(57)【要約】【課題】  半導体レーザ、半導体発光素子、及び、その製造方法に関し、ナイトライド系化合物半導体を用いた短波長半導体レーザのしきい値電流密度を低減する。【解決手段】  活性層４として多重量子井戸構造を用いると共に、放射光強度分布の最大位置を活性層４の中心位置よりｐ型クラッド層６側にずらす。【選択図】          図１
2006324690.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、活性層として多重量子井戸構造を用いると共に、放射光強度分布の最大位置が前記活性層の中心位置よりｐ型クラッド層側にずれていることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２】
上記放射光強度分布の最大位置が、上記多重量子井戸構造のｐ型クラッド層側から第１番目の量子井戸の位置に一致していることを特徴とする請求項１記載の半導体レーザ。
【請求項３】
上記活性層とｎ型クラッド層及びｐ型クラッド層との間に、それぞれｎ側光ガイド層及びｐ側光ガイド層を設けると共に、前記ｎ側光ガイド層の禁制帯幅を前記ｐ側光ガイド層の禁制帯幅より大きくすることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体レーザ。
【請求項４】
上記活性層とｎ型クラッド層及びｐ型クラッド層との間に、それぞれｎ側光ガイド層及びｐ側光ガイド層を設けると共に、前記ｐ側光ガイド層の層厚を前記ｎ側光ガイド層の層厚より厚くすることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
【請求項５】
上記半導体レーザのｎ型クラッド層の禁制帯幅をｐ型クラッド層の禁制帯幅より大きくすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
【請求項６】
活性層として単一量子井戸構造を用いると共に、前記活性層とｐ側光ガイド層との間に広禁制帯幅層を設けたナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、前記広禁制帯幅層に起因する放射光強度分布の最大位置と活性層の中心位置とのずれをｎ側層により補償することを特徴とする半導体レーザ。
【請求項７】
上記ｎ側層が少なくともｎ側光ガイド層であり、前記ｎ側光ガイド層の禁制帯幅を上記ｐ側光ガイド層の禁制帯幅より大きくすることを特徴とする請求項６記載の半導体レーザ。
【請求項８】
上記ｎ側層が少なくともｎ側光ガイド層であり、前記ｎ側光ガイド層の層厚を上記ｐ側光ガイド層の層厚より薄くすることを特徴とする請求項６または７に記載の半導体レーザ。
【請求項９】
上記ｎ側層が少なくともｎ型クラッド層であり、前記ｎ型クラッド層の禁制帯幅をｐ型クラッド層の禁制帯幅より大きくすることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
【請求項１０】
上記量子井戸構造の活性層を構成する井戸層が、Ａｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｎ（但し、０≦ｘ＜１，０＜ｙ≦１）で構成されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
【請求項１１】
ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、活性層を２層の利得層を有する多重量子井戸構造で構成することを特徴とする半導体レーザ。
【請求項１２】
ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、活性層を１層の厚さが６ｎｍ以上の２層または３層の利得層を有する多重量子井戸構造で構成することを特徴とする半導体レーザ。
【請求項１３】
上記利得層を、アンドープ層で構成することを特徴とする請求項１１または１２に記載の半導体レーザ。
【請求項１４】
上記利得層が、Ａｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｎ（但し、０≦ｘ＜１，０＜ｙ≦１）で構成されることを特徴とする請求項１０乃至１３のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
【請求項１５】
ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、ｐ側光ガイド層がＩｎＧａＮ或いはＧａＮのいずれかからなり、且つ、前記ｐ側光ガイド層の不純物濃度が１×１０17ｃｍ-3未満であることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項１６】
上記ｐ側光ガイド層が、アンドープ層であることを特徴とする請求項１５記載の半導体レーザ。
【請求項１７】
上記ｐ側光ガイド層におけるホールの移動度が、２ｃｍ2 ／Ｖ・ｓ以上であることを特徴とする請求項１５または１６に記載の半導体レーザ。
【請求項１８】
ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、ｐ側光ガイド層の層厚をｎ側光ガイド層の層厚より薄くしたことを特徴とする半導体レーザ。
【請求項１９】
ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、ｐ側光ガイド層の層厚が、０．１μｍ未満であることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２０】
上記ｐ側光ガイド層の禁制帯幅を、上記ｎ側光ガイド層の禁制帯幅より大きくしたことを特徴とする請求項１８または１９に記載の半導体レーザ。
【請求項２１】
ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、ｐ側光ガイド層の禁制帯幅が活性層に隣接する部分で小さく、且つ、ｐ型クラッド層に隣接する部分で大きくなっていることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２２】
上記ｐ側光ガイド層の禁制帯幅が、階段的に変化していることを特徴とする請求項２１記載の半導体レーザ。
【請求項２３】
上記ｐ側光ガイド層の禁制帯幅が、連続的に変化していることを特徴とする請求項２１記載の半導体レーザ。
【請求項２４】
ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、ｐ側光ガイド層の禁制帯幅が活性層に隣接する側からｐ型クラッド層に隣接する側に向かって連続的に小さくなっていることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項２５】
上記ｐ側光ガイド層を構成する禁制帯幅の小さな層がＩｎＧａＮ或いはＧａＮからなり、且つ、禁制帯幅の大きな層がＡｌＧａＮからなることを特徴とする請求項２１乃至２４のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
【請求項２６】
ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体発光素子において、共振器内の活性層のフォトルミネッセンス波長の分布が９０ｍｅＶ以下であることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２７】
上記共振器内の活性層のフォトルミネッセンス波長の分布が、５０ｍｅＶ以下であることを特徴とする請求項２６記載の半導体発光素子。
【請求項２８】
ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体発光素子において、共振器内の活性層の転位密度を１０9 ｃｍ-2以下とすることを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２９】
上記共振器内の活性層の転位密度を、１０8 ｃｍ-2以下とすることを特徴とする請求項２８記載の半導体発光素子。
【請求項３０】
上記活性層が、Ｉｎを構成要素として含むことを特徴とする請求項２５乃至２９のいずれか１項に記載の半導体発光素子。
【請求項３１】
ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体発光素子の製造方法において、活性層を成長させる際の成長速度を０．１μｍ／時以上とすることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【請求項３２】
上記成長速度を、０．２μｍ／時以上としたことを特徴とする請求項３１記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項３３】
上記成長速度を、０．３μｍ／時以上としたことを特徴とする請求項３１記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項３４】
成長基板としてＳｉＣ基板を用いると共に、前記ＳｉＣ基板の表面をエッチングしたことを特徴とする請求項３１乃至３３のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項３５】
上記活性層が、Ｉｎを構成要素として含むことを特徴とする請求項３１乃至３４のいずれか１項に記載の半導体発光素子の製造方法。
【請求項３６】
ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、ｐ型クラッド層を、２層の広禁制帯幅のｐ型半導体層の間に、狭禁制帯幅の中間層を挟んだ多層構造で構成することを特徴とする半導体レーザ。
【請求項３７】
上記中間層が、単層の狭禁制帯幅層で構成されることを特徴とする請求項３６記載の半導体レーザ。
【請求項３８】
上記中間層が、上記２層の広禁制帯幅のｐ型半導体層の間の任意の位置で禁制帯幅が最低になるように禁制帯幅が連続的に変化していることを特徴とする請求項３６記載の半導体レーザ。
【請求項３９】
上記中間層が、広禁制帯幅の層と狭禁制帯幅の層を交互に複数層積層させた多層構造からなることを特徴とする請求項３６記載の半導体レーザ。
【請求項４０】
上記中間層を構成する広禁制帯幅の層と狭禁制帯幅の層との間の禁制帯幅が、連続的に変化していることを特徴とする請求項３９記載の半導体レーザ。
【請求項４１】
上記中間層の内の狭禁制帯幅側の層の少なくとも一部を、アンドープ層にしたことを特徴とする請求項３６乃至４０のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
【請求項４２】
上記広禁制帯幅の層をＡｌＧａＮで構成するとともに、上記狭禁制帯幅の層をＩｎＧａＮ、ＧａＮ、或いは、ＡｌＧａＮのいずれかで構成することを特徴とする請求項３６乃至４１のいずれか１項に記載の半導体レーザ。
【請求項４３】
ナイトライド系化合物半導体を用いた多重量子井戸構造半導体レーザにおいて、多重量子井戸活性層を構成するバリア層の厚さを５ｎｍ未満とすることを特徴とする多重量子井戸構造半導体レーザ。
【請求項４４】
上記多重量子井戸活性層を構成するバリア層が、Ｉｎ組成比が０．０４以上のＩｎＧａＮによって構成されることを特徴とする請求項４３記載の多重量子井戸構造半導体レーザ。
【請求項４５】
ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、活性層のｐ側に設けるエレクトロンブロック層の不純物濃度を、１．０×１０17ｃｍ-3未満とすることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項４６】
上記活性層のｐ側に設けるエレクトロンブロック層を、アンドープ層とすることを特徴とする請求項４５記載の半導体レーザ。
【請求項４７】
ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、活性層のｐ側に設けるエレクトロンブロック層のｐ側の領域において、禁制帯幅が徐々に変化していることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項４８】
ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、活性層のｐ側に設けるエレクトロンブロック層のｎ側の領域において、禁制帯幅が徐々に変化していることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項４９】
ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、活性層のｐ側に設けるエレクトロンブロック層のｎ側及びｐ側の領域において、禁制帯幅が徐々に変化していることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項５０】
ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、活性層のｐ側に設けるエレクトロンブロック層のＭｇ濃度を７×１０19ｃｍ-3以上とすることを特徴とする半導体レーザ。
【請求項５１】
ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザの製造方法において、活性層のｐ側に設けるエレクトロンブロック層の成長温度を６００℃〜９００℃としたことを特徴とする半導体レーザの製造方法。
【請求項５２】
上記エレクトロンブロック層の成長温度を活性層の成長温度と同じにしたことを特徴とする請求項５１記載の半導体レーザの製造方法。
【請求項５３】
上記エレクトロンブロック層のＭｇ濃度が７×１０19ｃｍ-3以上になるようにＭｇをドープすることを特徴とする請求項５１または５２に記載の半導体レーザの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体レーザ、半導体発光素子、及び、その製造方法に関するものであり、特に、ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおけるしきい値電流密度Ｊthを低減するための構成に特徴のある短波長半導体レーザ及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、短波長半導体レーザは、光ディスクやＤＶＤ等の光源として用いられているが、光ディスクの記録密度はレーザ光の波長の二乗に反比例するため、より短い波長の半導体レーザが要請されており、現在商品化されている最短波長の半導体レーザは６３０〜６５０ｎｍ近傍に波長を有する赤色半導体レーザであり、昨年発売されたＤＶＤに用いられている。
【０００３】
しかし、より記録密度を高めるためにはさらなる短波長化が必要であり、例えば、光ディスクに動画を２時間記録するためには波長が４００ｎｍ近辺の青色半導体レーザが不可欠となり、そのため、近年では次世代光ディスク用光源として、青色領域に波長を有する短波長半導体レーザに開発が盛んになされている。
【０００４】
この様な青色半導体レーザ用材料としては、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体のＺｎＳｅ系と、III-Ｖ族化合物半導体のＧａＮ系とが研究されており、この内、ＺｎＳｅ系は高品質の基板として実績の高いＧａＡｓにほぼ格子整合することから、長い間ＺｎＳｅ系の方が有利であると考えられ、世界中の研究者の大半がこのＺｎＳｅ系の研究に従事していたという経緯があり、レーザの研究に関してはＺｎＳｅ系の方が先んじている。
【０００５】
このＺｎＳｅ系については、既に、注入励起による室温連続発振が報告されているが、本質的に劣化しやすい材料であることから信頼性が問題となり、未だ実用化には至っていない。
【０００６】
一方、ＧａＮ系の場合には、１９９３年末の日亜化学によるＧａＮ高輝度ＬＥＤの発表を境に、ＺｎＳｅ系でネックになっている信頼性に関して耐環境性に優れるＧａＮが見直され、世界中で研究者の大きな増加を見ている。
【０００７】
次いで、１９９５年１２月初めには、同じく日亜化学によりパルスレーザ発振の成功が報告されて以来、急速に研究が進み、室温連続発振（ＣＷ発振）において、３５時間の発振持続時間が報告されて以来、現在では、加速試験で推定１００００時間の発振持続時間が報告されている。
【０００８】
ここで、図３１及び図３２を参照して従来の短波長半導体発光素子を説明するが、図３１（ａ）は従来の短波長半導体レーザの光軸に垂直な概略的断面図であり、図３１（ｂ）は短波長発光ダイオードの概略的断面図であり、また、図３２はバッファ層構造の異なる短波長半導体レーザの光軸に垂直な概略的断面図である。
図３１（ａ）参照
まず、（０００１）面を主面とするサファイア基板８１１上に、ＧａＮバッファ層８１２を介して、ｎ型ＧａＮバッファ層８１３、ｎ型Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層８１４、ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層８１５、ｎ型ＧａＮ光ガイド層８１６、ＩｎＧａＮＭＱＷ活性層８１７、ｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ層８１８、ｐ型ＧａＮ光ガイド層８１９、ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層８２０、及び、ｐ型ＧａＮコンタクト層８２１をＭＯＶＰＥ法（有機金属気相成長法）によってエピタキシャル成長させる。
【０００９】
次いで、ドライ・エッチングによりｎ型ＧａＮバッファ層８１３の一部を露出させて、Ｔｉ／Ａｕからなるｎ側電極８２２を設けると共に、ｐ型ＧａＮコンタクト層８２１上にはＮｉ／Ａｕからなるｐ側電極８２３を設けたのち、さらに、ドライ・エッチングを施して一対の平行な端面を形成し、この端面を共振器面にすることによってパルスレーザ発振に成功している（例えば、非特許文献１参照）。
【００１０】
図３１（ｂ）参照
また、発光ダイオードの場合には、サファイア基板８１１上に、ＧａＮバッファ層８１２を介して、ｎ型ＧａＮ層８２４、ｎ型またはｐ型のＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層８２５、及び、ｐ型ＧａＮ層８２６をＭＯＶＰＥ法によってエピタキシャル成長させる。
【００１１】
この場合、低注入で動作する発光ダイオードとして実用的な発光輝度を得るためには、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層８２５のＳｉ濃度或いはＺｎ濃度を１×１０17〜１×１０21ｃｍ-3にする必要があり、また、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層８２５の層厚は１〜５００ｎｍ、より好適には、１０〜１００ｎｍにする必要がある（例えば、特許文献１或いは特許文献２参照）。
【００１２】
図３２参照
図３２は従来の他の短波長半導体レーザの光軸に垂直な断面図であり、まず、（０００１）面を主面とするサファイア基板８３１上に、ＧａＮバッファ層８３２を介して、ｎ型ＧａＮ中間層８３３、ｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層８３４、ｎ型ＧａＮ光ガイド層８３５、ＭＱＷ活性層８３６、ｐ型Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎオーバーフロー防止層８３７、ｐ型ＧａＮ光ガイド層８３８、ｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層８３９、及び、ｐ型ＧａＮコンタクト層８４０をＭＯＶＰＥ法によって順次エピタキシャル成長させる。
【００１３】
次いで、図３１（ａ）の場合と同様に、ドライ・エッチングによりｐ型ＧａＮコンタクト層８４０及びｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層８３９をメサエッチングすると共に、ｎ型ＧａＮ中間層８３３の一部を露出させて、ｎ型ＧａＮ中間層８３３の露出部にＴｉ／Ａｕからなるｎ側電極８４１を設けると共に、ｐ型ＧａＮコンタクト層８４０上にはストライプ状開口を有するＳｉＯ2 膜８４２を介してＮｉ／Ａｕからなるｐ側電極８４３を設け、次いでドライ・エッチングを施して共振器面となる一対の平行な端面を形成したものである。
【００１４】
また、オーバーフロー防止層、即ち、キャリアストッパー層をｎ型層側にも設けることも提案されており（例えば、特許文献３参照）、この場合には、ｎ型不純物濃度が１×１０18ｃｍ-3のＳｉドープのｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層を正孔ストッパー層として、また、ｐ型不純物濃度が５×１０19ｃｍ-3のＭｇドープのｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層を電子ストッパー層として活性層と光ガイド層との間に設けており、その際の成長温度はＧａＮ或いはＡｌＧａＮを成長させる際の通常の成長温度である１１００℃である。
【特許文献１】特開平０６−２６０６８２号公報
【特許文献２】特開平０６−２６０６８３号公報
【特許文献３】特開平１０−０５６２３６号公報
【非特許文献１】Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ  ｅｔ  ａｌ．，Ｊａｐａｎｅｓｅ                        Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，                      ｖｏｌ．３５，ｐ．Ｌ７４，１９９６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかし、従来の短波長半導体レーザの場合、しきい値電流密度が３．６ｋＡ／ｃｍ2 程度と、非常に大きいという問題があり、これは基板のサファイアに劈開性がないことのほかに、ＧａＮ系化合物半導体、即ち、ナイトライド系化合物半導体という材料が、光学利得を発生するためには、本質的に大きなキャリア密度を必要とするためである。
【００１６】
即ち、従来、実用化されている半導体レーザは、ＡｌＧａＡｓ系やＡｌＧａＩｎＰ系等の閃亜鉛鉱型結晶構造のIII-Ｖ族化合物半導体を用いているのに対して、ナイトライド系化合物半導体は、非常に大きな禁制帯幅を有する六方晶ウルツ鉱構造であり、閃亜鉛鉱型結晶材料とは全く異なった物性を有しているためである。
【００１７】
この様なナイトライド系化合物半導体の物性上の大きな特徴は、六方晶であり結晶に異方性が存在すること、禁制帯幅が大きく有効質量が大きいこと、スピン軌道相互作用が小さく、価電子帯に、ＨＨ（Ｈｅａｖｙ  Ｈｏｌｅ）、ＬＨ（Ｌｉｇｈｔ  Ｈｏｌｅ）、及び、ＣＨの３つのバンドが近接して存在することの三つが挙げられる。
【００１８】
より、詳しく説明すると、まず、第１に、ホールの有効質量が大きいことに起因する特徴としては、
ａ．ホールの有効質量が大きいため、価電子帯の擬フェルミ準位ＥFpが上がりにくいこと、また
ｂ．ホールの有効質量が大きく、また、ＬＯ（縦光学）フォノン散乱等が大きいため、ホールの移動度が小さいこと、また、
ｃ．ホールの有効質量ｍが大きいため、温度Ｔにおけるホールの平均速度、即ち、ホールの熱速度ｖp は、
（ｍ／２）ｖp 2 ＝（３／２）ｋＴから、
ｖp ∝ｍ-1/2となり、
ホールの熱速度ｖp が小さいことが挙げられる。
【００１９】
第２に、価電子帯に、ＨＨ、ＬＨ、ＣＨの３つのバンドが近接して存在し、その内の２つの有効質量が大きいことにより、ホールに対する擬フェルミ準位ＥFpが上がりにくいことが原因で、
ｄ．反転分布を達成するために必要な伝導帯の擬フェルミ準位ＥFnの上昇が従来材料よりも大きくなり、且つ、バリア層と井戸層、或いは、活性層と光ガイド層とを構成するＧａＮ／ＩｎＧａＮ、或いは、Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ／Ｉｎy Ｇａ1-y Ｎのヘテロ接合における価電子帯におけるエネルギー不連続ΔＥV と禁制帯幅の差ΔＥg との比、即ち、ΔＥV ／ΔＥg が、従来の材料系では０．４程度であったのに対して０．７程度と大きく、界面におけるバンドのオフセットが３：７で価電子帯側に偏るという特徴がある。
【００２０】
これらが原因となって、ｐ型層側から活性層へのホールの注入が効率良く行われなくなり、特に、活性層が多重量子井戸（ＭＱＷ）構造である場合、ホールの注入効率の悪さは量子井戸層（ウエル層）間のホール密度の不均一を生むことになり、且つ、活性層で有効に消費されない電子がｐ側へ溢れ出しｐ側光ガイド層或いはｐ型クラッド層へのオーバーフロー電流となることを、本発明者等はシミュレーションにより見出したのでこの事情を図３３乃至図３７を参照して説明する。
なお、図３３乃至図３７にシミュレーションについては、エレクトロンブロック層、即ち、オーバーフロー防止層の設けない構成でシミュレーションしている。
【００２１】
図３３参照
図３３は、活性層近傍におけるフェルミ準位の変化を示すものであり、図において拡大した円内に示す様に、価電子帯におけるホールに対する擬フェルミ準位ＥFpが、活性層においてｐ側光ガイド層より低エネルギー側にあることがわかる。
【００２２】
即ち、通常の材料系においては、ホールの注入によって擬平衡状態に達し、活性層とｐ側光ガイド層の擬フェルミ準位ＥFpはほぼ一致することになるが、ナイトライド系半導体材料においては、活性層とｐ側光ガイド層の擬フェルミ準位ＥFpの不一致が非常に大きく、ｐ側光ガイド層から活性層へホールが有効に注入されていないことを示している。
【００２３】
図３４参照
図３４は、ウエル層が５層のＭＱＷ構造短波長半導体レーザにおけるホール電流の層位置依存性を示す図であり、注入されたホールがどこで再結合により消滅するかをシミュレーションした結果を示した図であり、図から明らかな様に、ｐ型クラッド層より注入されたホール電流は、活性層に達する前にｐ側光ガイド層で４ｋＡ／ｃｍ2 だけ消費されている。
【００２４】
この消費された電流はレーザ発振に寄与しない無効電流であり、しきい値電流密度Ｊthの増加につながるものであるが、この様に、ｐ側光ガイド層での再結合が大きい理由は、ｐ型クラッド層から活性層へのホールの注入効率が悪いためである考えられる。
【００２５】
また、活性層がＭＱＷ構造である場合、ホールの注入効率の悪さは量子井戸層（ウエル層）間のホール密度の不均一を生み、レーザ発振を非効率にすることになるので、この事情を図３５及び図３６を参照して説明する。
図３５参照
図３５は、図３３の状態における素子膜厚方向のホール密度分布のシミュレーション結果を示す図であり、図から明らかなように、ＭＱＷ活性層におけるホール密度がｐ側光ガイド層に近いほど大きく、不均一になっていることが理解される。
【００２６】
図３６参照
図３６は、同じく図３３の状態における素子膜厚方向の電子密度分布のシミュレーション結果を示す図であり、図から明らかなように、ｎ側光ガイド層側から注入されるＭＱＷ活性層における電子密度もｐ側光ガイド層に向かうほど大きく不均一になっていることが理解され、これは上述のホール不均一注入が原因で、電荷中性条件を満たすために電子がホールに引き寄せられる結果である。
【００２７】
この様に、ホールと電子ともに同様の不均一が起きていることによって、多重量子井戸構造中における光学利得の発生を著しく不均一にすることが予想されるので、この事情を図３７を参照して説明する。
図３７参照
図３７は、上述のナイトライド系化合物半導体を用いたＭＱＷ半導体レーザの多重量子井戸中における光学利得分布の説明図であり、ｐ型クラッド層側から第１番目の量子井戸においてはｐ型クラッド層からの正孔の供給が多いため、大きな光学利得を有しているが、ｎ型クラッド層側へ向かうにつれて光学利得は減少し、ｎ型クラッド層側の２つの量子井戸においては光学利得を発生しないばかりか、光の損失が生じるという従来の閃亜鉛鉱型結晶構造の半導体を用いたレーザと異なる特性となる。
【００２８】
即ち、閃亜鉛鉱型結晶構造の半導体を用いた従来の半導体レーザにおいては、ＭＱＷ構造が５層程度の量子井戸層から構成される場合には、キャリアが均一に注入されることが常識であり、光通信用長波長レーザでは５〜１０層程度、ＤＶＤ用赤色レーザでも５層程度用いているが、光学利得は均一に発生している。
【００２９】
この様な光学利得の量子井戸層間の不均一による光吸収層の発生は、二つの悪影響を与えることになり、第一は、光吸収層となっているｎ側の２つの量子井戸層においても、図３５及び図３６から明らかなようにキャリアが高密度に存在するため、再結合電流が大きいことを意味し、ｐ側の３つの量子井戸層がレーザ発振のしきい値フェルミ準位に達する電流量をｎ側の２つの量子井戸層が増加させる結果となる。
【００３０】
第二に、ｎ側の２つの量子井戸層が光吸収層であるために、レーザ発振するために克服すべき内部ロスが増加し、しきい値フェルミ準位ＥF thそのものが上昇してしまうという悪影響が生ずることになる。
【００３１】
図３８参照
図３８は、多重量子井戸活性層における量子井戸層の数を変えて実際に作製したＭＱＷ半導体レーザの光出力−電流特性を示す図であり、この場合、全体の光閉じ込めを一定にするために膜厚を変化させているが、５層の量子井戸層からなる活性層を設けたＭＱＷ半導体レーザの方が３層の量子井戸層からなる活性層を設けたＭＱＷ半導体レーザの場合よりしきい値電流密度Ｊthが高く、且つ、レーザ発振後の効率も悪いことがわかる。
【００３２】
これは、半導体レーザの効率は内部量子効率と内部ロスで決定されるため、ｎ側の２つの量子井戸層が光吸収層になっていることによって、内部量子効率及び内部ロスの両者が劣化していることが原因であると考えられる。
【００３３】
また、従来のＭＱＷ構造半導体レーザでは、放射光電磁場の強度分布（放射光強度分布）が、図３７に示す様に、活性層の中心位置に最大強度位置が来るように対称構造になっており、光学利得を発生する第１層目の量子井戸と最大強度位置とが一致していないため、光閉じ込めが有効に行われないという問題がある。
【００３４】
即ち、レーザ発振に寄与する実質的な利得は、光学利得に放射光強度分布を掛けたものであり、光学利得が大きくとも、その光学利得を発生する位置に放射光強度分布が存在しなければ発振に寄与できないことになる。
【００３５】
そして、実際には、放射光の活性層への分布は、全層を合計しても全体の光強度の約３％程度であるので、図３７に示すようにただでさえ小さい光分布が最大光学利得を発生する層で大きくならないことは大きな問題となる。
【００３６】
