(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＮ基板として用いられるＧａＮ層と、
Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（０．０５≦ｘ１≦０．２：膜厚０．５μｍ〜１０μｍ）下部クラッド層と、
Ｉｎy1Ｇａ1-y1Ｎ（０＜ｙ１＜１）下部ガイド層（膜厚ｄ１［μｍ］）と、
Ａｌa1Ｉｎb1Ｇａ1-a1-b1Ｎ1-e1-f1Ｐe1Ａｓf1（０≦ａ１、０≦ｂ１、ａ１＋ｂ１≦１、０≦ｅ１、０≦ｆ１、ｅ１＋ｆ１＜０．５）井戸層とＡｌa2Ｉｎb2Ｇａ1-a2-b2Ｎ1-e2-f2Ｐe2Ａｓf2（０≦ａ２、０≦ｂ２、ａ２＋ｂ２≦１、０≦ｅ２、０≦ｆ２、ｅ２＋ｆ２＜０．５）障壁層との交互多層構造からなる活性層（膜厚Ｗａ［μｍ］）と、
Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ（０＜ｙ２＜１）上部ガイド層（膜厚ｄ２［μｍ］）と、
Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ（０．０５≦ｘ２≦０．２：膜厚０．４μｍ〜１０μｍ）上部クラッド層と、をこの順に備えた半導体レーザ素子であって、
該半導体レーザ素子の発振光の導波モード（ただし積層面に垂直方向のファーフィールドパターンが単峰である導波モードに限る）の等価屈折率ｎeqと該ＧａＮ層の屈折率ｎGaNとの間に、ｎeq≧ｎGaNの関係が成立するように、該下部ガイド層および該上部ガイド層の膜厚と組成を設定してなることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項２】
ＧａＮ基板として用いられるＧａＮ層と、
Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（０．０５≦ｘ１≦０．２：膜厚０．５μｍ〜１０μｍ）下部クラッド層と、
Ｉｎy1Ｇａ1-y1Ｎ（０＜ｙ１＜１）下部ガイド層（膜厚ｄ１［μｍ］）と、
Ａｌa1Ｉｎb1Ｇａ1-a1-b1Ｎ1-e1-f1Ｐe1Ａｓf1（０≦ａ１、０≦ｂ１、ａ１＋ｂ１≦１、０≦ｅ１、０≦ｆ１、ｅ１＋ｆ１＜０．５）井戸層とＡｌa2Ｉｎb2Ｇａ1-a2-b2Ｎ1-e2-f2Ｐe2Ａｓf2（０≦ａ２、０≦ｂ２、ａ２＋ｂ２≦１、０≦ｅ２、０≦ｆ２、ｅ２＋ｆ２＜０．５）障壁層との交互多層構造からなる活性層（膜厚Ｗａ［μｍ］）と、
Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ（０＜ｙ２＜１）上部ガイド層（膜厚ｄ２［μｍ］）と、
Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ（０．０５≦ｘ２≦０．２：膜厚０．４μｍ〜１０μｍ）上部クラッド層と、をこの順に備えた半導体レーザ素子であって、
該半導体レーザ素子の発振光の導波モード（ただし積層面に垂直方向のファーフィールドパターンが単峰である導波モードに限る）の等価屈折率ｎeqと、該ＧａＮ層の屈折率ｎGaNとの間に、ｎeq≧ｎGaNの関係が成立するように、該下部ガイド層および該上部ガイド層の膜厚と組成を設定してなり、
該下部ガイド層および該上部ガイド層の膜厚と組成を、ｙ≧０．００３／ｄ−０．００３＋（０．００７−０．２２×Ｗａ）＋（−０．０１０＋０．１０×ｘ）
［ただし、
ｄ＝（ｄ１＋ｄ２）／２、
ｙ＝（ｙ１×ｄ１＋ｙ２×ｄ２）／（ｄ１＋ｄ２）、
ｘ＝（ｘ１＋ｘ２）／２］の範囲に設定してなることを特徴とする半導体レーザ素子。
【請求項３】
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電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または２に記載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光学式情報再生装置。
【請求項４】
ＧａＮ基板として用いられるＧａＮ層と、
Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（０．０５≦ｘ１≦０．２：膜厚０．５μｍ〜１０μｍ）下部クラッド層と、
Ｉｎy1Ｇａ1-y1Ｎ（０＜ｙ１＜１）下部ガイド層と、
Ａｌa1Ｉｎb1Ｇａ1-a1-b1Ｎ1-e1-f1Ｐe1Ａｓf1（０≦ａ１、０≦ｂ１、ａ１＋ｂ１≦１、０≦ｅ１、０≦ｆ１、ｅ１＋ｆ１＜０．５）井戸層とＡｌa2Ｉｎb2Ｇａ1-a2-b2Ｎ1-e2-f2Ｐe2Ａｓf2（０≦ａ２、０≦ｂ２、ａ２＋ｂ２≦１、０≦ｅ２、０≦ｆ２、ｅ２＋ｆ２＜０．５）障壁層との交互多層構造からなる活性層と、
Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ（０＜ｙ２＜１）上部ガイド層と、
Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ（０．０５≦ｘ２≦０．２：膜厚０．４μｍ〜１０μｍ）上部クラッド層と、
を備えた半導体レーザ素子であって、
該半導体レーザ素子の発振光の導波モード（ただし積層面に垂直方向のファーフィールドパターンが単峰である導波モードに限る）の等価屈折率ｎeqと、該ＧａＮ層の屈折率ｎGaNとの間に、ｎeq≧ｎGaNの関係が成立するように、該下部ガイド層および該上部ガイド層の膜厚と組成を設定してなり、
該下部ガイド層の膜厚ｄ１μｍ、該下部ガイド層のＩｎ組成ｙ１、該上部ガイド層の膜厚ｄ２μｍ、および、該上部ガイド層のＩｎ組成ｙ２が
０．０６≦ｄ１＋ｄ２、
０．０１≦ｙ１、０．０１≦ｙ２の関係を満たし、
該下部ガイド層の膜厚ｄ１μｍおよび該下部ガイド層のＩｎ組成ｙ１が、
ｙ１≧０．００３／ｄ１−０．００３の関係を満たす、半導体レーザ素子。
【請求項５】
ＧａＮ基板として用いられるＧａＮ層と、
Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（０．０５≦ｘ１≦０．２：膜厚０．５μｍ〜１０μｍ）下部クラッド層と、
Ｉｎy1Ｇａ1-y1Ｎ（０＜ｙ１＜１）下部ガイド層と、
Ａｌa1Ｉｎb1Ｇａ1-a1-b1Ｎ1-e1-f1Ｐe1Ａｓf1（０≦ａ１、０≦ｂ１、ａ１＋ｂ１≦１、０≦ｅ１、０≦ｆ１、ｅ１＋ｆ１＜０．５）井戸層とＡｌa2Ｉｎb2Ｇａ1-a2-b2Ｎ1-e2-f2Ｐe2Ａｓf2（０≦ａ２、０≦ｂ２、ａ２＋ｂ２≦１、０≦ｅ２、０≦ｆ２、ｅ２＋ｆ２＜０．５）障壁層との交互多層構造からなる活性層と、
Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ（０＜ｙ２＜１）上部ガイド層と、
Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ（０．０５≦ｘ２≦０．２：膜厚０．４μｍ〜１０μｍ）上部クラッド層と、
を備えた半導体レーザ素子であって、
該半導体レーザ素子の発振光の導波モード（ただし積層面に垂直方向のファーフィールドパターンが単峰である導波モードに限る）の等価屈折率ｎeqと、該ＧａＮ層の屈折率ｎGaNとの間に、ｎeq≧ｎGaNの関係が成立するように、該下部ガイド層および該上部ガイド層の膜厚と組成を設定してなり、
該下部ガイド層の膜厚ｄ１μｍ、該下部ガイド層のＩｎ組成ｙ１、該上部ガイド層の膜厚ｄ２μｍ、および、該上部ガイド層のＩｎ組成ｙ２が
０．０６≦ｄ１＋ｄ２、
０．０１≦ｙ１、０．０１≦ｙ２の関係を満たし、
該下部ガイド層の膜厚ｄ１μｍおよび該下部ガイド層のＩｎ組成ｙ１が、
ｙ１≧０．００３／ｄ１−０．００３の関係を満たし、
該下部ガイド層の膜厚ｄ１μｍおよび該下部ガイド層のＩｎ組成ｙ１が、
ｙ１≧０．００３／ｄ１＋０．００２の関係を満たす、半導体レーザ素子。
【請求項６】
ＧａＮ基板として用いられるＧａＮ層と、
Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（０．０５≦ｘ１≦０．２：膜厚０．５μｍ〜１０μｍ）下部クラッド層と、
Ｉｎy1Ｇａ1-y1Ｎ（０＜ｙ１＜１）下部ガイド層と、
Ａｌa1Ｉｎb1Ｇａ1-a1-b1Ｎ1-e1-f1Ｐe1Ａｓf1（０≦ａ１、０≦ｂ１、ａ１＋ｂ１≦１、０≦ｅ１、０≦ｆ１、ｅ１＋ｆ１＜０．５）井戸層とＡｌa2Ｉｎb2Ｇａ1-a2-b2Ｎ1-e2-f2Ｐe2Ａｓf2（０≦ａ２、０≦ｂ２、ａ２＋ｂ２≦１、０≦ｅ２、０≦ｆ２、ｅ２＋ｆ２＜０．５）障壁層との交互多層構造からなる活性層と、
Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ（０＜ｙ２＜１）上部ガイド層と、
Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ（０．０５≦ｘ２≦０．２：膜厚０．４μｍ〜１０μｍ）上部クラッド層と、
を備えた半導体レーザ素子であって、
該半導体レーザ素子の発振光の導波モード（ただし積層面に垂直方向のファーフィールドパターンが単峰である導波モードに限る）の等価屈折率ｎeqと、該ＧａＮ層の屈折率ｎGaNとの間に、ｎeq≧ｎGaNの関係が成立するように、該下部ガイド層および該上部ガイド層の膜厚と組成を設定してなり、
該下部ガイド層の膜厚ｄ１μｍ、該下部ガイド層のＩｎ組成ｙ１、該上部ガイド層の膜厚ｄ２μｍ、および、該上部ガイド層のＩｎ組成ｙ２が
０．０６≦ｄ１＋ｄ２、
０．０１≦ｙ１、０．０１≦ｙ２の関係を満たし、
該上部ガイド層の膜厚ｄ２μｍおよ該上部ガイド層のＩｎ組成ｙ２が、
ｙ２≧０．００３／ｄ２−０．００３の関係を満たす、半導体レーザ素子。
【請求項７】
前記上部ガイド層の膜厚ｄ２μｍおよび該上部ガイド層のＩｎ組成ｙ２が、
ｙ２≧０．００３／ｄ２＋０．００２の関係を満たす、請求項６に記載の半導体レーザ素子。
【請求項８】
ＧａＮ基板として用いられるＧａＮ層と、
Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（０．０５≦ｘ１≦０．２：膜厚０．５μｍ〜１０μｍ）下部クラッド層と、
Ｉｎy1Ｇａ1-y1Ｎ（０＜ｙ１＜１）下部ガイド層と、
Ａｌa1Ｉｎb1Ｇａ1-a1-b1Ｎ1-e1-f1Ｐe1Ａｓf1（０≦ａ１、０≦ｂ１、ａ１＋ｂ１≦１、０≦ｅ１、０≦ｆ１、ｅ１＋ｆ１＜０．５）井戸層とＡｌa2Ｉｎb2Ｇａ1-a2-b2Ｎ1-e2-f2Ｐe2Ａｓf2（０≦ａ２、０≦ｂ２、ａ２＋ｂ２≦１、０≦ｅ２、０≦ｆ２、ｅ２＋ｆ２＜０．５）障壁層との交互多層構造からなる活性層と、
Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ（０＜ｙ２＜１）上部ガイド層と、
Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ（０．０５≦ｘ２≦０．２：膜厚０．４μｍ〜１０μｍ）上部クラッド層と、
を備えた半導体レーザ素子であって、
