(57)【要約】【課題】低いしきい値でレーザ発振可能なIII族窒化物半導体レーザダイオードを提供する。【解決手段】支持基体１３は、半極性または無極性の主面１３ａを有する。III族窒化物のｃ軸Ｃｘは主面１３ａに対して傾斜している。ｎ型クラッド領域１５及びｐ型クラッド領域１７は支持基体１３の主面１３ａ上に設けられている。コア半導体領域１９は、ｎ型クラッド領域１５とｐ型クラッド領域１７との間に設けられている。コア半導体領域１９は、第１光ガイド層２１、活性層２３及び第２光ガイド層２５を含む。活性層２３は第１光ガイド層２１と第２光ガイド層２５との間に設けられる。コア半導体領域１９の厚さＤ１９は０．５μｍ以上である。この構造は、支持基体１３に光を逃がすことなくコア半導体領域１９に光を閉じ込めることができ、これ故にしきい値電流を低減できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
４９０ｎｍ以上の波長の光を発生するIII族窒化物半導体レーザダイオードであって、
半極性または無極性の主面を有しIII族窒化物からなる支持基体と、
前記支持基体上に設けられたｎ型クラッド領域と、
前記支持基体上に設けられたｐ型クラッド領域と、
前記ｐ型クラッド領域と前記ｎ型クラッド領域との間に設けられたコア半導体領域と
を備え、
前記ｎ型クラッド領域はｎ型窒化ガリウム系半導体からなり、
前記ｐ型クラッド領域はｐ型窒化ガリウム系半導体からなり、
前記コア半導体領域は、第１光ガイド層、活性層及び第２光ガイド層を含み、
前記活性層は前記第１光ガイド層と前記第２光ガイド層との間に設けられ、
前記コア半導体領域の厚さは０．５μｍ以上である、ことを特徴とするIII族窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項２】
前記第１光ガイド層は第１ＧａＮ層と第１ＩｎＧａＮ層とを含み、
前記第１ＧａＮ層は前記ｎ型クラッド領域と前記第１ＩｎＧａＮ層との間に設けられており、
前記ｎ型クラッド領域は前記第１ＧａＮ層と前記支持基体との間に設けられ、
前記第２光ガイド層は第２ＧａＮ層と第２ＩｎＧａＮ層とを含み、
前記第２ＧａＮ層は前記ｐ型クラッド領域と前記第２ＩｎＧａＮ層との間に設けられる、ことを特徴とする請求項１に記載されたIII族窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項３】
前記第１ＩｎＧａＮ層はアンドープであり、
前記第１ＧａＮ層はｎ型を示し、
前記第２ＩｎＧａＮ層はアンドープであり、
前記第２ＧａＮ層はｐ型を示す、ことを特徴とする請求項２に記載されたIII族窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項４】
前記第１ＧａＮ層と前記第２ＧａＮ層の厚さの和は４５０ｎｍ以上であり、
前記第１ＩｎＧａＮ層と前記第２ＩｎＧａＮ層の和の厚さは前記第１ＧａＮ層の厚さより薄い、ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載されたIII族窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項５】
前記第１ＧａＮ層の厚さと前記第２ＧａＮ層の厚さの和は５５０ｎｍ以上である、ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載されたIII族窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項６】
前記第１ＩｎＧａＮ層のＩｎ組成は１％以上であることを特徴とする請求項２〜請求項５のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項７】
前記ｎ型クラッド領域は、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ（０．０３＜Ｘ＜０．１０）層を含む、ことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項８】
前記ｎ型クラッド領域の前記ＡｌＸＧａ１−ＸＮのＡｌ組成は０．０５以上である、ことを特徴とする請求項７に記載されたIII族窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項９】
前記主面の傾斜角は、前記III族窒化物のｃ軸に直交する基準平面に対して１０度以上８０度以下及び１００度以上１７０度以下の範囲にあり、
前記支持基体はＧａＮからなり、
前記活性層はＩｎＧａＮ層を含む、ことを特徴とする請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項１０】
前記傾斜角は前記基準平面に対して６３度以上８０度以下及び１００度以上１１７度以下の範囲にある、ことを特徴とする請求項９に記載されたIII族窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項１１】
前記活性層は波長４９０ｎｍ以上５１０ｎｍ以下の範囲の光を発生するように設けられており、
前記コア半導体領域の厚さは０．５μｍ以上１．５μｍ以下の範囲である、ことを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項１２】
前記活性層は波長５００ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の範囲の光を発生するように設けられており、
前記コア半導体領域の厚さは０．６μｍ以上１．５μｍ以下である、ことを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項１３】
前記第２光ガイド層は、前記ｐ型クラッド領域と前記活性層との間に設けられ、
前記ｐ型クラッド領域及び前記第２光ガイド層は、リッジ構造を有しており、
前記第２光ガイド層は前記リッジ構造のためのリッジ部と該リッジ部に隣接する側部と含み、
前記側部の厚さは前記リッジ部の厚さの半分未満である、ことを特徴とした請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載されたIII族窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項１４】
前記リッジ構造上に設けられた閉じ込め部を更に備え、
前記閉じ込め部は前記第２光ガイド層の屈折率より小さい屈折率を有する、ことを特徴とする請求項１３に記載されたIII族窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項１５】
