(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０≦Ｘ≦１）からなる井戸層と障壁層を含む多重量子井戸からなる活性層を有する窒化ガリウム系半導体レーザ素子において、該井戸層と該障壁層とのバンドギャップエネルギーの差が０．２０ｅＶ以上、０．３０ｅＶ以下であることを特徴とする４３０ｎｍ以上で発振する窒化物半導体レーザ素子。
【請求項２】
それぞれＩｎＸＧａ１−ＸＮ（０≦Ｘ≦１）からなる井戸層と障壁層を含む多重量子井戸からなる活性層を有する窒化ガリウム系半導体レーザ素子において、該障壁層に含まれるＩｎの混晶比Ｘが０．０９以上、０．３０以下であり、かつ該井戸層と障壁層とのバンドギャップエネルギーの差が０．２０ｅＶ以上、０．３０ｅＶ以下であることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
【請求項３】
前記窒化物半導体レーザ素子の発振波長は４３０ｎｍ以上、４８０ｎｍ以下であ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。
【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（ＡｌbＩｎdＧａ1-b-dＮ、０≦ｂ、０≦ｄ、ｂ＋ｄ＜１）よりなるレーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者は、実用可能な窒化物半導体レーザ素子として、例えばJpn.J.Appl.Phys.Vol.37(1998）pp.L309-L312、Part2,No.3B,15 March 1998の文献（以下、従来技術文献という。）に素子構造を提案している。
【０００３】
上記文献の技術は、発振波長が４００ｎｍ付近のレーザ光が得られる窒化物半導体レーザ素子を開示したもので、この素子は、サファイア上に成長させたＧａＮ層上に、ＳｉＯ2よりなる保護膜を部分的に形成し、その上から再度ＧａＮを有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）等の気相成長法により選択成長させ、厚膜のＧａＮを成長させることにより得られる結晶欠陥（以下、転位という場合がある）の少ない窒化物半導体を基板（以下、ＥＬＯＧ基板という場合がある）とし、このＥＬＯＧ基板上に、少なくとも多層膜層（超格子層）のｎ型クラッド層と多層膜層（超格子層）のｐ型クラッド層との間に、多重量子井戸構造の活性層を有してなる。このような素子構造を有するレーザ素子は、１万時間以上の連続発振を達成することができる。
【０００４】
ここで活性層の井戸層の組成をＩｎdＧａ1-dＮ（０≦ｄ＜１）とするとバンド間発光で波長を紫外から赤外まで発光させることが可能であり、本発明者等は、窒化物半導体を用いて、例えば４５０ｎｍ付近の長波長のレーザ光の得られる窒化物半導体レーザ素子の実用化の研究も行っている。
【０００５】
長波長のレーザ光を得る方法として、例えば、上記従来技術文献に記載の素子構造において、井戸層と障壁層とで多重量子井戸を形成している活性層中の井戸層に含まれるＩｎ混晶比を多くする、すなわちＩｎdＧａ1-dＮ（０≦ｄ＜１）からなる活性層のｄの値を大きくすることにより長波長の光が得られることが知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、４３０ｎｍを越えるレーザ光の得られる長波長の窒化物半導体レーザ素子になってくると、井戸層に含まれるＩｎ混晶比を大きくするだけでは、発光効率が低下したり、しきい値電流が高くなってしまい、安定した窒化物半導体レーザ素子を得るのが困難であった。
【０００７】
そこで本発明は４３０ｎｍ以上の長波長でも安定した発振をする窒化物半導体レーザ素子を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
すなわち本発明は、以下のように構成することによってその目的を達成するものである。
請求項１の窒化物半導体レーザ素子は、それぞれＩｎXＧａ1-XＮ（０≦Ｘ≦１）からなる井戸層と障壁層を含む多重量子井戸からなる活性層を有する、４３０ｎｍ以上で発振する窒化ガリウム系半導体レーザ素子において、該井戸層と該障壁層とのバンドギャップエネルギーの差が０．２０ｅＶ以上、０．３０ｅＶ以下であることを特徴とする。これにより井戸層と障壁層との格子不整合を緩和し、結晶性の良好な活性層を形成することができ、かつ井戸層内にミニバンドが形成できるので、しきい値電流の低い、また発光効率の良好な窒化物半導体レーザ素子が得られる。
【００１０】
