JP3523700B2

JP3523700B2 - 窒化物半導体レーザ素子

Info

Publication number: JP3523700B2
Application number: JP00303395A
Authority: JP
Inventors: 雅之妹尾; 孝夫山田; 修二中村
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 1995-01-12
Filing date: 1995-01-12
Publication date: 2004-04-26
Anticipated expiration: 2019-04-26
Also published as: JPH08191171A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は窒化物半導体（Ｉｎ_XＡ
ｌ_YＧａ_1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）よりなるレ
ーザ素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】窒化物半導体はバンドギャップが１．９
５ｅＶ〜６．０ｅＶまであり、直接遷移型の材料である
ので、紫外〜赤色までの半導体レーザ素子の材料として
従来より注目されていた。最近、窒化物半導体でダブル
へテロ構造の青色ＬＥＤが実用化されたことにより、次
なる目標として窒化物半導体を用いた青色レーザ素子の
研究が活発に行われるようになった。

【０００３】レーザ素子では半導体層に光共振面を形成
する必要がある。従来のＧａＡｓ系の化合物半導体より
なる赤外域に発振する半導体レーザは結晶の性質上、劈
開性を有しており、その劈開面がレーザ素子の光共振面
とされている。

【０００４】一方、窒化物半導体は六方晶系という結晶
の性質上劈開性を有していない。従って、窒化物半導体
でレーザ素子を作製する場合、劈開面を反射鏡として光
共振面ができないのでレーザ発振まで至らなかった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】現在、紫外〜緑色の短
波長半導体レーザはＺｎＳｅ系半導体でしか確認されて
おらず、その半導体レーザは現在のところ寿命が数分し
かない。一方、窒化物半導体は前記のようにダブルへテ
ロ構造のＬＥＤまで実現されており、この構造を用いれ
ばＺｎＳｅと比較してレーザが早期に実現できる可能性
が高い。従って本発明はこのような事情を鑑みてなされ
たものであって、その目的とするところは窒化物半導体
を用いてレーザ素子を実現するにあたり、まず反射鏡と
なる適切な光共振面を形成することにより、レーザ発振
が可能となるレーザ素子を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】我々は窒化物半導体レー
ザ素子を実現するにあたり、従来では十分な反射率が得
られなかった窒化物半導体層の光共振面に、さらに誘電
体多層膜を形成して反射率を高めることにより、窒化物
半導体層にレーザ発振が起こり得ることを新規に見いだ
し本発明を成すに至った。即ち、上述のように、窒化物
半導体層は劈開性を有していないので、劈開面を光共振
面とすることは困難である。しかしながら、劈開面に近
いような状態、つまり基板面に対し垂直で、鏡面に近い
面を形成することにより、光共振面に近い状態とするこ
とは可能である。そこで、本発明の窒化物半導体レーザ
素子は、窒化物半導体（Ｉｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ、０≦
X、０≦Y、X＋Y≦１）がサファイア基板の［０００１］
面（以下、Ｃ面という。）の表面に積層されてなり、前
記サファイア基板の厚さは１５０μｍ以下であり、さら
に光共振面は、そのサファイア基板が数１、数２、数
３、数４、数５、数６面（以下、数１面〜数６面をまと
めてＭ面という。）の内のいずれかの面で割られたとき
に、その面とともに割られた窒化物半導体面であり、そ
の光共振面に誘電体多層膜が形成されていることを特徴
とする。つまり、まず、サファイア基板の表面にレーザ
素子の構造となるように積層された窒化物半導体ウェー
ハを基板の特定の面方位で割ることにより、できるだけ
劈開面に近いような光共振面を得る。しかしながら、サ
ファイアと共に割られた窒化物半導体面は完全な劈開面
ではないので光損失が多い。そこでその窒化物半導体面
を光損失のほとんどない完全な光共振面とするため、さ
らに誘電体多層膜を形成したものである。

