JP2000349396A - Ｉｉｉ−ｖ族窒化物半導体レーザ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 結晶欠陥及びクラックの発生を抑制して素子
歩留まり及び信頼性に優れ、かつ良好な基本横モードに
整形されたレーザ光を放出でき、素子抵抗及び閾値電流
が低いＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体レーザ構造を提供する
こと。 【解決手段】 ｎ型AlGaN層１上に、n型AlGaNクラッド
層２、n型GaN光ガイド層３、多重量子井戸構造活性層
４、p型AlGaNキャップ層５、p型GaN光ガイド層６、p型A
lGaNクラッド層７、p型GaNコンタクト層８、p電極９を
積層した構造とする。n型AlGaNクラッド層２の層厚をｄ
₁μｍ、層面内歪量をε₁とし、p型AlGaNクラッド層７の
層厚をｄ₂μｍ、層面内歪量をε₂としたときに、 −0.0024μｍ≦ε₁・ｄ₁＋ε₂・ｄ₂≦0.0024μｍ を満たすようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、III-V族窒化物半
導体レーザの構造に関し、素子歩留まり及び信頼性に優
れ、光ディスク用途等に適した良好な基本横モードに整
形されたレーザ光を放出できるIII-V族窒化物半導体レ
ーザ構造を提供するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般式InxAl_yGa_1-x_-yN(0≦ｘ≦1、0≦y
≦1、0≦ｘ+y≦1)で表される半導体を含むIII-V族窒化
物半導体は緑から紫外にかけての発光ダイオード、半導
体レーザへの応用が期待されている。III-V族窒化物半
導体の成長の為の基板としては、サファイア基板が広く
用いられてきたが、サファイア基板上に成長したIII-V
族窒化物半導体は、結晶転位密度が大きく、特に半導体
レーザのように動作電流密度の大きい素子では素子信頼
性に問題があることがわかってきた。近年、数十μｍ以
上の厚さの低転位GaN基板の作製が可能になり、信頼性
に優れた半導体レーザの作製のためにはこれが必須であ
ると認識されるようになってきた。

【０００３】図２０は、従来技術によるGaN基板上III-V
族窒化物半導体レーザの第１の例の概略断面図である
(従来例１：例えば、S. Nakamura 他、 Applied Physic
s Letters 73 NO. 6, 832ページから834ページ、1998
年)。図２０に於いて、このIII-V窒化物半導体レーザの
層構造は、(0001)面（以下、C面）を表面とする厚さ100
μｍのGaN基板２０１上に、厚さ3μｍのn型GaNコンタク
ト層２０２、厚さ0.1μｍのｎ型Ｉｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラ
ック防止層２０３、厚さ1.2μｍのn型Ａｌ_0.14Ｇａ _0.86
Ｎ／GaN超格子クラッド層２０４、厚さ0.1μｍのn型GaN
光ガイド層２０５、厚さ4nmのIn_0.2Ga_0.8N量子井戸層と
厚さ10nmのＩｎ_0.02Ｇａ_0.98Ｎ障壁層からなる2周期の
多重量子井戸構造活性層２０６、厚さ20nmのp型Ａｌ_0.2
Ga_0.8Ｎキャップ層２０７、厚さ0.1μｍのp型GaN光ガイ
ド層２０８、厚さ0.6μｍのp型 Ａｌ_{0. 14}Ｇａ_0.86Ｎ／G
aN超格子クラッド層２０９、厚さ0.05μｍのp型GaNコン
タクト層２１０、Ni/Auの2層金属からなるp電極２１
１、Ti/Alの2層金属からなるn電極２１２が形成されて
いる。図２０において、ｐ型クラッド層２０９とｐ型コ
ンタクト層２１０はエッチングによって幅３μｍ程度の
ストライプ状のリッジ構造２１３に加工され、リッジの
頂部を除いて形成されたＳｉＯ₂膜２１４によって電流
をリッジ部分のみに狭窄している。また、この場合のGa
N基板２０１は絶縁体なので、エッチングによって段差
２１５を形成し、ｎ型コンタクト層２０２を露出した後
にｎ電極２１２を形成している。図２０に示された従来
のIII-V窒化物半導体レーザの半導体層は全てC面を表面
とする六方晶である。p型Ａｌ_0.2Ga_0.8Ｎキャップ層２
０７は、活性層２０６を構成するInGaNのｐ型層成長中
の蒸発防止と、電子がｐ型層へオーバーフローするのを
抑制するために設けられている。

【０００４】図２１は、従来技術によるGaN基板上III-V
族窒化物半導体レーザの第２の例の概略断面図である
(従来例２：例えば、S. Nakamura 他、 Applied Physic
s Letters 72 NO. 2, 211ページから213ページ、1998
年)。図２１に於いて、このIII-V窒化物半導体レーザの
層構造は、C面を表面とするサファイア基板２２０上の
厚さ2μｍのGaN層２２１と、該GaN層２２１上にストラ
イプ状に形成されたＳｉＯ₂マスク２２２と、厚さ10μ
ｍのGaN層２２３とからなるGaN基板、厚さ3μｍのn型Ga
Nコンタクト層２２４、厚さ0.1μｍのｎ型Ｉｎ_0.1Ｇａ
_0.9Ｎクラック防止層２２５、厚さ1.2μｍのn型Ａｌ
_0.14Ｇａ_0.86Ｎ／GaN超格子クラッド層２２６、厚さ0.1
μｍのn型GaN光ガイド層２２７、厚さ3.5nmのIn_0.2Ga
_0.8N量子井戸層と厚さ10.5nmのＩｎ_0.02Ｇａ_0.98Ｎ障壁
層からなる4周期の多重量子井戸構造活性層２２８、厚
さ20nmのp型Ａｌ_0.2Ga_0.8Ｎキャップ層２２９、厚さ0.1
μｍのp型GaN光ガイド層２３０、厚さ0.6μｍのp型 Ａ
ｌ_0.14Ｇａ_0.86Ｎ／GaN超格子クラッド層２３１、厚さ
0.05μｍのp型GaNコンタクト層２３２、Ni/Auの2層金属
からなるp電極２３３、Ti/Alの2層金属からなるn電極２
３４が形成されている。図２１において、ｐ型クラッド
層２３１とｐ型コンタクト層２３２はエッチングによっ
て幅３μｍ程度のストライプ状のリッジ構造２３５に加
工され、リッジの頂部を除いて形成されたＳｉＯ₂膜２
３６によって電流をリッジ部分のみに狭窄している。ま
た、この場合のGaN基板は絶縁体なので、エッチングに
よって段差２３７を形成し、ｎ型コンタクト層２２４を
露出した後にｎ電極２３４を形成している。図２１に示
された従来のIII-V窒化物半導体レーザの半導体層は全
てC面を表面とする六方晶である。従来例１と従来例２
の半導体レーザ構造の違いは、主にGaN基板の層構造の
違いである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図２０及び２１に示さ
れた従来例１、２のIII-V窒化物半導体レーザは、基板
に低転位のGaN基板を用いているためにレーザ結晶の転
位が少なく、サファイア基板を用いた場合よりもレーザ
の信頼性に優れている。また、エッチングにより形成さ
れた、幅３μｍのリッジ構造によって電流狭窄を行なっ
ているために発振しきい値電流が小さくなっている。更
に、リッジ部分とそれ以外の部分で実効的な活性層の屈
折率差ができるので、図２０及び２１のレーザ構造断面
内での光導波ができ、基本モードの楕円形のレーザ光が
放射される。レーザ光の放射パターンが基本モードであ
ることは、光ディスク用光源などの用途では、レンズに
よる集光で小さいスポットが得られるため重要である。

【０００６】しかしながら、図２０及び２１に示された
従来例１、２のIII-V窒化物半導体レーザは、以下のよ
うな課題を有していた。

【０００７】第一の課題は、半導体レーザの製造過程で
結晶欠陥やクラックが発生しやすいことである。

【０００８】基板に用いるGaNとクラッド層に用いるAlG
aNには大きい格子定数差があり、クラッド層には大きい
歪が生じる。クラッド層における歪はC面内歪であり、
クラッド層のC面内格子定数がGaN基板のC面内格子定数
と一致するように結晶が形成されるために生じるが、こ
のときのクラッド層内平均歪量εは、超格子クラッド層
と同じ層内平均Al組成比を持つ歪のないAlGaN層のC面内
格子定数aと、GaN基板のC面内格子定数ａGaＮとを用い
て、 ε＝（ａGaN−a）／a と表わされる。εが正の時は引張り歪、負のときは圧縮
歪になる。GaN基板上に形成されたAlGaN層においては、
AlGaN層のAl組成比増大と共にεが増大し、Al組成比とC
面内歪量εの間に図２２に示すような関係がある。例え
ば、Ａｌ_0.07Ｇａ_0.93Ｎクラッド層ではεが0.0017（0.
17％）程度の引張歪が生じる。従来例１のｎ型及びｐ型
超格子クラッド層での基板面内平均歪量は、層内平均Al
組成比がＡｌ_0.07Ｇａ_0.93Ｎと等しいのでこれと同様で
ある。このような比較的大きい歪の結果、クラックが発
生しやすくなっている。このクラック発生は、クラッド
層での歪量と層厚の積がほぼ一定値を超えると急激に増
加する。活性層でのキャリアおよび光の閉込の為には、
ある程度以上のクラッド層平均Al組成比および層厚は必
要であり、従来例１の半導体レーザ層構造は、この要請
とクラック抑制の要請のぎりぎりの妥協点となってい
る。活性層でのキャリアおよび光の閉込を更に改善する
ためにクラッド層を厚くする、または平均Al組成比を増
大していくと、結晶欠陥が増大して活性層の発光効率が
低下する。また、レーザ結晶全体にクラックが発生しや
すくなり、素子歩留まりが極端に低下する。また、結晶
欠陥及びクラックの発生しやすいレーザ結晶を用いた素
子では、素子寿命低下の問題もある。更に、クラック発
生の臨界条件に近い層構造において、結晶形成直後にク
ラックが少ない場合でも、エッチング、劈開、素子分
離、ワイヤーボンディングなどのデバイスプロセスにお
いてクラックが新たに発生しやすいため、最終的な素子
歩留まりは低くなる。ちなみに、従来例２のようにサフ
ァイア基板を有する構造では、従来例１と同様なクラッ
ド層歪によるクラック発生の問題に加えて、サファイア
とAlGaNとの間の熱膨張係数差が大きいため、結晶成長
後の冷却中の熱膨張差によるクラック発生の問題も大き
い。

