JP2006114605A - 窒化物半導体レーザ素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 変調ストライプ構造を有する半導体レーザ素子において、駆動電圧を低減しつつ、スロープ効率や閾値電流、ＦＦＰといった特性も良好である窒化物半導体レーザ素子を提供すること。
【解決手段】 本発明は、対向する２つの共振器面に対して略垂直な水平方向光閉じ込めリッジストライプ構造を有する窒化物半導体レーザ素子において、前記ストライプ構造は、少なくとも狭ストライプ領域および移行領域を含み、前記狭ストライプ領域の幅Ｗ１は、１．３μｍ〜１．８μｍの範囲内であり、かつ狭ストライプ領域の長さＬ１は、１５０μｍ以上であり、前記移行領域の最大幅Ｗ３は、２μｍ〜４μｍの範囲内であり、前記狭ストライプ領域の長さＬ１は、前記ストライプ構造の全長Ｌに対して８５％以下であり、前記狭ストライプ領域に対する前記移行領域の広がり角θが２°以下であることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、窒化物半導体レーザ素子に関し、より詳細には、特定のリッジストライプ構造を有する窒化物半導体レーザ素子に関する。

光学式情報記録再生装置の光源に用いられる半導体レーザ素子には、駆動時の光出力において基本横モードのみが発振することが要求される。なぜならば、高次モードが発生すると水平方向のファーフィールドパターン（以下、「ＦＦＰ」と呼ぶ）の単峰性が失われ、光スポットを光ディスク上で一点に十分小さく絞ることができなくなる上に、電流−光出力特性に直線的でない箇所、すなわちいわゆるキンクが生じ、安定動作が不可能となるからである。したがって、高次横モードの発生を抑制することは半導体レーザ素子において重要な課題であり、またその発生光出力の向上は記録速度の高速化を可能にするので望まれている。

高次モードの発生を抑制するためには、ストライプ幅を２μｍ程度以下にまで狭くする（以下、「狭ストライプ化」と呼ぶ）手法が一般に知られている。高次モードのカットオフ条件を満たすストライプ幅まで狭くした場合は、必ず高次モードの発生を抑制することができる。カットオフ条件を満たしていない場合でも、ストライプ幅が狭くなるにしたがい、高次モードの閉じ込め係数が小さくなる上に、放射損失も大きくなるため、高次モードの発振閾値電流が上がるので、高次モードの発生する光出力は上昇する。また、狭ストライプ化はキンクの発生要因のひとつであるホールバーニングをも抑制する効果があるとされている。

以上のような利点がある一方で、狭ストライプ化構造にすると駆動電圧が上昇するという問題がある。駆動電圧の上昇は狭ストライプ化によって素子抵抗が増加するためであると考えられている。

キンクレベルを向上させるという狭ストライプ化の利点を維持しつつ、駆動電圧の上昇を抑制する手法として、図８のように、一共振器内に、幅がＷ１、長さがＬ１である狭ストライプ領域１と、狭ストライプ領域１での駆動電圧上昇を相殺するために設けられた、幅がＷ２＞Ｗ１なるＷ２であって、長さがＬ２である広ストライプ領域２と、両者の間にあって幅が変化し、長さがＬ３である移行領域３とを設ける変調ストライプ構造が知られている。

しかしながら、移行領域の形状については、下記特許文献１や下記特許文献２に記述があるものの、詳細な検討はこれまでに行われていなかった。本発明者らはこの形状について検討したところ、変調ストライプ構造では、移行領域の形状によっては移行領域において基本次モードの放射損失が増加するため、スロープ効率の低下や閾値電流の増加はもちろんのこと、ＦＦＰも乱れることを発見し、問題となることがわかった。
特開平１０−７５０１１号公報 特開平１０−１５４８４３号公報

本発明の目的は、変調ストライプ構造を有する半導体レーザ素子において、駆動電圧を低減しつつ、スロープ効率や閾値電流、ＦＦＰといった特性も良好である窒化物半導体レーザ素子を提供することにある。

本発明の１つの局面によれば、対向する２つの共振器面に対して略垂直な水平方向光閉じ込めリッジストライプ構造を有する窒化物半導体レーザ素子において、前記ストライプ構造は、少なくとも狭ストライプ領域および移行領域を含み、前記狭ストライプ領域の幅Ｗ１は、１．３μｍ〜１．８μｍの範囲内であり、かつ狭ストライプ領域の長さＬ１は、１５０μｍ以上であり、前記移行領域の最大幅Ｗ３は、２μｍ〜４μｍの範囲内であり、前記狭ストライプ領域の長さＬ１は、前記ストライプ構造の全長Ｌに対して８５％以下であり、前記狭ストライプ領域に対する前記移行領域の広がり角θが２°以下であることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子が提供される。

