JPH10294529A - 半導体レーザ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、基本横モードで連続発振すること
ができ、光ディスクシステム等の光源に適した非点収差
のない良質の出射ビームの実現を図る。 【解決手段】 サファイア基板１０上のｎ型ＧａＮバッ
ファ層１１上にｎ型ＧａＡｌＮクラッド層１３、ＭＱＷ
の活性層１６、及びｐ型ＧａＡｌＮクラッド層１９を形
成してなり、クラッド層１９にストライプ状のリッジを
有するダブルヘテロ構造部と、このダブルヘテロ構造部
上のクラッド層１９のリッジ部以外の領域に形成された
光閉込め層とを備え、光閉込め層の屈折率をｐ型ＧａＡ
ｌＮクラッド層の屈折率よりも大きくすることにより、
屈折率分布による導波構造を形成して横モードを制御す
るので、しきい電流密度を低減でき、かつ基本横モード
で連続発振できるＩｎＧａＡｌＢＮ系の半導体レーザ及
びその製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、化合物半導体材料
を用いた半導体レーザ及びその製造方法に係わり、特に
ＩｎＧａＡｌＢＮ系材料を用いた半導体レーザ及びその
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光ディスクの高密度化等で必要と
される短波長光源として、ＩｎＧａＡｌＮ系材料を用い
た半導体レーザの開発が進められている。この種の材料
による半導体レーザでは、短波長化により小さなビーム
に絞ることが可能となり、光ディスクなどの高密度情報
処理用の光源として期待されている。この材料系で電流
注入による発振を実現した構造として、多重量子井戸構
造を用いた半導体レーザが報告されている（例えば下記
文献）。

【０００３】１）S.Nakamura, M.Senoh, S.Nagahama,
N.Iwasa, T.Yamada, T.Matsushita, H.Kiyoku and Y.Su
gimoto:"InGaN-based multi-quantum-well-structure l
aser diodes",Jpn.J.Appl.Phys.,35(1996)pp.L74-L76. ２）S.Nakamura, M.Senoh, S.Nagahama, N.Iwasa, T.Ya
mada, T.Matsushita, H.Kiyoku and Y.Sugimoto:"InGaN
multi-quantum-well-structure laser diodes with cl
eaved mirror facets",Jpn.J.Appl.Phys.,35(1996)pp.L
217-L220. バルク活性層に対して薄膜活性層を用いた多重量子井戸
構造は、しきい値を大幅に低減できることが知られてい
る。しかしながら、ＩｎＧａＡｌＮ系材料では未だしき
い電流密度は高く、動作電圧も高いため、連続発振を実
現するためには多くの課題がある。

【０００４】ＩｎＧａＡｌＮ系材料で動作電圧が高い原
因の一つは、ｐ型のコンタクト抵抗が極めて大きいこと
である。既に報告されている電極ストライプ構造では、
ｐ型電極ストライプにおける電圧降下が大きく、動作電
圧が高くなると共に、この領域での熱の発生が無視でき
ない。コンタクト抵抗を低減するには電極面積を大きく
すれば良いが、上記電極ストライプ構造では、電極面積
を広げるとしきい電流値も大きくなってしまい、また電
流注入領域が大きいために基本横モード発振も不可能と
なる。

【０００５】光ディスクシステム等への応用では、半導
体レーザの出射ビームを極小スポットに絞ることが必要
となるため、基本横モード発振は不可欠であるが、Ｉｎ
ＧａＡｌＮ系レーザでは横モード (transverse-mode)制
御構造が実現されていない。従来の材料系では、例えば
ＩｎＧａＡｌＰ系でリッジストライプ型のＳＢＲレーザ
が報告されているのみである（下記文献）。

【０００６】３）M.Ishikawa et al.:Extended Abstrac
ts,19th Conf.Solid State Devises and Materials,Tok
yo(1987)pp.115-118. しかしながら、ＩｎＧａＡｌＮ系レーザでは、上記ＳＢ
Ｒレーザとは材料系が異なるために、この構造をそのま
ま適用することはできない。ＩｎＧａＡｌＮ系レーザに
おける電流狭窄構造としては、 ４）特開平８−１１１５５８号公報（半導体レーザ素
子）に、ＧａＮを電流狭窄層に用いた構造が開示されて
いる。この構造は、電流狭窄は可能であるが光閉込め作
用はないため、非点収差等のない良質の出射ビームを得
るのは困難である。

【０００７】一般に、クラッド層中に設けた電流狭窄層
を光閉込め層としても作用させるためには、その組成や
厚さ、活性層からの距離等を所定の値に設定する必要が
ある。特にＩｎＧａＡｌＮ系レーザでは、発振波長が短
いために、たとえ組成が同じであっても、厚さや位置に
よって全く異なる導波機構となってしまう。このため、
単に電流狭窄層を設けただけでは安定な基本横モード発
振は得られない。

【０００８】また、ＩｎＧａＡｌＮ系の結晶成長では、
ＧａＡｌＮのようなＡｌを含む層を厚く成長させると、
下地のＧａＮとの格子定数が異なるために、Ａｌを含む
層にクラックが発生するという問題がある。このため層
方向（垂直方向）の横モード閉込めがうまく行なわれ
ず、しきい値が増大するか、場合によっては導波モード
自体が存在し得ない場合も起こる。

【０００９】一方、光ディスクシステムに用いるための
半導体レーザには、様々な仕様が要求される。特に、追
記型や書替え型では、再生読出し用の低出力半導体レー
ザと消去・記録用の高出力半導体レーザが必要とされ、
それぞれの仕様が異なる。高出力半導体レーザには一般
に超薄膜活性層構造が用いられるが、この構造は必ずし
も読出し用レーザには適していない。読出し用レーザに
は低雑音特性が要求され、このために例えば自励発振型
構造が用いられるが、超薄膜活性層構造では自励発振を
得ることが難しいからである。

【００１０】そのため、高周波重畳法やレーザ自体を２
種類用いる方法などが採用されているが、いずれもその
構成が複雑である。また、活性層の膜厚を場所により変
えて２種類のレーザを形成する方法も報告されている
が、この方法には活性層厚の制御が極めて難しいという
問題がある。

【００１１】以上のように、この種の半導体レーザには
各種の構造及び製造方法が提案されているが、窒化ガリ
ウム系化合物半導体層の結晶成長が難しいことから、い
ずれにおいても満足できる特性は得られていない。即
ち、窒化ガリウム系化合物半導体層を結晶成長しても良
質の結晶を得ることができず、結晶品質が悪いため活性
層へのキャリア注入を効率的に行うことができない。ま
た、電流狭窄層にストライプ開口を有する構造では、ス
トライプ開口形成のエッチングを行った後の再成長層の
結晶品質が低下し、これが電極コンタクトなどでの電圧
低下を招く要因となっている。

【００１２】まとめると、光ディスクなどへの実用に供
する低閾値、低電圧で動作し、高い信頼性を有する青色
半導体レーザを実現するためには、活性層へのキャリア
注入を効率的に行うとともに、電極コンタクトなどでの
電圧降下の抑制が重要である。しかし現状は、未だこれ
らを満足する構成が得られていない。

【００１３】さらにまた、光ディスクの高密度化に伴
い、波長の異なる半導体レーザが使用されることにな
る。但し、従来の光ディスクシステムとの互換性が要求
されるため、両方の波長のレーザを必要とする場合があ
る。これは特に、赤色と青色というように波長差が大き
い場合に必要となる。これは、光ディスクのピット深さ
が使用波長で最適化されているためで、再生波長が大幅
に異なると、ピットからの反射による信号のＳＮが低下
してしまうからである。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】このように従来のＩｎ
ＧａＡｌＮ系の半導体レーザにおいては、横モード制御
構造の作成が難しく、基本横モードで連続発振するレー
ザの実現が困難である。例えば、ＩｎＧａＡｌＮ系の半
導体レーザにおいては、該材料の結晶成長が難しいこと
から良質の結晶層を得ることが難しい。また、ストライ
プ開口形成のエッチングを行った後の再成長層の結晶品
質はさらに低下する。このため、活性層へのキャリア注
入の効率が低下され、しかも電極コンタクトなどでの電
圧降下を生じる。よって、光ディスク等への実用に供す
る低閾値、低電圧で動作し、高い信頼性を有する素子を
実現することは困難である。

【００１５】また、窒化ガリウム系化合物半導体層を一
旦エッチングした後の再成長層の品質低下は、半導体レ
ーザに限らず、窒化ガリウム系化合物半導体を用いた各
種の半導体素子について同様に言えることである。

【００１６】また、光ディスクシステムにおける再生読
出しと消去・記録の両方に要求されるレーザ性能は実現
が困難である。

【００１７】さらにまた、使用波長が異なり記録密度の
異なる光ディスクシステムの互換性を確保するに必要
な、両者に使える半導体レーザは実現が困難である。

【００１８】本発明の目的は、基本横モードで連続発振
することができ、光ディスクシステム等の光源に適した
非点収差のない良質の出射ビームを得ることのできるＩ
ｎＧａＡｌＢＮ系の半導体レーザ及びその製造方法を提
供することにある。

【００１９】また、本発明の他の目的は、活性層厚制御
等の難しいプロセスを要することなく、光ディスクシス
テムにおける再生読出しと消去・記録の両方に要求され
るレーザ性能を実現することのできる半導体レーザを提
供することにある。

【００２０】さらにまた、本発明の他の目的は、設計使
用波長が異なる光ディスクシステム間の互換性確保に必
要な、両者に使える半導体レーザを提供することにあ
る。

【００２１】また、本発明の他の目的は、活性層へのキ
ャリア注入を効率的に行うとともに、電極コンタクトな
どでの電圧降下を抑制することができ、光ディスクなど
への実用に供する低閾値、低電圧で動作し、高い信頼性
を有する半導体レーザの製造方法を提供することにあ
る。

【００２２】また、本発明の他の目的は、窒化ガリウム
系化合物半導体層を一旦エッチングした後の再成長を良
好に行うことができ、各種半導体素子の特性向上等に寄
与し得る半導体レーザの製造方法を提供することにあ
る。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明に係る半導体レーザでは、クラッド層より屈折
率の大きい光閉込め層を設け、その損失導波効果又は反
導波効果によって横モードを制御することにより、動作
電圧が低くかつ安定な基本横モードでの連続発振を可能
としている。

【００２４】即ち本発明は、窒素を含むIII-Ｖ族化合物
半導体からなり、第１導電型のクラッド層とストライプ
状のリッジを有する第２導電型のクラッド層で活性層部
を挟んだダブルへテロ構造部と、このダブルへテロ構造
部の第２導電型クラッド層側に接して少なくともリッジ
部以外の領域に形成された光閉込め層とを備えた半導体
レーザであって、光閉込め層が窒素を含むIII-Ｖ族化合
物半導体からなり、該光閉込め層の屈折率が第２導電型
のクラッド層の屈折率より大きいことを特徴とする。

【００２５】また本発明は、第１導電型のＩｎ_x Ｇａ_y
Ａｌ_z Ｂ_1-x-y-z Ｎ（０≦ｘ，ｙ，ｚ，ｘ＋ｙ＋ｚ≦
１）からなるクラッド層とストライプ状のリッジを有す
る第２導電型のＩｎ_u Ｇａ_v Ａｌ_w Ｂ_1-u-v-w Ｎ（０≦
ｕ，ｖ，ｗ，ｕ＋ｖ＋ｗ≦１）からなるクラッド層で活
性層部を挟んだダブルへテロ構造部と、このダブルへテ
ロ構造部の第２導電型クラッド層側に接して少なくとも
リッジ部以外の領域に形成された光閉込め層とを備えた
半導体レーザであって、光閉込め層がＩｎ_p Ｇａ_q Ａｌ
_r Ｂ_1-p-q-r Ｎ（０≦ｐ≦１，０≦ｑ＜１，０≦ｒ≦
１，０＜ｐ＋ｒ≦１，０＜ｐ＋ｑ＋ｒ≦１）からなり、
該光閉込め層の屈折率が第２導電型のクラッド層の屈折
率より大きいことを特徴とする。

【００２６】ここで、本発明の望ましい実施態様として
は次のものがあげられる。

【００２７】(1) 活性層部が、少なくともＩｎ_a Ｇａ_b
Ａｌ_c Ｂ_1-a-b-c Ｎ（０≦ａ，ｂ，ｃ，ａ＋ｂ＋ｃ≦
１）からなる井戸層とＩｎ_e Ｇａ_f Ａｌ_g Ｂ_1-e-f-g Ｎ
（０≦ｅ，ｆ，ｇ，ｅ＋ｆ＋ｇ≦１）からなる障壁層と
で構成される単一量子井戸又は多重量子井戸を備えてい
ること。

【００２８】(2) 障壁層の厚さが井戸層の厚さを越えな
いこと。

【００２９】(3) コア領域の総厚ｄとレーザ発振波長λ
に対し、第１導電型クラッド層の厚さＨ１及び第２導電
型クラッド層の厚さＨ２が、 ０．１８（ｚｄ／λ）^-1/2≦Ｈ１／λ≦０．２７（ｚｄ
／λ）^-1/2 ０．１８（ｗｄ／λ）^-1/2≦Ｈ２／λ≦０．２７（ｗｄ
／λ）^-1/2 を満たす範囲にあること。

【００３０】(4) 井戸層の総厚ｄ_act は、０．５μｍ未
満であること。

【００３１】(5) 井戸層の総厚ｄ_act は、０．０４５μ
ｍ以下であること。

【００３２】(6) 各クラッド層のＡｌ組成ｘ_Al、コア領
域の平均Ｉｎ組成ｙ_In、両組成の和Δｘ（＝ｘ_Al＋
ｙ_In）、コア領域の総厚Ｈ_coreおよび各クラッド層の厚
さＨ_cladは、発振波長λに対し、Δｘ・（Ｈ_core／λ）
・（Ｈ_clad／λ）≧０．０８を満たしていること。

【００３３】(7) 上記パラメータが、さらに、Δｘ・
（Ｈ_core／λ）・（Ｈ_clad／λ）≧０．１を満たしてい
ること。

【００３４】(8) 上記パラメータが、Δｘ・（Ｈ_core／
λ）・（Ｈ_clad／λ）≦０．２を満たしていること。

【００３５】(9) 上記パラメータが、Δｘ・（Ｈ_core／
λ）・（Ｈ_clad／λ）≦０．１５を満たしていること。

【００３６】(10)各クラッド層のＡｌ組成ｘ_Alと厚さＨ
_cladとは、ｘ_Al・Ｈ_clad≦０．１μｍを満たしているこ
と。

【００３７】(11)各クラッド層のＡｌ組成ｘ_Alと厚さＨ
_cladとは、ｘ_Al・Ｈ_clad≦０．０６μｍを満たしている
こと。

【００３８】(12)コア領域は、活性層を挟むように形成
されたＩｎ_u Ｇａ_v Ａｌ_w Ｂ_1-u-v-wＮ（０＜ｕ≦１，
０≦ｖ＜１，０≦ｗ＜１）からなる複数の導波層を含ん
でいる。このとき、コア領域の総厚Ｈ_coreおよびコア領
域の平均Ｉｎ組成ｙ_Inは、発振波長λに対し、（ｙ_In）
^1/2 ・（Ｈ_core／λ）≧０．１５を満たしていること。 (13)上記パラメータが、さらに、（ｙ_In）^1/2 ・（Ｈ
_core／λ）≧０．２を満たしていること。

【００３９】(14)光閉込め層が第２導電型クラッド層と
同じ導電型であること。

【００４０】(15)光閉込め層のバンドギャップエネルギ
ーが活性層部のバンドギャップエネルギーより小さいこ
と。

【００４１】(16)第２導電型クラッド層上のコンタクト
層と光閉込め層とが同一材料であり、ストライプ領域の
第２導電型クラッド層とコンタクト層との間に、両者の
中間のバンドギャップを有するキャップ層が設けられて
いること。

【００４２】(17)量子井戸と各クラッド層との間に、屈
折率が量子井戸の平均屈折率より小さくクラッド層の屈
折率より大きい導波層をそれぞれ備え、少なくとも一方
の導波層中又は導波層と量子井戸との間に、バンドギャ
ップエネルギーが導波層のバンドギャップエネルギーよ
り大きいＩｎ_s Ｇａ_t Ａｌ_h Ｂ_1-s-t-h Ｎ（０≦ｓ，
ｔ，ｈ，ｓ＋ｔ＋ｈ≦１）からなるキャリアオーバーフ
ロー防止層が少なくとも１層設けられていること。

【００４３】(18)キャリアオーバーフロー防止層のＡｌ
組成ｈが、 ０＜ｈ＜０．２ を満たす範囲にあること。

【００４４】(19)第１導電型及び第２導電型の各クラッ
ド層はＧａＡｌＮからなり、光閉込め層はＩｎＧａＮま
たはクラッド層よりＡｌ組成の小さいＧａＡｌＮからな
ること。

【００４５】ここで、光閉込め層は、次の(i) 〜(iii)
のいずれかに示すように形成可能である。(i) 光閉込め
層は、Ｉｎ_p Ｇａ_q Ａｌ_r Ｂ_1-p-q-r Ｎ（０．２≦ｐ≦
０．３，０≦ｑ≦０．８，０≦ｒ≦０．８，０．２≦ｐ
＋ｑ＋ｒ≦１）からなり、該光閉込め層の屈折率が第２
導電型クラッド層の屈折率より大きい。

【００４６】(ii)光閉込め層は、Ｉｎ_p Ｇａ_q Ａｌ_r Ｂ
_1-p-q-r Ｎ（０≦ｐ≦０．９５，０≦ｑ≦０．９５，
０．０５≦ｒ≦０．３，０．０５≦ｐ＋ｑ＋ｒ≦１）で
ある。

【００４７】(iii) 光閉込め層は、Ｉｎ_p Ｇａ_q Ａｌ_r
Ｂ_1-p-q-r Ｎ（０≦ｐ，ｑ，０．０５≦ｒ≦０．１，
０．０５≦ｐ＋ｑ＋ｒ≦１）からなり、該光閉込め層の
屈折率が第２導電型クラッド層の屈折率より大きい。

【００４８】(20)下地基板として、サファイア又はＳｉ
Ｃ基板を用いること。

【００４９】(21)第２導電型クラッド層のリッジ部は、
基板側に下に凸、又は基板と反対側に上に凸に形成され
ていること。

【００５０】(22)コンタクト層吸収損失αが、α≧１０
０ｃｍ^-1を満たしていること。

【００５１】(23)コンタクト層吸収損失αが、α≧５０
０ｃｍ^-1を満たしていること。

【００５２】また本発明は、２種のレーザ光を発生する
半導体レーザにおいて、基板上に異なる２種類の活性層
部を設けたダブルヘテロ構造部を積層形成した領域と、
２種類の活性層部のうちの基板側の１種類のみを設けた
ダブルヘテロ構造部を積層形成した領域とを備え、２種
類の活性層部は基板に近い方が遠い方よりもバンドギャ
ップエネルギーが大きいことを特徴とする。

