JP2003298192A

JP2003298192A - 窒化物系半導体レーザ素子

Info

Publication number: JP2003298192A
Application number: JP2003025608A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Nomura; 康彦野村; Takashi Kano; 隆司狩野
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2002-02-04
Filing date: 2003-02-03
Publication date: 2003-10-17

Abstract

(57)【要約】【課題】素子の長寿命化を図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、ｎ型ク
ラッド層３と、ｎ型クラッド層３上に形成される発光層
５と、発光層５上に形成されるｐ型クラッド層７とを備
える。また、発光層５は、光を発生するＭＱＷ活性層
と、光を閉じ込めるｎ型光ガイド層５４およびｐ型光ガ
イド層５６と、活性層とｎ型光ガイド層５４およびｐ型
光ガイド層５６との間に配置され、それぞれｎ型光ガイ
ド層５４およびｐ型光ガイド層５６よりもバンドギャッ
プの大きいｎ型キャリアブロック層５３およびｐ型キャ
リアブロック層５５とを含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、窒化物系半導体レ
ーザ素子に関し、特に、活性層およびクラッド層などを
順次結晶成長させることによって形成される窒化物系半
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。一般的に半導
体レーザの重要な特性として、しきい値電流や動作電流
などがある。しきい値電流とは、レーザ発振が開始する
ときの電流であり、しきい値電流が小さいほど動作電流
も小さくなる。このため、しきい値電流は、小さいほど
好ましい。

【０００３】従来、窒化物系半導体レーザ素子において
も、しきい値電流の低減が図られている。しきい値電流
を低減させることによって、窒化物系半導体レーザ素子
を駆動させるために必要な動作電流も低減することがで
きるので、動作電流の増大に起因して素子内部の温度が
上昇して素子が劣化するのを抑制することができる。こ
のため、窒化物系半導体レーザ素子の寿命を向上させる
ためにも、しきい値電流の低減は重要である。

【０００４】従来では、しきい値電流を低減するため
に、発光層からクラッド層への光のしみ出しを小さくし
て光を発光層に効率よく閉じ込める必要があった。これ
は、以下の理由による。すなわち、従来の窒化物系半導
体レーザ素子では、発光層とクラッド層との屈折率差を
小さくすることにより光のしみ出しを大きくしようとす
ると、発光層とクラッド層とのバンドギャップ差が小さ
くなるので、発光層からクラッド層へのキャリア（電子
や正孔）のオーバーフローが増加する。キャリアのオー
バーフローが増加すると、発光しにくくなるので、しき
い値電流が増加するとともに、動作電流が増大するとい
う不都合が生じる。このため、従来では、キャリアのオ
ーバーフローを抑制してしきい値電流を低減するため
に、発光層とクラッド層との屈折率差を大きくして発光
層とクラッド層とのバンドギャップを大きくしていた。
このように、発光層とクラッド層との屈折率差を大きく
すると、発光層からクラッド層への光のしみ出しが小さ
くなるので、光が発光層に効率よく閉じ込められる。そ
の結果、発光層内での光密度が高くなるので、垂直方向
のビーム広がり角度が大きくなる。

【０００５】このように、従来の窒化物系半導体レーザ
素子では、垂直方向のビーム広がり角度は、３０°前後
と大きくなるように作製されていた（たとえば、非特許
文献１参照）。この非特許文献１に開示された窒化物系
半導体レーザ素子の垂直ビーム広がり角度は２９．９°
である。

【０００６】

【非特許文献１】ＪａｐａｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌ
ｏｆＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＶｏｌｕｍｅ
３９（２０００）Ｌ６４７〜６５０

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の垂直ビーム広がり角度の大きい窒化物系半導体
レーザ素子では、以下のような問題点があった。すなわ
ち、窒化物系半導体レーザ素子は、赤外光や赤色光を発
生するＡｌＧａＡｓ系およびＡｌＧａＩｎＰ系からなる
半導体レーザ素子よりも、転位などの多くの結晶欠陥が
含まれている。また、窒化物系半導体レーザ素子は、波
長の短い紫〜紫外光を発しており、このような短波長光
は、レーザ発振させるために大きなエネルギーを有す
る。上記した従来の垂直ビーム広がり角度の大きい窒化
物系半導体レーザ素子では、光のしみ出しが小さくなる
ように構成されているので、発光層への光の閉じ込めが
大きくなる。このため、素子内部の光密度が大きくなる
ので、転位などの結晶欠陥に起因した光吸収が発生しや
すい。光吸収が発生すると、余分なエネルギーが消費さ
れるので、動作電流が増加するという不都合が生じる。
そして、動作電流が増加すると、素子内部の温度が上昇
するため、バンドギャップが小さくなり、そのため、結
晶欠陥に起因した光吸収が大きくなる。その結果、素子
が急激に劣化するので、上記した従来の垂直ビーム広が
り角度の大きい窒化物系半導体レーザ素子では、素子の
長寿命化を図ることが困難であるという問題点があっ
た。

【０００７】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、
素子の長寿命化を図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。

【０００８】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において、発光層からクラッド層
への光のしみ出しを大きくすることを可能にすることで
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の第１の局面による窒化物系半導体レーザ
素子は、第１導電型の窒化物系半導体からなる第１クラ
ッド層と、第１クラッド層上に形成され、窒化物系半導
体からなる発光層と、発光層上に形成され、第２導電型
の窒化物系半導体からなる第２クラッド層とを備え、発
光層は、光を発生する活性層と、光を閉じ込める光ガイ
ド層と、活性層と光ガイド層との間に配置され、光ガイ
ド層よりもバンドギャップの大きいキャリアブロック層
とを含む。

【００１０】この第１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、活性層と光ガイド層との間
に、光ガイド層よりもバンドギャップの大きいキャリア
ブロック層を設けることによって、発光層とクラッド層
との屈折率差を小さくすることなどにより光のしみ出し
を大きくした場合にも、発光層からクラッド層へのキャ
リア（電子や正孔）のオーバーフローをそのキャリアブ
ロック層により抑制することができる。これにより、キ
ャリアのオーバーフローに伴って発光しにくくなるため
に発生するしきい値電流の上昇や動作電流の増大を抑制
することができる。その結果、動作電流の増大に伴う素
子内部の温度上昇に起因して素子が劣化するのを抑制す
ることができるので、素子の長寿命化を図ることができ
る。

【００１１】上記第１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、発光層と第１クラッド層
との間、および、発光層と第２クラッド層との間の少な
くとも一方に配置され、隣接する第１または第２クラッ
ド層よりも屈折率が小さく、かつ、バンドギャップが大
きい光しみ出し促進層をさらに備える。このように構成
すれば、第１または第２クラッド層よりも屈折率が小さ
い光しみ出し促進層により、発光層から第１または第２
クラッド層への光のしみ出しを大きくすることができる
とともに、第１または第２クラッド層よりもバンドギャ
ップが大きい光しみ出し促進層により、キャリアを発光
層内に強く閉じ込めることができる。このように、光の
しみ出しを大きくすることができるので、素子内部での
光密度を低減することができる。これにより、結晶欠陥
に起因する光吸収を低減することができるので、光吸収
に起因する動作電流の増大を抑制することができる。ま
た、上記のように、キャリアを発光層内に強く閉じ込め
ることができるので、発光層からクラッド層へのキャリ
ア（電子や正孔）のオーバーフローをより抑制すること
ができる。これにより、キャリアのオーバーフローに伴
って発生するしきい値電流の上昇や動作電流の増大をよ
り抑制することができる。このように、動作電流の増大
をより抑制することができるので、動作電流の増大に伴
う素子内部の温度上昇に起因して素子が劣化するのをよ
り抑制することができ、その結果、素子の長寿命化をよ
り図ることができる。

【００１２】この場合、好ましくは、キャリアブロック
層および光しみ出し促進層の少なくとも一方は、Ｂ、Ａ
ｌ、Ｉｎ、ＧａおよびＴｌからなるグループより選択さ
れた１つまたは２つの元素を含む。このように構成すれ
ば、容易に、光ガイド層よりもバンドギャップの大きい
キャリアブロック層と、第１または第２クラッド層より
も屈折率が小さく、かつ、バンドギャップが大きい光し
み出し促進層とを形成することができる。

【００１３】上記の場合、好ましくは、第１クラッド層
および第２クラッド層の少なくとも一方は、ＡｌとＧａ
とＩｎとを含む窒化物からなる。このように構成すれ
ば、発光層とクラッド層との屈折率差を小さくした場合
にも、発光層とクラッド層とのバンドギャップ差を大き
く保つことができるので、発光層からクラッド層への光
のしみ出しを大きくした場合にも、容易に、キャリアを
発光層内に強く閉じ込めることができる。

【００１４】この発明の第２の局面による窒化物系半導
体レーザ素子は、第１導電型の窒化物系半導体からなる
第１クラッド層と、第１クラッド層上に形成され、窒化
物系半導体からなる発光層と、発光層上に形成され、第
２導電型の窒化物系半導体からなる第２クラッド層とを
備え、発光層は、光を発生する活性層と、活性層の上面
側および下面側の少なくとも一方に形成された光を閉じ
込めるための光ガイド層とを含み、第１クラッド層と第
２クラッド層のうち、前記光ガイド層を有する側のクラ
ッド層と光ガイド層との間に、前記光ガイド層を有する
側のクラッド層よりも屈折率が小さく、かつ、バンドギ
ャップが大きい光しみ出し促進層をさらに備えている。

