WO1998019375A1

WO1998019375A1 - Machine de traitement optique de l'information et dispositif a semi-conducteur emetteur de lumiere afferent

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Publication number: WO1998019375A1
Application number: PCT/JP1997/003931
Authority: WO
Inventors: Atsuko Niwa; Tsukuru Ohtoshi; Takao Kuroda; Makoto Okai; Takeshi Shimano
Original assignee: Hitachi, Ltd.
Priority date: 1996-10-30
Filing date: 1997-10-29
Publication date: 1998-05-07
Also published as: US20020031153A1; US6639925B2; US6542526B1

Description

明細書

光情報処理装置およびこれに適した半導体発光装置技術分野

本発明は光ディスク装置などの光情報処理装置およびこれに用いるに適した光源、わけても半導体発光装置に関するものである。背景技術

デジタルビデオディスク（DVD： Digital Video Disk) に代表される光情報処理装置の大容量化の要請が高まっている。特に高精細テレビの画像を扱い得る光情報処理装置を提供することが求められている。こうした情報処理装置として、一般に光磁気記録、相変化記録などの記録方法をもつものが知られている。しかし、現在高精細テレビの動画像を十分扱い得る光記録装置は実現されていない。

一方、こうした光情報処理装置の光源としての半導体発光装置は、その発光波長が青色から近紫外にかけての波長領域へ向けての短波長化が求められている。これは、記録媒体への高密度記録、再生の為には、青色系半導体発光装置は波長が短く、焦点をより小さな点に絞ることができ、より有用な為である。

こうした背景のもと、青色、もしくは紫外域での発光を可能とする G a N、 G a A 1 I nGaN、 I n G a A 1 N等の窒化ガリウム系化合物半導体を用いた青色半導体発光装置の開発が精力的に行われている。

現在、この材料を用いた発光素子としてサファイア基板上に構成した Znド一プ I n G a N層を発光層とするダブルへテロ構造の高輝度青色 L EDが実用化されてレる（S. Nakamura et al. , Appl. Phys . Lett. , 64 (1994) 1687)。また、最近、サファイア基板上に構成したアンド一プ I nGaN量子井戸層を発光層とする半導体レーザ装置の室温連続発振が実現されている（S. Nakamura et al. , Appl. Phys . Lett. 69 (1996) 4056)。しかし、これは、動作電流密度が高く、実用に十分な特性は得られていない。また、最近、サファイア基板上に構成したアンドープ I n G a N量子井戸層を発光層とする半導体レーザ (S. Nakamura et al. , Jpn. J. Appl. Phys . 35 (1996) L74)の室温パルス発振が実現されている。しかし、これも、動作電流密度が高く連続発振には至っていない。

一方、活性層を変調ドープ構造とすることにより低しきい値動作を可能とした半導体レーザ装置が特開昭 62 - 249496号公報に開示されている。

更に、窒化ガリウム系を用いた半導体発光装置については、例えば次のような報告もある。「ジャパニーズ ·ジャーナル 'アプライド · フイジクス、第 35巻 L 74頁—； L75頁、 1996年（ Jap. J. Appl. Phys. Vol. 35(1996) Pt . 2, No. IB, PP.L74- L76)」あるいは「公開特許公報：特開平 8— 64912号公報」である。前者は I nGaNをベースとした多重量子井戸構造を持つ半導体レ一ザ装置、後者はチッ化，ガリウム系材料を用いた半導体発光装置を開示している。両者ともサファイア基板上にウルッ鉱型チッ化 ·ガリウム系半導体層を形成し、半導体発光装置を構成している。但し、後者の活性層は量子井戸構造を有していない。発明の開示

1. 情

本願発明の第 1の目的は、例えば、高精細テレビなどの動画像をも記録、再生するに十分な情報処理装置を提供するものである。光情報処理装置としては、光磁気記録、相変化記録などを用いた光ディスク装置がその代表的な例である。本願発明の第 2の目的は、種々の環境下、わけても高温環境下においても高精細な動画像をも記録、再生を確保し得る光情報処理装置を提供するものである。本願発明の第 3の目的は、高密度記録且つより長寿命な光情報処理装置を提供するものである。

尚、上記本願発明の光情報処理装置は情報の書き込み、および読み取りの双方の動作を含んで可能である。

上記諸目的に添って、本明細書に開示される本発明の主な形態を列挙すれば、次の通りである。

( 1 )本発明の光情報処理装置の第 1の形態は、記録媒体に光を照射する光源と、記録媒体へ集光する為の光学系とを少なくとも有し、'当該記録媒体の一部の状態を変化させて記録を行なう機能を有する光情報処理装置であって、前記光源は 3 50 nmより 550 nmの波長範囲を有し且つこの光源の閾電流密度が 2. 2K A/cm²以下であり、前記記録媒体の記録密度が 15 GB以上を有することを特徴とするものである。また、前記光源の閾電流密度が 1. OKA/ cm²以下なることが、本目的に好適である。加えて、前記光源の閾電流密度が 0. 8KA Z cm²以下なることが、本発明の目的にわけても好ましい。

前記閾電流密度の範囲で、例えば、雰囲気温度 70°Cにて、 100mA駆動電流， 4 OmW以上の光出力を十分実現することが出来る。

本発明は、高精細テレビなどの記録媒体の要請を満たしつつ極めて良好に使用出来る。即ち、高精細テレビの動画像の情報転送速度は、例えば 10MBZ秒程度を有する。これまで知られている記録装置ではこれらの大容量を記録することは出来なかった。しかし、本発明によれば、記録媒体の記録密度は 15 GB以上を有する為、高精細テレビの動画像の記録を行うことを可能となす。光源として 350 nmより 550 nmの波長範囲、即ち、可視光の特に、青色、青紫色もしくは紫外光の発光を用いるので、上記の記録密度をディスク片面で実現することが出来る。更に、光源の閾電流密度が低密度であるので、無効となる電力が省力化でき、低消費電力を可能ならしめる。青色系、青紫色系の半導体レーザ装置のこれまでの一般的な閾電流密度に比較し、本発明の光情報処理装置の光源のそれは概ね半減されている。従って、駆動電力の減少を図り得、現今の製品市場の実用化要請にも耐えるものである。

尚、光源の波長範囲は、 350 nmより 430 nmの範囲が本発明の目的にわけても好ましい。更に、このことは光システムの簡素化により有利である。

(2)本発明の光情報処理装置の第 2の形態は、記録媒体に光を照射する光源と、記録媒体へ集光する為の光学系とを少なくとも有し、当該記録媒体の一部の状態を変化させて記録を行なう機能を有する光情報処理装置であって、前記光源は 3 50 nmより 550 nmの波長範囲を有し且つ 10 mA以下のしきい電流を有する半導体レーザ装置であることを特徴とするものである。尚、しきい電流は室温 (20°C) での値である。本発明の光情報処理装置の第 1の形態と同様に高精細テレビなどの記録媒体の要請を満たしつつ極めて良好に使用出来る。更に、光源のしきい電流が 1. Om A以下であるので、無効となる電力が省力化でき、低消費電力を可能ならしめる。青色系の半導体レーザ装置のこれまでの一般的な閾電流密度に比較し、本発明の光情報処理装置の光源のそれは概ね半減されている。

(3)本発明の光情報処理装置の第 3の形態は、記録媒体に光を照射する光源と、記録媒体へ集光する為の光学系とを少なくとも有し、当該記録媒体の一部の状態を変化させて記録を行なう機能を有する光情報処理装置であって、前記光源は 3 50 n mより 550 nmの波長範囲を有し且つこの光源の閾電流密度が 2. 2K A/cm²以下であり且つ 1 OmA以下のしきい電流を有する、前記記録媒体の記録密度が 15 GB以上を有することを特徴とするものである。加えて、前記光源の閾電流密度が 1. OKA/ cm²以下なることが、本目的に極めて好適である。

(4)本発明の光情報処理装置の第 4の形態は、記録媒体に光を照射する光源と、記録媒体へ集光する為の光学系とを少なくとも有し、当該記録媒体の一部の状態を変化させて記録を行なう機能を有する光情報処理装置であって、前記光源は 3 50n mより 550 nmの波長範囲を有し、前記記録媒体への記録密度は 15 G B以上を有し、当該駆動電流が 10 OmA以下なることを特徴とする光情報処理装置である。

本発明の光情報処理装置の第 1の形態と同様に高精細テレビなどの記録媒体の要請を満たしつつ極めて良好に使用出来る。更に、光源の駆動電流が低電流であるので、低消費電力を可能ならしめる。

加えて、本形態では、この光源の閾電流密度が 2. 2KAZcm²以下であり且つ 1 OmA以下のしきい電流を有するのが好ましい。また、前記光源の閾電流密度が 1. OKA/cm²以下なることが、本目的に極めて好適である。尚、閾電流密度およびしきい電流は室温（2ひC) での値である。

尚、閾電流密度は 1. 7KA/cm²以下がより好ましくい。このことは、以下に述べる光情報処理装置の諸発明においても同様である。

(5) 本願発明の光情報処理装置の第 5の形態は、前記項目（1) より（4) に示した諸光情報処理装置において、この光源が六方晶系を有する化合物半導体材料で発光領域が構成されている半導体発光装置なることを特徴とするものである。可視光領域における短波長領域の発光波長なる光源を有する光情報処理装置であって、記録媒体の記録密度は 15 GB以上を有する為、高精細テレビの動画像の記録を行うことを可能となす。更に、六方晶系を有する化合物半導体材料で発光領域が構成されてなる半導体発光装置は、その閾値電流値を低減することが出来る。

(6) 本発明の光情報処理装置の第 6の形態は、上記各光情報処理装置の光源の閾値電流値が 10 OmA以下、より好ましくは 70 mAであることを特徴とする。更に、上記各光情報処理装置の光源の閾値電流値が 40mAを超えないものが、わけても好ましい。

また、前記光源としてウルッ鉱型半導体材料による歪み量子井戸構造の活性層領域を少なくとも有する半導体発光装置がより好ましい。その閾値電流値は 10 0mA以下、より好ましくは 70mAであることを特徴とするが、歪み量子井戸構造の活性層領域の方がより低い閾値電流値を容易に得ることが出来る。こうして、記録密度が従来の 2倍以上で高信頼性、長寿命の光記録装置が実現される。尚、上記項目（1) より（6) に示した光情報処理装置は、記録媒体への書き込みの機能を述べた。しかし、本発明はいずれも記録媒体よりの情報の読み取りの機能にも、当然適用可能なものである。

この場合、書き込み、および読取りの両機能を兼ね備える場合、この為の半導体発光装置は一つのもので兼用される。

記録媒体の記録密度が 15 GB以上を確保することで、高精細テレビなどの動画像を扱うことが可能である。そして、動作電力としては、書き込み時は 20m Wより 4 OmW程度を要請される。多くは， 3 OmWより 4 OmW程度を多用される。一方、読み取り時は 3mWより 1 OmWを要請される。多くは、 4mWより 5mW程度が多用される。尚、動作電力の設定は、読取りあるいは書き込みの光学系の光利用効率にも左右される。一般に書き込みの光学系は 30%程度の利用効率である。従って、書き込み用の動作電力として 2 OmWより 4 OmWを用いた場合、記録媒体の膜面での光は 0. 9mWより 1. 2 mW程度である。一方、再生専用の光学系では利用効率は 10%程度である。'

例えば、紫外〜青色光源を用いる次世代 DVDシステムにおいては、その光源となる半導体レーザ装置には、 100mA以下の動作電流で光ディスクへの書き込みに要する 4 OmWの光出力が必要とされる。そのもっとも有力な候補である窒化物系半導体レーザを用いた場合、特性温度およびスロープ効率は、それぞれ 120K、 0. 4W/Aと見積もられるため、 70°Cの高温動作を保証するためには閾値電流密度を 1. O kAZcm²以下、より好ましくは、 0. 8 kAZc m²以下とすることが望ましい。このとき 70°Cの高温において、 10 OmA以下の電流値で反射光の検出および記録に要する 4 OmWの光出力を得ることができ、現行システムを変更することなく、記録密度が従来の 2倍以上で高信頼性、高寿命の光記録装置が実現される。さらに、発光装置の寿命は動作に要するキヤリァ密度に強く依存するため、動作電流密度の低減は発光素子の長寿命化に対しても有効であることはいうまでもない。

光情報処理装置について、実施例においてさらに詳細に説明される。光情報処理装置の代表例としては DVDやコンパクトディスクなどの光ディスク装置、あるいはレーザビームプリン夕などをあげることができる。

本光情報処理装置に用いるに適した諸光源については、以下の「2. 半導体発光装置」の項において詳細に説明される。 2. 半導体発光装置

これまでに述べた光情報処理装置の目的に最も適した半導体発光装置は、次に説明する青色、青紫色もしくは紫外光の発光を可能とする半導体発光装置である。また、その代表例は半導体レーザ装置である。これらの半導体発光装置ならびに半導体レーザ装置は、上記光情報処理装置の要請する諸特性を満足することが出来る。尚、本発明になる半導体発光装置、例えば半導体レーザ装置が、本願明細書で述べる光情報処理装置以外に、その発光波長などの諸特性に応じて、その他の一般的な用途に用い得ることは言うまでもない。

現在、窒化ガリゥム系半導体発光装置を用いて高密度光情報処理装置の実現の試みがなされているが、現行システムでは実用に至っていない。この最も大きな原因の一つとして、窒化ガリゥム系半導体発光装置の動作電流密度が高いことがあげられる。

