(57)【要約】      （修正有）【課題】  発振閾値が安定して低く、１００ｍＷ以上の高出力にて連続駆動させても駆動電流が経時上昇しないＩＩＩ−Ｖ族系窒化物半導体レーザ素子を提供する。【解決手段】  下部クラッド層（１０２）のバンドギャップエネルギーＥｃｌと、下部隣接層（１０４）のバンドギャップエネルギーＥｎｌと、量子井戸活性層（１０５）の井戸層のバンドギャップエネルギーＥｗと、障壁層のバンドギャップエネルギーＥｂと、上部隣接層（１０６）のバンドギャップエネルギーＥｎｕと、第１の層（１０７）のバンドギャップエネルギーＥ１と、第２の層（１０８）のバンドギャップエネルギーＥ２と、第３の層（１０９）のバンドギャップエネルギーＥ３と、上部クラッド層（１１０）のバンドギャップエネルギーＥｃｕとが、以下の関係式（１）を満たす。〔数１〕    Ｅｗ＜Ｅｃｌ、Ｅｎｌ、Ｅｂ、Ｅｎｕ、Ｅ１、Ｅ２、Ｅｃｕ＜Ｅ３  ・・・（１）【選択図】  図１
2006049622.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上に設けられた、ｎ型不純物がドープされた下部クラッド層と、
前記下部クラッド層の上に設けられた、導電性不純物がドープされていないアンドープ型の下部隣接層と、
前記下部隣接層の上に設けられた、アンドープ型の障壁層と当該障壁層を上下に挟むアンドープ型の井戸層とからなる量子井戸活性層と、
前記量子井戸活性層の上に設けられた、アンドープ型の上部隣接層と、
前記上部隣接層の上に設けられた、ｎ型不純物がドープされた第１の層と、
前記第１の層の上に設けられた、アンドープ型の第２の層と、
前記第２の層の上に設けられた、ｐ型不純物がドープされた上部クラッド層と
を備え、
前記量子井戸活性層中で最下段の井戸層が前記下部隣接層に接し、最上段の井戸層が前記上部隣接層と接している
ＩＩＩ−Ｖ族系窒化物半導体レーザ素子であって、
前記下部クラッド層のバンドギャップエネルギーＥｃｌと、
前記下部隣接層のバンドギャップエネルギーＥｎｌと、
前記量子井戸活性層の井戸層のバンドギャップエネルギーＥｗと、障壁層のバンドギャップエネルギーＥｂと、
前記上部隣接層のバンドギャップエネルギーＥｎｕと、
前記第１の層のバンドギャップエネルギーＥ１と、
前記第２の層のバンドギャップエネルギーＥ２と、
前記第３の層のバンドギャップエネルギーＥ３と、
前記上部クラッド層のバンドギャップエネルギーＥｃｕとが、
以下の関係式（１）を満たす
ことを特徴とするＩＩＩ−Ｖ族系窒化物半導体レーザ素子。
〔数１〕
Ｅｗ＜Ｅｃｌ、Ｅｎｌ、Ｅｂ、Ｅｎｕ、Ｅ１、Ｅ２、Ｅｃｕ＜Ｅ３  ・・・（１）
【請求項２】
前記下部クラッド層と前記下部隣接層との間に下部ガイド層がさらに設けられ、
当該下部ガイド層のバンドギャップエネルギーＥｇｌが以下の関係式（２）を満たす
ことを特徴とする請求項１記載のＩＩＩ−Ｖ族系窒化物半導体レーザ素子。
〔数２〕
Ｅｗ＜Ｅｇｌ＜Ｅｃｌ  ・・・（２）
【請求項３】
前記第３の層と前記上部クラッド層との間に上部ガイド層がさらに設けられ、
当該上部ガイド層のバンドギャップエネルギーＥｇｕが以下の関係式（３）を満たす
ことを特徴とする請求項１記載のＩＩＩ−Ｖ族系窒化物半導体レーザ素子。
〔数３〕
Ｅｗ＜Ｅｇｕ＜Ｅｃｌ  ・・・（３）
【請求項４】
前記量子井戸活性層中で最上段の井戸層と前記第３の層との距離Ｌが、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である
ことを特徴とする請求項１記載のＩＩＩ−Ｖ族系窒化物半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記距離Ｌと、前記量子井戸活性層中で最上段の井戸層と前記第１の層との距離Ｄとが、以下の関係式（４）を満たす
ことを特徴とする請求項４記載のＩＩＩ−Ｖ族系窒化物半導体レーザ素子。
〔数４〕
２Ｄ≦Ｌ  ・・・（４）
【請求項６】
前記第１の層の層厚が５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である
ことを特徴とする請求項１記載のＩＩＩ−Ｖ族系窒化物半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記下部隣接層または前記上部隣接層の層厚が０．５ｎｍ以上である
ことを特徴とする請求項１記載のＩＩＩ−Ｖ族系窒化物半導体レーザ素子。
【請求項８】
前記第１の層にドープされたｎ型不純物がケイ素であり、前記第３の層にドープされたｐ型不純物がＭｇである
ことを特徴とする請求項１記載のＩＩＩ−Ｖ族系窒化物半導体レーザ素子。
【請求項９】
前記第１の層がＩｎx1Ｇａ1-x1Ｎ（式中のｘ１は０≦ｘ１≦０．５の範囲を満たす実数）からなり、
前記第２の層がＩｎx2Ａｌy2Ｇａ1-(x2+y2)Ｎ（式中のｘ２は０≦ｘ２≦０．５、ｙ２は０≦ｙ２≦０．５の範囲を満たす実数）からなり、
前記第３の層がＡｌy3Ｇａ1-y3Ｎ（式中のｙ３は０＜ｙ３≦１の範囲を満たす実数）からなる
ことを特徴とする請求項１記載のＩＩＩ−Ｖ族系窒化物半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族系窒化物半導体からなる半導体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ−Ｖ族系窒化物半導体レーザ素子を用いた短波長光源は、光記録媒体を対象とした情報の読み出しレートや書き込みレートを向上させる技術として注目されている。また、その発光輝度を向上させるための技術開発が盛んであり、窒化物半導体レーザ素子の活性層を、１以上の井戸層と障壁層が積層された量子井戸構造とする技術が検討されている。
【０００３】
量子井戸構造とする利点は、活性層における電子やホールの状態密度関数ρを人工的に狭く制御できることにあり、これによって、バルク型のような量子井戸構造でない活性層構造とした場合に比してレーザ素子の発振閾値が大幅に引き下がるため、素子の発光輝度が飛躍的に向上すると考えられている。
【０００４】
