(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡｌＧａＮ（０．０８≦ｘ1≦０．２）からなる下部クラッド層と、ＩｎＧａＮ井戸層とＩｎＧａＮ障壁層との交互多層構造からなる活性層と、ＡｌＧａＮ（０．０８≦ｘ2≦０．２）からなる上部クラッド層とが基板側からこの順に形成された層を含み、前記下部クラッド層中または／かつ上部クラッド層中に、膜厚２００ｎｍ以下のＩｎp1Ｇａ1-p1Ｎ（０．００１≦ｐ1≦０．２）緩衝層が単層または複数層介挿されており、
前記下部クラッド層と活性層の間にＧａＮ下部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、かつ前記上部クラッド層と活性層との間にＧａＮ上部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、前記下部クラッド層に介挿された前記Ｉｎp1Ｇａ1-p1Ｎ（０．００１≦ｐ1≦０．２）緩衝層から前記ＧａＮ下部ガイド層までの距離、もしくは前記上部クラッド層に介挿された前記Ｉｎp1Ｇａ1-p1Ｎ（０．００１≦ｐ1≦０．２）緩衝層から前記ＧａＮ上部ガイド層までの距離をｄ［μｍ］とし、前記緩衝層の組成ｐ1および膜厚ｔ1［ｎｍ］が、
０．２≦ｄ＜０．３かつ１／（０．０００１７６７２＋０．０８８６０４ｐ1）≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ−１０３．６３＋２４０３．３ｐ1≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ１／（０．００１４２９６＋０．１３０１４ｐ1）≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ−４２．２５４＋１２７３．３ｐ1≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
ｄ≧０．４かつ（０．００３１２２３＋０．２６８４７ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
ｄ≧０．４かつ−２５．８６７＋６６４．４５ｐ1≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
のいずれかの範囲に設定してなることを特徴とする窒化物系半導体レーザ素子。
【請求項２】
ＡｌＧａＮ（０．０８≦ｘ1≦０．２）からなる下部クラッド層と、ＩｎＧａＮ井戸層とＩｎＧａＮ障壁層との交互多層構造からなる活性層と、ＡｌＧａＮ（０．０８≦ｘ2≦０．２）からなる上部クラッド層とが基板側からこの順に形成された層を含み、前記下部クラッド層中または／かつ上部クラッド層中に、膜厚２００ｎｍ以下のＩｎp1Ｇａ1-p1Ｎ（０．００１≦ｐ1≦０．２）緩衝層が単層または複数層介挿されており、
前記下部クラッド層と活性層の間に０％以上２％未満のＩｎを少なくとも含む下部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、かつ上部クラッド層と活性層との間に０％以上２％未満のＩｎを少なくとも含む上部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、
前記下部クラッド層に介挿された前記Ｉｎp1Ｇａ1-p1Ｎ（０．００１≦ｐ1≦０．２）緩衝層から前記下部ガイド層までの距離、もしくは前記上部クラッド層に介挿された前記Ｉｎp1Ｇａ1-p1Ｎ（０．００１≦ｐ1≦０．２）緩衝層から前記上部ガイド層までの距離をｄ［μｍ］とし、前記緩衝層の組成ｐ1および膜厚ｔ1［ｎｍ］が、
ｄ≧０．４かつ（−０．００１３６９４＋０．１６３５５ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
ｄ≧０．４かつ６０．４０９−８４０．５ｐ1＋１０８４３ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ（−０．００１１６０６＋０．１３７８９ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ８１．０４３−１１５９．４ｐ1＋１３５３７ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ
（−０．０００７６７９８＋０．０９３６６６ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ１０８．６１−１５１１．６ｐ1＋１９０１６ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
のいずれかの範囲に設定してなることを特徴とする窒化物系半導体レーザ素子。
【請求項３】
ＡｌＧａＮ（０．０８≦ｘ1≦０．２）からなる下部クラッド層と、ＩｎＧａＮ井戸層とＩｎＧａＮ障壁層との交互多層構造からなる活性層と、ＡｌＧａＮ（０．０８≦ｘ2≦０．２）からなる上部クラッド層とが基板側からこの順に形成された層を含み、前記下部クラッド層中または／かつ上部クラッド層中に、膜厚２００ｎｍ以下のＩｎp1Ｇａ1-p1Ｎ（０．００１≦ｐ1≦０．２）緩衝層が単層または複数層介挿されており、
前記下部クラッド層と活性層の間に２％以上４％未満のＩｎを少なくとも含む下部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、かつ上部クラッド層と活性層との間に２％以上４％未満のＩｎを少なくとも含む上部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、
前記下部クラッド層に介挿された前記Ｉｎp1Ｇａ1-p1Ｎ（０．００１≦ｐ1≦０．２）緩衝層から前記下部ガイド層までの距離、もしくは前記上部クラッド層に介挿された前記Ｉｎp1Ｇａ1-p1Ｎ（０．００１≦ｐ1≦０．２）緩衝層から前記上部ガイド層までの距離をｄ［μｍ］とし、前記緩衝層の組成ｐ1および膜厚ｔ1［ｎｍ］が、
ｄ≧０．４かつ（−０．００２５７８２＋０．１４９０２ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
ｄ≧０．４かつ３４５．０７−６３６１．６ｐ1＋３９３３９ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ（−０．００２４０３９＋０．１３５６１ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ４１０．２−７５８４．７ｐ1＋４６１０１ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ（−０．００１８９６１＋０．１０４９４ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ５３６．０８−９９６６．９ｐ1＋６０７０７ｐ1≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
のいずれかの範囲に設定してなることを特徴とする窒化物系半導体レーザ素子。
【請求項４】
ＡｌＧａＮ（０．０８≦ｘ1≦０．２）からなる下部クラッド層と、ＩｎＧａＮ井戸層とＩｎＧａＮ障壁層との交互多層構造からなる活性層と、ＡｌＧａＮ（０．０８≦ｘ2≦０．２）からなる上部クラッド層とが基板側からこの順に形成された層を含み、前記下部クラッド層中または／かつ上部クラッド層中に、膜厚２００ｎｍ以下のＩｎp1Ｇａ1-p1Ｎ（０．００１≦ｐ1≦０．２）緩衝層が単層または複数層介挿されており、
前記下部クラッド層と活性層の間に４％以上６％未満のＩｎを少なくとも含む下部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、かつ上部クラッド層と活性層との間に４％以上６％未満のＩｎを少なくとも含む上部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、前記下部クラッド層に介挿された前記Ｉｎp1Ｇａ1-p1Ｎ（０．００１≦ｐ1≦０．２）緩衝層から前記下部ガイド層までの距離、もしくは前記上部クラッド層に介挿された前記Ｉｎp1Ｇａ1-p1Ｎ（０．００１≦ｐ1≦０．２）緩衝層から前記上部ガイド層までの距離をｄ［μｍ］とし、前記緩衝層の組成ｐ1および膜厚ｔ1［ｎｍ］が、
ｄ≧０．４かつ（−０．００３５０１７＋０．１４５７１ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
ｄ≧０．４かつ５２４．７５−１００２９ｐ1＋５９４０６ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ（−０．００３３２９１＋０．１３５８６ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ５８７．７−１１２６４ｐ1＋６６３８０ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ（−０．００２８２３７＋０．１１１１３ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ７６６．５２−１４７７３ｐ1＋８６５８９ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
のいずれかの範囲に設定してなることを特徴とする窒化物系半導体レーザ素子。
【請求項５】
ＡｌＧａＮ（０．０８≦ｘ1≦０．２）からなる下部クラッド層と、ＩｎＧａＮ井戸層とＩｎＧａＮ障壁層との交互多層構造からなる活性層と、ＡｌＧａＮ（０．０８≦ｘ2≦０．２）からなる上部クラッド層とが基板側からこの順に形成された層を含み、前記下部クラッド層中または／かつ上部クラッド層中に、膜厚２００ｎｍ以下のＩｎp1Ｇａ1-p1Ｎ（０．００１≦ｐ1≦０．２）緩衝層が単層または複数層介挿されており、
前記下部クラッド層と活性層の間に６％以上７％未満のＩｎを少なくとも含む下部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、かつ上部クラッド層と活性層との間に６％以上７％未満のＩｎを少なくとも含む上部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、前記下部クラッド層に介挿された前記Ｉｎp1Ｇａ1-p1Ｎ（０．００１≦ｐ1≦０．２）緩衝層から前記下部ガイド層までの距離、もしくは前記上部クラッド層に介挿された前記Ｉｎp1Ｇａ1-p1Ｎ（０．００１≦ｐ1≦０．２）緩衝層から前記上部ガイド層までの距離をｄ［μｍ］とし、前記緩衝層の組成ｐ1および膜厚ｔ1［ｎｍ］が、
ｄ≧０．４かつ（−０．００４１７６１＋０．１３９１６ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
ｄ≧０．４かつ９５８．１６−１８８５２ｐ1＋１０５８７０ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ（−０．００４０３３９＋０．１３２３６ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ１０５６．２−２０８１５ｐ1＋１１６４６０ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ（−０．００３５４２４＋０．１１２８５ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ１３３５．８−２６４２８ｐ1＋１４７２６０ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
のいずれかの範囲に設定してなることを特徴とする窒化物系半導体レーザ素子。
【請求項６】
ＡｌＧａＮ（０．０８≦ｘ1≦０．２）からなる下部クラッド層と、ＩｎＧａＮ井戸層とＩｎＧａＮ障壁層との交互多層構造からなる活性層と、ＡｌＧａＮ（０．０８≦ｘ2≦０．２）からなる上部クラッド層とが基板側からこの順に形成された層を含み、前記下部クラッド層中または／かつ上部クラッド層中に、膜厚２００ｎｍ以下のＩｎp1Ｇａ1-p1Ｎ（０．００１≦ｐ1≦０．２）緩衝層が単層または複数層介挿されており、
前記下部クラッド層と活性層の間に７％以上１０％以下のＩｎを少なくとも含む下部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、かつ上部クラッド層と活性層との間に７％以上１０％以下のＩｎを少なくとも含む上部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、前記下部クラッド層に介挿された前記Ｉｎp1Ｇａ1-p1Ｎ（０．００１≦ｐ1≦０．２）緩衝層から前記下部ガイド層までの距離、もしくは前記上部クラッド層に介挿された前記Ｉｎp1Ｇａ1-p1Ｎ（０．００１≦ｐ1≦０．２）緩衝層から前記上部ガイド層までの距離をｄ［μｍ］とし、前記緩衝層の組成ｐ1および膜厚ｔ1［ｎｍ］が、ｄ≧０．４かつ（−０．００５１３４＋０．１３６２ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
ｄ≧０．４かつ２４９７．８−４９９６１ｐ1＋２６４０２０ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ（−０．００４９８５１＋０．１３１０６ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ２７０５．９−５４１５９ｐ1＋２８５７６０ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ（−０．００４４２８２＋０．１１４４６ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ
３３２４．９−６６６５６ｐ1＋３５１０５０ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
のいずれかの範囲に設定してなることを特徴とする窒化物系半導体レーザ素子。
【請求項７】
情報記録面を有する光ディスクに照射されたレーザ光の反射光を光変換することにより、該光ディスクに記録された記録情報を再生する光学式情報再生装置であって、請求項１から６のいずれかに記載の窒化物系半導体レーザ素子を光源として用いることを特徴とする光学式情報再生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化ガリウム系半導体を用いた半導体レーザ素子およびそれを用いた光学式情報再生装置に関し、特に、ＦＦＰ（ファーフィールドパターン）が良好な半導体レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮおよびそれらの混晶半導体に代表される窒化物系半導体材料により、青色から紫外領域で発光する半導体レーザ素子が試作されている。図２２は、先に本出願人により出願された特開平９−５５５６０号公報の窒化物半導体レーザ素子（または発光ダイオード）を示す模式図であり、半導体レーザの導波路ストライプ部分の共振器に垂直な断面を示している。本半導体レーザ素子（または発光ダイオード）は、サファイア基板１９１上に、薄層のＧａＮまたはＡｌＮまたはＡｌＧａＮからなる低温バッファ層１９２が形成され、その上に、ｎ型ＧａＮコンタクト層１９３、ｎ型下部クラッド層２０２、ノンドープまたはＳｉドープＡｌＧａＩｎＮ活性層１９６（または発光層）、ｐ型上部クラッド層１９７およびｐ型ＧａＮコンタクト層１９８が積層形成されている。ｐ型コンタクト層１９８の上には正電極２００が形成されている。また、ｎ型ＧａＮ層の上部が一部露出するように、その上側のｎ型下部クラッド層、活性層（または発光層）、ｐ型上部クラッド層およびｐ型ＧａＮキャップ層は部分的に除去され、露出したｎ型ＧａＮ層の部分の上に負電極２０１が形成されている。
【０００３】
本半導体レーザ素子では、ｎ型下部クラッド層は、厚み約０．１５〜０．３μｍのｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１９４と厚み約２００オングストロームのｎ型ＡｌaＧａ1-aＮ（０≦ａ≦１）緩衝層１９５とを繰り返し成長して下部クラッド層２０２の厚みを各々約１μｍとしている。
【０００４】
ｎ型下部クラッド層の総膜厚は、レーザ発振モードの電界分布がｎ型ＧａＮコンタクト層へ染み出し、これによるＦＦＰにおけるリップルの発生を防止するためには厚いほど望ましいが、結晶成長の困難さのため、ｎ型ＧａＮ層上に歩留まり良く成長できるｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層の層厚は制限される。なお、本明細書中では、半導体多層膜に垂直な方向の、半導体レーザ素子構造中における光電界分布およびＦＦＰを問題にしており、これを単に各々電界分布およびＦＦＰと記載している。そのため、本半導体レーザ素子では、ｎ型下部クラッド層は、厚み約０．１５〜０．３μｍのｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層と厚み約２００オングストロームのｎ型ＡｌaＧａ1-aＮ（０≦ａ≦１）緩衝層とを繰り返し成長することにより、ｎ型下部クラッド層の総膜厚を約１μｍとしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の半導体レーザ素子では、以下に示すような問題が生じる。本発明者らにより上記構造の半導体レーザ素子を実際に作製し、表面を光学顕微鏡で約２００倍に拡大して観察したところ、表面がきれいなウェハーもあれば、ウェハーの周辺部で六角形のクラックが発生しているウェハーも確認された。より具体的には、１０枚のウェハの内８枚のウェハーで、このような六角形のクラックが発生している様子が確認された。
【０００６】
また、レーザ素子構造のウェハの内、クラックの生じていない部分を素子化したところ、閾値電流密度２〜３ｋＡ／ｃｍ2程度でレーザ発振を生じたが、クラックの生じたところを素子化したものでは、レーザ発振を生じた素子の数は、３０個中１５個であった。
【０００７】
このように、緩衝層としてＡｌＮまたはＧａＮを用いた場合は、十分なクラック防止効果が見られておらず、それにより深刻な歩留まりの低下が生ずるという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記問題を解消し、光ピックアップ等への応用に最適な窒化物半導体レーザ素子を歩留まり良く提供し、また、集光特性の優れた光学式情報再生装置を実現することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
〔１〕
上記目的を達成するため、本発明に基づく窒化物系半導体レーザ素子は、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（０．０８≦ｘ１≦０．２）下部クラッド層と、ＩｎwＧａ1-wＮ井戸層とＩｎvＧａ1-vＮ障壁層との交互多層構造からなる活性層と、Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ（０．０８≦ｘ２≦０．２）上部クラッド層とが基板側からこの順に形成された層を含み、該下部クラッド層中または／かつ該上部クラッド層中に、ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層（膜厚２００ｎｍ以下）が単層または複数層介挿されていることを特徴とする。
【００１０】
〔２〕
上記発明において好ましくは、積層面に垂直方向のファーフィールドパターンにおけるリップルが抑制されるように、上記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層の膜厚と組成を設定してなることを特徴とする。
【００１１】
〔３〕
上記発明において好ましくは、上記上部または／かつ下部クラッド層の総膜厚が、０．８μｍ以上１０μｍ以下の範囲に設定してなることを特徴とする。
【００１２】
〔４〕
上記発明において好ましくは、上記下部／上部クラッド層に介挿された少なくとも１層の少なくとも１層のＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層において、各ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層（誘電率εI）および両隣の下部／上部クラッド層（誘電率εA）で構成される導波路の導波モード（等価屈折率ｎi、半導体層に対し垂直方向の電界分布ｆi（ｘ））と、上記半導体レーザ素子の発振光の導波層および下部クラッド層および上部クラッド層で構成される導波路の導波モード（等価屈折率ｎeq、半導体層に対し垂直方向の電界分布ｆeq（ｘ））とで決定されるパラメータＦについて、Ｆ＜０．４の関係が成立するように、上記緩衝層の膜厚と組成を設定してなることを特徴とする。但し、
Ｆ＝１／｛１＋（Δ／κ）2｝
Δ＝（π／λ）（ｎeq−ｎi）
κ＝（ω・ε0／４）∫｛ｆeq（ｘ）*・δε（ｘ）・ｆi（ｘ）｝ｄｘ
δε（ｘ）＝εI−εA（ｘ；ＩｎzＧａ1-zＮ緩衝層内），０（ｘ；それ以外）
ω＝２πｃ0／λ
λ；真空中における発振光の波長
ｃ0；真空中の光速
ε0；真空中の誘電率
で与えられるものとする。
【００１３】
〔５〕
上記発明において好ましくは、上記下部クラッド層と活性層の間にＧａＮ下部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、かつＡｌx2Ｇａ1-x2Ｎ（０．０８≦ｘ２≦０．２）上部クラッド層と活性層との間にＧａＮ上部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、上記下部クラッド層に介挿された上記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層までの距離、もしくは上記上部クラッド層に介挿された上記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層までの距離をｄ［μｍ］、上記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層から上記ＧａＮ下部ガイド層までに介挿された下部クラッド層の平均Ａｌ組成、もしくは上記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層までに介挿された上部クラッド層の平均Ａｌ組成を０．０８≦ｘ≦０．２とし、上記緩衝層の組成ｐ1および膜厚ｔ1［ｎｍ］が、
０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦１／（０．００８０２６８＋０．５８５３３ｐ1）かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦−８．９９５６＋２７３．９５ｐ1かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ１／（０．０００１７６７２＋０．０８８６０４ｐ1）≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ−１０３．６３＋２４０３．３ｐ1≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦１／（０．００６７７２５＋０．５０５７８ｐ1）かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦−１０．８６＋３２１．８８ｐ1かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ１／（０．００１４２９６＋０．１３０１４ｐ1）≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ−４２．２５４＋１２７３．３ｐ1≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦（０．００４４０６３＋０．３６２２ｐ1）(-1)かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦−１７．９５８＋４７９ｐ1かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
ｄ≧０．４かつ（０．００３１２２３＋０．２６８４７ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０
９
または
ｄ≧０．４かつ−２５．８６７＋６６４．４５ｐ1≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
のいずれかの範囲に設定してなることを特徴とする。
【００１４】
なお、さらに望ましくは、上記下部クラッド層と活性層との間にＧａＮ下部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、かつ上記上部クラッド層と活性層との間にＧａＮ上部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、上記下部クラッド層に介挿された上記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層までの距離、もしくは上記上部クラッド層に介挿された上記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層までの距離をｄ［μｍ］、上記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層から上記ＧａＮ下部ガイド層までに介挿された下部クラッド層の平均Ａｌ組成、もしくは上記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層までに介挿された上部クラッド層の平均Ａｌ組成を０．０８≦ｘ≦０．２とし、上記緩衝層の組成ｐ1および膜厚ｔ1［ｎｍ］が、
０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦（０．００９７３７６＋０．６９２８１ｐ1）(-1)かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦−６．６３４９＋２２２．７２ｐ1かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦（０．００８０２６８＋０．５８５３３ｐ1）(-1)かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦−８．９９５６＋２７３．９５ｐ1かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ（０．００１７６７２＋０．０８８６０４ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ−１０３．６３＋２４０３．３ｐ1≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．４≦ｄ＜０．８かつ１０≦ｔ1≦１／（０．００６７７２５＋０．５０５７８ｐ1）かつ０．００１≦
ｐ1≦０．０９
または
０．４≦ｄ＜０．８かつ１０≦ｔ1≦−１０．８６＋３２１．８８ｐ1かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．４≦ｄ＜０．８かつ１／（０．００１４２９６＋０．１３０１４ｐ1）≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．４≦ｄ＜０．８かつ−４２．２５４＋１２７３．３ｐ1≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
ｄ≧０．８かつ１０≦ｔ1≦（０．００４４０６３＋０．３６２２ｐ1）(-1)かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
ｄ≧０．８かつ１０≦ｔ1≦−１７．９５８＋４７９ｐ1かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
ｄ≧０．８かつ（０．００３１２２３＋０．２６８４７ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
ｄ≧０．８かつ−２５．８６７＋６６４．４５ｐ1≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
のいずれかの範囲に設定してなることがよい。
【００１５】
〔６〕
上記発明において好ましくは、上記下部クラッド層と活性層の間に０％以上２％未満のＩｎを少なくとも含む下部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、かつ上部クラッド層と活性層との間に０％以上２％未満のＩｎを少なくとも含む上部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、下部クラッド層に介挿された上記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層までの距離、もしくは上記上部クラッド層に介挿された上記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層までの距離をｄ［μｍ］、上記ＩｎＧａＮ緩衝層から上記ＧａＮ下部ガイド層までに介挿された下部クラッド層の平均Ａｌ組成、もしくは上記ＩｎＧａＮ緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層までに介挿された上部クラッド層の平均Ａｌ組成を０．０８≦ｘ≦０．２とし、上記緩衝層の組成ｐ1および膜厚ｔ1［ｎｍ］が、
ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦（０．００２１８２＋０．２８３８ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦−２７．９１６＋６３１．１４ｐ1＋４１８．９４ｐ12かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
ｄ≧０．４かつ（−０．００１３６９４＋０．１６３５５ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
ｄ≧０．４かつ６０．４０９−８４０．５ｐ1＋１０８４３ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦（０．００２８１４７＋０．３２７５１ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦−２４．４４９＋５６０．５９ｐ1＋２２２．４５ｐ12かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ（−０．００１１６０６＋０．１３７８９ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ８１．０４３−１１５９．４ｐ1＋１３５３７ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦（０．００３９９４２＋０．３９６４５ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦−２１．３３１＋４８８．１３ｐ1かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ（−０．０００７６７９８＋０．０９３６６６ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ
１０８．６１−１５１１．６ｐ1＋１９０１６ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
のいずれかの範囲に設定してなることを特徴とする。
【００１６】
さらに望ましくは、上記下部クラッド層と活性層の間に０％以上２％未満のＩｎを少なくとも含む下部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、かつ上部クラッド層と活性層との間に０％以上２％未満のＩｎを少なくとも含む上部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、上記ＩｎＧａＮ緩衝層から上記上部ガイド層または上記下部ガイド層までの距離をｄ［μｍ］、上記ＩｎＧａＮ緩衝層から上記上部ガイド層または上記下部ガイド層までに介挿された上部または下部クラッド層の平均Ａｌ組成を０．０８≦ｘ≦０．２とし、上記緩衝層の組成ｐ1および膜厚ｔ1［ｎｍ］が、
ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦１／（０．００６７７２５＋０．５０５７８ｐ1）かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦−１０．８６＋３２１．８８ｐ1かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
ｄ≧０．４かつ１／（０．００１４２９６＋０．１３０１４ｐ1）≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
ｄ≧０．４かつかつ−４２．２５４＋１２７３．３ｐ1≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦１／（０．００８０２６８＋０．５８５３３ｐ1）かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦−８．９９５６＋２７３．９５ｐ1かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ１／（０．０００１７６７２＋０．０８８６０４ｐ1）≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ−１０３．６３＋２４０３．３ｐ1≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦（０．００９７３７６＋０．６９２８１ｐ1）(-1)かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦−６．６３４９＋２２２．７２ｐ1かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
のいずれかの範囲に設定してなることがよい。
【００１７】
〔７〕
