专利名称：氮化镓半导体激光器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种氮化镓半导体激光器，涉及工作电流及元件电阻低且能够发射接近圆形的基本横模激光的氮化镓半导体激光器。这样的激光器在光盘应用、激光打印机应用中激光利用率高，能够提高记录面的激光功率而加快记录速度。而且不需要把激光整形为圆形的光学部件，可以达到装置的小型化与低成本化。
图6为现有例1的氮化镓半导体激光器的截面简图(例如S.Nakamura之外Appl.Phys.Lett.72(1998年)2014页至2016页)。图6的氮化镓半导体激光器的构成如下在厚度为80μm的GaN基板101上，厚度为3μm的n型GaN接触层102，厚度为0.1μm的n型In0.1Ga0.9N层103，由厚度为2.5nm的n型GaN与厚度为2.5nm的Al0.14Ga0.86N交替层积(层叠)240周期的全层厚度为1.2μm的n型超晶格包覆层104，厚度为0.1μm的n型GaN光导层105，由厚度为2nm的n型In0.15Ga0.85N量子阱层与厚度为5nm的n型In0.02Ga0.98N势垒层交替层积4周期的多重量子阱结构有源层106，厚度为20nm的p型Al0.2Ga0.8N层107，厚度为0.1μm的p型GaN光导层108，由厚度为2.5nm的p型GaN与厚度为2.5nm的Al0.14Ga0.86N交替层积120周期的全层厚度为0.6μm的p型超晶格包覆层109，厚度为0.05μm的p型GaN接触层110，由Ni/Au两层金属构成的p电极111，由Ti/Al两层金属构成的n电极112。上部包覆层109与p型接触层110通过腐蚀，被加工成宽度为3μm左右的带状脊形结构113，通过脊形结构113的头部以外形成的SiO2膜114把电流只收缩在脊形结构113部分狭窄通过。而且GaN基板101具有高电阻，所以通过腐蚀形成断台阶115，露出n型接触层102之后形成n电极112。
这个激光器以波长393nm激光振荡，与以往110mA相比可以得到低的振荡阈值电流。而且基板101上使用晶体缺陷少的GaN基板，与以往使用的蓝宝石基板相比具有长的使用寿命。远视野中的激光束形状形成有源层水平发射角(半值总宽)8度，垂直发射角(半值总宽)31度的椭圆形光束。作为光束的椭圆形状指标的纵横比用垂直发射角/水平发射角表示，这个激光器中此值为3.9左右，是非常细长的椭圆形。
图7为现有例2的氮化镓半导体激光器的截面简图(例如S.Nagahama之外，Jpn.J.Appl.Phys.39(2000年)从L647页至L650页)。图7中的氮化镓激光器的构成如下在厚度为150μm的GaN基板201上，厚度为5μm的n型Al0.05Ga0.95N接触层202，厚度为0.1μm的n型In0.1Ga0.9N层203，由厚度为2.5nm的n型GaN与厚度为2.5nm的Al0.1Ga0.9N交替层积180周期的全层厚度为0.9μm的n型超晶格包覆层204，厚度为0.15μm的GaN光导层205，由厚度为4nm的In0.15Ga0.85N量子阱层与厚度为10nm的In0.02Ga0.98N势垒层交替层积3周期的多重量子阱结构有源层206，厚度为10nm的p型Al0.35Ga0.65N层207，厚度为0.15μm的GaN光导层208，由厚度为2.5nm的p型GaN与厚度为2.5nm的Al0.1Ga0.9N交替层积120周期的全层厚度为0.6μm的p型超晶格包覆层209，厚度为15nm的p型GaN接触层210，由Ni/Au两层金属构成的p电极211，由Ti/Al两层金属构成的n电极212。上部包覆层209与p型接触层210通过腐蚀，被加工成宽度为1.8μm左右的带状脊形结构213，通过脊形结构113的头部以外形成的SiO2膜214把电流只压缩在脊形结构113部分。而且GaN基板201具有高电阻，所以通过腐蚀形成断台阶215，露出n型接触层202之后形成n电极212。
这个激光器以波长405nm激光振荡，与以往23mA相比可以得到更低的振荡阈值电流。而且基板201上使用比现有例1晶体缺陷更少的GaN基板201，得到更长的使用寿命。远视野中的激光束形状形成有源层水平发射角(半值总宽)11.2度，垂直发射角(半值总宽)29.9度的椭圆形光束。本实施例中脊形结构213的宽度减小至1.8μm，扩大了水平发射角，但纵横比为2.7左右，与现有例1一样为非常细的椭圆形。
以上现有例中，代替以往蓝宝石基板而使用晶体缺陷少的GaN基板，这样的GaN基板将对于确保激光器的寿命是必须的。
如现有例1、2所示，以往GaN基板上氮化镓激光器的垂直发射角接近30度，纵横比各为较大的3.9、2.7。纵横比大的激光束在圆形的准直透镜中变换成平行光时多数激光从透镜露掉，激光的利用率非常低。图8表示圆形的准直透镜预测激光器的全角度(孔径张角)为15度时，水平发射角设定为10度的垂直发射角与光束利用率之间的关系。垂直发射角越大光束利用率越低，垂直发射角为30度(纵横比3)时只能利用36％的激光。这样因为现有例的激光束利用率低，为要提高光盘等记录面的激光功率且加快记录速度，所以有必要提高激光输出功率，此时由于工作电流增加而使激光器的寿命会缩短。虽然可以用棱镜等将椭圆形光束整形至圆形，但是导致光学部件的增加，不利于装置的廉价化、小型化。为了减小纵横比，可进一步减小现有例2的脊形结构宽度而扩大水平发射角，但是减小脊形结构宽度，空穴电流的收缩宽度也会减小，p型层的大电阻率的氮化镓材料与脊形结构宽度呈反比而元件电阻会增大。元件电阻的增大不仅导致工作电压的上升，而且会减小调制带宽，特别不利于光盘应用。
如上所述，减小激光的纵横比，而提高激光束的利用率虽然非常重要的，但是从抑制元件电阻的要求考虑不能压缩脊形结构宽度，所以必须减小垂直发射角。图8中垂直发射角减小至20度(纵横比2)、15度(纵横比1.5)、10度(纵横比1)时各自的光束利用率为51、63、79％，依次增加。