ところで、このような量子井戸構造の活性層をもつ半導体レーザ素子では、活性層に近接して設けられた半導体層中のｐ型不純物が活性層内に拡散して、素子の発振閾値を上昇させてしまうという問題がある。そこで、このようなｐ型不純物の活性層への拡散防止を目的として、図４に示すように、活性層４０７とｐ型窒化物半導体層（ｐ型光ガイド層４０９）との間にｎ型窒化物半導体層（拡散防止層４１４）を設ける技術がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２００２１４号公報（第２頁）
【０００６】
しかしながら、この特許文献１に記載の技術を用いて窒化物半導体レーザ素子を作製しても、素子の発振閾値を十分に安定して引き下げることができず、また、１００ｍＷ以上の高出力で連続駆動させた場合に駆動電流が経時的に上昇してしまうため動作寿命が短いという課題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、窒化物半導体レーザ素子における上記課題を解決するものであり、発振閾値が安定して低く、また、１００ｍＷ以上の高出力にて連続駆動させても駆動電流が経時上昇しないＩＩＩ−Ｖ族系窒化物半導体レーザ素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のＩＩＩ−Ｖ族系窒化物半導体レーザ素子は、基板と、前記基板の上に設けられた、ｎ型不純物がドープされた下部クラッド層と、前記下部クラッド層の上に設けられた、導電性不純物がドープされていないアンドープ型の下部隣接層と、前記下部隣接層の上に設けられた、アンドープ型の障壁層と当該障壁層を上下に挟むアンドープ型の井戸層とからなる量子井戸活性層と、前記量子井戸活性層の上に設けられた、アンドープ型の上部隣接層と、前記上部隣接層の上に設けられた、ｎ型不純物がドープされた第１の層と、前記第１の層の上に設けられた、アンドープ型の第２の層と、前記第２の層の上に設けられた、ｐ型不純物がドープされた上部クラッド層とを備え、前記量子井戸活性層中で最下段の井戸層が前記下部隣接層に接し、最上段の井戸層が前記上部隣接層と接しているＩＩＩ−Ｖ族系窒化物半導体レーザ素子であって、前記下部クラッド層のバンドギャップエネルギーＥｃｌと、前記下部隣接層のバンドギャップエネルギーＥｎｌと、前記量子井戸活性層の井戸層のバンドギャップエネルギーＥｗと、障壁層のバンドギャップエネルギーＥｂと、前記上部隣接層のバンドギャップエネルギーＥｎｕと、前記第１の層のバンドギャップエネルギーＥ１と、前記第２の層のバンドギャップエネルギーＥ２と、前記第３の層のバンドギャップエネルギーＥ３と、前記上部クラッド層のバンドギャップエネルギーＥｃｕとが、以下の関係式（１）を満たすことを特徴とする。
〔数１〕
Ｅｗ＜Ｅｃｌ、Ｅｎｌ、Ｅｂ、Ｅｎｕ、Ｅ１、Ｅ２、Ｅｃｕ＜Ｅ３  ・・・（１）
【０００９】
なお、上記『ドープ』とは、導電性不純物の半導体結晶中への意図的な添加を意味し、ドープされた半導体層とは、導電性不純物が意図的に添加されている半導体層を意味する。
【００１０】
また、上記『アンドープ型』とは、導電性不純物を意図的に添加していない半導体結晶の状態を意味するものであり、Ｃ、Ｈ、Ｏ、Ｃｌなどの不純物や、導電性にほとんど影響を与えない程度（濃度が約５×１０16／ｃｍ3未満）の導電性制御不純物が、結晶成長時に不可避的に混入したような半導体結晶であってもこれに含まれる。
【００１１】
本発明のＩＩＩ−Ｖ族系窒化物半導体レーザ素子にかかる上記構成であると、第３の層のバンドギャップエネルギーを、活性層中の井戸層よりも大幅に高く設定しているため、活性層に注入される電子のオーバーフローを防止し、活性層へのキャリアの注入効率を向上させて、素子の発振閾値を引き下げることができる。
【００１２】
さらに、上記構成であると、活性層をアンドープ型としているため、不純物の添加に起因した結晶性の低下が引き起こされることがない。これにより、活性層の耐久性が高くなるため、１００Ｗ以上の高出力なレーザ発振によって光エネルギー密度を増大させても、結晶性が急激に劣化して駆動電流値が経時上昇することがない。
【００１３】
また、上記構成であると、第３の層中にｐ型不純物がドーピングされているため、第３の層の導電性が高い。これにより、ｐドープ上部クラッド層から活性層への正孔（ホール）注入が円滑になる、すなわち活性層へのキャリアの注入効率が向上するため、素子の発振閾値が引き下がる。
【００１４】
また、上記構成であると、ｎ型不純物がドープされた第１の層を、ｐドープの第３の層と活性層との間に設けることにより、素子中のｐｎ接合位置が安定して、結晶成長時に発生しうる成長条件の摂動への耐性が高くなるため、素子を歩留まりよく作製することができる。
【００１５】
上記本発明のＩＩＩ−Ｖ族系窒化物半導体レーザ素子は、さらに、前記下部クラッド層と前記下部隣接層との間に下部ガイド層が設けられ、当該下部ガイド層のバンドギャップエネルギーＥｇｌが以下の関係式（２）を満たす構成とすることができる。また、上記本発明のＩＩＩ−Ｖ族系窒化物半導体レーザ素子は、さらに、前記第３の層と前記上部クラッド層との間に上部ガイド層が設けられ、当該上部ガイド層のバンドギャップエネルギーＥｇｕが以下の関係式（３）を満たす構成とすることができる。
〔数２〕
Ｅｗ＜Ｅｇｌ＜Ｅｃｌ  ・・・（２）
〔数３〕
Ｅｗ＜Ｅｇｕ＜Ｅｃｌ  ・・・（３）
【００１６】
これらの構成であると、光ガイド層を設けることで活性層の光閉じ込め係数が増加するため、素子の発振閾値をさらに引き下げることができる。
【００１７】
上記本発明のＩＩＩ−Ｖ族系窒化物半導体レーザ素子は、さらに、前記量子井戸活性層中で最上段の井戸層と前記第３の層との距離Ｌが、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である構成とすることができる。また、前記距離Ｌと、前記量子井戸活性層中で最上段の井戸層と前記第１の層との距離Ｄとが、以下の関係式（４）を満たす構成とすることができる。
〔数４〕
２Ｄ≦Ｌ  ・・・（４）
【００１８】
