WO2019130655A1 - 窒化物半導体レーザ素子 - Google Patents

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WO2019130655A1
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nitride semiconductor
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semiconductor laser
laser device
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真生 川口
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パナソニック株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
    • H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/34—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

Definitions

  • the present disclosure relates to a nitride semiconductor laser device.
  • nitride semiconductor laser devices are used in various applications.
  • a nitride semiconductor laser device having a low oscillation threshold is required to reduce power consumption.
  • it is effective to reduce the number of quantum well layers, and it is most effective to set the number of quantum well layers to one (see Patent Document 1).
  • the number of quantum well layers is 1, the light intensity distribution is broadened, and the overlap between the quantum well layers and light (light confinement coefficient ⁇ v) is reduced.
  • the light confinement coefficient ⁇ v decreases, the amplification efficiency of light decreases, and the oscillation threshold increases. Thereby, at least a part of the reduction effect of the oscillation threshold by setting the number of quantum well layers to 1 is offset.
  • the light intensity distribution is broadened, light leakage to a doped cladding layer having a high light absorptivity, particularly to a p-type cladding layer heavily doped with Mg, is increased, thereby increasing the waveguide loss ⁇ i. This reduces the slope efficiency.
  • the In composition ratio of the light guide layer made of InGaN disposed between the quantum well layer and the cladding layer is 2%.
  • the film thickness is 6% or less
  • the film thickness of the n-type cladding layer is 65% or more and 85% or less of the total film thickness of the n-type cladding layer and the p-type cladding layer.
  • the present disclosure solves such a problem, and provides a nitride semiconductor laser device in which the light output is increased by reducing the oscillation threshold and the waveguide loss, and further suppressing the oscillation of the high-order mode.
  • the purpose is to
  • a nitride semiconductor laser device is disposed above a first cladding layer of a first conductivity type made of a nitride semiconductor and the first cladding layer.
  • the first light guide layer includes a first adjacent layer adjacent to the active layer, and a first separation layer farther from the active layer than the first adjacent layer
  • the second light guide layer may include a second adjacent layer adjacent to the active layer; A second separation layer separated from the active layer from the adjacent layer, and the first adjacent layer, the second adjacent layer, the first separation layer, and
  • the oscillation threshold can be reduced in principle compared to the semiconductor laser device having a plurality of quantum well layers.
  • the semiconductor laser device having a single quantum well structure since the number of quantum well layers having high refractive index is reduced, the light intensity distribution generally spreads, and the overlap between the light and the active layer It may decrease, leading to a decrease in oscillation threshold.
  • the nitride semiconductor laser device according to the present disclosure includes the first adjacent layer and the second adjacent layer having a relatively high refractive index adjacent to the active layer, the nitride semiconductor laser of the comparative example having a multiple quantum well structure.
  • a light intensity distribution similar to that of the device can be formed. Therefore, according to the nitride semiconductor laser device according to the present disclosure, the reduction effect of the oscillation threshold due to the single quantum well structure can be maximally exhibited. Furthermore, since the first light guide layer and the second light guide layer adjacent to the active layer have a configuration in which the refractive index increases in order as they approach the active layer, light can be confined in the vicinity of the active layer. Therefore, it is possible to reduce the waveguide loss ⁇ i and the oscillation threshold of the nitride semiconductor laser device, and to suppress the oscillation of the high-order mode. Therefore, the slope efficiency and the light output of the nitride semiconductor laser device can be increased.
  • the In composition ratio of the first adjacent layer and the second adjacent layer may be 1% or more and 2.6% or less.
  • the difference between the equivalent refractive index in the light propagation region of the nitride semiconductor laser device and the equivalent refractive index in the region outside the nitride semiconductor laser device can be made about 5 ⁇ 10 ⁇ 3 or more, so that light can be confined in the waveguide. it can. Accordingly, the transverse mode of light can be stabilized, and the waveguide loss and the oscillation threshold current density can be further reduced.
  • each of the first separation layer and the second separation layer may include a plurality of layers in which the In composition ratio decreases with distance from the active layer.
  • each of the first separation layer and the second separation layer includes a plurality of layers whose refractive index decreases with distance from the active layer.
  • the shapes of the refractive index distributions of the first light guide layer and the second light guide layer can be made closer to a shape that can obtain an ideal light intensity distribution. Therefore, the waveguide loss and the oscillation threshold can be further reduced.
  • the layer farthest from the active layer is GaN. It may consist of
  • the first adjacent layer and the second adjacent layer having a high In composition ratio are disposed at the position adjacent to the active layer, and the first light guide layer and the second light guide layer are most distant from the active layer.
  • the plurality of layers in each of the first separation layer and the second separation layer, is a layer made of GaN most distant from the active layer;
  • the In composition ratio may include two or more layers greater than 0.
  • each of the first light guide layer and the second light guide layer includes three or more layers whose refractive index decreases with distance from the active layer
  • the first light guide layer and the second light guide layer It is possible to make the shape of the refractive index distribution closer to the shape from which an ideal light intensity distribution can be obtained.
  • the light confinement coefficient ⁇ v can be increased while increasing the light confinement coefficient ⁇ v.
  • the waveguide loss ⁇ i can be kept low. Thereby, the oscillation threshold can be further reduced.
  • a light confinement structure for confining light in the stacking direction and the direction perpendicular to the laser oscillation direction is formed closer to the second cladding layer than the active layer.
  • the second separation layer may have more layers than the first separation layer.
  • the oscillation threshold can be further reduced by confining light in the stacking direction and the direction perpendicular to the laser oscillation direction by such a light confinement structure.
  • light loss may occur due to the light confinement structure when the light intensity distribution spreads.
  • the first adjacent layer is smaller in film thickness than a layer in contact with the first adjacent layer of the first separation layer
  • the second adjacent layer is The film thickness may be smaller than a layer in contact with the second adjacent layer of the second separation layer.
  • the first conductivity type may be n-type
  • the second conductivity type may be p-type
  • a ridge portion may be formed in the second cladding layer as the light confinement structure.
  • a nitride semiconductor laser device in which the optical output is increased by reducing the oscillation threshold and the waveguide loss, and further suppressing the oscillation of the high-order mode.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the entire configuration of a nitride semiconductor laser device according to the embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the entire configuration of a nitride semiconductor laser device of a comparative example.
  • FIG. 3 is a view showing the structure of the light emitting layer of the nitride semiconductor laser device according to the embodiment and the nitride semiconductor laser device of the comparative example, the refractive index, and the distribution of light.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the In composition ratio of the first adjacent layer and the second adjacent layer of the nitride semiconductor laser device according to the embodiment, the oscillation threshold current density, and the equivalent refractive index difference ⁇ n.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the In composition ratio of the first adjacent layer and the second adjacent layer of the nitride semiconductor laser device according to the embodiment, the oscillation threshold current density, and the equivalent refractive index difference ⁇ n.
  • FIG. 5A is a schematic cross-sectional view showing a first step of a method of manufacturing a nitride semiconductor laser device according to the embodiment.
  • FIG. 5B is a schematic cross-sectional view showing a second step of the method for manufacturing the nitride semiconductor laser device according to the embodiment.
  • FIG. 5C is a schematic cross sectional view showing the third step of the method for manufacturing the nitride semiconductor laser device according to the embodiment.
  • FIG. 5D is a schematic cross-sectional view showing a fourth step of the method for manufacturing the nitride semiconductor laser device according to the embodiment.
  • FIG. 5E is a schematic cross sectional view showing a fifth step of the method for manufacturing the nitride semiconductor laser device according to the embodiment.
  • FIG. 5F is a schematic cross-sectional view showing a sixth step of the method for manufacturing the nitride semiconductor laser device according to the embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the entire configuration of a nitride semiconductor laser device according to a modification.
  • each drawing is a schematic view, and is not necessarily illustrated exactly. Therefore, the scale and the like do not necessarily match in each figure.
  • substantially the same components are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions will be omitted or simplified.
  • the terms “upper” and “lower” do not refer to the upward direction (vertically upward) and downward direction (vertically downward) in absolute space recognition, but are based on the stacking order in the lamination configuration. It is used as a term defined by the relative positional relationship to Also, the terms “upper” and “lower” are not only used when two components are spaced apart from one another and there is another component between the two components, but two components It applies also when arrange
  • Embodiment A nitride semiconductor laser device according to the embodiment will be described.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the entire configuration of a nitride semiconductor laser device 100 according to the present embodiment.
  • FIG. 1 also shows an enlarged view of the light emitting layer 103 of the nitride semiconductor laser device 100.
  • the nitride semiconductor laser device 100 is a laser device including a nitride semiconductor layer.
  • the nitride semiconductor laser device 100 is a semiconductor laser device having two end faces forming a resonator.
  • FIG. 1 a cross section perpendicular to the laser oscillation direction of the nitride semiconductor laser device 100 is shown.
  • the nitride semiconductor laser device 100 includes a substrate 101, a first cladding layer 102, a light emitting layer 103, an electron barrier layer 104, a second cladding layer 105, and a contact layer 106.
  • the insulating layer 107, the second conductive electrode 108, the pad electrode 109, and the first conductive electrode 110 are provided.
  • the substrate 101 is a base of the nitride semiconductor laser device 100.
  • the substrate 101 is an n-type hexagonal GaN substrate whose main surface is the (0001) plane.
  • the substrate 101 is not limited to a GaN substrate, and may be a substrate on which a nitride semiconductor layer can be stacked.