【０００９】従来例１、２では、結晶欠陥及びクラック
の抑制の為に、歪緩和層としてInGaNクラック防止層２
０３を用い、クラッド層にAlGaN混晶を用いる代わりに
歪に強い超格子クラッド層２０４、２０９を用いている
が、クラック発生を抑制して素子歩留まりを高くするた
めには十分でない。また、導波モードの活性層への光閉
込を改善するために超格子クラッド層を厚膜化したり、
超格子クラッド層の平均Al組成比を大きくすると結晶欠
陥及びクラックが発生しやすくなり、活性層発光効率及
び素子歩留まりが極端に低下する。

【００１０】従来技術における第二の課題は、基板にレ
ーザ光が漏れて、レーザ光の層厚方向放射パターン内に
スパイク状のパターンが発生することである（例えば、
S. Nakamura 他、 Applied Physics Letters 73 NO. 6,
832ページから834ページ、1998年）。図２３に、従来
例１に相当する半導体レーザ層構造における、屈折率の
層厚方向での分布を示す。屈折率はレーザ光波長での屈
折率を意味し、レーザ光波長は400nmとした。超格子ク
ラッド層は平均組成比のAlGaN混晶で置き換え、活性層
の屈折率は量子井戸層とバリア層の層厚による加重平均
の値を示した。図２３には、破線でレーザ光の導波モー
ドの等価屈折率neffを示した。等価屈折率は、各層の屈
折率をレーザ光導波モードの電界強度分布で加重平均し
たものである。

【００１１】図２４には、図２３における屈折率を求め
るために使った、Al_xGa_1-xNのAl組成比_xと屈折率の関係
を示す。Al組成比ｘの増加と共に屈折率は減少する。図
２３に示したように、GaN基板の屈折率は導波モードの
等価屈折率neffより大きくなるため、GaN基板にレーザ
光が漏れてしまう。

【００１２】図２５には、図２３の層構造の半導体レー
ザ内部の層厚方向の電界強度分布（以下、近視野像）を
GaN基板表面付近の領域のみ示した。電界強度は活性層
での最大電界強度で規格化してある。図２５の近視野像
においては、GaN基板に電界が分布し、基板裏面までほ
ぼフラットな電界強度分布になっている。この時のGaN
基板内での電界強度は、活性層での最大電界強度の１０
の5乗分の１程度になっている。

【００１３】図２６にはレーザ素子の遠方でのレーザ光
放射パターン（以下、遠視野像）を示す。遠視野角の０
度は、スパイクを除いたレーザ遠視野像のピーク強度位
置とした。図２６の遠視野像においては、スパイク状の
パターンが遠視野角２１度付近に見られる。遠視野平面
内では、このようなスパイク状のパターンはスポット光
として観測される。このようなスポット光は、例えば光
ディスク用レーザとして用いた場合にディスクトラック
制御のエラー発生を引き起こし、実用上大きな問題があ
る。また、GaN基板への光の漏れの為に活性層への光閉
込が低下する。

【００１４】一方、活性層への光閉込を改善するため
に、ｎ型GaNコンタクト層２０２、２２４をｎ型AlGaNコ
ンタクト層で置き換えた層構造が示されている（特開平
10−41581号公報）。特開平10−41581号公報には、サフ
ァイア基板上に、低温成長薄膜GaNバッファ層を介して
ｎ型AlGaNコンタクト層を形成した半導体レーザの実施
例が記載されている。この発明では、低温成長薄膜GaN
バッファ層上に、従来のようにｎ型GaNコンタクト層を
形成せずに、直接ｎ型AlGaNコンタクト層を形成するの
が特徴であると述べられている。このようなｎ型AlGaN
コンタクト層のAl組成比を充分大きく（例えばAl組成比
0.07以上）、かつ層厚を厚く（例えば2μｍ以上）すれ
ば、活性層への光閉込は改善され、上記のようなスパイ
ク状のレーザ放射パターンは抑制される。しかしなが
ら、われわれの実験によれば、低温成長薄膜バッファ層
上に、直接Al組成比の大きいｎ型AlGaNコンタクト層を
形成した場合は、ｎ型AlGaNコンタクト層およびこの上
に形成される活性層などの半導体層に多くの結晶欠陥が
導入され、活性層の発光効率が極端に低下することが見
出された。このような傾向は、ｎ型AlGaNコンタクト層
のAl組成比を大きくするほど、また層厚を大きくするほ
ど顕著になり、活性層への光閉込を改善するために必要
なAl組成比及び層厚（Al組成比0.07以上、かつ層厚2μ
ｍ以上）のｎ型AlGaNコンタクト層を形成した場合は、
ｎ型GaNコンタクト層を用いた場合に比べて発光効率は
数分の1から1／100に低下した。これは、AlGaN層の格子
定数がAl組成比増大と共に小さくなり、格子歪が増大し
て結晶に欠陥が導入されるものと推察される。このよう
な傾向は、従来例１及び２のように、低温成長薄膜バッ
ファ層を用いずにGaN基板を用いた場合でも同様であっ
た。更に、特にGaN基板を用いた場合は、レーザ結晶全
体に多くのクラックが発生し、素子歩留まりが極端に低
下した。

【００１５】上記の課題に加えて、従来例２のようにサ
ファイア基板を用いた場合においては、レーザ結晶に反
りが生じるという課題があった。III-V窒化物半導体層
とサファイア基板とは格子定数や結晶構造あるいは熱膨
張係数などの点で異なっており、これはサファイアに限
らず、炭化珪素あるいはMgAl₂O₄などの基板材料を有す
るレーザ結晶でも同様である。ウェーハの反りが深刻な
場合、レーザストライプ形成時のリソグラフィ、ウエハ
整形、ミラー形成の為の劈開等の工程において問題が生
じ、素子歩留まり低下の原因になる。また、サファイア
基板は絶縁体であるため、電極を基板裏面に形成するこ
とができず、従来例２のようにエッチングによってコン
タクト層を露出してｎ電極を形成する必要がある。

【００１６】一方、従来例１の半導体レーザでは、単体
GaNを基板としている為、上記のような異種材料基板を
用いることによる問題点はなく、GaN基板をｎ型とすれ
ばｎ電極を基板裏面に形成することも可能である。しか
しながら、前述のように、半導体レーザのクラッド層と
なるAlを含んだIII-V窒化物半導体、例えばAlGaNとGaN
基板との間には比較的大きい格子定数差が存在し、結晶
欠陥及びクラックが発生しやすく、素子特性、素子寿命
及び素子歩留まりを極端に低下させる。このような状況
は、特開平10−41581号公報のようにAlGaNからなるｎ型
コンタクト層を挿入した場合には更に悪化することにな
る。

【００１７】以上のように、従来技術によるIII-V窒化
物半導体レーザは、第一に、結晶欠陥の増大とクラック
発生により素子特性が悪化し、素子歩留まり低下および
信頼性が低下するという課題を有していた。第二に、基
板への光の漏れにより活性層光閉込率が低下し、スパイ
ク状遠視野パターンが発生するという課題を有してい
た。

【００１８】そこで本発明の目的は、結晶欠陥及びクラ
ック発生の問題が小さく素子信頼性及び歩留まりに優
れ、良好な基本横モードに整形されたレーザ光を放出で
き、閾値電流及び電圧が低いIII-V族窒化物半導体レー
ザ構造を提供することである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記した
第一の課題と第二の課題を同時に解決するためには、レ
ーザを構成する各層のいかなる特性に着目し、かかる特
性をどのように制御すれば良いか、種々の検討を行い、
本発明に到達したものである。半導体レーザの光閉じ込
め率を向上させるためには、たとえば、クラッド層の屈
折率を下げる（クラッド層のAl組成比を増加させる）、
あるいは、クラッド層の厚みを増す、といった方法が有
効であるが、このようにすると、通常はクラック耐性が
低下することとなる。このため、従来技術においてはク
ラック耐性を良好に維持しつつ光閉じ込め率を向上させ
ることが困難であった。そこで本発明は、クラック発生
を防止できる条件を特定のパラメータを用いて明確にし
ている。したがって、この条件を満たす範囲内において
半導体レーザを構成するクラッド層や外殻層の層厚、組
成を自由に設定し、光閉じ込めに有利なレーザ構造を実
現することが可能となる。これにより、結晶欠陥やクラ
ックの発生を防止しつつ、良好な光閉じ込め率を有する
半導体レーザを得ることができる。以下、本発明の構成
および作用について説明する。

【００２０】本発明によれば、第１の隣接クラッド層、
活性層領域および第２の隣接クラッド層がこの順で積層
した構造を有し、活性層領域はIII-V族窒化物系材料に
より構成されたIII-V族窒化物半導体レーザであって、
第１の隣接クラッド層の層厚をｄ₁μｍ、第２の隣接ク
ラッド層の層厚をｄ₂μｍ、第１の隣接クラッド層の層
面内歪量をε₁、第２の隣接クラッド層の層面内歪量を
ε₂としたときに、−0.0048μｍ≦ε₁・ｄ₁＋ε₂・ｄ₂
≦0.0048μｍを満たすことを特徴とするIII-V族窒化物
半導体レーザが提供される。

【００２１】ここでクラッド層には、AlN、GaN、InN、B
Nの２元窒化物のいずれか、或いはこれら２元窒化物の
２つ以上の組み合わせからなる混晶を用いることができ
る。

【００２２】この半導体レーザは、結晶成長時における
結晶欠陥やクラックの発生を有効に防止されるので、素
子信頼性および歩留まりに優れている。

【００２３】この半導体レーザにおいて、さらに、−0.
0024μｍ≦ε₁・ｄ₁＋ε₂・ｄ₂≦0.0024μｍを満たすこ
ととすれば、結晶成長時のみならず劈開工程やワイヤボ
ンディング工程等のデバイス形成プロセスにおいても、
結晶欠陥やクラックの発生を有効に防止されるため、素
子信頼性および歩留まりの点で顕著な改善効果が得られ
る。なお、上記のε₁・ｄ₁＋ε₂・ｄ₂の範囲を満たした
上でε₁・ｄ₁およびε ₂・ｄ₂の絶対値を、それぞれ0.00
24以下とすれば、結晶欠陥やクラックの発生をさらに有
効に防止することができる。

【００２４】また、本発明によれば、第１の隣接クラッ
ド層、活性層領域および第２の隣接クラッド層がこの順
で積層した構造を有し、活性層領域はIII-V族窒化物系
材料により構成されたIII-V族窒化物半導体レーザであ
って、第１のクラッド層における格子定数不整合に起因
する面内歪量の絶対値が0.15％以下であることを特徴と
するIII-V族窒化物半導体レーザが提供される。

【００２５】ここでクラッド層には、AlN、GaN、InN、B
Nの２元窒化物のいずれか、或いはこれら２元窒化物の
２つ以上の組み合わせからなる混晶を用いることができ
る。

