JP2002151786A - 半導体レーザ素子 - Google Patents
半導体レーザ素子Info
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
- H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
- H01S5/34333—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer based on Ga(In)N or Ga(In)P, e.g. blue laser
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- H01S5/0658—Self-pulsating
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- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
- H01S5/3211—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures characterised by special cladding layers, e.g. details on band-discontinuities
- H01S5/3214—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures characterised by special cladding layers, e.g. details on band-discontinuities comprising materials from other groups of the periodic system than the materials of the active layer, e.g. ZnSe claddings and GaAs active layer
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低出力から良好に自励発振する特性を備えた
半導体レーザを提供する。 【解決手段】 活性層１５と活性層よりもバンドギャッ
プエネルギーが高い層１３、１４、１７、１８、２０と
を含む、窒化ガリウム系半導体から主としてなる積層構
造をレーザ発振のため有する半導体レーザ素子が提供さ
れる。該素子は、活性層２５から離れた位置において、
活性層１５よりもバンドギャップエネルギーが高い層１
８、２０中に、活性層１５とほぼバンドギャップが等し
く、かつＡｓ、ＰおよびＳｂからなる群より選ばれる少
なくとも一種の元素を含む窒化ガリウム系半導体層１９
を有する。
半導体レーザを提供する。 【解決手段】 活性層１５と活性層よりもバンドギャッ
プエネルギーが高い層１３、１４、１７、１８、２０と
を含む、窒化ガリウム系半導体から主としてなる積層構
造をレーザ発振のため有する半導体レーザ素子が提供さ
れる。該素子は、活性層２５から離れた位置において、
活性層１５よりもバンドギャップエネルギーが高い層１
８、２０中に、活性層１５とほぼバンドギャップが等し
く、かつＡｓ、ＰおよびＳｂからなる群より選ばれる少
なくとも一種の元素を含む窒化ガリウム系半導体層１９
を有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ素子
に関し、特に、自励発振を伴う低雑音の半導体レーザに
関する。
に関し、特に、自励発振を伴う低雑音の半導体レーザに
関する。
【０００２】
【従来の技術】次世代の光ディスク用光源には、集光径
を小さくでき、より高密度化が可能な４００ｎｍ前後の
波長が用いられるだろう。コスト削減のためレンズ、光
ディスクなどに用いられる安価なプラスチック系材料に
おいて、吸収端は〜３９０ｎｍ程度に存在する。したが
って、光源の波長を４００ｎｍより短くすることは、上
記材質の検討が必要になり、量産に適していないと考え
られる。
を小さくでき、より高密度化が可能な４００ｎｍ前後の
波長が用いられるだろう。コスト削減のためレンズ、光
ディスクなどに用いられる安価なプラスチック系材料に
おいて、吸収端は〜３９０ｎｍ程度に存在する。したが
って、光源の波長を４００ｎｍより短くすることは、上
記材質の検討が必要になり、量産に適していないと考え
られる。
【０００３】このような短波長光源には半導体レーザが
適している。半導体レーザの代表的な材質は、窒化ガリ
ウム化合物半導体である。たとえば特開平１０−２９４
５３２号公報は、窒化ガリウムを使用した図１１に示す
ような構造の光ディスク用半導体レーザを開示してい
る。図１１において、サフアイヤ基板７０上には、ｎ型
ＧａＮバッファー層７１、ｎ型ＧａＮコンタクト層７
２、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層７３、ｎ型ＩｎＧａＮ／
ＧａＮ多重量子井戸隣接層７４、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多
重量子井戸活性層７５、ｐ型ＧａＮ隣接層７６、ｐ型Ａ
ｌＧａＮクラッド層７７、ｐ型ＧａＮコンタクト層７
８、およびｎ型ＧａＮ通電障壁層７９が素子構造として
形成されている。さらに、ｐ型ＧａＮコンタクト層７８
上にｐ側電極８０が形成され、ｎ型ＧａＮコンタクト層
７２上にｎ側電極８１が形成されている。この半導体レ
ーザでは、隣接層７４においてＩｎ濃度が高い島状の領
域を自励発振のための可飽和吸収領域としている。
適している。半導体レーザの代表的な材質は、窒化ガリ
ウム化合物半導体である。たとえば特開平１０−２９４
５３２号公報は、窒化ガリウムを使用した図１１に示す
ような構造の光ディスク用半導体レーザを開示してい
る。図１１において、サフアイヤ基板７０上には、ｎ型
ＧａＮバッファー層７１、ｎ型ＧａＮコンタクト層７
２、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層７３、ｎ型ＩｎＧａＮ／
ＧａＮ多重量子井戸隣接層７４、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多
重量子井戸活性層７５、ｐ型ＧａＮ隣接層７６、ｐ型Ａ
ｌＧａＮクラッド層７７、ｐ型ＧａＮコンタクト層７
８、およびｎ型ＧａＮ通電障壁層７９が素子構造として
形成されている。さらに、ｐ型ＧａＮコンタクト層７８
上にｐ側電極８０が形成され、ｎ型ＧａＮコンタクト層
７２上にｎ側電極８１が形成されている。この半導体レ
ーザでは、隣接層７４においてＩｎ濃度が高い島状の領
域を自励発振のための可飽和吸収領域としている。
【０００４】また特開平９−１９１１６０号公報は、Ｉ
ｎＧａＮ可飽和吸収層を有する半導体レーザを開示す
る。その構造は図１２に示すとおりである。図１２にお
いて、ｎ型ＳｉＣ基板６０上には、ｎ型ＡｌＮ層６１、
ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層６２、ｎ型ＧａＮ光ガイド層
６３、ＩｎＧａＮ量子井戸活性層６４、ｐ型ＧａＮ光ガ
イド層６５、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６６、およびｐ
型ＧａＮコンタクト層６７が順次形成されている。また
ｐ型ＧａＮ光ガイド層６５中にはＩｎＧａＮ可飽和吸収
層６８が設けられている。さらに、基板６０の裏面には
ｎ型電極５９が形成され、ｐ型コンタクト層６７上には
ｐ型電極が形成されている。
ｎＧａＮ可飽和吸収層を有する半導体レーザを開示す
る。その構造は図１２に示すとおりである。図１２にお
いて、ｎ型ＳｉＣ基板６０上には、ｎ型ＡｌＮ層６１、
ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層６２、ｎ型ＧａＮ光ガイド層
６３、ＩｎＧａＮ量子井戸活性層６４、ｐ型ＧａＮ光ガ
イド層６５、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６６、およびｐ
型ＧａＮコンタクト層６７が順次形成されている。また
ｐ型ＧａＮ光ガイド層６５中にはＩｎＧａＮ可飽和吸収
層６８が設けられている。さらに、基板６０の裏面には
ｎ型電極５９が形成され、ｐ型コンタクト層６７上には
ｐ型電極が形成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来、可飽和吸収のた
め使用されてきたＩｎＧａＮから構成されるバンド構造
は、ヘビーホールの有効質量が重いため、価電子帯上部
の状態密度が大きく活性層からの発光を吸収しても飽和
が起きにくい。したがって、特開平９−１９１１６０号
公報のようにＩｎＧａＮを構成元素とした可飽和吸収層
を有する半導体レーザでは、低出力からの可飽和効果が
起きにくいため、自励発振動作を維持するためにはある
程度の出力を出さなければならず、光ディスク用光源と
して用いる際に消費電力および寿命に問題があった。
め使用されてきたＩｎＧａＮから構成されるバンド構造
は、ヘビーホールの有効質量が重いため、価電子帯上部
の状態密度が大きく活性層からの発光を吸収しても飽和
が起きにくい。したがって、特開平９−１９１１６０号
公報のようにＩｎＧａＮを構成元素とした可飽和吸収層
を有する半導体レーザでは、低出力からの可飽和効果が
起きにくいため、自励発振動作を維持するためにはある
程度の出力を出さなければならず、光ディスク用光源と
して用いる際に消費電力および寿命に問題があった。
【０００６】かくして本発明は、低出力から良好に自励
発振する特性を備えた半導体レーザを提供することを目
的としている。
発振する特性を備えた半導体レーザを提供することを目
的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、構成元素
を改善した窒化物系半導体層を導入することで上記問題
を解決することを検討した。その結果、Ａｓ、Ｐおよび
Ｓｂからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素を含
む窒化ガリウム系半導体層を可飽和吸収機能のため使用
することにより、低出力で自励発振できる半導体レーザ
素子が得られることを見出し本発明に至った。
を改善した窒化物系半導体層を導入することで上記問題
を解決することを検討した。その結果、Ａｓ、Ｐおよび
Ｓｂからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素を含
む窒化ガリウム系半導体層を可飽和吸収機能のため使用
することにより、低出力で自励発振できる半導体レーザ
素子が得られることを見出し本発明に至った。
【０００８】すなわち、本発明により、活性層と活性層
よりもバンドギャップエネルギーが高い層とを含む、窒
化ガリウム系半導体から主としてなる積層構造をレーザ
発振のため有する半導体レーザ素子が提供され、該素子
は、活性層から離れた位置において、活性層よりもバン
ドギャップエネルギーが高い層中に、または、活性層よ
りもバンドギャップエネルギーが高い層に接して、活性
層とほぼバンドギャップが等しく、かつＡｓ、Ｐおよび
Ｓｂからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素を含
む窒化ガリウム系半導体層を有することを特徴とする。
よりもバンドギャップエネルギーが高い層とを含む、窒
化ガリウム系半導体から主としてなる積層構造をレーザ
発振のため有する半導体レーザ素子が提供され、該素子
は、活性層から離れた位置において、活性層よりもバン
ドギャップエネルギーが高い層中に、または、活性層よ
りもバンドギャップエネルギーが高い層に接して、活性
層とほぼバンドギャップが等しく、かつＡｓ、Ｐおよび
Ｓｂからなる群より選ばれる少なくとも一種の元素を含
む窒化ガリウム系半導体層を有することを特徴とする。
【０００９】窒化ガリウム系半導体には、たとえば、Ｇ
ａＮ、ＡｌxＧａl-xＮ（０＜ｘ＜１）、ＩｎxＧａ1-xＮ
（０＜ｘ＜１）、ＩｎxＧａyＡｌ1-x-yＮ（０＜ｘ＜
１、０＜ｙ＜１）、ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ1-p-q-rＡｓ
pＰqＳｂr（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ＜１、０≦ｐ、０
≦ｑ、０≦ｒ）等がある。本発明による半導体レーザ素
