(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＮ層を含む基板と、
前記基板の上方に設けられたＩｎＡｌＮを含む第１の屈折率補正層と、
前記第１の屈折率補正層の上方に設けられた第１のクラッド層と、
前記第１のクラッド層の上方に設けられた活性層と、
前記活性層の上方に設けられた、リッジを有する第２のクラッド層と、
を備え、
前記第１のクラッド層と前記活性層の間に設けられた第１のガイド層と、
前記第２のクラッド層と前記活性層の間に設けられた第２のガイド層と、
を有し、
前記第１のガイド層、前記第２のガイド層、及び前記活性層がＩｎＧａＮを含み、
前記第１のクラッド層の膜厚をＴｎｃとし、
前記第１のガイド層の膜厚をＴｎｇとし、
前記第２のガイド層の膜厚をＴｐｇとした場合に、
Ｔｎｇ［μｍ］≦−０．９８Ｔｎｃ［μｍ］−１．２Ｔｐｇ［μｍ］＋０．７６［μｍ］
および
Ｔｎｇ［μｍ］≧−０．９８Ｔｎｃ［μｍ］−１．２Ｔｐｇ［μｍ］＋０．５６［μｍ］
の関係式を満たし、
Ｔｎｇ［μｍ］＋Ｔｐｇ［μｍ］≦０．３［μｍ］
の関係式を満たす
半導体発光装置。
【請求項２】
前記第１の屈折率補正層はＩｎＡｌＮ層とＧａＮ層との超格子からなり、
前記ＩｎＡｌＮ層の総膜厚が前記第１の屈折率補正層の膜厚の２０％以上である
請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記第１のガイド層のＩｎ組成が０．０４以下である
請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記第２のガイド層のＩｎ組成が０．０４以下である
請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項５】
前記第２のクラッド層の上方に第２の導電性を有する第２の屈折率補正層を有し、
前記第２の屈折率補正層がＩｎＡｌＮ層を含む
請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項６】
前記第２の屈折率補正層はＩｎＡｌＮ層とＧａＮ層との超格子からなり
前記ＩｎＡｌＮの総膜厚が前記第２の屈折率補正層の膜厚の２０％以上である
請求項５に記載の半導体発光装置。
【請求項７】
前記基板は
サファイア基板と、
前記サファイア基板の上方に設けられたＧａＮ層とからなる
請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項８】
前記基板は
シリコン基板と、
前記シリコン基板の上方に設けられたＧａＮ層とからなる
請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項９】
前記第１の屈折率補正層におけるＩｎＡｌＮのＡｌ組成が０．７６以上であり０．９以下である
請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項１０】
前記第２の屈折率補正層におけるＩｎＡｌＮのＡｌ組成が０．７６以上であり０．９以下である
請求項５に記載の半導体発光装置。
【請求項１１】
前記第２のクラッド層のＡｌ組成が０．０５以上であり且つ０．０８以下である
請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項１２】
前記第２のクラッド層の膜厚が０．５μｍ以上である
請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項１３】
前記第１の屈折率補正層の膜厚が０．４μｍ以上である
請求項１に記載の半導体発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、照明用光源、車載用光源、ディスプレイ用光源、その他の電子装置、情報処理装置などに必要な光源として用いられる半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来この種の半導体発光装置は、図１７に示すごとく、ＧａＮからなる基板１０１と、基板１０１の上方に設けられたｎ型ＩｎＡｌＧａＮからなる第１のクラッド（ｃｌａｄ）層１０２と、この第１のクラッド層１０２の上方に設けられたｎ型ＧａＮからなる第２のクラッド層１０３と、この第２のクラッド層１０３の上方に設けられたｎ型ＩｎＧａＮからなる第３のクラッド層１０４とを有する。さらにこの第３のクラッド層１０４の上方に設けられたＩｎＧａＮを含む活性層１０５と、この活性層１０５の上方に設けられたＩｎＧａＮからなる第４のクラッド層１０６と、この第４のクラッド層１０６の上方に設けられたｐ型ＩｎＡｌＧａＮからなる第５のクラッド層１０７と、を有する構成としていた。【０００３】
なお、この出願に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−２４８５７５号公報
【発明の概要】
【０００５】
このような従来の半導体発光装置では、発振波長５００ｎｍ〜５６０ｎｍ帯のレーザにおいて、横方向の光閉じ込め効果と導波路損失の抑制効果との両立が困難であった。この理由について、まず、説明を行う。
【０００６】
図２に、半導体レーザの一般的な基本構造を示す。この構造において、ｎ型基板１上に、ｎ型クラッド層２、活性層３、ｐ型クラッド層４、ｐ型コンタクト層６が順次形成されている。ｐ型クラッド層４には、リッジ（ｒｉｄｇｅ）型の導波路が形成されている。リッジ側壁には、ｐ型クラッド層４よりも屈折率が低く、レーザ発振光のエネルギーよりも大きなエネルギーのバンドギャップエネルギーを有する電流ブロック層５が形成されている。ここで、半導体レーザの共振器面内で基板表面と平行な方向を水平方向、基板法線方向を垂直方向と呼ぶことにする。
【０００７】
半導体レーザにおいて、レーザ発振を生じさせるためには、活性層３への光の閉じ込めと、ｎ型及びｐ型クラッド層から注入される電子及び正孔を閉じこめなければならない。この様にすることで、活性層においてキャリアの反転分布状態を生じる結果、誘導放出が起こり、活性層へ閉じ込められた光が増幅されてレーザ発振を生じることが可能となる。この場合、活性層へ閉じ込められる光が多いほど増幅作用は大きく、レーザ発振に必要な注入電流量（発振しきい電流値）を小さくすることができる。活性層へ閉じ込められる光の光分布全体に対する割合を光閉じ込め係数と呼び、この係数が大きいほど、発振しきい電流値を小さくすることが可能となる。
【０００８】