また、現在報告されている、量子井戸層が１０層乃至２０層のＭＱＷレーザの場合には、量子井戸構造全体では、光閉じ込めが充分であっても、実質的に、光学利得を発生しているｐ型クラッド層側から第１番目の量子井戸での光閉じ込めがかなり小さくなり、しきい値電流密度Ｊthが増加するという問題がある。
【００３７】
さらに、上述のｄの理由により、禁制帯幅の差ΔＥg の影響の約７０％が価電子帯側に現れ、伝導帯側のエネルギー不連続ΔＥC は小さくなり、電子のオーバーフローが問題となるため、従来の短波長半導体レーザにおいては、オーバーフロー防止層或いはキャリアストッパ層を設けているが、それによって、放射光強度分布がさらにｎ側にずれた非対称構造となり、光学利得の大きなｐ型クラッド層側から第１番目の量子井戸での光閉じ込めがさらに小さくなり、しきい値電流密度Ｊthが増加するという問題がある。
【００３８】
したがって、ナイトライド系化合物半導体を用いたＭＱＷ半導体レーザの特性を改善するためには、しきい値電流密度Ｊthを低減させることが必要になるが、そのためには、上述のキャリアの不均一注入を改善することが有効となる。
【００３９】
しかし、上述の様にナイトライド系化合物半導体を用いたＭＱＷ半導体レーザの場合には、ナイトライド系化合物半導体に特有な問題があり、従来の閃亜鉛鉱型結晶構造半導体の常識を適用するだけでは優れた解決手段が見つからず、ナイトライド系化合物半導体を用いたＭＱＷ半導体レーザに採用されている構成で、ナイトライド系化合物半導体には本質的ではない構成が無いか否かを検討することが必要になる。
【００４０】
そこで、検討するに、一般に、ホールの注入効率を改善するために、ｐ側光ガイド層をｐ型層とすることによりホール濃度を高めることが考えられるが、この場合には、かえって、ホールの注入効率が低下するという問題がある。
即ち、ホールの注入効率が低い主たる原因は、ｐ側光ガイド層におけるホールの移動度が小さいことであるが、ｐ型ドーピングによって散乱が増えてホールの移動度を更に低下させることになる。
さらに、ｐ型不純物のドーピング濃度を高めても、不純物の活性化率が小さいため、ホール濃度がなかなか上がらないことも問題となる。
【００４１】
また、一般に、ＭＱＷ半導体レーザにおけるキャリアの不均一注入を改善するためには、多重量子井戸構造におけるウエル層の膜厚を薄くすること、バリア層の厚さを薄くすること、及び、バリア層の高さを低く、即ち、禁制帯幅を小さくすることが有効であると考えられる。
【００４２】
この内、ウエル層の膜厚は、レーザの光学利得特性を大きく左右し、レーザ設計の最重要項目であるため、独立に変化させることは難しいという問題があり、また、ナイトライド系ＭＱＷ青色半導体レーザにおいて、バリア層の禁制帯幅を小さくするということは、バリア層中のＩｎ組成を増加することを意味することになるが、これは歪の増加をもたらし、結晶性が劣化することになるので好ましくないので、この事情を図３９を参照して説明する。
【００４３】
図３９参照
図３９は、バリア層として用いたＩｎx Ｇａ1-x Ｎを用いた場合の発光効率のＩｎ組成比ｘ依存性についての実験結果を示す図であり、Ｉｎ組成比ｘが大きいほど活性層にかかる歪がおおきくなり、発光効率が小さくなるため、バリア層のＩｎ組成比ｘを大きくできず、したがって、量子井戸構造のバリアを低くして注入効率を高めることができない。
【００４４】
一方、バリア層の膜厚については、従来の閃亜鉛鉱型結晶構造半導体を用いたレーザにおいては、膜厚が薄いと量子井戸層間の波動関数の滲み出しによる相互作用が無視できなくなり、階段状であるはずの光学利得分布がなまり、一定キャリア密度当たりの光学利得が発生が低下するため、５ｎｍ以上の厚さにしており、この構成をナイトライド系化合物半導体を用いたＭＱＷ半導体レーザにおいてもそのまま採用している。
【００４５】
しかし、ナイトライド系化合物半導体を用いたＭＱＷ半導体レーザにおいては、上述のようにキャリアの有効質量が大きいため、量子井戸からの波動関数の滲み出しが少なく、且つ、バンド・ギャップの不均一性のため階段状の光学利得分布がもともと若干なまっており、そのため、５ｎｍ以上の膜厚は本質的な要件ではないとの結論に至った。
【００４６】
また、上述の様に、活性層で有効に消費されない電子がｐ側へ溢れ出しｐ側光ガイド層或いはｐ型クラッド層へのオーバーフロー電流となるとともに、ｐ側光ガイド層から活性層へのホールの注入効率が悪いことが原因で、ｐ側光ガイド層に溜まったホールが電子をｐ側層へと引き寄せることによっても、オーバーフローを増加させることになる。
【００４７】
さらに、上述のｄの理由により、ヘテロ接合界面におけるバンドのオフセットが３：７で価電子帯側に偏り、伝導帯側のエネルギー不連続ΔＥC は小さくなるので、この点からも電子のオーバーフローが問題となっており、従来の短波長の半導体レーザにおいては、オーバーフロー防止層或いはキャリアストッパ層を設けているが、それでも、しきい値キャリア密度Ｎthが高いのでオーバーフローが起きやすいという問題があり、この様にナイトライド系半導体においては、他の半導体よりも電子のオーバーフローが本質的な問題となる。
【００４８】
即ち、半導体レーザのしきい値電流密度Ｊthは、τs を電子のライフタイム、ｄを活性層の厚さ、ｅを素電荷、Ｎthをしきい値キャリア密度とした場合、
Ｊth＝Ｎth・ｄ・ｅ／τs 
で表され、しきい値フェルミ準位ＥF thは、キャリア密度Ｎに依存するフェルミ準位ＥF のしきい値キャリア密度Ｎthにおける値、即ち、
ＥF th＝ＥF （Ｎth）
で表される。
【００４９】
このしきい値キャリア密度Ｎthは、キャリア密度Ｎの関数であるＧm （ｍｏｄａｌ  ｇａｉｎ：モード利得）がキャビティ・ロスを上回ってレーザ発振を開始するキャリア密度であり、しきい値キャリア密度Ｎthを小さくするためにはＧm を大きくする必要がある。
【００５０】
このＧm はΓを光閉じ込め係数とし、Ｇを活性層の組成及びキャリア密度等で決まる利得とすると、
Ｇm ＝Γ・Ｇ
で表されるので、活性層の厚さが薄くなり、且つ、光閉じ込めが不十分であればＧm が小さくなり、それに伴ってしきい値キャリア密度Ｎthも大きくなり、したがって、しきい値フェルミ準位ＥF thが上がりやすくなる。
このしきい値フェルミ準位ＥF thも大きくなると、高エネルギー状態の電子の数が多くなるので、この点からも電子のオーバーフローが問題となる。
【００５１】
また、有効質量が大きいことが主な原因で、オーバーフロー防止層を設けない場合、ｐ型クラッド層への電子のオーバーフローによるリーク電流が非常に大きいことを本発明者等はシミュレーションにより見出したのでこの事情を図４０を参照して説明する。
図４０参照
図４０は、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎからなる５層のウエル層をＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎバリア層で挟んだＭＱＷ構造短波長半導体レーザにおける、電子のオーバーフロー電流の総電流量依存性のシミュレーション結果を、ＡｌＧａＮクラッド層のＡｌ組成を変化させて示したものであり、クラッド層のＡｌ組成比が０．０５の場合、即ち、Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層を用いた場合には、低電流領域からリーク電流が増加しはじまり、２０ｋＡ／ｃｍ2 の時に、総電流量の半分以上がリークすることが分かる。
【００５２】
この様なリーク電流は、レーザ発振に寄与しない無効電流であり、これ自体がしきい値電流密度Ｊthの増加につながるばかりか発熱の原因ともなって、より一層レーザ発振を困難にするものである。
【００５３】
クラッド層としてＡｌ組成比が０．０５のＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ層を用いた場合には、活性層との禁制帯幅の差は５００ｍｅＶもあり、従来の材料系では十分な差であるが、ナイトライド系においてはこの様にオーバーフロー電流が無視できない大きさになるため、オーバーフローによるリーク電流を低減するために、クラッド層のＡｌ組成比を大きくしたＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層等が用いられている。
【００５４】
また、本発明者は、オーバーフロー電流は素子温度にも依存することをシミュレーションにより見出したのでこの事情を図４１を参照して説明する。
図４１参照
図４１は、Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層を用いた場合の電子のオーバーフロー電流の総電流量依存性のシミュレーション結果を、素子温度を変化させて示したものであり、図から明らかなように、素子温度が上昇すると高電流領域でオーバーフローが増加することが分かる。
【００５５】
そして、実際の素子では、オーバーフローした電流がｐ側電極まで達して発熱して素子温度を上昇させることになり、この素子温度の上昇によって更にオーバーフロー電流が増加するという悪循環が生じ、レーザ発振を阻害するものと考えられる。
【００５６】
一方、電子のオーバーフローを防止するために、ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層或いはＡｌ0.18Ｇａ0.82Ｎ層等のオーバーフロー防止層を設けた場合、このＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層或いはＡｌ0.18Ｇａ0.82Ｎ層はｐ側光ガイド層より屈折率が低いので、レーザ発振を得るために必要な光閉じ込めが大きく減少してしまう問題があり、且つ、ヘテロ接合界面にエネルギースパイクを形成して正孔の注入に対するバリアとなる問題がある。
【００５７】
また、上述の図３２に示す様に、ナイトライド系化合物半導体を用いた従来のＭＱＷ半導体レーザにおいて、ＭＱＷ活性層８３６とｐ型ＧａＮ光ガイド層８３８との間に、禁制帯幅の大きなｐ型Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎオーバーフロー防止層８３７を設けた場合には、内部ロスの増加を助長すると共にホールに対する電位障壁を大きくし駆動電圧を上昇させるという問題があり、また、電子親和力の差に起因する電位障壁によっても駆動電圧が上昇するという問題があるので、この事情を図４２を参照して説明する。
【００５８】
図４２（ａ）参照
図４２（ａ）は従来の短波長半導体レーザのバンドダイヤグラムであり、図から明らかなように、ｐ型Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎオーバーフロー防止層８３７の禁制帯幅が大きいため、ｐ型ＧａＮ光ガイド層８３８との間に形成される障壁、即ち、実線で示す電圧非印加時の価電子帯のバンド端と破線で示す電圧印加時の価電子帯のバンド端８４４との間のエネルギー差が大きくなり、したがって、ＭＱＷ活性層８３６へのホールの注入のための印加電圧Ｖを増大させることになる。
【００５９】
図４２（ｂ）参照
図４２（ｂ）は、ｐ型Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎオーバーフロー防止層８３７の近傍における価電子帯側のバンドダイヤグラムを模式的に示す図であり、図に示すように、ＭＱＷ活性層８３６とｐ型Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎオーバーフロー防止層８３７との界面、及び、ｐ型Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎオーバーフロー防止層８３７とｐ型ＧａＮ光ガイド層８３８との界面に電子親和力の差に起因してノッチ８４５，８４６が形成され、このノッチ８４５，８４６がホールの注入に対する電位障壁となり、ホールの注入効率が低下することになる。
【００６０】
また、このオーバーフローを助長する他の要因としては、ｐ型クラッド層の比抵抗が高いこと、及び、ｐ型クラッド層における非発光寿命が短いことが挙げられ、これらの要因は本質的なものではないため、これらを改善することによってオーバーフローを低減することも考えられる。
【００６１】
しかし、現状では十分な結晶品質を有するｐ型クラッド層が得られておらず、例えば、比抵抗に関しては、ｐ型クラッド層に対するドーピングが難しく、十分でないことが原因であるが、Ａｌ組成比の増加とともにドーピングが一層困難になるので、オーバーフローを低減するためにＡｌ組成比の大きなｐ型クラッド層を使用した場合に、その比抵抗を低下させることは容易ではない。
【００６２】
また、非発光寿命に関しても、アンドープの結晶でも非発光寿命が１ｎｓ（ナノ秒）程度と従来材料より短く、ｐ型ドーピング層に至っては０．１ｎｓ以下と考えられ、現実的には改善が難しいという問題がある。
【００６３】
即ち、ナイトライド系化合物半導体の結晶品質上の特徴としては、転位密度が非常に高いことが挙げられ、特に、成長基板としてサファイア基板を用いた場合には、成長層と十分格子整合しないため、成長層の結晶性が悪く、例えば、通常の転位密度は１０10ｃｍ-2に達することが報告されており、また、非発光寿命が１ｎｓ（ナノ秒）程度と非常に速いという問題がある。
【００６４】
また、ｐ型不純物のドーピングによって、ｐ側光ガイド層の結晶性が劣化し、非発光寿命はさらに短く０．１ｎｓ（＝１００ｐｓ）程度となり、非発光性再結合の量が増大することになり、レーザ発振のためのしきい値電流密度Ｊthがさらに増大することになる。
【００６５】
このため、Ｍｇをドープしてもホール濃度を上げることが容易ではないナイトライド系半導体において、ｐ側光ガイド層のホール濃度を上げることによる効果より、ｐ型ドーピングに伴う移動度の低下や、結晶性の劣化の方が問題になるものと考えられる。
【００６６】
一方、転位密度に関しては、１０10ｃｍ-2の値は、転位密度が１０4 ｃｍ-2以下である従来の閃亜鉛鉱型結晶構造半導体の約１００万倍であるが、この様なナイトライド系化合物半導体においては、転位は非発光中心を形成しないのでデバイスの特性には影響しないと言われており、したがって、非発光中心を低減するために転位密度を低減する必要はないので、この様な高密度の転位密度が存在したままで半導体レーザが実現されている。
【００６７】
また、ナイトライド系半導体レーザの活性層として通常用いられているＩｎＧａＮは、上記のナイトライド系化合物半導体に共通する物性的特徴の他に、従来材料と全く異なる性質を有している。
即ち、ＩｎＧａＮはＩｎＮとＧａＮとの混晶であるが、ＩｎＮの禁制帯幅が１．９ｅＶであるのに対してＧａＮの禁制帯幅は３．４ｅＶと非常に大きく異なり、また、結晶成長温度もＩｎＮが６００℃前後であるのに対して、ＧａＮが１０００℃前後と大きく異なっている。
【００６８】
これらのことが原因で、このＩｎＧａＮ混晶は非常に混ざりにくいことが知られており、非混晶領域が大きく、且つ、Ｉｎ組成比が０．２以下と小さい領域においても、Ｉｎ組成比の増加に伴い組成分離している割合が大きくなるという問題がある。
【００６９】
この結果、Ｉｎ組成比が０．１５程度のＩｎＧａＮ層において、２００μｍ程度のマクロな領域で見たフォトルミネッセンス（ＰＬ）スペクトルの半値幅は、組成分離による結晶内不均一を反映して非常に大きく、良い結晶でも１５０ｍｅＶである。
【００７０】
このことは、従来の閃亜鉛鉱型結晶構造の半導体では薄膜化すれば大きくなるはずのＰＬスペクトルの半値幅がＩｎＧａＮ混晶では逆に小さくなり、この現象が、極低温に冷却しても半値幅の変化は殆どないという、従来の材料とは全く異なる性質の原因である。
【００７１】
これらのＩｎＧａＮにおける特徴は、サファイア基板、ＳｉＣ基板、或いは、スピネル基板等の成長基板として用いる基板の種類に依存せず、また、減圧ＭＯＶＰＥ法（減圧有機金属気相成長法）、常圧ＭＯＶＰＥ法、或いは、ＭＢＥ法（分子線エピタキシャル成長法）等の成長方法にも依存せず、さらに、六方晶或いは立方晶等の結晶構造にも依存せずに出現するものであり、この様な本質的な特徴は、ある程度許容すべき、避けられない特殊性であると考えられる。
【００７２】
この様に、従来のＩｎＧａＮを活性層とする短波長半導体レーザや発光ダイオード（ＬＥＤ）においては、この様な結晶内組成不均一性をそのままにして開発が進められており、ＬＥＤでは実際にこの大きな組成不均一性を持ったまま製品化が行われているものと考えられる。
【００７３】
また、短波長半導体レーザにおいても、上述の様にレーザ発振には成功しているものの、これまでは適当な評価手段がなかったため、実際の短波長半導体レーザにおいて、レーザ共振器全体でどの程度の組成不均一が生じているのかは分からず、且つ、この様な組成不均一がデバイス特性にどの様な影響を及ぼすかは知られておらず、したがって、レーザ発振に必要な結晶品質がどの程度のものであり、且つ、この様な品質の結晶をどの様な条件で成長した場合に再現性良く得られるかは全く未知であった。
【００７４】
そこで、本発明者等は、最近、短波長半導体レーザの活性層となるＩｎＧａＮ混晶について、１μｍという微小スポット径でフォトルミネッセンス（ＰＬ）測定を行うことにより、ＩｎＧａＮ混晶中の組成不均一の程度を定量的に評価する手法を開発した。
【００７５】
この様な評価を行った結果、ＩｎＧａＮＭＱＷ（多重量子井戸）活性層のＰＬピーク波長が、結晶内で非常に大きな分布を有することが判明したので、図４３及び図４４を参照して説明する。
なお、この測定を行った従来の短波長半導体レーザの詳細については未発表である。
【００７６】
図４３（ａ）参照
図４３（ａ）は、レーザ発振しなかった素子において、１００００μｍ2 の領域内でＰＬスペクトルを２μｍおきに２５００点測定した場合の、各測定点におけるＰＬピーク波長とＰＬ光強度の相関を示すものであり、３９６ｎｍ（≒３．１３１ｅＶ）から４１６ｎｍ（≒２．９８０ｅＶ）の範囲に渡って、ＰＬピーク波長、ＰＬ光強度ともに大きく分布し、ＰＬピーク波長分布範囲は１５１ｍｅＶ、即ち、約１５０ｍｅＶであった。
【００７７】
因に、光通信用半導体レーザとして用いられているＩｎＧａＡｓ系の活性層について同様の評価を行った結果、ＰＬピーク波長分布が５ｍｅＶ程度の分布、即ち、ＩｎＧａＮ混晶の１／３０程度の分布しか持っていなかったことが判明し、この結果からもＩｎＧａＮ系が非常に特殊な材料系であり、従来の常識が通用しないことが分かる。
【００７８】
このＩｎＧａＮ系半導体レーザにおいては、物性上の理由からしきい値電流密度Ｊthが本質的に高い上、この様な活性層の組成不均一の大きさはレーザ発振を達成する上で致命的な欠点となるものであり、上述の評価からは、ＰＬピーク波長分布が１５０ｍｅＶ以上の場合にはレーザ発振しないという結果が得られている。
【００７９】
図４３（ｂ）参照
図４３（ｂ）は、レーザ発振した素子において、１００００μｍ2 の領域内でＰＬスペクトルを２μｍおきに２５００点測定した場合の、各測定点におけるＰＬピーク波長とＰＬ光強度の相関を示すものであり、ＰＬピーク波長分布範囲は４００ｎｍ（≒３．１００ｅＶ）から４１２ｎｍ（≒３．００９ｅＶ）の範囲に渡って、９１ｍｅＶ、即ち、約９０ｍｅＶであり、且つ、ＰＬ光強度分布も小さいものであった。
【００８０】
図４４（ａ）参照
図４４（ａ）は、上記の様なＰＬピーク波長分布を有するＩｎＧａＮ系半導体レーザの電流−光出力特性（Ｉ−Ｌ特性）を示す図であり、４１４．３ｎｍの波長において、室温パルス発振が達成されたが、電流を増大するにつれて明確にキンクが現れている。
なお、ＰＬ波長とレーザ発振波長とは互いに若干異なるものである。
【００８１】
図４４（ｂ）参照
図４４（ｂ）は、図４４（ａ）と同じＩｎＧａＮ系半導体レーザに、しきい値電流密度Ｊthの１．１倍、１．２倍、或いは、１．３倍の電流を流した場合の発振波長を表すもので、電流が多くなるにしたがって多波長発振が起こっており、この多波長発振が図４４（ａ）におけるＩ−Ｌ特性におけるキンクの原因となっていることが分かる。
【００８２】
従来、ＩｎＧａＮ系半導体レーザにおいては、発振波長が多波長であったり、或いは、注入電流によって大きく変化することが知られており、これは、活性層内における量子ドット（量子箱）化が反映しているものと考えられていた。
即ち、従来においては、多波長発振が量子効果に起因すると考えられており（必要ならば、Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ，ｖｏｌ．３５，１９９６，ｐ．２１７参照）、実際に、ＩｎＧａＮ層中に量子ドットが存在することが報告（必要ならば、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．７０，１９９７，ｐ．９８１参照）されている。
【００８３】
しかし、本発明者の研究の結果、上述の様に活性層内における組成不均一性に起因するＰＬピーク波長の空間的分布が多波長発振の原因であると考えられるに至ったので、この事情を図４５を参照して説明する。
【００８４】
図４５参照
図４５の棒グラフは、図４３（ｂ）に示した測定結果におけるＰＬピーク波長のヒストグラムであり、一方、折れ線グラフは図３４に示したように実際にレーザ発振した半導体レーザについて光励起による発振スペクトルの強度分布を示したもので、両者を重ね合わせると、非常に良い一致が得られ、このことから、多波長発振はＰＬピーク波長分布、即ち、活性層内の組成不均一が原因であると考えられる。
【００８５】
そして、この様な多波長発振は、しきい値電流密度Ｊthを増加させるばかりか、Ｉ−Ｌ特性におけるキンク、近視野像及び遠視野像の劣化等の光学特性の劣化にもつながるため、光学装置用光源としてもＩｎＧａＮ系半導体レーザにおいては、活性層の組成分布を抑制することが重要になる。
【００８６】
この様に、本発明者等の実験の結果、レーザ発振のためには１５０ｍｅＶ以下のＰＬピーク波長分布、即ち、Ｉｎ組成比において±０．０３の分布範囲内になるように設定することが必要であることが判明し、また、多波長発振を抑制するためには、ＰＬピーク波長分布を９０ｍｅＶ以下に、即ち、Ｉｎ組成比において±０．０１８以下にすることが必要であることが判明し、好適には５０ｍｅＶ以下、さらに、より好適には、２０ｍｅＶ以下にすることが望ましい。
【００８７】
さらに、上記の図３１（ｂ）の短波長半導体発光素子は本質的に発光ダイオードであるため、不純物濃度或いは層厚についての記載はあるものの、半導体レーザにした場合には、どの様な条件で効率の良い、低しきい値電流密度でのレーザ発振が生ずるかについては何ら示唆するところがないものである。
【００８８】
したがって、本発明は、ナイトライド系化合物半導体を用いた短波長半導体レーザのしきい値電流密度を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００８９】
ここで、課題を解決するための手段を説明するが、図１は請求項１乃至７に関する原理的構成の説明図であり、また、図２は量子井戸構造半導体レーザにおけるモード利得の電流密度の井戸層の層数依存性を示す図である。
図１参照
（１）本発明は、ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、活性層４として多重量子井戸構造を用いると共に、放射光強度分布の最大位置を活性層４の中心位置よりｐ型クラッド層（６）側にずれていることを特徴とする。
【００９０】
この様に、放射光強度分布の最大位置を活性層４の中心位置よりｐ型クラッド層（６）側にずらすことにより、最大光学利得位置と放射光強度分布の最大位置とが一致し、光閉じ込め効果が高まるので、しきい値電流密度Ｊthを低減することができる。
【００９１】
（２）また、本発明は、上記（１）において、放射光強度分布の最大位置が多重量子井戸構造のｐ型クラッド層（６）側から第１番目の量子井戸の位置に一致していることを特徴とする。
【００９２】
ナイトライド系化合物半導体を用いたＭＱＷ構造半導体レーザにおいては、最大光学利得位置は、ｐ型クラッド層（６）側から第１番目の量子井戸であるので、この量子井戸の位置に放射光強度分布の最大位置を合わせることが望ましい。
【００９３】
（３）また、本発明は、上記（１）または（２）において、活性層４とｎ型クラッド層（２）及びｐ型クラッド（６）層との間に、それぞれｎ側光ガイド層（３）及びｐ側光ガイド層（５）を設けると共に、ｎ側光ガイド層（３）の禁制帯幅をｐ側光ガイド層（５）の禁制帯幅より大きくすることを特徴とする。
【００９４】
ナイトライド系化合物半導体においては禁制帯幅が大きいほど屈折率が小さくなるので、ｎ側光ガイド層（３）の禁制帯幅をｐ側光ガイド層（５）の禁制帯幅より大きくすることによって放射光強度分布はｐ側に移動する。
【００９５】
（４）また、本発明は、上記（１）乃至（３）のいずれかにおいて、活性層４とｎ型クラッド層（２）及びｐ型クラッド層（６）との間に、それぞれｎ側光ガイド層（３）及びｐ側光ガイド層（５）を設けると共に、ｐ側光ガイド層（５）の層厚をｎ側光ガイド層（３）の層厚より厚くすることを特徴とする。
【００９６】
この様な光ガイド構造の非対称性は光ガイド層、即ち、ＳＣＨ層の厚さを非対称にすることによっても形成することができ、ｐ側光ガイド層（５）の層厚をｎ側光ガイド層（３）の層厚より厚くすることによっても放射光強度分布はｐ側に移動する。
【００９７】
（５）また、本発明は、上記（１）乃至（４）のいずれかにおいて、ｎ型クラッド層（２）の禁制帯幅をｐ型クラッド層（６）の禁制帯幅より大きくすることを特徴とする。
【００９８】
この様に、ｎ型クラッド層（２）の禁制帯幅をｐ型クラッド層（６）の禁制帯幅より大きくすることによっても、放射光強度分布をｐ側に移動することができる。
なお、この場合、ｎ側光ガイド層（３）の禁制帯幅もｐ側光ガイド層（５）の禁制帯幅より大きくしても良いし、光ガイド層の層厚を非対称にしても良い。
【００９９】
（６）また、本発明は、活性層４として単一量子井戸構造を用いると共に、活性層４とｐ側光ガイド層（５）との間に広禁制帯幅層を設けたナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、広禁制帯幅層に起因する放射光強度分布の最大位置と活性層４の中心位置とのずれをｎ側層により補償することを特徴とする。
【０１００】
電子のオーバーフロー防止のために、活性層４とｐ側光ガイド層（５）との間に広禁制帯幅層を設けた場合には、広禁制帯幅層に起因して放射光強度分布の最大位置が活性層４の中心位置からｎ側にずれることになるが、ｎ側層の禁制帯幅を大きくすることによってずれを補償することができ、それによって放射光強度分布の最大位置と活性層４の中心位置とを略一致させることができる。
【０１０１】
（７）また、本発明は、上記（６）において、ｎ側層が少なくともｎ側光ガイド層（３）であり、このｎ側光ガイド層（３）の禁制帯幅をｐ側光ガイド層（５）の禁制帯幅より大きくすることを特徴とする。
【０１０２】
この様に、ｎ側光ガイド層（３）の禁制帯幅をｐ側光ガイド層（５）の禁制帯幅より大きくすることによって、放射光強度分布をｐ側に移動することができ、それによって放射光強度分布の最大位置と活性層４の中心位置とを略一致させることができる。
【０１０３】
（８）また、本発明は、上記（６）または（７）において、ｎ側層が少なくともｎ側光ガイド層（３）であり、このｎ側光ガイド層（３）の層厚をｐ側光ガイド層（５）の層厚より薄くすることを特徴とする。
【０１０４】
この様に、ｎ側光ガイド層（３）の層厚をｐ側光ガイド層（５）の層厚より薄くすることによって非対称性を導入しても良く、それによって、放射光強度分布をｐ側に移動させて放射光強度分布の最大位置と活性層４の中心位置とを略一致させることができる。
【０１０５】
（９）また、本発明は、上記（６）乃至（８）のいずれかにおいて、ｎ側層が少なくともｎ型クラッド層（２）であり、このｎ型クラッド層（２）の禁制帯幅をｐ型クラッド層（６）の禁制帯幅より大きくすることを特徴とする。
【０１０６】
この様に、ｎ型クラッド層（２）の禁制帯幅をｐ型クラッド層（６）の禁制帯幅より大きくすることによっても、放射光強度分布をｐ側に移動することができ、それによって放射光強度分布の最大位置と活性層４の中心位置とを略一致させることができる。
なお、この場合も、ｎ側光ガイド層（３）の禁制帯幅をｐ側光ガイド層（５）の禁制帯幅より大きくしても良いし、或いは、光ガイド層３，５の層厚を非対称にしても良い。
【０１０７】
（１０）また、本発明は、上記（１）乃至（９）のいずれかにおいて、量子井戸構造の活性層４を構成する井戸層が、Ａｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｎ（但し、０≦ｘ＜１，０＜ｙ≦１）で構成されることを特徴とする。
【０１０８】
この様な、短波長半導体レーザにおける量子井戸構造の活性層４を構成する井戸層としては、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、或いは、ＡｌＩｎＧａＮ等のナイトライド系化合物半導体、即ち、Ａｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｎ（但し、０≦ｘ＜１，０＜ｙ≦１）が好適である。
【０１０９】
（１１）また、本発明は、ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、活性層４を２層の利得層を有する多重量子井戸構造で構成することを特徴とする。
【０１１０】
レーザのキャビティロス（しきい値利得）が大きい場合には、下記の図２及び上述の図３６から明らかな様に、利得層を２層にした場合に、しきい値電流密度Ｊthをより低くすることができる。
【０１１１】
（１２）また、本発明は、ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、活性層４を１層の厚さが６ｎｍ以上の２層または３層の利得層を有する多重量子井戸構造で構成することを特徴とする。
【０１１２】
図２参照
例えば、キャビティロスが１００ｃｍ-1と小さい場合には、モード利得Ｇm がキャビティロスを上回ってレーザ発振を開始するしきい値電流密度Ｊthは、
Ｊth（１層）＜Ｊth（２層）＜Ｊth（３層）＜Ｊth（４層）＜Ｊth（５層）  となり、利得層の総層厚が同じ場合、活性層４を単一の利得層で構成した方がしきい値電流密度Ｊthを低くすることができる。
【０１１３】
一方、キャビティロスが２００ｃｍ-1と大きくなった場合には、モード利得Ｇm がキャビティロスを上回ってレーザ発振を開始するしきい値電流密度Ｊthは、
Ｊth（２層）＜Ｊth（３層）≒Ｊth（１層）＜Ｊth（４層）＜Ｊth（５層）  となり、利得層の総層厚が同じ場合、利得層が２層又は３層でなる多重量子井戸構造を構成した方がしきい値電流密度Ｊthを低くすることができる。
【０１１４】
（１３）また、本発明は、上記（１１）または（１２）において、利得層をアンドープ層で構成することを特徴とする。
【０１１５】
