属電極（例えば、Ｔｉ／Ａｌ，Ｚｒ／Ａｌ，Ｈｆ／Ａ
ｌなど）６１１が形成されている。ｐクラッド層６０８
の一部およびｐ−ＧａＮコンタクト層６０９は、リッジ
ストライプ形状に形成されており、半導体レーザの横方
向光閉じ込め構造を構成している。また、金属電極６１
０は、リッジストライプ部分のみ半導体層と接し、その
他の部分には、半導体層（ｐクラッド層６０８）とのあ
いだに絶縁膜６１２が介装されているので、電流も、こ
のリッジストライプ部分のみを流れることとなり、電流
狭窄構造も実現されている。活性層の組成は、発光波長
３００〜８００ｎｍとなるように設定すればよい。[Eighth Embodiment] FIG. 14 is a sectional view showing a semiconductor laser device of the present invention. The present semiconductor laser device is formed on an n-GaN substrate 601 (thickness: 30 to 300 μm), and n-AlGaInNPAs 602 thereon.
(Film thickness 0 to 30 μm), n-AlGaInNPAs (energy gap Ea [eV]) lower cladding layer 603
(Film thickness 0.4 to 10 μm), n-AlGaInNPAs
(Energy gap E1 [eV], 1240 / λ <E
1 ≦ Ea) lower guide layer 604 (film thickness d1 [μm]),
A quantum well active layer 605 having an alternate multilayer structure of an AlGaInNPAs well layer and an AlGaInNPAs barrier layer
(Emission wavelength λ [nm]), p-AlGaInNPAs cap layer 606 (film thickness 0 to 50 nm), p-AlGaI
nNPAs (energy gap E2 [eV], 124
0 / λ <E2 ≦ Eb) Upper guide layer 607 (film thickness d2
[Μm]), p-AlGaInNPAs (energy gap Eb [eV]) cladding layer 608 (film thickness 0.3 to 0.3 μm)
10 μm), p-GaN contact layer 609 (thickness: 0.1 μm).
1 μm) are formed. Further, on the upper surface of the p-GaN contact layer 609, metal electrodes (for example, Pd / Au, Ni / Pd / Au, Pd / P
t / Au, Pd / Mo / Au, Pd / W / Au, etc.) 61
0 is formed, and a metal electrode (for example, Ti / Al, Zr / Al, Hf / A) is formed on the back surface of the n-GaN substrate.
1 etc.) 611 are formed. p cladding layer 608
And a p-GaN contact layer 609 are formed in a ridge stripe shape, and constitute a lateral optical confinement structure of the semiconductor laser. In addition, the metal electrode 61
0 indicates that only the ridge stripe portion is in contact with the semiconductor layer, and the other portion is provided with an insulating film 612 between the semiconductor layer (p-cladding layer 608). As a result, the current confinement structure is realized. The composition of the active layer may be set so as to have an emission wavelength of 300 to 800 nm.
【００８４】本実施の形態の作製方法は実施の形態１に
準じる。The manufacturing method of this embodiment is similar to that of Embodiment 1.
【００８５】本実施の形態の半導体レーザ素子において
は、ＧａＮ基板上に設けられた半導体レーザにおいて、
ｐ−ＡｌＧａＩｎＮＰＡｓ上部クラッド層６０８（膜厚
０．３〜１０μｍ）上に設けられた、ｐ−ＧａＮコンタ
クト層６０９の膜厚が０．０７μｍ以上であるので、良
好な劈開が可能となり、従来の技術と比較して、ミラー
端面に凹凸等が発生することに起因したＦＦＰの異常が
防止された。本実施の形態の半導体レーザ素子から、ｐ
−ＧａＮコンタクト層の膜厚を０．０５，０．０７，
０．１，０．１２，０．２，０．３，０．５μｍと、種
々変更した半導体レーザ素子を作製し、各ロットごとに
水平方向ＦＦＰが正常な素子の割合を調査したところ、
図５に示されている実施の形態１と同様の結果が得られ
た。In the semiconductor laser device of the present embodiment, in the semiconductor laser provided on the GaN substrate,
Since the thickness of the p-GaN contact layer 609 provided on the p-AlGaInNPAs upper cladding layer 608 (thickness: 0.3 to 10 μm) is 0.07 μm or more, good cleavage can be achieved, As compared with the above, the abnormality of the FFP caused by the occurrence of irregularities on the mirror end face was prevented. From the semiconductor laser device of the present embodiment, p
The thickness of the GaN contact layer is 0.05, 0.07,
Semiconductor laser devices having variously changed values of 0.1, 0.12, 0.2, 0.3, and 0.5 μm were manufactured, and the proportion of devices having a normal horizontal FFP was investigated for each lot.
The same result as in the first embodiment shown in FIG. 5 was obtained.