【００２６】この半導体レーザは、結晶欠陥やクラック
の発生を有効に防止されるので、素子信頼性および歩留
まりに優れている。

【００２７】この半導体レーザにおいて、さらに、第２
の隣接クラッド層における格子定数不整合に起因する面
内歪量の絶対値が0.15％以下であることとすれば、結晶
欠陥やクラックの発生をより効果的に防止できる。

【００２８】なお、「格子定数不整合に起因する面内歪
量」とは、クラッド層と、基板との間の格子定数不整合
によって生じる面内歪み量であって、実質的にクラッド
層および基板との格子定数の差のみによってその大きさ
が決定する。

【００２９】以上述べた半導体レーザにおいて、第１の
隣接クラッド層は、活性層領域側と反対側の面におい
て、Alを含むIII-V族窒化物系材料により構成された外
殻層と接している構成とすることもできる。

【００３０】また本発明によれば、外殻層、第１の隣接
クラッド層、活性層領域および第２の隣接クラッド層が
この順で積層した構造を有し、活性層領域はIII-V族窒
化物系材料により構成され、外殻層はAlを含むIII-V族
窒化物系材料により構成されたIII-V族窒化物半導体レ
ーザであって、第１の隣接クラッド層の層厚をｄ₁μ
ｍ、第２の隣接クラッド層の層厚をｄ₂μｍとし、第１
の隣接クラッド層、第２の隣接クラッド層および外殻層
の各層内平均Al組成比を、それぞれ、ｘ₁、ｘ₂、ｙとし
たときに、 −0.2μｍ≦（ｘ₁−ｙ）・ｄ₁＋（ｘ₂−ｙ）・ｄ₂≦0.2
μｍ を満たすことを特徴とするIII-V族窒化物半導体レーザ
が提供される。

【００３１】この半導体レーザは、結晶欠陥やクラック
の発生を有効に防止されるので、素子信頼性および歩留
まりに優れている。

【００３２】この半導体レーザにおいて、さらに、 −0.1μｍ≦（ｘ₁−ｙ）・ｄ₁＋（ｘ₂−ｙ）・ｄ₂≦0.1
μｍ を満たすこととすれば、結晶成長時のみならず劈開工程
やワイヤボンディング工程等のデバイス形成プロセスに
おいても、結晶欠陥やクラックの発生を有効に防止され
るため、素子信頼性および歩留まりの点で顕著な改善効
果が得られる。なお、（ｘ₁−ｙ）・ｄ₁および（ｘ₂−
ｙ）・ｄ₂の絶対値を、これらの和に関する上記範囲を
満たした上でそれぞれ0.1μm以下とすれば、結晶欠陥や
クラックの発生をさらに有効に防止することができる。

【００３３】本発明の半導体レーザにおいて、さらに、
外殻層において、活性層領域における発光強度のピーク
値の１０^-6倍以下に減衰している構成とすることが好ま
しい。このようにすれば、結晶欠陥およびクラック発生
を抑制しつつ、外殻層への光の漏れを防止することがで
きるため、高い活性層光閉込率と低い閾値電流及び閾値
電圧を両立することができる。なお、上記のように、外
殻層において活性層領域における発光強度の１０^-6倍以
下に減衰する構成を実現するための具体的手段は、たと
えば発光波長３９０〜４３０ｎｍの半導体レーザでは、
第１の隣接クラッド層のＡｌ組成比を好ましくは０．０
５以上、より好ましくは０．０７以上、最も好ましくは
０．１以上とすることが有効である。また、第１の隣接
クラッド層の厚みを好ましくは１μｍ以上、より好まし
くは２μｍ以上とすることも有効である。

【００３４】発光波長がこれと異なる場合は、Al組成お
よび層厚の好ましい値は異なってくる。

【００３５】本発明において、外殻層は、たとえばレー
ザ素子を形成するための基板に該当するものである。外
殻層の厚みは、ハンドリングや機械強度などのレーザ結
晶加工上の要請から、好ましくは10μｍ以上、さらに好
ましくは50μｍ以上とする。なお、クラッド層の厚みが
充分に大きければ外殻層の厚みは必ずしも大きい必要は
ない。外殻層と全クラッド層の合計層厚を、好ましくは
10μｍ以上、さらに好ましくは50μｍ以上とすればよ
い。

【００３６】本発明において、外殻層は、AlGaＮからな
る層、すなわち、主要構成元素としてAl、GaおよびＮを
有する層であることが好ましく、さらに、１０μｍ以上
の厚みを有するAlGaＮ基板であることがより好ましい。
このようにすれば、クラックおよび結晶欠陥の発生、基
板の反りの問題を解消するとともに、高い光閉じ込め率
を実現するのに有利なレーザ構造が得られる。

【００３７】この場合には、外殻層には格子定数を変え
ないドーピング程度の量、即ち原子組成比で0.1％程度
以下の量でAl,Ga,N以外の原子、例えばInなどを含んで
いても良い。

【００３８】外殻層をAlGaＮからなる層とする場合、厚
膜、低転位、かつクラックフリーで層形成を行うことが
重要となる。このような層形成は従来困難であったが、
近年、サファイアなどの基板上に厚膜かつ低転位のGaN
層をクラックフリーで形成できるエピタキシャル成長技
術が示されている（例えば、A. Usui, Material Resear
ch Society Symposium Proceeding vol. 482, 233ペー
ジから244ページ、1998年）。また、このような低転位G
aN結晶からサファイア等の基板を除去することにより、
厚膜かつ低転位のGaN層をクラックフリーで得ることが
できる。この技術を応用して、サファイアなどの基板上
に厚膜かつ低転位のAlを含んだIII-V窒化物半導体層を
クラックフリーで形成することができる。更に、サファ
イア等の基板を除去することにより、厚膜かつ低転位の
Alを含んだIII-V窒化物半導体層をクラックフリーかつ
残留歪の小さい状態で得ることができる。本発明は、こ
のような状況のもとに考案されたものである。

【００３９】本発明において、レーザ発振光に対する外
殻層の層内平均屈折率が、レーザ導波モードの等価屈折
率よりも小さい構成とすることが好ましい。このように
すれば結晶欠陥およびクラック発生を抑制しつつ、外殻
層への光の漏れを防止できる。

【００４０】本発明において、外殻層と第１のクラッド
層との間に、GaＮ層をさらに有する構成とすることもで
きる。このようなGaN層は、活性層への光閉込に問題の
ない程度に層厚が小さいことが好ましい。たとえば、0.
1μm以下であればよい。このようにすれば、外殻層を形
成する結晶成長工程と、クラッド層および活性層を形成
する結晶成長工程が連続していない場合に、前者の結晶
成長工程で外殻層表面をGaNでカバーしておき、Alを含
む半導体層表面の酸化を防止して、後者の結晶成長工程
での成長開始界面を清浄に保つことができる。

【００４１】本発明において、第１の隣接クラッド層の
層厚を１μｍ以上とすれば、結晶欠陥およびクラック発
生を抑制しつつ、良好な光閉じ込め率を実現できる。ま
た、第１の隣接クラッド層の層内平均Al組成比を０．０
５以上とすれば、結晶欠陥およびクラック発生を抑制し
つつ、良好な光閉じ込め率を実現できる。これらの効果
は、特に、たとえば、光ディスク用途に用いる発光波長
３９０〜４３０ｎｍの半導体レーザにおいて顕著とな
る。

【００４２】本発明において、外殻層のAl組成比が、第
２の隣接クラッド層のAl組成比よりも大きい構成とする
こともできる。このようにすれば、第２の隣接クラッド
層に圧縮歪がかかることになり、結晶欠陥やクラックの
発生がより効果的に防止される。引張歪よりも圧縮歪の
方が同じ歪量でもクラック発生が少ないからである。こ
こで、第２の隣接クラッド層をｐ型クラッド層とした場
合、ｐコンタクトの信頼性向上に効果がある。ｐクラッ
ド層でのクラック発生は、ｐコンタクト劣化を引き起こ
しやすいためである。また、このような構成の半導体レ
ーザにおいて、外殻層のAl組成比が、第１の隣接クラッ
ド層のAl組成比よりも大きい構成としてもよい。このよ
うにすれば、第１および第２の隣接クラッド層に圧縮歪
がかかることになり、一層効果的に結晶欠陥やクラック
の発生を防止することができる。

【００４３】本発明における活性層領域の構造は特に制
限がないが、たとえば、Inを含む発光層と光ガイド層と
を有してなる構造とすることができる。このようにすれ
ば光ディスク用途で重要な波長帯３９０から４３０nmで
の半導体レーザが得られる。

【００４４】本発明において、レーザ発振光のレーザ層
構造層厚方向の遠視野像において、スパイク状パターン
のピーク強度が、遠視野像の最大ピーク強度の０．１倍
以下である構成とすることが好ましい。このようにすれ
ば、結晶欠陥およびクラック発生を抑制しつつ、良好な
光閉じ込め率を実現できる。これにより、たとえば光デ
ィスク用途に用いた場合、ディスクトラック制御のエラ
ー発生を低減できるという効果が得られる。なお、光デ
ィスク用途に用いる場合、レーザの発光波長は、３９０
〜４３０ｎｍ程度とする。ここで、スパイク状パターン
とは、レーザ発振光のレーザ層構造層厚方向の遠視野像
において、活性層領域以外からの発光に由来する発光パ
ターンをいう。スパイク状パターンのピーク強度とは、
スパイク状パターンの現れた領域の発光強度から本来の
レーザ発振光の発光強度を差し引いたものの絶対値をい
う。たとえば図２７においては、ｈで示される強度が本
発明におけるスパイク状パターンのピーク強度に相当す
る。上記のようにスパイク状パターンのピーク強度を、
本来のレーザ発振光の遠視野像の最大ピーク強度の０．
１倍以下とすることが好ましいが、スパイク状パターン
が実質的に現れないようにすることがより好ましい。こ
のようにすれば光閉じ込め率を一層向上でき、特に光デ
ィスク用途に用いた場合におけるディスクトラック制御
エラーの低減効果がより顕著となる。

【００４５】本発明において、活性層領域および第１、
第２の隣接クラッド層は、たとえば、GaN、InN、AlN、I
nGaN混晶、AlGaN混晶、InAlGaN混晶、GaN/AlGaN超格
子、またはInAlGaN/InAlGaN超格子のいずれかより選択
されたIII-V族窒化物半導体材料の単一膜又は多層膜か
らなる構成とすることができる。

【００４６】本発明において、第１および第２の隣接ク
ラッド層のうち一方がｐ型クラッド層であり他方がｎ型
クラッド層であって、ｐ型クラッド層は、ｎ型クラッド
層よりも低いAl組成比を有する構成とすることができ
る。このようにすれば、結晶欠陥およびクラック発生を
抑制しつつ、素子抵抗を低くすることができる。ｐ型Al
GaN層は、Al組成が大きいほど抵抗が高くなる傾向があ
るためである。ここで、第１の隣接クラッド層がｎ型ク
ラッド層とし、第２のクラッド層がｐ型クラッド層とす
れば、光閉じ込め率も良好な値に維持される。

