JP2001085796A - 半導体レーザ素子および光学式情報再生装置 - Google Patents

半導体レーザ素子および光学式情報再生装置

Info

Publication number
JP2001085796A
JP2001085796A JP2000205787A JP2000205787A JP2001085796A JP 2001085796 A JP2001085796 A JP 2001085796A JP 2000205787 A JP2000205787 A JP 2000205787A JP 2000205787 A JP2000205787 A JP 2000205787A JP 2001085796 A JP2001085796 A JP 2001085796A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
composition
guide layer
semiconductor laser
thickness
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2000205787A
Other languages
English (en)
Other versions
JP4433356B2 (ja
Inventor
Shigetoshi Ito
茂稔 伊藤
Yukio Yamazaki
幸生 山崎
Mototaka Tanetani
元隆 種谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sharp Corp filed Critical Sharp Corp
Priority to JP2000205787A priority Critical patent/JP4433356B2/ja
Priority to US09/611,424 priority patent/US6493367B1/en
Publication of JP2001085796A publication Critical patent/JP2001085796A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4433356B2 publication Critical patent/JP4433356B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/34333—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer based on Ga(In)N or Ga(In)P, e.g. blue laser
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B7/00—Recording or reproducing by optical means, e.g. recording using a thermal beam of optical radiation by modifying optical properties or the physical structure, reproducing using an optical beam at lower power by sensing optical properties; Record carriers therefor
    • G11B7/12—Heads, e.g. forming of the optical beam spot or modulation of the optical beam
    • G11B7/125—Optical beam sources therefor, e.g. laser control circuitry specially adapted for optical storage devices; Modulators, e.g. means for controlling the size or intensity of optical spots or optical traces
    • G11B7/127—Lasers; Multiple laser arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S2301/00—Functional characteristics
    • H01S2301/18—Semiconductor lasers with special structural design for influencing the near- or far-field
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/005—Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/2004—Confining in the direction perpendicular to the layer structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/3211—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures characterised by special cladding layers, e.g. details on band-discontinuities
    • H01S5/3219—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures characterised by special cladding layers, e.g. details on band-discontinuities explicitly Al-free cladding layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/3434—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer comprising at least both As and P as V-compounds

