JPH11340580A - 半導体レーザ、半導体発光素子、及び、その製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体レーザ、半導体発光素子、及び、その
製造方法に関し、ナイトライド系化合物半導体を用いた
短波長半導体レーザのしきい値電流密度を低減する。 【解決手段】 活性層４を厚さが３ｎｍ以上の単一の利
得層で構成すると共に、活性層４とクラッド層２，６と
の間に光ガイド層３，５を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体レーザ、半導
体発光素子、及び、その製造方法に関するものであり、
特に、ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レー
ザにおけるしきい値電流密度Ｊ_thを低減するための構成
に特徴のある短波長半導体レーザ及びその製造方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、短波長半導体レーザは、光ディス
クやＤＶＤ等の光源として用いられているが、光ディス
クの記録密度はレーザ光の波長の二乗に反比例するた
め、より短い波長の半導体レーザが要請されており、現
在商品化されている最短波長の半導体レーザは６３０〜
６５０ｎｍ近傍に波長を有する赤色半導体レーザであ
り、昨年発売されたＤＶＤに用いられている。

【０００３】しかし、より記録密度を高めるためにはさ
らなる短波長化が必要であり、例えば、光ディスクに動
画を２時間記録するためには波長が４００ｎｍ近辺の青
色半導体レーザが不可欠となり、そのため、近年では次
世代光ディスク用光源として、青色領域に波長を有する
短波長半導体レーザに開発が盛んになされている。

【０００４】この様な青色半導体レーザ用材料として
は、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体のＺｎＳｅ系と、III-Ｖ
族化合物半導体のＧａＮ系とが研究されており、この
内、ＺｎＳｅ系は高品質の基板として実績の高いＧａＡ
ｓにほぼ格子整合することから、長い間ＺｎＳｅ系の方
が有利であると考えられ、世界中の研究者の大半がこの
ＺｎＳｅ系の研究に従事していたという経緯があり、レ
ーザの研究に関してはＺｎＳｅ系の方が先んじている。

【０００５】このＺｎＳｅ系については、既に、注入励
起による室温連続発振が報告されているが、本質的に劣
化しやすい材料であることから信頼性が問題となり、未
だ実用化には至っていない。

【０００６】一方、ＧａＮ系の場合には、１９９３年末
の日亜化学によるＧａＮ高輝度ＬＥＤの発表を境に、Ｚ
ｎＳｅ系でネックになっている信頼性に関して耐環境性
に優れるＧａＮが見直され、世界中で研究者の大きな増
加を見ている。

【０００７】次いで、１９９５年１２月初めには、同じ
く日亜化学によりパルスレーザ発振の成功が報告されて
以来、急速に研究が進み、室温連続発振（ＣＷ発振）に
おいて、３５時間の発振持続時間が報告されて以来、現
在では、加速試験で推定１００００時間の発振持続時間
が報告されている。

【０００８】ここで、図３１及び図３２を参照して従来
の短波長半導体発光素子を説明するが、図３１（ａ）は
従来の短波長半導体レーザの光軸に垂直な概略的断面図
であり、図３１（ｂ）は短波長発光ダイオードの概略的
断面図であり、また、図３２はバッファ層構造の異なる
短波長半導体レーザの光軸に垂直な概略的断面図であ
る。 図３１（ａ）参照 まず、（０００１）面を主面とするサファイア基板８１
１上に、ＧａＮバッファ層８１２を介して、ｎ型ＧａＮ
バッファ層８１３、ｎ型Ｉｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層８１４、
ｎ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッド層８１５、ｎ型ＧａＮ
光ガイド層８１６、ＩｎＧａＮＭＱＷ活性層８１７、ｐ
型Ａｌ_0.2 Ｇａ_0.8 Ｎ層８１８、ｐ型ＧａＮ光ガイド層
８１９、ｐ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッド層８２０、及
び、ｐ型ＧａＮコンタクト層８２１をＭＯＶＰＥ法（有
機金属気相成長法）によってエピタキシャル成長させ
る。

【０００９】次いで、ドライ・エッチングによりｎ型Ｇ
ａＮバッファ層８１３の一部を露出させて、Ｔｉ／Ａｕ
からなるｎ側電極８２２を設けると共に、ｐ型ＧａＮコ
ンタクト層８２１上にはＮｉ／Ａｕからなるｐ側電極８
２３を設けたのち、さらに、ドライ・エッチングを施し
て一対の平行な端面を形成し、この端面を共振器面にす
ることによってパルスレーザ発振に成功している（必要
ならば、Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ ｅｔ ａｌ．，Ｊａｐ
ａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｐｈｙｓｉｃｓ，ｖｏｌ．３５，ｐ．Ｌ７４，１９９６
参照）。

【００１０】図３１（ｂ）参照 また、発光ダイオードの場合には、サファイア基板８１
１上に、ＧａＮバッファ層８１２を介して、ｎ型ＧａＮ
層８２４、ｎ型またはｐ型のＩｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ活性層
８２５、及び、ｐ型ＧａＮ層８２６をＭＯＶＰＥ法によ
ってエピタキシャル成長させる。

【００１１】この場合、低注入で動作する発光ダイオー
ドとして実用的な発光輝度を得るためには、Ｉｎ_0.15Ｇ
ａ_0.85Ｎ活性層８２５のＳｉ濃度或いはＺｎ濃度を１×
１０ ¹⁷〜１×１０²¹ｃｍ^-3にする必要があり、また、Ｉ
ｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ活性層８２５の層厚は１〜５００ｎ
ｍ、より好適には、１０〜１００ｎｍにする必要がある
（必要ならば、特開平６−２６０６８２号公報、及び、
特開平６−２６０６８３号公報参照）。

【００１２】図３２参照 図３２は従来の他の短波長半導体レーザの光軸に垂直な
断面図であり、まず、（０００１）面を主面とするサフ
ァイア基板８３１上に、ＧａＮバッファ層８３２を介し
て、ｎ型ＧａＮ中間層８３３、ｎ型Ａｌ_0.09Ｇａ_0.91Ｎ
クラッド層８３４、ｎ型ＧａＮ光ガイド層８３５、ＭＱ
Ｗ活性層８３６、ｐ型Ａｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎオーバーフロ
ー防止層８３７、ｐ型ＧａＮ光ガイド層８３８、ｐ型Ａ
ｌ_0.09Ｇａ_0.91Ｎクラッド層８３９、及び、ｐ型ＧａＮ
コンタクト層８４０をＭＯＶＰＥ法によって順次エピタ
キシャル成長させる。

【００１３】次いで、図３１（ａ）の場合と同様に、ド
ライ・エッチングによりｐ型ＧａＮコンタクト層８４０
及びｐ型Ａｌ_0.09Ｇａ_0.91Ｎクラッド層８３９をメサエ
ッチングすると共に、ｎ型ＧａＮ中間層８３３の一部を
露出させて、ｎ型ＧａＮ中間層８３３の露出部にＴｉ／
Ａｕからなるｎ側電極８４１を設けると共に、ｐ型Ｇａ
Ｎコンタクト層８４０上にはストライプ状開口を有する
ＳｉＯ₂ 膜８４２を介してＮｉ／Ａｕからなるｐ側電極
８４３を設け、次いでドライ・エッチングを施して共振
器面となる一対の平行な端面を形成したものである。

【００１４】また、オーバーフロー防止層、即ち、キャ
リアストッパー層をｎ型層側にも設けることも提案され
ており（必要ならば、特開平１０−５６２３６号公報参
照）、この場合には、ｎ型不純物濃度が１×１０¹⁸ｃｍ
^-3のＳｉドープのｎ型Ａｌ_{0. 15}Ｇａ_0.85Ｎ層を正孔スト
ッパー層として、また、ｐ型不純物濃度が５×１０¹⁹ｃ
ｍ^-3のＭｇドープのｐ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ層を電子ス
トッパー層として活性層と光ガイド層との間に設けてお
り、その際の成長温度はＧａＮ或いはＡｌＧａＮを成長
させる際の通常の成長温度である１１００℃でる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の短波長
半導体レーザの場合、しきい値電流密度が３．６ｋＡ／
ｃｍ² 程度と、非常に大きいという問題があり、これは
基板のサファイアに劈開性がないことのほかに、ＧａＮ
系化合物半導体、即ち、ナイトライド系化合物半導体と
いう材料が、光学利得を発生するためには、本質的に大
きなキャリア密度を必要とするためである。

【００１６】即ち、従来、実用化されている半導体レー
ザは、ＡｌＧａＡｓ系やＡｌＧａＩｎＰ系等の閃亜鉛鉱
型結晶構造のIII-Ｖ族化合物半導体を用いているのに対
して、ナイトライド系化合物半導体は、非常に大きな禁
制帯幅を有する六方晶ウルツ鉱構造であり、閃亜鉛鉱型
結晶材料とは全く異なった物性を有しているためであ
る。

【００１７】この様なナイトライド系化合物半導体の物
性上の大きな特徴は、六方晶であり結晶に異方性が存在
すること、禁制帯幅が大きく有効質量が大きいこと、ス
ピン軌道相互作用が小さく、価電子帯に、ＨＨ（Ｈｅａ
ｖｙ Ｈｏｌｅ）、ＬＨ（Ｌｉｇｈｔ Ｈｏｌｅ）、及
び、ＣＨの３つのバンドが近接して存在することの三つ
が挙げられる。

【００１８】より、詳しく説明すると、まず、第１に、
ホールの有効質量が大きいことに起因する特徴として
は、 ホールの有効質量が大きいため、価電子帯の擬フェル
ミ準位Ｅ_Fpが上がりにくいこと、また ホールの有効質量が大きく、また、ＬＯ（縦光学）フ
ォノン散乱等が大きいため、ホールの移動度が小さいこ
と、また、 ホールの有効質量ｍが大きいため、温度Ｔにおけるホ
ールの平均速度、即ち、ホールの熱速度ｖ_p は、（ｍ／
２）ｖ_p ² ＝（３／２）ｋＴから、ｖ_p ∝ｍ^-1/2とな
り、ホールの熱速度ｖ_p が小さいことが挙げられる。

【００１９】第２に、価電子帯に、ＨＨ、ＬＨ、ＣＨの
３つのバンドが近接して存在し、その内の２つの有効質
量が大きいことにより、ホールに対する擬フェルミ準位
Ｅ_Fpが上がりにくいことが原因で、 反転分布を達成するために必要な伝導帯の擬フェルミ
準位Ｅ_Fnの上昇が従来材料よりも大きくなり、且つ、バ
リア層と井戸層、或いは、活性層と光ガイド層とを構成
するＧａＮ／ＩｎＧａＮ、或いは、Ｉｎ_x Ｇａ_1-x Ｎ／
Ｉｎ_y Ｇａ_1-yＮのヘテロ接合における価電子帯におけ
るエネルギー不連続ΔＥ_V と禁制帯幅の差ΔＥ_g との
比、即ち、ΔＥ_V ／ΔＥ_g が、従来の材料系では０．４
程度であったのに対して０．７程度と大きく、界面にお
けるバンドのオフセットが３：７で価電子帯側に偏ると
いう特徴がある。

【００２０】これらが原因となって、ｐ型層側から活性
層へのホールの注入が効率良く行われなくなり、特に、
活性層が多重量子井戸（ＭＱＷ）構造である場合、ホー
ルの注入効率の悪さは量子井戸層（ウエル層）間のホー
ル密度の不均一を生むことになり、且つ、活性層で有効
に消費されない電子がｐ側へ溢れ出しｐ側光ガイド層或
いはｐ型クラッド層へのオーバーフロー電流となること
を、本発明者等はシミュレーションにより見出したので
この事情を図３３乃至図３７を参照して説明する。な
お、図３３乃至図３７にシミュレーションについては、
エレクトロンブロック層、即ち、オーバーフロー防止層
の設けない構成でシミュレーションしている。

【００２１】図３３参照 図３３は、活性層近傍におけるフェルミ準位の変化を示
すものであり、図において拡大した円内に示す様に、価
電子帯におけるホールに対する擬フェルミ準位Ｅ_Fpが、
活性層においてｐ側光ガイド層より低エネルギー側にあ
ることがわかる。

【００２２】即ち、通常の材料系においては、ホールの
注入によって擬平衡状態に達し、活性層とｐ側光ガイド
層の擬フェルミ準位Ｅ_Fpはほぼ一致することになるが、
ナイトライド系半導体材料においては、活性層とｐ側光
ガイド層の擬フェルミ準位Ｅ _Fpの不一致が非常に大き
く、ｐ側光ガイド層から活性層へホールが有効に注入さ
れていないことを示している。

【００２３】図３４参照 図３４は、ウエル層が５層のＭＱＷ構造短波長半導体レ
ーザにおけるホール電流の層位置依存性を示す図であ
り、注入されたホールがどこで再結合により消滅するか
をシミュレーションした結果を示した図であり、図から
明らかな様に、ｐ型クラッド層より注入されたホール電
流は、活性層に達する前にｐ側光ガイド層で４ｋＡ／ｃ
ｍ² だけ消費されている。

【００２４】この消費された電流はレーザ発振に寄与し
ない無効電流であり、しきい値電流密度Ｊ_thの増加につ
ながるものであるが、この様に、ｐ側光ガイド層での再
結合が大きい理由は、ｐ型クラッド層から活性層へのホ
ールの注入効率が悪いためである考えられる。

【００２５】また、活性層がＭＱＷ構造である場合、ホ
ールの注入効率の悪さは量子井戸層（ウエル層）間のホ
ール密度の不均一を生み、レーザ発振を非効率にするこ
とになるので、この事情を図３５及び図３６を参照して
説明する。 図３５参照 図３５は、図３３の状態における素子膜厚方向のホール
密度分布のシミュレーション結果を示す図であり、図か
ら明らかなように、ＭＱＷ活性層におけるホール密度が
ｐ側光ガイド層に近いほど大きく、不均一になっている
ことが理解される。

【００２６】図３６参照 図３６は、同じく図３３の状態における素子膜厚方向の
電子密度分布のシミュレーション結果を示す図であり、
図から明らかなように、ｎ側光ガイド層側から注入され
るＭＱＷ活性層における電子密度もｐ側光ガイド層に向
かうほど大きく不均一になっていることが理解され、こ
れは上述のホール不均一注入が原因で、電荷中性条件を
満たすために電子がホールに引き寄せられる結果であ
る。

【００２７】この様に、ホールと電子ともに同様の不均
一が起きていることによって、多重量子井戸構造中にお
ける光学利得の発生を著しく不均一にすることが予想さ
れるので、この事情を図３７を参照して説明する。 図３７参照 図３７は、上述のナイトライド系化合物半導体を用いた
ＭＱＷ半導体レーザの多重量子井戸中における光学利得
分布の説明図であり、ｐ型クラッド層側から第１番目の
量子井戸においてはｐ型クラッド層からの正孔の供給が
多いため、大きな光学利得を有しているが、ｎ型クラッ
ド層側へ向かうにつれて光学利得は減少し、ｎ型クラッ
ド層側の２つの量子井戸においては光学利得を発生しな
いばかりか、光の損失が生じるという従来の閃亜鉛鉱型
結晶構造の半導体を用いたレーザと異なる特性となる。

【００２８】即ち、閃亜鉛鉱型結晶構造の半導体を用い
た従来の半導体レーザにおいては、ＭＱＷ構造が５層程
度の量子井戸層から構成される場合には、キャリアが均
一に注入されることが常識であり、光通信用長波長レー
ザでは５〜１０層程度、ＤＶＤ用赤色レーザでも５層程
度用いているが、光学利得は均一に発生している。

【００２９】この様な光学利得の量子井戸層間の不均一
による光吸収層の発生は、二つの悪影響を与えることに
なり、第一は、光吸収層となっているｎ側の２つの量子
井戸層においても、図３５及び図３６から明らかなよう
にキャリアが高密度に存在するため、再結合電流が大き
いことを意味し、ｐ側の３つの量子井戸層がレーザ発振
のしきい値フェルミ準位に達する電流量をｎ側の２つの
量子井戸層が増加させる結果となる。

【００３０】第二に、ｎ側の２つの量子井戸層が光吸収
層であるために、レーザ発振するために克服すべき内部
ロスが増加し、しきい値フェルミ準位Ｅ^F _thそのものが
上昇してしまうという悪影響が生ずることになる。

【００３１】図３８参照 図３８は、多重量子井戸活性層における量子井戸層の数
を変えて実際に作製したＭＱＷ半導体レーザの光出力−
電流特性を示す図であり、この場合、全体の光閉じ込め
を一定にするために膜厚を変化させているが、５層の量
子井戸層からなる活性層を設けたＭＱＷ半導体レーザの
方が３層の量子井戸層からなる活性層を設けたＭＱＷ半
導体レーザの場合よりしきい値電流密度Ｊ_thが高く、且
つ、レーザ発振後の効率も悪いことがわかる。

【００３２】これは、半導体レーザの効率は内部量子効
率と内部ロスで決定されるため、ｎ側の２つの量子井戸
層が光吸収層になっていることによって、内部量子効率
及び内部ロスの両者が劣化していることが原因であると
考えられる。

【００３３】また、従来のＭＱＷ構造半導体レーザで
は、放射光電磁場の強度分布（放射光強度分布）が、図
３７に示す様に、活性層の中心位置に最大強度位置が来
るように対称構造になっており、光学利得を発生する第
１層目の量子井戸と最大強度位置とが一致していないた
め、光閉じ込めが有効に行われないという問題がある。

【００３４】即ち、レーザ発振に寄与する実質的な利得
は、光学利得に放射光強度分布を掛けたものであり、光
学利得が大きくとも、その光学利得を発生する位置に放
射光強度分布が存在しなければ発振に寄与できないこと
になる。

【００３５】そして、実際には、放射光の活性層への分
布は、全層を合計しても全体の光強度の約３％程度であ
るので、図３７に示すようにただでさえ小さい光分布が
最大光学利得を発生する層で大きくならないことは大き
な問題となる。

【００３６】また、現在報告されている、量子井戸層が
１０層乃至２０層のＭＱＷレーザの場合には、量子井戸
構造全体では、光閉じ込めが充分であっても、実質的
に、光学利得を発生しているｐ型クラッド層側から第１
番目の量子井戸での光閉じ込めがかなり小さくなり、し
きい値電流密度Ｊ_thが増加するという問題がある。

【００３７】さらに、上述のの理由により、禁制帯幅
の差ΔＥ_g の影響の約７０％が価電子帯側に現れ、伝導
帯側のエネルギー不連続ΔＥ_C は小さくなり、電子のオ
ーバーフローが問題となるため、従来の短波長半導体レ
ーザにおいては、オーバーフロー防止層或いはキャリア
ストッパ層を設けているが、それによって、放射光強度
分布がさらにｎ側にずれた非対称構造となり、光学利得
の大きなｐ型クラッド層側から第１番目の量子井戸での
光閉じ込めがさらに小さくなり、しきい値電流密度Ｊ_th
が増加するという問題がある。

【００３８】したがって、ナイトライド系化合物半導体
を用いたＭＱＷ半導体レーザの特性を改善するために
は、しきい値電流密度Ｊ_thを低減させることが必要にな
るが、そのためには、上述のキャリアの不均一注入を改
善することが有効となる。

【００３９】しかし、上述の様にナイトライド系化合物
半導体を用いたＭＱＷ半導体レーザの場合には、ナイト
ライド系化合物半導体に特有な問題があり、従来の閃亜
鉛鉱型結晶構造半導体の常識を適用するだけでは優れた
解決手段が見つからず、ナイトライド系化合物半導体を
用いたＭＱＷ半導体レーザに採用されている構成で、ナ
イトライド系化合物半導体には本質的ではない構成が無
いか否かを検討することが必要になる。

【００４０】そこで、検討するに、一般に、ホールの注
入効率を改善するために、ｐ側光ガイド層をｐ型層とす
ることによりホール濃度を高めることが考えられるが、
この場合には、かえって、ホールの注入効率が低下する
という問題がある。即ち、ホールの注入効率が低い主た
る原因は、ｐ側光ガイド層におけるホールの移動度が小
さいことであるが、ｐ型ドーピングによって散乱が増え
てホールの移動度を更に低下させることになる。さら
に、ｐ型不純物のドーピング濃度を高めても、不純物の
活性化率が小さいため、ホール濃度がなかなか上がらな
いことも問題となる。

【００４１】また、一般に、ＭＱＷ半導体レーザにおけ
るキャリアの不均一注入を改善するためには、多重量子
井戸構造におけるウエル層の膜厚を薄くすること、バリ
ア層の厚さを薄くすること、及び、バリア層の高さを低
く、即ち、禁制帯幅を小さくすることが有効であると考
えられる。

【００４２】この内、ウエル層の膜厚は、レーザの光学
利得特性を大きく左右し、レーザ設計の最重要項目であ
るため、独立に変化させることは難しいという問題があ
り、また、ナイトライド系ＭＱＷ青色半導体レーザにお
いて、バリア層の禁制帯幅を小さくするということは、
バリア層中のＩｎ組成を増加することを意味することに
なるが、これは歪の増加をもたらし、結晶性が劣化する
ことになるので好ましくないので、この事情を図３９を
参照して説明する。

【００４３】図３９参照 図３９は、バリア層として用いたＩｎ_x Ｇａ_1-x Ｎを用
いた場合の発光効率のＩｎ組成比ｘ依存性についての実
験結果を示す図であり、Ｉｎ組成比ｘが大きいほど活性
層にかかる歪がおおきくなり、発光効率が小さくなるた
め、バリア層のＩｎ組成比ｘを大きくできず、したがっ
て、量子井戸構造のバリアを低くして注入効率を高める
ことができない。

【００４４】一方、バリア層の膜厚については、従来の
閃亜鉛鉱型結晶構造半導体を用いたレーザにおいては、
膜厚が薄いと量子井戸層間の波動関数の滲み出しによる
相互作用が無視できなくなり、階段状であるはずの光学
利得分布がなまり、一定キャリア密度当たりの光学利得
が発生が低下するため、５ｎｍ以上の厚さにしており、
この構成をナイトライド系化合物半導体を用いたＭＱＷ
半導体レーザにおいてもそのまま採用している。

【００４５】しかし、ナイトライド系化合物半導体を用
いたＭＱＷ半導体レーザにおいては、上述のようにキャ
リアの有効質量が大きいため、量子井戸からの波動関数
の滲み出しが少なく、且つ、バンド・ギャップの不均一
性のため階段状の光学利得分布がもともと若干なまって
おり、そのため、５ｎｍ以上の膜厚は本質的な要件では
ないとの結論に至った。

【００４６】また、上述の様に、活性層で有効に消費さ
れない電子がｐ側へ溢れ出しｐ側光ガイド層或いはｐ型
クラッド層へのオーバーフロー電流となるとともに、ｐ
側光ガイド層から活性層へのホールの注入効率が悪いこ
とが原因で、ｐ側光ガイド層に溜まったホールが電子を
ｐ側層へと引き寄せることによっても、オーバーフロー
を増加させることになる。

【００４７】さらに、上述のの理由により、ヘテロ接
合界面におけるバンドのオフセットが３：７で価電子帯
側に偏り、伝導帯側のエネルギー不連続ΔＥ_C は小さく
なるので、この点からも電子のオーバーフローが問題と
なっており、従来の短波長の半導体レーザにおいては、
オーバーフロー防止層或いはキャリアストッパ層を設け
ているが、それでも、しきい値キャリア密度Ｎ_thが高い
のでオーバーフローが起きやすいという問題があり、こ
の様にナイトライド系半導体においては、他の半導体よ
りも電子のオーバーフローが本質的な問題となる。

【００４８】即ち、半導体レーザのしきい値電流密度Ｊ
_thは、τ_s を電子のライフタイム、ｄを活性層の厚さ、
ｅを素電荷、Ｎ_thをしきい値キャリア密度とした場合、 Ｊ_th＝Ｎ_th・ｄ・ｅ／τ_s で表され、しきい値フェルミ準位Ｅ^F _thは、キャリア密
度Ｎに依存するフェルミ準位Ｅ_F のしきい値キャリア密
度Ｎ_thにおける値、即ち、 Ｅ^F _th＝Ｅ_F （Ｎ_th） で表される。

【００４９】このしきい値キャリア密度Ｎ_thは、キャリ
ア密度Ｎの関数であるＧ_m （ｍｏｄａｌ ｇａｉｎ：モ
ード利得）がキャビティ・ロスを上回ってレーザ発振を
開始するキャリア密度であり、しきい値キャリア密度Ｎ
_thを小さくするためにはＧ_mを大きくする必要がある。

【００５０】このＧ_m はΓを光閉じ込め係数とし、Ｇを
活性層の組成及びキャリア密度等で決まる利得とする
と、 Ｇ_m ＝Γ・Ｇ で表されるので、活性層の厚さが薄くなり、且つ、光閉
じ込めが不十分であればＧ_m が小さくなり、それに伴っ
てしきい値キャリア密度Ｎ_thも大きくなり、したがっ
て、しきい値フェルミ準位Ｅ^F _thが上がりやすくなる。
このしきい値フェルミ準位Ｅ^F _thも大きくなると、高エ
ネルギー状態の電子の数が多くなるので、この点からも
電子のオーバーフローが問題となる。

【００５１】また、有効質量が大きいことが主な原因
で、オーバーフロー防止層を設けない場合、ｐ型クラッ
ド層への電子のオーバーフローによるリーク電流が非常
に大きいことを本発明者等はシミュレーションにより見
出したのでこの事情を図４０を参照して説明する。 図４０参照 図４０は、Ｉｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎからなる５層のウエル層
をＩｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎバリア層で挟んだＭＱＷ構造短波
長半導体レーザにおける、電子のオーバーフロー電流の
総電流量依存性のシミュレーション結果を、ＡｌＧａＮ
クラッド層のＡｌ組成を変化させて示したものであり、
クラッド層のＡｌ組成比が０．０５の場合、即ち、Ａｌ
_0.05Ｇａ_0.95Ｎ層を用いた場合には、低電流領域からリ
ーク電流が増加しはじまり、２０ｋＡ／ｃｍ² の時に、
総電流量の半分以上がリークすることが分かる。

【００５２】この様なリーク電流は、レーザ発振に寄与
しない無効電流であり、これ自体がしきい値電流密度Ｊ
_thの増加につながるばかりか発熱の原因ともなって、よ
り一層レーザ発振を困難にするものである。

【００５３】クラッド層としてＡｌ組成比が０．０５の
Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ層を用いた場合には、活性層との禁
制帯幅の差は５００ｍｅＶもあり、従来の材料系では十
分な差であるが、ナイトライド系においてはこの様にオ
ーバーフロー電流が無視できない大きさになるため、オ
ーバーフローによるリーク電流を低減するために、クラ
ッド層のＡｌ組成比を大きくしたＡｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ層
等が用いられている。

【００５４】また、本発明者は、オーバーフロー電流は
素子温度にも依存することをシミュレーションにより見
出したのでこの事情を図４１を参照して説明する。 図４１参照 図４１は、Ａｌ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎクラッド層を用いた場合
の電子のオーバーフロー電流の総電流量依存性のシミュ
レーション結果を、素子温度を変化させて示したもので
あり、図から明らかなように、素子温度が上昇すると高
電流領域でオーバーフローが増加することが分かる。

【００５５】そして、実際の素子では、オーバーフロー
した電流がｐ側電極まで達して発熱して素子温度を上昇
させることになり、この素子温度の上昇によって更にオ
ーバーフロー電流が増加するという悪循環が生じ、レー
ザ発振を阻害するものと考えられる。

【００５６】一方、電子のオーバーフローを防止するた
めに、ｐ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ層或いはＡｌ_0.18Ｇａ
_0.82Ｎ層等のオーバーフロー防止層を設けた場合、この
Ａｌ_{0. 15}Ｇａ_0.85Ｎ層或いはＡｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎ層はｐ
側光ガイド層より屈折率が低いので、レーザ発振を得る
ために必要な光閉じ込めが大きく減少してしまう問題が
あり、且つ、ヘテロ接合界面にエネルギースパイクを形
成して正孔の注入に対するバリアとなる問題がある。

【００５７】また、上述の図３２に示す様に、ナイトラ
イド系化合物半導体を用いた従来のＭＱＷ半導体レーザ
において、ＭＱＷ活性層８３６とｐ型ＧａＮ光ガイド層
８３８との間に、禁制帯幅の大きなｐ型Ａｌ_0.18Ｇａ
_0.82Ｎオーバーフロー防止層８３７を設けた場合には、
内部ロスの増加を助長すると共にホールに対する電位障
壁を大きくし駆動電圧を上昇させるという問題があり、
また、電子親和力の差に起因する電位障壁によっても駆
動電圧が上昇するという問題があるので、この事情を図
４２を参照して説明する。

【００５８】図４２（ａ）参照 図４２（ａ）は従来の短波長半導体レーザのバンドダイ
ヤグラムであり、図から明らかなように、ｐ型Ａｌ_0.18
Ｇａ_0.82Ｎオーバーフロー防止層８３７の禁制帯幅が大
きいため、ｐ型ＧａＮ光ガイド層８３８との間に形成さ
れる障壁、即ち、実線で示す電圧非印加時の価電子帯の
バンド端と破線で示す電圧印加時の価電子帯のバンド端
８４４との間のエネルギー差が大きくなり、したがっ
て、ＭＱＷ活性層８３６へのホールの注入のための印加
電圧Ｖを増大させることになる。

【００５９】図４２（ｂ）参照 図４２（ｂ）は、ｐ型Ａｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎオーバーフロ
ー防止層８３７の近傍における価電子帯側のバンドダイ
ヤグラムを模式的に示す図であり、図に示すように、Ｍ
ＱＷ活性層８３６とｐ型Ａｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎオーバーフ
ロー防止層８３７との界面、及び、ｐ型Ａｌ_0.18Ｇａ
_0.82Ｎオーバーフロー防止層８３７とｐ型ＧａＮ光ガイ
ド層８３８との界面に電子親和力の差に起因してノッチ
８４５，８４６が形成され、このノッチ８４５，８４６
がホールの注入に対する電位障壁となり、ホールの注入
効率が低下することになる。

【００６０】また、このオーバーフローを助長する他の
要因としては、ｐ型クラッド層の比抵抗が高いこと、及
び、ｐ型クラッド層における非発光寿命が短いことが挙
げられ、これらの要因は本質的なものではないため、こ
れらを改善することによってオーバーフローを低減する
ことも考えられる。

【００６１】しかし、現状では十分な結晶品質を有する
ｐ型クラッド層が得られておらず、例えば、比抵抗に関
しては、ｐ型クラッド層に対するドーピングが難しく、
十分でないことが原因であるが、Ａｌ組成比の増加とと
もにドーピングが一層困難になるので、オーバーフロー
を低減するためにＡｌ組成比の大きなｐ型クラッド層を
使用した場合に、その比抵抗を低下させることは容易で
はない。

