JP2002171028A - レーザ素子 - Google Patents
レーザ素子Info
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- JP2002171028A JP2002171028A JP2000364488A JP2000364488A JP2002171028A JP 2002171028 A JP2002171028 A JP 2002171028A JP 2000364488 A JP2000364488 A JP 2000364488A JP 2000364488 A JP2000364488 A JP 2000364488A JP 2002171028 A JP2002171028 A JP 2002171028A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、高出力の動作時であってもレーザ
素子から出射される光出力のパルセーションおよびキン
クの発生を防止することができ、かつ横モードの制御性
に優れたレーザ素子を提供することを目的とする。 【解決手段】 上記目的を達成するため、本発明のレ
ーザ素子は、ｎ型半導体層と、活性層と、ｐ型半導体層
とを有する窒化物半導体レーザ素子において、超格子層
が前記活性層のｎ型またはｐ型半導体層側の少なくとも
一方にほぼ接して形成されることを特徴とする。また、
本発明のレーザ素子は、前記超格子層はＡｌxＧａ1-xＮ
／ＩｎyＧａ1-yＮ（０＜ｘ＜１、０≦ｙ＜１）からなる
超格子構造を有することを特徴とする。また、本発明の
レーザ素子は、前記超格子層は、活性層側に前記Ａｌx
Ｇａ1-xＮ層および前記ＩｎyＧａ1-yＮ層のいずれにも
不純物がドープされていない超格子ノンドープ層と、活
性層の外側に前記ＡｌxＧａ1-xＮ層または前記ＩｎyＧ
ａ1 -yＮ層の少なくとも一方に不純物がドープされた超
格子不純物ドープ層とを有することを特徴とする。
素子から出射される光出力のパルセーションおよびキン
クの発生を防止することができ、かつ横モードの制御性
に優れたレーザ素子を提供することを目的とする。 【解決手段】 上記目的を達成するため、本発明のレ
ーザ素子は、ｎ型半導体層と、活性層と、ｐ型半導体層
とを有する窒化物半導体レーザ素子において、超格子層
が前記活性層のｎ型またはｐ型半導体層側の少なくとも
一方にほぼ接して形成されることを特徴とする。また、
本発明のレーザ素子は、前記超格子層はＡｌxＧａ1-xＮ
／ＩｎyＧａ1-yＮ（０＜ｘ＜１、０≦ｙ＜１）からなる
超格子構造を有することを特徴とする。また、本発明の
レーザ素子は、前記超格子層は、活性層側に前記Ａｌx
Ｇａ1-xＮ層および前記ＩｎyＧａ1-yＮ層のいずれにも
不純物がドープされていない超格子ノンドープ層と、活
性層の外側に前記ＡｌxＧａ1-xＮ層または前記ＩｎyＧ
ａ1 -yＮ層の少なくとも一方に不純物がドープされた超
格子不純物ドープ層とを有することを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は窒化物半導体（たとえば
ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ、０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦
１）よりなるレーザ素子に関し、特に、高出力の動作時
であってもレーザ素子におけるキンクの発生を防止する
ことができ、かつ横モードの制御性に優れたレーザ素子
に関する。
ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ、０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦
１）よりなるレーザ素子に関し、特に、高出力の動作時
であってもレーザ素子におけるキンクの発生を防止する
ことができ、かつ横モードの制御性に優れたレーザ素子
に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、情報化社会の発展とともに、大量
の情報を記憶する記憶装置が必要とされ、短波長のレー
ザ光源は、ＤＶＤ等の大容量記録媒体の光源あるいは通
信用の光源等としてその開発が切望されている。このよ
うな短波長レーザの実現のため、窒化物半導体レーザ素
子に関し、多くの研究開発が行われており、種々の窒化
物半導体レーザ素子が知られている。
の情報を記憶する記憶装置が必要とされ、短波長のレー
ザ光源は、ＤＶＤ等の大容量記録媒体の光源あるいは通
信用の光源等としてその開発が切望されている。このよ
うな短波長レーザの実現のため、窒化物半導体レーザ素
子に関し、多くの研究開発が行われており、種々の窒化
物半導体レーザ素子が知られている。
【０００３】たとえば、本発明者等は、実用可能なレー
ザ素子として、Jpn.J.Appl.Phys.Vol.37(1998）pp.L309
-L312、Part2,No.3B,15 March 1998に、サファイア基板
上部に、ＥＬＯＧ ＧａＮ（Ｅｐｉｔａｘｉａｌｌｙ
ｌａｔｅｒａｌｌｙ ｏｖｅｒｇｒｏｗｎ ＧａＮ）を
２０μｍ形成し、その後ＧａＮを膜厚が１００μｍにな
るまで成長させた後、サファイア基板を削除すること
で、約８０μｍの転位の低減されたＧａＮ基板を得て、
このＧａＮ基板上にレーザ素子構造となる窒化物半導体
層を複数積層してなる窒化物半導体レーザ素子を発表し
ている。そして、このレーザ素子は、室温での連続発振
１万時間以上を可能とする窒化物半導体レーザ素子を発
表した。
ザ素子として、Jpn.J.Appl.Phys.Vol.37(1998）pp.L309
-L312、Part2,No.3B,15 March 1998に、サファイア基板
上部に、ＥＬＯＧ ＧａＮ（Ｅｐｉｔａｘｉａｌｌｙ
ｌａｔｅｒａｌｌｙ ｏｖｅｒｇｒｏｗｎ ＧａＮ）を
２０μｍ形成し、その後ＧａＮを膜厚が１００μｍにな
るまで成長させた後、サファイア基板を削除すること
で、約８０μｍの転位の低減されたＧａＮ基板を得て、
このＧａＮ基板上にレーザ素子構造となる窒化物半導体
層を複数積層してなる窒化物半導体レーザ素子を発表し
ている。そして、このレーザ素子は、室温での連続発振
１万時間以上を可能とする窒化物半導体レーザ素子を発
表した。
【０００４】図７に、上記Ｊ.Ｊ.Ａ.Ｐ.に示されるレー
ザ素子と同様の模式的断面図を示した。この図７に示さ
れるように、ｐ−ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層から
ｐ−Ａｌ0.14Ｇａ0.86Ｎ／ＧａＮの超格子構造よりなる
ｐ型クラッド層まで部分的にエッチングして形成された
リッジ形状のストライプを有し、形成されたリッジ形状
のストライプの側面には素子の絶縁性のためにＳｉＯ2
からなる絶縁膜が形成され、さらに前記ストライプ上部
にｐ電極が形成され、劈開により共振面を形成してなる
窒化物半導体レーザ素子である。更にこのレーザ素子
は、ｐ電極を覆うようにｐパッド電極が形成されてい
る。
ザ素子と同様の模式的断面図を示した。この図７に示さ
れるように、ｐ−ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層から
ｐ−Ａｌ0.14Ｇａ0.86Ｎ／ＧａＮの超格子構造よりなる
ｐ型クラッド層まで部分的にエッチングして形成された
リッジ形状のストライプを有し、形成されたリッジ形状
のストライプの側面には素子の絶縁性のためにＳｉＯ2
からなる絶縁膜が形成され、さらに前記ストライプ上部
にｐ電極が形成され、劈開により共振面を形成してなる
窒化物半導体レーザ素子である。更にこのレーザ素子
は、ｐ電極を覆うようにｐパッド電極が形成されてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、得られ
た上記窒化物半導体レーザ素子は、窒化物半導体におけ
るキャリアの拡散長は、ＧａＡｓ系半導体におけるホー
ルの拡散長に対して大きいため空間的ホールバーニング
が生じ易く、これによって高出力時にキンクの発生や、
水平横方向のＦＦＰ（ＦＦＰx）が不安定になるという
問題があった。
た上記窒化物半導体レーザ素子は、窒化物半導体におけ
るキャリアの拡散長は、ＧａＡｓ系半導体におけるホー
ルの拡散長に対して大きいため空間的ホールバーニング
が生じ易く、これによって高出力時にキンクの発生や、
水平横方向のＦＦＰ（ＦＦＰx）が不安定になるという
問題があった。
【０００６】そこで、本発明は、高出力の動作時であっ
てもレーザ素子におけるキンクの発生を防止することが
でき、かつ横モードの制御性に優れたレーザ素子を提供
することを目的とする。
てもレーザ素子におけるキンクの発生を防止することが
でき、かつ横モードの制御性に優れたレーザ素子を提供
することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のレーザ素子は、ｎ型半導体層と、活性層
と、ｐ型半導体層とを有する窒化物半導体レーザ素子に
おいて、超格子層が前記活性層のｎ型またはｐ型半導体
層側の少なくとも一方にほぼ接して形成されることを特
徴とする。これによって、活性層におけるホールバーニ
ングによるキンクの発生および水平横モードの不安定度
を低減することができる。
め、本発明のレーザ素子は、ｎ型半導体層と、活性層
と、ｐ型半導体層とを有する窒化物半導体レーザ素子に
おいて、超格子層が前記活性層のｎ型またはｐ型半導体
層側の少なくとも一方にほぼ接して形成されることを特
徴とする。これによって、活性層におけるホールバーニ
ングによるキンクの発生および水平横モードの不安定度
を低減することができる。
【０００８】また、本発明のレーザ素子は、前記超格子
層はＡｌxＧａ1-xＮ／ＩｎyＧａ1-yＮ（０＜ｘ＜１、０
≦ｙ＜１）からなる超格子構造を有することを特徴とす
る。
層はＡｌxＧａ1-xＮ／ＩｎyＧａ1-yＮ（０＜ｘ＜１、０
≦ｙ＜１）からなる超格子構造を有することを特徴とす
る。
【０００９】また、本発明のレーザ素子は、前記超格子
層は、活性層側に前記ＡｌxＧａ1-xＮ層および前記Ｉｎ
yＧａ1-yＮ層のいずれにも不純物がドープされていない
超格子ノンドープ層と、活性層の外側に前記ＡｌxＧａ
1-xＮ層または前記ＩｎyＧａ1 -yＮ層の少なくとも一方
に不純物がドープされた超格子不純物ドープ層とを有す
ることを特徴とする。
層は、活性層側に前記ＡｌxＧａ1-xＮ層および前記Ｉｎ
yＧａ1-yＮ層のいずれにも不純物がドープされていない
超格子ノンドープ層と、活性層の外側に前記ＡｌxＧａ
1-xＮ層または前記ＩｎyＧａ1 -yＮ層の少なくとも一方
に不純物がドープされた超格子不純物ドープ層とを有す
ることを特徴とする。
【００１０】また、本発明のレーザ素子は、前記超格子
層は、活性層側にＡｌx1Ｇａ1-x1Ｎ／Ｉｎy1Ｇａ1-y1Ｎ
（０＜ｘ１＜０、０≦ｙ１＜１）、またはＩｎyaＧａ
1-yaＮ／ＩｎybＧａ1-ybＮ（０≦ｙｂ＜ｙａ＜０）から
なる超格子構造を有する超格子ガイド層と、活性層の外
側にＡｌx2Ｇａ1-x2Ｎ／Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ（０＜ｘ２＜
１、ｘ１＜Ｘ２、０≦ｙ２＜１）からなる超格子構造を
有する超格子クラッド層とを有することを特徴とする。