前記第２光ガイド層の前記側部の厚さは１０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下である、ことを特徴とする請求項１４に記載されたIII族窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項１６】
前記第２光ガイド層の前記側部の厚さは１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である、ことを特徴とする請求項１５に記載されたIII族窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項１７】
前記閉じ込め部の材料は、酸化シリコン、窒化シリコン及び窒化アルミニウムを少なくともいずれか一つであることを特徴とする請求項１４〜請求項１６に記載されたIII族窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項１８】
前記閉じ込め部は前記リッジ構造を埋め込んでおり、
前記閉じ込め部の材料は、ＡｌＧａＮ及びＩｎＡｌＧａＮの少なくともいずれか一方を含み、
前記活性層は、前記支持基体の前記主面の法線に交差する平面に沿って延在する井戸層を含み、
前記閉じ込め部のｃ軸の格子定数は、前記閉じ込め部の該ｃ軸を前記平面に射影したとき、第１の格子定数成分Ｄ１を有しており、
前記井戸層のｃ軸の格子定数は、前記井戸層の該ｃ軸を前記平面に射影したとき、第２の格子定数成分Ｄ２を有しており、
前記閉じ込め部と前記活性層の井戸層との格子定数差（Ｄ１−Ｄ２）／Ｄ２が３パーセント以下である、ことを特徴とする請求項１４〜請求項１６に記載されたIII族窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項１９】
前記閉じ込め部の厚みは５０ｎｍ以上であり５００ｎｍ以下である、ことを特徴とする請求項１７に記載されたIII族窒化物半導体レーザダイオード。
【請求項２０】
前記閉じ込め部の厚みは５０ｎｍ以上であり３００ｎｍ以下である、ことを特徴とする請求項１８に記載されたIII族窒化物半導体レーザダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III族窒化物半導体レーザダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ファブリペロー型の半導体レーザダイオードが記載されている。ｎ型半導体層、発光層及びｐ型半導体層がｍ軸方向に積層されている。ｎ型半導体層はｎ型ＧａＮクラッド層及びｎ型ＩｎＧａＮ層を含むと共に、ｐ型半導体層はｐ型ＧａＮクラッド層及びｐ型ＩｎＧａＮ層を含む。クラッド層と光ガイド層との屈折率差が０．０４以上である。特許文献２には、４２５ｎｍ〜４５０ｎｍの発光波長のレーザ素子が記載されている。特許文献３には、発光の遠視野像におけるアスペクト比を改善できるレーザ素子が記載されている。このレーザ素子のｐ側光ガイド層は、ストライプ状の突起を有し、素子の発光波長は３７０ｎｍ〜４７０ｎｍの範囲にある。非特許文献１には、（１１−２２）面上に成長されたＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸構造が記載されている。光ポンピングで波長５１４ｎｍの発光が得られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−３１１６４０号公報
【特許文献２】特開２００２−２７０９７１号公報
【特許文献３】特開２００１−５７４６０号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Anurag et al. Applied PhysicsExpress 1 (2008) 091103
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
発振波長５００ｎｍ以上の緑色半導体レーザが求められている。緑色レーザの一例は、現在、第二次高調波（ＳＨＧ）を利用したものがある。このレーザダイオードの寿命が短く、その消費電力が高い。なぜなら、長波長の光から高いエネルギーの短波長への波長変換を利用するからである。この波長変換を用いない緑色レーザダイオードが望まれている。
【０００６】
窒化ガリウム系半導体発光素子は、発振波長５００ｎｍ以上の半導体レーザの候補である。発明者らの検討によれば、波長５００ｎｍ以上のレーザダイオードにおいて、活性層とガイド層とを含むコア半導体領域に光を安定して定在させることが重要であることを突き止めた。波長５００ｎｍ以上のレーザダイオードにおけるこれまでの構造では、ＬＥＤモードにおける光がコア半導体領域に安定して定在されていない。
【０００７】
特許文献１では、クラッド層と光ガイド層との屈折率差を０．０４以上にするために、光ガイド層をＩｎＧａＮのみで形成している。しかしながら、発明者らの知見によれば、この構造を、５００ｎｍ以上の発振波長を目指すレーザダイオードに適用するとき、しきい値電流密度が非常に高くなる。これは、実用的なレーザ発振を困難なものにしている。一方、この構造は、紫外４００ｎｍ程度のレーザダイオードには好適であったけれども、コア半導体領域とクラッド層との屈折率差が、緑色５００ｎｍ以上の発振波長のためには波長分散のため不十分となる。発明者らの検討によれば、例えば５００ｎｍ以上の波長の領域では、コア半導体領域に閉じ込められるべき光が基板において振幅を有している。
【０００８】
本発明は、このような事情を鑑みて為されたものであり、低いしきい値でレーザ発振可能なIII族窒化物半導体レーザダイオードを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一側面に係る発明は、４９０ｎｍ以上の波長の光を発生するIII族窒化物半導体レーザダイオードであって、（ａ）半極性または無極性の主面を有しIII族窒化物からなる支持基体と、（ｂ）前記支持基体上に設けられたｎ型クラッド領域と、（ｃ）前記支持基体上に設けられたｐ型クラッド領域と、（ｄ）前記ｐ型クラッド領域と前記ｎ型クラッド領域との間に設けられたコア半導体領域とを備える。前記ｎ型クラッド領域はｎ型窒化ガリウム系半導体からなり、前記ｐ型クラッド領域はｐ型窒化ガリウム系半導体からなり、前記コア半導体領域は、第１光ガイド層、活性層及び第２光ガイド層を含み、前記活性層は前記第１光ガイド層と前記第２光ガイド層との間に設けられ、前記コア半導体領域の厚さは０．５μｍ以上である。
【００１０】
このIII族窒化物半導体レーザダイオードによれば、コア半導体領域は、第１光ガイド層、活性層及び第２光ガイド層を含み、またコア半導体領域の厚さは０．５μｍ以上である。この構造は、支持基体に光を逃がすことなくコア半導体領域に光を閉じ込めることができ、これ故にしきい値電流を低減できる。