光閉じ込め係数を大きくするためには、クラッド層と活性層の屈折率差を大きくすることが効果的である。窒化物レーザにおいて、４０５ｎｍ帯（青紫）、４４５ｎｍ帯（青色）、及び５３０ｎｍ帯（緑色）のレーザ発振を得るためには、活性層（量子井戸活性層の場合は井戸層）に用いられるＩｎＧａＮに対するＩｎ組成は、それぞれ、０．０６、０．１５、０．３程度の組成としなければならない。ＩｎＧａＮにおいてはＩｎ組成を大きくしていくと、バンドギャップエネルギーが小さくなり、Ｉｎ組成に応じて発振波長を変化させることが可能となる。そこで、波長５３０ｎｍ帯のレーザにおいて、光閉じ込め係数を大きくするためには、Ｉｎ組成０．３のＩｎＧａＮと屈折率差の大きいクラッド層材料が必要となる。
【０００９】
従来、クラッド層の材料としてはＡｌＧａＮが広く用いられてきた。これは、ＡｌＧａＮ材料は、比較的結晶成長が容易であり、ＩｎＧａＮ材料よりも屈折率が低いため、クラッド層材料に好適であったためである。しかしながら、ＡｌＧａＮ材料では、Ａｌ組成を大きくしていくとＧａＮ基板との熱膨張係数や格子定数の差が増大し、格子欠陥や、クラックが生じやすくなり、さらに、ｐ型不純物であるＭｇのドーピング効率が低下するため、ｐ型ＡｌＧａＮ層の抵抗が増大してしまう。この問題を避けるためには、クラッド層に用いるＡｌＧａＮ層のＡｌ組成は、０．１程度以下の組成としなければならない。この課題に対し、Ａｌ組成を大きくしてもＧａＮと格子整合させるために、図１６に示す従来の実施例では、Ｉｎ０．０３Ａｌ０．１４Ｇａ０．８３Ｎ層をクラッド層に用いた例が示されている。Ｉｎ０．０３Ａｌ０．１４Ｇａ０．８３Ｎ層を用いることで、上記の格子欠陥の発生は抑制することができる。
【００１０】
ここで、Ａｌ組成０．１のＡｌＧａＮ層と、Ｉｎ０．０３Ａｌ０．１４Ｇａ０．８３Ｎ層と、活性層であるＩｎＧａＮ層との屈折率の差について考えてみる。ここで、Ａｌ組成０．１のＡｌＧａＮ層とＩｎＧａＮ層との屈折率差をΔＮＡ、Ｉｎ０．０３Ａｌ０．１４Ｇａ０．８３Ｎ層とＩｎＧａＮ層との屈折率差をΔＮＩと表記する。波長が変化すると、それに応じて、その材料の屈折率も変化する性質があるため、クラッド層と活性層の屈折率差は波長４０５ｎｍ、４４５ｎｍ、５３０ｎｍについてそれぞれ見積もる必要がある。上記それぞれの波長を得るためのＩｎＧａＮに対するＩｎ組成は、それぞれ、０．０６、０．１５、０．３程度の値にする必要がある。
【００１１】
４０５ｎｍ帯においてＩｎ組成０．０６のＩｎＧａＮの屈折率は２．６７、Ａｌ組成０．１のＡｌＧａＮの屈折率は２．４８、Ｉｎ０．０３Ａｌ０．１４Ｇａ０．８３Ｎの屈折率は２．４７であり、この場合のΔＮＡは０．１９、ΔＮＩは０．２となる。
【００１２】
４４５ｎｍ帯においてＩｎ組成０．１５のＩｎＧａＮの屈折率は２．５５、Ａｌ組成０．１のＡｌＧａＮの屈折率は２．４１、Ｉｎ０．０３Ａｌ０．１４Ｇａ０．８３Ｎの屈折率は２．４１であり、この場合のΔＮＡは０．１４、ΔＮＩは０．１４となる。
【００１３】
５３０ｎｍ帯においてＩｎ組成０．３０のＩｎＧａＮの屈折率は２．４９、Ａｌ組成０．１のＡｌＧａＮの屈折率は２．３６、Ｉｎ０．０３Ａｌ０．１４Ｇａ０．８３Ｎの屈折率は２．３４であり、この場合のΔＮＡは０．１３、ΔＮＩは０．１５となる。
【００１４】
上記のように、発振波長が４０５ｎｍ帯から４４５ｎｍ帯及び、５３０ｎｍ帯へと長波長となると、活性層とクラッド層間の屈折率差は、４０５ｎｍ帯と比較して小さくなることがわかる。さらに、Ｉｎ組成が大きくなるとＧａＮ基板との格子定数の差が大きくなるため格子欠陥が生じやすくなるため、活性層の厚さ（量子井戸活性層の場合は、井戸層の合計厚）を厚くすることが困難になる。発振波長を長くするためには、活性層のＩｎ組成を高める必要がある。この結果、発振波長が４０５ｎｍ帯から、４４５ｎｍ帯、５３０ｎｍ帯へ長くなると、活性層厚を厚くすることが困難となり、閉じ込め係数が小さくなってしまう。光閉じ込め係数の低下は、発振しきい値状態における活性層での動作キャリア密度の増大を招くため、高温動作時における活性層からの注入キャリアのクラッド層へのオーバーフローが大きくなり、高温動作時の光出力における熱飽和レベルの低下につながる。このことから、発振波長５３０ｎｍ帯における従来の実施の例にかかる構造では、クラッド層と活性層間の屈折率差の低下から熱飽和レベルの低下を招きやすいことがわかる。
【００１５】
熱飽和レベルを向上させるためには、導波路を伝播する光分布の導波路損失を低減し、電流−光出力特性における微分効率（スロープ効率）を向上させることが有効である。導波路損失の殆どは、クラッド層にドーピングした不純物によるフリーキャリア吸収によって生じる吸収損失である。窒化物材料においては、ｎ型クラッド層への不純物のドーピング濃度は、通常５×１０１７ｃｍ−３程度であるのに対して、ｐ型クラッド層にはｎ型クラッド層の不純物濃度の１０倍程度である５×１０１８ｃｍ−３程度ドーピングを行わないと、低抵抗のｐ型層が得られない。通常窒化物半導体レーザにおいては、電極との接触抵抗を低減するために、不純物濃度を、ｐ型クラッド層に対して、さらに、１０倍程度以上に高めたｐ型コンタクト層を形成する。
【００１６】
フリーキャリア吸収は、不純物濃度が高ければ高いほど大きくなる。このため、導波路損失の主要構成成分は、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層で光分布が被るフリーキャリア吸収成分となる。従って、導波路損失を低減するためには、ｐ型層に分布する光分布の割合を低くすることが有効である。
【００１７】
ところで、図２に示す、リッジ外側の領域の垂直方向光分布はリッジ中央部の垂直光分布と比較して、低屈折率の電流ブロック層５により、基板１側に若干偏った形状となる。この結果、リッジ内外で垂直方向の光分布の形状が異なるため、リッジ内外の光分布には、水平方向に対して、実効屈折率差（ΔＮ）が形成される。ΔＮは、光分布を水平方向にリッジ領域に閉じ込めるために重要である。活性層の屈折率は、注入されたキャリアにより屈折率が変化する。このため、ΔＮをあまりに小さくすると光分布は、活性層中の動作キャリア密度の変化による屈折率変化の影響を受けて不安定となり、電流−光出力特性における非線形性の折れ曲がり（キンク）を生じる。この時、熱飽和レベルの低下のみならず、安定した光出力を得ることが困難となり、実用上重大な支障をきたす。このような動作の不安定性を防ぐためには、活性層の屈折率が変化しても、安定した水平方向の光閉じ込め機構を形成するために、３×１０−３以上のΔＮが必要である。
【００１８】
