JP4543488B2 - 半導体レーザ発光装置 - Google Patents
半導体レーザ発光装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4543488B2 JP4543488B2 JP2000083368A JP2000083368A JP4543488B2 JP 4543488 B2 JP4543488 B2 JP 4543488B2 JP 2000083368 A JP2000083368 A JP 2000083368A JP 2000083368 A JP2000083368 A JP 2000083368A JP 4543488 B2 JP4543488 B2 JP 4543488B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- laser light
- semiconductor laser
- emitting device
- light emitting
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
- H01S5/323—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
- H01S5/32308—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
- H01S5/32341—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm blue laser based on GaN or GaP
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/2205—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers
- H01S5/2206—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers based on III-V materials
- H01S5/221—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers based on III-V materials containing aluminium
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/2205—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers
- H01S5/2218—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers having special optical properties
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
- H01S5/223—Buried stripe structure
- H01S5/2231—Buried stripe structure with inner confining structure only between the active layer and the upper electrode
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザ発光装置に関し、詳しくはIII属窒化物半導体膜を積層してなる半導体レーザ発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウム、ガリウム、インジウムおよびホウ素のうちの少なくとも１種の元素を含むIII属窒化物からなる半導体膜が積層されてなる半導体レーザ発光装置（以下、III属窒化物半導体レーザ発光装置という）はシステム用途として発表されており、その半導体レーザ発光装置を光源に用いたシステムの実現がなされようとしている。
【０００３】
III属窒化物半導体レーザ発光装置は、他の材料系半導体材料から構成される、例えばコンパクトディスク（ＣＤ）用、ミニディスク（ＭＤ）用のＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ発光装置、デジタルヴァーサタイルディスク（ＤＶＤ）、バーコードリーダ用のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ発光装置に比べて劣っている点がある。その中の一つに横モード制御があげられる。
【０００４】
横モードとは半導体膜の面内方向での光の導波モードのことであり、半導体レーザ発光装置における横モード制御の手法は確立されている。図１３に示すように、半導体膜３１１の積層方向を垂直方向とし、また積層膜面内でありかつ共振器長方向に垂直である方向を水平方向とし、共振器長方向を縦方向とすると、上記横モードとは水平方向の導波モードとなる。
【０００５】
水平方向の導波を発生させるためには、一般的に半導体レーザ発光装置においては、大きく２種類に分類される。
【０００６】
一つは、図１４の（１）に示すように、電流注入部３２１と電流非注入部３２２が形成される垂直方向の半導体膜３２０の構成を全く同一とした構造である。この構造では、作り付けの屈折率差ΔｎはΔｎ＝０である。この構造においては、電流注入によって、図１４の（２）に示すように、水平方向の屈折率分布が発生するために、図１４の（３）に示すように、キャリア分布が生じ、導波機構が発生する。これはゲインガイドと呼ばれるものである。
【０００７】
また一つは、図１５の（１）に示すように、電流注入部３３１と電流非注入部３３２が形成される垂直方向の半導体膜３３０の構成を異ならせた構成である。この構造では、図１５の（２）に示すように、作り付けの屈折率差Δｎが発生し、Δｎ＝ｎ1 −ｎ2 ≠０となる。このように、水平方向の屈折率分布が発生するために、図１５の（３）に示すように、キャリア分布が生じる。
【０００８】
また、図１５に示した構造においては、さらにいくつかの分類が可能である。
一般的にはその実部、Δｎ−ｒｅａｌ＞０であることで導波が発生するものをリアルインデックスガイド型、その虚部、Δｎ−ｉｍ＜０であることで導波が発生するものをロスインデックスガイド型と称する。横モードを安定に高出力まで保つためには、ゲインガイド型の半導体レーザ発光装置よりもロスインデックスガイド型の半導体レーザ発光装置の方が優れている。また、動作電流の点では、インデックスガイド型の半導体レーザ発光装置の中でもロスインデックスガイド型の半導体レーザ発光装置よりリアルインデックスガイド型の半導体レーザ発光装置の方が優れている。
【０００９】
さらに細かく分類すると、ゲインガイド型の半導体レーザ発光装置とインデックス型の半導体レーザ発光装置の中間といえるΔｎにおいては、セルフパルセーションが発生する。弱いΔｎで実現するパルセーション構造をウィークインデックス型セルフパルセーションと称する。
【００１０】
既に、商品化されている例えばＣＤ、ＭＤ用のＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ発光装置や、ＤＶＤ、バーコードリーダ用のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ発光装置においては、その応用用途に応じて、それぞれの横モード導波構造を用いている。すなわち、横構造を変えているのである。さらに言い換えれば、Δｎの操作が任意に行なわれている。
【００１１】
例えば、低パワー駆動でレーザノイズを優先させる場合、ゲインガイド型が選択される。さらに、レーザノイズが最優先される場合は、パルセーション型が選択される。一方、高パワー駆動で、レーザビームの放射角（ＦＦＰ）や非点が安定であることが優先される場合、もしくは低駆動電流が優先される場合は、インデックスガイド型が選択される。
【００１２】
このように、III属窒化物半導体発光素子の横モード制御を行うためには、既に商品化されている例えばＣＤ、ＭＤ用のＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ発光装置やＤＶＤバーコードリーダ用のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ発光装置と同様な手法を用いることが必要である。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、埋め込みリッジ構造が採用されているIII属窒化物半導体レーザ発光装置においては埋め込み層が明らかになっていない。もしくは、直接金属膜に覆われている構造のものが開示されている。
【００１４】
また、横モードを制御するために電流注入領域の膜積層方向の有効屈折率ｎ1 と電流非注入領域の膜積層方向の有効屈折率ｎ2 との差トｎに言及した半導体レーザ発光装置の例はなく、実際にIII属窒化物半導体レーザ発光装置を設計、作製する上で不都合を生じていた。
【００１５】
例えば、特開平１１−２１４７８８号公報に開示されている半導体レーザ発光装置においては、絶縁膜、もしくは半導体膜を埋め込み層とした埋め込みリッジ型構造が開示されている。しかしながら、活性層と電流非注入領域との間の厚さｄ2 の具体的な記載がなされていない。ｄ2 はΔｎを決める重要な構造パラメータであるため、ｄ2 を明らかにしない限りΔｎを決定することはできない。上記特開平１１−２１４７８８号公報に開示された発明においては、セルフパルセーションを達成することを主旨としており、その達成手段として、ウイークインデックス型を採用している。ところが、ｄ2 が明らかになっていないことから、Δｎが明らかにならず、セルフパルセーション型の半導体レーザ発光装置を作製することは困難であった。
【００１６】
また、上記公報に開示されている以外の発明においても、Δｎと横モードとの関係が明らかにされているものは見当たらず、組成のみ、もしくはストライプ幅のみで横モードを規定しようとしている。
【００１７】
これは、III属窒化物半導体レーザ発光装置の研究開発においてリッジに金属が直接に接した構造、もしくは絶縁膜が直接に接した構造としているためと推測される。リッジに金属が直接に接した構造では、リーク故障が多発するためｄ2 を積極的に小さくすることができない。そのため、この領域においてはΔｎが不明確であり、横モードの検討ができなくなっている。また、同時に、リッジ外への漏れ電流も大きく、動作電流が増大している。
【００１８】
III属窒化物半導体レーザ発光装置における駆動電力の増大は、発熱量の増大を招き、レーザ発振させること自体が困難になるといえる。また、駆動電圧が高い場合、電流注入領域の電流注入幅Ｗstを規定することが困難になるため、横モードの安定性が低くなる。これも、横モードの検討を難しくしている要因の一つになっている。
【００１９】
一方、電力狭窄領域に絶縁膜で埋め込んだ構造では、ｄ2 を薄くしてもリーク故障は起こらない。このため、Δｎを十分に大きくすることができる。しかしながら、リッジの両側面での密着具合、および膜質が不均一なため、横モードが不安定になる。この状況においては、横モードの検討は難しくなる。さらに、その屈折率は、ある一点に固定されるため、変化させることができない。したがって、Δｎを操作するためにはｄ2 のみを制御することになるが、この制御は漏れ電流に影響を与えるため、電流の広がりと光の広がりとを独立に操作することが困難になる。したがって、実用の点を考慮すると、絶縁膜での埋め込みリッジ構造を作製することは利点が乏しいといえる。
【００２０】
上述の金属および絶縁膜での埋め込みリッジ構造の諸問題を解決するためには、半導体膜での埋め込みリッジ構造とすることがよい。しかしながら、半導体膜での埋め込みリッジ構造の半導体レーザ発光装置においても、Δｎと横モードとの相関が明らかになっていないため、用途においての横構造の使い分けが不十分となっていた。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされた半導体レーザ発光装置である。
【００２２】
第１の半導体レーザ発光装置は、アルミニウム、ガリウム、インジウムおよびホウ素のうちの少なくとも１種の元素を含むIII属窒化物半導体膜が積層された積層膜を備え、前記積層膜の上部がリッジ状のストライプに形成され、前記リッジ状のストライプの両側に電流非注入領域を有し、前記電流非注入領域の少なくとも一部が化学式Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただし、０≦ｘ≦１．０）により表される物質によって構成された半導体レーザ発光装置において、前記ｘは、０．３≦ｘ≦１．０なる範囲の所定値からなるインデックスガイド型の半導体レーザ発光装置である。
【００２３】
前記第１の半導体レーザ発光装置における電流注入領域の電流注入幅Ｗstは、１μｍ≦Ｗst≦３μｍなる範囲の所定値からなる。前記電流非注入領域下における前記積層膜のうちの活性層と前記電流非注入領域との間の前記積層膜のうち化学式Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただし、０．３≦ｘ≦１．０）により表される物質によって構成された膜は、少なくとも存在し、かつ０．２μｍ以下の膜厚を有する。前記電流注入領域における膜積層方向の有効屈折率ｎ1 と前記電流非注入領域の膜積層方向の有効屈折率ｎ2 との差Δｎ＝ｎ1 −ｎ2 は、０．００７以上０．０１２以下である。
【００２４】
上記第１の半導体レーザ発光装置では、０．３≦ｘ≦１．０とすることによって、水平方向のＦＦＰ半値全幅θ‖と垂直方向のＦＦＰ半値全幅θ⊥とが負の相関を示し、電流注入幅Ｗstが狭くなるほどθ‖は大きくなることから、上記ｘの範囲においてインデックスガイド領域となる。電流注入領域の電流注入幅Ｗstは、１μｍ≦Ｗst≦３μｍとすることにより、駆動電流が低減され低電流駆動が可能になる。一方、Ｗst＞３．０μｍでは導波機構が弱まり、水平方向の光閉じ込めが不安定になる。そして、あらゆるアルミニウム組成ｘでゲインガイド的振る舞いとなる。また、電流非注入領域下における積層膜のうちの活性層と電流非注入領域との間の積層膜のうち化学式Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただし、０．３≦ｘ≦１．０）により表される物質によって構成された膜は、少なくとも存在し、かつ０．２μｍ以下の膜厚を有することから、電流リークが抑制された半導体レーザ発光装置となる。一方、ｄ2 が０．２よりも大きくなると電流リークが多くなり、半導体レーザ発光装置性能の劣化となる。