【００１１】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザダイオードでは、前記第１光ガイド層は第１ＧａＮ層と第１ＩｎＧａＮ層とを含み、前記第１ＧａＮ層は前記ｎ型クラッド領域と前記第１ＩｎＧａＮ層との間に設けられ、前記ｎ型クラッド領域は前記第１ＧａＮ層と前記支持基体との間に設けられることが好ましい。このIII族窒化物半導体レーザダイオードによれば、第１光ガイド層がＧａＮ層及びＩｎＧａＮ層を含み、また第１光ガイド層のＧａＮ層及びｎ型クラッド領域が支持基体と第１光ガイド層のＩｎＧａＮ層との間に設けられる。これ故に、支持基体から活性層までの半導体領域に、光閉じ込めに好適な屈折率分布及びコア半導体領域幅を提供できる。また、本発明に係るIII族窒化物半導体レーザダイオードでは、前記第２光ガイド層は第２ＧａＮ層と第２ＩｎＧａＮ層とを含み、前記第２ＧａＮ層は前記ｐ型クラッド領域と前記第２ＩｎＧａＮ層との間に設けられることが好ましい。このIII族窒化物半導体レーザダイオードによれば、第２光ガイド層が第２ＧａＮ層はｐ型クラッド領域と第２ＩｎＧａＮ層との間に設けられるので、ｎ型クラッド領域側だけでなく、活性層からのｐ型クラッド領域までの半導体領域において、光閉じ込めに好適な屈折率分布及びコア半導体領域幅を提供できる。
【００１２】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザダイオードでは、前記第１ＩｎＧａＮ層はアンドープであり、前記第１ＧａＮ層はｎ型を示し、前記第２ＩｎＧａＮ層はアンドープであり、前記第２ＧａＮ層はｐ型を示すことが好ましい。
【００１３】
このIII族窒化物半導体レーザダイオードにおいては、第１及び第２ＩｎＧａＮ層がアンドープなので、ドーパントによる光吸収を避けることができる。また、第１及び第２ＧａＮ層にそれぞれのドーパントが添加されているので、デバイスの電気抵抗を低減できる。
【００１４】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザダイオードでは、前記第１ＧａＮ層と前記第２ＧａＮ層の厚さの和は４５０ｎｍ以上であり、前記第１ＩｎＧａＮ層と前記第２ＩｎＧａＮ層の厚さの和は前記第１ＧａＮ層の厚さより薄いことが好ましい。このIII族窒化物半導体レーザダイオードによれば、低しきい値を提供できる。
【００１５】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザダイオードでは、前記第１ＧａＮ層と前記第２ＧａＮ層との厚さの和は５５０ｎｍ以上であることが好ましい。このIII族窒化物半導体レーザダイオードによれば、さらなる低しきい値を提供できる。
【００１６】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザダイオードでは、前記第１ＩｎＧａＮ層のＩｎ組成は１％以上であることが好ましい。このIII族窒化物半導体レーザダイオードによれば、さらなる低しきい値を提供できる。
【００１７】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザダイオードでは、前記ｎ型クラッド領域は、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ（０．０３＜Ｘ＜０．１０）層を含むことが好ましい。このIII族窒化物半導体レーザダイオードによれば、ｎ型ＡｌＧａＮ層が支持基体と活性層との間に設けられるので、支持基体に光を逃がすことなくコア半導体領域に光を閉じ込めるために好適である。これ故に、しきい値電流を低減できる。また、本発明に係るIII族窒化物半導体レーザダイオードでは、前記ｐ型クラッド領域は、ＡｌＹＧａ１−ＹＮ（０．０３＜Ｙ＜０．１０）層を含むことが好ましい。このIII族窒化物半導体レーザダイオードによれば、ｐ側半導体領域における屈折率分布及びコア半導体領域幅が好適となるので、支持基体に光を逃がすことなくコア半導体領域に光を閉じ込めることができる。
【００１８】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザダイオードでは、前記ｎ型クラッド領域の前記ＡｌＸＧａ１−ＸＮのＡｌ組成は０．０５以上であることが好ましい。このIII族窒化物半導体レーザダイオードによれば、この構造は、支持基体に光を逃がすことなくコア半導体領域に光を閉じ込めるためにさらに好適である。本発明に係るIII族窒化物半導体レーザダイオードでは、前記ｐ型クラッド領域の前記ＡｌＹＧａ１−ＹＮのＡｌ組成は０．０５以上であることが好ましい。このIII族窒化物半導体レーザダイオードによれば、ｐ側半導体領域における屈折率分布がさらに好適となるので、支持基体に光を逃がすことなくコア半導体領域に光を閉じ込めることができる。
【００１９】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザダイオードでは、前記主面の傾斜角は、前記III族窒化物のｃ軸に直交する基準平面に対して１０度以上８０度以下及び１００度以上１７０度以下の範囲にあり、前記支持基体はＧａＮからなり、前記活性層はＩｎＧａＮ層を含むことができる。このIII族窒化物半導体レーザダイオードによれば、ＧａＮの半極性の性質を提供できる。
【００２０】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザダイオードでは、前記傾斜角は前記基準平面に対して６３度以上８０度以下及び１００度以上１１７度以下の範囲にあることが好ましい。III族窒化物半導体レーザダイオードによれば、５００ｎｍ以上の発光のための活性層に好適なＩｎＧａＮ層を提供できる。
【００２１】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザダイオードでは、前記活性層は波長４９０ｎｍ以上５１０ｎｍ以下の範囲の光を発生するように設けられており、前記コア半導体領域の厚さは０．５μｍ以上１．５μｍ以下の範囲であることが好ましい。このIII族窒化物半導体レーザダイオードによれば、波長４９０ｎｍ以上５１０ｎｍ以下の範囲の発光において、低しきい値を提供できる。
【００２２】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザダイオードでは、前記活性層は波長５００ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の範囲の光を発生するように設けられており、前記コア半導体領域の厚さは０．６μｍ以上１．５μｍ以下であることができる。このIII族窒化物半導体レーザダイオードによれば、波長５００ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の範囲の発光において、低しきい値を提供できる。