上記発明において好ましくは、上記下部クラッド層と活性層の間に２％以上４％未満のＩｎを少なくとも含む下部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、かつ上部クラッド層と活性層との間に２％以上４％未満のＩｎを少なくとも含む上部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、上記Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（０．０８≦ｘ１≦０．２）下部クラッド層に介挿された上記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層までの距離、もしくは上記上部クラッド層に介挿された上記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層までの距離をｄ［μｍ］、上記ＩｎＧａＮ緩衝層から上記ＧａＮ下部ガイド層までに介挿された下部クラッド層の平均Ａｌ組成、もしくは上記ＩｎＧａＮ緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層までに介挿された上部クラッド層の平均Ａｌ組成を０．０８≦ｘ≦０．２とし、上記緩衝層の組成ｐ1および膜厚ｔ1［ｎｍ］が、
ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦（−０．０００５７９１６＋０．２０２５７ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦２０．２４８−２１２．４９ｐ1＋６３９０ｐ12かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
ｄ≧０．４かつ（−０．００２５７８２＋０．１４９０２ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
ｄ≧０．４かつ３４５．０７−６３６１．６ｐ1＋３９３３９ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦（−０．００００４８０８１＋０．２２８１２ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦６．７８９３＋７．００９７ｐ1＋４７７９．４ｐ12かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ（−０．００２４０３９＋０．１３５６１ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ４１０．２−７５８４．７ｐ1＋４６１０１ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦（−０．００００７６１６６＋０．２７６０８ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦−４．９２９４＋２１３．７６ｐ1＋２８２７．４ｐ12かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ（−０．００１８９６１＋０．１０４９４ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ５３６．０８−９９６６．９ｐ1＋６０７０７ｐ1≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
のいずれかの範囲に設定してなることを特徴とする。
【００１８】
さらに望ましくは、上記下部クラッド層と活性層との間に２％以上４％未満のＩｎを少なくとも含む下部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、かつ上部クラッド層と活性層との間に２％以上４％未満のＩｎを少なくとも含む上部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、上記下部クラッド層に介挿された上記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層までの距離、もしくは上記上部クラッド層に介挿された上記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層までの距離をｄ［μｍ］、上記ＩｎＧａＮ緩衝層から上記ＧａＮ下部ガイド層までに介挿された下部クラッド層の平均Ａｌ組成、もしくは上記ＩｎＧａＮ緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層までに介挿された上部クラッド層の平均Ａｌ組成を０．０８≦ｘ≦０．２とし、上記緩衝層の組成ｐ1および膜厚ｔ1［ｎｍ］が、
ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦（０．００２１８２＋０．２８３８ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦−２７．９１６＋６３１．１４ｐ1＋４１８．９４ｐ12かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
ｄ≧０．４かつ（−０．００１３６９４＋０．１６３５５ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
ｄ≧０．４かつ６０．４０９−８４０．５ｐ1＋１０８４３ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦（０．００２８１４７＋０．３２７５１ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦−２４．４４９＋５６０．５９ｐ1＋２２２．４５ｐ12かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ（−０．００１１６０６＋０．１３７８９ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ８１．０４３−１１５９．４ｐ1＋１３５３７ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦（０．００３９９４２＋０．３９６４５ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦−２１．３３１＋４８８．１３ｐ1かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ（−０．０００７６７９８＋０．０９３６６６ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ１０８．６１−１５１１．６ｐ1＋１９０１６ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
のいずれかの範囲に設定してなることがよい。
【００１９】
〔８〕
上記発明において好ましくは、上記下部クラッド層と活性層の間に４％以上６％未満のＩｎを少なくとも含む下部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、かつ上部クラッド層と活性層との間に４％以上６％未満のＩｎを少なくとも含む上部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、上記下部クラッド層に介挿された上記下部クラッド層に介挿された上記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層までの距離、もしくは上記上部クラッド層に介挿された上記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層までの距離をｄ［μｍ］、上記ＩｎＧａＮ緩衝層から上記ＧａＮ下部ガイド層までに介挿された下部クラッド層の平均Ａｌ組成、もしくは上記ＩｎＧａＮ緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層までに介挿された上部クラッド層の平均Ａｌ組成を０．０８≦ｘ≦０．２とし、上記緩衝層の組成ｐ1および膜厚ｔ1［ｎｍ］が、
ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦（−０．００３６５８８＋０．１５８０４ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦１１９２．２−２２２６２ｐ1＋１１２６７０ｐ12かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
ｄ≧０．４かつ（−０．００３５０１７＋０．１４５７１ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
ｄ≧０．４かつ５２４．７５−１００２９ｐ1＋５９４０６ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦（−０．００２９７２７＋０．１８４６８ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦２１１．８７−３８７４．３ｐ1＋２５７５２ｐ12かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ（−０．００３３２９１＋０．１３５８６ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ５８７．７−１１２６４ｐ1＋６６３８０ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦（−０．００３１９４７＋０．２１９０３ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦１３９．３７−２４９６．５ｐ1＋１７８３１ｐ12かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ（−０．００２８２３７＋０．１１１１３ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ７６６．５２−１４７７３ｐ1＋８６５８９ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
のいずれかの範囲に設定してなることを特徴とする。
【００２０】
さらに望ましくは、上記下部クラッド層と活性層の間に４％以上６％未満のＩｎを少なくとも含む下部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、かつ上部クラッド層と活性層との間に４％以上６％未満のＩｎを少なくとも含む上部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、上記下部クラッド層に介挿された上記下部クラッド層に介挿された上記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層までの距離、もしくは上記上部クラッド層に介挿された上記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層までの距離をｄ［μｍ］、上記ＩｎＧａＮ緩衝層から上記ＧａＮ下部ガイド層までに介挿された下部クラッド層の平均Ａｌ組成、もしくは上記ＩｎＧａＮ緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層までに介挿された上部クラッド層の平均Ａｌ組成を０．０８≦ｘ≦０．２とし、上記緩衝層の組成ｐ1および膜厚ｔ1［ｎｍ］が、
ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦（−０．０００５７９１６＋０．２０２５７ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦２０．２４８−２１２．４９ｐ1＋６３９０ｐ12かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
ｄ≧０．４かつ（−０．００２５７８２＋０．１４９０２ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
ｄ≧０．４かつ３４５．０７−６３６１．６ｐ1＋３９３３９ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦（−０．００００４８０８１＋０．２２８１２ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦６．７８９３＋７．００９７ｐ1＋４７７９．４ｐ12かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ（−０．００２４０３９＋０．１３５６１ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ４１０．２−７５８４．７ｐ1＋４６１０１ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦（−０．００００７６１６６＋０．２７６０８ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦−４．９２９４＋２１３．７６ｐ1＋２８２７．４ｐ12かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ（−０．００１８９６１＋０．１０４９４ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ５３６．０８−９９６６．９ｐ1＋６０７０７ｐ1≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
のいずれかの範囲に設定してなることがよい。
【００２１】
〔９〕
上記発明において好ましくは、上記下部クラッド層と活性層の間に６％以上７％未満のＩｎを少なくとも含む下部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、かつ上部クラッド層と活性層との間に６％以上７％未満のＩｎを少なくとも含む上部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、上記下部クラッド層に介挿された上記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層までの距離、もしくは上記上部クラッド層に介挿された上記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層までの距離をｄ［μｍ］、上記ＩｎＧａＮ緩衝層から上記ＧａＮ下部ガイド層までに介挿された下部クラッド層の平均Ａｌ組成、もしくは上記ＩｎＧａＮ緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層までに介挿された上部クラッド層の平均Ａｌ組成を０．０８≦ｘ≦０．２とし、上記緩衝層の組成ｐ1および膜厚ｔ1［ｎｍ］が、
ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦（−０．００３６５８８＋０．１５８０４ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦１１９２．２−２２２６２ｐ1＋１１２６７０ｐ12かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
ｄ≧０．４かつ（−０．００４１７６１＋０．１３９１６ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
ｄ≧０．４かつ９５８．１６−１８８５２ｐ1＋１０５８７０ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦（−０．００３８１０８＋０．１６８５６ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦９７３．６９−１８１８６ｐ1＋９３３２１ｐ12かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ（−０．００４０３３９＋０．１３２３６ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ１０５６．２−２０８１５ｐ1＋１１６４６０ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦（−０．００４０７７３＋０．１９５４７ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦５３９．７５−１００８８ｐ1＋５４７５７ｐ12かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ（−０．００３５４２４＋０．１１２８５ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ１３３５．８−２６４２８ｐ1＋１４７２６０ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
のいずれかの範囲に設定してなる。
【００２２】
なお、さらに望ましくは、上記下部クラッド層と活性層の間に６％以上７％未満のＩｎを少なくとも含む下部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、かつ上部クラッド層と活性層との間に６％以上７％未満のＩｎを少なくとも含む上部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、上記下部クラッド層に介挿された上記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層までの距離、もしくは上記上部クラッド層に介挿された上記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層までの距離をｄ［μｍ］、上記ＩｎＧａＮ緩衝層から上記ＧａＮ下部ガイド層までに介挿された下部クラッド層の平均Ａｌ組成、もしくは上記ＩｎＧａＮ緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層までに介挿された上部クラッド層の平均Ａｌ組成を０．０８≦ｘ≦０．２とし、上記緩衝層の組成ｐ1および膜厚ｔ1［ｎｍ］が、
ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦（−０．００３６５８８＋０．１５８０４ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦１１９２．２−２２２６２ｐ1＋１１２６７０ｐ12かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
ｄ≧０．４かつ（−０．００３５０１７＋０．１４５７１ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
ｄ≧０．４かつ５２４．７５−１００２９ｐ1＋５９４０６ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦（−０．００２９７２７＋０．１８４６８ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦２１１．８７−３８７４．３ｐ1＋２５７５２ｐ12かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ（−０．００３３２９１＋０．１３５８６ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ５８７．７−１１２６４ｐ1＋６６３８０ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦（−０．００３１９４７＋０．２１９０３ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦１３９．３７−２４９６．５ｐ1＋１７８３１ｐ12かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ（−０．００２８２３７＋０．１１１１３ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ７６６．５２−１４７７３ｐ1＋８６５８９ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
のいずれかの範囲に設定してなることがよい。
【００２３】
〔１０〕
上記発明において好ましくは、上記下部クラッド層と活性層の間に７％以上１０％以下のＩｎを少なくとも含む下部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、かつ上部クラッド層と活性層との間に７％以上１０％以下のＩｎを少なくとも含む上部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、上記下部クラッド層に介挿された上記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層までの距離、もしくは上記上部クラッド層に介挿された上記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層までの距離をｄ［μｍ］、上記ＩｎＧａＮ緩衝層から上記ＧａＮ下部ガイド層までに介挿された下部クラッド層の平均Ａｌ組成、もしくは上記ＩｎＧａＮ緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層までに介挿された上部クラッド層の平均Ａｌ組成を０．０８≦ｘ≦０．２とし、上記緩衝層の組成ｐ1および膜厚ｔ1［ｎｍ］が、
ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦（−０．００４３４７＋０．１４７１９ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦８５８．５５−１６８６６ｐ1＋９５１８６ｐ12かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
ｄ≧０．４かつ（−０．００５１３４＋０．１３６２ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
ｄ≧０．４かつ２４９７．８−４９９６１ｐ1＋２６４０２０ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦（−０．００４４８７２＋０．１５４４６ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦７８０．２５−１５２９９ｐ1＋８６６８３ｐ12かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ（−０．００４９８５１＋０．１３１０６ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ２７０５．９−５４１５９ｐ1＋２８５７６０ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦（−０．００４８８８５＋０．１７５９１ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦５９７．６５−１１６６１ｐ1＋６６９８３ｐ12かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ（−０．００４４２８２＋０．１１４４６ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ３３２４．９−６６６５６ｐ1＋３５１０５０ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
のいずれかの範囲に設定してなる。
【００２４】
なお、さらに望ましくは、上記下部クラッド層と活性層の間に７％以上８％未満のＩｎを少なくとも含む下部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、かつ上部クラッド層と活性層との間に７％以上８％未満のＩｎを少なくとも含む上部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、上記下部クラッド層に介挿された上記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層までの距離、もしくは上記上部クラッド層に介挿された上記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層までの距離をｄ［μｍ］、上記ＩｎＧａＮ緩衝層から上記ＧａＮ下部ガイド層までに介挿された下部クラッド層の平均Ａｌ組成、もしくは上記ＩｎＧａＮ緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層までに介挿された上部クラッド層の平均Ａｌ組成を０．０８≦ｘ≦０．２とし、上記緩衝層の組成ｐ1および膜厚ｔ1［ｎｍ］が、
ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦（−０．００３６５８８＋０．１５８０４ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦１１９２．２−２２２６２ｐ1＋１１２６７０ｐ12かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
ｄ≧０．４かつ（−０．００４１７６１＋０．１３９１６ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
ｄ≧０．４かつ９５８．１６−１８８５２ｐ1＋１０５８７０ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦（−０．００３８１０８＋０．１６８５６ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦９７３．６９−１８１８６ｐ1＋９３３２１ｐ12かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ（−０．００４０３３９＋０．１３２３６ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ１０５６．２−２０８１５ｐ1＋１１６４６０ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦（−０．００４０７７３＋０．１９５４７ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦５３９．７５−１００８８ｐ1＋５４７５７ｐ12かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ（−０．００３５４２４＋０．１１２８５ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ１３３５．８−２６４２８ｐ1＋１４７２６０ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
のいずれかの範囲に設定してなるか、
もしくは、上記下部クラッド層と活性層の間に８％以上１０％以下のＩｎを少なくとも含む下部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、かつ上部クラッド層と活性層との間に８％以上１０％以下のＩｎを少なくとも含む上部ガイド層（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）を有しており、上記下部クラッド層に介挿された上記下部クラッド層に介挿された上記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層までの距離、もしくは上記上部クラッド層に介挿された上記ＩｎzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．２）緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層までの距離をｄ［μｍ］、上記ＩｎＧａＮ緩衝層から上記ＧａＮ下部ガイド層までに介挿された下部クラッド層の平均Ａｌ組成、もしくは上記ＩｎＧａＮ緩衝層から上記ＧａＮ上部ガイド層までに介挿された上部クラッド層の平均Ａｌ組成を０．０８≦ｘ≦０．２とし、上記緩衝層の組成ｐ1および膜厚ｔ1［ｎｍ］が、
ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦（−０．００４３４７＋０．１４７１９ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
ｄ≧０．４かつ１０≦ｔ1≦８５８．５５−１６８６６ｐ1＋９５１８６ｐ12かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
ｄ≧０．４かつ（−０．００５１３４＋０．１３６２ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
ｄ≧０．４かつ２４９７．８−４９９６１ｐ1＋２６４０２０ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦（−０．００４４８７２＋０．１５４４６ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ１０≦ｔ1≦７８０．２５−１５２９９ｐ1＋８６６８３ｐ12かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ（−０．００４９８５１＋０．１３１０６ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．３≦ｄ＜０．４かつ２７０５．９−５４１５９ｐ1＋２８５７６０ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦（−０．００４８８８５＋０．１７５９１ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ１０≦ｔ1≦５９７．６５−１１６６１ｐ1＋６６９８３ｐ12かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ（−０．００４４２８２＋０．１１４４６ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
０．２≦ｄ＜０．３かつ
３３２４．９−６６６５６ｐ1＋３５１０５０ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
のいずれかの範囲に設定してなることがよい。
【００２５】
〔１１〕
さらに、上記発明において好ましくは、上記下部クラッド層と、基板との間に、０％以上２０％以下のＩｎを少なくとも含むＩｎrＧａ1-rＮ緩衝層が、少なくとも１層介挿されている。
【００２６】
〔１２〕
本発明に基づく光学式情報再生装置は、情報記録面を有する光ディスクに照射されたレーザ光の反射光を光変換することにより、該光ディスクに記録された記録情報を再生する光学式情報再生装置であって、上述のいずれかの半導体レーザ素子を光源として用いることを特徴とする。
【００２７】
なお、本明細書において、ｘ軸は半導体層面に対し、垂直方向にとるものとする。κは、モードＩとモードＩＩの結合係数である。またλは真空中における発振波長、ω（＝２πｃ／λ、ｃは真空中の光速）は発振角周波数、ε0は真空中の誘電率を表す。μ0は真空中の透磁率を表すものとする。κの計算式における積分範囲は、ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層内とする。また、ｆeq（ｘ）、ｆi（ｘ）は、それぞれ以下の規格化条件
（ｎeq／２／ω／μ0）∫｜ｆeq（ｘ）｜2ｄｘ＝１
（ｎi／２／ω／μ0）∫｜ｆi（ｘ）｜2ｄｘ＝１
を満たすものとする。但し、積分範囲は、負の無限大から正の無限大までである。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図１〜図１８は、本発明の実施の形態を説明するための図である。以下に、本発明の実施の形態を説明する。
【００２９】
図１は、本発明の半導体レーザ素子を示す模式図である。図は、半導体レーザの導波路部分の共振器に垂直な断面を示している。本半導体レーザ素子は、（０００１）Ｃ面サファイア基板１（膜厚３０〜３００μｍ）、ＧａＮ低温バッファー層２（膜厚０〜１００ｎｍ）、ｎ型ＧａＮコンタクト層３（膜厚０．１〜１０μｍ）、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ（０．０８≦ｘ≦０．２）クラッド層４（膜厚０．２〜０．８μｍ）とｎ型ＩｎpＧａ1-pＮ（０＜ｐ≦０．２）緩衝層５（膜厚１０〜２００ｎｍ）との交互多層構造（ｎ型クラッド層／ｎ型緩衝層／・・・／ｎ型緩衝層／ｎ型クラッド層）からなるｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層１５（総膜厚０．８〜１０μｍ）、ｎ型ＩｎsＧａ1-sＮ（０≦ｓ≦０．１）ガイド層６（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）、ＩｎwＧａ1-wＮ（０＜ｗ＜０．２）井戸層とＩｎvＧａ1-vＮ（０＜ｖ＜ｗ）障壁層との交互多層構造（障壁層／井戸層／・・・／井戸層／障壁層）からなる多重量子井戸活性層７（発光波長３７０〜４３０ｎｍ、総膜厚５〜６０ｎｍ）、ｐ型ＡｌzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．３）キャリアブロック層８（膜厚０〜２０ｎｍ）、ｐ型ＩｎtＧａ1-tＮ（０≦ｔ≦０．１）ガイド層９（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）、ｐ型ＡｌyＧａ1-yＮ（０．０８≦ｙ≦０．２）クラッド層１０（膜厚０．２〜０．８μｍ）、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１（膜厚０．０１〜１０μｍ）の各窒化物系半導体層が形成されている。
【００３０】
その上には、必要な形状の絶縁膜１２が、メサ上の概略全面に形成されている。正電極１３（たとえば、Ｐｄ／Ａｕ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ、Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ等）は、ｐ型ＧａＮコンタクト層の一部露出した面上の全面を含む、メサ状の概略全面に形成されている。負電極１４（たとえば、Ｔｉ／Ａｌ、Ｚｒ／Ａｌ、Ｈｆ／Ａｌなど）は、ｎ型ＧａＮコンタクト層の一部露出した面上に形成されている。メサは、ｎ型ＧａＮコンタクト層、ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層、ｎ型ＧａＮガイド層、ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層、ｐ型ＡｌＧａＮキャリアブロック層、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、ｐ型ＧａＮコンタクト層、絶縁膜（但し前記絶縁膜は必要領域のみ）、正電極より構成されている。ストライプの両端面はミラーとして働き、光共振器を構成している。