層は、活性層側にＡｌx1Ｇａ1-x1Ｎ／Ｉｎy1Ｇａ1-y1Ｎ
（０＜ｘ１＜０、０≦ｙ１＜１）、またはＩｎyaＧａ
1-yaＮ／ＩｎybＧａ1-ybＮ（０≦ｙｂ＜ｙａ＜０）から
なる超格子構造を有する超格子ガイド層と、活性層の外
側にＡｌx2Ｇａ1-x2Ｎ／Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ（０＜ｘ２＜
１、ｘ１＜Ｘ２、０≦ｙ２＜１）からなる超格子構造を
有する超格子クラッド層とを有することを特徴とする。
【００１１】また、本発明のレーザ素子は、前記超格子
ガイド層は前記Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ層および前記Ｉｎy1Ｇ
ａ1-y1Ｎ層、または前記ＩｎyaＧａ1-yaＮ層および前記
Ｉｎ ybＧａ1-ybＮ層のいずれにも不純物がドープされて
おらず、前記超格子クラッド層は前記Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ
層または前記Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ層の少なくとも一方に不
純物がドープされていることを特徴とする。
ガイド層は前記Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ層および前記Ｉｎy1Ｇ
ａ1-y1Ｎ層、または前記ＩｎyaＧａ1-yaＮ層および前記
Ｉｎ ybＧａ1-ybＮ層のいずれにも不純物がドープされて
おらず、前記超格子クラッド層は前記Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ
層または前記Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ層の少なくとも一方に不
純物がドープされていることを特徴とする。
【００１２】また、本発明のレーザ素子は、前記超格子
層は少なくとも前記活性層のｐ型半導体側にほぼ接して
形成されることを特徴とする。
層は少なくとも前記活性層のｐ型半導体側にほぼ接して
形成されることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】［実施の形態１］図１に本発明の
実施形態を示す。まず異種基板であるサファイア基板１
のＣ面（０００１）上に低温で成長させたＧａＮよりな
るバッファ層（図示せず）を２００〜３００Åの膜厚で
成長させる。このバッファ層上に、バッファ層の成長温
度よりも高温で成長させたＧａＮ層を形成し下地層２と
する。その上にストライプ幅１０μｍ、ストライプ間隔
（窓部）２μｍのＳｉＯ2膜３を形成する。さらにＳｉ
Ｏ2膜形成後、ノンドープＧａＮよりなる窒化物半導体
基板４を２０μｍの膜厚で成長させる。
実施形態を示す。まず異種基板であるサファイア基板１
のＣ面（０００１）上に低温で成長させたＧａＮよりな
るバッファ層（図示せず）を２００〜３００Åの膜厚で
成長させる。このバッファ層上に、バッファ層の成長温
度よりも高温で成長させたＧａＮ層を形成し下地層２と
する。その上にストライプ幅１０μｍ、ストライプ間隔
（窓部）２μｍのＳｉＯ2膜３を形成する。さらにＳｉ
Ｏ2膜形成後、ノンドープＧａＮよりなる窒化物半導体
基板４を２０μｍの膜厚で成長させる。
【００１４】次に、窒化物半導体基板４上に、Ｓｉをド
ープしたＡｌxcＧａ1-xcＮ（０≦ｘｃ＜１）よりなるｎ
型コンタクト層５が４μｍの膜厚で形成される。次に、
Ｉｎ xpＧａ1-xpＮ（０≦ｘｐ＜１）よりなるクラック防
止層６が０．１５μｍの膜厚で形成される。なお、この
クラック防止層は省略可能である。
ープしたＡｌxcＧａ1-xcＮ（０≦ｘｃ＜１）よりなるｎ
型コンタクト層５が４μｍの膜厚で形成される。次に、
Ｉｎ xpＧａ1-xpＮ（０≦ｘｐ＜１）よりなるクラック防
止層６が０．１５μｍの膜厚で形成される。なお、この
クラック防止層は省略可能である。
【００１５】次に、超格子層９がクラック防止層６上に
形成される。超格子層９は、膜厚１５〜５０ÅのＡｌx
Ｇａ1-xＮ層（０＜ｘ＜１）と、膜厚１５〜５０ÅのＩ
ｎyＧａ1-yＮ（０≦ｙ＜１）層からなる超格子構造を有
する。
形成される。超格子層９は、膜厚１５〜５０ÅのＡｌx
Ｇａ1-xＮ層（０＜ｘ＜１）と、膜厚１５〜５０ÅのＩ
ｎyＧａ1-yＮ（０≦ｙ＜１）層からなる超格子構造を有
する。
【００１６】この超格子層９は、活性層側に前記Ａｌx
Ｇａ1-xＮ層および前記ＩｎyＧａ1-yＮ層のいずれにも
不純物がドープされていない超格子ノンドープ層９ａ
と、活性層の外側であるｎ型半導体層側に前記ＡｌxＧ
ａ1-xＮ層または前記ＩｎyＧａ1-yＮ層の少なくとも一
方にｎ型不純物がドープされた超格子不純物ドープ層９
ｂとを有する構成とすることをが好ましい。これによっ
て、超格子層９における光の吸収を低減することがで
き、閾値電流Ｉthの上昇を防止できるからである。
Ｇａ1-xＮ層および前記ＩｎyＧａ1-yＮ層のいずれにも
不純物がドープされていない超格子ノンドープ層９ａ
と、活性層の外側であるｎ型半導体層側に前記ＡｌxＧ
ａ1-xＮ層または前記ＩｎyＧａ1-yＮ層の少なくとも一
方にｎ型不純物がドープされた超格子不純物ドープ層９
ｂとを有する構成とすることをが好ましい。これによっ
て、超格子層９における光の吸収を低減することがで
き、閾値電流Ｉthの上昇を防止できるからである。
【００１７】次に、超格子層９に接してＩｎy bＧａ1-y b
Ｎ（０≦ｙｂ＜１）よりなる障壁層が１００Åの膜厚で
形成され、ＩｎywＧａ1- ywＮ（０≦ｙｂ＜ｙｗ＜１）よ
りなる井戸層が４０Åの膜厚で形成される。障壁層と井
戸層とを２回交互に積層し、最後に障壁層で終わり、総
膜厚３８０Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）を有する活
性層１０が形成される。
Ｎ（０≦ｙｂ＜１）よりなる障壁層が１００Åの膜厚で
形成され、ＩｎywＧａ1- ywＮ（０≦ｙｂ＜ｙｗ＜１）よ
りなる井戸層が４０Åの膜厚で形成される。障壁層と井
戸層とを２回交互に積層し、最後に障壁層で終わり、総
膜厚３８０Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）を有する活
性層１０が形成される。
【００１８】また、活性層１０には、次に形成されるＭ
ｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型ＡｌzＧａ1-zＮ
（０＜ｚ＜１）よりなる上部障壁層１１が１００Åの膜
厚で形成されることが好ましい。また、たとえば、上部
障壁層をＡｌの混晶比ｚの異なる複数のＡｌzＧａ1-zＮ
層として形成することが、ホールバーニングの低減に対
してより好ましい。
ｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型ＡｌzＧａ1-zＮ
（０＜ｚ＜１）よりなる上部障壁層１１が１００Åの膜
厚で形成されることが好ましい。また、たとえば、上部
障壁層をＡｌの混晶比ｚの異なる複数のＡｌzＧａ1-zＮ
層として形成することが、ホールバーニングの低減に対
してより好ましい。
【００１９】次に、超格子層１２が活性層１０に接して
形成される。超格子層１２は、膜厚１５〜５０ÅのＡｌ
xＧａ1-xＮ層（０＜ｘ＜１）と、膜厚１５〜５０ÅのＩ
ｎyＧａ1-yＮ（０≦ｙ＜１）層からなる超格子構造を有
する。このように、活性層１０に接して超格子層９，１
２を形成することによって、キャリアの水平横方向の不
安定度が低減された状態で活性層１０に注入され、ホー
ルバーニングを低減することができ、高出力領域におけ
るキンクの発生を防止することができるとともに、横モ
ードの制御性を向上させることができる。これは超格子
層１２を形成することによって２次元電子ガスが発生
し、キャリアの横方向の易動度μが通常の１０〜１００
倍以上大きくなり、キャリアの横方向の拡散長Ｌを大き
くすることができるためである。
形成される。超格子層１２は、膜厚１５〜５０ÅのＡｌ
xＧａ1-xＮ層（０＜ｘ＜１）と、膜厚１５〜５０ÅのＩ
ｎyＧａ1-yＮ（０≦ｙ＜１）層からなる超格子構造を有
する。このように、活性層１０に接して超格子層９，１
２を形成することによって、キャリアの水平横方向の不
安定度が低減された状態で活性層１０に注入され、ホー
ルバーニングを低減することができ、高出力領域におけ
るキンクの発生を防止することができるとともに、横モ
ードの制御性を向上させることができる。これは超格子
層１２を形成することによって２次元電子ガスが発生
し、キャリアの横方向の易動度μが通常の１０〜１００
倍以上大きくなり、キャリアの横方向の拡散長Ｌを大き
くすることができるためである。
【００２０】このように超格子層１２によるキャリアの
横方向の不安定度の低減を、活性層１０においても反映
させるためには超格子層９，１２が活性層１０に接して
形成されることが好ましいが、上述のように膜厚１００
Å程度の上部障壁層を介して形成されてもよく、また、
活性層１０と超格子層１２との間が２００Å程度以下で
あれば、たとえばＩｎfＧａ1-yＮ（０≦ｙ＜１）からな
る光ガイド層を介して形成することも可能である。つま
り、超格子層９，１２は活性層１０との間が２００Å以
下となるようにほぼ接して形成されていればよい。
横方向の不安定度の低減を、活性層１０においても反映
させるためには超格子層９，１２が活性層１０に接して
形成されることが好ましいが、上述のように膜厚１００
Å程度の上部障壁層を介して形成されてもよく、また、
活性層１０と超格子層１２との間が２００Å程度以下で
あれば、たとえばＩｎfＧａ1-yＮ（０≦ｙ＜１）からな
る光ガイド層を介して形成することも可能である。つま
り、超格子層９，１２は活性層１０との間が２００Å以
下となるようにほぼ接して形成されていればよい。
【００２１】この超格子層１２は、活性層側に前記Ａｌ
xＧａ1-xＮ層および前記ＩｎyＧａ1 -yＮ層のいずれにも
不純物がドープされていない超格子ノンドープ層１２ａ
と、活性層の外側であるｐ型半導体層側に前記ＡｌxＧ
ａ1-xＮ層または前記ＩｎyＧａ1-yＮ層の少なくとも一
方にｐ型不純物がドープされた超格子不純物ドープ層１
２ｂとを有する構成とすることをが好ましい。これによ
って、超格子層１２における光の吸収を低減することが
でき、閾値電流Ｉthの上昇を防止できるからである。
xＧａ1-xＮ層および前記ＩｎyＧａ1 -yＮ層のいずれにも
不純物がドープされていない超格子ノンドープ層１２ａ
と、活性層の外側であるｐ型半導体層側に前記ＡｌxＧ
ａ1-xＮ層または前記ＩｎyＧａ1-yＮ層の少なくとも一
方にｐ型不純物がドープされた超格子不純物ドープ層１
２ｂとを有する構成とすることをが好ましい。これによ
って、超格子層１２における光の吸収を低減することが
でき、閾値電流Ｉthの上昇を防止できるからである。
【００２２】最後に、超格子層１２の上に、Ｍｇをドー
プしたｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層１５が１５
０Åの膜厚で形成される。
プしたｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層１５が１５
０Åの膜厚で形成される。
【００２３】そして、ＲＩＥ（反応性イオンエッチン
