JP2000058915A - 窒化ガリウム系半導体レーザ素子及び光ピックアップ装置 - Google Patents
窒化ガリウム系半導体レーザ素子及び光ピックアップ装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 窒化ガリウム系半導体レーザ素子において、
光ディスク等の光ピックアップの光学系に光源として組
み込むことが可能な、良好な雑音特性を有する半導体レ
ーザ素子を提供する。 【解決手段】 基板上に、窒化物半導体からなるクラッ
ド層及び／又はガイド層に挟まれ、窒化物半導体からな
る活性層を形成した半導体レーザ素子において、前記基
板と、基板側に存在するクラッド層との間に、エネルギ
ーギャップが活性層とほぼ同じか、または、活性層より
も小さい半導体からなる光吸収層を設ける。
光ディスク等の光ピックアップの光学系に光源として組
み込むことが可能な、良好な雑音特性を有する半導体レ
ーザ素子を提供する。 【解決手段】 基板上に、窒化物半導体からなるクラッ
ド層及び／又はガイド層に挟まれ、窒化物半導体からな
る活性層を形成した半導体レーザ素子において、前記基
板と、基板側に存在するクラッド層との間に、エネルギ
ーギャップが活性層とほぼ同じか、または、活性層より
も小さい半導体からなる光吸収層を設ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスク等の光
ピックアップの光学系に光源として組み込まれる窒化ガ
リウム系半導体レーザ素子に関する。
ピックアップの光学系に光源として組み込まれる窒化ガ
リウム系半導体レーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】紫外から緑色の波長領域での発光波長を
有する半導体レーザ素子（ＬＤ）の半導体材料として、
窒化ガリウム系半導体（ＧａＩｎＡｌＮ）が用いられて
いる。この窒化ガリウム系半導体を用いた半導体レーザ
素子は、例えば、MRS InternetJ.Nitride Semicond.Re
s.2(1997)5に記載されており、その断面図を図４に示
す。図４において、２０１はサファイア基板、２０２は
ＧａＮバッファ層、２０３はｎ−ＧａＮコンタクト層、
２０４はｎ−Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ層、２０５はｎ−Ａｌ
0.08Ｇａ0.92Ｎクラッド層、２０６はｎ−ＧａＮガイド
層、２０７はＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ量子井戸層とＩｎ0.02
Ｇａ0.98Ｎ障壁層とからなる多重量子井戸構造活性層、
２０８はｐ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層、２０９はｐ−ＧａＮ
ガイド層、２１０はｐ−Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎクラッド
層、２１１はｐ−ＧａＮコンタクト層、２１２はｐ側電
極、２１３はｎ側電極である。ここで、多重量子井戸構
造活性層２０７は、３．５ｎｍ厚のＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ
量子井戸層が４層、７ｎｍ厚のＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ障壁
層が３層、の合計７層で構成され、量子井戸層と障壁層
が交互に形成されている。また、この従来例では注入電
流を狭窄するためにｐ−Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎクラッド層
２１０とｐ−ＧａＮコンタクト層２１１はリッジストラ
イプ状に形成されている。
有する半導体レーザ素子（ＬＤ）の半導体材料として、
窒化ガリウム系半導体（ＧａＩｎＡｌＮ）が用いられて
いる。この窒化ガリウム系半導体を用いた半導体レーザ
素子は、例えば、MRS InternetJ.Nitride Semicond.Re
s.2(1997)5に記載されており、その断面図を図４に示
す。図４において、２０１はサファイア基板、２０２は
ＧａＮバッファ層、２０３はｎ−ＧａＮコンタクト層、
２０４はｎ−Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ層、２０５はｎ−Ａｌ
0.08Ｇａ0.92Ｎクラッド層、２０６はｎ−ＧａＮガイド
層、２０７はＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ量子井戸層とＩｎ0.02
Ｇａ0.98Ｎ障壁層とからなる多重量子井戸構造活性層、
２０８はｐ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層、２０９はｐ−ＧａＮ
ガイド層、２１０はｐ−Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎクラッド
層、２１１はｐ−ＧａＮコンタクト層、２１２はｐ側電
極、２１３はｎ側電極である。ここで、多重量子井戸構
造活性層２０７は、３．５ｎｍ厚のＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ
量子井戸層が４層、７ｎｍ厚のＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ障壁
層が３層、の合計７層で構成され、量子井戸層と障壁層
が交互に形成されている。また、この従来例では注入電
流を狭窄するためにｐ−Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎクラッド層
２１０とｐ−ＧａＮコンタクト層２１１はリッジストラ
イプ状に形成されている。
【０００３】一方、窒化ガリウム系半導体を用いた半導
体レーザ素子を光ディスクシステムの光源として用いる
場合、データの読み出し時における雑音によるデータの
読み出しエラーを防止するために、一定電流を注入して
も光出力が変調されている自励発振型の半導体レーザ素
子が用いられており、このような半導体レーザ素子は特
開平９−１９１１６０号公報に記載されている。その断
面図を図５に示す。図５において、２２１はｎ−ＳｉＣ
基板、２２２はｎ−ＡｌＮバッファ層、２２３はｎ−Ａ
ｌＧａＮクラッド層、２２４はｎ−ＧａＮ光ガイド層、
２２５は厚さ１０ｎｍのＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ量子井戸活
性層、２２６はｐ−ＧａＮ光ガイド層、２２７はｐ−Ａ
ｌＧａＮクラッド層、２２８は厚さ５ｎｍのｐ−Ｉｎ
0.1Ｇａ0.9Ｎ可飽和吸収層、２２９はｐ−ＧａＮコンタ
クト層、２３０はｐ側電極、２３１はｎ側電極ある。こ
の従来例においては、活性層２２５で発生した光の一部
が可飽和吸収層２２８で吸収されることによって可飽和
吸収層２２８の吸収係数が変化し、それに伴って活性層
２２５からのレーザ発振による発光強度が周期的に変化
する。
体レーザ素子を光ディスクシステムの光源として用いる
場合、データの読み出し時における雑音によるデータの
読み出しエラーを防止するために、一定電流を注入して
も光出力が変調されている自励発振型の半導体レーザ素
子が用いられており、このような半導体レーザ素子は特
開平９−１９１１６０号公報に記載されている。その断
面図を図５に示す。図５において、２２１はｎ−ＳｉＣ
基板、２２２はｎ−ＡｌＮバッファ層、２２３はｎ−Ａ
ｌＧａＮクラッド層、２２４はｎ−ＧａＮ光ガイド層、
２２５は厚さ１０ｎｍのＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ量子井戸活
性層、２２６はｐ−ＧａＮ光ガイド層、２２７はｐ−Ａ
ｌＧａＮクラッド層、２２８は厚さ５ｎｍのｐ−Ｉｎ
0.1Ｇａ0.9Ｎ可飽和吸収層、２２９はｐ−ＧａＮコンタ
クト層、２３０はｐ側電極、２３１はｎ側電極ある。こ
の従来例においては、活性層２２５で発生した光の一部
が可飽和吸収層２２８で吸収されることによって可飽和
吸収層２２８の吸収係数が変化し、それに伴って活性層
２２５からのレーザ発振による発光強度が周期的に変化
する。
【０００４】その結果、半導体レーザ素子からの出射光
の干渉性が低下する。このように干渉性が低下した半導
体レーザ素子を光ディスクシステムの光源として用いる
と、ディスクからの反射光が半導体レーザ素子の活性領
域に直接戻ってきても、レーザからの出射光と反射によ
る戻り光が干渉を起こさないため雑音の発生が抑えら
れ、データの読み出しエラーを防止していた。
の干渉性が低下する。このように干渉性が低下した半導
体レーザ素子を光ディスクシステムの光源として用いる
と、ディスクからの反射光が半導体レーザ素子の活性領
域に直接戻ってきても、レーザからの出射光と反射によ
る戻り光が干渉を起こさないため雑音の発生が抑えら
れ、データの読み出しエラーを防止していた。
【０００５】ところで、このような半導体レーザ素子
を、光ディスク等の光ピックアップの光学系の光源とし
て組み込む場合、ディスク面に形成されているピット列
上に、半導体レーザ素子から出射されたレーザビームの
スポットを正確に当てるために、トラッキングサーボ機
構が必要である。この機構として一般には、スポットと
ピットとの位置ずれを検出するために３ビーム法と呼ば
れる手法が用いられている。
を、光ディスク等の光ピックアップの光学系の光源とし
て組み込む場合、ディスク面に形成されているピット列
上に、半導体レーザ素子から出射されたレーザビームの
スポットを正確に当てるために、トラッキングサーボ機
構が必要である。この機構として一般には、スポットと
ピットとの位置ずれを検出するために３ビーム法と呼ば
れる手法が用いられている。
【０００６】この手法を用いた光ピックアップ装置の概
略構成図を図６に示す。図６において半導体レーザ素子
２４１から出射されたレーザ光２４２は回折格子２４３
によって３本のビームに分割される。この分割されたビ
ームは無偏光ビームスプリッタ２４４からコリメータレ
ンズ２４５に導かれて平行ビームとされた後、対物レン
ズ２４６によってディスク２４７のピット列からなる情
報記録面に集光される。集光された後、この情報記録面
で反射した３本のビームは、対物レンズ２４６及びコリ
メータレンズ２４５を通って無偏光ビームスプリッタ２
４４に導かれ、それぞれ個別にフォトダイオード２４
８、２４９、２５０に受光される。これら３個のフォト
ダイオードのうち、フォトダイオード２４８はディスク
２４７の情報記録面に記録されたピット列による信号を
読み取る機能を果たし、フォトダイオード２４９と２５
０は、レーザビームのスポットとピットとの位置ずれを
検出する機能を果たす。このフォトダイオード２４９と
２５０からの出力に応じて対物レンズ２４６等の位置修
正が行われて、レーザビームのスポットをディスク面に
形成されているピット列上に正確に当てることができ
る。
略構成図を図６に示す。図６において半導体レーザ素子
２４１から出射されたレーザ光２４２は回折格子２４３
によって３本のビームに分割される。この分割されたビ
ームは無偏光ビームスプリッタ２４４からコリメータレ
ンズ２４５に導かれて平行ビームとされた後、対物レン
ズ２４６によってディスク２４７のピット列からなる情
報記録面に集光される。集光された後、この情報記録面
で反射した３本のビームは、対物レンズ２４６及びコリ
メータレンズ２４５を通って無偏光ビームスプリッタ２
４４に導かれ、それぞれ個別にフォトダイオード２４
８、２４９、２５０に受光される。これら３個のフォト
ダイオードのうち、フォトダイオード２４８はディスク
２４７の情報記録面に記録されたピット列による信号を
読み取る機能を果たし、フォトダイオード２４９と２５
０は、レーザビームのスポットとピットとの位置ずれを
検出する機能を果たす。このフォトダイオード２４９と
２５０からの出力に応じて対物レンズ２４６等の位置修
正が行われて、レーザビームのスポットをディスク面に
形成されているピット列上に正確に当てることができ
る。
【０００７】このような３ビーム法においては、情報記
録面で反射した３本のビームは、無偏光ビームスプリッ
タ２４４で反射してフォトダイオード２４８、２４９、
２５０に受光されるのみならず、その一部は無偏光ビー
ムスプリッタ２４４を通過して回折格子２４３に入射し
