JP3986416B2 - 窒化物半導体レーザ - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は窒化物半導体レーザに関し、特に、自励発振のための構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
窒化物半導体レーザは、発振波長が４００ｎｍ前後であり、光ディスクシステム用として開発が進められている。光ディスクシステム等の光源として用いる場合、ディスク面からの反射光が半導体レーザに再結合して生じる戻り光雑音が問題になっている。一般的に、半導体レーザを過渡状態にして、発振スペクトルの利得集中を緩和することで、可干渉性を下げ得ることが知られており、注入電流を変調する高周波重畳や、半導体レーザ内部のキャリアと光子の相互作用を用いて、自励発振を行なうとよい。特に、後者の自励発振素子は、高周波回路を用いないため、コスト面や使い勝手において有利である。
【０００３】
このような自励発振特性を有する窒化物半導体レーザは、例えば、特開平９−１９１１６０に紹介されている。図２５は前述の光ディスク用低雑音半導体レーザの代表的な構造例である。特開平９−１９１１６０では、ＩｎＧａＮを構成元素とした可飽和吸収層を設けることで、安定な低雑音半導体レーザを提供しており、構造は下記のようである。
【０００４】
図２５において、ｎ‐ＳｉＣ基板１０００に、ｎ‐ＡｌＮ層１００１、ｎ‐ＡｌＧａＮクラッド層１００２、ｎ‐ＧａＮ光ガイド層１００３、ＩｎＧａＮ量子井戸活性層１００４、ｐ‐ＧａＮ光ガイド層１００５、ｐ‐ＡｌＧａＮクラッド層１００６、ｐ‐ＧａＮコンタクト層１００７が順次形成されている。ｐ‐ＧａＮ光ガイド層１００５には、ＩｎＧａＮ可飽和吸収層１００８が設けられている。なお、特開平９‐１９１１６０では、ＩｎＧａＮ可飽和吸収層がｎ型ＧａＮガイド層１００３にあってもよいと記載されている。
【０００５】
窒化物半導体レーザでは、基板と活性層の間（活性層下部層と呼ぶ）はｎ型であって、活性層上部層はｐ型であることが一般的である。可飽和吸収層には、ｎ層中に設けるｎ型可飽和吸収層、およびｐ層中に設けるｐ型可飽和吸収層がある。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−１９１１６０
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の窒化物半導体レーザでは、図２６に示すように、可飽和吸収層（Ｓ．Ａ．）においてのみキャリアが再結合して、これがキャリアの寿命を決定する大きな要因となっている。そこで、特開平９‐１９１１６０では、可飽和吸収層のキャリア寿命低減のために、可飽和吸収層の不純物濃度を高くしている。しかしながら、不純物は隣接層との相互拡散により変動することがある。また、自励発振半導体レーザは主に光ディスクシステムに使用され、したがって、システムの状態により自励発振特性をコントロールする必要がある。
【０００８】
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、自励発振特性を容易にコントロールすることが可能な窒化物半導体レーザを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、窒化物半導体レーザは、ＩｎとＧａを主に含有する窒化物半導体から成る活性層と、ＩｎとＧａを主に含有する窒化物半導体から成る量子井戸の可飽和吸収層と、ＡｌとＧａを主に含有する窒化物半導体から成る第１の層と、ＩｎとＧａを主に含有する窒化物半導体から成り第１の層とのヘテロ界面を有する第２の層を有し、第１の層、第２の層、可飽和吸収層、活性層はこの順に配置され、可飽和吸収層から前記へテロ界面までの距離が１５ｎｍ以内である構造とする。
【００１０】
本発明ではまた、上記窒化物半導体レーザにおいて、全ての窒化物半導体が結晶性の基板の上に設けられており、基板の格子定数が可飽和吸収層の格子定数よりも小さい構造とする。
【００１２】
これらの窒化物半導体レーザにおけるキャリア寿命のコントロールの原理を図２４に示す。キャリア（黒丸で示した電子と白丸で示したホール）は、可飽和吸収層（Ｓ．Ａ．）内で再結合するだけでなく、トンネル効果によってキャリア消滅層（Ｃ．Ｅ．）に達して、キャリア消滅層のヘテロ界面または成長温度不連続界面でも再結合して、消滅する。したがって、キャリア寿命をキャリア消滅層の層構造によって決めることができて、自励特性のコントロールが容易になり、安定な自励発振特性が得られる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
可飽和吸収特性を利用した自励発振半導体レーザを得るためには、可飽和吸収体のキャリア寿命が重要なパラメータになることが、山田らにより理論的に検討されている(ＩＥＩＣ．Ｅ． Ｔｒａｎｓ， Ｅｌｅｃｔｒｏｎ， ｖｏｌ．Ｅ８１‐Ｃ， １９９８）。ＩｎＧａＮを活性層に用いる窒化物半導体では、可飽和吸収体として利用される可飽和吸収層（Ｓ．Ａ．）にもＩｎＧａＮを用いる。ここで、ＩｎＧａＮとは、Ｉｎ（インジウム）とＧａ（ガリウム）とＮ（窒素）を主に含有する半導体であって、これらの３元素で９９％以上の組成を占めるものとする。一般的に、ＩｎＧａＮを活性層に用いる窒化物半導体レーザでは、ＧａＮおよびＡｌＧａＮを併用するダブルへテロ構造が採用される。
【００１４】
それぞれのバルクにおけるバンドギャップは、低い方からＩｎＧａＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮの順であり、格子定数は、大きい方からＩｎＧａＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮの順である。また、エピタキシャル成長における成長温度は、ＩｎＧａＮが約８００℃以下であり、ＧａＮ及びＡｌＧａＮは１０００℃程度であることが多い。このような特性をもつ３種類の材料を組み合わせる窒化物半導体レーザにおいてキャリア寿命を適切に制御することが可能なＳ．Ａ．システムについて、以下に説明する。
【００１５】
なお、本明細書において、Ｓ．Ａ．は可飽和吸収層の井戸層を示し、Ｓ．Ａ．システムは、Ｓ．Ａ．の可飽和吸収特性に影響を与えるＳ．Ａ．近傍の層とＳ．Ａ．を含むものである。本明細書では、内部電界を利用したＳ．Ａ．システム、ヘテロ界面における欠陥等などによる再結合を利用したＳ．Ａ．システムについて述べる。
【００１６】
＜内部電界について＞
上記３種類の材料を用いたエピタキシャル成長層は、相互の歪みにより大きな内部電界が生じる。一般に、内部電界には圧電効果と自発分極があり、バンドベンディングの傾きが材料でおおよそ決定される。Ｓ．Ａ．システムの実質的な吸収特性を決めるＳ．Ａ．はＩｎＧａＮから成り、含まれるＩｎの組成Ｉｎ（ｘ）は隣接する層に対して大きくなる。このＳ．Ａ．は、周辺の層構造よりも格子定数が大きいため、圧縮歪みが発生する。通常、窒化ガリウム系の半導体はｃ面方向に成長面を持ち、Ｇａリッチで成長する。ｐ-ｎジャンクションを有する窒化ガリウム系の半導体では、前記歪みを有するＩｎＧａＮから成るＳ．Ａ．は、Ｐ層方向（一般的に成長方向であることが多い）にエネルギーが小さくなるようにバンドベンディングする。このベンディング方向は、窒化ガリウム系の半導体に設けられたＰ電極、Ｎ電極間に順バイアスした場合と同様である。
【００１７】
また、これらの窒化ガリウム系の半導体では、基板として、ＧａＮ基板やサファイア基板を用いることが多く、これらの基板の格子定数はＩｎＧａＮよりも小さいため、基板上に積層されたＳ．Ａ．は圧縮歪みを受ける。
【００１８】
一方、Ｉｎの組成の少ないＩｎＧａＮやＧａＮ、Ａｌの組成の少ないＡｌＧａＮ等は、周辺層の状態によりベンディング方向が異なる。また、Ａｌの組成の多いＡｌＧａＮでは、Ｐ層方向にエネルギーが高くなるようにバンドベンディングするが、半導体レーザ動作時は外部印加電界を考慮する必要がある。このような特徴を適切に利用することにより、窒化物半導体特有のＳ．Ａ．システムを構築することができることが分かった。
【００１９】
Ｓ．Ａ．のキャリアを速やかに緩和させるためには、前述の内部電界の効果を用いて、キャリア消滅層（Ｃ．Ｅ．）へ少数キャリアをトンネルさせることが可能である（経路＿Ｂ）。なお、本明細書ではＳ．Ａ．システムにおけるＳ．Ａ．以外の層は、直接的、間接的にかかわらず、全てＳ．Ａ．におけるキャリアを消滅させるために用いられるので、これら全ての層をＣ．Ｅ．（キャリア消滅層）と呼ぶ。詳細は後述する。
【００２０】
トンネル効果によるＣ．Ｅ．のキャリア寿命をτC.E.、Ｃ．Ｅ．の層厚をdC.E.、トンネル確率をτtとし、Ｓ．Ａ．内の再結合時間をτS.A.、Ｓ．Ａ．の層厚をdS.A.とすれば、τtが十分短い場合には、
τS.A.’ ＝ ｄS.A.／（ｄC.E.／τC.E.＋ｄS.A.／τS.A.）
となり、例えば、τS.A.＝τC.E.かつ２×ｄS.A.＝ｄC.E.の場合には、
τS.A.'＝τS.A.／３
になる。また、τC.E.が十分早い、あるいはｄC.E.が十分厚い場合には、
τS.A.’ ＝ １／（１／τS.A.＋１／τt）
のように記述できる。
【００２１】
Ｃ．Ｅ．のキャリア寿命を短くするためには、Ｃ．Ｅ．とＡｌＧａＮヘテロ界面における再結合を利用することもできる。後述するように、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮへテロ界面では成長温度の変化が大きいこと、格子定数が異なることから、欠陥等による再結合が促進されると考えられる。
【００２２】
Ｓ．Ａ．からＣ．Ｅ．へのトンネル確率を高くするためには、井戸層に生成したキャリアの分布がＣ．Ｅ．にしみ出し、かつ、Ｃ．Ｅ．にトンネルできる準位が存在することが望ましい。Ｓ．Ａ．の層厚ｄS.A.が励起子ボーア半径よりも小さい場合には、吸収により生成したキャリアの分布はＳ．Ａ．の外にしみ出す。このように、ＩｎＧａＮから成るＳ．Ａ．井戸層の幅は、４ｎｍ以下であることが望ましく、特に、３ｎｍ以下がよいことが分かった。
【００２３】
一方、例えば、大きくバンドベンディングしたＳ．Ａ．では、前述のようにＰ層方向にエネルギーが下がるため、少数キャリアがエレクトロンの場合には、キャリア分布がＰ層方向に偏り、少数キャリアがホールの場合には、キャリア分布が基板方向に偏る。このようなバンドベンディングの大きい歪み量子井戸から成るＳ．Ａ．では、層厚が４ｎｍ以上であっても、それぞれＰ層方向、基板方向のＣ．Ｅ．にキャリア分布がしみ出すと考えられる。ただし、このような歪み量子井戸から成るＳ．Ａ．では、バンドベンディングによる実質的なバンドギャップ縮小が大きく、相対的にＩｎの組成Ｉｎ（ｘ）を小さくする必要がある。
【００２４】
Ｃ．Ｅ．へのトンネル効果を得るためには、Ｃ．Ｅ．もＳ．Ａ．と同様に、Ｐ層方向にエネルギーが低くなるようにバンドベンディングすることが望ましく、Ｃ．Ｅ．近傍にＡｌＧａＮ層を設けるとよい。望ましくはＡｌの組成が高いほうがよく、０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。
【００２５】
順バイアス時には、Ｓ．Ａ．のバンドベンディングが大きくなるように外部電界が働く。Ｓ．Ａ．およびＣ．Ｅ．をノンドープにすることで、外部電界の効果を顕著にすることが可能である。これにより、作りつけのトンネル効果が期待できなくても、レーザ動作時にＳ．Ａ．からＣ．Ｅ．へのトンネル効果が期待できる。
【００２６】
＜界面再結合＞
バンドベンディングの効果の他に、ＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮへテロ界面による再結合によって、Ｓ．Ａ．のキャリア寿命を低減することが期待できる（経路＿Ｃ）。上記のへテロ界面では、格子定数の不整合に成長温度の著しい不連続が加わるために、界面で欠陥や界面準位による再結合が期待されることが分かった。Ｓ．Ａ．のキャリア分布には励起子ボーア半径程度の広がりがあるため、上記のへテロ界面が非常に近傍に存在すれば、ヘテロ界面の欠陥や界面準位へのトンネル効果により、キャリアの速い緩和が期待できる。
【００２７】
キャリア分布の井戸層からのしみ出しを大きくするためには、ＩｎＧａＮから成るＳ．Ａ．井戸層の幅は４ｎｍ以下であることが望ましく、特に３ｎｍ以下がよい。一方、例えば、大きくバンドベンディングした歪み量子井戸から成るＳ．Ａ．では、前述のようにＰ層方向にエネルギーが下がり、少数キャリアがエレクトロンの場合には、キャリア分布がＰ層方向に偏るため、Ｓ．Ａ．のＰ層方向近傍にヘテロ界面があればよく、少数キャリアがホールの場合には、キャリア分布が基板方向に偏るため、Ｓ．Ａ．の基板方向近傍にヘテロ界面があればよい。このような歪み量子井戸から成るＳ．Ａ．では、井戸の幅が４ｎｍ以上であってもキャリア寿命の低減が期待できる。
【００２８】
＜代表的なモデル＞
このように経路＿Ｂおよび経路＿Ｃはほぼ同様な構造であり、実際の構造は２つの効果を併せもつものになる。図１から図１０に、Ｓ．Ａ．システム構造１から１０を示す。
【００２９】
図１は、Ｓ．Ａ．システム構造１をエネルギーバンド図として示したものである。Ｎ電極側から順に、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１、ＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．２、ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３、ＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．４、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５である。
【００３０】
なお、Ｓ．Ａ．システム構造１〜１０のいずれにおいても、第１および第４のＣ．Ｅ．は、ＡｌとＧａを主に含有する窒化物半導体（ＡｌＧａＮ）であり、第２および第３のＣ．Ｅ．は、ＩｎとＧａを主に含有する窒化物半導体（ＩｎＧａＮ）、あるいはＧａを主に含有する窒化物半導体（ＧａＮ）である。
【００３１】
図１において、Ｓ．Ａ．３に生成したキャリアのうち、エレクトロンは主に第３のＣ．Ｅ．４へトンネルし、ホールは主に第２のＣ．Ｅ．２へトンネルする。これらの層がＰ層、Ｎ層のどちらにあっても同様の効果が期待できるが、Ｐ層においては、ホールが多数キャリアのため、エレクトロンのトンネル効果が、また、Ｎ層においては、エレクトロンが多数キャリアのため、ホールのトンネル効果が、自励発振するために必要である。
【００３２】
ＡｌＧａＮから成る第１のＣ．Ｅ．１および第４のＣ．Ｅ．５は、ＩｎＧａＮから成るＳ．Ａ．３、第２のＣ．Ｅ．２および第３のＣ．Ｅ．４に内部電界を発生させるために設けているが、例えば、第２のＣ．Ｅ．２およびＳ．Ａ．３が十分薄ければ、第４のＣ．Ｅ．５がなくても、Ｓ．Ａ．３／第３のＣ．Ｅ．４界面近傍には内部電界による前述のバンドベンディングが期待されるため、Ｓ．Ａ．３のキャリア寿命低減が期待される。
【００３３】
Ｓ．Ａ．システム構造１をＰ層に設けた場合について説明すれば、少数キャリアのエレクトロンは、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１／ＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．２ヘテロ界面、およびＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．４／ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５ヘテロ界面による緩和と、ＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．４へのトンネル効果が期待でき、ＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．４にトンネル効果により生成したエレクトロンは、ＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．４／ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５ヘテロ界面による緩和が期待できる。
【００３４】
窒化物半導体レーザは、上記のいくつかの緩和過程を適当にすることで、光情報記録装置（例えば、ＤＶＤ等の光ディスクシステム）等の応用に最適な特性にすることができる。
【００３５】
このようにＳ．Ａ．システムはいくつか考えられるが、経路＿Ｂを得るためには少なくともＳ．Ａ．近傍にＡｌＧａＮ層が１つ以上あることが必要であって、Ｓ．Ａ．システムがＰ層にあるときは、Ｓ．Ａ．のＰ層側（活性層と反対側）にＩｎＧａＮ層が接し、Ｓ．Ａ．システムがＮ層にあるときは、Ｓ．Ａ．の基板側（活性層と反対側）にＩｎＧａＮ層が接しているとよい。経路＿Ｃを得るためには少なくともＳ．Ａ．近傍にＡｌＧａＮ層が１つ以上あることが必要である。また、このＡｌＧａＮ層は、望ましくはＩｎＧａＮ層と接しているとよく、低温で成長されたＧａＮ層と接触していてもよい。
【００３６】
＜Ｐ型＞
Ｐ層におけるＳ．Ａ．システムであって、経路＿Ｂおよび経路＿Ｃの効果がある構造を下記に示す。
【００３７】
図１のＳ．Ａ．システム構造１において、ＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．２はＧａＮであってもよく、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１とＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．２の間に薄いＧａＮが挿入されていてもよく、ＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．２とＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３の間にＧａＮが挿入されていてもよく、また、ＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．４とＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５の間にＧａＮが挿入されていてもよい。Ｓ．Ａ．システム構造２〜６においても、同様の変更が可能である。
【００３８】
図２は、Ｓ．Ａ．システム構造２をエネルギーバンド図として示してものである。Ｎ電極側から順に、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１、ＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．２、ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３、ＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．４である。
【００３９】
図３は、Ｓ．Ａ．システム構造３をエネルギーバンド図として示してたものである。Ｎ電極側から順に、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１、ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３、ＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．４である。
【００４０】
図４は、Ｓ．Ａ．システム構造４をエネルギーバンド図として示したものである。Ｎ電極側から順に、ＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．２、ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３、ＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．４、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５である。
【００４１】
図５は、Ｓ．Ａ．システム構造５をエネルギーバンド図として示したものである。Ｎ電極側から順に、ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３、ＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．４、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５である。
【００４２】
図６は、Ｓ．Ａ．システム構造６をエネルギーバンド図として示したものである。Ｎ電極側から順に、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１、ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３、ＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．４、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５である。
【００４３】
＜Ｎ型＞
Ｎ層におけるＳ．Ａ．システムであって、経路＿Ｂおよび経路＿Ｃの効果がある構造を下記に示す。
【００４４】
図１のＳ．Ａ．システム構造１において、ＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．４はＧａＮであってもよく、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５とＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．４の間に薄いＧａＮが挿入されていてもよく、ＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．４とＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３の間にＧａＮが挿入されていてもよく、また、ＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．２とＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１の間にＧａＮが挿入されていてもよい。Ｓ．Ａ．システム構造７〜９においても、同様の変更が可能である。また、Ｓ．Ａ．システム構造２、構造４は、Ｎ層にあっても効果がある。
【００４５】
図７は、Ｓ．Ａ．システム構造７をエネルギーバンド図として示したものである。Ｎ電極側から順に、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１、ＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．２、ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３である。
【００４６】
図８は、Ｓ．Ａ．システム構造８をエネルギーバンド図として示したものである。Ｎ電極側から順に、ＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．２、ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５である。
【００４７】
図９は、Ｓ．Ａ．システム構造９をエネルギーバンド図として示したものである。Ｎ電極側から順に、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１、ＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．２、ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５である。
【００４８】
＜その他＞
Ｐ層、Ｎ層のどちらにあっても経路＿Ｃの効果があるＳ．Ａ．システム構造を下記に示す。経路＿Ｃのみを利用する構造では、エピタキシャル成長のバラツキの影響があるため、望ましくは上記の構造１〜構造９がよい。
【００４９】
図１〜図９に示したＳ．Ａ．システム構造１〜構造９には、この効果がある。なお、図１のＳ．Ａ．システム構造１において、ＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．２はＧａＮであってもよく、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１とＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．２の間に薄いＧａＮが挿入されていてもよく、ＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．２とＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３の間にＧａＮが挿入されていてもよく、ＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．４はＧａＮであってもよく、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５とＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．４の間に薄いＧａＮが挿入されていてもよく、また、ＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．４とＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３の間にＧａＮが挿入されていてもよい。Ｓ．Ａ．システム構造２〜構造９においても同様の変更が可能である。
【００５０】
図１０は、Ｓ．Ａ．システム構造１０をエネルギーバンド図として示したものである。Ｎ電極側から順に、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１、ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５である。
【００５１】
Ｓ．Ａ．システム構造１〜構造１０において、Ｓ．Ａ．システムがＰ層にある場合、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．とＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．の距離は、
ｄC.E.2 + ｄS.A. ≦ １５ｎｍ
ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．とＩｎＧａＮのＳ．Ａ．の距離は、
ｄC.E.3 ≦ １５ｎｍ
であるとよい。
【００５２】
また、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．およびＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。
【００５３】
Ｓ．Ａ．システムがＮ層にある場合、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．とＩｎＧａＮのＳ．Ａ．の距離は、
ｄC.E.2 ≦ １５ｎｍ
ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．とＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．の距離は、
ｄC.E.3 + ｄS.A. ≦ １５ｎｍ
であるとよい。
【００５４】
また、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．およびＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。
【００５５】
なお、望ましくは構造１、２、４に従った、ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３がＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．２およびＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．４に挟まれているとよい。ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３の結晶性が安定するためである。
【００５６】
ところで、これらのＳ．Ａ．システムを設けた窒化物半導体レーザにおいては、共振器内の光子寿命が自動発振特性を決定づける大きな要因の一つである。図２３は、内部損失のみを変更することで、光子寿命を変更した場合の自動発振特性をシミュレーションした一例である。一般的に、内部損失が小さいほど光子寿命は長くなり、図のように、内部損失αiが４０ｃｍ-1では自動発振領域が数ｍＷであるのに対して、内部損失αiが１０ｃｍ-1であれば２０ｍＷ以上の範囲で自動発振することが分かる。当然、Ｓ．Ａ．システムを最適化することで自動発振領域は変化するが、前述の内部損失の依存性は同様である。
