JP3339049B2

JP3339049B2 - 窒化物半導体レーザ素子

Info

Publication number: JP3339049B2
Application number: JP19996498A
Authority: JP
Inventors: 雅彦佐野; 修二中村
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 1998-07-15
Filing date: 1998-07-15
Publication date: 2002-10-28
Anticipated expiration: 2018-07-15
Also published as: JP2000031601A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、窒化物半導体（Ｉｎ_X
Ａｌ_YＧａ_1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）よりなる
レーザ素子に関し、特に出射されるレーザ光の単一モー
ド化された集光性の良いレーザ素子、更には例えばフォ
トダイオード等との集積化が可能な窒化物半導体レーザ
素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】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し、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。

【０００３】例えば、本発明者等は窒化物半導体レーザ
素子として、波長が４１０ｎｍの短波長のレーザ光の連
続発振の可能な窒化物半導体レーザ素子を提案している
（例えば、Ａｐｐｌ．Ｌｅｔｔ．６９（１９９６）３０
３４、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６９（１９９
６）４０５６などに記載）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記窒
化物半導体レーザ素子は、ファーフィールドパターンが
十分満足いくものでない。本発明者らは、この問題点を
種々検討した結果、クラッド層の光閉じ込めが十分でな
いこと、更にｎ側クラッド層を通過した光が、ｎ側クラ
ッド層と屈折率の低いサファイア基板とに挟まれたｎ側
窒化物半導体層を導波し、ｎ側窒化物半導体層の端面か
らレーザ光が放出されるためではないかと考えた。光
は、屈折率の高い層を導波する性質を有するため、屈折
率の低いｎ側クラッド層と基板との間に形成された、ｎ
側クラッド層及び基板より屈折率の高いｎ側窒化物半導
体層内を、活性層を有する導波層から漏れ出した光が導
波する。ちなみに、窒化物半導体レーザ素子を構成する
各窒化物半導体層の屈折率は、大きい方から順に、活性
層、中間層（ＧａＮ等）、クラッド層、基板（サファイ
ア、スピネル等）等となっている。

【０００５】ファーフィールドパターンの乱れを防止す
るためには、クラッド層の屈折率を更に小さくし光の屈
折率を高めることが考えられるが、クラッド層物質の物
性の点から屈折率の調整には限界がある。また、クラッ
ド層を光が漏れ出さない程度に十分厚く積層すれば、ク
ラッド層を通過する光がクラッド層内で減衰し、ｎ側ク
ラッド層と基板との間を光が導波しなくなると考えられ
るが、クラッド層を厚く積層するとクラックが入り易く
なり、クラックが入った場合には窒化物半導体レーザ素
子の性能を低下させるといった新たな問題が生じ易くな
る。このように活性層内の光を十分に閉じ込めることが
できなければ、ファーフィールドパターンを十分に良好
な単一モードとしにくくなる。このため、窒化物半導体
レーザ素子から得られるレーザ光を、レーザビーム径を
小さくすることを必要とするＤＶＤ光源や、単一モード
の光を必要とする光通信分野に利用する光として、十分
満足させることができない。