  • the substrate 101 may be a SiC substrate, a sapphire substrate, or the like.
  • the first cladding layer 102 is disposed above the substrate 101 and is a cladding layer of the first conductivity type made of a nitride semiconductor.
  • the first cladding layer 102 is made of Al x Ga 1 -xN (0 ⁇ x ⁇ 1).
  • the first conductivity type is n-type.
  • the Si concentration in the first cladding layer 102 is 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 .
  • the configuration of the first cladding layer 102 is not limited to this.
  • the first cladding layer 102 may be an Al x Ga 1 -x N (0 ⁇ x ⁇ 1) layer of the first conductivity type having a thickness of 1 ⁇ m or more.
  • the light emitting layer 103 is a layer made of a nitride semiconductor disposed above the first cladding layer 102 and includes a light emitting layer. As shown in FIG. 1, the light emitting layer 103 includes a first light guide layer 120, an active layer 130, and a second light guide layer 140.
  • the first light guide layer 120 is a layer made of a nitride semiconductor disposed above the first cladding layer 102.
  • the first light guide layer 120 has a higher refractive index than the first cladding layer 102 and guides light.
  • the first light guide layer 120 includes a first adjacent layer 120 a adjacent to the active layer 130 and a first separation layer 120 b farther from the active layer 130 than the first adjacent layer 120 a.
  • the first adjacent layer 120 a and the first separation layer 120 b are formed of an In x Ga 1-x N layer (0 ⁇ x ⁇ 1) having a refractive index smaller than that of the active layer 130, and the first adjacent layer 120 a is a first separation layer.
  • the In composition ratio is larger than that of the layer 120 b. Note that the In composition ratio is the ratio of In in the element of Group 13 (Group IIIA) contained in the nitride semiconductor.
  • the first spacing layer 120 b includes a plurality of first spacing element layers in which the In composition ratio decreases with distance from the active layer 130.
  • the first spacing layer 120 b includes two first spacing element layers 122 and 123. The distance from the active layer 130 in the order of the first spacing element layer 122 and the first spacing element layer 123 decreases the In composition ratio.
  • the first separation element layer 123 is made of undoped GaN and has a film thickness of 200 nm.
  • the active layer 130 is a layer formed of a nitride semiconductor disposed above the first light guide layer 120, and has a single quantum well structure including a single well layer.
  • the second light guide layer 140 is a layer made of a nitride semiconductor disposed above the active layer 130.
  • the second light guide layer 140 has a higher refractive index than the second cladding layer 105, and guides light.
  • the second light guide layer 140 includes a second adjacent layer 140a adjacent to the active layer 130 and a second separation layer 140b farther from the active layer 130 than the second adjacent layer 140a.
  • Second adjacent layer 140a and the second spacing layer 140b has a refractive index is a small In x Ga 1-x N layer than the active layer 130 (0 ⁇ x ⁇ 1) , the second adjacent layer 140a, the second spacing
  • the In composition ratio is larger than that of the layer 140 b.
  • the second spacing layer 140 b includes a plurality of second spacing element layers in which the In composition ratio decreases with distance from the active layer 130.
  • the second spacing layer 140 b includes three second spacing element layers 142, 143 and 144. The distance from the active layer 130 to the second separation element layer 142, the second separation element layer 143, and the second separation element layer 144 in this order decreases the In composition ratio.
  • the second separation element layer 144 is made of undoped GaN and has a film thickness of 5 nm.
  • the electron barrier layer 104 is a layer that suppresses the leakage of electrons from the light emitting layer 103 to the second cladding layer.
  • the configuration of the electron barrier layer 104 is not limited to this, as long as it can realize a function of suppressing the leakage of electrons from the light emitting layer 103 to the second cladding layer.
  • the second cladding layer 105 is a layer of a second conductivity type formed of a nitride semiconductor, disposed above the second light guide layer 140.
  • the second cladding layer 105 is made of Al x Ga 1 -xN (0 ⁇ x ⁇ 1).
  • the second conductivity type is p-type.
  • the second cladding layer 105 includes a Mg-doped p-type AlGaN / GaN superlattice layer.
  • the Mg concentration in the second cladding layer 105 is 1 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 .
  • the AlGaN / GaN superlattice layer 200 layers of an AlGaN layer having an average composition ratio of Al of 3% and a GaN layer having a film thickness of 1.5 nm and a GaN layer having a film thickness of 1.5 nm are alternately stacked.
  • the configuration of the second cladding layer 105 is not limited to this.
  • the second cladding layer 105 may be an Al x Ga 1 -xN (0 ⁇ x ⁇ 1) layer of the second conductivity type having a thickness of 0.1 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less.
  • a ridge portion 111 with a width of 15 ⁇ m is formed as a light confinement structure for confining light in the stacking direction and the direction perpendicular to the laser oscillation direction.
  • the contact layer 106 is a layer formed of a nitride semiconductor of the second conductivity type disposed above the second cladding layer 105.
  • the contact layer 106 is a GaN layer doped with Mg and having a thickness of 50 nm.
  • the Mg concentration in the contact layer 106 is 1 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 .
  • the configuration of the contact layer 106 is not limited to this.
  • the contact layer 106 may be a GaN layer of the second conductivity type doped with Mg.
  • the insulating layer 107 is a layer made of an insulating material disposed above the second cladding layer 105.
  • the insulating layer 107 is a layer made of SiO 2 which is disposed on a part and side surface of the upper surface of the contact layer 106 and the upper surface of the second cladding layer 105 and has a thickness of 200 nm.
  • the configuration of the insulating layer 107 is not limited to this.
  • the insulating layer 107 may be a layer formed of an insulating material having a thickness of 100 nm to 500 nm.
  • the second conductive side electrode 108 is a layer made of a conductive material disposed above the contact layer 106.
  • the second conductive side electrode 108 contacts the contact layer 106.
  • the second conductive electrode 108 is a laminated film in which Pd having a film thickness of 40 nm and Pt having a film thickness of 35 nm are laminated in order from the contact layer 106 side.
  • the film thickness and film configuration of each metal film of the second conductive side electrode 108 are not limited to this.
  • the second conductive side electrode 108 may be, for example, a single layer film or a multilayer film formed of at least one of Cr, Ti, Ni, Pd, Pt and Au.
  • the second conductive electrode 108 may also be formed on the insulating layer 107.
  • the pad electrode 109 is a pad-like electrode disposed above the second conductive electrode 108.
  • the dimension in the longitudinal direction (that is, the laser oscillation direction) of the ridge portion 111 of the pad electrode 109 is 900 ⁇ m, and the laser oscillation direction in parallel to the main surface of the substrate 101
  • the dimension in the direction perpendicular to is 150 ⁇ m.
  • the pad electrode 109 is a laminated film in which Ti having a film thickness of 100 nm, Pt having a film thickness of 35 nm, and Au having a film thickness of 1500 nm are laminated in order from the second conductive electrode 108 side.
  • the film thickness and film configuration of each metal film of the pad electrode 109 are not limited to this.
  • the pad electrode 109 may be, for example, a laminated film of Ti and Au, Ni and Au.
  • the first conductive side electrode 110 is an electrode disposed below the substrate 101.
  • the first conductive side electrode 110 is a laminated film in which Ti having a film thickness of 5 nm, Pt having a film thickness of 10 nm, and Au having a film thickness of 1000 nm are sequentially stacked from the substrate 101 side.
  • the film thickness and film configuration of each metal film of the first conductive side electrode 110 are not limited to this.
  • the first conductive side electrode 110 may be, for example, a laminated film of Ti and Au.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the entire configuration of a nitride semiconductor laser device 900 of the comparative example.
  • FIG. 2 also shows an enlarged view of the light emitting layer 903 of the nitride semiconductor laser device 900.
  • the nitride semiconductor laser device 900 of the comparative example shown in FIG. 2 is different in the configuration of the light emitting layer 903 from the nitride semiconductor laser device 100 according to the present embodiment, and the other configuration is the same.
  • the light emitting layer 903 of the nitride semiconductor laser device 900 of the comparative example includes a first light guide layer 920, an active layer 930, and a second light guide layer 940.
  • the first light guide layer 920 includes the first spacing element layers 122 and 123 according to the present embodiment.
  • the second light guide layer 940 includes the second spacing element layers 142, 143, and 144 according to the present embodiment.
  • the active layer 930 includes quantum well layers 931 and 932 and a barrier layer 933. That is, the nitride semiconductor laser device 900 of the comparative example is a double quantum well type semiconductor laser device.
  • the configuration of the quantum well layers 931 and 933 is the same as that of the active layer 130 according to the present embodiment.
  • the barrier layer 933 is a layer having a film thickness of 10 nm and made of GaN.
  • FIG. 3 is a view showing the structure of the light emitting layer of the nitride semiconductor laser device 100 according to the present embodiment and the nitride semiconductor laser device 900 of the comparative example, and the distribution of refractive index and light.
  • the layer configuration of the light emitting layer of each nitride semiconductor laser device is shown, and the refractive index distribution of each layer is schematically shown by a solid line on the right of the figure showing the layer configuration.
  • the outline of the light intensity distribution corresponding to the refractive index distribution of the light emitting layer is shown by a broken line.
