WO2015011858A1 - 窒化物半導体レーザ素子 - Google Patents

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semiconductor laser
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nitride semiconductor
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克哉 左文字
高山　徹
裕幸 萩野
信一郎 能崎
真生 川口
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/24—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a grooved structure, e.g. V-grooved, crescent active layer in groove, VSIS laser
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
    • H01S5/343—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/34333—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer based on Ga(In)N or Ga(In)P, e.g. blue laser

Definitions

  • the present disclosure relates to a structure of a nitride semiconductor light emitting device having a large light output.
  • a nitride semiconductor light emitting device having a waveguide, typified by a nitride semiconductor laser, is characterized by excellent directivity indicating the direction of light emission.
  • the application to the industrial use of the nitride semiconductor light-emitting device which mounted such a nitride semiconductor light-emitting element is also advancing.
  • the practical application of a laser scribing apparatus and a laser annealing apparatus using a nitride semiconductor light emitting device as a light source is proceeding.
  • the light source used in these devices requires a high light output in the watt class with a light output of 1 watt or more, so that a high output is also required for the nitride semiconductor light emitting device.
  • laser elements In semiconductor laser elements, light is emitted by injecting electrons and holes (electron-hole pairs) into an active layer composed of quantum wells and recombining them. The emitted light propagates through a waveguide formed in the semiconductor laser element, is reflected by two reflecting surfaces, and reciprocates. Light traveling back and forth in the waveguide (hereinafter referred to as guided light) is amplified in the process of propagating through the waveguide, leading to laser oscillation.
  • Laser oscillation is a state in which the gain for amplifying guided light exceeds the loss, that is, the component lost at the reflecting surface and the component lost by scattering / absorption at the waveguide. In order to realize a high light output, a structure for reducing these losses is required.
  • the intensity of light lost at the reflecting surface is approximately equal to the intensity of light emitted from the semiconductor laser element to the outside. Therefore, the reflectance of the reflecting surface is adjusted according to the configuration of the reflecting film formed on the reflecting surface according to the required light output.
  • the light component lost by scattering and absorption in the waveguide is called internal loss, and it is desirable that this is as small as possible.
  • FIG. 6 shows a structure of a nitride semiconductor laser element disclosed in Patent Document 1 that is generally used at present.
  • a conventional nitride semiconductor laser device 2001 includes an n-type nitride semiconductor layer 2021 including an n-AlGaN cladding layer, an InGaN active layer 2022, a p-AlGaN cladding layer, and a p-GaN contact layer on an n-GaN substrate 2010.
  • a p-type nitride semiconductor layer 2023 containing is stacked.
  • a ridge stripe 2024 is formed on the p-type nitride semiconductor layer 2023 side of this stacked structure.
  • an insulating film 2030 serving as a light confinement film is formed outside the ridge stripe 2024.
  • This insulating film 2030 has two roles of a current confinement function for confining current inside the ridge stripe 2024 and an optical confinement function for confining guided light directly under the ridge. Therefore, the insulating film 2030 needs to have three properties, that is, an electrically high resistance, a low refractive index, and transparency to guided light. From the viewpoint of industrial ease of use, SiO 2 films and SiN films are often used.
  • the conventional nitride semiconductor laser element 2001 is further provided with a p-side electrode 2040, a protective film 2050, a p-side pad electrode 2060, and an n-side electrode 2070.
  • the guided light during laser oscillation is spread and distributed on the p-cladding layer side, the guided light distribution reaches the low refractive index layer (insulating film 2030) formed outside the ridge stripe 2024. Therefore, effectively, the refractive index is high immediately below the ridge stripe 2024, and the refractive index is low outside the ridge stripe 2024, thereby realizing a refractive index waveguide structure. Since the insulating film 2030 is transparent to the guided light, loss due to light absorption in the insulating film 2030 is small.
  • a p-type impurity such as Mg is doped. Since the electrical activation rate of p-type impurities is low, the p-type impurity concentration needs to be in a high concentration state of 10 19 cm ⁇ 3 . This high concentration p-type impurity absorbs guided light. That is, there is a tradeoff between lowering electrical resistance and reducing absorption of guided light.
  • the guided light can be prevented from spreading to the p-cladding layer side.
  • the Al composition of the AlGaN layer serving as the p-clad layer and lowering its refractive index the spread of the guided light toward the p-clad layer can be suppressed. This can reduce the absorption of guided light in the p-cladding layer.
  • the spread of the guided light to the insulating film disposed outside the ridge stripe also decreases at the same time. For this reason, the function of the refractive index waveguide structure in the lateral direction of the element is lowered, and the horizontal transverse mode of the guided light becomes unstable.
  • kink In terms of device characteristics, a phenomenon called “kink” in which the optical output does not increase linearly with an increase in injection current occurs, and it becomes practically difficult to control the laser output.
  • the function of the lateral refractive index waveguide structure and the absorption reduction of the guided light in the p-cladding layer are also in a trade-off relationship.
  • An object of the present disclosure is to provide a nitride semiconductor laser element structure that can reduce guided light absorption in a p-cladding layer while realizing a sufficient refractive index waveguide structure in the lateral direction.
  • this structure it is possible to realize a nitride semiconductor laser element having a smaller internal loss than that of a conventional ridge stripe semiconductor laser element and to provide a nitride semiconductor laser element capable of operating at a higher output.
  • a lateral refractive index waveguide structure can be realized by forming a stripe-shaped groove in an n-type substrate in advance and growing a nitride semiconductor laser device structure thereon.
  • the laminated structure of the semiconductor laser element is a structure in which the spread of guided light to the p-cladding layer side is suppressed. As a result, absorption of guided light in the p-cladding layer can be suppressed.
  • the inventors have found a nitride semiconductor laser device capable of achieving both a lateral refractive index waveguide structure and light absorption suppression in the p-cladding layer.
  • the nitride semiconductor laser device of the present disclosure includes a first conductivity type substrate, a stripe-shaped groove formed on a first surface of the first conductivity type substrate, and a first conductivity type so as to cover the stripe-shaped groove.
  • a laminated structure including a first conductivity type cladding layer, an active layer, a second conductivity type cladding layer, and a second conductivity type contact layer formed on a first surface of a mold substrate; Are curved along the stripe-shaped groove.
  • a refractive index waveguide structure in which the inside of the groove has a high refractive index and the outside of the groove has a low refractive index can be realized in the same plane as the active layer inside the stripe-like groove.
  • a smaller nitride semiconductor laser device can be provided.