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Optical Head (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 リップルを抑制したレーザを歩留まりよく生
成する。 【解決手段】 ＧａＮ層と、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（０．０
５≦ｘ１≦０．２）下部クラッド層と、Ｉｎy1Ｇａ1-y1
Ｎ（０＜ｙ１＜１）下部ガイド層（膜厚ｄ１［μｍ］）
と、 Ａｌa1Ｉｎb1Ｇａ1-a1-b1Ｎ1-e1-f1Ｐe1Ａｓ
f1（０≦ａ１、０≦ｂ１、ａ１＋ｂ１≦１、０≦ｅ１、
０≦ｆ１、ｅ１＋ｆ１＜０．５）井戸層とＡｌ a2Ｉｎb2
Ｇａ1-a2-b2Ｎ1-e2-f2Ｐe2Ａｓf2（０≦ａ２、０≦ｂ
２、ａ２＋ｂ２≦１、０≦ｅ２、０≦ｆ２、ｅ２＋ｆ２
＜０．５）障壁層との交互多層構造からなる活性層（膜
厚Ｗａ［μｍ］）と、Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ（０＜ｙ２＜
１）上部ガイド層（膜厚ｄ２［μｍ］）と、Ａｌx2Ｇａ
1-x2Ｎ（０．０５≦ｘ２≦０．２）上部クラッド層と、
をこの順に備えた半導体レーザ素子は、積層面に垂直方
向のファーフィールドパターンにおけるリップルが抑制
されるように、下部ガイド層および上部ガイド層の膜厚
と組成を設定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化ガリウム系半
導体を用いた半導体レーザ素子およびそれを用いた光学
式情報再生装置に関し、特に、ＦＦＰ（Ｆａｒ Ｆｉｅ
ｌｄ Ｐａｔｔｅｒｎ）が良好な半導体レーザ装置に関
連する。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮおよびそれらの
混晶半導体に代表される窒化物系半導体材料により、青
色から紫外領域で発光する半導体レーザ素子が試作され
ている。図１６は、ジャパニーズ＝ジャーナル＝オブ＝
アプライド＝フィジックス３８号Ｌ１８４〜Ｌ１８６ペ
ージ（Ｍａｓａｒｕ ＫＵＲＡＭＯＴＯ ｅｔ ａ
ｌ．：Ｊｐｎ． Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． ｖｏ
ｌ． ３８（１９９９）ｐｐ． Ｌ１８４−Ｌ１８６）
で報告された、波長４０５ｎｍで発振する窒化物半導体
レーザ素子１６００を示す図である。半導体レーザ素子
１６００は、ｎ−ＧａＮ１６０１層（膜厚１００μｍ）
上に、ｎ−Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎ下部クラッド層１６０２
（膜厚１μｍ）、ｎ−ＧａＮ下部ガイド層１６０３（膜
厚０．１μｍ）、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ（膜厚３ｎｍ）／Ｉ
ｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ（膜厚５ｎｍ）−３重量子井戸活性層
１６０４、ｐ−Ａｌ0.19Ｇａ0.81Ｎキャップ層１６０５
（膜厚２０ｎｍ）、ｐ−ＧａＮ上部ガイド層１６０６
（膜厚０．１μｍ）、ｐ−Ａｌ0. 07Ｇａ0.93Ｎ上部クラ
ッド層１６０７（膜厚０．５μｍ）、ｐ−ＧａＮコンタ
クト層１６０８（膜厚０．０５μｍ）が順次積層形成さ
れており、また、これらの上下にはそれぞれ電極１６０
９、１６１０が形成されている。レーザ素子１６００で
は、活性層１６０４およびガイド層１６０３、１６０６
がクラッド層１６０２、１６０７に挟まれた導波構造を
有しており、活性層で発光した光は、この導波構造内に
閉じ込められて、レーザ発振動作を生じる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の半導体レーザ素子１６００では、以下に示すような
問題が生じる。本発明者らにより上記構造の半導体レー
ザ素子１６００を作製したところ、図１７に示すような
ＦＦＰ（ファーフィールドパターン）が得られた。図１
７の横軸は角度であり、活性層１６０４に垂直でその長
手方向に平行な面内におけるビームの角度を示し、図１
７の縦軸は、ビーム強度の相対値を示す。なお、本明細
書中では、半導体レーザ積層構造に垂直な方向のＦＦＰ
を問題にしており、これを、単にＦＦＰと記載してい
る。本明細書において、ＦＦＰとは、レーザ光の開口部
から離れた場所で求めた光ビーム強度の角度分布のこと
である。図１７のグラフにおいて、ＦＦＰ１７０１、１
７０２は、上記構造の半導体レーザ素子１６００の結果
であり、＋２０°付近にサブピークが生じているほか、
多数のリップルが見られる。図１７に示されるようにリ
ップルは、素子によってはＦＦＰ１７０１のように極め
て抑制されているものもあるが、ＦＦＰ１７０２のよう
に、顕著なものも見られる。また、ＦＦＰ１７０３は、
上記半導体レーザ素子１６００の構造において、ｎ−Ａ
ｌ0.07Ｇａ0.93Ｎ下部クラッド層１６０２の膜厚を上記
１μｍから０．７μｍへと小さくした場合のＦＦＰであ
り、±２０°付近のサブピークが非常に大きくなってい
る。
【０００４】図１７にＦＦＰとして図示しないが、基板
として用いられているＧａＮ層１６０１の結晶品質を低
下させたり、不純物量を大きくしたりすると２０°付近
のサブピーク等のリップルは減少することが本発明者ら
の研究により判明した。逆に、寿命特性の良好な半導体
レーザ素子を得るために、結晶欠陥の少ない高品質の結
晶をＧａＮ層１６０１に用いたり、ＧａＮ層１６０１の
不純物濃度を減少させると、±２０°付近のリップルが
増大する。図１７におけるＦＦＰ１７０１とＦＦＰ１７
０２のリップルの違いは、これらの状況が素子により微
妙に異なるために生じているものと考えられる。また、
さらに、一般に、下部ＡｌＧａＮクラッド層１６０２の
下にあるＧａＮ層１６０１の膜厚が大きいほど、リップ
ルは顕著になることも実験的に判明した。よって、通常
基板の厚さは５０μｍ以上と大きいため、基板にＧａＮ
を使用した場合には、サファイアを基板として使用した
場合にくらべて、このようなリップルを抑制することが
極めて困難である。
【０００５】このように、従来の技術によれば、ＦＦＰ
にリップルが生じてしまい、最悪の場合、ＦＦＰ強度は
単峰のパターンが得られないことがある。これは、上述
のように、（１）下部クラッド層１６０２の層厚を厚く
する、（２）ＧａＮ層１６０１の結晶品質を低下させ
る、（３）ＧａＮ層１６０１の不純物量を増大させる、
のいずれかにより抑制される。しかし、上記（１）とし
てＧａＮ層１６０１上にＡｌＧａＮ下部クラッド層１６
０２を厚く形成すると、クラックが発生するおそれがあ
る。また、上記（２）としてＧａＮ層１６０１の結晶品
質を低下させる、あるいは上記（３）として不純物量を
増大させると、形成される半導体レーザ素子１６００の
寿命特性が悪化するおそれがある。したがって、上記
（１）〜（３）の手法には限界があり、歩留まりよく、
十分に抑制することが困難であった。
【０００６】ＦＦＰにリップルが生じると、光ピックア
ップ等への応用時に、集光が不十分になったり、迷光の
発生の原因になるので、好ましくない。本発明は、上記
問題を解消し、光ピックアップ等へ応用して最適な窒化
物半導体レーザ素子を提供し、また、集光特性の優れた
光学式情報再生装置を実現することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ素
子は、ＧａＮ層と、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（０．０５≦ｘ１
≦０．２）下部クラッド層と、Ｉｎy1Ｇａ1-y1Ｎ（０＜
ｙ１＜１）下部ガイド層（膜厚ｄ１［μｍ］）と、 Ａ
ｌa1Ｉｎb1Ｇａ1-a1-b1Ｎ1-e1-f1Ｐe1Ａｓf1（０≦ａ
１、０≦ｂ１、ａ１＋ｂ１≦１、０≦ｅ１、０≦ｆ１、
ｅ１＋ｆ１＜０．５）井戸層とＡｌa2Ｉｎb2Ｇａ
1-a2-b2Ｎ1-e2-f2Ｐe2Ａｓf2（０≦ａ２、０≦ｂ２、ａ
２＋ｂ２≦１、０≦ｅ２、０≦ｆ２、ｅ２＋ｆ２＜０．
５）障壁層との交互多層構造からなる活性層（膜厚Ｗａ
［μｍ］）と、Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ（０＜ｙ２＜１）上部
ガイド層（膜厚ｄ２［μｍ］）と、Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ
（０．０５≦ｘ２≦０．２）上部クラッド層と、をこの
順に備えた半導体レーザ素子であって、積層面に垂直方
向のファーフィールドパターンにおけるリップルが抑制
されるように、該下部ガイド層および該上部ガイド層の
膜厚と組成を設定してなることを特徴とする。
【０００８】また、本発明の半導体レーザ素子は、Ｇａ
Ｎ層と、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（０．０５≦ｘ１≦０．２）
下部クラッド層と、Ｉｎy1Ｇａ1-y1Ｎ（０＜ｙ１＜１）
下部ガイド層（膜厚ｄ１［μｍ］）と、 Ａｌa1Ｉｎb1
Ｇａ1-a1-b1Ｎ1-e1-f1Ｐe1Ａｓf1（０≦ａ１、０≦ｂ
１、ａ１＋ｂ１≦１、０≦ｅ１、０≦ｆ１、ｅ１＋ｆ１
＜０．５）井戸層とＡｌa2Ｉｎb2Ｇａ1-a2-b2Ｎ1-e2-f2
Ｐe2Ａｓf2（０≦ａ２、０≦ｂ２、ａ２＋ｂ２≦１、０
≦ｅ２、０≦ｆ２、ｅ２＋ｆ２＜０．５）障壁層との交
互多層構造からなる活性層（膜厚Ｗａ［μｍ］）と、Ｉ
ｎy2Ｇａ1-y2Ｎ（０＜ｙ２＜１）上部ガイド層（膜厚ｄ
２［μｍ］）と、Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ（０．０５≦ｘ２≦
０．２）上部クラッド層と、をこの順に備えた半導体レ
ーザ素子であって、該半導体レーザ素子の発振光の導波
モード等価屈折率ｎeqと、該ＧａＮ層の屈折率ｎGaNと
の間に、ｎeq≧ｎGaNの関係が成立するように、該下部
ガイド層および該上部ガイド層の膜厚と組成を設定して
なることを特徴とする。
【０００９】以上の構成により、従来の技術の半導体レ
ーザ素子の課題が解決される。
【００１０】さらに、本発明の半導体レーザ素子は、Ｇ
ａＮ層と、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（０．０５≦ｘ１≦０．
２）下部クラッド層と、Ｉｎy1Ｇａ1-y1Ｎ（０＜ｙ１＜
１）下部ガイド層（膜厚ｄ１［μｍ］）と、 Ａｌa1Ｉ
ｎb1Ｇａ1-a1-b1Ｎ1-e1-f1Ｐe1Ａｓf1（０≦ａ１、０≦
ｂ１、ａ１＋ｂ１≦１、０≦ｅ１、０≦ｆ１、ｅ１＋ｆ
１＜０．５）井戸層とＡｌa2Ｉｎb2Ｇａ1-a2-b2Ｎ
1-e2-f2Ｐe2Ａｓf2（０≦ａ２、０≦ｂ２、ａ２＋ｂ２
≦１、０≦ｅ２、０≦ｆ２、ｅ２＋ｆ２＜０．５）障壁
層との交互多層構造からなる活性層（膜厚Ｗａ［μ
ｍ］）と、Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ（０＜ｙ２＜１）上部ガイ
ド層（膜厚ｄ２［μｍ］）と、Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ（０．
０５≦ｘ２≦０．２）上部クラッド層と、をこの順に備
えた半導体レーザ素子であって、該下部ガイド層および
該上部ガイド層の膜厚と組成を、０．０６≦ｄ１＋ｄ２
≦０．１かつ０．０６≦ｙ１、０．０６≦ｙ２、もしく
は、０．１＜ｄ１＋ｄ２≦０．１５かつ０．０４≦ｙ
１、０．０４≦ｙ２、もしくは、０．１５＜ｄ１＋ｄ２
≦０．２かつ０．０３≦ｙ１、０．０３≦ｙ２、もしく
は、０．２＜ｄ１＋ｄ２≦０．３かつ０．０１５≦ｙ
１、０．０１５≦ｙ２、もしくは、０．３＜ｄ１＋ｄ２
かつ０．０１≦ｙ１、０．０１≦ｙ２、のいずれかの範
囲に設定してなることを特徴とする。
【００１１】さらに、本発明の半導体レーザ素子は、Ｇ
ａＮ層と、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（０．０５≦ｘ１≦０．
２）下部クラッド層と、Ｉｎy1Ｇａ1-y1Ｎ（０＜ｙ１＜
１）下部ガイド層（膜厚ｄ１［μｍ］）と、Ａｌa1Ｉｎ
b1Ｇａ1-a1-b1Ｎ1-e1-f1Ｐe1Ａｓf1（０≦ａ１、０≦ｂ
１、ａ１＋ｂ１≦１、０≦ｅ１、０≦ｆ１、ｅ１＋ｆ１
＜０．５）井戸層とＡｌa2Ｉｎb2Ｇａ1-a2-b2Ｎ1-e2-f2
Ｐe2Ａｓf2（０≦ａ２、０≦ｂ２、ａ２＋ｂ２≦１、０
≦ｅ２、０≦ｆ２、ｅ２＋ｆ２＜０．５）障壁層との交
互多層構造からなる活性層（膜厚Ｗａ［μｍ］）と、Ｉ
ｎy2Ｇａ1-y2Ｎ（０＜ｙ２＜１）上部ガイド層（膜厚ｄ
２［μｍ］）と、Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ（０．０５≦ｘ２≦
０．２）上部クラッド層と、をこの順に備えた半導体レ
ーザ素子であって、該下部ガイド層および該上部ガイド
層の膜厚と組成を、ｙ≧０．００３／ｄ−０．００３＋
（０．００７−０．２２×Ｗａ）＋（−０．０１０＋
０．１０×ｘ）［ただし、ｄ＝（ｄ１＋ｄ２）／２、ｙ
＝（ｙ１×ｄ１＋ｙ２×ｄ２）／（ｄ１＋ｄ２）、ｘ＝
（ｘ１＋ｘ２）／２］の範囲に設定してなることを特徴
とする。
【００１２】上記本発明の半導体レーザ素子において、
好ましくは、ｙ１≦ｂ１−０．０８、ｙ２≦ｂ１−０．
０８であり、さらに好ましくは、ｙ１≦ｂ１−０．１、
ｙ２≦ｂ１−０．１の範囲に限定される。
【００１３】また、上記本発明の半導体レーザ素子にお
いて、好ましくは、ｙ１≧０．０１、ｙ２≧０．０１、
ｙ≦０．１６−０．６×ｄであり、さらに好ましくは、
ｙ１≧０．０１、ｙ２≧０．０１、ｙ≦０．１３−０．
６×ｄである．最も好ましい様態として、さらに、ｙ１
≧０．０２、ｙ２≧０．０２、ｄ≦０．１２の範囲に限
定される。
【００１４】なお、下部ガイド層とは、ＡｌＧａＮ下部
クラッド層と、活性層とに挟まれた、Ａｌを構成元素と
して含まない層のことであり、必ずしも一層の構成であ
る必要はない。２、３、４、５層等の複数の組成の異な
るＩｎＧａＮ薄膜あるいはＧａＮ薄膜の積層構造やさら
に多数の薄膜からなる超格子積層構造であってもよく、
この場合、各薄膜の膜厚で加重平均した組成を下部ガイ
