JP2009267231A

JP2009267231A - 窒化物半導体レーザ

Info

Publication number: JP2009267231A
Application number: JP2008117178A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Nakagawa; 大輔中川; Yoshinori Tanaka; 良宜田中
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2008-04-28
Filing date: 2008-04-28
Publication date: 2009-11-12

Abstract

【課題】電子ブロック層の影響で発生した応力を緩和し、しきい電流を低下させ、かつ信頼性の低下を抑制できる窒化物半導体レーザを提供する。
【解決手段】ｎ型クラッド層１４と、ｎ型クラッド層１４上に配置されたｎ型ＧａＮ系ガイド層１６と、ｎ型ＧａＮ系ガイド層１６上に配置された活性層１８と、活性層１８上に配置されたｐ型ＧａＮ系ガイド層２２と、ｐ型ＧａＮ系ガイド層２２上に配置された電子ブロック層２５と、電子ブロック層２５上に配置された応力緩和層２７と、応力緩和層２７上に配置されたｐ型クラッド層２６とを備える窒化物半導体レーザ２０。
【選択図】図１

Description

本発明は、窒化物半導体レーザに関し、特に、電子ブロック層の影響で発生した応力を緩和し、かつ光分布に影響を与えない窒化物半導体素子に関する。

従来の窒化物半導体レーザにおいては、活性層への良好なキャリアの注入を行うために、電子ブロック層を、ｐ型ＧａＮ系系ガイド層とｐ型クラッド層の界面に設ける構造や、活性層上のｐ型ＧａＮ系ガイド層中に設ける構造が開示されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。

電子ブロック層を、ｐ型ＧａＮ系ガイド層とｐ型クラッド層の界面に設ける構造を有する窒化物半導体レーザ６０は、図１０に示すように、ＧａＮ系半導体基板１０と、ＧａＮ系半導体基板１０上に配置されたｎ型ＧａＮ系バッファ層１２と、ｎ型ＧａＮ系バッファ層１２上に配置されたｎ型クラッド層１４と、ｎ型クラッド層１４上に配置されたｎ型ＧａＮ系ガイド層１６と、ｎ型ＧａＮ系ガイド層１６上に配置され、多重量子井戸（（ＭＱＷ：Multi-Quantum Well）構造を有する活性層１８と、活性層１８上に配置されたｐ型ＧａＮ系ガイド層２２と、ｐ型ＧａＮ系ガイド層２２上に配置された電子ブロック層２５と、電子ブロック層２５上に配置されたｐ型クラッド層２６と、ｐ型クラッド層２６上に配置されたｐ型ＧａＮ系コンタクト層２８とを備える。

図１０に示す従来の窒化物半導体レーザにおいては、アルミニウム（Ａｌ）組成の高い電子ブロック層２５の影響で、図１１に示すように、幅Ｌ４を有する電子ブロック層２５のバンドギャップが大きくなり、幅Ｌ１を有するｐ型ＧａＮ系ガイド層２２および活性層１８に大きな圧縮応力が加わり、信頼性が低下する。

このｐ型ＡｌＧａＮ層からなる電子ブロック層２５とｐ型ＧａＮ系ガイド層２２の界面Ｔ１および電子ブロック層２５とｐ型クラッド層２６の界面Ｔ２には、格子不整合による応力が発生している。この応力がきっかけとなって、窒化物半導体レーザの駆動中に欠陥が発生し、窒化物半導体レーザの信頼性を低下させるという課題があった。
特開２００２−２２３０４２号公報特開２０００−３４９３９７号公報

本発明者らは、ｎ型クラッド層１４、ｎ型ＧａＮ系ガイド層１６、活性層１８、ｐ型ＧａＮ系ガイド層２２、電子ブロック層２５と、電子ブロック層２５上に配置されたｐ型クラッド層２６からなる構造において、電子ブロック層２５とｐ型クラッド層２６の順に積層しているときに、電子ブロック層２５とｐ型ガイド層２２の界面Ｔ１、電子ブロック層２５とｐ型クラッド層２６の界面Ｔ２の内、界面Ｔ１がＧａＮ／ＡｌＧａＮなっているために、界面Ｔ１に応力が集中することが信頼性を低下させる原因と突き止めた。

