(57)【要約】    【課題】  狭い放射角や低い発振閾値電流等の優れた素子特性を有し、かつ、導波モードの安定性にも優れた酸化物半導体レーザ素子を提供すること。    【解決手段】  ｎ型ＺｎＯ単結晶基板３０１上に、ｎ型クラッド層３０４、ノンドープ量子井戸活性層３０６、ｐ型クラッド層３０４、ｐ型コンタクト層３０９をこの順に形成する。上記ｎ型クラッド層３０４を、厚さが１μｍのｎ型Ｍｇ０.０８Ｚｎ０.９２Ｏ第１クラッド層３０４ａと、厚さが０.１μｍのｎ型Ｍｇ０.１Ｚｎ０.９Ｏ第２クラッド層３０４ｂの２層で構成し、屈折率が低いｎ型Ｍｇ０.１Ｚｎ０.９Ｏ第２クラッド層３０４ｂをノンドープ量子井戸活性層３０６側に配置する。【選択図】  図１
2005039107.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光に対して透明な基板上に、少なくとも、第１導電型クラッド層、活性層、第２導電型クラッド層、第２導電型コンタクト層を順次設け、
上記第１導電型クラッド層、活性層、第２導電型クラッド層および第２導電型コンタクト層は、ＺｎＯ系半導体から成り、
上記第１導電型クラッド層および第２導電型クラッド層のうちの少なくとも一方は、屈折率の異なる２層以上の層を積層した積層構造になっていることを特徴とする酸化物半導体レーザ素子。
【請求項２】
請求項１に記載の酸化物半導体レーザ素子において、
上記積層構造において最も屈折率の低い層は、上記活性層側に配置されていることを特徴とする酸化物半導体レーザ素子。
【請求項３】
請求項１に記載の酸化物半導体レーザ素子において、
上記積層構造が、上記第１導電型クラッド層と第２導電型クラッド層のどちらか一方に形成されており、
上記積層構造のうちで最も屈折率の小さい層の屈折率は、他方の導電型のクラッド層の屈折率よりも小さいことを特徴とする酸化物半導体レーザ素子。
【請求項４】
請求項１に記載の酸化物半導体レーザ素子において、
上記積層構造が、上記第１導電型クラッド層と第２導電型クラッド層のどちらか一方に形成されており、
上記積層構造のうちで最も屈折率の大きい層の屈折率は、他方の導電型のクラッド層の屈折率よりも大きいことを特徴とする酸化物半導体レーザ素子。
【請求項５】
請求項１に記載の酸化物半導体レーザ素子において、
上記積層構造を３層で構成し、この３層のうちで最も屈折率が小さい層を、上記３層の中間に配置したことを特徴とする酸化物半導体レーザ素子。
【請求項６】
請求項１に記載の酸化物半導体レーザ素子において、
上記積層構造における各層は、全て膜厚が異なり、かつ、積層構造全体の膜厚が、１μｍ以上４μｍ以下であることを特徴とする酸化物半導体レーザ素子。
【請求項７】
請求項１に記載の酸化物半導体レーザ素子において、上記第１導電型クラッド層および第２導電型クラッド層のうちの少なくとも一方の少なくとも一部は、Ｍｇを含んだＺｎＯ系半導体層から成り、
上記Ｍｇを含んだＺｎＯ系半導体層のＭｇ組成比は、０.０５以上０.３３以下であることを特徴とする酸化物半導体レーザ素子。
【請求項８】
請求項１に記載の酸化物半導体レーザ素子において、
上記基板は、ＺｎＯ導電性基板、ＧａN導電性基板またはＳｉＣ導電性基板であることを特徴とする酸化物半導体レーザ素子。
【請求項９】
請求項１に記載の酸化物半導体レーザ素子において、
上記基板は、サファイア絶縁性基板、ＬｉＧａＯ２絶縁性基板、ＮａＡｌＯ２絶縁性基板またはＭｇＡｌ２Ｏ４絶縁性基板であり、
上記基板と上記第１導電型クラッド層の間に、上記第１導電型クラッド層よりも屈折率が高い第１導電型コンタクト層が形成されていることを特徴とする酸化物半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は酸化物半導体レーザ素子に関し、特に、放射角を狭い角度まで制御できて、導波モードの安定性に優れ、かつ、発振閾値電流が低い酸化物半導体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、高密度な光ディスク記録システムのレーザ光源に最適な３〜３.５ｅＶのバンドギャップエネルギーを有する直接遷移型半導体の結晶成長技術およびデバイス技術が急速に発展している。
【０００３】
特に、III族窒化物半導体の技術進展は目ざましく、光学特性や信頼性は既に実用化の域に達している。
【０００４】
一方、酸化物半導体についても現在研究が進みつつある。特に、酸化亜鉛（ＺｎＯ）は、励起子結合エネルギーが６０ｍｅＶと極めて高く、また、原材料が安価で、環境や人体に無害で、成膜手法が簡便である等の特徴を有しているので、ＺｎＯを用いれば、高効率・低消費電力で環境性に優れた半導体レーザ素子を低コストで実現できる可能性がある。
【０００５】
ＺｎＯおよびこれを母体としたＭｇＺｎＯあるいはＣｄＺｎＯなどで表される混晶を含めるＺｎＯ系半導体を用いた酸化物半導体発光素子としては、例えば、国際特許WＯ００/１６４１１号公報（特許文献１）に示されたものがある。
【０００６】
図９は、上記国際特許WＯ００/１６４１１号公報に開示されている従来のＺｎＯ系半導体レーザ素子の要部の構造斜視図である。
【０００７】
図９に示すＺｎＯ系半導体レーザ素子の要部は、以下のように製造されている。
【０００８】
先ず、サファイア基板１上にＺｎＯバッファ層２、ｎ型ＺｎＯコンタクト層３、ｎ型ＭｇＺｎＯクラッド層４、ｎ型ＺｎＯ光ガイド層１４、活性層１５、ｐ型ＺｎＯ光ガイド層１６、ｐ型ＭｇＺｎＯ第１クラッド層６ａ、エッチングストップ層２７、ｎ型あるいはｉ型ＭｇＺｎＯ電流制限層を順次積層する。
【０００９】
次に、上記電流制限層を薬液によりエッチングしてストライプ溝１８を形成した後に、ｐ型ＭｇＺｎＯ第２クラッド層６ｂおよびｐ型ＺｎＯコンタクト層１７を成長させる。その後、ｎ型ＺｎＯコンタクト層３の一部が露出するまで成長層の一部をエッチング除去して、上記ｎ型ＺｎＯコンタクト層３の露出面にｎ型オーミック電極９を形成すると共に、エッチィング除去されなかったｐ型ＺｎＯコンタクト層１７上にｐ型オーミック電極１０を形成する。このようにして、上記従来のＺｎＯ系半導体レーザ素子の要部を形成している。
