JP2003264347A

JP2003264347A - 窒化物系半導体レーザ素子

Info

Publication number: JP2003264347A
Application number: JP2002065761A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Nomura; 康彦野村; Masayuki Hata; 雅幸畑; Daijiro Inoue; 大二朗井上; Takashi Kano; 隆司狩野
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2002-03-11
Filing date: 2002-03-11
Publication date: 2003-09-19
Anticipated expiration: 2022-03-11
Also published as: JP4118065B2

Abstract

(57)【要約】【課題】しきい値電流を低減し、かつ、発光効率を向上
させることが可能な窒化物系半導体レーザ素子を提供す
る。【解決手段】この窒化物系半導体レーザ素子は、ＭＱＷ
活性層４２と、ＭＱＷ活性層４２上に形成されたｐ型キ
ャリアブロック層４３と、ｐ型キャリアブロック層４３
よりも小さいバンドギャップを有するとともに、ｐ型Ａ
ｌ_0.01Ｇａ_0.99Ｎからなるｐ型光ガイド層４４と、ｐ型
光ガイド層４４上に形成されたｐ型クラッド層５とを備
える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、窒化物系半導体
レーザ素子に関し、特に、光ガイド層を含む窒化物系半
導体レーザ素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、窒化物系半導体レーザ素子は、次
世代の大容量光ディスク用光源としての利用が期待され
ており、その開発が盛んに行われている。

【０００３】図１９は、従来の窒化物系半導体レーザ素
子の断面図である。まず、図１９を参照して、従来の窒
化物系半導体レーザ素子の構造を説明する。

【０００４】従来の窒化物系半導体レーザ素子では、図
１９に示すように、サファイア基板１０１上に、約２０
ｎｍの膜厚を有するＧａＮからなる低温バッファ層１０
２を介して、約４μｍの膜厚を有するＳｉがドープされ
たｎ型ＧａＮからなるｎ型コンタクト層１０３が形成さ
れている。ｎ型コンタクト層１０３の凸部上には、約５
０ｎｍの膜厚を有するＳｉがドープされたｎ型Ｉｎ_0.1
Ｇａ_0.9Ｎからなるｎ型クラック防止層１０４、約０．
５μｍの膜厚を有するＳｉがドープされたｎ型Ａｌ_0.1
Ｇａ_0.9Ｎからなるｎ型クラッド層１０５、約５０ｎｍ
の膜厚を有するＳｉがドープされたｎ型ＧａＮからなる
ｎ型光ガイド層１０６、活性層１０７、約１０ｎｍの膜
厚を有するＭｇがドープされたｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎか
らなるｐ型キャップ層１０８、約５０ｎｍの膜厚を有す
るＭｇがドープされたｐ型ＧａＮからなるｐ型光ガイド
層１０９、約０．５μｍの膜厚を有するＭｇがドープさ
れたｐ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎからなるｐ型クラッド層１１
０、および、約０．５μｍの膜厚を有するＭｇがドープ
されたｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層１１１が順
次形成されている。

【０００５】また、活性層１０７は、約２．５ｎｍの膜
厚を有するアンドープＩｎ_0.2Ｇａ₀ _.8Ｎからなる井戸層
と、約５ｎｍの膜厚を有するアンドープＩｎ_0.05Ｇａ
_0.95Ｎからなる障壁層とが交互に１３回繰り返して積層
された多重量子井戸構造（ＭＱＷ：Ｍｕｌｔｉｐｌｅ
ＱｕａｎｔｕｍＷｅｌｌ）を有する。この活性層１０
７を挟み込むように形成されているｎ型光ガイド層１０
６およびｐ型光ガイド層１０９は、それぞれ、ｎ型クラ
ッド層１０５と活性層１０７との中間の屈折率およびｐ
型クラッド層１１０と活性層１０７との中間の屈折率を
有する。これにより、ｎ型光ガイド層１０６およびｐ型
光ガイド層１０９は、活性層１０７に光を閉じ込める機
能を有する。このように、ｎ型光ガイド層１０６および
ｐ型光ガイド層１０９を設ける構造は、分離光閉じ込め
型レーザ構造と呼ばれている。この分離光閉じ込め型レ
ーザ構造は、従来のＡｌＧａＡｓ系やＡｌＧａＩｎＰ系
の半導体レーザで広く用いられている。

【０００６】なお、活性層１０７としてＩｎを含有する
窒化物系半導体を用いる場合には、活性層１０７の成長
温度は、Ｉｎを含有しないｐ型クラッド層１１０などの
他の窒化物系半導体層の成長温度よりも低く設定するこ
とが多い。この場合には、活性層１０７上にＩｎを含有
しない他の窒化物系半導体層を成長させる際に、活性層
１０７を構成するＩｎＧａＮが高温の成長温度によって
分解されるのを防止する必要がある。このため、従来で
は、活性層１０７上にｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎからなるｐ
型キャップ層１０８が形成されている。

【０００７】また、ｐ型コンタクト層１１１からｎ型コ
ンタクト層１０３までの一部領域がエッチングにより除
去されている。この除去されて露出しているｎ型コンタ
クト層１０３上の一部領域に、ｎ側電極１１３が形成さ
れている。また、エッチングされずに残ったｐ型コンタ
クト層１１１上には、ｐ側電極１１２が形成されてい
る。

【０００８】ここで、図１９に示した従来の窒化物系半
導体レーザ素子では、ｐ側電極１１２とｎ側電極１１３
との間に順方向に電圧を印加することによって、ｐ側電
極１１２から窒化物系半導体各層（１０３〜１１１）を
介して、ｎ側電極１１３に電流が流れる。これにより、
活性層１０７でレーザ光が発生する。この場合、図１９
に示した従来の窒化物系半導体レーザ素子では、活性層
１０７の全領域に電流が注入されるので、活性層１０７
に注入される電流密度が低くなる。このため、しきい値
電流を低減することが困難であった。

【０００９】そこで、従来、電流狭窄を行うことによっ
て、活性層の一部領域のみに電流を注入する窒化物系半
導体レーザが提案されている。図２０は、従来の提案さ
れた窒化物系半導体レーザ素子の断面図である。

【００１０】図２０を参照して、従来の提案された窒化
物系半導体レーザ素子では、サファイア基板１０１上に
形成される窒化物系半導体各層１０２〜１０９およびｎ
側電極１１３は、図１９に示した従来の窒化物系半導体
レーザ素子と同様の膜厚および組成を有する。そして、
ｐ型光ガイド層１０９上には、突出部を有するｐ型クラ
ッド層１２０が形成されている。ｐ型クラッド層１２０
の突出部上には、ｐ型コンタクト層１２１が形成されて
いる。このｐ型コンタクト層１２１とｐ型クラッド層１
２０の突出部とによってストライプ状のリッジ部１２８
が構成されている。また、リッジ部１２８の側面上およ
びｐ型クラッド層１２０の露出している領域には、絶縁
膜１２３が形成されている。また、リッジ部１２８を構
成するｐ型コンタクト層１２１上には、ｐ側電極１２２
が形成されている。