【００８６】ＧａＮ基板上に形成された窒化物系半導体
の積層構造を（１０−１０）面に沿って劈開しようとす
る場合、本実施の形態や従来例の窒化物系半導体レーザ
素子のような構造では、積層中に、基板とは組成の異な
る材料で構成された層があり、この層は格子不整合によ
る歪を内在しているために、劈開の際、劈開面上に凹凸
ができやすい傾向があり、完全に平坦な面が得られにく
いものと考えられる。特に凹凸は、劈開の際に加える力
の集中する表面付近で生じやすいので、従来の技術では
図４に示したような結果となったものと考えられる。し
かし、本発明によると、少なくとも導波路部分（ストラ
イプ部分）においては、基板と同一材料であるＧａＮか
らなるコンタクト層を所定の膜厚以上付加して表面を覆
ったので、劈開の際に格子不整合による歪に影響されて
凹凸を生じて分断されることが減少したものである。When the lamination structure of the nitride semiconductor formed on the GaN substrate is to be cleaved along the (10-10) plane, it is difficult to cleave the structure as in the present embodiment or the conventional nitride semiconductor laser device. In the structure, during lamination, there is a layer composed of a material with a different composition from that of the substrate, and this layer has an inherent strain due to lattice mismatch, so that it is easy to form irregularities on the cleavage plane during cleavage It is considered that there is a tendency and it is difficult to obtain a completely flat surface. In particular, since unevenness is likely to occur near the surface where the force applied during cleavage is concentrated, it is considered that the result shown in FIG. However, according to the present invention, at least in the waveguide portion (stripe portion), a contact layer made of GaN, which is the same material as the substrate, is added by a predetermined thickness or more to cover the surface. In this case, the occurrence of unevenness due to the influence of the distortion due to the alignment is reduced.
【００８７】〔実施の形態９〕本実施の形態は実施の形
態８の変形例であり、前記下部クラッド層および前記上
部クラッド層のエネルギーバンドギャップを、 ３．５≦Ｅａ≦３．９かつ３．５≦Ｅｂ≦３．９ の範囲に設定し、前記下部ガイド層および前記上部ガイ
ド層の膜厚と組成を、 Ｅ≦３．４９２−０．０２７４６／（ｄ−０．０３５） ［ただし、 ｄ＝（ｄ１＋ｄ２）／２， Ｅ＝（Ｅ１・ｄ１＋Ｅ２・ｄ２）／（ｄ１＋ｄ２）］ の範囲に設定してなるものである。[Embodiment 9] This embodiment is a modification of the embodiment 8, wherein the energy band gaps of the lower cladding layer and the upper cladding layer are set to 3.5 ≦ Ea ≦ 3.9 and 3 0.5 ≦ Eb ≦ 3.9, and the thicknesses and compositions of the lower guide layer and the upper guide layer are set as follows: E ≦ 3492−0.02746 / (d−0.035) d = (d1 + d2) / 2, E = (E1 · d1 + E2 · d2) / (d1 + d2)].
【００８８】本実施の形態の半導体レーザ素子において
は、実施の形態３ないし５に示したのと同様の理由で、
垂直方向ＦＦＰもなめらかな単峰のプロファイルが得ら
れ、良好な放射特性が得られる。以下にその理由につい
て述べる。図１５は、図９の曲線Ａを、縦軸をガイド層
を構成する窒化物系材料のエネルギーギャップとして描
いたものである。つまり、図１５における曲線Ｄは、等
価屈折率の値がＧａＮの屈折率を超える時のガイド層を
構成する窒化物系材料のエネルギーギャップを示すため
の図であり、曲線Ｄの下側の領域で、基板等のＧａＮ層
に起因するリップルが無く、良好な光学特性を得ること
ができる。実施の形態５で説明したように、図９の関係
は、ＡｌＧａＮクラッド層の組成０．０５〜０．２の範
囲でほぼ保たれ、また、エネルギーギャップが同じ窒化
物系材料同士では、材料の屈折率が同程度になるので、
クラッド層のエネルギーギャップ３．５≦Ｅａ≦３．９
かつ３．５≦Ｅｂ≦３．９を満たす他の窒化物系材料で
あれば、図９すなわち図１５の関係はそのまま保たれる
のである。また、特に、活性層として、実施の形態３に
記載したように、３６０〜４８０ｎｍの発光波長となる
ような窒化物系材料を選択すれば、この関係はそのまま
保たれるものである。すなわち、井戸層として、ＧａＮ
Ａｓ（Ｖ族元素におけるＡｓの割合１〜５％程度）、Ｇ
ａＮＰ（Ｖ族元素におけるＰの割合１〜５％程度）、Ｉ
ｎＧａＮＡｓ（ＩＩＩ族元素におけるＩｎの割合１〜１
０％程度、Ｖ族元素におけるＡｓの割合０．３〜５％程
度）、ＩｎＧａＮＰ（ＩＩＩ族元素におけるＩｎの割合
１〜１０％程度、Ｖ族元素におけるＰの割合０．３〜５
％程度）等を用いることができる。In the semiconductor laser device of the present embodiment, for the same reason as shown in the third to fifth embodiments,