【００３１】
次に、本実施の形態における半導体レーザの製造方法について述べる。
まず、（０００１）Ｃ面サファイア基板（膜厚３０〜３００μｍ）を洗浄する。洗浄した（０００１）Ｃ面サファイア基板をＭＯＣＶＤ装置内に導入し、Ｈ2雰囲気の中で、約１１００℃の高温でクリーニングを行う。その後、降温して、キャリアガスとして水素（Ｈ2）を１０リットル／ｍｉｎ流しながら、６００℃でＮＨ3とトリメチルガリウム（ＴＭＧ）をそれぞれ５リットル／ｍｉｎ、２０ｍｏｌ／ｍｉｎ導入して、０〜１００ｎｍの厚みのＧａＮ低温バッファ層を成長する。低温バッファ層としては、ＧａＮに限らず、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、ＴＭＧ、ＮＨ3を使用して、ＡｌＮ膜やＧａＡｌＮ膜を用いてもなんら影響はない。
【００３２】
次に、Ｎ2とＮＨ3をそれぞれ５リットル／ｍｉｎ流しながら約１０５０℃まで昇温する。温度が上がれば、キャリアガスをＮ2からＨ2に代えて、ＴＭＧを１００μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＳｉＨ4を１０ｎｍｏｌ／ｍｉｎ導入して、ｎ型ＧａＮコンタクト層を０．１〜１０μｍ成長する。次に、ＴＭＧの流量を５０μｍｏｌ／ｍｉｎに調整し、ＴＭＡを一定量導入して、ｎ型のＡｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（０．０８≦ｘ１≦０．２）クラッド層を０．２〜０．８μｍの厚さで成長する。次に、ＴＭＧおよびＴＭＡの供給を停止して、キャリアガスをＨ2からＮ2に再び代えて、約８００℃まで降温後、ＴＭＧを１５μｍｏｌ／ｍｉｎに調整し、ＴＭＩを一定量流しながら、ＩｎpＧａ1-pＮ（０＜ｐ≦０．２）緩衝層を０〜２００ｎｍ成長する。
【００３３】
次に、ＴＭＩおよびＴＭＧの供給を停止して、再び１０５０℃まで昇温し、キャリアガスを再びＮ2からＨ2に代えて、ＴＭＧの流量を５０μｍｏｌ／ｍｉｎに調整し、ＴＭＡを一定量導入して、ｎ型のＡｌx2Ｇａ1-x2Ｎ（０．０８≦ｘ２≦０．２）クラッド層を０．２〜０．８μｍの厚さで成長する。このｎ型ＡｌＧａＮ層とｎ型ＩｎＧａＮ層とを繰り返し成長し、ｎ型ＡｌＧａＮ緩衝層とｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層との交互多層構造（ｎ型クラッド層／ｎ型緩衝層／・・・／ｎ型緩衝層／ｎ型クラッド層）からなるｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層を総膜厚０．８〜１０μｍ成長する。ＡｌＧａＩｎＮの成長が終了すると、ＴＭＡの供給を停止し、ＴＭＧを１００μｍｏｌ／ｍｉｎに調整して、ｎ型ＧａＮガイド層を０．０８〜０．１５μｍの厚さになるように成長する。
【００３４】
その後、ＴＭＧの供給を停止して、キャリアガスをＨ2からＮ2に再び代えて、７００℃まで降温し、インジウム原料であるトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を一定量、ＴＭＧを１５μｍｏｌ／ｍｉｎ導入し、ＩｎvＧａ1-vＮよりなる障壁層を成長する。その後、ＴＭＩの供給をある一定量にまで増加し、ＩｎwＧａ1-wＮよりなる井戸層を成長する。このＩｎＧａＮ障壁層とＩｎＧａＮ井戸層との交互多層構造（障壁層／井戸層／・・・／井戸層／障壁層）からなる多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層を成長する。障壁層および井戸層を形成するＩｎＧａＮの混晶比及び膜厚は、発光波長が３７０〜４３０ｎｍの範囲になるように設計し、成長時に導入するＴＭＩの流量は、その設計値に等しいＩｎ組成の膜が得られるように調節する。ＭＱＷ活性層の成長が終了すると、ＴＭＩおよびＴＭＧの供給を停止して、再び１０５０℃まで昇温し、キャリアガスを再びＮ2からＨ2に代えて、ＴＭＧを５０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＡを適量、ｐ型ドーピング原料であるビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を１０ｎｍｏｌ／ｍｉｎ流し、０〜２０ｎｍ厚のｐ型ＡｌzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．３）キャリアブロック層を成長する。
【００３５】
キャリアブロック層の成長が終了すると、ＴＭＡの供給を停止し、ＴＭＧの供給量を１００μｍｏｌ／ｍｉｎに調整して、０．０８〜０．１５μｍの厚さのｐ型ＧａＮガイド層を成長する。その後、ＴＭＧの供給を５０μｍ／ｍｉｎに調整し、ＴＭＡを一定量導入し、０．２〜０．８μｍ厚のｐ型ＡｌyＧａ1-yＮ（０．０８≦ｙ≦０．２）クラッド層を成長し、最後に、ＴＭＧの供給を１００μｍｏｌ／ｍｉｎに調整して、ＴＭＡの供給を停止し、０．０１〜１０μｍ厚のｐ型ＧａＮコンタクト層の成長を行い発光素子構造の成長を終了する。成長が終了すると、ＴＭＧおよびＣｐ2Ｍｇの供給を停止して降温し、室温でＭＯＣＶＤ装置より取り出す。
【００３６】
本レーザ構造を有する膜の最表面（成長終端面）の表面粗さの平均値（Ｒａ）は約１０ｎｍであり、大変良好な平坦性を示した。また、（０００１）Ｃ面サファイア基板、ＧａＮ低温バッファ層、ｎ型ＧａＮコンタクト層、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層とｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層との交互多層構造（ｎ型クラッド層／ｎ型緩衝層／・・・／ｎ型緩衝層／ｎ型クラッド層）からなるｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層（層膜厚約１μｍ）で構成された構造を有するウェハーを複数枚作製し、表面を光学顕微鏡で約２００倍に拡大して観察したところ、全てのウェハーにおいて六角形のクラックはほとんど確認されなかった。より具体的には、１０枚のウェハの内ウェハーの周辺で六角形のクラックが発生しているウェハーは１枚だけであった。従来の技術における課題が解消されたのは、Ｉｎを含む緩衝層を介挿してｎ型ＡｌＧａＮクラッド層を多段成長したことによる効果に他ならない。
【００３７】
その後、フォトリソグラフィー技術および反応性イオンエッチング技術を用い、ｐ型ＧａＮコンタクト層を３μｍ幅のストライプ状に残して、ｐ型ＡｌyＧａ1-yＮ（０．０８≦ｙ≦０．２）クラッド層までエッチングを行い、光導波路を形成した後、フォトリソグラフィー技術を用いてｐ型ＧａＮコンタクト層が電極と接触する部分を除いて絶縁膜を形成する。その後、反応性イオンエッチング技術を用いて、ウェハ最表面よりｎ型ＧａＮコンタクト層の途中まで、負電極を形成する部分を除去する。その後、メサ状のｐ型ＧａＮコンタクト層の一部露出した面上に、正電極を形成する。電極材料としては、たとえばＡｕ／ＮｉあるいはＡｕ／Ｐｄを用いれば良い。また、ｎ型ＧａＮコンタクト層の一部露出した面上の概略全面に、負電極を形成する。負電極材料としては、たとえばＡｌ／ＴｉあるいはＡｕ／Ｗを用いれば良い。
【００３８】
最後に劈開あるいはドライエッチング法を用いて素子長が約０．５ｍｍとなるようにして、ミラーとなる端面を形成した。
【００３９】
以上により、図１に示す窒素化合物半導体を用いた青紫色の発光波長を有するレーザが作製できる。
【００４０】
本半導体レーザ素子において、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中に介挿される単層または複数層からなるｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層の膜厚およびＩｎ混晶比は、レーザ発振モードが各ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層と、その近隣層であるｎ型ＡｌＧａＮクラッド層で構成される３層スラブ導波路に結合しない条件となるように設計されている。
【００４１】
ＡｌＧａＮクラッド層中の緩衝層としてＩｎＧａＮを用いると、ＡｌＧａＮクラッド／ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮクラッドで３層スラブ導波路が構成されるので、レーザ発振モードが前記３層スラブ導波路に結合するという新たな問題が発生する。レーザ発振モードが前記ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層へ結合すると、レーザ発振モードの活性層への閉じ込め率の低下を招き、閾値電流密度の上昇を生ずる。さらに、ｎ型ＧａＮコンタクト層へのモードの染み出しが大きくなり、ｎ型ＧａＮコンタクト層におけるレーザ発振モードの電界振幅が大きくなる。これは、ＦＦＰ（ファーフィールドパターン）におけるリップルを生ずる原因となり、このような半導体レーザを光ピックアップなどの光学再生装置の光源として使用した場合、集光点におけるプロファイルの乱れや集光点径の拡大といった問題を生ずる原因となり、光ディスク等への記録密度の低下を招くことになる。
【００４２】
これらの問題は、介挿されるｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層の膜厚およびＩｎ組成を適正に設定することにより回避されるものである。
【００４３】
以下、まずｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中に一層のみ介挿されるｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層へのレーザ発振モードの結合を抑制する条件について述べる。ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中にｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層が複数介挿される場合、およびｐ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中にｐ型ＩｎＧａＮ緩衝層が複数介挿される場合は、個々の緩衝層が、以下に述べる条件を満たすことを考えれば良い。
【００４４】
ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層（膜厚は無限大）／ｎ型ＧａＮガイド層／ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層／ｐ型ＡｌＧａＮキャリアストップ層／ｐ型ＧａＮガイド層／ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層（膜厚は無限大）で構成される多層スラブ導波路に生じる導波モード（価屈折率ｎeq、電界振幅ｆeq（ｘ））をここではモードＩと呼ぶことにする。本明細書においては、活性層を含み、ｐ型／ｎ型クラッド層に挟まれた層構造を、半導体レーザ素子の発振光の導波層と呼んでいる。本実施の形態においては、ｎ型ＧａＮガイド層からｐ型ＧａＮガイド層までの多層構造が、半導体レーザ素子の発振光の導波層となっている。また、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層（膜厚は無限大）／ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層／ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層（膜厚は無限大）で構成される３層スラブ導波路に生じる導波モード（等価屈折率ｎi、電界振幅ｆi（ｘ））をここではモードＩＩと呼ぶことにする。通常のモード結合理論よりモードＩからモードＩＩへ移行する光波パワーの最大移行率（全導波光パワーを１としたとき、励振されるモードＩＩの最大強度の相対値）は、
Ｆ＝１／｛１＋（Δ／κ）2｝
但しΔ＝（π／λ）（ｎeq−ｎi）
κ＝（ω・ε0／４）∫｛ｆeq（ｘ）*・δε（ｘ）・ｆi（ｘ）｝ｄｘ
δε（ｘ）＝  εI−εA  ，  ０
εI；ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層の誘電率
εA；ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層の誘電率
で与えられる。ここでｘ軸は、半導体層面に対し、垂直方向にとっている。ｆeq（ｘ）、ｆi（ｘ）の引数である位置ｘは、両関数で共通とする。即ち、ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層とＧａＮガイド層との距離は、実際の半導体レーザ素子構造におけるそれと同一とする。κは、モードＩとモードＩＩの結合係数である。上式中における積分は、ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層内厚さ方向に渡って行うものとし、本明細書中における積分記号は、全て同様に行うものとする。また、ｆeq（ｘ）、ｆi（ｘ）は、それぞれ以下の規格化条件
（ｎeq／２／ω／μ0）∫｜ｆeq（ｘ）｜2ｄｘ＝１
（ｎi／２／ω／μ0）∫｜ｆi（ｘ）｜2ｄｘ＝１
を満たすものとする。
【００４５】
なお、モードＩとしては、複数のモードが存在する場合があるが、実際にレーザ発振を起こすモード（活性層の光分布が最大となるモード）を選ぶこととする。本明細書では、これを単に、レーザ素子の発振光の導波モードと呼んでいる。
【００４６】
またなお、モードＩＩとしては、複数のモードが存在する場合があるが、その場合は最高次のモードを選ぶこととする。
【００４７】
等価屈折率ｎeq、ｎi、および導波モードの電界分布ｆeq（ｘ）、ｆi（ｘ）は、スラブ導波路における通常の電界分布計算により求めることができ、たとえば、ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス８４号１１９６から１２０３ページ(M.J.Bergmann and H.C.Casey,Jr.:J.Appl.Phys. vol.84(1998) pp.1196-1203)を参照することができる。また、電界分布計算におけるパラメータである、発振波長λ［ｎｍ］における各材料の屈折率ｎは、次により、求められる。発振波長λは３００〜８００ｎｍの範囲とすることができる。
【００４８】
まず、各材料のパラメータＥg［ｅＶ］が次式で与えられる。
ＩｎsＧａ1-sＮ（０≦ｓ≦１）に対しては、
Ｅg＝Ｅg1［ｓ］＝３．４２（１−ｓ）＋２．６５ｓ−３．９４ｓ（１−ｓ）
ＡｌtＧａ1-tＮ（０≦ｔ≦１）に対しては、
Ｅg＝Ｅg2［ｔ］＝３．４２（１−ｔ）＋６．２ｔ−１．０５７ｔ（１−ｔ）
ＩｎsＡｌtＧａ1-s-tＮ（０＜ｓ＜１，０＜ｔ＜１）に対しては、
Ｅg＝｛ｓＥg1［ｓ＋ｔ］＋ｔＥg2［ｓ＋ｔ］｝／（ｓ＋ｔ）
これにより、屈折率は、
ｐ［λ］＝１／［１／λ−（Ｅg−３．４２）／１２３９．８５２］
とおいて、
ｐ［λ］＞３６０．７のとき、
ｎ（ｐ［λ］）＝［４．３６６３８０１＋ｐ2／（ｐ2−２９５．９2）］0.5
ｐ［λ］≦３６０．７のとき、
ｎ（ｐ［λ］）＝ｃ0＋ｃ1ｑ＋ｃ2ｑ2＋ｃ3ｑ3＋ｃ4ｑ4
ｑ＝ｐ［λ］−３６０
ｃ0＝２．７１８
ｃ1＝９．９７６×１０-3
ｃ2＝３．００５×１０-4
ｃ3＝４．５８４×１０-6
ｃ4＝２．５９６×１０-8
である。本発明において、等価屈折率（ｎeq、ｎi、・・・）および電界分布（ｆeq（ｘ）、ｆi（ｘ）、・・・）はここに規定されたパラメータを用い、上述のとおり、スラブ導波路における電界分布計算により計算されるものである。
【００４９】
図２は、レーザ発振モードの活性層閉じ込め係数の相対値と、上記Ｆなるパラメータとの相関を示したものである。活性層閉じ込め係数の相対値は、Ｆ＝０の時（ＡｌＧａＩｎＮクラッド層が、ＩｎＧａＮ緩衝層を含まないＡｌＧａＮで構成された時）における活性層閉じ込め係数の値を１と置いたときの相対値を表している。実線２１は、ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比を固定し、Ｆが０から１に変化するまでｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層の膜厚を０ｎｍから増加させ、このときの活性層閉じ込め係数相対値の変化を表している。破線２３は、ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層の膜厚を固定し、Ｆが０から１に変化するまでｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比を０から増加させ、このときの活性層閉じ込め係数相対値の変化を表している。実線２１と破線２３を比較すると、極めてよい一致を示しており、ＩｎＧａＮ緩衝層の膜厚およびＩｎ混晶比のいずれを変化させてもＦに与える影響は等しいことを表している。図より、
Ｆ＜０．４        ………………（１）
のとき、レーザ発振モードの閉じ込め係数は、ＩｎＧａＮ緩衝層が無い構造のときの９割以上と十分大きな値となり、またこのとき良好なＦＦＰを生ずる事が示される。
【００５０】
また、図において実線２２は、ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比を固定し、Ｆが１の状態からさらにｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層の膜厚を増加させ、このときの活性層閉じ込め係数相対値の変化を表している。このとき、Ｆは１から減少し、活性層閉じ込め係数の相対値は増加傾向を示す。破線２４は、ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層の膜厚を固定し、Ｆが１の状態からさらにｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比を増加させ、このときの活性層閉じ込め係数相対値の変化を表している。実線２２と破線２４を比較すると極めて良い一致を示しており、ＩｎＧａＮ緩衝層の膜厚およびＩｎ混晶比のいずれを変化させてもＦに与える影響は等しいことを表している。
【００５１】
実線２２は、実線２１より上に位置しており、Ｆが０．４より大きな値においても活性層閉じ込め係数の相対値が９割以上となりうるが、ＦＦＰに多数のリップルを生じやすい。このリップルが無視できるほど小さくなるのは、やはりＦが０．４以下のときであることが示される。
【００５２】
結局、（１）式を満たすように半導体レーザ素子の層構造を設計し、作製すれば、レーザ発振モードのＩｎＧａＮ緩衝層への結合を無視できるほど抑制することができ、レーザ発振モードの活性層閉じ込め係数を大きくとることができ、また良好なＦＦＰが得られるようになる。
【００５３】
また、図２の関係は、活性層の発光波長が３７０〜４３０ｎｍの範囲で変化しても、また全ての半導体成長層の混晶比および膜厚が所定の範囲で変化しても、ほとんど変わらなかった。
【００５４】
（１）式が成り立つ時、ｎeqおよびｆeq（ｘ）はそれぞれレーザ発振モードの等価屈折率および電界分布に近い値となるので、（１）を計算する際に用いるｎeqおよびｆeq（ｘ）は、それぞれレーザ発振モードの等価屈折率および電界分布を用いても良い。
【００５５】
図３（ａ），（ｂ）は、レーザ発振モードの電界分布を表しており、図３（ａ）はＦ＜０．４の場合の例であり、図３（ｂ）はＦ＞０．４の場合の例を示しており、図３（ａ）はＦ＝０．３、図３（ｂ）はＦ＝０．５の場合を示している。図において、横軸は基板面に対し垂直方向における位置を表しており、縦軸は電界振幅の強度を表している。横軸の単位はμｍであり、原点位置は特に意味がない。縦軸は、任意単位である。
【００５６】
また、縦線３１はｎ型ＡｌＧａＮクラッド層／ｎ型ＧａＮガイド層／ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層／ｐ型ＡｌＧａＮキャリアストップ層／ｐ型ＧａＮガイド層／ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層で構成される多層スラブ導波路の位置を表しており、簡単のため、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層／ｎ型ＧａＮガイド層境界の位置およびｐ型ＧａＮガイド層／ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層境界の位置のみを表している。また、縦線３２はｎ型ＡｌＧａＮクラッド層／ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層／ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層で構成される３層スラブ導波路の位置を表しており、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層／ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層境界の位置およびｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層／ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層境界の位置を示している。また、電界振幅強度の大きさは、最大値が１となるように規格化して示している。
【００５７】
図３（ａ）においては、レーザ発振モードのＩｎＧａＮ緩衝層における電界振幅強度が十分小さく押さえられており、レーザ発振モードがＩｎＧａＮ緩衝層をコアとする導波路への結合が十分抑制されている。これに対し、図３（ｂ）においては、レーザ発振モードのＩｎＧａＮ緩衝層における電界振幅強度が大きくなっており、レーザ発振モードのＩｎＧａＮ緩衝層をコアとする導波路への結合が強く生じている。
【００５８】
図３（ａ），（ｂ）より、ＩｎＧａＮ緩衝層における電界振幅の強度を十分小さくするためには、（１）式を満たすように半導体レーザ素子の層構造を設計し、作製すれば、レーザ発振モードのＩｎＧａＮ緩衝層への結合を無視できるほど小さく抑制できることが判る。
【００５９】
Ｆの値が（１）式の条件を満たすように変更できるかどうか、本発明者らが種々検討した結果、ＩｎＧａＮ緩衝層を特定の組成・膜厚のＩｎＧａＮとすれば、達成できることを見出した。
【００６０】
ＩｎＧａＮ緩衝層が、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層内に複数存在する場合には、導波モードの電界分布（ｆeq（ｘ））および等価屈折率（ｎeq）と、各ＩｎＧａＮ緩衝層において生ずる導波モードの電界分布（ｆ1（ｘ）、ｆ2（ｘ）、・・・、ｆi（ｘ）、・・・）および等価屈折率（ｎ1、ｎ2、・・・、ｎi、・・・）とで決定されるＦ1、Ｆ2、・・・、Ｆi、・・・のうち、Ｆi＜０．４を満たす層が存在するとき、そのＩｎＧａＮ緩衝層へのモード結合による影響は無視できるほど小さくなる。ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層内に存在するＩｎＧａＮ緩衝層のうち、上記条件を満たす層が少なくとも１層あれば、ＦＦＰにおけるリップルの抑制、および活性層への閉じ込め係数の向上という効果が発生する。
【００６１】
また、（１）式の条件を満たすＩｎＧａＮ緩衝層が、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層内に単数または複数存在する、ｐ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層を有する半導体レーザ素子も、本発明の請求範囲である。この場合は、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層を、ＩｎＧａＮ緩衝層を介して多段に成長することが可能となる。これは、レーザ発振モードの正電極における吸収を抑制でき、閾値電流密度を低減できるという効果が発生する。
【００６２】
また、ｐ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層を厚膜としたことにより、ｐ型ＧａＮコンタクト層におけるレーザ発振モードの電界振幅を抑制できるため、ｐ型ＧａＮコンタクト層を厚膜とすることができる。ｎ型ＧａＮコンタクト層が厚く、ｐ型ＧａＮコンタクト層が薄い場合は、半導体レーザ素子の共振器を構成するミラーとなる端面を劈開により作製した際、活性層近傍におけるミラー端面が半導体層に対し垂直となりにくい性質があるが、ｐ型ＧａＮコンタクト層厚をｎ型ＧａＮコンタクト層と同程度に厚膜とすることにより、活性層近傍におけるミラー端面を半導体層に対し垂直にできるという効果が発生する。
【００６３】
また、ｐ型ＧａＮコンタクト層を厚膜とすれば、半導体レーザ素子を半導体成長面側とサブマウントが向き合うようにダイボンドできるようになり、半導体レーザ素子の発振時に生ずる熱の放出が容易となり、半導体レーザ素子の特性向上という効果が発生する。しかし、ｐ型ＧａＮコンタクト層が０．５μｍ以下と薄い半導体レーザ素子を半導体成長面側とサブマウントが向き合うようにダイボンドすると、半導体レーザとサブマウントの接着剤（Ｉｎなど）が表面張力により半導体レーザ素子の側面を登ってくるため、半導体レーザ素子のｐ型半導体層とｎ型半導体層が短絡することにより半導体レーザ素子の不良を招きやすい。しかし、ｐ型ＧａＮコンタクト層を厚膜化することにより、半導体レーザ素子の不良を抑制することができるようになるという効果が発生する。
【００６４】
また、ｐ型クラッド層内ないしｎ型クラッド層内に介挿されるＩｎＧａＮ緩衝層は、層内で一定の混晶比や膜厚でなくてもよい。その場合は、混晶比の平均値および膜厚の平均値が、（１）式を満たす範囲に決定されていればよい。
【００６５】
また、ｐ型クラッド層内ないしｎ型クラッド層内に介挿されるＩｎＧａＮ緩衝層における吸収は、レーザ発振モードの吸収を引き起こし、閾値電流密度の増加を招くため、ＩｎＧａＮ緩衝層における吸収係数は、小さい方がより望ましい。
【００６６】
また、半導体レーザ素子に用いられる基板は、サファイアを用いたが、他の基板でも良く、たとえばＧａＮ基板でもよい。この場合、ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中に介挿されるＩｎＧａＮ緩衝層の混晶比および膜厚が満たすべき条件の範囲は、サファイア基板の場合と同じであった。
【００６７】
本条件を満たす範囲で、半導体レーザ素子を作製したところ、発振を生ずる素子の数は、従来の半導体レーザ素子に比べて多かった。より具体的には、レーザ発振を生ずる半導体レーザ素子の割合は、３０個中２５個の割合であり、従来の半導体レーザ素子に比べて歩留まりが向上した。また、従来の半導体レーザ素子で、正常にレーザ発振を生ずる素子における閾値電流密度よりも、本発明の半導体レーザにおける閾値電流密度の方が低かった。より具体的には、１〜２ｋＡ／ｃｍ2で発振した。これは、ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層を介してｎ型ＡｌＧａＮクラッド層を成長したことで、活性層を成長する下地の結晶性が改善したことにより、結果として活性層の結晶性が向上したこと、またレーザ発振モードのｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層への結合が抑制されていることが主な理由である。また、従来の半導体レーザは、連続して１０時間以上発振を継続させていると、光出力が急激に低下する現象が生じてきたが、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層中にｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層を挿入した本実施例に示すレーザは、約１０００時間経過しても、特性の変化は見られなかった。また、本発明の半導体レーザ素子のレーザ発振モードはリップルのないＦＦＰを示し、良好な光学特性を示した。
【００６８】
（実施の形態１）
図４は、本発明の第１の実施の形態を示す半導体レーザ素子の模式図である。図は、半導体レーザの導波路部分の共振器に垂直な断面を示している。本半導体レーザ素子は、（０００１）Ｃ面サファイア基板１（膜厚３０〜３００μｍ）、ＧａＮ低温バッファ層２（膜厚０〜１００ｎｍ）、ｎ型ＧａＮコンタクト層３（膜厚０．１〜１０μｍ）、ｎ型ＩｎrＧａ1-rＮ（０≦ｒ≦０．２）緩衝層４１（膜厚０〜２００ｎｍ）、ｎ型Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（０．０８≦ｘ１≦０．２）クラッド層４（膜厚０．２〜０．８μｍ）とｎ型Ｉｎp1Ｇａ1-p1Ｎ（０．００１≦ｐ1≦０．２）緩衝層５（膜厚１０〜２００ｎｍ）とｎ型Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ（０．０８≦ｘ２≦０．２）クラッド層４（膜厚０．２〜０．８μｍ）からなるｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層１５（総膜厚０．８〜１０μｍ）、ｎ型ＧａＮガイド層６（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）、ＩｎwＧａ1-wＮ（０＜ｗ＜０．２）井戸層とＩｎvＧａ1-vＮ（０＜ｖ＜ｗ）障壁層との交互多層構造（障壁層／井戸層／・・・／井戸層／障壁層）からなる多重量子井戸活性層７（発光波長３７０〜４３０ｎｍ、総膜厚５〜６０ｎｍ）、ｐ型ＡｌzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．３）キャリアブロック層８（膜厚０〜２０ｎｍ）、ｐ型ＧａＮガイド層９（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）、ｐ型ＡｌyＧａ1-yＮ（０．０８≦ｙ≦０．２）クラッド層１０（膜厚０．２〜０．８μｍ）、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１（膜厚０．０１〜１０μｍ）の各窒化物系半導体層が形成されている。
【００６９】
その上には、必要な形状の絶縁膜１２が、メサ上の概略全面に形成されている。正電極１３（たとえば、Ｐｄ／Ａｕ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ、Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ等）は、ｐ型ＧａＮコンタクト層の一部露出した面上の全面を含む、メサ状の概略全面に形成されている。負電極１４（たとえば、Ｔｉ／Ａｌ、Ｚｒ／Ａｌ、Ｈｆ／Ａｌなど）は、ｎ型ＧａＮコンタクト層の一部露出した面上に形成されている。メサは、ｎ型ＧａＮコンタクト層、ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層、ｎ型ＧａＮガイド層、ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層、ｐ型ＡｌＧａＮキャリアブロック層、ｐ型ＧａＮガイド層、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、ｐ型ＧａＮコンタクト層、絶縁膜（但し前記絶縁膜は必要領域のみ）、正電極より構成されている。ストライプの両端面はミラーとして働き、光共振器を構成している。
【００７０】
次に、本実施の形態における半導体レーザの製造方法について述べる。
まず、（０００１）Ｃ面サファイア基板を洗浄する。洗浄した（０００１）Ｃ面サファイア基板をＭＯＣＶＤ装置内に導入し、Ｈ2雰囲気の中で、約１１００℃の高温でクリーニングを行う。その後、降温して、キャリアガスとして水素（Ｈ2）を１０リットル／ｍｉｎ流しながら、６００℃でＮＨ3とトリメチルガリウム（ＴＭＧ）をそれぞれ５リットル／ｍｉｎ、２０ｍｏｌ／ｍｉｎ導入して、０〜１００ｎｍ（たとえば約２０ｎｍ）の厚みのＧａＮ低温バッファ層を成長する。低温バッファ層としては、ＧａＮに限らず、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、ＴＭＧ、ＮＨ3を使用して、ＡｌＮ膜やＧａＡｌＮ膜を用いてもなんら影響はない。
【００７１】
次に、Ｎ2とＮＨ3をそれぞれ５リットル／ｍｉｎ流しながら約１０５０℃まで昇温する。温度が上がれば、キャリアガスをＮ2からＨ2に代えて、ＴＭＧを１００μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＳｉＨ4を１０ｎｍｏｌ／ｍｉｎ導入して、ｎ型ＧａＮコンタクト層を０．１〜１０μｍ（たとえば約４μｍ）成長する。次に、ＴＭＧの供給を停止して、キャリアガスをＨ2からＮ2に再び代えて、約８００℃まで降温後、ＴＭＧを１５μｍｏｌ／ｍｉｎに調整し、インジウム原料であるトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を一定量流しながら、ＩｎrＧａ1-rＮ緩衝層（たとえばｒ＝０．０７）を０〜２００ｎｍ（たとえば５０ｎｍ）成長する。次に、ＴＭＩおよびＴＭＧの供給を停止して、再び１０５０℃まで昇温し、キャリアガスを再びＮ2から2に代えて、ＴＭＧの流量を５０μｍｏｌ／ｍｉｎに調整し、ＴＭＡを４０μｍｏｌ／ｍｉｎ導入して、ｎ型のＡｌx1Ｇａ1-x1Ｎクラッド層（たとえばｘ１＝０．１）を０．２〜０．８μｍ（たとえば０．４μｍ）の厚さで成長する。次に、ＴＭＧおよびＴＭＡの供給を停止して、キャリアガスをＨ2からＮ2に再び代えて、約８００℃まで降温後、ＴＭＧを１５μｍｏｌ／ｍｉｎに調整し、ＴＭＩを一定量流しながら、ＩｎpＧａ1-pＮ緩衝層（たとえばｐ＝０．０２）を１０〜２００ｎｍ（たとえば５０ｎｍ）成長する。次に、ＴＭＩおよびＴＭＧの供給を停止して、再び１０５０℃まで昇温し、キャリアガスを再びＮ2からＨ2に代えて、ＴＭＧの流量を５０μｍｏｌ／ｍｉｎに調整し、ＴＭＡを４０μｍｏｌ／ｍｉｎ導入して、ｎ型のＡｌx2Ｇａ1-x2Ｎクラッド層（たとえばｘ２＝０．１）を０．２〜０．８μｍ（たとえば０．５μｍ）の厚さで成長する。Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎの成長が終了すると、ＴＭＡの供給を停止し、ＴＭＧを１００μｍｏｌ／ｍｉｎに調整して、ｎ型ＧａＮガイド層を０．０８〜０．１５μｍ（たとえば０．１μｍ）の厚さになるように成長する。
【００７２】
