JP2005150511A

JP2005150511A - 半導体レーザ素子および半導体レーザ装置

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Publication number: JP2005150511A
Application number: JP2003387860A
Authority: JP
Inventors: Akira Tanaka; 明田中
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-11-18
Filing date: 2003-11-18
Publication date: 2005-06-09

Abstract

【課題】価電子帯のスパイクの影響を低減して、十分な動作電圧が得られる半導体レーザ素子および半導体レーザ装置を提供することを目的とする。
【解決手段】基板１２の主面に順次形成された第１導電型の第１クラッド層１３、活性層１５、上側がストライプ状のリッジ導波路２３形状に加工された第２導電型の第２クラッド層１９を有する発光層と、リッジ導波路２３の上面に形成された第２導電型の第１中間層２０と、第２導電型の第２中間層２１と、バンドギャップエネルギーが第２クラッド層１９よりも小さい第２導電型のコンタクト層２２と、前記発光層に電気的導通を取るための電極２５、２６とを具備している。第２中間層２１の組成を第１中間層２０とコンタクト層２２の中間のバンドギャップを有する組成として、第１中間層２１とコンタクト層２２のバンドギャップの不連続性を緩和する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体レーザ素子および半導体レーザ装置に係わり、特に十分な動作電圧を得るのに好適な構造を備えた半導体レーザ素子および半導体レーザ装置に関する。

ＤＶＤ(digital versatile disk)に代表される光ディスクへの書き込み用光源として、波長６００ｎｍ帯、更には波長４００ｎｍ帯の半導体レーザ素子の開発が盛んに行なわれており、半導体レーザ素子には高い光出力とともに低い動作電圧が要求される。

低い動作電圧が得られる波長６００ｎｍ帯の半導体レーザ素子として、ｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層とｐ−ＧａＡｓコンタクト層の間にｐ−ＩｎＧａＰ通電容易層を設け、更にｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層とｐ−ＩｎＧａＰ通電容易層の間に組成がＩｎＧａＡｌＰからＩｎＧａＰまでグレーデットに変化するｐ−ＩｎＧａＡｌＰ中間層、あるいは組成がＩｎＧａＡｌＰとＩｎＧａＰの中間にあるｐ−ＩｎＧａＡｌＰ中間層を設けたリッジ導波路構造の半導体レーザ素子が知られている（例えば非特許文献１参照。）。

この非特許文献１に開示された半導体レーザ素子の構造を、図を用いて説明する。図９は、この半導体レーザ素子の構造を示す断面図である。

図９に示すように、半導体レーザ素子１０１はｎ−ＧａＡｓ基板１０２の主面にｎ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１０３と、ＩｎＧａＡｌＰガイド層１０４と、ＩｎＧａＰ／ＩｎＧａＡｌＰＭＱＷ（Multiple Quantum Well；多重量子井戸）構造の活性層１０５と、ｐ−ＩｎＧａＡｌＰガイド層１０６と、第１ｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１０７と、ｐ−ＩｎＧａＰエッチングストップ層１０８と、第２ｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１０９と、ｐ−ＩｎＧａＡｌＰ中間層１１０と、ｐ−ＩｎＧａＰ通電容易層１１１が順次形成されている。

このｐ−ＩｎＧａＡｌＰ中間層１１０は、組成が第２ｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１０９の組成からｐ−ＩｎＧａＰ通電容易層１１１の組成まで徐々に変化するグレーデット層になっている。

ｐ−ＩｎＧａＰ通電容易層１１１、ｐ−ＩｎＧａＡｌＰ中間層１１０、および第２ｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１０９の各層は、ｐ−ＩｎＧａＰエッチングストップ層１０８が露出するまで順次選択エッチングされ、ストライプ状のリッジ導波路１１２形状に加工されている。

リッジ導波路１１２は側面がｎ−ＩｎＡｌＰ電流ブロック層１１３で埋め込まれ、上面にｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１４が形成されている。

ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１４にｐ型電極１１５が、ｎ−ＧａＡｓ基板１０２の下面にｎ型電極１１６がそれぞれ形成されている。

このｐ−ＩｎＧａＰ通電容易層１１１は第２ｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１０９とｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１４との通電を確保するためのものである。

