JP2000031591A

JP2000031591A - 半導体発光素子

Info

Publication number: JP2000031591A
Application number: JP19336698A
Authority: JP
Inventors: Shinji Saito; 藤真司斎; Hidetoshi Fujimoto; 本英俊藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1998-07-08
Filing date: 1998-07-08
Publication date: 2000-01-28

Abstract

(57)【要約】【課題】光のしみ出しを防止することにより電気特性
や光学特性を改善するとともに、サファイアなどの基板
上に良質な混晶層を成長させ、高性能の半導体発光素子
を提供することを目的とする。【解決手段】基板側のクラッド層をＡｌＧａＮ／Ｇａ
Ｎなどの超格子とし、かつそれより基板側にはＧａＮな
どの高屈折率材料を設けず、電流の活性層への注入を電
極下の乱雑層と超格子にした２次元電子ガスによる横輸
送とで行うことにより解決する。さらに、基板上に成長
される窒化物半導体の層構造全体を薄膜の積層構造とす
ることにより、格子不整に起因する歪は緩和され、結晶
欠陥を生ずることなく、比較的厚い混晶膜を形成するこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体発光素子に関
し、特に、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＧａ
ＡｌＮなどの窒化物半導体からなる半導体発光素子に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、家庭電化製品、ＯＡ機器、通信機
器、工業計測器などさまざまな分野で半導体レーザが用
いられている。中でも多くの分野で用いられることにな
るであろうと予想される高密度光ディスク記録等への応
用を目的として短波長の半導体レーザの開発が注力され
ている。現在は、主として赤色半導体レーザが用いられ
ており、それまでの赤外半導体レーザに比べ記録密度が
向上した。また、赤色半導体レーザよりさらに記録密度
を向上する光源としては、ＺｎＳｅ系半導体を用いたレ
ーザも考えられる。しかし、ＺｎＳｅ系半導体レーザ
は、その発振波長を４６０ｎｍ以下とすることが原理的
に困難であり、信頼性の面でも問題がある。これに対し
て、ＧａＮなどの窒化物半導体（Ｂ_xＩｎ_yＡｌ_zＧａ
_(1-x-y-z)Ｎ）を用いたものが実現されつつある。この
材料系はほぼすべての混晶比において直接遷移型のバン
ド構造を有していることが予測されるため、高い発光効
率が得られることが期待されている。中でも半導体レー
ザは、その発振波長の短さゆえに高密度の情報処理用の
光源としての応用が期待されている。

【０００３】なお、本願において「窒化物半導体」と
は、Ｂ_xＩｎ_yＡｌ_zＧａ_(1-x-y-z)Ｎ（Ｏ≦ｘ≦１、Ｏ≦
ｙ≦１、Ｏ≦ｚ≦１）なる組成式で表現されるすべての
組成のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を含み、さらに、Ｖ族
元素としては、Ｎに加えてリン（Ｐ）や砒素（Ａｓ）な
どを含有する混晶も含むものとする。

【０００４】窒化物半導体を用いた半導体発光素子は、
３５０ｎｍ以下までの短波長化が可能で、４００ｎｍで
のレーザ発振動作が報告されている。信頼性に関しても
ＬＥＤ（light emitting diode）において１万時間以上
の信頼性が確認されている。このように、窒化物半導体
は材料的に次世代の光ディスク記録用光源として必要な
条件を満たす優れた特性を持つ材料である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、窒化物半導
体を用いた発光素子は、サファイヤ基板や炭化珪素（Ｓ
ｉＣ）基板の上に形成されることが多い。しかし、これ
らの基板を用いることに起因して、以下に説明する種々
の問題があった。

【０００６】まず、電気的にみると、サファイア基板は
絶縁性を有し、また、炭化珪素基板も導電性は十分に高
くなく窒化物半導体との間で形成されるバンド障壁も高
い。このために、基板上にｎ型層コンタクト層、活性
層、ｐ型層をエピタキシャル成長した後に、これらの一
部を除去し、ｎ型コンタクト層の一部を露出してｎ側電
極を形成する必要がある。このような構造においては、
ｎ側電極から注入された電流を、ｎ型コンタクト層の内
部において横方向に活性層直下まで流さなければならな
い。そのために、ｎ型コンタクト層の材料としては、導
電性の良好な材料を用いる必要があり、従来は、ｎ型Ｇ
ａＮが用いられていた。

【０００７】しかし、ＧａＮ層はクラッド層として用い
られるＡｌＧａＮと比較して屈折率が大きいので、活性
層からみてＡｌＧａＮクラッド層よりも外側にＧａＮコ
ンタクト層を形成すると、光が外に染み出しやすくな
る。これにより、光の閉じこめ効果が低減してしきい値
電流が上昇したり、温度特性が劣化するという問題があ
った。また、光がｎ型ＧａＮコンタクト層に染み出すこ
とにより遠視野像が双峰性となり、光学特性が悪化する
という問題があった。特に、光ディスク用光源として用
いるためには、レーザ光を微小なスポットに収束しなけ
ればならず、均一でシャープな遠視野像が必要とされて
いる。

【０００８】一方、サファイアや炭化珪素が成長用の基
板として用いられる理由は、窒化物半導体と同じ六方晶
型の結晶構造を有することや、他の基板材料と比べて成
長面内の格子定数が窒化物半導体と近い値をとることか
らである。しかしながら、これらの基板材料を用いて
も、例えばサファイアでは１６％、ＳｉＣでは３％程度
の格子不整合が存在する。この格子不整合の量は他の半
導体系と比べて大きなものであり、ＧａＮなどの結晶に
１０⁸／ｃｍ² 以上の欠陥が生じる原因となっている。
また、これらの基板材料と窒化物半導体との間では、熱
膨張係数にも差異があり、膜厚数μｍ程度の厚い膜を成
長しようとした場合には、成長層にクラックや穴（ピッ
ト）が生ずるという問題があった。この問題は、特に、
３元以上の窒化物半導体の混晶を成長する場合に顕著で
あり、厚い膜を成長することは極めて困難であった。

【０００９】これは窒化物半導体の発光素子を形成する
ためには解決しなければならない本質的な課題である。
特に、電流と光とを活性層近傍に閉じ込めなければなら
ない半導体レーザにおいては、高性能を実現するために
所望の物性定数関係を呈する構造を形成する必要があ
り、解決が必要とされる課題であった。

【００１０】本発明はかかる課題の認識に基づいてなさ
れたものである。すなわち、その目的は、光の染み出し
を防止することにより電気特性や光学特性を改善すると
ともに、サファイアなどの基板上に良質な混晶層を成長
させ、高性能の半導体発光素子を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の半導
体発光素子は、窒化物半導体からなるバリア層と窒化物
半導体からなるウエル層とを交互に積層してなる超格子
層であって、その主面に第１の領域と第２の領域とを備
えた超格子層と、前記第１の領域の上に設けられ、前記
超格子層の平均屈折率よりも大きい平均屈折率を有する
窒化物半導体層と、前記第２の領域の上に設けられた電
極と、前記ウエル層の側面と前記電極とを接続する接続
手段と、を備えたことを特徴とする。