これまで、窒化ガリウム系半導体発光装置の動作電流密度が高いのは、この材料系（半導体材料）の価電子帯の有効質量が G a A s等の閃亜鉛鉱型の結晶構造を有する半導体材料と比較して大きいことに起因する。また、ウルッ鉱型半導体では、通常（0 0 0 1 ) 面に平行に積層される量子井戸層（発光に係るキャリア再結合が生じる半導体層）の結晶面内に二軸性の歪を加えても価電子帯のェネルギー分散はほとんど変化しない。このため、ウルッ鉱型結晶構造をもつ G a N系半導体では、（0 0 0 1 ) 面内ェピタキシャル歪による状態密度の低減も期待できなかった。また、閃亜鉛鉱型の結晶構造を有する半導体材料からなる半導体発光装置を前提とした例えば特開昭 6 2 - 2 4 9 4 9 6号公報に開示される技術をそのまま適用しても、動作電流を低減するに十分な効果は得られなかった。即ち、本発明の第 4の目的は、青色系、青一青紫色系、および紫色系の発光を有し且つ閾値電流密度の低い半導体発光装置を提供するものである。閾値電流密度の低下は当然光源の動作電流密度の低下を実現することが出来る。

尚、本願発明の青色系、青一青紫系、青紫系の半導体発光装置として、半導体レーザ装置の他、次のものをあげることが出来る。即ち、その他の半導体発光装置の例としては、 p n接合または p i n接合などのへテロ接合を有し、光を発光する半導体装置、より具体的には発光ダイオード装置、あるいはス一パールミネッセントダイォード装置などをあげることが出きる。

上述の本願発明の第 4の目的は、大別して観点の異なる 3つの半導体発光装置の構成が可能となる。一つは発光領域のキャリア濃度に関わる発明である。もう一方は、発光領域の半導体結晶体の結晶面の選択に関わる発明である。更に、この結晶面の選択に関しては、更に 2つの形態に分けられる。従って、本願発明の半導体発光装置は 3つの大きな型に分けられる。

本発明の半導体発光装置の第 1の型は、量子井戸構造の発光領域に、 n型不純物を 5 . 0 X 1 0 ^{1 8} c m_ ³〜 1 . O x 1 0 ² ° c m— ³ドーピングすることにより達成される。また、 n型不純物濃度の範囲は、より好ましくは 1 . 5 X 1 0 ^{1 9} c m一³〜 5 . 0 X 1 0 ^{1 9} c m— ³である。本発明の半導体発光装置の第 2の型は、化合物半導体材料を有して構成される半導体発光装置の活性層領域を構成する六方晶系を有する化合物半導体結晶領域の面方位を（0 0 0 1 ) 面から傾斜した面としたものである。この傾斜角度は 7 0度乃至 9 0度である。

また、この傾斜角度の結晶面は 5度以内のずれ、裕度が許される。この傾斜角度のずれ、裕度はこの結晶面の傾斜方向のずれに限定されない。結晶面そのもののずれ、裕度である。

本発明の半導体発光装置の第 3の型は、六方晶系を有する化合物半導体材料を有して構成される半導体発光装置の歪超格子構造の活性層を構成する半導体結晶領域の面方位を（0 0 0 1 ) 面から 3度以上 7 0度の範囲で傾斜した面としたものである。

尚、本発明の半導体発光装置に用いる前記化合物半導体材料は、窒化ガリウム系化合物半導体材料が代表例である。この窒化ガリウム系化合物半導体には、ゥルツ鉱型の結晶系およびジンクブレンド型（閃亜鉛鉱型）の結晶系の両結晶系がある。

上記第 1の型の半導体発光装置の構成又は第 2の型の半導体発光装置の構成を単独に実施しても、或いは必要に応じて 2種類の半導体発光装置の構成を組み合わせて実施してもよい。これらの本発明のいずれの実施態様によっても、例えば半導体レーザ装置に適用する場合、程度の差こそあれ、レーザ発振に必要なキヤリア密度を低減することが出きる。この為、窒化ガリウム系半導体レ一ザ装置の動作電流密度を低減することが可能となる。また、第 3の型に関しても、第 1の型との組み合わせも同様に可能である。

以下、本明細書に開示される半導体発光装置の主な形態をより詳細に説明する。 2 - 1 ：第 1の型の半導体発光装置

( 1 ) 第 1の型の半導体発光装置に係わる第 1の形態は、少なくとも化合物半導体を有して構成され、第一導電型クラヅド層及び第二導電型のクラッド層と、前記両クラッド層に挟まれ且つ井戸層とこの井戸層より禁制帯幅の大きい障壁層を有する量子井戸構造を有する活性層領域とを少なくとも有する半導体発光装置であって、前記量子井戸構造を有する活性層領域に n型の不純物を導入し、且つ上記井戸層におけるキャリア濃度が 5. O X 10¹⁸cm— ³〜1. 0 X 1 0²°cm一 ³であることを特徴とする半導体発光装置である。

ここで、不純物は n型であることが重要で、具体的には S iが有用である。

(2) 上記 n型不純物の濃度は 1. 5 X 10¹⁹ cm— ³〜5. 0 X 1 0¹⁹cm— ³ であることがより好ましい。

(3) 第 1の型の半導体発光装置に係わる第 2の形態は、上記 n型不純物が、上記量子井戸活性領域の障壁層に選択的に導入されていることを特徴とする前記項目上記項目（1) ないしは項目（2) に記載の半導体発光装置である。この不純物の選択的導入の構造はいわゆる変調ドープ構造と称されている。

尚、上記 n型不純物は障壁層に選択的に局在するのが最も好ましい。この場合、井戸層は不純物を実質的に含有せず、不要なトラップレベルを発生しない。従つて、この形態は発光特性に有用である。しかし、現実には障壁層を超えて、その境界領域に n型不純物が若干分布することも許される。これは多くは、製法上の理由による。尚、量子井戸構造が変調ドープ構造を有しない場合については後述する。

次に、上記した本発明の第 1の型の半導体発光装置、即ち、前記項（1) - (3) に列挙した諸形態について詳細に説明する。

本形態を具体的に説明するにあたって、その構造の例は、その発光領域を井戸層を当該井戸層より禁制帯幅の広い（大きい）障壁層で挟んだ量子井戸構造として構成した半導体発光装置を例とする。このような発光領域構造の形態として、 1層の井戸層を 2層の障壁層で挟んで構成した単一量子井戸構造（S QW：

Single Quantum Well) や井戸層を障壁層を介して複数積層した多重量子井戸構造（MQW: Multi Quantum Well) がある。勿論、上述の量子井戸構造として歪多重量子井戸構造、歪補償多重量子井戸構造を用い得る。

本発明の実施にあたって、量子井戸構造からなる発光領域（以下、量子井戸活性層領域と呼ぶ）を用いる場合、障壁層に高濃度の不純物を選択的にドープする構造が特に好ましいことは前述した。以下はこの例を用いて説明する。

第 1図は、変調ドープ量子井戸構造に対する注入キャリア密度（Injected Carrier Density) と光学禾 'J得 (Optical gain) の関係を示したものである。より具体的には、第 1図は、厚さ 5 nmの GaN層と A 1₀.₂G a ₀.₈N層とを交互に積層させた、所謂 GaN/A 1。.₂Ga。.₈ N変調ド一プになる量子井戸構造における最大利得の注入キャリア密度依存性を示した図である。この図において、パラメータは障壁層の n型不純物濃度 Ndである。ここで、障壁層の不純物からのキャリアは緩和され、すべて井戸層に供給される。このとき電荷中性条件は量子井戸活性層全体で成立するため、不純物より緩和され井戸層内に局在するキヤリア密度 n。は、井戸層と障壁層の膜厚が等しいとき n。 = Ndである。尚、井戸層と障壁層との膜厚が異なる場合については後述する。

第 1図より N dが大きくなるにしたがい、利得が正となる迄に要するキヤリァ密度（透明キャリア密度）が低注入キャリア密度側にシフトすることがわかる。ここで「利得が正となる」とは、第 1図の注入キヤリア密度（Injected Carrier Density :横軸）に対し縦軸の光学利得（Optical Gain) が正となることを指す。即ち、右上がりの各グラフの横軸の切片が小さい値を示すほど透明キャリア密度が小さく、発光に要するキャリア密度（即ち、レーザ発振における「しきい値キャリア密度」）を低減できるのである。

第 1図が示す結果より、正味のしきい値電流密度 J n omは、第 2図のような関係が求められる。しきい値利得 g t hが 500 cm—¹, 1000 cm— 15 00 cm— ¹の各々に対して、それぞれ、第 2図のような関係が求められる。第 2 図は、ドナー濃度（Dono r c on c en t r a t i on) とノーマル電流密度（Nomi n a l c u r r e n t d e n s i t y) の関係を示している。第 2図より変調ド一プ濃度 Ndを 5 X 10¹⁸ cm— ³以上とすることによりしきい値電流密度を低減する効果があらわれることが理解される。また、変調ドープ濃度 Ndを 1. 5 X 10¹⁹ cm_³以上とすることによりしきい値電流密度をアンド —プの場合の 80%以下に低減できる。しかし、障壁層の不純物ドーピング濃度 Ndを 5 X 10¹⁹ cm_³以上にすると急激にその結晶性が低下するため、障壁層の不純物ドーピング濃度 Ndは 5 X 1 (T¹⁹ cm一³以下であることが好ましいこともわかった。

また、一般に長波長帯の n型変調ドーブレ一ザでは、伝導帯側のキャリアリークにより温度特性が劣化することが知られている。しかし、窒化物系半導体では伝導帯側のバンドオフセットを大きくとることができるため、量子井戸活性層とクラッド層のバンドギャップエネルギーの差が 0 . 3 5 e V以上であればリーク電流を抑制でき、温度特性も劣化しないことを確認した。

以上の説明では、障壁層に選択的に不純物を導入する態様について述べたが、要求される半導体発光装置の性能に応じてその作製工程を簡略化するために、実際上、量子井戸層及び障壁層の双方に不純物を導入する場合もある。その態様は量子井戸層又は障壁層に部分的に不純物を導入しても、量子井戸活性領域全域に亘り導入してもよい。量子井戸層への不純物導入は、当該層内部における量子準位、量子サイズ効果の面で発光素子の性能をやや落とすものの、量子井戸活性領域全域をアンド一プとした場合に較べてしきい値キャリア密度低減の効果が得られることは明らかである。

また、障壁層の膜厚を量子井戸層より厚くしても同様な効果が得られる。この厚みの増大は 2倍程度が実際的である。上述の変調ド一プ構造を例に挙げれば、障壁層の n型不純物濃度を 1 . 5 x 1 0 ^{1 9} c m— ³とし、その層厚を量子井戸層の 2倍とすれば、量子井戸層内に局在するキャリア密度は 3 . 0 X 1 0 ^{1 9} c m- ³ に達する。この効果は、障壁層及び量子井戸層の夫々の少なくとも一部に不純物を導入した場合においても得られる。

上述の説明は、発光領域を井戸層および障壁層を有する量子井戸構造とした例に基づいているが、活性層（即ち、この層は井戸層に対応する）に直接光ガイド領域又はクラッド領域を接合してなる半導体発光装置については、次の構成を以て本発明の第 1の型の半導体発光装置を実現できる。

光ガイド領域及びクラッド領域を構成する半導体層（又は半導体層の積層構造）の禁制帯幅は程度の差（即ち、光ガイド領域の禁制帯幅はクラッド領域より狭い故）はあるものの、活性層に対し広い点では同じである。そこで、活性層に接合される光ガイド領域又はクラッド領域の接合界面側の一部に n型不純物をドープし、障壁層に相当する層状の部分を形成する。通常の半導体レーザの場合、クラッド領域の導電型は活性層を挟んで逆転し、光ガイド領域においても活性層を介して互いに逆導電型にするか双方をアンド一プとする構成が採用されている。しかし、ここに述べる本発明の一実施態様によれば、双方に n型不純物がドープされた領域を形成するため、レーザ光の誘導放出 :は若干不利な構成となる。ところが、 n型不純物がドープされた領域は光ガイド領域又はクラッド領域の全域に亘る必要はなく、むしろ活性層との接合界面側の一部分に限定することが望ましいのである。特に活性層に不純物を人為的にド一プしない、所謂、変調ドープの構成を採用する場合、変調ドープの効果を上げるために n型不純物ドープ領域の厚みを 1 0 n m以内に抑えることが望ましい。その結果、活性層における n 型不純物ド一プ領域からのキャリア緩和を助長し、一方レーザ光の誘導放出性能をも損なわない利点をもたらすのである。さらに変調ドーピングにより、ゥルツ鉱型半導体発光装置において懸念されるピエゾ効果による活性層内のキヤリァの分離を抑えることが可能である。

2—2 ：ウルッ鉱型結晶構造とエネルギーバンド構造の関係

本発明の第 2の型および第 3の型の半導体レーザ装置の構造の着想した根拠の説明に先がけ、ウルッ鉱型結晶構造とエネルギーバンド構造の関係を説明する。この基本構造たる発光領域（量子井戸活性領域）の面方位を（0 0 0 1 ) 面から 7 0度乃至 9 0度傾斜した面とするイメージを、第 3図、第 4図及び第 5図の窒化ガリウム系半導体結晶の結晶構造図を参照して説明する。第 5図はウルッ鉱即ち六方晶系 <格子 >の面方位指数の説明図である。

第 3図は、六方晶系の一種であるウルッ鉱型構造の窒化ガリウム系半導体結晶における原子配置を示す。第 3図において太い破線で仕切られた六角柱部分は、この結晶における単位胞（Unit Cell) を示す。従来の窒化ガリウム系半導体結晶は、右上がりの線でハッチングされた（0 0 0 1 ) 面（正確に言えば、この面に平行な面）を成長面としてェピタキシャル成長されるのに対し、本発明の第 2 型の半導体発光装置の構造においては、上述の傾斜角度範囲を、換言して明らかなように、（0 0 0 1 ) 面に直交する結晶面又はこれより（0 0 0 1 ) 面側に士 2 0度（この角度は上述の裕度を含めれば 2 5度まで許される）傾斜させた結晶面を成長面とする点が異なる。

