(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体レーザであって、
窒化ガリウム系半導体からなる主面を有する導電性の支持基体と、
前記主面の上に設けられた活性層と、
前記主面の上に設けられたｐ型クラッド領域と、
前記ｐ型クラッド領域の上に設けられたｐ型コンタクト領域と、
前記ｐ型コンタクト領域に接合を成すように設けられた電極と、
を備え、
前記主面は、前記窒化ガリウム系半導体のｃ軸方向に延在する基準軸に直交する基準面に対して傾斜し、
前記活性層は前記支持基体と前記ｐ型クラッド領域との間に設けられ、
前記ｐ型クラッド領域は、第１ｐ型III族窒化物半導体層及び第２ｐ型III族窒化物半導体層を含み、
前記第１ｐ型III族窒化物半導体層はＩｎＡｌＧａＮ層からなり、
前記第２ｐ型III族窒化物半導体層は該ＩｎＡｌＧａＮ層の材料と異なる半導体からなり、
前記ＩｎＡｌＧａＮ層は、非等方的な歪みを内包し、
前記第１ｐ型III族窒化物半導体層は前記第２ｐ型III族窒化物半導体層と前記活性層との間に設けられ、
前記第２ｐ型III族窒化物半導体層の比抵抗は、前記第１ｐ型III族窒化物半導体層の比抵抗より低く、
前記ｐ型クラッド領域の厚さは３００ｎｍ以上であり、１０００ｎｍ以下であり、
前記第１及び第２ｐ型III族窒化物半導体層は、それぞれ、厚さｄ１及びｄ２を有し、
前記第２ｐ型III族窒化物半導体層の厚さは、０．２≦ｄ２／（ｄ１＋ｄ２）≦０．６を満たし、
前記ｐ型コンタクト領域の厚さは３００ｎｍ未満であり、
前記ｐ型クラッド領域のバンドギャップエネルギは前記ｐ型コンタクト領域のバンドギャップエネルギ以上であり、
前記第２ｐ型III族窒化物半導体層のｐ型ドーパント濃度は前記ｐ型コンタクト領域のｐ型ドーパント濃度より低い、窒化物半導体レーザ。
【請求項２】
前記第１ｐ型III族窒化物半導体層のバンドギャップエネルギは前記第２ｐ型III族窒化物半導体層のバンドギャップエネルギより大きい、請求項１に記載された窒化物半導体レーザ。
【請求項３】
前記第１ｐ型III族窒化物半導体層のバンドギャップは３．４７エレクトロンボルト以上であり、３．６３エレクトロンボルト以下である、請求項１又は請求項２に記載された窒化物半導体レーザ。
【請求項４】
前記第１及び第２ｐ型III族窒化物半導体層にはマグネシウム（Ｍｇ）が添加されており、
前記第１ｐ型III族窒化物半導体層のマグネシウム濃度は前記第２ｐ型III族窒化物半導体層のマグネシウム濃度より小さい、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。
【請求項５】
前記第１ｐ型III族窒化物半導体層のマグネシウム濃度は８×１０１７ｃｍ−３以上であり、２×１０１９ｃｍ−３以下である、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。
【請求項６】
前記支持基体の前記主面と前記基準軸との成す角度は、１０度以上８０度以下又は１００度以上１７０度以下である、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。
【請求項７】
前記支持基体の前記主面と前記基準軸との成す角度は、６３度以上８０度以下又は１００度以上１１７度以下である、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。
【請求項８】
前記ｐ型クラッド領域のバンドギャップエネルギは前記ｐ型コンタクト領域のバンドギャップエネルギより大きい、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。
【請求項９】
前記第２ｐ型III族窒化物半導体層は、歪みを内包するＩｎＡｌＧａＮ層である、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。
【請求項１０】
前記第２ｐ型III族窒化物半導体層は、歪みを内包するＡｌＧａＮ層である、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。
【請求項１１】
前記第２ｐ型III族窒化物半導体層は、歪みを内包するＩｎＡｌＧａＮ層及び歪みを内包するＡｌＧａＮ層のいずれか一方である、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。
【請求項１２】
前記第２ｐ型III族窒化物半導体層はＧａＮ層からなる、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。
【請求項１３】
前記活性層は、４８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の光を発生するように設けられる、請求項１〜請求項１２のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。
【請求項１４】
前記活性層と前記支持基体との間に設けられたｎ側ＩｎＧａＮ光ガイド層と、
前記活性層と前記ｐ型クラッド領域との間に設けられたｐ側ＩｎＧａＮ光ガイド層と、
を更に備え、
前記ｎ側ＩｎＧａＮ光ガイド層の厚さは、前記ｐ側ＩｎＧａＮ光ガイド層の厚さより大きい、請求項１〜請求項１３のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。
【請求項１５】
前記活性層と前記支持基体との間に設けられたｎ側ＩｎＧａＮ光ガイド層と、
前記活性層と前記ｐ型クラッド領域との間に設けられたｐ側ＩｎＧａＮ光ガイド層と、
を更に備え、
前記ｎ側ＩｎＧａＮ光ガイド層のインジウム組成は、前記ｐ側ＩｎＧａＮ光ガイド層のインジウム組成より大きい、請求項１〜請求項１４のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。
【請求項１６】
前記活性層と前記支持基体との間に設けられたｎ側ＩｎＧａＮ光ガイド層と、
前記活性層と前記ｐ型クラッド領域との間に設けられたｐ側ＩｎＧａＮ光ガイド層と、
を更に備え、
前記ｎ側ＩｎＧａＮ光ガイド層のインジウム組成は０．０４以上である、請求項１〜請求項１５のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。
【請求項１７】
前記活性層と前記支持基体との間に設けられたｎ側ＩｎＧａＮ光ガイド層と、
前記活性層と前記ｐ型クラッド領域との間に設けられたｐ側ＩｎＧａＮ光ガイド層と、
を更に備え、
前記ｎ側ＩｎＧａＮ光ガイド層の厚さと前記ｎ側ＩｎＧａＮ光ガイド層のインジウム組成との積は、前記ｐ側ＩｎＧａＮ光ガイド層の厚さと前記ｐ側ＩｎＧａＮ光ガイド層とのインジウム組成の積より大きく、
前記ｎ側ＩｎＧａＮ光ガイド層の厚さと前記ｎ側ＩｎＧａＮ光ガイド層のインジウム組成の積は２以上１０以下であり、ここで、前記ｎ側ＩｎＧａＮ光ガイド層の厚さの単位はｎｍで表され、前記ｎ側ＩｎＧａＮ光ガイド層のインジウム組成はIII族構成元素に対するモル比で表される、請求項１〜請求項１６のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。
【請求項１８】
前記ｃ軸は、前記窒化ガリウム系半導体のａ軸及びｍ軸のいずれか一方の結晶軸に傾斜しており、
前記支持基体はＧａＮ基板であり、前記ＧａＮ基板のｃ軸の格子定数Ｄ１（ＧａＮ）は、前記支持基体の前記主面に平行な成分Ｄ１（ＧａＮ）ｐと前記支持基体の前記主面に垂直な成分Ｄ１（ＧａＮ）ｎとを有し、
前記ＩｎＡｌＧａＮ層におけるｃ軸の格子定数Ｄ１（ＩｎＡｌＧａＮ）は、前記支持基体の前記主面に平行な成分Ｄ１（ＩｎＡｌＧａＮ）ｐと前記支持基体の前記主面に垂直な成分Ｄ１（ＩｎＡｌＧａＮ）ｎとを有し、
前記ＩｎＡｌＧａＮ層における格子不整合度Ｒ１ｐは、（Ｄ１（ＩｎＡｌＧａＮ）ｐ−Ｄ１（ＧａＮ）ｐ）／Ｄ１（ＧａＮ）ｐにより規定され、
前記格子不整合度Ｒ１ｐは、−０．１５％以上＋０．２％以下である、請求項１〜請求項１７のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。
【請求項１９】
前記ｃ軸は、前記窒化ガリウム系半導体のａ軸及びｍ軸のいずれか一方の結晶軸に傾斜しており、
前記支持基体はＧａＮ基板であり、前記ＧａＮ基板のｃ軸に直交する結晶軸の格子定数Ｄ２（ＧａＮ）は、前記支持基体の前記主面に平行な成分Ｄ２（ＧａＮ）ｐと前記支持基体の前記主面に垂直な成分Ｄ２（ＧａＮ）ｎとを有し、
前記ＩｎＡｌＧａＮ層のｃ軸に直交する結晶軸の格子定数Ｄ２（ＩｎＡｌＧａＮ）は、前記支持基体の前記主面に平行な成分Ｄ２（ＩｎＡｌＧａＮ）ｐと前記支持基体の前記主面に垂直な成分Ｄ２（ＩｎＡｌＧａＮ）ｎとを有し、
前記ＩｎＡｌＧａＮ層における格子不整合度Ｒ２ｐは、（Ｄ２（ＩｎＡｌＧａＮ）ｐ−Ｄ２（ＧａＮ）ｐ）／Ｄ２（ＧａＮ）ｐにより規定され、
前記格子不整合度Ｒ２ｐは、−０．１５％以上＋０．２％以下である、請求項１〜請求項１７のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。
【請求項２０】
前記ｃ軸は、前記窒化ガリウム系半導体のａ軸及びｍ軸のいずれか一方の結晶軸に傾斜しており、
前記支持基体はＧａＮ基板であり、
前記ＧａＮ基板のｃ軸の格子定数Ｄ１（ＧａＮ）は、前記支持基体の前記主面に平行な成分Ｄ１（ＧａＮ）ｐと前記支持基体の前記主面に垂直な成分Ｄ１（ＧａＮ）ｎとを有し、
前記ＩｎＡｌＧａＮ層におけるｃ軸の格子定数Ｄ１（ＩｎＡｌＧａＮ）は、前記支持基体の前記主面に平行な成分Ｄ１（ＩｎＡｌＧａＮ）ｐと前記支持基体の前記主面に垂直な成分Ｄ１（ＩｎＡｌＧａＮ）ｎとを有し、
前記ＩｎＡｌＧａＮ層における格子不整合度Ｒ１ｐは、（Ｄ１（ＩｎＡｌＧａＮ）ｐ−Ｄ１（ＧａＮ）ｐ）／Ｄ１（ＧａＮ）ｐにより規定され、
前記格子不整合度Ｒ１ｐは、−０．１５％以上０％以下であり、