ここで、垂直方向光分布がｎ型クラッド層２寄りとなった場合、リッジ内外の垂直方向の光分布形状は同一形状に近づくためΔＮが低下する。逆に、垂直方向光分布がｐ型クラッド層４寄りとなった場合、リッジ内外の垂直方向の光分布形状は、電流ブロック層５の影響を受けて、異なった形状となるため、ΔＮが増大することになる。従って、ΔＮを大きくするためには、光分布をｐ型クラッド層４寄りになるようにすればよい。しかしながら光分布をｐ型クラッド層４寄りにすると、光分布は不純物濃度の最も高いｐ型コンタクト層の影響を受け、導波路損失が増大してしまう。さらに、前述のように波長５３０ｎｍ帯においては、垂直方向光分布は垂直方向に広がりやすく、波長４０５ｎｍ帯のレーザと比較して、導波路損失が増大しやすい。導波路損失を低減するためには、屈折率の高いＩｎＧａＮ活性層の膜厚（量子井戸活性層の場合はＩｎＧａＮ井戸層の合計膜厚）を厚くすれば良いが、ＧａＮ基板と、Ｉｎ組成の高いＩｎＧａＮ層との格子定数の差が大きいため、あまりに厚くはできない。波長５３０ｎｍ帯のレーザでは活性層に使用するＩｎＧａＮ層のＩｎ組成は前述のように０．３程度に設定しなければならず、Ｉｎ組成が０．３程度に高いＩｎＧａＮ層の総膜厚は最大でも１０ｎｍ程度の厚さとしなければ、格子不整による格子欠陥の発生により発光効率の低下をもたらす。この結果、５３０ｎｍ帯の半導体レーザでは光閉じ込め係数は１％程度以下の小さい値となってしまう。
【００１９】
これらの理由から、波長５３０ｎｍ帯において、従来構造における窒化物系のレーザ構造では、閉じ込め係数が小さくても、安定した高温高出力動作を得るための３×１０−３以上のΔＮの大きさを得つつ、低導波路損失（１０ｃｍ−１以下）を両立させることが困難であった。
【００２０】
そこで本開示は、リッジを有する半導体発光装置において、その横方向の光閉じ込め効果と導波路損失の抑制効果との両立を図ることを目的とする。
【００２１】
そして、この目的を達成するために本開示の半導体発光装置は、基板と、基板の上方に設けられた第１の導電性を有する第１の屈折率補正層と、第１の屈折率補正層の上方に設けられた第１のクラッド層と、第１のクラッド層の上方に設けられた活性層と、活性層の上方に設けられた第２の導電性を有する第２のクラッド層と、を備える。そして、第１のクラッド層と前記活性層の間に第１のガイド層を有し、第２のクラッド層はリッジを有する。そして基板はＧａＮ層であり、第１の屈折率補正層はＩｎＡｌＮ層を含み、第１のクラッド層はＧａＮ層であり、第１のガイド層がＩｎＧａＮ層であり、活性層はＩｎＧａＮ層であり、第２のクラッド層はＡｌＧａＮ層であり、第１のクラッド層の膜厚をＴｎｃとし、第１のガイド層の膜厚をＴｎｇとした場合に、
Ｔｎｇ［μｍ］≦−０．９８Ｔｎｃ［μｍ］＋０．７６［μｍ］
Ｔｎｇ［μｍ］≧−０．９８Ｔｎｃ［μｍ］＋０．５６［μｍ］
の２式を満たし、発光波長が５００〜５６０ｎｍである構成とした。
【００２２】
このような構成とすることにより、第１の屈折率補正層は屈折率が従来のＡｌ組成０．１のＡｌＧａＮ層よりも屈折率が低いため、不純物ドーピングによりフリーキャリア吸収損失の少ない活性層への垂直方向光閉じ込めを大きくでき、導波路損失を低減可能となる。さらに、第１のガイド層の膜厚により、光分布の第２のクラッド層への垂直方向拡がりを精密に制御し、所望のΔＮを得ることが可能となる。この結果、損失の少ない領域に光分布を集中させつつ、リッジ内外の実効屈折率差を大きくすることができるため、横方向の光閉じ込め効果と導波路損失の抑制効果とを両立することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は本開示の実施の形態１における半導体発光装置の断面図である。
【図２】図２はリッジ型の半導体レーザの断面と、リッジ内外の実効屈折率差（ΔＮ）との関係を示す図である。
【図３】図３は本開示の実施の形態１における半導体発光装置の導波路損失、光閉じ込め係数、実効屈折率差についての第１のガイド層の膜厚依存性及び第１のクラッド層の膜厚依存性を示す図である。
【図４】図４は本開示の実施の形態１における半導体発光装置の導波路損失、光閉じ込め係数、実効屈折率差についての第１のガイド層の膜厚依存性及び第１のクラッド層の膜厚依存性を示す図である。
【図５】図５は本開示の実施の形態１における半導体発光装置の導波路損失、光閉じ込め係数、実効屈折率差についての第１のガイド層の膜厚依存性及び第１のクラッド層の膜厚依存性を示す図である。
【図６】図６は本開示の実施の形態１における半導体発光装置の導波路損失、光閉じ込め係数、実効屈折率差についての第１のガイド層の膜厚依存性及び第１のクラッド層の膜厚依存性を示す図である。
【図７】図７は本開示の実施の形態１における半導体発光装置の導波路損失、光閉じ込め係数、実効屈折率差についての第１のガイド層の膜厚依存性及び第１のクラッド層の膜厚依存性を示す図である。
【図８】図８は本開示の実施の形態１における半導体発光装置の導波路損失、光閉じ込め係数、実効屈折率差についての第１のガイド層の膜厚依存性及び第１のクラッド層の膜厚依存性を示す図である。
【図９】図９は本開示の実施の形態１における半導体発光装置の実効屈折率差の発振波長依存性を示す図である。
【図１０】図１０は本開示の実施の形態１における半導体発光装置の導波路損失の発振波長依存性を示す図である。
【図１１】図１１は本開示の実施の形態１における半導体発光装置の光閉じ込め係数の発振波長依存性を示す図である。
【図１２】図１２は本開示の実施の形態１における半導体発光装置の導波路損失、光閉じ込め係数、実効屈折率差についての第１のガイド層の膜厚依存性及び第１のクラッド層の膜厚依存性を示す図である。
【図１３】図１３は本開示の実施の形態１における半導体発光装置の導波路損失、光閉じ込め係数、実効屈折率差についての第１のガイド層の膜厚依存性及び第１のクラッド層の膜厚依存性を示す図である。
【図１４】図１４は本開示の実施の形態１における半導体発光装置の導波路損失、光閉じ込め係数、実効屈折率差についての第１のガイド層の膜厚依存性及び第１のクラッド層の膜厚依存性を示す図である。
【図１５】図１５は本開示の実施の形態１における半導体発光装置の導波路損失、実効屈折率差についての第２のガイド層の膜厚依存性及びＡｌ組成依存性を示す図である。
【図１６】図１６は本開示の実施の形態１における半導体発光装置の他の実施例を示す断面図である。
【図１７】図１７は従来の半導体発光装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
（実施の形態１）
本開示において、ＡはＢの「上方」に設けられているという表現は、Ａが他の部材を介してＢの上に設けられている場合と、ＡがＢの上に接して設けられている場合との両方を含む。ＡはＢの「上」に設けられているという表現の場合も同様である。
【００２５】