【００２３】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザダイオードでは、前記第２光ガイド層は、前記ｐ型クラッド領域と前記活性層との間に設けられ、前記ｐ型クラッド領域及び前記第２光ガイド層は、リッジ構造を有しており、前記第２光ガイド層は前記リッジ構造のためのリッジ部と該リッジ部に隣接する側部と含み、前記側部の厚さは前記リッジ部の厚さの半分未満である。このIII族窒化物半導体レーザダイオードによれば、リッジ構造を用いることにより、波長５００ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の範囲の発光においてしきい値電流を実現できる。
【００２４】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザダイオードは、前記リッジ構造上に設けられた閉じ込め部を更に備えることができる。前記閉じ込め部は前記第２光ガイド層の屈折率より小さい屈折率を有する。このIII族窒化物半導体レーザダイオードによれば、閉じ込め部は好適な光閉じ込めを提供できる。
【００２５】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザダイオードでは、前記第２光ガイド層の前記側部の厚さは１０ｎｍ以上であることができ、また２５０ｎｍ以下であることができる。このIII族窒化物半導体レーザダイオードでは、側部の厚さが１０ｎｍ以上であるとき、活性層を保護できる。また、側部の厚さが２５０ｎｍ以下であるとき、リッジ構造は活性層へ電流をガイドできる。
【００２６】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザダイオードでは、前記第２光ガイド層の前記側部の厚さは１０ｎｍ以上であることができ、また２００ｎｍ以下であることが良い。このIII族窒化物半導体レーザダイオードによれば、また、側部の厚さが２００ｎｍ以下であるとき、リッジ構造は活性層へ電流をガイドしてしきい値電流の低減に役立つ。
【００２７】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザダイオードでは、前記閉じ込め部の材料は、酸化シリコン、窒化シリコン及び窒化アルミニウムを少なくともいずれか一つであるが良い。このIII族窒化物半導体レーザダイオードによれば、これらの材料を用いることによって、リッジ構造の保護や光閉じこめを提供できる。
【００２８】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザダイオードでは、前記閉じ込め部は前記リッジ構造を埋め込んでおり、前記閉じ込め部の材料は、ＡｌＧａＮ及びＩｎＡｌＧａＮの少なくともいずれか一方を含み、前記活性層は、前記支持基体の前記主面の法線に交差する平面に沿って延在する井戸層を含み、前記閉じ込め部のｃ軸の格子定数は、前記閉じ込め部の該ｃ軸を前記平面に射影したとき、第１の格子定数成分Ｄ１を有しており、前記井戸層のｃ軸の格子定数は、前記井戸層の該ｃ軸を前記平面に射影したとき、第２の格子定数成分Ｄ２を有しており、前記閉じ込め部と前記活性層の井戸層との格子定数差（Ｄ１−Ｄ２）／Ｄ２が３パーセント以下であることが良い。このIII族窒化物半導体レーザダイオードによれば、良好な素子寿命が提供される。
【００２９】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザダイオードでは、前記閉じ込め部の厚みは５０ｎｍ以上であり５００ｎｍ以下であることが好ましい。このIII族窒化物半導体レーザダイオードによれば、良好な光閉じ込め及び電流閉じ込めが提供される。
【００３０】
本発明に係るIII族窒化物半導体レーザダイオードでは、前記閉じ込め部の厚みは５０ｎｍ以上であり３００ｎｍ以下であることが好ましい。このIII族窒化物半導体レーザダイオードによれば、さらに良好な光閉じ込め及び電流閉じ込めが提供される。
【００３１】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００３２】
以上説明したように、低いしきい値でレーザ発振可能なIII族窒化物半導体レーザダイオードが提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザダイオードの構造を概略的に示す図面である。
【図２】図２は、実施例におけるデバイス構造を示す図面である。
【図３】図３は、発振波長５００ｎｍ近傍（４９０ｎｍ〜５１０ｎｍ）における、コア半導体領域と発振しきい値との関係を示す図面である。
【図４】図４は、発振波長５１０ｎｍ近傍（５００ｎｍ〜５２０ｎｍ）における、コア半導体領域と発振しきい値との関係を示す図面である。
【図５】図５は、実施例におけるデバイス構造を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明のIII族窒化物半導体レーザダイオードに係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００３５】
図１は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザダイオードの構造を概略的に示す図面である。図１を参照しながら、４９０ｎｍ以上の発振波長の光を発生するIII族窒化物半導体レーザダイオード１１を説明する。
【００３６】
III族窒化物半導体レーザダイオード１１は、支持基体１３と、ｎ型クラッド領域１５と、ｐ型クラッド領域１７と、コア半導体領域１９とを備える。支持基体１３はIII族窒化物からなり、III族窒化物は例えばＧａＮ等からなることができる。支持基体１３は、半極性または無極性の主面１３ａ及び裏面１３ｂを有する。III族窒化物のｃ軸Ｃｘは主面１３ａに対して傾斜している。ｎ型クラッド領域１５はｎ型窒化ガリウム系半導体からなり、例えばＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等からなることができる。ｐ型クラッド領域１７はｐ型窒化ガリウム系半導体からなり、例えばＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ等からなることができる。ｎ型クラッド領域１５及びｐ型クラッド領域１７は支持基体１３の主面１３ａ上に設けられている。コア半導体領域１９は、ｎ型クラッド領域１５とｐ型クラッド領域１７との間に設けられている。コア半導体領域１９は、第１光ガイド層２１、活性層２３及び第２光ガイド層２５を含む。活性層２３は第１光ガイド層２１と第２光ガイド層２５との間に設けられる。コア半導体領域１９の厚さＤ１９は０．５μｍ以上である。また、厚さＤ１９が０．６μｍ以上であるであればさらに好適である。
【００３７】