  • the semiconductor laser device having a single quantum well structure as in the nitride semiconductor laser device 100 according to the present embodiment, when focusing on only the quantum well structure, the principle is more fundamental than the semiconductor laser device having a plurality of quantum well layers. Oscillation threshold can be reduced. On the other hand, focusing on the light intensity distribution, in the semiconductor laser device having a single quantum well structure, the number of quantum well layers having a high refractive index decreases, so the light intensity distribution generally spreads, and the overlap between the light and the active layer 130 May reduce the oscillation threshold.
  • the nitride semiconductor laser device 100 since the nitride semiconductor laser device 100 according to the present embodiment includes the first adjacent layer 120a and the second adjacent layer 140a which are adjacent to the active layer 130 and have a relatively high refractive index, they have a double quantum well structure. A light intensity distribution similar to that of the nitride semiconductor laser device 900 of the comparative example can be formed. Therefore, according to nitride semiconductor laser device 100 in accordance with the present embodiment, the effect of reducing the oscillation threshold due to the single quantum well structure can be maximized. Furthermore, since the first light guide layer 120 and the second light guide layer 140 adjacent to the active layer 130 have a configuration in which the refractive index increases in order as they approach the active layer 130, light is confined in the vicinity of the active layer 130. be able to.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the In composition ratio of the first adjacent layer 120a and the second adjacent layer 140a of the nitride semiconductor laser device 100 according to the present embodiment, the oscillation threshold current density, and the equivalent refractive index difference ⁇ n. It is.
  • the relationship between the In composition ratio and the oscillation threshold current density is shown by a solid line
  • the relationship between the In composition ratio and the equivalent refractive index difference ⁇ n is shown by a broken line.
  • the oscillation threshold current density is required to be about 2 kA / cm 2 or less in order to reduce power consumption. As shown in FIG. 4, the oscillation threshold current density can be maintained at 2 kA / cm 2 or less by setting the In composition ratio of the first adjacent layer 120 a and the second adjacent layer 140 a to 1% or more and 3% or less. .
  • the equivalent refractive index difference ⁇ n is less than 5 ⁇ 10 ⁇ 3 , the light can not be sufficiently confined in the waveguide, so the transverse mode of the laser light becomes unstable, and the nitride semiconductor laser device 100 In the graph showing the current-light output characteristics of B, a bend called a kink occurs.
  • the equivalent refractive index difference ⁇ n is set to 5 ⁇ 10 ⁇ 3 or more. Therefore, the light can be confined in the waveguide and the occurrence of kink can be suppressed.
  • the In composition ratio of the first adjacent layer 120a and the second adjacent layer is 1% or more and 2.6% or less. Therefore, the transverse mode of light can be stabilized, and the waveguide loss and the oscillation threshold current density can be reduced.
  • the second separation element layer 144 is made of GaN.
  • the first adjacent layer 120a and the second adjacent layer 140a having a high In composition ratio are disposed at positions adjacent to the active layer 130, and the active layer 130 of the first light guide layer 120 and the second light guide layer 140 is disposed.
  • the first separation layer 120 b and the second separation layer 140 b include a layer made of GaN farthest from the active layer 130 and two or more layers having an In composition ratio larger than zero.
  • the first light guide layer 120 and the second light guide layer 140 since each of the first light guide layer 120 and the second light guide layer 140 includes three or more layers whose refractive index decreases with distance from the active layer 130, the first light guide layer 120 and the second light guide layer It is possible to make the shape of the refractive index distribution of the light guide layer 140 closer to the shape that can obtain an ideal light intensity distribution.
  • the light confinement coefficient ⁇ ⁇ v is increased. Also, the waveguide loss ⁇ i can be kept low. Thereby, the oscillation threshold can be further reduced.
  • a light confinement structure for confining light in the stacking direction and the direction perpendicular to the laser oscillation direction is formed on the side closer to the second cladding layer 105 than the active layer 130, and the second separation layer 140b is The number of layers is larger than that of the first separation layer 120b.
  • the oscillation threshold can be further reduced by confining light in the stacking direction and the direction perpendicular to the laser oscillation direction by such a light confinement structure.
  • the second cladding layer 105 having the light confinement structure when the light intensity distribution spreads, there is a possibility that light loss may occur due to the light confinement structure.
  • the light intensity distribution on the second cladding layer 105 side can be made closer to a more ideal distribution by increasing the number of layers of the second light guide layer disposed on the second cladding layer 105 side. . Therefore, the loss of light generated in the light confinement structure can be suppressed.
  • the first adjacent layer 120a is smaller in thickness than the layer in contact with the first adjacent layer 120a of the first separation layer 120b
  • the second adjacent layer 140a is the second one of the second separation layer 140b.
  • the film thickness is smaller than that of the layer in contact with the adjacent layer 140a.
  • FIGS. 5A to 5F are schematic cross-sectional views showing each step of the method for manufacturing the nitride semiconductor laser device 100 according to the present embodiment.
  • the substrate 101 is prepared, and the first cladding layer 102, the light emitting layer 103, the electron barrier layer 104, the second cladding layer 105, and the contact layer are sequentially formed on the substrate 101 from the substrate 101 side.
  • Form 106 the layers are formed by metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD).
  • a mask 107A made of SiO 2 or the like is formed on the contact layer 106.
  • the mask 107A having a film thickness of about 300 nm is formed by, for example, thermal CVD.
  • the mask 107A is patterned.
  • part of the mask 107 a is selectively removed by a photolithography method and an etching method using hydrofluoric acid.
  • a belt-like mask 107A having a width of 15 ⁇ m is formed.
  • the longitudinal direction (that is, the laser oscillation direction) of the strip portion of the mask 107A is determined in consideration of forming a resonant end face using the natural cleavage plane (m-plane) of the substrate 101 which is hexagonal GaN. Parallel to the m-axis direction of hexagonal GaN.
  • the contact layer 106 and the second cladding layer 105 are etched using the mask 107A formed in a strip shape to form a ridge portion 111 on the contact layer 106 and the second cladding layer 105.
  • ICP inductively coupled plasma
  • the mask 107A is removed by an etching method using hydrofluoric acid or the like, and then an insulating layer 107 is formed so as to cover the contact layer 106 and the second cladding layer 105.
  • the insulating layer 107 SiO 2 having a film thickness of 200 nm, for example, is formed by plasma CVD.
  • FIG. 5E only the insulating layer 107 on the ridge portion 111 is removed by a photolithography method and an etching method to expose the upper surface of the contact layer 106.
  • a resist pattern is formed on portions other than the exposed portion of the contact layer 106.
  • a metal laminated film in which Pd and Pt are laminated is formed on the contact layer 106 exposed at least on the ridge portion 111 by, for example, electron beam (EB) evaporation.
  • EB electron beam
  • the resist pattern and the metal laminated film on the resist pattern are removed by a lift-off method to form the second conductive side electrode 108.
  • a pad electrode 109 is formed to cover the second conductive side electrode 108 and the insulating layer 107.
  • a resist is patterned by photolithography in a portion where the pad electrode 109 is not formed, and a metal laminated film in which Ti, Pt and Au are laminated by vacuum evaporation or the like on the entire surface above the substrate 101 is formed. Use a lift-off method to remove unnecessary parts.
  • the pad electrode 109 having a predetermined shape is formed.
  • the first conductive side electrode 110 is formed on the lower surface of the substrate 101 (that is, the surface opposite to the surface on which the ridge portion 111 is formed). Specifically, for example, the lower surface of the substrate 101 is polished with a diamond slurry to reduce the thickness of the substrate 101 to about 100 ⁇ m. Thereafter, a first conductive side electrode 110 made of a metal laminated film in which Ti, Pt and Au are laminated is formed on the lower surface of the substrate 101 by EB evaporation, for example.
  • a nitride semiconductor laser device 100 as shown in FIG. 5F is formed.
  • each of the first separation layer 120b and the second separation layer 140b includes a plurality of layers, but at least one of the first separation layer 120b and the second separation layer 140b is a single layer. It may be.
  • a nitride semiconductor laser device according to such a modification will be described with reference to FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the entire configuration of a nitride semiconductor laser device 200 according to a modification.
  • the nitride semiconductor laser device 200 includes a substrate 101, a first cladding layer 102, a light emitting layer 203, an electron barrier layer 104, a second cladding layer 105, and a contact layer 106.
  • the insulating layer 107, the second conductive electrode 108, the pad electrode 109, and the first conductive electrode 110 are provided.
  • the nitride semiconductor laser device 200 is different in the configuration of the light emitting layer 203 from the nitride semiconductor laser device 100 according to the embodiment, and the other configurations are the same.
  • the light emitting layer 203 includes a first light guide layer 220, an active layer 130, and a second light guide layer 240.
  • the first light guide layer 220 includes a first adjacent layer 220a and a first separation layer 220b having a smaller In composition ratio than the first adjacent layer 220a
  • the second light guide layer 240 includes a second adjacent layer 240a and a second adjacent layer 240a.
  • a second separation layer 240b having a smaller In composition ratio than the first adjacent layer 220a.
  • the first adjacent layer 220a and the second adjacent layer 240a respectively have the same configuration as the first adjacent layer 120a and the second adjacent layer 140a in the embodiment.
  • the first separation layer 220b is formed of a single In x Ga 1-x N layer (0 ⁇ x ⁇ 1).
  • the second separation layer 240 b includes two second separation element layers 143 and 144.
  • active layer 130 has a single quantum well structure and is adjacent to active layer 130 as in nitride semiconductor laser device 100 according to the embodiment.
