(57)【要約】【課題】電子バリア層の影響で発生した応力を緩和し、電子バリア層により光分布に影響を与えず、しきい電流を低下させ、かつ信頼性の低下を抑制する。【解決手段】ｎ型クラッド層１４と、ｎ型クラッド層１４上に配置されたｎ型ＡｌXＩｎYＧａ1-X-YＮ（０≦Ｘ，０≦Ｙ，Ｘ＋Ｙ≦１）ガイド層１６と、ｎ型ＡｌXＩｎYＧａ1-X-YＮ（０≦Ｘ，０≦Ｙ，Ｘ＋Ｙ≦１）ガイド層１６上に配置された活性層１８と、活性層１８上に配置されたｐ型ＧａＮガイド層２２と、ｐ型ＧａＮガイド層２２上に配置された第１ｐ型クラッド層２６ａと、第１ｐ型クラッド層２６ａ上に配置された電子バリア層２５と、電子バリア層２５上に配置された第２ｐ型クラッド層２６ｂとを備える窒化物半導体レーザ２０。【選択図】図１
2009253015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型クラッド層と、
前記ｎ型クラッド層上に配置されたｎ型ＡｌXＩｎYＧａ1-X-YＮ（０≦Ｘ，０≦Ｙ，Ｘ＋Ｙ≦１）ガイド層と、
前記ｎ型ＡｌXＩｎYＧａ1-X-YＮ（０≦Ｘ，０≦Ｙ，Ｘ＋Ｙ≦１）ガイド層上に配置された活性層と、
前記活性層上に配置されたｐ型ガイド層と、
前記ｐ型ガイド層上に配置された第１ｐ型クラッド層と、
前記第１ｐ型クラッド層上に配置された電子バリア層と、
前記電子バリア層上に配置された第２ｐ型クラッド層と
を備えることを特徴とする窒化物半導体レーザ。
【請求項２】
前記活性層は、ＩｎXＧａ1-XＮ層とＩｎYＧａ1-YＮ層（０≦Ｘ≦１，０≦Ｙ≦１，Ｘ≠Ｙ）の多重量子井戸構造からな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。
【請求項３】
前記第２ｐ型クラッド層のすべてまたは一部は、前記ｐ型ガイド層上にストライプ状に配置されことを特徴とする請求項１または２に記載の窒化物半導体レーザ。
【請求項４】
前記活性層を構成する多重量子井戸構造のペア数は３以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ。
【請求項５】
前記第１ｐ型クラッド層と前記第２ｐ型クラッド層は、それぞれＡｌXＧａ1-XＮとＡｌYＧａ1-YＮ（０≦Ｘ≦１，０≦Ｙ≦１）からなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の窒化物半導体レーザ。
【請求項６】
Ｘ＝Ｙであることを特徴とする請求項５に記載の窒化物半導体レーザ。
【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に関し、特に、電子バリア層の影響で発生した応力を緩和し、かつ光分布に影響を与えない窒化物半導体素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の窒化物半導体レーザにおいては、活性層への良好なキャリアの注入を行うために、電子バリア層を、ｐ型ＧａＮガイド層とｐ型クラッド層の界面に設ける構造や、活性層上のｐ型ＧａＮガイド層中に設ける構造が開示されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。
【０００３】
電子バリア層２５を、ｐ型ＧａＮガイド層とｐ型クラッド層の界面に設ける構造を有する窒化物半導体レーザ６０は、図５に示すように、ＧａＮ半導体基板１０と、ＧａＮ半導体基板１０上に配置されたｎ型クラッド層１４と、ｎ型クラッド層１４上に配置されたｎ型ＧａＮガイド層１６と、ｎ型ＧａＮガイド層１６上に配置され、多重量子井戸（（ＭＱＷ：Multi-Quantum Well）構造を有する活性層１８と、活性層１８上に配置された電子バリア層２５と、電子バリア層２５上に配置されたｐ型ＧａＮガイド層２２と、ｐ型ＧａＮガイド層２２上に配置されたｐ型クラッド層２６と、ｐ型クラッド層２６上に配置されたｐ型ＧａＮコンタクト層２８とを備える。
【０００４】
