(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｌの平均組成を０．０２〜０．０４とするｎ側とｐ側クラッド層の間にｐおよびｎ側光ガイド層と、ＩｎＧａＮを含む活性層が形成されており、
ｐおよびｎ側光ガイド層は、少なくともＡｌを含む窒化物半導体層を有しており、
かつｐおよびｎ側光ガイド層中に含まれるＡｌの平均組成をクラッド層のそれよりも小さい値とし、その膜厚をそれぞれ０．１μｍ〜０．２μｍとし、
クラッド層で挟まれたコア部分の膜厚を２００オングストローム以上、１．０μｍ以下とし、
レーザ素子のリッジストライプをｐ側光ガイド層の領域まで形成してなる
ことを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、窒化物半導体（ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）よりなるレーザ素子に関し、特に自励発振を制御し、垂直方向のＦＦＰと自励発振パワーとの両者を最適にするレーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体発光素子は、各分野での応用が期待されており、近年盛んに研究開発が進められている。特に窒化物半導体系のレーザダイオード（ＬＤ）については、種々の研究開発が活発に行われ、実用可能なＬＤも開発されている。
【０００３】
窒化物半導体レーザ素子は、活性層を光閉じ込め層（クラッド層）で挟んだ層構成を有する。活性層で自然発光した光がｐ側及びｎ側のクラッド層間で全反射しながら、活性層を有する導波層（光ガイド層）内で増幅され、この増幅された光を誘導放出光として活性層端面（共振面）から放出する。
【０００４】
本発明者は、窒化物半導体基板上に活性層を含む窒化物半導体レーザ素子を作製し、世界で初めて室温での連続発振１万時間以上を達成したことを発表した（ICNS'97 予稿集,October 27-31,1997,P444-446、及びJpn.J.Appl.Phys.Vol.36(1997）pp.L1568-1571, Part2, No.12A, 1 December 1997）。
【０００５】
特性の良い半導体レーザを実現するには、活性層に効率よく電流を注入すると共に、光を活性層内に閉じ込める必要がある。例えば、ＩｎＧａＮ系レーザダイオードの構造として、多重量子井戸構造のＩｎＧａＮ発光層に光ガイド層としてＧａＮ、クラッド層としてＡｌＧａＮ／ＧａＮの超格子構造を用いた分離閉じ込め型レーザを発表している（応用物理第６８巻７号（１９９９）７９５頁）。この例では、垂直方向のＦＦＰに周期的なリップルが観測されており、その理由としてＡｌＧａＮ／ＧａＮクラッド層による光閉じ込めが不十分なため、一部のレーザビームがＧａＮコンタクト層にまで漏れることが挙げられている。この対策として、クラッド層のＡｌ組成比を増やすか、厚さを増すかして光の閉じ込めを強くする必要性を挙げている。一般に半導体レーザはダブルヘテロ構造によりキャリア閉じ込め効果を得て効率的に反転分布を得ると共に、放射された光をガイド層の中に閉じ込め、誘導放出を生じさせて光の閉じ込めを得る。これを実現するため活性層物質の光の屈折率はクラッド層物質の屈折率よりも高く設計される。
【０００６】
また半導体レーザは、閾値電流密度を引き下げる必要がある。このためにも光の閉じ込めを強化することが一般に行われている。例えば特開平１１−２３８９４５号公報には、クラッド層の光閉じ込め効果を向上させることにより、窒化物半導体レーザ素子のレーザ光をシングルモード化すると共に、発振閾値を低下させたレーザ素子を得る方法が記載される。この方法は、ｎ側クラッド層をＡｌを含む窒化物半導体層を有する超格子で構成し、そのｎ側クラッド層全体の厚さが０．５μｍ以上で、かつそのｎ側クラッド層に含まれるＡｌ平均組成を百分率（％）で表した際に、ｎ側クラッド層全体の厚さ（μｍ）とＡｌ平均組成（％）との積が４．