ている。この入射ビームは回折格子２４３によって３本
のビームに分割された後、半導体レーザ素子２４１の表
面に、戻り光となって照射される。この３本の戻り光の
照射位置をＡ、Ｂ、Ｃで示す。
録面で反射した３本のビームは、無偏光ビームスプリッ
タ２４４で反射してフォトダイオード２４８、２４９、
２５０に受光されるのみならず、その一部は無偏光ビー
ムスプリッタ２４４を通過して回折格子２４３に入射し
ている。この入射ビームは回折格子２４３によって３本
のビームに分割された後、半導体レーザ素子２４１の表
面に、戻り光となって照射される。この３本の戻り光の
照射位置をＡ、Ｂ、Ｃで示す。
【０００８】さらに図７には半導体レーザ素子２４１の
正面図での３本の戻り光の照射位置Ａ、Ｂ、Ｃを示して
いる。このうちＡは半導体レーザ素子２４１の活性領域
に直接戻ってくる戻り光であり、ＢとＣはＡの上下にお
よそ２０μｍから５０μｍの間隔で戻ってくる戻り光の
照射位置である。なお図５に示された従来例では、レー
ザからの出射光とＡの位置への戻り光との干渉による雑
音を抑えるために、可飽和吸収層２２８が設けられてい
た。
正面図での３本の戻り光の照射位置Ａ、Ｂ、Ｃを示して
いる。このうちＡは半導体レーザ素子２４１の活性領域
に直接戻ってくる戻り光であり、ＢとＣはＡの上下にお
よそ２０μｍから５０μｍの間隔で戻ってくる戻り光の
照射位置である。なお図５に示された従来例では、レー
ザからの出射光とＡの位置への戻り光との干渉による雑
音を抑えるために、可飽和吸収層２２８が設けられてい
た。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の前
記窒化ガリウム系半導体を用いた半導体レーザ素子は以
下のような問題点があった。図６と図７に示される３ビ
ーム法を用いた場合、３本の戻り光が生じるが、このう
ち照射位置Ｂの戻り光は半導体レーザチップの基板に入
射している。この時、基板がサファイアや炭化硅素のよ
うにレーザ光に対して吸収係数が小さい材料からなるも
のであれば、照射位置Ｂの戻り光は基板内を多重反射す
ることによって干渉パターンを形成することになる。従
来の前記窒化ガリウム系半導体を用いた半導体レーザ素
子はサファイアや炭化硅素を基板に用いており、また、
活性層と基板の間にはレーザ光を吸収する層が全く存在
しないため、照射位置Ｂの戻り光による干渉パターンと
活性領域内部のレーザ光とが相互作用して、半導体レー
ザ素子の出射光の強度に影響を及ぼしていることが判明
した。
記窒化ガリウム系半導体を用いた半導体レーザ素子は以
下のような問題点があった。図６と図７に示される３ビ
ーム法を用いた場合、３本の戻り光が生じるが、このう
ち照射位置Ｂの戻り光は半導体レーザチップの基板に入
射している。この時、基板がサファイアや炭化硅素のよ
うにレーザ光に対して吸収係数が小さい材料からなるも
のであれば、照射位置Ｂの戻り光は基板内を多重反射す
ることによって干渉パターンを形成することになる。従
来の前記窒化ガリウム系半導体を用いた半導体レーザ素
子はサファイアや炭化硅素を基板に用いており、また、
活性層と基板の間にはレーザ光を吸収する層が全く存在
しないため、照射位置Ｂの戻り光による干渉パターンと
活性領域内部のレーザ光とが相互作用して、半導体レー
ザ素子の出射光の強度に影響を及ぼしていることが判明
した。
【００１０】一方、光ディスクシステムではディスクを
回転してデータを順次読み出しているが、ディスクがわ
ずかに傾くことは避けられない。この傾きの角度はディ
スクの回転により変化するが、この変化に伴って照射位
置Ｂがわずかに変化してしまう。このため照射位置Ｂの
戻り光による干渉パターンも変化することになり、この
結果、半導体レーザ素子の出射光の強度も影響を受け
て、強度が変動してしまっていた。このように出射光の
強度が変動すると、ディスク上に記録されたデータの読
み出しエラーを生じてしまい、光ディスクシステム用の
光源として実用に供することが出来ない、という問題が
あった。
回転してデータを順次読み出しているが、ディスクがわ
ずかに傾くことは避けられない。この傾きの角度はディ
スクの回転により変化するが、この変化に伴って照射位
置Ｂがわずかに変化してしまう。このため照射位置Ｂの
戻り光による干渉パターンも変化することになり、この
結果、半導体レーザ素子の出射光の強度も影響を受け
て、強度が変動してしまっていた。このように出射光の
強度が変動すると、ディスク上に記録されたデータの読
み出しエラーを生じてしまい、光ディスクシステム用の
光源として実用に供することが出来ない、という問題が
あった。
【００１１】以上のように、従来の窒化ガリウム系半導
体を用いた半導体レーザ素子では、３ビーム法を用いた
光ピックアップの光学系に組み込むことを全く考慮して
いない。従って、本発明はこのような事情に鑑みてなさ
れたものであり、上記窒化ガリウム系半導体レーザ素子
における課題を解決して、光ディスクシステムの光源と
しての使用が可能な窒化ガリウム系半導体レーザ素子を
提供することを目的とする。
体を用いた半導体レーザ素子では、３ビーム法を用いた
光ピックアップの光学系に組み込むことを全く考慮して
いない。従って、本発明はこのような事情に鑑みてなさ
れたものであり、上記窒化ガリウム系半導体レーザ素子
における課題を解決して、光ディスクシステムの光源と
しての使用が可能な窒化ガリウム系半導体レーザ素子を
提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明に係る窒化ガリウム系半導体発光素子は、以
下の発明から構成される。請求項１に記載の発明は、基
板上に、窒化物半導体からなるクラッド層及び／又はガ
イド層に挟まれ、窒化物半導体からなる活性層を形成し
た半導体レーザ素子において、前記基板と、基板側に存
在するクラッド層との間に、エネルギーギャップが活性
層とほぼ同じか、または、活性層よりも小さい半導体か
らなる光吸収層を設けたことを特徴とする窒化ガリウム
系半導体レーザ素子である。
め、本発明に係る窒化ガリウム系半導体発光素子は、以
下の発明から構成される。請求項１に記載の発明は、基
板上に、窒化物半導体からなるクラッド層及び／又はガ
イド層に挟まれ、窒化物半導体からなる活性層を形成し
た半導体レーザ素子において、前記基板と、基板側に存
在するクラッド層との間に、エネルギーギャップが活性
層とほぼ同じか、または、活性層よりも小さい半導体か
らなる光吸収層を設けたことを特徴とする窒化ガリウム
系半導体レーザ素子である。
【００１３】請求項２に記載の発明は、光吸収層が、組
成の異なる２種類の半導体が交互に積層されてなる多重
量子井戸構造であることを特徴とする請求項１に記載の
窒化ガリウム系半導体レーザ素子である。
成の異なる２種類の半導体が交互に積層されてなる多重
量子井戸構造であることを特徴とする請求項１に記載の
窒化ガリウム系半導体レーザ素子である。
【００１４】請求項３に記載の発明は、光吸収層が、少
なくともインジウムとガリウムを含む窒化物半導体から
なることを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載
の窒化ガリウム系半導体レーザ素子である。
なくともインジウムとガリウムを含む窒化物半導体から
なることを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載
の窒化ガリウム系半導体レーザ素子である。
【００１５】請求項４に記載の発明は、基板が、サファ
イア基板、または、窒化ガリウム基板、または、炭化硅
素基板からなることを特徴とする請求項１乃至３のいず
れかに記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子である。
イア基板、または、窒化ガリウム基板、または、炭化硅
素基板からなることを特徴とする請求項１乃至３のいず
れかに記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子である。
【００１６】請求項５に記載の発明は、光吸収層の層厚
が、０．０５μｍ以上であることを特徴とする請求項１
乃至４のいずれかに記載の窒化ガリウム系半導体レーザ
素子である。
が、０．０５μｍ以上であることを特徴とする請求項１
乃至４のいずれかに記載の窒化ガリウム系半導体レーザ
素子である。
【００１７】請求項６に記載の発明は、少なくとも半導
体レーザ素子と回折格子とを用いた光学系からなる３ビ
ーム方式の光ピックアップ装置であって、前記半導体レ
ーザ素子に請求項１乃至５のいずれかに記載の窒化ガリ
ウム系半導体レーザ素子を用いたことを特徴とする光ピ
ックアップ装置である。
体レーザ素子と回折格子とを用いた光学系からなる３ビ
ーム方式の光ピックアップ装置であって、前記半導体レ
ーザ素子に請求項１乃至５のいずれかに記載の窒化ガリ
ウム系半導体レーザ素子を用いたことを特徴とする光ピ
ックアップ装置である。
【００１８】本発明に係る窒化ガリウム系半導体レーザ
素子は、基板上に、窒化物半導体からなるクラッド層及
び／又はガイド層に挟まれ、窒化物半導体からなる活性
層を形成した半導体レーザ素子であって、前記基板と、
基板側に存在するクラッド層との間に、エネルギーギャ
ップが活性層とほぼ同じか、または、活性層よりも小さ
い半導体からなる光吸収層が設けられている。このよう
な構成により、基板内に入射されたディスクからの戻り
光によって干渉パターンが形成されても、基板と、基板
側に存在するクラッド層との間に設けられた光吸収層の
ため、基板内に入射された戻り光は活性層に侵入するこ
とはない。従って、基板内に干渉パターンが形成されて
も、活性領域内部のレーザ光とは相互作用しないので半
導体レーザ素子の出射光の強度は影響を受けない。これ
により、データの読み出しエラーを生じることなく、光
ディスクシステム用の光源として実用に供することが出
来る窒化ガリウム系半導体レーザが得られた。
素子は、基板上に、窒化物半導体からなるクラッド層及
び／又はガイド層に挟まれ、窒化物半導体からなる活性
層を形成した半導体レーザ素子であって、前記基板と、
基板側に存在するクラッド層との間に、エネルギーギャ
ップが活性層とほぼ同じか、または、活性層よりも小さ
い半導体からなる光吸収層が設けられている。このよう
な構成により、基板内に入射されたディスクからの戻り
光によって干渉パターンが形成されても、基板と、基板
側に存在するクラッド層との間に設けられた光吸収層の
ため、基板内に入射された戻り光は活性層に侵入するこ
とはない。従って、基板内に干渉パターンが形成されて
も、活性領域内部のレーザ光とは相互作用しないので半
導体レーザ素子の出射光の強度は影響を受けない。これ
により、データの読み出しエラーを生じることなく、光
ディスクシステム用の光源として実用に供することが出
来る窒化ガリウム系半導体レーザが得られた。
【００１９】また光吸収層は、基板と、基板側に存在す
るクラッド層との間に設けられているので、半導体レー
ザ素子内の活性層を導波するレーザ光はこの光吸収層ま
で広がっていない。従って、光吸収層は基板内に入射さ
れたディスクからの戻り光のみを吸収し、半導体レーザ
素子内部を導波するレーザ光を吸収することはないた
め、発振閾値電流値や最大光出力などのレーザ特性を悪
化させることはない。
るクラッド層との間に設けられているので、半導体レー
ザ素子内の活性層を導波するレーザ光はこの光吸収層ま
で広がっていない。従って、光吸収層は基板内に入射さ
れたディスクからの戻り光のみを吸収し、半導体レーザ
素子内部を導波するレーザ光を吸収することはないた
め、発振閾値電流値や最大光出力などのレーザ特性を悪
化させることはない。
【００２０】さらにこの光吸収層として、少なくともイ
ンジウムとガリウムを含む窒化物半導体を用いれば、イ
ンジウムの組成を大きくするだけでエネルギーギャップ
を小さく出来るため容易に光吸収層が形成できるととも
に、活性層やクラッド層を形成する材料と同じ窒化物半
導体材料を用いることになるので、結晶成長により多層
構造を形成する際に結晶性が損なわれることがない。従
って、レーザ素子の信頼性向上にとって非常に有利であ
る。
ンジウムとガリウムを含む窒化物半導体を用いれば、イ
ンジウムの組成を大きくするだけでエネルギーギャップ
を小さく出来るため容易に光吸収層が形成できるととも
に、活性層やクラッド層を形成する材料と同じ窒化物半
導体材料を用いることになるので、結晶成長により多層