为减小垂直发射角，最好增加激光器包覆层的折射率，即减小平均Al的组成，拓宽激光器层厚方向的电场分布。现有例1、2的超晶格包覆层其平均Al组成为0.07、0.05。所以制作了在层厚不变条件下把现有例1激光器的p包覆层替换为Al0.03Ga0.97N体的激光器(现有例3)。这个激光器振荡阈值非常高，而且光输出功率对电流的倾斜(斜率)非常低。对此原因的研究结果如下。图9表示这个激光器的垂直方向远视野像。垂直发射角(半值总宽)大幅减小至现有例的一半左右为14度左右时，观测到了尖峰图形。
这个尖峰图形是因为构成基板及n型接触层的GaN的折射率比激光在由有源层、光导层、包覆层构成的波导层中行进时等效的折射率(以下称为波导模等价折射率)大，一部分激光从基板及n型接触层漏掉而产生的。这样的折射率关系是氮化镓半导体激光器的特殊情况。这样的激光器发射光的发生作为发射损失，而增加激光器内部损失。其结果，激光器振荡阈值上升，斜率下降。而且如图9所示，非常强的尖峰图形在光盘装置等光学系统中成为强杂散光的问题。
如上所述，为减小垂直发射角，提高包覆层的折射率，即减小平均Al组成的方法非常有效，但是抑制GaN基板及GaN接触层的发射损失成了问题。定性来说基板与有源层之间的包覆层，现有例中若把n包覆层的厚度大幅扩大而使GaN基板及GaN接触层充分远离有源层，可以抑制发射损失，但是在氮化镓半导体激光器的特殊情况中增大n包覆层的层厚时，存在容易发生裂纹的问题。
图10表示利用实验方法求得的GaN基板上形成的AlGaN层的Al组成与晶体生长后发生裂纹的临界膜厚之间关系。表示在任意Al组成中实线的层厚以下，不存在裂纹的问题。裂纹的原因是AlGaN与GaN的晶格常数差导致的畸变，Al组成越大畸变也越大，因此要减小临界层厚。激光器的制作过程中晶体生长后即使没有裂纹，也潜在畸变，所以热处理工序、芯片化工序中存在发生新裂纹的倾向，因此n包覆层的膜厚最好比图10中的实线要小。
如上所述，为了减小垂直发射角，而增大包覆层的折射率时，从抑制发射损失的要求考虑，需要增大n包覆层的厚度，与此相反，从抑制裂纹的要求考虑，需要减小n包覆层的厚度，出现折衷选择的状况。从而正确预测发射损失、包覆层折射率(或平均Al组成)与层厚的关系，明确适当的激光层结构成了课题。
而且现有例3的激光器中振荡阈值的上升与斜率的减小，除了发射损失外，也加大了p电极损失。p电极由光吸收系数大的金属构成，而且根据形成方法，热处理方法等，形成结构不均一性或表面凹凸变大的散射体。p电极损失为这样的吸收损失与散射损失之和。为减小p电极损失，定性来说增厚p包覆层，离有源层越远离越好，但在氮化镓半导体激光器的特殊情况中，因为p包覆层的电阻率高，所以增大层厚会出现元件电阻增大的问题。而且由于p包覆层在比较柔软的InGaN有源层上形成，所以与n包覆层相比裂纹发生几率小，但增加厚度时，仍然容易发生裂纹。如上所述，为了减小垂直发射角，而减小包覆层平均Al组成时，从抑制p电极损失要求考虑，需要需要增大n包覆层的厚度，与此相反，从抑制裂纹的要求考虑，需要减小n包覆层的厚度，出现了折衷选择的状况。从而正确预测p电极损失、p包覆层折射率(或平均Al组成)与层厚的关系，明确适当的激光层结构成了课题。
总结上述现有技术的课题。为了不减小脊形结构宽度而减小纵横比提高射线利用率时，需要减小垂直发射角，为此需要减小包覆层折射率(或平均Al组成)。但是因为n包覆层在抑制裂纹损失的要求与抑制发射损失要求中存在折衷选择的关系，所以正确预测发射损失、n包覆层折射率(或平均Al组成)与层厚的关系，明确适当的激光层结构成了课题。而且p包覆层在元件电阻及抑制裂纹的要求与抑制p电极损失中存在折衷选择的关系，所以正确预测p电极损失、p包覆层折射率(或平均Al组成)与层厚的关系，明确适当的激光层结构成了课题。
本发明的目的在于明确上述课题，提供一种垂直发射角小且发射损失与p电极损失小的激光器结构。这样的激光器结构，为使垂直发射角小，即使不减小脊形结构宽度也可以实现小纵横比，可以抑制元件电阻。
而且可以利用图9所示的远视野像的尖峰图形，评价(式1)中的等效折射率ne。除去尖峰外的发射图形的峰值角度与尖峰的峰值角度之差θ(弧度单位)满足如下关系式。sinθ=ns·sin[tan-1(ns2-ne2/ne)]]]>(式3)这个公式中利用实测的θ与GaN基板的折射率ns求得了等效折射率ne。等效折射率ne也可以根据激光的光谱中出现的共振器模波长间隔来估计，需要使用考虑折射率的波长分散的公式。利用尖峰的评价方法简单且精度高。
估计除发射损失、p电极损失外的激光器内部损失为10cm-1，因而需要将发射损失抑制在5cm-1以下。但是为将远视野像的尖峰的尖峰强度下降至与波导激光的尖峰强度的相同程度以下，需要抑制在2cm-1以下。这是为了避免尖峰在光学系统中作为杂散光的重要问题。从而可以确定发射损失的抑制条件如下。
αr≤2cm-1(式3)(式1)中，波导模等效折射率ne、激光电场分布函数f(z)不仅受下部包覆层的平均折射率nc与层厚d1的影响，而且受到上部包覆层的平均折射率nc2，第一光导层的层厚h1，第二光导层的层厚h2的影响，但是上部包覆层(p包覆层)的影响小。以上说明了使用GaN基板的情况，即使使用GaN基板以外的基板，在下部包覆层的基板侧具有GaN基底层的情况也是相同的。此时基底层的厚度优选3μm以上，更加优选10μm以上。
下面说明p电极损失的抑制。本发明对于p电极损失与激光层结构的关系进行实验探讨，结果导出了如下关系式。具有基板、和与其接触的并由临近基板侧起层积的下部包覆层、有源层、上部包覆层及电极，在有源层与下部包覆层之间和/或前述有源层与上部包覆层之间设置一个或两个以上的光导层的光波导层结构的氮化镓半导体激光器，利用前述z坐标系中激光电场分布函数f(z)与p电极的基板侧界面的z坐标zp，p电极损失ap可以用下式表达。ap≅K·αmetal·[∫-∞zpf*(z)f(z)dz/∫-∞+∞f*(z)f(z)dz]=K·αmetal·Γp]]>(式4)αmetal为最接近有源层的p电极金属的光吸收系数，随金属各不相同，一般为50万-100万cm-1左右，Γp是p电极的吸收系数为αmetal时，求得的p电极内的激光器波导模光截留系数。
