(57)【要約】【課題】半極性面を用いて５００ｎｍ以上の光のレーザ発振可能な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】活性層２９は波長５００ｎｍ以上の光を発生するように設けられるので、コア半導体領域２９に閉じ込めるべき光の波長は長波長であり、２層構造の第１の光ガイド層２７と２層構造の第２の光ガイド層３１とを用いる。ＡｌＧａＮ及びＩｎＡｌＧａＮの少なくともいずれか一方からなるクラッド層２１の材料はIII族窒化物半導体と異なると共に第１のエピタキシャル半導体領域１５の厚さＤ１５がコア半導体領域１９の厚さＤ１９よりも厚いけれども、第１〜第３の界面Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３におけるミスフィット転位密度は１×１０６ｃｍ−１以下である。これらの界面Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３において、ｃ面がすべり面として働いて当該半導体層に格子緩和を生じさせていない。【選択図】図１
2011023535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化ガリウム系半導体レーザダイオードであって、
III族窒化物半導体からなり、該III族窒化物半導体のｃ軸の方向に延在する基準軸に直交する第１の基準平面に対して角度ＡＬＰＨＡで傾斜した半極性主面を有する支持基体と、
第１のクラッド層を含み、前記支持基体の前記半極性主面上に設けられた第１のエピタキシャル半導体領域と、
第２のクラッド層を含み、前記支持基体の前記半極性主面上に設けられた第２のエピタキシャル半導体領域と、
前記支持基体の前記半極性主面上に設けられたコア半導体領域と
を備え、
前記コア半導体領域は、第１の光ガイド層、活性層及び第２の光ガイド層を含み、
前記活性層はＩｎＸ０Ｇａ１−Ｘ０Ｎ層を含む、
前記活性層は発振波長５００ｎｍ以上の光を発生するように設けられており、
前記第１のクラッド層は、該III族窒化物半導体と異なる窒化ガリウム系半導体からなり、該窒化ガリウム系半導体はＡｌＧａＮ及びＩｎＡｌＧａＮの少なくともいずれか一方からなり、
前記第１のエピタキシャル半導体領域、前記コア半導体領域及び前記第２のエピタキシャル半導体領域は、前記支持基体の前記半極性主面の法線軸の方向に順に配列されており、
前記ｃ軸は＜０００１＞軸及び＜０００−１＞軸のいずれかの方向に向き、
前記角度ＡＬＰＨＡは１０度以上８０度未満の範囲にあり、
前記第１のエピタキシャル半導体領域の厚さは前記コア半導体領域の厚さよりも厚く、
前記支持基体と前記第１のエピタキシャル半導体領域との界面におけるミスフィット転位密度は１×１０６ｃｍ−１以下であり、
前記第１のエピタキシャル半導体領域と前記コア半導体領域との界面におけるミスフィット転位密度は１×１０６ｃｍ−１以下であり、
前記コア半導体領域と前記第２のエピタキシャル半導体領域との界面におけるミスフィット転位密度は１×１０６ｃｍ−１以下であり、
前記第１のクラッド層の導電型は前記第２のクラッド層の導電型と逆導電型であり、
前記第１の光ガイド層は前記活性層と前記第１のエピタキシャル半導体領域との間にあり、
前記第１の光ガイド層は第１ＩｎＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ層及び第１ＧａＮ層を含み、
前記第２の光ガイド層は前記活性層と前記第２のエピタキシャル半導体領域との間にあり、
前記第２の光ガイド層は第２ＩｎＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ層及び第２ＧａＮ層を含む、ことを特徴とする窒化ガリウム系半導体レーザダイオード。
【請求項２】
前記第１の光ガイド層及び前記第２の光ガイド層の厚みの総和は４００ｎｍ以下である、ことを特徴とする請求項１に記載された窒化ガリウム系半導体レーザダイオード。
【請求項３】
前記活性層は発振波長５３０ｎｍ以下の光を発生するように設けられている、ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載された窒化ガリウム系半導体レーザダイオード。
【請求項４】
前記活性層の前記ＩｎＸ０Ｇａ１−Ｘ０Ｎ層のインジウム組成Ｘ０は、前記第１の光ガイド層の前記第１ＩｎＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ層のインジウム組成Ｘ１より大きく、  インジウム組成差Ｘ１−Ｘ０は０．２６以上である、ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された窒化ガリウム系半導体レーザダイオード。
【請求項５】
前記第１光ガイド層において前記第１ＩｎＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ層のインジウム組成Ｘ１は０．０１以上０．０５以下であり、
前記第１光ガイド層において前記第１ＩｎＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ層と前記第１ＧａＮ層との界面におけるミスフィット転位密度は１×１０６ｃｍ−１以下である、ことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された窒化ガリウム系半導体レーザダイオード。
【請求項６】
前記III族窒化物半導体おけるｃ軸方向と該ｃ軸方向の格子定数ｄ０の大きさとは格子ベクトルＬＶＣ０によって表され、
前記第１のエピタキシャル半導体領域における前記第１クラッド層のための半導体材料のｃ軸方向と該ｃ軸方向の格子定数ｄ１の大きさとは格子ベクトルＬＶＣ１によって表され、
前記格子ベクトルＬＶＣ０は前記法線軸の方向の縦成分Ｖ０Ｌと前記縦成分に直交する横成分Ｖ０Ｔとからなり、
前記格子ベクトルＬＶＣ１は前記法線軸の方向の縦成分Ｖ１Ｌと前記縦成分に直交する横成分Ｖ１Ｔとからなり、
横方向に関する格子不整度（Ｖ１Ｔ−Ｖ０Ｔ）／Ｖ０Ｔは格子整合条件を満たす、ことを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載された窒化ガリウム系半導体レーザダイオード。
【請求項７】
前記第１の光ガイド層の前記第１のＩｎＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ層のための半導体材料のｃ軸方向と該ｃ軸方向の格子定数ｄ２の大きさとは格子ベクトルＬＶＣ２によって表され、