本開示において、第１導電性と第２導電性とは互いに異なる導電性であり、第１導電性がｎ型である場合は第２導電性がｐ型であり、第１導電性がｐ型の場合は第２導電性がｎ型である。
【００２６】
以下、実施の形態１における半導体発光装置について図面を参照しながら説明する。実施の形態１における半導体発光装置は、図１に示すごとく、基板１１と、基板１１の上方に設けられた第１の導電性を有する第１の屈折率補正層１５と、第１の屈折率補正層１５の上方に設けられた第１のクラッド層１２と、第１のクラッド層１２の上方に設けられた活性層１３と、活性層１３の上方に設けられた第２の導電性を有する第２のクラッド層１４と、を備えている。
【００２７】
そして、第１のクラッド層１２と活性層１３の間に第１のガイド層３１３を有し、第２のクラッド層１４はリッジ１４Ａを有している。
【００２８】
そして、基板１１はＧａＮ層であり、第１の屈折率補正層１５はＩｎＡｌＮ層を含み、第１のクラッド層１２はＧａＮ層であり、第１のガイド層３１３がＩｎＧａＮ層であり、活性層１３はＩｎＧａＮ層であり、第２のクラッド層１４はＡｌＧａＮ層である。
【００２９】
そして、第１のクラッド層１２の膜厚をＴｎｃとし、第１のガイド層３１３の膜厚をＴｎｇとした場合に、下記の（式１）と（式２）を満たす構成としている。
【００３０】
【数１】
0006496906.tif 000002
【００３１】
【数２】
0006496906.tif 000003
【００３２】
そして、発光波長が５００ｎｍ以上かつ５６０ｎｍ以下であるとしている。
【００３３】
このような構成とすることにより、導波路損失の少ない領域に光分布を集中させつつ、リッジ１４Ａ内外の実効屈折率差を大きくすることができるため、横方向の光閉じ込め効果と導波路損失の抑制効果とを両立することができる。その理由につき以下、説明する。
【００３４】
図３は、発光装置の発振波長を５３０ｎｍ、第１のガイド層３１３のＩｎ組成を０．０２とし、図１における第２のガイド層３１５を設けない場合における、導波路損失、光閉じ込め係数、実効屈折率差についての第１のガイド層３１３の膜厚依存性、及び第１のクラッド層１２の膜厚依存性を示している。
【００３５】
ここで、実線が導波路損失の等高線を、一点鎖線が光閉じ込め係数の等高線を、破線が実効屈折率差の等高線を示している。そして、図３中の斜線部が（式１）、（式２）を同時に満足する領域を示している。
【００３６】
図４は、発光装置の発振波長を５３０ｎｍ、第１のガイド層３１３のＩｎ組成０．０４とし、図１における第２のガイド層３１５を設けない場合における、導波路損失、光閉じ込め係数、実効屈折率差についての第１のガイド層３１３の膜厚依存性、及び第１のクラッド層１２の膜厚依存性を示している。
【００３７】
ここで、実線が導波路損失の等高線を、一点鎖線が光閉じ込め係数の等高線を、破線が実効屈折率差の等高線を示している。そして、図４中の斜線部が（式１）、（式２）を同時に満足する領域を示している。
【００３８】
これら図３、図４から、第１のクラッド層１２の膜厚Ｔｎｃ、第１のガイド層３１３の膜厚Ｔｎｇの双方が小さくなればなるほど、破線で示した実効屈折率差が大きくなることがわかる。そして、上記（式１）を満たす範囲内であれば、そのほとんどの範囲で、実効屈折率差が３×１０−３以上となることがわかる。実効屈折率差が３×１０−３以上であれば、高次モードを含めてリッジ１４Ａ内に安定して横モード光を閉じ込めることができる。従って、上記（式１）を満たすことにより、横方向の光閉じ込めの効果を向上させることができるのである。
【００３９】
また、この図３、図４から、第１のクラッド層１２の膜厚Ｔｎｃ、第１のガイド層３１３の膜厚Ｔｎｇの双方が小さくなればなるほど、実線で示した導波路損失が大きくなることがわかる。そして、上記（式２）を満たす範囲内であれば、その多くの範囲で導波路損失の発生を１０ｃｍ−１以下に抑制することができ、かつそのすべての範囲で導波路損失の発生を１５ｃｍ−１以下に抑制することができる。
【００４０】
従って、上記（式１）、及び（式２）を満たすことにより、横方向の光閉じ込め効果と導波路損失の抑制効果とを両立することができる。
【００４１】
さらに、この図３、図４から、第１のクラッド層１２の膜厚Ｔｎｃ、第１のガイド層３１３の膜厚Ｔｎｇの双方が小さくなればなるほど、一点鎖線で示した光閉じ込め係数が大きくなることがわかる。そして、上記（式１）を満たす範囲内であれば、その全ての範囲で光閉じ込め係数が１．０％以上となることがわかる。従って、上記（式１）を満たすことにより、上述した横方向の光閉じ込め効果のみならず、垂直方向の光閉じ込め効果をより確実に得ることができるのである。
【００４２】
続いて、図１に示すように、第２のクラッド層１４と活性層１３の間に第２の導電性を有する第２のガイド層３１５を有し、第２のガイド層３１５がＩｎＧａＮ層からなる構成について説明する。
【００４３】
図５は、発光装置の発振波長を５３０ｎｍ、第１のガイド層３１３のＩｎ組成を０．０２とし、図１における第２のガイド層３１５の膜厚を０．０５μｍとした場合における、導波路損失、光閉じ込め係数、実効屈折率差についての第１のガイド層３１３の膜厚依存性、及び第１のクラッド層１２の膜厚依存性を示している。
【００４４】
ここで、実線が導波路損失の等高線を、一点鎖線が光閉じ込め係数の等高線を、破線が実効屈折率差の等高線を示している。そして、図５中の斜線部が後述の（式３）、（式４）を同時に満足する領域を示している。
【００４５】
図６は、発光装置の発振波長を５３０ｎｍ、第１のガイド層３１３のＩｎ組成０．０２とし、図１における第２のガイド層３１５の膜厚を０．１μｍとした場合における、導波路損失、光閉じ込め係数、実効屈折率差についての第１のガイド層３１３の膜厚依存性、及び第１のクラッド層１２の膜厚依存性を示している。
【００４６】
ここで、実線が導波路損失の等高線を、一点鎖線が光閉じ込め係数の等高線を、破線が実効屈折率差の等高線を示している。そして、図６中の斜線部が後述の（式３）、（式４）を同時に満足する領域を示している。
【００４７】
図７は、発光装置の発振波長を５３０ｎｍ、第１のガイド層３１３のＩｎ組成を０．０４とし、図１における第２のガイド層３１５の膜厚を０．０５μｍとした場合における、導波路損失、光閉じ込め係数、実効屈折率差についての第１のガイド層３１３の膜厚依存性、及び第１のクラッド層１２の膜厚依存性を示している。
【００４８】
ここで、実線が導波路損失の等高線を、一点鎖線が光閉じ込め係数の等高線を、破線が実効屈折率差の等高線を示している。そして、図７中の斜線部が後述の（式３）、（式４）を同時に満足する領域を示している。
【００４９】
