JP2010034221A - Edge-emitting semiconductor laser and manufacturing method thereof - Google Patents

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JP2010034221A JP2008193608A JP2008193608A JP2010034221A JP 2010034221 A JP2010034221 A JP 2010034221A JP 2008193608 A JP2008193608 A JP 2008193608A JP 2008193608 A JP2008193608 A JP 2008193608A JP 2010034221 A JP2010034221 A JP 2010034221A
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Masaru Kuramoto
大 倉本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an edge-emitting semiconductor laser and its manufacturing method, of which RIN characteristics are reduced. <P>SOLUTION: An edge-emitting semiconductor laser is provided with a periodic structure layer 13 between an active layer 16 and an n-side electrode 32. The periodic structure layer 13 has a periodic structure of an AlInN layer and a GaN layer, and the thickness of one layer is λ/4n (λ is wavelength and n is refractive index). The spontaneous emission from the active layer 16 to a substrate 11 side is reflected by the periodic structure layer 13 to return to the active layer 16, resulting in a decrease in RIN characteristic. By modulating a superlattice structure of a p-type superlattice clad layer, such function as a reflective layer similar to the periodic structure layer 13 is provided. The periodic structure layer 13 may be a periodic structure of the AlGaN layer and the GaN layer so that the relationship of t≤0.000422*X<SP>-2.821</SP>is met, where X is an average aluminum composition ratio of the periodic structure layer 13 and t is a total thickness. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、大容量光ディスク用の光源などに好適な端面発光型半導体レーザおよびその製造方法に関する。   The present invention relates to an edge-emitting semiconductor laser suitable for a light source for a large-capacity optical disk and a manufacturing method thereof.

近年、窒化物系化合物半導体を用いた青紫色半導体レーザは、大容量光ディスク用の光源として広く使われており、より高出力で信頼性の高い素子の開発が進められている。図８は、従来の青紫色半導体レーザの一例を表したものである。この半導体レーザは、例えば、ＧａＮよりなる基板１１１の一面側に、バッファ層１１２を介して、ｎ型クラッド層１１４，ｎ型ガイド層１１５，活性層１１６，第１中間層１１７，第２中間層１１８，電子障壁層１１９，ｐ型超格子クラッド層１２０およびｐ側コンタクト層（図示せず）がこの順に積層された構成を有している。   In recent years, blue-violet semiconductor lasers using nitride-based compound semiconductors have been widely used as light sources for large-capacity optical disks, and development of devices with higher output and higher reliability has been underway. FIG. 8 shows an example of a conventional blue-violet semiconductor laser. In this semiconductor laser, for example, an n-type cladding layer 114, an n-type guide layer 115, an active layer 116, a first intermediate layer 117, and a second intermediate layer are disposed on one surface side of a substrate 111 made of GaN via a buffer layer 112. 118, an electron barrier layer 119, a p-type superlattice cladding layer 120, and a p-side contact layer (not shown) are stacked in this order.

バッファ層１１２は、例えば、ｎ型ＧａＮにより構成されている。ｎ型クラッド層１１４は、例えば、ｎ型ＡｌＧａＮにより構成されている。ｎ型ガイド層１１５は、例えば、ｎ型ＧａＮにより構成されている。   The buffer layer 112 is made of, for example, n-type GaN. The n-type cladding layer 114 is made of, for example, n-type AlGaN. The n-type guide layer 115 is made of, for example, n-type GaN.

活性層１１６は、例えば、組成の異なるＧａx Ｉｎ1-x Ｎ（但し、ｘ≧０）によりそれぞれ形成された井戸層と障壁層との２重の量子井戸構造を有している。 The active layer 116 has, for example, a double quantum well structure including a well layer and a barrier layer formed of Ga x In 1-x N (where x ≧ 0) having different compositions.

第１中間層１１７および第２中間層１１８は、半導体レーザの特性温度改善のために導入されたものであり、例えば、第１中間層１１７はＧａＩｎＮ、第２中間層１１８はＡｌＧａＮによりそれぞれ構成されている。電子障壁層１１９は、例えば、ｐ型ＡｌＧａＮにより構成されている。ｐ型超格子クラッド層１２０は、例えば、ｐ型ＡｌＧａＮ層およびｐ型ＧａＮ層の超格子構造を有している。ｐ側コンタクト層（図示せず）は、例えば、ｐ型ＧａＮにより構成されている。   The first intermediate layer 117 and the second intermediate layer 118 are introduced for improving the characteristic temperature of the semiconductor laser. For example, the first intermediate layer 117 is made of GaInN, and the second intermediate layer 118 is made of AlGaN. ing. The electron barrier layer 119 is made of, for example, p-type AlGaN. The p-type superlattice cladding layer 120 has, for example, a superlattice structure of a p-type AlGaN layer and a p-type GaN layer. The p-side contact layer (not shown) is made of, for example, p-type GaN.

ｐ側コンタクト層の上には、ＳｉＯ2 層１２２ＡおよびＳｉ層１２２Ｂの積層構造を有する埋め込み層１２２を間にして、ｐ側電極１３１が形成されている。一方、基板１１１の裏面には、ｎ側電極１３２が形成されている。 A p-side electrode 131 is formed on the p-side contact layer with a buried layer 122 having a laminated structure of an SiO 2 layer 122A and an Si layer 122B interposed therebetween. On the other hand, an n-side electrode 132 is formed on the back surface of the substrate 111.

また、このような従来の青紫色半導体レーザでは、高出力化のため、共振器長を８００μｍと長くして放熱性を確保するようにしている。
特開２０００−２９９５２７号公報 Further, in such a conventional blue-violet semiconductor laser, the resonator length is increased to 800 μm to ensure heat dissipation for high output.
JP 2000-299527 A

しかしながら、高出力化のために共振器長を長くした場合、図９に示したように、ノイズ（相対雑音強度：ＲＩＮ）特性が悪くなってしまうという問題があった。一般に、ＲＩＮ特性は、光出力が大きくなるほど低くなるので、ＲＩＮ特性が悪化すると再生用パワーを上げる必要が生じ、消費電流の増大、信頼性の低下を招いていた。なお、図９は、図８に示した従来の青紫色半導体レーザについて、動作電流Ｉｏｐを２ｍＡ、光出力を４ｍＷとし、４００ＭＨｚにおけるＲＩＮ特性（ｄＢ／Ｈｚ）（自然放出光含む）を調べた結果を表したものである。   However, when the resonator length is increased for higher output, there is a problem that the noise (relative noise intensity: RIN) characteristic is deteriorated as shown in FIG. In general, the RIN characteristic becomes lower as the optical output becomes larger. Therefore, when the RIN characteristic deteriorates, it is necessary to increase the reproduction power, resulting in an increase in current consumption and a decrease in reliability. 9 shows the result of examining the RIN characteristic (dB / Hz) (including spontaneous emission light) at 400 MHz with the operating current Iop of 2 mA and the optical output of 4 mW for the conventional blue-violet semiconductor laser shown in FIG. It represents.

なお、ちなみに、特許文献１では、ＧａＡｓ基板上の９８０ｎｍ帯のレーザに関して、活性層と基板との間に、活性層からの自然放出光を反射させる反射領域を設けることが記載されている。この反射領域は、自然放出光が基板中を導波されることを抑え、波長安定性を確保するためのものである。   Incidentally, Patent Document 1 describes providing a reflective region for reflecting spontaneously emitted light from the active layer between the active layer and the substrate with respect to the 980 nm band laser on the GaAs substrate. This reflection region is for preventing spontaneous emission light from being guided through the substrate and ensuring wavelength stability.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、ＲＩＮ特性を低くすることができる端面発光型半導体レーザおよびその製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide an edge-emitting semiconductor laser capable of reducing the RIN characteristics and a method for manufacturing the same.

本発明による端面発光型半導体レーザは、以下の（Ａ）〜（Ｅ）の構成要件を備えたものである。
（Ａ）ＧａＮよりなる基板
（Ｂ）基板の一面側に設けられ、３Ｂ族元素のうちの少なくともインジウム（Ｉｎ）およびガリウム（Ｇａ）と５Ｂ族元素のうちの少なくとも窒素（Ｎ）とを含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる活性層
（Ｃ）基板の他面に設けられたｎ側電極
（Ｄ）基板および活性層を間にしてｎ側電極に対向配置されたｐ側電極
（Ｅ）活性層とｎ側電極との間および活性層とｐ側電極との間の少なくとも一方に設けられ、アルミニウム（Ａｌ）と、インジウム（Ｉｎ）またはガリウム（Ｇａ）と、窒素（Ｎ）とを含む層と、インジウム（Ｉｎ）およびガリウム（Ｇａ）の少なくとも一方と、窒素（Ｎ）とを含む層との周期構造を有し、一層の厚さがλ／４ｎ（λは波長、ｎは屈折率をそれぞれ表す。）である周期構造層 The edge-emitting semiconductor laser according to the present invention has the following structural requirements (A) to (E).
(A) Substrate made of GaN (B) Nitride which is provided on one surface side of the substrate and contains at least indium (In) and gallium (Ga) of 3B group elements and at least nitrogen (N) of 5B group elements An n-side electrode (D) substrate provided on the other surface of the active layer (C) substrate made of a physical group III-V compound semiconductor and a p-side electrode (E) disposed opposite to the n-side electrode with the active layer therebetween ) Provided between at least one of the active layer and the n-side electrode and between the active layer and the p-side electrode, and includes aluminum (Al), indium (In) or gallium (Ga), and nitrogen (N). And a layer including at least one of indium (In) and gallium (Ga), and a layer containing nitrogen (N), and the thickness of one layer is λ / 4n (where λ is a wavelength and n is a refraction) A periodic structure layer, each of which represents a rate)

本発明による第１の端面発光型半導体レーザの製造方法は、以下の（Ａ）〜（Ｇ）の工程を含むものである。
（Ａ）ＧａＮよりなる基板に、ｎ型ＧａＮよりなるバッファ層を形成する工程
（Ｂ）バッファ層の上に、アルミニウム（Ａｌ）と、インジウム（Ｉｎ）またはガリウム（Ｇａ）と、窒素（Ｎ）とを含む層と、インジウム（Ｉｎ）およびガリウム（Ｇａ）の少なくとも一方と、窒素（Ｎ）とを含む層との周期構造を有し、一層の厚さがλ／４ｎ（λは波長、ｎは屈折率をそれぞれ表す。）である周期構造層を、バッファ層よりも低い温度で形成する工程
（Ｃ）周期構造層の上に、ＡｌＧａＮよりなるｎ型クラッド層を、周期構造層よりも高い温度で形成する工程
（Ｄ）ｎ型クラッド層の上に、３Ｂ族元素のうちの少なくともインジウム（Ｉｎ）およびガリウム（Ｇａ）と５Ｂ族元素のうちの少なくとも窒素（Ｎ）とを含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる活性層を形成する工程
（Ｅ）活性層の上に、アルミニウム（Ａｌ）と、インジウム（Ｉｎ）またはガリウム（Ｇａ）と、窒素（Ｎ）とを含む層と、インジウム（Ｉｎ）およびガリウム（Ｇａ）の少なくとも一方と、窒素（Ｎ）とを含む層との超格子構造を有するｐ型超格子クラッド層を形成する工程
（Ｆ）ｐ型超格子クラッド層の上にｐ側電極を設ける工程
（Ｇ）基板の他面にｎ側電極を設ける工程 The first edge-emitting semiconductor laser manufacturing method according to the present invention includes the following steps (A) to (G).
(A) Step of forming a buffer layer made of n-type GaN on a substrate made of GaN (B) On the buffer layer, aluminum (Al), indium (In) or gallium (Ga), and nitrogen (N) , A layer including at least one of indium (In) and gallium (Ga), and a layer containing nitrogen (N), and the thickness of one layer is λ / 4n (λ is a wavelength, n (C represents a refractive index) Step of forming a periodic structure layer at a lower temperature than the buffer layer (C) On the periodic structure layer, an n-type cladding layer made of AlGaN is higher than the periodic structure layer Forming at a temperature (D) a nitride system comprising at least indium (In) and gallium (Ga) of 3B group elements and at least nitrogen (N) of 5B group elements on the n-type cladding layer III-V grouping Step of forming active layer made of compound semiconductor (E) On the active layer, a layer containing aluminum (Al), indium (In) or gallium (Ga), and nitrogen (N), and indium (In ) And a step of forming a p-type superlattice clad layer having a superlattice structure of a layer containing at least one of gallium (Ga) and nitrogen (N) (F) on the p-type superlattice clad layer Step of providing an electrode (G) Step of providing an n-side electrode on the other surface of the substrate