【０００７】誘電体多層膜は基本的に互いに反射率の異
なる無機材料を交互に積層してなり、例えばλ／４ｎ
（λ：波長、ｎ：屈折率）の厚さで交互に積層すること
により反射率を変化させることができる。誘電体多層膜
の各薄膜の種類、厚さ等は発振させようとするレーザ素
子の波長に応じてそれらの無機材料を適宜選択すること
により設計可能である。例えばその無機材料には、高屈
折率側の薄膜材料としてＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂、ＨｆＯ₂、
Ｓｃ₂Ｏ₃、Ｙ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、Ａｌ₂Ｏ₃、Ｓｉ₃Ｎ₄、Ｔｈ
Ｏ₂の内の少なくとも一種類が選択でき、低屈折率側の
薄膜材料としてＳｉＯ₂、ＴｈＦ₄、ＬａＦ₃、ＭｇＦ₂、
ＬｉＦ、ＮａＦ、Ｎａ₃ＡｌＦ₆の内の少なくとも一種類
が選択でき、これら高屈折率側の薄膜材料と、低屈折率
側の薄膜材料とを適宜組み合わせ、発振する波長に応じ
て数十オングストローム〜数μｍの厚さで数層〜数十層
積層することにより誘電体多層膜を形成することができ
る。

【０００８】次に本発明の請求項２記載の発明は、基板
上に窒化物半導体が積層されてなるレーザ素子の発光波
長が３６０ｎｍ〜４６０ｎｍの範囲にあり、さらに光共
振面に形成された前記誘電体多層膜がＳｉＯ₂、Ｔｉ
Ｏ₂、ＺｒＯ₂よりなる群から選択された少なくとも二種
類以上の薄膜を積層した多層膜であることを特徴とす
る。つまり、窒化物半導体で３６０ｎｍ〜４６０ｎｍに
発振するレーザ素子を実現した場合、その光共振面に形
成する誘電体多層膜は、特にＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ
₂より選択された少なくとも２種類以上が最も適してい
る。なぜなら前記３種類の酸化物は３６０ｎｍ〜４６０
ｎｍの範囲で光吸収が少なく、窒化物半導体と非常に良
く密着して剥がれることもない。さらに前記波長の光が
連続的に長時間照射されても劣化することがなく、さら
に好ましいことにレーザ素子の発熱に対して非常に耐熱
性に優れているからである。

【０００９】誘電体多層膜は例えば、蒸着、スパッタ等
の気相製膜技術を用いて形成することができる。またそ
の他、上記化合物を含む溶媒にレーザ素子を浸漬（ディ
ッピング）した後、乾燥するという操作を繰り返して形
成することも可能である。例えばＳｉＯ₂とＺｒＯ₂より
なる誘電体多層膜を形成する場合、ＳｉＯ₂、ＺｒＯ₂を
蒸着、スパッタ等の気相製膜技術で形成する他、Ｓｉを
含む有機金属化合物の溶媒にレーザ素子を浸漬した後、
乾燥し、酸素雰囲気でベーキングして酸化物とし、次に
Ｚｒを含む有機金属化合物の溶媒にレーザ素子を浸漬
し、乾燥した後、ベーキングして酸化物とする操作を繰
り返すことにより誘電体多層膜を製膜可能である。但し
好ましく膜厚制御の面で気相製膜技術を用いる方がよ
い。