【００１２】より具体的には、本発明の半導体発光素子
は、窒化物半導体からなるバリア層と窒化物半導体から
なるウエル層とを交互に積層してなる超格子からなるコ
ンタクト層と、前記コンタクト層の第１の部分の主面上
に選択的に設けられ窒化物半導体からなるクラッド層
と、前記クラッド層の上に設けられ窒化物半導体からな
る活性層と、前記コンタクト層の第２の部分の主面上に
選択的に設けられた電極と、を備え、前記超格子の平均
のバンドギャップは前記クラッド層の平均のバンドギャ
ップよりも大きく、前記コンタクト層の前記第２の部分
は、前記超格子の前記ウエル層の側面に対して前記電極
を接続する接続手段をさらに有することを特徴とする。
この特徴により、クラッド層から外側への光の染み出し
を抑制して良好な遠視野像、しきい値特性、高周波特性
などを得ることができる。

【００１３】ここで、前記接続手段は、前記第２の部分
において前記超格子が無秩序化されてなる乱雑化領域で
あることを特徴とし、例えば、シリコンなどの不純物を
イオン注入することにより形成することができる。

【００１４】または、前記接続手段は、前記第２の部分
において前記ウエル層の側面が露出して前記電極と接触
するように前記コンタクト層の主面上に設けられた凹部
であり、例えば、トレンチ構造としたり、コンタクト層
の主面を斜めに切断したものとして構成することができ
る。

【００１５】具体的には、例えば、前記超格子をＧａＮ
ウエル層とＡｌＧａＮバリア層により構成し、ウエル層
に形成される２次元電子ガスを利用してキャリアを注入
することができる。

【００１６】一方、本発明の半導体発光素子は、窒化物
半導体からなる複数の薄膜を積層してなる半導体発光素
子であって、前記複数の薄膜の膜厚はいずれも３０ｎｍ
以下であることを特徴とし、基板との格子定数の違いに
起因する結晶欠陥を低減し、電気特性、光学特性及び信
頼特性を改善することができるようになる。

【００１７】

【発明の実施の形態】本発明によれば、サファイヤ基板
側のクラッド層をＡｌＧａＮ／ＧａＮなどの超格子と
し、かつそれより基板側にはＧａＮなどの高屈折率材料
を設けず、電流の活性層への注入を電極下の乱雑層と超
格子にした２次元電子ガスによる横輸送とで行うことに
より解決する。

【００１８】さらに、本発明によれば、基板上に成長さ
れる窒化物半導体の層構造全体を薄膜の積層構造とする
ことにより、格子不整に起因する歪は緩和され、結晶欠
陥を生ずることなく、比較的厚い混晶膜を形成すること
ができる。

【００１９】以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形
態について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形
態に係わる青色半導体レーザ装置の概略構成を表す断面
図である。同図において、１００はサファイヤ基板、１
０１はｎ型ＡｌＮバッファー層（Ｓｉドープ、キャリア
濃度３〜５×１０¹⁸ｃｍ^-3、膜厚１００ｎｍ）であり、
１０２はｎ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子層（ＧａＮ層：
アンドープ、４０ｎｍ、ＡｌＧａＮ層：Ｓｉドープ、３
〜５×１０¹⁸ｃｍ^-3、４０ｎｍ、全膜厚０．８μｍ）、
１０３はＧａＮガイド層（Ｓｉドープ、５×１０¹⁸ｃｍ
^-3、０．１μｍ）、１０４はＩｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ／Ｉｎ
_0.03Ｇａ_0.97Ｎからなる３周期のＭＱＷ（multiple qua
ntum well：多重量子井戸）活性層（アンドープ、３ｎ
ｍ）、１０５はＧａＮガイド層（アンドープ、０．１μ
ｍ）、１０６はｐ型Ａｌ_0.07Ｇａ_0.93Ｎクラッド層（Ｍ
ｇドープ、５×１０¹⁸ｃｍ^-3、０．８μｍ）、１０７は
ｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ電流狭窄層（Ｓｉドープ、５×１
０¹⁸ｃｍ^-3、０．１μｍ）、１０８はｐ型ＧａＮコンタ
クト層（Ｍｇドープ、３×１０²⁰ｃｍ^-3、０．０１μ
ｍ）、１０９はｐ側電極、１１０はｎ側電極、１１１は
イオン打ち込みにより超格子を混晶化した領域である。
ここで、混晶化した領域１１１は、イオン打ち込み後の
不純物濃度が最大で１×１０²⁰ｃｍ^-3程度となるように
打ち込んだ。

【００２０】また、超格子層１０２は、その基板側にお
いてｎ型コンタクト層として作用する層１０２ａと、活
性層側においてｎ型クラッド層として作用する層１０２
ｂとを有する。これらの層１０２ａ、１０２ｂは、本実
施形態においては、同一の超格子構造を有する。

【００２１】結晶成長は、例えばＭＯＣＶＤ（metal-or
ganic chemical vapor deposition）法によって行うこ
とができる。その製造工程について概説すれば、まず、
はじめにｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ電流狭窄層１０７まで成
長する。成長が終了した後、成長室よりウェーハを取り
出し、電流狭窄層１０７の上にマスクを形成し、ｐ型Ａ
ｌ_0.07Ｇａ_0.93Ｎクラッド層１０６が露出するまでエッ
チングを行う。その後、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０８
を再成長する。さらに、ｐ型コンタクト層１０８の上に
ｐ側電極１０９を形成する。次に、ｐ側電極の部分をマ
スキングしてｎ型超格子層１０２が露出するまでドライ
エッチングしてメサ形状を形成する。さらに、メサの底
部のｎ側電極を形成する部分には、シリコン（Ｓｉ）を
打ち込むことにより超格子構造を無秩序化し、同時に不
純物濃度を増加させる。マスクを除去し、メサの側面な
どリーク電流が流れやすい部分には図示しないＳｉＯ₂
膜を付け、ｎ側電極１１０を形成する。

【００２２】なお、ｎ型層の無秩序化を行うさいには、
シリコンの代わりにインジウム（Ｉｎ）やゲルマニウム
（Ｇｅ）を打ち込んでも良く、また、電子ビームを高エ
ネルギ（加速電圧３０ｋｅＶ程度）で照射したり、表面
にシリコンなどを堆積した後に結晶中に熱拡散させて無
秩序化を行うこともできる。

【００２３】このように形成した半導体レーザ素子を動
作させたところ、しきい値７０ｍＡで室温連続発振し
た。その発振波長は４１０ｎｍであり、動作電圧は３．
１Ｖであった。

【００２４】図３は、前述した本実施形態の半導体レー
ザの遠視野像を比較例とともに表すグラフ図である。す
なわち、同図（ａ）は本実施形態の半導体レーザの遠視
野像を表し、同図（ｂ）はｎ型ＧａＮコンタクト層を用
いた従来の半導体レーザの遠視野像を表す。ここで、同
図の横軸は半導体レーザの基板側から上に向かう方向を
表し、縦軸はその方向に沿って測定した遠視野パターン
の光強度を表す。