この様に、多重量子井戸構造活性層を用いた場合にも、利得層をアンドープ層にして、不純物散乱を少なくして正孔の移動度を高めることが望ましく、それによって、正孔をより均一に注入することができる。
【０１１６】
（１４）また、本発明は、上記（１１）乃至（１３）のいずれかにおいて、利得層４が、Ａｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｎ（但し、０≦ｘ＜１，０＜ｙ≦１）で構成されることを特徴とする。
【０１１７】
この様な、短波長半導体レーザを構成する利得層としては、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、或いは、ＡｌＩｎＧａＮ等のナイトライド系化合物半導体、即ち、Ａｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｎ（但し、０≦ｘ＜１，０＜ｙ≦１）が好適である。
【０１１８】
（１５）本発明は、ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、ｐ側光ガイド層がＩｎＧａＮ或いはＧａＮのいずれかからなり、且つ、ｐ側光ガイド層の不純物濃度が１×１０17ｃｍ-3未満であることを特徴とする。
【０１１９】
この様に、不純物濃度が１×１０17ｃｍ-3未満のＩｎＧａＮ或いはＧａＮからなるｐ側光ガイド層を用いることによって、ｐ側光ガイド層におけるホールの移動度を高めることができ、それによって、ホールの注入効率を高めることができ、また、結晶性を改善することができるので、非発光性再結合を低減し、それによって、しきい値電流密度Ｊthを低くすることができる。
【０１２０】
（１６）また、本発明は、上記（１５）において、ｐ側光ガイド層がアンドープ層であることを特徴とする。
【０１２１】
この様な低不純物濃度層は、アンドープ層で構成することが望ましい。
【０１２２】
（１７）また、本発明は、上記（１５）または（１６）において、ｐ側光ガイド層におけるホールの移動度が、２ｃｍ2 ／Ｖ・ｓ以上であることを特徴とする。
【０１２３】
この様な低不純物濃度層におけるホールの移動度は、所要のホールの注入が得られ、且つ、現在の時点において、レーザ発振が可能になると考えられる２ｃｍ2 ／Ｖ・ｓ以上とすることが必要である。
【０１２４】
（１８）また、本発明は、ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、ｐ側光ガイド層の層厚をｎ側光ガイド層の層厚より薄くしたことを特徴とする。
【０１２５】
この様に、ｐ側光ガイド層の層厚をｎ側光ガイド層の層厚より薄くすることによって、ｐ側光ガイド層における非発光性再結合を低減することができ、それによって、低しきい値電流密度Ｊthの半導体レーザを構成することができる。
【０１２６】
（１９）また、本発明は、ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、ｐ側光ガイド層の層厚が０．１μｍ未満であることを特徴とする。
【０１２７】
この様に、ｐ側光ガイド層の層厚を０．１μｍ未満に、より好適には、０．０８μｍ（８０ｎｍ）以下にすることによって、ｐ側光ガイド層における非発光性再結合を効果的に低減することができる。
【０１２８】
（２０）また、本発明は、上記（１８）または（１９）において、ｐ側光ガイド層の禁制帯幅をｎ側光ガイド層の禁制帯幅より大きくしたことを特徴とする。
【０１２９】
この様に、ｐ側光ガイド層の禁制帯幅をｎ側光ガイド層の禁制帯幅より大きくすることによって、電子がｐ側光ガイド層側へオーバーフローするのを防止することができる。
【０１３０】
（２１）また、本発明は、ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、ｐ側光ガイド層の禁制帯幅が活性層に隣接する部分で小さく、且つ、ｐ型クラッド層に隣接する部分で大きくなっていることを特徴とする。
【０１３１】
この様に、禁制帯幅が活性層に隣接する部分で小さく、且つ、ｐ型クラッド層に隣接する部分で大きくなっているｐ側光ガイド層を用いることによって、十分な光閉じ込めを確保しつつ、電子のｐ型クラッド層へのオーバーフローを防止することができ、また、活性層へのホールの注入効率を改善することができる。
【０１３２】
（２２）また、本発明は、上記（２１）において、ｐ側光ガイド層の禁制帯幅が階段的に変化していることを特徴とする。
【０１３３】
上記（２１）の様なｐ側光ガイド層における禁制帯幅の変化は、階段的変化、即ち、ステップ状の変化であっても良く、２層、或いは、２層以上の多層構造で構成すれば良い。
【０１３４】
（２３）また、本発明は、上記（２１）において、ｐ側光ガイド層の禁制帯幅が連続的に変化していることを特徴とする。
【０１３５】
また、上記（２１）の様なｐ側光ガイド層における禁制帯幅の変化は、連続的変化、即ち、グレーデッド状の変化であっても良い。
【０１３６】
（２４）また、本発明は、ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、ｐ側光ガイド層の禁制帯幅が活性層に隣接する側からｐ型クラッド層３に隣接する側に向かって連続的に小さくなっていることを特徴とする。
【０１３７】
この様に、禁制帯幅が活性層に隣接する側からｐ型クラッド層に隣接する側に向かって連続的に小さくなっているｐ側光ガイド層、即ち、逆グレーデッド状のｐ側光ガイド層を用いることによって、ホールの注入に障害となるエネルギースパイクが発生することがなく、十分なホールの注入を確保しつつ、電子のオーバーフローを防止することができる。
【０１３８】
（２５）また、本発明は、上記（２１）乃至（２４）のいずれかにおいて、ｐ側光ガイド層を構成する禁制帯幅の小さな層がＩｎＧａＮ或いはＧａＮからなり、且つ、禁制帯幅の大きな層がＡｌＧａＮからなることを特徴とする。
【０１３９】
この様に、電子のオーバーフローを効果的に防止するためには、ＧａＮ／ＡｌＧａＮ又はＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ界面におけるΔＥC ／ΔＥg が大きいので、禁制帯幅の大きな層としてＡｌＧａＮを採用することが望ましい。
【０１４０】
（２６）本発明は、ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体発光素子において、共振器内の活性層のフォトルミネッセンス波長の分布が９０ｍｅＶ以下であることを特徴とする。
【０１４１】
（２７）また、本発明は、上記（２６）において、共振器内の活性層のフォトルミネッセンス波長の分布が５０ｍｅＶ以下であることを特徴とする。
【０１４２】
この様に、短波長半導体レーザにおいて、多波長発振を抑制するためには、共振器内の活性層のフォトルミネッセンス波長の分布が９０ｍｅＶ以下であることが必要であり、より好適には、５０ｍｅＶ以下にすることが望ましい。
【０１４３】
（２８）本発明は、ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体発光素子において、共振器内の活性層の転位密度を１０9 ｃｍ-2以下とすることを特徴とする。
【０１４４】
（２９）また、本発明は、上記（２８）において、共振器内の活性層の転位密度を１０8 ｃｍ-2以下とすることを特徴とする。
【０１４５】
従来の短波長半導体レーザにおける転位密度は１０9 ｃｍ-2台、即ち、１０9 〜１０10ｃｍ-2であり、ＰＬピーク波長の不均一の大きさは転位の間隔と一致することから、共振器内の活性層の転位密度を低減することによってＰＬピーク波長の分布を低減することができ、そのためには、共振器内の活性層の転位密度を１０9 ｃｍ-2以下とすることが必要であり、好適には、１０8 ｃｍ-2以下、より好適には、１０7 ｃｍ-2以下にすることが望ましい。
【０１４６】
即ち、従来の短波長半導体レーザにおいては、ナイトライド系化合物半導体との格子不整合が１３％程度と非常に大きなサファイアを成長基板として用いていたため、共振器内の活性層の転位密度は１０10ｃｍ-2程度であるが、ナイトライド系化合物半導体においては、転位は非発光中心を形成しないのでデバイスの特性には影響しないと言われているので、この様な転位密度を全く問題にせずにデバイス化が進められていたが、上述の様に、転位密度と組成不均一とが相関を示し、転位密度が小さくなると組成不均一も小さくなるので、格子不整合が３％と大幅に低減されるＳｉＣ基板を用いることにより、転位密度を１０9 ｃｍ-2以下に、少なくとも、１０7 ｃｍ-2程度までは低減することができ、それによって、多波長発振の抑制された短波長半導体発光素子を実現することができる。
【０１４７】
（３０）また、本発明は、上記（２６）乃至（２９）のいずれかにおいて、活性層がＩｎを構成要素として含むことを特徴とする。
【０１４８】
この様に、活性層としてＩｎを構成要素として含む半導体を用いた場合、特に、Ｉｎ組成比の比較的大きなＩｎＧａＮを用いた場合にも、上記（２６）乃至（２９）の条件を満たすことによって、青色発光素子、特に、青色半導体レーザとして好適な結晶性の良好な活性層を得ることができる。
【０１４９】
（３１）本発明は、ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体発光素子の製造方法において、活性層を成長させる際の成長速度を０．１μｍ／時以上とすることを特徴とする。
【０１５０】
ナイトライド系化合物半導体においては、活性層を成長させる際の成長速度を０．１μｍ／時（０．１μｍ／ｈ）以下とした場合には、ＰＬ波長分布、即ち、ＰＬ波長の標準偏差が大きくなり、特に、成長速度ｒg が０．０７５μｍ／ｈの場合には、ＩｎＧａＮ混晶のＩｎ組成比を大きくなるとＰＬ波長の標準偏差が大きくなり、レーザ発振が不可能になる。
【０１５１】
したがって、０．１μｍ／ｈ以上の成長速度を採用することにより、ＰＬピーク波長分布を９０ｍｅＶ以下とすることができるので、多波長発振の抑制された半導体レーザを再現性良く製造することができ、また、ＬＥＤとしても波長の半値幅の狭い純度の高い青色発光素子を実現することができる。
【０１５２】
（３２）また、本発明は、上記（３１）において、成長速度を０．２μｍ／時以上としたことを特徴とする。
【０１５３】
この様に、成長速度を上げることによって、ＰＬピーク波長分布をより狭くすることができ、多波長発振の抑制が容易になる。
【０１５４】
（３３）また、本発明は、上記（３１）において、成長速度を０．３μｍ／時以上としたことを特徴とする。
【０１５５】
この様に、成長速度を０．３μｍ／時以上とした場合には、青色発光素子として好適なＩｎ組成比の比較的大きなＩｎＧａＮを成長させる場合にもＰＬ波長の標準偏差の増大が起こらず、再現良くＰＬピーク波長分布の狭い、例えば、９０ｍｅＶ以下の活性層を成長させることができ、且つ、ＰＬ光強度の大きな結晶性の良好な活性層を成長させることができる。
【０１５６】
（３４）また、本発明は、上記（３１）乃至（３３）のいずれかにおいて、基板としてＳｉＣ基板を用いると共に、ＳｉＣ基板の表面をエッチングすることを特徴とする。
【０１５７】
活性層の転位密度、したがって、組成不均一によるフォトルミネッセンス波長の分布は基板の表面欠陥密度に依存するので、格子不整合の小さなＳｉＣ基板を用いた場合にも、その表面をエッチング、特に、ドライ・エッチングすることにより表面欠陥を除去することにより、転位密度の小さな活性層を再現性良く成長させることができる。
【０１５８】
（３５）また、本発明は、上記（３１）乃至（３４）のいずれかにおいて、活性層がＩｎを構成要素として含むことを特徴とする。
【０１５９】
上記（３３）において説明したように、本発明の製造方法は、Ｉｎを構成要素として含む活性層を有する半導体発光素子に特に有効である。
【０１６０】
（３６）本発明は、ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、ｐ型クラッド層を、２層の広禁制帯幅のｐ型半導体層の間に、狭禁制帯幅の中間層を挟んだ多層構造で構成することを特徴とする。
【０１６１】
この様に、ｐ型クラッド層の中間に狭禁制帯幅の中間層を挟み込むことによって、この中間層においてオーバーフローしてきた電子を再結合発光させ、光として放出することによって、オーバーフロー電流に起因する発熱を抑制することができ、それによって、オーバーフロー電流が増加する悪循環を断ち切ることができ、しきい値電流密度Ｊthを低減することができる。
【０１６２】
（３７）また、本発明は、上記（３６）において、中間層６が、単層の狭禁制帯幅層で構成されることを特徴とする。
【０１６３】
この様な中間層は、単層の狭禁制帯幅層で構成しても良く、この場合には、ｐ型クラッド層の抵抗を小さくするために、ｐ型にドープすることが望ましい。
【０１６４】
（３８）また、本発明は、上記（３６）において、中間層が、２層の広禁制帯幅のｐ型半導体層の間の任意の位置で禁制帯幅が最低になるように禁制帯幅が連続的に変化していることを特徴とする。
【０１６５】
この様に、中間層を、Ｕ字型の禁制帯幅分布を有する層で構成することによって、ホールのｐ側光ガイド層への注入をスムーズに行うことができる。
【０１６６】
（３９）また、本発明は、上記（３６）において、中間層が、広禁制帯幅の層と狭禁制帯幅の層を交互に複数層積層させた多層構造からなることを特徴とする。
【０１６７】
この様に、中間層を、多層構造で構成しても良く、この場合には、狭禁制帯幅の層をアンドープにすることによって結晶性を改善し、狭禁制帯幅の層における発光性再結合確率を大きくすることができる。
【０１６８】
（４０）また、本発明は、上記（３９）において、中間層を構成する広禁制帯幅の層と狭禁制帯幅の層との間の禁制帯幅が連続的に変化していることを特徴とする。
【０１６９】
この様に、中間層を構成する広禁制帯幅の層と狭禁制帯幅の層との間の禁制帯幅を連続的に変化させることによって、ホールのｐ側光ガイド層への注入をスムーズに行うことができる。
【０１７０】
（４１）また、本発明は、上記（３６）乃至（４０）のいずれかにおいて、中間層の内の狭禁制帯幅側の層の少なくとも一部をアンドープ層にしたことを特徴とする。
【０１７１】
この様に、中間層の内の狭禁制帯幅側の層の少なくとも一部をアンドープ層にすることによって結晶性を改善し、発光性再結合確率を大きくすることができる。
【０１７２】
（４２）また、本発明は、上記（３６）乃至（４１）のいずれかにおいて、広禁制帯幅の層をＡｌＧａＮで構成するとともに、狭禁制帯幅の層をＩｎＧａＮ、ＧａＮ、或いは、ＡｌＧａＮのいずれかで構成することを特徴とする。
【０１７３】
この様に、広禁制帯幅の層、即ち、ｐ型半導体層及び中間層を構成する広禁制帯幅の部分をＡｌＧａＮで構成するとともに、狭禁制帯幅の層をＩｎＧａＮ、ＧａＮ、或いは、ＡｌＧａＮのいずれかで構成することが好適である。
【０１７４】
（４３）本発明は、ナイトライド系化合物半導体を用いた多重量子井戸構造半導体レーザにおいて、多重量子井戸活性層を構成するバリア層の厚さを５ｎｍ未満とすることを特徴とする。
【０１７５】
この様に、ナイトライド系化合物半導体においては、ウエル層からの波動関数の滲み出しの程度が小さいので、多重量子井戸活性層を構成するバリア層の厚さを薄くしても光学利得の発生の低下の問題は余り大きくならないので、バリア層の厚さを５ｎｍ未満としてキャリアの不均一注入を改善することによって、多重量子井戸構造半導体レーザの特性を向上することができる。
【０１７６】
（４４）また、本発明は、上記（４３）において、多重量子井戸活性層を構成するバリア層が、Ｉｎ組成比が０．０４以上のＩｎＧａＮによって構成されることを特徴とする。
【０１７７】
この様に、多重量子井戸活性層を構成するバリア層の厚さを薄くした場合には、歪低減の効果が生じ、結晶性の劣化が少なくなるので、ＩｎＧａＮからなるバリア層のＩｎ組成比を０．０４以上に大きくすることができ、それによってバリア層の障壁の高さを低くすることができるので、キャリアの不均一注入をより一層改善することができる。
【０１７８】
（４５）また、本発明は、ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、活性層のｐ側に設けるエレクトロンブロック層の不純物濃度を、１．０×１０17ｃｍ-3未満とすることを特徴とする。
【０１７９】
（４６）また、本発明は、上記（４５）において、活性層のｐ側に設けるエレクトロンブロック層をアンドープ層とすることを特徴とする。
【０１８０】
上記（４５）或いは（４６）の様に、活性層のｐ側に設けるエレクトロンブロック層を不純物濃度が１．０×１０17ｃｍ-3未満の層、特に、アンドープ層で構成することにより、ホールが不純物により散乱されることがないのでホールの実効移動度が向上し、ホールの注入効率が改善され、印加電圧Ｖを小さくすることができる。
【０１８１】
（４７）また、本発明は、ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、活性層のｐ側に設けるエレクトロンブロック層のｐ側の領域において、禁制帯幅が徐々に変化していることを特徴とする。
【０１８２】
この様に、活性層のｐ側に設けるエレクトロンブロック層のｐ側の領域において、禁制帯幅を徐々に変化させる、即ち、連続的に変化させる、或いは、階段状に変化させることによって、エレクトロンブロック層とｐ側層、即ち、ｐ側光ガイド層或いはｐ型クラッド層との間の電子親和力を徐々に変化させることができ、それによって界面において電位障壁となるノッチの発生を抑制することができるので、ホールの注入効率が改善され、印加電圧Ｖを小さくすることができる。
【０１８３】
（４８）また、本発明は、ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、活性層のｐ側に設けるエレクトロンブロック層のｎ側の領域において、禁制帯幅が徐々に変化していることを特徴とする。
【０１８４】
この様に、活性層のｐ側に設けるエレクトロンブロック層のｎ側の領域において、禁制帯幅を徐々に変化させる、即ち、連続的に変化させる、或いは、階段状に変化させることによって、エレクトロンブロック層と活性層との間の電子親和力を徐々に変化させることができ、それによって界面において電位障壁となるノッチの発生を抑制することができるので、ホールの注入効率が改善され、印加電圧Ｖを小さくすることができる。
【０１８５】
（４９）また、本発明は、ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、活性層のｐ側に設けるエレクトロンブロック層のｎ側及びｐ側の領域において、禁制帯幅が徐々に変化していることを特徴とする。
【０１８６】
この様に、活性層のｐ側に設けるエレクトロンブロック層のｎ側及びｐ側の領域において、禁制帯幅を徐々に変化させる、即ち、連続的に変化させる、或いは、階段状に変化させることによって、エレクトロンブロック層と活性層との間、及び、エレクトロンブロック層とｐ側層との間の電子親和力を徐々に変化させることができ、それによって両方の界面において電位障壁となるノッチの発生を抑制することができるので、ホールの注入効率が改善され、印加電圧Ｖを小さくすることができる。
【０１８７】
（５０）本発明は、ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、活性層のｐ側に設けるエレクトロンブロック層のＭｇ濃度を７×１０19ｃｍ-3以上とすることを特徴とする。
【０１８８】
この様に、活性層のｐ側に設けるエレクトロンブロック層のＭｇ濃度を７×１０19ｃｍ-3以上とすることによって、発光スペクトルの評価から、キャリアのオーバーフローを効果的に抑制することができる。
【０１８９】
この理由は必ずしも明らかではないが、エレクトロンブロック層の価電子帯側に深い不純物準位が高密度に形成され、この不純物準位を介した不純物伝導（ｉｍｐｕｒｉｔｙ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ、或いは、ｈｏｐｐｉｎｇ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ）或いはトンネル伝導によってホールが活性層に注入されるので、ホールの注入効率が改善されるためと考えられる。
【０１９０】
（５１）また、本発明は、ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザの製造方法において、活性層のｐ側に設けるエレクトロンブロック層の成長温度を６００℃〜９００℃としたことを特徴とする。
【０１９１】
（５２）また、本発明は、上記（５１）において、エレクトロンブロック層の成長温度を活性層の成長温度と同じにしたことを特徴とする。
【０１９２】
この様に、エレクトロンブロック層の成長温度を、従来の成長温度である１１００℃近傍より低い、活性層の成長温度と同様の６００℃〜９００℃とすることによって、活性層における発光強度を高め、且つ、ｐ型光ガイド層における発光を低減することができる。
【０１９３】
（５３）また、本発明は、上記（５１）または（５２）において、エレクトロンブロック層のＭｇ濃度が７×１０19ｃｍ-3以上になるようにＭｇをドープすることを特徴とする。
【０１９４】
この様に、活性層のｐ側に設けるエレクトロンブロック層のＭｇ濃度が７×１０19ｃｍ-3以上となるようにＭｇをドープすることによって、発光スペクトルの評価から、キャリアのオーバーフローを効果的に抑制することができる。
【発明の効果】
【０１９５】
上記の（１）乃至（１０）の発明によれば、ナイトライド系化合物半導体からなる短波長半導体レーザにおける最大光学利得位置と放射光強度分布の最大位置とが一致するように、光ガイド層及び／又はクラッド層の禁制帯幅及び厚さを選択しているで、光閉じ込め効果を高めてしきい値電流密度Ｊthを低減することができ、それによって、低消費電力化が可能になり、熱の発生を最小限に抑制することができるので信頼性が向上し、光情報記録装置等の光源としてその高密度化に寄与するところが大きい。
【０１９６】
また、上記の（１１）乃至（１４）の発明によれば、ナイトライド系化合物半導体からなる短波長半導体レーザの活性層を厚さ３ｎｍ以上の単一の利得層で構成すると共に、光ガイド層を設ける或いは利得層をアンドープ層にすることによってしきい値電流密度Ｊthを低減することができ、また、キャビティロスが大きい場合には、井戸層が厚さ６ｎｍ以上の３層以下の多重量子構造とすることによってもしきい値電流密度Ｊthを低減することができ、それによって低消費電力化が可能になり、熱の発生を最小限に抑制することができるので信頼性を向上することができ、光情報記録装置等の光源としてその高密度化に寄与するところが大きい。
【０１９７】
また、上記の（１５）乃至（２５）の発明によれば、ナイトライド系化合物半導体からなる短波長半導体レーザのｐ側光ガイド層におけるホール移動度を高め、或いは、ｐ側光ガイド層における再結合確率を低減しているので、しきい値電流密度Ｊthを低減することができ、それによって、低消費電力化が可能になり、熱の発生を最小限に抑制することができるので信頼性が向上し、光情報記録装置等の光源としてその高密度化に寄与するところが大きい。
【０１９８】
また、上記の（２６）乃至（３５）の発明によれば、ナイトライド系化合物半導体からなる半導体発光素子の活性層を成長させる場合に、その成長速度を０．１μｍ／ｈ以上、より好適には、０．３μｍ／ｈ以上とすることによって、転位密度が１０9 ｃｍ-3以下で、ＰＬ波長の標準偏差の少なく、ＰＬピーク波長分布が９０ｍｅＶ以下、より好適には、５０ｍｅＶ以下のＩｎＧａＮ活性層を再現性良く製造することができるので、青色半導体レーザの低しきい値電流密度化が可能になり、それによって、光情報記録装置等の光源としてその高密度化に寄与するところが大きい。
【０１９９】
また、上記の（３６）乃至（４２）の発明によれば、ナイトライド系化合物半導体からなる短波長半導体レーザのｐ型クラッド層に狭禁制帯幅の部分を設け、この狭禁制帯幅の部分でオーバーフローしてきた電子を発光性再結合させているので、オーバーフロー電流による発熱を大幅に低減することができ、それによって、発熱によるオーバーフロー電流の増加という悪循環を断ち切ることができるので、低しきい値電流密度化が可能になり、また、電極劣化による素子劣化が抑制されるので信頼性が向上し、光情報記録装置等の光源としてその高密度化に寄与するところが大きい。
【０２００】
また、上記の（４３）及び（４４）の発明によれば、ナイトライド系化合物半導体からなる多重量子井戸構造半導体レーザの多重量子井戸活性層を構成するバリア層の膜厚を５ｎｍ未満にしているので、キャリアの不均一注入を改善し、光学利得の不均一な発生を改善することができるので、それによってしきい値電流密度Ｊthが低減され、低消費電力化が可能になり、また、信頼性が向上するので、光情報記録装置等の光源としてその高密度化に寄与するところが大きい。
【０２０１】
また、上記の（４５）乃至（４９）の発明によれば、ナイトライド系化合物半導体からなる半導体レーザに挿入するエレクトロンブロック層を、アンドープ層、或いは、グレーデッド層を備えた層によって構成しているのでホールの注入効率を改善することができ、それによってしきい値電流密度Ｊthが低減されて低消費電力化が可能になり、光情報記録装置等の光源としてその高密度化に寄与するところが大きい。
【０２０２】
さらに、上記（５０）乃至（５３）の発明によれば、ナイトライド系化合物半導体からなる半導体レーザに挿入するｐ型エレクトロンブロック層を、Ｍｇ濃度が７×１０19ｃｍ-3以上の高濃度層によって構成しているので、電子をオーバーフローを殆ど完全に抑制することができ、それによってしきい値電流密度Ｊthが低減されて低消費電力化が可能になり、光情報記録装置等の光源としてその高密度化に寄与するところが大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０２０３】
ここで、図３乃至図５を参照して、活性層或いは井戸層の厚さを選択することによりしきい値電流密度Ｊthを低減させる本発明の第１及び第２の実施の形態を説明する。
まず、図４を参照して本発明の第１の実施の形態の短波長半導体レーザの具体的構成を説明する前に、図３を参照して本発明の第１の実施の形態におけるしきい値電流密度Ｊthの活性層の層厚依存性を説明する。
【０２０４】
図３参照
図３は、活性層としてＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ層を用い、活性層の両側に厚さ０．１μｍのＧａＮ光ガイド層を設け、その両側にＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層を設けた場合のしきい値電流密度Ｊthの活性層の層厚依存性の計算結果を示すものであり、電子のオーバーフローがない場合の理想的な場合の計算結果である。
【０２０５】
図から明らかなように、活性層の厚さが３ｎｍ以下では、光閉じ込めが充分でなく光閉じ込め係数Γが小さくなるので、しきい値フェルミ準位ＥF thが上昇してしきい値電流密度Ｊthが上昇する。
なお、Ｇthはしきい値利得である。
【０２０６】
一方、膜厚が６ｎｍ以上では、Ｊth＝Ｎth・ｄ・ｅ／τs の関係から、しきい値電流密度Ｊthは上昇するが、実際には、この材料系では電子のオーバーフローが大きいので、膜厚を増加させて光閉じ込めを増加させることでしきい値フェルミ準位ＥF thを下げることができ、それによって、電子のオーバーフローを低減することができるためしきい値電流密度Ｊthは低減するので、３０ｎｍ以下までは注入電流を有効に活用することができ、さらに、１０ｎｍ未満の厚さすることがより好適である。
【０２０７】
図４参照
次に、図４を参照して本発明の第１の実施の形態の半導体レーザの製造工程を簡単に説明するが、まず、（０００１）面、即ち、ｃ面を主面とする六方晶の６Ｈ−ＳｉＣからなるｎ型ＳｉＣ基板１１上に、ＴＭＧａ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡｌ（トリメチルアルミニウム）、アンモニア、及び、キャリアガスとしての水素を成長ガスとして用いたＭＯＶＰＥ法によって、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、厚さ５０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍのＡｌＧａＮバッファ層１２を成長させる。
【０２０８】
引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、及び、キャリアガスを用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９２０℃とした状態で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍのＧａＮ中間層１３を成長させる。
【０２０９】
引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモニア、ドーパントとして、ＳｉＨ4 、及び、キャリアガスとしての水素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０20ｃｍ-3、例えば、１．０×１０18ｃｍ-3のｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層１４を成長させる。
【０２１０】
引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、及び、キャリアガスとしての水素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９３０℃とした状態で、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍのアンドープＧａＮ光ガイド層１５を成長させる。
【０２１１】
引き続いて、ＴＥＧａ（トリエチルガリウム）、ＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）、アンモニア、及び、キャリアガスとしての窒素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を５５０〜９００℃、例えば、７００℃とした状態で、厚さ１〜１０ｎｍ、例えば、５ｎｍのアンドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎバリア層で挟持された厚さ３〜３０ｎｍ、例えば、８ｎｍのアンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ井戸層からなるＳＱＷ活性層１６を成長させる。
【０２１２】