【００１０】基板の上に積層する窒化物半導体構造はダ
ブルへテロ構造であればよく、例えば基板上に、ｎ型コ
ンタクト層、ｎ型クラッド層、活性層、ｐ型クラッド
層、ｐ型コンタクト層を順に積層した構造で実現可能で
ある。基板にはサファイア（Ｃ面、Ａ面、Ｒ面も含
む。）、ＳｉＣ（４Ｈ、６Ｈも含む。）、ＺｎＯ、Ｇａ
Ａｓ、Ｓｉ等が使用でき、好ましくはサファイアあるい
はＳｉＣを用いる。ｎ型コンタクト層としてはＧａＮ、
ＡｌＧａＮ等の二元混晶、または三元混晶の半導体層が
結晶性の良いものが得られる。特にＧａＮとすると電極
材料と好ましいオーミックが得られる。但し、ｎ型とす
るには半導体層にＳｉ、Ｇｅ、Ｓ等のドナー不純物をド
ープする。次のｎ型クラッド層は活性層よりもバンドギ
ャップが大きい窒化物半導体であれば良く、例えばＡｌ
ＧａＮが好ましい。次の活性層はノンドープのｎ型Ｉｎ
ＧａＮとすると、およそ６３５ｎｍ〜３６５ｎｍ付近の
バンド間発光が得られる。好ましくはインジウムのモル
比をガリウムに対して半分以下にしたｎ型ＩｎＧａＮが
結晶性が良く、レーザ素子の寿命が長い。次のｐ型クラ
ッド層はｎ型クラッド層と同じく活性層よりもバンドギ
ャップの大きい窒化物半導体であれば良く、例えばＡｌ
ＧａＮが好ましい。またｐ型とするにはＺｎ、Ｍｇ、Ｃ
ｄ等のII族元素、Ｃ（カーボン）等より構成されるアク
セプター不純物を半導体層にドープする。またドープ
後、さらに低抵抗なｐ型にする目的で４００℃以上でア
ニーリングを行っても良い。

【００１１】次のｐ型コンタクト層はｎ型コンタクト層
と同じくＧａＮ、ＡｌＧａＮ等の二元混晶、または三元
混晶の半導体層が結晶性の良いものが得られる。特にＧ
ａＮとすると電極材料と好ましいオーミックが得られ
る。さらに前記レーザ素子の構造において、活性層を数
十オングストロームの膜厚で３層以上積層した多層膜、
つまり多重量子井戸構造としてもよい。さらにまた各窒
化物半導体層の界面を格子整合させるため、各層のIII
族元素のモル比を調整して四元混晶（ＩｎＡｌＧａＮ）
の窒化物半導体とすることもできるが、一般的には三元
混晶、二元混晶の方が結晶性に優れている。特に好まし
くは、活性層の膜厚を３００オングストロームよりも薄
くすると共に、その活性層とｎ型クラッド層との間、お
よび／または前記活性層とｐ型クラッド層との間に、活
性層よりもバンドギャップが大きいｎ型またはｐ型のＩ
ｎＧａＮ層を挟むことにより、活性層とクラッド層との
界面からくる歪で、活性層を弾性的に変形するようにす
ると、歪量子井戸構造のレーザ素子が実現されるので、
さらにレーザ発振が容易となる。

【００１２】図１にサファイア単結晶の面方位を表すユ
ニットセル図を示す。本発明のレーザ素子を構成する窒
化物半導体は、このユニットセル図に示すようなサファ
イア基板のＣ面に積層されて、Ｃ軸方向に配向されてい
る。また、サファイア基板のＣ面とは［０００１］面に
完全に一致していることはいうまでもなく、［０００
１］面よりおよそ±１０゜以内の範囲でオフ角を有する
Ｃ面であっても本発明の範囲に含まれるものとする。第
３の本発明のレーザ素子はユニットセル図のＭ面、つま
り、斜線部に示すような６角柱の側面でサファイアを割
った際にできる窒化物半導体層の分割面を光共振面とし
ている。

【００１３】図２に本発明に係る一レーザ素子の斜視図
を示し、図３に図２のレーザ素子をストライプ電極に垂
直な方向で切断した際の断面図を示す。このレーザ素子
はメサストライプ型の構造を示しており、サファイア基
板１のＣ面上にＧａＮよりなるバッファ層２、Ｓｉドー
プｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタクト層３、Ｓｉドープ
ｎ型ＡｌＧａＮよりなるｎ型クラッド層４、Ｓｉドープ
ｎ型ＩｎＧａＮよりなる第二のｎ型クラッド層５、ノン
ドープＩｎＧａＮよりなる活性層６、Ｍｇドープｐ型Ａ
ｌＧａＮよりなるｐ型クラッド層７、Ｍｇドープｐ型Ｇ
ａＮよりなるｐ型コンタクト層８とが積層されたダブル
へテロ構造を有している。さらにｐ型コンタクト層８の
表面にストライプ状の正電極１２と、ｎ型コンタクト層
３の表面に同じくストライプ状の負電極１１が形成され
ている。