前記ａ軸及びｍ軸のいずれか他方の結晶軸に関して、前記ＩｎＡｌＧａＮ層における格子不整合度Ｒ２ｐは、（Ｄ２（ＩｎＡｌＧａＮ）ｐ−Ｄ２（ＧａＮ）ｐ）／Ｄ２（ＧａＮ）ｐにより規定され、
前記格子不整合度Ｒ２ｐは、０％以上０．２％以下を満たし、
前記Ｄ２（ＩｎＡｌＧａＮ）ｐは前記Ｄ１（ＩｎＡｌＧａＮ）ｐに直交し、
前記Ｄ２（ＧａＮ）ｐは前記Ｄ１（ＧａＮ）ｐに直交する、請求項１〜請求項１７のいずれか一項に記載された窒化物半導体レーザ。
【請求項２１】
窒化物半導体レーザのためのエピタキシャル基板であって、
窒化ガリウム系半導体からなる主面を有する基板と、
前記主面の上に設けられた活性層と、
前記主面の上に設けられたｐ型クラッド領域と、
前記ｐ型クラッド領域の上に設けられたｐ型コンタクト領域と、
を備え、
前記主面は、前記窒化ガリウム系半導体のｃ軸方向に延在する基準軸に直交する基準面に対して傾斜し、
前記活性層は前記基板と前記ｐ型クラッド領域との間に設けられ、
前記ｐ型クラッド領域は、第１ｐ型III族窒化物半導体層及び第２ｐ型III族窒化物半導体層を含み、
前記第１ｐ型III族窒化物半導体層はＩｎＡｌＧａＮ層からなり、
前記第２ｐ型III族窒化物半導体層は該ＩｎＡｌＧａＮ層の材料と異なる半導体からなり、
前記ＩｎＡｌＧａＮ層は、非等方的な歪みを内包し、
前記第１ｐ型III族窒化物半導体層は前記第２ｐ型III族窒化物半導体層と前記活性層との間に設けられ、
前記第２ｐ型III族窒化物半導体層の比抵抗は、前記第１ｐ型III族窒化物半導体層の比抵抗より低く、
前記ｐ型クラッド領域の厚さは３００ｎｍ以上であり、１０００ｎｍ以下であり、
前記第１及び第２ｐ型III族窒化物半導体層は、それぞれ、厚さｄ１及びｄ２を有し、
前記第２ｐ型III族窒化物半導体層の厚さは、０．２≦ｄ２／（ｄ１＋ｄ２）≦０．６を満たし、
前記ｐ型コンタクト領域の厚さは３００ｎｍ未満であり、
前記ｐ型クラッド領域のバンドギャップエネルギは前記ｐ型コンタクト領域のバンドギャップエネルギ以上であり、
前記第２ｐ型III族窒化物半導体層のｐ型ドーパント濃度は前記ｐ型コンタクト領域のｐ型ドーパント濃度より低い、エピタキシャル基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体レーザ、及び、窒化物半導体レーザのためのエピタキシャル基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は、窒化物半導体レーザ素子を開示する。窒化物半導体レーザ素子は、ガイド層や活性層等の結晶性を向上できると共に長波長のレーザ光を発光する。また、特許文献２は、酸化物半導体レーザ素子を開示する。この酸化物半導体レーザ素子は、狭い放射角や低い発振閾値電流の素子特性を有し、かつ、導波モードの安定性に優れている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００―２９９５３２号公報
【特許文献２】特開２００５−３９１０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、ｐ型クラッド層が、ＡｌａＧａ１−ａＮ（０≦ａ＜１）を有する第１の窒化物半導体から構成され、このＡｌａＧａ１−ａＮのＡｌ組成が、活性層に接近するにつれて少なくなるように組成傾斜されている。活性層が、ＩｎｂＧａ１−ｂＮ（０≦ｂ＜１）を含んでなる量子井戸構造であり、ｐ型ガイド層が、活性層に接近するにつれて、Ｉｎの組成が多くなるように組成傾斜されている。これ故に、ｐ型ガイド層の屈折率が、活性層に近づくに大きくなり、結果的に活性層からクラッド層に光が拡がる。また、ｐ型クラッド層の屈折率も、活性層に近づくにつれて大きくなり、クラッド層に伝搬光が浸み出す。
【０００５】
特許文献２では、ｎ型ＺｎＯ単結晶基板上に、ｎ型クラッド層及びノンドープ量子井戸活性層を設けている。ｎ型クラッド層は、厚さ１μｍを有するｎ型Ｍｇ０．０８Ｚｎ０．９２Ｏ第１クラッド層と、厚さ０．１μｍのｎ型Ｍｇ０．１Ｚｎ０．９Ｏ第２クラッド層（低屈折率）との２層で構成される。低い屈折率の第２クラッド層が第１クラッド層よりノンドープ量子井戸活性層に近い。この酸化物半導体レーザ素子では、導波モードを安定化している。しかしながら、特許文献２は、III族窒化物と異なる半導体のレーザ素子を関連しており、また電気的特性の改善については何も触れていない。活性層に近いＭｇＺｎＯ層の屈折率が、活性層から遠いＭｇＺｎＯ層の屈折率より小さい。
【０００６】
本発明は、このような事情を鑑みてなされたのであり、光閉じ込めの低下を縮小しながら駆動電圧の低減を可能にする窒化物半導体レーザを提供することを目的とする。また、本発明は、この窒化物半導体レーザのためのエピタキシャル基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一側面に係る窒化物半導体レーザは、（ａ）窒化ガリウム系半導体からなる主面を有する導電性の支持基体と、（ｂ）前記主面の上に設けられた活性層と、（ｃ）前記主面の上に設けられたｐ型クラッド領域とを備える。前記支持基体の前記主面は、前記窒化ガリウム系半導体のｃ軸方向に延在する基準軸に直交する基準面に対して傾斜し、前記活性層は前記支持基体と前記ｐ型クラッド領域との間に設けられ、前記ｐ型クラッド領域は、第１ｐ型III族窒化物半導体層及び第２ｐ型III族窒化物半導体層を含み、前記第１ｐ型III族窒化物半導体層はＩｎＡｌＧａＮ層からなり、前記第２ｐ型III族窒化物半導体層は該ＩｎＡｌＧａＮ層の材料と異なる半導体からなり、前記ＩｎＡｌＧａＮ層は非等方的な歪みを内包し、前記第１ｐ型III族窒化物半導体層は前記第２ｐ型III族窒化物半導体層と前記活性層との間に設けられ、前記第２ｐ型III族窒化物半導体層の比抵抗は、前記第１ｐ型III族窒化物半導体層の比抵抗より低い。
【０００８】
この窒化物半導体レーザによれば、ｐ型クラッド領域は、互いに異なる材料の第１及び第２ｐ型III族窒化物半導体層を含むので、第１及び第２ｐ型III族窒化物半導体層の各々は組成傾斜ではなく、ｐ型クラッド領域は、光閉じ込め性を優れたものにできる。また、この第１ｐ型III族窒化物半導体層は第２ｐ型III族窒化物半導体層と活性層との間に設けられている。正孔は、第１ｐ型III族窒化物半導体層の比抵抗より低い第２ｐ型III族窒化物半導体層を伝導した後に、第１ｐ型III族窒化物半導体層に到達する。
【０００９】
また、第１ｐ型III族窒化物半導体層のＩｎＡｌＧａＮ層は非等方的な歪みを内包するので、このＩｎＡｌＧａＮ層における正孔は、ｃ面上に成長されるＩｎＡｌＧａＮに比べて、小さい有効質量を有する。これ故に、第１ｐ型III族窒化物半導体層のＩｎＡｌＧａＮ層の比抵抗は第２ｐ型III族窒化物半導体層の比抵抗より高いけれども、ＩｎＡｌＧａＮ層における伝導を、小さい有効質量の正孔が担う。したがって、第２ｐ型III族窒化物半導体層からの正孔が、第１ｐ型III族窒化物半導体層に到達してそこで伝導するとき、ＩｎＡｌＧａＮ層における動的な電気抵抗が、第１ｐ型III族窒化物半導体層の比抵抗から期待される値より優れたものになる。この結果、順方向駆動電圧が低減される。
【００１０】
本発明の別の側面に係る、窒化物半導体レーザのためのエピタキシャル基板は、（ａ）窒化ガリウム系半導体からなる主面を有する導電性の基板と、（ｂ）前記主面の上に設けられた活性層と、（ｃ）前記主面の上に設けられたｐ型クラッド領域とを備える。前記主面は、前記窒化ガリウム系半導体のｃ軸方向に延在する基準軸に直交する基準面に対して傾斜し、前記活性層は前記支持基体と前記ｐ型クラッド領域との間に設けられ、前記ｐ型クラッド領域は、第１ｐ型III族窒化物半導体層及び第２ｐ型III族窒化物半導体層を含み、前記第１ｐ型III族窒化物半導体層はＩｎＡｌＧａＮ層からなり、前記第２ｐ型III族窒化物半導体層は該ＩｎＡｌＧａＮ層の材料と異なる半導体からなり、前記ＩｎＡｌＧａＮ層は、非等方的な歪みを内包し、前記第１ｐ型III族窒化物半導体層は前記第２ｐ型III族窒化物半導体層と前記活性層との間に設けられ、前記第２ｐ型III族窒化物半導体層の比抵抗は、前記第１ｐ型III族窒化物半導体層の比抵抗より低い。
【００１１】
このエピタキシャル基板によれば、ｐ型クラッド領域は、互いに異なる材料からなる第１及び第２ｐ型III族窒化物半導体層を含むので、第１及び第２ｐ型III族窒化物半導体層の各々は組成傾斜を含まず、これ故に、ｐ型クラッド領域の光閉じ込めを優れたものにできる。また、この第１ｐ型III族窒化物半導体層は第２ｐ型III族窒化物半導体層と活性層との間に設けられている。ｐ型クラッド領域の正孔は、第１ｐ型III族窒化物半導体層より低い第２ｐ型III族窒化物半導体層の比抵抗を伝導した後に、第１ｐ型III族窒化物半導体層に到達する。
【００１２】
また、第１ｐ型III族窒化物半導体層のＩｎＡｌＧａＮ層は非等方的な歪みを内包するので、このＩｎＡｌＧａＮ層における正孔は、ｃ面上に成長されるＩｎＡｌＧａＮに比べて、小さい有効質量を有する。これ故に、第１ｐ型III族窒化物半導体層のＩｎＡｌＧａＮ層の比抵抗は第２ｐ型III族窒化物半導体層の比抵抗より高いけれども、小さい有効質量の正孔が、ＩｎＡｌＧａＮ層における伝導を担う。したがって、正孔が、第２ｐ型III族窒化物半導体層から第１ｐ型III族窒化物半導体層に到達してそこで伝導するとき、ＩｎＡｌＧａＮ層における動的な電気抵抗が、第１ｐ型III族窒化物半導体層の比抵抗から期待される値より優れたものになる。この結果、このエピタキシャル基板を用いた窒化物半導体レーザの順方向駆動電圧が低減可能になる。
【００１３】
本発明の上記側面では、前記第１ｐ型III族窒化物半導体層のバンドギャップエネルギは前記第２ｐ型III族窒化物半導体層のバンドギャップエネルギより大きいことが好ましい。上記側面によれば、ｐ側領域における光閉じ込めを良好にできる。
