JP2003142780A - 半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 しきい値電流が低く、収差のないレーザ光が
得られる、ＧａＮ系半導体レーザ装置を提供する。 【解決手段】 本発明による半導体レーザ装置は、基板
１１２と、該基板１１２上に設けられた積層構造体１５
０とを備えた窒化ガリウム系化合物半導体レーザ装置で
あって、該積層構造体１５０は、少なくとも第１領域に
形成されたＩｎ_zＧａ_1-zＮ活性層１１５（０≦ｚ≦１）
と、該活性層１１５を挟む一対のｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮク
ラッド層１１４（０≦ｘ≦１） 及びｐ型Ａｌ_yＧａ_1-y
Ｎクラッド層１１６、１１８（０≦ｙ≦１）と、Ａｌ_u
Ｇａ_1-uＮ（０≦ｕ≦１）から形成されており、電流を
該第１領域に狭窄するための該第１領域に対応する開口
部１８０を有する電流狭窄構造１１７とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ディスクやレー
ザプリンター等の光情報処理装置に用いられる半導体レ
ーザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】光ディスクの記録密度は、光ディスクに
集光される光ビームのスポットサイズが小さいほど高く
なる。光ビームのスポットサイズは、光の波長の二乗に
比例するので、光ディスクの記録密度を上げるために
は、光源である半導体レーザ装置の発振波長を短くする
ことが必要である。このため、近年、半導体レーザ装置
の短波長化が進められている。現在、ＣＤには、波長７
８０ｎｍ（赤外）領域で発光するＧａＡｌＡｓ半導体レ
ーザ装置が用いられている。ＣＤより記録密度の高いＤ
ＶＤには、波長６５０ｎｍ（赤色）領域で発光するＩｎ
ＧａＡｌＰ半導体レーザ装置が用いられている。ＤＶＤ
の記録密度を更に上げ高い品質の画像を記録するには、
青色領域で発光する半導体レーザ装置が必要である。こ
のような半導体レーザ装置を実現できる半導体材料とし
て、窒化ガリウム系化合物半導体が注目を浴びている。

【０００３】図１８を参照しながら、従来の窒化ガリウ
ム系化合物半導体発光素子（特開平７−１６２０３８号
公報）を説明する。この発光素子は、次のように製造さ
れる。

【０００４】まず、サファイア基板１６０上に、有機金
属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）により、５００℃でＴＭ
Ｇ（トリメチルガリウム）及びＮＨ₃を供給し、ＧａＮ
層１６１を堆積させる。次に、基板温度を１０００℃に
昇温した後、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）とＳｉ
Ｈ₄（モノシラン）を追加供給し、ｎ型ＡｌＧａＮクラ
ッド層１６２を堆積する。次に、基板温度を７００℃に
降温した後、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧ
及びＮＨ₃を供給し、ＩｎＧａＮ活性層１６３を堆積さ
せる。その後、再び基板温度を１０００℃までに昇温
し、ＴＭＡ、ＴＭＧ、Ｃｐ₂Ｍｇ（シクロペンタジエニ
ルマグネシウム）及びＮＨ₃を供給し、ｐ型ＡｌＧａＮ
クラッド層１６４を堆積する。

【０００５】次に、ｎ型ＧａＮ層１６１の一部が露出す
るまで、ｎ型ＧａＮ層１６１、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド
層１６２、ＩｎＧａＮ活性層１６３、及びｐ型ＡｌＧａ
Ｎクラッド層１６４を選択的にドライエッチングする。
最後に、一部露出しているｎ型ＧａＮ層１６１上にｎ側
電極１６５を形成し、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１６４
上にｐ側電極１６６を形成する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の発光素子
は、発光ダイオード（ＬＥＤ）である。発光ダイオード
は、光を閉じ込める構造を有しないので、レーザ発振を
起こさせることはできない。レーザ発振を起こさせるた
めには、共振器が必要である。共振器としては、通常、
劈開やエッチングにより形成され、平坦なミラーに加工
された結晶面が用いられる。窒化ガリウム系半導体の屈
折率が約２．８であるので、窒化ガリウム系半導体結晶
面によって形成されたミラーの反射率は、２２％という
低い値を示す。このため、レーザ発振のしきい値電流は
大きくなってしまう。

【０００７】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であって、その目的とするところは、活性層に平行な方
向に光を閉じ込める構造を有し、共振器としてのミラー
の反射率が高く、しかも、レーザ発振のしきい値電流が
低い窒化ガリウム系化合物半導体レーザ装置を提供する
ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による窒化ガリウ
ム系化合物半導体レーザ装置は、基板と、該基板上に設
けられた積層構造体とを備えた窒化ガリウム系化合物半
導体レーザ装置であって、該積層構造体は、少なくとも
第１領域に形成されたＩｎ_zＧａ_1-zＮ活性層（０≦ｚ≦
１）と、該活性層を挟む一対のｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮクラ
ッド層（０≦ｘ≦１）及びｐ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮクラッド
層（０≦ｙ≦１）と、Ａｌ_uＧａ_1-uＮ（０≦ｕ≦１）か
ら形成されており、電流を該第１領域に狭窄するための
該第１領域に対応する開口部を有する電流狭窄構造と、
を備えており、そのことにより上記目的が達成される。

【０００９】ある実施形態では、前記電流狭窄構造は、
ｎ型の導電性を有し、前記ｐ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮクラッド
層の中に形成されている。

【００１０】ある実施形態では、前記電流狭窄構造は、
ｎ型Ａｌ_u1Ｇａ_1-u1Ｎ層（０≦ｕ1≦１）とｐ型Ａｌ_u2
Ｇａ_1-u2Ｎ層（０≦ｕ2≦１）とを含んでおり、前記ｎ
型Ａｌ_xＧａ_1-xＮクラッド層と前記ｐ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮ
クラッド層との間に形成されており、該ｎ型Ａｌ_xＧａ
_1-xＮクラッド層は、該電流狭窄構造の開口部内に位置
するリッジを有し、前記活性層は、該リッジの上に形成
されている。

【００１１】ある実施形態では、前記電流狭窄構造は、
ｎ型の導電性を有し、前記ｐ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮクラッド
層の上に形成されており、該ｐ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮクラッ
ド層は、該電流狭窄構造の開口部内に位置するリッジを
有し、該ｙは、前記ｕより小さい。

【００１２】ある実施形態では、前記電流狭窄構造は、
ＺｎＯによって形成されている。

【００１３】ある実施形態では、前記基板は、ｎ型Ｓｉ
Ｃによって形成されており、該基板の表面に、ｎ型Ａｌ
Ｎバッファー層が形成されている。

【００１４】ある実施形態では、前記基板の表面は、
（０００１）面から第１の角度で[１１−２０]方向に傾
斜している。ある実施形態では、前記第１の角度は、約
３゜から１２゜までである。

【００１５】ある実施形態では、前記基板は、Ａｌ₂Ｏ₃
によって形成されており、該基板の表面に、ＧａＮバッ
ファー層が形成されている。

【００１６】ある実施形態では、前記ｐ型Ａｌ_yＧａ_1-y
Ｎクラッド層の上に、ｐ型コンタクト層が形成されてい
る。ある実施形態では、前記ｐ型コンタクト層は、ｐ型
ＧａＮキャップ層と、１×１０¹⁸／ｃｍ³以上の不純物
を有するｐ型ＧａＮコンタクト層とを含んでいる。

【００１７】ある実施形態では、前記活性層は、少なく
とも１つのＩｎ_aＧａ_1-aＮ量子井戸層（０≦ａ≦１）
と、該量子井戸層の間に形成されたＩｎ_bＧａ_1-bＮバリ
ア層（０≦ｂ＜ａ≦１）とを含んでいる。

【００１８】本発明による他の窒化ガリウム系化合物半
導体レーザ装置は、基板と、該基板上に設けられた積層
構造体とを備えた窒化ガリウム系化合物半導体レーザ装
置であって、該積層構造体は、該基板の表面に平行な面
内において、第１領域及び第２領域を有し、少なくとも
該第１領域に形成されたＩｎ_zＧａ_1-zＮ活性層（０≦ｚ
≦１）と、該活性層を挟む一対のｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮク
ラッド層（０≦ｘ≦１） 及びｐ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮクラ
ッド層（０≦ｙ≦１）と、電流を該第１領域に狭窄する
ための該第１領域に対応する開口部を有する電流狭窄構
造と、を備えており、該第１領域の実効屈折率は、該第
２領域の実効屈折率より高く、該第１領域の実効屈折率
と該第２領域の実効屈折率との差の範囲は、０．００３
〜０．０２程度であり、そのことにより上記目的が達成
される。

【００１９】ある実施形態では、前記電流狭窄構造は、
ｎ型の導電性を有し、前記ｐ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮクラッド
層の中に形成されている。

【００２０】ある実施形態では、前記電流狭窄構造は、
ｎ型Ａｌ_u1Ｇａ_1-u1Ｎ層（０≦ｕ1≦１）とｐ型Ａｌ_u2
Ｇａ_1-u2Ｎ層（０≦ｕ2≦１）とを含んでおり、前記ｎ
型Ａｌ_xＧａ_1-xＮクラッド層と前記ｐ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮ
クラッド層との間に形成されており、該ｎ型Ａｌ_xＧａ
_1-xＮクラッド層は、該電流狭窄構造の開口部内に位置
するリッジを有し、前記活性層は、該リッジの上に形成
されている。

【００２１】ある実施形態では、前記電流狭窄構造は、
ｎ型の導電性を有し、前記ｐ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮクラッド
層の上に形成されており、該ｐ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮクラッ
ド層は、該電流狭窄構造の開口部内に位置するリッジを
有する。

【００２２】ある実施形態では、前記電流狭窄構造の屈
折率は、前記ｐ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮクラッド層の該電流狭
窄構造の開口部内に位置する部分の屈折率より小さい。

【００２３】ある実施形態では、前記電流狭窄構造の屈
折率と前記活性層の屈折率との差の範囲は、０．００３
〜０．０２程度である。

【００２４】ある実施形態では、前記電流狭窄構造の屈
折率は、前記リッジ部のｐ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮクラッド層
の屈折率より小さい。

【００２５】ある実施形態では、前記電流狭窄構造は、
前記活性層からの光を吸収できる材料から形成されてい
る。

【００２６】ある実施形態では、前記電流狭窄構造は、
Ａｌ_cＧａ_1-cＮ（０≦ｃ≦１）によって形成されてい
る。

【００２７】ある実施形態では、前記電流狭窄構造は、
Ｉｎ_dＧａ_1-dＮ（０≦ｄ≦１）によって形成されてい
る。

【００２８】ある実施形態では、前記基板は、ＳｉＣに
よって形成されており、該基板の表面は、（０００１）
面から第１の角度で[１１−２０]方向に傾斜している。
ある実施形態では、前記第１の角度は、約３゜から１２゜
までである。

【００２９】ある実施形態では、共振器端面の少なくと
も一方に、発振波長の４分の１に相当する厚さのＡｌ₂
Ｏ₃膜と、発振波長の４分の１に相当する厚さのＴｉＯ₂
膜とによって構成される２層構造が、少なくとも１つ形
成されている。