【００４７】本発明において、外殻層、第１の隣接クラ
ッド層、活性層領域および第２の隣接クラッド層がこの
順で積層した構造とする場合、外殻層と第１の隣接クラ
ッド層との間には他の層が介在させても良い。しかしな
がら、これらが直接接した形態、または層厚１μｍ以
下、好ましくは0.1μm以下の薄い層のみが介在した形態
とすることが好ましい。このような形態とすれば、パラ
メータによる規定によって耐クラック性の効果が確実に
得られるからである。

【００４８】本発明において、第１のクラッド層の下部
に外殻層を設けず、第１のクラッド層が基板の役割、あ
るいは外殻層が第1クラッドの役割を兼ねる構成とする
こともできる。この場合、第１のクラッド層あるいは外
殻層の厚みは、好ましくは１０μｍ以上、より好ましく
は５０μｍ以上とする。このようにすればクラッド層に
生じる歪みをより小さくすることができ、結晶欠陥やク
ラックの発生をより一層効果的に防止することができ
る。また、成膜プロセスを簡略化できるという利点も得
られる。一方、第１のクラッド層の下部に基板の役割を
果たす外殻層を設けた場合、製造上の制約が少なくなる
場合がある。たとえばこれらの層をＡｌＧａＮにより構
成する場合、第１のクラッド層に対しては、光閉じ込め
率を高くするため、Ａｌ組成比を大きくすることが望ま
れる。一方、外殻層に対しては、前述のようにクラッド
層よりAl組成を大きくしてクラッド層に圧縮歪をかける
構成が可能になる。また、逆にクラッド層よりAl組成を
小さくして、外殻層形成の安定性を増すことも可能であ
る。このように、クラッド層と基板として機能する外殻
層とは、求められる性質が異なるため、それぞれ異なる
組成とし、異なるプロセスで形成する方が有利な場合も
ある。

【００４９】

【発明の実施の形態】III-V族窒化物半導体レーザで
は、通常、活性領域はInGaNなどのバンドギャップの小
さいIII-V族窒化物半導体からなる発光層とこれよりバ
ンドギャップの大きいIII-V族窒化物半導体からなる光
ガイド層とから構成され、クラッド層はキャリアと光を
発光層に閉じ込めるためにAlGaN混晶、GaN/AlGaN超格子
等の光ガイド層よりバンドギャップが大きくかつ屈折率
の小さいIII-V族窒化物半導体が用いられる。以下の説
明では、活性領域がInGaN多層膜からなる発光層とGaNか
らなる光ガイド層で構成され、クラッド層がAlGaN混晶
で構成されており、これらIII-V族窒化物半導体層が全
てC面を主面とする六方晶である場合について説明す
る。クラッド層にGaN/AlGaN超格子を用いた場合は、超
格子の平均組成比のAlGaN混晶と同様に考えることがで
きる。本発明のIII-V族窒化物半導体レーザでは、面内
格子定数がクラッド層に近いIII-V族窒化物半導体とク
ラッド層とを用いてレーザ層構造の大部分を形成する。
そのため、レーザ層構造全体の歪は低減され、クラック
発生は大きく低減できる。発明者は、結晶成長直後、お
よびデバイスプロセス後にクラックが生じない層構造条
件について実験を行なった。結晶成長直後のクラック発
生が少ない条件としては、GaNを基板とし、ｎ、ｐクラ
ッド層がAlGaN混晶である場合は、ｎクラッド層層厚
ｄ₁、ｐクラッド層層厚ｄ₂、ｎクラッド層Al組成比
ｘ₁、ｐクラッド層Al組成比ｘ₂を用いて−0.１μｍ≦ｘ
₁・ｄ₁＋ｘ₂・ｄ₂≦0.１μｍの関係を満たす場合である
ことを見出した。層厚はμｍ単位であり、ｎ、ｐクラッ
ドが基板に対してどちら側にあるかは本質的ではない。
この条件は、図２２のAl組成比と歪の関係が、ほぼ歪量
＝0.0242×Al組成比の関係になっているため、ｎクラッ
ド層歪量ε₁、ｐクラッド層歪量ε₂を用いて−0.0024μ
ｍ≦ε₁・ｄ₁＋ε₂・ｄ₂≦0.0024μｍの条件、と言い換
えることができる。歪量は引張歪の時に正、圧縮歪の時
に負である。

【００５０】さらに、Al組成0.03のAlGaN基板を用いて
同様な実験を行なった。その結果、クラック発生の少な
い条件は基板のAl組成ｙをもちいて、−0.２μｍ≦（ｘ
₁−ｙ）・ｄ₁＋（ｘ₂−ｙ）・ｄ₂≦0.２μｍの関係を満
たす場合であることを見出した。図１には、AlｘGa1-ｘ
Nクラッド層とAlyGa1-yN基板とのAl組成比差（ｘ−y）
とクラッド層での歪量εの関係を示す。基板は無歪であ
る。上記のAl組成と層厚に関する条件は、図１の関係を
用いると、ｎクラッド層歪量ε₁、ｐクラッド層歪量ε₂
を用いて−0.0048μｍ≦ε₁・ｄ₁＋ε₂・ｄ₂≦0.0048μ
ｍの条件、と言い換えることができる。この条件は、Ga
N基板の場合よりも広い。この理由については以下のよ
うに推測している。クラッド層にクラックが発生する場
合は基板にもクラックが伝播する。従って、基板の結晶
結合が強くなればクラックの伝播が抑制され、クラック
発生が抑制されると考えられる。Al-Nの結晶結合はGa-N
の結合よりも強いため、GaNよりAlGaNの平均的結晶結合
は強いと考えられる。以上の理由により、AlGaN基板と
することによりクラック発生の臨界条件が広くなったも
のと思われるが、詳細は不明である。

【００５１】以上のような関係を満たせば、結晶成長直
後のクラック発生を効果的に防止できるが、より高水準
の品質の半導体レーザを得るためには、更に、結晶成長
後のデバイスプロセス時のクラック発生を有効に防止す
ることが重要となる。結晶成長後のデバイスプロセス時
のクラック発生が起きにくい条件は、前述の条件よりも
厳しく、−0.1μｍ≦（ｘ₁−ｙ）・ｄ₁＋（ｘ₂−ｙ）・
ｄ₂≦0.1μｍ、または−0.0024μｍ≦ε₁・ｄ₁＋ε₂・
ｄ₂≦0.0024μｍであった。以下に、結晶成長直後にク
ラック発生が起きにくい条件をクラック抑制条件１、結
晶成長直後のみならずデバイスプロセス時のクラック発
生が起きにくい条件をクラック抑制条件２と呼ぶ。な
お、以上のクラック抑制条件の範囲内でも、クラッド層
に若干圧縮歪がかかる場合の方が、引張歪がかかる場合
よりもクラック発生が少ない傾向にある。クラック抑制
条件１を満たすようにクラッド層とAlGaN基板（以下、
外殻層）のAl組成差とクラッド層層厚の関係、またはク
ラッド層での歪量とクラッド層層厚の関係を調整すれば
結晶成長直後のクラック発生は減少する。さらに、クラ
ック抑制条件２を満たすようにクラッド層と外殻層のAl
組成差とクラッド層層厚の関係、またはクラッド層での
歪量とクラッド層層厚の関係を調整すれば結晶成長直後
のみならずデバイスプロセス時のクラック発生は減少す
る。

【００５２】上記したように本発明によれば、クラック
発生を防止できる範囲がパラメータ等によって明確にさ
れており、この条件を満たす範囲内でクラッド層および
外殻層の厚みや組成を自由に設定することが可能とな
る。光閉じ込め率を向上させるためには、クラッド層の
屈折率を下げる（クラッド層のAl組成比を増加させ
る）、あるいは、クラッド層の厚みを増す、等の方法が
有効であるが、本発明においては、上記条件を満たす範
囲内でクラッド層の屈折率を可能な限り下げることがで
き、また、クラッド層の厚みを可能な限り上げることが
できる。したがって、クラック耐性を良好に維持しつつ
光閉じ込め率を効果的に向上させることができる。以
下、本発明による活性層への光閉込の改善について述べ
る。

【００５３】後述する実施例１では、外殻層のAl組成比
を0.07、層厚を80μｍとし、ｎおよびｐクラッド層の組
成比はこれと同じとしている。このためクラッド層での
歪量は０となっており、優れた耐クラック特性が得られ
る。また、各クラッド層のAl組成比を高くしているた
め、光閉じ込め率も良好であり、活性層の下部層構造へ
の光放射は有効に抑制される。

【００５４】図２に、実施例１のレーザ層構造の屈折率
の層厚方向での分布を示す。屈折率はレーザ光波長での
屈折率を意味し、レーザ光波長は400nmとした。活性層
の屈折率は量子井戸層とバリア層の層厚による加重平均
の値として示した。図２中、破線でレーザ光の導波モー
ドの等価屈折率neffを示した。外殻層の屈折率は導波モ
ードの等価屈折率neffより小さくなり、これにより、活
性層の下部層構造への光放射はほぼ完全に抑制される。

【００５５】図３には、本発明の実施例1による半導体
レーザの近視野像を、外殻層とこれに接するクラッド層
との界面付近の領域のみを示した。電界強度は、活性層
での最大電界強度で規格化してある。図3の近視野像に
おいては、下部クラッド層とこれに接するクラッド層と
の界面付近で電界強度は指数関数的に減少して、活性層
から2μｍ離れると殆ど電界分布がなくなる。この位置
での電界強度は、活性層での最大電界強度の１０^-6倍以
下になっている。

【００５６】図４にはレーザ光のレーザ結晶層厚方向遠
視野像を示す。遠視野角の０度は、スパイクのないレー
ザ遠視野像のピーク強度位置とした。図4の遠視野像に
おいては、図２６の従来例の遠視野像と異なり、スパイ
ク状のパターンはまったく見られない。なお、導波モー
ドの等価屈折率neffと、外殻層の屈折率nsの差は、図２
６に示したようなスパイク状のパターンが現れる遠視野
角Θにより知ることが出来る。従来例のようにneff＜ns
であればスパイク状パターンが観測され、次のような関
係が成り立つ。

【００５７】

【数１】 neffとnsの差が大きくなるとΘは大きくなっていく。ま
た、本発明の実施例１のようにneff＞nsであればスパイ
ク状パターンが観測されない。以上の効果に加えて、本
発明の実施例１では、レーザ光の活性層下部層構造への
漏れが小さいため、活性層への光閉込率は従来例に比べ
て大きくなり、半導体レーザの閾値が低減できる。

