JP2003101155A - 窒化物半導体レーザ素子 - Google Patents
窒化物半導体レーザ素子Info
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- JP2003101155A JP2003101155A JP2001289072A JP2001289072A JP2003101155A JP 2003101155 A JP2003101155 A JP 2003101155A JP 2001289072 A JP2001289072 A JP 2001289072A JP 2001289072 A JP2001289072 A JP 2001289072A JP 2003101155 A JP2003101155 A JP 2003101155A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 光出力の高い領域まで発振させていっても電
流−光出力特性にキンクを生じにくいＧａＮ系レーザ素
子を提供する。 【解決手段】 窒化物半導体レーザ素子１００は、窒化
物半導体活性層１０６と、この活性層１０６で生じた光
を導波するストライプ状導波路とを含み、そのストライ
プ状導波路の両側の少なくとも一部の領域においてその
導波路から０．３μｍ以内の距離に及ぶように少なくと
も一対の光吸収膜１１２が設けられていることを特徴と
している。
流−光出力特性にキンクを生じにくいＧａＮ系レーザ素
子を提供する。 【解決手段】 窒化物半導体レーザ素子１００は、窒化
物半導体活性層１０６と、この活性層１０６で生じた光
を導波するストライプ状導波路とを含み、そのストライ
プ状導波路の両側の少なくとも一部の領域においてその
導波路から０．３μｍ以内の距離に及ぶように少なくと
も一対の光吸収膜１１２が設けられていることを特徴と
している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、光情報機器等の光
源に適用して好適な窒化物系半導体レーザ素子の改善に
関するものである。
源に適用して好適な窒化物系半導体レーザ素子の改善に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ等のＩＩＩ族元素と、
Ｖ族元素であるＮとの化合物からなる窒化物系半導体
（以後、ＧａＮ系半導体とも称す）は、そのエネルギバ
ンド構造や化学的安定性の観点から発光素子やパワーデ
バイス用半導体として期待され、その応用が試みられて
きた。たとえば、サファイア基板やＧａＮ基板上に複数
のＧａＮ系半導体層を積層して青色半導体レーザを作製
する試みが盛んに行われている。
Ｖ族元素であるＮとの化合物からなる窒化物系半導体
（以後、ＧａＮ系半導体とも称す）は、そのエネルギバ
ンド構造や化学的安定性の観点から発光素子やパワーデ
バイス用半導体として期待され、その応用が試みられて
きた。たとえば、サファイア基板やＧａＮ基板上に複数
のＧａＮ系半導体層を積層して青色半導体レーザを作製
する試みが盛んに行われている。
【０００３】これら青緑色半導体レーザのうちで、リッ
ジ導波路を形成して半導体接合面に平行な方向に対して
屈折率差を生じさせることにより光を閉じこめてレーザ
発振させる例が、図１３の模式的な斜視図に示されてい
る（例えばJpn.J.Appl.Phys.,Vol.37(1998)pp.L309-L31
2およびJpn.J.Appl.Phys.,Vol.39(2000)pp.L647-L650な
ど参照）。この従来のＧａＮ系半導体レーザ５００にお
いては、（０００１）面サファイア基板（図示せず）上
にＧａＮ厚膜を形成してからサファイア基板を除去し、
そのＧａＮ厚膜が（０００１）面ＧａＮ基板５０１とし
て用いられている。ＧａＮ基板５０１上においては、Ｇ
ａＮバッファ層５０２、ｎ型ＧａＮコンタクト層５０
３、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５０４、ｎ型ＧａＮガイ
ド層５０５、ＩｎＧａＮを利用した多重量子井戸活性層
５０６、ｐ型ＡｌＧａＮ蒸発防止層５０７、ｐ型ＧａＮ
ガイド層５０８、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層５０９、お
よびｐ型ＧａＮコンタクト層５１０が順次積層されてい
る。
ジ導波路を形成して半導体接合面に平行な方向に対して
屈折率差を生じさせることにより光を閉じこめてレーザ
発振させる例が、図１３の模式的な斜視図に示されてい
る（例えばJpn.J.Appl.Phys.,Vol.37(1998)pp.L309-L31
2およびJpn.J.Appl.Phys.,Vol.39(2000)pp.L647-L650な
ど参照）。この従来のＧａＮ系半導体レーザ５００にお
いては、（０００１）面サファイア基板（図示せず）上
にＧａＮ厚膜を形成してからサファイア基板を除去し、
そのＧａＮ厚膜が（０００１）面ＧａＮ基板５０１とし
て用いられている。ＧａＮ基板５０１上においては、Ｇ
ａＮバッファ層５０２、ｎ型ＧａＮコンタクト層５０
３、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５０４、ｎ型ＧａＮガイ
ド層５０５、ＩｎＧａＮを利用した多重量子井戸活性層
５０６、ｐ型ＡｌＧａＮ蒸発防止層５０７、ｐ型ＧａＮ
ガイド層５０８、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層５０９、お
よびｐ型ＧａＮコンタクト層５１０が順次積層されてい
る。
【０００４】すなわち、この半導体レーザ５００におい
てはｐ型ＡｌＧａＮクラッド層５０９の上部とｐ型Ｇａ
Ｎコンタクト層５１０を含むリッジストライプ５１１が
形成されており、半導体接合面に平行な方向に対して屈
折率差を生じさせることにより水平横モードの閉じ込め
を行うストライプ状導波路が設けられている。
てはｐ型ＡｌＧａＮクラッド層５０９の上部とｐ型Ｇａ
Ｎコンタクト層５１０を含むリッジストライプ５１１が
形成されており、半導体接合面に平行な方向に対して屈
折率差を生じさせることにより水平横モードの閉じ込め
を行うストライプ状導波路が設けられている。
【０００５】リッジストライプ５１１の両側面には活性
層５０６からの光を吸収しないＳｉＯ2誘電体膜５１２
が堆積され、リッジストライプ頂上のみから電流注入す
るための電流狭窄構造が形成されている。また、リッジ
ストライプ５１１部における屈折率がその両脇部に比べ
て高くなり、ステップ状の屈折率分布が半導体接合面に
平行な方向に形成されている。
層５０６からの光を吸収しないＳｉＯ2誘電体膜５１２
が堆積され、リッジストライプ頂上のみから電流注入す
るための電流狭窄構造が形成されている。また、リッジ
ストライプ５１１部における屈折率がその両脇部に比べ
て高くなり、ステップ状の屈折率分布が半導体接合面に
平行な方向に形成されている。
【０００６】リッジストライプ５１１頂上部およびＳｉ
Ｏ2誘電体膜５１２上にはｐ型電極５１３が形成され、
また反応性イオンエッチングによって一部露出されたｎ
型ＧａＮコンタクト層５０３上にｎ型電極５１４が堆積
され、これらの電極が半導体レーザ５００に電流を注入
する役割を果たしている。
Ｏ2誘電体膜５１２上にはｐ型電極５１３が形成され、
また反応性イオンエッチングによって一部露出されたｎ
型ＧａＮコンタクト層５０３上にｎ型電極５１４が堆積
され、これらの電極が半導体レーザ５００に電流を注入
する役割を果たしている。
【０００７】この半導体レーザ５００では、さらに共振
器端面をドライエッチングにより形成し、リッジストラ
イプ５１１部でのステップ状屈折率分布により光閉じ込
めを行い、低閾値電流で安定した水平横モード発振が得