このとき電子ブロック層２５とｐ型クラッド層２６の界面Ｔ２に応力緩和層２７としてＩｎ_xＧａ_1-xＮ層（０≦ｘ≦１）を挿入することにより電子ブロック層２５に起因した応力を分散させることが効果的である。

本発明の目的は、電子ブロック層の影響で発生した応力を緩和し、しきい電流を低下させ、かつ信頼性の低下を抑制できる窒化物半導体レーザを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の一態様によれば、ｎ型クラッド層と、前記ｎ型クラッド層上に配置されたｎ型ＧａＮ系ガイド層と、前記ｎ型ＧａＮ系ガイド層上に配置された活性層と、前記活性層上に配置されたｐ型ＧａＮ系ガイド層と、前記ｐ型ＧａＮ系ガイド層上に配置された電子ブロック層と、前記電子ブロック層上に配置された応力緩和層と、前記応力緩和層上に配置されたｐ型クラッド層とを備えることを特徴とする窒化物半導体が提供される。

本発明の他の態様によれば、ｎ型クラッド層と、前記ｎ型クラッド層上に配置されたｎ型ＧａＮ系ガイド層と、前記ｎ型ＧａＮ系ガイド層上に配置された活性層と、前記活性層上に配置されたｐ型ＧａＮ系ガイド層と、前記ｐ型ＧａＮ系ガイド層上に配置され、Ａｌ_yＧａ_1-yＮ層(０＜ｙ≦１)からなる電子ブロック層と、前記電子ブロック層上に配置されたｐ型クラッド層とを備え、前記電子ブロック層のＡｌ組成比ｙは、前記ｐ型ＧａＮ系ガイド層に接する界面から前記ｐ型クラッド層に接する界面に移行するにしたがって、連続的に変化することを特徴とする窒化物半導体レーザが提供される。

本発明によれば、電子ブロック層の影響で発生した応力を緩和し、しきい電流を低下させ、かつ信頼性の低下を抑制できる窒化物半導体レーザを提供することができる。

次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。

また、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、各構成部品の配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。

[第１の実施の形態]
本発明の第１の実施の形態に係る窒化物半導体レーザ２０は、図１の鳥瞰図に模式的に示すように、ＧａＮ系半導体基板１０と、ＧａＮ系半導体基板１０上に配置されたｎ型ＧａＮ系バッファ層１２と、ｎ型ＧａＮ系バッファ層１２上に配置されたｎ型クラッド層１４と、ｎ型クラッド層１４上に配置されたｎ型ＧａＮ系ガイド層１６と、ｎ型ＧａＮ系ガイド層１６上に配置された活性層１８と、活性層１８上に配置されたｐ型ＧａＮ系ガイド層２２とを備える。

さらに、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ２０は、ｐ型ＧａＮ系ガイド層２２上に
配置された電子ブロック層２５と、電子ブロック層２５上に配置された応力緩和層２７と、応力緩和層２７上に配置されたｐ型クラッド層２６とを備える。

ｐ型クラッド層２６はパターニングされてエッチングにより除去され、図１に示すように、パターニングされたｐ型クラッド層２６の一部は、レーザストライプ８０に沿って、ストライプ状に配置される。さらにｐ型クラッド層２６上には、レーザストライプ８０に沿って、ｐ型ＧａＮ系コンタクト層２８が配置される。

さらに、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ２０は、ｐ型ＧａＮ系ガイド層２２の平坦部および側壁部上およびｐ型ＧａＮ系コンタクト層２８の側壁部上に配置された絶縁膜２４を備える。絶縁膜２４は、ストライプ状に配置されたｐ型ＧａＮ系コンタクト層２８の上面において窓開けされている。この窓開けされた開口部において、ｐ型ＧａＮ系コンタクト層２８は、ｐ側オーミック電極３０と接触している。

さらに、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ２０において、ｐ側オーミック電極３０は、ストライプ状に配置されたｐ型クラッド層２６およびｐ型ＧａＮ系コンタクト層２８の側壁部を絶縁膜２４を介して被覆しており、レーザストライプ８０に沿って、ストライプ状に配置されている。

さらに、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ２０において、絶縁膜２４上およびレーザストライプ８０に沿って、ストライプ状に配置されるｐ側オーミック電極３０上にはｐ側電極３２が配置され、ｐ側電極３２が配置される面と対向する裏面側のＧａＮ系半導体基板１０上には、ｎ側電極４０が配置される。