即ち、本発明の第 2の型の半導体発光装置では、例えば第 3図に左上がりの線

( 1 , 0 ,— 1 , 0 ) 面や、これに平行な面 1が、発光領域、特に活性層の成長面となる。また、（1, 0,— 1, 0) 面を基準に本発明の第 2の型の半導体発光装置の構造における上述の傾斜角度範囲を図示すれば（但し、 +20度のみ図示される）、第 4図の太い一点破線 2本に挟まれた領域となる。なお、第 4図は第 3図における A矢視図（面 1方向に沿う方向から見たィメ —ジ）である。

上述の（1, 0,— 1, 0) 面を発光領域の成長面とした例を以て、本発明の第 2の型の半導体発光装置の構成の着想の理由を説明する。

第 6図に量子井戸層（活性層）の面方位を（1, 0,— 1, 0) 面とした場合の価電子帯上部のエネルギー分散を示す。歪量は、（a) e_a=e_c-0%, (b) e_a=e_e=圧縮歪 0. 5%、 (c) 6₃= 6 _<:=伸張歪0. 5%である。ここで、 e _aおよび e _eは量子井戸面内の歪量であり、

e_a= (a— a。) / a

e _c = ( c - c ₀) /c

で定義される。尚、ここで、 a、 cは各々 a軸、および c軸での量子井戸活性領域の井戸層の格子定数、 a_Q, c。は二軸応力の無い状態での量子井戸活性領域の井戸層の格子定数で、各々 a軸、および c軸での値である。

比較のため（0001 ) 面量子井戸層のエネルギー分散を（d) に示した。

第 6 A図、第 6B図、第 6 C図、および第 6 D図において、横軸 kxは [1, 0, 一 1, 0]の、 kyは [— 1, 2,— 1, 0]の、 k zは [0001] の夫々の結晶方位を示す。光素子の発光に対する透明キャリア密度は各グラフに複数現れた曲線 (バンド構造を示す）のうち、第 1サブバンドと呼ばれるものにおおむね依存する。サブバンドの順位は、各グラフの中央（k=0なる点）におけるエネルギの高い順に付けられ、第 6 A図、第 6 B図、および第 6 D図においては HH 1力第 6 C図においては LH 1が第 1サブバンドとなる。また、透明キャリア密度に対し第 2サブバンド以下の順位のサブバンドの関与は実質上無視できる。以上に説明した第 1サブバンドは、次のようにしきい値キャリア密度に関与する。まず、キャリア（ここでは正孔）の有効質量 m*は、第 1サブバンドが示すエネルギー E の波数 kに対する 2次微分で（1) 式のように決まる。

m* = h/ (27c d ²E/d k²) … (1) この m*に対し、 2次元系の状態密度 D (E)は（2) 式なる関係を有する。

以上の式において、 hはプランク定数である。また、 L zは量子井戸層の層厚を示す。透明キャリア密度は上述の状態密度 D(E)に概ね依存するため、キャリアの有効質量を低減することは（2) 式から明らかなように発光に要する注入キヤリア量、即ちしきい値キャリア密度の低減をもたらすのである。

第 6 A図と第 6D図との比較から明らかなように、量子井戸層の面方位を（1 0- 10) 面とすると結晶の対称性が変化し、第 1サブバンドとして示される重ぃ正孔（HH1)帯の有効質量は（0001) 面と比較して約 2 Z 3に低減する。さらに第 6 B図に示すように量子井戸層に圧縮歪（e_a=e_c) を加えると、価電子帯のバンドがスプリッ卜することにより価電子帯上部の非放物線性が改善される。このように第 1サブバンドの肩（くびれ）の度合いが低減され、より放物線に近い曲線になるほど、利得スペクトル幅が狭くなるため、利得が増大する利点がある。また第 6 C図に示すように量子井戸層に伸張歪を加えると軽い正孔（L HI) 帯が上側にシフトし、これが第 1サブバンドとなる。このため、有効質量は増大する。以上で検討された量子井戸層を実際に半導体レーザ装置に適用して得られた結果を第 7図に示す。第 7図において、（1, 0,— 1, 0) unstrained は第 6 A図の、（1 , 0 ,— 1 , 0) 0. 5 % comp.は第 6 B図の、（0001) unstrainedは第 6 D図の量子井戸層に夫々相当し、（0001) 0. 5 % comp. は第 6 D図の量子井戸層に 0.5 %の圧縮歪を加えた量子井戸層で得られたデ一夕である。

なお、第 7図のデータは、 G a Nからなる量子井戸層と A 1₀.₂Ga₀.₈Nからなる障壁層とで構成した量子井戸活性領域により得られ、第 1図と同様に横軸は注入キャリア密度（Carrier Density) を縦軸は光学利得（Gain) を示す。第 1図と第 7図を参照して明らかなように、本発明の第 1の型の半導体発光装置の構造と第 2の型の半導体発光装置の構造とを組み合わせると、注入キャリアに対する光学利得の増加グラフは更に左側にシフトし、これによりしきい値キヤリア密度の更なる低減が図れる。また、活性層領域への不純物ドーピングにより、ウルッ鉱型歪量子井戸において懸念されるピエゾ効果によるキヤリアの分離を抑える効果も得られることは前述のとおりである。

以上の検討を纏めると、（1， 0,— 1, 0) 成長面を有する無歪又は圧縮歪が加えられた量子井戸層、またはこれとエネルギー的に等価な面方位をもつ（面方位に成長された）量子井戸層を用いてレーザを構成すれば、価電子帯上部の状態密度を低減することができ、低しきい値でのレ一ザ発振が可能である。

ここで、エネルギー的に等価な面方位が定義する結晶面は、（0001) 面に直交する全ての結晶面を指し、本願発明の第 2の素子構成において上記 90度の傾斜角を有する面に関して面指数（ミラ一指数と呼ばれる）を限定しないことを意味する。その根拠は、ウルッ鉱型の結晶構造を有する半導体材料における波数空間の kx— ky面（具体的には、（0001 ) 面又はこれに平行な面）内でのエネルギの等方性にある。例えば、（1, 1,一 2, 0) 面を成長面としても（1, 0, - 1, 0) 成長面とエネルギ的に等価なものとして扱える。

次に、傾斜角の範囲を 3度〜 70度、 70度〜 90度に限定する着想を説明する。

第 8図は活性層の成長面を（ 0001 ) 面から（ 1 , 0 , _ 1 , 0 ) 面の方向へ傾斜したときの頃角と正孔の有効質量の関係についての理論計算結果である。「無歪み」と示したのが量子井戸活性層領域の場合、「歪み」と示したものが歪み井戸活性層領域の場合を示している。即ち、「無歪み」と示したのが e_e=e_a=0 の場合である。このとき、バンド構造の様子は、先に第 6 A図、第 6 B図で示したように、 e_e=e_aの圧縮歪をもつ場合とほぼ同様である。したがって量子井戸活性層が e _e = e _aの圧縮歪みをもつ場合の有効質量の頃角依存性もこれと同じと考えてよい。第 8図に示す歪み量子井戸構造では、井戸層とバリア層の格子不整合は、 a軸で 1. 0%、 c軸で 1. 6%であり、井戸層に圧縮応力が加わっている。即ち、「歪み」と示したのは e_c=l. 6%、 e _a= 1. 0%の圧縮歪みをもつ場合である。

第 8図より、「無歪み」の場合、傾角 70〜90度のとき、有効質量は頃角が 0度、すなわち（0001)面の場合の 2/3となることを確認した。また、「歪み」の場合、頃角 10〜70度のとき有効質量は頃角が 0度の場合の 1ダ2〜2 /3となることを確認した。第 8図から明らかなように、歪み量子井戸構造の場合、傾角が 40度付近の正孔の有効質量は、傾角が 0度すなわち（0001 ) の場合の 1/2である。

尚、この例では、量子井戸層の材料は G a Nであり、井戸幅の 7 nm、 5 nm および 3 nmの例を示した。また、歪み量子井戸層の場合、バリア層は A l Ga N (A 1モル比 40%) である。縦軸の正孔の有効質量は、 c軸に対して垂直な面内のバルクの値で規格化した相対値である。また、他の量子井戸構造においても所定の特性を示す。

上記の検討から、本発明者らは、上述の発光領域、特に活性層の成長面を（0 001)面から 90度傾斜させて歪量を e_e=e_aとした場合に得られた効果が傾斜角度を 65度迄減じ、歪量の範囲を e _c≤ l . 1 X e _aとした場合にも生じることを見出した。

その結果、次の 2つの場合に傾斜角度を設定することが好ましいことを見出した。

(1) 歪量が e_c≤l. 1 Xe_aとした場合、傾斜角度を 70度〜 90度の範囲に設定する。

(2) また、歪量が e _e〉l . l X e _aの範囲では、傾斜角度を 3度〜 70度の範囲に設定することが望ましいことを確認した。この傾斜角度は 5度〜 70度、わけても 10度〜 70度がより好ましい。

そして、この知見と上述のエネルギの等方性の知見に基づき、上述の角度範囲を満たしていれば、いかなる方向の面方位に成長方向を傾斜させても上述の効果、即ちキヤリァの有効質量低減によるしきい値キヤリァ密度の低減が図れることを見出した。

また本構成によれば、量子井戸活性層の光学利得は大きな光学異方性をもつ。歪量を e_e==e_aとした場合、前述の頃角が 70度〜 90度の範囲では、価電子帯の頂上でバンド状態が（0001) 面に平行な p軌道成分だけになるため、レーザ共振器端面を（0001) 面あるいばこれと等価な面とすることで、遷移確率を従来の（0001)面量子井戸と比較して 2倍とすることができる。この場合、ウルッ鉱型構造を有する窒化ガリウム系半導体の結晶は（0001) 面において優れた劈開性を示すため、従来の閃亜鉛鉱型結晶からなる半導体レーザ同様、劈開法により簡易にレーザ共振器構造を実現することができる。一方、歪量が e _c 〉1 . l X e _aの場合、前述の頃角が 1 0度〜 7 0度の範囲では、価電子帯の頂上でバンド状態が（一 1 , 2 ,— 1 , 0 ) 面に平行な p軌道成分だけになるため、レ —ザ共振器端面を（一 1 , 2 ,— 1 , 0 )面あるいはこれと等価な面とすることで、光学遷移確率を従来の（0 0 0 1 ) 面量子井戸と比較して 2倍とすることができる。

次に、結晶成長軸方向と半導体レーザ装置における光共振器の端面との関係について略述する。（0 0 0 1 ) 面の場合、正孔の状態は、？と？の混成軌道からなる。このため、レ一ザ光による分極が効率よく形成出来ない。例えば、レ一ザ光の偏光方向を X方向にとると、 P y成分は分極に寄与できない。一方、（0 0 0 1 ) 面より傾斜した面では、 P軌道を 1軸方向に固定出来る。このため、その方向に偏光方向を選べば、正孔の全てが、分極に寄与出来ることになる。但し、へき開面は偏向方向に平行にとる必要がある。

半導体発光装置の閾値電流値の低下が半導体材料の正孔の有効質量の低下に起因することを説明したが、以下、これについて理解を容易にするため、概念的な補足説明をする。

前述したように正孔の有効質量が減少することは、固体物理理論から明らかなように、価電子帯の状態密度が小さくなることを意味する。こうした状態の半導体積層を用いて半導体レーザ装置を構成すると、少ないキャリア密度でレーザ発振条件が満足されることになる。これは、主に歪みのシェア成分（せん断歪み）によってもたらされる効果である。

量子井戸半導体積層の結晶成長軸の傾きが正孔の有効質量の低下を生むことについては次のごとく考えられる。 c軸方向に成長したウルッ鉱型半導体結晶は、一般にバルク状態あるいは量子井戸構造によらず、正孔の有効質量は非常に大きい。これは、価電子帯を構成する P軌道成分が、 c軸に垂直な面内 (即ち、 X— y 面内)で対称であることに起因する。第 9図はこの状態を示す（0 0 0 1 ) 面のバンド構造図である。 X状態のバンドと Y状態のバンドが重なりあっているため、正孔の有効質量は大きい。

これに対し、（0 0 0 1 ) 面でない面のバンド構造を持つ場合、 X状態と Y状態の対称性が崩れる。エネルギー軸上で X状態のバンドと Y状態のバンドが離れるため、正孔の有効質量が低下する。つまり、（0 0 0 1 ) 面の場合は、正孔は P Xと P yの 2方向の状態を取ることができるが、（0 0 0 1 ) より傾斜した面では 1方向しか入れなくなる。これは状態密度が低下することである。歪み量子井戸では（0 0 0 1 ) 面より傾斜した面では、前述の通りせん断歪みが生じるため、対称性は大きく崩れる。第 1 0図は（0 0 0 1 ) 面でない面を採用した場合のバンド構造図の例を示している。

上述したように、キヤリァの有効質量の低下はキヤリァの状態密度の低下を生む。定性的にこのことを略述すれば、次の通りである。一般に状態密度とは単位体積、単位エネルギーあたりの状態数を表わす。有効質量が大きい場合、単位ェネルギーあたりの運動量の範囲が広い。つまり、キャリアの有効質量が大きい、即ち平たく言えば、キャリアが重いので運動量を増大させないと単位エネルギーが上昇しないと考えてよい。運動量の範囲が広いことは、キャリアが種々の運動量の状態を取り得ることになる。逆に、キャリアの有効質量の低下は運動量の範囲が狭くなる、即ちキヤリァが取り得る運動量の状態が比較的少なくなる。

次に、こうした特性を持つ半導体材料を用いることにより、発光に要する閾値電流が低下することを第 1 1 A図および第 1 1 B図に基づき略述する。一般に半導体材料は電子（伝導帯）の状態密度は、正孔（価電子帯）の状態密度より小さレ^ 従って、電子はバンド端、即ち、運動量の小さい状態に集中するが、正孔は、上述したように状態密度が大きいので、運動量の大きい状態にも分布する。