【００３０】ある実施形態では、共振器端面の少なくと
も一方に、発振波長の４分の１に相当する厚さのＡｌ₂
Ｏ₃膜と、発振波長の４分の１に相当する厚さのダイヤ
モンド膜とによって構成される２層構造が、少なくとも
１つ形成されている。

【００３１】ある実施形態では、共振器端面の少なくと
も一方に、発振波長の４分の１に相当する厚さのＳｉＯ
₂膜と、発振波長の４分の１に相当する厚さのＴｉＯ₂膜
とによって構成される２層構造が、少なくとも１つ形成
されている。

【００３２】ある実施形態では、共振器端面の少なくと
も一方に、発振波長の４分の１に相当する厚さのＳｉＯ
₂膜と、発振波長の４分の１に相当する厚さのダイヤモ
ンド膜とによって構成される２層構造が、少なくとも１
つ形成されている。

【００３３】ある実施形態では、前記Ａｌ₂Ｏ₃膜及びＴ
ｉＯ₂膜は、スパッタにより形成されている前記ＳｉＯ₂
膜及びダイヤモンド膜は、スパッタにより形成されてい
る。

【００３４】ある実施形態では、前記ｐ型コンタクト層
の上に、ＰｔまたはＰｄによって形成されているｐ側電
極が設けられいる。ある実施形態では、前記ｐ型コンタ
クト層とｐ側電極との間に、Ｎｉ膜が形成されている。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態を詳細
に説明する。なお、本願明細書において、「窒化ガリウ
ム系化合物半導体」とは、窒化ガリウム（ＧａＮ）のＧ
ａの一部あるいは全体が他のIII族元素に置き換えられ
た半導体、例えば、Ｉｎ_sＧａ_1-sＮ（０≦ｓ≦１）及び
Ａｌ_tＧａ_1-tＮ（０≦ｔ≦１）を含み、各構成原子の一
部がドーパント原子等に置き換えられた半導体や、他の
不純物が添加された半導体をも含むものとする。Ｉｎ_s
Ｇａ_1-sＮ及びＡｌ_tＧａ_1-tＮは、それぞれ「ＩｎＧａ
Ｎ」及び「ＡｌＧａＮ」とも略称する。

【００３６】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体レー
ザ装置において、活性層に平行な方向に、光を活性層の
選択された領域に閉じ込めるために、以下に示す３つの
方法が用いられる。

【００３７】第一の方法は、ｐ型クラッド層内に、開口
部を有するｎ型電流狭窄層を設ける。このｎ型電流狭窄
層を設けることによって、活性層の選択された領域に電
流が流れる。また、ｎ型電流狭窄層を設けることによっ
て、活性層に平行な方向に屈折率差を付けることができ
る。その屈折率差は、０．００３〜０．０２程度の範囲
にあることが好ましい。屈折率差が大きすぎると、高次
のモードが立つことになり、屈折率差が小さすぎると、
光は活性層に有効に閉じ込められないからである。

【００３８】上記屈折率差をつける方法は２つある。１
つは、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層のＡｌ組成より高いＡ
ｌ組成を有するＡｌＧａＮ層をｎ型電流狭窄層に用いる
ことによって、ｎ型電流狭窄層の屈折率をｐ型クラッド
層の屈折率より小さくする。屈折率差をつけるもう１つ
の方法は、活性層よりバンドギャップの小さい半導体層
を電流狭窄層に用いることによって、電流狭窄層がレー
ザ光を吸収できるようにする。例えば、活性層にＩｎ_a
Ｇａ_1-aＮ（０≦ａ≦１）を用いる場合に、Ｉｎ_aＧａ
_1-aＮ層よりバンドギャップの小さいＩｎ_bＧａ_1-bＮ
（０≦ａ＜ｂ≦１）層を電流狭窄層に用いればよい。

【００３９】第二の方法は、活性層の幅を狭くし、ｐ型
クラッド層の下にｎ型埋込層とｐ型埋込層を設ける。こ
のｎ型埋込層及びｐ型埋込層を設けることによって、活
性層領域のみに電流が流れる。また、ｎ型埋込層及びｐ
型埋込層の屈折率を活性層の屈折率より小さくすること
によって、活性層に平行な方向に屈折率差を付ける。そ
の屈折率差は、上記と同様な理由で、０．００３〜０．
０２程度の範囲にあることが好ましい。

【００４０】第三の方法は、ｐ型クラッド層の選択され
た領域に、ストライプ状のリッジを形成し、リッジの両
側にｎ型埋込層を設ける。リッジの底辺は活性層に達し
ていない。この構成によって、活性層の選択された領域
に電流が流れる。また、この構成によって、活性層に平
行な方向に屈折率差が付けられる。その屈折率差は、上
記と同様な理由で、０．００３〜０．０２程度の範囲に
あることが好ましい。

【００４１】上記屈折率差をつける方法は２つある。１
つは、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層のＡｌ組成より高いＡ
ｌ組成を有するＡｌＧａＮ層をｎ型埋込層に用いられる
ことによって、ｎ型埋込層の屈折率をｐ型クラッド層の
屈折率より小さくする。屈折率差をつけるもう１つの方
法は、活性層よりバンドギャップの小さい半導体層を埋
込層に用いることによって、埋込層がレーザ光を吸収で
きるようにする。例えば、活性層にＩｎ_aＧａ_1-aＮ（０
≦ａ≦１）を用いる場合に、Ｉｎ_aＧａ_1-aＮ層よりバン
ドギャップの小さいＩｎ_bＧａ_1-bＮ（０≦ａ＜ｂ≦１）
層を埋込層に用いればよい。

【００４２】また、共振器としてのミラーの反射率を高
めるために、レーザ素子の端面に、Ａｌ₂Ｏ₃やＳｉＯ₂
等の膜と、ＴｉＯ₂やダイヤモンド等の膜とを交互に２
層以上積層させた多層構造を設ける。Ａｌ₂Ｏ₃及びＳｉ
Ｏ₂膜は、１．５程度の屈折率を有する。ＴｉＯ₂及びダ
イヤモンド膜は、２程度以上の屈折率を有する。いずれ
の膜も、レーザ光に対して透明な誘電体であり、発振波
長の４分の１に相当する厚さを有する。

【００４３】（第１の実施形態）図１（ａ）および
（ｂ）を参照しながら、本発明による半導体レーザ装置
の第１の実施形態を説明する。

【００４４】図１（ａ）は、本実施形態の半導体レーザ
装置の斜視図である。この半導体レーザ装置は、図１
（ａ）に示されるように、前端面１０２（共振器端面１
０２）及び後端面１０３（共振器端面１０３）を有する
積層構造部１０１と、前端面１０２及び後端面１０３に
形成された共振器１６０とを備えている。共振器１６０
は、前端部１６０ａ及び後端部１６０ｂによって形成さ
れる。レーザ光は、前端面１０２から取り出される。

【００４５】共振器１６０の前端部１６０ａは、前端面
１０２に被着された、Ａｌ₂Ｏ₃又はＳｉＯ₂から形成さ
れている誘電体膜１０４（厚さ、発振波長の１／４程
度）、及びＴｉＯ₂又はダイヤモンドから形成されてい
る誘電体膜１０５（厚さ、発振波長の１／４程度）を有
する。共振器１６０の後端部１６０ｂは、後端面１０３
に被着された、Ａｌ₂Ｏ₃又はＳｉＯ₂によって形成され
ている誘電体膜１０６及び１０８（厚さ、発振波長の１
／４程度）と、ＴｉＯ₂又はダイヤモンドによって形成
されている誘電体膜１０７及び１０９膜（厚さ、発振波
長の１／４程度）とを有する。

【００４６】一般に、光を外部に取り出す前端面１０２
より、後端面１０３での反射率の方を高くする必要があ
るので、上記のように、前端面１０２における誘電体膜
の数を、後端面１０３における誘電体膜の数より多くし
ている。

【００４７】図１（ｂ）は、図１（ａ）の線１Ｂ−１Ｂ
に沿った断面図であり、本実施形態の半導体レーザ装置
の構造を摸式的に示す。半導体レーザ装置は、図１
（ｂ）に示されるように、基板１１２と、基板１１２の
上に設けられた半導体積層構造体１５０と、発光に必要
な電流（駆動電流）を供給するための一対の電極１１１
および１２１を備えている。

【００４８】基板１１２としては、（０００１）面から
［１１−２０］方向に３．５度程度傾斜しているｎ型Ｓ
ｉＣが用いられている。

【００４９】以下に、半導体積層構造体１５０の構成を
詳細に説明する。

【００５０】この半導体積層構造体１５０は、基板１１
２に近い側から順番に、ｎ型ＡｌＮバッファー層１１３
（厚さ、１００ｎｍ程度）、ｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮクラッ
ド層（０≦ｘ≦１）１１４（厚さ、１μｍ程度）、Ｉｎ
_zＧａ_1-zＮ活性層（０≦ｚ≦１）１１５（厚さ、５０ｎ
ｍ程度）、ｐ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮ第１クラッド層（０≦ｙ
≦１）１１６（厚さ、０．２μｍ程度）、ｎ型Ａｌ_uＧ
ａ_1-uＮ狭窄層（０≦ｕ≦１）１１７（厚さ、０．７μ
ｍ程度）、ｐ型Ａｌ_vＧａ_1-vＮ第２クラッド層（０≦ｖ
≦１）１１８（ｎ型Ａｌ_uＧａ_1-uＮ電流狭窄層１１７上
の厚さ、０〜０．５μｍ程度）、ｐ型ＧａＮキャップ層
１１９（厚さ、０．５μｍ程度）、及びｐ型ＧａＮコン
タクト層１２０（厚さ、０． ５μｍ程度；不純物濃
度、約１×１０¹⁸／ｃｍ³以上）を含んでいる。なお、
ｎ型層の不純物としてＳｉ、ｐ型層の不純物としてＭｇ
が用いられている。本発明のｐ型クラッド層は、上記ｐ
型第１クラッド層１１６およびｐ型第２クラッド層１１
８を含んでいる。

【００５１】ｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮクラッド層（０≦ｘ≦
１）１１４のＡｌの組成比ｘが大きくなればなる程、Ａ
ｌＧａＮのエネルギーギャップは大きくなり、屈折率は
小さくなる。ｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮクラッド層１１４のＡ
ｌの組成比ｘは、Ｉｎ_zＧａ_{1 -z}Ｎ活性層１１５のＩｎ組
成比ｚに応じて決まる。Ｉｎ_zＧａ_1-zＮ活性層１１５の
Ｉｎの組成比ｚは、所望の発振波長に応じて調整され
る。したがって、ｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮクラッド層１１４
のＡｌの組成比ｘは、所望の発振波長に応じて決められ
ることになる。発振波長を４１０ｎｍ（紫色）にする場
合、ｚ＝０．１５程度となり、これに応じて、ｘは０．
１から０．２程度にする。