グ）を用いエッチングし、ｎ電極を形成すべきｎ型コン
タクト層５の表面を露出させる。
グ）を用いエッチングし、ｎ電極を形成すべきｎ型コン
タクト層５の表面を露出させる。
【００２４】次に、ｐ型コンタクト層１５、および超格
子層１２をエッチングして、ストライプ状に凸部が形成
された導波路領域（この場合、リッジストライプ）を形
成する。リッジ構造に形成されることによって、水平横
モードの閉じ込めを十分に行うことができ、さらにスト
ライプ幅を１μｍ以上３μｍとすることが好ましい。ス
トライプを形成する際、そのストライプの断面形状を順
メサの形状とすると、横モードがシングルモードとなり
やすく非常に好ましい。１μｍ未満であると、ストライ
プ状のリッジ構造の形成が製造上困難となり、歩留りが
低下し、３μｍを超えると水平横モードの制御が困難に
なる傾向を示す。
子層１２をエッチングして、ストライプ状に凸部が形成
された導波路領域（この場合、リッジストライプ）を形
成する。リッジ構造に形成されることによって、水平横
モードの閉じ込めを十分に行うことができ、さらにスト
ライプ幅を１μｍ以上３μｍとすることが好ましい。ス
トライプを形成する際、そのストライプの断面形状を順
メサの形状とすると、横モードがシングルモードとなり
やすく非常に好ましい。１μｍ未満であると、ストライ
プ状のリッジ構造の形成が製造上困難となり、歩留りが
低下し、３μｍを超えると水平横モードの制御が困難に
なる傾向を示す。
【００２５】凸部の高さ、つまりリッジ部分のエッチン
グは、活性層１０よりも上方に形成された半導体層を膜
厚５００Å以上、好ましくは５００Å以上０．３５μｍ
以下、より好ましくは５００Å以上１０００Å以下の範
囲残す深さですることである。これは、膜厚５００Å以
上の残る深さであると、活性層１０まで深くエッチング
されることが、ほぼなくなり、良好な精度で凸部が形成
される。また、０．３５μｍ以上であると、上述した閾
値電流Ｉthの上昇がみられ、さらに横モードの制御性に
劣る傾向にある。
グは、活性層１０よりも上方に形成された半導体層を膜
厚５００Å以上、好ましくは５００Å以上０．３５μｍ
以下、より好ましくは５００Å以上１０００Å以下の範
囲残す深さですることである。これは、膜厚５００Å以
上の残る深さであると、活性層１０まで深くエッチング
されることが、ほぼなくなり、良好な精度で凸部が形成
される。また、０．３５μｍ以上であると、上述した閾
値電流Ｉthの上昇がみられ、さらに横モードの制御性に
劣る傾向にある。
【００２６】このように構成することによって、高出力
の動作時においても、水平横モードにおける光の閉じ込
めを十分に行うことができるとともに、垂直横モードお
けるレーザ素子の導波路における光密度を平均化でき、
かつホールの横方向の不安定度が低減されてホールバー
ニングを低減することができ、レーザ素子におけるキン
クの発生を防止することができるとともに、横モードの
制御性に優れたレーザ素子を得ることができる。
の動作時においても、水平横モードにおける光の閉じ込
めを十分に行うことができるとともに、垂直横モードお
けるレーザ素子の導波路における光密度を平均化でき、
かつホールの横方向の不安定度が低減されてホールバー
ニングを低減することができ、レーザ素子におけるキン
クの発生を防止することができるとともに、横モードの
制御性に優れたレーザ素子を得ることができる。
【００２７】図２（ａ）にリッジ部周辺の概略図を示
す。ここでは絶縁膜および電極の図示は省略されてい
る。図２（ａ）の例では超格子不純物ドープ層９ｂ、超
格子ノンドープ層９ａ、活性層１０，上部障壁層１１、
超格子ノンドープ層１２ａ、超格子不純物ドープ層１２
ｂおよびｐ型コンタクト層１５が順次形成され、エッチ
ングによってｐ型コンタクト層１５から超格子不純物ド
ープ層１２ｂの一部までが除去されてリッジ構造の凸部
を形成している。
す。ここでは絶縁膜および電極の図示は省略されてい
る。図２（ａ）の例では超格子不純物ドープ層９ｂ、超
格子ノンドープ層９ａ、活性層１０，上部障壁層１１、
超格子ノンドープ層１２ａ、超格子不純物ドープ層１２
ｂおよびｐ型コンタクト層１５が順次形成され、エッチ
ングによってｐ型コンタクト層１５から超格子不純物ド
ープ層１２ｂの一部までが除去されてリッジ構造の凸部
を形成している。
【００２８】活性層１０で生成した光は共振面で反射さ
れ、超格子層９、活性層１０および超格子層１２内に光
導波路ｃが形成される。また、図２（ｂ）は、光導波路
の光導波部分近傍の光密度分布を表す。超格子ノンドー
プ層９ａ、１２ａは、超格子ノンドープ層９ａ、１２ａ
と超格子不純物ドープ層９ｂ、１２ｂとの境界が、光導
波部分の端部とほぼ一致させることが好ましい。 ［実施の形態２］図２を用いて実施の形態２にかかる発
明を説明する。実施の形態２にかかる発明では、超格子
層９、１２はそれぞれ超格子ガイド層９ｃ、１２ｃと超
格子クラッド層９ｄ、１２ｄとを有する構成とする。
れ、超格子層９、活性層１０および超格子層１２内に光
導波路ｃが形成される。また、図２（ｂ）は、光導波路
の光導波部分近傍の光密度分布を表す。超格子ノンドー
プ層９ａ、１２ａは、超格子ノンドープ層９ａ、１２ａ
と超格子不純物ドープ層９ｂ、１２ｂとの境界が、光導
波部分の端部とほぼ一致させることが好ましい。 ［実施の形態２］図２を用いて実施の形態２にかかる発
明を説明する。実施の形態２にかかる発明では、超格子
層９、１２はそれぞれ超格子ガイド層９ｃ、１２ｃと超
格子クラッド層９ｄ、１２ｄとを有する構成とする。
【００２９】クラック防止層６までは実施の形態１と同
様に形成される。超格子ガイド層９ｃ、１２ｃは、活性
層側に形成され、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ／Ｉｎy1Ｇａ1-y1Ｎ
（０＜ｘ１＜０、０≦ｙ１＜１）、またはＩｎyaＧａ
1-yaＮ／ＩｎybＧａ1-ybＮ（０≦ｙｂ＜ｙａ＜０）から
なる超格子構造を有する。特に、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ／Ｇ
ａＮ（０＜ｘ１＜０）またはＩｎyaＧａ1-yaＮ／ＧａＮ
（０＜ｙａ＜０）からなる超格子構造とすることが結晶
性を良好にすることができ、好ましい。それぞれの膜厚
は１５〜５０Åとして形成される。
様に形成される。超格子ガイド層９ｃ、１２ｃは、活性
層側に形成され、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ／Ｉｎy1Ｇａ1-y1Ｎ
（０＜ｘ１＜０、０≦ｙ１＜１）、またはＩｎyaＧａ
1-yaＮ／ＩｎybＧａ1-ybＮ（０≦ｙｂ＜ｙａ＜０）から
なる超格子構造を有する。特に、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ／Ｇ
ａＮ（０＜ｘ１＜０）またはＩｎyaＧａ1-yaＮ／ＧａＮ
（０＜ｙａ＜０）からなる超格子構造とすることが結晶
性を良好にすることができ、好ましい。それぞれの膜厚
は１５〜５０Åとして形成される。
【００３０】また、超格子クラッド層９ｄ、１２ｄは、
それぞれ活性層の外側であるｎ型、ｐ型半導体層側に形
成され、Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ／Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ（０＜ｘ
２＜１、０≦ｙ２＜１）からなる超格子構造を有する。
それぞれ活性層の外側であるｎ型、ｐ型半導体層側に形
成され、Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ／Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ（０＜ｘ
２＜１、０≦ｙ２＜１）からなる超格子構造を有する。
【００３１】特に、超格子ガイド層９ｃ、１２ｃがＡｌ
x1Ｇａ1-x1Ｎ／Ｉｎy1Ｇａ1-y1Ｎ（０＜ｘ１＜０、０≦
ｙ１＜１）から構成されている場合は、超格子クラッド
層９ｄ、１２ｄのＡｌの混晶比ｘ２を超格子ガイド層９
ｃ、１２ｃの混晶比ｘ１よりも大きくする（ｘ２＞ｘ
１）ことによって、超格子クラッド層１４の屈折率を小
さくでき、光を超格子クラッド層１４と超格子ガイド層
１３との境界よりも活性層側に閉じ込めつつ、かつ垂直
横モードおけるレーザ素子の導波路における光密度をよ
り平均化でき、レーザ素子におけるキンクの発生をより
防止することができる。
x1Ｇａ1-x1Ｎ／Ｉｎy1Ｇａ1-y1Ｎ（０＜ｘ１＜０、０≦
ｙ１＜１）から構成されている場合は、超格子クラッド
層９ｄ、１２ｄのＡｌの混晶比ｘ２を超格子ガイド層９
ｃ、１２ｃの混晶比ｘ１よりも大きくする（ｘ２＞ｘ
１）ことによって、超格子クラッド層１４の屈折率を小
さくでき、光を超格子クラッド層１４と超格子ガイド層
１３との境界よりも活性層側に閉じ込めつつ、かつ垂直
横モードおけるレーザ素子の導波路における光密度をよ
り平均化でき、レーザ素子におけるキンクの発生をより
防止することができる。
【００３２】また、超格子ガイド層９ｃ、１２ｃがＩｎ
yaＧａ1-yaＮ／ＩｎybＧａ1-ybＮ（０≦ｙｂ＜ｙａ＜
０）から構成されている場合は、超格子ガイド層９ｃ、
１２ｃと超格子クラッド層９ｄ、１２ｄとの屈折率差を
大きくとることによって、光の閉じ込め効果が高くな
り、閾値電流Ｉthの低減を行いつつ、かつレーザ素子に
おけるキンクの発生を防止することができる。
yaＧａ1-yaＮ／ＩｎybＧａ1-ybＮ（０≦ｙｂ＜ｙａ＜
０）から構成されている場合は、超格子ガイド層９ｃ、
１２ｃと超格子クラッド層９ｄ、１２ｄとの屈折率差を
大きくとることによって、光の閉じ込め効果が高くな
り、閾値電流Ｉthの低減を行いつつ、かつレーザ素子に
おけるキンクの発生を防止することができる。
【００３３】ここで実施の形態２における超格子層９，
１２の超格子ガイド層９ｃ、１２ｃは、Ａｌx1Ｇａ1-x1
Ｎ層およびＩｎy1Ｇａ1-y1Ｎ層、またはＩｎyaＧａ1-ya
Ｎ層およびＩｎybＧａ1-ybＮ層のいずれにも不純物がド
ープされていないノンドープ層であり、超格子クラッド
層９ｄ、１２ｄはＡｌx2Ｇａ1-x2Ｎ層またはＩｎy2Ｇａ
1-y2Ｎ層の少なくとも一方にそれぞれｎ型、ｐ型不純物
がドープされている不純物ドープ層から構成されること
が好ましい。これによって、超格子層１２における光の
吸収を低減することができ、閾値電流Ｉthの上昇を防止
できるからである。
１２の超格子ガイド層９ｃ、１２ｃは、Ａｌx1Ｇａ1-x1
Ｎ層およびＩｎy1Ｇａ1-y1Ｎ層、またはＩｎyaＧａ1-ya
Ｎ層およびＩｎybＧａ1-ybＮ層のいずれにも不純物がド
ープされていないノンドープ層であり、超格子クラッド
層９ｄ、１２ｄはＡｌx2Ｇａ1-x2Ｎ層またはＩｎy2Ｇａ
1-y2Ｎ層の少なくとも一方にそれぞれｎ型、ｐ型不純物
がドープされている不純物ドープ層から構成されること
が好ましい。これによって、超格子層１２における光の
吸収を低減することができ、閾値電流Ｉthの上昇を防止
できるからである。
【００３４】ｐ型コンタクト層１５の形成以降の工程
は、実施の形態１と同様に行われる。
は、実施の形態１と同様に行われる。
【００３５】図２（ａ）にリッジ部周辺の概略図を示
す。ここでは絶縁膜および電極の図示は省略されてい