子の積層構造は、このような窒化ガリウム系半導体から
主としてなるが、必要に応じて、他の半導体、たとえ
ば、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＩｎＡｌＮ等の他のＩＩＩ−Ｖ系
化合物半導体、特にＩＩＩ−Ｎ系化合物半導体を使用す
ることができる。
ａＮ、ＡｌxＧａl-xＮ（０＜ｘ＜１）、ＩｎxＧａ1-xＮ
（０＜ｘ＜１）、ＩｎxＧａyＡｌ1-x-yＮ（０＜ｘ＜
１、０＜ｙ＜１）、ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ1-p-q-rＡｓ
pＰqＳｂr（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ＜１、０≦ｐ、０
≦ｑ、０≦ｒ）等がある。本発明による半導体レーザ素
子の積層構造は、このような窒化ガリウム系半導体から
主としてなるが、必要に応じて、他の半導体、たとえ
ば、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＩｎＡｌＮ等の他のＩＩＩ−Ｖ系
化合物半導体、特にＩＩＩ−Ｎ系化合物半導体を使用す
ることができる。
【００１０】本発明において、上記少なくとも一種の元
素を含む窒化ガリウム系半導体層は、量子井戸構造を形
成することが好ましい。典型的に、本発明において、上
記少なくとも一種の元素を含む窒化ガリウム系半導体層
は、可飽和吸収効果による自励発振をもたらすものであ
る。また、本発明において、活性層よりもバンドギャッ
プエネルギーが高い層は、クラッド層または光ガイド層
とすることができる。
素を含む窒化ガリウム系半導体層は、量子井戸構造を形
成することが好ましい。典型的に、本発明において、上
記少なくとも一種の元素を含む窒化ガリウム系半導体層
は、可飽和吸収効果による自励発振をもたらすものであ
る。また、本発明において、活性層よりもバンドギャッ
プエネルギーが高い層は、クラッド層または光ガイド層
とすることができる。
【００１１】典型的に本発明において、上記少なくとも
一種の元素を含む窒化ガリウム系半導体層は、式Ａｌx
ＩｎyＧａ1-x-yＮ1-p-q-rＡｓpＰqＳｂr（０≦ｘ、０≦
ｙ、ｘ＋ｙ＜１、０≦ｐ、０≦ｑ、０≦ｒ、０．００１
≦ｐ＋ｑ＋ｒ≦０．５）で表される窒化ガリウム系半導
体からなる。上記式において、ｑ＋ｒ＝０かつ０．００
５≦ｐであることが好ましい。これにより、可飽和吸収
層に用いるのに十分な結晶性が得られるという効果がも
たらされる。あるいは上記式において、ｐ＋ｒ＝０かつ
０．００６≦ｑであることが好ましい。これにより、可
飽和吸収層に用いるのに十分な結晶性が得られるという
効果がもたらされる。
一種の元素を含む窒化ガリウム系半導体層は、式Ａｌx
ＩｎyＧａ1-x-yＮ1-p-q-rＡｓpＰqＳｂr（０≦ｘ、０≦
ｙ、ｘ＋ｙ＜１、０≦ｐ、０≦ｑ、０≦ｒ、０．００１
≦ｐ＋ｑ＋ｒ≦０．５）で表される窒化ガリウム系半導
体からなる。上記式において、ｑ＋ｒ＝０かつ０．００
５≦ｐであることが好ましい。これにより、可飽和吸収
層に用いるのに十分な結晶性が得られるという効果がも
たらされる。あるいは上記式において、ｐ＋ｒ＝０かつ
０．００６≦ｑであることが好ましい。これにより、可
飽和吸収層に用いるのに十分な結晶性が得られるという
効果がもたらされる。
【００１２】本発明による素子は、上記少なくとも一種
の元素を含む窒化ガリウム系半導体層を覆うＡｌＧａＮ
からなる層をさらに備えることが好ましい。また、本発
明において積層構造は、ＧａＮからなる基板上に形成さ
れていることが好ましい。
の元素を含む窒化ガリウム系半導体層を覆うＡｌＧａＮ
からなる層をさらに備えることが好ましい。また、本発
明において積層構造は、ＧａＮからなる基板上に形成さ
れていることが好ましい。
【００１３】さらに、本発明において、上記少なくとも
一種の元素を含む窒化ガリウム系半導体層は、活性層よ
りもバンドギャップエネルギーが高い層に比べて結晶性
が低い層とすることができる。一般に、上記少なくとも
一種の元素を含む窒化ガリウム系半導体層は、活性層よ
りもバンドギャップエネルギーが高い層の成長温度に比
べてより低い温度で成長させることが好ましい。
一種の元素を含む窒化ガリウム系半導体層は、活性層よ
りもバンドギャップエネルギーが高い層に比べて結晶性
が低い層とすることができる。一般に、上記少なくとも
一種の元素を含む窒化ガリウム系半導体層は、活性層よ
りもバンドギャップエネルギーが高い層の成長温度に比
べてより低い温度で成長させることが好ましい。
【００１４】上記少なくとも一種の元素を含む窒化ガリ
ウム系半導体層は、たとえば０．１ｎｍ〜５０ｎｍの厚
みを有し、好ましくは０．５ｎｍ〜２０ｎｍの厚みを有
する。
ウム系半導体層は、たとえば０．１ｎｍ〜５０ｎｍの厚
みを有し、好ましくは０．５ｎｍ〜２０ｎｍの厚みを有
する。
【００１５】ＧａＮＡｓ、ＧａＮＰ、ＧａＮＳｂ、Ｇａ
ＮＡｓＰなど、Ａｓ、ＰおよびＳｂからなる群より選ば
れる少なくとも一種の元素を含む窒化ガリウム系半導体
（以下、ＧａＮ（Ａｓ，Ｐ，Ｓｂ）とする）のヘビーホ
ールの有効質量は、ＩｎＧａＮより軽い。したがって、
ＧａＮ（Ａｓ，Ｐ，Ｓｂ）から構成されるバンド構造で
は、バンド端近辺での価電子帯の状態密度は小さくな
る。すなわち、実質的なバンドギャップよりわずかにエ
ネルギーの高い光を吸収する時、ヘビーホールの飽和は
ＧａＮ（Ａｓ，Ｐ，Ｓｂ）の方がＩｎＧａＮに比べて起
きやすい。したがって、可飽和吸収に作用する窒化物系
半導体層にＧａＮ（Ａｓ，Ｐ，Ｓｂ）を構成要素として
用いると、低出力から自励発振する半導体レーザ素子を
得ることができる。
ＮＡｓＰなど、Ａｓ、ＰおよびＳｂからなる群より選ば
れる少なくとも一種の元素を含む窒化ガリウム系半導体
（以下、ＧａＮ（Ａｓ，Ｐ，Ｓｂ）とする）のヘビーホ
ールの有効質量は、ＩｎＧａＮより軽い。したがって、
ＧａＮ（Ａｓ，Ｐ，Ｓｂ）から構成されるバンド構造で
は、バンド端近辺での価電子帯の状態密度は小さくな
る。すなわち、実質的なバンドギャップよりわずかにエ
ネルギーの高い光を吸収する時、ヘビーホールの飽和は
ＧａＮ（Ａｓ，Ｐ，Ｓｂ）の方がＩｎＧａＮに比べて起
きやすい。したがって、可飽和吸収に作用する窒化物系
半導体層にＧａＮ（Ａｓ，Ｐ，Ｓｂ）を構成要素として
用いると、低出力から自励発振する半導体レーザ素子を
得ることができる。
【００１６】このようなレーザの主な用途として低消費
電力の光ディスクシステムが挙げられる。低消費電力を
特徴とする光ディスクシステムにとって量子効率の高い
半導体レーザおよび光電子変換素子と共に低出力から自
励発振する半導体レーザが必要不可欠である。
電力の光ディスクシステムが挙げられる。低消費電力を
特徴とする光ディスクシステムにとって量子効率の高い
半導体レーザおよび光電子変換素子と共に低出力から自
励発振する半導体レーザが必要不可欠である。
【００１７】また、窒化物系半導体層を適当な構造、配
置、数にする事で高出力まで自励発振を維持する半導体
レーザ素子を得ることができる。高出力まで自励発振す
る事で光ディスクシステムにおいて録画や録音などの情
報の書きこみを安定して行なうことが可能になる。
置、数にする事で高出力まで自励発振を維持する半導体
レーザ素子を得ることができる。高出力まで自励発振す
る事で光ディスクシステムにおいて録画や録音などの情
報の書きこみを安定して行なうことが可能になる。
【００１８】
【発明の実施の形態】実施の形態１ 図１は、実施の形態１における半導体レーザ装置の模式
図である。図１において、ＧａＮ基板１１の裏面にはｎ
電極１０が形成され、ＧａＮ基板１１の表面には、ｎ−
ＧａＮバッファ層１２、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１
３、ｎ−ＧａＮガイド層１４、ＧａＮＡｓ活性層１５、
ＡｌＧａＮ蒸発防止層１６、ｐ−ＧａＮガイド層１７、
ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１８、窒化物系半導体層１
９、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層２０、ｐ−ＧａＮコンタ
クト層２１、絶縁膜２２、およびｐ電極２３が形成され
ている。また図１に示すとおり、ｐ電極側はリッジ構造
になっており、電流狭窄により活性層への電流注入分布
を制御している。
図である。図１において、ＧａＮ基板１１の裏面にはｎ
電極１０が形成され、ＧａＮ基板１１の表面には、ｎ−
ＧａＮバッファ層１２、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１
３、ｎ−ＧａＮガイド層１４、ＧａＮＡｓ活性層１５、
ＡｌＧａＮ蒸発防止層１６、ｐ−ＧａＮガイド層１７、
ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１８、窒化物系半導体層１
９、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層２０、ｐ−ＧａＮコンタ
クト層２１、絶縁膜２２、およびｐ電極２３が形成され
ている。また図１に示すとおり、ｐ電極側はリッジ構造
になっており、電流狭窄により活性層への電流注入分布
を制御している。
【００１９】窒化物系半導体層１９の詳細は図２により
説明する。図２は窒化物系半導体層１９の伝導体のエネ
ルギー構造を示す模式図である。図２において、基板１
１側からｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１８、ｐ−ＧａＮ光
ガイド層２４、ｐ−ＧａＮＡｓ単一量子井戸層２５、お
よびｐ−ＡｌＧａＮクラッド層２０のバンドギャップエ
ネルギーが示されている。窒化物系半導体層１９は、ｐ
−ＧａＮ光ガイド層２４とｐ−ＧａＮＡｓ単一量子井戸
２５とによって構成される。このような窒化物系半導体
層１９の実質的なバンドギャップは活性層とほぼ等しい
程度に小さく、さらに光ガイド層２４による活性層から
の発光の効率的な閉じ込めによって、吸収が起こりやす
い構造になっている。以下に図１を参照しつつ実施の形
態１における半導体レーザ装置の製造方法を説明する。
説明する。図２は窒化物系半導体層１９の伝導体のエネ
ルギー構造を示す模式図である。図２において、基板１
１側からｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１８、ｐ−ＧａＮ光
ガイド層２４、ｐ−ＧａＮＡｓ単一量子井戸層２５、お
よびｐ−ＡｌＧａＮクラッド層２０のバンドギャップエ
ネルギーが示されている。窒化物系半導体層１９は、ｐ
−ＧａＮ光ガイド層２４とｐ−ＧａＮＡｓ単一量子井戸
２５とによって構成される。このような窒化物系半導体
層１９の実質的なバンドギャップは活性層とほぼ等しい
程度に小さく、さらに光ガイド層２４による活性層から
の発光の効率的な閉じ込めによって、吸収が起こりやす
い構造になっている。以下に図１を参照しつつ実施の形
態１における半導体レーザ装置の製造方法を説明する。
【００２０】本発明による半導体レーザ素子の構造は、
典型的にエピタキシャル成長法により形成される。この
エピタキシャル成長法は、基板上に結晶膜を成長させる
方法であって、ＶＰＥ（気相エピタキシャル）法、ＣＶ
Ｄ（化学気相デポジション）法、ＭＯＶＰＥ（有機金属
気相エピタキシャル）法、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気
相デポジション）法、Ｈａｌｉｄｅ−ＶＰＥ（ハロゲン
化学気相エピタキシャル）法、ＭＢＥ（分子線エピタキ
シャル）法、ＭＯＭＢＥ（有機金属分子線エピタキシャ
ル）法、ＧＳＭＢＥ（ガス原料分子線エピタキシャル）
法、ＣＢＥ（化学ビームエピタキシャル）法を含む。
典型的にエピタキシャル成長法により形成される。この
エピタキシャル成長法は、基板上に結晶膜を成長させる
方法であって、ＶＰＥ（気相エピタキシャル）法、ＣＶ
Ｄ（化学気相デポジション）法、ＭＯＶＰＥ（有機金属
気相エピタキシャル）法、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気
相デポジション）法、Ｈａｌｉｄｅ−ＶＰＥ（ハロゲン
化学気相エピタキシャル）法、ＭＢＥ（分子線エピタキ
シャル）法、ＭＯＭＢＥ（有機金属分子線エピタキシャ
ル）法、ＧＳＭＢＥ（ガス原料分子線エピタキシャル）
法、ＣＢＥ（化学ビームエピタキシャル）法を含む。
