JP2000286504A

JP2000286504A - 窒化物半導体レーザ素子

Info

Publication number: JP2000286504A
Application number: JP2000016925A
Authority: JP
Inventors: Masakane Goto; 壮謙後藤; Nobuhiko Hayashi; 伸彦林
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1999-01-26
Filing date: 2000-01-26
Publication date: 2000-10-13

Abstract

(57)【要約】【課題】基板１上に、ｎ型クラッド層３、活性層４、
及びｐ型クラッド層５が形成され、ｐ型クラッド層５は
上向きに突出するストライプ部53を具え、該ストライプ
部53の両側にｎ型電流狭窄層６、６を形成している自励
発振型の窒化物半導体レーザ素子において、従来よりも
高い歩留まりを実現する。【解決手段】本発明に係る窒化物半導体レーザ素子に
おいて、ｐ型クラッド層５のストライプ部53は、上段ス
トライプ部51及び下段ストライプ部52から構成され、上
段ストライプ部51は、下段ストライプ部52との境界位置
にて最小幅Ｗ１を有し、下段ストライプ部52の下端位置
での幅Ｗ２は、上段ストライプ部51の最小幅Ｗ１よりも
大きく形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、窒化物半導体から
形成されたレーザ素子に関し、特に、自励発振が可能な
窒化物半導体レーザ素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体レーザ素子は、光通信、光記録な
どの様々な分野で利用されているが、特に光ディスクシ
ステムを中心とする光記録の分野で広く普及している。
半導体レーザ素子を光ディスクシステム用光源として用
いる場合、対物レンズによって光ディスク上に集光され
るスポットの径は、半導体レーザ素子の発振波長に正比
例するので、発振波長が短い程、光ディスク上のスポッ
ト径は小さくなり、光ディスクの記録容量が増大する。
これまでに実用化されているＡｌＧａＩｎＰ系半導体レ
ーザ素子は、発振波長が約６５０ｎｍであるのに対し、
窒化物半導体レーザ素子の発振波長は４００ｎｍ程度と
短い。そこで、光ディスクシステムにおける記録容量の
増大を図るべく、窒化物半導体レーザの開発が進められ
ている。

【０００３】又、ダブルヘテロ接合構造を有する半導体
レーザ素子として、図１１に示すリッジストライプ型の
半導体レーザ素子と、図１２に示すセルフアライン型の
半導体レーザ素子が知られている。リッジストライプ型
の半導体レーザ素子は図１１に示す如く、サファイアな
どからなる基板(10)上に、ｎ型のクラッド層(３)、活性
層(４)、ｐ型のクラッド層(561)、ｎ型の電流狭窄層(61
1)及びｐ型のコンタクト層(７)を積層して構成されてお
り、ｐ型クラッド層(561)は、上向きに突出するリッジ
ストライプ部(50)を具えている。又、セルフアライン型
の半導体レーザ素子は図１２に示す如く、サファイアな
どからなる基板(10)上に、ｎ型のクラッド層(３)、活性
層(４)、ｐ型の第１クラッド層(57)、ｎ型の電流狭窄層
(62)、ｐ型の第２クラッド層(58)及びｐ型のコンタクト
層(７)を積層して構成されており、ｐ型の第２クラッド
層(58)は、下向きに突出するリッジストライプ部(60)を
具えている。

【０００４】リッジストライプ型の半導体レーザ素子は
図１３(ａ)〜(ｄ)に示す工程を経て作製される。先ず、
同図(ａ)の如く、基板(10)上に、ｎ型コンタクト層
(２)、ｎ型クラッド層(３)、活性層(４)及びｐ型クラッ
ド層(59)を積層した後、ｐ型クラッド層(59)の表面にマ
スク(15)を形成する。次に同図(ｂ)の如く、マスク(15)
を介してｐ型クラッド層(59)にドライエッチングを施
し、リッジストライプ部(50)を形成する。続いて同図
(ｃ)の如く、リッジストライプ部(50)上に残ったマスク
(15)を利用して、ｎ型電流狭窄層(611)を選択的に成長
させた後、同図(ｄ)の如くマスク(15)を除去し、ｐ型コ
ンタクト層(７)を成長させるのである。

【０００５】尚、ＡｌＧａＡｓ系赤外半導体レーザ素子
や、ＡｌＧａＩｎＰ系赤色半導体レーザ素子において
は、予めｐ型クラッド層中に、特定のエッチング液に対
してｐ型クラッド層よりもエッチングされ難い性質を有
するエッチングストップ層を挿入しておくことによっ
て、リッジストライプ部(50)を高精度に形成することが
出来る。しかしながら、窒化物半導体レーザ素子におい
ては、適切なエッチング液が見出されていないため、上
述の如き化学的なエッチングによるリッジストライプ部
の形成は困難である。そこで、従来は、図１３(ａ)(ｂ)
の如くｐ型クラッド層(59)にドライエッチングを施する
ことによって、リッジストライプ部(50)を形成してい
る。

【０００６】又、セルフアライン型の半導体レーザ素子
は図１４(ａ)〜(ｃ)に示す工程を経て作製される。先ず
同図(ａ)の如く、基板(10)上に、ｎ型コンタクト層
(２)、ｎ型クラッド層(３)、活性層(４)、ｐ型第１クラ
ッド層(57)、及びｎ型電流狭窄層(63)を積層した後、ｎ
型電流狭窄層(63)の表面にマスク(16)(16)を形成する。
次に同図(ｂ)の如く、マスク(16)(16)を介してｎ型電流
狭窄層(63)にドライエッチングを施し、ｐ型第１クラッ
ド層(57)が露出する深さまでｎ型電流狭窄層(63)の一部
を除去する。続いて、同図(ｃ)の如く、マスク(16)(16)
を除去し、ｐ型第２クラッド層(58)及びｐ型コンタクト
層(７)を成長させるのである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】リッジストライプ型の
半導体レーザ素子の製造においては、３回の結晶成長工
程が必要となる。又、ｎ型電流狭窄層(611)下方のｐ型
クラッド層(561)の厚さｔをドライエッチングで制御す
る必要があり、この制御が困難である。ｐ型クラッド層
(561)の厚さが適正値よりも小さくなると、後述の自励
発振が起こり難くなり、ｐ型クラッド層(561)の厚さが
適正値よりも大きくなると、後工程で成長させるｎ型電
流狭窄層(611)の厚さが小さくなって、電流をブロック
する効果が不十分となる。