【００１０】
尚、同公報には、サファイア以外の基板材料を用いた場合や、電流狭窄機構がリッジストライプ形状を有するクラッド層で構成されている場合についても記されている。
【００１１】
上記従来例において用いられているサファイア基板は、低コストで高品質な基板材料であり、結晶性に優れたＺｎＯエピタキシャル層が得られる。また、言うまでもなくＺｎＯ系半導体発光素子を形成する基板としてはＺｎＯ単結晶が最も優れており、近年では気相輸送合成法や水熱合成法によって高品質なＺｎＯ基板の入手が可能となっている。
【００１２】
光ディスクに用いられる半導体レーザ素子は、近年、記録容量の高密度化が求められており、正確な信号記録再生のためには、レーザ出射端面から出射されるレーザ光の放射角を狭化する必要がある。すなわち、半導体レーザ素子内で光を十分に広げる必要がある。
【００１３】
しかしながら、上記サファイア基板のような絶縁性酸化物基板やＺｎＯ単結晶基板を基板として採用した場合、これらの基板は、レーザ光に対して透明で、かつ、活性層より屈折率が高いことが多いので、活性層からクラッド層へしみ出して基板に到達したレーザ光が、基板で高次モードのピーク成分を有する状態で、半導体レーザ素子から放射される。そして、この光出射端面以外の部分から漏れた放射光のピークが、レーザ光の遠視野像において、基本モードから基板側へ十数度ずれた方向に存在するという現象が起こる。このような放射光は、光ディスクへの信号記録再生において障害となるばかりでなく、導波路の放射損失を引き起こす。このことから、上記従来の半導体レーザ素子は、閾値電流が増大すると共に、発振動作時の微分量子効率が低下し、かつ、動作電流が増大するという問題を有する。
【００１４】
活性層への光の閉じ込めを強くすると共に、しみ出した光の裾が基板に到達しないようにして、上記問題を回避するための方法としては、例えば、ｎ型ＭｇＺｎＯクラッド層４の膜厚を厚くするという方法があるが、この方法を採用した場合、クラッド層の厚膜化によってコスト高になると共に、クラッド層上に積層される半導体層の結晶性が悪化し易くなって導波モードの安定化が損なわれるという問題がある。
【００１５】
このように、上記従来の半導体レーザ素子では、光ディスク用半導体レーザ素子に求められる高機能な素子特性と、導波モードの安定化とを両立させることが難しいという問題がある。
【特許文献１】国際特許ＷＯ００/１６４１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
そこで、本発明の課題は、狭い放射角や低い発振閾値電流等の優れた素子特性を有し、かつ、導波モードの安定性にも優れた酸化物半導体レーザ素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するため、この発明の酸化物半導体レーザ素子は、
レーザ光に対して透明な基板上に、少なくとも、第１導電型クラッド層、活性層、第２導電型クラッド層、第２導電型コンタクト層を順次設け、
上記第１導電型クラッド層、活性層、第２導電型クラッド層および第２導電型コンタクト層は、ＺｎＯ系半導体から成り、
上記第１導電型クラッド層および第２導電型クラッド層のうちの少なくとも一方は、屈折率の異なる２層以上の層を積層した積層構造になっていることを特徴としている。
【００１８】
本発明者らは、サファイア基板やＺｎＯ基板等の透明高屈折率基板を用いた場合において、上記第１導電型クラッド層および第２導電型クラッド層のうちの少なくとも一方の層構造を、屈折率の異なる２層以上の層を積層した積層構造にすると、ＺｎＯ系半導体レーザ素子の垂直横モードを単峰かつ安定に導波させることができると共に、遠視野像で測定できる放射角も小さくできることを発見した。
【００１９】
上記発明によれば、レーザ光に対して透明な基板を用い、かつ、上記第１導電型クラッド層および第２導電型クラッド層のうちの少なくとも一方の層構造を、屈折率の異なる２層以上の層が積層された積層構造にしたので、ＺｎＯ系半導体レーザ素子の垂直横モードを単峰かつ安定に導波させることができると共に、遠視野像で測定できる放射角も小さくできる。
【００２０】
また、一実施形態の酸化物半導体レーザ素子は、上記積層構造において最も屈折率の低い層は、上記活性層側に配置されていることを特徴としている。
【００２１】
尚、この明細書で、活性層側に配置（または形成）するといった場合、積層構造の活性層側の端部を成すように配置（または形成）することを意味するものとする。
【００２２】
積層クラッド層中の低屈折率層を活性層側に配置することにより、積層クラッド層での光の反射率を大きくすることができる。したがって、活性層への光閉じ込めと垂直横モードの安定性を更に向上させることができて、導波モードを単一モードに保って光分布を制御することができる。また、ＺｎＯ系半導体混晶においては、屈折率が低くなるよう組成比を制御すると、バンドギャップエネルギーを大きくできるので、当該低屈折率層によってキャリアオーバーフローを抑止することができる。
【００２３】
また、一実施形態の酸化物半導体レーザ素子は、上記積層構造が、上記第１導電型クラッド層と第２導電型クラッド層のどちらか一方に形成されており、上記積層構造のうちで最も屈折率の小さい層の屈折率は、他方の導電型のクラッド層の屈折率よりも小さいことを特徴としている。
【００２４】
本発明者は、上記第１導電型クラッド層と第２導電型クラッド層の一方を積層構造とした場合、上記第１導電型クラッド層と第２導電型クラッド層の屈折率の間に適切な大小関係を設定すると、垂直横モードの安定性を更に向上させることができると共に、出射レーザ光のモードを単一モードに保つことができて、光分布を制御することができることを見出した。例えば、本発明者は、上記積層構造のうちで最も屈折率の小さい層の屈折率を、他方の導電型のクラッド層の屈折率よりも小さくしたり、上記積層構造のうちで最も屈折率の大きい層の屈折率を、他方の導電型のクラッド層の屈折率よりも大きくしたりすると、垂直横モードの安定性を更に向上させることができて、単一モードに保って光分布を制御することができることを見出した。