このIII族窒化物半導体レーザダイオード１１によれば、コア半導体領域１９は、第１光ガイド層２１、活性層２３及び第２光ガイド層２５を含むと共にコア半導体領域１９の厚さＤ１９が０．５μｍ以上である。この構造は、支持基体１３に光を逃がすことなくコア半導体領域１９に光を閉じ込めることができ、これ故にしきい値電流を低減できる。
【００３８】
III族窒化物半導体レーザダイオード１１では、活性層２３は、単一層からなることができ、或いは量子井戸構造を有することができる。必要な場合には、量子井戸構造は、交互に配列された井戸層及び障壁層を含むことができる。井戸層はＩｎＧａＮ等からなることができ、障壁層はＧａＮ又はＩｎＧａＮ等からなることができる。一実施例では、井戸層の厚さは例えば３ｎｍであり、障壁層の厚さは例えば１５ｎｍであり、井戸層の数は例えば３つであることができる。活性層２３の発光波長は、井戸層のバンドギャップやＩｎ組成、その厚さ等によって制御される。
【００３９】
活性層２３は波長４９０ｎｍ以上５１０ｎｍ以下の範囲の光を発生するように設けられることができる。コア半導体領域１９の厚さＤ１９は０．５μｍ以上であることが好ましい。また、厚さＤ１９は１．５μｍ以下の範囲であることが好ましい。この厚さＤ１９の範囲によれば、波長４９０ｎｍ以上５１０ｎｍ以下の範囲の発光において、光のモード安定性を得ることができ、これ故に、低しきい値が提供される。
【００４０】
或いは、活性層２３は波長５００ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の範囲の光を発生するように設けられることができる。コア半導体領域１９の厚さＤ１９は１．０μｍ以上であることが好ましい。また、厚さＤ１９は１．５μｍ以下であることが好ましい。この厚さＤ１９の範囲では、波長５００ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の範囲の発光において、低しきい値を提供できる。
【００４１】
ｎ型クラッド領域１５は、三元ＡｌＧａＮ及び／又は四元ＩｎＡｌＧａＮからなることができる。また、ｐ型クラッド領域１７は、三元ＡｌＧａＮ及び／又は四元ＩｎＡｌＧａＮからなることができる。
【００４２】
図１を参照すると、第１光ガイド層２１、活性層２３及び第２光ガイド層２５は支持基体１３の主面１３ａ上において法線軸Ｎｘに沿って配列されている。支持基体１３の主面１３ａの傾斜角は、法線軸Ｎｘを示す法線ベクトルＮＶとｃ軸方向を示すｃ軸ベクトルＶＣとの成す角度ＡＬＰＨＡによって規定される。この角度ＡＬＰＨＡは、III族窒化物のｃ軸に直交する基準平面Ｒｘに対して１０度以上８０度以下の範囲にあることができ、或いは１００度以上１７０度以下の範囲にあることができる。支持基体１３は例えばＧａＮであることができ、この角度範囲によればＧａＮの半極性の性質を提供できる。さらに、傾斜角ＡＬＰＨＡは６３度以上８０度以下の範囲にあることが好ましく、或いは１００度以上１１７度以下の範囲にあることが好ましい。この角度範囲によれば、５００ｎｍ以上の発光のための活性層２３に好適なＩｎ組成のＩｎＧａＮ層を提供できる。
【００４３】
III族窒化物半導体レーザダイオード１１では、第１光ガイド層２１は第１ＧａＮ層３１と第１ＩｎＧａＮ層３３とを含むことができる。ＩｎＧａＮ層３３のＩｎ組成は、活性層２３内のＩｎＧａＮ井戸層のＩｎ組成より小さい。第１ＧａＮ層３１はｎ型クラッド領域１５と第１ＩｎＧａＮ層３３との間に設けられ、第１ＩｎＧａＮ層３３は活性層２３と第１ＧａＮ層３１との間に設けられる。ｎ型クラッド領域１５は第１光ガイド層２１と支持基体１３との間に設けられる。この構造により、支持基体１３と活性層２３との間の半導体領域に、光閉じ込めに好適なコア半導体領域１９の厚さ及び屈折率分布を提供できる。
【００４４】
III族窒化物半導体レーザダイオード１１は、ｐ型クラッド領域１７上に設けられたｐ型コンタクト層４１を更に含むことができる。ｐ型コンタクト層４１は、例えばＧａＮ、ＡｌＧａＮ等からなることができる。III族窒化物半導体レーザダイオード１１は、ｎ型クラッド領域１５と支持基体１３との間に設けられたｎ型バッファ層４３を更に含むことができる。ｎ型バッファ層４３はＧａＮ等からなることができる。アノード電極４５ａが絶縁膜４７の開口を介してｐ型コンタクト層４１に接触している。支持基体１３の裏面１３ｂには、カソード電極４５ｂが接触している。
【００４５】
III族窒化物半導体レーザダイオード１１では、第２光ガイド層２５は第２ＧａＮ層３５と第２ＩｎＧａＮ層３７とを含むことができる。ＩｎＧａＮ層３７のＩｎ組成は、活性層２３内のＩｎＧａＮ井戸層のＩｎ組成より小さい。第２ＧａＮ層３５はｐ型クラッド領域１７と第２ＩｎＧａＮ層３７との間に設けられる。ｎ型クラッド領域１５側だけでなく、ｐ型クラッド領域１７と活性層２３との間の半導体層において、光閉じ込めに好適なコア半導体領域１９の厚さ及び屈折率分布を提供できる。
【００４６】
III族窒化物半導体レーザダイオード１１では、第１ＩｎＧａＮ層３３はアンドープであると共に、第１ＧａＮ層３１の導電型はｎ型である。また、第２ＩｎＧａＮ層３７はアンドープであると共に第２ＧａＮ層３５の導電型はｐ型である。第１及び第２ＩｎＧａＮ層３３、３７がアンドープなので、ドーパントによる光吸収を避けることができる。しかし、低動作電圧駆動を目的に低抵抗とするために、上記ＩｎＧａＮ層にドーピングしても良い。第１及び第２ＧａＮ層３１、３５にはそれぞれのドーパントが添加されているので、第１及び第２ＧａＮ層３１、３５の抵抗を下げることができる。
【００４７】
III族窒化物半導体レーザダイオード１１では、ｎ型クラッド領域１５は、三元ＡｌＧａＮ及び／又は四元ＩｎＡｌＧａＮからなることができる。ｎ型クラッド領域１５が三元ＡｌＧａＮ層からなるとき、ｎ型クラッド領域１５はＡｌＸＧａ１−ＸＮ（０．０３＜Ｘ＜０．１０）層を含むことが好ましい。このＡｌＸＧａ１−ＸＮ層のＡｌ組成Ｘは０．０３より大きい。この程度のＡｌ組成Ｘは、光ガイド層２１とｎ型クラッド領域１５とのバンドギャップ差を得るために好適である。また、このＡｌＸＧａ１−ＸＮ層のＡｌ組成Ｘは０．１０より小さいことが好ましい。大きすぎるＡｌ組成はｎ側ＡｌＧａＮクラッド層の歪みを増加させる。上記Ａｌ組成範囲のｎ型ＡｌＧａＮ層が支持基体１３と活性層２３との間に設けられるので、支持基体１３に光を逃がすことなくコア半導体領域１９に光を閉じ込めるために好適である。これ故に、しきい値電流を低減できる。さらに、ｎ型クラッド領域１５におけるＡｌＸＧａ１−ＸＮのＡｌ組成Ｘは０．０５以上であることが好ましい。このクラッド構造は、支持基体１３に光を逃がすことなくコア半導体領域１９に光を閉じ込めるためにさらに好適である。
【００４８】