【００１１】図２０に示した従来の提案された窒化物系
半導体レーザ素子では、リッジ部１２８を形成すること
により、ｐ側電極１２２からの電流狭窄を行うことによ
って、活性層１０７の一部領域のみに電流を注入する。
これにより、活性層１０７に注入される電流密度を高く
することができるので、しきい値電流の低減を図ること
ができる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】図２１は、図２０に示
した従来の提案された窒化物系半導体レーザ素子の活性
層の最上層からｐ型クラッド層までのバンドダイヤグラ
ムを示した図である。図２２は、図２０に示した従来の
提案された窒化物系半導体レーザ素子の注入電流の広が
り状態を説明するためのリッジ部近傍の拡大図である。
図２１および図２２を参照して、以下に、図２０に示し
た従来の提案された窒化物系半導体レーザ素子の問題点
について説明する。図２０に示した従来の提案された窒
化物系半導体レーザ素子では、図２１に示すように、Ａ
ｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎからなるｐ型キャップ層１０８とＧａＮ
からなるｐ型光ガイド層１０９とのバンドギャップ差が
大きくなる。このため、図２１中の右側から左側に注入
される正孔１８１が、活性層１０７に注入されにくいと
いう不都合があった。

【００１３】また、３元混晶のｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎか
らなるｐ型キャップ層１０８は、バンドギャップが大き
いので、ドープされたｐ型不純物がキャリアを発生する
率（ｐ型活性化率）が低く、かつ、合金散乱の影響によ
ってキャリアの移動度が低くなる。このため、ｐ型キャ
ップ層１０８は、抵抗が高くなりやすい。その一方、２
元混晶のｐ型ＧａＮからなるｐ型光ガイド層１０９は、
バンドギャップが小さいので、キャリアの移動度が高く
なる。このため、ｐ型光ガイド層１０９は、抵抗が低く
なりやすい。

【００１４】これにより、図２２に示すように、ｐ側電
極１２２からの注入電流１８０は、ｐ型光ガイド層１０
９からｐ型キャップ層１０８に流れる際に、抵抗の高い
ｐ型キャップ層１０８によって堰き止められるので、注
入電流１８０が抵抗の低いｐ型光ガイド層１０９内にお
いて横方向に広がるという不都合があった。このため、
ｐ型光ガイド層１０９の下方に形成されている活性層１
０７には、横方向に広がった状態で電流１８０が注入さ
れるので、活性層１０７内において電流密度を高くする
のが困難であった。その結果、活性層１０７内において
電流密度が低くなるので、しきい値電流が増加するとい
う問題点があった。また、横方向に広がった注入電流１
８０は、レーザ光の発生に寄与しないので、発光効率が
低下するという問題点もあった。

【００１５】また、図２１に示したように、ｐ型キャッ
プ層１０８とｐ型光ガイド層１０９とのバンドギャップ
差が大きいので、ｐ型キャップ層１０８とｐ型光ガイド
層１０９との界面で正孔１８１が捕獲されやすくなる。
これにより、素子をパルス駆動したときの光の立ち上が
りおよび立ち下がり特性を向上させることが困難であ
り、その結果、高速動作が困難であるという問題点もあ
った。

【００１６】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたものであり、この発明の１つの目的は、
しきい値電流を低減し、かつ、発光効率を向上させるこ
とが可能な窒化物系半導体レーザ素子を提供することで
ある。

【００１７】この発明のもう１つの目的は、上記の窒化
物系半導体レーザ素子おいて、パルス駆動による高速動
作を可能にすることである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の一の局面による窒化物系半導体レーザ素
子は、活性層と、活性層の第１の主面側に形成された第
１キャリアブロック層と、第１キャリアブロック層の表
面上に形成され、第１キャリアブロック層よりも小さい
バンドギャップを有するとともに、Ａｌを含有する窒化
物系半導体層を含む第１光ガイド層と、第１光ガイド層
の表面上に形成された第１導電型の第１クラッド層とを
備えている。

【００１９】この一の局面による窒化物系半導体レーザ
素子では、上記のように、Ａｌを含有する窒化物系半導
体層を含む第１光ガイド層を設けることによって、Ａｌ
を含有する窒化物系半導体層はドーパントの活性化率が
低いので、第１光ガイド層の抵抗が高くなる。これによ
り、第１光ガイド層において横方向に電流が広がるのを
抑制することができるので、活性層に注入される電流密
度を高めることができる。その結果、しきい値電流を低
減することができる。また、発光に寄与しない横方向に
広がる電流を低減することができるので、発光効率を向
上させることができる。また、第１キャリアブロック層
のバンドギャップは、第１光ガイド層よりも大きいの
で、第１キャリアブロック層により活性層から第１導電
型の第１クラッド層へ電子が漏れるのを抑制することが
できる。これにより、電子の閉じ込め特性を向上させる
ことができるので、温度が上昇したとしても、しきい値
電流が増加するのを抑制することができる。その結果、
素子の温度特性を向上させることができる。

【００２０】上記一の局面による窒化物系半導体レーザ
素子において、好ましくは、第１キャリアブロック層
は、Ａｌを含有する窒化物系半導体層を含む。このよう
に構成すれば、第１キャリアブロック層と、Ａｌを含有
する窒化物系半導体層を含む第１光ガイド層とのバンド
ギャップ差を小さくすることができるので、容易に活性
層へ正孔を注入することができる。これにより、第１光
ガイド層において横方向に電流が広がるのをより抑制す
ることができるので、活性層に注入される電流密度をよ
り高めることができる。その結果、しきい値電流をより
低減することができる。また、第１キャリアブロック層
と第１光ガイド層とのバンドギャップ差を小さくするこ
とができるので、第１キャリアブロック層と第１光ガイ
ド層との界面で正孔が捕獲されるのを抑制することがで
きる。これにより、素子をパルス駆動したときの光の立
ち上がりおよび立ち下がり特性を向上することができる
ので、高速動作が可能となる。

【００２１】上記の窒化物系半導体レーザ素子におい
て、好ましくは、活性層の第２の主面側に形成され、Ａ
ｌを含有する窒化物系半導体層を含む第２光ガイド層を
さらに備える。このように構成すれば、Ａｌを含有する
窒化物系半導体層を含む第２光ガイド層の抵抗が高くな
るので、第２ガイド層において電子の流れが横方向に広
がるのを抑制することができる。これにより、電子の流
れの横方向の広がりに起因するしきい値電流の増大や発
光効率の低下を抑制することができる。

【００２２】この場合、第２光ガイド層と活性層との間
に形成され、第２光ガイド層よりも大きいバンドギャッ
プを有する第２キャリアブロック層をさらに備えるのが
好ましい。このように構成すれば、第２キャリアブロッ
ク層により活性層から第２導電型のクラッド層へ正孔が
漏れるのを抑制することができる。これにより、正孔の
閉じ込め特性を向上させることができるので、温度が上
昇したとしても、しきい値電流が増加するのを抑制する
ことができる。その結果、素子の温度特性を向上させる
ことができる。

【００２３】上記の窒化物系半導体レーザ素子におい
て、好ましくは、第２光ガイド層は、アンドープの第２
光ガイド層を含む。このように構成すれば、第２光ガイ
ド層の抵抗がより高くなるので、第２ガイド層において
電子の流れが横方向に広がるのをより抑制することがで
きる。これにより、電子の流れの横方向の広がりに起因
するしきい値電流の増大や発光効率の低下を抑制するこ
とができる。また、アンドープの第２光ガイド層を用い
れば、第２光ガイド層にドープされた不純物が活性層に
拡散することに起因する素子寿命の低下を抑制すること
ができる。これにより、素子の長寿命化を図ることがで
きる。

【００２４】上記の窒化物系半導体レーザ素子におい
て、好ましくは、第１クラッド層の電流通過領域以外の
領域の少なくとも一部に、不純物元素をイオン注入する
ことにより形成されたイオン注入層をさらに備える。こ
のように構成すれば、イオン注入された不純物元素とイ
オン注入による結晶欠陥とが第１クラッド層の下に位置
する第１光ガイド層に微量に含まれるので、第１光ガイ
ド層における電流の横方向の広がりをより低減すること
ができる。