【００５２】ｎ型ＡｌＧａＮ電流狭窄層１１７は、Ｉｎ
ＧａＮ活性層１１５の選択された領域（本実施形態で
は、共振器長方向に延びるストライプ状の領域）に電流
を狭窄するための開口部１８０を持っている。このスト
ライプ状開口部１８０の幅は、レーザ発振の横モードを
調整するように決定される。本実施形態では、開口部１
８０の幅は、１から１０μｍ程度である。ｐ型Ａｌ_yＧ
ａ_1-yＮ第１クラッド層１１６の一部は、開口部１８０
に露出している。開口部１８０内及びｎ型ＡｌＧａＮ電
流狭窄層１１７上には、ｐ型ＡｌＧａＮ第２クラッド層
１１８が形成されている。

【００５３】ｐ型ＧａＮコンタクト層１２０の上面に
は、ｐ側電極１２１（Ｎｉ／Ａｕ）が形成され、基板１
１２の裏面には、ｎ側電極１１１（Ｔｉ／Ａｕ）が形成
されている。

【００５４】不図示の電流供給回路から電極１１１およ
び１２１に電圧が与えられ、半導体積層構造体１５０の
中をｐ側電極１２１からｎ側電極１１１へと電流が流れ
る。このとき、電流はｎ型ＡｌＧａＮ電流狭窄層１１７
によってブロックされるので、電流は狭窄されながらｎ
型ＡｌＧａＮ電流狭窄層１１７の間の開口部１８０を上
から下へ流れる。これによって、電流は、ＩｎＧａＮ活
性層１１５の開口部１８０に対応する部分のみを流れ
る。ｎ型ＡｌＧａＮ電流狭窄層１１７を設けることによ
って、ＩｎＧａＮ活性層１１５の選択された領域に電流
が狭窄され、横モードの制御されたレーザ発振が生じ、
しきい値電流密度の低い半導体レーザ装置が得られる。

【００５５】以下に、レーザ光が活性層の選択された領
域に閉じ込められる機構について説明する。

【００５６】図２は、波長４１０ｎｍの光が用いられる
場合の、Ａｌ_xＧａ_1-xＮのＡｌの組成ｘ、及びＩｎ_xＧ
ａ_1-xＮのＩｎの組成ｘと、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ及びＩｎ_xＧ
ａ_1-xＮの屈折率との関係を示す。図２に示されるよう
に、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（曲線）について、Ａｌ_xＧａ_1-x
Ｎの屈折率は、Ａｌの組成ｘの増加に従って減少する。
一方、Ｉｎ_xＧａ_1-xＮ（曲線）の場合、Ｉｎ_xＧａ_1-x
Ｎの屈折率は、Ｉｎの組成ｘの増加に従って増加する。
このことに基づいて、本発明では、ｎ型Ａｌ_uＧａ_1-uＮ
電流狭窄層１１７のＡｌの組成ｕを、ｐ型Ａｌ_yＧａ_1-y
Ｎ第１クラッド層１１６のＡｌの組成ｙ、及びｐ型Ａｌ
_vＧａ_1-vＮ第２クラッド層１１８のＡｌの組成ｖより大
きくする（ｕ＞ｙ、ｖ）ことにより、電流狭窄層１１７
の屈折率を、第１クラッド層１１６及び第２クラッド層
１１８の屈折率より小さくしている。

【００５７】上記のように、Ａｌの組成を制御すること
によって、電流狭窄層１１７と、第１クラッド層１１６
及び第２クラッド層１１８との間に、屈折率の差が付け
られる。このため、開口部１８０の直下の部分の活性層
１１５ａ（第１領域）と、ｎ型Ａｌ_uＧａ_1-uＮ電流狭窄
層１１７の下方部の活性層１１５ｂ（第２領域）との間
に、屈折率差（活性層の実効屈折率差）Δｎが生じる。
本願明細書で、「活性層の実効屈折率」とは、活性層の
内部を伝搬する光が実際に感じる屈折率を指し、活性層
及びその近傍の層の屈折率によって決定される。したが
って、活性層自体の物性的な屈折率差は存在しない場合
でも、活性層の近傍からの影響によって、実効屈折率に
差があれば、光を活性層内において、活性層自体に屈折
率差が存在する場合と同様に挙動させることができる。
この実効屈折率差Δｎによって、活性層１１５に平行な
方向に光が閉じ込められ、屈折率差による光導波が達成
できる。これによって、収差のないレーザ光が得られ
る。

【００５８】ＩｎＧａＮ活性層１１５の実効屈折率差Δ
ｎは、開口部１８０の幅にも関係する。開口部１８０の
幅が１〜８μｍ程度の場合、開口部１８０の直下の部分
の活性層１１５ａと、ｎ型Ａｌ_uＧａ_1-uＮ電流狭窄層１
１７の下方部の活性層１１５ｂとの実効屈折率差Δｎ
は、０．００３〜０．０２程度の範囲にあることが好ま
しい。ＩｎＧａＮ活性層１１５内において、０．００３
〜０．０２程度の範囲の実効屈折率差Δｎを得るために
は、ＩｎＧａＮ活性層１１５に平行な方向における屈折
率差、すなわち、ｎ型Ａｌ_uＧａ_1-uＮ電流狭窄層１１７
と、ｐ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮクラッド層１１８、１１６との
間に、０．００３〜０．０２程度の屈折率差を設ければ
よい。この屈折率差は、先に説明したように、これらの
半導体層中のＡｌの組成（ｕ、ｙ）を適切に設定するこ
とによって制御できる。

【００５９】図３は、ＩｎＧａＮ活性層に平行な方向の
屈折率差と、しきい値電流との関係を示す。図３に示さ
れるように、屈折率差が０．０２より高いと、素子は高
次のモードで発振することになり、一方、屈折率差が
０．００３より低いと、光は活性層内に有効に閉じ込も
らなくなり、光の導波は利得導波になって、しきい値電
流が増大する。

【００６０】開口部１８０の幅、及び、ｐ型Ａｌ_yＧａ
_1-yＮ第１クラッド層１１６、ｐ型Ａｌ_vＧａ_1-vＮ第２
クラッド層１１８とｎ型Ａｌ_uＧａ_1-uＮ電流狭窄層１１
７との屈折率差は、活性層に閉じ込められる光の強度分
布を決定する。このことを考慮すると、開口部１８０の
幅を２μｍ程度、ｎ型Ａｌ_uＧａ_1-uＮ電流狭窄層１１７
のＡｌの組成比ｕを０．２５程度に設定することが好ま
しい。また、ｙとｖの値については、ｎ型Ａｌ_xＧａ_1-x
Ｎクラッド層１１４のＡｌの組成ｘと同じく０．１５に
する。

【００６１】上記のように組成が調整されたｐ型クラッ
ド層（Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ）１１６、１１８、及びｎ型
電流狭窄層（ Ａｌ_0.25Ｇａ_0.75Ｎ）１１７を用いるこ
とによって、レーザ光が、活性層に平行な方向における
屈折率分布で活性層の選択された領域に閉じ込められ
る。これにより、シングルモードで、しきい値電流が低
く、収差のないレーザ光を発振できる窒化ガリウム系化
合物半導体レーザ装置が実現できる。

【００６２】本実施形態では、（０００１）面から［１
１−２０］方向に３．５度程度傾斜しているＳｉＣ傾斜
基板が用いられている。これは、ＳｉＣ上に、特にＡｌ
ＧａＮ混晶を堆積する場合に、ＡｌＧａＮ混晶の表面の
平坦性を良好にするためである。（０００１）ジャスト
基板を用いる場合に比べて、傾斜基板を用いる場合の方
が、半導体結晶層の表面の平坦性がよくなる。特に、傾
斜角度が３度から１２度程度までの傾斜基板を用いるこ
とによって、基板上に形成される半導体結晶層の表面の
平坦性が格段によくなる。本願明細書において、「（０
００１）ジャスト基板」とは、（０００１）面から、い
ずれの方向にも傾斜していない基板を指す。

【００６３】なお、本実施形態では、傾斜基板が用いら
れているが、もちろん（０００１）ジャスト基板を用い
てもよい。

【００６４】また、電流狭窄層として、ｎ型Ａｌ_uＧａ
_1-uＮの代わりに、ＺｎＯ層を用いることもできる。Ｚ
ｎＯは、ＧａＮの格子定数に近い格子定数を有するの
で、窒化ガリウム系化合物半導体層の上に結晶成長を行
うことができる。また、ＺｎＯは絶縁体であり、さら
に、活性層で発生する青色レーザ光を吸収できるので、
基板の表面に平行な方向において、活性層に実効的に屈
折率差をつけることができる。この場合でも、先に述べ
た理由と同じ理由で、開口部１８０の直下の活性層１１
５ａと、電流狭窄層の下方部の活性層１１５ｂとの屈折
率差を、０．００３〜０．０２程度の範囲にすることが
好ましい。なお、ＺｎＯの代わりに、レーザ光を吸収
し、基板の表面に平行な方向において活性層に実効的に
屈折率差がつき、かつ、電流を開口部１８０に流れるよ
うに狭窄できるような材料であれば、電流狭窄層として
用いられてもよい。

【００６５】さらに、活性層からのレーザ光を吸収する
ように、活性層よりもバンドギャップの小さい層を電流
狭窄層として用いることによって、活性層に平行な方向
に屈折率差をつけることができる。例えば、活性層とし
てＩｎ_aＧａ_1-aＮ（０≦ａ≦１）が用いられる場合、こ
の層よりバンドギャップの小さいＩｎ_bＧａ_1-bＮ（０≦
ａ＜ｂ≦１）を電流狭窄層に用いることにより、活性層
からの光を吸収する層が実現できる。しかも、この電流
狭窄層の導電性をｎ型にすることで、電流を開口部１８
０に集中させ、活性層での電流の広がりを抑制できる。

【００６６】以下に、本発明の半導体レーザ装置の共振
器１６０の反射率について説明する。

【００６７】図４は、Ａｌ₂Ｏ₃膜（屈折率１．６５）及
びＴｉＯ₂膜（屈折率２．２）を用いて共振器１６０を
形成する場合の、反射率と誘電体膜の厚さとの関係を示
す。前端面１０２には、Ａｌ₂Ｏ₃膜／ＴｉＯ₂膜による
２層多層構造が形成されている。後端面１０３には、Ａ
ｌ₂Ｏ₃膜／ＴｉＯ₂膜／Ａｌ₂Ｏ₃膜／ＴｉＯ₂膜による４
層構造が形成されている。各膜の厚さは、発振波長の４
分の１（λ／（４ｎ）、λは発振波長、ｎは誘電体膜の
屈折率）程度に相当する。

【００６８】図４に示されるように、Ａｌ₂Ｏ₃膜／Ｔｉ
Ｏ₂膜の２層多層構造によって、前端面１０２の反射率
は、約４４％まで向上する。Ａｌ₂Ｏ₃膜／ＴｉＯ₂膜／
Ａｌ₂Ｏ₃膜／ＴｉＯ₂膜の４層構造によって、後端面１
０３における反射率は、約６４％までに向上する。