好ましくは、前記ストライプ構造の全長Ｌは、３００μｍ〜１５００μｍの範囲内である。

好ましくは、広ストライプ領域の幅Ｗ２は、２．０μｍ〜４．０μｍの範囲内であり、かつ前記広ストライプ領域の長さＬ２は、２００μｍ以上である。

好ましくは、リッジストライプ構造において、狭ストライプ領域、移行領域、広ストライプ領域、移行領域および狭ストライプ領域がこの順番で形成されている。

好ましくは、リッジストライプ構造において、狭ストライプ領域および移行領域のみから形成されている。

好ましくは、リッジストライプ構造において、狭ストライプ領域、移行領域、広ストライプ領域および移行領域がこの順番で形成されて１つのユニットをなし、該ユニットが繰り返し形成されている。

本発明によれば、駆動電圧を低減しつつ、スロープ効率や閾値電流、ＦＦＰといった特性も良好である窒化物半導体レーザ素子が提供される。

本発明の窒化物半導体レーザ素子は、対向する２つの共振器面に対して略垂直な水平方向光閉じ込めリッジストライプ構造を有する窒化物半導体レーザ素子において、前記ストライプ構造は、少なくとも狭ストライプ領域および移行領域を含み、前記狭ストライプ領域の幅Ｗ１は、１．３μｍ〜１．８μｍの範囲内であり、かつ狭ストライプ領域の長さＬ１は、１５０μｍ以上であり、前記移行領域の最大幅Ｗ３は、２μｍ〜４μｍの範囲内であり、前記狭ストライプ領域の長さＬ１は、前記ストライプ構造の全長Ｌに対して８５％以下であり、前記狭ストライプ領域に対する前記移行領域の広がり角θが２°以下であることを特徴とする。

これにより、変調ストライプ構造においてスロープ効率や閾値電流の特性を向上させつつＦＦＰの特性も良好にすることができる。

具体的に、本発明を、図を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の窒化物半導体レーザ素子の斜視図であり、図２は、本発明の窒化物半導体レーザ素子のリッジストライプ構造の平面図である。

図１において、本発明の窒化物半導体レーザ素子は、対向する２つの共振器面１１，１２に対して略垂直な水平方向光閉じ込めリッジストライプ構造１３を有し、当該リッジストライプ構造は、狭ストライプ領域１４、移行領域１５および広ストライプ領域１６から構成される。リッジストライプ構造１３について図２を用いて詳細に説明する。

図２において、狭ストライプ領域１４の幅Ｗ１は、１．３μｍ〜１．８μｍの範囲内であり、かつ狭ストライプ領域１４の長さＬ１は、１５０μｍ以上であり、狭ストライプ領域に対する移行領域１５の広がり角θは２°以下である。Ｗ１が、１．３μｍ未満であると、閾値電流が増大するおそれがあり、１．８μｍを超えると狭ストライプ領域の高次モードとホールバーニングの抑制効果を得にくいためである。好ましくは、１．４μｍ以上１．７μｍ以下である。

また、Ｌ１が、１５０μｍ未満であると、移行領域および広ストライプ領域で生じた高次モード光が減衰しきらないおそれがある。また、伝播光の形状は、移行領域で乱れ、狭ストライプ領域を通過する間に再び整形されるのだが、Ｌ１が１５０μｍ未満であると、伝播光の形状が乱れたまま出射され、ＦＦＰが乱れるおそれがある。好ましくは、２００μｍ以上である。ただし、後述するＬ１がストライプ構造の全長Ｌに占める割合の条件（８５％以下、好ましくは６５％以下）を同時に満たす必要がある。また、広がり角θが２°を超えると、ストライプ外に漏れて放射する光が増加してしまうため、ＦＦＰなどの特性が悪化するという問題が生じるおそれがある。好ましくは、１°以下である。ただし、前述のＬ１の条件（１５０μｍ以上、好ましくは２００μｍ以上）、後述するＬ１がストライプ構造の全長Ｌに占める割合の条件（８５％以下、好ましくは６５％以下）、同じく後述する移行領域の最大幅Ｗ３（２μｍ〜４μｍ、好ましくは、２μｍ〜３μｍ）の条件は、すべて同時に満たす必要がある。

