(57)【要約】【課題】  活性層での水平方向の光分布をより均一にすることができ、内部量子効率を向上させることができる半導体レーザ素子とその半導体レーザ素子を含む応用システムとを提供する。【解決手段】  ｐ型クラッド層とｎ型クラッド層と活性層とを含み、ｐ型クラッド層はｐ型不純物としてＭｇを含み、ｐ型クラッド層の平均屈折率ｎpとｎ型クラッド層の平均屈折率ｎnとの間にｎp＜ｎnなる関係がある半導体レーザ素子である。また、共振器長方向において、第１領域と、第１領域とはｐ型クラッド層の平均屈折率が異なる第２領域とを含み、第１領域におけるｐ型クラッド層の平均屈折率は第１領域におけるｎ型クラッド層の平均屈折率よりも小さく、第２領域は前端面を有し、第２領域におけるｐ型クラッド層の前端面の平均屈折率は第２領域におけるｎ型クラッド層の平均屈折率と同一である半導体レーザ素子である。【選択図】        図１
2006278416.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ型クラッド層と、ｎ型クラッド層と、活性層と、を含み、１次以上の高次の水平横モードでレーザ光を出射する半導体レーザ素子であって、
前記ｐ型クラッド層はｐ型不純物としてＭｇを含み、
前記ｐ型クラッド層の平均屈折率ｎpと前記ｎ型クラッド層の平均屈折率ｎnとの間に、ｎp＜ｎnなる関係があることを特徴とする、半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記ｐ型クラッド層および前記ｎ型クラッド層はそれぞれＡｌとＧａとを含む窒化物半導体からなる単層であって、
前記ｐ型クラッド層のＡｌ混晶比ｘpと前記ｎ型クラッド層のＡｌ混晶比ｘnとの間に、ｘp＞ｘnなる関係があることを特徴とする、請求項１に記載の半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記ｐ型クラッド層の平均屈折率ｎpと前記ｎ型クラッド層の平均屈折率ｎnとの間に、０．５≦１００×（ｎn−ｎp）／ｎn≦１．５なる関係があることを特徴とする、請求項１または２に記載の半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記ｐ型クラッド層のＡｌ混晶比ｘpが０．１以下であることを特徴とする、請求項２または３に記載の半導体レーザ素子。
【請求項５】
ｐ型クラッド層と、ｎ型クラッド層と、活性層と、を含み、１次以上の高次の水平横モードでレーザ光を出射する半導体レーザ素子であって、
前記ｐ型クラッド層はｐ型不純物としてＭｇを含み、
共振器長方向において、第１領域と、前記第１領域とはｐ型クラッド層の平均屈折率が異なる第２領域と、を含み、
前記第１領域におけるｐ型クラッド層の平均屈折率は前記第１領域におけるｎ型クラッド層の平均屈折率よりも小さく、
前記第２領域は前端面を有し、
前記第２領域におけるｐ型クラッド層の前端面の平均屈折率は前記第２領域におけるｎ型クラッド層の平均屈折率と同一であることを特徴とする、半導体レーザ素子。
【請求項６】
前記第１領域におけるｐ型クラッド層および前記第１領域におけるｎ型クラッド層はそれぞれＡｌとＧａとを含む窒化物半導体からなる単層であって、
前記第１領域におけるｐ型クラッド層のＡｌ混晶比ｘp1と前記第１領域におけるｎ型クラッド層のＡｌ混晶比ｘn1との間に、ｘp1＞ｘn1なる関係があることを特徴とする、請求項５に記載の半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記第１領域におけるｐ型クラッド層の平均屈折率ｎp1と前記第１領域におけるｎ型クラッド層の平均屈折率ｎn1との間に、０．５≦１００×（ｎn1−ｎp1）／ｎn1≦１．５なる関係があることを特徴とする、請求項５または６に記載の半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記第１領域におけるｐ型クラッド層のＡｌ混晶比ｘp1が０．１以下であることを特徴とする、請求項６または７に記載の半導体レーザ素子。
【請求項９】
前記共振器長方向において、前記第１領域および前記第２領域とはｐ型クラッド層の平均屈折率が異なる第３領域を含み、
前記第３領域は後端面を有し、
前記第３領域におけるｐ型クラッド層の後端面の平均屈折率が前記第３領域におけるｎ型クラッド層の平均屈折率と同一であることを特徴とする、請求項５から８のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項１０】
前記半導体レーザ素子には電流狭窄構造が形成されており、前記電流狭窄構造における電流狭窄幅は５μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする、請求項１から９のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項１１】
前記活性層が多重量子井戸構造からなり、前記多重量子井戸構造を構成する各井戸層における光閉じ込め係数と前記多重量子井戸構造を構成する全井戸層の光閉じ込め係数の平均値との差が、前記全井戸層の光閉じ込め係数の平均値の±５％以内であることを特徴とする、請求項１から１０のいずれかに記載の半導体レーザ素子。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれかに記載の半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子から出射されたレーザ光が照射されることによって光を放出する蛍光体と、を含むことを特徴とする、応用システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体レーザ素子およびそれを含む応用システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
高出力のブロードエリア型の半導体レーザ素子は、ワット級の光出力を得ることができ、レーザ光を用いた加工分野や医療分野で用いられている。一方、近年、光ディスクのピックアップ用の波長４０５ｎｍ帯の青色レーザ光を出射する半導体レーザ素子の開発が進められており、実用化段階になりつつある。青色レーザ光は波長が短いために光子エネルギが大きいことから、ワット級の光出力を得ることができれば加工分野や医療分野での利用範囲がさらに広がることが期待される。なお、ブロードエリア型の半導体レーザ素子とは、電流狭窄幅が広く、１次以上の高次の水平横モードのレーザ光を出射する半導体レーザ素子のことをいう。
【０００３】
