JP2000040857A - 半導体レーザ素子 - Google Patents
半導体レーザ素子Info
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- JP2000040857A JP2000040857A JP22361198A JP22361198A JP2000040857A JP 2000040857 A JP2000040857 A JP 2000040857A JP 22361198 A JP22361198 A JP 22361198A JP 22361198 A JP22361198 A JP 22361198A JP 2000040857 A JP2000040857 A JP 2000040857A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 閾電流を増加させずにｐ側電極とｐ型半導体
層との接触抵抗を低減させる。 【解決手段】 半絶縁体であるサファイア基板１０１上
に、ＡｌＮ低温バッファ層１０２、ノンドープＧａＮバ
ッファ層１０３、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ下部クラッド層１０
４、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層１０５、Ａｌ0.2Ｇａ0.8
Ｎ上部クラッド層１０６、ＧａＮコンタクト層１０７が
順次積層される。Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ下部クラッド層１０
４からＧａＮコンタクト層１０７に至る領域のうち、左
側（図中格子縞部）はｐ型不純物が不活性化しているた
め、ｎ型層となっており、一方、右側領域（図中斜線
部）は、電子線照射によりｐ型不純物が活性化され、ｐ
型層となっている。ｐｎ接合面上のＧａＮコンタクト層
１０７はエッチングによって除去され、ｎ側電極１０９
及びｐ側電極１１０がＧａＮコンタクト層１０７上に形
成される。
層との接触抵抗を低減させる。 【解決手段】 半絶縁体であるサファイア基板１０１上
に、ＡｌＮ低温バッファ層１０２、ノンドープＧａＮバ
ッファ層１０３、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ下部クラッド層１０
４、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層１０５、Ａｌ0.2Ｇａ0.8
Ｎ上部クラッド層１０６、ＧａＮコンタクト層１０７が
順次積層される。Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ下部クラッド層１０
４からＧａＮコンタクト層１０７に至る領域のうち、左
側（図中格子縞部）はｐ型不純物が不活性化しているた
め、ｎ型層となっており、一方、右側領域（図中斜線
部）は、電子線照射によりｐ型不純物が活性化され、ｐ
型層となっている。ｐｎ接合面上のＧａＮコンタクト層
１０７はエッチングによって除去され、ｎ側電極１０９
及びｐ側電極１１０がＧａＮコンタクト層１０７上に形
成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ素子
に関し、より詳細には、窒化ガリウム系化合物半導体か
らなる半導体レーザ素子の構造に関する。
に関し、より詳細には、窒化ガリウム系化合物半導体か
らなる半導体レーザ素子の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】図６は、従来の窒化ガリウム系半導体レ
ーザ素子の一例を模式的に示す図で、特開平８−１２５
２７５号公報に開示されたものである。図６において、
１はｎ型のα−ＳｉＣ基板であり、α−ＳｉＣ基板のａ
面にＭＯＣＶＤ法を利用して、層厚２〜４μｍのｎ型Ｇ