K为上式中特征的参数，表示p电极吸收系数的等效增加因子。根据本发明的探讨，发现即使使用相同电极金属，K值根据p电极的制作方法等通常在1-3的范围内变化。在p电极形成过程中，使电极电阻及接触电阻的减小成了重要的技术课题。为了解决这个问题，需要适当设定电极形成条件和热处理条件。本发明的探讨明确了如果采用这样的条件，一般导致p电极粗糙度增大，即使根据以往公知的上述αmetal值，估计p电极损失ap，也与正确值背离。其原因并不是十分明确，但可以推测结构不完全性成了光散乱的原因，使实效吸收系数上升。
因此本发明者，通过采用如上述K构成的参数，得到了估计比以往正确的p电极损失的公式。在这里为了安全取了K＝3的值。估计除发射损失、p电极损失外的激光器内部损失为10cm-1，因而需要将发射损失抑制在5cm-1以下。即p电极损失的抑制条件如下αp≤5cm-1(式5)激光电场分布函数f(z)受到下部包覆层的平均折射率nc、上部包覆层的平均折射率nc2、第一光导层的层厚h1、第二光导层的层厚h2的较强影响，但是n包覆层厚的影响较小。而且基板不论是什么样的基板都可适用(式4)、(式5)。
由上所述得到了用于抑制发射损失与p电极损失的层结构条件。下面说明作为本发明的最大目的垂直发射角的减小。图5中，设具有与下部包覆层(n包覆层)的平均折射率相同的折射率的AlGaN体结晶的Al组成为x，具有与上部包覆层(p包覆层)的平均折射率相同的折射率的AlGaN体结晶的Al组成为y，计算了垂直发射角与x之间关系。图中表示了(a)y-x＝0时(实线)(b)y-x＝0.02时(虚线)(c)y-x＝0.04时(点划线)。光导层为GaN，第一光导层的层厚h1与第二光导层的层厚h2都为0.1μm。在这里考虑(式1)、(式3)、(式4)、(式5)，将下部包覆层、上部包覆层的层厚设定为充分大而使发射损失与p电极损失在1cm-1以下。图中在x减小时，垂直发射角急速减小，在x比0.06小的区域中按(a)、(b)、(c)的顺序急速减小。另一方面，因为垂直发射角的减小意味着有源层的光截留系数减小，所以激光振荡阈值会上升。图5中在比(a)的x＝0.02小，比(b)、(c)的x＝0.03小时，振荡阈值的计算值会急速增大。
从而，减小垂直发射角且用于抑制振荡阈值上升的适当的x区域为(a)中0.02≤x≤0.06，(b)、(c)中0.03≤x≤0.06。如(b)、(c)非对称包覆层结构在0.03≤x≤0.06区域中，与对称包覆层结构相比容易减小垂直发射角，减小p包覆层的厚度，也可以抑制p电极损失，这些优点的反面，也存在增大用于抑制发射损失的n包覆层厚度的缺点。而且，图5中引导层的总层厚d1+d2设定为0.2μm，这个比0.15μm薄时，有源层的光截留系数会变得过小，即使在上述x的范围内，因振荡阈值大而不具有实用性。而且垂直发射角具有随着引导层的总层厚d1+d2变大而增大的倾向，所以不适合过于增大总层厚。实用时优选总层厚在0.2-0.4μm的范围内。
如上所述，各自求得了用于抑制发射损失的激光层结构条件、用于抑制p电极损失的激光层结构条件、减小垂直发射角且不过于减小有源层光截留系数的激光层结构条件。作为本发明这目的在于，为实现垂直发射角小且振荡阈值与元件电阻小的激光器，满足这些所有条件即可。
特别是对于光盘应用中重要的波长380-420nm的激光器，具体求得这些层结构，得到了下述(i)到(iv)表示的构成。
(i)在由GaN构成的基底层的上部，按下部包覆层、有源层、上部包覆层及电极的顺序层积，在有源层与下部包覆层之间和/或前述有源层与上部包覆层之间设置一个或两个以上的光导层，按380nm以上420nm以下的波长振荡的氮化镓半导体激光器，其特征在于，设在光导层的总层厚为h(μm)，下部包覆层的层厚为d1(μm)，具有与下部包覆层的平均折射率相同折射率的AlGaN体结晶的Al组成为x，具有与上部包覆层的平均折射率相同折射率的AlGaN体结晶的Al组成为y时，满足如下条件。
0.15≤h、|x-y|≤0.020.02≤x≤0.06及0.34x-0.49≤d1+2h(ii)在由AlGaN或GaN构成的基板上，按下部包覆层、有源层、上部包覆层及电极的顺序层积，在有源层与下部包覆层之间和/或前述有源层与上部包覆层之间设置一个或两个以上的光导层，按380nm以上420nm以下的波长振荡的氮化镓半导体激光器，其特征在于，设在光导层的总层厚为h(μm)，下部包覆层的层厚为d2(μm)，具有与下部包覆层的平均折射率相同折射率的AlGaN体结晶的Al组成为x，具有与上部包覆层的平均折射率相同折射率的AlGaN体结晶的Al组成为y时，满足如下条件。
0.15≤h、|x-y|≤0.020.02≤x≤0.06及0.21y-0.42≤d2+h(iii)在由GaN构成的基底板的上部，按下部包覆层、有源层、上部包覆层及电极的顺序层积，在有源层与下部包覆层之间和/或前述有源层与上部包覆层之间设置一个或两个以上的光导层，按380nm以上420nm以下的波长振荡的氮化镓半导体激光器，其特征在于，设在光导层的总层厚为h(μm)，下部包覆层的层厚为d1(μm)，具有与下部包覆层的平均折射率相同折射率的AlGaN体结晶的Al组成为x，具有与上部包覆层的平均折射率相同折射率的AlGaN体结晶的Al组成为y时，满足如下条件。
0.15≤h、y-x＞0.020.03≤x≤0.06及0.47x-0.5≤d1+4h(iv)在由AlGaN或GaN构成的基板上，按下部包覆层、有源层、上部包覆层及电极的顺序层积，在有源层与下部包覆层之间和/或前述有源层与上部包覆层之间设置一个或两个以上的光导层，以380nm以上420nm以下的波长振荡的氮化镓半导体激光器，其特征在于，设在光导层的总层厚为h(μm)，下部包覆层的层厚为d2(μm)，具有与下部包覆层的平均折射率相同折射率的AlGaN体结晶的Al组成为x，具有与上部包覆层的平均折射率相同折射率的AlGaN体结晶的Al组成为y时，满足如下条件。