たとえば、非特許文献１には、ＧａＮ基板上に形成されたＧａＩｎＮ多重量子井戸を活性層とするブロードエリア型の半導体レーザ素子が開示されている（非特許文献１のｐ．１２３および非特許文献２参照）。ここで、半導体レーザ素子の電流狭窄幅は１０μｍ、５０μｍおよび１００μｍであって、１ワット弱の高い光出力が得られている。なお、この半導体レーザ素子のｐ型クラッド層はｐ型不純物としてＭｇがドープされたＡｌＧａＮ層／ＧａＮ層からなる多層構造であって、ｎ型クラッド層はｎ型不純物としてＳｉがドープされたＡｌＧａＮ層であるとされている。
【非特許文献１】S.Goto et al, ゛Super high-power AlGaInN-based laser diodes with a single broad-area stripe emitter fabricated on a GaN substrate", phys. stat. sol. (a)200, No.1(2003), p.122-125
【非特許文献２】M.TAKEYA et al, ゛High-power AlGaInN lasers", phys. stat. sol. (a)192, No.2(2002), p.269-276
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者の検討によると、上記の非特許文献１に開示されているＧａＩｎＮ層を活性層とし波長４０５ｎｍ帯のレーザ光を出射する半導体レーザ素子においては、レーザ光の出射時の活性層の水平方向における光分布の不均一性が大きく、内部量子効率が著しく低くなる問題があることがわかった。窒化物半導体系以外の材料系による他の波長帯のレーザ光を出射する半導体レーザ素子においても、ブロードエリア型の場合には活性層の水平方向における光分布が不均一な状態でレーザ光が出射する現象がしばしば見られるが、特に上記のＧａＩｎＮ層を活性層とし波長４０５ｎｍ帯のレーザ光を出射する半導体レーザ素子においてはその現象が顕著に見られ、１次以上の高次の水平横モードがカットオフとなるように電流狭窄幅が狭くされたリッジ型の半導体レーザ素子よりも大幅に内部量子効率が低下する。
【０００５】
本発明の目的は、１次以上の高次の水平横モードのレーザ光を出射する半導体レーザ素子において、活性層の水平方向における光分布をより均一にすることができ、内部量子効率を向上させることができる半導体レーザ素子とその半導体レーザ素子を含む応用システムとを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の局面の半導体レーザ素子は、ｐ型クラッド層と、ｎ型クラッド層と、活性層と、を含み、１次以上の高次の水平横モードでレーザ光を出射する半導体レーザ素子であって、ｐ型クラッド層はｐ型不純物としてＭｇ（マグネシウム）を含み、ｐ型クラッド層の平均屈折率ｎpとｎ型クラッド層の平均屈折率ｎnとの間にｎp＜ｎnなる関係があることを特徴とする。
【０００７】
ここで、本発明の第１の局面の半導体レーザ素子においては、ｐ型クラッド層およびｎ型クラッド層はそれぞれＡｌとＧａとを含む窒化物半導体からなる単層であって、ｐ型クラッド層のＡｌ混晶比ｘpとｎ型クラッド層のＡｌ混晶比ｘnとの間にｘp＞ｘnなる関係があり得る。
【０００８】
また、本発明の第１の局面の半導体レーザ素子においては、ｐ型クラッド層の平均屈折率ｎpとｎ型クラッド層の平均屈折率ｎnとの間に０．５≦１００×（ｎn−ｎp）／ｎn≦１．５なる関係があることが好ましい。
【０００９】
また、本発明の第１の局面の半導体レーザ素子においては、ｐ型クラッド層のＡｌ混晶比ｘpが０．１以下であることが好ましい。
【００１０】
また、本発明の第２の局面の半導体レーザ素子は、ｐ型クラッド層と、ｎ型クラッド層と、活性層と、を含み、１次以上の高次の水平横モードでレーザ光を出射する半導体レーザ素子であって、ｐ型クラッド層はｐ型不純物としてＭｇを含み、共振器長方向において、第１領域と、第１領域とはｐ型クラッド層の平均屈折率が異なる第２領域と、を含み、第１領域におけるｐ型クラッド層の平均屈折率は第１領域におけるｎ型クラッド層の平均屈折率よりも小さく、第２領域は前端面を有し、第２領域におけるｐ型クラッド層の前端面の平均屈折率は第２領域におけるｎ型クラッド層の平均屈折率と同一であることを特徴とする。
【００１１】
ここで、本発明の第２の局面の半導体レーザ素子においては、第１領域におけるｐ型クラッド層および第１領域におけるｎ型クラッド層はそれぞれＡｌとＧａとを含む窒化物半導体からなる単層であって、第１領域におけるｐ型クラッド層のＡｌ混晶比ｘp1と第１領域におけるｎ型クラッド層のＡｌ混晶比ｘn1との間にｘp1＞ｘn1なる関係があり得る。
【００１２】
また、本発明の第２の局面の半導体レーザ素子においては、第１領域におけるｐ型クラッド層の平均屈折率ｎp1と第１領域におけるｎ型クラッド層の平均屈折率ｎn1との間に０．５≦１００×（ｎn1−ｎp1）／ｎn1≦１．５なる関係があることが好ましい。
【００１３】
また、本発明の第２の局面の半導体レーザ素子においては、第１領域におけるｐ型クラッド層のＡｌ混晶比ｘp1が０．１以下であることが好ましい。
【００１４】
また、本発明の第２の局面の半導体レーザ素子においては、第１領域および第２領域とはｐ型クラッド層の平均屈折率が異なる第３領域を含み、第３領域は後端面を有し、第３領域におけるｐ型クラッド層の後端面の平均屈折率が第３領域におけるｎ型クラッド層の平均屈折率と同一であることが好ましい。
【００１５】
また、本発明の第１の局面および第２の局面の半導体レーザ素子には、電流狭窄構造が形成されていてもよく、電流狭窄構造における電流狭窄幅は５μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましい。
【００１６】
また、本発明の第１の局面および第２の局面の半導体レーザ素子においては、活性層が多重量子井戸構造からなり、多重量子井戸構造を構成する各井戸層における光閉じ込め係数と多重量子井戸構造を構成する全井戸層の光閉じ込め係数の平均値との差が、この全井戸層の光閉じ込め係数の平均値の±５％以内であることが好ましい。
【００１７】
さらに、本発明は、上記のいずれかの半導体レーザ素子と、この半導体レーザ素子から出射されたレーザ光が照射されることによって光を放出する蛍光体と、を含む応用システムであることを特徴とする。
【００１８】
なお、本発明において「ｐ型クラッド層の平均屈折率」は、ｐ型クラッド層が単層からなる場合にはその単層の屈折率と定義される。また、ｐ型クラッド層が複数層からなる場合には以下の式（１）で定義される複数の層の平均的な屈折率を示すものとする。
【００１９】
【数１】