ド層のＩｎ組成ｙ１とする。また、上部ガイド層とは、
ＡｌＧａＮ上部クラッド層と、活性層とに挟まれた、Ａ
ｌを構成元素として含まない層のことであり、必ずしも
一層の構成である必要はない。２、３、４、５層等の複
数の組成の異なるＩｎＧａＮ薄膜あるいはＧａＮ薄膜の
積層構造やさらに多数の薄膜からなる超格子積層構造で
あってもよく、この場合、各薄膜の膜厚で加重平均した
組成を上部ガイド層のＩｎ組成ｙ２とする。
【００１５】本発明の光学式情報再生装置は、情報記録
面を有する光ディスクに照射されたレーザ光の反射光を
光電変換することにより、該光ディスクに記録された記
録情報を再生する光学式情報再生装置であって、前述の
いずれかの本発明の半導体レーザ素子を光源として用い
ることを特徴とし、これにより、従来の技術の問題点が
解決される。
【００１６】さらに、本発明の半導体レーザ素子はＧａ
Ｎ層と、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（０．０５≦ｘ１≦０．２）
下部クラッド層と、Ｉｎy1Ｇａ1-y1Ｎ（０＜ｙ１＜１）
下部ガイド層と、Ａｌa1Ｉｎb1Ｇａ1-a1-b1Ｎ1-e1-f1Ｐ
e1Ａｓf1（０≦ａ１、０≦ｂ１、ａ１＋ｂ１≦１、０≦
ｅ１、０≦ｆ１、ｅ１＋ｆ１＜０．５）井戸層とＡｌ a2
Ｉｎb2Ｇａ1-a2-b2Ｎ1-e2-f2Ｐe2Ａｓf2（０≦ａ２、０
≦ｂ２、ａ２＋ｂ２≦１、０≦ｅ２、０≦ｆ２、ｅ２＋
ｆ２＜０．５）障壁層との交互多層構造からなる活性層
と、Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ（０＜ｙ２＜１）上部ガイド層
と、Ａｌx2Ｇａ1- x2Ｎ（０．０５≦ｘ２≦０．２）上部
クラッド層と、を備えた半導体レーザ素子であって、該
下部ガイド層の膜厚ｄ１μｍ、該下部ガイド層のＩｎ組
成ｙ１、該上部ガイド層の膜厚ｄ２μｍ、および、該上
部ガイド層のＩｎ組成ｙ２が０．０６≦ｄ１＋ｄ２、
０．０１≦ｙ１、０．０１≦ｙ２の関係を満たす。
【００１７】前記下部ガイド層の膜厚ｄ１μｍおよび該
下部ガイド層のＩｎ組成ｙ１が、ｙ１≧０．００３／ｄ
１−０．００３の関係を満たしてもよい。
【００１８】前記下部ガイド層の膜厚ｄ１μｍおよび該
下部ガイド層のＩｎ組成ｙ１が、ｙ１≧０．００３／ｄ
１＋０．００２の関係を満たしてもよい。
【００１９】前記上部ガイド層の膜厚ｄ２μｍおよ該上
部ガイド層のＩｎ組成ｙ２が、ｙ２≧０．００３／ｄ２
−０．００３の関係を満たしてもよい。
【００２０】前記上部ガイド層の膜厚ｄ２μｍおよび該
上部ガイド層のＩｎ組成ｙ２が、ｙ２≧０．００３／ｄ
２＋０．００２の関係を満たしてもよい。
【００２１】前記下部ガイド層のＩｎ組成ｙ１、前記下
部ガイド層の厚さｄ１μｍ、前記上部ガイド層のＩｎ組
成ｙ２、前記上部ガイド層の厚さｄ２μｍおよび前記活
性層の厚さＷａμｍが、ｙ≧０．００３／ｄ−０．００
３＋（０．００７−０．２２×Ｗａ）、ここで、ｄ＝
（ｄ１＋ｄ２）／２、ｙ＝（ｙ１×ｄ１＋ｙ２×ｄ２）
／（ｄ１＋ｄ２）、の関係を満たしてもよい。
【００２２】前記下部ガイド層のＩｎ組成ｙ１、前記下
部ガイド層の厚さｄ１μｍ、前記上部ガイド層のＩｎ組
成ｙ２、前記上部ガイド層の厚さｄ２μｍおよび前記活
性層の厚さＷａμｍが、ｙ≧０．００３／ｄ＋０．００
２＋（０．００７−０．２２×Ｗａ）、ここで、ｄ＝
（ｄ１＋ｄ２）／２、ｙ＝（ｙ１×ｄ１＋ｙ２×ｄ２）
／（ｄ１＋ｄ２）、の関係を満たしてもよい。
【００２３】前記下部ガイド層のＩｎ組成ｙ１、前記下
部ガイド層の厚さｄ１、前記下部クラッド層のＡｌ組成
ｘ１、前記上部ガイド層のＩｎ組成ｙ２、前記上部ガイ
ド層の厚さｄ２および前記上部クラッド層のＡｌ組成ｘ
２が、ｙ≧０．００３／ｄ−０．００３＋（−０．０１
０＋０．１０×ｘ）、ここで、ｄ＝（ｄ１＋ｄ２）／
２、ｙ＝（ｙ１×ｄ１＋ｙ２×ｄ２）／（ｄ１＋ｄ
２）、ｘ＝（ｘ１＋ｘ２）／２、との関係を満たしても
よい。
【００２４】前記下部ガイド層のＩｎ組成ｙ１、前記下
部ガイド層の厚さｄ１、前記下部クラッド層のＡｌ組成
ｘ１、前記上部ガイド層のＩｎ組成ｙ２、前記上部ガイ
ド層の厚さｄ２および前記上部クラッド層のＡｌ組成ｘ
２が、ｙ≧０．００３／ｄ＋０．００２＋（−０．０１
０＋０．１０×ｘ）、ここで、ｄ＝（ｄ１＋ｄ２）／
２、ｙ＝（ｙ１×ｄ１＋ｙ２×ｄ２）／（ｄ１＋ｄ
２）、ｘ＝（ｘ１＋ｘ２）／２、との関係を満たしても
よい。
【００２５】本発明の光学式情報再生装置は上記に記載
の半導体レーザ素子と、光検出器とを備え、該半導体レ
ーザ素子から出射されたレーザ光を光ディスクに照射
し、該光ディスクからの反射光に基づいて、該光ディス
クに記録された情報を再生する。
【００２６】
【発明の実施の形態】始めに、本発明の原理について述
べる。
【００２７】ＴＥモードで発振する半導体レーザ素子に
おいて、角度ΘにおけるＦＦＰ強度は、導波モードの垂
直方向ｘの電界分布Ｅ［ｘ］の、係数を（２π／λ）ｓ
ｉｎΘ（λは発光波長）としたフーリエ変換であるか
ら、電界分布に、周期Λの振動成分が強くあれば、 （２π／Λ）＝（２π／λ）ｓｉｎΘ （１） を満たすΘの方向に、リップルが生じることになる。こ
の振動成分を持つ電界の分布が大きい、すなわち、電界
強度が強い、もしくは、広い範囲にわたって存在するほ
ど、リップルが顕著になることになる。
【００２８】図１６に示す従来の窒化物半導体レーザ素
子１６００の構造において、スラブ導波路における導波
理論からＧａＮ層の屈折率ｎGaNは２．５４０、導波モ
ードの等価屈折率ｎeqは、２．５１と見積もられ、よっ
て、ｎGaN＞ｎeqの関係があるから、ＧａＮ層中で電界
Ｅ［ｘ］は周期Λで振動している。数式で示すと、以下
のようになる。
【００２９】 Ｅ［ｘ］ 〜ｅｘｐ［±ｊ（２π／Λ）ｘ］ （２） Λ ＝ λ／（ｎGaN 2−ｎeq 2）0.5 （３） 〜１μｍ このΛにより生じるリップル角度は、上式（１）より約
２３°であり、図１７におけるサブピーク位置とほぼ一
致する。また、ＦＦＰ１７０３のように下部クラッド厚
層１６０２を薄くすると±２０°付近のサブピーク強度
が増大するのは、ＧａＮ層１６０１と活性層１６０４・
ガイド層１６０３、１６０６との距離が小さくなること
により、ＧａＮ層１６０１への電界の分布が大きくな
り、その結果、ＦＦＰが悪化するためと考えられる。さ
らに、本発明者らの実験により、基板としてサファイア
を使用し、ＧａＮ層１６０１の厚さを減らすと、平均的
にはＦＦＰが改善されることが判明した。これは、Ｇａ
Ｎ層１６０１への電界の分布が減少した結果を示してい
ると考えられる。また、さらに、ＧａＮ基板として用い
られるＧａＮ層１６０１の結晶品質を低下させたり、不
純物量を大きくしたりするとリップルが減少するとい
う、本発明者らの検討結果は、これらの変化によりＧａ
Ｎ層１６０１の光吸収が大きくなって、結果として、導
波モードのＧａＮ層における電界分布が小さくなり、Ｆ
ＦＰが改善されることを示しているものと考えられる。
以上の考察および検討事実から、特に±２０°付近に顕
著に生じることの多いリップルの原因を、下部クラッド
層１６０２の外側に存在するＧａＮ層１６０１における
電界の振動であると推測した。
【００３０】ＧａＮ層１６０１における電界の振動が原
因で生じるＦＦＰのリップルを根本的に生じなくさせる
ためには、上述の考察から、ＧａＮ層１６０１において
電界が振動成分を持たないようにすればよく、これは、
（２）式におけるｅｘｐ関数の引数を実数とすること、
すなわち、ｎGaN≦ｎeqとすればよい。この場合には，
ＧａＮ層１６０１における電界Ｅ［ｘ］がｘ方向に減衰
することになる。なお、ここでの議論では、ＧａＮ層お
よび実効屈折率の虚数成分は実数成分に比較して十分小
さいので、無視している。ｎeqの値をこのような条件を
満たすように変更できるかどうか、本発明者らが種々検
討した結果、ガイド層を特定の組成・膜厚のＩｎyＧａ
1-yＮ（０＜ｙ＜１）とすれば、達成できることを見い
出した。
【００３１】図１は、本発明の半導体レーザ素子１００
を示す模式図である。図１は、半導体レーザ素子１００
の導波路部分の共振器に沿った断面を示している。本半
導体レーザ素子１００は、ｎ−ＧａＮ基板１０１（膜厚
３０〜３００μｍ）上に、その上に順次、ｎ−ＧａＮ中
間層１０２（膜厚０〜３０μｍ）、ｎ−Ａｌx1Ｇａ1- x1
Ｎ（０．０５≦ｘ１≦０．２）下部クラッド層１０３
（膜厚０．５μｍ〜１０μｍ）、ｎ−Ｉｎy1Ｇａ1-y1Ｎ
（０＜ｙ１＜ｂ１）下部ガイド層１０４（膜厚ｄ１［μ
ｍ］）、Ｉｎb1Ｇａ1-b1Ｎ（０＜ｂ１＜１）井戸層とＩ
ｎb2Ｇａ1-b2Ｎ（０≦ｂ２＜ｂ１）障壁層との交互多層
構造からなる活性層１０５（発光波長３７０〜５００ｎ
ｍ、総膜厚５〜６０ｎｍ）、ＡｌＧａＮキャップ層１０
６（膜厚０〜２０ｎｍ）、ｐ−Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ（０＜
ｙ２＜ｂ１）上部ガイド層１０７（膜厚ｄ２［μ
ｍ］）、ｐ−Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ（０．０５≦ｘ２≦０．
２）上部クラッド層１０８（膜厚０．４μｍ〜１０μ
ｍ）、ｐ−ＧａＮコンタクト層１０９の各窒化物系半導
体層が形成されている。さらに、ｐ−ＧａＮコンタクト
層１０９の上面には、金属電極（例えば、Ｐｄ／Ａｕ、
Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ、Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ等）１１０が形成
されており、また、ｎ−ＧａＮ基板の裏面には金属電極
（例えば、Ｔｉ／Ａｌ、Ｚｒ／Ａｌ、Ｈｆ／Ａｌなど）
１１１が形成されている。ここでは、ｎ−ＧａＮ基板１
０１とｎ−ＧａＮ中間層１０２を併せて、ＧａＮ層と呼
ぶ。
【００３２】半導体レーザ素子１００において、下部ガ
イド層１０４および上部ガイド層１０７の組成および、
膜厚は、発振モードのｎeqが、ＧａＮ層の屈折率ｎGaN
との間に、ｎeq≧ｎGaNが成立するように設定されてい
る。
【００３３】等価屈折率ｎeqは、スラブ導波路における
通常の電界分布計算により求めることができる。例え
ば、ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス８４
号１１９６〜１２０３ページ（Ｍ．Ｊ．Ｂｅｒｇｍａｎ
ｎ ａｎｄ Ｈ．Ｃ． Ｃａｓｅｙ，Ｊｒ．：Ａｐｐ
ｌ． Ｐｈｙｓ． ｖｏｌ．８４（１９９８）ｐｐ．１
１９６−１２０３）を参照することができる。また、電
界分布計算におけるパラメータである、発振波長λ［ｎ
ｍ］における各材料の屈折率ｎeqは、以下のように、求
められる。発振波長λは３００〜８００ｎｍの範囲とす
ることができる。
【００３４】まず、各材料のパラメータＥｇ［ｅＶ］が
次式で与えられる。
【００３５】ＩｎsＧａ1-sＮ（０≦ｓ≦１）に対して
は、 Ｅｇ＝Ｅｇ１［ｓ］＝３．４２（１−ｓ）＋２．６５ｓ−３．９４ｓ（１−ｓ ） （４） ＡｌtＧａ1-tＮ（０≦ｔ≦１）に対しては、 Ｅｇ＝Ｅｇ２［ｔ］＝３．４２（１−ｔ）＋６．２ｔ−１．０５７ｔ（１−ｔ ） （５） ＩｎsＡｌtＧａ1-s-tＮ（０＜ｓ＜１、０＜ｔ＜１、０≦ｓ＋ｔ≦１）に対し ては、 Ｅｇ＝｛ｓ×Ｅｇ１［ｓ＋ｔ］＋ｔ×Ｅｇ２［ｓ＋ｔ］｝／（ｓ＋ｔ） （６ ） 上記（４）〜（６）により、屈折率ｎ（ｐ［λ］）は、 ｐ［λ］＝１／［１／λ−（Ｅｇ−３．４２）／１２３９．８５２］ とおくと、 ｐ［λ］＞３６０．７のとき、 ｎeq（ｐ［λ］）＝［４．３６６３８０１＋ｐ2／（ｐ2−２９５．９2）］0.5 （７） ｐ［λ］≦３６０．７のとき、 ｎeq（ｐ［λ］）＝ｃ０＋ｃ１×ｑ＋ｃ２×ｑ2＋ｃ３×ｑ3＋ｃ４×ｑ4 （ ８） ここで、 ｑ ＝ ｐ［λ］−３６０ ｃ０＝ ２．７１８ ｃ１＝ ９．９７６ｅ−３ ｃ２＝ ３．００５ｅ−４ ｃ３＝ ４．５８４ｅ−６ ｃ４＝ ２．５９６ｅ−８ である。本発明において、ｎeqはここに規定されたパラ
メータを用い、上述のスラブ導波路における電界分布計
算により計算されるものである。
【００３６】レーザ構造を構成する各層において、井戸
層よりもエネルギーギャップの小さい組成の半導体から
なる層と金属からなる層を除いて、吸収係数は小さいと
して、無視してよい。また、基板である層１０１は、通
常膜厚５０μｍ以上であり、ＬＤ導波路構造のコア部分
である下部ガイド層１０４から上部ガイド層１０７まで
の膜厚（通常０．４μｍ以下）と比較してかなり大きい
ので、基板の下面の導波モードに与える影響は小さいと
して、無視してよい。すなわち、基板である層１０１の
厚みを無限大として電界分布計算をすればよい。以上の
手順により、本実施の形態におけるＩｎＧａＮ下部ガイ
ド層１０４、ＩｎＧａＮ上部ガイド層１０７の膜厚・組
成がｎeq≧ｎGaNとなるように選定することができる。
【００３７】以上の手順により、結果として、およそ、
０．０６≦ｄ１＋ｄ２、０．０１≦ｙ１、０．０１≦ｙ
２の範囲内に上記条件を満たす場合が存在することがわ
かる。具体的には、０．０６≦ｄ１＋ｄ２≦０．１の場
合には、０．０６≦ｙ１、０．０６≦ｙ２、０．１＜ｄ
１＋ｄ２≦０．１５の場合には、０．０４≦ｙ１、０．
０４≦ｙ２、０．１５＜ｄ１＋ｄ２≦０．２の場合に
は、０．０３≦ｙ１、０．０３≦ｙ２、０．２＜ｄ１＋
ｄ２≦０．３の場合には、０．０１５≦ｙ１、０．０１
５≦ｙ２、０．３＜ｄ１＋ｄ２の場合には、０．０１≦
ｙ１、０．０１≦ｙ２である。
【００３８】ここで、下部ガイド層１０４とは、ＡｌＧ
ａＮ下部クラッド層１０３と、活性層１０５とに挟まれ
た、Ａｌを構成元素として含まない層を意味し、必ずし
も一層の構成である必要はない。２、３、４、５層等の
複数の組成の異なるＩｎＧａＮ薄膜あるいはＧａＮ薄膜
の積層構造、または、さらに多数の薄膜からなる超格子
積層構造であってもよく、この場合、各薄膜の膜厚で加
重平均した組成を下部ガイド層１０４のＩｎ組成ｙ１と
すればよい。また、上部ガイド層１０７とは、ＡｌＧａ
Ｎ上部クラッド層１０３と、活性層１０５との間に挟ま
れた、Ａｌを構成元素として含まない層を意味し、必ず
しも一層の構成である必要はない。２、３、４、５層等
の複数の組成の異なるＩｎＧａＮ薄膜あるいはＧａＮ薄
膜の積層構造、またはさらに多数の薄膜からなる超格子