引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしての窒素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９３０℃とした状態で、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ-3、例えば、５．０×１０17ｃｍ-3のｐ型ＧａＮ光ガイド層１７を成長させる。
【０２１３】
引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしての窒素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ-3、例えば、５．０×１０17ｃｍ-3のｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層１８を成長させる。
【０２１４】
引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしての窒素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９３０℃とした状態で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ-3、例えば、１．０×１０18ｃｍ-3のｐ型ＧａＮコンタクト層１９を成長させる。
【０２１５】
次いで、ｎ型ＳｉＣ基板１１の裏面にはｎ側電極として厚さ１００ｎｍのＮｉ電極２０を設けると共に、ｐ型ＧａＮコンタクト層１９上にはｐ側電極として厚さ１００ｎｍ、幅Ｗが１０μｍのＮｉ電極２１を設け、共振器長Ｌが７００μｍとなるように素子分割することによってＳＱＷ構造短波長半導体レーザが完成する。
【０２１６】
この様に、本発明の第１の実施の形態においては、従来の常識に反して活性層を単一のＳＱＷ構造にすることによって注入電流を有効に利用することができ、また、井戸層、即ち、利得層の厚さを８ｎｍにすると共に、光ガイド層を用いることにより光閉じ込め効率を高めることによって、しきい値電流密度Ｊthを低減することができる。
【０２１７】
即ち、利得層の厚さを８ｎｍとする場合、キャビティロスが小さい場合には、４ｎｍの井戸層を２層設けたＭＱＷ構造よりも、８ｎｍの井戸層を設けたＳＱＷ構造の方がしきい値電流密度Ｊthを低減することができ、また、光ガイド層がないと光閉じ込め係数Γが小さくなり、光がクラッド層側に滲みだしてしきい値電流密度Ｊthが高くなりすぎる。
【０２１８】
なお、上記の第１の実施の形態の説明においては井戸層、即ち利得層の厚さは８ｎｍであるが、図３に関して説明したように、３ｎｍ以上であれば良く、好適には６ｎｍ以上が望ましく、一方、注入電流を有効利用するためには３０ｎｍ以下が好適であり、より好適には１０ｎｍ未満の範囲が望ましい。
【０２１９】
次に、図５を参照して本発明の第２の実施の形態のＭＱＷ構造半導体レーザを説明する。
図５参照
まず、上記の第１の実施の形態と同様に、（０００１）面、即ち、ｃ面を主面とする六方晶の６Ｈ−ＳｉＣからなるｎ型ＳｉＣ基板１１上に、ＴＭＧａ、ＴＭＡｌ、アンモニア、及び、キャリアガスとしての水素を成長ガスとして用いたＭＯＶＰＥ法によって、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、厚さ５０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍのＡｌＧａＮバッファ層１２を成長させる。
【０２２０】
引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、及び、キャリアガスを用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９２０℃とした状態で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍのＧａＮ中間層１３を成長させる。
【０２２１】
引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモニア、ドーパントとして、ＳｉＨ4 、及び、キャリアガスとしてのＨ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０20ｃｍ-3、例えば、１．０×１０18ｃｍ-3のｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層１４を成長させる。
【０２２２】
引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、及び、キャリアガスとしての水素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９３０℃とした状態で、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍのアンドープＧａＮ光ガイド層１５を成長させる。
【０２２３】
引き続いて、ＴＥＧａ、ＴＭＩｎ、アンモニア、及び、キャリアガスとしての窒素、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を５５０〜９００℃、例えば、７００℃とした状態で、厚さ１〜１０ｎｍ、例えば、５ｎｍのアンドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎバリア層と厚さ３〜１０ｎｍ、例えば、８ｎｍのアンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ井戸層を交互にアンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ井戸層が２又は３層、例えば、２層になるように成長させ、ＭＱＷ活性層２２を形成する。
【０２２４】
引き続いて、再び第１の実施の形態と同様に、ＴＭＧａ、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしての窒素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９３０℃とした状態で、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ-3、例えば、５．０×１０17ｃｍ-3のｐ型ＧａＮ光ガイド層１７を成長させる。
【０２２５】
引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしての窒素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ-3、例えば、５．０×１０17ｃｍ-3のｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層１８を成長させる。
【０２２６】
引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしての窒素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９３０℃とした状態で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ-3、例えば、１．０×１０18ｃｍ-3のｐ型ＧａＮコンタクト層１９を成長させる。
【０２２７】
次いで、ｎ型ＳｉＣ基板１１の裏面にはｎ側電極として厚さ１００ｎｍのＮｉ電極２０を設けると共に、ｐ型ＧａＮコンタクト層１９上にはｐ側電極として厚さ１００ｎｍ、幅Ｗが１０μｍのＮｉ電極２１を設け、共振器長Ｌが７００μｍとなるように素子分割することによってＳＱＷ構造短波長半導体レーザが完成する。
【０２２８】
この様に、本発明の第２の実施の形態においては、活性層を井戸層が２層のＭＱＷ構造で構成しているが、上述の図２から明らかなように、キャビティロスが大きい場合には、利得層の総層厚が同じであれば複数の利得層で構成した方がしきい値電流密度Ｊthを低減することができ、また、前述の図３０から明らかなように、井戸層を２乃至３にすることによって、注入電流を有効に利用することができ、それによってもしきい値電流密度Ｊthを低減することができる。
【０２２９】
例えば、本発明の第２の実施の形態においては、成長基板としてＳｉＣを用いているため、共振器面の形成は容易であるが、上述の図６に示した従来例の様にサファイア基板を用いた場合には、ドライ・エッチングによって共振器面を形成しているためキャビティロスが大きくなるので、この様な場合には、第２の実施の形態の様なＭＱＷ構造を用いることが有効となる。
【０２３０】
なお、上記の第２の実施の形態の説明においては、井戸層、即ち、利得層の一層の厚さは８ｎｍであるが、図３に関して説明したように、６ｎｍ以上であることが好適であり、したがって、６〜１０ｎｍの範囲が望ましい。
【０２３１】
以上、本発明の第１及び第２の実施の形態を説明してきたが、本発明は実施の形態に記載した構成に限られるものではなく、その技術思想の範囲において各種の変更が可能であり、例えば、上記の第１及び第２の実施の形態においては、利得層としてＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎを採用しているが、必要とする波長に応じて混晶比をＡｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｎ（０≦ｘ＜１、０＜ｙ≦１）の範囲内で変えても良いものであり、且つ、それに伴って、光ガイド層及びクラッド層の混晶比をＡｌa Ｇａb Ｉｎ1-a-b Ｎ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）の範囲内で変えても良い。
【０２３２】
また、上記の第１及び第２の実施の形態においては、利得層として正孔の移動度を高めるためにアンドープ層を用いているが、アンドープ層の場合、不可避的に不純物がオートドープされることがあるので、結果的な不純物濃度としては、１．０×１０17ｃｍ-3未満であれば良い。
【０２３３】
また、上記の第１の実施の形態においてはＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎバリア層を用いたＳＱＷ構造としているが、バリア層を用いずに、光ガイド層をバリア層として兼用しても良いものである。
【０２３４】
また、上記の第１及び第２の実施の形態においては光ガイド層は単層構造であるが、組成の異なった半導体層を用いて多層構造としても良く、また、グレーデッドバンド・ギャップ層を用いても良い。
【０２３５】
次に、図６乃至図８を参照して、最大発光利得位置と放射強度分布の最大位置とを一致させることによりしきい値電流密度Ｊthを低減させる本発明の第３乃至第５の実施の形態を説明する。
まず、図６を参照して本発明の第３の実施の形態のＭＱＷ構造短波長半導体レーザを説明する。
図６参照
まず、（０００１）面、即ち、ｃ面を主面とする六方晶の６Ｈ−ＳｉＣからなるｎ型ＳｉＣ基板１１１上に、ＴＭＧａ、ＴＭＡｌ、アンモニア、及び、キャリアガスとしての水素を成長ガスとして用いたＭＯＶＰＥ法によって、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、厚さ５０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍのＡｌＧａＮバッファ層１１２を成長させる。
【０２３６】
引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、及び、キャリアガスを用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９２０℃とした状態で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍのＧａＮ中間層１１３を成長させる。
【０２３７】
引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモニア、ドーパントしてＳｉＨ4 、及び、キャリアガスとしてのＨ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０20ｃｍ-3、例えば、１．０×１０18ｃｍ-3のｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層１１４を成長させる。
【０２３８】
引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモニア、及び、キャリアガスとしての水素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９３０℃とした状態で、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍのアンドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ光ガイド層１１５を成長させる。
【０２３９】
引き続いて、ＴＭＧａ、ＴＭＩｎ、アンモニア、及び、キャリアガスとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を５５０〜９００℃、例えば、７００℃とした状態で、厚さ１〜１０ｎｍ、例えば、５ｎｍのアンドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎバリア層と厚さ３〜１０ｎｍ、例えば、８ｎｍのアンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ井戸層を交互にアンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ井戸層が２〜１０層、例えば、５層になるように成長させ、ＭＱＷ活性層１１６を形成する。
【０２４０】
引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９３０℃とした状態で、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ-3、例えば、５．０×１０17ｃｍ-3のｐ型ＧａＮ光ガイド層１１７を成長させる。
【０２４１】
引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ-3、例えば、５．０×１０17ｃｍ-3のｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層１１８を成長させる。
【０２４２】
引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９３０℃とした状態で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ-3、例えば、１．０×１０18ｃｍ-3のｐ型ＧａＮコンタクト層１１９を成長させる。
【０２４３】
次いで、ｎ型ＳｉＣ基板１１１の裏面にはｎ側電極として厚さ１００ｎｍのＮｉ電極１２０を設けると共に、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１９上にはｐ側電極として厚さ１００ｎｍ、幅Ｗが１０μｍのＮｉ電極１２１を設け、共振器長Ｌが７００μｍとなるように素子分割することによってＭＱＷ構造短波長半導体レーザが完成する。
【０２４４】
この様に、本発明の第３の実施の形態においては、ｎ側光ガイド層として、ｐ型ＧａＮ光ガイド層１１７より禁制帯幅の大きなアンドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ光ガイド層１１５を用いているので、ｎ側における屈折率が小さくなり、放射光強度分布はｐ側にずれて、放射光強度分布の最大位置とＭＱＷ活性層１１６における最大利得位置とが一致する。
なお、この場合、必ずしも厳密に一致する必要はない。
【０２４５】
したがって、最大光学利得を発生させる位置に、放射光強度分布の最大位置が位置することになるので、光閉じ込め効率が高まり、しきい値電流密度Ｊthを低減することができる。
【０２４６】
なお、上記の第３の実施の形態においては、ｎ側光ガイド層としてアンドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ光ガイド層１１５を用いているが、この様な組成に限られるものではなく、適宜組成を変更しても良いものであり、その場合には、組成の変更に伴って最大光学利得を発生させる位置に放射光強度分布の最大位置が来るように、その層厚を適宜調整すれば良い。
【０２４７】
次に、図７を参照して本発明の第４の実施の形態のＭＱＷ構造半導体レーザを説明するが、ｎ型クラッド層及びｎ側光ガイド層の組成以外は、上述の第３の実施の形態と同様である。
図７参照
まず、上記の第３の実施の形態と同様に、（０００１）面、即ち、ｃ面を主面とする六方晶の６Ｈ−ＳｉＣからなるｎ型ＳｉＣ基板１１１上に、厚さ５０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍのＡｌＧａＮバッファ層１１２、及び、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍのＧａＮ中間層１１３を成長させる。
【０２４８】
引き続いて、ＴＭＡｌの流量比を第３の実施の形態より高めて、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０20ｃｍ-3、例えば、１．０×１０18ｃｍ-3のｎ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎクラッド層１２２を成長させたのち、ＴＭＡｌ及びＳｉＨ4 の供給を停止して、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍのアンドープＧａＮ光ガイド層１２３を成長させる。
【０２４９】
後は、上記の第３の実施の形態と同様に、厚さ１〜１０ｎｍ、例えば、５ｎｍのアンドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎバリア層と厚さ３〜１０ｎｍ、例えば、８ｎｍのアンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ井戸層を交互にアンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ井戸層が２〜１０層、例えば、５層になるように成長させ、ＭＱＷ活性層１１６を形成する。
【０２５０】
次いで、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ-3、例えば、５．０×１０17ｃｍ-3のｐ型ＧａＮ光ガイド層１１７、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ-3、例えば、５．０×１０17ｃｍ-3のｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層１１８、及び、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ-3、例えば、１．０×１０18ｃｍ-3のｐ型ＧａＮコンタクト層１１９を成長させる。
【０２５１】
次いで、ｎ型ＳｉＣ基板１１１の裏面にはｎ側電極として厚さ１００ｎｍのＮｉ電極１２０を設けると共に、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１９上にはｐ側電極として厚さ１００ｎｍ、幅Ｗが１０μｍのＮｉ電極１２１を設け、共振器長Ｌが７００μｍとなるように素子分割することによってＭＱＷ構造短波長半導体レーザが完成する。
【０２５２】
この様に、本発明の第４の実施の形態においては、光ガイド層は対称構造であるが、ｎ型クラッド層として、ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層１１８より禁制帯幅の大きなｎ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎクラッド層１２２を用いているので、ｎ側における屈折率が小さくなり、放射光強度分布はｐ側にずれて、放射光強度分布の最大位置とＭＱＷ活性層１１６における最大利得位置とが一致する。
なお、この場合も、必ずしも厳密に一致する必要はない。
【０２５３】
なお、上記の第４の実施の形態においては、ｎ型クラッド層としてｎ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎクラッド層１２２を用いているが、この様な組成に限られるものではなく、適宜組成を変更しても良いものであり、その場合には、組成の変更に伴って最大光学利得を発生させる位置に放射光強度分布の最大位置が来るように、その層厚等を適宜調整すれば良い。
【０２５４】
また、この場合の光ガイド層は必ずしも対称構造である必要はなく、上記第３の実施の形態のように、ｎ側光ガイド層の禁制帯幅をｐ側光ガイド層の禁制帯幅より大きくしても良く、ｎ側光ガイド層とｎ型クラッド層の相乗効果により放射光強度分布の最大位置をｐ側に移動させても良いものである。
【０２５５】
次に、図８を参照して本発明の第５の実施の形態のＳＱＷ構造半導体レーザを説明するが、ｎ側光ガイド層の組成、活性層の構造、及び、オーバーフロー防止層以外は、上述の第３の実施の形態と同様である。
図８参照
まず、上記の第３の実施の形態と同様に、（０００１）面、即ち、ｃ面を主面とする六方晶の６Ｈ−ＳｉＣからなるｎ型ＳｉＣ基板１１１上に、厚さ５０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍのＡｌＧａＮバッファ層１１２、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍのＧａＮ中間層１１３、及び、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０20ｃｍ-3、例えば、１．０×１０18ｃｍ-3のｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層１１４を成長させる。
【０２５６】
引き続いて、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍのアンドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ光ガイド層１２４を成長させたのち、厚さ１〜１０ｎｍ、例えば、５ｎｍのアンドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎバリア層で挟持された厚さ３〜１０ｎｍ、例えば、８ｎｍのアンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ井戸層を成長させて、ＳＱＷ活性層１２５を形成する。
【０２５７】
次いで、厚さ５〜５０ｎｍ、例えば、２０ｎｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ-3、例えば、５．０×１０17ｃｍ-3のｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎオーバーフロー防止層１２６を成長させる。
【０２５８】
後は、上記の第３の実施の形態と同様に、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ-3、例えば、５．０×１０17ｃｍ-3のｐ型ＧａＮ光ガイド層１１７、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ-3、例えば、５．０×１０17ｃｍ-3のｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層１１８、及び、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ-3、例えば、１．０×１０18ｃｍ-3のｐ型ＧａＮコンタクト層１１９を成長させる。
【０２５９】
次いで、ｎ型ＳｉＣ基板１１１の裏面にはｎ側電極として厚さ１００ｎｍのＮｉ電極１２０を設けると共に、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１９上にはｐ側電極として厚さ１００ｎｍ、幅Ｗが１０μｍのＮｉ電極１２１を設け、共振器長Ｌが７００μｍとなるように素子分割することによってＳＱＷ構造短波長半導体レーザが完成する。
【０２６０】
このＳＱＷ半導体レーザにおいては、電子のオーバーフローを防止するために設けた広禁制帯幅のｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎオーバーフロー防止層１２６の存在により、放射光強度分布の最大位置がｎ側にずれることになるが、上記の様に、ｎ側光ガイド層として、ｐ型ＧａＮ光ガイド層１１７より禁制帯幅の大きなアンドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ光ガイド層１２４を用いているので、ｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎオーバーフロー防止層１２６の影響を相殺し、放射光強度分布はｐ側にずれて、放射光強度分布の最大位置とＳＱＷ活性層１２５の中心位置とが略一致することになる。
なお、この場合も、必ずしも厳密に一致する必要はない。
【０２６１】
なお、上記の第５の実施の形態においては、ｎ側光ガイド層としてアンドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ光ガイド層１２４を用いているが、この様な組成に限られるものでなく、オーバーフロー防止層の組成及び層厚に応じて、その組成及び層厚をＳＱＷ活性層１２５の中心位置に放射光強度分布の最大位置が来るように適宜調整すれば良い。
【０２６２】
また、上記の第５の実施の形態においては、ｎ側光ガイド層によってｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎオーバーフロー防止層１２６の影響を相殺しているが、ｎ側クラッド層の禁制帯幅をｐ型クラッド層の禁制帯幅より大きくすることによって相殺しても良いものである。
【０２６３】
また、この場合、光ガイド層は必ずしも対称構造である必要はなく、ｎ側光ガイド層の禁制帯幅をｐ側光ガイド層の禁制帯幅より大きくして、ｎ側光ガイド層とｎ型クラッド層の相乗効果によりｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎオーバーフロー防止層１２６の影響を相殺しても良いものである。
【０２６４】
以上、本発明の第３乃至第５の実施の形態を説明してきたが、本発明は、実施の形態に記載された条件に限られるものではなく、例えば、上記の第３乃至第５の実施の形態の説明においては、活性層としてＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ／Ｉｎ0.05Ｇａ0.95ＮからなるＭＱＷ構造或いはＳＱＷ構造を採用しているが、必要とする波長に応じて混晶比をＡｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｎ（０≦ｘ＜１、０＜ｙ≦１）の範囲内で変えても良いものであり、且つ、それに伴って、光ガイド層及びクラッド層の混晶比をＡｌa Ｇａb Ｉｎ1-a-b Ｎ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）の範囲内で変えても良い。
【０２６５】
また、上記第３乃至第５の実施の形態における、ｐ側光ガイド層とｎ側光ガイド層の層厚は同じであるが、ｐ側光ガイド層の層厚をｎ側光ガイド層より厚くしても良く、例えば、ｎ側ガイド層よりも１０〜１００ｎｍ、例えば、５０ｎｍ厚く形成して非対称光ガイド構造にしても良く、この場合には、ｐ側光ガイド層の組成をｎ側光ガイド層の組成と同じようにしても良いものである。
【０２６６】
また、上記の第３乃至第５の実施の形態においては光ガイド層は単層構造であるが、組成の異なった半導体層を用いて多層構造、或いは、グレーデッドバンド・ギャップ構造としても良く、例えば、第５の実施の形態の場合には、ｎ側光ガイド層をｎ型クラッド層側から厚さ１００ｎｍのアンドープＧａＮ光ガイド層及び厚さ２０ｎｍのアンドープＡｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ光ガイド層の２層構造にしても良い。
【０２６７】
次に、図９乃至図１４を参照して、ｐ側光ガイド層におけるホール移動度を高めることにより或いはｐ側光ガイド層における再結合確率を低減することによってしきい値電流密度Ｊthを低減させた本発明の第６乃至第１１の実施の形態を説明する。
まず、図９を参照して本発明の第６の実施の形態のＳＱＷ構造短波長半導体レーザを説明する。
図９参照
まず、（０００１）面、即ち、ｃ面を主面とする六方晶の６Ｈ−ＳｉＣからなるｎ型ＳｉＣ基板２１１上に、ＴＭＧａ、ＴＭＡｌ、アンモニア、及び、キャリアガスとしての水素を成長ガスとして用いたＭＯＶＰＥ法によって、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、厚さ５０〜３００ｎｍ、例えば、５０ｎｍのＡｌＧａＮバッファ層２１２を成長させる。
【０２６８】
引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ドーパント源としてＳｉＨ4 、及び、キャリアガスとして水素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９２０℃とした状態で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が５×１０17〜１×１０19ｃｍ-3、例えば、２×１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＮ中間層２１３を成長させる。
【０２６９】
引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモニア、ドーパントとしてＳｉＨ4 、及び、キャリアガスとしての水素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０20ｃｍ-3、例えば、１．０×１０18ｃｍ-3のｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層２１４を成長させる。
【０２７０】