2006278416.tif 000003
【００２０】
ここで、式（１）において、ｋはｐ型クラッド層の全層数を示し、ｎp（ｉ）はｐ型クラッド層のｉ番目の層の屈折率を示す。また、式（１）において、Γp（ｉ）はｐ型クラッド層のｉ番目の層の光閉じ込め係数を示し、Γp（ｉ）は以下の式（２）で定義される。
【００２１】
【数２】
2006278416.tif 000004
【００２２】
なお、式（２）において、Ｐ（ｘ）は層厚方向の光強度分布である。また、式（２）において、
【００２３】
【数３】
2006278416.tif 000005
【００２４】
は、ｉ番目のｐ型クラッド層の層厚方向の光強度分布の積分値であり、
【００２５】
【数４】
2006278416.tif 000006
【００２６】
は、半導体レーザ素子の全層の層厚方向の光強度分布の積分値である。
【００２７】
上記の「ｐ型クラッド層の平均屈折率」の定義は、本発明における「ｎ型クラッド層の平均屈折率」、「ｐ型クラッド層の前端面の平均屈折率」および「ｐ型クラッド層の後端面の平均屈折率」についても同様に適用される。
【００２８】
また、本発明において「同一」には、完全に同一である場合だけでなく、実質的に同一である場合も含まれるものとする。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、１次以上の高次の水平横モードのレーザ光を出射する半導体レーザ素子において、活性層での水平方向の光分布をより均一にすることができ、内部量子効率を向上させることができる半導体レーザ素子とその半導体レーザ素子を含む応用システムとを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
（実施例１）
図１に、本発明の実施例１の半導体レーザ素子の好ましい一例の模式的な斜視図を示す。この実施例１の半導体レーザ素子１００は１次以上の高次の水平横モードのレーザ光を出射するブロードエリア型の半導体レーザ素子であって、ｐ型クラッド層とｎ型クラッド層のＡｌ混晶比の組み合わせに特徴がある。
【００３１】
ここで、実施例１の半導体レーザ素子１００は、ｎ型ＧａＮ基板１０１上に、層厚２μｍのｎ型ＧａＮバッファ層１０２、層厚３μｍのｎ型Ａｌ0.045Ｇａ0.955Ｎ下クラッド層１０３、層厚０．０５μｍのノンドープＧａＮガイド層１０４、層厚５ｎｍのＩｎＧａＮウエル層１０５ａ、層厚１０ｎｍのＩｎＧａＮバリア層１０５ｂ、層厚５ｎｍのＩｎＧａＮウエル層１０５ａ、層厚０．１μｍのノンドープＧａＮガイド層１０６、層厚０．０１μｍのｐ型Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎキャリアブロック層１０７および層厚１．０μｍのｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎ上クラッド層１０８を順次成長させた後、ｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎ上クラッド層１０８上に層厚０．１μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層１０９および厚さ５０ｎｍの窒化珪素保護膜１１０を形成し、さらにｐ型ＧａＮコンタクト層１０９および窒化珪素保護膜１１０上に厚さ１５ｎｍのＰｄ層と厚さ１５ｎｍのＭｏ層とをこの順序で積層してなるオーミック電極１１２を形成するとともに、ｎ型ＧａＮ基板１０１の裏面に厚さ５ｎｍのＨｆ層と厚さ１５０ｎｍのＡｌ層とをこの順序で積層してなるオーミック電極１１１を形成することによって作製されている。ここで、ｐ型不純物としてはＭｇがドープされ、ｎ型不純物としてはＳｉがドープされている。
【００３２】
また、実施例１の半導体レーザ素子１００には窒化珪素保護膜１１０を設けることによって電流狭窄構造が形成されており、電流狭窄幅ｗは２０μｍである。また、半導体レーザ素子１００の両端面は劈開されることによってファブリペロー共振器が得られている。ここで、劈開された前端面には出射されるレーザ光の反射率が５％の厚さ８０ｎｍのＡｌ2Ｏ3膜からなる低反射膜（図示せず）が形成され、後端面にはＳｉＯ2膜とＴｉＯ2膜とのペア４対からなり、出射されるレーザ光の波長の１／４の厚みを有し、出射されるレーザ光の反射率が９５％である高反射膜（図示せず）が形成されている。また、ファブリペロー共振器の共振器長（前端面と後端面との間の最短距離）は１．５ｍｍである。また、実施例１の半導体レーザ素子１００においては、ｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎ上クラッド層１０８の平均屈折率ｎpとｎ型Ａｌ0.045Ｇａ0.955Ｎ下クラッド層１０３の平均屈折率ｎnとの屈折率差Δｎ＝１００×（ｎn−ｎp）／ｎn［％］が＋０．５％となる。なお、実施例１の半導体レーザ素子１００の活性層は、ノンドープＧａＮガイド層１０４、ＩｎＧａＮウエル層１０５ａ、ＩｎＧａＮバリア層１０５ｂ、ＩｎＧａＮウエル層１０５ａおよびノンドープＧａＮガイド層１０６から構成される多重量子井戸構造となっている。
【００３３】
この実施例１の半導体レーザ素子１００をジャンクションダウンにて銅製のヒートシンクにマウントし、放熱性に優れたパッケージに封入した。そして、実施例１の半導体レーザ素子１００に電流を流すと、閾値電流０．６Ａでレーザ光が出射し、最大１．５Ｗまでのレーザ光が出射した。
【００３４】
また、このレーザ光の波長は４０５ｎｍであった。このレーザ光の出射時の近視野像を観察したところ、複数の縦モードが存在した状態で、活性層の水平方向における電流注入領域の全面が均一に発光していることがわかった。また、内部量子効率ηiは９１％であり、高い内部量子効率でレーザ光が出射していることが確認された。
【００３５】
（比較例１）
比較のため、図１に示す実施例１の半導体レーザ素子１００において、層厚３μｍのｎ型Ａｌ0.045Ｇａ0.955Ｎ下クラッド層１０３に代えて層厚３μｍのｎ型Ａｌ0.055Ｇａ0.945Ｎ下クラッド層を用い、ノンドープＧａＮガイド層１０４の層厚を０．０５μｍから０．０６μｍに変更し、ノンドープＧａＮガイド層１０６の層厚を０．１μｍから０．０７μｍに変更し、さらに層厚１．０μｍのｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎ上クラッド層１０８に代えて層厚１．０μｍのｐ型Ａｌ0.055Ｇａ0.945Ｎ上クラッド層を用いたこと以外は実施例１の半導体レーザ素子と同一の構成の比較例１の半導体レーザ素子を作製した。
【００３６】