電子と正孔の発光結合によって発光するが、この際、固体物理理論の教えるところによると、運動量は保存される。この為、運動量の大きい状態にある正孔は無駄となり、結果として発光に要する閾値電流値を増大させる。第 1 1 A図はこの状態を示している。

—方、価電子帯の状態密度を低下させて、伝導帯の状態密度に近づけることによつて、前述の正孔の無駄な状態を低減することが可能となる。こうして、電子と正孔の発光結合に寄与する光学的遷移確率が増大し、もって発光に要する閾値電流を低下させ得る。第 1 1 B図はこの状態を示している。 2—3 ：第 2の型の半導体発光装置 '

本発明の第 2の型半導体発光装置について説明する。以下の説明における発光領域の定義及びこれが量子井戸構造で構成される例もあることは、上述の本発明の第 1の半導体発光装置の説明で述べ事実と同様である。

本発明の第 2の型の半導体発光装置に係わる第 1の形態は、少なくとも化合物半導体材料を有して構成され、第一導電型クラッド層及び第二導電型クラッド層と、前記クラッド層に挟まれ且つ井戸層と該井戸層より禁制帯幅の大きい障壁層を有する量子井戸構造を有する活性層領域を少なくとも有する半導体発光装置であって、上記量子井戸活性領域の面方位が（0 0 0 1 ) 面から 7 0度〜 9 0度傾斜した面あるいはこれと等価な面であることを特徴とする半導体発光装置である。この場合、前述した通り、この傾斜角度は 5度以内のずれ、裕度を許される。尚、このずれ、裕度が（0 0 0 1 ) 面からの傾斜方向とは別の傾斜の場合も含まれることも前述した通りである。

この構成を実現する一形態として、発光素子を構成する半導体層をオフ基板上 (上部）でェピタキシャル成長する場合がある。オフ基板とは、例えば六方晶型の結晶構造を有するサファイア基板において通常（0 0 0 1 ) 面を主面（ェピ夕キシャル成長が行われる面）とするのに対し、主面の結晶面を（0 0 0 1 ) 面から所定の角度傾けた結晶面とする基板を指す。オフ基板を用いたェピタキシャル成長は、成長した結晶の質（結晶性）や成長時における不純物導入（ドーピング）の点で優れるが、これを本発明に適用する場合は上述の傾斜角度範囲に更に 5度の余裕を持たせることができる。この 5度の余裕は、活性層のェピタキシャル成長面の角度としきい値キャリア密度の関係を考慮し、求められる動作電流の低減の程度次第ではオフ基板を使用しない場合にも適用できる。 2— 4 ：第 3の型の半導体発光装置

本発明の第 3の型半導体発光装置について説明する。以下の説明における発光領域の定義及びこれが量子井戸構造で構成される例もあることは、上述の本発明の第 1の半導体発光装置の説明で述べたとおりである。

本発明の第 3の型の半導体発光装置に係わる第 1の形態は、六方晶系半導体材料よりなる量子井戸活性層領域を少なくとも有し、その量子井戸活性層領域の結晶成長方向が [0001] 軸（c軸）あるいはこれと等価な軸から 3度から 70 度傾斜した軸に平行であることを特徴とする半導体発光装置。この六方晶系結晶としてはウルッ鉱型結晶が好例である。

前述の傾斜角度は 5度以上が好ましい。更に、この傾斜角度は 5度から 70度、更には 10度以上 60度以下の範囲がより好ましい。 20度以上 55度以下の範囲が更に好ましい範囲である。尚、これらの範囲については図 8の説明により具体的に明らかにされよう。

また、結晶成長の軸を [0001] 軸（c軸）から 20度より 55度の範囲で傾斜した軸に平行に形成した歪み量子井戸構造を採用して半導体レーザ装置とするには、レーザ共振器端面を（— 1, 2, — 1， 0) 面あるいはこれと等価な面にすることが好ましい。

以下に、量子井戸層の結晶成長の方位の選択の仕方、および半導体レーザ装置の場合の共振器反射面の取り方を、より具体的に例示する。

量子井戸層の結晶成長の方位の選択の仕方の具体的例示：

( 1 )ウルッ鉱型半導体材料より成る歪み量子井戸活性層領域を少なくとも有し、その結晶成長表面が（1, 0，一 1, N) 面（N=l、 2、もしくは 3) あるいはこれと等価な面から 3度、更には 5度以内の面である。

( 2 )ウルッ鉱型半導体材料より成る歪み量子井戸活性層領域を少なくとも有し、その結晶成長表面が（一 1> 2， — 1， N) 面（N=3, 4，もしくは 5) あるいはこれと等価な面から 5度以内の面である。

以下に、量子井戸層の結晶成長の方位の選択の仕方、および半導体レーザ装置の場合の共振器の反射面の取り方をより具体的に例示する。半導体レーザ装置の場合の共振器反射面の取り方の具体的例示：

(1) 歪み量子井戸活性層領域が半導体レーザ共振器の一部を構成し、その半導体レーザ共振器端面が、歪み量子井戸活性層領域の結晶成長方向の軸および [00 01]軸（c軸)の 2軸を含む面に平行である。 '

(2) 量子井戸活性層領域または歪み量子井戸活性層領域は半導体レーザ共振器の一部を構成し、その半導体レーザ共振器端面が、量子井戸活性層領域または歪み量子井戸活性層領域の結晶成長方向の軸および [0001]軸（c軸)の 2軸を含む面に平行であり、かつ (一 1、 2、一1、 0)面と等価である。

( 3 ) 量子井戸活性層領域または歪み量子井戸活性層領域は半導体レーザ共振器の一部を構成し、その半導体レーザ共振器端面が、量子井戸活性層領域または歪み量子井戸活性層領域の結晶成長方向の軸および [0001]軸（(：軸)の2軸を含む面に平行であり、かつ（1, 0， _ 1， 0) 面と等価な面である。

2-5 ：本発明の半導体発光装置に関するその他の補足事項

上述の半導体発光装置の構成を面発光型発光素子に適用した場合、上述の効果により偏向特性に優れた半導体レーザ装置を構成できることはいうまでもない。本発明の第 2の型あるいは第 3の型の半導体発光装置の代表例においては、窒化ガリウム系半導体の結晶成長面を（0001) 面から傾斜させるため、基板主面の結晶面をこれに合わせて結晶成長を行う必要性が考えられる。しかし、実験的には Sic基板の（0001) 主面上に（1,一 1, 0， 0) 面を成長面とする G aN結晶が、サファイア基板の（1,— 1, 0, 2) 主面上に（1, 1,—2， 0) 面を成長面とする GaN結晶が夫々成長されたデータもある。従って、窒化ガリウム系半導体の結晶成長面と基板主面の結晶面との面指数を合わせる必要はない。以上、発光領域を量子井戸構造とした例に基づき本発明の第 2の型ならびに第 3の型の半導体発光装置の構造に関して説明したが、この構造は量子井戸構造型を有する発光領域に限定されない。本発明は、例えば発光領域を光ガイド層ゃクラッド層に接合された単一の活性層として形成された場合にも適用できる。なお、本発明の第 1力ら第 3の型の半導体発光装置に適用される窒化ガリウム系半導体結晶を以下に追加説明する。この半導体材料は、 III一 V族化合物半導体であり、構成元素として窒素（N) を必ず含むものである。上述の説明においては、窒化ガリウム系半導体と便宜的に呼称したが III族元素としてガリウム（G a) が含まれる必要はなく、アルミニウム（A 1) 、ガリウム、インジウム（I n) 等の III族元素の少なくとも 1種が含まれていればよい。また V族元素に関しては、窒素以外にも燐（P) 、砒素（As) 、アンチモン（Sb) 等の V族元素が含まれていてもよい。即ち、本発明における窒化ガリウム系半導体を代表例とする化合物半導体は、構成元素として少なくとも窒素を含む III一 V族化合物半導体とも、窒化物半導体とも呼ぶことができる。

量子井戸構造を構成する半導体材料は、ウルッ鉱型の半導体材料を用い得るが、その代表例は窒化ガリウム系半導体である。代表例をより具体的に示せば、一般式 I n X A 1 y G a 1 - X - yN 1— a— b A s a P b、但し、 0≤x≤l、 0≤y≤ 1、 0≤aく 1、 0≤b< 1 , x + y≤ 1 , & + く1と表ゎし得る。

活性層にたいしては、 GaN, I nGaN, I nGaA I N, GaNP, GaN As, I n G a N P , I nGaNAs, GaA l NP、あるいは GaA l NAs などがその具体例である。井戸層には G a Nあるいは I n GaNなどが好ましい。また、クラッドにたいしては、 GaA I N, A 1 N, GaNあるいは I nGaA 1 Nなどが代表例である。

量子井戸半導体積層構造の為の井戸層およびバリア層の厚みなどはその通例に従って良い。一般に井戸層の厚みは 2 nmより 15 nm、バリア層の厚みは 3 n mより 15 nmの範囲が多用される。好ましくは、井戸層の厚みは 2 nmより 8 nm, バリア層の厚みは 4 nmより 8 nmの範囲がその例である。

井戸層およびバリア層からなる上記量子井戸活性層は、井戸層の格子定数がバリァ層の格子定数よりも大きく、井戸層に圧縮型の歪みが加わっている状態が好ましい。この井戸層の格子定数が、井戸層の歪みの無い状態と比較して 0. 6% より 2. 0 %の範囲で大きいことが好ましい。

こうした半導体積層体形成の為の基板は結晶成長によってその上部にウルッ鉱結晶が得られる基板、例えば、サファイア、 GaN、スピネル、 S i C、 ZnO、 MgO、 MnO、 S i O ₂、 A 1 Nなどが挙げられる。わけてもサファイア基板や G a N基板が代表例である。

半導体発光装置を製造するに際して、、その他の構成は一般に行われている手段を用いて良い。例えば、結晶成長用の基板と量子井戸構造の半導体積層との間に結晶性改善のためのバッファ層を設けることは通常行われている方法に従ってよレ。サファイア基板は絶縁性のため、この基板側の電極を取り出す方策、また、半導体積層構造の上部より取り出すもう一方の電極形成のため、いわゆるコン夕クト層を設けること、更に結晶性改善のために任意に挿入される層なども通例に従ってよい。このような種々の付加構成、変形構成の適用も本発明の範囲なることは言うまでもない。

尚、こうした半導体積層構造は、半導体発光装置以外に、正孔の有効質量が低いことを要請される他の半導体装置に用い得ることはいうまでもない。図面の簡単な説明

第 1は、 GaN/A 1 GaN量子井戸における最大利得の変調ド一プ濃度依存性を示す図である。

第 2図は、 GaN/A 1 GaN量子井戸におけるしきい値電流密度変調ド一プ濃度依存性を示す図である。

第 3は、窒化ガリゥム系半導体結晶の結晶構造図である。

第 4図は、本発明の第 2の素子構成に係る窒化ガリゥム系半導体結晶の成長面を示す図である。

第 5図は、六方格子の面方位指数を説明図である。

第 6 A図、第 6B図、第 6C図、第 6D図は、（1,0,— 1，0)面 GaN/A 1 GaN量子井戸の価電子帯上部のエネルギー分散を示す図である。

第 7図は、 G a N/A IGa N量子井戸活性領域の結晶成長面及び格子歪と光学利得との関係を示す図である。

第 8図は正孔の有効質量と（0001) 面からの頃角に関する理論計算結果を示す図である

第 9図は、半導体材料のバンド構造を示す図である。

第 10図は、半導体材料のバンド構造を示す別な図である。

第 11A図、第 11B図は、光学的遷移確率を説明する為のバンド構造図である。

第 12図は、光磁気記録装置の概略説明図である。

第 13図は、動作電流と光出力の関係を示す図である。

第 14図は、本発明の実施例の半導体レーザ装置の断面図である。

第 15図は、本発明の実施例の半導体レーザ装置の断面図である。第 1 6図は、光記録装置の概略説明図である。 '

第 1 7図は、本発明の実施例の半導体レーザ装置の断面図である。

第 1 8図は、本発明の実施例の半導体レ一ザ装置の断面図である。

第 1 9図は、本発明の実施例の半導体レーザ装置の断面図である。

第 2 0図は、本発明の実施例の半導体レーザ装置の断面図である。

第 2 1図は、本発明の実施例の半導体レーザ装置の断面図である。

第 2 2図は、本発明の実施例の半導体レーザ装置の斜視図である。

第 2 3 A図、第 2 3 B図、第 2 3 C図、第 2 3 D図は、本発明の実施例の半導体レーザ装置をその製造工程に従って示した断面図である。発明を実施するための最良の形態

本発明の具体的な実施の形態を実施例と図面を用いて説明する。

ぐ実施例 1 >

光磁気ディスク装置を例として、光情報処理装置を説明する。

まず、光磁気ディスク装置の一般的構成を概略説明する。第 1 2図は光磁気デイスク装置を例を示す概略構成図である。光磁気ディスク装置 1 0 0は、光へッド 1 0 1と、制御回路、およびモー夕などの機械系から構成される。

まず、光へッド 1 0 1において、半導体レーザ装置 1 0 2からの直線偏光は光り分岐素子 1 0 3を透過して、対物レンズ 1 0 4により光磁気ディスク 1 0 5上に集光される。この時、信号再生時は、光スポットが記録ドメインの上にあるか否かによつて反射光の偏光方向がそれぞれ逆向きに約 1度回転することにより記録情報を搬送する。信号記録時は磁界印加コイル 1 0 6によって光磁気ディスク 1 0 5があらかじめ初期化されている磁化方向とは逆向きの磁界を印加し、光スポットが照射されて磁気記録膜の転移温度（キュリー点）より高温となった領域だけ磁化を反転させて磁気ドメインを形成する。