【００２５】なお、上記一の局面による窒化物系半導体
レーザ素子において、基板はＧａＮ基板でもよい。この
ように構成すれば、ＧａＮ基板上に形成される窒化物系
半導体各層の転位密度が低くなるので、高品質な結晶を
得ることができる。このような高品質な結晶によって、
たとえば、ＧａＮからなる光ガイド層を形成すると、キ
ャリア（正孔や電子）の横方向の広がりが大きくなりや
すい。この場合には、上記したＡｌを含有する窒化物系
半導体層を含む第１光ガイド層を設けることによる電流
の横方向の広がりを抑制する効果がより大きくなる。ま
た、高品質な結晶によりＧａＮからなる光ガイド層を形
成すると、第１光ガイド層と第１キャリアブロック層と
の界面でのキャリア（正孔や電子）がより捕獲されやす
くなる。この場合、上記したＡｌを含有する窒化物系半
導体層を含む第１光ガイド層を設けることによる第１光
ガイド層と第１キャリアブロック層との界面での正孔の
捕獲を抑制する効果がより大きくなる。その結果、素子
をパルス駆動したときの光の立ち上がりおよび立ち下が
り特性を向上させる効果がより大きくなる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００２７】（第１実施形態）図１は、本発明の第１実
施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構造を示した
断面図である。図２は、図１に示した第１実施形態によ
る窒化物系半導体レーザ素子の発光層の詳細断面図であ
る。図３は、図１に示した第１実施形態による窒化物系
半導体レーザ素子の注入電流の広がり状態を説明するた
めのリッジ部近傍の拡大図である。図４は、図１に示し
た第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子のＭＱ
Ｗ活性層の最上層からｐ型クラッド層までのバンドダイ
ヤグラムを示した図である。まず、図１〜図４を参照し
て、第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の構
造について説明する。

【００２８】第１実施形態による窒化物系半導体レーザ
素子では、図１および図２に示すように、導電性のｎ型
ＧａＮ基板１上に、約１μｍの膜厚を有するＳｉがドー
プされたｎ型ＧａＮからなるｎ型層２が形成されてい
る。ｎ型層２上には、約１μｍの膜厚を有するＳｉがド
ープされたｎ型Ａｌ_0.07Ｇａ_0.93Ｎからなるｎ型クラッ
ド層３が形成されている。ｎ型クラッド層３上には、多
層膜構造からなる発光層４が形成されている。

【００２９】この発光層４は、図２に示すように、ｎ型
光ガイド層４１と、ｎ型光ガイド層４１上に形成された
ＭＱＷ活性層４２と、ＭＱＷ活性層４２上に形成された
ｐ型キャリアブロック層４３と、ｐ型キャリアブロック
層４３上に形成されたｐ型光ガイド層４４とを含んでい
る。第１実施形態によるｎ型光ガイド層４１は、約０．
１μｍの膜厚を有するＳｉがドープされたｎ型Ａｌ_0.01
Ｇａ_0.99Ｎからなる。ＭＱＷ活性層４２は、約３．５ｎ
ｍの膜厚を有する３つのアンドープＩｎ_xＧａ₁ _-xＮから
なる量子井戸層４２ａと、約２０ｎｍの膜厚を有する４
つのアンドープＩｎ_yＧａ_1-yＮからなる量子障壁層４２
ｂとが交互に積層された構造を有する。ここで、ｘ＞ｙ
であり、第１実施形態においては、ｘ＝０．１５、ｙ＝
０．０５である。なお、ｎ型光ガイド層４１は、本発明
の「第２光ガイド層」の一例であり、ＭＱＷ活性層４２
は、本発明の「活性層」の一例である。

【００３０】ここで、第１実施形態では、ｐ型キャリア
ブロック層４３は、約２０ｎｍの膜厚を有するＭｇがド
ープされたｐ型Ａｌ_0.25Ｇａ_0.75Ｎからなる。また、ｐ
型光ガイド層４４は、約０．１μｍの膜厚を有するＭｇ
がドープされたｐ型Ａｌ_0.01Ｇａ_0.99Ｎからなる。ま
た、ｐ型光ガイド層４４は、ｐ型キャリアブロック層４
３よりも小さいバンドギャップを有する。なお、ｐ型キ
ャリアブロック層４３は、本発明の「第１キャリアブロ
ック層」の一例であり、ｐ型光ガイド層４４は、本発明
の「第１光ガイド層」の一例である。

【００３１】また、発光層４上には、図１に示すよう
に、突出部を有するＭｇがドープされたｐ型Ａｌ_0.07Ｇ
ａ_0.93Ｎからなるｐ型クラッド層５が形成されている。
このｐ型クラッド層５の突出部の膜厚は、約０．２８μ
ｍであり、突出部以外の領域の膜厚は、約０．０５μｍ
である。また、突出部の幅は、約１．６μｍである。な
お、ｐ型クラッド層５は、本発明の「第１クラッド層」
の一例である。そして、ｐ型クラッド層５の突出部上に
は、約０．０７μｍの膜厚を有するＭｇがドープされた
ｐ型Ａｌ_0.01Ｇａ_0.99Ｎからなるｐ型第１コンタクト層
６と、約３ｎｍの膜厚を有するＭｇがドープされたＩｎ
_0.05Ｇａ_0.95Ｎからなるｐ型第２コンタクト層７とが順
次形成されている。そして、ｐ型クラッド層５の突出部
と、ｐ型第１コンタクト層６と、ｐ型第２コンタクト層
７とによって、リッジ部８が構成されている。このリッ
ジ部８の側面上とｐ型クラッド層５の露出している領域
上とに、ＳｉＯ₂からなる電流ブロック層９が形成され
ている。

【００３２】また、リッジ部８を構成するｐ型コンタク
ト層７上には、下層から上層に向かって、約１ｎｍの膜
厚を有するＰｔ層と、約１００ｎｍの膜厚を有するＰｄ
層と、約２４０ｎｍの膜厚を有するＡｕ層と、約２４０
ｎｍの膜厚を有するＮｉ層とからなるｐ側オーミック電
極１０が、ストライプ状（細長状）に形成されている。
そして、ｐ側オーミック電極１０の上面および側面上
と、電流ブロック層９上とには、下層から上層に向かっ
て、約１００ｎｍの膜厚を有するＴｉ層と、約１５０ｎ
ｍの膜厚を有するＰｔ層と、約３μｍの膜厚を有するＡ
ｕ層とからなるｐ側パッド電極１１が形成されている。

【００３３】また、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面上には、ｎ
型ＧａＮ基板１の裏面に近い方から順に、約６ｎｍの膜
厚を有するＡｌ層と、約２ｎｍの膜厚を有するＳｉ層
と、約１０ｎｍの膜厚を有するＮｉ層と、約１００ｎｍ
の膜厚を有するＡｕ層とからなるｎ側オーミック電極１
２が形成されている。ｎ側オーミック電極１２の裏面上
には、ｎ側オーミック電極１２の裏面に近い方から順
に、約１０ｎｍの膜厚を有するＮｉ層と、約７００ｎｍ
の膜厚を有するＡｕ層とからなるｎ側パッド電極１３が
形成されている。