られている。また、その半導体レーザの寿命も１万時間
以上に達し、レーザの長寿命化やそれに伴う信頼性の向
上という観点では、ほぼ技術が完成していると考えられ
る。
器端面をドライエッチングにより形成し、リッジストラ
イプ５１１部でのステップ状屈折率分布により光閉じ込
めを行い、低閾値電流で安定した水平横モード発振が得
られている。また、その半導体レーザの寿命も１万時間
以上に達し、レーザの長寿命化やそれに伴う信頼性の向
上という観点では、ほぼ技術が完成していると考えられ
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１３
のような構造のレーザにおいて光出力の高い領域まで発
振させていけば、注入電流を増加させていく過程で電流
−光出力（Ｉ−Ｌ）特性の線形性が損なわれ、キンクと
呼ばれる光出力の階段状変化が現れる場合があることが
知られている。レーザ素子がキンクを生ずる場合、レー
ザビームの射出方向の移動や出力の揺らぎを伴い、レー
ザの実用上重大な問題を引き起こす。このことは、水平
横モードの安定性と密接にかかわっていると考えられ
る。考え得る原因として、例えば下記の３つが挙げられ
る。
のような構造のレーザにおいて光出力の高い領域まで発
振させていけば、注入電流を増加させていく過程で電流
−光出力（Ｉ−Ｌ）特性の線形性が損なわれ、キンクと
呼ばれる光出力の階段状変化が現れる場合があることが
知られている。レーザ素子がキンクを生ずる場合、レー
ザビームの射出方向の移動や出力の揺らぎを伴い、レー
ザの実用上重大な問題を引き起こす。このことは、水平
横モードの安定性と密接にかかわっていると考えられ
る。考え得る原因として、例えば下記の３つが挙げられ
る。
【０００９】第１に、ＧａＮ系レーザの活性層として頻
繁に使用されるＩｎxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）はＩｎ組
成比の異なった領域が形成されやすく、これによりキャ
リアが局在化してキンクを生ずる原因となる。第２に、
ＧａＮ系材料はキャリアの有効質量が大きいので、キャ
リアの局在化が起こってキンクを生ずる原因となる。第
３に、共振器端面を擬似劈開やエッチドミラーとして作
製した場合、それらの端面の荒れに起因して向かい合う
共振器端面で段差が生じることがあり、これがキンクを
生ずる原因となる。したがって、キンクを防止するため
には、ＧａＮ系材料ではその固有の物性を考慮して、他
の半導体材料の場合と違った設計が必要となる。
繁に使用されるＩｎxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）はＩｎ組
成比の異なった領域が形成されやすく、これによりキャ
リアが局在化してキンクを生ずる原因となる。第２に、
ＧａＮ系材料はキャリアの有効質量が大きいので、キャ
リアの局在化が起こってキンクを生ずる原因となる。第
３に、共振器端面を擬似劈開やエッチドミラーとして作
製した場合、それらの端面の荒れに起因して向かい合う
共振器端面で段差が生じることがあり、これがキンクを
生ずる原因となる。したがって、キンクを防止するため
には、ＧａＮ系材料ではその固有の物性を考慮して、他
の半導体材料の場合と違った設計が必要となる。
【００１０】キンクの発生を防止するためにはストライ
プ状導波路の幅を狭くすることが有効であるが、電極の
接触面積が小さくなるので動作電圧が上昇し、逆にレー
ザの寿命や信頼性に問題が生じる。したがって、できる
だけ電極の接触面積を小さくせずに横モードの安定性を
保つ構造が求められてきた。
プ状導波路の幅を狭くすることが有効であるが、電極の
接触面積が小さくなるので動作電圧が上昇し、逆にレー
ザの寿命や信頼性に問題が生じる。したがって、できる
だけ電極の接触面積を小さくせずに横モードの安定性を
保つ構造が求められてきた。
【００１１】そこで、本発明の目的は、上述の問題を解
決し、光ピックアップ等への応用に好適なＧａＮ系レー
ザ素子を歩留まり良く提供することにある。
決し、光ピックアップ等への応用に好適なＧａＮ系レー
ザ素子を歩留まり良く提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の一つの態様によ
る窒化物半導体レーザ素子は、窒化物半導体活性層と、
この活性層で生じた光を導波するストライプ状導波路と
を含み、そのストライプ状導波路の両側の少なくとも一
部の領域においてその導波路から０．３μｍ以内の距離
に及ぶように少なくとも一対の光吸収膜が設けられてい
ることを特徴としている。
る窒化物半導体レーザ素子は、窒化物半導体活性層と、
この活性層で生じた光を導波するストライプ状導波路と
を含み、そのストライプ状導波路の両側の少なくとも一
部の領域においてその導波路から０．３μｍ以内の距離
に及ぶように少なくとも一対の光吸収膜が設けられてい
ることを特徴としている。
【００１３】なお、その光吸収膜は、３×１０4ｃｍ-1
以上の吸収係数を有してことが好ましい。また、ストラ
イプ状導波路は所定の共振器長を有し、少なくとも一対
の光吸収膜はその導波路に沿ってその共振器長の１／３
以内の合計幅を有していることが好ましい。
以上の吸収係数を有してことが好ましい。また、ストラ
イプ状導波路は所定の共振器長を有し、少なくとも一対
の光吸収膜はその導波路に沿ってその共振器長の１／３
以内の合計幅を有していることが好ましい。
【００１４】さらに、窒化物半導体活性層はＩｎxＧａ
1-xＮ（０≦ｘ≦１）からなることが好ましく、Ａｓま
たはＰを含んでいてもよい。
1-xＮ（０≦ｘ≦１）からなることが好ましく、Ａｓま
たはＰを含んでいてもよい。
【００１５】本発明のもう一つの態様による窒化物半導
体レーザ素子は、窒化物半導体活性層と、この活性層で
生じた光を導波するストライプ状導波路とを含み、その
ストライプ状導波路の長手方向においてその一部がロス
ガイド型導波路であり、残余の部分が実屈折率ガイド型
導波路であることを特徴としている。
体レーザ素子は、窒化物半導体活性層と、この活性層で
生じた光を導波するストライプ状導波路とを含み、その
ストライプ状導波路の長手方向においてその一部がロス
ガイド型導波路であり、残余の部分が実屈折率ガイド型
導波路であることを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】（用語の定義）まず、本願明細書
において用いられているいくつかの用語の意義を明らか
にしておく。
において用いられているいくつかの用語の意義を明らか
にしておく。
【００１７】本願明細書において、「ＧａＮ系半導体」
とは、Ｖ族元素のＮとＩＩＩ族元素との化合物を含む六
方晶構造の窒化物系化合物半導体を意味し、ＡｌxＧａy
Ｉｎ 1-x-yＮ（０≦ｘ≦１；０≦ｙ≦１；０≦ｘ＋ｙ≦
１）の組成比で表される物質の他、そのＩＩＩ族元素の
一部（２０％程度以下）を他のＩＩＩ族元素（例えば
Ｂ）で置換した物質や、そのＶ族元素の一部（２０％程
度以下）を他のＶ族元素（例えばＡｓ、Ｐなど）で置換
した物質をも含み、さらに数％程度のドーパント（例え
ばＺｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｇｅなど）を含んでいる物質をも
含む。
とは、Ｖ族元素のＮとＩＩＩ族元素との化合物を含む六
方晶構造の窒化物系化合物半導体を意味し、ＡｌxＧａy
Ｉｎ 1-x-yＮ（０≦ｘ≦１；０≦ｙ≦１；０≦ｘ＋ｙ≦
１）の組成比で表される物質の他、そのＩＩＩ族元素の
一部（２０％程度以下）を他のＩＩＩ族元素（例えば
Ｂ）で置換した物質や、そのＶ族元素の一部（２０％程
度以下）を他のＶ族元素（例えばＡｓ、Ｐなど）で置換
した物質をも含み、さらに数％程度のドーパント（例え
ばＺｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｇｅなど）を含んでいる物質をも
含む。
【００１８】「ストライプ状光導波路」とは、発光部か
ら発した光を閉じ込めて導波するための構造を意味す
る。
ら発した光を閉じ込めて導波するための構造を意味す
る。
【００１９】光吸収膜の「幅」とは、その光吸収膜の底
部における幅を意味し、ストライプ状光導波路の長手方
向に沿って測定される。また、光吸収膜の底部とは、そ
の膜の堆積開始側を指す。他方、リッジストライプの
「幅」とは、そのリッジストライプの底部における幅を
意味し、リッジストライプの長手方向に直交する方向に
沿って測定される。また、リッジストライプの底部とは
半導体層の堆積開始側を指す。このように幅を規定する
のは、製法上の都合等に起因して、光吸収層やリッジス
トライプにおける底部と頂部で幅が違うことがあるから
である。
部における幅を意味し、ストライプ状光導波路の長手方
向に沿って測定される。また、光吸収膜の底部とは、そ
の膜の堆積開始側を指す。他方、リッジストライプの
「幅」とは、そのリッジストライプの底部における幅を
意味し、リッジストライプの長手方向に直交する方向に
沿って測定される。また、リッジストライプの底部とは
半導体層の堆積開始側を指す。このように幅を規定する
のは、製法上の都合等に起因して、光吸収層やリッジス
トライプにおける底部と頂部で幅が違うことがあるから
である。
【００２０】（実施形態１）まず、本発明者らは、図１
３の従来構造のレーザ素子でどの程度の問題が生じてい
るかを調査した。本発明者らが図１３と同様な構造のレ
ーザ素子を作製し、光出力の高い領域までレーザ発振さ
せていった場合に、光出力が０ｍＷ〜４０ｍＷの範囲内
でキンクが現れる素子が５〜６割もの頻度で発生した。
ＧａＮ系半導体レーザの応用商品の一つとして、光学情
報記録装置の光源が挙げられる。このような用途にレー
ザ素子を用いる場合には数ｍＷ〜４０ｍＷの光出力が必
要であり、４０ｍＷ以下の光出力範囲内でキンクを生じ
ない素子の歩留まりを向上させる必要があることがわか
った。
３の従来構造のレーザ素子でどの程度の問題が生じてい
るかを調査した。本発明者らが図１３と同様な構造のレ
ーザ素子を作製し、光出力の高い領域までレーザ発振さ
せていった場合に、光出力が０ｍＷ〜４０ｍＷの範囲内
でキンクが現れる素子が５〜６割もの頻度で発生した。
ＧａＮ系半導体レーザの応用商品の一つとして、光学情
報記録装置の光源が挙げられる。このような用途にレー
ザ素子を用いる場合には数ｍＷ〜４０ｍＷの光出力が必
要であり、４０ｍＷ以下の光出力範囲内でキンクを生じ
ない素子の歩留まりを向上させる必要があることがわか
った。
【００２１】以上の調査に基づいて実施した実施形態１
について、以下において、図面を参照しつつ説明する。
なお、本願の各図において、同一の参照符号は同一部分
または相当部分を示している。図１、図２、図３および
図４は本実施形態１におけるＧａＮ系半導体レーザを図
解しており、図１は斜視図、図２は平面図、そして図３
と４は断面図を示している。
について、以下において、図面を参照しつつ説明する。
なお、本願の各図において、同一の参照符号は同一部分
または相当部分を示している。図１、図２、図３および
図４は本実施形態１におけるＧａＮ系半導体レーザを図
解しており、図１は斜視図、図２は平面図、そして図３
と４は断面図を示している。
【００２２】この実施形態１のレーザ素子の作製に際し
ては、まず結晶成長用の（０００１）主面を有する厚さ
４００μｍのサファイア基板１０１を洗浄し、ＭＯＣＶ
Ｄ（有機金属化学気相堆積）装置の反応室内において水
素（Ｈ2）雰囲気中で約１１００℃の高温クリーニング
を行った。その後降温して、Ｈ2のキャリアガスと、シ
ラン（ＳｉＨ4）、アンモニア（ＮＨ3）およびトリメチ
ルガリウム（ＴＭＧ）を反応室内に導入し、約５５０℃
の基板温度で厚さ２５ｎｍのｎ−ＧａＮバッファ層１０
２を成長させた。
ては、まず結晶成長用の（０００１）主面を有する厚さ
４００μｍのサファイア基板１０１を洗浄し、ＭＯＣＶ
Ｄ（有機金属化学気相堆積）装置の反応室内において水
素（Ｈ2）雰囲気中で約１１００℃の高温クリーニング
を行った。その後降温して、Ｈ2のキャリアガスと、シ
ラン（ＳｉＨ4）、アンモニア（ＮＨ3）およびトリメチ
ルガリウム（ＴＭＧ）を反応室内に導入し、約５５０℃
の基板温度で厚さ２５ｎｍのｎ−ＧａＮバッファ層１０
２を成長させた。
【００２３】次に、ＴＭＧとＳｉＨ4を導入して、約１
０７５℃でｎ型ＧａＮコンタクト層１０３を４μｍの厚
さに成長させた。続いて、ＴＭＧとＴＭＡを一定割合で
導入して厚さ０．９５μｍのｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層１
０４を形成した。この後、ＴＭＡの供給を停止してＴＭ
Ｇを導入し、ｎ型ＧａＮガイド層１０５を１００ｎｍの
厚さに成長させた。
０７５℃でｎ型ＧａＮコンタクト層１０３を４μｍの厚
さに成長させた。続いて、ＴＭＧとＴＭＡを一定割合で
導入して厚さ０．９５μｍのｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層１
０４を形成した。この後、ＴＭＡの供給を停止してＴＭ
Ｇを導入し、ｎ型ＧａＮガイド層１０５を１００ｎｍの
厚さに成長させた。
【００２４】その後にＴＭＧの供給を停止してキャリア
ガスをＨ2からＮ2に代え、基板温度を７３０℃まで降下
させてＴＭＩとＴＭＧを導入し、ＩｎvＧａ1-vＮ（０≦
ｖ≦１）の障壁層を成長させた。続いて、ＴＭＩの供給
をある一定割合まで増加し、ＩｎwＧａ1-wＮ（０≦ｗ≦
１）の井戸層を成長させた。これを繰り返してＩｎＧａ
Ｎ障壁層とＩｎＧａＮ井戸層との交互積層構造（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１０６を形成した。障壁層と井戸層を構成する
ＩｎＧａＮの組成比と膜厚は、発光波長が３７０〜４３
０ｎｍの範囲になるように設計し、井戸層の層数は３と
した。
ガスをＨ2からＮ2に代え、基板温度を７３０℃まで降下
させてＴＭＩとＴＭＧを導入し、ＩｎvＧａ1-vＮ（０≦
ｖ≦１）の障壁層を成長させた。続いて、ＴＭＩの供給
をある一定割合まで増加し、ＩｎwＧａ1-wＮ（０≦ｗ≦
１）の井戸層を成長させた。これを繰り返してＩｎＧａ
Ｎ障壁層とＩｎＧａＮ井戸層との交互積層構造（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１０６を形成した。障壁層と井戸層を構成する
ＩｎＧａＮの組成比と膜厚は、発光波長が３７０〜４３
０ｎｍの範囲になるように設計し、井戸層の層数は３と
した。
【００２５】多重量子井戸活性層１０６の形成後、ＴＭ
ＩとＴＭＧの供給を停止して基板を再び１０７５℃まで
昇温し、キャリアガスを再びＮ2からＨ2に代えて、ＴＭ
Ｇ、ＴＭＡ、およびｐ型ドーピング剤であるビスシクロ
ペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を導入し、
１８ｎｍ厚のｐ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層１０７を
成長させた。次に、ＴＭＡの供給を停止してＴＭＧの供
給量を調整し、１００ｎｍ厚のｐ−ＧａＮ光ガイド層１
０８を成長させた。続いて、ＴＭＡを一定割合で導入し
てＴＭＧの流量割合を調整し、膜厚０．５μｍのｐ型Ａ
ｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１０９を形成した。
ＩとＴＭＧの供給を停止して基板を再び１０７５℃まで