また請求項３の窒化物半導体レーザ素子は、それぞれＩｎXＧａ1-XＮ（０≦Ｘ≦１）からなる井戸層と障壁層を含む多重量子井戸からなる活性層を有する窒化ガリウム系半導体レーザ素子において、該障壁層に含まれるＩｎの混晶比Ｘが０．０９以上、０．３０以下であり、かつ該井戸層と障壁層とのバンドギャップエネルギーの差が０．２０ｅＶ以上、０．３０ｅＶ以下であることを特徴とする。これにより井戸層と障壁層との格子不整合を緩和し、結晶性の良好な活性層を形成することができ、かつ井戸層内にミニバンドが形成できるので、しきい値電流の低い、また発光効率の良好な窒化物半導体レーザ素子が得られる。
【００１１】
また、請求項４の窒化物半導体レーザ素子は、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子において、発振領域は４３０ｎｍ以上、４８０ｎｍ以下であることを特徴とし、この範囲ではすべての波長においてしきい値電流を低下させることができ、さらにこの範囲ではしきい値電流が４００ｍＡ以下と非常に優れた値を示す。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に図を用いて本発明を詳細に説明する。
図１は本発明の窒化物半導体レーザ素子の一実施の形態を示した模式的な断面図であり、レーザ光の共振方向に垂直な方向で素子を切断した際の図を示している。本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子では、この図のように異種基板１０１上にバッファ層１０２、ｎ型コンタクト層１０３、ｎ型クラッド層１０４、ｎ型光ガイド層１０５、多重量子井戸からなる活性層１０６、ｐ側キャップ層１０７、ｐ型光ガイド層１０８、ｐ型クラッド層１０９、ｐ型コンタクト層１１０が順に形成され、リッジストライプとなったｐ型コンタクト層１１０上にｐ側オーミック電極１２０、ｐ側層からエッチングすることによって露出されたｎ型コンタクト層１０３上にｎ側オーミック電極１２２が形成され、さらにそのほかの露出された窒化物半導体層上にはｐ側オーミック電極１２０の一部とｎ側オーミック電極１２２の一部を覆うように絶縁膜１３０が覆っており、さらにｐ側層上にはｐ側オーミック電極１２０に接してｐ側パッド電極１２１が、ｎ側層上にはｎ側オーミック電極１２２に接してｎ側パッド電極１２３が形成されている。
【００１３】
図１のような構造で、井戸層のＩｎの混晶比を大きくすることで、長波長で発振する窒化物半導体レーザ素子を得ることができるが、その場合障壁層に関しては、従来は井戸層内にミニバンドを形成させる必要があるため、波長が変化してもＩｎの混晶比を変えることはなく、ＧａＮやＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎなど、活性層を挟む光ガイド層やクラッド層と同じか、またはそれに近い組成を用いていた。
【００１４】
しかしながら、ＧａＮやそれに近い組成の障壁層を用いると、長波長のレーザ素子になるにつれて、井戸層と障壁層とのＩｎの混晶比の差が大きくなる。この点に、４３０ｎｍを越える窒化物半導体レーザ素子において安定したレーザ特性が得られない原因があると考え、検討した結果、本発明をなしたものである。すなわち井戸層と障壁層との間に発生する格子不整合が無視できなくなってしまう。この格子不整合が大きくなってしまうと、活性層の結晶性が悪くなってしまうため、しきい値電流の上昇や発光効率の低下などを招いてしまう。
【００１５】
また、上記問題点を解決するために、障壁層のＩｎ混晶比を井戸層のＩｎ混晶比近くまで大きくすることにより、格子不整合は緩和されるが、大きくしすぎると井戸層内にミニバンドが形成されなくなり、活性層が多重量子井戸構造ではなくなってしまい、発光効率が大きく低下してしまう。
【００１６】
そこで本発明は、それぞれＩｎXＧａ1-XＮ（０≦Ｘ≦１）からなる井戸層と障壁層を含む多重量子井戸からなる活性層を有し、該井戸層と該障壁層とのバンドギャップエネルギーの差を０．２０ｅＶ以上、０．３０ｅＶ以下とするもので、これにより井戸層と障壁層との格子不整合を緩和し、結晶性の良好な活性層を形成することができ、しきい値電流の低い、また発光効率の良好な窒化物半導体レーザ素子を得るものである。
【００１７】
すなわち、本発明では、井戸層と障壁層とのバンドギャップエネルギーの差を０．２０ｅＶ以上とすることで、井戸層内にミニバンドが形成されるようにして、量子井戸構造の本来の機能を発揮させ、０．３０ｅＶ以下とすることで井戸層と障壁層との間の格子不整合を緩和して、結晶性の悪化による特性劣化を防止しているのである。
【００１８】
さらに本発明は井戸層と障壁層とのバンドギャップエネルギー差を０．２０ｅＶ以上、０．３０ｅＶ以下とすることで、４３０ｎｍ以上、４８０ｎｍ以下で発振する窒化物半導体レーザ素子のしきい値電流が４００ｍＡ以下と非常に優れた値を示す。
【００１９】
本発明の窒化物半導体レーザ素子は４３０ｎｍ以上で発振するレーザ素子としては活性層の井戸層に含まれるＩｎの混晶比を０．２４以上とする必要がある。この下限値である４３０ｎｍで発振するレーザ素子において井戸層とのバンドギャップエネルギーの差が０．２０ｅＶ以上、０．３０ｅＶ以下の範囲となる障壁層のＩｎ混晶比は０．０９以上、０．１３以下となる。