【０００８】これに対し、セルフアライン型の半導体レ
ーザ素子の製造においては、結晶成長工程が２回で済
む。又、ｎ型電流狭窄層(62)下方のｐ型クラッド層(57)
の厚さを結晶成長で制御することが出来る。しかしなが
ら、セルフアライン型の半導体レーザ素子においては、
ｎ型電流狭窄層の一部をドライエッチングによって除去
する際に、発光部及び電流注入領域に損傷を与える虞れ
があり、この様な損傷が発光に悪影響を及ぼす場合があ
る。

【０００９】ところで、半導体レーザ素子を光学部品と
して具えた光ディスクプレーヤにおいては、光ディスク
からの戻り光に対して低雑音であることが要求される。
そこで、シングルモード発振型の半導体レーザ素子の駆
動信号に数百ＭＨｚ〜１ＧＨｚ程度の高周波を重畳して
マルチモード化する方法や、半導体レーザ素子を自励発
振させる方法(例えば「半導体レーザにおける自励振動
現象の理論解析」電子情報通信学会技術報告書、OQE92-
16参照)が採用される。高周波の重畳によってマルチモ
ード化する方法は外部回路が必要になるため、装置の小
型化、低コスト化の観点からは自励発振させる方法が望
ましい。自励発振は、活性層において電流が注入される
領域(活性領域)の周囲に過飽和吸収領域と呼ばれる光吸
収領域を形成することによって発生する。

【００１０】そこで、リッジストライプ型やセルフアラ
イン型の半導体レーザ素子において、図１１に示すスト
ライプ幅Ｗ、ｎ型電流狭窄層(61)下方のｐ型クラッド層
(56)の厚さｔ、活性層(４)の厚さｄなどの素子構造パラ
メータを最適化することによって、発光スポット幅を電
流注入領域幅よりも拡げ、自励発振を発生させる方法が
採用されている。又、活性層を厚膜化することによっ
て、活性層内の電流注入領域の側部を過飽和吸収領域と
して作用させる方法が採用されている。

【００１１】しかしながら、図１１に示すリッジストラ
イプ型の半導体レーザ素子においては、リッジストライ
プ部(50)が下方へ拡大した断面形状を有しているため、
この形状に沿って電流が拡がった状態で活性層(４)へ注
入される。この結果、リッジストライプ部(50)の下端位
置における幅Ｗよりも更に拡がった電流注入領域が形成
され、電流注入領域幅と発光スポット幅が略同一とな
る。又、図１２に示すセルフアライン型の半導体レーザ
素子においては、リッジストライプ部(60)が下方へ縮小
した断面形状を有しているため、この形状に沿って電流
が縮小した状態で活性層(４)へ注入される。この結果、
リッジストライプ部(60)の下端位置における幅Ｗよりも
狭まった電流注入領域が形成されるが、発光スポット幅
も狭められるので、電流注入領域幅と発光スポット幅が
略同一となる。

【００１２】この様に、従来の半導体レーザ素子では、
リッジストライプ型、セルフアライン型の何れの構造に
おいても、電流注入領域幅と発光スポット幅が略同一と
なるので、上述の如くリッジストライプ部のストライプ
幅Ｗ、クラッド層の厚さｔ、活性層の厚さｄなどの素子
構造パラメータを最適化する場合、パラメータ選択の自
由度が低い問題があった。

【００１３】又、自励発振型の半導体レーザを高い歩留
まりで作製するためには、各素子構造パラメータを精度
良く仕上げる必要があるが、ストライプ幅Ｗはマスクの
形成精度、クラッド層厚さｔはエッチングの制御性、活
性層厚さｄは結晶成長時の膜厚の制御性によって精度が
左右され、特にリッジストライプ部を形成するためのド
ライエッチングにおいては、エッチング量の制御が困難
であるため、高精度のクラッド層厚さｔを得ることが出
来ず、歩留まりが低い問題があった。更に又、活性層を
厚膜化する構成では、閾値電流や非点隔差が増大すると
いう問題が発生する。

【００１４】そこで本発明の目的は、発振波長の短い窒
化物半導体レーザ素子において、従来よりも高い歩留ま
りで作製することが出来、然も閾値電流や非点隔差が増
大することのない自励発振型の窒化物半導体レーザ素子
を提供することである。

【００１５】

【課題を解決する為の手段】本発明に係る窒化物半導体
レーザ素子は、基板上に形成された第１導電型の窒化物
半導体からなる第１クラッド層(３)と、第１クラッド層
(３)上に形成された活性層(４)と、活性層(４)上に形成
された第２導電型の窒化物半導体からなる第２クラッド
層(５)とを具えている。第２クラッド層(５)は、活性層
(４)を覆って形成された平坦部(5a)と、該平坦部(5a)の
中央部に上向きに突設された二段ストライプ部(53)とを
具え、該二段ストライプ部(53)の両側には、第１導電型
の窒化物半導体からなる電流狭窄層(６)(６)が形成され
ている。第２クラッド層(５)の二段ストライプ部(53)
は、平坦部(5a)上に形成された下段ストライプ部(52)
と、該下段ストライプ部(52)上に形成された上段ストラ
イプ部(51)とから構成されて、平坦部(5a)に向かって断
面積が変化しており、上段ストライプ部(51)と下段スト
ライプ部(52)の境界位置を境として断面積の変化率が正
方向に増大している。尚、第１導電型とは、ｐ型及びｎ
型の一方を意味し、第２導電型とは、ｐ型及びｎ型の他
方を意味する。