昇温し、キャリアガスを再びＮ2からＨ2に代えて、ＴＭ
Ｇ、ＴＭＡ、およびｐ型ドーピング剤であるビスシクロ
ペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を導入し、
１８ｎｍ厚のｐ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層１０７を
成長させた。次に、ＴＭＡの供給を停止してＴＭＧの供
給量を調整し、１００ｎｍ厚のｐ−ＧａＮ光ガイド層１
０８を成長させた。続いて、ＴＭＡを一定割合で導入し
てＴＭＧの流量割合を調整し、膜厚０．５μｍのｐ型Ａ
ｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１０９を形成した。
【００２６】その後にＴＭＡの供給を停止してＴＭＧの
供給量を調整し、０．１μｍ厚のｐ−ＧａＮコンタクト
層１１０を成長させた。この成長が終了すれば、ＴＭＧ
とＣｐ2Ｍｇの供給を停止して基板を室温まで冷却し、
得られたウェハをＭＯＣＶＤ装置から取り出した。
供給量を調整し、０．１μｍ厚のｐ−ＧａＮコンタクト
層１１０を成長させた。この成長が終了すれば、ＴＭＧ
とＣｐ2Ｍｇの供給を停止して基板を室温まで冷却し、
得られたウェハをＭＯＣＶＤ装置から取り出した。
【００２７】続いて、成長の終わったウェハをレーザ素
子にするため加工した。まず、ｐ電極部分の形成に際
し、幅２μｍのストライプ状のレジストを形成して反応
性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行うことによって、リ
ッジストライプ部１１１を形成した。図１ではリッジス
トライプ１１１がその厚さ方向にテーパを有しているよ
うに描かれているが、テーパがなくてもよいことは言う
までもない。その後さらにレジストパターンを利用して
Ｓｉを蒸着し、リッジストライプ部１１１の両側に接す
るように互いに向かい合った一組の光吸収膜１１２を形
成した。各光吸収膜１１２の幅は、リッジストライプの
長手方向に沿って４μｍに設定された。これらのリッジ
ストライプ部１１１と光吸収膜１１２の構成について
は、後でさらに詳細に説明する。
子にするため加工した。まず、ｐ電極部分の形成に際
し、幅２μｍのストライプ状のレジストを形成して反応
性イオンエッチング（ＲＩＥ）を行うことによって、リ
ッジストライプ部１１１を形成した。図１ではリッジス
トライプ１１１がその厚さ方向にテーパを有しているよ
うに描かれているが、テーパがなくてもよいことは言う
までもない。その後さらにレジストパターンを利用して
Ｓｉを蒸着し、リッジストライプ部１１１の両側に接す
るように互いに向かい合った一組の光吸収膜１１２を形
成した。各光吸収膜１１２の幅は、リッジストライプの
長手方向に沿って４μｍに設定された。これらのリッジ
ストライプ部１１１と光吸収膜１１２の構成について
は、後でさらに詳細に説明する。
【００２８】レジスト除去後、電流狭窄のためにＳｉＯ
2を蒸着して誘電体膜１１３を形成した。次いで、ｐ型
ＧａＮコンタクト層１１０を露出させ、Ｐｄ／Ｍｏ／Ａ
ｕの順序で蒸着してｐ電極１１４を形成した。ＳｉＯ2
誘電体膜と同様の作用をさせ得る材料として、Ｔｉ
Ｏ2、ジルコニア、Ｔａ2Ｏ5、またはＡｌ2Ｏ3などのよ
うに電気抵抗の高いもの、あるいはそれが接するＧａＮ
系半導体層と逆の導電型をもつ半導体を用いてもよい。
ｐ電極材料としては、他にＰｄ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｐｄ／Ａ
ｕ、またはＮｉ／Ａｕを用いてもよい。
2を蒸着して誘電体膜１１３を形成した。次いで、ｐ型
ＧａＮコンタクト層１１０を露出させ、Ｐｄ／Ｍｏ／Ａ
ｕの順序で蒸着してｐ電極１１４を形成した。ＳｉＯ2
誘電体膜と同様の作用をさせ得る材料として、Ｔｉ
Ｏ2、ジルコニア、Ｔａ2Ｏ5、またはＡｌ2Ｏ3などのよ
うに電気抵抗の高いもの、あるいはそれが接するＧａＮ
系半導体層と逆の導電型をもつ半導体を用いてもよい。
ｐ電極材料としては、他にＰｄ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｐｄ／Ａ
ｕ、またはＮｉ／Ａｕを用いてもよい。
【００２９】次に、レジストにより保護膜を形成した
後、ドライエッチング法を用いてメサ１１６を形成して
ｎ−ＧａＮコンタクト層１０３の一部を露出させ、その
露出部上にＴｉ／Ａｌの順序で蒸着してｎ電極１１５を
形成した。ｎ電極材料としては、他にＨｆ／Ａｌ、Ｔｉ
／Ｍｏ、またはＨｆ／Ａｕを用いても良い。
後、ドライエッチング法を用いてメサ１１６を形成して
ｎ−ＧａＮコンタクト層１０３の一部を露出させ、その
露出部上にＴｉ／Ａｌの順序で蒸着してｎ電極１１５を
形成した。ｎ電極材料としては、他にＨｆ／Ａｌ、Ｔｉ
／Ｍｏ、またはＨｆ／Ａｕを用いても良い。
【００３０】ｎ電極まで作製したウェハを擬似劈開によ
りバー状に分割し、共振器端面を作製した。この時の共
振器長は、５５０μｍに設定した。さらに、そのバーを
ダイシングにより分割してレーザ素子とした。
りバー状に分割し、共振器端面を作製した。この時の共
振器長は、５５０μｍに設定した。さらに、そのバーを
ダイシングにより分割してレーザ素子とした。
【００３１】以上のプロセスにより得られたレーザ素子
が、図１の模式的な斜視図に示されている。この図中で
点線で表される部分は、ｐ電極１１４の下に隠れている
誘電体膜１１３と光吸収膜１１２を示している。図２
は、図１に示されたレーザ素子１００の平面図である。
図２ではメサ１１６部に対応する部分のみが示され、そ
れに隣接する領域は省略されている。また、素子構造を
わかりやすくするために、ｐ電極１１４が省略されてい
る。図３は光吸収膜１１２を含まない素子断面を示し、
図４は光吸収膜１１２を含む素子断面を示している。な
お、図４では一層の光吸収膜１１２がｐ電極１１４とｐ
−ＡｌＧａＮクラッド層１０９の間に挿入されている
が、これは多層構造にされてもよい。また、作製法を容
易にする等の目的で、光吸収膜１１２の上に誘電体膜１
１３が覆うように作製しても効果は同じである。
が、図１の模式的な斜視図に示されている。この図中で
点線で表される部分は、ｐ電極１１４の下に隠れている
誘電体膜１１３と光吸収膜１１２を示している。図２
は、図１に示されたレーザ素子１００の平面図である。
図２ではメサ１１６部に対応する部分のみが示され、そ
れに隣接する領域は省略されている。また、素子構造を
わかりやすくするために、ｐ電極１１４が省略されてい
る。図３は光吸収膜１１２を含まない素子断面を示し、
図４は光吸収膜１１２を含む素子断面を示している。な
お、図４では一層の光吸収膜１１２がｐ電極１１４とｐ
−ＡｌＧａＮクラッド層１０９の間に挿入されている
が、これは多層構造にされてもよい。また、作製法を容
易にする等の目的で、光吸収膜１１２の上に誘電体膜１
１３が覆うように作製しても効果は同じである。
【００３２】以下に、本実施形態のレーザ素子における
リッジストライプ部および光吸収膜の構成について詳細
に説明する。ＧａＮ系レーザ素子１００の上部には２μ
ｍ幅のリッジストライプ部１１１が形成されている。リ
ッジストライプ１１１の両側部に接するように一対の光
吸収層１１２が、共振器端面の光射出側および光反射側
から等距離の位置に４μｍの幅で形成され、横モードを
安定化させる役割を果している。なお、光吸収層１１２
の位置は、共振器端面の光射出側および光反射側から等
距離に限定されるものではない。しかし、光吸収層１１
２は、導波路から０．３μｍ以内の位置に及ぶように形
成されなければならない。光吸収層１１２の位置が導波
路から０．３μｍ以上離れれば、導波路内への光閉じ込
め効率が十分大きくなるようにレーザ設計した場合、光