る。図２（ａ）の例では超格子クラッド層９ｄ、超格子
ガイド層９ｃ、活性層１０，上部障壁層１１、超格子ガ
イド層１２ｃ、超格子クラッド層１２ｄおよびｐ型コン
タクト層１５が順次形成され、エッチングによってｐ型
コンタクト層１５から超格子クラッド層１２ｄの一部ま
でが除去されてリッジ構造の凸部を形成している。
す。ここでは絶縁膜および電極の図示は省略されてい
る。図２（ａ）の例では超格子クラッド層９ｄ、超格子
ガイド層９ｃ、活性層１０，上部障壁層１１、超格子ガ
イド層１２ｃ、超格子クラッド層１２ｄおよびｐ型コン
タクト層１５が順次形成され、エッチングによってｐ型
コンタクト層１５から超格子クラッド層１２ｄの一部ま
でが除去されてリッジ構造の凸部を形成している。
【００３６】活性層１０で生成した光は共振面で反射さ
れ、超格子ガイド層９ｃ、活性層１０、上部障壁層１１
および超格子ガイド層１２ｄによって光導波路ｃが形成
される。また、図２（ｂ）は、光導波路の光導波部分近
傍の光密度分布を表す。本実施の形態においては、超格
子ガイド層９ｃ、１２ｃと超格子クラッド層９ｄ、１２
ｄとの屈折率差によって、光は活性層側に閉じ込められ
る。これによって、高出力の動作時であってもレーザ素
子におけるキンクの発生を防止することができ、かつ横
モードの制御性に優れたレーザ素子であって、かつ閾値
電流Ｉthの上昇を防止できるレーザ素子を提供すること
ができる。 ［実施の形態３］図３を用いて、実施の形態３にかかる
発明を説明する。実施の形態３においては、実施の形態
１および２における超格子層９に代えて、クラッド層７
および光ガイド層８が形成される。本実施形態では、ク
ラッド層７はｎ型クラッド層７ｂとノンドープクラッド
層７ａから構成される。
れ、超格子ガイド層９ｃ、活性層１０、上部障壁層１１
および超格子ガイド層１２ｄによって光導波路ｃが形成
される。また、図２（ｂ）は、光導波路の光導波部分近
傍の光密度分布を表す。本実施の形態においては、超格
子ガイド層９ｃ、１２ｃと超格子クラッド層９ｄ、１２
ｄとの屈折率差によって、光は活性層側に閉じ込められ
る。これによって、高出力の動作時であってもレーザ素
子におけるキンクの発生を防止することができ、かつ横
モードの制御性に優れたレーザ素子であって、かつ閾値
電流Ｉthの上昇を防止できるレーザ素子を提供すること
ができる。 ［実施の形態３］図３を用いて、実施の形態３にかかる
発明を説明する。実施の形態３においては、実施の形態
１および２における超格子層９に代えて、クラッド層７
および光ガイド層８が形成される。本実施形態では、ク
ラッド層７はｎ型クラッド層７ｂとノンドープクラッド
層７ａから構成される。
【００３７】クラック防止層６までは実施の形態１と同
様に形成され、次に、ＡｌbＧａ1-bＮ（０＜ｂ＜１）よ
りなる層が１５〜５０Åの膜厚で形成され、その上にＳ
ｉをドープしたｎ型ＩｎaＧａ1-aＮ（０≦ａ＜１）より
なる層が１５〜５０Åの膜厚で形成される。それらの層
を交互積層した超格子構造を有する総膜厚０．５〜１．
２μｍのｎ型クラッド層７ａが形成される。またＳｉ等
のｎ型不純物はＡｌbＧａ1-bＮ層またはＩｎaＧａ1-aＮ
のいずれの層にドープしてもよく、また両方の層にドー
プすることも可能である。
様に形成され、次に、ＡｌbＧａ1-bＮ（０＜ｂ＜１）よ
りなる層が１５〜５０Åの膜厚で形成され、その上にＳ
ｉをドープしたｎ型ＩｎaＧａ1-aＮ（０≦ａ＜１）より
なる層が１５〜５０Åの膜厚で形成される。それらの層
を交互積層した超格子構造を有する総膜厚０．５〜１．
２μｍのｎ型クラッド層７ａが形成される。またＳｉ等
のｎ型不純物はＡｌbＧａ1-bＮ層またはＩｎaＧａ1-aＮ
のいずれの層にドープしてもよく、また両方の層にドー
プすることも可能である。
【００３８】次に、ノンドープクラッド層７ａがｎ型ク
ラッド層７に接して形成される。ノンドープＡｌdＧａ
1-dＮ（０＜ｄ＜１）よりなる層が１５〜５０Åの膜厚
で形成され、その上にノンドープＩｎcＧａ1-cＮ（０≦
ｃ＜１）よりなる層が１５〜５０Åの膜厚で形成され
る。それらの層を交互積層した超格子構造を有するノン
ドープクラッド層７ａが総膜厚０．５μｍ以下、より好
ましくは０．３μｍ以下で形成される。
ラッド層７に接して形成される。ノンドープＡｌdＧａ
1-dＮ（０＜ｄ＜１）よりなる層が１５〜５０Åの膜厚
で形成され、その上にノンドープＩｎcＧａ1-cＮ（０≦
ｃ＜１）よりなる層が１５〜５０Åの膜厚で形成され
る。それらの層を交互積層した超格子構造を有するノン
ドープクラッド層７ａが総膜厚０．５μｍ以下、より好
ましくは０．３μｍ以下で形成される。
【００３９】なお、ｎ型クラッド層７ｂとノンドープク
ラッド層７ａをあわせた膜厚を０．７〜１．２μｍとす
ることが、閾値電流の低減のために好ましい。また、ｎ
型クラッド層７ｂにおけるレーザ光の吸収が十分小さい
場合、このノンドープクラッド層７ａを省略してもよ
い。
ラッド層７ａをあわせた膜厚を０．７〜１．２μｍとす
ることが、閾値電流の低減のために好ましい。また、ｎ
型クラッド層７ｂにおけるレーザ光の吸収が十分小さい
場合、このノンドープクラッド層７ａを省略してもよ
い。
【００４０】次に、ノンドープＩｎfＧａ1-fＮ（０≦ｆ
＜１）よりなる光ガイド層８が０．０５μｍ以下の膜厚
で形成される。レーザ光の吸収が十分小さい範囲であれ
ば、光ガイド層８にｎ型不純物をドープしても良い。光
ガイド層８は活性層１０における井戸層のバンドギャッ
プよりも大きく、特にＧａＮからなることが好ましい。
＜１）よりなる光ガイド層８が０．０５μｍ以下の膜厚
で形成される。レーザ光の吸収が十分小さい範囲であれ
ば、光ガイド層８にｎ型不純物をドープしても良い。光
ガイド層８は活性層１０における井戸層のバンドギャッ
プよりも大きく、特にＧａＮからなることが好ましい。
【００４１】このように、光ガイド層８の膜厚を０．０
５μｍ以下とすることによって、導波路における垂直横
方向の実効屈折率が小さくなり、垂直横方向への光の分
布範囲を大きくでき、垂直横モードおけるレーザ素子の
導波路における光密度を平均化できる。これによってＮ
ＦＰ（ニアーフィールドパターン）垂直横方向の大きさ
が大きくなり、その結果ＦＦＰ（ファーフィールドパタ
ーン）の垂直横方向の大きさを小さくでき、かつアスペ
クト比も改善される。
５μｍ以下とすることによって、導波路における垂直横
方向の実効屈折率が小さくなり、垂直横方向への光の分
布範囲を大きくでき、垂直横モードおけるレーザ素子の
導波路における光密度を平均化できる。これによってＮ
ＦＰ（ニアーフィールドパターン）垂直横方向の大きさ
が大きくなり、その結果ＦＦＰ（ファーフィールドパタ
ーン）の垂直横方向の大きさを小さくでき、かつアスペ
クト比も改善される。
【００４２】活性層１０の形成以降の工程は、実施の形
態１または２と同様に行われる。超格子層は活性層の少
なくともｐ型半導体層側に接して形成されることが好ま
しい。 ［実施の形態４］図４を用いて、実施の形態４にかかる
発明を説明する。実施の形態４においては、実施の形態
１および２における超格子層１２に代えて、クラッド層
１４および光ガイド層１３が形成される。クラッド層１
４はｐ型クラッド層１４ｂとノンドープクラッド層１４
ｂから構成される。
態１または２と同様に行われる。超格子層は活性層の少
なくともｐ型半導体層側に接して形成されることが好ま
しい。 ［実施の形態４］図４を用いて、実施の形態４にかかる
発明を説明する。実施の形態４においては、実施の形態
１および２における超格子層１２に代えて、クラッド層
１４および光ガイド層１３が形成される。クラッド層１
４はｐ型クラッド層１４ｂとノンドープクラッド層１４
ｂから構成される。
【００４３】上部障壁層１１までは実施の形態１と同様
に形成され、次に、ノンドープＩｎ fＧａ1-fＮ（０≦ｆ
＜１）よりなる光ガイド層１３が０．０５μｍ以下の膜
厚で形成される。レーザ光の吸収が十分小さい範囲であ
れば、光ガイド層１３にｐ型不純物をドープしても良
い。光ガイド層１３は活性層１０における井戸層のバン
ドギャップよりも大きく、特にＧａＮから構成されるこ
とが好ましい。
に形成され、次に、ノンドープＩｎ fＧａ1-fＮ（０≦ｆ
＜１）よりなる光ガイド層１３が０．０５μｍ以下の膜
厚で形成される。レーザ光の吸収が十分小さい範囲であ
れば、光ガイド層１３にｐ型不純物をドープしても良
い。光ガイド層１３は活性層１０における井戸層のバン
ドギャップよりも大きく、特にＧａＮから構成されるこ
とが好ましい。
【００４４】次に、ノンドープクラッド層７ａがｎ型ク
ラッド層７に接して形成される。ノンドープＡｌdＧａ
1-dＮ（０＜ｄ＜１）よりなる層が１５〜５０Åの膜厚
で形成され、その上にノンドープＩｎcＧａ1-cＮ（０≦
ｃ＜１）よりなる層が１５〜５０Åの膜厚で形成され
る。それらの層を交互積層した超格子構造を有するノン
ドープクラッド層７ａが総膜厚０．５μｍ以下、より好
ましくは０．３μｍ以下で形成される。
ラッド層７に接して形成される。ノンドープＡｌdＧａ
1-dＮ（０＜ｄ＜１）よりなる層が１５〜５０Åの膜厚
で形成され、その上にノンドープＩｎcＧａ1-cＮ（０≦
ｃ＜１）よりなる層が１５〜５０Åの膜厚で形成され
る。それらの層を交互積層した超格子構造を有するノン
ドープクラッド層７ａが総膜厚０．５μｍ以下、より好
ましくは０．３μｍ以下で形成される。
【００４５】次に、ＡｌbＧａ1-bＮ（０＜ｂ＜１）より
なる層が１５〜５０Åの膜厚で形成され、その上にＭｇ
をドープしたｐ型ＩｎaＧａ1-aＮ（０≦ａ＜１）よりな
る層が１５〜５０Åの膜厚で形成される。それらの層を
交互積層した超格子構造を有する総膜厚０．５〜１．２
μｍのｐ型クラッド層１４ｂが形成される。またＭｇ等
のｐ型不純物はＡｌbＧａ1-bＮ層またはＩｎaＧａ1-aＮ
のいずれの層にドープしてもよく、また両方の層にドー
プすることも可能である。
なる層が１５〜５０Åの膜厚で形成され、その上にＭｇ
をドープしたｐ型ＩｎaＧａ1-aＮ（０≦ａ＜１）よりな
る層が１５〜５０Åの膜厚で形成される。それらの層を
交互積層した超格子構造を有する総膜厚０．５〜１．２
μｍのｐ型クラッド層１４ｂが形成される。またＭｇ等
のｐ型不純物はＡｌbＧａ1-bＮ層またはＩｎaＧａ1-aＮ
のいずれの層にドープしてもよく、また両方の層にドー
プすることも可能である。
【００４６】このように、光ガイド層８の膜厚を０．０
５μｍ以下とすることによって、導波路における垂直横
方向の実効屈折率が小さくなり、垂直横方向への光の分
布範囲が大きくでき、垂直横モードおけるレーザ素子の
導波路における光密度をより平均化できることから好ま
しい。これによってＮＦＰ（ニアーフィールドパター
ン）垂直横方向の大きさが大きくなり、その結果ＦＦＰ
（ファーフィールドパターン）の垂直横方向の大きさを
小さくでき、かつアスペクト比も改善される。
５μｍ以下とすることによって、導波路における垂直横
方向の実効屈折率が小さくなり、垂直横方向への光の分
布範囲が大きくでき、垂直横モードおけるレーザ素子の
導波路における光密度をより平均化できることから好ま
しい。これによってＮＦＰ（ニアーフィールドパター
ン）垂直横方向の大きさが大きくなり、その結果ＦＦＰ
（ファーフィールドパターン）の垂直横方向の大きさを
小さくでき、かつアスペクト比も改善される。
【００４７】ｐ型コンタクト層１５の形成以降の工程