【００２０】
また、本発明の窒化物半導体レーザ素子の長波長側の上限である４８０ｎｍにおいては、活性層の井戸層に含まれるＩｎの混晶比を０．４０とする必要があり、この井戸層とのバンドギャップエネルギーの差が０．２０ｅＶ以上、０．３０ｅＶ以下の範囲となる障壁層のＩｎ混晶比は０．２４以上、０．３０以下となる。
【００２１】
これらから本請求項２，３の障壁層のＩｎ混晶比は０．０９以上、０．３０以下としている。
【００２２】
本発明の請求項４では４３０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下で発振する窒化物半導体レーザ素子としているが、活性層において、井戸層とのバンドギャップエネルギーの差が０．２０ｅＶ以上、０．３０ｅＶ以下の範囲となる障壁層を形成すれば４８０ｎｍ以上でも安定したレーザ発振は可能である。
【００２３】
本発明において、ＩｎdＧａ1-dＮ（０≦ｄ≦１）からなるＩｎの混晶比ｄは、以下に示すバンドギャップエネルギーとの関係式、
Ｅｇ＝３．４×（１−ｄ）＋１．９５×ｄ−Ａ×ｄ×（１−ｄ）
において、Ａ＝１とし、その式を用いて概算された値である。
【００２４】
例えば、波長が４３０ｎｍでのフォトンエネルギー（Ｅｇ）は２．８８ｅＶであり、上記関係式からｄの値として０．２３を算出し、井戸層のＩｎ混晶比としている。
【００２５】
図２は本発明において、井戸層と障壁層とのバンドギャップエネルギーの差を０．２５ｅＶとしたときの本発明に係る窒化物半導体レーザ素子のしきい値電流（○印、障壁層インジウム高混晶として示したもの）を、従来の窒化物半導体レーザ素子のしきい値電流（×印で示したもの）と比較した図である。４３０ｎｍから４８０ｎｍにおいて、従来の窒化物半導体レーザ素子よりしきい値電流が低下していることがわかる。また、この範囲においては井戸層と障壁層とのバンドギャップエネルギーの差が０．２０ｅＶ〜０．３０ｅＶの範囲で従来の窒化物半導体レーザ素子よりしきい値電流が小さくなることが確認されている。個々の点については実施例１〜６で示す。
【００２６】
また、本発明の活性層において、井戸層の膜厚としては１００オングストローム以下、好ましくは１０オングストローム以上、７０オングストローム以下であり、より好ましくは３０オングストローム以上、６０オングストローム以下である。また、障壁層の膜厚としては２００オングストローム以下、好ましくは１０オングストローム以上、１５０オングストローム以下であり、より好ましくは７０オングストローム以上、１００オングストローム以下である。
【００２７】
また、本発明の活性層を構成する層は不純物をドープしても良く、例えば井戸層および障壁層のいずれか一方または両方に不純物をドープしてもよい。特に障壁層に不純物をドープさせると、しきい値が低下し好ましい。不純物としては、ｎ型でもｐ型でもよく、例えばｎ型ではＳｉ、ｐ型ではＭｇなどが挙げられる。
【００２８】
また、本発明の窒化物半導体レーザ素子において、活性層を構成する障壁層と井戸層の積層順としては、障壁層から始まり井戸層で終わっても、障壁層から始まり障壁層で終わっても、井戸層から始まり障壁層で終わっても、また井戸層から始まり井戸層で終わってもよい。好ましくは障壁層から始まり、井戸層と障壁層とのペアを２〜５回繰り返してなるもの、より好ましくは井戸層と障壁層とのペアを３回繰り返してなるものがしきい値を低くし寿命特性を向上させるのに好ましい。
【００２９】
また、本発明の窒化物半導体レーザ素子において、活性層の井戸層と障壁層との間に、障壁層よりもエネルギーギャップの大きいＡｌZＧａ1-ZＮ（０≦Ｚ≦１）よりなる中間層を少なくとも１つの井戸層上に形成しても良い。この中間層を形成することで、特にしきい値電圧を下げることができる。この中間層を形成する場合、中間層は多重量子井戸からなる活性層のすべての井戸層上に形成することが最も好ましい。
【００３０】
次に、活性層１０６以外の窒化物半導体層などの他の構成について説明する。いうまでもないが、本発明は以下の構成に限られるものではない。
【００３１】
基板１０１としてはサファイアなどの異種基板、または公知の方法によって得られたＧａＮ基板を用いることができる。また基板１０１上には、ＧａＮよりなるバッファ層１０２を形成することが好ましく、これによって後に基板上に形成する窒化物半導体の結晶性を良好にすることができる。このバッファ層１０２は異種基板上に窒化物半導体を形成するときに特に有効である。なお、異種基板とは窒化物半導体とは異なる材料からなる基板のことをいう。
【００３２】
ｎ型コンタクト層１０３はｎ側電極を形成するための層であって、Ｓｉなどのｎ型不純物をドープすることで、オーミック性が良好となるようにする。この層は、ｐ側層を形成した後にｐ側層からエッチングしてｎ型コンタクト層の一部を露出させて、露出させたｎ型コンタクト層１０３上にｎ側電極を形成する。