【００１５】この第２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、発光層が活性層と光ガイド
層とを含み、光ガイド層と第１クラッド層、または、光
ガイド層と第２クラッド層との間に、隣接する第１また
は第２クラッド層よりも屈折率が小さく、かつ、バンド
ギャップが大きい光しみ出し促進層を設けることによっ
て、第１または第２クラッド層よりも屈折率が小さい光
しみ出し促進層により、発光層から第１または第２クラ
ッド層への光のしみ出しを大きくすることができるとと
もに、第１または第２クラッド層よりもバンドギャップ
が大きい光しみ出し促進層により、キャリアを発光層内
に強く閉じ込めることができる。このように、光のしみ
出しを大きくすることができるので、素子内部での光密
度を低減することができる。これにより、結晶欠陥に起
因する光吸収を低減することができるので、光吸収に起
因する動作電流の増大を抑制することができる。また、
上記のように、キャリアを発光層内により強く閉じ込め
ることができるので、発光層からクラッド層へのキャリ
ア（電子や正孔）のオーバーフローをより抑制すること
ができる。これにより、キャリアのオーバーフローに伴
って発生するしきい値電流の上昇や動作電流の増大をよ
り抑制することができる。このように、動作電流の増大
をより抑制することができるので、動作電流の増大に伴
う素子内部の温度上昇に起因して素子が劣化するのをよ
り抑制することができる。その結果、素子をより長寿命
化することができる。

【００１６】ここで、光ガイド層と光しみ出し層との界
面には、不純物準位が形成される。この不純物準位に起
因して光吸収が生じることにより動作電流やしきい値電
流が増大する虞がある。一方、この第２の局面による窒
化物系半導体レーザ素子では、光しみ出し層は、活性層
から光ガイド層の厚み分離れて配置されるので、光ガイ
ド層と光しみ出し層との界面位置における光密度を小さ
くすることができる。この結果、上記界面における不純
物準位に起因した光吸収を抑制することができるので、
動作電流やしきい値電流の増大をより抑制することがで
きる。

【００１７】上記第２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、活性層の上面側および下
面側の両方に光を閉じ込めるための光ガイド層を有して
いる。このように構成すれば、活性層の両側に位置する
光ガイド層により、発光層への光閉じ込めを容易に調整
することができる。

【００１８】上記第２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クラッド層と第２ク
ラッド層のうち、光ガイド層を有する側と反対側のクラ
ッド層と活性層との間に、前記光ガイド層を有する側と
反対側のクラッド層よりも屈折率が小さく、かつ、バン
ドギャップが大きい光しみ出し促進層をさらに備える。
このように構成すれば、第１または第２クラッド層より
も屈折率が小さい両方の光しみ出し促進層により、発光
層から第１または第２クラッド層両方への光のしみ出し
を大きくすることができるとともに、第１または第２ク
ラッド層よりもバンドギャップが大きい両方の光しみ出
し促進層により、キャリアを発光層内にさらに強く閉じ
込めることができる。

【００１９】この発明の第３の局面による窒化物系半導
体レーザ素子は、第１導電型の窒化物系半導体からなる
第１クラッド層と、第１クラッド層上に形成され、窒化
物系半導体からなる発光層と、発光層上に形成され、第
２導電型の窒化物系半導体からなる第２クラッド層とを
備え、発光層への光の閉じ込め度合いを小さくすること
により、垂直方向のビーム広がり角度を２０°以下にし
た。

【００２０】この第３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、発光層への光の閉じ込め度
合いを小さくすることにより、垂直方向のビーム広がり
角度を２０°以下にすることによって、発光層から第１
クラッド層および第２クラッド層への光のしみ出しが大
きくなるので、素子内部での光密度を低減することがで
きる。これにより、結晶欠陥に起因する光吸収を低減す
ることができるので、動作電流が増大するのを抑制する
ことができる。その結果、動作電流の増大に伴う素子内
部の温度上昇に起因して素子が劣化するのを抑制するこ
とができるので、素子の長寿命化を図ることができる。

【００２１】なお、上記第１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、光ガイド層は、活
性層の上面上および下面上にそれぞれ形成されており、
キャリアブロック層は、活性層と活性層の上面上に形成
された光ガイド層との間、および、活性層と活性層の下
面上に形成された光ガイド層との間の両方に配置されて
いる。このように構成すれば、発光層から第１および第
２クラッド層の両方へのキャリア（電子や正孔）のオー
バーフローをそのキャリアブロック層により抑制するこ
とができる。

【００２２】上記光しみ出し促進層を備えた第１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、光しみ出し促進層は、発光層と第１クラッド層との
間、および、発光層と第２クラッド層との間の両方に配
置されている。このように構成すれば、発光層から第１
および第２クラッド層の両方への光のしみ出しを大きく
することができるとともに、キャリアを発光層内により
強く閉じ込めることができる。

【００２３】上記第１の局面による窒化物系半導体レー
ザ素子において、キャリアブロック層は、ＡｌとＧａと
Ｉｎとを含む窒化物からなるようにしてもよい。

【００２４】また、上記第１クラッド層および第２クラ
ッド層の少なくとも一方がＡｌとＧａとＩｎとを含む窒
化物からなる第１の局面による窒化物系半導体レーザ素
子において、発光層と第１クラッド層との間、および、
発光層と第２クラッド層との間の少なくとも一方に配置
され、隣接する第１または第２クラッド層よりも屈折率
が小さく、かつ、バンドギャップが大きい光しみ出し促
進層をさらに備え、キャリアブロック層および光しみ出
し促進層の少なくとも一方は、ＡｌとＧａとＩｎとを含
む窒化物からなるようにしてもよい。

【００２５】また、上記第１クラッド層および第２クラ
ッド層の少なくとも一方がＡｌとＧａとＩｎとを含む窒
化物からなる第１の局面による窒化物系半導体レーザ素
子において、第１クラッド層および第２クラッド層の少
なくとも一方は、ＧａＮと実質的に同じ格子定数を有す
るＡｌとＧａとＩｎとを含む窒化物からなるのが好まし
い。このように構成すれば、ＧａＮからなる下地層を用
いる場合に、下地層との格子定数差に起因する結晶欠陥
の発生を大幅に抑制することができる。

【００２６】上記第１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、発光層は、単一量子井戸
構造および多重量子井戸構造のいずれか一方からなる活
性層を含む。このように構成すれば、光閉じ込めの制御
が容易になる。

【００２７】上記第１の局面による窒化物系半導体レー
ザ素子において、第１導電型の窒化物系半導体からなる
第１クラッド層は、第１導電型の窒化物系半導体基板上
に形成されているのが好ましい。このように構成すれ
ば、結晶欠陥の少ない第１クラッド層を形成することが
できる。

【００２８】上記第１の局面による窒化物系半導体レー
ザ素子において、垂直方向のビーム広がり角度が２０°
以下であるのが好ましい。このように構成すれば、発光
層から第１クラッド層および第２クラッド層への光のし
み出しが大きくなるので、素子内部での光密度を低減す
ることができる。これにより、結晶欠陥に起因する光吸
収を低減することができるので、動作電流が増大するの
を抑制することができる。その結果、動作電流の増大に
伴う素子内部の温度上昇に起因して素子が劣化するのを
抑制することができるので、素子の長寿命化を図ること
ができる。

【００２９】上記第２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、活性層と光ガイド層との
間に、光ガイド層よりもバンドギャップの大きいキャリ
アブロック層をさらに備える。このように構成すれば、
発光層とクラッド層との屈折率差を小さくすることなど
により光のしみ出しを大きくした場合にも、発光層から
クラッド層へのキャリア（電子や正孔）のオーバーフロ
ーをそのキャリアブロック層により抑制することができ
る。これにより、キャリアのオーバーフローに伴って発
光しにくくなるために発生するしきい値電流の上昇や動
作電流の増大をより抑制することができる。

【００３０】また、上記のキャリアブロック層と光しみ
出し促進層とを含む第２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、キャリアブロック層お
よび光しみ出し促進層の少なくとも一方は、Ｂ、Ａｌ、
Ｉｎ、ＧａおよびＴｌからなるグループより選択された
１つまたは２つの元素を含む。このように構成すれば、
容易に、光ガイド層よりもバンドギャップの大きいキャ
リアブロック層と、第１または第２クラッド層よりも屈
折率が小さく、かつ、バンドギャップが大きい光しみ出
し促進層とを形成することができる。

【００３１】上記第２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クラッド層および第
２クラッド層の少なくとも一方は、ＡｌとＧａとＩｎと
を含む窒化物からなる。このように構成すれば、発光層
とクラッド層との屈折率差を小さくした場合にも、発光
層とクラッド層とのバンドギャップ差を大きく保つこと
ができるので、発光層からクラッド層への光のしみ出し
を大きくした場合にも、容易に、キャリアを発光層内に
強く閉じ込めることができる。

【００３２】上記第２の局面による窒化物系半導体レー
ザ素子において、光しみ出し促進層は、ＡｌとＧａとＩ
ｎとを含む窒化物からなっていてもよい。

【００３３】また、上記第１クラッド層および第２クラ
ッド層の少なくとも一方がＡｌとＧａとＩｎとを含む窒
化物からなる第２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クラッド層および第２ク
ラッド層の少なくとも一方は、ＧａＮと実質的に同じ格
子定数を有するＡｌとＧａとＩｎとを含む窒化物からな
る。このように構成すれば、ＧａＮからなる下地層を用
いる場合に、下地層との格子定数差に起因する結晶欠陥
の発生を大幅に抑制することができる。

【００３４】上記第２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、発光層は、単一量子井戸
構造および多重量子井戸構造のいずれか一方からなる活
性層を含む。このように構成すれば、光閉じ込めの制御
が容易になる。

【００３５】上記第２の局面による窒化物系半導体レー
ザ素子において、第１導電型の窒化物系半導体からなる
第１クラッド層は、第１導電型の窒化物系半導体基板上
に形成されているのが好ましい。このように構成すれ
ば、結晶欠陥の少ない第１クラッド層を形成することが
できる。

【００３６】上記第２の局面による窒化物系半導体レー
ザ素子において、垂直方向のビーム広がり角度が２０°
以下であるのが好ましい。このように構成すれば、発光
層から第１クラッド層および第２クラッド層への光のし
み出しが大きくなるので、素子内部での光密度を低減す
ることができる。これにより、結晶欠陥に起因する光吸
収を低減することができるので、動作電流が増大するの
を抑制することができる。その結果、動作電流の増大に
伴う素子内部の温度上昇に起因して素子が劣化するのを
抑制することができるので、素子の長寿命化を図ること
ができる。