は、実施の形態１と同様に行われる。 ［実施の形態５］図５を用いて、実施の形態５にかかる
発明を説明する。実施の形態５においては、実施の形態
１および２における超格子層９に代えて、クラッド層７
および光ガイド層８が形成される。
は、実施の形態１と同様に行われる。 ［実施の形態５］図５を用いて、実施の形態５にかかる
発明を説明する。実施の形態５においては、実施の形態
１および２における超格子層９に代えて、クラッド層７
および光ガイド層８が形成される。
【００４８】クラック防止層６までは実施の形態１と同
様に形成され、次に、ＡｌbＧａ1-bＮ（０＜ｂ＜１）よ
りなる層が１５〜５０Åの膜厚で形成され、その上にＳ
ｉをドープしたｎ型ＩｎaＧａ1-aＮ（０≦ａ＜１）より
なる層が１５〜５０Åの膜厚で形成される。それらの層
を交互積層した超格子構造を有する総膜厚０．５〜１．
２μｍのｎ型クラッド層７が形成される。またＳｉ等の
ｎ型不純物はＡｌbＧａ1-bＮ層またはＩｎaＧａ1-aＮの
いずれの層にドープしてもよく、また両方の層にドープ
することも可能である。
様に形成され、次に、ＡｌbＧａ1-bＮ（０＜ｂ＜１）よ
りなる層が１５〜５０Åの膜厚で形成され、その上にＳ
ｉをドープしたｎ型ＩｎaＧａ1-aＮ（０≦ａ＜１）より
なる層が１５〜５０Åの膜厚で形成される。それらの層
を交互積層した超格子構造を有する総膜厚０．５〜１．
２μｍのｎ型クラッド層７が形成される。またＳｉ等の
ｎ型不純物はＡｌbＧａ1-bＮ層またはＩｎaＧａ1-aＮの
いずれの層にドープしてもよく、また両方の層にドープ
することも可能である。
【００４９】次に、ノンドープＩｎfＧａ1-fＮ（０≦ｆ
＜１）よりなる光ガイド層８が膜厚０．１〜０．２μｍ
で形成される。レーザ光の吸収が十分小さい範囲であれ
ば、光ガイド層８にｎ型不純物をドープしても良い。光
ガイド層８は活性層１０における井戸層のバンドギャッ
プよりも大きく、特にＧａＮからなることが好ましい。
＜１）よりなる光ガイド層８が膜厚０．１〜０．２μｍ
で形成される。レーザ光の吸収が十分小さい範囲であれ
ば、光ガイド層８にｎ型不純物をドープしても良い。光
ガイド層８は活性層１０における井戸層のバンドギャッ
プよりも大きく、特にＧａＮからなることが好ましい。
【００５０】活性層１０の形成以降の工程は、実施の形
態１または２と同様に行われる。
態１または２と同様に行われる。
【００５１】また、同様に、実施の形態１および２にお
ける超格子層１２に代えて、ノンドープＩｎfＧａ1-fＮ
（０≦ｆ＜１）よりなる光ガイド層１３、およびＡｌb
Ｇａ1 -bＮ（０＜ｂ＜１）よりなる層が１５〜５０Åの
膜厚で形成され、その上にＭｇをドープしたｐ型Ｉｎa
Ｇａ1-aＮ（０≦ａ＜１）よりなる層が１５〜５０Åの
膜厚で形成された超格子構造を有するクラッド層１４を
順に形成してもよい。
ける超格子層１２に代えて、ノンドープＩｎfＧａ1-fＮ
（０≦ｆ＜１）よりなる光ガイド層１３、およびＡｌb
Ｇａ1 -bＮ（０＜ｂ＜１）よりなる層が１５〜５０Åの
膜厚で形成され、その上にＭｇをドープしたｐ型Ｉｎa
Ｇａ1-aＮ（０≦ａ＜１）よりなる層が１５〜５０Åの
膜厚で形成された超格子構造を有するクラッド層１４を
順に形成してもよい。
【００５２】
【実施例】以下の本発明にかかる窒化物半導体レーザ素
子の一実施の形態を示す。 ［実施例１］図１は、本発明の一実施例に係るレーザ素
子の構造を示す模式的な断面図であり、ストライプ導波
路に垂直な方向で切断した際の図を示すものである。以
下、この図を基に実施例１について説明する。 （下地層２）１インチφ、Ｃ面を主面とするサファイア
よりなる異種基板１をＭＯＶＰＥ反応容器内にセット
し、温度を５００℃にして、トリメチルガリウム（ＴＭ
Ｇ）、アンモニア（ＮＨ3）を用い、ＧａＮよりなるバ
ッファ層（図示せず）を２００Åの膜厚で成長させる。
バッファ層成長後、温度を１０５０℃にして、同じくＧ
ａＮよりなる下地層２を４μｍの膜厚で成長させる。こ
の下地層２は保護膜３を部分的に表面に形成して、次に
窒化物半導体基板の選択成長を行うための下地層として
作用する。 （保護膜３）下地層成長後、ウェーハを反応容器から取
り出し、この下地層の表面に、ストライプ状のフォトマ
スクを形成し、ＰＶＤ装置によりストライプ幅１０μ
ｍ、ストライプ間隔（窓部）２μｍのＳｉＯ2よりなる
保護膜３を形成する。 （窒化物半導体基板４）保護膜形成後、ウェーハを再度
ＭＯＶＰＥの反応容器内にセットし、温度を１０５０℃
にして、ＴＭＧ、アンモニアを用い、ノンドープＧａＮ
よりなる窒化物半導体基板４を２０μｍの膜厚で成長さ
せる。この窒化物半導体基板は保護膜３上部において横
方向に成長されたものであるため、結晶欠陥が１０5個
／cm2以下と下地層２に比較して２桁以上少なくなる。 （ｎ型コンタクト層５）次に、アンモニアとＴＭＧ、Ｔ
ＭＡ（トリメチルアルミニウム）、不純物ガスとしてシ
ランガスを用い、窒化物半導体基板１の上に、１０５０
℃でＳｉを３×１０18／cm3ドープしたＡｌ0.05Ｇａ
0.95Ｎよりなるｎ型コンタクト層５を４μｍの膜厚で成
長させる。 （クラック防止層６）次に、ＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチ
ルインジウム）、アンモニアを用い、温度を８００℃に
してＩｎ0. 1Ｇａ0.9Ｎよりなるクラック防止層６を０．
１５μｍの膜厚で成長させる。なお、このクラック防止
層は省略可能である。 （超格子不純物ドープ層９ｂ）続いて、１０５０℃でノ
ンドープＡｌ0. 1Ｇａ0. 9Ｎよりなる層を２５Åの膜厚で
成長させ、続いてＴＭＡを止めてシランガスを流し、Ｓ
ｉドープＧａＮよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、
総膜厚０．９μｍの超格子層よりなる超格子ｎ型ドープ
層７ｂを成長させる。 （超格子ノンドープ層９ａ）続いて、１０５０℃でノン
ドープＡｌ0. 1Ｇａ0. 9Ｎよりなる層を２５Åの膜厚で成
長させ、続いてシランガス、ＴＭＡを止め、ノンドープ
ＧａＮよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、総膜厚
０．１５μｍの超格子層よりなる超格子ノンドープ層７
ａを成長させる。 （活性層１０）次に、温度を８００℃にして、Ｓｉドー
プＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎよりなる障壁層を１００Åの膜厚
で成長させ、続いて同一温度で、ノンドープＩｎ0.2Ｇ
ａ0.8Ｎよりなる井戸層を４０Åの膜厚で成長させる。
障壁層と井戸層とを２回交互に積層し、最後に障壁層で
終わり、総膜厚３８０Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）
の活性層を成長させる。 （上部障壁層１１）次に、温度を１０５０℃に上げ、Ｔ
ＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇ（シクロペンタ
ジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０20／cm
3ドープしたｐ型Ａｌ0. 3Ｇａ0. 7Ｎよりなる上部障壁層
を１００Åの膜厚で成長させる。また、上部障壁層１１
を、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープした膜厚７０Åのｐ
型Ａｌ0. 3Ｇａ0. 7Ｎよりなる第１上部障壁層と、Ｍｇを
１×１０20／cm3ドープした膜厚７０Åのｐ型Ａｌ0. 2Ｇ
ａ0. 8Ｎよりなる第２上部障壁層から構成してもよい。 （超格子ノンドープ層１２ａ）続いてＣｐ2Ｍｇを止
め、１０５０℃でノンドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなる
層を２５Åの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止め、ノ
ンドープＧａＮよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、
総膜厚０．１５μｍの超格子層よりなる超格子ノンドー
プ層１２ａを成長させる。 （超格子不純物ドープ層１２ｂ）続いて、１０５０℃で
ノンドープＡｌ0. 1Ｇａ0. 9Ｎよりなる層を２５Åの膜厚
で成長させ、続いてＴＭＡを止めてＣｐ2Ｍｇを流し、
ＭｇドープＧａＮよりなる層を２５Åの膜厚で成長さ
せ、総膜厚０．５μｍの超格子層よりなる超格子不純物
ドープ層１２ｂを成長させる。 （ｐ型コンタクト層１５）最後に、１０５０℃で、超格
子層１２の上に、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ
型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層１５を１５０Åの膜
厚で成長させる。
子の一実施の形態を示す。 ［実施例１］図１は、本発明の一実施例に係るレーザ素
子の構造を示す模式的な断面図であり、ストライプ導波
路に垂直な方向で切断した際の図を示すものである。以
下、この図を基に実施例１について説明する。 （下地層２）１インチφ、Ｃ面を主面とするサファイア
よりなる異種基板１をＭＯＶＰＥ反応容器内にセット
し、温度を５００℃にして、トリメチルガリウム（ＴＭ
Ｇ）、アンモニア（ＮＨ3）を用い、ＧａＮよりなるバ
ッファ層（図示せず）を２００Åの膜厚で成長させる。
バッファ層成長後、温度を１０５０℃にして、同じくＧ
ａＮよりなる下地層２を４μｍの膜厚で成長させる。こ
の下地層２は保護膜３を部分的に表面に形成して、次に
窒化物半導体基板の選択成長を行うための下地層として
作用する。 （保護膜３）下地層成長後、ウェーハを反応容器から取
り出し、この下地層の表面に、ストライプ状のフォトマ
スクを形成し、ＰＶＤ装置によりストライプ幅１０μ
ｍ、ストライプ間隔（窓部）２μｍのＳｉＯ2よりなる
保護膜３を形成する。 （窒化物半導体基板４）保護膜形成後、ウェーハを再度
ＭＯＶＰＥの反応容器内にセットし、温度を１０５０℃
にして、ＴＭＧ、アンモニアを用い、ノンドープＧａＮ
よりなる窒化物半導体基板４を２０μｍの膜厚で成長さ
せる。この窒化物半導体基板は保護膜３上部において横
方向に成長されたものであるため、結晶欠陥が１０5個
／cm2以下と下地層２に比較して２桁以上少なくなる。 （ｎ型コンタクト層５）次に、アンモニアとＴＭＧ、Ｔ
ＭＡ（トリメチルアルミニウム）、不純物ガスとしてシ
ランガスを用い、窒化物半導体基板１の上に、１０５０
℃でＳｉを３×１０18／cm3ドープしたＡｌ0.05Ｇａ
0.95Ｎよりなるｎ型コンタクト層５を４μｍの膜厚で成
長させる。 （クラック防止層６）次に、ＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチ
ルインジウム）、アンモニアを用い、温度を８００℃に
してＩｎ0. 1Ｇａ0.9Ｎよりなるクラック防止層６を０．
１５μｍの膜厚で成長させる。なお、このクラック防止
層は省略可能である。 （超格子不純物ドープ層９ｂ）続いて、１０５０℃でノ
ンドープＡｌ0. 1Ｇａ0. 9Ｎよりなる層を２５Åの膜厚で
成長させ、続いてＴＭＡを止めてシランガスを流し、Ｓ
ｉドープＧａＮよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、