【００２５】従来の半導体レーザにおいては、ｎ型Ｇａ
Ｎ層に光が染み出すために、同図（ｂ）に示したように
遠視野パターンが双峰性となっていた。これに対して、
本発明によれば、活性層から基板に向って屈折率が低く
なる構造であるので、これまでＧａＮコンタクト層に漏
れていた光の染み出しを解消することにより遠視野像が
単峰性となり、光ディスクの書き込みや読み出し用の光
源などとして用いるのに好適である。

【００２６】また、本発明によれば、ｎ型コンタクト層
での容量成分が減ったのでレーザの高周波特性が向上し
た。図４は、半導体レーザの変調特性を表すグラフ図で
ある。すなわち、同図は、直接変調法により半導体レー
ザの駆動電流に変調をかけて、その光出力を測定したも
のである。また、同図においても、ｎ型ＧａＮコンタク
ト層を用いた従来の半導体レーザの変調特性を併せて示
した。いずれの半導体レーザにおいても、変調周波数を
増加すると光強度のピーキングが生じ、さらに周波数を
増加すると変調光強度は急激に低下する。ここで、変調
光強度が−３ｄＢに低下した周波数を遮断周波数とする
と、従来の半導体レーザ素子の遮断周波数は約４ＧＨｚ
であるのに対して、本発明のレーザ素子の遮断周波数は
約４０ＧＨｚ以上と極めて高いことが分かる。

【００２７】このように高周波特性が改善した理由は、
ｎ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子層１０２のうちのコンタ
クト層に該当する層１０２ａにおいて、ＧａＮ層中に２
次元電子ガス（２-dimensional electron gas）が形成
されているために電気伝導性が極めて高く、また、金属
的な状態を反映してこの層の静電容量が減少したためで
あると考えられる。また、ｎ側電極の直下にシリコン打
ち込み領域を設けたことにより、ｎ側電極から超格子の
２次元電子ガス領域に電子を円滑に供給することができ
ることも寄与していると考えられる。すなわち、本発明
によれば、半導体発光素子の周波数特性が顕著に改善さ
れ、従来よりもはるかに高速な変調を実現することがで
きる。なお、図１においては、シリコン打ち込み領域１
１１を設けることにより、超格子からなる層１０２ａに
形成される２次元電子ガスに電子を供給する構造を例示
したが、これ以外にも、例えば、図６に関して後述する
ように超格子層を斜めに切断してその切断面にｎ側電極
１１０を形成しても良い。さらに、図１０〜図１２に関
して後述するように、超格子に凹部を設けて電極を形成
するトレンチ構造を採用しても良い。

【００２８】ここで、本発明の超格子層１０２ａにおい
て２次元電子ガスを有効に発生させるためには、ＡｌＧ
ａＮバリア層に選択的にｎ型ドーパントをドーピングす
ることが望ましい。すなわち、ＧａＮウエル層には不純
物をドーピングしないことにより、ウエル層中のイオン
化不純物の濃度を抑制し、電子のイオン化不純物散乱を
防いで２次元電子ガスの移動度を上昇させることができ
る。

【００２９】さらに、各層の内部において界面のドーピ
ング濃度が低くするデルタ変調ドープを行うことによっ
てさらに移動度の高い層を形成することがと可能とな
る。

【００３０】一方、超格子層１０２を高濃度化したい場
合には、ＧａＮウエル層に高い濃度でｎ型不純物をドー
ピングしても良い。ＧａＮは不純物のイオン化率が高い
ために、高い濃度のｎ型を得ることができるからであ
る。

【００３１】さらに、超格子層１０２のうちで、本来の
クラッド層としての役割を有する活性層に近い部分１０
２ｂと、ｎ側電極が形成され電流が層内を横方向に流れ
る本来のコンタクト層としての役割を有する基板側の部
分１０２ａとにおいて、それぞれ別の条件でドーピング
を施しても良い。例えば、基板側の部分においては、２
次元電子ガスが有効に作用するように、バリア層に選択
的にドーピングを施し、活性層側の部分においては、高
いキャリア濃度が得られるようにウエル層に高い濃度に
ドーピングしても良い。

【００３２】一方、本発明によれば、レーザ素子の寿命
も改善される。図５は、レーザ素子の寿命特性を表すグ
ラフ図である。すなわち、同図の横軸は動作時間を表
し、同図の縦軸は動作電流を表す。また、同図において
も、ｎ型ＧａＮコンタクト層を用いた従来の半導体レー
ザの寿命特性を併せて示した。

【００３３】本発明のレーザ素子は、従来の素子と比較
して初期の動作電流が低く、また、寿命も１０倍以上も
伸びて、極めて良好な寿命特性を有することがわかる。
この理由は、本発明によれば、活性層と基板との間に超
格子層１０２が設けられているために、活性層１０４の
結晶性が改善され、転位密度を低下するとともに転位の
増殖を抑えることができるからであると考えられる。ま
た、発光効率も２倍以上改善した。

【００３４】次に、本発明の第２の実施の形態について
説明する。図２は、本発明の第２の実施の形態に係わる
青色半導体レーザ装置の概略構成を表す概略構成図であ
る。同図の半導体レーザ装置は、図１に例示した半導体
レーザと類似した構成を有するが、電流狭窄層１０６が
活性層１０４とｐ型クラッド層１０７との間に設けられ
ている点が異なる。

【００３５】すなわち、同図において、１００はサファ
イヤ基板、１０１はｎ型ＡｌＮバッファー層（Ｓｉドー
プ、キャリア濃度３〜５×１０¹⁸ｃｍ^-3、膜厚１００ｎ
ｍ）であり、１０２はｎ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子層
（ＧａＮ層：アンドープ、４０ｎｍ、ＡｌＧａＮ層：Ｓ
ｉドープ、３〜５×１０¹⁸ｃｍ^-3、４０ｎｍ、全膜厚
０．８μｍ）、１０３はＧａＮガイド層（Ｓｉドープ、
５×１０¹⁸ｃｍ^-3、０．１μｍ）、１０４はＩｎ_0.2Ｇ
ａ_0.8Ｎ／Ｉｎ_0.03Ｇａ_0.97Ｎからなる３周期のＭＱＷ
（multiple quantum well：多重量子井戸）活性層（ア
ンドープ、３ｎｍ）、１０５はＧａＮガイド層（アンド
ープ、０．１μｍ）、１０６はｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ電
流狭窄層（Ｓｉドープ、５×１０¹⁸ｃｍ^-3、０．１μ
ｍ）、１０７はｐ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子クラッド
層（ＧａＮ層：アンドープ、４０ｎｍ、ＡｌＧａＮ層：
Ｍｇドープ、３〜５×１０¹⁸ｃｍ^-3、４０ｎｍ、全膜厚
０．８μｍ）、１０８はｐ型ＧａＮコンタクト層（Ｍｇ
ドープ、３×１０²⁰ｃｍ^-3、０．０１μｍ）、１０９は
ｐ側電極、１１０はｎ側電極、１１１はイオン打ち込み
（打ち込み後の不純物濃度が最大で１×１０²⁰ｃｍ^-3程
度となるように打ち込んだ）により混晶化した領域であ
る。