【００２５】
第２の半導体レーザ発光装置は、アルミニウム、ガリウム、インジウムおよびホウ素のうちの少なくとも１種の元素を含むIII属窒化物半導体膜が積層された積層膜を備え、前記積層膜の上部がリッジ状のストライプに形成され、前記リッジ状のストライプの両側に電流非注入領域を有し、前記電流非注入領域の少なくとも一部が化学式Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただし、０≦ｘ≦１．０）により表される物質によって構成された半導体レーザ発光装置において、前記ｘは、０．１５＜ｘ＜０．３０なる範囲の所定値からなるウィークインデックス型のパルセーション半導体レーザ発光装置である。
【００２６】
前記第２の半導体レーザ発光装置における電流注入領域の電流注入幅Ｗstは、１μｍ≦Ｗst≦３μｍなる範囲の所定値からなる。前記電流非注入領域下における前記積層膜のうちの活性層と前記電流非注入領域との間の前記積層膜のうち化学式Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただし、０．１５＜ｘ＜０．３０）により表される物質によって構成された膜とを合わせた膜は、少なくとも存在し、かつ０．２μｍ以下の膜厚を有する。前記電流注入領域における膜積層方向の有効屈折率ｎ1 と前記電流非注入領域の膜積層方向の有効屈折率ｎ2 との差Δｎ＝ｎ1 −ｎ2 は、少なくとも正の値となる差があり、かつ０．００７未満である。
【００２７】
第２の半導体レーザ発光装置では、０．１５＜ｘ＜０．３０とすることによって、インデックス型の半導体レーザ発光装置となるには不十分な小さなΔｎ領域となっている。したがって、ウィークインデックス領域となる。電流注入領域の電流注入幅Ｗstは、１μｍ≦Ｗst≦３μｍとすることにより、駆動電流が低減され低電流駆動が可能になる。一方、Ｗst＞３．０μｍでは導波機構が弱まり、水平方向の光閉じ込めが不安定になる。そして、あらゆるアルミニウム組成ｘでゲインガイド的振る舞いとなる。また、電流非注入領域下における積層膜のうちの活性層と電流非注入領域との間の積層膜のうち化学式Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただし、０．３≦ｘ≦１．０）により表される物質によって構成された膜は、少なくとも存在し、かつ０．２μｍ以下の膜厚を有することから、電流リークが抑制された半導体レーザ発光装置となる。一方、ｄ2 が０．２よりも大きくなると電流リークが多くなり、半導体レーザ発光装置性能の劣化となる。
【００２８】
第３の半導体レーザ発光装置は、アルミニウム、ガリウム、インジウムおよびホウ素のうちの少なくとも１種の元素を含むIII属窒化物半導体膜が積層された積層膜を備え、前記積層膜の上部がリッジ状のストライプに形成され、
前記リッジ状のストライプの両側に電流非注入領域を有し、前記電流非注入領域の少なくとも一部が化学式Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただし、０≦ｘ≦１．０）により表される物質によって構成された半導体レーザ発光装置において、前記ｘは、０≦ｘ＜≦０．１５なる範囲の所定値からなるゲインガイド型の半導体レーザ発光装置である。
【００２９】
前記第３の半導体レーザ発光装置における電流注入領域の電流注入幅Ｗstは、１μｍ≦Ｗst≦３μｍなる範囲の所定値からなる。前記電流非注入領域下における前記積層膜のうちの活性層と前記電流非注入領域との間の前記積層膜のうち化学式Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただし、０≦ｘ＜≦０．１５）により表される物質によって構成された膜は、少なくとも存在し、かつ０．２μｍ以下の膜厚を有する。前記電流注入領域における膜積層方向の有効屈折率ｎ1 と前記電流非注入領域の膜積層方向の有効屈折率ｎ2 との差Δｎ＝ｎ1 −ｎ2 は、少なくとも正の値となる差があり、かつ０．００７未満である。
【００３０】
上記第３の半導体レーザ発光装置では、０≦ｘ＜≦０．１５とすることによって、低レーザノイズに適したゲインガイド領域に相当する。電流注入領域の電流注入幅Ｗstは、１μｍ≦Ｗst≦３μｍとすることにより、駆動電流が低減され低電流駆動が可能になる。また、電流非注入領域下における積層膜のうちの活性層と電流非注入領域との間の積層膜のうち化学式Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただし、０．３≦ｘ≦１．０）により表される物質によって構成された膜は、少なくとも存在し、かつ０．２μｍ以下の膜厚を有することから、電流リークが抑制された半導体レーザ発光装置となる。一方、ｄ2 が０．２よりも大きくなると電流リークが多くなり、半導体レーザ発光装置性能の劣化となる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体レーザ発光装置の構成を、図１の概略構成断面図によって説明する。
【００３２】
図１に示すように、サファイア基板１１上に、窒化ガリウムからなるバッファ層１２（例えば厚さは３５ｎｍ）、アンドープ窒化ガリウムからなる低温層１３（例えば厚さは５００ｎｍ）、シリコンを添加したｎ型窒化ガリウムからなるコンタクト層１４（例えば厚さは８μｍ）、シリコンを添加したｎ型Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎからなるｎ型クラッド層１５（例えば厚さは１．２μｍ）、シリコンを添加したｎ型窒化ガリウムからなる光ガイド層１６（例えば厚さは１２０ｎｍ）、Ｉｎ0.14Ｇａ0.86Ｎからなる井戸層（例えば厚さは３．５ｎｍ）とＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなる障壁層（例えば厚さは７ｎｍ）とから構成される４重量子井戸構造とした活性層１７、マグネシウムを添加したｐ型Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎからなる拡散防止層１８（例えば厚さは２０ｎｍ）、マグネシウムを添加したｐ型窒化ガリウムからなる光ガイド層１９（例えば厚さは９０ｎｍ）、マグネシウムを添加したｐ型Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎからなるキャリアオーバフロー抑制層２０（例えば厚さは５０ｎｍ）、マグネシウムを添加したｐ型Ａｌ0.06Ｇａ0.94Ｎからなるｐ型クラッド層２１（例えば厚さは５６０ｎｍ）、マグネシウムを添加したｐ型窒化ガリウムからなるｎ型コンタクト層２２（例えば厚さは１００ｎｍ）を順次積層することで、III属窒化物半導体膜を積層させた積層膜２３が構成されている。
【００３３】
さらに、ｐ型クラッド層２１の上部は、リッジ状のストライプ２４が形成されている。そのストライプ２４が電流注入領域３１となり、その電流注入幅Ｗstは、１μｍ≦Ｗst≦３μｍなる範囲の所定値を有している。
【００３４】
一方、上記ストライプ２４の両側には、電流狭窄を行うために、シリコンを添加したＡｌx Ｇａ1-x Ｎ層２５が形成されていて、電流非注入部３２が構成されている。電流非注入部３２では、ｐ型窒化ガリウムからなるｐ型コンタクト層２２から順次除去することで、活性層１７と電流非注入部３２との間の膜厚ｄ2 を所望の厚さとしている。この電流狭窄のための横構造が、同時に横方向の光の導波モード制御構造となっている。
【００３５】
さらに、上記ｐ型コンタクト層２２に接続するP型電極４１が形成され、またｎ型コンタクト層１４に接続するｎ型電極４２が形成されている。
【００３６】
上記構成の半導体レーザ発光装置１において、第１の半導体レーザ発光装置は、電流非注入領域３２が０．３≦ｘ≦１．０なる範囲の所定値を有するＡｌx Ｇａ1-x Ｎ層２５によって構成されているインデックスガイド型の半導体レーザ発光装置となっている。
【００３７】
上記第１の半導体レーザ発光装置では、リッジ状のストライプに形成された電流注入領域３１の電流注入幅Ｗstは、１μｍ≦Ｗst≦３μｍなる範囲の所定値を有している。
【００３８】
また、上記電流非注入領域３２下における積層膜のうちの活性層１７と電流非注入領域３２との間の積層膜、すなわち、拡散防止層１８、光ガイド層１９、キャリアオーバフロー抑止層２０およびクラッド層２１を合わせた膜のうち化学式Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただし、０．３≦ｘ≦１．０）により表される物質によって構成された膜は、少なくとも存在しかつ０．２μｍ以下の膜厚を有している。
【００３９】
さらに、上記電流注入領域３２における膜積層方向の有効屈折率ｎ1 と電流非注入領域３２の膜積層方向の有効屈折率ｎ2 との差Δｎ＝ｎ1 −ｎ2 は、０．００７以上０．０１２以下になっている。
【００４０】
次に、第２の半導体レーザ発光装置を以下に説明する。第２の半導体レーザ発光装置は、上記構成の半導体レーザ発光装置１において、電流非注入領域３２が０．１５＜ｘ＜０．３０なる範囲の所定値を有するＡｌx Ｇａ1-x Ｎ層２５によって構成されているウィークインデックスガイド型の半導体レーザ発光装置となっている。
【００４１】
上記第２の半導体レーザ発光装置では、リッジ状のストライプに形成された電流注入領域３１の電流注入幅Ｗstは、１μｍ≦Ｗst≦３μｍなる範囲の所定値を有している。
【００４２】
また、上記電流非注入領域３２下における積層膜のうちの活性層１７と電流非注入領域３２との間の積層膜、すなわち、拡散防止層１８、光ガイド層１９、キャリアオーバフロー抑止層２０およびクラッド層２１を合わせた膜のうち化学式Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただし、０．３≦ｘ≦１．０）により表される物質によって構成された膜は、少なくとも存在しかつ０．２μｍ以下の膜厚を有している。
【００４３】
さらに、上記電流注入領域３２における膜積層方向の有効屈折率ｎ1 と電流非注入領域３２の膜積層方向の有効屈折率ｎ2 との差Δｎ＝ｎ1 −ｎ2 は、少なくとも正の値となる差があり、かつ０．００７未満となっている。
【００４４】
次に、第３の半導体レーザ発光装置を以下に説明する。第３の半導体レーザ発光装置は、上記構成の半導体レーザ発光装置１において、電流非注入領域３２が０≦ｘ＜≦０．１５なる範囲の所定値を有するＡｌx Ｇａ1-x Ｎ層２５によって構成されているゲインガイド型の半導体レーザ発光装置となっている。
【００４５】
上記第３の半導体レーザ発光装置では、リッジ状のストライプに形成された電流注入領域３１の電流注入幅Ｗstは、１μｍ≦Ｗst≦３μｍなる範囲の所定値を有している。
【００４６】
また、上記電流非注入領域３２下における積層膜のうちの活性層１７と電流非注入領域３２との間の積層膜、すなわち、拡散防止層１８、光ガイド層１９、キャリアオーバフロー抑止層２０およびクラッド層２１を合わせた膜のうち化学式Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただし、０．３≦ｘ≦１．０）により表される物質によって構成された膜は、少なくとも存在しかつ０．２μｍ以下の膜厚を有している。
【００４７】
さらに、上記電流注入領域３２における膜積層方向の有効屈折率ｎ1 と電流非注入領域３２の膜積層方向の有効屈折率ｎ2 との差Δｎ＝ｎ1 −ｎ2 は、少なくとも正の値となる差があり、かつ０．００７未満となっている。
【００４８】
次に、本発明の半導体レーザ発光装置１における、アルミニウムの組成ｘ、電流注入領域３１の電流注入幅Ｗst、屈折率差Δｎの見積もり方法を以下に説明する。具体的には、前記図１に示した構成のＡｌx Ｇａ1-x Ｎの異なる組成で埋め込んだ埋め込みリッジ型半導体レーザ発光装置の製作を行い、各組成ｘにおいては電流注入幅（ストライプ幅）Ｗst、を数種類にわたって異ならせた。それ以外の半導体膜の構成は同一とした。
【００４９】
本発明における半導体レーザ発光装置の作製で用いたパラメータは、０．１５≦ｘ≦１．０、０．１μｍ≦ｄ2 ≦０．２μｍ、２．２≦Ｗst≦３．５μｍとした。
【００５０】
まず、ｘ＝０．１５、０．３０、０．４０での試料の水平方向のＦＦＰ（Far Field Pattern）半値全幅θ‖の測定結果を図２に示す。図２では、縦軸にθ‖を示し、横軸にＷstを示す。また、同時に比較のため、リッジをそのままｐ型金属層で覆った一般的なIII属窒化物半導体レーザ発光装置である金属リッジ構造のデータを白抜きのひし形印で示す。また、ｄ2 はおよそ０．１５μｍとした。ＦＦＰの測定では、レーザ発振器の自己発熱による影響を極力避けるために、パルス電流駆動によって駆動を行った。その駆動条件は、一例として５μｓ幅のパルスを１ｍｓ周期に印加した。
【００５１】
上記図２によって、以下のことがわかる。
（１）ｘ＝０．１５以外では、各組成においてθ‖とＷstに負の相関が見られる。
（２）あらゆるストライプ幅Ｗstにおいてθ‖の値が、θ‖x=0.15＞θ‖x=0.40＞θ‖x=0.30となっている。
【００５２】
次に、Ｗstを変えたときの典型的なθ‖（横軸）とθ⊥（垂直方向のＦＦＰ半値全幅）（縦軸）との関係を図３に示す。図３に示すように、ゲインガイド型の半導体レーザ発光装置では、Ｗstが狭くなると水平方向の損失が増大する。このため、水平方向の光波面の湾曲が強くなり、結果としてθ‖が大きくなる。一方、垂直方向においても損失が増大するために波面の湾曲が増大し、結果として、θ⊥が大きくなる。したがって、θ‖とθ⊥は正の相関を持つことになる。そしてストライプ幅Ｗstが狭いほどどちらも大きくなることが特徴である。
【００５３】
一方、インデックスガイド型の半導体レーザ発光装置においては、θ‖とθ⊥とは負の相関を示す。これは、ＴＥモードとＴＭモードとが直交しないことに起因する。これらの現象は、ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ発光装置、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ発光装置の測定においても確認されている。