【０００６】そこで、本発明の目的は、レーザ光のファ
ーフィールドパターンが良好で、単一モードのレーザ光
が得られる窒化物半導体レーザ素子を提供することであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、以下の
構成によって本発明の目的を達成することができる。（１）基板上に、ｎ側クラッド層とｐ側クラッド層に
挟まれた少なくとも活性層を有する第１の導波層、及び
ｎ側クラッド層の基板側に積層されている１層以上の窒
化物半導体層からなる第２の導波層を有し、第１の導波
層の共振面を有する端面の少なくとも一方に第１の導波
層から光が放出されないような金属薄膜及び／又は誘電
体多層膜からなる不透光膜を有し共振面からの光の放出
を抑え、前記共振面と平行な方向にレーザ光を放出でき
る出射面を第２の導波層の端面に形成してなり、前記第
２の導波層の膜厚が、０．１〜１．０μｍでありかつ、
前記ｎ側クラッド層にｎ電極を形成したことを特徴とす
る窒化物半導体レーザ素子。（２）前記各層は、屈折率の大きい順に、第１の導波
層、第２の導波層、ｎ側及びｐ側クラッド層、基板であ
ることを特徴とする前記（１）に記載の窒化物半導体レ
ーザ素子。（３）基板上に、ｎ側クラッド層とｐ側クラッド層に
挟まれた少なくとも活性層を有する第１の導波層、及び
ｎ側クラッド層の基板側に積層されている１層以上の窒
化物半導体層からなる第２の導波層を有し、第１の導波
層の共振面を有する端面の少なくとも一方に第１の導波
層から光が放出されないような金属薄膜及び／又は誘電
体多層膜からなる不透光膜を有し共振面からの光の放出
を抑え、前記共振面と平行な方向にレーザ光を放出でき
る出射面を第２の導波層の端面に形成してなり、前記第
２の導波層は第１の導波層と同一の厚みで同一の屈折率
であることをを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。（４）前記共振面を有する第１の導波層の端面に形成
されている不透光膜が、反射率９０％〜１００％の膜で
あることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに
記載の窒化物半導体レーザ素子。

【０００８】つまり、本発明は、活性層を有する第１の
導波層で発生した光を第１の導波層の共振面から放出さ
せず、ｎ側クラッド層を通過してｎ側クラッド層の基板
側に形成されｎ側クラッド層を通過した光が導波可能な
第２の導波層、例えば基板とｎ側クラッド層の間にある
ｎ側コンタクト層等の窒化物半導体層、の端面に出射面
を形成してその出射面から放出される光を主レーザ光と
することにより、レーザ光を単一モードにできファーフ
ィールドパターンを良好にすることができる。

【０００９】従来公知の窒化物半導体レーザ素子は、活
性層を有する導波層の端面（共振面）から放出される光
を、主レーザ光として利用するように窒化物半導体レー
ザ素子の構造を検討してきた。しかし、前述の如く、活
性層を有する導波層から漏れ出した光が例えば基板とｎ
側クラッド層に挟まれたｎ側窒化物半導体層中を導波
し、ｎ側窒化物半導体層端面から放出されるために、活
性層を有する導波層端面からの主レーザ光を良好な単一
モードにしにくかった。

【００１０】これに対し、本発明は、活性層を有する第
１の導波層の共振面を有する端面に不透光膜を設け共振
面からのレーザ光の放出を抑え、一方、従来技術におい
てはファーフィールドパターンを乱す不要な光とされて
いた、ｎ側クラッド層の活性層とは反対側の光の導波が
可能な第２の導波層を導波して放出される光を主レーザ
光とする従来技術からは到底予測できない意外な思想に
より、ファーフィールドパターンを良好にすることがで
きる。

【００１１】更に本発明は、第２の導波層の膜厚が、
０．１〜１．０μｍであると、第１の導波層から漏れ出
した光を第２の導波層で導波し易くなり、より良好な単
一モードのレーザ光を得ることができる。更に本発明
は、第１の導波層の共振面からのレーザ光の放出を抑え
るために、第１の導波層の端面に形成される不透光膜
が、９０〜１００％の高反射率の膜であると、ファーフ
ィールドパターンが良好になると共に、しきい値が低下
し好ましい。不透光膜は、第１の導波層の少なくとも一
方の共振面を有する端面に形成されていれば良いが、第
１の導波層の両方の端面に形成されることがしきい値を
低下させるのに好ましい。