前記格子ベクトルＬＶＣ２は前記法線軸の方向の縦成分Ｖ２Ｌと前記縦成分に直交する横成分Ｖ２Ｔとからなり、
横方向に関する格子不整度（Ｖ２Ｔ−Ｖ０Ｔ）／Ｖ０Ｔの値は格子整合条件を満たす範囲にある、ことを特徴とする請求項６に記載された窒化ガリウム系半導体レーザダイオード。
【請求項８】
前記第２のエピタキシャル半導体領域における前記第２クラッド層のための半導体材料のｃ軸方向と該ｃ軸方向の格子定数ｄ３の大きさとは格子ベクトルＬＶＣ３によって表され、
前記格子ベクトルＬＶＣ３は前記法線軸の方向の縦成分Ｖ３Ｌと前記縦成分に直交する横成分Ｖ３Ｔとからなり、
横方向に関する格子不整度（Ｖ３Ｔ−Ｖ０Ｔ）／Ｖ０Ｔは格子整合条件を満たす、ことを特徴とする請求項７に記載された窒化ガリウム系半導体レーザダイオード。
【請求項９】
前記第１のクラッド層はＡｌＧａＮ層からなり、
前記ＡｌＧａＮ層のアルミニウム組成は０．０４以下であり、
前記ＡｌＧａＮ層の厚さは５００ｎｍ以下である、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窒化ガリウム系半導体レーザダイオード。
【請求項１０】
前記第１のクラッド層はＩｎＡｌＧａＮ層からなり、
前記ＩｎＡｌＧａＮ層のバンドギャップは、前記光ガイド層の第１ＧａＮ層のバンドギャップより大きい、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窒化ガリウム系半導体レーザダイオード。
【請求項１１】
前記角度ＡＬＰＨＡは６３度以上８０度未満である、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窒化ガリウム系半導体レーザダイオード。
【請求項１２】
前記角度ＡＬＰＨＡは７０度以上８０度未満である、ことを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載された窒化ガリウム系半導体レーザダイオード。
【請求項１３】
前記角度ＡＬＰＨＡは７２度以上７８度未満である、ことを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載された窒化ガリウム系半導体レーザダイオード。
【請求項１４】
前記支持基体の前記III族窒化物半導体はＧａＮである、ことを特徴とする請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載された窒化ガリウム系半導体レーザダイオード。
【請求項１５】
前記コア半導体領域は電子ブロック層を含む、ことを特徴とする請求項１〜請求項１４のいずれか一項に記載された窒化ガリウム系半導体レーザダイオード。
【請求項１６】
前記基準軸の傾斜方向はａ軸方向である、ことを特徴とする請求項１〜請求項１５のいずれか一項に記載された窒化ガリウム系半導体レーザダイオード。
【請求項１７】
前記基準軸の傾斜方向はｍ軸方向である、ことを特徴とする請求項１〜請求項１５のいずれか一項に記載された窒化ガリウム系半導体レーザダイオード。
【請求項１８】
当該窒化ガリウム系半導体レーザダイオードのための共振器を構成する一対の端面を更に備え、
当該窒化ガリウム系半導体レーザダイオードのためのレーザストライプは前記基準軸と前記法線軸との両方に直交する方向に延在する、ことを特徴とする請求項１〜請求項１７のいずれか一項に記載された窒化ガリウム系半導体レーザダイオード。
【請求項１９】
当該窒化ガリウム系半導体レーザダイオードのための共振器を構成する一対の端面を更に備え、
当該窒化ガリウム系半導体レーザダイオードのためのレーザストライプは、前記基準軸と前記法線軸とによって規定される第２の基準平面に沿って延在する、ことを特徴とする請求項１〜請求項１７のいずれか一項に記載された窒化ガリウム系半導体レーザダイオード。
【請求項２０】
前記第２のエピタキシャル半導体領域上において前記レーザストライプに沿って延在する電極を更に備え、
前記一対の端面の各々は、前記支持基体の裏面のエッジから前記第２のエピタキシャル半導体領域の表面のエッジまで延在する、ことを特徴とする請求項１８又は請求項１９に記載された窒化ガリウム系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、窒化ガリウム系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。
【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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
青色より長波長、例えば緑色を発光する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は寿命が短く、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。
【０００５】
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、発振波長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。発振波長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。
【０００６】
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以上の発振波長の領域では、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。
【０００７】
コア半導体領域とクラッド層との屈折率差を高めて光閉じ込めを達成するとき、低屈折率の窒化ガリウム系半導体層を基板上に成長する。しかしながら、基板上に成長する窒化ガリウム系半導体層に固有の格子定数（歪んでいない格子定数）と基板の格子定数との差が大きくなるとき、基板の半極性面へ成長された窒化ガリウム系半導体層にはミスフィット転位が導入される。したがって、半極性基板を用いてレーザダイオードを作製するとき、コア半導体領域とクラッド層との屈折率差を大きくすることは、クラックが発生しない場合であっても、成長された窒化ガリウム系半導体層にミスフィット転位が導入される。発明者らの知見によれば、この転位導入は、窒化ガリウム系半導体層においてｃ面が傾斜することに起因しており、ｃ面上にｃ軸方向に成長された窒化ガリウム系半導体層におけるクラック発生とは異なる。半極性面への窒化ガリウム系半導体層の成長では、ｃ面がすべり面として働き、制御されない格子緩和が引き起こされる。