  • a nitride semiconductor laser device capable of operating at a higher output can be provided.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the nitride semiconductor laser device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram showing a simulation result of the guided light distribution inside the nitride semiconductor laser device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing a CL wavelength mapping measurement result from the active layer of the nitride semiconductor laser device according to the first embodiment.
  • FIG. 4A is a diagram showing an example of a stripe groove in the nitride semiconductor laser element according to the first embodiment.
  • FIG. 4B is a diagram showing an example of a stripe groove in the nitride semiconductor laser element according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the nitride semiconductor laser device according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a conventional nitride semiconductor laser device.
  • nitride semiconductor laser device of the present disclosure will be described with reference to the drawings. However, detailed description may be omitted. For example, detailed descriptions of already well-known matters and repeated descriptions for substantially the same configuration may be omitted. This is to avoid the following description from becoming unnecessarily redundant and to facilitate understanding by those skilled in the art.
  • FIG. 1 is a sectional view of a nitride semiconductor laser device 1001 according to the first embodiment.
  • a substrate As a substrate, an n-GaN substrate 1010 having a (0001) plane as a main surface was used.
  • a laser element structure was crystal-grown on the n-GaN substrate 1010 having the stripe grooves 1011 by using a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method. That is, an n-GaN clad layer 1012 (thickness 0.1 ⁇ m, Si concentration 5 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 ), an active layer 1013 composed of an InGaN light guide layer and an InGaN multi-quantum well layer, an AlGaN electron block layer, and an AlGaN clad layer P-cladding layer 1014 (thickness 0.5 ⁇ m, Mg concentration 1 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 ), p-GaN contact layer 1015 (thickness 0.06 ⁇ m, Mg concentration 2 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 ) Are sequentially stacked.
  • MOCVD metal organic chemical vapor deposition
  • Each layer stacked on the n-GaN substrate 1010 for example, the n-GaN cladding layer 1012, the active layer 1013, the p-cladding layer 1014, and the like has a depression along the shape of the stripe groove 1011.
  • Table 1 shows the composition and layer thickness of each layer constituting the laser element structure.
  • E represents a power of 10.
  • E + 19 represents 10 19.
  • a current confinement ridge stripe 1019 is formed by dry etching at a position corresponding to the stripe groove 1011 in the stacked structure.
  • a p-pad electrode 1017 formed by laminating Ti, Pt, and Au in this order is formed, and the process on the wafer surface side is completed.
  • an n-ohmic electrode 1020 configured by stacking Ti, Pt, and Au in this order is formed.
  • the wafer is cleaved to form a Fabry-Perot resonator to complete the laser element structure.
  • the active layer 1013 of the nitride semiconductor laser element 1001 is curved by a stripe groove 1011 formed in the substrate. Therefore, as shown in FIG. 1, there are different layers inside and outside the stripe groove 1011 on the dotted line AA ′ that horizontally slices the nitride semiconductor laser device 1001. That is, the InGaN active layer 1013 exists inside the side wall of the stripe groove 1011, and the n-GaN substrate 1010 exists outside the side wall of the stripe groove 1011.
  • a refractive index waveguide structure having a high refractive index inside the stripe groove 1011 and a low refractive index outside the stripe groove 1011 along the dotted line AA ′. Is formed.
  • the term “bend” does not bend at a right angle, but includes a shape that is bent with a curved shape such as an R shape, and a shape that is bent like a bow.
  • the guided light that spreads toward the p-cladding layer reaches the insulating film having a low refractive index, thereby realizing a lateral refractive index waveguide structure. Is very different.
  • the nitride semiconductor laser device 1001 according to the present embodiment even if the distribution of the guided light toward the p-cladding layer is reduced, there is almost no influence on the lateral refractive index guiding. Therefore, AlGaN is used for the p-cladding layer 1014 and GaN is used for the n-cladding layer 1012, respectively, so that the layered structure design draws the distribution of guided light in the vertical direction toward the n-cladding layer 1012 side.
  • FIG. 2 shows a simulation result of the guided light distribution according to the configuration of the present embodiment.
  • the horizontal and horizontal modes are calculated considering only the basic mode.
  • the guided light is largely distributed on the n-cladding layer side.
  • the effective refractive index difference ⁇ n in the lateral direction is a 3.4 ⁇ 10 -3. This value is large enough to stably maintain the transverse mode during laser oscillation.
  • the p-cladding layer 1014 in order to reduce the series resistance of the device, the p-cladding layer 1014 needs a high concentration (1 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 ) of Mg doping. Therefore, the absorption loss of the guided light spread in the p-cladding layer 1014 is large.
  • the n-cladding layer 1012 is Si-doped at a relatively low concentration (5 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 ) because the activation rate of Si, which is an n-type impurity, is high. For this reason, the absorption loss of the guided light spread in the n-cladding layer 1012 is small.
  • the guided light spreads to the n-cladding layer side. That is, since the n-type impurity concentration of the n-GaN substrate 1010 and the n-cladding layer 1012 is lower than the p-type impurity concentration of the p-cladding layer 1014, the light distribution in the vertical direction of the nitride semiconductor laser device 1001 is reduced. It is possible to reduce the loss due to light absorption inside the element by distributing the impurity concentration more largely in the lower one.
  • the width of the stripe groove is also an important parameter.
  • the width of the stripe groove 1011 is 21 ⁇ m. Thereafter, when crystal growth is performed, the width of the groove on the surface of the laminated structure is reduced to 16 ⁇ m. This is because lateral growth proceeds from the side surface of the stripe groove 1011. Since the length of the lateral growth varies depending on the crystal growth conditions (temperature, gas flow rate, growth pressure) and the thickness and composition of the laminated structure, the width of the stripe groove 1011 of the substrate needs to be changed according to the device design value. There is. For example, if the width of the stripe groove is too narrow, the surface may be flattened during the crystal growth process, and a sufficient lateral mounting refractive index difference ⁇ n may not be obtained.
  • the thickness of the laminated structure is an important parameter. If the n-cladding layer 1012 is too thick before the active layer 1013 is grown, the stripe groove becomes flat when the n-cladding layer 1012 is grown, and sufficient ⁇ n cannot be obtained.
  • FIG. 3 shows the results of examining the emission wavelength distribution from the active layer 1013 after crystal growth using cathodoluminescence (CL).
  • CL cathodoluminescence
  • FIG. 4A and FIG. 4B are diagrams schematically explaining the light absorption loss outside the waveguide.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view of the nitride semiconductor laser device 1001 when the deep stripe groove 1011 is used. This is a case where the depth of the stripe groove 1011 is about 1 ⁇ m as in the above example.
  • the dotted ellipse schematically shows the distribution of the guided light 1080 in the nitride semiconductor laser device.