【００５７】
このように共振器内の光子寿命を長くすることで、窒化物半導体レーザは容易に自動発振することが期待され、光子寿命を長くする方法として、たとえば、端面反射率を高くする、共振器長を長くする、内部損失を減らす試みが有効である。特に、反射率や共振器長は容易に変更可能であるため、窒化物半導体レーザ製作の最終工程で変更するとよいであろう。また、内部損失が少ない窒化物半導体レーザほど、短共振器長であっても自動発振特性が得られる。また、前面および後面の反射率が高い窒化物半導体レーザほど、短共振器長であっても自動発振特性が得られるが、前面の反射率を高くすると前面からのレーザ光取り出しが困難になるため、自動発振が可能な光出力幅は見かけ上狭くなる。
【００５８】
これらを考慮すれば、共振器長は１５０ｎｍ以上、望ましくは３００ｎｍ以上、さらに望ましくは４５０ｎｍ以上がよく、後面の反射率は７０％以上であることが望ましい。一方、前面の反射率は５〜６０％であることが望ましい。前面の反射率が６０％より大きいと、見かけ上の自動発振可能な光出力幅が狭くなり、５％未満では、光子寿命が短くなって自動発振しにくいためである。
【００５９】
＜実施の形態１＞
図１１は、本発明の実施の形態１の窒化物半導体レーザを、ストライプ方向から見た断面図である。この窒化物半導体レーザはＰ型可飽和吸収層を備えた構造であって、基板側から説明すると、Ｎ電極１０、ｎ−ＧａＮ基板１１、ｎ−ＧａＮ層１２、ｎ−ＩｎＧａＮクラック防止層１３、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１４、ｎ−ＧａＮガイド層１５、ｎ−ＩｎＧａＮ活性層１６、ｐ−ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１７、ＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．１８、ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．１９、ＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．２０、ｐ−ＧａＮガイド層２１、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層２２、ｐ−ＧａＮコンタクト層２３、絶縁膜２４、Ｐ電極２５である。
【００６０】
図１１に示すように、実施の形態１はリッジ構造を用いた屈折率導波路をもつ半導体レーザである。ｐ−ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１７は注入されたエレクトロンのオーバーフローを防止するためのキャリアブロック層としての効果もある。実施の形態１はＳ．Ａ．システム構造２を用いている。
【００６１】
以下、図１１を参照しつつ、本実施の形態１における半導体レーザの製造方法を説明する。
【００６２】
なお、本明細書中で述べるエピタキシャル成長法とは、基板上に結晶膜を成長する方法であって、ＶＰＥ（気相エピタキシャル）法、ＣＶＤ（化学気相デポジション）法、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相エピタキシャル）法、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相デポジション）法、Ｈａｌｉｄｅ−ＶＰＥ（ハロゲン化学気相エピタキシャル）法、ＭＢＥ(分子線エピタキシャル）法、ＭＯＭＢＥ（有機金属分子線エピタキシャル）法、ＧＳＭＢＥ（ガス原料分子線エピタキシャル）法、ＣＢＥ（化学ビームエピタキシャル）法を含む。
【００６３】
まず、窒化ガリウム半導体層をＧａＮ基板１１上にエピタキシャル成長させる。ＭＯＣＶＤ装置にＧａＮ基板１１をセットし、Ｖ族原料のＮＨ3とＩＩＩ族原料のＴＭＧａを用いて、５５０℃の成長温度で低温ＧａＮバッファ層を２５ｎｍ成長する。次に、１０７５℃の成長温度で前記原料にＳｉＨ4を加えｎ−ＧａＮ層１２（Ｓｉ不純物濃度１×１０18/ｃｍ3）を３μｍ形成する。続いて成長温度を７００℃から８００℃程度に下げ、ＴＭＩｎのＩＩＩ族原料の供給を行い、ｎ−Ｉｎ0.07Ｇａ0.93Ｎクラック防止層１３を５０ｎｍ成長する。再び基板温度を１０７５℃に上げ、ＴＭＡｌのＩＩＩ族原料を用いて、２．０μｍ厚のｎ−Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層１４（Ｓｉ不純物濃度１×１０18/ｃｍ3）を成長し、続いてｎ−ＧａＮガイド層１５を０．１μｍ成長する。
【００６４】
ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１４は上記に限るものではなく、Ａｌの組成が０．０３から０．２０程度の混晶比の均一な層であったり、混晶比の異なる複数の層であったり、混晶比が連続的に変化する層であったりしてもよく、層厚も異なっていてもよい。ｎ−ＧａＮ基板への放射ロスが十分抑えられることが重要である。また、ｎ−ＧａＮガイド層１５も上記に限るものではなく、活性層の光閉じ込め係数とＦＦＰパターンを最適化するために変更されるべきであるが、一意に決まるのではない。特に、若干のＩｎが混晶されていたり、アンドープ（Ｓｉ不純物濃度１×１０17/ｃｍ3以下）であったりしてもよく、層厚が異なっていてもよい。
【００６５】
その後、基板温度を７３０℃に下げ、４周期の厚さ４ｎｍのＩｎ0.08Ｇａ0.92Ｎ井戸層と厚さ８ｎｍのＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎバリア層より構成される活性層（多重量子井戸構造）１６を、バリア層／井戸層／バリア層／井戸層／バリア層／井戸層／バリア層の順序で成長する。バリア層と井戸層、または井戸層とバリア層との間に、１秒以上１８０秒以内の成長中断を行ってもよい。これにより各層の平坦性が向上して、発光半値幅が減少する。活性層にはＳｉを不純物として添加しているが、バリア層、井戸層ともにアンドープ（Ｓｉ不純物濃度１×１０17/ｃｍ3以下）としたり、どちらか一方をアンドープとしてもよい。また、活性層は３周期に限らずＳＱＷ（単一量子井戸）でもよく、２周期から１２周期程度でもよく、望ましくは３周期から６周期がよい。
【００６６】
次に、基板温度を再び１０５０℃まで昇温して、厚さ１８ｎｍのｐ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎの第１のＣ．Ｅ．１７を成長する。ｐ型不純物としてＭｇを５×１０19／ｃｍ3〜２×１０20／ｃｍ3で添加した。なお、ｐ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎの第１のＣ．Ｅ．１７は５ｎｍから４０ｎｍであることが望ましく、ｐ層方向にＡｌの組成が少なくなるような構造であったり、Ａｌの組成が異なる１つ以上の層の組み合わせであってもよい。ｐ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎの第１のＣ．Ｅ．１７が５ｎｍより薄くなるとキャリアオーバーフローにより閾値が上昇する。
【００６７】
次に、基板温度を７３０℃に下げて、Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎから成る第２のＣ．Ｅ．１８を２ｎｍ成長し、続いて、Ｉｎ0.10Ｇａ0.90Ｎから成るＳ．Ａ．１９を１ｎｍ、Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎから成る第３のＣ．Ｅ．２０を２ｎｍ成長する。これらの層にはｐ型不純物としてＭｇを１×１０17／ｃｍ3〜２×１０20／ｃｍ3で添加したが、アンドープ（Ｍｇ不純物濃度１×１０17/ｃｍ3以下を意味し、他の層からの拡散や、成長時の残留ガスによる少量の添加物が含まれる。）であったり、それぞれの層で不純物濃度が異なっていたりしてもよい。
【００６８】
Ｓ．Ａ．が励起子ボーア半径程度かそれよりも薄くなる４ｎｍ以下では、Ｓ．Ａ．の実質的なバンドギャップを、ウェハーのフォトルミネッセンスＰＬ測定や、吸収スペクトルで調べることができる。また、４ｎｍよりも厚い場合には、ウェハーの吸収スペクトルを観察することが望ましい。内部電界によるキャリアの局在化が影響するためである。これらの測定の結果、活性層の実質的なバンドギャップとＳ．Ａ．の実質的なバンドギャップとの差が−０．１５ｅＶ〜＋０.０２ｅＶ以内となるようにして、これらの実質的なバンドギャップがほぼ等しくなるように調整する。なお、Ｓ．Ａ．及びＣ．Ｅ．を積層後、１秒以上１８０秒以内の成長中断を行ってもよい。
【００６９】
続いて、基板温度を再び１０５０℃まで昇温しながら、０．０９５μｍのｐ−ＧａＮガイド層２１、０．５μｍのｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層２２、０．１μｍのｐ−ＧａＮコンタクト層２３を成長する。ｐ型不純物としてＭｇを５×１０19／ｃｍ3〜２×１０20／ｃｍ3で添加した。
【００７０】
上記のように、各層を構成する元素およびドープ元素の各原料に、ＴＭＧａ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）、ＮＨ3、Ｃｐ2Ｍｇ（ビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム）、ＳｉＨ4を用いている。
【００７１】
ｐ−ＧａＮコンタクト層２３の形成後、ドライエッチングによりリッジ構造を形成し、リッジ構造以外の部位にＳｉＯ2から成る絶縁膜２４を設けて、その上面にｐ電極２５（Ｐｄ/Ｍｏ/Ａｕ）を形成する。なお、絶縁膜２４はＳｉＯ2に限らず、Ｔａ2Ｏ5、ＳｉＯ、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、Ａｌ2Ｏ3などや、これらのうちの２つ以上の材質の混合体や層構造であってもよい。また、Ｓｉ等の吸収材料を用いて、ロスガイド構造にしてもよい。リッジ幅は０．５μｍから３．０μｍ程度であればよく、またリッジ幅が一定でない変調リッジ構造やテーパーリッジ構造であってもよい。
【００７２】
その後、ＧａＮ基板の裏面側から研磨またはエッチングにより基板の一部を除去して、ウェハーの厚さを１００〜３００μｍ程度までに薄く調整する。これは、後の工程でウェハーを分割し個々のレーザチップにするのを容易にするための工程である。特に、レーザ端面ミラーも分割時に形成する場合には、８０〜２００μｍ程度に薄く調整することが望ましい。本実施の形態においては、研削機及び研磨機を用いて、ウェハーの厚さを１５０μｍに調整した。なお、研磨機のみを用いてもよい。ウェハーの裏面は、研磨機により磨かれているため平らである。
【００７３】
研磨後、ＧａＮ基板１１裏面に薄い金属膜を蒸着して、Ｎ電極１０を設ける。このＮ電極１０はＨｆ／Ａｌ／Ｍｏ／Ｐｔ／Ａｕの層構造より成る。このような薄い金属膜を膜厚の制御性よく形成するには真空蒸着法が適しており、本実施の形態１においてもこの手法を用いた。ただし、イオンプレーティング法やスパッタ法等の他の手法を用いてもかまわない。Ｐ、Ｎ電極の特性向上のために、金属膜形成後５００℃でアニールを行い、良好なオーミック電極を得ている。なお、Ｎ電極のアニールは、Ｈｆ／Ａｌを蒸着した後に行ない、アニール後にＭｏ／Ｐｔ／Ａｕをメタライズしてもよい。
【００７４】
上記のようにして製作した半導体素子は、下記の方法で分割した。まず、表面からダイヤモンドポイントでスクライブラインを入れ、ウェハーに適宜力を加えて、スクライブラインに沿ってウェハーを分割した。スクライブラインは裏面から入れてもよい。他の手法としては、ワイヤソーまたは薄板ブレードを用いて傷入れまたは切断を行うダイシング法、エキシマレーザ等のレーザ光の照射加熱とその後の急冷により照射部にクラックを生じさせ、これをスクライブラインとするレーザスクライビング法、高エネルギー密度のレーザ光の照射により照射部位を蒸発させて溝入れ加工を行うレーザアブレーション法等を用いても、同様にチップ分割可能である。
【００７５】
次に、ダイボンディング法により、レーザチップをヒートシンク上にマウントし、半導体レーザを得る。チップは、Ｎ電極側を接合面にするジャンクションアップで強固に接着した。ここでいうヒートシンクはステム等のことである。
【００７６】
なお、出射後面には高反射膜（ＨＲ）をコーティングすることもある。光反射膜は、よく知られているように、低屈折率材質と高屈折率材質を光学波長λの１／４の厚さで交互に積層することで得られ、本実施の形態ではＳｉＯ2／ＴｉＯ2から成る４ペア（８層）を用いた。これにより後面の反射率は約９５％に上がる。
【００７７】
このようにして製作した窒化物半導体レーザの諸特性を調べた。窒化物半導体レーザの共振器長は６５０μｍ、ストライプ幅２μｍとした。室温２５℃において電流閾値約６０ｍＡで連続発振し、発振波長４０５±５ｎｍであった。また、ＦＦＰ（ファーフィールドパターン）はリップル等が無く、レンズ等で集光する際に問題は無かった。基本横モードで発振していると推定される。次に、光出力を５ｍＷに固定し（ＡＰＣ駆動）、高速の受光素子と電気オシロスコープを用いて光波形を観測したところ、自励発振していることが分かった。なお、自励発振の有無は、電気スペアナや光オシロスコープ等による観測でも検出可能である。
【００７８】
図１２は、測定で得られた自励発振波形をデジタルカメラで撮影したものである。測定時にはパルス電流を用いており、、パルス幅は１．８μｓ、デューティー比は１％で、オシロスコープで２ｎｓ／ｄｉｖである。
【００７９】
次に、注入電流を変えながら自励発振とその時の光出力を調べたところ、約４０ｍＷまで自励発振が認められた。なお、前後の反射率などを調整すれば、１００ｍＷ程度まで自励発振することも可能である。
【００８０】
半導体レーザが自励発振を行なうためには、Ｓ．Ａ．の線形傾斜利得が高く、キャリア寿命が短いことが必要であることが、他材質の検討で明らかにされている。窒化物半導体では、波長が４００ｎｍと短いことによりフォトンエネルギーが高いため、また、材料も違うため、上記のような特性を実現するために、新たな探求が必要であることは至極明らかである。
【００８１】
実施の形態１では、Ｓ．Ａ．システム構造２を用いており、窒化物半導体レーザは自励発振した。実施の形態１におけるＳ．Ａ．システムを図１３に示す。Ｎ電極側から、ｐ−ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１７、ＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．１８、ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．１９、ＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．２０である。
【００８２】
エレクトロンの緩和経路には、図に示したように、Ｓ．Ａ．での緩和（経路＿Ａ）、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１７／ＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．１８ヘテロ界面での緩和（経路＿Ｃ）、Ｓ．Ａ．からＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．２０へのトンネリングによる緩和（経路＿Ｂ）がある。経路＿Ａは輻射再結合と非輻射再結合を含むものである。このように経路＿Ｂおよび経路＿Ｃをコントロールすることで、窒化物半導体レーザ特有のＳ．Ａ．システムを構築することができる。
【００８３】
実施の形態１ではＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．１８、ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．１９、ＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．２０について層厚等を検討した。経路＿Ｃを利用するためには、エレクトロンの広がりを利用する必要があり、Ｓ．Ａ．の中心からＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．層１７までの距離が励起子ボーア半径と同程度でなければならず、
ｄC.E.2 ＋ ｄS.A.／２ ≦ １０ｎｍ
がよいと考えられ、さらに望ましくは、
ｄC.E.2 ＋ ｄS.A.／２ ≦ ４ｎｍ
がよいと考えられる。第２のＣ．Ｅ．１８はＩｎＧａＮまたはＧａＮであって、Ｉｎの組成は０から０．０５程度がよい。望ましくは第２のＣ．Ｅ．１８の成長温度は８３０℃以下であるとよい。
【００８４】
経路＿Ｂを利用するためには、第１のＣ．Ｅ．１７から第３のＣ．Ｅ．１９までの距離が短いほうがよく、格子緩和されないことが必要である。経路＿Ｂと経路＿Ｃの効果の区別は難しいが、実施の形態１において、
ｄC.E.2 ＋ ｄS.A. ≦ １５ｎｍ
であれば自励発振が確認された。さらに望ましくは、
ｄC.E.2 ＋ ｄS.A. ≦ ５ｎｍ
がよかった。上記範囲内であれば窒化物半導体レーザは自励発振を得やすく、層厚を適切に調整することで自励発振特性を制御できる。
【００８５】
Ｓ．Ａ．は、望ましくは励起子ボーア半径程度の４ｎｍ以下がよく、０．５ｎｍ以上がよい。０．５ｎｍ以下ではＳ．Ａ．内のＩｎの凝集により、層として考えられないためである。しかしながら、４ｎｍよりも厚いＳ．Ａ．であっても、
ｄC.E.2 ＋ ｄS.A. ≦ １５ｎｍ
においては、第２のＣ．Ｅ．が薄くなってＳ．Ａ．の歪みが大きくなるため、自励発振を得ることができる。
【００８６】
したがって、Ｓ．Ａ．システム構造２においては、
ｄC.E.2 ＋ ｄS.A. ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄC.E.2 ＋ ｄS.A. ≦ ５ｎｍ
がよい。
【００８７】
実施の形態１において、ＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．１８はＧａＮであってもよく、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１７とＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．１８の間に薄いＧａＮが挿入されていてもよく、ＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．１８とＩｎＧａＮのＳ．Ａ．１９の間にＧａＮが挿入されていてもよく、ＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．２０はＧａＮであってもよく、また、ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．１９とＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．２０の間にＧａＮが挿入されていてもよい。
【００８８】
なお、実施の形態１において、Ｓ．Ａ．およびＣ．Ｅ．は基板からの圧縮歪みを受けているため、経路＿Ｂの効果を促進しているものと考えられる。このような効果を得るためには、基板の格子定数がＳ．Ａ．およびＣ．Ｅ．の格子定数よりも小さいことが望ましく、具体的には、ＧａＮと同じか、小さければよい。基板には、例えば、サファイア基板やサファイアに少量ＡｌとＯ（酸素）以外の元素を混晶したもの、ＡｌＧａＮ基板などのＧａＮにＧａとＮ以外の元素を混晶したものが考えられる。
【００８９】
図１４に、サファイア基板を用いた窒化物半導体レーザを示す。このレーザは、Ｎ電極３０、サファイア基板３１、ｎ−ＧａＮ層３２、ｎ−ＩｎＧａＮクラック防止層３３、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層３４、ｎ−ＧａＮガイド層３５、ｎ−ＩｎＧａＮ活性層３６、ｐ−ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．層３７、ＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．３８、ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３９、ＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．４０、ｐ−ＧａＮガイド層４１、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層４２、ｐ−ＧａＮコンタクト層４３、絶縁膜４４、Ｐ電極４５より成る。
【００９０】
なお、上述の条件を満たしていれば、ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．は多重量子井戸構造であってもよい。また、第２のＣ．Ｅ．および第３のＣ．Ｅ．の一部または全部が、共ドープ、つまりｐ型不純物とｎ型不純物を共に含むようにドープされていてもよい。これにより第２のＣ．Ｅ．および第３のＣ．Ｅ．におけるキャリア寿命が短くなる。
【００９１】
サファイア基板は絶縁性であり、図１４のように片側２電極構造である。Ｎ電極のためのメサ工程を除いて、ＧａＮ基板とほぼ同様に製作することができる。得られた窒化物半導体レーザは自励発振を確認することができた。実施の形態２以降ではＧａＮ基板のみについて説明するが、実施の形態１と同様に、基板が異なっていても本発明の効果が期待できる。
【００９２】
なお、実施の形態１では、リッジ構造により光閉じ込め、電流狭窄を行っているが、電極ストライプ構造やブロック構造などの他のレーザ構造であっても、本発明の効果が得られることは明らかである。
【００９３】
自励発振周波数は光子寿命によって変更することができるため、共振器長、端面反射率を変えるとよい。例えば、光ディスクシステムにおける窒化物半導体レーザから光ディスクまでの光学距離により、最も雑音が小さくなるように設計してもよい。
【００９４】
窒化物半導体レーザにおけるＳ．Ａ．システム以外の層は、上述のものと異なっていても、本発明の効果が期待できる。例えば、多層構造のＡｌＧａＮクラッド層や、ＳＬＳクラッド、ＩｎＧａＮガイド層等である。また、活性層と第１のＣ．Ｅ．の間に、ＩｎＧａＮ層またはＧａＮ層があってもよい。これらの変更は下記の実施の形態２以降でも同様に可能である。
【００９５】
＜実施の形態２＞
図１５は、本発明の実施の形態２の窒化物半導体レーザを、ストライプ方向から見た断面図である。この窒化物半導体レーザはｐ型可飽和吸収層を備えた構造であって、実施の形態１と同様に、Ｓ．Ａ．システムの第１のＣ．Ｅ．がキャリアブロック層を兼ねている。本実施の形態２では、Ｓ．Ａ．システム構造１を用いている。
【００９６】
基板側から説明すると、Ｎ電極２１０、ｎ−ＧａＮ基板２１１、ｎ−ＧａＮ層２１２、ｎ−ＩｎＧａＮクラック防止層２１３、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層２１４、ｎ−ＧａＮガイド層２１５、ｎ−ＩｎＧａＮ活性層２１６、Ｓ．Ａ．システム２１７、ｐ−ＧａＮガイド層２１８、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層２１９、ｐ−ＧａＮコンタクト層２２０、絶縁膜２２１、Ｐ電極２２２である。なお、Ｓ．Ａ．システム２１７の構造は図１に従っている。
【００９７】
実施の形態２（Ｓ．Ａ．システム構造１）では実施の形態１と同様の効果が期待され、
ｄC.E.2 ＋ ｄS.A. ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは
ｄC.E.2 ＋ ｄS.A. ≦ ５ｎｍ
がよい。また、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により、
ｄC.E.3 ≦ １５ｎｍ
がよく、さらに望ましくは、
ｄC.E.3 ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により経路＿Ｂが期待できる。
【００９８】
ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。また、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。
【００９９】
図１のＳ．Ａ．システム構造１において、ＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．２はＧａＮであってもよく、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１とＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．２の間に薄いＧａＮが挿入されていてもよく、ＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．２とＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３の間にＧａＮが挿入されていてもよく、また、ＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．４とＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５の間にＧａＮが挿入されていてもよい。なお、実施の形態３〜１７においては、同様の説明は省略するが、該当層がある場合には同様の変更が可能である。
【０１００】
＜実施の形態３＞
実施の形態３の窒化物半導体レーザは、ｐ型可飽和吸収層を備えた構造であって、実施の形態１と同様に、Ｓ．Ａ．システムの第１のＣ．Ｅ．がキャリアブロック層を兼ねている。本実施の形態３ではＳ．Ａ．システム構造３を用いている。図１５は、実施の形態３の窒化物半導体レーザを、ストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム２１７の構造は図３に従う。
【０１０１】
実施の形態３（Ｓ．Ａ．システム構造３）では実施の形態１と同様の効果が期待され、
ｄS.A. ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄS.A. ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により経路＿Ｂが期待できる。
【０１０２】
ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。また、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。
【０１０３】
＜実施の形態４＞
実施の形態４の窒化物半導体レーザは、ｐ型可飽和吸収層を備えた構造であって、実施の形態１と同様に、Ｓ．Ａ．システムの第１のＣ．Ｅ．がキャリアブロック層を兼ねている。実施の形態４ではＳ．Ａ．システム構造６を用いている。図１５は、実施の形態４の窒化物半導体レーザをストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム２１７の構造は図６に従う。
【０１０４】
実施の形態４（Ｓ．Ａ．システム構造６）では実施の形態１と同様の効果が期待され、
ｄS.A. ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄS.A. ≦ ５ｎｍ
がよい。また、
ｄC.E.3 ≦ １５ｎｍ
がよく、さらに望ましくは、
ｄC.E.3 ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により経路＿Ｂが期待できる。
【０１０５】
ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。また、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。
【０１０６】
＜実施の形態５＞
実施の形態５の窒化物半導体レーザは、ｐ型可飽和吸収層を備えた構造であって、実施の形態１と同様に、Ｓ．Ａ．システムの第１のＣ．Ｅ．がキャリアブロック層を兼ねている。実施の形態５ではＳ．Ａ．システム構造９を用いている。図１５は、実施の形態５の窒化物半導体レーザを、ストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム２１７の構造は図９に従う。
【０１０７】
ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３はＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５に接しているため、経路＿Ｂが期待できない。しかしながら ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３／ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５ヘテロ界面における再結合により、実施の形態５の窒化物半導体レーザは自励発振が期待できる。Ｓ．Ａ．システムが構造１０（図１０）に従っていても同様である。
【０１０８】
＜実施の形態６＞
図１６は、本発明の実施の形態６の窒化物半導体レーザを、ストライプ方向から見た断面図である。この窒化物半導体レーザはｐ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態６ではＳ．Ａ．システム構造１を用いている。
【０１０９】
基板側から説明すると、Ｎ電極３１０、ｎ−ＧａＮ基板３１１、ｎ−ＧａＮ層３１２、ｎ−ＩｎＧａＮクラック防止層３１３、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層３１４、ｎ−ＧａＮガイド層３１５、ｎ−ＩｎＧａＮ活性層３１６、ｐ−ＡｌＧａＮキャリアブロック層３１７、ｐ−ＧａＮガイド層３１８、Ｓ．Ａ．システム３１９、ｐ−ＧａＮガイド層３２０、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層３２１、ｐ−ＧａＮコンタクト層３２２、絶縁膜３２３、Ｐ電極３２４である。なお、Ｓ．Ａ．システム３１９の構造は図１に従う。
【０１１０】
実施の形態６（Ｓ．Ａ．システム構造１）では実施の形態１と同様の効果が期待され、
ｄC.E.2 ＋ ｄS.A. ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄC.E.2 ＋ ｄS.A. ≦ ５ｎｍ
がよい。また、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により、
ｄC.E.3 ≦ １５ｎｍ
がよく、さらに望ましくは、
ｄC.E.3 ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１およびＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により経路＿Ｂが期待できる。
【０１１１】
ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１およびＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。また、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１およびＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。
【０１１２】
＜実施の形態７＞
実施の形態７の窒化物半導体レーザは、ｐ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態７ではＳ．Ａ．システム構造２を用いている。図１６は、実施の形態７の窒化物半導体レーザをストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム３１９の構造は図２に従う。
【０１１３】
実施の形態７（Ｓ．Ａ．システム構造２）では実施の形態１と同様の効果が期待され、
ｄC.E.2 ＋ ｄS.A. ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは
ｄC.E.2 ＋ ｄS.A. ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１により経路＿Ｂが期待できる。
【０１１４】
ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。また、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。
【０１１５】
＜実施の形態８＞
実施の形態８の窒化物半導体レーザは、ｐ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態８ではＳ．Ａ．システム構造３を用いている。図１６は、実施の形態８の窒化物半導体レーザをストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム３１９の構造は図３に従う。
【０１１６】
実施の形態８（Ｓ．Ａ．システム構造３）では実施の形態１と同様の効果が期待され、
ｄS.A. ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄS.A. ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１により経路＿Ｂが期待できる。
【０１１７】
ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。また、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。
【０１１８】
＜実施の形態９＞
実施の形態９の窒化物半導体レーザは、ｐ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態９ではＳ．Ａ．システム構造４を用いている。図１６は、実施の形態９の窒化物半導体レーザをストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム３１９の構造は図４に従う。
【０１１９】
実施の形態９（Ｓ．Ａ．システム構造４）では実施の形態１と同様の効果が期待され、
ｄC.E.3 ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄC.E.3 ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により経路＿Ｂが期待できる。
【０１２０】
ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。また、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。
【０１２１】
＜実施の形態１０＞
実施の形態１０の窒化物半導体レーザは、ｐ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態１０ではＳ．Ａ．システム構造５を用いている。図１６は、実施の形態１０の窒化物半導体レーザを、ストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム３１９の構造は図５に従う。
【０１２２】
実施の形態１０（Ｓ．Ａ．システム構造５）では実施の形態１と同様の効果が期待され、
ｄC.E.3 ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄC.E.3 ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により経路＿Ｂが期待できる。
【０１２３】
ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。また、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。
【０１２４】
＜実施の形態１１＞
実施の形態１１の窒化物半導体レーザは、ｐ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態１１ではＳ．Ａ．システム構造６を用いている。図１６は、実施の形態１１の窒化物半導体レーザをストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム３１９の構造は図６に従う。
【０１２５】
実施の形態１１（Ｓ．Ａ．システム構造６）では実施の形態１と同様の効果が期待され、
ｄS.A. ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄS.A. ≦ ５ｎｍ
がよい。また、
ｄC.E.3 ≦ １５ｎｍ
がよく、さらに望ましくは、
ｄC.E.3 ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により経路＿Ｂが期待できる。
【０１２６】
ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。また、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。
【０１２７】
＜実施の形態１２＞
実施の形態１２の窒化物半導体レーザは、ｐ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態１２ではＳ．Ａ．システム構造８を用いている。図１６は、実施の形態１２の窒化物半導体レーザをストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム３１９の構造は図８に従う。
【０１２８】
ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３はＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５に接しているため、経路＿Ｂが期待できない。しかしながら、ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３／ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５ヘテロ界面における再結合により、実施の形態１２の窒化物半導体レーザは自励発振が期待できる。Ｓ．Ａ．システムが構造９（図９）および構造１０（図１０）に従っていても同様である。
【０１２９】
＜実施の形態１３＞
図１７は、本発明の実施の形態１３の窒化物半導体レーザを、ストライプ方向から見た断面図である。この窒化物半導体レーザは、ｐ型可飽和吸収層を備えた構造であって、Ｓ．Ａ．システムの第４のＣ．Ｅ．がｐ−ＡｌＧａＮクラッド層を兼ねている。実施の形態１３ではＳ．Ａ．システム構造１を用いている。
【０１３０】
基板側から説明すると、Ｎ電極４１０、ｎ−ＧａＮ基板４１１、ｎ−ＧａＮ層４１２、ｎ−ＩｎＧａＮクラック防止層４１３、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層４１４、ｎ−ＧａＮガイド層４１５、ｎ−ＩｎＧａＮ活性層４１６、ｐ−ＡｌＧａＮキャリアブロック層４１７、ｐ−ＧａＮガイド層４１８、Ｓ．Ａ．システム４１９、ｐ−ＧａＮコンタクト層４２０、絶縁膜４２１、Ｐ電極４２２である。なおＳ．Ａ．システム４１９の構造は図１に従う。
【０１３１】
実施の形態１３（Ｓ．Ａ．システム構造１）では実施の形態１と同様の効果が期待され、
ｄC.E.2 ＋ ｄS.A. ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄC.E.2 ＋ ｄS.A. ≦ ５ｎｍ
がよい。また、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により、
ｄC.E.3 ≦ １５ｎｍ
がよく、さらに望ましくは、
ｄC.E.3 ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１およびＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により経路＿Ｂが期待できる。
【０１３２】
ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１およびＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。また、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。
【０１３３】
なお、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５はクラッド層を兼ねているため、層厚は約０．５μｍと厚くなる。Ａｌ組成が０．１５以上と高い場合には、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５の電圧降下が大きく、またクラックが発生しやすいため、２層以上の層構造にすることが望ましい。
【０１３４】
図１８は、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．とｐ−ＡｌＧａＮクラッド層を分離した窒化物半導体レーザを示したものである。基板側から説明すると、Ｎ電極５１０、ｎ−ＧａＮ基板５１１、ｎ−ＧａＮ層５１２、ｎ−ＩｎＧａＮクラック防止層５１３、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層５１４、ｎ−ＧａＮガイド層５１５、ｎ−ＩｎＧａＮ活性層５１６、ｐ−ＡｌＧａＮキャリアブロック層５１７、ｐ−ＧａＮガイド層５１８、Ｓ．Ａ．システム５１９、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層５２０、ｐ−ＧａＮコンタクト層５２１、絶縁膜５２２、Ｐ電極５２３である。
【０１３５】
図１８に示した構造では、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５のＡｌの組成は０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。また、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。また、上記ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．よりＰ層方向のｐ−ＡｌＧａＮクラッド層に向けて、Ａｌの組成が徐々に少なくなるようなグレーテッドな構造としてもよい。
【０１３６】
＜実施の形態１４＞
実施の形態１４の窒化物半導体レーザは、ｐ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態１４ではＳ．Ａ．システム構造４を用いている。図１７は、実施の形態１４の窒化物半導体レーザをストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム４１９の構造は図４に従う。
【０１３７】
実施の形態１４（Ｓ．Ａ．システム構造４）では実施の形態１と同様の効果が期待され、
ｄC.E.3 ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄC.E.3 ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により経路＿Ｂが期待できる。ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。
【０１３８】
また、実施の形態１３で説明した図１８に示す構造であってもよい。その場合、Ｓ．Ａ．システム５１９は図４に従う。上記の条件に加えて、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。
【０１３９】
＜実施の形態１５＞
実施の形態１５の窒化物半導体レーザは、ｐ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態１５ではＳ．Ａ．システム構造５を用いている。図１７は、実施の形態１５の窒化物半導体レーザを、ストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム４１９の構造は図５に従う。
【０１４０】
実施の形態１５（Ｓ．Ａ．システム構造５）では実施の形態１と同様の効果が期待され、
ｄC.E.3 ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄC.E.3 ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により経路＿Ｂが期待できる。ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。
【０１４１】
また、実施の形態１３で説明した図１８に示す構造としてもよい。その場合も、Ｓ．Ａ．システム５１９の構造は図５に従う。上記条件に加えて、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。
【０１４２】
＜実施の形態１６＞
実施の形態１６の窒化物半導体レーザは、ｐ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態１６ではＳ．Ａ．システム構造６を用いている。図１７は、実施の形態１６の窒化物半導体レーザをストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム４１９の構造は図６に従う。
【０１４３】
実施の形態１６（Ｓ．Ａ．システム構造６）では実施の形態１と同様の効果が期待され、
ｄS.A. ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄS.A. ≦ ５ｎｍ
がよい。また、
ｄC.E.3 ≦ １５ｎｍ
がよく、さらに望ましくは、
ｄC.E.3 ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１およびＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により経路＿Ｂが期待できる。
【０１４４】
ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。また、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。
【０１４５】
実施の形態１３で説明した図１８に示す構造としてもよい。その場合も、Ｓ．Ａ．システム５１９の構造は図６に従う。上記条件に加えて、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。
【０１４６】
＜実施の形態１７＞
実施の形態１７の窒化物半導体レーザは、ｐ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態１７ではＳ．Ａ．システム構造８を用いている。図１７は、実施の形態１７の窒化物半導体レーザを、ストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム４１９の構造は図８に従う。
【０１４７】
ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３はＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５に接しているため、経路＿Ｂが期待できない。しかしながら ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３／ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５ヘテロ界面における再結合により、本実施の形態１７の窒化物半導体レーザは自励発振が期待できる。Ｓ．Ａ．システムが構造９（図９）および構造１０（図１０）に従っていても同様である。
【０１４８】
＜実施の形態１８＞
図１９は、本発明の実施の形態１８の窒化物半導体レーザを、ストライプ方向から見た断面図である。この窒化物半導体レーザはｎ型可飽和吸収層を備えた構造であって、Ｓ．Ａ．システムの第１のＣ．Ｅ．がｐ−ＡｌＧａＮクラッド層を兼ねている。実施の形態１８ではＳ．Ａ．システム構造１を用いている。
【０１４９】
基板側から説明すると、Ｎ電極６１０、ｎ−ＧａＮ基板６１１、ｎ−ＧａＮ層６１２、ｎ−ＩｎＧａＮクラック防止層６１３、Ｓ．Ａ．システム６１４、ｎ−ＧａＮガイド層６１５、ｎ−ＩｎＧａＮ活性層６１６、ｐ−ＡｌＧａＮキャリアブロック層６１７、ｐ−ＧａＮガイド層６１８、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層６１９、ｐ−ＧａＮコンタクト層６２０、絶縁膜６２１、Ｐ電極６２２である。なおＳ．Ａ．システム６１４の構造は図１に従う。
【０１５０】
実施の形態１８（Ｓ．Ａ．システム構造１）では、ｎ型可飽和吸収層のため少数キャリアがホールである他は、実施の形態１と同様の効果が期待される。ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により、
ｄC.E.3 ＋ ｄS.A. ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄC.E.3 ＋ ｄS.A. ≦ ５ｎｍ
がよい。またＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１により、
ｄC.E.2 ≦ １５ｎｍ
がよく、さらに望ましくは、
ｄC.E.2 ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１およびＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により経路＿Ｂが期待できる。
【０１５１】
ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１およびＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。また、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。
【０１５２】
なお、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１はクラッド層を兼ねているため、層厚は０．５μｍ以上と厚くなる。基板への放射モードを抑制するためには１．０μｍ以上が望ましい。Ａｌ組成が０．１５以上と高い場合には、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１においてクラックが発生しやすいため、２層以上の層構造にすることが望ましい。
【０１５３】
図２０はＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．とｎ−ＡｌＧａＮクラッド層を分離した窒化物半導体レーザを示したものである。基板側から説明すると、Ｎ電極７１０、ｎ−ＧａＮ基板７１１、ｎ−ＧａＮ層７１２、ｎ−ＩｎＧａＮクラック防止層７１３、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層７１４、Ｓ．Ａ．システム７１５、ｎ−ＧａＮガイド層７１６、ｎ−ＩｎＧａＮ活性層７１７、ｐ−ＡｌＧａＮキャリアブロック層７１８、ｐ−ＧａＮガイド層７１９、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層７２０、ｐ−ＧａＮコンタクト層７２１、絶縁膜７２２、Ｐ電極７２３である。
【０１５４】
図２０に示した構造では、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１のＡｌの組成は０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。また、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。また、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．より基板方向のｎ−ＡｌＧａＮクラッド層に向けて、Ａｌの組成が徐々に少なくなるようなグレーテッドな構造であってもよい。
【０１５５】
図１のＳ．Ａ．システム構造１において、ＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．４はＧａＮであってもよく、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５とＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．４の間に薄いＧａＮが挿入されていてもよく、ＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．４とＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３の間にＧａＮが挿入されていてもよく、また、ＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．２とＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１の間にＧａＮが挿入されていてもよい。なお、実施の形態１９〜３５においては、同様の説明は省略するが、該当層がある場合には同様の変更が可能である。
【０１５６】
＜実施の形態１９＞
実施の形態１９の窒化物半導体レーザは、ｎ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態１９ではＳ．Ａ．システム構造２を用いている。図１９は、実施の形態１９の窒化物半導体レーザをストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム６１４の構造は図２に従う。
【０１５７】
実施の形態１９（Ｓ．Ａ．システム構造２）では、ｎ型可飽和吸収層のため少数キャリアがホールである他は、実施の形態１と同様の効果が期待され、
ｄC.E.2 ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄC.E.2 ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１により経路＿Ｂが期待できる。ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。
【０１５８】
実施の形態１８で説明した図２０に示す構造としてもよい。その場合も、Ｓ．Ａ．システム７１４の構造は図２に従う。上記条件に加えて、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。
【０１５９】
＜実施の形態２０＞
実施の形態２０の窒化物半導体レーザは、ｎ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態２０ではＳ．Ａ．システム構造７を用いている。図１９は、実施の形態２０の窒化物半導体レーザを、ストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム６１４の構造は図７に従う。
【０１６０】
実施の形態２０（Ｓ．Ａ．システム構造７）では、ｎ型可飽和吸収層のため少数キャリアがホールである他は、実施の形態１と同様の効果が期待され、
ｄC.E.2 ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄC.E.2 ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１により経路＿Ｂが期待できる。ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。
【０１６１】
実施の形態１８で説明した図２０に示す構造としてもよい。その場合、Ｓ．Ａ．システム７１４の構造は図７に従う。上記条件に加えて、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。
【０１６２】
＜実施の形態２１＞
実施の形態２１の窒化物半導体レーザは、ｎ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態２１ではＳ．Ａ．システム構造９を用いている。図１９は、実施の形態２１の窒化物半導体レーザをストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム６１４の構造は図９に従う。
【０１６３】
実施の形態２１（Ｓ．Ａ．システム構造９）では、ｎ型可飽和吸収層のため少数キャリアがホールである他は、実施の形態１と同様の効果が期待され、
ｄC.E.2 ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄC.E.2 ≦ ５ｎｍ
がよい。またＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により、
ｄS.A. ≦ １５ｎｍ
がよく、さらに望ましくは、
ｄS.A. ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１およびＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により経路＿Ｂが期待できる。
