JP2002094189A - 窒化物半導体レーザ素子およびそれを用いた光学装置 - Google Patents

窒化物半導体レーザ素子およびそれを用いた光学装置

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茂稔 伊藤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 Ａｓ、ＰおよびＳｂの少なくともいずれかを
含む窒化物半導体を発光層に用いた、低閾値電流値およ
び低雑音の窒化物半導体レーザ素子を提供する。 【解決手段】 窒化物半導体レーザ素子は、基板１００
上に形成された窒化物半導体からなるｎ型層１０２〜１
０５およびｐ型層１０７〜１１０と、ｎ型層１０２〜１
０５とｐ型層１０７〜１１０との間に配置された発光層
１０６とを備える。発光層１０６は、井戸層、または井
戸層と障壁層との組合せからなる。発光層１０６を構成
する層のうち少なくとも井戸層は、Ａｓ、ＰおよびＳｂ
よりなる群から選ばれる一種以上の元素Ｘ、ＮおよびＧ
ａを含む窒化物半導体からなる。元素Ｘ、ＮおよびＧａ
を含む窒化物半導体において、元素Ｘの原子分率はＮの
原子分率より小さい。ｐ型層１０７〜１１０を介して発
光層１０６に電流注入する最大幅は１．０μｍ以上４．
０μｍ以下である。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ発振閾値電
流値が低く、雑音特性に優れた窒化物半導体レーザ素
子、およびそれを用いた光学装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、ＩｎＧａＮ結晶の発光層を有する
窒化物半導体レーザ素子が、ＩＥＩＣＥ ＴＲＡＮＳ．
ＥＬＥＣＴＲＯＮ．，ＶＯＬ．Ｅ８３−Ｃ，ＮＯ．４
ＡＰＲＩＬ２０００，ｐ５２９−５３５に報告されてい
る。
【０００３】また、特開平１０−２７０８０４号公報に
は、発光層がＧａＮＡｓ結晶、ＧａＮＰ結晶またはＧａ
ＮＳｂ結晶で構成された窒化物半導体が開示されてい
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＩｎＧ
ａＮ結晶の発光層を有する従来の窒化物半導体レーザ素
子は、その発光層を構成する半導体材料の電子とホール
の有効質量が非常に大きいため、発振閾値電流値を低減
することに限界があった。
【０００５】他方、特開平１０−２７０８０４号公報に
開示される窒化物半導体レーザは、発光層がＧａＮＡｓ
結晶、ＧａＮＰ結晶またはＧａＮＳｂ結晶で構成されて
いるため、その電子とホールの有効質量を従来のＩｎＧ
ａＮ結晶と比較して小さくすることができると考えられ
る。これは、少ないキャリア密度でレーザ発振のための
反転分布が得られること（レーザ発振閾値電流値の低減
化）を示唆する。しかし、この公報は、幅５μｍおよび
幅２０μｍのメサ構造を有する半導体レーザ装置しか具
体的に開示していない。実際、半導体レーザ構造が有す
る形状や寸法は、発振閾値電流値等のレーザ性能を大き
く左右すると考えられるが、この公報は、そのような形
状や寸法とレーザ性能との関係について何ら着目してい
ない。
【０００６】本発明は、Ａｓ、ＰおよびＳｂの少なくと
もいずれかを含む窒化物半導体を発光層に用いた半導体
レーザについて、その性能を向上させ得る具体的な構造
を明らかにし、低閾値電流値および低雑音の窒化物半導
体レーザ素子を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者は、Ａｓ、Ｐお
よびＳｂの少なくともいずれかを含む窒化物半導体を発
光層に用いた半導体レーザに関し、ｐ型層を介して発光
層に電流注入する最大幅が、閾値電流値の低減に大きく
寄与することを見出した。そして、後に詳述するよう
に、その最大幅が１．０μｍ以上４．０μｍ以下である
とき、より低い閾値電流値が得られること、およびその
最大幅が１．０μｍ以上３．５μｍ以下であるとき自励
発振特性が得られることを見出した。
【０００８】ここで、「ｐ型層を介して発光層に電流注
入する最大幅」とは、半導体レーザの共振器端面から見
たときの電流注入される最大の幅を指す。たとえば、図
７（ａ）に示すようなリッジストライプ構造を有する半
導体レーザの場合、「ｐ型層を介して発光層に電流注入
する最大幅」は、リッジストライプ部分の幅（Ｗ）に相
当する。また、図１に示すようにリッジストライプの断
面が台形状の場合、「ｐ型層を介して発光層に電流注入
する最大幅」は、台形の底辺の幅（最大幅）に相当す
る。さらに図７（ｂ）に示すように、発光層に電流注入
する幅を制限するための電流阻止層が設けられた半導体
レーザの場合、「ｐ型層を介して発光層に電流注入する
最大幅」は、対向する電流阻止層間の最大幅（Ｗ）に相
当する。
【０００９】さらに本発明者は、発光層とｐ型層との界
面から、リッジストライプの底部または電流阻止層まで
の距離も、閾値電流値の低減に寄与することを見出し
た。そして、そのような距離が０〜０．３μｍまたは
０．０１〜０．３μｍであるとき、低い閾値電流値が得
られることを見出した。
【００１０】ここで、リッジ構造を有する半導体レーザ
の場合、発光層とｐ型層との界面からリッジストライプ
の底部までの距離は、図７（ａ）に示すような残し膜厚
（ｄ）に相当する。また、図７（ｂ）に示すような電流
阻止層が設けられた半導体レーザの場合、発光層とｐ型
層の界面から電流阻止層までの厚み（ｄ）が閾値電流値
の低減に寄与し、以下においてそのような厚み（ｄ）も
残し膜厚と呼ぶことにする。
【００１１】かくして本発明により、基板上に形成され
た、窒化物半導体からなるｎ型層およびｐ型層と、ｎ型
層とｐ型層との間に配置された発光層とを備える窒化物
半導体レーザ素子が提供され、該レーザ素子において、
発光層は、井戸層、または井戸層と障壁層との組合せか
らなり、発光層を構成する層のうち少なくとも井戸層
は、Ａｓ、ＰおよびＳｂよりなる群から選ばれる一種以
上の元素Ｘ、ＮおよびＧａを含む窒化物半導体からな
り、元素Ｘ、ＮおよびＧａを含む窒化物半導体におい
て、元素Ｘの原子分率はＮの原子分率より小さく、かつ
ｐ型層を介して発光層に電流注入する最大幅が１．０μ
ｍ以上４．０μｍ以下であることを特徴とする。
【００１２】さらに本発明により、基板上に形成され
た、窒化物半導体からなるｎ型層およびｐ型層と、ｎ型
層とｐ型層との間に配置された発光層とを備える窒化物
半導体レーザ素子が提供され、該レーザ素子において、
発光層は、井戸層、または井戸層と障壁層との組合せか
らなり、発光層を構成する層のうち少なくとも井戸層
は、Ａｓ、ＰおよびＳｂよりなる群から選ばれる一種以
上の元素Ｘ、ＮおよびＧａを含む窒化物半導体からな
り、元素Ｘ、ＮおよびＧａを含む窒化物半導体におい
て、元素Ｘの原子分率はＮの原子分率より小さく、かつ
ｐ型層を介して前記発光層に電流注入する最大幅が１．
０μｍ以上３．５μｍ以下であることを特徴とする。さ
らに該レーザ素子は、自励発振特性を有することを特徴
とする。
【００１３】本発明において、発光層は、１つの井戸層
のみもしくは障壁層／井戸層／障壁層の単一量子井戸構
造を有していてもよいし、複数の井戸層と複数の障壁層
から構成された層であってもよい。
【００１４】本発明によるレーザ素子がリッジ構造を有
する場合、発光層とｐ型層との界面からリッジストライ
プの底部までの距離は０μｍ以上０．３μｍ以下である
ことが好ましい。
【００１５】本発明によるレーザ素子が、発光層に電流
注入する幅を制限するための電流阻止層を有する場合、
発光層とｐ型層との界面から電流阻止層までの距離は
０．０１μｍ以上０．３μｍ以下であることが好まし
い。
【００１６】本発明の好ましい態様において、レーザ素
子を構成する基板は、窒化物半導体結晶からなる基板、
または転位密度が１０7／ｃｍ2以下である窒化物半導体
結晶膜が他の結晶材料上に成長させられた構造を有する
基板である。
【００１７】さらに本発明により、上記窒化物半導体レ
ーザ素子を用いた光学装置が提供される。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明の窒化物半導体レーザは、
Ａｓ、ＰおよびＳｂの少なくともいずれかを含有する窒
化物半導体結晶を発光層とするため、従来のＩｎＧａＮ
結晶を発光層とするそれと比べて、電子とホールの有効
質量を小さくすることができる。これは、窒化物半導体
レーザ素子において、以下の２つの優位性をもたらす。 （第１の優位性）レーザ発振するための反転分布に要す
るキャリア密度を小さくすることができる。 （第２の優位性）発光層中でのキャリアの移動度を大き
くすることができる。
【００１９】第１の優位性は、従来のＩｎＧａＮ結晶と