ｐドープ層には、若干ではあるがレーザ光を吸収してしまう性質があり、レーザ光の光分布が大きい活性層近傍にｐドープ層を設けると導波損失を引き起こしてしまう。また、窒化物半導体は結晶構造がウルツァイトであって等方的でないため、結晶内部に電界が存在しており、活性層とのバンドギャップ差が大きな半導体層が活性層近傍に配されると、活性層のバンドが曲げられてしまい、バンドフラット状態を得ることができず、活性層におけるキャリアの再結合確率が低下する。
【００１９】
しかしながら、本発明にかかる上記構成であると、第３の層の下面と活性層の最上段に設けられた井戸層の上面との距離（Ｌ）が５０ｎｍ以上であるため、顕著な導波損失を引き起こすことがなく、また活性層のバンドフラット状態を十分に得ることができる。他方、離間間隔（Ｌ）の上限が２００ｎｍ以下であるため、ｐドープ上部クラッド層から活性層へのホール注入が距離的に困難となることもない。
【００２０】
上記本発明のＩＩＩ−Ｖ族系窒化物半導体レーザ素子は、さらに、前記第１の層の層厚が５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である構成とすることができる。
【００２１】
この構成であると、ｎドープの第１の層を５ｎｍ以上の層厚とするため、当該層にｎ型の導電性を確立させることができ、活性層の上下をｎドープ層で挟み込んで活性層をバンドフラット状態とすることができる。他方、層厚を５０ｎｍ以下としてｎ型不純物の含有量を制限しているため、ｐドープ上部クラッド層から活性層へのホール注入が、当該第１の層によって電気的に阻害されることがない。
【００２２】
上記本発明のＩＩＩ−Ｖ族系窒化物半導体レーザ素子は、さらに、前記下部隣接層または前記上部隣接層の層厚が０．５ｎｍ以上である構成とすることができる。
【００２３】
活性層の上下０．５ｎｍ程度の範囲ではキャリアが量子的に染み出すことがあるが、本発明にかかる上記構成であると、活性層の上下に接して設けられている下部隣接層または上部隣接層の層厚を０．５ｎｍ以上として、導電性不純物をドープさせた半導体層を活性層から０．５ｎｍ以上離して設けているため、このような染み出しキャリアが捕縛されてキャリアの注入効率が低下することがない。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によると、ＩＩＩ−Ｖ族系窒化物半導体レーザ素子中のｐｎ接合位置が安定し、さらに、活性層の結晶性が低下しにくく、キャリアの注入効率が向上するため、レーザ素子の発振閾値を安定して引き下げることができ、また、１００ｍＷ以上の高出力にて連続駆動させた場合であっても駆動電流が経時上昇することがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明の窒化物半導体レーザ素子かかる最良の形態について、実施の形態１〜８に基づき説明する。
【００２６】
〈実施の形態１〉
図１は、本発明の実施の形態１におけるＩＩＩ−Ｖ族系窒化物半導体レーザ素子の断面模式図である。図１で示すように、この窒化物半導体レーザ素子は、ｎ型ＧａＮ基板１００と、この基板の一方主面に接して設けられた、ケイ素（Ｓｉ）をドープさせたｎドープＧａＮ層１０１（厚さ０．５μｍ）と、このＧａＮ層１０１の上に接して設けられた、ケイ素をドープさせたｎドープＡｌ0.07Ｇａ0.93Ｎ下部クラッド層１０２（厚さ２μｍ）と、この下部クラッド層１０２の上に接して設けられた、ケイ素をドープさせたｎドープＧａＮ下部ガイド層１０３（厚さ０．１μｍ）と、この下部ガイド層１０３の上に接して設けられた、導電性不純物をドープさせていないアンドープ型のＧａＮ下部隣接層１０４（厚さ２０ｎｍ）と、この下部隣接層１０４の上に接して設けられた活性層１０５（その詳細は後述する）と、この活性層１０５の上に接して設けられたアンドープ型のＧａＮ上部隣接層１０６（厚さ２０ｎｍ）と、この上部隣接層１０６の上に接して設けられた、第１の層としてのｎドープＧａＮ層１０７（厚さ２０ｎｍ）と、この第１の層１０７の上に接して設けられた、第２の層としてのアンドープ型のＧａＮ層１０８（厚さ３０ｎｍ）と、この第２の層１０８の上に接して設けられた、第３の層としてのｐドープＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層１０９（厚さ１５ｎｍ）と、この第３の層の上に接して設けられた、マグネシウム（Ｍｇ）をドープさせたｐドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ上部クラッド層１１０（厚さ０．６μｍ）と、この上部クラッド層１１０の上に接して設けられた、マグネシウムをドープさせたｐドープＧａＮコンタクト層１１１（厚さ０．１μｍ）と、このコンタクト層１１１の上に接して設けられたｐ側電極１２１と、上記基板の一方主面と反対側の基板裏面に設けられたｎ側電極１２０とを備えている。
【００２７】
また、上部クラッド層１１０とコンタクト層１１１は、共振器方向に延伸したストライプ状のリッジストライプ型導波路をなしている。そして、当該リッジストライプ構造以外の部分が絶縁膜１２２で埋め込まれて、電流狭窄が実現されている。なお、リッジストライプの幅は１．６μｍであり、共振器長は６００μｍである。また、素子の前面にはＡＲ（ａｎｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ）コーティングが、後面にはＨＲ（ｈｙｄｒｏｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ）コーティングが施されている。
【００２８】
上述したそれぞれのｎドープ層にドープさせたケイ素の濃度は、５×１０16〜５×１０18／ｃｍ3の範囲にあり、ｐドープ層にドープさせたマグネシウムの濃度は２×１０18〜２×１０20／ｃｍ3の範囲にある。
【００２９】
本実施例１で、第１の層１０７にドープさせるケイ素濃度は５×１０17／ｃｍ3であるが、５×１０16〜５×１０18／ｃｍ3の範囲で濃度を変更してもよく、１×１０17／ｃｍ3〜２×１０18／ｃｍ3の範囲とすることが好ましい。また、上記第３の層１０９にドープさせたマグネシウム濃度は１×１０20／ｃｍ3であるが、５×１０19〜２×１０20／ｃｍ3の範囲で濃度を変更してもよい。このようなドーピング濃度範囲であると、ドープさせた導電性不純物によって層自体の導電型を確立することができ、素子におけるｐｎ接合位置が十分に安定する一方、不純物含有に起因する層の結晶性低下が引き起こされず、活性層への有効なキャリア注入も阻害されることがない。