ｎ型ＧａＮ系半導体基板１０と、ｎ型ＧａＮ系半導体基板１０上に配置されたｎ型ＧａＮ系バッファ層１２と、ｎ型ＧａＮ系バッファ層１２上に配置されたｎ型クラッド層１４と、ｎ型クラッド層１４上に配置されたｎ型ＧａＮ系ガイド層１６と、ｎ型ＧａＮ系ガイド層１６上に配置された活性層１８と、活性層１８上に配置されたｐ型ＧａＮ系ガイド層２２と、ｐ型ＧａＮ系ガイド層２２上に配置された電子ブロック層２５と、電子ブロック層２５上に配置された応力緩和層２７と、応力緩和層２７上に配置されたｐ型クラッド層２６とを備える窒化物半導体レーザ２０の構造に対応するエネルギーバンド構造は、図２に示すように表される。

（ｎ型ＧａＮ系バッファ層）
ｎ型ＧａＮ系バッファ層１２は、例えばｎ型不純物としてシリコン（Ｓｉ）がドープされたＧａＮ層で形成され、厚さは、例えば、約２０００ｎｍ程度以下である。

（ｎ型クラッド層）
ｎ型クラッド層１４は、例えばｎ型不純物としてＳｉがドープされたＡｌ_wＧａ_1-wＮ層（０≦ｗ≦１）で形成される。Ａｌの組成比ｗは、約０．０５程度であり、厚さは、例えば、約１３００ｎｍ程度である。なお、ｎ型クラッド層１４は超格子構造を備えていてもよい。

（ｎ型ＧａＮ系ガイド層）
ｎ型ＧａＮ系ガイド層１６は、例えばｎ型不純物としてＳｉがドープされたＧａＮ層で形成され、厚さＬ０は、例えば、約６０ｎｍ程度である。

（活性層）
活性層１８は、バリア層として、Ｉｎ_zＧａ_1-zＮ層（０≦ｚ＜１）、ウェル層としてＩｎ_uＧａ_1-uＮ層（０≦ｚ＜ｕ≦１）を有するＭＱＷ構造からなる。バリア層を形成するＩｎ_zＧａ_1-zＮ層（０≦ｚ＜１）のＩｎの組成比ｚは、例えば約０．０１程度であり、厚さは、例えば約約７〜１８ｎｍ程度、望ましくは、約１６．５ｎｍ程度である。、一方ウェル層を形成するＩｎ_uＧａ_1-uＮ層（０≦ｚ＜ｕ≦１）のＩｎの組成比ｕは、例えば約０．０７程度であり、厚さは、例えば約約２〜３ｎｍ程度、望ましくは、約２．８ｎｍ程度である。ｐ型活性層１８を構成するＭＱＷ構造のペア数は３以下であることがキャリアの閉じ込め効果を高める上では有効である。ｐ型不純物としては、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）がドープされている。

（ｐ型ＧａＮ系ガイド層）
ｐ型ＧａＮ系ガイド層２２は、例えばｐ型不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）がドープされたＧａＮ層で形成され、厚さＬ１は、例えば、約３０ｎｍ〜９０ｎｍ程度である。なお、ｐ型ＧａＮ系ガイド層２２は、光ガイド層としての効果を備えていれば良く、ｐ型ＧａＮ層の代わりに、例えば、アンドープのＩｎ_βＧａ_1-βＮ層（０≦β＜１）として形成しても良い。この場合、Ｉｎの組成比βは、例えば約０．０２程度であり、同様に、厚さＬ１は、例えば、約３０ｎｍ〜９０ｎｍ程度である。なお、通常、ｐ型ＧａＮ系ガイド層２２の厚さＬ１とｎ型ＧａＮ系ガイド層１６の厚さＬ０は、等しい。このように設定することによって、出力端面から出力されるレーザ光のファーフィールドパターン（ＦＦＰ：Far-field Pattern）を良好にすることができる。

（電子ブロック層）
電子ブロック層２５は、例えばｐ型不純物としてＭｇがドープされたＡｌ_vＧａ_1-vＮ層(０＜ｖ≦１)により形成することができる。厚さＬ３は、例えば、約３ｎｍ〜２０ｎｍ程度であり、望ましくは、約７ｎｍ〜１０ｎｍ程度である。Ａｌの組成比ｖは、一定値、例えば約０．２程度である。