また、ｐ−ＩｎＧａＡｌＰ中間層１１０はリッジ導波路１１２をｎ−ＩｎＡｌＰ電流ブロック層１１３で埋め込み、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１４を形成するための結晶再成長時に、結晶欠陥によりリッジ導波路１１２の上部にホールのトラップが形成されてリッジ導波路１１２の上部の抵抗が増加し、動作電圧が高くなるのを抑制している。

しかしながら、非特許文献１開示された半導体レーザ素子１０１では、高出力化のためにリッジ導波路１１２の幅を狭くすると、ｐ−ＩｎＧａＰ通電容易層１１１を設けてあったとしても、ｐ−ＩｎＧａＰ中間層１１１とｐ−ＧａＡｓコンタクト層１１４のバンドギャップエネルギーの差に基づいて界面に形成される価電子帯のスパイクの影響を受けやすくなる。

その結果、スパイクにホールがトラップされてホールが移動しにくくなるので，リッジ導波路１１２の上部分の抵抗が更に増加して動作電圧は高くなり、十分な動作電圧が得られないという問題があった。
東芝公開技報集２００１−２１６１（９８頁、図１）

上述した非特許文献１に開示された半導体レーザ素子においては、ｐ−ＩｎＧａＰ通電容易層とｐ−ＧａＡｓコンタクト層のバンドギャップエネルギーの差に基づく価電子帯のスパイクの影響によりホールが移動しにくくなり、十分な動作電圧が得られないという問題があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、価電子帯のスパイクの影響を低減して、十分な動作電圧が得られる半導体レーザ素子および半導体レーザ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一態様の半導体レーザ装置では、基板の主面に形成された第１導電型の第１クラッド層と、前記第１導電型の第１クラッド層上に形成された活性層と、前記活性層上に形成され、上側がストライプ状のリッジ導波路形状に加工された第２導電型の第２クラッド層と、前記リッジ導波路の上面に形成された第２導電型の第１中間層と、前記第１中間層上に形成された第２導電型の第２中間層と、前記第２中間層上に形成され、バンドギャップエネルギーが前記第２クラッド層よりも小さい第２導電型のコンタクト層と、前記活性層に電気的導通を取るための電極とを具備し、前記第２中間層が前記第１中間層と前記コンタクト層の中間のバンドギャップを有することを特徴としている。

本発明によれば、ｐ−ＩｎＧａＰ第１中間層とｐ−ＧａＡｓコンタクト層の間にｐ−ＩｎＧａＰ第１中間層とｐ−ＧａＡｓコンタクト層の中間のバンドギャップを有する組成のｐ−ＩｎＧａＡｓＰ第２中間層を設けたので、ｐ−ＩｎＧａＰ第１中間層とｐ−ＧａＡｓコンタクト層のバンドギャップエネルギー差に基づく価電子帯のスパイクの影響が低減され、ホールの移動が容易になる。

これにより、十分な動作電圧が得られ、信頼性の高い半導体レーザ素子および半導体レーザ装置を提供することができる。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の実施例１に係わる半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。図１に示すように、本実施例の半導体レーザ素子１１は、まず始めに、ｎ−ＧａＡｓ基板１２の主面に、例えばＭＯＣＶＤ法によりＡｌの組成が０．７のｎ−Ｉｎ_０．５（Ｇａ_０．３Ａｌ_０．７）_０．５Ｐクラッド層（以下、ＩｎＧａＡｌＰクラッド層と記す）１３と、例えばＡｌの組成が０．６のｎ−Ｉｎ_０．５（Ｇａ_０．４Ａｌ_０．６）_０．５Ｐガイド層（以下、ＩｎＧａＡｌＰガイド層と記す）１４と、ｎ−Ｉｎ_０．５Ｇａ_０．５Ｐ／Ｉｎ_０．５（Ｇａ_０．５Ａｌ_０．５）Ｐ_０．５のＭＱＷ（Multiple Quantum Well）活性層１５と、ｐ−ＩｎＧａＡｌＰガイド層１６と、第１ｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１７と、ｐ−ＩｎＧａＰエッチングストップ層（以下、ＩｎＧａＰエッチングストップ層と記す）１８を挟んで第２ｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１９を順次形成している。

続いて、ｐ−ＩｎＧａＰ第１中間層２０と、ＧａＡｓと格子整合するｐ−ＩｎＧａＡｓＰ第２中間層２１と、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２２を順次形成している。