【００６９】図５は、Ａｌ₂Ｏ₃膜及びダイヤモンド膜
（Ｃ、屈折率３．０）を用いて共振器１６０を形成する
場合の、反射率と誘電体膜の厚さとの関係を示す。この
場合、Ａｌ₂Ｏ₃膜／Ｃ膜の２層多層構造によって、前端
面１０２の反射率は、約６５％まで向上する。Ａｌ₂Ｏ₃
膜／Ｃ膜／Ａｌ₂Ｏ₃膜／Ｃ膜の４層多層構造によって、
後端面１０３における反射率は、約８８％までに向上す
る。このことから、 Ａｌ₂Ｏ₃膜及びダイヤモンド膜を
用いることによって、Ａｌ₂Ｏ₃膜及びＴｉＯ₂膜を用い
る場合よりさらに反射率を高められることがわかる。

【００７０】図６は、ＳｉＯ₂膜（屈折率１．４５）及
びＴｉＯ₂膜を用いて共振器１６０を形成する場合の、
反射率と誘電体膜の厚さとの関係を示す。この場合は、
ＳｉＯ₂膜／ＴｉＯ₂膜の２層多層構造によって、前端面
１０２の反射率は、約５４％まで向上する。ＳｉＯ₂膜
／ＴｉＯ₂膜／ＳｉＯ₂膜／ＴｉＯ₂膜の４層多層構造に
よって、後端面１０３における反射率は、約７６％とな
る。

【００７１】図７は、ＳｉＯ₂膜及びダイヤモンド膜を
用いて共振器１６０を形成する場合の、反射率と誘電体
膜の厚さとの関係を示す。この場合は、ＳｉＯ₂膜／Ｃ
膜の２層多層構造によって、前端面１０２の反射率は、
約７２％であり、ＳｉＯ₂膜／Ｃ膜／ＳｉＯ₂膜／Ｃ膜の
４層多層構造によって、後端面１０３における反射率
は、約９３％となる。

【００７２】Ａｌ₂Ｏ₃の熱伝導がよいので、Ａｌ₂Ｏ₃膜
のレーザ光に対する安定性が優れている。ダイヤモンド
はさらに熱伝導のよい物質であるので、ダイヤモンド膜
をレーザ装置の端面に被着することによって、Ａｌ₂Ｏ₃
膜を用いる場合よりもさらに放熱性を向上できる。

【００７３】以下に、図８（ａ）〜（ｃ）を参照しなが
ら、本実施形態の半導体レーザ装置の特性を説明する。

【００７４】図８（ａ）は、半導体レーザ装置の電流−
光出力特性を示す。図８（ａ）における線ａは、本発明
による電流狭窄層及び共振器構造を有する半導体レーザ
装置の電流−光出力特性を示す。線ｂは、本発明による
共振器構造を有する（電流狭窄層なし）半導体レーザ装
置の電流−光出力特性を示す。線ｃは、比較例としての
従来の半導体レーザ装置の電流−光出力特性を示す。

【００７５】図９は、比較例としての従来の窒化ガリウ
ム系半導体レーザ装置の構造を摸式的に示す。比較例の
半導体レーザ装置は、図９に示すように、ｎ型ＳｉＣ基
板９０２上に、ｎ型ＡｌＮバッファー層９０３、ｎ型Ａ
ｌＧａＮクラッド層９０４、ＩｎＧａＮ活性層９０５、
ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層９０６、ｐ型ＧａＮキャップ
層９０９、ｐ型ＧａＮコンタクト層９１０、及び開口部
９８０を持ったＳｉＯ₂層９１２を積層した構造を備え
ている。ＳｉＯ₂層９１２及び開口部９８０に露出して
いるｐ型ＧａＮコンタクト層９１０の上には、ｐ側電極
９１１が形成されている。基板９０２の裏面には、ｎ側
電極９０１が形成されている。

【００７６】Ｉｎ_zＧａ_1-zＮ活性層９０５のＩｎの組成
比ｚを変えることにより、発振波長を紫外（３７０ｎ
ｍ、ｚ＝０）から緑（５１０ｎｍ、ｚ＝０．５）まで変
化させることができる。この点は、図１（ｂ）に示され
ている半導体レーザ装置の場合と同じである。ｐ型Ｇａ
Ｎキャップ層９０９及びｐ型ＧａＮコンタクト層９１０
は、ｐ型不純物濃度を高くすることにより、ｐ側電極と
オーミックコンタクトを形成している。ＳｉＯ₂層９１
２は、ストライプ状の開口部９８０を持っており、電流
を開口部９８０に狭窄する。

【００７７】図８（ａ）に示されるように、本実施形態
の半導体レーザ装置（線ａ）によると、比較例の半導体
レーザ装置（線ｃ）の半分以下のしきい値電流が得られ
る。また、本実施形態によると、５ｍＷ以上まで、電流
に対して直線性の良い光出力が得られる。

【００７８】図９に示す比較例のＧａＮ系半導体レーザ
装置の構造では、ＳｉＯ₂層９１２で電流をストライプ
状の開口部９８０に狭窄するが、電流は活性層９０５に
達するまでに横方向に広がってしまう。このため、発振
しきい値電流が大きくなる。また、活性層９０５に平行
な方向において、レーザ光を閉じ込めるための屈折率差
がないので、レーザ光は利得の高いストライプ状の開口
部９８０の直下に集まる利得導波となる。利得導波で閉
じ込められた光は、レーザ装置の端面から放射される場
合、大きな収差を持つことになる。これは、光ディスク
上に絞り込む時に大きな障害となる。

【００７９】本実施形態の半導体レーザ装置によると、
電流をＩｎＧａＮ活性層１１５の電流狭窄層１１７の開
口部１８０に対応する部分に集中できるので、発振しき
い値電流を小さくできる。また、基板１１２の表面に平
行な方向において、ＩｎＧａＮ活性層１１５は実効的な
屈折率差を有するので、レーザ光を活性層の選択された
領域に閉じ込めることができる。このため、レーザ光の
収差は小さくなる。

【００８０】図８（ｂ）は、本実施形態による半導体レ
ーザ装置の端面から放射されるレーザ光の、活性層に平
行な方向における強度分布を示す。図８（ｂ）から分か
るように、半値全角１０度の単峰性を示す強度分布が得
られる。これは、結晶内で活性層に平行な方向における
屈折率分布によって、光が閉じ込められていることを示
す。

【００８１】図８（ｃ）は、本実施形態の半導体レーザ
装置の発振波長スペクトルを示す。図８（ｃ）から分か
るように、本実施形態では、単一縦モード発振を示して
おり、ピーク波長は４１２ｎｍであり、縦モード間隔は
約０．０３ｎｍである。

【００８２】以下に、図１０（ａ）〜（ｃ）を参照しな
がら、本実施形態の半導体レーザ装置の製造方法を説明
する。半導体結晶層の成長に、有機金属気相成長法（Ｍ
ＯＶＰＥ法）を用いる。

【００８３】まず、図１０（ａ）に示すように、ｎ型Ｓ
ｉＣ基板１１２上に順次、ｎ型ＡｌＮバッファー層１１
３、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１１４、ＩｎＧａＮ活性
層１１５、ｐ型ＡｌＧａＮ第１クラッド層１１６、及び
ｎ型Ａｌ_uＧａ_1-uＮ電流狭窄層１１７を成長させる。

【００８４】次に、基板１１２上に、ストライプ状のホ
トマスクを形成し、図１０（ｂ）に示されるように、エ
ッチング処理で、ｎ型Ａｌ_uＧａ_1-uＮ電流狭窄層１１７
に開口部１８０を形成する。エッチング処理は、ｐ型Ａ
ｌＧａＮ第１クラッド層１１６の表面の一部が開口部１
８０に露出するまで行われる。

【００８５】次に、再びＭＯＶＰＥ法により、図１０
（ｃ）に示されるように、基板１１２上に、ｐ型ＡｌＧ
ａＮ第２クラッド層１１８、ｐ型ＧａＮキャップ層１１
９、及びｐ型コンタクト層１２０を成長する。

【００８６】最後に、図示していないが、ｐ型コンタク
ト層１２０上にｐ側電極１２１、ｎ型ＳｉＣ基板１１２
の裏面にｎ側電極１１１を形成して、半導体レーザが完
成する。

【００８７】レーザ装置の端面に、共振器を構成する誘
電体膜を形成するのに、スパッター法やＣＶＤ法が用い
られる。しかし、高純度の誘電体膜を屈折率の再現性よ
く、また膜厚の制御性よく形成するには、スパッター法
が優れている。スパッター法では、Ａｌ₂Ｏ₃等のターゲ
ット材料にＡｒのプラズマを衝突させることによって、
ターゲット材料の分子をたたき出す。このため、レーザ
端面にもＡｒプラズマによるダメージが加わる。スパッ
ター法を用いて、ＩｎＧａＡｌＰ系の赤色半導体レーザ
の端面に誘電体膜を形成する場合、上記のようなダメー
ジによってレーザ装置の寿命が短くなる。一方、ＧａＮ
系半導体レーザ装置の製造において、ＧａＮ系半導体結
晶は、ダメージを受け難いため、スパッター法によって
Ａｌ₂Ｏ₃膜を形成できる。ＳｉＯ₂膜、ＴｉＯ₂膜および
ダイヤモンド膜は、いずれもスパッター法を用いて形成
できる。

【００８８】（第２の実施形態）図１１を参照しなが
ら、本発明による半導体レーザ装置の第２の実施形態を
説明する。本実施形態と上記第１の実施形態との主な相
違点は、基板１１１２としてＡｌ₂Ｏ₃が用いられている
ことである。以下に、第１の実施形態と異なる部分のみ
について説明する。

【００８９】基板１１１２として用いられるＡｌ₃Ｏ₂は
絶縁性なので、ｎ側電極１１１１を形成するためには、
図１１に示されるように、開口部１８０に対応していな
い部分のｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１１１４及びその上
の層を、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１１１４の一部が露
出するまで、選択的にエッチング除去する。このため、
本実施形態のｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１１１４は、２
μｍ程度の大きい厚さを有する。エッチング除去される
ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１１１４の深さは、１μｍ程
度である。ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１１１４の露出部
上に、ｎ側電極１１１１が形成されている。

【００９０】なお、基板１１１２上のバッファー層１１
１３は、ＧａＮによって形成されており、１００ｎｍ程
度の厚さを有する。

【００９１】本実施形態においても、第１の実施形態と
同様に、開口部１８０を持ったｎ型Ａｌ_uＧａ_1-uＮ電流
狭窄層１１７を設けることによって、ＩｎＧａＮ活性層
１１５に平行な方向における屈折率差が付けられてい
る。この屈折率差は、第１の実施形態で述べた理由と同
様な理由で、０．００３〜０．０２程度の範囲にあるこ
とが好ましい。

【００９２】以上の説明では、厚さ５０ｎｍ程度のＩｎ
ＧａＮ活性層が用いられたが、厚さ１０ｎｍ程度のＩｎ
ＧａＮ層を厚さ５０ｎｍ程度のＡｌＧａＮ層で挟んだ単
一量子井戸活性層を用いることによって、しきい値電流
を更に下げることができる。また、２層以上のＩｎＧａ
Ｎ層と、ＩｎＧａＮ層の間に厚さ１０ｎｍ程度のＡｌＧ
ａＮ層を有する多重量子井戸活性層を用いても、本発明
は適用できる。このことは、以下の実施形態についても
同様である。

