JP2005150568A - 窒化物半導体発光素子及び光ピックアップ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、前記ｐ層領域への光のしみだしを抑制し良好な光出力特性を有し、かつ、ジッタが十分に低い窒化物半導体発光素子、およびその製造方法および当該窒化物半導体発光素子を用いた光ピックアップ装置を提案することを目的とする。
【解決手段】 本発明の窒化物半導体発光素子は、キャリアをトラップして発光する活性層と、該活性層へのキャリアの閉じ込めを行うキャリアブロック層と、前記活性層と前記キャリアブロック層の間に構成される４０ｎｍ以上の中間層とを、備える窒化物半導体発光素子において、前記中間層の一部に、前記キャリアブロック層に接するとともに、エネルギーギャップが連続的に変化するグレイデッド層が構成され、前記グレイデッド層がＡｌ_xＧａ_1-xＮ（０≦ｘ≦１）層からなることを特徴とする。この構成によると、前記グレイデッド層を構成する材料が、結晶性の良好なＡｌＧａＮであるので、前記中間層でのホールキャリアの再結合を低減し、前記活性層へのホールキャリアの注入効率を従来と同等に維持しつつ、ジッタ特性を改善することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は窒化物半導体発光素子並びに当該素子を使用した光ピックアップ装置に関する。

可視光短波長領域の発光素子として化合物半導体を用いたものが知られている。中でも窒化ガリウム系半導体発光素子は直接遷移型であり発光効率が高く、かつ光の３原色の一つである青色を発光することから、昨今特に注目を集めている。前記窒化ガリウム系半導体発光素子において、通常ｐ型層を構成するためにＭｇが不純物ドーパントとして用いられているが、このＭｇドープ層の光吸収が非常に大きく、光出力特性を劣化させていることが、従来、問題となっていた。

この問題を解決するため、図９に示すバンドダイヤグラム構造のように、ｐ型ＡｌＧａＮキャリアブロック層と多重量子井戸構造活性層との間に中間層が設けられたレーザ素子が提案されている（非特許文献１参照）。 尚、図９において、３層のＩｎＧａＮ量子井戸層８ａ、８ｂ、８ｃと３層のＩｎＧａＮ障壁層７ａ、７ｂ、７ｃとからなる多重量子井戸構造活性層６、ｎ型ＩｎＧａＮ層９、ｎ型ＡｌＧａＮ層１０、ｐ型ＡｌＧａＮキャリアブロック層１１、ｐ型ＧａＮガイド層１２、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１３が示されており、通常、Ｍｇは、前記ｐ型ＡｌＧａＮキャリアブロック層１１から積層される層にドープされ、Ｍｇドープ領域（ｐ層領域）が形成される。ここで前記ｐ型ＡｌＧａＮキャリアブロック層１１のＡｌ組成比は、通常０．２〜０．３程度であり、ｐ層領域への電子キャリアの漏れを防止する効果を持たせている。

本構造によれば、前記ｐ型ＡｌＧａＮキャリアブロック層１１と前記多重量子井戸構造活性層６の間に、ｎ型ＩｎＧａＮ層９およびｎ型ＡｌＧａＮ層１０からなる中間層が設けられているので、前記ｐ型ＡｌＧａＮキャリアブロック層１１と前記多重量子井戸構造活性層６の間の距離が１３０ｎｍにまで広げられている。そのため、前記ｐ層領域への光のしみだしが大幅に削減され、光吸収ロスが低減されて、従来よりも良好な光出力特性が得られている。
電子情報通信学会技術研究報告 ＬＱＥ２００２−８７「青紫色ハイパワー半導体レーザー」

上述の参考文献１による技術は、前記ｐ型ＡｌＧａＮキャリアブロック層１１と前記多重量子井戸構造活性層６の距離を広げることによって前記ｐ層領域への光のしみだしを削減し、光出力特性を改善するために提案されたものである。しかし、前記ｐ型ＡｌＧａＮキャリアブロック層１１と前記多重量子井戸構造活性層６の距離を広げるに従って、ホールキャリアが少数キャリアとして拡散する距離が増大する。このため、前記レーザ素子をパルス駆動したときにレーザ光出力の立ち上がり、立下り時間が長くなり、ジッタが大きくなる。特に、前記ｐ型ＡｌＧａＮキャリアブロック層１１と前記多重量子井戸構造活性層６の距離を４０ｎｍ以上とした場合には、このような問題が顕著なものになる。

本発明は、前記ｐ層領域への光のしみだしを抑制し良好な光出力特性を有し、かつ、ジッタが十分に低い窒化物半導体発光素子、およびその製造方法および当該窒化物半導体発光素子を用いた光ピックアップ装置を提案することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の窒化物半導体発光素子は、キャリアをトラップして発光する活性層と、該活性層へのキャリアの閉じ込めを行うキャリアブロック層と、前記活性層と前記キャリアブロック層の間に構成される４０ｎｍ以上の中間層とを、備える窒化物半導体発光素子において、前記中間層の一部に、前記キャリアブロック層に接するとともに、エネルギーギャップが連続的に変化するグレイデッド層が構成され、前記グレイデッド層がＡｌ_xＧａ_1-xＮ（０≦ｘ≦１）層からなることを特徴とする。

この構成によると、前記グレイデッド層を構成する材料が、結晶性の良好なＡｌＧａＮであるので、前記中間層でのホールキャリアの再結合を低減し、前記活性層へのホールキャリアの注入効率を従来と同等に維持しつつ、ジッタ特性を改善することができる。

また、このような窒化物半導体発光素子において、前記中間層が前記グレイデッド層と、ＩｎＧａＮ層又はＧａＮ層と、から構成されるものとしても構わない。更に、前記ＩｎＧａＮ層又は前記ＧａＮ層の層厚を１０ｎｍ以上とすることで、前記活性層と前記グレイデッド層の間の格子歪を効果的に防ぐことができる。また、前記ＩｎＧａＮ層又は前記ＧａＮ層の層厚を４０ｎｍ以下とすることで、ホールキャリアの拡散時間を十分に短くすることができる。

また、このような窒化物半導体発光素子において、前記キャリアブロック層がＡｌＧａＮで構成され、前記キャリアブロック層におけるＡｌ組成比の値ｘ１と前記グレイデッド層におけるのＡｌ組成比の最大値ｘ２の差ｘ１−ｘ２が、０．１以上とすることで、６０℃以上の高温時において、ｐ層領域への電子キャリアのオーバーフローを効果的に抑制することができる。