A smooth single-peak profile is also obtained in the vertical FFP, and good radiation characteristics are obtained. The reason is described below. FIG. 15 illustrates the curve A of FIG. 9 with the vertical axis representing the energy gap of the nitride-based material constituting the guide layer. That is, the curve D in FIG. 15 is a diagram showing the energy gap of the nitride-based material constituting the guide layer when the value of the equivalent refractive index exceeds the refractive index of GaN. Thus, there is no ripple due to the GaN layer such as a substrate, and good optical characteristics can be obtained. As described in the fifth embodiment, the relationship in FIG. 9 is substantially maintained in the range of 0.05 to 0.2 in the composition of the AlGaN cladding layer. Since the refractive index is about the same,
Energy gap of cladding layer 3.5 ≦ Ea ≦ 3.9
In addition, if the other nitride-based material satisfies 3.5 ≦ Eb ≦ 3.9, the relationship of FIG. 9, that is, the relationship of FIG. 15 is maintained as it is. In particular, if a nitride-based material having an emission wavelength of 360 to 480 nm is selected as described in the third embodiment, this relationship is maintained. That is, as the well layer, GaN
As (the ratio of As in group V elements is about 1 to 5%), G
aNP (about 1 to 5% of P in group V element), I
nGaNAs (Ratio of In to Group III Element 1-1)
About 0%, about 0.3 to 5% of As in the group V element, InGaNP (about 1 to 10% of In in the group III element, 0.3 to 5% of P in the group V element)
%) Can be used.
【００８９】本実施の形態においても、実施の形態１と
同様に、良好な劈開が可能であり、水平方向のＦＦＰの
良好な素子が実施の形態１の記載と同様に、ｐコンタク
ト層の層厚に応じて歩留まりよく得られた。その結果、
垂直方向、水平方向とも、図１２に示すようななめらか
で単峰のＦＦＰが得られた。このように、本実施の形態
によれば、光学特性の優れた半導体レーザ素子を得るこ
とができた。Also in this embodiment, as in the first embodiment, good cleavage can be performed, and an element having a good horizontal FFP can be formed in a layer of the p-contact layer in the same manner as in the first embodiment. Good yield was obtained according to the thickness. as a result,
In both the vertical and horizontal directions, a smooth and single-peak FFP as shown in FIG. 12 was obtained. As described above, according to the present embodiment, a semiconductor laser device having excellent optical characteristics can be obtained.
【００９０】〔実施の形態１０〕図１６は、本実施の形
態の半導体レーザ装置を示す図である。本実施の形態の
半導体レーザ装置は、基台３１、基台３１上に設置され
た実施の形態１ないし９の半導体レーザ素子３３からな
り、半導体レーザ素子３３は、コンタクト層側を基台
側、基板側を上にして、すなわち、ジャンクションダウ
ンで、ロー材３２によって基台に接着されている。半導
体レーザ素子３３に電力を供給するために接続される電
線等は、図では省略されている。基台３１は、いわゆる
ヒートシンク、ステムであり、ロー材は、Ｐｂ系、Ｉｎ
系、Ｓｎ系、Ａｕ系などの低融点の金属や、導電性ペー
ストからなる接着材料である。半導体レーザ素子がジャ
ンクションダウンでマウントされているので、熱放散が
良く、例えば３０ｍＷ以上の高出力で使用するのに好適
である。本実施の形態の半導体レーザ素子は、コンタク
ト層として膜厚０．０７μｍ以上、好ましくは０．１２
μｍ以上のＧａＮ層が用いられているために、従来の技
術のレーザ素子のように、ｐコンタクト層厚が０．０５
μｍ程度しかないものと比較して、ジャンクションダウ
ンでマウントしても、ロー材が活性層に達することが少
なく、よって、電流リークが防止される。また、上記の
ように、ジャンクションダウンでマウントしても、比較
的厚いＧａＮ層を介して、半導体レーザ素子がマウント
されることになるので、特にｐコンタクト層厚を０．２
μｍ以上とすれば、混晶材料から構成されるクラッド層
や活性層が機械的なダメージから保護され、寿命特性が
悪化することが少ない。[Embodiment 10] FIG. 16 is a diagram showing a semiconductor laser device of the present embodiment. The semiconductor laser device of the present embodiment includes a base 31, a semiconductor laser element 33 according to any one of Embodiments 1 to 9 installed on the base 31, and the semiconductor laser element 33 has a contact layer side as a base side, It is bonded to the base by the brazing material 32 with the substrate side up, that is, at the junction down. Electric wires and the like connected to supply power to the semiconductor laser element 33 are omitted in the figure. The base 31 is a so-called heat sink and a stem.