【０１６４】
ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１およびＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。また、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよい。
【０１６５】
実施の形態１８で説明した図２０に示す構造としてもよい、その場合も、Ｓ．Ａ．システム７１４の構造は図９に従う。上記条件に加えて、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。
【０１６６】
＜実施の形態２２＞
実施の形態２２の窒化物半導体レーザは、ｎ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態２２ではＳ．Ａ．システム構造３を用いている。図１９は、実施の形態２２の窒化物半導体レーザを、ストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム６１４の構造は図３に従う。
【０１６７】
ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３はＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１に接しているため、経路＿Ｂが期待できない。しかしながら ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１／ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３ヘテロ界面における再結合により、本実施の形態２２の窒化物半導体レーザは自励発振が期待できる。Ｓ．Ａ．システムが構造６（図６）および構造１０（図１０）に従っていても同様である。なお、実施の形態１８で説明した図２０に示す構造としてもよい、
【０１６８】
＜実施の形態２３＞
図２１は、本発明の実施の形態２３の窒化物半導体レーザを、ストライプ方向から見た断面図である。この窒化物半導体レーザは、ｎ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態２３ではＳ．Ａ．システム構造１を用いている。
【０１６９】
基板側から説明すると、Ｎ電極８１０、ｎ−ＧａＮ基板８１１、ｎ−ＧａＮ層８１２、ｎ−ＩｎＧａＮクラック防止層８１３、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層８１４、ｎ−ＧａＮガイド層８１５、Ｓ．Ａ．システム８１６、ｎ−ＧａＮガイド層８１７、ｎ−ＩｎＧａＮ活性層８１８、ｐ−ＡｌＧａＮキャリアブロック層８１９、ｐ−ＧａＮガイド層８２０、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層８２１、ｐ−ＧａＮコンタクト層８２１、絶縁膜８２３、Ｐ電極８２４である。なおＳ．Ａ．システム８１６の構造は図１に従う。
【０１７０】
実施の形態２３（Ｓ．Ａ．システム構造１）では、ｎ型可飽和吸収層のため少数キャリアがホールである他は、実施の形態１と同様の効果が期待される。ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により、
ｄC.E.3 ＋ ｄS.A. ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄC.E.3 ＋ ｄS.A. ≦ ５ｎｍ
がよい。また、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１により、
ｄC.E.2 ≦ １５ｎｍ
がよく、さらに望ましくは、
ｄC.E.2 ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１およびＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により経路＿Ｂが期待できる。
【０１７１】
ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１およびＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。また、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１およびＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。
【０１７２】
＜実施の形態２４＞
実施の形態２４の窒化物半導体レーザは、ｎ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態２４ではＳ．Ａ．システム構造２を用いている。図２１は、実施の形態２４の窒化物半導体レーザを、ストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム８１６の構造は図２に従う。
【０１７３】
実施の形態２４（Ｓ．Ａ．システム構造２）では、ｎ型可飽和吸収層のため少数キャリアがホールである他は、実施の形態１と同様の効果が期待される。ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１により、
ｄC.E.2 ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄC.E.2 ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１により経路＿Ｂが期待できる。
【０１７４】
ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。また、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。
【０１７５】
＜実施の形態２５＞
実施の形態２５の窒化物半導体レーザは、ｎ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態２５ではＳ．Ａ．システム構造４を用いている。図２１は、実施の形態２５の窒化物半導体レーザをストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム８１６の構造は図４に従う。
【０１７６】
実施の形態２５（Ｓ．Ａ．システム構造４）では、ｎ型可飽和吸収層のため少数キャリアがホールである他は、実施の形態１と同様の効果が期待される。ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により、
ｄC.E.3 ＋ ｄS.A. ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄC.E.3 ＋ ｄS.A. ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により経路＿Ｂが期待できる。
【０１７７】
ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。また、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。
【０１７８】
＜実施の形態２６＞
実施の形態２６の窒化物半導体レーザは、ｎ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態２６ではＳ．Ａ．システム構造７を用いている。図２１は、実施の形態２６の窒化物半導体レーザをストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム８１６の構造は図７に従う。
【０１７９】
実施の形態２６（Ｓ．Ａ．システム構造７）では、ｎ型可飽和吸収層のため少数キャリアがホールである他は、実施の形態１と同様の効果が期待される。ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１により、
ｄC.E.2 ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄC.E.2 ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１により経路＿Ｂが期待できる。
【０１８０】
ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。また、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。
【０１８１】
＜実施の形態２７＞
実施の形態２７の窒化物半導体レーザは、ｎ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態２７ではＳ．Ａ．システム構造８を用いている。図２１は、実施の形態２７の窒化物半導体レーザを、ストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム８１６の構造は図８に従う。
【０１８２】
実施の形態２７（Ｓ．Ａ．システム構造８）では、ｎ型可飽和吸収層のため少数キャリアがホールである他は、実施の形態１と同様の効果が期待される。ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により、
ｄS.A. ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄS.A. ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により経路＿Ｂが期待できる。
【０１８３】
ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。また、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。
【０１８４】
＜実施の形態２８＞
実施の形態２８の窒化物半導体レーザは、ｎ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態２８ではＳ．Ａ．システム構造９を用いている。図２１は、実施の形態２８の窒化物半導体レーザを、ストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム８１６の構造は図９に従う。
【０１８５】
実施の形態２８（Ｓ．Ａ．システム構造９）では、ｎ型可飽和吸収層のため少数キャリアがホールである他は、実施の形態１と同様の効果が期待される。ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により、
ｄS.A. ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄS.A. ≦ ５ｎｍ
がよい。また、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１により、
ｄC.E.2 ≦ １５ｎｍ
がよく、さらに望ましくは、
ｄC.E.2 ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１およびＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により経路＿Ｂが期待できる。
【０１８６】
ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１およびＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。また、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１およびＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。
【０１８７】
＜実施の形態２９＞
実施の形態２９の窒化物半導体レーザは、ｎ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態２９ではＳ．Ａ．システム構造３を用いている。図２１は、実施の形態２９の窒化物半導体レーザを、ストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム８１６の構造は図３に従う。
【０１８８】
ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３はＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１に接しているため、経路＿Ｂが期待できない。しかしながら ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１／ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３ヘテロ界面における再結合により、実施の形態２９の窒化物半導体レーザは自励発振が期待できる。Ｓ．Ａ．システムが構造６（図６）および構造１０（図１０）に従っていても同様である。
【０１８９】
＜実施の形態３０＞
図２２は、本発明の実施の形態３０の窒化物半導体レーザを、ストライプ方向から見た断面図である。この窒化物半導体レーザはｎ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態３０ではＳ．Ａ．システム構造１を用いている。
【０１９０】
基板側から説明すると、Ｎ電極９１０、ｎ−ＧａＮ基板９１１、ｎ−ＧａＮ層９１２、ｎ−ＩｎＧａＮクラック防止層９１３、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層９１４、ｎ−ＧａＮガイド層９１５、Ｓ．Ａ．システム９１６、ｎ−ＩｎＧａＮ活性層９１７、ｐ−ＡｌＧａＮキャリアブロック層９１８、ｐ−ＧａＮガイド層９１９、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層９２０、ｐ−ＧａＮコンタクト層９２１、絶縁膜９２２、Ｐ電極９２３である。なおＳ．Ａ．システム９１６の構造は図１に従う。
【０１９１】
実施の形態３０（Ｓ．Ａ．システム構造１）では、ｎ型可飽和吸収層のため少数キャリアがホールである他は、実施の形態１と同様の効果が期待される。ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により、
ｄC.E.3 ＋ ｄS.A. ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄC.E.3 ＋ ｄS.A. ≦ ５ｎｍ
がよい。また、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１により、
ｄC.E.2 ≦ １５ｎｍ
がよく、さらに望ましくは、
ｄC.E.2 ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１およびＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により経路＿Ｂが期待できる。
【０１９２】
ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１およびＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。また、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１およびＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。
【０１９３】
＜実施の形態３１＞
実施の形態３１の窒化物半導体レーザは、ｎ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態３１ではＳ．Ａ．システム構造２を用いている。図２２は、実施の形態３１の窒化物半導体レーザを、ストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム９１６の構造は図２に従う。
【０１９４】
実施の形態３１（Ｓ．Ａ．システム構造２）では、ｎ型可飽和吸収層のため少数キャリアがホールである他は、実施の形態１と同様の効果が期待される。ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１により、
ｄC.E.2 ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄC.E.2 ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１により経路＿Ｂが期待できる。
【０１９５】
ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。また、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。なお、注入されたホールがＳ．Ａ．で再結合するのを防ぐために、ＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．は少なくとも２０ｎｍ以上必要である。ホールの移動度が低いためである。
【０１９６】
＜実施の形態３２＞
実施の形態３２の窒化物半導体レーザは、ｎ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態３２ではＳ．Ａ．システム構造４を用いている。図２２は、実施の形態３２の窒化物半導体レーザを、ストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム９１６の構造は図４に従う。
【０１９７】
実施の形態３２（Ｓ．Ａ．システム構造４）では、ｎ型可飽和吸収層のため少数キャリアがホールである他は、実施の形態１と同様の効果が期待される。ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により、
ｄC.E.3 ＋ ｄS.A. ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄC.E.3 ＋ ｄS.A. ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により経路＿Ｂが期待できる。
【０１９８】
ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。また、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。なお、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５はホールに対して障壁になる。
【０１９９】
＜実施の形態３３＞
実施の形態３３の窒化物半導体レーザは、ｎ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態３３ではＳ．Ａ．システム構造８を用いている。図２２は、実施の形態３３の窒化物半導体レーザを、ストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム９１６の構造は図８に従う。
【０２００】
実施の形態３３（Ｓ．Ａ．システム構造８）では、ｎ型可飽和吸収層のため少数キャリアがホールである他は、実施の形態１と同様の効果が期待される。ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により、
ｄS.A. ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄS.A. ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により経路＿Ｂが期待できる。
【０２０１】
ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。また、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。なお、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５はホールに対して障壁になる。
【０２０２】
＜実施の形態３４＞
実施の形態３４の窒化物半導体レーザは、ｎ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態３４ではＳ．Ａ．システム構造９を用いている。図２２は、実施の形態３４の窒化物半導体レーザを、ストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム９１６の構造は図９に従う。
【０２０３】
実施の形態３４（Ｓ．Ａ．システム構造９）では、ｎ型可飽和吸収層のため少数キャリアがホールである他は、実施の形態１と同様の効果が期待される。ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により、
ｄS.A. ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄS.A. ≦ ５ｎｍ
がよい。また、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１により、
ｄC.E.2 ≦ １５ｎｍ
がよく、さらに望ましくは、
ｄC.E.2 ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１およびＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により経路＿Ｂが期待できる。
【０２０４】
ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１およびＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。また、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１およびＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。なお、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５はホールに対して障壁になる。
【０２０５】
＜実施の形態３５＞
実施の形態３５の窒化物半導体レーザは、ｎ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態３５ではＳ．Ａ．システム構造３を用いている。図２２は、実施の形態３５の窒化物半導体レーザをストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム９１６の構造は図３に従う。
【０２０６】
ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３はＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１に接しているため、経路＿Ｂが期待できない。しかしながら ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１／ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３ヘテロ界面における再結合により、実施の形態３５の窒化物半導体レーザは自励発振が期待できる。なお、注入されたホールがＳ．Ａ．で再結合するのを防ぐために、ＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．は少なくとも２０ｎｍ以上必要である。ホールの移動度が低いためである。
【０２０７】
Ｓ．Ａ．システムが構造６（図６）および構造１０（図１０）に従っていてもよい。これらの構造では、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５はホールに対して障壁になる。
【０２０８】
【発明の効果】
本発明の窒化物半導体レーザでは、キャリアの寿命を層構造によって決めることができるため、自励発振特性のコントロールが容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の半導体レーザが有するＳ．Ａ．システム構造１を示す図である。
【図２】 Ｓ．Ａ．システム構造２を示す図である。
【図３】 Ｓ．Ａ．システム構造３を示す図である。
【図４】 Ｓ．Ａ．システム構造４を示す図である。
【図５】 Ｓ．Ａ．システム構造５を示す図である。
【図６】 Ｓ．Ａ．システム構造６を示す図である。
【図７】 Ｓ．Ａ．システム構造７を示す図である。
【図８】 Ｓ．Ａ．システム構造８を示す図である。
【図９】 Ｓ．Ａ．システム構造９を示す図である。
【図１０】 Ｓ．Ａ．システム構造１０を示す図である。
【図１１】 本発明の実施の形態１の半導体レーザを示す図である。
【図１２】 実施の形態１の半導体レーザの自励発振の様子を示す図である。
【図１３】 実施の形態１のＳ．Ａ．システムを示す図である。
【図１４】 実施の形態１のサファイア基板を用いた半導体レーザを示す図である。
【図１５】 実施の形態２〜５の半導体レーザを示す図である。
【図１６】 実施の形態６〜１２の半導体レーザを示す図である。
【図１７】 実施の形態１３〜１７の半導体レーザを示す図である。
【図１８】 実施の形態１３〜１７の半導体レーザを示す図である。
【図１９】 実施の形態１８〜２２の半導体レーザを示す図である。
【図２０】 実施の形態１８〜２２の半導体レーザを示す図である。
【図２１】 実施の形態２３〜２９の半導体レーザを示す図である。
【図２２】 実施の形態３０〜３５の半導体レーザ置を示す図である。
【図２３】 本発明の半導体レーザの自動発振特性を示す図である。
【図２４】 本発明の半導体レーザにおけるキャリヤ寿命の制御機構を示す図である。
【図２５】 従来の半導体レーザを示す図である。
【図２６】 従来の半導体レーザにおけるキャリヤ寿命の制御機構を示す図である。
【符号の説明】
１ … ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．
２ … 第２のＣ．Ｅ．
３ … ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．
４ … 第３のＣ．Ｅ．
５ … ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．
１０、３０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０、８１０、９１０
… Ｎ電極
１１、２１１、３１１、４１１、５１１、６１１、７１１、８１１、９１１
… ＧａＮ基板
３１ … サファイア基板
１２、３２、２１２、３１２、４１２、５１２、６１２、７１２、８１２、９１２
… ｎ‐ＧａＮ層
１３、３３、２１３、３１３、４１３、５１３、６１３、７１３、８１３、９１３
… ｎ‐ＩｎＧａＮクラック防止層
１４、３４、２１４、３１４、４１４、５１４、７１４、８１４、９１４
… ｎ‐ＡｌＧａＮクラッド層
１５、３５、２１５、３１５、４１５、５１５、６１５、７１６、８１５、８１７、９１５
… ｎ‐ＧａＮガイド層
１６、３６、２１６、３１６、４１６、５１６、６１６、７１７、８１８、９１７
… ｎ‐ＩｎＧａＮ活性層
１７、３７ … ｐ‐ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．
１８、３８ … ＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．
１９、３９ … ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．
２０、４０ … ＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．
３１７、４１７、５１７、６１７、７１８、８１９、９１８
… ｐ‐ＡｌＧａＮキャリアブロック層
２１、４１、３１８、３２０、４１８、５１８、６１８、７１９、８２０、９１９
… ｐ‐ＧａＮガイド層
２２、４２、２１９、３２１、５２０、６１９、７２０、８２１、９２０
… ｐ‐ＡｌＧａＮクラック層
２３、４３、２２０、３２２、４２０、５２１、６２０、７２１、８２２、９２１
… ｐ‐ＧａＮコンタクト層
２４、４４、２２１、３２３、４２１、５２２、６２１、７２２、８２３、９２２
… 絶縁層
２５、４５、２２２、３２４、４２２、５２３、６２２、７２３、８２４、９２３
… Ｐ電極
２１７、３１９、４１９、５１９、６１４、７１５、８１６、９１６
… Ｓ．Ａ．システム
【発明の属する技術分野】
本発明は窒化物半導体レーザに関し、特に、自励発振のための構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