また、移行領域の最大幅Ｗ３は、２μｍ〜４μｍの範囲内である。Ｗ３が２μｍ未満であると、駆動電圧上昇の相殺の効果を得ることが難しく、４μｍを超えると、閾値電流が増大してしまうおそれがある。好ましくは、２μｍ〜３μｍである。また、前記狭ストライプ領域の長さＬ１は、前記ストライプ構造の全長Ｌに対して８５％以下である。８５％を超えると、駆動電圧上昇の相殺効果を得ることが難しいためである。好ましくは、６５％以下である。ただし、前述のＬ１の条件（１５０μｍ以上、好ましくは２００μｍ以上）を、同時に満たす必要がある。

本発明において、図２に示されるように、ストライプ構造の全長Ｌは、３００μｍ〜１５００μｍの範囲内であることが好ましい。３００μｍ未満であると、熱抵抗増大による放熱性が悪化するおそれがあり、１５００μｍを超えると、閾値電流が増大するおそれがあるためである。好ましくは、４００μｍ〜１０００μｍの範囲内である。

また、広ストライプ領域１６の幅Ｗ２は、２．０μｍ以上４．０μｍ以下の範囲内であり、かつ広ストライプ領域１６の長さＬ２は、１５０μｍ以上であることが好ましい。Ｗ２が、２．０μｍ未満であると、駆動電圧上昇の相殺の効果を得ることが難しく、４．０μｍを超えると、閾値電流が増大してしまうおそれがあるためである。好ましくは、２μｍ以上３μｍ以下である。

また、Ｌ２が、１５０μｍ未満であると、広ストライプ側の端面から光を取り出す場合、伝播光の形状が乱れたまま出射され、ＦＦＰが乱れるおそれがあるためである。好ましくは、２００μｍ以上である。

上記のリッジストライプ構造は、本発明者らの次に示す検討により見出されたものである。すなわち、図１および図２に示すような、幅が直線テーパ状に変化するストライプ構造を有する窒化物半導体レーザ素子において、水平基本次モードの放射損失を、有限差分法によるビーム伝播法（Ｆｉｎｉｔｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ Ｂｅａｍ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ， ＦＤ−ＢＰＭ）によって計算した。具体的な計算法については後述する。

図３は、狭ストライプ領域に対する移行領域の広がり角θと、移行領域における、水平基本次モードの規格化放射損失α０＝α０３／α０１の関係を、グラフを用いて示したものである。ここで、α０１およびα０３はそれぞれ、ストライプ幅の変化する移行領域におけるおよびストライプ幅の変化しない単調ストライプ構造における、水平基本次モードの放射損失を意味する。なお、本明細書において、「水平」方向とは、対向する２つの共振器面に垂直でかつ、半導体層の層厚方向に対し垂直な方向をいう。

図３によると、θが大きくなるにつれて、α０が増大することがわかる。これは、ストライプ幅の変化が急峻になると、ストライプ外に漏れて放射する光が増加するためである。図３のグラフより、スロープ効率や閾値電流、ＦＦＰといった特性を悪化させないためには、α０は２以下、すなわち、移行領域における放射損失が、単調ストライプ領域における放射損失の２倍以下である必要があることから、θは２°以下が好ましい。

なお、本計算は、狭ストライプ領域の幅Ｗ１を１．３μｍとし、広がり角θで変化する場合について検討しているが、Ｗ１が１．３μｍ以上であれば、θ≦２°の条件を満たすと必ずα０≦２が満たされ、特性の悪化は生じない。すなわち、移行領域の形状は、Ｗ２＞Ｗ１≧１．３μｍであり、かつ、θ≦２°を満たせばよく、この条件を満たす限りにおいて特性の悪化は生じない。

続いて、水平高次モードの発生を抑制して、高キンクレベルを達成できるような狭ストライプ幅を計算し、検討した。図４は、狭ストライプ幅と、水平基本次モードと水平１次モードとの放射損失差Δαとの関係を、グラフを用いて示したものである。水平高次モードの発生を十分に抑制して、４５ｍＷ以上のキンクレベルを得るためには、Δα≧４ｃｍ^−１の領域が、１５０μｍ以上必要である。したがって、Ｗ１≦１．８μｍ、Ｌ１≧１５０μｍが選ばれる。