また、このような窒化物半導体発光素子において、前記グレイデッド層のＡｌ組成比の最大値ｘ２と最小値ｘ３の差ｘ２−ｘ３が、０．０２以上としても構わない。

また、このような窒化物半導体発光素子において、前記グレイデッド層のＡｌ組成比の最小値ｘ３を、０．０２以上とすることで、前記グレイデッド層と前記ＩｎＧａＮ層の界面にポテンシャルバリアを形成することができ、６０℃以上の高温時において、ｐ層領域への電子キャリアのオーバーフローを効果的に抑制することができる。

また、このような窒化物半導体発光素子において、前記グレイデッド層を、成長温度を連続的に上昇させながら成長を行うランピング成長により形成されているものとしても構わない。このランピング成長を用いた場合、前記グレイデッド層が前記活性層からのＩｎの脱離による劣化を防止する効果を果たすと共に前記グレイデッド層自体の結晶性を向上することができるため、寿命特性を改善できる。更に、上述の各窒化物半導体発光素子において、前記活性層を複数の量子井戸層と複数の障壁層より構成される量子井戸構造活性層とする。

また、本発明の窒化物半導体発光素子は、キャリアをトラップして発光する活性層と、該活性層へのキャリアの閉じ込めを行うＡｌ_xＧａ_1-xＮキャリアブロック層と、前記活性層と前記Ａｌ_xＧａ_1-xＮキャリアブロック層の間に構成される４０nm以上の中間層とを、備える窒化物半導体発光素子において、前記Ａｌ_xＧａ_1-xＮキャリアブロック層の一部又は全体において、Ａｌ組成比が前記中間層に接する側から、その反対側に向かって連続的に減少している部分を備えることを特徴とする。

このような構成によると、Ａｌ組成比を連続的に変化させることにより、バンドダイヤグラム上のエネルギーギャップを連続的に変化させる。そのため、前記Ａｌ_xＧａ_1-xＮキャリアブロック層とｐ型ガイド層の界面に生じていたポテンシャルバリアが緩和され、ホールキャリアの注入効率が向上する。

また、このような窒化物半導体発光素子において、前記Ａｌ_xＧａ_1-xＮキャリアブロック層において、Ａｌ組成が前記中間層に接する側から反対側にかけて連続的に減少している部分の層厚を５ｎｍ以上とすることで、ホールキャリアの注入効率を十分高くすることができる。

また、このような窒化物半導体発光素子において、前記Ａｌ_xＧａ_1-xＮキャリアブロック層のＡｌ組成比の最大値を０．１以上とすることで、６０℃以上の高温時において、ｐ層領域への電子キャリアのオーバーフローを効果的に抑制することができる。

また、このような窒化物半導体発光素子において、前記Ａｌ_xＧａ_1-xＮキャリアブロック層の層厚を１０ｎｍ以上とすることで、トンネル効果によるｐ層領域への電子キャリアの流出を効果的に抑制できる。

また、このような窒化物半導体発光素子において、前記中間層の一部に、前記キャリアブロック層に接するとともに、エネルギーギャップが連続的に変化するグレイデッド層を備えるものとしても構わない。

本発明に係る光ピックアップ装置は、上述の各窒化物半導体発光素子から発せられた光を用いている。

本発明に係る窒化物半導体発光素子によると、グレイデッド層のＡｌ組成が連続的に変化しているため、そのエネルギーギャップも連続的に変化し、ポテンシャル勾配を生じる。そのため、従来と比較してｐ層領域から活性層までのホールの拡散時間が短縮されるため、レーザ素子をパルス駆動する場合において、ジッタ特性が改善される。また、グレイデッド層がキャリアブロック層に接するよう構成されているため、ｎ型層との界面に形成されるポテンシャルの溝をなくすことができる。そのため、活性層へのホールキャリアの注入が促進され、ジッタ特性が向上する。また、ホールの拡散時間の短縮及び活性層への注入の促進に伴い、レーザが発振する閾値が低減し、又、スロープ効率が向上する。また、グレイデッド層によりキャリアブロック層と活性層の間の格子歪を効果的に防ぐことができ、寿命特性が改善される。

本発明に係る窒化物半導体発光素子によると、グレイデッド層と、量子井戸層との間には、ＩｎＧａＮ層又はＧａＮ層が構成されることで、グレイデッド層と活性層の間の格子歪をさらに効果的に防ぐため、寿命特性が改善される。更に、ＩｎＧａＮ層もしくはＧａＮ層からなる層の膜厚を１０ｎｍ以上とすることで、特に効果的に格子歪を防ぐことができる。また、ＩｎＧａＮ層もしくはＧａＮ層からなる層の膜厚を４０ｎｍ以内に設定することで、ホール拡散時間を十分に短くすることができる。

本発明に係る窒化物半導体発光素子によると、キャリアブロック層を構成する材料ＡｌＧａＮのＡｌ組成比をｘ１とし、グレイデッド層のＡｌ組成比の最大値をｘ２としたとき、ｘ１とｘ２の差ｘ１−ｘ２を０．１以上とすることで、６０℃以上の高温時におけるｐ層領域への電子キャリアのオーバーフローを効果的に抑制することができる。また、グレイデッド層のＡｌ組成比の最大値ｘ２と最小値ｘ３の差ｘ２−ｘ３を０．０２以上とし、エネルギーギャップに勾配をつけることによって、ホールキャリアの拡散時間が短くなり、ジッタが効果的に改善される。

本発明に係る窒化物半導体発光素子によると、グレイデッド層のＡｌ組成比の最小値ｘ３を０．０２以上とすることによって、グレイデッド層とＩｎＧａＮ層又はＧａＮ層との界面で、エネルギーギャップの値を不連続に変化させて、段差を設けた構造のエネルギーダイヤグラムとすると、グレイデッド層とＩｎＧａＮ層又はＧａＮ層との界面に電子キャリアに対するポテンシャルバリアが形成され、６０℃以上の高温時におけるｐ層領域への電子キャリアのオーバーフローを効果的に抑制できる。

本発明に係る窒化物半導体発光素子によると、グレイデッド層をランピング成長により形成することで、活性層からのＩｎ脱離による劣化を防止する役割を効果的に果たすと共に、前記グレイデッド層自体の結晶性も良好なものとすることができるため、寿命特性を改善できる。