窒化物半導体レーザは、発振波長が４００ｎｍ前後であり、光ディスクシステム用として開発が進められている。光ディスクシステム等の光源として用いる場合、ディスク面からの反射光が半導体レーザに再結合して生じる戻り光雑音が問題になっている。一般的に、半導体レーザを過渡状態にして、発振スペクトルの利得集中を緩和することで、可干渉性を下げ得ることが知られており、注入電流を変調する高周波重畳や、半導体レーザ内部のキャリアと光子の相互作用を用いて、自励発振を行なうとよい。特に、後者の自励発振素子は、高周波回路を用いないため、コスト面や使い勝手において有利である。
【０００３】
このような自励発振特性を有する窒化物半導体レーザは、例えば、特開平９−１９１１６０に紹介されている。図２５は前述の光ディスク用低雑音半導体レーザの代表的な構造例である。特開平９−１９１１６０では、ＩｎＧａＮを構成元素とした可飽和吸収層を設けることで、安定な低雑音半導体レーザを提供しており、構造は下記のようである。
【０００４】
図２５において、ｎ‐ＳｉＣ基板１０００に、ｎ‐ＡｌＮ層１００１、ｎ‐ＡｌＧａＮクラッド層１００２、ｎ‐ＧａＮ光ガイド層１００３、ＩｎＧａＮ量子井戸活性層１００４、ｐ‐ＧａＮ光ガイド層１００５、ｐ‐ＡｌＧａＮクラッド層１００６、ｐ‐ＧａＮコンタクト層１００７が順次形成されている。ｐ‐ＧａＮ光ガイド層１００５には、ＩｎＧａＮ可飽和吸収層１００８が設けられている。なお、特開平９‐１９１１６０では、ＩｎＧａＮ可飽和吸収層がｎ型ＧａＮガイド層１００３にあってもよいと記載されている。
【０００５】
窒化物半導体レーザでは、基板と活性層の間（活性層下部層と呼ぶ）はｎ型であって、活性層上部層はｐ型であることが一般的である。可飽和吸収層には、ｎ層中に設けるｎ型可飽和吸収層、およびｐ層中に設けるｐ型可飽和吸収層がある。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−１９１１６０
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の窒化物半導体レーザでは、図２６に示すように、可飽和吸収層（Ｓ．Ａ．）においてのみキャリアが再結合して、これがキャリアの寿命を決定する大きな要因となっている。そこで、特開平９‐１９１１６０では、可飽和吸収層のキャリア寿命低減のために、可飽和吸収層の不純物濃度を高くしている。しかしながら、不純物は隣接層との相互拡散により変動することがある。また、自励発振半導体レーザは主に光ディスクシステムに使用され、したがって、システムの状態により自励発振特性をコントロールする必要がある。
【０００８】
本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、自励発振特性を容易にコントロールすることが可能な窒化物半導体レーザを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、窒化物半導体レーザは、ＩｎとＧａを主に含有する窒化物半導体から成る活性層と、ＩｎとＧａを主に含有する窒化物半導体から成る量子井戸の可飽和吸収層と、ＡｌとＧａを主に含有する窒化物半導体から成る第１の層と、ＩｎとＧａを主に含有する窒化物半導体から成り第１の層とのヘテロ界面を有する第２の層を有し、第１の層、第２の層、可飽和吸収層、活性層はこの順に配置され、可飽和吸収層から前記へテロ界面までの距離が１５ｎｍ以内である構造とする。
【００１０】
本発明ではまた、上記窒化物半導体レーザにおいて、全ての窒化物半導体が結晶性の基板の上に設けられており、基板の格子定数が可飽和吸収層の格子定数よりも小さい構造とする。
【００１２】
これらの窒化物半導体レーザにおけるキャリア寿命のコントロールの原理を図２４に示す。キャリア（黒丸で示した電子と白丸で示したホール）は、可飽和吸収層（Ｓ．Ａ．）内で再結合するだけでなく、トンネル効果によってキャリア消滅層（Ｃ．Ｅ．）に達して、キャリア消滅層のヘテロ界面または成長温度不連続界面でも再結合して、消滅する。したがって、キャリア寿命をキャリア消滅層の層構造によって決めることができて、自励特性のコントロールが容易になり、安定な自励発振特性が得られる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
可飽和吸収特性を利用した自励発振半導体レーザを得るためには、可飽和吸収体のキャリア寿命が重要なパラメータになることが、山田らにより理論的に検討されている(ＩＥＩＣ．Ｅ． Ｔｒａｎｓ， Ｅｌｅｃｔｒｏｎ， ｖｏｌ．Ｅ８１‐Ｃ， １９９８）。ＩｎＧａＮを活性層に用いる窒化物半導体では、可飽和吸収体として利用される可飽和吸収層（Ｓ．Ａ．）にもＩｎＧａＮを用いる。ここで、ＩｎＧａＮとは、Ｉｎ（インジウム）とＧａ（ガリウム）とＮ（窒素）を主に含有する半導体であって、これらの３元素で９９％以上の組成を占めるものとする。一般的に、ＩｎＧａＮを活性層に用いる窒化物半導体レーザでは、ＧａＮおよびＡｌＧａＮを併用するダブルへテロ構造が採用される。
【００１４】
それぞれのバルクにおけるバンドギャップは、低い方からＩｎＧａＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮの順であり、格子定数は、大きい方からＩｎＧａＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮの順である。また、エピタキシャル成長における成長温度は、ＩｎＧａＮが約８００℃以下であり、ＧａＮ及びＡｌＧａＮは１０００℃程度であることが多い。このような特性をもつ３種類の材料を組み合わせる窒化物半導体レーザにおいてキャリア寿命を適切に制御することが可能なＳ．Ａ．システムについて、以下に説明する。
【００１５】
なお、本明細書において、Ｓ．Ａ．は可飽和吸収層の井戸層を示し、Ｓ．Ａ．システムは、Ｓ．Ａ．の可飽和吸収特性に影響を与えるＳ．Ａ．近傍の層とＳ．Ａ．を含むものである。本明細書では、内部電界を利用したＳ．Ａ．システム、ヘテロ界面における欠陥等などによる再結合を利用したＳ．Ａ．システムについて述べる。
【００１６】
＜内部電界について＞
上記３種類の材料を用いたエピタキシャル成長層は、相互の歪みにより大きな内部電界が生じる。一般に、内部電界には圧電効果と自発分極があり、バンドベンディングの傾きが材料でおおよそ決定される。Ｓ．Ａ．システムの実質的な吸収特性を決めるＳ．Ａ．はＩｎＧａＮから成り、含まれるＩｎの組成Ｉｎ（ｘ）は隣接する層に対して大きくなる。このＳ．Ａ．は、周辺の層構造よりも格子定数が大きいため、圧縮歪みが発生する。通常、窒化ガリウム系の半導体はｃ面方向に成長面を持ち、Ｇａリッチで成長する。ｐ-ｎジャンクションを有する窒化ガリウム系の半導体では、前記歪みを有するＩｎＧａＮから成るＳ．Ａ．は、Ｐ層方向（一般的に成長方向であることが多い）にエネルギーが小さくなるようにバンドベンディングする。このベンディング方向は、窒化ガリウム系の半導体に設けられたＰ電極、Ｎ電極間に順バイアスした場合と同様である。
【００１７】
また、これらの窒化ガリウム系の半導体では、基板として、ＧａＮ基板やサファイア基板を用いることが多く、これらの基板の格子定数はＩｎＧａＮよりも小さいため、基板上に積層されたＳ．Ａ．は圧縮歪みを受ける。
【００１８】
一方、Ｉｎの組成の少ないＩｎＧａＮやＧａＮ、Ａｌの組成の少ないＡｌＧａＮ等は、周辺層の状態によりベンディング方向が異なる。また、Ａｌの組成の多いＡｌＧａＮでは、Ｐ層方向にエネルギーが高くなるようにバンドベンディングするが、半導体レーザ動作時は外部印加電界を考慮する必要がある。このような特徴を適切に利用することにより、窒化物半導体特有のＳ．Ａ．システムを構築することができることが分かった。
【００１９】
Ｓ．Ａ．のキャリアを速やかに緩和させるためには、前述の内部電界の効果を用いて、キャリア消滅層（Ｃ．Ｅ．）へ少数キャリアをトンネルさせることが可能である（経路＿Ｂ）。なお、本明細書ではＳ．Ａ．システムにおけるＳ．Ａ．以外の層は、直接的、間接的にかかわらず、全てＳ．Ａ．におけるキャリアを消滅させるために用いられるので、これら全ての層をＣ．Ｅ．（キャリア消滅層）と呼ぶ。詳細は後述する。
【００２０】
トンネル効果によるＣ．Ｅ．のキャリア寿命をτC.E.、Ｃ．Ｅ．の層厚をdC.E.、トンネル確率をτtとし、Ｓ．Ａ．内の再結合時間をτS.A.、Ｓ．Ａ．の層厚をdS.A.とすれば、τtが十分短い場合には、
τS.A.’ ＝ ｄS.A.／（ｄC.E.／τC.E.＋ｄS.A.／τS.A.）
となり、例えば、τS.A.＝τC.E.かつ２×ｄS.A.＝ｄC.E.の場合には、
τS.A.'＝τS.A.／３
になる。また、τC.E.が十分早い、あるいはｄC.E.が十分厚い場合には、
τS.A.’ ＝ １／（１／τS.A.＋１／τt）
のように記述できる。
【００２１】
Ｃ．Ｅ．のキャリア寿命を短くするためには、Ｃ．Ｅ．とＡｌＧａＮヘテロ界面における再結合を利用することもできる。後述するように、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮへテロ界面では成長温度の変化が大きいこと、格子定数が異なることから、欠陥等による再結合が促進されると考えられる。
【００２２】
Ｓ．Ａ．からＣ．Ｅ．へのトンネル確率を高くするためには、井戸層に生成したキャリアの分布がＣ．Ｅ．にしみ出し、かつ、Ｃ．Ｅ．にトンネルできる準位が存在することが望ましい。Ｓ．Ａ．の層厚ｄS.A.が励起子ボーア半径よりも小さい場合には、吸収により生成したキャリアの分布はＳ．Ａ．の外にしみ出す。このように、ＩｎＧａＮから成るＳ．Ａ．井戸層の幅は、４ｎｍ以下であることが望ましく、特に、３ｎｍ以下がよいことが分かった。
【００２３】
一方、例えば、大きくバンドベンディングしたＳ．Ａ．では、前述のようにＰ層方向にエネルギーが下がるため、少数キャリアがエレクトロンの場合には、キャリア分布がＰ層方向に偏り、少数キャリアがホールの場合には、キャリア分布が基板方向に偏る。このようなバンドベンディングの大きい歪み量子井戸から成るＳ．Ａ．では、層厚が４ｎｍ以上であっても、それぞれＰ層方向、基板方向のＣ．Ｅ．にキャリア分布がしみ出すと考えられる。ただし、このような歪み量子井戸から成るＳ．Ａ．では、バンドベンディングによる実質的なバンドギャップ縮小が大きく、相対的にＩｎの組成Ｉｎ（ｘ）を小さくする必要がある。
【００２４】
Ｃ．Ｅ．へのトンネル効果を得るためには、Ｃ．Ｅ．もＳ．Ａ．と同様に、Ｐ層方向にエネルギーが低くなるようにバンドベンディングすることが望ましく、Ｃ．Ｅ．近傍にＡｌＧａＮ層を設けるとよい。望ましくはＡｌの組成が高いほうがよく、０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。
【００２５】
順バイアス時には、Ｓ．Ａ．のバンドベンディングが大きくなるように外部電界が働く。Ｓ．Ａ．およびＣ．Ｅ．をノンドープにすることで、外部電界の効果を顕著にすることが可能である。これにより、作りつけのトンネル効果が期待できなくても、レーザ動作時にＳ．Ａ．からＣ．Ｅ．へのトンネル効果が期待できる。
【００２６】
＜界面再結合＞
バンドベンディングの効果の他に、ＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮへテロ界面による再結合によって、Ｓ．Ａ．のキャリア寿命を低減することが期待できる（経路＿Ｃ）。上記のへテロ界面では、格子定数の不整合に成長温度の著しい不連続が加わるために、界面で欠陥や界面準位による再結合が期待されることが分かった。Ｓ．Ａ．のキャリア分布には励起子ボーア半径程度の広がりがあるため、上記のへテロ界面が非常に近傍に存在すれば、ヘテロ界面の欠陥や界面準位へのトンネル効果により、キャリアの速い緩和が期待できる。
【００２７】
キャリア分布の井戸層からのしみ出しを大きくするためには、ＩｎＧａＮから成るＳ．Ａ．井戸層の幅は４ｎｍ以下であることが望ましく、特に３ｎｍ以下がよい。一方、例えば、大きくバンドベンディングした歪み量子井戸から成るＳ．Ａ．では、前述のようにＰ層方向にエネルギーが下がり、少数キャリアがエレクトロンの場合には、キャリア分布がＰ層方向に偏るため、Ｓ．Ａ．のＰ層方向近傍にヘテロ界面があればよく、少数キャリアがホールの場合には、キャリア分布が基板方向に偏るため、Ｓ．Ａ．の基板方向近傍にヘテロ界面があればよい。このような歪み量子井戸から成るＳ．Ａ．では、井戸の幅が４ｎｍ以上であってもキャリア寿命の低減が期待できる。
【００２８】
＜代表的なモデル＞
このように経路＿Ｂおよび経路＿Ｃはほぼ同様な構造であり、実際の構造は２つの効果を併せもつものになる。図１から図１０に、Ｓ．Ａ．システム構造１から１０を示す。
【００２９】
図１は、Ｓ．Ａ．システム構造１をエネルギーバンド図として示したものである。Ｎ電極側から順に、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１、ＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．２、ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３、ＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．４、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５である。
【００３０】
なお、Ｓ．Ａ．システム構造１〜１０のいずれにおいても、第１および第４のＣ．Ｅ．は、ＡｌとＧａを主に含有する窒化物半導体（ＡｌＧａＮ）であり、第２および第３のＣ．Ｅ．は、ＩｎとＧａを主に含有する窒化物半導体（ＩｎＧａＮ）、あるいはＧａを主に含有する窒化物半導体（ＧａＮ）である。
【００３１】
図１において、Ｓ．Ａ．３に生成したキャリアのうち、エレクトロンは主に第３のＣ．Ｅ．４へトンネルし、ホールは主に第２のＣ．Ｅ．２へトンネルする。これらの層がＰ層、Ｎ層のどちらにあっても同様の効果が期待できるが、Ｐ層においては、ホールが多数キャリアのため、エレクトロンのトンネル効果が、また、Ｎ層においては、エレクトロンが多数キャリアのため、ホールのトンネル効果が、自励発振するために必要である。
【００３２】
ＡｌＧａＮから成る第１のＣ．Ｅ．１および第４のＣ．Ｅ．５は、ＩｎＧａＮから成るＳ．Ａ．３、第２のＣ．Ｅ．２および第３のＣ．Ｅ．４に内部電界を発生させるために設けているが、例えば、第２のＣ．Ｅ．２およびＳ．Ａ．３が十分薄ければ、第４のＣ．Ｅ．５がなくても、Ｓ．Ａ．３／第３のＣ．Ｅ．４界面近傍には内部電界による前述のバンドベンディングが期待されるため、Ｓ．Ａ．３のキャリア寿命低減が期待される。
【００３３】
Ｓ．Ａ．システム構造１をＰ層に設けた場合について説明すれば、少数キャリアのエレクトロンは、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１／ＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．２ヘテロ界面、およびＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．４／ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５ヘテロ界面による緩和と、ＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．４へのトンネル効果が期待でき、ＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．４にトンネル効果により生成したエレクトロンは、ＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．４／ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５ヘテロ界面による緩和が期待できる。
【００３４】
窒化物半導体レーザは、上記のいくつかの緩和過程を適当にすることで、光情報記録装置（例えば、ＤＶＤ等の光ディスクシステム）等の応用に最適な特性にすることができる。
【００３５】
このようにＳ．Ａ．システムはいくつか考えられるが、経路＿Ｂを得るためには少なくともＳ．Ａ．近傍にＡｌＧａＮ層が１つ以上あることが必要であって、Ｓ．Ａ．システムがＰ層にあるときは、Ｓ．Ａ．のＰ層側（活性層と反対側）にＩｎＧａＮ層が接し、Ｓ．Ａ．システムがＮ層にあるときは、Ｓ．Ａ．の基板側（活性層と反対側）にＩｎＧａＮ層が接しているとよい。経路＿Ｃを得るためには少なくともＳ．Ａ．近傍にＡｌＧａＮ層が１つ以上あることが必要である。また、このＡｌＧａＮ層は、望ましくはＩｎＧａＮ層と接しているとよく、低温で成長されたＧａＮ層と接触していてもよい。
【００３６】
＜Ｐ型＞
Ｐ層におけるＳ．Ａ．システムであって、経路＿Ｂおよび経路＿Ｃの効果がある構造を下記に示す。
【００３７】
図１のＳ．Ａ．システム構造１において、ＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．２はＧａＮであってもよく、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１とＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．２の間に薄いＧａＮが挿入されていてもよく、ＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．２とＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３の間にＧａＮが挿入されていてもよく、また、ＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．４とＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５の間にＧａＮが挿入されていてもよい。Ｓ．Ａ．システム構造２〜６においても、同様の変更が可能である。
【００３８】
図２は、Ｓ．Ａ．システム構造２をエネルギーバンド図として示してものである。Ｎ電極側から順に、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１、ＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．２、ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３、ＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．４である。
【００３９】
図３は、Ｓ．Ａ．システム構造３をエネルギーバンド図として示してたものである。Ｎ電極側から順に、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１、ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３、ＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．４である。
【００４０】
図４は、Ｓ．Ａ．システム構造４をエネルギーバンド図として示したものである。Ｎ電極側から順に、ＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．２、ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３、ＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．４、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５である。
【００４１】
図５は、Ｓ．Ａ．システム構造５をエネルギーバンド図として示したものである。Ｎ電極側から順に、ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３、ＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．４、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５である。
【００４２】
図６は、Ｓ．Ａ．システム構造６をエネルギーバンド図として示したものである。Ｎ電極側から順に、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１、ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３、ＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．４、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５である。
【００４３】
＜Ｎ型＞
Ｎ層におけるＳ．Ａ．システムであって、経路＿Ｂおよび経路＿Ｃの効果がある構造を下記に示す。
【００４４】
図１のＳ．Ａ．システム構造１において、ＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．４はＧａＮであってもよく、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５とＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．４の間に薄いＧａＮが挿入されていてもよく、ＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．４とＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３の間にＧａＮが挿入されていてもよく、また、ＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．２とＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１の間にＧａＮが挿入されていてもよい。Ｓ．Ａ．システム構造７〜９においても、同様の変更が可能である。また、Ｓ．Ａ．システム構造２、構造４は、Ｎ層にあっても効果がある。
【００４５】
図７は、Ｓ．Ａ．システム構造７をエネルギーバンド図として示したものである。Ｎ電極側から順に、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１、ＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．２、ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３である。
【００４６】
図８は、Ｓ．Ａ．システム構造８をエネルギーバンド図として示したものである。Ｎ電極側から順に、ＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．２、ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５である。
【００４７】
図９は、Ｓ．Ａ．システム構造９をエネルギーバンド図として示したものである。Ｎ電極側から順に、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１、ＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．２、ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５である。
【００４８】
＜その他＞
Ｐ層、Ｎ層のどちらにあっても経路＿Ｃの効果があるＳ．Ａ．システム構造を下記に示す。経路＿Ｃのみを利用する構造では、エピタキシャル成長のバラツキの影響があるため、望ましくは上記の構造１〜構造９がよい。
【００４９】
図１〜図９に示したＳ．Ａ．システム構造１〜構造９には、この効果がある。なお、図１のＳ．Ａ．システム構造１において、ＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．２はＧａＮであってもよく、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１とＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．２の間に薄いＧａＮが挿入されていてもよく、ＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．２とＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３の間にＧａＮが挿入されていてもよく、ＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．４はＧａＮであってもよく、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５とＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．４の間に薄いＧａＮが挿入されていてもよく、また、ＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．４とＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３の間にＧａＮが挿入されていてもよい。Ｓ．Ａ．システム構造２〜構造９においても同様の変更が可能である。
【００５０】
図１０は、Ｓ．Ａ．システム構造１０をエネルギーバンド図として示したものである。Ｎ電極側から順に、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１、ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５である。
【００５１】
Ｓ．Ａ．システム構造１〜構造１０において、Ｓ．Ａ．システムがＰ層にある場合、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．とＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．の距離は、
ｄC.E.2 + ｄS.A. ≦ １５ｎｍ
ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．とＩｎＧａＮのＳ．Ａ．の距離は、
ｄC.E.3 ≦ １５ｎｍ
であるとよい。
【００５２】
また、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．およびＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。
【００５３】
Ｓ．Ａ．システムがＮ層にある場合、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．とＩｎＧａＮのＳ．Ａ．の距離は、
ｄC.E.2 ≦ １５ｎｍ
ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．とＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．の距離は、
ｄC.E.3 + ｄS.A. ≦ １５ｎｍ
であるとよい。
【００５４】
また、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．およびＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。
【００５５】
なお、望ましくは構造１、２、４に従った、ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３がＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．２およびＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．４に挟まれているとよい。ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３の結晶性が安定するためである。
【００５６】
ところで、これらのＳ．Ａ．システムを設けた窒化物半導体レーザにおいては、共振器内の光子寿命が自動発振特性を決定づける大きな要因の一つである。図２３は、内部損失のみを変更することで、光子寿命を変更した場合の自動発振特性をシミュレーションした一例である。一般的に、内部損失が小さいほど光子寿命は長くなり、図のように、内部損失αiが４０ｃｍ-1では自動発振領域が数ｍＷであるのに対して、内部損失αiが１０ｃｍ-1であれば２０ｍＷ以上の範囲で自動発振することが分かる。当然、Ｓ．Ａ．システムを最適化することで自動発振領域は変化するが、前述の内部損失の依存性は同様である。
【００５７】