以上のとおり、２つの計算結果を合わせると、変調リッジストライプ構造の利点である、駆動電圧上昇の抑制とキンクレベルの向上を達成しつつ、スロープ効率、閾値電流、ＦＦＰといった特性を悪化させないためには、１．３μｍ≦Ｗ１≦１．８μｍ、Ｌ１≧１５０μｍ、Ｗ２＞１．８μｍ、θ≦２°であれば良い。ただし、駆動電圧の上昇を十分に抑えるためには、２．０μｍ≦Ｗ２≦４．０μｍ、Ｌ２≧２００μｍが望ましい。また、閾値電流の値やチップの放熱性を考慮すると、リッジストライプ構造の全長Ｌは３００μｍ≦Ｌ≦１５００μｍが望ましい。なお、ストライプ領域が共振器端面にまで到達していないような端面非注入構造においても、本発明の効果は得られる。

ここで、放射損失の計算法について述べる。本明細書において、放射損失とは、作製したレーザ構造について、有限差分法によるビーム伝搬法（Ｆｉｎｉｔｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ Ｂｅａｍ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ，ＦＤ−ＢＰＭ）により求まる計算値を指すものとする。ＦＤ−ＢＰＭについては、例えばＷ．Ｐ．Ｈｕａｎｇ，ＩＥＥＥ Ｊ．Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．２９（１９９３）２６３９に記載されている。

まず、初期値として適切な光強度分布（基本次モードを求める場合は単峰な光強度分布を、１次モードを求める場合は双峰の光強度分布を与える）を作製したレーザの構造に入射させ、３００μｍ伝搬させた後の光強度分布を、ＦＤ−ＢＰＭにより計算すると、同計算構造における横モード成分のみが選択的に伝播し、他の成分は計算構造外に伝搬していき、３００μｍ伝搬する間に無視できる強度まで減少するため、伝搬後の光強度分布は同計算構造における横モードの光強度分布とみなすことができる。次に、求まった横モード光強度分布を改めて同じ計算構造内に入射させ、単位長さだけ伝搬させた後のパワー減衰割合から、同構造における放射損失を求めることができる。

ここで、計算構造は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により求めた層厚およびＸ線から求めたＩｎ混晶比およびＡｌ混晶比から、レーザ構造の共振器方向に垂直な断面における屈折率分布を求め、さらに活性層中央面とリッジ中央面と共振器方向に垂直な断面との交点を原点とした、垂直方向±４μｍ、水平方向±４μｍ以内の領域のみとした。この計算構造より外に放射した光は、放射損失として取り扱っている。また、上記計算構造の周囲は、透明境界条件を用いた。透明境界条件については、例えばＧ．Ｒ．Ｈａｄｌｅｙ，ＯｐｔｉｃｓＬｅｔｔ．１６（１９９１）６２４に記載されている。また、差分化する際のセルの大きさは、計算構造内で一定とし、縦０．０４μｍ以下、横０．１μｍ以下とした。

本発明の窒化物半導体レーザ素子では、上述したような特定の形状を有するリッジストライプ構造を採用して、高キンクレベルと低駆動電圧を達成したうえに、移行部の形状を最適化することによって、閾値電流、スロープ効率、ＦＦＰといった特性の悪化も抑止できる。

ここで、本発明においては、上述したように、高次モードの発生を抑制するための狭ストライプ領域の幅が１．３μｍ以上１．８μｍ以下、長さが１５０μｍ以上であり、移行部の広がり角が２°以下である限りにおいて、上記効果を得ることができるが、代替の形態としては、図７のようなリッジストライプ部の構造にすることも可能である。

例えば、図７（ａ）のように、リッジストライプ構造において、狭ストライプ領域１４、移行領域１５、広ストライプ領域１６、移行領域１５および狭ストライプ領域１４がこの順番で形成されているような形状でも良い。また、図７（ｂ）のように狭ストライプ領域１４および移行領域１５のみから形成されている形状でもよい。また、図７（ｃ）のように狭ストライプ領域１４、移行領域１５、広ストライプ領域１６および移行領域１５がこの順番で形成されて１つのユニットをなし、該ユニットが繰り返し形成されている形状も可能である。

次に、本発明の窒化物半導体レーザ素子の構造について説明する。図５は、本発明の窒化物系半導体レーザ素子の断面図であり、半導体レーザ素子の層厚方向に垂直な断面を表している。