本発明に係る窒化物半導体発光素子によると、Ａｌ_xＧａ_1-xＮキャリアブロック層中のＡｌ組成比が連続的に変化しているため、Ａｌ_xＧａ_1-xＮキャリアブロック層のエネルギーギャップが連続的に変化し、Ａｌ_xＧａ_1-xＮキャリアブロック層とｐ型ガイド層の界面に生じていたポテンシャルバリアが緩和され、中間層へのホールキャリアの注入効率が向上する。また、従来構造の窒化物半導体発光素子と比較して、ｐｎ接合に印加する電圧を下げることができ、したがって動作電圧を改善することができるとともにＡｌ_xＧａ_1-xＮキャリアブロック層とｎ型層界面に従来形成されていたポテンシャルの溝を緩和することができ、中間層から活性層へのホールキャリアの注入効率も向上する。以上の効果によって、ジッタ特性を改善することができた。

本発明に係る窒化物半導体発光素子によると、Ａｌ_xＧａ_1-xＮキャリアブロック層におけるＡｌ組成比が連続的に変化している部分の層厚は５ｎｍ以上とすることで、ホールキャリアの注入効率が十分に高くなる。また、Ａｌ_xＧａ_1-xＮキャリアブロック層の最大Ａｌ組成比を０．１以上とすることで、６０℃以上の高温時におけるｐ層領域への電子キャリアのオーバーフローを効果的に抑制できる。更に、Ａｌ_xＧａ_1-xＮキャリアブロック層の層厚を１０ｎｍ以上とすることで、トンネル効果によるｐ層領域への電子キャリアの流出を効果的に抑制する。

本発明の窒化物半導体発光素子を搭載した光ピックアップ装置によると、該窒化物半導体発光素子によるジッタが低減されるため、良好な周波数特性を得ることができる。

＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。窒化物半導体発光素子の一例として、窒化ガリウム系半導体レーザ素子について説明する。図１は、本実施形態における窒化ガリウム系半導体レーザ素子の構成を示す概略断面図である。

まず、窒化ガリウム系半導体レーザ素子の構造について説明する。図１の窒化ガリウム系半導体レーザ素子は、ｃ面を表面とするサファイア基板１、ＧａＮバッファ層２、ｎ型ＧａＮコンタクト層３、ｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層４、ｎ型ＧａＮガイド層５、３層のＩｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ量子井戸層８ａ、８ｂ、８ｃ（図２）と３層のＩｎ_0.01Ｇａ_0.99Ｎ障壁層７ａ、７ｂ、７ｃ（図２）とからなる多重量子井戸構造活性層６、ｎ型Ｉｎ_0.01Ｇａ_0.99Ｎ層９ａ、ｎ型Ａｌ_xＧａＮ_1-xグレイデッド層１０ａ、ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎキャリアブロック層１１ａ、ｐ型ＧａＮガイド層１２、ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層１３ａ、ｐ型ＧａＮコンタクト層１４、ｐ側電極１５、ｎ側電極１６、ＳｉＯ₂ 絶縁膜１７から、構成されている。１８はレーザ素子全体を示している。

尚、本実施形態を含む以下の各実施形態において、窒化ガリウム系半導体レーザ素子の共振器長を５００μｍとするとともに、その共振器前面反射率及び後面反射率をそれぞれ、２０％、９０％とする。又、前記サファイア基板１の表面の面方位は、ｃ面に限定されず、ａ面、ｒ面、ｍ面等の他の面方位であっても構わない。

次に、図１を参照して、窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法を説明する。以下の説明ではＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いた場合を示しているが、ＧａＮをエピタキシャル成長できる成長法であれば、ＭＯＣＶＤ法に限定されるものではなく、ＭＢＥ法（分子線エピタキシャル成長法）やＨＤＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）等、他の気相成長法を用いても構わない。

まず、所定の成長炉内に設置されたｃ面を表面として有する前記サファイア基板１上に、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）とアンモニア（ＮＨ₃）を原料に用いて、成長温度５５０℃で前記ＧａＮバッファ層２を３５ｎｍ成長させる。次に、成長温度を１０５０℃まで上昇させて、ＴＭＧとＮＨ₃ 、及びシランガス（ＳｉＨ₄）を原料に用いて、厚さ３μｍのＳｉドープされた前記ｎ型ＧａＮコンタクト層３を成長させる。さらに続けて、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）を原料に加え、成長温度を１０５０℃で維持して、厚さ０.７μｍのＳｉドープされた前記ｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層４を成長させる。続けて、ＴＭＡを原料から除外し、成長温度を１０５０℃のままとして、厚さ５０ｎｍのＳｉドープされた前記ｎ型ＧａＮガイド層５を成長させる。

次に、成長温度を７５０℃に下げ、ＴＭＧとＮＨ₃、及びトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を原料に用いて、前記３層のＩｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ量子井戸層８ａ、８ｂ、８ｃ、前記３層のＩｎ_0.01Ｇａ_0.99Ｎ障壁層７ａ、７ｂ、７ｃを順次、交互に成長させることにより、前記多重量子井戸構造活性層６を作製する。なお、それぞれの層厚はすべて５ｎｍである。

次に、成長温度７５０℃を維持し、前記ｎ型Ｉｎ_0.01Ｇａ_0.99Ｎ層９ａを２０ｎｍ成長させ、引き続いて、ＴＭＧとＴＭＡとＮＨ₃を原料に用い、これらの原料ガスの供給量をそれぞれ変化させながら、Ａｌ組成比が変化している前記ｎ型Ａｌ_xＧａＮ_1-xグレイデッド層１０ａを２０ｎｍ作製する。このとき、例えばＴＭＡの含有率を連続的に増加させるなどして、Ａｌ組成比を変化させる。このＡｌ組成の分布は前記ｎ型Ｉｎ_0.01Ｇａ_0.99Ｎ層９ａに接する界面においてＡｌ組成比ｘが０、前記ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎキャリアブロック層１１に接する界面にて前記Ａｌ組成比ｘが０．１となるよう作製する。

これに引き続き、ＴＭＧとＴＭＡとＮＨ₃、及びシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ） を原料に用いて、成長温度は７５０℃を維持し、厚さ１０ｎｍの前記ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎキャリアブロック層１１ａを成長させる。次に、成長温度を１０５０℃に上昇させ、ＴＭＧとＮＨ₃、及びシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ₂Ｍｇ）を原料に用いて、厚さ５０ｎｍのＭｇドープされた前記ｐ型ＧａＮガイド層１２を成長させる。