【００５４】
したがって、
（３）インデックスガイド型の半導体レーザ発光装置では、θ‖とθ⊥とは負の相関を示し、Ｗstが狭くなるほどθ‖は大きくなる。
（４）ゲインガイド型の半導体レーザ発光装置では、θ‖とθ⊥とは正の相関を示し、Ｗstが狭くなるほどθ‖は大きくなる。
【００５５】
さらにインデックスガイド型の半導体レーザ発光装置において、ｘの大きさ、すなわちアルミニウム組成（横軸）とΔｎ（縦軸）との関係を図４によって説明する。
【００５６】
図４の（１）に示すように、ｘが大きいほどＡｌx Ｇａ1-x Ｎ層の屈折率が小さくなる。このことは、図４の（２）に示すように、ｄ2 を固定した場合、ｘが大きいほど、ストライプ内、外それぞれの垂直方向の有効屈折率ｎ1 、ｎ2 の差、すなわちΔｎが大きくなることを示す。このことから、
（５）インデックスガイド型の半導体レーザ発光装置においては、ｄ2 を固定した場合、θ‖とｘとは正の相関を示す。
また、同じｄ2 、Ｗstにおいて、
（６）インデックスガイド型の半導体レーザ発光装置のθ‖の値よりゲインガイド型の半導体レーザ発光装置のθ‖の値のほうが大きい。このことはよく知られていることで、ゲインガイド型では波面湾曲が起こっていることに起因する。
【００５７】
次に、θ‖（横軸）とθ⊥（縦軸）との関係を図５に示す。図５に示すように、各測定点は、前記図２中の測定点と同様のものである。θ‖とθ⊥との関係は、インデックスガイド型の半導体レーザ発光装置、ゲインガイド型の半導体レーザ発光装置で振る舞いが異なる。
【００５８】
以上、（１）〜（６）の特徴から、図２および図５においては、
（a）あらゆるｘ（０．１５≦ｘ≦０．４０）で、Ｗst＞３μｍでは、ゲインガイド型の半導体レーザ発光装置のような振る舞いを示す。
以下、Ｗst≦３μｍに着目して、
（ｂ）ゲインガイド型の半導体レーザ発光装置、インデックスガイド型の半導体レーザ発光装置の切り替わりは、ｘ＝０．１５と０．３０との間で起こる。
（ｃ）ｘ＝０．３０と０．４０においては、インデックスガイド型の半導体レーザ発光装置のような振る舞いが見られる。
すなわち、ｘ＝０．３０では十分なΔｎを有しており、インデックスガイド型半導体レーザ発光装置となるといえる。したがって、低駆動電流、かつ高光出力レーザ発振装置においては、ｘ＝０．３０とすることが望ましいといえる。
【００５９】
なお、ｘ＝０．１５では、ゲインガイド型の領域であるので、ストライプ幅Ｗstを広くしていくと、光がふらついて中心に来なくなる。このように、光が片寄って来ると、片寄った位置に光が集まってくる現象が見られ、Ｗstが一定にならない。
【００６０】
以上により、０．３０≦ｘ≦１の範囲でインデックスガイド型の半導体レーザ発光装置となり、０．１５＜ｘ＜０．３０の範囲でウィークインデックス・パルセーション型の半導体レーザ発光装置となり、０≦ｘ≦０．１５の範囲でゲインガイド型の半導体レーザ発光装置となる。
【００６１】
次に、ｘ毎におけるＷst（横軸）としきい電流値（縦軸）との関係を図６に示す。また、ｘ毎におけるレーザ光出力（横軸）と非点隔差（縦軸）との関係を図７に示す。さらに、ｘ毎におけるレーザ光出力（横軸）とθ‖（縦軸）との関係を図８に示す。
【００６２】
図６に示すように、同一Ｗstで比較すると、しきい値は、ゲインガイド型が高くなり、インデックス型は低くなっている。図７に示すように、ｘ＝０．３０、ｘ＝０．４０では、ｘ＝０．１５の場合と比較して、低パワー領域から高パワー領域まで非点隔差の変動が小さくなっている。このことは、一般的に言われているゲインガイド型よりもインデックスガイド型のほうが非点隔差は低くなるということに、矛盾していないことがわかる。
【００６３】
図６〜図８に示すように、ｘ＝０．３０でゲインガイド型とインデックスガイド型とを分ける正当性、およびレーザ光の高出力における安定性を示していることがわかる。また、ｘ＝０．４０においては、低駆動電力化、高出力化に適していることがわかる。ただしＷst＞３．５μｍにおいては特性が悪化している。これは、後述するように、横モードが不安定なことに起因している。
【００６４】
以上、説明したように、１．０≧ｘ≧０．３０では、低駆動電流でかつ高光出力レーザに適したインデックスガイド領域にあることが示されている。すなわち、本発明の第１の半導体レーザ発光装置は、インデックスガイド領域とすることを意図したアルミニウム組成が１．０≧ｘ≧０．３０に対応する発明である。この範囲であれば、インデックスガイド型のIII属窒化物半導体レーザ発光装置が作製できる。
【００６５】
また、１．０≧ｘ≧０．４０では、非点が１μｍ以内と極めて小さくなる。非点が小さいことは、レーザ光を集光した際の焦点位置でのビームサイズ、すなわち、スポットサイズが小さいことを意味する。そのため、レーザ光を集光することを利用するような、例えば高密度光ディスクシステム用途には適している。また、同時に、パワー安定性にも優れている。そのため、これは高光出力を用いるような、例えばＲＡＭシステムに適している。
【００６６】
一方、０≦ｘ≦０．１５では、低レーザノイズに適したゲインガイド領域に当たるといえる。ＡｌＧａＡｓ系、およびＡｌＧａＩｎＰ系の一般的なゲインガイド型は作り付けのΔｎ＝０であるが、作り付けのΔｎが０でなくともゲインガイド型の半導体レーザ発光装置は実現できる。Δｎが小さい領域であれば、導波機構はキャリア分布から発生する屈折率分布に支配されるためである。
【００６７】
先に述べたように、前記図２、図５から０≦ｘ≦０．１５では十分にゲインガイド機構が支配的な領域であることがわかる。
【００６８】
すなわち、本発明の第３の半導体レーザ発光装置は上記結果に基づくものである。なお、III属窒化物半導体レーザ発光装置においては、電流狭窄のためにはリッジ構造を作製する以外の手段が確立されていないこともあり、ゲインガイド型の半導体レーザ発光装置は作り付けのΔｎを弱めなければ成らない。リッジ外への漏れ電流を制御するためにはｄ2 を小さくする必要がある。この要請から、リッジ外を覆う材料の屈折率は窒化ガリウムに近いことが望ましい。このことから、従来のIII属窒化物系半導体レーザ発光装置のように、空気もしくは酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）のような絶縁膜で電流狭窄部を構成することでは、ゲインガイド型のIII属窒化物半導体レーザ発光装置の達成が困難となる。したがって、ゲインガイド型のIII属窒化物半導体レーザ発光装置を実現するには、本発明の第3の半導体レーザ発光装置のように、Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（０≦ｘ≦０．１５）を埋め込み材料として用いることの意義が極めて大きくなる。
【００６９】
次に、０．１５＜ｘ＜０．３０の領域を考える。この領域では、インデックスガイド型の半導体レーザ発光装置となるには不十分な、すなわち小さいΔｎ領域に当たることがわかる。したがって、ＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザ発光装置やＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザ発光装置でいうウィークインデックス領域といえる。セルフパルセーション型のIII属窒化物半導体レーザ発光装置を作製するためのウィークインデックス領域は、０．１５＜ｘ＜０．３０にある。本発明の第２の半導体レーザ発光装置は、この事実に基づくものである。
【００７０】
以上によって、第１〜第３の半導体レーザ発光装置は、埋め込み層であるＡｌx Ｇａ1-xＮ層のアルミニウムの組成ｘによって、発光装置の導波領域が区分されることになる。
【００７１】
よって、
第１の半導体レーザ発光装置では、インデックスガイド機構とするために必要なアルミニウム組成は０．３≦ｘ≦１．０とする。好適には、０．４≦ｘ≦１．０とする。
【００７２】
第２の半導体レーザ発光装置では、ウィークインデックス型セルフパルセーション機構とするために必要なアルミニウム組成は０．１５＜ｘ＜０．３０とする。
【００７３】
第３の半導体レーザ発光装置では、ゲインガイド機構とするために必要なアルミニウム組成は０≦ｘ≦０．１５とする。
【００７４】
次に、Ｗst＞３．０μｍの領域について述べる。一般にＷstが大きくなるにしたがって、導波機構が弱まるため、水平方向の光閉じ込めが不安定になる。前記図２、図５に示すように、あらゆる組成ｘにおいてＷst＞３．０μｍではゲインガイド的な振る舞いが見られる。これからして、III属窒化物半導体レーザ発光装置において、Ｗst＞３μｍでは十分な光閉じ込めが起こりにくいことにより、ゲインガイド型（もしくはゲインガイド機構が支配的な）半導体レーザ発光装置となることが示される。また、図９に示すように、水平方向のＮＦＰ（Near Field Pattern）をみると、リッジ端にレーザ光が偏っていることが示される。これによって、横モードが不安定であることがわかる。
【００７５】
本発明においては、導波機構を分類するとともに駆動電流もより小さくすることも目的としている。単にゲインガイド型（ゲインガイド型機構が支配的な）III属窒化物半導体レーザ発光装置を作製するのみであれば、Ｗst＞３μｍでもよい。しかしながら、Ｗstが大きくなることは、同時に駆動電流、しきい電流値の増大につながる。レーザノイズに適したゲインガイド型半導体レーザ発光装置においても、低駆動電流、およびしきい電流値が実用上望まれることは容易に想像される。
【００７６】
したがって、本発明の第１〜第３の半導体レーザ発光装置におけるアルミニウム組成領域ｘにおいて、極力Ｗstを小さくすることがIII属窒化物半導体レーザ発光装置のユーザの要求に応えられるものとなる。この点から、各アルミニウム組成領域においてＷst≦３μｍとして、インデックスガイド型の半導体レーザ発光装置、ゲインガイド型の半導体レーザ発光装置、ウィークインデックス型セルフパルセーション半導体レーザ発光装置を作り分けることが実用上望ましい。
【００７７】
よって、第１の半導体レーザ発光装置では、インデックスガイド機構とするために必要なアルミニウム組成０．３≦ｘ≦１．０において、１μｍ≦Ｗst≦３μｍとする。
【００７８】
第２の半導体レーザ発光装置では、ゲインガイド機構とするために必要なアルミニウム組成０≦ｘ≦０．１５において、１μｍ≦Ｗst≦３μｍとする。
【００７９】
第３の半導体レーザ発光装置では、ウィークインデックス型セルフパルセーション機構とするために必要なアルミニウム組成０．１５＜ｘ＜０．３０において、１μｍ≦Ｗst≦３μｍとする。
【００８０】
次に、ｄ2 について述べる。前記したようにｄ2 とはリッジ型半導体レーザ発光装置においては、リッジ外への電流の漏れ量に影響を与える構造パラメータであると同時に、Δｎを操作する構造パラメータである。
【００８１】
ｄ2 （横軸）としきい電流値Ｉth（縦軸）との関係を図１０に示す。なお、装置の構造は前記図１で示したリッジ構造型の埋め込み層であるＡｌx Ｇａ1-x Ｎ層の代わりに酸化シリコン層としている。Ｗstは２．５μｍに固定している。なお、共振器長Ｌは７００μｍである。後述するが、この図に示したｄ2 の範囲ではΔｎとｄ2 との依存性は弱く、漏れ電流によるしきい電流値Ｉthの変化とみてよい。このように、III属窒化物半導体レーザ発光装置においてもｄ2 は漏れ電流量に影響を与える構造パラメータであることが示される。
【００８２】
次に、Δｎとｄ2 との関係を調べる。最初に導波路シミュレータとＦＦＰ測定値との合わせこみを行う。これを行うことで、以下に用いるシミュレータによる計算結果の正当性を確保する。ここで用いるシミュレータは等価屈折率法を用いた。
【００８３】
前記図１によって示した構造の半導体レーザ発光装置１では、例えばｘ＝０．４において測定によるθ⊥は２４．１°が典型値であった。一方、シミュレータによる計算値は２３．８°、有効屈折率は２．５１５、モード次数は１０次モードであった。このように、極めてよい一致を見た。これによって、本発明において使用した導波路シミュレータの性能が十分であることが示された。
【００８４】
次に、ｄ2 とΔｎとの計算結果を図１１に示す。なお、この計算において、Ｗstは考慮されていない。
【００８５】
ｘ＝０．１５の試料を測定した結果では、ｄ2 ＝０．１５においてインデックスガイド型の実現に対して不十分なΔｎであった。このとき、作り付けのΔｎは０．００５となる。したがって、上述したアルミニウム組成での区分において、最も大きくできるｄ2 とはΔｎ＝０．００５が境界となる。すなわち、埋め込み層としているＡｌx Ｇａ1-x Ｎ層のアルミニウム組成ｘの区分において、Δｎ≧０．００５とすることがシミュレータの結果から導かれる。また、このシミュレーションは前述したように測定結果とよく一致をしているので、その計算結果には正当性があるといえる。
【００８６】
したがって、第１の半導体レーザ発光装置では、インデックスガイド機構とするために必要なアルミニウム組成０．３≦ｘ≦１．０において、ｄ2 ≦０．２μｍとする。また好適には、１μｍ≦Ｗst≦３μｍとする。
【００８７】
第２の半導体レーザ発光装置では、ゲインガイド機構とするために必要なアルミニウム組成０≦ｘ≦０．１５において、ｄ2 ≦０．２μｍとする。また好適には、１．０μｍ≦Ｗst≦３．０μｍとする。
【００８８】
第３の半導体レーザ発光装置では、ウィークインデックス型セルフパルセーション機構とするために必要なアルミニウム組成０．１５＜ｘ＜０．３０において、ｄ2 ≦０．２μｍとする。また好適には、１μｍ≦Ｗst≦３μｍとする。
【００８９】
次に、θ‖の計算結果と測定値との対応を図１２に示す。なお、図中に示したｄ2 の単位はμｍであり、ここで示した測定点は、見易さの点でＷst＝２．５μｍのもののみを示している。図１２および前記図１１に示すように、θ‖の計算値と測定値とがよく一致していることが示されている。この結果から、あらためて上記シミュレータの性能が十分であることが確認できる。
【００９０】