【００３４】第１実施形態では、上記のように、ｐ型Ａ
ｌ_0.01Ｇａ_0.99Ｎからなるｐ型光ガイド層４４を設ける
ことによって、ｐ型Ａｌ_0.01Ｇａ_0.99Ｎからなるｐ型光
ガイド層４４は、ｐ型ドーパントの活性化率が低く、か
つ、合金散乱の影響によりキャリアの移動度が小さいの
で、ｐ型光ガイド層４４の抵抗が高くなる。これによ
り、図３に示すように、ｐ型光ガイド層４４から抵抗の
高いｐ型キャリアブロック層４３へ電流が流れる場合
に、ｐ型光ガイド層４４の抵抗が高いので、ｐ型光ガイ
ド層４４において電流８０が横方向に広がるのを抑制す
ることができる。その結果、ＭＱＷ活性層４２に注入さ
れる電流密度を高めることができるので、しきい値電流
を低減することができる。また、発光に寄与しない横方
向に広がる電流を低減することができるので、発光効率
を向上させることができる。また、ｐ型Ａｌ_0.25Ｇａ
_0.75Ｎからなるｐ型キャリアブロック層４３のバンドギ
ャップは、ｐ型光ガイド層４４よりも大きいので、ｐ型
キャリアブロック層４３によってＭＱＷ活性層４２から
ｐ型クラッド層５への電子の漏れが抑制される。これに
より、電子の閉じ込め特性を向上させることができるの
で、温度が上昇したとしても、しきい値電流が増加する
のを抑制することができる。その結果、素子の温度特性
を向上させることができる。

【００３５】また、第１実施形態では、ｐ型Ａｌ_0.01Ｇ
ａ_0.99Ｎからなるｐ型光ガイド層４４を設けることによ
って、図４に示すように、ｐ型光ガイド層４４と、ｐ型
Ａｌ _0.25Ｇａ_0.75Ｎからなるｐ型キャリアブロック層４
３とのバンドギャップ差を従来（図２１参照）に比べて
小さくすることができる。これにより、図４中の右側か
ら左側へ注入される正孔８１を、容易に、ＭＱＷ活性層
４２へ注入することができるので、これによってもＭＱ
Ｗ活性層４２に注入される電流密度を高めることができ
る。また、ｐ型キャリアブロック層４３とｐ型光ガイド
層４４とのバンドギャップ差が小さくなることによっ
て、ｐ型キャリアブロック層４３をトンネルするトンネ
ル電流が指数関数的に増加する。これにより、より容易
に、正孔８１をＭＱＷ活性層４２へ注入することができ
るので、ＭＱＷ活性層４２に注入される電流密度をより
高めることができる。その結果、しきい値電流をより低
減することができる。

【００３６】また、第１実施形態では、図４に示したよ
うに、ｐ型キャリアブロック層４３とｐ型光ガイド層４
４とのバンドギャップ差を小さくすることができるの
で、ｐ型キャリアブロック層４３とｐ型光ガイド層４４
との界面において、図２１に示した従来の場合と異な
り、深いポテンシャルバリアが形成されるのを抑制する
ことができる。このため、ｐ型キャリアブロック層４３
とｐ型光ガイド層４４との界面で正孔８１（図４参照）
が捕獲されるのを抑制することができる。これにより、
素子をパルス駆動したときの光の立ち上がりおよび立ち
下がり特性を向上することができるので、高速動作が可
能となる。

【００３７】図５〜図１０は、図１に示した第１実施形
態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説
明するための断面図である。次に、図１、図２および図
５〜図１０を参照して、第１実施形態による窒化物系半
導体レーザ素子の製造プロセスについて説明する。

【００３８】まず、図５に示すように、有機金属気相堆
積法（ＭＯＣＶＤ：ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃＣｈ
ｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）を
用いて、ｎ型ＧａＮ基板１上に、約１μｍの膜厚を有す
るＳｉがドープされたｎ型ＧａＮからなるｎ型層２、約
１μｍの膜厚を有するＳｉがドープされたｎ型Ａｌ_0. ₀₇
Ｇａ_0.93Ｎからなるｎ型クラッド層３および多層膜構造
からなる発光層４を順次形成する。

【００３９】この発光層４を形成する際には、図２に示
したように、約０．１μｍの膜厚を有するＳｉがドープ
されたｎ型Ａｌ_0.01Ｇａ_0.99Ｎからなるｎ型光ガイド層
４１上に、約３．５ｎｍの膜厚を有する３つのアンドー
プＩｎ_xＧａ_1-xＮからなる量子井戸層４２ａと、約２０
ｎｍの膜厚を有する４つのアンドープＩｎ_yＧａ_1-yＮか
らなる量子障壁層４２ｂとを交互に積層することによっ
て、ＭＱＷ活性層４２を形成する。そして、ＭＱＷ活性
層４２上に、約２０ｎｍの膜厚を有するＭｇがドープさ
れたｐ型Ａｌ_0.25Ｇａ_0.75Ｎからなるｐ型キャリアブロ
ック層４３、および、約０．１μｍの膜厚を有するＭｇ
がドープされたｐ型Ａｌ_0.01Ｇａ_0.99Ｎからなるｐ型光
ガイド層４４を順次形成する。

【００４０】次に、発光層４上に、図５に示すように、
約０．２８μｍの膜厚を有するＭｇがドープされたｐ型
Ａｌ_0.07Ｇａ_0.93Ｎからなるｐ型クラッド層５、約０．
０７μｍの膜厚を有するＭｇがドープされたｐ型Ａｌ
_0.01Ｇａ_0.99Ｎからなるｐ型第１コンタクト層６、およ
び、約３ｎｍの膜厚を有するＭｇがドープされたＩｎ_0.
₀₅Ｇａ_0.95Ｎからなるｐ型第２コンタクト層７を順次形
成する。

【００４１】次に、図６に示すように、プラズマＣＶＤ
法を用いて、ｐ型第２コンタクト層７上のほぼ全面に、
約１μｍの膜厚を有するＳｉＯ₂膜１４を形成する。そ
して、ＳｉＯ₂膜１４上に、フォトレジスト１５を塗布
した後、フォトリソグラフィー技術を用いて、約１．６
μｍの幅を有するストライプ状のフォトレジスト１５を
形成する。そして、ＣＦ₄ガスによるＲＩＥ法（Ｒｅａ
ｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）を用いて、フォト
レジスト１５をマスクとして、ＳｉＯ₂膜１４をエッチ
ングする。これにより、図７に示すように、約１．６μ
ｍの幅を有するストライプ状のＳｉＯ₂膜１４が形成さ
れる。この後、フォトレジスト１５を除去する。

【００４２】次に、図８に示すように、Ｃｌ₂ガスによ
るＲＩＥ法を用いて、ＳｉＯ₂膜１４をマスクとして、
ｐ型第２コンタクト層７からｐ型クラッド層５の一部を
エッチング除去することにより、リッジ部８が形成され
る。このとき、ｐ型クラッド層５の突出部以外の領域の
膜厚が、約０．０５μｍとなるようにエッチング深さを
制御する。この後、ＨＦ系エッチャントを用いて、Ｓｉ
Ｏ₂膜１４を除去する。

【００４３】次に、図９に示すように、プラズマＣＶＤ
法を用いて、約０．２μｍの膜厚を有するＳｉＯ₂膜
（図示せず）を形成した後、フォトリソグラフィー技術
およびＣＦ₄ガスによるＲＩＥ法を用いて、ｐ型第２コ
ンタクト層７の上面が露出するようにＳｉＯ₂膜を除去
することによって、ＳｉＯ₂膜からなる電流ブロック層
９が形成される。