  • the first light guide layer 220 and the second light guide layer 240 have a configuration in which the refractive index increases in order as they approach the active layer 130. Therefore, also in the nitride semiconductor laser device 200, as in the nitride semiconductor laser device 100, the oscillation threshold and the waveguide loss ⁇ i can be reduced.
  • the ridge portion 111 is formed in the second cladding layer 105 as the light confinement structure, but the light confinement structure is a structure that confines light in the stacking direction and the direction perpendicular to the laser oscillation direction. I hope there is.
  • a layer having a refractive index lower than that of the second cladding layer may be embedded in the second cladding layer.
  • the nitride semiconductor laser device 100 includes the electron barrier layer 104 in the above embodiment, the nitride semiconductor laser device may not necessarily include the electron barrier layer 104.
  • the nitride semiconductor laser device of the present disclosure can be applied to, for example, a light source for illumination, a light source for processing, etc. as a light source with low power consumption.
  • Nitride semiconductor laser device 101 substrate 102 first clad layer 103, 203, 903 light emitting layer 104 electron barrier layer 105 second clad layer 106 contact layer 107 insulating layer 107A mask 108 second conductive side electrode 109 pad electrode 110 1st conductive side electrode 120, 220, 920 1st light guide layer 120a, 220a 1st adjacent layer 120b, 220b 1st separation layer 122, 123 1st separation element layer 130, 930 active layer 140, 240, 940 2nd Light guide layer 140a, 240a second adjacent layer 140b, 240b second separation layer 142, 143, 144 second separation element layer 931, 932 quantum well layer 933 barrier layer

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Abstract

窒化物半導体レーザ素子（１００）は、第１クラッド層（１０２）と、第１光ガイド層（１２０）と、活性層（１３０）と、第２光ガイド層（１４０）と、第２クラッド層（１０５）と、を備え、活性層（１３０）は単一量子井戸構造を有し、第１光ガイド層（１２０）は活性層（１３０）に隣接した第１隣接層（１２０ａ）と活性層（１３０）から離れた第１離間層（１２０ｂ）と、を備え、第２光ガイド層（１４０）は活性層（１３０）に隣接した第２隣接層（１４０ａ）と活性層（１３０）から離れた第２離間層（１４０ｂ）と、を備え、第１光ガイド層（１２０）及び第２光ガイド層（１４０）は、屈折率が活性層（１３０）よりも小さいＩｎｘＧａ１－ｘＮ層（０≦ｘ＜１）からなり、第１隣接層（１２０ａ）は、第１離間層（１２０ｂ）よりＩｎ組成比率が大きく、第２隣接層（１４０ａ）は、第２離間層（１４０ｂ）よりＩｎ組成比率が大きい。

Description

窒化物半導体レーザ素子
　本開示は、窒化物半導体レーザ素子に関する。
　なお、本願は、平成28年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構　「高輝度・高効率次世代レーザー技術開発／次々世代加工に向けた新規光源・要素技術開発／高効率加工用GaN系高出力・高ビーム品質半導体レーザーの開発」委託研究、産業技術力強化法第19条の適用を受ける特許出願である。
　従来、窒化物半導体レーザ素子が様々な用途で使用されている。特に、照明及び加工用途では、消費電力を低減するために、発振閾値の低い窒化物半導体レーザ素子が求められている。発振閾値を低減するために、量子井戸層数を削減することが効果的であり、量子井戸層数を１とすることが最も効果的である（特許文献１参照）。
　ところが、量子井戸層数を１にすると、光強度分布が広がり、量子井戸層と光とのオーバーラップ（光閉じ込め係数Γｖ）が低下する。光閉じ込め係数Γｖが低下すると、光の増幅効率が低下するため発振閾値が増大する。これにより、量子井戸層数を１にすることによる発振閾値の低減効果の少なくとも一部が相殺される。さらに、光強度分布が広がると、光吸収率が高いドーピングされたクラッド層、特に、Ｍｇがヘビードープされたｐ型クラッド層への光染み出しが増えるため、導波路損失αｉが増加する。これにより、スロープ効率が低下する。
　光強度分布の広がりを抑制するために、特許文献２に記載された半導体レーザ素子においては、量子井戸層とクラッド層との間に配置されたＩｎＧａＮからなる光ガイド層のＩｎ組成比率を２％以上、６％以下とし、かつ、ｎ型クラッド層の膜厚をｎ型クラッド層及びｐ型クラッド層の合計膜厚の６５％以上、８５％以下としている。このように、光ガイド層の屈折率を高めることで光を量子井戸層に集中させ、かつ、光強度分布をｎ型クラッド層側に寄せることで導波路損失αｉを低減しようとしている。
特開平１１－３４０５８０号公報 特開２０１３－１２５９９号公報
　しかしながら、特許文献２に記載された半導体レーザ素子においては、光がｎ型クラッド層側に寄るため、屈折率が高い活性層及び光ガイド層に存在する光の割合が減る。これにより、屈折率導波構造を形成した場合、光導波領域と非導波領域との等価屈折率差が減少し、半導体レーザ素子における基本モードを導波路内に閉じ込めることができなくなるため、意図しない高次モードの発振が発生する。したがって、半導体レーザ素子の光出力が低下する。
　本開示は、このような課題を解決するものであり、発振閾値及び導波路損失を低減し、さらに高次モードの発振を抑制することにより、光出力を増加させた窒化物半導体レーザ素子を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本開示に係る窒化物半導体レーザ素子の一態様は、窒化物半導体からなる第１導電型の第１クラッド層と、前記第１クラッド層の上方に配置された、窒化物半導体からなる第１光ガイド層と、前記第１光ガイド層の上方に配置された、窒化物半導体からなる活性層と、前記活性層の上方に配置された、窒化物半導体からなる第２光ガイド層と、前記第２光ガイド層の上方に配置された、窒化物半導体からなる第２導電型の第２クラッド層と、を備え、前記活性層は、単一の井戸層からなる単一量子井戸構造を有し、前記第１光ガイド層は、前記活性層に隣接した第１隣接層と、前記第１隣接層より前記活性層から離れた第１離間層と、を備え、前記第２光ガイド層は、前記活性層に隣接した第２隣接層と、前記第２隣接層より前記活性層から離れた第２離間層と、を備え、前記第１隣接層、前記第２隣接層、前記第１離間層及び前記第２離間層は、屈折率が前記活性層よりも小さいＩｎｘＧａ１－ｘＮ層（０≦ｘ＜１）からなり、前記第１隣接層は、前記第１離間層よりＩｎ組成比率が大きく、前記第２隣接層は、前記第２離間層よりＩｎ組成比率が大きい。
　このように、単一量子井戸構造を有する半導体レーザ素子においては、量子井戸構造だけに着目すると、複数の量子井戸層を有する半導体レーザ素子より、原理的に発振閾値を低減し得る。一方、光強度分布に着目すると、単一量子井戸構造を有する半導体レーザ素子においては、屈折率が高い量子井戸層が少なくなるため、一般に光強度分布が広がり、光と活性層とのオーバーラップが減少し、発振閾値の低下を招き得る。しかしながら、本開示に係る窒化物半導体レーザ素子は、活性層に隣接し屈折率が比較的高い第１隣接層及び第２隣接層を備えるため、多重量子井戸構造を有する比較例の窒化物半導体レーザ素子と同様の光強度分布を形成し得る。したがって、本開示に係る窒化物半導体レーザ素子によれば、単一量子井戸構造による発振閾値の低減効果を最大限に発揮し得る。さらに、活性層に隣接する第１光ガイド層及び第２光ガイド層が、活性層に近付くにしたがって順に屈折率が高くなる構成を備えるため、光を活性層の近傍に閉じ込めることができる。したがって、窒化物半導体レーザ素子の導波路損失αｉ及び発振閾値を低減し、さらに、高次モードの発振を抑制することができる。よって、窒化物半導体レーザ素子のスロープ効率及び光出力を増加させることができる。
　また、本開示に係る窒化物半導体レーザ素子の一態様において、前記第１隣接層及び前記第２隣接層のＩｎ組成比率は、１％以上、２．６％以下であってもよい。