【００２１】まず以下のようにしてＧａＮ基板１１を調
製した。図１０に示すような周期的な開口を持つＳｉＯ
2膜９０１が表面に形成されたサファイア基体９００
（径５．０８ｃｍ（２インチ）、厚み３５０μｍ程度）
をエピタキシャル成長装置内に設置した後、サファイア
基体９００をＨ2フロー中、約１１００℃の温度で熱ク
リーニングした。続いて、このエピタキシャル成長装置
の別の部分にて約７００℃に保持されたＧａにＧａ原料
輸送担体としてのＨＣｌガス（１００ｃｃ／分）および
キャリアガスとしてのＨ2（１０００ｃｃ／分）を供給
して得られるＧａ含有ガス、ＮＨ3（２０００ｃｃ／
分）のＮ原料ガス、ＳｉＨ4のｎ型不純物原料ガス、な
らびにＨ2（１００００ｃｃ／分）のキャリアガスから
なる混合ガスを、１０５０℃に保持されたサファイア基
体９００上に供給してＧａＮ単結晶膜の成長を３時間行
った。得られたＧａＮ単結晶膜は、厚さ５００μｍ程度
であった。なお、本工程において、サファイア基体９０
０上に、周期的な開口を持つＳｌＯ2膜９０１を設けた
のは、約５００μｍ程度というような比較的厚いＧａＮ
単結晶膜をサファイア基体上に成長しても、厚膜内にク
ラックが入らないようにするためである。また、本工程
において成長と同時にＳｉが添加されたので、ｎ導電型
であるＧａＮ単結晶厚膜が得られた。なお、公知のエピ
タキシャル成長法のごとく、本工程において、あらかじ
め、サファイア基体９００とＳｉＯ2膜９０１との間に
ＧａＮエピタキシャル成長層を設けてもよい。この方法
によれば、製造行程は繁雑になるものの、より高品質の
ＧａＮ単結晶膜を得ることができる。
製した。図１０に示すような周期的な開口を持つＳｉＯ
2膜９０１が表面に形成されたサファイア基体９００
（径５．０８ｃｍ（２インチ）、厚み３５０μｍ程度）
をエピタキシャル成長装置内に設置した後、サファイア
基体９００をＨ2フロー中、約１１００℃の温度で熱ク
リーニングした。続いて、このエピタキシャル成長装置
の別の部分にて約７００℃に保持されたＧａにＧａ原料
輸送担体としてのＨＣｌガス（１００ｃｃ／分）および
キャリアガスとしてのＨ2（１０００ｃｃ／分）を供給
して得られるＧａ含有ガス、ＮＨ3（２０００ｃｃ／
分）のＮ原料ガス、ＳｉＨ4のｎ型不純物原料ガス、な
らびにＨ2（１００００ｃｃ／分）のキャリアガスから
なる混合ガスを、１０５０℃に保持されたサファイア基
体９００上に供給してＧａＮ単結晶膜の成長を３時間行
った。得られたＧａＮ単結晶膜は、厚さ５００μｍ程度
であった。なお、本工程において、サファイア基体９０
０上に、周期的な開口を持つＳｌＯ2膜９０１を設けた
のは、約５００μｍ程度というような比較的厚いＧａＮ
単結晶膜をサファイア基体上に成長しても、厚膜内にク
ラックが入らないようにするためである。また、本工程
において成長と同時にＳｉが添加されたので、ｎ導電型
であるＧａＮ単結晶厚膜が得られた。なお、公知のエピ
タキシャル成長法のごとく、本工程において、あらかじ
め、サファイア基体９００とＳｉＯ2膜９０１との間に
ＧａＮエピタキシャル成長層を設けてもよい。この方法
によれば、製造行程は繁雑になるものの、より高品質の
ＧａＮ単結晶膜を得ることができる。
【００２２】次に、ＧａＮ単結晶膜の表面を数１０μｍ
程度ラッピングし、結晶成長工程により生じたＧａＮ単
結晶膜の厚み不均一を解消した。そして、粒度＃４００
程度のダイヤモンドを電着した砥石を装着した研削盤を
用いてサファイア基板を削り、サファイア基体を厚み１
００μｍ程度まで薄くした。その後、粒経１５μｍ程度
のダイヤモンドスラリーを用いて、サファイア基体を完
全にラッピング除去し、ひき続いて、順次粒径を細かく
しながら、最終的に粒径１／２μｍ程度にまで落とし
て、ＧａＮ単結晶膜を削っていった。ＧａＮ単結晶膜を
５０μｍ以上、望ましくは１００μｍ以上削りこむこと
により、機械加工歪みがほぼ除去され、また、結晶成長
初期時の結晶欠陥の多い領域を取り除くことができる。
それから、さらに粒径の細かいダイヤモンドスラリーを
用いたポリシング加工により、スクラッチ傷を除き、表
面を鏡面にした。
程度ラッピングし、結晶成長工程により生じたＧａＮ単
結晶膜の厚み不均一を解消した。そして、粒度＃４００
程度のダイヤモンドを電着した砥石を装着した研削盤を
用いてサファイア基板を削り、サファイア基体を厚み１
００μｍ程度まで薄くした。その後、粒経１５μｍ程度
のダイヤモンドスラリーを用いて、サファイア基体を完
全にラッピング除去し、ひき続いて、順次粒径を細かく
しながら、最終的に粒径１／２μｍ程度にまで落とし
て、ＧａＮ単結晶膜を削っていった。ＧａＮ単結晶膜を
５０μｍ以上、望ましくは１００μｍ以上削りこむこと
により、機械加工歪みがほぼ除去され、また、結晶成長
初期時の結晶欠陥の多い領域を取り除くことができる。
それから、さらに粒径の細かいダイヤモンドスラリーを
用いたポリシング加工により、スクラッチ傷を除き、表
面を鏡面にした。
【００２３】その後、加工にともなう欠陥を取り除くた
めに、アルカリ性ＳｉＯ2スラリーを用いたＣＭＰ（化
学機械ポリシング）を適用し、これによりÅオーダーで
平坦化された結晶成長用の面を得た。これに変えて、Ｋ
ＯＨ溶液を用いたＣＭＰによっても良好な結果が得ら
れ、また、両方のＣＭＰ工程を順次適用しても、良好な
結果が得られた。こうして、ｎ−ＧａＮ基板９０２（２
インチφ、厚さ約４００μｍ）が得られた。
めに、アルカリ性ＳｉＯ2スラリーを用いたＣＭＰ（化
学機械ポリシング）を適用し、これによりÅオーダーで
平坦化された結晶成長用の面を得た。これに変えて、Ｋ
ＯＨ溶液を用いたＣＭＰによっても良好な結果が得ら
れ、また、両方のＣＭＰ工程を順次適用しても、良好な
結果が得られた。こうして、ｎ−ＧａＮ基板９０２（２
インチφ、厚さ約４００μｍ）が得られた。
【００２４】次に各窒化ガリウム半導体層をＧａＮ基板
９０２上にエピタキシャル成長させた。その工程は以下
のとおりである。まず、ＭＯＣＶＤ装置にＧａＮ基板９
０２をセットし、Ｖ族原料のＮＨ3とＩＩＩ族原料のト
リメチルガリウム（ＴＭＧａ）を用いて、５５０℃の成
長温度で低温ＧａＮバッファ層を２５ｎｍの厚みで成長
させる。次に、１０５０℃の成長温度で前記原料にＳｉ
Ｈ4を加えｎ−ＧａＮ層１２（Ｓｉ不純物濃度１×１０
18／ｃｍ3）を３μｍの厚みで形成する。続いて成長温
度を７００℃から８００℃程度に下げ、ＩＩＩ族原料で
あるトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）の供給を行い、
ｎ−Ｉｎ0.07Ｇａ0.93Ｎクラック防止層を４０ｎｍの厚
みで成長させる。再び基板温度を１０５０℃に上げ、Ｉ
ＩＩ族原料であるトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）
を用いて、０．８μｍ厚のｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッ
ド層１３（Ｓｉ不純物濃度１×１０18／ｃｍ3）を成長
させ、続いてｎ−ＧａＮガイド層１４を０．１μｍの厚
みで成長させる。その後、基板温度を８００℃に下げ、
３周期の厚さ４ｎｍのＧａＮ0.98Ａｓ0.02井戸層と厚さ
６ｎｍのＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層より構成される発光
層（多重量子井戸構造）１５を障壁層／井戸層／障壁層
／井戸層／障壁層／井戸層／障壁層の順序で成長させ
た。障壁層と井戸層、または井戸層と障壁層との間に１
秒以上１８０秒以内の成長中断を行っても良い。このこ
とにより各層の平坦性が向上し発光半値幅が減少する。
９０２上にエピタキシャル成長させた。その工程は以下
のとおりである。まず、ＭＯＣＶＤ装置にＧａＮ基板９
０２をセットし、Ｖ族原料のＮＨ3とＩＩＩ族原料のト
リメチルガリウム（ＴＭＧａ）を用いて、５５０℃の成
長温度で低温ＧａＮバッファ層を２５ｎｍの厚みで成長
させる。次に、１０５０℃の成長温度で前記原料にＳｉ
Ｈ4を加えｎ−ＧａＮ層１２（Ｓｉ不純物濃度１×１０
18／ｃｍ3）を３μｍの厚みで形成する。続いて成長温
度を７００℃から８００℃程度に下げ、ＩＩＩ族原料で
あるトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）の供給を行い、
ｎ−Ｉｎ0.07Ｇａ0.93Ｎクラック防止層を４０ｎｍの厚
みで成長させる。再び基板温度を１０５０℃に上げ、Ｉ
ＩＩ族原料であるトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）
を用いて、０．８μｍ厚のｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッ
ド層１３（Ｓｉ不純物濃度１×１０18／ｃｍ3）を成長
させ、続いてｎ−ＧａＮガイド層１４を０．１μｍの厚
みで成長させる。その後、基板温度を８００℃に下げ、
３周期の厚さ４ｎｍのＧａＮ0.98Ａｓ0.02井戸層と厚さ
６ｎｍのＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層より構成される発光
層（多重量子井戸構造）１５を障壁層／井戸層／障壁層
／井戸層／障壁層／井戸層／障壁層の順序で成長させ
た。障壁層と井戸層、または井戸層と障壁層との間に１
秒以上１８０秒以内の成長中断を行っても良い。このこ
とにより各層の平坦性が向上し発光半値幅が減少する。
【００２５】次に基板温度を再び１０５０℃まで昇温し
て、厚み２０ｎｍのｐ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎバリア層１
６、０．１μｍのｐ−ＧａＮガイド層１７、０．３μｍ
のｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１８を成長させる。
ｐ型不純物としてＭｇを５×１０19／ｃｍ3〜２×１０
20／ｃｍ3で添加した。
て、厚み２０ｎｍのｐ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎバリア層１
６、０．１μｍのｐ−ＧａＮガイド層１７、０．３μｍ
のｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１８を成長させる。
ｐ型不純物としてＭｇを５×１０19／ｃｍ3〜２×１０
20／ｃｍ3で添加した。
【００２６】その後基板温度を８００℃程度に下げ、ｐ
−ＧａＮ光ガイド層２４を１０ｎｍの厚みで成長させ、
続いてｐ−ＧａＮＡｓ単一量子井戸層２５を２ｎｍの厚
みで成長させた。単一量子井戸層２５の組成は、ＧａＮ
0.97Ａｓ0.03程度であった。これらの層２４および２５
からなる窒化物系半導体層１９は、キャリア寿命を短く
するためｐ型不純物としてＭｇを添加すると共に、前記
温度で低温成長させることによって結晶性を適度に悪く
している。
−ＧａＮ光ガイド層２４を１０ｎｍの厚みで成長させ、
続いてｐ−ＧａＮＡｓ単一量子井戸層２５を２ｎｍの厚
みで成長させた。単一量子井戸層２５の組成は、ＧａＮ
0.97Ａｓ0.03程度であった。これらの層２４および２５
からなる窒化物系半導体層１９は、キャリア寿命を短く
するためｐ型不純物としてＭｇを添加すると共に、前記
温度で低温成長させることによって結晶性を適度に悪く
している。
【００２７】再び基板温度を１０５０℃に昇温し厚さ
０．２μｍのｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層２０と厚
さ０．１μｍのｐ−ＧａＮコンタクト層２１を成長させ
る。
０．２μｍのｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層２０と厚
さ０．１μｍのｐ−ＧａＮコンタクト層２１を成長させ
る。
【００２８】上記のように各層を構成する元素およびド
ープ元素の各原料には、ＴＭＧａ、ＴＭＡｌ、ＴＭＩ
ｎ、ＮＨ3、ＡｓＨ3、ビスシクロペンタジエニルマグネ
シウム（Ｃｐ2Ｍｇ）、ＳｉＨ4を用いている。活性層１
５、および窒化物系半導体層１９における単一量子井戸
層２５の形成には、Ａｓ混入量が１〜８原子％になるよ
うに成長温度、ガス圧などを調整した。ウェハーのフォ
トルミネッセンスＰＬ測定より活性層からのＰＬ発光ピ
ーク波長と窒化物系半導体層１９からのＰＬ発光ピーク
波長との差が±２０ｎｍ（±０．１５ｅＶ）以内となる
ようにして、これらの実質的なバンドギャップがほぼ等
しくなるように調整する。