構造を形成する際に結晶性が損なわれることがない。従
って、レーザ素子の信頼性向上にとって非常に有利であ
る。
【００２１】さらに、本発明に係る窒化ガリウム系半導
体レーザ素子のように、基板と、基板側に存在するクラ
ッド層との間に、少なくともインジウムとガリウムを含
み、大きなインジウム組成を有する窒化物半導体による
光吸収層を形成すると、この光吸収層が形成されていな
い場合に比べて、信頼性が向上することが見い出され
た。通常、窒化ガリウム系半導体レーザ素子では、基板
や基板上の各層との間に熱膨張係数差があるため、結晶
成長後に室温まで温度を下げる間に熱歪みが生じ、歪み
による応力が結晶内部の欠陥の広がりを増長するため、
半導体レーザ素子の劣化を引き起こしていたが、本発明
のように大きなインジウム組成を有する窒化物半導体に
よる光吸収層を形成すると、インジウム組成が大きいこ
とにより体積弾性率が小さくなり、この結果、熱歪みが
この光吸収層で緩和され、結晶内部の応力が緩和され、
結晶内部の応力が低減した。これにより結晶内部の欠陥
の広がりは増長されることなく、半導体レーザ素子の信
頼性が向上した。
体レーザ素子のように、基板と、基板側に存在するクラ
ッド層との間に、少なくともインジウムとガリウムを含
み、大きなインジウム組成を有する窒化物半導体による
光吸収層を形成すると、この光吸収層が形成されていな
い場合に比べて、信頼性が向上することが見い出され
た。通常、窒化ガリウム系半導体レーザ素子では、基板
や基板上の各層との間に熱膨張係数差があるため、結晶
成長後に室温まで温度を下げる間に熱歪みが生じ、歪み
による応力が結晶内部の欠陥の広がりを増長するため、
半導体レーザ素子の劣化を引き起こしていたが、本発明
のように大きなインジウム組成を有する窒化物半導体に
よる光吸収層を形成すると、インジウム組成が大きいこ
とにより体積弾性率が小さくなり、この結果、熱歪みが
この光吸収層で緩和され、結晶内部の応力が緩和され、
結晶内部の応力が低減した。これにより結晶内部の欠陥
の広がりは増長されることなく、半導体レーザ素子の信
頼性が向上した。
【００２２】また、光吸収層は単層だけではなく、組成
の異なる２種類の半導体が交互に積層されてなる多重量
子井戸構造を用いても構わない。多重量子井戸構造を用
いた場合は、量子効果により伝導帯や価電子帯のバンド
端の状態密度が増加するため光の吸収が増大するととも
に、積層された半導体の界面で光を反射するので、基板
内に入射されたディスクからの戻り光を効率よく吸収す
ることができる。
の異なる２種類の半導体が交互に積層されてなる多重量
子井戸構造を用いても構わない。多重量子井戸構造を用
いた場合は、量子効果により伝導帯や価電子帯のバンド
端の状態密度が増加するため光の吸収が増大するととも
に、積層された半導体の界面で光を反射するので、基板
内に入射されたディスクからの戻り光を効率よく吸収す
ることができる。
【００２３】さらに、前記の少なくともインジウムとガ
リウムを含む窒化物半導体を光吸収層として用いた場合
は、インジウム組成を増大すると格子定数が大きくなる
ため、層厚が厚いと歪みが生じて結晶性が損なわれてし
まうことがあるが、インジウム組成の異なる２種類の窒
化物半導体が交互に積層されてなる多重量子井戸構造を
用いれば、インジウム組成が少ないほうの窒化物半導体
層が歪みを緩和するので、結晶性を損なわずに光吸収層
を形成できる。
リウムを含む窒化物半導体を光吸収層として用いた場合
は、インジウム組成を増大すると格子定数が大きくなる
ため、層厚が厚いと歪みが生じて結晶性が損なわれてし
まうことがあるが、インジウム組成の異なる２種類の窒
化物半導体が交互に積層されてなる多重量子井戸構造を
用いれば、インジウム組成が少ないほうの窒化物半導体
層が歪みを緩和するので、結晶性を損なわずに光吸収層
を形成できる。
【００２４】本発明では、基板と、基板側に存在するク
ラッド層との間に設けられた光吸収層により、基板内に
入射されたディスクからの戻り光が活性層に侵入するこ
とを防いでいる。従って、この窒化ガリウム系半導体レ
ーザ素子を形成する基板としては、窒化物半導体からな
る活性層から出射されるレーザ光に対して光吸収係数が
小さい、サファイア、または、窒化ガリウム、または、
炭化硅素を用いる場合に、特に有効である。
ラッド層との間に設けられた光吸収層により、基板内に
入射されたディスクからの戻り光が活性層に侵入するこ
とを防いでいる。従って、この窒化ガリウム系半導体レ
ーザ素子を形成する基板としては、窒化物半導体からな
る活性層から出射されるレーザ光に対して光吸収係数が
小さい、サファイア、または、窒化ガリウム、または、
炭化硅素を用いる場合に、特に有効である。
【００２５】さらに、基板内に入射されたディスクから
の戻り光をこの光吸収層で十分に吸収するために、光吸
収層の厚さは０．０５μｍ以上であることが好ましい。
光吸収層としてＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層を用いたときの、波
長が４１０ｎｍのレーザ光に対する光強度の減衰を測定
した結果を図３に示す。この図から分かるように光吸収
層の厚さが０．０５μｍ以上であれば光強度は十分減衰
しており、基板内に入射されたディスクからの戻り光が
活性層に侵入することが防がれている。このことは、他
の材料を用いた光吸収層の場合や、組成の異なる２種類
の半導体が交互に積層されてなる多重量子井戸構造によ
り形成された光吸収層の場合でも、同様の結果が得られ
た。従って、厚さが０．０５μｍ以上の光吸収層を用い
ることにより、データの読み出しエラーを生じることな
く、光ディスクシステム用の光源として実用に供するこ
とが出来る窒化ガリウム系半導体レーザ素子が得られ
た。
の戻り光をこの光吸収層で十分に吸収するために、光吸
収層の厚さは０．０５μｍ以上であることが好ましい。
光吸収層としてＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層を用いたときの、波
長が４１０ｎｍのレーザ光に対する光強度の減衰を測定
した結果を図３に示す。この図から分かるように光吸収
層の厚さが０．０５μｍ以上であれば光強度は十分減衰
しており、基板内に入射されたディスクからの戻り光が
活性層に侵入することが防がれている。このことは、他
の材料を用いた光吸収層の場合や、組成の異なる２種類
の半導体が交互に積層されてなる多重量子井戸構造によ
り形成された光吸収層の場合でも、同様の結果が得られ
た。従って、厚さが０．０５μｍ以上の光吸収層を用い
ることにより、データの読み出しエラーを生じることな
く、光ディスクシステム用の光源として実用に供するこ
とが出来る窒化ガリウム系半導体レーザ素子が得られ
た。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、具体例に従ってさらに詳細
に説明する。 （第１の実施例）図１は本発明の第１の実施例に係る窒
化ガリウム系半導体レーザ素子を示す断面図である。こ
の図において、１はｃ面を表面として有するサファイア
基板、２はＧａＮバッファ層、３はｎ−ＧａＮｎ型コン
タクト層、４はｎ−Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ光吸収層、５はｎ
−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｎ型クラッド層、６はｎ−ＧａＮガ
イド層、７は３層のＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ量子井戸層と２
層のＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ障壁層とからなる多重量子井戸
構造活性層、８はＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層、９はｐ
−ＧａＮガイド層、１０はｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型ク
ラッド層、１１はｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層、１２は
ｐ側電極、１３はｎ側電極、１４はＳｉＯ2絶縁膜であ
る。
に説明する。 （第１の実施例）図１は本発明の第１の実施例に係る窒
化ガリウム系半導体レーザ素子を示す断面図である。こ
の図において、１はｃ面を表面として有するサファイア
基板、２はＧａＮバッファ層、３はｎ−ＧａＮｎ型コン
タクト層、４はｎ−Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ光吸収層、５はｎ
−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｎ型クラッド層、６はｎ−ＧａＮガ
イド層、７は３層のＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ量子井戸層と２
層のＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ障壁層とからなる多重量子井戸
構造活性層、８はＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層、９はｐ
−ＧａＮガイド層、１０はｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型ク
ラッド層、１１はｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層、１２は
ｐ側電極、１３はｎ側電極、１４はＳｉＯ2絶縁膜であ
る。
【００２７】本発明において、サファイア基板１の表面
はａ面・ｒ面・ｍ面等の他の面方位であっても構わな
い。またサファイア基板に限らずＧａＮ基板・ＳｉＣ基
板・スピネル基板・ＭｇＯ基板も用いることが出来る。
これらの基板はいずれもレーザ光に対して吸収係数が小
さい材料からなるので、本発明の光吸収層を用いること
で、データの読み出しエラーを生じない窒化ガリウム系
半導体レーザ素子が得られる。
はａ面・ｒ面・ｍ面等の他の面方位であっても構わな
い。またサファイア基板に限らずＧａＮ基板・ＳｉＣ基
板・スピネル基板・ＭｇＯ基板も用いることが出来る。
これらの基板はいずれもレーザ光に対して吸収係数が小
さい材料からなるので、本発明の光吸収層を用いること
で、データの読み出しエラーを生じない窒化ガリウム系
半導体レーザ素子が得られる。
【００２８】さらに、ＧａＮ基板とＳｉＣ基板の場合は
サファイア基板に比べて基板上に積層した窒化ガリウム
系半導体材料との格子定数差が小さく、良好な結晶性の
膜が得られるので、レーザ素子の信頼性が向上する。ま
たＧａＮ基板とＳｉＣ基板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。
サファイア基板に比べて基板上に積層した窒化ガリウム
系半導体材料との格子定数差が小さく、良好な結晶性の
膜が得られるので、レーザ素子の信頼性が向上する。ま
たＧａＮ基板とＳｉＣ基板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。
【００２９】バッファ層２はその上に窒化ガリウム系半
導体をエピタキシャル成長させることが出来るものであ
ればＧａＮにこだわらず他の材料、例えばＡｌＮやＡｌ
ＧａＮ３元混晶を用いてもよい。
導体をエピタキシャル成長させることが出来るものであ
ればＧａＮにこだわらず他の材料、例えばＡｌＮやＡｌ
ＧａＮ３元混晶を用いてもよい。
【００３０】ｎ−Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ光吸収層４はレーザ
光を吸収する材料であればよく、多重量子井戸構造活性
層７を構成するＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ量子井戸層のＩｎ組
成以上のＩｎ組成を持つＩｎＧａＮ３元混晶やＩｎＧａ
ＡｌＮ４元混晶を用いても構わない。
光を吸収する材料であればよく、多重量子井戸構造活性
層７を構成するＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ量子井戸層のＩｎ組
成以上のＩｎ組成を持つＩｎＧａＮ３元混晶やＩｎＧａ
ＡｌＮ４元混晶を用いても構わない。