（応力緩和層）
応力緩和層２７は、例えば、ｐ型不純物としてＭｇがドープされたＩｎ_vＧａ_1-vＮ層（０≦ｖ≦１）により形成することができる。厚さＬ２は、例えば、約３０ｎｍ〜５０ｎｍ程度である。望ましいＩｎの組成比ｖは、例えば約０．０２程度である。なお、応力緩和層２７は、ｖ＝０の場合に相当するｐ型ＧａＮ層であってもよい。

なお、後述するように、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ２０は、応力緩和層２７の厚さＬ２を変化させても、ｎ型ＧａＮ系ガイド層１６の厚さＬ０とｐ型ＧａＮ系ガイド層２２の厚さＬ１が等しく、９０ｎｍと充分に厚いときには、出力端面から出力されるレーザ光のＦＦＰの垂直広がり角θvの半値幅に変化は生じていない。このことから、応力緩和層２７は、ｐ型ＧａＮ系ガイド層２２の一部ではないことが確認されている。

本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ２０においては、電子ブロック層２５とｐ型ＧａＮ系ガイド層２２との間の界面Ｔ１に発生するＧａＡｌＮ／ＧａＮの格子定数不整合に伴う応力を、応力緩和層２７を形成することによって、ｐ型ＧａＮ系ガイド層２２と応力緩和層２７の両側に分散することができる。しかも、電子ブロック層２５と応力緩和層２７の存在によって、ＦＦＰが影響を受けることもないため、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ２０は、しきい電流を低下させ、かつ信頼性の低下を抑制できる。

（ｐ型クラッド層）
ｐ型クラッド層２６は、例えば、ｐ型不純物としてＭｇがドープされ、バリア層としてＡｌ_wＧａ_1-wＮ層（０≦ｗ≦１）、ウェル層としてＧａＮ層を有するＭＱＷ構造からなる。バリア層を形成するＡｌ_wＧａ_1-wＮ層（０≦ｗ≦１）のＡｌの組成比ｗは、例えば約０．１程度である。ｐ型クラッド層２６を構成するＭＱＷ構造のペア数は例えば、約９０程度であることが結晶性の向上の点で望ましい。

（ｐ型ＧａＮ系コンタクト層）
ｐ型ＧａＮ系コンタクト層２８は、例えば、ｐ型不純物としてＭｇがドープされたＧａＮ層で形成され、厚さは、例えば、約６０ｎｍ程度である。

絶縁膜２４は、例えば、ＺｒＯ₂で形成され、厚さは、例えば約２００ｎｍ程度である。

絶縁膜２４としては、他には、Ａｌ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、Ｎｂ₂Ｏ₅、ＡｌＮ、ＳｉＮ、ＡｌＯＮ、ＳｉＯＮ、ＡｌＮ_α(０＜α＜１)若しくはこれらの積層膜などを適用することができる。

（電極構造）
また、ｐ側オーミック電極３０は、例えば、Ｐｄ／Ａｕで形成される。Ｐｄ／Ａｕの厚さは、例えば約１０ｎｍ／５０ｎｍ程度である。

また、ｐ側電極３２は、例えば、Ｔｉ／Ａｕで形成される。Ｔｉ／Ａｕの厚さは、例えば約５０ｎｍ／５００ｎｍ程度である。

また、ｎ側電極４０は、例えば、Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕ若しくはＡｌ／Ｔｉ／Ａｕなどで形成される。Ａｌ／Ｐｔ（Ｔｉ）／Ａｕの厚さは、例えば、約１００ｎｍ／１０ｎｍ／２００ｎｍ程度である。

本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ２０は、電子ブロック層２５とｐ型ＧａＮ系ガイド層２２との間の界面Ｔ１に発生するＧａＡｌＮ／ＧａＮの格子定数不整合に伴う応力を応力緩和層２７を形成することによって、ｐ型ＧａＮ系ガイド層２２と応力緩和層２７の両側に分散することができる。しかも、電子ブロック層２５と応力緩和層２７の存在によって、ＦＦＰが影響を受けることも少ないため、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ２０は、しきい電流を低下させ、かつ信頼性の低下を抑制できる。