ここで、実施例１の半導体レーザ素子と比較例１の半導体レーザ素子とは、活性層付近の光分布（活性層の光閉じ込め係数）が同じとなるように各層の混晶比と層厚が設定されているなど、等価な構造とされている。
【００３７】
比較例１の半導体レーザ素子においては、ｐ型Ａｌ0.055Ｇａ0.945Ｎ上クラッド層の平均屈折率ｎpとｎ型Ａｌ0.055Ｇａ0.945Ｎ下クラッド層の平均屈折率ｎnとの屈折率差Δｎ＝１００×（ｎn−ｎp）／ｎn［％］が０％となる。
【００３８】
この比較例１の半導体レーザ素子をジャンクションダウンにて実施例１と同一の銅製のヒートシンクにマウントし、放熱性に優れた実施例１と同一のパッケージに封入した。そして、比較例１の半導体レーザ素子に電流を流すと、閾値電流１．０５Ａでレーザ光が出射し、最大１Ｗまでのレーザ光が出射した。
【００３９】
また、このレーザ光の波長は４０５ｎｍであった。このレーザ光の出射時の近視野像を観察したところ、フィラメント発振の状態となっており、光分布にはムラがあり、離散的なレーザ光の出射状態となっていた。高出力出射時においても活性層の水平方向における光分布に大きな偏りと不均一な発光パターンが見られた。また、内部量子効率ηiは７０％であり、実施例１の半導体レーザ素子と比べて内部量子効率が低いものであった。
【００４０】
（考察）
以下、実施例１の半導体レーザ素子と比較例１の半導体レーザ素子とを参照しながら本発明の作用効果について述べる。
【００４１】
窒化物半導体材料は、ＧａＡｓ基板上のＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰまたはＡｌＧａＩｎＰなどの他の半導体材料と比較して結晶欠陥が多いなど、結晶性に問題を有している。
【００４２】
特に、ｐ型不純物としてＭｇを含むｐ型ＡｌＧａＮ（ｐ型でＡｌとＧａとを含む窒化物半導体材料）からなるｐ型クラッド層においては、ｐ型伝導を得るために多量のＭｇをドープしていることから微視的には結晶構造の揺らぎが生じていると思われる。そのため、ｐ型クラッド層においては微視的に平均屈折率にばらつきが生じていることになり、ブロードエリア型の半導体レーザ素子においてはそれが原因となって電流狭窄幅ｗ内において活性層の水平方向における光分布の偏りや不均一性が大きくなるという悪影響が現れやすいものと推測される。
【００４３】
特に高次の水平横モードがカットオフされていないために水平横モードが不安定になりがちなブロードエリア型の半導体レーザ素子においては、電流狭窄幅内での結晶構造の揺らぎや分布が発振モードの分布や形状、発光効率に顕著な影響を与える。材料的に均一性が高いＧａＡｓ基板上のＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰまたはＡｌＧａＩｎＰなどの半導体材料で作製されたブロードエリア型の半導体レーザ素子においても何らかの構造分布や電流分布が原因でフィラメント発振や活性層の水平方向における光分布の偏りや不均一性が見られる場合があるが、結晶性の分布や揺らぎが大きい窒化物半導体材料、特にＭｇを多量にドープしたｐ型ＡｌＧａＮをｐ型クラッド層に用いたブロードエリア型の半導体レーザ素子においてはその影響が著しい。
【００４４】
実施例１の半導体レーザ素子においては、Ｍｇがドープされたｐ型クラッド層（ｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎ上クラッド層１０８）の平均屈折率ｎpとｎ型クラッド層（ｎ型Ａｌ0.045Ｇａ0.955Ｎ下クラッド層１０３）の平均屈折率ｎnとの間にｎp＜ｎnとなる屈折率差を設け、活性層におけるレーザ光の光分布をｐ型クラッド層側へ分布させないことによって、ｐ型クラッド層の影響による活性層の水平方向（ｎ型ＧａＮ基板１０１の表面に対して平行かつ共振器長方向に対して垂直な方向）における光分布の不均一性を大幅に低減することができる。これにより、活性層の水平方向に広い電流狭窄幅を有しているブロードエリア型の実施例１の半導体レーザ素子においても、活性層の水平方向における光分布の偏りや不均一性が改善され、その結果として活性層の水平方向における電流注入領域全体にわたって利得がより均一化されるため、内部量子効率を増大させることができる。ここで、ｎp＜ｎnとなる屈折率差は、たとえば単層のｐ型クラッド層のＡｌ混晶比ｘpと単層のｎ型クラッド層のＡｌ混晶比ｘnとの間にｘp＞ｘnなる関係がある場合に成立するものと考えられる。
【００４５】
図２に、実施例１の半導体レーザ素子におけるｎ型クラッド層の平均屈折率ｎnとＭｇがドープされたｐ型クラッド層の平均屈折率ｎpとの屈折率差Δｎ＝１００×（ｎn−ｎp）／ｎn［％］と、内部量子効率ηiとの関係を図示する。この図は、ｐ型クラッド層のＡｌ混晶比とｎ型クラッド層のＡｌ混晶比との組み合わせを種々に変更した上で同等の性能が発揮されるように層構造を決定した半導体レーザ素子間での比較である。図２に示すように、Δｎが正の値となる時に大きなηiが得られる傾向が見られる。
【００４６】
特にΔｎが０．５％以上の場合にηiが高い値に達する。このようなηiの値が大きくなった半導体レーザ素子では、活性層の水平方向における光分布も均一化されている一方で、内部損失αiには大きな変化が見られていない。したがって、ηiが高い値を示す理由としては、Δｎの増大とともに、活性層の水平方向における光分布が、微視的な屈折率の揺らぎや分布を有するＭｇドープｐ型クラッド層側へ拡がるのを抑制することができるため、活性層の水平方向における光分布がより均一化され、活性層の水平方向における利得もより均一化されるため、電流注入領域における平均的な内部量子効率が増大したことによるものと考えられる。特にΔｎが＋０．５％以上の場合にｐ型クラッド層による影響が十分に軽減され、その効果が大きい。逆にΔｎが１．５％を超えるとηiが低下するようになるが、これは、Δｎが大きすぎるために光分布の垂直方向の偏りが大きくなり過ぎ、多重量子井戸構造の各井戸層ごとの利得が均一にされず、特性が劣化しているものと推測される。
【００４７】
なお、本発明は、図１に示す電流狭窄幅ｗが５μｍ以上であって、１次以上の高次の水平横モードでレーザ光を出射する場合に特に効果的であった。また、電流狭窄幅ｗの上限については、効率良くレーザ光を出射するためには１００μｍ以下とすることが好ましかった。
【００４８】
（実施例２）
図３に、本発明の実施例２の半導体レーザ素子の好ましい一例の模式的な斜視図を示す。この実施例２の半導体レーザ素子３００は１次以上の高次の水平横モードのレーザ光を出射するブロードエリア型の半導体レーザ素子であって、ｐ型クラッド層とｎ型クラッド層のＡｌ混晶比の組み合わせに特徴がある。
【００４９】