【００６２】また、非発光寿命に関しても、アンドープ
の結晶でも非発光寿命が１ｎｓ（ナノ秒）程度と従来材
料より短く、ｐ型ドーピング層に至っては０．１ｎｓ以
下と考えられ、現実的には改善が難しいという問題があ
る。

【００６３】即ち、ナイトライド系化合物半導体の結晶
品質上の特徴としては、転位密度が非常に高いことが挙
げられ、特に、成長基板としてサファイア基板を用いた
場合には、成長層と十分格子整合しないため、成長層の
結晶性が悪く、例えば、通常の転位密度は１０¹⁰ｃｍ^-2
に達することが報告されており、また、非発光寿命が１
ｎｓ（ナノ秒）程度と非常に速いという問題がある。

【００６４】また、ｐ型不純物のドーピングによって、
ｐ側光ガイド層の結晶性が劣化し、非発光寿命はさらに
短く０．１ｎｓ（＝１００ｐｓ）程度となり、非発光性
再結合の量が増大することになり、レーザ発振のための
しきい値電流密度Ｊ_thがさらに増大することになる。

【００６５】このため、Ｍｇをドープしてもホール濃度
を上げることが容易ではないナイトライド系半導体にお
いて、ｐ側光ガイド層のホール濃度を上げることによる
効果より、ｐ型ドーピングに伴う移動度の低下や、結晶
性の劣化の方が問題になるものと考えられる。

【００６６】一方、転位密度に関しては、１０¹⁰ｃｍ^-2
の値は、転位密度が１０⁴ ｃｍ^-2以下である従来の閃亜
鉛鉱型結晶構造半導体の約１００万倍であるが、この様
なナイトライド系化合物半導体においては、転位は非発
光中心を形成しないのでデバイスの特性には影響しない
と言われており、したがって、非発光中心を低減するた
めに転位密度を低減する必要はないので、この様な高密
度の転位密度が存在したままで半導体レーザが実現され
ている。

【００６７】また、ナイトライド系半導体レーザの活性
層として通常用いられているＩｎＧａＮは、上記のナイ
トライド系化合物半導体に共通する物性的特徴の他に、
従来材料と全く異なる性質を有している。即ち、ＩｎＧ
ａＮはＩｎＮとＧａＮとの混晶であるが、ＩｎＮの禁制
帯幅が１．９ｅＶであるのに対してＧａＮの禁制帯幅は
３．４ｅＶと非常に大きく異なり、また、結晶成長温度
もＩｎＮが６００℃前後であるのに対して、ＧａＮが１
０００℃前後と大きく異なっている。

【００６８】これらのことが原因で、このＩｎＧａＮ混
晶は非常に混ざりにくいことが知られており、非混晶領
域が大きく、且つ、Ｉｎ組成比が０．２以下と小さい領
域においても、Ｉｎ組成比の増加に伴い組成分離してい
る割合が大きくなるという問題がある。

【００６９】この結果、Ｉｎ組成比が０．１５程度のＩ
ｎＧａＮ層において、２００μｍ程度のマクロな領域で
見たフォトルミネッセンス（ＰＬ）スペクトルの半値幅
は、組成分離による結晶内不均一を反映して非常に大き
く、良い結晶でも１５０ｍｅＶである。

【００７０】このことは、従来の閃亜鉛鉱型結晶構造の
半導体では薄膜化すれば大きくなるはずのＰＬスペクト
ルの半値幅がＩｎＧａＮ混晶では逆に小さくなり、この
現象が、極低温に冷却しても半値幅の変化は殆どないと
いう、従来の材料とは全く異なる性質の原因である。

【００７１】これらのＩｎＧａＮにおける特徴は、サフ
ァイア基板、ＳｉＣ基板、或いは、スピネル基板等の成
長基板として用いる基板の種類に依存せず、また、減圧
ＭＯＶＰＥ法（減圧有機金属気相成長法）、常圧ＭＯＶ
ＰＥ法、或いは、ＭＢＥ法（分子線エピタキシャル成長
法）等の成長方法にも依存せず、さらに、六方晶或いは
立方晶等の結晶構造にも依存せずに出現するものであ
り、この様な本質的な特徴は、ある程度許容すべき、避
けられない特殊性であると考えられる。

【００７２】この様に、従来のＩｎＧａＮを活性層とす
る短波長半導体レーザや発光ダイオード（ＬＥＤ）にお
いては、この様な結晶内組成不均一性をそのままにして
開発が進められており、ＬＥＤでは実際にこの大きな組
成不均一性を持ったまま製品化が行われているものと考
えられる。

【００７３】また、短波長半導体レーザにおいても、上
述の様にレーザ発振には成功しているものの、これまで
は適当な評価手段がなかったため、実際の短波長半導体
レーザにおいて、レーザ共振器全体でどの程度の組成不
均一が生じているのかは分からず、且つ、この様な組成
不均一がデバイス特性にどの様な影響を及ぼすかは知ら
れておらず、したがって、レーザ発振に必要な結晶品質
がどの程度のものであり、且つ、この様な品質の結晶を
どの様な条件で成長した場合に再現性良く得られるかは
全く未知であった。

【００７４】そこで、本発明者等は、最近、短波長半導
体レーザの活性層となるＩｎＧａＮ混晶について、１μ
ｍという微小スポット径でフォトルミネッセンス（Ｐ
Ｌ）測定を行うことにより、ＩｎＧａＮ混晶中の組成不
均一の程度を定量的に評価する手法を開発した。

【００７５】この様な評価を行った結果、ＩｎＧａＮＭ
ＱＷ（多重量子井戸）活性層のＰＬピーク波長が、結晶
内で非常に大きな分布を有することが判明したので、図
４３及び図４４を参照して説明する。なお、この測定を
行った従来の短波長半導体レーザの詳細については未発
表である。

【００７６】図４３（ａ）参照 図４３（ａ）は、レーザ発振しなかった素子において、
１００００μｍ² の領域内でＰＬスペクトルを２μｍお
きに２５００点測定した場合の、各測定点におけるＰＬ
ピーク波長とＰＬ光強度の相関を示すものであり、３９
６ｎｍ（≒３．１３１ｅＶ）から４１６ｎｍ（≒２．９
８０ｅＶ）の範囲に渡って、ＰＬピーク波長、ＰＬ光強
度ともに大きく分布し、ＰＬピーク波長分布範囲は１５
１ｍｅＶ、即ち、約１５０ｍｅＶであった。

【００７７】因に、光通信用半導体レーザとして用いら
れているＩｎＧａＡｓ系の活性層について同様の評価を
行った結果、ＰＬピーク波長分布が５ｍｅＶ程度の分
布、即ち、ＩｎＧａＮ混晶の１／３０程度の分布しか持
っていなかったことが判明し、この結果からもＩｎＧａ
Ｎ系が非常に特殊な材料系であり、従来の常識が通用し
ないことが分かる。

【００７８】このＩｎＧａＮ系半導体レーザにおいて
は、物性上の理由からしきい値電流密度Ｊ_thが本質的に
高い上、この様な活性層の組成不均一の大きさはレーザ
発振を達成する上で致命的な欠点となるものであり、上
述の評価からは、ＰＬピーク波長分布が１５０ｍｅＶ以
上の場合にはレーザ発振しないという結果が得られてい
る。

【００７９】図４３（ｂ）参照 図４３（ｂ）は、レーザ発振した素子において、１００
００μｍ² の領域内でＰＬスペクトルを２μｍおきに２
５００点測定した場合の、各測定点におけるＰＬピーク
波長とＰＬ光強度の相関を示すものであり、ＰＬピーク
波長分布範囲は４００ｎｍ（≒３．１００ｅＶ）から４
１２ｎｍ（≒３．００９ｅＶ）の範囲に渡って、９１ｍ
ｅＶ、即ち、約９０ｍｅＶであり、且つ、ＰＬ光強度分
布も小さいものであった。

【００８０】図４４（ａ）参照 図４４（ａ）は、上記の様なＰＬピーク波長分布を有す
るＩｎＧａＮ系半導体レーザの電流−光出力特性（Ｉ−
Ｌ特性）を示す図であり、４１４．３ｎｍの波長におい
て、室温パルス発振が達成されたが、電流を増大するに
つれて明確にキンクが現れている。なお、ＰＬ波長とレ
ーザ発振波長とは互いに若干異なるものである。

【００８１】図４４（ｂ）参照 図４４（ｂ）は、図４４（ａ）と同じＩｎＧａＮ系半導
体レーザに、しきい値電流密度Ｊ_thの１．１倍、１．２
倍、或いは、１．３倍の電流を流した場合の発振波長を
表すもので、電流が多くなるにしたがって多波長発振が
起こっており、この多波長発振が図４４（ａ）における
Ｉ−Ｌ特性におけるキンクの原因となっていることが分
かる。

【００８２】従来、ＩｎＧａＮ系半導体レーザにおいて
は、発振波長が多波長であったり、或いは、注入電流に
よって大きく変化することが知られており、これは、活
性層内における量子ドット（量子箱）化が反映している
ものと考えられていた。即ち、従来においては、多波長
発振が量子効果に起因すると考えられており（必要なら
ば、Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐ
ｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ，ｖｏｌ．３５，１９９６，
ｐ．２１７参照）、実際に、ＩｎＧａＮ層中に量子ドッ
トが存在することが報告（必要ならば、Ａｐｐｌｉｅｄ
Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．７０，１
９９７，ｐ．９８１参照）されている。

【００８３】しかし、本発明者の研究の結果、上述の様
に活性層内における組成不均一性に起因するＰＬピーク
波長の空間的分布が多波長発振の原因であると考えられ
るに至ったので、この事情を図４５を参照して説明す
る。

【００８４】図４５参照 図４５の棒グラフは、図４３（ｂ）に示した測定結果に
おけるＰＬピーク波長のヒストグラムであり、一方、折
れ線グラフは図３４に示したように実際にレーザ発振し
た半導体レーザについて光励起による発振スペクトルの
強度分布を示したもので、両者を重ね合わせると、非常
に良い一致が得られ、このことから、多波長発振はＰＬ
ピーク波長分布、即ち、活性層内の組成不均一が原因で
あると考えられる。

【００８５】そして、この様な多波長発振は、しきい値
電流密度Ｊ_thを増加させるばかりか、Ｉ−Ｌ特性におけ
るキンク、近視野像及び遠視野像の劣化等の光学特性の
劣化にもつながるため、光学装置用光源としてもＩｎＧ
ａＮ系半導体レーザにおいては、活性層の組成分布を抑
制することが重要になる。

【００８６】この様に、本発明者等の実験の結果、レー
ザ発振のためには１５０ｍｅＶ以下のＰＬピーク波長分
布、即ち、Ｉｎ組成比において±０．０３の分布範囲内
になるように設定することが必要であることが判明し、
また、多波長発振を抑制するためには、ＰＬピーク波長
分布を９０ｍｅＶ以下に、即ち、Ｉｎ組成比において±
０．０１８以下にすることが必要であることが判明し、
好適には５０ｍｅＶ以下、さらに、より好適には、２０
ｍｅＶ以下にすることが望ましい。

【００８７】さらに、上記の図３１（ｂ）の短波長半導
体発光素子は本質的に発光ダイオードであるため、不純
物濃度或いは層厚についての記載はあるものの、半導体
レーザにした場合には、どの様な条件で効率の良い、低
しきい値電流密度でのレーザ発振が生ずるかについては
何ら示唆するところがないものである。

【００８８】したがって、本発明は、ナイトライド系化
合物半導体を用いた短波長半導体レーザのしきい値電流
密度を低減することを目的とする。

【００８９】

【課題を解決するための手段】ここで、課題を解決する
ための手段を説明するが、図１は請求項１乃至７に関す
る原理的構成の説明図であり、また、図２は量子井戸構
造半導体レーザにおけるモード利得の電流密度の井戸層
の層数依存性を示す図である。 図１参照 （１）本発明は、ナイトライド系化合物半導体を用いた
半導体レーザにおいて、活性層４を厚さが３ｎｍ以上の
単一の利得層で構成すると共に、活性層４とクラッド層
２，６との間に光ガイド層３，５を設けることを特徴と
する。

【００９０】この様に、従来の常識に反して活性層４を
単一の利得層、即ち、量子井戸構造が形成される場合に
は単一の井戸層、形成されない場合には単一の活性層と
することによって、注入電流を有効活用することによっ
てしきい値電流密度Ｊ_thを低減することができ、また、
３ｎｍ未満の厚さでは光閉じ込め係数Γが小さくなって
しきい値電流密度Ｊ_thが大きくなるので、活性層４の厚
さを３ｎｍ以上にすることが必要である。

【００９１】図２参照 例えば、キャビティロスが１００ｃｍ^-1と小さい場合に
は、モード利得Ｇ_m がキャビティロスを上回ってレーザ
発振を開始するしきい値電流密度Ｊ_thは、Ｊ_th（１層）
＜Ｊ_th（２層）＜Ｊ_th（３層）＜Ｊ_th（４層）＜Ｊ
_th（５層）となり、利得層の総層厚が同じ場合、活性層
４を単一の利得層で構成した方がしきい値電流密度Ｊ_th
を低くすることができる。

【００９２】また、活性層４とクラッド層２，６、即
ち、障壁層との間に、光ガイド層３，５、即ち、ＳＣＨ
（Ｓｅｐａｒａｔｅ Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ Ｈｅｔ
ｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）層を設けることによって、
光閉じ込め係数Γを大きくすることができ、それによっ
てしきい値フェルミ準位Ｅ^F _thを下げることができるの
で、しきい値電流密度Ｊ_thが低減され、さらに、電子の
オーバーフローも少なくなり、効率が向上する。

【００９３】（２）また、本発明は、ナイトライド系化
合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、活性層４を
厚さが３ｎｍ以上の単一の利得層で構成すると共に、活
性層４をアンドープ層としたことを特徴とする。

【００９４】この様に、活性層４をアンドープ層とする
ことによって、不純物散乱を少なくして正孔の移動度を
高めることができ、それによって、正孔をより均一に注
入することができる。

【００９５】（３）また、本発明は、上記（２）におい
て、アンドープ層の不純物濃度が、１．０×１０¹⁷ｃｍ
^-3未満であることを特徴とする。

【００９６】アンドープ層の場合、不可避的に不純物が
オートドープされることがあるので、結果的な不純物濃
度としては、１．０×１０¹⁷ｃｍ^-3未満であれば良い。

【００９７】（４）また、本発明は、上記（１）または
（２）において、利得層の厚さが６ｎｍ以上であること
を特徴とする。

【００９８】Ｊ_th＝Ｎ_th・ｄ・ｅ／τ_s で決められるし
きい値電流密度Ｊ_thは、利得層の厚さが６ｎｍ以上の場
合に上昇するが、実際には、利得層の厚さの増加に伴っ
てモード利得Ｇ_m が増加し、しきい値フェルミ準位Ｅ^F
_thを下げることによってオーバーフロー電流を減少する
ことができ、それによって、トータルとしてのしきい値
電流は減少するので、利得層の厚さは６ｎｍ以上が望ま
しい。

【００９９】（５）また、本発明は、上記（１）乃至
（４）のいずれかにおいて、利得層の厚さを３０ｎｍ以
下にしたことを特徴とする。

【０１００】この様に、利得層の厚さの増加に伴ってモ
ード利得Ｇ_m は増加するが、しきい値電流密度Ｊ_thはＪ
_th＝Ｎ_th・ｄ・ｅ／τ_s に依存するので、注入された電
流を有効に活用できる利得層の厚さの上限は３０ｎｍで
あり、利得層の厚さは３〜３０ｎｍに設定すれば良い。

【０１０１】（６）また、本発明は、上記（５）におい
て、利得層の厚さを１０ｎｍ未満にしたことを特徴とす
る。

【０１０２】上述の様に、利得層の厚さの増加によるし
きい値電流密度Ｊ_thの増加と、しきい値フェルミ準位Ｅ
^F _thの低下はトレードオフの関係にあるので、利得層の
厚さｄは３０ｎｍ以下で良いが、より好適には、１０ｎ
ｍ未満、即ち、３ｎｍ≦ｄ＜１０ｎｍの厚さに設定する
ことが望まれる。

【０１０３】（７）また、本発明は、上記（１）乃至
（６）のいずれかにおいて、利得層と光ガイド層３，５
との間にバリア層を設けて単一量子井戸構造を構成する
ことを特徴とする。

【０１０４】この様に、利得層の両側にバリア層を設け
ることにより、光ガイド層３，５のバンド構造とは無関
係に利得層を井戸層とする単一量子井戸構造を構成する
ことができ、キャリアの注入効率を高めるためには、バ
リア層の禁制帯幅を光ガイド層３，５の禁制帯幅より小
さくすれば良く、キャリアの閉じ込めを重点に考える場
合には、バリア層の禁制帯幅を光ガイド層３，５の禁制
帯幅より大きくすれば良い。

【０１０５】（８）また、本発明は、ナイトライド系化
合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、活性層４を
２層の利得層を有する多重量子井戸構造で構成すること
を特徴とする。

【０１０６】レーザのキャビティロス（しきい値利得）
が大きい場合には、上述の図２及び図３６から明らかな
様に、利得層を２層にした場合に、しきい値電流密度Ｊ
_thをより低くすることができる。

【０１０７】（９）また、本発明は、ナイトライド系化
合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、活性層４を
１層の厚さが６ｎｍ以上の２層または３層の利得層を有
する多重量子井戸構造で構成することを特徴とする。

【０１０８】再び、図２参照 例えば、キャビティロスが２００ｃｍ^-1と大きくなった
場合には、モード利得Ｇ_m がキャビティロスを上回って
レーザ発振を開始するしきい値電流密度Ｊ_thは、 Ｊ_th（２層）＜Ｊ_th（３層）≒Ｊ_th（１層）＜Ｊ_th（４
層）＜Ｊ_th（５層） となり、利得層の総層厚が同じ場合、利得層が２層又は
３層でなる多重量子井戸構造を構成した方がしきい値電
流密度Ｊ_thを低くすることができる。

【０１０９】（１０）また、本発明は、上記（８）また
は（９）において、利得層をアンドープ層で構成するこ
とを特徴とする。

【０１１０】この様に、多重量子井戸構造活性層を用い
た場合にも、利得層をアンドープ層にして、不純物散乱
を少なくして正孔の移動度を高めることが望ましく、そ
れによって、正孔をより均一に注入することができる。

【０１１１】（１１）また、本発明は、上記（１）乃至
（１０）のいずれかにおいて、利得層４が、Ａｌ_x Ｇａ
_y Ｉｎ_1-x-y Ｎ（但し、０≦ｘ＜１，０＜ｙ≦１）で構
成されることを特徴とする。

【０１１２】この様な、短波長半導体レーザを構成する
利得層としては、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、或
いは、ＡｌＩｎＧａＮ等のナイトライド系化合物半導
体、即ち、Ａｌ_x Ｇａ_y Ｉｎ_1-x-y Ｎ（但し、０≦ｘ＜
１，０＜ｙ≦１）が好適である。

【０１１３】（１２）本発明は、ナイトライド系化合物
半導体を用いた半導体レーザにおいて、活性層として多
重量子井戸構造を用いると共に、放射光強度分布の最大
位置を活性層の中心位置よりｐ型クラッド層側にずれて
いることを特徴とする。

【０１１４】この様に、放射光強度分布の最大位置を活
性層の中心位置よりｐ型クラッド層側にずらすことによ
り、最大光学利得位置と放射光強度分布の最大位置とが
一致し、光閉じ込め効果が高まるので、しきい値電流密
度Ｊ_thを低減することができる。

【０１１５】（１３）また、本発明は、上記（１２）に
おいて、放射光強度分布の最大位置が多重量子井戸構造
のｐ型クラッド層側から第１番目の量子井戸の位置に一
致していることを特徴とする。

【０１１６】ナイトライド系化合物半導体を用いたＭＱ
Ｗ構造半導体レーザにおいては、最大光学利得位置は、
ｐ型クラッド層側から第１番目の量子井戸であるので、
この量子井戸の位置に放射光強度分布の最大位置を合わ
せることが望ましい。

【０１１７】（１４）また、本発明は、上記（１２）ま
たは（１３）において、活性層とｎ型クラッド層及びｐ
型クラッド層との間に、それぞれｎ側光ガイド層及びｐ
側光ガイド層を設けると共に、ｎ側光ガイド層の禁制帯
幅をｐ側光ガイド層の禁制帯幅より大きくすることを特
徴とする。

【０１１８】ナイトライド系化合物半導体においては禁
制帯幅が大きいほど屈折率が小さくなるので、ｎ側光ガ
イド層の禁制帯幅をｐ側光ガイド層の禁制帯幅より大き
くすることによって放射光強度分布はｐ側に移動する。

【０１１９】（１５）また、本発明は、上記（１２）乃
至（１４）のいずれかにおいて、活性層とｎ型クラッド
層及びｐ型クラッド層との間に、それぞれｎ側光ガイド
層及びｐ側光ガイド層を設けると共に、ｐ側光ガイド層
の層厚をｎ型光ガイド層の層厚より厚くすることを特徴
とする。

【０１２０】この様な光ガイド構造の非対称性は光ガイ
ド層、即ち、ＳＣＨ層の厚さを非対称にすることによっ
ても形成することができ、ｐ側光ガイド層の層厚をｎ側
光ガイド層の層厚より厚くすることによっても放射光強
度分布はｐ側に移動する。

【０１２１】（１６）また、本発明は、上記（１２）乃
至（１５）のいずれかにおいて、ｎ型クラッド層の禁制
帯幅をｐ型クラッド層の禁制帯幅より大きくすることを
特徴とする。

【０１２２】この様に、ｎ型クラッド層の禁制帯幅をｐ
型クラッド層の禁制帯幅より大きくすることによって
も、放射光強度分布をｐ側に移動することができる。な
お、この場合、ｎ側光ガイド層の禁制帯幅もｐ側光ガイ
ド層の禁制帯幅より大きくしても良いし、光ガイド層の
層厚を非対称にしても良い。

【０１２３】（１７）また、本発明は、活性層として単
一量子井戸構造を用いると共に、活性層とｐ側光ガイド
層との間に広禁制帯幅層を設けたナイトライド系化合物
半導体を用いた半導体レーザにおいて、広禁制帯幅層に
起因する放射光強度分布の最大位置と活性層の中心位置
とのずれをｎ側層により補償することを特徴とする。

【０１２４】電子のオーバーフロー防止のために、活性
層とｐ側光ガイド層との間に広禁制帯幅層を設けた場合
には、広禁制帯幅層に起因して放射光強度分布の最大位
置が活性層の中心位置からｎ側にずれることになるが、
ｎ側層の禁制帯幅を大きくすることによってずれを補償
することができ、それによって放射光強度分布の最大位
置と活性層の中心位置とを略一致させることができる。

【０１２５】（１８）また、本発明は、上記（１７）に
おいて、ｎ側層が少なくともｎ側光ガイド層であり、こ
のｎ側光ガイド層の禁制帯幅をｐ側光ガイド層の禁制帯
幅より大きくすることを特徴とする。

【０１２６】この様に、ｎ側光ガイド層の禁制帯幅をｐ
側光ガイド層の禁制帯幅より大きくすることによって、
放射光強度分布をｐ側に移動することができ、それによ
って放射光強度分布の最大位置と活性層の中心位置とを
略一致させることができる。

【０１２７】（１９）また、本発明は、上記（１７）ま
たは（１８）において、ｎ側層が少なくともｎ側光ガイ
ド層であり、このｎ側光ガイド層の層厚をｐ側光ガイド
層の層厚より薄くすることを特徴とする。

【０１２８】この様に、ｎ側光ガイド層の層厚をｐ側光
ガイド層の層厚より薄くすることによって非対称性を導
入しても良く、それによって、放射光強度分布をｐ側に
移動させて放射光強度分布の最大位置と活性層の中心位
置とを略一致させることができる。

【０１２９】（２０）また、本発明は、上記（１７）乃
至（１９）のいずれかにおいて、ｎ側層が少なくともｎ
型クラッド層であり、このｎ型クラッド層の禁制帯幅を
ｐ型クラッド層の禁制帯幅より大きくすることを特徴と
する。

【０１３０】この様に、ｎ型クラッド層の禁制帯幅をｐ
型クラッド層の禁制帯幅より大きくすることによって
も、放射光強度分布をｐ側に移動することができ、それ
によって放射光強度分布の最大位置と活性層の中心位置
とを略一致させることができる。なお、この場合も、ｎ
側光ガイド層の禁制帯幅をｐ側光ガイド層の禁制帯幅よ
り大きくしても良いし、或いは、光ガイド層の層厚を非
対称にしても良い。

【０１３１】（２１）また、本発明は、上記（１２）乃
至（２０）のいずれかにおいて、量子井戸構造の活性層
を構成する井戸層が、Ａｌ_x Ｇａ_y Ｉｎ_1-x-y Ｎ（但
し、０≦ｘ＜１，０＜ｙ≦１）で構成されることを特徴
とする。

【０１３２】この様な、短波長半導体レーザにおける量
子井戸構造の活性層を構成する井戸層としては、Ｇａ
Ｎ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、或いは、ＡｌＩｎＧａＮ
等のナイトライド系化合物半導体、即ち、Ａｌ_x Ｇａ_y
Ｉｎ_1-x-y Ｎ（但し、０≦ｘ＜１，０＜ｙ≦１）が好適
である。

【０１３３】（２２）本発明は、ナイトライド系化合物
半導体を用いた半導体レーザにおいて、ｐ側光ガイド層
がＩｎＧａＮ或いはＧａＮのいずれかからなり、且つ、
ｐ側光ガイド層の不純物濃度が１×１０¹⁷ｃｍ^-3未満で
あることを特徴とする。

【０１３４】この様に、不純物濃度が１×１０¹⁷ｃｍ^-3
未満のＩｎＧａＮ或いはＧａＮからなるｐ側光ガイド層
を用いることによって、ｐ側光ガイド層におけるホール
の移動度を高めることができ、それによって、ホールの
注入効率を高めることができ、また、結晶性を改善する
ことができるので、非発光性再結合を低減し、それによ
って、しきい値電流密度Ｊ_thを低くすることができる。

【０１３５】（２３）また、本発明は、上記（２２）に
おいて、ｐ側光ガイド層がアンドープ層であることを特
徴とする。

【０１３６】この様な低不純物濃度層は、アンドープ層
で構成することが望ましい。

【０１３７】（２４）また、本発明は、上記（２２）ま
たは（２３）において、ｐ側光ガイド層におけるホール
の移動度が、２ｃｍ² ／Ｖ・ｓ以上であることを特徴と
する。

【０１３８】この様な低不純物濃度層におけるホールの
移動度は、所要のホールの注入が得られ、且つ、現在の
時点において、レーザ発振が可能になると考えられる２
ｃｍ ² ／Ｖ・ｓ以上とすることが必要である。

【０１３９】（２５）また、本発明は、ナイトライド系
化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、ｐ側光ガ
イド層の層厚をｎ側光ガイド層の層厚より薄くしたこと
を特徴とする。

【０１４０】この様に、ｐ側光ガイド層の層厚をｎ側光
ガイド層の層厚より薄くすることによって、ｐ側光ガイ
ド層における非発光性再結合を低減することができ、そ
れによって、低しきい値電流密度Ｊ_thの半導体レーザを
構成することができる。

【０１４１】（２６）また、本発明は、ナイトライド系
化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、ｐ側光ガ
イド層の層厚が０．１μｍ未満であることを特徴とす
る。

【０１４２】この様に、ｐ側光ガイド層の層厚を０．１
μｍ未満に、より好適には、０．０８μｍ（８０ｎｍ）
以下にすることによって、ｐ側光ガイド層における非発
光性再結合を効果的に低減することができる。

【０１４３】（２７）また、本発明は、上記（２５）ま
たは（２６）において、ｐ側光ガイド層の禁制帯幅をｎ
側光ガイド層の禁制帯幅より大きくしたことを特徴とす
る。

【０１４４】この様に、ｐ側光ガイド層の禁制帯幅をｎ
側光ガイド層の禁制帯幅より大きくすることによって、
電子がｐ側光ガイド層側へオーバーフローするのを防止
することができる。

【０１４５】（２８）また、本発明は、ナイトライド系
化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、ｐ側光ガ
イド層の禁制帯幅が活性層に隣接する部分で小さく、且
つ、ｐ型クラッド層に隣接する部分で大きくなっている
ことを特徴とする。

【０１４６】この様に、禁制帯幅が活性層に隣接する部
分で小さく、且つ、ｐ型クラッド層に隣接する部分で大
きくなっているｐ側光ガイド層を用いることによって、
十分な光閉じ込めを確保しつつ、電子のｐ型クラッド層
へのオーバーフローを防止することができ、また、活性
層へのホールの注入効率を改善することができる。

【０１４７】（２９）また、本発明は、上記（２８）に
おいて、ｐ側光ガイド層の禁制帯幅が階段的に変化して
いることを特徴とする。

【０１４８】上記（２８）の様なｐ側光ガイド層におけ
る禁制帯幅の変化は、階段的変化、即ち、ステップ状の
変化であっても良く、２層、或いは、２層以上の多層構
造で構成すれば良い。

【０１４９】（３０）また、本発明は、上記（２８）に
おいて、ｐ側光ガイド層の禁制帯幅が連続的に変化して
いることを特徴とする。

【０１５０】また、上記（２８）の様なｐ側光ガイド層
における禁制帯幅の変化は、連続的変化、即ち、グレー
デッド状の変化であっても良い。

【０１５１】（３１）また、本発明は、ナイトライド系
化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、ｐ側光ガ
イド層の禁制帯幅が活性層に隣接する側からｐ型クラッ
ド層３に隣接する側に向かって連続的に小さくなってい
ることを特徴とする。

【０１５２】この様に、禁制帯幅が活性層に隣接する側
からｐ型クラッド層に隣接する側に向かって連続的に小
さくなっているｐ側光ガイド層、即ち、逆グレーデッド
状のｐ側光ガイド層を用いることによって、ホールの注
入に障害となるエネルギースパイクが発生することがな
く、十分なホールの注入を確保しつつ、電子のオーバー
フローを防止することができる。

【０１５３】（３２）また、本発明は、上記（２８）乃
至（３１）のいずれかにおいて、ｐ側光ガイド層を構成
する禁制帯幅の小さな層がＩｎＧａＮ或いはＧａＮから
なり、且つ、禁制帯幅の大きな層がＡｌＧａＮからなる
ことを特徴とする。