【００３３】
ｎ型コンタクト層１０３上にクラック防止層を形成してもよく、このクラック防止層はアンドープとすることで基板側からのクラックを低減させるために形成される。またこのクラック防止層は、ＩｎＧａＮなどで形成し、上部ｎ型クラッド層との屈折率差を設けることで、発光層から発せられた光が異種基板に当たって反射して再び窒化物半導体層に戻ってくるのを防ぐ層として機能させることができる。またこの層は省略してもよい。
【００３４】
ｎ型クラッド層１０４は発光層への電子の供給層であると共にキャリアおよび光を活性層に閉じこめる層としてはたらき、例えばＳｉなどのｎ型不純物をドープした単層、またアンドープ層とｎ型不純物ドープ層とを交互に積層した超格子構造とすることができる。
【００３５】
ｎ型光ガイド層１０５は、多重量子井戸構造などの膜厚が薄くなった活性層１０６の膜厚を補うことで、活性層１０６とともに光導波路を構成するものである。従って、上部活性層１０６と屈折率差があまりなく、ｎ型クラッド層１０４との屈折率差を十分に設けるような組成とする。またこの層は、例えばｎ型不純物をドープしてもよく、アンドープでもよく、ｎ型不純物がドープされた層とアンドープの層との超格子としてもよい。
【００３６】
活性層１０６上にあるｐ側キャップ層１０７はＭｇなどのｐ型不純物を高ドープすることで活性層１０６に供給されるｎ側からの電子に対して不足しがちな正孔を補うことができる。またｐ型光ガイド層１０８、ｐ型クラッド層１０９よりもｐ型不純物濃度を高くすることで、ｐ側キャップ層１０７上に形成されるｐ側層にｐ型不純物が拡散するようになり好ましい。さらにこの層は活性層１０６のＩｎの分解を抑える効果もあり、その機能を主として発揮させる場合はアンドープでもよい。また、このｐ側キャップ層１０７は省略することもできる。
【００３７】
ｐ型光ガイド層１０８はＭｇなどのｐ型不純物が含まれた層であるが、意図的にｐ型不純物をドープして形成するのはもちろんのこと、ｐ側キャップ層１０７をｐ型不純物をドープして形成した場合はｐ型不純物がｐ側キャップ層１０７から拡散されるので、アンドープで形成してもよい。このｐ型光ガイド層１０８はｎ型光ガイド層１０５と同様に、光導波路を設けるための層で、下部活性層１０６と屈折率差があまりなく、ｐ型クラッド層１０９との屈折率差を十分に設けるような組成とする。
【００３８】
ｐ型クラッド層１０９は発光層への正孔の供給層としてはたらき、例えばＭｇなどのｐ型不純物をドープした単層、またアンドープ層とｐ型不純物ドープ層とを交互に積層した超格子構造を用いて構成することができる。
【００３９】
ｐ型コンタクト層１１０はｐ側電極を形成する層であり、Ｍｇなどのｐ型不純物を比較的多くドープすることで、ｐ側電極とのオーミック性が良好となるようにする。
【００４０】
さらに窒化物半導体レーザ素子においては、最上層からｐ側クラッド層１０９とｐ側光ガイド層１０８との界面付近までエッチングを行い、幅１．５μｍのストライプ状の導波路を形成する。このように、活性層１０６よりも上部にある層をストライプ状のリッジ形状とすることにより、活性層１０６の発光がストライプリッジの下に集中するようになってしきい値を低下させることができる。特にｐ側クラッド層以上の層をリッジ形状とすることが望ましい。
【００４１】
ｐ側電極はｐ型コンタクト層１１０のリッジ最表面に形成されたｐ側オーミック電極１２０と、その上に形成されたｐ側パッド電極１２１とからなり、ｐ型コンタクト層１１０と好ましいオーミックが得られるｐ側オーミック電極１２０の材料としては、例えばＮｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉ／Ａｕ、Ｎｉ／Ｔｉ／Ａｕ、Ｐｔ／Ａｕ、Ｐｄ／Ａｕ等を挙げることができる。またｐ側パッド電極１２１は実質的なｐ側オーミック電極１２０の表面積を広げて、ｐ電極側をワイヤーボンディング、ダイボンディングできるようにするためのものでＡｕなどが挙げられる。
【００４２】
ｎ側電極はｎ型コンタクト層１０３上にｎ側オーミック電極１２２、さらにその上にｎ側パッド電極１２３があり、ｎ型コンタクト層１０３と好ましいオーミックが得られるｎ側オーミック電極１２２の材料としてはＡｌ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｉｎ等の金属もしくは合金が挙げられる。またｎ側パッド電極１２３はｎ側オーミック電極１２２の剥がれを防止する作用があり、Ａｕなどが挙げられる。
【００４３】
【実施例】
以下に、図１を用いて実施例１〜８について説明する。なお、本発明の窒化物半導体レーザ素子は図１の構造に限定されるものではない。
［実施例１］
（バッファ層１０２）