本発明による第２の端面発光型半導体レーザの製造方法は、以下の（Ａ）〜（Ｇ）の工程を含むものである。
（Ａ）ＧａＮよりなる基板に、ｎ型ＧａＮよりなるバッファ層を形成する工程
（Ｂ）バッファ層の上に、アルミニウム（Ａｌ）と、インジウム（Ｉｎ）またはガリウム（Ｇａ）と、窒素（Ｎ）とを含む層と、インジウム（Ｉｎ）およびガリウム（Ｇａ）の少なくとも一方と、窒素（Ｎ）とを含む層との周期構造を有し、一層の厚さがλ／４ｎ（λは波長、ｎは屈折率をそれぞれ表す。）である周期構造層を、窒素の原料ガスとしてＮ2 キャリアガスを用いて形成する工程
（Ｃ）周期構造層の上に、ＡｌＧａＮよりなるｎ型クラッド層を形成する工程
（Ｄ）ｎ型クラッド層の上に、３Ｂ族元素のうちの少なくともインジウム（Ｉｎ）およびガリウム（Ｇａ）と５Ｂ族元素のうちの少なくとも窒素（Ｎ）とを含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる活性層を形成する工程
（Ｅ）活性層の上に、アルミニウム（Ａｌ）と、インジウム（Ｉｎ）またはガリウム（Ｇａ）と、窒素（Ｎ）とを含む層と、インジウム（Ｉｎ）およびガリウム（Ｇａ）の少なくとも一方と、窒素（Ｎ）とを含む層との超格子構造を有するｐ型超格子クラッド層を形成する工程
（Ｆ）ｐ型超格子クラッド層の上にｐ側電極を設ける工程
（Ｇ）基板の他面にｎ側電極を設ける工程 The second edge-emitting semiconductor laser manufacturing method according to the present invention includes the following steps (A) to (G).
(A) Step of forming a buffer layer made of n-type GaN on a substrate made of GaN (B) On the buffer layer, aluminum (Al), indium (In) or gallium (Ga), and nitrogen (N) , A layer including at least one of indium (In) and gallium (Ga), and a layer containing nitrogen (N), and the thickness of one layer is λ / 4n (λ is a wavelength, n (Representing refractive index respectively)) Step (C) of forming periodic structure layer using N 2 carrier gas as nitrogen source gas An n-type cladding layer made of AlGaN is formed on the periodic structure layer Step (D) A nitride III-V group containing at least indium (In) and gallium (Ga) among group 3B elements and at least nitrogen (N) among group 5B elements on the n-type cladding layer. Compound semiconductor A step of forming an active layer (E) on the active layer, a layer containing aluminum (Al), indium (In) or gallium (Ga), and nitrogen (N), indium (In) and gallium (P) forming a p-type superlattice cladding layer having a superlattice structure of at least one of (Ga) and a layer containing nitrogen (N) (F) providing a p-side electrode on the p-type superlattice cladding layer Step (G) Step of providing an n-side electrode on the other surface of the substrate

本発明の端面発光型半導体レーザでは、活性層とｎ側電極との間および活性層とｐ側電極との間の少なくとも一方に、アルミニウム（Ａｌ）と、インジウム（Ｉｎ）またはガリウム（Ｇａ）と、窒素（Ｎ）とを含む層と、インジウム（Ｉｎ）およびガリウム（Ｇａ）の少なくとも一方と、窒素（Ｎ）とを含む層との周期構造を有し、一層の厚さがλ／４ｎ（λは波長、ｎは屈折率をそれぞれ表す。）である周期構造層が設けられているので、活性層から基板側へ放出された自然放出光が、周期構造層により反射されて活性層へと戻され、これによりＲＩＮ特性が低くなる。   In the edge-emitting semiconductor laser of the present invention, aluminum (Al) and indium (In) or gallium (Ga) are provided between at least one of the active layer and the n-side electrode and between the active layer and the p-side electrode. , A layer containing nitrogen (N), a layer structure containing at least one of indium (In) and gallium (Ga), and a layer containing nitrogen (N), and the thickness of one layer is λ / 4n ( λ is a wavelength, and n is a refractive index, respectively). Therefore, spontaneously emitted light emitted from the active layer to the substrate side is reflected by the periodic structure layer to the active layer. This will reduce the RIN characteristics.

本発明の端面発光型半導体レーザによれば、活性層とｎ側電極との間および活性層とｐ側電極との間の少なくとも一方に、アルミニウム（Ａｌ）と、インジウム（Ｉｎ）またはガリウム（Ｇａ）と、窒素（Ｎ）とを含む層と、インジウム（Ｉｎ）およびガリウム（Ｇａ）の少なくとも一方と、窒素（Ｎ）とを含む層との周期構造を有し、一層の厚さがλ／４ｎ（λは波長、ｎは屈折率をそれぞれ表す。）である周期構造層を設けるようにしたので、活性層から基板側へ放出された自然放出光を、周期構造層により反射させ活性層へと戻すことができ、これによりＲＩＮ特性を低くすることが可能となる。   According to the edge-emitting semiconductor laser of the present invention, aluminum (Al) and indium (In) or gallium (Ga) are provided between at least one of the active layer and the n-side electrode and between the active layer and the p-side electrode. ), A layer containing nitrogen (N), a layer containing at least one of indium (In) and gallium (Ga), and a layer containing nitrogen (N), and the thickness of one layer is λ / Since a periodic structure layer of 4n (λ represents a wavelength and n represents a refractive index) is provided, spontaneously emitted light emitted from the active layer to the substrate side is reflected by the periodic structure layer to the active layer. Thus, the RIN characteristic can be lowered.

本発明の第１の端面発光型半導体レーザの製造方法によれば、周期構造層を、バッファ層よりも低い温度で形成したのち、ｎ型クラッド層を、周期構造層よりも高い温度で形成するようにしたので、また、本発明の第２の端面発光型半導体レーザの製造方法によれば、周期構造層を、窒素の原料ガスとしてＮ2 キャリアガスを用いて形成するようにしたので、本発明による端面発光型半導体レーザを容易に製造することができる。 According to the first edge-emitting semiconductor laser manufacturing method of the present invention, the periodic structure layer is formed at a temperature lower than that of the buffer layer, and then the n-type cladding layer is formed at a temperature higher than that of the periodic structure layer. Also, according to the second edge-emitting semiconductor laser manufacturing method of the present invention, the periodic structure layer is formed using N 2 carrier gas as the nitrogen source gas. The edge-emitting semiconductor laser according to the invention can be easily manufactured.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る端面発光型半導体レーザの縦断面構造を表すものである。この端面発光型半導体レーザは、例えば、パーソナルコンピュータや家庭用ゲーム機などのＢＤ再生または記録再生用レーザとして用いられる、例えば４００ｎｍ前後・青紫半導体レーザであり、例えば、ＧａＮよりなる基板１１の一面側に、バッファ層１２を介して、周期構造層１３，ｎ型クラッド層１４，ｎ型ガイド層１５，活性層１６，第１中間層１７，第２中間層１８，電子障壁層１９，ｐ型超格子クラッド層２０およびｐ側コンタクト層（図示せず）がこの順に積層された構成を有している。 (First embodiment)
FIG. 1 shows a longitudinal sectional structure of an edge-emitting semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention. This edge-emitting semiconductor laser is, for example, a blue-violet semiconductor laser of about 400 nm, used as a BD reproduction or recording / reproduction laser for personal computers, home game machines, etc. For example, one surface side of a substrate 11 made of GaN. Furthermore, the periodic structure layer 13, the n-type cladding layer 14, the n-type guide layer 15, the active layer 16, the first intermediate layer 17, the second intermediate layer 18, the electron barrier layer 19, and the p-type super A lattice cladding layer 20 and a p-side contact layer (not shown) are stacked in this order.

基板１１は、例えば、ｎ型不純物としてシリコン（Ｓｉ）を添加したｎ型ＧａＮにより構成されている。バッファ層１２は、例えば、厚さが０．５μｍであり、ｎ型不純物としてシリコン（Ｓｉ）を添加したｎ型ＧａＮにより構成されている。   The substrate 11 is made of, for example, n-type GaN to which silicon (Si) is added as an n-type impurity. The buffer layer 12 has, for example, a thickness of 0.5 μm and is made of n-type GaN to which silicon (Si) is added as an n-type impurity.

周期構造層１３は、活性層１６とｎ側電極３２との間に設けられ、活性層１６から基板１１側へ放出された自然放出光を反射させる反射層としての機能を有するものであり、例えば、ＡｌＩｎＮ層とＧａＮ層との周期構造を有し、一層の厚さがλ／４ｎ（λは波長、ｎは屈折率をそれぞれ表す。）である。これにより、この端面発光型半導体レーザでは、ＲＩＮ特性を低くすることができるようになっている。   The periodic structure layer 13 is provided between the active layer 16 and the n-side electrode 32 and has a function as a reflection layer that reflects spontaneously emitted light emitted from the active layer 16 to the substrate 11 side. , Having a periodic structure of an AlInN layer and a GaN layer, and the thickness of one layer is λ / 4n (λ represents a wavelength, and n represents a refractive index, respectively). As a result, the edge emitting semiconductor laser can reduce the RIN characteristics.