ｐ型クラッド領域１７は、三元ＡｌＧａＮ及び／又は四元ＩｎＡｌＧａＮからなることができる。ｐ型クラッド領域１７が三元ＡｌＧａＮからなるとき、ｐ型クラッド領域１７はＡｌＹＧａ１−ＹＮ（０．０３＜Ｙ＜０．１０）層を含むことが好ましい。このＡｌＹＧａ１−ＹＮ層のＡｌ組成Ｙは０．０３より大きい。この程度のＡｌ組成Ｙは、光ガイド層３５とｐ型クラッド領域１７とのバンドギャップ差を得るために好適である。また、このＡｌＹＧａ１−ＹＮ層のＡｌ組成Ｙは０．１０より小さい。大きすぎるＡｌ組成はＡｌＹＧａ１−ＹＮ層の歪みを増加させる。上記Ａｌ組成範囲のｐ型ＡｌＧａＮ層によれば、ｐ側半導体領域における屈折率分布が好適となるので、支持基体１３に光を逃がすことなくコア半導体領域１９に光を閉じ込めるために好適である。さらに、ｐ型クラッド領域１７におけるＡｌＹＧａ１−ＹＮのＡｌ組成Ｙは０．０５以上であることが好ましい。ｐ側半導体領域における屈折率分布がさらに好適となるので、支持基体１３に光を逃がすことなくコア半導体領域１９に光を閉じ込めるために好適である。
【００４９】
図１を参照すると、コア半導体領域１９は、さらに電子ブロック層２７を含むことができる。電子ブロック層２７は例えばＡｌＺＧａＮ１−Ｚからなることができ、このＡｌＺＧａＮ１−ＺのＡｌ組成Ｚはｐ型クラッド領域１７のＡｌＹＧａ１−ＹＮ層のＡｌ組成Ｙより大きい。第２光ガイド層２５は電子ブロック層２７を更に含むことができる。一実施例では、図１に示されるように電子ブロック層２７は、第２ＧａＮ層３５とｐ型クラッド領域１７との間に設けられることができる。或いは、別の実施例では、電子ブロック層２７は第２ＩｎＧａＮ層３７と第２ＧａＮ層３５との間に設けられることができる。
【００５０】
ｎ型クラッド領域１５はコア半導体領域１９と接合３９ａを成し、具体的にはｎ型クラッド領域１５は第１光ガイド層２１と接合３９ａを成す。ｐ型クラッド領域１７はコア半導体領域１９と接合３９ｂを成し、具体的には、ｐ型クラッド領域１７は第２光ガイド層２５と接合３９ｂを成す。第１光ガイド層２１は活性層２３と接合３９ｃを成す。活性層２３は第２光ガイド層２５と接合３９ｄを成す。第１ＧａＮ層３１が第１ＩｎＧａＮ層３３と接合３９ｅを成す。第２ＧａＮ層３５が第２ＩｎＧａＮ層３７と接合３９ｆを成す。
【００５１】
好適な実施例では、第１ＧａＮ層３１の厚さＤ３１と第２ＧａＮ層３５の厚さＤ３５の和は４５０ｎｍ以上であることが好ましい。また、第１ＩｎＧａＮ層３３の厚さＤ３３と第２ＩｎＧａＮ層３７の厚さＤ３７の和は、第１ＧａＮ層３１の厚さＤ３１と第２ＧａＮ層３５の厚さＤ３５の和より薄いことが好ましい。この構造によれば、活性層２３と支持基体１３との間に好適なコア半導体領域１９の膜厚及び屈折率分布を提供でき、これ故に、しきい値を低減できる。
【００５２】
さらには、第１ＧａＮ層３１の厚さＤ３１は５５０ｎｍ以上であることが好ましい。また、第２ＧａＮ層３５の厚さＤ３５は５５０ｎｍ以上であることが好ましい。これにより、さらなる低しきい値が得られる。この構造によれば、長波長の光をコア半導体領域１９に閉じ込めることができる。
【００５３】
（実施例）
レーザ構造をＧａＮ基板５１上に作製した。ｎ型窒化ガリウム基板を準備した。この窒化ガリウム基板の主面は半極性（２０−２１）面を有する。有機金属気相成長法を用いて、この基板上に窒化ガリウム系半導体層を成長した。母体材料の供給ガスとして以下のものを用いた：トリメチルガリウム（ＴＭＧ）；トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）；トリメチルインジウム（ＴＭＩ）；アンモニア（ＮＨ３）。ｎ型及びｐ型のドーパントとして以下のものを用いた：シラン；トリメチルマグネシウム。これらを原料として以下の膜からなるＬＤ構造を成長した：ｎ型ＧａＮバッファ層；ｎ型（Ｉｎ）ＡｌＧａＮクラッド層；ｎ型ＧａＮ光ガイド層；アンドープＩｎＧａＮ光ガイド層；ＩｎＧａＮ活性層；アンドープＩｎＧａＮ光ガイド層：ｐ型ＧａＮ光ガイド層；ｐ型（Ｉｎ）ＡｌＧａＮクラッド層；
ｐ型ＧａNキャップ層。コア半導体領域の厚さを変更したいくつのＬＤ構造を有するエピタキシャル基板を作製した。
【００５４】
個々のエピタキシャル基板のへき開により作製されたデバイスにおいて、ファー・フィールド・パターン（ＦＦＰ）を観察することによってレーザ発振の発生及び発振しきい値を見積もった。このために、これらの個々のデバイスに外部より強い励起光ＬＡを照射して、レーザ発振を引き起こした。図２に示されるデバイスＤＥＶは、ＧａＮ支持基体５０、上記の半導体積層（ｎ型ＧａＮバッファ層５１；ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５２；ｎ型ＧａＮ光ガイド層５３；アンドープＩｎＧａＮ光ガイド層５４；ＩｎＧａＮ活性層５５；アンドープＩｎＧａＮ光ガイド層５６：ｐ型ＧａＮ光ガイド層５７；ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層５８；ｐ型ＧａＮキャップ層５９）、一対のへき開面ＣＬ１、ＣＬ２及びレーザキャビティＣＶを含む。励起光の吸収により生成されたキャリア対の再結合により光が生成される。この光は一対のへき開面の間のコア半導体領域を往復してレーザキャビティにおいてレーザ発振を起こす。励起光の強度はレーザ発振に必要なしきい値と相関を有する。
【００５５】
図３は、発振波長５００ｎｍ近傍（４９０ｎｍ〜５１０ｎｍ）における、コア半導体領域と発振しきい値との関係を示す図面である。このＬＤ構造のＩｎＧａＮ活性層のＩｎ組成は２５％であった。コア半導体領域の厚さが０．５μｍ程度になると、あるモードの光を安定してコアに閉じ込めできることがＦＦＰより観察され，かつ低励起パワー（つまり、低しきい値）で発振することが確認された。また、コア半導体領域の厚さが０．６μｍ以上の厚さに厚くなると、十分に低いしきい値が得られた。様々な実験結果に基づいて、コア半導体領域の厚さは０．５μｍ〜１．５μｍ以下であることが好ましい。
【００５６】
図４は、発振波長５１０ｎｍ近傍（５００ｎｍ〜５２０ｎｍ）における、コア半導体領域と発振しきい値との関係を示す図面である。このＬＤ構造のＩｎＧａＮ活性層のＩｎ組成は３０％であった。コア半導体領域の厚さが１．０μｍ程度になると、あるモードの光を安定してコアに閉じ込めできることがＦＦＰより観察され，かつ低励起パワー（つまり、低しきい値）で発振することが確認された。様々な実験結果に基づいて、コア半導体領域の厚さは１．０μｍ〜１．５μｍ以下であることが好ましい。
【００５７】
図３及び図４に示されたしきい値特性線は以下のような振る舞いを示す。コア半導体領域の厚さが大きくなるにつれてしきい値電流は低下する。しきい値電流はコア半導体領域のある厚さで最小値を取る。その後に、コア半導体領域の厚さが大きくなるにつれてしきい値電流は増加する。
【００５８】
様々な実験の結果を以下に示す。
実験結果１
ガイド層の厚み（μｍ）          発振しきい値（相対値）
Ｉｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ層、ＧａＮ層