【００１２】更に本発明は、ｎ側クラッド層にｎ電極を
設けることが好ましい。このことは、第１の導波層から
漏れ出した光が第２の導波層を良好に導波するように、
ｎ側クラッド層の基板側に積層されているｎ側窒化物半
導体層、例えばｎ側コンタクト層、クラック防止層等の
総膜厚を調整する場合、従来ｎ電極が形成されていたｎ
側コンタクト層の膜厚を薄くするため、ｎ側コンタクト
層をエッチングしてｎ電極形成面を露出するのが困難な
傾向があるからである。ｎ側クラッド層にｎ電極を設け
る場合、ｎ電極と接触するｎ側クラッド層面のｎ型不純
物の濃度、例えばＳｉ濃度、を高くすると抵抗を下げる
ことができ好ましい。ここで、第２の導波層は、その膜
厚を第１の導波層の膜厚や発光波長に従って調整しなく
ても活性層で発生しｎ側クラッド層を通過した光を導波
させることができるので、第２の導波層の膜厚をレーザ
光の波長にあわせて調整しなくてもよく、この場合は、
ｎ側コンタクト層にｎ電極を設けることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に、図１を用いて本発明の窒
化物半導体レーザ素子を更に詳細に説明する。図１
（ａ）は、本発明の窒化物半導体レーザ素子の一実施の
形態を示したリッジ形状のストライプのストライプ方向
と平行方向な方向でストライプ上から切断した模式的断
面図であり、図２は、図１をストライプ方向と垂直な方
向で切断した模式的断面図である。図１には、基板１０
上に、バッファ層１１、ｎ側コンタクト層１２及びクラ
ック防止層１３からなる第２の導波層１０３、この上に
ｎ側クラッド層１４、更にｎ側光ガイド層１５、活性層
１６、キャップ層１７及びｐ側光ガイド層１８からなる
第１の導波層１０２、続いてｐ側クラッド層１９、ｐ側
コンタクト層２０を積層してなり、エッチングにより形
成された共振面を有する第１の導波層１０２の端面から
の光の放出を抑えるように第１の導波層１０２の端面及
びその端面に連続した平面状のｎ側クラッド層１４など
図１に示すように不透光膜３０を有し、共振面を平行な
方向に形成された第２の導波層１０３の端面（出射面）
からレーザ光が放射されてなる窒化物半導体レーザ素子
が示されている。更に、図２に示すように、リッジ形状
のストライプ上にｐ電極２１、ｎクラッド層１４上にｎ
電極２３がそれぞれ形成され、このｐ及びｎ電極の間に
絶縁膜２５が形成され、この絶縁膜２５を介してｐ及び
ｎ電極を覆うようにｐパッド電極２２及びｎパッド電極
２４が形成されている。図１の第１の導波層１０２では
光が発生し増幅されるが、第１の導波層１０２の端面に
不透光膜を形成するのでレーザ光として増幅した光が放
出されない。この第１の導波層１０２で増幅された光
は、その光の一部がｎ側クラッド層１４を通過し第２の
導波層１０３を導波し、第２の導波層１０３の端面（出
射面）から主レーザ光として放出される。ちなみに、図
１における屈折率の大きい順に各層を列記すると、活性
層を有する第１の導波層、ｎ側コンタクト層及びクラッ
ク防止層等を有する第２の導波層、ｎ側及びｐ側クラッ
ド層、基板（図１では窒化物半導体と異なる異種基板の
場合であり、例えばサファイア等である。）の順とな
る。

【００１４】本発明において、第１の導波層１０２と
は、ｐ側クラッド層１９とｎ側クラッド層１４とに挟ま
れた少なくとも活性層１６を有する１層以上の窒化物半
導体層からなり、活性層１６で発生した光が導波し増幅
することができるものである。第１の導波層１０２を構
成する活性層１６以外の窒化物半導体層としては、特に
限定されず、例えば公知の層構成を用いることができ、
例えば具体例として、ｎ側光ガイド層１５、キャップ層
１７、ｐ側光ガイド層１８等が挙げられる。第１の導波
層１０２を構成する窒化物半導体層は、いずれもｐ及び
ｎ側クラッド層の屈折率より大きい値を有する。第１の
導波層１０２の共振面を有する端面の形成方法は、エッ
チングにより形成され、好ましくはドライエッチングで
あり、具体的には、例えばＲＩＥ等のエッチング方法が
挙げられる。第１の導波層１０２の共振面を有する端面
を形成する際にｎ電極形成面も同時に形成してもよい。
第１の導波層の膜厚は、レーザ素子を構成する素子構造
により決定される。