４以上となるように構成されている。また前記ｎ側とｐ側のクラッド層との間にある活性層を含んだ窒化物半導体層の厚さを２００オングストローム以上、１．０μｍ以下の範囲に調整することにより、コア部分に光を閉じ込めてレーザ光の垂直横モードをシングルモード化している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、光の閉じ込めを強化する構造とすると活性層の光密度が大きくなるため、自励発振が起こりやすくなる傾向を示す。自励発振とは、レーザに加える電流値を上昇させたとき、一定であるべき出力波形が振動しはじめる状態をいう。これを防止するには、光の密度を下げる方法が挙げられる。ただ、レーザ発振を実現するには、光の閉じ込めが必要になる。このように光の閉じ込めと自励発振の防止はトレードオフの関係にあり、光の閉じ込めが強固であれば自励発振が生じるという問題が生じていた。
【０００８】
本発明は、このような問題点を解決するためものである。本発明の重要な目的は、従来と逆の発想で光の閉じ込めを意図的に弱め光が漏れる構造とすることで、自励発振の発生を制御でき、かつ垂直方向のＦＦＰを小さくすることのできる窒化物半導体レーザ素子を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を実現するために本発明の窒化物半導体レーザ素子は以下の構成を備える。
【００１０】
本発明に記載される窒化物半導体レーザ素子は、Ａｌの平均組成を０．０２〜０．０４とするｎ側とｐ側クラッド層の間にｐおよびｎ側光ガイド層と、ＩｎＧａＮを含む活性層が形成されており、ｐおよびｎ側光ガイド層は、少なくともＡｌを含む窒化物半導体層を有しており、かつｐおよびｎ側光ガイド層中に含まれるＡｌの平均組成をクラッド層のＡｌ平均組成よりも小さい値とし、その膜厚をそれぞれ０．１μｍ〜０．２μｍとし、クラッド層で挟まれたコア部分の膜厚を２００オングストローム以上、１．０μｍ以下とし、レーザ素子のリッジストライプをｐ側光ガイド層の領域まで形成することを特徴とする。
【００１１】
このように本発明は、光ガイド層にＡｌを混入させてＡｌの比率を上げることにより光の閉じ込めを弱めて、閾値電流密度が大きくしないで自励発振を防止することができる。
【００１２】
クラッド層中に含まれるＡｌの比率を下げることにより光の閉じ込めを弱めて、閾値電流密度が大きくしないで自励発振を防止することができる。
【００１３】
またｎ側クラッド層の全体の膜厚を１μｍ〜２μｍとすることにより漏れ光の影響のリップルを防止することができる。
【００１４】
さらにまたｐおよびｎ側クラッド層を構成する超格子がＡｌxＧａ1-xＮ／ＧａＮの超格子とできる。
【００１５】
本発明の窒化物半導体レーザ素子では、従来と逆の発想で光の閉じ込めを弱くし、光がしみ出すような状態として光の密度を下げることにより、自励発振を抑制するものである。これを実現するために本発明は、クラッド層および光ガイド層のそれぞれの屈折率を近づける構造としている。例えば、閾値電流密度が大きくならない程度にｐ、ｎクラッド層中のＡｌの混晶比を小さくし、あるいはｐ、ｎ光ガイド層中のＡｌの混晶比を大きくする。この構造により、自励発振が生じる電流値を大きくすることができ、自励発振の発生を抑えることができる。
【００１６】