積層構造であってもよく、この場合、各薄膜の膜厚で加
重平均した組成を上部ガイド層１０７のＩｎ組成ｙ２と
すればよい。
【００３９】本条件を満たす範囲で、半導体レーザ素子
１００を作製したところ、単峰で、かつ、図１７に現わ
れていたリップルが問題にならない程度（１０％以下）
まで抑制されたＦＦＰが常に得られ、良好な光学特性が
実現できた。
【００４０】〔実施の形態１〕本実施の形態は、図１に
概略図を示す半導体レーザ素子１００の各層の膜厚・組
成を以下のように形成した。ｎ−ＧａＮ基板１０１（膜
厚１００μｍ）、ｎ−ＧａＮ中間層１０２（膜厚３μ
ｍ）、ｎ−Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（ｘ１＝０．１）下部クラ
ッド層１０３（膜厚０．８μｍ）、ｎ−Ｉｎy1Ｇａ1-y1
Ｎ（ｙ１＝０．０３５）下部ガイド層１０４（膜厚０．
１μｍ）、Ｉｎb1Ｇａ1-b1Ｎ（ｂ１は約０．１７）井戸
層（膜厚２ｎｍ）、Ｉｎb2Ｇａ1-b2Ｎ（ｂ２＝０．０
５）障壁層（膜厚４ｎｍ）との交互多層構造（障壁層／
井戸層／・・・／井戸層／障壁層）からなる５重量子井
戸活性層１０５（発光波長４１０ｎｍ、総膜厚３４ｎ
ｍ）、ＡｌzＧａ1-zＮ（ｚ＝０．２）キャップ層１０６
（膜厚１８ｎｍ）、ｐ−Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ（ｙ２＝０．
０３５）上部ガイド層１０７（膜厚０．１μｍ）、ｐ−
Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ（ｘ２＝０．１）上部クラッド層１０
８（膜厚０．５μｍ）、ｐ−ＧａＮコンタクト層１０９
（膜厚０．１μｍ）。
【００４１】本実施の形態の半導体レーザ素子１００の
構成において、ＦＦＰを測定したところ、図２のように
単峰のプロファイルが得られ、リップルはほとんど見ら
れず（３％以下）、良好な放射特性が得られることが判
明した。なお、室温における発振閾値は６０ｍＡであ
り、８０℃においても連続発振動作が確認できた。
【００４２】比較例として、本実施の形態による半導体
レーザ素子１００のガイド層１０４、１０７のＩｎＧａ
Ｎの代わりに、従来の半導体レーザ素子１６００のよう
にＧａＮを用いた半導体レーザ素子を作製したところ、
そのレーザ素子は、図１７のＦＦＰ１７０２と同様の、
リップルのあるＦＦＰ特性を有した。このように、本実
施の形態によれば、光学特性の優れた半導体レーザ素子
を得ることができた。
【００４３】本実施の形態の半導体レーザ素子１００の
発振モードの等価屈折率を上記手法により見積もったと
ころ、ｎeq＝２．５４７であり、ＧａＮ層の屈折率ｎ
GaN＝２．５４０よりも大きかった。これにより、ｎ−
ＧａＮ基板１０１、ｎ−ＧａＮ中間層１０２、ｐ−Ｇａ
Ｎコンタクト層１０９等での電界の振動成分が無くな
り、よって、良好な放射特性が得られたものと考えられ
る。
【００４４】次に、本実施の形態の半導体レーザ素子１
００の構造から、Ｉｎy1Ｇａ1-y1Ｎ下部ガイド層１０４
およびＩｎy2Ｇａ1-y2Ｎ上部ガイド層１０７のＩｎ組成
ｙ１およびｙ２と、それらの膜厚ｄ１［μｍ］、ｄ２
［μｍ］を種々変更して、等価屈折率の値を計算した結
果を図３のグラフに示す。図３の黒丸は計算された点で
あり、曲線はそれらをなめらかに結ぶ。ここでは、説明
を簡略化する目的で、ガイド層１０４、１０７のＩｎ組
成および厚さをそれぞれ等しい、すなわちｙ１＝ｙ２，
ｄ１＝ｄ２となるように形成した。図３に示されるガイ
ド層厚は、各ガイド層１０４、１０７の厚さ（ｄ１＝ｄ
２）である。図３に示されるように、ガイド層のＩｎ組
成が０すなわち、ガイド層がＧａＮからなる場合には、
ガイド層厚を０．０２５〜０．１５μｍと変えても、等
価屈折率の値はＧａＮの屈折率２．５４０を超えない。
ガイド層のＩｎ組成を０から０．０９へと変化させる、
あるいは、ガイド層厚を増加させるほど、一般に等価屈
折率は増大し、ガイド層厚が０．１５μｍの場合には、
Ｉｎ組成は約０．０１６以上、ガイド層厚が０．１μｍ
の場合には、Ｉｎ組成は約０．０２８以上、ガイド層厚
が０．０５μｍの場合には、Ｉｎ組成は約０．０５７以
上で等価屈折率の値はＧａＮの屈折率２．５４０を超え
る。ガイド層厚が０．０２５μｍの場合、いずれのＩｎ
組成でも、等価屈折率の値がＧａＮの屈折率２．５４０
を超えない。上述のように、ここで、下部ガイド層１０
４とは、ＡｌＧａＮ下部クラッド層１０３と、活性層１
０５とに挟まれたＡｌを構成元素として含まない層を意
味し、必ずしも一層の構成である必要はない。２、３、
４、５層等の複数の組成の異なるＩｎＧａＮ薄膜あるい
はＧａＮ薄膜の積層構造やさらに多数の薄膜からなる超
格子積層構造であってもよく、この場合、各薄膜の膜厚
で加重平均した組成を下部ガイド層１０４のＩｎ組成ｙ
１とすればよい。このことは、実施の形態２ないし９に
おいても同じように適用される。また、上部ガイド層１
０７とは、ＡｌＧａＮ上部クラッド層１０８と、活性層
１０５とに挟まれた、Ａｌを構成元素として含まない層
のことであり、必ずしも一層の構成である必要はない。
２、３、４、５層等の複数の組成の異なるＩｎＧａＮ薄
膜あるいはＧａＮ薄膜の積層構造やさらに多数の薄膜か
らなる超格子積層構造であってもよく、この場合、各薄
膜の膜厚で加重平均した組成を上部ガイド層１０７のＩ
ｎ組成ｙ２とすればよい。このことは、実施の形態２な
いし９においても同じように適用される。
【００４５】ガイド層１０４、１０７の厚さおよびＩｎ
組成が等しい（すなわち、ｄ１＝ｄ２、ｙ１＝ｙ２）場
合に、等価屈折率ｎeqとＧａＮの屈折率ｎGaNとが等し
くなる、ガイド層厚とガイドＩｎ組成との値を黒丸で図
４に示し、曲線Ａは黒丸をなめらかに結ぶ。図４は、横
軸にガイド層厚、縦軸にガイド層Ｉｎ組成を示す。曲線
Ａは、ｙ１＝０．００３／ｄ１−０．００３で近似でき
る。曲線Ａ上の領域（曲線Ａを含む）、すなわち、近似
的にｙ１≧０．００３／ｄ１−０．００３を満たす範囲
で、等価屈折率ｎeqはＧａＮの屈折率ｎGaN以上（ｎeq
≧ｎGaN）になり、基板等のＧａＮ層１０１、１０２に
起因するリップルが無く、良好な光学特性を得ることが
できる。また、同様に、ｙ２≧０．００３／ｄ２−０．
００３を満たすことで、等価屈折率ｎeqはＧａＮの屈折
率ｎGaN以上（ｎeq≧ｎGaN）になり、良好な光学特性を
得ることができる。
【００４６】なお、図３および図４での計算結果は、簡
略化のために上下のＩｎＧａＮガイド層１０４、１０７
の厚さおよびＩｎ組成を対称、すなわち、ｄ１＝ｄ２、
ｙ１＝ｙ２とした。しかし、これは非対称であってもよ
く、この場合、上下ガイド層の平均厚さ、すなわち（ｄ
１＋ｄ２）／２＝ｄを、ガイド層厚と考えれば、図３お
よび図４の関係はそのままほぼ同じであり、また、上下
ガイド層の組成の加重平均、すなわち（ｙ１×ｄ１＋ｙ
２×ｄ２）／（ｄ１＋ｄ２）＝ｙをガイド層Ｉｎ組成と
して考えれば、図３および図４の関係はそのままほぼ同
じように適用可能である。ただし、実用的には非対称を
あまり大きくすると、活性層への光閉じ込めに悪影響を
及ぼすので、ある程度限定される。実用的には、ｙ１と
ｙ２との差は、−０．０５≦ｙ１−ｙ２≦０．０５を満
たすことが必要であり、特に好ましくは、−０．０３≦
ｙ１−ｙ２≦０．０３を満たす。また、ｄ１とｄ２との
比は、実用的には、０．３３≦ｄ１／ｄ２≦３を満たす
ことが必要であり、特に好ましくは、０．５６≦ｄ１／
ｄ２≦１．８を満たす。
【００４７】さらに、曲線Ａで示される条件を満たす種
々の構造の半導体レーザ素子を作製したところ、曲線Ａ
に近い条件、例えば、ｄ＝０．１［μｍ］かつ、ｙ＝
０．０３の場合や、ｄ＝０．０７［μｍ］かつ、ｙ＝
０．０４５の場合等には、必ずしも完全にＦＦＰのリッ
プルが防止されるわけではなく、同一ウェハー内でも、
ＦＦＰの０°付近（正面付近）に微妙なリップルが生じ
てしまう素子が現われることがある。これは、ＩｎＧａ
Ｎの結晶成長では、相分離すなわち、結晶中の微小な組
成揺らぎが生じてしまいやすく、そのような領域におい
て、曲線Ａで示される条件を逸脱してしまう場合があ
り、これが、悪影響を及ぼしているものと推察される。
実験的にこのような問題が生じない境界を求めたとこ
ろ、ｙ≧０．００３／ｄ＋０．００２を満たす範囲であ
れば良いことが判明した。この境界を図４に曲線Ａ’と
して示す。
【００４８】良好な光学特性を得るための、ガイド層１
０４、１０７の組成ｙ、膜厚ｄは、図４の曲線Ａを含む
右上の領域、好ましくは、曲線Ａ’を含む右上の領域に
限定されるが、次のような要請から、ガイド層１０４、
１０７の好ましい範囲はさらに制限される。まず、組成
に関して、井戸層にキャリアを良好に閉じ込める必要か
ら、ｙ１≦ｂ１−０．０８、ｙ２≦ｂ１−０．０８でな
ければならないことが、実験的に判明した。本実施形態
において、ｂ１が約０．１７である場合、Ｉｎ組成は約
０．０９より小さいことが好ましい。Ｉｎ組成が０．０
９である場合を図４に直線Ｂとして示す。直線Ｂより下
側の領域が所望の範囲である。この範囲を逸脱して、ガ
イド層のＩｎ組成が大きくなり、井戸層のＩｎ組成に近
づくと、キャリアの閉じ込めが十分でなくなり、発振動
作が見られなくなるか、閾値が非常に高くなってしまっ
た。さらに、好ましくは、ｙ１≦ｂ１−０．１、ｙ２≦
ｂ１−０．１を満たし（図４の直線Ｂ’より下側の領域
である）、これにより、高温でも閾値の上昇が抑制さ
れ、５０℃で１０００時間以上の寿命が確保されるよう
になった。またさらには、ガイド層１０４、１０７のＩ
ｎ組成を障壁層のＩｎ組成よりも小さくすること、すな
わち、ｙ１＜ｂ２、ｙ２＜ｂ２であることが最も好まし
かった。これにより、井戸層へのキャリアの閉じこめが
良好なものとなったと考えられ、この範囲に限定した結
果、７０℃で１０００時間以上の寿命が確保されるよう
になった。この点に関して記載の重複を避けるために、
以降の実施の形態２ないし９での記載は省略するが、上
記と同じ範囲で、好ましい範囲が適用される。
【００４９】次に、大きいＩｎ組成のガイド層を厚く形
成すると、半導体レーザ素子の雑音特性および寿命特性
に関して問題が生じることが判明した。これは、結晶成
長により生じた組成揺らぎにより、活性層の組成自体が
変調されることと、ガイド層自体の組成揺らぎが、活性
層へのキャリア注入の空間的揺らぎを生じ、そのため、
雑音特性および寿命特性に悪影響を及ぼすものと推測さ
れる。これにより、ガイド層１０４、１０７の厚みに関
しても、好ましい範囲が限定される。Ｉｎ組成が０．０
１以上の結晶の場合、ｙ≦０．１６−０．６×ｄの範囲
を満たせば（図４に示される直線Ｃの左下側の領域）、
良好なＩｎＧａＮ膜の形成が可能であり、戻り光量が
０．００１〜１０％の範囲で、相対雑音強度が−１２５
ｄＢ／Ｈｚ以下の低雑音発振動作が可能であり、この範
囲で室温で１００００時間以上の寿命が確保されるよう
になった。より好ましくは、ｙ≦０．１３−０．６×ｄ
の範囲を満たせば（図４に示される直線Ｃ’の左下側の
領域）、戻り光量が０．００１〜１０％の範囲で、相対
雑音強度が−１３０ｄＢ／Ｈｚ以下の低雑音発振動作が
可能であり、低雑音発振動作が可能で、かつ、４０℃で
１００００時間以上の寿命が確保されるようになった。
【００５０】さらに、ロット歩留まり良く特性の良好な
レーザ素子を得る観点からは、ガイド層厚ｄはｙ１≧
０．０２、ｙ２≧０．０２の結晶に対して、０．１２μ
ｍ以下であることが良く、これを超えた場合、Ｉｎ金属
の堆積に起因して結晶成長後のウェハーが黒っぽく見え
ることが時々生じ、このようなウェハーから作製された
半導体レーザ素子は特性が非常に悪いものしか得られな
いことがあった（必ず生じてしまうものではないが）。
しかし、ｄ≦０．１２の範囲に限定することで、このよ
うな問題が防止された。以上、ここで説明した最も好ま
しい範囲（ｙ≧０．００３／ｄ＋０．００２、ｙ１≦ｂ
１−０．１、ｙ２≦ｂ１−０．１、ｙ１＜ｂ２、ｙ２＜
ｂ２、ｄ≦０．１２、ここで、ｂ１＝０．１７およびｂ
２＝０．０５）を図４に斜線で示す。
【００５１】この点に関して記載の重複を避けるため
に、以降の実施の形態２ないし９では記載は省略する
が、上記と同じ範囲で、好ましい範囲が制限されるもの
である。
【００５２】さらに、活性層の組成を調整して、発光波
長を３８０〜４３０ｎｍ（２０℃）の範囲としても、上
述の関係式は変わらなかった。
【００５３】〔実施の形態２〕図５に本実施形態の半導
体レーザ素子５００を示す。本実施の形態の半導体レー
ザ素子５００は、実施の形態１における半導体レーザ素
子１００の活性層１０５を活性層５０５に変更した点を
除くと半導体レーザ素子１００と同じ構成を有する。本
実施の形態における半導体レーザ素子５００の活性層５
０５の構成は、Ｉｎb1Ｇａ1-b1Ｎ（ｂ１は約０．１７）
井戸層（膜厚２ｎｍ）、Ｉｎb2Ｇａ1-b2Ｎ（ｂ２＝０．
０５）障壁層（膜厚４ｎｍ）との交互多層構造（障壁層
／井戸層／障壁層／井戸層／障壁層）からなる２重量子
井戸活性層（発光波長４１０ｎｍ、総膜厚１６ｎｍ）で
ある。本実施の形態における半導体レーザ素子５００の
活性層５０５は、実施形態１の半導体レーザ素子１００
の活性層１０５と多層構造の膜厚が異なる。
【００５４】本実施の形態の半導体レーザ素子の構成に
おいて、ＦＦＰを測定したところ、図２に示した実施の
形態１と同様に単峰でリップルがほとんど見られない
（３％以下）プロファイルが得られ、良好な放射特性が
得られることが判明した。なお、本実施の形態の半導体
レーザ素子５００において、室温における発振閾値は２
５ｍＡであり、１１０℃においても連続発振動作が確認
できた。
【００５５】比較例として、本実施の形態と同じ構造の
半導体レーザ素子５００のＩｎＧａＮからなるガイド層
５０５として、従来の技術のようにＧａＮを用いた半導
体レーザ素子を作製したところ、図１７のＦＦＰ１７０
２と同様のリップルのあるＦＦＰ特性を有した。
【００５６】このように、本実施の形態によれば、光学
特性の改善された半導体レーザ素子を得ることができ
た。
【００５７】本実施の形態の半導体レーザ素子５００の
発振モードの等価屈折率ｎeqを上記手法により見積もっ
たところ、ｎeq＝２．５４３であり、ＧａＮ層の屈折率
ｎGa N＝２．５４０よりも大きかった。これにより、ｎ
−ＧａＮ基板１０１、ｎ−ＧａＮ中間層１０２、ｐ−Ｇ
