JP2001148539A - 窒化物系半導体レーザ素子および光学式情報再生装置 - Google Patents

窒化物系半導体レーザ素子および光学式情報再生装置

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JP2001148539A JP2000256218A JP2000256218A JP2001148539A JP 2001148539 A JP2001148539 A JP 2001148539A JP 2000256218 A JP2000256218 A JP 2000256218A JP 2000256218 A JP2000256218 A JP 2000256218A JP 2001148539 A JP2001148539 A JP 2001148539A
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幸生 山崎
Toshiyuki Okumura
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光ピックアップ等への応用に最適な窒化物半
導体レーザ素子を歩留まり良く提供し、また、集光特性
の優れた光学式情報再生装置を実現する。 【解決手段】 窒化物系半導体レーザ素子は、Ａｌx1Ｇ
ａ1-x1Ｎ（０．０８≦ｘ１≦０．２）下部クラッド層４
と、ＩｎwＧａ1-wＮ井戸層とＩｎvＧａ1-vＮ障壁層との
交互多層構造からなる活性層７と、Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ
（０．０８≦ｘ２≦０．２）上部クラッド層１０とが基
板１側からこの順に形成された層を含み、該下部クラッ
ド層４中または／かつ該上部クラッド層１０中に、Ｉｎ
zＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層５（膜厚２００ｎ
ｍ以下）が単層または複数層介装されている。

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（ファーフィール
ドパターン）が良好な半導体レーザ装置に関する。
【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２２は、先に本出願人により出願された特開
平９−５５５６０号公報の窒化物半導体レーザ素子（ま
たは発光ダイオード）を示す模式図であり、半導体レー
ザの導波路ストライプ部分の共振器に垂直な断面を示し
ている。本半導体レーザ素子（または発光ダイオード）
は、サファイア基板１９１上に、薄層のＧａＮまたはＡ
ｌＮまたはＡｌＧａＮからなる低温バッファ層１９２が
形成され、その上に、ｎ型ＧａＮコンタクト層１９３、
ｎ型下部クラッド層２０２、ノンドープまたはＳｉドー
プＡｌＧａＩｎＮ活性層１９６（または発光層）、ｐ型
上部クラッド層１９７およびｐ型ＧａＮコンタクト層１
９８が積層形成されている。ｐ型コンタクト層１９８の
上には正電極２００が形成されている。また、ｎ型Ｇａ
Ｎ層の上部が一部露出するように、その上側のｎ型下部
クラッド層、活性層（または発光層）、ｐ型上部クラッ
ド層およびｐ型ＧａＮキャップ層は部分的に除去され、
露出したｎ型ＧａＮ層の部分の上に負電極２０１が形成
されている。
【０００３】本半導体レーザ素子では、ｎ型下部クラッ
ド層は、厚み約０．１５〜０．３μｍのｎ型Ａｌ0.1Ｇ
ａ0.9Ｎクラッド層１９４と厚み約２００オングストロ
ームのｎ型ＡｌaＧａ1-aＮ（０≦ａ≦１）緩衝層１９５
とを繰り返し成長して下部クラッド層２０２の厚みを各
々約１μｍとしている。
【０００４】ｎ型下部クラッド層の総膜厚は、レーザ発
振モードの電界分布がｎ型ＧａＮコンタクト層へ染み出
し、これによるＦＦＰにおけるリップルの発生を防止す
るためには厚いほど望ましいが、結晶成長の困難さのた
め、ｎ型ＧａＮ層上に歩留まり良く成長できるｎ型Ａｌ
0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層の層厚は制限される。なお、本
明細書中では、半導体多層膜に垂直な方向の、半導体レ
ーザ素子構造中における光電界分布およびＦＦＰを問題
にしており、これを単に各々電界分布およびＦＦＰと記
載している。そのため、本半導体レーザ素子では、ｎ型
下部クラッド層は、厚み約０．１５〜０．３μｍのｎ型
Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層と厚み約２００オングスト
ロームのｎ型ＡｌaＧａ1-aＮ（０≦ａ≦１）緩衝層とを
繰り返し成長することにより、ｎ型下部クラッド層の総
膜厚を約１μｍとしている。
【０００５】
【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を
実際に作製し、表面を光学顕微鏡で約２００倍に拡大し
て観察したところ、表面がきれいなウェハーもあれば、
ウェハーの周辺部で六角形のクラックが発生しているウ
ェハーも確認された。より具体的には、１０枚のウェハ
の内８枚のウェハーで、このような六角形のクラックが
発生している様子が確認された。
【０００６】また、レーザ素子構造のウェハの内、クラ
ックの生じていない部分を素子化したところ、閾値電流
密度２〜３ｋＡ／ｃｍ2程度でレーザ発振を生じたが、
クラックの生じたところを素子化したものでは、レーザ
発振を生じた素子の数は、３０個中１５個であった。
【０００７】このように、緩衝層としてＡｌＮまたはＧ
ａＮを用いた場合は、十分なクラック防止効果が見られ
ておらず、それにより深刻な歩留まりの低下が生ずると
いう問題があった。
【０００８】本発明は、上記問題を解消し、光ピックア
ップ等への応用に最適な窒化物半導体レーザ素子を歩留
まり良く提供し、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。
【０００９】
【課題を解決するための手段】〔１〕上記目的を達成す
るため、本発明に基づく窒化物系半導体レーザ素子は、
Ａｌ x1Ｇａ1-x1Ｎ（０．０８≦ｘ１≦０．２）下部クラ
ッド層と、ＩｎwＧａ1-wＮ井戸層とＩｎvＧａ1-vＮ障壁
層との交互多層構造からなる活性層と、Ａｌx2Ｇａ1- x2
Ｎ（０．０８≦ｘ２≦０．２）上部クラッド層とが基板
側からこの順に形成された層を含み、該下部クラッド層
中または／かつ該上部クラッド層中に、ＩｎzＧａ1-zＮ
（０≦ｚ≦０．２）緩衝層（膜厚２００ｎｍ以下）が単
層または複数層介装されていることを特徴とする。
【００１０】〔２〕上記発明において好ましくは、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、上記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ
≦０．２）緩衝層の膜厚と組成を設定してなることを特
徴とする。
【００１１】〔３〕上記発明において好ましくは、上記
上部または／かつ下部クラッド層の総膜厚が、０．８μ
ｍ以上１０μｍ以下の範囲に設定してなることを特徴と
する。
【００１２】〔４〕上記発明において好ましくは、上記
下部／上部クラッド層に介装された少なくとも１層の少
なくとも１層のＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝
層において、各ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝
層（誘電率εI）および両隣の下部／上部クラッド層
（誘電率εA）で構成される導波路の導波モード（等価
屈折率ｎi、半導体層に対し垂直方向の電界分布ｆ
i（ｘ））と、上記半導体レーザ素子の発振光の導波層
および下部クラッド層および上部クラッド層で構成され
る導波路の導波モード（等価屈折率ｎeq、半導体層に対
し垂直方向の電界分布ｆeq（ｘ））とで決定されるパラ
メータＦについて、Ｆ＜０．４の関係が成立するよう
に、上記緩衝層の膜厚と組成を設定してなることを特徴
とする。但し、 Ｆ＝１／｛１＋（Δ／κ）2｝ Δ＝（π／λ）（ｎeq−ｎi） κ＝（ω・ε0／４）∫｛ｆeq（ｘ）*・δε（ｘ）・ｆ
i（ｘ）｝ｄｘ δε（ｘ）＝εI−εA（ｘ；ＩｎzＧａ1-zＮ緩衝層
内），０（ｘ；それ以外） ω＝２πｃ0／λ λ；真空中における発振光の波長 ｃ0；真空中の光速 ε0；真空中の誘電率 で与えられるものとする。
【００１３】〔５〕上記発明において好ましくは、上記
下部クラッド層と活性層の間にＧａＮ下部ガイド層（膜
厚０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、かつＡｌx2
Ｇａ1-x2Ｎ（０．０８≦ｘ２≦０．２）上部クラッド層
と活性層との間にＧａＮ上部ガイド層（膜厚０．０８〜
０．１５μｍ）を有しており、上記下部クラッド層に介
装された上記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層
から上記ＧａＮ上部ガイド層までの距離、もしくは上記
上部クラッド層に介装された上記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦
ｚ≦０．２）緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層までの
距離をｄ［μｍ］、上記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．
２）緩衝層から上記ＧａＮ下部ガイド層までに介装され
た下部クラッド層の平均Ａｌ組成、もしくは上記Ｉｎz
Ｇａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層から上記ＧａＮ上
部ガイド層までに介装された上部クラッド層の平均Ａｌ
組成を０．０８≦ｘ≦０．２とし、上記緩衝層の組成ｐ
1および膜厚ｔ1［ｎｍ］が、 ０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦１／（０．００８
０２６８＋０．５８５３３ｐ1）かつ０．００１≦ｐ1≦
０．０９ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦−８．９９５６＋
２７３．９５ｐ1かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ１／（０．０００１７６７２＋
０．０８８６０４ｐ1）≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦
ｐ1≦０．０９ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ−１０３．６３＋２４０３．３
ｐ1≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦１／（０．００６
７７２５＋０．５０５７８ｐ1）かつ０．００１≦ｐ1≦
０．０９ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦−１０．８６＋３
２１．８８ｐ1かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ１／（０．００１４２９６＋
０．１３０１４ｐ1）≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ
1≦０．０９ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ−４２．２５４＋１２７３．３
ｐ1≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ または ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦（０．００４４０６３＋
０．３６２２ｐ1）(-1)かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９ または ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦−１７．９５８＋４７９ｐ1
かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ または ｄ≧０．４かつ（０．００３１２２３＋０．２６８４７
ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０
９ または ｄ≧０．４かつ−２５．８６７＋６６４．４５ｐ1≦ｔ1
≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ のいずれかの範囲に設定してなることを特徴とする。
【００１４】なお、さらに望ましくは、上記下部クラッ
ド層と活性層との間にＧａＮ下部ガイド層（膜厚０．０
８〜０．１５μｍ）を有しており、かつ上記上部クラッ
ド層と活性層との間にＧａＮ上部ガイド層（膜厚０．０
８〜０．１５μｍ）を有しており、上記下部クラッド層
に介装された上記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩
衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層までの距離、もしくは
上記上部クラッド層に介装された上記ＩｎzＧａ1-zＮ
（０≦ｚ≦０．２）緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層
までの距離をｄ［μｍ］、上記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ
≦０．２）緩衝層から上記ＧａＮ下部ガイド層までに介
装された下部クラッド層の平均Ａｌ組成、もしくは上記
ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層から上記Ｇａ
Ｎ上部ガイド層までに介装された上部クラッド層の平均
Ａｌ組成を０．０８≦ｘ≦０．２とし、上記緩衝層の組
成ｐ1および膜厚ｔ1［ｎｍ］が、 ０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦（０．００９７３
７６＋０．６９２８１ｐ1）(-1)かつ０．００１≦ｐ1≦
０．０９ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦−６．６３４９＋
２２２．７２ｐ1かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦（０．００８０２
６８＋０．５８５３３ｐ1）(-1)かつ０．００１≦ｐ1≦
０．０９ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦−８．９９５６＋
２７３．９５ｐ1かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ（０．００１７６７２＋０．０
８８６０４ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ
1≦０．０９ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ−１０３．６３＋２４０３．３
ｐ1≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ または ０．４≦ｄ＜０．８かつ１０≦ｔ1≦１／（０．００６
７７２５＋０．５０５７８ｐ1）かつ０．００１≦ｐ1≦
０．０９ または ０．４≦ｄ＜０．８かつ１０≦ｔ1≦−１０．８６＋３
２１．８８ｐ1かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ または ０．４≦ｄ＜０．８かつ１／（０．００１４２９６＋
０．１３０１４ｐ1）≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ
1≦０．０９ または ０．４≦ｄ＜０．８かつ−４２．２５４＋１２７３．３
ｐ1≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ または ｄ≧０．８かつ１０≦ｔ1≦（０．００４４０６３＋
０．３６２２ｐ1）(-1)かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９ または ｄ≧０．８かつ１０≦ｔ1≦−１７．９５８＋４７９ｐ1
かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ または ｄ≧０．８かつ（０．００３１２２３＋０．２６８４７
ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０
９ または ｄ≧０．８かつ−２５．８６７＋６６４．４５ｐ1≦ｔ1
≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ のいずれかの範囲に設定してなることがよい。
【００１５】〔６〕上記発明において好ましくは、上記
下部クラッド層と活性層の間に０％以上２％未満のＩｎ
を少なくとも含む下部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１
５μｍ）を有しており、かつ上部クラッド層と活性層と
の間に０％以上２％未満のＩｎを少なくとも含む上部ガ
イド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、
下部クラッド層に介装された上記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦
ｚ≦０．２）緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層までの
距離、もしくは上記上部クラッド層に介装された上記Ｉ
ｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層から上記ＧａＮ
上部ガイド層までの距離をｄ［μｍ］、上記ＩｎＧａＮ
緩衝層から上記ＧａＮ下部ガイド層までに介装された下
部クラッド層の平均Ａｌ組成、もしくは上記ＩｎＧａＮ
緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層までに介装された上
部クラッド層の平均Ａｌ組成を０．０８≦ｘ≦０．２と
し、上記緩衝層の組成ｐ1および膜厚ｔ1［ｎｍ］が、 ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦（０．００２１８２＋０．
２８３８ｐ1）(-1)かつｔ 1≦２００かつ０．００１≦ｐ
1≦０．０９ または ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦−２７．９１６＋６３１．
１４ｐ1＋４１８．９４ｐ 1 2かつｔ1≦２００かつ０．０
９＜ｐ1≦０．２ または ｄ≧０．４かつ（−０．００１３６９４＋０．１６３５
５ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．
０９ または ｄ≧０．４かつ６０．４０９−８４０．５ｐ1＋１０８
４３ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦（０．００２８１
４７＋０．３２７５１ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ
０．００１≦ｐ1≦０．０９ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦−２４．４４９＋
５６０．５９ｐ1＋２２２．４５ｐ1 2かつｔ1≦２００か
つ０．０９＜ｐ1≦０．２ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ（−０．００１１６０６＋０．
１３７８９ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ
1≦０．０９ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ８１．０４３−１１５９．４ｐ
1＋１３５３７ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦
０．２ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦（０．００３９９
４２＋０．３９６４５ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ
０．００１≦ｐ1≦０．０９ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦−２１．３３１＋
４８８．１３ｐ1かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦
０．２ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ（−０．０００７６７９８＋
０．０９３６６６ｐ1）(-1 )≦ｔ1≦２００かつ０．００
１≦ｐ1≦０．０９ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ１０８．６１−１５１１．６ｐ
1＋１９０１６ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦
０．２ のいずれかの範囲に設定してなることを特徴とする。
【００１６】さらに望ましくは、上記下部クラッド層と
活性層の間に０％以上２％未満のＩｎを少なくとも含む
下部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を有して
おり、かつ上部クラッド層と活性層との間に０％以上２
％未満のＩｎを少なくとも含む上部ガイド層（膜厚０．
０８〜０．１５μｍ）を有しており、上記ＩｎＧａＮ緩
衝層から上記上部ガイド層または上記下部ガイド層まで
の距離をｄ［μｍ］、上記ＩｎＧａＮ緩衝層から上記上
部ガイド層または上記下部ガイド層までに介装された上
部または下部クラッド層の平均Ａｌ組成を０．０８≦ｘ
≦０．２とし、上記緩衝層の組成ｐ1および膜厚ｔ1［ｎ
ｍ］が、 ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦１／（０．００６７７２５
＋０．５０５７８ｐ1）かつｔ1≦２００かつ０．００１
≦ｐ1≦０．０９ または ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦−１０．８６＋３２１．８
８ｐ1かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ または ｄ≧０．４かつ１／（０．００１４２９６＋０．１３０
１４ｐ1）≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０
９ または ｄ≧０．４かつかつ−４２．２５４＋１２７３．３ｐ1
≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦１／（０．００８
０２６８＋０．５８５３３ｐ1）かつｔ1≦２００かつ
０．００１≦ｐ1≦０．０９ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦−８．９９５６＋
２７３．９５ｐ1かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ１／（０．０００１７６７２＋
０．０８８６０４ｐ1）≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦
ｐ1≦０．０９ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ−１０３．６３＋２４０３．３
ｐ1≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦（０．００９７３
７６＋０．６９２８１ｐ1）(-1)かつ０．００１≦ｐ1≦
０．０９ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦−６．６３４９＋
２２２．７２ｐ1かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦
０．２ のいずれかの範囲に設定してなることがよい。
【００１７】〔７〕上記発明において好ましくは、上記
下部クラッド層と活性層の間に２％以上４％未満のＩｎ
を少なくとも含む下部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１
５μｍ）を有しており、かつ上部クラッド層と活性層と
の間に２％以上４％未満のＩｎを少なくとも含む上部ガ
イド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、
上記Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（０．０８≦ｘ１≦０．２）下部
クラッド層に介装された上記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦
０．２）緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層までの距
離、もしくは上記上部クラッド層に介装された上記Ｉｎ
zＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層から上記ＧａＮ上
部ガイド層までの距離をｄ［μｍ］、上記ＩｎＧａＮ緩
衝層から上記ＧａＮ下部ガイド層までに介装された下部
クラッド層の平均Ａｌ組成、もしくは上記ＩｎＧａＮ緩
衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層までに介装された上部
クラッド層の平均Ａｌ組成を０．０８≦ｘ≦０．２と
し、上記緩衝層の組成ｐ1および膜厚ｔ1［ｎｍ］が、 ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦（−０．０００５７９１６
＋０．２０２５７ｐ1）(- 1)かつｔ1≦２００かつ０．０
０１≦ｐ1≦０．０９ または ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦２０．２４８−２１２．４
９ｐ1＋６３９０ｐ1 2かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ
1≦０．２ または ｄ≧０．４かつ（−０．００２５７８２＋０．１４９０
２ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．
０９ または ｄ≧０．４かつ３４５．０７−６３６１．６ｐ1＋３９
３３９ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦（−０．００００
４８０８１＋０．２２８１２ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００
かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦６．７８９３＋
７．００９７ｐ1＋４７７９．４ｐ1 2かつｔ1≦２００か
つ０．０９＜ｐ1≦０．２ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ（−０．００２４０３９＋０．
１３５６１ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ
1≦０．０９ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ４１０．２−７５８４．７ｐ1
＋４６１０１ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦
０．２ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦（−０．００００
７６１６６＋０．２７６０８ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００
かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦−４．９２９４＋
２１３．７６ｐ1＋２８２７．４ｐ1 2かつｔ1≦２００か
つ０．０９＜ｐ1≦０．２ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ（−０．００１８９６１＋０．
１０４９４ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ
1≦０．０９ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ５３６．０８−９９６６．９ｐ
1＋６０７０７ｐ1≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦
０．２ のいずれかの範囲に設定してなることを特徴とする。
【００１８】さらに望ましくは、上記下部クラッド層と
活性層との間に２％以上４％未満のＩｎを少なくとも含
む下部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を有し
ており、かつ上部クラッド層と活性層との間に２％以上
４％未満のＩｎを少なくとも含む上部ガイド層（膜厚
０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、上記下部クラ
ッド層に介装された上記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．
２）緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層までの距離、も
しくは上記上部クラッド層に介装された上記Ｉｎ zＧａ
1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層から上記ＧａＮ上部ガ
イド層までの距離をｄ［μｍ］、上記ＩｎＧａＮ緩衝層
から上記ＧａＮ下部ガイド層までに介装された下部クラ
ッド層の平均Ａｌ組成、もしくは上記ＩｎＧａＮ緩衝層
から上記ＧａＮ上部ガイド層までに介装された上部クラ
ッド層の平均Ａｌ組成を０．０８≦ｘ≦０．２とし、上
記緩衝層の組成ｐ1および膜厚ｔ1［ｎｍ］が、 ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦（０．００２１８２＋０．
２８３８ｐ1）(-1)かつｔ 1≦２００かつ０．００１≦ｐ
1≦０．０９ または ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦−２７．９１６＋６３１．
１４ｐ1＋４１８．９４ｐ 1 2かつｔ1≦２００かつ０．０
９＜ｐ1≦０．２ または ｄ≧０．４かつ（−０．００１３６９４＋０．１６３５
５ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．
０９ または ｄ≧０．４かつ６０．４０９−８４０．５ｐ1＋１０８
４３ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦（０．００２８１
４７＋０．３２７５１ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ
０．００１≦ｐ1≦０．０９ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦−２４．４４９＋
５６０．５９ｐ1＋２２２．４５ｐ1 2かつｔ1≦２００か
つ０．０９＜ｐ1≦０．２ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ（−０．００１１６０６＋０．
１３７８９ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ
1≦０．０９ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ８１．０４３−１１５９．４ｐ
1＋１３５３７ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦
０．２ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦（０．００３９９
４２＋０．３９６４５ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ
０．００１≦ｐ1≦０．０９ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦−２１．３３１＋
４８８．１３ｐ1かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦
０．２ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ（−０．０００７６７９８＋
０．０９３６６６ｐ1）(-1 )≦ｔ1≦２００かつ０．００
１≦ｐ1≦０．０９ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ１０８．６１−１５１１．６ｐ
1＋１９０１６ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦
０．２ のいずれかの範囲に設定してなることがよい。
【００１９】〔８〕上記発明において好ましくは、上記
下部クラッド層と活性層の間に４％以上６％未満のＩｎ
を少なくとも含む下部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１
５μｍ）を有しており、かつ上部クラッド層と活性層と
の間に４％以上６％未満のＩｎを少なくとも含む上部ガ
イド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、
上記下部クラッド層に介装された上記下部クラッド層に
介装された上記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝
層から上記ＧａＮ上部ガイド層までの距離、もしくは上
記上部クラッド層に介装された上記ＩｎzＧａ1-zＮ（０
≦ｚ≦０．２）緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層まで
の距離をｄ［μｍ］、上記ＩｎＧａＮ緩衝層から上記Ｇ
ａＮ下部ガイド層までに介装された下部クラッド層の平
均Ａｌ組成、もしくは上記ＩｎＧａＮ緩衝層から上記Ｇ
ａＮ上部ガイド層までに介装された上部クラッド層の平
均Ａｌ組成を０．０８≦ｘ≦０．２とし、上記緩衝層の
組成ｐ1および膜厚ｔ1［ｎｍ］が、 ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦（−０．００３６５８８＋
０．１５８０４ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００
１≦ｐ1≦０．０９ または ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦１１９２．２−２２２６２
ｐ1＋１１２６７０ｐ1 2かつｔ1≦２００かつ０．０９＜
ｐ1≦０．２ または ｄ≧０．４かつ（−０．００３５０１７＋０．１４５７
１ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．
０９ または ｄ≧０．４かつ５２４．７５−１００２９ｐ1＋５９４
０６ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦（−０．００２９
７２７＋０．１８４６８ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ
０．００１≦ｐ1≦０．０９ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦２１１．８７−３
８７４．３ｐ1＋２５７５２ｐ1 2かつｔ1≦２００かつ
０．０９＜ｐ1≦０．２ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ（−０．００３３２９１＋０．
１３５８６ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ
1≦０．０９ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ５８７．７−１１２６４ｐ1＋
６６３８０ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．
２ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦（−０．００３１
９４７＋０．２１９０３ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ
０．００１≦ｐ1≦０．０９ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦１３９．３７−２
４９６．５ｐ1＋１７８３１ｐ1 2かつｔ1≦２００かつ
０．０９＜ｐ1≦０．２ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ（−０．００２８２３７＋０．
１１１１３ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ
1≦０．０９ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ７６６．５２−１４７７３ｐ1
＋８６５８９ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦
０．２ のいずれかの範囲に設定してなることを特徴とする。
【００２０】さらに望ましくは、上記下部クラッド層と
活性層の間に４％以上６％未満のＩｎを少なくとも含む
下部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を有して
おり、かつ上部クラッド層と活性層との間に４％以上６
％未満のＩｎを少なくとも含む上部ガイド層（膜厚０．
０８〜０．１５μｍ）を有しており、上記下部クラッド