なお、前記ｎ型Ａｌ_xＧａＮ_1-xグレイデッド層１０ａ、前記ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎキャリアブロック層１１ａおよび前記ｐ型ＧａＮガイド層１２は次のような方法によっても形成することができる。ＴＭＧとＴＭＡとＮＨ₃を原料に用い、これらの原料ガスの供給量を一定もしくは変化させながら、前記多重量子井戸構造活性層６および前記ｎ型Ｉｎ_0.01Ｇａ_0.99Ｎ層９ａの成長温度７５０℃から１０５０℃にまで、成長温度を連続的に上昇させながら、成長を行う。本成長方法をランピング成長と呼ぶ。以上の方法によって、Ａｌ組成比が連続的に変化している前記ｎ型Ａｌ_xＧａＮ_1-xグレイデッド層１０ａが形成される。

これに引き続き、成長温度を１０５０℃のままで、厚さ１０ｎｍの前記ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎキャリアブロック層１１ａを成長させ、さらに、ＴＭＧとＮＨ₃、及びシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ₂Ｍｇ）を原料に用いて、厚さ５０ｎｍのＭｇドープされた前記ｐ型ＧａＮガイド層１２を成長させる。このような成長方法を用いた場合、ランピング成長により形成された前記ｎ型Ａｌ_xＧａＮ_1-xグレイデッド層１０ａが前記多重量子井戸構造活性層６からのＩｎ脱離による劣化を防止する役割を効果的に果たすと共に、前記ｎ型Ａｌ_xＧａＮ_1-xグレイデッド層１０ａの結晶性を改善できるため、寿命特性を改善できる。

上述のようにして、前記ｎ型Ａｌ_xＧａＮ_1-xグレイデッド層１０ａ、前記ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎキャリアブロック層１１ａ、前記ｐ型ＧａＮガイド層１２を形成すると、ＴＭＡを原料に加え、成長温度を１０５０℃で維持して、厚さ０.７μｍのＭｇドープされた前記ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層１３ａを成長させる。そして、さらに、成長温度を１０５０℃で維持した状態で、ＴＭＡを原料から除外し、厚さ０.２μｍのＭｇドープされた前記ｐ型ＧａＮコンタクト層１４を成長させ、窒化ガリウム系エピタキシャルウエーハを完成する。その後、当該窒化ガリウム系エピタキシャルウエーハを８００℃の窒素ガス雰囲気中でアニールすることで、Ｍｇドープされたｐ型層を低抵抗化する。

このように各層を前記サファイア基板１上に積層すると、まず、通常のフォトリソグラフィーとドライエッチング技術を用いて、２００μｍ幅のストライプ状に前記ｐ型ＧａＮコンタクト層１４の最表面から、前記ｎ型ＧａＮコンタクト層３が露出するまでエッチングを行う。そして、次に、同様のフォトリソグラフィーとドライエッチング技術を用いて、エッチングされずに残った前記ｐ型ＧａＮコンタクト層１４の最表面に５μｍ幅のストライプ状にリッジ構造が形成されるように、前記ｐ型ＧａＮコンタクト層１４、および前記ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層１３ａをエッチングする。続いて、前記リッジの側面（前記ｐ型ＧａＮコンタクト層１４の側面）と前記リッジ以外のｐ型層表面（前記ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層１３ａの表面）に、厚さ２００ｎｍの前記ＳｉＯ₂ 絶縁膜１７を形成する。この前記ＳｉＯ₂ 絶縁膜１７と前記ｐ型ＧａＮコンタクト層１４の表面にニッケルと金からなる前記ｐ側電極１５を形成し、エッチングにより露出した前記ｎ型ＧａＮコンタクト層３の表面に、チタンとアルミニウムからなる前記ｎ側電極１６を形成し、窒化ガリウム系半導体レーザ素子が作製されたウエーハが出来上がる。

その後、前記ウエーハをリッジストライプに垂直な方向に劈開してレーザの共振器端面を形成し、さらに個々のチップに分割する。そして、各チップをステムに搭載し、ワイヤーボンディングにより各電極とリード端子とを接続し、窒化ガリウム系半導体レーザ素子１８を完成する。

図２に、以上の方法で作製された本実施形態の窒化ガリウム系半導体レーザ素子の一部のバンドダイヤグラムを示す。図２には、前記３層のＩｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ量子井戸層８ａ、８ｂ、８ｃと前記３層のＩｎ_0.01Ｇａ_0.99Ｎ障壁層７ａ、７ｂ、７ｃとからなる前記多重量子井戸構造活性層６、前記ｎ型Ｉｎ_0.01Ｇａ_0.99Ｎ層９ａ、前記ｎ型Ａｌ_xＧａＮ_1-xグレイデッド層１０ａ、前記ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎキャリアブロック層１１ａ、前記ｐ型ＧａＮガイド層１２、前記ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層１３ａ、それぞれのエネルギーギャップを示す。ここで前記ｎ型Ａｌ_xＧａＮ_1-xグレイデッド層１０ａにおいて、そのＡｌ組成ｘは、前記多重量子井戸構造活性層６側で最も低く、活性層から離れるにしたがって連続的にＡｌ組成比が高くなり、前記ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎキャリアブロック層１１ａに接する部分で最も高くなるよう構成される。

以上の構成において、前記ｎ型Ａｌ_xＧａＮ_1-xグレイデッド層１０ａのＡｌ組成が連続的に変化しているため、図２に示されるようにそのエネルギーギャップも連続的に変化し、ポテンシャル勾配を生じる。そのため、従来と比較してｐ層領域から前記多重量子井戸構造活性層６までのホールの拡散時間が短縮されるため、レーザ素子をパルス駆動する場合において、ジッタ特性が改善される。また従来の構造では、前記ｐ型ＡｌＧａＮキャリアブロック層１１とｎ型層の界面において、電圧印加時にｎ型層のバンドがプラスのエネルギー側に曲がり、前記ｐ型ＡｌＧａＮキャリアブロック層１１との界面においてポテンシャルの溝が形成されていた。このポテンシャルの溝に電子キャリアが溜まり、前記多重量子井戸構造活性層６へのホールキャリアの注入が妨げられていた。しかし、本実施形態では、前記ｎ型Ａｌ_xＧａＮ_1-xグレイデッド層１０ａが前記ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎキャリアブロック層１１ａに接するよう構成されているため、ｎ型層との界面に形成されるポテンシャルの溝をなくすことができる。そのため、活性層へのホールキャリアの注入が促進され、ジッタ特性が向上する。