吸収層で吸収される高次モード光がほとんどなくなって
本発明の効果が得られない。
リッジストライプ部および光吸収膜の構成について詳細
に説明する。ＧａＮ系レーザ素子１００の上部には２μ
ｍ幅のリッジストライプ部１１１が形成されている。リ
ッジストライプ１１１の両側部に接するように一対の光
吸収層１１２が、共振器端面の光射出側および光反射側
から等距離の位置に４μｍの幅で形成され、横モードを
安定化させる役割を果している。なお、光吸収層１１２
の位置は、共振器端面の光射出側および光反射側から等
距離に限定されるものではない。しかし、光吸収層１１
２は、導波路から０．３μｍ以内の位置に及ぶように形
成されなければならない。光吸収層１１２の位置が導波
路から０．３μｍ以上離れれば、導波路内への光閉じ込
め効率が十分大きくなるようにレーザ設計した場合、光
吸収層で吸収される高次モード光がほとんどなくなって
本発明の効果が得られない。
【００３３】光吸収層１１２の幅は、ＧａＮ系レーザ素
子の共振器長をＬとしてＬ／３以下に収まるように設計
する。これにより、導波路の一部がロスガイド型とな
り、残りの部分は実屈折率型となる。しかし、この幅が
Ｌ／３よりも広い場合、発振閾値電流が上昇するという
悪影響をおよぼす。特に、光吸収層の幅がＬであるよう
なロスガイド型である場合、発振閾値が上昇するととも
にスロープ効率が悪化し、レーザの高出力化に不利であ
る。
子の共振器長をＬとしてＬ／３以下に収まるように設計
する。これにより、導波路の一部がロスガイド型とな
り、残りの部分は実屈折率型となる。しかし、この幅が
Ｌ／３よりも広い場合、発振閾値電流が上昇するという
悪影響をおよぼす。特に、光吸収層の幅がＬであるよう
なロスガイド型である場合、発振閾値が上昇するととも
にスロープ効率が悪化し、レーザの高出力化に不利であ
る。
【００３４】光吸収層として使用する材料としては、例
えば、金属、半導体、酸化物、窒化物、金属間化合物等
の中から、ＧａＮ系半導体レーザ素子の発振波長に対し
て吸収係数が３×１０4ｃｍ-1以上のものを選択し得
る。吸収係数が３×１０4ｃｍ-1より小さい場合、横モ
ード安定化のために光吸収層の幅を大きくする必要があ
り、レーザの発振閾値に悪影響を与える。なお、光吸収
層として金属等の良導体を採用した場合には、電流リー
クを防ぐために０．１μｍ以下の絶縁体膜を光吸収層の
下に挿入する必要がある。この絶縁体膜としては、誘電
体膜のほかに絶縁作用を生じ得る種々の材料を用いるこ
とができる。
えば、金属、半導体、酸化物、窒化物、金属間化合物等
の中から、ＧａＮ系半導体レーザ素子の発振波長に対し
て吸収係数が３×１０4ｃｍ-1以上のものを選択し得
る。吸収係数が３×１０4ｃｍ-1より小さい場合、横モ
ード安定化のために光吸収層の幅を大きくする必要があ
り、レーザの発振閾値に悪影響を与える。なお、光吸収
層として金属等の良導体を採用した場合には、電流リー
クを防ぐために０．１μｍ以下の絶縁体膜を光吸収層の
下に挿入する必要がある。この絶縁体膜としては、誘電
体膜のほかに絶縁作用を生じ得る種々の材料を用いるこ
とができる。
【００３５】図２ではメサ１１６の両側端まで光吸収層
１１２が伸びているように描かれているが、リッジスト
ライプ１１１とメサ１１６両側端との中間で光吸収層１
１２が終端してもよい。
１１２が伸びているように描かれているが、リッジスト
ライプ１１１とメサ１１６両側端との中間で光吸収層１
１２が終端してもよい。
【００３６】上述のように構成されたＧａＮ系レーザ素
子では、リッジストライプ１１１に対応する導波路部分
とその両側の部分との実効屈折率差により水平方向の光
場がその導波路部分に閉じ込められ、いわゆる実屈折率
導波が実現される。さらに、リッジストライプ１１１部
の両脇に光吸収層１１２が形成されているので、低閾値
電流で安定した波長４０５ｎｍの水平横モード発振が得
られ、従来例に比べてキンクレベルを１０ｍＷ以上上昇
させることができた。
子では、リッジストライプ１１１に対応する導波路部分
とその両側の部分との実効屈折率差により水平方向の光
場がその導波路部分に閉じ込められ、いわゆる実屈折率
導波が実現される。さらに、リッジストライプ１１１部
の両脇に光吸収層１１２が形成されているので、低閾値
電流で安定した波長４０５ｎｍの水平横モード発振が得
られ、従来例に比べてキンクレベルを１０ｍＷ以上上昇
させることができた。
【００３７】導波路の両側で半導体接合面に平行方向に
おいて光吸収層を設けない場合、レーザの光出力が大き
い時に、ピーク波長がずれたり複数のピークを持つモー
ドが立つ。しかし、本実施形態の光吸収層を設けた部分
では導波路脇で光が吸収されるよう構成されているの
で、導波路中央部で単一のピークを持つ基本モードしか
立ち得ず、導波路全体としても基本モードが安定して立
ちやすくなる。
おいて光吸収層を設けない場合、レーザの光出力が大き
い時に、ピーク波長がずれたり複数のピークを持つモー
ドが立つ。しかし、本実施形態の光吸収層を設けた部分
では導波路脇で光が吸収されるよう構成されているの
で、導波路中央部で単一のピークを持つ基本モードしか
立ち得ず、導波路全体としても基本モードが安定して立
ちやすくなる。
【００３８】この結果、４０ｍＷの出力までキンクが発
生しないレーザ素子の歩留まりを８割にまで高めること
ができた。
生しないレーザ素子の歩留まりを８割にまで高めること
ができた。
【００３９】また、ＡｓまたはＰを活性層に混入したＧ
ａＮ系レーザ素子では、ＡｓまたはＰの濃度がゆらぎや
すくて横モードが乱れやすくなる傾向になるが、光吸収
膜１１２を設けることによってキンクレベルを上昇させ
ることができた。
ａＮ系レーザ素子では、ＡｓまたはＰの濃度がゆらぎや
すくて横モードが乱れやすくなる傾向になるが、光吸収
膜１１２を設けることによってキンクレベルを上昇させ
ることができた。
【００４０】（実施形態２）図５と図６は、それぞれ図
１と図２に類似しているが、実施形態２によるＧａＮ系
レーザ素子２００を模式的に図解している。
１と図２に類似しているが、実施形態２によるＧａＮ系
レーザ素子２００を模式的に図解している。
【００４１】実施形態２が実施形態１と異なっている第
１の点は、ＧａＮ系レーザ素子２００上部のリッジスト
ライプ部１１１の幅が１．５μｍに設定され、リッジス
トライプ部１１１の両脇には３組の光吸収層１１２が、
各々５μｍの幅で形成されていることである。
１の点は、ＧａＮ系レーザ素子２００上部のリッジスト
ライプ部１１１の幅が１．５μｍに設定され、リッジス
トライプ部１１１の両脇には３組の光吸収層１１２が、
各々５μｍの幅で形成されていることである。
【００４２】実施形態２が実施形態１と異なっている第
２の点は、ＧａＮ系レーザ素子２００の共振器長が６５
０μｍに設定されていることである。
２の点は、ＧａＮ系レーザ素子２００の共振器長が６５
０μｍに設定されていることである。
【００４３】この時、光吸収層１１２の幅の合計が、実
施形態１に記載された幅の条件を満たすように設定され
る。なお本実施形態２では複数組の光吸収層１１２の幅
が全て同一にされたが、光吸収層の組ごとにその幅が異
なっていてもよい。また、光吸収層１１２の組数も３組
に限定されるものではなく、さらに、光吸収層が周期的
に配置されていてもよい。
施形態１に記載された幅の条件を満たすように設定され
る。なお本実施形態２では複数組の光吸収層１１２の幅
が全て同一にされたが、光吸収層の組ごとにその幅が異
なっていてもよい。また、光吸収層１１２の組数も３組
に限定されるものではなく、さらに、光吸収層が周期的
に配置されていてもよい。
【００４４】この実施形態２のＧａＮ系レーザにおいて
も、低閾値電流で安定した水平横モード発振が得られ