(第１の実施の形態の変形例１)
本発明の第１の実施の形態の変形例１に係る窒化物半導体レーザのエネルギーバンド構造は、図３に示すように、電子ブロック層２５ａが、三角形状のエネルギーポテンシャル構造を有する。その他の構造は第１の実施の形態と同様であるため、重複部分の構造に関係する説明は省略する。

（電子ブロック層）
図３において、電子ブロック層２５ａは、例えばｐ型不純物としてＭｇがドープされたＡｌ_yＧａ_1-yＮ層(０＜y≦１)により形成することができる。厚さＬ３は、例えば、約３ｎｍ〜２０ｎｍ程度であり、望ましくは、約７ｎｍ〜１０ｎｍ程度である。Ａｌ組成比ｙは、ｐ型ＧａＮ系ガイド層２２に接する界面Ｔ１から応力緩和層２７に接する界面Ｔ２に移行するにしたがって、連続的に変化させている。Ａｌ組成の組成傾斜は、例えば、約１.６４（％／ｎｍ）程度である。電子ブロック層２５の厚さを、例えば約１４ｎｍとすると、Ａｌ組成の変化は、０％から約２３％まで、略直線的に上昇する。Ａｌ組成を形成するトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）などの原料供給ガスをキャリアガスに対して線形に変化させることによって、このようなＡｌ組成の組成傾斜を形成することができる。

本実施の形態の変形例１に係る窒化物半導体レーザ２０は、電子ブロック層２５ａとｐ型ＧａＮ系ガイド層２２との間の界面Ｔ１に発生するＧａＡｌＮ／ＧａＮの格子定数不整合に伴う応力を、電子ブロック層２５ａのＡｌ組成比ｙを連続的に変化させ、しかも応力緩和層２７を形成することによって、電子ブロック層２５ａの内部およびｐ型ＧａＮ系ガイド層２２と応力緩和層２７の両側に分散することができる。しかも、電子ブロック層２５と応力緩和層２７の存在によって、ＦＦＰが影響を受けることも少ないため、本実施の形態の変形例１に係る窒化物半導体レーザ２０は、しきい電流を低下させ、かつ信頼性の低下を抑制できる。

(第１の実施の形態の変形例２)
本発明の第１の実施の形態の変形例２係る窒化物半導体レーザのエネルギーバンド構造は、図４示すように、電子ブロック層２５ａが、三角形状のエネルギーポテンシャル構造を備え、かつ図３に示した変形例１においてＬ２＝０、すなわち応力緩和層２７を省略した構造を有する。その他の構造は第１の実施の形態と同様であるため、重複部分の構造に関係する説明は省略する。

（電子ブロック層）
図４おいて、電子ブロック層２５ａは、例えばｐ型不純物としてＭｇがドープされたＡｌ_yＧａ_1-yＮ層(０＜ｙ≦１)により形成することができる。厚さＬ３は、例えば、約３ｎｍ〜２０ｎｍ程度であり、望ましくは、約７ｎｍ〜１０ｎｍ程度である。Ａｌ組成比ｙは、ｐ型ＧａＮ系ガイド層２２に接する界面Ｔ１からｐ型クラッド層２６に接する界面Ｔ２に移行するにしたがって、連続的に変化させている。Ａｌ組成の組成傾斜は、例えば、約１.６４（％／ｎｍ）程度である。電子ブロック層２５の厚さを、例えば約１４ｎｍとすると、Ａｌ組成の変化は、０％から約２３％まで、略直線的に上昇する。

このように、Ａｌ組成比ｙを、ｐ型ＧａＮ系ガイド層２２に接する界面Ｔ１からｐ型クラッド層２６に接する界面Ｔ２に移行するにしたがって、連続的に変化させることによっても、電子ブロック層２５ａ内のＡｌ組成比ｙの連続的な変化によって、応力緩和効果を生ずることができる。

本実施の形態の変形例２に係る窒化物半導体レーザ２０は、電子ブロック層２５ａとｐ型ＧａＮ系ガイド層２２との間の界面Ｔ１に発生するＧａＡｌＮ／ＧａＮの格子定数不整合に伴う応力を、電子ブロック層２５ａのＡｌ組成比ｙを連続的に変化させることによって、電子ブロック層２５ａの内部に吸収することができる。しかも、電子ブロック層２５の存在によって、ＦＦＰが影響を受けることも少ないため、本実施の形態の変形例２に係る窒化物半導体レーザ２０は、しきい電流を低下させ、かつ信頼性の低下を抑制できる。

