(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
裏面電極と、その上に設けられた基板と、下部クラッド層と活性層と、上部クラッド層と、表面の略中央に位置する表面電極とを備え、前記下部クラッド層は、略中央に位置し、Ａｌの混晶比が大きい窒素化合物から成る第１層と、該第１層を覆いかつ周辺に位置し、Ａｌの混晶比が小さい窒素化合物から成る第２層とにより構成された事を特徴とする半導体レーザ。
【請求項２】
前記上部クラッド層は、略中央に位置し、Ａｌの混晶比が小さい窒素化合物から成る第３層と、該第３層を覆いかつ周辺に位置し、Ａｌの混晶比が大きい窒素化合物から成る第４層とにより構成された事を特徴とする請求項１の半導体レーザ。
【請求項３】
前記下部クラッド層と前記上部クラッド層は共に、ＡｌＧａＮ系化合物から成る事を特徴とする請求項２の半導体レーザ。
【請求項４】
前記下部クラッド層と前記活性層との間に下部光ガイド層を設け、前記活性層と前記上部クラッド層との間に上部光ガイド層を設けた事を特徴とする請求項１の半導体レーザ。
【請求項５】
前記基板は、ＧａＮ又はＩｎＧａＮ系化合物又はＡｌＧａＮ系化合物又はＩｎＡｌＧａＮ系化合物から成る事を特徴とする請求項１の半導体レーザ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種のレーザは例えば、特開２０００−２１６４３３号公報に示されている。この公報によれば、図２に示す様に、サファイア基板１１１上に、バッファ層１１２と、コンタクト層１１３と、高濃度Ｎ型ＧａＮ層１１４と、下部クラッド層１１５と、下部クラッド層１１６と、下部光ガイド層１１７と、活性層１１８と、上部クラッド層１１９と、上部光ガイド層１２０と、上部クラッド層１２１と、コンタクト層１２２が設けられている。
【０００３】
また、Ｎ電極８０と、電極コンタクト層８１と、Ｐ電極８２と、保護膜８３が設けられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記半導体レーザ８４では、縦モード（Ｙ１−Ｙ２方向）に於て、発振波長のレーザ光以外に、発振波長と異なるレーザ光を出力する第１の欠点が有る。本発明者がその原因を究明したところ、下部クラッド層１１６と、活性層１１８との間に、下部クラッド層１１６より屈折率が高く、発振波長に対して透明な下部光ガイド層１１７（Ｎ型ＧａＮ）が有るためである事が分った。発振波長のレーザ光が、この下部光ガイド層１１７内に、しみ出す事により、発振波長以外のレーザ光が出力される。
【０００５】
また、活性層１１８上の上部クラッド層１１９はキャリア密度が比較的小さいので、活性層１１８から上部クラッド層１１９へのキャリア・オーバーフローが大きくなる。そのため、発振させるための電流密度しきい値を低くする事ができず、高出力化が得られない第２の欠点が有る。
【０００６】
更に、上記半導体レーザ８４では、表面側にＰ電極８２とＮ電極８０を設けるため、素子が大きくなる第３の欠点が有る。また、サファイア基板１１１上に、バッファ層１１２を設けるので、製造しにくい第４の欠点が有る。そして、ＳｉＯ2等によるマスク層（保護膜８３）が必要となる第５の欠点が有る。また、サファイア基板１１１への放熱性が悪い第６の欠点が有る。更に、電極８２、８０が段差構造のため、共振器端面の形成が難しい、第７の欠点が有る。
【０００７】
そこで、本発明はこの様な従来の欠点を考慮して、単一の発振波長を出力し、電流密度しきい値が低く、高出力が得られ、製造し易く、コストが安い半導体レーザを提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の本発明では、裏面電極と、その上に設けられた基板と、下部クラッド層と、活性層と、上部クラッド層と、表面の略中央に位置する表面電極とを備え、前記下部クラッド層は、略中央に位置し、Ａｌの混晶比が大きい窒素化合物から成る第１層と、該第１層を覆いかつ周辺に位置し、Ａｌの混晶比が小さい窒素化合物から成る第２層とにより構成された。
【０００９】
請求項２の本発明では、前記上部クラッド層は、略中央に位置し、Ａｌの混晶比が小さい窒素化合物から成る第３層と、該第３層を覆いかつ周辺に位置し、Ａｌの混晶比が大きい窒素化合物から成る第４層とにより構成された。
【００１０】
請求項３の本発明では、前記下部クラッド層と前記上部クラッド層は共に、ＡｌＧａＮ系化合物から成る。
【００１１】
請求項４の本発明では、前記下部クラッド層と前記活性層との間に、下部光ガイド層を設け、前記活性層と前記上部クラッド層との間に上部光ガイド層を設けた。
【００１２】