【００３７】

【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。

【００３８】（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
斜視図である。図２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を示した断面図である。図３
は、図１および図２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。

【００３９】まず、図１〜図３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。第１実施形態の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、サファイア基板１上に、
約４μｍの膜厚を有するｎ型ＧａＮからなるｎ型コンタ
クト層２が形成されている。ｎ型コンタクト層２上に
は、約１μｍの膜厚を有するｎ型Ａｌ_0.03Ｇａ_0.97Ｎか
らなるｎ型クラッド層３が形成されている。この第１実
施形態によるｎ型クラッド層３では、Ａｌ組成を小さく
することによって、後述する発光層５との屈折率差を小
さくしている。これにより、発光層５からｎ型クラッド
層３への光のしみ出しが大きくなる。

【００４０】また、第１実施形態では、ｎ型クラッド層
３上に、約２０ｎｍの膜厚を有するｎ型Ａｌ_0.15Ｇａ
_0.85Ｎからなるｎ型光しみ出し促進層４が形成されてい
る。このｎ型光しみ出し促進層４は、ｎ型クラッド層３
よりも屈折率が小さく、かつ、バンドギャップが大き
い。なお、ｎ型クラッド層３は、本発明の「第１クラッ
ド層」の一例であり、ｎ型光しみ出し促進層４は、本発
明の「光しみ出し促進層」の一例である。

【００４１】また、ｎ型光しみ出し促進層４上には、多
層膜構造からなる発光層５が形成されている。この多層
膜構造からなる発光層５は、図３に示すように、約４ｎ
ｍの厚みを有する３つのＩｎ_xＧａ_1-xＮからなる量子井
戸層５１と、約２０ｎｍの厚みを有する４つのＩｎ_yＧ
ａ_1-yＮからなる量子障壁層５２とが交互に積層された
多重量子井戸（ＭＱＷ；ＭｕｌｔｉｐｌｅＱｕａｎｔ
ｕｍＷｅｌｌ）活性層を有する。ここで、ｘ＞ｙであ
り、第１実施形態においては、ｘ＝０．１３、ｙ＝０．
０５である。

【００４２】また、第１実施形態では、このＭＱＷ活性
層の下面下に、約２０ｎｍの厚みを有するｎ型Ａｌ_0.15
Ｇａ_0.85Ｎからなるｎ型キャリアブロック層５３が形成
されているとともに、ｎ型キャリアブロック層５３の下
には、約１００ｎｍの厚みを有するｎ型ＧａＮからなる
ｎ型光ガイド層５４が形成されている。このｎ型キャリ
アブロック層５３は、ｎ型光ガイド層５４よりもバンド
ギャップが大きくなるように形成されている。また、ｎ
型キャリアブロック層５３は、キャリアのオーバーフロ
ーを抑制する機能と、光をしみ出させる機能とを有す
る。また、ＭＱＷ活性層の上面上には、約２０ｎｍの厚
みを有するｐ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎからなるｐ型キャリ
アブロック層５５が形成されているとともに、ｐ型キャ
リアブロック層５５の上には、約１００ｎｍの厚みを有
するｐ型ＧａＮからなるｐ型光ガイド層５６が形成され
ている。このｐ型キャリアブロック層５５は、ｐ型光ガ
イド層５６よりもバンドギャップが大きくなるように形
成されている。また、ｐ型キャリアブロック層５５は、
キャリアのオーバーフローを抑制する機能と、光をしみ
出させる機能とを有する。

【００４３】なお、ＭＱＷ活性層は、本発明の「活性
層」の一例であり、ｎ型キャリアブロック層５３および
ｐ型キャリアブロック層５５は、本発明の「キャリアブ
ロック層」の一例である。また、ｎ型光ガイド層５４お
よびｐ型光ガイド層５６は、本発明の「光ガイド層」の
一例である。

【００４４】また、第１実施形態では、発光層５上に、
約２０ｎｍの膜厚を有するｐ型Ａｌ _0.15Ｇａ_0.85Ｎから
なるｐ型光しみ出し促進層６が形成されている。ｐ型光
しみ出し促進層６上には、突出部を有するＡｌ_0.03Ｇａ
_0.97Ｎからなるｐ型クラッド層７が形成されている。ｐ
型光しみ出し促進層６は、ｐ型クラッド層７よりも屈折
率が小さく、かつ、バンドギャップが大きい。また、第
１実施形態では、ｐ型クラッド層７のＡｌ組成を小さく
することによって、発光層５とｐ型クラッド層７との屈
折率差を小さくしている。これにより、発光層５からｐ
型クラッド層７への光のしみ出しが大きくなる。なお、
ｐ型クラッド層７は、本発明の「第２クラッド層」の一
例であり、ｐ型光しみ出し促進層６は、本発明の「光し
み出し促進層」の一例である。

【００４５】また、ｐ型クラッド層７の突出部の膜厚は
約０．３μｍであるとともに、突出部以外の領域の膜厚
は約０．１μｍである。ｐ型クラッド層７の突出部の上
面上には、約０．０７μｍの膜厚を有するＧａＮからな
るｐ型コンタクト層８が形成されている。このｐ型コン
タクト層８とｐ型クラッド層７の突出部とによって、リ
ッジ部９が構成されている。

【００４６】そして、ｐ型クラッド層７からｎ型コンタ
クト層２までの一部領域が除去されている。この除去さ
れて露出しているｎ型コンタクト層２上の一部と、ｎ型
クラッド層３、ｎ型光しみ出し促進層４、発光層５、ｐ
型光しみ出し促進層６、ｐ型クラッド層７およびｐ型コ
ンタクト層８の側面上と、ｐ型クラッド層７のリッジ部
９以外の上面上と、共振器端面近傍のリッジ部９の上面
上とに、約０．２μｍの厚さを有するＳｉＯ₂からなる
電流ブロック層１０が形成されている。

【００４７】また、ｐ型コンタクト層８上には、約１ｎ
ｍの膜厚を有する下層のＰｔと、約３ｎｍの膜厚を有す
る上層のＰｄとからなるｐ側オーミック電極１１が形成
されている。さらに、このｐ側オーミック電極１１上と
電流ブロック層１０上とには、約０．１μｍの膜厚を有
する下層のＮｉと、約３μｍの膜厚を有する上層のＡｕ
とからなるｐ側パッド電極１２が形成されている。

【００４８】また、露出しているｎ型コンタクト層２上
の電流ブロック層１０が形成されていない部分に、約１
０ｎｍの膜厚を有する下層のＴｉと、約０．１μｍの膜
厚を有する上層のＡｌとからなるｎ側オーミック電極１
３が形成されている。そして、このｎ側オーミック電極
１３上には、約０．１μｍの膜厚を有する下層のＮｉ
と、約３μｍの膜厚を有する上層のＡｕとからなるｎ側
パッド電極１４が形成されている。

【００４９】第１実施形態では、上記のように、発光層
５内において、ＭＱＷ活性層とｎ型光ガイド層５４との
間およびＭＱＷ活性層とｐ型光ガイド層５６との間に、
それぞれ、ｎ型光ガイド層５４およびｐ型光ガイド層５
６よりもバンドギャップの大きいｎ型キャリアブロック
層５３およびｐ型キャリアブロック層５５を設けること
によって、光のしみ出しを大きくした場合にも、発光層
５からｎ型クラッド層３およびｐ型クラッド層７へのキ
ャリアのオーバーフローをｎ型キャリアブロック層５３
およびｐ型キャリアブロック層５５により抑制すること
ができる。これにより、キャリアのオーバーフローに伴
って発光しにくくなるために発生するしきい値電流の上
昇や動作電流の増大を抑制することができる。その結
果、動作電流の増大に伴う素子内部の温度上昇に起因し
て素子が劣化するのを抑制することができるので、素子
の長寿命化を図ることができる。

【００５０】また、第１実施形態では、発光層５とｎ型
クラッド層３およびｐ型クラッド層７との間に、それぞ
れｎ型クラッド層３およびｐ型クラッド層７よりも屈折
率が小さく、かつ、バンドギャップが大きいｎ型光しみ
出し促進層４およびｐ型光しみ出し促進層６を設けるこ
とによって、ｎ型クラッド層３およびｐ型クラッド層７
よりもそれぞれ屈折率が小さいｎ型光しみ出し促進層４
およびｐ型光しみ出し促進層６により、発光層５からｎ
型クラッド層３およびｐ型クラッド層７への光のしみ出
しを大きくすることができるとともに、ｎ型クラッド層
３およびｐ型クラッド層７よりもそれぞれバンドギャッ
プが大きいｎ型光しみ出し促進層４およびｐ型光しみ出
し促進層６によりキャリアを発光層５内に強く閉じ込め
ることができる。これにより、光のしみ出しを大きくす
ることができるので、素子内部での光密度を低減するこ
とができる。これにより、結晶欠陥に起因する光吸収を
低減することができるので、光吸収に起因する動作電流
の増大を抑制することができる。また、上記のように、
キャリアを発光層５内に強く閉じ込めることができるの
で、発光層５からｎ型クラッド層３およびｐ型クラッド
層７へのキャリア（電子や正孔）のオーバーフローをよ
り抑制することができる。これにより、キャリアのオー
バーフローに伴って発生するしきい値電流の上昇や動作
電流の増大をより抑制することができる。このように、
動作電流の増大をより抑制することができるので、動作
電流の増大に伴う素子内部の温度上昇に起因して素子が
劣化するのをより抑制することができ、その結果、素子
の長寿命化をより図ることができる。

【００５１】また、第１実施形態による窒化物系半導体
レーザ素子では、上記のように、光のしみ出しを大きく
することができるので、レーザ発振時の垂直広がり角度
を約１６°と小さくすることができる。これにより、垂
直方向のビーム広がり角度が３０°前後と大きくなるよ
うに作製された従来の窒化物系半導体レーザ素子に比べ
て、垂直方向のビーム広がり角度を大幅に小さくするこ
とができる。