【００１４】このレーザ素子はサファイア基板のＭ面で
割られた対向する窒化物半導体面を基本的には光共振面
としており、さらにこの面を完全な光共振面とするため
に、この窒化物半導体面とサファイア基板とに亙って、
ＳｉＯ₂とＴｉＯ₂とがそれぞれ１０層ずつ交互に積層さ
れてなる誘電体多層膜２０が形成されている。誘電体多
層膜２０は対向した窒化物半導体層の表面にそれぞれ形
成されており、活性層の発光はこの誘電体多層膜２０で
反射されて完全な光共振面となる。なお、サファイアを
Ｍ面で割った場合、窒化物半導体の光共振面は六方晶系
の

【数７】面となることが多い。

【００１５】ウェーハを割る手段として例えばスクライ
バー、またはダイサーを用いることができる。スクライ
バーを用いた場合、窒化物半導体が積層された面と反対
側のサファイア基板をスクライブするのであるが、スク
ライブする前にそのサファイア基板を１５０μｍ以下、
さらに好ましくは１００μｍ以下の厚さに研磨して薄く
することが望ましい。基板を１５０μｍ以下に研磨して
薄くすることにより、Ｍ面から割れるように形成したス
クライブラインからウェーハを割る際に、スクライブラ
インより真っ直ぐに割れ易くなり、割れた窒化物半導体
層面が光共振面に近くなる。一方、ダイサーで割る場合
には、同じく窒化物半導体が積層されていないサファイ
ア基板側をハーフカットした後、ウェーハを圧し割るこ
とにより光共振面を形成できる。ダイサーによるハーフ
カット、スクライバーでウェーハを割る際には前記のよ
うにサファイア基板の厚さを１５０μｍ以下にすること
により、窒化物半導体層が基板に対して垂直に割れやす
くなり、光共振面となる傾向にある。

【００１６】次に第四の本発明のレーザ素子は、基板に
対してほぼ垂直にエッチングされた窒化物半導体の端面
が光共振面であり、この垂直にエッチングされた窒化物
半導体面に誘電体多層膜が形成されていることを特徴と
する。つまりこのレーザ素子も第三のレーザ素子と同じ
く、エッチングのみでは光損失の多い共振面しか得るこ
とができないので、光損失のほとんどない完全な光共振
面を得るため、さらに窒化物半導体のエッチング面の表
面に活性層の波長を反射する誘電体多層膜を形成して、
エッチング面を完全な光共振面としているのである。

【００１７】エッチングされた窒化物半導体層を光共振
面とするレーザ素子は特に図示しないが、例えば図２に
おいて、誘電体多層膜２０を形成している面が、窒化物
半導体層側からエッチングした際のその窒化物半導体の
端面であっても、同一図となるので省略する。なおエッ
チングで光共振面を形成する場合、窒化物半導体が積層
される基板は特にサファイアでなくでもよく、前記のよ
うにＳｉＣ、ＺｎＯ等の材料でもよいことはいうまでも
ない。

【００１８】第四のレーザ素子の光共振面は、積層され
た窒化物半導体層の最表面に所定のマスクを形成した
後、エッチングすることで形成可能である。エッチング
手段としては、ドライエッチング、ウェットエッチング
両方の手段があるが、窒化物半導体の端面を垂直にエッ
チングするにはドライエッチングが好ましい。ドライエ
ッチングでは例えば、反応性イオンエッチング、イオン
ミリング、イオンビームアシストエッチング、集束イオ
ンビームエッチング等の手段を用いることができる。