【００３０】
なお、ｎ型不純物としては、上記ケイ素（Ｓｉ）に限らず、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）、硫黄（Ｓ）、酸素（Ｏ）、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）等のＩＶ族、もしくはＶＩ族元素を用いることができるが、不純物含有による窒化物半導体層の結晶性低下を比較的起こしにくい、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）のいずれかを選択することが好ましい。
【００３１】
最下段や最上段の井戸層１３１に隣接する層（下部隣接層１０４、上部隣接層１０６）は、上記のようにアンドープ型とする必要がある。これは、活性層からその上下に隣接する層へとキャリアが量子的に染み出すことがあり、上下に隣接する層が導電性不純物を含有していると染み出しキャリアをその層中に捕縛してしまい、キャリア注入効率を低下させるためである。また、この染み出しの範囲は約０．５ｎｍであるため、下部隣接層１０４や上部隣接層１０６の層厚をそれぞれ少なくとも約０．５ｎｍに、好ましくは１ｎｍ程度以上に設定した。
【００３２】
第１の層１０７と第２の層１０８との組成は、上記ＧａＮに限るものではないが、上記構造のようにこれら２層の組成を一致させると、積層による層間の格子歪みが発生しにくくなるため、電気的特性のばらつきが少なくなり、かつ層の結晶性が高くなる結果、素子の動作寿命を向上できるので好ましい。
【００３３】
基板としては、積層する窒化物半導体層に対する格子不整合を抑制する側面から上記のようにＧａＮ基板とすることが最も好ましいが、これに代えて、ＡｌＧａＮ、ＳｉＣ、スピネル、Ｇａ2Ｏ3、サファイアまたはＺｒＢ2等からなる基板を用いてもよい。
【００３４】
下部クラッド層１０２や上部クラッド層１１０は超格子構造であってもよい。また、その組成としては上記に限定するものではなく、例えば０．０５以上０．１５以下の範囲でｘが規定されるＡｌxＧａ1-xＮとすることができる。なお、ｘをこのような範囲に規定する理由としては、ｘが０．０５未満であると、活性層との屈折率差が減少し、光閉じ込めが悪化し、動作電流が増大してしまうことがあげられる。また、ｘが０．１５以上であると、低抵抗の結晶が得られにくく、動作電圧が上昇してしまうことがあげられる。
【００３５】
ここで、活性層１０５の詳しい構造について、活性層とその近傍層にかかる素子構造を示す図２を参照しながら説明する。この活性層１０５は、アンドープ型のＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ井戸層１３１（厚さ４ｎｍ）とアンドープ型のＧａＮ障壁層１３２（厚さ８ｎｍ）とが、井戸層、障壁層、井戸層、障壁層、井戸層の順で積層されてなる井戸数３の多重量子井戸構造であり、最下段の井戸層が下部隣接層１０４の上に接して、また、最上段の井戸層の上に接して上部隣接層１０６が設けられている。
【００３６】
なお、障壁層のバンドギャップエネルギーが井戸層よりも大きくなるように調整する限り、井戸層や障壁層は上記組成に限るものではなく、ＩｎｘＧａ1-xＮ（０≦ｘ＜１）、ＡｌｘＧａ1-xＮ（０≦ｘ＜１）、ＩｎＧａＡｌＮ、ＧａＮ1-xＡｓx（０＜ｘ＜１）、ＧａＮ1-xＰx（０＜ｘ＜１）またはこれらの化合物などからなる窒化物半導体としてもよい。
【００３７】
また、活性層をこのような多重量子井戸構造（ＭＱＷ構造）とすると、素子の発振閾値が引き下がるため好ましいが、１の障壁層が最下段の井戸層の上に接し、かつ上部隣接層１０６の下に接して設けた単一量子井戸構造（ＳＱＷ構造）とすることを排除するものではない。
【００３８】
図３は、本実施の形態１にかかる窒化物半導体レーザ素子の活性層周辺における各層のバンドギャップエネルギーを示す分布図である。本発明の半導体レーザ素子では、この図３で示すように、下部クラッド層１０２のバンドギャップエネルギーＥｃｌと、下部隣接層１０４のバンドギャップエネルギーＥｎｌと、井戸層１３１のバンドギャップエネルギーＥｗと、障壁層１３２のバンドギャップエネルギーＥｂと、上部隣接層１０６のバンドギャップエネルギーＥｎｕと、第１の層１０７のバンドギャップエネルギーＥ１と、第２の層１０８のバンドギャップエネルギーＥ２と、第３の層１０９のバンドギャップエネルギーＥ３と、上部クラッド層１１０のバンドギャップエネルギーＥｃｕとが、以下の関係式（１）を満たしている。
〔数５〕
Ｅｗ＜Ｅｎｌ、Ｅｂ、Ｅｎｕ、Ｅ１、Ｅ２＜Ｅｃｌ、Ｅｃｕ＜Ｅ３  ・・・（１）
【００３９】
また、下部ガイド層１０３のバンドギャップエネルギーＥｇｌと、井戸層１３１のバンドギャップエネルギーＥｗと、下部クラッド層１０２のバンドギャップエネルギーＥｃｌとが以下の関係式（２）を満たしている。
〔数６〕
Ｅｗ＜Ｅｇｌ＜Ｅｃｌ  ・・・（２）
【００４０】
上記構造のＩＩＩ−Ｖ族系窒化物半導体レーザ素子を、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）などの公知の結晶成長方法や、フォトレジストマスクを用いたエッチング処理によるリッジストライプ構造の形成方法を用いて作製した。
【００４１】
［実施例１］
本実施例１は、上記構造からなるＩＩＩ−Ｖ族系窒化物半導体レーザ素子である。このレーザ素子を大気圧（１．０１３２５×１０5Ｐａ）の室温（２５℃）下にて駆動させたところ、閾値電流値が約３０ｍＡであり、スロープ効率が約１．７Ｗ／Ａであり、出力を１２０ｍＷ時としたときの駆動電流値が約１００ｍＡであった。
【００４２】
また、６０℃の雰囲気下にて、パルス条件をデューティー３０％とし、高出力である１２０ｍＷに設定したエージング試験を行ったところ、当該試験開始から２４時間経った後でも駆動電流値の増大はほとんど観察されず、５ｍＡ以下の増加量に抑えられていた。そして、試験開始から１０００時間経っても、そこからさらに駆動電流値が上昇することはなかった。
【００４３】