引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、及び、キャリアガスとしての水素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９３０℃とした状態で、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍのアンドープＧａＮ光ガイド層２１５を成長させる。
【０２７１】
引き続いて、ＴＭＧａ、ＴＭＩｎ、アンモニア、及び、キャリアガスとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を５５０〜９００℃、例えば、７００℃とした状態で、厚さ１〜１０ｎｍ、例えば、５ｎｍのアンドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎバリア層で挟持された厚さ３〜３０ｎｍ、例えば、５ｎｍのアンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ井戸層を成長させてＳＱＷ活性層２１６を形成する。
【０２７２】
引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、及び、キャリアガスとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、１１３０℃とした状態で、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍのアンドープＧａＮ光ガイド層２１７を成長させる。
【０２７３】
引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ-3、例えば、２．０×１０17ｃｍ-3のｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層２１８を成長させる。
【０２７４】
引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９３０℃とした状態で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ-3、例えば、１．０×１０18ｃｍ-3のｐ型ＧａＮコンタクト層２１９を成長させる。
【０２７５】
次いで、ｎ型ＳｉＣ基板２１１の裏面にはｎ側電極として厚さ１００ｎｍのＮｉ電極２２０を設けると共に、ｐ型ＧａＮコンタクト層２１９上にはｐ側電極として厚さ１００ｎｍ、幅Ｗが３μｍのＮｉ電極２２１を設け、共振器長Ｌが７００μｍとなるように素子分割することによってＳＱＷ構造短波長半導体レーザが完成する。
【０２７６】
この本発明の第６の実施の形態においては、従来の常識に反してｐ側光ガイド層をアンドープ層で構成しており、不純物に起因するキャリアの散乱がないのでホールの移動度が向上し、それによって、ホールの注入効率の向上が期待される。
【０２７７】
また、ｐ側光ガイド層をアンドープ層にした場合には、不純物のドープに伴う結晶の劣化もなく、したがって、ｐ側光ガイド層におけるレーザ発振に寄与しない再結合を大幅に低減することができる。
【０２７８】
この結果、ｐ側光ガイド層における無効電流が減少するので、低しきい値電流密度の短波長半導体レーザを作製することができ、また、無効電流に起因する熱の発生が抑制されるので、短波長半導体レーザの信頼性を向上することができる。
【０２７９】
なお、この場合のアンドープは、純粋なアンドープである必要はなく、成長過程で多少の不純物が混入したものでも良いものであり、例えば、ホールの移動度としてレーザ発振に必要であると考えられる２ｃｍ2 ／Ｖ・ｓ以上が得られれば良く、例えば、１×１０17ｃｍ-3以下の不純物濃度であれば良い。
【０２８０】
次に、図１０を参照して、本発明の第７の実施の形態を説明する。
なお、この第７の実施の形態においては、ｐ側光ガイド層の層厚以外は上記の第６の実施の形態と全く同様であるので、製造方法に関する説明は省略する。
図１０参照
まず、上記の第６の実施の形態と同様に、（０００１）面、即ち、ｃ面を主面とする六方晶の６Ｈ−ＳｉＣからなるｎ型ＳｉＣ基板２１１上に、厚さ５０〜３００ｎｍ、例えば、５０ｎｍのＡｌＧａＮバッファ層２１２、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が５×１０17〜１×１０19ｃｍ-3、例えば、２×１０18ｃｍ-3のＳｉドープのｎ型ＧａＮ中間層２１３、及び、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０20ｃｍ-3、例えば、１．０×１０18ｃｍ-3のＳｉドープのｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層２１４を成長させる。
【０２８１】
引き続いて、厚さｔn が１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍのアンドープＧａＮ光ガイド層２１５を成長させたのち、厚さ１〜１０ｎｍ、例えば、５ｎｍのアンドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎバリア層で挟持された厚さ３〜３０ｎｍ、例えば、５ｎｍのアンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ井戸層を成長させて、ＳＱＷ活性層２１６を形成する。
【０２８２】
次いで、厚さｔp が１００ｎｍ以下、例えば、８０ｎｍのアンドープＧａＮ光ガイド層２１７、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ-3、例えば、２．０×１０17ｃｍ-3のＭｇドープのｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層２１８、及び、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ-3、例えば、１．０×１０18ｃｍ-3のＭｇドープのｐ型ＧａＮコンタクト層２１９を成長させる。
【０２８３】
次いで、ｎ型ＳｉＣ基板２１１の裏面にはｎ側電極として厚さ１００ｎｍのＮｉ電極２２０を設けると共に、ｐ型ＧａＮコンタクト層２１９上にはｐ側電極として厚さ１００ｎｍ、幅Ｗが３μｍのＮｉ電極２２１を設け、共振器長Ｌが７００μｍとなるように素子分割することによってＳＱＷ構造短波長半導体レーザが完成する。
【０２８４】
この第７の実施の形態においては、ｐ側光ガイド層の層厚ｔp をｎ側光ガイド層の層厚ｔn より薄く、即ち、ｔp ＜ｔn としているので、ｐ側光ガイド層における再結合電流が減少し、それによって、無効電流を減少することができるので、しきい値電流密度Ｊthを低減することが可能になる。
【０２８５】
特に、ｐ側光ガイド層の層厚ｔp を１００ｎｍ未満（０．１μｍ未満）に、より好適には０．０８μｍ以下（８０ｎｍ以下）にして薄くすることによって、ｐ側光ガイド層における再結合電流が減少し、それによって、無効電流を減少することができるので、しきい値電流密度Ｊthを低減することが可能になる。
なお、ｐ側光ガイド層の層厚ｔp が１００ｎｍ未満の場合には、ｔp ＝ｔn としても良く、それによって、光ガイド構造の非対称性を補正することができる。
【０２８６】
また、この場合のｐ側光ガイド層とｎ側光ガイド層の組成は必ずしも同じである必要はなく、ｐ側光ガイド層の禁制帯幅がｎ側光ガイド層の禁制帯幅より大きくなるように組成を設定することによって、電子のオーバーフローを防止することができ、一方、ｎ側光ガイド層の禁制帯幅がｐ側光ガイド層の禁制帯幅より大きくなるように組成を設定することによって、ｐ側光ガイド層の薄層化に伴う光ガイド構造の非対称性を補正することができる。
【０２８７】
また、この第７の実施の形態においては、ｐ側光ガイド層をアンドープにしているので、上述の第６の実施の形態と同様のホール移動度の向上の効果も得られるが、この場合には、ｐ側光ガイド層をｐ型にドープしても良いものである。
【０２８８】
次に、図１１を参照して、本発明の第８の実施の形態を説明する。
なお、図１１（ａ）は、本発明の第８の実施の形態のＳＱＷ半導体レーザの斜視図であり、また、図１４（ｂ）は活性層近傍のバンド・ギャップ構造、即ち、伝導帯側のエネルギーレベルを示すものである。
また、この第８の実施の形態においても、ｎ側光ガイド層及びｐ側光ガイド層の構造以外は上記の第６の実施の形態とほぼ同様であるので、製造方法に関する説明は省略する。
図１１（ａ）参照
まず、上記の第６の実施の形態と同様に、（０００１）面、即ち、ｃ面を主面とする六方晶の６Ｈ−ＳｉＣからなるｎ型ＳｉＣ基板２１１上に、厚さ５０〜３００ｎｍ、例えば、５０ｎｍのＡｌＧａＮバッファ層２１２、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が５×１０17〜１×１０19ｃｍ-3、例えば、２×１０18ｃｍ-3のＳｉドープのｎ型ＧａＮ中間層２１３、及び、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０20ｃｍ-3、例えば、１．０×１０18ｃｍ-3のＳｉドープのｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層２１４を成長させる。
【０２８９】
引き続いて、厚さ１０〜１００ｎｍ、例えば、５０ｎｍのアンドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ光ガイド層２２２、及び、厚さ１０〜１００ｎｍ、例えば、５０ｎｍのアンドープＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ光ガイド層２２３を順次成長させたのち、厚さ１〜１０ｎｍ、例えば、５ｎｍのアンドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎバリア層で挟持された厚さ３〜３０ｎｍ、例えば、５ｎｍのアンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ井戸層を成長させて、ＳＱＷ活性層２１６を形成する。
【０２９０】
次いで、厚さ１０〜１００ｎｍ、例えば、５０ｎｍのアンドープＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ光ガイド層２２４、及び、厚さ１０〜１００ｎｍ、例えば、５０ｎｍで、不純物濃度が１×１０17〜１×１０19ｃｍ-3、例えば、５×１０17ｃｍ-3のＭｇドープのｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ光ガイド層２２５、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ-3、例えば、１．０×１０17ｃｍ-3のＭｇドープのｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層２１８、及び、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ-3、例えば、１．０×１０18ｃｍ-3のＭｇドープのｐ型ＧａＮコンタクト層２１９を成長させる。
【０２９１】
次いで、ｎ型ＳｉＣ基板２１１の裏面にはｎ側電極として厚さ１００ｎｍのＮｉ電極２２０を設けると共に、ｐ型ＧａＮコンタクト層２１９上にはｐ側電極として厚さ１００ｎｍ、幅Ｗが３μｍのＮｉ電極２２１を設け、共振器長Ｌが７００μｍとなるように素子分割することによってＳＱＷ構造短波長半導体レーザが完成する。
【０２９２】
図１１（ｂ）参照
この第８の実施の形態においては、ｎ側光ガイド層及びｐ側光ガイド層が夫々禁制帯幅の異なる２層構造からなり、且つ、クラッド層に隣接する側の禁制帯幅を大きくしているので、ｐ側光ガイド層を構成するｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ光ガイド層２２５が電子に対するオーバーフロー防止層としても機能し、レーザ発振に必要な光閉じ込めを確保しつつ、ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ光ガイド層２２５或いはｐ型クラッド層への電子のリークを低減することができ、それによって、無効電流を減少することができるので、しきい値電流密度Ｊthを低減することが可能になる。
【０２９３】
なお、この第８の実施の形態においては、禁制帯幅のより大きなｐ側光ガイド層をｐ型層で構成しているが、上記の第６の実施の形態と同様にアンドープ層で構成しても良く、それによって、ホールの移動度を大きくすることができ、さらに、ｐ側光ガイド層或いはｎ側光ガイド層を３層以上の多層構造で構成しても良く、この場合には、ｐ側光ガイド層とｎ側光ガイド層の層数は同じでなくても良い。
【０２９４】
次に、図１２を参照して、本発明の第９の実施の形態を説明する。
なお、図１２（ａ）は、本発明の第９の実施の形態のＳＱＷ半導体レーザの斜視図であり、また、図１２（ｂ）は活性層近傍のバンド・ギャップ構造、即ち、伝導帯側のエネルギーレベルを示すものである。
また、この第９の実施の形態は、ｎ側光ガイド層の構造以外は上記の第３の実施の形態と同様であるので、製造方法に関する説明は省略する。
図１２（ａ）参照
まず、上記の第１の実施の形態と同様に、（０００１）面、即ち、ｃ面を主面とする六方晶の６Ｈ−ＳｉＣからなるｎ型ＳｉＣ基板２１１上に、厚さ５０〜３００ｎｍ、例えば、５０ｎｍのＡｌＧａＮバッファ層２１２、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が５×１０17〜１×１０19ｃｍ-3、例えば、２×１０18ｃｍ-3のＳｉドープのｎ型ＧａＮ中間層２１３、及び、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０20ｃｍ-3、例えば、１．０×１０18ｃｍ-3のＳｉドープのｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層２１４を成長させる。
【０２９５】
引き続いて、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍのＧａＮ光ガイド層２２６を成長させたのち、厚さ１〜１０ｎｍ、例えば、５ｎｍのアンドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎバリア層で挟持された厚さ３〜３０ｎｍ、例えば、５ｎｍのアンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ井戸層を成長させて、ＳＱＷ活性層２１６を形成する。
【０２９６】
次いで、厚さ１０〜１００ｎｍ、例えば、５０ｎｍのアンドープＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ光ガイド層２２４、及び、厚さ１０〜１００ｎｍ、例えば、５０ｎｍで、不純物濃度が１×１０17〜１×１０19ｃｍ-3、例えば、２×１０17ｃｍ-3のＭｇドープのｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ光ガイド層２２５、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ-3、例えば、１．０×１０17ｃｍ-3のＭｇドープのｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層２１８、及び、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ-3、例えば、１．０×１０18ｃｍ-3のＭｇドープのｐ型ＧａＮコンタクト層２１９を成長させる。
【０２９７】
次いで、ｎ型ＳｉＣ基板２１１の裏面にはｎ側電極として厚さ１００ｎｍのＮｉ電極２２０を設けると共に、ｐ型ＧａＮコンタクト層２１９上にはｐ側電極として厚さ１００ｎｍ、幅Ｗが３μｍのＮｉ電極２２１を設け、共振器長Ｌが７００μｍとなるように素子分割することによってＳＱＷ構造短波長半導体レーザが完成する。
【０２９８】
図１２（ｂ）参照
この第９の実施の形態においては、ｎ側光ガイド層を単一層で構成しているので成膜工程を短縮することができ、且つ、このｎ側光ガイド層の組成をｐ側光ガイド層の中間の禁制帯幅が得られる組成としているので、単一層を用いても光ガイド構造の非対称性を補正することができ、それによって、最大光学利得を発生させる位置に、放射光強度分布の最大位置が位置することになるので、しきい値電流密度Ｊthを低減することができる。
【０２９９】
この場合にも、ｐ側光ガイド層を構成するｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ光ガイド層２２５が電子に対するオーバーフロー防止層としても機能するので、レーザ発振に必要な光閉じ込めを確保しつつ、ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ光ガイド層２２５或いはｐ型クラッド層への電子のリークを低減することができ、それによって、無効電流を減少することができるので、しきい値電流密度Ｊthを低減することが可能になる。
【０３００】
なお、この第９の実施の形態においても、禁制帯幅のより大きなｐ側光ガイド層をｐ型層で構成しているが、上記の第６の実施の形態と同様にアンドープ層で構成しても良く、それによって、ホールの移動度を大きくすることができ、さらに、ｐ側光ガイド層を３層以上の多層構造で構成しても良い。
【０３０１】
次に、図１３を参照して、本発明の第１０の実施の形態を説明する。
なお、図１３（ａ）は、本発明の第１０の実施の形態のＳＱＷ半導体レーザの斜視図であり、また、図１３（ｂ）は活性層近傍のバンド・ギャップ構造を示すものである。
また、この第１０の実施の形態は、ｎ側光ガイド層及びｐ側光ガイド層の構造以外は上記の第６の実施の形態と同様であるので、製造方法に関する説明は殆ど省略する。
図１３（ａ）参照
まず、上記の第６の実施の形態と同様に、（０００１）面、即ち、ｃ面を主面とする六方晶の６Ｈ−ＳｉＣからなるｎ型ＳｉＣ基板２１１上に、厚さ５０〜３００ｎｍ、例えば、５０ｎｍのＡｌＧａＮバッファ層２１２、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が５×１０17〜１×１０19ｃｍ-3、例えば、２×１０18ｃｍ-3のＳｉドープのｎ型ＧａＮ中間層２１３、及び、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０20ｃｍ-3、例えば、１．０×１０18ｃｍ-3のＳｉドープのｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層２１４を成長させる。
【０３０２】
引き続いて、ＴＭＧａ、ＴＭＩｎ、ＴＭＡｌ、アンモニア、及び、キャリアガスとしての水素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、１１３０℃とした状態で、最初、ＴＭＩｎを供給しない状態で且つＴＭＡｌを次第に減少させる様に供給し、ＴＭＡｌの供給を０とした時点で８００℃まで降温してＴＭＩｎの供給を開始し、次第にその供給量を増加させることによって、ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層２１４に接する部分の組成がＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎとなり、最終的な組成がＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎとなる、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍのアンドープグレーデッド光ガイド層２２７を成長させる。
【０３０３】
引き続いて、厚さ１〜１０ｎｍ、例えば、５ｎｍのアンドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎバリア層で挟持された厚さ３〜１０ｎｍ、例えば、５ｎｍのアンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ井戸層を成長させて、ＳＱＷ活性層２１６を形成する。
【０３０４】
引き続いて、ＴＭＧａ、ＴＭＩｎ、ＴＭＡｌ、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、８００℃とした状態で、最初、ＴＭＡｌを供給しない状態で且つＴＭＩｎを次第に減少させる様に供給し、ＴＭＩｎの供給を０とした時点で１１３０℃に昇温してＴＭＡｌの供給を開始し、次第にその供給量を増加させることによって、ＳＱＷ活性層２１６に接する部分の組成がＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎとなり、最終的な組成がＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎとなる、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍのＭｇドープのｐ型グレーデッド光ガイド層２２８を成長させる。
【０３０５】
引き続いて、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ-3、例えば、１．０×１０17ｃｍ-3のＭｇドープのｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層２１８、及び、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ-3、例えば、１．０×１０18ｃｍ-3のＭｇドープのｐ型ＧａＮコンタクト層２１９を成長させる。
【０３０６】
次いで、ｎ型ＳｉＣ基板２１１の裏面にはｎ側電極として厚さ１００ｎｍのＮｉ電極２２０を設けると共に、ｐ型ＧａＮコンタクト層２１９上にはｐ側電極として厚さ１００ｎｍ、幅Ｗが３μｍのＮｉ電極２２１を設け、共振器長Ｌが７００μｍとなるように素子分割することによってＳＱＷ構造短波長半導体レーザが完成する。
【０３０７】
図１３（ｂ）参照
この第１０の実施の形態においては、ｐ側光ガイド層は組成が連続的に変化しているグレーデッドバンド・ギャップ層で構成されており、ｐ型クラッド層側の禁制帯幅の大きな領域が電子に対するオーバーフロー防止層として作用するとともに、活性層へのホールの注入効率が改善される。
【０３０８】
また、この場合にも、ｐ側光ガイド層を構成するｐ型グレーデッド光ガイド層２２８をｐ型層で構成しているが、上記の第６の実施の形態と同様にアンドープ層で構成しても良く、それによって、ホールの移動度を大きくすることができ、さらに、ビスシクロペンタジエニルマグネシウムの供給量を連続的に変化させることによって、活性層側をアンドープとしても良い。
【０３０９】
なお、第１０の実施の形態においては、アンドープグレーデッド光ガイド層２２７及びｐ型グレーデッド光ガイド層２２８のクラッド層に接する部分のＡｌ比は０．０５のＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎとなっているが、クラッド層のＡｌ比と同じ０．１５のＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ或いはその近傍の混晶比のＡｌＧａＮ層としても良いものであり、この様に、クラッド層に接する部分のＡｌ比を高めることによりホールの注入効率をより改善することが可能になる。
【０３１０】
次に、図１４を参照して、本発明の第１１の実施の形態を説明する。
なお、図１４（ａ）は、本発明の第１１の実施の形態のＳＱＷ半導体レーザの斜視図であり、また、図１４（ｂ）は活性層近傍のバンド・ギャップ構造、即ち、伝導帯側のエネルギーレベルを示すものである。
また、この第１１の実施の形態は、ｐ側光ガイド層の構造以外は上記の第９の実施の形態とほぼ同様であるので、製造方法に関する説明はほぼ省略する。
図１４（ａ）参照
まず、上記の第６の実施の形態と同様に、（０００１）面、即ち、ｃ面を主面とする六方晶の６Ｈ−ＳｉＣからなるｎ型ＳｉＣ基板２１１上に、厚さ５０〜３００ｎｍ、例えば、５０ｎｍのＡｌＧａＮバッファ層２１２、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が５×１０17〜１×１０19ｃｍ-3、例えば、２×１０18ｃｍ-3のＳｉドープのｎ型ＧａＮ中間層２１３、及び、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０20ｃｍ-3、例えば、１．０×１０18ｃｍ-3のＳｉドープのｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層２１４を成長させる。
【０３１１】
引き続いて、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍのアンドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ光ガイド層２２９を成長させたのち、厚さ１〜１０ｎｍ、例えば、５ｎｍのアンドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎバリア層で挟持された厚さ３〜３０ｎｍ、例えば、５ｎｍのアンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ井戸層を成長させて、ＳＱＷ活性層２１６を形成する。
【０３１２】
引き続いて、ＴＭＧａ、ＴＭＩｎ、ＴＭＡｌ、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、１１３０℃とした状態で、ＴＭＡｌを次第に減少させる様に供給し、ＳＱＷ活性層２１６に接する部分の組成がＡｌ0.20Ｇａ0.8OＮとなり、最終的な組成がＧａＮとなる、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍのＭｇドープのｐ型逆グレーデッド光ガイド層２３０を成長させる。
なお、ｐ型クラッド層に接する側の組成はＩｎＧａＮとしても良い。
【０３１３】
次いで、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ-3、例えば、１．０×１０17ｃｍ-3のＭｇドープのｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層２１８、及び、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ-3、例えば、１．０×１０18ｃｍ-3のＭｇドープのｐ型ＧａＮコンタクト層２１９を成長させる。
【０３１４】
次いで、ｎ型ＳｉＣ基板２１１の裏面にはｎ側電極として厚さ１００ｎｍのＮｉ電極２２０を設けると共に、ｐ型ＧａＮコンタクト層２１９上にはｐ側電極として厚さ１００ｎｍ、幅Ｗが３μｍのＮｉ電極２２１を設け、共振器長Ｌが７００μｍとなるように素子分割することによってＳＱＷ構造短波長半導体レーザが完成する。
【０３１５】
図１４（ｂ）参照
この第１１の実施の形態においては、ｐ側光ガイド層を活性層側の禁制帯幅が大きな逆グレーデッド層で構成しているので、このｐ側光ガイド層を構成する禁制帯幅の大きな領域が電子に対するオーバーフロー防止層として機能するので、ｐ側光ガイド層への電子のリークを低減することができ、それによって、ｐ側光ガイド層における再結合を低減することができる。
【０３１６】
また、このｐ側光ガイド層は、逆グレーデッドバンド・ギャップ構造であるので、ホールに対するエネルギースパイクが形成されないので、従来のオーバーフロー防止層と比較してホールに対するバリアになりにくく、ホールの注入効率を低減させることがない。
【０３１７】
また、この場合も、ｎ側光ガイド層は単一層で構成しているので、光ガイド構造の非対称性を補正するために、このｎ側光ガイド層の組成をｐ側光ガイド層の中間の禁制帯幅が得られる組成とすることが望ましい。
【０３１８】
また、この場合も、ｐ側光ガイド層をｐ型層で構成しているが、上記の第６の実施の形態と同様にアンドープ層で構成しても良く、それによって、ホールの移動度を大きくすることができる。
【０３１９】
以上、本発明の第６乃至第１１の実施の形態を説明してきたが、本発明は実施の形態の構成に限られるものでなく、例えば、第６乃至第１１の実施の形態においては、活性層としてＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ／Ｉｎ0.05Ｇａ0.95ＮからなるＳＱＷ構造を採用しているが、必要とする波長に応じて混晶比をＡｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｎ（０≦ｘ＜１、０＜ｙ≦１）の範囲内で変えても良いものであり、且つ、それに伴って、光ガイド層及びクラッド層の混晶比をＡｌa Ｇａb Ｉｎ1-a-b Ｎ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）の範囲内で変えても良い。    
【０３２０】
また、上記の第６乃至第１１の実施の形態においては、活性層をＳＱＷ構造で構成しているものの、ＭＱＷ構造にしても良いものであり、この場合には、例えば、厚さ１〜１０ｎｍ、例えば、５ｎｍのアンドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎバリア層と厚さ３〜１０ｎｍ、例えば、５ｎｍのアンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ井戸層を交互にアンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ井戸層が２〜１０層、例えば、５層になるように成長させることによって、ＭＱＷ活性層を形成すれば良い。
【０３２１】
次に、図１５及び図１６を参照して、成長速度を制御することにより転位密度及びＰＬ波長分布を低減し、それによって、しきい値電流密度Ｊthを低減する本発明の第１２の実施の形態の短波長半導体レーザの製造方法を説明する。
図１５参照
まず、（０００１）面、即ち、ｃ面を主面とする六方晶の６Ｈ−ＳｉＣからなるｎ型ＳｉＣ基板３１１の表面をＣＦ4 を用いたドライ・エッチングによって０．１〜２μｍ、例えば、０．２μｍ除去して、表面欠陥密度を低減させたのち、ＴＭＧａ、ＴＭＡｌ、アンモニア、及び、キャリアガスとしての水素を成長ガスとして用いたＭＯＶＰＥ法によって、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、厚さ５０〜３００ｎｍ、例えば、５０ｎｍのＡｌＧａＮバッファ層３１２を成長させる。
【０３２２】