【００５３】ここで、各ダブルへテロ構造部は、第１導
電型のＩｎ_x Ｇａ_y Ａｌ_z Ｂ_{1-x-y- z} Ｎ（０≦ｘ，ｙ，
ｚ，ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）からなるクラッド層とストライプ
状のリッジを有する第２導電型のＩｎ_u Ｇａ_v Ａｌ_w Ｂ
_1-u-v-w Ｎ（０≦ｕ，ｖ，ｗ，ｕ＋ｖ＋ｗ≦１）からな
るクラッド層で活性層部を挟んでなり、第２導電型クラ
ッド層のリッジ部以外の領域に、Ｉｎ_p Ｇａ_q Ａｌ_r Ｂ
_1-p-q-r Ｎ（０＜ｐ≦１，０≦ｑ＜１，０≦ｒ＜１，０
＜ｐ＋ｒ≦１，０＜ｐ＋ｑ＋ｒ≦１）からなり、第２導
電型クラッド層の屈折率よりも大きい屈折率をもつ光閉
込め層が形成されているのが望ましい。

【００５４】また、本発明は、活性層がクラッド層で挟
まれたダブルヘテロ接合構造を備えた窒化ガリウム系化
合物半導体（Ｉｎ_x Ｇａ_y Ａｌ_z Ｎ：ｘ＋ｙ＋ｚ＝１，
０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１）からなる半導体レーザで、クラッ
ド層の少な＜とも一方の側に、第１導電型のクラッド層
と第１導電型の第１のコンタクト層よりなるストライプ
状のリッジが形成されており、当該リッジ以外の部分に
は当該リッジに接して第２導電型の窒化ガリウム系化合
物半導体層よりなる電流阻止層が形成されており、さら
に当該電流阻止層およびリッジは第１導電型の第２のコ
ンタクト層により埋め込まれており、リッジ幅よりも面
積の広い電極コンタクト部とが形成されていることを特
徴とする。

【００５５】また、本発明に係る半導体レーザの製造方
法は、前述した第１のコンタクト層までを結晶成長する
工程と、ＳｉＯ₂ およびレジストを塗布し、ストライプ
状のパターンを形成する工程と、ドライエッチングによ
る選択エッチングによりリッジを形成する工程と、Ｓｉ
Ｏ₂ をマスクとする選択成長により光閉込め層（電流阻
止層）を形成する工程と、リッジ上のＳｉＯ₂ マスクを
除去する工程と、光閉込め層（電流阻止層）およびリッ
ジ上部に第２のコンタクト層を成長する工程とを少なく
とも含むことを特徴とする。

【００５６】また、本発明に係る製造方法は、窒化ガリ
ウム系化合物半導体（Ｉｎ_x Ｇａ_yＡｌ_z Ｎ：ｘ＋ｙ＋
ｚ＝１，０≦ｘ，ｙ，ｚ≦１）のドライエッチング工程
において、少なくとも塩素を成分として含む第１のガス
と、少なくともフッ素あるいは酸素を成分として含む第
２のガスとの混合ガスを用いることを特徴とする。

【００５７】ここで、第１のガスとしては、Ｃｌ₂ 、Ｂ
Ｃｌ₃ 又はＳｉＣｌ₄ が使用可能である。第２のガスと
しては、ＣＦ₄ ，Ｃ₂ Ｆ₄ 、ＳＦ₆ 、Ｏ₂ 、ＣＯ又はＣ
Ｏ₂が使用可能である。なお、これらの混合ガスを用い
たドライエッチングは、レーザ以外の半導体デバイスの
製造に使用してもよい。

【００５８】（作用）本発明によれば、ＩｎＧａＡｌＢ
Ｎ系半導体レーザで、ダブルへテロ構造部の一方のクラ
ッド層にリッジ部を設け、このリッジ部以外の領域に、
Ｉｎ_p Ｇａ_qＡｌ_r Ｂ_1-p-q-r Ｎ（０≦ｐ≦１，０≦ｑ
＜１，０≦ｒ≦１，０＜ｐ＋ｒ≦１，０＜ｐ＋ｑ＋ｒ≦
１）からなり、クラッド層より屈折率の大きい光閉込め
層を設けている。この光閉込め層により、電流狭窄を行
なうと共に、屈折率分布による導波構造を形成して横モ
ードを制御するので、しきい電流密度が低減され、かつ
基本横モードでの連続発振が可能となる。

【００５９】ここで、上記のような光閉込め層は、ダブ
ルへテロ構造部とは格子定数が大きく異なるためこれを
選択成長するのは不可能と考えられている。このため、
従来のＩｎＧａＡｌＮ系半導体レーザにおいてクラッド
層のリッジ部以外に光閉込め層を形成するという技術思
想は全く存在しない。しかし、本発明者らの鋭意研究及
び実験により、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法
や分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法等で各種条件を最適
化することにより、上記のような材料の光閉込め層の選
択成長が可能であることが判明した。

【００６０】しかも、Ｉｎ組成が０より大きいＩｎＧａ
ＡｌＢＮ系光閉込め層を設けた構造では、その下のクラ
ッド層のキャリア密度が高くなることが明らかになっ
た。これは、Ｈ等によるＭｇアクセプタの不活性化が抑
制されることに起因するもので、光閉込め層を設けない
構造に比べてキャリアオーバーフローが大幅に低減され
ることが分った。そして、本発明のような光閉込め層を
設けることによって、従来にないしきい電流密度の低
減、基本横モードでの連続発振が可能となった。

【００６１】また本発明によれば、厚膜活性層の低出力
レーザと薄膜活性層の高出力レーザとを同一基板上に形
成できるため、活性層厚制御等の複雑なプロセスを要す
ることなく、光ディスクシステムにおける再生読出しと
消去・記録の両方に要求されるレーザ性能を実現でき
る。

【００６２】さらにまた本発明によれば、異なる波長の
レーザを同一基板上に形成できるため、波長の違いによ
る非互換性の問題を解決できる。

【００６３】また、本発明に係る製造方法によれば、薄
いコンタクト層でも、電流狭窄層の開口部を平坦に埋込
むことができる。即ち、コンタクト層を薄くできるた
め、コンタクト層での素子抵抗の上昇を招くことなく、
かつ電極コンタクト部が平坦であるために、結晶性も良
好であり、電極コンタクト部での電圧降下を抑制する事
ができるとともに、電流注入を均一に行うことができ
る。このため、低閾値化および信頼性の向上をはかるこ
とができる。

【００６４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図示の実施
形態によって説明する。

【００６５】（第１の実施形態）図１は、本発明の第１
の実施形態に係わる半導体レーザの構成を示す断面図で
ある。

【００６６】図中１０はサファイア基板であり、この基
板１０の上にＧａＮバッファ層１１，ｎ型ＧａＮコンタ
クト層１２，ｎ型ＧａＡｌＮクラッド層１３，ｎ型Ｇａ
Ｎ導波層１４，ｎ型ＧａＡｌＮオーバーフロー防止層１
５，ＩｎＧａＮ多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層１６，ｐ
型ＧａＡｌＮオーバーフロー防止層１７，ｐ型ＧａＮ導
波層１８，ｐ型ＧａＡｌＮクラッド層１９が成長形成さ
れている。なお、これらの結晶成長はＭＯＣＶＤ法或い
はＭＢＥ法によって行われる。

【００６７】ｐ型ＧａＡｌＮクラッド層１９はストライ
プ部分を除いてその途中までエッチング除去され、これ
によりクラッド層１９にストライプ状のリッジ部が形成
されている。ｐ型ＧａＡｌＮクラッド層１９のリッジ部
以外にｎ型ＩｎＧａＮ光閉込め層２０が選択的に埋込み
形成され、さらにクラッド層１９及び光閉込め層２０上
にはｐ型ＧａＮコンタクト層２１が形成されている。こ
れらの結晶成長も、ＭＯＣＶＤ法或いはＭＢＥ法によっ
て行われる。

【００６８】ｐ型ＧａＮコンタクト層２１からｎ型Ｇａ
ＡｌＮクラッド層１３までが部分的に除去され、ｎ型Ｇ
ａＮコンタクト層１２の一部が露出している。そして、
ｐ型ＧａＮコンタクト層２１上にはｐ側電極２２が形成
され、ｎ型ＧａＮコンタクト層１２の露出部上にはｎ側
電極２３が形成されている。

【００６９】本実施形態におけるレーザの活性層部（以
下、コア領域ともいう）は、Ｉｎ_aＧａ_1-a Ｎ井戸層／
Ｉｎ_e Ｇａ_1-e Ｎ障壁層（ａ≧ｅ）からなる多重量子井
戸（ＭＱＷ）の活性層１６の両側に、ＧａＡｌＮオーバ
ーフロー防止層１５，１７及びＧａＮ導波層１４，１８
を設けたＳＣＨ構造となっている。なお本明細書中、コ
ア領域は、両クラッド層間に位置した多層構造部であ
り、具体的には、少なくとも活性層を含んでおり、所望
により、導波層、キャリアオーバーフロー防止層又はそ
の両方を備えている。

【００７０】また、本実施形態では、Ｉｎ_x Ｇａ_y Ａｌ
_z Ｂ_1-x-y-z Ｎ（０≦ｘ，ｙ，ｚ，ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）系
材料からなるｎ型クラッド層１３はＩｎ及びＢを含まな
いためＧａ_1-z Ａｌ_z Ｎと表記され、さらに活性層１６
はＡｌを含まないため、ＭＱＷを構成する井戸層及び障
壁層はそれぞれＩｎ_a Ｇａ_1-a Ｎ及びＩｎ_e Ｇａ_1-eＮ
と表記される。同様に、Ｉｎ_u Ｇａ_v Ａｌ_w Ｂ_1-u-v-w
Ｎ（０≦ｕ，ｖ，ｗ，ｕ＋ｖ＋ｗ≦１）系材料からなる
ｐ型クラッド層１９はＩｎ及びＢを含まないためＧａ
_1-w Ａｌ_w Ｎと表記される。

【００７１】次に、以上のように構成された半導体レー
ザの作用について説明する。なお、横モード制御、しき
い値低減、キャリアオーバーフロー防止の順に述べる。

【００７２】（水平方向横モード制御）本実施形態の半
導体レーザでは、ストライプ外でｎ型ＩｎＧａＮ光閉込
め層２０がコア領域に近接しているため、ストライプ外
領域にて等価屈折率が小さくなり、水平方向に屈折率分
布が形成されてモードの閉込めが行われる。

【００７３】ここで、ｎ型ＩｎＧａＮ光閉込め層２０の
Ｉｎ組成は、活性層１６におけるＩｎ_a Ｇａ_1-a Ｎ井戸
層のＩｎ組成よりも高く設定されている。従って、光閉
込め層２０の屈折率は、井戸層の屈折率よりも大きい。
また、光閉込め層２０のバンドギャップエネルギーは、
井戸層のバンドギャップエネルギーよりも小さい。

【００７４】さらに、光閉込め層２０の屈折率はストラ
イプ部のｐ型ＧａＡｌＮクラッド層１９の屈折率よりも
大きく、光閉込め層２０のバンドギャップエネルギーは
ストライプ部のｐ型ＧａＡｌＮクラッド層１９のバンド
ギャップエネルギーよりも小さい。

【００７５】このようにストライプ部より屈折率の大き
い光閉込め層２０があるにも拘らず等価屈折率は小さく
なる。この理由は次の通りである。すなわち、光閉込め
層２０は発振波長に対して吸収損失が大であるために導
波モードの減衰が大きい。このため、導波モード分布は
光閉込め層２０に占める割合が極めて小さい。すなわ
ち、光閉込め層２０の等価屈折率への寄与が小さいた
め、結果的にストライプ部より等価屈折率が小さくな
る。

【００７６】まとめると、図１に示す構造の半導体レー
ザは、ストライプ外の等価屈折率が小さく、損失が大き
い損失導波構造を有する。この損失導波構造は基本横モ
ードの安定化に極めて有効である。すなわち、ストライ
プ外に損失領域があるため、しみだしの大きい高次モー
ドが基本モードに比べて損失大またはカットオフとなる
ので、基本モードのみが安定に発振できる。

【００７７】このような損失導波構造は、光閉込め層２
０としてコア領域よりバンドギャップエネルギーの小さ
い材料を使用することにより、初めて実現できる。光閉
込め層としては、例えばＩｎＧａＮが大きな吸収損失を
もつので適している。

【００７８】続いて、このような横モード制御のための
条件について述べる。

【００７９】図２（ａ）は、ストライプ部とストライプ
外との等価屈折率差Δｎ_eqに関し、ストライプ外での光
閉込め層２０とコア領域との距離（ｐ型ＧａＮ導波層１
７までの距離）ｈ_out に対する依存性を示している。図
２（ｂ）は、基本モードに対する損失α₀ 及び１次モー
ドと基本モードとの損失差Δαに関し、同ｈ_out に対す
る依存性を示している。

【００８０】これらの図では、ストライプ部の層構造を
ｎ型Ｇａ_0.85Ａｌ_0.15Ｎ／ｎ−ＧａＮ（０．１μｍ）／
ＭＱＷ／ｐ型ＧａＮ（０．１μｍ）／ｐ型Ｇａ_0.85Ａｌ
_0.15Ｎとし、ストライプ外の層構造をｎ型Ｇａ_0.85Ａｌ
_0.15Ｎ／ｎ型ＧａＮ（０．１μｍ）／ＭＱＷ／ｐ型Ｇａ
Ｎ（０．１μｍ）／ｐ型Ｇａ_0.85Ａｌ_0.15Ｎ（ｈ_outμ
ｍ）／ｎ型ＩｎＧａＮとした場合の導波機構が解析され
る。

【００８１】同図においてＭＱＷは、Ｉｎ_0.18Ｇａ_0.82
Ｎ井戸層（２ｎｍ）／Ｉｎ_0.04Ｇａ_0.96Ｎ障壁層（４ｎ
ｍ）が、５対ある構成と、１０対ある構成との２通りが
使用された。

【００８２】基本横モードの安定化には、高次モードと
基本モードとの損失差が大きい方が望ましい。図からわ
かるように、この観点からはｈ_out を大きくした方が良
い。しかしｈ_out が大きすぎるとΔｎ_eqが小さくなる。
１０^-4程度の屈折率変化はキャリア注入によるプラズマ
効果によっても生じ得るため、この領域では屈折率分布
による導波構造が不安定となる。従って、ｈ_out の値は
０．３μｍ以下、さらに望ましくは０．２μｍ以下に設
定するのが良い。

【００８３】図３（ａ）は、ｈ_out ＝０．２μｍの場合
のしきい電流密度Ｊ_thに関し、ストライプ幅に対する依
存性を示している。図３（ｂ）は、同ｈ_out の場合のα
₀ 、Δαに関し、ストライプ幅に対する依存性を示して
いる。

【００８４】ストライプ幅が大きいとΔαが小さくなる
ため高次モードが発生し易くなる。一方ストライプ幅が
小さいと基本モードの損失α₀ が大きくなってしきい電
流密度Ｊ_thが上昇する。したがって、この場合ストライ
プ幅Ｗは３μｍ以上に設定することが望ましい。

【００８５】また図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すよう
に、光閉込め層は、その組成も導波機構に大きく影響す
る。これらの図は、ストライプ部の層構造をｎ型Ｇａ
_0.85Ａｌ_0.15Ｎ／ｎ型ＧａＮ（０．１μｍ）／ＭＱＷ／
ｐ型ＧａＮ（０．１μｍ）／ｐ型Ｇａ_0.85Ａｌ_0.15Ｎと
し、ストライプ外の層構造をｎ型Ｇａ_0.85Ａｌ_0.15Ｎ／
ｎ型ＧａＮ（０．１μｍ）／ＭＱＷ／ｐ型ＧａＮ（０．
１μｍ）／ｐ型Ｇａ_0.85Ａｌ_0.15Ｎ（０．０５μｍ）／
ｎ型ＩｎＧａＡｌＮとした場合の導波機構を解析したも
のである。ストライプ外におけるｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層
が光閉込め層に相当する。

【００８６】ここで、ＭＱＷは、Ｉｎ_0.2 Ｇａ_0.8 Ｎ井
戸層（２ｎｍ）／Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ障壁層（４ｎｍ）
を５対とした構成である。

【００８７】ここで、図４（ａ）は、光閉込め層がＩｎ
_x Ｇａ_1-x ＮまたはＧａ_1-x Ａｌ_xＮの場合のストライ
プ内外の等価屈折率差Δｎ_eqと組成との関係を示してい
る。ｘ_In≧０．２の領域は、本実施形態の損失導波型に
相当する。この損失導波領域は、図４（ｂ）に示すよう
に、非点隔差（ストライプ幅が５μｍの場合）が小さい
ので、光ディスク応用に適したビーム特性を得ることが
できる。

【００８８】また、０≦ｘ_In≦０．２の領域は、ストラ
イプ外で垂直方向の導波モードが形成されない領域であ
り、発振モードが不安定となる。

【００８９】一方、光閉込め層は、導波層の屈折率より
も小さい屈折率のＧａ_1-x Ａｌ_x Ｎを用いた場合、図４
（ｂ）に示すように、導波機構が３つの領域に分類でき
る。第１の領域は、光閉込め層のＡｌ組成がストライプ
部のクラッド層のＡｌ組成より大きく、すなわち光閉込
め層の屈折率がクラッド層の屈折率よりも小さい範囲で
あり、いわゆる実屈折率導波構造となる。

【００９０】第２の領域は、光閉込め層のＡｌ組成がク
ラッド層のＡｌ組成に近い範囲であり、小さいΔｎ_eqの
ために利得導波構造となり、図示するように、極めて大
きい非点隔差をもつ。この種の大きい非点隔差のビーム
は光ディスク応用には適さない。

【００９１】第３の領域は、図４（ｂ）中で注目すべき
内容であり、光閉込め層のＡｌ組成がクラッド層のＡｌ
組成より小さく、且つ導波層のＡｌ組成より大きく、す
なわち屈折率がクラッド層より大きく導波層より小さい
範囲であり、非点隔差が小さくなる“反導波領域”を有
している。この反導波領域は、図４（ａ）に示すよう
に、Δｎ_eqが負であり、ストライプ外の等価屈折率がス
トライプ内の等価屈折率より大きくなる。なお、この反
導波領域を利用した実施形態については後述する。

【００９２】また、図４（ｂ）では、光閉込め層のＡｌ
組成がクラッド層のＡｌ組成より大きい実屈折率導波領
域でも小さい非点隔差を得られることが示される。

【００９３】次に、本発明による損失導波構造あるいは
反導波構造が基本横モードの安定化の点で優れているこ
とについて説明する。

【００９４】図５（ａ）は、利得導波型、実屈折率導波
型、損失導波型および反導波型の非点隔差について、ス
トライプ幅の依存性を示している。図５（ｂ）は、同様
に夫々の導波型について１次モードと基本モードとの導
波損失差Δαについて、ストライプ幅の依存性を示して
いる。ビーム特性は小さい非点隔差が望ましい。基本横
モードの安定化の観点からは、大きいモード損失差が望
ましい。

【００９５】図示されるように、利得導波型は、大きい
モード損失差をもつが、極めて大きい非点隔差のため、
光ディスク応用等では使用が困難である。また、実屈折
率導波型は、小さい非点隔差をもつが、モード損失差も
小さいため、ストライプ幅が大きくなると高次モードを
発生させ易い。

【００９６】これに対し、損失導波型および反導波型は
小さい非点隔差を有し、かつ大きいストライプ幅でも大
きいモード損失差を確保できる。大きいストライプ幅の
方が作製プロセスが容易であり、設計の自由度も大きく
なることから、本発明による半導体レーザが特性及び作
製の容易さの両方で優れていることがわかる。