（電子ブロック層２５ａのエネルギーポテンシャル分布）
本実施の形態の変形例１若しくは２に係る窒化物半導体レーザ２０に適用可能な電子ブロック層２５ａのエネルギーポテンシャル分布は、図５に示すように、幅Ｌ３を有する電子ブロック層２５ａとｐ型ＧａＮ系ガイド層２２との間の界面Ｔ１のエネルギーレベルＥ１から電子ブロック層２５ａと応力緩和層２７あるいはｐ型クラッド層２６に接する界面Ｔ２のエネルギーレベルＥ２まで、ラインＴに示すように、略直線的に上昇する例、ラインＵに示すように、指数関数的に上昇する例、或いは、ラインＰに示すように、放物線的に上昇する例などがある。なお、これに限定されるものではない。

（エージング時間）
本発明の第１の実施の形態およびその変形例１に係る窒化物半導体レーザの動作電流とエージング時間との関係は、図６に示すように表される。図６において、一点鎖線で示される従来例は、図１０乃至図１１に示した従来構造に相当し、実線で示される応力緩和層とは、図１乃至図２に示した本実施の形態の構造に相当する。応力緩和層２７の膜厚は、約１０ｎｍの例であり、その他の構造は従来構造と同一である。

破線で示される応力緩和層＋Ａｌ組成傾斜とは、図３に示した本実施の形態の変形例１の構造に相当する。Ａｌ組成の組成傾斜は、約１.６４（％／ｎｍ）程度である。電子ブロック層２５の厚さを、約１４ｎｍとし、Ａｌ組成の変化は、０％から約２３％まで、略直線的に上昇している。図６から明らかなように、破線で示される応力緩和層＋Ａｌ組成傾斜を有する本実施の形態の変形例１の構造に相当する場合が最もエージング効果が優れている。

（ＦＦＰ）
本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ２０のＦＦＰの垂直広がり角θvの半値幅と応力緩和層２７の厚さＬ２の関係は、図７に示すように表され、水平広がり角θhの半値幅と応力緩和層２７の厚さＬ２の関係は、図８に示すように表される。

図７および図８において、ｎ型ＧａＮ系ガイド層１６の厚さＬ０とｐ型ＧａＮ系ガイド層２２の厚さＬ１は等しく、それぞれ３０ｎｍ、６０ｎｍ、および９０ｎｍと変化させた例について示されている。

図７に示すように、Ｌ０＝Ｌ１＝９０ｎｍと充分に厚いときには、電子ブロック層２５とｐ型クラッド層２６間に挿入する応力緩和層２７の厚さＬ２を６０ｎｍまで厚くしても、ＦＦＰの垂直広がり角θvの半値幅は、２５．６〜２５．７度程度であり、殆ど変化していない。

一方、Ｌ０＝Ｌ１＝３０ｎｍと薄いときには、応力緩和層２７の厚さＬ２が６０ｎｍまで厚くなると、ＦＦＰの垂直広がり角θvの半値幅は、１３．５〜１７．０度まで広くなる。またｎ型ＧａＮ系ガイド層１６の厚さＬ０とｐ型ＧａＮ系ガイド層２２の厚さＬ１が薄くなると、ｎ型クラッド層１４およびｐ型クラッド層２６への光の染み出しが大きくなるため、ニアフィールドパターン（ＮＦＰ：Near-field Pattern）が大きく、ＦＦＰが小さくなる。

以上より、応力緩和層２７が光ガイド層として機能しているならば、応力緩和層２７の厚さＬ２の増加に伴い、ＦＦＰの垂直広がり角θvの半値幅は大きくなるはずであるが、図７の結果より明らかなように、殆ど変化していないことから、Ｌ０＝Ｌ１＝９０ｎｍと充分厚いときには、応力緩和層２７は、実質的にｐ型ＧａＮ系ガイド層２２として機能していない。

（しきい値電流）
本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ２０のしきい値電流Ｉｔｈと応力緩和層２７の厚さＬ２の関係は、図９に示すように表される。