その後、ＴＭＧの供給を停止して、キャリアガスをＨ2からＮ2に再び代えて、７００℃まで降温し、インジウム原料であるトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を１０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧを１５μｍｏｌ／ｍｉｎ導入し、ＩｎvＧａ1-vＮ（たとえばｖ＝０．０５）よりなるたとえば４ｎｍ厚の障壁層を成長する。その後、ＴＭＩの供給を５０μｍｏｌ／ｍｉｎに増加し、ＩｎwＧａ1-wＮ（たとえばｗ＝０．１７）よりなるたとえば２ｎｍ厚の井戸層を成長する。たとえば、井戸層は合計３層、同様の手法で成長を行い、井戸層と井戸層との間および両側には合計４層の障壁層が存在するような発光波長約３８０〜４３０ｎｍ（たとえば４００〜４１０ｎｍ）の多重量子井戸（ＭＱＷ）を成長する。ＭＱＷの成長が終了すると、ＴＭＩおよびＴＭＧの供給を停止して、再び１０５０℃まで昇温し、キャリアガスを再びＮ2からＨ2に代えて、ＴＭＧを５０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＡを３０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ｐ型ドーピング原料であるビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を１０ｎｍｏｌ／ｍｉｎ流し、０〜２０ｎｍ（たとえば２０ｎｍ）厚のｐ型ＡｌzＧａ1-zＮ（たとえばｚ＝０．２）キャリアブロック層を成長する。キャリアブロック層の成長が終了すると、ＴＭＡの供給を停止し、ＴＭＧの供給量を１００μｍｏｌ／ｍｉｎに調整して、０．０８〜０．１５μｍ（たとえば０．１μｍ）の厚さのｐ型ＧａＮガイド層を成長する。その後、ＴＭＧの供給を５０μｍ／ｍｉｎに調整し、ＴＭＡを４０μｍｏｌ／ｍｉｎ導入し、０．２〜０．８μｍ（たとえば０．５μｍ）厚のｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層（たとえばｙ＝０．１）を成長する。最後に、ＴＭＧの供給を１００μｍｏｌ／ｍｉｎに調整して、ＴＭＡの供給を停止し、０．０１〜１０μｍ（たとえば０．１μｍ）厚のｐ型ＧａＮコンタクト層の成長を行い発光素子構造の成長を終了する。成長が終了すると、ＴＭＧおよびＣｐ2Ｍｇの供給を停止して降温し、室温でＭＯＣＶＤ装置より取り出す。
【００７３】
本レーザ構造を有する膜の最表面（成長終端面）の表面粗さの平均値（Ｒａ）は約１０ｎｍであり、大変良好な平坦性を示した。また、（０００１）Ｃ面サファイア基板、ＧａＮ低温バッファ層（膜厚２０ｎｍ）、ｎ型ＧａＮコンタクト層（膜厚約４μｍ）、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層（膜厚０．５μｍ）、ｎ型Ｉｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ緩衝層（膜厚５０ｎｍ）、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層（膜厚０．５μｍ）なる構造を有するウェハーを複数枚作製し、表面を光学顕微鏡で約２００倍に拡大して観察したところ、全てのウェハーにおいて六角形のクラックは確認されなかった。このウェハーにおいて、ｎ型クラッド層の膜厚合計は約１μｍであった。従来の技術における課題が解消されたのは、ｎ型クラッド層中に少なくともＩｎを含む緩衝層が形成されたことによる効果に他ならない。
【００７４】
その後、フォトリソグラフィー技術および反応性イオンエッチング技術を用い、ｐ型ＧａＮコンタクト層を３μｍ幅のストライプ状に残して、ｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層までエッチングを行い、光導波路を形成した後、フォトリソグラフィー技術を用いてｐ型ＧａＮコンタクト層が電極と接触する部分を除いて絶縁膜を形成する。その後、反応性イオンエッチング技術を用いて、ウェハ最表面よりｎ型ＧａＮコンタクト層の途中まで、負電極を形成する部分を除去する。その後、メサ状のｐ型ＧａＮコンタクト層の一部露出した面上に、正電極を形成する。電極材料としては、たとえばＡｕ／ＮｉあるいはＡｕ／Ｐｄを用いれば良い。また、ｎ型ＧａＮコンタクト層の一部露出した面上の概略全面に、負電極を形成する。負電極材料としては、たとえばＡｌ／ＴｉあるいはＡｕ／Ｗを用いれば良い。
【００７５】
最後に、サファイア基板の半導体多層膜面と相反する面側を研磨することにより、半導体多層膜面およびサファイア基板を含めた層厚が３０〜３００μｍ（たとえば約６０μｍ）となるようにする。その後、劈開を用いて素子長が約０．５ｍｍとなるようにして、ミラーとなる端面を形成した。
【００７６】
以上により、図４に示す第１の実施の形態の半導体レーザ素子が作製できる。
本実施の形態における半導体レーザ素子において、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中に含まれるｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層の膜厚およびＩｎ混晶比は、レーザ発振モードがｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層と、その近隣層であるｎ型ＡｌＧａＮクラッド層で構成される３層スラブ導波路に結合しない条件式（１）が成り立つように設計されている。
【００７７】
図２０は、条件式（１）が成り立つ条件を図示した例である。
図において、曲線２１１、２１２は、Ｆ＝０．４となるＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比および膜厚の条件を表している。また、領域Ｂは、曲線２１１と曲線２１２で挟まれた領域を表しており、Ｆ＞０．４となる条件、即ち条件式（１）が成り立たない領域を表している。また、領域Ａは、図で曲線２１１より下の領域を表しており、Ｆ＜０．４となる条件、即ち条件式（１）が成り立つ領域を表している。また、領域Ｃと領域Ｄは、曲線２１２より上の領域を表しており、Ｆ＜０．４となる条件、即ち条件式（１）が成り立つ領域を表している。
【００７８】
曲線２１３は、ＩｎＧａＮ緩衝層と、その近隣層であるＡｌＧａＮクラッド層で構成される３層スラブ導波路において、基本次導波モード以外の高次導波モードが、生ずる領域と生じない領域の境界を表している。領域Ｄは、曲線２１３より上の領域を表しており、高次導波モードが生ずる領域を表している。領域Ａと領域Ｂと領域Ｃは、曲線２１３より下の領域を表しており、高次導波モードが生じない領域を表している。ＩｎＧａＮ緩衝層で高次導波モードを生ずる場合、その最高次モードとレーザ発振モードで決定されるＦパラメータが（１）式を満たすように、ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比および膜厚を設定してもよいが、高次導波モードを生ずる領域では、多くの場合（１）式を満たさないので、ＩｎＧａＮ緩衝層に高次導波モードが生ずるか否かで議論しても、実際上問題ない。
【００７９】
従って、レーザ発振モードが、ＩｎＧａＮ緩衝層に結合しないためには、ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比および膜厚が、図の領域Ａまたは領域Ｃに含まれるように、作製すればよいことになる。
【００８０】
しかし、作製する上では、上記領域は更に限定される。本発明者らの実験によると、ＩｎＧａＮ緩衝層を２００ｎｍ以上積層すると、その上に積層された半導体層の結晶性が悪化した。また、Ｉｎ混晶比が０．２以上のＩｎＧａＮ緩衝層を積層すると、その上に積層された半導体層の結晶性が悪化した。このことから、ＩｎＧａＮ緩衝層の膜厚は２００ｎｍ以下、Ｉｎ混晶比は０．２以下とするのがよい。さらに、ＩｎＧａＮ緩衝層は僅かにＩｎを含む程度（Ｉｎ混晶比〜０．００１のとき）でもクラック防止効果が発生し、Ｉｎ混晶比を変化させてもクラック防止効果の度合いはほとんど変わらなかった。また、ＩｎＧａＮ緩衝層はわずかな膜厚（膜厚〜１０ｎｍのとき）でもクラック防止の効果が発生し、Ｉｎ混晶比を変化させてもクラック防止効果の度合いはほとんど変わらなかった。
【００８１】
従って、レーザ発振モードが、ＩｎＧａＮ緩衝層に結合しないための、ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比および膜厚が満たすべき領域は、領域Ａまたは領域Ｃの領域の中で、さらにＩｎ混晶比が０．００１以上０．２以下であり、かつ、膜厚が１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の領域に限定される。
【００８２】
図２１は、ＩｎＧａＮ緩衝層が満たすべき領域を、図示したものである。図において、ＩｎＧａＮ緩衝層が満たすべき領域は、＜１＞〜＜４＞で示されている。同図を用いて、ＩｎＧａＮ緩衝層が満たすべき領域を、数式で表示する過程を説明する。ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比をｐ1、膜厚をｔ1［ｎｍ］としたとき、領域Ａと領域Ｂの境界線２１１は次式で表される。
ｔ1＝（０．００６７７２５＋０．５０５７８ｐ1）(-1)（０≦ｐ1≦０．０９）
−１０．８６＋３２１．８８ｐ1          （０．０９≦ｐ1≦０．２）
同様に、領域Ｂと領域Ｃの境界線２１２は、次式で表される。
ｔ1＝（０．００１４２９６＋０．１３０１４ｐ1）(-1)（０≦ｐ1≦０．０９）
−４２．２５４＋１２７３．３ｐ1        （０．０９≦ｐ1≦０．２）
これを用いて、領域＜１＞は次式で表される。
【００８３】
０．００１≦ｐ1≦０．０９かつ１０≦ｔ1≦（０．００６７７２５＋０．５０５７８ｐ1）(-1)
領域＜２＞は次式で表される。
【００８４】
０．０９≦ｐ1≦０．２かつ１０≦ｔ1≦−１０．８６＋３２１．８８ｐ1
領域＜３＞は次式で表される。
【００８５】
０．００１≦ｐ1≦０．０９かつ（０．００１４２９６＋０．１３０１４ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００
領域＜４＞は次式で表される。
【００８６】
０．０９≦ｐ1≦０．２かつ−４２．２５４＋１２７３．３ｐ1≦ｔ1≦２００即ち、ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比ｐ1および膜厚ｔ1［ｎｍ］が満たすべき条件は、（ｐ1，ｔ1）が上式で示される＜１＞から＜４＞のいずれかの領域内に含まれることである。
【００８７】
ところで、図２０における、領域Ａと領域Ｂの境界線２１１、および、領域Ｂと領域Ｃの境界線２１２、および、領域Ｃと領域Ｄの境界線２１３は、ＩｎＧａＮ緩衝層の周りの構造によって、変化する。以下に示す図５〜図８は、ＩｎＧａＮ緩衝層の周りの構造を変化させたときの、それぞれの境界線の変化を示しており、図５はＡｌＧａＮクラッド層のＡｌ混晶比を、図６および図７は緩衝層からガイド層までの距離を、図８はガイド層の層厚を、それぞれ変化させた時の、境界線の変化を表している。
【００８８】
図５は、本実施の形態の半導体レーザ素子の構造において、（１）式を満たすようなｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比および膜厚の範囲を図示したものである。図において、領域Ａおよび領域Ｃが、（１）式を満たす条件になっている。領域Ｂは、レーザ発振モードがＩｎＧａＮ緩衝層に結合しやすい条件となっているため、この範囲は避けるべきである。また、領域Ｄは、ＩｎＧａＮ緩衝層中において１次以上の高次モードを生ずる条件になっており、レーザ発振モードが再びＩｎＧａＮ緩衝層に結合しやすい条件となるため、この範囲は避けるべきである。
【００８９】
線５１から５９は、（１）式を満たす領域と満たさない領域の境界を、種々の条件においてしめしたものである。全ての共通点として、本実施の形態の半導体レーザ素子の構造において、ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層とｎ型ガイド層との距離が０．４μｍとなっており、ｐ型ＧａＮガイド層およびｎ型ＧａＮガイド層の膜厚が０．０８μｍとなっている。また、実線５１、５２、５３は、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中に含まれる全てのｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層のＡｌ混晶比を０．０８とした場合の、（１）式を満たす領域と満たさない領域の境界を示している。実線５１はＡとＢの境界、実線５２はＢとＣの境界、実線５３はＣとＤの境界を示している。また、破線５４、５５、５６は、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中に含まれる全てのｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層のＡｌ混晶比を０．１０とした場合の、（１）式を満たす領域と満たさない領域の境界を示しており、破線５４はＡとＢの境界、破線５５はＢとＣの境界、破線５６はＣとＤの境界を示している。また、点線５７、５８、５９は、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中に含まれる全てのｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層のＡｌ混晶比を０．１２とした場合の、（１）式を満たす領域と満たさない領域の境界を示しており、点線５７はＡとＢの境界、点線５８はＢとＣの境界、点線５９はＣとＤの境界を示している。線５１から５９のうち、実線５１、５２、５３については、ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比をｘ1、膜厚をｔ1［μｍ］として、実線５１はｘ1≦０．０９でｔ1＝（０．００６７７２５＋０．５０５７８ｘ1）(-1)、０．０９≦ｘ1≦０．２でｔ1＝−１０．８６＋３２１．８８ｘ1、実線５２はｘ1≦０．０９でｔ1＝（０．００１４２９６＋０．１３０１４ｘ1）(-1)、０．０９≦ｘ1≦０．２でｔ1＝−４２．２５４＋１２７３．３ｘ1、実線５３はｘ1≦０．０９でｔ1＝（０．００２０９０２＋０．０３１５５９ｘ1）(-1)、０．０９≦ｘ1≦０．２でｔ1＝１１１．５２＋１１１０．５ｘ1で近似できる。
【００９０】
図６は、本実施の形態の半導体レーザ素子の構造において、（１）式を満たすようなｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比および膜厚の範囲を図示したものである。図において、領域Ａおよび領域Ｃが、（１）式を満たす条件になっている。領域Ｂは、レーザ発振モードがＩｎＧａＮ緩衝層に結合しやすい条件となっているため、この範囲は避けるべきである。また、領域Ｄは、ＩｎＧａＮ緩衝層中において１次以上の高次モードを生ずる条件になっており、レーザ発振モードが再びＩｎＧａＮ緩衝層に結合しやすい条件となるため、この範囲は避けるべきである。
【００９１】
線６１から６９は、（１）式を満たす領域と満たさない領域の境界を、種々の条件においてしめしたものである。全ての共通点として、本実施の形態の半導体レーザ素子の構造において、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中に含まれる全てのｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層のＡｌ混晶比が０．０８となっており、ｐ型ＧａＮガイド層およびｎ型ＧａＮガイド層の膜厚が０．０８μｍとなっている。また、実線６１、６２、６３は、ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層とｎ型ガイド層との距離を０．４μｍとした場合の、（１）式を満たす領域と満たさない領域の境界を示しており、実線６１はＡとＢの境界、実線６２はＢとＣの境界、実線６３はＣとＤの境界を表している。破線６４、６５、６６は、ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層とｎ型ガイド層との距離を０．６μｍとした場合の、（１）式を満たす領域と満たさない領域の境界を示しており、破線６４はＡとＢの境界、破線６５はＢとＣの境界、破線６６はＣとＤの境界を表している。また、点線６７、６８、６９は、ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層とｎ型ガイド層との距離を０．８μｍとした場合の、（１）式を満たす領域と満たさない領域の境界を示しており、点線６７はＡとＢの境界、点線６８はＢとＣの境界、点線６９はＣとＤの境界を表している。線６１から６９のうち、点線６７、６８、６９については、ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比をｘ1、膜厚をｔ1［μｍ］として、点線６７は、ｘ1≦０．０９でｔ1＝（０．００４４０６３＋０．３６２２ｘ１）(-1)、０．０９≦ｘ1≦０．２でｔ1＝−１７．９５８＋４７９ｘ1、点線６８はｘ1≦０．０９
でｔ1＝（０．００３１２２３＋０．２６８４７ｘ1）(-1)、０．０９≦ｘ1≦０．２でｔ1＝−２５．８６７＋６６４．４５ｘ1、点線６９はｘ1≦０．０９でｔ1＝（０．００２０９０２＋０．０３１５５９ｘ１）(-1)、０．０９≦ｘ1≦０．２でｔ1＝１１１．５２＋１１１０．５ｘ1で近似できる。
【００９２】
なお、本明細書中において、ｎ型（またはｐ型）ガイド層とｎ型（またはｐ型）ＩｎＧａＮ緩衝層の距離とは、ガイド層の活性層と相反する側の面から、緩衝層の活性層に近い側の面までの、半導体層全面に渡る平均距離を表すものとする。
【００９３】
図７は、本実施の形態の半導体レーザ素子の構造において、（１）式を満たすようなｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比および膜厚の範囲を図示したものである。図において、領域Ａおよび領域Ｃが、（１）式を満たす条件になっている。領域Ｂは、レーザ発振モードがＩｎＧａＮ緩衝層に結合しやすい条件となっているため、この範囲は避けるべきである。また、領域Ｄは、ＩｎＧａＮ緩衝層中において１次以上の高次モードを生ずる条件になっており、レーザ発振モードが再びＩｎＧａＮ緩衝層に結合しやすい条件となるため、この範囲は避けるべきである。
【００９４】
線７１から７９は、（１）式を満たす領域と満たさない領域の境界を、種々の条件においてしめしたものである。全ての共通点として、本実施の形態の半導体レーザ素子の構造において、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中に含まれる全てのｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層のＡｌ混晶比が０．０８となっており、ｐ型ＧａＮガイド層およびｎ型ＧａＮガイド層の膜厚が０．０８μｍとなっている。また、実線７１、７２は、ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層とｎ型ガイド層との距離を０．２μｍとした場合の、（１）式を満たす領域と満たさない領域の境界を示しており、実線７１はＡとＢの境界、実線７２はＢとＣの境界、実線７３はＣとＤの境界を表している。破線７４、７５、７６は、ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層とｎ型ガイド層との距離を０．３μｍとした場合の、（１）式を満たす領域と満たさない領域の境界を示しており、破線７４はＡとＢの境界、破線７５はＢとＣの境界、破線７６はＣとＤの境界を表している。また、点線７７、７８、７９は、ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層とｎ型ガイド層との距離を０．４μｍとした場合の、（１）式を満たす領域と満たさない領域の境界を示しており、点線７７はＡとＢの境界、点線７８はＢとＣの境界、点線７９はＣとＤの境界を表している。線７１から７９のうち、実線７１については、ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比をｐ1、膜厚をｔ1［μｍ］として、ｐ1≦０．０９でｔ1＝（０．００９７３７６＋０．６９２７１ｐ1）(-1)、０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝−６．６３４９＋２２２．７２ｐ1で近似できる。また、破線７２は、ｐ1≦０．０９でｔ1＝（０．００８０２６８＋０．５８５３３ｐ1）(-1)、０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝−８．９９５６＋２７３．９５ｐ1で近似できる。破線７５は、ｐ1≦０．０９でｔ1＝（０．００１７６７２＋０．０８８６０４ｐ1）(-1)、０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝−１０３．６３＋２４０３．３ｐ1、点線７３はｐ1≦０．０９でｔ1＝（０．００６７７２５＋０．５０５７８ｐ1）(-1)、０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝−１０．８６＋３２１．８８ｐ1、点線７６はｐ1≦０．０９でｔ1＝（０．００１４２９６＋０．１３０１４ｐ1）(-1)、０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝−４２．２５４＋１２７３．３ｐ1で近似できる。
【００９５】
図８は、本実施の形態の半導体レーザ素子の構造において、（１）式を満たすようなｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比および膜厚の範囲を図示したものである。図において、領域Ａおよび領域Ｃが、（１）式を満たす条件になっている。領域Ｂは、レーザ発振モードがＩｎＧａＮ緩衝層に結合しやすい条件となっているため、この範囲は避けるべきである。また、領域Ｄは、ＩｎＧａＮ緩衝層中において１次以上の高次モードを生ずる条件になっており、レーザ発振モードが再びＩｎＧａＮ緩衝層に結合しやすい条件となるため、この範囲は避けるべきである。
【００９６】
線８１から８９は、（１）式を満たす領域と満たさない領域の境界を、種々の条件においてしめしたものである。全ての共通点として、本実施の形態の半導体レーザ素子の構造において、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中に含まれる全てのｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層のＡｌ混晶比が０．０８となっており、ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層とｎ型ガイド層との距離が０．４μｍとなっている。また、実線８１、８２、８３は、ＧａＮガイド層の層厚を０．０８μｍとした場合の、（１）式を満たす領域と満たさない領域の境界を示しており、実線８１はＡとＢの境界、実線８２はＢとＣの境界、実線８３はＣとＤの境界を表している。破線８４、８５、８６は、ＧａＮガイド層の層厚を０．１０μｍとした場合の、（１）式を満たす領域と満たさない領域の境界を示しており、破線８４はＡとＢの境界、破線８５はＢとＣの境界、破線８６はＣとＤの境界を表している。点線８７、８８、８９は、ＧａＮガイド層の層厚を０．１５μｍとした場合の、（１）式を満たす領域と満たさない領域の境界を示しており、点線８７はＡとＢの境界、点線８８はＢとＣの境界、点線８９はＣとＤの境界を表している。
【００９７】
なお、図８の計算結果は、簡単のために上下のガイド層膜厚を対称としたが、これが非対称であってもよく、この場合、上下ガイド層の平均厚さ、即ちｐ型ガイド層およびｎ型ガイド層の膜厚をそれぞれｄ1［μｍ］、ｄ2［μｍ］としたとき、（ｄ1＋ｄ2）／２＝ｄを、ガイド層膜厚と考えれば、図８の関係はそのままほぼ同じになる。但し、実用的には非対称をあまり大きくすると、活性層への光閉じ込めに悪影響を及ぼすので、そうならない範囲におのずから限定される。実用的には、０．３３≦ｄ1／ｄ2≦３が必要であり、特に好ましくは、０．５６≦ｄ1／ｄ2≦１．８である。
【００９８】
図５〜図８より、（１）式を満たす領域が最も狭くなるのは本実施の形態の半導体レーザ素子の構造において、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中に含まれる全てのｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層のＡｌ混晶比が０．０８、ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層とｎ型ガイド層との距離が０．４μｍであり、かつＧａＮガイド層厚が０．０８μｍとなっている時である。実際に半導体レーザ素子を作製する時は、ＩｎＧａＮ緩衝層の膜厚およびＩｎ混晶比が（１）式を満たす領域、即ちＡまたはＣの領域に入るよう考慮して設計するが、（１）式を満たす領域と満たさない領域の境界線から十分離れた領域に相当する値をとることが望ましい。
【００９９】
また、本発明者らの実験によると、ＩｎＧａＮ緩衝層を２００ｎｍ以上積層すると、その上に積層された半導体層の結晶性が悪化した。また、Ｉｎ混晶比が０．２以上のＩｎＧａＮ緩衝層を積層すると、その上に積層された半導体層の結晶性が悪化した。このことから、ＩｎＧａＮ緩衝層の膜厚は２００ｎｍ以下、Ｉｎ混晶比は０．２以下とするのがよい。さらに、ＩｎＧａＮ緩衝層は僅かにＩｎを含む程度（Ｉｎ混晶比が０．００１以下のとき）でもクラック防止の効果が発生し、Ｉｎ混晶比を変化させてもクラック防止効果の度合いはほとんど変わらなかった。また、ＩｎＧａＮ緩衝層はわずかな膜厚（膜厚１０ｎｍ以下）でもクラック防止の効果が発生し、Ｉｎ混晶比を変化させてもクラック防止効果の度合いはほとんど変わらなかった。
【０１００】
以上より、本実施の形態における半導体レーザ素子中において、ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比をｐ1、膜厚をｔ1［ｎｍ］としたとき、（ｐ1，ｔ1）が満たすべき領域を、ＩｎＧａＮ緩衝層とＧａＮガイド層との距離が（ａ）０．２〜０．３μｍのとき、（ｂ）０．３〜０．４μｍのとき、（ｃ）０．４以上のとき、と場合分けして、およそ、
（ａ）０．２〜０．３μｍのときは、
１０≦ｔ1≦（０．００８０２６８＋０．５８５３３ｐ1）(-1)かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
１０≦ｔ1≦−８．９９５６＋２７３．９５ｐ1かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
（０．０００１７６７２＋０．０８８６０４ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
−１０３．６３＋２４０３．３ｐ1≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２  ………………（２）
（ｂ）０．３〜０．４μｍのときは、
１０≦ｔ1≦（０．００６７７２５＋０．５０５７８ｐ1）(-1)かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
１０≦ｔ1≦−１０．８６＋３２１．８８ｐ1かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
（０．００１４２９６＋０．１３０１４ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
−４２．２５４＋１２７３．３ｐ1≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２  ………………（３）
（ｃ）０．４μｍ以上のときは、
１０≦ｔ1≦（０．００４４０６３＋０．３６２２ｐ1）(-1)かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
１０≦ｔ1≦−１７．９５８＋４７９ｐ1かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
（０．００３１２２３＋０．２６８４７ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
−２５．８６７＋６６４．４５ｐ1≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
………………（４）
の領域内であることが判る。上記範囲は、レーザ発振の中心波長が３７０〜４３０ｎｍ（２０℃）の範囲で計算しても、またＩｎＧａＮ緩衝層とガイド層との間に介挿されるＡｌＧａＮクラッド層の混晶比を０．０８から０．２の範囲で計算しても、またｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層とｎ型ガイド層との距離を０．４〜０．８μｍの範囲で計算しても、同じであった。
【０１０１】
以上の手順により、特に（ｂ）の場合の結果として、およそ、
０．００１≦ｐ1≦０．０１の場合にはｔ1≦８０、
０．０１＜ｐ1≦０．０２の場合にはｔ1≦６０、
０．０２＜ｐ1≦０．０３の場合にはｔ1≦５０、
０．０３＜ｐ1≦０．０４の場合にはｔ1≦４０、
０．０４＜ｐ1≦０．０５の場合にはｔ1≦３０または１６０≦ｔ1≦２００、
０．０５＜ｐ1≦０．０６の場合にはｔ1≦２５または１３０≦ｔ1≦２００、
０．０６＜ｐ1≦０．０７の場合にはｔ1≦２２または１１０≦ｔ1≦２００、
０．０７＜ｐ1≦０．１１の場合にはｔ1≦２０または１００≦ｔ1≦２００、
０．１１＜ｐ1≦０．１２の場合にはｔ1≦２３または１１０≦ｔ1≦２００、
０．１３＜ｐ1≦０．１４の場合にはｔ1≦３０または１４０≦ｔ1≦２００、
０．１４＜ｐ1≦０．１５の場合にはｔ1≦３２または１５０≦ｔ1≦２００、
０．１５＜ｐ1≦０．１６の場合にはｔ1≦３５または１６５≦ｔ1≦２００、
０．１６＜ｐ1≦０．１７の場合にはｔ1≦４０または１７５≦ｔ1≦２００、
０．１７＜ｐ1≦０．１８の場合にはｔ1≦４５または１９０≦ｔ1≦２００、
０．１８＜ｐ1≦０．２０の場合にはｔ1≦５０
の範囲内で上記条件を満たすことが判る。（ａ），（ｃ）の場合については、冗長のため掲載しない。本実施の形態の半導体レーザ素子の作製方法に記載したＩｎＧａＮ緩衝層の例として挙げた膜厚は５０ｎｍ、混晶比は０．０２であり、上記範囲内に含まれている。
【０１０２】
良好な光学特性を得るための、ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ組成ｐ1および膜厚ｔ1は、上記領域に限定されるが、次のような要請から、ＩｎＧａＮ緩衝層の好ましい範囲はさらに制限される。ｐ型クラッド層内ないしｎ型クラッド層内に介挿されるＩｎＧａＮ緩衝層における吸収は、レーザ発振モードの吸収を引き起こし、閾値電流密度の増加を招くため、ＩｎＧａＮ緩衝層における吸収係数は、小さい方がより望ましい。ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ組成を大きくすると、ＩｎＧａＮ緩衝層におけるレーザ発振モードの吸収が大きくなるため、ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ組成は大きすぎない方がよい。このため、さらに望ましくは上記範囲の制限に加えて、ｐ1≦０．０９という条件を付加した方がよい。
【０１０３】
図９は、本実施の形態の半導体レーザ素子の構造から、ｎ型ＧａＮコンタクト層層厚を変化させたときの、レーザ発振モードの活性層閉じ込め係数の変化を示した図である。ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層（総膜厚約０．８μｍ）中に介挿されるｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層の混晶比および膜厚が、図５から図８に示す領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃに属する場合の特性がそれぞれ特性９１、９２、９３に示されている。図中において、特性９１は、ＩｎＧａＮ緩衝層の混晶比が０．０２、層厚が５０ｎｍのときの特性である。特性９２は、混晶比が０．０７、層厚が５０ｎｍのときの特性である。特性９３は、混晶比が０．０９、層厚が１００ｎｍのときの特性である。また、特性９４は、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層がｎ型ＡｌＧａＮクラッド層（膜厚０．８μｍ）のみで構成されている場合の特性であり、図中に示されている。ｎ型ＧａＮコンタクト層厚を変化させたとき、特性９１、９２、９３、９４の全てにおいて、活性層閉じ込め係数の落ち込みが見られるが、これはレーザ発振モードのｎ型ＧａＮコンタクト層への染み出しが大きくなる最悪条件になっているときである。このような条件にある時は、閾値電流密度の増大、ＦＦＰにおけるリップルの発生という問題が顕著となってしまう。
【０１０４】
図より、特性９１および９３は、特性９２に比べて、前記活性層閉じ込め係数の落ち込みを生ずる領域が狭くなっていることがわかる。これは、特性９２の条件において、レーザ発振モードがＩｎＧａＮ緩衝層に結合しやすい状況になっており、このＩｎＧａＮ緩衝層に結合したレーザ発振モードがｎ型ＧａＮコンタクト層へ染み出しやすいためである。即ち、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中に介挿されるｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層の混晶比および膜厚を、（１）式または（２）〜（４）式を満たす領域に設定することにより、レーザ発振モードのｎ型ＧａＮコンタクト層への結合を抑制することができ、閾値電流密度の低下、およびＦＦＰにおけるリップルの抑制という効果が発生する。
【０１０５】
また、特性９１、９３の場合は、特性９２の場合に比べて、図に示したｎ型ＧａＮコンタクト層厚の範囲全域に渡り、活性層閉じ込め係数が上昇している。これは、９２の場合はレーザ発振モードがＩｎＧａＮ緩衝層に強く結合する条件になっており、ＩｎＧａＮ緩衝層におけるレーザ発振モードの電界振幅が大きく、それによる活性層閉じ込め係数の低下が生じていたのが、９１および９３の場合はレーザ発振モードのＩｎＧａＮ緩衝層への結合が抑制されたことにより、活性層閉じ込め係数の向上が図られたことによるものである。
【０１０６】
本実施の形態で作製したレーザ素子のほとんど全てが発振し、発振の閾値電圧（Ｖp）が約５Ｖ、閾値電流密度（Ｊth）が約２ｋＡ／ｃｍ2であった。また、従来の半導体レーザでは、クラックがない素子においても、連続して１０時間以上発振を継続させていると、光出力が急激に低下する現象が生じてきたが、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層中にｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層を挿入した本実施例に示すレーザは、約１０００時間経過しても、特性の変化は見られなかった。また、ＦＦＰは単峰であり、良好な光学特性が実現できた。
【０１０７】
【表１】
0004712169.tif 000002
【０１０８】