ープ元素の各原料には、ＴＭＧａ、ＴＭＡｌ、ＴＭＩ
ｎ、ＮＨ3、ＡｓＨ3、ビスシクロペンタジエニルマグネ
シウム（Ｃｐ2Ｍｇ）、ＳｉＨ4を用いている。活性層１
５、および窒化物系半導体層１９における単一量子井戸
層２５の形成には、Ａｓ混入量が１〜８原子％になるよ
うに成長温度、ガス圧などを調整した。ウェハーのフォ
トルミネッセンスＰＬ測定より活性層からのＰＬ発光ピ
ーク波長と窒化物系半導体層１９からのＰＬ発光ピーク
波長との差が±２０ｎｍ（±０．１５ｅＶ）以内となる
ようにして、これらの実質的なバンドギャップがほぼ等
しくなるように調整する。
【００２９】ｐ−ＧａＮコンタクト層２１形成後、ドラ
イエッチングによりリッジ構造を形成し、絶縁膜２２上
面にＰｄ／Ａｕからなるｐ電極２３を形成する。その
後、ＧａＮ基板の裏面側から研磨もしくはエッチングに
より基板の一部を除去しウェハーの厚みを１００〜１５
０μｍ程度までに薄く調整する。これは後の工程でウェ
ハーを分割し個々のレーザチップにするのを容易にする
ための工程である。特にレーザ端面ミラーも分割時に形
成する場合には、基板の厚みを８０〜１２０μｍ程度に
薄く調整することが望ましい。本実施の形態において
は、研削機および研磨機を用いてウェハーの厚みを１０
０μｍに調整した。なお、研磨機のみでもよい。ウェハ
ーの裏面は研磨機により磨かれているため平らである。
イエッチングによりリッジ構造を形成し、絶縁膜２２上
面にＰｄ／Ａｕからなるｐ電極２３を形成する。その
後、ＧａＮ基板の裏面側から研磨もしくはエッチングに
より基板の一部を除去しウェハーの厚みを１００〜１５
０μｍ程度までに薄く調整する。これは後の工程でウェ
ハーを分割し個々のレーザチップにするのを容易にする
ための工程である。特にレーザ端面ミラーも分割時に形
成する場合には、基板の厚みを８０〜１２０μｍ程度に
薄く調整することが望ましい。本実施の形態において
は、研削機および研磨機を用いてウェハーの厚みを１０
０μｍに調整した。なお、研磨機のみでもよい。ウェハ
ーの裏面は研磨機により磨かれているため平らである。
【００３０】研磨後ＧａＮ基板１１裏面に薄い金属膜を
蒸着し、ｎ電極１０を得た。ｎ電極１０はＨｆ／Ａｌ／
Ｍｏ／Ａｕの層構造よりなる。このような薄い金属膜を
膜厚の制御性よく形成するには真空蒸着法が適してお
り、本実施の形態においてもこの手法を用いた。ただ
し、イオンプレーテイング法やスパッタ法等の他の手法
を用いてもよいことは言うまでもない。ｐおよびｎ電極
特性向上のため金属膜形成後５００℃でアニールを行
い、良好なオーミック電極を得ている。
蒸着し、ｎ電極１０を得た。ｎ電極１０はＨｆ／Ａｌ／
Ｍｏ／Ａｕの層構造よりなる。このような薄い金属膜を
膜厚の制御性よく形成するには真空蒸着法が適してお
り、本実施の形態においてもこの手法を用いた。ただ
し、イオンプレーテイング法やスパッタ法等の他の手法
を用いてもよいことは言うまでもない。ｐおよびｎ電極
特性向上のため金属膜形成後５００℃でアニールを行
い、良好なオーミック電極を得ている。
【００３１】上記により制作された半導体素子は下記の
方法で分割した。まず裏面からダイヤモンドポイントで
スクライブラインを入れ、ウェハーに適宜力を入れ、ス
クライブラインに沿ってウェハーを分割した。他の手法
として、ワイヤソーもしくは薄板ブレードを用いて傷入
れもしくは切断を行なうダイシング法、エキシマレーザ
等のレーザ光の照射加熱とその後の急冷により照射部に
クラックを生じさせこれをスクライブラインとするレー
ザスクライビング法、高エネルギー密度のレーザ光を照
射し、この部分を蒸発させて溝入れ加工を行なうレーザ
アブレーション法等を用いても同様にチップ分割可能で
あった。
方法で分割した。まず裏面からダイヤモンドポイントで
スクライブラインを入れ、ウェハーに適宜力を入れ、ス
クライブラインに沿ってウェハーを分割した。他の手法
として、ワイヤソーもしくは薄板ブレードを用いて傷入
れもしくは切断を行なうダイシング法、エキシマレーザ
等のレーザ光の照射加熱とその後の急冷により照射部に
クラックを生じさせこれをスクライブラインとするレー
ザスクライビング法、高エネルギー密度のレーザ光を照
射し、この部分を蒸発させて溝入れ加工を行なうレーザ
アブレーション法等を用いても同様にチップ分割可能で
あった。
【００３２】さらに半導体レーザ素子の２つの端面に５
０％以下の反射率を有する反射膜と９０％以上の反射率
を有する反射膜を形成し、非対称コーティングをするこ
とで、３０ｍＷ以上の高出力動作させた場合でも安定し
た基本横モードが得られるようした。次にダイボンデイ
ング法により、レーザチップをヒートシンク上にマウン
トし半導体レーザ装置を得た。ここでいうヒートシンク
はステム等のことである。
０％以下の反射率を有する反射膜と９０％以上の反射率
を有する反射膜を形成し、非対称コーティングをするこ
とで、３０ｍＷ以上の高出力動作させた場合でも安定し
た基本横モードが得られるようした。次にダイボンデイ
ング法により、レーザチップをヒートシンク上にマウン
トし半導体レーザ装置を得た。ここでいうヒートシンク
はステム等のことである。
【００３３】このようにして製作された半導体レーザ装
置の諸特性を評価した。直流電流を通電したところ閾値
３０ｍＡでレーザ発振を開始した。スペクトルアナライ
ザーで発振波長を観測したところ４０５ｎｍ±１０ｎｍ
であった。次に、得られた半導体レーザ素子を光ディス
ク用光源に用いた際の戻り光に対する雑音特性を調べ
た。連続発振しているレーザは戻り光との干渉により出
力が不安定になることが知られている。したがって、レ
ーザ素子が低雑音特性を有するためには特定の周期で自
励発振しているとよい。まず光出力を５ｍＷにし、戻り
光が０．１％〜１０％であるときの雑音を調べたところ
−１２７ｄＢ／Ｈｚ以下であることが分かった。次に低
出力での雑音特性を調べるために光出力を１ｍＷ程度に
したところ、同様に雑音は−１３０ｄＢ／Ｈｚ以下であ
った。したがって、本発明による半導体レーザ素子は低
消費電力光ディスクシステムへの応用に適していること
がわかった。
置の諸特性を評価した。直流電流を通電したところ閾値
３０ｍＡでレーザ発振を開始した。スペクトルアナライ
ザーで発振波長を観測したところ４０５ｎｍ±１０ｎｍ
であった。次に、得られた半導体レーザ素子を光ディス
ク用光源に用いた際の戻り光に対する雑音特性を調べ
た。連続発振しているレーザは戻り光との干渉により出
力が不安定になることが知られている。したがって、レ
ーザ素子が低雑音特性を有するためには特定の周期で自
励発振しているとよい。まず光出力を５ｍＷにし、戻り
光が０．１％〜１０％であるときの雑音を調べたところ
−１２７ｄＢ／Ｈｚ以下であることが分かった。次に低
出力での雑音特性を調べるために光出力を１ｍＷ程度に
したところ、同様に雑音は−１３０ｄＢ／Ｈｚ以下であ
った。したがって、本発明による半導体レーザ素子は低
消費電力光ディスクシステムへの応用に適していること
がわかった。
【００３４】比較のために、上述の構造のうち窒化物系
半導体層１９のみＩｎＧａＮ層にかえた半導体レーザを
製作し、その特性を調べた。その結果、光出力５ｍＷに
したときの雑音は−１２５ｄＢ／Ｈｚ以下であったが、
低出力１ｍＷでの雑音を調べたところ１１０ｄＢ以上に
なり、光ディスクシステムへの応用に適していないこと
がわかった。
半導体層１９のみＩｎＧａＮ層にかえた半導体レーザを
製作し、その特性を調べた。その結果、光出力５ｍＷに
したときの雑音は−１２５ｄＢ／Ｈｚ以下であったが、
低出力１ｍＷでの雑音を調べたところ１１０ｄＢ以上に
なり、光ディスクシステムへの応用に適していないこと
がわかった。
【００３５】窒化物系半導体層１９にＧａＮＡｓを用い
る事によって前述のように良好な半導体レーザが得られ
たのは以下の理由による。ＧａＮＡｓはそのヘビーホー
ルの有効質量が軽く、特にＩｎＧａＮに対しては十分軽
い。ヘビーホールが軽いと、ＧａＮＡｓを構成要素とし
た半導体のバンド構造における荷電子帯の上端はきつい
曲率を持つことになり、たとえばバンドギャップよりわ
ずかにエネルギーの大きいフォトンを吸収するような荷
電子帯の状態密度は小さくなる。つまり多数のフォトン
に対しては可飽和状態になりやすい。したがって、半導
体レーザの窒化物系半導体層にＧａＮＡｓを用いること
で、光出力が小さいところから可飽和吸収が起こり自励
発振特性を有することができる。
る事によって前述のように良好な半導体レーザが得られ
たのは以下の理由による。ＧａＮＡｓはそのヘビーホー
ルの有効質量が軽く、特にＩｎＧａＮに対しては十分軽
い。ヘビーホールが軽いと、ＧａＮＡｓを構成要素とし
た半導体のバンド構造における荷電子帯の上端はきつい
曲率を持つことになり、たとえばバンドギャップよりわ
ずかにエネルギーの大きいフォトンを吸収するような荷
電子帯の状態密度は小さくなる。つまり多数のフォトン
に対しては可飽和状態になりやすい。したがって、半導
体レーザの窒化物系半導体層にＧａＮＡｓを用いること
で、光出力が小さいところから可飽和吸収が起こり自励
発振特性を有することができる。
【００３６】可飽和吸収の起きる光出力は、窒化物系半
導体層の層厚や配置位置によって制御できる。一方、も
ともと可飽和特性が優れていない物質では体積を小さく
しなければならないため、光吸収量自体の減少も引き起
こしてしまう。その結果として良好な可飽和特性が得ら
れにくい。
導体層の層厚や配置位置によって制御できる。一方、も
ともと可飽和特性が優れていない物質では体積を小さく
しなければならないため、光吸収量自体の減少も引き起
こしてしまう。その結果として良好な可飽和特性が得ら
れにくい。
【００３７】前述による自励発振特性の他にも実施の形
態１の半導体レーザは閾値特性など良好な特性を示す。
一方、従来のように、クラッド層内にバンドギャップの
大きく異なるＩｎＧａＮからなる層を形成すると、クラ
ッド層との格子不整合から格子欠焔が増える。特にｐ−
クラッド層の結晶性の悪化は、Ｍｇドーバントの効果が
保証されてしまい高抵抗になったり、格子欠陥による電
流注入の不均一、横モードの悪化などがおきる事があ
る。しかし、窒化物系半導体層１９にＧａＮＡｓからな
る層を形成すると、微量のＡｓで大きくボーイングする
ため格子不整合が小さくても十分バンドギャップを小さ
くする事ができる。ここでＧａＮＡｓからなる層のバン
ドギャップ幅は、活性層と同等あるいはわずかに小さい
ものとすることが好ましい。以上の効果から本発明によ
る実施の形態１のクラッド層は良好な結晶性が保たれて
おり均一な電流注入、良好な横モード特性を得ることが
できた。
態１の半導体レーザは閾値特性など良好な特性を示す。
一方、従来のように、クラッド層内にバンドギャップの
大きく異なるＩｎＧａＮからなる層を形成すると、クラ
ッド層との格子不整合から格子欠焔が増える。特にｐ−
クラッド層の結晶性の悪化は、Ｍｇドーバントの効果が
保証されてしまい高抵抗になったり、格子欠陥による電
流注入の不均一、横モードの悪化などがおきる事があ
る。しかし、窒化物系半導体層１９にＧａＮＡｓからな
る層を形成すると、微量のＡｓで大きくボーイングする
ため格子不整合が小さくても十分バンドギャップを小さ
くする事ができる。ここでＧａＮＡｓからなる層のバン
ドギャップ幅は、活性層と同等あるいはわずかに小さい
ものとすることが好ましい。以上の効果から本発明によ
る実施の形態１のクラッド層は良好な結晶性が保たれて
おり均一な電流注入、良好な横モード特性を得ることが
できた。
【００３８】また図１に示す実施の形態１の窒化物半導
体レーザ素子構造は、ＧａＮ基板上形成されている。Ｇ
ａＮ基板上に成長した窒化物系半導体層は、劈開面が基
板と一致しているため、前述の分割プロセスにおいて良
好な劈開面を形成する事が可能である。良好な端面を持
つことにより、実施の形態１の半導体レーザ素子の端面
反射は設計通りの効果があり、安定して自励発振させる
ことが出来た。また歩留まりの高い低雑音窒化物半導体
レーザを提供する事ができる。
体レーザ素子構造は、ＧａＮ基板上形成されている。Ｇ
ａＮ基板上に成長した窒化物系半導体層は、劈開面が基
板と一致しているため、前述の分割プロセスにおいて良
好な劈開面を形成する事が可能である。良好な端面を持
つことにより、実施の形態１の半導体レーザ素子の端面
反射は設計通りの効果があり、安定して自励発振させる
ことが出来た。また歩留まりの高い低雑音窒化物半導体
レーザを提供する事ができる。
【００３９】次に窒化物系半導体層１９のＧａＮＡｓの
代わりにＩｎＧａＮＡｓを用いて、Ａｓの混合量の変化