【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、半極性面を用いて５００ｎｍ以上の光のレーザ発振可能な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窒化ガリウム系半導体レーザダイオードは、（ａ）III族窒化物半導体からなり、該III族窒化物半導体のｃ軸の方向に延在する基準軸に直交する第１の基準平面に対して角度ＡＬＰＨＡで傾斜した半極性主面を有する支持基体と、（ｂ）第１のクラッド層を含み、前記支持基体の前記主面上に設けられた第１のエピタキシャル半導体領域と、（ｃ）第２のクラッド層を含み、前記支持基体の前記主面上に設けられた第２のエピタキシャル半導体領域と、（ｄ）前記支持基体の前記主面上に設けられたコア半導体領域とを備える。前記コア半導体領域は、第１の光ガイド層、活性層及び第２の光ガイド層を含み、前記活性層はＩｎＸ０Ｇａ１−Ｘ０Ｎ層を含む、前記活性層は発振波長５００ｎｍ以上の光を発生するように設けられており、前記第１のクラッド層は、該III族窒化物半導体と異なる窒化ガリウム系半導体からなり、該窒化ガリウム系半導体はＡｌＧａＮ及びＩｎＡｌＧａＮの少なくともいずれか一方からなり、前記第１のエピタキシャル半導体領域、前記コア半導体領域及び前記第２のエピタキシャル半導体領域は、前記支持基体の前記半極性主面の法線軸の方向に順に配列されており、前記ｃ軸は＜０００１＞軸及び＜０００−１＞軸のいずれかの方向に向き、前記角度ＡＬＰＨＡは１０度以上８０度未満の範囲にあり、前記第１のエピタキシャル半導体領域の厚さは前記コア半導体領域の厚さよりも厚く、前記支持基体と前記第１のエピタキシャル半導体領域との第１の界面におけるミスフィット転位密度は１×１０６ｃｍ−１以下であり、前記第１のエピタキシャル半導体領域と前記コア半導体領域との第２の界面におけるミスフィット転位密度は１×１０６ｃｍ−１以下であり、前記コア半導体領域と前記第２のエピタキシャル半導体領域との第３の界面におけるミスフィット転位密度は１×１０６ｃｍ−１以下であり、前記第１のクラッド層の導電型は前記第２のクラッド層の導電型と逆導電型であり、前記第１の光ガイド層は前記活性層と前記第１のエピタキシャル半導体領域との間にあり、前記第１の光ガイド層は第１ＩｎＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ層及び第１ＧａＮ層を含み、前記第２の光ガイド層は前記活性層と前記第２のエピタキシャル半導体領域との間にあり、前記第２の光ガイド層は第２ＩｎＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ層及び第２ＧａＮ層を含む。
【００１０】
この窒化ガリウム系半導体レーザダイオードでは、活性層は発振波長５００ｎｍ以上の光を発生するように設けられるので、コア半導体領域に閉じ込めるべき光の波長は長波長であり、この波長帯で光閉じ込めを得るために、第１ＩｎＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ層及び第１ＧａＮ層を含む第１の光ガイド層と第２ＩｎＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ層及び第２ＧａＮ層を含む第２の光ガイド層とを用いる。
【００１１】
第１のクラッド層がＡｌＧａＮ及びＩｎＡｌＧａＮの少なくともいずれか一方からなる。第１のクラッド層の材料は、支持基体のIII族窒化物半導体と異なると共に第１のエピタキシャル半導体領域の厚さがコア半導体領域の厚さよりも厚いけれども、第１〜第３の界面におけるミスフィット転位密度は１×１０６ｃｍ−１以下である。これ故に、これらの界面において、ｃ面がすべり面として働いて当該半導体層に格子緩和を生じさせていない。コア半導体領域に光閉じ込めを得て、半極性面を用いて５００ｎｍ以上の光のレーザ発振可能なIII族窒化物半導体レーザダイオードを提供できる。
【００１２】
本発明に係る窒化ガリウム系半導体レーザダイオードでは、前記第１の光ガイド層及び前記第２の光ガイド層の厚みの総和は４００ｎｍ以下であることができる。
【００１３】
この窒化ガリウム系半導体レーザダイオードによれば、光ガイド層の厚みの総和は４００ｎｍ以下であるので、コア半導体領域の厚さを薄くできる。これ故に、レーザダイオードのしきい値電流を低くできる。
【００１４】
本発明に係る窒化ガリウム系半導体レーザダイオードでは、前記活性層は発振波長５３０ｎｍ以下の光を発生するように設けられていることができる。この窒化ガリウム系半導体レーザダイオードによれば、５３０ｎｍを超える長波長の光に対する閉じ込め困難度が更に高い。
【００１５】
本発明に係る窒化ガリウム系半導体レーザダイオードでは、前記活性層の前記ＩｎＸ０Ｇａ１−Ｘ０Ｎ層のインジウム組成Ｘ０は、前記第１の光ガイド層の前記第１ＩｎＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ層のインジウム組成Ｘ１より大きく、インジウム組成差Ｘ１−Ｘ０は０．２６以上であることができる。
【００１６】
この窒化ガリウム系半導体レーザダイオードによれば、長波長の発光には、ＩｎＸ０Ｇａ１−Ｘ０Ｎ層のインジウム組成Ｘ０を高めることが求められる。一方、光ガイド層とクラッド層との間に格子緩和を生じさせたくない。このために、比較的薄い半導体層の積層を含むコア半導体領域内に、インジウム組成差Ｘ１−Ｘ０を大きく取る半導体層を設けて、第２の界面における格子不整度を小さくする。
【００１７】
本発明に係る窒化ガリウム系半導体レーザダイオードでは、前記第１光ガイド層において前記第１ＩｎＧａＮ層のインジウム組成Ｘ１は０．０１以上０．０５以下であり、前記第１光ガイド層において前記第１ＩｎＧａＮ層と前記第１ＧａＮ層との界面におけるミスフィット転位密度は１×１０６ｃｍ−１以下であることができる。
【００１８】
この窒化ガリウム系半導体レーザダイオードによれば、光ガイド層にＧａＮ層及びＩｎＧａＮ層との二層構造で構成することによって、コア半導体領域の実効屈折率を高めることができる。クラッド層と活性層との間に光ガイド層のＩｎＧａＮ層が位置する。光ガイド層がＧａＮ層に加えてＩｎＧａＮ層を含むので、光ガイド層内のミスフィット転位密度を下げて、光ガイド層内で格子緩和を避けることができる。
【００１９】