表１は、用いたＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比および膜厚の組み合わせとして、種々の場合を用いた場合の実験結果を示している。理論値は、与えられた構造から、ＩｎＧａＮ緩衝層を除去した場合（即ち、ＩｎＧａＮ緩衝層の膜厚を０ｎｍとした場合）の、レーザ発振モードの活性層閉じ込め係数を計算した結果である。ｃａｓｅ１〜ｃａｓｅ６は、図２１においてそれぞれ点２１４、２１５、２１７、２１８、２１９、２２０に相当する点である。ｃａｓｅ１は領域＜１＞に属し、ｃａｓｅ２は領域＜２＞に属し、ｃａｓｅ３は領域＜３＞に属し、ｃａｓｅ４は領域＜４＞に属し、ｃａｓｅ５およびｃａｓｅ６は共に領域Ｂに属している。ＩｎＧａＮ緩衝層の周辺の構造については、ｃａｓｅ１からｃａｓｅ６までの全てにおいて、ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層からｎ型ＧａＮガイド層までの距離が０．４μｍ、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層のＡｌ混晶比が０．１、ｎ型ＧａＮガイド層膜厚およびｐ型ＧａＮガイド層膜厚がともに０．１μｍとなっている。レーザ発振モードの活性層閉じ込め係数は、ＩｎＧａＮ緩衝層の膜厚が０ｎｍの場合（理論値）の値を１とした場合の相対値を示している。これを見ると、ｃａｓｅ１、ｃａｓｅ２、ｃａｓｅ３、ｃａｓｅ４のいずれにおいても、レーザ発振モードの活性層閉じ込め係数は、ＩｎＧａＮ緩衝層の膜厚が０ｎｍの場合（理論値）の９割以上の値を示しており、レーザ発振モードの電界分布は、図３（ａ）と同様であり、ＦＦＰは単峰的であった。これに対し、ｃａｓｅ５、ｃａｓｅ６においては、レーザ発振モードの活性層閉じ込め係数は、ＩｎＧａＮ緩衝層の膜厚が０ｎｍの場合（理論値）の９割以下となっており、レーザ発振モードの電界分布は図３（ｂ）と同様であり、ＦＦＰはリップルが多数散見された。以上より、ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比および膜厚を、所定の範囲内に設定したことにより、レーザ発振モードの活性層閉じ込め係数の向上、および、ＦＦＰにおけるリップルの抑制が図られたことが、実験的に確認できた。
【０１０９】
なお、本実施の形態においては、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中に含まれるｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、およびｐ型ＡｌＧａＮにおけるＡｌ混晶比は必ずしも全て同じである必要はなく、その際においても前記Ｆなるパラメータが（１）式を満たすように設計されたＩｎＧａＮ緩衝層をｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中に含む構造を有する半導体レーザ素子であれば、本発明の効果は発生する。しかし、レーザ発振モードの対称性を考慮すれば、半導体レーザ素子構造中におけるＡｌＧａＮクラッド層のＡｌ混晶比は全て同一にすることが望ましい。
【０１１０】
また、本実施の形態において、活性層は３重量子井戸としたが、２層または４層以上の多重量子井戸にしても、本発明において必要とされる関係式（１）およびＩｎＧａＮ緩衝層に関して必要とされる関係式（２）〜（４）は変わらず、発生する効果は同じであった。
【０１１１】
なお、本実施の形態における半導体レーザの構造でｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層とｎ型ＧａＮコンタクト層の間に介挿されるｎ型ＩｎrＧａ1-rＮ緩衝層は、半導体多層ウェハのクラックをさらに減少させる効果を有するが、なくても本発明の請求範囲に含まれるものであり、半導体レーザ素子の活性層閉じ込め係数およびＦＦＰにはほとんど影響を与えない。
【０１１２】
また、本実施の形態における半導体レーザ素子に用いた基板は、サファイアを用いたが、他の基板でも良く、たとえばＧａＮ基板でもよい。この場合、ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中に介挿されるＩｎＧａＮ緩衝層の混晶比および膜厚が満たすべき条件の範囲は、サファイア基板の場合と同じであった。
【０１１３】
（実施の形態２）
図４は、本発明の第２の実施の形態を示す半導体レーザ素子の模式図である。図は、半導体レーザの導波路部分の共振器に垂直な断面を示している。本半導体レーザ素子は、（０００１）Ｃ面サファイア基板１（膜厚３０〜３００μｍ）、ＧａＮ低温バッファ層２（膜厚０〜１００ｎｍ）、ｎ型ＧａＮコンタクト層３（膜厚０．１〜１０μｍ）ｎ型ＩｎrＧａ1-rＮ（０≦ｒ≦０．２）緩衝層４１（膜厚０〜２００ｎｍ）、ｎ型Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（０．０８≦ｘ１≦０．２）クラッド層４（膜厚０．２〜０．８μｍ）とｎ型Ｉｎp1Ｇａ1-p1Ｎ（０．００１≦ｐ1≦０．２）緩衝層５（膜厚１０〜２００ｎｍ）とｎ型Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ（０．０８≦ｘ２≦０．２）クラッド層４（膜厚０．２〜０．８μｍ）からなるｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層１５（総膜厚約０．８〜１０μｍ）、ｎ型ＩｎsＧａ1-sＮ（０＜ｓ≦０．１）ガイド層６（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）、ＩｎwＧａ1-wＮ（０＜ｗ＜０．２）井戸層とＩｎvＧａ1-vＮ（０＜ｖ＜ｗ）障壁層との交互多層構造（障壁層／井戸層／・・・／井戸層／障壁層）からなる多重量子井戸活性層７（発光波長３７０〜４３０ｎｍ、総膜厚５〜６０ｎｍ）、ｐ型ＡｌzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．３）キャリアブロック層８（膜厚０〜２０ｎｍ）、ｐ型ＩｎtＧａ1-tＮ（０＜ｔ≦０．１）ガイド層９（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）、ｐ型ＡｌyＧａ1-yＮ（０．０８≦ｙ≦０．２）クラッド層１０（膜厚０．２〜０．８μｍ）、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１（膜厚０．０１〜１０μｍ）の各窒化物系半導体層が形成されている。
【０１１４】
その上には、必要な形状の絶縁膜１２が、メサ上の概略全面に形成されている。正電極１３（たとえば、Ｐｄ／Ａｕ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ、Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ等）は、ｐ型ＧａＮコンタクト層の一部露出した面上の全面を含む、メサ上の概略全面に形成されている。負電極１４（たとえば、Ｔｉ／Ａｌ、Ｚｒ／Ａｌ、Ｈｆ／Ａｌなど）は、ｎ型ＧａＮコンタクト層の一部露出した面上に形成されている。メサは、ｎ型ＧａＮコンタクト層、ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層、ｎ型ＩｎＧａＮガイド層、ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層、ｐ型ＡｌＧａＮキャリアブロック層、ｐ型ＩｎＧａＮガイド層、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、ｐ型ＧａＮコンタクト層、絶縁膜（但し前記絶縁膜は必要領域のみ）、正電極より構成されている。ストライプの両端面はミラーとして働き、光共振器を構成している。
【０１１５】
次に、本実施の形態における半導体レーザの製造方法について述べる。
まず、（０００１）Ｃ面サファイア基板を洗浄する。洗浄した（０００１）Ｃ面サファイア基板をＭＯＣＶＤ装置内に導入し、Ｈ2雰囲気の中で、約１１００℃の高温でクリーニングを行う。その後、降温して、キャリアガスとして水素（Ｈ2）を１０リットル／ｍｉｎ流しながら、６００℃でＮＨ3とトリメチルガリウム（ＴＭＧ）をそれぞれ５リットル／ｍｉｎ、２０ｍｏｌ／ｍｉｎ導入して、０〜１００ｎｍ（たとえば約２０ｎｍ）の厚みのＧａＮ低温バッファ層を成長する。低温バッファ層としては、ＧａＮに限らず、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、ＴＭＧ、ＮＨ3を使用して、ＡｌＮ膜やＧａＡｌＮ膜を用いてもなんら影響はない。
【０１１６】
次に、Ｎ2とＮＨ3をそれぞれ５リットル／ｍｉｎ流しながら約１０５０℃まで昇温する。温度が上がれば、キャリアガスをＮ2からＨ2に代えて、ＴＭＧを１００μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＳｉＨ4を１０ｎｍｏｌ／ｍｉｎ導入して、ｎ型ＧａＮコンタクト層を０．１〜１０μｍ（たとえば約４μｍ）成長する。次に、ＴＭＧの供給を停止して、キャリアガスをＨ2からＮ2に再び代えて、約８００℃まで降温後、ＴＭＧを１５μｍｏｌ／ｍｉｎに調整し、インジウム原料であるトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を一定量流しながら、ＩｎrＧａ1-rＮ緩衝層（たとえばｒ＝０．０７）を０〜２００ｎｍ（たとえば５０ｎｍ）成長する。次に、ＴＭＩおよびＴＭＧの供給を停止して、再び１０５０℃まで昇温し、キャリアガスを再びＮ2からＨ2に代えて、ＴＭＧの流量を５０μｍｏｌ／ｍｉｎに調整し、ＴＭＡを４０μｍｏｌ／ｍｉｎ導入して、ｎ型のＡｌx1Ｇａ1-x1Ｎクラッド層（たとえばｘ１＝０．１）を０．２〜０．８μｍ（たとえば０．５μｍ）の厚さで成長する。次に、ＴＭＧおよびＴＭＡの供給を停止して、キャリアガスをＨ2からＮ2に再び代えて、約８００℃まで降温後、ＴＭＧを１５μｍｏｌ／ｍｉｎに調整し、ＴＭＩを一定量流しながら、ＩｎpＧａ1-pＮ緩衝層（たとえばｐ＝０．０２）を１０〜２００ｎｍ（たとえば５０ｎｍ）成長する。次に、ＴＭＩおよびＴＭＧの供給を停止して、再び１０５０℃まで昇温し、キャリアガスを再びＮ2からＨ2に代えて、ＴＭＧの流量を５０μｍｏｌ／ｍｉｎに調整し、ＴＭＡを４０μｍｏｌ／ｍｉｎ導入して、ｎ型のＡｌx2Ｇａ1-x2Ｎクラッド層（たとえばｘ＝０．１）を０．２〜０．８μｍ（たとえば０．５μｍ）の厚さで成長する。
【０１１７】
Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎの成長が終了すると、ＴＭＡおよびＴＭＧの供給を停止し、キャリアガスをＨ2からＮ2に換えて、約７００℃まで降温し、ＴＭＧを１５μｍｏｌ／ｍｉｎに調整して、ＴＭＩを一定量流しながら、ｎ型ＩｎsＧａ1-sＮガイド層（たとえばｓ＝０．０１）を０．０８〜０．１５μｍ（たとえば０．１μｍ）の厚さになるように成長する。ＴＭＩを１０μｍｏｌ／ｍｉｎに調整し、ＩｎvＧａ1-vＮ（たとえばｖ＝０．０５）よりなるたとえば４ｎｍ厚の障壁層を成長する。その後、ＴＭＩの供給を５０μｍｏｌ／ｍｉｎに増加し、ＩｎwＧａ1-wＮ（たとえばｗ＝０．１７）よりなるたとえば２ｎｍ厚の井戸層を成長する。たとえば、井戸層は合計３層、同様の手法で成長を行い、井戸層と井戸層との間および両側には合計４層の障壁層が存在するような発光波長３８０〜４３０ｎｍ（たとえば４００〜４１０ｎｍ）の多重量子井戸（ＭＱＷ）を成長する。ＭＱＷの成長が終了すると、ＴＭＩおよびＴＭＧの供給を停止して、再び１０５０℃まで昇温し、キャリアガスを再びＮ2からＨ2に代えて、ＴＭＧを５０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＡを３０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ｐ型ドーピング原料であるビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を１０ｎｍｏｌ／ｍｉｎ流し、０〜２０ｎｍ（たとえば２０ｎｍ）厚のｐ型ＡｌzＧａ1-zＮ（たとえばｚ＝０．２）キャリアブロック層を成長する。キャリアブロック層の成長が終了すると、ＴＭＡおよびＴＭＧおよびＣｐ2Ｍｇの供給を停止し、キャリアガスをＨ2からＮ2に換えて、約７００℃まで降温し、ＴＭＧを１５μｍｏｌ／ｍｉｎに調整して、ＴＭＧの供給量を１５μｍｏｌ／ｍｉｎに調整して、ＴＭＩを一定量流し、Ｃｐ2Ｍｇを１０ｎｍｏｌ／ｍｉｎ流し、ｐ型ＩｎtＧａ1-tＮガイド層（たとえばｔ＝０．０１）を０．０８〜０．１５μｍ（たとえば０．１μｍ）成長する。ＴＭＡおよびＴＭＧおよびＣｐ2Ｍｇの供給を停止して、再び１０５０℃まで昇温し、キャリアガスを再びＮ2からＨ2に変えて、その後、ＴＭＧの供給を５０μｍ／ｍｉｎに調整し、ＴＭＡを４０μｍｏｌ／ｍｉｎ、Ｃｐ2Ｍｇを１０ｎｍｏｌ／ｍｉｎ導入し、０．２〜０．８μｍ（たとえば０．５μｍ）厚のｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層（たとえばｙ＝０．１）を成長する。最後に、ＴＭＧの供給を１００μｍｏｌ／ｍｉｎに調整して、ＴＭＡの供給を停止し、０．０１〜１０μｍ（たとえば０．１μｍ）厚のｐ型ＧａＮコンタクト層の成長を行い発光素子構造の成長を終了する。成長が終了すると、ＴＭＧおよびＣｐ2Ｍｇの供給を停止して降温し、室温でＭＯＣＶＤ装置より取り出す。
【０１１８】
本レーザ構造を有する膜の最表面（成長終端面）の表面粗さの平均値（Ｒａ）は約１０ｎｍであり、大変良好な平坦性を示した。
【０１１９】
その後、フォトリソグラフィー技術および反応性イオンエッチング技術を用い、ｐ型ＧａＮコンタクト層を３μｍ幅のストライプ状に残して、ｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層までエッチングを行い、光導波路を形成した後、フォトリソグラフィー技術を用いてｐ型ＧａＮコンタクト層が電極と接触する部分を除いて絶縁膜を形成する。その後、反応性イオンエッチング技術を用いて、ウェハ最表面よりｎ型ＧａＮコンタクト層の途中まで、負電極を形成する部分を除去する。その後、メサ状のｐ型ＧａＮコンタクト層の一部露出した面上に、正電極を形成する。電極材料としては、たとえばＡｕ／ＮｉあるいはＡｕ／Ｐｄを用いれば良い。また、ｎ型ＧａＮコンタクト層の一部露出した面上の概略全面に、負電極を形成する。負電極材料としては、たとえばＡｌ／ＴｉあるいはＡｕ／Ｗを用いれば良い。
【０１２０】
最後に劈開あるいはドライエッチング法を用いて素子長が約０．５ｍｍとなるようにして、ミラーとなる端面を形成した。
【０１２１】
以上により、図４に示す第２の実施の形態の半導体レーザ素子が作製できる。
本実施の形態における半導体レーザ素子においては、ｎ型ガイド層およびｐ型ガイド層は、ＩｎＧａＮで構成されている。また、本実施の形態における半導体レーザ素子においては、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中に含まれるｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層の膜厚およびＩｎ混晶比は、レーザ発振モードがｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層と、その近隣層であるｎ型ＡｌＧａＮクラッド層で構成される３層スラブ導波路に結合しない条件式（１）が成り立つように設計されている。
【０１２２】
図１０は、ＩｎＧａＮ緩衝層とガイド層との距離が０．４μｍ以上あるような、本実施の形態の半導体レーザ素子の構造において、（１）式を満たすようなｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比および膜厚の範囲を図示したものである。図において、領域Ａおよび領域Ｃが、（１）式を満たす条件になっている。領域Ｂは、レーザ発振モードがＩｎＧａＮ緩衝層に結合しやすい条件となっているため、この範囲は避けるべきである。また、領域Ｄは、ＩｎＧａＮ緩衝層中において１次以上の高次モードを生ずる条件になっており、レーザ発振モードが再びＩｎＧａＮ緩衝層に結合しやすい条件となるため、この範囲は避けるべきである。
【０１２３】
線１０１から１０９は、（１）式を満たす領域（Ａ、Ｃ）と満たさない領域（Ｂ）の境界を、種々の条件においてしめしたものである。境界線上においては、全ての共通点として、本実施の形態の半導体レーザ素子の構造において、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中に含まれる全てのｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層の膜厚が０．４μｍ、混晶比が０．０８となっており、ｎ型ＩｎsＧａ1-sＮガイド層およびｐ型ＩｎtＧａ1-tＮガイド層の膜厚が０．０８μｍとなっている。また、実線１０１、１０２、１０３は、ｎ型ＩｎsＧａ1-sＮガイド層およびｐ型ＩｎtＧａ1-tＮガイド層のＩｎ混晶比を０．０２とした場合の、（１）式を満たす領域と満たさない領域の境界を示しており、実線１０１はＡとＢの境界、実線１０２はＢとＣの境界、実線１０３はＣとＤの境界を示している。また、破線１０４、１０５、１０６は、ｎ型ＩｎsＧａ1-sＮガイド層およびｐ型ＩｎtＧａ1-tＮガイド層のＩｎ混晶比を０．０４とした場合の、（１）式を満たす領域と満たさない領域の境界を示しており、破線１０４はＡとＢの境界、破線１０５はＢとＣの境界、破線１０６はＣとＤの境界を示している。また、点線１０７、１０８、１０９は、ＩｎsＧａ1-sＮガイド層およびｐ型ＩｎtＧａ1-tＮガイド層のＩｎ混晶比を０．０６とした場合の、（１）式を満たす領域と満たさない領域の境界を示しており、点線１０７はＡとＢの境界、点線１０８はＢとＣの境界、点線１０９はＣとＤの境界を示している。
【０１２４】
図１１は、ＩｎＧａＮ緩衝層とガイド層との距離が０．４μｍ以上あるような、本実施の形態の半導体レーザ素子の構造において、（１）式を満たすようなｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比および膜厚の範囲を図示したものである。図において、領域Ａおよび領域Ｃが、（１）式を満たす条件になっている。領域Ｂは、レーザ発振モードがＩｎＧａＮ緩衝層に結合しやすい条件となっているため、この範囲は避けるべきである。また、領域Ｄは、ＩｎＧａＮ緩衝層中において１次以上の高次モードを生ずる条件になっており、レーザ発振モードが再びＩｎＧａＮ緩衝層に結合しやすい条件となるため、この範囲は避けるべきである。
【０１２５】
線１１１から１１９は、（１）式を満たす領域（Ａ、Ｃ）と満たさない領域（Ｂ）の境界を、種々の条件においてしめしたものである。境界線上においては、全ての共通点として、本実施の形態の半導体レーザ素子の構造において、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中に含まれる全てのｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層の膜厚が０．４μｍ、混晶比が０．０８となっており、ｎ型ＩｎsＧａ1-sＮガイド層およびｐ型ＩｎtＧａ1-tＮガイド層の膜厚が０．０８μｍとなっている。また、線１１１、１１２、１１３は、ｎ型ＩｎsＧａ1-sＮガイド層およびｐ型ＩｎtＧａ1-tＮガイド層のＩｎ混晶比を０．０７とした場合の、（１）式を満たす領域と満たさない領域の境界を示しており、線１１１はＡとＢの境界、線１１２はＢとＣの境界、線１１３はＣとＤの境界を示している。また、破線１１４、１１５、１１６は、ｎ型ＩｎsＧａ1-sＮガイド層およびｐ型ＩｎtＧａ1-tＮガイド層のＩｎ混晶比を０．０８とした場合の、（１）式を満たす領域と満たさない領域の境界を示しており、線１１４はＡとＢの境界、線１１５はＢとＣの境界、線１１６はＣとＤの境界を示している。また、点線１１７、１１８、１１９は、ｎ型ＩｎsＧａ1-sＮガイド層およびｐ型ＩｎtＧａ1-tＮガイド層のＩｎ混晶比を０．０９とした場合の、（１）式を満たす領域と満たさない領域の境界を示しており、線１１７はＡとＢの境界、線１１８はＢとＣの境界、線１１９はＣとＤの境界を示している。
【０１２６】
図１２は、ＩｎＧａＮ緩衝層とガイド層との距離が０．３〜０．４μｍの範囲にあるような、本実施の形態の半導体レーザ素子の構造において、（１）式を満たすようなｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比および膜厚の範囲を図示したものである。図において、領域Ａおよび領域Ｃが、（１）式を満たす条件になっている。領域Ｂは、レーザ発振モードがＩｎＧａＮ緩衝層に結合しやすい条件となっているため、この範囲は避けるべきである。また、領域Ｄは、ＩｎＧａＮ緩衝層中において１次以上の高次モードを生ずる条件になっており、レーザ発振モードが再びＩｎＧａＮ緩衝層に結合しやすい条件となるため、この範囲は避けるべきである。線１２１から１２９は、（１）式を満たす領域（Ａ、Ｃ）と満たさない領域（Ｂ）の境界を、種々の条件においてしめしたものである。境界線上においては、全ての共通点として、本実施の形態の半導体レーザ素子の構造において、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中に含まれる全てのｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層の膜厚が０．３μｍ、混晶比が０．０８となっており、ｎ型ＩｎsＧａ1-sＮガイド層およびｐ型ＩｎtＧａ1-tＮガイド層の膜厚が０．０８μｍとなっている。また、実線１２１、１２２、１２３は、ｎ型ＩｎsＧａ1-sＮガイド層およびｐ型ＩｎtＧａ1-tＮガイド層のＩｎ混晶比を０．０２とした場合の、（１）式を満たす領域と満たさない領域の境界を示しており、実線１２１はＡとＢの境界、実線１２２はＢとＣの境界、実線１２３はＣとＤの境界を示している。また、破線１２４、１２５、１２６は、ｎ型ＩｎsＧａ1-sＮガイド層およびｐ型ＩｎtＧａ1-tＮガイド層のＩｎ混晶比を０．０４とした場合の、（１）式を満たす領域と満たさない領域の境界を示しており、破線１２４はＡとＢの境界、破線１２５はＢとＣの境界、破線１２６はＣとＤの境界を示している。また、点線１２７、１２８、１２９は、ｎ型ＩｎsＧａ1-sＮガイド層およびｐ型ＩｎtＧａ1-tＮガイド層のＩｎ混晶比を０．０６とした場合の、（１）式を満たす領域と満たさない領域の境界を示しており、点線１２７はＡとＢの境界、点線１２８はＢとＣの境界、点線１２９はＣとＤの境界を示している。
【０１２７】
図１３は、ＩｎＧａＮ緩衝層とガイド層との距離が０．３〜０．４μｍの範囲にあるような、本実施の形態の半導体レーザ素子の構造において、（１）式を満たすようなｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比および膜厚の範囲を図示したものである。図において、領域Ａおよび領域Ｃが、（１）式を満たす条件になっている。領域Ｂは、レーザ発振モードがＩｎＧａＮ緩衝層に結合しやすい条件となっているため、この範囲は避けるべきである。また、領域Ｄは、ＩｎＧａＮ緩衝層中において１次以上の高次モードを生ずる条件になっており、レーザ発振モードが再びＩｎＧａＮ緩衝層に結合しやすい条件となるため、この範囲は避けるべきである。
【０１２８】
線１３１から１３９は、（１）式を満たす領域（Ａ、Ｃ）と満たさない領域（Ｂ）の境界を、種々の条件において示したものである。境界線上においては、全ての共通点として、本実施の形態の半導体レーザ素子の構造において、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中に含まれる全てのｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層の膜厚が０．３μｍ、混晶比が０．０８となっており、ｎ型ＩｎsＧａ1-sＮガイド層およびｐ型ＩｎtＧａ1-tＮガイド層の膜厚が０．０８μｍとなっている。また、実線１３１、１３２、１３３は、ｎ型ＩｎsＧａ1-sＮガイド層およびｐ型ＩｎtＧａ1-tＮガイド層のＩｎ混晶比を０．０７とした場合の、（１）式を満たす領域と満たさない領域の境界を示しており、実線１３１はＡとＢの境界、実線１３２はＢとＣの境界、実線１３３はＣとＤの境界を示している。また、破線１３４、１３５、１３６は、ｎ型ＩｎsＧａ1-sＮガイド層およびｐ型ＩｎtＧａ1-tＮガイド層のＩｎ混晶比を０．０８とした場合の、（１）式を満たす領域と満たさない領域の境界を示しており、１３４はＡとＢの境界、１３５はＢとＣの境界、１３６はＣとＤの境界を示している。また、点線１３７、１３８、１３９は、ｎ型ＩｎsＧａ1-sＮガイド層およびｐ型ＩｎtＧａ1-tＮガイド層のＩｎ混晶比を０．０９とした場合の、（１）式を満たす領域と満たさない領域の境界を示しており、１３７はＡとＢの境界、１３８はＢとＣの境界、１３９はＣとＤの境界を示している。
【０１２９】
図１４は、ＩｎＧａＮ緩衝層とガイド層との距離が０．２〜０．３μｍの範囲にあるような、本実施の形態の半導体レーザ素子の構造において、（１）式を満たすようなｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比および膜厚の範囲を図示したものである。図において、領域Ａおよび領域Ｃが、（１）式を満たす条件になっている。領域Ｂは、レーザ発振モードがＩｎＧａＮ緩衝層に結合しやすい条件となっているため、この範囲は避けるべきである。また、領域Ｄは、ＩｎＧａＮ緩衝層中において１次以上の高次モードを生ずる条件になっており、レーザ発振モードが再びＩｎＧａＮ緩衝層に結合しやすい条件となるため、この範囲は避けるべきである。
【０１３０】
線１４１から１４９は、（１）式を満たす領域（Ａ、Ｃ）と満たさない領域（Ｂ）の境界を、種々の条件においてしめしたものである。境界線上においては、全ての共通点として、本実施の形態の半導体レーザ素子の構造において、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中に含まれる全てのｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層の膜厚が０．２μｍ、混晶比が０．０８となっており、ｎ型ＩｎsＧａ1-sＮガイド層およびｐ型ＩｎtＧａ1-tＮガイド層の膜厚が０．０８μｍとなっている。また、実線１４１、１４２、１４３は、ｎ型ＩｎsＧａ1-sＮガイド層およびｐ型ＩｎtＧａ1-tＮガイド層のＩｎ混晶比を０．０２とした場合の、（１）式を満たす領域と満たさない領域の境界を示しており、実線１４１はＡとＢの境界、実線１４２はＢとＣの境界、実線１４３はＣとＤの境界を示している。また、破線１４４、１４５、１４６は、ｎ型ＩｎsＧａ1-sＮガイド層およびｐ型ＩｎtＧａ1-tＮガイド層のＩｎ混晶比を０．０４とした場合の、（１）式を満たす領域と満たさない領域の境界を示しており、破線１４４はＡとＢの境界、破線１４５はＢとＣの境界、破線１４６はＣとＤの境界を示している。また、点線１４７、１４８、１４９は、ｎ型ＩｎsＧａ1-sＮガイド層およびｐ型ＩｎtＧａ1-tＮガイド層のＩｎ混晶比を０．０６とした場合の、（１）式を満たす領域と満たさない領域の境界を示しており、１４７はＡとＢの境界、１４８はＢとＣの境界、１４９はＣとＤの境界を示している。
【０１３１】
図１５は、ＩｎＧａＮ緩衝層とガイド層との距離が０．２〜０．３μｍの範囲あるような、本実施の形態の半導体レーザ素子の構造において、（１）式を満たすようなｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比および膜厚の範囲を図示したものである。図において、領域Ａおよび領域Ｃが、（１）式を満たす条件になっている。領域Ｂは、レーザ発振モードがＩｎＧａＮ緩衝層に結合しやすい条件となっているため、この範囲は避けるべきである。また、領域Ｄは、ＩｎＧａＮ緩衝層中において１次以上の高次モードを生ずる条件になっており、レーザ発振モードが再びＩｎＧａＮ緩衝層に結合しやすい条件となるため、この範囲は避けるべきである。
【０１３２】
線１５１から１５９は、（１）式を満たす領域（Ａ、Ｃ）と満たさない領域（Ｂ）の境界を、種々の条件においてしめしたものである。境界線上においては、全ての共通点として、本実施の形態の半導体レーザ素子の構造において、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中に含まれる全てのｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層の膜厚が０．２μｍ、混晶比が０．０８となっており、ｎ型ＩｎsＧａ1-sＮガイド層およびｐ型ＩｎtＧａ1-tＮガイド層の膜厚が０．０８μｍとなっている。また、実線１５１、１５２、１５３は、ｎ型ＩｎsＧａ1-sＮガイド層およびｐ型ＩｎtＧａ1-tＮガイド層のＩｎ混晶比を０．０７とした場合の、（１）式を満たす領域と満たさない領域の境界を示しており、１５１はＡとＢの境界、１５２はＢとＣの境界、１５３はＣとＤの境界を示している。また、破線１５４、１５５、１５６は、ｎ型ＩｎsＧａ1-sＮガイド層およびｐ型ＩｎtＧａ1-tＮガイド層のＩｎ混晶比を０．０８とした場合の、（１）式を満たす領域と満たさない領域の境界を示しており、１５４はＡとＢの境界、１５５はＢとＣの境界、１５６はＣとＤの境界を示している。また、点線１５７、１５８、１５９は、ｎ型ＩｎsＧａ1-sＮガイド層およびｐ型ＩｎtＧａ1-tＮガイド層のＩｎ混晶比を０．０９とした場合の、（１）式を満たす領域と満たさない領域の境界を示しており、１５７はＡとＢの境界、１５８はＢとＣの境界、１５９はＣとＤの境界を示している。
【０１３３】
なお、図１０〜図１５の計算結果は、簡単のために上下のＩｎＧａＮガイド層を対称、即ち、ｎ型ガイド層のＩｎ混晶比をｓ、膜厚をｄ1［μｍ］とし、ｐ型ガイド層のＩｎ混晶比をｔ、膜厚ｄ2［μｍ］としたとき、ｄ1＝ｄ2、ｓ＝ｔとしたが、これが非対称であっても良く、この場合、上下ガイド層の平均厚さ、即ち（ｄ1＋ｄ2）／２＝ｄを、ガイド層膜厚と考えれば、図１０〜図１５の関係はそのままほぼ同じであり、また、上下ガイド層の組成の加重平均、即ち（ｓ・ｄ1＋ｔ・ｄ2）／（ｄ1＋ｄ2）をガイドＩｎ組成として考えれば、図１０〜図１５の関係はそのままほぼ同じになる。但し、実用的には非対称をあまり大きくすると、活性層への光閉じ込めに悪影響を及ぼすので、そうならない範囲におのずから限定される。実用的には、−０．０５≦ｓ−ｔ≦０．０５が必要であり、特に好ましくは、−０．０３≦ｓ−ｔ≦０．０３であるべきである。また、実用的には、０．３３≦ｄ1／ｄ2≦３が必要であり、特に好ましくは、０．５６≦ｄ1／ｄ2≦１．８である。ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比をｐ1、膜厚をｔ1［ｎｍ］として、
図１０中の実線１０１は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（０．００２１８２＋０．２８３８ｐ1）(-1)、
０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝−２７．９１６＋６３１．１４ｐ1＋４１８．９４ｐ12
で近似できる。
図１０中の実線１０２は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（０．０００６４９９＋０．１５８１２ｐ1）(-1)、
０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝１０．４６７＋１８０．０２ｐ1＋４６０３．７ｐ12
で近似できる。
図１０中の実線１０３は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００２０９０２＋０．０３１５５９ｐ1）(-1)、０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝−２７．９１６＋６３１．１４ｐ1＋４１８．９４ｐ12
で近似できる。
図１０中の破線１０４は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．０００５７９１６＋０．２０２５７ｐ1）(-1)、０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝２０．２４８−２１２．４９ｐ1＋６３９０ｐ12で近似できる。
図１０中の破線１０５は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００１３６９４＋０．１６３５５ｐ1）(-1)、
０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝６０．４０９−８４０．５ｐ1＋１０８４３ｐ12で近似できる。
図１０中の破線１０６は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００２０９０２＋０．０３１５５９ｐ1）(-1)、０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝−２７．９１６＋６３１．１４ｐ1＋４１８．９４ｐ12
で近似できる。
図１０および図１１中の点線１０７は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００２８１６４＋０．１６９７１ｐ1）(-1)、
０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝２５９．３７−４７５９．８ｐ1＋３０６０８ｐ12
で近似できる。
図１０および図１１中の点線１０８は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００２５７８２＋０．１４９０２ｐ1）(-1)、
０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝３４５．０７−６３６１．６ｐ1＋３９３３９ｐ12
で近似できる。
図１０および図１１中の点線１０９は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００２０９０２＋０．０３１５５９ｐ1）(-1)、０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝−２７．９１６＋６３１．１４ｐ1＋４１８．９４ｐ12
で近似できる。
図１１中の破線１１１は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００３６５８８＋０．１５８０４ｐ1）(-1)、
０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝１１９２．２−２２２６２ｐ1＋１１２６７０ｐ12
で近似できる。
図１１中の破線１１２は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００３５０１７＋０．１４５７１ｐ1）(-1)、
０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝５２４．７５−１００２９ｐ1＋５９４０６ｐ12で近似できる。