【０１５４】この様に、電子のオーバーフローを効果的
に防止するためには、ＧａＮ／ＡｌＧａＮ又はＩｎＧａ
Ｎ／ＡｌＧａＮ界面におけるΔＥ_C ／ΔＥ_g が大きいの
で、禁制帯幅の大きな層としてＡｌＧａＮを採用するこ
とが望ましい。

【０１５５】（３３）本発明は、ナイトライド系化合物
半導体を用いた半導体発光素子において、共振器内の活
性層のフォトルミネッセンス波長の分布が９０ｍｅＶ以
下であることを特徴とする。

【０１５６】（３４）また、本発明は、上記（３３）に
おいて、共振器内の活性層のフォトルミネッセンス波長
の分布が５０ｍｅＶ以下であることを特徴とする。

【０１５７】この様に、短波長半導体レーザにおいて、
多波長発振を抑制するためには、共振器内の活性層のフ
ォトルミネッセンス波長の分布が９０ｍｅＶ以下である
ことが必要であり、より好適には、５０ｍｅＶ以下にす
ることが望ましい。

【０１５８】（３５）本発明は、ナイトライド系化合物
半導体を用いた半導体発光素子において、共振器内の活
性層の転位密度を１０⁹ ｃｍ^-2以下とすることを特徴と
する。

【０１５９】（３６）また、本発明は、上記（３５）に
おいて、共振器内の活性層の転位密度を１０⁸ ｃｍ^-2以
下とすることを特徴とする。

【０１６０】従来の短波長半導体レーザにおける転位密
度は１０⁹ ｃｍ^-2台、即ち、１０⁹〜１０¹⁰ｃｍ^-2であ
り、ＰＬピーク波長の不均一の大きさは転位の間隔と一
致することから、共振器内の活性層の転位密度を低減す
ることによってＰＬピーク波長の分布を低減することが
でき、そのためには、共振器内の活性層の転位密度を１
０⁹ ｃｍ^-2以下とすることが必要であり、好適には、１
０⁸ ｃｍ^-2以下、より好適には、１０⁷ ｃｍ^-2以下にす
ることが望ましい。

【０１６１】即ち、従来の短波長半導体レーザにおいて
は、ナイトライド系化合物半導体との格子不整合が１３
％程度と非常に大きなサファイアを成長基板として用い
ていたため、共振器内の活性層の転位密度は１０¹⁰ｃｍ
^-2程度であるが、ナイトライド系化合物半導体において
は、転位は非発光中心を形成しないのでデバイスの特性
には影響しないと言われているので、この様な転位密度
を全く問題にせずにデバイス化が進められていたが、上
述の様に、転位密度と組成不均一とが相関を示し、転位
密度が小さくなると組成不均一も小さくなるので、格子
不整合が３％と大幅に低減されるＳｉＣ基板を用いるこ
とにより、転位密度を１０⁹ ｃｍ^-2以下に、少なくと
も、１０⁷ ｃｍ^-2程度までは低減することができ、それ
によって、多波長発振の抑制された短波長半導体発光素
子を実現することができる。

【０１６２】（３７）また、本発明は、上記（３３）乃
至（３６）のいずれかにおいて、活性層がＩｎを構成要
素として含むことを特徴とする。

【０１６３】この様に、活性層としてＩｎを構成要素と
して含む半導体を用いた場合、特に、Ｉｎ組成比の比較
的大きなＩｎＧａＮを用いた場合にも、上記（３３）乃
至（３６）の条件を満たすことによって、青色発光素
子、特に、青色半導体レーザとして好適な結晶性の良好
な活性層を得ることができる。

【０１６４】（３８）本発明は、ナイトライド系化合物
半導体を用いた半導体発光素子の製造方法において、活
性層を成長させる際の成長速度を０．１μｍ／時以上と
することを特徴とする。

【０１６５】ナイトライド系化合物半導体においては、
活性層を成長させる際の成長速度を０．１μｍ／時
（０．１μｍ／ｈ）以下とした場合には、ＰＬ波長分
布、即ち、ＰＬ波長の標準偏差が大きくなり、特に、成
長速度ｒ_g が０．０７５μｍ／ｈの場合には、ＩｎＧａ
Ｎ混晶のＩｎ組成比を大きくなるとＰＬ波長の標準偏差
が大きくなり、レーザ発振が不可能になる。

【０１６６】したがって、０．１μｍ／ｈ以上の成長速
度を採用することにより、ＰＬピーク波長分布を９０ｍ
ｅＶ以下とすることができるので、多波長発振の抑制さ
れた半導体レーザを再現性良く製造することができ、ま
た、ＬＥＤとしても波長の半値幅の狭い純度の高い青色
発光素子を実現することができる。

【０１６７】（３９）また、本発明は、上記（３８）に
おいて、成長速度を０．２μｍ／時以上としたことを特
徴とする。

【０１６８】この様に、成長速度を上げることによっ
て、ＰＬピーク波長分布をより狭くすることができ、多
波長発振の抑制が容易になる。

【０１６９】（４０）また、本発明は、上記（３８）に
おいて、成長速度を０．３μｍ／時以上としたことを特
徴とする。

【０１７０】この様に、成長速度を０．３μｍ／時以上
とした場合には、青色発光素子として好適なＩｎ組成比
の比較的大きなＩｎＧａＮを成長させる場合にもＰＬ波
長の標準偏差の増大が起こらず、再現良くＰＬピーク波
長分布の狭い、例えば、９０ｍｅＶ以下の活性層を成長
させることができ、且つ、ＰＬ光強度の大きな結晶性の
良好な活性層を成長させることができる。

【０１７１】（４１）また、本発明は、上記（３８）乃
至（４０）のいずれかにおいて、基板としてＳｉＣ基板
を用いると共に、ＳｉＣ基板の表面をエッチングするこ
とを特徴とする。

【０１７２】活性層の転位密度、したがって、組成不均
一によるフォトルミネッセンス波長の分布は基板の表面
欠陥密度に依存するので、格子不整合の小さなＳｉＣ基
板を用いた場合にも、その表面をエッチング、特に、ド
ライ・エッチングすることにより表面欠陥を除去するこ
とにより、転位密度の小さな活性層を再現性良く成長さ
せることができる。

【０１７３】（４２）また、本発明は、上記（３８）乃
至（４１）のいずれかにおいて、活性層がＩｎを構成要
素として含むことを特徴とする。

【０１７４】上記（４０）において説明したように、本
発明の製造方法は、Ｉｎを構成要素として含む活性層を
有する半導体発光素子に特に有効である。

【０１７５】（４３）本発明は、ナイトライド系化合物
半導体を用いた半導体レーザにおいて、ｐ型クラッド層
を、２層の広禁制帯幅のｐ型半導体層の間に、狭禁制帯
幅の中間層を挟んだ多層構造で構成することを特徴とす
る。

【０１７６】この様に、ｐ型クラッド層の中間に狭禁制
帯幅の中間層を挟み込むことによって、この中間層にお
いてオーバーフローしてきた電子を再結合発光させ、光
として放出することによって、オーバーフロー電流に起
因する発熱を抑制することができ、それによって、オー
バーフロー電流が増加する悪循環を断ち切ることがで
き、しきい値電流密度Ｊ_thを低減することができる。

【０１７７】（４４）また、本発明は、上記（４３）に
おいて、中間層６が、単層の狭禁制帯幅層で構成される
ことを特徴とする。

【０１７８】この様な中間層は、単層の狭禁制帯幅層で
構成しても良く、この場合には、ｐ型クラッド層の抵抗
を小さくするために、ｐ型にドープすることが望まし
い。

【０１７９】（４５）また、本発明は、上記（４３）に
おいて、中間層が、２層の広禁制帯幅のｐ型半導体層の
間の任意の位置で禁制帯幅が最低になるように禁制帯幅
が連続的に変化していることを特徴とする。

【０１８０】この様に、中間層を、Ｕ字型の禁制帯幅分
布を有する層で構成することによって、ホールのｐ側光
ガイド層への注入をスムーズに行うことができる。

【０１８１】（４６）また、本発明は、上記（４３）に
おいて、中間層が、広禁制帯幅の層と狭禁制帯幅の層を
交互に複数層積層させた多層構造からなることを特徴と
する。

【０１８２】この様に、中間層を、多層構造で構成して
も良く、この場合には、狭禁制帯幅の層をアンドープに
することによって結晶性を改善し、狭禁制帯幅の層にお
ける発光性再結合確率を大きくすることができる。

【０１８３】（４７）また、本発明は、上記（４６）に
おいて、中間層を構成する広禁制帯幅の層と狭禁制帯幅
の層との間の禁制帯幅が連続的に変化していることを特
徴とする。

【０１８４】この様に、中間層を構成する広禁制帯幅の
層と狭禁制帯幅の層との間の禁制帯幅を連続的に変化さ
せることによって、ホールのｐ側光ガイド層への注入を
スムーズに行うことができる。

【０１８５】（４８）また、本発明は、上記（４３）乃
至（４７）のいずれかにおいて、中間層の内の狭禁制帯
幅側の層の少なくとも一部をアンドープ層にしたことを
特徴とする。

【０１８６】この様に、中間層の内の狭禁制帯幅側の層
の少なくとも一部をアンドープ層にすることによって結
晶性を改善し、発光性再結合確率を大きくすることがで
きる。

【０１８７】（４９）また、本発明は、上記（４３）乃
至（４８）のいずれかにおいて、広禁制帯幅の層をＡｌ
ＧａＮで構成するとともに、狭禁制帯幅の層をＩｎＧａ
Ｎ、ＧａＮ、或いは、ＡｌＧａＮのいずれかで構成する
ことを特徴とする。

【０１８８】この様に、広禁制帯幅の層、即ち、ｐ型半
導体層及び中間層を構成する広禁制帯幅の部分をＡｌＧ
ａＮで構成するとともに、狭禁制帯幅の層をＩｎＧａ
Ｎ、ＧａＮ、或いは、ＡｌＧａＮのいずれかで構成する
ことが好適である。

【０１８９】（５０）本発明は、ナイトライド系化合物
半導体を用いた多重量子井戸構造半導体レーザにおい
て、多重量子井戸活性層を構成するバリア層の厚さを５
ｎｍ未満とすることを特徴とする。

【０１９０】この様に、ナイトライド系化合物半導体に
おいては、ウエル層からの波動関数の滲み出しの程度が
小さいので、多重量子井戸活性層を構成するバリア層の
厚さを薄くしても光学利得の発生の低下の問題は余り大
きくならないので、バリア層の厚さを５ｎｍ未満として
キャリアの不均一注入を改善することによって、多重量
子井戸構造半導体レーザの特性を向上することができ
る。

【０１９１】（５１）また、本発明は、上記（５０）に
おいて、多重量子井戸活性層を構成するバリア層が、Ｉ
ｎ組成比が０．０４以上のＩｎＧａＮによって構成され
ることを特徴とする。

【０１９２】この様に、多重量子井戸活性層を構成する
バリア層の厚さを薄くした場合には、歪低減の効果が生
じ、結晶性の劣化が少なくなるので、ＩｎＧａＮからな
るバリア層のＩｎ組成比を０．０４以上に大きくするこ
とができ、それによってバリア層の障壁の高さを低くす
ることができるので、キャリアの不均一注入をより一層
改善することができる。

【０１９３】（５２）また、本発明は、ナイトライド系
化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、活性層の
ｐ側に設けるエレクトロンブロック層の不純物濃度を、
１．０×１０¹⁷ｃｍ^-3未満とすることを特徴とする。

【０１９４】（５３）また、本発明は、上記（５２）に
おいて、活性層のｐ側に設けるエレクトロンブロック層
をアンドープ層とすることを特徴とする。

【０１９５】上記（５２）或いは（５３）の様に、活性
層のｐ側に設けるエレクトロンブロック層を不純物濃度
が１．０×１０¹⁷ｃｍ^-3未満の層、特に、アンドープ層
で構成することにより、ホールが不純物により散乱され
ることがないのでホールの実効移動度が向上し、ホール
の注入効率が改善され、印加電圧Ｖを小さくすることが
できる。

【０１９６】（５４）また、本発明は、ナイトライド系
化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、活性層の
ｐ側に設けるエレクトロンブロック層のｐ側の領域にお
いて、禁制帯幅が徐々に変化していることを特徴とす
る。

【０１９７】この様に、活性層のｐ側に設けるエレクト
ロンブロック層のｐ側の領域において、禁制帯幅を徐々
に変化させる、即ち、連続的に変化させる、或いは、階
段状に変化させることによって、エレクトロンブロック
層とｐ側層、即ち、ｐ側光ガイド層或いはｐ型クラッド
層との間の電子親和力を徐々に変化させることができ、
それによって界面において電位障壁となるノッチの発生
を抑制することができるので、ホールの注入効率が改善
され、印加電圧Ｖを小さくすることができる。

【０１９８】（５５）また、本発明は、ナイトライド系
化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、活性層の
ｐ側に設けるエレクトロンブロック層のｎ側の領域にお
いて、禁制帯幅が徐々に変化していることを特徴とす
る。

【０１９９】この様に、活性層のｐ側に設けるエレクト
ロンブロック層のｎ側の領域において、禁制帯幅を徐々
に変化させる、即ち、連続的に変化させる、或いは、階
段状に変化させることによって、エレクトロンブロック
層と活性層との間の電子親和力を徐々に変化させること
ができ、それによって界面において電位障壁となるノッ
チの発生を抑制することができるので、ホールの注入効
率が改善され、印加電圧Ｖを小さくすることができる。

【０２００】（５６）また、本発明は、ナイトライド系
化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、活性層の
ｐ側に設けるエレクトロンブロック層のｎ側及びｐ側の
領域において、禁制帯幅が徐々に変化していることを特
徴とする。

【０２０１】この様に、活性層のｐ側に設けるエレクト
ロンブロック層のｎ側及びｐ側の領域において、禁制帯
幅を徐々に変化させる、即ち、連続的に変化させる、或
いは、階段状に変化させることによって、エレクトロン
ブロック層と活性層との間、及び、エレクトロンブロッ
ク層とｐ側層との間の電子親和力を徐々に変化させるこ
とができ、それによって両方の界面において電位障壁と
なるノッチの発生を抑制することができるので、ホール
の注入効率が改善され、印加電圧Ｖを小さくすることが
できる。

【０２０２】（５７）本発明は、ナイトライド系化合物
半導体を用いた半導体レーザにおいて、活性層のｐ側に
設けるエレクトロンブロック層のＭｇ濃度を７×１０¹⁹
ｃｍ ^-3以上とすることを特徴とする。

【０２０３】この様に、活性層のｐ側に設けるエレクト
ロンブロック層のＭｇ濃度を７×１０¹⁹ｃｍ^-3以上とす
ることによって、発光スペクトルの評価から、キャリア
のオーバーフローを効果的に抑制することができる。

【０２０４】この理由は必ずしも明らかではないが、エ
レクトロンブロック層の価電子帯側に深い不純物準位が
高密度に形成され、この不純物準位を介した不純物伝導
（ｉｍｐｕｒｉｔｙ ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ、或いは、
ｈｏｐｐｉｎｇ ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ）或いはトンネ
ル伝導によってホールが活性層に注入されるので、ホー
ルの注入効率が改善されるためと考えられる。

【０２０５】（５８）また、本発明は、ナイトライド系
化合物半導体を用いた半導体レーザの製造方法におい
て、活性層のｐ側に設けるエレクトロンブロック層の成
長温度を６００℃〜９００℃としたことを特徴とする。

【０２０６】（５９）また、本発明は、上記（５８）に
おいて、エレクトロンブロック層の成長温度を活性層の
成長温度と同じにしたことを特徴とする。

【０２０７】この様に、エレクトロンブロック層の成長
温度を、従来の成長温度である１１００℃近傍より低
い、活性層の成長温度と同様の６００℃〜９００℃とす
ることによって、活性層における発光強度を高め、且
つ、ｐ型光ガイド層における発光を低減することができ
る。

【０２０８】（６０）また、本発明は、上記（５８）ま
たは（５９）において、エレクトロンブロック層のＭｇ
濃度が７×１０¹⁹ｃｍ^-3以上になるようにＭｇをドープ
することを特徴とする。

【０２０９】この様に、活性層のｐ側に設けるエレクト
ロンブロック層のＭｇ濃度が７×１０¹⁹ｃｍ^-3以上とな
るようにＭｇをドープすることによって、発光スペクト
ルの評価から、キャリアのオーバーフローを効果的に抑
制することができる。

【０２１０】

【発明の実施の形態】ここで、図３乃至図５を参照し
て、活性層或いは井戸層の厚さを選択することによりし
きい値電流密度Ｊ_thを低減させる本発明の第１及び第２
の実施の形態を説明する。まず、図４を参照して本発明
の第１の実施の形態の短波長半導体レーザの具体的構成
を説明する前に、図３を参照して本発明の第１の実施の
形態におけるしきい値電流密度Ｊ_thの活性層の層厚依存
性を説明する。

【０２１１】図３参照 図３は、活性層としてＩｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ層を用い、活
性層の両側に厚さ０．１μｍのＧａＮ光ガイド層を設
け、その両側にＡｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッド層を設けた
場合のしきい値電流密度Ｊ_thの活性層の層厚依存性の計
算結果を示すものであり、電子のオーバーフローがない
場合の理想的な場合の計算結果である。

【０２１２】図から明らかなように、活性層の厚さが３
ｎｍ以下では、光閉じ込めが充分でなく光閉じ込め係数
Γが小さくなるので、しきい値フェルミ準位Ｅ^F _thが上
昇してしきい値電流密度Ｊ_thが上昇する。なお、Ｇ_thは
しきい値利得である。

【０２１３】一方、膜厚が６ｎｍ以上では、Ｊ_th＝Ｎ_th
・ｄ・ｅ／τ_s の関係から、しきい値電流密度Ｊ_thは上
昇するが、実際には、この材料系では電子のオーバーフ
ローが大きいので、膜厚を増加させて光閉じ込めを増加
させることでしきい値フェルミ準位Ｅ^F _thを下げること
ができ、それによって、電子のオーバーフローを低減す
ることができるためしきい値電流密度Ｊ_thは低減するの
で、３０ｎｍ以下までは注入電流を有効に活用すること
ができ、さらに、１０ｎｍ未満の厚さすることがより好
適である。

【０２１４】図４参照 次に、図４を参照して本発明の第１の実施の形態の半導
体レーザの製造工程を簡単に説明するが、まず、（００
０１）面、即ち、ｃ面を主面とする六方晶の６Ｈ−Ｓｉ
Ｃからなるｎ型ＳｉＣ基板１１上に、ＴＭＧａ（トリメ
チルガリウム）、ＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウ
ム）、アンモニア、及び、キャリアガスとしての水素を
成長ガスとして用いたＭＯＶＰＥ法によって、成長圧力
を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒと
し、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９５０℃
とした状態で、厚さ５０〜３００ｎｍ、例えば、１００
ｎｍのＡｌＧａＮバッファ層１２を成長させる。

【０２１５】引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、及
び、キャリアガスを用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔ
ｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８０
０〜１２００℃、例えば、９２０℃とした状態で、厚さ
０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍのＧａＮ中間
層１３を成長させる。

【０２１６】引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモ
ニア、ドーパントとして、ＳｉＨ₄、及び、キャリアガ
スとしての水素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏ
ｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００
〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、厚さ
０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃
度が１．０×１０¹⁷〜１．０×１０²⁰ｃｍ^-3、例えば、
１．０×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッ
ド層１４を成長させる。

【０２１７】引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、及
び、キャリアガスとしての水素を用いて、成長圧力を７
０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成
長温度を８００〜１２００℃、例えば、９３０℃とした
状態で、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍの
アンドープＧａＮ光ガイド層１５を成長させる。

【０２１８】引き続いて、ＴＥＧａ（トリエチルガリウ
ム）、ＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）、アンモニ
ア、及び、キャリアガスとしての窒素を用いて、成長圧
力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒと
し、成長温度を５５０〜９００℃、例えば、７００℃と
した状態で、厚さ１〜１０ｎｍ、例えば、５ｎｍのアン
ドープＩｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎバリア層で挟持された厚さ３
〜３０ｎｍ、例えば、８ｎｍのアンドープＩｎ_0.15Ｇａ
_0.85Ｎ井戸層からなるＳＱＷ活性層１６を成長させる。

【０２１９】引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ビス
シクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガ
スとしての窒素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏ
ｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００
〜１２００℃、例えば、９３０℃とした状態で、厚さ１
０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍで、不純物濃度が
１．０×１０¹⁷〜１．０×１０¹⁹ｃｍ^-3、例えば、５．
０×１０¹⁷ｃｍ^-3のｐ型ＧａＮ光ガイド層１７を成長さ
せる。

【０２２０】引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモ
ニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、
キャリアガスとしての窒素を用いて、成長圧力を７０〜
７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温
度を８００〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態
で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、
不純物濃度が１．０×１０¹⁷〜１．０×１０¹⁹ｃｍ^-3、
例えば、５．０×１０ ¹⁷ｃｍ^-3のｐ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85
Ｎクラッド層１８を成長させる。

【０２２１】引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ビス
シクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガ
スとしての窒素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏ
ｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００
〜１２００℃、例えば、９３０℃とした状態で、厚さ
０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃
度が１．０×１０¹⁷〜１．０×１０¹⁹ｃｍ^-3、例えば、
１．０×１０¹⁸ｃｍ^-3のｐ型ＧａＮコンタクト層１９を
成長させる。

【０２２２】次いで、ｎ型ＳｉＣ基板１１の裏面にはｎ
側電極として厚さ１００ｎｍのＮｉ電極２０を設けると
共に、ｐ型ＧａＮコンタクト層１９上にはｐ側電極とし
て厚さ１００ｎｍ、幅Ｗが１０μｍのＮｉ電極２１を設
け、共振器長Ｌが７００μｍとなるように素子分割する
ことによってＳＱＷ構造短波長半導体レーザが完成す
る。

【０２２３】この様に、本発明の第１の実施の形態にお
いては、従来の常識に反して活性層を単一のＳＱＷ構造
にすることによって注入電流を有効に利用することがで
き、また、井戸層、即ち、利得層の厚さを８ｎｍにする
と共に、光ガイド層を用いることにより光閉じ込め効率
を高めることによって、しきい値電流密度Ｊ_thを低減す
ることができる。

【０２２４】即ち、利得層の厚さを８ｎｍとする場合、
キャビティロスが小さい場合には、４ｎｍの井戸層を２
層設けたＭＱＷ構造よりも、８ｎｍの井戸層を設けたＳ
ＱＷ構造の方がしきい値電流密度Ｊ_thを低減することが
でき、また、光ガイド層がないと光閉じ込め係数Γが小
さくなり、光がクラッド層側に滲みだしてしきい値電流
密度Ｊ_thが高くなりすぎる。

【０２２５】なお、上記の第１の実施の形態の説明にお
いては井戸層、即ち利得層の厚さは８ｎｍであるが、図
３に関して説明したように、３ｎｍ以上であれば良く、
好適には６ｎｍ以上が望ましく、一方、注入電流を有効
利用するためには３０ｎｍ以下が好適であり、より好適
には１０ｎｍ未満の範囲が望ましい。

【０２２６】次に、図５を参照して本発明の第２の実施
の形態のＭＱＷ構造半導体レーザを説明する。 図５参照 まず、上記の第１の実施の形態と同様に、（０００１）
面、即ち、ｃ面を主面とする六方晶の６Ｈ−ＳｉＣから
なるｎ型ＳｉＣ基板１１上に、ＴＭＧａ、ＴＭＡｌ、ア
ンモニア、及び、キャリアガスとしての水素を成長ガス
として用いたＭＯＶＰＥ法によって、成長圧力を７０〜
７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温
度を８００〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態
で、厚さ５０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍのＡｌ
ＧａＮバッファ層１２を成長させる。

【０２２７】引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、及
び、キャリアガスを用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔ
ｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８０
０〜１２００℃、例えば、９２０℃とした状態で、厚さ
０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍのＧａＮ中間
層１３を成長させる。

【０２２８】引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモ
ニア、ドーパントとして、ＳｉＨ₄、及び、キャリアガ
スとしてのＨ₂ を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏ
ｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００
〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、厚さ
０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃
度が１．０×１０¹⁷〜１．０×１０²⁰ｃｍ^-3、例えば、
１．０×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッ
ド層１４を成長させる。

【０２２９】引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、及
び、キャリアガスとしての水素を用いて、成長圧力を７
０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成
長温度を８００〜１２００℃、例えば、９３０℃とした
状態で、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍの
アンドープＧａＮ光ガイド層１５を成長させる。

【０２３０】引き続いて、ＴＥＧａ、ＴＭＩｎ、アンモ
ニア、及び、キャリアガスとしての窒素、成長圧力を７
０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成
長温度を５５０〜９００℃、例えば、７００℃とした状
態で、厚さ１〜１０ｎｍ、例えば、５ｎｍのアンドープ
Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎバリア層と厚さ３〜１０ｎｍ、例え
ば、８ｎｍのアンドープＩｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ井戸層を交
互にアンドープＩｎ_{0. 15}Ｇａ_0.85Ｎ井戸層が２又は３
層、例えば、２層になるように成長させ、ＭＱＷ活性層
２２を形成する。

【０２３１】引き続いて、再び第１の実施の形態と同様
に、ＴＭＧａ、アンモニア、ビスシクロペンタジエニル
マグネシウム、及び、キャリアガスとしての窒素を用い
て、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００
Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例え
ば、９３０℃とした状態で、厚さ１０〜３００ｎｍ、例
えば、１００ｎｍで、不純物濃度が１．０×１０¹⁷〜
１．０×１０¹⁹ｃｍ^-3、例えば、５．０×１０¹⁷ｃｍ^-3
のｐ型ＧａＮ光ガイド層１７を成長させる。

【０２３２】引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモ
ニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、
キャリアガスとしての窒素を用いて、成長圧力を７０〜
７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温
度を８００〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態
で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、
不純物濃度が１．０×１０¹⁷〜１．０×１０¹⁹ｃｍ^-3、
例えば、５．０×１０ ¹⁷ｃｍ^-3のｐ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85
Ｎクラッド層１８を成長させる。

【０２３３】引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ビス
シクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガ
スとしての窒素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏ
ｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００
〜１２００℃、例えば、９３０℃とした状態で、厚さ
０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃
度が１．０×１０¹⁷〜１．０×１０¹⁹ｃｍ^-3、例えば、
１．０×１０¹⁸ｃｍ^-3のｐ型ＧａＮコンタクト層１９を
成長させる。

【０２３４】次いで、ｎ型ＳｉＣ基板１１の裏面にはｎ
側電極として厚さ１００ｎｍのＮｉ電極２０を設けると
共に、ｐ型ＧａＮコンタクト層１９上にはｐ側電極とし
て厚さ１００ｎｍ、幅Ｗが１０μｍのＮｉ電極２１を設
け、共振器長Ｌが７００μｍとなるように素子分割する
ことによってＳＱＷ構造短波長半導体レーザが完成す
る。

【０２３５】この様に、本発明の第２の実施の形態にお
いては、活性層を井戸層が２層のＭＱＷ構造で構成して
いるが、上述の図２から明らかなように、キャビティロ
スが大きい場合には、利得層の総層厚が同じであれば複
数の利得層で構成した方がしきい値電流密度Ｊ_thを低減
することができ、また、前述の図３０から明らかなよう
に、井戸層を２乃至３にすることによって、注入電流を
有効に利用することができ、それによってもしきい値電
流密度Ｊ_thを低減することができる。

【０２３６】例えば、本発明の第２の実施の形態におい
ては、成長基板としてＳｉＣを用いているため、共振器
面の形成は容易であるが、上述の図６に示した従来例の
様にサファイア基板を用いた場合には、ドライ・エッチ
ングによって共振器面を形成しているためキャビティロ
スが大きくなるので、この様な場合には、第２の実施の
形態の様なＭＱＷ構造を用いることが有効となる。

【０２３７】なお、上記の第２の実施の形態の説明にお
いては、井戸層、即ち、利得層の一層の厚さは８ｎｍで
あるが、図３に関して説明したように、６ｎｍ以上であ
ることが好適であり、したがって、６〜１０ｎｍの範囲
が望ましい。

【０２３８】以上、本発明の第１及び第２の実施の形態
を説明してきたが、本発明は実施の形態に記載した構成
に限られるものではなく、その技術思想の範囲において
各種の変更が可能であり、例えば、上記の第１及び第２
の実施の形態においては、利得層としてＩｎ_0.15Ｇａ
_0.85Ｎを採用しているが、必要とする波長に応じて混晶
比をＡｌ_x Ｇａ_y Ｉｎ_1-x-y Ｎ（０≦ｘ＜１、０＜ｙ≦
１）の範囲内で変えても良いものであり、且つ、それに
伴って、光ガイド層及びクラッド層の混晶比をＡｌ_a Ｇ
ａ_b Ｉｎ_1-a-b Ｎ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）の範囲内
で変えても良い。

【０２３９】また、上記の第１及び第２の実施の形態に
おいては、利得層として正孔の移動度を高めるためにア
ンドープ層を用いているが、アンドープ層の場合、不可
避的に不純物がオートドープされることがあるので、結
果的な不純物濃度としては、１．０×１０¹⁷ｃｍ^-3未満
であれば良い。

【０２４０】また、上記の第１の実施の形態においては
Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎバリア層を用いたＳＱＷ構造として
いるが、バリア層を用いずに、光ガイド層をバリア層と
して兼用しても良いものである。

【０２４１】また、上記の第１及び第２の実施の形態に
おいては光ガイド層は単層構造であるが、組成の異なっ
た半導体層を用いて多層構造としても良く、また、グレ
ーデッドバンド・ギャップ層を用いても良い。

【０２４２】次に、図６乃至図８を参照して、最大発光
利得位置と放射強度分布の最大位置とを一致させること
によりしきい値電流密度Ｊ_thを低減させる本発明の第３
乃至第５の実施の形態を説明する。まず、図６を参照し
て本発明の第３の実施の形態のＭＱＷ構造短波長半導体
レーザを説明する。 図６参照 まず、（０００１）面、即ち、ｃ面を主面とする六方晶
の６Ｈ−ＳｉＣからなるｎ型ＳｉＣ基板１１１上に、Ｔ
ＭＧａ、ＴＭＡｌ、アンモニア、及び、キャリアガスと
しての水素を成長ガスとして用いたＭＯＶＰＥ法によっ
て、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００
Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例え
ば、９５０℃とした状態で、厚さ５０〜３００ｎｍ、例
えば、１００ｎｍのＡｌＧａＮバッファ層１１２を成長
させる。

【０２４３】引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、及
び、キャリアガスを用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔ
ｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８０
０〜１２００℃、例えば、９２０℃とした状態で、厚さ
０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍのＧａＮ中間
層１１３を成長させる。