次に、フォトリソグラフィ法によりｐ−ＧａＡｓコンタクト層２２からｐ−ＩｎＧａＰエッチングストップ層１８までを組成の異なるエッチング液を用いて順次選択エッチングにより除去し、ストライプ状のリッジ導波路２３を形成している。

次に、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２２の上面を除いて、電気的な短絡を防止するための絶縁膜、例えばシリコン酸化膜２４を全面に形成している。

最後に、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２２の上面にｐ型電極２５を、ｎ−ＧａＡｓ基板１２の下面にｎ型電極２６をそれぞれ形成して、半導体レーザ素子１１としている。

ＩｎＧａＡｓＰは、Ｇａの組成をｘ、Ａｓの組成をｙとして、Ｉｎ_{（１−ｘ）}Ｇａ_ｘＡｓ_ｙＰ_{（１−ｙ）}と表すと、ｘとｙが次の関係式を満たす時にＧａＡｓと格子整合することが知られている。

ｘ＝（１＋ｙ）／（２．０８−０．０８ｙ）
即ち、図２に示すように、ＩｎＧａＡｓＰの組成はｘ＝０．４８、ｙ＝０でＩｎＧａＰに一致し、ｘ＝１、ｙ＝１でＧａＡｓの組成に一致する。そして、その間は式（１）に基づいて連続的に変化させることができる。

図３は第２ｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１９と、ｐ−ＩｎＧａＰ第１中間層２０と、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ第２中間層２１と、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２２の各層の組成を従来方法と比較して模式的に示したもので、図中の実線ａが本実施例によるｐ−ＩｎＧａＡｓＰ第２中間層２１がある場合、破線ｂが従来方法のｐ−ＩｎＧａＡｓＰ第２中間層２１がない場合である。

図３に示すように、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ第２中間層２１の組成をＩｎＧａＰとＧａＡｓの中間のバンドギャップを有する組成、例えばｘ＝０．７４、ｙ＝０．５に設定してｐ−Ｉｎ_０．２６Ｇａ_０．７４Ａｓ_０．５Ｐ_０．５とすることにより、ｐ−ＩｎＧａＰ第１中間層２０と、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２２のバンドギャップエネルギーの差に基づく価電子帯のスパイクの高さを低減することが可能である。

図４は、第２ｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１９と、ｐ−ＩｎＧａＰ第１中間層２０と、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ第２中間層２１と、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２２の価電子帯のバンドダイアグラムを従来方法と比較して示したもので、図中の実線ａが本実施例によるｐ−ＩｎＧａＡｓＰ第２中間層２１がある場合、破線ｂが従来方法のｐ−ＩｎＧａＡｓＰ第２中間層２１がない場合である。

図４から明らかなように、ｐ−ＩｎＧａＰ第１中間層２０とｐ−ＩｎＧａＡｓＰ第２中間層２１の膜厚をそれぞれ５０ｎｍとしたシミュレーションによれば、従来方法ではｐ−ＩｎＧａＰ中間層２０とｐ−ＧａＡｓコンタクト層２２の界面には−０．２ｅＶ程度の大きな価電子帯のスパイクＳ１が生じる。

一方、本実施例ではｐ−ＩｎＧａＰ第１中間層２０とｐ−ＩｎＧａＡｓＰ第２中間層２１の界面に生じる価電子帯のスパイクＳ２は−０．１２ｅＶ程度で、価電子帯のスパイクの高さが半分程度に低減している。

価電子帯のスパイクの高さが小さいほどｐ型キャリアであるホールはスパイクにトラップされることなく移動できるので、界面での抵抗がより小さくなり半導体レーザ素子１１の動作電圧を低減することが可能である。実験によれば、０．１Ｖ程度の動作電圧の低減が認められた。

ここで、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ第２中間層２１をｐ−ＩｎＧａＰ第１中間層２０とｐ−ＧａＡｓコンタクト層２２の間に挿入したことにより、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ第２中間層２１とｐ−ＧａＡｓコンタクト層２２の界面に−０．０７８ｅＶ程度の新たなスパイクＳ３が出現しているが、ホールの移動度はトラップの数よりトラップの高さで律束されるため影響を及ぼさない。