【００４４】次に、図１０に示すように、真空蒸着法を
用いて、ｐ型第２コンタクト層７上に、下層から上層に
向かって、約１ｎｍの膜厚を有するＰｔ層と、約１００
ｎｍの膜厚を有するＰｄ層と、約２４０ｎｍの膜厚を有
するＡｕ層と、約２４０ｎｍの膜厚を有するＮｉ層とか
らなるｐ側オーミック電極１０を、ストライプ状（細長
状）に形成する。そして、ｐ側オーミック電極１０の上
面および側面上と、電流ブロック層９上とに、下層から
上層に向かって、約１００ｎｍの膜厚を有するＴｉ層
と、約１５０ｎｍの膜厚を有するＰｔ層と、約３μｍの
膜厚を有するＡｕ層とからなるｐ側パッド電極１１を形
成する。

【００４５】最後に、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面を研磨す
ることによって、ｎ型ＧａＮ基板１を所定の膜厚（たと
えば、約１００μｍ）にする。この後、ｎ型ＧａＮ基板
１の裏面上に、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面に近い方から順
に、約６ｎｍの膜厚を有するＡｌ層と、約２ｎｍの膜厚
を有するＳｉ層と、約１０ｎｍの膜厚を有するＮｉ層
と、約１００ｎｍの膜厚を有するＡｕ層とからなるｎ側
オーミック電極１２を形成する。そして、ｎ側オーミッ
ク電極１２の裏面上に、ｎ側オーミック電極１２の裏面
に近い方から順に、約１０ｎｍの膜厚を有するＮｉ層
と、約７００ｎｍの膜厚を有するＡｕ層とからなるｎ側
パッド電極１３を形成する。このようにして、図１に示
した第１実施形態による窒化物系半導体レーザ素子が形
成される。

【００４６】（第２実施形態）図１１は、本発明の第２
実施形態による窒化物系半導体レーザ素子を示した断面
図である。図１１を参照して、この第２実施形態では、
上記第１実施形態のリッジ部を形成することにより電流
狭窄を行う場合と異なり、イオン注入層３２を形成する
ことにより電流狭窄を行う例について説明する。

【００４７】この第２実施形態による窒化物系半導体レ
ーザ素子では、図１１に示すように、ｎ型ＧａＮ基板１
上に、第１実施形態と同様の膜厚および組成を有する窒
化物系半導体各層（ｎ型層２、ｎ型クラッド層３、発光
層４、ｐ型クラッド層５、ｐ型第１コンタクト層６およ
びｐ型第２コンタクト層７）が順次形成されている。

【００４８】そして、ｐ型クラッド層５、ｐ型第１コン
タクト層６およびｐ型第２コンタクト層７には、炭素
（Ｃ）がイオン注入されることにより形成された約０．
３２μｍの注入深さを有するイオン注入層３２が設けら
れている。なお、炭素（Ｃ）は、本発明の「不純物元
素」の一例である。この場合、イオン注入された炭素濃
度のピーク深さは、ｐ型第２コンタクト層７の上面から
約０．２３μｍのｐ型クラッド層５の領域内に位置す
る。また、このピーク深さにおけるピーク濃度は、約
１．０×１０²⁰ｃｍ^-3である。この場合、イオン注入層
３２は、多量のイオンが半導体中に注入されることによ
って、他の領域よりも結晶欠陥を多く含んでいる。な
お、電流通路部２８となるイオン注入されていない領域
（非注入領域）は、約２．１μｍの幅で形成されてい
る。なお、第２実施形態では、Ｒｐ＋ΔＲｐを注入深さ
（イオン注入層３２の厚み）と定義した。Ｒｐはピーク
深さであり、ΔＲｐは飛程の標準偏差である。また、後
述する製造プロセスにおけるイオン注入時において、イ
オン注入マスク層３４の下部に、イオンの横方向への広
がり（ΔＲｌ）が生じる。このとき、イオン注入時のイ
オン注入マスク層３４の幅をＷとすると、イオン注入マ
スク層３４の下部のイオンが注入されない領域の幅Ｂ
は、Ｂ＝Ｗ−２×ΔＲｌとなる。

【００４９】また、イオン注入層３２は、イオン注入層
３２に多く含まれる結晶欠陥により高抵抗となるので電
流狭窄層として機能するとともに、結晶欠陥に起因した
光吸収が起こるので光吸収層としても機能する。なお、
イオン注入層３２において、電流狭窄だけでなく光の横
方向の閉じ込めも十分に行うには、イオン注入された炭
素の不純物濃度の極大値が約５×１０¹⁹ｃｍ^-3以上であ
ることが好ましい。これにより、イオン注入層３２は、
電流通過部２８よりも結晶欠陥が多くなるので、この多
く含まれる結晶欠陥により光吸収を行うことができる。
その結果、発光層４内において、横方向の光閉じ込めを
行うことができるので、横モードの安定化を図ることが
できる。

【００５０】また、ｐ型第２コンタクト層７上には、開
口部３３ａを有するＺｒＯ₂からなる絶縁膜３３が形成
されている。この開口部３３ａの幅は、電流通路部２８
の幅よりも狭く形成されている。絶縁膜３３上には、絶
縁膜３３の開口部３３ａを介して、ｐ型第２コンタクト
層７の上面に接触するとともに、絶縁膜３３の上面上に
延びるように、ｐ側オーミック電極３０が形成されてい
る。ｐ側オーミック電極３０は、下層から上層に向かっ
て、約１ｎｍの膜厚を有するＰｔ層と、約１００ｎｍの
膜厚を有するＰｄ層と、約２４０ｎｍの膜厚を有するＡ
ｕ層と、約２４０ｎｍの膜厚を有するＮｉ層とからな
る。ｐ側オーミック電極３０上には、ｐ側パッド電極３
１が形成されている。ｐ側パッド電極３１は、下層から
上層に向かって、約１００ｎｍの膜厚を有するＴｉ層
と、約１５０ｎｍの膜厚を有するＰｔ層と、約３μｍの
膜厚を有するＡｕ層とからなる。また、ｎ型ＧａＮ基板
１の裏面上には、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面に近い方から
順に、第１実施形態と同様の膜厚および組成を有するｎ
側オーミック電極１２およびｎ側パッド電極１３が形成
されている。

【００５１】第２実施形態では、炭素をイオン注入する
ことによって、炭素イオンと、イオン注入による結晶欠
陥とがｐ型クラッド層５の下に位置するｐ型光ガイド層
４４（図２参照）に微量に含まれる。これにより、ｐ型
光ガイド層４４の抵抗がより高くなるので、第１実施形
態に比べて、ｐ型光ガイド層４４における電流の横方向
の広がりをより低減することができる。

【００５２】なお、第２実施形態のその他の効果は、第
１実施形態と同様である。

【００５３】図１２〜図１５は、図１１に示した第２実
施形態による窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセス
を説明するための断面図である。次に、図１１〜図１５
を参照して、第２実施形態による窒化物系半導体レーザ
素子の製造プロセスについて説明する。

【００５４】まず、図１２に示すように、第１実施形態
と同様の製造プロセスを用いて、ｎ型ＧａＮ基板１上
に、ｎ型層２からｐ型第２コンタクト層７までを順次形
成する。次に、プラズマＣＶＤ法を用いて、ｐ型第２コ
ンタクト層７上の全面に、約１μｍの膜厚を有するＳｉ
Ｏ₂膜（図示せず）を形成した後、このＳｉＯ₂膜を、フ
ォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて
パターニングすることによって、約２．２μｍの幅を有
するストライプ状のＳｉＯ₂膜からなるイオン注入マス
ク層３４を形成する。そして、イオン注入マスク層３４
およびｐ型第２コンタクト層７を覆うように、ＳｉＯ₂
膜からなるスルー膜３５を形成する。