【００９７】（垂直方向横モード制御）ところで、Ｉｎ
ＧａＡｌＮ系の結晶成長で問題となるのは、例えばＧａ
ＡｌＮ層の如き、Ａｌを含む層を厚く成長させると、下
地のＧａＮとの格子定数が異なるために、Ａｌを含む層
（ＧａＡｌＮ）にクラックが発生することである。この
種のクラックを防ぐには、Ａｌ組成を低減するか或いは
ＧａＡｌＮ層の厚さを低減する必要がある。一方、Ａｌ
を含む層をレーザのクラッド層に用いるとき、光閉込め
のためにある程度以上の屈折率差（即ち活性層とのＡｌ
組成差）、及びクラッド層厚Ｈ_cladが必要である。活性
層総厚ｄ、クラッド層厚Ｈ_clad、クラッド層−活性層の
Ａｌ組成差ΔＸ_A1と導波モード損失αとの関係を図６
（ａ）及び図６（ｂ）に示す。

【００９８】図から分かるように、ΔＸ_A1が大きく、Ｈ
_cladが大きい程、αは小さくできるが、実用的にはαは
２０ｃｍ^-1程度まで小さくできれば十分である。そこ
で、αが１００ｃｍ^-1より小さく２０ｃｍ^-1より大きい
範囲を求めると、次の（１）式のようになる。

【００９９】 ０．１８（ΔＸ_A1ｄ／λ）^-1/2≦Ｈ_clad／λ≦０．２７（ΔＸ_A1ｄ／λ）^-1/2 …（１） 従って、クラッド層厚Ｈ_cladをこの範囲に設定すること
により、結晶成長時にクラックが発生しない程度の厚さ
でかつ損失の少ないレーザ構造が得られる。

【０１００】ここで、上記（１）式のＩｎＧａＡｌＮ系
レーザでもうーつ考慮すべき点は、クラッド層の外側の
層であるコンタクト層等がクラッド層の屈折率よりも大
きい屈折率を有し、かつ発振波長に対して透明である点
である。このため、クラッド層厚Ｈ_cladが十分大きくな
いとき、層方向（垂直方向）の導波構造が反導波とな
り、場合によってはしきい値が著しく大きくなってしま
うか、あるいは導波モードが存在しない場合があり得
る。

【０１０１】図７はＳＣＨ−ＭＱＷ構造におけるクラッ
ド層厚Ｈ_clad並びにガイド層厚Ｈ_{gu ide} と、導波モード
の境界線との関係の一例を示している。ここでは層構造
として、ｎ型ＧａＮ／ｎ型Ｇａ_0.85Ａｌ_0.15Ｎ（Ｈ_clad
μｍ）／ｎ型Ｉｎ_0.06Ｇａ_{0. 94}Ｎ（Ｈ_guide μｍ）／Ｍ
ＱＷ／ｐ型Ｉｎ_0.06Ｇａ_0.94Ｎ（Ｈ_guide μｍ）／ｐ型
Ｇａ_0.85Ａｌ_0.15Ｎ（Ｈ_cladμｍ）／ｎ型ＧａＮの場合
の計算例を示した。ＭＱＷはＩｎ_0.2 Ｇａ_0.8 Ｎ井戸層
（２ｎｍ）／Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ障壁層（４ｎｍ）が１
０対の構成とした。また最外層のＧａＮの吸収係数は５
００ｃｍ^-1とした。

【０１０２】図７の斜線部領域は導波モードが存在しな
い領域である。導波モードが存在する領域では、右下り
の曲線より上が反導波領域であり、右上りの曲線より下
が通常の屈折率導波領域である。境界の曲線上では光閉
込め係数Γが０となり、しきい電流密度Ｊ_thが無限大と
なる。この様子を図８（ａ）及び図８（ｂ）に示した。

【０１０３】また、図９（ａ）及び図９（ｂ）に遠視野
像強度分布のクラッド層厚依存性を示した。図９（ａ）
はＨ_guide ＝０．１μｍの場合であり、図９（ｂ）はＨ
_{guid e} ＝０．２μｍの場合である。反導波領域のパラメ
ータでは、遠視野像が双峰となっていることがわかる。
図１０には井戸層のＩｎ組成が他の値の場合について、
導波モードが存在する領域の境界を示した。

【０１０４】図８（ａ）及び図８（ｂ）から明らかなよ
うに、しきい値低減のためには、クラッド層厚Ｈ
_cladを、導波モードが存在しない領域の境界から十分離
れた値に設定する必要がある。ここでの計算は最外層の
ＧａＮの吸収係数を５００ｃｍ^-1とした場合であるが、
実際には不純物濃度等により、この値は変わり得る。吸
収係数が小さいと、より反導波性が大きくなり、導波モ
ードの存在しないパラメータ領域も広くなる。

【０１０５】図１１には最外層ＧａＮの吸収係数が１０
０ｃｍ^-1の場合の導波モード存在領域の境界を示した。
図１０と比較してわかるように、導波モードの存在しな
い領域が大きくなっている。いずれの場合にも、クラッ
ド層厚Ｈ_cladや導波層厚Ｈ_{gu ide} 等を所定の範囲に設定
する必要があることが明らかである。このＨ_clad等に対
する条件は（１）式と同様の数式で指定可能である。但
しこの条件は、（１）式が活性層厚ｄが小さい場合の近
似であり、ＳＣＨ構造では光が閉込められる領域が導波
層を含む厚い領域となることから、（１）式の（ΔＸ_Al
ｄ／入）^-1/2の代わりに（Δｘ_Alｄ／λ）^-1を用いた方
が良好に近似できる。具体的には、図７、図１０等から
この条件を以下のように近似できる。

【０１０６】 Δｘ・（Ｈ_core／λ）・（Ｈ_clad／λ）≧０．０８ …（２） ここでＨ_coreは導波層を含めたコア領域（ＭＱＷ＋導波
層）の総厚であり、またΔｘはコア領域とクラッド層と
の組成差を表す量で、近似的にコア／クラッドの屈折率
差に比例する。

【０１０７】ここに示した層構造の例では、Δｘを以下
で定義する。

【０１０８】Δｘ＝ｘ_Al＋ｙ_In …（３） ここでｘ_Alはクラッド層のＡｌ組成、またｙ_Inはコア領
域の平均Ｉｎ組成を表す。クラッド層にＩｎが含まれる
場合には上のｘ_Alの代わりにｘ_Al−ｘ_In（ｘ_Inはクラッ
ド層のＩｎ組成）を用いればよい。またコア領域にＡｌ
が含まれる場合には同様にｙ_Inの代わりにｙ_In−ｙ
_Al（ｙ_Alはコア領域の平均Ａｌ組成）を用いればよい。

【０１０９】上に示したｎ型ＧａＮ／ｎ型Ｇａ_0.85Ａｌ
_0.15Ｎ（Ｈ_cladμｍ）／ｎ型Ｉｎ_{0. 06}Ｇａ_0.94Ｎ（Ｈ
_guide μｍ）／ＭＱＷ／ｐ型Ｉｎ_0.06Ｇａ_0.94Ｎ（Ｈ
_guide μｍ）／ｐ型Ｇａ_0.85Ａｌ_0.15Ｎ（Ｈ_cladμｍ）
／ｎ型ＧａＮの例では、ｘ_Al＝０．１５、ｙ_In＝０．０
６９（Ｈ_guide ＝0.1 μｍ、井戸数１０の場合）とな
る。この場合に（２）式で与えられるクラッド層厚の条
件はλ＝４２０ｎｍの場合、Ｈ_clad≧０．２４４μｍと
なる。なお（２）式の左辺はコア部への光閉込めの度合
を表す量に対応している。

【０１１０】上記パラメータΔｘ・（Ｈ_core／λ）・
（Ｈ_clad／λ）に対するしきい値の依存性を図１２に示
す。この図で縦軸はしきい値を活性層の井戸総厚で割っ
た値、Ｊ_th／ｄ_act である。図に示すように、Ｊ_th／ｄ
_act はΔｘ・（Ｈ_core／λ）・（Ｈ_clad／λ）に大きく
依存している。また、この依存性は、図示されるよう
に、最外層であるコンタクト層等の吸収係数の大きさに
よっても変わる。実際にコンタクト層は不純物濃度が極
めて高い場合が多いので、吸収係数も変わり得る。な
お、当然のことながらＪ_thはｄ_act にも依存する。低し
きい値化にはｄ_actも小さくした方が良い。例えば図１
２でΔｘ・（Ｈ_core／λ）・（Ｈ_clad／λ）が十分大き
い場合にＪ_th／ｄ_act 〜２×１０⁹ ｃｍ^-3となる。ここ
で、Ｊ_th＜１０ｋＡ／ｃｍ² とするためには、ｄ_act ＜
０．０５μｍとする必要がある。別の計算によれば、活
性層総厚が０．０５μｍ以上ではキャリアオーバーフロ
ーの影響も大きくなることがわかった。

【０１１１】以上から、ＩｎＧａＡｌＮ系レーザでは、
（２）式に示した条件および活性層総厚に対する以下の
範囲で作製することにより、低しきい値での発振が実現
できる。

【０１１２】ｄ_act ＜０．０５μｍ …（４） また、さらに望ましくは、ｄ_act を次の範囲にすると良
い。

【０１１３】ｄ_act ≦０．０４５μｍ …（５） なお、図１２からわかるように、Δｘ・（Ｈ_core／λ）
・（Ｈ_clad／λ）を次の範囲に設定すれば、コンタクト
層等の吸収係数によらず、低しきい値が実現できる。

【０１１４】 Δｘ・（Ｈ_core／λ）・（Ｈ_clad／λ）≧０．１ …（６） （２）式あるいは（５）式はクラッド層厚Ｈ_cladの下限
を与える式であるが、Ｈ_cladが大きくなりすぎてもクラ
ッド層での電圧降下増大や前述のクラック発生等の問題
が生ずる。これを回避するためには、Ｈ_cladを次の範囲
に設定するのが望ましい。

【０１１５】ｘ_Al・Ｈ_clad≦０．１μｍ …（７） さらに望ましくは次の範囲に設定するのが良い。

【０１１６】ｘ_Al・Ｈ_clad≦０．０６μｍ …（８） 実際に図１２からも分かるように、Ｈ_cladはあまり大き
くする必要はなく、（２）式又は（６）式を満たす範囲
であれば上限を次の（９）式で設定することにより、ク
ラッド層での電圧降下を低減できる。

【０１１７】 Δｘ・（Ｈ_core／λ）・（Ｈ_clad／λ）≦０．２ …（９） さらに図１２から、以下の範囲でも十分低いしきい値が
得られる。

【０１１８】 Δｘ・（Ｈ_core／λ）・（Ｈ_clad／λ）≦０．１５ …（１０） 以上をまとめると、クラッド層厚Ｈ_cladの範囲として、
下限は（２）式、さらに望ましくは（６）式で設定し、
上限は（７）式、さらに望ましくは（８）式の範囲、も
しくは（９）式、さらに望ましくは（１０）式の範囲に
設定すれば良い。

【０１１９】これに加えて、活性層井戸層厚ｄ_act を
（４）式さらに望ましくは（５）式の範囲に設定するこ
とにより、低しきい値での発振を実現できる。

【０１２０】図７〜図１１でもう１つ注目すベき点は、
導波層のＩｎ組成がある程度大きく、かつ導波層厚が大
きい場合には、クラッド層厚にかかわらず、しきい値が
無限大とはならない場合があることである。このような
場合には、導波構造が通常の屈折率導波から反導波に変
わる領域でもしきい値があまり大きく変わらない（図８
（ａ）及び図８（ｂ）参照）。従って、このような構造
パラメータの範囲でレーザを作製すれば、しきい値が低
く、かつパラメータの許容度も大きいため、極めて有効
である。この範囲は以下の近似式で与えられる。

【０１２１】 （ｙ_In）^1/2 ・（Ｈ_core／λ）≧０．１５ …（１１） さらに望ましくは、以下の範囲に設定すればより許容度
が大きい。

【０１２２】 （ｙ_In）^1/2 ・（Ｈ_core／λ）≧０．２ …（１２） すなわち、導波層がＩｎを含み、かつ（１１）式または
（１２）式を満たすように設定すれば、低しきい値で、
作製許容度も大きいレーザを実現できる。

【０１２３】以上に述べた低しきい値化のための層構造
設計例を図１３に示す。この例ではＭＱＷの構造として
Ｉｎ_0.2 Ｇａ_0.8 Ｎ井戸層（２ｎｍ）／Ｉｎ_0.05Ｇａ
_0.95Ｎ障壁層（４ｎｍ）を１周期とする場合の例を挙げ
たが、勿論これ以外の構成も可能である。図１３の例は
全て（２）式および（５）式の条件を満たしている。ま
た［２］〜［８］はこれに加えて（１１）式の条件も満
たしている。［６］はさらに（１２）式の条件も満たし
ている例である。層構造は対称である必要はなく、
［７］、［８］のように非対称であってもよい。

【０１２４】図１０と図１１を比較してわかるように、
コンタクト層等のクラッド層外側の層の屈折率がクラッ
ド層の屈折率より大きい場合には、吸収係数が大きい方
が望ましい。この吸収係数の値は、図１２に基づき、次
の（１３）式で示される。

【０１２５】α≧１００ｃｍ^-1 …（１３） さらに望ましくはα≧５００ｃｍ^-1 …（１４） の範囲にあるのがよい。吸収係数を大きくする方法とし
ては、不純物濃度を高くする以外にも、ＩｎＧａＮコン
タクト層を用いることが有効である。特に井戸層のバン
ドギャップよりも小さいバンドギャップをもつＩｎＧａ
Ｎの使用も有効である。

【０１２６】（しきい値の低減）多重量子井戸（ＭＱ
Ｗ）構造はレーザのしきい値低減に有効である。本発明
に係るＩｎＧａＡｌＮ系の半導体レーザは、このＭＱＷ
構造を横モード制御構造と共に用いたことにより、しき
い値低減効果を顕著に示す。これは、ＭＱＷによるしき
い値低減に加え横モード制御構造によるしきい値低減の
効果が加わり、またＩｎＧａＡｌＮ系で大きな問題であ
るコンタクト抵抗も大幅に低減できるからである。

【０１２７】この効果を、図１４（ａ）〜図１４（ｃ）
を用いて説明する。図１４（ａ）は従来の電極ストライ
プ構造のＩｎＧａＡｌＮレーザにおける電流分布を示し
ている。この構造では、利得導波による基本横モード発
振を実現するために、電極ストライプ幅を数μｍオーダ
ーの極めて小さい値にする必要がある。しかし、ストラ
イプ幅を極めて小さくするととｐ型コンタクト抵抗が著
しく増大し、この部分における熱の発生によって室温で
の連続発振は殆ど不可能になる。

【０１２８】これを防ぐには、ストライプ幅を大きくす
るか、しきい値を下げればよい。しかし、前者では基本
横モード発振が得られなくなり、後者では電流密度低減
により、図１４（ｂ）のようにコア領域で電流が広がっ
てしまい、やはり基本横モード発振が得られなくなる。

【０１２９】これに対して、本発明による横モード制御
構造では、光閉込め層により発振横モードが決定される
ため電流値によるモードへの影響は殆どなく、また光閉
込め層が電流狭窄層の役割も果たしているために、電流
値も低減できる。これとＭＱＷによるしきい値低減効果
により、動作電流は大幅に低減できる。さらに、図１４
（ｃ）に示したようにｐ型コンタクト層で電流が広がる
ので、コンタクト抵抗は大幅に低減でき、熱の発生もな
くなる。従って、この構造によって初めて室温での連続
発振が可能となる。

【０１３０】（キャリアオーバーフロー防止）ＩｎＧａ
ＡｌＮ系では、前述した成長時のクラックの問題に加
え、高キャリア濃度のｐ型結晶を得ることが難しいとい
う問題がある。ｐ型クラッド層のキャリア濃度が低い
と、活性層からｐ型クラッド層への電子のオーバーフロ
ーが起こり、しきい値を著しく増大させてしまう。特
に、クラッド層キャリア濃度が１０¹⁷ｃｍ^-3より低い
と、これが顕著である。実際の結晶では、クラッド層に
用いるようなＡｌ組成の大きい結晶で特に高キャリア濃
度を得るのが困難のため、問題である。

【０１３１】低キャリア濃度でもキャリアオーバーフロ
ーが起こるのを防ぐため、本実施形態では、ＭＱＷ活性
層１６と導波層１４，１８との間に、ＧａＡｌＮからな
るキャリアオーバーフロー防止層１５，１７を設けてい
る。このオーバーフロー防止層１５，１７は５ｎｍ〜５
００ｎｍの非常に薄い層であるため、導波モード分布の
形状には殆ど影響を与えないが、活性層とのへテロバリ
アの効果により、キャリアオーバーフローを効果的に防
止することができる。

【０１３２】このオーバーフロー防止層は、クラッド層
のキャリア濃度が低い場合に特に効果が顕著である。Ｉ
ｎＧａＡｌＮ系では、比較的高いキャリア濃度のｎ型Ｇ
ａＡｌＮ層を形成できるため、ｎ側のオーバーフロー防
止層はなくても良い。但し、結晶のモフォロジー改善等
の目的でキャリア濃度を低減する場合には、ｎ側のオー
バーフロー防止層があった方が良い。これは、ｐ側キャ
リアオーバーフロー防止層についても同様であって、１
０¹⁷ｃｍ^-3程度或いはそれ以上のキャリア濃度のｐ型ク
ラッド層を用いる場合には、キャリアオーバーフロー防
止層は不要となる。

【０１３３】ｐ型クラッド層１９のキャリア濃度が低い
場合のｐ側オーバーフロー防止層１７の効果を図１５及
び図１６に示す。図１５はｐ型クラッド層１９のキャリ
ア濃度が１×１０¹⁶ｃｍ^-3で、オーバーフロー防止層が
入っていない場合について、バンド構造及び電子と正孔
の分布を示したものである。図から明らかなように、活
性層からｐ型クラッド層側に著しい電子のオーバーフロ
ーが起こっている。

【０１３４】これに対して、図１６はＭＱＷ活性層１６
とｐ側導波層１８との間にＧａ_0.85Ａｌ_0.15Ｎオーバー
フロー防止層１７を設けた場合を示している。この層１
７によりｐ側への電子のオーバーフローが殆どなくなっ
ていることが分かる。この図では、ｐ側導波層１８はノ
ンドープとし、オーバーフロー防止層１７もノンドープ
とした。ノンドープのオーバーフロー防止層でも、この
図に示したように顕著な効果があるが、ｐ型にドーピン
グすれば、さらに効果は大きい。

【０１３５】キャリアオーバーフロー防止の効果は、オ
ーバーフロー防止層Ｇａ_1-h Ａｌ_hＮのＡｌ組成ｈが大
きい程顕著になるが、一方ｈが大きすぎると、ｐ側から
活性層への正孔の注入が妨げられ、動作電圧上昇の要因
となる。特に、ｈが０．２を越えると動作電圧上昇が顕
著になる。従って、オーバーフロー防止層のＡｌ組成ｈ
は、 ０＜ｈ＜０．２ …（１５） の範囲にあることが望ましい。

【０１３６】なお、キャリアオーバーフロー防止層はＧ
ａＡｌＮに限るものではなく、更にＩｎを含むものであ
ってもよく、また更にＢを含むものであってもよい。即
ちキャリアオーバーフロー防止層は、Ｉｎ_s Ｇａ_t Ａｌ
_h Ｂ_1-s-t-h Ｎ（０≦ｓ，ｔ，ｈ，ｓ＋ｔ＋ｈ≦１）か
らなり、導波層よりもバンドギャップエネルギーが大き
いものであればよい。また、必ずしもＭＱＷ層に接して
設ける必要はなく、導波層の途中にあってもよい。さら
に、一層のみである必要もなく、複数層を多段に設けて
もよい。