さらに垂直方向のＮＦＰ幅は大きくなり、その結果、垂直方向のＦＦＰ幅を小さくできるというメリットもある。ＮＦＰとは、ニヤー・フィールド・パターン（Near Field Pattern）、近視野像と呼ばれるもので、垂直、水平の両横モードについて反射面上に現れるレーザ光の強度分布像をいう。一方ＦＦＰとは、ファー・フィールド・パターン（Far Field Pattern）、あるいは遠視野像とも呼ばれ、反射面から十分遠方に放射されたレーザ光の強度分布像をいう。ＮＦＰは発振領域内の光強度分布を表し、ＦＦＰは光の波面および位相も含めた光波の性質を表すといえる。ＦＦＰは放射光の広がりを示すものであるから、ＦＦＰ幅が小さいと、ＦＦＰθ角度が収束して広がりが少なくなり、使用者はレーザの扱いが容易となる。このように本発明の窒化物半導体レーザ素子は、自励発振を抑えることに加えてＦＦＰの小さい取り扱い容易なレーザとできるメリットもある。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための窒化物半導体レーザ素子を例示するものであって、本発明は窒化物半導体レーザ素子を以下のものに特定しない。
【００１８】
さらに、この明細書は、特許請求の範囲を理解し易いように、実施の形態に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。
【００１９】
本明細書において説明するｎ型層の一般式ＡｌXＧａ1-XＮ、ｐ型層のＡｌXＧａ1-XＮ等の組成比Ｘ値は単に一般式を示しているに過ぎず、ｎ型層のＸとｐ型層のＸとが同一の値を示すものではない。また同様に他の一般式で使用するＹ値についても、同一の一般式が同一の値を示すものではない。
【００２０】
本発明の窒化物半導体レーザ素子において、クラッド層とは、屈折率が活性層の井戸層よりも小さい窒化物半導体を含む光閉じ込め層である。また超格子とは、単一層の膜厚が１００オングストローム以下で、互いに組成が異なる窒化物半導体層を積層した多層膜構造を指し、好ましくは７０オングストローム以下、さらに好ましくは４０オングストローム以下の膜厚の窒化物半導体層を積層する。具体的な構成としては、例えばＡｌXＧａ1-XＮ（０＜Ｘ＜１）層と、そのＡｌXＧａ1-XＮ層と組成が異なる他の窒化物半導体層とを積層した超格子とし、例えばＡｌXＧａ1-XＮ／ＧａＮ、ＡｌXＧａ1-XＮ／ＡｌYＧａ1-YＮ（０＜Ｙ＜１、Ｙ＜Ｘ）、ＡｌXＧａ1-XＮ／ＩｎZＧａ1-ZＮ（０＜Ｚ＜１）等の３元混晶と３元混晶、若しくは３元混晶と２元混晶との組み合わせで超格子とすることができる。その中でも最も好ましくはＡｌXＧａ1-XＮとＧａＮとからなる超格子とする。
【００２１】
また、活性層の発光を閉じ込めるためｎ側クラッド層を上記構成とするならば、ｐ側クラッド層をｎ側クラッド層と同じ構成とすることも可能である。但し、ｐ側クラッド層を請求項１のような構成とする場合、ｐ側クラッド層の膜厚をｎ側クラッド層よりも薄くすることが望ましい。なぜなら、ｐ側クラッド層の３族元素に対するＡｌ平均組成を大きくするか、若しくは膜厚を厚くすると、ＡｌＧａＮ層の抵抗値が大きくなる傾向にあり、ＡｌＧａＮの抵抗値が大きくなると、閾値が高くなる傾向にあるからである。
【００２２】
ｐ側クラッド層をＡｌを含む窒化物半導体を有する超格子とする場合（但し、この場合、光の漏れは関係なく、単にキャリア閉じ込めとしてのクラッド層として作用させる場合を含む。）、ｎ側クラッド層全体の厚さがそのｐ側クラッド層全体の厚さよりも厚いことが望ましい。ｐ側クラッド層を構成する窒化物半導体層も、ｎ側クラッド層と同様に、例えばＡｌXＧａ1-XＮ（０＜Ｘ＜１）層と、そのＡｌXＧａ1-XＮ層と組成が異なる他の窒化物半導体層とを積層した超格子とし、ＡｌXＧａ1-XＮ／ＧａＮ、ＡｌXＧａ1-XＮ／ＡｌYＧａ1-YＮ（０＜Ｙ＜１、Ｙ＜Ｘ）、ＡｌXＧａ1-XＮ／ＩｎZＧａ1-ZＮ（０＜Ｚ＜１）等の３元混晶と３元混晶、若しくは３元混晶と２元混晶との組み合わせで超格子とし、その中でも最も好ましくはＡｌXＧａ1-XＮとＧａＮとからなる超格子とする。
【００２３】