【００５５】そして、図１３に示すように、イオン注入
マスク層３４をマスクとして、スルー膜３５を介して、
炭素のイオン注入を行うことによって、イオン注入層３
２を形成する。その後、ＣＦ₄ガスによるドライエッチ
ングを用いて、スルー膜３５を除去する。

【００５６】次に、図１４に示すように、ＥＢ蒸着法を
用いて、ｐ型第２コンタクト層７およびイオン注入マス
ク層３４の全面を覆うように、約５０ｎｍの厚みを有す
るＺｒＯ₂からなる絶縁膜３３を素子の垂直方向から蒸
着する。これにより、イオン注入マスク層３４の側壁部
には、絶縁膜３３はほとんど形成されない。

【００５７】次に、図１５に示すように、フッ酸系エッ
チャントによるエッチングを行うことによって、イオン
注入マスク層３４と絶縁膜３３の一部とを除去する。こ
の場合、絶縁膜３３は、ほとんどエッチングされないの
で、イオン注入マスク層３４の側壁部に位置する絶縁膜
３３のみが完全に除去される。そして、イオン注入マス
ク層３４は、イオン注入マスク層３４の側壁部に位置す
る絶縁膜３３が除去された後、完全に除去される。その
結果、電流通路部２８の上面上に、開口部３３ａを有す
るＺｒＯ₂からなる絶縁膜３３が形成される。

【００５８】最後に、絶縁膜３３上に、開口部３３ａを
介してｐ型第２コンタクト層７の上面に接触するよう
に、ｐ側オーミック電極３０およびｐ側パッド電極３１
を順次形成する。また、ｎ型ＧａＮ基板１を所定の膜厚
に研磨した後、ｎ型ＧａＮ基板１の裏面上に、ｎ型Ｇａ
Ｎ基板１の裏面に近い方から順に、ｎ側オーミック電極
１２およびｎ側パッド電極１３を形成する。このように
して、図１１に示した第２実施形態による窒化物系半導
体レーザ素子が形成される。

【００５９】（第３実施形態）図１６は、本発明の第３
実施形態による窒化物系半導体レーザ素子の発光層の詳
細断面図である。図１６を参照して、この第３実施形態
では、上記第１実施形態と異なり、発光層４ａ内におい
て、ｎ型光ガイド層４１とＭＱＷ活性層４２との間に、
ｎ型キャリアブロック層４５を設けた例について説明す
る。なお、第３実施形態のその他の構造および製造プロ
セスは、第１実施形態と同様である。

【００６０】すなわち、第３実施形態による窒化物系半
導体レーザ素子では、図１６に示すように、約０．１μ
ｍの膜厚を有するＳｉがドープされたｎ型Ａｌ_0.01Ｇａ
_0.99Ｎからなるｎ型光ガイド層４１上に、約２０ｎｍの
膜厚を有するＳｉがドープされたｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ
からなるｎ型キャリアブロック層４５が形成されてい
る。このｎ型キャリアブロック層４５は、ｎ型光ガイド
層４１よりも大きいバンドギャップを有する。なお、ｎ
型キャリアブロック層４５は、本発明の「第２キャリア
ブロック層」の一例である。そして、ｎ型キャリアブロ
ック層４５上に、第１実施形態と同様の膜厚および組成
を有するＭＱＷ活性層４２、ｐ型キャリアブロック層４
３およびｐ型光ガイド層４４が順次形成されている。上
記窒化物系半導体各層（４１〜４５）によって、第３実
施形態による発光層４ａが構成される。

【００６１】第３実施形態では、上記のように、ｎ型Ａ
ｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎからなるｎ型キャリアブロック層４５を
設けることによって、ＭＱＷ活性層４２からｎ型クラッ
ド層３への正孔の漏れを抑制することができる。特に、
第３実施形態では、ＭＱＷ活性層４２を挟むように、ｎ
型キャリアブロック層４５およびｐ型キャリアブロック
層４３を配置することによって、第１実施形態に比べ
て、ＭＱＷ活性層４２からのキャリア（正孔や電子）の
漏れをより抑制することができる。これにより、キャリ
ア（正孔や電子）の閉じ込め特性をより向上させること
ができるので、温度が上昇したとしても、しきい値電流
が増加するのをより抑制することができる。その結果、
素子の温度特性をより向上させることができる。

【００６２】また、第３実施形態では、ｎ型Ａｌ_0.2Ｇ
ａ_0.8Ｎからなるｎ型キャリアブロック層４５下に、ｎ
型ドーパントの活性化率が低く、かつ、合金散乱の影響
でキャリアの移動度が小さいｎ型Ａｌ_0.01Ｇａ_0.99Ｎか
らなるｎ型光ガイド層４１が形成されているので、ｎ型
光ガイド層４１の抵抗が高くなる。これにより、ｎ型光
ガイド層４１から抵抗の高いｎ型キャリアブロック層４
５へ電子が流れる場合に、ｎ型光ガイド層４１の抵抗が
高いので、ｎ型光ガイド層４１において電子の流れが横
方向に広がるのを抑制することができる。その結果、Ｍ
ＱＷ活性層４２に注入される電流密度を高めることがで
きるので、しきい値電流を低減することができる。ま
た、発光に寄与しない横方向に広がる電子の流れを低減
することができるので、発光効率を向上させることがで
きる。

【００６３】また、第３実施形態では、ｎ型Ａｌ_0.2Ｇ
ａ_0.8Ｎからなるｎ型キャリアブロック層４５と、ｎ型
Ａｌ_0.01Ｇａ_0.99Ｎからなるｎ型光ガイド層４１とを発
光層４の一部に用いるので、ｎ型キャリアブロック層４
５とｎ型光ガイド層４１とのバンドギャップ差を小さく
することができる。これにより、容易に、ＭＱＷ活性層
４２へ電子を注入することができるので、これによって
もＭＱＷ活性層４２に注入される電流密度を高めること
ができる。また、ｎ型キャリアブロック層４５とｎ型光
ガイド層４１とのバンドギャップ差が小さくなることに
よって、ｎ型キャリアブロック層４５をトンネルするト
ンネル電流が指数関数的に増加する。これにより、より
容易に、電子をＭＱＷ活性層４２へ注入することができ
るので、ＭＱＷ活性層４２に注入される電流密度をより
高めることができる。その結果、しきい値電流をより低
減することができる。

【００６４】また、第３実施形態では、ｎ型キャリアブ
ロック層４５とｎ型光ガイド層４１とのバンドギャップ
差を小さくすることができるので、ｎ型キャリアブロッ
ク層４５とｎ型光ガイド層４１との界面において、深い
ポテンシャルバリアが形成されるのを抑制することがで
きる。このため、ｎ型キャリアブロック層４５とｎ型光
ガイド層４１との界面で電子が捕獲されるのを抑制する
ことができる。これにより、素子をパルス駆動したとき
の光の立ち上がりおよび立ち下がり特性を向上すること
ができるので、高速動作が可能となる。

【００６５】また、第３実施形態では、発光層４におい
て、第１実施形態と同様の膜厚および組成を有するｐ型
キャリアブロック層４３およびｐ型光ガイド層４４を設
けているので、第１実施形態と同様の効果を得ることが
できる。