層に介装された上記下部クラッド層に介装された上記Ｉ
ｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層から上記ＧａＮ
上部ガイド層までの距離、もしくは上記上部クラッド層
に介装された上記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩
衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層までの距離をｄ［μ
ｍ］、上記ＩｎＧａＮ緩衝層から上記ＧａＮ下部ガイド
層までに介装された下部クラッド層の平均Ａｌ組成、も
しくは上記ＩｎＧａＮ緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド
層までに介装された上部クラッド層の平均Ａｌ組成を
０．０８≦ｘ≦０．２とし、上記緩衝層の組成ｐ1およ
び膜厚ｔ1［ｎｍ］が、 ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦（−０．０００５７９１６
＋０．２０２５７ｐ1）(- 1)かつｔ1≦２００かつ０．０
０１≦ｐ1≦０．０９ または ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦２０．２４８−２１２．４
９ｐ1＋６３９０ｐ1 2かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ
1≦０．２ または ｄ≧０．４かつ（−０．００２５７８２＋０．１４９０
２ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．
０９ または ｄ≧０．４かつ３４５．０７−６３６１．６ｐ1＋３９
３３９ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦（−０．００００
４８０８１＋０．２２８１２ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００
かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦６．７８９３＋
７．００９７ｐ1＋４７７９．４ｐ1 2かつｔ1≦２００か
つ０．０９＜ｐ1≦０．２ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ（−０．００２４０３９＋０．
１３５６１ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ
1≦０．０９ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ４１０．２−７５８４．７ｐ1
＋４６１０１ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦
０．２ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦（−０．００００
７６１６６＋０．２７６０８ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００
かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦−４．９２９４＋
２１３．７６ｐ1＋２８２７．４ｐ1 2かつｔ1≦２００か
つ０．０９＜ｐ1≦０．２ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ（−０．００１８９６１＋０．
１０４９４ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ
1≦０．０９ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ５３６．０８−９９６６．９ｐ
1＋６０７０７ｐ1≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦
０．２ のいずれかの範囲に設定してなることがよい。
【００２１】
〔９〕上記発明において好ましくは、上記
下部クラッド層と活性層の間に６％以上７％未満のＩｎ
を少なくとも含む下部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１
５μｍ）を有しており、かつ上部クラッド層と活性層と
の間に６％以上７％未満のＩｎを少なくとも含む上部ガ
イド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、
上記下部クラッド層に介装された上記ＩｎzＧａ1-zＮ
（０≦ｚ≦０．２）緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層
までの距離、もしくは上記上部クラッド層に介装された
上記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層から上記
ＧａＮ上部ガイド層までの距離をｄ［μｍ］、上記Ｉｎ
ＧａＮ緩衝層から上記ＧａＮ下部ガイド層までに介装さ
れた下部クラッド層の平均Ａｌ組成、もしくは上記Ｉｎ
ＧａＮ緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層までに介装さ
れた上部クラッド層の平均Ａｌ組成を０．０８≦ｘ≦
０．２とし、上記緩衝層の組成ｐ1および膜厚ｔ1［ｎ
ｍ］が、 ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦（−０．００３６５８８＋
０．１５８０４ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００
１≦ｐ1≦０．０９ または ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦１１９２．２−２２２６２
ｐ1＋１１２６７０ｐ1 2かつｔ1≦２００かつ０．０９＜
ｐ1≦０．２ または ｄ≧０．４かつ（−０．００４１７６１＋０．１３９１
６ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．
０９ または ｄ≧０．４かつ９５８．１６−１８８５２ｐ1＋１０５
８７０ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦（−０．００３８
１０８＋０．１６８５６ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ
０．００１≦ｐ1≦０．０９ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦９７３．６９−１
８１８６ｐ1＋９３３２１ｐ1 2かつｔ1≦２００かつ０．
０９＜ｐ1≦０．２ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ（−０．００４０３３９＋０．
１３２３６ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ
1≦０．０９ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ１０５６．２−２０８１５ｐ1
＋１１６４６０ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦
０．２ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦（−０．００４０
７７３＋０．１９５４７ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ
０．００１≦ｐ1≦０．０９ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦５３９．７５−１
００８８ｐ1＋５４７５７ｐ1 2かつｔ1≦２００かつ０．
０９＜ｐ1≦０．２ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ（−０．００３５４２４＋０．
１１２８５ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ
1≦０．０９ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ１３３５．８−２６４２８ｐ1
＋１４７２６０ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦
０．２ のいずれかの範囲に設定してなる。
【００２２】なお、さらに望ましくは、上記下部クラッ
ド層と活性層の間に６％以上７％未満のＩｎを少なくと
も含む下部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を
有しており、かつ上部クラッド層と活性層との間に６％
以上７％未満のＩｎを少なくとも含む上部ガイド層（膜
厚０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、上記下部ク
ラッド層に介装された上記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦
０．２）緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層までの距
離、もしくは上記上部クラッド層に介装された上記Ｉｎ
zＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層から上記ＧａＮ上
部ガイド層までの距離をｄ［μｍ］、上記ＩｎＧａＮ緩
衝層から上記ＧａＮ下部ガイド層までに介装された下部
クラッド層の平均Ａｌ組成、もしくは上記ＩｎＧａＮ緩
衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層までに介装された上部
クラッド層の平均Ａｌ組成を０．０８≦ｘ≦０．２と
し、上記緩衝層の組成ｐ1および膜厚ｔ1［ｎｍ］が、 ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦（−０．００３６５８８＋
０．１５８０４ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００
１≦ｐ1≦０．０９ または ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦１１９２．２−２２２６２
ｐ1＋１１２６７０ｐ1 2かつｔ1≦２００かつ０．０９＜
ｐ1≦０．２ ｄ≧０．４かつ（−０．００３５０１７＋０．１４５７
１ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．
０９ または ｄ≧０．４かつ５２４．７５−１００２９ｐ1＋５９４
０６ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦（−０．００２９
７２７＋０．１８４６８ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ
０．００１≦ｐ1≦０．０９ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦２１１．８７−３
８７４．３ｐ1＋２５７５２ｐ1 2かつｔ1≦２００かつ
０．０９＜ｐ1≦０．２ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ（−０．００３３２９１＋０．
１３５８６ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ
1≦０．０９ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ５８７．７−１１２６４ｐ1＋
６６３８０ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．
２ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦（−０．００３１
９４７＋０．２１９０３ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ
０．００１≦ｐ1≦０．０９ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦１３９．３７−２
４９６．５ｐ1＋１７８３１ｐ1 2かつｔ1≦２００かつ
０．０９＜ｐ1≦０．２ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ（−０．００２８２３７＋０．
１１１１３ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ
1≦０．０９ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ７６６．５２−１４７７３ｐ1
＋８６５８９ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦
０．２ のいずれかの範囲に設定してなることがよい。
【００２３】〔１０〕上記発明において好ましくは、上
記下部クラッド層と活性層の間に７％以上１０％以下の
Ｉｎを少なくとも含む下部ガイド層（膜厚０．０８〜
０．１５μｍ）を有しており、かつ上部クラッド層と活
性層との間に７％以上１０％以下のＩｎを少なくとも含
む上部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を有し
ており、上記下部クラッド層に介装された上記ＩｎzＧ
ａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層から上記ＧａＮ上部
ガイド層までの距離、もしくは上記上部クラッド層に介
装された上記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層
から上記ＧａＮ上部ガイド層までの距離をｄ［μｍ］、
上記ＩｎＧａＮ緩衝層から上記ＧａＮ下部ガイド層まで
に介装された下部クラッド層の平均Ａｌ組成、もしくは
上記ＩｎＧａＮ緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層まで
に介装された上部クラッド層の平均Ａｌ組成を０．０８
≦ｘ≦０．２とし、上記緩衝層の組成ｐ1および膜厚ｔ1
［ｎｍ］が、 ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦（−０．００４３４７＋
０．１４７１９ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００
１≦ｐ1≦０．０９ または ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦８５８．５５−１６８６６
ｐ1＋９５１８６ｐ1 2かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ
1≦０．２ または ｄ≧０．４かつ（−０．００５１３４＋０．１３６２ｐ
1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９ または ｄ≧０．４かつ２４９７．８−４９９６１ｐ1＋２６４
０２０ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦（−０．００４４
８７２＋０．１５４４６ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ
０．００１≦ｐ1≦０．０９ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦７８０．２５−１
５２９９ｐ1＋８６６８３ｐ1 2かつｔ1≦２００かつ０．
０９＜ｐ1≦０．２ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ（−０．００４９８５１＋０．
１３１０６ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ
1≦０．０９ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ２７０５．９−５４１５９ｐ1
＋２８５７６０ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦
０．２ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦（−０．００４８
８８５＋０．１７５９１ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ
０．００１≦ｐ1≦０．０９ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦５９７．６５−１
１６６１ｐ1＋６６９８３ｐ1 2かつｔ1≦２００かつ０．
０９＜ｐ1≦０．２ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ（−０．００４４２８２＋０．
１１４４６ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ
1≦０．０９ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ３３２４．９−６６６５６ｐ1
＋３５１０５０ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦
０．２ のいずれかの範囲に設定してなる。
【００２４】なお、さらに望ましくは、上記下部クラッ
ド層と活性層の間に７％以上８％未満のＩｎを少なくと
も含む下部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を
有しており、かつ上部クラッド層と活性層との間に７％
以上８％未満のＩｎを少なくとも含む上部ガイド層（膜
厚０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、上記下部ク
ラッド層に介装された上記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦
０．２）緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層までの距
離、もしくは上記上部クラッド層に介装された上記Ｉｎ
zＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層から上記ＧａＮ上
部ガイド層までの距離をｄ［μｍ］、上記ＩｎＧａＮ緩
衝層から上記ＧａＮ下部ガイド層までに介装された下部
クラッド層の平均Ａｌ組成、もしくは上記ＩｎＧａＮ緩
衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層までに介装された上部
クラッド層の平均Ａｌ組成を０．０８≦ｘ≦０．２と
し、上記緩衝層の組成ｐ1および膜厚ｔ1［ｎｍ］が、 ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦（−０．００３６５８８＋
０．１５８０４ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００
１≦ｐ1≦０．０９ または ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦１１９２．２−２２２６２
ｐ1＋１１２６７０ｐ1 2かつｔ1≦２００かつ０．０９＜
ｐ1≦０．２ または ｄ≧０．４かつ（−０．００４１７６１＋０．１３９１
６ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．
０９ または ｄ≧０．４かつ９５８．１６−１８８５２ｐ1＋１０５
８７０ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦（−０．００３８
１０８＋０．１６８５６ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ
０．００１≦ｐ1≦０．０９ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦９７３．６９−１
８１８６ｐ1＋９３３２１ｐ1 2かつｔ1≦２００かつ０．
０９＜ｐ1≦０．２ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ（−０．００４０３３９＋０．
１３２３６ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ
1≦０．０９ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ１０５６．２−２０８１５ｐ1
＋１１６４６０ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦
０．２ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦（−０．００４０
７７３＋０．１９５４７ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ
０．００１≦ｐ1≦０．０９ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦５３９．７５−１
００８８ｐ1＋５４７５７ｐ1 2かつｔ1≦２００かつ０．
０９＜ｐ1≦０．２ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ（−０．００３５４２４＋０．
１１２８５ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ
1≦０．０９ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ１３３５．８−２６４２８ｐ1
＋１４７２６０ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦
０．２ のいずれかの範囲に設定してなるか、もしくは、上記下
部クラッド層と活性層の間に８％以上１０％以下のＩｎ
を少なくとも含む下部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１
５μｍ）を有しており、かつ上部クラッド層と活性層と
の間に８％以上１０％以下のＩｎを少なくとも含む上部
ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を有してお
り、上記下部クラッド層に介装された上記下部クラッド
層に介装された上記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）
緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層までの距離、もしく
は上記上部クラッド層に介装された上記ＩｎzＧａ1-zＮ
（０≦ｚ≦０．２）緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層
までの距離をｄ［μｍ］、上記ＩｎＧａＮ緩衝層から上
記ＧａＮ下部ガイド層までに介装された下部クラッド層
の平均Ａｌ組成、もしくは上記ＩｎＧａＮ緩衝層から上
記ＧａＮ上部ガイド層までに介装された上部クラッド層
の平均Ａｌ組成を０．０８≦ｘ≦０．２とし、上記緩衝
層の組成ｐ1および膜厚ｔ1［ｎｍ］が、 ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦（−０．００４３４７＋
０．１４７１９ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００
１≦ｐ1≦０．０９ または ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦８５８．５５−１６８６６
ｐ1＋９５１８６ｐ1 2かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ
1≦０．２ または ｄ≧０．４かつ（−０．００５１３４＋０．１３６２ｐ
1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９ または ｄ≧０．４かつ２４９７．８−４９９６１ｐ1＋２６４
０２０ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦（−０．００４４
８７２＋０．１５４４６ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ
０．００１≦ｐ1≦０．０９ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦７８０．２５−１
５２９９ｐ1＋８６６８３ｐ1 2かつｔ1≦２００かつ０．
０９＜ｐ1≦０．２ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ（−０．００４９８５１＋０．
１３１０６ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ
1≦０．０９ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ２７０５．９−５４１５９ｐ1
＋２８５７６０ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦
０．２ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦（−０．００４８
８８５＋０．１７５９１ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ
０．００１≦ｐ1≦０．０９ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦５９７．６５−１
１６６１ｐ1＋６６９８３ｐ1 2かつｔ1≦２００かつ０．
０９＜ｐ1≦０．２ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ（−０．００４４２８２＋０．
１１４４６ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ
1≦０．０９ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ３３２４．９−６６６５６ｐ1
＋３５１０５０ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦
０．２ のいずれかの範囲に設定してなることがよい。
【００２５】〔１１〕さらに、上記発明において好まし
くは、上記下部クラッド層と、基板との間に、０％以上
２０％以下のＩｎを少なくとも含むＩｎrＧａ1-rＮ緩衝
層が、少なくとも１層介装されている。
【００２６】〔１２〕本発明に基づく光学式情報再生装
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、上述のいずれか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。
【００２７】なお、本明細書において、ｘ軸は半導体層
面に対し、垂直方向にとるものとする。κは、モードＩ
とモードＩＩの結合係数である。またλは真空中におけ
る発振波長、ω（＝２πｃ／λ、ｃは真空中の光速）は
発振角周波数、ε0は真空中の誘電率を表す。μ0は真空
中の透磁率を表すものとする。κの計算式における積分
範囲は、ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層内とする。また、ｆ
eq（ｘ）、ｆi（ｘ）は、それぞれ以下の規格化条件 （ｎeq／２／ω／μ0）∫｜ｆeq（ｘ）｜2ｄｘ＝１ （ｎi／２／ω／μ0）∫｜ｆi（ｘ）｜２ｄｘ＝１ を満たすものとする。但し、積分範囲は、負の無限大か
ら正の無限大までである。
【００２８】
【発明の実施の形態】図１〜図１８は、本発明の実施の
形態を説明するための図である。以下に、本発明の実施
の形態を説明する。
【００２９】図１は、本発明の半導体レーザ素子を示す
模式図である。図は、半導体レーザの導波路部分の共振
器に垂直な断面を示している。本半導体レーザ素子は、
（０００１）Ｃ面サファイア基板１（膜厚３０〜３００
μｍ）、ＧａＮ低温バッファー層２（膜厚０〜１００ｎ
ｍ）、ｎ型ＧａＮコンタクト層３（膜厚０．１〜１０μ
ｍ）、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ（０．０８≦ｘ≦０．２）ク
ラッド層４（膜厚０．２〜０．８μｍ）とｎ型ＩｎpＧ
ａ1-pＮ（０＜ｐ≦０．２）緩衝層５（膜厚１０〜２０
０ｎｍ）との交互多層構造（ｎ型クラッド層／ｎ型緩衝
層／・・・／ｎ型緩衝層／ｎ型クラッド層）からなるｎ
型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層１５（総膜厚０．８〜１０
μｍ）、ｎ型ＩｎsＧａ1-sＮ（０≦ｓ≦０．１）ガイド
層６（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）、ＩｎwＧａ1-wＮ
（０＜ｗ＜０．２）井戸層とＩｎvＧａ1-vＮ（０＜ｖ＜
ｗ）障壁層との交互多層構造（障壁層／井戸層／・・・
／井戸層／障壁層）からなる多重量子井戸活性層７（発
光波長３７０〜４３０ｎｍ、総膜厚５〜６０ｎｍ）、ｐ
型ＡｌzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．３）キャリアブロック
層８（膜厚０〜２０ｎｍ）、ｐ型ＩｎtＧａ1-tＮ（０≦
ｔ≦０．１）ガイド層９（膜厚０．０８〜０．１５μ
ｍ）、ｐ型ＡｌyＧａ1-yＮ（０．０８≦ｙ≦０．２）ク
ラッド層１０（膜厚０．２〜０．８μｍ）、ｐ型ＧａＮ
コンタクト層１１（膜厚０．０１〜１０μｍ）の各窒化
物系半導体層が形成されている。
【００３０】その上には、必要な形状の絶縁膜１２が、
メサ上の概略全面に形成されている。正電極１３（たと
えば、Ｐｄ／Ａｕ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ、Ｐｄ／Ｐｔ／Ａ
ｕ等）は、ｐ型ＧａＮコンタクト層の一部露出した面上
の全面を含む、メサ状の概略全面に形成されている。負
電極１４（たとえば、Ｔｉ／Ａｌ、Ｚｒ／Ａｌ、Ｈｆ／
Ａｌなど）は、ｎ型ＧａＮコンタクト層の一部露出した
面上に形成されている。メサは、ｎ型ＧａＮコンタクト
層、ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッ
ド層、ｎ型ＧａＮガイド層、ＩｎＧａＮ多重量子井戸活
性層、ｐ型ＡｌＧａＮキャリアブロック層、ｐ型ＡｌＧ
ａＮクラッド層、ｐ型ＧａＮコンタクト層、絶縁膜（但
し前記絶縁膜は必要領域のみ）、正電極より構成されて
いる。ストライプの両端面はミラーとして働き、光共振
器を構成している。
【００３１】次に、本実施の形態における半導体レーザ
の製造方法について述べる。まず、（０００１）Ｃ面サ
ファイア基板（膜厚３０〜３００μｍ）を洗浄する。洗
浄した（０００１）Ｃ面サファイア基板をＭＯＣＶＤ装
置内に導入し、Ｈ2雰囲気の中で、約１１００℃の高温
でクリーニングを行う。その後、降温して、キャリアガ
スとして水素（Ｈ2）を１０リットル／ｍｉｎ流しなが
ら、６００℃でＮＨ3とトリメチルガリウム（ＴＭＧ）
をそれぞれ５リットル／ｍｉｎ、２０ｍｏｌ／ｍｉｎ導
入して、０〜１００ｎｍの厚みのＧａＮ低温バッファ層
を成長する。低温バッファ層としては、ＧａＮに限ら
ず、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、ＴＭＧ、ＮＨ
3を使用して、ＡｌＮ膜やＧａＡｌＮ膜を用いてもなん
ら影響はない。
【００３２】次に、Ｎ2とＮＨ3をそれぞれ５リットル／
ｍｉｎ流しながら約１０５０℃まで昇温する。温度が上
がれば、キャリアガスをＮ2からＨ2に代えて、ＴＭＧを
１００μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＳｉＨ4を１０ｎｍｏｌ／ｍ
ｉｎ導入して、ｎ型ＧａＮコンタクト層を０．１〜１０
μｍ成長する。次に、ＴＭＧの流量を５０μｍｏｌ／ｍ
ｉｎに調整し、ＴＭＡを一定量導入して、ｎ型のＡｌx1
Ｇａ1-x1Ｎ（０．０８≦ｘ１≦０．２）クラッド層を
０．２〜０．８μｍの厚さで成長する。次に、ＴＭＧお
よびＴＭＡの供給を停止して、キャリアガスをＨ2から
Ｎ2に再び代えて、約８００℃まで降温後、ＴＭＧを１
５μｍｏｌ／ｍｉｎに調整し、ＴＭＩを一定量流しなが
ら、ＩｎpＧａ1-pＮ（０＜ｐ≦０．２）緩衝層を０〜２
００ｎｍ成長する。
【００３３】次に、ＴＭＩおよびＴＭＧの供給を停止し
て、再び１０５０℃まで昇温し、キャリアガスを再びＮ
2からＨ2に代えて、ＴＭＧの流量を５０μｍｏｌ／ｍｉ
ｎに調整し、ＴＭＡを一定量導入して、ｎ型のＡｌx2Ｇ
ａ1-x2Ｎ（０．０８≦ｘ２≦０．２）クラッド層を０．
２〜０．８μｍの厚さで成長する。このｎ型ＡｌＧａＮ
層とｎ型ＩｎＧａＮ層とを繰り返し成長し、ｎ型ＡｌＧ
ａＮ緩衝層とｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層との交互多層構造
（ｎ型クラッド層／ｎ型緩衝層／・・・／ｎ型緩衝層／
ｎ型クラッド層）からなるｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド
層を総膜厚０．８〜１０μｍ成長する。ＡｌＧａＩｎＮ
の成長が終了すると、ＴＭＡの供給を停止し、ＴＭＧを
１００μｍｏｌ／ｍｉｎに調整して、ｎ型ＧａＮガイド
層を０．０８〜０．１５μｍの厚さになるように成長す
る。
【００３４】その後、ＴＭＧの供給を停止して、キャリ
アガスをＨ2からＮ2に再び代えて、７００℃まで降温
し、インジウム原料であるトリメチルインジウム（ＴＭ
Ｉ）を一定量、ＴＭＧを１５μｍｏｌ／ｍｉｎ導入し、
ＩｎvＧａ1-vＮよりなる障壁層を成長する。その後、Ｔ
ＭＩの供給をある一定量にまで増加し、ＩｎwＧａ1-wＮ
よりなる井戸層を成長する。このＩｎＧａＮ障壁層とＩ
ｎＧａＮ井戸層との交互多層構造（障壁層／井戸層／・
・・／井戸層／障壁層）からなる多重量子井戸（ＭＱ
Ｗ）活性層を成長する。障壁層および井戸層を形成する
ＩｎＧａＮの混晶比及び膜厚は、発光波長が３７０〜４
３０ｎｍの範囲になるように設計し、成長時に導入する
ＴＭＩの流量は、その設計値に等しいＩｎ組成の膜が得
られるように調節する。ＭＱＷ活性層の成長が終了する
と、ＴＭＩおよびＴＭＧの供給を停止して、再び１０５
０℃まで昇温し、キャリアガスを再びＮ2からＨ2に代え
て、ＴＭＧを５０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＡを適量、ｐ
型ドーピング原料であるビスシクロペンタジエニルマグ
ネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を１０ｎｍｏｌ／ｍｉｎ流し、
０〜２０ｎｍ厚のｐ型ＡｌzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．
３）キャリアブロック層を成長する。
【００３５】キャリアブロック層の成長が終了すると、
ＴＭＡの供給を停止し、ＴＭＧの供給量を１００μｍｏ
ｌ／ｍｉｎに調整して、０．０８〜０．１５μｍの厚さ
のｐ型ＧａＮガイド層を成長する。その後、ＴＭＧの供
給を５０μｍ／ｍｉｎに調整し、ＴＭＡを一定量導入
し、０．２〜０．８μｍ厚のｐ型ＡｌyＧａ1-yＮ（０．
０８≦ｙ≦０．２）クラッド層を成長し、最後に、ＴＭ
Ｇの供給を１００μｍｏｌ／ｍｉｎに調整して、ＴＭＡ
の供給を停止し、０．０１〜１０μｍ厚のｐ型ＧａＮコ
ンタクト層の成長を行い発光素子構造の成長を終了す
る。成長が終了すると、ＴＭＧおよびＣｐ2Ｍｇの供給
を停止して降温し、室温でＭＯＣＶＤ装置より取り出
す。
【００３６】本レーザ構造を有する膜の最表面（成長終
端面）の表面粗さの平均値（Ｒａ）は約１０ｎｍであ
り、大変良好な平坦性を示した。また、（０００１）Ｃ
面サファイア基板、ＧａＮ低温バッファ層、ｎ型ＧａＮ
コンタクト層、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層とｎ型ＩｎＧ
ａＮ緩衝層との交互多層構造（ｎ型クラッド層／ｎ型緩
衝層／・・・／ｎ型緩衝層／ｎ型クラッド層）からなる
ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層（層膜厚約１μｍ）で構
成された構造を有するウェハーを複数枚作製し、表面を
光学顕微鏡で約２００倍に拡大して観察したところ、全
てのウェハーにおいて六角形のクラックはほとんど確認
されなかった。より具体的には、１０枚のウェハの内ウ
ェハーの周辺で六角形のクラックが発生しているウェハ
ーは１枚だけであった。従来の技術における課題が解消
されたのは、Ｉｎを含む緩衝層を介装してｎ型ＡｌＧａ
Ｎクラッド層を多段成長したことによる効果に他ならな
い。
【００３７】その後、フォトリソグラフィー技術および
反応性イオンエッチング技術を用い、ｐ型ＧａＮコンタ
クト層を３μｍ幅のストライプ状に残して、ｐ型Ａｌy
Ｇａ1 -yＮ（０．０８≦ｙ≦０．２）クラッド層までエ
ッチングを行い、光導波路を形成した後、フォトリソグ
ラフィー技術を用いてｐ型ＧａＮコンタクト層が電極と
接触する部分を除いて絶縁膜を形成する。その後、反応
性イオンエッチング技術を用いて、ウェハ最表面よりｎ
型ＧａＮコンタクト層の途中まで、負電極を形成する部
分を除去する。その後、メサ状のｐ型ＧａＮコンタクト
層の一部露出した面上に、正電極を形成する。電極材料
としては、たとえばＡｕ／ＮｉあるいはＡｕ／Ｐｄを用
いれば良い。また、ｎ型ＧａＮコンタクト層の一部露出
した面上の概略全面に、負電極を形成する。負電極材料
としては、たとえばＡｌ／ＴｉあるいはＡｕ／Ｗを用い
れば良い。
【００３８】最後に劈開あるいはドライエッチング法を
用いて素子長が約０．５ｍｍとなるようにして、ミラー
となる端面を形成した。
【００３９】以上により、図１に示す窒素化合物半導体
を用いた青紫色の発光波長を有するレーザが作製でき
る。
【００４０】本半導体レーザ素子において、ｎ型ＡｌＧ
ａＩｎＮクラッド層中に介装される単層または複数層か
らなるｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層の膜厚およびＩｎ混晶比
は、レーザ発振モードが各ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層と、そ
の近隣層であるｎ型ＡｌＧａＮクラッド層で構成される
３層スラブ導波路に結合しない条件となるように設計さ
れている。
【００４１】ＡｌＧａＮクラッド層中の緩衝層としてＩ
ｎＧａＮを用いると、ＡｌＧａＮクラッド／ＩｎＧａＮ
／ＡｌＧａＮクラッドで３層スラブ導波路が構成される
ので、レーザ発振モードが前記３層スラブ導波路に結合
するという新たな問題が発生する。レーザ発振モードが
前記ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層へ結合すると、レーザ発振モ
ードの活性層への閉じ込め率の低下を招き、閾値電流密
度の上昇を生ずる。さらに、ｎ型ＧａＮコンタクト層へ
のモードの染み出しが大きくなり、ｎ型ＧａＮコンタク
ト層におけるレーザ発振モードの電界振幅が大きくな
る。これは、ＦＦＰ（ファーフィールドパターン）にお
けるリップルを生ずる原因となり、このような半導体レ
ーザを光ピックアップなどの光学再生装置の光源として
使用した場合、集光点におけるプロファイルの乱れや集
光点径の拡大といった問題を生ずる原因となり、光ディ
スク等への記録密度の低下を招くことになる。
【００４２】これらの問題は、介装されるｎ型ＩｎＧａ
Ｎ緩衝層の膜厚およびＩｎ組成を適正に設定することに
より回避されるものである。
【００４３】以下、まずｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層
中に一層のみ介装されるｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層へのレー
ザ発振モードの結合を抑制する条件について述べる。ｎ
型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中にｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層
が複数介装される場合、およびｐ型ＡｌＧａＩｎＮクラ
ッド層中にｐ型ＩｎＧａＮ緩衝層が複数介装される場合
は、個々の緩衝層が、以下に述べる条件を満たすことを
考えれば良い。
【００４４】ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層（膜厚は無限
大）／ｎ型ＧａＮガイド層／ＩｎＧａＮ多重量子井戸活
性層／ｐ型ＡｌＧａＮキャリアストップ層／ｐ型ＧａＮ
ガイド層／ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層（膜厚は無限大）
で構成される多層スラブ導波路に生じる導波モード（価
屈折率ｎeq、電界振幅ｆeq（ｘ））をここではモードＩ
と呼ぶことにする。本明細書においては、活性層を含
み、ｐ型／ｎ型クラッド層に挟まれた層構造を、半導体
レーザ素子の発振光の導波層と呼んでいる。本実施の形
態においては、ｎ型ＧａＮガイド層からｐ型ＧａＮガイ
ド層までの多層構造が、半導体レーザ素子の発振光の導
波層となっている。また、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
（膜厚は無限大）／ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層／ｎ型ＡｌＧ
ａＮクラッド層（膜厚は無限大）で構成される３層スラ
ブ導波路に生じる導波モード（等価屈折率ｎi、電界振
幅ｆi（ｘ））をここではモードＩＩと呼ぶことにす
る。通常のモード結合理論よりモードＩからモードＩＩ
へ移行する光波パワーの最大移行率（全導波光パワーを
１としたとき、励振されるモードＩＩの最大強度の相対
値）は、 Ｆ＝１／｛１＋（Δ／κ）2｝ 但しΔ＝（π／λ）（ｎeq−ｎi） κ＝（ω・ε0／４）∫｛ｆeq（ｘ）*・δε（ｘ）・ｆ
i（ｘ）｝ｄｘ δε（ｘ）＝ εI−εA ， ０ εI；ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層の誘電率 εA；ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層の誘電率 で与えられる。ここでｘ軸は、半導体層面に対し、垂直
方向にとっている。ｆeq（ｘ）、ｆi（ｘ）の引数であ
る位置ｘは、両関数で共通とする。即ち、ｎ型ＩｎＧａ
Ｎ緩衝層とＧａＮガイド層との距離は、実際の半導体レ
ーザ素子構造におけるそれと同一とする。κは、モード
ＩとモードＩＩの結合係数である。上式中における積分
は、ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層内厚さ方向に渡って行うもの
とし、本明細書中における積分記号は、全て同様に行う
ものとする。また、ｆeq（ｘ）、ｆ i（ｘ）は、それぞ
れ以下の規格化条件 （ｎeq／２／ω／μ0）∫｜ｆeq（ｘ）｜2ｄｘ＝１ （ｎi／２／ω／μ0）∫｜ｆi（ｘ）｜2ｄｘ＝１ を満たすものとする。
【００４５】なお、モードＩとしては、複数のモードが
存在する場合があるが、実際にレーザ発振を起こすモー
ド（活性層の光分布が最大となるモード）を選ぶことと
する。本明細書では、これを単に、レーザ素子の発振光
の導波モードと呼んでいる。
【００４６】またなお、モードＩＩとしては、複数のモ
ードが存在する場合があるが、その場合は最高次のモー
ドを選ぶこととする。
【００４７】等価屈折率ｎeq、ｎi、および導波モード
の電界分布ｆeq（ｘ）、ｆi（ｘ）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、た
とえば、ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス
８４号１１９６から１２０３ページ（M.J.Bergmann and
H.C.Casey,Jr.:J.Appl.Phys. vol.84(1998) pp.1196-1
203）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［ｎｍ］における
各材料の屈折率ｎは、次により、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。
【００４８】まず、各材料のパラメータＥg［ｅＶ］が
次式で与えられる。ＩｎsＧａ1-sＮ（０≦ｓ≦１）に対
しては、 Ｅg＝Ｅg1［ｓ］＝３．４２（１−ｓ）＋２．６５ｓ−
３．９４ｓ（１−ｓ） ＡｌtＧａ1-tＮ（０≦ｔ≦１）に対しては、 Ｅg＝Ｅg2［ｔ］＝３．４２（１−ｔ）＋６．２ｔ−
１．０５７ｔ（１−ｔ） ＩｎsＡｌtＧａ1-s-tＮ（０＜ｓ＜１，０＜ｔ＜１）に
対しては、 Ｅg＝｛ｓ Ｅg1［ｓ＋ｔ］ ＋ｔ Ｅg2［ｓ＋ｔ］｝
／（ｓ＋ｔ） これにより、屈折率は、 ｐ［λ］＝１／［１／λ−（Ｅg−３．４２）／１２３
９．８５２］ とおいて、ｐ［λ］＞３６０．７のとき、 ｎ（ｐ［λ］）＝［４．３６６３８０１＋ｐ2／（ｐ2−
２９５．９2）］0.5 ｐ［λ］≦３６０．７のとき、 ｎ（ｐ［λ］）＝ｃ0＋ｃ1 ｑ＋ｃ2 ｑ2＋ｃ3 ｑ3＋
ｃ4 ｑ4 ｑ＝ｐ［λ］−３６０ ｃ0＝２．７１８ ｃ1＝９．９７６×１０-3 ｃ2＝３．００５×１０-4 ｃ3＝４．５８４×１０-6 ｃ4＝２．５９６×１０-8 である。本発明において、等価屈折率（ｎeq、ｎi、・
・・）および電界分布（ｆeq（ｘ）、ｆi（ｘ）、・・
・）はここに規定されたパラメータを用い、上述のとお
り、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。
【００４９】図２は、レーザ発振モードの活性層閉じ込
め係数の相対値と、上記Ｆなるパラメータとの相関を示
したものである。活性層閉じ込め係数の相対値は、Ｆ＝
０の時（ＡｌＧａＩｎＮクラッド層が、ＩｎＧａＮ緩衝
層を含まないＡｌＧａＮで構成された時）における活性
層閉じ込め係数の値を１と置いたときの相対値を表して
いる。実線２１は、ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比
を固定し、Ｆが０から１に変化するまでｎ型ＩｎＧａＮ
緩衝層の膜厚を０ｎｍから増加させ、このときの活性層
閉じ込め係数相対値の変化を表している。破線２３は、
ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層の膜厚を固定し、Ｆが０から１に
変化するまでｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比を０か
ら増加させ、このときの活性層閉じ込め係数相対値の変
化を表している。実線２１と破線２３を比較すると、極
めてよい一致を示しており、ＩｎＧａＮ緩衝層の膜厚お
よびＩｎ混晶比のいずれを変化させてもＦに与える影響
は等しいことを表している。図より、 Ｆ＜０．４ ………………（１） のとき、レーザ発振モードの閉じ込め係数は、ＩｎＧａ
Ｎ緩衝層が無い構造のときの９割以上と十分大きな値と
なり、またこのとき良好なＦＦＰを生ずる事が示され
る。
【００５０】また、図において実線２２は、ｎ型ＩｎＧ
ａＮ緩衝層のＩｎ混晶比を固定し、Ｆが１の状態からさ
らにｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層の膜厚を増加させ、このとき
の活性層閉じ込め係数相対値の変化を表している。この
とき、Ｆは１から減少し、活性層閉じ込め係数の相対値
は増加傾向を示す。破線２４は、ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層
の膜厚を固定し、Ｆが１の状態からさらにｎ型ＩｎＧａ
Ｎ緩衝層のＩｎ混晶比を増加させ、このときの活性層閉
じ込め係数相対値の変化を表している。実線２２と破線
２４を比較すると極めて良い一致を示しており、ＩｎＧ
ａＮ緩衝層の膜厚およびＩｎ混晶比のいずれを変化させ
てもＦに与える影響は等しいことを表している。
【００５１】実線２２は、実線２１より上に位置してお
り、Ｆが０．４より大きな値においても活性層閉じ込め
係数の相対値が９割以上となりうるが、ＦＦＰに多数の
リップルを生じやすい。このリップルが無視できるほど
小さくなるのは、やはりＦが０．４以下のときであるこ
とが示される。
【００５２】結局、（１）式を満たすように半導体レー
ザ素子の層構造を設計し、作製すれば、レーザ発振モー
ドのＩｎＧａＮ緩衝層への結合を無視できるほど抑制す
ることができ、レーザ発振モードの活性層閉じ込め係数
を大きくとることができ、また良好なＦＦＰが得られる
ようになる。
【００５３】また、図２の関係は、活性層の発光波長が
３７０〜４３０ｎｍの範囲で変化しても、また全ての半
導体成長層の混晶比および膜厚が所定の範囲で変化して
も、ほとんど変わらなかった。
【００５４】（１）式が成り立つ時、ｎeqおよびｆ
eq（ｘ）はそれぞれレーザ発振モードの等価屈折率およ
び電界分布に近い値となるので、（１）を計算する際に
用いるｎ eqおよびｆeq（ｘ）は、それぞれレーザ発振モ
ードの等価屈折率および電界分布を用いても良い。
【００５５】図３（ａ），（ｂ）は、レーザ発振モード
の電界分布を表しており、図３（ａ）はＦ＜０．４の場
合の例であり、図３（ｂ）はＦ＞０．４の場合の例を示
しており、図３（ａ）はＦ＝０．３、図３（ｂ）はＦ＝
０．５の場合を示している。図において、横軸は基板面
に対し垂直方向における位置を表しており、縦軸は電界
振幅の強度を表している。横軸の単位はμｍであり、原
点位置は特に意味がない。縦軸は、任意単位である。
【００５６】また、縦線３１はｎ型ＡｌＧａＮクラッド
層／ｎ型ＧａＮガイド層／ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性
層／ｐ型ＡｌＧａＮキャリアストップ層／ｐ型ＧａＮガ
イド層／ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層で構成される多層ス
ラブ導波路の位置を表しており、簡単のため、ｎ型Ａｌ
ＧａＮクラッド層／ｎ型ＧａＮガイド層境界の位置およ
びｐ型ＧａＮガイド層／ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層境界
の位置のみを表している。また、縦線３２はｎ型ＡｌＧ
ａＮクラッド層／ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層／ｎ型ＡｌＧａ
Ｎクラッド層で構成される３層スラブ導波路の位置を表
しており、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層／ｎ型ＩｎＧａＮ
緩衝層境界の位置およびｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層／ｎ型Ａ
ｌＧａＮクラッド層境界の位置を示している。また、電
界振幅強度の大きさは、最大値が１となるように規格化
して示している。
【００５７】図３（ａ）においては、レーザ発振モード
のＩｎＧａＮ緩衝層における電界振幅強度が十分小さく
押さえられており、レーザ発振モードがＩｎＧａＮ緩衝
層をコアとする導波路への結合が十分抑制されている。
これに対し、図３（ｂ）においては、レーザ発振モード
のＩｎＧａＮ緩衝層における電界振幅強度が大きくなっ
ており、レーザ発振モードのＩｎＧａＮ緩衝層をコアと
する導波路への結合が強く生じている。
【００５８】図３（ａ），（ｂ）より、ＩｎＧａＮ緩衝
層における電界振幅の強度を十分小さくするためには、
（１）式を満たすように半導体レーザ素子の層構造を設
計し、作製すれば、レーザ発振モードのＩｎＧａＮ緩衝
層への結合を無視できるほど小さく抑制できることが判
る。
【００５９】Ｆの値が（１）式の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、Ｉ
ｎＧａＮ緩衝層を特定の組成・膜厚のＩｎＧａＮとすれ
ば、達成できることを見出した。
【００６０】ＩｎＧａＮ緩衝層が、ｎ型ＡｌＧａＮクラ
ッド層内に複数存在する場合には、導波モードの電界分
布（ｆeq（ｘ））および等価屈折率（ｎeq）と、各Ｉｎ
ＧａＮ緩衝層において生ずる導波モードの電界分布（ｆ
1（ｘ）、ｆ2（ｘ）、・・・、ｆi（ｘ）、・・・）お
よび等価屈折率（ｎ1、ｎ2、・・・、ｎi、・・・）と
で決定されるＦ1、Ｆ2、・・・、Ｆi、・・・のうち、
Ｆi＜０．４を満たす層が存在するとき、そのＩｎＧａ
Ｎ緩衝層へのモード結合による影響は無視できるほど小
さくなる。ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層内に存在するＩｎ
ＧａＮ緩衝層のうち、上記条件を満たす層が少なくとも
１層あれば、ＦＦＰにおけるリップルの抑制、および活
性層への閉じ込め係数の向上という効果が発生する。
【００６１】また、（１）式の条件を満たすＩｎＧａＮ
緩衝層が、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層内に単数または複
数存在する、ｐ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層を有する半
導体レーザ素子も、本発明の請求範囲である。この場合
は、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層を、ＩｎＧａＮ緩衝層を
介して多段に成長することが可能となる。これは、レー
ザ発振モードの正電極における吸収を抑制でき、閾値電
流密度を低減できるという効果が発生する。
【００６２】また、ｐ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層を厚
膜としたことにより、ｐ型ＧａＮコンタクト層における
レーザ発振モードの電界振幅を抑制できるため、ｐ型Ｇ
ａＮコンタクト層を厚膜とすることができる。ｎ型Ｇａ
Ｎコンタクト層が厚く、ｐ型ＧａＮコンタクト層が薄い
場合は、半導体レーザ素子の共振器を構成するミラーと
なる端面を劈開により作製した際、活性層近傍における
ミラー端面が半導体層に対し垂直となりにくい性質があ
るが、ｐ型ＧａＮコンタクト層厚をｎ型ＧａＮコンタク
ト層と同程度に厚膜とすることにより、活性層近傍にお
けるミラー端面を半導体層に対し垂直にできるという効
果が発生する。
【００６３】また、ｐ型ＧａＮコンタクト層を厚膜とす
れば、半導体レーザ素子を半導体成長面側とサブマウン
トが向き合うようにダイボンドできるようになり、半導
体レーザ素子の発振時に生ずる熱の放出が容易となり、
半導体レーザ素子の特性向上という効果が発生する。し
かし、ｐ型ＧａＮコンタクト層が０．５μｍ以下と薄い
半導体レーザ素子を半導体成長面側とサブマウントが向
き合うようにダイボンドすると、半導体レーザとサブマ
ウントの接着剤（Ｉｎなど）が表面張力により半導体レ
ーザ素子の側面を登ってくるため、半導体レーザ素子の
ｐ型半導体層とｎ型半導体層が短絡することにより半導
体レーザ素子の不良を招きやすい。しかし、ｐ型ＧａＮ
コンタクト層を厚膜化することにより、半導体レーザ素
子の不良を抑制することができるようになるという効果
が発生する。
【００６４】また、ｐ型クラッド層内ないしｎ型クラッ
ド層内に介装されるＩｎＧａＮ緩衝層は、層内で一定の
混晶比や膜厚でなくてもよい。その場合は、混晶比の平
均値および膜厚の平均値が、（１）式を満たす範囲に決
定されていればよい。
【００６５】また、ｐ型クラッド層内ないしｎ型クラッ
ド層内に介装されるＩｎＧａＮ緩衝層における吸収は、
レーザ発振モードの吸収を引き起こし、閾値電流密度の
増加を招くため、ＩｎＧａＮ緩衝層における吸収係数
は、小さい方がより望ましい。
【００６６】また、半導体レーザ素子に用いられる基板
は、サファイアを用いたが、他の基板でも良く、たとえ
ばＧａＮ基板でもよい。この場合、ＡｌＧａＩｎＮクラ
ッド層中に介装されるＩｎＧａＮ緩衝層の混晶比および
膜厚が満たすべき条件の範囲は、サファイア基板の場合
と同じであった。
【００６７】本条件を満たす範囲で、半導体レーザ素子
を作製したところ、発振を生ずる素子の数は、従来の半
導体レーザ素子に比べて多かった。より具体的には、レ
ーザ発振を生ずる半導体レーザ素子の割合は、３０個中
２５個の割合であり、従来の半導体レーザ素子に比べて
歩留まりが向上した。また、従来の半導体レーザ素子
で、正常にレーザ発振を生ずる素子における閾値電流密
度よりも、本発明の半導体レーザにおける閾値電流密度
の方が低かった。より具体的には、１〜２ｋＡ／ｃｍ2
で発振した。これは、ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層を介してｎ
型ＡｌＧａＮクラッド層を成長したことで、活性層を成
長する下地の結晶性が改善したことにより、結果として
活性層の結晶性が向上したこと、またレーザ発振モード
のｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層への結合が抑制されていること
が主な理由である。また、従来の半導体レーザは、連続
して１０時間以上発振を継続させていると、光出力が急
激に低下する現象が生じてきたが、ｎ型ＡｌＧａＮクラ
ッド層中にｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層を挿入した本実施例に
示すレーザは、約１０００時間経過しても、特性の変化
は見られなかった。また、本発明の半導体レーザ素子の
レーザ発振モードはリップルのないＦＦＰを示し、良好
な光学特性を示した。
【００６８】（実施の形態１）図４は、本発明の第１の
実施の形態を示す半導体レーザ素子の模式図である。図
は、半導体レーザの導波路部分の共振器に垂直な断面を
示している。本半導体レーザ素子は、（０００１）Ｃ面
サファイア基板１（膜厚３０〜３００μｍ）、ＧａＮ低
温バッファ層２（膜厚０〜１００ｎｍ）、ｎ型ＧａＮコ
ンタクト層３（膜厚０．１〜１０μｍ）、ｎ型ＩｎrＧ
ａ1-rＮ（０≦ｒ≦０．２）緩衝層４１（膜厚０〜２０
０ｎｍ）、ｎ型Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（０．０８≦ｘ１≦
０．２）クラッド層４（膜厚０．２〜０．８μｍ）とｎ
型Ｉｎp1Ｇａ1-p1Ｎ（０．００１≦ｐ 1≦０．２）緩衝
層５（膜厚１０〜２００ｎｍ）とｎ型Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ
（０．０８≦ｘ２≦０．２）クラッド層４（膜厚０．２
〜０．８μｍ）からなるｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層
１５（総膜厚０．８〜１０μｍ）、ｎ型ＧａＮガイド層
６（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）、ＩｎwＧａ1-wＮ
（０＜ｗ＜０．２）井戸層とＩｎvＧａ1-vＮ（０＜ｖ＜
ｗ）障壁層との交互多層構造（障壁層／井戸層／・・・
／井戸層／障壁層）からなる多重量子井戸活性層７（発
光波長３７０〜４３０ｎｍ、総膜厚５〜６０ｎｍ）、ｐ
型ＡｌzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．３）キャリアブロック
層８（膜厚０〜２０ｎｍ）、ｐ型ＧａＮガイド層９（膜
厚０．０８〜０．１５μｍ）、ｐ型ＡｌyＧａ1-yＮ
（０．０８≦ｙ≦０．２）クラッド層１０（膜厚０．２
〜０．８μｍ）、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１（膜厚
０．０１〜１０μｍ）の各窒化物系半導体層が形成され
ている。
【００６９】その上には、必要な形状の絶縁膜１２が、
メサ上の概略全面に形成されている。正電極１３（たと
えば、Ｐｄ／Ａｕ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ、Ｐｄ／Ｐｔ／Ａ
ｕ等）は、ｐ型ＧａＮコンタクト層の一部露出した面上
の全面を含む、メサ状の概略全面に形成されている。負
電極１４（たとえば、Ｔｉ／Ａｌ、Ｚｒ／Ａｌ、Ｈｆ／
Ａｌなど）は、ｎ型ＧａＮコンタクト層の一部露出した
面上に形成されている。メサは、ｎ型ＧａＮコンタクト
層、ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッ
ド層、ｎ型ＧａＮガイド層、ＩｎＧａＮ多重量子井戸活
性層、ｐ型ＡｌＧａＮキャリアブロック層、ｐ型ＧａＮ
ガイド層、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、ｐ型ＧａＮコン
タクト層、絶縁膜（但し前記絶縁膜は必要領域のみ）、
正電極より構成されている。ストライプの両端面はミラ
ーとして働き、光共振器を構成している。
【００７０】次に、本実施の形態における半導体レーザ
の製造方法について述べる。まず、（０００１）Ｃ面サ
ファイア基板を洗浄する。洗浄した（０００１）Ｃ面サ
ファイア基板をＭＯＣＶＤ装置内に導入し、Ｈ2雰囲気
の中で、約１１００℃の高温でクリーニングを行う。そ
の後、降温して、キャリアガスとして水素（Ｈ2）を１
０リットル／ｍｉｎ流しながら、６００℃でＮＨ3とト
リメチルガリウム（ＴＭＧ）をそれぞれ５リットル／ｍ
ｉｎ、２０ｍｏｌ／ｍｉｎ導入して、０〜１００ｎｍ
（たとえば約２０ｎｍ）の厚みのＧａＮ低温バッファ層
を成長する。低温バッファ層としては、ＧａＮに限ら
ず、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、ＴＭＧ、ＮＨ
3を使用して、ＡｌＮ膜やＧａＡｌＮ膜を用いてもなん
ら影響はない。
【００７１】次に、Ｎ2とＮＨ3をそれぞれ５リットル／
ｍｉｎ流しながら約１０５０℃まで昇温する。温度が上
がれば、キャリアガスをＮ2からＨ2に代えて、ＴＭＧを
１００μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＳｉＨ4を１０ｎｍｏｌ／ｍ
ｉｎ導入して、ｎ型ＧａＮコンタクト層を０．１〜１０
μｍ（たとえば約４μｍ）成長する。次に、ＴＭＧの供
給を停止して、キャリアガスをＨ2からＮ2に再び代え
て、約８００℃まで降温後、ＴＭＧを１５μｍｏｌ／ｍ
ｉｎに調整し、インジウム原料であるトリメチルインジ
ウム（ＴＭＩ）を一定量流しながら、ＩｎrＧａ1-rＮ緩
衝層（たとえばｒ＝０．０７）を０〜２００ｎｍ（たと
えば５０ｎｍ）成長する。次に、ＴＭＩおよびＴＭＧの
供給を停止して、再び１０５０℃まで昇温し、キャリア
ガスを再びＮ2から2に代えて、ＴＭＧの流量を５０μｍ
ｏｌ／ｍｉｎに調整し、ＴＭＡを４０μｍｏｌ／ｍｉｎ
導入して、ｎ型のＡｌx1Ｇａ1-x1Ｎクラッド層（たとえ
ばｘ１＝０．１）を０．２〜０．８μｍ（たとえば０．
４μｍ）の厚さで成長する。次に、ＴＭＧおよびＴＭＡ
の供給を停止して、キャリアガスをＨ2からＮ2に再び代
えて、約８００℃まで降温後、ＴＭＧを１５μｍｏｌ／
ｍｉｎに調整し、ＴＭＩを一定量流しながら、ＩｎpＧ
ａ1-pＮ緩衝層（たとえばｐ＝０．０２）を１０〜２０
０ｎｍ（たとえば５０ｎｍ）成長する。次に、ＴＭＩお
よびＴＭＧの供給を停止して、再び１０５０℃まで昇温
し、キャリアガスを再びＮ2からＨ2に代えて、ＴＭＧの
流量を５０μｍｏｌ／ｍｉｎに調整し、ＴＭＡを４０μ
ｍｏｌ／ｍｉｎ導入して、ｎ型のＡｌx2Ｇａ1-x2Ｎクラ
ッド層（たとえばｘ２＝０．１）を０．２〜０．８μｍ
（たとえば０．５μｍ）の厚さで成長する。Ａｌx2Ｇａ
1-x2Ｎの成長が終了すると、ＴＭＡの供給を停止し、Ｔ
ＭＧを１００μｍｏｌ／ｍｉｎに調整して、ｎ型ＧａＮ
ガイド層を０．０８〜０．１５μｍ（たとえば０．１μ
ｍ）の厚さになるように成長する。
【００７２】その後、ＴＭＧの供給を停止して、キャリ
アガスをＨ2からＮ2に再び代えて、７００℃まで降温
し、インジウム原料であるトリメチルインジウム（ＴＭ
Ｉ）を１０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧを１５μｍｏｌ／
ｍｉｎ導入し、ＩｎvＧａ1-vＮ（たとえばｖ＝０．０
５）よりなるたとえば４ｎｍ厚の障壁層を成長する。そ
の後、ＴＭＩの供給を５０μｍｏｌ／ｍｉｎに増加し、
ＩｎwＧａ1-wＮ（たとえばｗ＝０．１７）よりなるたと
えば２ｎｍ厚の井戸層を成長する。たとえば、井戸層は
合計３層、同様の手法で成長を行い、井戸層と井戸層と
の間および両側には合計４層の障壁層が存在するような
発光波長約３８０〜４３０ｎｍ（たとえば４００〜４１
０ｎｍ）の多重量子井戸（ＭＱＷ）を成長する。ＭＱＷ
の成長が終了すると、ＴＭＩおよびＴＭＧの供給を停止
して、再び１０５０℃まで昇温し、キャリアガスを再び
Ｎ2からＨ2に代えて、ＴＭＧを５０μｍｏｌ／ｍｉｎ、
ＴＭＡを３０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ｐ型ドーピング原料で
あるビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍ
ｇ）を１０ｎｍｏｌ／ｍｉｎ流し、０〜２０ｎｍ（たと
えば２０ｎｍ）厚のｐ型ＡｌzＧａ1-zＮ（たとえばｚ＝
０．２）キャリアブロック層を成長する。キャリアブロ
ック層の成長が終了すると、ＴＭＡの供給を停止し、Ｔ
ＭＧの供給量を１００μｍｏｌ／ｍｉｎに調整して、
０．０８〜０．１５μｍ（たとえば０．１μｍ）の厚さ
のｐ型ＧａＮガイド層を成長する。その後、ＴＭＧの供
給を５０μｍ／ｍｉｎに調整し、ＴＭＡを４０μｍｏｌ
／ｍｉｎ導入し、０．２〜０．８μｍ（たとえば０．５
μｍ）厚のｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層（たとえばｙ
＝０．１）を成長する。最後に、ＴＭＧの供給を１００
μｍｏｌ／ｍｉｎに調整して、ＴＭＡの供給を停止し、
０．０１〜１０μｍ（たとえば０．１μｍ）厚のｐ型Ｇ
ａＮコンタクト層の成長を行い発光素子構造の成長を終
了する。成長が終了すると、ＴＭＧおよびＣｐ2Ｍｇの
供給を停止して降温し、室温でＭＯＣＶＤ装置より取り
出す。
【００７３】本レーザ構造を有する膜の最表面（成長終
端面）の表面粗さの平均値（Ｒａ）は約１０ｎｍであ
り、大変良好な平坦性を示した。また、（０００１）Ｃ
面サファイア基板、ＧａＮ低温バッファ層（膜厚２０ｎ
ｍ）、ｎ型ＧａＮコンタクト層（膜厚約４μｍ）、ｎ型
Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層（膜厚０．５μｍ）、ｎ型
Ｉｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ緩衝層（膜厚５０ｎｍ）、ｎ型Ａｌ
0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層（膜厚０．５μｍ）なる構造を
有するウェハーを複数枚作製し、表面を光学顕微鏡で約
２００倍に拡大して観察したところ、全てのウェハーに
おいて六角形のクラックは確認されなかった。このウェ
ハーにおいて、ｎ型クラッド層の膜厚合計は約１μｍで
あった。従来の技術における課題が解消されたのは、ｎ
型クラッド層中に少なくともＩｎを含む緩衝層が形成さ
れたことによる効果に他ならない。
【００７４】その後、フォトリソグラフィー技術および
反応性イオンエッチング技術を用い、ｐ型ＧａＮコンタ
クト層を３μｍ幅のストライプ状に残して、ｐ型Ａｌy
Ｇａ1 -yＮクラッド層までエッチングを行い、光導波路
を形成した後、フォトリソグラフィー技術を用いてｐ型
ＧａＮコンタクト層が電極と接触する部分を除いて絶縁
膜を形成する。その後、反応性イオンエッチング技術を
用いて、ウェハ最表面よりｎ型ＧａＮコンタクト層の途
中まで、負電極を形成する部分を除去する。その後、メ
サ状のｐ型ＧａＮコンタクト層の一部露出した面上に、
正電極を形成する。電極材料としては、たとえばＡｕ／
ＮｉあるいはＡｕ／Ｐｄを用いれば良い。また、ｎ型Ｇ
ａＮコンタクト層の一部露出した面上の概略全面に、負
電極を形成する。負電極材料としては、たとえばＡｌ／
ＴｉあるいはＡｕ／Ｗを用いれば良い。
【００７５】最後に、サファイア基板の半導体多層膜面
と相反する面側を研磨することにより、半導体多層膜面
およびサファイア基板を含めた層厚が３０〜３００μｍ
（たとえば約６０μｍ）となるようにする。その後、劈
開を用いて素子長が約０．５ｍｍとなるようにして、ミ
ラーとなる端面を形成した。
【００７６】以上により、図４に示す第１の実施の形態
の半導体レーザ素子が作製できる。本実施の形態におけ
る半導体レーザ素子において、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラ
ッド層中に含まれるｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層の膜厚および
Ｉｎ混晶比は、レーザ発振モードがｎ型ＩｎＧａＮ緩衝
層と、その近隣層であるｎ型ＡｌＧａＮクラッド層で構
成される３層スラブ導波路に結合しない条件式（１）が
成り立つように設計されている。
【００７７】図２０は、条件式（１）が成り立つ条件を
図示した例である。図において、曲線２１１、２１２
は、Ｆ＝０．４となるＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比お
よび膜厚の条件を表している。また、領域Ｂは、曲線２
１１と曲線２１２で挟まれた領域を表しており、Ｆ＞
０．４となる条件、即ち条件式（１）が成り立たない領
域を表している。また、領域Ａは、図で曲線２１１より
下の領域を表しており、Ｆ＜０．４となる条件、即ち条
件式（１）が成り立つ領域を表している。また、領域Ｃ
と領域Ｄは、曲線２１２より上の領域を表しており、Ｆ
＜０．４となる条件、即ち条件式（１）が成り立つ領域
を表している。
【００７８】曲線２１３は、ＩｎＧａＮ緩衝層と、その
近隣層であるＡｌＧａＮクラッド層で構成される３層ス
ラブ導波路において、基本次導波モード以外の高次導波
モードが、生ずる領域と生じない領域の境界を表してい
る。領域Ｄは、曲線２１３より上の領域を表しており、
高次導波モードが生ずる領域を表している。領域Ａと領
域Ｂと領域Ｃは、曲線２１３より下の領域を表してお
り、高次導波モードが生じない領域を表している。Ｉｎ
ＧａＮ緩衝層で高次導波モードを生ずる場合、その最高
次モードとレーザ発振モードで決定されるＦパラメータ
が（１）式を満たすように、ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混
晶比および膜厚を設定してもよいが、高次導波モードを
生ずる領域では、多くの場合（１）式を満たさないの
で、ＩｎＧａＮ緩衝層に高次導波モードが生ずるか否か
で議論しても、実際上問題ない。
【００７９】従って、レーザ発振モードが、ＩｎＧａＮ
緩衝層に結合しないためには、ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ
混晶比および膜厚が、図の領域Ａまたは領域Ｃに含まれ
るように、作製すればよいことになる。
【００８０】しかし、作製する上では、上記領域は更に
限定される。本発明者らの実験によると、ＩｎＧａＮ緩
衝層を２００ｎｍ以上積層すると、その上に積層された
半導体層の結晶性が悪化した。また、Ｉｎ混晶比が０．
２以上のＩｎＧａＮ緩衝層を積層すると、その上に積層
された半導体層の結晶性が悪化した。このことから、Ｉ
ｎＧａＮ緩衝層の膜厚は２００ｎｍ以下、Ｉｎ混晶比は
０．２以下とするのがよい。さらに、ＩｎＧａＮ緩衝層
は僅かにＩｎを含む程度（Ｉｎ混晶比〜０．００１のと
き）でもクラック防止効果が発生し、Ｉｎ混晶比を変化
させてもクラック防止効果の度合いはほとんど変わらな
かった。また、ＩｎＧａＮ緩衝層はわずかな膜厚（膜厚
〜１０ｎｍのとき）でもクラック防止の効果が発生し、
Ｉｎ混晶比を変化させてもクラック防止効果の度合いは
ほとんど変わらなかった。
【００８１】従って、レーザ発振モードが、ＩｎＧａＮ
緩衝層に結合しないための、ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混
晶比および膜厚が満たすべき領域は、領域Ａまたは領域
Ｃの領域の中で、さらにＩｎ混晶比が０．００１以上
０．２以下であり、かつ、膜厚が１０ｎｍ以上２００ｎ
ｍ以下の領域に限定される。
【００８２】図２１は、ＩｎＧａＮ緩衝層が満たすべき
領域を、図示したものである。図において、ＩｎＧａＮ
緩衝層が満たすべき領域は、＜１＞〜＜４＞で示されて
いる。同図を用いて、ＩｎＧａＮ緩衝層が満たすべき領
域を、数式で表示する過程を説明する。ＩｎＧａＮ緩衝
層のＩｎ混晶比をｐ1、膜厚をｔ1［ｎｍ］としたとき、
領域Ａと領域Ｂの境界線２１１は次式で表される。 ｔ1＝（０．００６７７２５＋０．５０５７８ｐ1）-1（０≦ｐ1≦０．０９） −１０．８６＋３２１．８８ｐ1 （０．０９≦ｐ1≦０．２） 同様に、領域Ｂと領域Ｃの境界線２１２は、次式で表さ
れる。 ｔ1＝（０．００１４２９６＋０．１３０１４ｐ1）-1（０≦ｐ1≦０．０９） −４２．２５４＋１２７３．３ｐ1 （０．０９≦ｐ1≦０．２） これを用いて、領域＜１＞は次式で表される。
【００８３】０．００１≦ｐ1≦０．０９かつ１０≦ｔ1
≦（０．００６７７２５＋０．５０５７８ｐ1）-1 領域＜２＞は次式で表される。
【００８４】０．０９≦ｐ1≦０．２かつ１０≦ｔ1≦−
１０．８６＋３２１．８８ｐ1 領域＜３＞は次式で表される。
【００８５】０．００１≦ｐ1≦０．０９かつ（０．０
０１４２９６＋０．１３０１４ｐ1） -1≦ｔ1≦２００ 領域＜４＞は次式で表される。
【００８６】０．０９≦ｐ1≦０．２かつ−４２．２５
４＋１２７３．３ｐ1≦ｔ1≦２００即ち、ＩｎＧａＮ緩
衝層のＩｎ混晶比ｐ1および膜厚ｔ1［ｎｍ］が満たすべ
き条件は、（ｐ1，ｔ1）が上式で示される＜１＞から＜
４＞のいずれかの領域内に含まれることである。
【００８７】ところで、図２０における、領域Ａと領域
Ｂの境界線２１１、および、領域Ｂと領域Ｃの境界線２
１２、および、領域Ｃと領域Ｄの境界線２１３は、Ｉｎ
ＧａＮ緩衝層の周りの構造によって、変化する。以下に
示す図５〜図８は、ＩｎＧａＮ緩衝層の周りの構造を変
化させたときの、それぞれの境界線の変化を示してお
り、図５はＡｌＧａＮクラッド層のＡｌ混晶比を、図６
および図７は緩衝層からガイド層までの距離を、図８は
ガイド層の層厚を、それぞれ変化させた時の、境界線の
変化を表している。
【００８８】図５は、本実施の形態の半導体レーザ素子
の構造において、（１）式を満たすようなｎ型ＩｎＧａ
Ｎ緩衝層のＩｎ混晶比および膜厚の範囲を図示したもの
である。図において、領域Ａおよび領域Ｃが、（１）式
を満たす条件になっている。領域Ｂは、レーザ発振モー
ドがＩｎＧａＮ緩衝層に結合しやすい条件となっている
ため、この範囲は避けるべきである。また、領域Ｄは、
ＩｎＧａＮ緩衝層中において１次以上の高次モードを生
ずる条件になっており、レーザ発振モードが再びＩｎＧ
ａＮ緩衝層に結合しやすい条件となるため、この範囲は
避けるべきである。
【００８９】線５１から５９は、（１）式を満たす領域
と満たさない領域の境界を、種々の条件においてしめし
たものである。全ての共通点として、本実施の形態の半
導体レーザ素子の構造において、ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層
とｎ型ガイド層との距離が０．４μｍとなっており、ｐ
型ＧａＮガイド層およびｎ型ＧａＮガイド層の膜厚が
０．０８μｍとなっている。また、実線５１、５２、５
３は、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中に含まれる全て
のｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、およびｐ型ＡｌＧａＮク
ラッド層のＡｌ混晶比を０．０８とした場合の、（１）
式を満たす領域と満たさない領域の境界を示している。
実線５１はＡとＢの境界、実線５２はＢとＣの境界、実
線５３はＣとＤの境界を示している。また、破線５４、
５５、５６は、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中に含ま
れる全てのｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、およびｐ型Ａｌ
ＧａＮクラッド層のＡｌ混晶比を０．１０とした場合
の、（１）式を満たす領域と満たさない領域の境界を示
しており、破線５４はＡとＢの境界、破線５５はＢとＣ
の境界、破線５６はＣとＤの境界を示している。また、