　これにより、窒化物半導体レーザ素子の光伝播領域における等価屈折率と、その外部の領域における等価屈折率との差を５×１０－３程度以上にできるため、光を導波路内に閉じ込めることができる。これに伴い、光の横モードを安定化でき、かつ、導波路損失及び発振閾値電流密度をより一層低減できる。
　また、本開示に係る窒化物半導体レーザ素子の一態様において、前記第１離間層及び前記第２離間層の各々は、前記活性層から離れるほどＩｎ組成比率が小さくなる複数の層を含んでもよい。
　この場合、第１離間層及び第２離間層の各々は、活性層から離れるほど屈折率が低くなる複数の層を含む。これにより、第１光ガイド層及び第２光ガイド層の屈折率分布の形状を、理想的な光強度分布を得られる形状により一層近づけることが可能となる。したがって、導波路損失及び発振閾値をより一層低減できる。
　また、本開示に係る窒化物半導体レーザ素子の一態様において、前記第１離間層及び前記第２離間層の少なくとも一方において、前記複数の層のうち、前記活性層から最も離れた層が、ＧａＮからなってもよい。
　このように、活性層に隣接する位置にＩｎ組成比率が高い第１隣接層及び第２隣接層を配置し、第１光ガイド層及び第２光ガイド層のうち活性層から最も離れた位置にＩｎＧａＮより屈折率が低いＧａＮからなる層を配置することにより、光閉じ込め係数Γｖを増大させつつも、導波路損失αｉを低く保つことができる。これにより、発振閾値をより一層低減できる。
　また、本開示に係る窒化物半導体レーザ素子の一態様において、前記第１離間層及び前記第２離間層の各々において、前記複数の層は、前記活性層から最も離れたＧａＮからなる層と、Ｉｎ組成比率が０より大きい二つ以上の層と、を含んでもよい。
　このように、第１光ガイド層及び第２光ガイド層の各々が、活性層から離れるほど屈折率が低くなる三つ以上の層を含むため、第１光ガイド層及び第２光ガイド層の屈折率分布の形状を、理想的な光強度分布を得られる形状により一層近づけることが可能となる。また、第１光ガイド層及び第２光ガイド層のうち活性層から最も離れた位置にＩｎＧａＮより屈折率が低いＧａＮからなる層を配置することにより、光閉じ込め係数Γｖを増大させつつも、導波路損失αｉを低く保つことができる。これにより、発振閾値をより一層低減できる。
　また、本開示に係る窒化物半導体レーザ素子の一態様において、前記活性層より前記第２クラッド層側には、積層方向及びレーザ発振方向に垂直な方向に光を閉じ込める光閉じ込め構造が形成されており、前記第２離間層は、前記第１離間層よりも層数が多くてもよい。
　このような光閉じ込め構造によって光を積層方向及びレーザ発振方向に垂直な方向に閉じ込めることで、さらに発振閾値を低減できる。ここで、光閉じ込め構造を有する第２クラッド層側においては、光強度分布が広がる場合に、光閉じ込め構造によって光の損失が発生するおそれがある。しかしながら、第２クラッド層側に配置された第２光ガイド層の層数を多くすることで、第２クラッド層側の光強度分布をより一層理想的な分布に近付けることが可能となる。したがって、光閉じ込め構造において生じる光の損失を抑制できる。
　また、本開示に係る窒化物半導体レーザ素子の一態様において、前記第１隣接層は、前記第１離間層の前記第１隣接層に接する層より膜厚が小さく、前記第２隣接層は、前記第２離間層の前記第２隣接層に接する層より膜厚が小さくてもよい。
　このように、第１離間層及び第２離間層より屈折率が高い第１隣接層及び第２隣接層の膜厚を小さくすることで、屈折率が高い領域を活性層付近の狭い領域に集中させることができるため、光を活性層付近の狭い領域に集中させることができる。これにより、光閉じ込め係数Γｖの向上による発振閾値低減と、導波路損失αｉの低減によるスロープ効率の向上とが、より一層顕著となる。
　また、本開示に係る窒化物半導体レーザ素子の一態様において、第１導電型は、ｎ型であり、第２導電型は、ｐ型であってもよい。
　また、本開示に係る窒化物半導体レーザ素子の一態様において、前記光閉じ込め構造として、前記第２クラッド層にリッジ部が形成されていてもよい。
　本開示によれば、発振閾値及び導波路損失を低減し、さらに高次モードの発振を抑制することにより、光出力を増加させた窒化物半導体レーザ素子を提供できる。
図１は、実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子の全体構成を示す模式的な断面図である。 図２は、比較例の窒化物半導体レーザ素子の全体構成を示す模式的な断面図である。 図３は、実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子及び比較例の窒化物半導体レーザ素子の発光層の構造並びに屈折率及び光の分布を示す図である。 図４は、実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子の第１隣接層及び第２隣接層のＩｎ組成比率と、発振閾値電流密度及び等価屈折率差Δｎとの関係を示すグラフである。 図５Ａは、実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子の製造方法の第１工程を示す模式的な断面図である。 図５Ｂは、実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子の製造方法の第２工程を示す模式的な断面図である。 図５Ｃは、実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子の製造方法の第３工程を示す模式的な断面図である。 図５Ｄは、実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子の製造方法の第４工程を示す模式的な断面図である。 図５Ｅは、実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子の製造方法の第５工程を示す模式的な断面図である。 図５Ｆは、実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子の製造方法の第６工程を示す模式的な断面図である。 図６は、変形例に係る窒化物半導体レーザ素子の全体構成を示す模式的な断面図である。
　以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、及び、構成要素の配置位置や接続形態などは、一例であって本開示を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
　また、各図は模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、各図において縮尺等は必ずしも一致していない。なお、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
　また、本明細書において、「上方」及び「下方」という用語は、絶対的な空間認識における上方向（鉛直上方）及び下方向（鉛直下方）を指すものではなく、積層構成における積層順を基に相対的な位置関係により規定される用語として用いる。また、「上方」及び「下方」という用語は、２つの構成要素が互いに間隔をあけて配置されて２つの構成要素の間に別の構成要素が存在する場合のみならず、２つの構成要素が互いに接する状態で配置される場合にも適用される。
　（実施の形態）
　実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子について説明する。
　［全体構成］
　まず、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子の全体構成について図面を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子１００の全体構成を示す模式的な断面図である。図１には、窒化物半導体レーザ素子１００の発光層１０３の拡大図が併せて示されている。
　窒化物半導体レーザ素子１００は、窒化物半導体層を含むレーザ素子である。本実施の形態では、窒化物半導体レーザ素子１００は、共振器を形成する二つの端面を有する半導体レーザ素子である。図１においては、窒化物半導体レーザ素子１００のレーザ発振方向に垂直な断面が示されている。
　図１に示されるように、窒化物半導体レーザ素子１００は、基板１０１と、第１クラッド層１０２と、発光層１０３と、電子障壁層１０４と、第２クラッド層１０５と、コンタクト層１０６と、絶縁層１０７と、第２導電側電極１０８と、パッド電極１０９と、第１導電側電極１１０と、を備える。
　基板１０１は、窒化物半導体レーザ素子１００の基材である。本実施の形態では、基板１０１は、主面が（０００１）面であるｎ型六方晶ＧａＮ基板である。基板１０１は、ＧａＮ基板に限定されず、窒化物半導体層を積層し得る基板であればよい。例えば、基板１０１は、ＳｉＣ基板、サファイア基板などであってもよい。
　第１クラッド層１０２は、基板１０１の上方に配置され、窒化物半導体からなる第１導電型のクラッド層である。第１クラッド層１０２は、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０＜ｘ＜１）からなる。本実施の形態では、第１導電型は、ｎ型である。また、第１クラッド層１０２は、Ｓｉがドープされ、２μｍの膜厚を有するＡｌｘＧａ１－ｘＮ（ｘ＝０．０３）層である。第１クラッド層１０２におけるＳｉ濃度は１×１０１７ｃｍ－３である。第１クラッド層１０２の構成はこれに限定されない。第１クラッド層１０２は、１μｍ以上の膜厚を有する第１導電型のＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０＜ｘ＜１）層であればよい。
　発光層１０３は、第１クラッド層１０２の上方に配置された、窒化物半導体からなる層であり、発光する層を含む。図１に示されるように、発光層１０３は、第１光ガイド層１２０と、活性層１３０と、第２光ガイド層１４０と、を備える。
　第１光ガイド層１２０は、第１クラッド層１０２の上方に配置された、窒化物半導体からなる層である。第１光ガイド層１２０は、第１クラッド層１０２より高い屈折率を有し、光をガイドする。第１光ガイド層１２０は、活性層１３０に隣接した第１隣接層１２０ａと、第１隣接層１２０ａより活性層１３０から離れた第１離間層１２０ｂと、を備える。第１隣接層１２０ａ及び第１離間層１２０ｂは、屈折率が活性層１３０よりも小さいＩｎｘＧａ１－ｘＮ層（０≦ｘ＜１）からなり、第１隣接層１２０ａは、第１離間層１２０ｂよりＩｎ組成比率が大きい。なお、Ｉｎ組成比率とは、窒化物半導体に含まれる１３族（ＩＩＩＡ族）の元素におけるＩｎの割合である。