また、ホールの拡散時間の短縮及び前記多重量子井戸構造活性層６への注入の促進に伴い、レーザが発振する閾値が低減し、又、スロープ効率が向上する。また、前記ｎ型Ａｌ_xＧａＮ_1-xグレイデッド層１０ａにより前記ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎキャリアブロック層１１ａと前記多重量子井戸構造活性層６の間の格子歪を効果的に防ぐことができ、寿命特性が改善される。尚、前記ｎ型Ａｌ_xＧａＮ_1-xグレイデッド層１０ａをｎ型Ｉｎ_xＧａＮ_1-xにより構成した場合も、本実施形態と同様なバンドダイヤグラムを得ることが可能である。しかし、前記中間層すべてが結晶性の悪いＩｎＧａＮ層により構成されているため、ホールの注入効率が極端に低下し、光出力特性が逆に悪化し、結果、ジッタ特性が改善されることがない。すなわち、本実施形態における特性向上は、結晶性の良好なＡｌＧａＮ材料からなる前記ｎ型Ａｌ_xＧａＮ_1-xグレイデッド層１０ａを前記ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎキャリアブロック層１１ａに接するよう構成することにより、達成されたと考えられる。

さらに、前記ｎ型Ａｌ_xＧａＮ_1-xグレイデッド層１０ａと、前記Ｉｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ量子井戸層８cとの間には、前記ｎ型Ｉｎ_0.01Ｇａ_0.99Ｎ層９ａが構成されており、前記ｎ型Ａｌ_xＧａＮ_1-xグレイデッド層１０ａと前記多重量子井戸構造活性層６の間の格子歪をさらに効果的に防ぐため、寿命特性が改善される。また、前記ｎ型Ｉｎ_0.01Ｇａ_0.99Ｎ層９ａに材料として用いられているＩｎＧａＮの代わりに、ＧａＮからなる層を設けることでも同様の効果が得られる。このとき、前記ｎ型Ｉｎ_0.01Ｇａ_0.99Ｎ層９ａもしくは前記ＧａＮからなる層の膜厚を１０ｎｍ以上とすることで特に効果的に格子歪を防ぐことができるため、好ましい。また、前記ｎ型Ｉｎ_0.01Ｇａ_0.99Ｎ層９ａもしくは前記ＧａＮからなる層の膜厚は、ホール拡散時間を十分に短くするため、４０ｎｍ以内に設定するのが好ましい。

また、前記ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎキャリアブロック層１１ａは、ｐ型ドーパントとしてＭｇを適用することができる。このとき、通常、Ｍｇ濃度は１０¹⁹ｃｍ^-3以上１０²¹ｃｍ^-3以下とされている。Ｍｇ濃度が１０¹⁹ｃｍ^-3以下の場合、前記ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎキャリアブロック層１１ａが高抵抗化し、動作電圧の上昇を招く。またＭｇ濃度が１０²¹ｃｍ^-3以上の場合、前記ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎキャリアブロック層１１ａの結晶性が悪化し、歩留まりの低下の原因となる。また、前記ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎキャリアブロック層１１ａの厚さが、５ｎｍよりも薄くなると、トンネル効果により電子がｐ型層領域に注入され、一方、その厚さが３０ｎｍよりも厚くなると、前記多重量子井戸構造活性層６に与える結晶歪みの影響が大きくなり、歩留まりの低下を招く。よって、前記ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎキャリアブロック層１１ａの厚さは５ｎｍ以上３０ｎｍ以下とするのが好ましい。

上述のように構成することで、本実施形態における窒化ガリウム系半導体レーザ素子において、良好な光出力特性とともに、良好なジッタ特性を得ることができる。

尚、本実施形態において、ｐ型キャリアブロック層を構成する材料Ａｌ_xＧａ_1-xＮのＡｌ組成比をｘ１とし、ｎ型Ａｌ_xＧａＮ_1-xグレイデッド層のＡｌ組成比の最大値をｘ２としたとき、ｘ１とｘ２の差ｘ１−ｘ２を０．１以上とすることで、６０℃以上の高温時におけるｐ層領域への電子キャリアのオーバーフローを効果的に抑制することができるため、好ましい。また、ｎ型Ａｌ_xＧａＮ_1-xグレイデッド層のＡｌ組成比を、連続的ではなくステップ状に変化させても構わない。

＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態について、図面を参照して説明する。図３は、本実施形態の窒化ガリウム系半導体レーザ素子のバンドダイヤグラムである。尚、本実施形態における窒化ガリウム系半導体レーザ素子の構成は、図１のような構成となる。但し、図１において、前記ｎ型Ａｌ_xＧａＮ_1-xグレイデッド層１０ａが、本実施形態における後述のｎ型Ａｌ_xＧａＮ_1-xグレイデッド層１０ｂに相当する。又、本実施形態における窒化ガリウム系半導体レーザ素子の作製方法も第１の実施形態と同様であるので、その詳細な説明は、第１の実施形態を参照するものとして、省略する。

本実施形態の窒化ガリウム系半導体レーザ素子では、第１の実施形態と異なり、前記ｎ型Ａｌ_xＧａＮ_1-xグレイデッド層１０ｂのＡｌ組成比の最小値ｘ３を０．０２以上とすることによって、図３のように前記ｎ型Ａｌ_xＧａＮ_1-xグレイデッド層１０ｂと前記ｎ型Ｉｎ_0.01Ｇａ_0.99Ｎ層９ａとの界面で、エネルギーギャップの値を不連続に変化させて、段差を設けた構造のエネルギーダイヤグラムとする。結果、このような構造のエネルギーダイヤグラムとすることで、前記ｎ型Ａｌ_xＧａＮ_1-xグレイデッド層１０ｂと前記ｎ型Ｉｎ_0.01Ｇａ_0.99Ｎ層９ａとの界面に電子キャリアに対するポテンシャルバリアが形成され、６０℃以上の高温時におけるｐ層領域への電子キャリアのオーバーフローを効果的に抑制できる。また、前記ｎ型Ａｌ_xＧａＮ_1-xグレイデッド層１０ｂのＡｌ組成比の最大値ｘ２と最小値ｘ３の差ｘ２−ｘ３を０．０２以上とし、エネルギーギャップに勾配をつけることによって、ホールキャリアの拡散時間が短くなり、ジッタが効果的に改善される。

＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態について、図面を参照して説明する。図４は、本実施形態における窒化ガリウム系半導体レーザ素子の構成を示す概略断面図である。尚、本実施形態では、上述の第１の実施形態における前記ｎ型Ｉｎ_0.01Ｇａ_0.99Ｎ層９ａおよび前記ｎ型Ａｌ_xＧａＮ_1-xグレイデッド層１０ａから構成される中間層と前記ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎキャリアブロック層１１ａからなる部分が変更されている。これらの部分以外については、第１の実施形態と同様の構成となるので、図４において、同一の符号を付すとともに、その詳細な説明は、第１の実施形態を参照するものとして、省略する。

図４に示す窒化ガリウム系半導体レーザ素子は、図１の窒化ガリウム系半導体レーザ素子におけるｎ型Ｉｎ_0.01Ｇａ_0.99Ｎ層９ａ及びｎ型Ａｌ_xＧａＮ_1-xグレイデッド層１０ａ及びｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎキャリアブロック層１１ａに相当する部分に、層厚４０ｎｍのｎ型Ｉｎ_0.01Ｇａ_0.99Ｎ層９ｂ及び、ｐ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮキャリアブロック層１１ｂが構成される。このとき、前記ｐ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮキャリアブロック層１１ｂにおいて、そのＡｌ組成比ｘは、前記多重量子井戸構造活性層６側で最も高く、前記ｐ型ＧａＮガイド層１２に近づくに従って連続的にＡｌ組成比が低くなり、前記ｐ型ＧａＮガイド層１２に接する部分で最も低くなるよう構成されている。例えば、前記ｐ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮキャリアブロック層１１ｂにおいて、前記多重量子井戸構造活性層６側では、そのＡｌ組成比ｘを２０％とし、又、前記ｐ型ＧａＮガイド層１２側では、そのＡｌ組成比を０％とする。

次に、図４を参照して、本実施形態の窒化ガリウム系半導体レーザの作製方法を説明する。前記ＧａＮバッファ層２、前記ｎ型ＧａＮコンタクト層３、前記ｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層４、前記ｎ型ＧａＮガイド層５、前記３層のＩｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ量子井戸層８ａ、８ｂ、８ｃと前記３層のＩｎ_0.01Ｇａ_0.99Ｎ障壁層７ａ、７ｂ、７ｃから構成された前記多重量子井戸構造活性層６までの作製方法は、第1の実施形態と同様である。そして、前記多重量子井戸構造活性層６が構成されると、引き続き、成長温度を７５０℃として、前記ｎ型Ｉｎ_0.01Ｇａ_0.99Ｎ層９ｂを４０ｎｍ成長させる。

そして、成長温度７５０℃を維持した状態で、ＴＭＧとＴＭＡとＮＨ₃を原料に用いて、これらの原料ガスの供給量をそれぞれ変化させながら、Ａｌ組成が連続的に変化している前記ｐ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮキャリアブロック層１１ｂを成長させる。このとき、例えば、ＴＭＡの含有率を連続的に増加させるなどして、Ａｌ組成比を変化させる。当該ｐ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮキャリアブロック層１１ｂ中のＡｌ組成比の値が、前記ｎ型Ｉｎ_0.01Ｇａ_0.99Ｎ層９ｂに接する界面側で０．２であり、前記ｐ型ＧａＮガイド層１２側に向かって、０．２から０へ連続的に変化する分布構成となるよう作製する。以後の作製方法は、第1の実施形態と同様である。

図５に、本実施形態における窒化ガリウム系半導体レーザ素子の一部のバンドダイヤグラムを示す。本実施形態では、前記ｐ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮキャリアブロック層１１ｂのエネルギーギャップが、前記多重量子井戸構造活性層６側で最も大きく、前記ｐ型ＧａＮガイド層１２側に近づくに従って連続的に減少している。前記バンドダイヤグラムの構造は、前記ｐ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮキャリアブロック層１１ｂにおけるＡｌ組成比が、前記多重量子井戸構造活性層６側で最も大きな値をとり、そして前記ｐ型ＧａＮガイド層１２側に近づくに従って連続的に減少するよう構成することで得られた。

上述の構造のように、前記ｐ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮキャリアブロック層１１ｂ中のＡｌ組成比が連続的に変化しているため、図５に示されるように、前記ｐ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮキャリアブロック層１１ｂのエネルギーギャップが連続的に変化し、前記ｐ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮキャリアブロック層１１ａと前記ｐ型ＧａＮガイド層１２の界面に生じていたポテンシャルバリアが緩和され、中間層へのホールキャリアの注入効率が向上する。また、従来構造の窒化物半導体発光素子と比較して、ｐｎ接合に印加する電圧を下げることができ、動作電圧を改善することができるとともに、Ａｌ_xＧａ_1-xＮキャリアブロック層とｎ型層界面に従来形成されていたポテンシャルの溝を緩和することができ、中間層から活性層へのホールキャリアの注入効率も向上する。以上の効果によって、ジッタ特性を改善することができた。

＜第４の実施形態＞
本発明の第４の実施形態について、図面を参照し以下に説明する。本実施形態において、窒化ガリウム系半導体レーザ素子の各層の断面構造は、図４のような構成になる。但し、図４において、前記ｐ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮキャリアブロック層１１ｂが、本実施形態における後述のｐ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮキャリアブロック層１１ｃ(図６)に相当する。それ以外の部分については、第３の実施形態と同様であるので、第３の実施形態を参照するものとして、詳細な説明は省略する。

本実施形態における窒化ガリウム系半導体レーザ素子の作製方法は、前記ｐ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮキャリアブロック層１１ｃを除き、第３の実施形態と同様である。当該ｐ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮキャリアブロック層１１ｃは、成長温度７５０℃でＴＭＧとＴＭＡとＮＨ₃を原料に用い、これらの原料ガスの供給量をそれぞれ変化させながら、Ａｌ組成が変化している前記ｐ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮキャリアブロック層１１ｃを作成する。本実施形態では、キャリアブロック層が１０ｎｍ成長するまで、ＴＭＡの含有率を一定に保持したのち、ＴＭＡの含有率を連続的に増加させるなどして、Ａｌ組成比を変化させる。Ａｌ組成比の分布が前記ｐ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮキャリアブロック層１１ｃにおいて、前記ｎ型Ｉｎ_0.01Ｇａ_0.99Ｎ層９ｂに接する界面側の１０ｎｍでは、Ａｌ組成比を０．２と一定とするとともに、前記ｐ型ＧａＮガイド層１２側の５ｎｍでは、Ａｌ組成比は０．２から０へ連続的に減少させる。