点線５７、５８、５９は、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド
層中に含まれる全てのｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、およ
びｐ型ＡｌＧａＮクラッド層のＡｌ混晶比を０．１２と
した場合の、（１）式を満たす領域と満たさない領域の
境界を示しており、点線５７はＡとＢの境界、点線５８
はＢとＣの境界、点線５９はＣとＤの境界を示してい
る。線５１から５９のうち、実線５１、５２、５３につ
いては、ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比をｘ1、膜厚を
ｔ1［μｍ］として、実線５１はｘ1≦０．０９でｔ1＝
（０．００６７７２５＋０．５０５７８ｘ1）(-1)、
０．０９≦ｘ1≦０．２でｔ1＝−１０．８６＋３２１．
８８ｘ1、実線５２はｘ1≦０．０９でｔ1＝（０．００
１４２９６＋０．１３０１４ｘ1）(-1)、０．０９≦ｘ1
≦０．２でｔ1＝−４２．２５４＋１２７３．３ｘ1、実
線５３はｘ1≦０．０９でｔ1＝（０．００２０９０２＋
０．０３１５５９ｘ1）(-1)、０．０９≦ｘ1≦０．２で
ｔ1＝１１１．５２＋１１１０．５ｘ1で近似できる。
【００９０】図６は、本実施の形態の半導体レーザ素子
の構造において、（１）式を満たすようなｎ型ＩｎＧａ
Ｎ緩衝層のＩｎ混晶比および膜厚の範囲を図示したもの
である。図において、領域Ａおよび領域Ｃが、（１）式
を満たす条件になっている。領域Ｂは、レーザ発振モー
ドがＩｎＧａＮ緩衝層に結合しやすい条件となっている
ため、この範囲は避けるべきである。また、領域Ｄは、
ＩｎＧａＮ緩衝層中において１次以上の高次モードを生
ずる条件になっており、レーザ発振モードが再びＩｎＧ
ａＮ緩衝層に結合しやすい条件となるため、この範囲は
避けるべきである。
【００９１】線６１から６９は、（１）式を満たす領域
と満たさない領域の境界を、種々の条件においてしめし
たものである。全ての共通点として、本実施の形態の半
導体レーザ素子の構造において、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮク
ラッド層中に含まれる全てのｎ型ＡｌＧａＮクラッド
層、およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層のＡｌ混晶比が
０．０８となっており、ｐ型ＧａＮガイド層およびｎ型
ＧａＮガイド層の膜厚が０．０８μｍとなっている。ま
た、実線６１、６２、６３は、ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層と
ｎ型ガイド層との距離を０．４μｍとした場合の、
（１）式を満たす領域と満たさない領域の境界を示して
おり、実線６１はＡとＢの境界、実線６２はＢとＣの境
界、実線６３はＣとＤの境界を表している。破線６４、
６５、６６は、ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層とｎ型ガイド層と
の距離を０．６μｍとした場合の、（１）式を満たす領
域と満たさない領域の境界を示しており、破線６４はＡ
とＢの境界、破線６５はＢとＣの境界、破線６６はＣと
Ｄの境界を表している。また、点線６７、６８、６９
は、ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層とｎ型ガイド層との距離を
０．８μｍとした場合の、（１）式を満たす領域と満た
さない領域の境界を示しており、点線６７はＡとＢの境
界、点線６８はＢとＣの境界、点線６９はＣとＤの境界
を表している。線６１から６９のうち、点線６７、６
８、６９については、ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比を
ｘ1、膜厚をｔ1［μｍ］として、点線６７は、ｘ1≦
０．０９でｔ1＝（０．００４４０６３＋０．３６２２
ｘ１）(-1)、０．０９≦ｘ1≦０．２でｔ1＝−１７．９
５８＋４７９ｘ1、点線６８はｘ1≦０．０９でｔ1＝
（０．００３１２２３＋０．２６８４７ｘ1）(-1)、
０．０９≦ｘ1≦０．２でｔ1＝−２５．８６７＋６６
４．４５ｘ1、点線６９はｘ1≦０．０９でｔ1＝（０．
００２０９０２＋０．０３１５５９ｘ１）(-1)、０．０
９≦ｘ1≦０．２でｔ1＝１１１．５２＋１１１０．５ｘ
1で近似できる。
【００９２】なお、本明細書中において、ｎ型（または
ｐ型）ガイド層とｎ型（またはｐ型）ＩｎＧａＮ緩衝層
の距離とは、ガイド層の活性層と相反する側の面から、
緩衝層の活性層に近い側の面までの、半導体層全面に渡
る平均距離を表すものとする。
【００９３】図７は、本実施の形態の半導体レーザ素子
の構造において、（１）式を満たすようなｎ型ＩｎＧａ
Ｎ緩衝層のＩｎ混晶比および膜厚の範囲を図示したもの
である。図において、領域Ａおよび領域Ｃが、（１）式
を満たす条件になっている。領域Ｂは、レーザ発振モー
ドがＩｎＧａＮ緩衝層に結合しやすい条件となっている
ため、この範囲は避けるべきである。また、領域Ｄは、
ＩｎＧａＮ緩衝層中において１次以上の高次モードを生
ずる条件になっており、レーザ発振モードが再びＩｎＧ
ａＮ緩衝層に結合しやすい条件となるため、この範囲は
避けるべきである。
【００９４】線７１から７９は、（１）式を満たす領域
と満たさない領域の境界を、種々の条件においてしめし
たものである。全ての共通点として、本実施の形態の半
導体レーザ素子の構造において、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮク
ラッド層中に含まれる全てのｎ型ＡｌＧａＮクラッド
層、およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層のＡｌ混晶比が
０．０８となっており、ｐ型ＧａＮガイド層およびｎ型
ＧａＮガイド層の膜厚が０．０８μｍとなっている。ま
た、実線７１、７２は、ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層とｎ型ガ
イド層との距離を０．２μｍとした場合の、（１）式を
満たす領域と満たさない領域の境界を示しており、実線
７１はＡとＢの境界、実線７２はＢとＣの境界、実線７
３はＣとＤの境界を表している。破線７４、７５、７６
は、ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層とｎ型ガイド層との距離を
０．３μｍとした場合の、（１）式を満たす領域と満た
さない領域の境界を示しており、破線７４はＡとＢの境
界、破線７５はＢとＣの境界、破線７６はＣとＤの境界
を表している。また、点線７７、７８、７９は、ｎ型Ｉ
ｎＧａＮ緩衝層とｎ型ガイド層との距離を０．４μｍと
した場合の、（１）式を満たす領域と満たさない領域の
境界を示しており、点線７７はＡとＢの境界、点線７８
はＢとＣの境界、点線７９はＣとＤの境界を表してい
る。線７１から７９のうち、実線７１については、Ｉｎ
ＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比をｐ1、膜厚をｔ1［μｍ］と
して、ｐ1≦０．０９でｔ1＝（０．００９７３７６＋
０．６９２７１ｐ1）(-1)、０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ
1＝−６．６３４９＋２２２．７２ｐ1で近似できる。ま
た、破線７２は、ｐ1≦０．０９でｔ1＝（０．００８０
２６８＋０．５８５３３ｐ1）(-1)、０．０９≦ｐ1≦
０．２でｔ 1＝−８．９９５６＋２７３．９５ｐ1で近似
できる。破線７５は、ｐ1≦０．０９でｔ1＝（０．００
１７６７２＋０．０８８６０４ｐ1）(-1)、０．０９≦
ｐ1≦０．２でｔ1＝−１０３．６３＋２４０３．３
ｐ1、点線７３はｐ1≦０．０９でｔ1＝（０．００６７
７２５＋０．５０５７８ｐ1）(-1)、０．０９≦ｐ1≦
０．２でｔ1＝−１０．８６＋３２１．８８ｐ1、点線７
６はｐ1≦０．０９でｔ1＝（０．００１４２９６＋０．
１３０１４ｐ1）(-1)、０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ 1＝
−４２．２５４＋１２７３．３ｐ1で近似できる。
【００９５】図８は、本実施の形態の半導体レーザ素子
の構造において、（１）式を満たすようなｎ型ＩｎＧａ
Ｎ緩衝層のＩｎ混晶比および膜厚の範囲を図示したもの
である。図において、領域Ａおよび領域Ｃが、（１）式
を満たす条件になっている。領域Ｂは、レーザ発振モー
ドがＩｎＧａＮ緩衝層に結合しやすい条件となっている
ため、この範囲は避けるべきである。また、領域Ｄは、
ＩｎＧａＮ緩衝層中において１次以上の高次モードを生
ずる条件になっており、レーザ発振モードが再びＩｎＧ
ａＮ緩衝層に結合しやすい条件となるため、この範囲は
避けるべきである。
【００９６】線８１から８９は、（１）式を満たす領域
と満たさない領域の境界を、種々の条件においてしめし
たものである。全ての共通点として、本実施の形態の半
導体レーザ素子の構造において、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮク
ラッド層中に含まれる全てのｎ型ＡｌＧａＮクラッド
層、およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層のＡｌ混晶比が
０．０８となっており、ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層とｎ型ガ
イド層との距離が０．４μｍとなっている。また、実線
８１、８２、８３は、ＧａＮガイド層の層厚を０．０８
μｍとした場合の、（１）式を満たす領域と満たさない
領域の境界を示しており、実線８１はＡとＢの境界、実
線８２はＢとＣの境界、実線８３はＣとＤの境界を表し
ている。破線８４、８５、８６は、ＧａＮガイド層の層
厚を０．１０μｍとした場合の、（１）式を満たす領域
と満たさない領域の境界を示しており、破線８４はＡと
Ｂの境界、破線８５はＢとＣの境界、破線８６はＣとＤ
の境界を表している。点線８７、８８、８９は、ＧａＮ
ガイド層の層厚を０．１５μｍとした場合の、（１）式
を満たす領域と満たさない領域の境界を示しており、点
線８７はＡとＢの境界、点線８８はＢとＣの境界、点線
８９はＣとＤの境界を表している。
【００９７】なお、図８の計算結果は、簡単のために上
下のガイド層膜厚を対称としたが、これが非対称であっ
てもよく、この場合、上下ガイド層の平均厚さ、即ちｐ
型ガイド層およびｎ型ガイド層の膜厚をそれぞれｄ
1［μｍ］、ｄ2［μｍ］としたとき、（ｄ1＋ｄ2）／２
＝ｄを、ガイド層膜厚と考えれば、図８の関係はそのま
まほぼ同じになる。但し、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、そうならない範囲におのずから限定される。実用的
には、０．３３≦ｄ1／ｄ2≦３が必要であり、特に好ま
しくは、０．５６≦ｄ1／ｄ2≦１．８である。
【００９８】図５〜図８より、（１）式を満たす領域が
最も狭くなるのは本実施の形態の半導体レーザ素子の構
造において、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中に含まれ
る全てのｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、およびｐ型ＡｌＧ
ａＮクラッド層のＡｌ混晶比が０．０８、ｎ型ＩｎＧａ
Ｎ緩衝層とｎ型ガイド層との距離が０．４μｍであり、
かつＧａＮガイド層厚が０．０８μｍとなっている時で
ある。実際に半導体レーザ素子を作製する時は、ＩｎＧ
ａＮ緩衝層の膜厚およびＩｎ混晶比が（１）式を満たす
領域、即ちＡまたはＣの領域に入るよう考慮して設計す
るが、（１）式を満たす領域と満たさない領域の境界線
から十分離れた領域に相当する値をとることが望まし
い。
【００９９】また、本発明者らの実験によると、ＩｎＧ
ａＮ緩衝層を２００ｎｍ以上積層すると、その上に積層
された半導体層の結晶性が悪化した。また、Ｉｎ混晶比
が０．２以上のＩｎＧａＮ緩衝層を積層すると、その上
に積層された半導体層の結晶性が悪化した。このことか
ら、ＩｎＧａＮ緩衝層の膜厚は２００ｎｍ以下、Ｉｎ混
晶比は０．２以下とするのがよい。さらに、ＩｎＧａＮ
緩衝層は僅かにＩｎを含む程度（Ｉｎ混晶比が０．００
１以下のとき）でもクラック防止の効果が発生し、Ｉｎ
混晶比を変化させてもクラック防止効果の度合いはほと
んど変わらなかった。また、ＩｎＧａＮ緩衝層はわずか
な膜厚（膜厚１０ｎｍ以下）でもクラック防止の効果が
発生し、Ｉｎ混晶比を変化させてもクラック防止効果の
度合いはほとんど変わらなかった。
【０１００】以上より、本実施の形態における半導体レ
ーザ素子中において、ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比を
ｐ1、膜厚をｔ1［ｎｍ］としたとき、（ｐ1，ｔ1）が満
たすべき領域を、ＩｎＧａＮ緩衝層とＧａＮガイド層と
の距離が（ａ）０．２〜０．３μｍのとき、（ｂ）０．
３〜０．４μｍのとき、（ｃ）０．４以上のとき、と場
合分けして、およそ、 （ａ）０．２〜０．３μｍのときは、 １０≦ｔ1≦（０．００８０２６８＋０．５８５３３
ｐ1）(-1)かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９ または １０≦ｔ1≦−８．９９５６＋２７３．９５ｐ1かつ０．
０９＜ｐ1≦０．２ または （０．０００１７６７２＋０．０８８６０４ｐ1）(-1)
≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９ または −１０３．６３＋２４０３．３ｐ1≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ ………………（２） （ｂ）０．３〜０．４μｍのときは、 １０≦ｔ1≦（０．００６７７２５＋０．５０５７８
ｐ1）(-1)かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９ または １０≦ｔ1≦−１０．８６＋３２１．８８ｐ1かつ０．０
９＜ｐ1≦０．２ または （０．００１４２９６＋０．１３０１４ｐ1）(-1)≦ｔ1
≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９ または −４２．２５４＋１２７３．３ｐ1≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ ………………（３） （ｃ）０．４μｍ以上のときは、 １０≦ｔ1≦（０．００４４０６３＋０．３６２２ｐ1）
(-1)かつ０．００１≦ｐ 1≦０．０９ または １０≦ｔ1≦−１７．９５８＋４７９ｐ1かつ０．０９＜
ｐ1≦０．２ または （０．００３１２２３＋０．２６８４７ｐ1）(-1)≦ｔ1
≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９ または −２５．８６７＋６６４．４５ｐ1≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ ………………（４） の領域内であることが判る。上記範囲は、レーザ発振の
中心波長が３７０〜４３０ｎｍ（２０℃）の範囲で計算
しても、またＩｎＧａＮ緩衝層とガイド層との間に介装
されるＡｌＧａＮクラッド層の混晶比を０．０８から
０．２の範囲で計算しても、またｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層
とｎ型ガイド層との距離を０．４〜０．８μｍの範囲で
計算しても、同じであった。
【０１０１】以上の手順により、特に（ｂ）の場合の結
果として、およそ、 ０．００１≦ｐ1≦０．０１の場合にはｔ1≦８０、 ０．０１＜ｐ1≦０．０２の場合にはｔ1≦６０、 ０．０２＜ｐ1≦０．０３の場合にはｔ1≦５０、 ０．０３＜ｐ1≦０．０４の場合にはｔ1≦４０、 ０．０４＜ｐ1≦０．０５の場合にはｔ1≦３０または１
６０≦ｔ1≦２００、 ０．０５＜ｐ1≦０．０６の場合にはｔ1≦２５または１
３０≦ｔ1≦２００、 ０．０６＜ｐ1≦０．０７の場合にはｔ1≦２２または１
１０≦ｔ1≦２００、 ０．０７＜ｐ1≦０．１１の場合にはｔ1≦２０または１
００≦ｔ1≦２００、 ０．１１＜ｐ1≦０．１２の場合にはｔ1≦２３または１
１０≦ｔ1≦２００、 ０．１３＜ｐ1≦０．１４の場合にはｔ1≦３０または１
４０≦ｔ1≦２００、 ０．１４＜ｐ1≦０．１５の場合にはｔ1≦３２または１
５０≦ｔ1≦２００、 ０．１５＜ｐ1≦０．１６の場合にはｔ1≦３５または１
６５≦ｔ1≦２００、 ０．１６＜ｐ1≦０．１７の場合にはｔ1≦４０または１
７５≦ｔ1≦２００、 ０．１７＜ｐ1≦０．１８の場合にはｔ1≦４５または１
９０≦ｔ1≦２００、 ０．１８＜ｐ1≦０．２０の場合にはｔ1≦５０ の範囲内で上記条件を満たすことが判る。（ａ），
（ｃ）の場合については、冗長のため掲載しない。本実
施の形態の半導体レーザ素子の作製方法に記載したＩｎ
ＧａＮ緩衝層の例として挙げた膜厚は５０ｎｍ、混晶比
は０．０２であり、上記範囲内に含まれている。
【０１０２】良好な光学特性を得るための、ＩｎＧａＮ
緩衝層のＩｎ組成ｐ1および膜厚ｔ1は、上記領域に限定
されるが、次のような要請から、ＩｎＧａＮ緩衝層の好
ましい範囲はさらに制限される。ｐ型クラッド層内ない
しｎ型クラッド層内に介装されるＩｎＧａＮ緩衝層にお
ける吸収は、レーザ発振モードの吸収を引き起こし、閾
値電流密度の増加を招くため、ＩｎＧａＮ緩衝層におけ
る吸収係数は、小さい方がより望ましい。ＩｎＧａＮ緩
衝層のＩｎ組成を大きくすると、ＩｎＧａＮ緩衝層にお
けるレーザ発振モードの吸収が大きくなるため、ＩｎＧ
ａＮ緩衝層のＩｎ組成は大きすぎない方がよい。このた
め、さらに望ましくは上記範囲の制限に加えて、ｐ1≦
０．０９という条件を付加した方がよい。
【０１０３】図９は、本実施の形態の半導体レーザ素子
の構造から、ｎ型ＧａＮコンタクト層層厚を変化させた
ときの、レーザ発振モードの活性層閉じ込め係数の変化
を示した図である。ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層（総
膜厚約０．８μｍ）中に介装されるｎ型ＩｎＧａＮ緩衝
層の混晶比および膜厚が、図５から図８に示す領域Ａ、
領域Ｂ、領域Ｃに属する場合の特性がそれぞれ特性９
１、９２、９３に示されている。図中において、特性９
１は、ＩｎＧａＮ緩衝層の混晶比が０．０２、層厚が５
０ｎｍのときの特性である。特性９２は、混晶比が０．
０７、層厚が５０ｎｍのときの特性である。特性９３
は、混晶比が０．０９、層厚が１００ｎｍのときの特性
である。また、特性９４は、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッ
ド層がｎ型ＡｌＧａＮクラッド層（膜厚０．８μｍ）の
みで構成されている場合の特性であり、図中に示されて
いる。ｎ型ＧａＮコンタクト層厚を変化させたとき、特
性９１、９２、９３、９４の全てにおいて、活性層閉じ
込め係数の落ち込みが見られるが、これはレーザ発振モ
ードのｎ型ＧａＮコンタクト層への染み出しが大きくな
る最悪条件になっているときである。このような条件に
ある時は、閾値電流密度の増大、ＦＦＰにおけるリップ
ルの発生という問題が顕著となってしまう。
【０１０４】図より、特性９１および９３は、特性９２
に比べて、前記活性層閉じ込め係数の落ち込みを生ずる
領域が狭くなっていることがわかる。これは、特性９２
の条件において、レーザ発振モードがＩｎＧａＮ緩衝層
に結合しやすい状況になっており、このＩｎＧａＮ緩衝
層に結合したレーザ発振モードがｎ型ＧａＮコンタクト
層へ染み出しやすいためである。即ち、ｎ型ＡｌＧａＩ
ｎＮクラッド層中に介装されるｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層の
混晶比および膜厚を、（１）式または（２）〜（４）式
を満たす領域に設定することにより、レーザ発振モード
のｎ型ＧａＮコンタクト層への結合を抑制することがで
き、閾値電流密度の低下、およびＦＦＰにおけるリップ
ルの抑制という効果が発生する。
【０１０５】また、特性９１、９３の場合は、特性９２
の場合に比べて、図に示したｎ型ＧａＮコンタクト層厚
の範囲全域に渡り、活性層閉じ込め係数が上昇してい
る。これは、９２の場合はレーザ発振モードがＩｎＧａ
Ｎ緩衝層に強く結合する条件になっており、ＩｎＧａＮ
緩衝層におけるレーザ発振モードの電界振幅が大きく、
それによる活性層閉じ込め係数の低下が生じていたの
が、９１および９３の場合はレーザ発振モードのＩｎＧ
ａＮ緩衝層への結合が抑制されたことにより、活性層閉
じ込め係数の向上が図られたことによるものである。
【０１０６】本実施の形態で作製したレーザ素子のほと
んど全てが発振し、発振の閾値電圧（Ｖp）が約５Ｖ、
閾値電流密度（Ｊth）が約２ｋＡ／ｃｍ2であった。ま
た、従来の半導体レーザでは、クラックがない素子にお
いても、連続して１０時間以上発振を継続させている
と、光出力が急激に低下する現象が生じてきたが、ｎ型
ＡｌＧａＮクラッド層中にｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層を挿入
した本実施例に示すレーザは、約１０００時間経過して
も、特性の変化は見られなかった。また、ＦＦＰは単峰
であり、良好な光学特性が実現できた。
【０１０７】
【表１】
【０１０８】表１は、用いたＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混
晶比および膜厚の組み合わせとして、種々の場合を用い
た場合の実験結果を示している。理論値は、与えられた
構造から、ＩｎＧａＮ緩衝層を除去した場合（即ち、Ｉ
ｎＧａＮ緩衝層の膜厚を０ｎｍとした場合）の、レーザ
発振モードの活性層閉じ込め係数を計算した結果であ
る。ｃａｓｅ１〜ｃａｓｅ６は、図２１においてそれぞ
れ点２１４、２１５、２１７、２１８、２１９、２２０
に相当する点である。ｃａｓｅ１は領域＜１＞に属し、
ｃａｓｅ２は領域＜２＞に属し、ｃａｓｅ３は領域＜３
＞に属し、ｃａｓｅ４は領域＜４＞に属し、ｃａｓｅ５
およびｃａｓｅ６は共に領域Ｂに属している。ＩｎＧａ
Ｎ緩衝層の周辺の構造については、ｃａｓｅ１からｃａ
ｓｅ６までの全てにおいて、ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層から
ｎ型ＧａＮガイド層までの距離が０．４μｍ、ｎ型Ａｌ
ＧａＮクラッド層のＡｌ混晶比が０．１、ｎ型ＧａＮガ
イド層膜厚およびｐ型ＧａＮガイド層膜厚がともに０．
１μｍとなっている。レーザ発振モードの活性層閉じ込
め係数は、ＩｎＧａＮ緩衝層の膜厚が０ｎｍの場合（理
論値）の値を１とした場合の相対値を示している。これ
を見ると、ｃａｓｅ１、ｃａｓｅ２、ｃａｓｅ３、ｃａ
ｓｅ４のいずれにおいても、レーザ発振モードの活性層
閉じ込め係数は、ＩｎＧａＮ緩衝層の膜厚が０ｎｍの場
合（理論値）の９割以上の値を示しており、レーザ発振
モードの電界分布は、図３（ａ）と同様であり、ＦＦＰ
は単峰的であった。これに対し、ｃａｓｅ５、ｃａｓｅ
６においては、レーザ発振モードの活性層閉じ込め係数
は、ＩｎＧａＮ緩衝層の膜厚が０ｎｍの場合（理論値）
の９割以下となっており、レーザ発振モードの電界分布
は図３（ｂ）と同様であり、ＦＦＰはリップルが多数散
見された。以上より、ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比お
よび膜厚を、所定の範囲内に設定したことにより、レー
ザ発振モードの活性層閉じ込め係数の向上、および、Ｆ
ＦＰにおけるリップルの抑制が図られたことが、実験的
に確認できた。
【０１０９】なお、本実施の形態においては、ｎ型Ａｌ
ＧａＩｎＮクラッド層中に含まれるｎ型ＡｌＧａＮクラ
ッド層、およびｐ型ＡｌＧａＮにおけるＡｌ混晶比は必
ずしも全て同じである必要はなく、その際においても前
記Ｆなるパラメータが（１）式を満たすように設計され
たＩｎＧａＮ緩衝層をｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中
に含む構造を有する半導体レーザ素子であれば、本発明
の効果は発生する。しかし、レーザ発振モードの対称性
を考慮すれば、半導体レーザ素子構造中におけるＡｌＧ
ａＮクラッド層のＡｌ混晶比は全て同一にすることが望
ましい。
【０１１０】また、本実施の形態において、活性層は３
重量子井戸としたが、２層または４層以上の多重量子井
戸にしても、本発明において必要とされる関係式（１）
およびＩｎＧａＮ緩衝層に関して必要とされる関係式
（２）〜（４）は変わらず、発生する効果は同じであっ
た。
【０１１１】なお、本実施の形態における半導体レーザ
の構造でｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層とｎ型ＧａＮコ
ンタクト層の間に介装されるｎ型ＩｎrＧａ1-rＮ緩衝層
は、半導体多層ウェハのクラックをさらに減少させる効
果を有するが、なくても本発明の請求範囲に含まれるも
のであり、半導体レーザ素子の活性層閉じ込め係数およ
びＦＦＰにはほとんど影響を与えない。
【０１１２】また、本実施の形態における半導体レーザ
素子に用いた基板は、サファイアを用いたが、他の基板
でも良く、たとえばＧａＮ基板でもよい。この場合、Ａ
ｌＧａＩｎＮクラッド層中に介装されるＩｎＧａＮ緩衝
層の混晶比および膜厚が満たすべき条件の範囲は、サフ
ァイア基板の場合と同じであった。
【０１１３】（実施の形態２）図４は、本発明の第２の
実施の形態を示す半導体レーザ素子の模式図である。図
は、半導体レーザの導波路部分の共振器に垂直な断面を
示している。本半導体レーザ素子は、（０００１）Ｃ面
サファイア基板１（膜厚３０〜３００μｍ）、ＧａＮ低
温バッファ層２（膜厚０〜１００ｎｍ）、ｎ型ＧａＮコ
ンタクト層３（膜厚０．１〜１０μｍ）ｎ型ＩｎrＧａ
1-rＮ（０≦ｒ≦０．２）緩衝層４１（膜厚０〜２００
ｎｍ）、ｎ型Ａｌx１Ｇａ1-x1Ｎ（０．０８≦ｘ１≦
０．２）クラッド層４（膜厚０．２〜０．８μｍ）とｎ
型Ｉｎp1Ｇａ1-p1Ｎ（０．００１≦ｐ 1≦０．２）緩衝
層５（膜厚１０〜２００ｎｍ）とｎ型Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ
（０．０８≦ｘ２≦０．２）クラッド層４（膜厚０．２
〜０．８μｍ）からなるｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層
１５（総膜厚約０．８〜１０μｍ）、ｎ型ＩｎsＧａ1-s
Ｎ（０＜ｓ≦０．１）ガイド層６（膜厚０．０８〜０．
１５μｍ）、ＩｎwＧａ1 -wＮ（０＜ｗ＜０．２）井戸層
とＩｎvＧａ1-vＮ（０＜ｖ＜ｗ）障壁層との交互多層構
造（障壁層／井戸層／・・・／井戸層／障壁層）からな
る多重量子井戸活性層７（発光波長３７０〜４３０ｎ
ｍ、総膜厚５〜６０ｎｍ）、ｐ型ＡｌzＧａ1 -zＮ（０≦
ｚ≦０．３）キャリアブロック層８（膜厚０〜２０ｎ
ｍ）、ｐ型Ｉｎ tＧａ1-tＮ（０＜ｔ≦０．１）ガイド層
９（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）、ｐ型ＡｌyＧａ1-y
Ｎ（０．０８≦ｙ≦０．２）クラッド層１０（膜厚０．
２〜０．８μｍ）、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１（膜厚
０．０１〜１０μｍ）の各窒化物系半導体層が形成され
ている。
【０１１４】その上には、必要な形状の絶縁膜１２が、
メサ上の概略全面に形成されている。正電極１３（たと
えば、Ｐｄ／Ａｕ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ、Ｐｄ／Ｐｔ／Ａ
ｕ等）は、ｐ型ＧａＮコンタクト層の一部露出した面上
の全面を含む、メサ上の概略全面に形成されている。負
電極１４（たとえば、Ｔｉ／Ａｌ、Ｚｒ／Ａｌ、Ｈｆ／
Ａｌなど）は、ｎ型ＧａＮコンタクト層の一部露出した
面上に形成されている。メサは、ｎ型ＧａＮコンタクト
層、ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッ
ド層、ｎ型ＩｎＧａＮガイド層、ＩｎＧａＮ多重量子井
戸活性層、ｐ型ＡｌＧａＮキャリアブロック層、ｐ型Ｉ
ｎＧａＮガイド層、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、ｐ型Ｇ
ａＮコンタクト層、絶縁膜（但し前記絶縁膜は必要領域
のみ）、正電極より構成されている。ストライプの両端
面はミラーとして働き、光共振器を構成している。
【０１１５】次に、本実施の形態における半導体レーザ
の製造方法について述べる。まず、（０００１）Ｃ面サ
ファイア基板を洗浄する。洗浄した（０００１）Ｃ面サ
ファイア基板をＭＯＣＶＤ装置内に導入し、Ｈ2雰囲気
の中で、約１１００℃の高温でクリーニングを行う。そ
の後、降温して、キャリアガスとして水素（Ｈ2）を１
０リットル／ｍｉｎ流しながら、６００℃でＮＨ3とト
リメチルガリウム（ＴＭＧ）をそれぞれ５リットル／ｍ
ｉｎ、２０ｍｏｌ／ｍｉｎ導入して、０〜１００ｎｍ
（たとえば約２０ｎｍ）の厚みのＧａＮ低温バッファ層
を成長する。低温バッファ層としては、ＧａＮに限ら
ず、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、ＴＭＧ、ＮＨ
3を使用して、ＡｌＮ膜やＧａＡｌＮ膜を用いてもなん
ら影響はない。
【０１１６】次に、Ｎ2とＮＨ3をそれぞれ５リットル／
ｍｉｎ流しながら約１０５０℃まで昇温する。温度が上
がれば、キャリアガスをＮ2からＨ2に代えて、ＴＭＧを
１００μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＳｉＨ4を１０ｎｍｏｌ／ｍ
ｉｎ導入して、ｎ型ＧａＮコンタクト層を０．１〜１０
μｍ（たとえば約４μｍ）成長する。次に、ＴＭＧの供
給を停止して、キャリアガスをＨ2からＮ2に再び代え
て、約８００℃まで降温後、ＴＭＧを１５μｍｏｌ／ｍ
ｉｎに調整し、インジウム原料であるトリメチルインジ
ウム（ＴＭＩ）を一定量流しながら、ＩｎrＧａ1-rＮ緩
衝層（たとえばｒ＝０．０７）を０〜２００ｎｍ（たと
えば５０ｎｍ）成長する。次に、ＴＭＩおよびＴＭＧの
供給を停止して、再び１０５０℃まで昇温し、キャリア
ガスを再びＮ2からＨ2に代えて、ＴＭＧの流量を５０μ
ｍｏｌ／ｍｉｎに調整し、ＴＭＡを４０μｍｏｌ／ｍｉ
ｎ導入して、ｎ型のＡｌx1Ｇａ1-x1Ｎクラッド層（たと
えばｘ１＝０．１）を０．２〜０．８μｍ（たとえば
０．５μｍ）の厚さで成長する。次に、ＴＭＧおよびＴ
ＭＡの供給を停止して、キャリアガスをＨ2からＮ2に再
び代えて、約８００℃まで降温後、ＴＭＧを１５μｍｏ
ｌ／ｍｉｎに調整し、ＴＭＩを一定量流しながら、Ｉｎ
pＧａ1-pＮ緩衝層（たとえばｐ＝０．０２）を１０〜２
００ｎｍ（たとえば５０ｎｍ）成長する。次に、ＴＭＩ
およびＴＭＧの供給を停止して、再び１０５０℃まで昇
温し、キャリアガスを再びＮ2からＨ2に代えて、ＴＭＧ
の流量を５０μｍｏｌ／ｍｉｎに調整し、ＴＭＡを４０
μｍｏｌ／ｍｉｎ導入して、ｎ型のＡｌx2Ｇａ1-x2Ｎク
ラッド層（たとえばｘ＝０．１）を０．２〜０．８μｍ
（たとえば０．５μｍ）の厚さで成長する。
【０１１７】Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎの成長が終了すると、Ｔ
ＭＡおよびＴＭＧの供給を停止し、キャリアガスをＨ2
からＮ2に換えて、約７００℃まで降温し、ＴＭＧを１
５μｍｏｌ／ｍｉｎに調整して、ＴＭＩを一定量流しな
がら、ｎ型ＩｎsＧａ1-sＮガイド層（たとえばｓ＝０．
０１）を０．０８〜０．１５μｍ（たとえば０．１μ
ｍ）の厚さになるように成長する。ＴＭＩを１０μｍｏ
ｌ／ｍｉｎに調整し、Ｉｎ vＧａ1-vＮ（たとえばｖ＝
０．０５）よりなるたとえば４ｎｍ厚の障壁層を成長す
る。その後、ＴＭＩの供給を５０μｍｏｌ／ｍｉｎに増
加し、ＩｎwＧａ1-wＮ（たとえばｗ＝０．１７）よりな
るたとえば２ｎｍ厚の井戸層を成長する。たとえば、井
戸層は合計３層、同様の手法で成長を行い、井戸層と井
戸層との間および両側には合計４層の障壁層が存在する
ような発光波長３８０〜４３０ｎｍ（たとえば４００〜
４１０ｎｍ）の多重量子井戸（ＭＱＷ）を成長する。Ｍ
ＱＷの成長が終了すると、ＴＭＩおよびＴＭＧの供給を
停止して、再び１０５０℃まで昇温し、キャリアガスを
再びＮ2からＨ2に代えて、ＴＭＧを５０μｍｏｌ／ｍｉ
ｎ、ＴＭＡを３０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ｐ型ドーピング原
料であるビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ
2Ｍｇ）を１０ｎｍｏｌ／ｍｉｎ流し、０〜２０ｎｍ
（たとえば２０ｎｍ）厚のｐ型ＡｌzＧａ1-zＮ（たとえ
ばｚ＝０．２）キャリアブロック層を成長する。キャリ
アブロック層の成長が終了すると、ＴＭＡおよびＴＭＧ
およびＣｐ2Ｍｇの供給を停止し、キャリアガスをＨ2か
らＮ2に換えて、約７００℃まで降温し、ＴＭＧを１５
μｍｏｌ／ｍｉｎに調整して、ＴＭＧの供給量を１５μ
ｍｏｌ／ｍｉｎに調整して、ＴＭＩを一定量流し、Ｃｐ
2Ｍｇを１０ｎｍｏｌ／ｍｉｎ流し、ｐ型ＩｎtＧａ1-t
Ｎガイド層（たとえばｔ＝０．０１）を０．０８〜０．
１５μｍ（たとえば０．１μｍ）成長する。ＴＭＡおよ
びＴＭＧおよびＣｐ2Ｍｇの供給を停止して、再び１０
５０℃まで昇温し、キャリアガスを再びＮ2からＨ2に変
えて、その後、ＴＭＧの供給を５０μｍ／ｍｉｎに調整
し、ＴＭＡを４０μｍｏｌ／ｍｉｎ、Ｃｐ2Ｍｇを１０
ｎｍｏｌ／ｍｉｎ導入し、０．２〜０．８μｍ（たとえ
ば０．５μｍ）厚のｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層（た
とえばｙ＝０．１）を成長する。最後に、ＴＭＧの供給
を１００μｍｏｌ／ｍｉｎに調整して、ＴＭＡの供給を
停止し、０．０１〜１０μｍ（たとえば０．１μｍ）厚
のｐ型ＧａＮコンタクト層の成長を行い発光素子構造の
成長を終了する。成長が終了すると、ＴＭＧおよびＣｐ
2Ｍｇの供給を停止して降温し、室温でＭＯＣＶＤ装置
より取り出す。
【０１１８】本レーザ構造を有する膜の最表面（成長終
端面）の表面粗さの平均値（Ｒａ）は約１０ｎｍであ
り、大変良好な平坦性を示した。
【０１１９】その後、フォトリソグラフィー技術および
反応性イオンエッチング技術を用い、ｐ型ＧａＮコンタ
クト層を３μｍ幅のストライプ状に残して、ｐ型Ａｌy
Ｇａ1 -yＮクラッド層までエッチングを行い、光導波路
を形成した後、フォトリソグラフィー技術を用いてｐ型
ＧａＮコンタクト層が電極と接触する部分を除いて絶縁
膜を形成する。その後、反応性イオンエッチング技術を
用いて、ウェハ最表面よりｎ型ＧａＮコンタクト層の途
中まで、負電極を形成する部分を除去する。その後、メ
サ状のｐ型ＧａＮコンタクト層の一部露出した面上に、
正電極を形成する。電極材料としては、たとえばＡｕ／
ＮｉあるいはＡｕ／Ｐｄを用いれば良い。また、ｎ型Ｇ
ａＮコンタクト層の一部露出した面上の概略全面に、負
電極を形成する。負電極材料としては、たとえばＡｌ／
ＴｉあるいはＡｕ／Ｗを用いれば良い。
【０１２０】最後に劈開あるいはドライエッチング法を
用いて素子長が約０．５ｍｍとなるようにして、ミラー
となる端面を形成した。
【０１２１】以上により、図４に示す第２の実施の形態
の半導体レーザ素子が作製できる。本実施の形態におけ
る半導体レーザ素子においては、ｎ型ガイド層およびｐ
型ガイド層は、ＩｎＧａＮで構成されている。また、本
実施の形態における半導体レーザ素子においては、ｎ型
ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中に含まれるｎ型ＩｎＧａＮ
緩衝層の膜厚およびＩｎ混晶比は、レーザ発振モードが
ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層と、その近隣層であるｎ型ＡｌＧ
ａＮクラッド層で構成される３層スラブ導波路に結合し
ない条件式（１）が成り立つように設計されている。
【０１２２】図１０は、ＩｎＧａＮ緩衝層とガイド層と
の距離が０．４μｍ以上あるような、本実施の形態の半
導体レーザ素子の構造において、（１）式を満たすよう
なｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比および膜厚の範囲
を図示したものである。図において、領域Ａおよび領域
Ｃが、（１）式を満たす条件になっている。領域Ｂは、
レーザ発振モードがＩｎＧａＮ緩衝層に結合しやすい条
件となっているため、この範囲は避けるべきである。ま
た、領域Ｄは、ＩｎＧａＮ緩衝層中において１次以上の
高次モードを生ずる条件になっており、レーザ発振モー
ドが再びＩｎＧａＮ緩衝層に結合しやすい条件となるた
め、この範囲は避けるべきである。
【０１２３】線１０１から１０９は、（１）式を満たす
領域（Ａ、Ｃ）と満たさない領域（Ｂ）の境界を、種々
の条件においてしめしたものである。境界線上において
は、全ての共通点として、本実施の形態の半導体レーザ
素子の構造において、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中
に含まれる全てのｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、およびｐ
型ＡｌＧａＮクラッド層の膜厚が０．４μｍ、混晶比が
０．０８となっており、ｎ型ＩｎsＧａ1-sＮガイド層お
よびｐ型ＩｎtＧａ1-tＮガイド層の膜厚が０．０８μｍ
となっている。また、実線１０１、１０２、１０３は、
ｎ型ＩｎsＧａ1 -sＮガイド層およびｐ型ＩｎtＧａ1-tＮ
ガイド層のＩｎ混晶比を０．０２とした場合の、（１）
式を満たす領域と満たさない領域の境界を示しており、
実線１０１はＡとＢの境界、実線１０２はＢとＣの境
界、実線１０３はＣとＤの境界を示している。また、破
線１０４、１０５、１０６は、ｎ型ＩｎsＧａ1-sＮガイ
ド層およびｐ型ＩｎtＧａ1-tＮガイド層のＩｎ混晶比を
０．０４とした場合の、（１）式を満たす領域と満たさ
ない領域の境界を示しており、破線１０４はＡとＢの境
界、破線１０５はＢとＣの境界、破線１０６はＣとＤの
境界を示している。また、点線１０７、１０８、１０９
は、ＩｎsＧａ1-sＮガイド層およびｐ型ＩｎtＧａ1-tＮ