比較して低発振閾値電流値が可能であることを意味し、
また、半導体レーザの高速変調も可能であることを意味
する。高速変調特性を、窒化物半導体レーザの光ディス
ク読み込み／書き込み装置に応用すれば、レーザの出射
光と戻り光との干渉効果を抑え（低雑音）、光ディスク
の情報読み取りの信頼性が向上する。
【００２０】第２の優位性は、電子とホールが発光再結
合によって消滅しても新たな電子・ホールが拡散によ
り、従来のＩｎＧａＮ結晶と比べて高速に注入されるこ
とを意味する。これは上記と同様、電子とホールの高速
変調による低雑音化を実現し、窒化物半導体レーザの自
励発振特性を大きく改善する。また、発光層の電気抵抗
が低減することにより、素子電圧の低減に繋がる。
【００２１】しかしながら、前述の優位性を窒化物半導
体レーザで実現するためには、電流狭窄注入のためのス
トライプ幅と残し膜厚を適正化しなければならないこと
がわかった。特に、低閾値電流値を実現するためには、
Ａｓ、ＰおよびＳｂの何れかを含有する窒化物半導体発
光層に固有のストライプ幅を設ける必要があると考えら
れた。なぜならば、従来のＩｎＧａＮ結晶と比べて、Ａ
ｓ、ＰおよびＳｂの何れかを含有する窒化物半導体発光
層はキャリアの移動度が大きいため（第２の優位性）、
発光層中での電流広がりが大きくなるからである。この
電流広がりは図８に示すように、ｐ電極を介して注入さ
れた電流領域（図８に示すストライプ幅に相当する）よ
りも広くなる。この電流広がりが電流注入すべき発光層
のＡ領域よりも広くなると（Ｂ領域に浸透すると）キャ
リア密度が稼げなくなり、レーザ発振のための反転分布
に要する電流注入量（閾値電流値）が大きくなってしま
う。従って、閾値電流値が小さくなるように、発光層に
適したストライプ幅を選択しなければ、上記優位性で示
した低閾値電流値を実現することができないことがわか
った。
【００２２】そして、ストライプ幅の適正化を検討した
結果、図９に示すようなストライプ幅とレーザ発振のた
めの閾値電流値との関係が得られた。図９は、ＧａＮ
0.97Ｐ 0.03井戸層／ＧａＮ障壁層の構造を有する発光層
を使用した窒化物半導体レーザ素子の特性を示してい
る。図９をみると、ストライプ幅が１．０μｍ以上４．
０μｍ以下で閾値電流値が低くなっている。一方、スト
ライプ幅が４．０μｍから５．０μｍ、または１．０μ
ｍから０．８μｍになると、これらの閾値電流値が顕著
に増加することがわかる（ただし、残し膜厚（ｄ）≧０
に限る）。このような傾向は、井戸層を構成する窒化物
半導体において元素ＰをＡｓまたはＳｂで置換した場合
にも見られた。かくして、Ａｓ、ＰおよびＳｂの１種以
上を含有する窒化物半導体発光層に適したストライプ幅
は、１．０μｍ以上４．０μｍ以下であることがわかっ
た。
【００２３】図９に示すように、ストライプ幅が１．０
μｍよりも狭くなると閾値電流値が大きくなったのは、
ストライプ幅を狭くし過ぎると、電流注入領域（ストラ
イプ幅に相当する）に比べてストライプ幅の外に漏れ出
る電流量の方が大きくなってしまったためだと考えられ
る（図８参照）。一方、ストライプ幅が４．０μｍより
広くなると、閾値電流密度が減少するため、閾値電流値
が高くなってしまったと考えられる。
【００２４】図９で示したストライプ幅と閾値電流値と
の関係は、図７（ａ）に示すようなリッジストライプ構
造（メサ構造）を有する半導体レーザ素子だけでなく、
図７（ｂ）に示すような電流阻止層を有する窒化物半導
体レーザ素子についても同じであった。
【００２５】また、図９によると、前述のストライプ幅
の適正値（１．０μｍ以上４．０μｍ以下）に加えて、
図１、図７（ａ）および（ｂ）に示すような残し膜厚
（ｄ）を調整することによって、さらに閾値電流値を低
減できることがわかる。この残し膜厚についても低い閾
値電流値をもたらす適正値が存在するのは、以下の理由
からだと考えられる。
【００２６】前述の発光層内での電流広がり（図８）と
同様に、ｐ電極から発光層に到達するまでにｐ型層内で
の電流広がりが存在し得る。このｐ型層内での電流広が
りは、Ａｓ、ＰおよびＳｂのいずれかを含む窒化物半導
体発光層のそれと比べて小さく、閾値電流値に与える影
響も発光層のそれと比べて小さいと考えられる。これ
は、一般に窒化物半導体のｐ型層は高抵抗であり、キャ
リアの移動度が小さいからである。しかしながら、残し
膜厚がある厚み以上になるとｐ型層内での電流広がりが
無視できなくなり得る。これは、図８のＡ領域の発光層
部に効率良く電流を注入できないことを意味し、結果的
に閾値電流値の増加を招いてしまうことに繋がる。一
方、発光層部までリッジストライプを掘り下げた場合
（この場合、図１０では、負の残し膜厚（０μｍより小
さい残し膜厚）として表している）、図１０に示すよう
に、閾値電流値は顕著に増大する。これは、リッジスト
ライプ構造を発光層内部まで形成してしまうため、該発
光層の劣化が激しくなり発光層の利得が大幅に減少し
て、閾値電流値が増大するためだと考えられる。
【００２７】図１０は、図７（ａ）で示す残し膜厚とレ
ーザ発振のための閾値電流値との関係を示している。図
１０は、ＧａＮ0.97Ｐ0.03井戸層／ＧａＮ障壁層の構造
を有する発光層を使用した窒化物半導体レーザ素子の特
性を示している。図１０をみると、残し膜厚が０μｍ以
上０．３μｍ以下で閾値電流値が低くなっていることが
わかる。一方、残し膜厚が０μｍから−０．５μｍ、ま
たは０．３μｍから０．４μｍになると、これらの閾値
電流値は顕著に増加することがわかる。同様の傾向は、
井戸層を構成する窒化物半導体において元素ＰをＡｓま
たはＳｂで置換した場合にも見られた。かくして、リッ
ジ構造を有する半導体レーザ素子の場合、残し膜厚の適
正値は、０μｍ以上０．３μｍ以下であることがわかっ
た。また、上記で述べたように、ストライプ幅（Ｗ）が
１．０μｍ以上４．０μｍ以下であって、かつ、残し膜
厚の適正値（０μｍ以上０．３μｍ以下）を満足すれ
ば、閾値電流値をさらに低減できることが図１０からも
理解できる。
【００２８】図１０で示した残し膜厚と閾値電流値との
関係は、図７（ａ）に示すようなリッジストライプ構造
（メサ構造）を有する半導体レーザ素子だけでなく、図
７（ｂ）に示すような電流阻止層を有する窒化物半導体
レーザ素子ついても同様であった。ただし、電流阻止層
を有する窒化物半導体レーザ素子の残し膜厚（ｄ）は、
０．０１μｍ以上とすべきである。本発明者らによる検
討の結果、電流阻止層を有する窒化物半導体レーザ素子
の場合、前記残し膜厚が０．０１μｍ以上でないと電流
阻止層が機能しなくなることがわかった。従って、電流
阻止層を有する窒化物半導体レーザの場合の残し膜厚
は、０．０１μｍ以上０．３μｍ以下が望ましい。
【００２９】さらに、Ａｓ、ＰおよびＳｂのいずれかを
含む窒化物半導体発光層は、前述の優位性で説明したよ
うに自励発振型レーザに適している。この自励発振につ
いても電流注入領域に相当するストライプ幅を制御する
ことによって得られることがわかった。というのも、図
１１に示すように、ストライプ幅を狭くするにつれて、
横モード光の広がりが発光層の電流注入されるＡ領域よ
りも大きくなり、Ｂ領域でのキャリアによる光吸収を受
けるからである。このことによって、発光層のＢ領域が
可飽和吸収層として働き自励発振特性が得られる。この
ような自励発振特性は、図９に示すように、３．５μｍ
以下のストライプ幅で観測された。かくして、前述の低
閾値電流値で、かつ、自励発振特性を得るためのストラ
イプ幅は１．０μｍ以上３．５μｍ以下であることがわ
かった。
【００３０】この自励発振特性に要するストライプ幅
１．０μｍ以上３．５μｍ以下は、Ａｓ、ＰおよびＳｂ
のいずれかを含む窒化物半導体発光層に特有の値であ
る。なぜならば、自励発振に関係する電子・ホールの有
効質量、キャリア移動度、屈折率等は、発光層の組成に
よって異なるからである。したがって、従来のＩｎＧａ
Ｎ結晶発光層に適当なパラメータ値は、Ａｓ、Ｐおよび
Ｓｂのいずれかを含む窒化物半導体発光層に関して参考
にならない。
【００３１】次に、ストライプ幅と残し膜厚の適正値範
囲内で作製した窒化物半導体レーザ素子について寿命特
性を調べた。その結果、雰囲気温度６０℃、出力５０ｍ
Ｗの条件下で、その寿命は１０００時間以上であった。
このことから、本発明により、高出力型窒化物半導体レ
ーザを得ることができ、それが、録再用光ピックアップ
装置に適することがわかった。
【００３２】本発明において、発光層を構成する層のう
ち少なくとも井戸層は、Ａｓ、ＰおよびＳｂよりなる群
から選ばれる１種以上の元素Ｘを含む窒化物半導体から
なる。発光層が、井戸層と障壁層との組合せで構成され
る場合、井戸層のみがそのような窒化物半導体からなっ