0.15≤h、y-x≥0.020.03≤x≤0.06及0.2y-0.33≤d2+0.5h而且，在上述(i)至(iv)中，对于下部包覆层和下限制层、电极的导电类型没有特殊的限制，但是在下部包覆层为n型，上部包覆层、电极为p型时更适合本发明的适用。
上述(i)是在下部包覆层与上部包覆层具有几乎相同折射率的对称包覆层结构时，减小垂直发射角且不过于减小有源层光截留系数的状况下，用于抑制发射损失的激光器层结构条件。激光器层结构的条件为在由GaN构成的基底层的上部，按下部包覆层、有源层、上部包覆层及电极的顺序层积，在有源层与下部包覆层之间和/或前述有源层与上部包覆层之间设置一个或两个以上的光导层，以380nm以上420nm以下的波长振荡的氮化镓半导体激光器，设其光导层的总层厚为h(μm)，下部包覆层的层厚为d1(μm)，具有与下部包覆层的平均折射率相同的折射率的AlGaN体结晶的Al组成为x，具有与上部包覆层的平均折射率相同的折射率的AlGaN体结晶的Al组成为y时，满足上述条件。n型上部包覆层中重要的参数为折射率与层厚，折射率用与其有相同折射率的AlGaN体的Al组成替换。
在上述条件中0.15≤h、|x-y|≤0.020.02≤x≤0.06的条件为减小垂直发射角且不过于减小有源层光截留系数的条件，而0.34x-0.49≤d1+2h的条件为发射损失在2cm-1以下的条件。表示发射损失的抑制条件中，可以忽略上部包覆层厚度的影响，x越小越有必要增大d1+2h，引导层厚度的增加具有相当于下部包覆层的增加的2倍的效果。
上述(ii)为在下部包覆层与上部包覆层具有几乎相同折射率的对称包覆层结构时，减小垂直发射角且不过于减小有源层光截留系数的状况下，用于抑制p电极损失的激光器层结构条件。n型上部包覆层中重要的参数为折射率与层厚，折射率用与其有相同折射率的AlGaN体的Al组成替换。在上述条件中0.15≤h、|x-y|≤0.020.02≤x≤0.06的条件为减小垂直发射角且不过于减小有源层光截留系数的条件，而0.21y-0.42≤d2+h的条件为p电极损失在5cm-1以下的条件。表示p电极损失的抑制条件可以忽略下部包覆层厚度的影响，y越小越有必要增大d2+h，引导层厚度的增加具有相当于下部包覆层的增加的相同的效果。
上述(i)与(ii)优选同时满足，这样可以得到减小垂直发射角且不过于减小有源层光截留系数的状况下抑制发射损失与p电极损失的激光器。
上述(iii)为在上部包覆层的折射率比下部包覆层小的非对称包覆层结构中减小垂直发射角且不过于减小有源层光截留系数，用于抑制发射损失的激光器层结构条件。在这样的非对称包覆层结构中，下部包覆层的折射率比较小的区域，与对称包覆层结构相比，容易减小垂直发射角，减小上部包覆层(n包覆层)的厚度，也可以抑制p电极损失，这些优点的反面，也存在增加用于抑制发射损失的n包覆层厚度的缺点。激光器层结构条件如上所述。n型上部包覆层中重要的参数为折射率与层厚，折射率用与其有相同折射率的AlGaN体的Al组成替换。上述条件中0.15≤h、y-x＞0.020.03≤x≤0.06的条件为减小垂直发射角且不过于减小有源层光截留系数的条件，而0.47x-0.5≤d1+4h的条件为发射损失在2cm-1以下的条件。表示发射损失的抑制条件可以忽略上部包覆层厚度的影响，x越小越有必要增大d1+4h，引导层厚度的增加具有相当于下部包覆层的增加的4倍的效果。
上述(iv)为在上部包覆层的折射率比下部包覆层小的非对称包覆层结构中减小垂直发射角且不过于减小有源层光截留系数，抑制p电极损失的激光器层结构条件。这样的非对称包覆层结构中下部包覆层的折射率比较小的区域与对称包覆层结构相比容易减小垂直发射角，p包覆层厚薄，也可以抑制p电极损失，这些优点的反面，也存在增大用于抑制发射损失的n包覆层厚度的缺点。激光器层结构条件如上所述。在上述条件中0.15≤h、y-x≥0.020.03≤x≤0.06的条件为减小垂直发射角且不过于减小有源层光截留系数的条件，而0.2y-0.33≤d2+0.5h的条件为p电极损失在5cm-1以下的条件。表示p电极损失的抑制条件可以忽略下部包覆层厚度的影响，y越小越有必要增大d2+0.5h，引导层厚度的增加具有相当于下部包覆层的增加的一半效果。
上述(iii)与(iv)优选同时满足，这样可以得到减小垂直发射角且不过于减小有源层光截留系数的状况下，抑制发射损失与p电极损失的激光器。
在上述(i)或(iv)的成结构条件中，为了规定下部包覆层、上部包覆层的折射率使用与其有相同折射率的AlGaN体的Al组成。从而可以如技术方案5所述在下部包覆层及上部包覆层上使用AlGaN体，也可以使用如技术方案5所述的超晶格。而且除含有Al、Ga、N之外还可以含有In、B等其他元素。
在上述氮化镓半导体激光器中，下部包覆层或上部包覆层可以由AlGaN体结晶构成。这是因为激光的有源层垂直方向发射角为20度以下时，用(式1)表示发射损失为2cm-1以下的激光器层结构条件，激光器振荡波长在380-420nm以外时，也可以适用。激光的有源层垂直方向发射角在20度以下时，适用于DVD应用时，光盘的盘面中的激光器功率达到现在所希望的标准，可以大幅提高位速度与传输速度。
而且，在上述氮化镓半导体激光器中，下部包覆层或上部包覆层可以由将GaN层或AlGaN层交替层积多周期的超晶格构成。这是因为激光的有源层垂直方向发射角在20度以下时，用(式4)表示p电极损失在5cm-1以下的激光器层结构条件，激光器振荡波长在380-420nm以外时，也可以适用。
而且发射损失的抑制条件、p电极损失的抑制条件包括各自下部包覆层厚、上部包覆层厚在一定值以上的条件，但为了抑制裂纹，优选下部包覆层的厚度在图10的实线以下的区域，更加优选下部包覆层与上部包覆层的总层厚在图10的实线以下区域。