引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ドーパントとして、ＳｉＨ4 、及び、キャリアガスを用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９２０℃とした状態で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ-3、例えば、２．０×１０18ｃｍ-3のＳｉドープのｎ型ＧａＮ中間層３１３を成長させる。
【０３２３】
引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモニア、ドーパントとして、ＳｉＨ4 、及び、キャリアガスとしての水素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０20ｃｍ-3、例えば、１．０×１０18ｃｍ-3のｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層３１４を成長させる。
【０３２４】
引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、及び、キャリアガスとしての水素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９３０℃とした状態で、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍのアンドープＧａＮ光ガイド層３１５を成長させる。
【０３２５】
引き続いて、ＴＥＧａ、ＴＭＩｎ、アンモニア、及び、キャリアガスとしての窒素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を５５０〜９００℃、例えば、７００℃とした状態で、成長速度ｒg を０．１μｍ／ｈ以上、例えば、０．３μｍ／ｈ以上の条件で、厚さ１〜１０ｎｍ、例えば、５ｎｍのアンドープＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎバリア層と厚さ３〜１０ｎｍ、例えば、８ｎｍのアンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ井戸層を交互にアンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ井戸層が２又は３層、例えば、２層になるように成長させ、ＭＱＷ活性層３１６を形成する。
【０３２６】
引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、及び、キャリアガスとしての窒素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９３０℃とした状態で、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍのアンドープＧａＮ光ガイド層３１７を成長させる。
【０３２７】
引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしての窒素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ-3、例えば、２．０×１０17ｃｍ-3のｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層３１８を成長させる。
【０３２８】
引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしての窒素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９３０℃とした状態で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ-3、例えば、１．０×１０18ｃｍ-3のｐ型ＧａＮコンタクト層３１９を成長させる。
【０３２９】
次いで、ｎ型ＳｉＣ基板３１１の裏面にはｎ側電極として厚さ１００ｎｍのＮｉ電極３２０を設けると共に、ｐ型ＧａＮコンタクト層３１９上にはｐ側電極として厚さ１００ｎｍ、幅Ｗが３μｍのＮｉ電極３２１を設け、共振器長Ｌが７００μｍとなるように素子分割することによってＭＱＷ構造短波長半導体レーザが完成する。
【０３３０】
上記の第１２の実施の形態においては、活性層の成長速度として、０．１μｍ／ｈ以上、特に、０．３μｍ／ｈを採用しているが、ここで図１６を参照して活性層の結晶性と成長速度の因果関係を説明する。
図１６（ａ）参照
図１６（ａ）は、ＩｎＧａＮ活性層のＰＬ波長の標準偏差の成長速度依存性を示す図であり、図から明らかなように、成長速度ｒg が０．１μｍ／ｈ以下の０．０７５μｍ／ｈの場合に、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）の流量の増加と共に、ＰＬ波長の標準偏差が増大してＩｎＧａＮの組成不均一が増加するばかりであり、４００ｎｍ以上の平均ＰＬ波長組成において、高品質のＩｎＧａＮ混晶が得られないことが明らかである。
【０３３１】
一方、成長速度ｒg が０．１μｍ／ｈ以上の０．３μｍ／ｈの場合には、ＴＭＩの流量が増加してもＰＬ波長の標準偏差が小さなままで平均ＰＬ波長が増加し、即ち、Ｉｎ組成比が増加し、４２０ｎｍ付近ではＰＬ波長の標準偏差が低減している。
【０３３２】
このことから、成長速度を大きくすることによって組成不均一を抑制できることが分かり、少なくとも、０．３μｍ／ｈ近傍の成長速度の場合には、青色半導体レーザとして好適な波長範囲の組成を有するＩｎＧａＮ活性層を結晶性良く成長させることが可能であることが分かる。
【０３３３】
図１６（ｂ）参照
図１６（ｂ）は、ＰＬ光強度の成長速度依存性を示す図であり、図から明らかなように、成長速度が大きい方がＰＬ光強度が高くなっており、特に、青色半導体レーザとして好適な長波長側において相対的に大きなＰＬ光強度が得られており、この事実からも成長速度が大きい方が組成のより均一な結晶が得られることが分かる。
【０３３４】
そして、本発明の第１２の実施の形態によれば、品質の良好なＳｉＣ基板を用い、且つ、その表面をドライ・エッチングにより除去して表面欠陥密度を低減することにより、転位密度が１０9 ｃｍ-3以下で、且つ、ＰＬピーク波長が９０ｍｅＶ以下のＩｎＧａＮ活性層が得られ、それによって、キンクのないＩ−Ｌ特性が得られることになる。
【０３３５】
そして、今までの経験を踏まえて、成長速度ｒg が０．０７５μｍ／ｈの場合の結果と対比すると、０．３μｍ／ｈ以上の場合に非常に良好な活性層が得られるものと推定され、また、少なくとも、０．２μｍ／ｈまでは良好な活性層が得られ、さらに、０．１μｍ／ｈの場合にも実用に耐え得る程度の活性層が得られるものと考えられる。
【０３３６】
このことは、成長速度が遅いほど均質な結晶が得られると考えられていた従来常識と反するものであり、この点からもＩｎを構成要素として含むナイトライド系化合物半導体の特殊性は明らかである。
【０３３７】
以上、本発明の第１２の実施の形態を説明してきたが、第１２の実施の形態の条件に限られるものではなく、その技術思想の範囲において各種の変更が可能であり、例えば、上記の第１２の実施の形態においては、井戸層としてＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎを採用しているが、必要とする波長に応じて混晶比をＡｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｎ（０≦ｘ＜１、０＜ｙ≦１）の範囲内で変えても良いものであり、且つ、それに伴って、光ガイド層及びクラッド層の混晶比をＡｌa Ｇａb Ｉｎ1-a-b Ｎ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）の範囲内で変えても良い。
【０３３８】
また、上記の第１２の実施の形態の説明においては、活性層をＭＱＷ活性層１６で構成しているが、ＳＱＷ活性層を用いて良いものであり、この場合にも成長速度を０．１μｍ／ｈ以上、例えば、０．３μｍ／ｈとした成長条件において、厚さ１〜１０ｎｍ、例えば、５ｎｍのアンドープＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎバリア層で挟持された、厚さ３〜３０ｎｍ、例えば、８ｎｍのアンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ井戸層からなるＳＱＷ活性層を成長させれば良い。
【０３３９】
また、上記の第１２の実施の形態においては、活性層として正孔の移動度を高めるためにアンドープ層を用いているが、アンドープ層の場合、不可避的に不純物がオートドープされることがあるので、結果的な不純物濃度としては、１．０×１０17ｃｍ-3未満であれば良い。
【０３４０】
次に、図１７及び図１８を参照して、ｐ型クラッド層に狭禁制帯幅領域を設け、この狭禁制帯幅領域において発光性再結合を行わせてオーバーフロー電流による発熱を防止することによってしきい値電流密度Ｊthを低減させる、本発明の第１３乃至第１５の実施の形態を説明する。
まず、図１７を参照して本発明の第１３の実施の形態を説明する。
なお、図１７（ａ）は、本発明の第１３の実施の形態のＳＱＷ半導体レーザの斜視図であり、また、図１７（ｂ）は活性層近傍の伝導帯側のエネルギーレベルを示す図である。
図１７（ａ）参照
まず、（０００１）面、即ち、ｃ面を主面とする六方晶の６Ｈ−ＳｉＣからなるｎ型ＳｉＣ基板４１１上に、ＴＭＧａ、ＴＭＡｌ、アンモニア、及び、キャリアガスとしての水素を成長ガスとして用いたＭＯＶＰＥ法によって、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、厚さ５０〜３００ｎｍ、例えば、５０ｎｍのＡｌＧａＮバッファ層４１２を成長させる。
【０３４１】
引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ドーパント源としてＳｉＨ4 、及び、キャリアガスとして水素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９２０℃とした状態で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が５×１０17〜１×１０19ｃｍ-3、例えば、２×１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＮ中間層４１３を成長させる。
【０３４２】
引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモニア、ドーパントとしてＳｉＨ4 、及び、キャリアガスとしての水素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０20ｃｍ-3、例えば、１．０×１０18ｃｍ-3のｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層４１４を成長させる。
【０３４３】
引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、及び、キャリアガスとしての水素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９３０℃とした状態で、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍのアンドープＧａＮ光ガイド層４１５を成長させる。
【０３４４】
引き続いて、ＴＭＧａ、ＴＭＩｎ、アンモニア、及び、キャリアガスとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を５５０〜９００℃、例えば、７００℃とした状態で、厚さ１〜１０ｎｍ、例えば、５ｎｍのアンドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎバリア層で挟持された厚さ３〜３０ｎｍ、例えば、５ｎｍのアンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ井戸層を成長させてＳＱＷ活性層４１６を形成する。
【０３４５】
引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、及び、キャリアガスとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、１１３０℃とした状態で、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍのアンドープＧａＮ光ガイド層４１７を成長させる。
【０３４６】
引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、厚さ０．０５〜０．５０μｍ、例えば、０．２μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ-3、例えば、２．０×１０17ｃｍ-3のｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層４１８を成長させる。
【０３４７】
引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、厚さＴが１〜５００ｎｍ、例えば、１００ｎｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ-3、例えば、１．０×１０18ｃｍ-3のｐ型ＧａＮ中間層４１９を成長させる。
【０３４８】
引き続いて、再び、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、厚さ０．０５〜０．５０μｍ、例えば、０．２μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ-3、例えば、２．０×１０17ｃｍ-3のｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層４２０を成長させる。
【０３４９】
引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９３０℃とした状態で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ-3、例えば、１．０×１０18ｃｍ-3のｐ型ＧａＮコンタクト層４２１を成長させる。
【０３５０】
次いで、ｎ型ＳｉＣ基板４１１の裏面にはｎ側電極として厚さ１００ｎｍのＮｉ電極４２２を設けると共に、ｐ型ＧａＮコンタクト層４２１上にはｐ側電極として厚さ１００ｎｍ、幅Ｗが３μｍのＮｉ電極４２３を設け、共振器長Ｌが７００μｍとなるように素子分割することによってＳＱＷ構造短波長半導体レーザが完成する。
【０３５１】
この本発明の第１３の実施の形態においては、ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層４１８，４２０の間に、Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層より結晶性の良好で狭禁制帯幅のｐ型ＧａＮ中間層４１９を挟み込んでいるので、オーバーフローしてきた電子は、このｐ型ＧａＮ中間層４１９に効果的に滞留し、発光性再結合することになるので、電子がｐ側電極まで達して発熱の原因となることがない。
【０３５２】
したがって、素子温度が上昇しないので、オーバーフロー電流はほぼ一定のままであり、発熱によるオーバーフロー電流の増加という悪循環を断ち切ることができ、この結果、低しきい値電流密度の短波長半導体レーザを作製することができ、ｐ側電極の劣化による素子劣化も抑制されるので信頼性を向上することができる。
【０３５３】
また、この場合、ｐ型ＧａＮ中間層を１．０×１０18ｃｍ-3程度にドープしているので、同じ厚さのｐ型クラッド層をＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎで構成した場合に比べて、ｐ型クラッド層の抵抗をより小さくすることができる。
【０３５４】
次に、伝導帯側のエネルギーレベルを示す図１８（ａ）を参照して、本発明の第１４の実施の形態を説明する。
なお、この第１４の実施の形態においては、中間層の構成以外は上記の第１３の実施の形態と全く同様であるので、製造方法に関する説明は省略する。
図１８（ａ）参照
まず、上記の第１３の実施の形態と同様に、（０００１）面、即ち、ｃ面を主面とする六方晶の６Ｈ−ＳｉＣからなるｎ型ＳｉＣ基板上に、厚さ５０〜３００ｎｍ、例えば、５０ｎｍのＡｌＧａＮバッファ層、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が５×１０17〜１×１０19ｃｍ-3、例えば、２×１０18ｃｍ-3のＳｉドープのｎ型ＧａＮ中間層、及び、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０20ｃｍ-3、例えば、１．０×１０18ｃｍ-3のＳｉドープのｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層４１４を成長させる。
【０３５５】
引き続いて、厚さが１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍのアンドープＧａＮ光ガイド層４１５を成長させたのち、厚さ１〜１０ｎｍ、例えば、５ｎｍのアンドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎバリア層で挟持された厚さ３〜３０ｎｍ、例えば、５ｎｍのアンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ井戸層を成長させて、ＳＱＷ活性層４１６を形成する。
【０３５６】
次いで、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍのアンドープＧａＮ光ガイド層４１７、厚さ０．０５〜０．５０μｍ、例えば、０．２μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ-3、例えば、２．０×１０17ｃｍ-3のＭｇドープのｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層４１８を成長させる。
【０３５７】
次いで、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａの流量比を連続的に変えることによって、Ａｌ組成比が中間部において最低のＧａＮになるように連続的に変化した厚さＴが１〜５００ｎｍ、例えば、１００ｎｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ-3、例えば、１．０×１０18ｃｍ-3のグレーデッド中間層３２４を成長させる。
【０３５８】
次いで、厚さ０．０５〜０．５０μｍ、例えば、０．２μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ-3、例えば、２．０×１０17ｃｍ-3のＭｇドープのｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層４２０、及び、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ-3、例えば、１．０×１０18ｃｍ-3のｐ型ＧａＮコンタクト層を成長させる。
【０３５９】
次いで、ｎ型ＳｉＣ基板の裏面にはｎ側電極として厚さ１００ｎｍのＮｉ電極を設けると共に、ｐ型ＧａＮコンタクト層上にはｐ側電極として厚さ１００ｎｍ、幅Ｗが３μｍのＮｉ電極を設け、共振器長Ｌが７００μｍとなるように素子分割することによってＳＱＷ構造短波長半導体レーザが完成する。
【０３６０】
この第１４の実施の形態においては、中間層をＵ字状の禁制帯幅分布を有するグレーデッド中間層４２４で構成しているので、ホールのｐ側光ガイド層への注入をスムーズに行うことができる。
【０３６１】
なお、この場合、グレーデッド中間層４２４の中央部の狭禁制帯幅部分をノン・ドープにしても良く、この部分の結晶性を改善することによって、発光性再結合の確率を高めることができる。
【０３６２】
次に、伝導帯側のエネルギーレベルを示す図１８（ｂ）を参照して、本発明の第１５の実施の形態を説明する。
なお、この第１５の実施の形態においても、中間層の構成以外は上記の第１３の実施の形態と全く同様であるので、製造方法に関する説明は省略する。
図１８（ｂ）参照
まず、上記の第１３の実施の形態と同様に、（０００１）面、即ち、ｃ面を主面とする六方晶の６Ｈ−ＳｉＣからなるｎ型ＳｉＣ基板上に、厚さ５０〜３００ｎｍ、例えば、５０ｎｍのＡｌＧａＮバッファ層、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が５×１０17〜１×１０19ｃｍ-3、例えば、２×１０18ｃｍ-3のＳｉドープのｎ型ＧａＮ中間層、及び、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０20ｃｍ-3、例えば、１．０×１０18ｃｍ-3のＳｉドープのｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層４１４を成長させる。
【０３６３】
引き続いて、厚さが１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍのアンドープＧａＮ光ガイド層４１５を成長させたのち、厚さ１〜１０ｎｍ、例えば、５ｎｍのアンドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎバリア層で挟持された厚さ３〜３０ｎｍ、例えば、５ｎｍのアンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ井戸層を成長させて、ＳＱＷ活性層４１６を形成する。
【０３６４】
次いで、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍのアンドープＧａＮ光ガイド層４１７、厚さ０．０５〜０．５０μｍ、例えば、０．２μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ-3、例えば、２．０×１０17ｃｍ-3のＭｇドープのｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層４１８を成長させる。
【０３６５】
次いで、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａの流量比を交互に連続的に増減させることによって、Ａｌ組成比がＡｌ0.15Ｇａ0.85ＮからＧａＮへ連続的に変化する多層構造からなる厚さ１〜５００ｎｍ、より好適には、１０〜５００ｎｍ、例えば、１００ｎｍの多層構造中間層４２５を形成する。
なお、この場合の１周期の厚さｔは、０．３〜５０ｎｍ、より好適には、１〜５０ｎｍ、例えば２０ｎｍとし、組成がＧａＮに近い幅３ｎｍ（＝３０Å）程度の狭禁制帯幅の部分をアンドープとする。
【０３６６】
次いで、厚さ０．０５〜０．５０μｍ、例えば、０．２μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ-3、例えば、２．０×１０17ｃｍ-3のＭｇドープのｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層４２０、及び、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ-3、例えば、１．０×１０18ｃｍ-3のｐ型ＧａＮコンタクト層を成長させる。
【０３６７】
次いで、ｎ型ＳｉＣ基板の裏面にはｎ側電極として厚さ１００ｎｍのＮｉ電極を設けると共に、ｐ型ＧａＮコンタクト層上にはｐ側電極として厚さ１００ｎｍ、幅Ｗが３μｍのＮｉ電極を設け、共振器長Ｌが７００μｍとなるように素子分割することによってＳＱＷ構造短波長半導体レーザが完成する。
【０３６８】
この第１５の実施の形態においては、中間層を多層構造中間層４２５で構成しているので、狭禁制帯幅の部分をアンドープにしてもｐ型クラッド層全体の抵抗をそれ程増加させることはなく、アンドープにすることによって結晶性を高めて発光性再結合の確率を高めることができ、発熱をより効果的に抑制することができる。
【０３６９】
なお、上記の第１５の実施の形態においては、多層構造中間層４２５を禁制帯幅が連続的に変化するように構成することによってホールの注入をスムーズに行うようにしているが、ステップ・ファンクション的に変化する多層構造で構成しても良いものである。
【０３７０】
以上、本発明の第１３乃至第１５の実施の形態を説明してきたが、本発明は実施の形態の構成に限られるものではなく、例えば、第１３乃至第１５の実施の形態においては、中間層をＧａＮ或いは、最低の禁制帯幅の部分がＧａＮになる様に構成しているが、ＡｌＧａＮ或いはＩｎＧａＮにしても良いものである。
【０３７１】
また、上記の第１３乃至第１５の実施の形態においては、活性層としてＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ／Ｉｎ0.05Ｇａ0.95ＮからなるＳＱＷ構造を採用しているが、必要とする波長に応じて混晶比をＡｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｎ（０≦ｘ＜１、０＜ｙ≦１）の範囲内で変えても良いものであり、且つ、それに伴って、光ガイド層及びクラッド層の混晶比をＡｌa Ｇａb Ｉｎ1-a-b Ｎ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）の範囲内で変えても良い。
【０３７２】
また、上記の第１３乃至第１５の実施の形態においては、活性層をＳＱＷ構造で構成しているものの、ＭＱＷ構造にしても良いものであり、この場合には、例えば、厚さ１〜１０ｎｍ、例えば、５ｎｍのアンドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎバリア層と厚さ３〜１０ｎｍ、例えば、５ｎｍのアンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ井戸層を交互にアンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ井戸層が２〜１０層、例えば、５層になるように成長させることによって、ＭＱＷ活性層を形成すれば良い。
【０３７３】
さらに、上記の実施の形態においては、ｐ側光ガイド層をアンドープ層で構成しているが、ｐ型にドープしても良いものである。
【０３７４】
次に、図１９及び図２０を参照して、ＭＱＷ活性層を構成するバリア層の厚さを制御することによりキャリアの不均一注入を改善し、それによって、しきい値電流密度Ｊthを低減させる、本発明の第１６及び第１７の実施の形態を説明する。
まず、図１９を参照して本発明の第１６の実施の形態の短波長半導体レーザを説明する。
なお、図１９（ａ）は、本発明の第１６の実施の形態のＭＱＷ半導体レーザの斜視図であり、また、図１９（ｂ）は図１９（ａ）において破線の円で示すＭＱＷ活性層近傍の層構造を示す拡大図である。
図１９（ａ）及び（ｂ）参照
まず、（０００１）面、即ち、ｃ面を主面とする六方晶の６Ｈ−ＳｉＣからなるｎ型ＳｉＣ基板５１１上に、ＴＭＧａ、ＴＭＡｌ、アンモニア、及び、キャリアガスとしての水素を成長ガスとして用いたＭＯＶＰＥ法によって、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、厚さ５０〜３００ｎｍ、例えば、５０ｎｍのＡｌＧａＮバッファ層５１２を成長させる。
【０３７５】
引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ドーパント源としてＳｉＨ4 、及び、キャリアガスとして水素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９２０℃とした状態で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が５×１０17〜１×１０19ｃｍ-3、例えば、２×１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＮ中間層５１３を成長させる。
【０３７６】
引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモニア、ドーパントとしてＳｉＨ4 、及び、キャリアガスとしての水素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０20ｃｍ-3、例えば、１．０×１０18ｃｍ-3のｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層５１４を成長させる。
【０３７７】
引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、及び、キャリアガスとしての水素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９３０℃とした状態で、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍのアンドープＧａＮ光ガイド層５１５を成長させる。
【０３７８】
引き続いて、ＴＭＧａ、ＴＭＩｎ、アンモニア、及び、キャリアガスとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を５５０〜９００℃、例えば、７００℃とした状態で、厚さ１ｎｍ〜５ｎｍ未満、例えば、３ｎｍのアンドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎバリア層５１８で分離された厚さ３〜１０ｎｍ、例えば、４ｎｍのアンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎウエル層５１７を２〜１０層、例えば、３層成長させてＭＱＷ活性層５１６を形成する。
【０３７９】
引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、及び、キャリアガスとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、１１３０℃とした状態で、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍのアンドープＧａＮ光ガイド層５１９を成長させる。
【０３８０】