【００１９】レーザ素子の具体的な構造を挙げると、利
得導波型ストライプ型レーザとしては、電極ストライプ
型、メサストライプ型、ヘテロアイソレーション型等を
挙げることができる。またその他、作りつけ導波機構を
もつストライプ型レーザとして、埋め込みヘテロ型、Ｃ
ＳＰ型、リブガイド型等を挙げることができる。これら
の構造のレーザ素子に導波路として通常数μｍから２０
μｍ程度の幅の電極を最上層（上記構造の例ではｐ型コ
ンタクト層）に形成し、このストライプに沿って発振を
起こさせる。発振するための光共振面には、例えばこの
ストライプに垂直な方向の窒化物半導体層表面に形成さ
れる。またこの他、面発光型のレーザを作製した場合、
光共振面は窒化物半導体層中に形成されるが、本発明の
レーザ素子では、面発光レーザの光共振面の少なくとも
一方に前記した誘電体多層膜を形成することも可能であ
る。

【００２０】

【作用】窒化物半導体という劈開性のない半導体材料を
用いてレーザ素子を実現する際、最初に述べたように反
射鏡となる光共振面を形成することが非常に重要であ
る。本発明では窒化物半導体層の光共振面に誘電体多層
膜が形成されているので、誘電体多層膜により光損失が
少なく優れた反射鏡として作用する。また前述した誘電
体多層膜は光共振面の両方に形成することについて説明
しているが、いずれか一方に形成しても、レーザ発振は
可能である。例えば、光共振面の片方に誘電体多層膜を
形成し、もう片方に金属薄膜よりなる反射鏡を形成する
こともできる。

【００２１】さらに、その窒化物半導体レーザの発振波
長が３６０ｎｍ〜４６０ｎｍの領域にある場合、光共振
面にＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂よりなる群から選択さ
れた少なくとも二種類以上の薄膜が積層された誘電体多
層膜を形成することにより、世界で初めて短波長領域の
レーザ素子が実現できる。しかも、ＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、
ＺｒＯ₂の材料は窒化物半導体と非常に良く密着して剥
がれることもなく、前記短波長の光が連続的に長時間照
射されても劣化することがなく、さらに好ましいことに
レーザ素子の発熱に対して非常に耐熱性に優れているの
で、室温において長時間の連続発振可能となる。

【００２２】また、サファイアのＣ面に窒化物半導体を
積層したレーザ素子において、基板となるサファイア単
結晶は窒化ガリウム系化合物半導体と異なり結晶性が非
常に良く、図１に示すようにほぼ正確な六方晶系を有し
ている。一方、窒化物半導体は六方晶系といえどもサフ
ァイア基板の上に必ずしも基板と一致した結晶形で積層
されるわけではない。しかしサファイアの結晶系が安定
しているならば、安定したサファイアの方でウェーハを
割ってやることにより、窒化物半導体を安定して割れ易
くすることが可能となり、あたかも窒化ガリウム系化合
物半導体で劈開面を形成したかのような状態にできるの
である。特に、図１の斜線部で示すようにサファイアの
Ｍ面は必ず対向するもう一方のＭ面を有しているため、
それらのＭ面でウェーハを割ることによって対向する光
共振面が形成される。この共振面にさらに誘電体多層膜
が形成されると、完全な反射鏡ができるので窒化物半導
体は容易にレーザ発振する。

【００２３】同様に、エッチングにより窒化物半導体層
に垂直な端面を形成し、その端面を光共振面としても、
反射鏡としては未だ不十分であるので、その端面に誘電
体多層膜を形成しすることにより、光を完全に閉じこめ
られるので窒化物半導体が容易にレーザ発振する。