【００５２】図４〜図７は、図１〜図３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方法を説
明するための断面図である。次に、図４〜図７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
造方法について説明する。

【００５３】まず、図４に示すように、サファイア基板
１上に、ＭＯＣＶＤ法（ＭｅｔａｌＯｒｇａｎｉｃＣ
ｈｅｍｉｃａｌＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：
有機金属気相堆積法）を用いて、約４μｍの膜厚を有す
るｎ型ＧａＮからなるｎ型コンタクト層２、約１μｍの
膜厚を有するｎ型Ａｌ_0.03Ｇａ_0.97Ｎからなるｎ型クラ
ッド層３、約２０ｎｍの膜厚を有するｎ型Ａｌ_0.15Ｇａ
_0.85Ｎからなるｎ型光しみ出し促進層４、および、多層
膜構造からなる発光層５を順次形成する。

【００５４】この多層膜構造からなる発光層５は、ｎ型
光しみ出し促進層４上に、図３に示したような、約１０
０ｎｍの厚みを有するｎ型ＧａＮからなるｎ型光ガイド
層５４、および、約２０ｎｍの厚みを有するｎ型Ａｌ
_0.15Ｇａ_0.85Ｎからなるｎ型キャリアブロック層５３を
順次形成する。続いて、ｎ型キャリアブロック層５３上
に、約２０ｎｍの厚みを有する４つのＩｎ_yＧａ_1-yＮか
らなる量子障壁層５２と、約４ｎｍの厚みを有する３つ
のＩｎ_xＧａ_1-xＮからなる量子井戸層５１とを交互に順
次形成することにより、ＭＱＷ活性層を形成する。次
に、ＭＱＷ活性層上に、約２０ｎｍの厚みを有するｐ型
Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎからなるｐ型キャリアブロック層５
５、および、約１００ｎｍの厚みを有するｐ型ＧａＮか
らなるｐ型光ガイド層５６を順次形成する。

【００５５】次に、図４に示すように、発光層５上に、
ＭＯＣＶＤ法を用いて、約２０ｎｍの膜厚を有するｐ型
Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎからなるｐ型光しみ出し促進層６、
約０．３μｍの膜厚を有するｐ型Ａｌ_0.03Ｇａ_0.97Ｎか
らなるｐ型クラッド層７、および、約０．０７μｍの膜
厚を有するｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層８を順
次形成する。なお、上記結晶成長において、ｎ型ドーパ
ントとしてはＳｉを用い、ｐ型ドーパントとしては、Ｍ
ｇを用いる。

【００５６】次に、図５に示すように、ｐ型コンタクト
層８上の全面に、プラズマＣＶＤ法を用いて、約０．２
μｍの膜厚を有するＳｉＯ₂膜１５を形成する。フォト
リソグラフィー技術およびフッ酸系のエッチング技術を
用いて、ＳｉＯ₂膜１５の一部領域をエッチング除去す
る。そして、塩素系ガスによるＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖ
ｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）法を用いて、ｐ型コンタ
クト層８、ｐ型クラッド層７、ｐ型光しみ出し層６、発
光層５、ｎ型光しみ出し層４、ｎ型クラッド層３、およ
び、ｎ型コンタクト層２の途中までエッチングすること
によって、ｎ型コンタクト層２の上面を露出させる。

【００５７】次に、フォトリソグラフィー技術およびフ
ッ酸系のエッチング技術を用いて、ＳｉＯ₂膜１５をパ
ターニングすることによって、図６に示すような、約２
μｍの幅を有するストライプ状のＳｉＯ₂膜１５を形成
する。そして、ストライプ状のＳｉＯ₂膜１５をエッチ
ングマスクとして、塩素系ガスによるＲＩＥ法を用い
て、ｐ型コンタクト層８およびｐ型クラッド層７の一部
をエッチング除去することにより、リッジ部９を形成す
る。なお、リッジ部９の形成時のエッチングの深さは、
ｐ型コンタクト層８の上面から約０．２７μｍとする。
これにより、リッジ部９以外のｐ型クラッド層７の膜厚
は約０．１μｍとなる。その後、フッ酸系のエッチング
を用いて、リッジ部９上のＳｉＯ₂膜１５を除去する。

【００５８】次に、図７に示すように、プラズマＣＶＤ
法を用いて、全面を覆うように、約０．２μｍの膜厚を
有するＳｉＯ₂からなる電流ブロック層１０を形成す
る。そして、フォトリソグラフィー技術およびＣＦ₄に
よるＲＩＥ法を用いて、共振器端面近傍を除くリッジ部
９上の電流ブロック層１０と、ｎ型コンタクト層２の一
部上の電流ブロック層１０とを除去することによって、
図２に示したように、ｐ型コンタクト層８の上面の一部
を露出させるとともに、ｎ型コンタクト層２上の一部を
露出させる。

【００５９】最後に、図２に示したように、真空蒸着法
を用いて、共振器端面近傍を除くリッジ部９上のｐ型コ
ンタクト層８上に、約１ｎｍの膜厚を有する下層のＰｔ
と、約３ｎｍの膜厚を有する上層のＰｄとからなるｐ側
オーミック電極１１を形成する。そして、ｐ側オーミッ
ク電極１１上と、電流ブロック層１０上とに、約０．１
μｍの膜厚を有する下層のＮｉと、約３μｍの膜厚を有
する上層のＡｕとからなるｐ側パッド電極１２を形成す
る。また、真空蒸着法を用いて、ｎ型コンタクト層２上
に、約１０ｎｍの膜厚を有する下層のＴｉと、約０．１
μｍの膜厚を有する上層のＡｌとからなるｎ側オーミッ
ク電極１３を形成する。そして、ｎ側オーミック電極１
３上に、約０．１μｍの膜厚を有する下層のＮｉと、約
３μｍの膜厚を有する上層のＡｕとからなるｎ側パッド
電極１４を形成する。このようにして、第１実施形態に
よる窒化物系半導体レーザ素子が製造される。

【００６０】（第２実施形態）図８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８を参照して、この第２実施形態では、上記
第１実施形態の構造において、発光層５と、ｎ型クラッ
ド層３およびｐ型クラッド層７との間に、光しみ出し促
進層が形成されていない例について説明する。なお、第
２実施形態のその他の構造および製造方法は、第１実施
形態とほぼ同様である。

【００６１】すなわち、第２実施形態による窒化物系半
導体レーザ素子では、図３に示した第１実施形態と同
様、発光層５内において、ＭＱＷ活性層とｎ型光ガイド
層５４およびｐ型光ガイド層５６との間に、それぞれｎ
型光ガイド層５４およびｐ型光ガイド層５６よりもバン
ドギャップの大きいｎ型キャリアブロック層５３および
ｐ型キャリアブロック層５５が設けられている。これに
より、光のしみ出しを大きくした場合にも、発光層５か
らｎ型クラッド層３およびｐ型クラッド層７へのキャリ
アのオーバーフローをｎ型キャリアブロック層５３およ
びｐ型キャリアブロック層５５により抑制することがで
きる。このため、キャリアのオーバーフローに伴って発
光しにくくなるために発生するしきい値電流の上昇や動
作電流の増大を抑制することができる。その結果、動作
電流の増大に伴う素子内部の温度上昇に起因して素子が
劣化するのを抑制することができるので、素子の長寿命
化を図ることができる。

【００６２】また、第２実施形態では、ｎ型クラッド層
３およびｐ型クラッド層７のＡｌ組成を小さくすること
により発光層５とｎ型クラッド層３およびｐ型クラッド
層７との屈折率差を小さくすることによって、発光層５
からｎ型クラッド層３およびｐ型クラッド層７への光の
しみ出しを大きくすることができる。なお、第２実施形
態では、光しみ出し促進層を設けていないので、その
分、第１実施形態に比べて光のしみ出し度合いは小さ
い。したがって、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、レーザ発振時の垂直広がり角度は、
第１実施形態（約１６°）よりも若干大きい約１７°と
なる。ただし、垂直方向のビーム広がり角度が３０°前
後と大きくなるように作製された従来の窒化物系半導体
レーザ素子に比べると、垂直方向のビーム広がり角度を
大幅に小さくすることができる。これにより、素子内部
での光密度を低減することができるので、結晶欠陥に起
因する光吸収を低減することができる。このため、光吸
収に起因する動作電流の増大を抑制することができる。
これによっても、動作電流の増大に伴う素子内部の温度
上昇に起因して素子が劣化するのを抑制することができ
るので、素子の長寿命化を図ることができる。

【００６３】（第３実施形態）図９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９を参照して、この第３実施形態で
は、上記第１実施形態の構造において、発光層５内にお
いて、ＭＱＷ活性層とｎ型光ガイド層５４およびｐ型光
ガイド層５６との間に、キャリアブロック層が形成され
ていない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方法は、第１実施形態とほぼ同様
である。

【００６４】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２に示した第１実施形態と同
様、発光層５とｎ型クラッド層３およびｐ型クラッド層
７との間に、それぞれｎ型クラッド層３およびｐ型クラ
ッド層７よりも屈折率が小さく、かつ、バンドギャップ
が大きいｎ型光しみ出し促進層４およびｐ型光しみ出し
促進層６が設けられている。これにより、ｎ型クラッド
層３およびｐ型クラッド層７よりもそれぞれ屈折率が小
さいｎ型光しみ出し促進層４およびｐ型光しみ出し促進
層６により、発光層５からｎ型クラッド層３およびｐ型
クラッド層７への光のしみ出しを大きくすることができ
るとともに、ｎ型クラッド層３およびｐ型クラッド層７
よりもそれぞれバンドギャップが大きいｎ型光しみ出し
促進層４およびｐ型光しみ出し促進層６によりキャリア
を発光層５内に強く閉じ込めることができる。このた
め、素子内部での光密度を低減することができる。これ
により、結晶欠陥に起因する光吸収を低減することがで
きるので、光吸収に起因する動作電流の増大を抑制する
ことができる。