図５は、図１に示す半導体レーザ素子１１を用いた半導体レーザ装置の構成を示す外囲器の一部が切欠された斜視図である。

図５に示すように、本実施例の半導体レーザ装置３１は、４本のリ−ドピン３２が電気的絶縁されて植設された金属製のステム３３に半導体レーザ素子１１及びレーザ光をモニタするためのモニタフォトダイオード３４が固定されている。

半導体レーザ素子１１は絶縁性サブマウント３５にマウントされ、ステム３３の対向側にレーザ光を取り出すようにステム３３と垂直に固定されている。また、モニタフォトダイオード３４は、半導体レーザ素子１１の下方においてステム３３に固定されている。

これら半導体レーザ素子１１及びモニタフォトダイオード３４は、ワイヤ等によりリードピン３２と電気的接続されている。

また、金属性のキャップ３６が半導体レーザ素子１１、モニタフォトダイオード３４を内包してステム３３に封着されている。このキャップ３６の頂部には、レーザ光を取り出すためのウィンドウガラス３７が設けられ、半導体レーザ素子１１からの可視レーザ光３８は、半導体レーザ素子１１の一方の端面からウィンドウガラス７７を通して外囲器の外部に向けて放射され、他方の端面からのレーザ光は、発光を制御するためのモニタフォトダイオード３４に入射する。

以上説明したように、実施例１に係わる半導体レーザ素子１１および半導体レーザ装置３１では、ｐ−ＩｎＧａＰ第１中間層２０とｐ−ＧａＡｓコンタクト層２２の間にｐ−ＩｎＧａＡｓＰ第２中間層２１を挿入してバンドギャップエネルギーの差に基づく価電子帯のスパイクの高さを低減したので、ホールの移動が容易になり、動作電圧を低減することができる。

これにより、電流経路が最も狭いリッジ導波路２３の上部での発熱を抑制することができる。また、電流がスムーズに流れることにより電流分布も均一化されるので、光出力を高めても横方向の高次モードの発生を抑制することができる。

従って、十分な動作電圧を有し、信頼性の高い半導体レーザ素子を提供することができる。

ここでは、ｐ−ＩｎＧａＰ第１中間層２０とｐ−ＩｎＧａＡｓＰ第２中間層２１の膜厚はそれぞれ５０ｎｍとした場合について説明したが、両者の境界を分離してスパイクの高さが低減する厚さ、例えば２０ｎｍ以上であれば構わない。

また、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ第２中間層２１の組成をＩｎＧａＰとＧａＡｓの中間のバンドギャップを有する組成（ｘ＝０．７４、ｙ＝０．５近傍）に設定した場合について説明したが、目的の動作電圧が得られる範囲であれば特に限定されない。

更に、組成が徐々に変化するグレーデット層としても構わない。以下に、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ第２中間層２１をグレーデット層にした場合の変形例について説明する。

（実施例１の変形例１）
図６は、本発明の実施例１の変形例１に係わる第２ｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１９と、ｐ−ＩｎＧａＰ第１中間層２０と、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ第２中間層２１と、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層２２の各層の組成を従来方法と比較して模式的に示したもので、図中の実線ａが本実施例による場合、破線ｂが従来方法の場合である。

本変形例において、上記実施例１と同一の構成部分には同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる部分について説明する。

本変形例が実施例１と異なる点は、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ第２中間層２１の組成を、ｐ−ＩｎＧａＰ第１中間層２０の組成からＧａＡｓコンタクト層２２の組成まで徐々に変化するグレーデット層としたことにある。

即ち、図６に示すように、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ第２中間層２１のＧａの組成ｘを０．４８から１．０まで徐々に増加させるのに合わせてＩｎの組成（１−ｘ）を０．５２から０まで減少させる。並行して、ＧａＡｓとの格子整合条件を満たすようにＡｓの組成ｙを０から１．０まで徐々に増加させるのに合わせてＰの組成（１−ｙ）を１．０から０まで減少させる。

例えば、ＭＯＣＶＤ法により、気相中のＩｎとＧａのモル比の和Ｉｎ＋Ｇａを一定に保ちながら、Ｇａを徐々に増加させＩｎを徐々に減少させる。平行して、気相中のＡｓとＰのモル比の和Ａｓ＋Ｐを一定に保ちながら、Ａｓを徐々に増加させＰを徐々に減少させる。