【００９３】なお、レーザ発振の際に光導波をより効率
的にするために、活性層の上下に、活性層を挟むような
一対のＡｌ_xＧａ_1-xＮ（０≦ｘ≦１）ガイド層を設けて
もよい。

【００９４】また、以上の説明では、ｐ側電極１２１と
ｐ型ＧａＮコンタクト層１２０との間に、低抵抗のオー
ミックコンタクトを形成するために、ｐ型ＧａＮコンタ
クト層１２０のｐ型不純物濃度を１×１０¹⁸／ｃｍ³以
上にした。ＧａＮよりエネルギーギャップの小さいＩｎ
ＧａＮを用いることによって、上記オーミックコンタク
トの抵抗をさらに下げることができる。この場合、低い
コンタクト抵抗を実現するために、ｐ型不純物濃度を１
×１０¹⁸／ｃｍ³以上にすることが好ましい。

【００９５】（第３の実施形態）図１２を参照しなが
ら、本発明による半導体レーザ装置の第３の実施形態を
説明する。

【００９６】図１２は、本実施形態の半導体レーザ装置
の構造を摸式的に示す。この半導体レーザ装置は、図１
２に示されるように、基板１１２と、基板１１２の上に
設けられた半導体積層構造体１２５０と、発光に必要な
電流（駆動電流）を供給するための一対の電極１１１お
よび１２１を備えている。

【００９７】基板１１２としては、（０００１）面から
［１１−２０］方向に３．５度程度傾斜しているｎ型Ｓ
ｉＣが用いられている。

【００９８】以下に、半導体積層構造体１２５０の構成
を詳細に説明する。

【００９９】この半導体積層構造体１２５０は、基板１
１２に近い側から順番に、ｎ型ＡｌＮバッファー層１１
３（厚さ、１００ｎｍ程度）、リッジ１２８０を有する
ｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮクラッド層（０≦ｘ≦１）１２１４
（厚さ、１μｍ程度）、リッジ１２８０上に形成された
Ｉｎ_zＧａ_1-zＮ活性層（０≦ｚ≦１）１２１５（厚さ、
５０ｎｍ程度）、ＩｎＧａＮ活性層１２１５上に形成さ
れたｐ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮ第１クラッド層（０≦ｙ≦１）
１２１６（厚さ、２００ｎｍ程度）、リッジ１２８０の
両側に形成された電流狭窄構造１２１７を備えている。
電流狭窄構造１２１７及びｐ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮ第１クラ
ッド層１２１６の上にさらに、ｐ型Ａｌ_vＧａ_1-vＮ第２
クラッド層（０≦ｖ≦１）１２１８（厚さ、０．５μｍ
程度）、ｐ型ＧａＮキャップ層１１９（厚さ、０．２μ
ｍ程度）、及びｐ型ＧａＮコンタクト層１２０（厚さ、
０．１μｍ程度；不純物濃度、約１×１０¹⁸／ｃｍ³以
上）が形成されている。なお、ｎ型層の不純物としてＳ
ｉ、ｐ型層の不純物としてＭｇが用いられている。本発
明のｐ型クラッド層は、上記ｐ型第１クラッド層１２１
６およびｐ型第２クラッド層１２１８を含んでいる。

【０１００】ｐ型ＧａＮコンタクト層１２０の上面に
は、ｐ側電極１２１（Ｎｉ／Ａｕ）が形成され、基板１
１２の裏面には、ｎ側電極１１１（Ｔｉ／Ａｕ）が形成
されている。

【０１０１】ｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮクラッド層（０≦ｘ≦
１）１２１４のＡｌの組成比ｘが大きくなればなる程、
ＡｌＧａＮのエネルギーギャップは大きくなり、屈折率
は小さくなる。ｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮクラッド層１２１４
のＡｌの組成比ｘは、Ｉｎ_zＧａ_1-zＮ活性層１２１５の
Ｉｎの組成比ｚに応じて決まる。Ｉｎ_zＧａ_1-zＮ活性層
１２１５のＩｎの組成比ｚは、所望の発振波長に応じて
調整される。したがって、ｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮクラッド
層１２１４のＡｌの組成比ｘは、所望の発振波長に応じ
て決められることになる。発振波長を４１０ｎｍ（紫
色）にする場合、ｚ＝０．１５程度となり、これに応じ
て、ｘは０．１から０．２程度にする。

【０１０２】リッジ１２８０は、共振器長方向に延びる
ストライプ状を持っており、１〜１０μｍ程度の幅ｍ、
および０．７５μｍ程度の高さｈを有する。

【０１０３】電流狭窄構造１２１７は、ｐ型Ａｌ_uＧａ
_1-uＮ埋込層（０≦ｕ≦１）１２１７ａ（厚さ、０．２
５μｍ程度）とｎ型Ａｌ_vＧａ_1-vＮ埋込層（０≦ｖ≦
１）１２１７ｂ（厚さ、０．５μｍ程度）とを含んでい
る。電流狭窄構造１２１７によって、電流は、ＩｎＧａ
Ｎ活性層１２１５に対応する領域（本実施形態では、共
振器長方向に延びるストライプ状の領域）に狭窄され
る。

【０１０４】また、埋込層１２１７ａ及び１２１７ｂを
形成するＡｌＧａＮの屈折率をＩｎＧａＮ活性層１２１
５の屈折率より小さくする。言い換えると、ＩｎＧａＮ
活性層１２１５の表面に平行な方向において、ＩｎＧａ
Ｎ活性層１２１５を含む平面領域は、第１領域（ＩｎＧ
ａＮ活性層１２１５領域）及び該第１領域以外の第２領
域（埋込層１２１７ａ及び１２１７ｂを含む領域）を有
し、第１領域の屈折率を第２領域の屈折率より高くす
る。このことによって、電流狭窄構造１２１７とＩｎＧ
ａＮ活性層１２１５との間に屈折率差Δｎ（ここで、実
効屈折率差と言ってもよいとする）を付ける。この屈折
率差Δｎは、リッジ１２８０の幅ｍをも考慮して調整す
る。リッジ１２８０の幅ｍを１〜６μｍ程度の場合、以
上の実施形態で述べた理由と同様な理由で、ＩｎＧａＮ
活性層１２１５と電流狭窄構造１２１７との間の屈折率
差Δｎは、０．００３〜０．０２程度の範囲にあること
が好ましい。

【０１０５】リッジ１２８０の幅ｍ、及び、ＩｎＧａＮ
活性層１２１５と埋込層１２１７ａ、１２１７ｂとの屈
折率差は、ＩｎＧａＮ活性層１２１５に閉じ込められる
光の強度分布を決定する。このことを考慮すると、リッ
ジ１２８０の幅ｍを２μｍ程度、ｐ型Ａｌ_uＧａ_1-uＮ埋
込層１２１７ａおよびｎ型Ａｌ_vＧａ_1-vＮ埋込層１２１
７ｂのＡｌ組成比をｕ＝ｖ＝０．０５程度にすることが
好ましい。また、ｐ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮ第１クラッド層１
２１６のＡｌの組成ｙ、およびｐ型Ａｌ_vＧａ_{1 -v}Ｎ第２
クラッド層１２１８のＡｌの組成ｖは、ｎ型Ａｌ_xＧａ
_1-xＮクラッド層１２１４のＡｌの組成ｘと同じく、
０．１５程度に設定する。

【０１０６】上記のように組成を調整することによっ
て、活性層１２１５（Ｉｎ_0.15Ｇａ_{0. 85}Ｎ）と、埋込層
１２１７ａ、１２１７ｂ（Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ）との間
に、０．００８程度の屈折率差Δｎが付けられる。この
ため、レーザ光は、活性層１２１５に平行な方向におけ
る屈折率分布によって、活性層１２１５の選択された領
域に閉じ込められる。これにより、シングルモードで、
しきい値電流が低く、収差のないレーザ光を発振できる
窒化ガリウム系化合物半導体レーザ装置が実現できる。

【０１０７】本実施形態では、（０００１）面から［１
１−２０］方向に３．５度程度傾斜しているＳｉＣ傾斜
基板が用いられている。これは、ＳｉＣ上に、特にＡｌ
ＧａＮ混晶を堆積する場合に、ＡｌＧａＮ混晶の表面の
平坦性を良好にするためである。（０００１）ジャスト
基板を用いる場合に比べて、傾斜基板を用いる場合の方
が、半導体結晶層の表面の平坦性がよくなる。特に、傾
斜角度が３度から１２度程度までの傾斜基板を用いるこ
とによって、基板上に形成される半導体結晶層の表面の
平坦性が格段によくなる。

【０１０８】なお、本実施形態では、傾斜基板が用いら
れているが、もちろん（０００１）ジャスト基板を用い
てもよい。

【０１０９】以下に、図１３（ａ）〜（ｄ）を参照しな
がら、図１２の半導体レーザ装置の製造方法を説明す
る。半導体結晶層の成長に、ＭＯＶＰＥ法を用いる。

【０１１０】まず、図１３（ａ）に示すように、ｎ型Ｓ
ｉＣ基板１１２上に順次、ｎ型ＡｌＮバッファー層１１
３、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１２１４、ＩｎＧａＮ活
性層１２１５、及びｐ型ＡｌＧａＮ第１クラッド層１２
１６を成長させる。

【０１１１】次に、基板１１２の表面の全面に、ＳｉＯ
₂膜を覆う。その後、ＳｉＯ₂膜をストライプ状に成形
し、ホトマスク１３３０を形成する。次に、図１３
（ｂ）に示されるように、エッチング処理で、ｎ型Ａｌ
ＧａＮクラッド層１２１４及びその上の半導体層を、ｎ
型ＡｌＧａＮクラッド層１２１４の一部が露出するま
で、選択的にエッチング除去する。こうして、リッジ１
２８０が形成される。ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１２１
４のエッチング除去される厚さは、ｎ型ＡｌＧａＮクラ
ッド層１２１４層の厚さ（約１μｍ）の半分程度、すな
わち、約０．５μｍである。この工程において、ＩｎＧ
ａＮ活性層１２１５は、その上に形成されたｐ型ＡｌＧ
ａＮ第１クラッド層１２１６によって、工程中に起こる
ダメージから保護される。

【０１１２】次に、再びＭＯＶＰＥ法により、図１３
（ｃ）に示されるように、基板１１２上に、ｐ型Ａｌ_u
Ｇａ_1-uＮ埋込層１２１７ａ、ｎ型ＡｌＧａＮ埋込層１
２１７ｂを成長させる。この場合、ＳｉＯ₂膜１３３０
上には、結晶は成長しない。その後、ＳｉＯ₂膜１３３
０を除去する。

【０１１３】次に、図１３（ｄ）に示すように、基板１
１２上に、ｐ型ＡｌＧａＮ第２クラッド層１２１８、ｐ
型ＧａＮキャップ層１１９、及びｐ型コンタクト層１２
０を成長する。