【００１４】
本発明の上記側面に係る発明では、前記第１ｐ型III族窒化物半導体層のバンドギャップは３．４７エレクトロンボルト以上であり、３．６３エレクトロンボルト以下であることが好ましい。上記側面によれば、第１ｐ型III族窒化物半導体層は第２ｐ型III族窒化物半導体層より活性層に近く、上記のバンドギャップ値は、ＧａＮ系発光素子に良好な光閉じ込めを可能にする。
【００１５】
本発明の上記側面に係る発明では、前記ｐ型クラッド領域の厚さは３００ｎｍ以上であり、１０００ｎｍ以下であり、前記第１及び第２ｐ型III族窒化物半導体層は、それぞれ、厚さｄ１及びｄ２を有し、前記第２ｐ型III族窒化物半導体層の厚さｄ２は、０．２≦ｄ２／（ｄ１＋ｄ２）≦０．６を満たすことが好ましい。
【００１６】
上記の側面によれば、第２ｐ型III族窒化物半導体層の厚さが上記範囲の値を有するとき、第２ｐ型III族窒化物半導体層が、残りの厚みを有する第１ｐ型III族窒化物半導体層と一緒になって、良好な光閉じ込め及び低い駆動電圧を提供できる。例えば、上記範囲の厚さを有する第２ｐ型III族窒化物半導体層はその低比抵抗により、また上記範囲の残りの厚さを有する第１ｐ型III族窒化物半導体層はその低い有効質量により、駆動電圧の低減に役立つ。上記の範囲内の厚さをそれぞれ有する第１及び第２ｐ型III族窒化物半導体層は、電極と良好な接触を成すために必要なコンタクト層の厚さより厚い。
【００１７】
本発明の上記側面に係る発明では、前記第１及び第２ｐ型III族窒化物半導体層にはマグネシウム（Ｍｇ）が添加されており、前記第１ｐ型III族窒化物半導体層のマグネシウム濃度は前記第２ｐ型III族窒化物半導体層のマグネシウム濃度より小さいことが好ましい。
【００１８】
上記の側面によれば、活性層に近い第１ｐ型III族窒化物半導体層のマグネシウム濃度が第２ｐ型III族窒化物半導体層のマグネシウム濃度より小さいので、ドーパントの光吸収に起因する吸収ロスの増大およびドーパントのイオン散乱に起因する移動度の低減を抑制できる。
【００１９】
本発明の上記側面に係る発明では、前記第１ｐ型III族窒化物半導体層のマグネシウム濃度は８×１０１７ｃｍ−３以上であることができる。マグネシウム濃度がこの範囲であるとき、第１ｐ型III族窒化物半導体層の比抵抗が低くなる。また、前記第１ｐ型III族窒化物半導体層のマグネシウム濃度は２×１０１９ｃｍ−３以下であることができる。マグネシウム濃度がこの範囲を超えるとき、ドーパントの光吸収に起因する吸収ロスが、しきい値電流の増大へ顕著に影響する。また、ドーパントのイオン散乱による移動度の低減が顕著になる。
【００２０】
本発明の上記側面に係る発明では、前記支持基体の前記主面と前記基準軸との成す角度は、１０度以上８０度以下又は１００度以上１７０度以下であることが好ましい。上記側面によれば、支持基体又は基板の主面の傾斜がこの角度範囲であるとき、正孔の有効質量が十分に小さくなり、第１及び第２ｐ型III族窒化物半導体層を含むｐ型クラッド領域の効果が有効に発現する。
【００２１】
本発明の上記側面に係る発明では、前記支持基体の前記主面と前記基準軸との成す角度は、６３度以上８０度以下又は１００度以上１１７度以下であることが好ましい。また、このとき、前記窒化ガリウム系半導体のｃ軸は、該ｃ軸から前記窒化ガリウム系半導体のｍ軸への方向に傾斜することが好ましい。上記側面によれば、支持基体又は基板の主面の傾斜がこの角度範囲であるとき、ＩｎＡｌＧａＮ層の成長のための下地の半極性面は、該ＩｎＡｌＧａＮ成長におけるインジウム取り込みに優れる。優れたＩｎ取り込みのおかげで、良好な結晶性のＩｎＡｌＧａＮを成長でき、良好な電気伝導のＩｎＡｌＧａＮ層を２層クラッド領域に提供することを容易にする。
【００２２】
本発明の上記側面に係る発明は、前記ｐ型クラッド領域に接合を成すように設けられたｐ型コンタクト領域と、前記ｐ型コンタクト領域に接合を成すように設けられた電極とを更に備えることができる。前記ｐ型コンタクト領域の厚さは３００ｎｍ未満であり、前記ｐ型クラッド領域のバンドギャップエネルギは前記ｐ型コンタクト領域のバンドギャップエネルギ以上であることができる。上記側面によれば、低比抵抗の第２ｐ型III族窒化物半導体層に、バンドギャップエネルギが小さくアクセプタの活性化エネルギが小さいｐ型コンタクト領域から正孔が供給されて、駆動電圧の低減に役立つ。
【００２３】
本発明の上記側面に係る発明は、前記ｐ型クラッド領域に接合を成すように設けられたｐ型コンタクト領域と、前記ｐ型コンタクト領域に接合を成すように設けられた電極とを更に備えることができる。前記ｐ型コンタクト領域の厚さは３００ｎｍ未満であり、前記ｐ型クラッド領域のｐ型ドーパント濃度は前記ｐ型コンタクト領域のｐ型ドーパント濃度より低いことができる。上記側面によれば、低比抵抗の第２ｐ型III族窒化物半導体層に、ｐ型コンタクト領域から正孔が供給されて、駆動電圧の低減に役立つ。また、電極の接触抵抗を低くすることができる。
【００２４】
本発明の上記側面に係る発明では、前記第２ｐ型III族窒化物半導体層は、歪みを内包するＩｎＡｌＧａＮ層及び歪みを内包するＡｌＧａＮ層のいずれか一方であることが好ましい。
【００２５】
上記側面によれば、第２ｐ型III族窒化物半導体層がＡｌＧａＮ層を含むとき、このＡｌＧａＮ層は、ＩｎＡｌＧａＮ層に接合を成しており、また非等方的な歪みを内包する。この歪みにより、第２ｐ型III族窒化物半導体層のＡｌＧａＮ層における正孔の有効質量が小さくできる。これ故に、第１ｐ型III族窒化物半導体層への正孔の流入を容易にできる。
【００２６】
また、上記側面によれば、第２ｐ型III族窒化物半導体層がＩｎＡｌＧａＮ層を含むとき、このＩｎＡｌＧａＮ層は、下地のＩｎＡｌＧａＮ層に接合を成しており、また非等方的な歪みを内包する。この歪みにより、第２ｐ型III族窒化物半導体層のＩｎＡｌＧａＮ層における正孔の有効質量が小さくできる。また、第１及び第２ｐ型III族窒化物半導体層間の格子整合と独立して、所望のバンドギャップを第２ｐ型III族窒化物半導体層に提供できる。
【００２７】
本発明の上記側面に係る発明では、前記第２ｐ型III族窒化物半導体層はＧａＮ層からなることができる。上記側面によれば、ＧａＮによる低い比抵抗とＩｎＡｌＧａＮ層による小さい有効質量との技術的寄与を得ることができる。
【００２８】
本発明の上記側面に係る発明では、前記活性層は、４８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の光を発生するように設けられることが好ましい。上記側面によれば、上記の波長範囲において良好な光閉じ込め及び低い駆動電圧を提供できる。
【００２９】
本発明の上記側面に係る発明では、前記ｃ軸は、該ｃ軸から前記窒化ガリウム系半導体のｍ軸への方向に傾斜し、前記活性層はＩｎＧａＮ層を含むことが好ましい。上記側面によれば、活性層の発光において、低しきい値のレーザ発振を可能にするバンド間遷移が選択される。
【００３０】
本発明の上記側面に係る発明は、前記活性層と前記支持基体との間に設けられたｎ側ＩｎＧａＮ光ガイド層と、前記活性層と前記ｐ型クラッド層との間に設けられたｐ側ＩｎＧａＮ光ガイド層とを更に備えることができる。前記ｎ側ＩｎＧａＮ光ガイド層の厚さは、前記ｐ側ＩｎＧａＮ光ガイド層の厚さより大きいことが好ましい。
【００３１】
上記側面によれば、ｎ側ＩｎＧａＮ光ガイド層の厚さをｐ側ＩｎＧａＮ光ガイド層の厚さより大きくするので、活性層を含む光導波路を伝搬する光の電界分布のピークがｎ型領域に寄り、低駆動電圧のためにｐ型クラッド領域の屈折率が、光閉じ込めに所望の値に比べて僅かに高くなるときでも、光導波路全体として良好な光閉じ込めを発光素子に提供できる。
【００３２】
本発明の上記側面に係る発明は、前記活性層と前記支持基体との間に設けられたｎ側ＩｎＧａＮ光ガイド層と、前記活性層と前記ｐ型クラッド層との間に設けられたｐ側ＩｎＧａＮ光ガイド層とを更に備えることができる。前記ｎ側ＩｎＧａＮ光ガイド層のインジウム組成は、前記ｐ側ＩｎＧａＮ光ガイド層のインジウム組成より大きいことが好ましい。
【００３３】
上記側面によれば、ｎ側ＩｎＧａＮ光ガイド層のインジウム組成をｐ側ＩｎＧａＮ光ガイド層のインジウム組成より大きくするので、活性層を含む光導波路を伝搬する光の電界分布のピークがｎ型領域に寄り、低駆動電圧のためにｐ型クラッド領域の屈折率が、光閉じ込めに所望の値に比べて僅かに高くなるときでも、光導波路全体として良好な光閉じ込めを発光素子に提供できる。
【００３４】
本発明の上記側面に係る発明は、前記活性層と前記支持基体との間に設けられたｎ側ＩｎＧａＮ光ガイド層と、前記活性層と前記ｐ型クラッド層との間に設けられたｐ側ＩｎＧａＮ光ガイド層とを更に備えることができる。前記ｎ側ＩｎＧａＮ光ガイド層のインジウム組成は０．０４以上であることが好ましい。
【００３５】
上記側面によれば、ｎ側及びｐ側ＩｎＧａＮ光ガイド層のインジウム組成が共に０．０４以上であるので、これらＩｎＧａＮ光ガイド層の屈折率を高くできる。したがって、光導波路全体として良好な光閉じ込めを発光素子に提供できる。
【００３６】
本発明の上記側面に係る発明は、前記活性層と前記支持基体との間に設けられたｎ側ＩｎＧａＮ光ガイド層と、前記活性層と前記ｐ型クラッド領域との間に設けられたｐ側ＩｎＧａＮ光ガイド層とを更に備えることができる。前記ｎ側ＩｎＧａＮ光ガイド層の厚さと前記ｎ側ＩｎＧａＮ光ガイド層のインジウム組成との積は、前記ｐ側ＩｎＧａＮ光ガイド層の厚さと前記ｐ側ＩｎＧａＮ光ガイド層とのインジウム組成の積より大きく、前記ｎ側ＩｎＧａＮ光ガイド層の厚さと前記ｎ側ＩｎＧａＮ光ガイド層のインジウム組成の積は２以上１０以下であり、ここで、前記ｎ側ＩｎＧａＮ光ガイド層の厚さの単位はｎｍで表され、前記ｎ側ＩｎＧａＮ光ガイド層のインジウム組成はIII族構成元素に対するモル比で表される。
【００３７】