光磁気ディスク 1 0 6からの反射光は再び対物レンズ 1 0 4を通り、光分岐素子 1 0 3を反射して、第 2の光分岐素子 1 0 7に入射する。まず、第 2の光分岐素子 1 0 7を反射した光はサ一ポ信号検出用光検出器 1 0 8に入射し、その中に内臓された分割光検出器により焦点ずれ信号とトッラクッキング誤差信号の演算にそれぞれ複数必要となる信号を検出する。一方、 ^ 2の光分岐素子 1 0 7を透過した光は、偏光分離素子 1 0 9により、光磁気ディスク 1 0 6に入射した偏光方向に対して、それぞれ + 4 5度、一 4 5度をなす直線偏光成分に分離され、 2 分割光検出器 1 1 0に入射する。従って、光磁気ディスクによる偏光回転がない場合、はそれらは同じ光量となり、偏光回転がある場合はその回転方向に応じて 2つの光量が増減する。つまり、 2分割光検出器の出力の差が光磁気再生信号となる。

光ヘッド 1 0 1からの電気的な入出力はフレキシブル基板 1 1 1、 1 1 2を介して行われる。本実施例においては半導体レーザ装置 1 0 2の駆動とサ一ボ信号検出器 1 0 8の入出力をフレキシブル基板 1 1 1、 2分割光検出器 1 1 0の入出力をフレキシブル基板 1 1 2によって行っている。

半導体レーザ 1 0 2はユーザデータ 1 1 3をストァしたバッファメモリ 1 1 4 のディジタル情報に応じて生成された、記録波形発生回路 1 1 5からの記録波形によりレーザ駆動回路 1 1 6で、その明滅を制御する。

サーボ信号検出用光検出器 1 0 8による電流出力はサーボ信号演算回路 1 1 7 によって電流電圧変換され、更に増幅されて焦点ずれ信号、トラッキング誤差信号、およびヘッド位置制御信号を生成する。前記 2つの誤差信号は対物レンズァクチユエ一夕 1 1 8にフィードバックされ、集光スッポ卜が光磁気ディスク 1 1 0 5の記録膜面の情報トラックの上に常にあるように閉ル一プ制御される。他方、へッド位置制御信号は光へッド 1 0 1を再生トラックの近傍にほぼ配置させるよう、ヘッド移動機構 1 1 9に入力される。こちらの制御はディジタル情報記録用の光磁気ディスクの場合にはやはり通常、閉ループ制御されるが、 C D， D V D , MDなどにおいては開ループ制御させることが多い。

2分割光検出器 1 1 0からの出力は通常、検出器内部に増幅器を内蔵させ、電圧出力とし、フレキシブル基板 1 1 2によって信号検出回路 1 2 0に入力され、差動増幅、イコライザ処理、 2値化、復号処理されディジタル情報を再生する。出力情報はバッファメモリ 1 1 4にストアされる。

光磁気ディスク 1 0 5はスピンドルモータ 1 2 1で回転されており、スピンドルモ一夕駆動回路 1 2 2によってその回転が制御されている。また磁界印加コィル制御回路 123によってその磁化方向を制御されている。更にこれらすべてえの制御回路はコントローラ 124で制御されている。

本実施例においては、次に示す半導体レーザ装置 102を準備した。いずれの半導体レーザ装置を用いても十分本願発明の目的を果たすことができる。

前記各光源は 350 n mより 550 nmの波長範囲を有し且つこの光源の閾電流密度が 2. 2KAZcm²以下であり、前記記録媒体の記録密度が 15 G B以上を実現し得る。

また、前記光源の閾電流密度が 1. OKAZcm²以下なることが、本目的に好適である。加えて、前記光源の閾電流密度が 0. 8KAZcm²以下なることが、本発明の目的にわけても好ましい。また、且つ 10mA以下のしきい電流を有する。

第 13図は実施例に用いた半導体レーザ装置の例について動作電流と光出力の関係を示した図である。本発明が優れていることが理解されよう。

以下に本実施例に適用し得る半導体レーザ装置の具体構造の例を例示する。 (具体例 1) '

第 14図は、本発明の第一の具体例である半導体レーザ装置の光軸と交差する面での構造断面図である。

多重量子井戸構造を有する半導体レーザは装置の例は、（0001) 面を主面とするサファイア基板 1上に、 n型 G a Nからなる底温バッファ層 2、 n型 Ga Nからなる高温バッファ層 3、 n型 A 1 ₂Ga₀.₈Nクラッド層 4、 n型 GaN 光ガイド層 5、 Ga I nN多重量子井戸活性層 6、 p型 GaN光ガイド層 7、 p 型 A 10.₂Ga₀.₈Nクラッド層 8、 p型 G a Nキャップ層 9が順次積層されて構成される。これらの各層は、通例の有機金属気相成長法によりェピタキシャル成長される。低温バッファ層 2、高温バッファ層 3、 n型クラッド層 4、 n型光ガイド層 5、 p型光ガイド層 7、 p型クラッド層 8、キャップ層 9の各層の膜厚は、それぞれ、 0. 05 M m、 3 /m, 0. 3 m、 0. 1 ^m, 0. 1 urn, 0. 3 m、 0. 5 mである。

多重量子井戸活性領域 6は拡大して示したように膜厚 2nmのアンド一プ G a₀.₈₅ I n₀. ₁₅N井戸層 21と 3X 10¹⁹ c m— ³の不純物ド一プを行った膜厚 2 nmの nド一プ Ga。. ₉₅ I n₀.₀₅N障壁層 22が交互に 3周期積層形成された多重量子井戸構造を有する。

ここで、障壁層 22の不純物ドープ濃度は、不純物から放出され井戸層に局在する電子濃度が 3 X 10¹⁹ cm_³となるように設定されている。また、クラッド層と量子井戸層のバンドギャップエネルギーの差△ Egは 0. 8 e Vとなるように設定されている。次に、 p型層の活性化のため、 400度〜 800度で 20分〜60分間のァニールを行う。ついで、第 14図に示されるように、成長した各半導体層の一部をドライエッチングし、リッジ幅 2 mのリッジストライプを形成する。このリッジストライプ構造が電流狭窄に有用である。より、低閾値化に有用である。更に、 n型の電極を形成するため、 n型 GaNバッファ層 3を露出する。続いて、 Au、 A 1等からなる金属膜を成膜して、パターニングすることにより P側電極 10及び n側電極 11の両電極を形成する。続いて、上記成長層を上部よりドライエッチング共振面を、共振器長 400 に形成する。通例、半導体レーザ装置は、一つのウェハに複数の半導体レーザ装置を形成している。従って、ダイシングを行って、これらの各装置を分離する。本半導体レーザ装置は室温において、しきい値電流約 8mAで連続発振した。また、その発振波長は約 405 nmであった。

(具体例 2) 第 14図を用いて本発明の半導体レーザ装置の例を説明する。

多重量子井戸構造を有する半導体レーザは装置の例は、（1， 0, — 1， 2) 面を主面とするサファイア基板 1上に、 n型 G aNからなる低温バッファ層 2、 n型 GaNからなる高温バッファ層 3、 n型 A 1₀.₂G a₀. ₈ 1クラッド層 4、 n型 G aN光ガイド層 5、 Ga I nN多重量子井戸活性領域 6、 p型 GaN光ガイド層 7、 p型 A 1 ₀.₂Ga₀. ₈Nクラッド層 8、 p型 G a Nキャップ層 9が順次積層されて構成される。これらの各層は、通例の有機金属気相成長法によりェピ夕キシャル成長される。低温バッファ層 2、高温バッファ層 3、 n型クラッド層 4、 n 型光ガイド層 5、 p型光ガイド層 7、 p型クラッド層 8、キャップ層 9の各層の膜厚は、それぞれ、 0. 0 5 m、 3 tim, 0. 3 m、 0. l /xm、 0. 1 m、 0. 3 irn, 0. 5 mである。

多重量子井戸活性層 6は拡大して示したように膜厚 2 nmのアンド一プ G a。. ₈₅ I n₀. _{i 5}N井戸層 2 1と膜厚 4 nmのアンド一プ G aN障壁層 2 2が交互に 3周期積層形成されており、量子井戸の面方位は（1, 0, _ 1， 0) 面である。ここで井戸層 4 1の組成比は歪のない状態での格子定数からのずれが e _a= 0. 8 5 %、 e _c= 0. 9 %となるように設定されており、二軸性の圧縮歪が印加されている。

次に、 p型層の活性化のため、 40 0度〜 8 0 0度で 2 0分〜 6 0分間のァニールを行う。ついで、 n型の電極を形成するため、第 1 4図に示されるように、成長した各半導体層の一部をドライエッチングし、幅 2 mのリッジストライプを形成する。更に、 n型の電極を形成するため、 n型 G aNバッファ層 3を露出する。続いて、 Au、 A 1等からなる金属膜を成膜してパターニングすることにより P側電極 1 0及び n側電極 1 1を形成する。通例、半導体レーザ装置は、一つのウェハに複数の半導体レーザ装置を形成している。（0 0 0 1) 面でへき開し長さ約 40 0 mの共振器を形成し、反射率を向上する為、端面コーティングを施し、半導体レーザ装置を作製する。 '·

本半導体レーザ装置は、室温においてしきい値電流約 1 1mAで連続発振した。また、その発振波長は約 40 5 nmであった。

(具体例 3) 第 1 5図は、本発明の第 3の具体例である半導体レ一ザ装置の光軸と交差する面での構造断面図である。

多重量子井戸構造を有する本半導体レーザは装置の例は、（1, 0, — 1, 0) 面 n型 S i C基板 5 1上に、 n型 G aNからなる低温バッファ層 2、 n型 GaNからなる高温バッファ層 3、 n型 A 1 ₀.₂Ga₀. ₈Nクラッド層 4、 n型 G aN光ガイド層 5、 Ga I nN多重量子井戸型活性領域 6、 p型 GaN光ガイド層 7、 p 型 A 1 0. ₂Ga₀.₈Nクラッド層 8、 p型 G a Nキャップ層 9が順次積層されて構成される。これらの各層（及び領域）は、通例の有機金属気相成長法によりェピタキシャル成長される。低温バッファ層 2、高温バッファ層 3、 n型クラッド層 4、 n型光ガイド層 5、 p型光ガイド層 7、 p型クラッド層 8、キャップ層 9の膜厚は、それぞれ、 0. 0 5 m、 3 ^m, 0. 3 m、 0. 1 ΐη, 0. 1 m、 0. 3 zm、 0. 5 mである。

多重量子井戸型活性領域 6は拡大して示したように膜厚 2 n mのアンドープ G a₀. ₈₅ I n₀. ₁₅N井戸層 2 1と 1. 6 X 1 0¹⁹ c m一³の不純物ド一プを行った膜厚 4 nmの nドープ Ga。. ₉₅ I n。. _{Q 5}N障壁層 2 2が交互に 3周期積層形成された多重量子井戸構造を有する。

ここで、障壁層 2 2の不純物ド一プ濃度は、不純物から放出され井戸層に局在する電子濃度が 4. 0 X 1 0¹⁹ cm_³となるように設定されており、量子井戸の面方位は（1, 0, — 1, 0) 面である。ここで井戸層 6 1の組成比は歪のない状態での格子定数からのずれが e _a= 0. 8 5 %, e _c= 0. 9 %となるように設定されており、二軸性の圧縮歪が印加されている。二軸性の歪とは、異なる種類の結晶層が接合される界面における双方の結晶格子の格子定数の差に因り相互の結晶格子に加えられる応力による歪を指し、単に「歪」とも「格子歪」とも呼ばれるものである。クラッド層と量子井戸層のバンドギャップエネルギーの差 ΔΕ gは 0. 8 e Vとなるように設定されている。次に、 p型層の活性化のため、 40 0 度〜 80 0度で 2 0分〜 6 0分間のァニールを行う。

次いで、成長層の一部をドライエッチングし、幅 2 /xmのリッジストライプを形成する。

続いて、 Au、 A 1等からなる金属膜を成膜してパターニングすることにより P側電極 1 0及び n側電極 1 1を形成する。そして、' ( 0 0 0 1 ) 面でへき開し長さ約 4 0 0 mの共振器を形成し、端面高反射コーティングを施し、半導体レ一ザ装置を作製する。

本半導体レーザ装置は、室温においてしきい値電流約 6 mAで連続発振した。また、その発振波長は約 4 1 0 n mであった。

<実施例 2 >

記録媒体の相変化などの状態変化を用いた光情報処理装置の例を説明する。第 1 6図は光ディスク装置の例を示す基本構成図である。 2 1 1は光記録のための光記録媒体が設けられたディスク、 2 1 2はディスクを回転させるためのモ —夕、 2 1 3は光ピックアップ、 2 1 7はこれらを制御する制御部である。光ピックアップ 2 1 3はレンズ系 2 1 4、半導体レーザ装置などの光源 2 1 5、そして光検出器 2 1 6を有して構成される。

こうした光ディスク装置の一般的事項については、種々報告があるが略述する。記録材料の種類によって、光ディスク装置は大別して読み取り専用型、追記型、および書き換え可能型に分けられる。

情報の再生はディスク 2 1 1に記録された微細小孔（記録媒体の状態変化部）からの反射光変化を光検出器 2 1 6にて光学的に読み取って行う。尚、光記録媒体は通例のものを用いることができる。

読み取り専用型の場合、記録情報はあらかじめ記録媒体に記録されており、例えば、読み取り専用型記録媒体の代表例として、アルミニウム、プラスチックなどをあげることができる。

また記録する場合は、レーザ光を変調させることによって、熱的に記録材料の状態を変化させて列状に記録を行う。この記録はディスクをモー夕によって回転 (移動）させながら行われる。こうした光源にも本発明の光源を用い得る。