【０２４４】引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモ
ニア、ドーパントしてＳｉＨ₄ 、及び、キャリアガスと
してのＨ₂ を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒ
ｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜
１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、厚さ０．
１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が
１．０×１０¹⁷〜１．０×１０²⁰ｃｍ^-3、例えば、１．
０×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッド層
１１４を成長させる。

【０２４５】引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモ
ニア、及び、キャリアガスとしての水素を用いて、成長
圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒ
とし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９３０
℃とした状態で、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１０
０ｎｍのアンドープＡｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ光ガイド層１１
５を成長させる。

【０２４６】引き続いて、ＴＭＧａ、ＴＭＩｎ、アンモ
ニア、及び、キャリアガスとしてのＮ₂ を用いて、成長
圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒ
とし、成長温度を５５０〜９００℃、例えば、７００℃
とした状態で、厚さ１〜１０ｎｍ、例えば、５ｎｍのア
ンドープＩｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎバリア層と厚さ３〜１０ｎ
ｍ、例えば、８ｎｍのアンドープＩｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ井
戸層を交互にアンドープＩｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ井戸層が２
〜１０層、例えば、５層になるように成長させ、ＭＱＷ
活性層１１６を形成する。

【０２４７】引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ビス
シクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガ
スとしてのＮ₂ を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏ
ｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００
〜１２００℃、例えば、９３０℃とした状態で、厚さ１
０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍで、不純物濃度が
１．０×１０¹⁷〜１．０×１０¹⁹ｃｍ^-3、例えば、５．
０×１０¹⁷ｃｍ^-3のｐ型ＧａＮ光ガイド層１１７を成長
させる。

【０２４８】引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモ
ニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、
キャリアガスとしてのＮ₂ を用いて、成長圧力を７０〜
７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温
度を８００〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態
で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、
不純物濃度が１．０×１０¹⁷〜１．０×１０¹⁹ｃｍ^-3、
例えば、５．０×１０ ¹⁷ｃｍ^-3のｐ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85
Ｎクラッド層１１８を成長させる。

【０２４９】引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ビス
シクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガ
スとしてのＮ₂ を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏ
ｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００
〜１２００℃、例えば、９３０℃とした状態で、厚さ
０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃
度が１．０×１０¹⁷〜１．０×１０¹⁹ｃｍ^-3、例えば、
１．０×１０¹⁸ｃｍ^-3のｐ型ＧａＮコンタクト層１１９
を成長させる。

【０２５０】次いで、ｎ型ＳｉＣ基板１１１の裏面には
ｎ側電極として厚さ１００ｎｍのＮｉ電極１２０を設け
ると共に、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１９上にはｐ側電
極として厚さ１００ｎｍ、幅Ｗが１０μｍのＮｉ電極１
２１を設け、共振器長Ｌが７００μｍとなるように素子
分割することによってＭＱＷ構造短波長半導体レーザが
完成する。

【０２５１】この様に、本発明の第３の実施の形態にお
いては、ｎ側光ガイド層として、ｐ型ＧａＮ光ガイド層
１１７より禁制帯幅の大きなアンドープＡｌ_0.05Ｇａ
_0.95Ｎ光ガイド層１１５を用いているので、ｎ側におけ
る屈折率が小さくなり、放射光強度分布はｐ側にずれ
て、放射光強度分布の最大位置とＭＱＷ活性層１１６に
おける最大利得位置とが一致する。なお、この場合、必
ずしも厳密に一致する必要はない。

【０２５２】したがって、最大光学利得を発生させる位
置に、放射光強度分布の最大位置が位置することになる
ので、光閉じ込め効率が高まり、しきい値電流密度Ｊ_th
を低減することができる。

【０２５３】なお、上記の第３の実施の形態において
は、ｎ側光ガイド層としてアンドープＡｌ_0.05Ｇａ_0.95
Ｎ光ガイド層１１５を用いているが、この様な組成に限
られるものではなく、適宜組成を変更しても良いもので
あり、その場合には、組成の変更に伴って最大光学利得
を発生させる位置に放射光強度分布の最大位置が来るよ
うに、その層厚を適宜調整すれば良い。

【０２５４】次に、図７を参照して本発明の第４の実施
の形態のＭＱＷ構造半導体レーザを説明するが、ｎ型ク
ラッド層及びｎ側光ガイド層の組成以外は、上述の第３
の実施の形態と同様である。 図７参照 まず、上記の第３の実施の形態と同様に、（０００１）
面、即ち、ｃ面を主面とする六方晶の６Ｈ−ＳｉＣから
なるｎ型ＳｉＣ基板１１１上に、厚さ５０〜３００ｎ
ｍ、例えば、１００ｎｍのＡｌＧａＮバッファ層１１
２、及び、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μ
ｍのＧａＮ中間層１１３を成長させる。

【０２５５】引き続いて、ＴＭＡｌの流量比を第３の実
施の形態より高めて、厚さ０．１〜２．０μｍ、例え
ば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０¹⁷〜１．
０×１０²⁰ｃｍ^-3、例えば、１．０×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ
型Ａｌ_0.2 Ｇａ_0.8 Ｎクラッド層１２２を成長させたの
ち、ＴＭＡｌ及びＳｉＨ₄ の供給を停止して、厚さ１０
〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍのアンドープＧａＮ
光ガイド層１２３を成長させる。

【０２５６】後は、上記の第３の実施の形態と同様に、
厚さ１〜１０ｎｍ、例えば、５ｎｍのアンドープＩｎ
_0.05Ｇａ_0.95Ｎバリア層と厚さ３〜１０ｎｍ、例えば、
８ｎｍのアンドープＩｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ井戸層を交互に
アンドープＩｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ井戸層が２〜１０層、例
えば、５層になるように成長させ、ＭＱＷ活性層１１６
を形成する。

【０２５７】次いで、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、
１００ｎｍで、不純物濃度が１．０×１０¹⁷〜１．０×
１０¹⁹ｃｍ^-3、例えば、５．０×１０¹⁷ｃｍ^-3のｐ型Ｇ
ａＮ光ガイド層１１７、厚さ０．１〜２．０μｍ、例え
ば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０¹⁷〜１．
０×１０¹⁹ｃｍ^-3、例えば、５．０×１０¹⁷ｃｍ^-3のｐ
型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッド層１１８、及び、厚さ
０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃
度が１．０×１０¹⁷〜１．０×１０¹⁹ｃｍ^-3、例えば、
１．０×１０¹⁸ｃｍ^-3のｐ型ＧａＮコンタクト層１１９
を成長させる。

【０２５８】次いで、ｎ型ＳｉＣ基板１１１の裏面には
ｎ側電極として厚さ１００ｎｍのＮｉ電極１２０を設け
ると共に、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１９上にはｐ側電
極として厚さ１００ｎｍ、幅Ｗが１０μｍのＮｉ電極１
２１を設け、共振器長Ｌが７００μｍとなるように素子
分割することによってＭＱＷ構造短波長半導体レーザが
完成する。

【０２５９】この様に、本発明の第４の実施の形態にお
いては、光ガイド層は対称構造であるが、ｎ型クラッド
層として、ｐ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッド層１１８よ
り禁制帯幅の大きなｎ型Ａｌ_0.2 Ｇａ_0.8 Ｎクラッド層
１２２を用いているので、ｎ側における屈折率が小さく
なり、放射光強度分布はｐ側にずれて、放射光強度分布
の最大位置とＭＱＷ活性層１１６における最大利得位置
とが一致する。なお、この場合も、必ずしも厳密に一致
する必要はない。

【０２６０】なお、上記の第４の実施の形態において
は、ｎ型クラッド層としてｎ型Ａｌ_{0. 2} Ｇａ_0.8 Ｎクラ
ッド層１２２を用いているが、この様な組成に限られる
ものではなく、適宜組成を変更しても良いものであり、
その場合には、組成の変更に伴って最大光学利得を発生
させる位置に放射光強度分布の最大位置が来るように、
その層厚等を適宜調整すれば良い。

【０２６１】また、この場合の光ガイド層は必ずしも対
称構造である必要はなく、上記第３の実施の形態のよう
に、ｎ側光ガイド層の禁制帯幅をｐ側光ガイド層の禁制
帯幅より大きくしても良く、ｎ側光ガイド層とｎ型クラ
ッド層の相乗効果により放射光強度分布の最大位置をｐ
側に移動させても良いものである。

【０２６２】次に、図８を参照して本発明の第５の実施
の形態のＳＱＷ構造半導体レーザを説明するが、ｎ側光
ガイド層の組成、活性層の構造、及び、オーバーフロー
防止層以外は、上述の第３の実施の形態と同様である。 図８参照 まず、上記の第３の実施の形態と同様に、（０００１）
面、即ち、ｃ面を主面とする六方晶の６Ｈ−ＳｉＣから
なるｎ型ＳｉＣ基板１１１上に、厚さ５０〜３００ｎ
ｍ、例えば、１００ｎｍのＡｌＧａＮバッファ層１１
２、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍのＧ
ａＮ中間層１１３、及び、厚さ０．１〜２．０μｍ、例
えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０¹⁷〜
１．０×１０²⁰ｃｍ^-3、例えば、１．０×１０¹⁸ｃｍ^-3
のｎ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッド層１１４を成長させ
る。

【０２６３】引き続いて、厚さ１０〜３００ｎｍ、例え
ば、１００ｎｍのアンドープＡｌ_{0. 05}Ｇａ_0.95Ｎ光ガイ
ド層１２４を成長させたのち、厚さ１〜１０ｎｍ、例え
ば、５ｎｍのアンドープＩｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎバリア層で
挟持された厚さ３〜１０ｎｍ、例えば、８ｎｍのアンド
ープＩｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ井戸層を成長させて、ＳＱＷ活
性層１２５を形成する。

【０２６４】次いで、厚さ５〜５０ｎｍ、例えば、２０
ｎｍで、不純物濃度が１．０×１０ ¹⁷〜１．０×１０¹⁹
ｃｍ^-3、例えば、５．０×１０¹⁷ｃｍ^-3のｐ型Ａｌ_0.2
Ｇａ _0.8 Ｎオーバーフロー防止層１２６を成長させる。

【０２６５】後は、上記の第３の実施の形態と同様に、
厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍで、不純物
濃度が１．０×１０¹⁷〜１．０×１０¹⁹ｃｍ^-3、例え
ば、５．０×１０¹⁷ｃｍ^-3のｐ型ＧａＮ光ガイド層１１
７、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、
不純物濃度が１．０×１０¹⁷〜１．０×１０¹⁹ｃｍ^-3、
例えば、５．０×１０¹⁷ｃｍ^-3のｐ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85
Ｎクラッド層１１８、及び、厚さ０．１〜２．０μｍ、
例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０¹⁷〜
１．０×１０¹⁹ｃｍ^-3、例えば、１．０×１０¹⁸ｃｍ^-3
のｐ型ＧａＮコンタクト層１１９を成長させる。

【０２６６】次いで、ｎ型ＳｉＣ基板１１１の裏面には
ｎ側電極として厚さ１００ｎｍのＮｉ電極１２０を設け
ると共に、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１９上にはｐ側電
極として厚さ１００ｎｍ、幅Ｗが１０μｍのＮｉ電極１
２１を設け、共振器長Ｌが７００μｍとなるように素子
分割することによってＳＱＷ構造短波長半導体レーザが
完成する。

【０２６７】このＳＱＷ半導体レーザにおいては、電子
のオーバーフローを防止するために設けた広禁制帯幅の
ｐ型Ａｌ_0.2 Ｇａ_0.8 Ｎオーバーフロー防止層１２６の
存在により、放射光強度分布の最大位置がｎ側にずれる
ことになるが、上記の様に、ｎ側光ガイド層として、ｐ
型ＧａＮ光ガイド層１１７より禁制帯幅の大きなアンド
ープＡｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ光ガイド層１２４を用いている
ので、ｐ型Ａｌ_0.2 Ｇａ_0.8 Ｎオーバーフロー防止層１
２６の影響を相殺し、放射光強度分布はｐ側にずれて、
放射光強度分布の最大位置とＳＱＷ活性層１２５の中心
位置とが略一致することになる。なお、この場合も、必
ずしも厳密に一致する必要はない。

【０２６８】なお、上記の第５の実施の形態において
は、ｎ側光ガイド層としてアンドープＡｌ_0.05Ｇａ_0.95
Ｎ光ガイド層１２４を用いているが、この様な組成に限
られるものでなく、オーバーフロー防止層の組成及び層
厚に応じて、その組成及び層厚をＳＱＷ活性層１２５の
中心位置に放射光強度分布の最大位置が来るように適宜
調整すれば良い。

【０２６９】また、上記の第５の実施の形態において
は、ｎ側光ガイド層によってｐ型Ａｌ _0.2 Ｇａ_0.8 Ｎオ
ーバーフロー防止層１２６の影響を相殺しているが、ｎ
側クラッド層の禁制帯幅をｐ型クラッド層の禁制帯幅よ
り大きくすることによって相殺しても良いものである。

【０２７０】また、この場合、光ガイド層は必ずしも対
称構造である必要はなく、ｎ側光ガイド層の禁制帯幅を
ｐ側光ガイド層の禁制帯幅より大きくして、ｎ側光ガイ
ド層とｎ型クラッド層の相乗効果によりｐ型Ａｌ_0.2 Ｇ
ａ_0.8 Ｎオーバーフロー防止層１２６の影響を相殺して
も良いものである。

【０２７１】以上、本発明の第３乃至第５の実施の形態
を説明してきたが、本発明は、実施の形態に記載された
条件に限られるものではなく、例えば、上記の第３乃至
第５の実施の形態の説明においては、活性層としてＩｎ
_0.15Ｇａ_0.85Ｎ／Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.95ＮからなるＭＱＷ構
造或いはＳＱＷ構造を採用しているが、必要とする波長
に応じて混晶比をＡｌ_x Ｇａ_y Ｉｎ_1-x-y Ｎ（０≦ｘ＜
１、０＜ｙ≦１）の範囲内で変えても良いものであり、
且つ、それに伴って、光ガイド層及びクラッド層の混晶
比をＡｌ_a Ｇａ_b Ｉｎ_1-a-b Ｎ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦
１）の範囲内で変えても良い。

【０２７２】また、上記第３乃至第５の実施の形態にお
ける、ｐ側光ガイド層とｎ側光ガイド層の層厚は同じで
あるが、ｐ側光ガイド層の層厚をｎ側光ガイド層より厚
くしても良く、例えば、ｎ側ガイド層よりも１０〜１０
０ｎｍ、例えば、５０ｎｍ厚く形成して非対称光ガイド
構造にしても良く、この場合には、ｐ側光ガイド層の組
成をｎ側光ガイド層の組成と同じようにしても良いもの
である。

【０２７３】また、上記の第３乃至第５の実施の形態に
おいては光ガイド層は単層構造であるが、組成の異なっ
た半導体層を用いて多層構造、或いは、グレーデッドバ
ンド・ギャップ構造としても良く、例えば、第５の実施
の形態の場合には、ｎ側光ガイド層をｎ型クラッド層側
から厚さ１００ｎｍのアンドープＧａＮ光ガイド層及び
厚さ２０ｎｍのアンドープＡｌ_0.2 Ｇａ_0.8 Ｎ光ガイド
層の２層構造にしても良い。

【０２７４】次に、図９乃至図１４を参照して、ｐ側光
ガイド層におけるホール移動度を高めることにより或い
はｐ側光ガイド層における再結合確率を低減することに
よってしきい値電流密度Ｊ_thを低減させた本発明の第６
乃至第１１の実施の形態を説明する。まず、図９を参照
して本発明の第６の実施の形態のＳＱＷ構造短波長半導
体レーザを説明する。 図９参照 まず、（０００１）面、即ち、ｃ面を主面とする六方晶
の６Ｈ−ＳｉＣからなるｎ型ＳｉＣ基板２１１上に、Ｔ
ＭＧａ、ＴＭＡｌ、アンモニア、及び、キャリアガスと
しての水素を成長ガスとして用いたＭＯＶＰＥ法によっ
て、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００
Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例え
ば、９５０℃とした状態で、厚さ５０〜３００ｎｍ、例
えば、５０ｎｍのＡｌＧａＮバッファ層２１２を成長さ
せる。

【０２７５】引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ドー
パント源としてＳｉＨ₄ 、及び、キャリアガスとして水
素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例え
ば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００
℃、例えば、９２０℃とした状態で、厚さ０．１〜２．
０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が５×１０
¹⁷〜１×１０¹⁹ｃｍ^-3、例えば、２×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ
型ＧａＮ中間層２１３を成長させる。

【０２７６】引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモ
ニア、ドーパントとしてＳｉＨ₄ 、及び、キャリアガス
としての水素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒ
ｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜
１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、厚さ０．
１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が
１．０×１０¹⁷〜１．０×１０²⁰ｃｍ^-3、例えば、１．
０×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッド層
２１４を成長させる。

【０２７７】引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、及
び、キャリアガスとしての水素を用いて、成長圧力を７
０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成
長温度を８００〜１２００℃、例えば、９３０℃とした
状態で、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍの
アンドープＧａＮ光ガイド層２１５を成長させる。

【０２７８】引き続いて、ＴＭＧａ、ＴＭＩｎ、アンモ
ニア、及び、キャリアガスとしてのＮ₂ を用いて、成長
圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒ
とし、成長温度を５５０〜９００℃、例えば、７００℃
とした状態で、厚さ１〜１０ｎｍ、例えば、５ｎｍのア
ンドープＩｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎバリア層で挟持された厚さ
３〜３０ｎｍ、例えば、５ｎｍのアンドープＩｎ_0.15Ｇ
ａ_0.85Ｎ井戸層を成長させてＳＱＷ活性層２１６を形成
する。

【０２７９】引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、及
び、キャリアガスとしてのＮ₂ を用いて、成長圧力を７
０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成
長温度を８００〜１２００℃、例えば、１１３０℃とし
た状態で、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍ
のアンドープＧａＮ光ガイド層２１７を成長させる。

【０２８０】引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモ
ニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、
キャリアガスとしてのＮ₂ を用いて、成長圧力を７０〜
７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温
度を８００〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態
で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、
不純物濃度が１．０×１０¹⁷〜１．０×１０¹⁹ｃｍ^-3、
例えば、２．０×１０ ¹⁷ｃｍ^-3のｐ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85
Ｎクラッド層２１８を成長させる。

【０２８１】引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ビス
シクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガ
スとしてのＮ₂ を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏ
ｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００
〜１２００℃、例えば、９３０℃とした状態で、厚さ
０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃
度が１．０×１０¹⁷〜１．０×１０¹⁹ｃｍ^-3、例えば、
１．０×１０¹⁸ｃｍ^-3のｐ型ＧａＮコンタクト層２１９
を成長させる。

【０２８２】次いで、ｎ型ＳｉＣ基板２１１の裏面には
ｎ側電極として厚さ１００ｎｍのＮｉ電極２２０を設け
ると共に、ｐ型ＧａＮコンタクト層２１９上にはｐ側電
極として厚さ１００ｎｍ、幅Ｗが３μｍのＮｉ電極２２
１を設け、共振器長Ｌが７００μｍとなるように素子分
割することによってＳＱＷ構造短波長半導体レーザが完
成する。

【０２８３】この本発明の第６の実施の形態において
は、従来の常識に反してｐ側光ガイド層をアンドープ層
で構成しており、不純物に起因するキャリアの散乱がな
いのでホールの移動度が向上し、それによって、ホール
の注入効率の向上が期待される。

【０２８４】また、ｐ側光ガイド層をアンドープ層にし
た場合には、不純物のドープに伴う結晶の劣化もなく、
したがって、ｐ側光ガイド層におけるレーザ発振に寄与
しない再結合を大幅に低減することができる。

【０２８５】この結果、ｐ側光ガイド層における無効電
流が減少するので、低しきい値電流密度の短波長半導体
レーザを作製することができ、また、無効電流に起因す
る熱の発生が抑制されるので、短波長半導体レーザの信
頼性を向上することができる。

【０２８６】なお、この場合のアンドープは、純粋なア
ンドープである必要はなく、成長過程で多少の不純物が
混入したものでも良いものであり、例えば、ホールの移
動度としてレーザ発振に必要であると考えられる２ｃｍ
² ／Ｖ・ｓ以上が得られれば良く、例えば、１×１０¹⁷
ｃｍ^-3以下の不純物濃度であれば良い。

【０２８７】次に、図１０を参照して、本発明の第７の
実施の形態を説明する。なお、この第７の実施の形態に
おいては、ｐ側光ガイド層の層厚以外は上記の第６の実
施の形態と全く同様であるので、製造方法に関する説明
は省略する。 図１０参照 まず、上記の第６の実施の形態と同様に、（０００１）
面、即ち、ｃ面を主面とする六方晶の６Ｈ−ＳｉＣから
なるｎ型ＳｉＣ基板２１１上に、厚さ５０〜３００ｎ
ｍ、例えば、５０ｎｍのＡｌＧａＮバッファ層２１２、
厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純
物濃度が５×１０¹⁷〜１×１０¹⁹ｃｍ^-3、例えば、２×
１０¹⁸ｃｍ^-3のＳｉドープのｎ型ＧａＮ中間層２１３、
及び、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍ
で、不純物濃度が１．０×１０¹⁷〜１．０×１０²⁰ｃｍ
^-3、例えば、１．０×１０¹⁸ｃｍ^-3のＳｉドープのｎ型
Ａｌ_{0. 15}Ｇａ_0.85Ｎクラッド層２１４を成長させる。

【０２８８】引き続いて、厚さｔ_n が１０〜３００ｎ
ｍ、例えば、１００ｎｍのアンドープＧａＮ光ガイド層
２１５を成長させたのち、厚さ１〜１０ｎｍ、例えば、
５ｎｍのアンドープＩｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎバリア層で挟持
された厚さ３〜３０ｎｍ、例えば、５ｎｍのアンドープ
Ｉｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ井戸層を成長させて、ＳＱＷ活性層
２１６を形成する。

【０２８９】次いで、厚さｔ_p が１００ｎｍ以下、例え
ば、８０ｎｍのアンドープＧａＮ光ガイド層２１７、厚
さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物
濃度が１．０×１０¹⁷〜１．０×１０¹⁹ｃｍ^-3、例え
ば、２．０×１０¹⁷ｃｍ^-3のＭｇドープのｐ型Ａｌ_0.15
Ｇａ_0.85Ｎクラッド層２１８、及び、厚さ０．１〜２．
０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×
１０¹⁷〜１．０×１０¹⁹ｃｍ^-3、例えば、１．０×１０
¹⁸ｃｍ^-3のＭｇドープのｐ型ＧａＮコンタクト層２１９
を成長させる。

【０２９０】次いで、ｎ型ＳｉＣ基板２１１の裏面には
ｎ側電極として厚さ１００ｎｍのＮｉ電極２２０を設け
ると共に、ｐ型ＧａＮコンタクト層２１９上にはｐ側電
極として厚さ１００ｎｍ、幅Ｗが３μｍのＮｉ電極２２
１を設け、共振器長Ｌが７００μｍとなるように素子分
割することによってＳＱＷ構造短波長半導体レーザが完
成する。

【０２９１】この第７の実施の形態においては、ｐ側光
ガイド層の層厚ｔ_p をｎ側光ガイド層の層厚ｔ_n より薄
く、即ち、ｔ_p ＜ｔ_n としているので、ｐ側光ガイド層
における再結合電流が減少し、それによって、無効電流
を減少することができるので、しきい値電流密度Ｊ_thを
低減することが可能になる。

【０２９２】特に、ｐ側光ガイド層の層厚ｔ_p を１００
ｎｍ未満（０．１μｍ未満）に、より好適には０．０８
μｍ以下（８０ｎｍ以下）にして薄くすることによっ
て、ｐ側光ガイド層における再結合電流が減少し、それ
によって、無効電流を減少することができるので、しき
い値電流密度Ｊ_thを低減することが可能になる。なお、
ｐ側光ガイド層の層厚ｔ_p が１００ｎｍ未満の場合に
は、ｔ_p ＝ｔ_n としても良く、それによって、光ガイド
構造の非対称性を補正することができる。

【０２９３】また、この場合のｐ側光ガイド層とｎ側光
ガイド層の組成は必ずしも同じである必要はなく、ｐ側
光ガイド層の禁制帯幅がｎ側光ガイド層の禁制帯幅より
大きくなるように組成を設定することによって、電子の
オーバーフローを防止することができ、一方、ｎ側光ガ
イド層の禁制帯幅がｐ側光ガイド層の禁制帯幅より大き
くなるように組成を設定することによって、ｐ側光ガイ
ド層の薄層化に伴う光ガイド構造の非対称性を補正する
ことができる。

【０２９４】また、この第７の実施の形態においては、
ｐ側光ガイド層をアンドープにしているので、上述の第
６の実施の形態と同様のホール移動度の向上の効果も得
られるが、この場合には、ｐ側光ガイド層をｐ型にドー
プしても良いものである。

【０２９５】次に、図１１を参照して、本発明の第８の
実施の形態を説明する。なお、図１１（ａ）は、本発明
の第８の実施の形態のＳＱＷ半導体レーザの斜視図であ
り、また、図１４（ｂ）は活性層近傍のバンド・ギャッ
プ構造、即ち、伝導帯側のエネルギーレベルを示すもの
である。また、この第８の実施の形態においても、ｎ側
光ガイド層及びｐ側光ガイド層の構造以外は上記の第６
の実施の形態とほぼ同様であるので、製造方法に関する
説明は省略する。 図１１（ａ）参照 まず、上記の第６の実施の形態と同様に、（０００１）
面、即ち、ｃ面を主面とする六方晶の６Ｈ−ＳｉＣから
なるｎ型ＳｉＣ基板２１１上に、厚さ５０〜３００ｎ
ｍ、例えば、５０ｎｍのＡｌＧａＮバッファ層２１２、
厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純
物濃度が５×１０¹⁷〜１×１０¹⁹ｃｍ^-3、例えば、２×
１０¹⁸ｃｍ^-3のＳｉドープのｎ型ＧａＮ中間層２１３、
及び、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍ
で、不純物濃度が１．０×１０¹⁷〜１．０×１０²⁰ｃｍ
^-3、例えば、１．０×１０¹⁸ｃｍ^-3のＳｉドープのｎ型
Ａｌ_{0. 15}Ｇａ_0.85Ｎクラッド層２１４を成長させる。

【０２９６】引き続いて、厚さ１０〜１００ｎｍ、例え
ば、５０ｎｍのアンドープＡｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ光ガイド
層２２２、及び、厚さ１０〜１００ｎｍ、例えば、５０
ｎｍのアンドープＩｎ_0.03Ｇａ_0.97Ｎ光ガイド層２２３
を順次成長させたのち、厚さ１〜１０ｎｍ、例えば、５
ｎｍのアンドープＩｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎバリア層で挟持さ
れた厚さ３〜３０ｎｍ、例えば、５ｎｍのアンドープＩ
ｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ井戸層を成長させて、ＳＱＷ活性層２
１６を形成する。

【０２９７】次いで、厚さ１０〜１００ｎｍ、例えば、
５０ｎｍのアンドープＩｎ_0.03Ｇａ _0.97Ｎ光ガイド層２
２４、及び、厚さ１０〜１００ｎｍ、例えば、５０ｎｍ
で、不純物濃度が１×１０¹⁷〜１×１０¹⁹ｃｍ^-3、例え
ば、５×１０¹⁷ｃｍ^-3のＭｇドープのｐ型Ａｌ_0.05Ｇａ
_0.95Ｎ光ガイド層２２５、厚さ０．１〜２．０μｍ、例
えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０¹⁷〜
１．０×１０¹⁹ｃｍ^-3、例えば、１．０×１０¹⁷ｃｍ^-3
のＭｇドープのｐ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッド層２１
８、及び、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μ
ｍで、不純物濃度が１．０×１０¹⁷〜１．０×１０¹⁹ｃ
ｍ^-3、例えば、１．０×１０¹⁸ｃｍ^-3のＭｇドープのｐ
型ＧａＮコンタクト層２１９を成長させる。

【０２９８】次いで、ｎ型ＳｉＣ基板２１１の裏面には
ｎ側電極として厚さ１００ｎｍのＮｉ電極２２０を設け
ると共に、ｐ型ＧａＮコンタクト層２１９上にはｐ側電
極として厚さ１００ｎｍ、幅Ｗが３μｍのＮｉ電極２２
１を設け、共振器長Ｌが７００μｍとなるように素子分
割することによってＳＱＷ構造短波長半導体レーザが完
成する。

【０２９９】図１１（ｂ）参照 この第８の実施の形態においては、ｎ側光ガイド層及び
ｐ側光ガイド層が夫々禁制帯幅の異なる２層構造からな
り、且つ、クラッド層に隣接する側の禁制帯幅を大きく
しているので、ｐ側光ガイド層を構成するｐ型Ａｌ_0.05
Ｇａ_0.95Ｎ光ガイド層２２５が電子に対するオーバーフ
ロー防止層としても機能し、レーザ発振に必要な光閉じ
込めを確保しつつ、ｐ型Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ光ガイド層
２２５或いはｐ型クラッド層への電子のリークを低減す
ることができ、それによって、無効電流を減少すること
ができるので、しきい値電流密度Ｊ_thを低減することが
可能になる。

【０３００】なお、この第８の実施の形態においては、
禁制帯幅のより大きなｐ側光ガイド層をｐ型層で構成し
ているが、上記の第６の実施の形態と同様にアンドープ
層で構成しても良く、それによって、ホールの移動度を
大きくすることができ、さらに、ｐ側光ガイド層或いは
ｎ側光ガイド層を３層以上の多層構造で構成しても良
く、この場合には、ｐ側光ガイド層とｎ側光ガイド層の
層数は同じでなくても良い。

【０３０１】次に、図１２を参照して、本発明の第９の
実施の形態を説明する。なお、図１２（ａ）は、本発明
の第９の実施の形態のＳＱＷ半導体レーザの斜視図であ
り、また、図１２（ｂ）は活性層近傍のバンド・ギャッ
プ構造、即ち、伝導帯側のエネルギーレベルを示すもの
である。また、この第９の実施の形態は、ｎ側光ガイド
層の構造以外は上記の第３の実施の形態と同様であるの
で、製造方法に関する説明は省略する。 図１２（ａ）参照 まず、上記の第１の実施の形態と同様に、（０００１）
面、即ち、ｃ面を主面とする六方晶の６Ｈ−ＳｉＣから
なるｎ型ＳｉＣ基板２１１上に、厚さ５０〜３００ｎ
ｍ、例えば、５０ｎｍのＡｌＧａＮバッファ層２１２、
厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純
物濃度が５×１０¹⁷〜１×１０¹⁹ｃｍ^-3、例えば、２×
１０¹⁸ｃｍ^-3のＳｉドープのｎ型ＧａＮ中間層２１３、
及び、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍ
で、不純物濃度が１．０×１０¹⁷〜１．０×１０²⁰ｃｍ
^-3、例えば、１．０×１０¹⁸ｃｍ^-3のＳｉドープのｎ型
Ａｌ_{0. 15}Ｇａ_0.85Ｎクラッド層２１４を成長させる。