【００１６】上記本発明の窒化物半導体レーザ素子にお
いては、第２クラッド層(５)が上段ストライプ部(51)及
び下段ストライプ部(52)からなる二段ストライプ部(53)
を具えて、上段ストライプ部(51)と下段ストライプ部(5
2)の境界位置を境として、二段ストライプ部(53)の断面
積の変化率が正方向に増大しているので、少なくとも該
境界位置の近傍にて、上段ストライプ部(51)の断面積は
下段ストライプ部(52)の断面積よりも小さくなる。又、
特に窒化物半導体レーザ素子においては、ｐ型半導体層
の高濃度化が困難であるため、上段ストライプ部(51)で
狭窄された電流は横方向に拡がり難い性質がある。

【００１７】従って、第２クラッド層(５)の二段ストラ
イプ部(53)中を活性層(４)へ向けて流れる電流は、上段
ストライプ部(51)によって横方向への電流の拡がりを抑
制された状態で活性層(４)へ流れ込む。又、下段ストラ
イプ部(52)の幅が上段ストライプ部(51)の幅よりも拡大
しているために、活性層(４)に形成される発光スポット
の幅は、上記電流注入領域幅よりも大きくなる。この結
果、電流注入領域の周囲に過飽和吸収領域が形成される
こととなり、自励発振が発生するのである。

【００１８】上段ストライプ部(51)と下段ストライプ部
(52)の境界位置を境として、二段ストライプ部(53)の断
面積の変化率が正方向に増大することとなる具体的態様
としては、例えば、上段ストライプ部(51)の断面積は平
坦部(5a)に向かって略一定若しくは縮小し、上段ストラ
イプ部(51)と下段ストライプ部(52)の境界位置にて、二
段ストライプ部(53)の断面積が急激に増大する態様が挙
げられる。

【００１９】又、本発明に係る他の窒化物半導体レーザ
素子においては、第２クラッド層(５)の二段ストライプ
部(53)は、平坦部(5a)上に形成された下段ストライプ部
(52)と、下段ストライプ部(52)上に形成された上段スト
ライプ部(51)とから構成され、上段ストライプ部(51)の
長手方向とは直交する方向の幅は、下段ストライプ部(5
2)の同方向の幅よりも小さく形成されている。

【００２０】例えば、上段ストライプ部(51)が下段スト
ライプ部(52)との境界位置にて最小幅Ｗ１を有し、下段
ストライプ部(52)の下端位置での幅Ｗ２が前記上段スト
ライプ部(51)の最小幅Ｗ１よりも大きく形成されてい
る。或いは、下段ストライプ部(52)は、上段ストライプ
部(51)との境界位置を境として上段ストライプ部(51)の
両側面よりも外側へ突出し、該突出部の上面は活性層
(４)の上面と実質的に平行であって、上段ストライプ部
(51)と下段ストライプ部(52)の境界位置において、下段
ストライプ部(52)の幅は上段ストライプ部(51)の幅より
も大きく形成されている。

【００２１】上記具体的構成においては、上段ストライ
プ部(51)の幅Ｗ１が下段ストライプ部(52)の幅Ｗ２より
も小さく形成されているので、二段ストライプ部(53)中
を活性層(４)へ向けて流れる電流は、上段ストライプ部
(51)の幅Ｗ１によって規制され、横方向への電流の拡が
りを抑制された状態で活性層(４)へ流れ込む。従って、
活性層(４)の電流注入領域幅は上段ストライプ部(51)の
幅Ｗ１に応じた大きさとなる。一方、下段ストライプ部
(52)は上段ストライプ部(51)よりも拡大しているので、
下段ストライプ部(52)によって発光スポット幅が横方向
に拡大される。従って、活性層(４)の発光スポット幅は
下段ストライプ部(52)の幅Ｗ２に応じた大きさとなり、
上記電流注入領域幅よりも大きくなる。この結果、電流
注入領域の周囲に過飽和吸収領域が形成されることとな
り、自励発振が発生する。

【００２２】尚、電流狭窄層(６)(６)は、第２クラッド
層(５)よりもバンドギャップエネルギーが大きく、且つ
屈折率の小さい材料から形成することが出来る。或い
は、電流狭窄層(６)(６)は、活性層(４)よりもバンドギ
ャップエネルギーが小さい材料から形成することが出
来、この場合、活性層(４)で発生した光を吸収すること
によってレーザ光の導波を行なう。

【００２３】具体的構成において、第２型クラッド層
(５)の二段ストライプ部(53)は、そのストライプ形状の
長手方向が窒化物半導体結晶の［１１ −２０］方向
となる様に形成されており、上段ストライプ部(51)は、
平坦部(5a)に向かって断面積が縮小している。この場
合、前記基板として、サファイア基板若しくはＧａＰ基
板を採用することが出来る。

【００２４】他の具体的構成において、第２クラッド層
(５)の二段ストライプ部(53)は、そのストライプ形状の
長手方向が窒化物半導体結晶の［１ −１００］方向
となる様に形成されており、上段ストライプ部(51)は、
平坦部(5a)に向かって断面積が略一定である。この場
合、前記基板として、ＧａＮ基板、Ｓｉ基板、６Ｈ−Ｓ
ｉＣ基板、４Ｈ−ＳｉＣ基板、ＭｇＯ基板、若しくはＭ
ｇＡｌ_２Ｏ_４基板を採用することが出来る。