【０１３７】上述したように本実施形態によれば、Ｉｎ
ＧａＡｌＢＮ系半導体レーザにおいて、ダブルへテロ構
造部にクラッド層のリッジ部を形成し、その側面にクラ
ッド層より屈折率の高い光閉込め層を設けることによ
り、しきい電流密度の低減と共に、基本横モードでの連
続発振を実現することができる。また、光ディスクシス
テム等の光源に適した非点収差のない良質の出射ビーム
を得ることができる。

【０１３８】（第２の実施形態）図１７は、本発明の第
２の実施形態に係わる半導体レーザの構成を示す断面図
である。

【０１３９】図中３０はサファイア基板であり、この基
板３０の上にＧａＮバッファ層３１，ｎ型ＧａＮコンタ
クト層３２，ｎ型ＧａＡｌＮクラッド層３３，ｎ型Ｇａ
Ｎ導波層３４，ｎ型ＧａＡｌＮオーバーフロー防止層３
５，ＩｎＧａＮからなる単一量子井戸（ＳＱＷ）活性層
３６，ｐ型ＧａＡｌＮオーバーフロー防止層３７，ｐ型
ＧａＮ導波層３８，ｐ型ＧａＡｌＮクラッド層３９が成
長形成されている。なお、これらの結晶成長はＭＯＣＶ
Ｄ法或いはＭＢＥ法によって行われる。

【０１４０】ｐ型ＧａＡｌＮクラッド層３９はストライ
プ部分を除いてその途中までエッチング除去され、これ
によりクラッド層３９にストライプ状のリッジ部が形成
されている。ｐ型ＧａＡｌＮクラッド層３９のリッジ部
以外に、ｎ型ＩｎＧａＮ光閉込め層４０が選択的に埋込
み形成され、さらにクラッド層３９及び光閉込め層４０
上には、ｐ型ＧａＮ層４１，ｐ型ＩｎＧａＮコンタクト
層４２が成長形成されている。これらの結晶成長も、Ｍ
ＯＣＶＤ法或いはＭＢＥ法によって行われる。ｐ型Ｉｎ
ＧａＮコンタクト層４２からｎ型ＧａＡｌＮクラッド層
３３までが部分的に除去され、ｎ型ＧａＮコンタクト層
３２の一部が露出している。そして、ｐ型ＧａＮコンタ
クト層４２上にはｐ側電極４３が形成され、ｎ型ＧａＮ
コンタクト層３２の露出部上にはｎ側電極４４が形成さ
れている。

【０１４１】本実施形態が図１に示した第１の実施形態
と異なる点は、活性層部が多重量子井戸ではなく、Ｉｎ
ＧａＮからなる単一量子井戸となっていることである。
単一量子井戸とすることにより、しきい値を低減する設
計が可能である。この場合、光閉込めが小さくなるた
め、通常は導波損失増大によりしきい値が上昇してしま
うが、導波層厚を最適化することにより導波損失を低減
でき、しきい値も下げることが可能である。

【０１４２】この実施形態では、さらにコンタクト層４
２としてｐ型ＩｎＧａＮを用いている。ｐ型ＩｎＧａＮ
はｐ型ＧａＮに比べてバンドギャップが小さいので、電
極との間のショットキー障壁を低減でき、コンタクト抵
抗をより低減することが可能となる。

【０１４３】（第３の実施形態）図１８は、本発明の第
３の実施形態に係わる半導体レーザの構成を示す断面図
である。

【０１４４】図中５０はｎ型ＳｉＣ基板であり、この基
板５０の上にｎ型ＺｎＯバッファ層５１，ｎ型ＧａＮ層
５２，ｎ型ＧａＡｌＮクラッド層５３，ｎ型ＧａＮ導波
層５４，ｎ型ＧａＡｌＮオーバーフロー防止層５５，Ｉ
ｎＧａＮ多重量子井戸（ＭＱＷ活性層）５６，ｐ型Ｇａ
ＡｌＮオーバーフロー防止層５７，ｐ型ＧａＮ導波層５
８，ｐ型ＧａＡｌＮクラッド層５９が成長形成されてい
る。なお、これらの結晶成長はＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ
法、或いは両者の組合わせによって行われる。

【０１４５】ｐ型ＧａＡｌＮクラッド層５９はストライ
プ部分を除いてその途中までエッチング除去され、これ
によりクラッド層５９にストライプ状のリッジ部が形成
されている。ｐ型ＧａＡｌＮクラッド層５９のリッジ部
以外に、ｎ型ＩｎＧａＮ光閉込め層６０が選択的に埋込
み形成され、さらにクラッド層５９及び光閉込め層６０
上には、ｐ型ＧａＮコンタクト層６１が成長形成されて
いる。そして、ｐ型ＧａＮコンタクト層６１上にはｐ側
電極６２が形成され、ｎ型ＳｉＣ基板５０の裏面にはｎ
側電極６３が形成されている。

【０１４６】本実施形態では、基板５０として導電性の
ｎ型ＳｉＣ基板を用いている。これにより、電流を上下
方向に流すことができるため、マウント等がより容易と
なり、また熱抵抗も低減される。

【０１４７】以上の実施形態では光閉込め層としてＩｎ
ＧａＮの場合を示したが、本発明はこれに限定するもの
ではなく、バンドギャップエネルギーが活性層よりも小
さいＩｎ_p Ｇａ_q Ａｌ_r Ｂ_1-p-q-r Ｎ（０＜ｐ≦１，０
≦ｑ，ｒ＜１，０＜ｐ＋ｑ＋ｒ≦１）であれば良い。ま
た、クラッド層もＧａＡｌＮのみならず、Ｉｎ_x Ｇａ_y
Ａｌ_z Ｂ_1-x-y-z Ｎ（０≦ｘ，ｙ，ｚ，ｘ＋ｙ＋ｚ≦
１）を用いることができる。

【０１４８】図１５及び図１６で示されているようにＭ
ＱＷへの電子，正孔の注入は一般に不均一となり、しき
い値増加の要因の一つとなる。これは、ＭＱＷの層数が
多いほど顕著になる。この不均一を低減するには障壁層
の厚さを小さくすることが有効である。特に、障壁層の
厚さが井戸層の厚さを越えないように設定すると、比較
的均一な注入が得られ、しきい値が低減される。

【０１４９】（第４の実施形態）図１９は本発明の第４
の実施形態に係わる半導体レーザの構成を示す断面図で
ある。

【０１５０】図中７０はサファイア基板であり、この基
板７０の上にＧａＮバッファ層７１，ｎ型ＧａＮコンタ
クト層７２，ｎ型ＧａＡｌＮクラッド層７３，ｎ型Ｇａ
Ｎ導波層７４，ＩｎＧａＮ多重量子井戸７５，ｐ型Ｇａ
Ｎ導波層７６，ｐ型ＧａＡｌＮクラッド層７７，ｐ型Ｇ
ａＮキャップ層７８，ｐ型ＩｎＧａＮ光閉込め層７９が
形成されている。ｐ型ＩｎＧａＮ光閉込め層７９は同時
にｐ型コンタクト層の役割も果たしている。これらの結
晶成長はＭＯＣＶＤ法或いはＭＢＥ法によって行われ
る。

【０１５１】ｐ型ＧａＮキャップ層７８及びｐ型ＧａＡ
ｌＮクラッド層７７はストライプ部分を除いてクラッド
層の途中までエッチング除去され、これによりクラッド
層７７にストライプ状のリッジ部が形成されている。こ
の上にｐ型ＩｎＧａＮ光閉込め層／コンタクト層７９が
形成される。この結晶成長もＭＯＣＶＤ法或いはＭＢＥ
法によって行われる。

【０１５２】ｐ型ＩｎＧａＮ光閉込め層／コンタクト層
７９からｎ型ＧａＡＩＮクラッド層７３までが部分的に
除去され、ｎ型ＧａＮコンタクト層７２の一部が露出し
ている。この後、ｐ型ＩｎＧａＮ光閉込め層／コンタク
ト層７９上にはｐ側電極８０、ｎ型ＧａＮコンタクト層
７２の露出部上にはｎ側電極８１が形成される。ｐ側電
極８０には、例えばＰｔ／ＴｉＮ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕの
積層構造、ｎ側電極８１には、例えばＴｉ／Ａｕの積層
構造等が用いられる。

【０１５３】このレーザの活性層部はＩｎ_a Ｇａ_1-a Ｎ
井戸層／Ｉｎ_e Ｇａ_1-e Ｎ障壁層（ａ≧ｅ）からなる多
重量子井戸、及びＧａＮ導波層を設けたＳＣＨ構造とな
っている。

【０１５４】図１９に示した構造の特徴はｐ型ＩｎＧａ
Ｎ光閉込め層７９がコンタクト層を兼ねていることであ
る。このため、結晶成長は２回で済み、２回目の再成長
も選択成長である必要はない。従って、極めて簡単なプ
ロセスで横モード制御構造が実現できることになる。こ
の構造では、発振波長に対して吸収係数の大きいＩｎＧ
ａＮ層がストライプ外で活性層に近接して設けられてい
るので、ストライプ外の等価屈折率実数部がストライプ
部より小さくなり、これにより水平方向の横モード閉込
めが実現される。

【０１５５】一方、この構造における電流狭窄は、ｐ型
ＧａＡｌＮクラッド層７７とｐ型ＩｎＧａＮ光閉込め層
７９との間のヘテロ障壁により実現される。即ち、図２
０（ａ）に示したように、ｐ型ＧａＡｌＮクラッド層と
ｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層との界面における価電子側
のバンド不連続により生じるヘテロ障壁のために、この
界面では電流が殆ど流れない。一方、ストライプ部で
は、ｐ型ＧａＡｌＮクラッド層７７とｐ型ＩｎＧａＮコ
ンタクト層７９との間に両者の中間のバンドギャップエ
ネルギーを有するｐ型ＧａＮキャップ層７８が設けられ
ているために、図２０（ｂ）に示したようにヘテロ障壁
高さが低減され、電流が容易に流れる。

【０１５６】ＩｎＧａＮ層を光閉込め層／コンタクト層
に用いることの、もう一つの利点は、その下のクラッド
層のキャリア密度として高い値を実現できることであ
る。本発明者らの実験によれば、Ｉｎ組成が０より大き
いＩｎＧａＡｌＮを設けた構造では、その下のクラッド
層のキャリア密度が高くなることが明らかになった。例
えば、ＧａＮコンタクト層のみの場合にはｐ型クラッド
層のキャリア密度が１×１０¹⁶ｃｍ^-3以下であったもの
が、ＩｎＧａＮ層を設けることにより、５×１０¹⁶ｃｍ
^-3以上とすることができた。これは水素（Ｈ）等による
Ｍｇアクセプタの不活性化が抑制されることに起因する
ものである。これにより、ＩｎＧａＡｌＮ光閉込め層を
設けない構造に比べてキャリアオーバーフローが大幅に
低減されることが分った。

【０１５７】図２０の計算例では、ｐ型クラッド層がキ
ャリア密度５×１０¹⁶ｃｍ^-3のＧａ_0.85Ａｌ_0.15Ｎ、ｐ
型コンタクト層がキャリア密度１×１０¹⁷ｃｍ^-3のＩｎ
_0.15Ｇａ_0.85Ｎ、ｐキャップ層がキャリア密度１×１０
¹⁷ｃｍ^-3のＧａＮの場合を示している。これらの組み合
わせは、これに限ったものではなく、ｐ型クラッド層と
ｐ型コンタクト層とのヘテロ障壁が電流阻止に十分な大
きさを持っていれば良い。

【０１５８】図２０（ａ）のｐ型クラッド層とｐ型コン
タクト層が、それぞれｐ型Ｇａ_0.85Ａｌ_0.15Ｎ（キャリ
ア密度５×１０¹⁶ｃｍ^-3）、ｐ型Ｉｎ_x Ｇａ_1-x Ｎ（キ
ャリア密度１×１０¹⁷ｃｍ^-3）の場合の電流密度−電圧
特性を図２１に示す。図２０（ｂ）のキャップ層はｘ＝
０のＧａＮで、この場合には電圧〜３．７Ｖでレーザ発
振が得られる（この電圧にはコンタクト抵抗等は含めて
いない）。一方、Ｉｎ組成ｘが大きくなると電流が流れ
難くなることが分る。ｘが０．１より大きい動作電圧
（〜３．７Ｖ）での電流値は１／２以下となり、図１９
に示す構造のときに十分な電流狭窄効果が得られる。

【０１５９】このヘテロ障壁による電流阻止効果は、ｐ
型クラッド層とｐ型コンタクト層とのバンドギャップ差
だけでなく、２つの層のキャリア密度にも依存する。例
えば、ｐ型クラッド層のキャリア密度が１×１０¹⁷ｃｍ
^-3より大きくなると、電流阻止の効果は低減する。従っ
て、図１９に示す構造においてヘテロ障壁による電流阻
止効果を十分得るためには、ｐ型クラッド層のキャリア
密度を１×１０¹⁷ｃｍ^-3以下、ｐ型クラッド層のＡｌ組
成とｐ型コンタクト層のＩｎ組成の和を０．２５以上と
することが望ましい。また、キャリアオーバーフロー低
減の観点からはｐ型クラッド層キャリア密度は低すぎな
い方が良く、望ましくは５×１０¹⁶ｃｍ^-3以上が良い。

【０１６０】また、ヘテロ障壁による電流阻止効果はｐ
型ＧａＡｌＮ／ｐ型ＩｎＧａＮの組み合わせに限るもの
ではない。この材料系は組成によりバンドギャップ差を
大きくとることができるので、価電子帯側のバンド不連
続と同様に、伝導帯側のバンド不連続も大きくなる。図
２２に、ｎ型Ｇａ_0.85Ａｌ_0.15Ｎ（キャリア密度５×１
０¹⁷ｃｍ^-3）、ｎ型Ｉｎ_x Ｇａ_1-x Ｎ（キャリア密度１
×１０¹⁸ｃｍ^-3）をそれぞれクラッド層及びコンタクト
層に用いた場合の電流密度−電圧特性を示す。ｎコンタ
クト層のＩｎ組成ｘが大きくなると電流が流れ難くなる
ことが明らかである。この場合にはｘ≧０．１５で十分
な電流阻止効果が得られる。

【０１６１】（第５の実施形態）図２３は、本発明の第
５の実施形態に係わる半導体レーザの構成を示す断面図
である。

【０１６２】図中９０はサファイア基板であり、この基
板９０の上にＧａＮバッファ層９１，ｐ型ＧａＮコンタ
クト層９２，ｐ型ＧａＡｌＮクラッド層９３，ｐ型Ｇａ
Ｎ導波層９４，ＩｎＧａＮ多重量子井戸９５，ｎ型Ｇａ
Ｎ導波層９６，ｎ型ＧａＡｌＮクラッド層９７，ｎ型Ｇ
ａＮキャップ層９８，ｎ型ＩｎＧａＮ光閉込め層９９が
形成されている。ｎ型ＩｎＧａＮ光閉込め層９９は同時
にｎ型コンタクト層の役割も果たしている。

【０１６３】ｎ型ＧａＮキャップ層９８及びｎ型ＧａＡ
ｌＮクラッド層９７はストライプ部分を除いてクラッド
層の途中までエッチング除去され、これによりクラッド
層９７にストライプ状のリッジ部が形成されている。こ
の上にｎ型ＩｎＧａＮ光閉込め層／コンタクト層９９が
形成される。

【０１６４】ｎ型ＩｎＧａＮ光閉込め層／コンタクト層
９９からｐ型ＧａＡｌＮクラッド層９３までが部分的に
除去され、ｐ型ＧａＮコンタクト層９２の一部が露出し
ている。この後、ｎ型ＩｎＧａＮ光閉込め層／コンタク
ト層９９上にはｎ側電極１００、ｐ型ＧａＮコンタクト
層９２の露出部上にはｐ側電極１０１が形成されてい
る。

【０１６５】図２３に示した構造では、ｎ型ＩｎＧａＮ
光閉込め層９９がコンタクト層を兼ねている。従って、
図１９の場合と同様に、結晶成長は２回で済む。横モー
ド制御の原理は図１９の場合と同じであり、また電流狭
窄は、ｎ型ＧａＡｌＮクラッド層９７とｎ型ＩｎＧａＮ
光閉込め層９９との間のヘテロ障壁により実現される。
このヘテロ障壁による電流阻止の効果は図２２に示した
通りである。

【０１６６】ヘテロ障壁による電流阻止効果は、２種類
の材料のバンドギャップ差が大きい程顕著であるので、
組成差の大きい組み合わせが望ましい。しかしながら、
一方でストライプ部では、バンドギャップ差が大きすぎ
ると、例え中間のバンドギャップを持つキャップ層を設
けたとしても、電流が流れ難くなる場合もある。これを
改善するには、中間のバンドギャップを持ち、そのバン
ドギャップの値が異なる複数のキャップ層を設けると良
い。

【０１６７】（第６の実施形態）図２４は、本発明の第
６の実施形態に係わる半導体レーザの構成を示す断面図
である。

【０１６８】図中１１０はサファイア基板であり、この
基板１１０の上にＧａＮバッファ層１１１，ｎ型ＧａＮ
コンタクト層１１２，ｎ型Ｇａ_0.85Ａｌ_0.15Ｎクラッド
層１１３，ｎ型ＧａＮ導波層１１４，ＩｎＧａＮ多重量
子井戸１１５，ｐ型ＧａＮ導波層１１６，ｐ型Ｇａ_0.85
Ａｌ_0.15Ｎクラッド層１１７，ｐ型ＧａＮ第１キャップ
層１１８，ｐ型Ｉｎ_0.07Ｇａ_0.93Ｎ第２キャップ層１１
９，ｐ型Ｉｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ光閉込め層１２０が形成さ
れている。ｐ型ＩｎＧａＮ光閉込め層１２０は同時にｐ
型コンタクト層の役割も果たしている。また、図中の１
２１はｐ側電極、１２２はｎ側電極である。

【０１６９】この図に示した構造ではｐ型Ｇａ_0.85Ａｌ
_0.15Ｎクラッド層１１７とｐ型Ｉｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ光閉
込め層１２０との組成差が大きくバンドギャップ差が大
きいために、ヘテロ障壁による電流阻止効果が大きい。
一方、ストライプ部のクラッド層上には、ｐ型Ｇａ_0.85
Ａｌ_0.15Ｎクラッド層１１７とｐ型Ｉｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ
光閉込め層１２０との中間のバンドギャップを持つ２種
類のキャップ層を設けてある。バンドギャップはｐ型ク
ラッド層，第１キャップ層，第２キャップ層，光閉込め
層の順に小さくなっていくため、ヘテロ障壁が段階的に
低減され、より電流が流れ易い構造となっている。

【０１７０】図２４の実施形態では中間バンドギャップ
を持つキャップ層を２層としたが、これに限るものでは
なく、クラッド層と光閉込め層とのバンドギャップ差に
応じて、さらに多段階のキャップ層を導入することも勿
論可能である。