た。リッジストライプ１１１部の両脇に光吸収層１１２
が複数組形成されて、共振器長に対する光吸収層の幅の
割合が上昇したことにより横モードがより一層安定にな
り、キンクレベルを２０ｍＷ以上上昇させることができ
た。この結果、４０ｍＷの出力までキンクが発生しない
レーザ素子の歩留まりを９割にまで高めることができ
た。
も、低閾値電流で安定した水平横モード発振が得られ
た。リッジストライプ１１１部の両脇に光吸収層１１２
が複数組形成されて、共振器長に対する光吸収層の幅の
割合が上昇したことにより横モードがより一層安定にな
り、キンクレベルを２０ｍＷ以上上昇させることができ
た。この結果、４０ｍＷの出力までキンクが発生しない
レーザ素子の歩留まりを９割にまで高めることができ
た。
【００４５】（実施形態３）図７は、図２と図６に類似
しているが、実施形態３によるＧａＮ系レーザ素子３０
０を模式的に図解している。
しているが、実施形態３によるＧａＮ系レーザ素子３０
０を模式的に図解している。
【００４６】本実施形態３が実施形態１および２と異な
っている点は、ＧａＮ系レーザ素子３００上部のリッジ
ストライプ部１１１が共振器端部近傍において１．０μ
ｍ幅で共振器中央部において２．５μｍ幅に形成されて
おり、リッジストライプ１１１の両脇には２組の光吸収
層１１２が各々２．５μｍ幅で形成されていることであ
る。このレーザ素子の断面図は、図３および４に示され
ているものと同様である。
っている点は、ＧａＮ系レーザ素子３００上部のリッジ
ストライプ部１１１が共振器端部近傍において１．０μ
ｍ幅で共振器中央部において２．５μｍ幅に形成されて
おり、リッジストライプ１１１の両脇には２組の光吸収
層１１２が各々２．５μｍ幅で形成されていることであ
る。このレーザ素子の断面図は、図３および４に示され
ているものと同様である。
【００４７】本実施形態３のＧａＮ系レーザ素子３００
の共振器長は、実施形態１と同様である。実施形態３の
光吸収層１１２の幅の合計も、実施形態２の場合と同様
の条件を満たすように設定される。
の共振器長は、実施形態１と同様である。実施形態３の
光吸収層１１２の幅の合計も、実施形態２の場合と同様
の条件を満たすように設定される。
【００４８】ＧａＮ系レーザ３００は、リッジストライ
プ１１１の端部が絞り込まれているので遠視野像の水平
方向のビーム広がり角を広くすることができ、光学装置
に組み込むのに好適であった。これは、レーザ光射出面
において活性領域の端面が垂直（上下）方向よりも半導
体接合面に平行方向が非常に広いことに起因するファー
・フィールド・パターン（ＦＦＰ）の非対称性が、リッ
ジストライプ１１１の端部を接合面に平行方向に狭める
ことで改善できたからである。さらに、リッジストライ
プ１１１部の両脇に光吸収層１１２が設けられているの
で、このＧａＮ系レーザ３００においても低閾値電流で
安定した水平横モード発振が得られ、キンクレベルや歩
留まりは実施形態１の場合と同様に改善された。
プ１１１の端部が絞り込まれているので遠視野像の水平
方向のビーム広がり角を広くすることができ、光学装置
に組み込むのに好適であった。これは、レーザ光射出面
において活性領域の端面が垂直（上下）方向よりも半導
体接合面に平行方向が非常に広いことに起因するファー
・フィールド・パターン（ＦＦＰ）の非対称性が、リッ
ジストライプ１１１の端部を接合面に平行方向に狭める
ことで改善できたからである。さらに、リッジストライ
プ１１１部の両脇に光吸収層１１２が設けられているの
で、このＧａＮ系レーザ３００においても低閾値電流で
安定した水平横モード発振が得られ、キンクレベルや歩
留まりは実施形態１の場合と同様に改善された。
【００４９】（実施形態４）図８、図９、および図１０
は、図１、３、および４に類似しているが、実施形態４
によるＧａＮ系レーザ素子４００を模式的に図解してい
る。
は、図１、３、および４に類似しているが、実施形態４
によるＧａＮ系レーザ素子４００を模式的に図解してい
る。
【００５０】本実施形態４が実施形態１、２および３と
異なっている第１の点は、（０００１）面を結晶成長用
主面として有する厚さ４５０μｍのｎ−ＧａＮ基板３０
１が使用されていることである。この時、バッファ層１
０２はＧａＮ基板の表面歪の緩和と表面モフォロジや凹
凸の改善（平坦化）を目的に設けられており、ＧａＮ基
板の結晶性が優れている場合にはバッファ層が省略され
てもよい。
異なっている第１の点は、（０００１）面を結晶成長用
主面として有する厚さ４５０μｍのｎ−ＧａＮ基板３０
１が使用されていることである。この時、バッファ層１
０２はＧａＮ基板の表面歪の緩和と表面モフォロジや凹
凸の改善（平坦化）を目的に設けられており、ＧａＮ基
板の結晶性が優れている場合にはバッファ層が省略され
てもよい。
【００５１】実施形態４が実施形態１、２および３と異
なっている第２の点は、ＧａＮ系レーザ素子４００上部
のリッジストライプ部１１１が２．５μｍ幅で形成され
ていることである。
なっている第２の点は、ＧａＮ系レーザ素子４００上部
のリッジストライプ部１１１が２．５μｍ幅で形成され
ていることである。
【００５２】実施形態４が実施形態１、２および３と異
なっている第３の点は、リッジストライプ１１１が、ｎ
−ＧａＮ基板３０１の＜１−１００＞方向に正確に形成
されていることである。これは、共振器端面を劈開にて
形成するためである。なお、実施形態４の光吸収膜１１
２の構成（幅および数）は、実施形態２と同様である。
なっている第３の点は、リッジストライプ１１１が、ｎ
−ＧａＮ基板３０１の＜１−１００＞方向に正確に形成
されていることである。これは、共振器端面を劈開にて
形成するためである。なお、実施形態４の光吸収膜１１
２の構成（幅および数）は、実施形態２と同様である。
【００５３】実施形態４が実施形態１、２および３と異
なっている第４の点は、レーザ素子の裏面側、すなわち
ｎ−ＧａＮ基板側にｎ電極１１５を形成していることで
ある。この結果、図８からわかるように、レーザ動作に
必要な電流は素子表面側と裏面側とから注入されること
になる。
なっている第４の点は、レーザ素子の裏面側、すなわち
ｎ−ＧａＮ基板側にｎ電極１１５を形成していることで
ある。この結果、図８からわかるように、レーザ動作に
必要な電流は素子表面側と裏面側とから注入されること
になる。
【００５４】共振器端面は、ｎ−ＧａＮ基板３０１と共
にウエハを劈開することによって形成された。この時の
共振器長は、５００μｍに設定された。
にウエハを劈開することによって形成された。この時の
共振器長は、５００μｍに設定された。
【００５５】以上のように作製されたレーザ素子の模式
的斜視図が、図８に示されている。この図８のレーザ素
子４００について、図９は光吸収膜１１２を含まない模
式的断面図を示し、図１０は光吸収膜１１２を含む模式
的断面図を示している。なお、図８のレーザ素子４００
の平面図としては、図６を流用参照することができる。
的斜視図が、図８に示されている。この図８のレーザ素
子４００について、図９は光吸収膜１１２を含まない模
式的断面図を示し、図１０は光吸収膜１１２を含む模式
的断面図を示している。なお、図８のレーザ素子４００
の平面図としては、図６を流用参照することができる。
【００５６】なお、実施形態４においても光吸収層１１
２の幅の合計は、実施形態２の場合と同様の条件に設定
される。ＧａＮ系レーザ素子４００で達成された効果
は、実施形態２で述べられた内容と同様であった。
２の幅の合計は、実施形態２の場合と同様の条件に設定
される。ＧａＮ系レーザ素子４００で達成された効果
は、実施形態２で述べられた内容と同様であった。
【００５７】（実施形態５）図１１と図１２は、それぞ
れ図１と図２に類似しているが、実施形態５によるＧａ
Ｎ系レーザ素子６００を模式的に図解している。