【００２５】

【発明の効果】本発明に係る窒化物半導体レーザ素子に
よれば、上段ストライプ部によって電流注入領域幅を規
定し、下段ストライプ部によって発光スポット幅を規定
することが出来るので、従来の半導体レーザ素子に比べ
て容易に自励発振を発生させることが出来る。このた
め、素子構造パラメータの最適化において自由度が高く
なると共に、従来の半導体レーザ素子の場合と比べてパ
ラメータの寸法精度の許容範囲が大きくなり、歩留まり
良く自励発振型の半導体レーザ素子を作製することが出
来る。又、自励発振のために活性層を厚膜化する必要が
ないので、閾値電流や非点隔差を増大させることなく、
自励発振を実現することが出来る。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る窒化物半導体
レーザ素子の実施の形態につき、図面に沿って具体的に
説明する。第１実施例本実施例の窒化物半導体レーザ素子は、図１及び図２に
示す如く、サファイア基板(１)上に、ＧａＮからなる厚
さ４.５μｍのｎ型コンタクト層(２)、Ａｌ_ｂＧａ
_１−ｂＮからなる厚さ０.８μｍのｎ型クラッド層
(３)、多重量子井戸構造を有する活性層(４)、Ａｌ_ａＧ
ａ_１−ａＮからなる厚さ０.８μｍのｐ型クラッド層
(５)、Ａｌ_ｃＧａ_１−ｃＮからなるｎ型電流狭窄層(６)
(６)、及びＧａＮからなる厚さ０.０５μｍのｐ型コン
タクト層(７)を積層して構成されている。ｐ型クラッド
層(５)は、活性層(４)の表面を覆って形成された平坦部
(5a)と、該平坦部(5a)の中央部に上向きに突設された下
段ストライプ部(52)及び上段ストライプ部(51)からなる
二段ストライプ部(53)とから構成されている。該二段ス
トライプ部(53)の上面はｐ型コンタクト層(７)と接触
し、その両側面はｎ型電流狭窄層(６)(６)と接触してい
る。ここで、上段ストライプ部(51)の幅Ｗ１は、下段ス
トライプ部(52)の幅Ｗ２よりも小さく形成されている。

【００２７】ｎ型コンタクト層(２)上にはｎ型電極(８)
が設置されると共に、ｐ型コンタクト層(７)上にはｐ型
電極(９)が設置されている。又、活性層(４)は、図３に
示す如くＩｎ_ｘＧａ_１−ｘＮからなる厚さ８ｎｍの井戸
層(42)と、Ｉｎ_ｙＧａ_１−ｙＮからなる厚さ１６ｎｍの
障壁層(41)とを、交互に積層したものであって(ｘ＞
ｙ；例えば、ｘ＝０.１３、ｙ＝０.０５)、井戸層(42)
の積層数は図示する３層に限らず、任意の積層数を採用
することが出来る。

【００２８】尚、図１に示す素子構造においては、Ａｌ
_ｃＧａ_１−ｃＮからなるｎ型電流狭窄層(６)(６)の屈折
率はＡｌ_ａＧａ_１−ａＮからなるｐ型クラッド層(５)の
屈折率よりも低く設定され(０＜ａ＜ｃ≦１)、これによ
って実屈折率導波型構造が実現されているが、Ａｌ_ｃＧ
ａ_１−ｃＮからなるｎ型電流狭窄層(６)(６)に代えて、
Ｉｎ_ｚＧａ_１−ｚＮからなるｎ型電流狭窄層を形成し
て、電流狭窄層のバンドギャップを活性層(４)のバンド
ギャップよりも小さく設定することにより、活性層(４)
で発生した光の吸収によって横モードを制御する損失導
波型構造を実現することも可能である。又、サファイア
基板(１)に代えて、ＧａＮ基板、ＳｉＣ基板などを採用
することも可能である。

【００２９】図４(ａ)〜(ｅ)は、上記窒化物半導体レー
ザ素子の製造工程を表わしている。先ず同図(ａ)に示す
如く、サファイア基板(１)上に、ｎ型コンタクト層
(２)、ｎ型クラッド層(３)、活性層(４)、及びｐ型クラ
ッド層(54)を積層した後、ｐ型クラッド層(54)上に、Ｓ
ｉＯ_２マスク(11)をＮｉマスク(12)で覆った２層マスク
を形成する。次に同図(ｂ)に示す如く、ｐ型クラッド層
(54)に対し、マスク(11)(12)を介して、四塩化炭素ＣＣ
ｌ_４による第１回目のドライエッチングを施す。

【００３０】続いて、塩素Ｃｌ_２による第２回目のドラ
イエッチングを施す。ここで、Ｎｉマスク(12)はエッチ
ングされるが、ＳｉＯ_２マスク(11)はエッチングされな
いので、図４(ｃ)の如くＮｉマスク(12)とその下部が除
去され、上段ストライプ部(51)及び下段ストライプ部(5
2)からなる二段リッジが形成されることになる。その
後、同図(ｄ)の如くリッジ上に残ったマスク(11)を利用
して、ｎ型電流狭窄層(６)を選択的に成長させる。最後
に、同図(ｅ)の如くマスク(11)を除去した後、ｐ型コン
タクト層(７)を成長させるのである。

【００３１】又、図５(ａ)〜(ｅ)は、上記窒化物半導体
レーザ素子の他の製造工程を表わしている。先ず同図
(ａ)に示す如く、サファイア基板(１)上に、ｎ型コンタ
クト層(２)、ｎ型クラッド層(３)、活性層(４)、及びｐ
型クラッド層(54)を積層した後、ｐ型クラッド層(54)上
に、マスク(13)を形成する。次に同図(ｂ)に示す如く、
ｐ型クラッド層(54)に対し、マスク(13)を介して第１回
目のドライエッチングを施し、ストライプ(55)を形成す
る。

【００３２】続いて、図５(ｃ)に示す如く前記マスク(1
3)を除去した後、ストライプ(55)上に、リッジ幅よりも
狭い幅のマスク(14)を形成する。そして、同図(ｄ)の如
くマスク(14)を介して第２回目のドライエッチングを施
し、上段ストライプ部(51)及び下段ストライプ部(52)か
らなる二段リッジを形成する。その後、同図(ｅ)の如く
リッジ上に残ったマスク(14)を利用して、ｎ型電流狭窄
層(６)を選択的に成長させる。最後に、図４(ｅ)と同様
に、マスク(14)を除去した後、ｐ型コンタクト層(７)を
成長させるのである。