本実施例１にかかるこのような素子特性値は、結晶成長毎にウエハ内でばらつくこと無く、作製した全ての素子において安定して得られた。
【００４４】
［比較例１］
本比較例１は、第１の層１０７がアンドープ型であること以外は上記実施例１と同様のレーザ素子である。この比較例１にかかるレーザ素子は、作製した素子毎の特性値のばらつきが非常に大きく、最良の特性値が得られた素子であっても、閾値電流値が約３５ｍＡ、スロープ効率が約１．４Ｗ／Ａであり、出力を１２０ｍＷ時としたときの駆動電流値が約１２０ｍＡ以上であった。また、エージング試験によって、試験開始から２４時間後の駆動電流値が初期値から１０ｍＡ以上も大幅に増大することが観察された。そして、試験時間をさらに延ばすと、駆動電流値の増大率は緩やかになるものの、駆動電流値の上昇が続き、安定した動作電流を得ることができなかった。
【００４５】
［比較例２］
本比較例２は、第２の層１０８を有さず、第１の層１０７の上に接して第３の層１０９が設けられていること以外は上記実施例１と同様のレーザ素子であり、活性層の周辺が上述した従来の技術にかかるレーザ素子（図４参照）と実質的に同様の構造を有している。この比較例２にかかるレーザ素子は、閾値電流値が約３５ｍＡ、スロープ効率が約１．０Ｗ／Ａであり、出力を１２０ｍＷ時としたときの駆動電流値が約１６０ｍＡであった。また、エージング試験によって、試験開始から２４時間後の駆動電流値が初期値から１０ｍＡも増大することが観察された。そして、試験時間をさらに延ばすと、駆動電流値の増大率は緩やかになるものの、駆動電流値の上昇が続き、安定した動作電流を得ることができなかった。
【００４６】
［比較例３］
本比較例３は、第１の層１０７がアンドープ型であり、活性層１０５にｎ型不純物を濃度１×１０17〜１×１０18／ｃｍ3でドープさせたこと以外は上記実施例１と同様のレーザ素子である。この比較例３にかかるレーザ素子は、閾値電流値が約５０ｍＡ、スロープ効率が約１．４Ｗ／Ａであり、出力を１２０ｍＷ時としたときの駆動電流値が約１３５ｍＡであった。また、エージング試験によって、試験開始から２４時間後の駆動電流値が初期値から１５ｍＡ以上も増大することが観察された。そして、試験時間を延ばすと、さらなる駆動電流値の上昇が観察された。
【００４７】
［比較例４］
本比較例４は、活性層１０５にｎ型不純物を濃度１×１０17〜１×１０18／ｃｍ3でドープさせたこと以外は上記実施例１と同様のレーザ素子である。この比較例４にかかるレーザ素子は、上記比較例３と同様の素子特性値を示すことが観察された。
【００４８】
［比較例５］
本比較例５は、第１の層１０７と第２の層１０８とを有さず、上部隣接層１０６の上に接して第３の層１０９が設けられていること以外は上記実施例１と同様のレーザ素子である。この比較例５にかかるレーザ素子は、上記比較例１ほどではないものの、作製した素子毎の特性値のばらつきが大きく、最良の特性値が得られた素子であっても、閾値電流値が約３５ｍＡ、スロープ効率が約１．０Ｗ／Ａであり、出力を１２０ｍＷ時としたときの駆動電流値が約１２０ｍＡ以上であった。また、エージング試験によって、試験開始から２４時間後の駆動電流値が初期値から５〜１０ｍＡも増大することが観察された。
【００４９】
［比較例６］
本比較例６は、第３の層１０９がアンドープ型であること以外は上記実施例１と同様のレーザ素子である。この比較例６にかかるレーザ素子の閾値電流値は約１００ｍＡであった。また、その他の素子特性に関しても、比較例中で最も悪い値を示した。
【００５０】
以上より、比較例１〜６では閾値電流値が約３５ｍＡ以上となるのに対し、実施例１では３０ｍＡにまで引き下げられることが判った。さらに、各比較例のスロープ効率が約１．４Ｗ／Ａ以下となるのに対し、実施例１では１．７Ｗ／Ａにまで向上できることが判った。また、各比較例では出力を１２０ｍＷ時としたときの駆動電流値が約１２０ｍＡ以上となるのに対し、実施例１では１００ｍＡとより低電流で駆動できることが判った。
【００５１】
また、各比較例ではエージング試験から２４時間後に駆動電流値が５ｍＡよりも大きく増加してしまうのに対し、実施例１ではその上昇が５ｍＡ以下に抑えられ、その後１０００時間経ってもそれ以上はほとんど上昇しないことが判った。
【００５２】
また、各比較例では作製した素子特性のばらつきが大きくなるのに対し、実施例１では結晶成長毎にウエハ内でばらつくこと無く、作製した全ての素子において安定して得られることが判った。
【００５３】
これらのことから、本実施の形態１にかかる窒化物半導体レーザ素子であると、発振閾値が安定して低く、また、連続駆動させても駆動電流が経時的に上昇しないことが判った。
【００５４】
ここでさらに、各比較例と実施例１とを詳細に比較し、本実施の形態１において、前述の優れた素子特性が得られた理由について考察する。
【００５５】
まず、活性層にｎ型不純物がドーピングされている比較例３や比較例４では、その閾値電流値が約５０ｍＡであり、実施例１（約３０ｍＡ）よりも大幅に増加していた。また、エージング試験の開始後２４時間には、これらの比較例３や４では１５ｍＡ以上も駆動電流値が増大しており、実施例１（約５ｍＡ以下）と比べてエージング特性が不安定であった。これらのことから、レーザ素子の駆動閾値を引き下げ、またエージング特性を向上させるには、障壁層や井戸層は、いずれも不純物がドープされていないアンドープ層とすることが重要と考えられる。
【００５６】
これら比較例３や比較例４の素子特性が実施例１よりも劣る理由としては、活性層に不純物がドーピングされることで、アンドープ型の場合と比べて活性層の結晶性が低下することがあげられる。また、本発明のようにレーザの高出力化を目的の１つとした場合にはレーザ光のエネルギー密度が当然に高くなるが、このように活性層の結晶性が低下していると、連続駆動に対して駆動電流値が増大してしまう等の素子特性の劣化が顕著に生じることがあげられる。
【００５７】
次に、比較例６と実施例１とに基づいて考察する。Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎからなる第３の層１０９をアンドープ型とした比較例６では、その閾値電流値が約１００ｍＡであり、実施例１（約３０ｍＡ）と比べると閾値電流値の激しい増大が観察された。このことから、当該第３の層にｐ型不純物をドーピングさせておくことが重要と考えられる。