【００３６】また、超格子層１０２は、その基板側にお
いてｎ型コンタクト層として作用する層１０２ａと、活
性層側においてｎ型クラッド層として作用する層１０２
ｂとを有する。これらの層１０２ａ、１０２ｂは、本実
施形態においても、同一の超格子構造を有する。

【００３７】半導体層の結晶成長は、ＭＯＣＶＤ法によ
り行っている。はじめに電流狭窄層１０６まで成長す
る。その後、成長室よりウェーハを取り出し、電流狭窄
層１０６の上の一部にマスクを形成し、ガイド層１０５
が露出するまでエッチングを行う。その後、クラッド層
１０７とコンタクト層１０８を再成長する。ｐ側電極を
コンタクト層１０８の上に堆積してマスキングを施した
後に、超格子クラッド層１０２の一部が露出するまでド
ライエッチングでメサ状に加工する。さらに、ｎ側電極
１１０を形成する部分にはシリコンを打ち込み超格子を
無秩序化するとともに不純物濃度を増加させる。次に、
マスクを除去してメサの側面などリーク電流が生じやす
い部分には図示しないＳｉＯ₂膜を堆積し、電極を形成
する。

【００３８】本実施形態においても第１実施形態に関し
て前述したものと同様な効果を得ることができる。すな
わち、図３〜図５に関して前述したような各種の効果を
同様に得ることができる。

【００３９】具体的には、このようにして形成した半導
体レーザを動作させたところ、しきい値７０ｍＡで室温
連続発振した。その発振波長は４１０ｎｍで、動作電圧
は３．０Ｖであった。本実施形態によれば、ｐ型クラッ
ド層１０７よりも活性層側に電流狭窄層１０６が設けら
れているために、電流狭窄効果が顕著となり動作電圧を
さらに低減することができる。また、電流狭窄層の屈折
率がクラッド層よりも低いので水平横モードの基本モー
ドが安定し、光ディスクの書き込みや読み出しに用いる
のに好適である。

【００４０】次に、本発明の第３の実施の形態について
説明する。図６は、本発明の第３の実施の形態に係わる
青色半導体レーザ装置の概略構成を表す概略構成図であ
る。同図の半導体レーザ装置は、図１に例示した半導体
レーザと類似した構成を有するが、ｎ型クラッド層を単
層とし、ｎ型コンタクト層のみを超格子構造とした点が
異なる。また、ｎ側電極２１１の接続形態も異なる。

【００４１】すなわち、同図において、２００はサファ
イヤ基板、２０１はｎ型ＡｌＮバッファー層、２０２は
ｎ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子コンタクト層、２０３は
ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、２０４はＧａＮガイド層、
２０５は活性層、２０６はＧａＮガイド層、２０７はｐ
型ＡｌＧａＮクラッド層、２０８はｎ型ＡｌＧａＮ電流
狭窄層、２０９はｐ型ＧａＮコンタクト層、２１０はｐ
側電極、２１１はｎ側電極である。各層の組成やキャリ
ア濃度あるいは膜厚などに関する詳細は、前述した第１
実施形態と概略同様とすることができるのでここでは省
略する。

【００４２】ここで、本実施形態においては、ｎ型クラ
ッド層２０３は単層であり、ｎ型コンタクト層２０２の
みが超格子構造とされている。また、超格子コンタクト
層２０２の電極コンタクト面は、斜めに切断され、その
切断面にｎ側電極２１１が形成されている。このように
しても、ウエル層に形成される２次元電子ガスの領域に
電子を円滑に供給することができる。また、このような
斜めの切断面にシリコンなどのｎ型不純物を打ち込ん
で、その表面のキャリア濃度をさらに増加させても良
い。

【００４３】本実施形態においても、第１実施形態に関
して前述した種々の効果を同様に得ることができる。こ
こで、活性層２０５からの光の染み出しを効果的に抑制
するためには、超格子コンタクト層２０２の平均アルミ
ニウム組成をｎ型クラッド層２０３の平均アルミニウム
組成よりも高く設定することが望ましい。このようにす
れば、コンタクト層２０２の平均屈折率がクラッド層２
０３の平均屈折率よりも低くなり、活性層２０５からの
光の染み出しを効果的に抑制することができる。

【００４４】次に、本発明の第４の実施の形態について
説明する。図７は、本発明の第４の実施の形態に係わる
青色半導体レーザ装置の概略構成を表す断面図である。
本実施形態の半導体レーザは、図１に例示した第１実施
形態のものと類似する構造を有するが、基板として炭化
珪素（ＳｉＣ）を用いた点が異なる。

【００４５】すなわち、同図において３００はＳｉＣ基
板、３０１はＡｌＮバッファ層（３〜５×１０¹⁸ｃ
ｍ^-3）、３０２は、ｎ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ｎ／ＧａＮ超格
子層（ＧａＮ層：アンドープ、４０ｎｍ、ＡｌＧａＮ
層：Ｓｉドープ、３〜５×１０¹⁸ｃｍ^-3、４０ｎｍ、全
膜厚０．８μｍ）、３０３はＧａＮ光閉じ込め層（アン
ドープ、０．１μｍ）、３０４は３周期のＩｎ_0.2Ｇａ
_0.8Ｎウエル／ＧａＮバリアからなるＭＱＷ活性層（ア
ンドープ、井戸層２ｎｍ、障壁層４ｎｍ）、３０５はＧ
ａＮ光閉じ込め層（アンドープ、０．１μｍ）、３０６
はｐ型Ａｌ_0.03Ｇａ_0.97Ｎクラッド層（Ｍｇドープ、１
×１０¹⁸ｃｍ^-3、Ｓｉドープ、１×１０¹⁷ｃｍ^-3、０．
８μｍ）、３０７はｐ型ＧａＮコンタクト層（Ｍｇドー
プ、３×１０¹⁹ｃｍ^-3）、３０８はｎ型ＧａＮコンタク
ト層（Ｓｉドープ、１×１０¹⁷ｃｍ^-3、０．０１μ
ｍ）、３０９はｐ側電極、３１０はｎ側電極である。ま
た、３１１はＳｉＯ₂リーク防止層、３１２はイオン打
ち込み（打ち込み後の不純物濃度が最大で１×１０²⁰ｃ
ｍ^-3程度となるように打ち込んだ）により混晶化した領
域である。なお、本実施形態の発光素子においても、超
格子層３０２は、基板側においてコンタクト層として作
用する層部分と、活性層側においてクラッド層として作
用する層部分とを有する。

【００４６】結晶成長はＭＯＣＶＤ法により行うことが
できる。本実施形態の発光素子の製造方法は、第１実施
形態に関して前述したものと概略同様とすることができ
るので、その詳細な説明は省略する。