該半導体レーザ素子の発振光の導波モード（ただし積層面に垂直方向のファーフィールドパターンが単峰である導波モードに限る）の等価屈折率ｎeqと、該ＧａＮ層の屈折率ｎGaNとの間に、ｎeq≧ｎGaNの関係が成立するように、該下部ガイド層および該上部ガイド層の膜厚と組成を設定してなり、
該下部ガイド層の膜厚ｄ１μｍ、該下部ガイド層のＩｎ組成ｙ１、該上部ガイド層の膜厚ｄ２μｍ、および、該上部ガイド層のＩｎ組成ｙ２が
０．０６≦ｄ１＋ｄ２、
０．０１≦ｙ１、０．０１≦ｙ２の関係を満たし、
該下部ガイド層のＩｎ組成ｙ１、該下部ガイド層の厚さｄ１μｍ、該上部ガイド層のＩｎ組成ｙ２、該上部ガイド層の厚さｄ２μｍおよび前記活性層の厚さＷａμｍが、
ｙ≧０．００３／ｄ−０．００３＋（０．００７−０．２２×Ｗａ）
ここで、ｄ＝（ｄ１＋ｄ２）／２、
ｙ＝（ｙ１×ｄ１＋ｙ２×ｄ２）／（ｄ１＋ｄ２）、
の関係を満たす、半導体レーザ素子。
【請求項９】
前記下部ガイド層のＩｎ組成ｙ１、前記下部ガイド層の厚さｄ１μｍ、前記上部ガイド層のＩｎ組成ｙ２、前記上部ガイド層の厚さｄ２μｍおよび前記活性層の厚さＷａμｍが、
ｙ≧０．００３／ｄ＋０．００２＋（０．００７−０．２２×Ｗａ）
ここで、ｄ＝（ｄ１＋ｄ２）／２、
ｙ＝（ｙ１×ｄ１＋ｙ２×ｄ２）／（ｄ１＋ｄ２）、
の関係を満たす請求項８に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１０】
ＧａＮ基板として用いられるＧａＮ層と、
Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（０．０５≦ｘ１≦０．２：膜厚０．５μｍ〜１０μｍ）下部クラッド層と、
Ｉｎy1Ｇａ1-y1Ｎ（０＜ｙ１＜１）下部ガイド層と、
Ａｌa1Ｉｎb1Ｇａ1-a1-b1Ｎ1-e1-f1Ｐe1Ａｓf1（０≦ａ１、０≦ｂ１、ａ１＋ｂ１≦１、０≦ｅ１、０≦ｆ１、ｅ１＋ｆ１＜０．５）井戸層とＡｌa2Ｉｎb2Ｇａ1-a2-b2Ｎ1-e2-f2Ｐe2Ａｓf2（０≦ａ２、０≦ｂ２、ａ２＋ｂ２≦１、０≦ｅ２、０≦ｆ２、ｅ２＋ｆ２＜０．５）障壁層との交互多層構造からなる活性層と、
Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ（０＜ｙ２＜１）上部ガイド層と、
Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ（０．０５≦ｘ２≦０．２：膜厚０．４μｍ〜１０μｍ）上部クラッド層と、
を備えた半導体レーザ素子であって、
該半導体レーザ素子の発振光の導波モード（ただし積層面に垂直方向のファーフィールドパターンが単峰である導波モードに限る）の等価屈折率ｎeqと、該ＧａＮ層の屈折率ｎGaNとの間に、ｎeq≧ｎGaNの関係が成立するように、該下部ガイド層および該上部ガイド層の膜厚と組成を設定してなり、
該下部ガイド層の膜厚ｄ１μｍ、該下部ガイド層のＩｎ組成ｙ１、該上部ガイド層の膜厚ｄ２μｍ、および、該上部ガイド層のＩｎ組成ｙ２が
０．０６≦ｄ１＋ｄ２、
０．０１≦ｙ１、０．０１≦ｙ２の関係を満たし、
該下部ガイド層のＩｎ組成ｙ１、該下部ガイド層の厚さｄ１、該下部クラッド層のＡｌ組成ｘ１、該上部ガイド層のＩｎ組成ｙ２、該上部ガイド層の厚さｄ２および該上部クラッド層のＡｌ組成ｘ２が、ｙ≧０．００３／ｄ−０．００３＋（−０．０１０＋０．１０×ｘ）
ここで、ｄ＝（ｄ１＋ｄ２）／２、
ｙ＝（ｙ１×ｄ１＋ｙ２×ｄ２）／（ｄ１＋ｄ２）、
ｘ＝（ｘ１＋ｘ２）／２、
との関係を満たす、半導体レーザ素子。
【請求項１１】
前記下部ガイド層のＩｎ組成ｙ１、前記下部ガイド層の厚さｄ１、前記下部クラッド層のＡｌ組成ｘ１、前記上部ガイド層のＩｎ組成ｙ２、前記上部ガイド層の厚さｄ２および前記上部クラッド層のＡｌ組成ｘ２が、ｙ≧０．００３／ｄ＋０．００２＋（−０．０１０＋０．１０×ｘ）
ここで、ｄ＝（ｄ１＋ｄ２）／２、
ｙ＝（ｙ１×ｄ１＋ｙ２×ｄ２）／（ｄ１＋ｄ２）、
ｘ＝（ｘ１＋ｘ２）／２、
との関係を満たす、請求項１０に記載の半導体レーザ素子。
【請求項１２】
請求項４に記載の半導体レーザ素子と、
光検出器とを備え、
該半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を光ディスクに照射し、該光ディスクからの反射光に基づいて、該光ディスクに記録された情報を再生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（Ｆａｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｐａｔｔｅｒｎ）が良好な半導体レーザ装置に関連する。
【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１６は、ジャパニーズ＝ジャーナル＝オブ＝アプライド＝フィジックス３８号Ｌ１８４〜Ｌ１８６ページ（Ｍａｓａｒｕ  ＫＵＲＡＭＯＴＯ  ｅｔ  ａｌ．：Ｊｐｎ．  Ｊ．  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  ｖｏｌ．  ３８（１９９９）ｐｐ．  Ｌ１８４−Ｌ１８６）で報告された、波長４０５ｎｍで発振する窒化物半導体レーザ素子１６００を示す図である。半導体レーザ素子１６００は、ｎ−ＧａＮ１６０１層（膜厚１００μｍ）上に、ｎ−Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎ下部クラッド層１６０２（膜厚１μｍ）、ｎ−ＧａＮ下部ガイド層１６０３（膜厚０．１μｍ）、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ（膜厚３ｎｍ）／Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ（膜厚５ｎｍ）−３重量子井戸活性層１６０４、ｐ−Ａｌ0.19Ｇａ0.81Ｎキャップ層１６０５（膜厚２０ｎｍ）、ｐ−ＧａＮ上部ガイド層１６０６（膜厚０．１μｍ）、ｐ−Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎ上部クラッド層１６０７（膜厚０．５μｍ）、ｐ−ＧａＮコンタクト層１６０８（膜厚０．０５μｍ）が順次積層形成されており、また、これらの上下にはそれぞれ電極１６０９、１６１０が形成されている。レーザ素子１６００では、活性層１６０４およびガイド層１６０３、１６０６がクラッド層１６０２、１６０７に挟まれた導波構造を有しており、活性層で発光した光は、この導波構造内に閉じ込められて、レーザ発振動作を生じる。
【０００３】
【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１６００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１６００を作製したところ、図１７に示すようなＦＦＰ（ファーフィールドパターン）が得られた。図１７の横軸は角度であり、活性層１６０４に垂直でその長手方向に平行な面内におけるビームの角度を示し、図１７の縦軸は、ビーム強度の相対値を示す。なお、本明細書中では、半導体レーザ積層構造に垂直な方向のＦＦＰを問題にしており、これを、単にＦＦＰと記載している。本明細書において、ＦＦＰとは、レーザ光の開口部から離れた場所で求めた光ビーム強度の角度分布のことである。図１７のグラフにおいて、ＦＦＰ１７０１、１７０２は、上記構造の半導体レーザ素子１６００の結果であり、＋２０°付近にサブピークが生じているほか、多数のリップルが見られる。図１７に示されるようにリップルは、素子によってはＦＦＰ１７０１のように極めて抑制されているものもあるが、ＦＦＰ１７０２のように、顕著なものも見られる。また、ＦＦＰ１７０３は、上記半導体レーザ素子１６００の構造において、ｎ−Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎ下部クラッド層１６０２の膜厚を上記１μｍから０．７μｍへと小さくした場合のＦＦＰであり、±２０°付近のサブピークが非常に大きくなっている。
【０００４】
図１７にＦＦＰとして図示しないが、基板として用いられているＧａＮ層１６０１の結晶品質を低下させたり、不純物量を大きくしたりすると２０°付近のサブピーク等のリップルは減少することが本発明者らの研究により判明した。逆に、寿命特性の良好な半導体レーザ素子を得るために、結晶欠陥の少ない高品質の結晶をＧａＮ層１６０１に用いたり、ＧａＮ層１６０１の不純物濃度を減少させると、±２０°付近のリップルが増大する。図１７におけるＦＦＰ１７０１とＦＦＰ１７０２のリップルの違いは、これらの状況が素子により微妙に異なるために生じているものと考えられる。また、さらに、一般に、下部ＡｌＧａＮクラッド層１６０２の下にあるＧａＮ層１６０１の膜厚が大きいほど、リップルは顕著になることも実験的に判明した。よって、通常基板の厚さは５０μｍ以上と大きいため、基板にＧａＮを使用した場合には、サファイアを基板として使用した場合にくらべて、このようなリップルを抑制することが極めて困難である。
【０００５】
このように、従来の技術によれば、ＦＦＰにリップルが生じてしまい、最悪の場合、ＦＦＰ強度は単峰のパターンが得られないことがある。これは、上述のように、（１）下部クラッド層１６０２の層厚を厚くする、（２）ＧａＮ層１６０１の結晶品質を低下させる、（３）ＧａＮ層１６０１の不純物量を増大させる、のいずれかにより抑制される。しかし、上記（１）としてＧａＮ層１６０１上にＡｌＧａＮ下部クラッド層１６０２を厚く形成すると、クラックが発生するおそれがある。また、上記（２）としてＧａＮ層１６０１の結晶品質を低下させる、あるいは上記（３）として不純物量を増大させると、形成される半導体レーザ素子１６００の寿命特性が悪化するおそれがある。したがって、上記（１）〜（３）の手法には限界があり、歩留まりよく、十分に抑制することが困難であった。
【０００６】
ＦＦＰにリップルが生じると、光ピックアップ等への応用時に、集光が不十分になったり、迷光の発生の原因になるので、好ましくない。本発明は、上記問題を解消し、光ピックアップ等へ応用して最適な窒化物半導体レーザ素子を提供し、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。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体レーザ素子は、ＧａＮ層と、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（０．０５≦ｘ１≦０．２）下部クラッド層と、Ｉｎy1Ｇａ1-y1Ｎ（０＜ｙ１＜１）下部ガイド層（膜厚ｄ１［μｍ］）と、  Ａｌa1Ｉｎb1Ｇａ1-a1-b1Ｎ1-e1-f1Ｐe1Ａｓf1（０≦ａ１、０≦ｂ１、ａ１＋ｂ１≦１、０≦ｅ１、０≦ｆ１、ｅ１＋ｆ１＜０．５）井戸層とＡｌa2Ｉｎb2Ｇａ1-a2-b2Ｎ1-e2-f2Ｐe2Ａｓf2（０≦ａ２、０≦ｂ２、ａ２＋ｂ２≦１、０≦ｅ２、０≦ｆ２、ｅ２＋ｆ２＜０．５）障壁層との交互多層構造からなる活性層（膜厚Ｗａ［μｍ］）と、Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ（０＜ｙ２＜１）上部ガイド層（膜厚ｄ２［μｍ］）と、Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ（０．０５≦ｘ２≦０．２）上部クラッド層と、をこの順に備えた半導体レーザ素子であって、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、該下部ガイド層および該上部ガイド層の膜厚と組成を設定してなることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の半導体レーザ素子は、ＧａＮ基板または該ＧａＮ基板上に形成されたＧａＮ層と、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（０．０５≦ｘ１≦０．２）下部クラッド層と、Ｉｎy1Ｇａ1-y1Ｎ（０＜ｙ１＜１）下部ガイド層（膜厚ｄ１［μｍ］）と、Ａｌa1Ｉｎb1Ｇａ1-a1-b1Ｎ1-e1-f1Ｐe1Ａｓf1（０≦ａ１、０≦ｂ１、ａ１＋ｂ１≦１、０≦ｅ１、０≦ｆ１、ｅ１＋ｆ１＜０．５）井戸層とＡｌa2Ｉｎb2Ｇａ1-a2-b2Ｎ1-e2-f2Ｐe2Ａｓf2（０≦ａ２、０≦ｂ２、ａ２＋ｂ２≦１、０≦ｅ２、０≦ｆ２、ｅ２＋ｆ２＜０．５）障壁層との交互多層構造からなる活性層（膜厚Ｗａ［μｍ］）と、Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ（０＜ｙ２＜１）上部ガイド層（膜厚ｄ２［μｍ］）と、Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ（０．０５≦ｘ２≦０．２）上部クラッド層と、をこの順に備えた半導体レーザ素子であって、該半導体レーザ素子の発振光の導波モードの等価屈折率ｎeqと、該ＧａＮ基板または該ＧａＮ層の屈折率ｎGaNとの間に、ｎeq≧ｎGaNの関係が成立するように、該下部ガイド層および該上部ガイド層の膜厚と組成を設定してなることを特徴とする。
【０００９】
以上の構成により、従来の技術の半導体レーザ素子の課題が解決される。
【００１０】
さらに、本発明の半導体レーザ素子は、ＧａＮ基板または該ＧａＮ基板上に形成されたＧａＮ層と、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（０．０５≦ｘ１≦０．２）下部クラッド層と、Ｉｎy1Ｇａ1-y1Ｎ（０＜ｙ１＜１）下部ガイド層（膜厚ｄ１［μｍ］）と、Ａｌa1Ｉｎb1Ｇａ1-a1-b1Ｎ1-e1-f1Ｐe1Ａｓf1（０≦ａ１、０≦ｂ１、ａ１＋ｂ１≦１、０≦ｅ１、０≦ｆ１、ｅ１＋ｆ１＜０．５）井戸層とＡｌa2Ｉｎb2Ｇａ1-a2-b2Ｎ1-e2-f2Ｐe2Ａｓf2（０≦ａ２、０≦ｂ２、ａ２＋ｂ２≦１、０≦ｅ２、０≦ｆ２、ｅ２＋ｆ２＜０．５）障壁層との交互多層構造からなる活性層（膜厚Ｗａ［μｍ］）と、Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ（０＜ｙ２＜１）上部ガイド層（膜厚ｄ２［μｍ］）と、Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ（０．０５≦ｘ２≦０．２）上部クラッド層と、をこの順に備えた半導体レーザ素子であって、該半導体レーザ素子の発振光の導波モードの等価屈折率ｎeqと、該ＧａＮ基板または該ＧａＮ層の屈折率ｎGaNとの間に、ｎeq≧ｎGaNの関係が成立するように、該下部ガイド層および該上部ガイド層の膜厚と組成を設定してなり、該下部ガイド層および該上部ガイド層の膜厚と組成を、０．０６≦ｄ１＋ｄ２≦０．１かつ０．０６≦ｙ１、０．０６≦ｙ２、もしくは、０．１＜ｄ１＋ｄ２≦０．１５かつ０．０４≦ｙ１、０．０４≦ｙ２、もしくは、０．１５＜ｄ１＋ｄ２≦０．２かつ０．０３≦ｙ１、０．０３≦ｙ２、もしくは、０．２＜ｄ１＋ｄ２≦０．３かつ０．０１５≦ｙ１、０．０１５≦ｙ２、もしくは、０．３＜ｄ１＋ｄ２かつ０．０１≦ｙ１、０．０１≦ｙ２、のいずれかの範囲に設定してなることを特徴とする。
【００１１】
さらに、本発明の半導体レーザ素子は、ＧａＮ基板または該ＧａＮ基板上に形成されたＧａＮ層と、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（０．０５≦ｘ１≦０．２）下部クラッド層と、Ｉｎy1Ｇａ1-y1Ｎ（０＜ｙ１＜１）下部ガイド層（膜厚ｄ１［μｍ］）と、Ａｌa1Ｉｎb1Ｇａ1-a1-b1Ｎ1-e1-f1Ｐe1Ａｓf1（０≦ａ１、０≦ｂ１、ａ１＋ｂ１≦１、０≦ｅ１、０≦ｆ１、ｅ１＋ｆ１＜０．５）井戸層とＡｌa2Ｉｎb2Ｇａ1-a2-b2Ｎ1-e2-f2Ｐe2Ａｓf2（０≦ａ２、０≦ｂ２、ａ２＋ｂ２≦１、０≦ｅ２、０≦ｆ２、ｅ２＋ｆ２＜０．５）障壁層との交互多層構造からなる活性層（膜厚Ｗａ［μｍ］）と、Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ（０＜ｙ２＜１）上部ガイド層（膜厚ｄ２［μｍ］）と、Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ（０．０５≦ｘ２≦０．２）上部クラッド層と、をこの順に備えた半導体レーザ素子であって、該半導体レーザ素子の発振光の導波モードの等価屈折率ｎeqと、該ＧａＮ基板または該ＧａＮ層の屈折率ｎGaNとの間に、ｎeq≧ｎGaNの関係が成立するように、該下部ガイド層および該上部ガイド層の膜厚と組成を設定してなり、該下部ガイド層および該上部ガイド層の膜厚と組成を、ｙ≧０．００３／ｄ−０．００３＋（０．００７−０．２２×Ｗａ）＋（−０．０１０＋０．１０×ｘ）［ただし、ｄ＝（ｄ１＋ｄ２）／２、ｙ＝（ｙ１×ｄ１＋ｙ２×ｄ２）／（ｄ１＋ｄ２）、ｘ＝（ｘ１＋ｘ２）／２］の範囲に設定してなることを特徴とする。
【００１２】
上記本発明の半導体レーザ素子において、好ましくは、ｙ１≦ｂ１−０．０８、ｙ２≦ｂ１−０．０８であり、さらに好ましくは、ｙ１≦ｂ１−０．１、ｙ２≦ｂ１−０．１の範囲に限定される。
【００１３】
また、上記本発明の半導体レーザ素子において、好ましくは、ｙ１≧０．０１、ｙ２≧０．０１、ｙ≦０．１６−０．６×ｄであり、さらに好ましくは、ｙ１≧０．０１、ｙ２≧０．０１、ｙ≦０．１３−０．６×ｄである．
最も好ましい様態として、さらに、ｙ１≧０．０２、ｙ２≧０．０２、ｄ≦０．１２の範囲に限定される。
【００１４】
なお、下部ガイド層とは、ＡｌＧａＮ下部クラッド層と、活性層とに挟まれた、Ａｌを構成元素として含まない層のことであり、必ずしも一層の構成である必要はない。２、３、４、５層等の複数の組成の異なるＩｎＧａＮ薄膜あるいはＧａＮ薄膜の積層構造やさらに多数の薄膜からなる超格子積層構造であってもよく、この場合、各薄膜の膜厚で加重平均した組成を下部ガイド層のＩｎ組成ｙ１とする。また、上部ガイド層とは、ＡｌＧａＮ上部クラッド層と、活性層とに挟まれた、Ａｌを構成元素として含まない層のことであり、必ずしも一層の構成である必要はない。２、３、４、５層等の複数の組成の異なるＩｎＧａＮ薄膜あるいはＧａＮ薄膜の積層構造やさらに多数の薄膜からなる超格子積層構造であってもよく、この場合、各薄膜の膜厚で加重平均した組成を上部ガイド層のＩｎ組成ｙ２とする。
【００１５】
本発明の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電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、前述のいずれかの本発明の半導体レーザ素子を光源として用いることを特徴とし、これにより、従来の技術の問題点が解決される。
【００１６】
さらに、本発明の半導体レーザ素子は、ＧａＮ基板または該ＧａＮ基板上に形されたＧａＮ層と、Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（０．０５≦ｘ１≦０．２）下部クラッド層と、Ｉｎy1Ｇａ1-y1Ｎ（０＜ｙ１＜１）下部ガイド層と、Ａｌa1Ｉｎb1Ｇａ1-a1-b1Ｎ1-e1-f1Ｐe1Ａｓf1（０≦ａ１、０≦ｂ１、ａ１＋ｂ１≦１、０≦ｅ１、０≦ｆ１、ｅ１＋ｆ１＜０．５）井戸層とＡｌa2Ｉｎb2Ｇａ1-a2-b2Ｎ1-e2-f2Ｐe2Ａｓf2（０≦ａ２、０≦ｂ２、ａ２＋ｂ２≦１、０≦ｅ２、０≦ｆ２、ｅ２＋ｆ２＜０．５）障壁層との交互多層構造からなる活性層と、Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ（０＜ｙ２＜１）上部ガイド層と、Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ（０．０５≦ｘ２≦０．２）上部クラッド層と、を備えた半導体レーザ素子であって、該半導体レーザ素子の発振光の導波モードの等価屈折率ｎeqと、該ＧａＮ基板または該ＧａＮ層の屈折率ｎGaNとの間に、ｎeq≧ｎGaNの関係が成立するように、該下部ガイド層および該上部ガイド層の膜厚と組成を設定してなり、該下部ガイド層の膜厚ｄ１μｍ、該下部ガイド層のＩｎ組成ｙ１、該上部ガイド層の膜厚ｄ２μｍ、および、該上部ガイド層のＩｎ組成ｙ２が０．０６≦ｄ１＋ｄ２、０．０１≦ｙ１、０．０１≦ｙ２の関係を満たす。
【００１７】
前記下部ガイド層の膜厚ｄ１μｍおよび該下部ガイド層のＩｎ組成ｙ１が、ｙ１≧０．００３／ｄ１−０．００３の関係を満たしてもよい。
【００１８】
前記下部ガイド層の膜厚ｄ１μｍおよび該下部ガイド層のＩｎ組成ｙ１が、ｙ１≧０．００３／ｄ１＋０．００２の関係を満たしてもよい。
【００１９】
前記上部ガイド層の膜厚ｄ２μｍおよ該上部ガイド層のＩｎ組成ｙ２が、ｙ２≧０．００３／ｄ２−０．００３の関係を満たしてもよい。
【００２０】
前記上部ガイド層の膜厚ｄ２μｍおよび該上部ガイド層のＩｎ組成ｙ２が、ｙ２≧０．００３／ｄ２＋０．００２の関係を満たしてもよい。
【００２１】
前記下部ガイド層のＩｎ組成ｙ１、前記下部ガイド層の厚さｄ１μｍ、前記上部ガイド層のＩｎ組成ｙ２、前記上部ガイド層の厚さｄ２μｍおよび前記活性層の厚さＷａμｍが、ｙ≧０．００３／ｄ−０．００３＋（０．００７−０．２２×Ｗａ）、ここで、ｄ＝（ｄ１＋ｄ２）／２、ｙ＝（ｙ１×ｄ１＋ｙ２×ｄ２）／（ｄ１＋ｄ２）、の関係を満たしてもよい。
【００２２】
前記下部ガイド層のＩｎ組成ｙ１、前記下部ガイド層の厚さｄ１μｍ、前記上部ガイド層のＩｎ組成ｙ２、前記上部ガイド層の厚さｄ２μｍおよび前記活性層の厚さＷａμｍが、ｙ≧０．００３／ｄ＋０．００２＋（０．００７−０．２２×Ｗａ）、ここで、ｄ＝（ｄ１＋ｄ２）／２、ｙ＝（ｙ１×ｄ１＋ｙ２×ｄ２）／（ｄ１＋ｄ２）、の関係を満たしてもよい。
【００２３】
前記下部ガイド層のＩｎ組成ｙ１、前記下部ガイド層の厚さｄ１、前記下部クラッド層のＡｌ組成ｘ１、前記上部ガイド層のＩｎ組成ｙ２、前記上部ガイド層の厚さｄ２および前記上部クラッド層のＡｌ組成ｘ２が、ｙ≧０．００３／ｄ−０．００３＋（−０．０１０＋０．１０×ｘ）、ここで、ｄ＝（ｄ１＋ｄ２）／２、ｙ＝（ｙ１×ｄ１＋ｙ２×ｄ２）／（ｄ１＋ｄ２）、ｘ＝（ｘ１＋ｘ２）／２、との関係を満たしてもよい。
【００２４】
前記下部ガイド層のＩｎ組成ｙ１、前記下部ガイド層の厚さｄ１、前記下部クラッド層のＡｌ組成ｘ１、前記上部ガイド層のＩｎ組成ｙ２、前記上部ガイド層の厚さｄ２および前記上部クラッド層のＡｌ組成ｘ２が、ｙ≧０．００３／ｄ＋０．００２＋（−０．０１０＋０．１０×ｘ）、ここで、ｄ＝（ｄ１＋ｄ２）／２、ｙ＝（ｙ１×ｄ１＋ｙ２×ｄ２）／（ｄ１＋ｄ２）、ｘ＝（ｘ１＋ｘ２）／２、との関係を満たしてもよい。
【００２５】
本発明の光学式情報再生装置は上記に記載の半導体レーザ素子と、光検出器とを備え、該半導体レーザ素子から出射されたレーザ光を光ディスクに照射し、該光ディスクからの反射光に基づいて、該光ディスクに記録された情報を再生する。
【００２６】
【発明の実施の形態】
始めに、本発明の原理について述べる。
【００２７】
ＴＥモードで発振する半導体レーザ素子において、角度ΘにおけるＦＦＰ強度は、導波モードの垂直方向ｘの電界分布Ｅ［ｘ］の、係数を（２π／λ）ｓｉｎΘ（λは発光波長）としたフーリエ変換であるから、電界分布に、周期Λの振動成分が強くあれば、
（２π／Λ）＝（２π／λ）ｓｉｎΘ              （１）
を満たすΘの方向に、リップルが生じることになる。この振動成分を持つ電界の分布が大きい、すなわち、電界強度が強い、もしくは、広い範囲にわたって存在するほど、リップルが顕著になることになる。
【００２８】
図１６に示す従来の窒化物半導体レーザ素子１６００の構造において、スラブ導波路における導波理論からＧａＮ層の屈折率ｎGaNは２．５４０、導波モードの等価屈折率ｎeqは、２．５１と見積もられ、よって、ｎGaN＞ｎeqの関係があるから、ＧａＮ層中で電界Ｅ［ｘ］は周期Λで振動している。数式で示すと、以下のようになる。
【００２９】
Ｅ［ｘ］  〜ｅｘｐ［±ｊ（２π／Λ）ｘ］      （２）
Λ  ＝  λ／（ｎGaN2−ｎeq2）0.5            （３）
〜１μｍ
このΛにより生じるリップル角度は、上式（１）より約２３°であり、図１７におけるサブピーク位置とほぼ一致する。また、ＦＦＰ１７０３のように下部クラッド厚層１６０２を薄くすると±２０°付近のサブピーク強度が増大するのは、ＧａＮ層１６０１と活性層１６０４・ガイド層１６０３、１６０６との距離が小さくなることにより、ＧａＮ層１６０１への電界の分布が大きくなり、その結果、ＦＦＰが悪化するためと考えられる。さらに、本発明者らの実験により、基板としてサファイアを使用し、ＧａＮ層１６０１の厚さを減らすと、平均的にはＦＦＰが改善されることが判明した。これは、ＧａＮ層１６０１への電界の分布が減少した結果を示していると考えられる。また、さらに、ＧａＮ基板として用いられるＧａＮ層１６０１の結晶品質を低下させたり、不純物量を大きくしたりするとリップルが減少するという、本発明者らの検討結果は、これらの変化によりＧａＮ層１６０１の光吸収が大きくなって、結果として、導波モードのＧａＮ層における電界分布が小さくなり、ＦＦＰが改善されることを示しているものと考えられる。以上の考察および検討事実から、特に±２０°付近に顕著に生じることの多いリップルの原因を、下部クラッド層１６０２の外側に存在するＧａＮ層１６０１における電界の振動であると推測した。
【００３０】
ＧａＮ層１６０１における電界の振動が原因で生じるＦＦＰのリップルを根本的に生じなくさせるためには、上述の考察から、ＧａＮ層１６０１において電界が振動成分を持たないようにすればよく、これは、（２）式におけるｅｘｐ関数の引数を実数とすること、すなわち、ｎGaN≦ｎeqとすればよい。この場合には，ＧａＮ層１６０１における電界Ｅ［ｘ］がｘ方向に減衰することになる。なお、ここでの議論では、ＧａＮ層および実効屈折率の虚数成分は実数成分に比較して十分小さいので、無視している。ｎeqの値をこのような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、ガイド層を特定の組成・膜厚のＩｎyＧａ1-yＮ（０＜ｙ＜１）とすれば、達成できることを見い出した。
【００３１】
図１は、本発明の半導体レーザ素子１００を示す模式図である。図１は、半導体レーザ素子１００の導波路部分の共振器に沿った断面を示している。本半導体レーザ素子１００は、ｎ−ＧａＮ基板１０１（膜厚３０〜３００μｍ）上に、その上に順次、ｎ−ＧａＮ中間層１０２（膜厚０〜３０μｍ）、ｎ−Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（０．０５≦ｘ１≦０．２）下部クラッド層１０３（膜厚０．５μｍ〜１０μｍ）、ｎ−Ｉｎy1Ｇａ1-y1Ｎ（０＜ｙ１＜ｂ１）下部ガイド層１０４（膜厚ｄ１［μｍ］）、Ｉｎb1Ｇａ1-b1Ｎ（０＜ｂ１＜１）井戸層とＩｎb2Ｇａ1-b2Ｎ（０≦ｂ２＜ｂ１）障壁層との交互多層構造からなる活性層１０５（発光波長３７０〜５００ｎｍ、総膜厚５〜６０ｎｍ）、ＡｌＧａＮキャップ層１０６（膜厚０〜２０ｎｍ）、ｐ−Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ（０＜ｙ２＜ｂ１）上部ガイド層１０７（膜厚ｄ２［μｍ］）、ｐ−Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ（０．０５≦ｘ２≦０．２）上部クラッド層１０８（膜厚０．４μｍ〜１０μｍ）、ｐ−ＧａＮコンタクト層１０９の各窒化物系半導体層が形成されている。さらに、ｐ−ＧａＮコンタクト層１０９の上面には、金属電極（例えば、Ｐｄ／Ａｕ、Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕ、Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ等）１１０が形成されており、また、ｎ−ＧａＮ基板の裏面には金属電極（例えば、Ｔｉ／Ａｌ、Ｚｒ／Ａｌ、Ｈｆ／Ａｌなど）１１１が形成されている。ここでは、ｎ−ＧａＮ基板１０１とｎ−ＧａＮ中間層１０２を併せて、ＧａＮ層と呼ぶ。
【００３２】
半導体レーザ素子１００において、下部ガイド層１０４および上部ガイド層１０７の組成および、膜厚は、発振モードのｎeqが、ＧａＮ層の屈折率ｎGaNとの間に、ｎeq≧ｎGaNが成立するように設定されている。
【００３３】
等価屈折率ｎeq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る。例えば、ジャーナル・オブ・アプライド・フィジックス８４号１１９６〜１２０３ページ（Ｍ．Ｊ．Ｂｅｒｇｍａｎｎ  ａｎｄ  Ｈ．Ｃ．  Ｃａｓｅｙ，Ｊｒ．：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ｎeqは、以下のように、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。
【００３４】
まず、各材料のパラメータＥｇ［ｅＶ］が次式で与えられる。
【００３５】
ＩｎsＧａ1-sＮ（０≦ｓ≦１）に対しては、
Ｅｇ＝Ｅｇ１［ｓ］＝３．４２（１−ｓ）＋２．６５ｓ−３．９４ｓ（１−ｓ）  （４）
ＡｌtＧａ1-tＮ（０≦ｔ≦１）に対しては、
Ｅｇ＝Ｅｇ２［ｔ］＝３．４２（１−ｔ）＋６．２ｔ−１．０５７ｔ（１−ｔ）  （５）
ＩｎsＡｌtＧａ1-s-tＮ（０＜ｓ＜１、０＜ｔ＜１、０≦ｓ＋ｔ≦１）に対しては、
Ｅｇ＝｛ｓ×Ｅｇ１［ｓ＋ｔ］＋ｔ×Ｅｇ２［ｓ＋ｔ］｝／（ｓ＋ｔ） （６）
上記（４）〜（６）により、屈折率ｎ（ｐ［λ］）は、
ｐ［λ］＝１／［１／λ−（Ｅｇ−３．４２）／１２３９．８５２］
とおくと、
ｐ［λ］＞３６０．７のとき、
ｎeq（ｐ［λ］）＝［４．３６６３８０１＋ｐ2／（ｐ2−２９５．９2）］0.5（７）
ｐ［λ］≦３６０．７のとき、
ｎeq（ｐ［λ］）＝ｃ０＋ｃ１×ｑ＋ｃ２×ｑ2＋ｃ３×ｑ3＋ｃ４×ｑ4   （８）
ここで、
ｑ  ＝  ｐ［λ］−３６０
ｃ０＝  ２．７１８
ｃ１＝  ９．９７６ｅ−３
ｃ２＝  ３．００５ｅ−４
ｃ３＝  ４．５８４ｅ−６
ｃ４＝  ２．５９６ｅ−８
である。本発明において、ｎeqはここに規定されたパラメータを用い、上述の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。
【００３６】
レーザ構造を構成する各層において、井戸層よりもエネルギーギャップの小さい組成の半導体からなる層と金属からなる層を除いて、吸収係数は小さいとして、無視してよい。また、基板である層１０１は、通常膜厚５０μｍ以上であり、ＬＤ導波路構造のコア部分である下部ガイド層１０４から上部ガイド層１０７までの膜厚（通常０．４μｍ以下）と比較してかなり大きいので、基板の下面の導波モードに与える影響は小さいとして、無視してよい。すなわち、基板である層１０１の厚みを無限大として電界分布計算をすればよい。以上の手順により、本実施の形態におけるＩｎＧａＮ下部ガイド層１０４、ＩｎＧａＮ上部ガイド層１０７の膜厚・組成がｎeq≧ｎGaNとなるように選定することができる。
【００３７】
以上の手順により、結果として、およそ、０．０６≦ｄ１＋ｄ２、０．０１≦ｙ１、０．０１≦ｙ２の範囲内に上記条件を満たす場合が存在することがわかる。具体的には、
０．０６≦ｄ１＋ｄ２≦０．１の場合には、０．０６≦ｙ１、０．０６≦ｙ２、０．１＜ｄ１＋ｄ２≦０．１５の場合には、０．０４≦ｙ１、０．０４≦ｙ２、０．１５＜ｄ１＋ｄ２≦０．２の場合には、０．０３≦ｙ１、０．０３≦ｙ２、０．２＜ｄ１＋ｄ２≦０．３の場合には、０．０１５≦ｙ１、０．０１５≦ｙ２、
０．３＜ｄ１＋ｄ２の場合には、０．０１≦ｙ１、０．０１≦ｙ２である。
【００３８】
ここで、下部ガイド層１０４とは、ＡｌＧａＮ下部クラッド層１０３と、活性層１０５とに挟まれた、Ａｌを構成元素として含まない層を意味し、必ずしも一層の構成である必要はない。２、３、４、５層等の複数の組成の異なるＩｎＧａＮ薄膜あるいはＧａＮ薄膜の積層構造、または、さらに多数の薄膜からなる超格子積層構造であってもよく、この場合、各薄膜の膜厚で加重平均した組成を下部ガイド層１０４のＩｎ組成ｙ１とすればよい。また、上部ガイド層１０７とは、ＡｌＧａＮ上部クラッド層１０３と、活性層１０５との間に挟まれた、Ａｌを構成元素として含まない層を意味し、必ずしも一層の構成である必要はない。２、３、４、５層等の複数の組成の異なるＩｎＧａＮ薄膜あるいはＧａＮ薄膜の積層構造、またはさらに多数の薄膜からなる超格子積層構造であってもよく、この場合、各薄膜の膜厚で加重平均した組成を上部ガイド層１０７のＩｎ組成ｙ２とすればよい。
【００３９】
本条件を満たす範囲で、半導体レーザ素子１００を作製したところ、単峰で、かつ、図１７に現われていたリップルが問題にならない程度（１０％以下）まで抑制されたＦＦＰが常に得られ、良好な光学特性が実現できた。
【００４０】
〔実施の形態１〕
本実施の形態は、図１に概略図を示す半導体レーザ素子１００の各層の膜厚・組成を以下のように形成した。ｎ−ＧａＮ基板１０１（膜厚１００μｍ）、ｎ−ＧａＮ中間層１０２（膜厚３μｍ）、ｎ−Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（ｘ１＝０．１）下部クラッド層１０３（膜厚０．８μｍ）、ｎ−Ｉｎy1Ｇａ1-y1Ｎ（ｙ１＝０．０３５）下部ガイド層１０４（膜厚０．１μｍ）、Ｉｎb1Ｇａ1-b1Ｎ（ｂ１は約０．１７）井戸層（膜厚２ｎｍ）、Ｉｎb2Ｇａ1-b2Ｎ（ｂ２＝０．０５）障壁層（膜厚４ｎｍ）との交互多層構造（障壁層／井戸層／・・・／井戸層／障壁層）からなる５重量子井戸活性層１０５（発光波長４１０ｎｍ、総膜厚３４ｎｍ）、ＡｌzＧａ1-zＮ（ｚ＝０．２）キャップ層１０６（膜厚１８ｎｍ）、ｐ−Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ（ｙ２＝０．０３５）上部ガイド層１０７（膜厚０．１μｍ）、ｐ−Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ（ｘ２＝０．１）上部クラッド層１０８（膜厚０．５μｍ）、ｐ−ＧａＮコンタクト層１０９（膜厚０．１μｍ）。
【００４１】
本実施の形態の半導体レーザ素子１００の構成において、ＦＦＰを測定したところ、図２のように単峰のプロファイルが得られ、リップルはほとんど見られず（３％以下）、良好な放射特性が得られることが判明した。なお、室温における発振閾値は６０ｍＡであり、８０℃においても連続発振動作が確認できた。
【００４２】
比較例として、本実施の形態による半導体レーザ素子１００のガイド層１０４、１０７のＩｎＧａＮの代わりに、従来の半導体レーザ素子１６００のようにＧａＮを用いた半導体レーザ素子を作製したところ、そのレーザ素子は、図１７のＦＦＰ１７０２と同様の、リップルのあるＦＦＰ特性を有した。このように、本実施の形態によれば、光学特性の優れた半導体レーザ素子を得ることができた。
【００４３】
本実施の形態の半導体レーザ素子１００の発振モードの等価屈折率を上記手法により見積もったところ、ｎeq＝２．５４７であり、ＧａＮ層の屈折率ｎGaN＝２．５４０よりも大きかった。これにより、ｎ−ＧａＮ基板１０１、ｎ−ＧａＮ中間層１０２、ｐ−ＧａＮコンタクト層１０９等での電界の振動成分が無くなり、よって、良好な放射特性が得られたものと考えられる。
【００４４】
次に、本実施の形態の半導体レーザ素子１００の構造から、Ｉｎy1Ｇａ1-y1Ｎ下部ガイド層１０４およびＩｎy2Ｇａ1-y2Ｎ上部ガイド層１０７のＩｎ組成ｙ１およびｙ２と、それらの膜厚ｄ１［μｍ］、ｄ２［μｍ］を種々変更して、等価屈折率の値を計算した結果を図３のグラフに示す。図３の黒丸は計算された点であり、曲線はそれらをなめらかに結ぶ。ここでは、説明を簡略化する目的で、ガイド層１０４、１０７のＩｎ組成および厚さをそれぞれ等しい、すなわちｙ１＝ｙ２，ｄ１＝ｄ２となるように形成した。図３に示されるガイド層厚は、各ガイド層１０４、１０７の厚さ（ｄ１＝ｄ２）である。図３に示されるように、ガイド層のＩｎ組成が０すなわち、ガイド層がＧａＮからなる場合には、ガイド層厚を０．０２５〜０．１５μｍと変えても、等価屈折率の値はＧａＮの屈折率２．５４０を超えない。ガイド層のＩｎ組成を０から０．０９へと変化させる、あるいは、ガイド層厚を増加させるほど、一般に等価屈折率は増大し、ガイド層厚が０．１５μｍの場合には、Ｉｎ組成は約０．０１６以上、ガイド層厚が０．１μｍの場合には、Ｉｎ組成は約０．０２８以上、ガイド層厚が０．０５μｍの場合には、Ｉｎ組成は約０．０５７以上で等価屈折率の値はＧａＮの屈折率２．５４０を超える。ガイド層厚が０．０２５μｍの場合、いずれのＩｎ組成でも、等価屈折率の値がＧａＮの屈折率２．５４０を超えない。上述のように、ここで、下部ガイド層１０４とは、ＡｌＧａＮ下部クラッド層１０３と、活性層１０５とに挟まれたＡｌを構成元素として含まない層を意味し、必ずしも一層の構成である必要はない。２、３、４、５層等の複数の組成の異なるＩｎＧａＮ薄膜あるいはＧａＮ薄膜の積層構造やさらに多数の薄膜からなる超格子積層構造であってもよく、この場合、各薄膜の膜厚で加重平均した組成を下部ガイド層１０４のＩｎ組成ｙ１とすればよい。このことは、実施の形態２ないし９においても同じように適用される。また、上部ガイド層１０７とは、ＡｌＧａＮ上部クラッド層１０８と、活性層１０５とに挟まれた、Ａｌを構成元素として含まない層のことであり、必ずしも一層の構成である必要はない。２、３、４、５層等の複数の組成の異なるＩｎＧａＮ薄膜あるいはＧａＮ薄膜の積層構造やさらに多数の薄膜からなる超格子積層構造であってもよく、この場合、各薄膜の膜厚で加重平均した組成を上部ガイド層１０７のＩｎ組成ｙ２とすればよい。このことは、実施の形態２ないし９においても同じように適用される。
【００４５】
ガイド層１０４、１０７の厚さおよびＩｎ組成が等しい（すなわち、ｄ１＝ｄ２、ｙ１＝ｙ２）場合に、等価屈折率ｎeqとＧａＮの屈折率ｎGaNとが等しくなる、ガイド層厚とガイドＩｎ組成との値を黒丸で図４に示し、曲線Ａは黒丸をなめらかに結ぶ。図４は、横軸にガイド層厚、縦軸にガイド層Ｉｎ組成を示す。曲線Ａは、ｙ１＝０．００３／ｄ１−０．００３で近似できる。曲線Ａ上の領域（曲線Ａを含む）、すなわち、近似的にｙ１≧０．００３／ｄ１−０．００３を満たす範囲で、等価屈折率ｎeqはＧａＮの屈折率ｎGaN以上（ｎeq≧ｎGaN）になり、基板等のＧａＮ層１０１、１０２に起因するリップルが無く、良好な光学特性を得ることができる。また、同様に、ｙ２≧０．００３／ｄ２−０．００３を満たすことで、等価屈折率ｎeqはＧａＮの屈折率ｎGaN以上（ｎeq≧ｎGaN）になり、良好な光学特性を得ることができる。
【００４６】
なお、図３および図４での計算結果は、簡略化のために上下のＩｎＧａＮガイド層１０４、１０７の厚さおよびＩｎ組成を対称、すなわち、ｄ１＝ｄ２、ｙ１＝ｙ２とした。しかし、これは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、すなわち（ｄ１＋ｄ２）／２＝ｄを、ガイド層厚と考えれば、図３および図４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、すなわち（ｙ１×ｄ１＋ｙ２×ｄ２）／（ｄ１＋ｄ２）＝ｙをガイド層Ｉｎ組成として考えれば、図３および図４の関係はそのままほぼ同じように適用可能である。ただし、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、ある程度限定される。実用的には、ｙ１とｙ２との差は、−０．０５≦ｙ１−ｙ２≦０．０５を満たすことが必要であり、特に好ましくは、−０．０３≦ｙ１−ｙ２≦０．０３を満たす。また、ｄ１とｄ２との比は、実用的には、０．３３≦ｄ１／ｄ２≦３を満たすことが必要であり、特に好ましくは、０．５６≦ｄ１／ｄ２≦１．８を満たす。
【００４７】
さらに、曲線Ａで示される条件を満たす種々の構造の半導体レーザ素子を作製したところ、曲線Ａに近い条件、例えば、ｄ＝０．１［μｍ］かつ、ｙ＝０．０３の場合や、ｄ＝０．０７［μｍ］かつ、ｙ＝０．０４５の場合等には、必ずしも完全にＦＦＰのリップルが防止されるわけではなく、同一ウェハー内でも、ＦＦＰの０°付近（正面付近）に微妙なリップルが生じてしまう素子が現われることがある。これは、ＩｎＧａＮの結晶成長では、相分離すなわち、結晶中の微小な組成揺らぎが生じてしまいやすく、そのような領域において、曲線Ａで示される条件を逸脱してしまう場合があり、これが、悪影響を及ぼしているものと推察される。実験的にこのような問題が生じない境界を求めたところ、ｙ≧０．００３／ｄ＋０．００２を満たす範囲であれば良いことが判明した。この境界を図４に曲線Ａ’として示す。
【００４８】
良好な光学特性を得るための、ガイド層１０４、１０７の組成ｙ、膜厚ｄは、図４の曲線Ａを含む右上の領域、好ましくは、曲線Ａ’を含む右上の領域に限定されるが、次のような要請から、ガイド層１０４、１０７の好ましい範囲はさらに制限される。まず、組成に関して、井戸層にキャリアを良好に閉じ込める必要から、ｙ１≦ｂ１−０．０８、ｙ２≦ｂ１−０．０８でなければならないことが、実験的に判明した。本実施形態において、ｂ１が約０．１７である場合、Ｉｎ組成は約０．０９より小さいことが好ましい。Ｉｎ組成が０．０９である場合を図４に直線Ｂとして示す。直線Ｂより下側の領域が所望の範囲である。この範囲を逸脱して、ガイド層のＩｎ組成が大きくなり、井戸層のＩｎ組成に近づくと、キャリアの閉じ込めが十分でなくなり、発振動作が見られなくなるか、閾値が非常に高くなってしまった。さらに、好ましくは、ｙ１≦ｂ１−０．１、ｙ２≦ｂ１−０．１を満たし（図４の直線Ｂ’より下側の領域である）、これにより、高温でも閾値の上昇が抑制され、５０℃で１０００時間以上の寿命が確保されるようになった。またさらには、ガイド層１０４、１０７のＩｎ組成を障壁層のＩｎ組成よりも小さくすること、すなわち、ｙ１＜ｂ２、ｙ２＜ｂ２であることが最も好ましかった。これにより、井戸層へのキャリアの閉じこめが良好なものとなったと考えられ、この範囲に限定した結果、７０℃で１０００時間以上の寿命が確保されるようになった。この点に関して記載の重複を避けるために、以降の実施の形態２ないし９での記載は省略するが、上記と同じ範囲で、好ましい範囲が適用される。
【００４９】
次に、大きいＩｎ組成のガイド層を厚く形成すると、半導体レーザ素子の雑音特性および寿命特性に関して問題が生じることが判明した。これは、結晶成長により生じた組成揺らぎにより、活性層の組成自体が変調されることと、ガイド層自体の組成揺らぎが、活性層へのキャリア注入の空間的揺らぎを生じ、そのため、雑音特性および寿命特性に悪影響を及ぼすものと推測される。これにより、ガイド層１０４、１０７の厚みに関しても、好ましい範囲が限定される。Ｉｎ組成が０．０１以上の結晶の場合、ｙ≦０．１６−０．６×ｄの範囲を満たせば（図４に示される直線Ｃの左下側の領域）、良好なＩｎＧａＮ膜の形成が可能であり、戻り光量が０．００１〜１０％の範囲で、相対雑音強度が−１２５ｄＢ／Ｈｚ以下の低雑音発振動作が可能であり、この範囲で室温で１００００時間以上の寿命が確保されるようになった。より好ましくは、ｙ≦０．１３−０．６×ｄの範囲を満たせば（図４に示される直線Ｃ’の左下側の領域）、戻り光量が０．００１〜１０％の範囲で、相対雑音強度が−１３０ｄＢ／Ｈｚ以下の低雑音発振動作が可能であり、低雑音発振動作が可能で、かつ、４０℃で１００００時間以上の寿命が確保されるようになった。
【００５０】
さらに、ロット歩留まり良く特性の良好なレーザ素子を得る観点からは、ガイド層厚ｄはｙ１≧０．０２、ｙ２≧０．０２の結晶に対して、０．１２μｍ以下であることが良く、これを超えた場合、Ｉｎ金属の堆積に起因して結晶成長後のウェハーが黒っぽく見えることが時々生じ、このようなウェハーから作製された半導体レーザ素子は特性が非常に悪いものしか得られないことがあった（必ず生じてしまうものではないが）。しかし、ｄ≦０．１２の範囲に限定することで、このような問題が防止された。以上、ここで説明した最も好ましい範囲（ｙ≧０．００３／ｄ＋０．００２、ｙ１≦ｂ１−０．１、ｙ２≦ｂ１−０．１、ｙ１＜ｂ２、ｙ２＜ｂ２、ｄ≦０．１２、ここで、ｂ１＝０．１７およびｂ２＝０．０５）を図４に斜線で示す。
【００５１】
この点に関して記載の重複を避けるために、以降の実施の形態２ないし９では記載は省略するが、上記と同じ範囲で、好ましい範囲が制限されるものである。
【００５２】
さらに、活性層の組成を調整して、発光波長を３８０〜４３０ｎｍ（２０℃）の範囲としても、上述の関係式は変わらなかった。
【００５３】
〔実施の形態２〕
図５に本実施形態の半導体レーザ素子５００を示す。本実施の形態の半導体レーザ素子５００は、実施の形態１における半導体レーザ素子１００の活性層１０５を活性層５０５に変更した点を除くと半導体レーザ素子１００と同じ構成を有する。本実施の形態における半導体レーザ素子５００の活性層５０５の構成は、Ｉｎb1Ｇａ1-b1Ｎ（ｂ１は約０．１７）井戸層（膜厚２ｎｍ）、Ｉｎb2Ｇａ1-b2Ｎ（ｂ２＝０．０５）障壁層（膜厚４ｎｍ）との交互多層構造（障壁層／井戸層／障壁層／井戸層／障壁層）からなる２重量子井戸活性層（発光波長４１０ｎｍ、総膜厚１６ｎｍ）である。本実施の形態における半導体レーザ素子５００の活性層５０５は、実施形態１の半導体レーザ素子１００の活性層１０５と多層構造の膜厚が異なる。
【００５４】
本実施の形態の半導体レーザ素子の構成において、ＦＦＰを測定したところ、図２に示した実施の形態１と同様に単峰でリップルがほとんど見られない（３％以下）プロファイルが得られ、良好な放射特性が得られることが判明した。なお、本実施の形態の半導体レーザ素子５００において、室温における発振閾値は２５ｍＡであり、１１０℃においても連続発振動作が確認できた。
【００５５】
比較例として、本実施の形態と同じ構造の半導体レーザ素子５００のＩｎＧａＮからなるガイド層５０５として、従来の技術のようにＧａＮを用いた半導体レーザ素子を作製したところ、図１７のＦＦＰ１７０２と同様のリップルのあるＦＦＰ特性を有した。
【００５６】
このように、本実施の形態によれば、光学特性の改善された半導体レーザ素子を得ることができた。
【００５７】
本実施の形態の半導体レーザ素子５００の発振モードの等価屈折率ｎeqを上記手法により見積もったところ、ｎeq＝２．５４３であり、ＧａＮ層の屈折率ｎGaN＝２．５４０よりも大きかった。これにより、ｎ−ＧａＮ基板１０１、ｎ−ＧａＮ中間層１０２、ｐ−ＧａＮコンタクト層１０９等での電界の振動成分が無くなり、よって、良好な放射特性が得られたものと考えられる。
【００５８】
さらに、本実施の形態の変形例として、活性層の構成を、Ｉｎb1Ｇａ1-b1Ｎ（ｂ１は約０．１７）井戸層（膜厚２ｎｍ）、Ｉｎb2Ｇａ1-b2Ｎ（ｂ２＝０．０５）障壁層（膜厚４ｎｍ）との交互多層構造（障壁層／井戸層／・・・／井戸層／障壁層）からなる３重量子井戸活性層（発光波長４１０ｎｍ、総膜厚２２ｎｍ）としたところ、図２に示した実施の形態１と同様に単峰で、リップルがほとんど見られないＦＦＰプロファイルが得られ、良好な放射特性となることが判明した。なお、この半導体レーザ素子において、室温における発振閾値は４０ｍＡであり、１００℃においても連続発振動作が確認できた。この半導体レーザ素子の発振モードの等価屈折率ｎeqを上記手法により見積もったところ、ｎeq＝２．５４５であり、ＧａＮ層の屈折率ｎGaN＝２．５４０よりも大きかった。これにより、ｎ−ＧａＮ基板１０１、ｎ−ＧａＮ中間層１０２、ｐ−ＧａＮコンタクト層１０９等での電界の振動成分が無くなり、よって、良好な放射特性が得られたものと考えられる。
【００５９】
次に、本実施の形態の半導体レーザ素子５００の構造から、活性層５０５の構造を、その総膜厚を種々変更し、各活性層５０５の膜厚に対して、等価屈折率ｎeqの値がＧａＮの屈折率ｎGaNを超えるときのガイド層Ｉｎ組成ｙを計算し、示したグラフを図６に示す。図６によれば、活性層５０５の膜厚が１０から５０ｎｍの範囲で、等価屈折率ｎeqの値がＧａＮの屈折率ｎGaNを超えるようにするためのガイド層５０４、５０７の条件は実施の形態１の半導体レーザ素子１００（活性層膜厚３４ｎｍ）で説明したガイド層とほとんど変わらない（すなわち、実施形態１のガイド層１０４、１０７のＩｎ組成は０．０３５であるのに対し、図６から求められるガイド層５０４、５０７のＩｎ組成は、活性層５０５の膜厚が５〜６０ｎｍの範囲で０．０３５±０．００５以内である）ことがわかる。厳密には、活性層５０５の膜厚が薄いほどＩｎ組成ｙを大きく設定する必要があるが、活性層膜厚が１０ｎｍの場合でも実施の形態１のガイド層のＩｎ組成０．０３５に＋０．００５大きくする必要があるだけである。また、活性層膜厚が厚いほどＩｎ組成が小さくてもよいが、活性層膜厚５０ｎｍ場合でも実施の形態１のガイド層のＩｎ組成０．０３５からＩｎ組成は０．００５程度小さくてもよいだけであり、実用上組成をこのレベルまで厳密にコントロールすることも難しいため、実施の形態１の半導体レーザ素子１００で示した条件を活性層５０５の膜厚１０〜５０ｎｍの範囲で適用してもよい。より厳密には、活性層膜厚が、５〜６０ｎｍのとき、図４の曲線Ａで示される条件に活性層膜厚Ｗａ［μｍ］による補正を加えて、ｙ≧０．００３／ｄ−０．００３＋（０．００７−０．２２×Ｗａ）とすればよいことが、図６から求められる。また、実施の形態１に記述したのと同じ理由により、好ましい範囲が、図４の曲線Ａ'で示される条件に活性層膜厚Ｗａ［μｍ］による補正を加えて、ｙ≧０．００３／ｄ＋０．００２＋（０．００７−０．２２×Ｗａ）とすればよいことが、図６から求められる。
【００６０】
なお、本実施の形態のように、活性層の両端が障壁層であるとき、（＜障壁層／井戸層／・・・／井戸層／障壁層＞の構成）、活性層の両端の一方が障壁層であり、他方が井戸層であるとき（＜障壁層／井戸層／・・・／障壁層／井戸層＞の構成）、活性層の両端が井戸層であるとき、（＜井戸層／障壁層／・・・／障壁層／井戸層＞の構成）のいずれの場合においても、それら井戸層・障壁層の膜厚を加えあわせたものを活性層膜厚Ｗａとしてよく、いずれの場合においても、本実施の形態に示した関係式は保たれる。
【００６１】
さらに、活性層の組成を調整して、発光波長を３８０〜４４０ｎｍ（２０℃）の範囲としても、上述の関係式は変わらなかった。
【００６２】
〔実施の形態３〕
図７に本実施の形態の半導体レーザ素子７００を示す。本実施の形態の半導体レーザ素子７００は、実施の形態１における半導体レーザ素子１００の上下のクラッド層１０３、１０８の組成および活性層１０５の構成を変更した点を除くと半導体レーザ素子１００と同じである。本実施の形態における半導体レーザ素子７００の活性層７０５の構成は、Ｉｎb1Ｇａ1-b1Ｎ（ｂ１は約０．１７）井戸層（膜厚２ｎｍ）、Ｉｎb2Ｇａ1-b2Ｎ（ｂ２＝０．０５）障壁層（膜厚４ｎｍ）との交互多層構造（障壁層／井戸層／・・・／井戸層／障壁層）からなる３重量子井戸活性層（発光波長４１０ｎｍ、層膜厚２２ｎｍ）である。本実施の形態における半導体レーザ素子７００のそれぞれのクラッド層の構成は、ｎ−Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（ｘ１＝０．１３）下部クラッド層７０３（膜厚０．８μｍ）、ｐ−Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ（ｘ２＝０．１３）上部クラッド層７０８（膜厚０．５μｍ）である。
【００６３】
本実施の形態の半導体レーザ素子７００の構成において、ＦＦＰを測定したところ、図２に示した実施の形態１の半導体レーザ素子１００と同様に単峰でリップルがほとんど見られない（３％以下）プロファイルが得られ、良好な放射特性が得られることが判明した。なお、本実施の形態の半導体レーザ素子７００において、室温における発振閾値は２５ｍＡであり、１１０℃においても連続発振動作が確認できた。
【００６４】
比較例として、本実施の形態と同じ構造の半導体レーザ素子のＩｎＧａＮからなるガイド層１０４、１０７として、従来の技術のようにＧａＮを用いると、本実施の形態と同じ構造の半導体レーザ素子を作製したところ、図１７のＦＦＰ１７０２と同様の、リップルのあるＦＦＰ特性であった。このように、本実施の形態によれば、光学特性の改善された半導体レーザ素子７００を得ることができた。
【００６５】
本実施の形態の半導体レーザ素子７００の発振モードの等価屈折率ｎeqを上記手法により見積もったところ、ｎeq＝２．５４８であり、ＧａＮ層の屈折率ｎGaN＝２．５４０よりも大きかった。これにより、ｎ−ＧａＮ基板７０１、ｎ−ＧａＮ中間層７０２、ｐ−ＧａＮコンタクト層７０９等での電界の振動成分が無くなり、よって、良好な放射特性が得られたものと考えられる。
【００６６】
さらに、本実施の形態における上下のクラッド層７０３、７０８の構成を、それぞれ、ｎ−Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（ｘｌ＝０．０７）下部クラッド層７０３（膜厚０．８μｍ）、ｐ−Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ（ｘ２＝０．０７）上部クラッド層７０８（膜厚０．５μｍ）としたところ、図２に示した実施の形態１の半導体レーザ素子１００と同様に単峰で、リップルがほとんど見られない（５％以下）ＦＦＰプロファイルが得られ、良好な放射特性となることが判明した。なお、この半導体レーザ素子において、室温における発振閾値は７０ｍＡであった。この半導体レーザ素子７００の発振モードの等価屈折率を上記手法により見積もったところ、ｎeq＝２．５４２でありＧａＮ層の屈折率ｎGaN＝２．５４０よりも大きかった。これにより、ｎ−ＧａＮ基板１０１、ｎ−ＧａＮ中間層１０２、ｐ−ＧａＮコンタクト層１０９等での電界の振動成分が無くなり、よって、良好な放射特性が得られたものと考えられる。
【００６７】
次に、本実施の形態の半導体レーザ素子７００の構造から、上下のクラッド層の構成を、その組成を種々変更して、上下のクラッド層７０３、７０８のＡｌ組成に対して、等価屈折率ｎeqの値がＧａＮの屈折率ｎGaNを超えるときのガイド層Ｉｎ組成ｙを計算した結果を図８のグラフに示す。ただし、説明を簡略化する目的でｘ１＝ｘ２とした。図８によれば、クラッド層のＡｌ組成が０．０５５から０．１４５の範囲で、等価屈折率ｎeqの値がＧａＮの屈折率ｎGaNを超えるようにするためのガイド層７０４、７０７の条件はクラッド層１０３、１０８のＡｌ組成が０．１の場合（実施の形態１ならびに２の場合）とほとんど変わらない（すなわち、実施形態１においてガイド層１０４、１０７のＩｎ組成は０．０３５であるのに対し、ガイド層７０４、７０７のＩｎ組成は０．０３５±０．００５以内）ことがわかる。詳細には、クラッド層のＡｌ組成が大きいほどＩｎ組成ｙを大きく設定する必要があるが、クラッド層のＡｌ組成０．１４５の場合でも実施の形態１に示した条件（ガイド層のＩｎ組成０．０３５）にＩｎ組成を＋０．００５大きくする必要があるだけであり、また、クラッド層のＡｌ組成が小さいほどＩｎ組成が小さくてもよいが、クラッド層のＡｌ組成０．０５５の場合でも実施の形態１に示した条件からＩｎ組成が０．００５程度小さくてもよいだけであり、実用上組成をこのレベルまで厳密にコントロールすることも難しいため、実施の形態１に示した条件をクラッド層組成０．０５５から０．１４５の範囲で適用してもよい。なお、図８では、上下のクラッド層の組成を同じものとしたが、本発明の適用範囲はこの場合に限られるものではなく、図８を参照すれば明らかなように、クラッド層のＡｌ組成が０．０５５から０．１４５の範囲で結果はほとんど変わらないものであるから、上下のクラッド層７０３、７０７の組成をこの範囲内で任意に変更しても良い。
【００６８】
また、より厳密には、クラッド層のＡｌ組成ｘが、０．０５≦ｘ≦０．２のとき、図４の曲線Ａで示される条件にクラッド層のＡｌ組成ｘによる補正を加えて、ｙ≧０．００３／ｄ−０．００３＋（−０．０１０＋０．１０×ｘ）とすればよいことが、図８から求められる。また、実施の形態１に記述したのと同じ理由により、好ましい範囲が、図４の曲線Ａ’で示される条件にクラッド層のＡｌ組成ｘによる補正を加えて、ｙ≧０．００３／ｄ＋０．００２＋（−０．０１０＋０．１０×ｘ）とすればよいことが、図８から求められる。これらの式において、上下のクラッド層のＡｌ組成が異なる場合には、その単純平均値（ｘ１＋ｘ２）／２をｘとして考えれば良い。
【００６９】
さらに、ＡｌＧａＮクラッド層の構成を組成の異なるいくつかの薄層ＡｌＧａＮの交互積層からなるような、いわゆる超格子クラッド層とした場合、交互積層膜を構成する薄層の周期が３０ｎｍ以下程度であれば、モードには影響しないので、その交互積層膜の平均組成を上記クラッド層の組成比ｘ１、ｘ２としてよもよく、上記の関係式はそのまま適用できる。
【００７０】
さらに、クラッド層の厚みを変える検討を行ったところ、下部クラッド層７０３に関して、膜厚０．６μｍ以上であれば、上述の条件を変更する必要はなかった。また、上部クラッド層７０８に関して、膜厚０．３μｍ以上であれば、上述の条件を変更する必要はなかった。
【００７１】
さらに、活性層７０５の組成を調整して、発光波長を３８０〜４４０ｎｍ（２０℃）の範囲としても、上述の関係式は変わらなかった。
【００７２】
〔実施の形態４〕
本半導体レーザ素子は、実施の形態１の半導体レーザ素子１００の変形例であり、図９に概略図を示す。本実施の形態の半導体レーザ素子９００の各層の膜厚・組成を次のものとしたものである。ｎ−ＧａＮ基板９０１（膜厚７０μｍ）の上にｎ−ＧａＮ第１中間層９０２（膜厚４μｍ）、ｎ−ＩｎcＧａ1-cＮ（ｃ＝０．０７）第２中間層９１２（膜厚０．０５μｍ）、ｎ−Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（ｘ１＝０．１）下部クラッド層９０３（膜厚０．７μｍ）、ｎ−Ｉｎy1Ｇａ1-y1Ｎ（ｙ１＝０．０３５）下部ガイド層９０４（膜厚０．１μｍ）、Ｉｎb1Ｇａ1-b1Ｎ（ｂ１は約０．１７）井戸層（膜厚２ｎｍ）、Ｉｎb2Ｇａ1-b2Ｎ（ｂ２＝０．０５）障壁層（膜厚４ｎｍ）との交互多層構造（障壁層／井戸層／・・・／井戸層／障壁層）からなる５重量子井戸活性層９０５（発光波長４１０ｎｍ、総膜厚３４ｎｍ）、ｐ−ＡｌzＧａ1-zＮ（ｚ＝０．２）下部キャップ層９０６（膜厚１８ｎｍ）、ｐ−Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ（ｙ２＝０．０３５）上部ガイド層９０７（膜厚０．１μｍ）、ｐ−Ａｌz1Ｇａ1-z1Ｎ（ｚ１＝０．２）上部キャップ層９１３（膜厚５ｎｍ）、ｐ−Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ（ｘ２＝０．１）上部クラッド層９０８（膜厚０．５μｍ）、ｐ−ＧａＮコンタクト層９０９（膜厚０．１μｍ）が順次積層形成されている。本実施の形態においては、下部クラッド層９０３の下にｎ−ＩｎcＧａ1-cＮ第２中間層９１２が介装されており、これは、積層構造中にクラックが導入されることを防止するための役割も果たしている。さらに、本実施の形態においては、上部ガイド層の上にｐ−Ａｌz1Ｇａ1-z1Ｎ（ｚ１＝０．２）上部キャップ層９１３が介装されており、これは、レーザ構造の積層形成中に、Ｉｎを含んで構成されるガイド層９０７の蒸発による劣化を防止するために設けたものである。
【００７３】
本実施の形態の半導体レーザ素子９００の構成において、ＦＦＰを測定したところ、図２のように単峰のプロファイルが得られ、リップルはほとんど見られず（１０％以下）、良好な放射特性が得られることが判明した。なお、室温における発振閾値は５５ｍＡであり、８０℃においても連続発振動作が確認できた。
【００７４】
比較例として、本実施の形態と同じ構造の半導体レーザ素子９００のＩｎＧａＰからなるガイド層９０４、９０７に従来の技術のようにＧａＮを用いて半導体レーザ素子を作製したところ、図１７のＦＦＰ１７０２と同様にリップルのあるＦＦＰ特性を有した。したがって、本実施の形態によれば、光学特性の優れた半導体レーザ素子９００を得ることができる。
【００７５】
本実施の形態の半導体レーザ素子９００の発振モードの等価屈折率ｎeqを上記方法により見積もったところ、ｎeq＝２．５４７であり、このように、ｎ−ＩｎcＧａ1-cＮ第２中間層９１２をクラッド層の外部に介装しない実施の形態１の半導体レーザ素子１００の場合と同じであった。これは、導波モードは、上下クラッド層９０３、９０８よりも内側の構造によりほぼ決定されているので、等価屈折率ｎeqの値にはほとんど影響しないためであり、実施の形態１ないし３に示した等価屈折率ｎeqの値がＧａＮの屈折率を超える条件は本実施の形態のようにクラックを防止するための層（ＩｎＧａＮで構成され膜厚０．１μｍ以下）を導入しても変わらなかった。さらに、等価屈折率ｎeqがｐ−Ａｌz1Ｇａ1-z1Ｎ（ｚ１＝０．２）上部キャップ層９１３を上部ガイド層９０７と上部クラッド層９０８との間に介装しない実施の形態１の場合と同じであったのは、ｐ−Ａｌz1Ｇａ1-z1Ｎ（ｚ１＝０．２）上部キャップ層９１３が２０ｎｍ以下と薄いために、等価屈折率ｎeqの値にはほとんど影響しないためであり、実施の形態１ないし３に示した等価屈折率ｎeqの値がＧａＮの屈折率ｎGaNを超える条件は本実施の形態のようにクラックを防止するための層（ＩｎＧａＮで構成され膜厚０．１μｍ以下）を導入しても変わらなかった。
【００７６】
〔実施の形態５〕
図１０に半導体レーザ素子１０００を示す。半導体レーザ素子１０００は、図９に概略図を示す半導体レーザ素子の各層の膜厚・組成を次のものとしたものである。ｎ−ＧａＮ基板１００１（膜厚３０〜３００μｍ）。ｎ−ＧａＮ第１中間層１００２（膜厚０〜３０μｍ）、ｎ−ＩｎcＧａ1-cＮ（０．０１≦ｃ≦０．２）第２中間層１０１２（膜厚０〜０．１μｍ）、ｎ−Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ（０．０５≦ｘ１≦０．２）下部クラッド層１００３（膜厚０．６〜１０μｍ）、ｎ−Ｉｎy1Ｇａ1-y1Ｎ（ｙ１≦ｂ１）下部ガイド層１００４（膜厚ｄ１［μｍ］）、Ｉｎb1Ｇａ1-b1Ｎ井戸層、Ｉｎb2Ｇａ1-b2Ｎ（ｂ２＜ｂ１）障壁層との交互多層構造からなる量子井戸活性層１００５（発光波長３７０〜４４０ｎｍ、総膜厚Ｗａ［μｍ］）、Ａｌz1Ｇａ1-z1Ｎ（０≦ｚ１≦０．３）下部キャップ層１００６（膜厚０〜５０ｎｍ）、ｐ−Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ（ｙ２≦ｂ１）上部ガイド層１００７（膜厚ｄ２［μｍ］）、ｐ−Ａｌz1Ｇａ1-z1Ｎ（０≦ｚ１≦０．３）上部キャップ層１０１３（膜厚０〜５０ｎｍ）、ｐ−Ａｌx2ＧａI-x2Ｎ（０．０５≦ｘ２≦０．２）上部クラッド層１００８（膜厚０．４〜１０μｍ）、ｐ−ＧａＮコンタクト層１００９（膜厚０〜１０μｍ）。ただし、ｄ＝（ｄ１＋ｄ２）／２、ｙ＝（ｙ１×ｄ１＋ｙ２×ｄ２）／（ｄｌ＋ｄ２）、ｘ＝（ｘ１＋ｘ２）／２、５≦Ｗａ≦６０、ｙ≧０．００３／ｄ−０．００３＋（０．００７−０．２２×Ｗａ）＋（−０．０１０＋０．１０×ｘ）の関係式を満たす。
【００７７】
本実施の形態の半導体レーザ素子の構成において、ＦＦＰを測定したところ、図２のように単峰のプロファイルが得られ、リップルはほとんど見られず、良好な放射特性が得られることが判明した。
【００７８】
さらに、ガイド層の組成、膜厚の範囲を、ｙ≧０．００３／ｄ＋０．００２＋（０．００７−０．２２×Ｗａ）＋（−０．０１０＋０．１０×ｘ）の関係式を満たすように限定したところ、実施の形態１に記載したのと同じ理由により、ウェハー内にＦＦＰの正面付近のリップルが生じてしまう素子が現われることが防止され、望ましい。
【００７９】
〔実施の形態６〕
本半導体レーザ素子１１００は、実施の形態４の半導体レーザ素子９００の変形例であり、ｎ−ＧａＮ基板９０１（膜厚７０μｍ）をサファイア基板１１０１（膜厚６０μｍ）とし、電極１１１１をｎ−ＧａＮ中間層１１０２に接続する構成とした点を除くと、半導体レーザ素子９００と同じである。
【００８０】
本実施の形態の半導体レーザ素子１１００の構成において、ＦＦＰを測定したところ、通常は、図２のように単峰のプロファイルが得られ、リップルは見られず、良好な放射特性が得られることが判明した。ただし、素子によっては、リップルが２０％程度の強度見られることがあった。これは、導波路の近傍にサファイア／ＧａＮの様に、屈折率の大きく異なる界面が存在しているために、そこで反射が起こり、ｎ−ＧａＮ層の膜厚のバラツキにより、反射面の導波路との結合条件が微妙に変動し、最悪のケースでは、若干のリップルが発生してしまうためである。しかしながら、ガイド層の条件を実施の形態１ないし３に示した条件に設定することで、そうでない場合、例えば従来の技術のようにガイド層をＧａＮで構成した場合と比較すると、格段に光学的特性は向上しており、平均的にはほとんどリップルの無いＦＦＰ特性が得られるものであり、本実施の形態の様に、サファイア基板を用いた場合においても、本発明の効果が確認できた。サファイア基板の適用は、同様に、実施の形態１、２、３、５の半導体レーザ素子に対しても可能であり、同様の効果が確認できた。
【００８１】
〔実施の形態７〕
半導体レーザ素子１２００を図１２に示す。半導体レーザ素子１２００は、実施の形態１の半導体レーザ素子１００の活性層１０５を、ＧａＮ1-e1Ｐe1（ｅ１は約０．０３）井戸層（膜厚２ｎｍ）とＧａＮ1-e2Ｐe2（ｅ２は約０．０１）障壁層（膜厚４ｎｍ）との交互多層構造からなる３重量子井戸活性層１２０５（発光波長４００ｎｍ、総膜厚１６ｎｍ）とした点を除くと、実施の形態１と同様の構成である。本実施の形態においても、実施の形態１と同様に光学的特性に優れた半導体レーザ素子１２００が得られた。また、活性層１２０５の組成を若干変更させたところ、発光波長３６０〜５５０ｎｍの範囲で、同様の効果が得られた。
【００８２】
〔実施の形態８〕
半導体レーザ素子１３００は、実施の形態１の半導体レーザ素子１００の活性層１０５を、ＧａＮ1-e2Ａｓe2（ｅ２は約０．０２）井戸層（膜厚３ｎｍ）とＩｎb2Ｇａ1-b2Ｎ（ｂ２は約０．０５）障壁層（膜厚５ｎｍ）との交互多層構造からなる２重量子井戸活性層１３０５（発光波長４４０ｎｍ、総膜厚２１ｎｍ）とした他は、実施の形態１と同様の構成である。本実施の形態においても、実施の形態１と同様に光学的特性に優れたの半導体レーザ素子が得られた。また、活性層の組成を若干変更させたところ、発光波長３６０〜５５０ｎｍの範囲で、同様の効果が得られた。
【００８３】
〔実施の形態９〕
半導体レーザ素子１４００を図１４に示す。半導体レーザ素子１４００は、実施の形態１の半導体レーザ素子１００の活性層１０５を、Ａｌa1Ｉｎb1Ｇａ1-a1-blＮ1-e1-flＰe1Ａｓf1（０≦ａ１，０≦ｂ１，ａ１＋ｂ１≦１，０≦ｅ１，０≦ｆ１，ｅ１＋ｆ１＜０．５）井戸層とＡｌa2Ｉｎb2Ｇａ1-a2-b2Ｎ1-e2-f2Ｐe2Ａｓf2（０≦ａ２、０≦ｂ２、ａ２＋ｂ２≦１、０≦ｅ２、０≦ｆ２、ｅ２＋ｆ２＜０．５）障壁層との交互多層構造からなる活性層１４０５（発光波長３６０〜５５０ｎｍ、総膜厚５〜５０ｎｍ）とした他は、実施の形態１と同様の構成である。
【００８４】
本実施の形態においても、実施の形態１と同様に光学的特性に優れたの半導体レーザ素子が得られた。
【００８５】
以上の実施の形態の中では、上下のガイド層をＩｎＧａＮとして説明してきたが、本発明の適用はこれに限られるものではなく、ＧａＮに添加するとその屈折率の大きくなるようなＩｎ以外の他の元素、例えば、Ａｓ、Ｐ、Ｔｌ等を添加した材料を添加した材料であってもよい。すなわち、ガイド層を、ＧａＮＡｓ、ＧａＮＰ、ＧａＮＰＡｓ、ＩｎＧａＮＡｓ、ＩｎＧａＮＰ、ＩｎＧａＮＰＡｓ、ＴｌＧａＮ、ＴｌＩｎＧａＮ等としてもよい。特に、ＧａＮＡｓの場合、これまでの実施の形態の中で説明してきたＩｎ組成の６分の１をＡｓ組成とすることで、変換された組成の範囲で、同様の効果が得られる。特に、ＧａＮＰの場合、これまでの実施の形態の中で説明してきたＩｎ組成の４分の１をＰ組成とすることで、変換された組成の範囲で、同様の効果が得られる。
【００８６】
さらに、本発明の半導体レーザ素子は、さまざまな実施形態の組み合わせも含み得ることは当業者には明らかである。
【００８７】
〔実施の形態１０〕
図１５は、本実施の形態の光学式情報再生装置１５００を示す。基台２１、基台２１上に設置された実施の形態１の半導体レーザ素子１００、コリメータレンズ２３、ビームスプリッタ２４、対物レンズ２５、光ディスク２６、反射光を集光するためのレンズ２７、集光された光を検出する光検出器２８とからなっている。この光学式情報再生装置１５００において、半導体レーザ素子１００から出射したレーザ光は、コリメータレンズ２３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２４を透過して、対物レンズ２５により光ディスク２６の情報記録面に集光される。光ディスク２６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２５を通してビームスプリッタ２４によって分岐され、反射光を集光するためのレンズ２７によって光検出器２８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。
【００８８】
本実施の形態の光学式情報再生装置１５００においては、ＦＦＰのリップルの抑制された光学的特性の良好な半導体レーザ素子１００を用いたので、対物レンズ２５により光ディスク２６の情報記録面に高解像に集光され、その結果、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できた。
【００８９】
一方、比較例として、半導体レーザ素子１００のガイド層に従来の半導体レーザ素子１６００のようにＧａＮを用いた半導体レーザ素子を図１５における半導体レーザ素子１００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１５００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。
【００９０】
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１００を実施の形態２〜９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。
【００９１】
【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、ガイド層の構成を所定のものとすることにより、単峰でリップルの抑制されたファーフィールドパターンを実現でき、光学的特性の優れた半導体レーザ素子を提供できる。本発明によれば、光学式情報再生装置において、このような半導体レーザ素子を用いることにより、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になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の半導体レーザ素子を示す図である。
【図２】本発明の半導体レーザ素子のＦＦＰ特性を示す図である。
【図３】ガイド層Ｉｎ組成と等価屈折率の関係を示す図である。
【図４】本発明の半導体レーザ素子のガイド層条件を示す図である。
【図５】本発明の第２の実施形態の半導体レーザ素子を示す図である。
【図６】活性層層厚を変化させたときのガイド層条件を示す図である。
【図７】本発明の第３の実施形態の半導体レーザ素子を示す図である。
【図８】クラッド層Ａｌ組成を変化させたときのガイド層条件を示す図である。
【図９】本発明の第４の実施形態の半導体レーザ素子を示す図である。
【図１０】本発明の第５の実施形態の半導体レーザ素子を示す図である。
【図１１】本発明の第６の実施形態の半導体レーザ素子を示す図である。
【図１２】本発明の第７の実施形態の半導体レーザ素子を示す図である。
【図１３】本発明の第８の実施形態の半導体レーザ素子を示す図である。
【図１４】本発明の第９の実施の形態の半導体レーザ素子を示す図である。
【図１５】本発明の光学式情報再生装置を示す図である。
【図１６】従来技術の半導体レーザ素子を示す図である。
【図１７】従来技術の半導体レーザ素子のＦＦＰ特性を示す図である。
【符号の説明】
１０１    ｎ−ＧａＮ基板
１０２    ｎ−ＧａＮ中間層
１０３    ｎ−Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ下部クラッド層
１０４    ｎ−Ｉｎy1Ｇａ1-y1Ｎ下部ガイド層
１０５    量子井戸活性層
１０６    ＡｌxＧａ1-zＮキャップ層
１０７    ｐ−Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ上部ガイド層
１０８    ｐ−Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ上部クラッド層
１０９    ｐ−ＧａＮコンタクト層
１１０、１１１    電極
５０４    ｎ−Ｉｎy1Ｇａ1-y1Ｎ下部ガイド層
５０５    量子井戸活性層
５０７    ｐ−Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ上部ガイド層
７０３    ｎ−Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ下部クラッド層
７０５    量子井戸活性層
７０８    ｐ−Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ上部クラッド層
９０１、１００１    ｎ−ＧａＮ基板
９０２、１００２    ｎ−ＧａＮ中間層
９０３、１００３    ｎ−Ａｌx1Ｇａ1-x1Ｎ下部クラッド層
９０４、１００４    ｎ−Ｉｎy1Ｇａ1-y1Ｎ下部ガイド層
９０５、１００５    量子井戸活性層
９０６、１００６    ｐ−ＡｌzＧａ1-zＮキャップ層
９０７、１００７    ｐ−Ｉｎy2Ｇａ1-y2Ｎ上部ガイド層
９０８、１００８    ｐ−Ａｌx2Ｇａ1-x2Ｎ上部クラッド層
９０９、１００９    ｐ−ＧａＮコンタクト層
９１０、９１１、１０１０、１０１１    電極
９１２    ｎ−ＩｎCＧａ1-cＮ中間層
９１３    ｐ−Ａｌz1Ｇａ1-z1Ｎキャップ層
１１０１    サファイア基板
１１０２    ｎ−ＧａＮ中間層
１１１１    電極
１２０５    量子井戸活性層
１３０５    量子井戸活性層
１４０５    量子井戸活性層
【図１】
0004433356.tif 000002
【図２】
0004433356.tif 000003
【図３】
0004433356.tif 000004
【図４】
0004433356.tif 000005
【図５】
0004433356.tif 000006
【図６】
0004433356.tif 000007
【図７】
0004433356.tif 000008
【図８】
0004433356.tif 000009
【図９】
0004433356.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
0004433356.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
0004433356.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0004433356.tif 000017
【図１７】
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