【００５８】また、外殻層のAl組成比をｎ、ｐクラッド
層のAl組成比を等しくしたまま大きくしていくと、クラ
ッド層での歪量を０としてクラック抑制条件を満たしつ
つ、活性層での光閉込率を増大することができ、半導体
レーザの発振しきい値を低下させることができる。この
適用例が実施例２，３（後述）である。この場合も、ス
パイクの発生しない条件であるneff＞nsの条件は満たさ
れている。

【００５９】なお、本発明においては外殻層とこれに接
するクラッド層、その他のクラッド層の各Al組成比は必
ずしも一致させる必要はなく、クラック抑制条件の範囲
内でこれらのAl組成比は異なっていてもよい。これに加
えて、外殻層での屈折率がレーザ導波光の等価屈折率よ
り小さいように設定しておけば、遠視野像におけるスパ
イク状パターンは完全に抑制できる。本発明の実施例４
から６（後述）の層構造は以上の条件を満たしている。

【００６０】また、neff＜nsとなる場合でも、外殻層と
クラッド層の組成比差が小さい場合は前記クラック抑制
条件の範囲内でｎクラッド層を厚くできるため、ｎクラ
ッド層内で光が十分に減衰し、外殻層での電界強度は活
性層での最大電界強度の１０ ^-6倍以下に低減でき、スパ
イクは殆ど見られず、光ディスク用途では問題にならな
い。この適用例が実施例７（後述）である。

【００６１】また、外殻層と下部クラッド層との間にGa
N等の他のIII-V族窒化物半導体層が挿入されていてもよ
く、このようなIII-V族窒化物半導体層の層厚が十分に
薄ければ、クラックの抑制効果、光閉込改善の効果は同
様である。このようなIII-V族窒化物半導体層の層厚
は、0.5μｍ以下、望ましくは0.2μｍ以下、更に望まし
くは0.1μｍ以下であれば活性層への光閉込に影響が小
さい。さらに、 外殻層の更に下部にGaN等の他のIII-V
族窒化物半導体層が挿入されていてもよく、外殻層の層
厚が十分に厚く外殻層表面付近での残留歪が十分に小さ
ければ、クラック抑制条件は他の実施例と同様に満たさ
れる。この適用例が実施例８（後述）である。また、外
殻層が導電型であり、かつ外殻層のバンドギャップが十
分に大きい場合はこれに接するクラッド層を省略するこ
ともできる。

【００６２】以上のように本発明により、クラック抑制
条件を満たしつつ、活性層への光閉込が改善されてレー
ザの発振閾値を低減でき、従来例において問題であった
レーザ構造層厚方向の遠視野像におけるスパイク状パタ
ーンは完全に或いは光ディスク用途に問題にならない程
度に抑制される。従って、光ディスク用レーザとして用
いた場合にディスクトラック制御のエラー発生がなく、
このような用途に適した放射パターンが得られる。

【００６３】次に、本発明によるレーザ素子抵抗低減効
果について述べる。ｎ型クラッド層のAl組成比とｐ型ク
ラッド層のAl組成比をほぼ同様に大きくしていくと、活
性層への光閉込は向上するが、ｐ型クラッド層の抵抗率
はAl組成比の増大と共に大きくなる傾向があり、素子抵
抗が増大してしまう。

【００６４】そこで、ｎ型クラッド層のAl組成比は大き
くしても、ｐ型クラッド層のAl組成比をこれよりも低く
保っておけば、ｐ型クラッド層の抵抗率は上昇せず、素
子抵抗を低く保つことができる。この場合、ｐ型クラッ
ド層／活性層／ｎ型クラッド層／外殻層の配置になって
いる方が、ｎ型クラッド層／活性層／ｐ型クラッド層／
外殻層の配置になっているよりも、活性層への光閉込に
関しては優れている。層厚方向のレーザ光分布はｎクラ
ッド層よりも屈折率の相対的に大きいｐクラッド層へ押
しやられるため、後者の場合は活性層での光閉込は大き
く低下してしまうが、前者の場合は結晶表面での反射に
より押し戻されるため、活性層での光閉込がそれほど低
下しない。この適用例が本発明の実施例４（後述）であ
る。

【００６５】更に、本発明の実施例4の場合は、外殻層
組成比をこれに接するｎクラッド層と等しくしている
為、Al組成比の小さいｐ型クラッド層面内に圧縮歪がか
かり、ｐ型クラッド層のバンドギャップは歪のない場合
よりも大きくなる。この結果、ｐクラッド層の屈折率が
歪のない場合よりも小さくなって活性層への光閉込を歪
がない場合よりも大きくすることができる。

【００６６】この場合、ｐ型クラッド層にAlを含まない
ｐ型GaNを用いてもよく、ｐ型GaN層の層厚を小さくして
おけば活性層への光閉込は低下しない。この適用例が本
発明の実施例５（後述）である。なお、このような層構
造においても、クラック抑制条件を満たすことができ
る。

【００６７】なお、レーザ素子抵抗を低減するだけの目
的であれば、外殻層はGaN又はAl組成比の小さいAlGaNで
もよく、ｎ型クラッド層のAl組成比よりもｐ型クラッド
層のAl組成比を低くしてｐ型クラッド層の層厚を十分小
さくすれば、従来例に比べて活性層への光閉込はさほど
低下せずに素子抵抗を低減できる。この場合は、ｐ型ク
ラッド層には必ずしも歪がかからないため、歪によるｐ
型クラッド層の屈折率低下及びこれによる光閉込改善効
果は必ずしも生じない。

【００６８】

【実施例】以下、本発明について実施例に基づき図面を
参照して詳しく説明する。なお、各実施例に示した半導
体レーザは、いずれも発光波長が３９０〜４３０ｎｍで
ある。また、基板上の各半導体層は公知の成膜方法によ
り形成される。

【００６９】なお、各実施例中で用いたパラメータの意
味は以下のとおりである。 ｄ₁：下部クラッド層（基板側のクラッド層）の層厚
（μｍ） ｄ₂：上部クラッド層（基板から遠い側のクラッド層）
の層厚（μｍ） ε₁：下部クラッド層の層面内歪量 ε₂：上部クラッド層の層面内歪量 ｘ₁：下部クラッド層の層内平均Al組成比 ｘ₂：上部クラッド層の層内平均Al組成比 ｙ：外殻層（基板）の層内平均Al組成比 （実施例１）図５は、本発明に係るIII-V窒化物半導体
レーザの第１の例の概略断面図である。図５に於いて、
このIII-V窒化物半導体レーザの層構造は、C面を表面と
する厚さ80μｍのｎ型Ａｌ_0.07Ｇａ_0.93Ｎ層１上に、厚
さ0.5μｍのn型Ａｌ_0.07Ｇａ _0.93Ｎクラッド層２、厚さ
0.1μｍのn型GaN光ガイド層３、厚さ4nmのIn_0.2Ga_0.8N
量子井戸層と厚さ10nmのＩｎ_0.02Ｇａ_0.98Ｎ障壁層から
なる2周期の多重量子井戸構造活性層４、厚さ20nmのp型
Ａｌ_0.2Ga_0.8Ｎキャップ層５、厚さ0.1μｍのp型GaN光
ガイド層６、厚さ0.6μｍのp型Ａｌ_0.07Ｇａ_0.93Ｎクラ
ッド層７、厚さ0.05μｍのp型GaNコンタクト層８、Ni/A
uの2層金属からなるp電極９、Ti/Alの2層金属からなるn
電極１０が形成されている。図５において、ｐ型クラッ
ド層７とｐ型コンタクト層８はエッチングによって幅３
μｍ程度のストライプ状のリッジ構造１１に加工され、
リッジの頂部を除いて形成されたＳｉＯ₂膜１２によっ
て電流をリッジ部分のみに狭窄している。また、この場
合のAlGaN層１はｎ型なので、裏面にｎ電極１０を形成
している。この場合、ｎ型Ａｌ_0.07Ｇａ_0.93Ｎ層１が外
殻層（基板）に相当する。この層構造の場合、クラック
抑制条件式（ｘ₁−ｙ）・ｄ₁＋（ｘ₂−ｙ）・ｄ₂、およ
びε₁・ｄ₁＋ε₂・ｄ₂はともに０となり、クラック抑制
条件２であるそれぞれ絶対値が0.1μｍ以下、0.0024μ
ｍ以下、を満たしている。その結果、デバイスプロセス
後もクラックは発生しない。図４にはレーザ光のレーザ
結晶層厚方向遠視野像を示す。スパイク状パターンは見
られない。近視野像（図３）においては、レーザ発振光
の外殻層へのしみだし光は、前記活性層領域での発光強
度の１０^-6倍以下に減衰している。

【００７０】（実施例２）図６は、本発明に係るIII-V
窒化物半導体レーザの第２の例の概略断面図である。図
６に於いて、このIII-V窒化物半導体レーザの層構造
は、C面を表面とする厚さ80μｍのｎ型Ａｌ_0.15Ｇａ
_0.85Ｎ層２１上に、厚さ0.5μｍのn型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85
Ｎクラッド層２２、厚さ0.1μｍのn型GaN光ガイド層２
３、厚さ4nmのIn_{0. 2}Ga_0.8N量子井戸層と厚さ10nmのＩｎ
_0.02Ｇａ_0.98Ｎ障壁層からなる2周期の多重量子井戸構
造活性層２４、厚さ20nmのp型Ａｌ_0.2Ga_0.8Ｎキャップ
層２５、厚さ0.1μｍのp型GaN光ガイド層２６、厚さ0.6
μｍのp型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッド層２７、厚さ0.0
5μｍのp型GaNコンタクト層２８、Ni/Auの2層金属から
なるp電極２９、Ti/Alの2層金属からなるn電極３０が形
成されている。図６において、ｐ型クラッド層２７とｐ
型コンタクト層２８はエッチングによって幅３μｍ程度
のストライプ状のリッジ構造３１に加工され、リッジの
頂部を除いて形成されたＳｉＯ₂膜３２によって電流を
リッジ部分のみに狭窄している。また、この場合のAlGa
N層２１はｎ型なので、裏面にｎ電極３０を形成してい
る。この場合、ｎ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ層２１が外殻層
（基板）に相当する。この層構造の場合、クラック抑制
条件式（ｘ₁−ｙ）・ｄ₁＋（ｘ₂−ｙ）・ｄ₂、およびε
₁・ｄ₁＋ε ₂・ｄ₂はともに０となり、クラック抑制条件
２であるそれぞれ絶対値が0.1μｍ以下、0.0024μｍ以
下、を満たしている。その結果、デバイスプロセス後も
クラックは発生しない。図７にはレーザ光のレーザ結晶
層厚方向遠視野像を示す。スパイク状パターンは見られ
ない。近視野像においては、レーザ発振光の外殻層への
しみだし光は、前記活性層領域での発光強度の１０^-6倍
以下に減衰している。