周期構造層１３のＡｌＩｎＮ層のアルミニウム組成比は、基板１１との格子整合、屈折率段差などを考慮して適切に定めることができる。周期構造層１３の具体的な構成としては、例えば、厚さ４３ｎｍのＡｌ0.83Ｉｎ0.17Ｎ層と、厚さ４０ｎｍのＧａＮ層とを交互に５周期積層した周期構造が好ましい。Ａｌ0.83Ｉｎ0.17ＮとＧａＮとは格子整合し、かつ、屈折率段差を大きくとることができ、従来に比べて大幅な反射率向上を可能とすることができるからである。より好ましくは、１０周期以上とすれば、反射率Ｒを最高６４％に上げることができ、更に好ましくは、３０周期以上とすれば、図２に示したように、反射率Ｒを最高８８％に上げることができる。これに対して、従来のｎ型クラッド層の構成材料であるＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎは、ＧａＮよりなるバッファ層１２との境界面での反射率は１％未満に過ぎなかった。なお、図２は、周期構造層１３を、厚さ４３ｎｍのＡｌ0.83Ｉｎ0.17Ｎ層と、厚さ４０ｎｍのＧａＮ層とを交互に３０周期積層した周期構造とした場合の、波長と反射率Ｒとの関係を表したものである。 The aluminum composition ratio of the AlInN layer of the periodic structure layer 13 can be appropriately determined in consideration of lattice matching with the substrate 11, a refractive index step, and the like. As a specific configuration of the periodic structure layer 13, for example, a periodic structure in which an Al 0.83 In 0.17 N layer having a thickness of 43 nm and a GaN layer having a thickness of 40 nm are alternately stacked for five periods is preferable. This is because Al 0.83 In 0.17 N and GaN are lattice-matched and can have a large difference in refractive index, enabling a significant improvement in reflectivity compared to the prior art. More preferably, if it is 10 periods or more, the reflectance R can be increased to a maximum of 64%, and more preferably, if it is 30 periods or more, the reflectance R is a maximum of 88% as shown in FIG. Can be raised. On the other hand, Al 0.05 Ga 0.95 N, which is a constituent material of the conventional n-type cladding layer, had a reflectance of less than 1% at the interface with the buffer layer 12 made of GaN. FIG. 2 shows the wavelength and reflectance R when the periodic structure layer 13 has a periodic structure in which an Al 0.83 In 0.17 N layer having a thickness of 43 nm and a GaN layer having a thickness of 40 nm are alternately stacked for 30 periods. It represents the relationship.

図１に示したｎ型クラッド層１４は、例えば、厚さが５００ｎｍであり、Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎにより構成されている。ｎ型クラッド層１４は、省略することも可能であるが、周期構造層１３とｎ型クラッド層１４との両方を設けることが好ましい。理由は以下のとおりである。Ａｌ0.83Ｉｎ0.17Ｎの屈折率は、４０５ｎｍ帯で２．３６と小さく、平均的な屈折率を考慮しても２．４４と、ＧａＮの屈折率（２．５２）と比べ３％以上小さい。このため、周期構造層１３をクラッド層として用いると、θ⊥が大きくなるおそれがある。ｎ型ガイド層１５によりある程度調整はできるが、周期構造層１３とｎ型クラッド層１４との両方を設けるほうが設計自由度を上げることができる。 The n-type cladding layer 14 shown in FIG. 1 has, for example, a thickness of 500 nm and is made of Al 0.03 Ga 0.97 N. Although the n-type cladding layer 14 can be omitted, it is preferable to provide both the periodic structure layer 13 and the n-type cladding layer 14. The reason is as follows. The refractive index of Al 0.83 In 0.17 N is as small as 2.36 in the 405 nm band, and is 2.44 even when considering the average refractive index, which is 3% or more smaller than the refractive index of GaN (2.52). For this reason, when the periodic structure layer 13 is used as the cladding layer, θ⊥ may be increased. Although adjustment can be made to some extent by the n-type guide layer 15, the degree of design freedom can be increased by providing both the periodic structure layer 13 and the n-type cladding layer.

図１に示したｎ型ガイド層１５は、例えば、厚さが０．２１μｍであり、ｎ型不純物としてシリコン（Ｓｉ）を添加したｎ型ＧａＮにより構成されている。図１に示した活性層１６は、例えば、厚さが０．０５６μｍであり、組成の異なるＧａx Ｉｎ1-x Ｎ（但し、ｘ≧０）によりそれぞれ形成された井戸層と障壁層との多重量子井戸構造を有している。図１に示した第１中間層１７は、例えば、厚さが０．００５μｍであり、不純物を添加しないアンドープＧａＩｎＮにより構成されている。図１に示した第２中間層１８は、例えば、厚さが０．０２７μｍであり、不純物を添加しないアンドープＡｌＧａＮにより構成されている。図１に示した電子障壁層１９は、例えば、厚さが０．０２μｍであり、ｐ型不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）を添加したｐ型ＡｌＧａＮ混晶により構成されている。図１に示したｐ型超格子クラッド層２０は、例えば、ｐ型不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）を添加した厚さ２．５ｎｍのｐ型ＡｌＧａＮ層と、ｐ型不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）を添加した厚さ２．５ｎｍのｐ型ＧａＮ層とを交互に積層した超格子構造を有している。なお、ｐ側コンタクト層（図示せず）は、例えば、厚さが０．１０μｍであり、ｐ型不純物としてマグネシウム（Ｍｇ）を添加したｐ型ＧａＮにより構成されている。 The n-type guide layer 15 shown in FIG. 1 has, for example, a thickness of 0.21 μm and is made of n-type GaN to which silicon (Si) is added as an n-type impurity. The active layer 16 shown in FIG. 1 has a thickness of, for example, 0.056 μm, and includes a well layer and a barrier layer formed by Ga x In 1-x N (where x ≧ 0) having different compositions. It has a multiple quantum well structure. The first intermediate layer 17 shown in FIG. 1 has, for example, a thickness of 0.005 μm and is composed of undoped GaInN not added with impurities. The second intermediate layer 18 shown in FIG. 1 has, for example, a thickness of 0.027 μm and is made of undoped AlGaN not added with impurities. The electron barrier layer 19 shown in FIG. 1 has, for example, a thickness of 0.02 μm and is composed of a p-type AlGaN mixed crystal to which magnesium (Mg) is added as a p-type impurity. In the p-type superlattice cladding layer 20 shown in FIG. 1, for example, a 2.5-nm-thick p-type AlGaN layer to which magnesium (Mg) is added as a p-type impurity and magnesium (Mg) is added as a p-type impurity. It has a superlattice structure in which p-type GaN layers having a thickness of 2.5 nm are alternately stacked. The p-side contact layer (not shown) has a thickness of, for example, 0.10 μm and is made of p-type GaN to which magnesium (Mg) is added as a p-type impurity.

ｐ型超格子クラッド層２０の一部およびｐ側コンタクト層（図示せず）は、電流狭窄のため共振器方向に延長された細い帯状の突条部（リッジ）２１とされており、活性層１６のうち突条部２１に対応する領域が発光領域（電流注入領域）となっている。ｐ型超格子クラッド層２０およびｐ側コンタクト層（図示せず）の上には、ＳｉＯ2 層２２ＡおよびＳｉ層２２Ｂの積層構造を有する埋め込み層２２を間にして、ｐ側電極３１が形成されている。ｐ側電極３１は、例えば、ｐ型超格子クラッド層２０の側からパラジウム（Ｐｄ），白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）が順次積層された構造を有しており、ｐ側コンタクト層（図示せず）を介してｐ型超格子クラッド層２０と電気的に接続されている。ｐ側電極３１は、また、電流狭窄をするように帯状に延長されており、ｐ側電極３１に対応する活性層１６の領域が発光領域となっている。一方、基板１１の裏面には、ｎ側電極３２が形成されている。ｎ側電極３２は、例えば、チタン（Ｔｉ），白金（Ｐｔ）および金（Ａｕ）が順次積層された構造を有しており、基板１１，バッファ層１２および周期構造層１３を介してｎ型クラッド層１４と電気的に接続されている。 A part of the p-type superlattice cladding layer 20 and the p-side contact layer (not shown) are formed as thin strip-shaped ridges (ridges) 21 extending in the direction of the resonator for current confinement. A region corresponding to the protrusion 21 in 16 is a light emitting region (current injection region). A p-side electrode 31 is formed on the p-type superlattice cladding layer 20 and the p-side contact layer (not shown) with a buried layer 22 having a laminated structure of SiO 2 layer 22A and Si layer 22B interposed therebetween. ing. The p-side electrode 31 has, for example, a structure in which palladium (Pd), platinum (Pt), and gold (Au) are sequentially stacked from the p-type superlattice cladding layer 20 side, and a p-side contact layer (see FIG. It is electrically connected to the p-type superlattice cladding layer 20 through a not-shown). The p-side electrode 31 is also extended in a band shape so as to confine the current, and a region of the active layer 16 corresponding to the p-side electrode 31 is a light emitting region. On the other hand, an n-side electrode 32 is formed on the back surface of the substrate 11. The n-side electrode 32 has, for example, a structure in which titanium (Ti), platinum (Pt), and gold (Au) are sequentially stacked. The n-type electrode 32 is n-type via the substrate 11, the buffer layer 12, and the periodic structure layer 13. The clad layer 14 is electrically connected.

なお、この端面発光型半導体レーザでは、例えばｐ側電極３１の長さ方向において対向する一対の側面が共振器端面となっており、この一対の共振器端面に図示しない一対の反射鏡膜がそれぞれ形成されている。これら一対の反射鏡膜のうち一方の反射鏡膜の反射率は低くなるように、他方の反射鏡膜の反射率は高くなるようにそれぞれ調整されている。これにより、活性層１６において発生した光は一対の反射鏡膜の間を往復して増幅され、一方の反射鏡膜からレーザビームとして出射するようになっている。   In this edge-emitting semiconductor laser, for example, a pair of side surfaces facing each other in the length direction of the p-side electrode 31 is a resonator end surface, and a pair of reflecting mirror films (not shown) are provided on the pair of resonator end surfaces, respectively. Is formed. Of the pair of reflecting mirror films, the reflectance of one reflecting mirror film is adjusted to be low, and the reflectance of the other reflecting mirror film is adjusted to be high. Thereby, the light generated in the active layer 16 is amplified by reciprocating between the pair of reflecting mirror films, and is emitted as a laser beam from one of the reflecting mirror films.

この端面発光型半導体レーザは、例えば、次のようにして製造することができる。   This edge-emitting semiconductor laser can be manufactured, for example, as follows.

まず、例えば、ＧａＮよりなる基板１１を用意し、この基板１１の表面に、例えばＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition ；有機金属化学気相成長）法により、上述した材料よりなるバッファ層１２を、成長温度を例えば１０５０℃として成長させる。   First, for example, a substrate 11 made of GaN is prepared, and a buffer layer 12 made of the above-described material is grown on the surface of the substrate 11 by, for example, MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method. The growth is performed at a temperature of 1050 ° C., for example.

次いで、成長温度を例えば８００℃まで下げ、同じくＭＯＣＶＤ法により、厚さ４３ｎｍのＡｌ0.83Ｉｎ0.17Ｎ層と、厚さ４０ｎｍのＧａＮ層とを交互に５周期（より好ましくは１０周期以上、更に好ましくは３０周期以上）積層し、周期構造層１３を成長させる。 Next, the growth temperature is lowered to, for example, 800 ° C., and the Al 0.83 In 0.17 N layer having a thickness of 43 nm and the GaN layer having a thickness of 40 nm are alternately alternated by 5 cycles (more preferably 10 cycles or more, still more preferably) by MOCVD. Is laminated for 30 cycles or more, and the periodic structure layer 13 is grown.