前記図２および図５〜図８から、インデックスガイド型のIII属窒化物半導体レーザ発光装置を実現するためには、ｘ＝０．３、ｄ2 ＝０．１７μｍであった。ここにおいて、図１１からΔｎ≧０．００７が必要であることがわかる。なお、非点およびパワー安定性も含めて好適であるのはΔｎ＞０．０１である。
【００９１】
逆に、インデックスガイド型の半導体レーザ発光装置となるには、不十分なΔｎはΔｎ＜０．００７といえる。この範囲において、ウィークインデックスになり、一般にはゲインガイド領域に入る。また、ウィークインデックス型セルフパルセーションを実現する範囲もこの領域となる。パルセーションするか否かは、活性層体積に起因する。
【００９２】
したがって、第１の半導体レーザ発光装置では、インデックスガイド機構とするために必要なアルミニウム組成０．３≦ｘ≦１．０において、０．００７≦Δｎ≦０．０１２とする。好適には、１μｍ≦Ｗst≦３μｍとする。また好適には、ｄ2 ≦０．２μｍとする。
【００９３】
第２の半導体レーザ発光装置では、ゲインガイド機構とするために必要なアルミニウム組成０≦ｘ≦０．１５において、Δｎは、少なくとも正の値となる差があり、かつ０．００７未満とする。好適には、１μｍ≦Ｗst≦３μｍとする。また好適には、ｄ2 ≦０．２μｍとする。
【００９４】
第３の半導体レーザ発光装置では、ウィークインデックス型セルフパルセーション機構とするために必要なアルミニウム組成０．１５＜ｘ＜０．３において、Δｎは、少なくとも正の値となる差があり、かつ０．００７未満とする。好適には、１μｍ≦Ｗst≦３μｍとする。また好適には、ｄ2 ≦０．２μｍとする。
【００９５】
なお、本発明では、前記図１に示す構造で、構造パラメータの範囲の設定を行った。光場の原理に基づけば屈折率差Δｎによって導波機構が決定されるため、アルミニウム、ガリウム、インジウムおよびホウ素のうちの少なくとも１種の元素を含むIII属窒化物半導体膜が積層された積層膜を備え、積層膜の上部がリッジ状のストライプに形成され、リッジ状のストライプの両側に電流非注入領域を有し、電流非注入領域の少なくとも一部が化学式Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただし、０≦ｘ≦１．０）により表される物質によって構成された半導体レーザ発光装置であれば、前記図１に示した以外の半導体レーザ発光装置であっても、本発明の構造パラメータを適用することが可能である。
【００９６】
また、本発明では、埋め込み層としてＡｌx Ｇａ1-x Ｎ層のみを用いたが、異なるｘのＡｌx Ｇａ1-x Ｎ組成膜の複数で埋め込み層を構成することも可能である。その場合には、埋め込み層の平均組成が本発明でいうＡｌx Ｇａ1-x Ｎ層単一で埋め込んだ場合の屈折率となっていれば、構造的に等価となる。さらに、Δｎが同じになっていれば、導波機構として全く等価といってよい。したがって、本発明は、複数のＡｌx Ｇａ1-x Ｎ膜で埋め込み層が構成されていた場合において、その平均組成ｘ−ａｖｅがＡｌx Ｇａ1-x Ｎの単層とした場合のｘに置き換えた場合にも及ぶことは明らかである。なお、平均組成とは、〔Σｉ｛（屈折率ｉ）＊（膜厚ｉ）＊（光の割合ｉ）｝〕／〔Σｉ｛（膜厚ｉ）＊（光の割合ｉ）｝〕＝Ａｌx-ave Ｇａ1-(x-ave)Ｎと定義する。Σｉはｉについての和を示し、ｉは埋め込み層を構成する層の番号である。光の場合とは、リッジ外の構成で光場の分布を規格化したとき、ｉ層において占めている面積としてよい。また、＊は積を表す。
【００９７】
さらに、本発明は、その構成においてサファイアを基板として用いたが、例えば窒化ガリウム基板のような化合物半導体基板、シリコン基板等の他の材料からなる基板を用いることも可能である。これは、垂直方向の光の閉じ込めが十分で、基板位置まで光が達しないことから明らかである。
【００９８】
また、本発明は、Ａｌx Ｇａ1-x Ｎのみを埋め込み層として採用したが、他のインジウムを含ませてもよい。例えば、図１に示した構成において、Ｉｎy Ｇａ1-y Ｎ（ｙ≧０．１６）層をリッジ側面に例えば１０ｎｍの厚さに積層し、その後、Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ層で埋め込み層を構成してもよい。この構成では、リッジ側面で光の吸収層が作りこまれることになる。
【００９９】
上記吸収層が存在する場合には、水平方向の導波モードの基本モードは影響をほとんど受けないが、１次以上の高次モードではその光分布から影響を受ける。具体的には、高次モードでは吸収損失が大きくなる。これは、基本モードと高次モードとのしきい値差が大きくなることを意味している。したがって、基本モードから、高次モードへの切り替わりが起こる光出力を高くできる（切り替わりは、Ｌ−Ｉ特性のキンクとして現れる）。
【０１００】
したがって、本発明において、より高出力まで横モードを安定化させることができるので望ましい。このように、吸収層を埋め込み層に採用する場合にも、〔Σｉ｛（屈折率ｉ）＊（膜厚ｉ）＊（光の割合ｉ）｝〕／〔Σｉ｛（膜厚ｉ）＊（光の割合ｉ）｝〕＝Ａｌx-ave Ｇａ1-(x-ave)Ｎとの定義において、本発明は対応できる。このことは導波の観点から明らかである。
【０１０１】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の第１〜第３の半導体レーザ発光装置によれば、アルミニウム、ガリウム、インジウムおよびホウ素のうちの少なくとも１種の元素を含むIII属窒化物半導体膜が積層されてなる半導体レーザ発光装置において、
（１）高出力、低駆動電力に適したIII属窒化物半導体レーザ発光装置となる、（２）戻り光による影響が小さいIII属窒化物半導体レーザ発光装置となる、
（３）アルミニウムの組成、Δｎ、ｄ2 、Ｗstの各パラメータと導波機構とが対応付けられたことによって、導波理論に等価な構造の半導体レーザ発光装置の開発が容易になり、III属窒化物半導体レーザ発光装置の実用化が促進される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体レーザ発光装置の構成を示す概略構成断面図である。
【図２】各ｘの値における試料の水平方向のＦＦＰ半値全幅θ‖と電流注入幅Ｗstとの関係図である。
【図３】Ｗstを変えたときの典型的なθ‖とθ⊥との関係図である。
【図４】アルミニウム組成ｘとΔｎとの関係図である。
【図５】θ‖とθ⊥との関係図である。
【図６】アルミニウム組成ｘ毎におけるＷstとしきい電流値との関係図である。
【図７】アルミニウム組成ｘ毎におけるレーザ光出力と非点隔差との関係図である。
【図８】アルミニウム組成ｘ毎におけるレーザ光出力とθ‖との関係図である。
【図９】Ｗst＞３μｍにおける水平方向のＮＦＰ像とそのプロファイルを示す図である。
【図１０】ｄ2 としきい電流値Ｉthとの関係図である。
【図１１】ｄ2 とΔｎとの計算結果を示す図である。
【図１２】θ‖の計算結果とＷstの測定値との関係図である。
【図１３】方向の定義の説明図である。
【図１４】ゲインガイド型半導体レーザ発光装置の構造および屈折率分布とキャリア分布を示す図である。
【図１５】インデックスガイド型半導体レーザ発光装置の構造および屈折率分布とキャリア分布を示す図である。
【符号の説明】
１…半導体レーザ発光装置、２３…積層膜、３２…電流非注入領域
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体レーザ発光装置に関し、詳しくはIII属窒化物半導体膜を積層してなる半導体レーザ発光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
アルミニウム、ガリウム、インジウムおよびホウ素のうちの少なくとも１種の元素を含むIII属窒化物からなる半導体膜が積層されてなる半導体レーザ発光装置（以下、III属窒化物半導体レーザ発光装置という）はシステム用途として発表されており、その半導体レーザ発光装置を光源に用いたシステムの実現がなされようとしている。
【０００３】
III属窒化物半導体レーザ発光装置は、他の材料系半導体材料から構成される、例えばコンパクトディスク（ＣＤ）用、ミニディスク（ＭＤ）用のＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ発光装置、デジタルヴァーサタイルディスク（ＤＶＤ）、バーコードリーダ用のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ発光装置に比べて劣っている点がある。その中の一つに横モード制御があげられる。
【０００４】
横モードとは半導体膜の面内方向での光の導波モードのことであり、半導体レーザ発光装置における横モード制御の手法は確立されている。図１３に示すように、半導体膜３１１の積層方向を垂直方向とし、また積層膜面内でありかつ共振器長方向に垂直である方向を水平方向とし、共振器長方向を縦方向とすると、上記横モードとは水平方向の導波モードとなる。
【０００５】
水平方向の導波を発生させるためには、一般的に半導体レーザ発光装置においては、大きく２種類に分類される。
【０００６】
一つは、図１４の（１）に示すように、電流注入部３２１と電流非注入部３２２が形成される垂直方向の半導体膜３２０の構成を全く同一とした構造である。この構造では、作り付けの屈折率差ΔｎはΔｎ＝０である。この構造においては、電流注入によって、図１４の（２）に示すように、水平方向の屈折率分布が発生するために、図１４の（３）に示すように、キャリア分布が生じ、導波機構が発生する。これはゲインガイドと呼ばれるものである。
【０００７】
また一つは、図１５の（１）に示すように、電流注入部３３１と電流非注入部３３２が形成される垂直方向の半導体膜３３０の構成を異ならせた構成である。この構造では、図１５の（２）に示すように、作り付けの屈折率差Δｎが発生し、Δｎ＝ｎ1 −ｎ2 ≠０となる。このように、水平方向の屈折率分布が発生するために、図１５の（３）に示すように、キャリア分布が生じる。
【０００８】
また、図１５に示した構造においては、さらにいくつかの分類が可能である。
一般的にはその実部、Δｎ−ｒｅａｌ＞０であることで導波が発生するものをリアルインデックスガイド型、その虚部、Δｎ−ｉｍ＜０であることで導波が発生するものをロスインデックスガイド型と称する。横モードを安定に高出力まで保つためには、ゲインガイド型の半導体レーザ発光装置よりもロスインデックスガイド型の半導体レーザ発光装置の方が優れている。また、動作電流の点では、インデックスガイド型の半導体レーザ発光装置の中でもロスインデックスガイド型の半導体レーザ発光装置よりリアルインデックスガイド型の半導体レーザ発光装置の方が優れている。
【０００９】
さらに細かく分類すると、ゲインガイド型の半導体レーザ発光装置とインデックス型の半導体レーザ発光装置の中間といえるΔｎにおいては、セルフパルセーションが発生する。弱いΔｎで実現するパルセーション構造をウィークインデックス型セルフパルセーションと称する。
【００１０】
既に、商品化されている例えばＣＤ、ＭＤ用のＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ発光装置や、ＤＶＤ、バーコードリーダ用のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ発光装置においては、その応用用途に応じて、それぞれの横モード導波構造を用いている。すなわち、横構造を変えているのである。さらに言い換えれば、Δｎの操作が任意に行なわれている。
【００１１】
例えば、低パワー駆動でレーザノイズを優先させる場合、ゲインガイド型が選択される。さらに、レーザノイズが最優先される場合は、パルセーション型が選択される。一方、高パワー駆動で、レーザビームの放射角（ＦＦＰ）や非点が安定であることが優先される場合、もしくは低駆動電流が優先される場合は、インデックスガイド型が選択される。
【００１２】
このように、III属窒化物半導体発光素子の横モード制御を行うためには、既に商品化されている例えばＣＤ、ＭＤ用のＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ発光装置やＤＶＤバーコードリーダ用のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ発光装置と同様な手法を用いることが必要である。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、埋め込みリッジ構造が採用されているIII属窒化物半導体レーザ発光装置においては埋め込み層が明らかになっていない。もしくは、直接金属膜に覆われている構造のものが開示されている。
【００１４】
また、横モードを制御するために電流注入領域の膜積層方向の有効屈折率ｎ1 と電流非注入領域の膜積層方向の有効屈折率ｎ2 との差トｎに言及した半導体レーザ発光装置の例はなく、実際にIII属窒化物半導体レーザ発光装置を設計、作製する上で不都合を生じていた。
【００１５】
例えば、特開平１１−２１４７８８号公報に開示されている半導体レーザ発光装置においては、絶縁膜、もしくは半導体膜を埋め込み層とした埋め込みリッジ型構造が開示されている。しかしながら、活性層と電流非注入領域との間の厚さｄ2 の具体的な記載がなされていない。ｄ2 はΔｎを決める重要な構造パラメータであるため、ｄ2 を明らかにしない限りΔｎを決定することはできない。上記特開平１１−２１４７８８号公報に開示された発明においては、セルフパルセーションを達成することを主旨としており、その達成手段として、ウイークインデックス型を採用している。ところが、ｄ2 が明らかになっていないことから、Δｎが明らかにならず、セルフパルセーション型の半導体レーザ発光装置を作製することは困難であった。
【００１６】
また、上記公報に開示されている以外の発明においても、Δｎと横モードとの関係が明らかにされているものは見当たらず、組成のみ、もしくはストライプ幅のみで横モードを規定しようとしている。
【００１７】
これは、III属窒化物半導体レーザ発光装置の研究開発においてリッジに金属が直接に接した構造、もしくは絶縁膜が直接に接した構造としているためと推測される。リッジに金属が直接に接した構造では、リーク故障が多発するためｄ2 を積極的に小さくすることができない。そのため、この領域においてはΔｎが不明確であり、横モードの検討ができなくなっている。また、同時に、リッジ外への漏れ電流も大きく、動作電流が増大している。