本発明の超格子におけるＡｌ平均組成は、以下のような算出方法で求めるものとする。例えば２５オングストロームのＡｌ0.5Ｇａ0.5Ｎと、２５オングストロームのＧａＮとを２００ペア（１．０μｍ）積層した超格子の場合、１ペアが５０オングストローム、Ａｌを含む層の３族元素に対するＡｌ混晶比が０．５であるため、０．５・（２５μｍ／５０μｍ）＝０．２５となり、超格子全体の３族元素におけるＡｌ平均組成は２５％である。一方、膜厚が異なる場合、Ａｌ0.5Ｇａ0.5Ｎを４０オングストロームと、ＧａＮを２０オングストロームとで積層した場合、膜厚の加重平均を行い、０．５（４０／６０）＝０．３３３となり、Ａｌ平均組成は３３．３％とする。即ち、Ａｌを含む単一窒化物半導体層の３族元素に対するＡｌ混晶比を、その窒化物半導体層が超格子１ペアの膜厚に占める割合に乗じたものを本発明における超格子のＡｌ平均組成とする。またＡｌを両方含む場合も同様であり、例えばＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ２０オングストローム、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ３０オングストロームの場合も、０．１（２０／５０）＋０．２（３０／５０）＝０．１６、即ち１６％をＡｌ平均組成とする。なお以上の例はＡｌＧａＮ／ＧａＮ、ＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮについて説明したが、ＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮについても同じ算出方法を適用するものとする。従って、ｎ側クラッド層を成長させる場合には、以上の算出方法に基づいて成長方法を設計できる。また、ｎ側クラッド層のＡｌ平均組成は、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析装置）、オージェ等の分析装置を用いても検出できる。
【００２４】
【実施例】
図１は本発明の一実施例に係るレーザ素子の要部を示す模式的な断面図であり、リッジストライプに垂直な方向で切断した際の断面を示している。以下、必要に応じてこの図を参照しながら実施例について説明する。
【００２５】
［実施例１］
以下、実施例１として作成したレーザ素子を順に説明する。
（下地層）
２インチφ、Ｃ面を主面とするサファイアよりなる異種基板をＭＯＶＰＥ反応容器内にセットし、温度を５００℃にして、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ3）を用い、ＧａＮよりなるバッファ層（図示せず）を２００オングストロームの膜厚で成長させる。バッファ層成長後、温度を１０５０℃にして、同じくＧａＮよりなる下地層を４μｍの膜厚で成長させる。この下地層は保護膜を部分的に表面に形成して、次に窒化物半導体基板の選択成長を行うための下地層として作用する。下地層はＡｌ混晶比Ｘ値が０．５以下のＡｌXＧａ1-XＮ（０≦Ｘ≦０．５）を成長させることが望ましい。０．５を超えると、結晶欠陥というよりも結晶自体にクラックが入りやすくなってしまうため、結晶成長自体が困難になる傾向にある。また膜厚はバッファ層よりも厚い膜厚で成長させて、１０μｍ以下の膜厚に調整することが望ましい。基板はサファイアの他、ＳｉＣ、ＺｎＯ、スピネル、ＧａＡｓ等、窒化物半導体を成長させるために知られている、窒化物半導体と異なる材料よりなる基板を用いることができる。
【００２６】
（保護膜）
下地層成長後、ウェーハを反応容器から取り出し、この下地層の表面に、ストライプ状のフォトマスクを形成し、ＣＶＤ装置によりストライプ幅１０μｍ、ストライプ間隔（窓部）２μｍのＳｉＯ2よりなる保護膜を１μｍの膜厚で形成する。保護膜の形状としてはストライプ状、ドット状、碁盤目状等どのような形状でも良いが、窓部よりも保護膜の面積を大きくする方が、結晶欠陥の少ない第２の窒化物半導体層が成長しやすい。保護膜の材料としては、例えば酸化ケイ素（ＳｉＯX）、窒化ケイ素（ＳｉXＮY）、酸化チタン（ＴｉＯX）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯX）等の酸化物、窒化物、またこれらの多層膜の他、１２００℃以上の融点を有する金属等を用いることができる。これらの保護膜材料は、窒化物半導体の成長温度６００℃〜１１００℃の温度にも耐え、その表面に窒化物半導体が成長しないか、若しくは成長しにくい性質を有している。