  • the guided light is spread and distributed in the p-cladding layer 1014 and the n-cladding layer 1012 around the active layer 1013.
  • the distribution can be intentionally drawn to the p-cladding layer 1014 side or the n-cladding layer 1012 side by the design of the laminated structure, but the distribution to either layer is completely zero. I can't.
  • the concept of this embodiment is to reduce the light absorption loss in the p-cladding layer 1014 by bringing the distribution of the guided light toward the n-cladding layer 1012 side.
  • the spread is not completely eliminated. Therefore, the thickness of the p-cladding layer 1014 is designed to be about 0.5 ⁇ m.
  • the spread of the guided light to the p-cladding layer 1014 becomes practically negligible if it is 0.5 ⁇ m away from the active layer 1013. In other words, there is a waveguide light distribution that cannot be ignored at a distance of 0.5 ⁇ m or less from the active layer 1013.
  • the nitride semiconductor laser device 1001 of this embodiment realizes a lateral refractive index waveguide structure by bending the active layer 1013 by the stripe groove 1011. However, the spread of guided light having a strength that cannot be ignored is also generated outside the stripe groove.
  • FIG. 4B is a diagram schematically showing a laser element cross section and a distribution of guided light when the nitride semiconductor laser element 1001a is configured using the shallow stripe groove 1011a.
  • the depth of the stripe groove 1011a is 0.2 ⁇ m, which is thinner than the thickness of the p-cladding layer 1014, for example.
  • light absorption may occur in the active layer 1013 outside the stripe groove 1011a.
  • a part of the guided light 1080 spreading outside the stripe groove 1011a spatially overlaps with the active layer 1013 existing outside the stripe groove 1011a to form an absorption loss region 1085.
  • the spread of the guided light in the direction of the p-cladding layer 1014 can be assumed to be about the thickness of the p-cladding layer 1014 at the maximum. Therefore, if the depth of the stripe groove 1011 is equal to or greater than the thickness of the p-cladding layer 1014, in principle, the light spreading outside the stripe groove 1011 may overlap with the active layer 1013 existing outside the stripe groove 1011. Absent. Further, it is possible to suppress the generation of absorption loss of guided light outside the stripe groove 1011.
  • the current confining ridge stripe 1019 is formed by dry etching at a position corresponding to the stripe groove 1011 having a laminated structure after crystal growth. It is desirable that at least a part or all of the p-contact layer 1015 be removed outside the ridge stripe 1019 for current confinement.
  • the p-contact layer 1015 is doped with Mg at a high concentration and has an electrically low resistance. Therefore, current (holes) introduced from the surface of the laminated structure through the p-pad electrode 1017 and the p-ohmic electrode 1016 easily diffuses in the lateral direction. As a result, the current may be diffused to the active layer 1013 existing outside the stripe groove 1011.
  • the nitride semiconductor laser device of this embodiment operates by confining and amplifying light generated from the active layer 1013 formed inside the stripe groove 1011 inside the stripe groove 1011. Therefore, the current injected outside the stripe groove 1011 is an invalid current that does not directly contribute to laser oscillation.
  • the current confinement ridge stripe 1019 is formed in order to avoid the generation of the reactive current.
  • the width of the current confining ridge stripe 1019 needs to be at least narrower than the width of the stripe groove 1011. By making the width of the current confinement ridge stripe 1019 narrower than at least the width of the stripe groove 1011, electron-hole pairs injected into the active layer 1013 are confined inside the stripe groove 1011, and more efficiently.
  • the guided light can be amplified.
  • ⁇ i was a value of 1.8 cm ⁇ 1 . Furthermore, a current-light output characteristic in which the generation of kinks was suppressed over a region of light output of 6 W or more was obtained. It has been found that the internal loss due to light absorption inside the element can be reduced to less than half in the conventional laser element constituted by the ridge stripe and the SiO 2 insulating film, compared with the one having ⁇ i of about 4.2 cm ⁇ 1 .
  • the nitride semiconductor laser element obtained by forming a stripe-shaped groove on the substrate and then crystal-growing the layer structure of the laser element has been described.
  • a nitride semiconductor laser element obtained by forming a stripe-shaped groove in a clad layer formed on a flat substrate will be described.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the nitride semiconductor laser device 1101 according to the second embodiment.
  • an n-GaN substrate 1110 having a (0001) plane as a main surface was used as the substrate.
  • a first n-GaN cladding layer 1112a (thickness 3 ⁇ m, Si concentration 5 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 ) was formed on the main surface of the substrate by metal organic vapor phase epitaxy. Thereafter, a stripe groove 1111 having a depth of about 1 ⁇ m was formed on the surface of the first n-GaN clad layer 1112a by dry etching. The width of the stripe groove 1111 was 21 ⁇ m.
  • the laser element structure was crystal-grown similarly to the first embodiment. That is, the second n-GaN cladding layer 1112b (thickness 0.1 ⁇ m, Si concentration 5 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 ), an active layer 1113 composed of an InGaN light guide layer and an InGaN multiple quantity well layer, an AlGaN electron block P-clad layer 1114 (thickness 0.5 ⁇ m, Mg concentration 1 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 ), p-GaN contact layer 1115 (thickness 0.06 ⁇ m, Mg concentration 2 ⁇ 10) 20 cm ⁇ 3 ) were sequentially laminated.
  • a current confinement ridge stripe 1119 is formed at a position corresponding to the stripe groove 1111 using dry etching.
  • a p-ohmic electrode 1116 is formed on and in contact with the current confinement ridge stripe 1119 in the order of Pd and Pt, and an insulating film 1118 made of SiO 2 is formed outside the current confinement ridge stripe 1119.
  • a p-pad electrode 1117 formed by laminating Ti, Pt, and Au in this order is formed, and the process on the wafer surface side is completed.
  • an n-ohmic electrode 1120 configured by stacking Ti, Pt, and Au in this order is formed.
  • the wafer is cleaved to form a Fabry-Perot resonator to complete the laser element structure.
  • the nitride semiconductor laser device 1101 has a refractive index waveguide structure and a current confinement structure that are substantially the same as those of the nitride semiconductor laser device shown in the first embodiment. Therefore, a nitride semiconductor laser device having substantially the same characteristics can be realized.
  • the nitride semiconductor laser device 1101 needs to be manufactured by performing crystal growth twice. However, for example, if AlGaInN containing Al or In is used for the first n-cladding layer, the refractive index can be controlled to obtain a desired light distribution.