図８は、発光装置の発振波長を５３０ｎｍ、第１のガイド層３１３のＩｎ組成０．０４とし、図１における第２のガイド層３１５の膜厚を０．１μｍとした場合における、導波路損失、光閉じ込め係数、実効屈折率差についての第１のガイド層３１３の膜厚依存性、及び第１のクラッド層１２の膜厚依存性を示している。
【００５０】
ここで、実線が導波路損失の等高線を、一点鎖線が光閉じ込め係数の等高線を、破線が実効屈折率差の等高線を示している。そして、図８中の斜線部が（式３）、（式４）を同時に満足する領域を示している。
【００５１】
これら図５、図６、図７、図８から、第１のクラッド層１２の膜厚Ｔｎｃ、第１のガイド層３１３の膜厚Ｔｎｇの双方が小さくなればなるほど、破線で示した実効屈折率差が大きくなることがわかる。
【００５２】
ここで、下記（式３）を満たす範囲内であれば、そのほとんどの範囲で、実効屈折率差が３×１０−３以上となることがわかる。
【００５３】
【数３】
0006496906.tif 000004
【００５４】
実効屈折率差が３×１０−３以上であれば、高次モードを含めてリッジ１４Ａ内に安定して閉じ込めることができる。
【００５５】
従って、第２のガイド層３１５を有する構成においては、上記（式３）を満たすことにより、横方向の光閉じ込めの効果を向上させることができるのである。
【００５６】
また、この図５、図６、図７、図８から、第１のクラッド層１２の膜厚Ｔｎｃ、第１のガイド層３１３の膜厚Ｔｎｇの双方が小さくなればなるほど、実線で示した導波路損失が大きくなることがわかる。そして、下記（式４）を満たす範囲内であれば、その多くの範囲で導波路損失の発生を１０ｃｍ−１以下に抑制することができ、かつそのすべての範囲で導波路損失の発生を１５ｃｍ−１以下に抑制することができる。
【００５７】
【数４】
0006496906.tif 000005
【００５８】
従って、第２のガイド層３１５を有する構成においては、上記（式３）、及び（式４）を満たすことにより、横方向の光閉じ込め効果と導波路損失の抑制効果とを両立することができる。
【００５９】
さらに、この図５、図６、図７、図８から、第１のクラッド層１２の膜厚Ｔｎｃ、第１のガイド層３１３の膜厚Ｔｎｇの双方が小さくなればなるほど、一点鎖線で示した光閉じ込め係数が大きくなることがわかる。そして、上記（式３）を満たしていれば、少なくとも光閉じ込め係数が１．０％以上となることがわかる。従って、上記（式３）を満たすことにより、垂直方向の光閉じ込め効果をより確実に得ることができるのである。
【００６０】
また、図５、図６、図７、図８中の斜線部が、（式３）、（式４）を同時に満足する領域を示している。
【００６１】
なお、上記（式１）、（式２）、（式３）、（式４）は、その発光装置発振波長を５３０ｎｍとした場合のシミュレーション結果に基づき算出しているが、これは５００ｎｍ以上かつ５６０ｎｍ以下の範囲まで拡張しても、垂直方向の光閉じ込め効果の向上と歪発生の抑制との両立を図る上で適応できていると考えている。その理由につき以下、説明する。
【００６２】
図９は、第１のガイド層３１３の膜厚を０．１７μｍ、第１のクラッド層１２の膜厚を０．５μｍ、第２のクラッド層１４のＡｌ組成を０．０７、第１の屈折率補正層１５の膜厚を０．４μｍとした場合における、実効屈折率差の発振波長依存性を示している。この図９から、発振波長５３０ｎｍ時の実効屈折率差が４．２×１０−３であるのに対し、５００ｎｍ時の実効屈折率差が３．９５×１０−３、５６０ｎｍ時の実効屈折率差が４．４５×１０−３であることから、そのずれは発振波長５３０ｎｍ時の実効屈折率差を基準としておよそ６％のずれしかないことがわかる。従って、発振波長範囲を５００ｎｍ〜５６０ｎｍの範囲まで拡張したとしても、横方向の光閉じ込め効果は十分に得られるものと考える。
【００６３】
図１０は、第１のガイド層３１３の膜厚を０．１７μｍ、第１のクラッド層１２の膜厚を０．５μｍ、第２のクラッド層１４のＡｌ組成を０．０７、第１の屈折率補正層１５の膜厚を０．４μｍとした場合における、導波路損失の発振波長依存性を示している。この図１０から、発振波長５３０ｎｍ時の導波路損失が８．２ｃｍ−１であるのに対し、５００ｎｍ時の導波路損失が６．９ｃｍ−１、５６０ｎｍ時の導波路損失が９．５ｃｍ−１であることから、そのずれはおよそ１．３ｃｍ−１のずれしかないことがわかる。従って、発振波長範囲を５００ｎｍ〜５６０ｎｍの範囲まで拡張したとしても、導波路損失の抑制効果は十分に得られるものと考える。
【００６４】
従って、上記（式１）、（式２）、（式３）、（式４）は、その発光装置発振波長を５３０ｎｍとした場合のシミュレーション結果に基づき算出しているが、これは５００ｎｍ〜５６０ｎｍの範囲まで拡張しても、垂直方向の光閉じ込め効果の向上と歪発生の抑制との両立を図る上で適応できているといえる。
【００６５】
なお、図１１は、第１のガイド層３１３の膜厚を０．１７μｍ、第１のクラッド層１２の膜厚を０．５μｍ、第２のクラッド層１４のＡｌ組成を０．０７、第１の屈折率補正層１５の膜厚を０．４μｍとした場合における、光閉じ込め係数の発振波長依存性を示している。この図１１から、発振波長５３０ｎｍ時の光閉じ込め係数が１．２３（％）であるのに対し、５００ｎｍ時の光閉じ込め係数が１．３３（％）、５６０ｎｍ時の光閉じ込め係数が１．１３（％）であることから、そのずれはおよそ０．１％のずれしかないことがわかる。従って、発振波長範囲を５００ｎｍ〜５６０ｎｍの範囲まで拡張したとしても、垂直方向の光閉じ込め効果についても十分に得られるものと考える。
【００６６】
以下、必須の構成ではない任意の構成を含めたより具体的な実施例につき説明する。
【００６７】
図１に示す実施例においては、第２のクラッド層１４の上部がリッジ１４Ａを構成する。
【００６８】
リッジ１４Ａの幅は、リッジ１４Ａ内を導波可能な水平横モードの最高次数に影響する。リッジ１４Ａの幅が大きいと、導波可能な水平横モードの最高次数が大きくなり、マルチ横モード発振を生じやすくなる。逆にリッジ１４Ａの幅が小さいと、最高次数も小さくなり、高次横モードが全てカットオフされると、基本（０次）横モードのみ発振する。
【００６９】
電流−光出力特性において、キンク（ｋｉｎｋ）を生じさせないためには水平高次横モードがカットオフすれば良い。キンクは異なる次数の水平横モード同士が結合し光分布が変形し、電流注入により光分布に生じるモード利得や、注入電流の利用効率が低下するために生じる。このため、一般的に、キンクの発生を抑制するためには、水平高次横モードがカットオフし、基本横モードのみで動作するようにリッジ幅が２μｍ以下の狭いストライプ幅の導波路を形成する。
【００７０】