【００４７】本実施形態の半導体レーザは、しきい値７
０ｍＡで室温連続発振した。その発振波長は４１０ｎｍ
であり、動作電極は２．９Ｖであった。従来、ＳｉＣ基
板を用いて形成し、基板の裏面側にｎ側電極を設けた発
光素子においては、ＳｉＣ基板とエピタキシャル層との
ヘテロ障壁が大きく、動作電圧が大きいという問題があ
った。また、コンタクト層としてｎ型ＧａＮを用いた横
電流注入型の構造では、ｎ型ＧａＮ層の静電容量が大き
く、変調特性が良くなかった。

【００４８】これに対して、本実施形態によれば、動作
電圧が低く、さらに、第１実施形態に関して前述したよ
うに、コンタクト層の部分での容量成分が減ったのでレ
ーザの高周波特性が向上する。具体的には、従来は３Ｇ
Ｈｚ程度であった遮断周波数が２０ＧＨｚまで向上し
た。また、素子の寿命についても、活性層と基板との間
に超格子を設けたことにより活性層の結晶性が良くな
り、転位密度の低下と転位の増殖も抑えることが可能と
なり、従来の素子に比べ良好で１０倍以上伸びた。ま
た、発光効率も２倍以上改善した。

【００４９】また、良好な遠視野像が得られる点も前述
した通りである。つまり、超格子層３０２の平均屈折率
は、光閉じ込め層３０３や活性層３０４の平均屈折率よ
りも低くなるように構成されている。このようにすれ
ば、活性層３０４からの光の浸みだしが解消され、良好
な遠視野像を得ることができる。

【００５０】次に、本発明の第５の実施の形態について
説明する。図８は、本発明の第５の実施の形態に係わる
青色半導体レーザ装置の概略構成を表す断面図である。
本実施形態の半導体レーザも、図１に例示した第１実施
形態のものと類似する構造を有するが、基板としてシリ
コン（Ｓｉ）を用いた点が異なる。すなわち、同図にお
いて、４００はＳｉ基板、４０１はＧａＰバッファ層
（３〜５×１０¹⁸ｃｍ^-3）、４０２はｎ型Ａｌ_0.5Ｇａ
_0.5Ｎ／ＧａＮ超格子層（ＧａＮ層：アンドープ、４０
ｎｍ、ＡｌＧａＮ層：Ｓｉドープ、３〜５×１０¹⁸ｃｍ
^-3、４０ｎｍ、全膜厚０．８μｍ）、４０３はＧａＮ光
閉じ込め層（アンドープ、０．１μｍ）、４０４は３周
期のＩｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎウエル／ＧａＮバリアからなるＭ
ＱＷ活性層（アンドープ、井戸層２ｎｍ、障壁層４ｎ
ｍ）、４０５はＧａＮ光閉じ込め層（アンドープ、０．
１μｍ）、４０６はｐ型Ａｌ_0.03Ｇａ_0.97Ｎクラッド層
（Ｍｇドープ、１×１０¹⁸ｃｍ^-3、Ｓｉドープ、１×１
０¹⁷ｃｍ^-3、０．８μｍ）、４０７はｐ型ＧａＮコンタ
クト層（Ｍｇドープ、３×１０¹⁹ｃｍ^-3）、４０８はｎ
型ＧａＮコンタクト層（Ｓｉドープ、１×１０¹⁷ｃ
ｍ^-3、０．０１μｍ）、４０９は高抵抗ＡｌＧａＮクラ
ッド層、４１０はｎ側電極、４１１はｐ側電極、４１２
はイオン打ち込みを行い混晶化した領域である。なお、
本実施形態の発光素子においても、超格子層４０２は、
基板側においてコンタクト層として作用する層部分と、
活性層側においてクラッド層として作用する層部分とを
有する。

【００５１】結晶成長は、例えばＭＯＣＶＤ法によって
行うことができる。すなわち、ｐ型ＧａＮコンタクト層
４０７までを成長した後に、ｐ側電極４１１を形成する
部分にマスクを形成し、超格子層４０２が露出するまで
エッチングを行う。この後、ｎ側電極４１０を形成する
部分をマスクで覆い、高抵抗ＡｌＧａＮ層４０９を再成
長する。その後、ｎ側電極を形成する部分の超格子クラ
ッド層にシリコンをイオン打ち込みして（打ち込み後の
不純物濃度が最大で１×１０²⁰ｃｍ^-3程度となるように
打ち込んだ）、不純物をドープし超格子が混晶化された
領域４１２を形成する。そしてｎ側電極４１０及びｐ側
電極４１１を形成して図８のような構造が完成する。

【００５２】本実施形態のレーザ素子を動作させたとこ
ろ、しきい値１０ｍＡで室温連続発振した。その発振波
長は４１０ｎｍであり、動作電圧は２．９Ｖであった。
高抵抗ＡｌＧａＮクラッド層４０９による光閉込め効果
によりしきい値が低減され、外部量子効率が向上した。
また、遠視野像も図３に関して前述したものと同様に良
好であった。さらに、素子の高周波特性や寿命も、第１
実施形態に関して前述したものと同様に良好であった。

【００５３】なお、本実施形態においては、シリコン基
板を用いた例を示したが、これ以外にも、ＡｌＧａＮ基
板やＳｉＯ₂ガラス基板を用いても良く、いずれの基板
を用いても、動作電圧は低く、信頼性も従来のｎ型Ｇａ
Ｎコンタクト層がクラッド層とバッファ層の間にあるも
のと比べて良好である。

【００５４】また、良好な遠視野像が得られる点も前述
した通りである。つまり、超格子層４０２の平均屈折率
は、光閉じ込め層４０３や活性層４０４の平均屈折率よ
りも低くなるように構成されている。このようにすれ
ば、活性層４０４からの光の浸みだしが解消され、良好
な遠視野像を得ることができる。

【００５５】次に、本発明の第６の実施の形態について
説明する。図９は、本発明の第６の実施の形態に係わる
青色半導体レーザ装置の概略構成を表す断面図である。
本実施形態の半導体レーザは、ｎ型コンタクト層やｎ側
クラッド層だけでなく、これら以外のすべての層を薄膜
の積層構造として構成した点を特徴とする。すなわち、
本実施形態の半導体レーザは、ｃ面を主面とする厚さ約
８０μｍのサファイアを基板５０１として有している。
サファイア基板５０１の上には各層の厚さが３０ｎｍ以
下の層よりなる積層構造が形成されている。まず、図中
５０２は厚さ２５ｎｍのＧａＮ層である。５０３は欠陥
を抑止する効果を持つ層であり、厚さ１０ｎｍのＧａＮ
と厚さ１０ｎｍのＩｎＮとの積層構造によって構成さ
れ、全体の厚さは約２μｍとなるようにしてある。