また、電子バリア層２５を、活性層上のｐ型ＧａＮガイド層中に設ける構造を有する従来の窒化物半導体レーザ６０は、図６に示すように、ＧａＮ半導体基板１０と、ＧａＮ半導体基板１０上に配置されたｎ型クラッド層１４と、ｎ型クラッド層１４上に配置されたｎ型ＧａＮガイド層１６と、ｎ型ＧａＮガイド層１６上に配置され、ＭＱＷ構造を有する活性層１８と、活性層１８上に配置されたｐ型ＧａＮガイド層２２と、ｐ型ＧａＮガイド層２２上に配置された電子バリア層２５と、電子バリア層２５上に配置されたｐ型クラッド層２６と、ｐ型クラッド層２６上に配置されたｐ型ＧａＮコンタクト層２８とを備える。
【０００５】
図５に示す従来の窒化物半導体レーザの場合、活性層１８からの光の広がるパターンが、電子バリア層２５の影響でｎ型ＧａＮガイド層１６やｎ型クラッド層１４側に顕著に押しだされる形状となり、またしきい電流も増加する傾向となる。一方、図６に示す従来の窒化物半導体レーザの場合、光の広がるパターンがｎ型ＧａＮガイド層１６やｎ型クラッド層１４側に顕著に押しだされる影響は抑えることができ、しきい電流も低下する。しかしながら、アルミニウム（Ａｌ）組成の高い電子バリア層２５の影響で、ｐ型ＧａＮガイド層２２及び活性層１８に大きな圧縮応力がかかり、信頼性が低下する。図５に示す従来の窒化物半導体レーザでは、電子バリア層２５がｐ型ＧａＮガイド層２２中に挟まれた格好となり、電子バリア層２５の影響で発生した応力は緩和される。
【特許文献１】特開２００２−２２３０４２号公報
【特許文献１】特開２０００−３４９３９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、電子バリア層の影響で発生した応力を緩和し、電子バリア層により光分布に影響を与えず、しきい電流を低下させ、かつ信頼性の低下を抑制できる窒化物半導体レーザを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
電子バリア層をｐクラッド層内部に成長することにより、電子バリア層の影響で発生した応力を上下のクラッド層で緩和し、かつガイド層より外側に電子バリア層を配置していることで光分布に影響を与えない窒化物半導体レーザ構造にできる。
【０００８】
上記目的を達成するための本発明の一態様によれば、ｎ型クラッド層と、前記ｎ型クラッド層上に配置されたｎ型ＡｌXＩｎYＧａ1-X-YＮ（０≦Ｘ，０≦Ｙ，Ｘ＋Ｙ≦１）ガイド層と、前記ｎ型ＡｌXＩｎYＧａ1-X-YＮ（０≦Ｘ，０≦Ｙ，Ｘ＋Ｙ≦１）ガイド層上に配置された活性層と、前記活性層上に配置されたｐ型ガイド層と、前記ｐ型ガイド層上に配置された第１ｐ型クラッド層と、前記第１ｐ型クラッド層上に配置された電子バリア層と、前記電子バリア層上に配置された第２ｐ型クラッド層とを備える窒化物半導体レーザが提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電子バリア層の影響で発生した応力を緩和し、電子バリア層により光分布に影響を与えず、しきい電流を低下させ、かつ信頼性の低下を抑制できる窒化物半導体レーザを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００１１】
また、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、各構成部品の配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１２】
[第１の実施の形態]
本発明の第１の実施の形態に係る窒化物半導体レーザ２０は、図１の鳥瞰図に模式的に示すように、ＧａＮ半導体基板１０と、ＧａＮ半導体基板１０上に配置されたｎ型ＧａＮバッファ層１２と、ｎ型ＧａＮバッファ層１２上に配置されたｎ型クラッド層１４と、ｎ型クラッド層１４上に配置されたｎ型ＡｌXＩｎYＧａ1-X-YＮ（０≦Ｘ，０≦Ｙ，Ｘ＋Ｙ≦１）ガイド層１６と、ｎ型ＡｌXＩｎYＧａ1-X-YＮ（０≦Ｘ，０≦Ｙ，Ｘ＋Ｙ≦１）ガイド層１６上に配置された活性層１８と、活性層１８上に配置されたｐ型ＧａＮガイド層２２とを備える。
【００１３】
さらに、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ２０は、ｐ型ＧａＮガイド層２２上にストライプ状に配置された第１ｐ型クラッド層２６ａと、第１ｐ型クラッド層２６ａ上に配置された電子バリア層２５と、電子バリア層２５上に配置された第２ｐ型クラッド層２６ｂと、第２ｐ型クラッド層２６ｂ上に配置されたｐ型ＧａＮコンタクト層２８とを備える。