【００３３】図１及び図２に示す窒化物半導体レーザ素
子においては、上段ストライプ部(51)の幅Ｗ１が下段ス
トライプ部(52)の幅Ｗ２よりも小さく形成されているの
で、ストライプ(53)中を活性層(４)へ向けて流れる電流
は、上段ストライプ部(51)によって狭窄され、横方向へ
の電流の広がりを抑制された状態で活性層(４)へ流れ込
む。従って、活性層(４)の電流注入領域幅は上段ストラ
イプ部(51)の幅Ｗ１に応じた大きさとなる。一方、下段
ストライプ部(52)は上段ストライプ部(51)よりも拡大し
ているので、下段ストライプ部(52)によって発光スポッ
ト幅が横方向に拡大される。従って、活性層(４)の発光
スポット幅は下段ストライプ部(52)の幅Ｗ２に応じた大
きさとなり、上記電流注入領域幅よりも大きくなる。こ
の結果、電流注入領域の周囲に過飽和吸収領域が形成さ
れることとなり、自励発振が発生するのである。

【００３４】第２実施例本実施例の窒化物半導体レーザ素子は、図６に示す如
く、サファイア基板(１)上に、ＧａＮからなるｎ型コン
タクト層(２)、ＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層
(３)、多重量子井戸構造を有する活性層(４)、ＡｌＧａ
Ｎからなるｐ型クラッド層(５)、ＡｌＧａＮからなるｎ
型電流狭窄層(６)(６)、及びＧａＮからなるｐ型コンタ
クト層(７)を積層して構成されている。ｐ型クラッド層
(５)は、活性層(４)の表面を覆って形成された第１平坦
部(5a)と、該第１平坦部(5a)の中央部に上向きに突設さ
れた下段ストライプ部(52)及び上段ストライプ部(51)か
らなる二段ストライプ部(53)と、二段ストライプ部(53)
及びｎ型電流狭窄層(６)(６)を覆って形成された第２平
坦部(5b)とから構成され、二段ストライプ部(53)の両側
面がｎ型電流狭窄層(６)(６)と接触している。尚、ｎ型
コンタクト層(２)の厚さは４.５μｍ、ｎ型クラッド層
(３)の厚さは１.０μｍ、ｐ型クラッド層(５)の第１平
坦部(5a)の厚さは０.１５μｍ、ｎ型電流狭窄層(６)
(６)の厚さは０.３０μｍ、ｐ型クラッド層(５)の第２
平坦部(5b)の厚さは０.１０μｍ、ｐ型コンタクト層
(７)の厚さは０.１０μｍである。

【００３５】ここで、ｐ型クラッド層(５)の二段ストラ
イプ部(53)は、第１平坦部(5a)に向かって断面積が変化
しており、上段ストライプ部(51)と下段ストライプ部(5
2)の境界位置を境として断面積の変化率が正方向に増大
している。即ち、上段ストライプ部(51)の断面積は第１
平坦部(5a)に向かって縮小し、上段ストライプ部(51)と
下段ストライプ部(52)の境界位置にて、下段ストライプ
部(52)の断面積が急激に増大して、略同一の断面積で第
１平坦部(5a)に至っている。これによって、上段ストラ
イプ部(51)は下段ストライプ部(52)との境界位置に最小
幅Ｗ１(＝２μｍ)を有し、該幅Ｗ１が下段ストライプ部
(52)の下端位置の幅Ｗ２(＝２.５μｍ)よりも小さく形
成されている。尚、下段ストライプ部(52)の高さは０.
１μｍである。

【００３６】又、ｐ型クラッド層(５)の二段ストライプ
部(53)は、そのストライプ形状の長手方向が窒化物半導
体結晶の［１１ −２０］方向となる様に形成されて
いる。

【００３７】ｎ型コンタクト層(２)上にはｎ型電極(８)
が設置されると共に、ｐ型コンタクト層(７)上にはｐ型
電極(９)が設置されている。又、活性層(４)は、図３に
示す第１実施例における構成と同一である。尚、サファ
イア基板(１)に代えて、ＧａＰ基板を採用することも可
能である。

【００３８】図８(ａ)〜(ｄ)は、上記窒化物半導体レー
ザ素子の製造工程を表わしている。先ず同図(ａ)に示す
如く、サファイア基板(１)を結晶成長装置に収容して、
サファイア基板(１)上に、ＭＯＣＶＤ法(有機金属化学
的気相成長法)等を用いて、ＧａＮからなるｎ型コンタ
クト層(２)、ＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層(３)、
活性層(４)、及びＡｌＧａＮからなるｐ型第１クラッド
層(56a)を連続的に成長させる。その後、基板(１)を結
晶成長装置から取り出し、第１クラッド層(56a)上にＳ
ｉＯ_２マスク(15)を形成する。この際、マスク(15)は、
窒化物半導体結晶の［１１ −２０］方向に沿って形成
する。

【００３９】次に基板(１)を結晶成長装置に戻して、図
８(ｂ)に示す如く、第１クラッド層(56a)上にｎ型Ａｌ
ＧａＮ電流狭窄層(６)を成長させる。この際、最適な結
晶成長条件を選択することによって、図示の如く、マス
ク(15)の両側部と第１クラッド層(56a)の露出面を覆う
ｎ型電流狭窄層(６)を選択的に成長させることが出来
る。この結果、電流狭窄層(６)には、マスク(15)の表面
を基点して、活性層(４)の表面に対する傾斜角度θが約
６２°の平坦な斜面が形成されることになる。

【００４０】その後、基板(１)を再び結晶成長装置から
取り出して、図８(ｃ)に示す如く、マスク(15)をフッ酸
等により化学的に除去した後、基板(１)を結晶成長装置
内に戻す。そして、マスク(15)の除去によって露出した
第１クラッド層(56a)の表面、ｎ型電流狭窄層(６)の前
記斜面及び表面を覆って、ｐ型ＡｌＧａＮ層を成長さ
せ、これによって二段ストライプ部(53)及び第２クラッ
ド層(56b)を形成する。ここで、ｎ型電流狭窄層(６)の
斜面は上述の如く平坦であるため、結晶性の良好なｐ型
ＡｌＧａＮ層が成長する。これによって、二段ストライ
プ部(53)のｎ型電流狭窄層(６)との界面における結晶状
態は良好なものとなる。尚、二段ストライプ部(53)は、
そのストライプ形状の長手方向が窒化物半導体結晶の
［１１ −２０］方向となる。