ａＮ層２、層厚０.８〜１μｍのｎ型ＡｌＧａＮクラッ
ド層３、層厚３００〜６００オングストロームのＩｎＧ
ａＮ活性層４、層厚０.８〜１μｍのｐ型ＡｌＧａＮク
ラッド層５、及び層厚０.２〜０.６μｍのｐ型ＧａＮ層
６を順に積層形成してある。そして、ｐ型ＧａＮ層６の
表面中央部を除く両側に、電流狭窄のためのストライプ
状のＳｉＯ2またはＳｉＮからなる絶縁層７が形成され
ており、絶縁層７及び露出しているｐ型ＧａＮ層６の表
面にＡｕ電極８が形成され、またα−ＳｉＣ基板１の下
面にＮｉ電極９が形成されている。図６に示した従来の
窒素ガリウム系半導体レーザ素子では、積層構造表面の
絶縁層７にストライプ状の開口部を形成しており、電流
をストライプ領域にのみ注入することによって電流狭窄
を実現している。
ーザ素子の一例を模式的に示す図で、特開平８−１２５
２７５号公報に開示されたものである。図６において、
１はｎ型のα−ＳｉＣ基板であり、α−ＳｉＣ基板のａ
面にＭＯＣＶＤ法を利用して、層厚２〜４μｍのｎ型Ｇ
ａＮ層２、層厚０.８〜１μｍのｎ型ＡｌＧａＮクラッ
ド層３、層厚３００〜６００オングストロームのＩｎＧ
ａＮ活性層４、層厚０.８〜１μｍのｐ型ＡｌＧａＮク
ラッド層５、及び層厚０.２〜０.６μｍのｐ型ＧａＮ層
６を順に積層形成してある。そして、ｐ型ＧａＮ層６の
表面中央部を除く両側に、電流狭窄のためのストライプ
状のＳｉＯ2またはＳｉＮからなる絶縁層７が形成され
ており、絶縁層７及び露出しているｐ型ＧａＮ層６の表
面にＡｕ電極８が形成され、またα−ＳｉＣ基板１の下
面にＮｉ電極９が形成されている。図６に示した従来の
窒素ガリウム系半導体レーザ素子では、積層構造表面の
絶縁層７にストライプ状の開口部を形成しており、電流
をストライプ領域にのみ注入することによって電流狭窄
を実現している。
【０００３】図７は、従来の窒化ガリウム系半導体レー
ザ素子の他の例を模式的に示す図で、特開平８−９７４
６８号公報に開示されたものである。図７に示す素子に
おいては、サファイア基板１０上にｎ型ＧａＮからなる
層厚０.０１〜０.０２μｍ程度の低温バッファ層１１、
層厚２〜５μｍ程度の高温バッファ層１２、ｎ型ＡｌＧ
ａＮからなる層厚０.１〜０.３μｍ程度の下部クラッド
層１３、ノンドープまたはｎ型もしくはｐ型のＩｎＧａ
Ｎからなり、下部クラッド層１３よりバンドギャップエ
ネルギーが小さく、屈折率の大きい層厚０.０５〜０.１
μｍ程度の活性層１４、下部クラッド層１３と同じ組成
でｐ型である層厚０.１〜０.３μｍの上部クラッド層１
５、各バッファ層１１，１２と同じ組成で低抵抗層であ
る層厚０.３〜２μｍ程度のｐ型ＧａＮ層１９及びその
表面側に設けられた層厚０.０５〜０.２μｍ程度のｐ型
のＩｎＧａＮ層２０からなるコンタクト層１６が順次積
層されている。さらにコンタクト層１６の表面のＩｎＧ
ａＮ層２０にｐ側電極１７、積層された半導体層の一部
をエッチングして露出したｎ型の下部クラッド層１３ま
たは高温バッファ層１２にｎ側電極１８が設けられて半
導体レーザのチップが形成されている。図７に示した従
来の窒化ガリウム系半導体レーザ素子では、積層構造の
一部を表面からｐ型ＡｌＧａＮの上部クラッド層１５の
途中までエッチングして除去し、リッジストライプを構
成する。電流はこのリッジストライプの幅に狭窄されて
活性層に注入される。
ザ素子の他の例を模式的に示す図で、特開平８−９７４
６８号公報に開示されたものである。図７に示す素子に
おいては、サファイア基板１０上にｎ型ＧａＮからなる
層厚０.０１〜０.０２μｍ程度の低温バッファ層１１、
層厚２〜５μｍ程度の高温バッファ層１２、ｎ型ＡｌＧ
ａＮからなる層厚０.１〜０.３μｍ程度の下部クラッド
層１３、ノンドープまたはｎ型もしくはｐ型のＩｎＧａ
Ｎからなり、下部クラッド層１３よりバンドギャップエ
ネルギーが小さく、屈折率の大きい層厚０.０５〜０.１
μｍ程度の活性層１４、下部クラッド層１３と同じ組成