０．０５、            ０．２５、２．０
０．０５、            ０．４５、０．８
０．０５、            ０．６０、０．１
０．０５、            １．００、０．１。
実験結果２
ガイド層の厚み（μｍ）          発振しきい値（相対値）
Ｉｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ層、ＧａＮ層
０．１０、            ０．２０、３．０
０．１０、            ０．４０、０．６
０．１０、            ０．５５、０．１。
実験結果３
ガイド層の厚み（μｍ）          発振しきい値（相対値）
Ｉｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ層、ＧａＮ層
０．０５、            ０．２５、２．０
０．０５、            ０．４５、０．１
０．０５、            ０．６０、０．１。
上記の実験結果から、ガイド層における第１ＧａＮ層と第２ＧａＮ層の和の厚さは４５０ｎｍ以上であることが好ましい。また、ガイド層における上記ＧａＮ層の和の厚さは５５０ｎｍ以上であることがさらに好ましい。さらに、ガイド層における上記ＧａＮ層の厚さの和は６００ｎｍ以上であることが特に好ましい。
上記実験結果１と２を比較すると、ＩｎＧａＮガイド層の厚みを増加させると、しきい値は低下する。これはコア部分の光閉じ込めが安定したためであり、ＩｎＧａＮ層の厚みは０．１μm以上が好ましい。また、ＩｎＧａＮガイド層のＩｎ組成は１％以上が好ましい。
【００５９】
本実施の形態により，低しきい値電流でかつ長寿命なレーザダイオードを作製することが可能となった。本実施の形態では、ｃ面ではない半極性面（例えば（１０−１−１）面、（１０−１−３）面、（１１−２２）面等）、非極性ｍ面、非極性ａ面において有効である。
【００６０】
ｃ面では５００ｎｍのレーザ発振を阻害する要因は光閉じ込め以外のものであり、その原因はｃ面特有の活性層の成長方向に発生するピエゾ分極による発光効率の低下である。一方、本実施の形態においては、光ガイド層はＧａＮであれば良いが、好ましくは構成元素としてＩｎを含む窒化ガリウム系半導体あれば、さらに低しきい値が得られる。厚すぎるＩｎＧａＮ層はその層以降の結晶成長に影響を与える。光ガイド層の少なくとも一部分は、ｎ型、ｐ型の導電性を制御するドーパント添加されていることが好ましく、これによって光ガイド層の電気抵抗を低くできる。この低抵抗が低しきい値でのレーザ発振を得るためにさせるために重要な要素の一つである。しかしながら、光ガイド層の一部分がアンドープ半導体からなっていても良く、より好ましくは、アンドープ半導体のガイド層が活性層を直接に挟んでいることが好ましい。この構造が、安定して低しきい値を実現可能である。
【００６１】
クラッド層の材料については、０．０３（好ましくは０．０５）以上０．１０以下のＡｌ組成のＡｌＧａＮであれば高い結晶性と共に低しきい値発振を実現できる。このクラッド層がＩｎＡｌＧａＮ４元混晶であるとき、ＧａＮ基板に格子整合を得ることができ、これによってさらに低しきい値でのレーザ発振を得ることができる。活性層は、構成元素としてＩｎ原子を含む窒化ガリウム系半導体層を含むことが良い。
【００６２】
レーザダイオードの長寿命の観点から、ＧａＮ基板、この上に成長される活性層の転位密度は１×１０７ｃｍ−２以下であることが良い。
【００６３】
緑色５００ｎｍ以上のレーザダイオードにおいて，コアの厚みを０．６μｍ以上にすることで，安定して光を閉じ込めることが可能となり，低しきい値で緑色レーザ発振が可能となる．
【００６４】
５００ｎｍ程度（緑色）の発振波長を得るためには、全てＩｎＧａＮからなるガイド層を用いるときでも、光ガイド層を厚くする必要がある。しかし、良好な結晶品質のＩｎＧａＮ厚膜を得ることは容易ではなく、良好な結晶品質を確実にする膜厚では必要な厚みを満たせず、５００ｎｍ以上の波長における光閉じ込め性が弱くなり、この結果、レーザ発振に至らないか発振しきい値電流密度が非常に高くなる。発明者らの知見によれば、波長５００ｎｍ以上のレーザ発振では、光のモードを安定して活性層と光ガイド層とからなるコア半導体領域に定在させることが、レーザ発振において非常に重要である。これ故に、ｐ側及びｎ側の光ガイド層と活性層との全厚みがモード安定性のために重要である。この安定化のためには、クラッド領域よりも低い屈折率の支持基体に光がしみ出すことを低減することが大切である。このためにも、比屈折率差だけでなく、コア半導体領域の厚みもまた重要である。
【００６５】
図５は、実施例におけるデバイス構造を示す図面である。レーザダイオードＬＤでは、ＧａＮ支持基体６１の主面６１ａ上にエピタキシャル半導体領域６３を形成する。エピタキシャル半導体領域６３は、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層６５、ｎ型ＧａＮ光ガイド層６７ａ、アンドープＩｎＧａＮ光ガイド層６７ｂ、活性層６９、アンドープＩｎＧａＮ光ガイド層７１ｂ、ｐ型ＧａＮ光ガイド層７１ａ、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７３、ｐ型ＧａＮコンタクト層７５を含む。リッジ構造７７は、ｐ型ＧａＮ光ガイド層７１ａ、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７３、及びｐ型ＧａＮコンタクト層７５を含む。ｐ型ＧａＮコンタクト層７５にはアノード電極７９ａが接合を成し、またＧａＮ支持基体６１の裏面６１ｂにはカソード電極７９ｂが接合を成す。波長５００ｎｍ以上のレーザ発振を提供するレーザダイオードＬＤにおいて電流狭窄するために、図５に示されるリッジ構造を形成する。リッジ構造７７の表面７７ｃは、リッジ構造７７の頂面７７ｄを除いて閉じ込め層８１で覆われている。リッジ構造７７の形成のために、エピタキシャル基板上にフォトリソグラフィ法でストライプ状のマスクを形成する。このマスクを形成した後に、エピタキシャル基板のｐ型コンタクト層、ｐ型クラッド層、及び光ガイド層の少なくとも一部分をドライエッチングにより除去して、リッジ構造７７を形成した。リッジ構造７７は、リッジ部７７ａ並びに第１及び第２の側部７７ｂを含む。リッジ部７７ａは所定の軸の方向に延在すると共に、第１及び第２の側部７７ｂはそれぞれリッジ部７７ａの第１及び第２側においてリッジ部７７ａに隣接して所定の軸Ａｘの方向に延在する。リッジ部７７ａは第１及び第２の側部７７ｂの間に位置する。リッジ部７７ａは頂面７７ｄ及び側面７７ｅ、７７ｆを含む。側面７７ｅ、７７ｆの各々は、頂面７７ｄに対して傾斜しており、また側部７７ｂの主面に対して傾斜している。リッジ部の形成の後に、リッジ部７７ａ並びに第１及び第２の側部７７ｂの表面７７ｃ上に、閉じ込め部を形成する。閉じ込め部はリッジ部を埋め込みむように形成してもよい。閉じ込め部８１の材料として、例えば酸化シリコンを用いる。本実施例では、その後、マスクをリフトオフ法により除去して、閉じ込め部８１に開口を形成する。これにより、電極のための開口がリッジ部７７ａに対して自己整合的に形成される。開口には、頂面７７ｄが露出している。開口の形成は、リフトオフ法に限定されるものではない。この後に、ｐ型電極、ｎ型電極を蒸着法により形成した。