上記側面によれば、ｎ側ＩｎＧａＮ光ガイド層の厚さとインジウム組成との積をｐ側ＩｎＧａＮ光ガイド層の厚さとインジウム組成との積より大きくするので、活性層を含む光導波路を伝搬する光の電界分布のピークがｎ型領域に寄り、低駆動電圧のためにｐ型クラッド領域の屈折率が、光閉じ込めに所望の値に比べて僅かに高くなるときでも、光導波路全体として良好な光閉じ込めを発光素子に提供できる。
【００３８】
本発明の上記側面に係る発明では、前記支持基体はＧａＮ基板であり、前記ＧａＮ基板のｃ軸の格子定数Ｄ１（ＧａＮ）は、前記支持基体の前記主面に平行な成分Ｄ１（ＧａＮ）ｐと前記支持基体の前記主面に垂直な成分Ｄ１（ＧａＮ）ｎとを有し、前記ＩｎＡｌＧａＮ層におけるｃ軸の格子定数Ｄ１（ＩｎＡｌＧａＮ）は、前記支持基体の前記主面に平行な成分Ｄ１（ＩｎＡｌＧａＮ）ｐと前記支持基体の前記主面に垂直な成分Ｄ１（ＩｎＡｌＧａＮ）ｎとを有し、前記ＩｎＡｌＧａＮ層における格子不整合度Ｒ１ｐは、（Ｄ１（ＩｎＡｌＧａＮ）ｐ−Ｄ１（ＧａＮ）ｐ）／Ｄ１（ＧａＮ）ｐにより規定され、前記格子不整合度Ｒ１ｐは、−０．１５％以上＋０．２％以下である。
【００３９】
上記側面によれば、大きなバンドギャップを有する第１ｐ型III族窒化物半導体層にミスフィット転位が入らない。格子整合に係る２つの結晶軸のうちｃ軸に係る格子定数を格子整合させることを意図しており、もう片方の軸（ａ軸又はｍ軸）は歪んでいる。この非等方的な歪みによって上記有効質量低減の効果を発現させる。
【００４０】
本発明の上記側面に係る発明では、前記支持基体はＧａＮ基板であり、前記ｃ軸は、前記窒化ガリウム系半導体のａ軸及びｍ軸のいずれか一方の結晶軸に傾斜しており、前記ＧａＮ基板のｃ軸の格子定数Ｄ１（ＧａＮ）は、前記支持基体の前記主面に平行な成分Ｄ１（ＧａＮ）ｐと前記支持基体の前記主面に垂直な成分Ｄ１（ＧａＮ）ｎとを有し、前記ＩｎＡｌＧａＮ層におけるｃ軸の格子定数Ｄ１（ＩｎＡｌＧａＮ）は、前記支持基体の前記主面に平行な成分Ｄ１（ＩｎＡｌＧａＮ）ｐと前記支持基体の前記主面に垂直な成分Ｄ１（ＩｎＡｌＧａＮ）ｎとを有し、前記ＩｎＡｌＧａＮ層における格子不整合度Ｒ１ｐは、（Ｄ１（ＩｎＡｌＧａＮ）ｐ−Ｄ１（ＧａＮ）ｐ）／Ｄ１（ＧａＮ）ｐにより規定され、前記格子不整合度Ｒ１ｐは、−０．１５％以上０％以下であり、前記ａ軸及びｍ軸のいずれか他方の結晶軸に関して、前記ＩｎＡｌＧａＮ層における格子不整合度Ｒ２ｐは、（Ｄ２（ＩｎＡｌＧａＮ）ｐ−Ｄ２（ＧａＮ）ｐ）／Ｄ２（ＧａＮ）ｐにより規定され、前記格子不整合度Ｒ２ｐは、０％以上０．２％以下を満たし、前記Ｄ２（ＩｎＡｌＧａＮ）ｐは前記Ｄ１（ＩｎＡｌＧａＮ）ｐに直交し、前記Ｄ２（ＧａＮ）ｐは前記Ｄ１（ＧａＮ）ｐに直交する。
【００４１】
上記側面によれば、格子整合に係る２つの結晶軸のうちどちらか一方の結晶軸に格子整合させるのではない。つまり、２つの結晶軸とも、小さいある程度の範囲で歪んでいる。大きいバンドギャップのＩｎＡｌＧａＮでは、結晶軸の片方に関する格子整合を行うとき、もう片方の格子不整合度が大きくなり、第１ｐ型III族窒化物半導体層のＩｎＡｌＧａＮが緩和する可能性がある。このようなＩｎＡｌＧａＮを用いるとき、両結晶軸とも格子整合しないが、ＩｎＡｌＧａＮに格子不整合度を低い組成を提供することが、緩和を避けるために有効である。両軸に関する歪みによって、上記有効質量低減が提供できる。
【発明の効果】
【００４２】
以上説明したように、本発明の一側面によれば、光閉じ込め性の低下を縮小しながら駆動電圧の低減を可能にする窒化物半導体レーザが提供される。また、本発明の別の側面によれば、この窒化物半導体レーザのためのエピタキシャル基板が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザの構造を概略的に示す図面である。
【図２】図２は、ｐ型クラッド領域における比抵抗、バンドギャップEｇ及びｐ型ドーパント濃度の関係を示す図面である。
【図３】図３は、ｐ型クラッド領域における第１及び第２ｐ型III族窒化物半導体層の可能な構造を示す図面である。
【図４】図４は、実施例１において作製されたIII族窒化物半導体レーザの構造を概略的に示す図面である。
【図５】図５は、実施例１におけるIII族窒化物半導体レーザを作製する工程フローを示す図面である。
【図６】図６は、実施例１の半導体レーザＬＤ１と半導体レーザＬＣ１との駆動特性（Ｉ−Ｖカーブ）を示す図面である。
【図７】図７は、実施例２において作製されたIII族窒化物半導体レーザの構造を概略的に示す図面である。
【図８】図８は、実施例３において作製されたIII族窒化物半導体レーザの構造を概略的に示す図面である。
【図９】図９は、実施例４において作製されたIII族窒化物半導体レーザの特性に示す図面である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の窒化物半導体レーザ、エピタキシャル基板、並びに窒化物半導体レーザ及びエピタキシャル基板を製造する方法に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００４５】
図１は、本実施の形態に係るIII族窒化物半導体レーザの構造を概略的に示す図面である。III族窒化物半導体レーザ１１は、利得ガイド型の構造を有するけれども、本発明の実施の形態は、利得ガイド型の構造に限定されるものではなく、例えばリッジ構造を有することもできる。III族窒化物半導体レーザ１１は、支持基体１７及び半導体領域１９を含む。III族窒化物半導体レーザ１１のためのエピタキシャル基板ＥＰは、支持基体１７に替えて基板を含むと共に、半導体領域１９に替えて半導体積層を有する。この半導体積層の層構造は半導体領域１９の層構造と同じである。エピタキシャル基板ＥＰは電極を含まない。
【００４６】
引き続いて、III族窒化物半導体レーザ１１を説明するが、この記述はIII族窒化物半導体レーザ１１のためのエピタキシャル基板ＥＰにも適用される。支持基体１７は導電性を有しており、この導電性は、例えば当該半導体レーザ１１に電流を流すために必要な程度の値である。支持基体１７は主面１７ａ及び裏面１７ｂを有する。主面１７ａは窒化ガリウム系半導体からなり、例えば六方晶系ＧａＮからなる。好適な実施例では、支持基体１７は六方晶系III族窒化物半導体からなり、更には窒化ガリウム系半導体からなることができる。主面１７ａは、窒化ガリウム系半導体のｃ軸方向（ｃ軸ベクトルＶＣの方向）に延在する基準軸に直交する基準面（例えば、代表的なｃ面Ｓｃ）に対して傾斜する。また、主面１７ａは半極性を示す。半導体領域１９は、支持基体１７の主面１７ａ上に設けられている。
【００４７】
半導体領域１９は、発光層１３と、第１のクラッド領域２１と、第２のクラッド領域２３とを含む。発光層１３は活性層２５を含むことができ、活性層２５は主面１７ａ上に設けられる。第１のクラッド領域（ｎ型クラッド領域）２１及び第２のクラッド領域（ｐ型クラッド領域）２３は主面１７ａ上に設けられる。活性層２５は支持基体１７と第２のクラッド領域２３との間に設けられる。第１のクラッド領域２１は、一又は複数の窒化ガリウム系半導体層からなり、例えばｎ型ＧａＮ、ｎ型ＡｌＧａＮ、ｎ型ＩｎＡｌＧａＮ等からなる。第２のクラッド領域２３は、第１ｐ型III族窒化物半導体層２７及び第２ｐ型III族窒化物半導体層２９を含む。第１ｐ型III族窒化物半導体層２７はＩｎＡｌＧａＮ層からなり、このＩｎＡｌＧａＮ層は非等方的な歪みを内包する。第２ｐ型III族窒化物半導体層２９は、該ＩｎＡｌＧａＮ層の材料と異なる半導体からなり、例えば構成元素は同じで組成が異なる材料、や構成元素数の異なる材料からなることができる。第２のクラッド領域２３では、第２ｐ型III族窒化物半導体層２９はｐ型窒化ガリウム系半導体からなり、例えばｐ型ＧａＮ、ｐ型ＡｌＧａＮ、ｐ型ＩｎＡｌＧａＮ等からなる。第１ｐ型III族窒化物半導体層２７は第２ｐ型III族窒化物半導体層２９と活性層２５との間に設けられる。第２ｐ型III族窒化物半導体層２９の比抵抗ρ２９は第１ｐ型III族窒化物半導体層２７の比抵抗ρ２７より低い。
【００４８】
この窒化物半導体レーザ１１によれば、第２クラッド領域２３は、互いに異なる材料の第１及び第２ｐ型III族窒化物半導体層２７、２９を含むので、第１及び第２ｐ型III族窒化物半導体層２７、２９の各々は組成傾斜ではなく、第２クラッド領域２３は光閉じ込め性を優れたものにできる。また、この第１ｐ型III族窒化物半導体層２７は第２ｐ型III族窒化物半導体層２９と活性層２５との間に設けられている。正孔は、第１ｐ型III族窒化物半導体層２７より低い比抵抗の第２ｐ型III族窒化物半導体層２９を伝導した後に、第１ｐ型III族窒化物半導体層２７に到達する。
【００４９】
また、第１ｐ型III族窒化物半導体層２７のＩｎＡｌＧａＮ層は非等方的な歪みを内包するので、このＩｎＡｌＧａＮ層における正孔は、ｃ面上に成長されるＩｎＡｌＧａＮに比べて、小さい有効質量を有する。これ故に、第１ｐ型III族窒化物半導体層２７のＩｎＡｌＧａＮ層の比抵抗は第２ｐ型III族窒化物半導体層２９の比抵抗より高いけれども、ＩｎＡｌＧａＮ層における伝導を、小さい有効質量の正孔が担うので、正孔が、第１ｐ型III族窒化物半導体層２７に到達してそこで伝導するとき、ＩｎＡｌＧａＮ層における動的な電気抵抗が、第１ｐ型III族窒化物半導体層２７の比抵抗から期待される値より優れたものになる。この結果、順方向駆動電圧が低減される。
【００５０】
したがって、本実施の形態によれば、光閉じ込め性の低下を縮小しながら駆動電圧の低減を可能にする窒化物半導体レーザ１１が提供され、またこの窒化物半導体レーザ１１のためのエピタキシャル基板ＥＰが提供される。
【００５１】
図２は、ｐ型クラッド領域における２つのクラッド層における歪み、比抵抗、バンドギャップEｇ及びｐ型ドーパント濃度の関係を示す図面である。図２の（ａ）部を参照すると、歪み及び比抵抗の関係が示される。２層クラッド層の比抵抗及び有効質量に起因する電気的伝導の技術的寄与を得ながら、２層クラッド層の採用により光閉じ込めも確保している。