【００１５】本発明において、第２の導波層１０３と
は、活性層１６で発生し第１の導波層１０２から漏れ出
した光が導波することのできるｎ側クラッド層１４の基
板１０側に形成された１層以上のｎ側窒化物半導体層で
あり、この第２の導波層１０３の端面（出射面）から光
を放出することができるものである。第２の導波層１０
３を構成するｎ側窒化物半導体層としては、特に限定さ
れず、例えば公知の層構成を用いることができ、例えば
具体例としては、基板に接して格子定数不整を緩和する
低温成長のバッファ層１１、ｎ側コンタクト層１２、ク
ラック防止層１３等が挙げられる。第２の導波層１０３
を構成するｎ側窒化物半導体層は、いずれもｎ側クラッ
ド層１４の屈折率より大きい値を有する。第２の導波層
１０３の膜厚は、第１の導波層１０２と同様に、レーザ
素子を構成する素子構造によって種々のものを用いるこ
とができ、第２の導波層１０３の端面からレーザ光を効
率良く得るために、第１の導波層１０２で導波する光が
良好に導波できるように第２の導波層１０３の膜厚が調
整されるのが好ましい。第２の導波層１０３の膜厚とし
ては、従来の共振面からレーザ光を放出する場合の基板
とｎ側クラッド層の間に形成される層構成の膜厚でもよ
いが、第２の導波層の端面からレーザ光を出射し易い膜
厚としては、０．１〜１．０μｍ、好ましくは０．１〜
０．５μｍ、より好ましくは第１の導波層と同一の厚み
で同一の屈折率である。膜厚が上記範囲であるとレーザ
光の損失がないので好ましい。

【００１６】また第２の導波層の膜厚の調整の仕方とし
ては、第２の導波層がｎ側コンタクト層のみで構成され
る場合は、ｎ側コンタクト層の膜厚を上記範囲とし、ま
た第２の導波層としてバッファ層やクラック防止層をも
含む場合はこれら各層の膜厚を調整して行われる。バッ
ファ層、ｎ側コンタクト層、クラック防止層の組成とし
ては、第１の導波層から漏れ出した光が導波できる程度
の屈折率を有していればよく、従来ｎ側クラッド層と基
板の間に形成されているような組成の層が挙げられる。
例えば、ＧａＮやＩｎＧａＮ等から構成される層であ
る。これらの層にはｎ型不純物を含んでいてもよい。ま
た第２の導波層の端面の形成方法は、劈開、エッチン
グ、又はダイシング等で形成される。形成された第２の
導波層の端面は鏡面状である。

【００１７】本発明において用いられる基板１０として
は、特に限定されず、基板１０上に窒化物半導体が成長
可能であればよい。基板１０の具体例として例えば、Ｃ
面を主面とするサファイア、Ｒ面、Ａ面を主面とするサ
ファイア、その他、スピネル（ＭｇＡ１₂Ｏ₄）のような
絶縁性の基板の他、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含
む）、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、ＧａＮ等の半導体基
板を用いることができる。上記基板１０の中で、サファ
イアやスピネルは屈折率が低いので、ｎ側クラッド層を
通過した光がサファイアなどの面で反射し、ｎ側クラッ
ド層と基板の間を導波する。また屈折率が比較的高いＧ
ａＮやその他の半導体を基板として用いる場合は、ｎ側
クラッド層を通過した光が例えばＧａＮ基板などでは反
射せず、第２の導波層の端面の出射面からレーザ光を放
出することができにくい。この場合は、ＧａＮ基板上に
屈折率の低い、例えばＡｌＧａＮからなる窒化物半導体
層を光を反射可能な膜厚で積層させ、その上にＧａＮか
らなるｎ側コンタクト層等を積層させることで第２の導
波層の端面に形成される出射面から良好にレーザ光を放
出することができる。基板１０の膜厚は、素子構造の形
成し易さ、物理的な要因などによって調整される。