【００３１】ｎ型クラッド層５及びｐ型クラッド層１０
は、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ以外のＡｌ組成を持つＡｌＧａＮ
３元混晶でもよい。この場合Ａｌ組成を大きくすると活
性層とクラッド層とのエネルギーギャップ差及び屈折率
差が大きくなり、キャリアや光が活性層に有効に閉じ込
められてさらに発振閾値電流の低減及び、温度特性の向
上が図れる。またキャリアや光の閉じ込めが保持される
程度でＡｌ組成を小さくしていくと、クラッド層におけ
るキャリアの移動度が大きくなるため、半導体レーザ素
子の素子抵抗を小さくできる利点がある。さらにこれら
のクラッド層は微量に他の元素を含んだ４元以上の混晶
半導体でもよく、ｎ型クラッド層５とｐ型クラッド層１
０とで混晶の組成が同一でなくても構わない。
は、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ以外のＡｌ組成を持つＡｌＧａＮ
３元混晶でもよい。この場合Ａｌ組成を大きくすると活
性層とクラッド層とのエネルギーギャップ差及び屈折率
差が大きくなり、キャリアや光が活性層に有効に閉じ込
められてさらに発振閾値電流の低減及び、温度特性の向
上が図れる。またキャリアや光の閉じ込めが保持される
程度でＡｌ組成を小さくしていくと、クラッド層におけ
るキャリアの移動度が大きくなるため、半導体レーザ素
子の素子抵抗を小さくできる利点がある。さらにこれら
のクラッド層は微量に他の元素を含んだ４元以上の混晶
半導体でもよく、ｎ型クラッド層５とｐ型クラッド層１
０とで混晶の組成が同一でなくても構わない。
【００３２】ＧａＮ−ガイド層６、９は、そのエネルギ
ーギャップが、多重量子井戸構造活性層７を構成する量
子井戸層のエネルギーギャップと、クラッド層５、１０
のエネルギーギャップの間の値を持つような材料であれ
ばＧａＮにこだわらず他の材料、例えばＩｎＧａＮ３元
混晶、ＡｌＧａＮ３元混晶、ＩｎＧａＡｌＮ４元混晶等
を用いてもよい。またガイド層全体にわたってドナー又
はアクセプターをドーピングする必要はなく、多重量子
井戸構造活性層７側の一部のみをノンドープとしてもよ
く、さらにはガイド層全体をノンドープとしてもよい。
この場合、ガイド層に存在するキャリアが少なくなり、
自由キャリアによる光の吸収が低減されて、さらに発振
閾値電流が低減できるという利点がある。
ーギャップが、多重量子井戸構造活性層７を構成する量
子井戸層のエネルギーギャップと、クラッド層５、１０
のエネルギーギャップの間の値を持つような材料であれ
ばＧａＮにこだわらず他の材料、例えばＩｎＧａＮ３元
混晶、ＡｌＧａＮ３元混晶、ＩｎＧａＡｌＮ４元混晶等
を用いてもよい。またガイド層全体にわたってドナー又
はアクセプターをドーピングする必要はなく、多重量子
井戸構造活性層７側の一部のみをノンドープとしてもよ
く、さらにはガイド層全体をノンドープとしてもよい。
この場合、ガイド層に存在するキャリアが少なくなり、
自由キャリアによる光の吸収が低減されて、さらに発振
閾値電流が低減できるという利点がある。
【００３３】多重量子井戸構造活性層７を構成する３層
のＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ量子井戸層と２層のＩｎ0.03Ｇａ
0.97Ｎ障壁層は、必要なレーザ発振波長に応じてその組
成を設定すればよく、発振波長を長くしたい場合は量子
井戸層のＩｎ組成を大きくし、短くしたい場合は量子井
戸層のＩｎ組成を小さくする。また量子井戸層と障壁層
は、ＩｎＧａＮ３元混晶に微量に他の元素を含んだ４元
以上の混晶半導体でもよい。さらに障壁層は単にＧａＮ
を用いてもよい。さらに量子井戸層と障壁層の層数も本
実施例にこだわらず他の層数を用いてもよく、単一量子
井戸構造活性層でも構わない。なお、活性領域へ直接戻
ってくる戻り光によって生じる雑音を抑制出来るように
自励発振特性を得るためには、活性層を構成する量子井
戸層の層数を２層又は３層とすることが好ましい。これ
は活性層内のキャリアを変調されやすくするためであ
り、層数が多いと各量子井戸層にキャリアが均一に注入
されず、また、単一量子井戸層ではキャリア濃度が大き
くなるため、いずれの場合も活性層内のキャリアが変調
されにくくなる。
のＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ量子井戸層と２層のＩｎ0.03Ｇａ
0.97Ｎ障壁層は、必要なレーザ発振波長に応じてその組
成を設定すればよく、発振波長を長くしたい場合は量子
井戸層のＩｎ組成を大きくし、短くしたい場合は量子井
戸層のＩｎ組成を小さくする。また量子井戸層と障壁層
は、ＩｎＧａＮ３元混晶に微量に他の元素を含んだ４元
以上の混晶半導体でもよい。さらに障壁層は単にＧａＮ
を用いてもよい。さらに量子井戸層と障壁層の層数も本
実施例にこだわらず他の層数を用いてもよく、単一量子
井戸構造活性層でも構わない。なお、活性領域へ直接戻
ってくる戻り光によって生じる雑音を抑制出来るように
自励発振特性を得るためには、活性層を構成する量子井
戸層の層数を２層又は３層とすることが好ましい。これ
は活性層内のキャリアを変調されやすくするためであ
り、層数が多いと各量子井戸層にキャリアが均一に注入
されず、また、単一量子井戸層ではキャリア濃度が大き
くなるため、いずれの場合も活性層内のキャリアが変調
されにくくなる。
【００３４】また、本実施例では、多重量子井戸構造活
性層７に接するようにＡｌ0.2Ｇａ0 .8Ｎ蒸発防止層８を
形成している。これは多重量子井戸構造活性層７を成長
した後にｐ−ＧａＮガイド層９を成長する際に、成長温
度を上昇する必要があるが、この間に多重量子井戸構造
活性層７が蒸発してしまうことを防ぐためである。従っ
て、量子井戸層を保護するものであればＡｌ0.2Ｇａ0.8
Ｎ蒸発防止層８として用いることができ、他のＡｌ組成
を有するＡｌＧａＮ３元混晶やＧａＮを用いてもよい。
また、このＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層８にＭｇをドー
ピングしてもよく、この場合はｐ−ＧａＮガイド層９や
ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド層１０から多重量子
井戸構造活性層７へ正孔が注入され易くなるという利点
がある。さらに、量子井戸層のＩｎ組成が小さい場合は
Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層８を形成しなくても量子井
戸層は蒸発しないため、特にＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止
層８を形成しなくても、本実施例の窒化ガリウム系半導
体レーザ素子の特性は損なわれない。
性層７に接するようにＡｌ0.2Ｇａ0 .8Ｎ蒸発防止層８を
形成している。これは多重量子井戸構造活性層７を成長
した後にｐ−ＧａＮガイド層９を成長する際に、成長温
度を上昇する必要があるが、この間に多重量子井戸構造
活性層７が蒸発してしまうことを防ぐためである。従っ
て、量子井戸層を保護するものであればＡｌ0.2Ｇａ0.8
Ｎ蒸発防止層８として用いることができ、他のＡｌ組成
を有するＡｌＧａＮ３元混晶やＧａＮを用いてもよい。
また、このＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層８にＭｇをドー
ピングしてもよく、この場合はｐ−ＧａＮガイド層９や
ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド層１０から多重量子
井戸構造活性層７へ正孔が注入され易くなるという利点
がある。さらに、量子井戸層のＩｎ組成が小さい場合は
Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層８を形成しなくても量子井
戸層は蒸発しないため、特にＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止
層８を形成しなくても、本実施例の窒化ガリウム系半導
体レーザ素子の特性は損なわれない。
【００３５】次に、図１を参照して上記窒化ガリウム系
半導体レーザ素子の作製方法を説明する。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、窒化ガリウム系半導体をエピタキシャル
成長できる成長法であればよく、ＭＢＥ法（分子線エピ
タキシャル成長法）やＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長
法）等の他の気相成長法を用いることもできる。
半導体レーザ素子の作製方法を説明する。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、窒化ガリウム系半導体をエピタキシャル
成長できる成長法であればよく、ＭＢＥ法（分子線エピ
タキシャル成長法）やＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長
法）等の他の気相成長法を用いることもできる。
【００３６】まず所定の成長炉内に設置された、ｃ面を
表面として有する厚さ３５０μｍのサファイア基板１上
に、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）とアンモニア（ＮＨ
3）を原料に用いて、成長温度５５０℃でＧａＮバッフ
ァ層２を３５ｎｍ成長させる。
表面として有する厚さ３５０μｍのサファイア基板１上
に、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）とアンモニア（ＮＨ
3）を原料に用いて、成長温度５５０℃でＧａＮバッフ
ァ層２を３５ｎｍ成長させる。
【００３７】次に成長温度を１０５０℃まで上昇させ
て、ＴＭＧとＮＨ3、及びシランガス（ＳｉＨ4）を原料
に用いて、厚さ３μｍのＳｉドープｎ−ＧａＮｎ型コン
タクト層３を成長する。次に、成長温度を７５０℃に下
げ、ＴＭＧとＮＨ3とＳｉＨ4、及びトリメチルインジウ
ム（ＴＭＩ）を原料に用いて、厚さ０．１μｍのＳｉド
ープｎ−Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ光吸収層４を成長する。次
に、再び成長温度を１０５０℃に上昇して、ＴＭＧとＮ
Ｈ3とＳｉＨ4、及びトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）
を原料に用いて、厚さ０．５μｍのＳｉドープｎ−Ａｌ
0.1Ｇａ0.9Ｎｎ型クラッド層５を成長する。続けて、Ｔ
ＭＡを原料から除いて、成長温度は１０５０℃のままで
厚さ０．１μｍのＳｉドープｎ−ＧａＮガイド層６を成
長する。
て、ＴＭＧとＮＨ3、及びシランガス（ＳｉＨ4）を原料
に用いて、厚さ３μｍのＳｉドープｎ−ＧａＮｎ型コン
タクト層３を成長する。次に、成長温度を７５０℃に下
げ、ＴＭＧとＮＨ3とＳｉＨ4、及びトリメチルインジウ
ム（ＴＭＩ）を原料に用いて、厚さ０．１μｍのＳｉド
ープｎ−Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ光吸収層４を成長する。次
に、再び成長温度を１０５０℃に上昇して、ＴＭＧとＮ
Ｈ3とＳｉＨ4、及びトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）
を原料に用いて、厚さ０．５μｍのＳｉドープｎ−Ａｌ
0.1Ｇａ0.9Ｎｎ型クラッド層５を成長する。続けて、Ｔ
ＭＡを原料から除いて、成長温度は１０５０℃のままで
厚さ０．１μｍのＳｉドープｎ−ＧａＮガイド層６を成
長する。
【００３８】その後再び、成長温度を７５０℃に下げ、
ＴＭＧとＮＨ3とＴＭＩを原料に用いて、Ｉｎ0.15Ｇａ
0.85Ｎ量子井戸層（厚さ５ｎｍ）、Ｉｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ
障壁層（厚さ５ｎｍ）、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ量子井戸層
（厚さ５ｎｍ）、Ｉｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ障壁層（厚さ５ｎ
ｍ）、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ量子井戸層（厚さ５ｎｍ）を