請求項５の本発明では、前記基板は、ＧａＮ又はＩｎＧａＮ系化合物又はＡｌＧａＮ系化合物又はＩｎＡｌＧａＮ系化合物から成る。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図１の断面図に従い、本発明の実施の形態１に係る半導体レーザ１を説明する。図１に於て、基板２は例えば、Ｎ型ＧａＮから成る。裏面電極３は例えば金等から成り、基板２の裏面全体にわたり、形成されている。この様に、裏面電極３上に基板２は設けられている。
【００１４】
下部クラッド層４は例えば、Ｎ型ＡｌＧａＮ系化合物から成り、基板２上に形成されている。もっと詳細には、下部クラッド層４は、第１層５と第２層６とにより構成されている。
【００１５】
第１層５は、基板２の表面上の略中央に位置し、Ａｌの混晶比が大きい窒素化合物、例えば、Ｎ型Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎから成る。
【００１６】
この第１層５は例えば、７００〜８００℃に加熱された基板２上に、トリメチルガリウムと、トリメチルアルミニウム等の有機金属と、アンモニアガス等を材料として、テルルをドーピング材料として、形成される。
【００１７】
第２層６は、第１層５を覆いかつ周辺に位置する様に、逆凹状に、基板２上に形成されている。第２層６は、Ａｌの混晶比が小さい窒素化合物、例えば、Ｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎから成る。この第２層６は第１層５と略同様の方法にて形成される（但し、Ａｌの混晶比が異なる）。
【００１８】
下部光ガイド層７は例えばＮ型ＧａＮ等から成り、下部クラッド層４上に形成されている。
【００１９】
活性層８は例えば、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎから成る量子井戸にて構成され、下部光ガイド層７上に形成されている。
【００２０】
上部光ガイド層９は例えばＰ型ＧａＮ等から成り、活性層８上に形成されている。
【００２１】
上部クラッド層１０は例えば、Ｐ型ＡｌＧａＮ系化合物から成り、上部光ガイド層９上に形成されている。もっと詳細には、上部クラッド層１０は、第３層１１と第４層１２とにより構成されている。
【００２２】
第３層１１は、上部光ガイド層９の表面上の略中央に位置し、Ａｌの混晶比が小さい窒素化合物、例えば、Ｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎから成る。この第３層１１は第１層５と略同様の方法にて形成される（但し、Ａｌの混晶比が異なる）。
【００２３】
第４層１２は、第３層１１を覆いかつ周辺に位置する様に、逆凹状に、上部光ガイド層９上に形成されている。第４層１２は、Ａｌの混晶比が大きい窒素化合物、例えばＰ型Ａｌ0.18Ｇａ0.82Ｎから成る。この第４層１２は、第１層５と略同様の方法にて形成される。
【００２４】
コンタクト層１３は例えば、Ｐ型ＧａＮから成り、上部クラッド層１０上に形成されている。
【００２５】
表面電極１４は例えば金等から成り、コンタクト層１３の表面上の略中央に位置する様に、形成されている。上記層により、この半導体レーザ１は構成されている。
【００２６】
この半導体レーザ１の特徴を以下にまとめる。半導体レーザ１は、裏面電極３と、その上に設けられた基板２と、下部クラッド層４と、活性層８と、上部クラッド層１０とを備えている。
【００２７】
この半導体レーザ１に於て、下部クラッド層４と上部クラッド層１０は共に、ＡｌＧａＮ系化合物から成る。下部クラッド層４と活性層８との間に、下部光ガイド層７が設けられている。活性層８と上部クラッド層１０との間に、上部光ガイド層９が設けられている。
【００２８】
また、上記例えば、基板２としてＧａＮを例示したが、他に、ＩｎＧａＮ系化合物又はＡｌＧａＮ系化合物又はＩｎＡｌＧａＮ系化合物にて製造しても良い。
【００２９】
更に、上記例に於て、第１層５の幅および第３層１１の幅は共に、表面電極１４の幅より、少し大きく形成されている。また、第１層５および第３層１１は共に、表面電極１４の下方に位置する様に形成されている。
【００３０】
次に、再び図１に従い、この半導体レーザ１の動作を説明する。活性層８の下方に於て、Ａｌの混晶比が大きい窒素化合物から成る第１層５を中央部に設ける事により、電流はキャリア密度の高い第２層６（Ａｌの混晶比が小さい）を斜めに流れる（図１のＡ部とＢ部を参照）。
【００３１】
その結果、下部クラッド層４を厚くしたのと同様な効果が得られる。即ち、活性層８にて生成された発振波長のレーザ光は、この下部クラッド層４（見かけ上厚い）が障壁となり、下部光ガイド層１１７内に、しみ出す事が軽減される。
【００３２】