てもよいし、井戸層および障壁層がそのような窒化物半
導体からなってもよい。そのような窒化物半導体は、さ
らにＧａおよびＮを含む。そのような窒化物半導体にお
いて、元素Ｘの原子の原子分率は、Ｎの原子分率よりも
小さい。そのような窒化物半導体における元素Ｘの数
（Ｎ1）と元素Ｎの数（Ｎ2）との合計に対する元素Ｘの
数（Ｎ1）の割合は、原子百分率で、好ましくは３０％
以下であり、より好ましくは２０％以下である。さら
に、そのような窒化物半導体からなる層（井戸層、また
は井戸層および障壁層）において、元素Ｘの濃度は、１
×１０18／ｃｍ3以上であることが好ましい。（Ｎ1／Ｎ
1＋Ｎ2）×１００（％）が２０％よりも高くなると、井
戸層内の領域ごとにＡｓ、ＰまたはＳｂの組成比の異な
る相分離が次第に生じ得る。また、（Ｎ1／Ｎ1＋Ｎ2）
×１００（％）が３０％よりも高くなると、相分離か
ら、六方晶系と立方晶系が混在する結晶系分離が生じ得
る。そのような結晶系分離に関し、井戸層中の結晶系分
離を起こした領域の比率が、およそ５０％以上を占める
と、井戸層としての結晶性が大きく低下し、閾値電流値
が増大し得る。また、元素Ｘの濃度が１×１０18／ｃｍ
3よりも小さくなると、本発明において所定のストライ
プ幅と残し膜厚による効果が薄くなり得る。障壁層につ
いても前述の井戸層と同様の議論ができる。ただし、障
壁層は、必ずしも井戸層のようにＡｓ、ＰまたはＳｂを
含有する必要はなく、障壁層のバンドギャップエネルギ
ーが井戸層のそれよりも大きければよい。
【００３３】本発明において井戸層の層厚は０．４ｎｍ
以上２０ｎｍ以下が好ましい。井戸層が０．４ｎｍより
も薄くなると量子井戸効果によるキャリアの閉じ込め準
位が高くなり過ぎて発光効率が低下し得る。一方、井戸
層が２０ｎｍよりも厚くなると、該井戸層中に添加する
Ａｓ、Ｐ、Ｓｂの組成比にも依存するが、結晶性が低下
し得る。
【００３４】本発明において障壁層の層厚は１ｎｍ以上
２０ｎｍ以下が好ましい。障壁層が１ｎｍよりも薄くな
ると十分にキャリアを閉じ込めることができなくなるお
それがある。一方、障壁層が２０ｎｍよりも厚くなる
と、多重量子井戸層としてのサブバンド構造の形成が困
難になり得る。
【００３５】本発明において少なくとも井戸層を構成す
る窒化物半導体は、たとえば、式ＩｎxＡｌyＧａ1-x-y
ＮtＡｓuＰvＳｂz（０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０＜ｕ＋
ｖ＋ｚ＜ｔ）で表すことができる。式において、ｔ＋ｕ
＋ｖ＋ｚは１となり得る。ｕ、ｖおよびｚの少なくとも
いずれかは０ではない。（ｕ＋ｖ＋ｚ）／（ｕ＋ｖ＋ｚ
＋ｔ）は０．３以下が好ましく、０．２以下がより好ま
しい。
【００３６】また、発光層は、たとえば、表１に示すよ
うな井戸層と障壁層の組合せから構成される。表１の△
印は本発明に該当する発光層の組み合わせを、○印は本
発明に該当する発光層のうち好ましい組み合わせを、◎
印は本発明に該当する発光層のうち最も好ましい組み合
わせを、それぞれ表している。発光層を構成する窒化物
半導体についてさらに詳細に説明する。
【００３７】
【表１】
【００３８】ＧａＮＸ井戸層（Ｘは、Ａｓ、Ｐ、Ｓｂま
たはそれらの任意の組合せ）井戸層がＧａＮＸ結晶で構
成されている場合、井戸層中にＩｎが含有されていない
ために、Ｉｎの偏析効果による相分離が生じない。ここ
で、Ｉｎの相分離とは同層内でＩｎ組成比の高い領域と
低い領域が分離（混在）することを指す。このＩｎによ
る相分離が生じなければ、Ｉｎ組成比が高すぎることに
よる非発光領域が無いために閾値電流値の増大を招く要
因がないので好ましい。
【００３９】ＧａＮＸ結晶のうち、ＧａＮＡｓ、ＧａＮ
ＰまたはＧａＮＳｂの３元混晶は、ＧａＮＡｓＰの４元
混晶やＧａＮＡｓＰＳｂの５元混晶に比べて、組成比の
制御が容易であるため、目的とする発光波長を再現性よ
く製造できるという特徴を有する。また、Ｐ、Ａｓ、Ｓ
ｂ元素のうち、Ｐは、最もＮに近い原子半径（ファンデ
ルワールス半径もしくは共有結合半径）を有するため、
ＡｓやＳｂに比べて該混晶中Ｎの一部を置換しやすい。
従って、ＧａＮ中にＰを添加したＧａＮＰは、結晶性を
損ないにくい。これは、ＧａＮＰ中のＰの組成比が高く
なっても該混晶中の結晶性が低下しにくいことを意味す
る。ＧａＮＰを井戸層として用いる場合、発光素子にお
ける紫外発光から赤色発光までの幅の広い発光波長帯域
をＧａＮＰ結晶で賄うことができる。
【００４０】Ｐ、Ａｓ、Ｓｂのうち、Ｓｂは、Ｎに比べ
て最も大きい原子半径（ファンデルワールス半径もしく
は共有結合半径）を有するため、ＡｓやＰに比べて該混
晶中のＮの一部を置換しにくい。しかしながらＳｂは、
Ａｓ、Ｐに比べて原子半径が大きいことから、揮発性の
高いＮ原子が該混晶中から抜け出てしまうことを防止す
ることができる。このＮ原子の抜けの防止により、Ｇａ
ＮＳｂの結晶性は向上し得る。
【００４１】ＧａＮＡｓは、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂのうち中間
の原子半径を持つＡｓを含有するため、上記ＧａＮＰと
ＧａＮＳｂの両方の特性を有していて好ましい。
【００４２】ＧａＮＸ井戸層を用いた発光素子の発光波
長は、井戸層中のＡｓ、ＰあるいはＳｂの組成比を調整
することによって種々のものとすることができる。例え
ば、紫外の３８０ｎｍ近傍の発光波長を得るため、Ｇａ
Ｎ1-xＡｓxの場合はｘ＝０．００５、ＧａＮ1-yＰyの場
合はｙ＝０．０１、ＧａＮ1-zＳｂzの場合はｚ＝０．０
０２である。青紫色の４１０ｎｍ近傍の発光波長を得る
ためには、ＧａＮ1-xＡｓxの場合はｘ＝０．０２、Ｇａ
Ｎ1-yＰyの場合はｙ＝０．０３、ＧａＮ1-zＳｂzの場合
はｚ＝０．０１である。また、青色の４７０ｎｍ近傍の
波長を得るためには、ＧａＮ1-xＡｓxの場合はｘ＝０．
０３、ＧａＮ1-yＰyの場合はｙ＝０．０６、ＧａＮ1-z
Ｓｂzの場合はｚ＝０．０２である。さらに、緑色の５
２０ｎｍ近傍の波長を得るためには、ＧａＮ1-xＡｓxの
場合はｘ＝０．０５、ＧａＮ1-yＰyの場合はｙ＝０．０
８、ＧａＮ1-zＳｂzの場合はｚ＝０．０３である。さら
にまた、赤色の６５０ｎｍ近傍の波長を得るためには、
ＧａＮ1-xＡｓxの場合はｘ＝０．０７、ＧａＮ1-yＰyの
場合はｙ＝０．１２、ＧａＮ1-zＳｂzの場合はｚ＝０．
０４である。上記組成比の近傍で井戸層を作製すれば、
ほぼ目的とする発光波長を得ることができる。
【００４３】ＧａＮＸ井戸層にＡｌを添加する場合、前
述の発光波長に対する組成比よりもＡｓ、ＰまたはＳｂ
の組成比を高めにしなければならない。なぜならば、Ａ
ｌの添加によって、バンドギャップエネルギーが高くな
ってしまうためである。一方、ＧａＮＸ井戸層にＡｌを
添加すると、井戸層の結晶性が向上するため好ましい。
ＧａＮＸ井戸層のＮ元素はＡｓ、Ｐ、Ｓｂと比較して非
常に揮発性が高いために、Ｎが結晶中から抜け出やすく
該井戸層の結晶性が低下しやすいが、ＧａＮＸ井戸層に
Ａｌを添加すると、Ａｌは反応性が非常に高いためにＮ
と強力に結合し、該井戸層からＮが抜け出ることを阻止
し、結晶性の低下を抑制することができる。
【００４４】ＧａＮＸ井戸層と組合せるのに好ましい障
壁層は、ＧａＮ、ＧａＮＡｓ、ＧａＮＰ、ＩｎＧａＮ、
ＩｎＧａＮＡｓ、ＩｎＧａＮＰ、ＡｌＧａＮ、またはＩ
ｎＡｌＧａＮである。特に、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、Ａｌ
ＧａＮは、２元混晶、または２種のＩＩＩ族元素と１種
のＶ族元素による３元混晶であるため、組成比の制御が
容易であり、再現性よく製造できるという利点を有す
る。特に、ＩｎＧａＮは、ＧａＮＸ井戸層の成長温度範
囲（６００℃〜８００℃）でもＧａＮやＡｌＧａＮに比
べて結晶性良く製造できるためより好ましい。また、Ｇ
ａＮ障壁層は、ＡｌＧａＮよりも、結晶性が良好であ
り、井戸層と障壁層との界面の平坦性が得られやすく、
好ましい発光効率をもたらし得る。
【００４５】ＩｎＧａＮＸ系井戸層 井戸層がＩｎＧａＮＸ結晶で構成される場合、Ｉｎの偏
析効果による相分離が生じる可能性がある。しかしなが
ら、Ａｓ、ＰあるいはＳｂは、Ｉｎと同様に井戸層のバ
ンドギャップエネルギーを小さくすることができるた
め、従来のＩｎＧａＮ井戸層と比べて目的とする発光波
長を得るためのＩｎ組成比を小さく制御することができ
る。即ち、井戸層にＩｎと、Ａｓ、ＰおよびＳｂの１種
以上とを添加することによって、Ｉｎの添加量を抑えつ
つ（相分離を抑制しつつ）、井戸層中に適度のＩｎ偏析
を起こさせることができる。この適度のＩｎ偏析は、電
子とホールのキャリアをトラップさせる局在準位を形成