【００１８】本発明において用いられる不透光膜として
は、第１の導波層から光が放出されないような膜であれ
ば特に限定されず、例えば金属薄膜及び／又は誘電体多
層膜からなる不透光膜が挙げられる。また、不透光膜
は、不透光膜が接している第１の導波層端面と反対の面
（不透光膜の最外面）に少なくとも光を透過しない金属
薄膜が形成されていることが、光の放出を良好に制御で
き好ましい。本発明で用いられる金属薄膜としては、例
えばＡｌ、Ａｇ、Ｐｔ等の５００ｎｍ以下の光の反射率
が高い金属が挙げられる。これらの材料からなる金属薄
膜の膜厚は、単独で用いる場合は５００オングストロー
ム〜２００００オングストロームであり、誘電体多層膜
と併用する場合も同様の膜厚である。また本発明で用い
られる誘電体多層膜としては、例えばＳｉＯ₂、Ｔｉ
Ｏ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂等の誘電体が挙げられる。これ
らの誘電体多層膜を、レーザ光を反射するように設計し
所望の膜厚で多数に積層された膜として形成して用いら
れる。ここでレーザ光を反射するように設計するとは、
活性層を有する第１の導波層内で光が増幅されるが、共
振面からレーザ光が放出されないように屈折率等を調整
することを示す。また、不透光膜が誘電体多層膜のみで
形成されている場合は、誘電体多層膜を覆うようにｐパ
ッド電極を形成することが、第１の導波層の端面からの
光の透過を防止するのに好ましい。

【００１９】誘電体多層膜の膜厚は、第１の導波層の共
振面を有する端面に形成されるので、出射パワーやしき
い値の制御等によって異なるが、レーザ光の波長（λ）
と誘電体多層膜を形成する各物質の屈折率（η）、λ／
４η、で表される。例えばＳｉＯ₂／ＴｉＯ₂より形成さ
れる場合、ＳｉＯ₂の屈折率をη１、ＴｉＯ₂の屈折率を
η２とすると、反射鏡の膜厚は、λ／４η１＋λ／４η
２、となる。また、誘電体多層膜は、ＳｉＯ₂／ＴｉＯ₂
を１ペアとして誘電体多層膜の膜厚を調整することが好
ましい。

【００２０】また本発明において、不透光膜として、不
透光膜の反射率が９０〜１００％であることが、光の放
出の制御に加えしきい値を低下させることができるので
より好ましい。反射率のより好ましくは９５〜１００
％、更に好ましくは９９〜１００％である。このような
反射率の調整は、誘電体多層膜の上記設計により行われ
る。不透光膜を形成する方法としては、スパッタリン
グ、蒸着により第１の導波層の少なくとも一方の端面に
不透光膜を形成する。不透光膜の形成位置は、少なくと
も一方の共振面を有する第１の導波層の端面、好ましく
は共振面を有する第１の導波層の両端面であり、また第
１の導波層の端面と連続した平面状のｎ側クラッド層上
や、ｎ側層の第２の導波層端面以外の端面等に形成され
てもよい。

【００２１】本発明において、ｎ側クラッド層、活性
層、ｐ側クラッド層としては、特に限定されず、いずれ
の構成でも良く、例えば従来公知のものが挙げられる。

【００２２】本発明において、ｎ電極を形成するｎ側窒
化物半導体層は、ｎ側層であれば特に限定されないが、
例えば図１に示されているｎ側コンタクト層、クラック
防止層及びｎ側クラッド層のいずれかに形成される。ｎ
電極を形成するためのエッチングによる露出のし易さか
らｎ側クラッド層がより好ましい。図２にはｎ側クラッ
ド層１４にｎ電極２４を形成した場合の素子の断面図を
示してある。本発明において、素子構造を従来公知の素
子構造とした場合は、本発明の第２の導波層を構成する
ｎ側コンタクト層の膜厚は厚い膜として形成されるの
で、ｎ側コンタクト層をエッチングにより露出させてｎ
電極を形成してもよい。また、第２の導波層で光を効率
良く導波させるために、第２の導波層を薄膜にした場合
は、ｎ側コンタクト層の膜厚が薄くなり、ｎ電極を形成
するためのエッチングによる露出のし易さからｎ側クラ
ッド層にｎ電極を形成してもよい。但し、ｎ側クラッド
層にｎ電極を形成する場合は、電極との抵抗を低下させ
るために、ｎ側クラッド層のｎ電極と接触している接触
面のＳｉ濃度を高くするシリコンインプランテーショ
ン）ことが望ましい。また、本発明において、ＧａＮ基
板を用いて素子構造を形成した場合、ＧａＮ基板の素子
構造を有する面とは反対側の面にｎ電極を形成しても良
い。この場合ＧａＮ基板にはｎ側不純物がドープされて
いる。ＧａＮ基板の形成方法は、公知のＧａＮのラテラ
ル成長方法などによって形成することができる。