  • an InGaN active layer 1113 exists inside the side wall of the stripe groove 1111, and a first n-cladding layer 1112 a made of GaN exists outside the side wall of the stripe groove 1111. Since the refractive index of the InGaN active layer is higher than the refractive index of GaN, the refractive index having a high refractive index inside the stripe groove 1111 and a low refractive index outside the stripe groove 1111 on the dotted line AA ′ in FIG. A waveguide structure is formed. As a result, the effective refractive index difference ⁇ n in the lateral direction is 3.4 ⁇ 10 ⁇ 3 . For example, if AlGaN having a refractive index smaller than that of GaN is used for the first n-cladding layer, it is possible to design ⁇ n to be larger.
  • the composition and layer thickness of each layer constituting the nitride semiconductor laser element 1001 are not limited to the values described in the main text and Table 1. Further, the Mg concentration and Si concentration of each layer are not limited to the above. These values are merely examples, and the composition, layer thickness, and impurity concentration can be appropriately selected according to the required emission wavelength.
  • the depth and width of the stripe groove 1011 are not limited to the above, and the depth and width of the stripe groove 1011 may be appropriately determined according to the composition and layer thickness of each layer constituting the nitride semiconductor laser element.
  • the first and second embodiments have been described as examples of the technology disclosed in the present application. However, the technology in the present disclosure is not limited to this, and can also be applied to an embodiment in which changes, replacements, additions, omissions, and the like are appropriately performed. Moreover, it is also possible to combine each component demonstrated in the said 1st Embodiment and the modification, and can be set as a new embodiment.
  • the nitride semiconductor laser element of the present disclosure can be applied to an apparatus that requires light output, and is relatively high in image display apparatuses such as laser displays and projectors, and industrial laser equipment such as laser processing and laser annealing. It is effective for devices that require optical output.

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Abstract

　窒化物半導体レーザ素子は、第一導電型の基板と、第一導電型の基板の第一の面に形成されたストライプ状の溝と、ストライプ状の溝を覆うように第一導電型の基板の第一の面上に形成された、第一導電型のクラッド層、活性層、第二導電型のクラッド層、および第二導電型のコンタクト層を含む積層構造とを備え、活性層はストライプ状の溝に沿って湾曲している。

Description

窒化物半導体レーザ素子
　本開示は、光出力の大きな窒化物半導体発光素子の構造に関する。
　近年、機器の省エネルギー化や長寿命化に対応するために、プロジェクタや液晶バックライトなどのディスプレイ装置用途に、窒化物半導体発光素子を用いた光源が利用されている。窒化物半導体レーザに代表される、導波路を有する窒化物半導体発光素子は、光を放射する方向を示す指向性に優れているという特徴がある。そこで、このような窒化物半導体発光素子を実装した窒化物半導体発光装置の産業用途への応用も進んでいる。例えば、窒化物半導体発光装置を光源としたレーザスクライブ装置やレーザアニール装置については実用化の検討が進んでいる。これらの装置に用いる光源は、光出力が１ワット以上のワットクラスの高い光出力を必要とするため窒化物半導体発光装置にも高出力化が要望されている。