【０１７１】（第７の実施形態）図２５は、本発明の第
７の実施形態に係わる半導体レーザの構成を示す断面図
である。

【０１７２】図中１３０はサファイア基板であり、この
基板１３０の上にＧａＮバッファ層１３１，ｎ型ＧａＮ
コンタクト層１３２，ｎ型Ｇａ_0.85Ａｌ_0.15Ｎクラッド
層１３３，ｎ型ＧａＮ導波層１３４，ＩｎＧａＮ多重量
子井戸１３５，ｐ型ＧａＮ導波層１３６，ｐ型Ｇａ_0.85
Ａｌ_0.15Ｎ第１ｐ型クラッド層１３７，ｐ型Ｇａ_0.85Ａ
ｌ_0.15Ｎ第２ｐ型クラッド層１３８，ｐ型ＧａＮ第１キ
ャップ層１３９，ｐ型Ｉｎ_0.07Ｇａ_0.93Ｎ第２キャップ
層１４０，ｐ型Ｉｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ光閉込め層１４１が
形成されている。ｐ型ＩｎＧａＮ光閉込め層１４１は同
時にｐ型コンタクト層の役割も果たしている。また、図
中の１４２はｐ側電極、１４３はｎ側電極である。

【０１７３】各層のキャリア密度は、第１ｐ型クラッド
層１３７が５×１０¹⁷ｃｍ^-3、第２ｐ型クラッド層１３
８が５×１０¹⁶ｃｍ^-3、また第１キャップ層１３９，第
２キャップ層１４０，光閉込め層／コンタクト層１４１
はいずれも１×１０¹⁷ｃｍ^-3とした。

【０１７４】この図に示した構造の特徴は、活性層側の
第１ｐ型クラッド層１３７のキャリア密度を大きくして
動作時のキャリアオーバーフローを低減すると共に、光
閉込め層１４１と接する第２ｐ型クラッド層のキャリア
密度を比較的低くして、ヘテロ障壁による電流阻止効果
を確保している点である。ストライプ部で電流が流れる
原理は図１９、図２３及び図２４の場合と同様である。

【０１７５】（第８の実施形態）図２６は、本発明の第
８の実施形態に係わる半導体レーザの構成を示す断面図
である。

【０１７６】図中１５０はサファイア基板であり、この
基板１５０の上にＧａＮバッファ層１５１，ｎ型ＧａＮ
コンタクト層１５２，ｎ型Ｇａ_0.85Ａｌ_0.15Ｎクラッド
層１５３，ｎ型ＧａＮ導波層１５４，ＩｎＧａＮ多重量
子井戸１５５，ｐ型ＧａＮ導波層１５６，ｐ型Ｇａ_0.85
Ａｌ_0.15Ｎ第１ｐ型クラッド層１５７，ｐ型Ｇａ_0.85Ａ
ｌ_0.15Ｎ第２ｐ型クラッド層１５８，ｐ型Ｇａ_0.85Ａｌ
_0.15Ｎ第３ｐ型クラッド層１５９，ｐ型ＧａＮキャップ
層１６０，ｐ型Ｉｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ光閉込め層１６１が
形成されている。ｐ型ＩｎＧａＮ光閉込め層１６１は、
同時にｐ型コンタクト層の役割も果たしている。また、
図中の１６２はｐ側電極、１６３はｎ側電極である。

【０１７７】この実施形態における各層のキャリア密度
は、第１ｐ型クラッド層１５７が５×１０¹⁷ｃｍ^-3、第
２ｐ型クラッド層１５８が５×１０¹⁶ｃｍ^-3、第３ｐ型
クラッド層１５９が５×１０¹⁷ｃｍ^-3、また、キャップ
層１６０、光閉込め層／コンタクト層１６１はいずれも
１×１０¹⁷ｃｍ^-3である。

【０１７８】この図に示した構造の特徴は、活性層側の
第１ｐ型クラッド層１５７のキャリア密度を大きくして
動作時のキャリアオーバーフローを低減すると共に、光
閉込め層１６１と接する第２ｐ型クラッド層のキャリア
密度を比較的低くして、ヘテロ障壁による電流阻止効果
を確保し、さらにキャップ層１６０と接する第３ｐ型ク
ラッド層のキャリア密度を高くして、ストライプ部でよ
り電流が流れ易いようにしていることである。

【０１７９】（第９の実施形態）図２７は、本発明の第
９の実施形態に係わる半導体レーザの構成を示す断面図
である。

【０１８０】図中１７０はサファイア基板であり、この
基板１７０の上にＧａＮバッファ層１７１，ｎ型ＧａＮ
コンタクト層１７２，ｎ型Ｇａ_0.85Ａｌ_0.15Ｎクラッド
層１７３，ｎ型ＧａＮ導波層１７４，ＩｎＧａＮ多重量
子井戸１７５，ｐ型ＧａＮ導波層１７６，ｐ型Ｇａ_0.85
Ａｌ_0.15Ｎ第１ｐ型クラッド層１７７，ｐ型Ｇａ_0.85Ａ
ｌ_0.15Ｎ第２ｐ型クラッド層１７８，ｐ型Ｇａ_0.85Ａｌ
_0.15Ｎ第３ｐ型クラッド層１７９，ｐ型ＧａＮキャップ
層１８０，ｐ型Ｉｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ光閉込め層１８１，
ｐ型Ｉｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎコンタクト層１８２が形成され
ている。また、図中の１８３はｐ側電極、１８４はｎ側
電極である。

【０１８１】この実施形態における各層のキャリア密度
は、第１ｐ型クラッド層１７７が５×１０¹⁷ｃｍ^-3、第
２ｐ型クラッド層１７８が５×１０¹⁶ｃｍ^-3、第３ｐ型
クラッド層１７９が５×１０¹⁷ｃｍ^-3、キャップ層１８
０が１×１０¹⁷ｃｍ^-3、光閉込め層１８１が１×１０¹⁷
ｃｍ^-3、コンタクト層１８２が５×１０¹⁷ｃｍ^-3であ
る。

【０１８２】この図に示した構造の特徴は、図２６に示
した第８の実施形態における特徴に加えて、ｐ電極側
に、さらにキャリア密度の高いコンタクト層１８２を設
けていることである。これにより、コンタクト抵抗が低
減されるために、動作電圧を大幅に低減することができ
る。

【０１８３】なお、このようなキャリア密度の高いコン
タクト層を設ける構造は、この実施形態に限るものでは
なく、第４〜第７の実施形態構造に対しても適用できる
ことはいうまでもない。

【０１８４】（第１０の実施形態）図２８は、本発明の
第１０の実施形態に係わる半導体レーザの構成を示す断
面図である。

【０１８５】図中１９０はサファイア基板であり、この
基板１９０の上にＧａＮバッファ層１９１，ｎ型ＧａＮ
コンタクト層１９２，ｐ型ＩｎＧａＮ光閉込め層１９３
が形成されている。ｐ型ＩｎＧａＮ光閉込め層１９３及
びｎ型ＧａＮコンタクト層１９２の上部は、その一部が
エッチングされ、ストライプ状の溝が形成される。この
上に、ｎ型ＧａＡｌＮクラッド層１９４，ｎ型ＧａＮ導
波層１９５，ＩｎＧａＮ多重量子井戸１９６，ｐ型Ｇａ
Ｎ導波層１９７，ｐ型ＧａＡｌＮクラッド層１９８，ｐ
型ＧａＮ層１９９，ｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層２００
が形成されている。つまり、ｎ型ＧａＡｌＮクラッド層
１９４に下側に凸のリッジ部が形成されている。また、
図中の２０１はｐ側電極、２０２はｎ側電極である。

【０１８６】この実施形態では、光閉込め層１９３が活
性層より基板側に位置している。ストライプ両側では光
閉込め層１９３と量子井戸活性層１９６とが近接してい
るために、光閉込め層１９３の吸収損失の影響で等価屈
折率の実数部が小さくなり、これにより形成された等価
屈折率分布によって、水平方向の横モード閉込めが実現
される。また、この光閉込め層１９３は同時に、電流狭
窄層としての働きも持っている。

【０１８７】図２８の構造を作製する際の結晶成長は、
１回目の成長及び２回目の成長共にＭＯＣＶＤ法又はＭ
ＢＥ法で行われる。この構造も結晶成長が２回で済むと
いう利点がある。

【０１８８】（第１１の実施形態）図２９は、本発明の
第１１の実施形態に係わる半導体レーザの構成を示す断
面図である。

【０１８９】図中２１０はサファイア基板であり、この
基板２１０の上にＧａＮバッファ層２１１，ｐ型ＧａＮ
コンタクト層２１２，ｐ型ＩｎＧａＮ光閉込め層２１３
が形成されている。ｐ型ＩｎＧａＮ光閉込め層２１３及
びｐ型ＧａＮコンタクト層２１２の上部は、その一部が
エッチングされ、ストライプ状の溝が形成される。この
上に、ｐ型ＧａＡｌＮクラッド層２１４，ｐ型ＧａＮ導
波層２１５，ＩｎＧａＮ多重量子井戸２１６，ｎ型Ｇａ
Ｎ導波層２１７，ｎ型ＧａＡｌＮクラッド層２１８，ｎ
型ＧａＮ層２１９，ｎ型ＩｎＧａＮコンタクト層２２０
が形成されている。また、図中の２２１はｐ側電極、２
２２はｎ側電極である。

【０１９０】この実施形態では、各層の導電型が図２８
に示した実施形態とは一部を除いて逆になっている。横
モード閉込めが光閉込め層２１３により実現されている
点は図２８の場合と同様であるが、図２９の実施形態に
おける電流狭窄はｐ型ＧａＡｌＮクラッド層２１４とｐ
型ＩｎＧａＮ光閉込め層２１３とのヘテロ障壁により実
現されている。この原理は、前記図１９、図２４〜図２
７等で示したものと同様である。

【０１９１】これまでの実施形態では、コンタクト層と
してＩｎＧａＮを用いた場合を示したが、この材料に限
定されるものではなく、ＩｎＧａＢＮ或いはＩｎＧａＡ
ｌＢＮとしても良い。特にｐ型コンタクト層の場合、ｐ
型ＩｎＧａＢＮ或いはｐ型ＩｎＧａＡｌＢＮとすること
によって、低抵抗のコンタクト層が得られた。また、他
の各層も本発明の条件を満たす範囲で、ＩｎＧａＡｌＢ
Ｎを用いることができる。

【０１９２】また、基板もサファイア基板に限定される
ものではなく、ＳｉＣ，ＺｎＯ，ＭｇＡｌ₂ Ｏ₄ ，Ｎｄ
ＧａＯ₃ ，ＬｉＧａＯ₂ 、Ｙ₃ Ａｌ₅ Ｏ₁₂（ＹＡＧ），
Ｙ₃Ｆｅ₅ Ｏ₁₂（ＹＩＧ）等を用いることができる。

【０１９３】（第１２の実施形態）図３０は、本発明の
第１２の実施形態に係わる半導体レーザの構成を示す断
面図である。

【０１９４】図中２３０はサファイア基板であり、この
基板２３０の上にＧａＮバッファ層２３１，ｎ型ＧａＮ
コンタクト層２３２，ｎ型Ｇａ_0.85Ａｌ_0.15Ｎクラッド
層２３３，ｎ型ＧａＮ導波層２３４，ＩｎＧａＮ多重量
子井戸２３５，ｐ型ＧａＮ導波層２３６，ｐ型Ｇａ_0.85
Ａｌ_0.15Ｎクラッド層２３７，ｐ型ＧａＮキャップ層２
３８，ｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層２３９，ｎ型Ｉｎ
_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ光閉込め層２４０，ｐ型ＩｎＧａＮコン
タクト層２４１が形成されている。また、図中の２４２
はｐ側電極、２４３はｎ側電極である。

【０１９５】この実施形態のレーザは次のように作製さ
れる。即ち、まずサファイア基板２３０の上にＧａＮバ
ッファ層２３１，ｎ型ＧａＮコンタクト層２３２，ｎ型
ＧａＡｌＮクラッド層２３３，ｎ型ＧａＮ導波層２３
４，ＩｎＧａＮ多重量子井戸２３５，ｐ型ＧａＮ導波層
２３６，ｐ型ＧａＡｌＮクラッド層２３７，ｐ型ＧａＮ
キャップ層２３８，ｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層２３９
までを順次成長する。この上にＳｉＯ₂ 膜を形成し、フ
ォトリソグラフィ等によりストライプ部を除いてｐ型Ｉ
ｎＧａＮコンタクト層２３９，ｐ型ＧａＮキャップ層２
３８及びｐ型ＧａＡｌＮクラッド層２３７の一部をエッ
チングで除去することによって、ストライプ状のリッジ
を形成する。

【０１９６】次に、２回目の成長でｎ型ＩｎＧａＮ光閉
込め層２４０及びｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層２４１を
形成する。この２回目の成長はストライプ部のＳｉＯ₂
膜を残したまま行われ、これによりＳｉＯ₂ 上には結晶
成長は起こらず、ストライプ外領域のみに成長する、い
わゆる選択成長によって行われる。なお、ｎ電極側のエ
ッチングは２回目の成長の前でも後でも可能である。

【０１９７】本実施形態の特徴は、一見複雑な構造にも
拘らず、結晶成長が２回で済む点である。また、コンタ
クト層がストライプ部及びストライプ外にも形成されて
いるために、全面電極構造をとることができ、ｐ型Ｉｎ
ＧａＮコンタクト層２４１にも電流が広がることによっ
て、コンタクト抵抗を低減することができる。

【０１９８】（第１３の実施形態）図３１は本発明の第
１３の実施形態に係わる半導体レーザの構成を示す斜視
図である。

【０１９９】本実施形態における層構造は図３０に示し
た第１２の実施形態とほぼ同じであるので、その詳しい
説明は省略する。異なる部分は、図３０におけるｐ型Ｉ
ｎＧａＮコンタクト層２３９及び２４１の代わりにｐ⁺
型ＧａＮ層２５０及び２５１を用いていることである。
この層はｐ型ＧａＮキャップ層２３８よりキャリア密度
を高く（例えば７×１０⁷ ｃｍ^-3）設定してあるため、
電流が広がり易いと共に、コンタクト抵抗も低減でき
る。

【０２００】また、図３１の実施形態では、ｎ側電極を
両側に設けた対称構造としている。これにより、ストラ
イプ部での電流分布も対称性が良くなり、より安定な基
本横モード発振を実現できる。

【０２０１】（第１４の実施形態）図３２は本発明の第
１４の実施形態に係る半導体レーザの構成を示す断面図
である。図中２６０はサファイア基板であり、この基板
２６０の上にＧａＮバッファ層２６１、ｎ型ＧａＮコン
タクト層２６２、ｎ型Ｇａ_0.85Ａｌ_0.15Ｎクラッド層２
６３、ｎ型ＧａＮ導波層２６４、ＩｎＧａＮ多重量子井
戸（ＭＱＷ）活性層２６５、ｐ型ＧａＮ導波層２６６、
ｐ型Ｇａ_0.85Ａｌ_0.15Ｎクラッド層２６７、ｐ型ＧａＮ
キャップ層２６８が成長形成されている。ｐ型ＧａＮキ
ャップ層２６８およびｐ型ＧａＡｌＮクラッド層２６７
はストライプ部分を除いてその途中までエッチング除去
され、これによりクラッド層２６７にストライプ状のリ
ッジ部が形成されている。ｐ型ＧａＡｌＮクラッド層２
６７のリッジ部以外の領域にｎ型Ｇａ_0.93Ａｌ_0.07Ｎ光
閉込め層２６９が選択的に埋込み形成され、さらにキャ
ップ層２６８、クラッド層２６７及び光閉込め層２６９
上にはｐ型ＧａＮコンタクト層２７０が形成されてい
る。なお、２７１はｐ電極、２７２はｎ電極である。

【０２０２】本実施形態の特徴は光閉込め層２６９にク
ラッド層２６７よりＡｌ組成の小さいＧａＡｌＮを用い
ていることである。これにより水平方向に反導波構造が
形成され、水平横モードが安定化される。

【０２０３】反導波構造は基本的にはストライプ外の等
価屈折率が大きい場合に実現されるが、良好なビーム特
性を得るためにはストライプ内との等価屈折率差の絶対
値を所定の値より大きく設定することが重要である。前
述した図４からわかるように、｜Δｎ_eq｜≧２×１０^-3
の領域に設定することにより、非点隔差の小さい特性が
得られる。図３２の実施形態の例では、光閉込め層のＡ
ｌ組成を０．０５≦ｘ_Al≦０．１の領域に設定すること
により、ビーム特性としても優れた反導波構造を実現で
きる。

【０２０４】上述したように本実施形態によれば、Ｉｎ
ＧａＡｌＢＮ系半導体レーザにおいて、ダブルヘテロ構
造部の一方のクラッド層にリッジ部を形成し、このリッ
ジ部側面にクラッド層より屈折率の高い光閉込め層を設
けることにより、しきい電流密度が低減され、かつ安定
な基本横モードでの連続発振が可能となる。

【０２０５】（第１５の実施形態）図３３は本発明の第
１５の実施形態に係る半導体レーザの構成を示す断面図
である。図中２８０はサファイア基板であり、この基板
２８０の上にＧａＮバッファ層２８１、ｎ型ＧａＮコン
タクト層２８２、ｎ型Ｇａ_0.85Ａｌ_0.15Ｎクラッド層２
８３、ｎ型ＧａＮ導波層２８４、ＩｎＧａＮ多重量子井
戸（ＭＱＷ）活性層２８５、ｐ型ＧａＮ導波層２８６、
ｐ型Ｇａ_0.85Ａｌ_0.15Ｎクラッド層２８７、ｐ型ＧａＮ
キャップ層２８８が成長形成されている。ｐ型ＧａＮキ
ャップ層２８８およびｐ型ＧａＡｌＮクラッド層２８７
はストライプ部分を除いてエッチング除去され、これに
よりクラッド層２８７にストライプ状のリッジ部が形成
されている。ｐ型ＧａＡｌＮクラッド層２８７のリッジ
部以外の領域にｎ型Ｇａ_0.93Ａｌ_0.07Ｎ光閉込め層２８
９が選択的に埋め込み形成され、さらにキャップ層２８
８、クラッド層２８７及び光閉込め層２８９上にはｐ型
ＧａＮ層２９０、ｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層２９１が
形成されている。２９２はｐ電極、２９３はｎ電極であ
る。

【０２０６】本実施形態では光閉込め層２８９がｐ型Ｇ
ａＮ導波層２８６に接して形成されている点が図３２の
実施形態とは異なる。このような構造においても反導波
構造が実現されることは言うまでもない。

【０２０７】（第１６の実施形態）図３４は本発明の第
１６の実施形態に関わる半導体レーザの構成を示す断面
図である。図中３００はサファイア基板であり、この基
板３００の上にＧａＮバッファ層３０１、ｎ型ＧａＮコ
ンタクト層３０２、ｎ型Ｇａ_0.85Ａｌ_0.15Ｎクラッド層
３０３、ｎ型ＧａＮ導波層３０４、ＩｎＧａＮ多重量子
井戸（ＭＱＷ）活性層３０５、ｐ型ＧａＮ導波層３０
６、ｐ型ＩｎＧａＮキャップ層３０７、ｐ型ＧａＮ層３
０８、ｐ型Ｇａ_0.85Ａｌ_0.15Ｎクラッド層３０９が成長
形成されている。ｐ型ＧａＡｌＮクラッド層３０９、ｐ
型ＧａＮ層３０８はストライプ部分を除いてエッチング
除去され、これにより、クラッド層３０９にストライプ
状のリッジ部が形成されている。この上にｐ型Ｇａ_0.93
Ａｌ_0.07Ｎ光閉込め層３１０、ｐ型ＧａＮコンタクト層
３１１が形成されている。３１２はｐ電極、３１３はｎ
電極である。