【０３０２】引き続いて、厚さ１０〜３００ｎｍ、例え
ば、１００ｎｍのＧａＮ光ガイド層２２６を成長させた
のち、厚さ１〜１０ｎｍ、例えば、５ｎｍのアンドープ
Ｉｎ _0.05Ｇａ_0.95Ｎバリア層で挟持された厚さ３〜３０
ｎｍ、例えば、５ｎｍのアンドープＩｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ
井戸層を成長させて、ＳＱＷ活性層２１６を形成する。

【０３０３】次いで、厚さ１０〜１００ｎｍ、例えば、
５０ｎｍのアンドープＩｎ_0.03Ｇａ _0.97Ｎ光ガイド層２
２４、及び、厚さ１０〜１００ｎｍ、例えば、５０ｎｍ
で、不純物濃度が１×１０¹⁷〜１×１０¹⁹ｃｍ^-3、例え
ば、２×１０¹⁷ｃｍ^-3のＭｇドープのｐ型Ａｌ_0.05Ｇａ
_0.95Ｎ光ガイド層２２５、厚さ０．１〜２．０μｍ、例
えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０¹⁷〜
１．０×１０¹⁹ｃｍ^-3、例えば、１．０×１０¹⁷ｃｍ^-3
のＭｇドープのｐ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッド層２１
８、及び、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μ
ｍで、不純物濃度が１．０×１０¹⁷〜１．０×１０¹⁹ｃ
ｍ^-3、例えば、１．０×１０¹⁸ｃｍ^-3のＭｇドープのｐ
型ＧａＮコンタクト層２１９を成長させる。

【０３０４】次いで、ｎ型ＳｉＣ基板２１１の裏面には
ｎ側電極として厚さ１００ｎｍのＮｉ電極２２０を設け
ると共に、ｐ型ＧａＮコンタクト層２１９上にはｐ側電
極として厚さ１００ｎｍ、幅Ｗが３μｍのＮｉ電極２２
１を設け、共振器長Ｌが７００μｍとなるように素子分
割することによってＳＱＷ構造短波長半導体レーザが完
成する。

【０３０５】図１２（ｂ）参照 この第９の実施の形態においては、ｎ側光ガイド層を単
一層で構成しているので成膜工程を短縮することがで
き、且つ、このｎ側光ガイド層の組成をｐ側光ガイド層
の中間の禁制帯幅が得られる組成としているので、単一
層を用いても光ガイド構造の非対称性を補正することが
でき、それによって、最大光学利得を発生させる位置
に、放射光強度分布の最大位置が位置することになるの
で、しきい値電流密度Ｊ_thを低減することができる。

【０３０６】この場合にも、ｐ側光ガイド層を構成する
ｐ型Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ光ガイド層２２５が電子に対す
るオーバーフロー防止層としても機能するので、レーザ
発振に必要な光閉じ込めを確保しつつ、ｐ型Ａｌ_0.05Ｇ
ａ_0.95Ｎ光ガイド層２２５或いはｐ型クラッド層への電
子のリークを低減することができ、それによって、無効
電流を減少することができるので、しきい値電流密度Ｊ
_thを低減することが可能になる。

【０３０７】なお、この第９の実施の形態においても、
禁制帯幅のより大きなｐ側光ガイド層をｐ型層で構成し
ているが、上記の第６の実施の形態と同様にアンドープ
層で構成しても良く、それによって、ホールの移動度を
大きくすることができ、さらに、ｐ側光ガイド層を３層
以上の多層構造で構成しても良い。

【０３０８】次に、図１３を参照して、本発明の第１０
の実施の形態を説明する。なお、図１３（ａ）は、本発
明の第１０の実施の形態のＳＱＷ半導体レーザの斜視図
であり、また、図１３（ｂ）は活性層近傍のバンド・ギ
ャップ構造を示すものである。また、この第１０の実施
の形態は、ｎ側光ガイド層及びｐ側光ガイド層の構造以
外は上記の第６の実施の形態と同様であるので、製造方
法に関する説明は殆ど省略する。 図１３（ａ）参照 まず、上記の第６の実施の形態と同様に、（０００１）
面、即ち、ｃ面を主面とする六方晶の６Ｈ−ＳｉＣから
なるｎ型ＳｉＣ基板２１１上に、厚さ５０〜３００ｎ
ｍ、例えば、５０ｎｍのＡｌＧａＮバッファ層２１２、
厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純
物濃度が５×１０¹⁷〜１×１０¹⁹ｃｍ^-3、例えば、２×
１０¹⁸ｃｍ^-3のＳｉドープのｎ型ＧａＮ中間層２１３、
及び、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍ
で、不純物濃度が１．０×１０¹⁷〜１．０×１０²⁰ｃｍ
^-3、例えば、１．０×１０¹⁸ｃｍ^-3のＳｉドープのｎ型
Ａｌ_{0. 15}Ｇａ_0.85Ｎクラッド層２１４を成長させる。

【０３０９】引き続いて、ＴＭＧａ、ＴＭＩｎ、ＴＭＡ
ｌ、アンモニア、及び、キャリアガスとしての水素を用
いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１０
０Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例え
ば、１１３０℃とした状態で、最初、ＴＭＩｎを供給し
ない状態で且つＴＭＡｌを次第に減少させる様に供給
し、ＴＭＡｌの供給を０とした時点で８００℃まで降温
してＴＭＩｎの供給を開始し、次第にその供給量を増加
させることによって、ｎ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッド
層２１４に接する部分の組成がＡｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎとな
り、最終的な組成がＩｎ_0.03Ｇａ_0.97Ｎとなる、厚さ１
０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍのアンドープグレ
ーデッド光ガイド層２２７を成長させる。

【０３１０】引き続いて、厚さ１〜１０ｎｍ、例えば、
５ｎｍのアンドープＩｎ_0.05Ｇａ_{0. 95}Ｎバリア層で挟持
された厚さ３〜１０ｎｍ、例えば、５ｎｍのアンドープ
Ｉｎ _0.15Ｇａ_0.85Ｎ井戸層を成長させて、ＳＱＷ活性層
２１６を形成する。

【０３１１】引き続いて、ＴＭＧａ、ＴＭＩｎ、ＴＭＡ
ｌ、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウ
ム、及び、キャリアガスとしてのＮ₂ を用いて、成長圧
力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒと
し、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、８００℃
とした状態で、最初、ＴＭＡｌを供給しない状態で且つ
ＴＭＩｎを次第に減少させる様に供給し、ＴＭＩｎの供
給を０とした時点で１１３０℃に昇温してＴＭＡｌの供
給を開始し、次第にその供給量を増加させることによっ
て、ＳＱＷ活性層２１６に接する部分の組成がＩｎ_0.03
Ｇａ_0.97Ｎとなり、最終的な組成がＡｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ
となる、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍの
Ｍｇドープのｐ型グレーデッド光ガイド層２２８を成長
させる。

【０３１２】引き続いて、厚さ０．１〜２．０μｍ、例
えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０¹⁷〜
１．０×１０¹⁹ｃｍ^-3、例えば、１．０×１０¹⁷ｃｍ^-3
のＭｇドープのｐ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッド層２１
８、及び、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μ
ｍで、不純物濃度が１．０×１０¹⁷〜１．０×１０¹⁹ｃ
ｍ^-3、例えば、１．０×１０¹⁸ｃｍ^-3のＭｇドープのｐ
型ＧａＮコンタクト層２１９を成長させる。

【０３１３】次いで、ｎ型ＳｉＣ基板２１１の裏面には
ｎ側電極として厚さ１００ｎｍのＮｉ電極２２０を設け
ると共に、ｐ型ＧａＮコンタクト層２１９上にはｐ側電
極として厚さ１００ｎｍ、幅Ｗが３μｍのＮｉ電極２２
１を設け、共振器長Ｌが７００μｍとなるように素子分
割することによってＳＱＷ構造短波長半導体レーザが完
成する。

【０３１４】図１３（ｂ）参照 この第１０の実施の形態においては、ｐ側光ガイド層は
組成が連続的に変化しているグレーデッドバンド・ギャ
ップ層で構成されており、ｐ型クラッド層側の禁制帯幅
の大きな領域が電子に対するオーバーフロー防止層とし
て作用するとともに、活性層へのホールの注入効率が改
善される。

【０３１５】また、この場合にも、ｐ側光ガイド層を構
成するｐ型グレーデッド光ガイド層２２８をｐ型層で構
成しているが、上記の第６の実施の形態と同様にアンド
ープ層で構成しても良く、それによって、ホールの移動
度を大きくすることができ、さらに、ビスシクロペンタ
ジエニルマグネシウムの供給量を連続的に変化させるこ
とによって、活性層側をアンドープとしても良い。

【０３１６】なお、第１０の実施の形態においては、ア
ンドープグレーデッド光ガイド層２２７及びｐ型グレー
デッド光ガイド層２２８のクラッド層に接する部分のＡ
ｌ比は０．０５のＡｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎとなっているが、
クラッド層のＡｌ比と同じ０．１５のＡｌ_0.15Ｇａ_0.85
Ｎ或いはその近傍の混晶比のＡｌＧａＮ層としても良い
ものであり、この様に、クラッド層に接する部分のＡｌ
比を高めることによりホールの注入効率をより改善する
ことが可能になる。

【０３１７】次に、図１４を参照して、本発明の第１１
の実施の形態を説明する。なお、図１４（ａ）は、本発
明の第１１の実施の形態のＳＱＷ半導体レーザの斜視図
であり、また、図１４（ｂ）は活性層近傍のバンド・ギ
ャップ構造、即ち、伝導帯側のエネルギーレベルを示す
ものである。また、この第１１の実施の形態は、ｐ側光
ガイド層の構造以外は上記の第９の実施の形態とほぼ同
様であるので、製造方法に関する説明はほぼ省略する。 図１４（ａ）参照 まず、上記の第６の実施の形態と同様に、（０００１）
面、即ち、ｃ面を主面とする六方晶の６Ｈ−ＳｉＣから
なるｎ型ＳｉＣ基板２１１上に、厚さ５０〜３００ｎ
ｍ、例えば、５０ｎｍのＡｌＧａＮバッファ層２１２、
厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純
物濃度が５×１０¹⁷〜１×１０¹⁹ｃｍ^-3、例えば、２×
１０¹⁸ｃｍ^-3のＳｉドープのｎ型ＧａＮ中間層２１３、
及び、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍ
で、不純物濃度が１．０×１０¹⁷〜１．０×１０²⁰ｃｍ
^-3、例えば、１．０×１０¹⁸ｃｍ^-3のＳｉドープのｎ型
Ａｌ_{0. 15}Ｇａ_0.85Ｎクラッド層２１４を成長させる。

【０３１８】引き続いて、厚さ１０〜３００ｎｍ、例え
ば、１００ｎｍのアンドープＡｌ_{0. 05}Ｇａ_0.95Ｎ光ガイ
ド層２２９を成長させたのち、厚さ１〜１０ｎｍ、例え
ば、５ｎｍのアンドープＩｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎバリア層で
挟持された厚さ３〜３０ｎｍ、例えば、５ｎｍのアンド
ープＩｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ井戸層を成長させて、ＳＱＷ活
性層２１６を形成する。

【０３１９】引き続いて、ＴＭＧａ、ＴＭＩｎ、ＴＭＡ
ｌ、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウ
ム、及び、キャリアガスとしてのＮ₂ を用いて、成長圧
力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒと
し、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、１１３０
℃とした状態で、ＴＭＡｌを次第に減少させる様に供給
し、ＳＱＷ活性層２１６に接する部分の組成がＡｌ_0.20
Ｇａ_0.8OＮとなり、最終的な組成がＧａＮとなる、厚さ
１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍのＭｇドープの
ｐ型逆グレーデッド光ガイド層２３０を成長させる。な
お、ｐ型クラッド層に接する側の組成はＩｎＧａＮとし
ても良い。

【０３２０】次いで、厚さ０．１〜２．０μｍ、例え
ば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０¹⁷〜１．
０×１０¹⁹ｃｍ^-3、例えば、１．０×１０¹⁷ｃｍ^-3のＭ
ｇドープのｐ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッド層２１８、
及び、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍ
で、不純物濃度が１．０×１０¹⁷〜１．０×１０¹⁹ｃｍ
^-3、例えば、１．０×１０¹⁸ｃｍ^-3のＭｇドープのｐ型
ＧａＮコンタクト層２１９を成長させる。

【０３２１】次いで、ｎ型ＳｉＣ基板２１１の裏面には
ｎ側電極として厚さ１００ｎｍのＮｉ電極２２０を設け
ると共に、ｐ型ＧａＮコンタクト層２１９上にはｐ側電
極として厚さ１００ｎｍ、幅Ｗが３μｍのＮｉ電極２２
１を設け、共振器長Ｌが７００μｍとなるように素子分
割することによってＳＱＷ構造短波長半導体レーザが完
成する。

【０３２２】図１４（ｂ）参照 この第１１の実施の形態においては、ｐ側光ガイド層を
活性層側の禁制帯幅が大きな逆グレーデッド層で構成し
ているので、このｐ側光ガイド層を構成する禁制帯幅の
大きな領域が電子に対するオーバーフロー防止層として
機能するので、ｐ側光ガイド層への電子のリークを低減
することができ、それによって、ｐ側光ガイド層におけ
る再結合を低減することができる。

【０３２３】また、このｐ側光ガイド層は、逆グレーデ
ッドバンド・ギャップ構造であるので、ホールに対する
エネルギースパイクが形成されないので、従来のオーバ
ーフロー防止層と比較してホールに対するバリアになり
にくく、ホールの注入効率を低減させることがない。

【０３２４】また、この場合も、ｎ側光ガイド層は単一
層で構成しているので、光ガイド構造の非対称性を補正
するために、このｎ側光ガイド層の組成をｐ側光ガイド
層の中間の禁制帯幅が得られる組成とすることが望まし
い。

【０３２５】また、この場合も、ｐ側光ガイド層をｐ型
層で構成しているが、上記の第６の実施の形態と同様に
アンドープ層で構成しても良く、それによって、ホール
の移動度を大きくすることができる。

【０３２６】以上、本発明の第６乃至第１１の実施の形
態を説明してきたが、本発明は実施の形態の構成に限ら
れるものでなく、例えば、第６乃至第１１の実施の形態
においては、活性層としてＩｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ／Ｉｎ
_0.05Ｇａ_0.95ＮからなるＳＱＷ構造を採用しているが、
必要とする波長に応じて混晶比をＡｌ_x Ｇａ_y Ｉｎ_1-x-
y Ｎ（０≦ｘ＜１、０＜ｙ≦１）の範囲内で変えても良
いものであり、且つ、それに伴って、光ガイド層及びク
ラッド層の混晶比をＡｌ_a Ｇａ_b Ｉｎ_1-a-b Ｎ（０≦ａ
≦１、０≦ｂ≦１）の範囲内で変えても良い。

【０３２７】また、上記の第６乃至第１１の実施の形態
においては、活性層をＳＱＷ構造で構成しているもの
の、ＭＱＷ構造にしても良いものであり、この場合に
は、例えば、厚さ１〜１０ｎｍ、例えば、５ｎｍのアン
ドープＩｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎバリア層と厚さ３〜１０ｎ
ｍ、例えば、５ｎｍのアンドープＩｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ井
戸層を交互にアンドープＩｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ井戸層が２
〜１０層、例えば、５層になるように成長させることに
よって、ＭＱＷ活性層を形成すれば良い。

【０３２８】次に、図１５及び図１６を参照して、成長
速度を制御することにより転位密度及びＰＬ波長分布を
低減し、それによって、しきい値電流密度Ｊ_thを低減す
る本発明の第１２の実施の形態の短波長半導体レーザの
製造方法を説明する。 図１５参照 まず、（０００１）面、即ち、ｃ面を主面とする六方晶
の６Ｈ−ＳｉＣからなるｎ型ＳｉＣ基板３１１の表面を
ＣＦ₄ を用いたドライ・エッチングによって０．１〜２
μｍ、例えば、０．２μｍ除去して、表面欠陥密度を低
減させたのち、ＴＭＧａ、ＴＭＡｌ、アンモニア、及
び、キャリアガスとしての水素を成長ガスとして用いた
ＭＯＶＰＥ法によって、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒ
ｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜
１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、厚さ５０
〜３００ｎｍ、例えば、５０ｎｍのＡｌＧａＮバッファ
層３１２を成長させる。

【０３２９】引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ドー
パントとして、ＳｉＨ₄ 、及び、キャリアガスを用い
て、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００
Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例え
ば、９２０℃とした状態で、厚さ０．１〜２．０μｍ、
例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０¹⁷〜
１．０×１０¹⁹ｃｍ^-3、例えば、２．０×１０¹⁸ｃｍ^-3
のＳｉドープのｎ型ＧａＮ中間層３１３を成長させる。

【０３３０】引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモ
ニア、ドーパントとして、ＳｉＨ₄、及び、キャリアガ
スとしての水素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏ
ｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００
〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、厚さ
０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃
度が１．０×１０¹⁷〜１．０×１０²⁰ｃｍ^-3、例えば、
１．０×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッ
ド層３１４を成長させる。

【０３３１】引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、及
び、キャリアガスとしての水素を用いて、成長圧力を７
０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成
長温度を８００〜１２００℃、例えば、９３０℃とした
状態で、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍの
アンドープＧａＮ光ガイド層３１５を成長させる。

【０３３２】引き続いて、ＴＥＧａ、ＴＭＩｎ、アンモ
ニア、及び、キャリアガスとしての窒素を用いて、成長
圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒ
とし、成長温度を５５０〜９００℃、例えば、７００℃
とした状態で、成長速度ｒ_gを０．１μｍ／ｈ以上、例
えば、０．３μｍ／ｈ以上の条件で、厚さ１〜１０ｎ
ｍ、例えば、５ｎｍのアンドープＩｎ_0.03Ｇａ_0.97Ｎバ
リア層と厚さ３〜１０ｎｍ、例えば、８ｎｍのアンドー
プＩｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ井戸層を交互にアンドープＩｎ
_0.15Ｇａ_0.85Ｎ井戸層が２又は３層、例えば、２層にな
るように成長させ、ＭＱＷ活性層３１６を形成する。

【０３３３】引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、及
び、キャリアガスとしての窒素を用いて、成長圧力を７
０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成
長温度を８００〜１２００℃、例えば、９３０℃とした
状態で、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍの
アンドープＧａＮ光ガイド層３１７を成長させる。

【０３３４】引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモ
ニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、
キャリアガスとしての窒素を用いて、成長圧力を７０〜
７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温
度を８００〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態
で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、
不純物濃度が１．０×１０¹⁷〜１．０×１０¹⁹ｃｍ^-3、
例えば、２．０×１０ ¹⁷ｃｍ^-3のｐ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85
Ｎクラッド層３１８を成長させる。

【０３３５】引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ビス
シクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガ
スとしての窒素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏ
ｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００
〜１２００℃、例えば、９３０℃とした状態で、厚さ
０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃
度が１．０×１０¹⁷〜１．０×１０¹⁹ｃｍ^-3、例えば、
１．０×１０¹⁸ｃｍ^-3のｐ型ＧａＮコンタクト層３１９
を成長させる。

【０３３６】次いで、ｎ型ＳｉＣ基板３１１の裏面には
ｎ側電極として厚さ１００ｎｍのＮｉ電極３２０を設け
ると共に、ｐ型ＧａＮコンタクト層３１９上にはｐ側電
極として厚さ１００ｎｍ、幅Ｗが３μｍのＮｉ電極３２
１を設け、共振器長Ｌが７００μｍとなるように素子分
割することによってＭＱＷ構造短波長半導体レーザが完
成する。

【０３３７】上記の第１２の実施の形態においては、活
性層の成長速度として、０．１μｍ／ｈ以上、特に、
０．３μｍ／ｈを採用しているが、ここで図１６を参照
して活性層の結晶性と成長速度の因果関係を説明する。 図１６（ａ）参照 図１６（ａ）は、ＩｎＧａＮ活性層のＰＬ波長の標準偏
差の成長速度依存性を示す図であり、図から明らかなよ
うに、成長速度ｒ_g が０．１μｍ／ｈ以下の０．０７５
μｍ／ｈの場合に、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）の
流量の増加と共に、ＰＬ波長の標準偏差が増大してＩｎ
ＧａＮの組成不均一が増加するばかりであり、４００ｎ
ｍ以上の平均ＰＬ波長組成において、高品質のＩｎＧａ
Ｎ混晶が得られないことが明らかである。

【０３３８】一方、成長速度ｒ_g が０．１μｍ／ｈ以上
の０．３μｍ／ｈの場合には、ＴＭＩの流量が増加して
もＰＬ波長の標準偏差が小さなままで平均ＰＬ波長が増
加し、即ち、Ｉｎ組成比が増加し、４２０ｎｍ付近では
ＰＬ波長の標準偏差が低減している。

【０３３９】このことから、成長速度を大きくすること
によって組成不均一を抑制できることが分かり、少なく
とも、０．３μｍ／ｈ近傍の成長速度の場合には、青色
半導体レーザとして好適な波長範囲の組成を有するＩｎ
ＧａＮ活性層を結晶性良く成長させることが可能である
ことが分かる。

【０３４０】図１６（ｂ）参照 図１６（ｂ）は、ＰＬ光強度の成長速度依存性を示す図
であり、図から明らかなように、成長速度が大きい方が
ＰＬ光強度が高くなっており、特に、青色半導体レーザ
として好適な長波長側において相対的に大きなＰＬ光強
度が得られており、この事実からも成長速度が大きい方
が組成のより均一な結晶が得られることが分かる。

【０３４１】そして、本発明の第１２の実施の形態によ
れば、品質の良好なＳｉＣ基板を用い、且つ、その表面
をドライ・エッチングにより除去して表面欠陥密度を低
減することにより、転位密度が１０⁹ ｃｍ^-3以下で、且
つ、ＰＬピーク波長が９０ｍｅＶ以下のＩｎＧａＮ活性
層が得られ、それによって、キンクのないＩ−Ｌ特性が
得られることになる。

【０３４２】そして、今までの経験を踏まえて、成長速
度ｒ_g が０．０７５μｍ／ｈの場合の結果と対比する
と、０．３μｍ／ｈ以上の場合に非常に良好な活性層が
得られるものと推定され、また、少なくとも、０．２μ
ｍ／ｈまでは良好な活性層が得られ、さらに、０．１μ
ｍ／ｈの場合にも実用に耐え得る程度の活性層が得られ
るものと考えられる。

【０３４３】このことは、成長速度が遅いほど均質な結
晶が得られると考えられていた従来常識と反するもので
あり、この点からもＩｎを構成要素として含むナイトラ
イド系化合物半導体の特殊性は明らかである。

【０３４４】以上、本発明の第１２の実施の形態を説明
してきたが、第１２の実施の形態の条件に限られるもの
ではなく、その技術思想の範囲において各種の変更が可
能であり、例えば、上記の第１２の実施の形態において
は、井戸層としてＩｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎを採用している
が、必要とする波長に応じて混晶比をＡｌ_x Ｇａ_y Ｉｎ
_1-x-y Ｎ（０≦ｘ＜１、０＜ｙ≦１）の範囲内で変えて
も良いものであり、且つ、それに伴って、光ガイド層及
びクラッド層の混晶比をＡｌ_a Ｇａ_b Ｉｎ_1-a-bＮ（０
≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）の範囲内で変えても良い。

【０３４５】また、上記の第１２の実施の形態の説明に
おいては、活性層をＭＱＷ活性層１６で構成している
が、ＳＱＷ活性層を用いて良いものであり、この場合に
も成長速度を０．１μｍ／ｈ以上、例えば、０．３μｍ
／ｈとした成長条件において、厚さ１〜１０ｎｍ、例え
ば、５ｎｍのアンドープＩｎ_0.03Ｇａ_0.97Ｎバリア層で
挟持された、厚さ３〜３０ｎｍ、例えば、８ｎｍのアン
ドープＩｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ井戸層からなるＳＱＷ活性層
を成長させれば良い。

【０３４６】また、上記の第１２の実施の形態において
は、活性層として正孔の移動度を高めるためにアンドー
プ層を用いているが、アンドープ層の場合、不可避的に
不純物がオートドープされることがあるので、結果的な
不純物濃度としては、１．０×１０¹⁷ｃｍ^-3未満であれ
ば良い。

【０３４７】次に、図１７及び図１８を参照して、ｐ型
クラッド層に狭禁制帯幅領域を設け、この狭禁制帯幅領
域において発光性再結合を行わせてオーバーフロー電流
による発熱を防止することによってしきい値電流密度Ｊ
_thを低減させる、本発明の第１３乃至第１５の実施の形
態を説明する。まず、図１７を参照して本発明の第１３
の実施の形態を説明する。なお、図１７（ａ）は、本発
明の第１３の実施の形態のＳＱＷ半導体レーザの斜視図
であり、また、図１７（ｂ）は活性層近傍の伝導帯側の
エネルギーレベルを示す図である。 図１７（ａ）参照 まず、（０００１）面、即ち、ｃ面を主面とする六方晶
の６Ｈ−ＳｉＣからなるｎ型ＳｉＣ基板４１１上に、Ｔ
ＭＧａ、ＴＭＡｌ、アンモニア、及び、キャリアガスと
しての水素を成長ガスとして用いたＭＯＶＰＥ法によっ
て、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００
Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例え
ば、９５０℃とした状態で、厚さ５０〜３００ｎｍ、例
えば、５０ｎｍのＡｌＧａＮバッファ層４１２を成長さ
せる。

【０３４８】引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ドー
パント源としてＳｉＨ₄ 、及び、キャリアガスとして水
素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例え
ば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００
℃、例えば、９２０℃とした状態で、厚さ０．１〜２．
０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が５×１０
¹⁷〜１×１０¹⁹ｃｍ^-3、例えば、２×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ
型ＧａＮ中間層４１３を成長させる。

【０３４９】引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモ
ニア、ドーパントとしてＳｉＨ₄ 、及び、キャリアガス
としての水素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒ
ｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜
１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、厚さ０．
１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が
１．０×１０¹⁷〜１．０×１０²⁰ｃｍ^-3、例えば、１．
０×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッド層
４１４を成長させる。

【０３５０】引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、及
び、キャリアガスとしての水素を用いて、成長圧力を７
０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成
長温度を８００〜１２００℃、例えば、９３０℃とした
状態で、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍの
アンドープＧａＮ光ガイド層４１５を成長させる。

【０３５１】引き続いて、ＴＭＧａ、ＴＭＩｎ、アンモ
ニア、及び、キャリアガスとしてのＮ₂ を用いて、成長
圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒ
とし、成長温度を５５０〜９００℃、例えば、７００℃
とした状態で、厚さ１〜１０ｎｍ、例えば、５ｎｍのア
ンドープＩｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎバリア層で挟持された厚さ
３〜３０ｎｍ、例えば、５ｎｍのアンドープＩｎ_0.15Ｇ
ａ_0.85Ｎ井戸層を成長させてＳＱＷ活性層４１６を形成
する。

【０３５２】引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、及
び、キャリアガスとしてのＮ₂ を用いて、成長圧力を７
０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成
長温度を８００〜１２００℃、例えば、１１３０℃とし
た状態で、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍ
のアンドープＧａＮ光ガイド層４１７を成長させる。

【０３５３】引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモ
ニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、
キャリアガスとしてのＮ₂ を用いて、成長圧力を７０〜
７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温
度を８００〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態
で、厚さ０．０５〜０．５０μｍ、例えば、０．２μｍ
で、不純物濃度が１．０×１０¹⁷〜１．０×１０¹⁹ｃｍ
^-3、例えば、２．０×１０¹⁷ｃｍ^-3のｐ型Ａｌ_0.15Ｇａ
_0.85Ｎクラッド層４１８を成長させる。

【０３５４】引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ビス
シクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガ
スとしてのＮ₂ を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏ
ｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００
〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、厚さＴ
が１〜５００ｎｍ、例えば、１００ｎｍで、不純物濃度
が１．０×１０¹⁷〜１．０×１０¹⁹ｃｍ^-3、例えば、
１．０×１０¹⁸ｃｍ^-3のｐ型ＧａＮ中間層４１９を成長
させる。

【０３５５】引き続いて、再び、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、
アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、
及び、キャリアガスとしてのＮ₂ を用いて、成長圧力を
７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、
成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９５０℃とし
た状態で、厚さ０．０５〜０．５０μｍ、例えば、０．
２μｍで、不純物濃度が１．０×１０¹⁷〜１．０×１０
¹⁹ｃｍ^-3、例えば、２．０×１０¹⁷ｃｍ^-3のｐ型Ａｌ
_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッド層４２０を成長させる。

【０３５６】引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ビス
シクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガ
スとしてのＮ₂ を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏ
ｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００
〜１２００℃、例えば、９３０℃とした状態で、厚さ
０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃
度が１．０×１０¹⁷〜１．０×１０¹⁹ｃｍ^-3、例えば、
１．０×１０¹⁸ｃｍ^-3のｐ型ＧａＮコンタクト層４２１
を成長させる。

【０３５７】次いで、ｎ型ＳｉＣ基板４１１の裏面には
ｎ側電極として厚さ１００ｎｍのＮｉ電極４２２を設け
ると共に、ｐ型ＧａＮコンタクト層４２１上にはｐ側電
極として厚さ１００ｎｍ、幅Ｗが３μｍのＮｉ電極４２
３を設け、共振器長Ｌが７００μｍとなるように素子分
割することによってＳＱＷ構造短波長半導体レーザが完
成する。

【０３５８】この本発明の第１３の実施の形態において
は、ｐ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッド層４１８，４２０
の間に、Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ層より結晶性の良好で狭禁
制帯幅のｐ型ＧａＮ中間層４１９を挟み込んでいるの
で、オーバーフローしてきた電子は、このｐ型ＧａＮ中
間層４１９に効果的に滞留し、発光性再結合することに
なるので、電子がｐ側電極まで達して発熱の原因となる
ことがない。