に対する自励発振特性を調べた。ＧａＮにＩｎ、Ａｓを
微量に混合するとバンドギャップ縮小に作用する。前述
のように良好な可飽和吸収のためにはＡｓを混合する事
が望ましく、その混合量を調べた。図１３に示す結果か
らわかる様に、Ａｓが０．５原子％以上含まれると、低
出力から自励発振する半導体レーザ装置が得られた。
代わりにＩｎＧａＮＡｓを用いて、Ａｓの混合量の変化
に対する自励発振特性を調べた。ＧａＮにＩｎ、Ａｓを
微量に混合するとバンドギャップ縮小に作用する。前述
のように良好な可飽和吸収のためにはＡｓを混合する事
が望ましく、その混合量を調べた。図１３に示す結果か
らわかる様に、Ａｓが０．５原子％以上含まれると、低
出力から自励発振する半導体レーザ装置が得られた。
【００４０】次にリッジの深さの検討を行ったが、ＦＦ
Ｐなどに多少の変化が観測されたものの自励発振特性に
は悪影響は見られなかった。リッジ底部は、ｐ−ＧａＮ
ガイド層〜窒化物系半導体層の間であればよい。
Ｐなどに多少の変化が観測されたものの自励発振特性に
は悪影響は見られなかった。リッジ底部は、ｐ−ＧａＮ
ガイド層〜窒化物系半導体層の間であればよい。
【００４１】図１に示す構造のうち、窒化物系半導体層
１９（可飽和吸収のための層）上下のｐ−ＡｌＧａＮク
ラッド層はどちらか一方だけでもよく、また両者の組成
が違っていてもよい。さらに、可飽和吸収のための層
は、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層の代わりにｎ−ＡｌＧａ
Ｎクラッド層内に形成してもよい。可飽和吸収のための
層の上下に存在するｎ−ＡｌＧａＮクラッド層の組成は
同じでも異なっていてもよい。さらに、可飽和吸収のた
めの層の上側（活性層側）または下側（基板側）のいず
れかのみにｎ−ＡｌＧａＮクラッド層が設けられていて
もよい。さらに、可飽和吸収のための層は、ｐ−または
ｎ−ＧａＮガイド層内に形成されてもよい。ｐ−または
ｎ−ＧａＮガイド層内に設けられた可飽和吸収のための
層の上下に存在するガイド層の組成は、同じでも異なっ
ていてもよい。一方、可飽和吸収のための層は、ｐ−ま
たはｎ−ＧａＮガイド層の上側または下側のみに、当該
ガイド層に接するよう形成してもよい。
１９（可飽和吸収のための層）上下のｐ−ＡｌＧａＮク
ラッド層はどちらか一方だけでもよく、また両者の組成
が違っていてもよい。さらに、可飽和吸収のための層
は、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層の代わりにｎ−ＡｌＧａ
Ｎクラッド層内に形成してもよい。可飽和吸収のための
層の上下に存在するｎ−ＡｌＧａＮクラッド層の組成は
同じでも異なっていてもよい。さらに、可飽和吸収のた
めの層の上側（活性層側）または下側（基板側）のいず
れかのみにｎ−ＡｌＧａＮクラッド層が設けられていて
もよい。さらに、可飽和吸収のための層は、ｐ−または
ｎ−ＧａＮガイド層内に形成されてもよい。ｐ−または
ｎ−ＧａＮガイド層内に設けられた可飽和吸収のための
層の上下に存在するガイド層の組成は、同じでも異なっ
ていてもよい。一方、可飽和吸収のための層は、ｐ−ま
たはｎ−ＧａＮガイド層の上側または下側のみに、当該
ガイド層に接するよう形成してもよい。
【００４２】さらに、実施の形態１の活性層をＩｎＧａ
Ｎ、ＩｎＧａＮＡｓ、ＩｎＧａＮＡｓＰに変えたとこ
ろ、そのバンドギャップがＧａＮＡｓとほぼ等しくなれ
ば可飽和吸収特性に変化は見られず良好な自励発振が得
られた。
Ｎ、ＩｎＧａＮＡｓ、ＩｎＧａＮＡｓＰに変えたとこ
ろ、そのバンドギャップがＧａＮＡｓとほぼ等しくなれ
ば可飽和吸収特性に変化は見られず良好な自励発振が得
られた。
【００４３】窒化物系半導体層１９の構造は、図３に示
すような光ガイド層を持たない単一量子井戸、図４に示
すような光ガイド層を持つ多重量子井戸、光ガイド層を
持たない多重量子井戸、光ガイド層を持つ歪み多重量子
井戸、あるいは光ガイド層を持たない歪み多重量子井戸
であってもよい。これらの構造でも、ほぼ同様な効果が
期待でき、実験の結果、発振閾値３０〜５０ｍÅ、低出
力からの自励発振が確認された。
すような光ガイド層を持たない単一量子井戸、図４に示
すような光ガイド層を持つ多重量子井戸、光ガイド層を
持たない多重量子井戸、光ガイド層を持つ歪み多重量子
井戸、あるいは光ガイド層を持たない歪み多重量子井戸
であってもよい。これらの構造でも、ほぼ同様な効果が
期待でき、実験の結果、発振閾値３０〜５０ｍÅ、低出
力からの自励発振が確認された。
【００４４】図３は、別の構造を有する窒化物系半導体
層１９の伝導体エネルギー構造を示す模式図であり、基
板１１側からｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１８、ｐ−Ｇａ
ＮＡｓ単一量子井戸２６、およびｐ−ＡｌＧａＮクラッ
ド層２０のバンドギャップエネルギーを示している。図
示されるように窒化物系半導体層１９はｐ−ＧａＮＡｓ
単一量子井戸２６によって構成される。
層１９の伝導体エネルギー構造を示す模式図であり、基
板１１側からｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１８、ｐ−Ｇａ
ＮＡｓ単一量子井戸２６、およびｐ−ＡｌＧａＮクラッ
ド層２０のバンドギャップエネルギーを示している。図
示されるように窒化物系半導体層１９はｐ−ＧａＮＡｓ
単一量子井戸２６によって構成される。
【００４５】図４は、さらに別の構造を有する窒化物系
半導体層１９の伝導体エネルギー構造を示す模式図であ
り、ＧａＮ基板１１側からｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１
８、ｐ−ＧａＮ光ガイド層２７、ｐ−ＧａＮＡｓ多重量
子井戸２８、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層２０のバンドギ
ャップエネルギーを示している。図示されるように窒化
物系半導体層１９は、ｐ−ＧａＮ光ガイド層２７および
ｐ−ＧａＮＡｓ多重量子井戸２８によって構成される。
半導体層１９の伝導体エネルギー構造を示す模式図であ
り、ＧａＮ基板１１側からｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１
８、ｐ−ＧａＮ光ガイド層２７、ｐ−ＧａＮＡｓ多重量
子井戸２８、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層２０のバンドギ
ャップエネルギーを示している。図示されるように窒化
物系半導体層１９は、ｐ−ＧａＮ光ガイド層２７および
ｐ−ＧａＮＡｓ多重量子井戸２８によって構成される。
【００４６】実施の形態２ 図５に示す実施の形態２の半導体レーザ素子は、可飽和
吸収のための窒化物系半導体層１９がＡｌＧａＮからな
る保護層２９で覆われる構造を有する。他の構造は、実
施の形態１と同様である。図５を参照すると、ＧａＮ基
板１１の裏面にはｎ電極１０が形成され、ＧａＮ基板１
１上には、ｎ−ＧａＮバッファ層１２、ｎ−ＡｌＧａＮ
クラッド層１３、ｎ−ＧａＮガイド層１４、ＧａＮＡｓ
活性層１５、ＡｌＧａＮ蒸発防止層１６、ｐ−ＧａＮガ
イド層１７、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１８、窒化物系
半導体層１９、ＡｌＧａＮ保護層２９、ｐ−ＡｌＧａＮ
クラッド層２０、ｐ−ＧａＮコンタクト層２１、絶縁膜
２２、およびｐ電極２３が形成されている。
吸収のための窒化物系半導体層１９がＡｌＧａＮからな
る保護層２９で覆われる構造を有する。他の構造は、実
施の形態１と同様である。図５を参照すると、ＧａＮ基
板１１の裏面にはｎ電極１０が形成され、ＧａＮ基板１
１上には、ｎ−ＧａＮバッファ層１２、ｎ−ＡｌＧａＮ
クラッド層１３、ｎ−ＧａＮガイド層１４、ＧａＮＡｓ
活性層１５、ＡｌＧａＮ蒸発防止層１６、ｐ−ＧａＮガ
イド層１７、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層１８、窒化物系
半導体層１９、ＡｌＧａＮ保護層２９、ｐ−ＡｌＧａＮ
クラッド層２０、ｐ−ＧａＮコンタクト層２１、絶縁膜
２２、およびｐ電極２３が形成されている。
【００４７】エピタキシャル成長過程においてｐ−Ａｌ
ＧａＮクラッド層は高温で成長させる。したがって、Ａ
ｓ、Ｐ等を制御よく微量加えた薄い可飽和吸収層の特性
を変えることなく、可飽和吸収層上にクラッド層を成長
させることは時として困難になる。そこで、可飽和吸収
のための窒化物系半導体層１９を形成した後、その上に
ＡｌＧａＮからなる保護層２９を形成し、保護層２９上
にｐ−ＡｌＧａＮクラッド層２０を形成した。保護層２
９は、クラッド層成長の場合よりも低温で成長させた。
保護層２９は、クラッド層の形成時にＡｓ、ＰまたはＳ
ｂの揮発成分の散逸を防ぎ、窒化物系半導体層１９の組
成および特性が変化するのを防ぐことができる。
ＧａＮクラッド層は高温で成長させる。したがって、Ａ
ｓ、Ｐ等を制御よく微量加えた薄い可飽和吸収層の特性
を変えることなく、可飽和吸収層上にクラッド層を成長
させることは時として困難になる。そこで、可飽和吸収
のための窒化物系半導体層１９を形成した後、その上に
ＡｌＧａＮからなる保護層２９を形成し、保護層２９上
にｐ−ＡｌＧａＮクラッド層２０を形成した。保護層２
９は、クラッド層成長の場合よりも低温で成長させた。
保護層２９は、クラッド層の形成時にＡｓ、ＰまたはＳ
ｂの揮発成分の散逸を防ぎ、窒化物系半導体層１９の組
成および特性が変化するのを防ぐことができる。
【００４８】実施の形態２の半導体レーザの製作プロセ
スは保護層２９を低温成長させる以外は実施の形態１と
同様である。このようにして得られた半導体レーザを評
価し、以下の結果が得られた。自励発振を良好に行える
光出力の実際値と設計値との誤差およびばらつきを比較
したものが表１である。表１によれば、特にばらつきが
減少しているのがわかる。保護層を設けることで制御性
よく自励発振を行える半導体レーザ装置を提供すること
ができ、さらに、半導体レーザ素子を光ディスクシステ
ム用光源として用いる際の歩留まりを向上させることが
できる。なお発振閾値、ＦＦＰなどの半導体レーザにお
ける一般的な諸特性は実施の形態１とほぼ同じであっ
た。
スは保護層２９を低温成長させる以外は実施の形態１と
同様である。このようにして得られた半導体レーザを評
価し、以下の結果が得られた。自励発振を良好に行える
光出力の実際値と設計値との誤差およびばらつきを比較
したものが表１である。表１によれば、特にばらつきが
減少しているのがわかる。保護層を設けることで制御性
よく自励発振を行える半導体レーザ装置を提供すること
ができ、さらに、半導体レーザ素子を光ディスクシステ
ム用光源として用いる際の歩留まりを向上させることが
できる。なお発振閾値、ＦＦＰなどの半導体レーザにお
ける一般的な諸特性は実施の形態１とほぼ同じであっ
た。
【００４９】
【表１】
【００５０】実施の形態３ 実施の形態３は、実施の形態１または２における窒化物
系半導体層１９のＧａＮＡｓをＧａＮＰに変えた半導体
レーザ装置である。その製造プロセスは実施の形態１に
おける原料としてＡｓＨ3の代わりにＰＨ3を用いる以外
は同様である。本プロセスにおいてＶ族元素であるＰの
混入量は１〜１２原子％に調整されている。得られた半
導体レーザ装置の特性評価を行った。発振閾値は３４ｍ
Ａであり、発振波長は４００ｎｍ±１０ｎｍに制御でき
ている。光出力５ｍＷ、戻り光量０．１％〜１０％の時
の相対雑音強度は−１２６ｄＢ／Ｈｚ以下であった。ま
た実施の形態２にしたがって保護層を導入したところ同
様に歩留まりの向上が確認された。
系半導体層１９のＧａＮＡｓをＧａＮＰに変えた半導体
レーザ装置である。その製造プロセスは実施の形態１に
おける原料としてＡｓＨ3の代わりにＰＨ3を用いる以外
は同様である。本プロセスにおいてＶ族元素であるＰの
混入量は１〜１２原子％に調整されている。得られた半
導体レーザ装置の特性評価を行った。発振閾値は３４ｍ
Ａであり、発振波長は４００ｎｍ±１０ｎｍに制御でき
ている。光出力５ｍＷ、戻り光量０．１％〜１０％の時
の相対雑音強度は−１２６ｄＢ／Ｈｚ以下であった。ま
た実施の形態２にしたがって保護層を導入したところ同
様に歩留まりの向上が確認された。
【００５１】次に、実施の形態１または２における窒化
物系半導体層１９のＧａＮＡｓをＩｎＧａＮＰに変えて
自励発振特性を評価したところ、Ｐが０．６原子％以上
含まれていると良好な自励発振が起きることが分かっ