【００７１】（実施例３）図８は、本発明に係るIII-V
窒化物半導体レーザの第３の例の概略断面図である。図
８に於いて、このIII-V窒化物半導体レーザの層構造
は、C面を表面とする厚さ80μｍのｎ型Ａｌ_0.2Ga_0.8Ｎ
層４１上に、厚さ0.5μｍのn型Ａｌ_0.2Ga_0.8Ｎクラッド
層４２、厚さ0.1μｍのn型GaN光ガイド層４３、厚さ4nm
のIn_0.2Ga_0.8N量子井戸層と厚さ10nmのＩｎ_0.02Ｇａ
_0.98Ｎ障壁層からなる2周期の多重量子井戸構造活性層
４４、厚さ20nmのp型Ａｌ_0.2Ga_0.8Ｎキャップ層４５、
厚さ0.1μｍのp型GaN光ガイド層４６、厚さ0.6μｍのp
型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッド層４７、厚さ0.05μｍの
p型GaNコンタクト層４８、Ni/Auの2層金属からなるp電
極４９、Ti/Alの2層金属からなるn電極５０が形成され
ている。図８において、ｐ型クラッド層４７とｐ型コン
タクト層４８はエッチングによって幅３μｍ程度のスト
ライプ状のリッジ構造５１に加工され、リッジの頂部を
除いて形成されたＳｉＯ ₂膜５２によって電流をリッジ
部分のみに狭窄している。また、この場合のAlGaN層４
１はｎ型なので、裏面にｎ電極５０を形成している。こ
の場合、ｎ型Ａｌ_{0. 2}Ga_0.8Ｎ層４１が外殻層（基板）に
相当する。この層構造の場合、クラック抑制条件式（ｘ
₁−ｙ）・ｄ₁＋（ｘ₂−ｙ）・ｄ₂、およびε₁・ｄ₁＋ε
₂・ｄ₂はともに０となり、クラック抑制条件２であるそ
れぞれ絶対値が0.1μｍ以下、0.0024μｍ以下、を満た
している。その結果、デバイスプロセス後もクラックは
発生しない。図９にはレーザ光のレーザ結晶層厚方向遠
視野像を示す。スパイク状パターンは見られない。近視
野像においては、レーザ発振光の外殻層へのしみだし光
は、前記活性層領域での発光強度の１０^-6倍以下に減衰
している。

【００７２】（実施例４）図１０は、本発明に係るIII-
V窒化物半導体レーザの第４の例の概略断面図である。
図１０に於いて、このIII-V窒化物半導体レーザの層構
造は、C面を表面とする厚さ80μｍのｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ
_0.9Ｎ層６１上に、厚さ0.5μｍのn型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ
クラッド層６２、厚さ0.1μｍのn型GaN光ガイド層６
３、厚さ4nmのIn_{0 .2}Ga_0.8N量子井戸層と厚さ10nmのＩｎ
_0.02Ｇａ_0.98Ｎ障壁層からなる2周期の多重量子井戸構
造活性層６４、厚さ20nmのp型Ａｌ_0.2Ga_0.8Ｎキャップ
層６５、厚さ0.1μｍのp型GaN光ガイド層６６、厚さ0.6
μｍのp型Ａｌ_0.07Ｇａ_0.93Ｎクラッド層６７、厚さ0.0
5μｍのp型GaNコンタクト層６８、Ni/Auの2層金属から
なるp電極６９、Ti/Alの2層金属からなるn電極７０が形
成されている。図１０において、ｐ型クラッド層６７と
ｐ型コンタクト層６８はエッチングによって幅３μｍ程
度のストライプ状のリッジ構造７１に加工され、リッジ
の頂部を除いて形成されたＳｉＯ₂膜７２によって電流
をリッジ部分のみに狭窄している。また、この場合のAl
GaN層６１はｎ型なので、裏面にｎ電極７０を形成して
いる。この場合、ｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ層６１が外殻層
（基板）に相当する。この層構造の場合、クラック抑制
条件式（ｘ₁−ｙ）・ｄ₁＋（ｘ₂−ｙ）・ｄ₂＝−0.018
μｍ、ε₁・ｄ₁＋ε₂・ｄ₂＝−0.0004μｍとなり、クラ
ック抑制条件２であるそれぞれ絶対値が0.1μｍ以下、
0.0024μｍ以下、を満たしている。その結果、デバイス
プロセス後もクラックは発生しない。図１１にはレーザ
光のレーザ結晶層厚方向遠視野像を示す。スパイク状パ
ターンは見られない。近視野像においては、レーザ発振
光の外殻層へのしみだし光は、前記活性層領域での発光
強度の１０^-6倍以下に減衰している。

【００７３】（実施例５）図１２は、本発明に係るIII-
V窒化物半導体レーザの第５の例の概略断面図である。
図１２に於いて、このIII-V窒化物半導体レーザの層構
造は、C面を表面とする厚さ80μｍのｎ型Ａｌ_0.07Ｇａ
_0.93Ｎ層８１上に、厚さ0.5μｍのn型Ａｌ_{0. 07}Ｇａ_0.93
Ｎクラッド層８２、厚さ0.1μｍのn型GaN光ガイド層８
３、厚さ4nmのIn_0.2Ga_0.8N量子井戸層と厚さ10nmのＩｎ
_0.02Ｇａ_0.98Ｎ障壁層からなる2周期の多重量子井戸構
造活性層８４、厚さ20nmのp型Ａｌ_0.2Ga_0.8Ｎキャップ
層８５、厚さ0.1μｍのp型GaN光ガイド層８６、厚さ0.1
μｍのp型 GaNクラッド層８８、Ni/Auの2層金属からな
るp電極８９、Ti/Alの2層金属からなるn電極９０が形成
されている。図１２において、ｐ型GaN層８８はエッチ
ングによって幅３μｍ程度のストライプ状のリッジ構造
９１に加工され、リッジ部を除いて形成されたＳｉＯ₂
膜９２によって電流をリッジ部分のみに狭窄している。
また、この場合のAlGaN層８１はｎ型なので、裏面にｎ
電極９０を形成している。この場合、ｎ型Ａｌ _0.07Ｇａ
_0.93Ｎ層８１が外殻層（基板）に相当する。この層構造
の場合、クラック抑制条件式（ｘ₁−ｙ）・ｄ₁＋（ｘ₂
−ｙ）・ｄ₂＝−0.007μｍ、ε₁・ｄ₁＋ε₂・ｄ₂＝−0.
0002μｍとなり、クラック抑制条件２であるそれぞれ絶
対値が0.1μｍ以下、0.0024μｍ以下、を満たしてい
る。その結果、デバイスプロセス後もクラックは発生し
ない。図１３にはレーザ光のレーザ結晶層厚方向遠視野
像を示す。スパイク状パターンは見られない。近視野像
においては、レーザ発振光の外殻層へのしみだし光は、
前記活性層領域での発光強度の１０^-6倍以下に減衰して
いる。

【００７４】（実施例６）図１４は、本発明に係るIII-
V窒化物半導体レーザの第６の例の概略断面図である。
図１４に於いて、このIII-V窒化物半導体レーザの層構
造は、C面を表面とする厚さ80μｍのｎ型Ａｌ_0.05Ｇａ
_0.95Ｎ層１０１上に、厚さ0.5μｍのn型Ａｌ _0.07Ｇａ
_0.93Ｎクラッド層１０２、厚さ0.1μｍのn型GaN光ガイ
ド層１０３、厚さ4nmのIn_0.2Ga_0.8N量子井戸層と厚さ10
nmのＩｎ_0.02Ｇａ_0.98Ｎ障壁層からなる2周期の多重量
子井戸構造活性層１０４、厚さ20nmのp型Ａｌ_0.2Ga_0.8
Ｎキャップ層１０５、厚さ0.1μｍのp型GaN光ガイド層
１０６、厚さ0.6μｍのp型Ａｌ_0.07Ｇａ_0.93Ｎクラッド
層１０７、厚さ0.05μｍのp型GaNコンタクト層１０８、
Ni/Auの2層金属からなるp電極１０９、Ti/Alの2層金属
からなるn電極１１０が形成されている。図１４におい
て、ｐ型クラッド層１０７とｐ型コンタクト層１０８は
エッチングによって幅３μｍ程度のストライプ状のリッ
ジ構造１１１に加工され、リッジの頂部を除いて形成さ
れたＳｉＯ₂膜１１２によって電流をリッジ部分のみに
狭窄している。また、この場合のAlGaN層１０１はｎ型
なので、裏面にｎ電極１１０を形成している。この場
合、ｎ型Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ層１０１が外殻層（基板）
に相当する。この層構造の場合、クラック抑制条件式
（ｘ₁−ｙ）・ｄ₁＋（ｘ₂−ｙ）・ｄ₂＝0.022μｍ、ε₁
・ｄ₁＋ε₂・ｄ₂＝0.0005μｍとなり、クラック抑制条
件２であるそれぞれ絶対値が0.1μｍ以下、0.0024μｍ
以下、を満たしている。その結果、デバイスプロセス後
もクラックは発生しない。図１５にはレーザ光のレーザ
結晶層厚方向遠視野像を示す。スパイク状パターンは見
られない。近視野像においては、レーザ発振光の外殻層
へのしみだし光は、前記活性層領域での発光強度の１０
^-6倍以下に減衰している。

【００７５】（実施例７）図１６は、本発明に係るIII-
V窒化物半導体レーザの第７の例の概略断面図である。
図１６に於いて、このIII-V窒化物半導体レーザの層構
造は、C面を表面とする厚さ80μｍのｎ型Ａｌ_0.03Ｇａ
_0.97Ｎ層１２１上に、厚さ1.4μｍのn型Ａｌ _0.07Ｇａ
_0.93Ｎクラッド層１２２、厚さ0.1μｍのn型GaN光ガイ
ド層１２３、厚さ4nmのIn_0.2Ga_0.8N量子井戸層と厚さ10
nmのＩｎ_0.02Ｇａ_0.98Ｎ障壁層からなる2周期の多重量
子井戸構造活性層１２４、厚さ20nmのp型Ａｌ_0.2Ga_0.8
Ｎキャップ層１２５、厚さ0.1μｍのp型GaN光ガイド層
１２６、厚さ0.6μｍのp型Ａｌ_0.07Ｇａ_0.93Ｎクラッド
層１２７、厚さ0.05μｍのp型GaNコンタクト層１２８、
Ni/Auの2層金属からなるp電極１２９、Ti/Alの2層金属
からなるn電極１３０が形成されている。図１６におい
て、ｐ型クラッド層１２７とｐ型コンタクト層１２８は
エッチングによって幅３μｍ程度のストライプ状のリッ
ジ構造１３１に加工され、リッジの頂部を除いて形成さ
れたＳｉＯ₂膜１３２によって電流をリッジ部分のみに
狭窄している。また、この場合のAlGaN層１２１はｎ型
なので、裏面にｎ電極１３０を形成している。この場
合、ｎ型Ａｌ_0.03Ｇａ_0.97層１２１が外殻層（基板）に
相当する。この層構造の場合、クラック抑制条件式（ｘ
₁−ｙ）・ｄ₁＋（ｘ₂−ｙ）・ｄ₂＝0.08μｍ、ε₁・ｄ₁
＋ε₂・ｄ₂＝0.0019μｍとなり、クラック抑制条件２で
あるそれぞれ絶対値が0.1μｍ以下、0.0024μｍ以下、
を満たしている。その結果、デバイスプロセス後もクラ
ックは発生しない。図１７にはレーザ光のレーザ結晶層
厚方向遠視野像を示す。スパイク状パターンは弱く見ら
れるが、この程度であれば光ディスク用途には問題がな
い。近視野像においては、レーザ発振光の外殻層へのし
みだし光は、前記活性層領域での発光強度の１０ ^-6倍以
下に減衰している。