れ図１と図２に類似しているが、実施形態５によるＧａ
Ｎ系レーザ素子６００を模式的に図解している。
【００５８】本実施形態５が実施形態１、２、および３
と異なっている点は、ＧａＮ系レーザ素子６００上部の
リッジストライプ部１１１が１．５μｍ幅で形成されて
おり、共振器の光射出端面側において１組の光吸収層１
１２がリッジストライプ１１１の両脇に４μｍの幅で形
成されていることである。なお、本実施形態５では光吸
収層１１２が共振器の光射出側のみに設けられている
が、光反射側に付加されてもよいし、さらに多数の光吸
収層が付加されてもよい。なお、本実施形態５において
も光吸収層１１２の幅の合計は、実施形態２で述べた条
件と同様に設定される。
と異なっている点は、ＧａＮ系レーザ素子６００上部の
リッジストライプ部１１１が１．５μｍ幅で形成されて
おり、共振器の光射出端面側において１組の光吸収層１
１２がリッジストライプ１１１の両脇に４μｍの幅で形
成されていることである。なお、本実施形態５では光吸
収層１１２が共振器の光射出側のみに設けられている
が、光反射側に付加されてもよいし、さらに多数の光吸
収層が付加されてもよい。なお、本実施形態５において
も光吸収層１１２の幅の合計は、実施形態２で述べた条
件と同様に設定される。
【００５９】このＧａＮ系レーザ６００では、キンクレ
ベルを１０ｍＷ以上上昇させることができ、歩留まりに
ついても実施形態１と同様の効果が得られた。さらに、
実施形態５の光吸収層１１２がレーザ素子の光射出側に
設けられていることにより、実施形態３の場合と同様な
ＦＦＰ改善効果が見られた。
ベルを１０ｍＷ以上上昇させることができ、歩留まりに
ついても実施形態１と同様の効果が得られた。さらに、
実施形態５の光吸収層１１２がレーザ素子の光射出側に
設けられていることにより、実施形態３の場合と同様な
ＦＦＰ改善効果が見られた。
【００６０】なお、以上において本発明の種々の実施形
態について具体的に説明したが、本発明は上述の実施形
態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基
づく種々の変形が可能である。例えば、本明細書では半
導体レーザ素子の光導波路構造をリッジストライプ構造
として説明したが、電極ストライプ構造、埋め込みヘテ
ロ（ＢＨ）構造、セルフ・アラインド・ストラクチャ
（ＳＡＳ）構造を始めとして、チャネルド・サブストレ
イト・プレイナ（ＣＳＰ）構造などのように他の構造と
しても、本発明の本質が影響されることはなく、上述の
実施形態の場合と同様の効果が得られる。
態について具体的に説明したが、本発明は上述の実施形
態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基
づく種々の変形が可能である。例えば、本明細書では半
導体レーザ素子の光導波路構造をリッジストライプ構造
として説明したが、電極ストライプ構造、埋め込みヘテ
ロ（ＢＨ）構造、セルフ・アラインド・ストラクチャ
（ＳＡＳ）構造を始めとして、チャネルド・サブストレ
イト・プレイナ（ＣＳＰ）構造などのように他の構造と
しても、本発明の本質が影響されることはなく、上述の
実施形態の場合と同様の効果が得られる。
【００６１】また、上述の実施形態ではＧａＮ系半導体
素子の基板としてサファイアまたはｎ型ＧａＮを用いて
いるが、これ以外にもスピネル、ＳｉＣ、ＺｎＯ、Ｇａ
Ｐなどの基板を用いてもよいし、これらを基礎基板とし
てＧａＮ系半導体が成長された複数層構造をもつ基板、
基礎基板上にＧａＮ系半導体を成長させた後にその基礎
基板を除去した基板、またｎ型ＧａＮ以外にも他のＧａ
Ｎ系半導体からなる基板などを用いてもよい。さらに、
これら基板上にＧａＮ系半導体レーザの各層を成長させ
て、その後に基板のみが除去されてもよい。
素子の基板としてサファイアまたはｎ型ＧａＮを用いて
いるが、これ以外にもスピネル、ＳｉＣ、ＺｎＯ、Ｇａ
Ｐなどの基板を用いてもよいし、これらを基礎基板とし
てＧａＮ系半導体が成長された複数層構造をもつ基板、
基礎基板上にＧａＮ系半導体を成長させた後にその基礎
基板を除去した基板、またｎ型ＧａＮ以外にも他のＧａ
Ｎ系半導体からなる基板などを用いてもよい。さらに、
これら基板上にＧａＮ系半導体レーザの各層を成長させ
て、その後に基板のみが除去されてもよい。
【００６２】さらに、上述の各実施形態において、レー
ザ構造を形成する各半導体層の導電型を逆にしてもよ
い。
ザ構造を形成する各半導体層の導電型を逆にしてもよ
い。
【００６３】
【発明の効果】上述のように、本発明によれば、ＧａＮ
系半導体レーザ素子においてストライプ状導波路の近傍
の一部領域に光吸収膜を設けることにより、そのストラ
イプ状導波路の幅を狭くすることなくレーザ発振の横モ
ードの安定化を図ることができる。また、光吸収膜領域
を設けることによってストライプ状導波路の設計におけ
る自由度が高くなり、光ピックアップ等への応用に好適
なＧａＮ系レーザ素子を歩留まり良く提供することがで
きる。
系半導体レーザ素子においてストライプ状導波路の近傍
の一部領域に光吸収膜を設けることにより、そのストラ
イプ状導波路の幅を狭くすることなくレーザ発振の横モ
ードの安定化を図ることができる。また、光吸収膜領域
を設けることによってストライプ状導波路の設計におけ
る自由度が高くなり、光ピックアップ等への応用に好適
なＧａＮ系レーザ素子を歩留まり良く提供することがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態１によるＧａＮ系半導体レ
ーザ素子の模式的な斜視図である。
ーザ素子の模式的な斜視図である。
【図２】 図１のＧａＮ系半導体レーザ素子に対応する
模式的な平面図である。
模式的な平面図である。
【図３】 図１のＧａＮ系半導体レーザ素子の光吸収膜
を含まない領域の模式的な断面図である。
を含まない領域の模式的な断面図である。
【図４】 図１のＧａＮ系半導体レーザ素子の光吸収膜
を含む領域の模式的な断面図である。
を含む領域の模式的な断面図である。
【図５】 本発明の実施形態２によるＧａＮ系半導体レ
ーザ素子の模式的な斜視図である。
ーザ素子の模式的な斜視図である。
【図６】 図５のＧａＮ系半導体レーザ素子に対応する
模式的な平面図である。
模式的な平面図である。
【図７】 本発明の実施形態３によるＧａＮ系半導体レ
ーザ素子の模式的な平面図である。
ーザ素子の模式的な平面図である。
【図８】 本発明の実施形態４によるＧａＮ系半導体レ
ーザ素子の模式的な斜視図である。
ーザ素子の模式的な斜視図である。
【図９】 図８のＧａＮ系半導体レーザ素子の光吸収膜
を含まない領域の模式的な断面図である。
を含まない領域の模式的な断面図である。
【図１０】 図８のＧａＮ系半導体レーザ素子の光吸収
膜を含む領域の模式的な断面図である。
膜を含む領域の模式的な断面図である。
【図１１】 本発明の実施形態５によるＧａＮ系半導体
レーザ素子の模式的な斜視図である。
レーザ素子の模式的な斜視図である。
【図１２】 図１１のＧａＮ系半導体レーザ素子に対応
する模式的な平面図である。
する模式的な平面図である。
【図１３】 従来技術に基づくＧａＮ系半導体レーザ素
子の斜視図である。
子の斜視図である。
１００，２００，３００，４００，５００，６００ Ｇ
ａＮ系半導体レーザ素子、１０１ サファイア基板、５
０１ ＧａＮ基板、３０１ ｎ−ＧａＮ基板、１０２
ｎ−ＧａＮバッファ層、１０３，５０３ ｎ−ＧａＮコ
ンタクト層、１０４，５０４ ｎ−ＡｌＧａＮクラッド
層、１０５，５０５ ｎ−ＧａＮガイド層、１０６，５
０６ 多重量子井戸活性層、１０７，５０７ ｐ−Ａｌ
ＧａＮ蒸発防止層、１０８，５０８ ｐ−ＧａＮ光ガイ