図１１中の破線１１３は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００２０９０２＋０．０３１５５９ｐ1）(-1)、０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝−２７．９１６＋６３１．１４ｐ1＋４１８．９４ｐ12
で近似できる。
図１１中の太点線１１４は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００４３４７＋０．１４７１９ｐ1）(-1)、
０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝８５８．５５−１６８６６ｐ1＋９５１８６ｐ12で近似できる。
図１１中の太点線１１５は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００４１７６１＋０．１３９１６ｐ1）(-1)、
０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝９５８．１６−１８８５２ｐ1＋１０５８７０ｐ12
で近似できる。
図１１中の太点線１１６は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００２０９０２＋０．０３１５５９ｐ1）(-1)、０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝−２７．９１６＋６３１．１４ｐ1＋４１８．９４ｐ12
で近似できる。
図１１中の細点線１１７は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００５２７４２＋０．１４１２５ｐ1）(-1)、
０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝２２９８−４５９４１ｐ1＋２４３２８０ｐ12
で近似できる。
図１１中の細い点線１１８は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００５１３４＋０．１３６２ｐ1）(-1)、
０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝２４９７．８−４９９６１ｐ1＋２６４０２０ｐ12
で近似できる。
図１１中の細い点線１１９は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００２０９０２＋０．０３１５５９ｐ1）(-1)、０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝−２７．９１６＋６３１．１４ｐ1＋４１８．９４ｐ12
で近似できる。
図１２中の実線１２１は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（０．００２８１４７＋０．３２７５１ｐ1）(-1)、
０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝−２４．４４９＋５６０．５９ｐ1＋２２２．４５ｐ12
で近似できる。
図１２中の実線１２２は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（０．０００５４６６８＋０．１１６９７ｐ1）(-1)、
０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝−５７．４６８＋１３９２．１ｐ1＋１７８４．３ｐ12
で近似できる。
図１２中の実線１２３は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００２０９０２＋０．０３１５５９ｐ1）(-1)、０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝４０．７８＋１９８６．７ｐ1−２２９５．７ｐ12
で近似できる。
図１２中の破線１２４は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００００４８０８１＋０．２２８１２ｐ1）(-1)、
０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝６．７８９３＋７．００９７ｐ1＋４７７９．４ｐ12
で近似できる。
図１２の破線１２５は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００１１６０６＋０．１３７８９ｐ1）(-1)、
０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝８１．０４３−１１５９．４ｐ1＋１３５３７ｐ12
で近似できる。
図１２中の破線１２６は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００２０９０２＋０．０３１５５９ｐ1）(-1)、０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝４０．７８＋１９８６．７ｐ1−２２９５．７ｐ12
で近似できる。
図１２および図１３中の点線１２７は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００２９７２７＋０．１８４６８ｐ1）(-1)、
０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝２１１．８７−３８７４．３ｐ1＋２５７５２ｐ12
で近似できる。
図１２および図１３中の点線１２８は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００２４０３９＋０．１３５６１ｐ1）(-1)、
０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝４１０．２−７５８４．７ｐ1＋４６１０１ｐ12で近似できる。
図１２および図１３中の点線１２９は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００２０９０２＋０．０３１５５９ｐ1）(-1)、０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝４０．７８＋１９８６．７ｐ1−２２９５．７ｐ12
で近似できる。
図１３中の実線１３１は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００３８１０８＋０−１６８５６ｐ1）(-1)、
０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝９７３．６９−１８１８６ｐ1＋９３３２１ｐ12で近似できる。
図１３中の実線１３２は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００３３２９１＋０．１３５８６ｐ1）(-1)、
０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝５８７．７−１１２６４ｐ1＋６６３８０ｐ12
で近似できる。
図１３中の実線１３３は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００２０９０２＋０．０３１５５９ｐ1）(-1)、０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝４０．７８＋１９８６．７ｐ1−２２９５．７ｐ12
で近似できる。
図１３中の破線１３４は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００４４８７２＋０．１５４４６ｐ1）(-1)、
０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝７８０．２５−１５２９９ｐ1＋８６６８３ｐ12で近似できる。
図１３の破線１３５は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００４０３３９＋０．１３２３６ｐ1）(-1)、
０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝１０５６．２−２０８１５ｐ1＋１１６４６０ｐ12
で近似できる。
図１３中の破線１３６は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００２０９０２＋０．０３１５５９ｐ1）(-1)、０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝４０．７８＋１９８６．７ｐ1−２２９５．７ｐ12
で近似できる。
図１３中の点線１３７は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００５４０２３＋０．１４６４１ｐ1）(-1)、
０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝２０８８−４１７１９ｐ1＋２２１５８０ｐ12
で近似できる。
図１３中の点線１３８は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００４９８５１＋０．１３１０６ｐ1）(-1)、
０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝２７０５．９−５４１５９ｐ1＋２８５７６０ｐ12
で近似できる。
図１３中の点線１３９は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００２０９０２＋０．０３１５５９ｐ1）(-1)、０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝−２７．９１６＋６３１．１４ｐ1＋４１８．９４ｐ12
で近似できる。
図１４中の実線１４１は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（０．００３９９４２＋０．３９６４５ｐ1）(-1)、
０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝−２１．３３１＋４８８．１３ｐ1
で近似できる。
図１４中の実線１４２は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（０．００６２７２７＋０．０５９１１ｐ1）(-1)、
０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝−１５５．１２＋３４９４．３ｐ1−１０５２．９ｐ12
で近似できる。
図１４中の実線１４３は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００２０９０２＋０．０３１５５９ｐ1）(-1)、０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝４０．７８＋１９８６．７ｐ1−２２９５．７ｐ12
で近似できる。
図１４中の破線１４４は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００００７６１６６＋０．２７６０８ｐ1）(-1)、
０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝−４．９２９４＋２１３．７６ｐ1＋２８２７．４ｐ12
で近似できる。
図１４の破線１４５は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．０００７６７９８＋０．０９３６６６ｐ1）(-1)、
０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝１０８．６１−１５１１．６ｐ1＋１９０１６ｐ12
で近似できる。
図１４中の破線１４６は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００２０９０２＋０．０３１５５９ｐ1）(-1)、０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝４０．７８＋１９８６．７ｐ1−２２９５．７ｐ12
で近似できる。
図１４および図１５中の点線１４７は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００３１９４７＋０．２１９０３ｐ1）(-1)、
０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝１３９．３７−２４９６．５ｐ1＋１７８３１ｐ12
で近似できる。
図１４および図１５中の点線１４８は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００１８９６１＋０．１０４９４ｐ1）(-1)、
０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝５３６．０８−９９６６．９ｐ1＋６０７０７ｐ12
で近似できる。
図１４および図１５中の点線１４９は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００２０９０２＋０．０３１５５９ｐ1）(-1)、０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝４０．７８＋１９８６．７ｐ1−２２９５．７ｐ12
で近似できる。
図１５中の実線１５１は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（０．００４０７７３＋０．１９５４７ｐ1）(-1)、
０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝５３９．７５＋１００８８ｐ1＋５４７５７７ｐ12
で近似できる。
図１５中の実線１５２は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００２８２３７＋０．１１１１３ｐ1）(-1)、
０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝７６６．５２−１４７７３ｐ1＋８６５８９ｐ12で近似できる。
図１５中の実線１５３は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００２０９０２＋０．０３１５５９ｐ1）(-1)、０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝４０．７８＋１９８６．７ｐ1−２２９５．７ｐ12
で近似できる。
図１５中の破線１５４は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００４８８８５＋０．１７５９１ｐ1）(-1)、
０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝−５９７．６５＋１１６６１ｐ1＋６６９８３ｐ12
で近似できる。
図１５の破線１５５は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００３５４２４＋０．１１２８５ｐ1）(-1)、
０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝１３３５．８−２６４２８ｐ1＋１４７２６０ｐ12
で近似できる。
図１５中の破線１５６は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００２０９０２＋０．０３１５５９ｐ1）(-1)、０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝４０．７８＋１９８６．７ｐ1−２２９５．７ｐ12
で近似できる。
図１５中の点線１５７は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００５７３７１＋０．１６２１１ｐ1）(-1)、
０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝１５３３．６−３０５８５ｐ1＋１６４３８０ｐ12
で近似できる。
図１５中の点線１５８は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００４４２８２＋０．１１４４６ｐ1）(-1)、
０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝３３２４．９−６６６５６ｐ1＋３５１０５０ｐ12
で近似できる。
図１５中の点線１５９は、
ｐ1≦０．０９でｔ1＝（−０．００２０９０２＋０．０３１５５９ｐ1）(-1)、０．０９≦ｐ1≦０．２でｔ1＝４０．７８＋１９８６．７ｐ1−２２９５．７ｐ12
で近似できる。
【０１３４】
実際に半導体レーザ素子を作製する時は、ＩｎＧａＮ緩衝層の膜厚およびＩｎ混晶比が（１）式を満たす領域、即ちＡまたはＣの領域に入るよう考慮して設計するが、（１）式を満たす領域と満たさない領域の境界線から十分離れた領域に相当する値をとることが望ましい。
【０１３５】
また、本発明者らの実験によると、ＩｎＧａＮ緩衝層を２００ｎｍ以上積層すると、その上に積層された半導体層の結晶性が悪化した。また、Ｉｎ混晶比が０．２以上のＩｎＧａＮ緩衝層を積層すると、その上に積層された半導体層の結晶性が悪化した。このことから、ＩｎＧａＮ緩衝層の膜厚は２００ｎｍ以下、Ｉｎ混晶比は０．２以下とするのがよい。さらに、ＩｎＧａＮ緩衝層は僅かにＩｎを含む程度（Ｉｎ混晶比が０．００１以下のとき）でもクラック防止の効果が発生し、Ｉｎ混晶比を変化させてもクラック防止効果の度合いはほとんど変わらなかった。また、ＩｎＧａＮ緩衝層はわずかな膜厚（膜厚１０ｎｍ以下）でもクラック防止の効果が発生し、Ｉｎ混晶比を変化させてもクラック防止効果の度合いはほとんど変わらなかった。
【０１３６】
以上より、本実施の形態における半導体レーザ素子中において、ＩｎＧａＮ緩衝層とガイド層との距離が（Ａ）０．４μｍ以上のとき、（Ｂ）０．３μｍ以上０．４μｍ未満のとき、（Ｃ）０．２μｍ以上０．３μｍ未満のときと場合分けし、また、それぞれの場合において、ガイド層のＩｎ混晶比が（ａ）０≦ｓ＝ｔ＜０．０２のとき、（ｂ）０．０２≦ｓ＝ｔ＜０．０４のとき、（ｃ）０．０４≦ｓ＝ｔ＜０．０６のとき、（ｄ）０．０６≦ｓ＝ｔ＜０．０７のとき、（ｅ）０．０７≦ｓ＝ｔ＜０．０８のとき、と場合分けして、ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比をｐ1、膜厚をｔ1［ｎｍ］としたとき、（ｐ1、ｔ1）が満たすべき領域は、およそ、
（Ａ）ＩｎＧａＮ緩衝層とガイド層との距離が０．４μｍ以上のとき、
（ａ）０≦ｓ＝ｔ＜０．０２のときは
１０≦ｔ1≦（０．００２１８２＋０．２８３８ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
１０≦ｔ1≦−２７．９１６＋６３１．１４ｐ1＋４１８．９４ｐ12かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
（−０．００１３６９４＋０．１６３５５ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
６０．４０９−８４０．５ｐ1＋１０８４３ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２  …………………（７）
（ｂ）０．０２≦ｓ＝ｔ＜０．０４のときは
１０≦ｔ1≦（−０．０００５７９１６＋０．２０２５７ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
１０≦ｔ1≦２０．２４８−２１２．４９ｐ1＋６３９０ｐ12かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
（−０．００２５７８２＋０．１４９０２ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
３４５．０７−６３６１．６ｐ1＋３９３３９ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２  ………………（８）
（ｃ）０．０４≦ｓ＝ｔ＜０．０６のときは
１０≦ｔ1≦−０．００３６５８８＋０．１５８０４ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
１０≦ｔ1≦１１９２．２−２２２６２ｐ1＋１１２６７０ｐ12かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
（−０．００３５０１７＋０．１４５７１ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
５２４．７５−１００２９ｐ1＋５９４０６ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２  ………………（９）
（ｄ）０．０６≦ｓ＝ｔ＜０．０７のときは
１０≦ｔ1≦（−０．００３６５８８＋０．１５８０４ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
１０≦ｔ1≦１１９２．２−２２２６２ｐ1＋１１２６７０ｐ12かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
（−０．００４１７６１＋０．１３９１６ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
９５８．１６−１８８５２ｐ1＋１０５８７０ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２  ………………（１０）
（ｅ）０．０７≦ｓ＝ｔ≦０．１０のときは
１０≦ｔ1≦（−０．００４３４７＋０．１４７１９ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
１０≦ｔ1≦８５８．５５−１６８６６ｐ1＋９５１８６ｐ12かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
（−０．００５１３４＋０．１３６２ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
２４９７．８−４９９６１ｐ1＋２６４０２０ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２  ………………（１１）
の領域内であることが判る。
（Ｂ）ＩｎＧａＮ緩衝層とガイド層との距離が０．３μｍ以上０．４μｍ未満のとき
（ａ）０≦ｓ＝ｔ＜０．０２のときは
１０≦ｔ1≦（０．００２８１４７＋０．３２７５１ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
１０≦ｔ1≦−２４．４４９＋５６０．５９ｐ1＋２２２．４５ｐ12かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０
．２
または
（−０．００１１６０６＋０．１３７８９ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
８１．０４３−１１５９．４ｐ1＋１３５３７ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２  ………………（１３）
（ｂ）０．０２≦ｓ＝ｔ＜０．０４のときは
１０≦ｔ1≦（−０．００００４８０８１＋０．２２８１２ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
１０≦ｔ1≦６．７８９３＋７．００９７ｐ1＋４７７９．４ｐ12かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
（−０．００２４０３９＋０．１３５６１ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
４１０．２−７５８４．７ｐ1＋４６１０１ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２  ………………（１４）
（ｃ）０．０４≦ｓ＝ｔ＜０．０６のときは
１０≦ｔ1≦（−０．００２９７２７＋０．１８４６８ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
１０≦ｔ1≦２１１．８７−３８７４．３ｐ1＋２５７５２ｐ12かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
（−０．００３３２９１＋０．１３５８６ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
５８７．７−１１２６４ｐ1＋６６３８０ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２  ………………（１５）
（ｄ）０．０６≦ｓ＝ｔ＜０．０７のときは
１０≦ｔ1≦（−０．００３８１０８＋０．１６８５６ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
１０≦ｔ1≦９７３．６９−１８１８６ｐ1＋９３３２１ｐ12かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
（−０．００４０３３９＋０．１３２３６ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
１０５６．２−２０８１５ｐ1＋１１６４６０ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２  ………………（１６）
（ｅ）０．０７≦ｓ＝ｔ≦０．１０のときは
１０≦ｔ1≦（−０．００４４８７２＋０．１５４４６ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
１０≦ｔ1≦７８０．２５−１５２９９ｐ1＋８６６８３ｐ12かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
（−０．００４９８５１＋０．１３１０６ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
２７０５．９−５４１５９ｐ1＋２８５７６０ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２  ………………（１７）
の領域内であることが判る。
（Ｃ）ＩｎＧａＮ緩衝層とガイド層との距離が０．２μｍ以上０．３μｍ未満のとき
（ａ）０≦ｓ＝ｔ＜０．０２のときは
１０≦ｔ1≦（０．００３９９４２＋０．３９６４５ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
１０≦ｔ1≦−２１．３３１＋４８８．１３ｐ1かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
（−０．０００７６７９８＋０．０９３６６６ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
１０８．６１−１５１１．６ｐ1＋１９０１６ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２  ………………（１９）
（ｂ）０．０２≦ｓ＝ｔ＜０．０４のときは
１０≦ｔ1≦（−０．００００７６１６６＋０．２７６０８ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．
０９
または
１０≦ｔ1≦−４．９２９４＋２１３．７６ｐ1＋２８２７．４ｐ12かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０
．２
または
（−０．００１８９６１＋０．１０４９４ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
５３６．０８−９９６６．９ｐ1＋６０７０７ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２  ………………（２０）
（ｃ）０．０４≦ｓ＝ｔ＜０．０６のときは
１０≦ｔ1≦（−０．００３１９４７＋０．２１９０３ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
１０≦ｔ1≦１３９．３７−２４９６．５ｐ1＋１７８３１ｐ12かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
（−０．００２８２３７＋０．１１１１３ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
７６６．５２−１４７７３ｐ1＋８６５８９ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２  ………………（２１）
（ｄ）０．０６≦ｓ＝ｔ＜０．０７のときは
１０≦ｔ1≦（−０．００４０７７３＋０．１９５４７ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
１０≦ｔ1≦５３９．７５−１００８８ｐ1＋５４７５７ｐ12かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
（−０．００３５４２４＋０．１１２８５ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
１３３５．８−２６４２８ｐ1＋１４７２６０ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２  ………………（２２）
（ｅ）０．０７≦ｓ＝ｔ≦０．１０のときは
１０≦ｔ1≦（−０．００４８８８５＋０．１７５９１ｐ1）(-1)かつｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
１０≦ｔ1≦５９７．６５−１１６６１ｐ1＋６６９８３ｐ12かつｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２
または
（−０．００４４２８２＋０．１１４４６ｐ1）(-1)≦ｔ1≦２００かつ０．００１≦ｐ1≦０．０９
または
３３２４．９−６６６５６ｐ1＋３５１０５０ｐ12≦ｔ1≦２００かつ０．０９＜ｐ1≦０．２  ………………（２３）
の領域内であることが判る。上記範囲は、レーザ発振の中心波長が３７０〜４３０ｎｍ（２０℃）の範囲で計算しても、またＩｎＧａＮ緩衝層とガイド層との間に介挿されるＡｌＧａＮクラッド層の混晶比を０．０８から０．２の範囲で計算しても、同じであった。
【０１３７】
本実施の形態の半導体レーザ素子の作製方法に記載したＩｎＧａＮ緩衝層の例として挙げた膜厚は５０ｎｍ、混晶比は０．０２であり、上記範囲内に含まれている。
【０１３８】
上記範囲中の（ｅ）の範囲内において、０．０９≦ｓ＝ｔ≦０．１０の範囲内におけるＩｎsＧａ1-sＮ（またはＩｎtＧａ1-tＮ）の屈折率変化範囲は、０．０８≦ｓ＝ｔ≦０．０９の範囲内におけるＩｎsＧａ1-sＮ（またはＩｎtＧａ1-tＮ）の屈折率変化範囲とほぼ等価であるため、０．０９≦ｓ＝ｔ≦０．１０の範囲内における計算結果は、０．０８≦ｓ＝ｔ≦０．０９の範囲内における計算結果とほぼ一致するため、まとめて０．０８≦ｓ＝ｔ≦０．１０の範囲内における計算結果として示した。
【０１３９】
良好な光学特性を得るための、ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ組成ｐ1および膜厚ｔ1は、上記領域に限定されるが、次のような要請から、ＩｎＧａＮ緩衝層の好ましい範囲はさらに制限される。ｐ型クラッド層内ないしｎ型クラッド層内に介挿されるＩｎＧａＮ緩衝層における吸収は、レーザ発振モードの吸収を引き起こし、閾値電流密度の増加を招くため、ＩｎＧａＮ緩衝層における吸収係数は、小さい方がより望ましい。ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ組成を大きくすると、ＩｎＧａＮ緩衝層におけるレーザ発振モードの吸収が大きくなるため、ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ組成は大きすぎない方がよい。このため、さらに望ましくは上記範囲の制限に加えて、ｐ1≦０．０９という条件を付加した方がよい。
【０１４０】
本実施の形態で作製したレーザ素子のほとんど全てが発振し、発振の閾値電圧（Ｖop）が約５Ｖ、閾値電流密度（Ｊth）が１．５ｋＡ／ｃｍ2であった。また、従来の半導体レーザは、連続して１０時間以上発振を継続させていると、光出力が急激に低下する現象が生じてきたが、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層中にｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層を挿入した本実施例に示すレーザは、約１０００時間経過しても、特性の変化は見られなかった。また、ＦＦＰは単峰であり、良好な光学特性が実現できた。
【０１４１】
なお、本実施の形態においては、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中に含まれるｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、およびｐ型ＡｌＧａＮにおけるＡｌ混晶比は必ずしも全て同じである必要はなく、その際においても前記Ｆなるパラメータが（１）式を満たすように設計されたＩｎＧａＮ緩衝層をｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中に含む構造を有する半導体レーザ素子であれば、本発明の効果は発生する。しかし、レーザ発振モードの対称性を考慮すれば、半導体レーザ素子構造中におけるＡｌＧａＮクラッド層のＡｌ混晶比は全て同一にすることが望ましい。
【０１４２】
また、本実施の形態において、活性層は３重量子井戸としたが、２層または４層以上の多重量子井戸にしても、本発明において必要とされる関係式（１）およびＩｎＧａＮ緩衝層に関して必要とされる関係式は変わらず、発生する効果は同じであった。
【０１４３】
なお、本実施の形態における半導体レーザの構造でｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層とｎ型ＧａＮコンタクト層の間に介挿されるｎ型ＩｎrＧａ1-rＮ緩衝層は、半導体多層成長膜のクラックをさらに減少させる効果を有するが、なくても本発明の請求範囲に含まれるものであり、半導体レーザ素子の活性層閉じ込め係数およびＦＦＰにはほとんど影響を与えない。
【０１４４】
また、本実施の形態における半導体レーザ素子に用いた基板は、サファイアを用いたが、他の基板でも良く、たとえばＧａＮ基板でもよい。この場合、ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中に介挿されるＩｎＧａＮ緩衝層の混晶比および膜厚が満たすべき条件の範囲は、サファイア基板の場合と同じであった。