こうした光ディスク装置の光源に実施例 1中に具体例として示した半導体レ一ザ装置を用いることが出来る。更に、以下の実施例 3乃至実施例 9にしたがって製造した半導体レーザ装置を適用することが出来る。

現在、光ディスク装置に使われている半導体レーザ装置の波長は、主として 6 3 O n m以上である。光ディスクの記録密度は一般に、光源の波長の逆数の 2乗に比例する。したがって、本発明のごとく発振波長 430 nmより 550 nmの範囲に代表される青色系、青一青紫色および青紫色系半導体レーザ装置の実用化によつて光ディスク装置のさらなる高密度記録が実現する。本発明のごとく半導体レーザ装置の閾値電流の低減は、装置の長寿命化を促し実用に極めて有用である。

前記各光源は 350 n mより 550 nmの波長範囲を有し且つこの光源の閾電流密度が 2. SKAZcm²以下であり、前記記録媒体の記録密度が 1 5 GB以上を実現し得る。

また、前記光源の閾電流密度が 1. OKAZcm²以下なることが、本目的に好適である。加えて、前記光源の閾電流密度が 0. 8 KAZ cm²以下なることが、本発明の目的にわけても好ましい。また、且つ 1 OmA以下のしきい電流を有する。

このように、本発明の光記録装置は、より高記録密度、高信頼性を実現出来る。以下に本実施例に適用し得る半導体レーザ装置の具体構造の例を例示する。 (具体例 4 )

第 14図を用いて本実施例の半導体レーザ装置を説明する。

多重量子井戸構造を有する本半導体レーザは装置の例は、（1, 0,— 1, 2) 面サファイア基板 1上に、 n型 A 1 Nからなる低温バッファ層 2、 n型 A 1 Nからなる高温バッファ層 3、 n型 A 10. ₂G a₀.₈1^クラッド層 4、 n型 GaN光ガイド層 5、 Ga I nN多重量子井戸活性領域 6、 ρ型 GaN光ガイド層 7、 p型 A 10. ₂Ga₀.₈Nクラッド層 8、 p型 GaNキャップ層 9が順次積層されて構成される。これらの各層は、通例の有機金属気相成長法によりェピタキシャル成長される。低温バッファ層 2、高温バッファ層 3、 n型クラッド層 4、 n型光ガイド層 5、 p型光ガイド層 7、 p型クラッド層 8、キャップ層 9の各層の膜厚は、それぞれ、 0. 05 m、 3 xm、 0. 3 m、 0. 1 m、 0. 1 m、 0. 3 fim, 0. 5 imである。

多重量子井戸活性層 6は拡大して示したように膜厚 2 n mのアンドープ G a。 . ₈₅ I n₀. ₁₅N井戸層 2 1と膜厚 4 nmのアンドープ GaN障壁層 22が交互に 3周期積層形成されており、量子井戸の面方位は（1, 0,— 1, 2) 面である。ここで井戸層 21の組成比は歪のない状態での格子定钕からのずれが e_a=0. 8 5%、 e_e=l. 4%となるように設定されており、二軸性の圧縮歪が印加されている。次に、 p型層の活性化のため、 400度〜 800度で 20分〜 60分間のァニールを行う。

ついで、幅 2 imのリッジストライプを形成し、成長した各半導体層の一部をドライエッチングし、 n型の電極を形成するため、 n型 A 1 Nバッファ層 3を露出する。続いて、 Au、 A 1等からなる金属膜を成膜してパターニングすることにより p側電極 10及び n側電極 1 1を形成する。（一 1 , 2，一 1 , 0 )面でへき開し、高反射コーティングを施し、長さ約 400 imの共振器を形成し半導体レ一ザ装置を作製する。

本半導体レーザ装置は室温においてしきい値電流約 10mAで連続発振した。また、その発振波長は約 412 nmであった。

<実施例 3 >

第 17図は、本実施例である半導体レーザ装置の光軸と交差する面での構造断面図である。

多重量子井戸構造を有する半導体レーザは装置の例は、（0001) 面を主面とするサファイア基板 1上に、 n型 G a Nからなる低温バッファ層 2、 n型 Ga Nからなる高温バッファ層 3、 n型 A 1₀.₂Ga₀.₈1^クラッド層 4、 n型 GaN 光ガイド層 5、 G a I n N多重量子井戸活性層 6、 p型 GaN光ガイド層 7、 p 型 A 10. ₂Ga₀.₈Nクラッド層 8、 p型 G a Nキャップ層 9が順次積層されて構成される。これらの各層は、通例の有機金属気相成長法によりェピタキシャル成長される。低温バッファ層 2、高温バッファ層 3、 n型クラッド層 4、 n型光ガイド層 5、 p型光ガイド層 7、 p型クラッド層 8、キャップ層 9の各層の膜厚は、それぞれ、 0. 05 m、 3 urn, 0. 3 xm、 0. 1 m、 0. l m、 0. 3 nm, 0. 5 mである。

多重量子井戸活性領域 6は拡大して示したように膜厚 3nmのアンドープ G a₀.₈ I n₀.₂N井戸層 21と 2 X 10¹⁹ c m— ³の不純物ド一プを行った膜厚 5 nmの nドープ Ga₀.₉₅ I n₀.₀₅N障壁層 22が交互に 3周期積層形成された多重量子井戸構造を有する。ここで、障壁層 22の不純物ドープ濃度は、不純物から放出され井戸層に局在する電子濃度が 4. 5 X 10¹⁹cm— ³となるように設定されている。また、クラッド層と量子井戸層のバンドギャップエネルギーの差 Δ Egは 0. 8 e Vとなるように設定されている。

次に、 P型層の活性化のため、 400度〜 800度で 20分〜 60分間のァニ —ルを行う。ついで、 n型の電極を形成するため、第 1 5図に示されるように、成長した各半導体層の一部をドライエッチングし、 n型 G a Nバッファ層 3を露出する。続いて、 Au、 A 1等からなる金属膜を成膜して、パターニングすることにより P側電極 10及び n側電極 1 1の両電極を形成する。通例、半導体レーザ装置は、一つのウェハに複数の半導体レーザ装置を形成している。従って、ダイシングを行って、これらの各装置を分離する。

本半導体レーザ装置は室温において、しきい値電流約 50 mAで連続発振した。また、その発振波長は約 410 nmであった。

ぐ実施例 4 >

第 18図は、本実施例である半導体レーザ装置の光軸と交差する面での構造断面図である。

多重量子井戸構造を有する半導体レーザは装置の例は、（1, 0,— 1， 2) 面を主面とするサファイア基板 3 1上に、 n型 GaNからなる低温バッファ層 2、 n 型 GaNからなる高温バッファ層 3、 n型 A 10. ₂Ga₀.₈1^クラッド層 4、 n型 GaN光ガイド層 5、 G a I n N多重量子井戸活性領域 6、 p型 GaN光ガイド層 7、 p型 A 1₀.₂Ga₀.₈?^クラッド層 8、 p型 G a Nキャップ層 9が順次積層されて構成される。これらの各層は、通例の有機金属気相成長法によりェピタキシャル成長される。低温バッファ層 2、高温バッファ層 3、 n型クラッド層 4、 n型光ガイド層 5、 p型光ガイド層 7、 p型クラッド層 8、キャップ層 9の各層の膜厚は、それぞれ、 0. 05 m、 3 rn, 0. 3 m, 0. 1 ^m, 0. 1 Atm、 0. 3 /m, 0. 5 mである。、- 多重量子井戸活性層 6は拡大して示したように膜厚 4 nmのアンド一プ G a ₀. ₈ I n₀. ₂N井戸層 41と膜厚 6 nmのアンド一プ GaN障壁層 42が交互に 3 周期積層形成されており、量子井戸の面方位は（1, 0,— 1, 0) 面である。ここで井戸層 41の組成比は歪のない状態での格子定数からのずれが e _a= 1. 0%、 e_c-l. 1%となるように設定されており、二軸性の圧縮歪が印加されている。次に、 p型層の活性化のため、 400度〜 800度で 20分〜 60分間のァニールを行う。ついで、 n型の電極を形成するため、第 8図に示されるように、成長した各半導体層の一部をドライエッチングし、 n型 GaNバッファ層 3を露出する。続いて、 Au、 A 1等からなる金属膜を成膜してパターニングすることにより P側電極 10及び n側電極 1 1を形成する。通例、半導体レーザ装置は、一つのウェハに複数の半導体レーザ装置を形成している。（0001) 面でへき開し長さ約 800 / mの共振器を形成し半導体レーザ装置を作製する。

本半導体レーザ装置は、室温においてしきい値電流約 60mAで連続発振した。また、その発振波長は約 420 nmであった。

<実施例 5 >

第 19図は、本実施例である半導体レーザ装置の光軸と交差する面での構造断面図である。

多重量子井戸構造を有する本半導体レーザは装置の例は、（1, 0，一 1, 0)面 n型 S i C基板 1 1上に、 n型 G aNからなる低温バッファ層 2、 n型 GaNからなる高温バッファ層 3、 n型 A 1₀.₂Ga₀.₈?^クラッド層 4、 n型 GaN光ガイド層 5、 Ga I nN多重量子井戸型活性領域 6、 p型 G a N光ガイド層 7、 p 型 A 10. ₂Ga₀.₈Nクラッド層 8、 p型 G a Nキャップ層 9が順次積層されて構成される。これらの各層（及び領域）は、通例の有機金属気相成長法によりェピタキシャル成長される。低温バッファ層 2、高温バッファ層 3、 n型クラッド層 4、 n型光ガイド層 5、 p型光ガイド層 7、 p型クラッド層 8、キャップ層 9の膜厚は、それぞれ、 0. 05 m、 3 im, 0. 3 m、 0. 1 m、 0. 1 m、 0. 3 m、 0. 5/imである。

多重量子井戸型活性領域 6は拡大して示したように膜厚 5nmのアンド一プ G a₀.₈ I n₀.₂N井戸層 61と 1. 6X 10¹⁹ c m一³の不純物ド一プを行った膜厚 7 nmの nド一プ Ga。.₉₅ I n。. _Q5N障壁層 62が交互に 3周期積層形成された多重量子井戸構造を有する。

ここで、障壁層 62の不純物ドープ濃度は、不純物から放出され井戸層に局在する電子濃度が 3. O X 10¹⁹cm— ³となるように設定されており、量子井戸の面方位は（1, 0,一 1, 0) 面である。ここで井戸層 6 1の組成比は歪のない状態での格子定数からのずれが e_a= 1. 0%、 e_c= 1. 1 %となるように設定されており、二軸性の圧縮歪が印加されている。二軸性の歪とは、異なる種類の結晶層が接合される界面における双方の結晶格子の格子定数の差に因り相互の結晶格子に加えられる応力による歪を指し、単に「歪」とも「格子歪」とも呼ばれるものである。クラッド層と量子井戸層のバンドギヤップエネルギーの差 Δ E gは 0. 8 e Vとなるように設定されている。次に、 p型層の活性化のため、 400度〜 800度で 20分〜 60分間のァニールを行う。

続いて、 Au、 A 1等からなる金属膜を成膜してパターニングすることにより P側電極 10及び n側電極 1 1を形成する。そして、（000 1) 面でへき開し長さ約 800 / mの共振器を形成し半導体レーザ装置を作製する。

<実施例 6 >

第 20図は、本実施例の半導体レーザ装置の光軸と交差する面での構造断面図である。

多重量子井戸構造を有する本半導体レーザは装置の例は、（1, 0,— 1, 2) 面サファイア基板 31上に、 n型 A 1 Nからなる低温バッファ層 72、 n型 A 1 N からなる高温バッファ層 73、 n型 A 1₀.₂G a₀.₈?^クラッド層 4、 n型 GaN 光ガイド層 5、 Ga I nN多重量子井戸活性領域 6、 p型 GaN光ガイド層 7、 P型 A 1₀.₂Ga₀.₈Nクラッド層 8、 P型 G a Nキャップ層 9が順次積層されて構成される。これらの各層は、通例の有機金属気相成長法によりェピタキシャル成長される。低温バッファ層 2、高温バッファ層 3、 n型クラッド層 4、 n型光ガイド層 5、 p型光ガイド層 7、 p型クラッド層 8、キャップ層 9の各層の膜厚は、それぞれ、 0. 05 m、 3 m、 '0. 3 rn, 0. 1 τη, 0. 1 im, 0. 3 m、 0. 5 mである。

多重量子井戸活性層 6は拡大して示したように膜厚 4nmのアンド一プ Ga。. ₈ I n₀. ₂N井戸層 8 1と膜厚 6 nmのアンドープ GaN障壁層 82が交互に 3 周期積層形成されており、量子井戸の面方位は（1, 0,一 1， 2) 面である。ここで井戸層 81の組成比は歪のない状態での格子定数からのずれが e _a = 1. 0 %、 e_c= 1. 6%となるように設定されており、二軸性の圧縮歪が印加されている。次に、 p型層の活性化のため、 400度〜 800度で 20分〜 60分間のァニ一ルを行う。

ついで、 n型の電極を形成するため、成長した各半導体層の一部をドライエツチングし、 n型 A 1 Nバッファ層 73を露出する。続いて、 Au、 A 1等からなる金属膜を成膜してパ夕一ニングすることにより P側電極 10及び n側電極 11 を形成する。（一 1， 2,— 1, 0)面でへき開し長さ約 800 の共振器を形成し半導体レーザ装置を作製する。