本発明に係る窒化ガリウム系半導体レーザダイオードでは、前記III族窒化物半導体おけるｃ軸方向と該ｃ軸方向の格子定数ｄ０の大きさとは格子ベクトルＬＶＣ０によって表され、前記第１のエピタキシャル半導体領域における前記第１クラッド層のための半導体材料のｃ軸方向と該ｃ軸方向の格子定数ｄ１の大きさとは格子ベクトルＬＶＣ１によって表され、前記格子ベクトルＬＶＣ０は前記法線軸の方向の縦成分Ｖ０Ｌと前記縦成分に直交する横成分Ｖ０Ｔとからなり、前記格子ベクトルＬＶＣ１は前記法線軸の方向の縦成分Ｖ１Ｌと前記縦成分に直交する横成分Ｖ１Ｔとからなり、横方向に関する格子不整度（Ｖ１Ｔ−Ｖ０Ｔ）／Ｖ０Ｔは格子整合条件を満たす。
【００２０】
この窒化ガリウム系半導体レーザダイオードによれば、第１クラッド層のための半導体材料に固有の格子定数と支持基体の格子定数との間の差に起因する格子緩和を避けることができる。
【００２１】
本発明に係る窒化ガリウム系半導体レーザダイオードでは、前記第１の光ガイド層の前記第１のＩｎＧａＮ層のための半導体材料のｃ軸方向と該ｃ軸方向の格子定数ｄ２の大きさとは格子ベクトルＬＶＣ２によって表され、前記格子ベクトルＬＶＣ２は前記法線軸の方向の縦成分Ｖ２Ｌと前記縦成分に直交する横成分Ｖ２Ｔとからなり、横方向に関する格子不整度（Ｖ２Ｔ−Ｖ０Ｔ）／Ｖ０Ｔの値は格子整合条件を満たす範囲にある。
【００２２】
この窒化ガリウム系半導体レーザダイオードによれば、第１の光ガイド層の半ＩｎＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ層の半導体材料に固有の格子定数と支持基体の格子定数との間の差に起因する格子緩和を避けることができる。
【００２３】
本発明に係る窒化ガリウム系半導体レーザダイオードでは、前記第２のエピタキシャル半導体領域における前記第２クラッド層のための半導体材料のｃ軸方向と該ｃ軸方向の格子定数ｄ３の大きさとは格子ベクトルＬＶＣ３によって表され、前記格子ベクトルＬＶＣ３は前記法線軸の方向の縦成分Ｖ３Ｌと前記縦成分に直交する横成分Ｖ３Ｔとからなり、横方向に関する格子不整度（Ｖ３Ｔ−Ｖ０Ｔ）／Ｖ０Ｔは格子整合条件を満たす。
【００２４】
この窒化ガリウム系半導体レーザダイオードによれば、第２クラッド層のための半導体材料に固有の格子定数と支持基体の格子定数との間の差に起因する格子緩和を避けることができる。
【００２５】
本発明に係る窒化ガリウム系半導体レーザダイオードでは、前記第１のクラッド層はＡｌＧａＮ層からなり、前記ＡｌＧａＮ層のアルミニウム組成は０．０４以下であり、前記ＡｌＧａＮ層の厚さは５００ｎｍ以下である。この窒化ガリウム系半導体レーザダイオードによれば、第１のクラッド層のＡｌＧａＮ層のアルミニウム組成及び膜厚が大きくなるので、第１のクラッド層のＡｌＧａＮ層に起因する格子緩和を避けることができる。或いは、本発明に係る窒化ガリウム系半導体レーザダイオードでは、前記第１のクラッド層はＩｎＡｌＧａＮ層からなり、前記ＩｎＡｌＧａＮ層のバンドギャップは、前記光ガイド層の第１ＧａＮ層のバンドギャップより大きい。この窒化ガリウム系半導体レーザダイオードによれば、ＩｎＡｌＧａＮ層のバンドギャップがＧａＮのバンドギャップより大きいので、このＩｎＡｌＧａＮ層の屈折率はＧａＮの屈折率より高くできる。四元系窒化ガリウム系半導体を用いることによって、格子緩和を避けることができる。
【００２６】
本発明に係る窒化ガリウム系半導体レーザダイオードでは、前記角度ＡＬＰＨＡは６３度以上８０度未満であることができる。この窒化ガリウム系半導体レーザダイオードでは、角度ＡＬＰＨＡが上記の角度範囲であるとき、ｃ面がすべり面として作用して格子緩和が生じやすい。しかしながら、ＩｎＧａＮの成長において、良好なインジウム取り込みを示す。
【００２７】
本発明に係る窒化ガリウム系半導体レーザダイオードでは、前記角度ＡＬＰＨＡは７０度以上８０度未満であることができる。この窒化ガリウム系半導体レーザダイオードでは、角度ＡＬＰＨＡが上記の角度範囲であるとき、ｃ面がすべり面として作用して格子緩和が生じやすい。しかしながら、ＩｎＧａＮの成長において、良好なインジウム取り込み及び小さいインジウム偏析を示す。
【００２８】
本発明に係る窒化ガリウム系半導体レーザダイオードでは、前記角度ＡＬＰＨＡは７２度以上７８度未満であることができる。この窒化ガリウム系半導体レーザダイオードでは、角度ＡＬＰＨＡが上記の角度範囲であるとき、ｃ面がすべり面として作用して格子緩和が生じやすい。しかしながら、ＩｎＧａＮの成長において、良好なインジウム取り込み、小さいインジウム偏析及び良好なモフォロジを示す。
【００２９】
本発明に係る窒化ガリウム系半導体レーザダイオードでは、前記支持基体の前記III族窒化物半導体はＧａＮであることができる。この窒化ガリウム系半導体レーザダイオードによれば、良好な結晶品質なものを入手できるＧａＮ支持基体上ではすべり面の生成を抑制して良好な結晶成長が可能になる。
【００３０】
本発明に係る窒化ガリウム系半導体レーザダイオードでは、前記コア半導体領域は電子ブロック層を含むことができる。例えば、電子ブロック層は第２ＩｎＧａＮ層と第２ＧａＮ層との間に位置することができる。或いは、電子ブロック層は第２ＧａＮ層と第２のクラッド層との間に位置することができる。電子ブロック層の位置を調整して、キャリア閉じ込めと光閉じ込めとを調整できる。
【００３１】
本発明に係る窒化ガリウム系半導体レーザダイオードでは、前記基準軸の傾斜方向はａ軸方向であることができる。或いは、本発明に係る窒化ガリウム系半導体レーザダイオードでは、前記基準軸の傾斜方向はｍ軸方向であることができる。
【００３２】
本発明に係る窒化ガリウム系半導体レーザダイオードは、当該窒化ガリウム系半導体レーザダイオードのための共振器を構成する一対の端面を更に備えることができる。当該窒化ガリウム系半導体レーザダイオードのためのレーザストライプは前記基準軸と前記法線軸との両方に直交する方向に延在することができる。或いは、本発明に係る窒化ガリウム系半導体レーザダイオードは、当該窒化ガリウム系半導体レーザダイオードのための共振器を構成する一対の端面を更に備えることができる。当該窒化ガリウム系半導体レーザダイオードのためのレーザストライプは、前記基準軸と前記法線軸とによって規定される第２の基準平面に沿って延在する。半極性により異方的な歪みを内包する活性層において、レーザストライプの向きに応じてレーザ発振に寄与するバンド遷移を選択できる。
【００３３】
本発明に係る窒化ガリウム系半導体レーザダイオードでは、前記第２のエピタキシャル半導体領域上において前記レーザストライプに沿って延在する電極を更に備えることができる。前記一対の端面の各々は、前記支持基体の裏面のエッジから前記第２のエピタキシャル半導体領域の表面のエッジまで延在する。
【００３４】