【００２７】
（窒化物半導体基板）
保護膜形成後、ウェーハを再度ＭＯＶＰＥの反応容器内にセットし、温度を１０５０℃にして、ＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープＧａＮよりなる窒化物半導体基板を２０μｍの膜厚で成長させる。成長後の窒化物半導体基板の表面において、保護膜のストライプ中央部と、窓部のストライプ中央部に当たる部分には、結晶欠陥がほとんど表出していないが、成長初期においては、多くの結晶欠陥が窓部上部に発生する傾向にある。従って、後に続くレーザ素子のリッジ形成時に、リッジストライプがこの結晶欠陥に係らないようにすることにより、活性層に結晶欠陥が転位せず、素子の信頼性が向上する。窒化物半導体基板はハライド気相成長法（ＨＶＰＥ）を用いて成長させることができるが、このようにＭＯＶＰＥ法により成長させることもできる。窒化物半導体基板はＩｎ、Ａｌを含まないＧａＮを成長させることが最も好ましく、成長時のガスとしては、ＴＭＧの他、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）等の有機ガリウム化合物を用い、窒素源はアンモニア、若しくはヒドラジンを用いることが最も望ましい。また、このＧａＮ基板にＳｉ、Ｇｅ等のｎ型不純物をドープしてキャリア濃度を適当な範囲に調整してもよい。特に異種基板、下地層、保護膜を除去する場合には、窒化物半導体基板がコンタクト層となるため、この窒化物半導体基板にｎ型不純物をドープすることが望ましい。
【００２８】
（ｎ側コンタクト層１１）
次に、アンモニアとＴＭＧ、不純物ガスとしてシランガスを用い、第２の窒化物半導体層の上にＳｉを３×１０18／ｃｍ3ドープしたＧａＮよりなるｎ側コンタクト層１１を５μｍの膜厚で成長させる。また異種基板〜保護膜を除去して、窒化物半導体基板に電極を設ける場合には省略することもできる。このｎ側コンタクト層１１は高温で成長させるバッファ層であり、例えばサファイア、ＳｉＣ、スピネルのように窒化物半導体体と異なる材料よりなる基板の上に、９００℃以下の低温において、ＧａＮ、ＡｌＮ等を、０．５μｍ以下の膜厚で直接成長させるバッファ層とは区別される。
【００２９】
（クラック防止層１２）
次に、ＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニアを用い、温度を８００℃にしてＩｎ0.06Ｇａ0.94Ｎよりなるクラック防止層１２を０．１５μｍの膜厚で成長させる。このクラック防止層は省略可能である。
【００３０】
（ｎ側クラッド層１３＝超格子層）
続いて、１０５０℃でＴＭＡ、ＴＭＧ、アンモニア、シランガスを用い、Ｓｉを１×１０19／ｃｍ3ドープしたｎ型Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎよりなる第１の層を２５オングストロームの膜厚で成長させ、続いてシランガス、ＴＭＡを止め、アンドープのＧａＮよりなる第２の層を２５オングストロームの膜厚で成長させる。そして第１層＋第２層＋第１層＋第２層＋・・・というように超格子層を構成し、総膜厚１．２μｍの超格子よりなるｎ側クラッド層１３を成長させる。この超格子よりなるｎ側クラッド層は３族元素に対するＡｌ平均組成が４．０％となる。なおｎ側クラッド層に、バンドギャップエネルギーが異なる窒化物半導体を積層した超格子を作製した場合、不純物はいずれか一方の層に多くドープして、いわゆる変調ドープを行うと結晶性が良くなる傾向にあるが、両方に同じようにドープしても良い。
【００３１】
（ｎ側光ガイド層１４）