ａＮコンタクト層１０９等での電界の振動成分が無くな
り、よって、良好な放射特性が得られたものと考えられ
る。
【００５８】さらに、本実施の形態の変形例として、活
性層の構成を、Ｉｎb1Ｇａ1-b1Ｎ（ｂ１は約０．１７）
井戸層（膜厚２ｎｍ）、Ｉｎb2Ｇａ1-b2Ｎ（ｂ２＝０．
０５）障壁層（膜厚４ｎｍ）との交互多層構造（障壁層
／井戸層／・・・／井戸層／障壁層）からなる３重量子
井戸活性層（発光波長４１０ｎｍ、総膜厚２２ｎｍ）と
したところ、図２に示した実施の形態１と同様に単峰
で、リップルがほとんど見られないＦＦＰプロファイル
が得られ、良好な放射特性となることが判明した。な
お、この半導体レーザ素子において、室温における発振
閾値は４０ｍＡであり、１００℃においても連続発振動
作が確認できた。この半導体レーザ素子の発振モードの
等価屈折率ｎeqを上記手法により見積もったところ、ｎ
eq＝２．５４５であり、ＧａＮ層の屈折率ｎGaN＝２．
５４０よりも大きかった。これにより、ｎ−ＧａＮ基板
１０１、ｎ−ＧａＮ中間層１０２、ｐ−ＧａＮコンタク
ト層１０９等での電界の振動成分が無くなり、よって、
良好な放射特性が得られたものと考えられる。
【００５９】次に、本実施の形態の半導体レーザ素子５
００の構造から、活性層５０５の構造を、その総膜厚を
種々変更し、各活性層５０５の膜厚に対して、等価屈折
率ｎ eqの値がＧａＮの屈折率ｎGaNを超えるときのガイ
ド層Ｉｎ組成ｙを計算し、示したグラフを図６に示す。
図６によれば、活性層５０５の膜厚が１０から５０ｎｍ
の範囲で、等価屈折率ｎeqの値がＧａＮの屈折率ｎGaN
を超えるようにするためのガイド層５０４、５０７の条
件は実施の形態１の半導体レーザ素子１００（活性層膜
厚３４ｎｍ）で説明したガイド層とほとんど変わらない
（すなわち、実施形態１のガイド層１０４、１０７のＩ
ｎ組成は０．０３５であるのに対し、図６から求められ
るガイド層５０４、５０７のＩｎ組成は、活性層５０５
の膜厚が５〜６０ｎｍの範囲で０．０３５±０．００５
以内である）ことがわかる。厳密には、活性層５０５の
膜厚が薄いほどＩｎ組成ｙを大きく設定する必要がある
が、活性層膜厚が１０ｎｍの場合でも実施の形態１のガ
イド層のＩｎ組成０．０３５に＋０．００５大きくする
必要があるだけである。また、活性層膜厚が厚いほどＩ
ｎ組成が小さくてもよいが、活性層膜厚５０ｎｍ場合で
も実施の形態１のガイド層のＩｎ組成０．０３５からＩ
ｎ組成は０．００５程度小さくてもよいだけであり、実
用上組成をこのレベルまで厳密にコントロールすること
も難しいため、実施の形態１の半導体レーザ素子１００
で示した条件を活性層５０５の膜厚１０〜５０ｎｍの範
囲で適用してもよい。より厳密には、活性層膜厚が、５
〜６０ｎｍのとき、図４の曲線Ａで示される条件に活性
層膜厚Ｗａ［μｍ］による補正を加えて、ｙ≧０．００
３／ｄ−０．００３＋（０．００７−０．２２×Ｗａ）
とすればよいことが、図６から求められる。また、実施
の形態１に記述したのと同じ理由により、好ましい範囲
が、図４の曲線Ａ'で示される条件に活性層膜厚Ｗａ
［μｍ］による補正を加えて、ｙ≧０．００３／ｄ＋
０．００２＋（０．００７−０．２２×Ｗａ）とすれば
よいことが、図６から求められる。
【００６０】なお、本実施の形態のように、活性層の両
端が障壁層であるとき、（＜障壁層／井戸層／・・・／
井戸層／障壁層＞の構成）、活性層の両端の一方が障壁
層であり、他方が井戸層であるとき（＜障壁層／井戸層
／・・・／障壁層／井戸層＞の構成）、活性層の両端が
井戸層であるとき、（＜井戸層／障壁層／・・・／障壁
層／井戸層＞の構成）のいずれの場合においても、それ
ら井戸層・障壁層の膜厚を加えあわせたものを活性層膜
厚Ｗａとしてよく、いずれの場合においても、本実施の
形態に示した関係式は保たれる。
【００６１】さらに、活性層の組成を調整して、発光波
長を３８０〜４４０ｎｍ（２０℃）の範囲としても、上
述の関係式は変わらなかった。
【００６２】〔実施の形態３〕図７に本実施の形態の半
導体レーザ素子７００を示す。本実施の形態の半導体レ
ーザ素子７００は、実施の形態１における半導体レーザ
素子１００の上下のクラッド層１０３、１０８の組成お
よび活性層１０５の構成を変更した点を除くと半導体レ
ーザ素子１００と同じである。本実施の形態における半
導体レーザ素子７００の活性層７０５の構成は、Ｉｎb1
Ｇａ1-b1Ｎ（ｂ１は約０．１７）井戸層（膜厚２ｎ
ｍ）、Ｉｎb2Ｇａ1-b2Ｎ（ｂ２＝０．０５）障壁層（膜
厚４ｎｍ）との交互多層構造（障壁層／井戸層／・・・
／井戸層／障壁層）からなる３重量子井戸活性層（発光
波長４１０ｎｍ、層膜厚２２ｎｍ）である。本実施の形
態における半導体レーザ素子７００のそれぞれのクラッ
ド層の構成は、ｎ−Ａｌx1Ｇａ 1-x1Ｎ（ｘ１＝０．１
３）下部クラッド層７０３（膜厚０．８μｍ）、ｐ−Ａ
ｌ x2Ｇａ1-x2Ｎ（ｘ２＝０．１３）上部クラッド層７０
８（膜厚０．５μｍ）である。
【００６３】本実施の形態の半導体レーザ素子７００の
構成において、ＦＦＰを測定したところ、図２に示した
実施の形態１の半導体レーザ素子１００と同様に単峰で
リップルがほとんど見られない（３％以下）プロファイ
ルが得られ、良好な放射特性が得られることが判明し
た。なお、本実施の形態の半導体レーザ素子７００にお
いて、室温における発振閾値は２５ｍＡであり、１１０
℃においても連続発振動作が確認できた。
【００６４】比較例として、本実施の形態と同じ構造の
半導体レーザ素子のＩｎＧａＮからなるガイド層１０
４、１０７として、従来の技術のようにＧａＮを用いる
と、本実施の形態と同じ構造の半導体レーザ素子を作製
したところ、図１７のＦＦＰ１７０２と同様の、リップ
ルのあるＦＦＰ特性であった。このように、本実施の形
態によれば、光学特性の改善された半導体レーザ素子７
００を得ることができた。
【００６５】本実施の形態の半導体レーザ素子７００の
発振モードの等価屈折率ｎeqを上記手法により見積もっ
たところ、ｎeq＝２．５４８であり、ＧａＮ層の屈折率
ｎGa N＝２．５４０よりも大きかった。これにより、ｎ
−ＧａＮ基板７０１、ｎ−ＧａＮ中間層７０２、ｐ−Ｇ
ａＮコンタクト層７０９等での電界の振動成分が無くな
り、よって、良好な放射特性が得られたものと考えられ
る。
【００６６】さらに、本実施の形態における上下のクラ
ッド層７０３、７０８の構成を、それぞれ、ｎ−Ａｌx1
Ｇａ1-x1Ｎ（ｘｌ＝０．０７）下部クラッド層７０３
（膜厚０．８μｍ）、ｐ−Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ（ｘ２＝
０．０７）上部クラッド層７０８（膜厚０．５μｍ）と
したところ、図２に示した実施の形態１の半導体レーザ
素子１００と同様に単峰で、リップルがほとんど見られ
ない（５％以下）ＦＦＰプロファイルが得られ、良好な
放射特性となることが判明した。なお、この半導体レー
ザ素子において、室温における発振閾値は７０ｍＡであ
った。この半導体レーザ素子７００の発振モードの等価
屈折率を上記手法により見積もったところ、ｎeq＝２．
５４２でありＧａＮ層の屈折率ｎGaN＝２．５４０より
も大きかった。これにより、ｎ−ＧａＮ基板１０１、ｎ
−ＧａＮ中間層１０２、ｐ−ＧａＮコンタクト層１０９
等での電界の振動成分が無くなり、よって、良好な放射
特性が得られたものと考えられる。
【００６７】次に、本実施の形態の半導体レーザ素子７
００の構造から、上下のクラッド層の構成を、その組成
を種々変更して、上下のクラッド層７０３、７０８のＡ
ｌ組成に対して、等価屈折率ｎeqの値がＧａＮの屈折率
ｎGaNを超えるときのガイド層Ｉｎ組成ｙを計算した結
果を図８のグラフに示す。ただし、説明を簡略化する目
的でｘ１＝ｘ２とした。図８によれば、クラッド層のＡ
ｌ組成が０．０５５から０．１４５の範囲で、等価屈折
率ｎeqの値がＧａＮの屈折率ｎGaNを超えるようにする
ためのガイド層７０４、７０７の条件はクラッド層１０
３、１０８のＡｌ組成が０．１の場合（実施の形態１な
らびに２の場合）とほとんど変わらない（すなわち、実
施形態１においてガイド層１０４、１０７のＩｎ組成は
０．０３５であるのに対し、ガイド層７０４、７０７の
Ｉｎ組成は０．０３５±０．００５以内）ことがわか
る。詳細には、クラッド層のＡｌ組成が大きいほどＩｎ
組成ｙを大きく設定する必要があるが、クラッド層のＡ
ｌ組成０．１４５の場合でも実施の形態１に示した条件
（ガイド層のＩｎ組成０．０３５）にＩｎ組成を＋０．
００５大きくする必要があるだけであり、また、クラッ
ド層のＡｌ組成が小さいほどＩｎ組成が小さくてもよい
が、クラッド層のＡｌ組成０．０５５の場合でも実施の
形態１に示した条件からＩｎ組成が０．００５程度小さ
くてもよいだけであり、実用上組成をこのレベルまで厳
密にコントロールすることも難しいため、実施の形態１
に示した条件をクラッド層組成０．０５５から０．１４
５の範囲で適用してもよい。なお、図８では、上下のク
ラッド層の組成を同じものとしたが、本発明の適用範囲
はこの場合に限られるものではなく、図８を参照すれば
明らかなように、クラッド層のＡｌ組成が０．０５５か
ら０．１４５の範囲で結果はほとんど変わらないもので
あるから、上下のクラッド層７０３、７０７の組成をこ
の範囲内で任意に変更しても良い。
【００６８】また、より厳密には、クラッド層のＡｌ組
成ｘが、０．０５≦ｘ≦０．２のとき、図４の曲線Ａで
示される条件にクラッド層のＡｌ組成ｘによる補正を加
えて、ｙ≧０．００３／ｄ−０．００３＋（−０．０１
０＋０．１０×ｘ）とすればよいことが、図８から求め
られる。また、実施の形態１に記述したのと同じ理由に
より、好ましい範囲が、図４の曲線Ａ’で示される条件
にクラッド層のＡｌ組成ｘによる補正を加えて、ｙ≧
０．００３／ｄ＋０．００２＋（−０．０１０＋０．１
０×ｘ）とすればよいことが、図８から求められる。こ
れらの式において、上下のクラッド層のＡｌ組成が異な
る場合には、その単純平均値（ｘ１＋ｘ２）／２をｘと
して考えれば良い。
【００６９】さらに、ＡｌＧａＮクラッド層の構成を組
成の異なるいくつかの薄層ＡｌＧａＮの交互積層からな
るような、いわゆる超格子クラッド層とした場合、交互
積層膜を構成する薄層の周期が３０ｎｍ以下程度であれ
ば、モードには影響しないので、その交互積層膜の平均
組成を上記クラッド層の組成比ｘ１、ｘ２としてよもよ
く、上記の関係式はそのまま適用できる。
【００７０】さらに、クラッド層の厚みを変える検討を
行ったところ、下部クラッド層７０３に関して、膜厚
０．６μｍ以上であれば、上述の条件を変更する必要は
なかった。また、上部クラッド層７０８に関して、膜厚
０．３μｍ以上であれば、上述の条件を変更する必要は
なかった。
【００７１】さらに、活性層７０５の組成を調整して、
発光波長を３８０〜４４０ｎｍ（２０℃）の範囲として
も、上述の関係式は変わらなかった。
【００７２】〔実施の形態４〕本半導体レーザ素子は、
実施の形態１の半導体レーザ素子１００の変形例であ
り、図９に概略図を示す。本実施の形態の半導体レーザ
素子９００の各層の膜厚・組成を次のものとしたもので
ある。ｎ−ＧａＮ基板９０１（膜厚７０μｍ）の上にｎ
−ＧａＮ第１中間層９０２（膜厚４μｍ）、ｎ−Ｉｎc
Ｇａ1-cＮ（ｃ＝０．０７）第２中間層９１２（膜厚
０．０５μｍ）、ｎ−Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（ｘ１＝０．
１）下部クラッド層９０３（膜厚０．７μｍ）、ｎ−Ｉ
ｎy1Ｇａ1-y1Ｎ（ｙ１＝０．０３５）下部ガイド層９０
４（膜厚０．１μｍ）、Ｉｎb1Ｇａ1-b1Ｎ（ｂ１は約
０．１７）井戸層（膜厚２ｎｍ）、Ｉｎb2Ｇａ1-b2Ｎ
（ｂ２＝０．０５）障壁層（膜厚４ｎｍ）との交互多層
構造（障壁層／井戸層／・・・／井戸層／障壁層）から
なる５重量子井戸活性層９０５（発光波長４１０ｎｍ、
総膜厚３４ｎｍ）、ｐ−ＡｌzＧａ1-zＮ（ｚ＝０．２）
下部キャップ層９０６（膜厚１８ｎｍ）、ｐ−Ｉｎy2Ｇ
ａ1-y2Ｎ（ｙ２＝０．０３５）上部ガイド層９０７（膜
厚０．１μｍ）、ｐ−Ａｌz1Ｇａ1-z1Ｎ（ｚ１＝０．
２）上部キャップ層９１３（膜厚５ｎｍ）、ｐ−Ａｌx2
Ｇａ1-x2Ｎ（ｘ２＝０．１）上部クラッド層９０８（膜
厚０．５μｍ）、ｐ−ＧａＮコンタクト層９０９（膜厚
０．１μｍ）が順次積層形成されている。本実施の形態
においては、下部クラッド層９０３の下にｎ−ＩｎcＧ
ａ1-cＮ第２中間層９１２が介装されており、これは、
積層構造中にクラックが導入されることを防止するため
の役割も果たしている。さらに、本実施の形態において
は、上部ガイド層の上にｐ−Ａｌz1Ｇａ1-z1Ｎ（ｚ１＝
０．２）上部キャップ層９１３が介装されており、これ
は、レーザ構造の積層形成中に、Ｉｎを含んで構成され
るガイド層９０７の蒸発による劣化を防止するために設
けたものである。
【００７３】本実施の形態の半導体レーザ素子９００の
構成において、ＦＦＰを測定したところ、図２のように
単峰のプロファイルが得られ、リップルはほとんど見ら
れず（１０％以下）、良好な放射特性が得られることが
判明した。なお、室温における発振閾値は５５ｍＡであ
り、８０℃においても連続発振動作が確認できた。
【００７４】比較例として、本実施の形態と同じ構造の
半導体レーザ素子９００のＩｎＧａＰからなるガイド層
９０４、９０７に従来の技術のようにＧａＮを用いて半
導体レーザ素子を作製したところ、図１７のＦＦＰ１７
０２と同様にリップルのあるＦＦＰ特性を有した。した
がって、本実施の形態によれば、光学特性の優れた半導
体レーザ素子９００を得ることができる。
【００７５】本実施の形態の半導体レーザ素子９００の
発振モードの等価屈折率ｎeqを上記方法により見積もっ
たところ、ｎeq＝２．５４７であり、このように、ｎ−
Ｉｎ cＧａ1-cＮ第２中間層９１２をクラッド層の外部に
介装しない実施の形態１の半導体レーザ素子１００の場
合と同じであった。これは、導波モードは、上下クラッ
ド層９０３、９０８よりも内側の構造によりほぼ決定さ
れているので、等価屈折率ｎeqの値にはほとんど影響し
ないためであり、実施の形態１ないし３に示した等価屈
折率ｎeqの値がＧａＮの屈折率を超える条件は本実施の
形態のようにクラックを防止するための層（ＩｎＧａＮ
で構成され膜厚０．１μｍ以下）を導入しても変わらな