でｐ型である層厚０.１〜０.３μｍの上部クラッド層１
５、各バッファ層１１，１２と同じ組成で低抵抗層であ
る層厚０.３〜２μｍ程度のｐ型ＧａＮ層１９及びその
表面側に設けられた層厚０.０５〜０.２μｍ程度のｐ型
のＩｎＧａＮ層２０からなるコンタクト層１６が順次積
層されている。さらにコンタクト層１６の表面のＩｎＧ
ａＮ層２０にｐ側電極１７、積層された半導体層の一部
をエッチングして露出したｎ型の下部クラッド層１３ま
たは高温バッファ層１２にｎ側電極１８が設けられて半
導体レーザのチップが形成されている。図７に示した従
来の窒化ガリウム系半導体レーザ素子では、積層構造の
一部を表面からｐ型ＡｌＧａＮの上部クラッド層１５の
途中までエッチングして除去し、リッジストライプを構
成する。電流はこのリッジストライプの幅に狭窄されて
活性層に注入される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】一般に窒化ガリウム系
材料においては、ｐ型層のドーピング濃度を高くするこ
とが困難となっている。そのため、ｐ側電極とｐ型窒化
ガリウム系半導体層との接触抵抗が高くなっている。図
６及び図７に示した従来の窒化ガリウム系半導体レーザ
素子においては、ｐ側電極とｐ型コンタクト層との接触
領域がストライプの幅に限定されてしまっているため、
接触抵抗を低減しにくくなっている。そのため、半導体
レーザ素子の動作電圧が高くなるという問題が生じる。
一方、接触抵抗を下げるためにストライプ幅を広くして
しまうと、活性層のキャリア密度が低下して、閾電流が
増加してしまう。
材料においては、ｐ型層のドーピング濃度を高くするこ
とが困難となっている。そのため、ｐ側電極とｐ型窒化
ガリウム系半導体層との接触抵抗が高くなっている。図
６及び図７に示した従来の窒化ガリウム系半導体レーザ
素子においては、ｐ側電極とｐ型コンタクト層との接触
領域がストライプの幅に限定されてしまっているため、
接触抵抗を低減しにくくなっている。そのため、半導体
レーザ素子の動作電圧が高くなるという問題が生じる。
一方、接触抵抗を下げるためにストライプ幅を広くして
しまうと、活性層のキャリア密度が低下して、閾電流が
増加してしまう。
【０００５】本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなさ
れたもので、閾電流を増加させずにｐ側電極とｐ型半導
体層との接触抵抗を低減させた窒化ガリウム系半導体レ
ーザ素子を提供することを目的とする。以下、各請求項
における発明の目的を記す。 （１）請求項１の発明の目的 ｐ側電極とｐ型半導体との接触抵抗を低減させた利得導
波型の窒化ガリウム系半導体レーザ素子を提供する。 （２）請求項２の発明の目的 ｐ型電極とｐ型半導体層との接触抵抗を低減させた屈折
率導波型の窒化ガリウム系半導体レーザ素子を提供す
る。 （３）請求項３の発明の目的 ｐ側電極とｐ型半導体との接触抵抗を低減させた屈折率
導波型の窒化ガリウム系半導体レーザ素子において、電
流拡散の一層の抑制を実現する。
れたもので、閾電流を増加させずにｐ側電極とｐ型半導
体層との接触抵抗を低減させた窒化ガリウム系半導体レ
ーザ素子を提供することを目的とする。以下、各請求項
における発明の目的を記す。 （１）請求項１の発明の目的 ｐ側電極とｐ型半導体との接触抵抗を低減させた利得導
波型の窒化ガリウム系半導体レーザ素子を提供する。 （２）請求項２の発明の目的 ｐ型電極とｐ型半導体層との接触抵抗を低減させた屈折
率導波型の窒化ガリウム系半導体レーザ素子を提供す
る。 （３）請求項３の発明の目的 ｐ側電極とｐ型半導体との接触抵抗を低減させた屈折率
導波型の窒化ガリウム系半導体レーザ素子において、電
流拡散の一層の抑制を実現する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、半絶
縁層または高抵抗層が形成された単結晶基板上の前記半