続いて、シランガスを止め、１０５０℃でアンドープＧａＮよりなるｎ側光ガイド層１４を０．１μｍの膜厚で成長させる。このｎ側光ガイド層は、活性層の光ガイド層として作用し、ＧａＮ、ＩｎＧａＮを成長させることが望ましく、通常１００オングストローム〜５μｍ、さらに好ましくは２００オングストローム〜１μｍの膜厚で成長させることが望ましい。
【００３２】
（活性層１５）
次に、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニアを用い活性層１４を成長させる。活性層は温度を８００℃に保持して、アンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる井戸層を４０オングストロームの膜厚で成長させる。次にＴＭＩのモル比を変化させるのみで同一温度で、アンドープＩｎ0.01Ｇａ0.95Ｎよりなる障壁層を１００オングストロームの膜厚で成長させる。井戸層と障壁層とを順に積層し、最後に障壁層で終わり、総膜厚４４０オングストロームの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層を成長させる。活性層は本実施例のようにアンドープでもよいし、またｎ型不純物及び／又はｐ型不純物をドープしても良い。不純物は井戸層、障壁層両方にドープしても良く、いずれか一方にドープしてもよい。
【００３３】
（ｐ側キャップ層１６）
次に、温度を１０５０℃に上げ、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用い、ｐ側光ガイド層１７よりもバンドギャップエネルギーが大きい、Ｍｇを１×１０20／ｃｍ3ドープしたｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなるｐ側キャップ層１６を３００オングストロームの膜厚で成長させる。このｐ型キャップ層１６は０．１μｍ以下の膜厚で形成することにより素子の出力が向上する傾向にある。膜厚の下限は特に限定しないが、１０オングストローム以上の膜厚で形成することが望ましい。
【００３４】
（ｐ側光ガイド層１７）
続いてＣｐ2Ｍｇ、ＴＭＡを止め、１０５０℃で、バンドギャップエネルギーがｐ側キャップ層１６よりも小さい、アンドープＧａＮよりなるｐ側光ガイド層１７を０．１μｍの膜厚で成長させる。この層は、活性層の光ガイド層として作用し、ｎ型光ガイド層１４と同じくＧａＮ、ＩｎＧａＮで成長させることが望ましい。
【００３５】
（ｐ側クラッド層１８＝超格子）
続いて、１０５０℃でＭｇを１×１０20／ｃｍ3ドープしたｐ型Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎよりなる第３の層を２５オングストロームの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡのみを止め、アンドープＧａＮよりなる第４の層を２５オングストロームの膜厚で成長させ、総膜厚０．６μｍの超格子層よりなるｐ側クラッド層１８を成長させる。このｐ側クラッド層もＡｌ平均組成が４．０％となる。なお、ｐ側クラッド層も少なくとも一方がＡｌを含む窒化物半導体層を含み、互いにバンドギャップエネルギーが異なる窒化物半導体層を積層した超格子で作製した場合、不純物はいずれか一方の層に多くドープして、いわゆる変調ドープを行うと結晶性が良くなる傾向にあるが、両方に同じようにドープしても良い。
【００３６】