かった。さらに、等価屈折率ｎeqがｐ−Ａｌz1Ｇａ1-z1
Ｎ（ｚ１＝０．２）上部キャップ層９１３を上部ガイド
層９０７と上部クラッド層９０８との間に介装しない実
施の形態１の場合と同じであったのは、ｐ−Ａｌz1Ｇａ
1- z1Ｎ（ｚ１＝０．２）上部キャップ層９１３が２０ｎ
ｍ以下と薄いために、等価屈折率ｎeqの値にはほとんど
影響しないためであり、実施の形態１ないし３に示した
等価屈折率ｎeqの値がＧａＮの屈折率ｎGaNを超える条
件は本実施の形態のようにクラックを防止するための層
（ＩｎＧａＮで構成され膜厚０．１μｍ以下）を導入し
ても変わらなかった。
【００７６】〔実施の形態５〕図１０に半導体レーザ素
子１０００を示す。半導体レーザ素子１０００は、図９
に概略図を示す半導体レーザ素子の各層の膜厚・組成を
次のものとしたものである。ｎ−ＧａＮ基板１００１
（膜厚３０〜３００μｍ）。ｎ−ＧａＮ第１中間層１０
０２（膜厚０〜３０μｍ）、ｎ−ＩｎcＧａ1-cＮ（０．
０１≦ｃ≦０．２）第２中間層１０１２（膜厚０〜０．
１μｍ）、ｎ−Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（０．０５≦ｘ１≦
０．２）下部クラッド層１００３（膜厚０．６〜１０μ
ｍ）、ｎ−Ｉｎy1Ｇａ1-y1Ｎ（ｙ１≦ｂ１）下部ガイド
層１００４（膜厚ｄ１［μｍ］）、Ｉｎb1Ｇａ1-b1Ｎ井
戸層、Ｉｎb2Ｇａ1-b2Ｎ（ｂ２＜ｂ１）障壁層との交互
多層構造からなる量子井戸活性層１００５（発光波長３
７０〜４４０ｎｍ、総膜厚Ｗａ［μｍ］）、Ａｌz1Ｇａ
1-z1Ｎ（０≦ｚ１≦０．３）下部キャップ層１００６
（膜厚０〜５０ｎｍ）、ｐ−Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ（ｙ２≦
ｂ１）上部ガイド層１００７（膜厚ｄ２［μｍ］）、ｐ
−Ａｌz1Ｇａ1-z1Ｎ（０≦ｚ１≦０．３）上部キャップ
層１０１３（膜厚０〜５０ｎｍ）、ｐ−Ａｌx2ＧａI-x2
Ｎ（０．０５≦ｘ２≦０．２）上部クラッド層１００８
（膜厚０．４〜１０μｍ）、ｐ−ＧａＮコンタクト層１
００９（膜厚０〜１０μｍ）。ただし、ｄ＝（ｄ１＋ｄ
２）／２、ｙ＝（ｙ１×ｄ１＋ｙ２×ｄ２）／（ｄｌ＋
ｄ２）、ｘ＝（ｘ１＋ｘ２）／２、５≦Ｗａ≦６０、ｙ
≧０．００３／ｄ−０．００３＋（０．００７−０．２
２×Ｗａ）＋（−０．０１０＋０．１０×ｘ）の関係式
を満たす。
【００７７】本実施の形態の半導体レーザ素子の構成に
おいて、ＦＦＰを測定したところ、図２のように単峰の
プロファイルが得られ、リップルはほとんど見られず、
良好な放射特性が得られることが判明した。
【００７８】さらに、ガイド層の組成、膜厚の範囲を、
ｙ≧０．００３／ｄ＋０．００２＋（０．００７−０．
２２×Ｗａ）＋（−０．０１０＋０．１０×ｘ）の関係
式を満たすように限定したところ、実施の形態１に記載
したのと同じ理由により、ウェハー内にＦＦＰの正面付
近のリップルが生じてしまう素子が現われることが防止
され、望ましい。
【００７９】〔実施の形態６〕本半導体レーザ素子１１
００は、実施の形態４の半導体レーザ素子９００の変形
例であり、ｎ−ＧａＮ基板９０１（膜厚７０μｍ）をサ
ファイア基板１１０１（膜厚６０μｍ）とし、電極１１
１１をｎ−ＧａＮ中間層１１０２に接続する構成とした
点を除くと、半導体レーザ素子９００と同じである。
【００８０】本実施の形態の半導体レーザ素子１１００
の構成において、ＦＦＰを測定したところ、通常は、図
２のように単峰のプロファイルが得られ、リップルは見
られず、良好な放射特性が得られることが判明した。た
だし、素子によっては、リップルが２０％程度の強度見
られることがあった。これは、導波路の近傍にサファイ
ア／ＧａＮの様に、屈折率の大きく異なる界面が存在し
ているために、そこで反射が起こり、ｎ−ＧａＮ層の膜
厚のバラツキにより、反射面の導波路との結合条件が微
妙に変動し、最悪のケースでは、若干のリップルが発生
してしまうためである。しかしながら、ガイド層の条件
を実施の形態１ないし３に示した条件に設定すること
で、そうでない場合、例えば従来の技術のようにガイド
層をＧａＮで構成した場合と比較すると、格段に光学的
特性は向上しており、平均的にはほとんどリップルの無
いＦＦＰ特性が得られるものであり、本実施の形態の様
に、サファイア基板を用いた場合においても、本発明の
効果が確認できた。サファイア基板の適用は、同様に、
実施の形態１、２、３、５の半導体レーザ素子に対して
も可能であり、同様の効果が確認できた。
【００８１】〔実施の形態７〕半導体レーザ素子１２０
０を図１２に示す。半導体レーザ素子１２００は、実施
の形態１の半導体レーザ素子１００の活性層１０５を、
ＧａＮ1-e1Ｐe1（ｅ１は約０．０３）井戸層（膜厚２ｎ
ｍ）とＧａＮ1-e2Ｐe2（ｅ２は約０．０１）障壁層（膜
厚４ｎｍ）との交互多層構造からなる３重量子井戸活性
層１２０５（発光波長４００ｎｍ、総膜厚１６ｎｍ）と
した点を除くと、実施の形態１と同様の構成である。本
実施の形態においても、実施の形態１と同様に光学的特
性に優れた半導体レーザ素子１２００が得られた。ま
た、活性層１２０５の組成を若干変更させたところ、発
光波長３６０〜５５０ｎｍの範囲で、同様の効果が得ら
れた。
【００８２】〔実施の形態８〕半導体レーザ素子１３０
０は、実施の形態１の半導体レーザ素子１００の活性層
１０５を、ＧａＮ1-e2Ａｓe2（ｅ２は約０．０２）井戸
層（膜厚３ｎｍ）とＩｎb2Ｇａ1-b2Ｎ（ｂ２は約０．０
５）障壁層（膜厚５ｎｍ）との交互多層構造からなる２
重量子井戸活性層１３０５（発光波長４４０ｎｍ、総膜
厚２１ｎｍ）とした他は、実施の形態１と同様の構成で
ある。本実施の形態においても、実施の形態１と同様に
光学的特性に優れたの半導体レーザ素子が得られた。ま
た、活性層の組成を若干変更させたところ、発光波長３
６０〜５５０ｎｍの範囲で、同様の効果が得られた。
【００８３】〔実施の形態９〕半導体レーザ素子１４０
０を図１４に示す。半導体レーザ素子１４００は、実施
の形態１の半導体レーザ素子１００の活性層１０５を、
Ａｌa1Ｉｎb1Ｇａ1-a1 -blＮ1-e1-flＰe1Ａｓf1（０≦ａ
１，０≦ｂ１，ａ１＋ｂ１≦１，０≦ｅ１，０≦ｆ１，
ｅ１＋ｆ１＜０．５）井戸層とＡｌa2Ｉｎb2Ｇａ
1-a2-b2Ｎ1-e2-f2Ｐe2Ａｓf2（０≦ａ２、０≦ｂ２、ａ
２＋ｂ２≦１、０≦ｅ２、０≦ｆ２、ｅ２＋ｆ２＜０．
５）障壁層との交互多層構造からなる活性層１４０５
（発光波長３６０〜５５０ｎｍ、総膜厚５〜５０ｎｍ）
とした他は、実施の形態１と同様の構成である。
【００８４】本実施の形態においても、実施の形態１と
同様に光学的特性に優れたの半導体レーザ素子が得られ
た。
【００８５】以上の実施の形態の中では、上下のガイド
層をＩｎＧａＮとして説明してきたが、本発明の適用は
これに限られるものではなく、ＧａＮに添加するとその
屈折率の大きくなるようなＩｎ以外の他の元素、例え
ば、Ａｓ、Ｐ、Ｔｌ等を添加した材料を添加した材料で
あってもよい。すなわち、ガイド層を、ＧａＮＡｓ、Ｇ
ａＮＰ、ＧａＮＰＡｓ、ＩｎＧａＮＡｓ、ＩｎＧａＮ
Ｐ、ＩｎＧａＮＰＡｓ、ＴｌＧａＮ、ＴｌＩｎＧａＮ等
としてもよい。特に、ＧａＮＡｓの場合、これまでの実
施の形態の中で説明してきたＩｎ組成の６分の１をＡｓ
組成とすることで、変換された組成の範囲で、同様の効
果が得られる。特に、ＧａＮＰの場合、これまでの実施
の形態の中で説明してきたＩｎ組成の４分の１をＰ組成
とすることで、変換された組成の範囲で、同様の効果が
得られる。
【００８６】さらに、本発明の半導体レーザ素子は、さ
まざまな実施形態の組み合わせも含み得ることは当業者
には明らかである。
【００８７】〔実施の形態１０〕図１５は、本実施の形
態の光学式情報再生装置１５００を示す。基台２１、基
台２１上に設置された実施の形態１の半導体レーザ素子
１００、コリメータレンズ２３、ビームスプリッタ２
４、対物レンズ２５、光ディスク２６、反射光を集光す
るためのレンズ２７、集光された光を検出する光検出器
２８とからなっている。この光学式情報再生装置１５０
０において、半導体レーザ素子１００から出射したレー
ザ光は、コリメータレンズ２３で平行光もしくは平行に
近い光に変換され、ビームスプリッタ２４を透過して、
対物レンズ２５により光ディスク２６の情報記録面に集
光される。光ディスク２６の情報記録面には、凹凸もし
くは磁気変調もしくは屈折率変調によりビット情報が書
き込まれている。集光されたレーザ光は、そこで反射さ
れ、対物レンズ２５を通してビームスプリッタ２４によ
って分岐され、反射光を集光するためのレンズ２７によ
って光検出器２８に集光され、光学的に検出された信号
を電気的信号に変換して記録情報の読み取りが行われ
る。
【００８８】本実施の形態の光学式情報再生装置１５０
０においては、ＦＦＰのリップルの抑制された光学的特
性の良好な半導体レーザ素子１００を用いたので、対物
レンズ２５により光ディスク２６の情報記録面に高解像
に集光され、その結果、５Ｍ／ｍｍ2もの高密度で記録
された光ディスクから、ビット誤り率１０-6で、書き込
まれた情報を読み出すことができた。
【００８９】一方、比較例として、半導体レーザ素子１
００のガイド層に従来の半導体レーザ素子１６００のよ
うにＧａＮを用いた半導体レーザ素子を図１５における
半導体レーザ素子１００に変えて用いたところ、同様の
条件のもとで、ビット誤り率１０-3であり、実用に適さ
なかった。このように高密度に記録された光ディスクか
ら、低誤り率で情報を読み出せたことにより、本実施の
形態の光学式情報再生装置１５００によれば、光ディス
ク上への高解像の集光が可能となったことが確認され
た。
【００９０】さらに、本実施の形態の光学式情報再生装
置における半導体レーザ素子１００を実施の形態２〜９
の半導体レーザ素子に置換したところ、いずれの場合に
おいても、上述の条件で、ビット誤り率１０-5〜１０-7
が達成され、光ディスク上への高解像の集光が可能とな
ったことが確認された。
【００９１】
【発明の効果】本発明によれば、窒化ガリウム系半導体
を用いた半導体レーザ素子において、ガイド層の構成を
所定のものとすることにより、単峰でリップルの抑制さ
れたファーフィールドパターンを実現でき、光学的特性
の優れた半導体レーザ素子を提供できる。本発明によれ
ば、光学式情報再生装置において、このような半導体レ
ーザ素子を用いることにより、高解像で集光できるよう
になり、高密度に記録された光ディスクの読み取りが可
能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の半導体レーザ素子を
示す図である。
【図２】本発明の半導体レーザ素子のＦＦＰ特性を示す
図である。
【図３】ガイド層Ｉｎ組成と等価屈折率の関係を示す図
である。
【図４】本発明の半導体レーザ素子のガイド層条件を示
す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の半導体レーザ素子を
示す図である。
【図６】活性層層厚を変化させたときのガイド層条件を
示す図である。
【図７】本発明の第３の実施形態の半導体レーザ素子を
示す図である。
【図８】クラッド層Ａｌ組成を変化させたときのガイド
層条件を示す図である。
【図９】本発明の第４の実施形態の半導体レーザ素子を
示す図である。
【図１０】本発明の第５の実施形態の半導体レーザ素子
を示す図である。
【図１１】本発明の第６の実施形態の半導体レーザ素子
を示す図である。
【図１２】本発明の第７の実施形態の半導体レーザ素子
を示す図である。
【図１３】本発明の第８の実施形態の半導体レーザ素子
を示す図である。
【図１４】本発明の第９の実施の形態の半導体レーザ素
子を示す図である。
【図１５】本発明の光学式情報再生装置を示す図であ
る。
【図１６】従来技術の半導体レーザ素子を示す図であ
る。
【図１７】従来技術の半導体レーザ素子のＦＦＰ特性を
示す図である。
【符号の説明】
１０１ ｎ−ＧａＮ基板 １０２ ｎ−ＧａＮ中間層 １０３ ｎ−Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ下部クラッド層 １０４ ｎ−Ｉｎy1Ｇａ1-y1Ｎ下部ガイド層 １０５ 量子井戸活性層 １０６ ＡｌxＧａ1-zＮキャップ層 １０７ ｐ−Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ上部ガイド層 １０８ ｐ−Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ上部クラッド層 １０９ ｐ−ＧａＮコンタクト層 １１０、１１１ 電極 ５０４ ｎ−Ｉｎy1Ｇａ1-y1Ｎ下部ガイド層 ５０５ 量子井戸活性層 ５０７ ｐ−Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ上部ガイド層 ７０３ ｎ−Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ下部クラッド層 ７０５ 量子井戸活性層 ７０８ ｐ−Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ上部クラッド層 ９０１、１００１ ｎ−ＧａＮ基板 ９０２、１００２ ｎ−ＧａＮ中間層 ９０３、１００３ ｎ−Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ下部クラッ
ド層 ９０４、１００４ ｎ−Ｉｎy1Ｇａ1-y1Ｎ下部ガイド
層 ９０５、１００５ 量子井戸活性層 ９０６、１００６ ｐ−ＡｌzＧａ1-zＮキャップ層 ９０７、１００７ ｐ−Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ上部ガイド
層 ９０８、１００８ ｐ−Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ上部クラッ
ド層 ９０９、１００９ ｐ−ＧａＮコンタクト層 ９１０、９１１、１０１０、１０１１ 電極 ９１２ ｎ−ＩｎCＧａ1-cＮ中間層 ９１３ ｐ−Ａｌz1Ｇａ1-z1Ｎキャップ層 １１０１ サファイア基板 １１０２ ｎ−ＧａＮ中間層 １１１１ 電極 １２０５ 量子井戸活性層 １３０５ 量子井戸活性層 １４０５ 量子井戸活性層