　半導体レーザ素子では、量子井戸などで構成される活性層に電子と正孔（電子正孔対）を注入し、再結合させることで光を放射する。放射された光は、半導体レーザ素子内に形成された導波路を伝播し、二つの反射面で反射し往復する。導波路を往復する光（以下、導波光と呼ぶ）は、導波路を伝播する過程で増幅され、レーザ発振に至る。レーザ発振とは、導波光を増幅する利得が、損失すなわち、反射面で失われる成分と導波路で散乱・吸収によって失われる成分を上回った状態である。高い光出力を実現するためには、これらの損失を低減する構造が必要となる。反射面で失われる光の強度は、半導体レーザ素子から外部に放出される光強度とほぼ等しい。そのため、必要な光出力に応じて反射面の反射率は、その反射面に形成される反射膜の構成によって調節される。一方、導波路で散乱や吸収によって失われる光の成分は内部損失と呼ばれ、これはできる限り小さいことが望ましい。
　図６は、特許文献１に開示された窒化物半導体レーザ素子で、現在一般的に利用されている構造である。従来型の窒化物半導体レーザ素子２００１は、ｎ－ＧａＮ基板２０１０上に、ｎ－ＡｌＧａＮクラッド層を含むｎ型窒化物半導体層２０２１、ＩｎＧａＮ活性層２０２２、ｐ－ＡｌＧａＮクラッド層およびｐ－ＧａＮコンタクト層を含むｐ型窒化物半導体層２０２３を積層して構成される。この積層構造のｐ型窒化物半導体層２０２３側にリッジストライプ２０２４を形成する。さらに、このリッジストライプ２０２４の外側に光閉じ込め膜となる絶縁膜２０３０を形成する。この絶縁膜２０３０は、電流をリッジストライプ２０２４内部に閉じ込める電流狭窄機能と、導波光をリッジ直下に閉じ込める光閉じ込め機能の二つの役割をもつ。したがって、絶縁膜２０３０には、三つの性質、すなわち、電気的に高抵抗であること、低屈折率であること、導波光に対して透明であることが必要である。産業上の使いやすさの観点からＳｉＯ２膜やＳｉＮ膜が使われることが多い。なお、従来型の窒化物半導体レーザ素子２００１にはさらに、ｐ側電極２０４０、保護膜２０５０、ｐ側パッド電極２０６０、ｎ側電極２０７０が設けられている。
　レーザ発振中の導波光はｐクラッド層側に拡がって分布しているため、導波光分布はリッジストライプ２０２４の外側に形成された低屈折率層（絶縁膜２０３０）に到達する。そのため、実効的に、リッジストライプ２０２４の直下は屈折率が高く、リッジストライプ２０２４の外側は屈折率が低くなり、屈折率導波構造が実現される。絶縁膜２０３０は導波光に対して透明であるため、絶縁膜２０３０での光吸収による損失は小さい。
特開２０１０－２２６０９４号公報
　しかし、窒化物半導体レーザ素子の内部では無視できない吸収損失が発生する。ｐ－クラッド層は通電経路でもあるため、電気的に低抵抗であることが求められる。そのため、Ｍｇのようなｐ型不純物がドーピングされている。ｐ型不純物の電気的な活性化率は低いため、ｐ型不純物濃度は１０１９ｃｍ－３台の高濃度の状態にする必要がある。この高濃度ｐ型不純物は導波光を吸収する。すなわち、電気抵抗を下げることと導波光の吸収を低減することが二律背反の関係にある。
　そこで、窒化物半導体レーザ素子の積層構造を工夫することによって、導波光がｐクラッド層側に拡がらないようにすることができる。たとえば、ｐクラッド層となるＡｌＧａＮ層のＡｌ組成を高くして、その屈折率を低くすることで、導波光のｐクラッド層側への拡がりを抑えることができる。これにより、ｐクラッド層内での導波光の吸収を低下できる。ところが、この場合、リッジストライプの外側に配置した絶縁膜への導波光の拡がりも同時に低下する。そのため、素子の横方向の屈折率導波構造の機能が低下し、導波光の水平横モードが不安定となる。デバイス特性上は、注入電流の増加に対して光出力が線形に増大しないキンクと呼ばれる現象が発生し、実用上レーザ光出力の制御が困難になる。横方向の屈折率導波構造の機能とｐクラッド層での導波光の吸収低減はやはり二律背反の関係となる。
　上述のように、リッジストライプと光閉じ込め膜を用いた窒化物半導体レーザ素子では、横方向の屈折率導波構造とｐクラッド層での光吸収低減を両立させることが困難である。
　本開示の目的は、充分な横方向の屈折率導波構造を実現しながら、ｐクラッド層での導波光吸収を低減できる窒化物半導体レーザ素子構造を提供することにある。この構造を用いることで従来のリッジストライプ型半導体レーザ素子に比べて、内部損失のより小さな窒化物半導体レーザ素子を実現し、より高出力での動作が可能な窒化物半導体レーザ素子を提供できる。
　そこで、発明者らは、横方向の屈折率導波構造を、あらかじめｎ型基板にストライプ状の溝を形成し、その上に窒化物半導体レーザ素子構造を結晶成長することで実現できることを見出した。さらに、半導体レーザ素子の積層構造は、導波光のｐクラッド層側への拡がりを抑えた構造とした。これによりｐクラッド層での導波光吸収を抑制できる。横方向の屈折率導波構造とｐクラッド層での光吸収抑制を両立できる窒化物半導体レーザ素子を見出した。
　本開示の窒化物半導体レーザ素子は、第一導電型の基板と、第一導電型の基板の第一の面に形成されたストライプ状の溝と、ストライプ状の溝を覆うように第一導電型の基板の第一の面上に形成された第一導電型のクラッド層、活性層、第二導電型のクラッド層、および第二導電型のコンタクト層を含む積層構造とを備え、活性層は、ストライプ状の溝に沿って湾曲している。
　本開示によれば、ストライプ状の溝の内側における活性層と同じ面内で、溝の内側が高い屈折率、溝の外側で低い屈折率となる屈折率導波構造が実現できため、内部損失のより小さな窒化物半導体レーザ素子を提供できる。ひいては、より高出力での動作が可能な窒化物半導体レーザ素子を提供できる。
図１は、第１の実施形態に係る窒化物半導体レーザ素子の断面図である。 図２は、第１の実施形態に係る窒化物半導体レーザ素子内部の導波光分布のシミュレーション結果を示す図である。 図３は、第１の実施形態に係る窒化物半導体レーザ素子の活性層からのＣＬ波長マッピング測定結果を示す図である。 図４Ａは、第１の実施形態に係る窒化物半導体レーザ素子におけるストライプ溝の一例を示した図である。 図４Ｂは、第１の実施形態に係る窒化物半導体レーザ素子におけるストライプ溝の一例を示した図である。 図５は、第２の実施形態に係る窒化物半導体レーザ素子の断面図である。 図６は、従来の窒化物半導体レーザ素子の断面図である。
　以下、本開示の窒化物半導体レーザ素子について図面を参照しながら説明する。但し、詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。
　なお、添付図面および以下の説明は当業者が本開示を十分に理解するためのものであって、これらによって請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。
　以下、図面を用いて本開示の実施の形態について説明する。
　（第１の実施形態）
　図１は第１の実施形態に係る窒化物半導体レーザ素子１００１の断面図である。基板には（０００１）面を主面とするｎ－ＧａＮ基板１０１０を用いた。このｎ－ＧａＮ基板１０１０の主面（第一の面）にドライエッチングによって深さ約１μｍのストライプ溝１０１１を形成した。このときストライプ溝１０１１の幅は２１μｍとした。