図５において、本発明の窒化物半導体レーザは、ｎ型ＧａＮ材料からなる基板１０１（好ましくは、膜厚３０〜５００μｍ）と、ｎ型ＧａＮ材料からなる下地層１０２（好ましくは、膜厚０．１〜１０μｍ）と、ｎ型Ａｌ_ｘ１Ｇａ_１−ｘ１Ｎ（０．０４≦ｘ１＜ｘ２≦０．１５）材料からなる第１下部クラッド層（好ましくは、膜厚０．８μｍ以上）と、ｎ型Ａｌ_ｘ２Ｇａ_１−ｘ２Ｎ（０．０４≦ｘ１＜ｘ２≦０．１５）材料からなる第２下部クラッド層（好ましくは、膜厚０．０５〜０．３μｍ）と、ｎ型Ａｌ_ｘ３Ｇａ_１−ｘ３Ｎ（０．０４≦ｘ３＜ｘ２≦０．１５）材料からなる第３下部クラッド層（好ましくは、膜厚０．０１〜０．３μｍ）とからなる下部クラッド層１０３、ｎ型ＧａＮ材料からなる下部光導波層１０４（好ましくは、膜厚０〜０．１５μｍ）、Ｉｎ_ｗＧａ_１−ｗＮ（０＜ｗ≦０．２）材料からなる量子井戸層およびｎ型Ｉｎ_ｖＧａ_１−ｖＮ（０≦ｖ＜ｗ）材料からなる障壁層を交互に積層させた多重量子井戸構造の活性層１０５（好ましくは、総膜厚５〜１００ｎｍ）、ｐ型Ａｌ_ｚＧａ_１−ｚＮ材料からなるキャリアブロック層１０６（好ましくは、膜厚０〜０．１μｍ）、中央部にその他の部分より上方に突出したストライプ状の突出部を有しかつｐ型ＧａＮ材料からなる上部光導波層１０７（好ましくは、中央部の膜厚０．０５〜０．１５μｍ）、上部光導波層１０７の突出部上に形成されたｐ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＮ（好ましくは、０．０４≦ｙ≦０．１５）材料からなる上部クラッド層１０８（好ましくは、膜厚０．４μｍ以上）、上部クラッド層１０８上に形成されたｐ型ＧａＮ材料からなるコンタクト層１０９（好ましくは、膜厚が０．０１〜１０μｍ）と、上部光導波層１０７の突出部、上部クラッド層１０８およびコンタクト層１０９で構成されるリッジストライプ部の構造の両側に設けられた埋め込み層１１０と、正電極１１２と、負電極１１１とを備える。

本窒化物系半導体レーザ素子の発光波長は、３７０〜４３０ｎｍの範囲であり、当該発光波長は、活性層１０５における量子井戸層および障壁層を形成するＩｎＧａＮ半導体の混晶比および各層の膜厚によって調整することができる。

また、下部光導波層１０４、上部光導波層１０７およびキャリアブロック層１０６には導電型不純物を含むことにより導電型の規定されている半導体を採用した構成を示したが、それらの層にノンドープの半導体を採用した構成とすることもできる。

ｐ型用の電極１１２（正電極）としては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）膜上に金（Ａｕ）膜を積層してなるＡｕ／Ｎｉ電極やパラジウム（Ｐｄ）膜上に金（Ａｕ）膜を積層してなるＡｕ／Ｐｄ電極が挙げられる。また、ｎ型用の電極（負電極）としては、例えば、チタン（Ｔｉ）膜にアルミニウム（Ａｌ）膜を積層してなるＡｌ／Ｔｉ電極やタングステン（Ｗ）膜に金（Ａｕ）膜を積層してなるＡｕ／Ｗ電極が挙げられる。

次に、本発明に係る窒化物系半導体レーザ素子の製造方法について説明する。まず、（０００１）Ｃ面を結晶成長用面とするｎ型ＧａＮからなる基板１０１を洗浄する（洗浄工程）。洗浄したＧａＮ基板１０１をＭＯＣＶＤ装置内に導入し、Ｈ_２雰囲気の中で、約１１００℃の高温でクリーニングを行う（清浄化工程）。

次に、約１０５０℃まで降温する。ＴＭＧ（トリメチルガリウム）を１００μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＳｉＨ_４（モノシラン）を１０ｎｍｏｌ／ｍｉｎ導入して、下地層１０２としてｎ型ＧａＮ層を成長させる（下地層形成工程）。