【００２３】その他、窒化物半導体レーザ素子の構成、
例えば電極、素子の形状等は特に限定されず、公知のい
ずれのものを用いてもよい。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を用いて本発明を更
に詳細に説明する。しかし本発明はこれに限定されるも
のではない。［実施例１］本発明に係る実施例１は図１及び図２に示
す窒化物半導体レーザ素子を以下の手順で作製する。

【００２５】（第２の導波層：バッファ層１１〜クラッ
ク防止層１３）まず、サファイア（Ｃ面）よりなる基板
１０を反応容器内にセットし、容器内を水素で十分置換
した後、水素を流しながら、基板の温度を１０５０℃ま
で上昇させ、基板のクリーニングを行う。続いて、温度
を５１０℃まで下げ、キャリアガスに水素、原料ガスに
アンモニア（ＮＨ₃）とＴＭＧ（トリメチルガリウム）
とを用い、基板１０上にＧａＮよりなるバッファ層１１
を約２００オングストロームの膜厚で成長させる。バッ
ファ層１１成長後、ＴＭＧのみを止めて、温度を１０５
０℃まで上昇させる。１０５０℃になったら、ＴＭＧ、
アンモニア、不純物ガスにシランガス（ＳｉＨ₄）を用
い、Ｓｉを１×１０¹⁹／cm³ドープしたｎ型ＧａＮより
なるｎ側コンタクト層１２を０．１μｍの膜厚で成長さ
せる。このｎ側コンタクト層１２は超格子で形成すると
さらに好ましい。次に、温度を８００℃にして、原料ガ
スにＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモ
ニア、不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉを５×１０
¹⁸／cm³ドープしたＩｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎよりなるクラック
防止層１３を５００オングストロームの膜厚で成長させ
る。

【００２６】そして、温度を１０５０℃にして、ＴＭＡ
（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ、アンモニア、シ
ランガスを用い、Ｓｉを５×１０¹⁸／cm³ドープしたｎ
型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎよりなる第１の層を２０オングスト
ロームの膜厚で成長させ、続いて、ＴＭＡ、シランを止
め、アンドープＧａＮよりなる第２の層を２０オングス
トロームの膜厚で成長させる。そして、この操作をそれ
ぞれ１００回繰り返し、総膜厚０．４μｍの超格子層よ
りなるｎ側クラッド層１４を成長させる。

【００２７】（第１の導波層：ｎ側光ガイド層１５〜ｐ
側光ガイド層１８）続いて、１０５０℃でアンドープＧ
ａＮよりなるｎ側光ガイド層１５を０．１μｍの膜厚で
成長させる。次に、ＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニア、シラ
ンガスを用いて活性層１６を成長させる。活性層１６は
温度を８００℃に保持して、まずＳｉを８×１０¹⁸／cm
³でドープしたＩｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎよりなる井戸層を２５
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、Ｓｉを８×１０ ¹⁸
／cm³ドープしたＩｎ_0.01Ｇａ_0.99Ｎよりなる障壁層を
５０オングストロームの膜厚で成長させる。この操作を
２回繰り返し、最後に井戸層を積層した総膜厚１７５オ
ングストロームの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活性層
１６を成長させる。次に、温度を１０５０℃に上げ、原
料ガスにＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、不純物ガスにＣ
ｐ₂Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を用
い、活性層よりもバンドギャップエネルギーが大きく、
Ｍｇを１×１０²⁰／cm³ドープしたｐ型Ａｌ_0.3Ｇａ_0.7
Ｎよりなるｐ側キャップ層１７を３００オングストロー
ムの膜厚で成長させる。続いて、１０５０℃で、バンド
ギャップエネルギーがｐ側キャップ層１７よりも小さ
い、アンドープＧａＮよりなるｐ側光ガイド層１８を
０．１μｍの膜厚で成長させる。