順次成長することにより多重量子井戸構造活性層（トー
タルの厚さ２５ｎｍ）７を作成する。さらに続けてＴＭ
ＧとＴＭＡとＮＨ3を原料に用いて、成長温度は７５０
℃のままで厚さ１０ｎｍのＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層
８を成長する。
ＴＭＧとＮＨ3とＴＭＩを原料に用いて、Ｉｎ0.15Ｇａ
0.85Ｎ量子井戸層（厚さ５ｎｍ）、Ｉｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ
障壁層（厚さ５ｎｍ）、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ量子井戸層
（厚さ５ｎｍ）、Ｉｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ障壁層（厚さ５ｎ
ｍ）、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ量子井戸層（厚さ５ｎｍ）を
順次成長することにより多重量子井戸構造活性層（トー
タルの厚さ２５ｎｍ）７を作成する。さらに続けてＴＭ
ＧとＴＭＡとＮＨ3を原料に用いて、成長温度は７５０
℃のままで厚さ１０ｎｍのＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層
８を成長する。
【００３９】次に、再び成長温度を１０５０℃に上昇し
て、ＴＭＧとＮＨ3、及びシクロペンタジエニルマグネ
シウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を原料に用いて、厚さ０．１μｍ
のＭｇドープｐ−ＧａＮガイド層９を成長する。さらに
続けてＴＭＡを原料に加え、成長温度は１０５０℃のま
まで厚さ０．５μｍのＭｇドープｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ
ｐ型クラッド層１０を成長する。続けて、ＴＭＡを原料
から除いて、成長温度は１０５０℃のままで厚さ０．５
μｍのＭｇドープｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層１１を成
長して、窒化ガリウム系エピタキシャルウエハーを完成
する。その後、このウエハーを８００℃の窒素ガス雰囲
気中でアニールして、Ｍｇドープのｐ型層を低抵抗化す
る。
て、ＴＭＧとＮＨ3、及びシクロペンタジエニルマグネ
シウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を原料に用いて、厚さ０．１μｍ
のＭｇドープｐ−ＧａＮガイド層９を成長する。さらに
続けてＴＭＡを原料に加え、成長温度は１０５０℃のま
まで厚さ０．５μｍのＭｇドープｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ
ｐ型クラッド層１０を成長する。続けて、ＴＭＡを原料
から除いて、成長温度は１０５０℃のままで厚さ０．５
μｍのＭｇドープｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層１１を成
長して、窒化ガリウム系エピタキシャルウエハーを完成
する。その後、このウエハーを８００℃の窒素ガス雰囲
気中でアニールして、Ｍｇドープのｐ型層を低抵抗化す
る。
【００４０】さらに、通常のフォトリソグラフィーとド
ライエッチング技術を用いて２００μｍ幅のストライプ
状に、ｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層１１の最表面からｎ
−ＧａＮｎ型コンタクト層３が露出するまでエッチング
を行ってメサ構造を作製する。次に、上記と同様のフォ
トリソグラフィーとドライエッチング技術を用いて、残
ったｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層１１の最表面に、１．
５μｍ幅のストライプ状にリッジ構造を形成するように
ｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層１１とｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9
Ｎｐ型クラッド層１０をエッチングする。続いて、リッ
ジの側面とリッジ以外のｐ型層表面に厚さ２００ｎｍの
ＳｉＯ2絶縁膜１４を電流阻止層として形成する。
ライエッチング技術を用いて２００μｍ幅のストライプ
状に、ｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層１１の最表面からｎ
−ＧａＮｎ型コンタクト層３が露出するまでエッチング
を行ってメサ構造を作製する。次に、上記と同様のフォ
トリソグラフィーとドライエッチング技術を用いて、残
ったｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層１１の最表面に、１．
５μｍ幅のストライプ状にリッジ構造を形成するように
ｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層１１とｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9
Ｎｐ型クラッド層１０をエッチングする。続いて、リッ
ジの側面とリッジ以外のｐ型層表面に厚さ２００ｎｍの
ＳｉＯ2絶縁膜１４を電流阻止層として形成する。
【００４１】さらに、このＳｉＯ2絶縁膜１４とｐ−Ｇ
ａＮｐ型コンタクト層１１の表面にニッケルと金からな
るｐ側電極１２を形成し、エッチングにより露出したｎ
−ＧａＮｎ型コンタクト層３の表面にチタンとアルミニ
ウムからなるｎ側電極１３を形成して、窒化ガリウム系
半導体レーザ素子ウエハーを完成する。
ａＮｐ型コンタクト層１１の表面にニッケルと金からな
るｐ側電極１２を形成し、エッチングにより露出したｎ
−ＧａＮｎ型コンタクト層３の表面にチタンとアルミニ
ウムからなるｎ側電極１３を形成して、窒化ガリウム系
半導体レーザ素子ウエハーを完成する。
【００４２】その後、このウエハーのサファイア基板１
の裏面を通常の研磨技術により研磨し、ウェハーの厚さ
を５０μｍとする。そしてこのウェハーをリッジストラ
イプと垂直な方向に劈開することによりレーザの共振器
端面を形成し、リッジストライプと平行な方向にレーザ
共振器を形成する。ここでは共振器の長さを５００μｍ
とした。続いてこのレーザ素子を個々のレーザチップに
分割する。そして、各チップをステムにマウントし、ワ
イヤーボンディングにより各電極とリード端子とを接続
して、窒化ガリウム系半導体レーザ素子を完成する。
の裏面を通常の研磨技術により研磨し、ウェハーの厚さ
を５０μｍとする。そしてこのウェハーをリッジストラ
イプと垂直な方向に劈開することによりレーザの共振器
端面を形成し、リッジストライプと平行な方向にレーザ
共振器を形成する。ここでは共振器の長さを５００μｍ
とした。続いてこのレーザ素子を個々のレーザチップに
分割する。そして、各チップをステムにマウントし、ワ
イヤーボンディングにより各電極とリード端子とを接続
して、窒化ガリウム系半導体レーザ素子を完成する。
【００４３】このようにして作製された窒化ガリウム系
半導体レーザ素子の発振波長は４１０ｎｍ、発振閾値電
流は３０ｍＡであり、良好なレーザ特性が得られた。こ
のように低い発振閾値電流値が得られるのは、光吸収層
４がｎ型クラッド層５とサファイア基板１との間に存在
するため、活性領域で発生したレーザ光が光吸収層４ま
で広がっておらず、レーザ光は光吸収層４では吸収され
ていないことによるものである。
半導体レーザ素子の発振波長は４１０ｎｍ、発振閾値電
流は３０ｍＡであり、良好なレーザ特性が得られた。こ
のように低い発振閾値電流値が得られるのは、光吸収層
４がｎ型クラッド層５とサファイア基板１との間に存在
するため、活性領域で発生したレーザ光が光吸収層４ま
で広がっておらず、レーザ光は光吸収層４では吸収され
ていないことによるものである。
【００４４】また、半導体レーザ素子はサファイア基板
１の厚さが５０μｍであり、３ビーム法を用いてトラッ
キングサーボ機構を制御する際に生じる３本の戻り光の
うちの１本がサファイア基板１に入射されているが、光
吸収層４を設けたことにより、サファイア基板内に入射
した戻り光は活性領域内部のレーザ光と相互作用するこ
とはない。これにより、半導体レーザ素子の出射光の強
度は戻り光による影響を受けることはなく、安定した強
度の出射光が得られた。
１の厚さが５０μｍであり、３ビーム法を用いてトラッ
キングサーボ機構を制御する際に生じる３本の戻り光の
うちの１本がサファイア基板１に入射されているが、光
吸収層４を設けたことにより、サファイア基板内に入射
した戻り光は活性領域内部のレーザ光と相互作用するこ
とはない。これにより、半導体レーザ素子の出射光の強
度は戻り光による影響を受けることはなく、安定した強
度の出射光が得られた。
【００４５】さらに本実施例では、リッジストライプの
幅を１．５μｍと狭くしているので、このリッジストラ
イプ領域外に存在する活性層が可飽和吸収層として働く
ため自励発振特性が得られ、これにより活性領域へ直接
戻ってくる戻り光によって生じる雑音も抑制された。以
上の結果、光ディスクシステム用として本実施例の窒化
ガリウム系半導体レーザ素子を用いると、データの読み
出しエラーを防止することができ、実用に供する窒化ガ
リウム系半導体レーザ素子が実現できた。
幅を１．５μｍと狭くしているので、このリッジストラ
イプ領域外に存在する活性層が可飽和吸収層として働く
ため自励発振特性が得られ、これにより活性領域へ直接
戻ってくる戻り光によって生じる雑音も抑制された。以
上の結果、光ディスクシステム用として本実施例の窒化
ガリウム系半導体レーザ素子を用いると、データの読み
出しエラーを防止することができ、実用に供する窒化ガ
リウム系半導体レーザ素子が実現できた。
【００４６】本実施例では、光吸収層４の厚さを０．１
μｍとしたが、０．０５μｍ以上の厚さであれば、本実
施例にこだわらず同等の効果が得られる。また本実施例
では、光吸収層４を、ｎ型コンタクト層３とｎ型クラッ
ド層５の間に設けたが、ｎ型コンタクト層３の内部に設
けても構わない。さらに活性領域で発生したレーザ光の
広がりよりも離れていれば、ｎ型クラッド層５の内部に
光吸収層４を設けても構わない。
μｍとしたが、０．０５μｍ以上の厚さであれば、本実
施例にこだわらず同等の効果が得られる。また本実施例
では、光吸収層４を、ｎ型コンタクト層３とｎ型クラッ
ド層５の間に設けたが、ｎ型コンタクト層３の内部に設
けても構わない。さらに活性領域で発生したレーザ光の
広がりよりも離れていれば、ｎ型クラッド層５の内部に
光吸収層４を設けても構わない。
【００４７】なお本実施例では、光吸収層４を成長した
後にｎ型クラッド層５を成長する際に成長温度を上昇し
ているが、この時光吸収層４の一部が成長温度の上昇中
に蒸発してしまうことを防ぐために、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ
蒸発防止層８と同様の蒸発防止層を光吸収層４の上に連
続して形成しておいても構わない。
後にｎ型クラッド層５を成長する際に成長温度を上昇し
ているが、この時光吸収層４の一部が成長温度の上昇中
に蒸発してしまうことを防ぐために、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ
蒸発防止層８と同様の蒸発防止層を光吸収層４の上に連
続して形成しておいても構わない。
【００４８】さらに本実施例の窒化ガリウム系半導体レ
ーザ素子では、自励発振特性を持たせるために、リッジ
ストライプの幅を狭くしてリッジストライプ領域外に存
在する活性層を可飽和吸収層として機能させて自励発振
を得ているが、これに限らず、共振器方向の活性層の一
部に電流注入しないようにして、この活性層を可飽和吸
収層として機能させたり、活性領域で発生したレーザ光
の広がりの内部に可飽和吸収層を設けて自励発振特性を
持たせていても構わない。なお、本実施例では活性層と
して３層の量子井戸層を持つ多重量子井戸構造活性層を
用いたが、量子井戸層が２層の場合においても本実施例
と同様に自励発振特性が得られており、活性領域へ直接
戻ってくる戻り光によって生じる雑音を抑制できた。