It is an adhesive material made of a low-melting metal such as a metal, a Sn metal, or an Au metal, or a conductive paste. Since the semiconductor laser device is mounted junction-down, it has good heat dissipation and is suitable for use at high output of, for example, 30 mW or more. In the semiconductor laser device of the present embodiment, the contact layer has a thickness of 0.07 μm or more, preferably 0.12 μm or more.
Since a GaN layer of μm or more is used, the thickness of the p-contact layer is 0.05
Compared to the case of only having a thickness of about μm, even when mounted in a junction-down state, the brazing material is less likely to reach the active layer, thereby preventing current leakage. Further, as described above, even if the semiconductor laser device is mounted with a relatively thick GaN layer even when mounted in a junction-down manner, the thickness of the p-contact layer is particularly reduced to 0.2.
When the thickness is not less than μm, the cladding layer and the active layer made of the mixed crystal material are protected from mechanical damage, and the life characteristics are hardly deteriorated.
【００９１】〔実施の形態１１〕図１７は、本実施の形
態の光学式情報再生装置を示す概念図である。基台２
１、基台２１上に設置された実施の形態１の半導体レー
ザ素子２２、コリメータレンズ２３、ビームスプリッタ
２４、対物レンズ２５、円盤状の光情報記録盤（光ディ
スク）２６、反射光を集光するためのレンズ２７、集光
された光を検出する光検出器２８とからなっている。こ
の光学式情報再生装置において、半導体レーザ素子２２
から出射したレーザ光は、コリメータレンズ２３で平行
光もしくは平行に近い光に変換され、ビームスプリッタ
２４を透過して、対物レンズ２５により光ディスク２６
の情報記録面に集光される。光ディスク２６の情報記録
面には、凹凸もしくは磁気変調もしくは屈折率変調によ
りビット情報が書き込まれている。集光されたレーザ光
は、そこで反射され、対物レンズ２５を通してビームス
プリッタ２４によって分岐され、反射光を集光するため
のレンズ２７によって光検出器２８に集光され、光学的
に検出された信号を電気的信号に変換して記録情報の読
み取りが行われる。[Embodiment 11] FIG. 17 is a conceptual diagram showing an optical information reproducing apparatus according to the present embodiment. Base 2
1. The semiconductor laser element 22, the collimator lens 23, the beam splitter 24, the objective lens 25, the disc-shaped optical information recording board (optical disc) 26, and the reflected light which are installed on the base 21. And a photodetector 28 for detecting the condensed light. In this optical information reproducing apparatus, the semiconductor laser element 22
Laser light emitted from the optical disc 26 is converted into parallel light or nearly parallel light by a collimator lens 23, passes through a beam splitter 24, and is transmitted through an objective lens 25 to an optical disk 26.
Is focused on the information recording surface. On the information recording surface of the optical disk 26, bit information is written by unevenness, magnetic modulation or refractive index modulation. The condensed laser light is reflected there, is branched by the beam splitter 24 through the objective lens 25, is condensed on the photodetector 28 by the lens 27 for condensing the reflected light, and is optically detected. Is converted into an electrical signal to read the recorded information.
【００９２】本実施の形態の光学式情報再生装置におい
ては、ＦＦＰのリップルの抑制された光学的特性の良好
な半導体レーザ素子を用いたので、対物レンズ２５によ
り光ディスク２６の情報記録面に高解像に集光され、そ
の結果、５Ｍ／ｍｍ2もの高密度で記録された光ディス
クから、ビット誤り率１０-6で、書き込まれた情報を読
み出すことができた。一方、実施の形態１に示された従
来の技術を用いた半導体レーザ素子を図１７における半
導体レーザ素子２１に変えて用いたところ、同様の条件
のもとで、ビット誤り率１０-3であり、実用に適さなか
った。このように高密度に記録された光ディスクから、
低誤り率で情報を読み出せたことにより、本実施の形態
の光学式情報再生装置によれば、光ディスク上への高解
像の集光が可能となったことが確認された。In the optical information reproducing apparatus according to the present embodiment, a semiconductor laser device having good optical characteristics with suppressed ripple of FFP is used. As a result, the written information could be read at a bit error rate of 10 -6 from the optical disk on which recording was performed at a high density of 5 M / mm 2 . On the other hand, when the semiconductor laser device using the conventional technique shown in the first embodiment is used in place of the semiconductor laser device 21 in FIG. 17, the bit error rate is 10 −3 under the same conditions. Not suitable for practical use. From the optical disk recorded at high density in this way,
Since the information could be read at a low error rate, it was confirmed that according to the optical information reproducing apparatus of the present embodiment, it was possible to condense a high-resolution image onto an optical disk.