続いて、成長温度を例えば１０５０℃まで上げ、同じくＭＯＣＶＤ法により、上述した材料よりなるｎ型クラッド層１４を成長させる。ここで、周期構造層１３を、隣接するバッファ層１２およびｎ型クラッド層１４よりも低い温度で形成することにより、ＡｌＩｎＮ層のインジウム組成比を設計通りにすることができる。   Subsequently, the growth temperature is raised to, for example, 1050 ° C., and the n-type cladding layer 14 made of the above-described material is grown by the MOCVD method. Here, by forming the periodic structure layer 13 at a temperature lower than that of the adjacent buffer layer 12 and the n-type cladding layer 14, the indium composition ratio of the AlInN layer can be made as designed.

そののち、同じくＭＯＣＶＤ法により、ｎ型ガイド層１５，活性層１６，第１中間層１７，第２中間層１８，電子障壁層１９，ｐ型超格子クラッド層２０およびｐ側コンタクト層（図示せず）を順に成長させる。   Thereafter, the n-type guide layer 15, the active layer 16, the first intermediate layer 17, the second intermediate layer 18, the electron barrier layer 19, the p-type superlattice cladding layer 20 and the p-side contact layer (not shown) are also formed by MOCVD. )) In order.

なお、ＭＯＣＶＤを行う際、ガリウムの原料ガスとしては例えばトリメチルガリウム（（ＣＨ3 ）3 Ｇａ）、アルミニウムの原料ガスとしては例えばトリメチルアルミニウム（（ＣＨ3 ）3 Ａｌ）、インジウムの原料ガスとしては例えばトリメチルインジウム（（ＣＨ3 ）3 Ｉｎ）をそれぞれ用いる。また、窒素の原料ガスとしてはアンモニア（ＮＨ3 ）を用いるが、周期構造層１３を形成する工程では窒素の原料ガスとしてＮ2 キャリアガスを用いることが好ましい。ＡｌＩｎＮ層のインジウム組成比を設計通りにすることができるからである。また、ケイ素の原料ガスとしては例えばモノシラン（ＳｉＨ4 ）を用い、マグネシウムの原料ガスとしては例えばビス＝シクロペンタジエニルマグネシウム（（Ｃ5 Ｈ5 ）2 Ｍｇ）を用いる。 When performing MOCVD, for example, trimethylgallium ((CH 3 ) 3 Ga) is used as a gallium source gas, trimethylaluminum ((CH 3 ) 3 Al) is used as an aluminum source gas, and indium source gas is used as an example. Trimethylindium ((CH 3 ) 3 In) is used respectively. In addition, ammonia (NH 3 ) is used as the nitrogen source gas, but it is preferable to use an N 2 carrier gas as the nitrogen source gas in the step of forming the periodic structure layer 13. This is because the indium composition ratio of the AlInN layer can be made as designed. For example, monosilane (SiH 4 ) is used as the silicon source gas, and bis = cyclopentadienyl magnesium ((C 5 H 5 ) 2 Mg) is used as the magnesium source gas.

次いで、ｐ側コンタクト層２３上に図示しないマスクを形成し、このマスクを利用して例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching；反応性イオンエッチング）法によりｐ側コンタクト層（図示せず）およびｐ型超格子クラッド層２０の一部をエッチングして、ｐ型超格子クラッド層２０の上部およびｐ側コンタクト層（図示せず）を細い帯状の突条部２１とする。   Next, a mask (not shown) is formed on the p-side contact layer 23, and a p-side contact layer (not shown) and a p-type superlattice are formed by using this mask, for example, by RIE (Reactive Ion Etching) method. A part of the clad layer 20 is etched, and the upper part of the p-type superlattice clad layer 20 and the p-side contact layer (not shown) are formed into thin strip-shaped protrusions 21.

続いて、ｐ型超格子クラッド層２０およびｐ側コンタクト層（図示せず）の上に、上述した材料よりなる埋め込み層２２を形成し、この埋め込み層２２に、突条部２１の上面に対応して開口部を設け、ｐ側電極３１を形成する。更に、基板１１の裏面側を例えばラッピングおよびポリッシングして基板１１の厚さを例えば１００μｍ程度としたのち、基板１１の裏面にｎ側電極３２を形成する。そののち、基板１１を所定の大きさに整え、対向する一対の共振器端面に図示しない反射鏡膜を形成する。以上により、図１に示した端面発光型半導体レーザが完成する。   Subsequently, a buried layer 22 made of the above-described material is formed on the p-type superlattice cladding layer 20 and the p-side contact layer (not shown), and this buried layer 22 corresponds to the upper surface of the protrusion 21. Thus, an opening is provided, and the p-side electrode 31 is formed. Furthermore, the back surface side of the substrate 11 is lapped and polished, for example, so that the thickness of the substrate 11 is about 100 μm, for example, and then the n-side electrode 32 is formed on the back surface of the substrate 11. After that, the substrate 11 is adjusted to a predetermined size, and a reflecting mirror film (not shown) is formed on a pair of opposed resonator end faces. Thus, the edge emitting semiconductor laser shown in FIG. 1 is completed.

この端面発光型半導体レーザでは、ｎ側電極３２とｐ側電極３１との間に所定の電圧が印加されると、活性層１６に電流が注入されて、電子−正孔再結合により発光が起こる。この光は、一対の反射鏡膜により反射され、その間を往復してレーザ発振を生じ、レーザビームとして外部に射出される。ここでは、活性層１６とｎ側電極３２との間に周期構造層１３が設けられており、この周期構造層１３が、ＡｌＩｎＮ層とＧａＮ層との周期構造を有し、一層の厚さがλ／４ｎ（λは波長、ｎは屈折率をそれぞれ表す。）であるので、活性層１６から基板１１側へ放出された自然放出光が、周期構造層１３により反射されて活性層１６へと戻される。これによりＲＩＮ特性が低くなる。   In this edge-emitting semiconductor laser, when a predetermined voltage is applied between the n-side electrode 32 and the p-side electrode 31, a current is injected into the active layer 16, and light emission occurs due to electron-hole recombination. . This light is reflected by the pair of reflecting mirror films, reciprocates between them to generate laser oscillation, and is emitted to the outside as a laser beam. Here, the periodic structure layer 13 is provided between the active layer 16 and the n-side electrode 32, and this periodic structure layer 13 has a periodic structure of an AlInN layer and a GaN layer, and has a single layer thickness. Since λ / 4n (λ represents a wavelength and n represents a refractive index), spontaneously emitted light emitted from the active layer 16 to the substrate 11 side is reflected by the periodic structure layer 13 to the active layer 16. Returned. This lowers the RIN characteristic.

このように本実施の形態では、活性層１６とｎ側電極３２との間に、ＡｌＩｎＮ層とＧａＮ層との周期構造を有し、一層の厚さがλ／４ｎ（λは波長、ｎは屈折率をそれぞれ表す。）である周期構造層１３を設けるようにしたので、活性層１６から基板１１側へ放出された自然放出光を、周期構造層１３により反射させ活性層１６へと戻すことができ、これによりＲＩＮ特性を低くすることが可能となる。一般にＲＩＮ特性は、光出力が大きくなるほど低くなるので、ＲＩＮ特性を下げることにより、再生パワーを下げることが可能となる。また、再生パワーを下げることができれば、記録パワーを下げることも可能となる。従って、消費電力を低減し、より高い信頼性を得ることが可能となる。   As described above, in this embodiment, the active layer 16 and the n-side electrode 32 have a periodic structure of an AlInN layer and a GaN layer, and the thickness of one layer is λ / 4n (λ is a wavelength, n is a wavelength) The periodic structure layer 13, each of which represents a refractive index, is provided. Therefore, the spontaneous emission light emitted from the active layer 16 to the substrate 11 side is reflected by the periodic structure layer 13 and returned to the active layer 16. As a result, the RIN characteristic can be lowered. In general, the RIN characteristic becomes lower as the optical output becomes larger. Therefore, the reproduction power can be lowered by lowering the RIN characteristic. If the reproduction power can be reduced, the recording power can be reduced. Accordingly, power consumption can be reduced and higher reliability can be obtained.

なお、上記実施の形態では、周期構造層１３を、バッファ層１２とｎ型クラッド層１４との間に設けた場合について説明したが、周期構造層１３を設ける位置は、活性層１６とｎ側電極３２との間であれば特に限定されない。   In the above embodiment, the case where the periodic structure layer 13 is provided between the buffer layer 12 and the n-type cladding layer 14 has been described, but the position where the periodic structure layer 13 is provided is on the active layer 16 and the n side. If it is between the electrodes 32, it will not be specifically limited.

また、上記実施の形態では、周期構造層１３の成長温度を８００℃、隣接するバッファ層１２およびｎ型クラッド層１４の成長温度を１０５０℃とし、周期構造層１３を、隣接するバッファ層１２およびｎ型クラッド層１４よりも低い温度で形成するようにした場合について説明したが、周期構造層１３は、バッファ層１２およびｎ型クラッド層１４の少なくとも一方よりも低い温度で成長させればよい。   In the above embodiment, the growth temperature of the periodic structure layer 13 is 800 ° C., the growth temperature of the adjacent buffer layer 12 and the n-type cladding layer 14 is 1050 ° C., and the periodic structure layer 13 is changed to the adjacent buffer layer 12 and Although the case where it is formed at a temperature lower than that of the n-type cladding layer 14 has been described, the periodic structure layer 13 may be grown at a temperature lower than at least one of the buffer layer 12 and the n-type cladding layer 14.

更に、上記実施の形態では、周期構造層１３を、隣接するバッファ層１２およびｎ型クラッド層１４よりも低い温度で形成し、かつ、周期構造層１３を形成する工程では窒素の原料ガスとしてＮ2 キャリアガスを用いる場合について説明したが、更に、周期構造層１３を形成する工程において、窒素の原料ガスは変更せず、成長温度のみを変更し、隣接するバッファ層１２およびｎ型クラッド層１４よりも低い温度で形成するようにしてもよい。あるいは、周期構造層１３を形成する工程において、成長温度は変更せず、窒素の原料ガスのみを変更する、すなわち、窒素の原料ガスとしてＮ2 キャリアガスを用いるようにしてもよい。 Furthermore, in the above embodiment, the periodic structure layer 13 is formed at a temperature lower than that of the adjacent buffer layer 12 and the n-type cladding layer 14, and N is used as a nitrogen source gas in the step of forming the periodic structure layer 13. The case where two carrier gases are used has been described. Furthermore, in the step of forming the periodic structure layer 13, the nitrogen source gas is not changed, only the growth temperature is changed, and the adjacent buffer layer 12 and n-type cladding layer 14 are changed. It may be formed at a lower temperature. Alternatively, in the step of forming the periodic structure layer 13, only the nitrogen source gas may be changed without changing the growth temperature, that is, an N 2 carrier gas may be used as the nitrogen source gas.