２インチφ、Ｃ面を主面とするサファイア上に公知の方法によって得られたＧａＮ基板１０１をＭＯＶＰＥ反応容器内にセットし、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ3）を用い、ＧａＮよりなる第１のバッファ層を２００オングストロームの膜厚で成長させる。第１のバッファ層成長後、昇温して同じくＧａＮよりなる第２のバッファ層を１．５μｍの膜厚で成長させる。
【００４４】
（ｎ側コンタクト層１０３）
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、Ｓｉを１×１０18／ｃｍ3ドープしたＧａＮよりなるｎ側コンタクト層１０３を４μｍの膜厚で成長させる。
【００４５】
（クラック防止層）
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を０．１５μｍの膜厚で成長させる。
【００４６】
（ｎ側クラッド層１０４）
続いて、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ、アンモニアを用い、１０５０℃でアンドープＡｌ0.16Ｇａ0.84Ｎよりなる層を２５オングストロームの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止めて、シランガスを流し、Ｓｉを１×１０19／ｃｍ3ドープしたｎ型ＧａＮよりなる層を２５オングストロームの膜厚で成長させる。それらの層を交互積層して超格子層を構成し、総膜厚１．２μｍの超格子よりなるｎ側クラッド層１０４を成長させる。
【００４７】
（ｎ側光ガイド層１０５）
次に、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、同様の温度で、アンドープのＧａＮよりなるｎ型光ガイド層１０５を７５０オングストロームの膜厚で成長させる。
【００４８】
（活性層１０６）
次に、温度を８８０℃にして、原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＩ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０18／ｃｍ3ドープしたＩｎ0.24Ｇａ0.76Ｎ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。続いて、温度を８２０℃に下げ、シランガスを止め、アンドープのＩｎ0.37Ｇａ0.63Ｎよりなる井戸層を５０オングストロームの膜厚で成長させる。この障壁層、井戸層をさらに２回繰り返して積層し、最後に障壁層を形成して、総膜厚５５０オングストロームの多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる活性層１０６を成長させる。このときの井戸層と障壁層とのバンドギャップエネルギーの差は０．２５ｅＶとなる。
【００４９】
（ｐ側キャップ層１０７）
次にＴＭＩを止め、Ｃｐ2Ｍｇを流し、Ｍｇを１×１０20／ｃｍ3ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側キャップ層１０７を１００オングストロームの膜厚で成長させる。
【００５０】
（ｐ側光ガイド層１０８）
続いてＣｐ2Ｍｇ、ＴＭＡを止め、１０５０℃で、アンドープＧａＮよりなるｐ側光ガイド層１０８を０．１μｍの膜厚で成長させる。このｐ型光ガイド層１０８は、アンドープとして成長させるが、ｐ側キャップ層１０７からのＭｇの拡散により、Ｍｇ濃度が５×１０16／ｃｍ3となりｐ型を示す。
【００５１】
（ｐ側クラッド層１０９）
続いてＣｐ2Ｍｇを止め、ＴＭＡを流し、１０５０℃でアンドープＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる層を２５オングストロームの膜厚で成長させ、続いてＴＭＡを止め、Ｃｐ2Ｍｇを流し、Ｍｇ濃度が１×１０19／ｃｍ3からなるアンドープＧａＮよりなる層を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１０９を成長させる。
【００５２】
（ｐ側コンタクト層１１０）
最後に、ｐ側クラッド層１０９の上に、Ｍｇを１×１０20／ｃｍ3ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層１１０を１５０オングストロームの膜厚で成長させる。
【００５３】
以上のようにして窒化物半導体を成長させたウエハーを反応容器から取り出し、最上層のｐ側コンタクト層１１０の表面に、所定の形状のマスクを介して、幅１．５μｍのストライプからなるＳｉＯ2よりなる保護膜を作製する。保護膜形成後、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用い、図１に示すように、ｐ側クラッド層１０９とｐ側光ガイド層１０８との界面付近までエッチングを行い、幅１．５μｍのストライプ状の導波路を形成する。
【００５４】