【００１８】
III属窒化物半導体レーザ発光装置における駆動電力の増大は、発熱量の増大を招き、レーザ発振させること自体が困難になるといえる。また、駆動電圧が高い場合、電流注入領域の電流注入幅Ｗstを規定することが困難になるため、横モードの安定性が低くなる。これも、横モードの検討を難しくしている要因の一つになっている。
【００１９】
一方、電力狭窄領域に絶縁膜で埋め込んだ構造では、ｄ2 を薄くしてもリーク故障は起こらない。このため、Δｎを十分に大きくすることができる。しかしながら、リッジの両側面での密着具合、および膜質が不均一なため、横モードが不安定になる。この状況においては、横モードの検討は難しくなる。さらに、その屈折率は、ある一点に固定されるため、変化させることができない。したがって、Δｎを操作するためにはｄ2 のみを制御することになるが、この制御は漏れ電流に影響を与えるため、電流の広がりと光の広がりとを独立に操作することが困難になる。したがって、実用の点を考慮すると、絶縁膜での埋め込みリッジ構造を作製することは利点が乏しいといえる。
【００２０】
上述の金属および絶縁膜での埋め込みリッジ構造の諸問題を解決するためには、半導体膜での埋め込みリッジ構造とすることがよい。しかしながら、半導体膜での埋め込みリッジ構造の半導体レーザ発光装置においても、Δｎと横モードとの相関が明らかになっていないため、用途においての横構造の使い分けが不十分となっていた。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するためになされた半導体レーザ発光装置である。
【００２２】
第１の半導体レーザ発光装置は、アルミニウム、ガリウム、インジウムおよびホウ素のうちの少なくとも１種の元素を含むIII属窒化物半導体膜が積層された積層膜を備え、前記積層膜の上部がリッジ状のストライプに形成され、前記リッジ状のストライプの両側に電流非注入領域を有し、前記電流非注入領域の少なくとも一部が化学式Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただし、０≦ｘ≦１．０）により表される物質によって構成された半導体レーザ発光装置において、前記ｘは、０．３≦ｘ≦１．０なる範囲の所定値からなるインデックスガイド型の半導体レーザ発光装置である。
【００２３】
前記第１の半導体レーザ発光装置における電流注入領域の電流注入幅Ｗstは、１μｍ≦Ｗst≦３μｍなる範囲の所定値からなる。前記電流非注入領域下における前記積層膜のうちの活性層と前記電流非注入領域との間の前記積層膜のうち化学式Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただし、０．３≦ｘ≦１．０）により表される物質によって構成された膜は、少なくとも存在し、かつ０．２μｍ以下の膜厚を有する。前記電流注入領域における膜積層方向の有効屈折率ｎ1 と前記電流非注入領域の膜積層方向の有効屈折率ｎ2 との差Δｎ＝ｎ1 −ｎ2 は、０．００７以上０．０１２以下である。
【００２４】
上記第１の半導体レーザ発光装置では、０．３≦ｘ≦１．０とすることによって、水平方向のＦＦＰ半値全幅θ‖と垂直方向のＦＦＰ半値全幅θ⊥とが負の相関を示し、電流注入幅Ｗstが狭くなるほどθ‖は大きくなることから、上記ｘの範囲においてインデックスガイド領域となる。電流注入領域の電流注入幅Ｗstは、１μｍ≦Ｗst≦３μｍとすることにより、駆動電流が低減され低電流駆動が可能になる。一方、Ｗst＞３．０μｍでは導波機構が弱まり、水平方向の光閉じ込めが不安定になる。そして、あらゆるアルミニウム組成ｘでゲインガイド的振る舞いとなる。また、電流非注入領域下における積層膜のうちの活性層と電流非注入領域との間の積層膜のうち化学式Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただし、０．３≦ｘ≦１．０）により表される物質によって構成された膜は、少なくとも存在し、かつ０．２μｍ以下の膜厚を有することから、電流リークが抑制された半導体レーザ発光装置となる。一方、ｄ2 が０．２よりも大きくなると電流リークが多くなり、半導体レーザ発光装置性能の劣化となる。
【００２５】
第２の半導体レーザ発光装置は、アルミニウム、ガリウム、インジウムおよびホウ素のうちの少なくとも１種の元素を含むIII属窒化物半導体膜が積層された積層膜を備え、前記積層膜の上部がリッジ状のストライプに形成され、前記リッジ状のストライプの両側に電流非注入領域を有し、前記電流非注入領域の少なくとも一部が化学式Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただし、０≦ｘ≦１．０）により表される物質によって構成された半導体レーザ発光装置において、前記ｘは、０．１５＜ｘ＜０．３０なる範囲の所定値からなるウィークインデックス型のパルセーション半導体レーザ発光装置である。
【００２６】
前記第２の半導体レーザ発光装置における電流注入領域の電流注入幅Ｗstは、１μｍ≦Ｗst≦３μｍなる範囲の所定値からなる。前記電流非注入領域下における前記積層膜のうちの活性層と前記電流非注入領域との間の前記積層膜のうち化学式Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただし、０．１５＜ｘ＜０．３０）により表される物質によって構成された膜とを合わせた膜は、少なくとも存在し、かつ０．２μｍ以下の膜厚を有する。前記電流注入領域における膜積層方向の有効屈折率ｎ1 と前記電流非注入領域の膜積層方向の有効屈折率ｎ2 との差Δｎ＝ｎ1 −ｎ2 は、少なくとも正の値となる差があり、かつ０．００７未満である。
【００２７】
第２の半導体レーザ発光装置では、０．１５＜ｘ＜０．３０とすることによって、インデックス型の半導体レーザ発光装置となるには不十分な小さなΔｎ領域となっている。したがって、ウィークインデックス領域となる。電流注入領域の電流注入幅Ｗstは、１μｍ≦Ｗst≦３μｍとすることにより、駆動電流が低減され低電流駆動が可能になる。一方、Ｗst＞３．０μｍでは導波機構が弱まり、水平方向の光閉じ込めが不安定になる。そして、あらゆるアルミニウム組成ｘでゲインガイド的振る舞いとなる。また、電流非注入領域下における積層膜のうちの活性層と電流非注入領域との間の積層膜のうち化学式Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただし、０．３≦ｘ≦１．０）により表される物質によって構成された膜は、少なくとも存在し、かつ０．２μｍ以下の膜厚を有することから、電流リークが抑制された半導体レーザ発光装置となる。一方、ｄ2 が０．２よりも大きくなると電流リークが多くなり、半導体レーザ発光装置性能の劣化となる。
【００２８】
第３の半導体レーザ発光装置は、アルミニウム、ガリウム、インジウムおよびホウ素のうちの少なくとも１種の元素を含むIII属窒化物半導体膜が積層された積層膜を備え、前記積層膜の上部がリッジ状のストライプに形成され、
前記リッジ状のストライプの両側に電流非注入領域を有し、前記電流非注入領域の少なくとも一部が化学式Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただし、０≦ｘ≦１．０）により表される物質によって構成された半導体レーザ発光装置において、前記ｘは、０≦ｘ＜≦０．１５なる範囲の所定値からなるゲインガイド型の半導体レーザ発光装置である。
【００２９】
前記第３の半導体レーザ発光装置における電流注入領域の電流注入幅Ｗstは、１μｍ≦Ｗst≦３μｍなる範囲の所定値からなる。前記電流非注入領域下における前記積層膜のうちの活性層と前記電流非注入領域との間の前記積層膜のうち化学式Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただし、０≦ｘ＜≦０．１５）により表される物質によって構成された膜は、少なくとも存在し、かつ０．２μｍ以下の膜厚を有する。前記電流注入領域における膜積層方向の有効屈折率ｎ1 と前記電流非注入領域の膜積層方向の有効屈折率ｎ2 との差Δｎ＝ｎ1 −ｎ2 は、少なくとも正の値となる差があり、かつ０．００７未満である。
【００３０】
上記第３の半導体レーザ発光装置では、０≦ｘ＜≦０．１５とすることによって、低レーザノイズに適したゲインガイド領域に相当する。電流注入領域の電流注入幅Ｗstは、１μｍ≦Ｗst≦３μｍとすることにより、駆動電流が低減され低電流駆動が可能になる。また、電流非注入領域下における積層膜のうちの活性層と電流非注入領域との間の積層膜のうち化学式Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただし、０．３≦ｘ≦１．０）により表される物質によって構成された膜は、少なくとも存在し、かつ０．２μｍ以下の膜厚を有することから、電流リークが抑制された半導体レーザ発光装置となる。一方、ｄ2 が０．２よりも大きくなると電流リークが多くなり、半導体レーザ発光装置性能の劣化となる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体レーザ発光装置の構成を、図１の概略構成断面図によって説明する。
【００３２】
図１に示すように、サファイア基板１１上に、窒化ガリウムからなるバッファ層１２（例えば厚さは３５ｎｍ）、アンドープ窒化ガリウムからなる低温層１３（例えば厚さは５００ｎｍ）、シリコンを添加したｎ型窒化ガリウムからなるコンタクト層１４（例えば厚さは８μｍ）、シリコンを添加したｎ型Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎからなるｎ型クラッド層１５（例えば厚さは１．２μｍ）、シリコンを添加したｎ型窒化ガリウムからなる光ガイド層１６（例えば厚さは１２０ｎｍ）、Ｉｎ0.14Ｇａ0.86Ｎからなる井戸層（例えば厚さは３．５ｎｍ）とＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎからなる障壁層（例えば厚さは７ｎｍ）とから構成される４重量子井戸構造とした活性層１７、マグネシウムを添加したｐ型Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎからなる拡散防止層１８（例えば厚さは２０ｎｍ）、マグネシウムを添加したｐ型窒化ガリウムからなる光ガイド層１９（例えば厚さは９０ｎｍ）、マグネシウムを添加したｐ型Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎからなるキャリアオーバフロー抑制層２０（例えば厚さは５０ｎｍ）、マグネシウムを添加したｐ型Ａｌ0.06Ｇａ0.94Ｎからなるｐ型クラッド層２１（例えば厚さは５６０ｎｍ）、マグネシウムを添加したｐ型窒化ガリウムからなるｎ型コンタクト層２２（例えば厚さは１００ｎｍ）を順次積層することで、III属窒化物半導体膜を積層させた積層膜２３が構成されている。
【００３３】
さらに、ｐ型クラッド層２１の上部は、リッジ状のストライプ２４が形成されている。そのストライプ２４が電流注入領域３１となり、その電流注入幅Ｗstは、１μｍ≦Ｗst≦３μｍなる範囲の所定値を有している。
【００３４】
一方、上記ストライプ２４の両側には、電流狭窄を行うために、シリコンを添加したＡｌx Ｇａ1-x Ｎ層２５が形成されていて、電流非注入部３２が構成されている。電流非注入部３２では、ｐ型窒化ガリウムからなるｐ型コンタクト層２２から順次除去することで、活性層１７と電流非注入部３２との間の膜厚ｄ2 を所望の厚さとしている。この電流狭窄のための横構造が、同時に横方向の光の導波モード制御構造となっている。
【００３５】
さらに、上記ｐ型コンタクト層２２に接続するP型電極４１が形成され、またｎ型コンタクト層１４に接続するｎ型電極４２が形成されている。
【００３６】
上記構成の半導体レーザ発光装置１において、第１の半導体レーザ発光装置は、電流非注入領域３２が０．３≦ｘ≦１．０なる範囲の所定値を有するＡｌx Ｇａ1-x Ｎ層２５によって構成されているインデックスガイド型の半導体レーザ発光装置となっている。
【００３７】
上記第１の半導体レーザ発光装置では、リッジ状のストライプに形成された電流注入領域３１の電流注入幅Ｗstは、１μｍ≦Ｗst≦３μｍなる範囲の所定値を有している。
【００３８】
また、上記電流非注入領域３２下における積層膜のうちの活性層１７と電流非注入領域３２との間の積層膜、すなわち、拡散防止層１８、光ガイド層１９、キャリアオーバフロー抑止層２０およびクラッド層２１を合わせた膜のうち化学式Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただし、０．３≦ｘ≦１．０）により表される物質によって構成された膜は、少なくとも存在しかつ０．２μｍ以下の膜厚を有している。
【００３９】
さらに、上記電流注入領域３２における膜積層方向の有効屈折率ｎ1 と電流非注入領域３２の膜積層方向の有効屈折率ｎ2 との差Δｎ＝ｎ1 −ｎ2 は、０．００７以上０．０１２以下になっている。
【００４０】
次に、第２の半導体レーザ発光装置を以下に説明する。第２の半導体レーザ発光装置は、上記構成の半導体レーザ発光装置１において、電流非注入領域３２が０．１５＜ｘ＜０．３０なる範囲の所定値を有するＡｌx Ｇａ1-x Ｎ層２５によって構成されているウィークインデックスガイド型の半導体レーザ発光装置となっている。
【００４１】
上記第２の半導体レーザ発光装置では、リッジ状のストライプに形成された電流注入領域３１の電流注入幅Ｗstは、１μｍ≦Ｗst≦３μｍなる範囲の所定値を有している。
【００４２】
また、上記電流非注入領域３２下における積層膜のうちの活性層１７と電流非注入領域３２との間の積層膜、すなわち、拡散防止層１８、光ガイド層１９、キャリアオーバフロー抑止層２０およびクラッド層２１を合わせた膜のうち化学式Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただし、０．３≦ｘ≦１．０）により表される物質によって構成された膜は、少なくとも存在しかつ０．２μｍ以下の膜厚を有している。
【００４３】
さらに、上記電流注入領域３２における膜積層方向の有効屈折率ｎ1 と電流非注入領域３２の膜積層方向の有効屈折率ｎ2 との差Δｎ＝ｎ1 −ｎ2 は、少なくとも正の値となる差があり、かつ０．００７未満となっている。