図６に、本実施形態の窒化ガリウム系半導体レーザ素子の一部のバンドダイヤグラムを示す。本実施形態において、前記ｐ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮキャリアブロック層１１ｃが図６のように、バンドギャップが等しい層と前記ｐ型ＧａＮガイド層１２に向かってバンドギャップが小さくなる層とを備えた構成となる。前記ｐ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮキャリアブロック層１１ｃの一部において、前記ｐ型ＧａＮガイド層１２に向かってエネルギーギャップが連続的に小さくするようにすることで、第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。

尚、ホールキャリアの注入効率を十分に高くするため、前記ｐ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮキャリアブロック層１１ｃにおけるＡｌ組成比が連続的に変化している部分の層厚は５ｎｍ以上とすることが好ましい。また、６０℃以上の高温時におけるｐ層領域への電子キャリアのオーバーフローを効果的に抑制するため、前記ｐ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮキャリアブロック層１１ｃの最大Ａｌ組成比を０．１以上とすることが好ましい。また、トンネル効果によるｐ層領域への電子キャリアの流出を効果的に抑制するため、前記ｐ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮキャリアブロック層１１ｃの層厚を１０ｎｍ以上とすることが好ましい。

尚、第３の実施形態と第４の実施形態において、グレイデッド層を備えていない構成を例として説明したが、例えば第１の実施形態と同様に、活性層側からキャリアブロック側に向かって、バンドギャップが広がるようなグレイデッド層を設けるものとしても構わない。

例として、図７に窒化ガリウム系半導体レーザ素子の一部のバンドダイヤグラムを示す。このように、第１又は第２の実施形態と、第３又は第４の実施形態の構造を組み合わせることによって、良好な光出力特性を有し、かつ、ジッタを十分に低くすることに対し、より大きな効果を得ることができる。

尚、上述の各実施形態においては、サファイア基板を使用したが、基板に用いる材質は、サファイア基板に限定されず、ＳｉＣ基板、スピネル基板、ＭｇＯ基板、Ｓｉ基板、またはＧａＡｓ基板でも構わない。このとき、特にＳｉＣ基板の場合はサファイア基板に比べて劈開しやすいため、劈開によるレーザ共振器端面の形成が容易であるという利点がある。また、前記サファイア基板上のバッファ層に用いる材質として、基板上に窒化ガリウム系半導体をエピタキシャル成長させることが出来るものであれば、ＧａＮに限定されず、他の材料、例えばＡｌＮやＡｌＧａＮ３元混晶でも構わない。また、前記サファイア基板および前記ＧａＮバッファ層の代わりに、ＧａＮ基板に置き換えても構わない。また、クラックを防止する目的として、ＩｎＧａＮ層を前記サファイア基板の上に積層してもよい。

また、上述の各実施形態において、２つの前記クラッド層の組成材料として、Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9ＮのＡｌ組成比を持つＡｌＧａＮ３元混晶を用いたが、例えば、微量に他の元素を含んだ４元以上の混晶半導体などの他の材料を用いても構わない。さらに、クラッド層において、混晶の組成を変え、当該二つのクラッド層それぞれの混晶の組成比が異なるものとしても構わない。

また、前記２つのガイド層については、前記多重量子井戸構造活性層を構成する前記３層の量子井戸層のエネルギーギャップの値と、前記ｎ型クラッド層及び前記ｐ型クラッド層のエネルギーギャップの値との間に、そのエネルギーギャップの値があれば、例えばＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ等の３元混晶やＩｎＧａＡｌＮ等の４元混晶等を用いても構わない。

また、前記多重量子井戸構造活性層を構成する前記量子井戸層と前記障壁層は、必要なレーザ発振波長に応じてその組成比を設定する。発振波長を長くしたいときは前記量子井戸層のＩｎ組成比の値を大きくし、短くしたいときは前記量子井戸層のＩｎ組成比の値を小さくする。また、前記量子井戸層と前記障壁層は、ＩｎＧａＮ３元混晶に微量に他の元素を含んだ４元以上の混晶半導体としても構わない。また、前記障壁層は、その構成材料をＧａＮに置き換えても構わない。

さらに、前記多重量子井戸構造活性層を構成する前記量子井戸層と前記障壁層の層厚をともに、それぞれ、５ｎｍ以外の層厚としても構わない。それぞれの層厚が同一である必要はなく、異なるものとしても構わない。また、量子井戸層を３層以外の層数としても構わない。

＜窒化ガリウム系半導体レーザ素子を用いた光ピックアップ装置の例＞
本発明によって得られた窒化ガリウム系半導体レーザ素子を用いた光ピックアップ装置の光ピックアップ部分の構成図を図８に示す。窒化ガリウム系半導体レーザ素子１９から出射した光が、トラッキングビーム生成用の回折格子２０により、２つのトラッキング用副ビームと信号読み出し用主ビームとの３つの光ビームに分けられる。当該光は、ホログラム素子２１を０次光として透過し、コリメートレンズ２２で平行光に変換された後、対物レンズ２３にてディスク盤面上２４に集光される。

この集光された光はディスク盤面上に形成されたピットにより、光強度が変調されて反射し、前記対物レンズ２３及び前記コリメートレンズ２２を透過した後に、前記ホログラム素子２１により回折され、この１次光成分がＤ１からＤ５の５分割の受光面からなる分割型受光素子２５に入射される。そしてこの５分割の受光面からの出力を加減算することにより、信号読み出し用とトラッキング用の信号を得ることができる。

このような光ピックアップ部を有する光ピックアップ装置に対し、本発明で記載したジッタ-が低減された窒化ガリウム系半導体レーザ素子を使用することで、良好な周波数特性を得ることができる。また、本発明で得られた窒化ガリウム系半導体レーザ素子の適応は、本例に記載されている光学系に限定されるものではなく、他の光学系とそれを用いた光ピックアップ部からなる光ピックアップ装置に適応することが可能である。