【００５２】
III族窒化物半導体レーザ素子１１では、半導体領域１９は、六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸及び法線軸ＮＸによって規定されるｍ−ｎ面に交差する第１端面２８ａ及び第２端面２８ｂを含む。また、電極１５は半導体領域１９上に設けられ、電極４１は支持基体１７の裏面１７ｂ上に設けられる。
【００５３】
第１のクラッド層２１、第２のクラッド層２３及び活性層２５は、半極性の主面１７ａの法線軸ＮＸに沿って配列されている。活性層２５は、第１のクラッド層２１と第２のクラッド層２３との間に設けられる。活性層２５は窒化ガリウム系半導体層を含み、この窒化ガリウム系半導体層は例えば井戸層２５ａである。活性層２５は窒化ガリウム系半導体からなる障壁層２５ｂを含み、井戸層２５ａ及び障壁層２５ｂは交互に配列されている。井戸層２５ａは、例えばＩｎＧａＮ等からなり、障壁層２５ｂは例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ等からなる。活性層２５は、半極性面の利用により、波長４３０ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の光を発生するように設けられた量子井戸構造を含むことができる。また、半導体レーザ素子１１は、波長４８０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の光の発生に好適である。上記の波長範囲において良好な光閉じ込め及び低い駆動電圧を提供できる。
【００５４】
図１を参照すると、直交座標系Ｓ及び結晶座標系ＣＲが描かれている。法線軸ＮＸは、直交座標系ＳのＺ軸の方向に向く。主面１７ａは、直交座標系ＳのＸ軸及びＹ軸により規定される所定の平面に平行に延在する。また、図１には、代表的なｃ面Ｓｃが描かれている。図１に示される実施例では、支持基体１７のIII族窒化物半導体のｃ軸は、III族窒化物半導体のｍ軸の方向に法線軸ＮＸに対して有限な角度ＡＬＰＨＡで傾斜している。
【００５５】
III族窒化物半導体レーザ１１は、絶縁膜３１及びｐ型コンタクト領域３３を更に備える。ｐ型コンタクト領域３３は、ｐ型クラッド領域２３上に設けられる。ｐ型クラッド領域２３のバンドギャップエネルギはｐ型コンタクト領域３３のバンドギャップエネルギ以上である。また、第２ｐ型III族窒化物半導体層２９のｐ型ドーパント濃度はｐ型コンタクト領域３３のｐ型ドーパント濃度より低い。絶縁膜３１は半導体領域１９（ｐ型コンタクト領域３３）の表面１９ａを覆っている。絶縁膜３１は開口３１ａを有し、開口３１ａは半導体領域１９の表面１９ａと上記のｍ−ｎ面との交差線ＬＩＸの方向に延在し、例えばストライプ形状を成す。電極１５は、開口３１ａを介して半導体領域１９の表面１９ａ（例えばｐ型コンタクト領域３３）に接触を成しており、上記の交差線ＬＩＸの方向に延在する。III族窒化物半導体レーザ１１では、レーザ導波路は、第１のクラッド層２１、第２のクラッド層２３及び活性層２５を含み、また上記の交差線ＬＩＸの方向に延在する。
【００５６】
III族窒化物半導体レーザ１１では、第１端面２８ａ及び第２端面２８ｂは、六方晶系III族窒化物半導体のｍ軸及び法線軸ＮＸによって規定されるｍ−ｎ面に交差する。III族窒化物半導体レーザ素子１１のレーザ共振器は第１及び第２端面２８ａ、２８ｂを含み、第１及び第２端面２８ａ、２８ｂの一方から他方に、レーザ導波路が延在している。第１及び第２の端面２８ａ、２８ｂは、ｃ面、ｍ面又はａ面といったこれまでのへき開面とは異なる。このIII族窒化物半導体レーザ１１によれば、レーザ共振器を構成する第１及び第２の端面２８ａ、２８ｂがｍ−ｎ面に交差する。レーザ導波路は、ｍ−ｎ面と半極性面１７ａとの交差線の方向に延在する。III族窒化物半導体レーザ１１は、低しきい値電流を可能にするレーザ共振器を有し、活性層２５の発光において、低しきい値のレーザ発振を可能にするバンド間遷移が選択される。
【００５７】
また、図１に示されるように、第１及び第２の端面２８ａ、２８ｂのそれぞれに誘電体多層膜４３ａ、４３ｂが設けられることができる。端面２８ａ、２８ｂにも端面コートを適用できる。端面コートにより反射率を調整できる。
【００５８】
III族窒化物半導体レーザ素子１１は、ｎ側光ガイド領域３５及びｐ側光ガイド領域３７を含む。ｎ側光ガイド領域３５は一又は複数のｎ側光ガイド層を含むことができる。ｐ側光ガイド領域３７は一又は複数のｐ側光ガイド層を含むことができる。ｎ側光ガイド領域３５は、例えばｎ側第１光ガイド層３５ａ及びｎ側第２光ガイド層３５ｂを含み、ｎ側光ガイド領域３５は例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ等からなる。ｐ側光ガイド領域３７はｐ側第１光ガイド層３７ａ及びｐ側第２光ガイド層３７ｂを含み、ｐ側光ガイド領域３７は例えばＧａＮ、ＩｎＧａＮ等からなる。電子ブロック層３９は、例えばｐ側第１光ガイド層３７ａとｐ側第２光ガイド層３７ｂとの間に設けられる。
【００５９】
第２のクラッド領域２３を説明する。図１の（ｂ）部を参照すると、第１ｐ型III族窒化物半導体層２７は単一のバンドギャップエネルギＥ１を有し、第２ｐ型III族窒化物半導体層２９が単一のバンドギャップエネルギＥ２を有する。バンドギャップエネルギＥ１はバンドギャップエネルギＥ２より大きいことが好ましい。第１ｐ型III族窒化物半導体層２７の屈折率ｎ１は第２ｐ型III族窒化物半導体層２９の屈折率ｎ２より小さいので、ｐ側領域における光閉じ込めを良好にできる。
【００６０】
第１及び第２ｐ型III族窒化物半導体層２７、２９には、ｐ型ドーパント、例えばマグネシウム（Ｍｇ）が添加されており、第１ｐ型III族窒化物半導体層２７のマグネシウム濃度は第２ｐ型III族窒化物半導体層２９のマグネシウム濃度より小さいことが好ましい。第１ｐ型III族窒化物半導体層２７のマグネシウム濃度が、第２ｐ型III族窒化物半導体層２９のマグネシウム濃度より小さいので、ドーパントの光吸収に起因する吸収ロスの増大及びドーパントイオンのイオン散乱に起因する移動度の低減を抑制できる。
【００６１】
第１ｐ型III族窒化物半導体層２７のバンドギャップエネルギＥ１を第２ｐ型III族窒化物半導体層２９のバンドギャップエネルギＥ２より大きくして、光閉じ込め性を向上させる。また、第１ｐ型III族窒化物半導体層２７のマグネシウム濃度を第２ｐ型III族窒化物半導体層２９のマグネシウム濃度より小さくして、第１ｐ型III族窒化物半導体層２７における吸収ロスの増大と移動度の低下を小さくする。
【００６２】
例えば、第１ｐ型III族窒化物半導体層２７のバンドギャップは３．４７エレクトロンボルト以上であり、３．６３エレクトロンボルト以下であることが好ましい。バンドギャップＥｇの範囲は波長３４２ｎｍ〜３５７ｎｍに相当する。この範囲であれば、波長４８０ｎｍ〜５５０ｎｍの光を閉じ込めるために好適な屈折率が得られる。この素子では、第１ｐ型III族窒化物半導体層２７が第２ｐ型III族窒化物半導体層２９より活性層２５に近く、上記のバンドギャップ値はＧａＮ系発光素子に良好な光閉じ込めを可能にする。
【００６３】
また、例えば第１ｐ型III族窒化物半導体層２７のマグネシウム濃度は８×１０１７ｃｍ−３以上であることができる。マグネシウム濃度がこの範囲であるとき、第１ｐ型III族窒化物半導体層２７の比抵抗が低くなる。また、第１ｐ型III族窒化物半導体層２７のマグネシウム濃度は２×１０１９ｃｍ−３以下であることができる。マグネシウム濃度がこの範囲であるとき、イオン散乱による移動度低下が大きくなく、また吸収ロスによるしきい値電流の増大へ顕著に影響することはない。
【００６４】
第２ｐ型III族窒化物半導体層２９のマグネシウム濃度は７×１０１８ｃｍ−３以上であることができる。マグネシウム濃度がこの範囲であるとき、自由ホール濃度を高くすることができる。また、第１ｐ型III族窒化物半導体層２７のマグネシウム濃度は５×１０１９ｃｍ−３以下であることができる。マグネシウム濃度がこの範囲を超えるとき、結晶性が悪化しやすくなり光閉じ込めに十分な膜厚を有するクラッド層を結晶性良く成長することが困難になる。
【００６５】
図２の（ｂ）部を参照すると、歪み、比抵抗及びバンドギャップEｇの関係が示される。２層クラッド層の採用により比抵抗及び有効質量に起因する電気的伝導の技術的寄与を得ながら、バンドギャップEｇ（屈折率）のプロファイルに基づき光閉じ込めも確保している。
【００６６】
図２の（ｃ）部を参照すると、ｐ型クラッド領域における歪み、比抵抗、バンドギャップEｇ及びｐ型ドーパント濃度の関係が示されている。２層クラッド層の採用により比抵抗及び有効質量に起因する電気的伝導の技術的寄与を得ながら、バンドギャップEｇ（屈折率）のプロファイルに基づき光閉じ込めを確保し、さらにＭｇドーパント濃度プロファイルに基づきしきい値電流の増加を抑え、なおかつ駆動電圧の低減を図っている。
【００６７】
第１ｐ型III族窒化物半導体層２７に高バンドギャップ及び低ドーパント濃度を付与する。これらに加えて、第１ｐ型III族窒化物半導体層２７に低い比抵抗を付与することは難しい。なぜなら、第１ｐ型III族窒化物半導体層２７の正孔密度を高めるとき、ｐ型ドーパント濃度を増加して比抵抗を下げることは、ｐ型ドーパントイオンによるキャリア散乱を増加させる。
【００６８】
第１ｐ型III族窒化物半導体層２７の比抵抗が高めであるけれども、圧縮歪みを内包するＩｎＡｌＧａＮ層の移動度が高いので、動的に正孔濃度を高めることによって動的な電気抵抗を下げることができる。正孔濃度を高めることは、レーザ駆動時には、低い比抵抗の第２ｐ型III族窒化物半導体層２９から正孔を第１ｐ型III族窒化物半導体層２７に流すことによって可能である。レーザ駆動時においては、第１ｐ型III族窒化物半導体層２７の正孔濃度が高まり、電気抵抗が下がる。