【００６６】
リッジ構造７７の形成の際に、上側のガイド層７１ａに関して様々な厚みのレーザダイオードを作製した。例えば、上側のガイド層７１ａをその全厚の半分より厚く残すように、リッジ構造７７の側部７７ｂの厚さを調整したレーザダイオード（例えば、側部の厚さ４００ｎｍ）では、リッジ構造７７を有しないレーザダイオードに比べて、発振しきい値電流はほとんど減少せず、８００ｍＡであった。一方、上側のガイド層７１ａをその全厚の半分以下になるようにエッチングしたレーザダイオードでは、発振しきい値電流が顕著に減少し、２００ｍＡとなった。
【００６７】
上側のガイド層７１ａの残った厚みＤＣと発振しきい値の関係を検討すると、上側のガイド層の厚みＤＣは５０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下が好ましく、さらには５０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下が更に好ましい。
【００６８】
閉じ込め部８１の材料として酸化シリコンといった絶縁体を用いたが、これに代えて窒化シリコン及び窒化アルミニウムを少なくともいずれか一つを用いることができる。これらの材料も、酸化シリコンと同様の光閉じ込めの効果を提供できる。閉じ込め部８１は光ガイド層７１ａの屈折率より小さい屈折率を有する。また、閉じ込め部の材料としてＡｌＧａＮ又はＩｎＡｌＧａＮといったIII族窒化物でも、同様の光閉じ込めの効果が得られた。このIII族窒化物は、ｐ型クラッド層及びｐ型コンタクト層のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有することができる。ＡｌＧａＮ及びＩｎＡｌＧａＮといった半導体材料を閉じ込め部に用いたレーザダイオードは、酸化シリコン及び窒化シリコンを用いたレーザダイオードに比べて、２倍程度高い素子寿命を得た。これは、埋込み材料のためのIII族窒化物と活性層との格子定数が近く、また膨張係数も近いからであると考えられる。また、閉じ込め部の追加は、活性層への歪みをあまり増加させないためと考えられる。
【００６９】
この知見を基づき、さらに実験を行った。ガリウムより大きな原子半径のインジウムとガリウムより小さい原子半径のアルミニウムとを含むIII族窒化物では、Ａｌ組成及びＩｎ組成により格子定数、バンドギャップおよび屈折率を調整可能である。例えばＡｌＧａＮ及びＩｎＡｌＧａＮにおけるＡｌ組成及び／又はＩｎ組成を調整して、活性層に対する屈折率を低くして光閉じ込め性を得ると共に、閉じ込め部と活性層との格子定数差に起因した活性層の面内歪みを低くすることができる。いくつかの組成を有するIII族窒化物からなる閉じ込め層のレーザダイオードを作製した。これらの面内歪みは０．５％、３％、１０％であった。これらのレーザダイオードにおいて、絶対値３％以下の面内歪みのレーザダイオードの信頼性が向上する傾向であった。
【００７０】
面内歪みは以下のように規定される。閉じ込め部と活性層の井戸層との格子定数差を以下の式で規定する：
（Ｄ１−Ｄ２）／Ｄ２。
ここで、閉じ込め部８１のためのIII族窒化物のｃ軸の格子定数は、閉じ込め部８１の該ｃ軸を基準平面に射影したとき、第１の格子定数成分Ｄ１を有する。活性層６９の井戸層のための窒化ガリウム系半導体のｃ軸の格子定数は、井戸層のｃ軸を基準平面に射影したとき、第２の格子定数成分Ｄ２を有する。閉じ込め部８１の材料の組成は、閉じ込め部８１と活性層６９の井戸層との格子定数差（Ｄ１−Ｄ２）／Ｄ２が３パーセント以下になるように調整されている。上記の基準平面は、支持基体６１の主面６１ａの法線Ｂｘに交差しており、活性層６９の井戸層は上記の基準平面に沿って延在する。この基準平面を例えば支持基体６１と主面６１ａと平行となるように規定することができる。
【００７１】
閉じ込め部８１の厚みと発振しきい値の関係を検討すると、閉じ込め部８１の厚みは５００ｎｍ以下であることが好ましく、さらには３００ｎｍ以下であることが更に好ましい。閉じ込め部８１の厚みが５０ｎｍ以下になるとき、閉じ込め部８１による光閉じ込めが不十分になり、発振しきい値電流が上がると考えられる。
【００７２】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【符号の説明】
【００７３】
１１…III族窒化物半導体レーザダイオード、１３…支持基体、１３ａ…主面、１３ｂ…裏面、１５…ｎ型クラッド領域、１７…ｐ型クラッド領域、１９…コア半導体領域、２１…第１光ガイド層、２３…活性層、２５…第２光ガイド層、Ｄ１９…コア半導体領域の厚さ、Ｎｘ…法線軸、ＮＶ…法線ベクトル、ＶＣ…ｃ軸ベクトル、ＡＬＰＨＡ…角度、３１…第１ＧａＮ層、３３…第１ＩｎＧａＮ層、３５…第２ＧａＮ層、３７…第２ＩｎＧａＮ層、４１…ｐ型コンタクト層、４３…ｎ型バッファ層、４７…絶縁膜、４５ａ…アノード電極、４５ｂ…カソード電極、５０…ＧａＮ支持基体、５１…ｎ型ＧａＮバッファ層、５２…ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、５３…ｎ型ＧａＮ光ガイド層、５４…アンドープＩｎＧａＮ光ガイド層、５５…ＩｎＧａＮ活性層、５６…アンドープＩｎＧａＮ光ガイド層、５７…ｐ型ＧａＮ光ガイド層、５８…ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、５９…ｐ型ＧａＮキャップ層、ＣＬ１、ＣＬ２…一対のへき開面、ＣＶ…レーザキャビティ、ＬＡ…励起光、ＤＥＶ…デバイス、６１…ＧａＮ支持基体、６３…エピタキシャル半導体領域、６５…ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、６７ａ…ｎ型ＧａＮ光ガイド層、６７ｂ…アンドープＩｎＧａＮ光ガイド層、６９…活性層、７１ｂ…アンドープＩｎＧａＮ光ガイド層、７１ａ…ｐ型ＧａＮ光ガイド層、７３…ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、７５…ｐ型ＧａＮコンタクト層、７７…リッジ構造、７９ａ…アノード電極、７９ｂ…カソード電極、８１…閉じ込め部  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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