　本実施の形態では、第１隣接層１２０ａは、アンドープＩｎｘＧａ１－ｘＮ（ｘ＝０．０２）からなり、１３ｎｍの膜厚を有する。第１離間層１２０ｂは、活性層１３０から離れるほどＩｎ組成比率が小さくなる複数の第１離間要素層を含む。図１に示される例では、第１離間層１２０ｂは、二つの第１離間要素層１２２及び１２３を含む。第１離間要素層１２２、第１離間要素層１２３の順に活性層１３０から遠ざかり、Ｉｎ組成比率が小さくなる。本実施の形態では、第１離間要素層１２２は、アンドープＩｎｘＧａ１－ｘＮ（ｘ＝０．００８）からなり、４０ｎｍの膜厚を有する。第１離間要素層１２３は、アンドープＧａＮからなり、２００ｎｍの膜厚を有する。
　活性層１３０は、第１光ガイド層１２０の上方に配置された、窒化物半導体からなる層であり、単一の井戸層からなる単一量子井戸構造を有する。本実施の形態では、活性層１３０は、アンドープＩｎｘＧａ１－ｘＮ（ｘ＝０．０６６）からなり、７．５ｎｍの膜厚を有する。
　第２光ガイド層１４０は、活性層１３０の上方に配置された、窒化物半導体からなる層である。第２光ガイド層１４０は、第２クラッド層１０５より高い屈折率を有し、光をガイドする。第２光ガイド層１４０は、活性層１３０に隣接した第２隣接層１４０ａと、第２隣接層１４０ａより活性層１３０から離れた第２離間層１４０ｂと、を備える。第２隣接層１４０ａ及び第２離間層１４０ｂは、屈折率が活性層１３０よりも小さいＩｎｘＧａ１－ｘＮ層（０≦ｘ＜１）からなり、第２隣接層１４０ａは、第２離間層１４０ｂよりＩｎ組成比率が大きい。
　本実施の形態では、第２隣接層１４０ａは、アンドープＩｎｘＧａ１－ｘＮ（ｘ＝０．０２）からなり、１３ｎｍの膜厚を有する。第２離間層１４０ｂは、活性層１３０から離れるほどＩｎ組成比率が小さくなる複数の第２離間要素層を含む。図１に示される例では、第２離間層１４０ｂは、三つの第２離間要素層１４２、１４３及び１４４を含む。第２離間要素層１４２、第２離間要素層１４３、第２離間要素層１４４の順に活性層１３０から遠ざかり、Ｉｎ組成比率が小さくなる。本実施の形態では、第２離間要素層１４２は、アンドープＩｎｘＧａ１－ｘＮ（ｘ＝０．００８）からなり、４０ｎｍの膜厚を有する。第２離間要素層１４３は、アンドープＩｎｘＧａ１－ｘＮ（ｘ＝０．００３）からなり、６７ｎｍの膜厚を有する。第２離間要素層１４４は、アンドープＧａＮからなり、５ｎｍの膜厚を有する。
　電子障壁層１０４は、発光層１０３から第２クラッド層への電子の漏れを抑制する層である。本実施の形態では、電子障壁層１０４は、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（ｘ＝０．３５）からなり、５ｎｍの膜厚を有する。なお、電子障壁層１０４の構成はこれに限定されず、発光層１０３から第２クラッド層への電子の漏れを抑制する機能を実現できる構成であればよい。
　第２クラッド層１０５は、第２光ガイド層１４０の上方に配置された、窒化物半導体からなる第２導電型の層である。第２クラッド層１０５は、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０＜ｘ＜１）からなる。本実施の形態では、第２導電型は、ｐ型である。第２クラッド層１０５は、Ｍｇがドープされたｐ型のＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子層を含む。第２クラッド層１０５におけるＭｇ濃度は１×１０１９ｃｍ－３である。ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子層は、Ａｌの平均組成比が３％であり、１．５ｎｍの膜厚を有するＡｌＧａＮ層と、１．５ｎｍの膜厚を有するＧａＮ層とが交互にそれぞれ２００層積層された層である。第２クラッド層１０５の構成はこれに限定されない。第２クラッド層１０５は、０．１μｍ以上、１μｍ以下の膜厚を有する第２導電型のＡｌｘＧａ１－ｘＮ（０＜ｘ＜１）層であればよい。また、第２クラッド層１０５には、積層方向及びレーザ発振方向に垂直な方向に光を閉じ込める光閉じ込め構造として、幅１５μｍのリッジ部１１１が形成されている。
　コンタクト層１０６は、第２クラッド層１０５の上方に配置された、第２導電型の窒化物半導体からなる層である。本実施の形態では、コンタクト層１０６は、Ｍｇがドープされ、５０ｎｍの膜厚を有するＧａＮ層である。コンタクト層１０６におけるＭｇ濃度は１×１０２０ｃｍ－３である。コンタクト層１０６の構成はこれに限定されない。コンタクト層１０６は、Ｍｇがドープされた第２導電型のＧａＮ層であればよい。
　絶縁層１０７は、第２クラッド層１０５の上方に配置された、絶縁材料からなる層である。本実施の形態では、絶縁層１０７は、コンタクト層１０６の上面の一部及び側面と、第２クラッド層１０５の上面に配置され、２００ｎｍの膜厚を有するＳｉＯ２からなる層である。絶縁層１０７の構成は、これに限定されない。絶縁層１０７は、１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下の膜厚を有する絶縁材料で形成された層であればよい。
　第２導電側電極１０８は、コンタクト層１０６の上方に配置される導電材料からなる層である。第２導電側電極１０８は、コンタクト層１０６と接触する。本実施の形態では、第２導電側電極１０８は、コンタクト層１０６側から順に膜厚４０ｎｍのＰｄ及び膜厚３５ｎｍのＰｔが積層された積層膜である。第２導電側電極１０８の各金属膜の膜厚及び膜構成はこれに限定されない。第２導電側電極１０８は、例えば、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ及びＡｕの少なくとも一つで形成された単層膜又は多層膜であってもよい。また、第２導電側電極１０８は、絶縁層１０７上にも形成されてもよい。
　パッド電極１０９は、第２導電側電極１０８の上方に配置されたパッド状の電極である。本実施の形態では、パッド電極１０９のリッジ部１１１の長手方向（つまり、レーザ発振方向）の寸法は９００μｍであり、リッジ部１１１の幅方向（つまり、基板１０１の主面に平行でレーザ発振方向に垂直な方向）の寸法は１５０μｍである。パッド電極１０９は、第２導電側電極１０８側から順に膜厚１００ｎｍのＴｉ、膜厚３５ｎｍのＰｔ及び膜厚１５００ｎｍのＡｕが積層された積層膜である。パッド電極１０９の各金属膜の膜厚及び膜構成はこれに限定されない。パッド電極１０９は、例えば、Ｔｉ及びＡｕ、Ｎｉ及びＡｕなどの積層膜であってもよい。
　第１導電側電極１１０は、基板１０１の下方に配置される電極である。本実施の形態では、第１導電側電極１１０は、基板１０１側から順に膜厚５ｎｍのＴｉ、膜厚１０ｎｍのＰｔ及び膜厚１０００ｎｍのＡｕが積層された積層膜である。第１導電側電極１１０の各金属膜の膜厚及び膜構成はこれに限定されない。第１導電側電極１１０は、例えば、Ｔｉ及びＡｕなどの積層膜であってもよい。
　［作用及び効果］
　次に、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子１００の作用及び効果について、比較例と比較しながら説明する。図２は、比較例の窒化物半導体レーザ素子９００の全体構成を示す模式的な断面図である。図２には、窒化物半導体レーザ素子９００の発光層９０３の拡大図が併せて示されている。
　図２に示される比較例の窒化物半導体レーザ素子９００は、発光層９０３の構成において、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子１００と相違し、その他の構成において一致する。比較例の窒化物半導体レーザ素子９００の発光層９０３は、第１光ガイド層９２０と、活性層９３０と、第２光ガイド層９４０と、を備える。
　第１光ガイド層９２０は、本実施の形態に係る第１離間要素層１２２及び１２３を備える。第２光ガイド層９４０は、本実施の形態に係る第２離間要素層１４２、１４３及び１４４を備える。活性層９３０は、量子井戸層９３１及び９３２と、障壁層９３３と、を備える。つまり、比較例の窒化物半導体レーザ素子９００は、二重量子井戸型の半導体レーザ素子である。量子井戸層９３１及び９３３の構成は、本実施の形態に係る活性層１３０と同様である。障壁層９３３は、１０ｎｍの膜厚を有し、ＧａＮからなる層である。
　ここで、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子１００と比較例の窒化物半導体レーザ素子９００との発光層の構成を、図３を用いて比較する。図３は、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子１００及び比較例の窒化物半導体レーザ素子９００の発光層の構造並びに屈折率及び光の分布を示す図である。図３においては、各窒化物半導体レーザ素子の発光層の層構成が示されており、各層の屈折率分布が、層構成を示す図の右隣に実線で模式的に示されている。また、発光層の屈折率分布に対応する光強度分布の概要が破線で示されている。
　本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子１００のように単一量子井戸構造を有する半導体レーザ素子においては、量子井戸構造だけに着目すると、複数の量子井戸層を有する半導体レーザ素子より、原理的に発振閾値を低減し得る。一方、光強度分布に着目すると、単一量子井戸構造を有する半導体レーザ素子においては、屈折率が高い量子井戸層が少なくなるため、一般に光強度分布が広がり、光と活性層１３０とのオーバーラップが減少し、発振閾値の低下を招き得る。しかしながら、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子１００は、活性層１３０に隣接し屈折率が比較的高い第１隣接層１２０ａ及び第２隣接層１４０ａを備えるため、二重量子井戸構造を有する比較例の窒化物半導体レーザ素子９００と同様の光強度分布を形成し得る。したがって、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子１００によれば、単一量子井戸構造による発振閾値の低減効果を最大限に発揮し得る。さらに、活性層１３０に隣接する第１光ガイド層１２０及び第２光ガイド層１４０が、活性層１３０に近付くにしたがって順に屈折率が高くなる構成を備えるため、光を活性層１３０の近傍に閉じ込めることができる。したがって、窒化物半導体レーザ素子１００の導波路損失αｉ及び発振閾値を低減し、さらに、高次モードの発振を抑制することができる。よって、窒化物半導体レーザ素子のスロープ効率及び光出力を増加させることができる。