【０１１４】最後に、図示していないが、ｐ型コンタク
ト層１２０上にｐ側電極１２１、ｎ型ＳｉＣ基板１１２
の裏面にｎ側電極１１１を形成して、半導体レーザ素子
が完成する。

【０１１５】（第４の実施形態）図１４を参照しなが
ら、本発明による半導体レーザ装置の第４の実施形態を
説明する。本実施形態と上記第３の実施形態との主な相
違点は、基板１４１２としてＡｌ₂Ｏ₃が用いられている
ことである。以下に、第３の実施形態と異なる部分のみ
について説明する。

【０１１６】基板１４１２として用いられるＡｌ₂Ｏ₃は
絶縁性なので、ｎ側電極１４１１を形成するためには、
図１４に示されるように、リッジ１２８０に対応してい
ない部分のｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１４１４及びその
上の層を、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１４１４の一部が
露出するまで、選択的にエッチング除去する。このた
め、本実施形態のｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１４１４
は、２μｍ程度の大きい厚さを有する。エッチング除去
されるｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１４１４の深さは、１
μｍ程度である。ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１４１４の
露出部上に、ｎ側電極１４１１が形成されている。

【０１１７】なお、基板１４１２上のバッファー層１４
１３は、ＧａＮによって形成されており、１００ｎｍ程
度の厚さを有する。

【０１１８】本実施形態においても、第３の実施形態で
説明した理由と同様な理由で、ＩｎＧａＮ活性層１２１
５と、ＡｌＧａＮ埋込層１２１７ａ及び１２１７ｂとの
間に、０．００３〜０．０２程度の範囲の屈折率差が付
けられている。

【０１１９】（第５の実施形態）以下に、図１５を参照
しながら、本発明による半導体レーザ装置の第５の実施
形態を説明する。

【０１２０】図１５は、本実施形態の半導体レーザ装置
の構造を摸式的に示す。この半導体レーザ装置は、図１
５に示されるように、基板１１２と、基板１１２の上に
設けられた半導体積層構造体１５５０と、発光に必要な
電流（駆動電流）を供給するための一対の電極１１１お
よび１２１を備えている。

【０１２１】基板１１２としては、（０００１）面から
［１１−２０］方向に３．５度程度傾斜しているｎ型Ｓ
ｉＣが用いられている。

【０１２２】以下に、半導体積層構造体１５５０の構成
を詳細に説明する。

【０１２３】この半導体積層構造体１５５０は、基板１
１２に近い側から順番に、ｎ型ＡｌＮバッファー層１１
３（厚さ、１００ｎｍ程度）、ｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮクラ
ッド層（０≦ｘ≦１）１１４（厚さ、１μｍ程度）、Ｉ
ｎ_zＧａ_1-zＮ活性層（０≦ｚ≦１）１１５（厚さ、５０
ｎｍ程度）、ｐ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮクラッド層（０≦ｙ≦
１）１５１６（厚さ、１μｍ程度）、ｎ型Ａｌ_uＧａ_1-u
Ｎ埋込層（電流狭窄層、０≦ｕ≦１）１５１７（０≦ｕ
≦１）（厚さ、１μｍ程度）、ｐ型ＧａＮキャップ層１
１９（厚さ、０．５μｍ程度）、及びｐ型ＧａＮコンタ
クト層１２０（厚さ、０． ５μｍ程度；不純物濃度、
約１×１０¹⁸／ｃｍ³以上）を含んでいる。なお、ｎ型
層の不純物としてＳｉ、ｐ型層の不純物としてＭｇが用
いられている。

【０１２４】ｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮクラッド層（０≦ｘ≦
１）１１４のＡｌの組成比ｘが大きくなればなる程、Ａ
ｌＧａＮのエネルギーギャップは大きくなり、屈折率は
小さくなる。ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１１４のＡｌの
組成比ｘは、Ｉｎ_zＧａ_1-zＮ活性層１１５のＩｎの組成
比ｚに応じて決まる。Ｉｎ_zＧａ_1-zＮ活性層１１５のＩ
ｎの組成比ｚは、所望の発振波長に応じて調整される。
したがって、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１１４のＡｌの
組成比ｘは、所望の発振波長に応じて決められることに
なる。発振波長を４１０ｎｍ（紫色）にする場合、ｚ＝
０．１５程度となり、これに応じて、ｘは０．１から
０．２程度にする。

【０１２５】ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１５１６は、共
振器長方向に延びるストライプ状のリッジ部１５８０を
有する。リッジ部１５８０の底辺はＩｎＧａＮ活性層１
１５に達していない。ｎ型ＡｌＧａＮ埋込層１５１７
は、リッジ部１５８０の両側に形成されている。リッジ
部１５８０の幅は、レーザ発振の横モードを調整するよ
うに決定される。本実施形態では、リッジ部１５８０の
幅は、１から１０μｍ程度であり、リッジ部１５８０の
高さは、０．７５μｍ程度である。

【０１２６】ｐ型ＧａＮコンタクト層１２０上には、ｐ
側電極１２１（Ｎｉ／Ａｕ）が形成され、基板１１２の
裏面には、ｎ側電極１１１（Ｔｉ／Ａｕ）が形成されて
いる。

【０１２７】不図示の電流供給回路から電極１１１およ
び１２１に電圧が与えられ、半導体積層構造体１５５０
の中をｐ側電極１２１からｎ側電極１１１へと電流が流
れる。このとき、電流はｎ型ＡｌＧａＮ埋込層１５１７
によってブロックされるので、電流は狭窄されながらｐ
型ＡｌＧａＮクラッド層１５１６のリッジ部１５８０を
上から下へ流れる。これによって、電流は、ＩｎＧａＮ
活性層１１５のリッジ部１５８０に対応する部分（リッ
ジ部１５８０の直下に位置する部分）のみを流れる。上
記構成によって、ＩｎＧａＮ活性層１１５の選択された
領域に電流が狭窄され、横モードの制御されたレーザ発
振が生じ、しきい値電流密度の低い半導体レーザ装置が
得られる。

【０１２８】ｎ型Ａｌ_uＧａ_1-uＮ埋込層１５１７のＡｌ
の組成ｕを、ｐ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮクラッド層１５１６の
Ａｌの組成ｙより大きくする（ｕ＞ｙ）ことにより、ｎ
型ＡｌＧａＮ埋込層１５１７の屈折率を、ｐ型ＡｌＧａ
Ｎクラッド層１５１６の屈折率より小さくしている。こ
のように、Ａｌの組成を制御することによって、ＩｎＧ
ａＮ活性層１１５に平行な方向において、屈折率の差が
付けられる。このため、リッジ部１５８０の直下の部分
の活性層１１５ａと、ｎ型ＡｌＧａＮ埋込層１５１７の
下方部の活性層１１５ｂとの間に、屈折率差（活性層の
実効屈折率差）Δｎが生じる。この実効屈折率差Δｎに
よって、活性層１１５に平行な方向に光が閉じ込めら
れ、屈折率差による光導波が達成できる。これによっ
て、収差のないレーザ光が得られる。

【０１２９】ＩｎＧａＮ活性層１１５の実効屈折率差Δ
ｎは、リッジ部１５８０の幅にも関係する。リッジ部１
５８０の幅が１〜６μｍ程度の場合、リッジ部１５８０
の直下の部分の活性層１１５ａと、ｎ型ＡｌＧａＮ埋込
層１５１７の下方部の活性層１１５ｂとの実効屈折率差
Δｎは、０．００３〜０．０２程度の範囲にあることが
好ましい。屈折率差が０．０２より高いと、素子は高次
のモードで発振することになる。一方、屈折率差が０．
００３より低いと、光はＩｎＧａＮ活性層１１５の隣接
する層にしみだし、ＩｎＧａＮ活性層１１５内に有効に
閉じ込もらなくなり、光の導波は利得導波になって、し
きい値電流が増大する。

【０１３０】リッジ部１５８０の幅、及びｐ型ＡｌＧａ
Ｎクラッド層１５１６とｎ型ＡｌＧａＮ埋込層１５１７
との屈折率差は、活性層に閉じ込められる光の強度分布
を決定する。このことを考慮すると、リッジ部１５８０
の幅を２μｍ程度、ｎ型Ａｌ_uＧａ_1-uＮ埋込層１５１７
のＡｌの組成比ｕを０．２５程度に設定することが好ま
しい。また、ｐ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮクラッド層１５１６の
Ａｌの組成ｙの値は、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１１４
のＡｌの組成ｘと同じく０．１５にする。このように組
成を調整することによって、ｐ型クラッド層（Ａｌ_0.15
Ｇａ_0.85Ｎ）１５１６と、ｎ型ＡｌＧａＮ埋込層（ Ａ
ｌ_0.25Ｇａ_0.75Ｎ）１５１７との間に、０．００８の屈
折率差が生じる。これによって、活性層に平行な方向の
レーザ光が、屈折率分布で活性層の選択された領域に閉
じ込められるので、シングルモードで、しきい値電流が
低く、収差のないレーザ光を発振できる窒化ガリウム系
化合物半導体レーザ装置が実現できる。

【０１３１】本実施形態では、（０００１）面から［１
１−２０］方向に３．５度程度傾斜しているＳｉＣ傾斜
基板が用いられている。これは、ＳｉＣ上に、特にＡｌ
ＧａＮ混晶を堆積する場合に、ＡｌＧａＮ混晶の表面の
平坦性を良好にするためである。（０００１）ジャスト
基板を用いる場合に比べて、傾斜基板を用いる場合の方
が、半導体結晶層の表面の平坦性がよくなる。特に、傾
斜角度が３度から１２度程度までの傾斜基板を用いるこ
とによって、基板上に形成される半導体結晶層の表面の
平坦性が格段によくなる。なお、本実施形態では、傾斜
基板が用いられているが、もちろん（０００１）ジャス
ト基板が用いられてもよい。

【０１３２】また、電流狭窄層（埋込層１５１７）とし
て、ｎ型ＡｌＧａＮの代わりに、ＺｎＯ層を用いること
もできる。ＺｎＯは、ＧａＮの格子定数に近い格子定数
を有するので、窒化ガリウム系化合物半導体層の上に結
晶成長を行うことができる。また、ＺｎＯは絶縁体であ
り、さらに活性層で発生する青色レーザ光を吸収できる
ので、活性層の平行な方向に実効的に屈折率差をつける
ことができる。この場合でも、先に述べた理由と同じ理
由で、リッジ部１５８０の直下の活性層１１５ａと、電
流狭窄層の下方部の活性層１１５ｂとの屈折率差を、
０．００３〜０．０２程度の範囲にすることが好まし
い。なお、レーザ光を吸収し、活性層の平行な方向に実
効的に屈折率差をつき、かつ、リッジ部１５８０に流れ
るように狭窄できるような材料であれば、ＺｎＯの代わ
りに、電流狭窄層として用いられてもよい。