而且本发明规定了有源层水平方向的位置处在激光分布中心位置附近的层厚方向的结构。有源层水平方向的位置的结构如现有例所示除了脊形结构外，可以适用埋入式异质结构、有源层弯曲型等其他结构，也可以是充分使用与有源层水平方向的等价的折射率差的结构。特别是埋入式异质结构可以增大上述折射率之差，在得到接近圆形的光束时被优选。
在这里，对于超晶格结构的折射率预先进行补充。现有例1、2的超晶格包覆层的平均组成各自与Al0.07Ga0.93N、Al0.05Ga0.95N相同。但是在根据激光器垂直发射角估计折射率时，各自相当于Al0.14Ga0.86N、Al0.1Ga0.9N的折射率。超晶格层为将组成不同的2个薄膜层交替层积多周期的叠层，即使具有相同平均组成的超晶格层，随2个薄膜层的厚度而其平均折射率大不相同。如果2个薄膜层的变厚，会接近与平均Al组成的AlGaN体相同的折射率，相反如果变薄，会因为量子截留效果而变成与平均Al组成的AlGaN体不同的折射率。平均折射率决定激光的分布形状，所以平均组成一定的超晶格结构，如果薄膜层的周期不同，会得到不同的激光分布，其结果垂直发射角也会不同。本发明中，因为包覆层用与其有相同折射率的AlGaN体的组成表示，所以即使由包覆层作为超晶格，也不会出现这样的问题，垂直发射角为固定单值。
图2为本发明中实施例1的氮化镓半导体激光器的远视野像。实线为有源层垂直方向远视野像，虚线为有源层水平方向远视野像。
图3为本发明中实施例7的化镓半导体激光器的截面简图。
图4为本发明中实施例7的氮化镓半导体激光器的远视野像。实线为有源层垂直方向远视野像，虚线为有源层水平方向远视野像。
图5为设具有与下部包覆层的平均折射率相同折射率的AlGaN体结晶的Al组成为x，具有与上部包覆层的平均折射率相同折射率的AlGaN体结晶的Al组成为y时，表示垂直发射角计算值与x之间关系的图。(a)y-x＝0时(实线)，(b)y-x＝0.02时(虚线)，(c)y-x＝0.04时(点划线)。
图6为现有例1的化镓半导体激光器的截面简图。
图7为现有例2的化镓半导体激光器的截面简图。
图8为表示激光的垂直发射角与光束利用率的关系的图(圆形准直透镜预测激光器的全角度(孔径张角)为15度，激光的水平发射角设定为10度)。
图9为现有例3的化镓半导体激光器的有源层垂直方向远视野像。
图10为表示在GaN基板上形成的AlGaN层的Al组成与晶体生长后发生裂纹的临界膜厚的实验值的关系的图(表示在某一Al组成时实线的层厚以下不存在裂纹的问题)。
实施例1的激光器以波长402nm激光振荡，能得到22mA的低振荡阈值电流。图2表示这个激光器的远视野像。实线为有源层的垂直方向，虚线为有源层的水平方向。形成了水平方向发射角(半值总宽)9.3度，垂直方向发射角(半值总宽)17.2度的椭圆形光束。纵横比为1.84，与现有例1的3.9、现有例2的2.7相比，大幅减小了纵横比。远视野像的尖峰强度被抑制在波导模峰值强度的一半以下，因此尖峰在光学系统中作为杂散光几乎没有影响。根据尖峰强度估计的发射损失为0.5cm-1，从根据激光器斜率估计的总内部损失减去发射损失与层吸收损失而估计的p电极损失为2cm-1，可以将发射损失与p电极损失抑制在非常小的值。而且在图10中Al0.05Ga0.95N层发生的裂纹临界膜厚为2μm，n包覆层2的层厚远小于这个值。n包覆层2与p包覆层7的总层厚也在上述临界膜厚左右。其结果本实施例的激光器的很少发生裂纹。本实施例中激光器的p包覆层7的层厚为0.75μm，比现有例1、2中激光器的p型超晶格包覆层109、209(层厚为0.6μm)厚，但是由于Al组成低至0.05，所以体电阻下降，p包覆层7对于元件电阻的贡献与现有例具有同等程度。而且脊形结构宽度为2μm，元件电阻与现有例2中激光器大致同等。[实施例2]实施例2的激光器，对于实施例1的层结构中，除把n型Al0.05Ga0.95N包覆层2的层厚改为1.05μm，n型GaN光导层3的层厚改为0.2μm，p型Al0.05Ga0.95N包覆层7的层厚改为0.6μm之外，其余部分与实施例1相同。设光导层3的层厚为h1(μm)，光导层6的层厚为h2(μm)，n包覆层2的层厚为d1(μm)，n包覆层2的Al组成为x，p包覆层7的层厚为d2(μm)，p包覆层7的Al组成为y时，满足前述(i)及(ii)的双方条件。
这个激光器以波长402nm激光振荡，能得到22mA的低振荡阈值电流。远视野中激光器光束的形状为水平方向发射角(半值总宽)9.6度，垂直方向发射角(半值总宽)19.9度的椭圆形光束。纵横比为2.07，与现有例1的3.9、现有例2的2.7相比大幅减小了纵横比。远视野像的尖峰强度被抑制在波导模峰值强度的一半以下，因此尖峰在光学系统中作为杂散光几乎没有影响。根据尖峰强度估计的发射损失为0.5cm-1，从根据激光器斜率估计的总内部损失减去发射损失与层吸收损失而估计的p电极损失为2cm-1，可以将发射损失与p电极损失抑制在非常小的值。本实施例中将光导层3的层厚增大至0.2μm，所以光导层整体中截留的激光比例会增加，n包覆层2的层厚比实施例1更薄，也可以抑制发射损失，而且p包覆层7的层厚比实施例1薄，也可以抑制p电极损失。而且在图10中Al0.05Ga0.95N层发生裂纹的临界膜厚为2μm，n包覆层2的层厚远小于这个值。n包覆层2与p包覆层7的总层厚也比上述临界膜厚小，本实施例的激光器几乎不发生裂纹。本实施例中激光器的p包覆层7的层厚为0.6μm，与现有例1、2中激光器的p型超晶格包覆层109、209(层厚为0.6μm)相同，但是Al组成为较低的0.05，所以体电阻下降，p包覆层7对于元件电阻的贡献比现有例小。而且脊形结构宽度为2μm，元件电阻略微低于现有例2中激光器。[实施例3]实施例3的激光器，对于实施例1的层结构中，除把n型包覆层2改为9μm层厚的Al0.03Ga0.97N层，p型包覆层7改为1μm层厚的Al0.03Ga0.97N层之外，其余部分与实施例1相同。设光导层3的层厚为h1(μm)，光导层6的层厚为h2(μm)，n包覆层2的层厚为d1(μm)，n包覆层2的Al组成为x，p包覆层7的层厚为d2(μm)，p包覆层7的Al组成为y时，满足前述(i)及(ii)的双方条件。