【００５６】５０４はｎ型のコンタクト層であり、厚さ
２０ｎｍのＳｉドープｎ型ＡｌＧａＮ（Ａｌ組成２０
％）と厚さ１５ｎｍのアンドープＧａＮとの交互積層構
造で構成されている。５０５はｎ型のクラッド層であ
り、厚さ２０ｎｍのアンドープＡｌＧａＮ（Ａｌ組成２
０％）と厚さ２０ｎｍのｎ型ＧａＮとの交互積層構造で
形成されている。クラッド層の全体厚は０．５μｍであ
る。５０６はｎ側の光ガイド層であり、厚さ１０ｎｍの
ｎ型ＧａＮと厚さ１０ｎｍのｎ型ＩｎＧａＮ（Ｉｎ組成
５％）との交互積層構造により構成されている。

【００５７】５０７は活性層であり、厚さ５ｎｍのＩｎ
ＧａＮ（Ｉｎ組成４％）と厚さ１０ｎｍのＩｎＧａＮ
（Ｉｎ組成１８％）との３周期ＭＱＷで構成されてい
る。５０８は電子のオーバーフローを防止する層であ
り、厚さ２５ｎｍのＡｌＧａＮ（Ａｌ組成３０％）の単
層からなっている。５０９はｐ側の光ガイド層であり、
厚さ１０ｎｍのｐ型ＧａＮと厚さ１０ｎｍのｐ型ＩｎＧ
ａＮ（Ｉｎ組成５％）との交互積層構造により構成され
ている。５１０はｐ型のクラッド層であり、厚さ２０ｎ
ｍのアンドープＡｌＧａＮ（Ａｌ組成２０％）と厚さ２
０ｎｍのｐ型ＧａＮとの交互積層構造で形成されてい
る。クラッド層の全体厚は０．５μｍである。

【００５８】５１１は電流ブロック層であり、厚さ１０
ｎｍのｎ型ＩｎＧａＮ（Ｉｎ組成１８％）と厚さ５ｎｍ
のＩｎＧａＮ（Ｉｎ組成８％）との交互積層構造によっ
て形成されている。電流ブロック層の厚さは合計で０．
２μｍである。５１２はｐ側のコンタクト層であり、厚
さ２０ｎｍのｐ型ＧａＮと厚さ２０ｎｍのＩｎＧａＮ
（Ｉｎ組成４％）との交互積層構造である。コンタクト
層５１２は電流ブロック層５１１を完全に埋め込む必要
があるので、全体としての厚さは０．３μｍである。コ
ンタクト層５１２では各層のキャリア濃度を表面に近づ
くにつれて、高くすると電極との接触抵抗を低減できる
効果が現われるので、望ましい方向である。

【００５９】また、図中の５２０はｐ側電極、５３０は
ｎ側電極で、種々の金属を用いることが可能である。例
えば、ｐ側電極５２０としては半導体側からＰｔ／Ｔｉ
／Ｐｔ／Ａｕの４層積層構造、ｎ側電極５３０としては
同じく半導体側からＡｌ／Ｐｔ／Ａｕの３層積層構造を
用いることができる。

【００６０】本実施形態によれば、コンタクト層５０４
をＡｌＧａＮ層とＧａＮ層との超格子構造とすることに
より、前述した第１〜第４実施形態と同様の種々の効
果、すなわち、遠視野像パターン、高周波変調特性、寿
命特性などの改善が得られる。

【００６１】さらに、本実施形態においては、ｎ型コン
タクト層やｐ型クラッド層以外の活性層やｐ型クラッド
層などの各層も、膜厚が３０ｎｍ以下の薄膜の積層構造
として形成することにより、結晶性を改善し、素子特性
をさらに向上することができる。すなわち、従来のよう
に活性層やクラッド層などの各層を平均的な組成の単一
の層で構成した場合と比較して、本実施形態によれば、
結晶欠陥密度を低減することができる。本実施形態にお
いては、レーザ素子の発振しきい値電流密度が約２０％
低下し、同時に素子寿命も約３０％改善した。

【００６２】本発明者は、半導体レーザの各層を所定の
膜厚の薄膜に分割して、その効果を定量的に調べた。す
なわち、図９に示したような半導体レーザにおいて、ｐ
型クラッド層やガイド層、コンタクト層などの各層を所
定の膜厚の薄膜の積層構造として試作し、その寿命特性
を評価した。以下に、薄膜の膜厚とレーザ素子の素子寿
命との関係を表す。なお、ここで、活性層は、すべての場合に、厚さ５ｎｍ
のＩｎＧａＮ（Ｉｎ組成４％）と厚さ１０ｎｍのＩｎＧ
ａＮ（Ｉｎ組成１８％）との３周期ＭＱＷとした。活性
層は、レーザ素子の発振特性を決定する本質的な要素だ
からである。また、素子寿命は、半導体レーザ素子を構
成する活性層やクラッド層を単一の層として形成した場
合を１００％とした。

【００６３】上記した結果から、例えば、半導体レーザ
素子を構成する各層を膜厚１００ｎｍの薄膜の積層構造
として形成した場合には、単一層の場合と比べて素子寿
命が１０１％に伸びることがわかる。薄膜の膜厚と素子
寿命との関係をみると、薄膜の膜厚が３０ｎｍ以下とな
ると、素子寿命が急激に改善されることが分かる。これ
は、窒化物半導体の場合には、結晶性を劣化させずに成
長することができる最大膜厚が約３０ｎｍであることを
意味しているものと考えられる。

【００６４】すなわち、窒化物半導体の薄膜が良好な結
晶性を維持しつつサファイアなどの基板上にエピタキシ
ャル成長することができる臨界的な膜厚は３０ｎｍであ
ると考えられる。従って、半導体レーザやＬＥＤなどの
発光素子を３０ｎｍ以下の膜厚の薄膜の積層構造として
形成することにより、結晶性を劣化させることなく、良
好な電気的、光学的特性を有する発光素子を実現するこ
とができる。

【００６５】次に、本発明の第７の実施の形態について
説明する。図１０は、本発明の第７の実施の形態に係わ
る青色半導体レーザ装置の概略構成を表す断面図であ
る。本実施形態の半導体レーザは、図９に例示した第６
実施形態の半導体レーザと同様の層構造を有するので、
その詳細については、図９と同一の符号を付して説明を
省略する。

【００６６】本実施形態においても、前述した第５実施
形態と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施
形態においては、ｎ側電極のコンタクト部にトレンチ構
造を採用した点が特徴である。すなわち、前述した第５
実施形態では、ｎ側の電極を半導体レーザの各層と平行
な方向に形成したが、このような構成ではｎ側のコンタ
クト層における横方向（層の面内方向）の２次元電子ガ
スの生成による高い移動度を生かすことができない。そ
こで、本実施形態においては、図示したように、コンタ
クト層５０４に凹部を形成し、その凹部に電極を形成す
るトレンチ構造を採用した。このような電極構造とする
ことにより、ｎ型コンタクト層のウエル層に生成される
２次元電子ガスに円滑に電子を供給することができるよ
うになり、レーザ素子のしきい電流密度が前述した第５
実施形態の場合よりもさらに約２０％低下し、しきい値
電流における動作電圧も第５実施形態よりもさらに約
０．３Ｖ低下した。