【００２４】

【実施例】［実施例１］図２および図３を用いて実施例
１を説明する。まず、厚さ３５０μｍのサファイア基板
１上に、ＧａＮよりなるバッファ層２を２００オングス
トローム、Ｓｉドープｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタク
ト層３を５μｍ、Ｓｉドープｎ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎより
なるｎ型クラッド層４を０．１μｍ、Ｓｉドープｎ型Ｉ
ｎ_0.01Ｇａ_0.99Ｎよりなる第二のｎ型クラッド層５を５
００オングストローム、ノンドープＩｎ_0.08Ｇａ_0.92Ｎ
よりなる活性層６を１００オングストローム、Ｍｇドー
プｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7Ｎよりなるｐ型クラッド層７を
０．１μｍ、Ｍｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタ
クト層８を０．５μｍの膜厚で順に成長させたウェーハ
を用意する。

【００２５】次に、このウェーハのｐ型コンタクト層７
の表面に所定の形状でマスクを形成した後、ＲＩＥ（反
応性イオンエッチング）を用いて、窒化物半導体層をエ
ッチングし、ｎ型コンタクト層３を露出させる。ｎ型コ
ンタクト層３を露出させた後、ｎ型コンタクト層３には
Ｔｉ／Ａｌよりなる負電極１１を２０μｍの幅で形成
し、ｐ型コンタクト層７にはＮｉ／Ａｕよりなる正電極
１２を３μｍの幅で形成する。なお電極の形状は図２、
図３に示すようなストライプ形状とする。

【００２６】次に、サファイア基板１の窒化物半導体層
を形成していない方の面を研磨機で８０μｍの厚さまで
研磨する。研磨後、サファイア基板の研磨面をスクライ
バーでスクライブする。スクライブ方向はストライプ電
極と直交するスクライブラインがサファイア基板のＭ面
と一致するようにし、もう一方のスクライブラインはス
トライプ電極と平行な方向とする。スクライブライン形
成後、ウェーハをローラで押し割り、レーザチップとす
る。このレーザチップは図２に示すような形状を有して
おり、ウェーハを割って露出した窒化物半導体面が光共
振面とされており、発光波長４２０ｎｍである。

【００２７】次にレーザチップの電極面全体にマスクを
施したのち、スパッタ装置で露出した窒化物半導体面に
ＳｉＯ₂よりなる薄膜を７５ｎｍで形成し、その上にＺ
ｒＯ₂よりなる薄膜を同じく４８ｎｍで形成し、このペ
アを１０ペア積層した透明な誘電体多層膜２０を形成す
る。このようにして形成された誘電体多層膜の反射率曲
線を図４に示す。図４に示すようにＳｉＯ₂とＺｒＯ₂よ
りなる誘電体多層膜は３８０ｎｍ〜４５０ｎｍ付近の波
長を１００％反射できる。

【００２８】このようにして得られたレーザ素子をヒー
トシンクに設置し、それぞれの電極をワイヤーボンドし
た後、室温でレーザ発振を試みたところ、しきい値電流
密度１．５ｋＡ／cm²で発振波長４２０ｎｍのレーザ発
振が確認され、１００時間以上の連続発振を示した。

【００２９】［実施例２］実施例１のレーザ素子の活性層の組成をＩｎ_0.15Ｇａ
_0.95Ｎとしたウェーハを用意する。なおこのレーザ素子
の発光波長は４６０ｎｍである。その後基板を研磨して
ストライプ状の電極を形成した後、ウェーハをサファイ
アのＭ面で割る迄は実施例１と同様にしてレーザチップ
を作製する。

【００３０】次に実施例１と同じく露出した窒化物半導
体面にＳｉＯ₂よりなる薄膜を８２ｎｍ、ＴｉＯ₂よりな
る薄膜を３８ｎｍの膜厚で１０ペア形成する。なおＳｉ
Ｏ₂とＴｉＯ₂よりなる薄膜の反射率曲線は特に図示しな
いが、４６０ｎｍの反射率はほぼ１００％を示してい
る。

【００３１】このようにして得られたレーザ素子を実施
例１と同様にヒートシンクに設置し、それぞれの電極を
ワイヤーボンドした後、室温でレーザ発振を試みたとこ
ろ、しきい値電流密度１．５ｋＡ／cm²で発振波長４６
０ｎｍのレーザ発振が確認され、同じく１００時間以上
の連続発振を示した。