这个激光器以波长408nm激光振荡，能得到26mA的低振荡阈值电流。远视野中激光器光束的形状为水平方向发射角(半值总宽)7.5度，垂直方向发射角(半值总宽)11.9度的椭圆形光束。纵横比为1.59，与现有例1的3.9、现有例2的2.7相比大幅减小了纵横比。远视野像的尖峰强度被抑制在波导模峰值强度的一半以下，因此尖峰在光学系统中作为杂散光几乎没有影响。根据尖峰强度估计的发射损失为0.5cm-1，从根据激光器斜率估计的总内部损失减去发射损失与层吸收损失而估计的p电极损失为2cm-1，可以将发射损失与p电极损失抑制在非常小的值。本实施例中因为减小了n包覆层2与p包覆层7的Al组成，包覆层中分布的激光比例会增加，因而使n包覆层2的层厚比实施例1厚而抑制发射损失，而且使p包覆层7的层厚比实施例1厚而抑制p电极损失。而且图10中Al0.03Ga0.97N层发生裂纹的临界膜厚为5μm，n包覆层2的层厚远小于这个值。n包覆层2与p包覆层7的总层厚也比上述临界膜厚小，本实施例的激光器未发现发生裂纹。本实施例中激光器的p包覆层7的层厚为1μm，比现有例1、2中激光器的p型超晶格包覆层109、209(层厚为0.6μm)要厚，但是Al组成低至0.03，所以体电阻下降，p包覆层7对于元件电阻的贡献与现有例大致相同。而且脊形结构宽度为2μm，元件电阻与现有例2中激光器大致相同。[实施例4]实施例4的激光器，对于实施例1的层结构中，除把n型包覆层2改为1.5μm层厚的Al0.05Ga0.95N层，p型包覆层7改为0.55μm层厚的Al0.07Ga0.93N层之外，其余部分为与实施例1相同的非对称包覆层结构。设光导层3的层厚为h1(μm)，光导层6的层厚为h2(μm)，n包覆层2的层厚为d1(μm)，n包覆层2的Al组成为x，p包覆层7的层厚为d2(μm)，p包覆层7的Al组成为y时，满足前述(iii)与(iv)的双方条件。
这个激光器以波长400nm激光振荡，能得到21mA的低振荡阈值电流。远视野中激光器光束的形状为水平方向发射角(半值总宽)8.9度，垂直方向发射角(半值总宽)17.5度的椭圆形光束。纵横比为1.96，与现有例1的3.9、现有例2的2.7相比大幅减小了纵横比。远视野像的尖峰强度被抑制在波导模峰值强度的一半以下，因此尖峰在光学系统中作为杂散光而没有影响。这个结构为p包覆层7的折射率比n包覆层2的折射率小的非对称结构。这样的层结构容易减小垂直发射角，此外，由于容易降低p包覆层中的光分布比例，具有p包覆层7的层厚小时也可以抑制p电极损失的优点。根据远视野像估计的发射损失为0.5cm-1，从根据激光器斜率估计的总内部损失减去发射损失与层吸收损失而估计的p电极损失为2cm-1，可以将发射损失与p电极损失抑制在非常小的值。本实施例中特别是减小n包覆层2的Al组成的非对称结构，由于n包覆层2中分布的激光比例的增加，使n包覆层2的层厚比实施例1厚而抑制发射损失。而且图10中Al0.05Ga0.95N层发生裂纹的临界膜厚为2μm，下部包覆层的层厚远小于这个值。本实施例的激光器几乎不发生裂纹。本实施例中激光器的p包覆层7的层厚为0.55μm，与现有例1、2中激光器的p型超晶格包覆层109、209(层厚为0.6μm)大致相同，但是Al组成为0.07，所以体电阻程度相同，p包覆层7对于元件电阻的贡献与现有例相同。而且脊形结构宽度为2μm，元件电阻与现有例2中激光器大致相同。[实施例5]实施例5的激光器，对于实施例1的层结构中，除把n型包覆层2改为2.7μm层厚的Al0.03Ga0.97N层，p型包覆层7改为0.58μm层厚的Al0.05Ga0.95N层之外，其余部分为与实施例1相同的非对称包覆层结构。设光导层3的层厚为h1(μm)，光导层6的层厚为h2(μm)，n包覆层2的层厚为d1(μm)，n包覆层2的Al组成为x，p包覆层7的层厚为d2(μm)，p包覆层7的Al组成为y时，满足(iii)及(iv)的双方条件。
这个激光器以波长399nm激光振荡，能得到27mA的低振荡阈值电流。远视野中激光器光束的形状为水平方向发射角(半值总宽)5.6度，垂直方向发射角(半值总宽)10度的椭圆形光束。纵横比为1.79，与现有例1的3.9、现有例2的2.7相比大幅减小了纵横比。远视野像的尖峰强度被抑制在波导模峰值强度的一半以下，因此尖峰在光学系统中作为杂散光而没有影响。这个结构为p包覆层7的折射率比n包覆层2的折射率小的非对称包覆层结构。这样的结构容易减小垂直发射角，此外，由于容易减小p包覆层中的光分布比例，而具有p包覆层7的层厚小时也可以抑制p电极损失的优点。从根据远视野像估计的发射损失为0.5cm-1，根据激光器斜率估计的总内部损失减去发射损失与层吸收损失而估计的p电极损失为2cm-1，可以将发射损失与p电极损失抑制在非常小的值。本实施例中为减小n包覆层2的Al组成的非对称结构，由于n包覆层2中分布的激光比例的增加，使n包覆层2的层厚比实施例1厚而抑制发射损失。而且图10中Al0.03Ga0.97N层发生裂纹的临界膜厚为5μm，n包覆层的层厚远小于这个值。本实施例的激光器几乎不发生裂纹。本实施例中激光器的p包覆层7的层厚为0.58μm，与现有例1、2中激光器的p型超晶格包覆层109、209(层厚为0.6μm)大致相同，但是Al组成为0.05，所以体电阻略小，p包覆层7对于元件电阻的贡献比现有例小。而且脊形结构宽度为2μm，元件电阻比现有例2中激光器小。[实施例6]实施例6的激光器，对于实施例1的层结构中，除把n型包覆层2改为1.5μm层厚的Al0.05Ga0.95N层，GaN光导层3的层厚改为0.2μm，p型包覆层7改为0.43μm层厚的Al0.09Ga0.91N层之外，其余部分为与实施例1相同的非对称包覆层结构。设光导层3的层厚为h1(μm)，光导层6的层厚为h2(μm)，n包覆层2的层厚为d1(μm)，n包覆层2的Al组成为x，p包覆层7的层厚为d2(μm)，p包覆层7的Al组成为y时，满足前述(iii)及(iv)的双方条件。