ここで、リッジ１４Ａの幅が３μｍ以上の水平高次横モードがカットオフされないワイドストライプ構造を考えると、電流−光出力特性における非線形性の大きいキンクを生じさせないためには、同時に発振している異なる次数の水平横モードを可能な限り多くする方が良い。これは、異なる次数の水平横モード同士が結合した場合、光分布に変形が生じキンクが生じるが、同時に発振している横モードの数が多いと、その結合の影響が相対的に小さくなるため、逆に非線形の大きいキンクが生じにくくなるためである。同時にレーザ発振する水平横モードが最低３種あれば、横モード同士の結合が生じた場合の光分布の変形の影響を低減することが出来き、実用上支障のない良好な線形性を有する電流−光出力特性を実現することができる。
【００７１】
従って、線形性に優れた電流−光出力特性を得るためには、リッジ１４Ａの幅が大きいほうが良く、リッジ１４Ａの幅としては、少なくとも基本（０次）横モード、１次横モード、２次横モードが同時にレーザ発振可能な大きさである必要がある。ここで、導波可能な最高次数の水平横モードは、その実効屈折率が他の水平横モードよりも小さいため、リッジ１４Ａの外の水平方向への光分布の拡がりが大きい。このため、導波可能な最高次数の水平横モードは、他の水平横モードと比較して、そのモードがレーザ発振する発振しきい値が大きくなり、相対的に他のモードと比較してレーザ発振を生じにくい。このことから、最低３種の水平横モードを同時にレーザ発振させるためには、導波可能な最高次数は３次以上となるリッジ１４Ａの幅が必要である。
【００７２】
また、リッジ１４Ａの幅が大きいとリッジ１４Ａの下の活性層１３に注入される電流の密度が小さくなるため、高温動作において、活性層１３から熱的に励起されたキャリアが第２のクラッド層１４に漏れ出すキャリアオーバーフローを抑制することができる。しかしながら、リッジ１４Ａ下の電流注入される活性層１３の面積が大きくなるため、レーザ発振に必要な発振しきい電流値が大きくなるため、動作電流値が増大し、動作時の消費電力が増大する。
【００７３】
上記の理由により、電流−光出力特性において大きなキンクを生じさせないためにはリッジ１４Ａの幅は３次横モード以上がレーザ発振する大きさである必要があり、一方、消費電力をあまりに大きくさせないためにはリッジ１４Ａの幅は大きくしすぎないほうが良く、具体的にはリッジ１４Ａの幅は５μｍ以上、１６μｍ以下であることが好ましい。
【００７４】
また、第２のクラッド層１４において、電流ブロック層３１８の下面と、第２のガイド層３１５の上面との間の膜厚ｄｐにより、リッジ１４Ａ内外の実効屈折率差を制御することが可能である。膜厚ｄｐが小さいと屈折率の低い電流ブロック層３１８が活性層１３に近づくため実効屈折率差が大きくなり、逆に、膜厚ｄｐが大きいと実効屈折率差が小さくなる。さらに、窒化物系のレーザにおいて、リッジ１４Ａの形成には酸性やアルカリ性の溶液を用いたウェットエッチングプロセスでは、膜厚ｄｐの大きさを精度よく制御することが非常に困難であるため、ドライエッチングプロセスを使用する必要がある。リッジ１４Ａの幅が４μｍ以上の場合、垂直方向の光分布は、膜厚ｄｐの影響を受けにくく、リッジ１４Ａの導波路構造の積層構造で決まり、水平方向の光分布の裾野の拡がりの大きさのみが変化する。このため、膜厚ｄｐを変化させても、リッジ１４Ａ内の光分布形状変化は非常に小さく、導波路損失や、活性層１３への垂直方向の光閉じ込め係数は、変化しない。従って、膜厚ｄｐを可能な限り小さくして、実効屈折率差を大きくし、導波可能な水平横モードの次数を高めたほうが、キンクを抑制するためには効果的である。しかしながら膜厚ｄｐを小さくしすぎると、ドライエッチングによるリッジ形成時のエッチング深さのウェハー面内のばらつきから、活性層１３の深さまでエッチングされてしまう領域が発生することが懸念される。このため、膜厚ｄｐの大きさとしては、ドライエッチング深さのウェハー面内ばらつきを考慮しつつ、可能な限り小さい方がよく、５０ｎｍ以下であることが好ましい。本実施の形態では３０ｎｍとしている。ｄｐが３０ｎｍ±２０ｎｍの範囲で変化しても、導波路損失、光分布の活性層１３への垂直方向光閉じ込め係数は殆ど一定であり、実効屈折率差も所望の値に精度よく制御することが可能である。
【００７５】
なお、図１６に示すごとく、第２のクラッド層１４の上方には、第２の導電性を有する第２の屈折率補正層１６を設け、第２のクラッド層１４の上部と、第２の屈折率補正層１６とによりリッジ１４Ａを構成してもよい。そして、第２の屈折率補正層１６はＩｎＡｌＮ層からなる構成としている。このような構成とすることにより、第２の屈折率補正層１６の屈折率が、ＡｌＧａＮ層からなる第２のクラッド層１４の屈折率よりも小さくなるため、垂直方向の光分布を活性層１３への光閉じ込め効果を増大することが可能となるためである。
【００７６】
図１に示すリッジ１４Ａの側面及び第２のクラッド層１４の上面には、電流ブロック層３１８を設けている。電流ブロック層３１８としてはＳｉＯ２などを用いることができ、ＳｉＯ２を用いた場合には、屈折率が１．５以下となる。このような電流ブロック層３１８を設けることにより、リッジ１４Ａ内外での実効屈折率差を形成することができる。例えば、第２のクラッド層１４のＡｌ組成が０．１の場合、その屈折率は２．４であり、電流ブロック層３１８の屈折率が第２のクラッド層１４の屈折率よりも低くなるため、リッジ１４Ａ内外での実効屈折率差を形成することができる。
【００７７】
なお、図１６に示す構成においても同様に、リッジ１４Ａの側面及び第２のクラッド層１４の上面に、ＳｉＯ２などからなる電流ブロック層３１８を設けることによりリッジ１４Ａ内外での実効屈折率差を形成することができる。
【００７８】
なお、基板１１がＧａＮからなる構成としてもかまわないが、サファイア基板を第１層として用意し、その上層にＧａＮ層を形成するような複数層構造としてもかまわない。あるいは、サファイア基板ではなくシリコン基板等を第１層として用意し、その上層にＧａＮ層を形成する複数層構造としてもかまわない。
【００７９】
図１、図１６に示す第１のガイド層３１３のＩｎ組成は０．０４以下としている。このような構成とすることにより、活性層１３に欠陥が生じるのを抑制することができる。基板１１に用いられるＧａＮの格子定数と第１のガイド層３１３の格子定数との差を小さくすることができるためである。
【００８０】
また、第２のガイド層３１５のＩｎ組成についても同様に、０．０４以下とすることが望ましい。
【００８１】