　ストライプ溝１０１１をもつｎ－ＧａＮ基板１０１０の上に有機金属気相成長法（Ｍａｔａｌｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＭＯＣＶＤ）を用いて、レーザ素子構造を結晶成長した。すなわち、ｎ－ＧａＮクラッド層１０１２（厚さ０．１μｍ、Ｓｉ濃度５×１０１７ｃｍ－３）、ＩｎＧａＮ光ガイド層およびＩｎＧａＮ多重量井戸層から構成される活性層１０１３、ＡｌＧａＮ電子ブロック層およびＡｌＧａＮクラッド層から構成されるｐ－クラッド層１０１４（厚さ０．５μｍ、Ｍｇ濃度１×１０１９ｃｍ－３）、ｐ－ＧａＮコンタクト層１０１５（厚さ０．０６μｍ、Ｍｇ濃度２×１０２０ｃｍ－３）が順次積層されている。ｎ－ＧａＮ基板１０１０の上に積層される各層、例えば、ｎ－ＧａＮクラッド層１０１２、活性層１０１３、ｐ－クラッド層１０１４などは、ストライプ溝１０１１の形状に沿って窪みを有する。
　上記レーザ素子構造を構成する各層の組成および層厚については、例えば表１のようになる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　なお、表１において、Ｅは１０のべき乗を表す。例えば、Ｅ＋１９は１０１９を表す。
　結晶成長後、上記積層構造において、ストライプ溝１０１１の上に対応する位置に、ドライエッチングを用いて、電流狭窄用リッジストライプ１０１９が形成される。
　さらに、電流狭窄用リッジストライプ１０１９の上に接してＰｄ、Ｐｔの順に積層して構成されるｐ－オーミック電極１０１６、電流狭窄用リッジストライプ１０１９の外側にＳｉＯ２よりなる絶縁膜１０１８を形成する。
　その上にＴｉ、Ｐｔ、Ａｕの順に積層して構成されるｐ－パッド電極１０１７を形成して、ウェハ表面側のプロセスが完了する。
　次に、ｎ－ＧａＮ基板１０１０の裏面（第二の面）を研磨して、薄膜化した後に、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕの順に積層して構成されるｎ－オーミック電極１０２０を形成する。
　最後に、ウェハを劈開して、ファブリペロー共振器を形成してレーザ素子構造が完成する。
　次に、窒化物半導体レーザ素子１００１の機能について述べる。
　窒化物半導体レーザ素子１００１の活性層１０１３は基板に形成したストライプ溝１０１１によって湾曲している。そのため、図１に示すように、窒化物半導体レーザ素子１００１を水平にスライスする点線Ａ－Ａ‘において、ストライプ溝１０１１の内部と外部では異なる層が存在する。すなわち、ストライプ溝１０１１の側壁より内側ではＩｎＧａＮ活性層１０１３が、ストライプ溝１０１１の側壁より外側ではｎ－ＧａＮ基板１０１０がそれぞれ存在する。ＩｎＧａＮ活性層の屈折率は、ＧａＮの屈折率よりも高いため、点線Ａ－Ａ’において、ストライプ溝１０１１の内部で高屈折率、ストライプ溝１０１１の外部で低屈折率となる屈折率導波構造が形成される。
　なお、本開示において湾曲とは、直角に折れ曲がるのではなく、例えばＲ状などのカーブを備えて折れ曲がる形状や、弓なりに曲がる形状を含む。
　リッジストライプを用いた従来型の窒化物半導体レーザ素子では、ｐクラッド層側に拡がった導波光が低屈折率の絶縁膜に到達することで横方向の屈折率導波構造を実現しているのとは大きく異なる。本実施形態による窒化物半導体レーザ素子１００１では、導波光のｐ－クラッド層側への分布を小さくしても横方向の屈折率導波にはほとんど影響がない。そのため、ｐ－クラッド層１０１４にＡｌＧａＮ、ｎ－クラッド層１０１２にＧａＮをそれぞれ用いており、縦方向の導波光の分布をｎ－クラッド層１０１２側に引き寄せる層構造設計となっている。
　図２は本実施形態の構成による導波光分布のシミュレーション結果である。水平横モードは基本モードのみを考慮して計算している。導波光は、ｎ－クラッド層側に大きく分布している。一方、横方向の実効屈折率差Δｎは３．４×１０－３となっている。この値は、レーザ発振中の横モードを安定的に維持するのに充分な大きさである。
　本実施形態の窒化物半導体レーザ素子１００１においても、素子のシリーズ抵抗を低減するために、ｐ－クラッド層１０１４には高濃度（１×１０１９ｃｍ－３）のＭｇドープが必要である。したがって、ｐ－クラッド層１０１４に拡がった導波光の吸収損失は大きい。ｎ－クラッド層１０１２は、ｎ型不純物であるＳｉの活性化率が高いため、比較的低い濃度（５×１０１７ｃｍ－３）のＳｉドープとなっている。そのため、ｎ－クラッド層１０１２に拡がった導波光の吸収損失は小さい。光吸収損失低減の観点からは、導波光はｎ－クラッド層側に拡がるほうが有利である。すなわち、ｎ－ＧａＮ基板１０１０やｎ－クラッド層１０１２のｎ型不純物の濃度が、ｐ－クラッド層１０１４のｐ型不純物濃度よりも低いことにより、窒化物半導体レーザ素子１００１の縦方向の光分布を不純物濃度の低い方により大きく分布させて、素子内部の光吸収による損失を低減できる。
　導波路設計では、ストライプ溝の幅も重要なパラメータである。本実施形態では、ストライプ溝１０１１の幅は２１μｍとした。その後、結晶成長を行なうと、積層構造表面における溝の幅は１６μmにまで狭くなる。これは、ストライプ溝１０１１の側面から横方向成長が進行するためである。結晶成長の条件（温度、ガス流量、成長圧力）や積層構造の厚さや組成によって、この横方向成長の長さは変わるため、デバイス設計値に応じて基板のストライプ溝１０１１の幅は変更する必要がある。たとえばストライプ溝の幅が狭すぎると、結晶成長工程で表面が平坦化し、充分な横方向の実装屈折率差Δｎを得られない可能性がある。
　また、積層構造の厚さも重要なパラメータとなる。活性層１０１３を成長する前に、ｎ－クラッド層１０１２が厚すぎると、このｎ－クラッド層１０１２を成長した時点でストライプ溝が平坦化し、やはり充分なΔｎを得られない。
　次にストライプ溝１０１１の深さについて述べる。図３は、結晶成長後の活性層１０１３から、発光波長分布をカソードルミネッセンス（ＣＬ）を用いて調べた結果である。測定は、ウェハ表面から電子線を入射し、活性層１０１３で発生した発光を分光して、そのピーク波長の面内分布をプロットしたものである。波長分布を見やすくするため、ストライプ溝１０１１の幅が６４μmとなるように形成した部位で本測定を行なった。
　この図から、ストライプ溝１０１１の内側に相当する部分では、ピーク波長３８０ｎｍ程度の発光が得られた。一方、ストライプ溝１０１１の外側に相当する部分では、ピーク波長３９０ｎｍの発光が得られた。これは、ストライプ溝１０１１の内側では、活性層であるＩｎＧａＮ層のＩｎ組成が少なくなっていることを示している。この現象は、ストライプ溝の深さや結晶成長層の厚さを変えても発生する。デバイス設計上は注意が必要となる。すなわち、導波路の中心となるストライプ溝１０１１で発生、伝播した光が、ストライプ溝１０１１の外側の領域にまで拡がって分布した場合、ストライプ溝１０１１の外側の領域にある活性層１０１３で吸収される恐れがあるからである。
　図４Ａ、図４Ｂは、導波路の外側での光吸収損失を模式的に説明した図である。図４Ａは、深いストライプ溝１０１１を用いた場合の窒化物半導体レーザ素子１００１の断面図である。上述の例のようにストライプ溝１０１１の深さを１μｍ程度にした場合である。図中点線の楕円は、窒化物半導体レーザ素子中での導波光１０８０の分布を模式的に示している。