（第２の実施の形態）
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る端面発光型半導体レーザのｐ型超格子クラッド層４０の屈折率分布の一例を表す図である。この端面発光型半導体レーザは、ｐ型超格子クラッド層４０の超格子構造を変調することにより、上記実施の形態の周期構造層１３と同様な反射層としての機能をもたせるようにしたものである。このことを除いては、本実施の形態の端面発光型半導体レーザは、上記第１の実施の形態と同様の構成を有している。よって、対応する構成要素には同一の符号を付して説明する。 (Second Embodiment)
FIG. 3 is a diagram showing an example of the refractive index distribution of the p-type superlattice cladding layer 40 of the edge emitting semiconductor laser according to the second embodiment of the present invention. This edge-emitting semiconductor laser has a function as a reflective layer similar to the periodic structure layer 13 of the above embodiment by modulating the superlattice structure of the p-type superlattice cladding layer 40. . Except for this, the edge emitting semiconductor laser of the present embodiment has the same configuration as that of the first embodiment. Accordingly, the corresponding components will be described with the same reference numerals.

ｐ型超格子クラッド層４０は、平均屈折率ｎ１の超格子構造を有する第１領域４１と、この第１領域４１と異なる平均屈折率ｎ２の超格子構造を有する第２領域４２とを交互に積層した構成を有している。第１領域４１の厚さはλ／４ｎ１（λは波長、ｎ１は第１領域４１の平均屈折率をそれぞれ表す。）であり、第２領域４２の厚さはλ／４ｎ２（λは波長、ｎ２は第２領域４２の平均屈折率をそれぞれ表す）である。これにより、本実施の形態では、ｐ型超格子クラッド層４０に、活性層１６からｐ型超格子クラッド層４０側へ放出された自然放出光を反射させる反射層としての機能をもたせ、更にＲＩＮ特性を低くすることができるようになっている。   The p-type superlattice cladding layer 40 alternately includes first regions 41 having a superlattice structure having an average refractive index n1 and second regions 42 having a superlattice structure having an average refractive index n2 different from the first region 41. It has a stacked configuration. The thickness of the first region 41 is λ / 4n1 (λ is the wavelength, n1 is the average refractive index of the first region 41), and the thickness of the second region 42 is λ / 4n2 (λ is the wavelength, n2 represents an average refractive index of the second region 42). Thereby, in the present embodiment, the p-type superlattice cladding layer 40 is provided with a function as a reflection layer that reflects spontaneously emitted light emitted from the active layer 16 to the p-type superlattice cladding layer 40 side, and further RIN. The characteristics can be lowered.

第１領域４１および第２領域４２は、いずれも、アルミニウム（Ａｌ）と、インジウム（Ｉｎ）またはガリウム（Ｇａ）と、窒素（Ｎ）とを含む層と、インジウム（Ｉｎ）およびガリウム（Ｇａ）の少なくとも一方と、窒素（Ｎ）とを含む層との超格子構造を有している。ただし、第１領域４１と第２領域４２とでは、アルミニウム（Ａｌ）と、インジウム（Ｉｎ）またはガリウム（Ｇａ）と、窒素（Ｎ）とを含む層のアルミニウム組成比が異なることにより、屈折率分布および平均屈折率ｎ１，ｎ２が異なっている。   Each of the first region 41 and the second region 42 includes a layer containing aluminum (Al), indium (In) or gallium (Ga), and nitrogen (N), indium (In), and gallium (Ga). And a layer containing nitrogen (N) has a superlattice structure. However, the first region 41 and the second region 42 have different refractive indexes because the aluminum composition ratio of the layer containing aluminum (Al), indium (In) or gallium (Ga), and nitrogen (N) is different. Distribution and average refractive indexes n1 and n2 are different.

このようなｐ型超格子クラッド層４０の具体的な構成としては、例えば、以下の例が挙げられる。なお、第１領域４１および第２領域は、ＡｌＧａＮ層とＩｎＧａＮ層との超格子構造としてもよい。
（１）第１領域４１：厚さ２．５ｎｍのＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層と、厚さ２．５ｎｍのＧａＮ層とが８対積層されている
（２）第２領域４２：厚さ２．５ｎｍのＡｌ0.02Ｇａ0.98Ｎ層と、厚さ２．５ｎｍのＧａＮ層とが８対積層されている
（３）（１）の第１領域４１と、（２）の第２領域４２とが５周期形成されている Specific examples of such a p-type superlattice cladding layer 40 include the following examples. Note that the first region 41 and the second region may have a superlattice structure of an AlGaN layer and an InGaN layer.
(1) a first region 41: the Al 0.1 Ga 0.9 N layer thickness 2.5nm, and a GaN layer having a thickness of 2.5nm is 8: laminating (2) a second region 42: thickness 2. 8 pairs of 5 nm Al 0.02 Ga 0.98 N layers and 2.5 nm thick GaN layers are stacked (3) The first region 41 of (1) and the second region 42 of (2) are 5 Periodic formed

図４は、ｐ型超格子クラッド層４０の屈折率分布の他の例を表したものである。この場合、第１領域４１と第２領域４２とでは、超格子の周期が互いに異なることにより、屈折率分布および平均屈折率ｎ１，ｎ２が異なっている。   FIG. 4 shows another example of the refractive index distribution of the p-type superlattice cladding layer 40. In this case, the first region 41 and the second region 42 have different refractive index distributions and average refractive indexes n1 and n2 due to different superlattice periods.

図４に示したようなｐ型超格子クラッド層４０の具体的な構成としては、例えば、以下の例が挙げられる。なお、第１領域４１および第２領域４２は、ＡｌＧａＮ層とＩｎＧａＮ層との超格子構造、またはＡｌＩｎＮ層とＧａＮ層との超格子構造としてもよい。
（１）第１領域４１：厚さ２．５ｎｍのＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層と、厚さ２．５ｎｍのＧａＮ層とが８対積層されている
（２）第２領域４２：厚さ１ｎｍのＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層と、厚さ２．５ｎｍのＧａＮ層とが８対積層されている
（３）（１）の第１領域４１と、（２）の第２領域４２とが５周期形成されている（合計厚さ４００ｎｍ） As a specific configuration of the p-type superlattice cladding layer 40 as shown in FIG. 4, for example, the following examples are given. Note that the first region 41 and the second region 42 may have a superlattice structure of an AlGaN layer and an InGaN layer, or a superlattice structure of an AlInN layer and a GaN layer.
(1) First region 41: 8 pairs of 2.5 nm thick Al 0.1 Ga 0.9 N layers and 2.5 nm thick GaN layers are stacked (2) Second region 42: 1 nm thick Eight pairs of Al 0.1 Ga 0.9 N layers and 2.5 nm thick GaN layers are stacked (3) The first region 41 of (1) and the second region 42 of (2) are formed in five periods. (Total thickness 400nm)

あるいは、図３および図４の両方の構成を併用し、第１領域４１と第２領域４２とで、アルミニウム（Ａｌ）と、インジウム（Ｉｎ）またはガリウム（Ｇａ）と、窒素（Ｎ）とを含む層のアルミニウム組成比を異ならせると同時に、超格子の周期を互いに異ならせることにより、屈折率分布および平均屈折率ｎ１，ｎ２を異ならせるようにしてもよい。   Alternatively, both configurations of FIGS. 3 and 4 are used together, and in the first region 41 and the second region 42, aluminum (Al), indium (In) or gallium (Ga), and nitrogen (N) are mixed. The refractive index distribution and the average refractive indexes n1 and n2 may be made different by changing the aluminum composition ratio of the layers to be included and simultaneously making the periods of the superlattices different.

なお、このようにｐ型超格子クラッド層４０に反射層としての機能を持たせた場合には、抵抗が高くなるおそれがあるが、第１領域４１および第２領域４２の超格子の組合せにより電圧低減が可能である。   When the p-type superlattice cladding layer 40 has a function as a reflection layer in this way, the resistance may be increased, but depending on the combination of the superlattices of the first region 41 and the second region 42. Voltage reduction is possible.

この端面発光型半導体レーザは、例えば、次のようにして製造することができる。   This edge-emitting semiconductor laser can be manufactured, for example, as follows.

まず、例えば、ＧａＮよりなる基板１１を用意し、この基板１１の表面に、例えばＭＯＣＶＤ法により、第１の実施の形態と同様にして、上述した材料よりなるバッファ層１２，周期構造層１３，ｎ型クラッド層１４，ｎ型ガイド層１５，活性層１６，第１中間層１７，第２中間層１８，電子障壁層１９を順に成長させる。   First, for example, a substrate 11 made of GaN is prepared, and the buffer layer 12, the periodic structure layer 13, and the like made of the above-described materials are formed on the surface of the substrate 11 by MOCVD, for example, in the same manner as in the first embodiment. An n-type cladding layer 14, an n-type guide layer 15, an active layer 16, a first intermediate layer 17, a second intermediate layer 18, and an electron barrier layer 19 are grown in this order.

次いで、同じくＭＯＣＶＤ法により、ｐ型超格子クラッド層４０を形成する。ｐ型超格子クラッド層４０は、Ｈ2 キャリアガスを用いて成長させることができ、温度も変えなくてよい。ただし、ＡｌＩｎＮ層などＩｎを含む場合は、Ｎ2 キャリアガスを用い、ｎ型クラッド層１４よりも低い温度で形成することが好ましい。 Next, the p-type superlattice cladding layer 40 is formed by the MOCVD method. The p-type superlattice cladding layer 40 can be grown using H 2 carrier gas, and the temperature does not need to be changed. However, in the case where In is contained such as an AlInN layer, it is preferable to use N 2 carrier gas and to form it at a temperature lower than that of the n-type cladding layer 14.

続いて、同じくＭＯＣＶＤ法によりｐ側コンタクト層（図示せず）を成長させたのち、ｐ側コンタクト層２３上に図示しないマスクを形成し、このマスクを利用して例えばＲＩＥ法によりｐ側コンタクト層（図示せず）およびｐ型超格子クラッド層４０の一部をエッチングして、ｐ型超格子クラッド層４０の上部およびｐ側コンタクト層（図示せず）を細い帯状の突条部２１とする。   Subsequently, after a p-side contact layer (not shown) is similarly grown by the MOCVD method, a mask (not shown) is formed on the p-side contact layer 23. Using this mask, for example, the p-side contact layer is formed by the RIE method. (Not shown) and a part of the p-type superlattice clad layer 40 are etched, and the upper part of the p-type superlattice clad layer 40 and the p-side contact layer (not shown) are formed into thin strip-shaped protrusions 21. .

続いて、ｐ型超格子クラッド層４０およびｐ側コンタクト層（図示せず）の上に、上述した材料よりなる埋め込み層２２を形成し、この埋め込み層２２に、突条部２１の上面に対応して開口部を設け、ｐ側電極３１を形成する。更に、基板１１の裏面側を例えばラッピングおよびポリッシングして基板１１の厚さを例えば１００μｍ程度としたのち、基板１１の裏面にｎ側電極３２を形成する。そののち、基板１１を所定の大きさに整え、対向する一対の共振器端面に図示しない反射鏡膜を形成する。以上により、図１に示した端面発光型半導体レーザが完成する。   Subsequently, the buried layer 22 made of the above-described material is formed on the p-type superlattice cladding layer 40 and the p-side contact layer (not shown), and this buried layer 22 corresponds to the upper surface of the protrusion 21. Thus, an opening is provided, and the p-side electrode 31 is formed. Furthermore, the back surface side of the substrate 11 is lapped and polished, for example, so that the thickness of the substrate 11 is about 100 μm, for example, and then the n-side electrode 32 is formed on the back surface of the substrate 11. After that, the substrate 11 is adjusted to a predetermined size, and a reflecting mirror film (not shown) is formed on a pair of opposed resonator end faces. Thus, the edge emitting semiconductor laser shown in FIG. 1 is completed.