この時、Ｇａの増加量に対してＡｓの増加量は理論上１／０．５２＝１．９２倍であるが、成長温度、トータルガス流量、成長炉の構造などにより気相から固層へ取り込まれる割合が元素により変化するので、合わせ込みにより調整しても構わない。

ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ第２中間層２１をグレーデット層にしたことにより、ｐ−ＩｎＧａＰ第１中間層２０とｐ−ＧａＡｓコンタクト層２２のバンドギャップエネルギーの変化が緩やかになる。これにより、価電子帯のスパイクもブロードになるので、動作電圧を更に低減することが可能である。

以上説明したように、実施例１の変形例１に係わる半導体レーザ素子では、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ第２中間層２１をグレーデット層にして、バンドギャップエネルギーの変化を緩やかにしたので、動作電圧を更に低減することができる。

ここでは、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ第２中間層２１の組成を直線的に変化させる場合について説明したが、格子整合条件を逸脱しない範囲であれば破線ｃに示す下凸状、あるいは破線ｄに示す上凸状に変化させても構わない。また、破線ｃと破線ｄの間にあっても構わない。

（実施例１の変形例２）
図７は、本発明の実施例１の変形例２に係わる半導体レーザ素子の構造を示す断面図である。本変形例において、上記実施例１と同一の構成部分には同一符号を付してその部分の説明は省略し、異なる部分について説明する。

本変形例が実施例１と異なる点は、埋め込み型リッジ導波路構造の半導体レーザ素子にｐ−ＩｎＧａＡｓＰ第２中間層２１を設けたことにある。

即ち、図７に示すように、本変形例の半導体レーザ素子５１は、まず始めに、ｎ−ＧａＡｓ基板１２の主面に、例えばＭＯＣＶＤ法により、ｎ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層１３からｐ−ＩｎＧａＡｓＰ第２中間層２１までを順次成長させる。

次に、フォトリソグラフィ法によりストライプ状のパターンを形成した後、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ第２中間層２１からｐ−ＩｎＧａＰエッチングストップ層１８までを選択エッチングにより順次除去してストライプ状のリッジ導波路２３を形成する。

次に、例えばＭＯＣＶＤ法によりｎ−ＩｎＡｌＰ電流ブロック層５２をリッジ導波路２３の上面以外の部分に形成する。

次に、例えばＭＯＣＶＤ法によりｐ−ＧａＡｓコンタクト層５３を全面に形成した後、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層５３の全面にｐ型電極５４を形成して、半導体レーザ素子５１としている。

ｎ−ＩｎＡｌＰ電流ブロック層５２はシリコン酸化膜２４よりも屈折率が高くリッジ導波路２３との屈折率の差が少ないので、より横モードが安定して十分な動作電圧と高い光出力を得ることが可能である。

以上説明したように、実施例１の変形例２に係わる半導体レーザ素子５１では、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ第２中間層２１とｎ−ＩｎＡｌＰ電流ブロック層５２を用いているので、十分な動作電圧とより高い光出力を得ることができる。

ここでは、ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ第２中間層２１の組成はｐ−ＩｎＧａＰ第１中間層２０とｐ−ＧａＡｓコンタクト層５の中間のバンドギャップを有する組成であっても、グレーデットな組成であっても構わない。

次に、窒化物系半導体レーザ素子に適用する場合について説明する。図８は本発明の実施例２に係わる半導体レーザ素子の構成を示す断面図である。

図８に示すように、本実施例の半導体レーザ素子６１は、まず始めに、ｎ−ＧａＮ基板６２の主面に、例えばＭＯＣＶＤ法によりＡｌの組成が０．２のｎ−Ｇａ_０．８Ａｌ_０．２Ｎクラッド層（以下、ＧａＡｌＮクラッド層と記す）６３と、ｎ−ＧａＮガイド層６４と、ＧａＩｎＮ／ＧａＮのＭＱＷ（Multiple Quantum Well）活性層６５と、ｐ−ＧａＮガイド層６６と、ｐ−ＧａＡｌＮクラッド層６７を有する発光層を順次形成している。

続いて、ｐ−ＧａＮ第１中間層７０と、例えばＩｎ組成が０．０５のｐ−ＧａＩｎＮ第２中間層７１と、ｐ−ＧａＩｎＮ第２中間層７１よりＩｎ組成の大きい、例えばＩｎ組成が０．１のｐ−ＧａＩｎＮコンタクト層７２を順次形成している。