【００６５】また、上記のように、キャリアを発光層５
内に強く閉じ込めることができるので、発光層５からｎ
型クラッド層３およびｐ型クラッド層７へのキャリア
（電子や正孔）のオーバーフローを抑制することができ
る。これにより、キャリアのオーバーフローに伴って発
生するしきい値電流の上昇や動作電流の増大を抑制する
ことができる。

【００６６】このように、動作電流の増大を抑制するこ
とができるので、動作電流の増大に伴う素子内部の温度
上昇に起因して素子が劣化するのを抑制することがで
き、その結果、素子の長寿命化を図ることができる。

【００６７】また、第３実施形態では、光しみ出し促進
層４および６を光ガイド層５４および５６の厚み分（約
１００ｎｍ）ＭＱＷ活性層から離間させて形成してい
る。一方、上記した第２実施形態で用いるキャリアブロ
ック層５３、５５はＭＱＷ活性層と接して形成してい
る。光しみ出し促進層４および６、キャリアブロック層
５３および５５は、バンドギャップを大きくする必要が
あるために、多くのＡｌを含有している（第２および第
３実施形態では、いずれもＡｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎからな
る）。Ａｌは活性な元素であるため、結晶成長装置内に
存在するたとえば酸素や炭素などの不純物ガスと反応し
やすい。したがって、光しみ出し促進層４、６やキャリ
アブロック層５３、５５と、これらの層と接する上層と
の界面（ｎ型光しみ出し促進層４と発光層５の下面（ｎ
型光ガイド層５４の下面）との界面、ｐ型光しみ出し促
進層６とｐ型クラッド層７の下面との界面、ｎ型キャリ
アブロック層５３と最下層の量子障壁層５２の下面との
界面、および、ｐ型キャリアブロック層５５とｐ型光ガ
イド層５６の下面との界面）に、結晶成長装置内に存在
するたとえば酸素や炭素などの不純物元素が蓄積されや
すい。これらの不純物元素は、不純物準位を形成し、こ
れらの準位を介して、光吸収が生じる虞がある。この結
果、しきい値電流や動作電流が増大する虞がある。上述
のように、第３実施形態では、第２実施形態と比べて、
光ガイド層５４、５６の厚み分（約１００ｎｍ）、ＭＱ
Ｗ活性層から、これらの界面を遠ざけることができる。
光密度は、ＭＱＷ活性層から遠ざかると小さくなるの
で、上記界面で生じる光吸収は、第２実施形態と比べて
第３実施形態の方が小さくなる。したがって、第３実施
形態では、第２実施形態と比べて、しきい値電流や動作
電流の増大をより一層抑制することができる。

【００６８】また、第３実施形態では、第１実施形態と
同様、発光層５とｎ型クラッド層３およびｐ型クラッド
層７との屈折率差を小さくするとともに、ｎ型光しみ出
し促進層４およびｐ型光しみ出し促進層６を設けること
によって、光のしみ出しを大きくすることができるの
で、レーザ発振時の垂直広がり角度を約１８°と小さく
することができる。すなわち、垂直方向のビーム広がり
角度が３０°前後と大きくなるように作製された従来の
窒化物系半導体レーザ素子に比べると、垂直方向のビー
ム広がり角度を大幅に小さくすることができる。なお、
第３実施形態では、キャリアのブロック機能を有するキ
ャリアブロック層を設けていないので、その分、第１実
施形態に比べるとキャリアの閉じ込めが弱くなる。

【００６９】なお、第３実施形態では、ＭＱＷ活性層の
上下に光ガイド層５４、５６を設けたが、どちらか一方
を設けない構造がより好ましい。この場合、ＭＱＷ活性
層に光を閉じ込めるための光ガイド層の一方が存在しな
いので、図９に示した第３実施形態と比較してＭＱＷ活
性層への光の閉じ込めを小さくすることができる。した
がって、ｎ型クラッド層３あるいはｐ型クラッド層７へ
の光のしみ出しを大きくすることができる。一方、発光
層５の上面上および下面上の両方に、ｎ型クラッド層３
およびｐ型クラッド層７よりバンドギャップが大きいｎ
型光しみ出し促進層４およびｐ型光しみ出し促進層６が
設けられているので、発光層５からｎ型クラッド層３お
よびｐ型クラッド層７へのキャリア（電子やホール）の
オーバフローを抑制することができる。この結果、第３
実施形態において、光ガイド層５４および５６のどちら
か一方を設けないようにすれば、しきい値電流の増加を
抑制し、かつ、第１実施形態と同様に、レーザ発振時の
垂直広がり角度を約１６°と小さくすることができる。

【００７０】（第４実施形態）図１０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１０を参照して、この第４実施形態では、
第１実施形態の構造において、サファイア基板１の代わ
りに導電性のｎ型ＧａＮ基板６１を用いた例について説
明する。

【００７１】この第４実施形態による窒化物系半導体レ
ーザ素子では、第１実施形態と異なり、導電性のｎ型Ｇ
ａＮ基板６１の裏面に、ｎ側オーミック電極１３および
ｎ側パッド電極１４が形成されている。また、第１実施
形態と異なり、ｐ型コンタクト層８からｎ型コンタクト
層２の一部領域が除去されていない。なお、第４実施形
態のその他の構造は、第１実施形態とほぼ同様である。

【００７２】なお、第４実施形態による窒化物系半導体
レーザ素子の効果は、上記した第１実施形態と同様であ
る。すなわち、ｎ型光ガイド層５４およびｐ型光ガイド
層５６よりもバンドギャップの大きいｎ型キャリアブロ
ック層５３およびｐ型キャリアブロック層５５によっ
て、光のしみ出しを大きくした場合にも、発光層５から
ｎ型クラッド層３およびｐ型クラッド層７へのキャリア
のオーバーフローをｎ型キャリアブロック層５３および
ｐ型キャリアブロック層５５により抑制することができ
るので、しきい値電流の上昇や動作電流の増大を抑制す
ることができる。

【００７３】また、ｎ型クラッド層３およびｐ型クラッ
ド層７よりも屈折率が小さいｎ型光しみ出し促進層４お
よびｐ型光しみ出し促進層６により、発光層５からｎ型
クラッド層３およびｐ型クラッド層７への光のしみ出し
を大きくすることができるとともに、ｎ型クラッド層３
およびｐ型クラッド層７よりもバンドギャップが大きい
ｎ型光しみ出し促進層４およびｐ型光しみ出し促進層６
によりキャリアを発光層５内に強く閉じ込めることがで
きる。これにより、光のしみ出しを大きくすることがで
きるので、結晶欠陥に起因する光吸収を低減することが
でる。このため、光吸収に起因する動作電流の増大を抑
制することができる。上記のように、動作電流の増大を
抑制することができるので、動作電流の増大に伴う素子
内部の温度上昇に起因して素子が劣化するのを抑制する
ことができる。その結果、素子の長寿命化を図ることが
できる。

【００７４】また、第４実施形態による窒化物系半導体
レーザ素子では、上記のように、光のしみ出しを大きく
することができるので、第１実施形態と同様、レーザ発
振時の垂直広がり角度を約１６°と小さくすることがで
きる。

【００７５】図１１〜１４は、図１０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方法を説明
するための断面図である。次に、図１１〜図１４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
製造方法について説明する。

【００７６】まず、図１１に示すように、ｎ型ＧａＮ基
板６１上に、ＭＯＣＶＤ法を用いて、約４μｍの膜厚を
有するｎ型ＧａＮからなるｎ型コンタクト層２、約１μ
ｍの膜厚を有するｎ型Ａｌ_0.03Ｇａ_0.97Ｎからなるｎ型
クラッド層３、約２０ｎｍの膜厚を有するｎ型Ａｌ_0.15
Ｇａ_0.85Ｎからなるｎ型光しみ出し促進層４、および、
多層膜構造からなる発光層５を順次形成する。

【００７７】この多層膜構造からなる発光層５の形成方
法としては、ｎ型光しみ出し促進層４上に、図３に示し
た第１実施形態と同様のプロセスを用いて、約１００ｎ
ｍの厚みを有するｎ型ＧａＮからなるｎ型光ガイド層５
４、約２０ｎｍの厚みを有するｎ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ
からなるｎ型キャリアブロック層５３、約２０ｎｍの厚
みを有する４つのＩｎ_yＧａ_1-yＮからなる量子障壁層５
２と約４ｎｍの厚みを有する３つのＩｎ_xＧａ_1-xＮから
なる量子井戸層５１とが交互に配置されたＭＱＷ活性
層、約２０ｎｍの厚みを有するＡｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎから
なるｐ型キャリアブロック層５５、および、約１００ｎ
ｍの厚みを有するＧａＮからなるｐ型光ガイド層５６を
順次形成する。

【００７８】次に、発光層５上に、ＭＯＣＶＤ法を用い
て、約２０ｎｍの膜厚を有するｐ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ
からなるｐ型光しみ出し促進層６、約０．３μｍの膜厚
を有するｐ型Ａｌ_0.03Ｇａ_0.97Ｎからなるｐ型クラッド
層７、および、約０．０７μｍの膜厚を有するｐ型Ｇａ
Ｎからなるｐ型コンタクト層８を順次形成する。なお、
上記結晶成長において、ｎ型ドーパントとしてはＳｉを
用い、ｐ型ドーパントとしては、Ｍｇを用いる。

【００７９】次に、図１２に示すように、ｐ型コンタク
ト層８上の全面に、プラズマＣＶＤ法を用いて、約０．
２μｍの膜厚を有するＳｉＯ₂膜１５を形成する。そし
て、フォトリソグラフィー技術およびフッ酸系のエッチ
ング技術を用いて、ＳｉＯ₂膜１５をパターニングする
ことによって、図１３に示すような約２μｍの幅を有す
るストライプ状のＳｉＯ₂膜１５を形成する。そして、
ストライプ状のＳｉＯ₂膜１５をエッチングマスクとし
て、塩素系ガスによるＲＩＥ法を用いて、ｐ型コンタク
ト層８およびｐ型クラッド層７の一部をエッチング除去
することにより、リッジ部９を形成する。なお、リッジ
部９の形成時のエッチングの深さは、ｐ型コンタクト層
８の上面から約０．２７μｍとする。これにより、リッ
ジ部９以外のｐ型クラッド層の膜厚は約０．１μｍとな
る。その後、フッ酸系のエッチングを用いて、リッジ部
９上のＳｉＯ₂膜１５を除去する。