ガイド層のＩｎ混晶比を０．０６とした場合の、（１）
式を満たす領域と満たさない領域の境界を示しており、
点線１０７はＡとＢの境界、点線１０８はＢとＣの境
界、点線１０９はＣとＤの境界を示している。
【０１２４】図１１は、ＩｎＧａＮ緩衝層とガイド層と
の距離が０．４μｍ以上あるような、本実施の形態の半
導体レーザ素子の構造において、（１）式を満たすよう
なｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比および膜厚の範囲
を図示したものである。図において、領域Ａおよび領域
Ｃが、（１）式を満たす条件になっている。領域Ｂは、
レーザ発振モードがＩｎＧａＮ緩衝層に結合しやすい条
件となっているため、この範囲は避けるべきである。ま
た、領域Ｄは、ＩｎＧａＮ緩衝層中において１次以上の
高次モードを生ずる条件になっており、レーザ発振モー
ドが再びＩｎＧａＮ緩衝層に結合しやすい条件となるた
め、この範囲は避けるべきである。
【０１２５】線１１１から１１９は、（１）式を満たす
領域（Ａ、Ｃ）と満たさない領域（Ｂ）の境界を、種々
の条件においてしめしたものである。境界線上において
は、全ての共通点として、本実施の形態の半導体レーザ
素子の構造において、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中
に含まれる全てのｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、およびｐ
型ＡｌＧａＮクラッド層の膜厚が０．４μｍ、混晶比が
０．０８となっており、ｎ型ＩｎsＧａ1-sＮガイド層お
よびｐ型ＩｎtＧａ1-tＮガイド層の膜厚が０．０８μｍ
となっている。また、線１１１、１１２、１１３は、ｎ
型ＩｎsＧａ1-sＮガイド層およびｐ型ＩｎtＧａ1-tＮガ
イド層のＩｎ混晶比を０．０７とした場合の、（１）式
を満たす領域と満たさない領域の境界を示しており、線
１１１はＡとＢの境界、線１１２はＢとＣの境界、線１
１３はＣとＤの境界を示している。また、破線１１４、
１１５、１１６は、ｎ型ＩｎsＧａ1-sＮガイド層および
ｐ型ＩｎtＧａ1-tＮガイド層のＩｎ混晶比を０．０８と
した場合の、（１）式を満たす領域と満たさない領域の
境界を示しており、線１１４はＡとＢの境界、線１１５
はＢとＣの境界、線１１６はＣとＤの境界を示してい
る。また、点線１１７、１１８、１１９は、ｎ型Ｉｎs
Ｇａ1-sＮガイド層およびｐ型ＩｎtＧａ1-tＮガイド層
のＩｎ混晶比を０．０９とした場合の、（１）式を満た
す領域と満たさない領域の境界を示しており、線１１７
はＡとＢの境界、線１１８はＢとＣの境界、線１１９は
ＣとＤの境界を示している。
【０１２６】図１２は、ＩｎＧａＮ緩衝層とガイド層と
の距離が０．３〜０．４μｍの範囲にあるような、本実
施の形態の半導体レーザ素子の構造において、（１）式
を満たすようなｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比およ
び膜厚の範囲を図示したものである。図において、領域
Ａおよび領域Ｃが、（１）式を満たす条件になってい
る。領域Ｂは、レーザ発振モードがＩｎＧａＮ緩衝層に
結合しやすい条件となっているため、この範囲は避ける
べきである。また、領域Ｄは、ＩｎＧａＮ緩衝層中にお
いて１次以上の高次モードを生ずる条件になっており、
レーザ発振モードが再びＩｎＧａＮ緩衝層に結合しやす
い条件となるため、この範囲は避けるべきである。線１
２１から１２９は、（１）式を満たす領域（Ａ、Ｃ）と
満たさない領域（Ｂ）の境界を、種々の条件においてし
めしたものである。境界線上においては、全ての共通点
として、本実施の形態の半導体レーザ素子の構造におい
て、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中に含まれる全ての
ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、およびｐ型ＡｌＧａＮクラ
ッド層の膜厚が０．３μｍ、混晶比が０．０８となって
おり、ｎ型ＩｎsＧａ1-sＮガイド層およびｐ型ＩｎtＧ
ａ1-tＮガイド層の膜厚が０．０８μｍとなっている。
また、実線１２１、１２２、１２３は、ｎ型Ｉｎ sＧａ
1-sＮガイド層およびｐ型ＩｎtＧａ1-tＮガイド層のＩ
ｎ混晶比を０．０２とした場合の、（１）式を満たす領
域と満たさない領域の境界を示しており、実線１２１は
ＡとＢの境界、実線１２２はＢとＣの境界、実線１２３
はＣとＤの境界を示している。また、破線１２４、１２
５、１２６は、ｎ型ＩｎsＧａ1-sＮガイド層およびｐ型
ＩｎtＧａ1-tＮガイド層のＩｎ混晶比を０．０４とした
場合の、（１）式を満たす領域と満たさない領域の境界
を示しており、破線１２４はＡとＢの境界、破線１２５
はＢとＣの境界、破線１２６はＣとＤの境界を示してい
る。また、点線１２７、１２８、１２９は、ｎ型Ｉｎs
Ｇａ1-sＮガイド層およびｐ型ＩｎtＧａ1-tＮガイド層
のＩｎ混晶比を０．０６とした場合の、（１）式を満た
す領域と満たさない領域の境界を示しており、点線１２
７はＡとＢの境界、点線１２８はＢとＣの境界、点線１
２９はＣとＤの境界を示している。
【０１２７】図１３は、ＩｎＧａＮ緩衝層とガイド層と
の距離が０．３〜０．４μｍの範囲にあるような、本実
施の形態の半導体レーザ素子の構造において、（１）式
を満たすようなｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比およ
び膜厚の範囲を図示したものである。図において、領域
Ａおよび領域Ｃが、（１）式を満たす条件になってい
る。領域Ｂは、レーザ発振モードがＩｎＧａＮ緩衝層に
結合しやすい条件となっているため、この範囲は避ける
べきである。また、領域Ｄは、ＩｎＧａＮ緩衝層中にお
いて１次以上の高次モードを生ずる条件になっており、
レーザ発振モードが再びＩｎＧａＮ緩衝層に結合しやす
い条件となるため、この範囲は避けるべきである。線１
３１から１３９は、（１）式を満たす領域（Ａ、Ｃ）と
満たさない領域（Ｂ）の境界を、種々の条件において示
したものである。境界線上においては、全ての共通点と
して、本実施の形態の半導体レーザ素子の構造におい
て、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中に含まれる全ての
ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、およびｐ型ＡｌＧａＮクラ
ッド層の膜厚が０．３μｍ、混晶比が０．０８となって
おり、ｎ型ＩｎsＧａ1-sＮガイド層およびｐ型ＩｎtＧ
ａ1-tＮガイド層の膜厚が０．０８μｍとなっている。
また、実線１３１、１３２、１３３は、ｎ型ＩｎsＧａ
1-sＮガイド層およびｐ型ＩｎtＧａ1-tＮガイド層のＩ
ｎ混晶比を０．０７とした場合の、（１）式を満たす領
域と満たさない領域の境界を示しており、実線１３１は
ＡとＢの境界、実線１３２はＢとＣの境界、実線１３３
はＣとＤの境界を示している。また、破線１３４、１３
５、１３６は、ｎ型ＩｎsＧａ1-sＮガイド層およびｐ型
ＩｎtＧａ1-tＮガイド層のＩｎ混晶比を０．０８とした
場合の、（１）式を満たす領域と満たさない領域の境界
を示しており、１３４はＡとＢの境界、１３５はＢとＣ
の境界、１３６はＣとＤの境界を示している。また、点
線１３７、１３８、１３９は、ｎ型ＩｎsＧａ1-sＮガイ
ド層およびｐ型ＩｎtＧａ1-tＮガイド層のＩｎ混晶比を
０．０９とした場合の、（１）式を満たす領域と満たさ
ない領域の境界を示しており、１３７はＡとＢの境界、
１３８はＢとＣの境界、１３９はＣとＤの境界を示して
いる。
【０１２８】図１４は、ＩｎＧａＮ緩衝層とガイド層と
の距離が０．２〜０．３μｍの範囲にあるような、本実
施の形態の半導体レーザ素子の構造において、（１）式
を満たすようなｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比およ
び膜厚の範囲を図示したものである。図において、領域
Ａおよび領域Ｃが、（１）式を満たす条件になってい
る。領域Ｂは、レーザ発振モードがＩｎＧａＮ緩衝層に
結合しやすい条件となっているため、この範囲は避ける
べきである。また、領域Ｄは、ＩｎＧａＮ緩衝層中にお
いて１次以上の高次モードを生ずる条件になっており、
レーザ発振モードが再びＩｎＧａＮ緩衝層に結合しやす
い条件となるため、この範囲は避けるべきである。
【０１２９】線１４１から１４９は、（１）式を満たす
領域（Ａ、Ｃ）と満たさない領域（Ｂ）の境界を、種々
の条件においてしめしたものである。境界線上において
は、全ての共通点として、本実施の形態の半導体レーザ
素子の構造において、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中
に含まれる全てのｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、およびｐ
型ＡｌＧａＮクラッド層の膜厚が０．２μｍ、混晶比が
０．０８となっており、ｎ型ＩｎsＧａ1-sＮガイド層お
よびｐ型ＩｎtＧａ1-tＮガイド層の膜厚が０．０８μｍ
となっている。また、実線１４１、１４２、１４３は、
ｎ型ＩｎsＧａ1 -sＮガイド層およびｐ型ＩｎtＧａ1-tＮ
ガイド層のＩｎ混晶比を０．０２とした場合の、（１）
式を満たす領域と満たさない領域の境界を示しており、
実線１４１はＡとＢの境界、実線１４２はＢとＣの境
界、実線１４３はＣとＤの境界を示している。また、破
線１４４、１４５、１４６は、ｎ型ＩｎsＧａ1-sＮガイ
ド層およびｐ型ＩｎtＧａ1-tＮガイド層のＩｎ混晶比を
０．０４とした場合の、（１）式を満たす領域と満たさ
ない領域の境界を示しており、破線１４４はＡとＢの境
界、破線１４５はＢとＣの境界、破線１４６はＣとＤの
境界を示している。また、点線１４７、１４８、１４９
は、ｎ型ＩｎsＧａ1-sＮガイド層およびｐ型ＩｎtＧａ
1-tＮガイド層のＩｎ混晶比を０．０６とした場合の、
（１）式を満たす領域と満たさない領域の境界を示して
おり、１４７はＡとＢの境界、１４８はＢとＣの境界、
１４９はＣとＤの境界を示している。
【０１３０】図１５は、ＩｎＧａＮ緩衝層とガイド層と
の距離が０．２〜０．３μｍの範囲あるような、本実施
の形態の半導体レーザ素子の構造において、（１）式を
満たすようなｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比および
膜厚の範囲を図示したものである。図において、領域Ａ
および領域Ｃが、（１）式を満たす条件になっている。
領域Ｂは、レーザ発振モードがＩｎＧａＮ緩衝層に結合
しやすい条件となっているため、この範囲は避けるべき
である。また、領域Ｄは、ＩｎＧａＮ緩衝層中において
１次以上の高次モードを生ずる条件になっており、レー
ザ発振モードが再びＩｎＧａＮ緩衝層に結合しやすい条
件となるため、この範囲は避けるべきである。
【０１３１】線１５１から１５９は、（１）式を満たす
領域（Ａ、Ｃ）と満たさない領域（Ｂ）の境界を、種々
の条件においてしめしたものである。境界線上において
は、全ての共通点として、本実施の形態の半導体レーザ
素子の構造において、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中
に含まれる全てのｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、およびｐ
型ＡｌＧａＮクラッド層の膜厚が０．２μｍ、混晶比が
０．０８となっており、ｎ型ＩｎsＧａ1-sＮガイド層お
よびｐ型ＩｎtＧａ1-tＮガイド層の膜厚が０．０８μｍ
となっている。また、実線１５１、１５２、１５３は、
ｎ型ＩｎsＧａ1 -sＮガイド層およびｐ型ＩｎtＧａ1-tＮ
ガイド層のＩｎ混晶比を０．０７とした場合の、（１）
式を満たす領域と満たさない領域の境界を示しており、
１５１はＡとＢの境界、１５２はＢとＣの境界、１５３
はＣとＤの境界を示している。また、破線１５４、１５
５、１５６は、ｎ型ＩｎsＧａ1-sＮガイド層およびｐ型
ＩｎtＧａ1-tＮガイド層のＩｎ混晶比を０．０８とした
場合の、（１）式を満たす領域と満たさない領域の境界
を示しており、１５４はＡとＢの境界、１５５はＢとＣ
の境界、１５６はＣとＤの境界を示している。また、点
線１５７、１５８、１５９は、ｎ型ＩｎsＧａ1-sＮガイ
ド層およびｐ型ＩｎtＧａ1-tＮガイド層のＩｎ混晶比を
０．０９とした場合の、（１）式を満たす領域と満たさ
ない領域の境界を示しており、１５７はＡとＢの境界、
１５８はＢとＣの境界、１５９はＣとＤの境界を示して
いる。
【０１３２】なお、図１０〜図１５の計算結果は、簡単
のために上下のＩｎＧａＮガイド層を対称、即ち、ｎ型
ガイド層のＩｎ混晶比をｓ、膜厚をｄ1［μｍ］とし、
ｐ型ガイド層のＩｎ混晶比をｔ、膜厚ｄ2［μｍ］とし
たとき、ｄ1＝ｄ2、ｓ＝ｔとしたが、これが非対称であ
っても良く、この場合、上下ガイド層の平均厚さ、即ち
（ｄ1＋ｄ2）／２＝ｄを、ガイド層膜厚と考えれば、図
１０〜図１５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、即ち（ｓ・ｄ 1＋ｔ・
ｄ2）／（ｄ1＋ｄ2）をガイドＩｎ組成として考えれ
ば、図１０〜図１５の関係はそのままほぼ同じになる。
但し、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、そうならない範
囲におのずから限定される。実用的には、−０．０５≦
ｓ−ｔ≦０．０５が必要であり、特に好ましくは、−
０．０３≦ｓ−ｔ≦０．０３であるべきである。また、
実用的には、０．３３≦ｄ1／ｄ2≦３が必要であり、特
に好ましくは、０．５６≦ｄ1／ｄ2≦１．８である。Ｉ
ｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比をｐ1、膜厚をｔ1［ｎｍ］
として、図１０中の実線１０１は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（０．００２１８２＋０．２８３
８ｐ1）(-1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝−２７．９１６＋６３
１．１４ｐ1＋４１８．９４ｐ1 2 で近似できる。図１０中の実線１０２は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（０．０００６４９９＋０．１５
８１２ｐ1）(-1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝１０．４６７＋１８０．
０２ｐ1＋４６０３．７ｐ1 2 で近似できる。図１０中の実線１０３は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００２０９０２＋０．０
３１５５９ｐ1）(-1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝−２７．９１６＋６３
１．１４ｐ1＋４１８．９４ｐ1 2 で近似できる。図１０中の破線１０４は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．０００５７９１６＋０．
２０２５７ｐ1）(-1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝２０．２４８−２１２．
４９ｐ1＋６３９０ｐ1 2 で近似できる。図１０中の破線１０５は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００１３６９４＋０．１
６３５５ｐ1）(-1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝６０．４０９−８４０．
５ｐ1＋１０８４３ｐ1 2 で近似できる。図１０中の破線１０６は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００２０９０２＋０．０
３１５５９ｐ1）(-1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝−２７．９１６＋６３
１．１４ｐ1＋４１８．９４ｐ1 2 で近似できる。図１０および図１１中の点線１０７は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００２８１６４＋０．１
６９７１ｐ1）(-1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝２５９．３７−４７５
９．８ｐ1＋３０６０８ｐ1 2 で近似できる。図１０および図１１中の点線１０８は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００２５７８２＋０．１
４９０２ｐ1）(-1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝３４５．０７−６３６
１．６ｐ1＋３９３３９ｐ1 2 で近似できる。図１０および図１１中の点線１０９は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００２０９０２＋０．０
３１５５９ｐ1）(-1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝−２７．９１６＋６３
１．１４ｐ1＋４１８．９４ｐ1 2 で近似できる。図１１中の破線１１１は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００３６５８８＋０．１
５８０４ｐ1）(-1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝１１９２．２−２２２６
２ｐ1＋１１２６７０ｐ1 2 で近似できる。図１１中の破線１１２は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００３５０１７＋０．１
４５７１ｐ1）(-1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝５２４．７５−１００２
９ｐ1＋５９４０６ｐ1 2 で近似できる。図１１中の破線１１３は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００２０９０２＋０．０
３１５５９ｐ1）(-1)、０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝
−２７．９１６＋６３１．１４ｐ1＋４１８．９４ｐ1 2 で近似できる。図１１中の太点線１１４は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００４３４７＋０．１４
７１９ｐ1）(-1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝８５８．５５−１６８６
６ｐ1＋９５１８６ｐ1 2 で近似できる。図１１中の太点線１１５は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００４１７６１＋０．１
３９１６ｐ1）(-1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝９５８．１６−１８８５
２ｐ1＋１０５８７０ｐ1 2 で近似できる。図１１中の太点線１１６は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００２０９０２＋０．０
３１５５９ｐ1）(-1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝−２７．９１６＋６３
１．１４ｐ1＋４１８．９４ｐ1 2 で近似できる。図１１中の細点線１１７は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００５２７４２＋０．１
４１２５ｐ1）(-1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝２２９８−４５９４１ｐ
1＋２４３２８０ｐ1 2 で近似できる。図１１中の細い点線１１８は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００５１３４＋０．１３
６２ｐ1）(-1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝２４９７．８−４９９６
１ｐ1＋２６４０２０ｐ1 2 で近似できる。図１１中の細い点線１１９は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００２０９０２＋０．０
３１５５９ｐ1）(-1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝−２７．９１６＋６３
１．１４ｐ1＋４１８．９４ｐ1 2 で近似できる。図１２中の実線１２１は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（０．００２８１４７＋０．３２
７５１ｐ1）(-1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝−２４．４４９＋５６
０．５９ｐ1＋２２２．４５ｐ1 2 で近似できる。図１２中の実線１２２は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（０．０００５４６６８＋０．１
１６９７ｐ1）(-1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝−５７．４６８＋１３９
２．１ｐ1＋１７８４．３ｐ1 2 で近似できる。図１２中の実線１２３は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００２０９０２＋０．０
３１５５９ｐ1）(-1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝４０．７８＋１９８６．
７ｐ1−２２９５．７ｐ1 2 で近似できる。図１２中の破線１２４は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００００４８０８１＋
０．２２８１２ｐ1）(-1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝６．７８９３＋７．００
９７ｐ1＋４７７９．４ｐ1 2 で近似できる。図１２の破線１２５は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００１１６０６＋０．１
３７８９ｐ1）(-1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝８１．０４３−１１５
９．４ｐ1＋１３５３７ｐ1 2 で近似できる。図１２中の破線１２６は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００２０９０２＋０．０
３１５５９ｐ1）(-1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝４０．７８＋１９８６．
７ｐ1−２２９５．７ｐ1 2 で近似できる。図１２および図１３中の点線１２７は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００２９７２７＋０．１
８４６８ｐ1）(-1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝２１１．８７−３８７
４．３ｐ1＋２５７５２ｐ1 2 で近似できる。図１２および図１３中の点線１２８は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００２４０３９＋０．１
３５６１ｐ1）(-1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝４１０．２−７５８４．
７ｐ1＋４６１０１ｐ1 2 で近似できる。図１２および図１３中の点線１２９は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００２０９０２＋０．０
３１５５９ｐ1）(ー1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝４０．７８＋１９８６．
７ｐ1−２２９５．７ｐ1 2 で近似できる。図１３中の実線１３１は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００３８１０８＋０−１
６８５６ｐ1）(-1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝９７３．６９−１８１８
６ｐ1＋９３３２１ｐ1 2 で近似できる。図１３中の実線１３２は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００３３２９１＋０．１
３５８６ｐ1）(-1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝５８７．７−１１２６４
ｐ1＋６６３８０ｐ1 2 で近似できる。図１３中の実線１３３は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００２０９０２＋０．０
３１５５９ｐ1）(-1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝４０．７８＋１９８６．
７ｐ1−２２９５．７ｐ1 2 で近似できる。図１３中の破線１３４は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００４４８７２＋０．１
５４４６ｐ1）(-1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝７８０．２５−１５２９
９ｐ1＋８６６８３ｐ1 2 で近似できる。図１３の破線１３５は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００４０３３９＋０．１
３２３６ｐ1）(-1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝１０５６．２−２０８１
５ｐ1＋１１６４６０ｐ1 2 で近似できる。図１３中の破線１３６は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００２０９０２＋０．０
３１５５９ｐ1）(-1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝４０．７８＋１９８６．
７ｐ1−２２９５．７ｐ1 2 で近似できる。図１３中の点線１３７は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００５４０２３＋０．１
４６４１ｐ1）(-1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝２０８８−４１７１９ｐ
1＋２２１５８０ｐ1 2 で近似できる。図１３中の点線１３８は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００４９８５１＋０．１
３１０６ｐ1）(-1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝２７０５．９−５４１５
９ｐ1＋２８５７６０ｐ1 2 で近似できる。図１３中の点線１３９は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００２０９０２＋０．０
３１５５９ｐ1）(-1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝−２７．９１６＋６３
１．１４ｐ1＋４１８．９４ｐ1 2 で近似できる。図１４中の実線１４１は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（０．００３９９４２＋０．３９
６４５ｐ1）(-1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝−２１．３３１＋４８
８．１３ｐ1 で近似できる。図１４中の実線１４２は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（０．００６２７２７＋０．０５
９１１ｐ1）(-1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝−１５５．１２＋３４９
４．３ｐ1−１０５２．９ｐ1 2 で近似できる。図１４中の実線１４３は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００２０９０２＋０．０
３１５５９ｐ1）(-1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝４０．７８＋１９８６．
７ｐ1−２２９５．７ｐ1 2 で近似できる。図１４中の破線１４４は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００００７６１６６＋
０．２７６０８ｐ1）(-1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝−４．９２９４＋２１
３．７６ｐ1＋２８２７．４ｐ1 2 で近似できる。図１４の破線１４５は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．０００７６７９８＋０．
０９３６６６ｐ1）(-1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝１０８．６１−１５１
１．６ｐ1＋１９０１６ｐ1 2 で近似できる。図１４中の破線１４６は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００２０９０２＋０．０
３１５５９ｐ1）(-1)、０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝
４０．７８＋１９８６．７ｐ1−２２９５．７ｐ1 2 で近似できる。図１４および図１５中の点線１４７は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００３１９４７＋０．２
１９０３ｐ1）(-1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝１３９．３７−２４９
６．５ｐ1＋１７８３１ｐ1 2 で近似できる。図１４および図１５中の点線１４８は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００１８９６１＋０．１
０４９４ｐ1）(-1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝５３６．０８−９９６
６．９ｐ1＋６０７０７ｐ1 2 で近似できる。図１４および図１５中の点線１４９は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００２０９０２＋０．０
３１５５９ｐ1）(-1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝４０．７８＋１９８６．
７ｐ1−２２９５．７ｐ1 2 で近似できる。図１５中の実線１５１は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（０．００４０７７３＋０．１９
５４７ｐ1）(-1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝５３９．７５＋１００８
８ｐ1＋５４７５７７ｐ1 2 で近似できる。図１５中の実線１５２は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００２８２３７＋０．１
１１１３ｐ1）(-1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝７６６．５２−１４７７
３ｐ1＋８６５８９ｐ1 2 で近似できる。図１５中の実線１５３は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００２０９０２＋０．０
３１５５９ｐ1）(-1)、０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝
４０．７８＋１９８６．７ｐ1−２２９５．７ｐ1 2 で近似できる。図１５中の破線１５４は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００４８８８５＋０．１
７５９１ｐ1）(-1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝−５９７．６５＋１１６
６１ｐ1＋６６９８３ｐ1 2 で近似できる。図１５の破線１５５は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００３５４２４＋０．１
１２８５ｐ1）(-1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝１３３５．８−２６４２
８ｐ1＋１４７２６０ｐ1 2 で近似できる。図１５中の破線１５６は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００２０９０２＋０．０
３１５５９ｐ1）(-1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝４０．７８＋１９８６．
７ｐ1−２２９５．７ｐ1 2 で近似できる。図１５中の点線１５７は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００５７３７１＋０．１
６２１１ｐ1）(-1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝１５３３．６−３０５８
５ｐ1＋１６４３８０ｐ1 2 で近似できる。図１５中の点線１５８は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００４４２８２＋０．１
１４４６ｐ1）(-1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝３３２４．９−６６６５
６ｐ1＋３５１０５０ｐ1 2 で近似できる。図１５中の点線１５９は、 ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００２０９０２＋０．０
３１５５９ｐ1）(-1)、 ０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝４０．７８＋１９８６．
７ｐ1−２２９５．７ｐ1 2 で近似できる。
【０１３３】実際に半導体レーザ素子を作製する時は、
ＩｎＧａＮ緩衝層の膜厚およびＩｎ混晶比が（１）式を
満たす領域、即ちＡまたはＣの領域に入るよう考慮して
設計するが、（１）式を満たす領域と満たさない領域の
境界線から十分離れた領域に相当する値をとることが望
ましい。
【０１３４】また、本発明者らの実験によると、ＩｎＧ
ａＮ緩衝層を２００ｎｍ以上積層すると、その上に積層
された半導体層の結晶性が悪化した。また、Ｉｎ混晶比
が０．２以上のＩｎＧａＮ緩衝層を積層すると、その上
に積層された半導体層の結晶性が悪化した。このことか
ら、ＩｎＧａＮ緩衝層の膜厚は２００ｎｍ以下、Ｉｎ混
晶比は０．２以下とするのがよい。さらに、ＩｎＧａＮ
緩衝層は僅かにＩｎを含む程度（Ｉｎ混晶比が０．００
１以下のとき）でもクラック防止の効果が発生し、Ｉｎ
混晶比を変化させてもクラック防止効果の度合いはほと
んど変わらなかった。また、ＩｎＧａＮ緩衝層はわずか
な膜厚（膜厚１０ｎｍ以下）でもクラック防止の効果が
発生し、Ｉｎ混晶比を変化させてもクラック防止効果の
度合いはほとんど変わらなかった。
【０１３５】以上より、本実施の形態における半導体レ
ーザ素子中において、ＩｎＧａＮ緩衝層とガイド層との
距離が（Ａ）０．４μｍ以上のとき、（Ｂ）０．３μｍ
以上０．４μｍ未満のとき、（Ｃ）０．２μｍ以上０．
３μｍ未満のときと場合分けし、また、それぞれの場合
において、ガイド層のＩｎ混晶比が（ａ）０≦ｓ＝ｔ＜
０．０２のとき、（ｂ）０．０２≦ｓ＝ｔ＜０．０４の
とき、（ｃ）０．０４≦ｓ＝ｔ＜０．０６のとき、
（ｄ）０．０６≦ｓ＝ｔ＜０．０７のとき、（ｅ）０．
０７≦ｓ＝ｔ＜０．０８のとき、と場合分けして、Ｉｎ
ＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比をｐ1、膜厚をｔ1［ｎｍ］と
したとき、（ｐ1、ｔ1）が満たすべき領域は、およそ、 （Ａ）ＩｎＧａＮ緩衝層とガイド層との距離が０．４μ
ｍ以上のとき、（ａ）０≦ｓ＝ｔ＜０．０２のときは １０≦ｔ1≦（０．００２１８２＋０．２８３８ｐ1）
(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９ または １０≦ｔ1≦−２７．９１６＋６３１．１４ｐ1＋４１
８．９４ｐ1 2かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．
２ または （−０．００１３６９４＋０．１６３５５ｐ1）(-1)≦
ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９ または ６０．４０９−８４０．５ｐ1＋１０８４３ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ 1 ≦０．２ …………………（７） （ｂ）０．０２≦ｓ＝ｔ＜０．０４のときは １０≦ｔ1≦（−０．０００５７９１６＋０．２０２５
７ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦
０．０９ または １０≦ｔ1≦２０．２４８−２１２．４９ｐ1＋６３９０
ｐ1 2かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ または （−０．００２５７８２＋０．１４９０２ｐ1）(-1)≦
ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９ または ３４５．０７−６３６１．６ｐ1＋３９３３９ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ ｐ1≦０．２ ………………（８） （ｃ）０．０４≦ｓ＝ｔ＜０．０６のときは １０≦ｔ1≦−０．００３６５８８＋０．１５８０４
ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．
０９ または １０≦ｔ1≦１１９２．２−２２２６２ｐ1＋１１２６７
０ｐ1 2かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ または （−０．００３５０１７＋０．１４５７１ｐ1）(-1)≦
ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９ または ５２４．７５−１００２９ｐ1＋５９４０６ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ 1 ≦０．２ ………………（９） （ｄ）０．０６≦ｓ＝ｔ＜０．０７のときは １０≦ｔ1≦（−０．００３６５８８＋０．１５８０４
ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．
０９ または １０≦ｔ1≦１１９２．２−２２２６２ｐ1＋１１２６７
０ｐ1 2かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ または （−０．００４１７６１＋０．１３９１６ｐ1）(-1)≦
ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９ または ９５８．１６−１８８５２ｐ1＋１０５８７０ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ ｐ1≦０．２ ………………（１０） （ｅ）０．０７≦ｓ＝ｔ≦０．１０のときは １０≦ｔ1≦（−０．００４３４７＋０．１４７１９
ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．
０９ または １０≦ｔ1≦８５８．５５−１６８６６ｐ1＋９５１８６
ｐ1 2かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ または （−０．００５１３４＋０．１３６２ｐ1）(-1)≦ｔ1≦
２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９ または ２４９７．８−４９９６１ｐ1＋２６４０２０ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ ｐ1≦０．２ ………………（１１） の領域内であることが判る。 （Ｂ）ＩｎＧａＮ緩衝層とガイド層との距離が０．３μ
ｍ以上０．４μｍ未満のとき （ａ）０≦ｓ＝ｔ＜０．０２のときは １０≦ｔ1≦（０．００２８１４７＋０．３２７５１
ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．
０９ または １０≦ｔ1≦−２４．４４９＋５６０．５９ｐ1＋２２
２．４５ｐ1 2かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．
２ または （−０．００１１６０６＋０．１３７８９ｐ1）(-1)≦
ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９ または ８１．０４３−１１５９．４ｐ1＋１３５３７ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ ｐ1≦０．２ ………………（１３） （ｂ）０．０２≦ｓ＝ｔ＜０．０４のときは １０≦ｔ1≦（−０．００００４８０８１＋０．２２８
１２ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦
０．０９ または １０≦ｔ1≦６．７８９３＋７．００９７ｐ1＋４７７
９．４ｐ1 2かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ または （−０．００２４０３９＋０．１３５６１ｐ1）(-1)≦
ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９ または ４１０．２−７５８４．７ｐ1＋４６１０１ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ 1 ≦０．２ ………………（１４） （ｃ）０．０４≦ｓ＝ｔ＜０．０６のときは １０≦ｔ1≦（−０．００２９７２７＋０．１８４６８
ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．
０９ または １０≦ｔ1≦２１１．８７−３８７４．３ｐ1＋２５７５
２ｐ1 2かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ または （−０．００３３２９１＋０．１３５８６ｐ1）(-1)≦
ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９ または ５８７．７−１１２６４ｐ1＋６６３８０ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1 ≦０．２ ………………（１５） （ｄ）０．０６≦ｓ＝ｔ＜０．０７のときは １０≦ｔ1≦（−０．００３８１０８＋０．１６８５６
ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．
０９ または １０≦ｔ1≦９７３．６９−１８１８６ｐ1＋９３３２１
ｐ1 2かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ または （−０．００４０３３９＋０．１３２３６ｐ1）(-1)≦
ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９ または １０５６．２−２０８１５ｐ1＋１１６４６０ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ ｐ1≦０．２ ………………（１６） （ｅ）０．０７≦ｓ＝ｔ≦０．１０のときは １０≦ｔ1≦（−０．００４４８７２＋０．１５４４６
ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．
０９ または １０≦ｔ1≦７８０．２５−１５２９９ｐ1＋８６６８３
ｐ1 2かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ または （−０．００４９８５１＋０．１３１０６ｐ1）(-1)≦
ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９ または ２７０５．９−５４１５９ｐ1＋２８５７６０ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ ｐ1≦０．２ ………………（１７） の領域内であることが判る。 （Ｃ）ＩｎＧａＮ緩衝層とガイド層との距離が０．２μ
ｍ以上０．３μｍ未満のとき （ａ）０≦ｓ＝ｔ＜０．０２のときは １０≦ｔ1≦（０．００３９９４２＋０．３９６４５
ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．
０９ または １０≦ｔ1≦−２１．３３１＋４８８．１３ｐ1かつｔ1
≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ または （−０．０００７６７９８＋０．０９３６６６ｐ1）
(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９ または １０８．６１−１５１１．６ｐ1＋１９０１６ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ ｐ1≦０．２ ………………（１９） （ｂ）０．０２≦ｓ＝ｔ＜０．０４のときは １０≦ｔ1≦（−０．００００７６１６６＋０．２７６
０８ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦
０．０９または １０≦ｔ1≦−４．９２９４＋２１３．７６ｐ1＋２８２
７．４ｐ1 2かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ または （−０．００１８９６１＋０．１０４９４ｐ1）(-1)≦
ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９ または ５３６．０８−９９６６．９ｐ1＋６０７０７ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ ｐ1≦０．２ ………………（２０） （ｃ）０．０４≦ｓ＝ｔ＜０．０６のときは １０≦ｔ1≦（−０．００３１９４７＋０．２１９０３
ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．
０９ または １０≦ｔ1≦１３９．３７−２４９６．５ｐ1＋１７８３
１ｐ1 2かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ または （−０．００２８２３７＋０．１１１１３ｐ1）(-1)≦
ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９ または ７６６．５２−１４７７３ｐ1＋８６５８９ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ 1 ≦０．２ ………………（２１） （ｄ）０．０６≦ｓ＝ｔ＜０．０７のときは １０≦ｔ1≦（−０．００４０７７３＋０．１９５４７
ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．
０９ または １０≦ｔ1≦５３９．７５−１００８８ｐ1＋５４７５７
ｐ1 2かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ または （−０．００３５４２４＋０．１１２８５ｐ1）(-1)≦
ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９ または １３３５．８−２６４２８ｐ1＋１４７２６０ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ ｐ1≦０．２ ………………（２２） （ｅ）０．０７≦ｓ＝ｔ≦０．１０のときは １０≦ｔ1≦（−０．００４８８８５＋０．１７５９１
ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．
０９ または １０≦ｔ1≦５９７．６５−１１６６１ｐ1＋６６９８３
ｐ1 2かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ または （−０．００４４２８２＋０．１１４４６ｐ1）(-1)≦
ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９ または ３３２４．９−６６６５６ｐ1＋３５１０５０ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ ｐ1≦０．２ ………………（２３） の領域内であることが判る。上記範囲は、レーザ発振の
中心波長が３７０〜４３０ｎｍ（２０℃）の範囲で計算
しても、またＩｎＧａＮ緩衝層とガイド層との間に介装
されるＡｌＧａＮクラッド層の混晶比を０．０８から
０．２の範囲で計算しても、同じであった。
【０１３６】本実施の形態の半導体レーザ素子の作製方
法に記載したＩｎＧａＮ緩衝層の例として挙げた膜厚は
５０ｎｍ、混晶比は０．０２であり、上記範囲内に含ま
れている。
【０１３７】上記範囲中の（ｅ）の範囲内において、
０．０９≦ｓ＝ｔ≦０．１０の範囲内におけるＩｎsＧ
ａ1-sＮ（またはＩｎtＧａ1-tＮ）の屈折率変化範囲
は、０．０８≦ｓ＝ｔ≦０．０９の範囲内におけるＩｎ
sＧａ1-sＮ（またはＩｎtＧａ1-tＮ）の屈折率変化範囲
とほぼ等価であるため、０．０９≦ｓ＝ｔ≦０．１０の
範囲内における計算結果は、０．０８≦ｓ＝ｔ≦０．０
９の範囲内における計算結果とほぼ一致するため、まと
めて０．０８≦ｓ＝ｔ≦０．１０の範囲内における計算
結果として示した。
【０１３８】良好な光学特性を得るための、ＩｎＧａＮ
緩衝層のＩｎ組成ｐ1および膜厚ｔ1は、上記領域に限定
されるが、次のような要請から、ＩｎＧａＮ緩衝層の好
ましい範囲はさらに制限される。ｐ型クラッド層内ない
しｎ型クラッド層内に介装されるＩｎＧａＮ緩衝層にお
ける吸収は、レーザ発振モードの吸収を引き起こし、閾
値電流密度の増加を招くため、ＩｎＧａＮ緩衝層におけ
る吸収係数は、小さい方がより望ましい。ＩｎＧａＮ緩
衝層のＩｎ組成を大きくすると、ＩｎＧａＮ緩衝層にお
けるレーザ発振モードの吸収が大きくなるため、ＩｎＧ
ａＮ緩衝層のＩｎ組成は大きすぎない方がよい。このた
め、さらに望ましくは上記範囲の制限に加えて、ｐ1≦
０．０９という条件を付加した方がよい。
【０１３９】本実施の形態で作製したレーザ素子のほと
んど全てが発振し、発振の閾値電圧（Ｖop）が約５Ｖ、
閾値電流密度（Ｊth）が１．５ｋＡ／ｃｍ2であった。
また、従来の半導体レーザは、連続して１０時間以上発
振を継続させていると、光出力が急激に低下する現象が
生じてきたが、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層中にｎ型Ｉｎ
ＧａＮ緩衝層を挿入した本実施例に示すレーザは、約１
０００時間経過しても、特性の変化は見られなかった。
また、ＦＦＰは単峰であり、良好な光学特性が実現でき
た。
【０１４０】なお、本実施の形態においては、ｎ型Ａｌ
ＧａＩｎＮクラッド層中に含まれるｎ型ＡｌＧａＮクラ
ッド層、およびｐ型ＡｌＧａＮにおけるＡｌ混晶比は必
ずしも全て同じである必要はなく、その際においても前
記Ｆなるパラメータが（１）式を満たすように設計され
たＩｎＧａＮ緩衝層をｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中
に含む構造を有する半導体レーザ素子であれば、本発明
の効果は発生する。しかし、レーザ発振モードの対称性
を考慮すれば、半導体レーザ素子構造中におけるＡｌＧ
ａＮクラッド層のＡｌ混晶比は全て同一にすることが望
ましい。
【０１４１】また、本実施の形態において、活性層は３
重量子井戸としたが、２層または４層以上の多重量子井
戸にしても、本発明において必要とされる関係式（１）
およびＩｎＧａＮ緩衝層に関して必要とされる関係式は
変わらず、発生する効果は同じであった。
【０１４２】なお、本実施の形態における半導体レーザ
の構造でｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層とｎ型ＧａＮコ
ンタクト層の間に介装されるｎ型ＩｎrＧａ1-rＮ緩衝層
は、半導体多層成長膜のクラックをさらに減少させる効
果を有するが、なくても本発明の請求範囲に含まれるも
のであり、半導体レーザ素子の活性層閉じ込め係数およ
びＦＦＰにはほとんど影響を与えない。
【０１４３】また、本実施の形態における半導体レーザ
素子に用いた基板は、サファイアを用いたが、他の基板
でも良く、たとえばＧａＮ基板でもよい。この場合、Ａ
ｌＧａＩｎＮクラッド層中に介装されるＩｎＧａＮ緩衝
層の混晶比および膜厚が満たすべき条件の範囲は、サフ
ァイア基板の場合と同じであった。
【０１４４】（実施の形態３）図１６は、本発明の第３
の実施の形態を示す半導体レーザ素子の模式図である。
図は、半導体レーザの導波路部分の共振器に垂直な断面
を示している。本半導体レーザ素子は、（０００１）Ｃ
面サファイア基板１（膜厚３０〜３００μｍ）、ＧａＮ
低温バッファ層２（膜厚０〜１００ｎｍ）、ｎ型ＧａＮ
コンタクト層３（膜厚０．１〜１０μｍ）、ｎ型Ｉｎr
Ｇａ1-rＮ（０≦ｒ≦０．２）緩衝層４１（膜厚０〜２
００ｎｍ）、ｎ型Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（０．０８≦ｘ１≦
０．２）クラッド層４（膜厚０．２〜０．８μｍ）とｎ
型Ｉｎp1Ｇａ1-p1Ｎ（０．００１≦ｐ1≦０．２）緩衝
層５（膜厚１０〜２００ｎｍ）の交互積層構造（ｎ型Ａ
ｌＧａＮクラッド層／ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層／・・・／
ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層／ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層）か
らなるｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層１５（総膜厚０．
６〜１０μｍ、但し本実施の形態においては、ｎ型Ａｌ
ＧａＮクラッド層は、ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層を介して３
段以上成長するものとする）、ｎ型ＧａＮガイド層６
（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）、ＩｎwＧａ1-wＮ（０
＜ｗ＜０．２）井戸層とＩｎvＧａ1-vＮ（０＜ｖ＜ｗ）
障壁層との交互多層構造（障壁層／井戸層／・・・／井
戸層／障壁層）からなる多重量子井戸活性層７（発光波
長３７０〜４３０ｎｍ、総膜厚５〜６０ｎｍ）、ｐ型Ａ
ｌzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．３）キャリアブロック層８
（膜厚０〜２０ｎｍ）、ｐ型ＧａＮガイド層９（膜厚
０．０８〜０．１５μｍ）、ｐ型ＡｌyＧａ1-yＮ（０．
０８≦ｙ≦０．２）クラッド層１０（膜厚０．２〜０．
８μｍ）、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１（膜厚０．０１
〜１０μｍ）の各窒化物系半導体層が形成されている。
【０１４５】その上には、必要な形状の絶縁膜１２が、
メサ上の概略全面に形成されている。正電極１３（たと
えば、Ｐｄ／Ａｕ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ、Ｐｄ／Ｐｔ／Ａ
ｕ等）は、ｐ型ＧａＮコンタクト層の一部露出した面上
の全面を含む、メサ状の概略全面に形成されている。負
電極１４（たとえば、Ｔｉ／Ａｌ、Ｚｒ／Ａｌ、Ｈｆ／
Ａｌなど）は、ｎ型ＧａＮコンタクト層の一部露出した
面上に形成されている。メサは、ｎ型ＧａＮコンタクト
層、ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッ
ド層、ｎ型ＧａＮガイド層、ＩｎＧａＮ多重量子井戸活
性層、ｐ型ＡｌＧａＮキャリアブロック層、ｐ型ＧａＮ
ガイド層、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、ｐ型ＧａＮコン
タクト層、絶縁膜（但し前記絶縁膜は必要領域のみ）、
正電極より構成されている。ストライプの両端面はミラ
ーとして働き、光共振器を構成している。
【０１４６】次に、本実施の形態における半導体レーザ
の製造方法について述べる。まず、（０００１）Ｃ面サ
ファイア基板を洗浄する。洗浄した（０００１）Ｃ面サ
ファイア基板をＭＯＣＶＤ装置内に導入し、Ｈ2雰囲気
の中で、約１１００℃の高温でクリーニングを行う。そ
の後、降温して、キャリアガスとして水素（Ｈ2）を１
０リットル／ｍｉｎ流しながら、６００℃でＮＨ3とト
リメチルガリウム（ＴＭＧ）をそれぞれ５リットル／ｍ
ｉｎ、２０ｍｏｌ／ｍｉｎ導入して、０〜１００ｎｍ
（たとえば約２０ｎｍ）の厚みのＧａＮ低温バッファ層
を成長する。低温バッファ層としては、ＧａＮに限ら
ず、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、ＴＭＧ、ＮＨ
3を使用して、ＡｌＮ膜やＧａＡｌＮ膜を用いてもなん
ら影響はない。
【０１４７】次に、Ｎ2とＮＨ3をそれぞれ５リットル／
ｍｉｎ流しながら約１０５０℃まで昇温する。温度が上
がれば、キャリアガスをＮ2からＨ2に代えて、ＴＭＧを
１００μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＳｉＨ4を１０ｎｍｏｌ／ｍ
ｉｎ導入して、ｎ型ＧａＮコンタクト層を０．１〜１０
μｍ（たとえば約４μｍ）成長する。次に、ＴＭＧの供
給を停止して、キャリアガスをＨ2からＮ2に再び代え
て、約８００℃まで降温後、ＴＭＧを１５μｍｏｌ／ｍ
ｉｎに調整し、インジウム原料であるトリメチルインジ
ウム（ＴＭＩ）を一定量流しながら、ＩｎrＧａ1-rＮ緩
衝層（たとえばｒ＝０．０７）を０〜２００ｎｍ（たと
えば５０ｎｍ）成長する。次に、ＴＭＩおよびＴＭＧの
供給を停止して、再び１０５０℃まで昇温し、キャリア
ガスを再びＮ2からＨ2に代えて、ＴＭＧの流量を５０μ
ｍｏｌ／ｍｉｎに調整し、ＴＭＡを４０μｍｏｌ／ｍｉ
ｎ導入して、ｎ型のＡｌx1Ｇａ1-x1Ｎクラッド層（たと
えばｘ１＝０．１）を０．２〜０．８μｍ（たとえば
０．５μｍ）の厚さで成長する。
【０１４８】次に、ＴＭＧおよびＴＭＡの供給を停止し
て、キャリアガスをＨ2からＮ2に再び代えて、約８００
℃まで降温後、ＴＭＧを１５μｍｏｌ／ｍｉｎに調整
し、ＴＭＩを一定量流しながら、Ｉｎp1Ｇａ1-p1Ｎ緩衝
層（たとえばｐ1＝０．０２）を１０〜２００ｎｍ（た
とえば５０ｎｍ）成長する。次に、ＴＭＩおよびＴＭＧ
の供給を停止して、再び１０５０℃まで昇温し、キャリ
アガスを再びＮ2からＨ2に代えて、ＴＭＧの流量を５０
μｍｏｌ／ｍｉｎに調整し、ＴＭＡを４０μｍｏｌ／ｍ
ｉｎ導入して、ｎ型のＡｌx2Ｇａ1-x2Ｎクラッド層（た
とえばｘ２＝０．１）を０．２〜０．８μｍ（たとえば
０．５μｍ）の厚さで成長する。ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層
は合計ｋ層、同様の手法で成長を行い、ｎ型ＩｎＧａＮ
緩衝層とｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層との間および両側には合
計ｋ＋１層のｎ型ＡｌＧａＮクラッド層が存在するよう
なｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層を成長する。ｎ型Ａｌ
ＧａＩｎＮクラッド層の成長が終了すると、ＴＭＡの供
給を停止し、ＴＭＧを１００μｍｏｌ／ｍｉｎに調整し
て、ｎ型ＧａＮガイド層を０．０８〜０．１５μｍ（た
とえば０．１μｍ）の厚さになるように成長する。その
後、ＴＭＧの供給を停止して、キャリアガスをＨ2から
Ｎ2に再び代えて、７００℃まで降温し、インジウム原
料であるトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を１０μｍｏ
ｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧを１５μｍｏｌ／ｍｉｎ導入し、Ｉ
ｎvＧａ1-vＮ（たとえばｖ＝０．０５）よりなるたとえ
ば４ｎｍ厚の障壁層を成長する。その後、ＴＭＩの供給
を５０μｍｏｌ／ｍｉｎに増加し、ＩｎwＧａ1-wＮ（た
とえばｗ＝０．１７）よりなるたとえば２ｎｍ厚の井戸
層を成長する。たとえば、井戸層は合計３層、同様の手
法で成長を行い、井戸層と井戸層との間および両側には
合計４層の障壁層が存在するような発光波長３８０〜４
３０ｎｍ（たとえば４００〜４１０ｎｍ）の多重量子井
戸（ＭＱＷ）を成長する。ＭＱＷの成長が終了すると、
ＴＭＩおよびＴＭＧの供給を停止して、再び１０５０℃
まで昇温し、キャリアガスを再びＮ2からＨ2に代えて、
ＴＭＧを５０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＡを３０μｍｏｌ
／ｍｉｎ、ｐ型ドーピング原料であるビスシクロペンタ
ジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を１０ｎｍｏｌ／
ｍｉｎ流し、０〜２０ｎｍ（たとえば２０ｎｍ）厚のｐ
型ＡｌzＧａ1-zＮ（たとえばｚ＝０．２）キャリアブロ
ック層を成長する。キャリアブロック層の成長が終了す
ると、ＴＭＡの供給を停止し、ＴＭＧの供給量を１００
μｍｏｌ／ｍｉｎに調整して、０．０８〜０．１５μｍ
（たとえば０．１μｍ）の厚さのｐ型ＧａＮガイド層を
成長する。その後、ＴＭＧの供給を５０μｍ／ｍｉｎに
調整し、ＴＭＡを４０μｍｏｌ／ｍｉｎ導入し、０．２
〜０．８μｍ（たとえば０．５μｍ）厚のｐ型ＡｌyＧ
ａ1-yＮクラッド層（たとえばｙ＝０．１）を成長す
る。最後に、ＴＭＧの供給を１００μｍｏｌ／ｍｉｎに
調整して、ＴＭＡの供給を停止し、０．０１〜１０μｍ
（たとえば０．１μｍ）厚のｐ型ＧａＮコンタクト層の
成長を行い発光素子構造の成長を終了する。成長が終了
すると、ＴＭＧおよびＣｐ2Ｍｇの供給を停止して降温
し、室温でＭＯＣＶＤ装置より取り出す。
【０１４９】本レーザ構造を有する膜の最表面（成長終
端面）の表面粗さの平均値（Ｒａ）は約１０ｎｍであ
り、大変良好な平坦性を示した。また、（０００１）Ｃ
面サファイア基板、ＧａＮ低温バッファ層（膜厚２０ｎ
ｍ）、ｎ型ＧａＮコンタクト層（膜厚約４μｍ）、ｎ型
Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層（膜厚０．５μｍ）、ｎ型
Ｉｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ緩衝層（膜厚５０ｎｍ）、ｎ型Ａｌ
0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層（膜厚０．５μｍ）なる構造を
有するウェハーを複数枚作製し、表面を光学顕微鏡で約
２００倍に拡大して観察したところ、全てのウェハーに
おいて六角形のクラックは確認されなかった。このウェ
ハーにおいて、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層の膜厚
合計は約１μｍであった。従来の技術における課題が解
消されたのは、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層中に少
なくともＩｎを含む緩衝層が形成されたことによる効果
に他ならない。その後、フォトリソグラフィー技術およ
び反応性イオンエッチング技術を用い、ｐ型ＧａＮコン
タクト層を３μｍ幅のストライプ状に残して、ｐ型Ａｌ
yＧａ1-yＮクラッド層までエッチングを行い、光導波路
を形成した後、フォトリソグラフィー技術を用いてｐ型
ＧａＮコンタクト層が電極と接触する部分を除いて絶縁
膜を形成する。その後、反応性イオンエッチング技術を
用いて、ウェハ最表面よりｎ型ＧａＮコンタクト層の途
中まで、負電極を形成する部分を除去する。その後、メ
サ状のｐ型ＧａＮコンタクト層の一部露出した面上に、
正電極を形成する。電極材料としては、たとえばＡｕ／
ＮｉあるいはＡｕ／Ｐｄを用いれば良い。また、ｎ型Ｇ
ａＮコンタクト層の一部露出した面上の概略全面に、負
電極を形成する。負電極材料としては、たとえばＡｌ／
ＴｉあるいはＡｕ／Ｗを用いれば良い。
【０１５０】最後に、サファイア基板の半導体多層膜面
と相反する面側を研磨することにより、半導体多層膜面
およびサファイア基板を含めた層厚が３０〜３００μｍ
（たとえば約６０μｍ）となるようにする。その後、劈
開を用いて素子長が約０．５ｍｍとなるようにして、ミ
ラーとなる端面を形成した。
【０１５１】以上により、図１６に示す第３の実施の形
態の半導体レーザ素子が作製できる。
【０１５２】本実施の形態における半導体レーザ素子に
おいて、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中に介装され
た、複数のｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層の膜厚およびＩｎ混晶
比は、レーザ発振モードがｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層と、そ
の近隣層であるｎ型ＡｌＧａＮクラッド層で構成される
３層スラブ導波路に結合しない条件式（１）が成り立つ
ように設計されている。より具体的には、ｎ型ＡｌＧａ
ＩｎＮクラッド層中にｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層が合計２層
以上介装されているとするとき、ｎ型ＡｌＧａＮクラッ
ド層（膜厚は無限大）／ｎ型ＧａＮガイド層／ＩｎＧａ
Ｎ多重量子井戸活性層／ｐ型ＡｌＧａＮキャリアストッ
プ層／ｐ型ＧａＮガイド層／ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
（膜厚は無限大）で構成される多層スラブ導波路に生じ
る導波モード（等価屈折率ｎeq、電界振幅ｆeq（ｘ））
と、ｉ番目（ｉ＝１、２、・・・）のｎ型ＩｎＧａＮ緩
衝層をコアとする３層スラブ導波路（ｎ型ＡｌＧａＮク
ラッド層（膜厚は無限大）／ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層／ｎ
型ＡｌＧａＮクラッド層（膜厚は無限大））に生じる導
波モード（等価屈折率ｎi、電界振幅ｆi（ｘ））とを考
えることにより計算されるパラメータＦが、（１）式を
満たすようにｉ番目のｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶
比および膜厚が設定されている。ｎ型ＡｌＧａＮクラッ
ド層内に存在するＩｎＧａＮ緩衝層のうち、上記条件を
満たす層が少なくとも１層あれば、ＦＦＰにおけるリッ
プルの抑制、および活性層への閉じ込め係数の向上とい
う効果が発生するが、全てのＩｎＧａＮ緩衝層が上記条
件を満たしていることが望ましい。
【０１５３】（１）式を満たすＩｎＧａＮ緩衝層の混晶
比および膜厚の範囲は、図５〜図８より求まる範囲と同
じであった。
【０１５４】本実施の形態で作製したレーザ素子のほと
んど全てが発振し、発振の閾値電圧（Ｖop）が約５Ｖ、
閾値電流密度（Ｊth）が１．２ｋＡ／ｃｍ2であった。
また、従来の半導体レーザでは、クラックがない素子に
おいても、連続して１０時間以上発振を継続させている
と、光出力が急激に低下する現象が生じてきたが、ｎ型
ＡｌＧａＮクラッド層中にｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層を挿入
した本実施例に示すレーザは、約１０００時間経過して
も、特性の変化は見られなかった。また、ＦＦＰは単峰
であり、良好な光学特性が実現できた。
【０１５５】なお、本実施の形態においては、ｎ型Ａｌ
ＧａＩｎＮクラッド層中に含まれるｎ型ＡｌＧａＮクラ
ッド層、およびｐ型ＡｌＧａＮにおけるＡｌ混晶比は必
ずしも全て同じである必要はなく、その際においても前
記Ｆなるパラメータが（１）式を満たすように設計され
たＩｎＧａＮ緩衝層をｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中
に含む構造を有する半導体レーザ素子であれば、本発明
の効果は発生する。しかし、レーザ発振モードの対称性
を考慮すれば、半導体レーザ素子構造中におけるＡｌＧ
ａＮクラッド層のＡｌ混晶比は全て同一にすることが望
ましい。
【０１５６】また、本実施の形態において、活性層は３
重量子井戸としたが、２層または４層以上の多重量子井
戸にしても、本発明において必要とされる関係式（１）
およびＩｎＧａＮ緩衝層に関して必要とされる関係式は
変わらず、発生する効果は同じであった。
【０１５７】また、本実施の形態において、ガイド層は
ＧａＮとしたが、ＩｎＧａＮガイド層にしても、本発明
において必要とされる関係式（１）およびＩｎＧａＮ緩
衝層に関して必要とされる関係式は図１０〜１５に示し
たものと変わらず、発生する効果は同じであった。
【０１５８】なお、本実施の形態における半導体レーザ
の構造でｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層とｎ型ＧａＮコ
ンタクト層の間に介装されるｎ型ＩｎrＧａ1-rＮ緩衝層
は、半導体多層ウェハのクラックをさらに減少させる効
果を有するが、なくても本発明の請求範囲に含まれるも
のであり、半導体レーザ素子の活性層閉じ込め係数およ
びＦＦＰにはほとんど影響を与えない。
【０１５９】また、本実施の形態における半導体レーザ
素子に用いた基板は、サファイアを用いたが、他の基板
でも良く、たとえばＧａＮ基板でもよい。この場合、Ａ
ｌＧａＩｎＮクラッド層中に介装されるＩｎＧａＮ緩衝
層の混晶比および膜厚が満たすべき条件の範囲は、サフ
ァイア基板の場合と同じであった。
【０１６０】（実施の形態４）図１７は、本実施の形態
における半導体レーザ素子を示す模式図である。図は、
半導体レーザの導波路部分の共振器に垂直な断面を示し
ている。本半導体レーザ素子は、（０００１）Ｃ面サフ
ァイア基板１（膜厚３０〜３００μｍ）、ＧａＮ低温バ
ッファ層２（膜厚０〜１００ｎｍ）、ｎ型ＧａＮコンタ
クト層３（膜厚０．１〜１０μｍ）、ｎ型ＡｌxＧａ1-x
Ｎ（０．０８≦ｘ≦０．２）クラッド層４（膜厚０．２
〜０．８μｍ）とｎ型ＩｎpＧａ1-pＮ（０．００１≦ｐ
≦０．２）緩衝層５（膜厚１０〜２００ｎｍ）との交互
多層構造（ｎ型クラッド層／ｎ型緩衝層／・・・／ｎ型
緩衝層／ｎ型クラッド層）からなるｎ型ＡｌＧａＩｎＮ
クラッド層１５（総膜厚０．８〜１０μｍ）、ｎ型Ｇａ
Ｎガイド層６（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）、Ｉｎw
Ｇａ1-wＮ（０＜ｗ＜０．２）井戸層とＩｎvＧａ1-vＮ
（０＜ｖ＜ｗ）障壁層との交互多層構造（障壁層／井戸
層／・・・／井戸層／障壁層）からなる多重量子井戸活
性層７（発光波長３７０〜４３０ｎｍ、総膜厚５〜６０
ｎｍ）、ｐ型ＡｌzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．３）キャリ
アブロック層８（膜厚０〜２０ｎｍ）、ｐ型ＧａＮガイ
ド層９（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）、ｐ型ＡｌyＧ
ａ1-yＮ（０．０８≦ｙ≦０．２）クラッド層１０（膜
厚０．２〜０．８μｍ）とｐ型ＩｎqＧａ1-qＮ（０．０
０１≦ｑ≦０．２）緩衝層１７１（膜厚１０〜２００ｎ
ｍ）との交互多層構造（ｐ型クラッド層／ｐ型緩衝層／
・・・／ｐ型緩衝層／ｐ型クラッド層）からなるｐ型Ａ
ｌＧａＩｎＮクラッド層１７２（層膜厚０．８〜１０μ
ｍ）、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１（膜厚０．０１〜１
０μｍ）の各窒化物系半導体層が形成されている。
【０１６１】その上には、必要な形状の絶縁膜１２が、
メサ上の概略全面に形成されている。正電極１３（たと
えば、Ｐｄ／Ａｕ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ、Ｐｄ／Ｐｔ／Ａ
ｕ等）は、ｐ型ＧａＮコンタクト層の一部露出した面上
の全面を含む、メサ状の概略全面に形成されている。負
電極１４（たとえば、Ｔｉ／Ａｌ、Ｚｒ／Ａｌ、Ｈｆ／
Ａｌなど）は、ｎ型ＧａＮコンタクト層の一部露出した
面上に形成されている。メサは、ｎ型ＧａＮコンタクト
層、ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッ
ド層、ｎ型ＧａＮガイド層、ＩｎＧａＮ多重量子井戸活
性層、ｐ型ＡｌＧａＮキャリアブロック層、ｐ型ＡｌＧ
ａＮクラッド層、ｐ型ＧａＮコンタクト層、絶縁膜（但
し前記絶縁膜は必要領域のみ）、正電極より構成されて
いる。ストライプの両端面はミラーとして働き、光共振
器を構成している。
【０１６２】次に、本実施の形態における半導体レーザ
の製造方法について述べる。まず、（０００１）Ｃ面サ
ファイア基板を洗浄する。洗浄した（０００１）Ｃ面サ
ファイア基板をＭＯＣＶＤ装置内に導入し、Ｈ2雰囲気
の中で、約１１００℃の高温でクリーニングを行う。そ
の後、降温して、キャリアガスとして水素（Ｈ2）を１
０リットル／ｍｉｎ流しながら、６００℃でＮＨ3とト
リメチルガリウム（ＴＭＧ）をそれぞれ５リットル／ｍ
ｉｎ、２０ｍｏｌ／ｍｉｎ導入して、０〜１００ｎｍ
（たとえば２０ｎｍ）の厚みのＧａＮ低温バッファ層を
成長する。低温バッファ層としては、ＧａＮに限らず、
トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、ＴＭＧ、ＮＨ3を
使用して、ＡｌＮ膜やＧａＡｌＮ膜を用いてもなんら影
響はない。
【０１６３】次に、Ｎ2とＮＨ3をそれぞれ５リットル／
ｍｉｎ流しながら約１０５０℃まで昇温する。温度が上
がれば、キャリアガスをＮ2からＨ2に代えて、ＴＭＧを
１００μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＳｉＨ4を１０ｎｍｏｌ／ｍ
ｉｎ導入して、ｎ型ＧａＮコンタクト層を０．１〜１０
μｍ（たとえば約４μｍ）成長する。次に、ＴＭＧの流
量を５０μｍｏｌ／ｍｉｎに調整し、ＴＭＡを一定量導
入して、ｎ型のＡｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（たとえばｘ１＝０．
１）クラッド層を０．２〜０．８μｍ（たとえば０．５
μｍ）の厚さで成長する。次に、ＴＭＧおよびＴＭＡの
供給を停止して、キャリアガスをＨ2からＮ2に再び代え
て、約８００℃まで降温後、ＴＭＧを１５μｍｏｌ／ｍ
ｉｎに調整し、ＴＭＩを一定量流しながら、ＩｎpＧａ
1-pＮ（たとえばｐ＝０．０２）緩衝層を０〜２００ｎ
ｍ成長する。次に、ＴＭＩおよびＴＭＧの供給を停止し
て、再び１０５０℃まで昇温し、キャリアガスを再びＮ
2からＨ2に代えて、ＴＭＧの流量を５０μｍｏｌ／ｍｉ
ｎに調整し、ＴＭＡを一定量導入して、ｎ型のＡｌx2Ｇ
ａ1-x2Ｎ（たとえばｘ２＝０．１）クラッド層を０．２
〜０．８μｍの厚さで成長する。このｎ型ＡｌＧａＮ層
とｎ型ＩｎＧａＮ層とを繰り返し成長し、ｎ型ＡｌＧａ
Ｎ緩衝層とｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層との交互多層構造（ｎ
型クラッド層／ｎ型緩衝層／・・・／ｎ型緩衝層／ｎ型