【０１４５】
（実施の形態３）
図１６は、本発明の第３の実施の形態を示す半導体レーザ素子の模式図である。図は、半導体レーザの導波路部分の共振器に垂直な断面を示している。本半導体レーザ素子は、（０００１）Ｃ面サファイア基板１（膜厚３０〜３００μｍ）、ＧａＮ低温バッファ層２（膜厚０〜１００ｎｍ）、ｎ型ＧａＮコンタクト層３（膜厚０．１〜１０μｍ）、ｎ型ＩｎrＧａ1-rＮ（０≦ｒ≦０．２）緩衝層４１（膜厚０〜２００ｎｍ）、ｎ型Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（０．０８≦ｘ１≦０．２）クラッド層４（膜厚０．２〜０．８μｍ）とｎ型Ｉｎp1Ｇａ1-p1Ｎ（０．００１≦ｐ1≦０．２）緩衝層５（膜厚１０〜２００ｎｍ）の交互積層構造（ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層／ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層／・・・／ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層／ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層）からなるｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層１５（総膜厚０．６〜１０μｍ、但し本実施の形態においては、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層は、ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層を介して３段以上成長するものとする）、ｎ型ＧａＮガイド層６（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）、ＩｎwＧａ1-wＮ（０＜ｗ＜０．２）井戸層とＩｎvＧａ1-vＮ（０＜ｖ＜ｗ）障壁層との交互多層構造（障壁層／井戸層／・・・／井戸層／障壁層）からなる多重量子井戸活性層７（発光波長３７０〜４３０ｎｍ、総膜厚５〜６０ｎｍ）、ｐ型ＡｌzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．３）キャリアブロック層８（膜厚０〜２０ｎｍ）、ｐ型ＧａＮガイド層９（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）、ｐ型ＡｌyＧａ1-yＮ（０．０８≦ｙ≦０．２）クラッド層１０（膜厚０．２〜０．８μｍ）、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１（膜厚０．０１〜１０μｍ）の各窒化物系半導体層が形成されている。
【０１４６】
その上には、必要な形状の絶縁膜１２が、メサ上の概略全面に形成されている。正電極１３（たとえば、Ｐｄ／Ａｕ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ、Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ等）は、ｐ型ＧａＮコンタクト層の一部露出した面上の全面を含む、メサ状の概略全面に形成されている。負電極１４（たとえば、Ｔｉ／Ａｌ、Ｚｒ／Ａｌ、Ｈｆ／Ａｌなど）は、ｎ型ＧａＮコンタクト層の一部露出した面上に形成されている。メサは、ｎ型ＧａＮコンタクト層、ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層、ｎ型ＧａＮガイド層、ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層、ｐ型ＡｌＧａＮキャリアブロック層、ｐ型ＧａＮガイド層、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、ｐ型ＧａＮコンタクト層、絶縁膜（但し前記絶縁膜は必要領域のみ）、正電極より構成されている。ストライプの両端面はミラーとして働き、光共振器を構成している。
【０１４７】
次に、本実施の形態における半導体レーザの製造方法について述べる。
まず、（０００１）Ｃ面サファイア基板を洗浄する。洗浄した（０００１）Ｃ面サファイア基板をＭＯＣＶＤ装置内に導入し、Ｈ2雰囲気の中で、約１１００℃の高温でクリーニングを行う。その後、降温して、キャリアガスとして水素（Ｈ2）を１０リットル／ｍｉｎ流しながら、６００℃でＮＨ3とトリメチルガリウム（ＴＭＧ）をそれぞれ５リットル／ｍｉｎ、２０ｍｏｌ／ｍｉｎ導入して、０〜１００ｎｍ（たとえば約２０ｎｍ）の厚みのＧａＮ低温バッファ層を成長する。低温バッファ層としては、ＧａＮに限らず、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、ＴＭＧ、ＮＨ3を使用して、ＡｌＮ膜やＧａＡｌＮ膜を用いてもなんら影響はない。
【０１４８】
次に、Ｎ2とＮＨ3をそれぞれ５リットル／ｍｉｎ流しながら約１０５０℃まで昇温する。温度が上がれば、キャリアガスをＮ2からＨ2に代えて、ＴＭＧを１００μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＳｉＨ4を１０ｎｍｏｌ／ｍｉｎ導入して、ｎ型ＧａＮコンタクト層を０．１〜１０μｍ（たとえば約４μｍ）成長する。次に、ＴＭＧの供給を停止して、キャリアガスをＨ2からＮ2に再び代えて、約８００℃まで降温後、ＴＭＧを１５μｍｏｌ／ｍｉｎに調整し、インジウム原料であるトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を一定量流しながら、ＩｎrＧａ1-rＮ緩衝層（たとえばｒ＝０．０７）を０〜２００ｎｍ（たとえば５０ｎｍ）成長する。次に、ＴＭＩおよびＴＭＧの供給を停止して、再び１０５０℃まで昇温し、キャリアガスを再びＮ2からＨ2に代えて、ＴＭＧの流量を５０μｍｏｌ／ｍｉｎに調整し、ＴＭＡを４０μｍｏｌ／ｍｉｎ導入して、ｎ型のＡｌx1Ｇａ1-x1Ｎクラッド層（たとえばｘ１＝０．１）を０．２〜０．８μｍ（たとえば０．５μｍ）の厚さで成長する。
【０１４９】
次に、ＴＭＧおよびＴＭＡの供給を停止して、キャリアガスをＨ2からＮ2に再び代えて、約８００℃まで降温後、ＴＭＧを１５μｍｏｌ／ｍｉｎに調整し、ＴＭＩを一定量流しながら、Ｉｎp1Ｇａ1-p1Ｎ緩衝層（たとえばｐ1＝０．０２）を１０〜２００ｎｍ（たとえば５０ｎｍ）成長する。次に、ＴＭＩおよびＴＭＧの供給を停止して、再び１０５０℃まで昇温し、キャリアガスを再びＮ2からＨ2に代えて、ＴＭＧの流量を５０μｍｏｌ／ｍｉｎに調整し、ＴＭＡを４０μｍｏｌ／ｍｉｎ導入して、ｎ型のＡｌx2Ｇａ1-x2Ｎクラッド層（たとえばｘ２＝０．１）を０．２〜０．８μｍ（たとえば０．５μｍ）の厚さで成長する。ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層は合計ｋ層、同様の手法で成長を行い、ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層とｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層との間および両側には合計ｋ＋１層のｎ型ＡｌＧａＮクラッド層が存在するようなｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層を成長する。ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層の成長が終了すると、ＴＭＡの供給を停止し、ＴＭＧを１００μｍｏｌ／ｍｉｎに調整して、ｎ型ＧａＮガイド層を０．０８〜０．１５μｍ（たとえば０．１μｍ）の厚さになるように成長する。その後、ＴＭＧの供給を停止して、キャリアガスをＨ2からＮ2に再び代えて、７００℃まで降温し、インジウム原料であるトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を１０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧを１５μｍｏｌ／ｍｉｎ導入し、ＩｎvＧａ1-vＮ（たとえばｖ＝０．０５）よりなるたとえば４ｎｍ厚の障壁層を成長する。その後、ＴＭＩの供給を５０μｍｏｌ／ｍｉｎに増加し、ＩｎwＧａ1-wＮ（たとえばｗ＝０．１７）よりなるたとえば２ｎｍ厚の井戸層を成長する。たとえば、井戸層は合計３層、同様の手法で成長を行い、井戸層と井戸層との間および両側には合計４層の障壁層が存在するような発光波長３８０〜４３０ｎｍ（たとえば４００〜４１０ｎｍ）の多重量子井戸（ＭＱＷ）を成長する。ＭＱＷの成長が終了すると、ＴＭＩおよびＴＭＧの供給を停止して、再び１０５０℃まで昇温し、キャリアガスを再びＮ2からＨ2に代えて、ＴＭＧを５０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＡを３０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ｐ型ドーピング原料であるビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を１０ｎｍｏｌ／ｍｉｎ流し、０〜２０ｎｍ（たとえば２０ｎｍ）厚のｐ型ＡｌzＧａ1-zＮ（たとえばｚ＝０．２）キャリアブロック層を成長する。キャリアブロック層の成長が終了すると、ＴＭＡの供給を停止し、ＴＭＧの供給量を１００μｍｏｌ／ｍｉｎに調整して、０．０８〜０．１５μｍ（たとえば０．１μｍ）の厚さのｐ型ＧａＮガイド層を成長する。その後、ＴＭＧの供給を５０μｍ／ｍｉｎに調整し、ＴＭＡを４０μｍｏｌ／ｍｉｎ導入し、０．２〜０．８μｍ（たとえば０．５μｍ）厚のｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層（たとえばｙ＝０．１）を成長する。最後に、ＴＭＧの供給を１００μｍｏｌ／ｍｉｎに調整して、ＴＭＡの供給を停止し、０．０１〜１０μｍ（たとえば０．１μｍ）厚のｐ型ＧａＮコンタクト層の成長を行い発光素子構造の成長を終了する。成長が終了すると、ＴＭＧおよびＣｐ2Ｍｇの供給を停止して降温し、室温でＭＯＣＶＤ装置より取り出す。
【０１５０】
本レーザ構造を有する膜の最表面（成長終端面）の表面粗さの平均値（Ｒａ）は約１０ｎｍであり、大変良好な平坦性を示した。また、（０００１）Ｃ面サファイア基板、ＧａＮ低温バッファ層（膜厚２０ｎｍ）、ｎ型ＧａＮコンタクト層（膜厚約４μｍ）、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層（膜厚０．５μｍ）、ｎ型Ｉｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ緩衝層（膜厚５０ｎｍ）、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層（膜厚０．５μｍ）なる構造を有するウェハーを複数枚作製し、表面を光学顕微鏡で約２００倍に拡大して観察したところ、全てのウェハーにおいて六角形のクラックは確認されなかった。このウェハーにおいて、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層の膜厚合計は約１μｍであった。従来の技術における課題が解消されたのは、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層中に少なくともＩｎを含む緩衝層が形成されたことによる効果に他ならない。その後、フォトリソグラフィー技術および反応性イオンエッチング技術を用い、ｐ型ＧａＮコンタクト層を３μｍ幅のストライプ状に残して、ｐ型ＡｌyＧａ1-yＮクラッド層までエッチングを行い、光導波路を形成した後、フォトリソグラフィー技術を用いてｐ型ＧａＮコンタクト層が電極と接触する部分を除いて絶縁膜を形成する。その後、反応性イオンエッチング技術を用いて、ウェハ最表面よりｎ型ＧａＮコンタクト層の途中まで、負電極を形成する部分を除去する。その後、メサ状のｐ型ＧａＮコンタクト層の一部露出した面上に、正電極を形成する。電極材料としては、たとえばＡｕ／ＮｉあるいはＡｕ／Ｐｄを用いれば良い。また、ｎ型ＧａＮコンタクト層の一部露出した面上の概略全面に、負電極を形成する。負電極材料としては、たとえばＡｌ／ＴｉあるいはＡｕ／Ｗを用いれば良い。
【０１５１】
最後に、サファイア基板の半導体多層膜面と相反する面側を研磨することにより、半導体多層膜面およびサファイア基板を含めた層厚が３０〜３００μｍ（たとえば約６０μｍ）となるようにする。その後、劈開を用いて素子長が約０．５ｍｍとなるようにして、ミラーとなる端面を形成した。
【０１５２】
以上により、図１６に示す第３の実施の形態の半導体レーザ素子が作製できる。
【０１５３】
本実施の形態における半導体レーザ素子において、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中に介挿された、複数のｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層の膜厚およびＩｎ混晶比は、レーザ発振モードがｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層と、その近隣層であるｎ型ＡｌＧａＮクラッド層で構成される３層スラブ導波路に結合しない条件式（１）が成り立つように設計されている。より具体的には、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中にｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層が合計２層以上介挿されているとするとき、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層（膜厚は無限大）／ｎ型ＧａＮガイド層／ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層／ｐ型ＡｌＧａＮキャリアストップ層／ｐ型ＧａＮガイド層／ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層（膜厚は無限大）で構成される多層スラブ導波路に生じる導波モード（等価屈折率ｎeq、電界振幅ｆeq（ｘ））と、ｉ番目（ｉ＝１、２、・・・）のｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層をコアとする３層スラブ導波路（ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層（膜厚は無限大）／ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層／ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層（膜厚は無限大））に生じる導波モード（等価屈折率ｎi、電界振幅ｆi（ｘ））とを考えることにより計算されるパラメータＦが、（１）式を満たすようにｉ番目のｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比および膜厚が設定されている。ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層内に存在するＩｎＧａＮ緩衝層のうち、上記条件を満たす層が少なくとも１層あれば、ＦＦＰにおけるリップルの抑制、および活性層への閉じ込め係数の向上という効果が発生するが、全てのＩｎＧａＮ緩衝層が上記条件を満たしていることが望ましい。
【０１５４】
（１）式を満たすＩｎＧａＮ緩衝層の混晶比および膜厚の範囲は、図５〜図８より求まる範囲と同じであった。
【０１５５】
本実施の形態で作製したレーザ素子のほとんど全てが発振し、発振の閾値電圧（Ｖop）が約５Ｖ、閾値電流密度（Ｊth）が１．２ｋＡ／ｃｍ2であった。また、従来の半導体レーザでは、クラックがない素子においても、連続して１０時間以上発振を継続させていると、光出力が急激に低下する現象が生じてきたが、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層中にｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層を挿入した本実施例に示すレーザは、約１０００時間経過しても、特性の変化は見られなかった。また、ＦＦＰは単峰であり、良好な光学特性が実現できた。
【０１５６】
なお、本実施の形態においては、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中に含まれるｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、およびｐ型ＡｌＧａＮにおけるＡｌ混晶比は必ずしも全て同じである必要はなく、その際においても前記Ｆなるパラメータが（１）式を満たすように設計されたＩｎＧａＮ緩衝層をｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中に含む構造を有する半導体レーザ素子であれば、本発明の効果は発生する。しかし、レーザ発振モードの対称性を考慮すれば、半導体レーザ素子構造中におけるＡｌＧａＮクラッド層のＡｌ混晶比は全て同一にすることが望ましい。
【０１５７】
また、本実施の形態において、活性層は３重量子井戸としたが、２層または４層以上の多重量子井戸にしても、本発明において必要とされる関係式（１）およびＩｎＧａＮ緩衝層に関して必要とされる関係式は変わらず、発生する効果は同じであった。
【０１５８】
また、本実施の形態において、ガイド層はＧａＮとしたが、ＩｎＧａＮガイド層にしても、本発明において必要とされる関係式（１）およびＩｎＧａＮ緩衝層に関して必要とされる関係式は図１０〜１５に示したものと変わらず、発生する効果は同じであった。
【０１５９】
なお、本実施の形態における半導体レーザの構造でｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層とｎ型ＧａＮコンタクト層の間に介挿されるｎ型ＩｎrＧａ1-rＮ緩衝層は、半導体多層ウェハのクラックをさらに減少させる効果を有するが、なくても本発明の請求範囲に含まれるものであり、半導体レーザ素子の活性層閉じ込め係数およびＦＦＰにはほとんど影響を与えない。
【０１６０】
また、本実施の形態における半導体レーザ素子に用いた基板は、サファイアを用いたが、他の基板でも良く、たとえばＧａＮ基板でもよい。この場合、ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中に介挿されるＩｎＧａＮ緩衝層の混晶比および膜厚が満たすべき条件の範囲は、サファイア基板の場合と同じであった。
【０１６１】
（実施の形態４）
図１７は、本実施の形態における半導体レーザ素子を示す模式図である。図は、半導体レーザの導波路部分の共振器に垂直な断面を示している。本半導体レーザ素子は、（０００１）Ｃ面サファイア基板１（膜厚３０〜３００μｍ）、ＧａＮ低温バッファ層２（膜厚０〜１００ｎｍ）、ｎ型ＧａＮコンタクト層３（膜厚０．１〜１０μｍ）、ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ（０．０８≦ｘ≦０．２）クラッド層４（膜厚０．２〜０．８μｍ）とｎ型ＩｎpＧａ1-pＮ（０．００１≦ｐ≦０．２）緩衝層５（膜厚１０〜２００ｎｍ）との交互多層構造（ｎ型クラッド層／ｎ型緩衝層／・・・／ｎ型緩衝層／ｎ型クラッド層）からなるｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層１５（総膜厚０．８〜１０μｍ）、ｎ型ＧａＮガイド層６（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）、ＩｎwＧａ1-wＮ（０＜ｗ＜０．２）井戸層とＩｎvＧａ1-vＮ（０＜ｖ＜ｗ）障壁層との交互多層構造（障壁層／井戸層／・・・／井戸層／障壁層）からなる多重量子井戸活性層７（発光波長３７０〜４３０ｎｍ、総膜厚５〜６０ｎｍ）、ｐ型ＡｌzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．３）キャリアブロック層８（膜厚０〜２０ｎｍ）、ｐ型ＧａＮガイド層９（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）、ｐ型ＡｌyＧａ1-yＮ（０．０８≦ｙ≦０．２）クラッド層１０（膜厚０．２〜０．８μｍ）とｐ型ＩｎqＧａ1-qＮ（０．００１≦ｑ≦０．２）緩衝層１７１（膜厚１０〜２００ｎｍ）との交互多層構造（ｐ型クラッド層／ｐ型緩衝層／・・・／ｐ型緩衝層／ｐ型クラッド層）からなるｐ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層１７２（層膜厚０．８〜１０μｍ）、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１（膜厚０．０１〜１０μｍ）の各窒化物系半導体層が形成されている。
【０１６２】
その上には、必要な形状の絶縁膜１２が、メサ上の概略全面に形成されている。正電極１３（たとえば、Ｐｄ／Ａｕ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ、Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ等）は、ｐ型ＧａＮコンタクト層の一部露出した面上の全面を含む、メサ状の概略全面に形成されている。負電極１４（たとえば、Ｔｉ／Ａｌ、Ｚｒ／Ａｌ、Ｈｆ／Ａｌなど）は、ｎ型ＧａＮコンタクト層の一部露出した面上に形成されている。メサは、ｎ型ＧａＮコンタクト層、ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層、ｎ型ＧａＮガイド層、ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層、ｐ型ＡｌＧａＮキャリアブロック層、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、ｐ型ＧａＮコンタクト層、絶縁膜（但し前記絶縁膜は必要領域のみ）、正電極より構成されている。ストライプの両端面はミラーとして働き、光共振器を構成している。
【０１６３】
次に、本実施の形態における半導体レーザの製造方法について述べる。
まず、（０００１）Ｃ面サファイア基板を洗浄する。洗浄した（０００１）Ｃ面サファイア基板をＭＯＣＶＤ装置内に導入し、Ｈ2雰囲気の中で、約１１００℃の高温でクリーニングを行う。その後、降温して、キャリアガスとして水素（Ｈ2）を１０リットル／ｍｉｎ流しながら、６００℃でＮＨ3とトリメチルガリウム（ＴＭＧ）をそれぞれ５リットル／ｍｉｎ、２０ｍｏｌ／ｍｉｎ導入して、０〜１００ｎｍ（たとえば２０ｎｍ）の厚みのＧａＮ低温バッファ層を成長する。低温バッファ層としては、ＧａＮに限らず、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、ＴＭＧ、ＮＨ3を使用して、ＡｌＮ膜やＧａＡｌＮ膜を用いてもなんら影響はない。
【０１６４】
次に、Ｎ2とＮＨ3をそれぞれ５リットル／ｍｉｎ流しながら約１０５０℃まで昇温する。温度が上がれば、キャリアガスをＮ2からＨ2に代えて、ＴＭＧを１００μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＳｉＨ4を１０ｎｍｏｌ／ｍｉｎ導入して、ｎ型ＧａＮコンタクト層を０．１〜１０μｍ（たとえば約４μｍ）成長する。次に、ＴＭＧの流量を５０μｍｏｌ／ｍｉｎに調整し、ＴＭＡを一定量導入して、ｎ型のＡｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（たとえばｘ１＝０．１）クラッド層を０．２〜０．８μｍ（たとえば０．５μｍ）の厚さで成長する。次に、ＴＭＧおよびＴＭＡの供給を停止して、キャリアガスをＨ2からＮ2に再び代えて、約８００℃まで降温後、ＴＭＧを１５μｍｏｌ／ｍｉｎに調整し、ＴＭＩを一定量流しながら、ＩｎpＧａ1-pＮ（たとえばｐ＝０．０２）緩衝層を０〜２００ｎｍ成長する。次に、ＴＭＩおよびＴＭＧの供給を停止して、再び１０５０℃まで昇温し、キャリアガスを再びＮ2からＨ2に代えて、ＴＭＧの流量を５０μｍｏｌ／ｍｉｎに調整し、ＴＭＡを一定量導入して、ｎ型のＡｌx2Ｇａ1-x2Ｎ（たとえばｘ２＝０．１）クラッド層を０．２〜０．８μｍの厚さで成長する。このｎ型ＡｌＧａＮ層とｎ型ＩｎＧａＮ層とを繰り返し成長し、ｎ型ＡｌＧａＮ緩衝層とｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層との交互多層構造（ｎ型クラッド層／ｎ型緩衝層／・・・／ｎ型緩衝層／ｎ型クラッド層）からなるｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層を総膜厚０．８〜１０μｍ成長する。ＡｌＧａＩｎＮの成長が終了すると、ＴＭＡの供給を停止し、ＴＭＧを１００μｍｏｌ／ｍｉｎに調整して、ｎ型ＧａＮガイド層を０．０８〜０．１５μｍの厚さになるように成長する。その後、ＴＭＧの供給を停止して、キャリアガスをＨ2からＮ2に再び代えて、７００℃まで降温し、インジウム原料であるトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を一定量、ＴＭＧを１５μｍｏｌ／ｍｉｎ導入し、ＩｎvＧａ1-vＮ（たとえばｖ＝０．０５）よりなる障壁層を成長する。その後、ＴＭＩの供給をある一定量にまで増加し、ＩｎwＧａ1-wＮ（たとえばｗ＝０．１７）よりなる井戸層を成長する。このＩｎＧａＮ障壁層とＩｎＧａＮ井戸層との交互多層構造（障壁層／井戸層／・・・／井戸層／障壁層）からなる多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層を成長する。障壁層および井戸層を形成するＩｎＧａＮの混晶比および膜厚は、発光波長が３７０〜４３０ｎｍ（たとえば４００〜４１０ｎｍ）の範囲になるように設計し、成長時に導入するＴＭＩの流量は、その設計値に等しいＩｎ組成の膜が得られるように調節する。
【０１６５】
ＭＱＷ活性層の成長が終了すると、ＴＭＩおよびＴＭＧの供給を停止して、再び１０５０℃まで昇温し、キャリアガスを再びＮ2からＨ2に代えて、ＴＭＧを５０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＡを適量、ｐ型ドーピング原料であるビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を１０ｎｍｏｌ／ｍｉｎ流し、０〜２０ｎｍ厚（たとえば２０ｎｍ）のｐ型ＡｌzＧａ1-zＮ（たとえばｚ＝０．３）キャリアブロック層を成長する。キャリアブロック層の成長が終了すると、ＴＭＡの供給を停止し、ＴＭＧの供給量を１００μｍｏｌ／ｍｉｎに調整して、０．０８〜０．１５μｍ（たとえば０．１μｍ）の厚さのｐ型ＧａＮガイド層を成長する。
【０１６６】
次に、ＴＭＧの供給を５０μｍ／ｍｉｎに調整し、ＴＭＡを一定量導入し、０．２〜０．８μｍ厚のｐ型Ａｌy1Ｇａ1-y1Ｎ（たとえばｙ1＝０．１）クラッド層を成長する。次に、ＴＭＧおよびＴＭＡおよびＣｐ2Ｍｇの供給を停止して、キャリアガスをＨ2からＮ2に換えて、約８００℃まで降温後、ＴＭＧを１５μｍｏｌ／ｍｉｎに調節し、ＴＭＩを一定量流しながら、ｐ型ＩｎqＧａ1-qＮ（たとえばｑ＝０．０２）緩衝層を０〜２００ｎｍ（たとえば５０ｎｍ）成長する。次に、ＴＭＩおよびＴＭＧの供給を停止して、再び１０５０℃まで昇温し、キャリアガスを再びＮ2からＨ2に変えて、ＴＭＧの流量を５０μｍｏｌ／ｍｉｎに調整し、ＴＭＡを一定量導入して、ｐ型Ａｌy2Ｇａ1-y2Ｎ（たとえばｙ2＝０．１）クラッド層を０．２〜０．８μｍ（たとえば０．５μｍ）の厚さで成長する。このｐ型ＡｌＧａＮ層とｎ型ＩｎＧａＮ層とを繰り返し成長し、ｐ型ＡｌＧａＮ緩衝層とｐ型ＩｎＧａＮ緩衝層との交互多層構造（ｐ型クラッド層／ｐ型緩衝層／・・・／ｐ型緩衝層／ｐ型クラッド層）からなるｐ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層を総膜厚０．８〜１０μｍ（たとえば約１μｍ）成長する。ＡｌＧａＩｎＮの成長が終了すると、ＴＭＡの供給を停止し、最後に、ＴＭＧの供給を１００μｍｏｌ／ｍｉｎに調整して、０．０１〜１０μｍ厚のｐ型ＧａＮコンタクト層の成長を行い発光素子構造の成長を終了する。成長が終了すると、ＴＭＧおよびＣｐ2Ｍｇの供給を停止して降温し、室温でＭＯＣＶＤ装置より取り出す。
【０１６７】
本レーザ構造を有する膜の最表面（成長終端面）の表面粗さの平均値（Ｒａ）は約１０ｎｍであり、大変良好な平坦性を示した。また、（０００１）Ｃ面サファイア基板、ＧａＮ低温バッファ層、ｎ型ＧａＮコンタクト層、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層とｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層との交互多層構造（ｎ型クラッド層／ｎ型緩衝層／・・・／ｎ型緩衝層／ｎ型クラッド層）からなるｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層（層膜厚約１μｍ）で構成された構造を有するウェハーを複数枚作製し、表面を光学顕微鏡で約２００倍に拡大して観察したところ、全てのウェハーにおいて六角形のクラックはほとんど確認されなかった。より具体的には、１０枚のウェハの内ウェハーの周辺で六角形のクラックが発生しているウェハーは１枚だけであった。従来の技術における課題が解消されたのは、Ｉｎを含む緩衝層を介挿してｎ型ＡｌＧａＮクラッド層を多段成長したことによる効果に他ならない。
【０１６８】
その後、フォトリソグラフィー技術および反応性イオンエッチング技術を用い、ｐ型ＧａＮコンタクト層を３μｍ幅のストライプ状に残して、ｐ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層までエッチングを行い、光導波路を形成した後、フォトリソグラフィー技術を用いてｐ型ＧａＮコンタクト層が電極と接触する部分を除いて絶縁膜を形成する。その後、反応性イオンエッチング技術を用いて、ウェハ最表面よりｎ型ＧａＮコンタクト層の途中まで、負電極を形成する部分を除去する。その後、メサ状のｐ型ＧａＮコンタクト層の一部露出した面上に、正電極を形成する。電極材料としては、たとえばＡｕ／ＮｉあるいはＡｕ／Ｐｄを用いれば良い。また、ｎ型ＧａＮコンタクト層の一部露出した面上の概略全面に、負電極を形成する。負電極材料としては、たとえばＡｌ／ＴｉあるいはＡｕ／Ｗを用いれば良い。
【０１６９】
最後に、サファイア基板の半導体多層膜面と相反する面側を研磨することにより、半導体多層膜面およびサファイア基板を含めた層厚が３０〜３００μｍ（たとえば６０μｍ）となるようにする。その後、劈開を用いて素子長が約０．５ｍｍとなるようにして、ミラーとなる端面を形成した。
【０１７０】
以上により、図１７に示す窒素化合物半導体を用いた青紫色の発光波長を有するレーザが作製できる。
【０１７１】
本実施の形態における半導体レーザ素子においては、ｐ型クラッド層中にも、ＩｎＧａＮ緩衝層が介挿された、ｐ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層を備えた構造になっている。ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層およびｐ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中に介挿された、複数のＩｎＧａＮ緩衝層の膜厚およびＩｎ混晶比は、レーザ発振モードがＩｎＧａＮ緩衝層と、その近隣層であるＡｌＧａＮクラッド層で構成される３層スラブ導波路に結合しない条件式（１）が成り立つように設計されている。より具体的には、ｎ型（ｐ型）ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中にｎ型（ｐ型）ＩｎＧａＮ緩衝層が単数または複数介挿されているとするとき、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層（膜厚は無限大）／ｎ型ＧａＮガイド層／ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層／ｐ型ＡｌＧａＮキャリアストップ層／ｐ型ＧａＮガイド層／ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層（膜厚は無限大）で構成される多層スラブ導波路に生じる導波モード（等価屈折率ｎeq、電界振幅ｆeq（ｘ））と、ｉ番目（ｉ＝１、２、・・・）のｎ型（またはｐ型）ＩｎＧａＮ緩衝層をコアとする３層スラブ導波路（ＡｌＧａＮクラッド層（膜厚は無限大）／ＩｎＧａＮ緩衝層／ＡｌＧａＮクラッド層（膜厚は無限大））に生じる導波モード（等価屈折率ｎｉ、電界振幅ｆｉ（ｘ））とを考えることにより計算されるパラメータＦが、（１）式を満たすようにｉ番目のＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比および膜厚が設定されている。
【０１７２】
（１）式を満たすＩｎＧａＮ緩衝層の屈折率および膜厚の範囲は、図５〜図８より求まる範囲と同じであった。
【０１７３】
ｐ型クラッド層中にＩｎＧａＮ緩衝層を介挿した場合、以下のようなメリットを生ずる。レーザ発振モードの電界分布がｐ型ＧａＮコンタクト層へ染み出し、これによるレーザ発振モードの活性層閉じ込め係数の低下や、ＦＦＰにおけるリップルの発生を防止するためには、ｐ型クラッド層の膜厚は厚いほど望ましいが、結晶成長の困難さのため、ｐ型ＧａＮ層上に歩留まり良く成長できるｐ型ＡｌＧａＮクラッド層の層厚は制限される。しかし、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層を、ＩｎＧａＮ緩衝層を介して多段成長することにより、ｐ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層の層膜厚を厚くすることが可能となる。これにより、レーザ発振モードのｐ型ＧａＮコンタクト層への染み出しが抑制され、レーザ発振モードの活性層閉じ込め係数の低下や、ＦＦＰにおけるリップル発生を、防止できるという効果が発生する。
【０１７４】
また、ｐ型クラッド層の層膜厚を厚くすることによる特有の効果として、ｐ型ＧａＮコンタクト層を厚くすることができる。従来は、ｐ型ＧａＮコンタクト層を厚くすると、ｐ型ＧａＮコンタクト層へのレーザ発振モードの染み出しにより、活性層閉じ込め係数の低下や、ＦＦＰにおけるリップルの発生が顕著になるため、ｐ型ＧａＮコンタクト層は厚く成長できなかった。このため、半導体レーザ素子の作製工程において、劈開端面を作製すると、ｐ型ＧａＮコンタクト層とｎ型ＧａＮコンタクト層の厚さが異なるため、作製した劈開端面が活性層近傍で半導体成長面に対し垂直に作製できないという問題があった。また、従来の半導体レーザをＣｕのヒートシンクにマウントする際、半導体成長面側とＣｕヒートシンクが向かい合うように接着すると、接着に用いられる材料（Ｉｎなど）が表面張力のため半導体レーザ素子チップの側面に付着し、ｐ型半導体層とｎ型半導体層がこれにより導通し、素子不良を起こす確率が高くなるため、従来の半導体レーザをマウントする際は基板側とＣｕヒートシンクが向かい合うように接着するしかなかった。しかし、ｐ型クラッド層の層膜厚が厚くなったことにより、ｐ型ＧａＮコンタクト層への染み出しが抑制されるため、ｐ型ＧａＮコンタクト層を厚く成長できるようになった。その結果、作製した劈開端面は活性層近傍で半導体成長面に対し垂直に作製できるようになった。またＣｕヒートシンクへマウントする際、半導体成長面側とＣｕヒートシンクが向かい合うように接着できるようになり、半導体レーザ装置全体の温度特性が向上した。