本半導体レーザ装置は室温においてしきい値電流約 60mAで連続発振した。また、その発振波長は約 420 nmであった。

<実施例 7 >

第 21図は、本実施例の半導体レーザ装置の光軸と交差する面での構造断面図である。

多重量子井戸構造を有する本半導体レーザは装置の例は、この多重量子井戸レ —ザは、（0001) 面サファイア基板 1上に、 n型 A 1 Nからなる低温バッファ層 72、 n型 A 1 Nからなる高温バッファ層 73、 n型 A 1₀.₂ G a ₀.₈ Nクラッド層 4、 n型 GaN光ガイド層 5、 G a I n N多重量子井戸活性領域 6、 p型 GaN光ガイド層 7、 p型 A 1₀.₂ G a ₀. _SNクラッド層 8、 p型 GaNキャップ層 9が順次積層されて構成される。これらの各層は、通例の有機金属気相成長法によりェピタキシャル成長される。低温バッファ層 2、高温バッファ層 3、 n型クラッド層 4、 n型光ガイド層 5、 p型光ガイド層 7、 p型クラッド層 8、キヤップ層 9の膜厚は、それぞれ、 0. 05 m、 3 im, 0. 3 m、 0. 1 urn, 0. 1 n , 0. 3 m, 0. 5 mである。

多重量子井戸活性層 6は拡大して示したように膜厚 4 n mのアンドープ G a。 . ₈ I n。. ₂N井戸層 91と膜厚 6 nmのアンドープ GaN障壁層 92が交互に 3 周期積層形成されており、量子井戸の面方位は（1, 1,一 2, 4)面である。ここで井戸層 91の組成比は歪のない状態での格子定数からのずれが e_a=l. 0%, e _c= l. 6 %となるように設定されており、二軸性の圧縮歪が印加されている。次に、 P型層の活性化のため、 400度〜 80 0度で 2 0分〜 6 0分間のァニールを行う。ついで、 n型の電極を形成するため、成長した各半導体層の一部をドライエッチングし、 n型 A 1 Nバッファ層 7 3を露出する。続いて、 Au、 A 1 等からなる金属膜を成膜してパターニングすることにより p側電極 1 0及び n側電極 1 1を形成する。（1, — 1, 0, 0)面でへき開し長さ約 8 0 0 mの共振器を形成し半導体レーザ装置を作製する。

本半導体レーザは室温においてしきい値電流約 6 0 mAで連続発振した。また、その発振波長は約 42 0 nmであった。

<実施例 8>

第 22図は、本発明の第 6の実施例である半導体レーザ装置の斜視図、第 2 3 A図，第 2 3 B図、第 2 3 C図，および第 23D図はその製造工程を示した断面図である。尚、これらの図は光軸と交わる方向の断面図である。以下、これらの図にしたがって、本発明に係わる半導体レ一ザ装置およびその製造工程を説明する。

(1、 0、一1、 2) 面を有する GaN基板 5 1上に、有機金属気相成長（M 0 VPE) 法により、バッファ層（GaN、 0. 1 urn) 5 2を成長した後、 n型コンタクト層 5 3 (GaN, 2 um) 、 n型クラッド層 54 (A l GaN、 1 m) 、 GaN (3 nm) 及び A 1 o. 4 G a o. 6 N ( 5 nm) の 5周期から成る歪み量子井戸活性層 5 5、 p型クラッド層 56 (A l G aN、 1 rn) 、 p型コン夕クト層 5 7 (GaN, 0. 3 zm) を順次形成する（第 2 3 A図）。ここで、基板上の結晶成長方向は c面すなわち（0 00 1) からの傾角は 43度にする。したがって、結晶成長表面は R面すなわち（1, 0, — 1， 2) となる。

次に、 p型コンタクト層 5 7上に p型電極 5 8を形成する（第 2 3 B図）。 p型コンタクト層 5 7の表面の一部から、 n型コンタクト層 5 3に達するまで通常の方法にてエッチングで除去しする (第 2 3 C図)。これは n型電極 5 9を引き出して設けるためである (第 2 3D図)。最後に、レーザ共振器端面 6 0が（一 1， 2, 一 1 , 0) になるようにチップに分離し、共振器を形成することで半導体レーザ装置が得られる。図 2 2に完成された半導体レーザの斜視図を示す。尚、実用に当たっては、更に、発光端面保護の為の保護膜を用いるなど任意である。

上記実施例の半導体レーザ装置において、閾値電流 4 OmAで発振する青色の半導体レーザ装置が実現できる。

また、下記基板による結晶成長によって、歪み量子井戸構造の活性層を形成しても、同様に良好な結果が得られた。例傾角結晶成長表面

No.l (1、 0、一 1、 3)G aN 3 2度（1、 0、一 1、 3) No.2 (1、 0、一 1、 4)G aN 2 5度（1、 0、一 1、 4) 尚、本発明は、実施例 6に示した以外の構造にも有効である。例えば、基板は GaNに限らず、ウルッ鉱結晶が得られる基板、例えば、サファイア、スピネル、 S i C、 Z nO、 MgO、 MnO、 S i O 2、あるいは A 1 N等の基板でも良い。 <実施例 9 >

本例を第 22図、第 2 3 A図，第 2 3 B図、第 2 3 C図，および第 2 3D図を用いて説明する。

(0 0 0 1) 面を有するサファイア基板 5 1上に、有機金属気相成長（MOV PE) 法により、バッファ層（G aN : Mgド一プ、 0. 1 zm) 5 2を成長した後、 n型コンタクト層 5 3 (GaN, 2 m) 、 n型クラッド層 54 (A 1 G aN、 1 m) 、 I n o. 2 G a o. 8 N (3 nm) 及び GaN (5 nm) の 5周期から成る歪み量子井戸活性層 5 5、 p型クラッド層 5 6 (A l GaN、 1 m) 、 P型コンタクト層 5 7 (GaN, 0. 3 ) を順次形成する (第 2 2 A図)。ここで、基板上の結晶成長方向は c面すなわち（0 0 0 1) からの傾角は 3 9° にする。したがって、結晶成長表面は（1, 1、一 2、 4) となる。

次に、実施例 8と同様に、 p型コンクト層 7上に p型電極 5 8を形成後、 P型コンタクト層 5 7の表面の一部から、 n型コンタクト層 5 3に達するまでェツチングで除去する（第 2 3 C図）。所定位置に n型電極 5 9を設け、最後に、レーザ共振器端面 60が（1、一 1、 0、 0) になるようにチップに分離し、共振器を形成することで半導体レーザ装置が得られる。図 2 2に完成された半導体レーザ装置の斜視図を示す。尚、実用に当たっては、'更に、発光端面保護の為の保護膜を用いるなど任意である。

上記実施例の素子において、閾値電流 5 OmAで発振する青色の半導体レーザが実現できる。

なお、本発明は、上述の各実施例に示した装置構造に限らず、さまざまな半導体レーザ装置、例えば分布帰還型レーザ、ブラッグ反射型レーザ、波長可変レーザ、外部共振器付きレーザ、面発光レーザにも適用できる。

また、窒化ガリウム系の半導体材料も前述の組成に限定されず、一般に A l x Gay l n l -x-yN (0≤χ<1, 0く y≤l、 0<x + y≤l) からなり、活性層のバンドギヤップエネルギーがクラッド層のバンドギヤップエネルギーより小さくなるように x、 yを設定すればよい。また前記 A 1 xG a y I n 1— X 一 yNの Nの一部を A sまたは Pで置換した材料を用いても同様に本発明を適用できる。

産業上の利用可能性

本願発明に係わる光情報処理装置は、光磁気記録、相変化記録などを用いた光情報処理装置に適用することが出来る。また、本願発明に係わる光源は上述の光情報処理装置に適用することが出来る。本願発明に係わる半導体発光装置は上述の光情報処理装置に適用することが出来ると共に青色、青一青紫色、および青紫色の発光色を持つ光源として用いることが出来る。

Claims

請求の範囲

1. 少なくとも記録媒体に光を照射する光源と、記録媒体からの反射光を検出する検出器とを有し、当該記録媒体の状態変化を読み取る機能を有する光情報処理装置において、前記光源は窒素を含む化合物半導体材料より成る量子井戸活性層領域を少なくとも有する光半導体素子であり、その閾値電流密度が 2. 2 kA / c m²以下であることを特徴とする光情報処理装置。

2. 少なくとも記録媒体に光を照射するための光源を有し、当該光によって記録媒体の一部の状態を変化させて記録を行う機能を有する光情報処理装置において、前記光源は窒素を含む化合物半導体材料より成る量子井戸活性層領域を少なくとも有する光半導体素子であり、その閾値電流密度が 2. 2kAZcm²以下であることを特徴とする光情報処理装置。

3. 請求の範囲 1又は 2項のいずれかに記載の光情報処理装置において、前記光源の量子井戸活性領域に n型の不純物を導入し、上記 n型不純物の濃度が 1.

5 X 10¹⁹cm_³〜5. OX 10¹⁹ c m— ³であることを特徴とする光情報処理

4. 請求の範囲 1又は 2項のいずれかに記載の光情報処理装置において、前記光源の量子井戸活性領域の面方位が（0001) 面から 70度〜 90度傾斜した面、該傾斜面から 5度以内のずれを有する面、またはこれと等価な面であることを特徴とする光情報処理装置。

5. 請求の範囲 1又は 2項のいずれかに記載の光情報処理において、前記光源の量子井戸活性領域の面方位が（0001) 面から 10度〜 70度傾斜した面、該傾斜面から 5度以内のずれを有する面、またはこれと等価な面であることを特徴とする光情報処理装置。

6. 少なくとも記録媒体に光を照射する光源と、記録媒体からの反射光を検出する検出器とを有し、当該記録媒体の状態変化を読み取る機能を有する光情報処理装置において、前記光源は窒素を含む化合物半導体材料より成る量子井戸活性層領域を少なくとも有する光半導体素子であり、その閾値電流密度が 1. 7 kA / c m ²以下であることを特徴とする光情報処理装置。

7. 少なくとも記録媒体に光を照射するための光' を有し、当該光によって記録媒体の一部の状態を変化させて記録を行う機能を有する光情報処理装置において、前記光源は窒素を含む化合物半導体材料より成る量子井戸活性層領域を少なくとも有する光半導体素子であり、その閾値電流密度が 1. 7kAZcm²以下であることを特徴とする光情報処理装置。

8. 請求の範囲 6又は 7項のいずれかに記載の光情報処理装置において、前記光源の量子井戸活性領域に n型の不純物を導入し、上記 n型不純物の濃度が 1.

5 X 10¹⁹cm— ³〜5. 0 X 10¹⁹ cm— ³であり、量子井戸活性領域の面方位が（0001) 面から 70度〜 90度傾斜した面、該傾斜面から 5度以内のずれを有する面、またはこれと等価な面であることを特徴とする光情報処理装置。

9. 請求の範囲 6又は 7項のいずれかに記載の光情報処理装置において、前記光源の量子井戸活性領域に n型の不純物を導入し、上記 n型不純物の濃度が 1.

5X 10¹⁹ cm— ³〜5. 0 X 10¹⁹ cm— ³であり、量子井戸活性領域の面方位が（0001) 面から 10度〜 70度傾斜した面、該傾斜面から 5度以内のずれを有する面、またはこれと等価な面であることを特徴とする光情報処理装置。

10. 少なくとも化合物半導体で構成され、六方晶構造をもつ第一の結晶上に第一導電型及び第二導電型の二層のクラッド層と、上記クラッド層に挟まれ且つ井戸層と該井戸層より禁制帯幅の大きい障壁層を有する量子井戸活性領域をェピ夕キシャル成長してなる半導体発光装置であつて、上記量子井戸活性領域に n型の不純物を導入し、上記井戸層におけるキャリア濃度が 5. 0 X 10¹⁸cm-³ 〜1. 0 X 1 0^2Gcm— ³であることを特徴とする半導体発光装置。

11. 少なくとも化合物半導体で構成され、六方晶構造をもつ第一の結晶上に第一導電型及び第二導電型の二層のクラッド層と、上記クラッド層に挟まれ且つ井戸層と該井戸層より禁制帯幅の大きい障壁層を有する量子井戸活性領域をェピタキシャル成長してなる半導体発光装置であって、上記量子井戸活性領域に n型の不純物を導入し、上記 n型不純物の濃度が 1. 5 X 10¹⁹ cm— ³〜5. 0 X 1 0¹⁹ c m— ³であることを特徴とする半導体発光装置。

12. 上記 n型不純物が、上記量子井戸活性領域の障壁層だけに導入されていることを特徴とする請求の範囲 10又は請求の範囲 11に記載の半導体発光装置。

1 3 . 少なくとも化合物半導体で構成され、六方蟲構造をもつ第一の結晶上に第一導電型及び第二導電型の二層のクラッド層と、上記クラッド層に挟まれ且つ井戸層と該井戸層より禁制帯幅の大きい障壁層を有する量子井戸活性領域をェピ夕キシャル成長してなる半導体発光装置であって、上記量子井戸活性領域の面方位が（0 0 0 1 ) 面から 7 0度〜 9 0度傾斜した面から 5度以内のずれを有する面、あるいはこれと等価な面であることを特徴とする半導体発光装置。

1 4. 上記量子井戸活性領域の面方位が（0 0 0 1 ) 面から 7 0度〜 9 0度傾斜した面、該傾斜面から 5度以内のずれを有する面、またはこれと等価な面であることを特徴とする請求の範囲 1 0乃至 1 2のいずれかに記載の半導体発光装置。

1 5 . 上記量子井戸活性領域の面方位が、（ 1 0— 1 0 ) 面から 5度以内のずれを有する面、あるいはこれと等価な面であることを特徴とする請求の範囲 1 3 又は請求の範囲 1 4に記載の半導体発光装置。

1 6 上記量子井戸活性層の面方位が、（1 1—2 0 ) 面から 5度以内のずれを有する面、あるいはこれと等価な面であることを特徴とする請求の範囲 1 3又は請求の範囲 1 4に記載の半導体発光装置。

1 7 請求の範囲 1 3より 1 6に記載の半導体発光装置において、レーザの偏光方向が [ 0 0 0 1 ] 軸と垂直な方向であることを特徴とする半導体発光装置。