引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ-3、例えば、２．０×１０17ｃｍ-3のｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層５２０を成長させる。
【０３８１】
引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９３０℃とした状態で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ-3、例えば、１．０×１０18ｃｍ-3のｐ型ＧａＮコンタクト層５２１を成長させる。
【０３８２】
次いで、ｎ型ＳｉＣ基板５１１の裏面にはｎ側電極として厚さ１００ｎｍのＮｉ電極５２２を設けると共に、ｐ型ＧａＮコンタクト層５２１上にはｐ側電極として厚さ１００ｎｍ、幅Ｗが３μｍのＮｉ電極５２３を設け、共振器長Ｌが７００μｍとなるように素子分割することによってＭＱＷ半導体レーザが完成する。
【０３８３】
この本発明の第１６の実施の形態においては、ＭＱＷ活性層５１６を構成するバリア層の厚さを５ｎｍ未満にしているので、キャリアの注入効率が改善され、キャリアの不均一注入をなくすことができる。
【０３８４】
また、従来の閃亜鉛鉱型結晶構造の半導体の場合には、バリア層を薄くした場合には、波動関数の滲み出しの問題が生ずるが、本発明のようなナイトライド系化合物半導体の場合には、キャリアの有効質量が大きいため波動関数の滲み出しが少なく、バリア層の厚さを５ｎｍ未満にしても光学利得の発生の低下は問題にならない。
【０３８５】
なお、バリア層の厚さは５ｎｍ未満であれば十分であり、また、バリア層のＩｎ組成比は０．０４未満でも良いが、バリア層の膜厚の低下による歪低減効果を有効に利用するためには、バリア層の厚さを３ｎｍ以下とし、且つ、ＩｎＧａＮからなるバリア層のＩｎ組成比を０．０４以上にすることによって、結晶性の劣化を来すことなくバリア層の禁制帯幅を小さくし、障壁の高さを低くすることによってキャリアの注入効率をより改善することができる。
【０３８６】
次に、図２０を参照して、基板としてサファイア基板を用いた本発明の第１７の実施の形態のＭＱＷ半導体レーザを説明する。
図２０参照
図２０は、本発明の第１７の実施の形態のＭＱＷ半導体レーザの斜視図であり、まず、（０００１）面を主面とするサファイア基板５３１上に、ＴＭＧａ、アンモニア、及び、キャリアガスとして水素を成長ガスとして用いたＭＯＶＰＥ法によって、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、５００℃の成長温度において、厚さ０．０３μｍのＧａＮ低温バッファ層５３２を成長させる。
【０３８７】
引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ドーパント源としてＳｉＨ4 、及び、キャリアガスとして水素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９２０℃とした状態で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、１．０μｍで、不純物濃度が５×１０17〜１×１０19ｃｍ-3、例えば、２×１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＮ中間層５３３を成長させる。
【０３８８】
以下は、上記の第１６の実施の形態の同様に、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、１．０μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０20ｃｍ-3、例えば、１．０×１０18ｃｍ-3のｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層５３４、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍのアンドープＧａＮ光ガイド層５３５、ＭＱＷ活性層５３６、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍのアンドープＧａＮ光ガイド層５３７、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ-3、例えば、２．０×１０17ｃｍ-3のｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層５３８、及び、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ-3、例えば、１．０×１０18ｃｍ-3のｐ型ＧａＮコンタクト層５３９を順次エピタキシャル成長させる。
【０３８９】
なお、この場合のＭＱＷ活性層５３６も、厚さ１ｎｍ〜５ｎｍ未満、例えば、３ｎｍのアンドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎバリア層で分離された厚さ３〜１０ｎｍ、例えば、４ｎｍのアンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎウエル層を２〜１０層、例えば、３層成長させて形成する。
【０３９０】
次いで、ドライエッチングによりｎ型ＧａＮ中間層５３３の一部を露出させて、ｎ側電極としてＴｉ電極５４０を設けると共に、ｐ型ＧａＮコンタクト層５３９上にはｐ側電極として幅Ｗが３μｍのＮｉ電極５４１を設けたのち、ドライ・エッチングを施して共振器面となる間隔Ｌが７００μｍとなる一対の平行な端面を形成することによってＭＱＷ半導体レーザが完成する。
【０３９１】
この本発明の第１７の実施の形態においても、ＭＱＷ活性層５１６を構成するバリア層の厚さを５ｎｍ未満にしているので、キャリアの注入効率が改善され、それによってキャリアの不均一注入をなくすことができる。
【０３９２】
また、この場合も、バリア層の膜厚の薄層化による歪低減効果を有効に利用するためには、バリア層の厚さを３ｎｍ以下とし、且つ、ＩｎＧａＮからなるバリア層のＩｎ組成比を０．０４以上にすることによって、結晶性の劣化を来すことなくバリア層の障壁の高さを低くすることができ、それによってキャリアの注入効率をより改善することができる。
【０３９３】
以上、本発明の第１６及び第１７の実施の形態を説明してきたが、本発明は上記の第１６及び第１７の実施の形態の構成に限られるものではなく、例えば、第１６及び第１７の実施の形態においては、多重量子井戸活性層としてＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ／Ｉｎ0.05Ｇａ0.95ＮからなるＭＱＷ構造を採用しているが、必要とする波長に応じて混晶比をＡｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｎ（０≦ｘ＜１、０＜ｙ≦１）の範囲内で変えても良いものであり、且つ、それに伴って、光ガイド層及びクラッド層の混晶比をＡｌa Ｇａb Ｉｎ1-a-b Ｎ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）の範囲内で変えても良い。
【０３９４】
次に、図２１乃至図２３を参照して、オーバーフロー防止層、即ち、エレクトロンブロック層をアンドープ層或いはグレーデッド層にすることによりホールの注入効率を改善し、それによって、しきい値電流密度Ｊthを低減させる、本発明の第１８及び第１９の実施の形態を説明する。
まず、図２１を参照して本発明の第１８の実施の形態のＭＱＷ半導体レーザを説明する。
図２１参照
まず、（０００１）面、即ち、ｃ面を主面とする六方晶の６Ｈ−ＳｉＣからなるｎ型ＳｉＣ基板６１１上に、ＴＭＧａ、ＴＭＡｌ、アンモニア、及び、キャリアガスとしての水素を成長ガスとして用いたＭＯＶＰＥ法によって、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、厚さ５０〜３００ｎｍ、例えば、５０ｎｍのＡｌＧａＮバッファ層６１２を成長させる。
【０３９５】
引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ドーパント源としてＳｉＨ4 、及び、キャリアガスとして水素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９２０℃とした状態で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が５×１０17〜１×１０19ｃｍ-3、例えば、２×１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＮ中間層６１３を成長させる。
【０３９６】
引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモニア、ドーパントとしてＳｉＨ4 、及び、キャリアガスとしての水素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０20ｃｍ-3、例えば、１．０×１０18ｃｍ-3のｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層６１４を成長させる。
【０３９７】
引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、及び、キャリアガスとしての水素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９３０℃とした状態で、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍのアンドープＧａＮ光ガイド層６１５を成長させる。
【０３９８】
引き続いて、ＴＭＧａ、ＴＭＩｎ、アンモニア、及び、キャリアガスとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を５５０〜９００℃、例えば、７００℃とした状態で、厚さ１ｎｍ〜１０ｎｍ、例えば、５ｎｍのアンドープＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎバリア層で分離された厚さ３〜１０ｎｍ、例えば、４ｎｍのアンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎウエル層を２〜１０層、例えば、３層成長させてＭＱＷ活性層６１６を形成する。
【０３９９】
引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモニア、及び、キャリアガスとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、厚さ５〜３０ｎｍ、例えば、２０ｎｍのアンドープＡｌ0.18Ｇａ0.82Ｎエレクトロンブロック層６１７を成長させる。
【０４００】
引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、１１３０℃とした状態で、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜５．０×１０19ｃｍ-3、例えば、１．０×１０18ｃｍ-3のｐ型ＧａＮ光ガイド層６１８を成長させる。
【０４０１】
引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ-3、例えば、２．０×１０17ｃｍ-3のｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層６１９を成長させる。
【０４０２】
引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９３０℃とした状態で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ-3、例えば、１．０×１０18ｃｍ-3のｐ型ＧａＮコンタクト層６２０を成長させる。
【０４０３】
次いで、ｎ型ＳｉＣ基板６１１の裏面にはｎ側電極として厚さ１００ｎｍのＮｉ電極６２１を設けると共に、ｐ型ＧａＮコンタクト層６２０上にはｐ側電極として厚さ１００ｎｍ、幅Ｗが３μｍのＮｉ電極６２２を設け、共振器長Ｌが７００μｍとなるように素子分割することによってＭＱＷ半導体レーザが完成する。
【０４０４】
この第１８の実施の形態においては、Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎエレクトロンブロック層がアンドープ層であるので、ホール濃度が低下し、且つ、高い印加電圧Ｖを必要とするが、不純物による散乱がなくなるので実効移動度が大きくなり、したがって、従来のようにエレクトロンブロック層を５．０×１０17ｃｍ-3〜５．０×１０19ｃｍ-3程度の不純物濃度のｐ型層で形成した場合に対するホール濃度の低下分を補うことになり、総合的にはホールの注入効率の改善効果が期待されるものである。
なお、ＧａＮ系半導体におけるアンドープ層の不純物濃度は、一般的には１．０×１０17ｃｍ-3未満であるので、意図的ドープした場合にも、１．０×１０17ｃｍ-3未満であれば、アンドープ層と同様の効果が得られる。
【０４０５】
また、上記の第１８の実施の形態におけるｐ側光ガイド層は、説明を簡単にするためにｐ型層で構成しているが、アンドープ層で構成しても良いものであり、また、ｎ側光ガイド層はアンドープ層で構成しているが、ｎ型層で構成しても良いものである。
【０４０６】
次に、図２２及び図２３を参照して、本発明の第１９の実施の形態のＭＱＷ半導体レーザを説明する。
なお、図２２（ａ）は、本発明の第１９の実施の形態のＭＱＷ半導体レーザの光軸に垂直な断面図であり、また、図２２（ｂ）は、ＭＱＷ活性層近傍のバンドダイヤグラムであり、さらに、図２３は効果の説明図である。
図２２（ａ）参照
まず、上記の第１８実施の形態と全く同様に、ｎ型ＳｉＣ基板６１１上に、ＡｌＧａＮバッファ層６１２、ｎ型ＧａＮ中間層６１３、ｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層６１４、アンドープＧａＮ光ガイド層６１５、及び、ＭＱＷ活性層６１６を形成する。
【０４０７】
引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、ＴＭＡｌを０から徐々に連続的に増加させて厚さ１〜２０ｎｍ、例えば、１０ｎｍで、不純物濃度が１．０×１０15〜３．０×１０20ｃｍ-3、例えば、１．０×１０19ｃｍ-3のｐ型グレーデッドＡｌＧａＮ層６２３を成長させ、次いで、ＴＭＡｌ／ＴＭＧＡ比率を一定にして厚さ１〜２０ｎｍ、例えば、１０ｎｍで、不純物濃度が１．０×１０15〜３．０×１０20ｃｍ-3、例えば、１．０×１０19ｃｍ-3のｐ型Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎ層６２４を成長させ、次いで、ＴＭＡｌ／ＴＭＧＡ比率を０まで連続的に減少させて厚さ１〜２０ｎｍ、例えば、１０ｎｍで、不純物濃度が１．０×１０15〜３．０×１０20ｃｍ-3、例えば、１．０×１０19ｃｍ-3のｐ型グレーデッドＡｌＧａＮ層６２５を成長させ、これらのｐ型グレーデッドＡｌＧａＮ層６２３、ｐ型Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎ層６２４、及び、ｐ型グレーデッドＡｌＧａＮ層６２５によって禁制帯幅がスムースに連続的に変化するｐ型エレクトロンブロック層６２６を形成する。
【０４０８】
以降は、再び、第１８の実施の形態と全く同様に、ｐ型ＧａＮ光ガイド層６１８、ｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層６１９、及び、ｐ型ＧａＮコンタクト層６２０を順次成長させる。
【０４０９】
次いで、ドライ・エッチングによりｐ型ＧａＮコンタクト層６２０及びｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層６１９をメサエッチングし、ｎ型ＳｉＣ基板６１１の裏面にはｎ側電極として厚さ１００ｎｍのＮｉ電極６２１を設けると共に、ｐ型ＧａＮコンタクト層６２０上にはストライプ状開口を有するＳｉＯ2 膜６２７を介してｐ側電極として厚さ１００ｎｍのＮｉ電極６２２を設け、共振器長Ｌが７００μｍとなるように素子分割することによってＭＱＷ半導体レーザが完成する。
【０４１０】
図２２（ｂ）参照
この本発明の第１９の実施の形態においては、ｐ型エレクトロンブロック層６２６を、ｐ型グレーデッドＡｌＧａＮ層６２３、ｐ型Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎ層６２４、及び、ｐ型グレーデッドＡｌＧａＮ層６２５によって構成しているので、禁制帯幅をスムースに連続的に変化させることができると共に、電子親和力も連続的に変化させることができ、それによって、ｎ側においてはＭＱＷ活性層６１６を構成するＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎバリア層とｐ型グレーデッドＡｌＧａＮ層６２３との間の電子親和力の差を殆どなくすことができ、それによってＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎバリア層とｐ型グレーデッドＡｌＧａＮ層６２３との界面にホールに対する電位障壁となるノッチが形成されることがない。
【０４１１】
また、ｐ側においてはｐ型ＧａＮ光ガイド層６１８とｐ型グレーデッドＡｌＧａＮ層６２５との間の電子親和力の差をなくすことができ、それによってｐ型ＧａＮ光ガイド層６１８とｐ型グレーデッドＡｌＧａＮ層６２５との界面においてもホールに対する電位障壁となるノッチが形成されることがない。
【０４１２】
したがって、ｐ型エレクトロンブロック層６２６の両側において、ホールに対する電位障壁となるノッチが形成されないので、ホールの注入効率が改善され、それによって駆動電圧を低下することができる。
【０４１３】
図２３参照
図２３は、ｐ型グレーデッドＡｌＧａＮ層６２３及びｐ型グレーデッドＡｌＧａＮ層６２５を設けた場合の効果を説明するためのシミュレーションによる電圧−電流特性を示す図である。
図から明らかなように、ｐ型グレーデッドＡｌＧａＮ層６２３及びｐ型グレーデッドＡｌＧａＮ層６２５を設けることにより、従来の様に、オーバーフロー防止層、即ち、エレクトロンブロック層にグレーデッド層を設けない場合に比べて、駆動電圧を低くできることが理解され、これは上述の様にノッチの形成を抑制したことに起因するものである。
【０４１４】
なお、この第１９の実施の形態の説明においては、グレーデッド層を組成が一定のｐ型Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎ層６２４の両側に設けているが、何方か一方のみに設けても良いものであり、両方設ける場合に比べてホールの注入効率の改善の程度は低いものの、グレーデッド層を設けない場合に比べてホールの注入効率が改善される。
【０４１５】
また、上記の第１９の実施の形態においては、ｐ型エレクトロンブロック層２２６の不純物濃度として、従来と同様に価電子帯側に不純物伝導による寄与が顕著にならない程度の不純物濃度を採用しているが、１．５×１０19ｃｍ-3以上、より好適には、７×１０19ｃｍ-3以上の高濃度にドープしても良いものであり、この場合には、不純物伝導によるホールの注入効率の改善と、ノッチの消滅によるホールの注入効率の改善との両方の寄与が期待される。
【０４１６】
さらに、上記の第１９の実施の形態におけるｐ型エレクトロンブロック層６２６を、上記の第１８の実施の形態と同様に、アンドープ層としても良く、この場合には、アンドープ化に伴うホールの実効移動度の向上によるホールの注入効率の改善と、ノッチの消滅によるホールの注入効率の改善との両方の寄与が期待される。
【０４１７】
なお、上記の第１９の実施の形態及びその変形例においても、ｐ側光ガイド層をｐ型ＧａＮ光ガイド層６１８の代わりにアンドープＧａＮ光ガイド層を用いて構成しても良く、また、ｎ側光ガイド層をアンドープＧａＮ光ガイド層６１５の代わりにｎ型ＧａＮ光ガイド層を用いて構成しても良い。
【０４１８】
以上、本発明の第１８及び第１９の実施の形態を説明してきたが、本発明は上記の第１８及び第１９の実施の形態の構成に限られるものではなく、例えば、ＳｉＣ基板ではなく従来と同様にサファイア基板を用いても良いものであり、その場合には、まず、従来と同様に、（０００１）面を主面とするサファイア基板上に、ＴＭＧａ、アンモニア、及び、キャリアガスとして水素を成長ガスとして用いたＭＯＶＰＥ法によって、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、５００℃の成長温度において、厚さ０．０３μｍのＧａＮ低温バッファ層を成長させ、次いで、ＴＭＧａ、アンモニア、及び、キャリアガスとして水素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、１．０μｍのｎ型ＧａＮ中間層を成長させる。
【０４１９】
以降は、上記の第１８及び第１９の実施の形態の全く同様に、ｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層、ｎ側ＧａＮ光ガイド層、ＭＱＷ活性層、エレクトロンブロック層、ｐ側ＧａＮ光ガイド層、ｐ型ＧａＮ光ガイド層、ｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層、及び、ｐ型ＧａＮコンタクト層を順次エピタキシャル成長させる。
なお、この場合のエレクトロンブロック層は、対応する実施の形態に応じた構成とする。
【０４２０】
次いで、それ以降は、従来例と同様に、ドライ・エッチングによりｐ型ＧａＮ層及びｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層をメサエッチングすると共に、ｎ型ＧａＮ中間層の一部を露出させて、ｎ型ＧａＮ中間層の露出部にＴｉ／Ａｕからなるｎ側電極を設けると共に、ｐ型ＧａＮコンタクト層上にはストライプ状開口を有するＳｉＯ2 膜を介してＮｉ／Ａｕからなるｐ側電極を設け、次いでドライ・エッチングを施して共振器面となる一対の平行な端面を形成すれば良い。
【０４２１】
また、上記の第１８及び第１９の実施の形態においては、多重量子井戸活性層としてＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ／Ｉｎ0.03Ｇａ0.97ＮからなるＭＱＷ構造を採用しているが、必要とする波長に応じて混晶比をＡｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｎ（０≦ｘ＜１、０＜ｙ≦１）の範囲内で変えても良いものであり、且つ、それに伴って、光ガイド層及びクラッド層の混晶比をＡｌa Ｇａb Ｉｎ1-a-b Ｎ（０≦ａ≦１、０≦ｂ≦１）の範囲内で変えても良い。
【０４２２】
例えば、上記の第１８及び第１９の実施の形態においては、バリア層としてはＩｎＧａＮウエル層に対してＩｎＧａＮを用いているが、ＩｎＧａＮの代わりにＡｌＧａＮ或いはＧａＮを用いても良いものであり、特に、ＡｌＧａＮ或いはＧａＮを用いた場合には、バリア層とグレーデッド層を用いたエレクトロンブロック層との界面におけるノッチを完全に消滅することができる。
【０４２３】
次に、図２４乃至図３０を参照して、エレクトロンブロック層の不純物濃度を７×１０19ｃｍ-3以上とすると共に、エレクトロンブロック層の成長温度を６００℃〜９００℃とすることによって、電子のオーバーフローを防止し、それによって、しきい値電流密度を低減させる、本発明の第２０の実施の形態を説明する。
まず、図２４を参照して、本発明の第２０の実施の形態の短波長半導体レーザの製造工程を説明する。
図２４参照
まず、改良レイリー法によりバルク成長させた、（０００１）面、即ち、ｃ面を主面とする六方晶の６Ｈ−ＳｉＣからなるキャリア濃度が４×１０18ｃｍ-3のｎ型ＳｉＣ基板７１１上に、ＴＭＧａ、ＴＭＡｌ、アンモニア、ドーパント源としてＳｉＨ4 、及び、キャリアガスとしての水素を成長ガスとして用いたＭＯＶＰＥ法によって、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、１１００℃とした状態で、厚さ５０ｎｍ〜５μｍ、例えば、３５０ｎｍで、不純物濃度が不純物濃度が５×１０17〜１×１０19ｃｍ-3、例えば、８×１０18ｃｍ-3のｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎバッファ層７１２を成長させる。
【０４２４】
引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモニア、ドーパントとしてＳｉＨ4 、及び、キャリアガスとしての水素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、１１００℃とした状態で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０20ｃｍ-3、例えば、２．０×１０18ｃｍ-3のｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層７１３を成長させる。
【０４２５】
引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ドーパントとしてＳｉＨ4 、及び、キャリアガスとしての水素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、１１００℃とした状態で、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍで、不純物濃度が５×１０17〜１×１０19ｃｍ-3、例えば、２×１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＮ光ガイド層７１４を成長させる。
【０４２６】
引き続いて、ＴＭＧａ、ＴＭＩｎ、アンモニア、及び、キャリアガスとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を６００〜９００℃、例えば、７８０℃とした状態で、厚さ１ｎｍ〜１０ｎｍ、例えば、５ｎｍのアンドープＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎバリア層で分離された厚さ３〜１０ｎｍ、例えば、４ｎｍのアンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎウエル層を２〜１０層、例えば、３層成長させてＭＱＷ活性層７１５を形成する。
【０４２７】
引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を６００〜９００℃、例えば、７８０℃とした状態で、厚さ５〜３０ｎｍ、例えば、２０ｎｍで、不純物濃度が７×１０19ｃｍ-3以上、例えば、１×１０20ｃｍ-3のｐ+ 型Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎエレクトロンブロック層７１６を成長させる。
【０４２８】
引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、１１００℃とした状態で、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０20ｃｍ-3、例えば、１．５×１０19ｃｍ-3のｐ型ＧａＮ光ガイド層７１７を成長させる。
【０４２９】
引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、１１００℃とした状態で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．５５μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０20ｃｍ-3、例えば、１．５×１０19ｃｍ-3のｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層７１８を成長させる。
【０４３０】
引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、１１００℃とした状態で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．１μｍで、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０20ｃｍ-3、例えば、１．５×１０19ｃｍ-3のｐ型ＧａＮ第１コンタクト層７１９を成長させ、引き続いて、ｐ型ＧａＮ第１コンタクト層７１９と同じ条件で、不純物濃度が５．０×１０19〜５．０×１０20ｃｍ-3、例えば、１．５×１０20ｃｍ-3で、厚さが５〜５０ｎｍ、例えば、２０ｎｍのｐ+ 型ＧａＮ第２コンタクト層７２０を成長させる。
なお、この場合の成長速度は、ｎ型層７１２〜７１４については、２μｍ／ｈｒとし、ＭＱＷ活性層７１５については、０．３μｍ／ｈｒとし、ｐ+ 型Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎエレクトロンブロック層７１６については、０．９μｍ／ｈｒとし、また、ｐ型層７１７〜７２０については、２．６μｍ／ｈｒとする。
【０４３１】
次いで、ｎ型ＳｉＣ基板７１１の裏面を研磨して、全体の厚さが１００μｍ程度まで薄くしたのち、ドライ・エッチングによりｐ+ 型ＧａＮ第２コンタクト層７２０乃至ｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層７１８をメサエッチングして、例えば、幅が４μｍで高さが０．５μｍのストライプ状メサを形成する。
【０４３２】
次いで、ｎ型ＳｉＣ基板７１１の裏面にはＮｉ／Ｔｉ／Ａｕからなるｎ側電極７２２を設けると共に、ｐ+ 型ＧａＮ第２コンタクト層７２０上には、例えば、幅が２μｍのストライプ状開口を有するＳｉＯ2 膜７２１を介してＮｉ／Ｔｉ／Ａｕからなるｐ側電極７２３を設け、共振器長Ｌが７００μｍとなるように素子分割することによってＭＱＷ半導体レーザが完成する。
なお、ストライプの方向は〈１−１００〉方向とし、劈開面は（１−１００）面とする。
【０４３３】
図２５参照
図２５は上記の第２０の実施の形態のＭＱＷ半導体レーザの電流−光出力特性を測定した結果の内、最もしきい値電流の小さかった素子の電流−光出力特性を示すものであり、図から明らかなように、しきい値電流の最小値は３８０ｍＡであった。
また、図示しないものの、今回測定した内での最大値は６００ｍＡで、平均は５００ｍＡであり、それ以前のしきい値電流である６５０〜１６００ｍＡ、平均値９００ｍＡに比較して大幅にしきい値電流が低減している。