这个激光器以波长406nm激光振荡，能得到21mA的低振荡阈值电流。远视野中激光器光束的形状为水平方向发射角(半值总宽)9.3度，垂直方向发射角(半值总宽)21.2度的椭圆形光束。纵横比为2.27，与现有例1的3.9、现有例2的2.7相比减小了纵横比。远视野像的尖峰强度被抑制在波导模峰值强度的一半以下，因此尖峰在光学系统中作为杂散光几乎没有影响。根据远视野像估计的发射损失为0.5cm-1，从根据激光器斜率估计的总内部损失减去发射损失与层吸收损失而估计的p电极损失为2cm-1，可以将发射损失与p电极损失抑制在非常小的值。这个结构为p包覆层7的折射率比n包覆层2的折射率小的非对称包覆层结构，但是光导层的厚度增加到0.2μm，所以在光导层整体中所截留的激光的比例会增加，n包覆层2的层厚比较薄，也可以抑制发射损失，而且p包覆层7的层厚比较薄，也可以抑制p电极损失。而且图10中Al0.05Ga0.95N层发生裂纹的临界膜厚为2μm，n包覆层的层厚远小于这个值。本实施例的激光器几乎不发生裂纹。本实施例中激光器的p包覆层7的层厚为0.43μm，比现有例1、2中激光器的p型超晶格包覆层109、209(层厚为0.6μm)小，但是Al组成为0.09，所以体电阻略大，p包覆层7对于元件电阻的贡献与现有例大致相同。而且脊形结构宽度为2μm，元件电阻与现有例2中激光器大致相同。[实施例7]实施例1～6的半导体激光器在有源层的上部形成脊形结构而实现了有源层水平方向的有效的折射率差。这个结构，特别是如实施例4～6的非对称包覆层结构中，n包覆层2侧光分布改变，所以有源层水平方向的有效折射率差不设计得大，水平发射角不能充分变大。因此为了进一步减小实施例5的激光器的纵横比，制作了埋入式异质结构型激光器。
图3为本发明的氮化镓半导体激光器的实施例7的截面简图(实施例7)。图3中本发明的氮化镓半导体激光器构成如下在厚度为100μm的GaN基板21上，厚度为2.7μm的n型Al0.03Ga0.97N包覆层22，厚度为0.1μm的GaN光导层23，由厚度为3nm的n型In0.15Ga0.85N量子阱层与厚度为5nm的In0.02Ga0.98N势垒层交替层积3周期的多重量子阱结构有源层24，厚度为10nm的p型Al0.2Ga0.8N层25，厚度为0.1μm的GaN光导层26，厚度为0.58μm的p型Al0.05Ga0.95N包覆层27，厚度为15nm的p型GaN接触层28，由Ni/Au两层金属构成的p电极29，在n型GaN基板的背面形成的由Ti/Al两层金属构成的n电极30。n包覆层22的一部分，光导层23，有源层24，p型Al0.2Ga0.8N层25，光导层26，上部包覆层27，p型接触层28通过腐蚀被加工成宽度为2μm的带状台面结构31，除台面31的头部以外通过选择性形成的高电阻Al0.05Ga0.95N电流收缩层32，电流只收缩在台面结构31部分。因为电流收缩层32具有比有源层及光导层低的折射率，所以也具有有源层水平方向的光截留的作用。设光导层23的层厚为h1(μm)，光导层26的层厚为h2(μm)，n包覆层22的层厚为d1(μm)，n包覆层22的Al组成为x，上部包覆层27的层厚为d2(μm)，上部包覆层27的Al组成为y时，满足前述(iii)及(iv)的双方条件。
实施例7的激光器以波长410nm激光振荡，能得到26mA的低振荡阈值电流。图4表示这个激光器的远视野像。实线为有源层垂直方向，虚线为有源层水平方向。形成了水平方向发射角(半值总宽)9.8度，垂直方向发射角(半值总宽)10.8度的接近圆形的光束。纵横比为1.1，与现有例1的3.9、现有例2的2.7相比大幅减小了纵横比。根据远视野像的尖峰强度估计的发射损失为0.5cm-1，从根据激光器斜率估计的总内部损失减去发射损失与层吸收损失而估计的p电极损失为2cm-1，可以将发射损失与p电极损失抑制在非常小的值。而图10中Al0.03Ga0.97N层发生裂纹的临界膜厚为5μm，n限制层22的层厚远小于这个值。本实施例的激光器几乎不发生裂纹。本实施例中激光器的p包覆层27的层厚为0.58μm，与现有例1、2中激光器的p型超晶格包覆层109、209(层厚为0.6μm)大致相同。但是Al组成为0.09，所以体电阻略小，p包覆层27对于元件电阻的贡献比现有例小。而且脊形结构宽度为2μm，元件电阻比现有例2中激光器小。发明效果如上所述，本发明的半导体激光器为以波长380nm至420nm振荡的氮化镓半导体激光器，通过采用前述(i)及(iii)的构成，减小垂直发射角且不过于减小有源层光截留系数的状况下，可以将发射损失抑制在2cm-1以下。而且通过采用(ii)及(iv)的构成，减小垂直发射角且不过于减小有源层光截留系数的状况下，可以将p电极损失抑制在5cm-1以下。而且通过采用前述(i)及(ii)的构成，减小垂直发射角且不过于减小有源层光截留系数的状况下，可以将发射损失抑制在2cm-1以下，也可以将p电极损失抑制在5cm-1以下。而且通过采用(iii)及(iv)的构成，减小垂直发射角且不过于减小有源层光截留系数的状况下，可以将发射损失抑制在2cm-1以下，也可以将p电极损失抑制在5cm-1以下。
以上结果，不必将脊形结构宽度减小至2μm以下而可以减小纵横比，水平方向光截留结构在脊形结构中的纵横比为2左右，在埋入式异质结构中纵横比为1左右(接近圆形)。而且n包覆层的层厚包括比如图10所示发生裂纹的临界膜厚充分小的区域，所以可以抑制裂纹。以上结果可以实现纵横比小，工作电流及元件电阻低，裂纹发生少且成品率高的400nm波段氮化镓半导体激光器。