図１、図１６に示す第１のガイド層３１３の膜厚をＴｎｇ［μｍ］、第２のガイド層３１５の膜厚をＴｐｇ［μｍ］とした場合に、その合計膜厚が０．３［μｍ］以下であることが望ましい。このような構成とすることにより、抵抗の上昇を抑えることができ、その結果として、動作電圧の上方を抑制することができる。さらに、Ｉｎを含む第１のガイド層３１３、第２のガイド層３１５を薄く形成することで活性層１３に欠陥が生じるのを抑制することができる。基板１１に用いられるＧａＮの格子定数と第１のガイド層３１３の格子定数との差、及び基板１１に用いられるＧａＮの格子定数と第２のガイド層３１５の格子定数との差を小さくすることができるためである。
【００８２】
なお、図１、図１６に示す第１の屈折率補正層１５におけるＩｎＡｌＮのＡｌ組成は０．７６以上であり０．９以下であることが望ましい。この組成範囲とすることで基板１１に用いるＧａＮの格子定数と第１の屈折率補正層１５の格子定数とのずれを小さくすることができるため、臨界膜厚を１０ｎｍ以上とすることができる。
【００８３】
また、第２の屈折率補正層１６についても同様に、ＩｎＡｌＮ層のＡｌ組成が０．７６以上であり０．９以下であることが望ましい。基板１１に用いるＧａＮ層の格子定数と第２の屈折率補正層１６の格子定数とのずれを小さくすることができ、臨界膜厚を１０ｎｍ以上とすることができるためである。
【００８４】
図１、図１６に示すごとく、基板１１の下面には第１の電極３２１を設けている。
【００８５】
図１、図１６に示すごとく、リッジ１４Ａの上方にはコンタクト層３１７を設け、コンタクト層３１７の上方及び電流ブロック層３１８の側面、及び上面に第２の電極３２０を設けている。
【００８６】
なお、図１、図１６に示す実施例においては、第１の屈折率補正層１５がＩｎＡｌＮ層からなる構成を示したが、この第１の屈折率補正層１５をＩｎＡｌＮ層とＧａＮ層との超格子により構成してもかまわない。その際には、ＩｎＡｌＮ層の総膜厚が第１の屈折率補正層１５の膜厚の２０％以上であることが望ましい。このような構成の超格子の屈折率は、Ａｌ組成が０．１のＡｌＧａＮの屈折率よりも低くなるため、屈折率補正層としての機能を十分に果たすことができるためである。
【００８７】
また、第１の屈折率補正層１５がＩｎＡｌＮ層を含む構成としていることにより、垂直方向の光閉じ込め効果の向上と歪発生の抑制との両立を図ることができる。その理由について以下、説明する。
【００８８】
まず、ＧａＮ層からなる基板１１とＧａＮ層からなる第１のクラッド層１２との間に、ＧａＮよりも屈折率の小さいＩｎＡｌＮ層を含む第１の屈折率補正層１５を配置することにより、垂直方向の光閉じ込め効果を得ることができる。
【００８９】
また、ＧａＮの格子定数と比較して、ＩｎＮの格子定数は大きく、ＡｌＮの格子定数は小さいため、第１の屈折率補正層１５内のＩｎとＡｌの組成比を調整することにより、ＧａＮからなる基板１１に対する格子定数のずれを小さくすることができる。
【００９０】
その結果として、垂直方向の光閉じ込め効果の向上と歪発生の抑制との両立を図ることができる。
【００９１】
さらに、第２の屈折率補正層１６についても同様に、ＩｎＡｌＮ層のみで構成してもよく、ＩｎＡｌＮ層とＧａＮ層との超格子により構成してもよい。ＩｎＡｌＮ層とＧａＮ層との超格子により構成する場合には、ＩｎＡｌＮ層の総膜厚が第２の屈折率補正層１６の膜厚の２０％以上とすることが望ましい。このような構成の超格子の屈折率は、Ａｌ組成が０．１のＡｌＧａＮの屈折率よりも低くなるため、屈折率補正層としての機能を十分に果たすことができるためである。
【００９２】
なお、第１の屈折率補正層１５の膜厚は０．４μｍ以上であることが望ましい。０．４μｍ以上にすることによって、導波路損失を小さく、且つ実効屈折率差、光閉じ込め係数共に大きい構成を実現することができる。また、第１の屈折率補正層１５の膜厚は０．４μｍ以上であれば、導波路損失、実効屈折率差、光閉じ込め係数の値の変化は無視できる程度に小さくなる。その理由につき以下、説明する。
【００９３】
図１２は第１の屈折率補正層１５の膜厚が０．２μｍであり、発光装置の発振波長を５３０ｎｍ、第１のガイド層３１３のＩｎ組成を０．０２、第２のガイド層３１５の膜厚が０．１μｍとした場合における、導波路損失、光閉じ込め係数、実効屈折率差についての第１のガイド層３１３、及び第１のクラッド層１２の膜厚依存性を示している。
【００９４】
ここで、実線が導波路損失の等高線を、一点鎖線が光閉じ込め係数の等高線を、破線が実効屈折率差の等高線を示している。
【００９５】
図１３は、第１の屈折率補正層１５の膜厚が０．４μｍであり、それ以外の条件は図１１と同じとした場合における、導波路損失、光閉じ込め係数、実効屈折率差についての第１のガイド層３１３、及び第１のクラッド層１２の膜厚依存性を示している。
【００９６】
ここで、実線が導波路損失の等高線を、一点鎖線が光閉じ込め係数の等高線を、破線が実効屈折率差の等高線を示している。
【００９７】
図１４は、第１の屈折率補正層１５の膜厚が０．６μｍであり、それ以外の条件は図１２と同じとした場合における、導波路損失、光閉じ込め係数、実効屈折率差についての第１のガイド層３１３、及び第１のクラッド層１２の膜厚依存性を示している。
【００９８】
ここで、実線が導波路損失の等高線を、一点鎖線が光閉じ込め係数の等高線を、破線が実効屈折率差の等高線を示している。
【００９９】
まず、図１２と１３とを比較すると、図１２に示す導波路損失の等高線よりも、図１３に示す導波路損失の等高線が、第１のガイド層３１３の膜厚及び第１のクラッド層１２の膜厚が小さい方向に位置しており、全体として導波路損失の低い領域が広がっていることがわかる。一方、図１３と図１４とを比較すると、導波路損失の等高線の配置関係について両者間にほとんど差異がないことが確認できる。
【０１００】
また、図１２と図１３とを比較すると、図１２に示す実効屈折率差の等高線よりも、図１３に示す実効屈折率差の等高線が、第１のガイド層３１３の膜厚及び第１のクラッド層１２の膜厚が大きい方向に位置しており、全体として実効屈折率差の高い領域が広がっていることがわかる。一方、図１３と図１４とを比較すると、実効屈折率差の等高線は位置関係について両者間にほとんど差異がないことが確認できる。
【０１０１】
これら図１２〜図１４の比較から、第１の屈折率補正層１５の膜厚を０．４μｍ以上にすることにより、導波路損失が小さく、且つ横方向の光閉じ込め効果が大きい構成を実現することができる。また、第１の屈折率補正層１５の膜厚は０．４μｍ以上であれば、導波路損失、実効屈折率差の値の変化は無視できる程度に小さくなることが確認できる。
【０１０２】