【００６６】（第４実施形態）図１７は、本発明の第４
実施形態による窒化物系半導体レーザ素子を示した断面
図である。図１７を参照して、この第４実施形態では、
導電性のｎ型ＧａＮ基板を用いた上記第１〜第３実施形
態と異なり、絶縁性のサファイア基板５１を用いる場合
の例について説明する。

【００６７】この第４実施形態よる窒化物系半導体レー
ザ素子では、図１７に示すように、サファイア基板５１
上に、約２０ｎｍの膜厚を有するＡｌＮからなるバッフ
ァ層５２ａを介して、約４μｍの膜厚を有するＳｉがド
ープされたＧａＮからなるｎ型コンタクト層５２ｂが形
成されている。ｎ型コンタクト層５２ｂ上には、第１実
施形態と同様の膜厚および組成を有する各層（ｎ型クラ
ッド層３、発光層４、ｐ型クラッド層５、ｐ型第１コン
タクト層６、ｐ型第２コンタクト層７、電流ブロック層
９、ｐ側オーミック電極１０およびｐ側パッド電極１
１）が形成されている。そして、ｎ型コンタクト層５２
ｂの一部領域がエッチング技術により除去されている。
このｎ型コンタクト層５２ｂの除去されて露出している
領域上には、第１実施形態と同様の膜厚および組成を有
するｎ側オーミック電極１２およびｎ側パッド電極１３
が順次形成されている。

【００６８】第４実施形態では、上記のように、第１実
施形態と同様の膜厚および組成を有する発光層４を設け
ることによって、抵抗の高いｐ型Ａｌ_0.01Ｇａ_0.99Ｎか
らなるｐ型光ガイド層４４によりｐ型光ガイド層４４に
おいて横方向に電流が広がるのを抑制することができる
とともに、ｐ型Ａｌ_0.25Ｇａ_0.75Ｎからなるｐ型キャリ
アブロック層４３とｐ型Ａｌ_0.01Ｇａ_0.99Ｎからなるｐ
型光ガイド層４４とのバンドギャップ差を小さくするこ
とができる。これにより、ＭＱＷ活性層４２に注入され
る電流密度を高めることができるので、しきい値電流を
低減することができる。また、ｐ型光ガイド層４４より
も大きいバンドギャップを有するｐ型キャリアブロック
層４３によりＭＱＷ活性層４２からｐ型クラッド層５へ
の電子の漏れが抑制されるので、素子の温度特性が向上
する。

【００６９】ただし、この第４実施形態では、基板とし
てサファイア基板５１を用いるので、ｎ型ＧａＮ基板１
を用いる第１実施形態に比べて、より多くの転位などの
結晶欠陥が窒化物系半導体各層（５２ａ、５２ｂおよび
３〜７）に含まれる。このため、サファイア基板５１を
用いる第４実施形態では、キャリア（正孔や電子）が散
乱して移動度が低下しやすくなるので、ｐ型光ガイド層
４４での電流の横方向の広がりが比較的小さくなりやす
い。このため、第４実施形態では、第１実施形態に比べ
て、ｐ型Ａｌ_0.01Ｇａ_0.99Ｎからなるｐ型光ガイド層４
４を用いることによるｐ型光ガイド層４４での横方向へ
の電流の広がりを抑制する効果は小さくなる。

【００７０】なお、第４実施形態のその他の効果は、第
１実施形態と同様である。

【００７１】図１８は、図１７に示した第４実施形態に
よる窒化物系半導体レーザ素子の製造プロセスを説明す
るための断面図である。次に、図１７および図１８を参
照して、第４実施形態による窒化物系半導体レーザ素子
の製造プロセスを説明する。

【００７２】まず、第１実施形態と同様の製造プロセス
を用いて、サファイア基板５１上に、約２０ｎｍの膜厚
を有するＡｌＮからなるバッファ層５２ａを介して、約
４μｍの膜厚を有するＳｉがドープされたＧａＮからな
るｎ型コンタクト層５２ｂを形成する。そして、ｎ型コ
ンタクト層５２ｂ上に、ｎ型クラッド層３、発光層４、
ｐ型クラッド層５、ｐ型第１コンタクト層６およびｐ型
第２コンタクト層７を順次形成する。次に、図１８に示
すように、Ｃｌ₂ガスによるＲＩＥ法を用いて、ｐ型第
２コンタクト層７からｎ型コンタクト層５２ｂまでの一
部領域を除去する。そして、第１実施形態と同様の製造
プロセスを用いて、図１７に示すようなリッジ部８を形
成した後、電流ブロック層９、ｐ側オーミック電極１０
およびｐ側パッド電極１１を順次形成する。最後に、ｎ
型コンタクト層５２ｂの露出された領域上に、ｎ側オー
ミック電極１２およびｎ側パッド電極１３を順次形成す
る。このようにして、第４実施形態による窒化物系半導
体レーザ素子が形成される。

【００７３】なお、今回開示された実施形態は、すべて
の点で例示であって制限的なものではないと考えられる
べきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明
ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請
求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が
含まれる。

【００７４】たとえば、上記第１〜第４実施形態では、
約２０ｎｍの膜厚を有するｐ型キャリアブロック層４３
を用いるようにしたが、本発明はこれに限らず、膜厚を
より薄くしてもよい。たとえば、約１０ｎｍの膜厚を有
するキャリアブロック層を用いてもよい。この場合、キ
ャリアブロック層をトンネルする正孔が増加するので、
ＭＱＷ活性層に注入される電流の密度をより高めること
ができる。これにより、しきい値電流をより低減するこ
とができる。

【００７５】また、上記第１〜第４実施形態では、Ｓｉ
がドープされたｎ型光ガイド層４１を用いるようにした
が、本発明はこれに限らず、アンドープのｎ型光ガイド
層を用いてもよい。この場合、ｎ型光ガイド層４１にド
ープされたＳｉがＭＱＷ活性層４２に拡散することに起
因する素子寿命の低下を抑制することができる。これに
より、素子の長寿命化を図ることができる。また、Ｍｇ
がドープされたｐ型光ガイド層４４をアンドープにする
ことによっても、同様の効果を得ることができる。

【００７６】また、上記第１〜第４実施形態では、基板
としてｎ型ＧａＮ基板１またはサファイア基板５１を用
いるようにしたが、本発明はこれに限らず、ＺｎＯ、ス
ピネル（ＭｇＡｌ₂Ｏ₄）、ＭｇＯおよびＭｎＯなどの酸
化物、ＺｒＢ₂などのホウ化物、Ｓｉ、ＧａＡｓ、Ｇａ
ＰおよびＳｉＣなどからなる基板を用いてもよい。

【００７７】たとえば、ＧａＮ基板、または、窒化物系
半導体との格子不整合が小さく、かつ、熱膨張係数差が
小さいＺｒＢ₂などのホウ化物からなる基板上に、窒化
物系半導体各層を形成する場合、各層中の転位などの結
晶欠陥が少なくなるので、高品質な結晶を有する光ガイ
ド層およびキャリアブロック層などの窒化物系半導体各
層を得ることができる。この場合、結晶欠陥の少ない光
ガイド層では、キャリア（正孔および電子）の横方向の
広がりがより大きくなりやすいとともに、結晶欠陥の少
ない光ガイド層とキャリアブロック層との界面では、キ
ャリア（正孔および電子）がより捕獲されやすくなる。
したがって、ＧａＮ基板、または、ホウ化物からなる基
板上に、ｐ型Ａｌ_0.01Ｇａ_0.99Ｎからなるｐ型光ガイド
層４４およびｐ型Ａｌ_0.25Ｇａ_0.75Ｎからなるｐ型キャ
リアブロック層４３を設ける場合には、ｐ型光ガイド層
４４およびｐ型キャリアブロック層４３による電流の横
方向の広がりを抑制する効果およびｐ型光ガイド層４４
とｐ型キャリアブロック層４３との界面での正孔の捕獲
を抑制する効果がより大きくなる。