この窒化ガリウム系半導体レーザダイオードでは、レーザ発振のための光共振器は、スクライブの形成とブレード等を用いた分離とによりレーザバーを作製することが良好な端面を得ることができる。
【００３５】
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】
【００３６】
以上説明したように、本発明によれば、半極性面を用いて５００ｎｍ以上の光のレーザ発振可能な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】
【００３７】
【図１】図１は、本実施の形態に係る窒化ガリウム系半導体レーザダイオードを概略的に示す図面である。
【図２】図２は、本実施の形態に係る窒化ガリウム系半導体レーザダイオードにおける格子定数を示す図面である。
【図３】図３は、本実施例に係るレーザダイオードの構造を概略的に示す図面である。
【図４】図４は、エピタキシャル基板ＥのＸ線回折による逆格子マッピング像を示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
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、本発明の窒化ガリウム系半導体レーザダイオード及びそのエピタキシャル基板、並びにこれらの製造方法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。
【００３９】
図１は、本実施の形態に係る窒化ガリウム系半導体レーザダイオードを概略的に示す図面である。図１を参照すると、直交座標系Ｓ及び結晶座標系ＣＲが示されている。
【００４０】
窒化ガリウム系半導体レーザダイオード１１は、支持基体１３と、第１のエピタキシャル半導体領域１５と、第２のエピタキシャル半導体領域１７と、コア半導体領域１９とを備える。支持基体１３は半極性の主面１３ａ及び半極性の裏面１３ｂを有する。この半極性主面１３ａは、該III族窒化物半導体のｃ軸の方向に延在する基準軸Ｃｘに直交する第１の基準平面Ｓｃに対して角度ＡＬＰＨＡで傾斜する。基準軸Ｃｘは＜０００１＞軸及び＜０００−１＞軸のいずれかの方向に向いている。基準軸Ｃｘの傾斜方向はａ軸方向であることができる。或いは、基準軸Ｃｘの傾斜方向はｍ軸方向であることができる。角度ＡＬＰＨＡは１０度以上８０度未満の範囲にある。第１のエピタキシャル半導体領域１５の厚さはコア半導体領域１９の厚さよりも厚い。支持基体１３はIII族窒化物半導体からなり、III族窒化物半導体はＩｎＳＡｌＴＧａ１―Ｓ−ＴＮ（０≦Ｓ≦１、０≦Ｔ≦１、０≦Ｓ＋Ｔ＜１）からなり、例えばＧａＮ等からなる。第１のエピタキシャル半導体領域１５、コア半導体領域１９及び第２のエピタキシャル半導体領域１７は、支持基体１３の主面１３ａ上に設けられている。第１のエピタキシャル半導体領域１５は、支持基体１３の主面１３ａ上へのエピタキシャル成長によって形成されており、また支持基体１３の主面１３ａの全体を覆うように設けられている。第１のエピタキシャル半導体領域１５は第１のクラッド層２１を含み、必要な場合には、第１のクラッド層２１と支持基体１３との間にバッファ層を含むことができる。第１のクラッド層２１は、該III族窒化物半導体と異なる窒化ガリウム系半導体からなる。第１のクラッド層２１の窒化ガリウム系半導体はＡｌＧａＮ及びＩｎＡｌＧａＮの少なくともいずれか一方からなることができる。
【００４１】
第２のエピタキシャル半導体領域１７は、コア半導体領域１９の主面１９ａ上へのエピタキシャル成長によって形成されており、またコア半導体領域１９の主面１９ａの全体を覆うように設けられている。第２のエピタキシャル半導体領域１７は、第２のクラッド層２３を含み、また第２のクラッド層２３に加えてｐ型コンタクト層２５を含む。第１のクラッド層２１の導電型は第２のクラッド層２３の導電型と逆導電型である。第１のクラッド層２１はｎ型を示し、第２のクラッド層２３はｐ型を示す。
【００４２】
コア半導体領域１９は、第１の光ガイド層２７、活性層２９及び第２の光ガイド層３１を含む。活性層２９は、法線軸Ａｘの方向（直交座標系ＳのＺ軸の方向）に交互に配列された井戸層２９ａ及び障壁層２９ｂを含むことができる。活性層２９では、井戸層２９ａは窒化ガリウム系半導体からなることができ、例えばＩｎＸ０Ｇａ１−Ｘ０Ｎからなることができる。障壁層２９ｂは窒化ガリウム系半導体からなることができ、例えばＩｎＧａＮ、ＧａＮ等からなることができる。活性層２９は発振波長５００ｎｍ以上の光を発生するように設けられている。緑色光の波長よりも長波長の発光を提供できる。また、活性層２９は発振波長５３０ｎｍ以下の光を発生するように設けられている。５３０ｎｍを超える長波長の光に対する閉じ込め困難度は更に高い。井戸層２９ａは例えば基準軸Ｃｘに角度ＡＬＰＨＡで傾斜する基準面Ｒ２に沿って延在している。井戸層２９ａは異方的な歪みを内包している。
【００４３】
第１のエピタキシャル半導体領域１５、コア半導体領域１９及び第２のエピタキシャル半導体領域１７は、支持基体１３の半極性主面１３ａの法線軸Ａｘの方向に順に配列されている。
【００４４】
角度ＡＬＰＨＡは６３度以上８０度未満であることができる。この角度範囲の角度ＡＬＰＨＡでは、ｃ面がすべり面として作用して格子緩和が生じる可能性があるけれども、ＩｎＧａＮの成長において、良好なインジウム取り込みを示す。また、角度ＡＬＰＨＡは７０度以上８０度未満であることができる。この角度範囲の角度ＡＬＰＨＡでは、ｃ面がすべり面として作用して格子緩和が生じる可能性があるけれども、ＩｎＧａＮの成長において、良好なインジウム取り込み及び小さいインジウム偏析を示す。さらに、角度ＡＬＰＨＡは７２度以上７８度未満であることができる。この角度範囲の角度ＡＬＰＨＡでは、ｃ面がすべり面として作用して格子緩和が生じる可能性があるけれども、ＩｎＧａＮの成長において、良好なインジウム取り込み、小さいインジウム偏析及び良好なモフォロジを示す。
【００４５】
第１の光ガイド層２７は活性層２９と第１のエピタキシャル半導体領域１５との間にある。第１の光ガイド層２７は第１ＩｎＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ層２７ａ及び第１ＧａＮ層２７ｂを含む。第２の光ガイド層３１は活性層２９と第２のエピタキシャル半導体領域１７との間にある。第２の光ガイド層３１は第２ＩｎＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ層３１ａ及び第２ＧａＮ層３１ｂを含む。
【００４６】