【０１３３】さらに、活性層からのレーザ光を吸収する
ように、活性層よりもバンドギャップの小さい層を電流
狭窄層として用いることによって、活性層に平行な方向
に実効的に屈折率差をつけることができる。例えば、活
性層としてＩｎ_aＧａ_1-aＮ（０≦ａ≦１）が用いられる
場合、この層よりバンドギャップの小さいＩｎ_bＧａ_{1 -b}
Ｎ（０≦ａ＜ｂ≦１）を電流狭窄層に用いることによ
り、活性層からの光を吸収する層が実現できる。しか
も、この電流狭窄層の導電性をｎ型にすることで、電流
をリッジ部１５８０に集中させ、活性層での電流の広が
りが抑制できる。

【０１３４】以下に、図１６（ａ）〜（ｄ）を参照しな
がら、図１５の半導体レーザ装置の製造方法を説明す
る。半導体結晶層の成長に、ＭＯＶＰＥ法を用いる。

【０１３５】まず、図１６（ａ）に示すように、ｎ型Ｓ
ｉＣ基板１１２上に順次、ｎ型ＡｌＮバッファー層１１
３、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１１４、ＩｎＧａＮ活性
層１１５、及びｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１５１６(厚
さ、１．７５μm）を成長させる。

【０１３６】次に、基板１１２の表面の全面に、ＳｉＯ
₂膜を覆う。その後、ＳｉＯ₂膜をストライプ状に成形
し、ホトマスク１３３０を形成する。次に、図１６
（ｂ）に示されるように、エッチング処理によって、ｐ
型ＡｌＧａＮクラッド層１５１６を、厚さ０．７５μm
程度選択的にエッチング除去する。こうして、高さ０．
７５μm程度のリッジ部１５８０が形成される。

【０１３７】次に、再びＭＯＶＰＥ法により、図１６
（ｃ）に示されるように、基板１１２上に、ｎ型ＡｌＧ
ａＮ埋込層１５１７を成長させる。この場合、ＳｉＯ₂
膜１３３０上には、結晶は成長しない。その後、ＳｉＯ
₂膜１３３０を除去する。

【０１３８】次に、図１６（ｄ）に示すように、基板１
１２上に、ｐ型ＧａＮキャップ層１１９、及びｐ型コン
タクト層１２０を成長する。

【０１３９】最後に、図示していないが、ｐ型コンタク
ト層１２０上にｐ側電極１２１、ｎ型ＳｉＣ基板１１２
の裏面にｎ側電極１１１を形成して、半導体レーザ素子
が完成する。

【０１４０】（第６の実施形態）図１７を参照しなが
ら、本発明による半導体レーザ装置の第６の実施形態を
説明する。本実施形態と上記第５の実施形態との主な相
違点は、基板１７１２としてＡｌ₂Ｏ₃が用いられている
ことである。以下に、第５の実施形態と異なる部分のみ
について説明する。

【０１４１】基板１７１２として用いられるＡｌ₃Ｏ₂は
絶縁性なので、ｎ側電極１７１１を形成するためには、
図１７に示されるように、リッジ部１５８０に対応して
いない部分のｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１７１４及びそ
の上の層を、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１７１４の一部
が露出するまで、選択的にエッチング除去する。このた
め、本実施形態のｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１７１４
は、２μｍ程度の大きい厚さを有する。エッチング除去
されるｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１７１４の深さは、１
μｍ程度である。ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１７１４の
露出部上に、ｎ側電極１７１１が形成されている。

【０１４２】なお、基板１７１２上のバッファー層１７
１３は、ＧａＮによって形成されており、１００ｎｍ程
度の厚さを有する。

【０１４３】本実施形態においても、第５の実施形態と
同様に、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１５１６のリッジ部
１５８０、及びｎ型ＡｌＧａＮ埋込層１５１７を設ける
ことによって、ＩｎＧａＮ活性層１１５に平行な方向に
おける屈折率差が付けられている。この屈折率差は、先
の実施形態で述べた理由と同様な理由で、０．００３〜
０．０２程度の範囲にあることが好ましい。

【０１４４】以上の実施形態では、ｐ側電極１２１とし
てＮｉ／Ａｕが用いられていたが、本発明はこのことに
限定されない。ｐ型電極とｐ型ＧａＮコンタクト層１２
０との接触抵抗を低減するためには、大きな仕事関数を
有するＰｔまたはＰｄをｐ側電極１２１として用いるこ
とが好ましい。

【０１４５】ｐ側電極１２１として、例えば、厚さ１０
００ÅのＰｔ膜をｐ型ＧａＮコンタクト層１２０上に形
成することによって、レーザ装置の動作電圧は、従来の
レーザ装置の動作電圧の約１／３である５Ｖという値を
示す。この理由は次のようである。Ｐｔとｐ型ＧａＮコ
ンタクト層１２０との間の価電子帯のポテンシャルバリ
アは０．２９ｅＶであり、一方、従来でｐ側電極として
用いられるＮｉとｐ型ＧａＮコンタクト層との間の価電
子帯のポテンシャルバリアは０．７９ｅＶである。すな
わち、本発明によると、ｐ側電極とｐ型ＧａＮコンタク
ト層１２０との間の価電子帯のポテンシャルバリアは、
従来のそれより０．５０ｅＶ小さくなっている。

【０１４６】また、ｐ側電極１２１として、Ｐｔまたは
Ｐｄを用いる代わりに、Ｎｉ／Ｐｔを用いてもよい。よ
り詳細に説明すると、次のようである。ｐ型ＧａＮコン
タクト層１２０上に厚さ１０００Å程度のＮｉ膜を蒸着
させた後、Ｎｉ膜の上に厚さ１０００Å程度のＰｔ膜を
蒸着させる。その後、基板を４５０℃程度で、１０分熱
処理する。

【０１４７】上記熱処理によって、Ｎｉ膜の上に形成さ
れたＰｔ膜のＰｔは、ｐ型ＧａＮコンタクト層１２０ま
で拡散して、ｐ型ＧａＮコンタクト層１２０と接触す
る。Ｐｔとｐ型ＧａＮコンタクト層１２０との間の価電
子帯のポテンシャルバリアは０．２９ｅＶであり、一
方、従来でｐ側電極として用いられるＮｉとｐ型ＧａＮ
コンタクト層との間の価電子帯のポテンシャルバリアは
０．７９ｅＶである。すなわち、本発明によると、ｐ側
電極とｐ型ＧａＮコンタクト層１２０との間の価電子帯
のポテンシャルバリアは、従来のそれより０．５０ｅＶ
小さくなる。このため、本発明によると、ｐ型電極とｐ
型ＧａＮコンタクト層１２０との接触抵抗が低減され、
レーザ装置の動作電圧は、従来のレーザ装置の動作電圧
の約１／３である５Ｖという値を示す。

【０１４８】Ｐｔ膜の下にＮｉ膜を設けることによっ
て、ｐ側電極（Ｐｔ）とｐ型ＧａＮコンタクト層１２０
との密着性が向上できる。このため、ドライエッチング
によって基板をキャビティ長（１ｍｍ程度）に加工する
工程において、ｐ側電極がはがれるという従来技術の問
題は防止できる。

【０１４９】

【発明の効果】本発明の半導体レーザ装置によると、次
のような効果が得られる。

【０１５０】半導体層の接合面に平行な方向の電流狭窄
手段を設けることによって、電流を活性層の選択された
領域（ストライプ状の領域）に狭窄できるため、しきい
値電流密度は低下できる。

【０１５１】また、活性層に平行な方向における屈折率
差を付けることによって、レーザ光を活性層の選択され
た領域（ストライプ状の領域）に閉じ込めることができ
る。このため、収差のないレーザ光が得られ、高い記録
密度の光ディスク用の光源として用いることができる。

【０１５２】さらに、共振器として、レーザ装置の端面
に誘電体多層膜を形成することによって、しきい値電流
密度はさらに低下する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による半導体レーザ装置の実施形態を示
す図 （ａ）は斜視図 （ｂ）は断面図

【図２】Ａｌ_xＧａ_1-xＮのＡｌの組成比ｘとＡｌ_xＧａ
_1-xＮの屈折率との関係、及びＩｎ_xＧａ_1-xＮのＩｎの
組成比ｘとＩｎ_xＧａ_1-xＮの屈折率との関係を示す図

【図３】ＩｎＧａＮ活性層に水平な方向の屈折率差と、
しきい値電流との関係を示す図

【図４】本発明の共振器として用いられるＡｌ₂Ｏ₃／Ｔ
ｉＯ₂誘電体膜の反射率を示す図

【図５】本発明の共振器として用いられるＡｌ₂Ｏ₃／Ｃ
誘電体膜の反射率を示す図

【図６】本発明の共振器として用いられるＳｉＯ₂／Ｔ
ｉＯ₂誘電体膜の反射率を示す図

【図７】本発明の共振器として用いられるＳｉＯ₂／Ｃ
誘電体膜の反射率を示す図

【図８】（ａ）は電流−光出力特性を示す図 （ｂ）は本発明による半導体レーザ装置の端面より放射
されるレーザ光の強度分布を示す図 （ｃ）は本発明による半導体レーザ装置の発振波長スペ
クトルを示す図

【図９】比較例の半導体レーザ装置の構造を示す断面図

【図１０】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態
の半導体レーザ装置の製造方法を示す工程断面図

【図１１】本発明の第２の実施形態の半導体レーザ装置
の構造を示す断面図

【図１２】本発明の第３の実施形態の半導体レーザ装置
の構造を示す断面図

【図１３】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第３の実施形態
の半導体レーザ装置の製造方法を示す工程断面図

【図１４】本発明の第４の実施形態の半導体レーザ装置
の構造を示す断面図

【図１５】本発明の第５の実施形態の半導体レーザ装置
の構造を示す断面図

【図１６】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第５の実施形態
の半導体レーザ装置の製造方法を示す工程断面図

【図１７】本発明の第６の実施形態の半導体レーザ装置
の構造を示す断面図

【図１８】従来の半導体発光素子の構造を示す断面図

【符号の説明】

１０１ 積層構造部 １０２ 前端面 １０３ 後端面 １０４ Ａｌ₂Ｏ₃またはＳｉＯ₂の４分の１波長膜 １０５ ＴｉＯ₂またはダイヤモンドの４分の１波長膜 １０６ Ａｌ₂Ｏ₃またはＳｉＯ₂の４分の１波長膜 １０７ ＴｉＯ₂またはダイヤモンドの４分の１波長膜 １０８ Ａｌ₂Ｏ₃またはＳｉＯ₂の４分の１波長膜 １０９ ＴｉＯ₂またはダイヤモンドの４分の１波長膜 １１１ ｎ側電極 １１２ ｎ型ＳｉＣ基板 １１３ ｎ型ＡｌＮバッファー層 １１４ ｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮクラッド層 １１５ Ｉｎ_zＧａ_1-zＮ活性層 １１６ ｐ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮ第１クラッド層 １１７ ｎ型Ａｌ_uＧａ_1-uＮ狭窄層 １１８ ｐ型Ａｌ_vＧａ₁―_vＮ第２クラッド層 １１９ ｐ型ＧａＮキャップ層 １２０ ｐ型ＧａＮコンタクト層 １２１ ｐ側電極 １１１１ ｎ側電極 １１１２ Ａｌ₂Ｏ₃基板 １１１３ ｎ型ＧａＮバッファー層 １１１４ ｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮクラッド層