ストライプ導波路形成後、ＳｉＯ2マスクをつけたまま、窒化物半導体層の表面にＺｒＯ2よりなる絶縁膜を形成する。絶縁膜形成後、バッファードフッ酸に浸潰して、ｐ側コンタクト層１１０上に形成したＳｉＯ2を溶解除去し、リフトオフ法によりＳｉＯ2と共に、ｐ側コンタクト１１０層上にあるＺｒＯ2を除去する。
【００５５】
次にリッジ表面にＳｉＯ2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１０３の表面を露出させる。
【００５６】
次にｐ側コンタクト層１１０のリッジ最表面にＮｉとＡｕよりなるｐ側オーミック電極１２０をストライプ状に形成する。
【００５７】
一方、ＴｉとＡｌよりなるｎ側オーミック電極１２２を先ほど露出させたｎ側コンタクト層１０３の表面にストライプ状に形成する。
【００５８】
次に図１に示すようにｐ側オーミック電極１２０と、ｎ側オーミック電極１２２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１３０を形成し、この絶縁膜１３０を介してｐ側オーミック電極１２０と電気的に接続したｐ側パッド電極１２１、およびｎ側オーミック電極１２２と電気的に接続したｎ側パッド電極１２３を形成する。
【００５９】
以上のようにして、ｐ、ｎ両パッド電極形成後、サファイア基板のＡ面に沿った、窒化物半導体のＭ面（窒化物半導体を六角柱で表した場合にその六角柱の側面に相当する面）でＧａＮを劈開してウエハーをバー状とし、そのバーの劈開面に共振面を作製する。共振面作製後、さらに共振面に垂直な方向でバー状のウエハーを切断してレーザチップとした。
【００６０】
次に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、室温においてしきい値電流は２４５ｍＡ、しきい値電圧４．２Ｖ、発振波長４７０ｎｍの連続発振が１０００時間以上の寿命で確認された。
【００６１】
［比較例１］
実施例１と比較するために、活性層を以下のようにしてレーザ素子を作製した。
（活性層）
次に、温度を８８０℃にして、原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＩ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０18／ｃｍ3ドープしたＧａＮ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。続いて、温度を８２０℃に下げ、シランガスを止め、アンドープのＩｎ0.37Ｇａ0.63Ｎよりなる井戸層を５０オングストロームの膜厚で成長させる。この障壁層、井戸層をさらに２回繰り返して積層し、最後に障壁層を形成して、総膜厚５５０オングストロームの多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる活性層を成長させる。このときの井戸層と障壁層とのバンドギャップエネルギーの差は０．７７ｅＶとなる。
【００６２】
以上のようにした他は実施例１と同様にしてレーザ素子を作製したところ、室温においてしきい値電流は３５２ｍＡ、しきい値電圧４．４Ｖ、発振波長４７０ｎｍの連続発振が１０００時間以上の寿命で確認された。
【００６３】
［実施例２］
実施例１において、活性層１０６を以下のようにしてレーザ素子を作製した。
（活性層１０６）
次に、温度を８８０℃にして、原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＩ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０18／ｃｍ3ドープしたＩｎ0.19Ｇａ0.81Ｎ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。続いて、温度を８２０℃に下げ、シランガスを止め、アンドープのＩｎ0.34Ｇａ0.66Ｎよりなる井戸層を５０オングストロームの膜厚で成長させる。この障壁層、井戸層をさらに２回繰り返して積層し、最後に障壁層を形成して、総膜厚５５０オングストロームの多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる活性層１０６を成長させる。
【００６４】
以上のようにすることで井戸層と障壁層とのバンドギャップエネルギーの差は０．２５ｅＶとなり、その他活性層以外の層は実施例１と同様にしてレーザ素子を作製したところ、室温においてしきい値電流は１４８ｍＡ、しきい値電圧４．２Ｖ、発振波長４６０ｎｍの連続発振が１０００時間以上の寿命で確認された。
【００６５】
［実施例３］
実施例１において、活性層１０６を以下のようにしてレーザ素子を作製した。
（活性層１０６）