ここで、クラッド層で挟まれたコア部分（導波部分）の膜厚について述べる。コア部分とは、ｎ側光ガイド層１４、活性層１５、ｐ側キャップ層１６、及びｐ側光ガイド層１７を合わせた領域、即ちｎ側クラッド層と、ｐ側クラッド層との間にある活性層を含む窒化物半導体層を指し、活性層の発光を導波する領域である。窒化物半導体レーザ素子の場合、ＦＦＰが単一ビームとならないのは、先にも述べたように、クラッド層から漏れた発光がｎ側のコンタクト層内で導波してマルチモードになるからである。その他、コア内で共振することによってマルチモードになる場合がある。本発明ではまずｎ側のクラッド層の膜厚を厚くして、Ａｌ平均組成を大きくすることにより、屈折率差を設け、コア内の光をクラッド層で閉じ込めるものである。しかし、コア内でマルチモードができると、ＦＦＰは乱れる。そのため、本発明のｎ側クラッド層との関係において、コア内でマルチモードにならないようにするために、このコア部分の厚さも調整する方が望ましい。コア部分にマルチモードが発生しないようにするための好ましい厚さとしては、２００オングストローム以上、１．０μｍ以下、さらに望ましくは５００オングストローム〜０．８μｍ、最も望ましくは０．１μｍ〜０．５μｍの範囲に調整することが望ましい。２００オングストロームよりも薄いと、コア部分から光が漏れだし、閾値が上昇する傾向にある。また１．０μｍよりも厚いとマルチモードになりやすい傾向にある。
【００３７】
（ｐ側コンタクト層１９）
最後に、１０５０℃で、ｐ側クラッド層１８の上に、Ｍｇを２×１０20／ｃｍ3ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層１８を１５０オングストロームの膜厚で成長させる。ｐ側コンタクト層１９はｐ型のＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）で構成することができ、好ましくはＭｇをドープしたＧａＮとすれば、ｐ電極と最も好ましいオーミック接触が得られる。
【００３８】
以上のようにして窒化物半導体を成長させたウェーハを反応容器内において、窒素雰囲気中７００℃でアニーリングを行い、ｐ型不純物をドープした層をさらに低抵抗化させる。
【００３９】
アニーリング後、ウェーハを反応容器から取り出し、ＲＩＥ装置により最上層のｐ側コンタクト層１８と、ｐ側クラッド層１７とをエッチングして、図１に示すように４μｍのストライプ幅を有するリッジ形状とする。リッジストライプを形成する場合、そのリッジストライプは、窒化物半導体基板の表面に結晶欠陥が現れていない位置に形成する。図１の場合結晶欠陥は、成長初期にストライプ状の窓部中央部に多く現れる傾向にある。このように結晶欠陥がほとんどない位置にストライプを形成すると、結晶欠陥が活性層まで伸びてこなくなる傾向にあるため、素子の長寿命とすることができ、信頼性が向上する。
【００４０】
次にリッジ表面にマスクを形成し、ＲＩＥにてエッチングを行い、ｎ側コンタクト層１１の表面を露出させる。露出させたこのｎ側コンタクト層１１はｎ電極２３を形成するためのコンタクト層としても作用する。
【００４１】
次にｐ側コンタクト層１９のリッジ最表面にＮｉとＡｕよりなるｐ電極をストライプ状に形成し、一方、ＴｉとＡｌよりなるｎ電極を先ほど露出させたｎ側コンタクト層１１の表面にストライプ状に形成した後、図１に示すようにｐ電極と、ｎ電極との間に露出した窒化物半導体層の表面にＳｉＯ2よりなる絶縁膜を形成し、この絶縁膜を介してｐ電極と電気的に接続したｐパッド電極を形成する。
【００４２】
以上のようにして、ｎ電極とｐ電極とを形成したウェーハのサファイア基板を研磨して７０μｍとした後、ストライプ状の電極に垂直な方向で、基板側からバー状に劈開し、劈開面に共振器を作製する。共振器面にＳｉＯ2とＴｉＯ2よりなる誘電体多層膜を形成し、最後にｐ電極に平行な方向で、バーを切断してレーザ素子とする。
【００４３】
このレーザ素子をヒートシンクに設置し、それぞれの電極をワイヤーボンディングして、室温でレーザ発振を試みたところ、室温において連続発振を示し、単レーザ光のＦＦＰは単一で、その形状も楕円形で形の良いものが得られていた。
【００４４】
［実施例２］
実施例１において、ｎ側クラッド層１３を成長させる際に、Ｓｉドープｎ型Ａｌ0.06Ｇａ0.94Ｎ２５オングストロームと、アンドープＧａＮ２５オングストロとを積層し、総膜厚１．０μｍの超格子よりなるｎ側クラッド層１３を成長させる他は同様にしてレーザ素子を作製した。なおｎ側クラッド層はＡｌ平均組成が３％である。このレーザ素子も実施例１とほぼ同等の特性を有していた。
【００４５】
［実施例３］
実施例１において、ｎ側クラッド層１８を成長させる際に、Ｓｉドープｎ型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎ層２５オングストロームと、アンドープＧａＮ層２５オングストロームとを、総膜厚１．４μｍで成長させる他は同様にして、レーザ素子を作製した。ｎ側クラッド層は、Ａｌ平均組成が３．５％である。このレーザ素子は閾値の低下と寿命の向上が確認できる特性を示した。
【００４６】
また本発明は、光ガイド層とクラッド層の屈折率の差を近づけることにより、光閉じこめ効果を弱めるものである。したがって、クラッド層中のＡｌ混晶比を下げる手法以外にも、例えばガイド層中にＡｌを混入してＡｌ混晶比を上げる手法によっても実現できる。この手法は、上述した実施例とほぼ同様の手順を用いて行うことができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように本発明は、従来と逆の発想で光の封じ込めを弱める構造とすることで、光の密度を低くし、自励発振を抑えることに成功した。すなわち従来であれば光の閉じ込めを目的としていたが、この方法では光の密度が高くなり自励発振が起こりやすい状態となっていた。本発明では逆に、Ａｌの混晶比を調節して光の閉じ込めを意図的に弱め、光が漏れる構造とすることで、自励発振の発生を制御でき、かつ垂直方向のＦＦＰを小さくする特徴を実現した。
【００４８】
本発明の窒化物半導体レーザ素子は、クラッド層と光ガイド層の屈折率の差を近づけることにより光の閉じ込め効果を抑える構造とした。光閉じ込め効果は、クラッド層、光ガイド層のそれぞれの屈折率ｎcとｎgの差によって変わってくる。例えばｎの差が大きいほど閉じ込め効果が大きくなる。逆にｎの差が小さいほど閉じ込め効果は小さくなり、光の密度も抑えることができる。ただ、あまり差を近づけるとレーザとして発振しなくなる。本発明はＡｌの混晶比を最適値とすることにより、レーザ発振を維持しかつ閾値電流密度が大きくならない程度にＡｌの混晶比を小さくして、自励発振を抑制すると共にＦＦＰを小さくした信頼性の高い半導体レーザとすることができる。
【００４９】
また、本発明は漏れ光の影響によるリップルを防止するために、ｎ側クラッド層の厚みを１μｍ〜２μｍとしている。ｐ電極とｎ電極が同一面側に形成される場合、活性層で発光した光がｎ型クラッド層から漏れだし、大きい屈折率を有するｎ型コンタクト層内をこの漏れ光が導波してｎ型コンタクト層の端面から放出される現象が生じる。詳しい原理は明らかでないが、共振面から放出される主レーザ光にこの弱い光が重なると、主レーザ光にリップルが乗り、ＦＦＰが小さなマルチモードとなってしまうと思われる。レーザ光を良好に機能させるためには、リップルがＦＦＰに乗ることを抑制することが望ましい。
【００５０】
本発明の構造を利用すると、アスペクト比を小さくする効果があり、自励発振を生じる出力パワーを大きくすることも可能である。このため高出力の安定したＬＤを作成することが可能となり、ＤＶＤ書き込みに使用するレーザとして使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例に係るレーザ素子の要部構造を示す斜視図
【符号の説明】
１１・・・ｎ側コンタクト層
１２・・・クラック防止層
１３・・・ｎ側クラッド層
１４・・・ｎ側光ガイド層
１５・・・活性層
１６・・・ｐ側キャップ層
１７・・・ｐ側光ガイド層
１８・・・ｐ側クラッド層
１９・・・ｐ側コンタクト層
【図１】
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