ここで、実施例２の半導体レーザ素子３００は、ｎ型ＧａＮ基板３０１上に、層厚１μｍのｎ型ＧａＮバッファ層３０２、層厚４μｍのｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97下クラッド層３０３、層厚０．０２μｍのノンドープＧａＮガイド層３０４、層厚５ｎｍのＩｎＧａＮウエル層３０５ａ、層厚１０ｎｍのＩｎＧａＮバリア層３０５ｂ、層厚５ｎｍのＩｎＧａＮウエル層３０５ａ、層厚０．１μｍのノンドープＧａＮガイド層３０６、層厚０．０１μｍのｐ型Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎキャリアブロック層３０７およびｐ型Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎキャリアブロック層３０７側から層厚０．１μｍのｐ型Ａｌ0.06Ｇａ0.94Ｎ層と層厚０．１μｍのｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層とがこの順序で交互に５ペア積層されてなるｐ型上クラッド層３０８を順次成長させた後、ｐ型上クラッド層３０８上に層厚０．１μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層３０９および厚さ５０ｎｍの窒化珪素保護膜３１０を形成し、さらにｐ型ＧａＮコンタクト層３０９および窒化珪素保護膜３１０上に厚さ１５ｎｍのＰｄ層と厚さ１５ｎｍのＭｏ層とをこの順序で積層してなるオーミック電極３１２を形成するとともに、ｎ型ＧａＮ基板３０１の裏面に厚さ５ｎｍのＨｆ層と厚さ１５０ｎｍのＡｌ層とをこの順序で積層してなるオーミック電極３１１を形成することによって作製されている。ここで、ｐ型不純物としてはＭｇがドープされ、ｎ型不純物としてはＳｉがドープされている。
【００５０】
また、実施例２の半導体レーザ素子３００には窒化珪素保護膜３１０によって電流狭窄構造が形成されており、電流狭窄幅ｗは１０μｍである。また、実施例２の半導体レーザ素子３００の両端面が劈開されることによってファブリペロー共振器が得られている。ここで、劈開された前端面には出射されるレーザ光の反射率が５％の厚さ８０ｎｍのＡｌ2Ｏ3膜からなる低反射膜（図示せず）が形成され、後端面にはＳｉＯ2膜とＴｉＯ2膜とのペア４対からなり、出射されるレーザ光の波長の１／４の厚みを有し、出射されるレーザ光の反射率が９５％である高反射膜（図示せず）が形成されている。また、ファブリペロー共振器の共振器長は２ｍｍである。なお、実施例２の半導体レーザ素子３００の活性層は、ノンドープＧａＮガイド層３０４、ＩｎＧａＮウエル層３０５ａ、ＩｎＧａＮバリア層３０５ｂ、ＩｎＧａＮウエル層３０５ａおよびノンドープＧａＮガイド層３０６から構成される多重量子井戸構造となっている。
【００５１】
この実施例２の半導体レーザ素子３００をジャンクションダウンにて銅製のヒートシンクにマウントし、放熱性に優れたパッケージに封入した。そして、実施例２の半導体レーザ素子３００に電流を流すと、閾値電流０．４Ａでレーザ光が出射し、最大２Ｗまでのレーザ光が出射した。
【００５２】
また、このレーザ光の波長は４０５ｎｍであった。このレーザ光の出射時の近視野像を観察したところ、複数の縦モードが存在した状態で、活性層の水平方向における電流注入領域の全面が均一に発光していることがわかった。また、内部量子効率ηiは９０％であり、高い内部量子効率でレーザ光が出射していることが確認された。
【００５３】
実施例２においては、実施例１と異なり、ｐ型上クラッド層３０８としてＡｌ混晶比が異なる２種類のｐ型ＡｌＧａＮ層を多層に積層したものを用いている。この実施例２の場合、ｐ型上クラッド層３０８の平均のＡｌ組成比は０．０８となり、単層からなるｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97下クラッド層３０３のＡｌ組成比０．０３よりも大きく設定されている。ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97下クラッド層３０３の平均屈折率ｎnとｐ型上クラッド層３０８の平均屈折率ｎpとの屈折率差Δｎ＝１００×（ｎn−ｎp）／ｎn［％］は＋１％となる。
【００５４】
このように実施例２の半導体レーザ素子３００においては、ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97下クラッド層３０３の平均屈折率ｎnとｐ型上クラッド層３０８の平均屈折率ｎpとの屈折率差が大きく設定されていることにより、活性層の全面が均一に発光し、高い内部量子効率が得られるようになっている。したがって、ｐ型クラッド層およびｎ型クラッド層がともに単層の場合のみならず、ｐ型クラッド層および／またはｎ型クラッド層が多層であっても、ｐ型クラッド層の平均屈折率がｎ型クラッド層の平均屈折率よりも小さい場合には本発明の効果を得ることができる。
【００５５】
（実施例３）
図４に、本発明の実施例３の半導体レーザ素子の好ましい一例の模式的な斜視図を示す。この実施例３の半導体レーザ素子４００は１次以上の高次の水平横モードのレーザ光を出射するブロードエリア型の半導体レーザ素子であって、ｐ型クラッド層とｎ型クラッド層のＡｌ混晶比の組み合わせに加えて、半導体レーザ素子の前端面部のｐ型クラッド層とｎ型クラッド層のＡｌ混晶比の組み合わせを中央部と異ならせている点に特徴がある。
【００５６】
ここで、実施例３の半導体レーザ素子４００は、ｎ型ＧａＮ基板４０１上に、層厚１μｍのｎ型ＧａＮバッファ層４０２、層厚４μｍのｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97下クラッド層４０３、層厚０．０１μｍのノンドープＧａＮガイド層４０４、層厚５ｎｍのＩｎＧａＮウエル層４０５ａ、層厚１０ｎｍのＩｎＧａＮバリア層４０５ｂ、層厚５ｎｍのＩｎＧａＮウエル層４０５ａ、層厚０．１３μｍのノンドープＧａＮガイド層４０６、層厚０．０１μｍのｐ型Ａｌ0.25Ｇａ0.75キャリアブロック層４０７および層厚１．０μｍのｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ第１上クラッド層４０８ａと層厚１．０μｍのｐ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎ第２上クラッド層４０８ｂとからなるｐ型上クラッド層４０８を順次成長させた後、ｐ型上クラッド層４０８上に層厚０．１μｍのｐ型ＧａＮコンタクト層４０９および厚さ５０ｎｍの窒化珪素保護膜４１０を形成し、さらにｐ型ＧａＮコンタクト層４０９および窒化珪素保護膜４１０上に厚さ１５ｎｍのＰｄ層と厚さ１５ｎｍのＭｏ層とをこの順序で積層してなるオーミック電極４１２を形成するとともに、ｎ型ＧａＮ基板４０１の裏面に厚さ５ｎｍのＨｆ層と厚さ１５０ｎｍのＡｌ層とをこの順序で積層してなるオーミック電極４１１を形成することによって作製されている。ここで、ｐ型不純物としてはＭｇがドープされ、ｎ型不純物としてはＳｉがドープされている。