次に、温度を８８０℃にして、原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＩ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０18／ｃｍ3ドープしたＩｎ0.17Ｇａ0.83Ｎ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。続いて、温度を８２０℃に下げ、シランガスを止め、アンドープのＩｎ0.30Ｇａ0.70Ｎよりなる井戸層を５０オングストロームの膜厚で成長させる。この障壁層、井戸層をさらに２回繰り返して積層し、最後に障壁層を形成して、総膜厚５５０オングストロームの多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる活性層１０６を成長させる。
【００６６】
以上のようにすることで井戸層と障壁層とのバンドギャップエネルギーの差は０．２５ｅＶとなり、その他活性層以外の層は実施例１と同様にしてレーザ素子を作製したところ、室温においてしきい値電流は１１６ｍＡ、しきい値電圧４．１Ｖ、発振波長４５０ｎｍの連続発振が１０００時間以上の寿命で確認された。
【００６７】
［実施例４］
実施例１において、活性層１０６を以下のようにしてレーザ素子を作製した。
（活性層１０６）
次に、温度を８８０℃にして、原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＩ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０18／ｃｍ3ドープしたＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ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。続いて、温度を８２０℃に下げ、シランガスを止め、アンドープのＩｎ0.27Ｇａ0.73Ｎよりなる井戸層を５０オングストロームの膜厚で成長させる。この障壁層、井戸層をさらに２回繰り返して積層し、最後に障壁層を形成して、総膜厚５５０オングストロームの多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる活性層１０６を成長させる。
【００６８】
以上のようにすることで井戸層と障壁層とのバンドギャップエネルギーの差は０．２５ｅＶとなり、その他活性層以外の層は実施例１と同様にしてレーザ素子を作製したところ、室温においてしきい値電流は８０ｍＡ、しきい値電圧４．１Ｖ、発振波長４４０ｎｍの連続発振が１０００時間以上の寿命で確認された。
【００６９】
［実施例５］
実施例１において、活性層１０６を以下のようにしてレーザ素子を作製した。
（活性層１０６）
次に、温度を８８０℃にして、原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＩ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０18／ｃｍ3ドープしたＩｎ0.12Ｇａ0.88Ｎ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。続いて、温度を８２０℃に下げ、シランガスを止め、アンドープのＩｎ0.24Ｇａ0.76Ｎよりなる井戸層を５０オングストロームの膜厚で成長させる。この障壁層、井戸層をさらに２回繰り返して積層し、最後に障壁層を形成して、総膜厚５５０オングストロームの多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる活性層１０６を成長させる。
【００７０】
以上のようにすることで井戸層と障壁層とのバンドギャップエネルギーの差は０．２５ｅＶとなり、その他活性層以外の層は実施例１と同様にしてレーザ素子を作製したところ、室温においてしきい値電流は６５ｍＡ、しきい値電圧４．０Ｖ、発振波長４３０ｎｍの連続発振が１０００時間以上の寿命で確認された。
【００７１】
［実施例６］
実施例１において、活性層１０６を以下のようにしてレーザ素子を作製した。
（活性層１０６）
次に、温度を８８０℃にして、原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＩ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０18／ｃｍ3ドープしたＩｎ0.26Ｇａ0.74Ｎ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。続いて、温度を８２０℃に下げ、シランガスを止め、アンドープのＩｎ0.40Ｇａ0.60Ｎよりなる井戸層を５０オングストロームの膜厚で成長させる。この障壁層、井戸層をさらに２回繰り返して積層し、最後に障壁層１３を形成して、総膜厚５５０オングストロームの多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる活性層１０６を成長させる。
【００７２】