このように共振器内の光子寿命を長くすることで、窒化物半導体レーザは容易に自動発振することが期待され、光子寿命を長くする方法として、たとえば、端面反射率を高くする、共振器長を長くする、内部損失を減らす試みが有効である。特に、反射率や共振器長は容易に変更可能であるため、窒化物半導体レーザ製作の最終工程で変更するとよいであろう。また、内部損失が少ない窒化物半導体レーザほど、短共振器長であっても自動発振特性が得られる。また、前面および後面の反射率が高い窒化物半導体レーザほど、短共振器長であっても自動発振特性が得られるが、前面の反射率を高くすると前面からのレーザ光取り出しが困難になるため、自動発振が可能な光出力幅は見かけ上狭くなる。
【００５８】
これらを考慮すれば、共振器長は１５０ｎｍ以上、望ましくは３００ｎｍ以上、さらに望ましくは４５０ｎｍ以上がよく、後面の反射率は７０％以上であることが望ましい。一方、前面の反射率は５〜６０％であることが望ましい。前面の反射率が６０％より大きいと、見かけ上の自動発振可能な光出力幅が狭くなり、５％未満では、光子寿命が短くなって自動発振しにくいためである。
【００５９】
＜実施の形態１＞
図１１は、本発明の実施の形態１の窒化物半導体レーザを、ストライプ方向から見た断面図である。この窒化物半導体レーザはＰ型可飽和吸収層を備えた構造であって、基板側から説明すると、Ｎ電極１０、ｎ−ＧａＮ基板１１、ｎ−ＧａＮ層１２、ｎ−ＩｎＧａＮクラック防止層１３、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１４、ｎ−ＧａＮガイド層１５、ｎ−ＩｎＧａＮ活性層１６、ｐ−ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１７、ＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．１８、ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．１９、ＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．２０、ｐ−ＧａＮガイド層２１、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層２２、ｐ−ＧａＮコンタクト層２３、絶縁膜２４、Ｐ電極２５である。
【００６０】
図１１に示すように、実施の形態１はリッジ構造を用いた屈折率導波路をもつ半導体レーザである。ｐ−ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１７は注入されたエレクトロンのオーバーフローを防止するためのキャリアブロック層としての効果もある。実施の形態１はＳ．Ａ．システム構造２を用いている。
【００６１】
以下、図１１を参照しつつ、本実施の形態１における半導体レーザの製造方法を説明する。
【００６２】
なお、本明細書中で述べるエピタキシャル成長法とは、基板上に結晶膜を成長する方法であって、ＶＰＥ（気相エピタキシャル）法、ＣＶＤ（化学気相デポジション）法、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相エピタキシャル）法、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相デポジション）法、Ｈａｌｉｄｅ−ＶＰＥ（ハロゲン化学気相エピタキシャル）法、ＭＢＥ(分子線エピタキシャル）法、ＭＯＭＢＥ（有機金属分子線エピタキシャル）法、ＧＳＭＢＥ（ガス原料分子線エピタキシャル）法、ＣＢＥ（化学ビームエピタキシャル）法を含む。
【００６３】
まず、窒化ガリウム半導体層をＧａＮ基板１１上にエピタキシャル成長させる。ＭＯＣＶＤ装置にＧａＮ基板１１をセットし、Ｖ族原料のＮＨ3とＩＩＩ族原料のＴＭＧａを用いて、５５０℃の成長温度で低温ＧａＮバッファ層を２５ｎｍ成長する。次に、１０７５℃の成長温度で前記原料にＳｉＨ4を加えｎ−ＧａＮ層１２（Ｓｉ不純物濃度１×１０18/ｃｍ3）を３μｍ形成する。続いて成長温度を７００℃から８００℃程度に下げ、ＴＭＩｎのＩＩＩ族原料の供給を行い、ｎ−Ｉｎ0.07Ｇａ0.93Ｎクラック防止層１３を５０ｎｍ成長する。再び基板温度を１０７５℃に上げ、ＴＭＡｌのＩＩＩ族原料を用いて、２．０μｍ厚のｎ−Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎクラッド層１４（Ｓｉ不純物濃度１×１０18/ｃｍ3）を成長し、続いてｎ−ＧａＮガイド層１５を０．１μｍ成長する。
【００６４】
ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１４は上記に限るものではなく、Ａｌの組成が０．０３から０．２０程度の混晶比の均一な層であったり、混晶比の異なる複数の層であったり、混晶比が連続的に変化する層であったりしてもよく、層厚も異なっていてもよい。ｎ−ＧａＮ基板への放射ロスが十分抑えられることが重要である。また、ｎ−ＧａＮガイド層１５も上記に限るものではなく、活性層の光閉じ込め係数とＦＦＰパターンを最適化するために変更されるべきであるが、一意に決まるのではない。特に、若干のＩｎが混晶されていたり、アンドープ（Ｓｉ不純物濃度１×１０17/ｃｍ3以下）であったりしてもよく、層厚が異なっていてもよい。
【００６５】
その後、基板温度を７３０℃に下げ、４周期の厚さ４ｎｍのＩｎ0.08Ｇａ0.92Ｎ井戸層と厚さ８ｎｍのＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎバリア層より構成される活性層（多重量子井戸構造）１６を、バリア層／井戸層／バリア層／井戸層／バリア層／井戸層／バリア層の順序で成長する。バリア層と井戸層、または井戸層とバリア層との間に、１秒以上１８０秒以内の成長中断を行ってもよい。これにより各層の平坦性が向上して、発光半値幅が減少する。活性層にはＳｉを不純物として添加しているが、バリア層、井戸層ともにアンドープ（Ｓｉ不純物濃度１×１０17/ｃｍ3以下）としたり、どちらか一方をアンドープとしてもよい。また、活性層は３周期に限らずＳＱＷ（単一量子井戸）でもよく、２周期から１２周期程度でもよく、望ましくは３周期から６周期がよい。
【００６６】
次に、基板温度を再び１０５０℃まで昇温して、厚さ１８ｎｍのｐ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎの第１のＣ．Ｅ．１７を成長する。ｐ型不純物としてＭｇを５×１０19／ｃｍ3〜２×１０20／ｃｍ3で添加した。なお、ｐ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎの第１のＣ．Ｅ．１７は５ｎｍから４０ｎｍであることが望ましく、ｐ層方向にＡｌの組成が少なくなるような構造であったり、Ａｌの組成が異なる１つ以上の層の組み合わせであってもよい。ｐ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎの第１のＣ．Ｅ．１７が５ｎｍより薄くなるとキャリアオーバーフローにより閾値が上昇する。
【００６７】
次に、基板温度を７３０℃に下げて、Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎから成る第２のＣ．Ｅ．１８を２ｎｍ成長し、続いて、Ｉｎ0.10Ｇａ0.90Ｎから成るＳ．Ａ．１９を１ｎｍ、Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎから成る第３のＣ．Ｅ．２０を２ｎｍ成長する。これらの層にはｐ型不純物としてＭｇを１×１０17／ｃｍ3〜２×１０20／ｃｍ3で添加したが、アンドープ（Ｍｇ不純物濃度１×１０17/ｃｍ3以下を意味し、他の層からの拡散や、成長時の残留ガスによる少量の添加物が含まれる。）であったり、それぞれの層で不純物濃度が異なっていたりしてもよい。
【００６８】
Ｓ．Ａ．が励起子ボーア半径程度かそれよりも薄くなる４ｎｍ以下では、Ｓ．Ａ．の実質的なバンドギャップを、ウェハーのフォトルミネッセンスＰＬ測定や、吸収スペクトルで調べることができる。また、４ｎｍよりも厚い場合には、ウェハーの吸収スペクトルを観察することが望ましい。内部電界によるキャリアの局在化が影響するためである。これらの測定の結果、活性層の実質的なバンドギャップとＳ．Ａ．の実質的なバンドギャップとの差が−０．１５ｅＶ〜＋０.０２ｅＶ以内となるようにして、これらの実質的なバンドギャップがほぼ等しくなるように調整する。なお、Ｓ．Ａ．及びＣ．Ｅ．を積層後、１秒以上１８０秒以内の成長中断を行ってもよい。
【００６９】
続いて、基板温度を再び１０５０℃まで昇温しながら、０．０９５μｍのｐ−ＧａＮガイド層２１、０．５μｍのｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層２２、０．１μｍのｐ−ＧａＮコンタクト層２３を成長する。ｐ型不純物としてＭｇを５×１０19／ｃｍ3〜２×１０20／ｃｍ3で添加した。
【００７０】
上記のように、各層を構成する元素およびドープ元素の各原料に、ＴＭＧａ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）、ＮＨ3、Ｃｐ2Ｍｇ（ビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム）、ＳｉＨ4を用いている。
【００７１】
ｐ−ＧａＮコンタクト層２３の形成後、ドライエッチングによりリッジ構造を形成し、リッジ構造以外の部位にＳｉＯ2から成る絶縁膜２４を設けて、その上面にｐ電極２５（Ｐｄ/Ｍｏ/Ａｕ）を形成する。なお、絶縁膜２４はＳｉＯ2に限らず、Ｔａ2Ｏ5、ＳｉＯ、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、Ａｌ2Ｏ3などや、これらのうちの２つ以上の材質の混合体や層構造であってもよい。また、Ｓｉ等の吸収材料を用いて、ロスガイド構造にしてもよい。リッジ幅は０．５μｍから３．０μｍ程度であればよく、またリッジ幅が一定でない変調リッジ構造やテーパーリッジ構造であってもよい。
【００７２】
その後、ＧａＮ基板の裏面側から研磨またはエッチングにより基板の一部を除去して、ウェハーの厚さを１００〜３００μｍ程度までに薄く調整する。これは、後の工程でウェハーを分割し個々のレーザチップにするのを容易にするための工程である。特に、レーザ端面ミラーも分割時に形成する場合には、８０〜２００μｍ程度に薄く調整することが望ましい。本実施の形態においては、研削機及び研磨機を用いて、ウェハーの厚さを１５０μｍに調整した。なお、研磨機のみを用いてもよい。ウェハーの裏面は、研磨機により磨かれているため平らである。
【００７３】
研磨後、ＧａＮ基板１１裏面に薄い金属膜を蒸着して、Ｎ電極１０を設ける。このＮ電極１０はＨｆ／Ａｌ／Ｍｏ／Ｐｔ／Ａｕの層構造より成る。このような薄い金属膜を膜厚の制御性よく形成するには真空蒸着法が適しており、本実施の形態１においてもこの手法を用いた。ただし、イオンプレーティング法やスパッタ法等の他の手法を用いてもかまわない。Ｐ、Ｎ電極の特性向上のために、金属膜形成後５００℃でアニールを行い、良好なオーミック電極を得ている。なお、Ｎ電極のアニールは、Ｈｆ／Ａｌを蒸着した後に行ない、アニール後にＭｏ／Ｐｔ／Ａｕをメタライズしてもよい。
【００７４】
上記のようにして製作した半導体素子は、下記の方法で分割した。まず、表面からダイヤモンドポイントでスクライブラインを入れ、ウェハーに適宜力を加えて、スクライブラインに沿ってウェハーを分割した。スクライブラインは裏面から入れてもよい。他の手法としては、ワイヤソーまたは薄板ブレードを用いて傷入れまたは切断を行うダイシング法、エキシマレーザ等のレーザ光の照射加熱とその後の急冷により照射部にクラックを生じさせ、これをスクライブラインとするレーザスクライビング法、高エネルギー密度のレーザ光の照射により照射部位を蒸発させて溝入れ加工を行うレーザアブレーション法等を用いても、同様にチップ分割可能である。
【００７５】
次に、ダイボンディング法により、レーザチップをヒートシンク上にマウントし、半導体レーザを得る。チップは、Ｎ電極側を接合面にするジャンクションアップで強固に接着した。ここでいうヒートシンクはステム等のことである。
【００７６】
なお、出射後面には高反射膜（ＨＲ）をコーティングすることもある。光反射膜は、よく知られているように、低屈折率材質と高屈折率材質を光学波長λの１／４の厚さで交互に積層することで得られ、本実施の形態ではＳｉＯ2／ＴｉＯ2から成る４ペア（８層）を用いた。これにより後面の反射率は約９５％に上がる。
【００７７】
このようにして製作した窒化物半導体レーザの諸特性を調べた。窒化物半導体レーザの共振器長は６５０μｍ、ストライプ幅２μｍとした。室温２５℃において電流閾値約６０ｍＡで連続発振し、発振波長４０５±５ｎｍであった。また、ＦＦＰ（ファーフィールドパターン）はリップル等が無く、レンズ等で集光する際に問題は無かった。基本横モードで発振していると推定される。次に、光出力を５ｍＷに固定し（ＡＰＣ駆動）、高速の受光素子と電気オシロスコープを用いて光波形を観測したところ、自励発振していることが分かった。なお、自励発振の有無は、電気スペアナや光オシロスコープ等による観測でも検出可能である。
【００７８】
図１２は、測定で得られた自励発振波形をデジタルカメラで撮影したものである。測定時にはパルス電流を用いており、、パルス幅は１．８μｓ、デューティー比は１％で、オシロスコープで２ｎｓ／ｄｉｖである。
【００７９】
次に、注入電流を変えながら自励発振とその時の光出力を調べたところ、約４０ｍＷまで自励発振が認められた。なお、前後の反射率などを調整すれば、１００ｍＷ程度まで自励発振することも可能である。
【００８０】
半導体レーザが自励発振を行なうためには、Ｓ．Ａ．の線形傾斜利得が高く、キャリア寿命が短いことが必要であることが、他材質の検討で明らかにされている。窒化物半導体では、波長が４００ｎｍと短いことによりフォトンエネルギーが高いため、また、材料も違うため、上記のような特性を実現するために、新たな探求が必要であることは至極明らかである。
【００８１】
実施の形態１では、Ｓ．Ａ．システム構造２を用いており、窒化物半導体レーザは自励発振した。実施の形態１におけるＳ．Ａ．システムを図１３に示す。Ｎ電極側から、ｐ−ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１７、ＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．１８、ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．１９、ＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．２０である。
【００８２】
エレクトロンの緩和経路には、図に示したように、Ｓ．Ａ．での緩和（経路＿Ａ）、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１７／ＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．１８ヘテロ界面での緩和（経路＿Ｃ）、Ｓ．Ａ．からＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．２０へのトンネリングによる緩和（経路＿Ｂ）がある。経路＿Ａは輻射再結合と非輻射再結合を含むものである。このように経路＿Ｂおよび経路＿Ｃをコントロールすることで、窒化物半導体レーザ特有のＳ．Ａ．システムを構築することができる。
【００８３】
実施の形態１ではＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．１８、ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．１９、ＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．２０について層厚等を検討した。経路＿Ｃを利用するためには、エレクトロンの広がりを利用する必要があり、Ｓ．Ａ．の中心からＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．層１７までの距離が励起子ボーア半径と同程度でなければならず、
ｄC.E.2 ＋ ｄS.A.／２ ≦ １０ｎｍ
がよいと考えられ、さらに望ましくは、
ｄC.E.2 ＋ ｄS.A.／２ ≦ ４ｎｍ
がよいと考えられる。第２のＣ．Ｅ．１８はＩｎＧａＮまたはＧａＮであって、Ｉｎの組成は０から０．０５程度がよい。望ましくは第２のＣ．Ｅ．１８の成長温度は８３０℃以下であるとよい。
【００８４】
経路＿Ｂを利用するためには、第１のＣ．Ｅ．１７から第３のＣ．Ｅ．１９までの距離が短いほうがよく、格子緩和されないことが必要である。経路＿Ｂと経路＿Ｃの効果の区別は難しいが、実施の形態１において、
ｄC.E.2 ＋ ｄS.A. ≦ １５ｎｍ
であれば自励発振が確認された。さらに望ましくは、
ｄC.E.2 ＋ ｄS.A. ≦ ５ｎｍ
がよかった。上記範囲内であれば窒化物半導体レーザは自励発振を得やすく、層厚を適切に調整することで自励発振特性を制御できる。
【００８５】
Ｓ．Ａ．は、望ましくは励起子ボーア半径程度の４ｎｍ以下がよく、０．５ｎｍ以上がよい。０．５ｎｍ以下ではＳ．Ａ．内のＩｎの凝集により、層として考えられないためである。しかしながら、４ｎｍよりも厚いＳ．Ａ．であっても、
ｄC.E.2 ＋ ｄS.A. ≦ １５ｎｍ
においては、第２のＣ．Ｅ．が薄くなってＳ．Ａ．の歪みが大きくなるため、自励発振を得ることができる。
【００８６】
したがって、Ｓ．Ａ．システム構造２においては、
ｄC.E.2 ＋ ｄS.A. ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄC.E.2 ＋ ｄS.A. ≦ ５ｎｍ
がよい。
【００８７】
実施の形態１において、ＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．１８はＧａＮであってもよく、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１７とＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．１８の間に薄いＧａＮが挿入されていてもよく、ＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．１８とＩｎＧａＮのＳ．Ａ．１９の間にＧａＮが挿入されていてもよく、ＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．２０はＧａＮであってもよく、また、ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．１９とＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．２０の間にＧａＮが挿入されていてもよい。
【００８８】
なお、実施の形態１において、Ｓ．Ａ．およびＣ．Ｅ．は基板からの圧縮歪みを受けているため、経路＿Ｂの効果を促進しているものと考えられる。このような効果を得るためには、基板の格子定数がＳ．Ａ．およびＣ．Ｅ．の格子定数よりも小さいことが望ましく、具体的には、ＧａＮと同じか、小さければよい。基板には、例えば、サファイア基板やサファイアに少量ＡｌとＯ（酸素）以外の元素を混晶したもの、ＡｌＧａＮ基板などのＧａＮにＧａとＮ以外の元素を混晶したものが考えられる。
【００８９】
図１４に、サファイア基板を用いた窒化物半導体レーザを示す。このレーザは、Ｎ電極３０、サファイア基板３１、ｎ−ＧａＮ層３２、ｎ−ＩｎＧａＮクラック防止層３３、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層３４、ｎ−ＧａＮガイド層３５、ｎ−ＩｎＧａＮ活性層３６、ｐ−ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．層３７、ＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．３８、ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３９、ＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．４０、ｐ−ＧａＮガイド層４１、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層４２、ｐ−ＧａＮコンタクト層４３、絶縁膜４４、Ｐ電極４５より成る。
【００９０】
なお、上述の条件を満たしていれば、ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．は多重量子井戸構造であってもよい。また、第２のＣ．Ｅ．および第３のＣ．Ｅ．の一部または全部が、共ドープ、つまりｐ型不純物とｎ型不純物を共に含むようにドープされていてもよい。これにより第２のＣ．Ｅ．および第３のＣ．Ｅ．におけるキャリア寿命が短くなる。
【００９１】
サファイア基板は絶縁性であり、図１４のように片側２電極構造である。Ｎ電極のためのメサ工程を除いて、ＧａＮ基板とほぼ同様に製作することができる。得られた窒化物半導体レーザは自励発振を確認することができた。実施の形態２以降ではＧａＮ基板のみについて説明するが、実施の形態１と同様に、基板が異なっていても本発明の効果が期待できる。
【００９２】
なお、実施の形態１では、リッジ構造により光閉じ込め、電流狭窄を行っているが、電極ストライプ構造やブロック構造などの他のレーザ構造であっても、本発明の効果が得られることは明らかである。
【００９３】
自励発振周波数は光子寿命によって変更することができるため、共振器長、端面反射率を変えるとよい。例えば、光ディスクシステムにおける窒化物半導体レーザから光ディスクまでの光学距離により、最も雑音が小さくなるように設計してもよい。
【００９４】
窒化物半導体レーザにおけるＳ．Ａ．システム以外の層は、上述のものと異なっていても、本発明の効果が期待できる。例えば、多層構造のＡｌＧａＮクラッド層や、ＳＬＳクラッド、ＩｎＧａＮガイド層等である。また、活性層と第１のＣ．Ｅ．の間に、ＩｎＧａＮ層またはＧａＮ層があってもよい。これらの変更は下記の実施の形態２以降でも同様に可能である。
【００９５】
＜実施の形態２＞
図１５は、本発明の実施の形態２の窒化物半導体レーザを、ストライプ方向から見た断面図である。この窒化物半導体レーザはｐ型可飽和吸収層を備えた構造であって、実施の形態１と同様に、Ｓ．Ａ．システムの第１のＣ．Ｅ．がキャリアブロック層を兼ねている。本実施の形態２では、Ｓ．Ａ．システム構造１を用いている。
【００９６】
基板側から説明すると、Ｎ電極２１０、ｎ−ＧａＮ基板２１１、ｎ−ＧａＮ層２１２、ｎ−ＩｎＧａＮクラック防止層２１３、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層２１４、ｎ−ＧａＮガイド層２１５、ｎ−ＩｎＧａＮ活性層２１６、Ｓ．Ａ．システム２１７、ｐ−ＧａＮガイド層２１８、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層２１９、ｐ−ＧａＮコンタクト層２２０、絶縁膜２２１、Ｐ電極２２２である。なお、Ｓ．Ａ．システム２１７の構造は図１に従っている。
【００９７】
実施の形態２（Ｓ．Ａ．システム構造１）では実施の形態１と同様の効果が期待され、
ｄC.E.2 ＋ ｄS.A. ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは
ｄC.E.2 ＋ ｄS.A. ≦ ５ｎｍ
がよい。また、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により、
ｄC.E.3 ≦ １５ｎｍ
がよく、さらに望ましくは、
ｄC.E.3 ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により経路＿Ｂが期待できる。
【００９８】
ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。また、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。
【００９９】
図１のＳ．Ａ．システム構造１において、ＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．２はＧａＮであってもよく、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１とＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．２の間に薄いＧａＮが挿入されていてもよく、ＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．２とＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３の間にＧａＮが挿入されていてもよく、また、ＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．４とＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５の間にＧａＮが挿入されていてもよい。なお、実施の形態３〜１７においては、同様の説明は省略するが、該当層がある場合には同様の変更が可能である。
【０１００】
＜実施の形態３＞
実施の形態３の窒化物半導体レーザは、ｐ型可飽和吸収層を備えた構造であって、実施の形態１と同様に、Ｓ．Ａ．システムの第１のＣ．Ｅ．がキャリアブロック層を兼ねている。本実施の形態３ではＳ．Ａ．システム構造３を用いている。図１５は、実施の形態３の窒化物半導体レーザを、ストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム２１７の構造は図３に従う。
【０１０１】
実施の形態３（Ｓ．Ａ．システム構造３）では実施の形態１と同様の効果が期待され、
ｄS.A. ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄS.A. ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により経路＿Ｂが期待できる。
【０１０２】
ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。また、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。
【０１０３】
＜実施の形態４＞
実施の形態４の窒化物半導体レーザは、ｐ型可飽和吸収層を備えた構造であって、実施の形態１と同様に、Ｓ．Ａ．システムの第１のＣ．Ｅ．がキャリアブロック層を兼ねている。実施の形態４ではＳ．Ａ．システム構造６を用いている。図１５は、実施の形態４の窒化物半導体レーザをストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム２１７の構造は図６に従う。
【０１０４】
実施の形態４（Ｓ．Ａ．システム構造６）では実施の形態１と同様の効果が期待され、
ｄS.A. ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄS.A. ≦ ５ｎｍ
がよい。また、
ｄC.E.3 ≦ １５ｎｍ
がよく、さらに望ましくは、
ｄC.E.3 ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により経路＿Ｂが期待できる。
【０１０５】
ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。また、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。
【０１０６】
＜実施の形態５＞
実施の形態５の窒化物半導体レーザは、ｐ型可飽和吸収層を備えた構造であって、実施の形態１と同様に、Ｓ．Ａ．システムの第１のＣ．Ｅ．がキャリアブロック層を兼ねている。実施の形態５ではＳ．Ａ．システム構造９を用いている。図１５は、実施の形態５の窒化物半導体レーザを、ストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム２１７の構造は図９に従う。
【０１０７】
ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３はＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５に接しているため、経路＿Ｂが期待できない。しかしながら ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３／ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５ヘテロ界面における再結合により、実施の形態５の窒化物半導体レーザは自励発振が期待できる。Ｓ．Ａ．システムが構造１０（図１０）に従っていても同様である。