　ここで、導波光の縦方向の分布を考える。導波光は、活性層１０１３を中心にｐ－クラッド層１０１４とｎ－クラッド層１０１２に拡がって分布する。上述のように、積層構造の設計によって、その分布をｐ－クラッド層１０１４側やｎ－クラッド層１０１２側に意図的に引き寄せることができるが、どちらかの層への分布を全くゼロにすることはできない。本実施形態のコンセプトは、導波光の分布をｎ－クラッド層１０１２側に寄せて、ｐ－クラッド層１０１４での光吸収損失を低減することにあるが、ｐ－クラッド層１０１４への導波光の拡がりが全くなくなるわけではない。そのため、ｐ－クラッド層１０１４の厚さは０．５μｍ程度に設計されている。つまり、ｐ－クラッド層１０１４への導波光の拡がりは活性層１０１３から０．５μｍ離れれば、実用上無視できる程度に小さくなることがわかっている。逆に言えば、活性層１０１３から０．５μｍ以下の距離では無視できない導波光の分布があると言うことになる。
　一方、横方向の導波光分布についても同様のことが言える。本実施形態の窒化物半導体レーザ素子１００１は、ストライプ溝１０１１によって活性層１０１３が湾曲することで横方向の屈折率導波構造を実現している。しかし、ストライプ溝の外側にもやはり無視できない強度の導波光の拡がりが発生する。
　図４Ａのように深いストライプ溝１０１１を用いた場合、ストライプ溝１０１１の外側に導波光が拡がっても、ストライプ溝外側の活性層１０１３は、縦方向に充分離れた位置に存在するので、光吸収による損失が発生する恐れはない。
　図４Ｂは、浅いストライプ溝１０１１ａを用いて窒化物半導体レーザ素子１００１ａを構成した場合のレーザ素子断面と導波光の分布を模式的に示した図である。ストライプ溝１０１１ａの深さは、たとえばｐ－クラッド層１０１４の厚さよりも薄い０．２μｍとする。この場合、ストライプ溝１０１１ａの外側にある活性層１０１３で光吸収が発生する可能性がある。ストライプ溝１０１１ａの外側に拡がった導波光１０８０の一部が、ストライプ溝１０１１ａの外側に存在する活性層１０１３と空間的に重なり、吸収損失領域１０８５を形成する。
　この現象を避けるためには、ストライプ溝１０１１の深さを深くすることが必要である。上述のように、ｐ－クラッド層１０１４の方向への導波光の拡がりを、最大でもｐ－クラッド層１０１４の厚さ程度と想定できる。そこで、ストライプ溝１０１１の深さがｐ－クラッド層１０１４の厚さ以上あれば、原理的にストライプ溝１０１１の外側に拡がった光が、ストライプ溝１０１１の外側に存在する活性層１０１３と重なることがない。そして、ストライプ溝１０１１の外側での導波光の吸収損失の発生を抑制できる。
　次に、図１に示した電流狭窄用リッジストライプ１０１９の機能について述べる。電流狭窄用リッジストライプ１０１９は、結晶成長後に積層構造のストライプ溝１０１１の上に対応する位置に、ドライエッチングを用いて形成される。この電流狭窄用リッジストライプ１０１９の外部では、少なくともｐ－コンタクト層１０１５の一部または全部が除去されていることが望ましい。ｐ－コンタクト層１０１５は高濃度にＭｇがドープされており、電気的に低抵抗である。そのため、ｐ－パッド電極１０１７およびｐ－オーミック電極１０１６を通じて積層構造の表面から導入された電流（正孔）は、容易に横方向に拡散する。その結果、ストライプ溝１０１１の外部に存在する活性層１０１３にまで電流が拡散する恐れがある。
　本実施形態の窒化物半導体レーザ素子は、ストライプ溝１０１１の内側に形成された活性層１０１３から発生した光をストライプ溝１０１１の内側に閉じ込めて増幅することで動作する。したがって、ストライプ溝１０１１の外側に注入された電流はレーザ発振に直接寄与しない無効な電流となる。電流狭窄用リッジストライプ１０１９は、この無効電流の発生を避けるために形成される。電流狭窄用リッジストライプ１０１９の幅は、少なくともストライプ溝１０１１の幅よりも狭いことが必要である。電流狭窄用リッジストライプ１０１９の幅を、少なくともストライプ溝１０１１の幅よりも狭くすることで、活性層１０１３に注入される電子－正孔対が、ストライプ溝１０１１の内側に狭窄され、より効率的に導波光を増幅できるようになる。
　これまでに述べた窒化物半導体レーザ素子１００１の内部損失係数αiを計測したところ、αiは１．８ｃｍ－１という値が得られた。さらに、光出力６Ｗ以上までの領域にわたってキンクの発生が抑制された電流－光出力特性が得られた。従来型のリッジストライプとＳｉＯ２絶縁膜により構成されたレーザ素子では、４．２ｃｍ－１程度のαｉだったものに比べて、素子内部の光吸収による内部損失を半分以下にできることがわかった。
　（第２の実施形態）
　第１の実施形態では、基板にストライプ状の溝を形成した後にレーザ素子の層構造を結晶成長させて得る窒化物半導体レーザ素子について説明した。
　第２の実施形態では、平坦基板に形成したクラッド層にストライプ状の溝を形成して得る窒化物半導体レーザ素子について説明する。
　図５は、第２の実施形態に係る窒化物半導体レーザ素子１１０１の断面図である。基板には（０００１）面を主面とするｎ－ＧａＮ基板１１１０を用いた。この基板の主面上に第一のｎ－ＧａＮクラッド層１１１２ａ（厚さ３μｍ、Ｓｉ濃度５×１０１７ｃｍ－３）を有機金属気相成長法にて形成した。その後、第一のｎ－ＧａＮクラッド層１１１２ａの表面に、ドライエッチングによって深さ約１μｍのストライプ溝１１１１を形成した。ストライプ溝１１１１の幅は２１μｍとした。
　その後、第１の実施形態と同様にレーザ素子構造を結晶成長した。すなわち、第二のｎ－ＧａＮクラッド層１１１２ｂ（厚さ０．１μｍ、Ｓｉ濃度５×１０１７ｃｍ－３）、ＩｎＧａＮ光ガイド層およびＩｎＧａＮ多重量井戸層から構成される活性層１１１３、ＡｌＧａＮ電子ブロック層およびＡｌＧａＮクラッド層から構成されるｐ－クラッド層１１１４（厚さ０．５μｍ、Ｍｇ濃度１×１０１９ｃｍ－３）、ｐ－ＧａＮコンタクト層１１１５（厚さ０．０６μｍ、Ｍｇ濃度２×１０２０ｃｍ－３）を順次積層した。
　上記の結晶成長後に、ストライプ溝１１１１の上に対応する位置に、ドライエッチングを用いて、電流狭窄用リッジストライプ１１１９が形成される。
　さらに、電流狭窄用リッジストライプ１１１９の上に接してＰｄ、Ｐｔの順に積層して構成されるｐ－オーミック電極１１１６、電流狭窄用リッジストライプ１１１９の外側にＳｉＯ２よりなる絶縁膜１１１８を形成する。
　その上にＴｉ、Ｐｔ、Ａｕの順に積層して構成されるｐ－パッド電極１１１７を形成して、ウェハ表面側のプロセスが完了する。
　次に、ｎ－ＧａＮ基板１１１０の裏面（第二の面）を研磨して、薄膜化した後に、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕの順に積層して構成されるｎ－オーミック電極１１２０を形成する。
　最後に、ウェハを劈開して、ファブリペロー共振器を形成してレーザ素子構造が完成する。
　この窒化物半導体レーザ素子１１０１は、第１の実施形態に示した窒化物半導体レーザ素子とほぼ同一の屈折率導波構造および電流狭窄構造を有する。したがって、ほぼ同じ特性の窒化物半導体レーザ素子を実現できる。