【００４４】
次に、第３の半導体レーザ発光装置を以下に説明する。第３の半導体レーザ発光装置は、上記構成の半導体レーザ発光装置１において、電流非注入領域３２が０≦ｘ＜≦０．１５なる範囲の所定値を有するＡｌx Ｇａ1-x Ｎ層２５によって構成されているゲインガイド型の半導体レーザ発光装置となっている。
【００４５】
上記第３の半導体レーザ発光装置では、リッジ状のストライプに形成された電流注入領域３１の電流注入幅Ｗstは、１μｍ≦Ｗst≦３μｍなる範囲の所定値を有している。
【００４６】
また、上記電流非注入領域３２下における積層膜のうちの活性層１７と電流非注入領域３２との間の積層膜、すなわち、拡散防止層１８、光ガイド層１９、キャリアオーバフロー抑止層２０およびクラッド層２１を合わせた膜のうち化学式Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただし、０．３≦ｘ≦１．０）により表される物質によって構成された膜は、少なくとも存在しかつ０．２μｍ以下の膜厚を有している。
【００４７】
さらに、上記電流注入領域３２における膜積層方向の有効屈折率ｎ1 と電流非注入領域３２の膜積層方向の有効屈折率ｎ2 との差Δｎ＝ｎ1 −ｎ2 は、少なくとも正の値となる差があり、かつ０．００７未満となっている。
【００４８】
次に、本発明の半導体レーザ発光装置１における、アルミニウムの組成ｘ、電流注入領域３１の電流注入幅Ｗst、屈折率差Δｎの見積もり方法を以下に説明する。具体的には、前記図１に示した構成のＡｌx Ｇａ1-x Ｎの異なる組成で埋め込んだ埋め込みリッジ型半導体レーザ発光装置の製作を行い、各組成ｘにおいては電流注入幅（ストライプ幅）Ｗst、を数種類にわたって異ならせた。それ以外の半導体膜の構成は同一とした。
【００４９】
本発明における半導体レーザ発光装置の作製で用いたパラメータは、０．１５≦ｘ≦１．０、０．１μｍ≦ｄ2 ≦０．２μｍ、２．２≦Ｗst≦３．５μｍとした。
【００５０】
まず、ｘ＝０．１５、０．３０、０．４０での試料の水平方向のＦＦＰ（Far Field Pattern）半値全幅θ‖の測定結果を図２に示す。図２では、縦軸にθ‖を示し、横軸にＷstを示す。また、同時に比較のため、リッジをそのままｐ型金属層で覆った一般的なIII属窒化物半導体レーザ発光装置である金属リッジ構造のデータを白抜きのひし形印で示す。また、ｄ2 はおよそ０．１５μｍとした。ＦＦＰの測定では、レーザ発振器の自己発熱による影響を極力避けるために、パルス電流駆動によって駆動を行った。その駆動条件は、一例として５μｓ幅のパルスを１ｍｓ周期に印加した。
【００５１】
上記図２によって、以下のことがわかる。
（１）ｘ＝０．１５以外では、各組成においてθ‖とＷstに負の相関が見られる。
（２）あらゆるストライプ幅Ｗstにおいてθ‖の値が、θ‖x=0.15＞θ‖x=0.40＞θ‖x=0.30となっている。
【００５２】
次に、Ｗstを変えたときの典型的なθ‖（横軸）とθ⊥（垂直方向のＦＦＰ半値全幅）（縦軸）との関係を図３に示す。図３に示すように、ゲインガイド型の半導体レーザ発光装置では、Ｗstが狭くなると水平方向の損失が増大する。このため、水平方向の光波面の湾曲が強くなり、結果としてθ‖が大きくなる。一方、垂直方向においても損失が増大するために波面の湾曲が増大し、結果として、θ⊥が大きくなる。したがって、θ‖とθ⊥は正の相関を持つことになる。そしてストライプ幅Ｗstが狭いほどどちらも大きくなることが特徴である。
【００５３】
一方、インデックスガイド型の半導体レーザ発光装置においては、θ‖とθ⊥とは負の相関を示す。これは、ＴＥモードとＴＭモードとが直交しないことに起因する。これらの現象は、ＡｌＧａＡｓ系半導体レーザ発光装置、ＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ発光装置の測定においても確認されている。
【００５４】
したがって、
（３）インデックスガイド型の半導体レーザ発光装置では、θ‖とθ⊥とは負の相関を示し、Ｗstが狭くなるほどθ‖は大きくなる。
（４）ゲインガイド型の半導体レーザ発光装置では、θ‖とθ⊥とは正の相関を示し、Ｗstが狭くなるほどθ‖は大きくなる。
【００５５】
さらにインデックスガイド型の半導体レーザ発光装置において、ｘの大きさ、すなわちアルミニウム組成（横軸）とΔｎ（縦軸）との関係を図４によって説明する。
【００５６】
図４の（１）に示すように、ｘが大きいほどＡｌx Ｇａ1-x Ｎ層の屈折率が小さくなる。このことは、図４の（２）に示すように、ｄ2 を固定した場合、ｘが大きいほど、ストライプ内、外それぞれの垂直方向の有効屈折率ｎ1 、ｎ2 の差、すなわちΔｎが大きくなることを示す。このことから、
（５）インデックスガイド型の半導体レーザ発光装置においては、ｄ2 を固定した場合、θ‖とｘとは正の相関を示す。
また、同じｄ2 、Ｗstにおいて、
（６）インデックスガイド型の半導体レーザ発光装置のθ‖の値よりゲインガイド型の半導体レーザ発光装置のθ‖の値のほうが大きい。このことはよく知られていることで、ゲインガイド型では波面湾曲が起こっていることに起因する。
【００５７】
次に、θ‖（横軸）とθ⊥（縦軸）との関係を図５に示す。図５に示すように、各測定点は、前記図２中の測定点と同様のものである。θ‖とθ⊥との関係は、インデックスガイド型の半導体レーザ発光装置、ゲインガイド型の半導体レーザ発光装置で振る舞いが異なる。
【００５８】
以上、（１）〜（６）の特徴から、図２および図５においては、
（a）あらゆるｘ（０．１５≦ｘ≦０．４０）で、Ｗst＞３μｍでは、ゲインガイド型の半導体レーザ発光装置のような振る舞いを示す。
以下、Ｗst≦３μｍに着目して、
（ｂ）ゲインガイド型の半導体レーザ発光装置、インデックスガイド型の半導体レーザ発光装置の切り替わりは、ｘ＝０．１５と０．３０との間で起こる。
（ｃ）ｘ＝０．３０と０．４０においては、インデックスガイド型の半導体レーザ発光装置のような振る舞いが見られる。
すなわち、ｘ＝０．３０では十分なΔｎを有しており、インデックスガイド型半導体レーザ発光装置となるといえる。したがって、低駆動電流、かつ高光出力レーザ発振装置においては、ｘ＝０．３０とすることが望ましいといえる。
【００５９】
なお、ｘ＝０．１５では、ゲインガイド型の領域であるので、ストライプ幅Ｗstを広くしていくと、光がふらついて中心に来なくなる。このように、光が片寄って来ると、片寄った位置に光が集まってくる現象が見られ、Ｗstが一定にならない。
【００６０】
以上により、０．３０≦ｘ≦１の範囲でインデックスガイド型の半導体レーザ発光装置となり、０．１５＜ｘ＜０．３０の範囲でウィークインデックス・パルセーション型の半導体レーザ発光装置となり、０≦ｘ≦０．１５の範囲でゲインガイド型の半導体レーザ発光装置となる。
【００６１】
次に、ｘ毎におけるＷst（横軸）としきい電流値（縦軸）との関係を図６に示す。また、ｘ毎におけるレーザ光出力（横軸）と非点隔差（縦軸）との関係を図７に示す。さらに、ｘ毎におけるレーザ光出力（横軸）とθ‖（縦軸）との関係を図８に示す。
【００６２】
図６に示すように、同一Ｗstで比較すると、しきい値は、ゲインガイド型が高くなり、インデックス型は低くなっている。図７に示すように、ｘ＝０．３０、ｘ＝０．４０では、ｘ＝０．１５の場合と比較して、低パワー領域から高パワー領域まで非点隔差の変動が小さくなっている。このことは、一般的に言われているゲインガイド型よりもインデックスガイド型のほうが非点隔差は低くなるということに、矛盾していないことがわかる。
【００６３】
図６〜図８に示すように、ｘ＝０．３０でゲインガイド型とインデックスガイド型とを分ける正当性、およびレーザ光の高出力における安定性を示していることがわかる。また、ｘ＝０．４０においては、低駆動電力化、高出力化に適していることがわかる。ただしＷst＞３．５μｍにおいては特性が悪化している。これは、後述するように、横モードが不安定なことに起因している。
【００６４】
以上、説明したように、１．０≧ｘ≧０．３０では、低駆動電流でかつ高光出力レーザに適したインデックスガイド領域にあることが示されている。すなわち、本発明の第１の半導体レーザ発光装置は、インデックスガイド領域とすることを意図したアルミニウム組成が１．０≧ｘ≧０．３０に対応する発明である。この範囲であれば、インデックスガイド型のIII属窒化物半導体レーザ発光装置が作製できる。
【００６５】
また、１．０≧ｘ≧０．４０では、非点が１μｍ以内と極めて小さくなる。非点が小さいことは、レーザ光を集光した際の焦点位置でのビームサイズ、すなわち、スポットサイズが小さいことを意味する。そのため、レーザ光を集光することを利用するような、例えば高密度光ディスクシステム用途には適している。また、同時に、パワー安定性にも優れている。そのため、これは高光出力を用いるような、例えばＲＡＭシステムに適している。
【００６６】
一方、０≦ｘ≦０．１５では、低レーザノイズに適したゲインガイド領域に当たるといえる。ＡｌＧａＡｓ系、およびＡｌＧａＩｎＰ系の一般的なゲインガイド型は作り付けのΔｎ＝０であるが、作り付けのΔｎが０でなくともゲインガイド型の半導体レーザ発光装置は実現できる。Δｎが小さい領域であれば、導波機構はキャリア分布から発生する屈折率分布に支配されるためである。
【００６７】
先に述べたように、前記図２、図５から０≦ｘ≦０．１５では十分にゲインガイド機構が支配的な領域であることがわかる。
【００６８】
すなわち、本発明の第３の半導体レーザ発光装置は上記結果に基づくものである。なお、III属窒化物半導体レーザ発光装置においては、電流狭窄のためにはリッジ構造を作製する以外の手段が確立されていないこともあり、ゲインガイド型の半導体レーザ発光装置は作り付けのΔｎを弱めなければ成らない。リッジ外への漏れ電流を制御するためにはｄ2 を小さくする必要がある。この要請から、リッジ外を覆う材料の屈折率は窒化ガリウムに近いことが望ましい。このことから、従来のIII属窒化物系半導体レーザ発光装置のように、空気もしくは酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）のような絶縁膜で電流狭窄部を構成することでは、ゲインガイド型のIII属窒化物半導体レーザ発光装置の達成が困難となる。したがって、ゲインガイド型のIII属窒化物半導体レーザ発光装置を実現するには、本発明の第3の半導体レーザ発光装置のように、Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（０≦ｘ≦０．１５）を埋め込み材料として用いることの意義が極めて大きくなる。
【００６９】
次に、０．１５＜ｘ＜０．３０の領域を考える。この領域では、インデックスガイド型の半導体レーザ発光装置となるには不十分な、すなわち小さいΔｎ領域に当たることがわかる。したがって、ＡｌＧａＡｓ系の半導体レーザ発光装置やＡｌＧａＩｎＰ系の半導体レーザ発光装置でいうウィークインデックス領域といえる。セルフパルセーション型のIII属窒化物半導体レーザ発光装置を作製するためのウィークインデックス領域は、０．１５＜ｘ＜０．３０にある。本発明の第２の半導体レーザ発光装置は、この事実に基づくものである。
【００７０】
以上によって、第１〜第３の半導体レーザ発光装置は、埋め込み層であるＡｌx Ｇａ1-xＮ層のアルミニウムの組成ｘによって、発光装置の導波領域が区分されることになる。
【００７１】
よって、
第１の半導体レーザ発光装置では、インデックスガイド機構とするために必要なアルミニウム組成は０．３≦ｘ≦１．０とする。好適には、０．４≦ｘ≦１．０とする。
【００７２】
第２の半導体レーザ発光装置では、ウィークインデックス型セルフパルセーション機構とするために必要なアルミニウム組成は０．１５＜ｘ＜０．３０とする。
【００７３】
第３の半導体レーザ発光装置では、ゲインガイド機構とするために必要なアルミニウム組成は０≦ｘ≦０．１５とする。
【００７４】
次に、Ｗst＞３．０μｍの領域について述べる。一般にＷstが大きくなるにしたがって、導波機構が弱まるため、水平方向の光閉じ込めが不安定になる。前記図２、図５に示すように、あらゆる組成ｘにおいてＷst＞３．０μｍではゲインガイド的な振る舞いが見られる。これからして、III属窒化物半導体レーザ発光装置において、Ｗst＞３μｍでは十分な光閉じ込めが起こりにくいことにより、ゲインガイド型（もしくはゲインガイド機構が支配的な）半導体レーザ発光装置となることが示される。また、図９に示すように、水平方向のＮＦＰ（Near Field Pattern）をみると、リッジ端にレーザ光が偏っていることが示される。これによって、横モードが不安定であることがわかる。
【００７５】
本発明においては、導波機構を分類するとともに駆動電流もより小さくすることも目的としている。単にゲインガイド型（ゲインガイド型機構が支配的な）III属窒化物半導体レーザ発光装置を作製するのみであれば、Ｗst＞３μｍでもよい。しかしながら、Ｗstが大きくなることは、同時に駆動電流、しきい電流値の増大につながる。レーザノイズに適したゲインガイド型半導体レーザ発光装置においても、低駆動電流、およびしきい電流値が実用上望まれることは容易に想像される。
【００７６】
したがって、本発明の第１〜第３の半導体レーザ発光装置におけるアルミニウム組成領域ｘにおいて、極力Ｗstを小さくすることがIII属窒化物半導体レーザ発光装置のユーザの要求に応えられるものとなる。この点から、各アルミニウム組成領域においてＷst≦３μｍとして、インデックスガイド型の半導体レーザ発光装置、ゲインガイド型の半導体レーザ発光装置、ウィークインデックス型セルフパルセーション半導体レーザ発光装置を作り分けることが実用上望ましい。
【００７７】
よって、第１の半導体レーザ発光装置では、インデックスガイド機構とするために必要なアルミニウム組成０．３≦ｘ≦１．０において、１μｍ≦Ｗst≦３μｍとする。
【００７８】
第２の半導体レーザ発光装置では、ゲインガイド機構とするために必要なアルミニウム組成０≦ｘ≦０．１５において、１μｍ≦Ｗst≦３μｍとする。
【００７９】
第３の半導体レーザ発光装置では、ウィークインデックス型セルフパルセーション機構とするために必要なアルミニウム組成０．１５＜ｘ＜０．３０において、１μｍ≦Ｗst≦３μｍとする。
【００８０】