【００３２】［実施例３］実施例１のウェーハのｎ型コンタクト層を露出させた
後、マスクを除去し、さらにｐ型コンタクト層の表面に
所定の形状のマスク（このマスク形状は後に形成するス
トライプ状の電極と垂直、および平行となるようなライ
ンが露出している。）を形成する。マスク形成後ＲＩＥ
エッチング装置を用いＳｉＣｌ₄ガスで窒化物半導体を
サファイア基板が露出するまでエッチングする。

【００３３】エッチング後、実施例１と同様にして正電
極、負電極を形成した後、先ほどのエッチングにより露
出したサファイア基板をスクライブまたは、ダイシング
してチップ状のレーザ素子に分離する。後は実施例１と
同様にして、電極と直交して露出した窒化物半導体面に
誘電体多層膜を形成してレーザ素子とする。このように
して得られたレーザ素子も実施例１と同じく、室温でレ
ーザ発振し、しきい値電流密度１．５ｋＡ／cm²で発振
波長４２０ｎｍのレーザ発振が確認され、１００時間以
上の連続発振を示した。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーザ素
子は光共振面となる窒化物半導体面に発振波長に応じた
反射率を有する誘電体多層膜を形成しているので、反射
鏡としての光共振面が活性層の光を互いにほぼ１００％
反射することにより、レーザ発振が可能となる。３６０
ｎｍ〜４６０ｎｍの短波長のレーザ発振において、Ｓｉ
Ｏ₂、ＴｉＯ₂、ＺｒＯ₂という窒化物半導体にふさわし
い材料で誘電体多層膜を形成したことによって室温での
短波長のレーザ発振が可能となる。このように短波長域
のレーザ素子が実現されたことにより、書き込み用光
源、コンパクトディスクの光源として記録密度が飛躍的
に向上し、その産業上の利用価値は非常に大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】サファイア単結晶の面方位を表すユニットセ
ル図。

【図２】本発明の一実施例に係るレーザ素子の形状を
示す斜視図。

【図３】図２のレーザ素子の構造を示す模式断面図。

【図４】本発明の一レーザ素子の光共振面に形成され
た誘電体多層膜の反射率曲線を示す図。

【符号の説明】

１・・・・サファイア基板、２・・・・バッファ層、３
・・・・ｎ型コンタクト層、４・・・・ｎ型クラッド
層、５・・・・第二のｎ型クラッド層、６・・・・活性
層、７・・・・ｐ型クラッド層、８・・・・ｐ型コンタ
クト層、１１・・・負電極、１２・・・正電極、２０・
・・誘電体多層膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中村修二徳島県阿南市上中町岡491番地100 日亜化学工業株式会社内 (56)参考文献特開平６−232510（ＪＰ，Ａ) 特開平６−152072（ＪＰ，Ａ) Ｊ．Ａｍ．Ｃｅｒａｍ．Ｓｏｃ．52 ［９］（1969）ｐ．485−491

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】サファイア基板の［０００１］面の表面
に窒化物半導体（Ｉｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ、０≦X、０≦
Y、X＋Y≦１）が積層されてなる窒化物半導体レーザ素
子であって、前記サファイア基板の厚さは１５０μｍ以下であり、か
つ前記レーザ素子の光共振面は、前記サファイア基板が【数１】【数２】【数３】【数４】【数５】【数６】面の内のいずれかの面で割られたときに該面とともに割
られた窒化物半導体面であり、前記光共振面に誘電体多
層膜が形成されていることを特徴とする窒化物半導体レ
ーザ素子。
【請求項２】前記窒化物半導体レーザ素子の発光波長
が３６０ｎｍ〜４６０ｎｍの範囲であり、前記光共振面
に形成された前記誘電体多層膜がＳｉＯ₂、ＴｉＯ₂、Ｚ
ｒＯ₂よりなる群から選択された少なくとも二種類以上
の薄膜を積層した多層膜であ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素子。