【００２５】
上記実施形態によれば、上記積層構造のうちで最も屈折率の小さい層の屈折率を、他方の導電型のクラッド層の屈折率よりも小さくしているので、垂直横モードの安定性を更に向上させることができて、単一モードに保って光分布を制御することができる。
【００２６】
また、一実施形態の酸化物半導体レーザ素子は、上記積層構造が、上記第１導電型クラッド層と第２導電型クラッド層のどちらか一方に形成されており、上記積層構造のうちで最も屈折率の大きい層の屈折率は、他方の導電型のクラッド層の屈折率よりも大きいことを特徴としている。
【００２７】
上記実施形態によれば、上記積層構造のうちで最も屈折率の大きい層の屈折率を、他方の導電型のクラッド層の屈折率よりも大きくしているので、垂直横モードの安定性を更に向上させることができて、単一モードに保って光分布を制御することができる。
【００２８】
また、一実施形態の酸化物半導体レーザ素子は、上記積層構造を３層で構成し、この３層のうちで最も屈折率が小さい層を、上記３層の中間に配置したことを特徴としている。
【００２９】
本発明者は、上記積層構造を３層で構成し、かつ、この３層のうちの中央の層の屈折率を最も小さくすると、単一導波モードをより安定に得ることができることを見出した。
【００３０】
上記実施形態によれば、上記積層構造を３層で構成し、かつ、この３層のうちの中央の層の屈折率を最も小さくしたので、単一導波モードをより安定に得ることができる。
【００３１】
また、一実施形態の酸化物半導体レーザ素子は、上記積層構造における各層は、全て膜厚が異なり、かつ、積層構造全体の膜厚が、１μｍ以上４μｍ以下であることを特徴としている。
【００３２】
本発明者は、積層構造中の低屈折率クラッド層の膜厚と、積層構造中の高屈折率クラッド層の膜厚とを同程度にすると、光強度分布の制御が難しくなることを見出した。また、積層構造全体の膜厚を、１μｍよりも小さくすると、クラッド層外への光のしみ出しの程度が大きくなることを見出し、積層構造全体の膜厚を、４μｍよりも大きくすると、結晶性の劣化が顕著になることを見出した。
【００３３】
一方、本発明者は、上記積層構造中の高屈折率クラッド層が厚くなり、かつ、低屈折率クラッド層が薄くなるような条件下で、上記積層構造の各層の膜厚を異なる値に設定し、かつ、積層構造全体の膜厚を、１μｍ以上４μｍ以下にすると、光強度分布の制御を容易に行うことができると共に、クラッド層外への光のしみ出しの程度を小さくできて、結晶性の劣化も抑制できることを見出した。
【００３４】
上記実施形態によれば、上記積層構造における各層の膜厚を異なる値に設定し、かつ、積層構造全体の膜厚を、１μｍ以上４μｍ以下にしたので、安定な単一モードを保てると共に、結晶性の劣化を防止することができる。
【００３５】
また、一実施形態の酸化物半導体レーザ素子は、上記第１導電型クラッド層および第２導電型クラッド層のうちの少なくとも一方の少なくとも一部が、Ｍｇを含んだＺｎＯ系半導体層から成り、上記Ｍｇを含んだＺｎＯ系半導体層のＭｇ組成比は、０.０５以上０.３３以下であることを特徴としている。
【００３６】
本発明者は、クラッド層を構成する半導体材料として、ＺｎＯ系ワイドギャップ半導体であるＭｇＺｎＯを用いると、活性層とのバンドギャップエネルギーのオフセットの度合いを大きくすることができて、キャリアを活性層に重点的に閉じ込めることができることを見出した。更に、本発明者は、ＭｇＺｎＯ層中のＭｇ組成比を０.０５以上にすると、キャリア閉じ込めを良好に行うことができ、Ｍｇ組成比を０.３５以下にすると、結晶性の悪化や相分離を抑止することができることを見出した。
【００３７】
上記実施形態によれば、上記第１導電型クラッド層および第２導電型クラッド層の少なくとも一方の少なくとも一部を、Ｍｇを含んだＺｎＯ系半導体層から形成したので、屈折率を低くして光閉じ込め効果を高くできると共に、キャリアオーバーフローを抑止できる。また、上記Ｍｇを含んだＺｎＯ系半導体層のＭｇ組成比を、０.０５以上０.３３以下にしたので、キャリア閉じ込めを良好に行うことができると共に、結晶性の劣化を抑制することができて、膜がマルチドメイン構造になることを防止できる。
【００３８】
また、一実施形態の酸化物半導体レーザ素子は、上記基板は、ＺｎＯ導電性基板、ＧａN導電性基板またはＳｉＣ導電性基板であることを特徴としている。
【００３９】
上記実施形態によれば、基板が導電性基板で構成されているので、例えば、基板の裏面等の基板の表面に電極を直接形成することができて、動作電圧を低減することができる。また、製造に要する工数を低減できて、簡便に製造することができる。特に、ＺｎＯ導電性基板を用いると、このＺｎＯ導電性基板上に、結晶性に優れたＺｎＯ系半導体をエピタキシャル成長させることができて、素子特性を優れたものにすることができる。
【００４０】
また、一実施形態の酸化物半導体レーザ素子は、上記基板は、サファイア絶縁性基板、ＬｉＧａＯ２絶縁性基板、ＮａＡｌＯ２絶縁性基板またはＭｇＡｌ２Ｏ４絶縁性基板であり、上記基板と上記第１導電型クラッド層の間に、上記第１導電型クラッド層よりも屈折率が高い第１導電型コンタクト層が形成されていることを特徴としている。
【００４１】
上記実施形態によれば、上記基板が、サファイア絶縁性基板、ＬｉＧａＯ２絶縁性基板、ＮａＡｌＯ２絶縁性基板またはＭｇＡｌ２Ｏ４絶縁性基板であるので、基板を安価に製造することができ、また、基板の品質も高品質にすることができる。特に、酸化物基板を用いると、ＺｎＯ半導体との親和性を高くすることができて、素子特性を優れたものにすることができる。また、上記第１導電型クラッド層よりも屈折率が高い第１導電型コンタクト層が形成されているので、光の吸収を防ぎながら、動作電圧を低減できる。
【発明の効果】
【００４２】