た。
物系半導体層１９のＧａＮＡｓをＩｎＧａＮＰに変えて
自励発振特性を評価したところ、Ｐが０．６原子％以上
含まれていると良好な自励発振が起きることが分かっ
た。
【００５２】また実施の形態３の活性層をＩｎＧａＮ、
ＩｎＧａＮＡｓ、ＩｎＧａＮＡｓＰに変えたところ、そ
のバンドギャップがＧａＮＰとほぼ等しくなれば可飽和
吸収特性に変化は見られず良好な自励発振が得られた。
ＩｎＧａＮＡｓ、ＩｎＧａＮＡｓＰに変えたところ、そ
のバンドギャップがＧａＮＰとほぼ等しくなれば可飽和
吸収特性に変化は見られず良好な自励発振が得られた。
【００５３】実施の形態４ 図６は本実施の形態における半導体レーザ装置を示す模
式図である。図６において、ＧａＮ基板１１１の裏面に
はｎ電極１１０が設けられている。ＧａＮ基板１１１の
表面には、ｎ−ＧａＮバッファ層１１２、ｎ−ＡｌＧａ
Ｎクラッド層１１３、ｎ−ＧａＮガイド層１１４、Ｉｎ
ＧａＮＡｓＰ活性層１１５、ＡｌＧａＮ蒸発防止層１１
６、ｐ−ＧａＮガイド層１１７、第１の窒化物系半導体
層１１８、ｐ−ＧａＮガイド層１１９、ｐ−ＡｌＧａＮ
クラッド層１２０、第２の窒化物系半導体層１２１、ｐ
−ＡｌＧａＮクラッド層１２２、ｐ−ＧａＮコンタクト
層１２３、絶縁膜１２４、およびｐ電極１２５が設けら
れている。なお、図６に示すようにｐ電極側はリッジ構
造になっており、電流狭窄により活性層への電流注入分
布を制御している。第１の窒化物系半導体層１１８およ
び第２の窒化物系半導体層１２１の詳細は図２に示すと
おりであり、バンドギャップエネルギーの分布は実施の
形態１と同様である。第１の窒化物系半導体層１１８お
よび第２の窒化物系半導体層１２１はそれぞれ、ＧａＮ
基板側から、ｐ−ＧａＮ光ガイド層２４およびｐ−Ｉｎ
ＧａＮＡｓＰ単一量子井戸２５によって構成される。第
１の窒化物系半導体層１１８および第２の窒化物系半導
体層１２１の実質的なバンドギャップは活性層とほぼ等
しい程度に小さく、光ガイド層２４による活性層からの
発光の効率的な閉じ込めによって、吸収が起こりやすく
なっている。
式図である。図６において、ＧａＮ基板１１１の裏面に
はｎ電極１１０が設けられている。ＧａＮ基板１１１の
表面には、ｎ−ＧａＮバッファ層１１２、ｎ−ＡｌＧａ
Ｎクラッド層１１３、ｎ−ＧａＮガイド層１１４、Ｉｎ
ＧａＮＡｓＰ活性層１１５、ＡｌＧａＮ蒸発防止層１１
６、ｐ−ＧａＮガイド層１１７、第１の窒化物系半導体
層１１８、ｐ−ＧａＮガイド層１１９、ｐ−ＡｌＧａＮ
クラッド層１２０、第２の窒化物系半導体層１２１、ｐ
−ＡｌＧａＮクラッド層１２２、ｐ−ＧａＮコンタクト
層１２３、絶縁膜１２４、およびｐ電極１２５が設けら
れている。なお、図６に示すようにｐ電極側はリッジ構
造になっており、電流狭窄により活性層への電流注入分
布を制御している。第１の窒化物系半導体層１１８およ
び第２の窒化物系半導体層１２１の詳細は図２に示すと
おりであり、バンドギャップエネルギーの分布は実施の
形態１と同様である。第１の窒化物系半導体層１１８お
よび第２の窒化物系半導体層１２１はそれぞれ、ＧａＮ
基板側から、ｐ−ＧａＮ光ガイド層２４およびｐ−Ｉｎ
ＧａＮＡｓＰ単一量子井戸２５によって構成される。第
１の窒化物系半導体層１１８および第２の窒化物系半導
体層１２１の実質的なバンドギャップは活性層とほぼ等
しい程度に小さく、光ガイド層２４による活性層からの
発光の効率的な閉じ込めによって、吸収が起こりやすく
なっている。
【００５４】本実施の形態における半導体レーザ装置の
製造方法は、実施の形態１とほぼ同様である。得られた
半導体レーザを評価した結果は以下のとおりである。直
流電流を通電したところ閾値３５ｍＡでレーザ発振を開
始した。スペクトルアナライザーで発振波長を観測した
ところ４０５ｎｍ±１０ｎｍであった。次に光ディスク
用光源に用いた際の戻り光に対する雑音特性を調べた。
連続発振しているレーザは戻り光との干渉により出力が
不安定になることが知られており、低雑音特性を有する
ためには特定の周期で自励発振をしているとよい。まず
光出力を５ｍＷにし、戻り光０．１％〜１０％の時の雑
音を調べたところ−１３０ｄＢ／Ｈｚ以下であることが
分かった。次に低出力での雑音特性を調べるために光出
力を１ｍＷ程度にしたところ同様に−１３０ｄＢ／Ｈｚ
以下であり、低消費電力光ディスクシステムの応用に適
していることがわかった。次に高出力での雑音特性を調
べるために光出力を３０ｍＷ程度にしたところ同様に−
１２８ｄＢ／Ｈｚ以下であり、光ディスクシステムにお
いて録画、録音といった情報の書きこみ用として十分使
えた。
製造方法は、実施の形態１とほぼ同様である。得られた
半導体レーザを評価した結果は以下のとおりである。直
流電流を通電したところ閾値３５ｍＡでレーザ発振を開
始した。スペクトルアナライザーで発振波長を観測した
ところ４０５ｎｍ±１０ｎｍであった。次に光ディスク
用光源に用いた際の戻り光に対する雑音特性を調べた。
連続発振しているレーザは戻り光との干渉により出力が
不安定になることが知られており、低雑音特性を有する
ためには特定の周期で自励発振をしているとよい。まず
光出力を５ｍＷにし、戻り光０．１％〜１０％の時の雑
音を調べたところ−１３０ｄＢ／Ｈｚ以下であることが
分かった。次に低出力での雑音特性を調べるために光出
力を１ｍＷ程度にしたところ同様に−１３０ｄＢ／Ｈｚ
以下であり、低消費電力光ディスクシステムの応用に適
していることがわかった。次に高出力での雑音特性を調
べるために光出力を３０ｍＷ程度にしたところ同様に−
１２８ｄＢ／Ｈｚ以下であり、光ディスクシステムにお
いて録画、録音といった情報の書きこみ用として十分使
えた。
【００５５】低出力時における半導体レーザ内の光は、
第１の窒化物系半導体層１１８の位置においてより多く
分布し、ＩｎＧａＮＡｓＰの可飽和吸収しやすい特性の
ため、第１の窒化物系半導体層１１８の可飽和吸収効果
により自励発振を開始する。一方、高出力になると注入
キャリアの影響によって半導体レーザ内のキャリア分布
が変化し、第２の窒化物系半導体層１２１の位置での光
分布も大きくなる。この場合、第１および第２の両方の
窒化物系半導体層の可飽和吸収効果によって自励発振が
生じる。このように低出力から高出力まで自励発振する
半導体レーザ装置が得られた。
第１の窒化物系半導体層１１８の位置においてより多く
分布し、ＩｎＧａＮＡｓＰの可飽和吸収しやすい特性の
ため、第１の窒化物系半導体層１１８の可飽和吸収効果
により自励発振を開始する。一方、高出力になると注入
キャリアの影響によって半導体レーザ内のキャリア分布
が変化し、第２の窒化物系半導体層１２１の位置での光
分布も大きくなる。この場合、第１および第２の両方の
窒化物系半導体層の可飽和吸収効果によって自励発振が
生じる。このように低出力から高出力まで自励発振する
半導体レーザ装置が得られた。
【００５６】なお窒化物系半導体層はｎ−ＧａＮ光ガイ
ド層およびｎ−ＩｎＧａＮＡｓＰ単一量子井戸からなっ
てもよい。この場合、１つの窒化物系半導体層がｎ層
（たとえばｎ−クラッド層またはｎ−ガイド層）内また
はｎ層（たとえばｎ−クラッド層またはｎ−ガイド層）
に接するよう設けられてもよいし、２つの窒化物系半導
体層が同様に設けられてもよい。ｎ層側に可飽和吸収の
ための層を設けても上記と同様の効果を得ることができ
る。上記構造はさらに、実施の形態２と同様、可飽和吸
収のための層を覆う保護層を有してもよい。保護層を用
いることで歩留まりが向上した。
ド層およびｎ−ＩｎＧａＮＡｓＰ単一量子井戸からなっ
てもよい。この場合、１つの窒化物系半導体層がｎ層
（たとえばｎ−クラッド層またはｎ−ガイド層）内また
はｎ層（たとえばｎ−クラッド層またはｎ−ガイド層）
に接するよう設けられてもよいし、２つの窒化物系半導
体層が同様に設けられてもよい。ｎ層側に可飽和吸収の
ための層を設けても上記と同様の効果を得ることができ
る。上記構造はさらに、実施の形態２と同様、可飽和吸
収のための層を覆う保護層を有してもよい。保護層を用
いることで歩留まりが向上した。
【００５７】実施の形態５ 図７は本実施の形態における半導体レーザ装置を示す模
式図である。図７において、ＧａＮ基板２１１の裏面に
はｎ電極２１０が形成され、ＧａＮ基板２１１の表面に
は、ｎ−ＧａＮバッファ層２１２、ｎ−ＡｌＧａＮクラ
ッド層２１３、第１の窒化物系半導体層２１４、ｎ−Ａ
ｌＧａＮクラッド層２１５、ｎ−ＧａＮガイド層２１
６、ＩｎＧａＮＡｓＰ活性層２１７、ＡｌＧａＮ蒸発防
止層２１８、ｐ−ＧａＮガイド層２１９、ｐ−ＡｌＧａ
Ｎクラッド層２２０、第２の窒化物系半導体層２２１、
ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層２２２、ｐ−ＧａＮコンタク
ト層２２３、絶縁膜２２４、およびｐ電極２２５が形成
されている。また図７に示すようにｐ電極側は電極スト
ライプ構造になっており、電流狭窄により活性層への電
流注入分布を制御している。第１の窒化物系半導体層２
１４および第２の窒化物系半導体層２２１の詳細は図２
に示すとおりであり、バンドギャップエネルギーの分布
は実施の形態１と同様である。第１の窒化物系半導体層
２１４は、ＧａＮ基板側から、ｎ−ＧａＮ光ガイド層お
よびｎ−ＩｎＧａＮＡｓＰ単一量子井戸によって構成さ
れ、第２の窒化物系半導体層２２１は、ＧａＮ基板側か
ら、ｐ−ＧａＮ光ガイド層およびｐ−ＩｎＧａＮＡｓＰ
単一量子井戸によって構成される。第１の窒化物系半導
体層２１４および第２の窒化物系半導体層２２１の実質
的なバンドギャップは活性層とほぼ等しい程度に小さ
く、光ガイド層による活性層からの発光の効率的な閉じ
込めによって、吸収が起こりやすくなっている。第１の
窒化物系半導体層２１４と第２の窒化物系半導体層２２
１とは活性層に対して対称な位置に配置されている。
式図である。図７において、ＧａＮ基板２１１の裏面に
はｎ電極２１０が形成され、ＧａＮ基板２１１の表面に
は、ｎ−ＧａＮバッファ層２１２、ｎ−ＡｌＧａＮクラ
ッド層２１３、第１の窒化物系半導体層２１４、ｎ−Ａ
ｌＧａＮクラッド層２１５、ｎ−ＧａＮガイド層２１
６、ＩｎＧａＮＡｓＰ活性層２１７、ＡｌＧａＮ蒸発防
止層２１８、ｐ−ＧａＮガイド層２１９、ｐ−ＡｌＧａ
Ｎクラッド層２２０、第２の窒化物系半導体層２２１、
ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層２２２、ｐ−ＧａＮコンタク
ト層２２３、絶縁膜２２４、およびｐ電極２２５が形成
されている。また図７に示すようにｐ電極側は電極スト
ライプ構造になっており、電流狭窄により活性層への電
流注入分布を制御している。第１の窒化物系半導体層２
１４および第２の窒化物系半導体層２２１の詳細は図２
に示すとおりであり、バンドギャップエネルギーの分布
は実施の形態１と同様である。第１の窒化物系半導体層
２１４は、ＧａＮ基板側から、ｎ−ＧａＮ光ガイド層お
よびｎ−ＩｎＧａＮＡｓＰ単一量子井戸によって構成さ
れ、第２の窒化物系半導体層２２１は、ＧａＮ基板側か
ら、ｐ−ＧａＮ光ガイド層およびｐ−ＩｎＧａＮＡｓＰ
単一量子井戸によって構成される。第１の窒化物系半導
体層２１４および第２の窒化物系半導体層２２１の実質
的なバンドギャップは活性層とほぼ等しい程度に小さ
く、光ガイド層による活性層からの発光の効率的な閉じ
込めによって、吸収が起こりやすくなっている。第１の
窒化物系半導体層２１４と第２の窒化物系半導体層２２
１とは活性層に対して対称な位置に配置されている。
【００５８】本実施の形態における半導体レーザ装置
は、実施の形態１とほぼ同様にして製造される。得られ
た半導体レーザを評価した結果は以下のとおりである。
直流電流を通電したところ閾値３２ｍＡでレーザ発振を
開始した。スペクトルアナライザーで発振波長を観測し
たところ４０５ｎｍ±１０ｎｍであった。次に光ディス
ク用光源に用いた際の戻り光に対する雑音特性を調べ
た。連続発振しているレーザは戻り光との干渉により出
力が不安定になることが知られており低雑音特性を有す
るためには特定の周期で自励発振をしているとよい。ま
ず光出力を５ｍＷにし、戻り光０．１％〜１０％の時の
雑音を調べたところ−１３０ｄＢ／Ｈｚ以下であること
が分かった。次に低出力での雑音特性を調べるために光
出力を１ｍＷ程度にしたところ同様に−１２７ｄＢ／Ｈ
ｚ以下であり、低消費電力光ディスクシステムの応用に
適していることがわかった。
は、実施の形態１とほぼ同様にして製造される。得られ
た半導体レーザを評価した結果は以下のとおりである。
直流電流を通電したところ閾値３２ｍＡでレーザ発振を
開始した。スペクトルアナライザーで発振波長を観測し
たところ４０５ｎｍ±１０ｎｍであった。次に光ディス
ク用光源に用いた際の戻り光に対する雑音特性を調べ
た。連続発振しているレーザは戻り光との干渉により出
力が不安定になることが知られており低雑音特性を有す
るためには特定の周期で自励発振をしているとよい。ま
ず光出力を５ｍＷにし、戻り光０．１％〜１０％の時の
雑音を調べたところ−１３０ｄＢ／Ｈｚ以下であること
が分かった。次に低出力での雑音特性を調べるために光
出力を１ｍＷ程度にしたところ同様に−１２７ｄＢ／Ｈ
ｚ以下であり、低消費電力光ディスクシステムの応用に
適していることがわかった。
【００５９】またＮＦＰを調べたところ、ビームパター
ンが良好であり、レンズで集光したときの縦横比が実施
の形態１に対して改善された。これは、光ディスクシス
テムに応用する際の光学系の部品数削減につながりコス
トダウンにつながる。これは活性層の上下に窒化物系半
導体層を対称に備えることで半導体レーザ内の光分布が
対称になったためである。以上示すように、ＩｎＧａＮ
ＡｓＰを構成元素とした複数の窒化物系半導体層を、活
性層を中心として対称な位置に配置する事で、低出力か
ら自励発振するビームパターンの優れた半導体レーザ装
置を提供できる。
ンが良好であり、レンズで集光したときの縦横比が実施
の形態１に対して改善された。これは、光ディスクシス
テムに応用する際の光学系の部品数削減につながりコス
トダウンにつながる。これは活性層の上下に窒化物系半
導体層を対称に備えることで半導体レーザ内の光分布が
対称になったためである。以上示すように、ＩｎＧａＮ
ＡｓＰを構成元素とした複数の窒化物系半導体層を、活
性層を中心として対称な位置に配置する事で、低出力か
ら自励発振するビームパターンの優れた半導体レーザ装
置を提供できる。
【００６０】上記構造はさらに、実施の形態２と同様、
可飽和吸収のための層を覆う保護層を有してもよい。保
護層を用いることで歩留まりが向上した。また本実施の
形態では電流狭窄を行なうため電流ストライプ構造を用
いているが、リッジ構造でもよい。
可飽和吸収のための層を覆う保護層を有してもよい。保
護層を用いることで歩留まりが向上した。また本実施の
形態では電流狭窄を行なうため電流ストライプ構造を用
いているが、リッジ構造でもよい。
【００６１】実施の形態６ 図８は本実施の形態における半導体レーザ装置を示す模
式図である。図８において、ＧａＮ基板３０１の裏面に
はｎ電極３００が設けられ、ＧａＮ基板３０１の表面に
は、ｎ−ＧａＮバッファ層３０２、ｎ−ＡｌＧａＮクラ
ッド層３０３、ｎ−ＧａＮガイド層３０４、ＧａＮＡｓ
活性層３０５、ＡｌＧａＮ蒸発防止層３０８、ｐ−Ｇａ
Ｎガイド層３０７、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層３０８、
ｎ−ＡｌＧａＮブロック層３０９、窒化物系半導体層３
１０、ｐ−ＧａＮコンタクト層３１１、およびｐ電極３
１２が形成されている。ｐ層内に配置されたｎ−ブロッ
ク層により活性層へ注入される電流は狭窄されている。
窒化物系半導体層３１０の構成は、図２に示すとおりで
あり、ＧａＮ基板側から、ｐ−ＧａＮ光ガイド層２４お
よびｐ−ＧａＮＡｓ単一量子井戸２５によって窒化物系
半導体層３１０は構成される。窒化物系半導体層３１０
の実質的なバンドギャップは活性層とほぼ等しい程度に
小さく、光ガイド層２４による活性層からの発光の効率
的な閉じ込めによって、吸収が起こりやすくなってい
る。
式図である。図８において、ＧａＮ基板３０１の裏面に
はｎ電極３００が設けられ、ＧａＮ基板３０１の表面に
は、ｎ−ＧａＮバッファ層３０２、ｎ−ＡｌＧａＮクラ
ッド層３０３、ｎ−ＧａＮガイド層３０４、ＧａＮＡｓ
活性層３０５、ＡｌＧａＮ蒸発防止層３０８、ｐ−Ｇａ
Ｎガイド層３０７、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層３０８、
ｎ−ＡｌＧａＮブロック層３０９、窒化物系半導体層３
１０、ｐ−ＧａＮコンタクト層３１１、およびｐ電極３
１２が形成されている。ｐ層内に配置されたｎ−ブロッ
ク層により活性層へ注入される電流は狭窄されている。
窒化物系半導体層３１０の構成は、図２に示すとおりで
あり、ＧａＮ基板側から、ｐ−ＧａＮ光ガイド層２４お
よびｐ−ＧａＮＡｓ単一量子井戸２５によって窒化物系
半導体層３１０は構成される。窒化物系半導体層３１０
の実質的なバンドギャップは活性層とほぼ等しい程度に
小さく、光ガイド層２４による活性層からの発光の効率
的な閉じ込めによって、吸収が起こりやすくなってい
る。
【００６２】本実施の形態における半導体レーザ装置の
製造方法は実施の形態１とほぼ同様である。製作された
半導体レーザを評価した結果は以下のとおりである。直
流電流を通電したところ閾値２５ｍＡでレーザ発振を開
始した。スペクトルアナライザーで発振波長を観測した
ところ４０５ｎｍ±１０ｎｍであった。次に光ディスク
用光源に用いた際の戻り光に対する雑音特性を調べた。
連続発振しているレーザは戻り光との干渉により出力が
不安定になることが知られており低雑音特性を有するた
めには特定の周期で自励発振をしているとよい。まず光
出力を５ｍＷにし、戻り光０．１％〜１０％の時の雑音
を調べたところ−１３２ｄＢ／Ｈｚ以下であることが分
かった。次に低出力での雑音特性を調べるために光出力
を１ｍＷ程度にしたところ同様に−１２８ｄＢ／Ｈｚ以
下であり、低消費電力光ディスクシステムの応用に適し
ていることがわかった。
製造方法は実施の形態１とほぼ同様である。製作された
半導体レーザを評価した結果は以下のとおりである。直
流電流を通電したところ閾値２５ｍＡでレーザ発振を開
始した。スペクトルアナライザーで発振波長を観測した
ところ４０５ｎｍ±１０ｎｍであった。次に光ディスク
用光源に用いた際の戻り光に対する雑音特性を調べた。
連続発振しているレーザは戻り光との干渉により出力が
不安定になることが知られており低雑音特性を有するた
めには特定の周期で自励発振をしているとよい。まず光
出力を５ｍＷにし、戻り光０．１％〜１０％の時の雑音
を調べたところ−１３２ｄＢ／Ｈｚ以下であることが分
かった。次に低出力での雑音特性を調べるために光出力
を１ｍＷ程度にしたところ同様に−１２８ｄＢ／Ｈｚ以
下であり、低消費電力光ディスクシステムの応用に適し
ていることがわかった。
【００６３】窒化物系半導体層の位置、構造、数を検討
したところ、実施の形態１〜４と同様に光ガイド層を持
たない単一量子井戸、光ガイド層を持つ多重量子井戸、
光ガイド層を持たない多重量子井戸、光ガイド層を持つ
歪み多重量子井戸、光ガイド層を持たない歪み多重量子
井戸でもほぼ同様な効果がある。また可飽和吸収のため
の層の位置は、ｐ−クラッド層内、ｎ−ブロック層とｐ
−クラッド層の境界、ｐ−またはｎ−ガイド層内、ｎ−
クラッド層内であってもよい。その数は、実施の形態４
と同様に２個であってもよく、同様の構造によって低出
力から自励発振を伴う窒化物半導体レーザ装置が得られ
た。また、実施の形態２と同様に窒化物系半導体層を覆
う保護層があってもよく、保護層を用いることで歩留ま
りが向上した。
したところ、実施の形態１〜４と同様に光ガイド層を持
たない単一量子井戸、光ガイド層を持つ多重量子井戸、
光ガイド層を持たない多重量子井戸、光ガイド層を持つ
歪み多重量子井戸、光ガイド層を持たない歪み多重量子
井戸でもほぼ同様な効果がある。また可飽和吸収のため
の層の位置は、ｐ−クラッド層内、ｎ−ブロック層とｐ
−クラッド層の境界、ｐ−またはｎ−ガイド層内、ｎ−
クラッド層内であってもよい。その数は、実施の形態４
と同様に２個であってもよく、同様の構造によって低出
力から自励発振を伴う窒化物半導体レーザ装置が得られ
た。また、実施の形態２と同様に窒化物系半導体層を覆
う保護層があってもよく、保護層を用いることで歩留ま
りが向上した。
【００６４】実施の形態７ 次に実施の形態１〜８によって得られた半導体レーザ素
子を実際に光ディスク用光源に用いたときの特性を評価
した。図９は、本実施の形態の光学式情報再生装置を示
す図である。装置は、基台１００１上に設置された半導
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、反射光
を集光するためのレンズ１００７、および集光された光
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１００２か
ら出射したレーザ光は、コリメータレンズ１００３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、磁気変調または屈折
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に集光される。光検出器１００８で光学的に検
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。
子を実際に光ディスク用光源に用いたときの特性を評価
した。図９は、本実施の形態の光学式情報再生装置を示
す図である。装置は、基台１００１上に設置された半導
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、反射光
を集光するためのレンズ１００７、および集光された光
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１００２か
ら出射したレーザ光は、コリメータレンズ１００３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、磁気変調または屈折
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に集光される。光検出器１００８で光学的に検
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。
【００６５】実施の形態１の本発明によるレーザ素子を
用いた光学式情報再生装置では、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度で集光
され、その結果、５Ｍ／ｍｍ2もの高密度で記録された
光ディスクから、ビット誤り率１０-6で書き込まれた情
報を読み出すことができた。一方、実施の形態１の比較
例として示した窒化物系半導体層にＩｎＧａＮを用いた
従来の半導体レーザ素子を図９の半導体レーザ素子１０
０２として用いたところ、同様の条件下で、ビット誤り
率１０-3であり、実用に適さなかった。このように本発
明による半導体レーザ素子を用いた光学式情報再生装置
によれば、低雑音での情報の読み取りが可能になり、高
密度に記録された光ディスクから低い誤り率で情報を読
み出すことができる。
用いた光学式情報再生装置では、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度で集光
され、その結果、５Ｍ／ｍｍ2もの高密度で記録された
光ディスクから、ビット誤り率１０-6で書き込まれた情
報を読み出すことができた。一方、実施の形態１の比較
例として示した窒化物系半導体層にＩｎＧａＮを用いた
従来の半導体レーザ素子を図９の半導体レーザ素子１０
０２として用いたところ、同様の条件下で、ビット誤り
率１０-3であり、実用に適さなかった。このように本発
明による半導体レーザ素子を用いた光学式情報再生装置
によれば、低雑音での情報の読み取りが可能になり、高
密度に記録された光ディスクから低い誤り率で情報を読
み出すことができる。
【００６６】実施の形態１の代わりに実施の形態２、
３、４、５または６の半導体レーザ素子を上記光学式情
報再生装置に用いたところ、いずれの場合においても、
上述の条件下で、ビット誤り率１０-5〜１０-7が達成さ
れ、低雑音レベルでの情報の読み取りが可能となること
が確認された。
３、４、５または６の半導体レーザ素子を上記光学式情
報再生装置に用いたところ、いずれの場合においても、
上述の条件下で、ビット誤り率１０-5〜１０-7が達成さ
れ、低雑音レベルでの情報の読み取りが可能となること
が確認された。
【００６７】以上示すように窒化物系半導体層に微量の
Ａｓおよび／またはＰを混合する事で良好な閾値特性お
よび自励特性が得られるが、Ｓｂを混ぜることでも同様
の効果が得られる。可飽和吸収のための窒化物系半導体
層におけるＳｂの添加量は１〜５原子％程度がよい。
Ａｓおよび／またはＰを混合する事で良好な閾値特性お