支持基体１３と第１のエピタキシャル半導体領域１５との第１の界面Ｊ１におけるミスフィット転位密度は１×１０６ｃｍ−１以下である。第１のエピタキシャル半導体領域１５とコア半導体領域１９との第２の界面Ｊ２におけるミスフィット転位密度は１×１０６ｃｍ−１以下である。コア半導体領域１９と第２のエピタキシャル半導体領域１７との第３の界面Ｊ３におけるミスフィット転位密度は１×１０６ｃｍ−１以下である。
【００４７】
この窒化ガリウム系半導体レーザダイオード１１では、活性層２９は発振波長５００ｎｍ以上の光を発生するように設けられるので、コア半導体領域２９に閉じ込めるべき光の波長は長波長であり、この波長帯で光閉じ込めを得るために、２層構造の第１の光ガイド層２７と２層構造の第２の光ガイド層３１とを用いる。第１のクラッド層２１がＡｌＧａＮ及びＩｎＡｌＧａＮの少なくともいずれか一方からなる。第１のクラッド層２１の材料はIII族窒化物半導体と異なると共に第１のエピタキシャル半導体領域１５の厚さＤ１５がコア半導体領域１９の厚さＤ１９よりも厚いけれども、第１〜第３の界面Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３におけるミスフィット転位密度は１×１０６ｃｍ−１以下である。これ故に、これらの界面Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３において、ｃ面がすべり面として働いて当該半導体層に格子緩和を生じさせていない。コア半導体領域１９に光閉じ込めを得ることは容易ではないけれども、半極性面１３ａを用いて５００ｎｍ以上の光のレーザ発振可能なIII族窒化物半導体レーザダイオード１１を提供できる。
【００４８】
第１及び第２の光ガイド層２７、３１の厚みＤ１、Ｄ２の総和（Ｄ１＋Ｄ２）は４００ｎｍ以下であることができる。光ガイド層の厚みの総和は４００ｎｍ以下であるので、コア半導体領域１９の厚さＤ１９を薄くできる。これ故に、光閉じ込めを向上でき、レーザダイオードのしきい値電流を低くできる。
【００４９】
活性層２９のＩｎＸ０Ｇａ１−Ｘ０Ｎ層２９ａのインジウム組成Ｘ０は第１の光ガイド層２７の第１ＩｎＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ層２７ｂのインジウム組成Ｘ１より大きく、インジウム組成差Ｘ１−Ｘ０は０．２６以上であることができる。長波長の発光には、ＩｎＸ０Ｇａ１−Ｘ０Ｎ層２９ａのインジウム組成Ｘ０を高めることが求められる。一方、光ガイド層２７とクラッド層２１との間に格子緩和を生じさせたくない。このために、比較的薄い半導体層の積層を含むコア半導体領域１９内に、インジウム組成差Ｘ１−Ｘ０を大きく取る半導体層を設けて、第２の界面Ｊ２における格子不整度を小さくする。
【００５０】
第１光ガイド層２７において第１ＩｎＧａＮ層２７ｂのインジウム組成Ｘ１は０．０１以上０．０５以下であることができる。第１光ガイド層２７において第１ＩｎＧａＮ層２７ｂと第１ＧａＮ層２７ａとの界面Ｊ４におけるミスフィット転位密度は１×１０６ｃｍ−１以下であることができる。
【００５１】
光ガイド層２７にＧａＮ層及びＩｎＧａＮ層との二層構造で構成することによって、コア半導体領域１９の実効屈折率を高めることができる。クラッド層２１と活性層１９との間に光ガイド層２７のＩｎＧａＮ層２７ａが位置する。光ガイド層２７がＧａＮ層に加えてＩｎＧａＮ層を含むので、光ガイド層２７のミスフィット転位密度を下げて、光ガイド層２７内で格子緩和を避けることができる。
【００５２】
また、活性層２９のＩｎＸ０Ｇａ１−Ｘ０Ｎ層２９ａのインジウム組成Ｘ０は第２の光ガイド層３１の第２ＩｎＸ２Ｇａ１−Ｘ２Ｎ層３１ａのインジウム組成Ｘ２より大きく、インジウム組成差Ｘ２−Ｘ０は０．２６以上であることができる。長波長の発光には、ＩｎＸ０Ｇａ１−Ｘ０Ｎ層２９ａのインジウム組成Ｘ０を高めることが求められる。一方、光ガイド層３１とクラッド層２３との間に格子緩和を生じさせたくない。このために、比較的薄い半導体層の積層を含むコア半導体領域１９内に、インジウム組成差Ｘ２−Ｘ０を大きく取る半導体層を設けて、第３の界面Ｊ３における格子不整度を小さくする。
【００５３】
第２光ガイド層３１において前記第２ＩｎＧａＮ層３１ａのインジウム組成Ｘ２は０．０１以上０．０５以下であることができる。第２光ガイド層３１において第２ＩｎＧａＮ層３１ａと第２ＧａＮ層３１ｂとの界面Ｊ５におけるミスフィット転位密度は１×１０６ｃｍ−１以下であることができる。光ガイド層３１にＧａＮ層及びＩｎＧａＮ層との二層構造で構成することによって、コア半導体領域１９の実効屈折率を高めることができる。クラッド層２３と活性層１９との間に光ガイド層３１のＩｎＧａＮ層が位置する。光ガイド層３１がＧａＮ層に加えてＩｎＧａＮ層を含むので、光ガイド層３１のミスフィット転位密度を下げて、光ガイド層３１内で格子緩和を避けることができる。
【００５４】
窒化ガリウム系半導体レーザダイオード１１は、第２のエピタキシャル半導体領域１７上においてレーザストライプに沿って延在する電極（例えばアノード）３５ａを更に備えることができる。支持基体１３の裏面１３ｂ上には、電極（例えばカソード）３５ｂが設けられることができる。
【００５５】
窒化ガリウム系半導体レーザダイオードは、当該窒化ガリウム系半導体レーザダイオードのための共振器を構成する一対の端面３７ａ、３７ｂを更に備えることができる。一対の端面３７ａ、３７ｂは、レーザストライプの両端に位置する。一対の端面３７ａ、３７ｂの各々は、レーザ共振器のために必要な平坦性及び垂直性の両方を満たす。また、端面３７ａ、３７ｂの各々は、支持基体１３の裏面１３ｂのエッジから第２のエピタキシャル半導体領域１７の表面１７ａのエッジまで延在する。
【００５６】
レーザ発振を可能にするこのような光共振器、つまり良好な端面３７ａ、３７ｂは、スクライブの形成とブレード等を用いた分離とによりレーザバーを作製することによって得ることができる。窒化ガリウム系半導体レーザダイオード１１のためのレーザストライプは基準軸Ｃｘと法線軸Ａｘとの両方に直交する方向に延在することができる。或いは、窒化ガリウム系半導体レーザダイオード１１のためのレーザストライプは、基準軸Ｃｘと法線軸Ａｘとによって規定される基準平面に沿って延在する。この基準平面は端面３７ａ、３７ｂに交差し、好ましくは実質的に直交する。半極性により異方的な歪みを内包する活性層２９において、レーザストライプの向きに応じてレーザ発振に寄与するバンド遷移を選択できる。
【００５７】