【００９３】さらに、本実施の形態の光学式情報再生装
置における半導体レーザ素子２１を実施の形態２、３、
４、５、６、７、８、９の半導体レーザ装置に置換した
ところ、いずれの場合においても、上述の条件で、ビッ
ト誤り率１０-6〜１０-8が達成され、光ディスク上への
高解像の集光が可能となったことが確認された。Further, the semiconductor laser element 21 in the optical information reproducing apparatus according to the present embodiment is replaced by the semiconductor laser element according to the second, third,
When the semiconductor laser devices were replaced with 4, 5, 6, 7, 8, and 9, the bit error rates of 10 -6 to 10 -8 were achieved under the above-described conditions in any case, and a high optical disk It was confirmed that it was possible to focus the resolution.
【００９４】[0094]
【発明の効果】本発明によれば、窒化物系半導体材料を
用いた半導体レーザ素子において、ＧａＮ基板を用い、
かつ、コンタクト層の構成を所定のものとすることによ
り、単峰でリップルの抑制されたファーフィールドパタ
ーンを実現でき、光学的特性の優れた半導体レーザ素子
を提供できる。本発明によれば、光学式情報再生装置に
おいて、このような半導体レーザ素子を用いることによ
り、高解像で集光できるようになり、高密度に記録され
た光ディスクの読み取りが可能になる。According to the present invention, in a semiconductor laser device using a nitride-based semiconductor material, a GaN substrate is used,
In addition, by setting the configuration of the contact layer to a predetermined one, a far-field pattern with a single peak and suppressed ripple can be realized, and a semiconductor laser device having excellent optical characteristics can be provided. According to the present invention, in an optical information reproducing apparatus, by using such a semiconductor laser element, light can be focused at a high resolution, and reading of an optical disk recorded at high density becomes possible.
【図１】本発明の半導体レーザ素子を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a semiconductor laser device of the present invention.
【図２】本発明の半導体レーザ素子の製造方法を説明す
るための図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor laser device according to the present invention.
【図３】本発明の半導体レーザ素子および従来の半導体
レーザ素子の水平方向ＦＦＰ特性を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing horizontal FFP characteristics of a semiconductor laser device of the present invention and a conventional semiconductor laser device.
【図４】本発明の半導体レーザ素子に対する比較素子を
説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining a comparative device with respect to the semiconductor laser device of the present invention.
【図５】ＦＦＰ良品率を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an FFP non-defective rate.
【図６】本発明の半導体レーザ素子を示す図である。FIG. 6 is a view showing a semiconductor laser device of the present invention.
【図７】従来技術の半導体レーザ素子の垂直方向ＦＦＰ
特性を示す図である。FIG. 7 shows a vertical FFP of a conventional semiconductor laser device.
It is a figure showing a characteristic.
【図８】ガイド層Ｉｎ組成と等価屈折率の関係を示す図
である。FIG. 8 is a diagram showing a relationship between a guide layer In composition and an equivalent refractive index.
【図９】本発明の半導体レーザ素子のガイド層条件を示
す図である。FIG. 9 is a diagram showing guide layer conditions of the semiconductor laser device of the present invention.
【図１０】活性層層厚を変化させたときのガイド層条件
を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing guide layer conditions when the thickness of the active layer is changed.
【図１１】クラッド層Ａｌ組成を変化させたときのガイ
ド層条件を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing guide layer conditions when the cladding layer Al composition is changed.
【図１２】本発明の半導体レーザ素子のＦＦＰ特性を示
す図である。FIG. 12 is a diagram showing FFP characteristics of the semiconductor laser device of the present invention.
【図１３】本発明の半導体レーザ素子を示す図である。FIG. 13 is a view showing a semiconductor laser device of the present invention.
【図１４】本発明の半導体レーザ素子を示す図である。FIG. 14 is a view showing a semiconductor laser device of the present invention.
【図１５】本発明の半導体レーザ素子のガイド層条件を
示す図である。FIG. 15 is a view showing a guide layer condition of the semiconductor laser device of the present invention.
【図１６】本発明の半導体レーザ装置を示す図である。FIG. 16 is a view showing a semiconductor laser device of the present invention.
【図１７】本発明の光学式情報再生装置を示す図であ
る。FIG. 17 is a diagram showing an optical information reproducing apparatus according to the present invention.
【図１８】従来技術の半導体レーザ素子を示す図であ
る。FIG. 18 is a view showing a conventional semiconductor laser device.