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１５年２月１２日（２００３．２．１
２）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願平8−14946 (32)優先日 平成８年１月31日(1996．1．31) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願平8−16322 (32)優先日 平成８年２月１日(1996．2．1) (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (72)発明者 石橋 明彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 上村 信行 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 武石 英見 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 木戸口 勲 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5F073 AA13 AA20 AA83 AA89 BA05 CA07 CB04 CB07 CB10 CB20 CB22 DA05 DA21 EA23 EA29

Claims (32)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板と、該基板上に設けられた積層構造
   体とを備えた窒化ガリウム系化合物半導体レーザ装置で
   あって、 該積層構造体は、 少なくとも第１領域に形成されたＩｎ_zＧａ_1-zＮ活性層
   （０≦ｚ≦１）と、 該活性層を挟む一対のｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮクラッド層
   （０≦ｘ≦１）及びｐ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮクラッド層（０
   ≦ｙ≦１）と、 Ａｌ_uＧａ_1-uＮ（０≦ｕ≦１）から形成されており、電
   流を該第１領域に狭窄するための該第１領域に対応する
   開口部を有する電流狭窄構造と、を備えている窒化ガリ
   ウム系化合物半導体レーザ装置。
2. 【請求項２】 前記電流狭窄構造は、ｎ型の導電性を有
   し、前記ｐ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮクラッド層の中に形成され
   ている、請求項１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体
   レーザ装置。
3. 【請求項３】 前記電流狭窄構造は、ｎ型Ａｌ_u1Ｇａ
   _1-u1Ｎ層（０≦ｕ1≦１）とｐ型Ａｌ_u2Ｇａ_1-u2Ｎ層
   （０≦ｕ2≦１）とを含んでおり、前記ｎ型Ａｌ_xＧａ
   _1-xＮクラッド層と前記ｐ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮクラッド層
   との間に形成されており、 該ｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮクラッド層は、該電流狭窄構造の
   開口部内に位置するリッジを有し、前記活性層は、該リ
   ッジの上に形成されている、請求項１に記載の窒化ガリ
   ウム系化合物半導体レーザ装置。
4. 【請求項４】 前記電流狭窄構造は、ｎ型の導電性を有
   し、前記ｐ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮクラッド層の上に形成され
   ており、 該ｐ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮクラッド層は、該電流狭窄構造の
   開口部内に位置するリッジを有し、 該ｙは、前記ｕより小さい、請求項１に記載の窒化ガリ
   ウム系化合物半導体レーザ装置。
5. 【請求項５】 前記電流狭窄構造は、ＺｎＯによって形
   成されている請求項２または４に記載の窒化ガリウム系
   化合物半導体レーザ装置。
6. 【請求項６】 前記基板は、ｎ型ＳｉＣによって形成さ
   れており、該基板の表面に、ｎ型ＡｌＮバッファー層が
   形成されている、請求項１から５のいずれかに記載の窒
   化ガリウム系化合物半導体レーザ装置。
7. 【請求項７】 前記基板の表面は、（０００１）面から
   第１の角度で[１１−２０]方向に傾斜している、請求項
   ６に記載の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ装置。
8. 【請求項８】 前記第１の角度は、約３度から１２度ま
   でである、請求項７に記載の窒化ガリウム系化合物半導
   体レーザ装置。
9. 【請求項９】 前記基板は、Ａｌ₂Ｏ₃によって形成され
   ており、該基板の表面に、ＧａＮバッファー層が形成さ
   れている、請求項１から５のいずれかに記載の窒化ガリ
   ウム系化合物半導体レーザ装置。
10. 【請求項１０】 前記ｐ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮクラッド層の
    上に、ｐ型コンタクト層が形成されている、請求項１か
    ら９のいずれかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体レ
    ーザ装置。
11. 【請求項１１】 前記ｐ型コンタクト層は、ｐ型ＧａＮ
    キャップ層と、１×１０¹⁸／ｃｍ³以上の不純物を有す
    るｐ型ＧａＮコンタクト層とを含んでいる、請求項１０
    に記載の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ装置。
12. 【請求項１２】 前記活性層は、少なくとも１つのＩｎ
    _aＧａ_1-aＮ量子井戸層（０≦ａ≦１）と、該量子井戸層
    の間に形成されたＩｎ_bＧａ_1-bＮバリア層（０≦ｂ＜ａ
    ≦１）とを含んでいる、請求項１から１１のいずれかに
    記載の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ装置。
13. 【請求項１３】 基板と、該基板上に設けられた積層構
    造体とを備えた窒化ガリウム系化合物半導体レーザ装置
    であって、 該積層構造体は、該基板の表面に平行な面内において、
    第１領域及び第２領域を有し、 少なくとも該第１領域に形成されたＩｎ_zＧａ_1-zＮ活性
    層（０≦ｚ≦１）と、 該活性層を挟む一対のｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮクラッド層
    （０≦ｘ≦１） 及びｐ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮクラッド層
    （０≦ｙ≦１）と、 電流を該第１領域に狭窄するための該第１領域に対応す
    る開口部を有する電流狭窄構造と、を備えており、 該第１領域の実効屈折率は、該第２領域の実効屈折率よ
    り高く、該第１領域の実効屈折率と該第２領域の実効屈
    折率との差の範囲は、０．００３〜０．０２程度であ
    る、窒化ガリウム系化合物半導体レーザ装置。
14. 【請求項１４】 前記電流狭窄構造は、ｎ型の導電性を
    有し、前記ｐ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮクラッド層の中に形成さ
    れている、請求項１３に記載の窒化ガリウム系化合物半
    導体レーザ装置。
15. 【請求項１５】 前記電流狭窄構造は、ｎ型Ａｌ_u1Ｇａ
    _1-u1Ｎ層（０≦ｕ1≦１）とｐ型Ａｌ_u2Ｇａ_1-u2Ｎ層
    （０≦ｕ2≦１）とを含んでおり、前記ｎ型Ａｌ_xＧａ
    _1-xＮクラッド層と前記ｐ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮクラッド層
    との間に形成されており、 該ｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮクラッド層は、該電流狭窄構造の
    開口部内に位置するリッジを有し、前記活性層は、該リ
    ッジの上に形成されている、請求項１３に記載の窒化ガ
    リウム系化合物半導体レーザ装置。
16. 【請求項１６】 前記電流狭窄構造は、ｎ型の導電性を
    有し、前記ｐ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮクラッド層の上に形成さ
    れており、 該ｐ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮクラッド層は、該電流狭窄構造の
    開口部内に位置するリッジを有する、請求項１３に記載
    の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ装置。
17. 【請求項１７】 前記電流狭窄構造の屈折率は、前記ｐ
    型Ａｌ_yＧａ_1-yＮクラッド層の該電流狭窄構造の開口部
    内に位置する部分の屈折率より小さい、請求項１４に記
    載の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ装置。
18. 【請求項１８】 前記電流狭窄構造の屈折率と前記活性
    層の屈折率との差の範囲は、０．００３〜０．０２程度
    である、請求項１５に記載の窒化ガリウム系化合物半導
    体レーザ装置。
19. 【請求項１９】 前記電流狭窄構造の屈折率は、前記リ
    ッジ部のｐ型Ａｌ_yＧａ_1-yＮクラッド層の屈折率より小
    さい、請求項１６に記載の窒化ガリウム系化合物半導体
    レーザ装置。
20. 【請求項２０】 前記電流狭窄構造は、前記活性層から
    の光を吸収できる材料から形成されている、請求項１４
    または１６に記載の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ
    装置。
21. 【請求項２１】 前記電流狭窄構造は、Ａｌ_cＧａ_1-cＮ
    （０≦ｃ≦１）によって形成されている、請求項１３か
    ら１６のいずれかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体
    レーザ装置。
22. 【請求項２２】 前記電流狭窄構造は、Ｉｎ_dＧａ_1-dＮ
    （０≦ｄ≦１）によって形成されている、請求項１４ま
    たは１６に記載の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ装
    置。
23. 【請求項２３】 前記基板は、ＳｉＣによって形成され
    ており、該基板の表面は、（０００１）面から第１の角
    度で[１１−２０]方向に傾斜している、請求項１３から
    ２２のいずれかに記載の窒化ガリウム系化合物半導体レ
    ーザ装置。
24. 【請求項２４】 前記第１の角度は、約３゜から１２゜ま
    でである、請求項２３に記載の窒化ガリウム系化合物半
    導体レーザ装置。
25. 【請求項２５】 共振器端面の少なくとも一方に、発振
    波長の４分の１に相当する厚さのＡｌ₂Ｏ₃膜と、発振波
    長の４分の１に相当する厚さのＴｉＯ₂膜とによって構
    成される２層構造が、少なくとも１つ形成されている、
    請求項１から２４のいずれかに記載の窒化ガリウム系化
    合物半導体レーザ装置。
26. 【請求項２６】 共振器端面の少なくとも一方に、発振
    波長の４分の１に相当する厚さのＡｌ₂Ｏ₃膜と、発振波
    長の４分の１に相当する厚さのダイヤモンド膜とによっ
    て構成される２層構造が、少なくとも１つ形成されてい
    る、請求項１から２４のいずれかに記載の窒化ガリウム
    系化合物半導体レーザ装置。
27. 【請求項２７】 共振器端面の少なくとも一方に、発振
    波長の４分の１に相当する厚さのＳｉＯ₂膜と、発振波
    長の４分の１に相当する厚さのＴｉＯ₂膜とによって構
    成される２層構造が、少なくとも１つ形成されている、
    請求項１から２４のいずれかに記載の窒化ガリウム系化
    合物半導体レーザ装置。
28. 【請求項２８】 共振器端面の少なくとも一方に、発振
    波長の４分の１に相当する厚さのＳｉＯ₂膜と、発振波
    長の４分の１に相当する厚さのダイヤモンド膜とによっ
    て構成される２層構造が、少なくとも１つ形成されてい
    る、請求項１から２４のいずれかに記載の窒化ガリウム
    系化合物半導体レーザ装置。
29. 【請求項２９】 前記Ａｌ₂Ｏ₃膜及びＴｉＯ₂膜は、ス
    パッタにより形成されている請求項２５に記載の窒化ガ
    リウム系化合物半導体レーザ装置。
30. 【請求項３０】 前記ＳｉＯ₂膜及びダイヤモンド膜
    は、スパッタにより形成されている請求項２８に記載の
    窒化ガリウム系化合物半導体レーザ装置。
31. 【請求項３１】 前記ｐ型コンタクト層の上に、Ｐｔま
    たはＰｄによって形成されているｐ側電極が設けられて
    いる、請求項１０または１１に記載の窒化ガリウム系化
    合物半導体レーザ装置。
32. 【請求項３２】 前記ｐ型コンタクト層とｐ側電極との
    間に、Ｎｉ膜が形成されている、請求項３１に記載の窒
    化ガリウム系化合物半導体レーザ装置。