総膜厚０．９μｍの超格子層よりなる超格子ｎ型ドープ
層７ｂを成長させる。 （超格子ノンドープ層９ａ）続いて、１０５０℃でノン
ドープＡｌ0. 1Ｇａ0. 9Ｎよりなる層を２５Åの膜厚で成
長させ、続いてシランガス、ＴＭＡを止め、ノンドープ
ＧａＮよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、総膜厚
０．１５μｍの超格子層よりなる超格子ノンドープ層７
ａを成長させる。 （活性層１０）次に、温度を８００℃にして、Ｓｉドー
プＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎよりなる障壁層を１００Åの膜厚
で成長させ、続いて同一温度で、ノンドープＩｎ0.2Ｇ
ａ0.8Ｎよりなる井戸層を４０Åの膜厚で成長させる。
障壁層と井戸層とを２回交互に積層し、最後に障壁層で
終わり、総膜厚３８０Åの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）
の活性層を成長させる。 （上部障壁層１１）次に、温度を１０５０℃に上げ、Ｔ
ＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇ（シクロペンタ
ジエニルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０20／cm
3ドープしたｐ型Ａｌ0. 3Ｇａ0. 7Ｎよりなる上部障壁層
を１００Åの膜厚で成長させる。また、上部障壁層１１
を、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープした膜厚７０Åのｐ
型Ａｌ0. 3Ｇａ0. 7Ｎよりなる第１上部障壁層と、Ｍｇを
１×１０20／cm3ドープした膜厚７０Åのｐ型Ａｌ0. 2Ｇ
ａ0. 8Ｎよりなる第２上部障壁層から構成してもよい。 （超格子ノンドープ層１２ａ）続いてＣｐ2Ｍｇを止
め、１０５０℃でノンドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなる
層を２５Åの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止め、ノ
ンドープＧａＮよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、
総膜厚０．１５μｍの超格子層よりなる超格子ノンドー
プ層１２ａを成長させる。 （超格子不純物ドープ層１２ｂ）続いて、１０５０℃で
ノンドープＡｌ0. 1Ｇａ0. 9Ｎよりなる層を２５Åの膜厚
で成長させ、続いてＴＭＡを止めてＣｐ2Ｍｇを流し、
ＭｇドープＧａＮよりなる層を２５Åの膜厚で成長さ
せ、総膜厚０．５μｍの超格子層よりなる超格子不純物
ドープ層１２ｂを成長させる。 （ｐ型コンタクト層１５）最後に、１０５０℃で、超格
子層１２の上に、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ
型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層１５を１５０Åの膜
厚で成長させる。
【００５３】以上のようにして窒化物半導体を成長させ
たウェーハを反応容器から取り出し、最上層のｐ型コン
タクト層の表面にＳｉＯ2よりなる保護膜を形成して、
ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用いＳｉＣｌ4ガ
スによりエッチングし、ｎ電極２３を形成すべきｎ型コ
ンタクト層５の表面を露出させる。このように窒化物半
導体を深くエッチングするには保護膜としてＳｉＯ2が
最適である。
たウェーハを反応容器から取り出し、最上層のｐ型コン
タクト層の表面にＳｉＯ2よりなる保護膜を形成して、
ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用いＳｉＣｌ4ガ
スによりエッチングし、ｎ電極２３を形成すべきｎ型コ
ンタクト層５の表面を露出させる。このように窒化物半
導体を深くエッチングするには保護膜としてＳｉＯ2が
最適である。
【００５４】図６は、図１の窒化物半導体レーザ素子の
ストライプ及び電極の形成方法の各工程を説明するため
の、各工程における窒化物半導体ウェーハの部分的な構
造を示す模式的断面図である。この図６に示される断面
図は、エッチングにより形成したストライプ導波路に対
し垂直方向、つまり共振面に対して平行方向で切断した
際の図を示している。
ストライプ及び電極の形成方法の各工程を説明するため
の、各工程における窒化物半導体ウェーハの部分的な構
造を示す模式的断面図である。この図６に示される断面
図は、エッチングにより形成したストライプ導波路に対
し垂直方向、つまり共振面に対して平行方向で切断した
際の図を示している。
【００５５】次に、図６（ａ）に示すように、最上層の
ｐ型コンタクト層１５のほぼ全面に、ＰＶＤ装置によ
り、Ｓｉ酸化物（主として、ＳｉＯ2）よりなる第１の
保護膜６１を０．５μｍの膜厚で形成した後、第１の保
護膜６１の上に所定の形状のマスクをかけ、フォトレジ
ストよりなる第３の保護膜６３を、ストライプ幅ｗ２μ
ｍ、厚さ１μｍで形成する。
ｐ型コンタクト層１５のほぼ全面に、ＰＶＤ装置によ
り、Ｓｉ酸化物（主として、ＳｉＯ2）よりなる第１の
保護膜６１を０．５μｍの膜厚で形成した後、第１の保
護膜６１の上に所定の形状のマスクをかけ、フォトレジ
ストよりなる第３の保護膜６３を、ストライプ幅ｗ２μ
ｍ、厚さ１μｍで形成する。
【００５６】次に、図６（ｂ）に示すように第３の保護
膜６３形成後、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置
により、ＣＦ4ガスを用い、第３の保護膜６３をマスク
として、前記第１の保護膜６１をエッチングして、スト
ライプ状とする。その後エッチング液で処理してフォト
レジストのみを除去することにより、図６（ｃ）に示す
ようにｐ型コンタクト層１５の上にストライプ幅２μｍ
の第１の保護膜６１が形成できる。
膜６３形成後、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）装置
により、ＣＦ4ガスを用い、第３の保護膜６３をマスク
として、前記第１の保護膜６１をエッチングして、スト
ライプ状とする。その後エッチング液で処理してフォト
レジストのみを除去することにより、図６（ｃ）に示す
ようにｐ型コンタクト層１５の上にストライプ幅２μｍ
の第１の保護膜６１が形成できる。
【００５７】さらに、図６（ｄ）に示すように、ストラ
イプ状の第１の保護膜６１形成後、再度ＲＩＥによりＳ
ｉＣｌ4ガスを用いて、ｐ型コンタクト層１５、および
超格子層１２をエッチングして、ストライプ状の導波路
領域（この場合、リッジストライプ）を形成する。スト
ライプを形成する際、そのストライプの断面形状を図２
に示すような順メサの形状とすると、横モードがシング
ルモードとなりやすく非常に好ましい。
イプ状の第１の保護膜６１形成後、再度ＲＩＥによりＳ
ｉＣｌ4ガスを用いて、ｐ型コンタクト層１５、および
超格子層１２をエッチングして、ストライプ状の導波路
領域（この場合、リッジストライプ）を形成する。スト
ライプを形成する際、そのストライプの断面形状を図２
に示すような順メサの形状とすると、横モードがシング
ルモードとなりやすく非常に好ましい。
【００５８】その後、ウェーハをＰＶＤ装置に移送し、
図６（ｅ）に示すように、Ｚｒ酸化物（主としてＺｒＯ
2）よりなる第２の保護膜６２を、第１の保護膜６１の
上と、エッチングにより露出された超格子層１２の上に
０．５μｍの膜厚で連続して形成する。
図６（ｅ）に示すように、Ｚｒ酸化物（主としてＺｒＯ
2）よりなる第２の保護膜６２を、第１の保護膜６１の
上と、エッチングにより露出された超格子層１２の上に
０．５μｍの膜厚で連続して形成する。
【００５９】次に、ウェーハをフッ酸に浸漬し、図６
（ｆ）に示すように、第１の保護膜６１をリフトオフ法
により除去する。
（ｆ）に示すように、第１の保護膜６１をリフトオフ法
により除去する。
【００６０】次に図６（ｇ）に示すように、ｐ型コンタ
クト層１５の上の第１の保護膜６１が除去されて露出し
たそのｐ型コンタクト層の表面にＮｉ／Ａｕよりなるｐ
電極２１を形成する。但しｐ電極２１は１００μｍのス
トライプ幅として、この図６（ｇ）に示すように、第２
の保護膜６２の上に渡って形成する。
クト層１５の上の第１の保護膜６１が除去されて露出し
たそのｐ型コンタクト層の表面にＮｉ／Ａｕよりなるｐ
電極２１を形成する。但しｐ電極２１は１００μｍのス
トライプ幅として、この図６（ｇ）に示すように、第２
の保護膜６２の上に渡って形成する。
【００６１】次に、ｐ電極２１上の全面に連続して、Ｔ
ｉからなる第１の薄膜層を１０００Åの膜厚で形成し、
更に図１に示すようにリッジの側面等にも第１の薄膜層
を形成する。この連続して形成された第１の薄膜層上
に、後の工程で劈開により共振面を形成する際の劈開面
に一致しない大きさ、つまり劈開面となる部分の上部を
避けて、断続的にＡｕからなる第２の薄膜層を８０００
Åの膜厚で形成し、第１の薄膜層及び第２の薄膜層から
なるｐパッド電極２２を形成する。
ｉからなる第１の薄膜層を１０００Åの膜厚で形成し、
更に図１に示すようにリッジの側面等にも第１の薄膜層
を形成する。この連続して形成された第１の薄膜層上
に、後の工程で劈開により共振面を形成する際の劈開面
に一致しない大きさ、つまり劈開面となる部分の上部を
避けて、断続的にＡｕからなる第２の薄膜層を８０００
Åの膜厚で形成し、第１の薄膜層及び第２の薄膜層から
なるｐパッド電極２２を形成する。
【００６２】ｐパッド電極形２２成後、一番最初に露出
させたｎ型コンタクト層５の表面にはＴｉ／Ａｌよりな
るｎ電極２３をストライプと平行な方向で形成し、その
上にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕよりなるｎパッド電極２４を形成
する。
させたｎ型コンタクト層５の表面にはＴｉ／Ａｌよりな
るｎ電極２３をストライプと平行な方向で形成し、その
上にＴｉ／Ｐｔ／Ａｕよりなるｎパッド電極２４を形成
する。
【００６３】以上のようにして、ｎ電極２３、ｎパッド
電極２４，ｐ電極２１およびｐパッド電極２２とを形成
したウェーハのサファイア基板を研磨して７０μｍとし
た後、ストライプ状の電極に垂直な方向で、基板側から
バー状に劈開し、劈開面（１１−００面、六角柱状の結
晶の側面に相当する面＝Ｍ面）に共振器を作製する。共
振器面にＳｉＯ2とＴｉＯ2よりなる誘電体多層膜を形成
し、最後にｐ電極に平行な方向で、バーを切断して図１
に示すようなレーザ素子とする。なお共振器長は３００
〜５００μｍとすることが望ましい。
電極２４，ｐ電極２１およびｐパッド電極２２とを形成
したウェーハのサファイア基板を研磨して７０μｍとし
た後、ストライプ状の電極に垂直な方向で、基板側から
バー状に劈開し、劈開面（１１−００面、六角柱状の結
晶の側面に相当する面＝Ｍ面）に共振器を作製する。共
振器面にＳｉＯ2とＴｉＯ2よりなる誘電体多層膜を形成
し、最後にｐ電極に平行な方向で、バーを切断して図１
に示すようなレーザ素子とする。なお共振器長は３００
〜５００μｍとすることが望ましい。
【００６４】このように作成した窒化物半導体レーザ素