【０２０８】本実施形態では、光閉込め層３１０がｐ型
であるため、結晶成長は２回で済む。この構造では、ｐ
型Ｇａ_0.93Ａｌ_0.07Ｎ光閉込め層３１０とｐ型ＩｎＧａ
Ｎキャップ層３０７とのヘテロ障壁により電流狭窄が行
なわれる。すなわち、ストライプ外では、このヘテロ障
壁により電流は流れない。一方、ストライプ部ではｐ型
ＧａＮ層３０８がｐ型ＩｎＧａＮキャップ層３０７とｐ
型ＧａＡｌＮクラッド層３０９との間に形成されている
ため、ヘテロ障壁が低減されて電流が流れる。また、ｐ
型Ｇａ_0.93Ａｌ_0.07Ｎ光閉込め層３１０の屈折率がｐ型
Ｇａ_0.85Ａｌ_{0. 15}Ｎクラッド層３０９より大きいので、
これによる反導波構造で光閉込めが実現される。

【０２０９】（第１７の実施形態）図３５は本発明の第
１７の実施形態に係る半導体レーザの構成を示す断面図
である。図中３２０はサファイア基板であり、この基板
３２０の上にＧａＮバッファ層３２１、ｎ型ＧａＮコン
タクト層３２２、ｎ型Ｇａ_0.85Ａｌ_0.15Ｎクラッド層３
２３、ｎ型ＧａＮ導波層３２４、ＩｎＧａＮ多重量子井
戸（ＭＱＷ）活性層３２５、ｐ型ＧａＮ導波層３２６、
ｐ型Ｇａ_0.85Ａｌ_0.15Ｎ第１クラッド層３２７、ｐ型Ｇ
ａ_0.9 Ａｌ_0.1 Ｎ第２クラッド層３２８が成長形成され
ている。ｐ型Ｇａ_0.9 Ａｌ_0.1 Ｎ第２クラッド層３２
８、ｐ型Ｇａ_0.85Ａｌ_0.15Ｎ第１クラッド層３２７は、
ストライプ部分を除いてエッチング除去され、これによ
り、クラッド層にストライプ状のリッジ部が形成されて
いる。クラッド層３２７、３２８のリッジ部以外の領域
にｐ型ＩｎＧａＮ光閉込め層３２９が選択的に埋込み形
成され、さらに、クラッド層３２８及び光閉込め層３２
９上にはｐ型ＧａＮコンタクト層３３０が形成されてい
る。３３１はｐ電極、３３２はｎ電極である。

【０２１０】本実施形態の導波機構は第１の実施形態と
同様に損失導波型であるが、リッジ形状が上部で広くな
っている点がこれまでの実施形態と異なる。このような
リッジ形状とすることにより、第２クラッド層３２８中
で電流が広がるために、素子の直列抵抗を低減すること
ができる。この構造は、クラッド層をＡｌ組成の異なる
ＧａＡｌＮで構成した多層構造とし、化学エッチングに
よるエッチング速度の差を利用して実現できる。

【０２１１】図３６は上記実施形態の構造を作成するエ
ッチング方法を示したものである。図中、反応容器３４
０は、内部の側壁に沿ってコイル状の金属電極３４１が
設けられ、且つスターラー３４２及びＮａＯＨ溶液３４
３を保持している。ここで、スターラー３４２は、図示
しない容器外のコントローラから回転磁場を受けて回転
し、ＮａＯＨ溶液３４３を攪拌する。ＮａＯＨ溶液３４
３には、ＧａＮ系多層構造を形成した基板３４４が浸さ
れる。

【０２１２】この基板３４４は、容器外の直流電源３４
５の正側に接続されている。また、容器内の金属電極３
４１は、直流電源３４５の負側に接続されている。ここ
で、直流電源３４５をオン状態とすると、基板３４４は
電気化学的にエッチングされる。

【０２１３】このような電気化学的エッチングにより、
エッチングプロファイルを図３５の実施形態に示したよ
うな形状に制御することが可能である。すなわち、図３
７に示したように、Ａｌ組成の高いＧａＡｌＮ程エッチ
ング速度が大きいために、図３５に示した形状が実現さ
れる。また、本実施形態ではｐ型ＧａＮ導波層３２６が
エッチング停止層としての役割も果たしている。

【０２１４】なお、エッチングプロファイルを制御する
ための多層構造は、図３５に示した２層構造に限らず、
３層以上でも良く、さらに例えばＧａ_0.85Ａｌ_0.15Ｎか
らＧａＮまで連続的に組成を変化させたグレーデッド層
であっても良い。また、エッチング溶液もＮａＯＨに限
定されるものではなく、ＫＯＨ、ＨＦ系溶液、ＨＰＯ₃
等の溶液を用いることができる。

【０２１５】（第１８の実施形態）図３８は本発明の第
１８の実施形態に係わる半導体レーザの構成を示す断面
図である。図中３５０はサファイア基板であり、この基
板３５０の上にＧａＮバッファ層３５１、ｎ型ＧａＮコ
ンタクト層３５２、ｎ型Ｇａ_0.85Ａｌ_0.15Ｎクラッド層
３５３、ｎ型ＧａＮ導波層３５４、ＩｎＧａＮ多重量子
井戸（ＭＱＷ）活性層３５５、ｐ型ＧａＮ導波層３５
６、ｐ型Ｇａ_0.85Ａｌ_0.15Ｎ第１クラッド層３５７、ｐ
型Ｇａ_0.9 Ａｌ_0.1 Ｎ第２クラッド層３５８、ｐ型Ｇａ
Ｎキャップ層３５９が成長形成されている。ｐ型ＧａＮ
キャップ層３５９、ｐ型Ｇａ_0.9 Ａｌ_{0. 1} Ｎ第２クラッ
ド層３５８、ｐ型Ｇａ_0.85Ａｌ_0.15Ｎ第１クラッド層３
５７は、ストライプ部分を除いてエッチング除去され、
これにより、クラッド層にストライプ状のリッジ部が形
成されている。クラッド層５７７、５７８のリッジ部以
外の領域にｐ型ＩｎＧａＮ光閉込め層３６０が形成され
ている。３６１はｐ電極、３６２はｎ電極である。

【０２１６】本実施形態における電流狭窄は、ｐ型Ｇａ
_0.85Ａｌ_0.15Ｎ第１クラッド層３５７とｐ型ＩｎＧａＮ
光閉込め層３６０とのヘテロ障壁により実現される。ま
た、エッチングプロファイル制御に関しては上述した通
りである。

【０２１７】（第１９の実施形態）図３９〜図４０は、
本発明の第１９の実施形態に係る半導体レーザの製造工
程図である。図３９（ａ）に示すように、サファイア基
板３７０上には、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）
により、ＧａＮからなる１０〜２００ｎｍ厚のバッファ
層３７１、Ｓｉドープのｎ型ＧａＮからなる４μｍ厚の
ｎ型コンタクト層３７２、Ｓｉドープのｎ型Ｇａ_0.8 Ａ
ｌ_0.2 Ｎからなる２５０ｎｍ厚のｎ型クラッド層３７
３、Ｓｉドープのｎ型ＧａＮからなる２００ｎｍ厚の導
波層３７４、Ｓｉドープのｎ型ＧａＡｌＮオーバーフロ
ー防止層３７５が順次形成される。

【０２１８】続いて、ｎ型ＧａＡｌＮオーバーフロー防
止層３７５上には、１．５ｎｍ厚のノンドープＩｎ_0.25
Ｇａ_0.75Ｎ及び３ｎｍ厚のノンドープＩｎ_0.05Ｇａ_0.95
Ｎの２種類のＩｎＧａＮ層を５０周期繰り返して構成さ
れる多重量子井戸（ＭＱＷ）構造の活性層３７６が形成
される。

【０２１９】そして、活性層３７６上には、Ｍｇドープ
のｐ型ＧａＡｌＮオーバーフロー防止層３７７、Ｍｇド
一プのｐ型ＧａＮからなる２００ｎｍ厚の導波層３７
８、Ｍｇドープのｐ型Ｇａ_0.8 Ａｌ_0.2 Ｎからなるｐ型
クラッド層３７９、Ｍｇドープのｐ型ＧａＮからなる
０．３μｍ厚のキャップ層３８０が順次形成される。

【０２２０】次に、ｐ型ＧａＮキャップ層３８０上に
は、熱ＣＶＤ法により、ＳｉＯ₂ 膜からなる４００ｎｍ
厚の無機マスク層３８１が堆積される。続いて、無機マ
スク層３８１上には、レジスト（ＡＺ４１１０）が１μ
ｍ厚に塗布され、光露光プロセスにより、レジストにス
トライプパターンが転写される。現像後、ウェハーは、
１２０℃の窒素雰囲気のオーブンに２０分間保持され、
ポストペーキングされる。その後、無機マスク層３８１
のＳｉＯ₂ 膜がエッチングされ、無機マスク層とレジス
ト層からなる２層のマスク層が形成される。

【０２２１】次に、図３９（ｂ）に示すように、反応性
イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）法により、ｐ型Ｇ
ａＮキャップ層３８０は、ｐ型ＧａＡｌＮクラッド層３
７９が露出するまでストライプ状にエッチングされる。

【０２２２】ここで、ｐ型ＧａＡｌＮクラッド層の厚さ
は約０．３μｍと薄いため、オーバーエッチングによ
り、僅かに薄くなっても光の閉込め効果に影響を与え
る。このため、本エッチング工程ではオーバーエッチン
グを極力小さくする必要がある。そこで、本実施形態で
は、エッチングガスとしてＣｌ₂ ガスと、ＳＦ₆ との混
合ガスを用いることにより、ＧａＮとＧａＡｌＮの選択
エッチングを行なった。

【０２２３】マイクロ波パワー２００Ｗ、イオン加速電
圧５００Ｖ、Ｃｌ₂ ガス圧力０．４ｍＴｏｒｒ一定と
し、ＳＦ₆ ガスを添加した際のＧａＮとＧａ_1-x Ａｌ_x
Ｎ（ｘ＝０．２）の選択比の変化を図４１に示す。縦軸
はエッチングにおけるＧａＮの選択比であり、横軸は混
合ガスにおけるＳＦ₆ の分圧比である。

【０２２４】ＳＦ₆ ガスの圧力が増加するに従い、選択
比が増加する。これは、ＳＦ₆ ガスを添加することによ
り、ＧａＡｌＮ層のエッチングに際し、表面に脱離し難
いエッチング反応生成物であるＡｌの塩化物が生成され
るためである。

【０２２５】これにより、ＧａＡｌＮ層のエッチング速
度は遅くなり、結果としてＧａＮとの選択比が大きくな
る。本実施形態では、添加ガスとしてＳＦ₆ ガスを用い
たが、少なくともＦを成分として含むガス、例えばＣＦ
₄ 等でも同じ効果が得られる。また、選択エッチング
は、例えばＯ₂ 、ＣＯ、ＣＯ₂ 等の如き、少なくともＯ
を成分として含むガスであれば実行可能である。理由
は、ＧａＡｌＮ層のエッチングの際に、脱離し難いＡｌ
の酸化物が表面に生成されるためである。

【０２２６】さらに、ＧａＮ層３８０とＧａＡｌＮ層３
７９との界面で精密にエッチングを停止するには、選択
エッチングとエッチング過程のその場観察法とを併用す
ることが好ましい。本実施形態では、レーザ干渉によ
り、エッチング深さをモニタした。具体的には、エッチ
ング試料表面に波長６５０ｎｍのレーザ光を照射し、反
射光を検出する。このとき、レーザ光は、試料表面およ
び試料内部の界面から反射し、これらの反射光の間で干
渉が生じるため、エッチングの進行に伴い、反射光強度
が振動する。この振動の検出により、エッチング量及び
ヘテロ界面が観察可能となる。このその場観察法による
と、選択エッチング法と併用したとき、ＧａＡｌＮのエ
ッチング速度が遅いため、ＧａＮ層３８０のエッチング
時の反射光強度の振動の周期と、ＧａＡｌＮ層３７９の
エッチング時の反射光強度の振動周期とでは大きな差が
生じる。従って、周期が変化する時点でエッチングを終
了すれば、最小のオーバーエッチング量でエッチングを
終了できる。

【０２２７】以上の方法により、本実施形態では、Ｇａ
ＡｌＮ層３７９のオーバーエッチング量４０ｎｍ以下で
エッチングを終了できる。エッチング工程の後、ウェハ
をＨ₂ ＳＯ₄ ：Ｈ₂ Ｏ₂ ：Ｈ₂ Ｏ溶液中に浸け、レジス
トマスクとエッチング残留物とが除去される。レジスト
マスク除去後、露出されたＳｉＯ₂ マスクは、次の工程
である選択成長のマスクとしても使用できる。

【０２２８】以上の処理の後、図３９（ｃ）に示すよう
に、ＭＯＣＶＤによる第２回目の成長により、Ｓｉドー
プのｎ型ＧａＮからなる０．５μｍ厚の光閉込め層（電
流狭窄層）３８２がｐ型ＧａＮキャップ層３８０の側面
に沿ってｐ型ＧａＡｌＮクラッド層３７９上に形成され
る。第２回目の成長後、ウェハは、弗化アンモニウム溶
液中に浸けられ、ＳｉＯ₂ マスクが除去され、ｐ型Ｇａ
Ｎキャップ層３８０が露出される。

【０２２９】次いで、図４０（ｄ）に示すように、ＭＯ
ＣＶＤによる第３回目の成長により、ｐ型ＧａＮキャッ
プ層３８０上及びｐ型ＧａＡｌＮクラッド層３７９上に
Ｍｇドープのｐ型ＧａＮからなる０．５μｍ厚のコンタ
クト層３８３が形成される。次に、Ｃｌ₂ ガスを用いた
ＲＩＢＥにより、ｎ型ＧａＮコンタクト層３７２が露出
するまでウェハの一部がエッチングされ、メサが形成さ
れる。

【０２３０】その後、図４０（ｅ）に示すように、ｎ側
の電極３８４およびｐ側の電極３８５が形成され、半導
体レーザが作製された。

【０２３１】従来、同様のレーザにおいては、第１回目
の成長により、ｎ型ＧａＮ電流狭窄層３８２までを成長
させ、その後、ドライエッチングにより電流狭窄層３８
２に開口部を開け、第２回目の成長によりｐ型ＧａＮコ
ンタクト層３８０を成長させるという製造方法もある。
しかし、この従来方法の場合、成長中にｎ型ＧａＮ電流
狭窄層３８２へＭＯＣＶＤ反応管周辺からのＭｇの取込
まれが生じるため電流狭窄層を厚くする必要があり、そ
のため電流狭窄層の開口部のｐ型ＧａＮコンタクト層を
厚くしなければならず、素子抵抗を増大させるという問
題がある。また、従来方法の場合、電流狭窄層開口部に
ドライエッチング／再成長界面ができ、この界面を電流
が流れるため、界面でのリーク等の素子特性劣化が懸念
される問題がある。

【０２３２】しかし、本実施形態によれば、ｎ型ＧａＮ
電流狭窄層３８２は第２回目の成長で積層するため、Ｍ
ＯＣＶＤ反応管周辺からのＭｇの取込まれが無く、ｎ型
ＧａＮ電流狭窄層３８２を薄く形成できる。また、ドラ
イエッチング／再成長界面を電流が流れないため、界面
でのリークの問題がない。

【０２３３】上述したように本実施形態によれば、窒化
ガリウム系化合物半導体層の選択エッチングを実現でき
る。さらに、エッチング量を精度よくモニタできるた
め、クラッド層にリッジ部を形成する工程において精度
よくエッチング量を制御できる。これにより、電流狭窄
層と活性層の距離を設計通りの値にできるので、閾値電
流密度の低減と共に、基本横モードでの連続発振を実現
する半導体レーザを製造することができる。

【０２３４】（第２０の実施形態）図４２〜図４３は本
発明の第２０の実施形態に係る半導体レーザの製造工程
図である。

【０２３５】本実施形態は、次の２つの点で第１９の実
施形態とは異なる。１点目は、図４２（ｂ）に示すよう
に、ｐ型ＧａＡｌＮクラッド層３７９に代えて、ドライ
エッチングにより、リッジとその両側の平坦部をもつｐ
型ＧａＡｌＮクラッド層３９０が形成されている。２点
目は、図４２（ｃ）に示すように、ｐ型ＧａＡｌＮクラ
ッド層３９０からなるリッジがその側部に沿ってｎ型Ｉ
ｎＧａＮ電流狭窄層３８２により埋込まれたことであ
る。

【０２３６】この構造では、電流狭窄層３８２が、リッ
ジの両側で活性層３７６に近接するため、ＩｎＧａＮ電
流狭窄層３８２の吸収損失の影響により生じる水平方向
の実効屈折率分布により光閉込めが行われる。このと
き、リッジの両側のＧａＡｌＮの厚さは、電流狭窄層３
８２と活性層３７６との距離に影響するため、レーザを
安定に横モードで発振させる観点から厳密に制御されな
ければならない。

【０２３７】そこで前述同様に、図４２（ａ）に示す積
層工程の後、リッジの形成工程において、選択エッチン
グ技術とレーザ干渉モニターとを組合わせて用いる。エ
ッチングには、Ｃｌ₂ ガスとＳＦ₆ との混合ガスと、Ｒ
ＩＢＥ法とを用いる。エッチング条件は、Ｃｌ₂ ガス圧
力０．４ｍＴｏｒｒ、ＳＦ₆ ガス圧力０．１５ｍＴｏｒ
ｒ、マイクロ波パワー２００Ｗ、イオン加速電圧５００
Ｖである。

【０２３８】ｐ型ＧａＮキャップ層３８０上にはマスク
が形成され、ｐ型ＧａＮキャップ層３８０におけるマス
ク以外の領域からエッチングが施される。エッチングの
進行はレーザ干渉モニタにより観察される。上記条件で
は、ＧａＮ／ＧａＡｌＮの選択比が１．２５程度であ
り、ＧａＡｌＮのエッチング速度が遅いため、ＧａＮと
ＧａＡｌＮとの界面において、レーザ干渉モニタにおけ
るレーザ光の反射強度の振動周期が変化する。反射強度
の振動周期が１５０ｎｍに相当し、ＧａＮ／ＧａＡｌＮ
界面が検出されてから、振動が１．３周期現れたとき、
エッチングを停止した。その結果、図４２（ｂ）に示す
ように、リッジの両側のｐ型ＧａＡｌＮクラッド層３９
０の厚さとして設計通りの１００ｎｍを残してエッチン
グを停止できた。

【０２３９】このドライエッチング工程において、本実
施形態とは異なり、選択エッチング技術を適用せず、Ｃ
ｌ₂ ガスのみを用いた場合、ＧａＮとＧａＡＩＮとはほ
ぼ等速エッチングとなる。この等速エッチングでは、レ
ーザ干渉モニタにおける振動周期のＧａＮ／ＧａＡｌＮ
界面での変化が僅かであるため、界面の検出が不正確と
なる。このため、エッチング量のモニタの精度が不十分
である。

【０２４０】一方、本発明に係る製造方法では、選択エ
ッチングを用いることにより、十分な精度でエッチング
量を制御でき、本発明構造の半導体レーザの製造が可能
となった。