1 8 . 請求の範囲 1 0よ 1 7のいずれかに記載の半導体発光装置において、上記量子井戸活性領域が A 1 _x G a _y I r^ _y N ( 0≤x≤ 1 、 0≤y≤l , 0≤ x + y≤l ) で構成されていることを特徴とする半導体発光装置。

1 9 . 請求の範囲 1 0乃至' 1 8のいずれかに記載の半導体発光装置において、上記量子井戸活性領域の井戸層の二軸性応力の無い状態での格子定数が、上記第一の結晶の格子定数より大きい材料で構成されていることを特徴とする半導体発

2 0 . 請求の範囲 1 0乃至 1 9のいずれかに記載の半導体発光装置において、上記第一導電型および第 2導電型クラヅド層と上記量子井戸活性層のバンドギヤップエネルギーの差が 0 . 3 5 e Vより大きいことを特徴とする半導体発光装置。

2 1 . 請求の範囲 1 0乃至 2 0のいずれかに記載の半導体発光装置において、発振波長が 3 5 0 n m~ 5 5 0 n mであることを特徴とする半導体発光装置。

2 2 . 記録媒体に光を照射する光源と、記録媒体からの反射光を検出する検出器とを少なくとも有し、当該記録媒体の一部の状態変化を読み取る機能を有する光記録装置において、前記光源はウルッ鉱型半導体材料による量子井戸構造の活性層領域またはウルッ鉱型半導体材料による歪み量子井戸構造の活性層領域を少なくとも有する光半導体装置であり、その閾値電流値が 1 0 O mA以下であることを特徴とする光記録装置。

2 3 . 記録媒体に光を照射するための光源と、当該光を記録媒体に集光するためのレンズ系とを少なくとも有し、当該光によつて記録媒体の一部の状態を変化させて記録を行う機能を有する光記録装置において、前記光源はウルッ鉱型半導体材料による量子井戸構造の活性層領域またはウルッ鉱型半導体材料による歪み量子井戸構造の活性層領域を少なくとも有する光半導体装置であり、その閾値電流値が 1 0 0 mA以下であることを特徴とする光記録装置。

2 4 . ウルッ鉱型半導体材料より成る量子井戸活性層領域を少なくとも有し、その量子井戸活性領域の結晶成長方向が [ 0 0 0 1 ] 軸（c軸）あるいはこれと等価な軸から 1 5 ° 以上傾斜した軸に平行であることを特徴とする半導体発光装置。

2 5 . ウルッ鉱型半導体材料より成る歪み量子井戸活性層領域を少なくとも有し、その歪み量子井戸活性層領域の結晶成長方向が [ 0 0 0 1 ] 軸（c軸）あるいはこれと等価な軸から 5 ° 以上 7 0 ° 以下の範囲で傾斜した軸に平行であることを特徴とする半導体発光装置。

2 6 . ウルヅ鉱型半導体材料より成る歪み量子井戸活性層領域を少なくとも有し、その歪み量子井戸活性層領域の結晶成長方向が [ 0 0 0 1 ] 軸（c軸）あるいはこれと等価な軸から 1 0 ° 以上 6 0 ° 以下の範囲で傾斜した軸に平行であることを特徴とする半導体発光装置。

2 7 . ウルヅ鉱型半導体材料より成る歪み量子井戸活性層領域を少なくとも有し、その歪み量子井戸活性層領域の結晶成長方向が [ 0 0 0 1 ] 軸（c軸）あるいはこれと等価な軸から 2 0 ° 以上 5 5 ° 以下の範囲で傾斜した軸に平行であることを特徴とする半導体発光装置。

2 8 . 前記量子井戸活性層領域または前記歪み量子井戸活性層領域は半導体レ一ザ共振器の一部を構成することを特徴とする請求の範囲 24、 25、 26、または 27記載の半導体発光装置。

29. 前記歪み量子井戸活性層領域は半導体レーザ共振器の一部を構成し、その半導体共振器端面が、前記歪み量子井戸活性層領域の結晶成長方向の軸および [0001] 軸（c軸）の 2軸を含む面に平行であることを特徴とする請求の範囲請求の範囲 25、 26、 27、または 28記載の半導体発光装置。

30. ウルヅ鉱型半導体材料より成る歪み量子井戸活性層を少なくとも有し、その歪み量子井戸活性層領域の結晶成長表面が（ 1, 0， — 1, N)面（N= l、 2、もしくは 3) あるいはこれと等価な面から 5° 以内の面であることを特徴とする半導体発光装置。

31. 前記量子井戸活性層領域または前記歪み量子井戸活性層領域は半導体レ一ザ共振器の一部を構成し、その半導体レーザ共振器端面が、前記量子井戸活性層領域または前記歪み量子井戸活性層領域の結晶成長方向の軸および [0001] 軸（c軸）の 2軸を含む面に平行であり、かつ（― 1 , 2 , — 1， 0) 面と等価であることを特徴とする請求の範囲 24、 25、 26、 27、 28または 30記載の半導体発光装置。

32. ウルッ鉱型半導体材料より成る歪み量子井戸活性層領域を少なくとも有し、その歪み量子井戸活性層領域の結晶成長表面が（― 1, 2， — Ι, Ν)面（N =3, 4, もしくは 5) あるいはこれと等価な面から 5 ° 以内の面であることを特徴とする半導体発光装置。

33. 前記量子井戸活性層領域または前記歪み量子井戸活性層領域は半導体レ —ザ共振器の一部を構成し、その半導体レーザ共振器端面が、前記量子井戸活性層領域または前記歪み量子井戸活性層領域の結晶成長方向の軸および [0001] 軸（c軸）の 2軸を含む面に平行であり、かつ（ 1, 0, — 1， 0) 面と等価な面であることを特徴とする請求の範囲 24、 25、 26、 27、 28または 32 項記載の半導体発光装置。

34. 少なくとも化合物半導体で構成され、第一導電型及び第二導電型の二層のクラッド層と、上記クラッド層に挟まれ且つ井戸層と該井戸層より禁制帯幅の大きい障壁層を有する量子井戸活性領域を有する半導体発光装置であって、上記量子井戸活性層領域に n型の不純物を導入し、上記 n型不純物の濃度が 5. 0X 10¹⁸cm— ³〜1. 0X 10^2Q cm— ³であることを特徴とする半導体発光装置。

35. 少なくとも化合物半導体で構成され、第一導電型及び第二導電型の二層のクラッド層と、上記クラッド層に挟まれ且つ井戸層と該井戸層より禁制帯幅の大きい障壁層を有する量子井戸活性領域を有する半導体発光装置であって、上記量子井戸活性層領域に n型の不純物を導入し、上記 n型不純物の濃度が 1. 5 X 10¹⁹cm— ³〜5. 0X 10¹⁹ cm— ³であることを特徴とする半導体発光装置。

36. 上記 n型不純物が、上記量子井戸活性領域の障壁層だけに導入されていることを特徴とする請求の範囲 34又は 35に記載の半導体発光装置。

37. 上記化合物半導体がウルッ鉱型半導体材料であることを特徴とする請求の範囲 34乃至 36のいずれかに記載の半導体発光装置。

38. 少なくとも化合物半導体で構成され、第一導電型及び第二導電型の二層のクラッド層と、上記クラッド層に挟まれ且つ井戸層と該井戸層より禁制帯幅の大きい障壁層を有する量子井戸活性層領域を有する半導体発光装置であって、上記量子井戸活性領域はウルッ鉱型の結晶構造をもち、上記量子井戸活性領域の面方位が（0001) 面から 70度〜 90度傾斜した面から 5度以内のずれを有する面、あるいはこれと等価な面であることを特徴とする半導体発光装置。

39. 上記量子井戸活性領域の面方位が（0001) 面から 70度〜 90度傾斜した面、該傾斜面から 5度以内のずれを有する面、またはこれと等価な面であることを特徴とする請求の範囲 34乃至 37のいずれかに記載の半導体発光装置。

40. 上記量子井戸活性領域の面方位が、（ 1 , 0，一 1 , 0 ) 面から 5度以内のずれを有する面、あるいはこれと等価な面であることを特徵とする請求の範囲 3 8又は請求の範囲 39に記載の半導体発光装置。

41. 上記量子井戸活性層の面方位が、（ 1 , 1 ,一 2， 0 ) 面から 5度以内のずれを有する面、あるいはこれと等価な面であることを特徴とする請求の範囲 38 又は請求の範囲 39に記載の半導体発光装置。

42. 請求の範囲 38乃至 41のいずれかに記載の半導体発光装置において、上記量子井戸活性領域の井戸層の格子定数 aおよび cが、それぞれ、二軸性応力の無い状態での格子定数 a。および c。より小さく、 e _a= ( a - a ₀) / a

e _c= (c - c ₀) /c

であらわされる歪量が

e_c≤l- i x e_a

の関係を満たすことを特徴とする半導体発光装置。

43. 請求の範囲 38乃至 42のいずれかに記載の半導体発光装置において、前記量子井戸活性層領域が半導体レーザ共振器の一部を構成することを特徴とする半導体発光装置。

44. 請求の範囲 38乃至 42のいずれかに記載の半導体発光装置において、前記量子井戸活性層領域が半導体レーザ共振器の一部を構成し、その半導体レーザ共振器端面が、前記量子井戸活性層領域の結晶成長方向の軸および [000 1] 軸の 2軸を含む平面に垂直であることを特徴とする半導体発光装置。

45. 請求の範囲 38乃至 42のいずれかに記載の半導体発光装置において、前記量子井戸活性層領域が半導体レーザ共振器の一部を構成し、その半導体レーザ共振器端面が前記量子井戸活性層面と平行であることを特徴とする半導体発光

46. 少なくとも化合物半導体で構成され、第一導電型及び第二導電型の二層のクラッド層と、上記クラッド層に挟まれ且つ井戸層と該井戸層より禁制帯幅の大きい障壁層を有する量子井戸活性層領域を有する半導体発光装置であって、上記量子井戸活性領域はウルッ鉱型の結晶構造をもち、上記量子井戸活性領域の面方位が（0001) 面から 10度〜 70度傾斜した面から 5度以内のずれを有する面、あるいはこれと等価な面であることを特徴とする半導体発光装置。

47. 上記量子井戸活性領域の面方位が（0001) 面から 1 0度〜 70度傾斜した面、該傾斜面から 5度以内のずれを有する面、またはこれと等価な面であることを特徴とする請求の範囲 34乃至 36のいずれかに記載の半導体発光装置。

48. 上記量子井戸活性領域の面方位が、（1， 0,— 1, 0 面（1^= 1、 2、もしくは 3) から 5度以内のずれを有する面、あるいはこれと等価な面であることを特徴とする請求の範囲 46又は請求の範囲 47に記載の半導体発光装置。

49. 上記量子井戸活性層の面方位が、（1, 2, - 1，）面（ =3、 4、もしくは 5) から 5度以内のずれを有する面、あるいはこれと等価な面であることを特徴とする請求の範囲 46又は請求の範囲 47に記載の半導体発光装置。

50. 請求の範囲 46乃至 49のいずれかに記載の半導体発光装置において、上記量子井戸活性領域の井戸層の格子定数 aおよび cが、それぞれ、二軸性応力の無い状態での格子定数 a。および c。より小さく、

e _a= ( a _ a。) / a

e _c= (c - c ₀) /c

であらわされる歪量が

e_c〉l. 1 xe_a

の関係を満たすことを特徴とする半導体発光装置。

51. 請求の範囲 46乃至 50のいずれかに記載の半導体発光装置において、前記量子井戸活性層領域が半導体レーザ共振器の一部を構成することを特徴とする半導体発光装置。

52. 請求の範囲 46乃至 50のいずれかに記載の半導体発光装置において、前記量子井戸活性層領域が半導体レーザ共振器の一部を構成し、その半導体レーザ共振器端面が、前記量子井戸活性層領域の結晶成長方向の軸および [0001] 軸の 2軸を含む面に平行であることを特徴とする半導体発光装置。

53. 請求の範囲 45乃至 49のいずれかに記載の半導体発光装置において、前記量子井戸活性層領域が半導体レーザ共振器の一部を構成し、その半導体レーザ共振器端面が前記量子井戸活性層面と平行であることを特徴とする半導体発光

54. 請求の範囲 34乃至 53のいずれかに記載の半導体発光装置において、上記量子井戸活性領域が A 1 _xGa_y I _{n i}— _x__yN (0≤x≤l, 0≤y≤l、 0 ≤x + y≤l) で構成されていることを特徴とする半導体発光装置。

55. 請求の範囲 34乃至 54のいずれかに記載の半導体発光装置において、上記第一導電型および第 2導電型クラッ'ド層と上記量子井戸活性層のバンドギヤップエネルギーの差が 0.35 eVより大きいことを特徴とする半導体発光装置。

56：請求の範囲 34乃至 55のいずれかに記載の半導体発光装置において、発振波長が 350 nm〜550 nmであることを特徴とする半導体発光装置。

57. 記録媒体に光を照射する光源と、記録媒体べ集光する為の光学系とを少なくとも有し、当該記録媒体の一部の状態を変化させて記録を行なう機能を有する光情報処理装置であって、前記光源は 350 nmより 550 nmの波長範囲を有し且つこの光源の閾電流密度が 2. 2KA/cm²以下であり、前記記録媒体の記録密度が 15 GB以上を有することを特徴とする光情報処理装置。

58. 記録媒体に光を照射する光源と、記録媒体へ集光する為の光学系とを少なくとも有し、当該記録媒体の一部の状態を変化させて記録を行なう機能を有する光情報処理装置であって、前記光源は 350 nmより 550 nmの波長範囲を有し且つ 10 mA以下のしきい電流を有する半導体レーザ装置であることを特徴とする光情報処理装置。