さらに、図１２と１３とを比較すると、図１２に示す光閉じ込め係数の等高線よりも、図１３に示す光閉じ込め係数の等高線が、第１のガイド層３１３の膜厚及び第１のクラッド層１２の膜厚が大きい方向に位置しており、全体として光閉じ込め係数の大きい領域が広がっていることがわかる。一方、図１３と図１４とを比較すると、光閉じ込め係数の等高線の配置関係について両者間にほとんど差異がないことが確認できる。従って、第１の屈折率補正層１５の膜厚を０．４μｍ以上にすることにより、垂直方向の光閉じ込めが大きい構成を実現することができる。また、第１の屈折率補正層１５の膜厚は０．４μｍ以上であれば、光閉じ込め係数の値の変化は無視できる程度に小さくなることが確認できる。
【０１０３】
なお、これらの結果に基づき、上述した図３〜図８のシミュレーションにおいては、第１の屈折率補正層１５の膜厚が０．４μｍ以上の場合を想定して算出している。
【０１０４】
なお、第２のクラッド層１４の膜厚は０．５μｍ以上であることが望ましい。０．５μｍ以上にすることによって、導波路損失が小さく、且つ実効屈折率差が大きい構成をより安定的に実現することができる。また、第２のクラッド層１４の膜厚は０．５μｍ以上であれば、導波路損失、実効屈折率差の値の変化は無視できる程度に小さくなる。その理由につき以下、説明する。
【０１０５】
図１５は、第１の屈折率補正層１５の膜厚が０．４μｍ以上、発光装置の発振波長を５３０ｎｍ、第１のガイド層３１３のＩｎ組成を０．０２、第２のガイド層３１５の膜厚が０．１μｍとした場合における、導波路損失、実効屈折率差についての第２のクラッド層１４のＡｌ組成依存性、及び第２のクラッド層１４の膜厚依存性を示している。
【０１０６】
ここで、実線が導波路損失の等高線を、破線が実効屈折率差の等高線を示している。
【０１０７】
図１５に示すように、導波路損失は第２のクラッド層１４の膜厚が大きくなるに従って減少、または増加し、第２のクラッド層１４の膜厚が０．５μｍとなった時点で飽和する。
【０１０８】
また、図１５に示すように、実効屈折率差は第２のクラッド層１４の膜厚が大きくなるに従って増加しており、第２のクラッド層１４の膜厚が０．５μｍとなった時点で飽和する。
【０１０９】
これらのことから、第２のクラッド層１４の膜厚を０．５μｍ以上にすることによって、導波路損失が小さく、且つ実効屈折率差が大きい構成をより安定して実現することができる。また、第２のクラッド層１４の膜厚が０．５μｍ以上であれば、導波路損失、実効屈折率差の値の変化は無視できる程度に小さくなることを確認することができる。
【０１１０】
また、この図１５において、第２のクラッド層１４の膜厚が０．５μｍ以上である範囲に着目すると、第２のクラッド層１４のＡｌ組成が０．０８以下であれば実効屈折率差を３×１０−３以上にすることができ、第２のクラッド層１４のＡｌ組成が０．０５以上であれば導波路損失を１５ｃｍ−１以下にすることができる。従って、第２のクラッド層１４のＡｌ組成を０．０５以上０．０８以下にすることにより、実効屈折率差が大きく、導波路損失が小さい構成を実現することができる。
【０１１１】
なお、これらの結果に基づき、上述した図３〜図８のシミュレーションにおいては第２のクラッド層１４の膜厚が０．５μｍ以上であり、第２のクラッド層１４のＡｌ組成が０．０７の範囲にある場合を想定して算出している。
【０１１２】
なお、図１５を用いて上述したように、第２のクラッド層１４の膜厚が０．５μｍ以上の範囲内であれば、第２のクラッド層１４の膜厚に対する導波路損失と、実効屈折率差の変化が飽和傾向を示すことがわかる。さらに、第２のクラッド層１４のＡｌ組成が０．０５以上、０．０８以下の範囲であって、第２のクラッド層１４の膜厚が０．５μｍ以上、０．８μｍ以下の範囲内では、その導波路損失は８ｃｍ−１から１２ｃｍ−１の範囲に制御され、実効屈折率差は３．５×１０−３から５．１×１０−３の範囲に制御される。即ち、１２ｃｍ−１以下の低損失と３×１０−３以上の実効屈折率差を安定して得ることが可能であることがわかる。具体的には、第２のクラッド層１４の膜厚が０．５μｍであり、第２のクラッド層１４のＡｌ組成が０．０５の場合においては、導波路損失が１２ｃｍ−１、実効屈折率差が４．２×１０−３であることがわかる。一方、第２のクラッド層１４の膜厚が０．５μｍであり、第２のクラッド層１４のＡｌ組成が０．０８の場合においては、導波路損失が８．７ｃｍ−１、実効屈折率差が３．２×１０−３となることがわかる。従って、この第２のクラッド層１４のＡｌ組成が０．０５以上０．０８以下の範囲内であれば、Ａｌ組成による導波路損失、及び実効屈折率差への影響は非常に小さいものと考えられる。従って、上述した図３〜図８のシミュレーション結果は、第２のクラッド層１４のＡｌ組成が０．０５以上、０．０８以下の範囲内で有効であるといえる。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
本開示の半導体発光装置は、ＧａＮからなる基板を有する半導体発光装置において、その光閉じ込め効果の向上と歪発生の抑制との両立を図ることができ、照明用光源、車載用光源、ディスプレイ用光源、その他の電子装置、情報処理装置などにおいて有用である。
【符号の説明】
【０１１４】
１  基板
２  ｎ型クラッド層
３  活性層
４  ｐ型クラッド層
５  電流ブロック層
６  ｐ型コンタクト層
１１  基板
１２  第１のクラッド層
１３  活性層
１４  第２のクラッド層
１４Ａ  リッジ
１５  第１の屈折率補正層
１６  第２の屈折率補正層
３１３  第１のガイド層
３１５  第２のガイド層
３１７  コンタクト層
３１８  電流ブロック層
３２０  第２の電極
３２１  第１の電極
【図１】
0006496906.tif 000006
【図２】
0006496906.tif 000007
【図３】
0006496906.tif 000008
【図４】
0006496906.tif 000009
【図５】
0006496906.tif 000010
【図６】
0006496906.tif 000011
【図７】
0006496906.tif 000012
【図８】
0006496906.tif 000013
【図９】
0006496906.tif 000014
【図１０】
0006496906.tif 000015
【図１１】
0006496906.tif 000016
【図１２】
0006496906.tif 000017
【図１３】
0006496906.tif 000018
【図１４】
0006496906.tif 000019
【図１５】
0006496906.tif 000020
【図１６】
0006496906.tif 000021
【図１７】
0006496906.tif 000022