この発明の酸化物半導体レーザ素子によれば、上記第１導電型クラッド層および第２導電型クラッド層のうちの少なくとも一方の構造を、屈折率の異なる２層以上の層が積層された積層構造で構成したので、活性層への光の閉じ込めの度合いが低下することを防止しながら、導波モードを安定な単一モードに保つことができて、遠視野像における狭い放射角を実現することができる。したがって、酸化物半導体レーザ素子の放射角を狭い角まで制御できると共に導波モードの安定性を優れたものにでき、かつ、発振閾値電流も低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、本発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００４４】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態の酸化物半導体レーザ素子であるリッジストライプ型のＺｎＯ系半導体レーザ素子３００の構造断面図である。
【００４５】
本実施形態の半導体レーザ素子３００は、レーザ分子線エピタキシー法（レーザＭＢＥ法）を用いて、ＺｎＯ導電体基板の一例としての亜鉛面（０００１）を成長主面とするｎ型ＺｎＯ単結晶基板３０１上に、Ｇａドーピング濃度が１×１０１８ｃｍ-３で厚さが１μｍのｎ型ＺｎＯバッファ層３０３、第１導電型クラッド層の一例としてのＧａドーピング濃度が３×１０１８ｃｍ-３のｎ型ＭｇＺｎＯクラッド層３０４、Ｇａドーピング濃度が５×１０１７ｃｍ-３で厚さが３０ｎｍのｎ型ＺｎＯ光ガイド層３０５、活性層の一例としてのノンドープ量子井戸活性層３０６、Nドーピング濃度が５×１０１８ｃｍ-３で厚さ３０ｎｍのｐ型ＺｎＯ光ガイド層３０７、第２導電型クラッド層の一例としてのNドーピング濃度が５×１０１９ｃｍ-３で厚さが１.２μｍのｐ型Ｍｇ０.１Ｚｎ０.９Ｏクラッド層３０８、第２導電型コンタクト層の一例としてのNドーピング濃度が１×１０２０ｃｍ-３で厚さが０.５μｍのｐ型ＺｎＯコンタクト層３０９を順次積層している。第１実施形態の半導体レーザ素子３００では、第１導電型がｎ型で、第２導電型がｐ型になっている。
【００４６】
上記量子井戸活性層３０６は、厚さ５ｎｍのＣｄ０.０５Ｚｎ０.９５Ｏ障壁層２層と、厚さ６ｎｍのＣｄ０.１Ｚｎ０.９Ｏ井戸層３層とを交互に積層して、形成されている。
【００４７】
ｐ型ＺｎＯコンタクト層３０９およびｐ型Ｍｇ０.１Ｚｎ０.９Ｏクラッド層３０８はリッジストライプ状にエッチング加工され、リッジストライプ側面はＧａが３×１０１８ｃｍ-３の濃度でドーピングされたｎ型Ｍｇ０.２Ｚｎ０.８Ｏ電流ブロック層３１０によって埋め込まれている。
【００４８】
ｎ型ＭｇＺｎＯクラッド層３０４は厚さが１μｍのｎ型Ｍｇ０.０８Ｚｎ０.９２Ｏ第１クラッド層３０４aと、厚さが０.１μｍのｎ型Ｍｇ０.１Ｚｎ０.９Ｏ第２クラッド層３０４bの２層から成り、屈折率が低いｎ型Ｍｇ０.１Ｚｎ０.９Ｏ第２クラッド層３０４bが活性層３０６側に配置されている。
【００４９】
ｎ型ＺｎＯ単結晶基板３０１の裏面にはｎ型オーミック電極３１１が形成され、ｎ型Ｍｇ０.２Ｚｎ０.８Ｏ電流ブロック層３１０およびｐ型ＺｎＯコンタクト層３０９の上にはｐ型オーミック電極３１２が形成されている。
【００５０】
第１実施形態の半導体レーザ素子が、ｎ型ＭｇＺｎＯクラッド層３０４を、活性層側の厚さが０.１μｍのｎ型Ｍｇ０.１Ｚｎ０.９Ｏ第２クラッド層３０４bと、厚さが１μｍのｎ型Ｍｇ０.０８Ｚｎ０.９２Ｏ第１クラッド層３０４aから構成したように、本発明の半導体レーザ素子は、レーザ光に対して透明な基板上に形成されたＺｎＯ系半導体レーザ素子において、少なくともいずれか一方の導電型のクラッド層を屈折率の異なる２層以上の積層構造で構成したことを特徴としている。
【００５１】
上記第１実施形態の構造を作製後、リッジストライプに垂直なミラー端面に保護膜を真空蒸着した後、素子を共振器長３００μｍに分離した。
【００５２】
上記第１実施形態の半導体レーザ素子３００に電流を流したところ、端面から波長４１０ｎｍの青色発振光が得られ、発振閾値電流は３５ｍＡ、光出力５ｍＷでの動作電圧は４Ｖであった。
【００５３】
また、層厚方向遠視野像の測定を行ったところ、図２に実線Ａで示す、単峰性の放射パターン、すなわち、層厚方向の遠視野角が０°の位置にピークを有し、レーザ光の放射角が略２０°と非常に狭い良好な放射パターンを得た。
【００５４】
本発明者は、比較例１として、ｎ型ＭｇＺｎＯクラッド層３０４を、ｐ型クラッド層３０８と同じ屈折率であるＭｇ０.１Ｚｎ０.９Ｏ単層で構成すると共に、他の層は第１実施形態と同一にした半導体レーザ素子を作製して、発振閾値電流と、層厚方向遠視野像における遠視野強度の測定を行った。
【００５５】
その結果、比較例１においては、光出射端面から発振閾値電流が３３ｍＡで、波長が４１０ｎｍで、放射角が３０°の青色発振光が得られた。この発振光は、発振閾値電流が３３ｍＡである点が第１実施形態の半導体レーザ素子と略同様である一方、放射角が、第１実施形態の２０°よりもはるかに大きな３０°になっており、青色発光波長に対応したＤＶＤなどの高密度光ディスクシテムにおいて、再生能力が低く、信号記録再生時にエラーやクロストークが生じ易い状態になっている。
【００５６】
また、本発明者は、比較例２として、ｎ型ＭｇＺｎＯクラッド層３０４を、ｐ型クラッド層３０８より屈折率が高いＭｇ０.０８Ｚｎ０.９２Ｏ単層で構成すると共に、他の層は第１実施形態と同一にした半導体レーザ素子を作製して、発振閾値電流と、層厚方向遠視野像における遠視野強度の測定を行った。
【００５７】
その結果、比較例２においては、光出射端面から発振閾値電流が４５ｍＡで、波長が４１０ｎｍで、放射角が３０°の青色発振光が得られた。この発振光は、波長が４１０ｎｍの青色発振光だという点のみが、第１実施形態と同じなだけで、発振閾値電流は４５ｍＡと大幅に増大し、かつ、層厚方向遠視野像における遠視野強度も、図２に点線Ｂで示すように、多峰性で弱い放射パターンになっている。放射パターンが、このような異常な放射パターンになると、青色発光波長に対応したＤＶＤなどの高密度光ディスクシテムにおいて、信号記録および再生が正常に行なわれない。