よび自励特性が得られるが、Ｓｂを混ぜることでも同様
の効果が得られる。可飽和吸収のための窒化物系半導体
層におけるＳｂの添加量は１〜５原子％程度がよい。
【００６８】
【発明の効果】以上示すとおり、本発明によれば、Ａ
ｓ、ＰおよびＳｂからなる群より選ばれる少なくとも一
種の元素を含む窒化ガリウム系半導体層を可飽和吸収機
能のため使用することにより、低出力で自励発振できる
半導体レーザ素子を得ることができる。本発明による半
導体レーザ素子は、従来より少ない消費電力で作動させ
ることができ、また、従来よりも長い寿命を有し得る。
本発明による素子は、特に光ディスク用光源に適してい
る。本発明による素子を用いた情報再生装置では、雑音
を低く抑えて情報の読取が可能になる。
ｓ、ＰおよびＳｂからなる群より選ばれる少なくとも一
種の元素を含む窒化ガリウム系半導体層を可飽和吸収機
能のため使用することにより、低出力で自励発振できる
半導体レーザ素子を得ることができる。本発明による半
導体レーザ素子は、従来より少ない消費電力で作動させ
ることができ、また、従来よりも長い寿命を有し得る。
本発明による素子は、特に光ディスク用光源に適してい
る。本発明による素子を用いた情報再生装置では、雑音
を低く抑えて情報の読取が可能になる。
【図１】 本発明による実施の形態１の半導体レーザ装
置を示す模式図である。
置を示す模式図である。
【図２】 可飽和吸収のための窒化物系半導体層の構成
を示す図である。
を示す図である。
【図３】 可飽和吸収のための窒化物系半導体層のもう
一つの構成を示す図である。
一つの構成を示す図である。
【図４】 可飽和吸収のための窒化物系半導体層の他の
構成を示す図である。
構成を示す図である。
【図５】 本発明による実施の形態２の半導体レーザ装
置を示す模式図である。
置を示す模式図である。
【図６】 本発明による実施の形態４の半導体レーザ装
置を示す模式図である。
置を示す模式図である。
【図７】 本発明による実施の形態５の半導体レーザ装
置を示す模式図である。
置を示す模式図である。
【図８】 本発明による実施の形態６の半導体レーザ装
置を示す模式図である。
置を示す模式図である。
【図９】 本発明による実施の形態７の光学式情報再生
装置を示す模式図である。
装置を示す模式図である。
【図１０】 ＧａＮ基板を製造するための工程を示す模
式図である。
式図である。
【図１１】 従来の半導体レーザを示す模式図である。
【図１２】 従来のもう一つの半導体レーザを示す模式
図である。
図である。
【図１３】 半導体レーザ素子におけるＩｎＧａＮＡｓ
層のＡｓ混入量と自励発振特性との関係を示す図であ
る。
層のＡｓ混入量と自励発振特性との関係を示す図であ
る。
１０ ｎ電極、１１ ＧａＮ基板、１２ ｎ−ＧａＮバ
ッファ層、１３ ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層、１４ ｎ
−ＧａＮガイド層、１５ ＧａＮＡｓ活性層、１６ Ａ
ｌＧａＮ蒸発防止層、１７ ｐ−ＧａＮガイド層、１８
ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層、１９ 窒化物系半導体
層、２０ ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層、２１ ｐ−Ｇａ
Ｎコンタクト層、２２ 絶縁膜、２３ ｐ電極、２４
光ガイド層、２５ ｐ−ＧａＮＡｓ単一量子井戸、２６
ｐ−ＧａＮＡｓ単一量子井戸、２７ 光ガイド層、２
８ 多重量子井戸、２９ 保護層、５９ ｎ電極、６０
ｎ型ＳｉＣ基板、６１ ｎ−ＡｌＮ層、６２ ｎ−Ａ
ｌＧａＮクラッド層、６３ｎ−ＡｌＧａＮガイド層、６
４ ＩｎＧａＮ活性層、８５ ｐ−ＡｌＧａＮガイド
層、６６ ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層、６７ ｐ−Ａｌ
ＧａＮコンタクト層、８８ ＩｎＧａＮ可飽和吸収層、
６９ ｐ電極、７０ サファイア基体、７１ｎ−ＧａＮ
バッファー層、７２ ｎ−ＧａＮコンタクト層、７３
ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層、７４ ｎ−ＩｎＧａＮ／Ｇ
ａＮ多重量子井戸隣接層、７５ ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多
重量子井戸、７６ ｐ−ＧａＮ隣接層、７７ ｐ−Ａｌ
ＧａＮ層、７８ ｐ−ＧａＮコンタクト層、７９ ｎ−
ＧａＮ通電防止層、８０ ｐ電極、８１ ｎ電極、８２
Ｉｎドット領域、３００ ｎ電極、３０１ ＧａＮ基
板、３０２ ｎ−ＧａＮバッファ層、３０３ ｎ−Ａｌ
ＧａＮクラッド層、３０４ ｎ−ＧａＮガイド層、３０
５ ＧａＮＡｓ活性層、３０６ ＡｌＧａＮ蒸発防止
層、３０７ ｐ−ＧａＮガイド層、３０８ ｐ−ＡｌＧ
ａＮクラッド層、３０９ ｎ−ＡｌＧａＮブロック層、
３１０ 窒化物系半導体層、３１１ ｐ−ＧａＮコンタ
クト層、３１２ ｐ電極、９００ サファイア基体、９
０１ ＳｉＯ 2膜。
ッファ層、１３ ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層、１４ ｎ
−ＧａＮガイド層、１５ ＧａＮＡｓ活性層、１６ Ａ
ｌＧａＮ蒸発防止層、１７ ｐ−ＧａＮガイド層、１８
ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層、１９ 窒化物系半導体
層、２０ ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層、２１ ｐ−Ｇａ
Ｎコンタクト層、２２ 絶縁膜、２３ ｐ電極、２４
光ガイド層、２５ ｐ−ＧａＮＡｓ単一量子井戸、２６
ｐ−ＧａＮＡｓ単一量子井戸、２７ 光ガイド層、２
８ 多重量子井戸、２９ 保護層、５９ ｎ電極、６０
ｎ型ＳｉＣ基板、６１ ｎ−ＡｌＮ層、６２ ｎ−Ａ
ｌＧａＮクラッド層、６３ｎ−ＡｌＧａＮガイド層、６
４ ＩｎＧａＮ活性層、８５ ｐ−ＡｌＧａＮガイド
層、６６ ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層、６７ ｐ−Ａｌ
ＧａＮコンタクト層、８８ ＩｎＧａＮ可飽和吸収層、
６９ ｐ電極、７０ サファイア基体、７１ｎ−ＧａＮ
バッファー層、７２ ｎ−ＧａＮコンタクト層、７３
ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層、７４ ｎ−ＩｎＧａＮ／Ｇ
ａＮ多重量子井戸隣接層、７５ ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多
重量子井戸、７６ ｐ−ＧａＮ隣接層、７７ ｐ−Ａｌ
ＧａＮ層、７８ ｐ−ＧａＮコンタクト層、７９ ｎ−
ＧａＮ通電防止層、８０ ｐ電極、８１ ｎ電極、８２
Ｉｎドット領域、３００ ｎ電極、３０１ ＧａＮ基
板、３０２ ｎ−ＧａＮバッファ層、３０３ ｎ−Ａｌ
ＧａＮクラッド層、３０４ ｎ−ＧａＮガイド層、３０
５ ＧａＮＡｓ活性層、３０６ ＡｌＧａＮ蒸発防止
層、３０７ ｐ−ＧａＮガイド層、３０８ ｐ−ＡｌＧ
ａＮクラッド層、３０９ ｎ−ＡｌＧａＮブロック層、
３１０ 窒化物系半導体層、３１１ ｐ−ＧａＮコンタ
クト層、３１２ ｐ電極、９００ サファイア基体、９
０１ ＳｉＯ 2膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F073 AA09 AA11 AA13 AA45 AA51 AA73 AA74 AA83 CA07 CB02 CB07 CB10 CB19 DA05 DA35 EA26
Claims (10)
- 【請求項１】 活性層と前記活性層よりもバンドギャッ
プエネルギーが高い層とを含む、窒化ガリウム系半導体
から主としてなる積層構造をレーザ発振のため有する半
導体レーザ素子において、 前記活性層から離れた位置において、前記活性層よりも
バンドギャップエネルギーが高い層中に、または、前記
活性層よりもバンドギャップエネルギーが高い層に接し
て、前記活性層とほぼバンドギャップが等しく、かつＡ
ｓ、ＰおよびＳｂからなる群より選ばれる少なくとも一
種の元素を含む窒化ガリウム系半導体層を有することを
特徴とする、半導体レーザ素子。 - 【請求項２】 前記少なくとも一種の元素を含む窒化ガ
リウム系半導体層は、量子井戸構造を形成することを特
徴とする、請求項１に記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項３】 前記少なくとも一種の元素を含む窒化ガ
リウム系半導体層は、可飽和吸収効果による自励発振を
もたらすものであることを特徴とする、請求項１または
２に記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項４】 前記活性層よりもバンドギャップエネル
ギーが高い層は、クラッド層または光ガイド層である、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体レーザ素
子。 - 【請求項５】 前記少なくとも一種の元素を含む窒化ガ
リウム系半導体層は、式ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ1-p-q-r
ＡｓpＰqＳｂr（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ＜１、０≦
ｐ、０≦ｑ、０≦ｒ、０．００１≦ｐ＋ｑ＋ｒ≦０．
５）で表される窒化ガリウム系半導体からなることを特
徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体
レーザ素子。 - 【請求項６】 前記式において、ｑ＋ｒ＝０かつ０．０
０５≦ｐであることを特徴とする、請求項５に記載の半
導体レーザ素子。 - 【請求項７】 前記式において、ｐ＋ｒ＝０かつ０．０
０６≦ｑであることを特徴とする、請求項５に記載の半
導体レーザ素子。 - 【請求項８】 前記少なくとも一種の元素を含む窒化ガ
リウム系半導体層を覆うＡｌＧａＮからなる層をさらに
備えることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項
に記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項９】 前記積層構造は、ＧａＮからなる基板上
に形成されていることを特徴とする、請求項１〜８のい
ずれか１項に記載の半導体レーザ素子。 - 【請求項１０】 前記少なくとも一種の元素を含む窒化
ガリウム系半導体層は、前記活性層よりもバンドギャッ
プエネルギーが高い層に比べて結晶性が低い層であるこ
とを特徴とする、請求項１〜９に記載の半導体レーザ素
子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000343189A JP2002151786A (ja) | 2000-11-10 | 2000-11-10 | 半導体レーザ素子 |
| US10/037,999 US6735231B2 (en) | 2000-11-10 | 2001-11-09 | Semiconductor laser device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000343189A JP2002151786A (ja) | 2000-11-10 | 2000-11-10 | 半導体レーザ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002151786A true JP2002151786A (ja) | 2002-05-24 |
Family
ID=18817596
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000343189A Withdrawn JP2002151786A (ja) | 2000-11-10 | 2000-11-10 | 半導体レーザ素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6735231B2 (ja) |
| JP (1) | JP2002151786A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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