　ここで、第１隣接層１２０ａ及び第２隣接層１４０ａのＩｎ組成比率について、図４を用いて説明する。図４は、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子１００の第１隣接層１２０ａ及び第２隣接層１４０ａのＩｎ組成比率と、発振閾値電流密度及び等価屈折率差Δｎとの関係を示すグラフである。図４には、Ｉｎ組成比率と、発振閾値電流密度との関係が実線で示され、Ｉｎ組成比率と等価屈折率差Δｎとの関係が破線で示されている。
　一般的な半導体レーザ素子においては、消費電力を低減するために、発振閾値電流密度を２ｋＡ／ｃｍ２以下程度とすることが要求される。図４に示されるように、第１隣接層１２０ａ及び第２隣接層１４０ａのＩｎ組成比率を１％以上、３％以下とすることで発振閾値電流密度を２ｋＡ／ｃｍ２以下に保つことができる。
　また、等価屈折率差Δｎが５×１０－３未満である場合には、光を導波路内に十分に閉じ込めることができないため、レーザ光の横モードが不安定となり、窒化物半導体レーザ素子１００の電流光出力特性を示すグラフにキンクと呼ばれる折れ曲がりが生じる。しかしながら、図４に示されるように、第１隣接層１２０ａ及び第２隣接層１４０ａのＩｎ組成比率を２．６％以下とすることで、等価屈折率差Δｎを５×１０－３以上とすることができるため、光を導波路内に閉じ込めることができ、キンクの発生を抑制できる。
　本実施の形態では、上述のとおり第１隣接層１２０ａ及び第２隣接層のＩｎ組成比率は、いずれも１％以上、２．６％以下である。このため、光の横モードを安定化でき、かつ、導波路損失及び発振閾値電流密度を低減できる。
　また、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子１００では、第１離間層１２０ｂ及び第２離間層１４０ｂの少なくとも一方が含む複数の層のうち活性層１３０から最も離れた第１離間要素層１２３及び第２離間要素層１４４がＧａＮからなる。このように、活性層１３０に隣接する位置にＩｎ組成比率が高い第１隣接層１２０ａ及び第２隣接層１４０ａを配置し、第１光ガイド層１２０及び第２光ガイド層１４０のうち活性層１３０から最も離れた位置にＩｎＧａＮより屈折率が低いＧａＮからなる層を配置することにより、光閉じ込め係数Γｖを増大させつつも、導波路損失αｉを低く保つことができる。これにより、発振閾値をより一層低減できる。
　また、第１離間層１２０ｂ及び第２離間層１４０ｂは、活性層１３０から最も離れたＧａＮからなる層と、Ｉｎ組成比率が０より大きい二つ以上の層と、を含む。このように、第１光ガイド層１２０及び第２光ガイド層１４０の各々が、活性層１３０から離れるほど屈折率が低くなる三つ以上の層を含むため、第１光ガイド層１２０及び第２光ガイド層１４０の屈折率分布の形状を、理想的な光強度分布を得られる形状により一層近づけることが可能となる。また、第１光ガイド層１２０及び第２光ガイド層１４０のうち活性層１３０から最も離れた位置にＩｎＧａＮより屈折率が低いＧａＮからなる層を配置することにより、光閉じ込め係数Γｖを増大させつつも、導波路損失αｉを低く保つことができる。これにより、発振閾値をより一層低減できる。
　また、本実施の形態では、活性層１３０より第２クラッド層１０５側には、積層方向及びレーザ発振方向に垂直な方向に光を閉じ込める光閉じ込め構造が形成されており、第２離間層１４０ｂは、第１離間層１２０ｂよりも層数が多い。このような光閉じ込め構造によって光を積層方向及びレーザ発振方向に垂直な方向に閉じ込めることで、さらに発振閾値を低減できる。ここで、光閉じ込め構造を有する第２クラッド層１０５側においては、光強度分布が広がる場合に、光閉じ込め構造によって光の損失が発生するおそれがある。しかしながら、第２クラッド層１０５側に配置された第２光ガイド層の層数を多くすることで、第２クラッド層１０５側の光強度分布をより一層理想的な分布に近付けることが可能となる。したがって、光閉じ込め構造において生じる光の損失を抑制できる。
　また、本実施の形態では、第１隣接層１２０ａは、第１離間層１２０ｂの第１隣接層１２０ａに接する層より膜厚が小さく、第２隣接層１４０ａは、第２離間層１４０ｂの第２隣接層１４０ａに接する層より膜厚が小さい。このように、第１離間層１２０ｂ及び第２離間層１４０ｂより屈折率が高い第１隣接層１２０ａ及び第２隣接層１４０ａの膜厚を小さくすることで、屈折率が高い領域を活性層１３０付近の狭い領域に集中させることができるため、光を活性層付近の狭い領域に集中させることができる。これにより、光閉じ込め係数Γｖの向上による発振閾値低減と、導波路損失αｉの低減によるスロープ効率の向上とが、より一層顕著となる。
　［製造方法］
　次に、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子１００の製造方法について、図５Ａ～図５Ｆを用いて説明する。図５Ａ～図５Ｆは、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子１００の製造方法の各工程を示す模式的な断面図である。
　まず、図５Ａに示されるように、基板１０１を準備し、基板１０１上に、基板１０１側から順に、第１クラッド層１０２、発光層１０３、電子障壁層１０４、第２クラッド層１０５及びコンタクト層１０６を形成する。本実施の形態では、有機金属気相成長法（Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ；ＭＯＣＶＤ）により、各層の成膜を行う。
　次に、図５Ｂに示されるように、コンタクト層１０６上に、ＳｉＯ２などからなるマスク１０７Ａを形成する。本実施の形態では、例えば熱ＣＶＤにより、膜厚３００ｎｍ程度のマスク１０７Ａを形成する。
　続いて、図５Ｃに示されるように、マスク１０７Ａをパターニングする。本実施の形態では、フォトリソグラフィ法及びフッ化水素酸を用いるエッチング法により、マスク１０７ａの一部を選択的に除去する。これにより、例えば幅１５μｍの帯状のマスク１０７Ａを形成する。このとき、六方晶ＧａＮである基板１０１の自然へき開面（ｍ面）を利用して共振端面を形成することを考慮して、マスク１０７Ａの帯状の部分の長手方向（つまり、レーザ発振方向）は六方晶ＧａＮのｍ軸方向に平行とする。
　次に、図５Ｄに示されるように、帯状に形成されたマスク１０７Ａを用いて、コンタクト層１０６及び第２クラッド層１０５をエッチングすることで、コンタクト層１０６及び第２クラッド層１０５にリッジ部１１１を形成する。コンタクト層１０６及び第２クラッド層１０５のエッチングとしては、例えば、誘導結合プラズマ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｐｌａｓｍａ；ＩＣＰ）エッチング法を用いるとよい。
　次に、マスク１０７Ａを、フッ化水素酸などを用いたエッチング法によって除去した後、コンタクト層１０６及び第２クラッド層１０５を覆うように、絶縁層１０７を成膜する。絶縁層１０７としては、プラズマＣＶＤにより、例えば膜厚２００ｎｍのＳｉＯ２を形成する。続いて、フォトリソグラフィ法とエッチング法とにより、図５Ｅに示されるようにリッジ部１１１上の絶縁層１０７のみを除去して、コンタクト層１０６の上面を露出させる。
　次に、コンタクト層１０６の露出部以外にレジストパターンを形成する。続いて、例えば電子ビーム（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｂｅａｍ；ＥＢ）蒸着法により、少なくともリッジ部１１１上において露出したコンタクト層１０６の上に、ＰｄとＰｔとが積層された金属積層膜を形成する。その後、リフトオフ法により、レジストパターンとレジストパターン上の金属積層膜とを除去して、第２導電側電極１０８を形成する。続いて、第２導電側電極１０８及び絶縁層１０７を覆うようにパッド電極１０９を形成する。具体的には、パッド電極１０９を形成しない部分にフォトリソグラフィ法によってレジストをパターニングし、基板１０１の上方の全面に真空蒸着法などによってＴｉ、Ｐｔ及びＡｕが積層された金属積層膜を形成し、リフトオフ法を用いて不要な部分を除去する。このように、所定形状のパッド電極１０９を形成する。さらに、基板１０１の下面（つまり、リッジ部１１１が形成された面とは反対側の面）に第１導電側電極１１０を形成する。具体的には、例えば基板１０１の下面をダイヤモンドスラリにより研磨して、基板１０１の厚さが１００μｍ程度になるまで薄膜化する。その後、例えばＥＢ蒸着法により、基板１０１の下面に、Ｔｉ、Ｐｔ及びＡｕが積層された金属積層膜からなる第１導電側電極１１０を形成する。
　以上のような工程により、図５Ｆに示されるような窒化物半導体レーザ素子１００が形成される。
　（変形例など）
　以上、本開示に係る窒化物半導体レーザ素子について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、上記実施の形態に限定されるものではない。
　例えば、上記実施の形態においては、第１離間層１２０ｂ及び第２離間層１４０ｂの各々は、複数の層を備えたが、第１離間層１２０ｂ及び第２離間層１４０ｂの少なくとも一方は単層であってもよい。ここで、このような変形例に係る窒化物半導体レーザ素子について図６を用いて説明する。図６は、変形例に係る窒化物半導体レーザ素子２００の全体構成を示す模式的な断面図である。図６に示されるように、窒化物半導体レーザ素子２００は、基板１０１と、第１クラッド層１０２と、発光層２０３と、電子障壁層１０４と、第２クラッド層１０５と、コンタクト層１０６と、絶縁層１０７と、第２導電側電極１０８と、パッド電極１０９と、第１導電側電極１１０と、を備える。窒化物半導体レーザ素子２００は、発光層２０３の構成において、実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子１００と相違し、その他の構成において一致する。
　発光層２０３は、第１光ガイド層２２０と、活性層１３０と、第２光ガイド層２４０と、を備える。第１光ガイド層２２０は、第１隣接層２２０ａと、第１隣接層２２０ａよりＩｎ組成比率が小さい第１離間層２２０ｂと、を備え、第２光ガイド層２４０は、第２隣接層２４０ａと、第１隣接層２２０ａよりＩｎ組成比率が小さい第２離間層２４０ｂと、を備える。第１隣接層２２０ａ及び第２隣接層２４０ａは、それぞれ、実施の形態の第１隣接層１２０ａ及び第２隣接層１４０ａと同様の構成を有する。一方、第１離間層２２０ｂは、実施の形態と異なり、単一のＩｎｘＧａ１－ｘＮ層（０≦ｘ＜１）からなる。また、第２離間層２４０ｂは、二つの第２離間要素層１４３及び１４４を備える。
　このような構成を有する窒化物半導体レーザ素子２００においても、実施の形態に係る窒化物半導体レーザ素子１００と同様に、活性層１３０が単一量子井戸構造を有し、かつ、活性層１３０に隣接する第１光ガイド層２２０及び第２光ガイド層２４０が、活性層１３０に近付くにしたがって順に屈折率が高くなる構成を備える。したがって、窒化物半導体レーザ素子２００においても、窒化物半導体レーザ素子１００と同様に、発振閾値及び導波路損失αｉを低減できる。