【００１４】
さらに、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ２０は、ｐ型ＧａＮガイド層２２上、第１ｐ型クラッド層２６ａ、電子バリア層２５、第２ｐ型クラッド層２６ｂおよびｐ型ＧａＮコンタクト層２８の側壁上に配置された絶縁膜２４を備える。絶縁膜２４は、ストライプ状に配置されたｐ型ＧａＮコンタクト層２８の上面において窓開けされている。この窓開けされた開口部において、ｐ型ＧａＮコンタクト層２８は、ｐ側オーミック電極３０と接触している。
【００１５】
さらに、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ２０において、ｐ側オーミック電極３０は、ストライプ状に配置されたｐ型クラッド層２６ａ、電子バリア層２５、ｐ型クラッド層２６ｂおよびｐ型ＧａＮコンタクト層２８の側壁部を絶縁膜２４を介して被覆しており、レーザストライプ８０に沿って、ストライプ状に配置されている。
【００１６】
さらに、本実施の形態に係る窒化物半導体レーザ２０において、絶縁膜２４上およびレーザストライプ８０に沿って、ストライプ状に配置されるｐ側オーミック電極３０上にはｐ側電極３２が配置され、ｐ側電極３２が配置される面と対向する裏面側のＧａＮ半導体基板１０上には、ｎ側電極４０が配置される。
【００１７】
活性層１８は、バリア層としてＩｎXＧａ1-XＮ層と、ウェル層としてＩｎYＧａ1-YＮ層（０≦Ｘ≦１，０≦Ｙ≦１，Ｘ≠Ｙ）のＭＱＷ構造からなる。活性層１８を構成するＭＱＷ構造のペア数は３以下であることがキャリアの閉じ込め効果を高める上では有効である。
【００１８】
第２ｐ型クラッド層２６ｂのすべてまたは一部は、ｐ型ＧａＮガイド層２２上にストライプ状に配置されていてもよい。
【００１９】
第１ｐ型クラッド層２６ａと第２ｐ型クラッド層２６ｂは、それぞれＡｌXＧａ1-XＮとＡｌYＧａ1-YＮ（０≦Ｘ≦１，０≦Ｙ≦１）から構成されていてもよい。また、ここで、Ｘ＝Ｙであってもよい。
【００２０】
絶縁膜２４は、例えば、ＺｒＯ2で形成される。また、ｐ側オーミック電極は、例えば、Ｐｄ／Ａｕで形成される。ｎ側電極４０は、例えば、Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕで形成される。
【００２１】
また、ｐ型クラッド層２６ａおよび２６ｂは、超格子構造を備えていても良い。
【００２２】
ｎ型ＧａＮ半導体基板１０と、ｎ型ＧａＮ半導体基板１０上に配置されたｎ型クラッド層１４と、ｎ型クラッド層１４上に配置されたｎ型ＡｌXＩｎYＧａ1-X-YＮ（０≦Ｘ，０≦Ｙ，Ｘ＋Ｙ≦１）ガイド層１６と、ｎ型ＡｌXＩｎYＧａ1-X-YＮ（０≦Ｘ，０≦Ｙ，Ｘ＋Ｙ≦１）ガイド層１６に配置された活性層１８と、活性層１８上に配置されたｐ型ＧａＮガイド層２２と、ｐ型ＧａＮガイド層２２上に配置された第１ｐ型クラッド層２６ａと、第１ｐ型クラッド層２６ａ上に配置された電子バリア層２５と、電子バリア層２５上に配置された第２ｐ型クラッド層２６ｂとを備える窒化物半導体レーザ２０の構造に対応するエネルギーバンド構造は、図２に示すように表される。
【００２３】
図２において、第１ｐ型クラッド層２６ａの幅Ｌ１は、約５０ｎｍ程度であり、第２ｐ型クラッド層２６ｂの幅Ｌ２は、約４００ｎｍ程度である。電子バリア層２５の幅は、約１０ｎｍ程度である。第１ｐ型クラッド層２６ａの幅Ｌ１と第２ｐ型クラッド層２６ｂの幅Ｌ２の関係は、Ｌ１＜Ｌ２であることが、電子の閉じ込め効率を高める上で有効である。
【００２４】
電子バリア層２５を構成するＧａ1-ZＡｌZＮ（０＜Ｚ＜１）の組成比Ｚは、第１ｐ型クラッド層２６ａおよび第２ｐ型クラッド層２６ｂを構成するＡｌXＧａ1-XＮとＡｌYＧａ1-YＮ（０≦Ｘ≦１，０≦Ｙ≦１）の組成比Ｘ，Ｙに比べて、Ｘ，Ｙ＜Ｚの関係が成り立っている。このことによって、電子バリア層２５のバンドギャップエネルギーを第１ｐ型クラッド層２６ａおよび第２ｐ型クラッド層２６ｂのバンドギャップエネルギーよりも大きく設定することができる。