Ｌ０＝Ｌ１＝９０ｎｍの場合には、応力緩和層２７の厚さＬ２の変化に対して、しきい電流Ｉｔｈが、略一定であることから、垂直方向の光閉じ込め効果が略一定であることがわかる。一方、Ｌ０＝Ｌ１＝３０ｎｍの場合には、応力緩和層２７の厚さＬ２の増加につれて、しきい電流Ｉｔｈが、低下していることから、応力緩和層２７の厚さＬ２の増加につれて垂直方向のコア層（活性層１８＋実質的なガイド層）への光閉じ込め係数が高くなることがわかる。

Ｌ０＝Ｌ１＝９０ｎｍと厚い場合、光はコア層にある程度集まってきているため、応力緩和層２７のように本来ガイド層として機能する層の膜厚変化に対しても、しきい電流Ｉｔｈが、略一定である。また、応力緩和層２７は電子ブロック層２５という非常に屈折率の小さい（＝Ａｌ組成比の高い）層の外側に位置するため、電子ブロック層２５ですでに光がある程度閉じ込められ、応力緩和層２７内の光強度がそもそも低いことからも、しきい電流Ｉｔｈが略一定となる。

本実施の形態に係る窒化物半導体レーザによれば、電子ブロック層の影響で発生した応力を緩和し、電子ブロック層により光分布に影響を与えず、しきい電流を低下させ、かつ信頼性の低下を抑制することができる。

[その他の実施の形態]
上記のように、本発明は第１の実施の形態およびその変形例１および２によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明の第１の実施の形態に係る窒化物半導体レーザの模式的鳥瞰図。図１に示す窒化物半導体レーザに対応するエネルギーバンド構造図。本発明の第１の実施の形態の変形例１に係る窒化物半導体レーザのエネルギーバンド構造図。本発明の第１の実施の形態の変形例２に係る窒化物半導体レーザのエネルギーバンド構造図。本発明の第１の実施の形態に係る窒化物半導体レーザに適用可能な電子ブロック層のエネルギーポテンシャル分布の例。本発明の第１の実施の形態に係る窒化物半導体レーザの動作電流とエージング時間との関係。本発明の第１の実施の形態に係る窒化物半導体レーザのＦＦＰの水平広がり角θ_‖の半値幅と応力緩和層の厚さＬ２の関係。本発明の第１の実施の形態に係る窒化物半導体レーザのＦＦＰの垂直広がり角θ_⊥の半値幅と応力緩和層の厚さＬ２の関係。本発明の第１の実施の形態に係る窒化物半導体レーザのしきい値電流Ｉｔｈと応力緩和層の厚さＬ２の関係。従来例に係る窒化物半導体レーザの模式的鳥瞰図。図１０に示す窒化物半導体レーザに対応するエネルギーバンド構造図。

符号の説明

１０…ＧａＮ系半導体基板
１２…ｎ型ＧａＮ系バッファ層
１４…ｎ型クラッド層
１６…ｎ型ＧａＮ系ガイド層
１８…活性層
２０…窒化物半導体レーザ
２２…ｐ型ＧａＮ系ガイド層
２４…絶縁膜
２５,２５ａ…電子ブロック層
２６…ｐ型クラッド層
２７…応力緩和層
２８…ｐ型ＧａＮ系コンタクト層
３０…ｐ側オーミック電極
３２…ｐ側電極
４０…ｎ側電極
８０…レーザストライプ

Claims

ｎ型クラッド層と、
前記ｎ型クラッド層上に配置されたｎ型ＧａＮ系ガイド層と、
前記ｎ型ＧａＮ系ガイド層上に配置された活性層と、
前記活性層上に配置されたｐ型ＧａＮ系ガイド層と、
前記ｐ型ＧａＮ系ガイド層上に配置された電子ブロック層と、
前記電子ブロック層上に配置された応力緩和層と、
前記応力緩和層上に配置されたｐ型クラッド層と
を備えることを特徴とする窒化物半導体レーザ。
前記応力緩和層は、Ｉｎ_xＧａ_1-xＮ層（０≦ｘ≦１）からなることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体レーザ。
前記電子ブロック層は、Ａｌ_yＧａ_1-yＮ層(０＜ｙ≦１)からなることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体レーザ。
前記電子ブロック層のＡｌ組成比ｙは、前記ｐ型ＧａＮ系ガイド層に接する界面から前記応力緩和層に接する界面に移行するにしたがって、連続的に変化することを特徴とする請求項３に記載の窒化物半導体レーザ。