【００５８】
図３は、第１実施形態および比較例１,２のＺｎＯ系半導体レーザ素子が有する主要な層の層厚方向におけるＺｎＯ系半導体レーザ素子の光強度分布と、第１実施形態のＺｎＯ系半導体レーザ素子の層厚方向における屈折率とを示す図である。
【００５９】
図３において、実線Ｄは、第１実施形態の光強度分布であり、点線Ｅは、比較例２の強度分布であり、点線Ｆは、比較例１の強度分布である。尚、この３つの強度分布を、矢印Ｃ方向にずらしてプロットしている。
【００６０】
第１クラッド層を、ｎ型Ｍｇ０.０８Ｚｎ０.９２Ｏのみで形成した場合、ｎ型Ｍｇ０.０８Ｚｎ０.９２Ｏの高い屈折率によって、光強度分布が基板側へ裾を引いた非対称分布となる。そして、この非対称分布の影響で、屈折率の高い基板への光しみ出しが大きくなって活性層への光閉じ込めが良好に行われず、遠視野強度が、基本モードから基板側へずれた方向にピークを有する多モード導波となる。比較例２の半導体レーザ素子では、このような現象が生じているものと考えられる。
【００６１】
しかし、第１実施形態では、屈折率の低いｎ型Ｍｇ０.１Ｚｎ０.９Ｏ第２クラッド層３０４bを挿入したので、光が基板へしみ出ることを適度に抑制でき、また活性層への光の閉じ込めの度合いが低下することも抑制できる。
【００６２】
以上のように、クラッド層を屈折率の異なる２層以上の積層構造で構成することにより、放射角制御と導波モードの安定性を、格段に向上させることができる。
【００６３】
尚、上記の考察からもわかるように、多層クラッド層において最も屈折率の低い層が、活性層側に形成されることが好ましい。
【００６４】
また、積層構造より成るクラッド層の層厚は、高屈折率クラッド層を厚く、低屈折率クラッド層を薄く形成することが好ましく、両者が同程度の層厚では光強度分布の制御が難しくなる。また、合計層厚が薄いとクラッド層外へのレーザ光のしみ出しが大きくなって単一モード導波を得ることが難しくなる一方、合計層厚が厚すぎると結晶性の劣化が生じやすくて、製造コストが高くなる。このことから、クラッド層の合計膜厚を、１μｍ〜４μｍの範囲で適宜調整することが好ましい。
【００６５】
また、クラッド層を構成する半導体材料は、ＺｎＯ系ワイドギャップ半導体であるＭｇＺｎＯを用いることが好ましい。また、活性層とのバンドギャップエネルギーのオフセットの度合いを十分大きくとって、キャリア閉じ込めを良好に行うには、Ｍｇ組成比は０.０５以上であることが好ましく、結晶性の悪化や相分離を抑止するには、Ｍｇ組成比は０.３５以下であることが好ましい。そして、組成比をこの範囲にとると、ＭｇＺｎＯクラッド層の屈折率を、層厚方向の等価屈折率に近い値にできて、放射角を細部にわたるまで制御できる。
【００６６】
また、基板材料としては、基板裏面に大面積のオーミック電極を形成できて、素子抵抗が低減させることができる導電性基板を用いるのが好ましい。しかし、本発明の効果を最大限に得るためには、導電性基板の中でも、最も結晶性に優れたエピタキシャル層が得られるＺｎＯ単結晶基板を用いることが好ましい。特に、ＺｎＯ単結晶基板の成長主面として亜鉛面を用いると、ｐ型層のキャリア活性化率を向上させることができて、抵抗の低いｐ型層を形成することができて好ましい。
【００６７】
上記第１実施形態の半導体レーザ素子によれば、第１導電型クラッド層としてのｎ型ＭｇＺｎＯクラッド層の層構造を、屈折率が異なるｎ型Ｍｇ０.０８Ｚｎ０.９２Ｏ第１クラッド層３０４aと、ｎ型Ｍｇ０.１Ｚｎ０.９Ｏ第２クラッド層３０４bを積層した積層構造にしたので、半導体レーザ素子の垂直横モードを単峰かつ安定に導波させることができると共に、遠視野像で測定できる放射角も小さくできる。
【００６８】
また、上記第１実施形態の半導体レーザ素子によれば、積層クラッド層中の低屈折率層であるｎ型Ｍｇ０.１Ｚｎ０.９Ｏ第２クラッド層３０４bを、ノンドープ量子井戸活性層３０６側に配置したので、積層構造を有するｎ型クラッド層３０４での光の反射率を大きくすることができる。したがって、ノンドープ量子井戸活性層３０６への光閉じ込めと垂直横モードの安定性が更に向上させることができて、導波モードを単一モードに保って光分布を制御することができる。また、ＺｎＯ系半導体混晶においては、ノンドープ量子井戸活性層３０６側の屈折率が低くなるように、組成比を制御すると、バンドギャップエネルギーを大きくできるので、当該低屈折率層によってキャリアオーバーフローを抑止することができる。
【００６９】
また、上記第１実施形態の半導体レーザ素子によれば、上記積層構造中の高屈折率クラッド層であるｎ型Ｍｇ０.０８Ｚｎ０.９２Ｏ第１クラッド層３０４ａの膜厚を１μｍにして、かつ、上記積層構造中の低屈折率クラッド層であるｎ型Ｍｇ０.１Ｚｎ０.９Ｏ第２クラッド層３０４ｂの膜厚を０.１μｍとして、高屈折率クラッド層が厚くなり、かつ、低屈折率クラッド層が薄くなるようにすると共に、積層構造全体の膜厚を、１μｍ以上４μｍ以下の値である１.１μｍにしたので、光強度分布の制御を容易に行うことができると共に、クラッド層外への光のしみ出しの程度を小さくできて、結晶性の劣化も抑制できる。
【００７０】
また、上記第１実施形態の半導体レーザ素子によれば、上記ｎ型クラッド層３０４およびｐ型クラッド層３０６を、Ｍｇを含んだＺｎＯ系半導体層から形成したので、屈折率を低くして光閉じ込め効果を高くできると共に、キャリアオーバーフローを抑止できる。また、上記ｎ型クラッド層３０４およびｐ型クラッド層３０６のＭｇ組成比を、０.０５以上０.３３以下にしたので、キャリア閉じ込めを良好に行うことができると共に、結晶性の劣化を抑制することができて、膜が多層化することを防止できる。
【００７１】