クラッド層）からなるｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層を
総膜厚０．８〜１０μｍ成長する。ＡｌＧａＩｎＮの成
長が終了すると、ＴＭＡの供給を停止し、ＴＭＧを１０
０μｍｏｌ／ｍｉｎに調整して、ｎ型ＧａＮガイド層を
０．０８〜０．１５μｍの厚さになるように成長する。
その後、ＴＭＧの供給を停止して、キャリアガスをＨ2
からＮ2に再び代えて、７００℃まで降温し、インジウ
ム原料であるトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を一定
量、ＴＭＧを１５μｍｏｌ／ｍｉｎ導入し、ＩｎvＧａ
1-vＮ（たとえばｖ＝０．０５）よりなる障壁層を成長
する。その後、ＴＭＩの供給をある一定量にまで増加
し、ＩｎwＧａ1-wＮ（たとえばｗ＝０．１７）よりなる
井戸層を成長する。このＩｎＧａＮ障壁層とＩｎＧａＮ
井戸層との交互多層構造（障壁層／井戸層／・・・／井
戸層／障壁層）からなる多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層
を成長する。障壁層および井戸層を形成するＩｎＧａＮ
の混晶比および膜厚は、発光波長が３７０〜４３０ｎｍ
（たとえば４００〜４１０ｎｍ）の範囲になるように設
計し、成長時に導入するＴＭＩの流量は、その設計値に
等しいＩｎ組成の膜が得られるように調節する。
【０１６４】ＭＱＷ活性層の成長が終了すると、ＴＭＩ
およびＴＭＧの供給を停止して、再び１０５０℃まで昇
温し、キャリアガスを再びＮ2からＨ2に代えて、ＴＭＧ
を５０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＡを適量、ｐ型ドーピン
グ原料であるビスシクロペンタジエニルマグネシウム
（Ｃｐ2Ｍｇ）を１０ｎｍｏｌ／ｍｉｎ流し、０〜２０
ｎｍ厚（たとえば２０ｎｍ）のｐ型ＡｌzＧａ1-zＮ（た
とえばｚ＝０．３）キャリアブロック層を成長する。キ
ャリアブロック層の成長が終了すると、ＴＭＡの供給を
停止し、ＴＭＧの供給量を１００μｍｏｌ／ｍｉｎに調
整して、０．０８〜０．１５μｍ（たとえば０．１μ
ｍ）の厚さのｐ型ＧａＮガイド層を成長する。
【０１６５】次に、ＴＭＧの供給を５０μｍ／ｍｉｎに
調整し、ＴＭＡを一定量導入し、０．２〜０．８μｍ厚
のｐ型Ａｌy1Ｇａ1-y1Ｎ（たとえばｙ1＝０．１）クラ
ッド層を成長する。次に、ＴＭＧおよびＴＭＡおよびＣ
ｐ2Ｍｇの供給を停止して、キャリアガスをＨ2からＮ2
に換えて、約８００℃まで降温後、ＴＭＧを１５μｍｏ
ｌ／ｍｉｎに調節し、ＴＭＩを一定量流しながら、ｐ型
ＩｎqＧａ1-qＮ（たとえばｑ＝０．０２）緩衝層を０〜
２００ｎｍ（たとえば５０ｎｍ）成長する。次に、ＴＭ
ＩおよびＴＭＧの供給を停止して、再び１０５０℃まで
昇温し、キャリアガスを再びＮ2からＨ2に変えて、ＴＭ
Ｇの流量を５０μｍｏｌ／ｍｉｎに調整し、ＴＭＡを一
定量導入して、ｐ型Ａｌy2Ｇａ1-y2Ｎ（たとえばｙ2＝
０．１）クラッド層を０．２〜０．８μｍ（たとえば
０．５μｍ）の厚さで成長する。このｐ型ＡｌＧａＮ層
とｎ型ＩｎＧａＮ層とを繰り返し成長し、ｐ型ＡｌＧａ
Ｎ緩衝層とｐ型ＩｎＧａＮ緩衝層との交互多層構造（ｐ
型クラッド層／ｐ型緩衝層／・・・／ｐ型緩衝層／ｐ型
クラッド層）からなるｐ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層を
総膜厚０．８〜１０μｍ（たとえば約１μｍ）成長す
る。ＡｌＧａＩｎＮの成長が終了すると、ＴＭＡの供給
を停止し、最後に、ＴＭＧの供給を１００μｍｏｌ／ｍ
ｉｎに調整して、０．０１〜１０μｍ厚のｐ型ＧａＮコ
ンタクト層の成長を行い発光素子構造の成長を終了す
る。成長が終了すると、ＴＭＧおよびＣｐ2Ｍｇの供給
を停止して降温し、室温でＭＯＣＶＤ装置より取り出
す。
【０１６６】本レーザ構造を有する膜の最表面（成長終
端面）の表面粗さの平均値（Ｒａ）は約１０ｎｍであ
り、大変良好な平坦性を示した。また、（０００１）Ｃ
面サファイア基板、ＧａＮ低温バッファ層、ｎ型ＧａＮ
コンタクト層、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層とｎ型ＩｎＧ
ａＮ緩衝層との交互多層構造（ｎ型クラッド層／ｎ型緩
衝層／・・・／ｎ型緩衝層／ｎ型クラッド層）からなる
ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層（層膜厚約１μｍ）で構
成された構造を有するウェハーを複数枚作製し、表面を
光学顕微鏡で約２００倍に拡大して観察したところ、全
てのウェハーにおいて六角形のクラックはほとんど確認
されなかった。より具体的には、１０枚のウェハの内ウ
ェハーの周辺で六角形のクラックが発生しているウェハ
ーは１枚だけであった。従来の技術における課題が解消
されたのは、Ｉｎを含む緩衝層を介装してｎ型ＡｌＧａ
Ｎクラッド層を多段成長したことによる効果に他ならな
い。
【０１６７】その後、フォトリソグラフィー技術および
反応性イオンエッチング技術を用い、ｐ型ＧａＮコンタ
クト層を３μｍ幅のストライプ状に残して、ｐ型ＡｌＧ
ａＩｎＮクラッド層までエッチングを行い、光導波路を
形成した後、フォトリソグラフィー技術を用いてｐ型Ｇ
ａＮコンタクト層が電極と接触する部分を除いて絶縁膜
を形成する。その後、反応性イオンエッチング技術を用
いて、ウェハ最表面よりｎ型ＧａＮコンタクト層の途中
まで、負電極を形成する部分を除去する。その後、メサ
状のｐ型ＧａＮコンタクト層の一部露出した面上に、正
電極を形成する。電極材料としては、たとえばＡｕ／Ｎ
ｉあるいはＡｕ／Ｐｄを用いれば良い。また、ｎ型Ｇａ
Ｎコンタクト層の一部露出した面上の概略全面に、負電
極を形成する。負電極材料としては、たとえばＡｌ／Ｔ
ｉあるいはＡｕ／Ｗを用いれば良い。
【０１６８】最後に、サファイア基板の半導体多層膜面
と相反する面側を研磨することにより、半導体多層膜面
およびサファイア基板を含めた層厚が３０〜３００μｍ
（たとえば６０μｍ）となるようにする。その後、劈開
を用いて素子長が約０．５ｍｍとなるようにして、ミラ
ーとなる端面を形成した。
【０１６９】以上により、図１７に示す窒素化合物半導
体を用いた青紫色の発光波長を有するレーザが作製でき
る。
【０１７０】本実施の形態における半導体レーザ素子に
おいては、ｐ型クラッド層中にも、ＩｎＧａＮ緩衝層が
介装された、ｐ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層を備えた構
造になっている。ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層および
ｐ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中に介装された、複数の
ＩｎＧａＮ緩衝層の膜厚およびＩｎ混晶比は、レーザ発
振モードがＩｎＧａＮ緩衝層と、その近隣層であるＡｌ
ＧａＮクラッド層で構成される３層スラブ導波路に結合
しない条件式（１）が成り立つように設計されている。
より具体的には、ｎ型（ｐ型）ＡｌＧａＩｎＮクラッド
層中にｎ型（ｐ型）ＩｎＧａＮ緩衝層が単数または複数
介装されているとするとき、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
（膜厚は無限大）／ｎ型ＧａＮガイド層／ＩｎＧａＮ多
重量子井戸活性層／ｐ型ＡｌＧａＮキャリアストップ層
／ｐ型ＧａＮガイド層／ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層（膜
厚は無限大）で構成される多層スラブ導波路に生じる導
波モード（等価屈折率ｎeq、電界振幅ｆeq（ｘ））と、
ｉ番目（ｉ＝１、２、・・・）のｎ型（またはｐ型）Ｉ
ｎＧａＮ緩衝層をコアとする３層スラブ導波路（ＡｌＧ
ａＮクラッド層（膜厚は無限大）／ＩｎＧａＮ緩衝層／
ＡｌＧａＮクラッド層（膜厚は無限大））に生じる導波
モード（等価屈折率ｎｉ、電界振幅ｆｉ（ｘ））とを考
えることにより計算されるパラメータＦが、（１）式を
満たすようにｉ番目のＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比お
よび膜厚が設定されている。
【０１７１】（１）式を満たすＩｎＧａＮ緩衝層の屈折
率および膜厚の範囲は、図５〜図８より求まる範囲と同
じであった。
【０１７２】ｐ型クラッド層中にＩｎＧａＮ緩衝層を介
装した場合、以下のようなメリットを生ずる。レーザ発
振モードの電界分布がｐ型ＧａＮコンタクト層へ染み出
し、これによるレーザ発振モードの活性層閉じ込め係数
の低下や、ＦＦＰにおけるリップルの発生を防止するた
めには、ｐ型クラッド層の膜厚は厚いほど望ましいが、
結晶成長の困難さのため、ｐ型ＧａＮ層上に歩留まり良
く成長できるｐ型ＡｌＧａＮクラッド層の層厚は制限さ
れる。しかし、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層を、ＩｎＧａ
Ｎ緩衝層を介して多段成長することにより、ｐ型ＡｌＧ
ａＩｎＮクラッド層の層膜厚を厚くすることが可能とな
る。これにより、レーザ発振モードのｐ型ＧａＮコンタ
クト層への染み出しが抑制され、レーザ発振モードの活
性層閉じ込め係数の低下や、ＦＦＰにおけるリップル発
生を、防止できるという効果が発生する。
【０１７３】また、ｐ型クラッド層の層膜厚を厚くする
ことによる特有の効果として、ｐ型ＧａＮコンタクト層
を厚くすることができる。従来は、ｐ型ＧａＮコンタク
ト層を厚くすると、ｐ型ＧａＮコンタクト層へのレーザ
発振モードの染み出しにより、活性層閉じ込め係数の低
下や、ＦＦＰにおけるリップルの発生が顕著になるた
め、ｐ型ＧａＮコンタクト層は厚く成長できなかった。
このため、半導体レーザ素子の作製工程において、劈開
端面を作製すると、ｐ型ＧａＮコンタクト層とｎ型Ｇａ
Ｎコンタクト層の厚さが異なるため、作製した劈開端面
が活性層近傍で半導体成長面に対し垂直に作製できない
という問題があった。また、従来の半導体レーザをＣｕ
のヒートシンクにマウントする際、半導体成長面側とＣ
ｕヒートシンクが向かい合うように接着すると、接着に
用いられる材料（Ｉｎなど）が表面張力のため半導体レ
ーザ素子チップの側面に付着し、ｐ型半導体層とｎ型半
導体層がこれにより導通し、素子不良を起こす確率が高
くなるため、従来の半導体レーザをマウントする際は基
板側とＣｕヒートシンクが向かい合うように接着するし
かなかった。しかし、ｐ型クラッド層の層膜厚が厚くな
ったことにより、ｐ型ＧａＮコンタクト層への染み出し
が抑制されるため、ｐ型ＧａＮコンタクト層を厚く成長
できるようになった。その結果、作製した劈開端面は活
性層近傍で半導体成長面に対し垂直に作製できるように
なった。またＣｕヒートシンクへマウントする際、半導
体成長面側とＣｕヒートシンクが向かい合うように接着
できるようになり、半導体レーザ装置全体の温度特性が
向上した。
【０１７４】本実施の形態で作製したレーザ素子のほと
んど全てが発振し、発振の閾値電圧（Ｖop）が約５Ｖ、
閾値電流密度（Ｊth）が１ｋＡ／ｃｍ2であった。ま
た、従来の半導体レーザでは、クラックがない素子にお
いても、連続して１０時間以上発振を継続させている
と、光出力が急激に低下する現象が生じてきたが、ｎ型
ＡｌＧａＮクラッド層中にｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層を挿入
した本実施例に示すレーザは、約１０００時間経過して
も、特性の変化は見られなかった。また、ＦＦＰは単峰
であり、良好な光学特性が実現できた。
【０１７５】なお、本実施の形態においては、ｎ型Ａｌ
ＧａＩｎＮクラッド層中に含まれるｎ型ＡｌＧａＮクラ
ッド層、およびｐ型ＡｌＧａＮにおけるＡｌ混晶比は必
ずしも全て同じである必要はなく、その際においても前
記Ｆなるパラメータが（１）式を満たすように設計され
たＩｎＧａＮ緩衝層をｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中
に含む構造を有する半導体レーザ素子であれば、本発明
の効果は発生する。しかし、レーザ発振モードの対称性
を考慮すれば、半導体レーザ素子構造中におけるＡｌＧ
ａＮクラッド層のＡｌ混晶比は全て同一にすることが望
ましい。
【０１７６】また、本実施の形態において、活性層は３
重量子井戸としたが、２層または４層以上の多重量子井
戸にしても、本発明において必要とされる関係式（１）
およびＩｎＧａＮ緩衝層に関して必要とされる関係式は
変わらず、発生する効果は同じであった。
【０１７７】また、本実施の形態において、ガイド層は
ＧａＮとしたが、ＩｎＧａＮガイド層にしても、本発明
において必要とされる関係式（１）およびＩｎＧａＮ緩
衝層に関して必要とされる関係式は図１０〜１５に示し
たものと変わらず、発生する効果は同じであった。
【０１７８】なお、本実施の形態における半導体レーザ
の構造でｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層とｎ型ＧａＮコ
ンタクト層の間に介装されるｎ型ＩｎrＧａ1-rＮ緩衝層
は、半導体多層ウェハのクラックをさらに減少させる効
果を有するが、なくても本発明の請求範囲に含まれるも
のであり、半導体レーザ素子の活性層閉じ込め係数およ
びＦＦＰにはほとんど影響を与えない。
【０１７９】また、本実施の形態における半導体レーザ
素子に用いた基板は、サファイアを用いたが、他の基板
でも良く、たとえばＧａＮ基板でもよい。この場合、Ａ
ｌＧａＩｎＮクラッド層中に介装されるＩｎＧａＮ緩衝
層の混晶比および膜厚が満たすべき条件の範囲は、サフ
ァイア基板の場合と同じであった。
【０１８０】（実施の形態５）図１８は、本発明の第５
の実施の形態を示す半導体レーザ素子の模式図である。
図は、半導体レーザの導波路部分の共振器に垂直な断面
を示している。本半導体レーザ素子は、（０００１）Ｃ
面サファイア基板１（膜厚３０〜３００μｍ）、ＧａＮ
低温バッファ層２（膜厚０〜１００ｎｍ）、ｎ型ＧａＮ
コンタクト層３（膜厚０．１〜１０μｍ）、ｎ型Ｉｎr
Ｇａ1-rＮ（０≦ｒ≦０．２）緩衝層４１（膜厚０〜２
００ｎｍ）、ｎ型ＡｌＧａＮ層（膜厚２０〜５００Å）
とｎ型ＧａＮ層（膜厚２０〜５００Å）を１０〜１００
層前後積層することよりなるｎ型ＡｌＧａＮ超格子クラ
ッド層１８１（平均組成０．０８≦ｘ１≦０．２、総膜
厚０．２〜１．５μｍ）、ｎ型Ｉｎp1Ｇａ1-p1Ｎ（０．
００１≦ｐ1≦０．２）緩衝層５（膜厚１０〜２００ｎ
ｍ）、ｎ型ＡｌＧａＮ層（膜厚２０〜５００Å）とｎ型
ＧａＮ層（膜厚２０〜５００Å）を１０〜１００層前後
積層することよりなるｎ型ＡｌＧａＮ超格子クラッド層
１８１（平均組成０．０８≦ｘ２≦０．２、総膜厚０．
２〜１．５μｍ）、ｎ型ＧａＮガイド層６（膜厚０．０
８〜０．１５μｍ）、ＩｎwＧａ1-wＮ（０＜ｗ＜０．
２）井戸層とＩｎvＧａ1-vＮ（０＜ｖ＜ｗ）障壁層との
交互多層構造（障壁層／井戸層／・・・／井戸層／障壁
層）からなる多重量子井戸活性層７（発光波長３７０〜
４３０ｎｍ、総膜厚５〜６０ｎｍ）、ｐ型ＡｌzＧａ1-z
Ｎ（０＜ｚ＜０．３）キャリアブロック層８（膜厚０〜
２０ｎｍ）、ｐ型ＧａＮガイド層９（膜厚０．０８〜
０．２μｍ）、ｐ型ＡｌＧａＮ層（膜厚２０〜５００
Å）とｐ型ＧａＮ層（膜厚２０〜５００Å）を１０〜１
００層前後積層することよりなるｐ型ＡｌＧａＮ超格子
クラッド層１８２（平均組成０．０８≦ｙ1≦０．１
５、総膜厚０．２〜１．５μｍ）、ｐ型Ｉｎq1Ｇａ1-q 1
Ｎ（０．００１≦ｑ１≦０．２）緩衝層１７１（膜厚１
０〜２００ｎｍ）、ｐ型ＡｌＧａＮ層（膜厚２０〜５０
０Å）とｐ型ＧａＮ層（膜厚２０〜５００Å）を１０〜
１００層前後積層することよりなるｐ型ＡｌＧａＮ超格
子クラッド層１８２（平均組成０．０８≦ｙ1≦０．
２、総膜厚０．２〜１．５μｍ）、ｐ型ＧａＮコンタク
ト層１１（膜厚０．０１〜１０μｍ）の各窒化物系半導
体層が形成されている。
【０１８１】その上には、必要な形状の絶縁膜１２が、
メサ上の概略全面に形成されている。正電極１３（たと
えば、Ｐｄ／Ａｕ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ、Ｐｄ／Ｐｔ／Ａ
ｕ等）は、ｐ型ＧａＮコンタクト層の一部露出した面上
の全面を含む、メサ状の概略全面に形成されている。負
電極１４（たとえば、Ｔｉ／Ａｌ、Ｚｒ／Ａｌ、Ｈｆ／
Ａｌなど）は、ｎ型ＧａＮコンタクト層の一部露出した
面上に形成されている。メサは、ｎ型ＧａＮコンタクト
層、ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッ
ド層、ｎ型ＧａＮガイド層、ＩｎＧａＮ多重量子井戸活
性層、ｐ型ＡｌＧａＮキャリアブロック層、ｐ型ＧａＮ
ガイド層、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、ｐ型ＧａＮコン
タクト層、絶縁膜（但し前記絶縁膜は必要領域のみ）、
正電極より構成されている。ストライプの両端面はミラ
ーとして働き、光共振器を構成している。また、ｎ型Ａ
ｌＧａＩｎＮクラッド層１５は、ｎ型ＡｌＧａＮ層とｎ
型ＧａＮ層を１０〜１００層前後積層することよりなる
ｎ型ＡｌＧａＮ超格子クラッド層、ｎ型Ｉｎp1Ｇａ1-p1
Ｎ緩衝層、ｎ型ＡｌＧａＮ層とｎ型ＧａＮ層を１０〜１
００層前後積層することよりなるｎ型ＡｌＧａＮ超格子
クラッド層で構成されており、総膜厚は０．８〜１０μ
ｍとなっている。ｐ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層１７２
は、ｐ型ＡｌＧａＮ層とｐ型ＧａＮ層を１０〜１００層
前後積層することよりなるｐ型ＡｌＧａＮ超格子クラッ
ド層、ｐ型Ｉｎq1Ｇａ1-q1Ｎ緩衝層、ｐ型ＡｌＧａＮ層
とｐ型ＧａＮ層を１０〜１００層前後積層することより
なるｐ型ＡｌＧａＮ超格子クラッド層で構成されてお
り、総膜厚は０．８〜１０μｍとなっている。
【０１８２】次に、本実施の形態における半導体レーザ
の製造方法について述べる。まず、（０００１）Ｃ面サ
ファイア基板を洗浄する。洗浄した（０００１）Ｃ面サ
ファイア基板をＭＯＣＶＤ装置内に導入し、Ｈ2雰囲気
の中で、約１１００℃の高温でクリーニングを行う。そ
の後、降温して、キャリアガスとして水素（Ｈ2）を１
０リットル／ｍｉｎ流しながら、６００℃でＮＨ3とト
リメチルガリウム（ＴＭＧ）をそれぞれ５リットル／ｍ
ｉｎ、２０ｍｏｌ／ｍｉｎ導入して、０〜１００ｎｍ
（たとえば約２０ｎｍ）の厚みのＧａＮ低温バッファ層
を成長する。低温バッファ層としては、ＧａＮに限ら
ず、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、ＴＭＧ、ＮＨ
3を使用して、ＡｌＮ膜やＧａＡｌＮ膜を用いてもなん
ら影響はない。
【０１８３】次に、Ｎ2とＮＨ3をそれぞれ５リットル／
ｍｉｎ流しながら約１０５０℃まで昇温する。温度が上
がれば、キャリアガスをＮ2からＨ2に代えて、ＴＭＧを
１００μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＳｉＨ4を１０ｎｍｏｌ／ｍ
ｉｎ導入して、ｎ型ＧａＮコンタクト層を０．１〜１０
μｍ（たとえば約４μｍ）成長する。次に、ＴＭＧの供
給を停止して、キャリアガスをＨ2からＮ2に再び代え
て、約８００℃まで降温後、ＴＭＧを１５μｍｏｌ／ｍ
ｉｎに調整し、インジウム原料であるトリメチルインジ
ウム（ＴＭＩ）を一定量流しながら、ＩｎrＧａ1-rＮ緩
衝層（たとえばｒ＝０．０７）を０〜２００ｎｍ（たと
えば５０ｎｍ）成長する。
【０１８４】次に、ＴＭＩおよびＴＭＧの供給を停止し
て、再び１０５０℃まで昇温し、キャリアガスを再びＮ
2からＨ2に代えて、ＴＭＧの流量を５０μｍｏｌ／ｍｉ
ｎに調整し、ＴＭＡを一定量導入して、ｎ型Ａｌx11Ｇ
ａ1-x11Ｎクラッド層（たとえばｘ１１＝０．２）を２
０〜５００Å（たとえば２０Å）の厚さで成長する。次
にＴＭＡの供給を停止し、ｎ型ＧａＮ層を２０〜５００
Å（たとえば２０Å）成長する。このようにして、ｎ型
ＡｌＧａＮ層とｎ型ＧａＮ層の交互積層構造（ｎ型Ａｌ
ＧａＮ層／ｎ型ＧａＮ層／・・・／ｎ型ＧａＮ層／ｎ型
ＡｌＧａＮ層）からなるｎ型ＡｌＧａＮ超格子クラッド
層（たとえば平均組成ｘ１＝０．１、たとえば総膜厚
０．８μｍ）を成長する。次に、ＴＭＧおよびＴＭＡの
供給を停止して、キャリアガスをＨ2からＮ2に再び代え
て、約８００℃まで降温後、ＴＭＧを１５μｍｏｌ／ｍ
ｉｎに調整し、ＴＭＩを一定量流しながら、ＩｎpＧａ
1-pＮ緩衝層（たとえばｐ＝０．０２）を１０〜２００
ｎｍ（たとえば５０ｎｍ）成長する。
【０１８５】次に、ＴＭＩおよびＴＭＧの供給を停止し
て、再び１０５０℃まで昇温し、キャリアガスを再びＮ
2からＨ2に代えて、ＴＭＧの流量を５０μｍｏｌ／ｍｉ
ｎに調整し、ＴＭＡを一定量導入して、ｎ型のＡｌx21
Ｇａ1-x21Ｎクラッド層（たとえばｘ２１＝０．２）を
２０〜５００Å（たとえば２０Å）の厚さで成長する。
次にＴＭＡの供給を停止し、ｎ型ＧａＮ層を２０〜５０
０Å（たとえば２０Å）成長する。このようにして、ｎ
型ＡｌＧａＮ層とｎ型ＧａＮ層の交互積層構造（ｎ型Ａ
ｌＧａＮ層／ｎ型ＧａＮ層／・・・／ｎ型ＧａＮ層／ｎ
型ＡｌＧａＮ層）からなるｎ型ＡｌＧａＮ超格子クラッ
ド層（たとえば平均組成ｘ２＝０．１、たとえば総膜厚
０．８μｍ）を成長する。
【０１８６】ｎ型ＡｌＧａＮ超格子クラッド層の成長が
終了すると、ＴＭＡの供給を停止し、ＴＭＧを１００μ
ｍｏｌ／ｍｉｎに調整して、ｎ型ＧａＮガイド層を０．
０８〜０．１５μｍ（たとえば０．１μｍ）の厚さにな
るように成長する。その後、ＴＭＧの供給を停止して、
キャリアガスをＨ2からＮ2に再び代えて、７００℃まで
降温し、インジウム原料であるトリメチルインジウム
（ＴＭＩ）を１０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧを１５μｍ
ｏｌ／ｍｉｎ導入し、ＩｎvＧａ1-vＮ（たとえばｖ＝
０．０５）よりなるたとえば４ｎｍ厚の障壁層を成長す
る。その後、ＴＭＩの供給を５０μｍｏｌ／ｍｉｎに増
加し、ＩｎwＧａ1-wＮ（たとえばｗ＝０．１７）よりな
るたとえば２ｎｍ厚の井戸層を成長する。たとえば、井
戸層は合計３層、同様の手法で成長を行い、井戸層と井
戸層との間および両側には合計４層の障壁層が存在する
ような発光波長約３８０〜４３０ｎｍ（たとえば４００
〜４１０ｎｍ）の多重量子井戸（ＭＱＷ）を成長する。
ＭＱＷの成長が終了すると、ＴＭＩおよびＴＭＧの供給
を停止して、再び１０５０℃まで昇温し、キャリアガス
を再びＮ2からＨ2に代えて、ＴＭＧを５０μｍｏｌ／ｍ
ｉｎ、ＴＭＡを３０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ｐ型ドーピング
原料であるビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃ
ｐ2Ｍｇ）を１０ｎｍｏｌ／ｍｉｎ流し、０〜２０ｎｍ
（たとえば２０ｎｍ）厚のｐ型ＡｌzＧａ1-zＮ（たとえ
ばｚ＝０．２）キャリアブロック層を成長する。キャリ
アブロック層の成長が終了すると、ＴＭＡの供給を停止
し、ＴＭＧの供給量を１００μｍｏｌ／ｍｉｎに調整し
て、０．０８〜０．１５μｍ（たとえば０．１μｍ）の
厚さのｐ型ＧａＮガイド層を成長する。
【０１８７】その後、ＴＭＡを一定量導入して、ｐ型の
Ａｌy11Ｇａ1-y11Ｎクラッド層（たとえばｙ1１＝０．
２）を２０〜５００Å（たとえば２０Å）の厚さで成長
する。次にＴＭＡの供給を停止し、ｐ型ＧａＮ層を２０
〜５００Å（たとえば２０Å）成長する。このようにし
て、ｐ型ＡｌＧａＮ層とｐ型ＧａＮ層の交互積層構造
（ｐ型ＡｌＧａＮ層／ｐ型ＧａＮ層／・・・／ｐ型Ｇａ
Ｎ層／ｐ型ＡｌＧａＮ層）からなるｐ型ＡｌＧａＮ超格
子クラッド層（たとえば平均組成ｙ1＝０．１、たとえ
ば総膜厚０．８μｍ）を成長する。
【０１８８】次に、ＴＭＧおよびＴＭＡの供給を停止し
て、キャリアガスをＨ2からＮ2に再び代えて、約８００
℃まで降温後、ＴＭＧを１５μｍｏｌ／ｍｉｎに調整
し、ＴＭＩを一定量流しながら、ｐ型Ｉｎq1Ｇａ1-q1Ｎ
緩衝層（たとえばｑ１＝０．０２）を１０〜２００ｎｍ
（たとえば５０ｎｍ）成長する。
【０１８９】次に、ＴＭＩおよびＴＭＧの供給を停止し
て、再び１０５０℃まで昇温し、キャリアガスを再びＮ
2からＨ2に代えて、ＴＭＧの流量を５０μｍｏｌ／ｍｉ
ｎに調整し、ＴＭＡを一定量導入して、ｎ型のＡｌy21
Ｇａ1-y21Ｎ層（たとえばｙ2１＝０．２）を２０〜５０
０Å（たとえば２０Å）の厚さで成長する。次にＴＭＡ
の供給を停止し、ＧａＮ層を２０〜５００Å（たとえば
２０Å）成長する。このようにして、ｎ型ＡｌＧａＮ層
とｎ型ＧａＮ層の交互積層構造（ｎ型ＡｌＧａＮ層／ｎ
型ＧａＮ層／・・・／ｎ型ＧａＮ層／ｎ型ＡｌＧａＮ
層）からなるｎ型ＡｌＧａＮ超格子クラッド層（たとえ
ば平均組成ｙ2＝０．１、たとえば総膜厚０．８μｍ）
を成長する。
【０１９０】最後に、ＴＭＧの供給を１００μｍｏｌ／
ｍｉｎに調整して、ＴＭＡの供給を停止し、０．０１〜
１０μｍ（たとえば０．１μｍ）厚のｐ型ＧａＮコンタ
クト層の成長を行い発光素子構造の成長を終了する。成
長が終了すると、ＴＭＧおよびＣｐ2Ｍｇの供給を停止
して降温し、室温でＭＯＣＶＤ装置より取り出す。
【０１９１】本レーザ構造を有する膜の最表面（成長終
端面）の表面粗さの平均値（Ｒａ）は約１０ｎｍであ
り、大変良好な平坦性を示した。また、（０００１）Ｃ
面サファイア基板、ＧａＮ低温バッファ層（膜厚２０ｎ
ｍ）、ｎ型ＧａＮコンタクト層（膜厚約４μｍ）、ｎ型
ＡｌＧａＮ超格子クラッド層（膜厚０．８μｍ）、ｎ型
Ｉｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ緩衝層（膜厚５０ｎｍ）、ｎ型Ａｌ
ＧａＮ超格子クラッド層（膜厚０．８μｍ）なる構造を
有するウェハーを複数枚作製し、表面を光学顕微鏡で約
２００倍に拡大して観察したところ、全てのウェハーに
おいて六角形のクラックは確認されなかった。このウェ
ハーにおいて、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層の膜厚
合計は約１．６μｍであった。従来の技術における課題
が解消されたのは、ｎ型クラッド層中に少なくともＩｎ
を含む緩衝層が形成されたことによる効果に他ならな
い。
【０１９２】その後、フォトリソグラフィー技術および
反応性イオンエッチング技術を用い、ｐ型ＧａＮコンタ
クト層を３μｍ幅のストライプ状に残して、ｐ型ＡｌＧ
ａＮ超格子クラッド層までエッチングを行い、光導波路
を形成した後、フォトリソグラフィー技術を用いてｐ型
ＧａＮコンタクト層が電極と接触する部分を除いて絶縁
膜を形成する。その後、反応性イオンエッチング技術を
用いて、ウェハ最表面よりｎ型ＧａＮコンタクト層の途
中まで、負電極を形成する部分を除去する。その後、メ
サ状のｐ型ＧａＮコンタクト層の一部露出した面上に、
正電極を形成する。電極材料としては、たとえばＡｕ／
ＮｉあるいはＡｕ／Ｐｄを用いれば良い。また、ｎ型Ｇ
ａＮコンタクト層の一部露出した面上の概略全面に、負
電極を形成する。負電極材料としては、たとえばＡｌ／
ＴｉあるいはＡｕ／Ｗを用いれば良い。
【０１９３】最後に、サファイア基板の半導体多層膜面
と相反する面側を研磨することにより、半導体多層膜面
およびサファイア基板を含めた層厚が３０〜３００μｍ
（たとえば約６０μｍ）となるようにする。その後、劈
開を用いて素子長が約０．５ｍｍとなるようにして、ミ
ラーとなる端面を形成した。
【０１９４】以上により、図１８に示す第５の実施の形
態の半導体レーザ素子が作製できる。
【０１９５】本実施の形態においては、他の実施の形態
と比較すると、ｎ型およびｐ型のＡｌＧａＩｎＮクラッ
ド層中における、ＡｌＧａＮクラッド層が、ＡｌＧａＮ
超格子クラッド層になっている。これを用いることによ
り、さらなるクラック低減効果が生じた。
【０１９６】また、本実施の形態において、ＡｌＧａＩ
ｎＮクラッド層中におけるＩｎＧａＮ緩衝層の混晶比お
よび膜厚は、レーザ発振モードがＩｎＧａＮ緩衝層と、
その近隣層であるｎ型ＡｌＧａＮクラッド層で構成され
る３層スラブ導波路に結合しない条件式（１）が成り立
つように設計されている。ここで、（１）を計算する
際、ＡｌＧａＮ超格子クラッド層を、単層のＡｌＧａＮ
クラッド層に置き換えて計算すればよい。但しその場
合、仮想的なＡｌＧａＮクラッド層の混晶比は、ＡｌＧ
ａＮ超格子クラッド層の平均混晶比と同じ値にとり、膜
厚はＡｌＧａＮ超格子クラッド層の総膜厚と同じにと
る。このようにして求まる、（１）式を満たすＩｎＧａ
Ｎ緩衝層の混晶比および膜厚の範囲は、図５〜図８より
求まる範囲と同じであった。
【０１９７】本実施の形態で作製したレーザ素子のほと
んど全てが発振し、発振の閾値電圧（Ｖｏｐ）が約５
Ｖ、閾値電流密度（Ｊth）が１ｋＡ／ｃｍ2であった。
また、従来の半導体レーザでは、クラックがない素子に
おいても、連続して１０時間以上発振を継続させている
と、光出力が急激に低下する現象が生じてきたが、ｎ型
ＡｌＧａＮクラッド層中にｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層を挿入
した本実施例に示すレーザは、約１０００時間経過して
も、特性の変化は見られなかった。また、ＦＦＰは単峰
であり、良好な光学特性が実現できた。
【０１９８】なお、本実施の形態においては、ｎ型Ａｌ
ＧａＩｎＮクラッド層中に含まれるｎ型ＡｌＧａＮクラ
ッド層、およびｐ型ＡｌＧａＮにおけるＡｌ混晶比は必
ずしも全て同じである必要はなく、その際においても前
記Ｆなるパラメータが（１）式を満たすように設計され
たＩｎＧａＮ緩衝層をｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中
に含む構造を有する半導体レーザ素子であれば、本発明
の効果は発生する。しかし、レーザ発振モードの対称性
を考慮すれば、半導体レーザ素子構造中におけるＡｌＧ
ａＮクラッド層のＡｌ混晶比は全て同一にすることが望
ましい。
【０１９９】また、本実施の形態において、活性層は３
重量子井戸としたが、２層または４層以上の多重量子井
戸にしても、本発明において必要とされる関係式（１）
およびＩｎＧａＮ緩衝層に関して必要とされる関係式は
変わらず、発生する効果は同じであった。
【０２００】また、本実施の形態において、ガイド層は
ＧａＮとしたが、ＩｎＧａＮガイド層にしても、本発明
において必要とされる関係式（１）およびＩｎＧａＮ緩
衝層に関して必要とされる関係式は図１０〜図１５に示
したものと変わらず、発生する効果は同じであった。
【０２０１】また、本実施の形態において、ｎ型ＡｌＧ
ａＩｎＮクラッド層中に介装されたｎ型ＩｎＧａＮ緩衝
層、およびｐ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中に介層され
たｐ型ＩｎＧａＮ緩衝層は、それぞれ１層ずつであった
が、一方または双方ともに、それぞれ２層以上あっても
よく、導波モードの電界分布（ｆeq（ｘ））および等価
屈折率（ｎeq）と、各ＩｎＧａＮ緩衝層において生ずる
導波モードの電界分布（ｆ1（ｘ）、ｆ2（ｘ）、・・
・、ｆi（ｘ）、・・・）および等価屈折率（ｎ1、
ｎ2、・・・、ｎi、・・・）とで決定されるＦ1、Ｆ2、
・・・、Ｆi、・・・のうち、Ｆi＜０．４を満たす層が
存在するとき、そのＩｎＧａＮ緩衝層へのモード結合に
よる影響は無視できるほど小さくなる。ｎ型ＡｌＧａＮ
クラッド層内に存在するＩｎＧａＮ緩衝層のうち、上記
条件を満たす層が少なくとも１層あれば、ＦＦＰにおけ
るリップルの抑制、および活性層への閉じ込め係数の向
上という効果が発生する。
【０２０２】また、本実施の形態において、ｎ型クラッ
ド層およびｐ型クラッド層の両方に、ＩｎＧａＮ緩衝層
が介装されている必要はなく、ｎ型クラッド層のみがＡ
ｌＧａＩｎＮクラッド層であってもよく、またはｐ型ク
ラッド層のみがＡｌＧａＩｎＮクラッド層であってもよ
い。
【０２０３】なお、本実施の形態における半導体レーザ
の構造でｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層とｎ型ＧａＮコ
ンタクト層の間に介装されるｎ型ＩｎrＧａ1-rＮ緩衝層
は、半導体多層ウェハのクラックをさらに減少させる効
果を有するが、なくても本発明の請求範囲に含まれるも
のであり、半導体レーザ素子の活性層閉じ込め係数およ
びＦＦＰにはほとんど影響を与えない。
【０２０４】また、本実施の形態における半導体レーザ
素子に用いた基板は、サファイアを用いたが、他の基板
でも良く、たとえばＧａＮ基板でもよい。この場合、Ａ
ｌＧａＩｎＮクラッド層中に介装されるＩｎＧａＮ緩衝
層の混晶比および膜厚が満たすべき条件の範囲は、サフ
ァイア基板の場合と同じであった。
【０２０５】（実施の形態６）図１９は、本実施の形態
の光学式情報再生装置を示す図である。基台１００１、
基台１００１上に設置された実施の形態１の半導体レー
ザ素子１００２、コリメータレンズ１００３、ビームス
プリッタ１００４、対物レンズ１００５、光ディスク１
００６、反射光を集光するためのレンズ１００７、集光
された光を検出する光検出器１００８からなっている。
この光学式情報再生装置において、半導体レーザ素子１
００２から出射したレーザ光は、コリメータレンズ１０
０３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１００４を透過して、対物レンズ１００５に
より光ディスク１００６の情報記録面に集光される。光
ディスク１００６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１００５を通してビームスプリッタ１００４によ
って分岐され、反射光を集光するためのレンズ１００７
によって光検出器１００８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。
【０２０６】本実施の形態の光学式情報再生装置におい
ては、ＦＦＰのリップルが抑制された光学的特性の良好
な半導体レーザ素子を用いたので、対物レンズ１００５
により光ディスク１００６の情報記録面に高解像に集光
されていた。たとえば、表１でｃａｓｅ１のＩｎＧａＮ
緩衝層を有する半導体レーザ素子を図１９の半導体レー
ザ素子１００１として用いた光学式情報再生装置におい
ては、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
出すことが出来た。また、表１でｃａｓｅ２、ｃａｓｅ
３、ｃａｓｅ４のＩｎＧａＮ緩衝層を有する半導体レー
ザ素子を用いた光学式情報再生装置においても、同様の
条件で、ビット誤り率１０-6程度が得られた。一方、表
１でｃａｓｅ５、ｃａｓｅ６のＩｎＧａＮ緩衝層を有す
る半導体レーザ素子（これは本発明の請求範囲に含まれ
ない半導体レーザ素子である）を図１９における半導体
レーザ素子１００１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程度であり、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。
【０２０７】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１００１を実施の形態２、
３、４、５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。
【０２０８】なお、今回開示した上記実施の形態はすべ
ての点で例示であって制限的なものではない。本発明の
範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって
示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での
すべての変更を含むものである。
【０２０９】
【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、ｎ型クラッド層中
にＩｎＧａＮ緩衝層を介装することにより、クラックの
極めて少ない厚膜のクラッド層が成長可能となり、前記
ｎ型クラッド層上に成長する活性層の結晶性が向上し、
閾値電流密度の低下、および半導体レーザ素子の歩留ま
り向上・寿命増加という効果を奏する。また、介装する
ＩｎＧａＮ緩衝層の混晶比および膜厚を所定のものとす
ることにより、レーザ発振モードのＩｎＧａＮ緩衝層へ
の結合、およびｎ型コンタクト層への結合を抑制できる
ため、レーザ発振モードの活性層閉じ込め係数の低下を
抑制し、半導体レーザ素子の閾値電流密度のさらなる低
減、およびＦＦＰにおけるリップルの低減という効果を
奏する。
【０２１０】また、ｐ型クラッド層中にＩｎＧａＮ緩衝
層を介装することにより、ｐ型クラッド層を厚膜とする
ことができるようになり、また、ＩｎＧａＮ緩衝層の組
成および膜厚を所定のものとすることにより、レーザ発
振モードのＩｎＧａＮ緩衝層への結合、およびｐ型Ｇａ
Ｎコンタクト層への結合を抑制することができる。その
結果、レーザ発振モードの正電極における吸収を抑制で
き、閾値電流密度のさらなる低減を図ることが可能とな
る。また、ｐ型ＧａＮコンタクト層を厚膜化できるた
め、半導体レーザ素子の共振器を構成する劈開ミラー端
面の活性層近傍を半導体層に対し垂直にすることができ
るようになる。また、半導体レーザ素子を半導体成長面
側とサブマウントが向き合うようにダイボンドしても、
半導体レーザ素子のｐ型半導体層とｎ型半導体層との短
絡による不良を抑制できるという効果を奏する。
【０２１１】本発明によれば、歩留まり良く、良好な光
学特性を有する半導体レーザ素子を提供でき、このよう
な半導体レーザ素子を光学式情報再生装置に用いること
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となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の半導体レーザ素子を示す模式図であ
る。
【図２】 レーザ発振モードの活性層閉じ込め係数の相
対値と、Ｆパラメータとの相関を示したものである。
【図３】 レーザ発振モードの電界分布を表しており、
図３（ａ）はＦ＜０．４の場合、図３（ｂ）はＦ＞０．
４の場合を示している。
【図４】 本発明に基づく第１の実施の形態における半
導体レーザ素子の模式図である。
【図５】 ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比および膜厚が
Ｆ＜０．４を満たす範囲を図示したものであり、ｎ型Ａ