するために、発光効率を向上させ、低い閾値電流値をも
たらすことができる。
【００４６】ＩｎＧａＮＸ結晶のうち、ＩｎＧａＮＡ
ｓ、ＩｎＧａＮＰあるいはＩｎＧａＮＳｂの４元混晶
は、ＩｎＧａＮＡｓＰの５元混晶やＩｎＧａＮＡｓＰＳ
ｂの６元混晶に比べて、組成比の制御が容易であるた
め、目的とする発光波長を再現性よくもたらし得るとい
う利点を有する。
【００４７】Ｐ、ＡｓおよびＳｂのうち、Ｐは、最もＮ
に近い原子半径（ファンデルワールス半径もしくは共有
結合半径）を有するため、ＡｓやＳｂに比べて該混晶中
のＮの一部を置換しやすい。従って、ＩｎＧａＮ中にＰ
を添加したＩｎＧａＮＰの結晶性は損なわれにくい。こ
れは、ＩｎＧａＮＰ中のＰの組成比が高くなっても該混
晶中の結晶性が低下しにくいことを意味し、ＩｎＧａＮ
Ｐを井戸層として用いる場合、発光素子における紫外発
光から赤色発光までの幅の広い発光波長帯域をＩｎＧａ
ＮＰ結晶で賄うことができる。
【００４８】Ｐ、Ａｓ、Ｓｂのうち、Ｓｂは、Ｎに比べ
て最も大きい原子半径（ファンデルワールス半径もしく
は共有結合半径）を有するため、ＡｓやＰに比べて該混
晶中のＮの一部を置換しにくい。しかしながらＳｂは、
Ａｓ、Ｐに比べて原子半径が大きいことから、揮発性の
高いＮ原子が該混晶中から抜け出てしまうことを防止す
ることができる。このＮ原子の抜けの防止により、Ｉｎ
ＧａＮＳｂの結晶性は向上させ得る。
【００４９】ＩｎＧａＮＡｓ井戸層は、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ
のうち中間の原子半径を持つＡｓを含有するため、上記
ＩｎＧａＮＰとＩｎＧａＮＳｂの両方の特性を有してい
て好ましい。
【００５０】ＩｎＧａＮＸ井戸層を用いた発光素子の発
光波長は、井戸層中のＩｎと、Ａｓ、ＰおよびＳｂの１
種以上の組成比を調整することによって種々の値とする
ことができる。例えば、表２にＩｎＧａＮＡｓとＩｎＧ
ａＮＰの組成比と発光波長との関係を示す。表２で示す
各組成比の近傍で井戸層を作製すれば、ほぼ目的とする
発光波長を得ることができる。
【００５１】
【表２】
【００５２】ＩｎＧａＮＸ井戸層にＡｌを添加する場
合、表２に記載の発光波長に対する組成比よりもＩｎ
と、Ａｓ、ＰまたはＳｂとの組成比を高めにしなければ
ならない。なぜならば、Ａｌの添加によって、バンドギ
ャップエネルギーが高くなってしまうためである。一
方、ＩｎＧａＮＸ井戸層にＡｌを添加すると、井戸層の
結晶性が向上して好ましい。ＩｎＧａＮＸ井戸層のＮ元
素は、Ａｓ、Ｐ、Ｓｂと比較して非常に揮発性が高いた
め、結晶中から抜け出やすく該井戸層の結晶性を低下さ
せやすいが、ＩｎＧａＮＸ井戸層にＡｌを添加すると、
Ａｌは反応性が非常に高いためにＮと強力に結合し、該
井戸層からＮが抜け出ることを阻止することができる。
【００５３】ＩｎＧａＮＸ井戸層と組合せるのに好まし
い障壁層は、ＧａＮ、ＧａＮＡｓ、ＧａＮＰ、ＩｎＧａ
Ｎ、ＩｎＧａＮＡｓ、ＩｎＧａＮＰ、ＡｌＧａＮ、Ｉｎ
ＡｌＧａＮである。特に、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧ
ａＮは、２元混晶、あるいは２種のＩＩＩ族元素と１種
のＶ族元素による３元混晶であるため、組成比の制御が
容易であり、再現性よく製造できるという利点を有す
る。特に、ＩｎＧａＮは、ＩｎＧａＮＸ井戸層の成長温
度範囲（６００℃〜８００℃）でもＧａＮやＡｌＧａＮ
に比べて結晶性良く製造できるため好ましい。また、Ｇ
ａＮ障壁層は、ＡｌＧａＮよりも、結晶性が良好であ
り、井戸層と障壁層との界面の平坦性が得られやすく、
好ましい発光効率をもたらし得る。
【００５４】前述のストライプ幅と残し膜厚の適正値を
調べるのに使用したリッジストライプ構造の窒化物半導
体レーザ素子は、図１に示すような構造を有するもので
ある。
【００５５】図１に示す窒化物半導体レーザ素子は、Ｃ
面（０００１）ｎ型ＧａＮ基板１００、低温ＧａＮバッ
ファ層１０１、ｎ型ＧａＮ層１０２、ｎ型Ｉｎ0.07Ｇａ
0.93Ｎクラック防止層１０３、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎク
ラッド層１０４、ｎ型ＧａＮ光ガイド層１０５、発光層
１０６、 ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎキャリアブロック層１
０７、ｐ型ＧａＮ光ガイド層１０８、ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ
0.9Ｎクラッド層１０９、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１
０、ｎ電極１１１、ｐ電極１１２、ＳｉＯ2誘電体膜１
１３から構成されている。このような構造のレーザ素子
は、以下に示すような工程により製造される。
【００５６】まず、ＭＯＣＶＤ装置（有機金属気相成長
装置）に、ｎ型ＧａＮ基板１００をセットし、Ｖ族原料
のＮＨ3（アンモニア）とＩＩＩ族原料のＴＭＧａ（ト
リメチルガリウム）またはＴＥＧａ（トリエチルガリウ
ム）を用いて、５５０℃の成長温度で低温ＧａＮバッフ
ァ層１０１を１００ｎｍ成長させる。次に、１０５０℃
の成長温度で前記原料にＳｉＨ4（シラン）を加え、ｎ
型ＧａＮ層１０２（Ｓｉ不純物濃度１×１０18／ｃ
ｍ3）を３μｍ形成する。続いて、成長温度を７００℃
〜８００℃程度に下げ、ＴＭＩｎ（トリメチルインジウ
ム）のＩＩＩ族原料の供給を行い、ｎ型Ｉｎ0.07Ｇａ
0.93Ｎクラック防止層１０３を４０ｎｍ成長させる。再
び、基板温度を１０５０℃に上げ、ＴＭＡｌ（トリメチ
ルアルミニウム）またはＴＥＡｌ（トリエチルアルミニ
ウム）のＩＩＩ族原料を用いて、０．８μｍ厚のｎ型Ａ
ｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１０４（Ｓｉ不純物濃度１×
１０18／ｃｍ3）を成長させ、続いてｎ型ＧａＮ光ガイ
ド層１０５（Ｓｉ不純物濃度１×１０18／ｃｍ3）を
０．１μｍ成長させる。
【００５７】その後、基板温度を８００℃に下げ、Ｐ原
料としてＰＨ3またはＴＢＰ（ｔ−ブチルホスフィン）
を添加して、３周期の、厚さ４ｎｍのＧａＮ0.97Ｐ0.03
井戸層と厚さ８ｎｍのＧａＮ障壁層より構成される発光
層（多重量子井戸構造）１０６を、障壁層／井戸層／障
壁層／井戸層／障壁層／井戸層／障壁層の順序で成長さ
せる。その際、障壁層と井戸層の両方にＳｉＨ4（Ｓｉ
不純物濃度は１×１０1 8／ｃｍ3）を添加する。障壁層
形成と井戸層形成の間、または井戸層形成と障壁層形成
の間に、１秒以上１８０秒以下の成長中断を行っても良
い。このことにより、各層の平坦性が向上し、発光半値
幅が減少して好ましい。
【００５８】発光層にＡｓを添加する場合、ＡｓＨ3ま
たはＴＢＡｓ（ｔ−ブチルアルシン）を、発光層にＳｂ
を添加する場合、ＴＭＳｂ（トリメチルアンチモン）ま
たはＴＥＳｂ（トリエチルアンチモン）をそれぞれ添加
すると良い。また、発光層を形成する際に、Ｎ原料とし
て、ＮＨ3以外にＮ2Ｈ4（ジメチルヒドラジン）を用い
ても構わない。
【００５９】次に、基板温度を再び１０５０℃まで昇温
させ、厚み２０ｎｍのｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎキャリアブ
ロック層１０７、０．１μｍのｐ型ＧａＮ光ガイド層１
０８、０．５μｍのｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１
０９と０．１μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層１１０を成
長させる。ｐ型不純物としてＭｇ（原料：ＥｔＣＰ 2Ｍ
ｇ（ビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム））
を５×１０19／ｃｍ3〜２×１０20／ｃｍ3で添加する。
ｐ型ＧａＮコンタクト層１１０のｐ型不純物濃度は、ｐ
電極１１２に近づくに従って高くなるようにした方が好
ましい。このことによりｐ電極形成によるコンタクト抵
抗が低減する。また、ｐ型不純物であるＭｇの活性化を
妨げるｐ型層中の残留水素を除去するために、ｐ型層成
長中に微量の酸素を混入させてもよい。
【００６０】この様にして、ｐ型ＧａＮコンタクト層１
１０を成長後、ＭＯＣＶＤ装置のリアクター内を全窒素
キャリアガスとＮＨ3に変えて、６０℃／分で温度を降
下させる。基板温度が８００℃に達した時点で、ＮＨ3
の供給量を停止し、５分間、前記基板温度で待機してか
ら、室温まで降下させる。上記基板の保持温度は６５０
℃から９００℃の間が好ましく、待機時間は、３分以上