【００８０】次に、図１４に示すように、プラズマＣＶ
Ｄ法を用いて、全面を覆うように、約０．２μｍの膜厚
を有するＳｉＯ₂からなる電流ブロック層１０を形成す
る。そして、フォトリソグラフィー技術およびＣＦ₄に
よるＲＩＥ法を用いて、共振器端面近傍を除くリッジ部
９上の電流ブロック層１０を除去することによって、図
１０に示したように、ｐ型コンタクト層８の上面の一部
を露出させる。

【００８１】最後に、図１０に示したように、真空蒸着
法を用いて、共振器端面近傍を除くリッジ部９上のｐ型
コンタクト層８上に、約１ｎｍの膜厚を有する下層のＰ
ｔと、約３ｎｍの膜厚を有する上層のＰｄとからなるｐ
側オーミック電極１１を形成する。そして、ｐ側オーミ
ック電極１１上と、電流ブロック層１０上とに、約０．
１μｍの膜厚を有する下層のＮｉと、約３μｍの膜厚を
有する上層のＡｕとからなるｐ側パッド電極１２を形成
する。また、ｎ型ＧａＮ基板６１の裏面を、ラッピング
により基板厚が約１００μｍになるまで削る。その後、
真空蒸着法を用いて、ｎ型ＧａＮ基板６１の裏面上に、
約１０ｎｍの膜厚を有する下層のＴｉと、約０．１μｍ
の膜厚を有する上層のＡｌとからなるｎ側オーミック電
極１３を形成する。そして、ｎ側オーミック電極１３下
に、約０．１μｍの膜厚を有する下層のＮｉと、約３μ
ｍの膜厚を有する上層のＡｕとからなるｎ側パッド電極
１４を形成する。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製造される。

【００８２】（第５実施形態）図１５は、本発明の第５
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１６は、図１５に示した第５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１５および図１６を参照して、この第５実施形態
では、上記第１〜第４実施形態で用いた３元混晶ＡｌＧ
ａＮと異なり、４元混晶ＡｌＩｎＧａＮを用いる例につ
いて説明する。

【００８３】具体的には、第１〜第４実施形態で用いた
Ａｌ_0.03Ｇａ_0.97Ｎからなるｎ型クラッド層３およびｐ
型クラッド層７に代えて、Ａｌ_0.12Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.83Ｎ
からなるｎ型クラッド層７３およびｐ型クラッド層７７
を用いる。また、第１〜第４実施形態で用いたＡｌ_0.15
Ｇａ_0.85Ｎからなるｎ型光しみ出し促進層４、ｐ型光し
み出し促進層６、ｎ型キャリアブロック層５３およびｐ
型キャリアブロック層５５に代えて、Ａｌ_0.24Ｉｎ_0.05
Ｇａ_0.71Ｎからなるｎ型光しみ出し促進層７４、ｐ型光
しみ出し促進層７６、ｎ型キャリアブロック層７５３お
よびｐ型キャリアブロック層７５５を用いる。

【００８４】ここで、ｎ型光しみ出し促進層７４および
ｐ型光しみ出し促進層７６は、ｎ型クラッド層７３およ
びｐ型クラッド層７７よりも屈折率が小さく、かつ、バ
ンドギャップが大きい。また、ｎ型キャリアブロック層
７５３およびｐ型キャリアブロック層７５５は、ｎ型光
ガイド層５４およびｐ型光ガイド層５６よりもバンドギ
ャップが大きい。このｎ型キャリアブロック層７５３お
よびｐ型キャリアブロック層７５５は、キャリアのオー
バーフローを抑制する機能と、光をしみ出させる機能と
を有する。なお、ｎ型クラッド層７３は、本発明の「第
１クラッド層」の一例であり、ｐ型クラッド層７７は、
本発明の「第２クラッド層」の一例である。また、ｎ型
光しみ出し促進層７４およびｐ型光しみ出し促進層７６
は、本発明の「光しみ出し促進層」の一例である。ま
た、ｎ型キャリアブロック層７５３およびｐ型キャリア
ブロック層７５５は、本発明の「キャリアブロック層」
の一例である。なお、第５実施形態のその他の構造およ
び製造方法は、第１実施形態とほぼ同様である。

【００８５】ここで、第５実施形態のｎ型クラッド層７
３およびｐ型クラッド層７７として用いる４元混晶Ａｌ
_0.12Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.83Ｎの屈折率は２．５４０であり、
第１〜第４実施形態で用いた３元混晶Ａｌ_0.03Ｇａ_0.97
Ｎとほぼ同じ屈折率である。また、第５実施形態のｎ型
光しみ出し促進層７４、ｐ型光しみ出し促進層７６、ｎ
型キャリアブロック層７５３およびｐ型キャリアブロッ
ク層７５５として用いる４元混晶Ａｌ_0.24Ｉｎ_0.05Ｇａ
_0.71Ｎの屈折率は２．５０１であり、第１〜第４実施形
態で用いた３元混晶Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎとほぼ同じ屈折
率である。これにより、第５実施形態による窒化物系半
導体レーザ素子では、光閉じ込めにおいて、第１〜第４
実施形態と同様の効果を得ることができる。

【００８６】さらに、第５実施形態のｎ型クラッド層７
３およびｐ型クラッド層７７として用いる４元混晶Ａｌ
_0.12Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.83Ｎのバンドギャップは、３元混晶
Ａｌ _0.03Ｇａ_0.97Ｎのバンドギャップよりも大きいとと
もに、第５実施形態のｎ型光しみ出し促進層７４、ｐ型
光しみ出し促進層７６、ｎ型キャリアブロック層７５３
およびｐ型キャリアブロック層７５５として用いる４元
混晶Ａｌ_0.24Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.71Ｎのバンドギャップは、
３元混晶Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎよりも大きい。これによ
り、同じ屈折率を有する３元混晶と４元混晶とを比較し
た場合、４元混晶のバンドギャップは、３元混晶のバン
ドギャップより大きくなる。

【００８７】図１７は、本発明の第５実施形態による３
元混晶および４元混晶のバンドギャップと屈折率との関
係を計算によって求めたグラフである。図１７中のＡｌ
ＩｎＧａＮ（Ｉｎ＝２％）の直線は、Ｉｎ組成を２％で
一定にした場合において、ＡｌとＧａとの組成を変化さ
せた場合のバンドギャップと屈折率との関係を示してい
る。このＡｌＩｎＧａＮ（Ｉｎ＝２％）の組成の一般式
は、Ａｌ_WＩｎ_0.02Ｇａ_(0.98-W)Ｎとなる。また、Ａｌ
ＩｎＧａＮ（Ｉｎ＝５％）の直線は、Ｉｎ組成を５％で
一定にした場合において、ＡｌとＧａとの組成を変化さ
せた場合のバンドギャップと屈折率との関係を示してい
る。このＡｌＩｎＧａＮ（Ｉｎ＝５％）の組成の一般式
は、Ａｌ_VＩｎ_0.05Ｇａ_(0.95-V)Ｎとなる。

【００８８】図１７を参照して、全ての３元混晶および
４元混晶の直線において、バンドギャップと屈折率との
関係は、ほぼ直線的な関係になっているとともに、屈折
率が小さいほどバンドギャップは大きくなっている。ま
た、４元混晶ＡｌＩｎＧａＮ（Ｉｎ＝２％）の直線は、
３元混晶ＡｌＧａＮの直線よりも上方に位置するととも
に、４元混晶ＡｌＩｎＧａＮ（Ｉｎ＝５％）の直線は、
４元混晶ＡｌＩｎＧａＮ（Ｉｎ＝２％）の直線よりも上
方に位置する。これにより、同じ屈折率において、バン
ドギャップは、ＡｌＧａＮ、Ａｌ_WＩｎ_0.02Ｇａ
_(0.98-W)Ｎ、Ａｌ_VＩｎ _0.05Ｇａ_(0.95-V)Ｎの順に大き
くなる。たとえば、屈折率２．５２では、ＡｌＧａＮ、
Ａｌ_WＩｎ_0.02Ｇａ_(0.98-W)ＮおよびＡｌ_VＩｎ_0.05Ｇａ
_(0.95-V)Ｎのバンドギャップは、それぞれ、３．６１、
３．６９および３．７９となっている。このように、Ｉ
ｎの増加に伴いバンドギャップは大きくなっている。

【００８９】これは、以下の理由による。すなわち、Ｉ
ｎの増加に伴い、屈折率が大きくなる。この場合、Ｉｎ
を添加する前の屈折率を保つためには、Ｉｎが添加され
ている状態で屈折率を小さくする必要がある。このため
には、Ａｌ組成を大きくする必要がある。Ａｌ組成が大
きくなると、ＡｌＩｎＧａＮのバンドギャップも大きく
なる。このため、Ｉｎの増加に伴ってバンドギャップが
大きくなる。

【００９０】第５実施形態では、第１〜第４実施形態で
用いた３元混晶ＡｌＧａＮよりもバンドギャップが大き
い４元混晶ＡｌＩｎＧａＮを用いることによって、第１
〜第４実施形態による窒化物系半導体レーザ素子より
も、キャリアのオーバーフローをより抑制することがで
きるので、キャリアのオーバーフローに伴って発光しに
くくなるために発生するしきい値電流の上昇や動作電流
の増大を大幅に抑制することができる。その結果、動作
電流の増大に伴う素子内部の温度上昇に起因して素子が
劣化するのをより抑制することができるので、第１実施
形態に比べて、より素子の長寿命化を図ることができ
る。