ーザ素子では、自励発振特性を持たせるために、リッジ
ストライプの幅を狭くしてリッジストライプ領域外に存
在する活性層を可飽和吸収層として機能させて自励発振
を得ているが、これに限らず、共振器方向の活性層の一
部に電流注入しないようにして、この活性層を可飽和吸
収層として機能させたり、活性領域で発生したレーザ光
の広がりの内部に可飽和吸収層を設けて自励発振特性を
持たせていても構わない。なお、本実施例では活性層と
して３層の量子井戸層を持つ多重量子井戸構造活性層を
用いたが、量子井戸層が２層の場合においても本実施例
と同様に自励発振特性が得られており、活性領域へ直接
戻ってくる戻り光によって生じる雑音を抑制できた。
【００４９】本実施例では、劈開によりレーザの共振器
端面を形成しているが、サファイア基板は硬くて劈開し
にくい場合があるので、ドライエッチングにより共振器
端面を形成することもできる。
端面を形成しているが、サファイア基板は硬くて劈開し
にくい場合があるので、ドライエッチングにより共振器
端面を形成することもできる。
【００５０】さらに本実施例では絶縁体であるサファイ
アを基板として用いたため、エッチングにより露出した
ｎ−ＧａＮｎ型コンタクト層３の表面にｎ側電極１３を
形成しているが、ｎ型導電性を有するＧａＮやＳｉＣ等
を基板に用いれば、この基板の裏面にｎ側電極１３を形
成してもよい。この場合、２００μｍ幅のストライプ状
のメサ構造を作製するエッチングを行う必要はない。ま
た、ｐ型とｎ型の構成を逆にしても構わない。さらに
は、電流阻止層としてはＳｉＯ2絶縁膜１４に限らず、
ＳｉＮ等の他の誘電体絶縁膜や、ｎ型の導電性や半絶縁
性を有する半導体材料を用いることもできる。
アを基板として用いたため、エッチングにより露出した
ｎ−ＧａＮｎ型コンタクト層３の表面にｎ側電極１３を
形成しているが、ｎ型導電性を有するＧａＮやＳｉＣ等
を基板に用いれば、この基板の裏面にｎ側電極１３を形
成してもよい。この場合、２００μｍ幅のストライプ状
のメサ構造を作製するエッチングを行う必要はない。ま
た、ｐ型とｎ型の構成を逆にしても構わない。さらに
は、電流阻止層としてはＳｉＯ2絶縁膜１４に限らず、
ＳｉＮ等の他の誘電体絶縁膜や、ｎ型の導電性や半絶縁
性を有する半導体材料を用いることもできる。
【００５１】（第２の実施例）光吸収層として、７層の
Ｓｉドープｎ−Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層（厚さ５ｎｍ）と６
層のＳｉドープｎ−Ｉｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ層（厚さ５ｎ
ｍ）とからなる合計の厚さ０．０６５μｍの多重量子井
戸構造を用い、この光吸収層の上に同一の成長温度でＳ
ｉドープｎ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層を設けたこと
以外は、第１の実施例と同様にして、窒化ガリウム系半
導体レーザ素子を作製した。
Ｓｉドープｎ−Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層（厚さ５ｎｍ）と６
層のＳｉドープｎ−Ｉｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ層（厚さ５ｎ
ｍ）とからなる合計の厚さ０．０６５μｍの多重量子井
戸構造を用い、この光吸収層の上に同一の成長温度でＳ
ｉドープｎ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層を設けたこと
以外は、第１の実施例と同様にして、窒化ガリウム系半
導体レーザ素子を作製した。
【００５２】このようにして作製された窒化ガリウム系
半導体レーザ素子の発振波長は４１０ｎｍ、発振閾値電
流は３０ｍＡであり、実施例１と同様に良好なレーザ特
性が得られた。また、多重量子井戸構造からなる光吸収
層４を設けたことにより、サファイア基板内に入射した
戻り光は活性領域内部のレーザ光と相互作用することは
ない。これにより、半導体レーザ素子の出射光の強度は
戻り光による影響を受けることはなく、安定した強度の
出射光が得られた。
半導体レーザ素子の発振波長は４１０ｎｍ、発振閾値電
流は３０ｍＡであり、実施例１と同様に良好なレーザ特
性が得られた。また、多重量子井戸構造からなる光吸収
層４を設けたことにより、サファイア基板内に入射した
戻り光は活性領域内部のレーザ光と相互作用することは
ない。これにより、半導体レーザ素子の出射光の強度は
戻り光による影響を受けることはなく、安定した強度の
出射光が得られた。
【００５３】さらに本実施例において、光吸収層をＳｉ
ドープｎ−Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層の単一層ではなく、多重
量子井戸構造で形成したことにより、光吸収層を形成す
るＳｉドープｎ−Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層とＳｉドープｎ−
ＧａＮｎ型コンタクト層との格子定数差による歪みから
生じる結晶欠陥が低減した。また、Ｓｉドープｎ−Ａｌ
0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層を設けたためＳｉドープｎ−Ｉ
ｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層の蒸発を防ぐことができ、この上に成
長したＳｉドープｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｎ型クラッド層
の結晶性も向上した。以上の結果、レーザ素子の信頼性
が向上するという効果も得られた。
ドープｎ−Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層の単一層ではなく、多重
量子井戸構造で形成したことにより、光吸収層を形成す
るＳｉドープｎ−Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層とＳｉドープｎ−
ＧａＮｎ型コンタクト層との格子定数差による歪みから
生じる結晶欠陥が低減した。また、Ｓｉドープｎ−Ａｌ
0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層を設けたためＳｉドープｎ−Ｉ
ｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層の蒸発を防ぐことができ、この上に成
長したＳｉドープｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｎ型クラッド層
の結晶性も向上した。以上の結果、レーザ素子の信頼性
が向上するという効果も得られた。
【００５４】また本実施例では、光吸収層の厚さを０．
０６５μｍとしたが、０．０５μｍ以上の厚さであれ
ば、本実施例にこだわらず同等の効果が得られるので、
Ｓｉドープｎ−Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層やＳｉドープｎ−Ｉ
ｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ層の層数や層厚を変えて多重量子井戸
構造の光吸収層を形成しても構わない。また、これら各
層のＩｎ組成も本実施例にこだわらず、レーザ光を吸収
する材料であれば他のＩｎ組成を持つＩｎＧａＮ３元混
晶やＩｎＧａＡｌＮ４元混晶を用いることもできる。
０６５μｍとしたが、０．０５μｍ以上の厚さであれ
ば、本実施例にこだわらず同等の効果が得られるので、
Ｓｉドープｎ−Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層やＳｉドープｎ−Ｉ
ｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ層の層数や層厚を変えて多重量子井戸
構造の光吸収層を形成しても構わない。また、これら各
層のＩｎ組成も本実施例にこだわらず、レーザ光を吸収
する材料であれば他のＩｎ組成を持つＩｎＧａＮ３元混
晶やＩｎＧａＡｌＮ４元混晶を用いることもできる。
【００５５】（第３の実施例）図２は本発明の第３の実
施例に係る窒化ガリウム系半導体レーザ素子を示す断面
図である。この図において、２１はｃ面を表面として有
するｎ型窒化ガリウム基板、２２はｎ−ＧａＮｎ型コン
タクト層、２３は７層のｎ−Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層と６層
のｎ−Ｉｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ層とからなる多重量子井戸構
造の光吸収層、２４はｎ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止
層、２５はｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｎ型クラッド層、２６
はｎ−ＧａＮガイド層、２７は３層のＩｎ0.15Ｇａ0.85
Ｎ量子井戸層と２層のＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ障壁層とから
なる多重量子井戸構造活性層、２８はＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ
蒸発防止層、２９はｐ−ＧａＮガイド層、３０はｐ−Ａ
ｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド層、３１はｐ−ＧａＮｐ型
コンタクト層、３２はｐ側電極、３３はｎ側電極、３４
はＳｉＯ2絶縁膜である。
施例に係る窒化ガリウム系半導体レーザ素子を示す断面
図である。この図において、２１はｃ面を表面として有
するｎ型窒化ガリウム基板、２２はｎ−ＧａＮｎ型コン
タクト層、２３は７層のｎ−Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層と６層
のｎ−Ｉｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ層とからなる多重量子井戸構
造の光吸収層、２４はｎ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止
層、２５はｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｎ型クラッド層、２６
はｎ−ＧａＮガイド層、２７は３層のＩｎ0.15Ｇａ0.85
Ｎ量子井戸層と２層のＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ障壁層とから
なる多重量子井戸構造活性層、２８はＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ
蒸発防止層、２９はｐ−ＧａＮガイド層、３０はｐ−Ａ
ｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド層、３１はｐ−ＧａＮｐ型
コンタクト層、３２はｐ側電極、３３はｎ側電極、３４
はＳｉＯ2絶縁膜である。
【００５６】この図２を参照して窒化ガリウム系半導体
レーザ素子の作製方法を説明する。まず、基板としてｃ
面を表面として有する厚さ１００μｍのｎ型窒化ガリウ
ム基板を用い、バッファ層を形成せずにｎ型窒化ガリウ
ム基板に直接ｎ−ＧａＮｎ型コンタクト層を形成したこ
と以外は、第２の実施例と同様にして、ｐ−ＧａＮｐ型
コンタクト層３１まで成長させることによって、窒化ガ
リウム系半導体レーザ素子ウエハーを作成する。
レーザ素子の作製方法を説明する。まず、基板としてｃ
面を表面として有する厚さ１００μｍのｎ型窒化ガリウ
ム基板を用い、バッファ層を形成せずにｎ型窒化ガリウ
ム基板に直接ｎ−ＧａＮｎ型コンタクト層を形成したこ
と以外は、第２の実施例と同様にして、ｐ−ＧａＮｐ型
コンタクト層３１まで成長させることによって、窒化ガ
リウム系半導体レーザ素子ウエハーを作成する。
【００５７】その後、この半導体レーザ素子ウエハーを
８００℃の窒素ガス雰囲気中でアニールして、Ｍｇドー
プのｐ型層を低抵抗化する。さらに通常のフォトリソグ
ラフィーとドライエッチング技術を用いて、ｐ−ＧａＮ