この端面発光型半導体レーザでは、ｎ側電極３２とｐ側電極３１との間に所定の電圧が印加されると、活性層１６に電流が注入されて、電子−正孔再結合により発光が起こる。この光は、一対の反射鏡膜により反射され、その間を往復してレーザ発振を生じ、レーザビームとして外部に射出される。ここでは、活性層１６とｎ側電極３２との間に周期構造層１３が設けられると共に、活性層１６とｐ側電極３１との間に、超格子が変調されたｐ型超格子クラッド層４０が設けられているので、活性層１６から基板１１側へ放出された自然放出光は、周期構造層１３により反射されて活性層１６へ戻され、活性層１６からｐ型超格子クラッド層４０側へ放出された自然放出光は、ｐ型超格子クラッド層４０により反射されて活性層１６へと戻される。これにより、更にＲＩＮ特性が低くなる。   In this edge-emitting semiconductor laser, when a predetermined voltage is applied between the n-side electrode 32 and the p-side electrode 31, a current is injected into the active layer 16, and light emission occurs due to electron-hole recombination. . This light is reflected by the pair of reflecting mirror films, reciprocates between them to generate laser oscillation, and is emitted to the outside as a laser beam. Here, the periodic structure layer 13 is provided between the active layer 16 and the n-side electrode 32, and the p-type superlattice cladding layer 40 in which the superlattice is modulated between the active layer 16 and the p-side electrode 31. Therefore, the spontaneous emission light emitted from the active layer 16 to the substrate 11 side is reflected by the periodic structure layer 13 and returned to the active layer 16, and the active layer 16 side the p-type superlattice cladding layer 40 side. The spontaneously emitted light emitted to is reflected by the p-type superlattice cladding layer 40 and returned to the active layer 16. This further reduces the RIN characteristics.

このように本実施の形態では、活性層１６とｎ側電極３２との間に周期構造層１３を設けると共に、活性層１６とｐ側電極３１との間に、超格子を変調したｐ型超格子クラッド層４０を設けるようにしたので、第１の実施の形態の効果に加えて、活性層１６からｐ型超格子クラッド層４０側へ放出された自然放出光を、ｐ型超格子クラッド層４０により反射させて活性層１６へと戻し、これにより、更にＲＩＮ特性を低くすることができる。   As described above, in the present embodiment, the periodic structure layer 13 is provided between the active layer 16 and the n-side electrode 32, and the superlattice is modulated between the active layer 16 and the p-side electrode 31. Since the lattice clad layer 40 is provided, in addition to the effects of the first embodiment, spontaneous emission light emitted from the active layer 16 to the p-type superlattice clad layer 40 side is converted into the p-type superlattice clad layer. It is reflected by 40 and returned to the active layer 16, thereby further reducing the RIN characteristic.

なお、上記実施の形態では、活性層１６とｎ側電極３２との間に周期構造層１３を設けると共に、活性層１６とｐ側電極３１との間に反射層の機能を有するｐ型超格子クラッド層４０を設ける場合について説明したが、本実施の形態において周期構造層１３は必ずしも必須ではない。すなわち、周期構造層１３を設けず、活性層１６とｐ側電極３１との間に反射層の機能を有するｐ型超格子クラッド層４０のみを設けるようにすることも可能である。   In the above-described embodiment, the periodic structure layer 13 is provided between the active layer 16 and the n-side electrode 32, and the p-type superlattice having the function of a reflective layer is provided between the active layer 16 and the p-side electrode 31. Although the case where the cladding layer 40 is provided has been described, the periodic structure layer 13 is not necessarily required in the present embodiment. That is, it is possible to provide only the p-type superlattice cladding layer 40 having the function of a reflective layer between the active layer 16 and the p-side electrode 31 without providing the periodic structure layer 13.

（第３の実施の形態）
図５は、本発明の第３の実施の形態に係る端面発光型半導体レーザの断面構成を表したものである。この端面発光型半導体レーザは、周期構造層１３の構成材料が異なることを除いては、上記第１の実施の形態のものと同様の構成、作用および効果を有している。よって、対応する構成要素には同一の符号を付して説明する。 (Third embodiment)
FIG. 5 shows a cross-sectional configuration of an edge-emitting semiconductor laser according to the third embodiment of the present invention. This edge-emitting semiconductor laser has the same configuration, operation, and effects as those of the first embodiment except that the constituent material of the periodic structure layer 13 is different. Accordingly, the corresponding components will be described with the same reference numerals.

基板１１，バッファ層１２，ｎ型ガイド層１５，活性層１６，第１中間層１７，第２中間層１８，電子障壁層１９，ｐ型超格子クラッド層２０およびｐ側コンタクト層（図示せず）は、第１の実施の形態と同様に構成されている。   Substrate 11, buffer layer 12, n-type guide layer 15, active layer 16, first intermediate layer 17, second intermediate layer 18, electron barrier layer 19, p-type superlattice cladding layer 20 and p-side contact layer (not shown) ) Is configured in the same manner as in the first embodiment.

周期構造層１３は、活性層１６とｎ側電極３２との間に設けられ、ＡｌＧａＮ層とＧａＮ層との周期構造を有している。周期構造層１３の平均アルミニウム組成比Ｘと合計厚さｔとは、図６に示したように、ｔ≦０．０００４２２＊Ｘ-2.821の関係を満たしている。これにより、この端面発光型半導体レーザでは、周期構造層１３をＡｌＧａＮ層およびＧａＮ層の周期構造とした場合に、ＡｌＧａＮ層の厚さを厚くすることによりクラックが発生するのを抑えることができるようになっている。なお、図６は、ＡｌＧａＮ層に含まれるアルミニウム組成比と厚さとの関係を調べた実験結果を表したものであり、臨界膜厚曲線ｙの右側はクラックが発生する領域（クラック領域）である。 The periodic structure layer 13 is provided between the active layer 16 and the n-side electrode 32, and has a periodic structure of an AlGaN layer and a GaN layer. The average aluminum composition ratio X and the total thickness t of the periodic structure layer 13 satisfy the relationship of t ≦ 0.000422 * X −2.821 as shown in FIG. As a result, in this edge-emitting semiconductor laser, when the periodic structure layer 13 has an AlGaN layer and a GaN layer periodic structure, the occurrence of cracks can be suppressed by increasing the thickness of the AlGaN layer. It has become. FIG. 6 shows the experimental results of investigating the relationship between the aluminum composition ratio contained in the AlGaN layer and the thickness, and the right side of the critical film thickness curve y is a region where cracks occur (crack region). .

周期構造層１３の具体的な構成としては、例えば、厚さ４０．９ｎｍのＡｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層と、厚さ４０ｎｍのＧａＮ層とを交互に２４周期積層した周期構造（合計厚さ１．９５μｍ）が挙げられる。   As a specific configuration of the periodic structure layer 13, for example, a periodic structure in which an Al0.1Ga0.9N layer having a thickness of 40.9 nm and a GaN layer having a thickness of 40 nm are alternately stacked for 24 periods (total thickness 1. 95 μm).

なお、このように周期構造層１３がＡｌＧａＮ層を含んでいる場合には、周期構造層１３がｎ型クラッド層１４の機能も有することができるので、ｎ型クラッド層１４を省略することが可能である。   When the periodic structure layer 13 includes an AlGaN layer as described above, the periodic structure layer 13 can also have the function of the n-type cladding layer 14, and thus the n-type cladding layer 14 can be omitted. It is.

この端面発光型半導体レーザは、周期構造層１３を、バッファ層１２と同じく１０５０℃の成長温度で形成することを除いては、上記第１の実施の形態と同様にして製造することができる。   This edge-emitting semiconductor laser can be manufactured in the same manner as in the first embodiment except that the periodic structure layer 13 is formed at a growth temperature of 1050 ° C. like the buffer layer 12.

（第４の実施の形態）
図７は、本発明の第４の実施の形態に係る端面発光型半導体レーザの断面構成を表したものである。この端面発光型半導体レーザは、第１周期構造層１３Ａと第２周期構造層１３Ｂとの間に、格子定数調整層５０を設けたものである。このことを除いては、本実施の形態の端面発光型半導体レーザは、第３の実施の形態のものと同様の構成、作用および効果を有し、第３の実施の形態と同様にして製造することができる。よって、対応する構成要素には同一の符号を付して説明する。 (Fourth embodiment)
FIG. 7 shows a cross-sectional configuration of an edge emitting semiconductor laser according to the fourth embodiment of the present invention. In this edge-emitting semiconductor laser, a lattice constant adjusting layer 50 is provided between the first periodic structure layer 13A and the second periodic structure layer 13B. Except for this, the edge-emitting semiconductor laser of the present embodiment has the same configuration, operation, and effects as those of the third embodiment, and is manufactured in the same manner as the third embodiment. can do. Accordingly, the corresponding components will be described with the same reference numerals.

第１周期構造層１３Ａおよび第２周期構造層１３Ｂは、第３の実施の形態と同様に、活性層１６とｎ側電極３２との間に設けられ、ＡｌＧａＮ層とＧａＮ層との周期構造を有している。第１周期構造層１３Ａおよび第２周期構造層１３Ｂの平均アルミニウム組成比Ｘと合計厚さｔとは、第３の実施の形態と同様に、ｔ≦０．０００４２２＊Ｘ-2.821の関係を満たしている。 Similar to the third embodiment, the first periodic structure layer 13A and the second periodic structure layer 13B are provided between the active layer 16 and the n-side electrode 32, and have a periodic structure of an AlGaN layer and a GaN layer. Have. The average aluminum composition ratio X and the total thickness t of the first periodic structure layer 13A and the second periodic structure layer 13B satisfy the relationship of t ≦ 0.000422 * X −2.821 as in the third embodiment. ing.

格子定数調整層５０は、基板１１の格子定数に対して第１周期構造層１３Ａおよび第２周期構造層１３Ｂの平均格子定数と逆の格子定数を有している。第１周期構造層１３Ａおよび第２周期構造層１３Ｂが基板１１に対して平均格子定数が異なる場合、厚すぎるとクラックが生じるが、格子定数調整層５０を設けることにより、第１周期構造層１３Ａおよび第２周期構造層１３Ｂにクラックを生じさせることなく第１周期構造層１３Ａおよび第２周期構造層１３Ｂの合計厚さを厚くすることが可能となり、反射率を大きくすることができる。ここで、厚さｔ１、格子定数Ａ１の層と、厚さｔ２、格子定数Ａ２の層とで構成される周期構造層の平均格子定数は、（ｔ１＊Ａ１＋ｔ２＊Ａ２）／（ｔ１＋ｔ２）と表すことができる。   The lattice constant adjusting layer 50 has a lattice constant opposite to the average lattice constant of the first periodic structure layer 13A and the second periodic structure layer 13B with respect to the lattice constant of the substrate 11. When the first periodic structure layer 13A and the second periodic structure layer 13B have different average lattice constants from the substrate 11, cracks occur if they are too thick. However, by providing the lattice constant adjustment layer 50, the first periodic structure layer 13A Further, the total thickness of the first periodic structure layer 13A and the second periodic structure layer 13B can be increased without causing cracks in the second periodic structure layer 13B, and the reflectance can be increased. Here, the average lattice constant of the periodic structure layer composed of the layer having the thickness t1 and the lattice constant A1 and the layer having the thickness t2 and the lattice constant A2 is expressed as (t1 * A1 + t2 * A2) / (t1 + t2). be able to.