子を高出力領域においてレーザ発振させたところ、レー
ザスポットの水平横方向のＦＦＰ（ＦＦＰｘ）は一定の
位置に観測され安定していた。 ［実施例２］実施例１における超格子不純物ドープ層９
ｂ、超格子ノンドープ層９ａ、超格子ノンドープ層１２
ａおよび超格子不純物ドープ層１２ｂの形成工程に代え
て、それぞれ下記の超格子クラッド層９ｄ、超格子ガイ
ド層９ｃ、超格子ガイド層１２ｃおよび超格子クラッド
層１２ｄの形成工程とする。 （超格子クラッド層９ｄ）１０５０℃でノンドープＡｌ
0. 1Ｇａ0. 9Ｎよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、続
いてＴＭＡを止めてシランガスを流し、ＳｉドープＧａ
Ｎよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、総膜厚０．９
μｍの超格子層よりなる超格子ｎ型ドープ層７ｂを成長
させる。 （超格子ガイド層９ｃ）続いて、１０５０℃でノンドー
プＡｌ0. 05Ｇａ0. 95Ｎよりなる層を２５Åの膜厚で成長
させ、ＴＭＡを止め、ノンドープＧａＮよりなる層を２
５Åの膜厚で成長させ、総膜厚０．１５μｍの超格子層
よりなる超格子ノンドープ層１２ａを成長させる。 （超格子ガイド層１２ｃ）１０５０℃でノンドープＡｌ
0.05Ｇａ0.95Ｎよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、
ＴＭＡを止め、ノンドープＧａＮよりなる層を２５Åの
膜厚で成長させ、総膜厚０．１５μｍの超格子層よりな
る超格子ノンドープ層１２ａを成長させる。 （超格子クラッド層１２ｄ）続いて、１０５０℃でノン
ドープＡｌ0. 1Ｇａ0. 9Ｎよりなる層を２５Åの膜厚で成
長させ、続いてＴＭＡを止めてＣｐ2Ｍｇを流し、Ｍｇ
ドープＧａＮよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、総
膜厚０．５μｍの超格子層よりなる超格子不純物ドープ
層１２ｂを成長させる。 ［実施例３］実施例１における超格子不純物ドープ層９
ｂ、超格子ノンドープ層９ａ、または実施例２における
超格子クラッド層９ｄ、超格子ガイド層９ｃの形成工程
に代えて、下記のｎ型クラッド層７ｂ、ノンドープクラ
ッド層７ａおよび光ガイド層８の形成工程とする。 （ｎ型クラッド層７ｂ）１０５０℃でＴＭＡ（トリメチ
ルアルミニウム）、ＴＭＧ、アンモニアを用い、ノンド
ープＡｌ0.1Ｇａ0. 9Ｎよりなる層を２５Åの膜厚で成長
させ、続いてＴＭＡを止めて、シランガスを流し、Ｓｉ
を１×１０19／cm3ドープしたｎ型ＧａＮよりなる層を
２５Åの膜厚で成長させる。それらの層を交互積層して
超格子層を構成し、総膜厚０．９μｍの超格子層よりな
るｎ型クラッド層７ｂを成長させる。 （ノンドープクラッド層７ａ）続いて、１０５０℃でＴ
ＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ、アンモニア
を用い、ノンドープＡｌ0.1Ｇａ0. 9Ｎよりなる層を２５
Åの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止めて、ノンドー
プＧａＮよりなる層を２５Åの膜厚で成長させる。それ
らの層を交互積層して超格子層を構成し、総膜厚０．１
２５μｍの超格子よりなるノンドープクラッド層７ａを
成長させる。 （光ガイド層８）続いて、１０５０℃でノンドープＧａ
Ｎよりなる光ガイド層８を０．０２５μｍの膜厚で成長
させる。この光ガイド層８にｎ型不純物をドープしても
よい。 ［実施例４］実施例１における超格子不純物ドープ層１
２ｂ、超格子ノンドープ層１２ａ、または実施例２にお
ける超格子クラッド層１２ｄ、超格子ガイド層１２ｃの
形成工程に代えて、下記の光ガイド層１３、ノンドープ
クラッド層１４ｂおよびｐ型クラッド層１４ａの形成工
程とする。 （光ガイド層１３）Ｃｐ2Ｍｇ、ＴＭＡを止め、１０５
０℃で、ノンドープＧａＮよりなる光ガイド層１３を
０．０２５μｍの膜厚で成長させる。 （ノンドープクラッド層１４ａ）続いて、１０５０℃で
ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ、アンモニ
アを用い、ノンドープＡｌ0.1Ｇａ0. 9Ｎよりなる層を２
５Åの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止めて、ノンド
ープＧａＮよりなる層を２５Åの膜厚で成長させる。そ
れらの層を交互積層して超格子層を構成し、総膜厚０．
１２５μｍの超格子よりなるノンドープクラッド層１４
ａを成長させる。 （ｐ型クラッド層１４ｂ）続いて、１０５０℃でＴＭＡ
（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ、アンモニアを用
い、ノンドープＡｌ0.1Ｇａ0. 9Ｎよりなる層を２５Åの
膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止めて、Ｃｐ2Ｍｇを
流し、Ｍｇを１×１０19／cm3ドープしたｐ型ＧａＮよ
りなる層を２５Åの膜厚で成長させる。それらの層を交
互積層して超格子層を構成し、総膜厚０．５μｍの超格
子よりなるｐ型クラッド層１４ｂを成長させる。 ［実施例５］実施例１における超格子不純物ドープ層９
ｂ、超格子ノンドープ層９ａ、または実施例２における
超格子クラッド層９ｄ、超格子ガイド層９ｃの形成工程
に代えて、下記のｎ型クラッド層７および光ガイド層８
の形成工程とする。 （ｎ型クラッド層７）１０５０℃でＴＭＡ（トリメチル
アルミニウム）、ＴＭＧ、アンモニアを用い、ノンドー
プＡｌ0.1Ｇａ0. 9Ｎよりなる層を２５Åの膜厚で成長さ
せ、続いてＴＭＡを止めて、シランガスを流し、Ｓｉを
１×１０19／cm3ドープしたｎ型ＧａＮよりなる層を２
５Åの膜厚で成長させる。それらの層を交互積層して超
格子層を構成し、総膜厚０．９μｍの超格子よりなるｎ
型クラッド層７を成長させる。 （光ガイド層８）続いて、シランガスを止め、１０５０
℃でノンドープＧａＮよりなる光ガイド層８を０．１５
μｍの膜厚で成長させる。 ［実施例６］実施例１における超格子不純物ドープ層１
２ｂ、超格子ノンドープ層１２ａ、または実施例２にお
ける超格子クラッド層１２ｄ、超格子ガイド層１２ｃの
形成工程に代えて、下記のｐ型クラッド層１４ａ、ノン
ドープクラッド層１４ｂおよび光ガイド層１３の形成工
程とする。 （光ガイド層１３）Ｃｐ2Ｍｇ、ＴＭＡを止め、１０５
０℃で、ノンドープＧａＮよりなる光ガイド層１３を
０．１５μｍの膜厚で成長させる。 （ｐ型クラッド層１４）続いて、１０５０℃でＴＭＡ
（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ、アンモニアを用
い、ノンドープＡｌ0.1Ｇａ0. 9Ｎよりなる層を２５Åの
膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止めて、Ｃｐ2Ｍｇを
流し、Ｍｇを１×１０19／cm3ドープしたｐ型ＧａＮよ
りなる層を２５Åの膜厚で成長させる。それらの層を交
互積層して超格子層を構成し、総膜厚０．５μｍの超格
子よりなるｐ型クラッド層１４を成長させる。
子を高出力領域においてレーザ発振させたところ、レー
ザスポットの水平横方向のＦＦＰ（ＦＦＰｘ）は一定の
位置に観測され安定していた。 ［実施例２］実施例１における超格子不純物ドープ層９
ｂ、超格子ノンドープ層９ａ、超格子ノンドープ層１２
ａおよび超格子不純物ドープ層１２ｂの形成工程に代え
て、それぞれ下記の超格子クラッド層９ｄ、超格子ガイ
ド層９ｃ、超格子ガイド層１２ｃおよび超格子クラッド
層１２ｄの形成工程とする。 （超格子クラッド層９ｄ）１０５０℃でノンドープＡｌ
0. 1Ｇａ0. 9Ｎよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、続
いてＴＭＡを止めてシランガスを流し、ＳｉドープＧａ
Ｎよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、総膜厚０．９
μｍの超格子層よりなる超格子ｎ型ドープ層７ｂを成長
させる。 （超格子ガイド層９ｃ）続いて、１０５０℃でノンドー
プＡｌ0. 05Ｇａ0. 95Ｎよりなる層を２５Åの膜厚で成長
させ、ＴＭＡを止め、ノンドープＧａＮよりなる層を２
５Åの膜厚で成長させ、総膜厚０．１５μｍの超格子層
よりなる超格子ノンドープ層１２ａを成長させる。 （超格子ガイド層１２ｃ）１０５０℃でノンドープＡｌ
0.05Ｇａ0.95Ｎよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、
ＴＭＡを止め、ノンドープＧａＮよりなる層を２５Åの
膜厚で成長させ、総膜厚０．１５μｍの超格子層よりな
る超格子ノンドープ層１２ａを成長させる。 （超格子クラッド層１２ｄ）続いて、１０５０℃でノン
ドープＡｌ0. 1Ｇａ0. 9Ｎよりなる層を２５Åの膜厚で成
長させ、続いてＴＭＡを止めてＣｐ2Ｍｇを流し、Ｍｇ
ドープＧａＮよりなる層を２５Åの膜厚で成長させ、総
膜厚０．５μｍの超格子層よりなる超格子不純物ドープ
層１２ｂを成長させる。 ［実施例３］実施例１における超格子不純物ドープ層９
ｂ、超格子ノンドープ層９ａ、または実施例２における
超格子クラッド層９ｄ、超格子ガイド層９ｃの形成工程
に代えて、下記のｎ型クラッド層７ｂ、ノンドープクラ
ッド層７ａおよび光ガイド層８の形成工程とする。 （ｎ型クラッド層７ｂ）１０５０℃でＴＭＡ（トリメチ
ルアルミニウム）、ＴＭＧ、アンモニアを用い、ノンド
ープＡｌ0.1Ｇａ0. 9Ｎよりなる層を２５Åの膜厚で成長
させ、続いてＴＭＡを止めて、シランガスを流し、Ｓｉ
を１×１０19／cm3ドープしたｎ型ＧａＮよりなる層を
２５Åの膜厚で成長させる。それらの層を交互積層して
超格子層を構成し、総膜厚０．９μｍの超格子層よりな
るｎ型クラッド層７ｂを成長させる。 （ノンドープクラッド層７ａ）続いて、１０５０℃でＴ
ＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ、アンモニア
を用い、ノンドープＡｌ0.1Ｇａ0. 9Ｎよりなる層を２５
Åの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止めて、ノンドー
プＧａＮよりなる層を２５Åの膜厚で成長させる。それ
らの層を交互積層して超格子層を構成し、総膜厚０．１
２５μｍの超格子よりなるノンドープクラッド層７ａを
成長させる。 （光ガイド層８）続いて、１０５０℃でノンドープＧａ
Ｎよりなる光ガイド層８を０．０２５μｍの膜厚で成長
させる。この光ガイド層８にｎ型不純物をドープしても
よい。 ［実施例４］実施例１における超格子不純物ドープ層１
２ｂ、超格子ノンドープ層１２ａ、または実施例２にお
ける超格子クラッド層１２ｄ、超格子ガイド層１２ｃの
形成工程に代えて、下記の光ガイド層１３、ノンドープ
クラッド層１４ｂおよびｐ型クラッド層１４ａの形成工
程とする。 （光ガイド層１３）Ｃｐ2Ｍｇ、ＴＭＡを止め、１０５
０℃で、ノンドープＧａＮよりなる光ガイド層１３を
０．０２５μｍの膜厚で成長させる。 （ノンドープクラッド層１４ａ）続いて、１０５０℃で
ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ、アンモニ
アを用い、ノンドープＡｌ0.1Ｇａ0. 9Ｎよりなる層を２
５Åの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止めて、ノンド
ープＧａＮよりなる層を２５Åの膜厚で成長させる。そ
れらの層を交互積層して超格子層を構成し、総膜厚０．
１２５μｍの超格子よりなるノンドープクラッド層１４
ａを成長させる。 （ｐ型クラッド層１４ｂ）続いて、１０５０℃でＴＭＡ
（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ、アンモニアを用
い、ノンドープＡｌ0.1Ｇａ0. 9Ｎよりなる層を２５Åの
膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止めて、Ｃｐ2Ｍｇを
流し、Ｍｇを１×１０19／cm3ドープしたｐ型ＧａＮよ
りなる層を２５Åの膜厚で成長させる。それらの層を交
互積層して超格子層を構成し、総膜厚０．５μｍの超格
子よりなるｐ型クラッド層１４ｂを成長させる。 ［実施例５］実施例１における超格子不純物ドープ層９
ｂ、超格子ノンドープ層９ａ、または実施例２における
超格子クラッド層９ｄ、超格子ガイド層９ｃの形成工程
に代えて、下記のｎ型クラッド層７および光ガイド層８
の形成工程とする。 （ｎ型クラッド層７）１０５０℃でＴＭＡ（トリメチル
アルミニウム）、ＴＭＧ、アンモニアを用い、ノンドー
プＡｌ0.1Ｇａ0. 9Ｎよりなる層を２５Åの膜厚で成長さ
せ、続いてＴＭＡを止めて、シランガスを流し、Ｓｉを
１×１０19／cm3ドープしたｎ型ＧａＮよりなる層を２
５Åの膜厚で成長させる。それらの層を交互積層して超
格子層を構成し、総膜厚０．９μｍの超格子よりなるｎ
型クラッド層７を成長させる。 （光ガイド層８）続いて、シランガスを止め、１０５０
℃でノンドープＧａＮよりなる光ガイド層８を０．１５
μｍの膜厚で成長させる。 ［実施例６］実施例１における超格子不純物ドープ層１
２ｂ、超格子ノンドープ層１２ａ、または実施例２にお
ける超格子クラッド層１２ｄ、超格子ガイド層１２ｃの
形成工程に代えて、下記のｐ型クラッド層１４ａ、ノン
ドープクラッド層１４ｂおよび光ガイド層１３の形成工
程とする。 （光ガイド層１３）Ｃｐ2Ｍｇ、ＴＭＡを止め、１０５
０℃で、ノンドープＧａＮよりなる光ガイド層１３を
０．１５μｍの膜厚で成長させる。 （ｐ型クラッド層１４）続いて、１０５０℃でＴＭＡ
（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ、アンモニアを用
い、ノンドープＡｌ0.1Ｇａ0. 9Ｎよりなる層を２５Åの
膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止めて、Ｃｐ2Ｍｇを
流し、Ｍｇを１×１０19／cm3ドープしたｐ型ＧａＮよ
りなる層を２５Åの膜厚で成長させる。それらの層を交
互積層して超格子層を構成し、総膜厚０．５μｍの超格
子よりなるｐ型クラッド層１４を成長させる。
【００６５】
【発明の効果】以上説明した通り、本発明のレーザ素子
によって、高出力の動作時であってもレーザ素子におけ
るキンクの発生を防止することができ、かつ横モードの
制御性に優れたレーザ素子を提供することができる。
によって、高出力の動作時であってもレーザ素子におけ
るキンクの発生を防止することができ、かつ横モードの
制御性に優れたレーザ素子を提供することができる。
【図１】本発明の実施の形態１にかかるレーザ素子を示
す模式的断面図である。
す模式的断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１、２にかかるレーザ素の
一部を示す模式的断面図である。
一部を示す模式的断面図である。
【図３】本発明の実施の形態３かかるレーザ素の一部を
示す模式的断面図である。
示す模式的断面図である。
【図４】本発明の実施の形態４にかかるレーザ素の一部
を示す模式的断面図である。
を示す模式的断面図である。
【図５】本発明の実施の形態５にかかるレーザ素の一部
を示す模式的断面図である。
を示す模式的断面図である。
【図６】ストライプ状のリッジ構造を形成する方法の各
工程を説明するための、各工程におけるウェーハの部分
的な構造を示す模式的断面図である。
工程を説明するための、各工程におけるウェーハの部分
的な構造を示す模式的断面図である。
【図７】従来のレーザ素子の構造を示す模式的断面図で
ある。
ある。
１・・・異種基板 ２・・・下地層 ３・・・窒化物半導体基板成長用の保護膜 ４・・・窒化物半導体基板 ５・・・ｎ型コンタクト層 ６・・・クラック防止層 ７・・・ｎ型クラッド層 ８、１３・・・光ガイド層 ９、１２・・・超格子層 ９ａ、１２ａ・・・超格子ノンドープ層 ９ｂ、１２ｂ・・・超格子不純物ドープ層 ９ｃ、１２ｃ・・・超格子ガイド層 ９ｄ、１２ｄ・・・超格子クラッド層 １０・・・活性層 １１・・・上部障壁層 １４・・・ｐ型クラッド層 １５・・・ｐ型コンタクト層 ２１・・・ｐ電極 ２２・・・ｐパッド電極 ２３・・・ｎ電極 ２４・・・ｎパッド電極 ３１，３２・・・絶縁膜 ６１・・・第１の保護膜 ６２・・・第２の保護膜 ６３・・・第３の保護膜
Claims (6)
- 【請求項１】ｎ型半導体層と、活性層と、ｐ型半導体層
とを有する窒化物半導体レーザ素子において、超格子層
が前記活性層のｎ型またはｐ型半導体層側の少なくとも
一方にほぼ接して形成されることを特徴とする窒化物半
導体レーザ素子。 - 【請求項２】前記超格子層はＡｌxＧａ1-xＮ／ＩｎyＧ
ａ1-yＮ（０＜ｘ＜１、０≦ｙ＜１）からなる超格子構
造を有することを特徴とする請求項１に記載の窒化物半
導体レーザ素子。 - 【請求項３】前記超格子層は、活性層側に前記ＡｌxＧ
ａ1-xＮ層および前記ＩｎyＧａ1-yＮ層のいずれにも不
純物がドープされていない超格子ノンドープ層と、 活性層の外側に前記ＡｌxＧａ1-xＮ層または前記Ｉｎy
Ｇａ1-yＮ層の少なくとも一方に不純物がドープされた
超格子不純物ドープ層とを有することを特徴とする請求
項２に記載の窒化物半導体レーザ素子。 - 【請求項４】前記超格子層は、活性層側にＡｌx1Ｇａ
1-x1Ｎ／Ｉｎy1Ｇａ1-y1Ｎ（０＜ｘ１＜０、０≦ｙ１＜
１）、またはＩｎyaＧａ1-yaＮ／ＩｎybＧａ1-ybＮ（０
≦ｙｂ＜ｙａ＜０）からなる超格子構造を有する超格子
ガイド層と、 活性層の外側にＡｌx2Ｇａ1-x2Ｎ／Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ
（０＜ｘ２＜１、ｘ１＜Ｘ２、０≦ｙ２＜１）からなる
超格子構造を有する超格子クラッド層とを有することを
特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。 - 【請求項５】前記超格子ガイド層は前記Ａｌx1Ｇａ1-x1
Ｎ層および前記Ｉｎy1Ｇａ1-y1Ｎ層、または前記Ｉｎya
Ｇａ1-yaＮ層および前記ＩｎybＧａ1-ybＮ層のいずれに
も不純物がドープされておらず、 前記超格子クラッド層は前記Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ層または
前記Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ層の少なくとも一方に不純物がド
ープされていることを特徴とする請求項４に記載の窒化
物半導体レーザ素子。 - 【請求項６】前記超格子層は少なくとも前記活性層のｐ
型半導体側にほぼ接して形成されることを特徴とする請
求項１乃至５に記載の窒化物半導体レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000364488A JP2002171028A (ja) | 2000-11-30 | 2000-11-30 | レーザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000364488A JP2002171028A (ja) | 2000-11-30 | 2000-11-30 | レーザ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002171028A true JP2002171028A (ja) | 2002-06-14 |
Family
ID=18835421
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000364488A Pending JP2002171028A (ja) | 2000-11-30 | 2000-11-30 | レーザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002171028A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004087763A (ja) * | 2002-08-27 | 2004-03-18 | Sony Corp | 窒化物系半導体発光素子 |
| KR100895056B1 (ko) * | 2002-11-06 | 2009-04-30 | 미쓰비시덴키 가부시키가이샤 | 반도체 레이저장치 |
| US7585688B2 (en) | 2007-03-29 | 2009-09-08 | Mitsubishi Electric Corporation | Method for manufacturing semiconductor optical device |
| US7611916B2 (en) | 2008-03-05 | 2009-11-03 | Mitsubishi Electric Corporation | Method of manufacturing semiconductor optical element |
| US7741654B2 (en) | 2004-09-16 | 2010-06-22 | Nec Corporation | Group III nitride semiconductor optical device |
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| JP2013065630A (ja) * | 2011-09-15 | 2013-04-11 | Toshiba Corp | 半導体発光素子、ウェーハ、半導体発光素子の製造方法及びウェーハの製造方法 |
| JP2014195114A (ja) * | 2014-06-02 | 2014-10-09 | Toshiba Corp | 半導体発光素子及びウェーハ |
-
2000
- 2000-11-30 JP JP2000364488A patent/JP2002171028A/ja active Pending
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| JP2014195114A (ja) * | 2014-06-02 | 2014-10-09 | Toshiba Corp | 半導体発光素子及びウェーハ |
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