ｐ型コンタクト層３１の最表面に、１．５μｍ幅のスト
ライプ状にリッジ構造を形成するようにｐ−ＧａＮｐ型
コンタクト層３１とｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド
層３０をエッチングする。続いて、リッジの側面とリッ
ジ以外のｐ型層表面に厚さ２００ｎｍのＳｉＯ2絶縁膜
３４を電流阻止層として形成する。
８００℃の窒素ガス雰囲気中でアニールして、Ｍｇドー
プのｐ型層を低抵抗化する。さらに通常のフォトリソグ
ラフィーとドライエッチング技術を用いて、ｐ−ＧａＮ
ｐ型コンタクト層３１の最表面に、１．５μｍ幅のスト
ライプ状にリッジ構造を形成するようにｐ−ＧａＮｐ型
コンタクト層３１とｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド
層３０をエッチングする。続いて、リッジの側面とリッ
ジ以外のｐ型層表面に厚さ２００ｎｍのＳｉＯ2絶縁膜
３４を電流阻止層として形成する。
【００５８】さらに、このＳｉＯ2絶縁膜３４とｐ−Ｇ
ａＮｐ型コンタクト層３１の表面にニッケルと金からな
るｐ側電極３２を形成し、ｎ型窒化ガリウム基板２１の
裏面にチタンとアルミニウムからなるｎ側電極３３を形
成して、窒化ガリウム系半導体レーザ素子ウエハーを完
成する。
ａＮｐ型コンタクト層３１の表面にニッケルと金からな
るｐ側電極３２を形成し、ｎ型窒化ガリウム基板２１の
裏面にチタンとアルミニウムからなるｎ側電極３３を形
成して、窒化ガリウム系半導体レーザ素子ウエハーを完
成する。
【００５９】その後、このウェハーをリッジストライプ
と垂直な方向に劈開することによりレーザの共振器端面
を形成し、リッジストライプと平行な方向にレーザ共振
器を形成する。ここでは共振器の長さを５００μｍとし
た。続いて、レーザ素子を個々のレーザチップに分割す
る。そして、各チップをステムにマウントし、ワイヤー
ボンディングによりｐ側電極３２とリード端子とを接続
して、窒化ガリウム系半導体レーザ素子を完成する。な
お、本実施例ではｎ型窒化ガリウム基板２１を研磨せず
に基板の裏面にｎ側電極３３を形成したが、通常の研磨
技術によりｎ型窒化ガリウム基板２１の裏面を研磨して
ウェハーの厚さを薄くしてからｎ側電極３３を形成した
後に、このウェハーをリッジストライプと垂直な方向に
劈開しても構わない。この場合、基板の厚さが薄いこと
により劈開が容易になるという利点がある。
と垂直な方向に劈開することによりレーザの共振器端面
を形成し、リッジストライプと平行な方向にレーザ共振
器を形成する。ここでは共振器の長さを５００μｍとし
た。続いて、レーザ素子を個々のレーザチップに分割す
る。そして、各チップをステムにマウントし、ワイヤー
ボンディングによりｐ側電極３２とリード端子とを接続
して、窒化ガリウム系半導体レーザ素子を完成する。な
お、本実施例ではｎ型窒化ガリウム基板２１を研磨せず
に基板の裏面にｎ側電極３３を形成したが、通常の研磨
技術によりｎ型窒化ガリウム基板２１の裏面を研磨して
ウェハーの厚さを薄くしてからｎ側電極３３を形成した
後に、このウェハーをリッジストライプと垂直な方向に
劈開しても構わない。この場合、基板の厚さが薄いこと
により劈開が容易になるという利点がある。
【００６０】このようにして作製された窒化ガリウム系
半導体レーザ素子の発振波長は４１０ｎｍ、発振閾値電
流は３０ｍＡであり、実施例２と同様に良好なレーザ特
性が得られた。また、多重量子井戸構造からなる光吸収
層４を設けたことにより、窒化ガリウム基板内に入射し
た戻り光は活性領域内部のレーザ光と相互作用すること
はない。これにより、半導体レーザ素子の出射光の強度
は戻り光による影響を受けることはなく、安定した強度
の出射光が得られた。なお、窒化ガリウム基板を用いた
場合は、サファイア基板に比べて屈折率が大きいことに
より、基板に入射した戻り光は基板上に結晶成長した層
内に入射しにくくなっている。従って、本実施例のよう
に窒化ガリウム基板を用いた場合はサファイア基板を用
いた場合よりも、より効果的に基板に入射した戻り光と
活性領域内部のレーザ光とが相互作用することを防止で
きた。
半導体レーザ素子の発振波長は４１０ｎｍ、発振閾値電
流は３０ｍＡであり、実施例２と同様に良好なレーザ特
性が得られた。また、多重量子井戸構造からなる光吸収
層４を設けたことにより、窒化ガリウム基板内に入射し
た戻り光は活性領域内部のレーザ光と相互作用すること
はない。これにより、半導体レーザ素子の出射光の強度
は戻り光による影響を受けることはなく、安定した強度
の出射光が得られた。なお、窒化ガリウム基板を用いた
場合は、サファイア基板に比べて屈折率が大きいことに
より、基板に入射した戻り光は基板上に結晶成長した層
内に入射しにくくなっている。従って、本実施例のよう
に窒化ガリウム基板を用いた場合はサファイア基板を用
いた場合よりも、より効果的に基板に入射した戻り光と
活性領域内部のレーザ光とが相互作用することを防止で
きた。
【００６１】また、本実施例ではリッジストライプの幅
を狭くしてリッジストライプ領域外に存在する活性層を
可飽和吸収層として機能させることにより、自励発振特
性も得られた。なお、本実施例では多重量子井戸構造か
らなる光吸収層を用いたが、単一層からなる光吸収層を
用いても構わない。また光吸収層の厚さを０．０６５μ
ｍとしたが、０．０５μｍ以上の厚さであれば、本実施
例にこだわらず同等の効果が得られるので、Ｓｉドープ
ｎ−Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層やＳｉドープｎ−Ｉｎ0.03Ｇａ
0.97Ｎ層の層数や層厚を変えて多重量子井戸構造の光吸
収層を形成しても構わない。また、これら各層のＩｎ組
成も本実施例にこだわらず、レーザ光を吸収する材料で
あれば他のＩｎ組成を持つＩｎＧａＮ３元混晶やＩｎＧ
ａＡｌＮ４元混晶を用いることもできる。
を狭くしてリッジストライプ領域外に存在する活性層を
可飽和吸収層として機能させることにより、自励発振特
性も得られた。なお、本実施例では多重量子井戸構造か
らなる光吸収層を用いたが、単一層からなる光吸収層を
用いても構わない。また光吸収層の厚さを０．０６５μ
ｍとしたが、０．０５μｍ以上の厚さであれば、本実施
例にこだわらず同等の効果が得られるので、Ｓｉドープ
ｎ−Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層やＳｉドープｎ−Ｉｎ0.03Ｇａ
0.97Ｎ層の層数や層厚を変えて多重量子井戸構造の光吸
収層を形成しても構わない。また、これら各層のＩｎ組
成も本実施例にこだわらず、レーザ光を吸収する材料で
あれば他のＩｎ組成を持つＩｎＧａＮ３元混晶やＩｎＧ
ａＡｌＮ４元混晶を用いることもできる。
【００６２】さらに本実施例では、基板の窒化ガリウム
をｎ型としたが、ｎ型とｐ型の構成を逆にしても構わな
い。さらに、電流阻止層としてはＳｉＯ2絶縁膜３４に
限らず、ＳｉＮ等の他の誘電体絶縁膜や、ｎ型あるいは
ｐ型の導電性や半絶縁性を有する半導体材料を用いるこ
ともできる。
をｎ型としたが、ｎ型とｐ型の構成を逆にしても構わな
い。さらに、電流阻止層としてはＳｉＯ2絶縁膜３４に
限らず、ＳｉＮ等の他の誘電体絶縁膜や、ｎ型あるいは
ｐ型の導電性や半絶縁性を有する半導体材料を用いるこ
ともできる。
【００６３】（第４の実施例）半導体レーザ素子として
第３の実施例の窒化ガリウム系半導体レーザ素子を用い
て、図６に示される３ビーム法を用いた光ピックアップ
装置を作製した。
第３の実施例の窒化ガリウム系半導体レーザ素子を用い
て、図６に示される３ビーム法を用いた光ピックアップ
装置を作製した。
【００６４】本実施例に用いた半導体レーザ素子には光
吸収層が設けられているので、ｎ型窒化ガリウム基板内
に入射した戻り光は活性領域内部のレーザ光と相互作用
することはない。これにより、半導体レーザ素子の出射
光の強度は戻り光による影響を受けることはなく、安定
した強度の出射光が得られている。また、同時に半導体
レーザ素子は自励発振特性も有しており、これにより活
性領域へ直接戻ってくる戻り光によって生じる雑音も抑
制されている。以上の結果、本実施例の光ピックアップ
装置を用いて光ディスクからのデータの読み出しを行っ
たところ、エラー無しでデータの読み出しを行うことが
可能となった。
吸収層が設けられているので、ｎ型窒化ガリウム基板内
に入射した戻り光は活性領域内部のレーザ光と相互作用
することはない。これにより、半導体レーザ素子の出射
光の強度は戻り光による影響を受けることはなく、安定
した強度の出射光が得られている。また、同時に半導体
レーザ素子は自励発振特性も有しており、これにより活
性領域へ直接戻ってくる戻り光によって生じる雑音も抑
制されている。以上の結果、本実施例の光ピックアップ
装置を用いて光ディスクからのデータの読み出しを行っ
たところ、エラー無しでデータの読み出しを行うことが
可能となった。
【００６５】なお半導体レーザ素子として、本発明の第
１の実施例や第２の実施例の窒化ガリウム系半導体レー
ザ素子を用いて光ピックアップ装置を作製しても、同様
に、エラー無しでデータの読み出しを行うことが可能な
光ピックアップ装置を作製できた。
１の実施例や第２の実施例の窒化ガリウム系半導体レー
ザ素子を用いて光ピックアップ装置を作製しても、同様
に、エラー無しでデータの読み出しを行うことが可能な
光ピックアップ装置を作製できた。
【００６６】
【発明の効果】上述したように本発明による窒化ガリウ
ム系半導体レーザ素子では、レーザ素子を形成する基板
と、基板側のクラッド層との間に、エネルギーギャップ
が活性層とほぼ同じか、または、活性層よりも小さい半
導体からなる光吸収層を設けた。この結果、３ビーム法
を用いてトラッキングサーボ機構を制御する際に生じる
３本の戻り光のうち基板内に入射される戻り光は、活性
領域内部のレーザ光と相互作用することがなくなる。
ム系半導体レーザ素子では、レーザ素子を形成する基板
と、基板側のクラッド層との間に、エネルギーギャップ
が活性層とほぼ同じか、または、活性層よりも小さい半
導体からなる光吸収層を設けた。この結果、３ビーム法
を用いてトラッキングサーボ機構を制御する際に生じる
３本の戻り光のうち基板内に入射される戻り光は、活性
領域内部のレーザ光と相互作用することがなくなる。
【００６７】従って、半導体レーザ素子の出射光の強度
は戻り光による影響を受けることはなく、安定した強度
の出射光が得られた。また、光吸収層を設けても、活性
領域内部のレーザ光は光吸収層まで広がっていないので
光吸収層で吸収されることはなく、発振閾値電流値の増
大を生じない。これにより、良好なレーザ特性を有し、
光ディスクシステム用として使用可能な、データの読み
出し時にエラーを発生しない窒化ガリウム系半導体レー
ザ素子が実現できた。
は戻り光による影響を受けることはなく、安定した強度
の出射光が得られた。また、光吸収層を設けても、活性
領域内部のレーザ光は光吸収層まで広がっていないので
光吸収層で吸収されることはなく、発振閾値電流値の増
大を生じない。これにより、良好なレーザ特性を有し、
光ディスクシステム用として使用可能な、データの読み
出し時にエラーを発生しない窒化ガリウム系半導体レー
ザ素子が実現できた。
【００６８】また、多重量子井戸構造の光吸収層とする
ことによって、半導体レーザ素子の出射光の強度は戻り
光の影響を受けることがなく、かつ、格子定数差による
歪みから生じる結晶欠陥が低減するという効果も得られ
た。
ことによって、半導体レーザ素子の出射光の強度は戻り
光の影響を受けることがなく、かつ、格子定数差による
歪みから生じる結晶欠陥が低減するという効果も得られ
た。
【００６９】また、このような光吸収層を設けた窒化ガ
リウム系半導体レーザ素子を用いて作製した、３ビーム
法によるトラッキングサーボ機構を有する光ピックアッ
プ装置は、エラー無しで光ディスクからのデータの読み
出しを行うことが可能となった。
リウム系半導体レーザ素子を用いて作製した、３ビーム
法によるトラッキングサーボ機構を有する光ピックアッ
プ装置は、エラー無しで光ディスクからのデータの読み
出しを行うことが可能となった。
【図１】本発明の第１の実施例に係る半導体レーザ素子
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図２】本発明の第３の実施例に係る半導体レーザ素子