次に、ｄ2 について述べる。前記したようにｄ2 とはリッジ型半導体レーザ発光装置においては、リッジ外への電流の漏れ量に影響を与える構造パラメータであると同時に、Δｎを操作する構造パラメータである。
【００８１】
ｄ2 （横軸）としきい電流値Ｉth（縦軸）との関係を図１０に示す。なお、装置の構造は前記図１で示したリッジ構造型の埋め込み層であるＡｌx Ｇａ1-x Ｎ層の代わりに酸化シリコン層としている。Ｗstは２．５μｍに固定している。なお、共振器長Ｌは７００μｍである。後述するが、この図に示したｄ2 の範囲ではΔｎとｄ2 との依存性は弱く、漏れ電流によるしきい電流値Ｉthの変化とみてよい。このように、III属窒化物半導体レーザ発光装置においてもｄ2 は漏れ電流量に影響を与える構造パラメータであることが示される。
【００８２】
次に、Δｎとｄ2 との関係を調べる。最初に導波路シミュレータとＦＦＰ測定値との合わせこみを行う。これを行うことで、以下に用いるシミュレータによる計算結果の正当性を確保する。ここで用いるシミュレータは等価屈折率法を用いた。
【００８３】
前記図１によって示した構造の半導体レーザ発光装置１では、例えばｘ＝０．４において測定によるθ⊥は２４．１°が典型値であった。一方、シミュレータによる計算値は２３．８°、有効屈折率は２．５１５、モード次数は１０次モードであった。このように、極めてよい一致を見た。これによって、本発明において使用した導波路シミュレータの性能が十分であることが示された。
【００８４】
次に、ｄ2 とΔｎとの計算結果を図１１に示す。なお、この計算において、Ｗstは考慮されていない。
【００８５】
ｘ＝０．１５の試料を測定した結果では、ｄ2 ＝０．１５においてインデックスガイド型の実現に対して不十分なΔｎであった。このとき、作り付けのΔｎは０．００５となる。したがって、上述したアルミニウム組成での区分において、最も大きくできるｄ2 とはΔｎ＝０．００５が境界となる。すなわち、埋め込み層としているＡｌx Ｇａ1-x Ｎ層のアルミニウム組成ｘの区分において、Δｎ≧０．００５とすることがシミュレータの結果から導かれる。また、このシミュレーションは前述したように測定結果とよく一致をしているので、その計算結果には正当性があるといえる。
【００８６】
したがって、第１の半導体レーザ発光装置では、インデックスガイド機構とするために必要なアルミニウム組成０．３≦ｘ≦１．０において、ｄ2 ≦０．２μｍとする。また好適には、１μｍ≦Ｗst≦３μｍとする。
【００８７】
第２の半導体レーザ発光装置では、ゲインガイド機構とするために必要なアルミニウム組成０≦ｘ≦０．１５において、ｄ2 ≦０．２μｍとする。また好適には、１．０μｍ≦Ｗst≦３．０μｍとする。
【００８８】
第３の半導体レーザ発光装置では、ウィークインデックス型セルフパルセーション機構とするために必要なアルミニウム組成０．１５＜ｘ＜０．３０において、ｄ2 ≦０．２μｍとする。また好適には、１μｍ≦Ｗst≦３μｍとする。
【００８９】
次に、θ‖の計算結果と測定値との対応を図１２に示す。なお、図中に示したｄ2 の単位はμｍであり、ここで示した測定点は、見易さの点でＷst＝２．５μｍのもののみを示している。図１２および前記図１１に示すように、θ‖の計算値と測定値とがよく一致していることが示されている。この結果から、あらためて上記シミュレータの性能が十分であることが確認できる。
【００９０】
前記図２および図５〜図８から、インデックスガイド型のIII属窒化物半導体レーザ発光装置を実現するためには、ｘ＝０．３、ｄ2 ＝０．１７μｍであった。ここにおいて、図１１からΔｎ≧０．００７が必要であることがわかる。なお、非点およびパワー安定性も含めて好適であるのはΔｎ＞０．０１である。
【００９１】
逆に、インデックスガイド型の半導体レーザ発光装置となるには、不十分なΔｎはΔｎ＜０．００７といえる。この範囲において、ウィークインデックスになり、一般にはゲインガイド領域に入る。また、ウィークインデックス型セルフパルセーションを実現する範囲もこの領域となる。パルセーションするか否かは、活性層体積に起因する。
【００９２】
したがって、第１の半導体レーザ発光装置では、インデックスガイド機構とするために必要なアルミニウム組成０．３≦ｘ≦１．０において、０．００７≦Δｎ≦０．０１２とする。好適には、１μｍ≦Ｗst≦３μｍとする。また好適には、ｄ2 ≦０．２μｍとする。
【００９３】
第２の半導体レーザ発光装置では、ゲインガイド機構とするために必要なアルミニウム組成０≦ｘ≦０．１５において、Δｎは、少なくとも正の値となる差があり、かつ０．００７未満とする。好適には、１μｍ≦Ｗst≦３μｍとする。また好適には、ｄ2 ≦０．２μｍとする。
【００９４】
第３の半導体レーザ発光装置では、ウィークインデックス型セルフパルセーション機構とするために必要なアルミニウム組成０．１５＜ｘ＜０．３において、Δｎは、少なくとも正の値となる差があり、かつ０．００７未満とする。好適には、１μｍ≦Ｗst≦３μｍとする。また好適には、ｄ2 ≦０．２μｍとする。
【００９５】
なお、本発明では、前記図１に示す構造で、構造パラメータの範囲の設定を行った。光場の原理に基づけば屈折率差Δｎによって導波機構が決定されるため、アルミニウム、ガリウム、インジウムおよびホウ素のうちの少なくとも１種の元素を含むIII属窒化物半導体膜が積層された積層膜を備え、積層膜の上部がリッジ状のストライプに形成され、リッジ状のストライプの両側に電流非注入領域を有し、電流非注入領域の少なくとも一部が化学式Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ（ただし、０≦ｘ≦１．０）により表される物質によって構成された半導体レーザ発光装置であれば、前記図１に示した以外の半導体レーザ発光装置であっても、本発明の構造パラメータを適用することが可能である。
【００９６】
また、本発明では、埋め込み層としてＡｌx Ｇａ1-x Ｎ層のみを用いたが、異なるｘのＡｌx Ｇａ1-x Ｎ組成膜の複数で埋め込み層を構成することも可能である。その場合には、埋め込み層の平均組成が本発明でいうＡｌx Ｇａ1-x Ｎ層単一で埋め込んだ場合の屈折率となっていれば、構造的に等価となる。さらに、Δｎが同じになっていれば、導波機構として全く等価といってよい。したがって、本発明は、複数のＡｌx Ｇａ1-x Ｎ膜で埋め込み層が構成されていた場合において、その平均組成ｘ−ａｖｅがＡｌx Ｇａ1-x Ｎの単層とした場合のｘに置き換えた場合にも及ぶことは明らかである。なお、平均組成とは、〔Σｉ｛（屈折率ｉ）＊（膜厚ｉ）＊（光の割合ｉ）｝〕／〔Σｉ｛（膜厚ｉ）＊（光の割合ｉ）｝〕＝Ａｌx-ave Ｇａ1-(x-ave)Ｎと定義する。Σｉはｉについての和を示し、ｉは埋め込み層を構成する層の番号である。光の場合とは、リッジ外の構成で光場の分布を規格化したとき、ｉ層において占めている面積としてよい。また、＊は積を表す。
【００９７】
さらに、本発明は、その構成においてサファイアを基板として用いたが、例えば窒化ガリウム基板のような化合物半導体基板、シリコン基板等の他の材料からなる基板を用いることも可能である。これは、垂直方向の光の閉じ込めが十分で、基板位置まで光が達しないことから明らかである。
【００９８】
また、本発明は、Ａｌx Ｇａ1-x Ｎのみを埋め込み層として採用したが、他のインジウムを含ませてもよい。例えば、図１に示した構成において、Ｉｎy Ｇａ1-y Ｎ（ｙ≧０．１６）層をリッジ側面に例えば１０ｎｍの厚さに積層し、その後、Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ層で埋め込み層を構成してもよい。この構成では、リッジ側面で光の吸収層が作りこまれることになる。
【００９９】
上記吸収層が存在する場合には、水平方向の導波モードの基本モードは影響をほとんど受けないが、１次以上の高次モードではその光分布から影響を受ける。具体的には、高次モードでは吸収損失が大きくなる。これは、基本モードと高次モードとのしきい値差が大きくなることを意味している。したがって、基本モードから、高次モードへの切り替わりが起こる光出力を高くできる（切り替わりは、Ｌ−Ｉ特性のキンクとして現れる）。
【０１００】
したがって、本発明において、より高出力まで横モードを安定化させることができるので望ましい。このように、吸収層を埋め込み層に採用する場合にも、〔Σｉ｛（屈折率ｉ）＊（膜厚ｉ）＊（光の割合ｉ）｝〕／〔Σｉ｛（膜厚ｉ）＊（光の割合ｉ）｝〕＝Ａｌx-ave Ｇａ1-(x-ave)Ｎとの定義において、本発明は対応できる。このことは導波の観点から明らかである。
【０１０１】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の第１〜第３の半導体レーザ発光装置によれば、アルミニウム、ガリウム、インジウムおよびホウ素のうちの少なくとも１種の元素を含むIII属窒化物半導体膜が積層されてなる半導体レーザ発光装置において、
（１）高出力、低駆動電力に適したIII属窒化物半導体レーザ発光装置となる、（２）戻り光による影響が小さいIII属窒化物半導体レーザ発光装置となる、
（３）アルミニウムの組成、Δｎ、ｄ2 、Ｗstの各パラメータと導波機構とが対応付けられたことによって、導波理論に等価な構造の半導体レーザ発光装置の開発が容易になり、III属窒化物半導体レーザ発光装置の実用化が促進される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の半導体レーザ発光装置の構成を示す概略構成断面図である。
【図２】各ｘの値における試料の水平方向のＦＦＰ半値全幅θ‖と電流注入幅Ｗstとの関係図である。
【図３】Ｗstを変えたときの典型的なθ‖とθ⊥との関係図である。
【図４】アルミニウム組成ｘとΔｎとの関係図である。
【図５】θ‖とθ⊥との関係図である。
【図６】アルミニウム組成ｘ毎におけるＷstとしきい電流値との関係図である。
【図７】アルミニウム組成ｘ毎におけるレーザ光出力と非点隔差との関係図である。
【図８】アルミニウム組成ｘ毎におけるレーザ光出力とθ‖との関係図である。
【図９】Ｗst＞３μｍにおける水平方向のＮＦＰ像とそのプロファイルを示す図である。
【図１０】ｄ2 としきい電流値Ｉthとの関係図である。
【図１１】ｄ2 とΔｎとの計算結果を示す図である。
【図１２】θ‖の計算結果とＷstの測定値との関係図である。
【図１３】方向の定義の説明図である。
【図１４】ゲインガイド型半導体レーザ発光装置の構造および屈折率分布とキャリア分布を示す図である。
【図１５】インデックスガイド型半導体レーザ発光装置の構造および屈折率分布とキャリア分布を示す図である。
【符号の説明】
１…半導体レーザ発光装置、２３…積層膜、３２…電流非注入領域
Claims (9)
- ｎ型クラッド層、活性層およびｐ型クラッド層を含む、アルミニウム、ガリウム、インジウムおよびホウ素のうちの少なくとも１種の元素を含むIII 族窒化物半導体膜が積層された積層膜を備え、
前記ｐ型クラッド層の上部にリッジ状のストライプが形成され、
前記リッジ状のストライプの両側に電流非注入領域としてＡｌ X Ｇａ 1-X Ｎ（０．３≦ｘ≦１．０）層が積層され、
前記リッジ状のストライプからなる電流注入領域の電流注入幅Ｗstは１μｍ≦Ｗst≦３μｍなる範囲の所定値からなり、
前記電流非注入領域の下における前記積層膜のうちの活性層と前記電流非注入領域との間の前記積層膜の膜厚が０．２μｍ以下であり、
前記電流注入領域における膜積層方向の有効屈折率ｎ1 と前記電流非注入領域の膜積層方向の有効屈折率ｎ2 との差Δｎ＝ｎ1 −ｎ2 は、０．００７以上０．０１２以下であるインデックスガイド型の半導体レーザ発光装置。 - 前記積層膜は、順次積層されたｎ型クラッド層、光ガイド層、活性層、拡散防止層、光ガイド層、キャリアオーバーフロー抑止層、ｐ型クラッド層およびｐ型コンタクト層を含む請求項１記載の半導体レーザ発光装置。
- 前記電流非注入領域の下における前記積層膜のうちの活性層と前記電流非注入領域との間の前記積層膜が、順次積層された拡散防止層、光ガイド層、キャリアオーバーフロー抑止層およびｐ型クラッド層である請求項２記載の半導体レーザ発光装置。
- ｎ型クラッド層、活性層およびｐ型クラッド層を含む、アルミニウム、ガリウム、インジウムおよびホウ素のうちの少なくとも１種の元素を含むIII 族窒化物半導体膜が積層された積層膜を備え、
前記ｐ型クラッド層の上部にリッジ状のストライプが形成され、
前記リッジ状のストライプの両側に電流非注入領域としてＡｌ X Ｇａ 1-X Ｎ（０．１５＜ｘ＜０．３０）層が積層され、
前記リッジ状のストライプからなる電流注入領域の電流注入幅Ｗstは１μｍ≦Ｗst≦３μｍなる範囲の所定値からなり、
前記電流非注入領域の下における前記積層膜のうちの活性層と前記電流非注入領域との間の前記積層膜の膜厚が０．２μｍ以下であり、
前記電流注入領域における膜積層方向の有効屈折率ｎ1 と前記電流非注入領域の膜積層方向の有効屈折率ｎ2 との差Δｎ＝ｎ1 −ｎ2 は、少なくとも正の値となる差があり、かつ０．００７未満であるウィークインデックス型のパルセーション半導体レーザ発光装置。 - 前記積層膜は、順次積層されたｎ型クラッド層、光ガイド層、活性層、拡散防止層、光ガイド層、キャリアオーバーフロー抑止層、ｐ型クラッド層およびｐ型コンタクト層を含む請求項４記載の半導体レーザ発光装置。
- 前記電流非注入領域の下における前記積層膜のうちの活性層と前記電流非注入領域との間の前記積層膜が、順次積層された拡散防止層、光ガイド層、キャリアオーバーフロー抑止層およびｐ型クラッド層である請求項５記載の半導体レーザ発光装置。
- ｎ型クラッド層、活性層およびｐ型クラッド層を含む、アルミニウム、ガリウム、インジウムおよびホウ素のうちの少なくとも１種の元素を含むIII 族窒化物半導体膜が積層された積層膜を備え、
前記ｐ型クラッド層の上部にリッジ状のストライプが形成され、
前記リッジ状のストライプの両側に電流非注入領域としてＡｌ X Ｇａ 1-X Ｎ（０≦ｘ≦０．１５）層が積層され、
前記リッジ状のストライプからなる電流注入領域の電流注入幅Ｗstは１μｍ≦Ｗst≦３μｍなる範囲の所定値からなり、
前記電流非注入領域の下における前記積層膜のうちの活性層と前記電流非注入領域との間の前記積層膜の膜厚が０．２μｍ以下であり、