【００４１】続いて、第２クラッド層(56b)上にｐ型Ｇ
ａＮコンタクト層(７)を成長させた後、基板(１)を結晶
成長装置から取り出し、ｐ型コンタクト層(７)上にスト
ライプ状のマスク(16)を形成する。そして、マスク(16)
を介して、ｐ型コンタクト層(７)の表面に対してドライ
エッチングを施し、同図(ｄ)の如く、ｎ型コンタクト層
(２)の表面を露出させる。最後に、マスク(16)を除去
し、ｐ型コンタクト層(７)及びｎ型コンタクト層(２)の
表面にそれぞれｐ型電極(９)及びｎ型電極(８)を形成す
る。

【００４２】図６に示す窒化物半導体レーザ素子におい
ては、ｐ型クラッド層(５)の上段ストライプ部(51)は下
段ストライプ部(52)との境界位置に最小幅Ｗ１を有し、
該幅Ｗ１が下段ストライプ部(52)の下端位置の幅Ｗ２よ
りも小さく形成されているので、二段ストライプ部(53)
中を活性層(４)へ向けて流れる電流は、上段ストライプ
部(51)によって狭窄され、横方向への電流の広がりを抑
制された状態で活性層(４)へ流れ込む。従って、活性層
(４)の電流注入領域幅は上段ストライプ部(51)の幅Ｗ１
に応じた大きさとなる。一方、下段ストライプ部(52)は
上段ストライプ部(51)よりも拡大しているので、下段ス
トライプ部(52)によって発光スポット幅が横方向に拡大
される。従って、活性層(４)の発光スポット幅は下段ス
トライプ部(52)の幅Ｗ２に応じた大きさとなり、上記電
流注入領域幅よりも大きくなる。この結果、電流注入領
域の周囲に過飽和吸収領域が形成されることとなり、自
励発振が発生するのである。

【００４３】又、上記窒化物半導体レーザ素子において
は、サファイア基板(１)上に六方晶の窒化物半導体結晶
を成長させる場合、窒化物半導体結晶の方向は、基板の
結晶に対して３０°回転した方向となる。従って、ｐ型
クラッド層(５)の二段ストライプ部(53)を窒化物半導体
結晶の［１１ −２０］方向に形成して、窒化物半導
体結晶の（１１ −２０）面でへき開を行なう場合、
サファイア基板(１)は（１ −１００）面でへき開す
ることになる。六方晶における主へき開面は（１ −１
００）面であるから、大きな厚さを有するサファイア
基板(１)の（１−１００）面でのへき開を容易に行な
うことが出来る。

【００４４】然も、上述の如くｐ型クラッド層(５)の二
段ストライプ部(53)とｎ型電流狭窄層(６)の界面におけ
る結晶状態が良好であるため、レーザ発振に寄与しない
無効電流が減少し、レーザ光の不要な吸収が抑制される
ので、半導体レーザ素子の特性が向上する。

【００４５】第３実施例本実施例の窒化物半導体レーザ素子は、図７に示す如
く、ＧａＮ基板(11)上に、ＧａＮからなるｎ型コンタク
ト層(２)、ＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層(３)、多
重量子井戸構造を有する活性層(４)、ＡｌＧａＮからな
るｐ型クラッド層(５)、ＡｌＧａＮからなるｎ型電流狭
窄層(６)(６)、及びＧａＮからなるｐ型コンタクト層
(７)を積層して構成される。ｐ型クラッド層(５)は、活
性層(４)の表面を覆って形成された第１平坦部(5a)と、
該第１平坦部(5a)の中央部に上向きに突設された下段ス
トライプ部(52)及び上段ストライプ部(51)からなる二段
ストライプ部(53)と、二段ストライプ部(53)及びｎ型電
流狭窄層(６)(６)を覆って形成された第２平坦部(5b)と
から構成され、二段ストライプ部(53)の両側面がｎ型電
流狭窄層(６)(６)と接触している。尚、ｎ型コンタクト
層(２)の厚さは４.５μｍ、ｎ型クラッド層(３)の厚さ
は１.０μｍ、ｐ型クラッド層(５)の第１平坦部(5a)の
厚さは０.１５μｍ、ｎ型電流狭窄層(６)(６)の厚さは
０.３０μｍ、ｐ型クラッド層(５)の第２平坦部(5b)の
厚さは０.１０μｍ、ｐ型コンタクト層(７)の厚さは０.
１０μｍである。

【００４６】ここで、ｐ型クラッド層(５)の二段ストラ
イプ部(53)は、第１平坦部(5a)に向かって断面積が変化
しており、上段ストライプ部(51)と下段ストライプ部(5
2)の境界位置を境として断面積の変化率が正方向に増大
している。即ち、上段ストライプ部(51)の断面積は第１
平坦部(5a)に向かって略一定であり、上段ストライプ部
(51)と下段ストライプ部(52)の境界位置にて、下段スト
ライプ部(52)の断面積が急激に増大して、略同一の断面
積で第１平坦部(5a)に至っている。これによって、上段
ストライプ部(51)の幅Ｗ１(＝２μｍ)が下段ストライプ
部(52)の幅Ｗ２(＝２.５μｍ)よりも小さく形成されて
いる。尚、下段ストライプ部(52)の高さは０.１μｍで
ある。

【００４７】又、ｐ型クラッド層(５)の二段ストライプ
部(53)は、そのストライプ形状の長手方向が窒化物半導
体結晶の［１ −１００］方向となる様に形成されて
いる。