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図３】光吸収層としてＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層を用いたと
きの、波長が４１０ｎｍのレーザ光に対する光強度の減
衰を示すグラフ図である。
きの、波長が４１０ｎｍのレーザ光に対する光強度の減
衰を示すグラフ図である。
【図４】窒化ガリウム系半導体を用いた従来の半導体レ
ーザ素子の断面図である。
ーザ素子の断面図である。
【図５】窒化ガリウム系半導体を用いた従来の自励発振
型の半導体レーザ素子の断面図である。
型の半導体レーザ素子の断面図である。
【図６】３ビーム法によるトラッキングサーボ機構を有
する光ピックアップ装置の概略構成図である。
する光ピックアップ装置の概略構成図である。
【図７】３ビーム法によるトラッキングサーボ機構を有
する光ピックアップ装置に用いられている半導体レーザ
の正面図である。
する光ピックアップ装置に用いられている半導体レーザ
の正面図である。
１ サファイア基板 ２１ ｎ型窒化ガリウム基板 ２ ＧａＮバッファ層 ３、２２ ｎ−ＧａＮｎ型コンタクト層 ４ ｎ−Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ光吸収層 ２３ ｎ−Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎとｎ−Ｉｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ
とからなる多重量子井戸構造光吸収層 ２４ ｎ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層 ５、２５ ｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｎ型クラッド層 ６、２６ ｎ−ＧａＮガイド層 ７、２７ 多重量子井戸構造活性層 ８、２８ Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層 ９、２９ ｐ−ＧａＮガイド層 １０、３０ ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド層 １１、３１ ｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層 １２、３２ ｐ側電極 １３、３３ ｎ側電極 １４、３４ ＳｉＯ2絶縁膜
とからなる多重量子井戸構造光吸収層 ２４ ｎ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層 ５、２５ ｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｎ型クラッド層 ６、２６ ｎ−ＧａＮガイド層 ７、２７ 多重量子井戸構造活性層 ８、２８ Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層 ９、２９ ｐ−ＧａＮガイド層 １０、３０ ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド層 １１、３１ ｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層 １２、３２ ｐ側電極 １３、３３ ｎ側電極 １４、３４ ＳｉＯ2絶縁膜
Claims (6)
- 【請求項１】 基板上に、窒化物半導体からなるクラッ
ド層及び／又はガイド層に挟まれ、窒化物半導体からな
る活性層を形成した半導体レーザ素子において、 前記基板と基板側に存在するクラッド層との間に、エネ
ルギーギャップが活性層とほぼ同じか、または、活性層
よりも小さい半導体からなる光吸収層を設けたことを特
徴とする窒化ガリウム系半導体レーザ素子。 - 【請求項２】 光吸収層が、組成の異なる２種類の半導
体が交互に積層されてなる多重量子井戸構造であること
を特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム系半導体レ
ーザ素子。 - 【請求項３】 光吸収層が、少なくともインジウムとガ
リウムを含む窒化物半導体からなることを特徴とする請
求項１乃至２のいずれかに記載の窒化ガリウム系半導体
レーザ素子。 - 【請求項４】 基板が、サファイア基板、または、窒化
ガリウム基板、または、炭化硅素基板からなることを特
徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の窒化ガリウ
ム系半導体レーザ素子。 - 【請求項５】 光吸収層の層厚が、０．０５μm以上で
あることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載
の窒化ガリウム系半導体レーザ素子。 - 【請求項６】 少なくとも半導体レーザ素子と回折格子
とを用いた光学系からなる３ビーム方式の光ピックアッ
プ装置であって、前記半導体レーザ素子に請求項１乃至
５のいずれかに記載の窒化ガリウム系半導体レーザ素子
を用いたことを特徴とする光ピックアップ装置。
Priority Applications (2)
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|---|---|---|---|
| JP22022198A JP4245691B2 (ja) | 1998-08-04 | 1998-08-04 | 窒化ガリウム系半導体レーザ素子及び光ピックアップ装置 |
| US09/366,020 US6370176B1 (en) | 1998-08-04 | 1999-08-02 | Gallium nitride group semiconductor laser device and optical pickup apparatus |
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|---|---|---|---|
| JP22022198A JP4245691B2 (ja) | 1998-08-04 | 1998-08-04 | 窒化ガリウム系半導体レーザ素子及び光ピックアップ装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000058915A true JP2000058915A (ja) | 2000-02-25 |
| JP4245691B2 JP4245691B2 (ja) | 2009-03-25 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP22022198A Expired - Fee Related JP4245691B2 (ja) | 1998-08-04 | 1998-08-04 | 窒化ガリウム系半導体レーザ素子及び光ピックアップ装置 |
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| JP2002246686A (ja) * | 2001-02-14 | 2002-08-30 | Sharp Corp | 半導体発光装置およびその製造方法 |
| GB2393038A (en) * | 2002-07-08 | 2004-03-17 | Sumitomo Chemical Co | Light emitting device |
| JP2004186678A (ja) * | 2002-11-20 | 2004-07-02 | Sharp Corp | 窒化物半導体発光素子 |
| JP2004266143A (ja) * | 2003-03-03 | 2004-09-24 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法 |
| US6855959B2 (en) | 2000-03-24 | 2005-02-15 | Nec Corporation | Nitride based semiconductor photo-luminescent device |
| JP2007227671A (ja) * | 2006-02-23 | 2007-09-06 | Rohm Co Ltd | 発光素子 |
| JP2019091801A (ja) * | 2017-11-14 | 2019-06-13 | シャープ株式会社 | 窒化物半導体レーザ素子 |
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| DE19955747A1 (de) * | 1999-11-19 | 2001-05-23 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Optische Halbleitervorrichtung mit Mehrfach-Quantentopf-Struktur |
| US6646292B2 (en) * | 1999-12-22 | 2003-11-11 | Lumileds Lighting, U.S., Llc | Semiconductor light emitting device and method |
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| KR100519753B1 (ko) * | 2002-11-15 | 2005-10-07 | 삼성전기주식회사 | ＧａＮ계 화합물 반도체가 사용된 발광소자의 제조방법 |
| WO2004059751A2 (en) * | 2002-12-20 | 2004-07-15 | Cree, Inc. | Methods of forming semiconductor mesa structures including self-aligned contact layers and related devices |
| KR100678854B1 (ko) * | 2004-04-13 | 2007-02-05 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광 다이오드 및 그 제조방법 |
| JP4699764B2 (ja) * | 2005-01-05 | 2011-06-15 | スタンレー電気株式会社 | 半導体発光素子 |
| KR20080048318A (ko) * | 2006-11-28 | 2008-06-02 | 삼성전자주식회사 | 산란부를 구비하는 반도체 레이저 소자 및 그 제조방법 |
| US9153699B2 (en) | 2012-06-15 | 2015-10-06 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Thin film transistor with multiple oxide semiconductor layers |
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| JP2877063B2 (ja) | 1995-11-06 | 1999-03-31 | 松下電器産業株式会社 | 半導体発光素子 |
| JP4018177B2 (ja) * | 1996-09-06 | 2007-12-05 | 株式会社東芝 | 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 |
| US6031858A (en) * | 1996-09-09 | 2000-02-29 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor laser and method of fabricating same |
-
1998
- 1998-08-04 JP JP22022198A patent/JP4245691B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1999
- 1999-08-02 US US09/366,020 patent/US6370176B1/en not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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