【００５７】
また、実施例３の半導体レーザ素子４００には窒化珪素保護膜４１０によって電流狭窄構造が形成されており、電流狭窄幅ｗは５０μｍである。また、半導体レーザ素子４００の両端面が劈開されることによってファブリペロー共振器が得られている。ここで、劈開された前端面には出射されるレーザ光の反射率が５％の厚さ８０ｎｍのＡｌ2Ｏ3膜からなる低反射膜（図示せず）が形成され、後端面にはＳｉＯ2膜とＴｉＯ2膜とのペア４対からなり、出射されるレーザ光の波長の１／４の厚みを有し、出射されるレーザ光の反射率が９５％である高反射膜（図示せず）が形成されている。また、ファブリペロー共振器の共振器長は２ｍｍである。なお、実施例３の半導体レーザ素子４００の活性層は、ノンドープＧａＮガイド層４０４、ＩｎＧａＮウエル層４０５ａ、ＩｎＧａＮバリア層４０５ｂ、ＩｎＧａＮウエル層４０５ａおよびノンドープＧａＮガイド層４０６から構成される多重量子井戸構造となっている。
【００５８】
ここで、実施例３の半導体レーザ素子４００の共振器長方向において、図４に示すＤ１の幅を有する領域を第１領域とし、図４に示すＤ２の幅を有する領域を第２領域とする。Ｄ１の幅は後端面から１５０μｍであり、Ｄ２の幅は前端面から５０μｍである。また、第１領域におけるｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ第１上クラッド層４０８ａと第２領域におけるｐ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎ第２上クラッド層４０８ｂとはＡｌの混晶比が異なっていることから、これらのｐ型クラッド層は互いに平均屈折率が異なっている。
【００５９】
また、第１領域におけるｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ第１上クラッド層４０８ａのＡｌ混晶比ｘp1（＝０．１）と第１領域におけるｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97下クラッド層４０３のＡｌ混晶比ｘn1（＝０．０３）との間にはｘp1＞ｘn1なる関係がある。また、第１領域におけるｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97下クラッド層４０３の平均屈折率ｎn1とｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ第１上クラッド層４０８ａの平均屈折率ｎp1との屈折率差Δｎ＝１００×（ｎn1−ｎp1）／ｎn1［％］は＋１．３５％となる。なお、第２領域におけるｐ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎ第２上クラッド層４０８ｂの前端面における平均屈折率は第２領域におけるｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97下クラッド層４０３の平均屈折率と同一となっている。
【００６０】
この実施例３の半導体レーザ素子４００をジャンクションダウンにて銅製のヒートシンクにマウントし、放熱性に優れたパッケージに封入した。そして、実施例３の半導体レーザ素子４００に電流を流すと、閾値電流２Ａでレーザ光が出射し、最大２Ｗまでのレーザ光が出射した。
【００６１】
また、このレーザ光の波長は４０５ｎｍであった。このレーザ光の出射時の近視野像を観察したところ、複数の縦モードが存在した状態で、活性層の水平方向における電流注入領域の全面が均一に発光していることがわかった。また、内部量子効率ηiは９０％であり、高い内部量子効率でレーザ光が出射していることが確認された。また、レーザ光の垂直方向の分布はガウシアン分布であった。
【００６２】
この実施例３の半導体レーザ素子４００においては、第１領域におけるｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97下クラッド層４０３の平均屈折率ｎn1とｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ第１上クラッド層４０８ａの平均屈折率ｎp1との間に屈折率差が設けられていることにより、活性層の全面が均一に発光し、高い内部量子効率が得られるようになっている。
【００６３】
また、実施例３の半導体レーザ素子４００においては、第２領域におけるｐ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎ第２上クラッド層４０８ｂの前端面における平均屈折率と第２領域におけるｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97下クラッド層４０３の平均屈折率とを一致させている。前端面部をこのような構造とすることには、次の効果がある。すなわち、第１領域におけるｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97下クラッド層４０３の平均屈折率ｎn1とｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ第１上クラッド層４０８ａの平均屈折率ｎp1との間に屈折率差を設けた場合、共振器内の垂直方向における光分布はｎ型クラッド層側に偏りが生じ、そのために遠視野像における垂直方向の光分布がガウシアン分布から外れることになる。遠視野像がガウシアン分布から外れた場合にはレンズを用いた集光時やビーム整形時などにロスが生じることから望ましくない。
【００６４】
そこで、第２領域におけるｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97下クラッド層４０３の平均屈折率とｐ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎ第２上クラッド層４０８ｂの前端面における平均屈折率とを一致させていることから、出射されるレーザ光はこの前端面で垂直方向に対称な光分布となるように整形され、その結果、遠視野像がガウシアン分布となるものである。
【００６５】