また、上記第１実施形態の半導体レーザ素子によれば、基板が導電性基板の一例であるｎ型ＺｎＯ単結晶基板３０１で構成されているので、ｎ型ＺｎＯ単結晶基板３０１の裏面にｎ型オーミック電極３１１を直接形成することができて、動作電圧を低減することができる。また、製造に要する工数を低減できて、簡便に製造することができる。また、上記第１実施形態のように、基板として、ＺｎＯ導電性基板の一例としてのｎ型ＺｎＯ単結晶基板３０１を用いると、このｎ型ＺｎＯ単結晶基板３０１上に、結晶性に優れたＺｎＯ系半導体をエピタキシャル成長させることができて、素子特性を優れたものにすることができる。
【００７２】
尚、上記第１実施形態では、ｎ型ＭｇＺｎＯクラッド層３０４を積層構造にしたが、この発明の酸化物半導体レーザ素子では、ｎ型クラッド層を積層構造にすると共に、ｐ型クラッド層を積層構造にしても良い。また、ｐ型クラッド層のみを積層構造にしても良い。
【００７３】
また、上記第１実施形態では、ｎ型クラッド層３０４とｐ型クラッド層３０６を、両方ともＭｇを含んだＺｎＯ系半導体で形成したが、この発明の酸化物半導体レーザは、どちらか一方のクラッド層のみをＭｇを含んだＺｎＯ系半導体で形成しても良く、両方の層とも、Ｍｇを含んだＺｎＯ系半導体で形成しなくても良い。
【００７４】
また、上記第１実施形態では、ｎ型クラッド層３０４の構造を、２層から成る積層構造にしたが、この発明のクラッド層の構造を、３層以上の複数層を積層した積層構造にしても良い。
【００７５】
また、第１実施形態で用いたＺｎＯ基板３０１以外にも、ＳｉＣ基板やＧａN基板等の導電性基板を用いても良く、この場合でも、ＺｎＯ基板３０１と同様に、基板裏面に大面積のオーミック電極を形成できて、素子抵抗を低減させることができる。
【００７６】
また、第１実施形態の半導体レーザ素子３００を、レーザＭＢＥ法を用いて作製したが、この発明の酸化物半導体レーザ素子を、レーザＭＢＥ法に限らず、固体あるいは気体原料を用いた分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法等の結晶成長手法で作製しても良い。
【００７７】
（第２実施形態）
図４は、第２実施形態のＺｎＯ系半導体レーザ素子の層厚方向における屈折率の分布である。第２実施形態のＺｎＯ系半導体レーザ素子は、ｎ型第２クラッド層３０４ｂを上記第１実施形態のＺｎＯ系半導体レーザ素子より更に屈折率の低いｎ型第２クラッド層Ｍｇ０.２Ｚｎ０.８Ｏ４０４ｂで構成した点のみが上記第１実施形態のＺｎＯ系半導体レーザ素子と異なっている。
【００７８】
上記第２実施形態の半導体レーザ素子では、第１実施形態の半導体レーザ素子と共通の構成、作用効果および変形例については説明を省略することにし、第１実施形態の半導体レーザ素子と異なる構成、作用効果および変形例についてのみ説明を行うことにする。
【００７９】
第２実施形態の半導体レーザ素子に電流を流したところ、端面から波長４１０ｎｍの青色発振光が得られ、発振閾値電流は第１実施形態の半導体レーザ素子より低い３０ｍＡになった。また、層厚方向遠視野像の測定を行ったところ、放射角は２０°の単峰性放射パターンを示した。更に、第１実施形態の半導体レーザ素子は、光出力が１０ｍＷで導波モードが不安定となる「キンク」が見られたのに対し、第２実施形態の半導体レーザ素子はキンクレベルが２０ｍＷまで向上した。
【００８０】
第２実施形態では、ｎ型第２クラッド層４０４ｂの屈折率を第１実施形態より更に小さくして、他方の導電型のクラッド層としてのｐ型Ｍｇ０.１Ｚｎ０.９Ｏクラッド層３０８の屈折率よりも小さくしているので、活性層への光の閉じ込めの度合いと、導波モード安定性を更に向上させることができる。また、活性層と比較してバンドギャップが大きなｎ型第２クラッド層４０４ｂを採用したので、活性層からのキャリアオーバーフローを抑制するブロック機能の度合いを大きくすることができて、キャリア閉じ込めの度合いを向上させることができて、発振閾値電流を低減させることができる。
【００８１】
（第３実施形態）
第３実施形態のＺｎＯ系半導体レーザ素子は、ｎ型第１クラッド層を、第１および第２実施形態のＺｎＯ系半導体レーザ素子の第１クラッド層３０４aよりも屈折率が低いＭｇ０.０５Ｚｎ０.９５Ｏで構成した点のみが、上記第２実施形態のＺｎＯ系半導体レーザ素子と異なっている。
【００８２】
上記第３実施形態の半導体レーザ素子では、第１および第２実施形態の半導体レーザ素子と共通の構成、作用効果および変形例については説明を省略することにし、第１および第２実施形態の半導体レーザ素子と異なる構成、作用効果および変形例についてのみ説明を行うことにする。
【００８３】
第３実施形態の半導体レーザ素子に電流を流したところ、光出射端面から波長４１０ｎｍの青色発振光が得られた。この青色発振光は、発振閾値電流が第２実施形態と同じく３０ｍＡである一方、層厚方向遠視野像の測定に基づく、層厚方向の遠視野角に対する遠視野強度のパターンが、放射角が１６°の単峰性放射パターンになり、青色発振光を、第１および第２実施形態より狹く制御することができた。
【００８４】
（第４実施形態）
図５は、第４実施形態のＺｎＯ系半導体レーザ素子の層厚方向における屈折率分布である。第４実施形態のＺｎＯ系半導体レーザ素子は、ｎ型ＭｇＺｎＯクラッド層３０４を、厚さ１μｍのｎ型Ｍｇ０.０８Ｚｎ０.９２Ｏ第１クラッド層５０４ａと、厚さ０.０５μｍのｎ型Ｍｇ０.１５Ｚｎ０.８５Ｏ第２クラッド層５０４ｂと、厚さ０.１μｍのｎ型Ｍｇ０.０８Ｚｎ０.９２Ｏ第３クラッド層５０４ｃの３層で構成した点のみが第１実施形態のＺｎＯ系半導体レーザ素子と異なる。
【００８５】
上記第４実施形態の半導体レーザ素子では、第１実施形態の半導体レーザ素子と共通の構成、作用効果および変形例については説明を省略することにし、第１実施形態の半導体レーザ素子と異なる構成、作用効果および変形例についてのみ説明を行うことにする。
【００８６】
第４実施形態の半導体レーザ素子に電流を流したところ、端面から波長４１０ｎｍの青色発振光が得られた。第４実施形態の半導体レーザ素子は、発振閾値電流と垂直放射角が第１実施形態の半導体レーザ素子と同じく３５ｍＡおよび２０°である一方、キンクレベルを３０ｍＷまで大きく向上させることができた。すなわち、第４実施形態の半導体レーザ素子では、クラッド層を３層で構成したことにより、導波モードの安定性を更に向上させることができた。