本発明の第１の実施形態又は第２の実施形態における窒化ガリウム系半導体レーザ素子の構成を示す概略断面図である。 本発明の第１の実施形態における窒化ガリウム系半導体レーザ素子の一部のバンドダイヤグラム図である。 本発明の第２の実施形態における窒化ガリウム系半導体レーザ素子の一部のバンドダイヤグラム図である。 本発明の第３の実施形態又は第４の実施形態における窒化ガリウム系半導体レーザ素子の構成を示す概略断面図である。 本発明の第３の実施形態における窒化ガリウム系半導体レーザ素子の一部のバンドダイヤグラム図である。 本発明の第４の実施形態における窒化ガリウム系半導体レーザ素子の一部のバンドダイヤグラム図である。 本発明の第１又は第２の実施形態と、第３又は第４の実施形態の構造を組み合わせた窒化ガリウム系半導体レーザ素子の一部のバンドダイヤグラム図である。 本発明による窒化ガリウム系半導体レーザ素子を用いた光ピックアップ装置図である。 従来の窒化ガリウム系半導体レーザ素子の一部のバンドダイヤグラム図である。

符号の説明

１ サファイア基板
２ ＧａＮバッファ層
３ ｎ型ＧａＮコンタクト層
４ ｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層
５ ｎ型ＧａＮガイド層
６ 多重量子井戸構造活性層
７ａ Ｉｎ_0.01Ｇａ_0.99Ｎ障壁層
７ｂ Ｉｎ_0.01Ｇａ_0.99Ｎ障壁層
７ｃ Ｉｎ_0.01Ｇａ_0.99Ｎ障壁層
８ａ Ｉｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ量子井戸層
８ｂ Ｉｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ量子井戸層
８ｃ Ｉｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ量子井戸層
９ ｎ型ＩｎＧａＮ層
９ａ ｎ型Ｉｎ_0.01Ｇａ_0.99Ｎ層
９ｂ ｎ型Ｉｎ_0.01Ｇａ_0.99Ｎ層
１０ ｎ型ＡｌＧａＮ層
１０ａ ｎ型Ａｌ_xＧａＮ_1-xグレイデッド層
１０ｂ ｎ型Ａｌ_xＧａＮ_1-xグレイデッド層
１１ ｐ型ＡｌＧａＮキャリアブロック層
１１ａ ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎキャリアブロック層
１１ｂ ｐ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮキャリアブロック層
１１ｃ ｐ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮキャリアブロック層
１２ ｐ型ＧａＮガイド層
１３ ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
１３ａ ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層
１４ ｐ型ＧａＮコンタクト層
１５ ｐ側電極
１６ ｎ側電極
１７ ＳｉＯ₂ 絶縁膜
１８ 窒化ガリウム系半導体レーザ素子
１９ 窒化ガリウム系半導体レーザ素子
２０ 回折格子
２１ ホログラム素子
２２ コリメートレンズ
２３ 対物レンズ
２４ ディスク盤面上
２５ 分割型受光素子
Ｄ１ ５分割の受光面
Ｄ２ ５分割の受光面
Ｄ３ ５分割の受光面
Ｄ４ ５分割の受光面
Ｄ５ ５分割の受光面

Claims (14)

1. キャリアをトラップして発光する活性層と、該活性層へのキャリアの閉じ込めを行うキャリアブロック層と、前記活性層と前記キャリアブロック層の間に構成される４０ｎｍ以上の中間層とを、備える窒化物半導体発光素子において、
   前記中間層の一部に、前記キャリアブロック層に接するとともに、エネルギーギャップが連続的に変化するグレイデッド層が構成され、
   前記グレイデッド層がＡｌ_xＧａ_1-xＮ（０≦ｘ≦１）層からなることを特徴とする窒化物半導体発光素子。
2. 前記中間層が、前記グレイデッド層と、ＩｎＧａＮ層又はＧａＮ層と、からなることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体発光素子。
3. 前記ＩｎＧａＮ層又は前記ＧａＮ層の層厚が１０nm以上であることを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体発光素子。
4. 前記ＩｎＧａＮ層又は前記ＧａＮ層の層厚が４０nm以下であることを特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体発光素子。
5. 前記キャリアブロック層がＡｌＧａＮで構成され、前記キャリアブロック層におけるＡｌ組成比の値ｘ１と前記グレイデッド層におけるＡｌ組成比の最大値ｘ２との差ｘ１−ｘ２が、０．１以上であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
6. 前記グレイデッド層のＡｌ組成比の最大値ｘ２と最小値ｘ３との差ｘ２−ｘ３が、０．０２以上であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
7. 前記グレイデッド層のＡｌ組成比の最小値ｘ３が、０．０２以上であることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
8. 前記グレイデッド層が、成長温度を上昇させながら作製を行うランピング成長により、形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
9. キャリアをトラップして発光する活性層と、該活性層へのキャリアの閉じ込めを行うＡｌ_xＧａ_1-xＮキャリアブロック層と、前記活性層と前記Ａｌ_xＧａ_1-xＮキャリアブロック層の間に構成される４０nm以上の中間層とを、備える窒化物半導体発光素子において、
   前記Ａｌ_xＧａ_1-xＮキャリアブロック層の一部又は全体において、Ａｌ組成比が前記中間層に接する側から、その反対側に向かって連続的に減少している部分を備えることを特徴とする窒化物半導体発光素子。
10. 前記Ａｌ_xＧａ_1-xＮキャリアブロック層において、Ａｌ組成が前記中間層に接する側から、その反対側に向かって連続的に減少している部分の層厚が５ｎｍ以上であることを特徴とする請求項９に記載の窒化物半導体発光素子。
11. 前記Ａｌ_xＧａ_1-xＮキャリアブロック層のＡｌ組成比の最大値が０．１以上であることを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載の窒化物半導体発光素子。
12. 前記Ａｌ_xＧａ_1-xＮキャリアブロック層の層厚が１０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項９〜請求項１１のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
13. 前記中間層の一部に、前記Ａｌ_xＧａ_1-xＮキャリアブロック層に接するとともに、エネルギーギャップが連続的に変化するグレイデッド層が構成され、前記Ａｌ_xＧａ_1-xＮキャリアブロック層の一部又は全体において、Ａｌ組成比が前記中間層に接する側から、その反対側に向かって連続的に減少している部分を備えることを特徴とする請求項９〜請求項１２のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子。
14. 請求項１〜請求項１３のいずれかに記載の窒化物半導体発光素子を記録メディアに対して、レーザ光を放射するレーザ素子として用いることを特徴とする光ピックアップ装置。

Images