【０１０８】
＜実施の形態６＞
図１６は、本発明の実施の形態６の窒化物半導体レーザを、ストライプ方向から見た断面図である。この窒化物半導体レーザはｐ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態６ではＳ．Ａ．システム構造１を用いている。
【０１０９】
基板側から説明すると、Ｎ電極３１０、ｎ−ＧａＮ基板３１１、ｎ−ＧａＮ層３１２、ｎ−ＩｎＧａＮクラック防止層３１３、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層３１４、ｎ−ＧａＮガイド層３１５、ｎ−ＩｎＧａＮ活性層３１６、ｐ−ＡｌＧａＮキャリアブロック層３１７、ｐ−ＧａＮガイド層３１８、Ｓ．Ａ．システム３１９、ｐ−ＧａＮガイド層３２０、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層３２１、ｐ−ＧａＮコンタクト層３２２、絶縁膜３２３、Ｐ電極３２４である。なお、Ｓ．Ａ．システム３１９の構造は図１に従う。
【０１１０】
実施の形態６（Ｓ．Ａ．システム構造１）では実施の形態１と同様の効果が期待され、
ｄC.E.2 ＋ ｄS.A. ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄC.E.2 ＋ ｄS.A. ≦ ５ｎｍ
がよい。また、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により、
ｄC.E.3 ≦ １５ｎｍ
がよく、さらに望ましくは、
ｄC.E.3 ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１およびＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により経路＿Ｂが期待できる。
【０１１１】
ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１およびＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。また、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１およびＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。
【０１１２】
＜実施の形態７＞
実施の形態７の窒化物半導体レーザは、ｐ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態７ではＳ．Ａ．システム構造２を用いている。図１６は、実施の形態７の窒化物半導体レーザをストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム３１９の構造は図２に従う。
【０１１３】
実施の形態７（Ｓ．Ａ．システム構造２）では実施の形態１と同様の効果が期待され、
ｄC.E.2 ＋ ｄS.A. ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは
ｄC.E.2 ＋ ｄS.A. ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１により経路＿Ｂが期待できる。
【０１１４】
ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。また、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。
【０１１５】
＜実施の形態８＞
実施の形態８の窒化物半導体レーザは、ｐ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態８ではＳ．Ａ．システム構造３を用いている。図１６は、実施の形態８の窒化物半導体レーザをストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム３１９の構造は図３に従う。
【０１１６】
実施の形態８（Ｓ．Ａ．システム構造３）では実施の形態１と同様の効果が期待され、
ｄS.A. ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄS.A. ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１により経路＿Ｂが期待できる。
【０１１７】
ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。また、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。
【０１１８】
＜実施の形態９＞
実施の形態９の窒化物半導体レーザは、ｐ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態９ではＳ．Ａ．システム構造４を用いている。図１６は、実施の形態９の窒化物半導体レーザをストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム３１９の構造は図４に従う。
【０１１９】
実施の形態９（Ｓ．Ａ．システム構造４）では実施の形態１と同様の効果が期待され、
ｄC.E.3 ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄC.E.3 ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により経路＿Ｂが期待できる。
【０１２０】
ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。また、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。
【０１２１】
＜実施の形態１０＞
実施の形態１０の窒化物半導体レーザは、ｐ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態１０ではＳ．Ａ．システム構造５を用いている。図１６は、実施の形態１０の窒化物半導体レーザを、ストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム３１９の構造は図５に従う。
【０１２２】
実施の形態１０（Ｓ．Ａ．システム構造５）では実施の形態１と同様の効果が期待され、
ｄC.E.3 ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄC.E.3 ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により経路＿Ｂが期待できる。
【０１２３】
ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。また、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。
【０１２４】
＜実施の形態１１＞
実施の形態１１の窒化物半導体レーザは、ｐ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態１１ではＳ．Ａ．システム構造６を用いている。図１６は、実施の形態１１の窒化物半導体レーザをストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム３１９の構造は図６に従う。
【０１２５】
実施の形態１１（Ｓ．Ａ．システム構造６）では実施の形態１と同様の効果が期待され、
ｄS.A. ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄS.A. ≦ ５ｎｍ
がよい。また、
ｄC.E.3 ≦ １５ｎｍ
がよく、さらに望ましくは、
ｄC.E.3 ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により経路＿Ｂが期待できる。
【０１２６】
ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。また、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。
【０１２７】
＜実施の形態１２＞
実施の形態１２の窒化物半導体レーザは、ｐ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態１２ではＳ．Ａ．システム構造８を用いている。図１６は、実施の形態１２の窒化物半導体レーザをストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム３１９の構造は図８に従う。
【０１２８】
ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３はＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５に接しているため、経路＿Ｂが期待できない。しかしながら、ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３／ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５ヘテロ界面における再結合により、実施の形態１２の窒化物半導体レーザは自励発振が期待できる。Ｓ．Ａ．システムが構造９（図９）および構造１０（図１０）に従っていても同様である。
【０１２９】
＜実施の形態１３＞
図１７は、本発明の実施の形態１３の窒化物半導体レーザを、ストライプ方向から見た断面図である。この窒化物半導体レーザは、ｐ型可飽和吸収層を備えた構造であって、Ｓ．Ａ．システムの第４のＣ．Ｅ．がｐ−ＡｌＧａＮクラッド層を兼ねている。実施の形態１３ではＳ．Ａ．システム構造１を用いている。
【０１３０】
基板側から説明すると、Ｎ電極４１０、ｎ−ＧａＮ基板４１１、ｎ−ＧａＮ層４１２、ｎ−ＩｎＧａＮクラック防止層４１３、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層４１４、ｎ−ＧａＮガイド層４１５、ｎ−ＩｎＧａＮ活性層４１６、ｐ−ＡｌＧａＮキャリアブロック層４１７、ｐ−ＧａＮガイド層４１８、Ｓ．Ａ．システム４１９、ｐ−ＧａＮコンタクト層４２０、絶縁膜４２１、Ｐ電極４２２である。なおＳ．Ａ．システム４１９の構造は図１に従う。
【０１３１】
実施の形態１３（Ｓ．Ａ．システム構造１）では実施の形態１と同様の効果が期待され、
ｄC.E.2 ＋ ｄS.A. ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄC.E.2 ＋ ｄS.A. ≦ ５ｎｍ
がよい。また、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により、
ｄC.E.3 ≦ １５ｎｍ
がよく、さらに望ましくは、
ｄC.E.3 ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１およびＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により経路＿Ｂが期待できる。
【０１３２】
ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１およびＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。また、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。
【０１３３】
なお、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５はクラッド層を兼ねているため、層厚は約０．５μｍと厚くなる。Ａｌ組成が０．１５以上と高い場合には、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５の電圧降下が大きく、またクラックが発生しやすいため、２層以上の層構造にすることが望ましい。
【０１３４】
図１８は、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．とｐ−ＡｌＧａＮクラッド層を分離した窒化物半導体レーザを示したものである。基板側から説明すると、Ｎ電極５１０、ｎ−ＧａＮ基板５１１、ｎ−ＧａＮ層５１２、ｎ−ＩｎＧａＮクラック防止層５１３、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層５１４、ｎ−ＧａＮガイド層５１５、ｎ−ＩｎＧａＮ活性層５１６、ｐ−ＡｌＧａＮキャリアブロック層５１７、ｐ−ＧａＮガイド層５１８、Ｓ．Ａ．システム５１９、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層５２０、ｐ−ＧａＮコンタクト層５２１、絶縁膜５２２、Ｐ電極５２３である。
【０１３５】
図１８に示した構造では、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５のＡｌの組成は０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。また、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。また、上記ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．よりＰ層方向のｐ−ＡｌＧａＮクラッド層に向けて、Ａｌの組成が徐々に少なくなるようなグレーテッドな構造としてもよい。
【０１３６】
＜実施の形態１４＞
実施の形態１４の窒化物半導体レーザは、ｐ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態１４ではＳ．Ａ．システム構造４を用いている。図１７は、実施の形態１４の窒化物半導体レーザをストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム４１９の構造は図４に従う。
【０１３７】
実施の形態１４（Ｓ．Ａ．システム構造４）では実施の形態１と同様の効果が期待され、
ｄC.E.3 ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄC.E.3 ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により経路＿Ｂが期待できる。ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。
【０１３８】
また、実施の形態１３で説明した図１８に示す構造であってもよい。その場合、Ｓ．Ａ．システム５１９は図４に従う。上記の条件に加えて、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。
【０１３９】
＜実施の形態１５＞
実施の形態１５の窒化物半導体レーザは、ｐ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態１５ではＳ．Ａ．システム構造５を用いている。図１７は、実施の形態１５の窒化物半導体レーザを、ストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム４１９の構造は図５に従う。
【０１４０】
実施の形態１５（Ｓ．Ａ．システム構造５）では実施の形態１と同様の効果が期待され、
ｄC.E.3 ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄC.E.3 ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により経路＿Ｂが期待できる。ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。
【０１４１】
また、実施の形態１３で説明した図１８に示す構造としてもよい。その場合も、Ｓ．Ａ．システム５１９の構造は図５に従う。上記条件に加えて、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。
【０１４２】
＜実施の形態１６＞
実施の形態１６の窒化物半導体レーザは、ｐ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態１６ではＳ．Ａ．システム構造６を用いている。図１７は、実施の形態１６の窒化物半導体レーザをストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム４１９の構造は図６に従う。
【０１４３】
実施の形態１６（Ｓ．Ａ．システム構造６）では実施の形態１と同様の効果が期待され、
ｄS.A. ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄS.A. ≦ ５ｎｍ
がよい。また、
ｄC.E.3 ≦ １５ｎｍ
がよく、さらに望ましくは、
ｄC.E.3 ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１およびＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により経路＿Ｂが期待できる。
【０１４４】
ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。また、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。
【０１４５】
実施の形態１３で説明した図１８に示す構造としてもよい。その場合も、Ｓ．Ａ．システム５１９の構造は図６に従う。上記条件に加えて、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。
【０１４６】
＜実施の形態１７＞
実施の形態１７の窒化物半導体レーザは、ｐ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態１７ではＳ．Ａ．システム構造８を用いている。図１７は、実施の形態１７の窒化物半導体レーザを、ストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム４１９の構造は図８に従う。
【０１４７】
ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３はＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５に接しているため、経路＿Ｂが期待できない。しかしながら ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３／ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５ヘテロ界面における再結合により、本実施の形態１７の窒化物半導体レーザは自励発振が期待できる。Ｓ．Ａ．システムが構造９（図９）および構造１０（図１０）に従っていても同様である。
【０１４８】
＜実施の形態１８＞
図１９は、本発明の実施の形態１８の窒化物半導体レーザを、ストライプ方向から見た断面図である。この窒化物半導体レーザはｎ型可飽和吸収層を備えた構造であって、Ｓ．Ａ．システムの第１のＣ．Ｅ．がｐ−ＡｌＧａＮクラッド層を兼ねている。実施の形態１８ではＳ．Ａ．システム構造１を用いている。
【０１４９】
基板側から説明すると、Ｎ電極６１０、ｎ−ＧａＮ基板６１１、ｎ−ＧａＮ層６１２、ｎ−ＩｎＧａＮクラック防止層６１３、Ｓ．Ａ．システム６１４、ｎ−ＧａＮガイド層６１５、ｎ−ＩｎＧａＮ活性層６１６、ｐ−ＡｌＧａＮキャリアブロック層６１７、ｐ−ＧａＮガイド層６１８、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層６１９、ｐ−ＧａＮコンタクト層６２０、絶縁膜６２１、Ｐ電極６２２である。なおＳ．Ａ．システム６１４の構造は図１に従う。
【０１５０】
実施の形態１８（Ｓ．Ａ．システム構造１）では、ｎ型可飽和吸収層のため少数キャリアがホールである他は、実施の形態１と同様の効果が期待される。ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により、
ｄC.E.3 ＋ ｄS.A. ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄC.E.3 ＋ ｄS.A. ≦ ５ｎｍ
がよい。またＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１により、
ｄC.E.2 ≦ １５ｎｍ
がよく、さらに望ましくは、
ｄC.E.2 ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１およびＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により経路＿Ｂが期待できる。
【０１５１】
ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１およびＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。また、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。
【０１５２】
なお、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１はクラッド層を兼ねているため、層厚は０．５μｍ以上と厚くなる。基板への放射モードを抑制するためには１．０μｍ以上が望ましい。Ａｌ組成が０．１５以上と高い場合には、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１においてクラックが発生しやすいため、２層以上の層構造にすることが望ましい。
【０１５３】
図２０はＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．とｎ−ＡｌＧａＮクラッド層を分離した窒化物半導体レーザを示したものである。基板側から説明すると、Ｎ電極７１０、ｎ−ＧａＮ基板７１１、ｎ−ＧａＮ層７１２、ｎ−ＩｎＧａＮクラック防止層７１３、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層７１４、Ｓ．Ａ．システム７１５、ｎ−ＧａＮガイド層７１６、ｎ−ＩｎＧａＮ活性層７１７、ｐ−ＡｌＧａＮキャリアブロック層７１８、ｐ−ＧａＮガイド層７１９、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層７２０、ｐ−ＧａＮコンタクト層７２１、絶縁膜７２２、Ｐ電極７２３である。
【０１５４】
図２０に示した構造では、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１のＡｌの組成は０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。また、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。また、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．より基板方向のｎ−ＡｌＧａＮクラッド層に向けて、Ａｌの組成が徐々に少なくなるようなグレーテッドな構造であってもよい。
【０１５５】
図１のＳ．Ａ．システム構造１において、ＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．４はＧａＮであってもよく、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５とＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．４の間に薄いＧａＮが挿入されていてもよく、ＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．４とＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３の間にＧａＮが挿入されていてもよく、また、ＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．２とＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１の間にＧａＮが挿入されていてもよい。なお、実施の形態１９〜３５においては、同様の説明は省略するが、該当層がある場合には同様の変更が可能である。
【０１５６】
＜実施の形態１９＞
実施の形態１９の窒化物半導体レーザは、ｎ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態１９ではＳ．Ａ．システム構造２を用いている。図１９は、実施の形態１９の窒化物半導体レーザをストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム６１４の構造は図２に従う。
【０１５７】
実施の形態１９（Ｓ．Ａ．システム構造２）では、ｎ型可飽和吸収層のため少数キャリアがホールである他は、実施の形態１と同様の効果が期待され、
ｄC.E.2 ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄC.E.2 ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１により経路＿Ｂが期待できる。ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。
【０１５８】
実施の形態１８で説明した図２０に示す構造としてもよい。その場合も、Ｓ．Ａ．システム７１４の構造は図２に従う。上記条件に加えて、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。
【０１５９】
＜実施の形態２０＞
実施の形態２０の窒化物半導体レーザは、ｎ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態２０ではＳ．Ａ．システム構造７を用いている。図１９は、実施の形態２０の窒化物半導体レーザを、ストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム６１４の構造は図７に従う。
【０１６０】
実施の形態２０（Ｓ．Ａ．システム構造７）では、ｎ型可飽和吸収層のため少数キャリアがホールである他は、実施の形態１と同様の効果が期待され、
ｄC.E.2 ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄC.E.2 ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１により経路＿Ｂが期待できる。ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。
【０１６１】
実施の形態１８で説明した図２０に示す構造としてもよい。その場合、Ｓ．Ａ．システム７１４の構造は図７に従う。上記条件に加えて、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。
【０１６２】
＜実施の形態２１＞
実施の形態２１の窒化物半導体レーザは、ｎ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態２１ではＳ．Ａ．システム構造９を用いている。図１９は、実施の形態２１の窒化物半導体レーザをストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム６１４の構造は図９に従う。
【０１６３】
実施の形態２１（Ｓ．Ａ．システム構造９）では、ｎ型可飽和吸収層のため少数キャリアがホールである他は、実施の形態１と同様の効果が期待され、
ｄC.E.2 ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄC.E.2 ≦ ５ｎｍ
がよい。またＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により、
ｄS.A. ≦ １５ｎｍ
がよく、さらに望ましくは、
ｄS.A. ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１およびＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により経路＿Ｂが期待できる。
【０１６４】
ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１およびＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。また、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよい。