次に、フォトリソグラフィ法によりｐ−ＧａＩｎＮコンタクト層７２からｐ−ＧａＡｌＮクラッド層６７の所定の厚さまでを、例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法により順次エッチング除去してストライプ状のリッジ導波路７３を形成している。

次に、ｐ−ＧａＩｎＮコンタクト層７２の上面を除いて、電気的な短絡を防止するための絶縁膜、例えばシリコン酸化膜７４を全面に形成している。

最後に、ｐ−ＧａＩｎＮコンタクト層７２の上面にｐ型電極７５と、ｎ−ＧａＮ基板６２の下面にｎ型電極７６をそれぞれ形成して、半導体レーザ素子６１としている。

これにより、図４で説明したのと同様に、ｐ−ＧａＮ第１中間層７０とｐ−ＧａＩｎＮコンタクト層７２のバンドギャッブエネルギーの差に基づく価電子帯のスパイクの高さを低減することが可能である。

以上説明したように、実施例２係わる半導体レーザ素子６１では、ｐ−ＧａＮ第１中間層７０とｐ−ＩｎＧａＮコンタクト層７２の間にｐ−ＧａＩｎＮ第２中間層７１を挿入してバンドギャップエネルギーの差に基づく価電子帯のスパイクを低減したので、ホールの移動が容易になり、動作電圧を低減することができる。

これにより、電流経路が最も狭いリッジ導波路７３上部での発熱を抑制することができる。また、電流がスムーズにながれることにより電流分布も均一化されるので、光出力を高めても横方向の高次モードの発生を抑制することができる。

ここで、ｐ−ＧａＩｎＮ第２中間層７１は、ｐ−ＧａＮ第１中間層７０とＩｎ組成が０．１のｐ−ＧａＩｎＮコンタクト層７２の中間のバンドギャップを有する組成の場合について説明したが、図５で説明したのと同様に、組成が徐々に変化するグレーデット層としても構わない。

また、窒化物半導体層をＭＯＣＶＤ法により形成する場合について説明したが、ＭＢＥ法によっても構わない。

更に、ｎ−ＧａＮ基板を用いる場合について説明したが、ＳｉＣ基板やサファイア基板を用いても構わない。

上述した実施例においては、リッジ導波路構造の半導体レーザ素子の場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、面発光型レーザ素子や分布帰還型レーザ素子に適用しても構わない。また、半導体発光素子（LED）に適用しても構わない。

本発明の実施例１に係わる半導体レーザ素子の構造を示す断面図。本発明の実施例１に係わるＧａＡｓに格子整合するＩｎＧａＡｓＰの組成を示す図。本発明の実施例１に係わる中間層近傍のバンド構造を示すバンドダイアグラム。本発明の実施例１に係わる第２中間層の組成を示す模式図。本発明の実施例１に係わる半導体レーザ装置の構成を示す外囲器の一部が切欠された斜視図。本発明の実施例１の変形例１に係わるグレーデットに変化する第２中間層の組成を示す模式図。本発明の実施例１の変形例２に係わる半導体レーザ素子の構造を示す断面図。本発明の実施例２係わる半導体レーザ素子の構造を示す断面図。従来の半導体レーザ素子の構造を示す断面図。

符号の説明

１１、５１、６１半導体レーザ素子
１２ｎ−ＧａＡｓ基板
１３ｎ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層
１４ｎ−ＩｎＧａＡｌＰガイド層
１５、６５ＭＱＷ活性層
１６ｐ−ＩｎＧａＡｌＰガイド層
１７第１ｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層
１８ｐ−ＩｎＧａＰエッチングストップ層
１９第２ｐ−ＩｎＧａＡｌＰクラッド層
２０ｐ−ＩｎＧａＰ第１中間層
２１ｐ−ＩｎＧａＡｓＰ第２中間層
２２、５３ｐ−ＧａＡｓコンタクト層
２３、７３リッジ導波路
２４、７４シリコン酸化膜
２５、５４、７５ｐ型電極
２６、７６ｎ型電極
３１半導体レーザ装置
３２リードピン
３３ステム
３４モニタフォトダイオード
３５絶縁性サブマウント
３６キャップ
３７ウィンドウガラス
３８レーザ光
５１半導体レーザ素子
５２ｎ−ＩｎＡｌＰ電流ブロック層
６２ｎ−ＧａＮ基板
６３ｎ−ＧａＡｌＮクラッド層
６４ｎ−ＧａＮガイド層
６６ｐ−ＧａＮガイド層
６７ｐ−ＧａＡｌＮクラッド層
７０ｐ−ＧａＮ第１中間層
７１ｐ−ＧａＩｎＮ第２中間層
７２ｐ−ＧａＩｎＮコンタクト層
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３スパイク