以380-420nm以外的波长振荡的氮化镓半导体激光器，如果满足(v)、(vi)的条件，垂直发射角为20度以下，可以将发射损失抑制在2cm-1以下，也可以将p电极损失抑制在5cm-1以下。而且如果满足(v)、(vi)的条件垂直发射角为20度以下，可以将发射损失抑制在2cm-1以下且将p电极损失抑制在5cm-1以下。
而且上述实施例1乃至7的氮化镓半导体激光器，说明了作为基板使用了n型GaN基板的情况，但对于抑制发射损失，在使用其他基板时，在下部包覆层与基板之间具有优选3μm以上层厚的GaN基底层的激光器也同样可以适用本发明。而且说明了n型或上部包覆层为AlGaN时的情况，但也可以含有超晶格结构或In、B等Al、Ga、N以外的元素，平均折射率相同的AlGaN体的Al组成与层厚要满足权利要求的条件。而且也可以如现有例1及2所述在GaN层与下部包覆层之间插入0.1μm左右薄的InGaN防止裂纹层，可以视为与不存在InGaN防止裂纹层相同。这是因为InGaN防止裂纹层对于n包覆层、p包覆层的光分布没有太大影响。
权利要求
1.一种氮化镓半导体激光器，在由GaN构成的基底层的上部，按下部包覆层、有源层、上部包覆层及电极的顺序层积，在有源层与下部包覆层之间和/或前述有源层与上部包覆层之间设置一个或两个以上的光导层，以380nm以上420nm以下的波长振荡，其特征在于，设光导层的总层厚为h(μm)，下部包覆层的层厚为d1(μm)，具有与下部包覆层的平均折射率相同折射率的AlGaN体结晶的Al组成为x，具有与上部包覆层的平均折射率相同折射率的AlGaN体结晶的Al组成为y时满足条件0.15≤h|x-y|≤0.020.02≤x≤0.06及0.34x-0.49≤d1+2h。
2.一种氮化镓半导体激光器，在由AlGaN或GaN构成的基板上，按下部包覆层、有源层、上部包覆层及电极的顺序层积，在有源层与下部包覆层之间和/或前述有源层与上部包覆层之间设置一个或两个以上的光导层，以380nm以上420nm以下的波长振荡，其特征在于，设光导层的总层厚为h(μm)，上部包覆层的层厚为d2(μm)，具有与下部包覆层的平均折射率相同折射率的AlGaN体结晶的Al组成为x，具有与上部包覆层的平均折射率相同折射率的AlGaN体结晶的Al组成为y时，满足条件0.15≤h|x-y|≤0.020.02≤x≤0.06及0.21y-0.42≤d2+h。
3.一种氮化镓半导体激光器，在由GaN构成的基底板的上部，按下部包覆层、有源层、上部包覆层及电极的顺序层积，在有源层与下部包覆层之间和/或前述有源层与上部包覆层之间设置一个或两个以上的光导层，以380nm以上420nm以下的波长振荡，其特征在于，设光导层的总层厚为h(μm)，下部包覆层的层厚为d1(μm)，具有与下部包覆层的平均折射率相同折射率的AlGaN体结晶的Al组成为x，具有与上部包覆层的平均折射率相同折射率的AlGaN体结晶的Al组成为y时，满足条件0.15≤hy-x＞0.020.03≤x≤0.06及0.47x-0.5≤d1+4h。
4.一种氮化镓半导体激光器，在由AlGaN或GaN构成的基板上，按下部包覆层、有源层、上部包覆层及电极的顺序层积，在有源层与下部包覆层之间和/或前述有源层与上部包覆层之间设置一个或两个以上的光导层，以380nm以上420nm以下的波长振荡，其特征在于，设光导层的总层厚为h(μm)，下部包覆层的层厚为d2(μm)，具有与下部包覆层的平均折射率相同折射率的AlGaN体结晶的Al组成为x，具有与上部包覆层的平均折射率相同折射率的AlGaN体结晶的Al组成为y时，满足条件0.15≤hy-x≥0.020.03≤x≤0.06及0.2y-0.33≤d2+0.5h。
5.权利要求1至4中任意一项所述氮化镓半导体激光器，其特征是下部包覆层或上部包覆层由AlGaN体结晶构成。
6.权利要求1至5中任意一项所述氮化镓半导体激光器，其特征是下部包覆层或上部包覆层为将GaN层与AlGaN层交替层积多个周期的超晶格。
7.一种氮化镓半导体激光器，在由GaN构成的基底板的上部，按下部包覆层、有源层、上部包覆层及电极的顺序层积，在有源层与下部包覆层之间和/或前述有源层与上部包覆层之间设置一个或两个以上的光导层的光波导层构造，其特征在于，激光的有源层垂直方向发射角为20度以下，而且设前述GaN基板的折射率为ns，下部包覆层的平均折射率为nc，激光器振荡光在上述光波导层构造中行进的等效折射率为ne，以上述光波导层构造的GaN基板方向为正的层厚度方向坐标为z，该z坐标系中激光电场分布函数为f(z)，下部包覆层邻近前述GaN基板一侧的界面的z坐标为zo时，满足条件ns2-ne2ne·4(ne2-nc2)ns2-nc2·[|f(z0)|2/∫-∞+∞f*(z)f(z)dz]≤2cm-1]]>。
8.一种氮化镓半导体激光器，具有在AlGaN或GaN构成的基板上，按下部包覆层、有源层、上部包覆层及电极的顺序层积，在有源层与下部包覆层之间和/或前述有源层与上部包覆层之间设置一个或两个以上的光导层的光波导层结构，其特征在于，激光的有源层垂直方向发射角为20度以下，而且设激光器波导模的前述p电极的光截留系数为Γp，构成前述p电极的金属中最接近有源层的金属的光吸收系数为αmetal时，满足条件3·αmetal·Γp≤5cm-1。
全文摘要
本发明提供可以发射接近圆形的基本横模的激光且工作电流及元件电阻低的氮化镓半导体激光器结构。在GaN构成的基底层的上部，按下部包覆层2、有源层4、上部包覆层7及电极的顺序层积，在有源层与下部包覆层之间和/或前述有源层与上部包覆层之间设置一个或两个以上的光导层1，以380nm以上420nm以下的波长振荡的氮化镓半导体激光器，在设光导层的总层厚为h(μm)，下部包覆层2的层厚为d
文档编号H01S5/227GK1405937SQ02141658
公开日2003年3月26日 申请日期2002年9月9日 优先权日2001年9月7日
发明者仁道正明, 仓本大, 山口敦史 申请人:日本电气株式会社