　また、上記実施の形態においては、光閉じ込め構造として、第２クラッド層１０５にリッジ部１１１が形成されたが、光閉じ込め構造は、積層方向及びレーザ発振方向に垂直な方向に光を閉じ込める構造であればよい。例えば、第２クラッド層に、第２クラッド層より屈折率が低い層を埋め込んでもよい。
　また、上記実施の形態においては、窒化物半導体レーザ素子１００が電子障壁層１０４を備えたが、窒化物半導体レーザ素子は、必ずしも電子障壁層１０４を備えなくてもよい。
　また、上記実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で上記実施の形態及び変形例における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。
　本開示の窒化物半導体レーザ素子は、消費電力が低い光源として、例えば照明用光源、加工用光源などに適用できる。
　１００、２００、９００　窒化物半導体レーザ素子
　１０１　基板
　１０２　第１クラッド層
　１０３、２０３、９０３　発光層
　１０４　電子障壁層
　１０５　第２クラッド層
　１０６　コンタクト層
　１０７　絶縁層
　１０７Ａ　マスク
　１０８　第２導電側電極
　１０９　パッド電極
　１１０　第１導電側電極
　１２０、２２０、９２０　第１光ガイド層
　１２０ａ、２２０ａ　第１隣接層
　１２０ｂ、２２０ｂ　第１離間層
　１２２、１２３　第１離間要素層
　１３０、９３０　活性層
　１４０、２４０、９４０　第２光ガイド層
　１４０ａ、２４０ａ　第２隣接層
　１４０ｂ、２４０ｂ　第２離間層
　１４２、１４３、１４４　第２離間要素層
　９３１、９３２　量子井戸層
　９３３　障壁層

Claims (9)

  1. 　窒化物半導体からなる第１導電型の第１クラッド層と、
    　前記第１クラッド層の上方に配置された、窒化物半導体からなる第１光ガイド層と、
    　前記第１光ガイド層の上方に配置された、窒化物半導体からなる活性層と、
    　前記活性層の上方に配置された、窒化物半導体からなる第２光ガイド層と、
    　前記第２光ガイド層の上方に配置された、窒化物半導体からなる第２導電型の第２クラッド層と、を備え、
    　前記活性層は、単一の井戸層からなる単一量子井戸構造を有し、
    　前記第１光ガイド層は、前記活性層に隣接した第１隣接層と、前記第１隣接層より前記活性層から離れた第１離間層と、を備え、
    　前記第２光ガイド層は、前記活性層に隣接した第２隣接層と、前記第２隣接層より前記活性層から離れた第２離間層と、を備え、
    　前記第１隣接層、前記第２隣接層、前記第１離間層及び前記第２離間層は、屈折率が前記活性層よりも小さいＩｎｘＧａ１－ｘＮ層（０≦ｘ＜１）からなり、
    　前記第１隣接層は、前記第１離間層よりＩｎ組成比率が大きく、
    　前記第２隣接層は、前記第２離間層よりＩｎ組成比率が大きい
    　窒化物半導体レーザ素子。
  2. 　前記第１隣接層及び前記第２隣接層のＩｎ組成比率は、１％以上、２．６％以下である
    　請求項１記載の窒化物半導体レーザ素子。
  3. 　前記第１離間層及び前記第２離間層の各々は、前記活性層から離れるほどＩｎ組成比率が小さくなる複数の層を含む
    　請求項１又は２記載の窒化物半導体レーザ素子。
  4. 　前記第１離間層及び前記第２離間層の少なくとも一方において、前記複数の層のうち、前記活性層から最も離れた層が、ＧａＮからなる
    　請求項３記載の窒化物半導体レーザ素子。
  5. 　前記第１離間層及び前記第２離間層の各々において、前記複数の層は、前記活性層から最も離れたＧａＮからなる層と、Ｉｎ組成比率が０より大きい二つ以上の層と、を含む
    　請求項４記載の窒化物半導体レーザ素子。
  6. 　前記活性層より前記第２クラッド層側には、積層方向及びレーザ発振方向に垂直な方向に光を閉じ込める光閉じ込め構造が形成されており、
    　前記第２離間層は、前記第１離間層よりも層数が多い
    　請求項３～５の何れか１項に記載の窒化物半導体レーザ素子。
  7. 　前記第１隣接層は、前記第１離間層の前記第１隣接層に接する層より膜厚が小さく、
    　前記第２隣接層は、前記第２離間層の前記第２隣接層に接する層より膜厚が小さい
    　請求項１～６の何れか１項に記載の窒化物半導体レーザ素子。
  8. 　第１導電型は、ｎ型であり、
    　第２導電型は、ｐ型である
    　請求項１～７の何れか１項に記載の窒化物半導体レーザ素子。
  9. 　前記光閉じ込め構造として、前記第２クラッド層にリッジ部が形成されている
    　請求項６記載の窒化物半導体レーザ素子。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022270054A1 (ja) * 2021-06-23 2022-12-29 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 窒化物半導体発光素子

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11340580A (ja) * 1997-07-30 1999-12-10 Fujitsu Ltd 半導体レーザ、半導体発光素子、及び、その製造方法
JP2004140370A (ja) * 2002-10-17 2004-05-13 Samsung Electronics Co Ltd 半導体光電素子
JP2010177651A (ja) * 2009-02-02 2010-08-12 Rohm Co Ltd 半導体レーザ素子
JP2012138508A (ja) * 2010-12-27 2012-07-19 Sumitomo Electric Ind Ltd 窒化ガリウム系半導体発光素子
WO2013061651A1 (ja) * 2011-10-24 2013-05-02 住友電気工業株式会社 窒化物半導体発光素子
JP2014022506A (ja) * 2012-07-17 2014-02-03 Sumitomo Electric Ind Ltd Ｉｉｉ族窒化物半導体レーザ素子、ｉｉｉ族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法
US9042416B1 (en) * 2013-03-06 2015-05-26 Corning Incorporated High-power low-loss GRINSCH laser
US20170155230A1 (en) * 2015-11-30 2017-06-01 Nichia Corporation Semiconductor laser element and method of manufacturing semiconductor laser element

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4512022A (en) * 1982-07-13 1985-04-16 At&T Bell Laboratories Semiconductor laser having graded index waveguide
JP2001210910A (ja) * 1999-11-17 2001-08-03 Mitsubishi Electric Corp 半導体レーザ
JP4161603B2 (ja) * 2001-03-28 2008-10-08 日亜化学工業株式会社 窒化物半導体素子
JP4912386B2 (ja) * 2008-11-26 2012-04-11 シャープ株式会社 ＩｎＧａＮ層の製造方法
JP5651077B2 (ja) * 2011-06-29 2015-01-07 住友電気工業株式会社 窒化ガリウム系半導体レーザ素子、及び、窒化ガリウム系半導体レーザ素子の製造方法
JP2014090090A (ja) * 2012-10-30 2014-05-15 Sumitomo Electric Ind Ltd Ｉｉｉ族窒化物半導体レーザ素子、ｉｉｉ族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11340580A (ja) * 1997-07-30 1999-12-10 Fujitsu Ltd 半導体レーザ、半導体発光素子、及び、その製造方法
JP2004140370A (ja) * 2002-10-17 2004-05-13 Samsung Electronics Co Ltd 半導体光電素子
JP2010177651A (ja) * 2009-02-02 2010-08-12 Rohm Co Ltd 半導体レーザ素子
JP2012138508A (ja) * 2010-12-27 2012-07-19 Sumitomo Electric Ind Ltd 窒化ガリウム系半導体発光素子
WO2013061651A1 (ja) * 2011-10-24 2013-05-02 住友電気工業株式会社 窒化物半導体発光素子
JP2014022506A (ja) * 2012-07-17 2014-02-03 Sumitomo Electric Ind Ltd Ｉｉｉ族窒化物半導体レーザ素子、ｉｉｉ族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法
US9042416B1 (en) * 2013-03-06 2015-05-26 Corning Incorporated High-power low-loss GRINSCH laser
US20170155230A1 (en) * 2015-11-30 2017-06-01 Nichia Corporation Semiconductor laser element and method of manufacturing semiconductor laser element

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022270054A1 (ja) * 2021-06-23 2022-12-29 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 窒化物半導体発光素子

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