１０分以下が好ましい。また、降下温度の到達速度は、
３０℃／分以上が好ましい。このようにして作製された
成長膜をラマン測定によって評価した結果、前記手法に
より、従来の窒化物半導体で利用されているｐ型化アニ
ールを行わなくとも、成長後すでにｐ型化の特性を示し
ていた（Ｍｇが活性化していた）。また、ｐ電極形成に
よるコンタクト抵抗も低減していた。上記に加えて従来
のｐ型化アニールを組み合わせれば、Ｍｇの活性化率が
より向上し、好ましかった。
【００６１】続いて、ＭＯＣＶＤ装置から取り出したエ
ピウエハーを、レーザ素子にするため加工する。まず、
ｎ型ＧａＮ基板１００の裏面側からＨｆ／Ａｌの順序で
ｎ電極１１１を形成する。このようなｎ電極材料の他
に、Ｔｉ／Ａｌ、Ｔｉ／Ｍｏ、Ｈｆ／Ａｕ等を用いても
よい。ｎ電極にＨｆを用いるとｎ電極のコンタクト抵抗
を下げられるため有効である。
【００６２】ｐ電極部分の形成にあたり、ＧａＮ基板の
＜１−１００＞方向に沿ってストライプ状にエッチング
を行いリッジストライプ部（図１参照）を形成する。こ
のリッジストライプ部の形成にあたっては、種々のスト
ライプ幅（Ｗ）、および残し膜厚（ｄ）を設定する。そ
の後、ＳｉＯ2誘電体膜１１３を蒸着させ、次いで、ｐ
型ＧａＮコンタクト層１１０を露出させ、Ｐｄ／Ｍｏ／
Ａｕの順序で蒸着してｐ電極１１２を形成する。前記ｐ
電極材料の他に、Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｐｄ／Ａｕ、また
はＮｉ／Ａｕを用いても良い。
【００６３】最後に、ＧａＮ基板のへき開面を利用し
て、共振器長５００μｍのファブリ・ペロー共振器を作
製する。共振器長は一般に３００μｍから１０００μｍ
が好ましい。該共振器のミラー端面は、ＧａＮ基板のＭ
面（｛１−１００｝面）が端面になるように形成してい
る（図２）。ミラー端面を形成するためのへき開および
レーザ素子のチップ分割は、図２の破線に沿って基板側
からスクライバーを用いて行っている。ただし、ミラー
端面を形成するためのへき開は、ウェーハ全面にスクラ
イバーによる罫書き傷をつけてからへき開するのではな
く、ウェーハの一部、例えば、ウェーハの両端部にのみ
スクライバーによる罫書き傷をつけてへき開する。この
ことにより、端面の急峻性が得られ、スクライブによる
削りカスがエピ表面に付着しないため歩留まりが向上す
る。前記レーザ共振器の帰還手法以外に、一般に知られ
ているＤＦＢ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｆｅｅｄｂａ
ｃｋ）、ＤＢＲ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｂｒａｇｇ
Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）を用いても構わない。ファブリ
・ペロー共振器のミラー端面を形成後、該ミラー端面に
７０％の反射率を有するＳｉＯ2とＴｉＯ2の誘電体膜を
交互に蒸着し、誘電体多層反射膜を形成する。前記誘電
体材料以外に、ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3を誘電多層反射膜と
して用いても良い。
【００６４】また、ｎ電極１１１の形成にあたり、ｎ型
ＧａＮ基板１００の裏面側から電極形成を行うかわり
に、ドライエッチング法を用いて、エピタキシャルウェ
ーハの表側からｎ型ＧａＮ層１０２を露出させてｎ電極
を形成しても構わない。
【００６５】次いで、得られた半導体レーザチップ（素
子）をパッケージに実装する。高密度記録用光ディスク
に適した青紫色（３８０ｎｍ〜４２０ｎｍ波長）高出力
（３０ｍＷ以上）レーザとして用いる場合、放熱対策に
注意を払わなければならない。例えば、Ｉｎはんだ材を
用いて、Ｊｕｎｃｔｉｏｎ ｕｐでパッケージ本体に接
続すると好ましい。または、直接パッケージ本体やヒー
トシンク部に取り付けるのではなく、Ｓｉ、ＡｌＮ、ダ
イヤモンド、Ｍｏ、ＣｕＷ、ＢＮ、Ｆｅ、Ｃｕ、または
Ａｕのサブマウントを介して接続させても良い。以上の
ようにして窒化物半導体レーザ素子およびその装置が作
製される。
【００６６】このようなプロセスにより製造された窒化
物半導体レーザ素子は、図９および図１０に示すよう
に、１．０μｍ〜４．０μｍのストライプ幅で、より低
い閾値電流値を示した。さらに、残し膜厚０〜０．３μ
ｍでさらに低い閾値電流値を示した。特に、ストライプ
幅（Ｗ）＝２．０μｍ、残し膜厚（ｄ）＝０．１５μｍ
でより低い閾値電流値を得ることができた。また、発光
層に、Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ0.98Ｐ0.02井戸層／Ｉｎ0.05
ＧａＮ0.95Ｎ障壁層を用いた場合も、図９および図１０
と同様の傾向を得ることができた。
【００６７】なお、上記低温ＧａＮバッファ層１０１の
代わりに、低温ＡｌＮバッファ層を用いてもよい。ま
た、低温バッファ層自体を形成しなくてもよい。しか
し、ＧａＮ基板の表面モフォロジーが好ましくない場
合、低温ＧａＮバッファ層１０１または低温ＡｌＮバッ
ファ層を挿入した方が好ましい。
【００６８】クラック防止層１０３において、Ｉｎの組
成比は０．０７以外であっても構わない。また、ＩｎＧ
ａＮクラック防止層自体がなくても構わない。しかし、
クラッド層とＧａＮ基板との格子不整合が大きくなる場
合は、ＩｎＧａＮクラック防止層を挿入した方が好まし
い。
【００６９】上記発光層は、障壁層で始まり障壁層で終
わる構成であったが、井戸層で始まり井戸層で終わる構
成であってもよい。また、発光層の層数（井戸層数）
は、前述の３層に限らず、１０層以下であれば閾値電流
値が低く、室温連続発振が可能であった。特に２層以上
６層以下のとき閾値電流値が低く好ましかった。
【００７０】また、発光層には、ＧａＮＰ井戸層／Ｇａ
Ｎ障壁層の他、表１に示す任意の井戸層と障壁層の組み
合わせを採用することができる。
【００７１】上記発光層には、井戸層と障壁層の両層に
Ｓｉ（ＳｉＨ4）を１×１０18／ｃｍ3添加しているが、
不純物を添加しなくても構わない。しかしながら、不純
物を発光層に添加した方が発光強度は強かった。発光層
に添加する不純物は、Ｓｉ以外にＯ、Ｃ、Ｇｅ、Ｚｎ、
Ｍｇでもよい。また、不純物の添加量は約１×１０ 17〜
１×１０19／ｃｍ3程度が好ましかった。さらに、不純
物を添加する層は、井戸層と障壁層の両層でもよいし、
いずれか片方の層のみでもよい。
【００７２】キャリアブロック層１０７において、Ａｌ
組成比は０．２以外であっても構わない。また、キャリ
アブロック層自体が無くても構わない。しかし、キャリ
アブロック層を設けた方が閾値電流値が低くかった。こ
れは、キャリアブロック層が発光層にキャリアを閉じ込
める働きがあるからである。キャリアブロック層のＡｌ
組成比は、高くすることによってキャリアの閉じ込めが
強くなって好ましい。また、キャリアの閉じ込めが保持
される程度までＡｌ組成比を小さくすれば、キャリアブ
ロック層内のキャリア移動度が大きくなり電気抵抗が低
くなって好ましい。
【００７３】ｐ型クラッド層とｎ型クラッド層として、
Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ結晶の他、Ａｌの組成比が０．１以外
のＡｌＧａＮ３元結晶であってもよい。Ａｌの混晶比を
高くすると発光層とのエネルギーギャップ差および屈折
率差が大きくなり、キャリアや光が該発光層に効率良く
閉じ込められ、レーザ発振閾値電流値の低減が図られ
る。また、キャリアおよび光の閉じ込めが保持される程
度でＡｌ組成比を小さくすれば、クラッド層でのキャリ
ア移動度が大きくなり、素子の動作電圧を低くすること
ができる。
【００７４】ＡｌＧａＮクラッド層の厚さは、０．７μ
ｍ〜１．０μｍが好ましい。この範囲の厚みにより、垂
直横モードの単峰化と光り閉じ込め効率が増し、レーザ
の光学特性の向上とレーザ閾値電流値の低減が図れる。
該クラッド層は、ＡｌＧａＮ３元混晶に限らず、ＡｌＩ
ｎＧａＮ、ＡｌＧａＮＰ、ＡｌＧａＮＡｓ４元混晶で合
ってもよい。さらに、ｐ型クラッド層は、電気抵抗を低
減するために、ｐ型ＡｌＧａＮ層とｐ型ＧａＮ層からな
る超格子構造、またはｐ型ＡｌＧａＮ層とｐ型ＩｎＧａ
Ｎ層からなる超格子構造を有していても良い。
【００７５】レーザ素子構造を形成する基板主面の結晶
面として、ＧａＮ基板のＣ面｛０００１｝以外に、Ａ面
｛１１−２０｝、Ｒ面｛１−１０２｝、Ｍ面｛１−１０
０｝、｛１−１０１｝面を用いてもよい。また、上記面
方位から２度以内のオフ角度を有する基板主面であれば
表面モフォロジーが良好である。レーザ素子構造をのせ
るための基板は、窒化物半導体で構成されている基板で