前記電流注入領域における膜積層方向の有効屈折率ｎ1 と前記電流非注入領域の膜積層方向の有効屈折率ｎ2 との差Δｎ＝ｎ1 −ｎ2 は、少なくとも正の値となる差があり、かつ０．００７未満であるゲインガイド型の半導体レーザ発光装置。 - 前記積層膜は、順次積層されたｎ型クラッド層、光ガイド層、活性層、拡散防止層、光ガイド層、キャリアオーバーフロー抑止層、ｐ型クラッド層およびｐ型コンタクト層を含む請求項７記載の半導体レーザ発光装置。
- 前記電流非注入領域の下における前記積層膜のうちの活性層と前記電流非注入領域との間の前記積層膜が、順次積層された拡散防止層、光ガイド層、キャリアオーバーフロー抑止層およびｐ型クラッド層である請求項８記載の半導体レーザ発光装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000083368A JP4543488B2 (ja) | 2000-03-24 | 2000-03-24 | 半導体レーザ発光装置 |
| US09/815,670 US6865203B2 (en) | 2000-03-24 | 2001-03-23 | Semiconductor laser light emitting device |
| TW090106948A TW480795B (en) | 2000-03-24 | 2001-03-23 | Semiconductor laser light emitting device |
| KR1020010015454A KR100890162B1 (ko) | 2000-03-24 | 2001-03-24 | 반도체 레이저 발광 장치 |
| US11/074,273 US7003008B2 (en) | 2000-03-24 | 2005-03-07 | Semiconductor laser light emitting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000083368A JP4543488B2 (ja) | 2000-03-24 | 2000-03-24 | 半導体レーザ発光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001274514A JP2001274514A (ja) | 2001-10-05 |
| JP4543488B2 true JP4543488B2 (ja) | 2010-09-15 |
Family
ID=18600021
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000083368A Expired - Fee Related JP4543488B2 (ja) | 2000-03-24 | 2000-03-24 | 半導体レーザ発光装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6865203B2 (ja) |
| JP (1) | JP4543488B2 (ja) |
| KR (1) | KR100890162B1 (ja) |
| TW (1) | TW480795B (ja) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3898537B2 (ja) * | 2002-03-19 | 2007-03-28 | 日本電信電話株式会社 | 窒化物半導体の薄膜形成方法および窒化物半導体発光素子 |
| JP2004193330A (ja) * | 2002-12-11 | 2004-07-08 | Sharp Corp | モノリシック多波長レーザ素子とその製法 |
| JP2004349485A (ja) * | 2003-05-22 | 2004-12-09 | Toyoda Gosei Co Ltd | レーザダイオード素子 |
| DE10353960B4 (de) * | 2003-10-16 | 2006-03-23 | Vertilas Gmbh | Oberflächenemittierender Halbleiterlaser mit strukturiertem Wellenleiter |
| JP2006278839A (ja) * | 2005-03-30 | 2006-10-12 | Sharp Corp | 半導体レーザ素子及びその製造法 |
| RU2300826C2 (ru) | 2005-08-05 | 2007-06-10 | Василий Иванович Швейкин | Инжекционный излучатель |
| JP2007066981A (ja) | 2005-08-29 | 2007-03-15 | Toshiba Corp | 半導体装置 |
| JP2008177213A (ja) * | 2007-01-16 | 2008-07-31 | Toshiba Corp | 半導体レーザ装置 |
| US8409972B2 (en) * | 2007-04-11 | 2013-04-02 | Cree, Inc. | Light emitting diode having undoped and unintentionally doped nitride transition layer |
| JP2009004422A (ja) * | 2007-06-19 | 2009-01-08 | Anritsu Corp | 半導体レーザの良否選別方法およびその良否選別装置 |
| US8077752B2 (en) * | 2008-01-10 | 2011-12-13 | Sony Corporation | Vertical cavity surface emitting laser |
| JP4582237B2 (ja) | 2008-01-10 | 2010-11-17 | ソニー株式会社 | 面発光型半導体レーザ |
| JP4582210B2 (ja) | 2008-06-20 | 2010-11-17 | ソニー株式会社 | 半導体レーザ、半導体レーザの製造方法、光ディスク装置および光ピックアップ |
| JP2010267735A (ja) * | 2009-05-13 | 2010-11-25 | Sharp Corp | 窒化物半導体レーザ素子、光ディスク装置および画像表示装置 |
| CN102918662B (zh) * | 2010-05-31 | 2015-11-25 | 日亚化学工业株式会社 | 发光装置及其制造方法 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0992326A (ja) * | 1995-09-27 | 1997-04-04 | Hitachi Ltd | アルカリ系電池 |
| US5923690A (en) * | 1996-01-25 | 1999-07-13 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor laser device |
| JPH09232680A (ja) * | 1996-02-22 | 1997-09-05 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体発光素子及びその製造方法 |
| JP3742203B2 (ja) * | 1996-09-09 | 2006-02-01 | 株式会社東芝 | 半導体レーザ |
| JPH1093140A (ja) * | 1996-09-18 | 1998-04-10 | Toshiba Corp | ＧａＮ系発光装置 |
| JP3622045B2 (ja) * | 1998-01-20 | 2005-02-23 | 日亜化学工業株式会社 | 窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法 |
| JP3653169B2 (ja) * | 1998-01-26 | 2005-05-25 | シャープ株式会社 | 窒化ガリウム系半導体レーザ素子 |
-
2000
- 2000-03-24 JP JP2000083368A patent/JP4543488B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2001
- 2001-03-23 TW TW090106948A patent/TW480795B/zh not_active IP Right Cessation
- 2001-03-23 US US09/815,670 patent/US6865203B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2001-03-24 KR KR1020010015454A patent/KR100890162B1/ko not_active IP Right Cessation
-
2005
- 2005-03-07 US US11/074,273 patent/US7003008B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW480795B (en) | 2002-03-21 |
| US20050147144A1 (en) | 2005-07-07 |
| KR100890162B1 (ko) | 2009-03-25 |
| US20020003823A1 (en) | 2002-01-10 |
| US7003008B2 (en) | 2006-02-21 |
| US6865203B2 (en) | 2005-03-08 |
| KR20010090558A (ko) | 2001-10-18 |
| JP2001274514A (ja) | 2001-10-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7003008B2 (en) | Semiconductor laser light emitting device | |
| KR100394332B1 (ko) | 반도체 레이저장치 | |
| JP3849758B2 (ja) | 半導体レーザ素子 | |
| JP2008021705A (ja) | 自励発振型半導体レーザとその製造方法 | |
| KR100537475B1 (ko) | 반도체 레이저 및 그 제조방법 | |
| JPH09283839A (ja) | 半導体レーザ装置，およびその製造方法 | |
| US20120114004A1 (en) | Nitride semiconductor laser device and method of manufacturing the same | |
| KR20030019245A (ko) | 반도체 레이저장치 및 그 제조방법 | |
| KR100495220B1 (ko) | 고차모드 흡수층을 갖는 반도체 레이저 다이오드 | |
| JP2004186259A (ja) | 半導体レーザ素子、その製造方法、および多波長集積化半導体レーザ装置 | |
| JP3974852B2 (ja) | 半導体レーザ素子 | |
| JPH10209553A (ja) | 半導体レーザ素子 | |
| US6778575B2 (en) | AlGaInP-based high-output red semiconductor laser device | |
| JP2007042837A (ja) | 非埋め込みリッジ型半導体レーザ | |
| US7301978B2 (en) | Semiconductor laser element with optical waveguide layer having increased thickness | |
| JPH10154843A (ja) | 半導体レーザ素子及びそれを用いた光ディスク装置 | |
| JPH09270563A (ja) | 半導体レーザ素子およびその製造方法 | |
| JPWO2005124952A1 (ja) | 半導体発光装置およびその製造方法 | |
| JP2002223038A (ja) | 半導体レーザ装置 | |
| JP3319692B2 (ja) | 半導体レーザ装置 | |
| JP3008830B2 (ja) | 半導体レーザ | |
| JPH02178989A (ja) | 半導体レーザ素子 | |
| JPH01132191A (ja) | 半導体レーザ素子 | |
| JP2003273466A (ja) | 半導体レーザ及びその製造方法 | |
| JP2003023213A (ja) | 半導体レーザ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20061110 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20091008 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20091008 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20091027 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100302 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100316 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100513 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20100608 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20100621 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130709 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130709 Year of fee payment: 3 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |