(57)【要約】【課題】容易に製造可能な面発光の３族窒化物系化合物半導体レーザー素子を提供すること。【解決手段】ｎ型層であって、３族窒化物系化合物半導体の多重層から成り、反射膜を形成する多重ｎ層１０２、ｐ型層であって、３族窒化物系化合物半導体の多重層から成り、反射膜を形成する多重ｐ層１０６、反射率の高い金属から成るｐ電極１０７により、多重量子井戸構造を有する活性層１０４の発光がレーザー発振する。レーザー光は基板裏面側に取り出す。【選択図】　図１
2004055854.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成されたＩＩＩ族窒化物系化合物半導体レーザ素子であって、
ｐ電極に最も近いＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層を多重層として多重層反射層とし、
ｐ電極を反射率の高い反射膜とし、
基板側にレーザ光を取り出すことを特徴とするＩＩＩ族窒化物系化合物半導体レーザ素子。
【請求項２】
活性層と基板の間のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層の少なくとも一部を多重層として多重層反射層とし、前記ｐ電極と前記多重層反射層との組合せと対を成してレーザ光を発振させることを特徴とする請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体レーザ素子。
【請求項３】
基板裏面に誘電体多層膜を有し、前記ｐ電極と前記多重層反射層との組合せと対を成してレーザ光を発振させることを特徴とする請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、緑色乃至紫外光のレーザ光を発するＩＩＩ族窒化物系化合物半導体レーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば窒化インジウムガリウム（ＧａＩｎＮ）を用いた多重量子井戸構造を活性層とするＩＩＩ族窒化物系化合物半導体レーザ素子は、主として端面間の発振（基板面に対して平行にレーザ光が発振するもの）が実用化されている。これに対し、基板面と平行な反射膜等を設けて基板面に垂直方向にレーザ光を発振させるいわゆる面発光レーザは、ＩＩＩ族窒化物系化合物半導体では実用化までに至っていない。公知技術としては、例えば特開平１１−４６０３８号が挙げられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
端面発振レーザは、基板に垂直な精度の良い端面を形成することが必要であり、高密度集積ができない。また、当該精度の良い端面を形成しても、レーザ素子の使用と共に劣化し、レーザ素子の寿命は短いものとなっていた。また面発光レーザである特開平１１−４６０３８号では、誘電体多層膜をｐ層上に形成し、レーザ発振のための１対の反射層の一方側としているが、たとえ透明なｐ電極の上に誘電体多層膜を形成しても、金属膜から成る当該ｐ電極でのレーザ光吸収は無視できないので実質的に困難である。
【０００４】
本発明は上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、容易に製造可能な面発光のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体レーザ素子を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１に記載の手段によれば、基板上に形成されたＩＩＩ族窒化物系化合物半導体レーザ素子であって、ｐ電極に最も近いＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層を多重層として多重層反射層とし、ｐ電極を反射率の高い反射膜とし、基板側にレーザ光を取り出すことを特徴とする。
【０００６】
また、請求項２に記載の手段によれば、活性層と基板の間のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層の少なくとも一部を多重層として多重層反射層とし、前記ｐ電極と前記多重層反射層との組合せと対を成してレーザ光を発振させることを特徴とする。また、請求項３に記載の手段によれば、基板裏面に誘電体多層膜を有し、前記ｐ電極と前記多重層反射層との組合せと対を成してレーザ光を発振させることを特徴とする。
【０００７】
【作用及び発明の効果】
多重層反射層としてｐ電極に最も近いＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層をそれに充て、更にｐ電極を反射率の高い反射膜とすれば、多重層反射層が容易に形成でき、且つｐ層側と反対側の基板側のみにレーザ光を取り出す構成とすることができる。当該ｐ電極と多重層反射層との組合せと対を成してレーザ光を発振させる反射膜としては、活性層と基板の間のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体層の少なくとも一部或いは基板裏面の誘電体多層膜とすれば良い。これらの反射層は極めて精度良く形成できるので、従来提案されている面発光レーザ素子よりも容易に製造可能である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的な実施の形態について、図を参照しながら説明する。尚、以下は本発明の個々の実施例を示すものであって、本発明はそれらのみに限定されるものではない。
【０００９】
〔第１実施例〕
図１は、本発明の具体的な第１の実施例に係るＩＩＩ族窒化物系化合物半導体レーザ素子１００の主要構成を示す図である。基板１０１、ｎ型層であって、ＩＩＩ族窒化物系化合物半導体の多重層から成り、反射膜を形成する多重ｎ層１０２、ｎクラッド層１０３、多重量子井戸構造を有する活性層１０４、ｐクラッド層１０５、ｐ型層であって、ＩＩＩ族窒化物系化合物半導体の多重層から成り、反射膜を形成する多重ｐ層１０６、反射率の高い金属から成るｐ電極１０７、及びｎ電極１０８とから形成される。