【００６９】
以上説明したように、第１ｐ型III族窒化物半導体層２７のｐ型ドーパント濃度を第２ｐ型III族窒化物半導体層２９のｐ型ドーパント濃度より低くして、ｐ型ドーパントによるイオン散乱を低減することになる。これは、移動度の向上のために有効である。このｐ型ドーパント濃度低減は、また、第１ｐ型III族窒化物半導体層２７の光吸収を低減している。
【００７０】
図３は、ｐ型クラッド領域における第１及び第２ｐ型III族窒化物半導体層の可能な構造を示す図面である。半極性面上に設けられたＩｎＡｌＧａＮは、緩和せずに非等方的な歪みを内包するとき、この歪みにより価電子帯の縮退が解けて、正孔の有効質量が小さくなると考えられる。
【００７１】
図３の（ａ）部に示されるように、第２ｐ型III族窒化物半導体層２９がＧａＮからなるとき、第２ｐ型III族窒化物半導体層２９の比抵抗を小さくすることは三元系や四元系窒化物半導体に比べて容易である。つまり、ＧａＮによる低い比抵抗とＩｎＡｌＧａＮ層による小さい有効質量との技術的寄与を得ることができる。
【００７２】
図３の（ｂ）部に示されるように、第２ｐ型III族窒化物半導体層２９がＡｌＧａＮからなり、このＡｌＧａＮが非等方的な歪みを内包する。これにより、第２ｐ型III族窒化物半導体層２９から第１ｐ型III族窒化物半導体層２７への正孔流入を容易にする。
【００７３】
第２ｐ型III族窒化物半導体層２９が、歪みを内包するＡｌＧａＮ層を含むとき、このＡｌＧａＮ層は、下地のＩｎＡｌＧａＮ層２７に接合を成しており、また非等方的な歪みを内包する。この歪みにより、第２ｐ型III族窒化物半導体層２９のＡｌＧａＮ層における正孔の有効質量が小さくできる。これ故に、第１ｐ型III族窒化物半導体層２７への正孔の流入を容易にできる。
【００７４】
図３の（ｃ）部に示されるように、第２ｐ型III族窒化物半導体層２９がＩｎＡｌＧａＮからなり、下地のＩｎＡｌＧａＮ層２７に接合を成しており、このＩｎＡｌＧａＮが非等方的な歪みを内包するとき、第２ｐ型III族窒化物半導体層２９における正孔の有効質量も小さくなる。この有効質量低減は、第２ｐ型III族窒化物半導体層２９から第１ｐ型III族窒化物半導体層２７への正孔流入を容易にする点で有効である。つまり、ＩｎＡｌＧａＮ層の低い比抵抗とＩｎＡｌＧａＮ層による小さい有効質量との技術的寄与を得ることができる。
【００７５】
四元系窒化物半導体では、三元系窒化物半導体に比べて、バンドギャップ及び格子定数を互いに独立して決定できる。これは、格子不整の調整に役立つ。バンドギャップＥｇを大きくするためには、ＩｎＡｌＧａＮのＡｌ組成及びＩｎ組成を高くすることが必要であり、第１ｐ型III族窒化物半導体層２７のＩｎＡｌＧａＮでは、格子整合が複雑である。半極性面上に設けられたＩｎＡｌＧａＮは、ｃ軸の傾斜方向（以下、「オフ方向」と記す）とこのオフ方向に垂直な方向との両方を同時にＧａＮに対して格子整合させることはできない。なぜなら、格子定数の比ｃ／ａがＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮのそれぞれで異なるからである。ＩｎＡｌＧａＮの緩和により、有効質量の低減効果を得られなくなる。
【００７６】
第１及び第２ｐ型III族窒化物半導体層２７、２９が共にＩｎＡｌＧａＮからなる構造は、他の２つの構造に比べて、光閉じ込め及び駆動電圧の低減の点で好適である。
【００７７】
図３の（ａ）部、（ｂ）部及び（ｃ）部に示されるｐ型クラッド領域において、第１及び第２ｐ型III族窒化物半導体層２７、２９の界面には、緩和を引き起こす程の実質的なミスフィット転位は形成されていない。また、第２クラッド領域２３は、発光層１３上に成長されるけれども、第２クラッド領域２３と発光層１３との界面には、緩和を引き起こす程の実質的なミスフィット転位は形成されていない。
【００７８】
支持基体１７上の半導体領域１９は、支持基体１７の主面１７ａの法線軸ＮＸの方向に配列された複数のIII属窒化物半導体層（２１、１３、２３、３３）を含む。半導体領域１９内には、これらのIII族窒化物半導体層が形成する複数の接合（界面）があり、これらの界面には緩和を引き起こす程のミスフィット転位は形成されていない。故に、支持基体１７の主面１７ａが例えばＧａＮからなるとき、半導体領域１９のIII族窒化物半導体層の各々は、その格子定数とＧａＮの格子定数との違いに応じた歪みを内包する。
【００７９】
既に説明したように、半極性面上に設けられたＩｎＡｌＧａＮは、格子定数の比ｃ／ａがＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮのそれぞれで異なるからであるので、ｃ軸の傾斜方向（つまり、オフ方向）とこのオフ方向に垂直な方向との両方を同時にＧａＮに対して格子整合させることはできない。この点について、ＧａＮ基板上のＩｎＡｌＧａＮを例にして説明する。
【００８０】
（格子整合の形態１）
支持基体１７がＧａＮ基板であるとき、このＧａＮ基板のｃ軸の格子定数Ｄ１（ＧａＮ）は、支持基体１７の主面１７ａに平行な成分Ｄ１（ＧａＮ）ｐと支持基体１７の主面１７ａに垂直な成分Ｄ１（ＧａＮ）ｎとを有する。第１ｐ型III族窒化物半導体層２７のＩｎＡｌＧａＮ層におけるｃ軸の格子定数Ｄ１（ＩｎＡｌＧａＮ）は、支持基体１７の主面１７ａに平行な成分Ｄ１（ＩｎＡｌＧａＮ）ｐと支持基体１７の主面１７ａに垂直な成分Ｄ１（ＩｎＡｌＧａＮ）ｎとを有する。ＩｎＡｌＧａＮ層における格子不整合度Ｒ１ｐを（Ｄ１（ＩｎＡｌＧａＮ）ｐ−Ｄ１（ＧａＮ）ｐ）／Ｄ１（ＧａＮ）ｐとして規定するとき、この格子不整合度Ｒ１ｐは、−０．１５％以上＋０．２％以下である。
【００８１】
この構造では、大きなバンドギャップを有する第１ｐ型III族窒化物半導体層２７にミスフィット転位が入らない。上記の条件は、格子整合に係る２つの結晶軸のうちｃ軸に係る格子定数を格子整合させることを意図しており、第１ｐ型III族窒化物半導体層２７は、もう片方の軸（ａ軸又はｍ軸）は歪んでいる。この非等方的な歪みによって上記有効質量の低減効果を達成できる。
【００８２】
（格子整合の形態２）
支持基体１７がＧａＮ基板であるとき、このＧａＮ基板のｃ軸に直交する結晶軸（ａ軸又はｍ軸）の格子定数Ｄ２（ＧａＮ）は、支持基体１７の主面１７ａに平行な成分Ｄ２（ＧａＮ）ｐと支持基体１７の主面１７ａに垂直な成分Ｄ２（ＧａＮ）ｎとを有する。第１ｐ型III族窒化物半導体層２７のＩｎＡｌＧａＮ層のｃ軸に直交する結晶軸の格子定数Ｄ２（ＩｎＡｌＧａＮ）は、支持基体１７の主面１７ａに平行な成分Ｄ２（ＩｎＡｌＧａＮ）ｐと支持基体１７の主面１７ａに垂直な成分Ｄ２（ＩｎＡｌＧａＮ）ｎとを有する。ＩｎＡｌＧａＮ層における格子不整合度Ｒ２ｐを（Ｄ２（ＩｎＡｌＧａＮ）ｐ−Ｄ２（ＧａＮ）ｐ）／Ｄ２（ＧａＮ）ｐとして規定するとき、この格子不整合度Ｒ２ｐは、−０．１５％以上＋０．２％以下である。なお、オフ方向が正確にａ軸あるいはｍ軸であるとき、Ｄ２（ＧａＮ）ｎとＤ２（ＩｎＡｌＧａＮ）ｎはゼロである。オフ方向がわずかにａ軸あるいはｍ軸からずれたとき、Ｄ２（ＧａＮ）ｎとＤ２（ＩｎＡｌＧａＮ）ｎはゼロに近い非常に小さい値である。
【００８３】
この構造では、大きなバンドギャップを有する第１ｐ型III族窒化物半導体層２７にミスフィット転位が入らない。格子整合に係る２つの結晶軸のうちｃ軸に直交する格子定数を格子整合させることを意図しており、第１ｐ型III族窒化物半導体層２７は、もうｃ軸方向には歪んでいる。この非等方的な歪みによって上記有効質量の低減効果を達成できる。
【００８４】
（格子整合の形態３）
支持基体１７はＧａＮ基板であり、このＧａＮ基板のｃ軸は、ＧａＮ基板のａ軸及びｍ軸のいずれか一方の結晶軸（ここでは、ｍ軸）に傾斜している。ＧａＮ基板のｃ軸の格子定数Ｄ１（ＧａＮ）は、支持基体１７の主面１７ａに平行な成分Ｄ１（ＧａＮ）ｐと支持基体１７の主面１７ａに垂直な成分Ｄ１（ＧａＮ）ｎとを有する。第１ｐ型III族窒化物半導体層２７のＩｎＡｌＧａＮ層におけるｃ軸の格子定数Ｄ１（ＩｎＡｌＧａＮ）は、支持基体１７の主面１７ａに平行な成分Ｄ１（ＩｎＡｌＧａＮ）ｐと支持基体１７の主面１７ａに垂直な成分Ｄ１（ＩｎＡｌＧａＮ）ｎとを有する。このＩｎＡｌＧａＮ層における格子不整合度Ｒ１ｐは、（Ｄ１（ＩｎＡｌＧａＮ）ｐ−Ｄ１（ＧａＮ）ｐ）／Ｄ１（ＧａＮ）ｐとして規定される。この格子不整合度Ｒ１ｐは、−０．１５％以上０％以下である。
ｃ軸がｍ軸の方向に傾斜している形態ではａ軸に関して、第１ｐ型III族窒化物半導体層２７のＩｎＡｌＧａＮ層における格子不整合度Ｒ２ｐは、（Ｄ２（ＩｎＡｌＧａＮ）ｐ−Ｄ２（ＧａＮ）ｐ）／Ｄ２（ＧａＮ）ｐとして規定される。この格子不整合度Ｒ２ｐは０％以上０．２％以下を満たす。ここで、Ｄ２（ＩｎＡｌＧａＮ）ｐはＤ１（ＩｎＡｌＧａＮ）ｐに直交し、Ｄ２（ＧａＮ）ｐはＤ１（ＧａＮ）ｐに直交する。
【００８５】
この構造では、格子整合に係る２つの結晶軸のうちどちらか一方の結晶軸に格子整合させるのではない。つまり、２つの結晶軸とも、小さいある程度の範囲で歪んでいる。大きいバンドギャップを有する第１ｐ型III族窒化物半導体層２７のＩｎＡｌＧａＮでは、結晶軸の片方に関する格子整合を行うとき、もう片方の格子不整合度が大きくなり、第２ｐ型III族窒化物半導体層２９のＩｎＡｌＧａＮが緩和する可能性がある。このようなＩｎＡｌＧａＮを用いるとき、両結晶軸とも格子整合しないが、ＩｎＡｌＧａＮに格子不整合度を低くする組成を提供することが、緩和を避けるために有効である。両軸に関する非等方的な歪みによって、上記有効質量低減が提供できる。
【００８６】
クラッド領域は内側の光導波路に光を閉じ込めるように働く。第２クラッド領域２３（ｐ型クラッド領域）が２つの半導体層からなるとき、このｐ型クラッド領域の一方の半導体層のみでは十分な光閉じ込めが提供されないけれども、第２クラッド領域２３の２つの半導体層の総厚が光閉じ込めに十分なほど厚く、これら２層によって十分な光閉じ込めが提供される。