このような第１周期構造層１３Ａ，第２周期構造層１３Ｂおよび格子定数調整層５０の具体的構成としては、例えば、以下の例が挙げられる。
第１周期構造層１３Ａ：厚さ４０．９ｎｍのＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層と、厚さ４０ｎｍのＧａＮ層とを交互に２４周期積層した周期構造（合計厚さ１．９５μｍ）
格子定数調整層５０：厚さ１５０ｎｍ、ＧａＩｎＮ（インジウム組成比４％）
第２周期構造層１３Ｂ：厚さ４０．９ｎｍのＡｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層と、厚さ４０ｎｍのＧａＮ層とを交互に１０周期積層した周期構造（合計厚さ８０９ｎｍ）
なお、第１周期構造層１３Ａ，第２周期構造層１３Ｂおよび格子定数調整層５０の平均格子定数または格子定数は、ＧａＮ：３．１８Å、ＡｌＮ：３．１１２Å、ＩｎＮ：３．５４８Åでベガード則に則って計算することができる。 Examples of specific configurations of the first periodic structure layer 13A, the second periodic structure layer 13B, and the lattice constant adjustment layer 50 include the following examples.
First periodic structure layer 13A: a periodic structure in which Al 0.1 Ga 0.9 N layers having a thickness of 40.9 nm and GaN layers having a thickness of 40 nm are alternately stacked for 24 periods (total thickness 1.95 μm)
Lattice constant adjusting layer 50: thickness 150 nm, GaInN (indium composition ratio 4%)
Second periodic structure layer 13B: a periodic structure in which Al 0.1 Ga 0.9 N layers having a thickness of 40.9 nm and GaN layers having a thickness of 40 nm are alternately stacked 10 periods (total thickness 809 nm)
Note that the average lattice constant or lattice constant of the first periodic structure layer 13A, the second periodic structure layer 13B, and the lattice constant adjusting layer 50 is GaN: 3.18Ａｌ, AlN: 3.112Ｉｎ, InN: 3.548 ベ, and Vegard's law. It can be calculated according to

なお、格子定数調整層５０は、第１周期構造層１３Ａおよび第２周期構造層１３Ｂの間に、一層だけ形成されてもよいし、２層以上形成されていてもよい。   Note that the lattice constant adjusting layer 50 may be formed between the first periodic structure layer 13A and the second periodic structure layer 13B, or may be formed of two or more layers.

また、第２周期構造層１３Ｂを設けず、第１周期構造層１３Ａだけを設けるようにしてもよい。その場合、格子定数調整層５０は、第１周期構造層１３Ａに接して、具体的には第１周期構造層１３Ａとｎ型ガイド層１５との間に、形成することができる。   Alternatively, only the first periodic structure layer 13A may be provided without providing the second periodic structure layer 13B. In that case, the lattice constant adjusting layer 50 can be formed in contact with the first periodic structure layer 13A, specifically between the first periodic structure layer 13A and the n-type guide layer 15.

更に、第２周期構造層１３Ｂの上に格子定数調整層５０を配置し、更に周期構造層を多層化することも可能である。   Furthermore, it is also possible to arrange the lattice constant adjusting layer 50 on the second periodic structure layer 13B and further to make the periodic structure layer multi-layered.

以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形が可能である。例えば、上記実施の形態において説明した各層の材料、組成比および厚さ、または成膜方法および成膜条件などは限定されるものではなく、他の材料、組成比および厚さとしてもよく、または他の成膜方法および成膜条件としてもよい。例えば、上記実施の形態では、バッファ層１２ないしｐ側コンタクト層（図示せず）をＭＯＣＶＤ法により形成する場合について説明したが、ＭＯＶＰＥ法等の他の有機金属気相成長法により形成してもよく、あるいは、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy；分子線エピタキシー）法等を用いてもよい。   While the present invention has been described with reference to the embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made. For example, the materials, composition ratios and thicknesses of the respective layers described in the above embodiments, film formation methods and film formation conditions are not limited, and may be other materials, composition ratios and thicknesses, or Other film forming methods and film forming conditions may be used. For example, in the above-described embodiment, the case where the buffer layer 12 or the p-side contact layer (not shown) is formed by the MOCVD method has been described. Alternatively, MBE (Molecular Beam Epitaxy) method or the like may be used.

また、例えば、上記実施の形態では、周期構造層１３，１３Ａ，１３ＢがＡｌＩｎＮ層とＧａＮ層との周期構造またはＡｌＧａＮ層とＧａＮ層との周期構造を有する場合について説明したが、周期構造層１３，１３Ａ，１３Ｂは、アルミニウム（Ａｌ）と、インジウム（Ｉｎ）またはガリウム（Ｇａ）と、窒素（Ｎ）とを含む層と、インジウム（Ｉｎ）およびガリウム（Ｇａ）の少なくとも一方と、窒素（Ｎ）とを含む層との周期構造を有していればよい。   Further, for example, in the above embodiment, the case where the periodic structure layers 13, 13A, 13B have the periodic structure of the AlInN layer and the GaN layer or the periodic structure of the AlGaN layer and the GaN layer has been described. , 13A, and 13B include a layer containing aluminum (Al), indium (In) or gallium (Ga), and nitrogen (N), at least one of indium (In) and gallium (Ga), and nitrogen (N And a layer having a periodic structure.

更に、上記第２の実施の形態で説明したｐ型超格子クラッド層４０は、第１の実施の形態だけでなく、第３または第４の実施の形態にも適用可能である。   Furthermore, the p-type superlattice cladding layer 40 described in the second embodiment can be applied not only to the first embodiment but also to the third or fourth embodiment.

加えて、例えば、上記実施の形態では、端面発光型半導体レーザの構成を具体的に挙げて説明したが、全ての層を備える必要はなく、また、他の層を更に備えていてもよい。   In addition, for example, in the above-described embodiment, the configuration of the edge-emitting semiconductor laser has been specifically described, but it is not necessary to include all layers, and other layers may be further included.

本発明の第１の実施の形態に係る端面発光型半導体レーザの構成を表す断面図である。1 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an edge emitting semiconductor laser according to a first embodiment of the present invention. 図１に示した周期構造層による波長と反射率との関係を表す図である。It is a figure showing the relationship between the wavelength by the periodic structure layer shown in FIG. 1, and a reflectance. 本発明の第２の実施の形態に係る端面発光型半導体レーザのｐ型超格子クラッド層の屈折率分布の一例を表す図である。It is a figure showing an example of the refractive index distribution of the p-type superlattice clad layer of the edge emitting semiconductor laser which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. ｐ型超格子クラッド層の屈折率分布の他の例を表す図である。It is a figure showing the other example of the refractive index distribution of a p-type superlattice clad layer. 本発明の第３の実施の形態に係る端面発光型半導体レーザの構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure of the edge emitting semiconductor laser which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 図５に示した周期構造層の平均アルミニウム組成比Ｘと合計厚さｔとの関係を表す図である。It is a figure showing the relationship between the average aluminum composition ratio X of the periodic structure layer shown in FIG. 5, and total thickness t. 本発明の第４の実施の形態に係る端面発光型半導体レーザの構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure of the edge emitting semiconductor laser which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 従来の青紫色半導体レーザの構成を表す断面図である。It is sectional drawing showing the structure of the conventional blue-violet semiconductor laser. 図８に示した従来の青紫色半導体レーザについて、ＲＩＮ特性の共振器長依存性を調べた結果を表す図である。It is a figure showing the result of having investigated the resonator length dependence of RIN characteristic about the conventional blue-violet semiconductor laser shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

１１…基板、１２…バッファ層、１３…周期構造層、１３Ａ…第１周期構造層、１３Ｂ…第２周期構造層、１４…ｎ型クラッド層、１５…ｎ型ガイド層、１６…活性層、１７…第１中間層、１８…第２中間層、１９…電子障壁層、２０，４０…ｐ型超格子クラッド層、２１…埋め込み層、３１…ｐ側電極、３２…ｎ側電極、４１…第１領域、４２…第２領域、５０…格子定数調整層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Substrate, 12 ... Buffer layer, 13 ... Periodic structure layer, 13A ... First periodic structure layer, 13B ... Second periodic structure layer, 14 ... N-type cladding layer, 15 ... N-type guide layer, 16 ... Active layer, DESCRIPTION OF SYMBOLS 17 ... 1st intermediate | middle layer, 18 ... 2nd intermediate | middle layer, 19 ... Electron barrier layer, 20, 40 ... p-type superlattice clad layer, 21 ... Buried layer, 31 ... p side electrode, 32 ... n side electrode, 41 ... 1st area | region, 42 ... 2nd area | region, 50 ... lattice constant adjustment layer

Claims (17)