【００４８】ｎ型コンタクト層(２)上にはｎ型電極(８)
が設置されると共に、ｐ型コンタクト層(７)上にはｐ型
電極(９)が設置されている。又、活性層(４)は、図３に
示す第１実施例における構成と同一である。尚、ＧａＮ
基板(11)に代えて、Ｓｉ基板、６Ｈ−ＳｉＣ基板、４Ｈ
−ＳｉＣ基板、ＭｇＯ基板、若しくはＭｇＡｌ_２Ｏ_４基
板を採用することが可能である。

【００４９】図７に示す窒化物半導体レーザ素子によれ
ば、前記第１実施例と同様に、ｐ型クラッド層(５)の上
段ストライプ部(51)の幅W1が下段ストライプ部(52)の幅
W2よりも小さく形成されているので、活性層(４)におい
ては、電流注入領域の周囲に過飽和吸収領域が形成され
ることとなり、自励発振が発生する。

【００５０】又、上記窒化物半導体レーザ素子において
は、ＧａＮ基板(11)上に六方晶の窒化物半導体結晶を成
長させる場合、窒化物半導体結晶の方向は、基板の結晶
に対して回転することはない。従って、ｐ型クラッド層
(５)の二段ストライプ部(53)を窒化物半導体結晶の［１
−１００］方向に形成して、窒化物半導体結晶の
（１ −１００）面でへき開を行なう場合、ＧａＮ基
板(11)は（１ −１００）面でへき開することにな
り、第２実施例と同様に、ＧａＮ基板(11)のへき開を容
易に行なうことが出来る。

【００５１】然も、ｐ型クラッド層(５)の二段ストライ
プ部(53)が窒化物半導体結晶の［１−１００］方向に
形成されているため、第２実施例と同様に、選択成長に
よって、電流狭窄層(６)には、活性層(４)に対して略垂
直な平坦な面が形成される。従って、ｐ型クラッド層
(５)の二段ストライプ部(53)と電流狭窄層(６)の界面に
おける結晶状態は良好であり、この結果、レーザ発振に
寄与しない無効電流が減少し、レーザ光の不要な吸収が
抑制されるので、半導体レーザ素子の特性が向上する。

【００５２】その他の実施例ｐ型クラッド層(５)の二段ストライプ部(53)の断面形状
は、図９(ａ)に示す如く上段ストライプ部(51)及び下段
ストライプ部(52)のそれぞれが高さ方向に一定幅を有す
るものや、同図(ｂ)に示す如く上段ストライプ部(51)の
幅が活性層(４)に向かって縮小するものに限らず、例え
ば図９(ｃ)及び図１０(ａ)(ｂ)(ｃ)に示す如き種々の断
面形状に形成することが出来る。図９(ｃ)は、下段スト
ライプ部(52)を下方に拡大した断面形状に形成したもの
である。又、図１０(ａ)は、上段ストライプ部(51)を下
方に縮小した断面形状に形成すると共に、下段ストライ
プ部(52)を下方に拡大した断面形状に形成したものであ
る。同図(ｂ)は、下段ストライプ部(52)を下方に縮小し
た断面形状に形成したものである。更に同図(ｃ)は、上
段ストライプ部(51)及び下段ストライプ部(52)をそれぞ
れ下方に縮小した断面形状に形成したものである。

【００５３】何れの断面形状を有する窒化物半導体レー
ザ素子においても、ｐ型クラッド層(５)の二段ストライ
プ部(53)は活性層(４)に向かって断面積が変化してお
り、上段ストライプ部(51)と下段ストライプ部(52)の境
界位置を境として断面積の変化率が正方向に増大してい
る。又、何れの断面形状を有する窒化物半導体レーザ素
子においても、ｐ型クラッド層(５)の上段ストライプ部
(51)が、下段ストライプ部(52)との境界位置にて最小幅
Ｗ１を有し、下段ストライプ部(52)の下端位置での幅Ｗ
２は、前記上段ストライプ部(51)の最小幅Ｗ１よりも大
きく形成されている。

【００５４】従って、何れの半導体レーザ素子において
も、ｐ型クラッド層(５)の上段ストライプ部(51)の幅Ｗ
１によって電流注入領域幅が規定されると共に、下段ス
トライプ部(52)の幅Ｗ２によって発光スポット幅が規定
されて、電流注入領域の周囲に過飽和吸収領域が形成さ
れることになり、容易に自励発振が発生する。このた
め、素子構造パラメータの最適化において自由度が高く
なると共に、従来の半導体レーザ素子の場合と比べてパ
ラメータの寸法精度の許容範囲が大きくなり、歩留まり
良く自励発振型の半導体レーザ素子を作製することが出
来る。又、自励発振のために活性層(４)を厚膜化する必
要がないので、閾値電流や非点隔差を増大させることな
く、自励発振を実現することが出来る。

【００５５】尚、本発明の各部構成は上記実施の形態に
限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の
変形が可能である。例えば、上述した実施の形態以外に
も、基板に近い下方のクラッド層をｐ型半導体により形
成し、基板から離れている上方のクラッド層をｎ型半導
体により形成した半導体レーザ素子においては、下方の
クラッド層を二段ストライプ構造とすればよい。この場
合、下方のクラッド層のうち、活性層から離れている部
分が幅狭の上段ストライプ部となり、活性層に近い部分
が幅広の下段ストライプ部となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る窒化物半導体レーザ素子の第１実
施例の構造を表わす斜視図である。