下地層形成工程の完了後、ＴＭＧの流量を５０μｍｏｌ／ｍｉｎに調整し、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）を一定量導入して、ＳｉＨ_４を１０ｎｍｏｌ／ｍｉｎ流しながら、第１下部クラッド層１１３としてｎ型Ａｌ_ｘ１Ｇａ_１−ｘ１Ｎ（例えばｘ１＝０．０６２）層、第２下部クラッド層１２３としてｎ型Ａｌ_ｘ２Ｇａ_１−ｘ２Ｎ（例えばｘ２＝０．１）層、第３下部クラッド層１３３としてｎ型Ａｌ_ｘ３Ｇａ_１−ｘ３Ｎ（例えばｘ３＝０．０６２）層を順次成長させる（下部クラッド層形成工程）。

下部クラッド層形成工程完了後、ＴＭＡの供給を停止し、かつＴＭＧを１００μｍｏｌ／ｍｉｎに調整して、下部光導波層１０４としてｎ型ＧａＮ層を成長させる（下部光導波層形成工程）。

下部光導波層形成工程の完了後、ＴＭＧの供給を停止して、キャリアガスを水素ガス（Ｈ_２ガス）から窒素ガス（Ｎ_２ガス）に代えて、７００℃まで降温し、インジウム原料であるトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を一定量、ＴＭＧを１５μｍｏｌ／ｍｉｎ導入し、活性層１０５を構成する障壁層としてｎ型Ｉｎ_ｖＧａ_１−ｖＮ（例えば、ｖ＝０．００５）層を成長させる（障壁層形成工程）。次に、ＳｉＨ_４の供給を停止し、かつＴＭＩの供給をある一定量にまで増加して、活性層１０５の量子井戸層としてＩｎ_ｗＧａ_１−ｗＮ（例えば、ｗ＝０．０９）層を成長させる（量子井戸層形成工程）。成長時に導入するＴＭＩの流量は、その設計値に等しいＩｎ組成の膜が得られるように調節する。障壁層形成工程と量子井戸層形成工程とを繰り返して所望の多重量子井戸構造を有する活性層１０５を形成する（活性層形成工程）。

活性層形成工程の完了後、ＴＭＩ、ＴＭＧおよびＳｉＨ_４の供給を停止して、１０５０℃まで昇温し、キャリアガスをＮ_２ガスからＨ_２ガスに代えて、ＴＭＧを５０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＡを適量、ｐ型不純物の原料であるビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ_２Ｍｇ）を１０ｎｍｏｌ／ｍｉｎ導入し、キャリアブロック層１０６としてｐ型Ａｌ_ｚＧａ_１−ｚＮ（例えば、ｚ＝０．２６）層を成長させる（キャリアブロック層形成工程）。

キャリアブロック層形成工程の完了後、ＴＭＡの供給を停止し、ＴＭＧの供給量を１００μｍｏｌ／ｍｉｎに調整して、上部光導波層１０７としてｐ型ＧａＮ層を成長させる（上部光導波層形成工程）。

上部光導波層形成工程の完了後、ＴＭＧの供給を５０μｍ／ｍｉｎに調整し、かつＴＭＡを一定量導入して、上部クラッド層１０８としてｐ型Ａｌ_ｙＧａ_１−ｙＮ（例えば、ｙ＝０．１）層を成長させる（上部クラッド層形成工程）。

上部クラッド層形成工程の完了後、ＴＭＧの供給を１００μｍｏｌ／ｍｉｎに調整して、かつＴＭＡの供給を停止して、コンタクト層１０９としてｐ型ＧａＮ層を成長させる（コンタクト層形成工程）。

コンタクト層形成工程の完了後、ＴＭＧおよびＣｐ_２Ｍｇの供給を停止し、かつ室温まで降温して各種の半導体層の形成された基板をＭＯＣＶＤ装置から取り出す。引き続き、フォトリソグラフィー技術および反応性イオンエッチング技術を用い、中央領域に所定のストライプ形状のリッジストライプ構造を形成するように、中央領域の両側の側部領域下に積層されている半導体層を所定の深さまでエッチングする（リッジストライプ形成工程）。このとき、側部領域下においては、コンタクト層１０９および上部クラッド層１０８は完全にエッチングされ、上部光導波層１０７は適切な厚さまでエッチングされる。