ド層、１０９，５０９ ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層、１
１０，５１０ ｐ−ＧａＮコンタクト層、１１１，５１
１リッジストライプ、１１２ 光吸収膜、１１３，５１
２ 誘電体膜、１１４ｐ電極、１１５ ｎ電極、１１６
メサ。
ａＮ系半導体レーザ素子、１０１ サファイア基板、５
０１ ＧａＮ基板、３０１ ｎ−ＧａＮ基板、１０２
ｎ−ＧａＮバッファ層、１０３，５０３ ｎ−ＧａＮコ
ンタクト層、１０４，５０４ ｎ−ＡｌＧａＮクラッド
層、１０５，５０５ ｎ−ＧａＮガイド層、１０６，５
０６ 多重量子井戸活性層、１０７，５０７ ｐ−Ａｌ
ＧａＮ蒸発防止層、１０８，５０８ ｐ−ＧａＮ光ガイ
ド層、１０９，５０９ ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層、１
１０，５１０ ｐ−ＧａＮコンタクト層、１１１，５１
１リッジストライプ、１１２ 光吸収膜、１１３，５１
２ 誘電体膜、１１４ｐ電極、１１５ ｎ電極、１１６
メサ。
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フロントページの続き
(72)発明者 大野 智輝
大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ
ャープ株式会社内
(72)発明者 伊藤 茂稔
大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ
ャープ株式会社内
(72)発明者 近江 晋
大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ
ャープ株式会社内
Ｆターム(参考） 5F073 AA13 AA45 AA74 CA07 DA05
DA25 EA16
Claims (6)
- 【請求項１】 窒化物半導体活性層と、この活性層で生
じた光を導波するストライプ状導波路とを含み、前記ス
トライプ状導波路の両側の少なくとも一部の領域におい
て前記導波路から０．３μｍ以内の距離に及ぶように少
なくとも一対の光吸収膜が設けられていることを特徴と
する窒化物半導体レーザ素子。 - 【請求項２】 前記光吸収膜は、３×１０4ｃｍ-1以上
の吸収係数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】 前記ストライプ状導波路は所定の共振器
長を有し、前記少なくとも一対の光吸収膜は前記導波路
に沿って前記共振器長の１／３以内の合計幅を有してい
ることを特徴とする請求項１または２に記載の窒化物半
導体レーザ素子。 - 【請求項４】 前記窒化物半導体活性層は、ＩｎxＧａ
1-xＮ（０≦ｘ≦１）を含むことを特徴とする請求項１
から３のいずれかの項に記載の窒化物半導体レーザ素
子。 - 【請求項５】 前記窒化物半導体活性層は、Ａｓまたは
Ｐをも含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか
の項に記載の窒化物半導体レーザ素子。 - 【請求項６】 窒化物半導体活性層と、前記活性層で生
じた光を導波するストライプ状導波路とを含み、前記ス
トライプ状導波路の長手方向においてその一部がロスガ
イド型導波路であり、残余の部分が実屈折率ガイド型導
波路であることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001289072A JP2003101155A (ja) | 2001-09-21 | 2001-09-21 | 窒化物半導体レーザ素子 |
| US10/490,582 US7167489B2 (en) | 2001-09-21 | 2002-07-18 | GaN-based semiconductor laser device |
| PCT/JP2002/007332 WO2003030317A1 (fr) | 2001-09-21 | 2002-07-18 | Dispositif laser a semi-conducteur a base de gan |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001289072A JP2003101155A (ja) | 2001-09-21 | 2001-09-21 | 窒化物半導体レーザ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003101155A true JP2003101155A (ja) | 2003-04-04 |
| JP2003101155A5 JP2003101155A5 (ja) | 2008-02-07 |
Family
ID=19111621
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001289072A Pending JP2003101155A (ja) | 2001-09-21 | 2001-09-21 | 窒化物半導体レーザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003101155A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005223148A (ja) * | 2004-02-05 | 2005-08-18 | Sharp Corp | 窒化物系半導体レーザ素子とそれを含む光学式情報処理装置 |
| WO2009066428A1 (ja) * | 2007-11-19 | 2009-05-28 | Panasonic Corporation | 半導体レーザ装置及びその製造方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS55156381A (en) * | 1979-01-24 | 1980-12-05 | Nec Corp | Semiconductor laser |
| JPH10294529A (ja) * | 1996-09-09 | 1998-11-04 | Toshiba Corp | 半導体レーザ及びその製造方法 |
| JP2000164985A (ja) * | 1998-11-26 | 2000-06-16 | Sony Corp | 半導体レーザ |
| JP2000509913A (ja) * | 1997-01-27 | 2000-08-02 | インターナシヨナル・ビジネス・マシーンズ・コーポレーシヨン | レーザ装置 |
-
2001
- 2001-09-21 JP JP2001289072A patent/JP2003101155A/ja active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Legal Events
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| A521 | Written amendment |
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| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20071214 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
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Effective date: 20110809 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |