(57)【要約】【課題】発光効率に優れた窒化物半導体レーザ素子を得ること課題とする。【解決手段】窒化物半導体レーザ素子１００は、ｎ側領域１０、活性領域２０及びｐ側領域３０を順に備える。ｎ側領域１０は、ホールをブロックすることが可能なホールブロック層１１を有し、ｐ側領域３０は、電子をブロックすることが可能な電子ブロック層３１を有する。また、ホールブロック層１１は、電子ブロック層３１よりもバンドギャップエネルギーが大きくなるように構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ側領域、活性領域及びｐ側領域を順に備える窒化物半導体レーザ素子であって、
前記ｎ側領域は、ホールをブロックすることが可能なホールブロック層を有し、
前記ｐ側領域は、電子をブロックすることが可能な電子ブロック層を有し、
前記ホールブロック層は、前記電子ブロック層よりもバンドギャップエネルギーが大きいことを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
【請求項２】
前記ホールブロック層及び前記電子ブロック層は、前記活性領域に接していることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記ｎ側領域は、前記ホールブロック層の前記活性領域から離れた側に、ｎ側光ガイド層を有し、
前記ｐ側領域は、前記電子ブロック層の前記活性領域から離れた側に、ｐ側光ガイド層を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項４】
前記ｎ側領域は、前記ｎ側光ガイド層の前記活性領域から離れた側に、ｎ側クラッド層を有し、
前記ｐ側領域は、前記ｐ側光ガイド層の前記活性領域から離れた側に、ｐ側クラッド層を有することを特徴とする請求項３に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項５】
前記ｎ側領域は、前記ｎ側クラッド層の前記活性領域から離れた側に、ｎ側コンタクト層を有し、
前記ｐ側領域は、前記ｐ側クラッド層の前記活性領域から離れた側に、ｐ側コンタクト層を有することを特徴とする請求項４に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は窒化物半導体レーザ素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、窒化物半導体を用いた窒化物半導体レーザ素子が開発されている。窒化物半導体レーザ素子として、キャリアの閉じ込めのためにホールブロック層と電子ブロック層とを備える構造が提案されている（例えば特許文献１及び特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−０２１２８７号公報
【特許文献２】特開２０１０−２５１８１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、単純にホールブロック層と電子ブロック層を設けても発光効率は向上し難いという問題があった。本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、主に発光効率に優れた窒化物半導体レーザ素子を得ること課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一態様に係る窒化物半導体レーザ素子は、ｎ側領域、活性領域及びｐ側領域を順に備える。ｎ側領域は、ホールをブロックすることが可能なホールブロック層を有し、ｐ側領域は、電子をブロックすることが可能な電子ブロック層を有する。また、ホールブロック層は、電子ブロック層よりもバンドギャップエネルギーが大きい。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明の一実施形態である窒化物半導体レーザ素子を示す模式的断面図である。
【図２】実施例１と比較例１のＩ−Ｌ特性を対比するための図である。
【図３】実施例１と比較例１のＩ−Ｖ特性を対比するための図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態を説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明を以下に限定するものではない。本明細書において「窒化物半導体」とは窒素を含む半導体であり、代表的には一般式ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）で示すことができる。
【０００８】
本発明の一実施形態に係る窒化物半導体レーザ素子１００の断面図を図１に示す。窒化物半導体レーザ素子１００は、ｎ側領域１０、活性領域２０及びｐ側領域３０を順に備える。ｎ側領域１０は、ホールをブロックすることが可能なホールブロック層１１を有し、ｐ側領域３０は、電子をブロックすることが可能な電子ブロック層３１を有する。また、ホールブロック層１１は、電子ブロック層３１よりもバンドギャップエネルギーが大きい。
【０００９】
これにより、発光効率（量子効率）を向上させることができる。詳細は不明であるが、ホールブロック層１１及び電子ブロック層３１を設けることで活性領域２０内にキャリアを効果的に閉じ込めることができ、さらに、ホールブロック層１１のバンドギャップエネルギーを電子ブロック層よりも大きくすることでより確実にホールを閉じ込めることができるためと考えられる。以下、窒化物半導体レーザ素子１００を構成する主な構成要素について説明する。
【００１０】
（ｎ側領域１０）
本実施形態では、ｎ側領域１０は、活性領域２０の側から順に、ホールブロック層１１と、ｎ側光ガイド層１２と、ｎ側クラッド層１３と、ｎ側コンタクト層１４と、から構成される。ホールブロック層１１は、ｐ側領域３０からのホール（正孔）をブロックし、活性領域２０に閉じ込めるための層であり、例えばＡｌＧａＮで構成される。ホールブロック層１１は、ホールを効率よくブロックするために、活性領域２０と接するように構成することができる。ｎ側光ガイド層１２は、活性領域２０で生じた光を活性領域２０近傍に留めておくための層であり、例えばＧａＮから構成される。ｎ側クラッド層１３は、ｎ側光ガイド１２層と一体となって活性領域２０で生じた光を活性領域２０近傍に留めておくための層であり、例えばＡｌＧａＮから構成される。つまり、ｎ側光ガイド層１２の屈折率をｎ側クラッド層１３よりも大きくすることで、両者の界面を境として、その内側（活性領域２０の側）に光を閉じ込めやすくすることができる。ｎ側コンタクト層１４は、ｎ電極を設けるための層であり、例えばＧａＮから構成される。
【００１１】
また、これらの層の一部を省略することもできる。例えば、ｎ側光ガイド層１２とｎ側コンタクト層１４とで、光を閉じ込めるための屈折率差が十分に確保できる場合は、ｎ側クラッド層１３を省略することができる。反対に、他の層を設けてもよいことは言うまでもない。
【００１２】
（活性領域２０）
活性領域２０の層構造は限定されず種々のものを採用することができる。例えば、1つの井戸層を有する単一量子井戸構造（ＳＱＷ）、２以上の井戸層を有する多重量子井戸構造（ＭＱＷ）を採用することができる。活性領域２０が量子井戸構造を有する場合、最もｎ側を井戸層とし、最もｐ側を障壁層とすることができる。活性領域２０の最初の層（ｎ側領域１０に最も近い層）を井戸層とすることにより、それに接するホールブロック層１１でホールをより確実にブロックすることができる。ただし、障壁層から始まるように活性領域２０を構成してもよいことは言うまでもない。
【００１３】
（ｐ側領域３０）
本実施形態では、ｐ側領域３０は、活性領域２０から順に、電子ブロック層３１と、ｐ側光ガイド層３２と、ｐ側クラッド層３３と、ｐ側コンタクト層３４と、から構成される。電子ブロック層３１は、ｎ側領域１０からの電子をブロックし、活性領域２０に閉じ込めるための層であり、例えばＡｌＧａＮで構成される。電子ブロック層３１は、電子を効率よくブロックするために、活性領域２０と接するように構成することができる。ｐ側光ガイド層３２は、活性領域１０で生じた光を活性領域２０近傍に留めておくための層であり、例えばＧａＮから構成される。ｐ側クラッド層３３は、ｐ側光ガイド層３２と一体となって活性領域２０で生じた光を活性領域２０近傍に留めておくための層であり、例えばＡｌＧａＮから構成される。つまり、ｐ側光ガイド層３２の屈折率をｐ側クラッド層３３よりも大きくすることで、両者の界面を境として、その内側（活性領域２０の側）に光を閉じ込めやすくすることができる。ｐ側コンタクト層３４は、ｐ電極を設けるための層であり、例えばＧａＮから構成される。
【００１４】
また、これらの層の一部を省略することもできる。例えば、ｐ側光ガイド層３２とｐ側コンタクト層３４とで、光を閉じ込めるための屈折率差が十分に確保できる場合は、ｐ側クラッド層３３を省略することができる。反対に、他の層を設けてもよいことは言うまでもない。
【００１５】
＜実施例１＞
以下、本実施例に係る窒化物半導体レーザ素子（発振波長４０５ｎｍ）の主な構成について説明する。本実施例では、成長方法としてＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いる場合について説明する。
【００１６】
（ｎ側コンタクト層１４）
先ず、ｎ側コンタクト層１４として、市販されているｎ型ＧａＮよりなる膜厚４００μｍの窒化物半導体基板を準備した。
【００１７】
（ｎ側クラッド層１３）
次に、ＳｉドープＡｌ０．０３Ｇａ０．９７Ｎを膜厚２μｍで成長させてｎ側クラッド層１３とした。
【００１８】
（ｎ側ガイド層１２）
次に、ノンドープＧａＮを膜厚１５０ｎｍ、ＳｉドープＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎを膜厚１４ｎｍで成長させて、２層よりなるｎ側ガイド層１２を形成させた。
【００１９】
（ホールブロック層１１）
次に、ＳｉドープＡｌ０．２３Ｇａ０．７７Ｎを膜厚２．５ｎｍで成長させて、ホールブロック層１１とした。
【００２０】
（活性領域２０）
次に、ｎ側から順に、井戸層としてノンドープＩｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎを膜厚７ｎｍで、障壁層としてＳｉドープＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎを膜厚１４ｎｍで、井戸層としてノンドープＩｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎを膜厚７ｎｍで、障壁層としてノンドープＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎを膜厚１４ｎｍで、成長させて活性領域２０とした。つまり、本実施例では、ｎ側領域１０から順に、井戸層／障壁層／井戸層／障壁層からなるＭＱＷの活性領域２０とした。
【００２１】
（電子ブロック層３１）
次に、ＭｇドープＡｌ０．２０Ｇａ０．８０Ｎを膜厚１０ｎｍで成長させて、電子ブロック層１１とした。
【００２２】
（ｐ側ガイド層３２）
次に、ノンドープＧａＮを膜厚０．１５μｍで成長させて、ｐ側ガイド層３２とした。
【００２３】
（ｐ側クラッド層３３）
次に、ノンドープＡｌ０．０８Ｇａ０．９２ＮよりなるＡ層を膜厚２．５ｎｍで成長させ、続いて、ＭｇドープＧａＮよりなるＢ層を膜厚２．５ｎｍで成長させた。そして、この操作を順に繰り返してＡ層とＢ層を積層し、総膜厚４５０ｎｍの多層膜（超格子構造）よりなるｐ側クラッド層３３を形成した。
【００２４】
（ｐ側コンタクト層３４）
次に、ＭｇドープＧａＮを膜厚１５ｎｍで成長させて、ｐ側コンタクト層３４とした。
【００２５】
（その他の工程）
反応終了後、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）により、リッジをストライプ状に形成した。リッジ幅は２μｍである。次に、ＺｒＯ２よりなる絶縁膜４０を形成した。次にｐ側コンタクト層３４上にＮｉ／Ａｕ／Ｐｔ／Ｎｉ／Ｐｄ／Ａｕよりなるｐ電極５０を形成し、ｎ側コンタクト層３４上にＴｉ／Ａｕ／Ｐｔ／Ａｕよりなるｎ電極６０を形成した。以上の構成を有するウエハを窒化物半導体基板側から研磨して８０μｍとした後、Ｍ面を劈開面としてウエハをバー状に劈開して共振器を作製した。レーザ光の出射面側及び反射面側にはＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３及びＺｒＯ２よりなる誘電体多層（図示せず）膜を形成し、最後にリッジに平行な方向で、バーを切断して４０５ｎｍで発振するレーザ素子とした。
【００２６】
＜比較例１＞
ホールブロック層１１を備えない以外は、実施例１と同様の窒化物半導体レーザ素子を作製した。
＜特性の評価＞
【００２７】
図２に、実施例１の窒化物半導体レーザ素子と比較例１の窒化物半導体レーザ素子のＩ−Ｌ特性（電流−光出力特性）を比較したグラフを示す。ここでは、実施例１の評価結果を実線で示し、比較例１の評価結果を破線で示す。図２から明らかなように、実施例１は比較例１に比較して、駆動電流が大きくなるほどＩ−Ｌ特性が向上することが判明した。これは、電子ブロック層３１よりもバンドギャップの大きいホールブロック層１１を設けることにより、ホールがホールブロック層１１でより効率的に閉じ込められたためと考えられる。
【００２８】
図３に、実施例１の窒化物半導体レーザ素子と比較例１の窒化物半導体レーザ素子のＩ−Ｖ特性（電流−電圧）を比較したグラフを示す。ここでは、実施例１の評価結果を実線で示し、比較例１の評価結果を破線で示す。図３から明らかなように、両者のＩ−Ｖ特性はほとんど同じであった（図３では、実線しか確認できないかもしれないが、これは実線と破線が重なっているためである。）。これにより、ホールブロック層１１が抵抗成分になり電圧を上昇させていないことが確認できた。ホールブロック層１１の膜厚を、電子がトンネルできる程度に薄くしたためと考えられる。
【符号の説明】
【００２９】
１００…窒化物半導体レーザ素子
１０…ｎ側領域
１１…ホールブロック層
１２…ｎ側光ガイド層
１３…ｎ側クラッド層
１４…ｎ側コンタクト層
２０…活性領域
３０…ｐ側領域
３１…電子ブロック層
３２…ｐ側光ガイド層
３３…ｐ側クラッド層
３４…ｐ側コンタクト層
４０…絶縁部
５０…ｐ電極
６０…ｎ電極
【図１】
2013069945.tif 000003
【図２】
2013069945.tif 000004
【図３】
2013069945.tif 000005