（実施例）
本実施例において、図１および２に示すような窒化物半導体レーザ素子を作製した。半導体層等の具体的な構造は、図５に示すような構造を用いた。リッジストライプ部の形状および寸法を図６に示す。図６において、Ｗ１＝１．４μｍ、Ｌ１＝１５０μｍ、Ｗ２＝２．４μｍ、Ｌ２＝４３０μｍ、Ｌ３＝２０μｍ、θ＝１．５７°である。このような構造の窒化物半導体レーザ素子の特性を評価したところ、閾値電流Ｉｔｈ＝４２ｍＡ、スロープ効率ＳＥ＝１．２、ＦＦＰは単峰であり、実用上全く問題ない特性であることが分かった。また、光出力３０ｍＷ時の駆動電圧は、４．８Ｖで、９０ｍＷまでキンクは発生しなかった。

（比較例）
上記実施例に対して、幅１．４μｍで共振器長６００μｍの単調ストライプ構造を有する以外は同様にして窒化物半導体レーザ素子を作製した。この素子では、キンクに関しては、同じく９０ｍＷまで発生しなかったものの、光出力３０ｍＷ時の駆動電圧は６．４Ｖと実施例の素子に比べ悪化していた。また、比較例における幅２．５μｍで共振器長６００μｍの単調ストライプ構造では、光出力３０ｍＷ時の駆動電圧に関しては、４．６Ｖと十分に低かったが、キンクが３５ｍＷで発生した。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の窒化物半導体レーザ素子の斜視図である。 本発明の窒化物半導体レーザ素子のリッジストライプ構造の平面図である。 狭ストライプ領域に対する移行領域の広がり角θと、移行領域における、水平基本次モードの規格化放射損失α０＝α０３／α０１の関係を、グラフを用いて示した図である。 狭ストライプ幅と、水平基本次モードと水平１次モードとの放射損失差Δαとの関係を、グラフを用いて示した図である。 本発明の窒化物系半導体レーザ素子の断面図である。 本発明におけるリッジストライプ構造の形状および寸法の一例を示す平面図である。 本発明におけるリッジストライプ構造の例を示す模式図である。 従来の半導体レーザ素子における変調ストライプ構造を示す模式図である。

符号の説明

１１，１２ 共振器面、１３ リッジストライプ、１，１４ 狭ストライプ領域、３，１５ 移行領域、２，１６ 広ストライプ領域、１０１ 基板、１０２ 下地層、１０３ 下部クラッド層、１０４ 下部光導波層、１０５ 活性層、１０６ キャリアブロック層、１０７ 上部光導波層、１０８ 上部クラッド層、１０９ コンタクト層、１１０ 埋め込み層、１１１ 負電極、１１２ 正電極、１１３ 下部クラッド層。

Claims (7)

1. 対向する２つの共振器面に対して略垂直な水平方向光閉じ込めリッジストライプ構造を有する窒化物半導体レーザ素子において、
   前記ストライプ構造は、少なくとも狭ストライプ領域および移行領域を含み、
   前記狭ストライプ領域の幅Ｗ１は、１．３μｍ〜１．８μｍの範囲内であり、かつ狭ストライプ領域の長さＬ１は、１５０μｍ以上であり、
   前記移行領域の最大幅Ｗ３は、２μｍ〜４μｍの範囲内であり、
   前記狭ストライプ領域の長さＬ１は、前記ストライプ構造の全長Ｌに対して８５％以下であり、
   前記狭ストライプ領域に対する前記移行領域の広がり角θが２°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. 前記ストライプ構造の全長Ｌは、３００μｍ〜１５００μｍの範囲内であることを特徴とする、請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
3. 広ストライプ領域の幅Ｗ２は、２．０μｍ〜４．０μｍの範囲内であり、かつ前記広ストライプ領域の長さＬ２は、１５０μｍ以上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. リッジストライプ構造の全長Ｌは、４００μｍ以上１０００μｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。
5. リッジストライプ構造において、狭ストライプ領域、移行領域、広ストライプ領域、移行領域および狭ストライプ領域がこの順番で形成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。
6. リッジストライプ構造において、狭ストライプ領域および移行領域のみから形成されていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。
7. リッジストライプ構造において、狭ストライプ領域、移行領域、広ストライプ領域および移行領域がこの順番で形成されて１つのユニットをなし、該ユニットが繰り返し形成されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。

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