【００８７】
例えば、第２クラッド領域２３の厚さｄ２３は３００ｎｍ以上であり、１０００ｎｍ以下であることが好ましい。第２クラッド領域２３の厚さｄ２３が３００ｎｍ以上であるとき、発光層１３への光閉じ込めが良好になり、ｐ型コンタクト領域３３及び電極１５への光の漏れが抑制される。また、第２クラッド領域２３の厚さｄ２３が１０００ｎｍ以下であるとき、直列抵抗成分増加に伴う駆動電圧の増加が抑制される。
【００８８】
第１及び第２ｐ型III族窒化物半導体層２７、２９は、それぞれ、厚さｄ１及びｄ２を有する。第２ｐ型III族窒化物半導体層２９の厚さｄ２は、０．２≦ｄ２／（ｄ１＋ｄ２）≦０．６を満たすことが好ましい。第２ｐ型III族窒化物半導体層２９の厚さｄ２が上記範囲の値を有するとき、第２ｐ型III族窒化物半導体層２９が、残りの厚みｄ１を有する第１ｐ型III族窒化物半導体層２７と一緒になって、良好な光閉じ込め及び低い駆動電圧を提供できる。例えば、上記範囲の厚さｄ２を有する第２ｐ型III族窒化物半導体層２９はその低い比抵抗により、また上記範囲の残りの厚さを有する第１ｐ型III族窒化物半導体層２７はその低い有効質量により、駆動電圧の低減に役立つ。上記の範囲内の厚さをそれぞれ有する第１及び第２ｐ型III族窒化物半導体層２７、２９は、電極１５と良好な接触を成すために必要なコンタクト領域３３の厚さより大きい。
【００８９】
第１ｐ型III族窒化物半導体層２７の厚さは、その材料に基づく臨界膜厚より小さい。これにより、第１ｐ型III族窒化物半導体層２７が緩和することを避けることができる。また、第２ｐ型III族窒化物半導体層２９の厚さは、その材料に基づく臨界膜厚より小さい。これにより、第２ｐ型III族窒化物半導体層２９が緩和することを避けることができる。
【００９０】
既に説明したように、支持基体１７（エピタキシャル基板ＥＰの基板）の主面１７ａは半極性を示す。主面（エピタキシャル基板ＥＰの基板主面）１７ａと基準軸Ｃｘとの成す角度ＡＬＰＨＡは１０度以上８０度以下又は１００度以上１７０度以下であることが好ましい。支持基体１７の主面１７ａの傾斜がこの角度範囲であるとき、正孔の有効質量が十分に小さくなり、第１及び第２ｐ型III族窒化物半導体層２７、２９を含むｐ型クラッド領域２３の効果が有効に発現する。
【００９１】
また、主面１７ａと基準軸Ｃｘとの成す角度ＡＬＰＨＡは６３度以上８０度以下又は１００度以上１１７度以下であることが好ましい。主面１７ａの傾斜がこの角度範囲であるとき、ＩｎＡｌＧａＮ層の成長のための下地の半極性面（つまり、主面１７ａ）は、該ＩｎＡｌＧａＮ成長におけるインジウム取り込みに優れる。優れたＩｎ取り込みのおかげで、良好な結晶性のＩｎＡｌＧａＮを成長でき、良好な電気伝導のＩｎＡｌＧａＮ層を２層クラッド構造に提供することを容易にする。このとき、ｃ軸は、該ｃ軸から窒化ガリウム系半導体のｍ軸への方向に傾斜していることが好ましい。
【００９２】
再び図１を参照すると、ｐ型コンタクト領域３３は、第２クラッド領域２３に接合を成すように設けられ、電極１５がｐ型コンタクト領域３３に接合を成すように設けられる。ｐ型コンタクト領域３３の厚さは例えば３００ｎｍ未満であり、ｐ型コンタクト領域３３の厚さは例えば１０ｎｍ以上であることができる。
【００９３】
第２クラッド領域２３では、第２ｐ型III族窒化物半導体層２９のバンドギャップエネルギＥ２はｐ型コンタクト領域３３のバンドギャップエネルギＥｃ以上であることが好ましい。この構造によれば、バンドギャップエネルギが小さくアクセプタの活性化エネルギが小さいｐ型コンタクト領域３３から正孔が、低い比抵抗の第２ｐ型III族窒化物半導体層２９に供給されて、駆動電圧の低減に役立つ。
【００９４】
また、第２クラッド領域２３では、ｐ型コンタクト領域３３のｐ型ドーパント濃度は第２クラッド領域２３のｐ型ドーパント濃度より高いことが好ましい。この構造によれば、低い比抵抗の第２ｐ型III族窒化物半導体層２９に、高いドーパント濃度のｐ型コンタクト領域３３から正孔が供給されて、駆動電圧の低減に役立つ。また、電極の接触抵抗を低くすることができる。
【００９５】
（実施例１）
図４は、実施例１において作製されたIII族窒化物半導体レーザの構造を概略的に示す図面である。このIII族窒化物半導体レーザは、図５に示される工程フローに従って作製される。
【００９６】
工程Ｓ１０１では、半極性主面を有するIII族窒化物基板を準備する。本実施例では、ｍ軸方向に７５度の角度で傾斜した半極性主面を有するＧａＮ基板５１を準備する。この半極性主面の面方位は、（２０−２１）面に対応する。このＧａＮ基板５１の半極性主面上に、発振波長５２０ｎｍ帯で動作するＬＤ構造ＬＤ１を有する半導体領域を成長する。
【００９７】
工程Ｓ１０２では、成長炉にＧａＮ基板５１を配置した後に、ＧａＮ基板５１の前処理（サーマルクリーニング）を行う。この前処理は、アンモニア及び水素を含む雰囲気中、摂氏１０５０度の熱処理温度、１０分間の処理時間の条件で行われる。
【００９８】
この前処理の後に、工程Ｓ１０３では、摂氏１０５０度の成長温度でＧａＮ基板５１上にｎ型ＧａＮ層５３といった窒化ガリウム系半導体層を成長する。ｎ型ＧａＮ層５３の厚さは例えば５００ｎｍである。工程Ｓ１０４では、この窒化ガリウム系半導体層上にｎ型クラッド領域を成長する。ｎ型クラッド領域は、例えば摂氏８４０度の成長温度で成長されたＩｎＡｌＧａＮ層５５を含む。このｎ型クラッド領域の厚さは例えば２μｍである。ｎ型ＩｎＡｌＧａＮ層５５は非等方的な歪みを内包する。工程Ｓ１０５では、ｎ型クラッド領域上のｎ側光ガイド層を成長する。本実施例では、ｎ側光ガイド層は、例えば摂氏８４０度の成長温度で成長されたｎ型ＩｎＧａＮ層５７を含む。ｎ型ＩｎＧａＮ層５７の厚さは、例え２００ｎｍである。ｎ型ＩｎＧａＮ層５７は圧縮歪みを内包する。
【００９９】
工程Ｓ１０６では、ｎ側光ガイド層上に活性層５９を成長する。活性層５９は、障壁層及び井戸層を含む。本実施例では、障壁層は、例えば摂氏８４０度の成長温度で成長されたＧａＮ層５９ａを含み、このＧａＮ層５９ａの厚さは例えば１５ｎｍである。井戸層は、例えば摂氏７９０度の成長温度で成長されたＩｎ０．３Ｇａ０．７Ｎ層５９ｂを含み、ＩｎＧａＮ層５９ｂの厚さは例えば３ｎｍである。このＩｎＧａＮ層５９ｂは圧縮歪みを内包する。
【０１００】
工程Ｓ１０７では、活性層５９上のｐ側光ガイド層を成長する。本実施例では、ｐ側光ガイド層は、例えば摂氏８４０度の成長温度で成長されたＩｎＧａＮ層６１を含む。ｐ側ＩｎＧａＮ層６１の厚さは、例え２００ｎｍである。ｐ側ＩｎＧａＮ層６１は圧縮歪みを内包する。
【０１０１】
工程Ｓ１０８では、ｐ側光ガイド層上に電子ブロック層を成長する。本実施例では、電子ブロック層は、例えば摂氏１０００度の成長温度で成長されたｐ型Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ｎ層６３を含む。Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ｎ層６３の厚さは、例え２０ｎｍである。Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ｎ層６３は引っ張り歪みを内包する。
【０１０２】
工程Ｓ１０９では、電子ブロック層上にｐ型クラッド領域６５を成長する。ｐ型クラッド領域６５の成長では、工程Ｓ１１０において、まず、電子ブロック層上に第１クラッド層を成長する。第１クラッド層はｐ型Ｉｎ０．０３Ａｌ０．１４Ｇａ０．８３Ｎ層６７である。このｐ型Ｉｎ０．０３Ａｌ０．１４Ｇａ０．８３Ｎ層６７は、例えば摂氏８４０度の成長温度で成長される。このｐ型Ｉｎ０．０３Ａｌ０．１４Ｇａ０．８３Ｎ層６７の厚さは例えば２００ｎｍである。ｐ型Ｉｎ０．０３Ａｌ０．１４Ｇａ０．８３Ｎ層６７は、電子ブロック層に接合を成し、また非等方的な歪みを内包する。
【０１０３】
ｐ型クラッド領域の成長では、次いで、工程Ｓ１１１において、第１クラッド層上に第２クラッド層をコヒーレントに成長する。第２クラッド層はｐ型Ｉｎ０．０２Ａｌ０．０７Ｇａ０．９１Ｎ層６９を成長する。このｐ型Ｉｎ０．０２Ａｌ０．０７Ｇａ０．９１Ｎ層６９は、例えば摂氏８４０度の成長温度で成長される。このｐ型Ｉｎ０．０２Ａｌ０．０７Ｇａ０．９１Ｎ層６９の厚さは例えば２００ｎｍである。ｐ型Ｉｎ０．０２Ａｌ０．０７Ｇａ０．９１Ｎ層６９は、第１クラッド層に接合を成し、また非等方的な歪みを内包する。
【０１０４】
本実施例においては、第１クラッド層のＩｎ０．０３Ａｌ０．１４Ｇａ０．８３Ｎの比抵抗は例えば５０Ω・ｃｍであり、第２クラッド層のＩｎ０．０２Ａｌ０．０７Ｇａ０．９１Ｎの比抵抗は例えば８Ω・ｃｍである。第１クラッド層のＭｇ濃度は例えば６×１０１８ｃｍ−３であり、第２クラッド層のＭｇ濃度は例えば１×１０１９ｃｍ−３である。第１クラッド層のバンドギャップエネルギは例えば３．５４エレクトロンボルト（ｅＶ）であり、第２クラッド層の比抵抗は例えば３．４８ｅＶである。１ｅＶは、１．６０２×１０−１９ジュールで換算される。第１クラッド層のＩｎＡｌＧａＮは、ａ軸方向に関してＧａＮにほぼ格子整合しており、ｃ軸の傾斜方向に関してＧａＮに対して−０．２４％の格子不整合度を有する。第２クラッド層のＩｎＡｌＧａＮは、ａ軸方向に関してＧａＮに対して＋０．０５％の格子不整合度を有しており、ｃ軸の傾斜方向に関して−０．０８％の格子不整合度を有する。
【０１０５】
工程Ｓ１１２では、ｐ型クラッド領域６５上にｐ型コンタクト層７１を成長する。本実施例では、ｐ型コンタクト層７１は、例えば摂氏１０００度の成長温度で成長されたＧａＮ層を含む。ｐ型コンタクト層７１の厚さは、例え５０ｎｍである。これらの工程により、エピタキシャル基板ＥＰ１が作製される。
【０１０６】