【図２】第１実施例の窒化物半導体レーザ素子の構造を
表わす断面図である。

【図３】活性層の多重量子井戸構造を模式的に表わす図
である。

【図４】第１実施例の窒化物半導体レーザ素子の製造方
法を示す工程図である。

【図５】該窒化物半導体レーザ素子の他の製造方法を示
す工程図である。

【図６】本発明に係る窒化物半導体レーザ素子の第２実
施例の構造を表わす断面図である。

【図７】本発明に係る窒化物半導体レーザ素子の第３実
施例の構造を表わす断面図である。

【図８】第２実施例の窒化物半導体レーザ素子の製造方
法を示す工程図である。

【図９】本発明に係る窒化物半導体レーザ素子の種々の
構造例を表わす断面図である。

【図１０】本発明に係る窒化物半導体レーザ素子の他の
構造例を表わす断面図である。

【図１１】従来のリッジストライプ型半導体レーザ素子
の構造を表わす断面図である。

【図１２】従来のセルフアライン型半導体レーザ素子の
構造を表わす断面図である。

【図１３】従来のリッジストライプ型半導体レーザ素子
の製造方法を表わす工程図である。

【図１４】従来のセルフアライン型半導体レーザ素子の
製造方法を表わす工程図である。

【符号の説明】

(１) 基板 (２) ｎ型コンタクト層 (３) ｎ型クラッド層 (４) 活性層 (５) ｐ型クラッド層 (51) 上段ストライプ部 (52) 下段ストライプ部 (53) 二段ストライプ部 (６) ｎ型電流狭窄層 (７) ｐ型コンタクト層 (８) ｎ型電極 (９) ｐ型電極

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に形成された第１導電型の窒化物
半導体からなる第１クラッド層(３)と、第１クラッド層
(３)上に形成された活性層(４)と、活性層(４)上に形成
された第２導電型の窒化物半導体からなる第２クラッド
層(５)とを具え、第２クラッド層(５)は、活性層(４)を
覆って形成された平坦部(5a)と、該平坦部(5a)の中央部
に上向きに突設された二段ストライプ部(53)とを具え、
該二段ストライプ部(53)の両側には、第１導電型の窒化
物半導体からなる電流狭窄層(６)(６)が形成され、第２
クラッド層(５)の二段ストライプ部(53)は、平坦部(5a)
上に形成された下段ストライプ部(52)と、該下段ストラ
イプ部(52)上に形成された上段ストライプ部(51)とから
構成されて、平坦部(5a)に向かって断面積が変化してお
り、上段ストライプ部(51)と下段ストライプ部(52)の境
界位置を境として断面積の変化率が正方向に増大してい
る窒化物半導体レーザ素子。
【請求項２】第２クラッド層(５)の上段ストライプ部
(51)の断面積は平坦部(5a)に向かって略一定若しくは縮
小し、上段ストライプ部(51)と下段ストライプ部(52)の
境界位置にて、二段ストライプ部(53)の断面積が急激に
増大している請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素
子。
【請求項３】基板上に形成された第１導電型の窒化物
半導体からなる第１クラッド層(３)と、第１クラッド層
(３)上に形成された活性層(４)と、活性層(４)上に形成
された第２導電型の窒化物半導体からなる第２クラッド
層(５)とを具え、第２クラッド層(５)は、活性層(４)を
覆って形成された平坦部(5a)と、該平坦部(5a)の中央部
に上向きに突設された二段ストライプ部(53)とを具え、
該二段ストライプ部(53)の両側には、第１導電型の窒化
物半導体からなる電流狭窄層(６)(６)が形成され、第２
クラッド層(５)の二段ストライプ部(53)は、平坦部(5a)
上に形成された下段ストライプ部(52)と、該下段ストラ
イプ部(52)上に形成された上段ストライプ部(51)とから
構成され、上段ストライプ部(51)の長手方向とは直交す
る方向の幅は、下段ストライプ部(52)の同方向の幅より
も小さく形成されている窒化物半導体レーザ素子。
【請求項４】第２クラッド層(５)の上段ストライプ部
(51)は、下段ストライプ部(52)との境界位置にて最小幅
Ｗ１を有し、下段ストライプ部(52)の下端位置での幅Ｗ
２は、前記上段ストライプ部(51)の最小幅Ｗ１よりも大
きく形成されている請求項３に記載の窒化物半導体レー
ザ素子。
【請求項５】第２クラッド層(５)の下段ストライプ部
(52)は、上段ストライプ部(51)との境界位置を境として
上段ストライプ部(51)の両側面よりも外側へ突出し、該
突出部の上面は活性層(４)の上面と実質的に平行であっ
て、上段ストライプ部(51)と下段ストライプ部(52)の境
界位置において、下段ストライプ部(52)の幅は上段スト
ライプ部(51)の幅よりも大きく形成されている請求項３
に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項６】電流狭窄層(６)(６)は、第２クラッド層
(５)よりもバンドギャップエネルギーが大きく、且つ屈
折率の小さい材料から形成されている請求項１乃至請求
項５の何れかに記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項７】電流狭窄層(６)(６)は、活性層(４)より
もバンドギャップエネルギーが小さく、活性層で発生し
た光を吸収することによってレーザ光の導波を行なう請
求項１乃至請求項５の何れかに記載の窒化物半導体レー
ザ素子。
【請求項８】第２クラッド層(５)の二段ストライプ部
(53)は、そのストライプ形状の長手方向が窒化物半導体
結晶の［１１ −２０］方向となる様に形成されてお
り、上段ストライプ部(51)は、平坦部(5a)に向かって断
面積が縮小している請求項１乃至請求項７の何れかに記
載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項９】基板は、サファイア若しくはＧａＰから
形成されている請求項８に記載の窒化物半導体レーザ素
子。
【請求項１０】第２クラッド層(５)の二段ストライプ
部(53)は、そのストライプ形状の長手方向が窒化物半導
体結晶の［１ −１００］方向となる様に形成されて
おり、上段ストライプ部(51)は、平坦部(5a)に向かって
断面積が略一定である請求項１乃至請求項７の何れかに
記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１１】基板は、ＧａＮ、Ｓｉ、６Ｈ−Ｓｉ
Ｃ、４Ｈ−ＳｉＣ、ＭｇＯ、若しくはＭｇＡｌ_２Ｏ_４か
ら形成されている請求項１０に記載の窒化物半導体レー
ザ素子。
【請求項１２】活性層(４)に対する電流注入領域幅が
活性層(４)における発光スポット幅よりも小さく設定さ
れて、電流注入領域の周囲に過飽和吸収領域が形成され
る請求項１乃至請求項１１の何れかに記載の窒化物半導
体レーザ素子。