【００２５】
電子バリア層２５を、ｐ型ＧａＮガイド層２２の外側に配置された第１ｐ型クラッド層２６ａと第２ｐ型クラッド層２６ｂとの間に形成することによって、Ｇａ1-ZＡｌZＮ（０＜Ｚ＜１）からなる電子バリア層２５による圧縮応力を電子バリア層２５の上下に配置される第１ｐ型クラッド層２６ａと第２ｐ型クラッド層２６ｂによって分散して、緩和することができる。
【００２６】
また、電子バリア層２５を、ｐ型ＧａＮガイド層２２の外側に配置された第１ｐ型クラッド層２６ａと第２ｐ型クラッド層２６ｂとの間に形成することによって、活性層１８において発生するレーザ光のパターンに影響を与えることもない。
【００２７】
ｎ型クラッド層１４と、ｎ型クラッド層１４上に配置されたｎ型ＡｌXＩｎYＧａ1-X-YＮ（０≦Ｘ，０≦Ｙ，Ｘ＋Ｙ≦１）ガイド層１６と、ｎ型ＡｌXＩｎYＧａ1-X-YＮ（０≦Ｘ，０≦Ｙ，Ｘ＋Ｙ≦１）ガイド層１６上に配置された活性層１８と、活性層１８上に配置されたｐ型ＧａＮガイド層２２と、ｐ型ＧａＮガイド層２２上に配置された第１ｐ型クラッド層２６ａと、第１ｐ型クラッド層２６ａ上に配置された電子バリア層２５と、電子バリア層２５上に配置された第２ｐ型クラッド層２６ｂとを備える窒化物半導体レーザ２０の構造に対応する屈折率分布および光強度分布は、図３に示すように表される。
【００２８】
電子バリア層２５を、ｐ型ＧａＮガイド層２２の外側に配置された第１ｐ型クラッド層２６ａと第２ｐ型クラッド層２６ｂとの間に形成することによって、活性層１８において発生するレーザ光のパターンに影響を与えることもないことがわかる。
【００２９】
本発明の第１の実施の形態に係る窒化物半導体レーザの光出力Ｐ（Ｗ）および順方向電圧Ｖｆ（Ｖ）と順方向電流Ｉｆ（Ａ）との関係のシミュレーション結果は、図４に示すように表される。図４の結果に基づくしきい値電流の値は、約５９．９８ｍＡ程度が得られており、図５および図６に示す従来の窒化物半導体レーザの場合、例えば、約６５．１９ｍＡ程度および６０．０１ｍＡ程度であり、従来構造のに比べ、しきい値電流の値は、低減されている。
【００３０】
本実施の形態に係る窒化物半導体レーザによれば、電子バリア層の影響で発生した応力を緩和し、電子バリア層により光分布に影響を与えず、しきい電流を低下させ、かつ信頼性の低下を抑制することができる。
【００３１】
[その他の実施の形態]
上記のように、本発明は第１の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
【００３２】
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る窒化物半導体レーザの模式的鳥瞰図。
【図２】図１に示す窒化物半導体レーザに対応するエネルギーバンド構造図。
【図３】図１に対応する窒化物半導体レーザに対応する屈折率分布および光強度分布。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る窒化物半導体レーザの光出力Ｐ（Ｗ）および順方向電圧Ｖｆ（Ｖ）と順方向電流Ｉｆ（Ａ）との関係のシミュレーション結果。
【図５】従来の窒化物半導体レーザに対応するエネルギーバンド構造図。
【図６】別の従来の窒化物半導体レーザに対応するエネルギーバンド構造図。
【符号の説明】
【００３４】
１０…ＧａＮ半導体基板
１２…ｎ型ＧａＮバッファ層
１４…ｎ型クラッド層
１６…ｎ型ＡｌXＩｎYＧａ1-X-YＮ（０≦Ｘ，０≦Ｙ，Ｘ＋Ｙ≦１）ガイド層
１８…活性層
２０…窒化物半導体レーザ
２２…ｐ型ＧａＮガイド層
２４…絶縁膜
２５…電子バリア層
２６ａ…第１ｐ型クラッド層
２６ｂ…第２ｐ型クラッド層
２８…ｐ型ＧａＮコンタクト層
３０…ｐ側オーミック電極
３２…ｐ側電極
４０…ｎ側電極
８０…レーザストライプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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