あれば良く、たとえば、ＡｌxＧａyＩｎzＮ（０≦ｘ≦
１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）基板と
することができる。窒化物半導体レーザの場合、垂直横
モードの単峰化のためにはクラッド層よりも屈折率の低
い層が該クラッド層の外側に接している必要があり、Ａ
ｌＧａＮ基板を用いるとより好ましい。また、ＡｌxＧ
ａyＩｎzＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ
＋ｙ＋ｚ＝１）基板の、窒素元素の内、約１０％以下
（ただし、六方晶系であること）がＡｓ、ＰおよびＳｂ
のいずれかの元素に置換されていてもよい。
【００７６】また、上記基板中にＳｉ、Ｏ、Ｃｌ、Ｓ、
Ｃ、Ｇｅ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｍｇ、またはＢｅのうち少なく
ともいずれかがドーピングされていても良い。ｎ型窒化
物半導体基板には、前記ドーピング材料のうち、Ｓｉ、
Ｏ、またはＣｌが特に好ましい。
【００７７】窒化物半導体基板は、一般に転位密度が低
く、たとえば、その転位密度は１０ 7／ｃｍ2以下であ
る。転位密度は、エッチピット密度または貫通転位密度
として表すことができる。したがって、窒化物半導体基
板を用いることの利点は、貫通転位密度の少ない（貫通
転位密度約１×１０7／ｃｍ2以下の）結晶性の良い窒化
物半導体レーザを作製できることにある。特に、Ａｓ、
Ｐ、Ｓｂを含む発光層は、貫通転位密度が多いと発光効
率が低下し、閾値電流値の増大に繋がる。これは、貫通
転位付近にＡｓ、Ｐ、Ｓｂが偏析してしまうために、発
光層の結晶性が低下するためだと考えられる。また、窒
化物半導体基板は、へき開による良好な共振器端面が得
られるため、ミラー損失が小さく好ましい。さらに、窒
化物半導体基板は熱伝導率が良く、放熱性に優れてい
る。さらにまた、窒化物半導体基板は、その上に成長し
た窒化物半導体膜との熱膨張係数差がほぼ等しいことか
ら、ウェーハの反りが少なく、チップ分割による歩留ま
り率が向上する。以上のことから、本発明の窒化物半導
体レーザ素子に、窒化物半導体基板を用いることは特に
好ましい。
【００７８】上記製造方法では、ＭＯＣＶＤ法を使用し
たが、その代わりに、分子線エピタキシー法（ＭＢ
Ｅ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）を行っても
よい。
【００７９】前述のストライプ幅と残し膜厚の適正値を
調べるのに使用した電流阻止層を有する窒化物半導体レ
ーザ素子は、図３に示すような構造を有するものであ
る。
【００８０】図３に示す窒化物半導体レーザ素子は、Ｃ
面（０００１）ｎ型ＧａＮ基板１００、低温ＧａＮバッ
ファ層１０１、ｎ型ＧａＮ層１０２、ｎ型Ｉｎ0.07Ｇａ
0.93Ｎクラック防止層１０３、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎク
ラッド層１０４、ｎ型ＧａＮ光ガイド層１０５、発光層
１０６、 ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎキャリアブロック層１
０７、ｐ型ＧａＮ光ガイド層１０８、ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ
0.9Ｎ第１クラッド層１０９ａ、電流阻止層１２０、ｐ
型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ第２クラッド層１０９ｂ、ｐ型Ｇａ
Ｎコンタクト層１１０、ｎ電極１１１、ｐ電極１１２か
ら構成されている。
【００８１】電流阻止層１２０としては、例えば、ｎ型
Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎ層が用いられる。電流阻止層のＡｌ
組成比は０．２５以外の値でも構わない。このレーザ素
子の製造には、上記製造方法と同様の工程が使用され
る。ストライプ幅と残し膜厚を種々の値に設定し、レー
ザ素子構造を形成し、図９および図１０に示すような結
果が得られた。さらに、ストライプ幅を１．５μｍと
し、残し膜厚を０．２μｍとした場合、より低い閾値電
流値が得られた。
【００８２】さらに、窒化物半導体基板の代わりに、転
位密度が１０7／ｃｍ2以下である窒化物半導体結晶膜が
他の結晶材料上に成長させられた構造を有する基板を使
用してもよい。そのような基板は、たとえば、図４また
は図１２に示すような構造を有するものである。すなわ
ち、図１および図３に示すＧａＮ基板１００を、図４に
示す擬似ＧａＮ基板４００または図１２に示す擬似Ｇａ
Ｎ基板４００ａに置き換え、半導体レーザ素子を得るこ
とができる。
【００８３】図４に示す擬似ＧａＮ基板４００は、種基
板４０１、低温バッファ層４０２、ｎ型ＧａＮ膜４０
３、成長抑制膜４０４、およびｎ型ＧａＮ厚膜４０５か
ら構成されている。擬似ＧａＮ基板４００は、窒化物半
導体以外の結晶材料からなる種基板４０１を有する。種
基板４０１は、ｎ型ＧａＮ厚膜４０５を成長させるため
の母体として使用される。また、成長抑制膜４０４は、
その上で窒化物半導体結晶の成長が抑制される膜であ
る。
【００８４】図１２（ｂ）に示す擬似ＧａＮ基板４００
ａは、種基板４０１、低温バッファ層４０２、第１のｎ
型ＧａＮ膜４０３ａ、および第２のｎ型ＧａＮ膜４０３
ｂから構成されている。ここで、図１２（ａ）は擬似Ｇ
ａＮ基板４００ａを作製するための途中の工程を示し、
図１２（ｂ）は完成された擬似ＧａＮ基板４００ａを示
す。擬似ＧａＮ基板４００ａの作製にあたり、図１２
（ａ）に示すように、種基板４０１上に低温バッファ層
４０２を形成し、次いで、第１のｎ型ＧａＮ膜４０３ａ
を積層後、ドライエッチング法またはウエットエッチン
グ法によって該ＧａＮ膜表面を溝状に加工する。その
後、再び結晶成長装置に搬送し、第２のｎ型ＧａＮ膜４
０３ｂを積層して、擬似ＧａＮ基板４００ａを完成する
（図１２（ｂ））。図１２（ａ）では、第１のｎ型Ｇａ
Ｎ膜の途中までしか溝を形成していないが、低温バッフ
ァ層４０２あるいは種基板２０１まで掘って溝を形成し
ても構わない。
【００８５】このような擬似ＧａＮ基板４００および４
００ａにおいて、最上層にあるＧａＮ膜の転位密度は、
低く抑えられており、たとえば、１０7／ｃｍ2以下であ
る。転位密度は、エッチピット密度または貫通転位密度
として表すことができる。エッチピット密度は、リン
酸：硫酸＝１：３のエッチング液（温度２５０℃）に基
板等の試験材を１０分間浸し、該試験材の表面に形成さ
れたピット密度を測定することにより得ることができ
る。また貫通転位密度は、透過型電子顕微鏡により測定
することができる。
【００８６】したがって、擬似ＧａＮ基板４００または
４００ａ上に、窒化物半導体膜を成長させると、所定の
領域で、該窒化物半導体膜の貫通転位密度を約３×１０
7／ｃｍ2以下にすることができる。これは、サファイア
基板やＳｉＣ基板上に成長したもの（貫通転位密度約１
〜１０×１０9／ｃｍ2）と比べて低い。図４に示す擬似
ＧａＮ基板の貫通転位密度は、所定の幅を有する成長抑
制膜の中央直上部４０６と、所定の幅を有する成長抑制
膜が形成されていない部分の中央直上部４０７とにおい
て高い。また、図１２に示す擬似ＧａＮ基板の貫通転位
密度は、所定の幅の溝の中央直上部４０８と、所定の幅
を有する溝が形成されていない部分（丘）の中央直上部
４０９とにおいて高い。一方、図４の４０６と４０７の
間の中央部、図１２の４０８と４０９の間の中央付近が
最も貫通転位密度が低くなる。このように、擬似ＧａＮ
基板には、貫通転位密度の高い領域と低い領域が混在し
ているため、ＧａＮ基板に比べて歩留まりの点で劣る。
したがって、擬似ＧａＮ基板上に発光素子を形成する場
合、上記の貫通転位密度の低い領域に形成するのが有利
である。
【００８７】上記種基板４０１の具体例として、Ｃ面サ
ファイア、Ｍ面サファイア、Ａ面サファイア、Ｒ面サフ
ァイア、ＧａＡｓ、ＺｎＯ、ＭｇＯ、スピネル、Ｇｅ、
Ｓｉ、６Ｈ−ＳｉＣ、４Ｈ−ＳｉＣ、３Ｃ−ＳｉＣ等が
挙げられる。また、上記成長抑制膜４０４の具体例とし
て、ＳｉＯ2膜、ＳｉＮx膜、ＴｉＯ2膜、Ａｌ2Ｏ3膜等
の誘電体膜、またはタングステン膜等の金属膜が挙げら
れる。あるいは、成長抑制膜の部分を空洞としてもよ
い。
【００８８】種基板としてＳｉＣ基板やＳｉ基板を使用
する場合、導電性基板であるため、図１のように基板の
裏面側からｎ電極を形成しても構わない。ただし、低温
バッファ層４０２の替わりに、高温バッファ層を用いる
必要がある。ここで、高温バッファ層とは、９００℃以