第１のクラッド層２１はＡｌＧａＮ層からなることができる。このＡｌＧａＮのアルミニウム組成は０．０４以下であり、０．０１以上であることができる。この第１のクラッド層２１の厚さは５００ｎｍ以下である。第１のクラッド層２１のアルミニウム組成及び膜厚が大きくなるので、第１のクラッド層２１のＡｌＧａＮ層に起因する格子緩和を避けることができる。或いは、第１のクラッド層２１はＩｎＡｌＧａＮ層からなり、このＩｎＡｌＧａＮ層のバンドギャップは光ガイド層２７の第１ＧａＮ層２７ｂのバンドギャップより大きい。この第１のクラッド層２１の厚さは５００ｎｍ以下である。このＩｎＡｌＧａＮ層のバンドギャップがＧａＮのバンドギャップより大きいので、このＩｎＡｌＧａＮ層の屈折率はＧａＮの屈折率より高くできる。四元系窒化ガリウム系半導体を用いることによって、格子緩和を避けることができる。
【００５８】
第２のクラッド層２３はＡｌＧａＮ層からなることができる。このＡｌＧａＮのアルミニウム組成は０．０４以下であり、０．０１以上であることができる。この第２のクラッド層２３の厚さは５００ｎｍ以下である。第２のクラッド層２３のアルミニウム組成及び膜厚が大きくなるので、第２のクラッド層２３のＡｌＧａＮ層に起因する格子緩和を避けることができる。或いは、第２のクラッド層２３はＩｎＡｌＧａＮ層からなり、このＩｎＡｌＧａＮ層のバンドギャップは光ガイド層３１の第２ＧａＮ層３１ｂのバンドギャップより大きい。この第１のクラッド層２１の厚さは５００ｎｍ以下である。このＩｎＡｌＧａＮ層のバンドギャップがＧａＮのバンドギャップより大きいので、このＩｎＡｌＧａＮ層の屈折率はＧａＮの屈折率より高くできる。
【００５９】
コア半導体領域１９は電子ブロック層３３を含むことができる。電子ブロック層３３は、例えば光ガイド層３１と第２のエピタキシャル領域１７との間に位置する。必要な場合には、電子ブロック層３３は第２ＩｎＧａＮ層と第２ＧａＮ層との間に位置することができる。或いは、電子ブロック層の位置を調整して、キャリア閉じ込め及び光閉じ込めを調整できる。
【００６０】
図２は、本実施の形態に係る窒化ガリウム系半導体レーザダイオードにおける格子定数を示す図面である。支持基体１３上に成長される半導体層は「ＤＳＵＢ」で示される支持基体１３の格子定数に以下の格子整合条件で一致する。支持基体１３のｃ軸方向と該ｃ軸方向に関してIII族窒化物半導体に固有（無歪み）の格子定数ｄ０の大きさとは、格子ベクトルＬＶＣ０によって表される。格子ベクトルＬＶＣ０は法線軸Ａｘの方向の縦成分Ｖ０Ｌとこの縦成分に直交する横成分Ｖ０Ｔとからなる。第１クラッド層２１のための半導体材料のｃ軸方向と該半導体材料に固有（無歪み）のｃ軸方向格子定数ｄ１の大きさとは、格子ベクトルＬＶＣ１によって表される。格子ベクトルＬＶＣ１は、法線軸Ａｘの方向の縦成分Ｖ１Ｌとこの縦成分に直交する横成分Ｖ１Ｔとからなる。横方向に関する格子不整度Ｆ１０は
（Ｖ１Ｔ−Ｖ０Ｔ）／Ｖ０Ｔ
で表され、格子不整度Ｆ１０は格子整合条件を満たす。格子整合条件は例えば
-0.001≦Ｆ１０≦0.001
である。この窒化ガリウム系半導体レーザダイオード１１によれば、第１クラッド層２１のための半導体材料に固有の格子定数と支持基体１３の格子定数との間の差に起因する格子緩和を避けることができる。
【００６１】
また、第１の光ガイド層２７の第１のＩｎＧａＮ層２７ａのための半導体材料のｃ軸方向と半導体材料に固有（無歪み）のｃ軸方向格子定数ｄ２の大きさとは格子ベクトルＬＶＣ２によって表される。格子ベクトルＬＶＣ２は法線軸Ａｘの方向の縦成分Ｖ２Ｌとこの縦成分に直交する横成分Ｖ２Ｔとからなる。横方向に関する格子不整度Ｆ２０は
（Ｖ２Ｔ−Ｖ０Ｔ）／Ｖ０Ｔで表される。この格子不整度Ｆ２０は格子整合条件を満たす。格子整合条件は例えば
-0.001≦Ｆ２０≦0.001
である。この窒化ガリウム系半導体レーザダイオード１１によれば、ＩｎＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ層２７ａの半導体材料に固有の格子定数と支持基体１３の格子定数との間の差に起因する格子緩和を避けることができる。
【００６２】
第２のエピタキシャル半導体領域１７における第２のクラッド層２３のための半導体材料のｃ軸方向と該半導体材料に固有（無歪み）のｃ軸方向格子定数ｄ３の大きさとは格子ベクトルＬＶＣ３によって表される。格子ベクトルＬＶＣ３は法線軸Ａｘの方向の縦成分Ｖ３Ｌとこの縦成分に直交する横成分Ｖ３Ｔとからなる。横方向に関する格子不整度Ｆ３０は
（Ｖ３Ｔ−Ｖ０Ｔ）／Ｖ０Ｔで表される。横方向に関する格子不整度Ｆ３０は格子整合条件を満たす。格子整合条件は例えば
-0.001≦Ｆ３０≦0.001
である。この窒化ガリウム系半導体レーザダイオード１１によれば、第２クラッド層２３のための半導体材料に固有の格子定数と支持基体１３の格子定数との間の差に起因する格子緩和を避けることができる。
【００６３】
また、第２の光ガイド層３１の第２のＩｎＧａＮ層３１ａのための半導体材料のｃ軸方向と半導体材料に固有（無歪み）のｃ軸方向格子定数ｄ４の大きさとは格子ベクトルＬＶＣ４によって表される。格子ベクトルＬＶＣ４は法線軸Ａｘの方向の縦成分Ｖ４Ｌとこの縦成分に直交する横成分Ｖ５Ｔとからなる。
横方向に関する格子不整度Ｆ４０は
（Ｖ４Ｔ−Ｖ０Ｔ）／Ｖ０Ｔで表される。この格子不整度Ｆ４０は格子整合条件を満たす。格子整合条件は例えば
-0.001≦Ｆ４０≦0.001
である。この窒化ガリウム系半導体レーザダイオード１１によれば、ＩｎＸ１Ｇａ１−Ｘ１Ｎ層２７ａの半導体材料に固有の格子定数と支持基体１３の格子定数との間の差に起因する格子緩和を避けることができる。
【００６４】
（実施例）
半極性主面を有するＧａＮ基板上にレーザダイオード構造（ＬＤ１）のエピタキシャル基板を作製した。図３は、本実施例に係るレーザダイオードの構造を概略的に示す図面である。エピタキシャル成長のための原料として、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、アンモニア（ＮＨ３）、シラン（ＳｉＨ４）、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）を用いた。
【００６５】
６３度から８０度未満の傾斜角の範囲内の傾斜角に該当するＧａＮ基板が準備された。ＧａＮ基板は、六方晶系ＧａＮにおけるｍ軸方向にｃ軸に直交する平面から７５度の角度で傾斜した主面を有しており、この傾斜面は（２０−２１）面として示され、ｍ軸方向に７５度の角度で傾斜している。この主面も鏡面研磨されている。この基板上に以下の条件でエピタキシャル成長を行った。
【００６６】