【００６７】次に、本発明の第８の実施の形態について
説明する。図１１は、本発明の第８の実施の形態に係わ
る青色半導体レーザ装置の概略構成を表す断面図であ
る。本実施形態の半導体レーザは、図９や図１０に例示
した第７実施形態の半導体レーザと類似の構成を有する
が、各半導体層の導電型が反転した構造とされている点
で異なる。各層の詳細については、図９と同一の符号を
付して説明を省略する。但し、本実施形態においては、
ｎ型コンタクト層５０４とｎ型クラッド層５０５との間
にｐ型電流ブロック層５４０が設けられている。

【００６８】本実施形態においても前述した第５実施形
態と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形
態においても、第６実施形態のように下部コンタクト層
を薄膜積層構造にし、また電極との接触部をトレンチ構
造にすることによって横方向に流れる電流の感じる抵抗
を低減することができる。

【００６９】次に、本発明の第９の実施の形態について
説明する。図１２は、本発明の第９の実施の形態に係わ
る青色半導体レーザ装置の概略構成を表す断面図であ
る。本実施形態の半導体レーザも、図１０に例示した半
導体レーザと類似の構成を有するが、ｎ型電流ブロック
層５１１が下部クラッド層側に設けられている点で異な
る。このような構造とすることにより、上部クラッド層
厚を薄くすることができるため、放熱構造にすぐれた構
成をとることができる。

【００７０】すなわち、一般にサファイア基板５０１
は、熱伝導性があまり高くないために、活性層５０７で
発生した熱は、基板とは反対側の上部クラッド層側に放
散する傾向がある。本実施形態によれば、上部クラッド
層側の層厚を薄くすることができるために、活性層５０
７からの熱の放散性が改善され、レーザ素子の温度特性
や素子寿命をさらに改善することができる。

【００７１】次に、本発明の第１０の実施の形態につい
て説明する。図１３は、本発明の第１０の実施の形態に
係わる青色半導体レーザ装置の概略構成を表す断面図で
ある。本実施形態の半導体レーザは、ｎ型コンタクト層
やｎ側クラッド層だけでなく、これら以外のすべての層
を２０ｎｍの膜厚の薄膜の積層構造として構成した点を
特徴とする。半導体レーザとしての構造は、図９に例示
したものとほぼ同様であり、２段階のバッファ層の上に
ＳＣＨ（separate-confinement hetero-structure）か
らなる活性層を有したものとなっている。

【００７２】すなわち、本実施形態の半導体レーザは、
ｃ面を主面とする厚さ約８０μｍのサファイアを基板６
０１として有している。サファイア基板６０１の上には
各層が２０ｎｍの薄膜層からなる積層構造が形成されて
いる。まず、図中６０２は厚さＩｎＮバッファ層であ
る。６０３は欠陥を抑止する効果を持つ層であり、Ｇａ
ＮとＩｎＮとの積層構造によって構成され、全体の厚さ
は約２μｍとなるようにしてある。

【００７３】６０４はｎ型のコンタクト層であり、Ｓｉ
ドープｎ型ＡｌＧａＮ（Ａｌ組成２０％）とアンドープ
ＧａＮとの交互積層構造で構成されている。６０５はｎ
型のクラッド層であり、ＳｉドープＡｌＧａＮ（Ａｌ組
成２０％）とＳｉドープＧａＮとの交互積層構造で形成
されている。クラッド層の全体厚は０．５μｍである。

【００７４】６０６はｎ側の光ガイド層であり、ｎ型Ｇ
ａＮとｎ型ＩｎＧａＮ（Ｉｎ組成５％）との交互積層構
造により構成されている。

【００７５】６０７は活性層であり、ＩｎＧａＮ（Ｉｎ
組成４％）バリア層とＩｎＧａＮ（Ｉｎ組成１８％）ウ
エル層との３周期ＭＱＷで構成されている。６０８は電
子のオーバーフローを防止する層であり、Ｍｇドープｐ
型ＡｌＧａＮ（Ａｌ組成３０％）の単層からなってい
る。６０９はｐ側の光ガイド層であり、ｐ型ＧａＮとｐ
型ＩｎＧａＮ（Ｉｎ組成５％）との交互積層構造により
構成されている。６１０はｐ型のクラッド層であり、ア
ンドープＡｌＧａＮ（Ａｌ組成２０％）とｐ型ＧａＮと
の交互積層構造で形成されている。クラッド層の全体厚
は０．５μｍである。

【００７６】６１１は電流ブロック層であり、ｎ型Ｉｎ
ＧａＮ（Ｉｎ組成１８％）とＩｎＧａＮ（Ｉｎ組成８
％）との交互積層構造によって形成されている。電流ブ
ロック層の厚さは合計で０．２μｍである。６１２はｐ
側のコンタクト層であり、ｐ型ＧａＮとＩｎＧａＮ（Ｉ
ｎ組成４％）との交互積層構造である。コンタクト層６
１２は電流ブロック層６１１を完全に埋め込む必要があ
るので、全体としての厚さは０．３μｍである。コンタ
クト層６１２では各層のキャリア濃度を表面に近づくに
つれて、高くすると電極との接触抵抗を低減できる効果
が現われるので、望ましい方向である。

【００７７】また、図中の６２０はｐ側電極、６３０は
ｎ側電極で、種々の金属を用いることが可能である。例
えば、ｐ側電極５２０としては半導体側からＰｔ／Ｔｉ
／Ｐｔ／Ａｕの４層積層構造、ｎ側電極５３０としては
同じく半導体側からＡｌ／Ｐｔ／Ａｕの３層積層構造を
用いることができる。

【００７８】本実施形態においては、すべての層の厚さ
を２０ｎｍとした結果、結晶欠陥の低減が見られ、活性
層を除く構成要素を平均的な組成および同じ層厚を有す
る単一の層である場合と比較して素子寿命が約２５％改
善された。

【００７９】以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の
形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体
例に限定されるものではない。例えば、各具体例として
表した半導体レーザの素子構造は一例に過ぎず、これら
以外のあらゆる端面発光型または面発光型の素子構造を
有する半導体レーザについて本発明は同様に適用して同
様の効果を得ることができる。

【００８０】例えば、用いる基板についても、前述した
サファイアやＳｉＣに限定されず、その他にも、例え
ば、スピネル、ＭｇＯ、ＳｃＡｌＭｇＯ₄、ＬａＳｒＧ
ａＯ₄、（ＬａＳｒ）（ＡｌＴａ）Ｏ₃などの絶縁性基板
や、Ｓｉなどの導電性基板も同様に用いてそれぞれの効
果を得ることができる。ここで、ＳｃＡｌＭｇＯ₄基板
の場合には、（０００１）面、（ＬａＳｒ）（ＡｌＴ
ａ）Ｏ₃基板の場合には（１１１）面を用いることが望
ましい。また、活性層から基板への光の浸み出しを防ぐ
ためには、活性層の平均屈折率よりも低い屈折率を有す
る基板を用いることが望ましい。