【００７６】（実施例８）図１８は、本発明に係るIII-
V窒化物半導体レーザの第７の例の概略断面図である。
図１８に於いて、このIII-V窒化物半導体レーザの層構
造は、C面を表面とする厚さ1μｍのｎ型GaN層１４１、
厚さ20μｍのｎ型Al0.07Ga0.97N層１４２、厚さ0.1μｍ
のｎ型GaN層１４３上に、厚さ1μｍのn型Ａｌ_0.07Ｇａ
_0.93Ｎクラッド層１４４、厚さ0.1μｍのn型GaN光ガイ
ド層１４５、厚さ4nmのIn_0.2Ga_0.8N量子井戸層と厚さ10
0のＩｎ_0.02Ｇａ_0.98Ｎ障壁層からなる2周期の多重量子
井戸構造活性層１４６、厚さ20nmのp型Ａｌ_0.2Ga_0.8Ｎ
キャップ層１２７、厚さ0.1μｍのp型GaN光ガイド層１
４８、厚さ0.6μｍのp型Ａｌ_0.07Ｇａ_0.93Ｎクラッド層
１４９、厚さ0.05μｍのp型GaNコンタクト層１５０、Ni
/Auの2層金属からなるp電極１５１、Ti/Alの2層金属か
らなるn電極１５２が形成されている。図１８におい
て、ｐ型クラッド層１４９とｐ型コンタクト層１５０は
エッチングによって幅３μｍ程度のストライプ状のリッ
ジ構造１５３に加工され、リッジの頂部を除いて形成さ
れたＳｉＯ₂膜１５４によって電流をリッジ部分のみに
狭窄している。また、この場合のGaN層１４１はｎ型な
ので、裏面にｎ電極１５２を形成している。この場合、
ｎ型Al０．０７Ga０．９３層１４２が外殻層（基板）に
相当する。この層構造の場合、クラック抑制条件式（ｘ
₁−ｙ）・ｄ₁＋（ｘ₂−ｙ）・ｄ₂＝0μｍ、ε₁・ｄ₁＋
ε₂・ｄ₂＝0μｍとなり、ｎ型GaN層１４３の寄与を加え
てもクラック抑制条件２であるそれぞれ絶対値が0.1μ
ｍ以下、0.0024μｍ以下、を満たしている。その結果、
デバイスプロセス後もクラックは発生しない。図１９に
はレーザ光のレーザ結晶層厚方向遠視野像を示す。外殻
層が20μｍと充分厚く、ｎ型GaN層１４３が0.1μｍと薄
いために、ｎ型GaN層１４１およびｎ型GaN層１４３の光
閉込への影響は小さく、スパイク状パターンはみられな
い。近視野像においては、レーザ発振光の外殻層へのし
みだし光は、前記活性層領域での発光強度の１０^-6倍以
下に減衰している。

【００７７】また、本実施例では、外殻層とクラッド層
との間に、厚さ0.1μｍのｎ型GaN層１４３を介在させて
いるため、外殻層を形成する結晶成長工程と、クラッド
層および活性層を形成する結晶成長工程が連続していな
い場合に、前者の結晶成長工程で外殻層表面をGaNでカ
バーしておき、Alを含む半導体層表面の酸化を防止し
て、後者の結晶成長工程での成長開始界面を清浄に保つ
ことができる。

【００７８】以上述べた実施例では、AlGaN混晶をクラ
ッド層の下部層構造及びクラッド層に用いた例を示した
が、GaN/AlGaN超格子、In、B等を含むIII-V窒化物半導
体混晶及び超格子構造を用いてもよい。また、以上の説
明では、活性領域がInGaN多層膜からなる発光層とGaNか
らなる光ガイド層で構成されるとしたが、発光層がInを
含まない、或いはAlを含む場合でも同様である。光ガイ
ド層についても、InあるいはAlを含んでいても本発明の
実施には何ら支障はない。

【００７９】更に、本発明の実施例では活性層下部層構
造の導電型をｎ型としたが、非導電型としてもよく、こ
の場合は従来例のようにして表面側にｐ、ｎ電極を形成
すればよい。また、外殻層の導電型をｐ型としてもよ
く、この場合はクラッド層の導電型は活性層より外殻層
側がｐ型、活性層より表面側がｎ型となる。また、本発
明の実施例においては、電流狭窄と水平横モード制御の
ための構造は従来例と同様のリッジ構造としたが、埋込
ヘテロ構造その他の電流狭窄／水平横モード制御構造を
用いても、本発明の実施には何ら支障はない。また、本
発明の実施例では、結晶構造は六方晶で結晶表面の面方
位は（0001）面としたが、六方晶で（11−20）面、（1
−101）面その他の面方位であっても、更に立方晶等の
他の結晶構造であっても本発明の実施には支障はない。

【００８０】（実施例９）本実施例のIII-V窒化物半導
体レーザの層構造は、C面を表面とする厚さ８0μｍのｎ
型Ａｌ_0.03Ｇａ_0.97Ｎ層１６１上に、厚さ２μｍのn型
Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層１６２、厚さ0.1μｍのn型
GaN光ガイド層１６３、厚さ4nmのIn_0.2Ga_0.8N量子井戸
層と厚さ10nmのＩｎ_0.02Ｇａ_0.98Ｎ障壁層からなる2周
期の多重量子井戸構造活性層１６４、厚さ20nmのp型Ａ
ｌ_0.2Ga_0.8Ｎキャップ層１６５、厚さ0.1μｍのp型GaN
光ガイド層１６６、厚さ0.6μｍのp型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ
クラッド層１６７、厚さ0.05μｍのp型GaNコンタクト層
１６８、Ni/Auの2層金属からなるp電極１６９、Ti/Alの
2層金属からなるn電極１７０が形成されている。ｐ型ク
ラッド層１６７とｐ型コンタクト層１６８はエッチング
によって幅３μｍ程度のストライプ状のリッジ構造１７
１に加工され、リッジの頂部を除いて形成されたＳｉＯ
₂膜１７２によって電流をリッジ部分のみに狭窄してい
る。また、この場合のAlGaN層１６１はｎ型なので、裏
面にｎ電極１７３を形成している。この場合、ｎ型Ａｌ
_0.03Ｇａ_0.97層１６１が外殻層（基板）に相当する。こ
の層構造の場合、ε₁・ｄ₁＋ε₂・ｄ₂＝0.0044μｍとな
り、クラック抑制条件１である絶対値が0.0048μｍ以
下、を満たしている。その結果、結晶成長直後はクラッ
クがみられない。デバイスプロセス後は若干のクラック
は発生するが、50％以上の歩留まりで半導体レーザチッ
プが得られる。レーザ光のレーザ結晶層厚方向遠視野像
においては、ｎ型クラッド層１６２のAl組成が0.1と比
較的大きく、かつ層厚が2μmと大きいため、スパイク状
パターンはみられない。近視野像においては、レーザ発
振光の外殻層へのしみだし光は、前記活性層領域での発
光強度の１０^-6倍以下に減衰している。

【００８１】

【発明の効果】以上のように、本発明の実施により、ク
ラックの発生を抑制し、半導体レーザの素子歩留まりを
飛躍的に向上することができ、更に結晶欠陥の発生を抑
制してレーザ素子の信頼性を向上することができる。こ
れに加えて、活性層下部層構造への放射光を十分に抑制
して、遠視野像のスパイクを抑制することができる。そ
の為、光ディスク用レーザとして用いた場合にディスク
トラック制御のエラー発生がなく、このような用途に適
した放射パターンが得られる。また、クラック発生を抑
制してクラッド層の屈折率を小さく、或いは層厚を大き
くできるため、活性層への光閉込を増大させて半導体レ
ーザの発振閾値を低減することができる。更に、ｐ型ク
ラッド層のバンドギャップをｎ型クラッド層に比べて小
さく設定することにより、半導体レーザの素子抵抗を低
減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図1】Al_xGa_1-xNクラッド層と下部Al_yGa_1-yN層とのAl
組成比差（ｘ−y）と、クラッド層での歪量εの関係を
示す図である。