１０１…ｎ−ＧａＮ基板 １０２…ｎ−ＧａＮ中間層 １０３…ｎ−Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ下部クラッド層 １０４…ｎ−Ｉｎy1Ｇａ1-y1Ｎ下部ガイド層 １０５…量子井戸活性層 １０６…ＡｌzＧａ1-zＮ（ｚ＝０．２）キャップ層 １０７…ｐ−Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ（ｙ２＝０．０３５）上
部ガイド層 １０８…ｐ−Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ（ｘ２＝０．１）上部ク
ラッド層 １０９…ｐ−ＧａＮコンタクト層 １１０、１１１…電極 ２０１…ウェハー ２０２…スクライブ溝 ４０１…ｎ−ＧａＮ基板 ４０２…ｎ−ＧａＮ中間層 ４０３…ｎ−Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ下部クラッド層 ４０４…ｎ−Ｉｎy1Ｇａ1-y1Ｎ下部ガイド層 ４０５…量子井戸活性層 ４０６…ｐ−ＡｌzＧａ1-zＮキャップ層 ４０７…ｐ−Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ上部ガイド層 ４０８…ｐ−Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ上部クラッド層 ４０９…ｐ−ＧａＮコンタクト層 ４１０、４１１…電極 ４１２…ｎ−ＩｎcＧａ1-cＮ中間層 ４１３…ｐ−Ａｌz1Ｇａ1-z1Ｎキャップ層 ５０１…ｎ−ＧａＮ基板 ５０２…ｎ−ＧａＮ中間層 ５０３…ｎ−Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ下部クラッド層 ５０４…ｎ−Ｉｎy1Ｇａ1-y1Ｎ下部ガイド層 ５０５…量子井戸活性層 ５０６…ｐ−ＡｌzＧａ1-zＮキャップ層 ５０７…ｐ−Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ上部ガイド層 ５０８…ｐ−Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ上部クラッド層 ５０９…ｐ−ＧａＮコンタクト層 ５１０、５１１…電極 ５１２…ｎ−ＩｎcＧａ1-cＮ中間層 ５１３…ｐ−Ａｌz1Ｇａ1-z1Ｎキャップ層 ６０１…ｎ−ＧａＮ基板 ６０２…ｎ−ＡｌＧａＩｎＮＰＡｓ中間層 ６０３…ｎ−ＡｌＧａＩｎＮＰＡｓ下部クラッド層 ６０４…ｎ−ＡｌＧａＩｎＮＰＡｓ下部ガイド層 ６０５…量子井戸活性層 ６０６…ｐ−ＡｌＧａＩｎＮＰＡｓキャップ層 ６０７…ｐ−ＡｌＧａＩｎＮＰＡｓ上部ガイド層 ６０８…ｐ−ＡｌＧａＩｎＮＰＡｓ上部クラッド層 ６０９…ｐ−ＧａＮコンタクト層 ６１０、６１１…電極 ６１２…絶縁膜 ２１…基台 ２２…半導体レーザ ２３…コリメータレンズ ２４…ビームスプリッタ ２５…対物レンズ ２６…光ディスク ２７…レンズ ２８…光検出器 ３１…基台 ３２…ロー材 ３３…半導体レーザ素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... n-GaN substrate 102 ... n-GaN intermediate layer 103 ... n- Alx1Ga1 -x1N lower clad layer 104 ... n- Iny1Ga1 -y1N lower guide layer 105 ... quantum well active layer 106 ... Al z Ga 1 -z N (z = 0.2) cap layer 107... p-In y 2 Ga 1 -y 2 N (y 2 = 0.035) upper guide layer 108... p-Al x2 Ga 1 -x 2 N (x 2 = 0.1) Upper clad layer 109 ... p-GaN contact layer 110, 111 ... electrode 201 ... wafer 202 ... scribed groove 401 ... n-GaN substrate 402 ... n-GaN intermediate layer 403 ... n-Al x1 Ga 1-x1 N lower cladding layer 404 ... n-In y1 Ga 1 -y1 n lower guide layer 405 ... quantum well active layer 406 ... p-Al z Ga 1 -z n cap layer 407 ... p-In y2 Ga 1 -y2 n upper guide layer 408 ... p-Al x2 G a 1-x2 N upper cladding layer 409 ... p-GaN contact layer 410, 411 ... electrode 412 ... n-In c Ga 1 -c N intermediate layer 413 ... p-Al z1 Ga 1 -z1 N cap layer 501 ... n- GaN substrate 502 ... n-GaN intermediate layer 503 ... n-Al x1 Ga 1 -x1 n lower cladding layer 504 ... n-In y1 Ga 1 -y1 n lower guide layer 505 ... quantum well active layer 506 ... p-Al z Ga 1-z N cap layer 507 ... p- Iny2Ga1 -y2N upper guide layer 508 ... p- Alx2Ga1 -x2N upper clad layer 509 ... p-GaN contact layer 510,511 ... electrode 512 ... n- In c Ga 1-c n intermediate layer 513 ... p-Al z1 Ga 1 -z1 n cap layer 601 ... n-GaN substrate 602 ... n-AlGaInNPAs intermediate layer 603 ... n-AlGaInNPAs lower cladding layer 604 ... -AlGaInNPAs lower guide layer 605 ... Quantum well active layer 606 ... p-AlGaInNPAs cap layer 607 ... p-AlGaInNPAs upper guide layer 608 ... p-AlGaInNPAs upper clad layer 609 ... p-GaN contact layer 610, 611 ... electrode 612 ... insulating film DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 ... Base 22 ... Semiconductor laser 23 ... Collimator lens 24 ... Beam splitter 25 ... Objective lens 26 ... Optical disk 27 ... Lens 28 ... Photodetector 31 ... Base 32 ... Row material 33 ... Semiconductor laser element
Claims (10)
た下部クラッド層と、活性層と、上部クラッド層と、Ｇ
ａＮコンタクト層とを備えた半導体レーザ素子であっ
て、前記ＧａＮコンタクト層の膜厚が、０．０７μｍ以
上８０μｍ以下であることを特徴とする半導体レーザ素
子。1. A GaN substrate, a lower cladding layer sequentially stacked on the substrate, an active layer, an upper cladding layer, and a GaN substrate.