ｌＧａＮクラッド層およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層の
Ａｌ混晶比を変化させた時の、それぞれの場合における
前記範囲の境界線の変化を示している。
【図６】 ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比および膜厚が
Ｆ＜０．４を満たす範囲を図示したものであり、ＩｎＧ
ａＮ緩衝層とガイド層との距離を０．４μｍ以上の範囲
内で変化させた時の、それぞれの場合における前記範囲
の境界線の変化を示している。
【図７】 ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比および膜厚が
Ｆ＜０．４を満たす範囲を図示したものであり、ＩｎＧ
ａＮ緩衝層とガイド層との距離を０．２〜０．４μｍの
範囲内で変化させた時の、それぞれの場合における前記
範囲の境界線の変化を示している。
【図８】 ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比および膜厚が
Ｆ＜０．４を満たす範囲を図示したものであり、ｐ型ガ
イド層およびｎ型ガイド層の膜厚を変化させた時の、そ
れぞれの場合における前記範囲の境界線の変化を示して
いる。
【図９】 第１の実施の形態の半導体レーザ素子の構造
において、ｎ型ＧａＮコンタクト層層厚を変化させた時
の、レーザ発振モードの活性層閉じ込め係数の変化を表
した図である。
【図１０】 ＩｎＧａＮ緩衝層とガイド層との距離が
０．４μｍ以上あるような、第２の実施の形態の半導体
レーザ素子の構造において、Ｆ＜０．４を満たすような
ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比および膜厚の範囲を図示
したものであり、ｐ型ガイド層およびｎ型ガイド層のＩ
ｎ混晶比を０．０２〜０．０６の範囲内で変化させた時
の、それぞれの場合における前記範囲の境界線の変化を
示している。
【図１１】 ＩｎＧａＮ緩衝層とガイド層との距離が
０．４μｍ以上あるような、第２の実施の形態の半導体
レーザ素子の構造において、Ｆ＜０．４を満たすような
ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比および膜厚の範囲を図示
したものであり、ｐ型ガイド層およびｎ型ガイド層のＩ
ｎ混晶比を０．０６〜０．０９の範囲内で変化させた時
の、それぞれの場合における前記範囲の境界線の変化を
示している。
【図１２】 ＩｎＧａＮ緩衝層とガイド層との距離が
０．３〜０．４μｍの範囲内にあるような、第２の実施
の形態の半導体レーザ素子の構造において、Ｆ＜０．４
を満たすようなＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比および膜
厚の範囲を図示したものであり、ｐ型ガイド層およびｎ
型ガイド層のＩｎ混晶比を０．０２〜０．０６の範囲内
で変化させた時の、それぞれの場合における前記範囲の
境界線の変化を示している。
【図１３】 ＩｎＧａＮ緩衝層とガイド層との距離が
０．３〜０．４μｍの範囲内にあるような、第２の実施
の形態の半導体レーザ素子の構造において、Ｆ＜０．４
を満たすようなＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比および膜
厚の範囲を図示したものであり、ｐ型ガイド層およびｎ
型ガイド層のＩｎ混晶比を０．０６〜０．０９の範囲内
で変化させた時の、それぞれの場合における前記範囲の
境界線の変化を示している。
【図１４】 ＩｎＧａＮ緩衝層とガイド層との距離が
０．２〜０．３μｍの範囲内にあるような、第２の実施
の形態の半導体レーザ素子の構造において、Ｆ＜０．４
を満たすようなＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比および膜
厚の範囲を図示したものであり、ｐ型ガイド層およびｎ
型ガイド層のＩｎ混晶比を０．０２〜０．０６の範囲内
で変化させた時の、それぞれの場合における前記範囲の
境界線の変化を示している。
【図１５】 ＩｎＧａＮ緩衝層とガイド層との距離が
０．２〜０．３μｍの範囲内にあるような、第２の実施
の形態の半導体レーザ素子の構造において、Ｆ＜０．４
を満たすようなＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比および膜
厚の範囲を図示したものであり、ｐ型ガイド層およびｎ
型ガイド層のＩｎ混晶比を０．０６〜０．０９の範囲内
で変化させた時の、それぞれの場合における前記範囲の
境界線の変化を示している。
【図１６】 本発明に基づく第３の実施の形態における
半導体レーザ素子の模式図である。
【図１７】 本発明に基づく第４の実施の形態における
半導体レーザ素子の模式図である。
【図１８】 本発明に基づく第５の実施の形態における
半導体レーザ素子の模式図である。
【図１９】 本発明に基づく第６の実施の形態における
光学式情報再生装置の概念図である。
【図２０】 本発明に基づく第１の実施の形態における
条件式（１）すなわちＦ＜０．４が成り立つ条件を示す
図である。
【図２１】 本発明に基づく第１の実施の形態における
ＩｎＧａＮ緩衝層が満たすべき領域を示す図である。
【図２２】 従来技術に基づく半導体レーザ素子を示す
模式図である。
【符号の説明】
１ （０００１）Ｃ面サファイア基板、２ ＧａＮ低温
バッファ層、３ ｎ型ＧａＮコンタクト層、４ ｎ型Ａ
ｌxＧａ1-xＮ（０．０８≦ｘ≦０．２）クラッド層、５
ｎ型ＩｎpＧａ1-pＮ（０＜ｐ≦０．２）緩衝層、６
ｎ型ＩｎsＧａ1 -sＮ（０≦ｓ≦０．１）ガイド層、７
ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層、８ ｐ型ＡｌzＧａ1-z
Ｎ（０≦ｚ≦０．３）キャリアブロック層、９ ｐ型Ｉ
ｎtＧａ1 -tＮ（０≦ｔ≦０．１）ガイド層、１０ ｐ型
ＡｌyＧａ1-yＮ（０．０８≦ｙ≦０．２）クラッド層、
１１ ｐ型ＧａＮコンタクト層、１２ 絶縁膜、１３
正電極、１４ 負電極、１５ ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラ
ッド層、４１ ｎ型ＩｎrＧａ1-rＮ（０≦ｒ≦０．２）
緩衝層、１７１ ｐ型ＩｎqＧａ1-qＮ（０．００１≦ｑ
≦０．２）緩衝層、１７２ ｐ型ＡｌＧａＩｎＮクラッ
ド層、１８１ｎ型ＡｌＧａＮ超格子クラッド層、１８２
ｐ型ＡｌＧａＮ超格子クラッド層。

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（０．０８≦ｘ１≦
    ０．２）下部クラッド層と、ＩｎwＧａ1-wＮ井戸層とＩ
    ｎvＧａ1-vＮ障壁層との交互多層構造からなる活性層
    と、Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ（０．０８≦ｘ２≦０．２）上部
    クラッド層とが基板側からこの順に形成された層を含
    み、前記下部クラッド層中または／かつ上部クラッド層
    中に、膜厚２００ｎｍ以下のＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦
    ０．２）緩衝層が単層または複数層介装されている窒化
    物系半導体レーザ素子。
  2. 【請求項２】 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、前記Ｉｎ
    zＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層の膜厚と組成を設
    定してなることを特徴とする請求項１に記載の窒化物系
    半導体レーザ素子。
  3. 【請求項３】 前記上部または／かつ下部クラッド層の
    総膜厚は、０．８μｍ以上１０μｍ以下の範囲に設定し
    てなることを特徴とする、請求項１または２に記載の窒
    化物系半導体レーザ素子。
  4. 【請求項４】 前記下部／上部クラッド層に介装された
    少なくとも１層のＩｎzＧａ1-zＮ緩衝層において、各Ｉ
    ｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層（誘電率εI）
    および両隣の下部／上部クラッド層（誘電率εA）で構
    成される導波路の導波モード（等価屈折率ｎi、半導体
    層に対し垂直方向の電界分布ｆi（ｘ））と、前記半導
    体レーザ素子の発振光の導波層および下部クラッド層お
    よび上部クラッド層で構成される導波路の導波モード
    （等価屈折率ｎeq、半導体層に対し垂直方向の電界分布
    ｆeq（ｘ））とで決定されるパラメータＦについて、Ｆ
    ＜０．４の関係が成立するように、前記緩衝層の膜厚と
    組成を設定してなることを特徴とする請求項１から３の
    いずれかに記載の窒化物系半導体レーザ素子。但し、 Ｆ＝１／｛１＋（Δ／κ）2｝ Δ＝（π／λ）（ｎeq−ｎi） κ＝（ω・ε0／４）∫｛ｆeq（ｘ）*・δε（ｘ）・ｆ
    i（ｘ）｝ｄｘ δε（ｘ）＝εI−εA（ｘ；ＩｎzＧａ1-zＮ緩衝層
    内），０（ｘ；それ以外） ω＝２πｃ0／λ λ；真空中における発振光の波長 ｃ0；真空中の光速 ε0；真空中の誘電率 で与えられるものとする。
  5. 【請求項５】 前記下部クラッド層と活性層の間にＧａ
    Ｎ下部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を有し
    ており、かつ前記上部クラッド層と活性層との間にＧａ
    Ｎ上部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を有し
    ており、前記下部クラッド層に介装された前記ＩｎzＧ
    ａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層から前記ＧａＮ上部
    ガイド層までの距離、もしくは前記上部クラッド層に介
    装された前記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層
    から前記ＧａＮ上部ガイド層までの距離をｄ［μｍ］、
    前記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層から前記
    ＧａＮ下部ガイド層までに介装された下部クラッド層の
    平均Ａｌ組成、もしくは前記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦
    ０．２）緩衝層から前記ＧａＮ上部ガイド層までに介装
    された上部クラッド層の平均Ａｌ組成を０．０８≦ｘ≦
    ０．２とし、前記緩衝層の組成ｐ1および膜厚ｔ1［ｎ
    ｍ］が、 ０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦１／（０．００８
    ０２６８＋０．５８５３３ｐ1）かつ０．００１≦ｐ1≦
    ０．０９ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦−８．９９５６＋
    ２７３．９５ｐ1かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ１／（０．０００１７６７２＋
    ０．０８８６０４ｐ1）≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦
    ｐ1≦０．０９ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ−１０３．６３＋２４０３．３
    ｐ1≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦１／（０．００６
    ７７２５＋０．５０５７８ｐ1）かつ０．００１≦ｐ1≦
    ０．０９ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦−１０．８６＋３
    ２１．８８ｐ1かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ１／（０．００１４２９６＋
    ０．１３０１４ｐ1）≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ
    1≦０．０９ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ−４２．２５４＋１２７３．３
    ｐ1≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ または ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦（０．００４４０６３＋
    ０．３６２２ｐ1）(-1)かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９ または ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦−１７．９５８＋４７９ｐ1
    かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ または ｄ≧０．４かつ（０．００３１２２３＋０．２６８４７
    ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０
    ９ または ｄ≧０．４かつ−２５．８６７＋６６４．４５ｐ1≦ｔ1
    ≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ のいずれかの範囲に設定してなることを特徴とする請求
    項１から４のいずれかに記載の窒化物系半導体レーザ素
    子。
  6. 【請求項６】 前記下部クラッド層と活性層の間に０％
    以上２％未満のＩｎを少なくとも含む下部ガイド層（膜
    厚０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、かつ上部ク
    ラッド層と活性層との間に０％以上２％未満のＩｎを少
    なくとも含む上部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μ
    ｍ）を有しており、前記下部クラッド層に介装された前
    記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層から前記Ｇ
    ａＮ上部ガイド層までの距離、もしくは前記上部クラッ
    ド層に介装された前記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．
    ２）緩衝層から前記ＧａＮ上部ガイド層までの距離をｄ
    ［μｍ］、前記ＩｎＧａＮ緩衝層から前記ＧａＮ下部ガ
    イド層までに介装された下部クラッド層の平均Ａｌ組
    成、もしくは前記ＩｎＧａＮ緩衝層から前記ＧａＮ上部
    ガイド層までに介装された上部クラッド層の平均Ａｌ組
    成を０．０８≦ｘ≦０．２とし、前記緩衝層の組成ｐ1
    および膜厚ｔ1［ｎｍ］が、 ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦（０．００２１８２＋０．
    ２８３８ｐ1）(-1)かつｔ 1≦２００かつ０．００１≦ｐ
    1≦０．０９ または ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦−２７．９１６＋６３１．
    １４ｐ1＋４１８．９４ｐ 1 2かつｔ1≦２００かつ０．０
    ９＜ｐ1≦０．２ または ｄ≧０．４かつ（−０．００１３６９４＋０．１６３５
    ５ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．
    ０９ または ｄ≧０．４かつ６０．４０９−８４０．５ｐ1＋１０８
    ４３ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦（０．００２８１
    ４７＋０．３２７５１ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ
    ０．００１≦ｐ1≦０．０９ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦−２４．４４９＋
    ５６０．５９ｐ1＋２２２．４５ｐ1 2かつｔ1≦２００か
    つ０．０９＜ｐ1≦０．２ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ（−０．００１１６０６＋０．
    １３７８９ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ
    1≦０．０９ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ８１．０４３−１１５９．４ｐ
    1＋１３５３７ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦
    ０．２ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦（０．００３９９
    ４２＋０．３９６４５ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ
    ０．００１≦ｐ1≦０．０９ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦−２１．３３１＋
    ４８８．１３ｐ1かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦
    ０．２ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ（−０．０００７６７９８＋
    ０．０９３６６６ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００
    １≦ｐ1≦０．０９ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ１０８．６１−１５１１．６ｐ
    1＋１９０１６ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦
    ０．２ のいずれかの範囲に設定してなることを特徴とする請求
    項１から４のいずれかに記載の窒化物系半導体レーザ素
    子。
  7. 【請求項７】 前記下部クラッド層と活性層の間に２％
    以上４％未満のＩｎを少なくとも含む下部ガイド層（膜
    厚０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、かつ上部ク
    ラッド層と活性層との間に２％以上４％未満のＩｎを少
    なくとも含む上部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μ
    ｍ）を有しており、前記下部クラッド層に介装された前
    記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層から前記Ｇ
    ａＮ上部ガイド層までの距離、もしくは前記上部クラッ
    ド層に介装された前記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．
    ２）緩衝層から前記ＧａＮ上部ガイド層までの距離をｄ
    ［μｍ］、前記ＩｎＧａＮ緩衝層から前記ＧａＮ下部ガ
    イド層までに介装された下部クラッド層の平均Ａｌ組
    成、もしくは前記ＩｎＧａＮ緩衝層から前記ＧａＮ上部
    ガイド層までに介装された上部クラッド層の平均Ａｌ組
    成を０．０８≦ｘ≦０．２とし、前記緩衝層の組成ｐ1
    および膜厚ｔ1［ｎｍ］が、 ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦（−０．０００５７９１６
    ＋０．２０２５７ｐ1）(- 1)かつｔ1≦２００かつ０．０
    ０１≦ｐ1≦０．０９ または ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦２０．２４８−２１２．４
    ９ｐ1＋６３９０ｐ1 2かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ
    1≦０．２ または ｄ≧０．４かつ（−０．００２５７８２＋０．１４９０
    ２ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．
    ０９ または ｄ≧０．４かつ３４５．０７−６３６１．６ｐ1＋３９
    ３３９ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦（−０．００００
    ４８０８１＋０．２２８１２ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００
    かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦６．７８９３＋
    ７．００９７ｐ1＋４７７９．４ｐ1 2かつｔ1≦２００か
    つ０．０９＜ｐ1≦０．２ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ（−０．００２４０３９＋０．
    １３５６１ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ
    1≦０．０９ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ４１０．２−７５８４．７ｐ1
    ＋４６１０１ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦
    ０．２ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦（−０．００００
    ７６１６６＋０．２７６０８ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００
    かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦−４．９２９４＋
    ２１３．７６ｐ1＋２８２７．４ｐ1 2かつｔ1≦２００か
    つ０．０９＜ｐ1≦０．２ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ（−０．００１８９６１＋０．
    １０４９４ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ
    1≦０．０９ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ５３６．０８−９９６６．９ｐ
    1＋６０７０７ｐ1≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦
    ０．２ のいずれかの範囲に設定してなることを特徴とする請求
    項１から４のいずれかに記載の窒化物系半導体レーザ素
    子。
  8. 【請求項８】 前記下部クラッド層と活性層の間に４％
    以上６％未満のＩｎを少なくとも含む下部ガイド層（膜
    厚０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、かつ上部ク
    ラッド層と活性層との間に４％以上６％未満のＩｎを少
    なくとも含む上部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μ
    ｍ）を有しており、前記下部クラッド層に介装された前
    記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層から前記Ｇ
    ａＮ上部ガイド層までの距離、もしくは前記上部クラッ
    ド層に介装された前記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．
    ２）緩衝層から前記ＧａＮ上部ガイド層までの距離をｄ
    ［μｍ］、前記ＩｎＧａＮ緩衝層から前記ＧａＮ下部ガ
    イド層までに介装された下部クラッド層の平均Ａｌ組
    成、もしくは前記ＩｎＧａＮ緩衝層から前記ＧａＮ上部
    ガイド層までに介装された上部クラッド層の平均Ａｌ組
    成を０．０８≦ｘ≦０．２とし、前記緩衝層の組成ｐ1
    および膜厚ｔ1［ｎｍ］が、 ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦（−０．００３６５８８＋
    ０．１５８０４ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００
    １≦ｐ1≦０．０９ または ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦１１９２．２−２２２６２
    ｐ1＋１１２６７０ｐ1 2かつｔ1≦２００かつ０．０９＜
    ｐ1≦０．２ または ｄ≧０．４かつ（−０．００３５０１７＋０．１４５７
    １ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．
    ０９ または ｄ≧０．４かつ５２４．７５−１００２９ｐ1＋５９４
    ０６ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦（−０．００２９
    ７２７＋０．１８４６８ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ
    ０．００１≦ｐ1≦０．０９ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦２１１．８７−３
    ８７４．３ｐ1＋２５７５２ｐ1 2かつｔ1≦２００かつ
    ０．０９＜ｐ1≦０．２ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ（−０．００３３２９１＋０．
    １３５８６ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ
    1≦０．０９ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ５８７．７−１１２６４ｐ1＋
    ６６３８０ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．
    ２ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦（−０．００３１
    ９４７＋０．２１９０３ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ
    ０．００１≦ｐ1≦０．０９ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦１３９．３７−２
    ４９６．５ｐ1＋１７８３１ｐ1 2かつｔ1≦２００かつ
    ０．０９＜ｐ1≦０．２ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ（−０．００２８２３７＋０．
    １１１１３ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ
    1≦０．０９ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ７６６．５２−１４７７３ｐ1
    ＋８６５８９ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦
    ０．２ のいずれかの範囲に設定してなることを特徴とする請求
    項１から４のいずれかに記載の窒化物系半導体レーザ素
    子。
  9. 【請求項９】 前記下部クラッド層と活性層の間に６％
    以上７％未満のＩｎを少なくとも含む下部ガイド層（膜
    厚０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、かつ上部ク
    ラッド層と活性層との間に６％以上７％未満のＩｎを少
    なくとも含む上部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μ
    ｍ）を有しており、前記下部クラッド層に介装された前
    記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層から前記Ｇ
    ａＮ上部ガイド層までの距離、もしくは前記上部クラッ
    ド層に介装された前記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．
    ２）緩衝層から前記ＧａＮ上部ガイド層までの距離をｄ
    ［μｍ］、前記ＩｎＧａＮ緩衝層から前記ＧａＮ下部ガ
    イド層までに介装された下部クラッド層の平均Ａｌ組
    成、もしくは前記ＩｎＧａＮ緩衝層から前記ＧａＮ上部
    ガイド層までに介装された上部クラッド層の平均Ａｌ組
    成を０．０８≦ｘ≦０．２とし、前記緩衝層の組成ｐ1
    および膜厚ｔ1［ｎｍ］が、 ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦（−０．００３６５８８＋
    ０．１５８０４ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００
    １≦ｐ1≦０．０９ または ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦１１９２．２−２２２６２
    ｐ1＋１１２６７０ｐ1 2かつｔ1≦２００かつ０．０９＜
    ｐ1≦０．２ または ｄ≧０．４かつ（−０．００４１７６１＋０．１３９１
    ６ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．
    ０９ または ｄ≧０．４かつ９５８．１６−１８８５２ｐ1＋１０５
    ８７０ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦（−０．００３８
    １０８＋０．１６８５６ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ
    ０．００１≦ｐ1≦０．０９ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦９７３．６９−１
    ８１８６ｐ1＋９３３２１ｐ1 2かつｔ1≦２００かつ０．
    ０９＜ｐ1≦０．２ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ（−０．００４０３３９＋０．
    １３２３６ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ
    1≦０．０９ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ１０５６．２−２０８１５ｐ1
    ＋１１６４６０ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦
    ０．２ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦（−０．００４０
    ７７３＋０．１９５４７ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ
    ０．００１≦ｐ1≦０．０９ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦５３９．７５−１
    ００８８ｐ1＋５４７５７ｐ1 2かつｔ1≦２００かつ０．
    ０９＜ｐ1≦０．２ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ（−０．００３５４２４＋０．
    １１２８５ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ
    1≦０．０９ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ１３３５．８−２６４２８ｐ1
    ＋１４７２６０ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦
    ０．２ のいずれかの範囲に設定してなることを特徴とする請求
    項１から４のいずれかに記載の窒化物系半導体レーザ素
    子。
  10. 【請求項１０】 前記下部クラッド層と活性層の間に７
    ％以上１０％以下のＩｎを少なくとも含む下部ガイド層
    （膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、かつ上
    部クラッド層と活性層との間に７％以上１０％以下のＩ
    ｎを少なくとも含む上部ガイド層（膜厚０．０８〜０．
    １５μｍ）を有しており、前記下部クラッド層に介装さ
    れた前記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層から
    前記ＧａＮ上部ガイド層までの距離、もしくは前記上部
    クラッド層に介装された前記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦
    ０．２）緩衝層から前記ＧａＮ上部ガイド層までの距離
    をｄ［μｍ］、前記ＩｎＧａＮ緩衝層から前記ＧａＮ下
    部ガイド層までに介装された下部クラッド層の平均Ａｌ
    組成、もしくは前記ＩｎＧａＮ緩衝層から前記ＧａＮ上
    部ガイド層までに介装された上部クラッド層の平均Ａｌ
    組成を０．０８≦ｘ≦０．２とし、前記緩衝層の組成ｐ
    1および膜厚ｔ1［ｎｍ］が、 ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦（−０．００４３４７＋
    ０．１４７１９ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００
    １≦ｐ1≦０．０９ または ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦８５８．５５−１６８６６
    ｐ1＋９５１８６ｐ1 2かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ
    1≦０．２ または ｄ≧０．４かつ（−０．００５１３４＋０．１３６２ｐ
    1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９ または ｄ≧０．４かつ２４９７．８−４９９６１ｐ1＋２６４
    ０２０ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦（−０．００４４
    ８７２＋０．１５４４６ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ
    ０．００１≦ｐ1≦０．０９ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦７８０．２５−１
    ５２９９ｐ1＋８６６８３ｐ1 2かつｔ1≦２００かつ０．
    ０９＜ｐ1≦０．２ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ（−０．００４９８５１＋０．
    １３１０６ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ
    1≦０．０９ または ０．３≦ｄ＜０．４かつ２７０５．９−５４１５９ｐ1
    ＋２８５７６０ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦
    ０．２ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦（−０．００４８
    ８８５＋０．１７５９１ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ
    ０．００１≦ｐ1≦０．０９ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦５９７．６５−１
    １６６１ｐ1＋６６９８３ｐ1 2かつｔ1≦２００かつ０．
    ０９＜ｐ1≦０．２ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ（−０．００４４２８２＋０．
    １１４４６ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ
    1≦０．０９ または ０．２≦ｄ＜０．３かつ３３２４．９−６６６５６ｐ1
    ＋３５１０５０ｐ1 2≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦
    ０．２ のいずれかの範囲に設定してなることを特徴とする請求
    項１から４のいずれかに記載の窒化物系半導体レーザ素
    子。
  11. 【請求項１１】 前記下部クラッド層と、基板との間
    に、０％以上２０％以下のＩｎを少なくとも含むＩｎr
    Ｇａ1-rＮ緩衝層が、少なくとも１層介装されている請
    求項１から１０のいずれかに記載の窒化物系半導体レー
    ザ素子。
  12. 【請求項１２】 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から請求項１１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。
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