【０３５９】したがって、素子温度が上昇しないので、
オーバーフロー電流はほぼ一定のままであり、発熱によ
るオーバーフロー電流の増加という悪循環を断ち切るこ
とができ、この結果、低しきい値電流密度の短波長半導
体レーザを作製することができ、ｐ側電極の劣化による
素子劣化も抑制されるので信頼性を向上することができ
る。

【０３６０】また、この場合、ｐ型ＧａＮ中間層を１．
０×１０¹⁸ｃｍ^-3程度にドープしているので、同じ厚さ
のｐ型クラッド層をＡｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎで構成した場合
に比べて、ｐ型クラッド層の抵抗をより小さくすること
ができる。

【０３６１】次に、伝導帯側のエネルギーレベルを示す
図１８（ａ）を参照して、本発明の第１４の実施の形態
を説明する。なお、この第１４の実施の形態において
は、中間層の構成以外は上記の第１３の実施の形態と全
く同様であるので、製造方法に関する説明は省略する。 図１８（ａ）参照 まず、上記の第１３の実施の形態と同様に、（０００
１）面、即ち、ｃ面を主面とする六方晶の６Ｈ−ＳｉＣ
からなるｎ型ＳｉＣ基板上に、厚さ５０〜３００ｎｍ、
例えば、５０ｎｍのＡｌＧａＮバッファ層、厚さ０．１
〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が５
×１０¹⁷〜１×１０¹⁹ｃｍ^-3、例えば、２×１０¹⁸ｃｍ
^-3のＳｉドープのｎ型ＧａＮ中間層、及び、厚さ０．１
〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が
１．０×１０¹⁷〜１．０×１０²⁰ｃｍ ^-3、例えば、１．
０×１０¹⁸ｃｍ^-3のＳｉドープのｎ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85
Ｎクラッド層４１４を成長させる。

【０３６２】引き続いて、厚さが１０〜３００ｎｍ、例
えば、１００ｎｍのアンドープＧａＮ光ガイド層４１５
を成長させたのち、厚さ１〜１０ｎｍ、例えば、５ｎｍ
のアンドープＩｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎバリア層で挟持された
厚さ３〜３０ｎｍ、例えば、５ｎｍのアンドープＩｎ
_0.15Ｇａ_0.85Ｎ井戸層を成長させて、ＳＱＷ活性層４１
６を形成する。

【０３６３】次いで、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、
１００ｎｍのアンドープＧａＮ光ガイド層４１７、厚さ
０．０５〜０．５０μｍ、例えば、０．２μｍで、不純
物濃度が１．０×１０¹⁷〜１．０×１０¹⁹ｃｍ^-3、例え
ば、２．０×１０¹⁷ｃｍ^-3のＭｇドープのｐ型Ａｌ_0.15
Ｇａ_0.85Ｎクラッド層４１８を成長させる。

【０３６４】次いで、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａの流量比を連
続的に変えることによって、Ａｌ組成比が中間部におい
て最低のＧａＮになるように連続的に変化した厚さＴが
１〜５００ｎｍ、例えば、１００ｎｍで、不純物濃度が
１．０×１０¹⁷〜１．０×１０¹⁹ｃｍ^-3、例えば、１．
０×１０¹⁸ｃｍ^-3のグレーデッド中間層３２４を成長さ
せる。

【０３６５】次いで、厚さ０．０５〜０．５０μｍ、例
えば、０．２μｍで、不純物濃度が１．０×１０¹⁷〜
１．０×１０¹⁹ｃｍ^-3、例えば、２．０×１０¹⁷ｃｍ^-3
のＭｇドープのｐ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッド層４２
０、及び、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μ
ｍで、不純物濃度が１．０×１０¹⁷〜１．０×１０¹⁹ｃ
ｍ^-3、例えば、１．０×１０¹⁸ｃｍ^-3のｐ型ＧａＮコン
タクト層を成長させる。

【０３６６】次いで、ｎ型ＳｉＣ基板の裏面にはｎ側電
極として厚さ１００ｎｍのＮｉ電極を設けると共に、ｐ
型ＧａＮコンタクト層上にはｐ側電極として厚さ１００
ｎｍ、幅Ｗが３μｍのＮｉ電極を設け、共振器長Ｌが７
００μｍとなるように素子分割することによってＳＱＷ
構造短波長半導体レーザが完成する。

【０３６７】この第１４の実施の形態においては、中間
層をＵ字状の禁制帯幅分布を有するグレーデッド中間層
４２４で構成しているので、ホールのｐ側光ガイド層へ
の注入をスムーズに行うことができる。

【０３６８】なお、この場合、グレーデッド中間層４２
４の中央部の狭禁制帯幅部分をノン・ドープにしても良
く、この部分の結晶性を改善することによって、発光性
再結合の確率を高めることができる。

【０３６９】次に、伝導帯側のエネルギーレベルを示す
図１８（ｂ）を参照して、本発明の第１５の実施の形態
を説明する。なお、この第１５の実施の形態において
も、中間層の構成以外は上記の第１３の実施の形態と全
く同様であるので、製造方法に関する説明は省略する。 図１８（ｂ）参照 まず、上記の第１３の実施の形態と同様に、（０００
１）面、即ち、ｃ面を主面とする六方晶の６Ｈ−ＳｉＣ
からなるｎ型ＳｉＣ基板上に、厚さ５０〜３００ｎｍ、
例えば、５０ｎｍのＡｌＧａＮバッファ層、厚さ０．１
〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が５
×１０¹⁷〜１×１０¹⁹ｃｍ^-3、例えば、２×１０¹⁸ｃｍ
^-3のＳｉドープのｎ型ＧａＮ中間層、及び、厚さ０．１
〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が
１．０×１０¹⁷〜１．０×１０²⁰ｃｍ ^-3、例えば、１．
０×１０¹⁸ｃｍ^-3のＳｉドープのｎ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85
Ｎクラッド層４１４を成長させる。

【０３７０】引き続いて、厚さが１０〜３００ｎｍ、例
えば、１００ｎｍのアンドープＧａＮ光ガイド層４１５
を成長させたのち、厚さ１〜１０ｎｍ、例えば、５ｎｍ
のアンドープＩｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎバリア層で挟持された
厚さ３〜３０ｎｍ、例えば、５ｎｍのアンドープＩｎ
_0.15Ｇａ_0.85Ｎ井戸層を成長させて、ＳＱＷ活性層４１
６を形成する。

【０３７１】次いで、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、
１００ｎｍのアンドープＧａＮ光ガイド層４１７、厚さ
０．０５〜０．５０μｍ、例えば、０．２μｍで、不純
物濃度が１．０×１０¹⁷〜１．０×１０¹⁹ｃｍ^-3、例え
ば、２．０×１０¹⁷ｃｍ^-3のＭｇドープのｐ型Ａｌ_0.15
Ｇａ_0.85Ｎクラッド層４１８を成長させる。

【０３７２】次いで、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａの流量比を交
互に連続的に増減させることによって、Ａｌ組成比がＡ
ｌ_0.15Ｇａ_0.85ＮからＧａＮへ連続的に変化する多層構
造からなる厚さ１〜５００ｎｍ、より好適には、１０〜
５００ｎｍ、例えば、１００ｎｍの多層構造中間層４２
５を形成する。なお、この場合の１周期の厚さｔは、
０．３〜５０ｎｍ、より好適には、１〜５０ｎｍ、例え
ば２０ｎｍとし、組成がＧａＮに近い幅３ｎｍ（＝３０
Å）程度の狭禁制帯幅の部分をアンドープとする。

【０３７３】次いで、厚さ０．０５〜０．５０μｍ、例
えば、０．２μｍで、不純物濃度が１．０×１０¹⁷〜
１．０×１０¹⁹ｃｍ^-3、例えば、２．０×１０¹⁷ｃｍ^-3
のＭｇドープのｐ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッド層４２
０、及び、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μ
ｍで、不純物濃度が１．０×１０¹⁷〜１．０×１０¹⁹ｃ
ｍ^-3、例えば、１．０×１０¹⁸ｃｍ^-3のｐ型ＧａＮコン
タクト層を成長させる。

【０３７４】次いで、ｎ型ＳｉＣ基板の裏面にはｎ側電
極として厚さ１００ｎｍのＮｉ電極を設けると共に、ｐ
型ＧａＮコンタクト層上にはｐ側電極として厚さ１００
ｎｍ、幅Ｗが３μｍのＮｉ電極を設け、共振器長Ｌが７
００μｍとなるように素子分割することによってＳＱＷ
構造短波長半導体レーザが完成する。

【０３７５】この第１５の実施の形態においては、中間
層を多層構造中間層４２５で構成しているので、狭禁制
帯幅の部分をアンドープにしてもｐ型クラッド層全体の
抵抗をそれ程増加させることはなく、アンドープにする
ことによって結晶性を高めて発光性再結合の確率を高め
ることができ、発熱をより効果的に抑制することができ
る。

【０３７６】なお、上記の第１５の実施の形態において
は、多層構造中間層４２５を禁制帯幅が連続的に変化す
るように構成することによってホールの注入をスムーズ
に行うようにしているが、ステップ・ファンクション的
に変化する多層構造で構成しても良いものである。

【０３７７】以上、本発明の第１３乃至第１５の実施の
形態を説明してきたが、本発明は実施の形態の構成に限
られるものではなく、例えば、第１３乃至第１５の実施
の形態においては、中間層をＧａＮ或いは、最低の禁制
帯幅の部分がＧａＮになる様に構成しているが、ＡｌＧ
ａＮ或いはＩｎＧａＮにしても良いものである。

【０３７８】また、上記の第１３乃至第１５の実施の形
態においては、活性層としてＩｎ_{0. 15}Ｇａ_0.85Ｎ／Ｉｎ
_0.05Ｇａ_0.95ＮからなるＳＱＷ構造を採用しているが、
必要とする波長に応じて混晶比をＡｌ_x Ｇａ_y Ｉｎ
_1-x-y Ｎ（０≦ｘ＜１、０＜ｙ≦１）の範囲内で変えて
も良いものであり、且つ、それに伴って、光ガイド層及
びクラッド層の混晶比をＡｌ_a Ｇａ_b Ｉｎ_1-a-b Ｎ（０
≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）の範囲内で変えても良い。

【０３７９】また、上記の第１３乃至第１５の実施の形
態においては、活性層をＳＱＷ構造で構成しているもの
の、ＭＱＷ構造にしても良いものであり、この場合に
は、例えば、厚さ１〜１０ｎｍ、例えば、５ｎｍのアン
ドープＩｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎバリア層と厚さ３〜１０ｎ
ｍ、例えば、５ｎｍのアンドープＩｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ井
戸層を交互にアンドープＩｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ井戸層が２
〜１０層、例えば、５層になるように成長させることに
よって、ＭＱＷ活性層を形成すれば良い。

【０３８０】さらに、上記の実施の形態においては、ｐ
側光ガイド層をアンドープ層で構成しているが、ｐ型に
ドープしても良いものである。

【０３８１】次に、図１９及び図２０を参照して、ＭＱ
Ｗ活性層を構成するバリア層の厚さを制御することによ
りキャリアの不均一注入を改善し、それによって、しき
い値電流密度Ｊ_thを低減させる、本発明の第１６及び第
１７の実施の形態を説明する。まず、図１９を参照して
本発明の第１６の実施の形態の短波長半導体レーザを説
明する。なお、図１９（ａ）は、本発明の第１６の実施
の形態のＭＱＷ半導体レーザの斜視図であり、また、図
１９（ｂ）は図１９（ａ）において破線の円で示すＭＱ
Ｗ活性層近傍の層構造を示す拡大図である。 図１９（ａ）及び（ｂ）参照 まず、（０００１）面、即ち、ｃ面を主面とする六方晶
の６Ｈ−ＳｉＣからなるｎ型ＳｉＣ基板５１１上に、Ｔ
ＭＧａ、ＴＭＡｌ、アンモニア、及び、キャリアガスと
しての水素を成長ガスとして用いたＭＯＶＰＥ法によっ
て、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００
Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例え
ば、９５０℃とした状態で、厚さ５０〜３００ｎｍ、例
えば、５０ｎｍのＡｌＧａＮバッファ層５１２を成長さ
せる。

【０３８２】引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ドー
パント源としてＳｉＨ₄ 、及び、キャリアガスとして水
素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例え
ば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００
℃、例えば、９２０℃とした状態で、厚さ０．１〜２．
０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が５×１０
¹⁷〜１×１０¹⁹ｃｍ^-3、例えば、２×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ
型ＧａＮ中間層５１３を成長させる。

【０３８３】引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモ
ニア、ドーパントとしてＳｉＨ₄ 、及び、キャリアガス
としての水素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒ
ｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜
１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、厚さ０．
１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が
１．０×１０¹⁷〜１．０×１０²⁰ｃｍ^-3、例えば、１．
０×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッド層
５１４を成長させる。

【０３８４】引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、及
び、キャリアガスとしての水素を用いて、成長圧力を７
０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成
長温度を８００〜１２００℃、例えば、９３０℃とした
状態で、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍの
アンドープＧａＮ光ガイド層５１５を成長させる。

【０３８５】引き続いて、ＴＭＧａ、ＴＭＩｎ、アンモ
ニア、及び、キャリアガスとしてのＮ₂ を用いて、成長
圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒ
とし、成長温度を５５０〜９００℃、例えば、７００℃
とした状態で、厚さ１ｎｍ〜５ｎｍ未満、例えば、３ｎ
ｍのアンドープＩｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎバリア層５１８で分
離された厚さ３〜１０ｎｍ、例えば、４ｎｍのアンドー
プＩｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎウエル層５１７を２〜１０層、例
えば、３層成長させてＭＱＷ活性層５１６を形成する。

【０３８６】引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、及
び、キャリアガスとしてのＮ₂ を用いて、成長圧力を７
０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成
長温度を８００〜１２００℃、例えば、１１３０℃とし
た状態で、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍ
のアンドープＧａＮ光ガイド層５１９を成長させる。

【０３８７】引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモ
ニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、
キャリアガスとしてのＮ₂ を用いて、成長圧力を７０〜
７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温
度を８００〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態
で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、
不純物濃度が１．０×１０¹⁷〜１．０×１０¹⁹ｃｍ^-3、
例えば、２．０×１０ ¹⁷ｃｍ^-3のｐ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85
Ｎクラッド層５２０を成長させる。

【０３８８】引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ビス
シクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガ
スとしてのＮ₂ を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏ
ｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００
〜１２００℃、例えば、９３０℃とした状態で、厚さ
０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃
度が１．０×１０¹⁷〜１．０×１０¹⁹ｃｍ^-3、例えば、
１．０×１０¹⁸ｃｍ^-3のｐ型ＧａＮコンタクト層５２１
を成長させる。

【０３８９】次いで、ｎ型ＳｉＣ基板５１１の裏面には
ｎ側電極として厚さ１００ｎｍのＮｉ電極５２２を設け
ると共に、ｐ型ＧａＮコンタクト層５２１上にはｐ側電
極として厚さ１００ｎｍ、幅Ｗが３μｍのＮｉ電極５２
３を設け、共振器長Ｌが７００μｍとなるように素子分
割することによってＭＱＷ半導体レーザが完成する。

【０３９０】この本発明の第１６の実施の形態において
は、ＭＱＷ活性層５１６を構成するバリア層の厚さを５
ｎｍ未満にしているので、キャリアの注入効率が改善さ
れ、キャリアの不均一注入をなくすことができる。

【０３９１】また、従来の閃亜鉛鉱型結晶構造の半導体
の場合には、バリア層を薄くした場合には、波動関数の
滲み出しの問題が生ずるが、本発明のようなナイトライ
ド系化合物半導体の場合には、キャリアの有効質量が大
きいため波動関数の滲み出しが少なく、バリア層の厚さ
を５ｎｍ未満にしても光学利得の発生の低下は問題にな
らない。

【０３９２】なお、バリア層の厚さは５ｎｍ未満であれ
ば十分であり、また、バリア層のＩｎ組成比は０．０４
未満でも良いが、バリア層の膜厚の低下による歪低減効
果を有効に利用するためには、バリア層の厚さを３ｎｍ
以下とし、且つ、ＩｎＧａＮからなるバリア層のＩｎ組
成比を０．０４以上にすることによって、結晶性の劣化
を来すことなくバリア層の禁制帯幅を小さくし、障壁の
高さを低くすることによってキャリアの注入効率をより
改善することができる。

【０３９３】次に、図２０を参照して、基板としてサフ
ァイア基板を用いた本発明の第１７の実施の形態のＭＱ
Ｗ半導体レーザを説明する。 図２０参照 図２０は、本発明の第１７の実施の形態のＭＱＷ半導体
レーザの斜視図であり、まず、（０００１）面を主面と
するサファイア基板５３１上に、ＴＭＧａ、アンモニ
ア、及び、キャリアガスとして水素を成長ガスとして用
いたＭＯＶＰＥ法によって、成長圧力を７０〜７６０Ｔ
ｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、５００℃の成長
温度において、厚さ０．０３μｍのＧａＮ低温バッファ
層５３２を成長させる。

【０３９４】引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ドー
パント源としてＳｉＨ₄ 、及び、キャリアガスとして水
素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例え
ば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００
℃、例えば、９２０℃とした状態で、厚さ０．１〜２．
０μｍ、例えば、１．０μｍで、不純物濃度が５×１０
¹⁷〜１×１０¹⁹ｃｍ^-3、例えば、２×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ
型ＧａＮ中間層５３３を成長させる。

【０３９５】以下は、上記の第１６の実施の形態の同様
に、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、１．０μｍで、
不純物濃度が１．０×１０¹⁷〜１．０×１０²⁰ｃｍ^-3、
例えば、１．０×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85
Ｎクラッド層５３４、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、
１００ｎｍのアンドープＧａＮ光ガイド層５３５、ＭＱ
Ｗ活性層５３６、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１０
０ｎｍのアンドープＧａＮ光ガイド層５３７、厚さ０．
１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が
１．０×１０¹⁷〜１．０×１０¹⁹ｃｍ^-3、例えば、２．
０×１０¹⁷ｃｍ ^-3のｐ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッド層
５３８、及び、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．
５μｍで、不純物濃度が１．０×１０¹⁷〜１．０×１０
¹⁹ｃｍ^-3、例えば、１．０×１０¹⁸ｃｍ^-3のｐ型ＧａＮ
コンタクト層５３９を順次エピタキシャル成長させる。

【０３９６】なお、この場合のＭＱＷ活性層５３６も、
厚さ１ｎｍ〜５ｎｍ未満、例えば、３ｎｍのアンドープ
Ｉｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎバリア層で分離された厚さ３〜１０
ｎｍ、例えば、４ｎｍのアンドープＩｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ
ウエル層を２〜１０層、例えば、３層成長させて形成す
る。

【０３９７】次いで、ドライエッチングによりｎ型Ｇａ
Ｎ中間層５３３の一部を露出させて、ｎ側電極としてＴ
ｉ電極５４０を設けると共に、ｐ型ＧａＮコンタクト層
５３９上にはｐ側電極として幅Ｗが３μｍのＮｉ電極５
４１を設けたのち、ドライ・エッチングを施して共振器
面となる間隔Ｌが７００μｍとなる一対の平行な端面を
形成することによってＭＱＷ半導体レーザが完成する。

【０３９８】この本発明の第１７の実施の形態において
も、ＭＱＷ活性層５１６を構成するバリア層の厚さを５
ｎｍ未満にしているので、キャリアの注入効率が改善さ
れ、それによってキャリアの不均一注入をなくすことが
できる。

【０３９９】また、この場合も、バリア層の膜厚の薄層
化による歪低減効果を有効に利用するためには、バリア
層の厚さを３ｎｍ以下とし、且つ、ＩｎＧａＮからなる
バリア層のＩｎ組成比を０．０４以上にすることによっ
て、結晶性の劣化を来すことなくバリア層の障壁の高さ
を低くすることができ、それによってキャリアの注入効
率をより改善することができる。

【０４００】以上、本発明の第１６及び第１７の実施の
形態を説明してきたが、本発明は上記の第１６及び第１
７の実施の形態の構成に限られるものではなく、例え
ば、第１６及び第１７の実施の形態においては、多重量
子井戸活性層としてＩｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ／Ｉｎ_0.05Ｇａ
_0.95ＮからなるＭＱＷ構造を採用しているが、必要とす
る波長に応じて混晶比をＡｌ_x Ｇａ_y Ｉｎ_1-x-y Ｎ（０
≦ｘ＜１、０＜ｙ≦１）の範囲内で変えても良いもので
あり、且つ、それに伴って、光ガイド層及びクラッド層
の混晶比をＡｌ_a Ｇａ_b Ｉｎ_1-a-b Ｎ（０≦ａ≦１、０
≦ｂ≦１）の範囲内で変えても良い。

【０４０１】次に、図２１乃至図２３を参照して、オー
バーフロー防止層、即ち、エレクトロンブロック層をア
ンドープ層或いはグレーデッド層にすることによりホー
ルの注入効率を改善し、それによって、しきい値電流密
度Ｊ_thを低減させる、本発明の第１８及び第１９の実施
の形態を説明する。まず、図２１を参照して本発明の第
１８の実施の形態のＭＱＷ半導体レーザを説明する。 図２１参照 まず、（０００１）面、即ち、ｃ面を主面とする六方晶
の６Ｈ−ＳｉＣからなるｎ型ＳｉＣ基板６１１上に、Ｔ
ＭＧａ、ＴＭＡｌ、アンモニア、及び、キャリアガスと
しての水素を成長ガスとして用いたＭＯＶＰＥ法によっ
て、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００
Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例え
ば、９５０℃とした状態で、厚さ５０〜３００ｎｍ、例
えば、５０ｎｍのＡｌＧａＮバッファ層６１２を成長さ
せる。

【０４０２】引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ドー
パント源としてＳｉＨ₄ 、及び、キャリアガスとして水
素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例え
ば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００
℃、例えば、９２０℃とした状態で、厚さ０．１〜２．
０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が５×１０
¹⁷〜１×１０¹⁹ｃｍ^-3、例えば、２×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ
型ＧａＮ中間層６１３を成長させる。

【０４０３】引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモ
ニア、ドーパントとしてＳｉＨ₄ 、及び、キャリアガス
としての水素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒ
ｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜
１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、厚さ０．
１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が
１．０×１０¹⁷〜１．０×１０²⁰ｃｍ^-3、例えば、１．
０×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ型Ａｌ_0.09Ｇａ_0.91Ｎクラッド層
６１４を成長させる。

【０４０４】引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、及
び、キャリアガスとしての水素を用いて、成長圧力を７
０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成
長温度を８００〜１２００℃、例えば、９３０℃とした
状態で、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍの
アンドープＧａＮ光ガイド層６１５を成長させる。

【０４０５】引き続いて、ＴＭＧａ、ＴＭＩｎ、アンモ
ニア、及び、キャリアガスとしてのＮ₂ を用いて、成長
圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒ
とし、成長温度を５５０〜９００℃、例えば、７００℃
とした状態で、厚さ１ｎｍ〜１０ｎｍ、例えば、５ｎｍ
のアンドープＩｎ_0.03Ｇａ_0.97Ｎバリア層で分離された
厚さ３〜１０ｎｍ、例えば、４ｎｍのアンドープＩｎ
_0.15Ｇａ_0.85Ｎウエル層を２〜１０層、例えば、３層成
長させてＭＱＷ活性層６１６を形成する。

【０４０６】引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモ
ニア、及び、キャリアガスとしてのＮ₂ を用いて、成長
圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒ
とし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９５０
℃とした状態で、厚さ５〜３０ｎｍ、例えば、２０ｎｍ
のアンドープＡｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎエレクトロンブロック
層６１７を成長させる。

【０４０７】引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ビス
シクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガ
スとしてのＮ₂ を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏ
ｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００
〜１２００℃、例えば、１１３０℃とした状態で、厚さ
１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍで、不純物濃度
が１．０×１０¹⁷〜５．０×１０¹⁹ｃｍ^-3、例えば、
１．０×１０¹⁸ｃｍ^-3のｐ型ＧａＮ光ガイド層６１８を
成長させる。

【０４０８】引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモ
ニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、
キャリアガスとしてのＮ₂ を用いて、成長圧力を７０〜
７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温
度を８００〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態
で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、
不純物濃度が１．０×１０¹⁷〜１．０×１０¹⁹ｃｍ^-3、
例えば、２．０×１０ ¹⁷ｃｍ^-3のｐ型Ａｌ_0.09Ｇａ_0.91
Ｎクラッド層６１９を成長させる。

【０４０９】引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ビス
シクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガ
スとしてのＮ₂ を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏ
ｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００
〜１２００℃、例えば、９３０℃とした状態で、厚さ
０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃
度が１．０×１０¹⁷〜１．０×１０¹⁹ｃｍ^-3、例えば、
１．０×１０¹⁸ｃｍ^-3のｐ型ＧａＮコンタクト層６２０
を成長させる。

【０４１０】次いで、ｎ型ＳｉＣ基板６１１の裏面には
ｎ側電極として厚さ１００ｎｍのＮｉ電極６２１を設け
ると共に、ｐ型ＧａＮコンタクト層６２０上にはｐ側電
極として厚さ１００ｎｍ、幅Ｗが３μｍのＮｉ電極６２
２を設け、共振器長Ｌが７００μｍとなるように素子分
割することによってＭＱＷ半導体レーザが完成する。

【０４１１】この第１８の実施の形態においては、Ａｌ
_0.18Ｇａ_0.82Ｎエレクトロンブロック層がアンドープ層
であるので、ホール濃度が低下し、且つ、高い印加電圧
Ｖを必要とするが、不純物による散乱がなくなるので実
効移動度が大きくなり、したがって、従来のようにエレ
クトロンブロック層を５．０×１０¹⁷ｃｍ^-3〜５．０×
１０¹⁹ｃｍ^-3程度の不純物濃度のｐ型層で形成した場合
に対するホール濃度の低下分を補うことになり、総合的
にはホールの注入効率の改善効果が期待されるものであ
る。なお、ＧａＮ系半導体におけるアンドープ層の不純
物濃度は、一般的には１．０×１０¹⁷ｃｍ^-3未満である
ので、意図的ドープした場合にも、１．０×１０¹⁷ｃｍ
^-3未満であれば、アンドープ層と同様の効果が得られ
る。

【０４１２】また、上記の第１８の実施の形態における
ｐ側光ガイド層は、説明を簡単にするためにｐ型層で構
成しているが、アンドープ層で構成しても良いものであ
り、また、ｎ側光ガイド層はアンドープ層で構成してい
るが、ｎ型層で構成しても良いものである。

【０４１３】次に、図２２及び図２３を参照して、本発
明の第１９の実施の形態のＭＱＷ半導体レーザを説明す
る。なお、図２２（ａ）は、本発明の第１９の実施の形
態のＭＱＷ半導体レーザの光軸に垂直な断面図であり、
また、図２２（ｂ）は、ＭＱＷ活性層近傍のバンドダイ
ヤグラムであり、さらに、図２３は効果の説明図であ
る。 図２２（ａ）参照 まず、上記の第１８実施の形態と全く同様に、ｎ型Ｓｉ
Ｃ基板６１１上に、ＡｌＧａＮバッファ層６１２、ｎ型
ＧａＮ中間層６１３、ｎ型Ａｌ_0.09Ｇａ_0.91Ｎクラッド
層６１４、アンドープＧａＮ光ガイド層６１５、及び、
ＭＱＷ活性層６１６を形成する。

【０４１４】引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモ
ニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、
キャリアガスとしてのＮ₂ を用いて、成長圧力を７０〜
７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温
度を８００〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態
で、ＴＭＡｌを０から徐々に連続的に増加させて厚さ１
〜２０ｎｍ、例えば、１０ｎｍで、不純物濃度が１．０
×１０¹⁵〜３．０×１０²⁰ｃｍ^-3、例えば、１．０×１
０¹⁹ｃｍ^-3のｐ型グレーデッドＡｌＧａＮ層６２３を成
長させ、次いで、ＴＭＡｌ／ＴＭＧＡ比率を一定にして
厚さ１〜２０ｎｍ、例えば、１０ｎｍで、不純物濃度が
１．０×１０¹⁵〜３．０×１０²⁰ｃｍ^-3、例えば、１．
０×１０¹⁹ｃｍ^-3のｐ型Ａｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎ層６２４を
成長させ、次いで、ＴＭＡｌ／ＴＭＧＡ比率を０まで連
続的に減少させて厚さ１〜２０ｎｍ、例えば、１０ｎｍ
で、不純物濃度が１．０×１０¹⁵〜３．０×１０²⁰ｃｍ
^-3、例えば、１．０×１０¹⁹ｃｍ^-3のｐ型グレーデッド
ＡｌＧａＮ層６２５を成長させ、これらのｐ型グレーデ
ッドＡｌＧａＮ層６２３、ｐ型Ａｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎ層６
２４、及び、ｐ型グレーデッドＡｌＧａＮ層６２５によ
って禁制帯幅がスムースに連続的に変化するｐ型エレク
トロンブロック層６２６を形成する。

【０４１５】以降は、再び、第１８の実施の形態と全く
同様に、ｐ型ＧａＮ光ガイド層６１８、ｐ型Ａｌ_0.09Ｇ
ａ_0.91Ｎクラッド層６１９、及び、ｐ型ＧａＮコンタク
ト層６２０を順次成長させる。

【０４１６】次いで、ドライ・エッチングによりｐ型Ｇ
ａＮコンタクト層６２０及びｐ型Ａｌ_0.09Ｇａ_0.91Ｎク
ラッド層６１９をメサエッチングし、ｎ型ＳｉＣ基板６
１１の裏面にはｎ側電極として厚さ１００ｎｍのＮｉ電
極６２１を設けると共に、ｐ型ＧａＮコンタクト層６２
０上にはストライプ状開口を有するＳｉＯ₂ 膜６２７を
介してｐ側電極として厚さ１００ｎｍのＮｉ電極６２２
を設け、共振器長Ｌが７００μｍとなるように素子分割
することによってＭＱＷ半導体レーザが完成する。

【０４１７】図２２（ｂ）参照 この本発明の第１９の実施の形態においては、ｐ型エレ
クトロンブロック層６２６を、ｐ型グレーデッドＡｌＧ
ａＮ層６２３、ｐ型Ａｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎ層６２４、及
び、ｐ型グレーデッドＡｌＧａＮ層６２５によって構成
しているので、禁制帯幅をスムースに連続的に変化させ
ることができると共に、電子親和力も連続的に変化させ
ることができ、それによって、ｎ側においてはＭＱＷ活
性層６１６を構成するＩｎ_0.03Ｇａ_0.97Ｎバリア層とｐ
型グレーデッドＡｌＧａＮ層６２３との間の電子親和力
の差を殆どなくすことができ、それによってＩｎ_0.03Ｇ
ａ_{0. 97}Ｎバリア層とｐ型グレーデッドＡｌＧａＮ層６２
３との界面にホールに対する電位障壁となるノッチが形
成されることがない。