【０１７５】
本実施の形態で作製したレーザ素子のほとんど全てが発振し、発振の閾値電圧（Ｖop）が約５Ｖ、閾値電流密度（Ｊth）が１ｋＡ／ｃｍ2であった。また、従来の半導体レーザでは、クラックがない素子においても、連続して１０時間以上発振を継続させていると、光出力が急激に低下する現象が生じてきたが、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層中にｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層を挿入した本実施例に示すレーザは、約１０００時間経過しても、特性の変化は見られなかった。また、ＦＦＰは単峰であり、良好な光学特性が実現できた。
【０１７６】
なお、本実施の形態においては、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中に含まれるｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、およびｐ型ＡｌＧａＮにおけるＡｌ混晶比は必ずしも全て同じである必要はなく、その際においても前記Ｆなるパラメータが（１）式を満たすように設計されたＩｎＧａＮ緩衝層をｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中に含む構造を有する半導体レーザ素子であれば、本発明の効果は発生する。しかし、レーザ発振モードの対称性を考慮すれば、半導体レーザ素子構造中におけるＡｌＧａＮクラッド層のＡｌ混晶比は全て同一にすることが望ましい。
【０１７７】
また、本実施の形態において、活性層は３重量子井戸としたが、２層または４層以上の多重量子井戸にしても、本発明において必要とされる関係式（１）およびＩｎＧａＮ緩衝層に関して必要とされる関係式は変わらず、発生する効果は同じであった。
【０１７８】
また、本実施の形態において、ガイド層はＧａＮとしたが、ＩｎＧａＮガイド層にしても、本発明において必要とされる関係式（１）およびＩｎＧａＮ緩衝層に関して必要とされる関係式は図１０〜１５に示したものと変わらず、発生する効果は同じであった。
【０１７９】
なお、本実施の形態における半導体レーザの構造でｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層とｎ型ＧａＮコンタクト層の間に介挿されるｎ型ＩｎrＧａ1-rＮ緩衝層は、半導体多層ウェハのクラックをさらに減少させる効果を有するが、なくても本発明の請求範囲に含まれるものであり、半導体レーザ素子の活性層閉じ込め係数およびＦＦＰにはほとんど影響を与えない。
【０１８０】
また、本実施の形態における半導体レーザ素子に用いた基板は、サファイアを用いたが、他の基板でも良く、たとえばＧａＮ基板でもよい。この場合、ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中に介挿されるＩｎＧａＮ緩衝層の混晶比および膜厚が満たすべき条件の範囲は、サファイア基板の場合と同じであった。
【０１８１】
（実施の形態５）
図１８は、本発明の第５の実施の形態を示す半導体レーザ素子の模式図である。図は、半導体レーザの導波路部分の共振器に垂直な断面を示している。本半導体レーザ素子は、（０００１）Ｃ面サファイア基板１（膜厚３０〜３００μｍ）、ＧａＮ低温バッファ層２（膜厚０〜１００ｎｍ）、ｎ型ＧａＮコンタクト層３（膜厚０．１〜１０μｍ）、ｎ型ＩｎrＧａ1-rＮ（０≦ｒ≦０．２）緩衝層４１（膜厚０〜２００ｎｍ）、ｎ型ＡｌＧａＮ層（膜厚２０〜５００Å）とｎ型ＧａＮ層（膜厚２０〜５００Å）を１０〜１００層前後積層することよりなるｎ型ＡｌＧａＮ超格子クラッド層１８１（平均組成０．０８≦ｘ１≦０．２、総膜厚０．２〜１．５μｍ）、ｎ型Ｉｎp1Ｇａ1-p1Ｎ（０．００１≦ｐ1≦０．２）緩衝層５（膜厚１０〜２００ｎｍ）、ｎ型ＡｌＧａＮ層（膜厚２０〜５００Å）とｎ型ＧａＮ層（膜厚２０〜５００Å）を１０〜１００層前後積層することよりなるｎ型ＡｌＧａＮ超格子クラッド層１８１（平均組成０．０８≦ｘ２≦０．２、総膜厚０．２〜１．５μｍ）、ｎ型ＧａＮガイド層６（膜厚０．０８〜０．１５μｍ）、ＩｎwＧａ1-wＮ（０＜ｗ＜０．２）井戸層とＩｎvＧａ1-vＮ（０＜ｖ＜ｗ）障壁層との交互多層構造（障壁層／井戸層／・・・／井戸層／障壁層）からなる多重量子井戸活性層７（発光波長３７０〜４３０ｎｍ、総膜厚５〜６０ｎｍ）、ｐ型ＡｌzＧａ1-zＮ（０＜ｚ＜０．３）キャリアブロック層８（膜厚０〜２０ｎｍ）、ｐ型ＧａＮガイド層９（膜厚０．０８〜０．２μｍ）、ｐ型ＡｌＧａＮ層（膜厚２０〜５００Å）とｐ型ＧａＮ層（膜厚２０〜５００Å）を１０〜１００層前後積層することよりなるｐ型ＡｌＧａＮ超格子クラッド層１８２（平均組成０．０８≦ｙ1≦０．１５、総膜厚０．２〜１．５μｍ）、ｐ型Ｉｎq1Ｇａ1-q1Ｎ（０．００１≦ｑ１≦０．２）緩衝層１７１（膜厚１０〜２００ｎｍ）、ｐ型ＡｌＧａＮ層（膜厚２０〜５００Å）とｐ型ＧａＮ層（膜厚２０〜５００Å）を１０〜１００層前後積層することよりなるｐ型ＡｌＧａＮ超格子クラッド層１８２（平均組成０．０８≦ｙ1≦０．２、総膜厚０．２〜１．５μｍ）、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１（膜厚０．０１〜１０μｍ）の各窒化物系半導体層が形成されている。
【０１８２】
その上には、必要な形状の絶縁膜１２が、メサ上の概略全面に形成されている。正電極１３（たとえば、Ｐｄ／Ａｕ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ、Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ等）は、ｐ型ＧａＮコンタクト層の一部露出した面上の全面を含む、メサ状の概略全面に形成されている。負電極１４（たとえば、Ｔｉ／Ａｌ、Ｚｒ／Ａｌ、Ｈｆ／Ａｌなど）は、ｎ型ＧａＮコンタクト層の一部露出した面上に形成されている。メサは、ｎ型ＧａＮコンタクト層、ｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層、ｎ型ＧａＮガイド層、ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層、ｐ型ＡｌＧａＮキャリアブロック層、ｐ型ＧａＮガイド層、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、ｐ型ＧａＮコンタクト層、絶縁膜（但し前記絶縁膜は必要領域のみ）、正電極より構成されている。ストライプの両端面はミラーとして働き、光共振器を構成している。また、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層１５は、ｎ型ＡｌＧａＮ層とｎ型ＧａＮ層を１０〜１００層前後積層することよりなるｎ型ＡｌＧａＮ超格子クラッド層、ｎ型Ｉｎp1Ｇａ1-p1Ｎ緩衝層、ｎ型ＡｌＧａＮ層とｎ型ＧａＮ層を１０〜１００層前後積層することよりなるｎ型ＡｌＧａＮ超格子クラッド層で構成されており、総膜厚は０．８〜１０μｍとなっている。ｐ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層１７２は、ｐ型ＡｌＧａＮ層とｐ型ＧａＮ層を１０〜１００層前後積層することよりなるｐ型ＡｌＧａＮ超格子クラッド層、ｐ型Ｉｎq1Ｇａ1-q1Ｎ緩衝層、ｐ型ＡｌＧａＮ層とｐ型ＧａＮ層を１０〜１００層前後積層することよりなるｐ型ＡｌＧａＮ超格子クラッド層で構成されており、総膜厚は０．８〜１０μｍとなっている。
【０１８３】
次に、本実施の形態における半導体レーザの製造方法について述べる。
まず、（０００１）Ｃ面サファイア基板を洗浄する。洗浄した（０００１）Ｃ面サファイア基板をＭＯＣＶＤ装置内に導入し、Ｈ2雰囲気の中で、約１１００℃の高温でクリーニングを行う。その後、降温して、キャリアガスとして水素（Ｈ2）を１０リットル／ｍｉｎ流しながら、６００℃でＮＨ3とトリメチルガリウム（ＴＭＧ）をそれぞれ５リットル／ｍｉｎ、２０ｍｏｌ／ｍｉｎ導入して、０〜１００ｎｍ（たとえば約２０ｎｍ）の厚みのＧａＮ低温バッファ層を成長する。低温バッファ層としては、ＧａＮに限らず、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、ＴＭＧ、ＮＨ3を使用して、ＡｌＮ膜やＧａＡｌＮ膜を用いてもなんら影響はない。
【０１８４】
次に、Ｎ2とＮＨ3をそれぞれ５リットル／ｍｉｎ流しながら約１０５０℃まで昇温する。温度が上がれば、キャリアガスをＮ2からＨ2に代えて、ＴＭＧを１００μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＳｉＨ4を１０ｎｍｏｌ／ｍｉｎ導入して、ｎ型ＧａＮコンタクト層を０．１〜１０μｍ（たとえば約４μｍ）成長する。次に、ＴＭＧの供給を停止して、キャリアガスをＨ2からＮ2に再び代えて、約８００℃まで降温後、ＴＭＧを１５μｍｏｌ／ｍｉｎに調整し、インジウム原料であるトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を一定量流しながら、ＩｎrＧａ1-rＮ緩衝層（たとえばｒ＝０．０７）を０〜２００ｎｍ（たとえば５０ｎｍ）成長する。
【０１８５】
次に、ＴＭＩおよびＴＭＧの供給を停止して、再び１０５０℃まで昇温し、キャリアガスを再びＮ2からＨ2に代えて、ＴＭＧの流量を５０μｍｏｌ／ｍｉｎに調整し、ＴＭＡを一定量導入して、ｎ型Ａｌx11Ｇａ1-x11Ｎクラッド層（たとえばｘ１１＝０．２）を２０〜５００Å（たとえば２０Å）の厚さで成長する。次にＴＭＡの供給を停止し、ｎ型ＧａＮ層を２０〜５００Å（たとえば２０Å）成長する。このようにして、ｎ型ＡｌＧａＮ層とｎ型ＧａＮ層の交互積層構造（ｎ型ＡｌＧａＮ層／ｎ型ＧａＮ層／・・・／ｎ型ＧａＮ層／ｎ型ＡｌＧａＮ層）からなるｎ型ＡｌＧａＮ超格子クラッド層（たとえば平均組成ｘ１＝０．１、たとえば総膜厚０．８μｍ）を成長する。次に、ＴＭＧおよびＴＭＡの供給を停止して、キャリアガスをＨ2からＮ2に再び代えて、約８００℃まで降温後、ＴＭＧを１５μｍｏｌ／ｍｉｎに調整し、ＴＭＩを一定量流しながら、ＩｎpＧａ1-pＮ緩衝層（たとえばｐ＝０．０２）を１０〜２００ｎｍ（たとえば５０ｎｍ）成長する。
【０１８６】
次に、ＴＭＩおよびＴＭＧの供給を停止して、再び１０５０℃まで昇温し、キャリアガスを再びＮ2からＨ2に代えて、ＴＭＧの流量を５０μｍｏｌ／ｍｉｎに調整し、ＴＭＡを一定量導入して、ｎ型のＡｌx21Ｇａ1-x21Ｎクラッド層（たとえばｘ２１＝０．２）を２０〜５００Å（たとえば２０Å）の厚さで成長する。次にＴＭＡの供給を停止し、ｎ型ＧａＮ層を２０〜５００Å（たとえば２０Å）成長する。このようにして、ｎ型ＡｌＧａＮ層とｎ型ＧａＮ層の交互積層構造（ｎ型ＡｌＧａＮ層／ｎ型ＧａＮ層／・・・／ｎ型ＧａＮ層／ｎ型ＡｌＧａＮ層）からなるｎ型ＡｌＧａＮ超格子クラッド層（たとえば平均組成ｘ２＝０．１、たとえば総膜厚０．８μｍ）を成長する。
【０１８７】
ｎ型ＡｌＧａＮ超格子クラッド層の成長が終了すると、ＴＭＡの供給を停止し、ＴＭＧを１００μｍｏｌ／ｍｉｎに調整して、ｎ型ＧａＮガイド層を０．０８〜０．１５μｍ（たとえば０．１μｍ）の厚さになるように成長する。その後、ＴＭＧの供給を停止して、キャリアガスをＨ2からＮ2に再び代えて、７００℃まで降温し、インジウム原料であるトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を１０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＧを１５μｍｏｌ／ｍｉｎ導入し、ＩｎvＧａ1-vＮ（たとえばｖ＝０．０５）よりなるたとえば４ｎｍ厚の障壁層を成長する。その後、ＴＭＩの供給を５０μｍｏｌ／ｍｉｎに増加し、ＩｎwＧａ1-wＮ（たとえばｗ＝０．１７）よりなるたとえば２ｎｍ厚の井戸層を成長する。たとえば、井戸層は合計３層、同様の手法で成長を行い、井戸層と井戸層との間および両側には合計４層の障壁層が存在するような発光波長約３８０〜４３０ｎｍ（たとえば４００〜４１０ｎｍ）の多重量子井戸（ＭＱＷ）を成長する。ＭＱＷの成長が終了すると、ＴＭＩおよびＴＭＧの供給を停止して、再び１０５０℃まで昇温し、キャリアガスを再びＮ2からＨ2に代えて、ＴＭＧを５０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ＴＭＡを３０μｍｏｌ／ｍｉｎ、ｐ型ドーピング原料であるビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を１０ｎｍｏｌ／ｍｉｎ流し、０〜２０ｎｍ（たとえば２０ｎｍ）厚のｐ型ＡｌzＧａ1-zＮ（たとえばｚ＝０．２）キャリアブロック層を成長する。キャリアブロック層の成長が終了すると、ＴＭＡの供給を停止し、ＴＭＧの供給量を１００μｍｏｌ／ｍｉｎに調整して、０．０８〜０．１５μｍ（たとえば０．１μｍ）の厚さのｐ型ＧａＮガイド層を成長する。
【０１８８】
その後、ＴＭＡを一定量導入して、ｐ型のＡｌy11Ｇａ1-y11Ｎクラッド層（たとえばｙ1１＝０．２）を２０〜５００Å（たとえば２０Å）の厚さで成長する。次にＴＭＡの供給を停止し、ｐ型ＧａＮ層を２０〜５００Å（たとえば２０Å）成長する。このようにして、ｐ型ＡｌＧａＮ層とｐ型ＧａＮ層の交互積層構造（ｐ型ＡｌＧａＮ層／ｐ型ＧａＮ層／・・・／ｐ型ＧａＮ層／ｐ型ＡｌＧａＮ層）からなるｐ型ＡｌＧａＮ超格子クラッド層（たとえば平均組成ｙ1＝０．１、たとえば総膜厚０．８μｍ）を成長する。
【０１８９】
次に、ＴＭＧおよびＴＭＡの供給を停止して、キャリアガスをＨ2からＮ2に再び代えて、約８００℃まで降温後、ＴＭＧを１５μｍｏｌ／ｍｉｎに調整し、ＴＭＩを一定量流しながら、ｐ型Ｉｎq1Ｇａ1-q1Ｎ緩衝層（たとえばｑ１＝０．０２）を１０〜２００ｎｍ（たとえば５０ｎｍ）成長する。
【０１９０】
次に、ＴＭＩおよびＴＭＧの供給を停止して、再び１０５０℃まで昇温し、キャリアガスを再びＮ2からＨ2に代えて、ＴＭＧの流量を５０μｍｏｌ／ｍｉｎに調整し、ＴＭＡを一定量導入して、ｎ型のＡｌy21Ｇａ1-y21Ｎ層（たとえばｙ21＝０．２）を２０〜５００Å（たとえば２０Å）の厚さで成長する。次にＴＭＡの供給を停止し、ＧａＮ層を２０〜５００Å（たとえば２０Å）成長する。このようにして、ｎ型ＡｌＧａＮ層とｎ型ＧａＮ層の交互積層構造（ｎ型ＡｌＧａＮ層／ｎ型ＧａＮ層／・・・／ｎ型ＧａＮ層／ｎ型ＡｌＧａＮ層）からなるｎ型ＡｌＧａＮ超格子クラッド層（たとえば平均組成ｙ2＝０．１、たとえば総膜厚０．８μｍ）を成長する。
【０１９１】
最後に、ＴＭＧの供給を１００μｍｏｌ／ｍｉｎに調整して、ＴＭＡの供給を停止し、０．０１〜１０μｍ（たとえば０．１μｍ）厚のｐ型ＧａＮコンタクト層の成長を行い発光素子構造の成長を終了する。成長が終了すると、ＴＭＧおよびＣｐ2Ｍｇの供給を停止して降温し、室温でＭＯＣＶＤ装置より取り出す。
【０１９２】
本レーザ構造を有する膜の最表面（成長終端面）の表面粗さの平均値（Ｒａ）は約１０ｎｍであり、大変良好な平坦性を示した。また、（０００１）Ｃ面サファイア基板、ＧａＮ低温バッファ層（膜厚２０ｎｍ）、ｎ型ＧａＮコンタクト層（膜厚約４μｍ）、ｎ型ＡｌＧａＮ超格子クラッド層（膜厚０．８μｍ）、ｎ型Ｉｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ緩衝層（膜厚５０ｎｍ）、ｎ型ＡｌＧａＮ超格子クラッド層（膜厚０．８μｍ）なる構造を有するウェハーを複数枚作製し、表面を光学顕微鏡で約２００倍に拡大して観察したところ、全てのウェハーにおいて六角形のクラックは確認されなかった。このウェハーにおいて、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層の膜厚合計は約１．６μｍであった。従来の技術における課題が解消されたのは、ｎ型クラッド層中に少なくともＩｎを含む緩衝層が形成されたことによる効果に他ならない。
【０１９３】
その後、フォトリソグラフィー技術および反応性イオンエッチング技術を用い、ｐ型ＧａＮコンタクト層を３μｍ幅のストライプ状に残して、ｐ型ＡｌＧａＮ超格子クラッド層までエッチングを行い、光導波路を形成した後、フォトリソグラフィー技術を用いてｐ型ＧａＮコンタクト層が電極と接触する部分を除いて絶縁膜を形成する。その後、反応性イオンエッチング技術を用いて、ウェハ最表面よりｎ型ＧａＮコンタクト層の途中まで、負電極を形成する部分を除去する。その後、メサ状のｐ型ＧａＮコンタクト層の一部露出した面上に、正電極を形成する。電極材料としては、たとえばＡｕ／ＮｉあるいはＡｕ／Ｐｄを用いれば良い。また、ｎ型ＧａＮコンタクト層の一部露出した面上の概略全面に、負電極を形成する。負電極材料としては、たとえばＡｌ／ＴｉあるいはＡｕ／Ｗを用いれば良い。
【０１９４】
最後に、サファイア基板の半導体多層膜面と相反する面側を研磨することにより、半導体多層膜面およびサファイア基板を含めた層厚が３０〜３００μｍ（たとえば約６０μｍ）となるようにする。その後、劈開を用いて素子長が約０．５ｍｍとなるようにして、ミラーとなる端面を形成した。
【０１９５】
以上により、図１８に示す第５の実施の形態の半導体レーザ素子が作製できる。
【０１９６】
本実施の形態においては、他の実施の形態と比較すると、ｎ型およびｐ型のＡｌＧａＩｎＮクラッド層中における、ＡｌＧａＮクラッド層が、ＡｌＧａＮ超格子クラッド層になっている。これを用いることにより、さらなるクラック低減効果が生じた。
【０１９７】
また、本実施の形態において、ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中におけるＩｎＧａＮ緩衝層の混晶比および膜厚は、レーザ発振モードがＩｎＧａＮ緩衝層と、その近隣層であるｎ型ＡｌＧａＮクラッド層で構成される３層スラブ導波路に結合しない条件式（１）が成り立つように設計されている。ここで、（１）を計算する際、ＡｌＧａＮ超格子クラッド層を、単層のＡｌＧａＮクラッド層に置き換えて計算すればよい。但しその場合、仮想的なＡｌＧａＮクラッド層の混晶比は、ＡｌＧａＮ超格子クラッド層の平均混晶比と同じ値にとり、膜厚はＡｌＧａＮ超格子クラッド層の総膜厚と同じにとる。このようにして求まる、（１）式を満たすＩｎＧａＮ緩衝層の混晶比および膜厚の範囲は、図５〜図８より求まる範囲と同じであった。
【０１９８】
本実施の形態で作製したレーザ素子のほとんど全てが発振し、発振の閾値電圧（Ｖｏｐ）が約５Ｖ、閾値電流密度（Ｊth）が１ｋＡ／ｃｍ2であった。また、従来の半導体レーザでは、クラックがない素子においても、連続して１０時間以上発振を継続させていると、光出力が急激に低下する現象が生じてきたが、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層中にｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層を挿入した本実施例に示すレーザは、約１０００時間経過しても、特性の変化は見られなかった。また、ＦＦＰは単峰であり、良好な光学特性が実現できた。
【０１９９】
なお、本実施の形態においては、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中に含まれるｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、およびｐ型ＡｌＧａＮにおけるＡｌ混晶比は必ずしも全て同じである必要はなく、その際においても前記Ｆなるパラメータが（１）式を満たすように設計されたＩｎＧａＮ緩衝層をｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中に含む構造を有する半導体レーザ素子であれば、本発明の効果は発生する。しかし、レーザ発振モードの対称性を考慮すれば、半導体レーザ素子構造中におけるＡｌＧａＮクラッド層のＡｌ混晶比は全て同一にすることが望ましい。
【０２００】
また、本実施の形態において、活性層は３重量子井戸としたが、２層または４層以上の多重量子井戸にしても、本発明において必要とされる関係式（１）およびＩｎＧａＮ緩衝層に関して必要とされる関係式は変わらず、発生する効果は同じであった。
【０２０１】
また、本実施の形態において、ガイド層はＧａＮとしたが、ＩｎＧａＮガイド層にしても、本発明において必要とされる関係式（１）およびＩｎＧａＮ緩衝層に関して必要とされる関係式は図１０〜図１５に示したものと変わらず、発生する効果は同じであった。
【０２０２】
また、本実施の形態において、ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中に介挿されたｎ型ＩｎＧａＮ緩衝層、およびｐ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中に介層されたｐ型ＩｎＧａＮ緩衝層は、それぞれ１層ずつであったが、一方または双方ともに、それぞれ２層以上あってもよく、導波モードの電界分布（ｆeq（ｘ））および等価屈折率（ｎeq）と、各ＩｎＧａＮ緩衝層において生ずる導波モードの電界分布（ｆ1（ｘ）、ｆ2（ｘ）、・・・、ｆi（ｘ）、・・・）および等価屈折率（ｎ1、ｎ2、・・・、ｎi、・・・）とで決定されるＦ1、Ｆ2、・・・、Ｆi、・・・のうち、Ｆi＜０．４を満たす層が存在するとき、そのＩｎＧａＮ緩衝層へのモード結合による影響は無視できるほど小さくなる。ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層内に存在するＩｎＧａＮ緩衝層のうち、上記条件を満たす層が少なくとも１層あれば、ＦＦＰにおけるリップルの抑制、および活性層への閉じ込め係数の向上という効果が発生する。
【０２０３】
また、本実施の形態において、ｎ型クラッド層およびｐ型クラッド層の両方に、ＩｎＧａＮ緩衝層が介挿されている必要はなく、ｎ型クラッド層のみがＡｌＧａＩｎＮクラッド層であってもよく、またはｐ型クラッド層のみがＡｌＧａＩｎＮクラッド層であってもよい。
【０２０４】
なお、本実施の形態における半導体レーザの構造でｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層とｎ型ＧａＮコンタクト層の間に介挿されるｎ型ＩｎrＧａ1-rＮ緩衝層は、半導体多層ウェハのクラックをさらに減少させる効果を有するが、なくても本発明の請求範囲に含まれるものであり、半導体レーザ素子の活性層閉じ込め係数およびＦＦＰにはほとんど影響を与えない。
【０２０５】
また、本実施の形態における半導体レーザ素子に用いた基板は、サファイアを用いたが、他の基板でも良く、たとえばＧａＮ基板でもよい。この場合、ＡｌＧａＩｎＮクラッド層中に介挿されるＩｎＧａＮ緩衝層の混晶比および膜厚が満たすべき条件の範囲は、サファイア基板の場合と同じであった。
【０２０６】
（実施の形態６）
図１９は、本実施の形態の光学式情報再生装置を示す図である。基台１００１、基台１００１上に設置された実施の形態１の半導体レーザ素子１００２、コリメータレンズ１００３、ビームスプリッタ１００４、対物レンズ１００５、光ディスク１００６、反射光を集光するためのレンズ１００７、集光された光を検出する光検出器１００８からなっている。この光学式情報再生装置において、半導体レーザ素子１００２から出射したレーザ光は、コリメータレンズ１００３で平行光もしくは平行に近い光に変換され、ビームスプリッタ１００４を透過して、対物レンズ１００５により光ディスク１００６の情報記録面に集光される。光ディスク１００６の情報記録面には、凹凸もしくは磁気変調もしくは屈折率変調によりビット情報が書き込まれている。集光されたレーザ光は、そこで反射され、対物レンズ１００５を通してビームスプリッタ１００４によって分岐され、反射光を集光するためのレンズ１００７によって光検出器１００８に集光され、光学的に検出された信号を電気的信号に変換して記録情報の読み取りが行われる。
【０２０７】
本実施の形態の光学式情報再生装置においては、ＦＦＰのリップルが抑制された光学的特性の良好な半導体レーザ素子を用いたので、対物レンズ１００５により光ディスク１００６の情報記録面に高解像に集光されていた。たとえば、表１でｃａｓｅ１のＩｎＧａＮ緩衝層を有する半導体レーザ素子を図１９の半導体レーザ素子１００１として用いた光学式情報再生装置においては、５Ｍ／ｍｍ2もの高密度で記録された光ディスクから、ビット誤り率１０-6で、書き込まれた情報を読み出すことが出来た。また、表１でｃａｓｅ２、ｃａｓｅ３、ｃａｓｅ４のＩｎＧａＮ緩衝層を有する半導体レーザ素子を用いた光学式情報再生装置においても、同様の条件で、ビット誤り率１０-6程度が得られた。一方、表１でｃａｓｅ５、ｃａｓｅ６のＩｎＧａＮ緩衝層を有する半導体レーザ素子（これは本発明の請求範囲に含まれない半導体レーザ素子である）を図１９における半導体レーザ素子１００１に変えて用いたところ、同様の条件のもとで、ビット誤り率１０-3程度であり、実用に適さなかった。このように、高密度に記録された光ディスクから、低誤り率で情報を読み出せたことにより、本実施の形態の光学式情報再生装置によれば、光ディスク上への高解像の集光が可能となったことが確認された。
【０２０８】
さらに、本実施の形態の光学式情報再生装置における半導体レーザ素子１００１を実施の形態２、３、４、５の半導体レーザ素子に置換したところ、いずれの場合においても、上述の条件で、ビット誤り率１０-5〜１０-7が達成され、光ディスク上への高解像の集光が可能となったことが確認された。
【０２０９】
なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【０２１０】
【発明の効果】
本発明によれば、窒化ガリウム系半導体を用いた半導体レーザ素子において、ｎ型クラッド層中にＩｎＧａＮ緩衝層を介挿することにより、クラックの極めて少ない厚膜のクラッド層が成長可能となり、前記ｎ型クラッド層上に成長する活性層の結晶性が向上し、閾値電流密度の低下、および半導体レーザ素子の歩留まり向上・寿命増加という効果を奏する。また、介挿するＩｎＧａＮ緩衝層の混晶比および膜厚を所定のものとすることにより、レーザ発振モードのＩｎＧａＮ緩衝層への結合、およびｎ型コンタクト層への結合を抑制できるため、レーザ発振モードの活性層閉じ込め係数の低下を抑制し、半導体レーザ素子の閾値電流密度のさらなる低減、およびＦＦＰにおけるリップルの低減という効果を奏する。
【０２１１】
また、ｐ型クラッド層中にＩｎＧａＮ緩衝層を介挿することにより、ｐ型クラッド層を厚膜とすることができるようになり、また、ＩｎＧａＮ緩衝層の組成および膜厚を所定のものとすることにより、レーザ発振モードのＩｎＧａＮ緩衝層への結合、およびｐ型ＧａＮコンタクト層への結合を抑制することができる。その結果、レーザ発振モードの正電極における吸収を抑制でき、閾値電流密度のさらなる低減を図ることが可能となる。また、ｐ型ＧａＮコンタクト層を厚膜化できるため、半導体レーザ素子の共振器を構成する劈開ミラー端面の活性層近傍を半導体層に対し垂直にすることができるようになる。また、半導体レーザ素子を半導体成長面側とサブマウントが向き合うようにダイボンドしても、半導体レーザ素子のｐ型半導体層とｎ型半導体層との短絡による不良を抑制できるという効果を奏する。
【０２１２】
本発明によれば、歩留まり良く、良好な光学特性を有する半導体レーザ素子を提供でき、このような半導体レーザ素子を光学式情報再生装置に用いることにより、高解像で集光できるようになり、高密度に記録された光ディスクの読み取りが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の半導体レーザ素子を示す模式図である。
【図２】  レーザ発振モードの活性層閉じ込め係数の相対値と、Ｆパラメータとの相関を示したものである。
【図３】  レーザ発振モードの電界分布を表しており、図３（ａ）はＦ＜０．４の場合、図３（ｂ）はＦ＞０．４の場合を示している。
【図４】  本発明に基づく第１の実施の形態における半導体レーザ素子の模式図である。
【図５】  ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比および膜厚がＦ＜０．４を満たす範囲を図示したものであり、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層のＡｌ混晶比を変化させた時の、それぞれの場合における前記範囲の境界線の変化を示している。
【図６】  ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比および膜厚がＦ＜０．４を満たす範囲を図示したものであり、ＩｎＧａＮ緩衝層とガイド層との距離を０．４μｍ以上の範囲内で変化させた時の、それぞれの場合における前記範囲の境界線の変化を示している。
【図７】  ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比および膜厚がＦ＜０．４を満たす範囲を図示したものであり、ＩｎＧａＮ緩衝層とガイド層との距離を０．２〜０．４μｍの範囲内で変化させた時の、それぞれの場合における前記範囲の境界線の変化を示している。
【図８】  ＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比および膜厚がＦ＜０．４を満たす範囲を図示したものであり、ｐ型ガイド層およびｎ型ガイド層の膜厚を変化させた時の、それぞれの場合における前記範囲の境界線の変化を示している。
【図９】  第１の実施の形態の半導体レーザ素子の構造において、ｎ型ＧａＮコンタクト層層厚を変化させた時の、レーザ発振モードの活性層閉じ込め係数の変化を表した図である。
【図１０】  ＩｎＧａＮ緩衝層とガイド層との距離が０．４μｍ以上あるような、第２の実施の形態の半導体レーザ素子の構造において、Ｆ＜０．４を満たすようなＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比および膜厚の範囲を図示したものであり、ｐ型ガイド層およびｎ型ガイド層のＩｎ混晶比を０．０２〜０．０６の範囲内で変化させた時の、それぞれの場合における前記範囲の境界線の変化を示している。
【図１１】  ＩｎＧａＮ緩衝層とガイド層との距離が０．４μｍ以上あるような、第２の実施の形態の半導体レーザ素子の構造において、Ｆ＜０．４を満たすようなＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比および膜厚の範囲を図示したものであり、ｐ型ガイド層およびｎ型ガイド層のＩｎ混晶比を０．０６〜０．０９の範囲内で変化させた時の、それぞれの場合における前記範囲の境界線の変化を示している。
【図１２】  ＩｎＧａＮ緩衝層とガイド層との距離が０．３〜０．４μｍの範囲内にあるような、第２の実施の形態の半導体レーザ素子の構造において、Ｆ＜０．４を満たすようなＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比および膜厚の範囲を図示したものであり、ｐ型ガイド層およびｎ型ガイド層のＩｎ混晶比を０．０２〜０．０６の範囲内で変化させた時の、それぞれの場合における前記範囲の境界線の変化を示している。
【図１３】  ＩｎＧａＮ緩衝層とガイド層との距離が０．３〜０．４μｍの範囲内にあるような、第２の実施の形態の半導体レーザ素子の構造において、Ｆ＜０．４を満たすようなＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比および膜厚の範囲を図示したものであり、ｐ型ガイド層およびｎ型ガイド層のＩｎ混晶比を０．０６〜０．０９の範囲内で変化させた時の、それぞれの場合における前記範囲の境界線の変化を示している。
【図１４】  ＩｎＧａＮ緩衝層とガイド層との距離が０．２〜０．３μｍの範囲内にあるような、第２の実施の形態の半導体レーザ素子の構造において、Ｆ＜０．４を満たすようなＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比および膜厚の範囲を図示したものであり、ｐ型ガイド層およびｎ型ガイド層のＩｎ混晶比を０．０２〜０．０６の範囲内で変化させた時の、それぞれの場合における前記範囲の境界線の変化を示している。
【図１５】  ＩｎＧａＮ緩衝層とガイド層との距離が０．２〜０．３μｍの範囲内にあるような、第２の実施の形態の半導体レーザ素子の構造において、Ｆ＜０．４を満たすようなＩｎＧａＮ緩衝層のＩｎ混晶比および膜厚の範囲を図示したものであり、ｐ型ガイド層およびｎ型ガイド層のＩｎ混晶比を０．０６〜０．０９の範囲内で変化させた時の、それぞれの場合における前記範囲の境界線の変化を示している。
【図１６】  本発明に基づく第３の実施の形態における半導体レーザ素子の模式図である。
【図１７】  本発明に基づく第４の実施の形態における半導体レーザ素子の模式図である。
【図１８】  本発明に基づく第５の実施の形態における半導体レーザ素子の模式図である。
【図１９】  本発明に基づく第６の実施の形態における光学式情報再生装置の概念図である。
【図２０】  本発明に基づく第１の実施の形態における条件式（１）すなわちＦ＜０．４が成り立つ条件を示す図である。
【図２１】  本発明に基づく第１の実施の形態におけるＩｎＧａＮ緩衝層が満たすべき領域を示す図である。
【図２２】  従来技術に基づく半導体レーザ素子を示す模式図である。
【符号の説明】
１  （０００１）Ｃ面サファイア基板、２  ＧａＮ低温バッファ層、３  ｎ型ＧａＮコンタクト層、４  ｎ型ＡｌxＧａ1-xＮ（０．０８≦ｘ≦０．２）クラッド層、５  ｎ型ＩｎpＧａ1-pＮ（０＜ｐ≦０．２）緩衝層、６  ｎ型ＩｎsＧａ1-sＮ（０≦ｓ≦０．１）ガイド層、７  ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層、８  ｐ型ＡｌzＧａ1-zＮ（０≦ｚ≦０．３）キャリアブロック層、９  ｐ型ＩｎtＧａ1-tＮ（０≦ｔ≦０．１）ガイド層、１０  ｐ型ＡｌyＧａ1-yＮ（０．０８≦ｙ≦０．２）クラッド層、１１  ｐ型ＧａＮコンタクト層、１２  絶縁膜、１３  正電極、１４  負電極、１５  ｎ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層、４１  ｎ型ＩｎrＧａ1-rＮ（０≦ｒ≦０．２）緩衝層、１７１  ｐ型ＩｎqＧａ1-qＮ（０．００１≦ｑ≦０．２）緩衝層、１７２  ｐ型ＡｌＧａＩｎＮクラッド層、１８１  ｎ型ＡｌＧａＮ超格子クラッド層、１８２  ｐ型ＡｌＧａＮ超格子クラッド層。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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