その結果、発振波長以外のレーザ光が出力する事が抑制され、単一の発振波長を出力する。即ち、縦モード（Ｙ１−Ｙ２方向）特性が改善される。
【００３３】
また、上記構成により、縦モード特性改善のために、下部クラッド層４を厚くする必要がないので、厚くする事により、下部クラッド層４にクラックが入る事を防止できる。
【００３４】
更に、活性層８の上方に於て、Ａｌの混晶比が小さい窒素化合物から成る第３層１１を中央部に設ける事により、この部分でのキャリア密度は高くなる。その結果、活性層８との界面の伝導帯側ヘテロ障壁が大きくなるため、電子のオーバーフローが低減される。その結果、発振させるための電流密度しきい値を低くする事ができ、高出力化が実現される。
【００３５】
この様にして、下部クラッド層４および上部クラッド層１０に於て、各々、Ａｌ混晶比が異なる層を設ける事により、縦モード特性の改善と、高出力化が得られる。
【００３６】
また、表面電極１４と、裏面電極３が、素子（半導体レーザ）１の上と下に位置するので、従来に比べ、素子を小さくできる。また、従来のサファイア基板とバッファ層と、マスク層がないため、素子１を薄く構成できる。この様に、素子１を薄くする事により、放熱性能が改善される。
【００３７】
また、従来と違って、素子１を段差構造にする必要がないので、素子１の加工が容易となる。特に、共振器端面の形成が、従来のＧａＡｓ系素子のものと同様に、効率良く実施できる。この様に、製造し易く、かつコストが安くなる。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１の本発明では、裏面電極と、その上に設けられた基板と、下部クラッド層と、活性層と、上部クラッド層と、表面の略中央に位置する表面電極とを備え、前記下部クラッド層は、略中央に位置し、Ａｌの混晶比が大きい窒素化合物から成る第１層と、該第１層を覆いかつ周辺に位置し、Ａｌの混晶比が小さい窒素化合物から成る第２層とにより構成された。上記構成により、電流はキャリア密度の高い第２層を斜めに流れる。その結果、下部クラッド層を厚くしたのと同様な効果が得られる。即ち、活性層にて生成された発振波長のレーザ光は下部クラッド層（見かけ上、厚い）が障壁となり、下部光ガイド層内にしみ出さない。その結果、発振波長以外のレーザ光が出力する事が抑制され、単一の発振波長を出力する。また、下部クラッド層は実際には厚くないので、クラックが入る事を防止できる。
【００３９】
請求項２の本発明では、前記上部クラッド層は、略中央に位置し、Ａｌの混晶比が小さい窒素化合物から成る第３層と、該第３層を覆いかつ周辺に位置し、Ａｌの混晶比が大きい窒素化合物から成る第４層とにより構成された。上記構成により、活性層の上方に於て、Ａｌの混晶比が小さい窒素化合物から成る第３層を中央部に設ける事により、この部分でのキャリア密度は高くなる。その結果、活性層との界面の伝導帯側のヘテロ障壁が大きくなるため、電子のオーバーフローが低減される。その結果、発振させるための電流密度しきい値を低くする事ができ、高出力化が実現できる。
【００４０】
請求項３の本発明では、前記下部クラッド層と前記上部クラッド層は共に、ＡｌＧａＮ系化合物から成る。上記構成により、活性層は、ハンドギャップが大きい下部クラッド層と、上部クラッド層とに挟まれる事により、注入された電子と正孔は活性層の中に閉じ込められる。その結果、キャリアの再結合の確率は高まり、出射効率は高まる。
【００４１】
請求項４の本発明では、前記下部クラッド層と前記活性層との間に、下部光ガイド層を設け、前記活性層と前記上部クラッド層との間に上部光ガイド層を設けた。上記構成により、下部クラッド層と活性層との間で、格子整合が行われ、各層のクラックが防止される。また、活性層と上部クラッド層との間で、格子整合が行われ、各層のクラックが防止される。
【００４２】
請求項５の本発明では、前記基板は、ＧａＮ又はＩｎＧａＮ系化合物又はＡｌＧａＮ系化合物又はＩｎＡｌＧａＮ系化合物から成る。この様に、基板を上記材質にて構成する事により、活性層から放出されたレーザ光は、基板により吸収される事がない。その結果、従来の様に、サファイア基板の上に、バッファ層を設ける必要がないので、製造し易くなり、かつコストが安くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る半導体レーザ１の断面図である。
【図２】従来の半導体レーザ８４の断面図である。
【符号の説明】
２  基板
３  裏面電極
４  下部クラッド層
５  第１層
６  第２層
８  活性層
１０  上部クラッド層
１４  表面電極
【図１】
0003906066.tif 000002
【図２】
0003906066.tif 000003