上の成長温度で作製するバッファ層を指す。また、高温
バッファ層は、少なくともＡｌを含有していなければな
らない。なぜならば、高温バッファ層中にＡｌを含有し
ていなければ、ＳｉＣ基板上またはＳｉ基板上に結晶性
の良い窒化物半導体膜を作製することができないからで
ある。最も好ましい高温バッファ層の構成はＡｌＮであ
る。
【００８９】種基板の主面を構成する結晶面は、Ｃ面
｛０００１｝、Ａ面｛１１−２０｝、Ｒ面｛１−１０
２｝、Ｍ面｛１−１００｝、または｛１−１０１｝面と
することができる。また、上記面方位から２度以内のオ
フ角度を有する基板主面であれば表面モフォロジーは良
好である。
【００９０】このような擬似ＧａＮ基板を用いた窒化物
半導体レーザ素子を図５に示す。図５に示す窒化物半導
体レーザ素子は、基板５００、低温ＧａＮバッファ層１
０１、ｎ型ＧａＮ層１０２、ｎ型Ｉｎ0.07Ｇａ0.93Ｎク
ラック防止層１０３、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層
１０４、ｎ型ＧａＮ光ガイド層１０５、発光層１０６、
ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎキャリアブロック層１０７、ｐ
型ＧａＮ光ガイド層１０８、ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラ
ッド層１０９、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１０、ｎ電極
１１１、ｐ電極１１２、およびＳｉＯ2誘電体膜１１３
から構成されている。基板５００は、擬似ＧａＮ基板４
００または４００ａに相当する構造を有する。このよう
なレーザの製造方法も上記と同様である。ただし、パッ
ケージ実装では、種基板が熱伝導率の悪い、例えばサフ
ァイア基板を用いている場合、放熱対策に注意を払わな
ければならない。たとえば、Ｉｎはんだ材を用いて、Ｊ
ｕｎｃｔｉｏｎ ｄｏｗｎでパッケージ本体に接続する
ことが好ましい。あるいは、直接パッケージ本体やヒー
トシンク部に取り付けるのではなく、Ｓｉ、ＡｌＮ、ダ
イヤモンド、Ｍｏ、ＣｕＷ、ＢＮ、Ａｕ、Ｃｕ、または
Ｆｅのサブマウントを介して接続させても良い。ただ
し、窒化物半導体基板以外の基板がＳｉＣ基板や、Ｓｉ
基板のように熱伝導率の高い材料である場合は、上記と
同様に実装することが好ましい。
【００９１】擬似ＧａＮ基板を使用する場合、レーザ素
子の形成位置は、リッジストライプ部分が、少なくとも
図４の４０６と４０７の部分、または図１２の４０８と
４０９の部分を含まないように形成する。さらに好まし
くは、４０６と４０７の部分、または４０８と４０９の
部分の各中央線から横方向に１μｍ離れた位置からリッ
ジストライプ部分を形成することが好ましい。なぜなら
ば、４０６と４０７の、または４０８と４０９の各中央
線から横方向に１μｍ以内では、貫通転位密度が比較的
高く、クラック等も発生しやすいためである。
【００９２】低温バッファ層１０１は、低温ＡｌxＧａ
1-xＮバッファ層（０≦ｘ≦１）であればよい。また、
低温バッファ層自体を形成しなくても構わない。しか
し、擬似ＧａＮ基板の表面モフォロジーが好ましくない
場合、低温ＡｌxＧａ1-xＮバッファ層（０≦ｘ≦１）を
挿入した方が、表面モフォロジーが改善されて好まし
い。
【００９３】また、基板５００として、擬似ＧａＮ基板
４００または４００ａから研磨機で種基板４０１を剥ぎ
取ったものを使用し、レーザを作製してもよい。さら
に、基板５００として、擬似基板４００または４００ａ
から低温バッファ層４０２以下の層を全て研磨機で剥ぎ
取ったものを使用し、レーザを作製しても良い。さらに
また、基板５００として擬似基板４００から成長抑制膜
４０４以下の層を全て研磨機で剥ぎ取って使用し、レー
ザを作製してもよい。種基板４０１を剥ぎ取った場合、
基板の裏面からｎ電極１１１をとることができる。ま
た、種基板４０１はレーザ作製後に剥ぎ取っても構わな
い。
【００９４】このような擬似ＧａＮ基板を使用した窒化
物半導体レーザでも、ストライプ幅と残し膜厚による効
果はＧａＮ基板を使用したものと同じであった。
【００９５】さらに、窒化物半導体以外の結晶材料から
なる基板上に、窒化物半導体バッファ層を介して窒化物
半導体レーザ素子を作製することができる。そのような
レーザ素子も、図５のような構造を有する。この場合、
基板５００は、窒化物半導体以外の結晶材料からなるも
の、たとえばＣ面サファイア基板である。基板５００上
には、低温ＧａＮバッファ層１０１（たとえば膜厚２５
ｎｍ）、ｎ型ＧａＮ層１０２、ｎ型Ｉｎ0.07Ｇａ0.93Ｎ
クラック防止層１０３、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド
層１０４、ｎ型ＧａＮ光ガイド層１０５、発光層１０
６、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ遮蔽層１０７、ｐ型ＧａＮ光
ガイド層１０８、ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１０
９およびｐ型ＧａＮコンタクト層１１０が形成されてい
る。ｎ型ＧａＮ層１０２ｎ上にｎ電極１１１が設けら
れ、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１０上にｐ電極１１２が
設けられ、両電極間は、ＳｉＯ2誘電体膜１１３により
絶縁されている。この窒化物半導体レーザ素子の製造方
法も、上記と同様である。ただし、窒化物半導体レーザ
素子のパッケージ実装については、高密度記録用光ディ
スクに適した青紫色（３８０ｎｍ〜４２０ｎｍ波長）高
出力（３０ｍＷ以上）レーザとして用いる場合、サファ
イア基板は熱伝導率が低いので、放熱対策に注意を払わ
なければならない。例えば、Ｉｎはんだ材を用いて、Ｊ
ｕｎｃｔｉｏｎｄｏｗｎでパッケージ本体に接続するこ
とが好ましい。一方、直接パッケージ本体やヒートシン
ク部に取り付けるのではなく、Ｓｉ、ＡｌＮ、ダイヤモ
ンド、Ｍｏ、ＣｕＷ、ＢＮ、Ａｕ、Ｃｕ、またはＦｅの
サブマウントを介して接続させても良い。ただし、窒化
物半導体基板以外の基板がＳｉＣ基板や、Ｓｉ基板のよ
うに熱伝導率の高い材料である場合は、上述のプロセス
と同様に実装することが好ましい。
【００９６】窒化物半導体以外の結晶材料からなる基板
（例えば、サファイア基板、ＳｉＣ基板等）上に成長さ
せた窒化物半導体レーザは、窒化物半導体基板上に成長
させたものと比べて、あるいは、擬似ＧａＮ基板上に成
長させたものと比べて、貫通転位密度が高いために発光
効率が低く、閾値電流値が高かった。一方、ストライプ
幅と閾値電流値との関係は、同様にストライプ幅１．０
μｍ以上４．０μｍ以下で閾値電流値が低くなる傾向を
示した。また、自励発振についても３．５μｍ以下で生
じた。残し膜厚と閾値電流値との関係については、同様
の傾向を示したものの、厳密に言うと、残し膜厚が０μ
ｍ以上０．５μｍ以下（電流阻止層を有する窒化物半導
体レーザ素子の場合は、残し膜厚０．０１μｍ以上０．
５μｍ以下）で閾値電流値が低くなる傾向が見られた。
ただし、閾値電流値自体は、窒化物半導体基板や擬似Ｇ
ａＮ基板上に形成されたレーザ素子に比べて高かった。
【００９７】窒化物半導体以外の結晶材料上に形成され
たレーザ素子は貫通転位密度が高いことから、ｐ型層の
キャリア移動度が低く、ｐ型層内での電流広がりが緩和
され、残し膜厚が０．３μｍよりも厚くても閾値電流値
が低くなる傾向を示したのではないかと考えられた。一
方、基板材料に依存せず、同様にストライプ幅１．０μ
ｍ以上４．０μｍ以下で閾値電流値が低くなる傾向を示
したのは、元々ｐ型層内での電流広がりよりも発光層内
での電流広がりの方が大きく、ストライプ幅の適正値は
この発光層での電流広がりによって決まるためだと考え
られた。
【００９８】窒化物半導体以外の基板には、サファイア
基板の他、６Ｈ−ＳｉＣ、４Ｈ−ＳｉＣ、３Ｃ−Ｓｉ
Ｃ、Ｓｉ、スピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）等を用いてもよ
い。ただし、ＳｉＣ基板やＳｉ基板は、導電性基板であ
るため、基板の裏面上にｎ電極を形成してもよい。ま
た、ＳｉＣ基板やＳｉ基板上に結晶性の良い窒化物半導
体膜を成長するためのバッファ層は、上述と同様とする
ことができる。
【００９９】また、基板主面を構成する結晶面は、Ｃ面
｛０００１｝以外に、Ａ面｛１１−２０｝、Ｒ面｛１−
１０２｝、Ｍ面｛１−１００｝、または｛１−１０１｝
面であってもよい。また、上記面方位から２度以内のオ
フ角度を有する基板主面であれば表面モフォロジーが良