【００７８】また、上記第１〜第３実施形態では、ｎ型
ＧａＮ基板上に、ｎ型窒化物系半導体各層、活性層およ
びｐ型窒化物系半導体各層を順次形成するようにした
が、本発明はこれに限らず、ｐ型基板上に、ｐ型窒化物
系半導体各層、活性層およびｎ型窒化物系半導体各層を
順次形成するようにしてもよい。

【００７９】また、上記第１、第３および第４実施形態
では、リッジ型の窒化物系半導体レーザ素子の例につい
て説明したが、本発明はこれに限らず、セルフアライン
型にも適用可能である。

【００８０】また、上記第１、第３および第４実施形態
では、ＳｉＯ₂（絶縁膜）からなる電流ブロック層９を
形成するようにしたが、本発明はこれに限らず、他の材
料からなる電流ブロック層を形成してもよい。たとえ
ば、リッジ部を構成する窒化物系半導体と逆の導電型を
有する窒化物系半導体、または、高抵抗を有する窒化物
系半導体からなる電流ブロック層を形成してもよい。

【００８１】また、上記第２実施形態では、炭素をイオ
ン注入することによりイオン注入層３２を形成したが、
本発明はこれに限らず、他の不純物をイオン注入しても
よい。たとえば、シリコンなどの４族元素、亜鉛および
マグネシウムなどの２族元素、ホウ素、Ａｌ、Ｇａおよ
びＩｎなどの３族元素、窒素、リン、ＡｓおよびＳｂな
どの５族元素、または、酸素、イオウおよびＳｅなどの
６族元素のいずれかをイオン注入してもよい。この場
合、ｐ型光ガイド層４４において正孔の横方向の広がり
を抑制するためには、窒化物系半導体に含まれることに
より逆の導電型（ｎ型）になる不純物をイオン注入する
のが好ましい。このような不純物をｐ型光ガイド層４４
に微量に含ませることにより、ｐ型光ガイド層４４の正
孔を補償することができるので、ｐ型光ガイド層４４の
抵抗をより高めることができる。たとえば、炭素および
シリコンなどの４族元素、または、酸素、イオウおよび
Ｓｅなどの６族元素のいずれかが好ましい。また、窒化
物系半導体の窒素空孔は、ｎ型伝導となるので、ｐ型光
ガイド層４４の抵抗を高める（正孔を補償する）ために
は、ホウ素、Ａｌ、ＧａおよびＩｎなどの３族元素をイ
オン注入することによって、窒素空孔を増加させるのが
より好ましい。

【００８２】また、ｎ型光ガイド層４１において電子の
横方向の広がりを抑制するためには、窒化物系半導体に
含まれることにより逆の導電型（ｐ型）になる不純物を
イオン注入するのが好ましい。たとえば、亜鉛およびマ
グネシウムなどの２族元素、または、窒素、リン、Ａｓ
およびＳｂなどの５族元素のいずれかが好ましい。

【００８３】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、しきい
値電流を低減し、かつ、発光効率を向上させることが可
能な窒化物系半導体レーザ素子を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レ
ーザ素子の構造を示した断面図である。

【図２】図１に示した第１実施形態による窒化物系半導
体レーザ素子の発光層の詳細断面図である。

【図３】図１に示した第１実施形態による窒化物系半導
体レーザ素子の注入電流の広がり状態を説明するための
リッジ部近傍の拡大図である。

【図４】図１に示した第１実施形態による窒化物系半導
体レーザ素子のＭＱＷ活性層の最上層からｐ型クラッド
層までのバンドダイヤグラムを示した図である。

【図５】図１に示した第１実施形態による窒化物系半導
体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図で
ある。

【図６】図１に示した第１実施形態による窒化物系半導
体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図で
ある。

【図７】図１に示した第１実施形態による窒化物系半導
体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図で
ある。

【図８】図１に示した第１実施形態による窒化物系半導
体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図で
ある。

【図９】図１に示した第１実施形態による窒化物系半導
体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図で
ある。

【図１０】図１に示した第１実施形態による窒化物系半
導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面図
である。

【図１１】本発明の第２実施形態による窒化物系半導体
レーザ素子を示した断面図である。

【図１２】図１１に示した第２実施形態による窒化物系
半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面
図である。

【図１３】図１１に示した第２実施形態による窒化物系
半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面
図である。

【図１４】図１１に示した第２実施形態による窒化物系
半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面
図である。

【図１５】図１１に示した第２実施形態による窒化物系
半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面
図である。

【図１６】本発明の第３実施形態による窒化物系半導体
レーザ素子の発光層の詳細断面図である。

【図１７】本発明の第４実施形態による窒化物系半導体
レーザ素子を示した断面図である。

【図１８】図１７に示した第４実施形態による窒化物系
半導体レーザ素子の製造プロセスを説明するための断面
図である。

【図１９】従来の窒化物系半導体レーザ素子の断面図で
ある。

【図２０】従来の提案された窒化物系半導体レーザ素子
の断面図である。

【図２１】図２０に示した従来の提案された窒化物系半
導体レーザ素子の活性層の最上層からｐ型クラッド層ま
でのバンドダイヤグラムを示した図である。

【図２２】図２０に示した従来の提案された窒化物系半
導体レーザ素子の注入電流の広がり状態を説明するため
のリッジ部近傍の拡大図である。

【符号の説明】

５ｐ型クラッド層（第１クラッド層）４２ＭＱＷ活性層（活性層）４３ｐ型キャリアブロック層（第１キャリアブロック
層）４４ｐ型光ガイド層（第１光ガイド層）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者井上大二朗大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内 (72)発明者狩野隆司大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号三洋電機株式会社内Ｆターム(参考） 5F073 AA13 AA45 AA51 AA89 BA06 CA07 DA14 EA23

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】活性層と、前記活性層の第１の主面側に形成された第１キャリアブ
ロック層と、前記第１キャリアブロック層の表面上に形成され、前記
第１キャリアブロック層よりも小さいバンドギャップを
有するとともに、Ａｌを含有する窒化物系半導体層を含
む第１光ガイド層と、前記第１光ガイド層の表面上に形成された第１導電型の
第１クラッド層とを備えた、窒化物系半導体レーザ素
子。
【請求項２】前記第１キャリアブロック層は、Ａｌを
含有する窒化物系半導体層を含む、請求項１に記載の窒
化物系半導体レーザ素子。
【請求項３】前記活性層の第２の主面側に形成され、
Ａｌを含有する窒化物系半導体層を含む第２光ガイド層
をさらに備える、請求項１または２に記載の窒化物系半
導体レーザ素子。
【請求項４】前記第２光ガイド層と前記活性層との間
に形成され、前記第２光ガイド層よりも大きいバンドギ
ャップを有する第２キャリアブロック層をさらに備え
る、請求項３に記載の窒化物系半導体レーザ素子。
【請求項５】前記第２光ガイド層は、アンドープの第
２光ガイド層を含む、請求項３または４に記載の窒化物
系半導体レーザ素子。
【請求項６】前記第１クラッド層の電流通過領域以外
の領域の少なくとも一部に、不純物元素をイオン注入す
ることにより形成されたイオン注入層をさらに備える、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の窒化物系半導体レ
ーザ素子。