【図2】本発明の実施例１の半導体レーザ層構造におけ
る、屈折率の層厚方向での分布を示す図である。

【図3】本発明の実施例１の半導体レーザ内部の層厚方
向の電界強度分布（近視野像）を示す図である。

【図4】本発明の実施例１の半導体レーザの遠方でのレ
ーザ光放射パターン（遠視野像）を示す図である。

【図5】本発明の実施例１のIII-V窒化物半導体レーザの
概略断面図である。

【図6】本発明の実施例２のIII-V窒化物半導体レーザの
概略断面図である。

【図7】本発明の実施例２の半導体レーザの遠方でのレ
ーザ光放射パターン（遠視野像）を示す図である。

【図8】本発明の実施例３のIII-V窒化物半導体レーザの
概略断面図である。

【図9】本発明の実施例３の半導体レーザの遠方でのレ
ーザ光放射パターン（遠視野像）を示す図である。

【図10】本発明の実施例４のIII-V窒化物半導体レーザ
の概略断面図である。

【図11】本発明の実施例４の半導体レーザの遠方でのレ
ーザ光放射パターン（遠視野像）を示す図である。

【図12】本発明の実施例５のIII-V窒化物半導体レーザ
の概略断面図である。

【図13】本発明の実施例５の半導体レーザの遠方でのレ
ーザ光放射パターン（遠視野像）を示す図である。

【図14】本発明の実施例６のIII-V窒化物半導体レーザ
の概略断面図である。

【図15】本発明の実施例６の半導体レーザの遠方でのレ
ーザ光放射パターン（遠視野像）を示す図である。

【図16】本発明の実施例７のIII-V窒化物半導体レーザ
の概略断面図である。

【図17】本発明の実施例７の半導体レーザの遠方でのレ
ーザ光放射パターン（遠視野像）を示す図である。

【図18】本発明の実施例８のIII-V窒化物半導体レーザ
の概略断面図である。

【図19】本発明の実施例８の半導体レーザの遠方でのレ
ーザ光放射パターン（遠視野像）を示す図である。

【図20】従来例１の構造によるIII-V窒化物半導体レー
ザの概略断面図である。

【図21】従来例２の構造によるIII-V窒化物半導体レー
ザの概略断面図である。

【図22】GaＮ基板上に形成されたAlGaＮ層のAl組成比と
AlGaN層の面内歪量の関係を示す図である。

【図23】従来例１に相当する半導体レーザ層構造におけ
る、屈折率の層厚方向での分布を示す図である。

【図24】AlｘGa1-ｘNのAl組成比ｘと、波長400nmにおけ
る屈折率の関係を示す図である。

【図25】従来例１に相当する半導体レーザ内部の層厚方
向の電界強度分布（近視野像）を示す図である。

【図26】従来例１に相当する半導体レーザの遠方でのレ
ーザ光放射パターン（遠視野像）を示す図である。

【図27】スパイク状パターンのピーク強度の定義を説明
するための図である。

【符号の説明】

１，８１，１０１，１４２ （０００１）面ｎ型Ａｌ
_0.07Ｇａ_0.93Ｎ層 ２，８２，１０２，１２２、１４４ ｎ型Ａｌ_0.07Ｇａ
_0.93Ｎクラッド層 ３，２３，４３，６３，８３，１０３，１２３、１４
５，１６３，２０５，２２７ ｎ型GaＮ光ガイド層 ４，２４，４４，６４，８４，１０４，１２４，１４
６，１６４，２０６，２２８ 多重量子井戸構造活性層 ５，２５，４５，６５，８５，１０５，１２５，１４
７，１６５，２０７，２２９ ｐ型Ａｌ_0.2Ga_0.8Ｎキャ
ップ層 ６，２６，４６，６６，８６，１０６，１２６，１４
８，１６６，２０８，２３０ ｐ型GaＮ光ガイド層 ７，６７，１０７，１２７，１４９ ｐ型Ａｌ_0.07Ｇ
ａ_0.93Ｎクラッド層 ８，２８，４８，６８，８８，１０８，１２８，１５
０，１６８，２１０，２３２ ｐ型GaＮコンタクト層 ９，２９，４９，６９，８９，１０９，１２９，１５
１，１６９，２１１，２３３ ニッケルおよび金からな
るｐ電極 １０，３０，５０，７０，９０，１１０，１３０，１５
２，１７０，２１２，２３４ チタンおよびアルミニウ
ムからなるｎ電極 １１，３１，５１，７１，９１，１１１，１３１，１５
３，１７１，２１３，２３５ リッジ １２，３２，５２，７２，９２，１１２，１３２，１５
４，１７２，２１４，２３６ ＳｉＯ₂膜 ２１ （０００１）面ｎ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ層 ２２ ｎ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッド層 ２７ ｐ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッド層 ４１ （０００１）面ｎ型Ａｌ_0.2Ga_0.8Ｎ層 ４２ ｎ型Ａｌ_0.2Ga_0.8Ｎクラッド層 ４７ ｐ型Ａｌ_0.2Ga_0.8Ｎクラッド層 ６１，１６１ （０００１）面ｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ層 ６２，１６２ ｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層 １０１ （０００１）面ｎ型Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ層 １２１ （０００１）面ｎ型Ａｌ_0.03Ｇａ_0.97Ｎ層 １４１ ｎ型GaＮコンタクト層 １４３ ｎ型GaＮ層 １６７ ｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラッド層 ２０１ GaＮ基板 ２０２，２２４ ｎ型GaＮコンタクト層 ２０３，２２５ ｎ型Ｉｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎクラック防止層 ２０４，２２６ ｎ型Ｉｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ／GaＮ超格子ク
ラッド層 ２０９，２３１ ｐ型Ａｌ_0.14Ｇａ_0.86Ｎ／GaＮ超格子
クラッド層 ２１５，２３７ 段差 ２２０ （０００１）面サファイア基板 ２２１ GaＮ層 ２２２ ＳｉＯ₂マスク ２２３ GaＮ層

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Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の隣接クラッド層、活性層領域およ
   び第２の隣接クラッド層がこの順で積層した構造を有
   し、前記活性層領域はIII-V族窒化物系材料により構成
   されたIII-V族窒化物半導体レーザであって、第１の隣
   接クラッド層の層厚をｄ₁μｍ、第２の隣接クラッド層
   の層厚をｄ₂μｍ、第１の隣接クラッド層の層面内歪量
   をε₁、第２の隣接クラッド層の層面内歪量をε₂とした
   ときに、 −0.0048μｍ≦ε₁・ｄ₁＋ε₂・ｄ₂≦0.0048μｍ を満たすことを特徴とするIII-V族窒化物半導体レー
   ザ。
2. 【請求項２】 −0.0024μｍ≦ε₁・ｄ₁＋ε₂・ｄ₂≦0.
   0024μｍ を満たすことを特徴とする請求項１に記載のIII-V族窒
   化物半導体レーザ。
3. 【請求項３】 第１の隣接クラッド層、活性層領域およ
   び第２の隣接クラッド層がこの順で積層した構造を有
   し、前記活性層領域はIII-V族窒化物系材料により構成
   されたIII-V族窒化物半導体レーザであって、第１のク
   ラッド層における格子定数不整合に起因する面内歪量の
   絶対値が0.15％以下であることを特徴とするIII-V族窒
   化物半導体レーザ。
4. 【請求項４】 第２の隣接クラッド層における格子定数
   不整合に起因する面内歪量の絶対値が0.15％以下である
   ことを特徴とする請求項３に記載のIII-V族窒化物半導
   体レーザ。
5. 【請求項５】 第１の隣接クラッド層は、前記活性層領
   域側と反対側の面において、Alを含むIII-V族窒化物系
   材料により構成された外殻層と接していることを特徴と
   する請求項１乃至４いずれかに記載のIII-V族窒化物半
   導体レーザ。
6. 【請求項６】 前記外殻層はAl、Ga、Ｎを主要な構成元
   素としたIII−Ｖ族窒化物系材料からなることを特徴と
   する請求項５に記載のIII-V族窒化物半導体レーザ。
7. 【請求項７】 外殻層、第１の隣接クラッド層、活性層
   領域および第２の隣接クラッド層がこの順で積層した構
   造を有し、前記活性層領域はIII-V族窒化物系材料によ
   り構成され、前記外殻層および前記第1、第2の隣接クラ
   ッド層はAl,Ga,Nを主要構成元素とするIII-V族窒化物系
   材料により構成されたIII-V族窒化物半導体レーザであ
   って、第１の隣接クラッド層の層厚をｄ₁μｍ、第２の
   隣接クラッド層の層厚をｄ₂μｍとし、第１の隣接クラ
   ッド層、第２の隣接クラッド層および前記外殻層の各層
   内平均Al組成比を、それぞれ、ｘ₁、ｘ₂、ｙとしたとき
   に、 −0.2μｍ≦（ｘ₁−ｙ）・ｄ₁＋（ｘ₂−ｙ）・ｄ₂≦0.2
   μｍ を満たすことを特徴とするIII-V族窒化物半導体レー
   ザ。
8. 【請求項８】 −0.1μｍ≦（ｘ₁−ｙ）・ｄ₁＋（ｘ₂−
   ｙ）・ｄ₂≦0.1μｍ を満たすことを特徴とする請求項７に記載のIII-V族窒
   化物半導体レーザ。
9. 【請求項９】 レーザ発振光のしみだし光が、前記外殻
   層において、前記活性層領域における発光強度のピーク
   値の１０^-6倍以下に減衰していることを特徴とする請求
   項５乃至８いずれかに記載のIII-V族窒化物半導体レー
   ザ。
10. 【請求項１０】 前記外殻層は、１０μｍ以上の厚みを
    有するAlGaＮ基板であることを特徴とする請求項９に記
    載のIII-V族窒化物半導体レーザ。
11. 【請求項１１】 レーザ発振光に対する前記外殻層の層
    内平均屈折率が、レーザ導波モードの等価屈折率よりも
    小さいことを特徴とする請求項５乃至１０いずれかに記
    載のIII-V族窒化物半導体レーザ。
12. 【請求項１２】 前記外殻層と前記第１のクラッド層と
    の間に、GaＮ層をさらに有することを特徴とする請求項
    ５乃至１１いずれかに記載のIII-V族窒化物半導体レー
    ザ。
13. 【請求項１３】 第１の隣接クラッド層の層厚が１μｍ
    以上であることを特徴とする請求項１乃至１２いずれか
    に記載のIII-V族窒化物半導体レーザ。
14. 【請求項１４】 第１の隣接クラッド層の層内平均Al組
    成比が０．０５以上であることを特徴とする請求項１乃
    至１３いずれかに記載のIII-V族窒化物半導体レーザ。
15. 【請求項１５】 前記外殻層のAl組成比が、前記第２の
    隣接クラッド層のAl組成比よりも大きいことを特徴とす
    る請求項１乃至１４いずれかに記載のIII-V族窒化物半
    導体レーザ。
16. 【請求項１６】 前記外殻層のAl組成比が、前記第１の
    隣接クラッド層のAl組成比よりも大きいことを特徴とす
    る請求項１５に記載のIII-V族窒化物半導体レーザ。
17. 【請求項１７】 前記活性層領域が、Inを含む発光層と
    光ガイド層とを有してなることを特徴とする請求項１乃
    至１６いずれかに記載のIII-V族窒化物半導体レーザ。
18. 【請求項１８】 レーザ発振光のレーザ層構造層厚方向
    の遠視野像において、スパイク状パターンのピーク強度
    が、前記遠視野像の最大ピーク強度の０．１倍以下であ
    ることを特徴とする請求項１乃至１７いずれかに記載の
    III-V族窒化物半導体レーザ。
19. 【請求項１９】 前記第１および第２の隣接クラッド層
    のうち一方がｐ型クラッド層であり他方がｎ型クラッド
    層であって、前記ｐ型クラッド層は、前記ｎ型クラッド
    層よりも低いAl組成比を有することを特徴とする請求項
    １乃至１８いずれかに記載のIII-V族窒化物半導体レー
    ザ。
20. 【請求項２０】 第１の隣接クラッド層がｎ型クラッド
    層であり第２のクラッド層がｐ型クラッド層であること
    を特徴とする請求項１９に記載のIII-V族窒化物半導体
    レーザ。