【００９１】なお、第５実施形態による窒化物系半導体
レーザ素子のその他の効果は、上記した第１実施形態と
同様である。すなわち、ｎ型光ガイド層５４およびｐ型
光ガイド層５６よりもバンドギャップの大きいｎ型キャ
リアブロック層７５３およびｐ型キャリアブロック層７
５５によって、光のしみ出しを大きくした場合にも、発
光層５からｎ型クラッド層７３およびｐ型クラッド層７
７へのキャリアのオーバーフローをｎ型キャリアブロッ
ク層７５３およびｐ型キャリアブロック層７５５により
抑制することができるので、しきい値電流の上昇や動作
電流の増大を抑制することができる。

【００９２】また、ｎ型クラッド層７３およびｐ型クラ
ッド層７７よりも屈折率が小さいｎ型光しみ出し促進層
７４およびｐ型光しみ出し促進層７６により、発光層５
からｎ型クラッド層７３およびｐ型クラッド層７７への
光のしみ出しを大きくすることができるとともに、ｎ型
クラッド層７３およびｐ型クラッド層７７よりもバンド
ギャップが大きいｎ型光しみ出し促進層７４およびｐ型
光しみ出し促進層７６によりキャリアを発光層５内に強
く閉じ込めることができる。これにより、光のしみ出し
を大きくすることができるので、結晶欠陥に起因する光
吸収を低減することができる。このため、光吸収に起因
する動作電流の増大を抑制することができる。このた
め、動作電流の増大を抑制することができるので、動作
電流の増大に伴う素子内部の温度上昇に起因して素子が
劣化するのを抑制することができる。その結果、素子の
長寿命化を図ることができる。

【００９３】また、第５実施形態による窒化物系半導体
レーザ素子では、上記のように、光のしみ出しを大きく
することができるので、第１実施形態と同様、レーザ発
振時の垂直広がり角度を約１６°と小さくすることがで
きる。

【００９４】（第６実施形態）図１８は、本発明の第６
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１９は、図１８に示した第６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１８および図１９を参照して、この第６実施形態
では、上記した第５実施形態の構造において、Ａｌ_0.24
Ｉｎ_0.05Ｇａ_0. ₇₁Ｎからなるｎ型光しみ出し促進層、ｐ
型光しみ出し促進層およびｎ型キャリアブロック層を形
成せず、４元混晶Ａｌ_0.24Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.71Ｎからなる
ｐ型キャリアブロック層７５５のみを設けた例について
説明する。なお、第６実施形態のその他の構造および製
造方法は、第５実施形態とほぼ同様である。

【００９５】すなわち、第６実施形態による窒化物系半
導体レーザ素子では、図１９に示すように、発光層５内
において、ＭＱＷ活性層とｐ型光ガイド層５６との間
に、ｐ型光ガイド層５６よりもバンドギャップの大きい
ｐ型キャリアブロック層７５５が設けられている。これ
により、発光層５とｐ型クラッド層７７との屈折率差を
小さくすることにより光のしみ出しを大きくした場合に
も、発光層５からｐ型クラッド層７７へのキャリアのオ
ーバーフローをｐ型キャリアブロック層７５５により抑
制することができる。これにより、キャリアのオーバー
フローに伴って発光しにくくなるために発生するしきい
値電流の上昇や動作電流の増大を抑制することができ
る。

【００９６】また、上記第６実施形態では、ｎ型クラッ
ド層７３およびｐ型クラッド層７７のＡｌ組成を大きく
することによって、ｎ型クラッド層７３およびｐ型クラ
ッド層７７と発光層５との屈折率差を小さくすることが
できるので、光のしみ出しを大きくすることができる。
なお、第６実施形態では、ｎ型光しみ出し促進層、ｐ型
光しみ出し促進層およびｎ型キャリアブロック層を設け
ていないため、第５実施形態に比べて、光のしみ出しは
小さくなる。このため、第６実施形態のレーザ発振時の
垂直広がり角度は約１８°と、第５実施形態（約１６
°）に比べて少し大きくなる。ただし、垂直方向のビー
ム広がり角度が３０°前後と大きくなるように作製され
た従来の窒化物系半導体レーザ素子に比べると、垂直方
向のビーム広がり角度を大幅に小さくすることができ
る。

【００９７】さらに、第６実施形態では、第５実施形態
と同様、第１〜第４実施形態で用いた３元混晶ＡｌＧａ
Ｎよりもバンドギャップが大きい４元混晶ＡｌＩｎＧａ
Ｎを用いることによって、キャリアのオーバーフローを
より抑制することができるので、しきい値電流の上昇や
動作電流の増大を大幅に抑制することができる。その結
果、動作電流の増大に伴う素子内部の温度上昇に起因し
て素子が劣化するのをより抑制することができるので、
大幅に素子の長寿命化を図ることができる。

【００９８】（第７実施形態）図２０は、本発明の第７
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２１は、図２０に示した第７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２０および図２１を参照して、この第７実施形態
では、上記第１〜第４実施形態で用いた３元混晶ＡｌＧ
ａＮと異なり、４元混晶ＡｌＩｎＧａＮを用いるととも
に、ＧａＮと格子整合する４元混晶ＡｌＩｎＧａＮを用
いる。

【００９９】具体的には、第１〜第４実施形態で用いた
Ａｌ_0.03Ｇａ_0.97Ｎからなるｎ型クラッド層３およびｐ
型クラッド層７に代えて、Ａｌ_0.04Ｉｎ_0.005Ｇａ_0.955
Ｎからなるｎ型クラッド層８３およびｐ型クラッド層８
７を用いる。また、第１〜第４実施形態で用いたＡｌ
_0.15Ｇａ_0.85Ｎからなるｎ型光しみ出し促進層４、ｐ型
光しみ出し促進層６、ｎ型キャリアブロック層５３およ
びｐ型キャリアブロック層５５に代えて、Ａｌ_0.19Ｉｎ
_0.025Ｇａ_0.785Ｎからなるｎ型光しみ出し促進層８４、
ｐ型光しみ出し促進層８６、ｎ型キャリアブロック層８
５３およびｐ型キャリアブロック層８５５を用いる。さ
らに、第７実施形態で用いる上記４元混晶は、第５およ
び第６実施形態で用いた４元混晶と異なり、ＧａＮとほ
ぼ同じ格子定数を有しているので、ＧａＮと格子整合す
る。

【０１００】ここで、ｎ型光しみ出し促進層８４および
ｐ型光しみ出し促進層８６は、ｎ型クラッド層８３およ
びｐ型クラッド層８７よりも屈折率が小さく、かつ、バ
ンドギャップが大きい。また、ｎ型キャリアブロック層
８５３およびｐ型キャリアブロック層８５５は、ｎ型光
ガイド層５４およびｐ型光ガイド層５６よりもバンドギ
ャップが大きい。ｎ型キャリアブロック層８５３および
ｐ型キャリアブロック層８５５は、キャリアのオーバー
フローを抑制する機能と、光をしみ出させる機能とを有
する。なお、ｎ型クラッド層８３は、本発明の「第１ク
ラッド層」の一例であり、ｐ型クラッド層８７は、本発
明の「第２クラッド層」の一例である。また、ｎ型光し
み出し促進層８４およびｐ型光しみ出し促進層８６は、
本発明の「光しみ出し促進層」の一例である。また、ｎ
型キャリアブロック層８５３およびｐ型キャリアブロッ
ク層８５５は、本発明の「キャリアブロック層」の一例
である。なお、第７実施形態のその他の構造および製造
方法は、第１実施形態とほぼ同様である。

【０１０１】図２２は、本発明の第７実施形態によるＧ
ａＮと格子整合する４元混晶および３元混晶のバンドギ
ャップと屈折率との関係を計算によって求めたグラフで
ある。図２２を参照して、ＧａＮに格子整合する４元混
晶の直線は、３元混晶のＡｌＧａＮの直線よりも上方に
位置する。これにより、同じ屈折率において、バンドギ
ャップは、ＧａＮに格子整合する４元混晶の方が３元混
晶より大きくなる。

【０１０２】また、第７実施形態のｎ型クラッド層８３
およびｐ型クラッド層８７として用いる４元混晶Ａｌ
_0.04Ｉｎ_0.005Ｇａ_0.955Ｎの屈折率は２．５４０であ
り、第１〜第４実施形態で用いた３元混晶Ａｌ_0.03Ｇａ
_0.97Ｎとほぼ同じ屈折率である。また、第７実施形態の
ｎ型光しみ出し促進層８４、ｐ型光しみ出し促進層８
６、ｎ型キャリアブロック層８５３およびｐ型キャリア
ブロック層８５５として用いる４元混晶Ａｌ_0.19Ｉｎ
_0.025Ｇａ_0.785Ｎの屈折率は２．５０１であり、第１〜
第４実施形態で用いた３元混晶Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎとほ
ぼ同じ屈折率である。これにより、第７実施形態による
窒化物系半導体レーザ素子では、光閉じ込めにおいて、
第１〜第４実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、バンドギャップは、ＧａＮに格子整合する４元混
晶Ａｌ_0.04Ｉｎ_0.005Ｇａ_0.955Ｎの方が、３元混晶Ａｌ
_0.03Ｇａ_0.97Ｎより大きいとともに、ＧａＮに格子整合
する４元混晶Ａｌ_0.19Ｉｎ_0.025Ｇａ_0.785Ｎの方が３元
混晶Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎより大きくなっている。

【０１０３】第７実施形態では、第１〜第４実施形態で
用いた３元混晶ＡｌＧａＮよりもバンドギャップが大き
い４元混晶ＡｌＩｎＧａＮを用いることによって、第１
〜第４実施形態による窒化物系半導体レーザ素子より
も、キャリアのオーバーフローをより抑制することがで
きるので、キャリアのオーバーフローに伴って発光しに
くくなるために発生するしきい値電流の上昇や動作電流
の増大を大幅に抑制することができる。その結果、動作
電流の増大に伴う素子内部の温度上昇に起因して素子が
劣化するのをより抑制することができるので、第１実施
形態に比べて、より素子の長寿命化を図ることができ
る。