また、この前端面部の構造は、所謂「窓構造」として機能する。すなわち、第２領域におけるｐ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎ第２上クラッド層４０８ｂの前端面における平均屈折率と第２領域におけるｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97下クラッド層４０３の平均屈折率とを一致させていることから、共振器の前端面においてレーザ光の閉じ込めが弱くなるため、共振器内のレーザ光の垂直方向の分布は上下に拡がることになる。したがって、水平方向については電流狭窄幅が広いことによって高出力発振時にも光密度が低くなるうえに、前端面付近のみ垂直方向についても光密度が低くなることから、前端面の光破壊が生じにくく、より高出力でのレーザ光の出射が可能となる効果も生じる。
【００６６】
なお、実施例３の半導体レーザ素子４００においては、第２領域のｐ型クラッド層の前端面のみ平均屈折率を上げて第２領域のｎ型クラッド層の平均屈折率に一致させた構成としているが、第１領域および第２領域とｐ型クラッド層の平均屈折率が異なり、さらに後端面を有する第３領域を設け、第３領域のｐ型クラッド層の後端面の平均屈折率と第３領域のｎ型クラッド層の平均屈折率とを一致させることができる。これにより、後端面破壊の抑制に対してより効果的となる。
【００６７】
（その他）
上記の実施例１および実施例２の半導体レーザ素子においてはｐ型クラッド層の平均屈折率ｎpとｎ型クラッド層の平均屈折率ｎnとの間にｎp＜ｎnなる関係が設けられており、上記の実施例３の半導体レーザ素子においては第１領域におけるｐ型クラッド層の平均屈折率ｎp1とｎ型クラッド層の平均屈折率ｎn1との間にｎp1＜ｎn1なる関係が設けられているため、本発明の半導体レーザ素子においては、垂直方向の光分布がｎ型クラッド層側に片寄ることになる。このとき、ｐ型クラッド層の平均屈折率とｎ型クラッド層の平均屈折率とが実質的に同一である通常の半導体レーザ素子のように活性層の多重量子井戸構造中の井戸層をこれらのクラッド層間に均等に配置した場合には、各井戸層間での光分布に片寄りが生じ、各井戸層間で均一な利得が得られず、内部量子効率が低下する要因となることがある。そのため、各井戸層間での光分布が均一になるように各井戸の配置を調節することが好ましい。本発明者が鋭意検討した結果、活性層の多重量子井戸構造を構成する各井戸層の以下の式（３）で表される光閉じ込め係数Γwell（ｉ）と多重量子井戸構造を構成する全井戸層の光閉じ込め係数の平均値（算術平均）との差が、この全井戸層の光閉じ込め係数の平均値の±５％以内に収まっている場合（以下の式（４）を満たす場合）に良好なレーザ特性を得ることができる傾向にあることを見出した。
【００６８】
【数５】
2006278416.tif 000007
【００６９】
【数６】
2006278416.tif 000008
【００７０】
なお、式（３）において、Ｐ（ｘ）は層厚方向の光強度分布である。また、式（３）において、
【００７１】
【数７】
2006278416.tif 000009
【００７２】
は、ｉ番目の井戸層の層厚方向の光強度分布の積分値であり、
【００７３】
【数８】
2006278416.tif 000010
【００７４】
は、半導体レーザ素子の全層の層厚方向の光強度分布の積分値である。
【００７５】
また、本発明の半導体レーザ素子においては、ｐ型クラッド層の平均屈折率をより低く設定するためにｐ型クラッド層のＡｌ混晶比をより大きく設定する傾向にあるが、ｐ型クラッド層のＡｌ混晶比が０．１を超えるとｐ型クラッド層の結晶性に明確な劣化が見られ、内部量子効率が低下しやすい傾向にあることから、ｐ型クラッド層のＡｌ混晶比は０．１以下であることが好ましい。
【００７６】
また、上記の実施例１から３においてはブロードエリア型の一例として電極ストライプ構造を有する半導体レーザ素子の一例を示しているが、たとえばリッジ幅が広いリッジ型構造や、ストライプ幅が広い埋め込みヘテロ構造などにおいて１次以上の高次の水平横モードでレーザ光を出射する場合には本発明と同様の課題が生じるため、本発明の半導体レーザ素子はブロードエリア型だけでなく、リッジ幅が広いリッジ型構造またはストライプ幅が広い埋め込みヘテロ構造を有する半導体レーザ素子にも適用することができる。
【００７７】
また、本発明の半導体レーザ素子においては、ｐ型クラッド層、ｎ型クラッド層および活性層の材質は半導体材料であれば特に限定されず、なかでも、ｐ型クラッド層、ｎ型クラッド層および活性層の材質がＡｌxＧａyＩｎzＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＞０）の組成式で表される窒化物半導体材料からなることが本発明の効果を十分に得ることができる点で好ましい。なお、ＡｌxＧａyＩｎzＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＞０）の組成式において、Ａｌはアルミニウムを示し、Ｇａはガリウムを示し、Ｉｎはインジウムを示し、Ｎは窒素を示す。また、この組成式において、ｘはＡｌの混晶比を示し、ｙはＧａの混晶比を示し、ｚはＩｎの混晶比を示す。また、ＡｌxＧａyＩｎzＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＞０）の組成式で表される窒化物半導体材料については、ＩＩＩ族元素（ボロン等）やＶ族元素（砒素、燐またはビスマス等）が適宜混晶化されていてもよいし、不純物元素（亜鉛、ベリリウム、テルル、マグネシウム、硫黄、セレンまたはシリコン等）が適宜含まれていてもよい。
【００７８】
また、本発明の半導体レーザ素子においては、ｐ型クラッド層およびｎ型クラッド層はそれぞれ単層であってもよく、複数層であってもよい。
【００７９】
また、本発明の半導体レーザ素子において、活性層の構造は特に限定されず、たとえば単一量子井戸構造（ＳＱＷ）または多重量子井戸構造（ＭＱＷ）などを適用することができる。また、活性層を構成する層の歪量または井戸層厚に関しても制限はない。また、活性層を構成するバリア層に圧縮または引っ張りの歪を導入してもよい。
【００８０】
また、本発明の半導体レーザ素子においては、出射されるレーザ光の波長についても特に限定されず、用途に合わせて適宜調整することができる。
【００８１】
また、本発明の半導体レーザ素子において、基板についても特に限定されるものではなく、たとえば、サファイア基板、炭化シリコン基板、シリコン基板または砒化ガリウム基板などの単結晶基板などを用いることが可能である。なお、これらの基板を結晶成長によって作製する場合、任意の原料を用いた任意の結晶成長方法にて作製することができることは言うまでもない。
【００８２】