　本実施形態に係る窒化物半導体レーザ素子１１０１は、結晶成長を２回行なって作製する必要がある。しかし、たとえば、第一のｎ－クラッド層にＡｌやＩｎを含むＡｌＧａＩｎＮを使えば、所望の光分布を得るために屈折率を制御することができる。
　本実施形態では、ストライプ溝１１１１の側壁より内側ではＩｎＧａＮ活性層１１１３が、ストライプ溝１１１１の側壁より外側ではＧａＮからなる第一ｎ－クラッド層１１１２ａがそれぞれ存在する。ＩｎＧａＮ活性層の屈折率は、ＧａＮの屈折率よりも高いため、図５の点線Ａ－Ａ’において、ストライプ溝１１１１の内部で高屈折率、ストライプ溝１１１１の外部で低屈折率となる屈折率導波構造が形成される。結果として、横方向の実効屈折率差Δｎは３．４×１０－３となる。たとえば、第一のｎ－クラッド層にＧａＮよりも屈折率の小さなＡｌＧａＮを用いるとΔｎをより大きくする設計が可能になる。
　なお、上記第１、第２の実施形態において、窒化物半導体レーザ素子１００１を構成する各層の組成や層厚は、本文および表１に記載の値に限られない。また、各層のＭｇ濃度やＳｉ濃度上記に限られない。これらの値は一例であって、必要とする発光波長に応じ組成や層厚、不純物濃度を適宜選択することができる。
　また、ストライプ溝１０１１の深さや幅は上記に限られず、窒化物半導体レーザ素子を構成する各層の組成や層厚等に応じ、ストライプ溝１０１１の深さや幅を適宜決めてもよい。以上のように、本出願において開示する技術の例示として、第１、第２の実施形態を説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用可能である。また、上記第１の実施形態および変形例で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。
　以上のように、本開示における技術の例示として、実施の形態を説明した。そのために、添付図面および詳細な説明を提供した。
　したがって、添付図面および詳細な説明に記載された構成要素の中には、課題解決のために必須な構成要素だけでなく、上記技術を例示するために、課題解決のためには必須でない構成要素も含まれ得る。そのため、それらの必須ではない構成要素が添付図面や詳細な説明に記載されていることをもって、直ちに、それらの必須ではない構成要素が必須であるとの認定をするべきではない。
　また、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
　本開示の窒化物半導体レーザ素子は、光出力が必要な装置に適用でき、特に、レーザディスプレイやプロジェクタなどの画像表示装置や、レーザ加工やレーザアニールなどの産業用のレーザ機器などの比較的高い光出力が必要な装置に有効である。
　１００１，１００１ａ，１１０１，２００１　　窒化物半導体レーザ素子
　１０１０，１１１０，２０１０　　ｎ－ＧａＮ基板
　１０１１，１０１１ａ，１１１１　　ストライプ溝
　１０１２　　ｎ－クラッド層
　１１１２ａ　　第一のｎ－ＧａＮクラッド層
　１１１２ｂ　　第二のｎ－ＧａＮクラッド層
　１０１３，１１１３，２０２２　　活性層
　１０１４，１１１４　　ｐ－クラッド層
　１０１５，１１１５　　ｐ－コンタクト層
　１０１６，１１１６　　ｐ－オーミック電極
　１０１７，１１１７　　ｐ－パッド電極
　１０１８，１１１８，２０３０　　絶縁膜
　１０１９，１１１９　　電流狭窄用リッジストライプ
　１０２０，１１２０　　ｎ－オーミック電極
　１０８０　　導波光
　１０８５　　吸収損失領域

Claims (11)

  1. 　第一導電型の基板と、
    　前記基板の第一の面に形成されたストライプ状の溝と、
    　前記ストライプ状の溝を覆うように前記第一の面上に形成された、第一導電型のクラッド層、活性層、第二導電型のクラッド層、および第二導電型のコンタクト層を含む積層構造とを備え、
    　前記活性層は、前記ストライプ状の溝に沿って湾曲していることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
  2. 　前記ストライプ状の溝の高さが、前記第二導電型のクラッド層の厚さよりも大きなことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
  3. 　少なくとも前記ストライプ状の溝の内部において、前記積層構造の表面にリッジストライプが形成され、
    　前記リッジストライプの外側で第二導電型のコンタクト層の一部または全部が除去され、前記リッジストライプの幅が前記ストライプ状の溝の幅よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
  4. 　前記第一導電型の基板およびクラッド層の第一導電型不純物の濃度が、前記第二導電型のクラッド層の第二導電型不純物濃度よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
  5. 　前記第一導電型のクラッド層は、前記ストライプ状の溝の形状に沿って窪みを有することを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
  6. 　前記活性層、前記第二導電型のクラッド層は、前記ストライプ状の溝の形状に沿って窪みを有し、前記第二導電型のコンタクト層は前記窪みの内側に配置されることを特徴とする請求項５に記載の窒化物半導体レーザ素子。
  7. 　第一導電型の基板と、
    　前記基板の上に形成された前記第一導電型のクラッド層と、
    　前記第一導電型のクラッド層の第一の面上に形成されたストライプ状の溝と、
    　前記ストライプ状の溝を覆うように前記第一の面上に形成された、活性層、第二導電型のクラッド層、および前記第二導電型のコンタクト層を含む積層構造とを備え、
    　前記活性層は、前記ストライプ状の溝に沿って湾曲していることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
  8. 　前記ストライプ状の溝の高さが、前記第二導電型のクラッド層の厚さよりも大きなことを特徴とする請求項７に記載の窒化物半導体レーザ素子。
  9. 　少なくとも前記ストライプ状の溝の内部において、前記積層構造の表面にリッジストライプが形成され、
    　前記リッジストライプの外側で第二導電型のコンタクト層の一部または全部が除去され、前記リッジストライプの幅が前記ストライプ状の溝の幅よりも小さいことを特徴とする請求項７に記載の窒化物半導体レーザ素子。
  10. 　前記第一導電型の基板およびクラッド層の第一導電型不純物の濃度が、前記第二導電型のクラッド層の第二導電型不純物濃度よりも低いことを特徴とする請求項７に記載の窒化物半導体レーザ素子。
  11. 　前記活性層、前記第二導電型のクラッド層は、前記ストライプ状の溝の形状に沿って窪みを有し、前記第二導電型のコンタクト層は前記窪みの内側に配置されることを特徴とする請求項７に記載の窒化物半導体レーザ素子。
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