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ＧａＮ層と、 Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（０．０５≦ｘ１≦０．２）下部クラ
    ッド層と、 Ｉｎy1Ｇａ1-y1Ｎ（０＜ｙ１＜１）下部ガイド層（膜厚
    ｄ１［μｍ］）と、 Ａｌa1Ｉｎb1Ｇａ1-a1-b1Ｎ1-e1-f1Ｐe1Ａｓf1（０≦ａ
    １、０≦ｂ１、ａ１＋ｂ１≦１、０≦ｅ１、０≦ｆ１、
    ｅ１＋ｆ１＜０．５）井戸層とＡｌa2Ｉｎb2Ｇａ
    1-a2-b2Ｎ1-e2-f2Ｐe2Ａｓf2（０≦ａ２、０≦ｂ２、ａ
    ２＋ｂ２≦１、０≦ｅ２、０≦ｆ２、ｅ２＋ｆ２＜０．
    ５）障壁層との交互多層構造からなる活性層（膜厚Ｗａ
    ［μｍ］）と、 Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ（０＜ｙ２＜１）上部ガイド層（膜厚
    ｄ２［μｍ］）と、 Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ（０．０５≦ｘ２≦０．２）上部クラ
    ッド層と、をこの順に備えた半導体レーザ素子であっ
    て、 積層面に垂直方向のファーフィールドパターンにおける
    リップルが抑制されるように、該下部ガイド層および該
    上部ガイド層の膜厚と組成を設定してなることを特徴と
    する半導体レーザ素子。
  2. 【請求項２】 ＧａＮ層と、 Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（０．０５≦ｘ１≦０．２）下部クラ
    ッド層と、 Ｉｎy1Ｇａ1-y1Ｎ（０＜ｙ１＜１）下部ガイド層（膜厚
    ｄ１［μｍ］）と、 Ａｌa1Ｉｎb1Ｇａ1-a1-b1Ｎ1-e1-f1Ｐe1Ａｓf1（０≦ａ
    １、０≦ｂ１、ａ１＋ｂ１≦１、０≦ｅ１、０≦ｆ１、
    ｅ１＋ｆ１＜０．５）井戸層とＡｌa2Ｉｎb2Ｇａ
    1-a2-b2Ｎ1-e2-f2Ｐe2Ａｓf2（０≦ａ２、０≦ｂ２、ａ
    ２＋ｂ２≦１、０≦ｅ２、０≦ｆ２、ｅ２＋ｆ２＜０．
    ５）障壁層との交互多層構造からなる活性層（膜厚Ｗａ
    ［μｍ］）と、 Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ（０＜ｙ２＜１）上部ガイド層（膜厚
    ｄ２［μｍ］）と、 Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ（０．０５≦ｘ２≦０．２）上部クラ
    ッド層と、をこの順に備えた半導体レーザ素子であっ
    て、 該半導体レーザ素子の発振光の導波モード等価屈折率ｎ
    eqと、該ＧａＮ層の屈折率ｎGaNとの間に、ｎeq≧ｎGaN
    の関係が成立するように、該下部ガイド層および該上部
    ガイド層の膜厚と組成を設定してなることを特徴とする
    半導体レーザ素子。
  3. 【請求項３】 ＧａＮ層と、 Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（０．０５≦ｘ１≦０．２）下部クラ
    ッド層と、 Ｉｎy1Ｇａ1-y1Ｎ（０＜ｙ１＜１）下部ガイド層（膜厚
    ｄ１［μｍ］）と、 Ａｌa1Ｉｎb1Ｇａ1-a1-b1Ｎ1-e1-f1Ｐe1Ａｓf1（０≦ａ
    １、０≦ｂ１、ａ１＋ｂ１≦１、０≦ｅ１、０≦ｆ１、
    ｅ１＋ｆ１＜０．５）井戸層とＡｌa2Ｉｎb2Ｇａ
    1-a2-b2Ｎ1-e2-f2Ｐe2Ａｓf2（０≦ａ２、０≦ｂ２、ａ
    ２＋ｂ２≦１、０≦ｅ２、０≦ｆ２、ｅ２＋ｆ２＜０．
    ５）障壁層との交互多層構造からなる活性層（膜厚Ｗａ
    ［μｍ］）と、 Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ（０＜ｙ２＜１）上部ガイド層（膜厚
    ｄ２［μｍ］）と、 Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ（０．０５≦ｘ２≦０．２）上部クラ
    ッド層と、をこの順に備えた半導体レーザ素子であっ
    て、 該下部ガイド層および該上部ガイド層の膜厚と組成を、
    ０．０６≦ｄ１＋ｄ２≦０．１かつ０．０６≦ｙ１、
    ０．０６≦ｙ２、もしくは、０．１＜ｄ１＋ｄ２≦０．
    １５かつ０．０４≦ｙ１、０．０４≦ｙ２、もしくは、
    ０．１５＜ｄ１＋ｄ２≦０．２かつ０．０３≦ｙ１、
    ０．０３≦ｙ２、もしくは、０．２＜ｄ１＋ｄ２≦０．
    ３かつ０．０１５≦ｙ１、０．０１５≦ｙ２、もしく
    は、０．３＜ｄ１＋ｄ２かつ０．０１≦ｙ１、０．０１
    ≦ｙ２、のいずれかの範囲に設定してなることを特徴と
    する半導体レーザ素子。
  4. 【請求項４】 ＧａＮ層と、 Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（０．０５≦ｘ１≦０．２）下部クラ
    ッド層と、 Ｉｎy1Ｇａ1-y1Ｎ（０＜ｙ１＜１）下部ガイド層（膜厚
    ｄ１［μｍ］）と、 Ａｌa1Ｉｎb1Ｇａ1-a1-b1Ｎ1-e1-f1Ｐe1Ａｓf1（０≦ａ
    １、０≦ｂ１、ａ１＋ｂ１≦１、０≦ｅ１、０≦ｆ１、
    ｅ１＋ｆ１＜０．５）井戸層とＡｌa2Ｉｎb2Ｇａ
    1-a2-b2Ｎ1-e2-f2Ｐe2Ａｓf2（０≦ａ２、０≦ｂ２、ａ
    ２＋ｂ２≦１、０≦ｅ２、０≦ｆ２、ｅ２＋ｆ２＜０．
    ５）障壁層との交互多層構造からなる活性層（膜厚Ｗａ
    ［μｍ］）と、 Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ（０＜ｙ２＜１）上部ガイド層（膜厚
    ｄ２［μｍ］）と、 Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ（０．０５≦ｘ２≦０．２）上部クラ
    ッド層と、をこの順に備えた半導体レーザ素子であっ
    て、 該下部ガイド層および該上部ガイド層の膜厚と組成を、
    ｙ≧０．００３／ｄ−０．００３＋（０．００７−０．
    ２２×Ｗａ）＋（−０．０１０＋０．１０×ｘ）［ただ
    し、 ｄ＝（ｄ１＋ｄ２）／２、 ｙ＝（ｙ１×ｄ１＋ｙ２×ｄ２）／（ｄ１＋ｄ２）、 ｘ＝（ｘ１＋ｘ２）／２］ の範囲に設定してなることを特徴とする半導体レーザ素
    子。
  5. 【請求項５】 情報記録面を有する光ディスクに照射さ
    れたレーザ光の反射光を光電変換することにより、該光
    ディスクに記録された記録情報を再生する光学式情報再
    生装置であって、請求項１、２、３、４のいずれかに記
    載の半導体レーザ素子を光源として用いることを特徴と
    する光学式情報再生装置。
  6. 【請求項６】 ＧａＮ層と、 Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（０．０５≦ｘ１≦０．２）下部クラ
    ッド層と、 Ｉｎy1Ｇａ1-y1Ｎ（０＜ｙ１＜１）下部ガイド層と、 Ａｌa1Ｉｎb1Ｇａ1-a1-b1Ｎ1-e1-f1Ｐe1Ａｓf1（０≦ａ
    １、０≦ｂ１、ａ１＋ｂ１≦１、０≦ｅ１、０≦ｆ１、
    ｅ１＋ｆ１＜０．５）井戸層とＡｌa2Ｉｎb2Ｇａ
    1-a2-b2Ｎ1-e2-f2Ｐe2Ａｓf2（０≦ａ２、０≦ｂ２、ａ
    ２＋ｂ２≦１、０≦ｅ２、０≦ｆ２、ｅ２＋ｆ２＜０．
    ５）障壁層との交互多層構造からなる活性層と、 Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ（０＜ｙ２＜１）上部ガイド層と、 Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ（０．０５≦ｘ２≦０．２）上部クラ
    ッド層と、 を備えた半導体レーザ素子であって、 該下部ガイド層の膜厚ｄ１μｍ、該下部ガイド層のＩｎ
    組成ｙ１、該上部ガイド層の膜厚ｄ２μｍ、および、該
    上部ガイド層のＩｎ組成ｙ２が ０．０６≦ｄ１＋ｄ２、 ０．０１≦ｙ１、０．０１≦ｙ２ の関係を満たす、半導体レーザ素子。
  7. 【請求項７】 前記下部ガイド層の膜厚ｄ１μｍおよび
    該下部ガイド層のＩｎ組成ｙ１が、ｙ１≧０．００３／
    ｄ１−０．００３の関係を満たす、請求項６に記載の半
    導体レーザ素子。
  8. 【請求項８】 前記下部ガイド層の膜厚ｄ１μｍおよび
    該下部ガイド層のＩｎ組成ｙ１が、ｙ１≧０．００３／
    ｄ１＋０．００２の関係を満たす、請求項７に記載の半
    導体レーザ素子。
  9. 【請求項９】 前記上部ガイド層の膜厚ｄ２μｍおよ該
    上部ガイド層のＩｎ組成ｙ２が、ｙ２≧０．００３／ｄ
    ２−０．００３の関係を満たす、請求項６に記載の半導
    体レーザ素子。
  10. 【請求項１０】 前記上部ガイド層の膜厚ｄ２μｍおよ
    び該上部ガイド層のＩｎ組成ｙ２が、ｙ２≧０．００３
    ／ｄ２＋０．００２の関係を満たす、請求項９に記載の
    半導体レーザ素子。
  11. 【請求項１１】 前記下部ガイド層のＩｎ組成ｙ１、前
    記下部ガイド層の厚さｄ１μｍ、前記上部ガイド層のＩ
    ｎ組成ｙ２、前記上部ガイド層の厚さｄ２μｍおよび前
    記活性層の厚さＷａμｍが、 ｙ≧０．００３／ｄ−０．００３＋（０．００７−０．
    ２２×Ｗａ） ここで、ｄ＝（ｄ１＋ｄ２）／２、 ｙ＝（ｙ１×ｄ１＋ｙ２×ｄ２）／（ｄ１＋ｄ２）、 の関係を満たす請求項６に記載の半導体レーザ素子。
  12. 【請求項１２】 前記下部ガイド層のＩｎ組成ｙ１、前
    記下部ガイド層の厚さｄ１μｍ、前記上部ガイド層のＩ
    ｎ組成ｙ２、前記上部ガイド層の厚さｄ２μｍおよび前
    記活性層の厚さＷａμｍが、 ｙ≧０．００３／ｄ＋０．００２＋（０．００７−０．
    ２２×Ｗａ） ここで、ｄ＝（ｄ１＋ｄ２）／２、 ｙ＝（ｙ１×ｄ１＋ｙ２×ｄ２）／（ｄ１＋ｄ２）、 の関係を満たす請求項１１に記載の半導体レーザ素子。
  13. 【請求項１３】 前記下部ガイド層のＩｎ組成ｙ１、前
    記下部ガイド層の厚さｄ１、前記下部クラッド層のＡｌ
    組成ｘ１、前記上部ガイド層のＩｎ組成ｙ２、前記上部
    ガイド層の厚さｄ２および前記上部クラッド層のＡｌ組
    成ｘ２が、 ｙ≧０．００３／ｄ−０．００３＋（−０．０１０＋
    ０．１０×ｘ） ここで、ｄ＝（ｄ１＋ｄ２）／２、 ｙ＝（ｙ１×ｄ１＋ｙ２×ｄ２）／（ｄ１＋ｄ２）、 ｘ＝（ｘ１＋ｘ２）／２、 との関係を満たす、請求項６に記載の半導体レーザ素
    子。
  14. 【請求項１４】 前記下部ガイド層のＩｎ組成ｙ１、前
    記下部ガイド層の厚さｄ１、前記下部クラッド層のＡｌ
    組成ｘ１、前記上部ガイド層のＩｎ組成ｙ２、前記上部
    ガイド層の厚さｄ２および前記上部クラッド層のＡｌ組
    成ｘ２が、 ｙ≧０．００３／ｄ＋０．００２＋（−０．０１０＋
    ０．１０×ｘ） ここで、ｄ＝（ｄ１＋ｄ２）／２、 ｙ＝（ｙ１×ｄ１＋ｙ２×ｄ２）／（ｄ１＋ｄ２）、 ｘ＝（ｘ１＋ｘ２）／２、 との関係を満たす、請求項１３に記載の半導体レーザ素
    子。
  15. 【請求項１５】 請求項６に記載の半導体レーザ素子
    と、 光検出器とを備え、 該半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を光ディス
    クに照射し、該光ディスクからの反射光に基づいて、該
    光ディスクに記録された情報を再生する光学式情報再生
    装置。
JP2000205787A 1999-07-09 2000-07-06 半導体レーザ素子および光学式情報再生装置 Expired - Lifetime JP4433356B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000205787A JP4433356B2 (ja) 1999-07-09 2000-07-06 半導体レーザ素子および光学式情報再生装置
US09/611,424 US6493367B1 (en) 1999-07-09 2000-07-07 Semiconductor laser device and optical information reproduction apparatus