【０４１８】また、ｐ側においてはｐ型ＧａＮ光ガイド
層６１８とｐ型グレーデッドＡｌＧａＮ層６２５との間
の電子親和力の差をなくすことができ、それによってｐ
型ＧａＮ光ガイド層６１８とｐ型グレーデッドＡｌＧａ
Ｎ層６２５との界面においてもホールに対する電位障壁
となるノッチが形成されることがない。

【０４１９】したがって、ｐ型エレクトロンブロック層
６２６の両側において、ホールに対する電位障壁となる
ノッチが形成されないので、ホールの注入効率が改善さ
れ、それによって駆動電圧を低下することができる。

【０４２０】図２３参照 図２３は、ｐ型グレーデッドＡｌＧａＮ層６２３及びｐ
型グレーデッドＡｌＧａＮ層６２５を設けた場合の効果
を説明するためのシミュレーションによる電圧−電流特
性を示す図である。図から明らかなように、ｐ型グレー
デッドＡｌＧａＮ層６２３及びｐ型グレーデッドＡｌＧ
ａＮ層６２５を設けることにより、従来の様に、オーバ
ーフロー防止層、即ち、エレクトロンブロック層にグレ
ーデッド層を設けない場合に比べて、駆動電圧を低くで
きることが理解され、これは上述の様にノッチの形成を
抑制したことに起因するものである。

【０４２１】なお、この第１９の実施の形態の説明にお
いては、グレーデッド層を組成が一定のｐ型Ａｌ_0.18Ｇ
ａ_0.82Ｎ層６２４の両側に設けているが、何方か一方の
みに設けても良いものであり、両方設ける場合に比べて
ホールの注入効率の改善の程度は低いものの、グレーデ
ッド層を設けない場合に比べてホールの注入効率が改善
される。

【０４２２】また、上記の第１９の実施の形態において
は、ｐ型エレクトロンブロック層２２６の不純物濃度と
して、従来と同様に価電子帯側に不純物伝導による寄与
が顕著にならない程度の不純物濃度を採用しているが、
１．５×１０¹⁹ｃｍ^-3以上、より好適には、７×１０¹⁹
ｃｍ^-3以上の高濃度にドープしても良いものであり、こ
の場合には、不純物伝導によるホールの注入効率の改善
と、ノッチの消滅によるホールの注入効率の改善との両
方の寄与が期待される。

【０４２３】さらに、上記の第１９の実施の形態におけ
るｐ型エレクトロンブロック層６２６を、上記の第１８
の実施の形態と同様に、アンドープ層としても良く、こ
の場合には、アンドープ化に伴うホールの実効移動度の
向上によるホールの注入効率の改善と、ノッチの消滅に
よるホールの注入効率の改善との両方の寄与が期待され
る。

【０４２４】なお、上記の第１９の実施の形態及びその
変形例においても、ｐ側光ガイド層をｐ型ＧａＮ光ガイ
ド層６１８の代わりにアンドープＧａＮ光ガイド層を用
いて構成しても良く、また、ｎ側光ガイド層をアンドー
プＧａＮ光ガイド層６１５の代わりにｎ型ＧａＮ光ガイ
ド層を用いて構成しても良い。

【０４２５】以上、本発明の第１８及び第１９の実施の
形態を説明してきたが、本発明は上記の第１８及び第１
９の実施の形態の構成に限られるものではなく、例え
ば、ＳｉＣ基板ではなく従来と同様にサファイア基板を
用いても良いものであり、その場合には、まず、従来と
同様に、（０００１）面を主面とするサファイア基板上
に、ＴＭＧａ、アンモニア、及び、キャリアガスとして
水素を成長ガスとして用いたＭＯＶＰＥ法によって、成
長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒ
ｒとし、５００℃の成長温度において、厚さ０．０３μ
ｍのＧａＮ低温バッファ層を成長させ、次いで、ＴＭＧ
ａ、アンモニア、及び、キャリアガスとして水素を用い
て、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００
Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例え
ば、９５０℃とした状態で、厚さ０．１〜２．０μｍ、
例えば、１．０μｍのｎ型ＧａＮ中間層を成長させる。

【０４２６】以降は、上記の第１８及び第１９の実施の
形態の全く同様に、ｎ型Ａｌ_0.09Ｇａ_0.91Ｎクラッド
層、ｎ側ＧａＮ光ガイド層、ＭＱＷ活性層、エレクトロ
ンブロック層、ｐ側ＧａＮ光ガイド層、ｐ型ＧａＮ光ガ
イド層、ｐ型Ａｌ_0.09Ｇａ_0.91Ｎクラッド層、及び、ｐ
型ＧａＮコンタクト層を順次エピタキシャル成長させ
る。なお、この場合のエレクトロンブロック層は、対応
する実施の形態に応じた構成とする。

【０４２７】次いで、それ以降は、従来例と同様に、ド
ライ・エッチングによりｐ型ＧａＮ層及びｐ型Ａｌ_0.09
Ｇａ_0.91Ｎクラッド層をメサエッチングすると共に、ｎ
型ＧａＮ中間層の一部を露出させて、ｎ型ＧａＮ中間層
の露出部にＴｉ／Ａｕからなるｎ側電極を設けると共
に、ｐ型ＧａＮコンタクト層上にはストライプ状開口を
有するＳｉＯ₂ 膜を介してＮｉ／Ａｕからなるｐ側電極
を設け、次いでドライ・エッチングを施して共振器面と
なる一対の平行な端面を形成すれば良い。

【０４２８】また、上記の第１８及び第１９の実施の形
態においては、多重量子井戸活性層としてＩｎ_0.15Ｇａ
_0.85Ｎ／Ｉｎ_0.03Ｇａ_0.97ＮからなるＭＱＷ構造を採用
しているが、必要とする波長に応じて混晶比をＡｌ_x Ｇ
ａ_y Ｉｎ_1-x-y Ｎ（０≦ｘ＜１、０＜ｙ≦１）の範囲内
で変えても良いものであり、且つ、それに伴って、光ガ
イド層及びクラッド層の混晶比をＡｌ_a Ｇａ_b Ｉｎ
_1-a-b Ｎ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）の範囲内で変えて
も良い。

【０４２９】例えば、上記の第１８及び第１９の実施の
形態においては、バリア層としてはＩｎＧａＮウエル層
に対してＩｎＧａＮを用いているが、ＩｎＧａＮの代わ
りにＡｌＧａＮ或いはＧａＮを用いても良いものであ
り、特に、ＡｌＧａＮ或いはＧａＮを用いた場合には、
バリア層とグレーデッド層を用いたエレクトロンブロッ
ク層との界面におけるノッチを完全に消滅することがで
きる。

【０４３０】次に、図２４乃至図３０を参照して、エレ
クトロンブロック層の不純物濃度を７×１０¹⁹ｃｍ^-3以
上とすると共に、エレクトロンブロック層の成長温度を
６００℃〜９００℃とすることによって、電子のオーバ
ーフローを防止し、それによって、しきい値電流密度を
低減させる、本発明の第２０の実施の形態を説明する。
まず、図２４を参照して、本発明の第２０の実施の形態
の短波長半導体レーザの製造工程を説明する。 図２４参照 まず、改良レイリー法によりバルク成長させた、（００
０１）面、即ち、ｃ面を主面とする六方晶の６Ｈ−Ｓｉ
Ｃからなるキャリア濃度が４×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ型Ｓｉ
Ｃ基板７１１上に、ＴＭＧａ、ＴＭＡｌ、アンモニア、
ドーパント源としてＳｉＨ₄ 、及び、キャリアガスとし
ての水素を成長ガスとして用いたＭＯＶＰＥ法によっ
て、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００
Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例え
ば、１１００℃とした状態で、厚さ５０ｎｍ〜５μｍ、
例えば、３５０ｎｍで、不純物濃度が不純物濃度が５×
１０¹⁷〜１×１０¹⁹ｃｍ^-3、例えば、８×１０¹⁸ｃｍ^-3
のｎ型Ａｌ_0.09Ｇａ_0.91Ｎバッファ層７１２を成長させ
る。

【０４３１】引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモ
ニア、ドーパントとしてＳｉＨ₄ 、及び、キャリアガス
としての水素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒ
ｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜
１２００℃、例えば、１１００℃とした状態で、厚さ
０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５５μｍで、不純物
濃度が１．０×１０¹⁷〜１．０×１０²⁰ｃｍ^-3、例え
ば、２．０×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ型Ａｌ_0.09Ｇａ_0.91Ｎク
ラッド層７１３を成長させる。

【０４３２】引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ドー
パントとしてＳｉＨ₄ 、及び、キャリアガスとしての水
素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例え
ば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００
℃、例えば、１１００℃とした状態で、厚さ１０〜３０
０ｎｍ、例えば、１００ｎｍで、不純物濃度が５×１０
¹⁷〜１×１０¹⁹ｃｍ^-3、例えば、２×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ
型ＧａＮ光ガイド層７１４を成長させる。

【０４３３】引き続いて、ＴＭＧａ、ＴＭＩｎ、アンモ
ニア、及び、キャリアガスとしてのＮ₂ を用いて、成長
圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒ
とし、成長温度を６００〜９００℃、例えば、７８０℃
とした状態で、厚さ１ｎｍ〜１０ｎｍ、例えば、５ｎｍ
のアンドープＩｎ_0.03Ｇａ_0.97Ｎバリア層で分離された
厚さ３〜１０ｎｍ、例えば、４ｎｍのアンドープＩｎ
_0.15Ｇａ_0.85Ｎウエル層を２〜１０層、例えば、３層成
長させてＭＱＷ活性層７１５を形成する。

【０４３４】引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモ
ニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、
キャリアガスとしてのＮ₂ を用いて、成長圧力を７０〜
７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温
度を６００〜９００℃、例えば、７８０℃とした状態
で、厚さ５〜３０ｎｍ、例えば、２０ｎｍで、不純物濃
度が７×１０¹⁹ｃｍ^-3以上、例えば、１×１０²⁰ｃｍ^-3
のｐ⁺ 型Ａｌ_0.18Ｇａ_{0. 82}Ｎエレクトロンブロック層７
１６を成長させる。

【０４３５】引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ビス
シクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガ
スとしてのＮ₂ を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏ
ｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００
〜１２００℃、例えば、１１００℃とした状態で、厚さ
１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍで、不純物濃度
が１．０×１０¹⁷〜１．０×１０²⁰ｃｍ^-3、例えば、
１．５×１０¹⁹ｃｍ^-3のｐ型ＧａＮ光ガイド層７１７を
成長させる。

【０４３６】引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモ
ニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、
キャリアガスとしてのＮ₂ を用いて、成長圧力を７０〜
７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温
度を８００〜１２００℃、例えば、１１００℃とした状
態で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５５μｍ
で、不純物濃度が１．０×１０¹⁷〜１．０×１０²⁰ｃｍ
^-3、例えば、１．５×１０¹⁹ｃｍ^-3のｐ型Ａｌ_0.09Ｇａ
_0.91Ｎクラッド層７１８を成長させる。

【０４３７】引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ビス
シクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガ
スとしてのＮ₂ を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏ
ｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００
〜１２００℃、例えば、１１００℃とした状態で、厚さ
０．１〜２．０μｍ、例えば、０．１μｍで、不純物濃
度が１．０×１０¹⁷〜１．０×１０²⁰ｃｍ^-3、例えば、
１．５×１０¹⁹ｃｍ^-3のｐ型ＧａＮ第１コンタクト層７
１９を成長させ、引き続いて、ｐ型ＧａＮ第１コンタク
ト層７１９と同じ条件で、不純物濃度が５．０×１０¹⁹
〜５．０×１０ ²⁰ｃｍ^-3、例えば、１．５×１０²⁰ｃｍ
^-3で、厚さが５〜５０ｎｍ、例えば、２０ｎｍのｐ⁺ 型
ＧａＮ第２コンタクト層７２０を成長させる。なお、こ
の場合の成長速度は、ｎ型層７１２〜７１４について
は、２μｍ／ｈｒとし、ＭＱＷ活性層７１５について
は、０．３μｍ／ｈｒとし、ｐ⁺ 型Ａｌ_{0. 18}Ｇａ_0.82Ｎ
エレクトロンブロック層７１６については、０．９μｍ
／ｈｒとし、また、ｐ型層７１７〜７２０については、
２．６μｍ／ｈｒとする。

【０４３８】次いで、ｎ型ＳｉＣ基板７１１の裏面を研
磨して、全体の厚さが１００μｍ程度まで薄くしたの
ち、ドライ・エッチングによりｐ⁺ 型ＧａＮ第２コンタ
クト層７２０乃至ｐ型Ａｌ_0.09Ｇａ_0.91Ｎクラッド層７
１８をメサエッチングして、例えば、幅が４μｍで高さ
が０．５μｍのストライプ状メサを形成する。

【０４３９】次いで、ｎ型ＳｉＣ基板７１１の裏面には
Ｎｉ／Ｔｉ／Ａｕからなるｎ側電極７２２を設けると共
に、ｐ⁺ 型ＧａＮ第２コンタクト層７２０上には、例え
ば、幅が２μｍのストライプ状開口を有するＳｉＯ₂ 膜
７２１を介してＮｉ／Ｔｉ／Ａｕからなるｐ側電極７２
３を設け、共振器長Ｌが７００μｍとなるように素子分
割することによってＭＱＷ半導体レーザが完成する。な
お、ストライプの方向は〈１−１００〉方向とし、劈開
面は（１−１００）面とする。

【０４４０】図２５参照 図２５は上記の第２０の実施の形態のＭＱＷ半導体レー
ザの電流−光出力特性を測定した結果の内、最もしきい
値電流の小さかった素子の電流−光出力特性を示すもの
であり、図から明らかなように、しきい値電流の最小値
は３８０ｍＡであった。また、図示しないものの、今回
測定した内での最大値は６００ｍＡで、平均は５００ｍ
Ａであり、それ以前のしきい値電流である６５０〜１６
００ｍＡ、平均値９００ｍＡに比較して大幅にしきい値
電流が低減している。

【０４４１】この様な、ｐ⁺ 型エレクトロンブロック層
を用いた効果を確認するために、上記の半導体レーザと
同様の結晶成長工程で表面発光型ＬＥＤを作製して発光
スペクトルを測定したので、その結果を図２６及び図２
８を参照して説明する。 図２６（ａ）及び（ｂ）参照 図２６（ｂ）は、測定のために作製した表面発光型ＬＥ
Ｄの概略的断面図であり、また、図２６（ａ）は上面図
であり、（０００１）面、即ち、ｃ面を主面とする六方
晶の６Ｈ−ＳｉＣからなるキャリア濃度が４×１０¹⁸ｃ
ｍ^-3のｎ型ＳｉＣ基板７３１上に、厚さが０．３５μｍ
で、不純物濃度が不純物濃度が８×１０ ¹⁸ｃｍ^-3のｎ型
Ａｌ_0.09Ｇａ_0.91Ｎバッファ層７３２、厚さが０．５５
μｍで、不純物濃度が２．０×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ型Ａｌ
_0.09Ｇａ_0.91Ｎクラッド層７３３、厚さ１００ｎｍで、
不純物濃度が２×１０¹⁸ｃｍ^-3のｎ型ＧａＮ光ガイド層
７３４、厚さが５ｎｍのアンドープＩｎ_0.03Ｇａ_0.97Ｎ
バリア層で分離された厚さ４ｎｍのアンドープＩｎ_0.15
Ｇａ_0.85Ｎウエル層を３層成長させたＭＱＷ活性層７３
５、厚さが２０ｎｍのｐ型Ａｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎエレクト
ロンブロック層７３６、厚さが１００ｎｍで、不純物濃
度が５．０×１０¹⁹ｃｍ^-3のｐ型ＧａＮ光ガイド層７３
７、厚さが０．２μｍで、不純物濃度が５．０×１０¹⁹
ｃｍ^-3のｐ型Ａｌ_0.09Ｇａ_0.91Ｎクラッド層７３８、厚
さが０．１μｍで、不純物濃度が５．０×１０¹⁹ｃｍ^-3
のｐ型ＧａＮ第１コンタクト層７３９、厚さが２０ｎｍ
で、不純物濃度が１．５×１０²⁰ｃｍ^-3のｐ⁺ 型ＧａＮ
第２コンタクト層７４０を順次堆積させる。

【０４４２】次いで、ｎ型ＳｉＣ基板７３１の裏面には
Ｎｉ／Ｔｉ／Ａｕからなるｎ側電極７４１を設けるとと
もに、ｐ⁺ 型ＧａＮ第２コンタクト層７４０の表面には
略正方形の開口部を有するＳｉＯ₂ 膜７４２を介してＮ
ｉ／Ａｕからなる半透明電極７４３を設け、その周囲に
Ｎｉ／Ａｕからなるボンディングパッド７４４を設ける
ことによってｐ側電極を形成する。なお、半透明電極７
４３を介して見えているｐ⁺ 型ＧａＮ第２コンタクト層
７４０の寸法は３７μｍ角であり、また、素子寸法は３
００μｍ角である。

【０４４３】この様な、表面発光型ＬＥＤを、ｐ型Ａｌ
_0.18Ｇａ_0.82Ｎエレクトロンブロック層７３６のＭｇ濃
度を０〜２×１０²⁰ｃｍ^-3の範囲で変化させるととも
に、ｐ型Ａｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎエレクトロンブロック層７
３６の成長温度を７８０℃及び１１００℃の２つの温度
にして結晶成長を行った。

【０４４４】ついで、この表面発光型ＬＥＤに、室温に
おいて、幅１００μｓで、周波数が１ｋＨｚのパルス電
流を順方向に１００ｍＡ通電し、半透明電極７４３から
放射される光をレンズで集光したのち、グレーティング
を通して分光し、光電子増倍管により検出することによ
って測定を行った。

【０４４５】図２７参照 図２７は、表面発光型ＬＥＤとして、従来の条件である
エレクトロンブロック層のＭｇ濃度が５×１０¹⁹ｃｍ^-3
で、成長温度が１１００℃の試料と、新条件であるエレ
クトロンブロック層のＭｇ濃度が１×１０²⁰ｃｍ^-3で、
成長温度が７８０℃の試料との測定結果を比較したもの
である。図から明らかなように、新条件において、Ｉｎ
ＧａＮからなるＭＱＷ活性層７３５の発光中心波長であ
る４００ｎｍ近傍の発光強度が格段に強くなっており、
強度比にして約１０倍になっている。

【０４４６】また、従来条件のＬＥＤにおいては、波長
３６３ｎｍをピークにしたｐ型ＧａＮ光ガイド層７３７
の発光が存在するが、新条件のＬＥＤにおいては、この
波長帯の発光がほとんど見られず、このことから、ｐ型
ＧａＮ光ガイド層７３７へオーバーフローする電子が無
くなったものと考えられる。

【０４４７】図２８（ａ）参照 図２８（ａ）は、ＩｎＧａＮからなるＭＱＷ活性層７３
５における発光強度のＭｇ濃度依存性を表す図であり、
図から明らかなように、７×１０¹⁹ｃｍ^-3近傍を境にし
て発光強度が急激に増加し、従来条件の場合と比較する
と３桁程度増加する。また、同じＭｇ濃度の場合には、
成長温度を７８０℃とした新条件の場合に、２桁程度以
上の発光強度の増加が見られる。

【０４４８】図２８（ｂ）参照 図２８（ｂ）は、ｐ型ＧａＮ光ガイド層７３７における
発光強度のＭｇ濃度依存性を表す図であり、図から明ら
かなように、５×１０¹⁹ｃｍ^-3近傍を境にして発光強度
が減少するが、成長温度を７８０℃とした新条件の場合
には、Ｍｇ濃度を７×１０¹⁹ｃｍ^-3以上とした場合に、
発光がほとんど観測されなかった。

【０４４９】以上の図２７及び図２８の測定結果から、
上記の第２０の実施の形態の様に、ｐ⁺ 型Ａｌ_0.18Ｇａ
_0.82Ｎエレクトロンブロック層７１６のＭｇ濃度を７×
１０ ¹⁹ｃｍ^-3以上、より好適には、１×１０²⁰ｃｍ^-3以
上にすることによって電子のオーバーフローを防止する
ことができ、ＭＱＷ活性層７１５において効率良く再結
合が行われるので、しきい値電流密度Ｊ_thの低減が可能
になる。

【０４５０】特に、ｐ⁺ 型Ａｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎエレクト
ロンブロック層７１６の結晶成長温度をＭＱＷ活性層７
１５と同じ範囲の６００℃〜９００℃、例えば、７８０
℃とした場合に、効果が顕著になる。なお、下限の６０
０℃はＩｎＧａＮの単結晶成長が可能な温度の下限であ
り、また、上限の９００℃はＩｎＧａＮの成長温度の実
質的な上限である。

【０４５１】この様に、ｐ⁺ 型Ａｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎエレ
クトロンブロック層７１６のＭｇ濃度を７×１０¹⁹ｃｍ
^-3以上にすることにより、電子のオーバーフローがほぼ
完全に抑制される理由は不明であるが、１．０×１０²⁰
ｃｍ^-3はＭｇが活性化する濃度限界以上の高不純物濃度
であるので、ｐ⁺ 型Ａｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎエレクトロンブ
ロック層７１６の価電子帯側の禁制帯に高密度の不純物
準位が形成され、この不純物準位がホールの注入効率の
改善に役立ち、その結果、電子のオーバーフローが抑制
されるとも考えられるので、この事情を図２９を参照し
て説明する。

【０４５２】図２９参照 図２９はＭＱＷ活性層７１５近傍のバンドダイヤグラム
であり、ｐ型ＧａＮ光ガイド層７１７におけるホール
は、不純物準位７２４によるトンネル伝導或いは不純物
準位７２４を介した不純物伝導によってＭＱＷ活性層７
１５に注入されるので、ホールの注入効率が改善され、
その結果、従来においてはｐ型ＧａＮ光ガイド層７１７
に滞留したホールの電界により引き寄せられていた電子
が引き寄せられなくなるので、電子のオーバーフローが
抑制されるのではないかと考えられ、それによって、し
きい値電流密度Ｊ_th低くすることが可能になる。

【０４５３】図２９及び図４２（ａ）参照 また、このＭＱＷ半導体レーザを駆動する場合、ｐ型Ｇ
ａＮ光ガイド層７１７の価電子帯のバンド端が不純物準
位７２４に達する程度に印加電圧Ｖをすれば良く、図２
９と図４２（ａ）との対比から明らかなように、従来の
ＭＱＷ半導体レーザに比べて駆動電圧を低くすることが
可能になる。

【０４５４】次に、図３０を参照して、従来の短波長半
導体レーザのｐ型エレクトロンブロック層、即ち、ｐ型
オーバーフロー防止層におけるＭｇ濃度が５×１０¹⁹ｃ
ｍ^-3以下であった理由について検討する。 図３０（ａ）参照 図３０（ａ）は、ｐ型ＧａＮ層におけるｐ型キャリア濃
度、即ち、ホール濃度のＭｇ濃度依存性を調べた図であ
り、Ｍｇ濃度が低い場合、ｐ型キャリア濃度はＭｇ濃度
と共に増加するが、Ｍｇ濃度が約５×１０¹⁹ｃｍ^-3の時
に最大になり、それ以上のＭｇ濃度では逆に低下する。

【０４５５】この様なｐ型ＧａＮ層におけるｐ型キャリ
ア濃度のＭｇ濃度依存性は、ｐ型ＡｌＧａＮ層について
も成立するものであり、したがって、ｐ⁺ 型Ａｌ_0.18Ｇ
ａ_{0. 82}Ｎエレクトロンブロック層７１６においても、５
×１０¹⁹ｃｍ^-3を境としてｐ型キャリア濃度が低下する
と考えられる。

【０４５６】この様に、あるドーパント濃度を境とし
て、それ以上のドーパント濃度でキャリア濃度が飽和或
いは低下する現象は、他の化合物半導体においても一般
的に見られる現象であり、従来の短波長半導体レーザに
おいて、ｐ型エレクトロンブロック層のＭｇ濃度として
５×１０¹⁹ｃｍ^-3という値が用いられているのは、上述
の事情によるものと推測される。

【０４５７】したがって、本発明の第２０の実施の形態
の様に、ｐ型エレクトロンブロック層のＭｇ濃度を７×
１０¹⁹ｃｍ^-3以上とすることは、ｐ型キャリア濃度を増
加させる手段としては全く有効ではなく、かえって不利
であるので、Ｍｇの濃度を７×１０¹⁹ｃｍ^-3以上とする
ことによって電子のオーバーフローが抑制されるという
本発明者による新たな知見なしには採用し得ない構成で
ある。

【０４５８】また、キャリア濃度が飽和するような高ド
ーピング濃度領域においては、過剰ドーピングによる結
晶性の低下という現象が見られることが一般的であり、
結晶性の低下に伴ってキャリアの移動度も低下するの
で、他に特段の事情がない限り過剰ドーピングは採用さ
れない手法であり、この点からも、ｐ型エレクトロンブ
ロック層のＭｇ濃度を７×１０¹⁹ｃｍ^-3以上にすること
は予測し得ないものである。

【０４５９】図３０（ｂ）参照 図３０（ｂ）は、ＭＯＶＰＥ法で成長させたｐ型ＧａＮ
層におけるｐ型キャリア濃度の成長温度依存性を調べた
図であり、成長温度の上昇と共にｐ型キャリア濃度が増
加する。即ち、成長温度を低くするとｐ型キャリア濃度
は増加せず、逆に低下することが分かる。

【０４６０】この様なｐ型ＧａＮ層におけるｐ型キャリ
ア濃度の成長温度依存性は、ｐ型ＡｌＧａＮ層について
も成立するものであり、したがって、ｐ型エレクトロン
ブロック層の成長温度を、本発明のように６００℃〜９
００℃とするこは、６００℃〜９００℃、より好適には
７３０〜８３０℃、例えば、７８０℃とすることによっ
て電子のオーバーフローが抑制されるという本発明者に
よる新たな知見なしには採用し得ない構成である。

【０４６１】また、ＧａＮ層或いはＡｌＧａＮ層の成長
温度を９００℃以下と低くすると、表面モホロジーが著
しく悪化するため、通常は、ｐ型ＧａＮ層或いはｐ型Ａ
ｌＧａＮ層の結晶成長温度として９００℃〜１２００℃
の範囲、例えば、１１００℃の高い温度を採用してお
り、この点からも、ｐ型エレクトロンブロック層の結晶
成長温度を６００℃〜９００℃にすることは予測し得な
いものである。

【０４６２】以上、本発明の第２０の実施の形態を説明
してきたが、本発明は実施の形態に記載した構成に限ら
れるものではなく、各種の変更が可能であり、例えば、
ｐ型エレクトロンブロック層をＡｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎで構
成しているが、この様な組成比に限られるものでなく、
他の組成比のＡｌＧａＮでも良く、さらには、活性層及
びｐ型クラッド層の組成に応じてＡｌ_x Ｇａ_y Ｉｎ
_1-x-y Ｎ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）の範囲内で変えて
も良いものである。

【０４６３】また、上記の本発明の第２０の実施の形態
の説明においては、活性層としてウエル層が３層のＭＱ
Ｗ活性層を用いているが、他の構成のＭＱＷ活性層、例
えば、厚さ５ｎｍの６層のＩｎ_0.03Ｇａ_0.97Ｎバリア層
によって、厚さ２．５ｎｍの５層のＩｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ
ウエル層を交互に挟んだＭＱＷ活性層等を用いても良
く、さらには、ＳＱＷ活性層を用いても良いものであ
る。

【０４６４】また、上記の本発明の第２０の実施の形態
の説明においては、ｐ側光ガイド層をｐ型層で、また、
ｎ側光ガイド層をｎ型層で構成しているが、少なくとも
一方をアンドープ層で構成しても良いものである。

【０４６５】

【発明の効果】本発明の第１及び第２の実施の形態を基
本構成とする発明によれば、ナイトライド系化合物半導
体からなる短波長半導体レーザの活性層を厚さ３ｎｍ以
上の単一の利得層で構成すると共に、光ガイド層を設け
る或いは利得層をアンドープ層にすることによってしき
い値電流密度Ｊ_thを低減することができ、また、キャビ
ティロスが大きい場合には、井戸層が厚さ６ｎｍ以上の
３層以下の多重量子構造とすることによってもしきい値
電流密度Ｊ_thを低減することができ、それによって低消
費電力化が可能になり、熱の発生を最小限に抑制するこ
とができるので信頼性を向上することができ、光情報記
録装置等の光源としてその高密度化に寄与するところが
大きい。

【０４６６】また、本発明の第３乃至第５の実施の形態
を基本構成とする発明によれば、ナイトライド系化合物
半導体からなる短波長半導体レーザにおける最大光学利
得位置と放射光強度分布の最大位置とが一致するよう
に、光ガイド層及び／又はクラッド層の禁制帯幅及び厚
さを選択しているで、光閉じ込め効果を高めてしきい値
電流密度Ｊ_thを低減することができ、それによって、低
消費電力化が可能になり、熱の発生を最小限に抑制する
ことができるので信頼性が向上し、光情報記録装置等の
光源としてその高密度化に寄与するところが大きい。

【０４６７】また、本発明の第６乃至第１１の実施の形
態を基本構成とする発明によれば、ナイトライド系化合
物半導体からなる短波長半導体レーザのｐ側光ガイド層
におけるホール移動度を高め、或いは、ｐ側光ガイド層
における再結合確率を低減しているので、しきい値電流
密度Ｊ_thを低減することができ、それによって、低消費
電力化が可能になり、熱の発生を最小限に抑制すること
ができるので信頼性が向上し、光情報記録装置等の光源
としてその高密度化に寄与するところが大きい。

【０４６８】また、本発明の第１２の実施の形態を基本
構成とする発明によれば、ナイトライド系化合物半導体
からなる半導体発光素子の活性層を成長させる場合に、
その成長速度を０．１μｍ／ｈ以上、より好適には、
０．３μｍ／ｈ以上とすることによって、転位密度が１
０⁹ ｃｍ^-3以下で、ＰＬ波長の標準偏差の少なく、ＰＬ
ピーク波長分布が９０ｍｅＶ以下、より好適には、５０
ｍｅＶ以下のＩｎＧａＮ活性層を再現性良く製造するこ
とができるので、青色半導体レーザの低しきい値電流密
度化が可能になり、それによって、光情報記録装置等の
光源としてその高密度化に寄与するところが大きい。