【０４３４】
この様な、ｐ+ 型エレクトロンブロック層を用いた効果を確認するために、上記の半導体レーザと同様の結晶成長工程で表面発光型ＬＥＤを作製して発光スペクトルを測定したので、その結果を図２６及び図２８を参照して説明する。
図２６（ａ）及び（ｂ）参照
図２６（ｂ）は、測定のために作製した表面発光型ＬＥＤの概略的断面図であり、また、図２６（ａ）は上面図であり、（０００１）面、即ち、ｃ面を主面とする六方晶の６Ｈ−ＳｉＣからなるキャリア濃度が４×１０18ｃｍ-3のｎ型ＳｉＣ基板７３１上に、厚さが０．３５μｍで、不純物濃度が不純物濃度が８×１０18ｃｍ-3のｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎバッファ層７３２、厚さが０．５５μｍで、不純物濃度が２．０×１０18ｃｍ-3のｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層７３３、厚さ１００ｎｍで、不純物濃度が２×１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＮ光ガイド層７３４、厚さが５ｎｍのアンドープＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎバリア層で分離された厚さ４ｎｍのアンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎウエル層を３層成長させたＭＱＷ活性層７３５、厚さが２０ｎｍのｐ型Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎエレクトロンブロック層７３６、厚さが１００ｎｍで、不純物濃度が５．０×１０19ｃｍ-3のｐ型ＧａＮ光ガイド層７３７、厚さが０．２μｍで、不純物濃度が５．０×１０19ｃｍ-3のｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層７３８、厚さが０．１μｍで、不純物濃度が５．０×１０19ｃｍ-3のｐ型ＧａＮ第１コンタクト層７３９、厚さが２０ｎｍで、不純物濃度が１．５×１０20ｃｍ-3のｐ+ 型ＧａＮ第２コンタクト層７４０を順次堆積させる。
【０４３５】
次いで、ｎ型ＳｉＣ基板７３１の裏面にはＮｉ／Ｔｉ／Ａｕからなるｎ側電極７４１を設けるとともに、ｐ+ 型ＧａＮ第２コンタクト層７４０の表面には略正方形の開口部を有するＳｉＯ2 膜７４２を介してＮｉ／Ａｕからなる半透明電極７４３を設け、その周囲にＮｉ／Ａｕからなるボンディングパッド７４４を設けることによってｐ側電極を形成する。
なお、半透明電極７４３を介して見えているｐ+ 型ＧａＮ第２コンタクト層７４０の寸法は３７μｍ角であり、また、素子寸法は３００μｍ角である。
【０４３６】
この様な、表面発光型ＬＥＤを、ｐ型Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎエレクトロンブロック層７３６のＭｇ濃度を０〜２×１０20ｃｍ-3の範囲で変化させるとともに、ｐ型Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎエレクトロンブロック層７３６の成長温度を７８０℃及び１１００℃の２つの温度にして結晶成長を行った。
【０４３７】
ついで、この表面発光型ＬＥＤに、室温において、幅１００μｓで、周波数が１ｋＨｚのパルス電流を順方向に１００ｍＡ通電し、半透明電極７４３から放射される光をレンズで集光したのち、グレーティングを通して分光し、光電子増倍管により検出することによって測定を行った。
【０４３８】
図２７参照
図２７は、表面発光型ＬＥＤとして、従来の条件であるエレクトロンブロック層のＭｇ濃度が５×１０19ｃｍ-3で、成長温度が１１００℃の試料と、新条件であるエレクトロンブロック層のＭｇ濃度が１×１０20ｃｍ-3で、成長温度が７８０℃の試料との測定結果を比較したものである。
図から明らかなように、新条件において、ＩｎＧａＮからなるＭＱＷ活性層７３５の発光中心波長である４００ｎｍ近傍の発光強度が格段に強くなっており、強度比にして約１０倍になっている。
【０４３９】
また、従来条件のＬＥＤにおいては、波長３６３ｎｍをピークにしたｐ型ＧａＮ光ガイド層７３７の発光が存在するが、新条件のＬＥＤにおいては、この波長帯の発光がほとんど見られず、このことから、ｐ型ＧａＮ光ガイド層７３７へオーバーフローする電子が無くなったものと考えられる。
【０４４０】
図２８（ａ）参照
図２８（ａ）は、ＩｎＧａＮからなるＭＱＷ活性層７３５における発光強度のＭｇ濃度依存性を表す図であり、図から明らかなように、７×１０19ｃｍ-3近傍を境にして発光強度が急激に増加し、従来条件の場合と比較すると３桁程度増加する。
また、同じＭｇ濃度の場合には、成長温度を７８０℃とした新条件の場合に、２桁程度以上の発光強度の増加が見られる。
【０４４１】
図２８（ｂ）参照  
図２８（ｂ）は、ｐ型ＧａＮ光ガイド層７３７における発光強度のＭｇ濃度依存性を表す図であり、図から明らかなように、５×１０19ｃｍ-3近傍を境にして発光強度が減少するが、成長温度を７８０℃とした新条件の場合には、Ｍｇ濃度を７×１０19ｃｍ-3以上とした場合に、発光がほとんど観測されなかった。
【０４４２】
以上の図２７及び図２８の測定結果から、上記の第２０の実施の形態の様に、ｐ+ 型Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎエレクトロンブロック層７１６のＭｇ濃度を７×１０19ｃｍ-3以上、より好適には、１×１０20ｃｍ-3以上にすることによって電子のオーバーフローを防止することができ、ＭＱＷ活性層７１５において効率良く再結合が行われるので、しきい値電流密度Ｊthの低減が可能になる。
【０４４３】
特に、ｐ+ 型Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎエレクトロンブロック層７１６の結晶成長温度をＭＱＷ活性層７１５と同じ範囲の６００℃〜９００℃、例えば、７８０℃とした場合に、効果が顕著になる。
なお、下限の６００℃はＩｎＧａＮの単結晶成長が可能な温度の下限であり、また、上限の９００℃はＩｎＧａＮの成長温度の実質的な上限である。
【０４４４】
この様に、ｐ+ 型Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎエレクトロンブロック層７１６のＭｇ濃度を７×１０19ｃｍ-3以上にすることにより、電子のオーバーフローがほぼ完全に抑制される理由は不明であるが、１．０×１０20ｃｍ-3はＭｇが活性化する濃度限界以上の高不純物濃度であるので、ｐ+ 型Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎエレクトロンブロック層７１６の価電子帯側の禁制帯に高密度の不純物準位が形成され、この不純物準位がホールの注入効率の改善に役立ち、その結果、電子のオーバーフローが抑制されるとも考えられるので、この事情を図２９を参照して説明する。
【０４４５】
図２９参照
図２９はＭＱＷ活性層７１５近傍のバンドダイヤグラムであり、ｐ型ＧａＮ光ガイド層７１７におけるホールは、不純物準位７２４によるトンネル伝導或いは不純物準位７２４を介した不純物伝導によってＭＱＷ活性層７１５に注入されるので、ホールの注入効率が改善され、その結果、従来においてはｐ型ＧａＮ光ガイド層７１７に滞留したホールの電界により引き寄せられていた電子が引き寄せられなくなるので、電子のオーバーフローが抑制されるのではないかと考えられ、それによって、しきい値電流密度Ｊth低くすることが可能になる。
【０４４６】
図２９及び図４２（ａ）参照
また、このＭＱＷ半導体レーザを駆動する場合、ｐ型ＧａＮ光ガイド層７１７の価電子帯のバンド端が不純物準位７２４に達する程度に印加電圧Ｖをすれば良く、図２９と図４２（ａ）との対比から明らかなように、従来のＭＱＷ半導体レーザに比べて駆動電圧を低くすることが可能になる。
【０４４７】
次に、図３０を参照して、従来の短波長半導体レーザのｐ型エレクトロンブロック層、即ち、ｐ型オーバーフロー防止層におけるＭｇ濃度が５×１０19ｃｍ-3以下であった理由について検討する。
図３０（ａ）参照
図３０（ａ）は、ｐ型ＧａＮ層におけるｐ型キャリア濃度、即ち、ホール濃度のＭｇ濃度依存性を調べた図であり、Ｍｇ濃度が低い場合、ｐ型キャリア濃度はＭｇ濃度と共に増加するが、Ｍｇ濃度が約５×１０19ｃｍ-3の時に最大になり、それ以上のＭｇ濃度では逆に低下する。
【０４４８】
この様なｐ型ＧａＮ層におけるｐ型キャリア濃度のＭｇ濃度依存性は、ｐ型ＡｌＧａＮ層についても成立するものであり、したがって、ｐ+ 型Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎエレクトロンブロック層７１６においても、５×１０19ｃｍ-3を境としてｐ型キャリア濃度が低下すると考えられる。
【０４４９】
この様に、あるドーパント濃度を境として、それ以上のドーパント濃度でキャリア濃度が飽和或いは低下する現象は、他の化合物半導体においても一般的に見られる現象であり、従来の短波長半導体レーザにおいて、ｐ型エレクトロンブロック層のＭｇ濃度として５×１０19ｃｍ-3という値が用いられているのは、上述の事情によるものと推測される。
【０４５０】
したがって、本発明の第２０の実施の形態の様に、ｐ型エレクトロンブロック層のＭｇ濃度を７×１０19ｃｍ-3以上とすることは、ｐ型キャリア濃度を増加させる手段としては全く有効ではなく、かえって不利であるので、Ｍｇの濃度を７×１０19ｃｍ-3以上とすることによって電子のオーバーフローが抑制されるという本発明者による新たな知見なしには採用し得ない構成である。
【０４５１】
また、キャリア濃度が飽和するような高ドーピング濃度領域においては、過剰ドーピングによる結晶性の低下という現象が見られることが一般的であり、結晶性の低下に伴ってキャリアの移動度も低下するので、他に特段の事情がない限り過剰ドーピングは採用されない手法であり、この点からも、ｐ型エレクトロンブロック層のＭｇ濃度を７×１０19ｃｍ-3以上にすることは予測し得ないものである。
【０４５２】
図３０（ｂ）参照
図３０（ｂ）は、ＭＯＶＰＥ法で成長させたｐ型ＧａＮ層におけるｐ型キャリア濃度の成長温度依存性を調べた図であり、成長温度の上昇と共にｐ型キャリア濃度が増加する。
即ち、成長温度を低くするとｐ型キャリア濃度は増加せず、逆に低下することが分かる。
【０４５３】
この様なｐ型ＧａＮ層におけるｐ型キャリア濃度の成長温度依存性は、ｐ型ＡｌＧａＮ層についても成立するものであり、したがって、ｐ型エレクトロンブロック層の成長温度を、本発明のように６００℃〜９００℃とするこは、６００℃〜９００℃、より好適には７３０〜８３０℃、例えば、７８０℃とすることによって電子のオーバーフローが抑制されるという本発明者による新たな知見なしには採用し得ない構成である。
【０４５４】
また、ＧａＮ層或いはＡｌＧａＮ層の成長温度を９００℃以下と低くすると、表面モホロジーが著しく悪化するため、通常は、ｐ型ＧａＮ層或いはｐ型ＡｌＧａＮ層の結晶成長温度として９００℃〜１２００℃の範囲、例えば、１１００℃の高い温度を採用しており、この点からも、ｐ型エレクトロンブロック層の結晶成長温度を６００℃〜９００℃にすることは予測し得ないものである。
【０４５５】
以上、本発明の第２０の実施の形態を説明してきたが、本発明は実施の形態に記載した構成に限られるものではなく、各種の変更が可能であり、例えば、ｐ型エレクトロンブロック層をＡｌ0.18Ｇａ0.82Ｎで構成しているが、この様な組成比に限られるものでなく、他の組成比のＡｌＧａＮでも良く、さらには、活性層及びｐ型クラッド層の組成に応じてＡｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｎ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１）の範囲内で変えても良いものである。
【０４５６】
また、上記の本発明の第２０の実施の形態の説明においては、活性層としてウエル層が３層のＭＱＷ活性層を用いているが、他の構成のＭＱＷ活性層、例えば、厚さ５ｎｍの６層のＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎバリア層によって、厚さ２．５ｎｍの５層のＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎウエル層を交互に挟んだＭＱＷ活性層等を用いても良く、さらには、ＳＱＷ活性層を用いても良いものである。
【０４５７】
また、上記の本発明の第２０の実施の形態の説明においては、ｐ側光ガイド層をｐ型層で、また、ｎ側光ガイド層をｎ型層で構成しているが、少なくとも一方をアンドープ層で構成しても良いものである。
【図面の簡単な説明】
【０４５８】
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】モード利得と電流密度の相関の井戸層の層数依存性の説明図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態におけるＪthの活性層の層厚依存性の説明図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の半導体レーザの斜視図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態の半導体レーザの斜視図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態のＭＱＷ構造半導体レーザの斜視図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態のＭＱＷ構造半導体レーザの斜視図である。
【図８】本発明の第５の実施の形態のＳＱＷ構造半導体レーザの斜視図である。
【図９】本発明の第６の実施の形態のＳＱＷ半導体レーザの斜視図である。
【図１０】本発明の第７の実施の形態のＳＱＷ半導体レーザの斜視図である。
【図１１】本発明の第８の実施の形態のＳＱＷ半導体レーザの説明図である。
【図１２】本発明の第９の実施の形態のＳＱＷ半導体レーザの説明図である。
【図１３】本発明の第１０の実施の形態のＳＱＷ半導体レーザの説明図である。
【図１４】本発明の第１１の実施の形態のＳＱＷ半導体レーザの説明図である。
【図１５】本発明の第１２の実施の形態の短波長半導体レーザの斜視図である。
【図１６】本発明の第１２の実施の形態におけるＰＬ波長の標準偏差及びＰＬ光強度の成長速度依存性の説明図である。
【図１７】本発明の第１３の実施の形態の説明図である。
【図１８】本発明の第１４及び第１５の実施の形態の説明図である。
【図１９】本発明の第１６の実施の形態のＭＱＷ半導体レーザの説明図である。
【図２０】本発明の第１７の実施の形態のＭＱＷ半導体レーザの斜視図である。
【図２１】本発明の第１８の実施の形態のＭＱＷ半導体レーザの説明図である。
【図２２】本発明の第１９の実施の形態のＭＱＷ半導体レーザの説明図である。
【図２３】本発明の第１９の実施の形態における効果の説明図である。
【図２４】本発明の第２０の実施の形態のＭＱＷ半導体レーザの説明図である。
【図２５】本発明の第２０の実施の形態のＭＱＷ半導体レーザの電流−光出力特性の説明図である。
【図２６】本発明の第２０の実施の形態における効果を確認するために作製した表面発光型ＬＥＤの説明図である。
【図２７】表面発光型ＬＥＤの発光スペクトル強度の構成条件依存性の説明図である。
【図２８】表面発光型ＬＥＤにおける発光強度のＭｇ濃度依存性の説明図である。
【図２９】本発明の第２０の実施の形態のＭＱＷ半導体レーザのＭＱＷ活性層近傍のバンドダイヤグラムである。
【図３０】ｐ型ＧａＮ層におけるｐ型キャリア濃度の構成条件依存性の説明図である。
【図３１】従来の短波長半導体発光素子の説明図である。
【図３２】従来の短波長半導体レーザの説明図である。
【図３３】従来のＭＱＷ半導体レーザの発振時のバンドダイヤグラムである。
【図３４】従来のＭＱＷ構造短波長半導体レーザにおけるホール電流の層位置依存性の説明図である。
【図３５】従来のＭＱＷ半導体レーザの発振時のホール密度分布の説明図である。
【図３６】従来のＭＱＷ半導体レーザの発振時の電子密度分布の説明図である。
【図３７】従来のＭＱＷ短波長半導体レーザにおける光学利得と放射光強度分布の説明図である。
【図３８】従来のＭＱＷ半導体レーザの光出力−電流特性の説明図である。
【図３９】量子井戸構造活性層の発光効率のＩｎx Ｇａ1-x Ｎバリア層のＩｎ組成比ｘ依存性の説明図である。
【図４０】オーバーフロー電流のクラッド層組成依存性の説明図である。
【図４１】オーバーフロー電流の素子温度依存性の説明図である。
【図４２】従来の短波長半導体レーザのバンドダイヤグラムの説明図である。
【図４３】従来の短波長半導体レーザのＰＬピーク波長分布の説明図である。
【図４４】従来の短波長半導体レーザにおける光出力特性の説明図である。
【図４５】従来の短波長半導体レーザにおけるＰＬピーク波長のヒストグラムと光強度の相関の説明図である。
【符号の説明】
【０４５９】
１  基板
２  クラッド層
３  光ガイド層
４  活性層
５  光ガイド層
６  クラッド層
１１  ｎ型ＳｉＣ基板
１２  ＡｌＧａＮバッファ層
１３  ｎ型ＧａＮ中間層
１４  ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層
１５  アンドープＧａＮ光ガイド層
１６  ＳＱＷ活性層
１７  ｐ型ＧａＮ光ガイド層
１８  ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層
１９  ｐ型ＧａＮコンタクト層
２０  Ｎｉ電極
２１  Ｎｉ電極
２２  ＭＱＷ活性層
１１１  ｎ型ＳｉＣ基板
１１２  ＡｌＧａＮバッファ層
１１３  ｎ型ＧａＮ中間層
１１４  ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層
１１５  アンドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ光ガイド層
１１６  ＭＱＷ活性層
１１７  ｐ型ＧａＮ光ガイド層
１１８  ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層
１１９  ｐ型ＧａＮコンタクト層
１２０  Ｎｉ電極
１２１  Ｎｉ電極
１２２  ｎ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎクラッド層
１２３  アンドープＧａＮ光ガイド層
１２４  アンドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ光ガイド層
１２５  ＳＱＷ活性層
１２６  ｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎオーバーフロー防止層
２１１  ｎ型ＳｉＣ基板
２１２  ＡｌＧａＮバッファ層
２１３  ｎ型ＧａＮ中間層
２１４  ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層
２１５  アンドープＧａＮ光ガイド層
２１６  ＳＱＷ活性層
２１７  アンドープＧａＮ光ガイド層
２１８  ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層
２１９  ｐ型ＧａＮコンタクト層
２２０  Ｎｉ電極
２２１  Ｎｉ電極
２２２  アンドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ光ガイド層
２２３  アンドープＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ光ガイド層
２２４  アンドープＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ光ガイド層
２２５  ｐ型Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ光ガイド層
２２６  アンドープＧａＮ光ガイド層
２２７  アンドープグレーデッド光ガイド層
２２８  ｐ型グレーデッド光ガイド層
２２９  アンドープＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ光ガイド層
２３０  ｐ型逆グレーデッド光ガイド層
３１１  ｎ型ＳｉＣ基板
３１２  ＡｌＧａＮバッファ層
３１３  ｎ型ＧａＮ中間層
３１４  ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層
３１５  アンドープＧａＮ光ガイド層
３１６  ＭＱＷ活性層
３１７  アンドープＧａＮ光ガイド層
３１８  ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層
３１９  ｐ型ＧａＮコンタクト層
３２０  Ｎｉ電極
３２１  Ｎｉ電極
４１１  ｎ型ＳｉＣ基板
４１２  ＡｌＧａＮバッファ層
４１３  ｎ型ＧａＮ中間層
４１４  ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層
４１５  アンドープＧａＮ光ガイド層
４１６  ＳＱＷ活性層
４１７  アンドープＧａＮ光ガイド層
４１８  ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層
４１９  ｐ型ＧａＮ中間層
４２０  ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層
４２１  ｐ型ＧａＮコンタクト層
４２２  Ｎｉ電極
４２３  Ｎｉ電極
４２４  グレーデッド中間層
４２５  多層構造中間層
５１１  ｎ型ＳｉＣ基板
５１２  ＡｌＧａＮバッファ層
５１３  ｎ型ＧａＮ中間層
５１４  ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層
５１５  アンドープＧａＮ光ガイド層
５１６  ＭＱＷ活性層
５１７  アンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎウエル層
５１８  アンドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎバリア層
５１９  アンドープＧａＮ光ガイド層
５２０  ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層
５２１  ｐ型ＧａＮコンタクト層
５２２  Ｎｉ電極
５２３  Ｎｉ電極
５３１  サファイア基板
５３２  ＧａＮ低温バッファ層
５３３  ｎ型ＧａＮ中間層
５３４  ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層
５３５  アンドープＧａＮ光ガイド層
５３６  ＭＱＷ活性層
５３７  アンドープＧａＮ光ガイド層
５３８  ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層
５３９  ｐ型ＧａＮコンタクト層
５４０  Ｔｉ電極
５４１  Ｎｉ電極
６１１  ｎ型ＳｉＣ基板
６１２  ＡｌＧａＮバッファ層
６１３  ｎ型ＧａＮ中間層
６１４  ｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層
６１５  アンドープＧａＮ光ガイド層
６１６  ＭＱＷ活性層
６１７  アンドープＡｌ0.18Ｇａ0.82Ｎエレクトロンブロック層
６１８  ｐ型ＧａＮ光ガイド層
６１９  ｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層
６２０  ｐ型ＧａＮコンタクト層
６２１  Ｎｉ電極
６２２  Ｎｉ電極
６２３  ｐ型グレーデッドＡｌＧａＮ層
６２４  ｐ型Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎ層
６２５  ｐ型グレーデッドＡｌＧａＮ層
６２６  ｐ型エレクトロンブロック層
６２７  ＳｉＯ2 膜
７１１  ｎ型ＳｉＣ基板
７１２  ｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎバッファ層
７１３  ｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層
７１４  アンドープＧａＮ光ガイド層
７１５  ＭＱＷ活性層
７１６  ｐ+ 型Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎエレクトロンブロック層
７１７  ｐ型ＧａＮ光ガイド層
７１８  ｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層
７１９  ｐ型ＧａＮ第１コンタクト層
７２０  ｐ+ 型ＧａＮ第２コンタクト層
７２１  ＳｉＯ2 膜
７２２  ｎ側電極
７２３  ｐ側電極
７２４  不純物準位
７３１  ｎ型ＳｉＣ基板
７３２  ｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎバッファ層
７３３  ｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層
７３４  アンドープＧａＮ光ガイド層
７３５  ＭＱＷ活性層
７３６  ｐ+ 型Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎエレクトロンブロック層
７３７  ｐ型ＧａＮ光ガイド層
７３８  ｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層
７３９  ｐ型ＧａＮ第１コンタクト層
７４０  ｐ+ 型ＧａＮ第２コンタクト層
７４１  ｎ側電極
７４２  ＳｉＯ2 膜
７４３  半透明電極
７４４  ボンディングパッド
８１１  サファイア基板
８１２  ＧａＮバッファ層
８１３  ｎ型ＧａＮバッファ層
８１４  ｎ型Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層
８１５  ｎ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層
８１６  ｎ型ＧａＮ光ガイド層
８１７  ＩｎＧａＮＭＱＷ活性層
８１８  ｐ型Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ層
８１９  ｐ型ＧａＮ光ガイド層
８２０  ｐ型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎクラッド層
８２１  ｐ型ＧａＮコンタクト層
８２２  ｎ側電極
８２３  ｐ側電極
８２４  ｎ型ＧａＮ層
８２５  Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層
８２６  ｐ型ＧａＮ層
８３１  サファイア基板
８３２  ＧａＮバッファ層
８３３  ｎ型ＧａＮ中間層
８３４  ｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層
８３５  ｎ型ＧａＮ光ガイド層
８３６  ＭＱＷ活性層
８３７  ｐ型Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎオーバーフロー防止層
８３８  ｐ型ＧａＮ光ガイド層
８３９  ｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層
８４０  ｐ型ＧａＮコンタクト層
８４１  ｎ側電極
８４２  ＳｉＯ2 膜
８４３  ｐ側電極
８４４  電圧印加時の価電子帯のバンド端
８４５  ノッチ
８４６  ノッチ
【図１】
2006324690.tif 000003
【図２】
2006324690.tif 000004
【図３】
2006324690.tif 000005
【図４】
2006324690.tif 000006
【図５】
2006324690.tif 000007
【図６】
2006324690.tif 000008
【図７】
2006324690.tif 000009
【図８】
2006324690.tif 000010
【図９】
2006324690.tif 000011
【図１０】
2006324690.tif 000012
【図１１】
2006324690.tif 000013
【図１２】
2006324690.tif 000014
【図１３】
2006324690.tif 000015
【図１４】
2006324690.tif 000016
【図１５】
2006324690.tif 000017
【図１６】
2006324690.tif 000018
【図１７】
2006324690.tif 000019
【図１８】
2006324690.tif 000020
【図１９】
2006324690.tif 000021
【図２０】
2006324690.tif 000022
【図２１】
2006324690.tif 000023
【図２２】
2006324690.tif 000024
【図２３】
2006324690.tif 000025
【図２４】
2006324690.tif 000026
【図２５】
2006324690.tif 000027
【図２６】
2006324690.tif 000028
【図２７】
2006324690.tif 000029
【図２８】
2006324690.tif 000030
【図２９】
2006324690.tif 000031
【図３０】
2006324690.tif 000032
【図３１】
2006324690.tif 000033
【図３２】
2006324690.tif 000034
【図３３】
2006324690.tif 000035
【図３４】
2006324690.tif 000036
【図３５】
2006324690.tif 000037
【図３６】
2006324690.tif 000038
【図３７】
2006324690.tif 000039
【図３８】
2006324690.tif 000040
【図３９】
2006324690.tif 000041
【図４０】
2006324690.tif 000042
【図４１】
2006324690.tif 000043
【図４２】
2006324690.tif 000044
【図４３】
2006324690.tif 000045
【図４４】
2006324690.tif 000046
【図４５】
2006324690.tif 000047