以上のようにすることで井戸層と障壁層とのバンドギャップエネルギーの差は０．２５ｅＶとなり、その他活性層以外の層は実施例１と同様にしてレーザ素子を作製したところ、室温においてしきい値電流は３８２ｍＡ、しきい値電圧４．４Ｖ、発振波長４８０ｎｍの連続発振が１０００時間以上の寿命で確認された。
【００７３】
［実施例７］
実施例１において、活性層１０６を以下のようにしてレーザ素子を作製した。
（活性層）
次に、温度を８８０℃にして、原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＩ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０18／ｃｍ3ドープしたＩｎ0.26Ｇａ0.74Ｎ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。続いて、温度を８２０℃に下げ、シランガスを止め、アンドープのＩｎ0.37Ｇａ0.63Ｎよりなる井戸層を５０オングストロームの膜厚で成長させる。この障壁層、井戸層をさらに２回繰り返して積層し、最後に障壁層を形成して、総膜厚５５０オングストロームの多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる活性層１０６を成長させる。
【００７４】
以上のようにすることで井戸層と障壁層とのバンドギャップエネルギーの差は０．２０ｅＶとなり、その他活性層以外の層は実施例１と同様にしてレーザ素子を作製したところ、室温においてしきい値電流は３１０ｍＡ、しきい値電圧４．３Ｖ、発振波長４７０ｎｍの連続発振が１０００時間以上の寿命で確認された。
【００７５】
［実施例８］
実施例１において、活性層１０６を以下のようにしてレーザ素子を作製した。
（活性層）
次に、温度を８８０℃にして、原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＩ及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０18／ｃｍ3ドープしたＩｎ0.19Ｇａ0.81Ｎ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。続いて、温度を８２０℃に下げ、シランガスを止め、アンドープのＩｎ0.37Ｇａ0.63Ｎよりなる井戸層を５０オングストロームの膜厚で成長させる。この障壁層、井戸層をさらに２回繰り返して積層し、最後に障壁層を形成して、総膜厚５５０オングストロームの多重量子井戸（ＭＱＷ）からなる活性層１０６を成長させる。
【００７６】
以上のようにすることで井戸層と障壁層とのバンドギャップエネルギーの差は０．３０ｅＶとなり、その他活性層以外の層は実施例１と同様にしてレーザ素子を作製したところ、室温においてしきい値電流は２８３ｍＡ、しきい値電圧４．２Ｖ、発振波長４７０ｎｍの連続発振が１０００時間以上の寿命で確認された。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、４３０ｎｍ以上で発振する窒化物半導体レーザ素子において、それぞれＩｎXＧａ1-XＮ（０≦Ｘ≦１）からなる井戸層と障壁層を含む多重量子井戸からなる活性層を有する窒化ガリウム系半導体レーザ素子において、該井戸層と該障壁層とのバンドギャップエネルギーの差が０．２０ｅＶ以上、０．３０ｅＶ以下とし、また／さらに前記障壁層に含まれるＩｎの混晶比Ｘを０．０９以上、０．３０以下、前記井戸層に含まれるＩｎの混晶比Ｘを０．２３以上、０．４０以下とすることで、井戸層と障壁層との格子不整合を緩和し、結晶性の良好な活性層を形成することができ、しきい値電流の低い、また発光効率の良好な窒化物半導体レーザ素子を得ることができた。
【００７８】
さらにこれらの窒化物半導体レーザ素子において、４３０ｎｍ以上、４８０ｎｍ以下の発振領域内において、しきい値電流は４００ｍＡ以下と非常に優れた特性を有する窒化物半導体レーザ素子を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例に係る窒化物半導体レーザ素子の構造を示す模式的な断面図。
【図２】  本発明の窒化物半導体レーザと従来の窒化物半導体レーザにおける、発振波長としきい値電流との関係を示す図。
【符号の説明】
１０１・・・ＧａＮ基板（またはサファイア基板）、
１０２・・・バッファ層、
１０３・・・ｎ型コンタクト層、
１０４・・・ｎ型クラッド層、
１０５・・・ｎ型光ガイド層、
１０６・・・活性層、
１０７・・・ｐ側キャップ層、
１０８・・・ｐ型光ガイド層、
１０９・・・ｐ型クラッド層、
１１０・・・ｐ型コンタクト層、
１２０・・・ｐ側オーミック電極、
１２１・・・ｐ側パッド電極、
１２２・・・ｎ側オーミック電極、
１２３・・・ｎ側パッド電極、
１３０・・・絶縁膜。
【図１】
0004854829.tif 000002
【図２】
0004854829.tif 000003