【００１０】
ＩＩＩ族窒化物系化合物半導体レーザ素子１００においては、多重ｐ層１０６の反射率は３０％以上有れば良く、ｐ電極１０７との組合せで例えば９５％ぐらいの反射率となれば良い。一方、多重ｎ層１０２の反射率は７０％、好ましくは８０％以上のものが望ましい。このような構成とするため、多重ｎ層１０２、多重ｐ層１０６は組成の異なるＩＩＩ族窒化物系化合物半導体、例えばＧａＮとＡｌＧａＮで構成する。すなわち、多重ｎ層１０２を３９ｎｍ厚のｎ−ＧａＮと４７ｎｍ厚のｎ−Ａｌ０．８Ｇａ０．２Ｎとを３０周期積層したものとし、多重ｐ層１０６を３９ｎｍ厚のｐ−ＧａＮと４３ｎｍ厚のｐ−Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎとを１０周期積層したものとする。
【００１１】
活性層１０４は例えばＧａＩｎＮ／ＡｌＧａＮの多重量子井戸構造とすれば良い。即ち、３ｎｍ厚のＧａ０．９Ｉｎ０．１Ｎから成る井戸層と１０ｎｍ厚のＡｌ０．２Ｇａ０．８Ｎから成る障壁層とを複数周期積層する。
【００１２】
ｐ電極１０７としてはアルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、ロジウム（Ｒｈ）を用いることができる。尚、本実施例ではｎ電極１０８を多重ｎ層１０２に設ける構成としたが、ｎ電極１０８は単一層から成るｎ層に形成しても良い。そのときの層構成の順序は、基板側から、ｎ電極１０８を形成した単一層から成るｎ層、多重ｎ層１０２としてもよく、逆に基板側から、多重ｎ層１０２、ｎ電極１０８を形成した単一層から成るｎ層としてもよい。後者の場合、多重ｎ層１０２はドーパントを含まない、高抵抗層でも良いことは言うまでもない。また、基板としてサファイア等の異種材料を用いる場合は基板上に所望のバッファ層を設ける。図１及び上記説明では省略したが、これは本願発明の本質を説明したのみであって、バッファ層を設けるものも本願発明に包括されることは当然である。
【００１３】
〔第２実施例〕
図２の（ａ）は、本発明の具体的な第２の実施例に係るＩＩＩ族窒化物系化合物半導体レーザ素子２００の主要構成を示す図である。基板２０１、ｎ型層であって、ＩＩＩ族窒化物系化合物半導体から成るｎ層２０２、ｎクラッド層２０３、多重量子井戸層から成る活性層２０４、ｐクラッド層２０５、ｐ型層であって、ＩＩＩ族窒化物系化合物半導体の多重層から成り、反射膜を形成する多重ｐ層２０６、反射率の高い金属から成るｐ電極２０７、ｎ電極２０８、基板裏面の誘電体多層膜２１０とから形成される。図２の（ａ）のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体レーザ素子２００において、多重ｐ層２０６、ｐ電極２０７の反射率は、図１のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体レーザ素子１００の多重ｐ層１０６、ｐ電極１０７の反射率と同様で良い。基板裏面の誘電体多層膜２１０の反射率は８０％以下のものが望ましく、例えば７１ｎｍ厚のＳｉＯ２と５０ｎｍ厚のＺｒＯ２を６周期積層したものとする。
【００１４】
また、基板でのレーザ光吸収を抑えるため、図２の（ｂ）の変形例のような構成を有するＩＩＩ族窒化物系化合物半導体レーザ素子２５０としても良い。図２の（ｂ）のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体レーザ素子２５０においては図２（ａ）の基板２０１を孔部Ｖを設けた基盤２５１に代えている。この場合、基板裏面の誘電体多層膜２１０は、予め形成しておき、基板２５１に接着する方法をとる。孔部Ｖには空気のみ存在するので、孔部Ｖでレーザ光が吸収されることはない。
【００１５】
〔その他の変形例〕
図１のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体レーザ素子１００、図２の（ｂ）のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体レーザ素子２５０の変形例として、図３の（ａ）、（ｂ）のようなＩＩＩ族窒化物系化合物半導体レーザ素子１９０、２９０の構成としても良い。即ち、レーザ素子として機能する活性層、ｎ／ｐクラッド層部分を個々の素子に分離するエッチングの後、個々の素子に分離されたｎクラッド層よりも上部の側面を放熱性の良い誘電体膜１９、２９で囲う。他の構成要素は図１のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体レーザ素子１００、図２の（ｂ）のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体レーザ素子２５０と同様であるので同一の符号を付した。これにより、活性層への電流密度が上昇し、発振電流の閾値を低下させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の具体的な第１の実施例に係るＩＩＩ族窒化物系化合物半導体レーザ素子の構成を示す断面図。
【図２】（ａ）は、本発明の具体的な第２の実施例に係るＩＩＩ族窒化物系化合物半導体レーザ素子の構成を示す断面図、（ｂ）はその変形例に係るＩＩＩ族窒化物系化合物半導体レーザ素子の構成を示す断面図。
【図３】（ａ）は、図１の第１実施例に係るＩＩＩ族窒化物系化合物半導体レーザ素子の変形例の構成を示す断面図、（ｂ）は図２（ｂ）のＩＩＩ族窒化物系化合物半導体レーザ素子の変形例の構成を示す断面図。
【符号の説明】
１０２　多重ｎ層
１０６、２０６　多重ｐ層
１０７、２０７　ｐ電極
２０２　ｎ層
２１０　誘電体多層膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004055854.tif 000005