【０２４１】以上のようにリッジ形成の後、図４２
（ｃ）に示すように、第２回目の成長でｎ型ＩｎＧａＮ
電流狭窄層３８２が選択形成される。さらにＳｉＯ₂ マ
スク除去の後、図４３（ｄ）に示すように、第３回目の
成長でｐ型ＧａＮコンタクト層３８３が形成される。こ
のｐ型ＧａＮコンタクト層３８３は、ドライエッチング
により、ｎ型ＧａＮコンタクト層３８４が露出するまで
エッチングされてメサが形成される。その後、図４３
（ｅ）に示すように、ｐ型ＧａＮコンタクト層３８３上
にｐ側電極３８５が形成され、ｎ型ＧａＮコンタクト層
３８４上にｎ側電極３８４が形成され、半導体レーザが
製造される。

【０２４２】ここで、本実施形態では、電流狭窄層３８
２としてｎ型ＩｎＧａＮ層を埋込む場合について説明し
たが電流狭窄層３８２の材料としては、ｎ型ＧａＡｌＮ
層などの他の材料であっても良い。

【０２４３】（第２１の実施形態）図４４（ａ）〜図４
４（ｄ）は本発明の第２１の実施形態に係わる半導体レ
ーザの製造工程図である。本実施形態が第２０の実施形
態と異なる点は、図４４（ｃ）に示すように、選択成長
ではなくリッジ全体をｎ型ＩｎＧａＮ電流狭窄層３９１
により埋込んだことである。

【０２４４】このレーザ構造でも、図４４（ａ）に示す
工程の後、図４４（ｂ）に示すように、ドライエッチン
グにより、ｐ型ＧａＡｌＮクラッド層３９０をリッジと
その両側の平坦部とを有する形状にする必要がある。こ
こで、リッジの両側のＧａＡｌＮの厚さは、電流狭窄層
３９１と活性層３７６との距離に影響を与えるので、第
２０の実施形態と同様に、レーザの安定な横モード発振
の観点から厳密に制御される必要がある。

【０２４５】本実施形態においても、第２０の実施形態
と同じく本発明による選択エッチング技術とレーザ干渉
モニタとを組合せて用いる。その結果、図４４（ｃ）に
示す如き構造の半導体レーザを製造できる。

【０２４６】（第２２の実施形態）図４５は、本発明の
第２２の実施形態に係わる半導体レーザの構成を示す断
面図である。

【０２４７】図中４００はｎ型ＳｉＣ基板であり、この
基板４００の上にｎ型ＺｎＯ層４０１，ｎ型ＧａＮ層４
０２，ｎ型ＧａＡｌＮクラッド層４０３，ＧａＮ導波層
４０４，Ｉｎ_j Ｇａ_1-j Ｎからなる第１の活性層４０
５，及びＧａＮ導波層４０６が順次形成され、更に第１
の領域Ａを除く第２の領域Ｂには、Ｉｎ_k Ｇａ_1-k Ｎか
らなる第２の活性層４０７及びＧａＮ導波層４０８が形
成されている。そして、第１の領域Ａ及び第２の領域Ｂ
において、ｐ型ＧａＡｌＮクラッド層４１１ａ及びｂ，
ｎ型ＩｎＧａＮ光閉込め層４１２ａ及びｂ，ｐ型ＧａＮ
コンタクト層４１３ａ及びｂが形成されている。なお、
これらの結晶成長はＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、或いは両
者の組合せによって行われる。また、４１４ａ及びｂは
ｐ側電極、４１５はｎ側電極である。

【０２４８】ここで、第１の活性層４０５のバンドギャ
ップＥｇ₁ ，厚さｄ１と、第２の活性層４０７のバンド
ギャップＥｇ₂ ，厚さｄ２とは、 Ｅｇ₁ ＞Ｅｇ₂ …（１６） ｄ１＞ｄ２ …（１７） となるように設定されている。具体的には、第１の活性
層４０５のＩｎ組成ｊ＝０．０５，厚さ１００ｎｍ、第
２の活性層４０７のＩｎ組成ｋ＝０．１５，厚さ１０ｎ
ｍとした。これは、発振波長でλ１＝３８０ｎｍ，λ２
＝４１０ｎｍに相当する。

【０２４９】このレーザ構造の第１の領域Ａでは、活性
層が第１の活性層４０５のみであるため、この活性層４
０５の波長３８０ｎｍで発振する。一方、第２の領域Ｂ
では第１の活性層４０５と第２の活性層４０７とが存在
するが、第２の活性層４０７のバンドギャップの方が小
さいため、誘導放出再結合は第２の活性層４０７で起こ
る。従って、この領域では４１０ｎｍで発振することに
なる。

【０２５０】第１の領域Ａの活性層４０５は１００ｎｍ
と比較的厚いため、自励発振しやすい構造となってお
り、戻り光雑音の少ない特性が得られる。一方、第２の
領域Ｂでは１０ｎｍと薄い活性層４０７のため、光パワ
ー密度を低減でき、高出力での発振が可能である。従っ
て、この構造のレーザは、光ディスク応用において第１
の領域Ａのレーザを読出し用、第２の領域Ｂのレーザを
記録用として用いることができる。

【０２５１】しかも本実施形態では、リッジを形成する
クラッド層４１１の側面に活性層４０５，４０７よりも
バンドギャップエネルギーの小さい光閉込め層４１２を
埋込み形成しているので、各々の領域Ａ，Ｂにおいてレ
ーザの発振しきい電流密度が低減され、かつ基本横モー
ドでの連続発振が可能となる。

【０２５２】図４５に示した半導体レーザの製造工程を
図４６〜図４７を参照して説明する。まず、図４６
（ａ）に示すように、ｎ型ＳｉＣ基板４００の上に、ｎ
型ＺｎＯ層４０１，ｎ型ＧａＮ層４０２，ｎ型ＧａＡｌ
Ｎクラッド層４０３，ＧａＮ導波層４０４，Ｉｎ_j Ｇａ
_1-j Ｎ活性層（第１活性層）４０５，ＧａＮ導波層４０
６，Ｉｎ_k Ｇａ_1-k Ｎ活性層（第２活性層）４０７，Ｇ
ａＮ導波層４０８を順次成長する。

【０２５３】次いで、図４６（ｂ）に示すように、第１
の領域Ａにおける導波層４０８と活性層４０７をエッチ
ングで除去する。このとき、活性層４０５は導波層４０
６で保護されているので、最終構造で界面再結合による
非発光成分の増加は防止できる。

【０２５４】次いで、図４６（ｃ）に示すように、全面
にｐ型ＧａＡｌＮクラッド層４１１を成長し、その上に
ＳｉＯ₂ 膜４２１をスパッタ法等で形成する。

【０２５５】次いで、図４７（ｄ）に示すように、Ｓｉ
Ｏ₂ 膜４２１のパターニングを行って、これをマスクと
して領域Ａ及びＢにそれぞれリッジを形成する。

【０２５６】次いで、図４７（ｅ）に示すように、Ｓｉ
Ｏ₂ マスクをつけたまま、選択成長によって電流狭窄を
兼ねた光閉込め層４１２を成長する。

【０２５７】次いで、図４７（ｆ）に示すように、Ｓｉ
Ｏ₂ マスクを除去した後、ｐ型ＧａＮコンタクト層４１
３を成長し、ｐ側電極４１４、ｎ側電極４１５を形成す
る。最後に、領域Ａと領域Ｂとの間にドライエッチング
で溝を形成して素子分離を行うことによって、前記図４
５に示した構造が完成する。

【０２５８】上述したように本実施形態によれば、厚膜
活性層の低出力レーザと薄膜活性層の高出力レーザとを
同一基板上に形成しているため、活性層厚制御等の難し
いプロセスを要することなく、光ディスクシステムにお
ける再生読出しと消去・記録の両方に要求されるレーザ
性能を実現することができる。また、異なる波長のレー
ザを同一基板上に形成できるため、波長の違いによる非
互換性の問題を解決できる。

【０２５９】（第２３の実施形態）図４８は、本発明の
第２３の実施形態に係わる半導体レーザの構成を示す断
面図である。なお、図１９と同一部分には同一符号を付
して、その詳しい説明は省略する。

【０２６０】本実施形態の構造及び製造方法は第２２の
実施形態の場合とほぼ同様であるが、第２２の実施形態
と異なる点は、第１の活性層４０５に代えて膜厚ｄ１の
第１の活性層４２５を有し、且つ第２の活性層４０７に
代えて、第１の活性層の膜厚よりも大きい膜厚ｄ２をも
つ第２の活性層４２７を備えたことである。

【０２６１】すなわち、第１の活性層４２５の膜厚ｄ１
と第２の活性層４２７の膜厚ｄ２との関係を、 ｄ１＜ｄ２ …（１８） としたことである。即ち、ｄ１＝１０ｎｍ，ｄ２＝１０
０ｎｍとした。また、第２の領域Ｂにｐ型ＩｎＧａＮ吸
収層４２８を設けた。この吸収層４２８は可飽和吸収体
として働き、自励発振がより容易に起こる構造としてあ
る。この構造の場合には、光ディスク応用において第１
の領域Ａのレーザを記録用、第２の領域Ｂのレーザを読
出し用として用いることになる。

【０２６２】（第２４の実施形態）図４９は、本発明の
第２４の実施形態に係わる半導体レーザの構成を示す断
面図である。

【０２６３】図中４３０はサファイア基板であり、この
基板４３０の上にＧａＮバッファ層４３１，ｎ型ＧａＮ
コンタクト層４３２，ｎ型ＧａＡｌＮクラッド層４３
３，ｎ型ＧａＮ導波層４３４，ＩｎＧａＮ多重量子井戸
からなる第１の活性層４３５，アンドープＧａＮ導波層
４３６，ＩｎＧａＮ多重量子井戸からなる第２の活性層
４３７，ｐ型ＧａＮ導波層４３８，ｐ型ＧａＡｌＮクラ
ッド層４３９，ｐ型ＧａＮキャップ層４４０，ｐ型Ｉｎ
ＧａＮ光閉込め層４４１，ｐ型ＩｎＧａＮコンタクト層
４４２が形成されている。また、図中の４４３及び４４
４はｐ電極、４４５はｎ側電極である。

【０２６４】ここで、第１の多重量子井戸活性層４３５
のバンドギャップＥｇ₁ と第２の多重量子井戸活性層４
３７のバンドギャップＥｇ₂ とは Ｅｇ₁ ＞Ｅｇ₂ となるように設定されている。具体的には、第１の多重
量子井戸活性層の井戸層のＩｎ組成を０．１５とし、第
２の多重量子井戸活性層のＩｎ組成を０．８とした。そ
れぞれの発振波長は青色及び赤色に相当する。第２の多
重量子井戸活性層のＩｎ組成は通常のＧａＮレーザに比
べて大きいが、むしろＩｎＮに近い組成であるために結
晶としては高品質のものが得られる。

【０２６５】このように青色及び赤色のレーザが集積さ
れている構造が実現できるため、光ディスク応用におい
て極めて有用である。即ち、高密度化に伴って異なる波
長のレーザを用いるシステムの場合に、本実施形態のよ
うなレーザを用いることにより、従来のシステムとの互
換性が容易に実現されることになる。

【０２６６】図５０は、図４９に示した実施形態のレー
ザにおける電極の配置例を示したものである。この例の
ようにｎ電極側は共通にできるため、例えばボンディン
グワイヤは３つで良い。

【０２６７】（第２５の実施形態）図５１は、本発明の
第２５の実施形態に係わる半導体レーザの構成を示す断
面図である。

【０２６８】図中４５０はサファイア基板であり、この
基板４５０の上にＧａＮバッファ層４５１，ｎ型ＧａＮ
コンタクト層４５２，ｎ型ＧａＡｌＮクラッド層４５
３，ｎ型ＧａＮ導波層４５４，ＩｎＧａＮ多重量子井戸
からなる第１の活性層４５５，アンドープＧａＮ導波層
４５６，ＩｎＧａＮ多重量子井戸からなる第２の活性層
４５７，ｐ型ＧａＮ導波層４５８，ｐ型ＧａＡｌＮクラ
ッド層４５９，ｐ型ＧａＮキャップ層４６０，ｐ⁺ 型Ｇ
ａＮコンタクト層４６１，ｎ型ＩｎＧａＮ光閉込め層４
６２，ｐ⁺ 型ＧａＮコンタクト層４６３が形成されてい
る。また、図中の４６４及び４６５はｐ側電極、４６６
はｎ側電極である。

【０２６９】第１の多重量子井戸活性層４５５のバンド
ギャップＥｇ１₁ と第２多重量子井戸活性層４５７のバ
ンドギャップＥｇ₂ とは Ｅｇ₁ ＞Ｅｇ₂ となるように設定されている。これにより左側のレーザ
ではＥｇ₂ のバンドギャップに相当する波長で、また右
側のレーザではＥｇ₁ のバンドギャップに相当する波長
で発振する。

【０２７０】（第２６の実施形態）図５２は、本発明の
第２６の実施形態に係わる半導体レーザの構成を示す断
面図である。

【０２７１】レーザの基本層構造は前記図２８に示した
ものと同じであるので、その詳しい説明は省略する。こ
の実施形態においても、第１の多重量子井戸活性層１９
６のバンドギャップＥｇ₁ と第２の多重量子井戸活性層
４７０のバントギャップＥｇ₂ との関係を上述のように
設定することによって、それぞれ異なる波長での発振が
可能である。

【０２７２】（第２７の実施形態）図５３は、本発明の
第２７の実施形態に係わる半導体レーザの構成を示す断
面図である。

【０２７３】この実施形態における半導体レーザの基本
構造は図５１に示した例と同様であるので、その詳しい
説明は省略する。この実施形態では、接合面ダウンのマ
ウント例を示してある。

【０２７４】図中の４８０はヒートシンクである。ヒー
トシンク４８０としては、Ｃｕなどの他、ＢＮやダイヤ
モンド等、熱伝導率の高い材料を用いると効果的であ
る。このヒートシンク４８０には図に示したような段差
を設けてあり、その上にメタライズによる金属層（例え
ばＴｉ／Ｐｔ／Ａｕ層）４８１〜４８４が形成されてい
る。また、４９０は電極間を分離するための分離溝であ
る。各メタライズ層と半導体レーザの電極とは、ＡｕＳ
ｎ等の半田材４８５〜４８９により圧着されている。

【０２７５】本実施形態のように接合面ダウンのマウン
トとすることにより、素子の熱抵抗が低減され、より高
温での発振が可能となる。

【０２７６】なお、本発明は上述した各実施形態に限定
されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、種
々変形して実施することができる。

【０２７７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、基
本横モードで連続発振することができ、光ディスクシス
テム等の光源に適した非点収差のない良質の出射ビーム
を得ることのできるＩｎＧａＡｌＢＮ系の半導体レーザ
及びその製造方法を提供できる。

【０２７８】また、本発明によれば、活性層厚制御等の
難しいプロセスを要することなく、光ディスクシステム
における再生読出しと消去・記録の両方に要求されるレ
ーザ性能を実現することのできる半導体レーザを提供で
きる。

【０２７９】さらにまた、本発明によれば、設計使用波
長が異なる光ディスクシステム間の互換性確保に必要
な、両者に使える半導体レーザを提供できる。

【０２８０】また、本発明によれば、活性層へのキャリ
ア注入を効率的に行うとともに、電極コンタクトなどで
の電圧降下を抑制することができ、光ディスクなどへの
実用に供する低閾値、低電圧で動作し、高い信頼性を有
する半導体レーザの製造方法を提供することにある。

【０２８１】また、本発明によれば、窒化ガリウム系化
合物半導体層を一旦エッチングした後の再成長を良好に
行うことができ、各種半導体素子の特性向上等に寄与し
得る半導体レーザの製造方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係わる半導体レーザ
の構成を示す断面図。

【図２】ストライプ内外の等価屈折率差Δｎ_eq、基本モ
ードに対する損失α₀ ，損失差Δαに関し、光閉込め層
−コア領域間の距離ｈ_out に対する依存性を示す図。