【００２８】続いて、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃ
ｐ₂Ｍｇを用い、１０５０℃でＭｇを１×１０²⁰／cm³ド
ープしたｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎよりなる第１の層を２０
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、Ｍｇを１×１０²⁰／cm³ドープしたｐ型ＧａＮ
よりなる第２の層を２０オングストロームの膜厚で成長
させる。そしてこの操作をそれぞれ１００回繰り返し、
総膜厚０．４μｍの超格子層よりなるｐ側クラッド層１
９を形成する。最後に、１０５０℃で、ｐ側クラッド層
１９の上に、Ｍｇを２×１０²⁰／cm³ドープしたｐ型Ｇ
ａＮよりなるｐ側コンタクト層２０を１５０オングスト
ロームの膜厚で成長させる。

【００２９】反応終了後、温度を室温まで下げ、さらに
窒素雰囲気中、ウェーハを反応容器内において、７００
℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化す
る。アニーリング後、ウェーハを反応容器から取り出
し、図２に示すように、ＲＩＥ装置により最上層のｐ側
コンタクト層２０と、ｐ側クラッド層１９とをエッチン
グして、４μｍのストライプ幅を有するリッジ形状とす
る。

【００３０】次にリッジ表面にマスクを形成し、図２に
示すように、ストライプ状のリッジに対して左右対称に
して、ｎ側クラッド層１４の表面を露出させ、更に第１
の導波層１０２のストライプ状のリッジに対して垂直方
向の端面に共振面を形成する。

【００３１】次にｐ側コンタクト層２０のストライプリ
ッジ最表面のほぼ全面にＮｉとＡｕよりなるｐ電極２１
を形成する。一方、ＴｉとＡｌよりなるｎ電極２３をス
トライプ状のｎ側クラッド層１４のほぼ全面に形成す
る。

【００３２】次に、図１に示すように、第１の導波層１
０２の共振面を有する端面及びこの端面に連続した平面
状のｎ側クラッド層上に、スパッタにより、膜厚６９０
オングストロームのＳｉＯ₂（屈折率は１．４５）と膜
厚３９０オングストロームのＴｉＯ₂（屈折率は２．５
８）とからなる１ペアの誘電体多層膜を２ペア形成し膜
厚０．２μｍの誘電体多層膜を形成し、更にその上にＡ
ｌよりなる膜厚０．２μｍの金属薄膜を形成してなる反
射率９８％の不透光膜３０を形成した。

【００３３】次に、図２に示すように、ｐ電極２１と、
ｎ電極２３との間に露出した窒化物半導体層の表面にＳ
ｉＯ₂よりなる絶縁膜２５を形成し、この絶縁膜２５を
介してｐ電極２１と電気的に接続したｐパッド電極２
２、及びｎパッド電極２４を形成する。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を研磨装置に
移送し、ダイヤモンド研磨剤を用いて、窒化物半導体を
形成していない側のサファイア基板１をラッピングし、
基板の厚さを１００μｍとする。ラッピング後、さらに
細かい研磨剤で１μｍポリシングして基板表面を鏡面状
とする。

【００３４】基板研磨後、研磨面側をスクライブして、
ストライプ状の電極に垂直な方向でバー状に劈開し、第
２の導電層１０３の劈開面にレーザ光の出射面を形成す
る。最後にｐ電極に平行な方向で、バーを切断してレー
ザチップとする。次にチップをフェースアップ（基板と
ヒートシンクとが対向した状態）で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、波長４０
０ｎｍ、しきい値電流密度２．９ｋＡ／cm²、しきい値
電圧４．４Ｖで、第２の導波層１０３の出射面からレー
ザ光の発振が見られ、ファーフィールドパターンは良好
であった。

【００３５】［実施例２］実施例１において、第２の導
波層の各層の膜厚を、バッファ層を膜厚約１００オング
ストローム、ｎ側コンタクト層を膜厚０．１μｍ、クラ
ック防止層を膜厚０．１μｍにそれぞれ変更し、更にｎ
電極をｎ側クラッドをエッチングにより露出させた面に
形成する他は同様にして窒化物半導体レーザ素子を得
た。その結果、実施例１とほぼ同様の結果が得られた。