【０１０４】また、第７実施形態では、第５および第６
実施形態で用いた４元混晶ＡｌＩｎＧａＮと異なり、ｎ
型ＧａＮコンタクト層２と同じ格子定数を有する４元混
晶を用いることによって、第５および第６実施形態によ
る窒化物系半導体レーザ素子よりも、格子定数差に起因
する結晶欠陥の発生を大幅に抑制することができる。こ
れにより、高品質な結晶を得ることができるとともに、
結晶欠陥に起因する光吸収を低減することができるの
で、光吸収に起因する動作電流の増大を大幅に抑制する
ことができる。その結果、動作電流の増大に伴う素子内
部の温度上昇に起因して素子が劣化するのをより抑制す
ることができるので、大幅に素子の長寿命化を図ること
ができる。

【０１０５】なお、第７実施形態による窒化物系半導体
レーザ素子のその他の効果は、上記した第１実施形態と
同様である。すなわち、ｎ型光ガイド層５４およびｐ型
光ガイド層５６よりもバンドギャップの大きいｎ型キャ
リアブロック層８５３およびｐ型キャリアブロック層８
５５によって、光のしみ出しを大きくした場合にも、発
光層５からｎ型クラッド層８３およびｐ型クラッド層８
７へのキャリアのオーバーフローをｎ型キャリアブロッ
ク層８５３およびｐ型キャリアブロック層８５５により
抑制することができるので、しきい値電流の上昇や動作
電流の増大を抑制することができる。

【０１０６】また、ｎ型クラッド層８３およびｐ型クラ
ッド層８７よりも屈折率が小さいｎ型光しみ出し促進層
８４およびｐ型光しみ出し促進層８６により、発光層５
からｎ型クラッド層８３およびｐ型クラッド層８７への
光のしみ出しを大きくすることができるとともに、ｎ型
クラッド層８３およびｐ型クラッド層８７よりもバンド
ギャップが大きいｎ型光しみ出し促進層８４およびｐ型
光しみ出し促進層８６によりキャリアを発光層５内に強
く閉じ込めることができる。これにより、光のしみ出し
を大きくすることができるので、結晶欠陥に起因する光
吸収を低減することがでる。このため、光吸収に起因す
る動作電流の増大を抑制することができる。上記のよう
に、動作電流の増大を抑制することができるので、動作
電流の増大に伴う素子内部の温度上昇に起因して素子が
劣化するのを抑制することができる。その結果、素子の
長寿命化を図ることができる。

【０１０７】また、第７実施形態による窒化物系半導体
レーザ素子では、上記のように、光のしみ出しを大きく
することができるので、第１実施形態と同様、レーザ発
振時の垂直広がり角度を約１６°と小さくすることがで
きる。

【０１０８】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。

【０１０９】たとえば、上記第１〜第７実施例では、基
板とｎ型コンタクト層との間にバッファ層を形成してい
ないが、本発明はこれに限らず、基板とｎ型コンタクト
層との間にＡｌＮ、ＧａＮまたはＡｌＧａＮからなる低
温バッファ層を形成してもよい。さらに、この低温バッ
ファ層上にアンドープのＡｌＮ、ＧａＮまたはＡｌＧａ
Ｎからなる高温バッファ層を形成してもよい。

【０１１０】また、上記第７実施形態では、約１μｍの
膜厚を有するｎ型クラッド層３を形成したが、本発明は
これに限らず、ｎ型コンタクト層２と同等の格子定数を
有する４元混晶を用いるので、１．５μｍ以上の大きい
膜厚を有するｎ型クラッド層を形成してもよい。この場
合、ｎ型クラッド層への光のしみ出しを、さらに大きく
することができるので、垂直方向のビーム広がり角度を
さらに小さくすることができる。

【０１１１】また、上記第７実施形態では、Ａｌ_0.19Ｉ
ｎ_0.025Ｇａ_0.785Ｎからなるｎ型光しみ出し促進層、ｐ
型光しみ出し促進層およびｎ型キャリアブロック層を形
成したが、本発明はこれに限らず、これらの層を形成し
なくてもよい。この場合には、第６実施形態と同様の効
果を得ることができる。さらに、この効果に加えて、ｎ
型ＧａＮコンタクト層２と同等の格子定数を有する４元
混晶を用いるので、格子定数差に起因する結晶欠陥の発
生を抑制することができる。これにより、高品質な結晶
を得ることができるとともに、結晶欠陥に起因する光吸
収を低減することができるので、光吸収に起因する動作
電流の増大をより抑制することができる。また、ｎ型コ
ンタクト層２と同等の格子定数を有する４元混晶を用い
るので、１．５μｍ以上の大きい膜厚を有するｎ型クラ
ッド層を形成することができる。この場合、ｎ型クラッ
ド層への光のしみ出しを、さらに大きくすることができ
るので、垂直方向のビーム広がり角度をさらに小さくで
きる。

【０１１２】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、素子の
長寿命化を図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斜視図である。

【図２】本発明の第１実施形態による窒化物系半導体レ
ーザ素子を示した断面図である。

【図３】図１および図２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４】図１〜図３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方法を説明するための窒化物
系半導体レーザ素子の断面図である。

【図５】図１〜図３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方法を説明するための窒化物
系半導体レーザ素子の断面図である。

【図６】図１〜図３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方法を説明するための窒化物
系半導体レーザ素子の断面図である。

【図７】図１〜図３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方法を説明するための窒化物
系半導体レーザ素子の断面図である。

【図８】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９】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１０】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１１】図１０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方法を説明するための断面図で
ある。

【図１２】図１０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方法を説明するための断面図で
ある。

【図１３】図１０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方法を説明するための断面図で
ある。

【図１４】図１０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方法を説明するための断面模式
図である。

【図１５】本発明の第５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１６】図１５に示した第５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５実施形態による３元混晶および
４元混晶のバンドギャップと屈折率との関係を計算によ
って求めたグラフである。

【図１８】本発明の第６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１９】図１８に示した第６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２０】本発明の第７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２１】図２０に示した第７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２２】本発明の第７実施形態によるＧａＮと格子整
合する４元混晶および３元混晶のバンドギャップと屈折
率との関係を計算によって求めたグラフである。

【符号の説明】

３、７３、８３ｎ型クラッド層（第１クラッド層）５発光層７、７７、８７ｐ型クラッド層（第２クラッド層）５３、７５３、８５３ｎ型キャリアブロック層（キャ
リアブロック層）５４ｎ型光ガイド層（光ガイド層）５５、７５５、８５５ｐ型キャリアブロック層（キャ
リアブロック層）５６ｐ型光ガイド層（光ガイド層）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5F073 AA13 AA74 BA06 CA17 CB05 CB19 CB22 DA05 DA25 EA23 EA28

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１導電型の窒化物系半導体からなる第
１クラッド層と、前記第１クラッド層上に形成され、窒化物系半導体から
なる発光層と、前記発光層上に形成され、第２導電型の窒化物系半導体
からなる第２クラッド層とを備え、前記発光層は、光を発生する活性層と、光を閉じ込める光ガイド層と、前記活性層と前記光ガイド層との間に配置され、前記光
ガイド層よりもバンドギャップの大きいキャリアブロッ
ク層とを含む、窒化物系半導体レーザ素子。
【請求項２】前記発光層と前記第１クラッド層との
間、および、前記発光層と前記第２クラッド層との間の
少なくとも一方に配置され、隣接する前記第１または第
２クラッド層よりも屈折率が小さく、かつ、バンドギャ
ップが大きい光しみ出し促進層をさらに備える、請求項
１に記載の窒化物系半導体レーザ素子。
【請求項３】前記キャリアブロック層および前記光し
み出し促進層の少なくとも一方は、Ｂ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｇ
ａおよびＴｌからなるグループより選択された１つまた
は２つの元素を含む、請求項２に記載の窒化物系半導体
レーザ素子。
【請求項４】前記第１クラッド層および前記第２クラ
ッド層の少なくとも一方は、ＡｌとＧａとＩｎとを含む
窒化物からなる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の
窒化物系半導体レーザ素子。
【請求項５】第１導電型の窒化物系半導体からなる第
１クラッド層と、前記第１クラッド層上に形成され、窒化物系半導体から
なる発光層と、前記発光層上に形成され、第２導電型の窒化物系半導体
からなる第２クラッド層とを備え、前記発光層は、光を発生する活性層と、前記活性層の上面側および下面側の少なくとも一方に形
成された光を閉じ込めるための光ガイド層とを含み、前記第１クラッド層と前記第２クラッド層のうち、前記
光ガイド層を有する側のクラッド層と前記光ガイド層と
の間に、前記光ガイド層を有する側のクラッド層よりも
屈折率が小さく、かつ、バンドギャップが大きい光しみ
出し促進層をさらに備える、窒化物系半導体レーザ素
子。
【請求項６】前記活性層の上面側および下面側の両方
に光を閉じ込めるための光ガイド層を有している、請求
項５に記載の窒化物系半導体レーザ素子。
【請求項７】前記第１クラッド層と前記第２クラッド
層のうち、前記光ガイド層を有する側と反対側のクラッ
ド層と前記活性層との間に、前記光ガイド層を有する側
と反対側のクラッド層よりも屈折率が小さく、かつ、バ
ンドギャップが大きい光しみ出し促進層をさらに備え
る、請求項５に記載の窒化物系半導体レーザ素子。
【請求項８】第１導電型の窒化物系半導体からなる第
１クラッド層と、前記第１クラッド層上に形成され、窒化物系半導体から
なる発光層と、前記発光層上に形成され、第２導電型の窒化物系半導体
からなる第２クラッド層とを備え、前記発光層への光の閉じ込め度合いを小さくすることに
より、垂直方向のビーム広がり角度を２０°以下にし
た、窒化物系半導体レーザ素子。