ＧａＮよりなる基板と、
前記基板の一面側に設けられ、３Ｂ族元素のうちの少なくともインジウム（Ｉｎ）およびガリウム（Ｇａ）と５Ｂ族元素のうちの少なくとも窒素（Ｎ）とを含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる活性層と、
前記基板の他面に設けられたｎ側電極と、
前記基板および前記活性層を間にして前記ｎ側電極に対向配置されたｐ側電極と、
前記活性層と前記ｎ側電極との間および前記活性層と前記ｐ側電極との間の少なくとも一方に設けられ、アルミニウム（Ａｌ）と、インジウム（Ｉｎ）またはガリウム（Ｇａ）と、窒素（Ｎ）とを含む層と、インジウム（Ｉｎ）およびガリウム（Ｇａ）の少なくとも一方と、窒素（Ｎ）とを含む層との周期構造を有し、一層の厚さがλ／４ｎ（λは波長、ｎは屈折率をそれぞれ表す。）である周期構造層と
を備えた端面発光型半導体レーザ。 A substrate made of GaN;
A nitride-based III-V group compound semiconductor provided on one side of the substrate and containing at least indium (In) and gallium (Ga) among group 3B elements and at least nitrogen (N) among group 5B elements. An active layer
An n-side electrode provided on the other surface of the substrate;
A p-side electrode disposed opposite the n-side electrode with the substrate and the active layer in between,
Provided between at least one of the active layer and the n-side electrode and between the active layer and the p-side electrode, and includes aluminum (Al), indium (In) or gallium (Ga), and nitrogen (N ), A layer containing at least one of indium (In) and gallium (Ga), and a layer containing nitrogen (N), and the thickness of one layer is λ / 4n (λ is a wavelength, n represents an index of refraction, respectively.) An edge-emitting semiconductor laser comprising: a periodic structure layer. 前記周期構造層は、前記活性層と前記ｎ側電極との間に設けられると共にＡｌＧａＮ層とＧａＮ層との周期構造を有し、前記周期構造層の平均アルミニウム組成比Ｘと合計厚さｔとが、ｔ≦０．０００４２２＊Ｘ-2.821の関係を満たす
請求項１記載の端面発光型半導体レーザ。 The periodic structure layer is provided between the active layer and the n-side electrode and has a periodic structure of an AlGaN layer and a GaN layer, and an average aluminum composition ratio X and a total thickness t of the periodic structure layer, The edge-emitting semiconductor laser according to claim 1, satisfying a relationship of t ≦ 0.000422 * X −2.821 . 前記周期構造層を複数形成し、前記複数の周期構造層の間に、前記基板の格子定数に対して前記周期構造層の平均格子定数と逆の格子定数を有する層を形成する
請求項２記載の端面発光型半導体レーザ。 The plurality of periodic structure layers are formed, and a layer having a lattice constant opposite to an average lattice constant of the periodic structure layer with respect to the lattice constant of the substrate is formed between the plurality of periodic structure layers. Edge emitting semiconductor laser. 前記周期構造層の平均格子定数と逆の格子定数を有する層は、ＧａＩｎＮにより構成されている
請求項３記載の端面発光型半導体レーザ。 The edge-emitting semiconductor laser according to claim 3, wherein the layer having a lattice constant opposite to the average lattice constant of the periodic structure layer is made of GaInN. 前記周期構造層は、前記活性層と前記ｎ側電極との間に設けられていると共にＡｌＩｎＮ層とＧａＮ層との周期構造を有する
請求項１記載の端面発光型半導体レーザ。 The edge-emitting semiconductor laser according to claim 1, wherein the periodic structure layer is provided between the active layer and the n-side electrode and has a periodic structure of an AlInN layer and a GaN layer. 前記周期構造層と前記活性層との間に、ＡｌＧａＮよりなるｎ型クラッド層を備えた
請求項５記載の端面発光型半導体レーザ。 The edge-emitting semiconductor laser according to claim 5, further comprising an n-type cladding layer made of AlGaN between the periodic structure layer and the active layer. 前記活性層と前記ｐ側電極との間に、アルミニウム（Ａｌ）と、インジウム（Ｉｎ）またはガリウム（Ｇａ）と、窒素（Ｎ）とを含む層と、インジウム（Ｉｎ）およびガリウム（Ｇａ）の少なくとも一方と、窒素（Ｎ）とを含む層との超格子構造を有するｐ型超格子クラッド層を備えた
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の端面発光型半導体レーザ。 A layer containing aluminum (Al), indium (In) or gallium (Ga), and nitrogen (N), and a layer of indium (In) and gallium (Ga) between the active layer and the p-side electrode; The edge-emitting semiconductor laser according to claim 1, further comprising a p-type superlattice clad layer having a superlattice structure of at least one and a layer containing nitrogen (N). 前記ｐ型超格子クラッド層は、平均屈折率ｎ１の超格子構造を有する第１領域と、前記第１領域と異なる平均屈折率ｎ２の超格子構造を有する第２領域とを交互に積層した構成を有し、
前記第１領域の厚さはλ／４ｎ１（λは波長、ｎ１は前記第１領域の平均屈折率をそれぞれ表す。）であり、
前記第２領域の厚さはλ／４ｎ２（λは波長、ｎ２は前記第２領域の平均屈折率をそれぞれ表す）である
請求項７記載の端面発光型半導体レーザ。 The p-type superlattice cladding layer has a structure in which first regions having a superlattice structure having an average refractive index n1 and second regions having a superlattice structure having an average refractive index n2 different from the first region are alternately stacked. Have
The thickness of the first region is λ / 4n1 (λ is a wavelength, and n1 is an average refractive index of the first region),
The edge-emitting semiconductor laser according to claim 7, wherein a thickness of the second region is λ / 4n2 (λ is a wavelength, and n2 is an average refractive index of the second region). 前記第１領域および前記第２領域は、前記アルミニウム（Ａｌ）と、インジウム（Ｉｎ）またはガリウム（Ｇａ）と、窒素（Ｎ）とを含む層のアルミニウム組成比が異なる
請求項８記載の端面発光型半導体レーザ。 The edge light emission according to claim 8, wherein the first region and the second region have different aluminum composition ratios in a layer containing the aluminum (Al), indium (In) or gallium (Ga), and nitrogen (N). Type semiconductor laser. 前記第１領域および前記第２領域は、超格子の周期が互いに異なる
請求項８または９記載の端面発光型半導体レーザ。 The edge-emitting semiconductor laser according to claim 8, wherein the first region and the second region have different superlattice periods. 前記ｐ型超格子クラッド層は、ＡｌＧａＮ層とＧａＮ層との超格子構造を有する
請求項７ないし１０記載の端面発光型半導体レーザ。 The edge-emitting semiconductor laser according to claim 7, wherein the p-type superlattice cladding layer has a superlattice structure of an AlGaN layer and a GaN layer. 前記ｐ型超格子クラッド層は、ＡｌＧａＮ層とＩｎＧａＮ層との超格子構造を有する
請求項７ないし１０のいずれか１項に記載の端面発光型半導体レーザ。 The edge-emitting semiconductor laser according to claim 7, wherein the p-type superlattice cladding layer has a superlattice structure of an AlGaN layer and an InGaN layer. 前記ｐ型超格子クラッド層は、ＡｌＩｎＮ層とＧａＮ層との超格子構造を有する
請求項７ないし１０のいずれか１項に記載の端面発光型半導体レーザ。 The edge emitting semiconductor laser according to claim 7, wherein the p-type superlattice cladding layer has a superlattice structure of an AlInN layer and a GaN layer. ＧａＮよりなる基板に、ｎ型ＧａＮよりなるバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層の上に、アルミニウム（Ａｌ）と、インジウム（Ｉｎ）またはガリウム（Ｇａ）と、窒素（Ｎ）とを含む層と、インジウム（Ｉｎ）およびガリウム（Ｇａ）の少なくとも一方と、窒素（Ｎ）とを含む層との周期構造を有し、一層の厚さがλ／４ｎ（λは波長、ｎは屈折率をそれぞれ表す。）である周期構造層を、前記バッファ層よりも低い温度で形成する工程と、
前記周期構造層の上に、ＡｌＧａＮよりなるｎ型クラッド層を、前記周期構造層よりも高い温度で形成する工程と、
前記ｎ型クラッド層の上に、３Ｂ族元素のうちの少なくともインジウム（Ｉｎ）およびガリウム（Ｇａ）と５Ｂ族元素のうちの少なくとも窒素（Ｎ）とを含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる活性層を形成する工程と、
前記活性層の上に、アルミニウム（Ａｌ）と、インジウム（Ｉｎ）またはガリウム（Ｇａ）と、窒素（Ｎ）とを含む層と、インジウム（Ｉｎ）およびガリウム（Ｇａ）の少なくとも一方と、窒素（Ｎ）とを含む層との超格子構造を有するｐ型超格子クラッド層を形成する工程と、
前記ｐ型超格子クラッド層の上にｐ側電極を設ける工程と、
前記基板の他面にｎ側電極を設ける工程と
を含む端面発光型半導体レーザの製造方法。 Forming a buffer layer made of n-type GaN on a substrate made of GaN;
On the buffer layer, a layer containing aluminum (Al), indium (In) or gallium (Ga), and nitrogen (N), at least one of indium (In) and gallium (Ga), and nitrogen ( N) and a layer having a thickness of λ / 4n (where λ is a wavelength and n is a refractive index), a temperature lower than that of the buffer layer. And forming with
Forming an n-type cladding layer made of AlGaN on the periodic structure layer at a temperature higher than that of the periodic structure layer;
From a nitride III-V compound semiconductor containing at least indium (In) and gallium (Ga) among group 3B elements and at least nitrogen (N) among group 5B elements on the n-type cladding layer. Forming an active layer comprising:
On the active layer, a layer containing aluminum (Al), indium (In) or gallium (Ga), and nitrogen (N), at least one of indium (In) and gallium (Ga), and nitrogen ( Forming a p-type superlattice cladding layer having a superlattice structure with a layer comprising N),
Providing a p-side electrode on the p-type superlattice cladding layer;
And a step of providing an n-side electrode on the other surface of the substrate. 前記周期構造層を形成する工程において、窒素の原料ガスとしてＮ2 キャリアガスを用いる
請求項１４記載の端面発光型半導体レーザの製造方法。 The method for manufacturing an edge-emitting semiconductor laser according to claim 14, wherein an N 2 carrier gas is used as a nitrogen source gas in the step of forming the periodic structure layer. ＧａＮよりなる基板に、ｎ型ＧａＮよりなるバッファ層を形成する工程と、
前記バッファ層の上に、アルミニウム（Ａｌ）と、インジウム（Ｉｎ）またはガリウム（Ｇａ）と、窒素（Ｎ）とを含む層と、インジウム（Ｉｎ）およびガリウム（Ｇａ）の少なくとも一方と、窒素（Ｎ）とを含む層との周期構造を有し、一層の厚さがλ／４ｎ（λは波長、ｎは屈折率をそれぞれ表す。）である周期構造層を、窒素の原料ガスとしてＮ2 キャリアガスを用いて形成する工程と、
前記周期構造層の上に、ＡｌＧａＮよりなるｎ型クラッド層を形成する工程と、
前記ｎ型クラッド層の上に、３Ｂ族元素のうちの少なくともインジウム（Ｉｎ）およびガリウム（Ｇａ）と５Ｂ族元素のうちの少なくとも窒素（Ｎ）とを含む窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体よりなる活性層を形成する工程と、
前記活性層の上に、アルミニウム（Ａｌ）と、インジウム（Ｉｎ）またはガリウム（Ｇａ）と、窒素（Ｎ）とを含む層と、インジウム（Ｉｎ）およびガリウム（Ｇａ）の少なくとも一方と、窒素（Ｎ）とを含む層との超格子構造を有するｐ型超格子クラッド層を形成する工程と、
前記ｐ型超格子クラッド層の上にｐ側電極を設ける工程と、
前記基板の他面にｎ側電極を設ける工程と
を含む端面発光型半導体レーザの製造方法。 Forming a buffer layer made of n-type GaN on a substrate made of GaN;
On the buffer layer, a layer containing aluminum (Al), indium (In) or gallium (Ga), and nitrogen (N), at least one of indium (In) and gallium (Ga), and nitrogen ( has a periodic structure of a layer containing n), n 2 further thickness λ / 4n (λ is the wavelength, n represents the periodic structure layer is a.) representing the refractive index, respectively, as a raw material gas of nitrogen Forming using a carrier gas;
Forming an n-type cladding layer made of AlGaN on the periodic structure layer;
From a nitride III-V compound semiconductor containing at least indium (In) and gallium (Ga) among group 3B elements and at least nitrogen (N) among group 5B elements on the n-type cladding layer. Forming an active layer comprising:
On the active layer, a layer containing aluminum (Al), indium (In) or gallium (Ga), and nitrogen (N), at least one of indium (In) and gallium (Ga), and nitrogen ( Forming a p-type superlattice cladding layer having a superlattice structure with a layer comprising N),
Providing a p-side electrode on the p-type superlattice cladding layer;
And a step of providing an n-side electrode on the other surface of the substrate. 前記周期構造層を、前記バッファ層および前記ｎ型クラッド層の少なくとも一方よりも低い温度で形成する
請求項１６記載の端面発光型半導体レーザの製造方法。 The method of manufacturing an edge-emitting semiconductor laser according to claim 16, wherein the periodic structure layer is formed at a temperature lower than at least one of the buffer layer and the n-type cladding layer.
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