【０１６５】
実施の形態１８で説明した図２０に示す構造としてもよい、その場合も、Ｓ．Ａ．システム７１４の構造は図９に従う。上記条件に加えて、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。
【０１６６】
＜実施の形態２２＞
実施の形態２２の窒化物半導体レーザは、ｎ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態２２ではＳ．Ａ．システム構造３を用いている。図１９は、実施の形態２２の窒化物半導体レーザを、ストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム６１４の構造は図３に従う。
【０１６７】
ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３はＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１に接しているため、経路＿Ｂが期待できない。しかしながら ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１／ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３ヘテロ界面における再結合により、本実施の形態２２の窒化物半導体レーザは自励発振が期待できる。Ｓ．Ａ．システムが構造６（図６）および構造１０（図１０）に従っていても同様である。なお、実施の形態１８で説明した図２０に示す構造としてもよい、
【０１６８】
＜実施の形態２３＞
図２１は、本発明の実施の形態２３の窒化物半導体レーザを、ストライプ方向から見た断面図である。この窒化物半導体レーザは、ｎ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態２３ではＳ．Ａ．システム構造１を用いている。
【０１６９】
基板側から説明すると、Ｎ電極８１０、ｎ−ＧａＮ基板８１１、ｎ−ＧａＮ層８１２、ｎ−ＩｎＧａＮクラック防止層８１３、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層８１４、ｎ−ＧａＮガイド層８１５、Ｓ．Ａ．システム８１６、ｎ−ＧａＮガイド層８１７、ｎ−ＩｎＧａＮ活性層８１８、ｐ−ＡｌＧａＮキャリアブロック層８１９、ｐ−ＧａＮガイド層８２０、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層８２１、ｐ−ＧａＮコンタクト層８２１、絶縁膜８２３、Ｐ電極８２４である。なおＳ．Ａ．システム８１６の構造は図１に従う。
【０１７０】
実施の形態２３（Ｓ．Ａ．システム構造１）では、ｎ型可飽和吸収層のため少数キャリアがホールである他は、実施の形態１と同様の効果が期待される。ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により、
ｄC.E.3 ＋ ｄS.A. ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄC.E.3 ＋ ｄS.A. ≦ ５ｎｍ
がよい。また、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１により、
ｄC.E.2 ≦ １５ｎｍ
がよく、さらに望ましくは、
ｄC.E.2 ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１およびＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により経路＿Ｂが期待できる。
【０１７１】
ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１およびＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。また、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１およびＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。
【０１７２】
＜実施の形態２４＞
実施の形態２４の窒化物半導体レーザは、ｎ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態２４ではＳ．Ａ．システム構造２を用いている。図２１は、実施の形態２４の窒化物半導体レーザを、ストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム８１６の構造は図２に従う。
【０１７３】
実施の形態２４（Ｓ．Ａ．システム構造２）では、ｎ型可飽和吸収層のため少数キャリアがホールである他は、実施の形態１と同様の効果が期待される。ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１により、
ｄC.E.2 ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄC.E.2 ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１により経路＿Ｂが期待できる。
【０１７４】
ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。また、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。
【０１７５】
＜実施の形態２５＞
実施の形態２５の窒化物半導体レーザは、ｎ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態２５ではＳ．Ａ．システム構造４を用いている。図２１は、実施の形態２５の窒化物半導体レーザをストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム８１６の構造は図４に従う。
【０１７６】
実施の形態２５（Ｓ．Ａ．システム構造４）では、ｎ型可飽和吸収層のため少数キャリアがホールである他は、実施の形態１と同様の効果が期待される。ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により、
ｄC.E.3 ＋ ｄS.A. ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄC.E.3 ＋ ｄS.A. ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により経路＿Ｂが期待できる。
【０１７７】
ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。また、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。
【０１７８】
＜実施の形態２６＞
実施の形態２６の窒化物半導体レーザは、ｎ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態２６ではＳ．Ａ．システム構造７を用いている。図２１は、実施の形態２６の窒化物半導体レーザをストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム８１６の構造は図７に従う。
【０１７９】
実施の形態２６（Ｓ．Ａ．システム構造７）では、ｎ型可飽和吸収層のため少数キャリアがホールである他は、実施の形態１と同様の効果が期待される。ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１により、
ｄC.E.2 ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄC.E.2 ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１により経路＿Ｂが期待できる。
【０１８０】
ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。また、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。
【０１８１】
＜実施の形態２７＞
実施の形態２７の窒化物半導体レーザは、ｎ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態２７ではＳ．Ａ．システム構造８を用いている。図２１は、実施の形態２７の窒化物半導体レーザを、ストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム８１６の構造は図８に従う。
【０１８２】
実施の形態２７（Ｓ．Ａ．システム構造８）では、ｎ型可飽和吸収層のため少数キャリアがホールである他は、実施の形態１と同様の効果が期待される。ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により、
ｄS.A. ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄS.A. ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により経路＿Ｂが期待できる。
【０１８３】
ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。また、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。
【０１８４】
＜実施の形態２８＞
実施の形態２８の窒化物半導体レーザは、ｎ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態２８ではＳ．Ａ．システム構造９を用いている。図２１は、実施の形態２８の窒化物半導体レーザを、ストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム８１６の構造は図９に従う。
【０１８５】
実施の形態２８（Ｓ．Ａ．システム構造９）では、ｎ型可飽和吸収層のため少数キャリアがホールである他は、実施の形態１と同様の効果が期待される。ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により、
ｄS.A. ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄS.A. ≦ ５ｎｍ
がよい。また、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１により、
ｄC.E.2 ≦ １５ｎｍ
がよく、さらに望ましくは、
ｄC.E.2 ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１およびＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により経路＿Ｂが期待できる。
【０１８６】
ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１およびＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。また、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１およびＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。
【０１８７】
＜実施の形態２９＞
実施の形態２９の窒化物半導体レーザは、ｎ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態２９ではＳ．Ａ．システム構造３を用いている。図２１は、実施の形態２９の窒化物半導体レーザを、ストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム８１６の構造は図３に従う。
【０１８８】
ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３はＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１に接しているため、経路＿Ｂが期待できない。しかしながら ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１／ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３ヘテロ界面における再結合により、実施の形態２９の窒化物半導体レーザは自励発振が期待できる。Ｓ．Ａ．システムが構造６（図６）および構造１０（図１０）に従っていても同様である。
【０１８９】
＜実施の形態３０＞
図２２は、本発明の実施の形態３０の窒化物半導体レーザを、ストライプ方向から見た断面図である。この窒化物半導体レーザはｎ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態３０ではＳ．Ａ．システム構造１を用いている。
【０１９０】
基板側から説明すると、Ｎ電極９１０、ｎ−ＧａＮ基板９１１、ｎ−ＧａＮ層９１２、ｎ−ＩｎＧａＮクラック防止層９１３、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層９１４、ｎ−ＧａＮガイド層９１５、Ｓ．Ａ．システム９１６、ｎ−ＩｎＧａＮ活性層９１７、ｐ−ＡｌＧａＮキャリアブロック層９１８、ｐ−ＧａＮガイド層９１９、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層９２０、ｐ−ＧａＮコンタクト層９２１、絶縁膜９２２、Ｐ電極９２３である。なおＳ．Ａ．システム９１６の構造は図１に従う。
【０１９１】
実施の形態３０（Ｓ．Ａ．システム構造１）では、ｎ型可飽和吸収層のため少数キャリアがホールである他は、実施の形態１と同様の効果が期待される。ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により、
ｄC.E.3 ＋ ｄS.A. ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄC.E.3 ＋ ｄS.A. ≦ ５ｎｍ
がよい。また、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１により、
ｄC.E.2 ≦ １５ｎｍ
がよく、さらに望ましくは、
ｄC.E.2 ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１およびＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により経路＿Ｂが期待できる。
【０１９２】
ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１およびＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。また、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１およびＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。
【０１９３】
＜実施の形態３１＞
実施の形態３１の窒化物半導体レーザは、ｎ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態３１ではＳ．Ａ．システム構造２を用いている。図２２は、実施の形態３１の窒化物半導体レーザを、ストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム９１６の構造は図２に従う。
【０１９４】
実施の形態３１（Ｓ．Ａ．システム構造２）では、ｎ型可飽和吸収層のため少数キャリアがホールである他は、実施の形態１と同様の効果が期待される。ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１により、
ｄC.E.2 ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄC.E.2 ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１により経路＿Ｂが期待できる。
【０１９５】
ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。また、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。なお、注入されたホールがＳ．Ａ．で再結合するのを防ぐために、ＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．は少なくとも２０ｎｍ以上必要である。ホールの移動度が低いためである。
【０１９６】
＜実施の形態３２＞
実施の形態３２の窒化物半導体レーザは、ｎ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態３２ではＳ．Ａ．システム構造４を用いている。図２２は、実施の形態３２の窒化物半導体レーザを、ストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム９１６の構造は図４に従う。
【０１９７】
実施の形態３２（Ｓ．Ａ．システム構造４）では、ｎ型可飽和吸収層のため少数キャリアがホールである他は、実施の形態１と同様の効果が期待される。ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により、
ｄC.E.3 ＋ ｄS.A. ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄC.E.3 ＋ ｄS.A. ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により経路＿Ｂが期待できる。
【０１９８】
ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。また、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。なお、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５はホールに対して障壁になる。
【０１９９】
＜実施の形態３３＞
実施の形態３３の窒化物半導体レーザは、ｎ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態３３ではＳ．Ａ．システム構造８を用いている。図２２は、実施の形態３３の窒化物半導体レーザを、ストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム９１６の構造は図８に従う。
【０２００】
実施の形態３３（Ｓ．Ａ．システム構造８）では、ｎ型可飽和吸収層のため少数キャリアがホールである他は、実施の形態１と同様の効果が期待される。ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により、
ｄS.A. ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄS.A. ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により経路＿Ｂが期待できる。
【０２０１】
ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。また、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。なお、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５はホールに対して障壁になる。
【０２０２】
＜実施の形態３４＞
実施の形態３４の窒化物半導体レーザは、ｎ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態３４ではＳ．Ａ．システム構造９を用いている。図２２は、実施の形態３４の窒化物半導体レーザを、ストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム９１６の構造は図９に従う。
【０２０３】
実施の形態３４（Ｓ．Ａ．システム構造９）では、ｎ型可飽和吸収層のため少数キャリアがホールである他は、実施の形態１と同様の効果が期待される。ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により、
ｄS.A. ≦ １５ｎｍ
がよい。さらに望ましくは、
ｄS.A. ≦ ５ｎｍ
がよい。また、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１により、
ｄC.E.2 ≦ １５ｎｍ
がよく、さらに望ましくは、
ｄC.E.2 ≦ ５ｎｍ
がよい。上記範囲であればＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１およびＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５により経路＿Ｂが期待できる。
【０２０４】
ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１およびＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５のＡｌの組成は、望ましくは０．１以上であって、さらに望ましくは０．１５以上であるとよい。また、ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１およびＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５の層厚は、望ましくは５ｎｍ以上であるとよく、これにより経路＿Ｂが期待できる。なお、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５はホールに対して障壁になる。
【０２０５】
＜実施の形態３５＞
実施の形態３５の窒化物半導体レーザは、ｎ型可飽和吸収層を備えた構造である。実施の形態３５ではＳ．Ａ．システム構造３を用いている。図２２は、実施の形態３５の窒化物半導体レーザをストライプ方向から見た断面図である。Ｓ．Ａ．システム９１６の構造は図３に従う。
【０２０６】
ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３はＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１に接しているため、経路＿Ｂが期待できない。しかしながら ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．１／ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．３ヘテロ界面における再結合により、実施の形態３５の窒化物半導体レーザは自励発振が期待できる。なお、注入されたホールがＳ．Ａ．で再結合するのを防ぐために、ＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．は少なくとも２０ｎｍ以上必要である。ホールの移動度が低いためである。
【０２０７】
Ｓ．Ａ．システムが構造６（図６）および構造１０（図１０）に従っていてもよい。これらの構造では、ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．５はホールに対して障壁になる。
【０２０８】
【発明の効果】
本発明の窒化物半導体レーザでは、キャリアの寿命を層構造によって決めることができるため、自励発振特性のコントロールが容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の半導体レーザが有するＳ．Ａ．システム構造１を示す図である。
【図２】 Ｓ．Ａ．システム構造２を示す図である。
【図３】 Ｓ．Ａ．システム構造３を示す図である。
【図４】 Ｓ．Ａ．システム構造４を示す図である。
【図５】 Ｓ．Ａ．システム構造５を示す図である。
【図６】 Ｓ．Ａ．システム構造６を示す図である。
【図７】 Ｓ．Ａ．システム構造７を示す図である。
【図８】 Ｓ．Ａ．システム構造８を示す図である。
【図９】 Ｓ．Ａ．システム構造９を示す図である。
【図１０】 Ｓ．Ａ．システム構造１０を示す図である。
【図１１】 本発明の実施の形態１の半導体レーザを示す図である。
【図１２】 実施の形態１の半導体レーザの自励発振の様子を示す図である。
【図１３】 実施の形態１のＳ．Ａ．システムを示す図である。
【図１４】 実施の形態１のサファイア基板を用いた半導体レーザを示す図である。
【図１５】 実施の形態２〜５の半導体レーザを示す図である。
【図１６】 実施の形態６〜１２の半導体レーザを示す図である。
【図１７】 実施の形態１３〜１７の半導体レーザを示す図である。
【図１８】 実施の形態１３〜１７の半導体レーザを示す図である。
【図１９】 実施の形態１８〜２２の半導体レーザを示す図である。
【図２０】 実施の形態１８〜２２の半導体レーザを示す図である。
【図２１】 実施の形態２３〜２９の半導体レーザを示す図である。
【図２２】 実施の形態３０〜３５の半導体レーザ置を示す図である。
【図２３】 本発明の半導体レーザの自動発振特性を示す図である。
【図２４】 本発明の半導体レーザにおけるキャリヤ寿命の制御機構を示す図である。
【図２５】 従来の半導体レーザを示す図である。
【図２６】 従来の半導体レーザにおけるキャリヤ寿命の制御機構を示す図である。
【符号の説明】
１ … ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．
２ … 第２のＣ．Ｅ．
３ … ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．
４ … 第３のＣ．Ｅ．
５ … ＡｌＧａＮの第４のＣ．Ｅ．
１０、３０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０、７１０、８１０、９１０
… Ｎ電極
１１、２１１、３１１、４１１、５１１、６１１、７１１、８１１、９１１
… ＧａＮ基板
３１ … サファイア基板
１２、３２、２１２、３１２、４１２、５１２、６１２、７１２、８１２、９１２
… ｎ‐ＧａＮ層
１３、３３、２１３、３１３、４１３、５１３、６１３、７１３、８１３、９１３
… ｎ‐ＩｎＧａＮクラック防止層
１４、３４、２１４、３１４、４１４、５１４、７１４、８１４、９１４
… ｎ‐ＡｌＧａＮクラッド層
１５、３５、２１５、３１５、４１５、５１５、６１５、７１６、８１５、８１７、９１５
… ｎ‐ＧａＮガイド層
１６、３６、２１６、３１６、４１６、５１６、６１６、７１７、８１８、９１７
… ｎ‐ＩｎＧａＮ活性層
１７、３７ … ｐ‐ＡｌＧａＮの第１のＣ．Ｅ．
１８、３８ … ＩｎＧａＮの第２のＣ．Ｅ．
１９、３９ … ＩｎＧａＮのＳ．Ａ．
２０、４０ … ＩｎＧａＮの第３のＣ．Ｅ．
３１７、４１７、５１７、６１７、７１８、８１９、９１８
… ｐ‐ＡｌＧａＮキャリアブロック層
２１、４１、３１８、３２０、４１８、５１８、６１８、７１９、８２０、９１９
… ｐ‐ＧａＮガイド層
２２、４２、２１９、３２１、５２０、６１９、７２０、８２１、９２０
… ｐ‐ＡｌＧａＮクラック層
２３、４３、２２０、３２２、４２０、５２１、６２０、７２１、８２２、９２１
… ｐ‐ＧａＮコンタクト層
２４、４４、２２１、３２３、４２１、５２２、６２１、７２２、８２３、９２２
… 絶縁層
２５、４５、２２２、３２４、４２２、５２３、６２２、７２３、８２４、９２３
… Ｐ電極
２１７、３１９、４１９、５１９、６１４、７１５、８１６、９１６
… Ｓ．Ａ．システム
Claims (2)
- ＩｎとＧａを主に含有する窒化物半導体から成る活性層と、
ＩｎとＧａを主に含有する窒化物半導体から成る量子井戸の可飽和吸収層と、
ＡｌとＧａを主に含有する窒化物半導体から成る第１の層と、
ＩｎとＧａを主に含有する窒化物半導体から成り第１の層とのヘテロ界面を有する第２の層を有し、
第１の層、第２の層、可飽和吸収層、活性層はこの順に配置され、
可飽和吸収層から前記へテロ界面までの距離が１５ｎｍ以下であることを特徴とする窒化物半導体レーザ。 - 全ての窒化物半導体が結晶性の基板の上に設けられており、基板の格子定数が可飽和吸収層の格子定数よりも小さい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。
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