A semiconductor laser device comprising an aN contact layer, wherein the GaN contact layer has a thickness of 0.07 μm or more and 80 μm or less.
１２μｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の
半導体レーザ素子。2. The method according to claim 1, wherein said GaN contact layer has a thickness of 0.1.
2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein the thickness is 12 μm or more.
ード等価屈折率ｎeqと、前記ＧａＮコンタクト層の屈折
率ｎGaNとの間に、ｎeq≧ｎGaNの関係が成立することを
特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザ素
子。3. A relation of n eq ≧ n GaN is established between a waveguide mode equivalent refractive index n eq of oscillation light of the semiconductor laser element and a refractive index n GaN of the GaN contact layer. 3. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein:
たＡｌＧａＩｎＮＰＡｓ下部クラッド層（エネルギーバ
ンドギャップＥａ［ｅＶ］）と、ＡｌＧａＩｎＮＰＡｓ
下部ガイド層（膜厚ｄ１［μｍ］，エネルギーバンドギ
ャップＥ１［ｅＶ］）と、ＡｌＧａＩｎＮＰＡｓからな
る活性層（発光波長λ［ｎｍ］）と、ＡｌＧａＩｎＮＰ
Ａｓ上部ガイド層（膜厚ｄ２［μｍ］，エネルギーバン
ドギャップＥ２［ｅＶ］）と、ＡｌＧａＩｎＮＰＡｓ上
部クラッド層（エネルギーバンドギャップＥａ［ｅ
Ｖ］）と、前記ＧａＮコンタクト層とを備えたことを特
徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体レ
ーザ素子。4. A GaN substrate, an AlGaInNPAs lower cladding layer (energy band gap Ea [eV]) sequentially laminated on the substrate, and an AlGaInNPAs
A lower guide layer (film thickness d1 [μm], energy band gap E1 [eV]), an active layer made of AlGaInNPAs (emission wavelength λ [nm]), and AlGaInNP
As upper guide layer (film thickness d2 [μm], energy band gap E2 [eV]) and AlGaInNPAs upper clad layer (energy band gap Ea [e
V]) and the GaN contact layer. 5. The semiconductor laser device according to claim 1, further comprising:
ッド層のエネルギーバンドギャップを、 ３．５≦Ｅａ≦３．９かつ３．５≦Ｅｂ≦３．９ の範囲に設定し、さらに、前記下部ガイド層および前記
上部ガイド層の膜厚とエネルギーバンドギャップを、 Ｅ≦３．４９２−０．０２７４６／（ｄ−０．０３５） かつ、Ｅ１＞１２４０／λ かつ、Ｅ２＞１２４０／λ ［ただし、 ｄ＝（ｄ１＋ｄ２）／２ Ｅ＝（Ｅ１・ｄ１＋Ｅ２・ｄ２）／（ｄ１＋ｄ２）］ の範囲に設定してなることを特徴とする請求項４に記載
の半導体レーザ素子。5. An energy band gap of the lower cladding layer and the upper cladding layer is set in a range of 3.5 ≦ Ea ≦ 3.9 and 3.5 ≦ Eb ≦ 3.9, and further, the lower guide The film thickness and the energy band gap of the layer and the upper guide layer are set as follows: = (D1 + d2) / 2 E = (E1 · d1 + E2 · d2) / (d1 + d2)]. The semiconductor laser device according to claim 4, wherein:
たＡｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（０．０５≦ｘ１≦０．２）下部ク
ラッド層と、Ｉｎy1Ｇａ1-y1Ｎ（０＜ｙ１＜ｗ）下部ガ
イド層（膜厚ｄ１［μｍ］）と、ＩｎwＧａ1-wＮ（０＜
ｗ＜１）井戸層とＩｎvＧａ1-vＮ（０≦ｖ＜ｗ）障壁層
との交互多層構造からなる活性層（膜厚Ｗａ［μｍ］）
と、Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ（０＜ｙ２＜ｗ）上部ガイド層
（膜厚ｄ２［μｍ］）と、Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ（０．０５
≦ｘ２≦０．２）上部クラッド層と、前記ＧａＮコンタ
クト層とを備えたことを特徴とする請求項１ないし３の
いずれかに記載の半導体レーザ素子。6. A GaN substrate, an Al x1 Ga 1-x1 N (0.05 ≦ x1 ≦ 0.2) lower cladding layer sequentially laminated on the GaN substrate, and an In y1 Ga 1-y1 N (0 < y1 <w) a lower guide layer (film thickness d1 [μm]) and In w Ga 1 -w N (0 <
w <1) An active layer (thickness Wa [μm]) having an alternate multilayer structure of a well layer and an In v Ga 1-v N (0 ≦ v <w) barrier layer.