Claims

基板の主面に形成された第１導電型の第１クラッド層と、
前記第１導電型の第１クラッド層上に形成された活性層と、
前記活性層上に形成され、上側がストライプ状のリッジ導波路形状に加工された第２導電型の第２クラッド層と、
前記リッジ導波路の上面に形成された第２導電型の第１中間層と、
前記第１中間層上に形成された第２導電型の第２中間層と、
前記第２中間層上に形成され、バンドギャップエネルギーが前記第２クラッド層よりも小さい第２導電型のコンタクト層と、
前記活性層に電気的導通を取るための電極と、
を具備し、
前記第２中間層が前記第１中間層と前記コンタクト層の中間のバンドギャップを有することを特徴とする半導体レーザ素子。
前記第１クラッド層および前記第２クラッド層がＩｎＧａＡｌＰ、前記コンタクト層がＧａＡｓであり、前記第１中間層がＩｎＧａＰ、前記第２中間層が前記ＩｎＧａＰと前記ＧａＡｓの中間のバンドギャップを有する組成で、且つＧａＡｓに格子整合したＩｎＧａＡｓＰであることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子。
前記第１クラッド層および前記２クラッド層がＧａ_{（１−ｘ）}Ａｌ_ｘＮまたはＧａ_{（１−ｘ）}Ａｌ_ｘＮ／ＧａＮの超格子（０．０＜ｘ≦０．３）、前記コンタクト層がＧａ_{（１−ｙ）}Ｉｎ_ｙＮ（０．０５＜ｙ≦１．０）であり、前記第１中間層がＧａＮ、前記第２中間層がＧａ_{（１−ｚ）}Ｉｎ_ｚＮ（０．０５＜ｚ＜１．０、且つｙ＞ｚ）であることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ素子。
前記第２中間層の組成が前記第１中間層の組成から前記コンタクト層の組成まで徐々に変化するグレーデット層であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
前記第１中間層および前記第２中間層の厚さがそれぞれ２０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
前記第１導電型がｎ型であり、前記第２導電型がｐ型であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の半導体レーザ素子。
基板の主面に形成された第１導電型の第１クラッド層と、
前記第１導電型の第１クラッド層上に形成された活性層と、
前記活性層上に形成され、上側がストライプ状のリッジ導波路形状に加工された第２導電型の第２クラッド層と、
前記リッジ導波路の上面に形成された第２導電型の第１中間層と、
前記第１中間層上に形成された第２導電型の第２中間層と、
前記第２中間層上に形成され、バンドギャップエネルギーが前記第２クラッド層よりも小さい第２導電型のコンタクト層と、
前記活性層に電気的導通を取るための電極と、
を具備した半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子を載置するサブマウントと、
前記電極と電気的接続されたリードピンと、
前記半導体レーザ素子、前記サブマウントおよび前記リードピンを機密封止する手段と、
を有することを特徴とする半導体レーザ装置。
基板の主面に形成された第１導電型の第１クラッド層と、
前記第１導電型の第１クラッド層上に形成された活性層と、
前記活性層上に形成され、上側がストライプ状のリッジ導波路形状に加工された第２導電型の第２クラッド層と、
前記リッジ導波路の上面に形成された第２導電型の第１中間層と、
前記第１中間層上に形成された第２導電型の第２中間層と、
前記第２中間層上に形成され、バンドギャップエネルギーが前記第２クラッド層よりも小さい第２導電型のコンタクト層と、
前記活性層に電気的導通を取るための電極と、
を具備した半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子を載置するサブマウントと、
前記電極と電気的接続されたリードピンと、
前記半導体レーザ素子、前記サブマウントおよび前記リードピンを機密封止する手段と、
を具備し、
前記第２中間層が前記第１中間層と前記コンタクト層の中間のバンドギャップを有することを特徴とする半導体レーザ装置。