まず、ＧａＮ基板５１を成長炉内に設置した。摂氏１０５０度の温度において、アンモニア及び水素を流しながら１０分間熱処理を行った。この熱処理による表面改質によって、ＧａＮ基板５１の表面５１ａに、オフ角によって規定されるテラス構造が形成される。この熱処理の後に、ＧａＮ系半導体領域が成長される。例えば、摂氏１１００度において、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、シランを成長炉に供給して、ｎ型クラッド層５２を成長した。ｎ型クラッド層５２は、例えばＳｉドープＡｌＧａＮ層である。ＡｌＧａＮ層の厚さは例えば５００マイクロメートルであり、そのＡｌ組成は例えば０．０３であった。
【００６７】
次いで、摂氏８７０度の基板温度で、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを成長炉に供給して、ｎ型クラッド層５２上に光ガイド層５３を成長した。光ガイド層５３の成長では、例えばｎ型ＧａＮ層５３ａが成長され、その厚さは１００ｎｍであった。続けて、ｎ型ＧａＮ層５３ａ上に、例えばアンドープＩｎＧａＮ層５３ｂが成長され、その厚さは１００ｎｍであった。このＩｎＧａＮのインジウム組成は例えば０．０２であった。
【００６８】
次いで、光ガイド層５３上に活性層５４を成長する。摂氏８７０度の基板温度で、ＴＭＧ、ＮＨ３を成長炉に供給して、この障壁層成長温度でＧａＮ系半導体障壁層５４ａを成長した。障壁層５４ａは、例えばアンドープＧａＮであり、その厚さは１５ｎｍである。障壁層５４ａの成長後に、成長を中断して、摂氏８７０度から摂氏８３０度に基板温度を変更する。変更後の井戸層成長温度で、ＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ３を成長炉に供給して、アンドープＩｎＧａＮ井戸層５４ｂを成長した。その厚さは３ｎｍである。井戸層５４ｂの成長後に、ＴＭＩの供給を停止すると共に、ＴＭＧ、アンモニアを成長炉に供給しながら、摂氏８３０度から摂氏８７０度に基板温度を変更した。この変更中にも、アンドープＧａＮ障壁層５４ａの一部分が成長されている。温度の変更が完了した後に、アンドープＧａＮ障壁層５４ａの残り部分を成長した。ＧａＮ障壁層５４ａの厚さは１５ｎｍである。続けて、障壁層５４ａの成長、温度変更、井戸層５４ｂの成長、を繰り返して、ＩｎＧａＮ井戸層５４ｂ、ＧａＮ障壁層５４ａを形成した。ＩｎＧａＮ井戸層５４ｂのインジウム組成は例えば０．３であった。
【００６９】
活性層５４上に光ガイド層５５を成長した。光ガイド層５５の成長においては、摂氏８７０度の基板温度で、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを成長炉に供給して、例えばアンドープのＩｎＧａＮ層５５ａを成長した。この厚さは１００ｎｍであり、そのＩｎ組成は０．０２であった。続けて、このＩｎＧａＮ層５５ａ上に、例えばｐ型ＧａＮ層５５ｂが成長され、その厚さは１００ｎｍであった。
【００７０】
光ガイド層５５上に、ＧａＮ系半導体領域が成長される。光ガイド層５５の成長後に、ＴＭＧ及びＴＭＩの供給を停止して、基板温度を摂氏１１００度に上昇した。この温度で、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウムを成長炉に供給して、電子ブロック層５６及びｐ型クラッド層５７を成長した。電子ブロック層５６は例えばＡｌＧａＮであった。電子ブロック層５６の厚さは例えば２０ｎｍであり、Ａｌ組成は０．１６であった。ｐ型クラッド層５７は例えばＡｌＧａＮであった。ｐ型クラッド層５７の厚さは例えば４００ｎｍであり、Ａｌ組成は０．０３であった。この後に、ＴＭＡの供給を停止して、ｐ型コンタクト層５８を成長した。ｐ型コンタクト層５８は例えばＧａＮからなり、その厚さ例えば５０ｎｍであった。成膜後に、成長炉の温度を室温まで降温して、エピタキシャル基板Ｅを作製した。
【００７１】
このエピタキシャル基板Ｅ上に電極を形成した。まず、シリコン酸化膜といった絶縁膜５９を堆積し、この絶縁膜５９にフォトリソグラフィ及びエッチングによりコンタクト窓を形成した。コンタクト窓は、例えばストライプ形状であり、その幅は例えば１０マイクロメートルである。次いで、ｐ型ＧａＮコンタクト層５８上にｐ電極（Ｎｉ／Ａｕ）６０ａを形成した。この後に、ｐパッド電極（Ｔｉ／Ａｕ）を形成した。ｎ電極（Ｔｉ／Ａｌ）６０ｂをエピタキシャル基板の裏面に形成した。電極アニール（例えば、摂氏５５０度で１分）の手順で行って基板生産物を作製した。
【００７２】
この基板生産物Ｐを４００μｍ間隔でスクライブした後に、ブレードといった分離装置を用いて、基板生産物からレーザバーを形成した。スクライブは例えばレーザスクライブ装置を用いた。レーザバーの端面６１ａ、６１ｂは、光共振器の適用可能な程度に平坦性及び垂直性を有した。アノード及びカソード間に電流を印加したとき、レーザダイオードは発振波長５００ｎｍのレーザ光を生成した。しきい値電流は６０ｋＡ／ｃｍ２であった。
【００７３】
図４は、エピタキシャル基板ＥのＸ線回折による逆格子マッピング像を示す図面である。縦軸は、半導体積層を含むエピタキシャル基板Ｅにおいて半導体積層の積層方向に関する格子定数を示し、横軸は、半導体積層の積層方向に直交する面内方向に関する格子定数を示す。図４を参照すると、縦軸に垂直な線ＬＩＮＥ上に、信号強度のピーク値Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３が配列されている。この配列は、縦方向に関して、各半導体層が互いに同じ格子定数を有することを示している。
【００７４】
以上説明したように、本実施の形態によれば、半極性面を用いて５００ｎｍ以上の光のレーザ発振可能なIII族窒化物半導体レーザダイオードが提供される。
【００７５】
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】
【００７６】
１１…窒化ガリウム系半導体レーザダイオード、１３…支持基体、１３ａ…支持基体主面、１５…第１のエピタキシャル半導体領域、１７…第２のエピタキシャル半導体領域、１９…コア半導体領域、１９ａ…コア半導体領域主面、２１…第１のクラッド層、２３…第２のクラッド層、２７…第１の光ガイド層、２７ａ…第１ＩｎＧａＮ層、２７ｂ…第１ＧａＮ層、２９…活性層、２９ａ…井戸層、２９ｂ…障壁層、３１…第２の光ガイド層、３１ａ…第２ＩｎＧａＮ層、３１ｂ…第２ＧａＮ層、Ａｘ…法線軸、Ｃｘ…基準軸、Ｊ１、Ｊ２、Ｊ３…界面、３５ａ、３５ｂ…電極、３７ａ、３７ｂ…端面、Ｆ１０、Ｆ２０、Ｆ３０、Ｆ４０…格子不整度  
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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