【００５８】
この比較例６の素子特性が実施例１よりも劣る理由としては、この第３の層は、活性層中の井戸層よりも大幅に高いバンドギャップエネルギーに設定することで、活性層に注入される電子のオーバーフローを防止しているが、これと同時に、ｐドープ上部クラッド層よりもバンドギャップエネルギーを高く設定しているため、当該第３の層中にｐ型不純物がドーピングされて導電性が高められていない状態では、ｐドープ上部クラッド層から活性層への正孔（ホール）注入が困難になることがあげられる。
【００５９】
次に、比較例１と実施例１とに基づいて考察する。第１の層１０７をアンドープ型とした比較例１では、素子特性のばらつきが激しく、最良の特性を示したものであっても実施例１よりも劣る特性値を示した。これらのことから、第１の層にはｎ型不純物をドーピングしておくことが重要と考えられる。
【００６０】
この比較例１の素子特性が激しくばらつく理由としては、第１の層をアンドープ型とすることで、素子中で最近接するｐドープ層とｎドープ層が、互いに大きく離れて配置している第３の層１０９とｎドープＧａＮガイド層１０３になってしまい、素子構造的に、素子中のｐｎ接合位置が決まりにくくなる。この場合、ｐｎ接合の位置がいずれにあるかにより活性層の動作に大きな影響を与えるため、結晶成長時に発生しうる通常レベルの成長条件の摂動であっても、素子特性の決定に対して非常に大きな影響を及ぼしてしまうことがあげられる。
【００６１】
なお、本発明者らがさらに検討したところ、第１の層をｐドープ型とすることによりｐドープ層とｎドープ層とを近接させた場合には、スロープ効率が１．０Ｗ／Ａ以下にまで悪化することが判った。これは、ｐドープ層には若干ではあるがレーザ光を吸収してしまう性質があり、レーザ光の光分布が大きい活性層近傍にｐドープ層を設けると導波損失となるためである。
【００６２】
次に、比較例５と実施例１とに基づいて考察する。第１の層１０７と第２の層１０８とを設けず、上部隣接層１０６の上に接して第３の層１０９を設けた比較例５では、比較例１ほどではないものの、その素子特性のばらつきが激しく、最良の特性を示したものであっても実施例１よりも劣る特性値を示し、特にスロープ効率の悪化（１．０Ｗ／Ａ）が顕著であった。これらのことから、第１の層１０７と第２の層１０８とを設け、第３の層１０９を活性層から少なくとも５０ｎｍ以上離して配置することが重要と考えられる。
【００６３】
この比較例５のスロープ効率が特に悪化した理由としては、活性層１０５と第３の層１０９との近接配置による悪作用、すなわち、上述したような、レーザ光の光分布が大きい活性層近傍にｐドープ層を設けることに起因した導波損失があげられる。また、窒化物半導体は結晶構造がウルツァイトであって等方的でないため、結晶内部に電界が存在しており、活性層とのバンドギャップ差が大きな第３の層が活性層近傍に配されると、活性層のバンドが曲げられてしまい、活性層がバンドフラット状態を得られない結果、活性層におけるキャリアの再結合確率が低下することもあげられる。
【００６４】
なお、活性層がアンドープ型であると特にこのような悪作用を受けやすく、また、この第３の層１０９のようにＡｌ原子を含む窒化物半導体と、この活性層１０５のようにＩｎ原子を含む窒化物半導体とが接合すると、大きなバンド曲がりが生じてしまうため、上述のように第３の層１０９の下面と活性層の最上段に配された井戸層の上面との距離（Ｌ）を少なくとも５０ｎｍ以上として、この悪作用を低減させることが重要である。また、この離間間隔（Ｌ）は２００ｎｍ以下とすることが好ましい。これは２００ｎｍよりも離して両層を配置すると、ｐドープ上部クラッド層１１０から活性層へのホール注入が距離的に困難となるためである。
【００６５】
さらに、レーザ素子におけるスロープ効率の悪化は、低出力レーザとする場合にはその影響は低いが、本発明のように１００ｍＷ以上もの高出力を得ることを目的とする場合には非常に大きな問題となる。それゆえ、本実施の形態１のように、ｐドープ層と活性層との距離を十分にとりつつ、それらの間にｎドープの第１の層１０７を配して活性層の上下をｎドープ層で挟み込む素子構造とすることによって、アンドープ型の活性層を採用しながらも、活性層をバンドフラット状態とすることが好ましい。
【００６６】
ここで、活性層の上下をｎドープ層で挟み込むことによって活性層をバンドフラット状態とするには、少なくともｎドープの第１の層１０７を５ｎｍ以上の層厚として、第１の層にｎ型の導電性を確立させる必要がある。他方、ｐドープ上部クラッド層１１０から活性層へのホール注入を電気的に阻害させないためには、第１の層１０７の層厚を５０ｎｍ以下としてｎ型不純物の含有量を制限しておく必要がある。
【００６７】
さらに、活性層１０５と第１の層１０７との間に上部隣接層１０６に加えて別のアンドープ型の窒化物半導体層を設けたり、上部隣接層１０６の層厚を変更したりしてもよいが、上下をｎドープ層で挟み込むことによって活性層のバンドフラット状態を得るには、第１の層１０７の下面と活性層の最上段に配された井戸層の上面との距離（Ｄ）と、第３の層１０９の下面と活性層の最上段に配された井戸層の上面との距離（Ｌ）とが以下の関係式（４）を満たすようにして、第１の層を配することが好ましい。
〔数７〕
２Ｄ≦Ｌ  ・・・（４）
【００６８】
なお、当該Ｄ値としては、６０ｎｍ以下が好ましく、３０ｎｍ以下がより好ましい。ただし、上述したように、活性層から量子的に染み出してくるキャリアが捕縛されてしまうことを避けるためには、この上部隣接層１０６の層厚は少なくとも約０．５ｎｍ以上とする必要がある。
【００６９】
次に、比較例２と実施例１とに基づいて考察する。第２の層１０８を設けず、第１の層１０７の上に接して第３の層１０９を設けた比較例２では、特にスロープ効率の悪化（１．０Ｗ／Ａ）が顕著であった。このことから、ｎドープの第１の層１０７とｐドープの第３の層１０９との間に、アンドープ型の第２の層１０８を設けることが重要と考えられる。
【００７０】