（実施例４）
図５に、本発明の応用システムの好ましい一例である照明装置の模式的な断面図を示す。この照明装置５００は、半導体レーザ素子５０１と、リードフレーム５０２、５０３と、リードワイヤ５０４と、透明アクリル樹脂５０５、５０７と、蛍光体５０６とを含んでいる。ここで、リードフレーム５０２にはカップ部が設けられており、その底面に半導体レーザ素子５０１が実装されている。半導体レーザ素子５０１は、実施例１の半導体レーザ素子と同一の構成の半導体レーザ素子である。また、リードワイヤ５０４は半導体レーザ素子５０１とリードフレーム５０３とを電気的に接続しており、半導体レーザ素子５０１は透明アクリル樹脂５０５、５０７によってモールドされている。また、透明アクリル樹脂５０５中には、半導体レーザ素子５０１から放射されたレーザ光（励起光）を吸収する赤色（Ｙ2Ｏ2Ｓ：Ｅｕ3+）、緑色（ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ）、および青色（Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ）10（ＰＯ4）6Ｃｌ2：Ｅｕ2+の蛍光体５０６が分散されている。
【００８３】
このような構成の照明装置において、半導体レーザ素子５０１からレーザ光が出射すると、発振波長４０５ｎｍのレーザ光が蛍光体５０６に照射され、白色の蛍光が放出される。このような照明装置５００は、蛍光灯や白熱灯の代替装置として使用することができる。
【００８４】
（実施例５）
図６に、本発明の応用システムの好ましい一例である光ファイバ型線状照明装置の模式的な断面図を示す。この光ファイバ型線状照明装置６００は、コア部６０３とクラッド部６０４とからなる光ファイバ部を有しており、クラッド部６０４には実施例４において用いられた蛍光体と同一の蛍光体６０５が分散されている。
【００８５】
また、実施例１の半導体レーザ素子と同一の構成の半導体レーザ素子６０１から出射された波長４０５ｎｍのレーザ光はレンズ６０２を通して光ファイバ部のコア部６０３に導かれコア部６０３を伝播する。コア部６０３を伝播するレーザ光のうち、クラッド部６０４に染み出たレーザ光が蛍光体６０５に照射されて励起光として作用し、白色の蛍光が放出される。このような光ファイバ型線状照明装置６００をたとえば室内の天井部等に設置することによって、水銀蛍光灯の代替となる線状の照明装置を実現し得る。
【００８６】
実施例４の照明装置および実施例５の光ファイバ型線状照明装置においては、蛍光体に対する励起素子として本発明の実施例１の半導体レーザ素子が用いられていることから、電気−光変換効率が極めて高く、かつ長寿命であり、かつ水銀などの有毒物質を含まない点で優れる。なお、励起光源として用いるレーザ光の波長については必ずしも４０５ｎｍでなくともよく、蛍光体の吸収線に合わせて調節すればよい。
【００８７】
本発明の半導体レーザ素子の応用システムとしては、実施例４の照明装置および実施例５の光ファイバ型線状照明装置に限られるものでなく、レーザメスや各種加工用レーザ等、あるいは各種励起光源等の、高出力かつ高効率のレーザ光を必要とする各種応用システムに適用することができるものである。励起光源として用いる半導体レーザの発振波長については必ずしも４０５ｎｍでなくともよく、蛍光体の吸収線に合わせて調節すればよい。
【００８８】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明によれば、１次以上の高次の水平横モードのレーザ光を出射する半導体レーザ素子において、活性層の水平方向における光分布をより均一にすることができ、内部量子効率を向上させることができる半導体レーザ素子とその半導体レーザ素子を含む応用システムとを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明の実施例１の半導体レーザ素子の好ましい一例の模式的な斜視図である。
【図２】本発明の実施例１の半導体レーザ素子におけるｎ型クラッド層の平均屈折率ｎnとＭｇがドープされたｐ型クラッド層の平均屈折率ｎpとの屈折率差Δｎ＝１００×（ｎn−ｎp）／ｎn［％］と、内部量子効率ηiとの関係を示す図である。
【図３】本発明の実施例２の半導体レーザ素子の好ましい一例の模式的な斜視図である。
【図４】本発明の実施例３の半導体レーザ素子の好ましい一例の模式的な斜視図である。
【図５】本発明の応用システムの好ましい一例である照明装置の模式的な断面図である。
【図６】本発明の応用システムの好ましい一例である光ファイバ型線状照明装置の模式的な断面図である。
【符号の説明】
【００９１】
１００，３００，４００，５０１，６０１  半導体レーザ素子、１０１，３０１，４０１  ｎ型ＧａＮ基板、１０２，３０２，４０２  ｎ型ＧａＮバッファ層、１０３  ｎ型Ａｌ0.045Ｇａ0.955Ｎ下クラッド層、１０４，３０４，４０４  ノンドープＧａＮガイド層、１０５ａ，３０５ａ，４０５ａ  ＩｎＧａＮウエル層、１０５ｂ，３０５ｂ，４０５ｂ  ＩｎＧａＮバリア層、１０６，３０６，４０６  ノンドープＧａＮガイド層、１０７，３０７，４０７  ｐ型Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎキャリアブロック層、１０８  ｐ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎ上クラッド層、１０９，３０９，４０９  ｐ型ＧａＮコンタクト層、１１０，３１０，４１０  窒化珪素保護膜、１１１，１１２，３１１，３１２，４１１，４１２  オーミック電極、３０３，４０３  ｎ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97下クラッド層、３０８，４０８  ｐ型上クラッド層、４０８ａ  ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ第１上クラッド層、４０８ｂ  ｐ型Ａｌ0.03Ｇａ0.97Ｎ第２上クラッド層、５００  照明装置、５０２，５０３  リードフレーム、５０４  リードワイヤ、５０５，５０７  透明アクリル樹脂、５０６，６０５  蛍光体、６００  光ファイバ型線状照明装置、６０２  レンズ、６０３  コア部、６０４  クラッド部。
【図１】
2006278416.tif 000011
【図２】
2006278416.tif 000012
【図３】
2006278416.tif 000013
【図４】
2006278416.tif 000014
【図５】
2006278416.tif 000015
【図６】
2006278416.tif 000016