好である。
【０１００】上述してきた本発明による窒化物半導体レ
ーザは、たとえば、図６に示すような光ディスク装置に
適用される。図６に示す光ディスク装置（たとえば、光
ピックアップを有するＤＶＤ装置等の装置）において、
窒化物半導体レーザからのレーザ光は、光変調器、スプ
リッター、追従鏡およびレンズを介して光ディスクに照
射される。スプリッターからの光は光検出器によって検
出される。光検出器からの信号は制御回路に送られる。
また、制御回路から、ディスクを作動させるモータ、半
導体レーザ、光変調器および追従鏡にそれぞれ制御信号
が送られる。レーザ光は、入力情報に応じて光変調器で
変調され、レンズを通してディスク上に記録される。再
生時は、ディスク上のピット配列によって光学的に変化
を受けたレーザ光がスプリッターを通して光検出器で検
出され、再生信号となる。これらの動作は制御回路にて
制御されている。レーザ出力については、通常、記録時
は３０ｍＷで、再生時は５ｍＷ程度である。
【０１０１】上記光ディスク装置の他に、例えば、レー
ザプリンター、バーコードリーダー、光の三原色（青
色、緑色、赤色）レーザによるプロジェクター等にも本
発明によるレーザ素子を利用することができる。
【０１０２】
【発明の効果】以上示してきたように、本発明によれ
ば、半導体レーザの閾値電流密度を低くすることがで
き、さらにそれに付随して出力を高くし、寿命を長くす
ることが可能になる。本発明によれば、雑音特性の優れ
た半導体レーザ（ただし、自励発振はストライプ幅が
３．５μｍ以下）を作製することができる。例えば、本
発明による青紫色（３８０〜４２０ｎｍの発振波長）窒
化物半導体レーザは、従来のＩｎＧａＮ発光層を使用す
る窒化物半導体レーザに比べて、レーザ発振閾値電流密
度が低くすることができ、レーザ光中の自然放出光を減
少させることができ、雑音特性に優れ得る。また、本発
明によるレーザ素子は、高出力（５０ｍＷ）、高温雰囲
気中で安定して動作するため、高密度記録再生用光ディ
スクに適したレーザである（発振波長が短いほど、より
高密度に記録再生が可能となる）。
【図面の簡単な説明】
【図１】 リッジストライプ構造を有する本発明による
窒化物半導体レーザ素子の一例を示す概略断面図であ
る。
【図２】 窒化物半導体レーザ素子を作り込んだレーザ
チップ分割前のウエハーを模式的に示す平面図である。
【図３】 電流阻止層を有する本発明による窒化物半導
体レーザ素子の一例を示す概略断面図である。
【図４】 擬似ＧａＮ基板の模式図である。
【図５】 リッジストライプ構造を有する本発明による
窒化物半導体レーザ素子のもう一つの例を示す概略断面
図である。
【図６】 本発明による光ディスク装置の概略図であ
る。
【図７】 ストライプ幅と残し膜厚を説明するための模
式図である。
【図８】 レーザ素子における電流注入広がりを説明す
るための図である。
【図９】 窒化物半導体レーザにおけるストライプ幅と
その閾値電流値との関係を示す図である。
【図１０】 窒化物半導体レーザにおける残し膜厚とそ
の閾値電流値との関係を示す図である。
【図１１】 自励発振を説明するための図である。
【図１２】 擬似ＧａＮ基板のもう一つの例を示す概略
断面図であり、（ａ）は、擬似ＧａＮ基板を作製するた
めのエッチング工程を示し、（ｂ）は完成した基板をそ
れぞれ示している。
【符号の説明】
１００ ｎ型ＧａＮ基板、１０１ 低温ＧａＮバッファ
層、１０２ ｎ型ＧａＮ層、１０３ ｎ型Ｉｎ0.07Ｇａ
0.93Ｎクラック防止層、１０４ ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ
クラッド層、１０５ ｎ型ＧａＮ光ガイド層、１０６
発光層、１０７ ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎキャリアブロッ
ク層、１０８ ｐ型ＧａＮ光ガイド層、１０９ ｐ型Ａ
ｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層、１０９ａ ｐ型Ａｌ0.1Ｇ
ａ0.9Ｎ第１クラッド層、１０９ｂ ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ
0.9Ｎ第２クラッド層、１１０ ｐ型ＧａＮコンタクト
層、１１１ ｎ電極、１１２ ｐ電極、１１３ ＳｉＯ
2誘電体膜、１２０ 電流阻止層、４００ 擬似ＧａＮ
基板、４０１ 種基板、４０２ 低温バッファ層、４０
３ ｎ型ＧａＮ膜、４０３ａ 第１のｎ型ＧａＮ膜、４
０３ｂ 第２のｎ型ＧａＮ膜、４０４ 成長抑制膜、４
０５ ｎ型ＧａＮ厚膜、４０６ 成長抑制膜の幅の中央
直上、４０７ 成長抑制膜が形成されていない部分の幅
の中央直上、４０８ 溝の幅の中央直上、４０９ 溝が
形成されていない部分（丘）の幅の中央直上、５００
基板。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥村 敏之 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Ｆターム(参考） 5F045 AA04 AA05 AB09 AB14 AB17 AC08 AC09 AC12 AC19 AD09 AD10 AD11 AD12 AD13 AD14 AF04 BB16 CA12 DA53 DA54 DA55 DA63 DA64 5F073 AA09 AA13 AA45 AA51 AA55 AA74 AA83 CA17 CB02 CB07 CB17 CB22 DA05 DA24 DA32 EA23 EA27

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板上に形成された、窒化物半導体から
    なるｎ型層およびｐ型層と、 前記ｎ型層と前記ｐ型層との間に配置された発光層とを
    備える窒化物半導体レーザ素子であって、 前記発光層は、井戸層、または井戸層と障壁層との組合
    せからなり、 前記発光層を構成する層のうち少なくとも井戸層は、Ａ
    ｓ、ＰおよびＳｂよりなる群から選ばれる一種以上の元
    素Ｘ、ＮおよびＧａを含む窒化物半導体からなり、 前記元素Ｘ、ＮおよびＧａを含む窒化物半導体におい
    て、前記元素Ｘの原子分率は前記Ｎの原子分率より小さ
    く、かつ前記ｐ型層を介して前記発光層に電流注入する
    最大幅が１．０μｍ以上４．０μｍ以下であることを特
    徴とする、窒化物半導体レーザ素子。
  2. 【請求項２】 基板上に形成された、窒化物半導体から
    なるｎ型層およびｐ型層と、 前記ｎ型層と前記ｐ型層との間に配置された発光層とを
    備える窒化物半導体レーザ素子であって、 前記発光層は、井戸層、または井戸層と障壁層との組合
    せからなり、 前記発光層を構成する層のうち少なくとも井戸層は、Ａ
    ｓ、ＰおよびＳｂよりなる群から選ばれる一種以上の元
    素Ｘ、ＮおよびＧａを含む窒化物半導体からなり、 前記元素Ｘ、ＮおよびＧａを含む窒化物半導体におい
    て、前記元素Ｘの原子分率は前記Ｎの原子分率より小さ
    く、かつ前記ｐ型層を介して前記発光層に電流注入する
    最大幅が１．０μｍ以上３．５μｍ以下であり、かつ自
    励発振特性を有することを特徴とする、窒化物半導体レ
    ーザ素子。
  3. 【請求項３】 リッジ構造を有するものであって、 前記発光層と前記ｐ型層との界面からリッジストライプ
    の底部までの距離が０μｍ以上０．３μｍ以下であるこ
    とを特徴とする、請求項１または２に記載の窒化物半導
    体レーザ素子。
  4. 【請求項４】 前記発光層に電流注入する幅を制限する
    ための電流阻止層を有するものであって、 前記発光層と前記ｐ型層との界面から前記電流阻止層ま
    での距離が０．０１μｍ以上０．３μｍ以下であること
    を特徴とする、請求項１または２に記載の窒化物半導体
    レーザ素子。
  5. 【請求項５】 前記基板が、窒化物半導体結晶からなる
    基板、または転位密度が１０7／ｃｍ2以下である窒化物
    半導体結晶膜が他の結晶材料上に成長させられた構造を
    有する基板であることを特徴とする、請求項１〜４のい
    ずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ素子。
  6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか１項に記載の窒
    化物半導体レーザ素子を用いた光学装置。
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