【００３６】［実施例３］実施例１において、不透光膜
の反射率を９０％にした他は同様にして窒化物半導体レ
ーザ素子を得た。その結果、実施例１よりややしきい値
が高いが、ファーフィールドパターンは良好である。

【００３７】［実施例４］実施例１において、サファイ
ア基板の上に、ラテラル成長を利用してＧａＮ基板を２
０μｍ成長させ、このＧａＮ基板上に実施例１のバッフ
ァ層１１に替えてＡｌＧａＮよりなる層を光を反射可能
な膜厚で形成した他は同様にして素子構造を形成した。
但し、ｎ側コンタクト層１２の膜厚を０．１μｍ、クラ
ック防止層の膜厚を０．１μｍにした。更に、サファイ
ア基板及び保護膜を研磨及びエッチングを利用して除去
し、ＧａＮ基板の素子構造を有していない面にｎ電極を
形成しレーザ素子を形成する。その結果、実施例１とほ
ぼ同様の結果が得られた。

【００３８】

【発明の効果】本発明の窒化物半導体レーザ素子は、レ
ーザ光のファーフィールドパターン形状が良好で、単一
モードのレーザ光が得られる窒化物半導体レーザ素子を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態である窒化物半導体レー
ザ素子のストライプ方向と平行な方向で切断した模式的
断面図である。

【図２】本発明の一実施の形態である図１に示される窒
化物半導体レーザ素子をストライプ方向と垂直な方向で
切断した模式的断面図である。

【符号の説明】

１０・・・・基板１１・・・・バッファ層１２・・・・ｎ側コンタクト層１３・・・・クラック防止層１４・・・・ｎ側クラッド層（超格子層）１５・・・・ｎ側光ガイド層１６・・・・活性層１７・・・・キャップ層１８・・・・ｐ側光ガイド層１９・・・・ｐ側クラッド層（超格子層）２０・・・・ｐ側コンタクト層２１・・・・ｐ電極２２・・・・ｐパッド電極２３・・・・ｎ電極２４・・・・ｎパッド電極２５・・・・絶縁膜１０２・・・第１の導波層１０３・・・第２の層波層

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、ｎ側クラッド層とｐ側クラッ
ド層に挟まれた少なくとも活性層を有する第１の導波
層、及びｎ側クラッド層の基板側に積層されている１層
以上の窒化物半導体層からなる第２の導波層を有し、第
１の導波層の共振面を有する端面の少なくとも一方に第
１の導波層から光が放出されないような金属薄膜及び／
又は誘電体多層膜からなる不透光膜を有し共振面からの
光の放出を抑え、前記共振面と平行な方向にレーザ光を
放出できる出射面を第２の導波層の端面に形成してな
り、前記第２の導波層の膜厚が、０．１〜１．０μｍで
ありかつ、前記ｎ側クラッド層にｎ電極を形成したこと
を特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
【請求項２】前記各層は、屈折率の大きい順に、第１
の導波層、第２の導波層、ｎ側及びｐ側クラッド層、基
板であ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】基板上に、ｎ側クラッド層とｐ側クラッ
ド層に挟まれた少なくとも活性層を有する第１の導波
層、及びｎ側クラッド層の基板側に積層されている１層
以上の窒化物半導体層からなる第２の導波層を有し、第
１の導波層の共振面を有する端面の少なくとも一方に第
１の導波層から光が放出されないような金属薄膜及び／
又は誘電体多層膜からなる不透光膜を有し共振面からの
光の放出を抑え、前記共振面と平行な方向にレーザ光を
放出できる出射面を第２の導波層の端面に形成してな
り、前記第２の導波層は第１の導波層と同一の厚みで同
一の屈折率であることをを特徴とする窒化物半導体レー
ザ素子。
【請求項４】前記共振面を有する第１の導波層の端面
に形成されている不透光膜が、反射率９０％〜１００％
の膜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素子。