工程Ｓ１１３では、ｐ型コンタクト層７１上に絶縁膜を成膜し、またこの絶縁膜に、レーザ導波路の方向に延在するストライプ窓をウエットエッチングにより形成して、保護絶縁層７３を形成する。ストライプ窓の幅は例えば１０μｍである。ｐ型コンタクト層７１及び保護絶縁層７３上にアノード電極７５を形成すると共にＧａＮ基板の裏面にカソード電極を形成する。アノード電極７５はストライプ窓を介してｐ型コンタクト層７１に接触を成す。アノード電極７５は、Ｎｉ／Ａｕからなるオーミック電極とＴｉ／Ａｕからなるパッド電極とを含み、これらは蒸着により形成される。カソード電極７７は、Ｔｉ／Ａｌからなるオーミック電極とＴｉ／Ａｕからなるパッド電極とを含み、これらは蒸着により形成される。これらの工程により、エピタキシャル基板ＥＰ１から基板生産物が作製される。
【０１０７】
工程Ｓ１１４では、基板生産物からレーザバーを作製する。レーザバーの共振器長は６００μｍである。レーザバーのレーザ端面上には、誘電体多層膜を成膜する。誘電体多層膜は例えばＳｉＯ２／ＴｉＯ２の多層膜からなる。
【０１０８】
上記のＬＤ構造の作製とは別に、単一のｐ型クラッド層（ｐ型Ｉｎ０．０３Ａｌ０．１４Ｇａ０．８３Ｎ層、厚さ４００ｎｍ）からなるｐクラッド領域を含むＬＤ構造ＬＣ１を作製する。ＬＤ構造ＬＣ１は、ｐ型クラッド領域の構造を除いて、ＬＤ構造ＬＤ１と同様の構造を有する。
【０１０９】
図６は、実施例１の半導体レーザＬＤ１と半導体レーザＬＣ１との駆動特性（Ｉ−Ｖカーブ）を示す図面である。実施例１の半導体レーザＬＤ１のＩ−Ｖカーブは、半導体レーザＬＣ１のＩ−Ｖカーブの下側にあり、これは半導体レーザＬＤ１の駆動電圧が低減されたことを示している。半導体レーザＬＤ１の駆動電圧Ｖｆ（駆動電流６００ｍＡでの電圧）は例えば７．３ボルトであり、半導体レーザＬＣ１の駆動電圧Ｖｆは例えば８．４ボルトである。実施例１の半導体レーザＬＤ１と半導体レーザＬＣ１とのしきい値電流は、共に６００ｍＡ〜７００ｍＡ程度であり、両者に有意差は認められない。図６を参照すると、実施例１の半導体レーザＬＤ１の２層クラッド層の構造は、光閉じ込めが悪化することなく、駆動電圧（Ｖｆ）を低減できることを示している。
【０１１０】
実施例１のエピタキシャル基板を断面ＴＥＭ法により観察するとき、半導体レーザＬＤ１の電子ブロック層と第１クラッド層の界面、第２クラッド層とコンタクト層の界面、第１及び第２クラッド層の界面のいずれにもミスフィット転位は認められない。したがって、電子ブロック層並びに第１及び第２クラッド層のいずれも歪みを内包している。
【０１１１】
発明者らの知見によれば、クラッド層に用いる半導体の比抵抗として５０Ω・ｃｍの値は比較的大きい値である。しかしながら、レーザ動作の際の駆動電圧（Ｖｆ）が低減される。これは、非等方的な歪みを内包するＩｎ０．０３Ａｌ０．１４Ｇａ０．８３Ｎの有効質量が半極性面においては低減されて、Ｉｎ０．０３Ａｌ０．１４Ｇａ０．８３Ｎに流入した正孔が効率的に伝導しているためと考えられる。また、このＩｎ０．０３Ａｌ０．１４Ｇａ０．８３Ｎを良好な結晶品質で成長できることは、均一なインジウム取り込みの半極性面が提供する技術的寄与であり、ｃ面では得られない。
【０１１２】
この半極性面上における非等方的な歪みを内包するＩｎＡｌＧａＮ層と、この層の比抵抗より小さい比抵抗の窒化ガリウム系半導体層とを含むｐ型クラッド領域において、低比抵抗による伝導と高移動度による伝導との組み合わせにより、低駆動電圧への技術的寄与が顕著に引き出されたものと考えられる。
【０１１３】
（実施例２）
図７は、実施例２において作製されたIII族窒化物半導体レーザの構造を概略的に示す図面である。実施例２における半導体レーザＬＤ２は、半導体レーザＬＤ１における第２クラッド層のＩｎＡｌＧａＮ層６９に替えて、ｐ型ＧａＮ層６８を成長する。第２クラッド層のｐ型ＧａＮ層６８の比抵抗は例えば３Ω・ｃｍであり、ｐ型ＧａＮ層６８のＭｇ濃度は例えば１×１０１９ｃｍ−３である。半導体レーザＬＤ２の駆動電圧Ｖｆは半導体レーザＬＤ１の駆動電圧Ｖｆより０．８ボルト低減される。半導体レーザＬＤ２のしきい値電流は８００ｍＡ〜９００ｍＡ程度である。
【０１１４】
（実施例３）
図８は、実施例３において作製されたIII族窒化物半導体レーザの構造を概略的に示す図面である。図８の（ａ）部、（ｂ）部及び（ｃ）部を参照すると、ｐ型クラッド領域は、発光層に接合を成すｐ型ＩｎＡｌＧａＮ層と、このｐ型ＩｎＡｌＧａＮ層に接合を成すＧａＮ層とを含む。
【０１１５】
第２クラッド層にｐ型ＧａＮ層を用いた実施例２における光ガイド層から該光ガイド層の構造を変更することによって、しきい値電流の低減の効果を得ることができる。図８の（ａ）部に示されるように、ｐ側及びｎ側の光ガイド層のＩｎＧａＮにおけるインジウム組成を０．０３より大きな値、例えば０．０４以上にすることが好ましい。この実施例によれば、ｎ側及びｐ側ＩｎＧａＮ光ガイド層のインジウム組成が共に上記の値以上であるので、これらＩｎＧａＮ光ガイド層の屈折率を高くできる。したがって、光導波路全体として良好な光閉じ込めを発光素子に提供できる。
【０１１６】
別の実施例では、図８の（ｂ）部に示されるように、ｎ側ＩｎＧａＮ光ガイド層のインジウム組成はｐ側ＩｎＧａＮ光ガイド層のインジウム組成より大きいことが好ましい。なお、ここでｎ側ＩｎＧａＮ光ガイド層の厚さとインジウム組成との積は８、ｐ側ＩｎＧａＮ光ガイド層の厚さとインジウム組成との積は４であり、ｎ側ＩｎＧａＮ光ガイド層の方が値が大きい。この実施例によれば、ｎ側ＩｎＧａＮ光ガイド層のインジウム組成をｐ側ＩｎＧａＮ光ガイド層のインジウム組成より大きくするので、活性層を含む光導波路を伝搬する光の電界分布のピークがｎ型領域に寄り、低駆動電圧のためにｐ型クラッド領域の屈折率が、光閉じ込めに所望の値に比べて僅かに高くなるときでも、光導波路全体として良好な光閉じ込めを発光素子に提供できる。この構造では、ｐ型クラッド領域の屈折率が多少高い場合でも十分な光閉じ込めを実現できる。光ガイド層のインジウム組成を大きくする構造に比べて、非対称なインジウム組成をｐ側及びｎ側の光ガイド層に用いることは、設計値からのズレに関する許容範囲を広くできる。
【０１１７】
更なる別の実施例では、図８の（ｃ）部に示されるように、ｎ側ＩｎＧａＮ光ガイド層の厚さは、ｐ側ＩｎＧａＮ光ガイド層の厚さより大きいことが好ましい。なお、ここでｎ側ＩｎＧａＮ光ガイド層の厚さとインジウム組成との積は７．５、ｐ側ＩｎＧａＮ光ガイド層の厚さとインジウム組成との積は４．５であり、ｎ側ＩｎＧａＮ光ガイド層の方が値が大きい。この実施例によれば、ｎ側ＩｎＧａＮ光ガイド層の厚さをｐ側ＩｎＧａＮ光ガイド層の厚さより大きくするので、活性層を含む光導波路を伝搬する光の電界分布のピークがｎ型領域に寄り、低駆動電圧のためにｐ型クラッド領域の屈折率が、光閉じ込めに所望の値に比べて僅かに高くなるときでも、光導波路全体として良好な光閉じ込めを発光素子に提供できる。
【０１１８】
実施例３については、第２クラッド層がＧａＮ層であることを例にして説明しているけれども、第２クラッド層がＡｌＧａＮやＩｎＡｌＧａＮにおいても同様な技術的寄与が得られる。
【０１１９】
実施例３の図８の（ｃ）部の構造をベースに、p型クラッド領域のp型InAlGaN層とp型GaN層の膜厚比を変化させたLDを作製する。図９は、実施例４において作製されたIII族窒化物半導体レーザの特性に示す図面である。図９の（ａ）部はしきい値電流Ithの膜厚比d2/(d1+d2)依存性を示す。図９の（ａ）部から、膜厚比の増加に従い、しきい値電流Ithが上昇していることが分かる。この理由として、膜厚比の増加によって光閉じ込めが悪化したこと、およびMg濃度の高いp型GaN層の割合が増え吸収ロスが増加したことが原因と考えられる。膜厚比が０．６以下であれば、膜厚比ゼロに対するしきい値電流Ithの上昇率は１割以下に抑制することができる。また、図９の（ｂ）部は駆動電圧Ｖｆ（駆動電流600mA）の膜厚比d2/(d1+d2)依存性を示す。図９の（ｂ）部から、膜厚比の増加に従いVfが低減していることが分かる。この効果はp型GaN層をわずかに含ませただけでも現れており、膜厚比が０．２以上であれば顕著なＶｆ低減効果が得られる。これは、小さい有効質量を有するp型InAlGaN層に正孔を注入するためのp型GaN層を組み合わせた効果と考えられる。
【０１２０】
本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
以上説明したように、本発明の実施の形態によれば、光閉じ込め性の低下を縮小しながら駆動電圧の低減を可能にする窒化物半導体レーザが提供される。また、本発明の実施の形態によれば、この窒化物半導体レーザのためのエピタキシャル基板が提供される。
【符号の説明】
【０１２２】
１１…III族窒化物半導体レーザ素子、１３…発光層、１５…電極、１７…支持基体、１７ａ…支持基体主面、１７ｂ…支持基体裏面、１９…半導体領域、１９ａ…半導体領域表面、２１…第１のクラッド層、２３…第２のクラッド層、２５…活性層、２５ａ…井戸層、２５ｂ…障壁層、２８ａ、２８ｂ…端面、ＡＬＰＨＡ…角度、Ｓｃ…ｃ面、ＮＸ…法線軸、３１…絶縁膜、３１ａ…絶縁膜開口、３５…ｎ側光ガイド領域、３７…ｐ側光ガイド領域、３９…電子ブロック層、４１…電極、４３ａ、４３ｂ…誘電体多層膜、５１…基板、５１ａ…半極性主面、５３…バッファ層、５５…ｎ型クラッド領域、５７…ＩｎＧａＮ層、５９…活性層、６１…ＩｎＧａＮ層、６３…電子ブロック層。６５…ｐ型クラッド領域、６７…ｐ型Ｉｎ０．０３Ａｌ０．１４Ｇａ０．８３Ｎ層、６９…ｐ型Ｉｎ０．０２Ａｌ０．０７Ｇａ０．９１Ｎ層６９、７１…ｐ型コンタクト層。
【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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