【０４６９】また、本発明の第１３乃至第１５の実施の
形態を基本構成とする発明によれば、ナイトライド系化
合物半導体からなる短波長半導体レーザのｐ型クラッド
層に狭禁制帯幅の部分を設け、この狭禁制帯幅の部分で
オーバーフローしてきた電子を発光性再結合させている
ので、オーバーフロー電流による発熱を大幅に低減する
ことができ、それによって、発熱によるオーバーフロー
電流の増加という悪循環を断ち切ることができるので、
低しきい値電流密度化が可能になり、また、電極劣化に
よる素子劣化が抑制されるので信頼性が向上し、光情報
記録装置等の光源としてその高密度化に寄与するところ
が大きい。

【０４７０】また、本発明の第１６及び第１７の実施の
形態を基本構成とする発明によれば、ナイトライド系化
合物半導体からなる多重量子井戸構造半導体レーザの多
重量子井戸活性層を構成するバリア層の膜厚を５ｎｍ未
満にしているので、キャリアの不均一注入を改善し、光
学利得の不均一な発生を改善することができるので、そ
れによってしきい値電流密度Ｊ_thが低減され、低消費電
力化が可能になり、また、信頼性が向上するので、光情
報記録装置等の光源としてその高密度化に寄与するとこ
ろが大きい。

【０４７１】また、本発明の第１８及び第１９の実施の
形態を基本構成とする発明によれば、ナイトライド系化
合物半導体からなる半導体レーザに挿入するエレクトロ
ンブロック層を、アンドープ層、或いは、グレーデッド
層を備えた層によって構成しているのでホールの注入効
率を改善することができ、それによってしきい値電流密
度Ｊ_thが低減されて低消費電力化が可能になり、光情報
記録装置等の光源としてその高密度化に寄与するところ
が大きい。

【０４７２】さらに、本発明の第２０の実施の形態を基
本構成とする発明によれば、ナイトライド系化合物半導
体からなる半導体レーザに挿入するｐ型エレクトロンブ
ロック層を、Ｍｇ濃度が７×１０¹⁹ｃｍ^-3以上の高濃度
層によって構成しているので、電子をオーバーフローを
殆ど完全に抑制することができ、それによってしきい値
電流密度Ｊ_thが低減されて低消費電力化が可能になり、
光情報記録装置等の光源としてその高密度化に寄与する
ところが大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理的構成の説明図である。

【図２】モード利得と電流密度の相関の井戸層の層数依
存性の説明図である。

【図３】本発明の第１の実施の形態におけるＪ_thの活性
層の層厚依存性の説明図である。

【図４】本発明の第１の実施の形態の半導体レーザの斜
視図である。

【図５】本発明の第２の実施の形態の半導体レーザの斜
視図である。

【図６】本発明の第３の実施の形態のＭＱＷ構造半導体
レーザの斜視図である。

【図７】本発明の第４の実施の形態のＭＱＷ構造半導体
レーザの斜視図である。

【図８】本発明の第５の実施の形態のＳＱＷ構造半導体
レーザの斜視図である。

【図９】本発明の第６の実施の形態のＳＱＷ半導体レー
ザの斜視図である。

【図１０】本発明の第７の実施の形態のＳＱＷ半導体レ
ーザの斜視図である。

【図１１】本発明の第８の実施の形態のＳＱＷ半導体レ
ーザの説明図である。

【図１２】本発明の第９の実施の形態のＳＱＷ半導体レ
ーザの説明図である。

【図１３】本発明の第１０の実施の形態のＳＱＷ半導体
レーザの説明図である。

【図１４】本発明の第１１の実施の形態のＳＱＷ半導体
レーザの説明図である。

【図１５】本発明の第１２の実施の形態の短波長半導体
レーザの斜視図である。

【図１６】本発明の第１２の実施の形態におけるＰＬ波
長の標準偏差及びＰＬ光強度の成長速度依存性の説明図
である。

【図１７】本発明の第１３の実施の形態の説明図であ
る。

【図１８】本発明の第１４及び第１５の実施の形態の説
明図である。

【図１９】本発明の第１６の実施の形態のＭＱＷ半導体
レーザの説明図である。

【図２０】本発明の第１７の実施の形態のＭＱＷ半導体
レーザの斜視図である。

【図２１】本発明の第１８の実施の形態のＭＱＷ半導体
レーザの説明図である。

【図２２】本発明の第１９の実施の形態のＭＱＷ半導体
レーザの説明図である。

【図２３】本発明の第１９の実施の形態における効果の
説明図である。

【図２４】本発明の第２０の実施の形態のＭＱＷ半導体
レーザの説明図である。

【図２５】本発明の第２０の実施の形態のＭＱＷ半導体
レーザの電流−光出力特性の説明図である。

【図２６】本発明の第２０の実施の形態における効果を
確認するために作製した表面発光型ＬＥＤの説明図であ
る。

【図２７】表面発光型ＬＥＤの発光スペクトル強度の構
成条件依存性の説明図である。

【図２８】表面発光型ＬＥＤにおける発光強度のＭｇ濃
度依存性の説明図である。

【図２９】本発明の第２０の実施の形態のＭＱＷ半導体
レーザのＭＱＷ活性層近傍のバンドダイヤグラムであ
る。

【図３０】ｐ型ＧａＮ層におけるｐ型キャリア濃度の構
成条件依存性の説明図である。

【図３１】従来の短波長半導体発光素子の説明図であ
る。

【図３２】従来の短波長半導体レーザの説明図である。

【図３３】従来のＭＱＷ半導体レーザの発振時のバンド
ダイヤグラムである。

【図３４】従来のＭＱＷ構造短波長半導体レーザにおけ
るホール電流の層位置依存性の説明図である。

【図３５】従来のＭＱＷ半導体レーザの発振時のホール
密度分布の説明図である。

【図３６】従来のＭＱＷ半導体レーザの発振時の電子密
度分布の説明図である。

【図３７】従来のＭＱＷ短波長半導体レーザにおける光
学利得と放射光強度分布の説明図である。

【図３８】従来のＭＱＷ半導体レーザの光出力−電流特
性の説明図である。

【図３９】量子井戸構造活性層の発光効率のＩｎ_x Ｇａ
_1-x Ｎバリア層のＩｎ組成比ｘ依存性の説明図である。

【図４０】オーバーフロー電流のクラッド層組成依存性
の説明図である。

【図４１】オーバーフロー電流の素子温度依存性の説明
図である。

【図４２】従来の短波長半導体レーザのバンドダイヤグ
ラムの説明図である。

【図４３】従来の短波長半導体レーザのＰＬピーク波長
分布の説明図である。

【図４４】従来の短波長半導体レーザにおける光出力特
性の説明図である。

【図４５】従来の短波長半導体レーザにおけるＰＬピー
ク波長のヒストグラムと光強度の相関の説明図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ クラッド層 ３ 光ガイド層 ４ 活性層 ５ 光ガイド層 ６ クラッド層 １１ ｎ型ＳｉＣ基板 １２ ＡｌＧａＮバッファ層 １３ ｎ型ＧａＮ中間層 １４ ｎ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッド層 １５ アンドープＧａＮ光ガイド層 １６ ＳＱＷ活性層 １７ ｐ型ＧａＮ光ガイド層 １８ ｐ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッド層 １９ ｐ型ＧａＮコンタクト層 ２０ Ｎｉ電極 ２１ Ｎｉ電極 ２２ ＭＱＷ活性層 １１１ ｎ型ＳｉＣ基板 １１２ ＡｌＧａＮバッファ層 １１３ ｎ型ＧａＮ中間層 １１４ ｎ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッド層 １１５ アンドープＡｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ光ガイド層 １１６ ＭＱＷ活性層 １１７ ｐ型ＧａＮ光ガイド層 １１８ ｐ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッド層 １１９ ｐ型ＧａＮコンタクト層 １２０ Ｎｉ電極 １２１ Ｎｉ電極 １２２ ｎ型Ａｌ_0.2 Ｇａ_0.8 Ｎクラッド層 １２３ アンドープＧａＮ光ガイド層 １２４ アンドープＡｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ光ガイド層 １２５ ＳＱＷ活性層 １２６ ｐ型Ａｌ_0.2 Ｇａ_0.8 Ｎオーバーフロー防止層 ２１１ ｎ型ＳｉＣ基板 ２１２ ＡｌＧａＮバッファ層 ２１３ ｎ型ＧａＮ中間層 ２１４ ｎ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッド層 ２１５ アンドープＧａＮ光ガイド層 ２１６ ＳＱＷ活性層 ２１７ アンドープＧａＮ光ガイド層 ２１８ ｐ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッド層 ２１９ ｐ型ＧａＮコンタクト層 ２２０ Ｎｉ電極 ２２１ Ｎｉ電極 ２２２ アンドープＡｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ光ガイド層 ２２３ アンドープＩｎ_0.03Ｇａ_0.97Ｎ光ガイド層 ２２４ アンドープＩｎ_0.03Ｇａ_0.97Ｎ光ガイド層 ２２５ ｐ型Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ光ガイド層 ２２６ アンドープＧａＮ光ガイド層 ２２７ アンドープグレーデッド光ガイド層 ２２８ ｐ型グレーデッド光ガイド層 ２２９ アンドープＡｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ光ガイド層 ２３０ ｐ型逆グレーデッド光ガイド層 ３１１ ｎ型ＳｉＣ基板 ３１２ ＡｌＧａＮバッファ層 ３１３ ｎ型ＧａＮ中間層 ３１４ ｎ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッド層 ３１５ アンドープＧａＮ光ガイド層 ３１６ ＭＱＷ活性層 ３１７ アンドープＧａＮ光ガイド層 ３１８ ｐ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッド層 ３１９ ｐ型ＧａＮコンタクト層 ３２０ Ｎｉ電極 ３２１ Ｎｉ電極 ４１１ ｎ型ＳｉＣ基板 ４１２ ＡｌＧａＮバッファ層 ４１３ ｎ型ＧａＮ中間層 ４１４ ｎ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッド層 ４１５ アンドープＧａＮ光ガイド層 ４１６ ＳＱＷ活性層 ４１７ アンドープＧａＮ光ガイド層 ４１８ ｐ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッド層 ４１９ ｐ型ＧａＮ中間層 ４２０ ｐ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッド層 ４２１ ｐ型ＧａＮコンタクト層 ４２２ Ｎｉ電極 ４２３ Ｎｉ電極 ４２４ グレーデッド中間層 ４２５ 多層構造中間層 ５１１ ｎ型ＳｉＣ基板 ５１２ ＡｌＧａＮバッファ層 ５１３ ｎ型ＧａＮ中間層 ５１４ ｎ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッド層 ５１５ アンドープＧａＮ光ガイド層 ５１６ ＭＱＷ活性層 ５１７ アンドープＩｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎウエル層 ５１８ アンドープＩｎ_0.05Ｇａ_0.95Ｎバリア層 ５１９ アンドープＧａＮ光ガイド層 ５２０ ｐ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッド層 ５２１ ｐ型ＧａＮコンタクト層 ５２２ Ｎｉ電極 ５２３ Ｎｉ電極 ５３１ サファイア基板 ５３２ ＧａＮ低温バッファ層 ５３３ ｎ型ＧａＮ中間層 ５３４ ｎ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッド層 ５３５ アンドープＧａＮ光ガイド層 ５３６ ＭＱＷ活性層 ５３７ アンドープＧａＮ光ガイド層５３８ ｐ型Ａｌ
_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッド層 ５３９ ｐ型ＧａＮコンタクト層 ５４０ Ｔｉ電極 ５４１ Ｎｉ電極 ６１１ ｎ型ＳｉＣ基板 ６１２ ＡｌＧａＮバッファ層 ６１３ ｎ型ＧａＮ中間層 ６１４ ｎ型Ａｌ_0.09Ｇａ_0.91Ｎクラッド層 ６１５ アンドープＧａＮ光ガイド層 ６１６ ＭＱＷ活性層 ６１７ アンドープＡｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎエレクトロンブ
ロック層 ６１８ ｐ型ＧａＮ光ガイド層 ６１９ ｐ型Ａｌ_0.09Ｇａ_0.91Ｎクラッド層 ６２０ ｐ型ＧａＮコンタクト層 ６２１ Ｎｉ電極 ６２２ Ｎｉ電極 ６２３ ｐ型グレーデッドＡｌＧａＮ層 ６２４ ｐ型Ａｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎ層 ６２５ ｐ型グレーデッドＡｌＧａＮ層 ６２６ ｐ型エレクトロンブロック層 ６２７ ＳｉＯ₂ 膜 ７１１ ｎ型ＳｉＣ基板 ７１２ ｎ型Ａｌ_0.09Ｇａ_0.91Ｎバッファ層 ７１３ ｎ型Ａｌ_0.09Ｇａ_0.91Ｎクラッド層 ７１４ アンドープＧａＮ光ガイド層 ７１５ ＭＱＷ活性層 ７１６ ｐ⁺ 型Ａｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎエレクトロンブロッ
ク層 ７１７ ｐ型ＧａＮ光ガイド層 ７１８ ｐ型Ａｌ_0.09Ｇａ_0.91Ｎクラッド層 ７１９ ｐ型ＧａＮ第１コンタクト層 ７２０ ｐ⁺ 型ＧａＮ第２コンタクト層 ７２１ ＳｉＯ₂ 膜 ７２２ ｎ側電極 ７２３ ｐ側電極 ７２４ 不純物準位 ７３１ ｎ型ＳｉＣ基板 ７３２ ｎ型Ａｌ_0.09Ｇａ_0.91Ｎバッファ層 ７３３ ｎ型Ａｌ_0.09Ｇａ_0.91Ｎクラッド層 ７３４ アンドープＧａＮ光ガイド層 ７３５ ＭＱＷ活性層 ７３６ ｐ⁺ 型Ａｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎエレクトロンブロッ
ク層 ７３７ ｐ型ＧａＮ光ガイド層 ７３８ ｐ型Ａｌ_0.09Ｇａ_0.91Ｎクラッド層 ７３９ ｐ型ＧａＮ第１コンタクト層 ７４０ ｐ⁺ 型ＧａＮ第２コンタクト層 ７４１ ｎ側電極 ７４２ ＳｉＯ₂ 膜 ７４３ 半透明電極 ７４４ ボンディングパッド ８１１ サファイア基板 ８１２ ＧａＮバッファ層 ８１３ ｎ型ＧａＮバッファ層 ８１４ ｎ型Ｉｎ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎ層 ８１５ ｎ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッド層 ８１６ ｎ型ＧａＮ光ガイド層 ８１７ ＩｎＧａＮＭＱＷ活性層 ８１８ ｐ型Ａｌ_0.2 Ｇａ_0.8 Ｎ層 ８１９ ｐ型ＧａＮ光ガイド層 ８２０ ｐ型Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎクラッド層 ８２１ ｐ型ＧａＮコンタクト層 ８２２ ｎ側電極 ８２３ ｐ側電極 ８２４ ｎ型ＧａＮ層 ８２５ Ｉｎ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ活性層 ８２６ ｐ型ＧａＮ層 ８３１ サファイア基板 ８３２ ＧａＮバッファ層 ８３３ ｎ型ＧａＮ中間層 ８３４ ｎ型Ａｌ_0.09Ｇａ_0.91Ｎクラッド層 ８３５ ｎ型ＧａＮ光ガイド層 ８３６ ＭＱＷ活性層 ８３７ ｐ型Ａｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎオーバーフロー防止層 ８３８ ｐ型ＧａＮ光ガイド層 ８３９ ｐ型Ａｌ_0.09Ｇａ_0.91Ｎクラッド層 ８４０ ｐ型ＧａＮコンタクト層 ８４１ ｎ側電極 ８４２ ＳｉＯ₂ 膜 ８４３ ｐ側電極 ８４４ 電圧印加時の価電子帯のバンド端 ８４５ ノッチ ８４６ ノッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願平9−265336 (32)優先日 平９(1997)９月30日 (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願平9−291020 (32)優先日 平９(1997)10月23日 (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願平10−44900 (32)優先日 平10(1998)２月26日 (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (31)優先権主張番号 特願平10−75652 (32)優先日 平10(1998)３月24日 (33)優先権主張国 日本（ＪＰ） (72)発明者 窪田 晋一 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内 (72)発明者 副島 玲子 神奈川県川崎市中原区上小田中４丁目１番 １号 富士通株式会社内

Claims (60)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ナイトライド系化合物半導体を用いた半
   導体レーザにおいて、活性層を厚さが３ｎｍ以上の単一
   の利得層で構成すると共に、前記活性層とクラッド層と
   の間に光ガイド層を設けることを特徴とする半導体レー
   ザ。
2. 【請求項２】 ナイトライド系化合物半導体を用いた半
   導体レーザにおいて、活性層を厚さが３ｎｍ以上の単一
   の利得層で構成すると共に、前記活性層をアンドープ層
   としたことを特徴とする半導体レーザ。
3. 【請求項３】 上記アンドープ層の不純物濃度が、１．
   ０×１０¹⁷ｃｍ^-3未満であることを特徴とする請求項２
   記載の半導体レーザ。
4. 【請求項４】 上記利得層の厚さが、６ｎｍ以上である
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レー
   ザ。
5. 【請求項５】 上記利得層の厚さを、３０ｎｍ以下にし
   たことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記
   載の半導体レーザ。
6. 【請求項６】 上記利得層の厚さを、１０ｎｍ未満にし
   たことを特徴とする請求項５記載の半導体レーザ。
7. 【請求項７】 上記利得層と上記光ガイド層との間にバ
   リア層を設け、単一量子井戸構造を構成することを特徴
   とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の半導体レ
   ーザ。
8. 【請求項８】 ナイトライド系化合物半導体を用いた半
   導体レーザにおいて、活性層を２層の利得層を有する多
   重量子井戸構造で構成することを特徴とする半導体レー
   ザ。
9. 【請求項９】 ナイトライド系化合物半導体を用いた半
   導体レーザにおいて、活性層を１層の厚さが６ｎｍ以上
   の２層または３層の利得層を有する多重量子井戸構造で
   構成することを特徴とする半導体レーザ。
10. 【請求項１０】 上記利得層を、アンドープ層で構成す
    ることを特徴とする請求項８または９に記載の半導体レ
    ーザ。
11. 【請求項１１】 上記利得層が、Ａｌ_x Ｇａ_y Ｉｎ
    _1-x-y Ｎ（但し、０≦ｘ＜１，０＜ｙ≦１）で構成され
    ることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に
    記載の半導体レーザ。
12. 【請求項１２】 ナイトライド系化合物半導体を用いた
    半導体レーザにおいて、活性層として多重量子井戸構造
    を用いると共に、放射光強度分布の最大位置が前記活性
    層の中心位置よりｐ型クラッド層側にずれていることを
    特徴とする半導体レーザ。
13. 【請求項１３】 上記放射光強度分布の最大位置が、上
    記多重量子井戸構造のｐ型クラッド層側から第１番目の
    量子井戸の位置に一致していることを特徴とする請求項
    １２記載の半導体レーザ。
14. 【請求項１４】 上記活性層とｎ型クラッド層及びｐ型
    クラッド層との間に、それぞれｎ側光ガイド層及びｐ側
    光ガイド層を設けると共に、前記ｎ側光ガイド層の禁制
    帯幅を前記ｐ側光ガイド層の禁制帯幅より大きくするこ
    とを特徴とする請求項１２または１３に記載の半導体レ
    ーザ。
15. 【請求項１５】 上記活性層とｎ型クラッド層及びｐ型
    クラッド層との間に、それぞれｎ側光ガイド層及びｐ側
    光ガイド層を設けると共に、前記ｐ側光ガイド層の層厚
    を前記ｎ側光ガイド層の層厚より厚くすることを特徴と
    する請求項１２乃至１４のいずれか１項に記載の半導体
    レーザ。
16. 【請求項１６】 上記半導体レーザのｎ型クラッド層の
    禁制帯幅をｐ型クラッド層の禁制帯幅より大きくするこ
    とを特徴とする請求項１２乃至１５のいずれか１項に記
    載の半導体レーザ。
17. 【請求項１７】 活性層として単一量子井戸構造を用い
    ると共に、前記活性層とｐ側光ガイド層との間に広禁制
    帯幅層を設けたナイトライド系化合物半導体を用いた半
    導体レーザにおいて、前記広禁制帯幅層に起因する放射
    光強度分布の最大位置と活性層の中心位置とのずれをｎ
    側層により補償することを特徴とする半導体レーザ。
18. 【請求項１８】 上記ｎ側層が少なくともｎ側光ガイド
    層であり、前記ｎ側光ガイド層の禁制帯幅を上記ｐ側光
    ガイド層の禁制帯幅より大きくすることを特徴とする請
    求項１７記載の半導体レーザ。
19. 【請求項１９】 上記ｎ側層が少なくともｎ側光ガイド
    層であり、前記ｎ側光ガイド層の層厚を上記ｐ側光ガイ
    ド層の層厚より薄くすることを特徴とする請求項１７ま
    たは１８に記載の半導体レーザ。
20. 【請求項２０】 上記ｎ側層が少なくともｎ型クラッド
    層であり、前記ｎ型クラッド層の禁制帯幅をｐ型クラッ
    ド層の禁制帯幅より大きくすることを特徴とする請求項
    １７乃至１９のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
21. 【請求項２１】 上記量子井戸構造の活性層を構成する
    井戸層が、Ａｌ_x Ｇａ_y Ｉｎ_1-x-y Ｎ（但し、０≦ｘ＜
    １，０＜ｙ≦１）で構成されることを特徴とする請求項
    １２乃至２０のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
22. 【請求項２２】 ナイトライド系化合物半導体を用いた
    半導体レーザにおいて、ｐ側光ガイド層がＩｎＧａＮ或
    いはＧａＮのいずれかからなり、且つ、前記ｐ側光ガイ
    ド層の不純物濃度が１×１０¹⁷ｃｍ^-3未満であることを
    特徴とする半導体レーザ。
23. 【請求項２３】 上記ｐ側光ガイド層が、アンドープ層
    であることを特徴とする請求項２２記載の半導体レー
    ザ。
24. 【請求項２４】 上記ｐ側光ガイド層におけるホールの
    移動度が、２ｃｍ²／Ｖ・ｓ以上であることを特徴とす
    る請求項２２または２３に記載の半導体レーザ。
25. 【請求項２５】 ナイトライド系化合物半導体を用いた
    半導体レーザにおいて、ｐ側光ガイド層の層厚をｎ側光
    ガイド層の層厚より薄くしたことを特徴とする半導体レ
    ーザ。
26. 【請求項２６】 ナイトライド系化合物半導体を用いた
    半導体レーザにおいて、ｐ側光ガイド層の層厚が、０．
    １μｍ未満であることを特徴とする半導体レーザ。
27. 【請求項２７】 上記ｐ側光ガイド層の禁制帯幅を、上
    記ｎ側光ガイド層の禁制帯幅より大きくしたことを特徴
    とする請求項２５または２６に記載の半導体レーザ。
28. 【請求項２８】 ナイトライド系化合物半導体を用いた
    半導体レーザにおいて、ｐ側光ガイド層の禁制帯幅が活
    性層に隣接する部分で小さく、且つ、ｐ型クラッド層に
    隣接する部分で大きくなっていることを特徴とする半導
    体レーザ。
29. 【請求項２９】 上記ｐ側光ガイド層の禁制帯幅が、階
    段的に変化していることを特徴とする請求項２８記載の
    半導体レーザ。
30. 【請求項３０】 上記ｐ側光ガイド層の禁制帯幅が、連
    続的に変化していることを特徴とする請求項２８記載の
    半導体レーザ。
31. 【請求項３１】 ナイトライド系化合物半導体を用いた
    半導体レーザにおいて、ｐ側光ガイド層の禁制帯幅が活
    性層に隣接する側からｐ型クラッド層に隣接する側に向
    かって連続的に小さくなっていることを特徴とする半導
    体レーザ。
32. 【請求項３２】 上記ｐ側光ガイド層を構成する禁制帯
    幅の小さな層がＩｎＧａＮ或いはＧａＮからなり、且
    つ、禁制帯幅の大きな層がＡｌＧａＮからなることを特
    徴とする請求項２８乃至３１のいずれか１項に記載の半
    導体レーザ。
33. 【請求項３３】 ナイトライド系化合物半導体を用いた
    半導体発光素子において、共振器内の活性層のフォトル
    ミネッセンス波長の分布が９０ｍｅＶ以下であることを
    特徴とする半導体発光素子。
34. 【請求項３４】 上記共振器内の活性層のフォトルミネ
    ッセンス波長の分布が、５０ｍｅＶ以下であることを特
    徴とする請求項３３記載の半導体発光素子。
35. 【請求項３５】 ナイトライド系化合物半導体を用いた
    半導体発光素子において、共振器内の活性層の転位密度
    を１０⁹ ｃｍ^-2以下とすることを特徴とする半導体発光
    素子。
36. 【請求項３６】 上記共振器内の活性層の転位密度を、
    １０⁸ ｃｍ^-2以下とすることを特徴とする請求項３５記
    載の半導体発光素子。
37. 【請求項３７】 上記活性層が、Ｉｎを構成要素として
    含むことを特徴とする請求項３２乃至３６のいずれか１
    項に記載の半導体発光素子。
38. 【請求項３８】 ナイトライド系化合物半導体を用いた
    半導体発光素子の製造方法において、活性層を成長させ
    る際の成長速度を０．１μｍ／時以上とすることを特徴
    とする半導体発光素子の製造方法。
39. 【請求項３９】 上記成長速度を、０．２μｍ／時以上
    としたことを特徴とする請求項３８記載の半導体発光素
    子の製造方法。
40. 【請求項４０】 上記成長速度を、０．３μｍ／時以上
    としたことを特徴とする請求項３８記載の半導体発光素
    子の製造方法。
41. 【請求項４１】 成長基板としてＳｉＣ基板を用いると
    共に、前記ＳｉＣ基板の表面をエッチングしたことを特
    徴とする請求項３８乃至４０のいずれか１項に記載の半
    導体発光素子の製造方法。
42. 【請求項４２】 上記活性層が、Ｉｎを構成要素として
    含むことを特徴とする請求項３８乃至４１のいずれか１
    項に記載の半導体発光素子の製造方法。
43. 【請求項４３】 ナイトライド系化合物半導体を用いた
    半導体レーザにおいて、ｐ型クラッド層を、２層の広禁
    制帯幅のｐ型半導体層の間に、狭禁制帯幅の中間層を挟
    んだ多層構造で構成することを特徴とする半導体レー
    ザ。
44. 【請求項４４】 上記中間層が、単層の狭禁制帯幅層で
    構成されることを特徴とする請求項４３記載の半導体レ
    ーザ。
45. 【請求項４５】 上記中間層が、上記２層の広禁制帯幅
    のｐ型半導体層の間の任意の位置で禁制帯幅が最低にな
    るように禁制帯幅が連続的に変化していることを特徴と
    する請求項４３記載の半導体レーザ。
46. 【請求項４６】 上記中間層が、広禁制帯幅の層と狭禁
    制帯幅の層を交互に複数層積層させた多層構造からなる
    ことを特徴とする請求項４３記載の半導体レーザ。
47. 【請求項４７】 上記中間層を構成する広禁制帯幅の層
    と狭禁制帯幅の層との間の禁制帯幅が、連続的に変化し
    ていることを特徴とする請求項４６記載の半導体レー
    ザ。
48. 【請求項４８】 上記中間層の内の狭禁制帯幅側の層の
    少なくとも一部を、アンドープ層にしたことを特徴とす
    る請求項４３乃至４７のいずれか１項に記載の半導体レ
    ーザ。
49. 【請求項４９】 上記広禁制帯幅の層をＡｌＧａＮで構
    成するとともに、上記狭禁制帯幅の層をＩｎＧａＮ、Ｇ
    ａＮ、或いは、ＡｌＧａＮのいずれかで構成することを
    特徴とする請求項４３乃至４８のいずれか１項に記載の
    半導体レーザ。
50. 【請求項５０】 ナイトライド系化合物半導体を用いた
    多重量子井戸構造半導体レーザにおいて、多重量子井戸
    活性層を構成するバリア層の厚さを５ｎｍ未満とするこ
    とを特徴とする多重量子井戸構造半導体レーザ。
51. 【請求項５１】 上記多重量子井戸活性層を構成するバ
    リア層が、Ｉｎ組成比が０．０４以上のＩｎＧａＮによ
    って構成されることを特徴とする請求項５０記載の多重
    量子井戸構造半導体レーザ。
52. 【請求項５２】 ナイトライド系化合物半導体を用いた
    半導体レーザにおいて、活性層のｐ側に設けるエレクト
    ロンブロック層の不純物濃度を、１．０×１０¹⁷ｃｍ^-3
    未満とすることを特徴とする半導体レーザ。
53. 【請求項５３】 上記活性層のｐ側に設けるエレクトロ
    ンブロック層を、アンドープ層とすることを特徴とする
    請求項５２記載の半導体レーザ。
54. 【請求項５４】 ナイトライド系化合物半導体を用いた
    半導体レーザにおいて、活性層のｐ側に設けるエレクト
    ロンブロック層のｐ側の領域において、禁制帯幅が徐々
    に変化していることを特徴とする半導体レーザ。
55. 【請求項５５】 ナイトライド系化合物半導体を用いた
    半導体レーザにおいて、活性層のｐ側に設けるエレクト
    ロンブロック層のｎ側の領域において、禁制帯幅が徐々
    に変化していることを特徴とする半導体レーザ。
56. 【請求項５６】 ナイトライド系化合物半導体を用いた
    半導体レーザにおいて、活性層のｐ側に設けるエレクト
    ロンブロック層のｎ側及びｐ側の領域において、禁制帯
    幅が徐々に変化していることを特徴とする半導体レー
    ザ。
57. 【請求項５７】 ナイトライド系化合物半導体を用いた
    半導体レーザにおいて、活性層のｐ側に設けるエレクト
    ロンブロック層のＭｇ濃度を７×１０¹⁹ｃｍ ^-3以上とす
    ることを特徴とする半導体レーザ。
58. 【請求項５８】 ナイトライド系化合物半導体を用いた
    半導体レーザの製造方法において、活性層のｐ側に設け
    るエレクトロンブロック層の成長温度を６００℃〜９０
    ０℃としたことを特徴とする半導体レーザの製造方法。
59. 【請求項５９】 上記エレクトロンブロック層の成長温
    度を活性層の成長温度と同じにしたことを特徴とする請
    求項５８記載の半導体レーザの製造方法。
60. 【請求項６０】 上記エレクトロンブロック層のＭｇ濃
    度が７×１０¹⁹ｃｍ ^-3以上になるようにＭｇをドープす
    ることを特徴とする請求項５８または５９に記載の半導
    体レーザの製造方法。