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11-195390 1999-07-09
JP19539099 1999-07-09
JP2000205787A JP4433356B2 (ja) 1999-07-09 2000-07-06 半導体レーザ素子および光学式情報再生装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2001085796A true JP2001085796A (ja) 2001-03-30
JP4433356B2 JP4433356B2 (ja) 2010-03-17

Family

ID=26509087

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000205787A Expired - Lifetime JP4433356B2 (ja) 1999-07-09 2000-07-06 半導体レーザ素子および光学式情報再生装置

Country Status (2)

Country Link
US (1) US6493367B1 (ja)
JP (1) JP4433356B2 (ja)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002039555A1 (fr) * 2000-11-10 2002-05-16 Sharp Kabushiki Kaisha Element lumineux semi-conducteur nitrure et dispositif optique equipe de cet element
WO2003085790A1 (fr) * 2002-04-04 2003-10-16 Sharp Kabushiki Kaisha Dispositif laser a semi-conducteur
US6635905B2 (en) 2001-09-07 2003-10-21 Nec Corporation Gallium nitride based compound semiconductor light-emitting device
US6897484B2 (en) 2002-09-20 2005-05-24 Sharp Kabushiki Kaisha Nitride semiconductor light emitting element and manufacturing method thereof
JP2008103775A (ja) * 2001-09-27 2008-05-01 Ricoh Co Ltd 半導体発光素子
WO2010004974A1 (ja) * 2008-07-09 2010-01-14 シャープ株式会社 窒化物半導体レーザ素子
JP2010129676A (ja) * 2008-11-26 2010-06-10 Sharp Corp 窒化物半導体レーザ素子とその製造方法
US8293555B2 (en) 2001-03-27 2012-10-23 Ricoh Company, Ltd. Semiconductor light-emitting device, surface-emission laser diode, and production apparatus thereof, production method, optical module and optical telecommunication system
JP2016015525A (ja) * 2015-10-28 2016-01-28 シャープ株式会社 窒化物半導体レーザ素子
JP2021012900A (ja) * 2019-07-03 2021-02-04 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 Ｉｉｉ族窒化物系半導体レーザ素子

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002190635A (ja) * 2000-12-20 2002-07-05 Sharp Corp 半導体レーザ素子およびその製造方法
JP4710139B2 (ja) * 2001-01-15 2011-06-29 豊田合成株式会社 Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体素子
US20070290230A1 (en) 2003-09-25 2007-12-20 Yasutoshi Kawaguchi Nitride Semiconductor Device And Production Method Thereof
JP4872450B2 (ja) * 2006-05-12 2012-02-08 日立電線株式会社 窒化物半導体発光素子
JP5394717B2 (ja) * 2008-12-15 2014-01-22 日本オクラロ株式会社 窒化物半導体光素子の製造方法
DE102010009457A1 (de) 2010-02-26 2011-09-01 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronischer Halbleiterchip

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3717255B2 (ja) * 1996-12-26 2005-11-16 豊田合成株式会社 ３族窒化物半導体レーザ素子
JPH11243251A (ja) 1998-02-26 1999-09-07 Toshiba Corp 半導体レーザ装置

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6909120B2 (en) 2000-11-10 2005-06-21 Sharp Kabushiki Kaisha Nitride semiconductor luminous element and optical device including it
WO2002039555A1 (fr) * 2000-11-10 2002-05-16 Sharp Kabushiki Kaisha Element lumineux semi-conducteur nitrure et dispositif optique equipe de cet element
US8293555B2 (en) 2001-03-27 2012-10-23 Ricoh Company, Ltd. Semiconductor light-emitting device, surface-emission laser diode, and production apparatus thereof, production method, optical module and optical telecommunication system
US6635905B2 (en) 2001-09-07 2003-10-21 Nec Corporation Gallium nitride based compound semiconductor light-emitting device
JP2008103775A (ja) * 2001-09-27 2008-05-01 Ricoh Co Ltd 半導体発光素子
WO2003085790A1 (fr) * 2002-04-04 2003-10-16 Sharp Kabushiki Kaisha Dispositif laser a semi-conducteur
US7177336B2 (en) 2002-04-04 2007-02-13 Sharp Kabushiki Kaisha Semiconductor laser device
US7421000B2 (en) 2002-04-04 2008-09-02 Sharp Kabushiki Kaisha Semiconductor laser device
US6897484B2 (en) 2002-09-20 2005-05-24 Sharp Kabushiki Kaisha Nitride semiconductor light emitting element and manufacturing method thereof
WO2010004974A1 (ja) * 2008-07-09 2010-01-14 シャープ株式会社 窒化物半導体レーザ素子
JP4566253B2 (ja) * 2008-07-09 2010-10-20 シャープ株式会社 窒化物半導体レーザ素子
JP2010021271A (ja) * 2008-07-09 2010-01-28 Sharp Corp 窒化物半導体レーザ素子
JP2010129676A (ja) * 2008-11-26 2010-06-10 Sharp Corp 窒化物半導体レーザ素子とその製造方法
US8085826B2 (en) 2008-11-26 2011-12-27 Sharp Kabushiki Kaisha Nitride semiconductor laser device
US8311070B2 (en) 2008-11-26 2012-11-13 Sharp Kabushiki Kaisha Nitride semiconductor laser device
JP2016015525A (ja) * 2015-10-28 2016-01-28 シャープ株式会社 窒化物半導体レーザ素子
JP2021012900A (ja) * 2019-07-03 2021-02-04 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 Ｉｉｉ族窒化物系半導体レーザ素子

Also Published As

Publication number Publication date
JP4433356B2 (ja) 2010-03-17
US6493367B1 (en) 2002-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2001085796A (ja) 半導体レーザ素子および光学式情報再生装置
TW463430B (en) Semiconductor laser device
JP2002190635A (ja) 半導体レーザ素子およびその製造方法
JP2007250650A (ja) 窒化物半導体レーザ素子とその製造方法
US6873635B2 (en) Nitride semiconductor laser device and optical information reproduction apparatus using the same
JPH11251685A (ja) 半導体レーザ
JP2010267731A (ja) 窒化物半導体レーザ装置
US7586966B2 (en) Semiconductor laser diode formed with window at cleavage facet and fabricating method thereof
JP2007095758A (ja) 半導体レーザ
US20070158637A1 (en) Semiconductor laser device
US20110176568A1 (en) Nitride semiconductor laser diode
US20050048710A1 (en) Semiconductor laser device and method for fabricating the same
US20050180475A1 (en) Semiconductor laser device
JP4318519B2 (ja) 窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法
US20060120424A1 (en) Semiconductor laser device
US20120114004A1 (en) Nitride semiconductor laser device and method of manufacturing the same
JP4712169B2 (ja) 窒化物系半導体レーザ素子および光学式情報再生装置
JP2004253776A (ja) 半導体レーザ素子及び光学式情報記録装置
WO2009139095A1 (ja) 半導体レーザ装置及びその製造方法
JP2001298243A (ja) 半導体レーザ素子、半導体レーザ装置および光学式情報再生装置
JP2002289955A (ja) 半導体レーザ素子とその製造方法および光学式情報再生装置
JP2012064637A (ja) 半導体レーザ素子、半導体レーザ装置およびこれを用いた光装置
JP2009164389A (ja) 半導体レーザ及びこれを用いた記録再生用ピックアップ装置、並びに、半導体レーザの製造方法
JP2007013207A (ja) 半導体発光素子
JP4649942B2 (ja) 半導体レーザおよび光ディスク装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060911

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20090318

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090406

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090603

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20090824

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20091120

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20091130

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20091217

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20091217

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4433356

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130108

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130108

Year of fee payment: 3

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R3D04

EXPY Cancellation because of completion of term