この比較例２のスロープ効率が特に悪化した理由としては、ｎドープの第１の層１０７とｐドープの第３の層１０９とが接して配置されることにより、それらの界面付近において多くのレーザ光が吸収されてしまうことがあげられる。
【００７１】
以上説明したように、ｎドープのクラッド層、アンドープ型の活性層、ｎドープの第１の層、アンドープ型の第２の層、バンドギャップエネルギーの大きいｐドープの第３の層、pドープのクラッド層がこの順に積層され、活性層と第３の層との離間間隔が５０ｎｍ〜２００ｎｍである本実施の形態１にかかる窒化物半導体レーザ素子であると、発振閾値が低く、スロープ効率が高く、エージング特性に優れた素子を安定して得ることができるため、１００ｍＷ以上の高出力で単一横モード発振可能なレーザ素子が実現する。
【００７２】
〈実施の形態２〉
本実施の形態２は、第１の層１０７の組成がＡｌ0.05Ｇａ0.95Ｎであること以外は、上記実施の形態１と同様の窒化物半導体レーザ素子である。この構成であると、第１の層１０７のバンドギャップエネルギーが上部隣接層１０６のそれよりも大きくなり、活性層へのキャリア注入効率が向上するため、素子の閾値が実施の形態１よりもさらに引き下がる。
【００７３】
ここで、当該第１の層の組成は上記Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎに限らず、ＡｌxＧａ1-xＮ（式中のｘは、０＜ｘ＜１の範囲を満たす実数）で表されるＡｌ原子を含有した組成とすることができるが、第１の層のバンドギャップエネルギーが第２の層のそれよりも大きくなると、このエネルギーギャップを超えられない正孔（ホール）が第２の層中にたまり、活性層へのホールの注入効率が低下してしまうため、第１の層のバンドギャップエネルギーが第２の層のそれ以下となる範囲でそれぞれの組成比を調整しておくことが好ましい。
【００７４】
〈実施の形態３〉
本実施の形態３は、活性層１０５中の障壁層１３２、上部隣接層１０６および下部隣接層１０４の組成がＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎであること以外は、上記実施の形態１と同様の窒化物半導体レーザ素子である。この構成であると、まず、第１の層１０７のバンドギャップエネルギーが上部隣接層１０６のそれよりも大きくなるため、活性層へのキャリア注入効率が向上する。さらに、井戸層１３１近傍の層の屈折率が増大するので、活性層への光閉じ込め係数が向上する。これにより、実施の形態１よりもさらに一層素子の閾値が引き下がる。
【００７５】
なお、当該障壁層１３２、上部隣接層１０６および下部隣接層１０４の組成は上記Ｉｎ0.03Ｇａ0.97Ｎに限るものではなく、ＩｎxＧａ1-xＮ（式中のｘは、０＜ｘ≦０．５の範囲を満たす実数）で表されるものとしてもよいが、屈折率を大きくして、活性層への光閉じ込めを効率化させるには、ｘの値を０．００１以上とすることが好ましい。他方、ｘの値は井戸層のＩｎ組成よりも０．０５以上小さい値とすることが望ましい。これは、ｘがこの範囲を超えると、井戸層へのキャリアの閉じ込めが不十分になるおそれがあるためである。
【００７６】
〈実施の形態４〉
本実施の形態４は、第１の層１０７が少なくとも２層以上のｎドープＧａＮ層からなり、２のｎドープＧａＮ層の間にアンドープ型のＧａＮ層が設けられていること以外は、上記実施の形態１と同様の窒化物半導体レーザ素子である。この構成であっても、上記実施の形態１と同様の優れた素子特性が発揮される。
【００７７】
なお、当該２層以上のｎドープ層やアンドープ型の層の組成は、それらのバンドギャップエネルギーを井戸層よりも大きく、第３の層よりも小さく規定する限り、上記ＧａＮに限るものではなく、ＡｌxＧａyＩｎzＮ（式中のｘ、ｙ、ｚは、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１を満たす実数）で表されるものとしてもよい。
【００７８】
〈実施の形態５〉
本実施の形態５は、第３の層１０９と上部クラッド層１１０との間に、膜厚５〜３０ｎｍのＧａＮからなるｐドープの上部ガイド層（ｐ型不純物濃度：２×１０18〜１×１０20／ｃｍ3）が設けられており、当該上部ガイド層のバンドギャップエネルギーＥｇｕが以下の関係式（３）を満たすこと以外は、上記実施の形態１と同様の窒化物半導体レーザ素子である。
〔数８〕
Ｅｗ＜Ｅｇｕ＜Ｅｃｌ  ・・・（３）
【００７９】
この構成であると、活性層の光閉じ込め係数を増加させ、素子の発振閾値をさらに引き下げることができる。
【００８０】
なお、本実施の形態５は、このｐドープガイド層を、第２の層よりもエネルギーギャップが小さくなく、ｐ型クラッド層よりもエネルギーギャップが小さい層とする限り、上記膜厚５〜３０ｎｍのＧａＮからなる層とした場合と同様に優れた素子特性が発揮される。
【００８１】
〈実施の形態６〉
本実施の形態６は、活性層１０５中の障壁層１３２が、ＧａＮ層とＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ層とからなる２重構造、あるいは、Ｉｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ層とＧａＮ層とＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ層とからなる３重構造であること以外は、上記実施の形態３と同様の窒化物半導体レーザ素子である。
【００８２】
この構成であると、活性層への光閉じ込め係数が上記実施の形態３と同程度にまで向上する。さらに、ＧａＮ層を介装させることにより、ＩｎＧａＮ層を連続して積層させた場合に発生するメモリー効果に起因した組成ずれを抑制できるため、活性層中にＩｎＧａＮ層を含ませつつも、素子特性のばらつきをさらに少なくする、すなわち作製歩留まりを向上させることができる。
【００８３】
〈実施の形態７〉
本実施の形態７は、第１の層１０７がＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ層であること以外は、上記実施の形態１と同様の窒化物半導体レーザ素子である。この構成であっても、上記実施の形態１と同様の優れた素子特性が発揮される。