【００８１】さらに、本発明は、半導体レーザに限定さ
れず、ＬＥＤについても同様に適用して同様の効果を得
ることができる。

【００８２】

【発明の効果】本発明は以上詳述した形態で実施され、
以下に説明する効果を奏する。まず、本発明によれば、
窒化物半導体からなる発光素子において光の閉じ込めを
向上させながらｎ型コンタクト層の電気特性を向上させ
ることが可能となる。その結果として、遠視野像が単峰
性に改善され、また、素子の高速応答に対しても良好な
結果が得られ、さらには寿命特性も改善される。

【００８３】一方、本発明によれば、膜厚が３０ｎｍ以
下の薄膜を積層させて半導体発光素子を形成することに
より、基板との格子定数のずれに起因する結晶欠陥を低
減し、電気的特性、光学的特性及び信頼性を改善するこ
とができる。

【００８４】本発明によれば、例えば、光ディスク読み
出し用半導体レーザや書き込み用半導体レーザとして好
適な半導体発光素子を実現でき、その有用性は絶大であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる青色半導体
レーザ装置の概略構成を表す断面図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態に係わる青色半導体
レーザ装置の概略構成を表す断面図である。

【図３】第１実施形態の半導体レーザの遠視野像を比較
例とともに表すグラフ図である。すなわち、同図（ａ）
は第１実施形態の半導体レーザの遠視野像を表し、同図
（ｂ）はｎ型ＧａＮコンタクト層を用いた従来の半導体
レーザの遠視野像を表す。

【図４】半導体レーザの変調特性を表すグラフ図であ
る。

【図５】レーザ素子の寿命特性を表すグラフ図である。

【図６】本発明の第３の実施の形態に係わる青色半導体
レーザ装置の概略構成を表す概略構成図である。

【図７】本発明の第４の実施の形態に係わる青色半導体
レーザ装置の概略構成を表す断面図である。

【図８】本発明の第５の実施の形態に係わる青色半導体
レーザ装置の概略構成を表す断面図である。

【図９】本発明の第６の実施の形態に係わる青色半導体
レーザ装置の概略構成を表す断面図である。

【図１０】本発明の第７の実施の形態に係わる青色半導
体レーザ装置の概略構成を表す断面図である。

【図１１】本発明の第８の実施の形態に係わる青色半導
体レーザ装置の概略構成を表す断面図である。

【図１２】本発明の第９の実施の形態に係わる青色半導
体レーザ装置の概略構成を表す断面図である。

【図１３】本発明の第１０の実施の形態に係わる青色半
導体レーザ装置の概略構成を表す断面図である。

【符号の説明】

１００、２００サファイヤ基板１０１、２０１ｎ型ＡｌＮバッファー層１０２ｎ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子層１０３ＧａＮガイド層１０４３ＭＱＷＩｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ／Ｉｎ_0.03Ｇａ_0.97
Ｎ活性層１０５ＧａＮガイド層１０６ｐ型Ａｌ_0.07Ｇａ_0.93Ｎクラッド層１０７ｎ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.9Ｎ電流狭窄層１０８ｐ型ＧａＮコンタクト層１０９ｐ側電極１１０ｎ側電極２００サファイヤ基板２０１ｎ型ＡｌＮバッファー層２０２ｎ型ＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子層２０３ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層２０４ＧａＮガイド層２０５活性層２０６ＧａＮガイド層２０７ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層２０８ｎ型ＡｌＧａＮ電流狭窄層２０９ｐ型ＧａＮコンタクト層２１０ｐ側電極２１１ｎ側電極３００ＳｉＣ基板３０１ＡｌＮバッファ層３０２ｎ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ｎ／ＧａＮ超格子層３０３ＧａＮ光閉じ込め層３２０４Ｉｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ／ＧａＮ３ＭＱＷ活性層３２０５ＧａＮ光閉じ込め層３０６ｐ型Ａｌ_0.03Ｇａ_0.97Ｎクラッド層３２０７ｐ型ＧａＮコンタクト層３０８ｎ型ＧａＮコンタクト層３０９ｐ側電極３１０ｎ側電極３１１ＳｉＯ₂リーク防止層３１２イオン打ち込みにより混晶化した領域４００Ｓｉ基板４０１ＧａＰバッファ層４０２ｎ型Ａｌ_0.5Ｇａ_0.5Ｎ／ＧａＮ超格子層４０３ＧａＮ光閉じ込め層４０４Ｉｎ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ／ＧａＮ３ＭＱＷ活性層４０５ＧａＮ光閉じ込め層４０６ｐ型Ａｌ_0.03Ｇａ_0.97Ｎクラッド層４０７ｐ型ＧａＮコンタクト層４０８ｎ型ＧａＮコンタクト層４０９高抵抗ＡｌＧａＮクラッド層４１０ｐ側電極４１１ｎ側電極４１２イオン打ち込みを行い混晶化した領域５０１サファイア基板５０２ＧａＮ層５０３ＧａＮ／ＩｎＮ５０４ｎ型コンタクト層５０５ｎ型ＡｌＧａＮ／ｎ型ＧａＮクラッド層５０６ｎ型ＧａＮ／ｎ型ＩｎＧａＮガイド層５０７ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ活性層５０８ＡｌＧａＮオーバーフロー防止層５０９ｐ型ＧａＮ／ｐ型ＩｎＧａＮ光ガイド層５１０アンドープＡｌＧａＮ／ｐ型ＧａＮクラッド層５１１ｎ型ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ電流ブロック層５１２ｐ型ＧａＮ／ＩｎＧａＮコンタクト層５２０ｐ側電極５３０ｎ側電極５４０電流ブロック層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5F041 AA03 AA24 AA44 CA04 CA05 CA33 CA34 CA40 CA46 CA65 CA74 CB04 CB05 FF16 5F073 AA04 AA09 AA45 AA55 AA71 AA74 BA06 CA07 CB04 CB05 CB06 DA14 DA15 EA14 EA19 EA23 EA28

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】窒化物半導体からなるバリア層と窒化物半
導体からなるウエル層とを交互に積層してなる超格子層
であって、その主面に第１の領域と第２の領域とを備え
た超格子層と、前記第１の領域の上に設けられ、前記超格子層の平均屈
折率よりも大きい平均屈折率を有する窒化物半導体層
と、前記第２の領域の上に設けられた電極と、前記ウエル層の側面と前記電極とを接続する接続手段
と、を備えたことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】前記接続手段は、前記第２の領域において
前記超格子が無秩序化されてなる乱雑化領域であること
を特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】前記接続手段は、前記第２の領域において
前記ウエル層の側面が露出して前記電極と接触するよう
に前記超格子層の主面上に設けられた凹部であることを
特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項４】窒化物半導体からなる複数の薄膜を積層し
てなる半導体発光素子であって、前記複数の薄膜の膜厚はいずれも３０ｎｍ以下であるこ
とを特徴とする半導体発光素子。