【００８７】
上記第４実施形態の半導体レーザ素子によれば、上記積層構造のうちで最も屈折率の大きいｎ型Ｍｇ０.０８Ｚｎ０.９２Ｏ第１クラッド層５０４ａおよびｎ型Ｍｇ０.０８Ｚｎ０.９２Ｏ第３クラッド層５０４ｃの屈折率が、他方の導電型のクラッド層としてのｐ型Ｍｇ０.１Ｚｎ０.９Ｏクラッド層３０８の屈折率よりも大きいので、垂直横モードの安定性を更に向上させることができて、単一モードに保って光分布を制御することができる。
【００８８】
また、上記積層構造を３層で構成し、かつ、この３層のうちの中央のｎ型Ｍｇ０.１５Ｚｎ０.８５Ｏ第２クラッド層５０４ｂの屈折率を最も小さくしたので、単一導波モードをより安定に得ることができる。
【００８９】
（第５実施形態）
図６は、第５実施形態のＺｎＯ系半導体レーザ素子の構造断面図および層厚方向における屈折率分布である。第５実施形態の半導体レーザ素子は、ｎ型ＭｇＺｎＯクラッド層を、単層であるｎ型Ｍｇ０.１Ｚｎ０.９Ｏクラッド層６０４で構成すると共に、ｐ型ＭｇＺｎＯクラッド層３０８を厚さ０.０５μｍのｐ型Ｍｇ０.１５Ｚｎ０.８５Ｏ第２クラッド層６０８ａと、厚さ１.２μｍのｐ型Ｍｇ０.０８Ｚｎ０.９２Ｏ第１クラッド層６０８ｂの２層構造とした点が、第１実施形態のＺｎＯ系半導体レーザ素子と異なる。
【００９０】
上記第５実施形態の半導体レーザ素子では、第１実施形態の半導体レーザ素子の構成部と同一構成部には同一参照番号を付して説明を省略することにする。また、上記第５実施形態の半導体レーザ素子では、第１実施形態の半導体レーザ素子と共通の作用効果および変形例については説明を省略することにし、第１実施形態の半導体レーザ素子と異なる構成、作用効果および変形例についてのみ説明を行うことにする。
【００９１】
上記第５実施形態の半導体レーザ素子に電流を流したところ、端面から波長４１０ｎｍの青色発振光が得られ、発振閾値電流と垂直放射角は夫々３０ｍＡおよび２０°であった。
【００９２】
ＺｎＯ系半導体は抵抗が低いｐ型層を得ることが難しいので、バイアス電圧印加時における活性層とｐ型クラッド層界面のバンドオフセットが活性層とｎ型クラッド層界面に比べて小さく、キャリアオーバーフローが生じ易いという問題がある。第５実施形態のＺｎＯ系半導体レーザ素子では、ｐ型Ｍｇ０.１５Ｚｎ０.８５Ｏ第２クラッド層６０８ａのバンドギャップを大きくしたので、キャリアブロックの効果を大きくすることができて、第１実施形態の半導体レーザ素子に比べて発振閾値電流を低減することができる。
【００９３】
このことから、上記第５実施形態の半導体レーザ素子のように、ｐ型クラッド層を２層以上の積層構造で構成しても、放射角制御と導波モードの安定性を向上させることができ、かつ、キャリアオーバーフローの抑制効果を、ｎ型クラッド層を２層構造とした場合より向上させることができる。
【００９４】
上記第５実施形態の半導体レーザ素子によれば、図６の屈折率の変化のグラフに示されているように、ｐ型クラッド層を２層以上の積層構造にし、かつ、最も屈折率の低いｐ型Ｍｇ０.１５Ｚｎ０.８５Ｏ第２クラッド層６０８ａを、活性層側に形成しているので、積層クラッド層での光の反射率を大きくすることができる。したがって、ノンドープ量子井戸活性層３０６への光閉じ込めと垂直横モードの安定性が更に向上させることができて、導波モードを単一モードに保って光分布を制御することができる。また、ＺｎＯ系半導体混晶においては、屈折率が低くなるよう組成比を制御すると、バンドギャップエネルギーを大きくできるので、当該低屈折率層によってキャリアオーバーフローを抑止することができる。
【００９５】
尚、上記第５実施形態の半導体レーザ素子は、ｎ型クラッド層に積層構造を導入するかわりに、ｐ型クラッド層に積層構造を導入した点が、第１実施形態の半導体レーザ素子と異なっている。したがって、上記第５実施形態の半導体レーザ素子において、ｐ型クラッド層に施されると好適な条件（例えば、積層構造中の膜厚、屈折率による積層構造中の配置位置、Ｍｇ組成比等）が、上記第１実施形態の半導体レーザ素子で、ｎ型クラッド層に施されたときに好適であった条件と一致することは勿論である。
【００９６】
（第６実施形態）
図７は、第６実施形態のＺｎＯ系半導体レーザ素子の層厚方向における屈折率分布である。第６実施形態の半導体レーザ素子は、ｎ型ＺｎＯ光ガイド層３０５およびｐ型ＺｎＯ光ガイド層３０７を、夫々、光ガイド層の屈折率が活性層側からクラッド層に行くに従って小さくなる屈折率傾斜を有するＧＲＩＮ−ＳＣＨ（Graded-index Separate Confinement Heterostructure）構造であるｎ型ＺｎＯ光ガイド層７０５およびｐ型ＺｎＯ光ガイド層７０７とした点のみが第１実施形態のＺｎＯ系半導体レーザ素子と異なる。
【００９７】
上記第６実施形態の半導体レーザ素子では、第１実施形態の半導体レーザ素子と共通の構成、作用効果および変形例については説明を省略することにし、第１実施形態の半導体レーザ素子と異なる構成、作用効果および変形例についてのみ説明を行うことにする。
【００９８】
第６実施形態の半導体レーザ素子に電流を流したところ、端面から単峰性の放射パターンを有する波長４１０ｎｍの青色発振光が得られ、発振閾値電流と垂直放射角は夫々３０ｍＡおよび２０°であった。
【００９９】
上記第６実施形態の半導体レーザ素子によれば、光ガイド層をＧＲＩＮ−ＳＣＨ構造にしたので、本発明の特徴である放射角を狭く制御できる作用効果と導波モードの安定性が高い作用効果に加えて、放射パターンを単峰性の放射パターンにすることができて、活性層への光の閉じ込めの度合いを向上させることができるという作用効果を得ることができる。
【０１００】
（第７実施形態）
図８は、第７実施形態のＺｎＯ系半導体レーザ素子の構造斜視図である。
【０１０１】