【００８４】
ここで、当該第１の層の組成は上記Ｉｎ0.03Ｇａ0.97Ｎに限らず、ＩｎxＧａ1-xＮ（式中のｘは、０＜ｘ＜１の範囲を満たす実数）で表されるＩｎ原子を含有した組成とすることができるが、第１の層のバンドギャップエネルギーが上部隣接層のそれよりも小さくなると、電子が第１の層中にたまりやすくなり、活性層へのキャリアの注入効率が低下してしまうため、第１の層のバンドギャップエネルギーが上部隣接層のそれ以上となる範囲でそれぞれの組成比を調整しておくことが好ましい。
【００８５】
〈その他の事項〉
（１）本発明のＩＩＩ−Ｖ族系窒化物半導体レーザ素子を構成する各窒化物半導体層は、上記実施の形態１〜７にて示した組成に限るものではなく、上述した相対的な物性関係を満たす限り、ＡｌxＧａyＩｎzＮ（式中のｘ、ｙ、ｚは、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、を満たす実数）とすることができる。また、窒素元素のうち約１０％以下（ただし、六方晶系であること）をヒ素（Ａｓ）、リン（Ｐ）、アンチモン（Ｓｂ）のいずれかの元素で置換した組成としてもよい。
【００８６】
ここで、ｎドープの第１の層１０７、アンドープの第２の層１０８、ｐドープの第３の層１０９をＩｎxＧａ1-xＮ（式中のｘは、０＜ｘ≦１を満たす実数）とすると、一般的な活性層の組成であるＩｎＧａＮから、元素比率を変えるだけで連続的に各層を形成できるため、界面でのキャリア再結合の影響を抑えることができる。
【００８７】
他方、これらの層をＡｌxＧａ1-xＮ（式中のｘは、０≦ｘ≦１を満たす実数）とすると、その組成をＩｎxＧａ1-xＮ（式中のｘは、０＜ｘ≦１を満たす実数）とした場合よりも各層の成長条件がさらに安定する。その結果、個々の素子におけるバンドギャップや電気的特性の制御性が一層高まり、かつウエハ内での面内分布を均一化するため、素子の製造歩留まりを一層向上することができる。また、ｐドープのクラッド層の組成がＡｌＧａＮ系であり、活性層の組成がＩｎＧａＮ系であることが多いため、ｐドープのクラッド層との格子定数差から生じる格子歪みを緩和することができる。
【００８８】
（２）上記実施の形態１では、第２の層１０８のバンドギャップエネルギーＥ２よりも上部クラッド層１１０のバンドギャップエネルギーＥｃｕが大きい分布図（図３）を示したが、上述したように第３の層によって活性層に注入される電子のオーバーフローを防止できる限り、活性層周辺における各層のバンドギャップエネルギーの分布はこれに限るものではなく、例えばＥ２がＥｃｕよりも大きいようなエネルギー分布としてもよい。
【００８９】
（３）上部クラッド層１１０の半導体組成をＡｌpＧａ1-pＮ（式中のｐは、０＜ｐ≦１を満たす実数）とし、第３の層１０９の半導体組成をＡｌqＧａ1-qＮ（式中のｑは、０＜ｑ≦１を満たす実数）とする場合には、これらのパラメータｐとｑが、ｑ≧ｐ＋０．０５の関係を満たすことが好ましい。これは、第３の層によって活性層に注入される電子のオーバーフローを防止するには、第３の層においてｐクラッド層よりもＡｌ原子の含有率を大きくする必要があり、この含有率差を０．０５以上とすると高温下での駆動電流値の上昇を十分に抑制できるためである。
【００９０】
また、ｑの絶対値としては０．１〜０．３が好ましい。これは、Ａｌ組成比を０．３以下とすると駆動電圧値が低減する傾向があり、０．１以上とすると高温にしたときの駆動電流値の上昇が抑制される傾向があることによる。
【００９１】
（４）本発明にかかる活性層は、多重量子井戸構造あるいは単一量子井戸構造をとる限り、井戸層の数を１〜１０層の範囲で変更することができ、２〜４層で十分な長寿命を発揮できることを確認している。なお、低閾値でのレーザ発振に十分な利得を得るためには、活性層の総厚を１０〜７０ｎｍの範囲としておくことが好ましい。
【００９２】
また、障壁層のバンドギャップエネルギーを隣接する井戸層よりも大きくして、井戸層に注入されたキャリアを十分に閉じ込めることができる限り、活性層中に含まれる複数の障壁層のバンドギャップエネルギーは互いに異なっていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
以上説明したように、本発明によると、ＩＩＩ−Ｖ族系窒化物半導体レーザ素子中のｐｎ接合位置が安定し、また、活性層の結晶性が低下しにくく、キャリアの注入効率が向上するため、レーザ素子の発振閾値を安定して引き下げることができ、また、１００ｍＷ以上の高出力にて連続駆動させても駆動電流が経時上昇することがない。よって、レーザ素子の長寿命化にも利用できるので、その産業上の利用可能性は大きい。
【図面の簡単な説明】
【００９４】
【図１】図１は、本発明の一例である窒化物半導体レーザ素子の断面模式図である。
【図２】図２は、図１で示された窒化物半導体レーザ素子の活性層周辺のより詳しい構造を示す断面模式図である。
【図３】図３は、図１で示された窒化物半導体レーザ素子の活性層周辺における各層のバンドギャップエネルギーを示す分布図である。
【図４】図４は、従来の技術にかかる窒化物半導体レーザ素子の断面模式図である。
【符号の説明】
【００９５】
１００    ｎ型ＧａＮ基板
１０１    ｎ型不純物をドープさせたＧａＮ層
１０２    ｎ型不純物をドープさせた下部クラッド層
１０３    ｎ型不純物をドープさせたＧａＮガイド層
１０４    アンドープ型ＧａＮ下部隣接層
１０５    活性層
１０６    アンドープ型ＧａＮ上部隣接層
１０７    ｎ型不純物をドープさせた第１の層
１０８    アンドープ型ＧａＮ第２の層
１０９    ｐ型不純物をドープさせた第３の層
１１０    ｐ型不純物をドープさせた上部クラッド層
１１１    ｐ型不純物をドープさせたＧａＮコンタクト層
１２０    ｎ型電極
１２１    ｐ型電極
１２２    絶縁膜
１３１    アンドープ型ＩｎＧａＮ井戸層
１３２    アンドープ型ＧａＮ障壁層
【図１】
2006049622.tif 000003
【図２】
2006049622.tif 000004
【図３】
2006049622.tif 000005
【図４】
2006049622.tif 000006