, In y2 Ga 1-y2 N (0 <y2 <w) upper guide layer (thickness d2 [μm]), and Al x2 Ga 1-x2 N (0.05
4. The semiconductor laser device according to claim 1, further comprising: an upper clad layer and the GaN contact layer.
層の膜厚と組成を、０．０６≦ｄ１＋ｄ２≦０．１かつ
０．０６≦ｙ１，０．０６≦ｙ２、もしくは、０．１＜
ｄ１＋ｄ２≦０．１５かつ０．０４≦ｙ１，０．０４≦
ｙ２、もしくは、０．１５＜ｄ１＋ｄ２≦０．２かつ
０．０３≦ｙ１，０．０３≦ｙ２、もしくは、０．２＜
ｄ１＋ｄ２≦０．３かつ０．０１５≦ｙ１，０．０１５
≦ｙ２、もしくは、０．３＜ｄ１＋ｄ２かつ０．０１≦
ｙ１，０．０１≦ｙ２、のいずれかの範囲に設定してな
ることを特徴とする請求項６に記載の半導体レーザ素
子。7. The thickness and composition of the lower guide layer and the upper guide layer are set to 0.06 ≦ d1 + d2 ≦ 0.1 and 0.06 ≦ y1, 0.06 ≦ y2, or 0.1 <
d1 + d2 ≦ 0.15 and 0.04 ≦ y1,0.04 ≦
y2 or 0.15 <d1 + d2 ≦ 0.2 and 0.03 ≦ y1, 0.03 ≦ y2, or 0.2 <
d1 + d2 ≦ 0.3 and 0.015 ≦ y1,0.015
≦ y2, or 0.3 <d1 + d2 and 0.01 ≦
7. The semiconductor laser device according to claim 6, wherein y1 is set in a range of 0.01 ≦ y2.
層の膜厚と組成を、 ｙ≧０．００３／ｄ−０．００３＋（０．００７−０．
２２Ｗａ）＋（−０．０１０＋０．１０ｘ） ［ただし、 ｄ＝（ｄ１＋ｄ２）／２、 ｙ＝（ｙ１・ｄ１＋ｙ２・ｄ２）／（ｄ１＋ｄ２）、 ｘ＝（ｘ１＋ｘ２）／２］ の範囲に設定してなることを特徴とする請求項６に記載
の半導体レーザ素子。8. The film thickness and composition of the lower guide layer and the upper guide layer are represented by y ≧ 0.003 / d−0.003 + (0.007-0.
22Wa) + (− 0.010 + 0.10x) [where d = (d1 + d2) / 2, y = (y1 · d1 + y2 · d2) / (d1 + d2), x = (x1 + x2) / 2] 7. The semiconductor laser device according to claim 6, wherein:
いし８のいずれかに記載の半導体レーザ素子とを備えた
半導体レーザ装置であって、前記半導体レーザ素子が、
ＧａＮコンタクト層側を基台に接着して積載されること
を特徴とする半導体レーザ装置。9. A semiconductor laser device comprising a base and the semiconductor laser device according to claim 1 mounted on the base, wherein the semiconductor laser device comprises:
A semiconductor laser device, wherein the GaN contact layer side is mounted on a base by bonding.
その反射光を検出することにより、該光学情報記録盤に
記録された情報を再生する光学式情報再生装置であっ
て、請求項１ないし８のいずれかに記載の半導体レーザ
素子を光源として用いることを特徴とする光学式情報再
生装置。10. An optical information recording disk is irradiated with a laser beam,
An optical information reproducing apparatus for reproducing information recorded on the optical information recording board by detecting the reflected light, wherein the semiconductor laser device according to claim 1 is used as a light source. An optical information reproducing apparatus characterized by the above-mentioned.
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