第７実施形態では、ｎ型ＺｎＯ単結晶基板に代えてc面（０００１）を成長主面とするサファイア基板８０１を用いた点と、ｎ型ＭｇＺｎＯクラッド層８０４からｎ型Ｍｇ０.２Ｚｎ０.８Ｏ電流ブロック層８１０まで、積層構造の一部をエッチングして、露出したｎ型ＺｎＯバッファ層８０３をｎ型コンタクト層として用い、その上にｎ型オーミック電極８１１を形成した点が、第１実施形態のＺｎＯ系半導体レーザ素子と異なる。
【０１０２】
上記第７実施形態の半導体レーザ素子では、第１実施形態の半導体レーザ素子と共通の構成、作用効果および変形例については説明を省略することにし、第１実施形態の半導体レーザ素子と異なる構成、作用効果および変形例についてのみ説明を行うことにする。
【０１０３】
本実施形態の半導体レーザ素子に電流を流したところ、端面から単峰性の放射パターンを有する波長４１０ｎｍの青色発振光が得られ、発振閾値電流と垂直放射角は３５ｍＡおよび２０°であった。
【０１０４】
第７実施形態のＺｎＯ系半導体レーザ素子は、サファイア基板８０１がレーザ光に対して透明であり、またｎ型ＭｇＺｎＯクラッド層８０４の外側に、これよりも屈折率の高いＺｎＯコンタクト層としてのｎ型ＺｎＯバッファ層８０３を有している。レーザ駆動電流は、このコンタクト層を横方向（接合面に対して平行方向）に流れるため、抵抗を低減するためには、このコンタクト層を厚く積層することが有効である。
【０１０５】
第７実施形態のＺｎＯ系半導体レーザ素子は、絶縁性のサファイア基板８０１を用いているので、導電性のＺｎＯ基板を用いた第１実施形態よりも導波モードが不安定になりやすい傾向にあるが、本発明のＺｎＯ系半導体レーザ素子のように、２層クラッド構造を適用することにより、たとえ厚いｎ型コンタクト層を形成しても、狭い放射角制御と安定な導波モードを得ることができる。
【０１０６】
また、上記第７実施形態の半導体レーザ素子によれば、ｎ型クラッド層８０４よりも屈折率が高いｎ型コンタクト層としてのｎ型ＺｎＯバッファ層８０３が形成されているので、光の吸収を防ぎながら、動作電圧を低減できる。
【０１０７】
尚、第７実施形態のＺｎＯ系半導体レーザ素子では、基板材料として、サファイア絶縁性基板８０１を用いたが、基板材料として、ＬｉＧａＯ２、ＮａＡｌＯ２およびＭｇＡｌ２Ｏ４等の絶縁性基板を用いても、基板材料として、サファイア絶縁性基板８０１を用いた場合と同様に、良好なＺｎＯエピタキシャル層を得ることができる。
【０１０８】
尚、上記第１〜第７実施形態の半導体レーザ素子では、第１導電型をｎ型に、かつ、第２導電型をｐ型にしたが、この発明の酸化物半導体レーザ素子では、第１導電型をｐ型に、かつ、第２導電型をｎ型にしても良い。
【０１０９】
また、上記第１〜第７実施形態の半導体レーザ素子では、活性層として、量子井戸構造のノンドープ量子井戸活性層３０６,８０６を採用したが、活性層として、量子井戸構造を採用しなくても良い。また、この発明では、ドープを用いた活性層を採用しても良い。
【０１１０】
また、この発明の酸化物半導体レーザ素子の各層の組成比は、上記第１〜第７実施形態の半導体レーザ素子で具体的に記載された各層の組成比の数値に限定されるものでないことは勿論である。また、この発明の酸化物半導体レーザ素子の各層の膜厚は、上記第１〜第７実施形態の半導体レーザ素子で具体的に記載された各層の膜厚の数値に限定されるものでないことも勿論であり、この発明の酸化物半導体レーザ素子の各層にドープされたドーパントの密度が、上記第１〜第７実施形態の半導体レーザ素子で具体的に記載された各層のドーパント密度の数値に限定されるものでないことも勿論である。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本発明の第１実施形態のＺｎＯ系半導体レーザ素子の構造断面図である。
【図２】第１実施形態と比較例のＺｎＯ系半導体レーザ素子を可動させたときの層厚方向の遠視野像における遠視野角と遠視野強度の関係を示す図である。
【図３】第１実施形態、比較例１および比較例２のＺｎＯ系半導体レーザ素子の層厚方向における光強度分布と、第１実施形態のＺｎＯ系半導体レーザ素子の層厚方向における屈折率とを示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態のＺｎＯ系半導体レーザ素子の層厚方向における屈折率分布を示す図である。
【図５】本発明の第４実施形態のＺｎＯ系半導体レーザ素子の層厚方向における屈折率分布を示す図である。
【図６】本発明の第５実施形態のＺｎＯ系半導体レーザ素子の構造断面図と、層厚方向における屈折率分布を示す図である。
【図７】本発明の第６実施形態のＺｎＯ系半導体レーザ素子の層厚方向における屈折率分布を示す図である。
【図８】本発明の第７実施形態のＺｎＯ系半導体レーザ素子の構造斜視図である。
【図９】従来のＺｎＯ系半導体レーザ素子の構造斜視図である。
【符号の説明】
【０１１２】
３００,６００,８００  半導体レーザ素子
３０１  ｎ型ＺｎＯ単結晶基板
３０３,８０３  ｎ型ＺｎＯバッファ層
３０４ａ,３０４ｂ,４０４ｂ,５０４ａ,５０４ｂ,５０４ｃ,
６０４,８０４ａ,８０４ｂ  ｎ型ＭｇＺｎＯクラッド層
３０５,７０５,８０５  ｎ型ＺｎＯ光ガイド層
３０６,８０６  量子井戸活性層
３０７,７０７,８０７  ｐ型ＺｎＯ光ガイド層
３０８,６０８ａ,６０８ｂ,８０８  ｐ型ＭｇＺｎＯクラッド層
３０９,８０９  ｐ型ＺｎＯコンタクト層
３１０,８１０  ｎ型ＭｇＺｎＯ電流ブロック層
３１１,８１１  ｎ型オーミック電極
３１２,８１２  ｐ型オーミック電極
８０１  サファイア基板
【図１】
2005039107.tif 000003
【図２】
2005039107.tif 000004
【図３】
2005039107.tif 000005
【図４】
2005039107.tif 000006
【図５】
2005039107.tif 000007
【図６】
2005039107.tif 000008
【図７】
2005039107.tif 000009
【図８】
2005039107.tif 000010
【図９】
2005039107.tif 000011