【図３】しきい値電流密度Ｊ_th、損失α₀ ，損失差Δα
に関し、ストライプ幅Ｗに対する依存性を示す図。

【図４】ストライプ内外の等価屈折率差Δｎ_eqおよびビ
ームの非点隔差と、光閉込め層の組成との関係を示す
図。

【図５】各導波型における非点隔差および損失差Δαに
関し、ストライプ幅に対する依存性を示す図。

【図６】活性層総厚ｄ、クラッド層厚Ｈ_clad並びにクラ
ッド層−活性層のＡｌ組成差Ｘ_A1と、導波モード損失α
との関係を示す図。

【図７】ＳＣＨ−ＭＱＷ構造におけるクラッド層厚_clad
並びに導波層厚Ｈ_guide と、導波モードとの関係を示す
図。

【図８】しきい値電流密度Ｊ_th、光閉込め係数Γに関
し、クラッド層厚_clad並びに導波層厚Ｈ_guide との関係
を示す図。

【図９】遠視野像強度分布のクラッド層厚依存性を示す
図。

【図１０】ＳＣＨ−ＭＱＷ構造におけるクラッド層厚
_clad並びに導波層厚Ｈ_guide と、導波モードの境界線と
の関係を示す図。

【図１１】ＳＣＨ−ＭＱＷ構造におけるクラッド層厚
_clad並びに導波層厚Ｈ_guide と、導波モードの境界線と
の関係を示す図。

【図１２】単位井戸層厚当りのしきい値電流密度Ｊ_th／
ｄ_act に関し、光閉込め量Δｘ・（Ｈ_core／λ）・（Ｈ
_clad／λ）に対する依存性を示す図。

【図１３】同実施形態における半導体レーザの層構造の
設計例を示す図。

【図１４】本発明によるしきい値低減効果を説明するた
めの模式図。

【図１５】オーバーフロー防止層を設けない場合のバン
ド構造及び電子と正孔の分布を示す図。

【図１６】オーバーフロー防止層を設けた場合のバンド
構造及び電子と正孔の分布を示す図。

【図１７】本発明の第２の実施形態に係わる半導体レー
ザの構成を示す断面図。

【図１８】本発明の第３の実施形態に係わる半導体レー
ザの構成を示す断面図。

【図１９】本発明の第４の実施形態に係わる半導体レー
ザの構成を示す断面図。

【図２０】ヘテロ障壁による電流阻止効果の原理を示す
図。

【図２１】ｐ−ＧａＡｌＮ／ｐ−ＩｎＧａＮ界面を持つ
構成における電流密度−電圧特性を示す図。

【図２２】ｎ−ＧａＡｌＮ／ｎ−ＩｎＧａＮ界面を持つ
構成における電流密度−電圧特性を示す図。

【図２３】本発明の第５の実施形態に係わる半導体レー
ザの構成を示す断面図。

【図２４】本発明の第６の実施形態に係わる半導体レー
ザの構成を示す断面図。

【図２５】本発明の第７の実施形態に係わる半導体レー
ザの構成を示す断面図。

【図２６】本発明の第８の実施形態に係わる半導体レー
ザの構成を示す断面図。

【図２７】本発明の第９の実施形態に係わる半導体レー
ザの構成を示す断面図。

【図２８】本発明の第１０の実施形態に係わる半導体レ
ーザの構成を示す断面図。

【図２９】本発明の第１１の実施形態に係わる半導体レ
ーザの構成を示す断面図。

【図３０】本発明の第１２の実施形態に係わる半導体レ
ーザの構成を示す断面図。

【図３１】本発明の第１３の実施形態に係わる半導体レ
ーザの構成を示す斜視図。

【図３２】本発明の第１４の実施形態に係わる半導体レ
ーザの構成を示す断面図。

【図３３】本発明の第１５の実施形態に係わる半導体レ
ーザの構成を示す断面図。

【図３４】本発明の第１６の実施形態に係わる半導体レ
ーザの構成を示す断面図。

【図３５】本発明の第１７の実施形態に係わる半導体レ
ーザの構成を示す断面図。

【図３６】同実施形態におけるエッチング方法を説明す
るための模式図。

【図３７】同実施形態におけるエッチング方法を説明す
るための模式図。

【図３８】本発明の第１８の実施形態に係わる半導体レ
ーザの構成を示す断面図。

【図３９】本発明の第１９の実施形態に係わる半導体レ
ーザの製造工程図。

【図４０】同実施形態における半導体レーザの製造工程
図。

【図４１】同実施形態における選択比とガス組成との関
係を示す図。

【図４２】本発明の第２０の実施形態に係わる半導体レ
ーザの製造工程図。

【図４３】同実施形態における半導体レーザの製造工程
図。

【図４４】本発明の第２１の実施形態に係わる半導体レ
ーザの製造工程図。

【図４５】本発明の第２２の実施形態に係わる半導体レ
ーザの構成を示す断面図。

【図４６】同実施形態における半導体レーザの製造工程
図。

【図４７】同実施形態における半導体レーザの製造工程
図。

【図４８】本発明の第２３の実施形態に係わる半導体レ
ーザの構成を示す断面図。

【図４９】本発明の第２４の実施形態に係わる半導体レ
ーザの構成を示す断面図。

【図５０】図４９に示した実施形態のレーザにおける電
極の配置例を示す図。

【図５１】本発明の第２５の実施形態に係わる半導体レ
ーザの構成を示す断面図。

【図５２】本発明の第２６の実施形態に係わる半導体レ
ーザの構成を示す断面図。

【図５３】本発明の第２７の実施形態に係わる半導体レ
ーザの構成を示す断面図。

【符号の説明】

１０，３０，７０，９０，１１０，１３０，１５０，１
７０，１９０，２１０，２３０，２６０，２８０，３０
０，３２０，３４４，３５０，３７０，４３０，４５０
…サファイア基板 １１，３１，５２，７１，９１，１１１，１３１，１５
１，１７１，１９１，２１１，２３１，２６１，２８
１，３０１，３２１，３５１，３７１，４０２，４３
１，４５１…ＧａＮバッファ層 １２，３２，７２，１１２，１３２，１５２，１７２，
１９２，２１２，２３２，２６２，２８２，３０２，３
２２，３５２，３７２，４３２，４５２…ｎ型ＧａＮコ
ンタクト層 １３，３３，５３，７３，９７，１１３，１３３，１５
３，１７３，１９４，２１８，２３３，２６３，２８
３，３０３，３２３，３５３，３７３，４０３，４３
３，４５３…ｎ型ＧａＡｌＮクラッド層 １４，３４，５４，７４，９６，１１４，１３４，１５
４，１７４，１９５，２１７，２３４，２６４，２８
４，３０４，３２４，３５４，３７４，４０４，４３
４，４５４…ｎ型ＧａＮ導波層 １５，３５，５５，３７５…ｎ型ＧａＡｌＮオーバーフ
ロー防止層 １６，５６，７５，９５，１１５，１３５，１５５，１
７５，１９６，２１６，２３５，２６５，２８５，３０
５，３２５，３５５，３７６，４３５，４３７，４５
５，４５７…ＩｎＧａＮ多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層 １７，３７，５７，３７７…ｐ型ＧａＡｌＮオーバーフ
ロー防止層 １８，３８，５８，７６，９４，１１６，１３６，１５
６，１７６，１９７，２１５，２３６，２６６，２８
６，３０６，３２６，３５６，３７８，４３８，４５８
…ｐ型ＧａＮ導波層 １９，３９，５９，７７，９３，１１７，１３７，１３
８，１５７，１５８，１５９，１７７，１７８，１７
９，１９８，２１４，２３７，２６７，２８７，３０
９，３２７，３２８，３５７，３５８，３７９，３９
０，４１１ａ，４３９，４５９…ｐ型ＧａＡｌＮクラッ
ド層 ２０，４０，６０，７９，９９，１２０，１４１，１６
１，１８１，１９３，２１３，２１３，２４０，２６
９，２８９，３１０，３２９，４１２ａ，４４１，４６
２…光閉込め層 ２１，４１，６１，７８，９２，１１８，１３９，１６
０，１８０，１９９，２５０，２５１，２６８，２７
０，２８８，３０８，３５９，３６０，３８０，３８
３，４１３ａ，４１３ｂ，４４０，４６０，４６１，４
６２…ｐ型ＧａＮ層 ２２，４３，６２，８０，１０１，１２１，１４２，１
８３，２０１，２２１，２４２，２７１，２９２，３１
２，３６１，３６２，３８５，４１４ａ，４１４ｂ，４
４３，４４４，４６４，４６５…ｐ側電極 ２３，４４，６３，８１，１００，１２２，１４３，１
８４，２０２，２２２，２４３，２７２，２９３，３１
３，３８４，４１５，４４５，４６６…ｎ側電極 ３６…ＧａＮ単一量子井戸（ＳＱＷ）活性層 ４２，１１９，１４０，２００，２２０，２３９，２４
１，３０７…ｐ型ＩｎＧａＮ層 ５０，４００…ｎ型ＳｉＣ基板 ５１，４０１…ｎ型ＺｎＯバッファ層 ９８，２１９…ｎ型ＧａＮ層 ３４０…反応容器 ３４１…金属電極 ３４２…スターラー ３４３…ＮａＯＨ溶液 ３４５…直流電源 ３８１…無機マスク層 ３８２，３９１…電流狭窄層 ４０５，４０７，４２５，４２７…活性層 ４０６，４０８，４３６…ＧａＮ導波層 ４２１…ＳｉＯ₂ 膜 ４２８…吸収層 ４８０…ヒートシンク ４８１〜４８４…金属層 ４８５〜４８９…半田材 ４９０…分離溝 Ｅｇ₁ ，Ｅｇ₂ …バンドギャップ ｄ１，ｄ２…厚さ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 真理子 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 布上 真也 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 石川 正行 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 窒素を含む III−Ｖ族化合物半導体から
   なる半導体レーザであって、 基板と、 基板上に形成された第１導電型クラッド層と、 この第１導電型クラッド層上に形成された少なくとも活
   性層を含むコア領域と、 このコア領域上に形成され、ストライプ状のリッジを有
   する第２導電型クラッド層と、 前記第１導電型クラッド層、前記コア領域及び前記第２
   導電型クラッド層からなるダブルヘテロ構造と、 前記第２導電型クラッド層上に前記リッジの側部に沿っ
   て選択的に形成された光閉込め層と、 この光閉込め層上及び前記第２導電型クラッド層のリッ
   ジ上に形成された第２導電型コンタクト層と、 この第２導電型コンタクト層上に形成された第１電極
   と、 前記基板における前記第１導電型クラッド層とは異なる
   領域に形成された第２電極とを備え、 前記光閉込め層は、窒素を含む III−Ｖ族化合物半導体
   からなり、該光閉込め層の屈折率が前記第２導電型クラ
   ッド層の屈折率より大きいことを特徴とする半導体レー
   ザ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の半導体レーザにおい
   て、 前記コア領域内の活性層は、少なくともＩｎ_a Ｇａ_b Ａ
   ｌ_c Ｂ_1-a-b-c Ｎ（０≦ａ，ｂ，ｃ，ａ＋ｂ＋ｃ≦１）
   からなる井戸層とＩｎ_e Ｇａ_f Ａｌ_g Ｂ_{1-e-f- g} Ｎ（０
   ≦ｅ，ｆ，ｇ，ｅ＋ｆ＋ｇ≦１）からなる障壁層とで構
   成される単一量子井戸又は多重量子井戸であることを特
   徴とする半導体レーザ。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の半導体レーザにおい
   て、 前記第１導電型クラッド層がＩｎ_x Ｇａ_y Ａｌ_z Ｂ
   _1-x-y-z （０≦ｘ，ｙ，ｚ，ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）からな
   り、前記第２導電型クラッド層がＩｎ_u Ｇａ_v Ａｌ_wＢ
   _1-u-v-w （０≦ｕ，ｖ，ｗ，ｕ＋ｖ＋ｗ≦１）からな
   り、 前記コア領域の総厚ｄと発振波長λに対し、前記第１導
   電型クラッド層の厚さＨ１及び前記第２導電型クラッド
   層におけるリッジを含む厚さＨ２が、 ０．１８（ｚｄ／λ）^-1/2≦Ｈ１／λ≦０．２７（ｚｄ
   ／λ）^-1/2 ０．１８（ｗｄ／λ）^-1/2≦Ｈ２／λ≦０．２７（ｗｄ
   ／λ）^-1/2 を満たす範囲にあることを特徴とする半導体レーザ。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の半導体レーザにおい
   て、 前記光閉込め層の導電型は、前記第２導電型クラッド層
   の導電型と同じであることを特徴とする半導体レーザ。
5. 【請求項５】 請求項１に記載の半導体レーザにおい
   て、 前記光閉込め層のバンドギャップエネルギーは、前記活
   性層のバンドギャップエネルギーより小さいことを特徴
   とする半導体レーザ。
6. 【請求項６】 請求項１に記載の半導体レーザにおい
   て、 前記第２導電型クラッド層のリッジと前記第２導電型コ
   ンタクト層との間に形成され、前記第２導電型クラッド
   層のバンドギャップエネルギーと前記第２導電型コンタ
   クト層のバンドギャップエネルギーとの中間の値のバン
   ドギャップエネルギーをもつ第２導電型キャップ層を備
   えており、 前記光閉込め層と前記第２導電型コンタクト層とは、同
   一材料からなる１つの層であることを特徴とする半導体
   レーザ。
7. 【請求項７】 請求項１に記載の半導体レーザにおい
   て、 前記コア領域は、 前記活性層を挟むように形成され、前記量子井戸の平均
   屈折率より小さくかつ各クラッド層の屈折率より大きい
   屈折率を有する複数の導波層と、 少なくとも一方のクラッド層と前記活性層との間に形成
   され、Ｉｎ_s Ｇａ_t Ａｌ_h Ｂ_1-s-t-h Ｎ（０≦ｓ，ｔ，
   ｈ，ｓ＋ｔ＋ｈ≦１）からなり、前記導波層のバンドギ
   ャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネルギ
   ーを有するキャリアオーバーフロー防止層とを備えてい
   ることを特徴とする半導体レーザ。
8. 【請求項８】 請求項７に記載の半導体レーザにおい
   て、 前記キャリアオーバーフロー防止層のＡｌ組成ｈは、０
   ＜ｈ＜０．２を満たす範囲にあることを特徴とする半導
   体レーザ。
9. 【請求項９】 窒素を含む III−Ｖ族化合物半導体から
   なる半導体レーザであって、 基板と、 基板上に形成され、Ｉｎ_x Ｇａ_y Ａｌ_z Ｂ_1-x-y-z Ｎ
   （０≦ｘ，ｙ，ｚ，ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）からなる第１導電
   型クラッド層と、 この第１導電型クラッド層上に形成された少なくとも活
   性層を含むコア領域と、 このコア領域上に形成され、Ｉｎ_x Ｇａ_y Ａｌ_z Ｂ
   _1-x-y-z Ｎ（０≦ｘ，ｙ，ｚ，ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）からな
   り、ストライプ状のリッジを有する第２導電型クラッド
   層と、 前記第１導電型クラッド層、前記コア領域及び前記第２
   導電型クラッド層からなるダブルヘテロ構造と、 前記第２導電型クラッド層の少なくとも一部に接して形
   成された第２導電型コンタクト層と、 この第２導電型コンタクト層上に形成された第１電極
   と、 前記基板における前記第１導電型クラッド層とは異なる
   領域に形成された第２電極とを備え、 前記活性層は、Ｉｎ_a Ｇａ_b Ａｌ_c Ｂ_1-a-b-c Ｎ（０≦
   ａ，ｂ，ｃ，ａ＋ｂ＋ｃ≦１）からなる井戸層とＩｎ_e
   Ｇａ_f Ａｌ_g Ｂ_1-e-f-g Ｎ（０≦ｅ，ｆ，ｇ，ｅ＋ｆ＋
   ｇ≦１）からなる障壁層とで構成される単一量子井戸ま
   たは多重量子井戸からなり、 前記井戸層の総厚ｄ_act は、０．５μｍ未満であり、 前記各クラッド層のＡｌ組成ｘ_Al、コア領域の平均Ｉｎ
   組成ｙ_In、両組成の和Δｘ（＝ｘ_Al＋ｙ_In）、前記コア
   領域の総厚Ｈ_coreおよび前記各クラッド層の厚さＨ_clad
   は、発振波長λに対し、 Δｘ・（Ｈ_core／λ）・（Ｈ_clad／λ）≧０．０８を満
   たしていることを特徴とする半導体レーザ。
10. 【請求項１０】 窒素を含む III−Ｖ族化合物半導体か
    らなる半導体レーザであって、 基板と、 基板上に形成され、Ｉｎ_x Ｇａ_y Ａｌ_z Ｂ_1-x-y-z Ｎ
    （０≦ｘ，ｙ，ｚ，ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）からなる第１導電
    型クラッド層と、 この第１導電型クラッド層上に形成され、Ｉｎ_a Ｇａ_b
    Ａｌ_c Ｂ_1-a-b-c Ｎ（０≦ａ，ｂ，ｂ，ａ＋ｂ＋ｃ≦
    １）からなる井戸層とＩｎ_e Ｇａ_f Ａｌ_g Ｂ_{1-e- f-g} Ｎ
    （０≦ｅ，ｆ，ｇ，ｅ＋ｆ＋ｇ≦１）からなる障壁層と
    で構成される単一量子井戸または多重量子井戸の活性層
    を含むコア領域と、 このコア領域上に形成され、Ｉｎ_x Ｇａ_y Ａｌ_z Ｂ
    _1-x-y-z Ｎ（０≦ｘ，ｙ，ｚ，ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）からな
    り、ストライプ状のリッジを有する第２導電型クラッド
    層と、 前記コア領域、前記第１導電型クラッド層および第２導
    電型クラッド層からなるダブルヘテロ構造部と、 前記第２導電型クラッド層の少なくとも一部に接して形
    成された第２導電型コンタクト層と、 この第２導電型コンタクト層上に形成された第１電極
    と、 前記基板における前記第１導電型クラッド層とは異なる
    領域に形成された第２電極とを備え、 前記コア領域は、前記活性層を挟むように形成されたＩ
    ｎ_u Ｇａ_v Ａｌ_w Ｂ_{1- u-v-w} Ｎ（０＜ｕ≦１，０≦ｖ＜
    １，０≦ｗ＜１）からなる複数の導波層を含み、 前記コア領域の総厚Ｈ_coreおよびコア領域の平均Ｉｎ組
    成ｙ_Inは、発振波長λに対し、（ｙ_In）^1/2 ・（Ｈ_core
    ／λ）≧０．１５を満たしていることを特徴とする半導
    体レーザ。
11. 【請求項１１】 窒素を含む III−Ｖ族化合物半導体か
    らなる半導体レーザであって、 基板と、 前記基板上に選択的に形成された第１の第１導電型クラ
    ッド層と、 この第１の第１導電型クラッド上に形成され、少なくと
    も活性層を含む第１のコア領域と、 この第１のコア領域上に形成され、ストライプ状のリッ
    ジを有する第１の第２導電型クラッド層と、 前記第１の第１導電型クラッド層、前記第１のコア領域
    及び第１の第２導電型クラッド層を有する第１のダブル
    ヘテロ構造と、 前記第１の第２導電型クラッド層上にリッジの側部に沿
    って選択的に形成された第１の光閉込め層と、 この第１の光閉込め層上及び前記第２導電型クラッド層
    のリッジ上に形成された第１の第２導電型コンタクト層
    と、 この第１の第２導電型コンタクト層上に形成された第１
    電極と、 前記基板上における前記第１の第１導電型クラッド層と
    は異なる領域に選択的に形成された第２の第１導電型ク
    ラッド層と、 この第２の第１導電型クラッド上に形成され、少なくと
    も第１及び第２の活性層を含む第２のコア領域と、 この第２のコア領域上に形成され、ストライプ状のリッ
    ジを有する第２の第２導電型クラッド層と、 前記第２の第１導電型クラッド層、前記第２のコア領域
    及び第２の第２導電型クラッド層を有する第２のダブル
    ヘテロ構造と、 前記第２の第２導電型クラッド層上にリッジの側部に沿
    って選択的に形成された第２の光閉込め層と、 この第２の光閉込め層上及び前記第２導電型クラッド層
    のリッジ上に形成された第２の第２導電型コンタクト層
    と、 この第２の第２導電型コンタクト層上に形成された第２
    電極と、 前記基板における前記第１及び第２の導電型クラッド層
    とは異なる領域に形成された共通電極とを備え、 前記第１のコア領域の活性層及び前記第２のコア領域の
    第１の活性層は、前記第２の活性層よりも前記基板に近
    い位置に同時に形成され、且つ前記第２の活性層のバン
    ドギャップエネルギーよりも大きいバンドギャップエネ
    ルギーを有し、 前記各第１導電型クラッド層は、Ｉｎ_x Ｇａ_y Ａｌ_z Ｂ
    _1-x-y-z Ｎ（０≦ｘ，ｙ，ｚ，ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）からな
    り、 前記各第２導電型クラッド層は、Ｉｎ_u Ｇａ_v Ａｌ_w Ｂ
    _1-u-v-w Ｎ（０≦ｕ，ｖ，ｗ，ｕ＋ｖ＋ｗ≦１）からな
    り、 前記光閉込め層は、Ｉｎ_p Ｇａ_q Ａｌ_r Ｂ_1-p-q-r Ｎ
    （０＜ｐ≦１，０≦ｑ，ｒ＜１，０＜ｐ＋ｑ＋ｒ≦１）
    からなり、前記第２導電型クラッド層の屈折率よりも大
    きい屈折率を有していることを特徴とする半導体レー
    ザ。
12. 【請求項１２】 窒素を含む III−Ｖ族化合物半導体か
    らなる半導体レーザの製造方法であって、 基板上に少なくとも、第１導電型クラッド層、少なくと
    も活性層を含むコア領域、第２導電型クラッド層及び第
    ２導電型キャップ層を順次結晶成長させる工程と、 この第２導電型キャップ層上に選択的にＳｉＯ₂ 層およ
    びレジスト層からなるストライプ状のマスクを形成する
    工程と、 ドライエッチングにより、前記第２導電型キャップ層に
    おける前記マスク以外の領域を少なくとも前記第２導電
    型クラッド層を露出させるまで選択的に除去し、ストラ
    イプ状のリッジを形成する工程と、 前記マスクを用いた選択成長により、前記第２導電型ク
    ラッド層上に前記リッジの側部に沿って電流阻止層を形
    成する工程と、 前記マスクを除去して前記第２導電型キャップ層を露出
    させる工程と、 前記第２導電型キャップ層上及び前記電流阻止層上に第
    ２導電型コンタクト層を成長させる工程とを含んでいる
    ことを特徴とする半導体レーザの製造方法。