絶縁層または高抵抗層側に、少なくともＡｌＧａＮ下部
クラッド層，ＩｎＧａＮ活性層，ＡｌＧａＮ上部クラッ
ド層，及びＧａＮコンタクト層がこの順に積層され，さ
らに電極層が配されてなる半導体レーザ素子であって、
前記ＡｌＧａＮ下部クラッド層，前記ＡｌＧａＮ上部ク
ラッド層，及び前記ＧａＮコンタクト層のそれぞれは、
ｐ型不純物及びｎ型不純物の両方を含み、前記ＧａＮコ
ンタクト層から積層方向に前記ＡｌＧａＮ下部クラッド
層に至る領域が、前記ｐ型不純物が活性化したｐ型領域
と、前記ｐ型不純物が不活性化したｎ型領域とに分割さ
れ、前記電極層として、前記ｐ型領域における前記Ｇａ
Ｎコンタクト層上にｐ側電極が配され、前記ｎ型領域の
前記ＧａＮコンタクト層上にｎ側電極が配されているこ
とを特徴としたものである。
縁層または高抵抗層が形成された単結晶基板上の前記半
絶縁層または高抵抗層側に、少なくともＡｌＧａＮ下部
クラッド層，ＩｎＧａＮ活性層，ＡｌＧａＮ上部クラッ
ド層，及びＧａＮコンタクト層がこの順に積層され，さ
らに電極層が配されてなる半導体レーザ素子であって、
前記ＡｌＧａＮ下部クラッド層，前記ＡｌＧａＮ上部ク
ラッド層，及び前記ＧａＮコンタクト層のそれぞれは、
ｐ型不純物及びｎ型不純物の両方を含み、前記ＧａＮコ
ンタクト層から積層方向に前記ＡｌＧａＮ下部クラッド
層に至る領域が、前記ｐ型不純物が活性化したｐ型領域
と、前記ｐ型不純物が不活性化したｎ型領域とに分割さ
れ、前記電極層として、前記ｐ型領域における前記Ｇａ
Ｎコンタクト層上にｐ側電極が配され、前記ｎ型領域の
前記ＧａＮコンタクト層上にｎ側電極が配されているこ
とを特徴としたものである。
【０００７】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記ＡｌＧａＮ上部クラッド層の一部が前記ＩｎＧ
ａＮ活性層の直上までエッチングにより除去されること
により該ＡｌＧａＮ上部クラッド層によるリッジストラ
イプが形成され、該リッジストライプは、前記ｐ型領域
と前記ｎ型領域により、二つの領域に分割されているこ
とを特徴としたものである。
て、前記ＡｌＧａＮ上部クラッド層の一部が前記ＩｎＧ
ａＮ活性層の直上までエッチングにより除去されること
により該ＡｌＧａＮ上部クラッド層によるリッジストラ
イプが形成され、該リッジストライプは、前記ｐ型領域
と前記ｎ型領域により、二つの領域に分割されているこ
とを特徴としたものである。
【０００８】請求項３の発明は、請求項１の発明におい
て、前記ＧａＮコンタクト層の１部がストライプ状にエ
ッチングにより除去され、該除去された領域上でリッジ
ストライプを形成する高抵抗ＡｌＧａＮ上部第２クラッ
ド層を有し、前記ｐ型領域と前記ｎ型領域のそれぞれ
は、前記高抵抗ＡｌＧａＮ上部第２クラッド層に接する
ことを特徴としたものである。
て、前記ＧａＮコンタクト層の１部がストライプ状にエ
ッチングにより除去され、該除去された領域上でリッジ
ストライプを形成する高抵抗ＡｌＧａＮ上部第２クラッ
ド層を有し、前記ｐ型領域と前記ｎ型領域のそれぞれ
は、前記高抵抗ＡｌＧａＮ上部第２クラッド層に接する
ことを特徴としたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】（請求項１に対応する実施例）請
求項１の発明による窒化ガリウム系半導体レーザ素子
は、単結晶基板上に半絶縁層または高抵抗層が形成され
ており、その上に少なくともＡｌＧａＮ下部クラッド
層，ＩｎＧａＮ活性層，ＡｌＧａＮ上部クラッド層，Ｇ
ａＮコンタクト層を含む積層構造が形成されている。上
記ＧａＮコンタクト層は、それぞれｐ型不純物とｎ型不
純物の両方を含んでおり、レーザ素子の一方の側はＧａ
Ｎコンタクト層からＡｌＧａＮ下部クラッド層までｐ型
不純物が活性化することによりｐ型領域を形成し、レー
ザ素子の他方の側は、ＧａＮコンタクト層からＡｌＧａ
Ｎ下部クラッド層までｐ型不純物が不活性化することに
よりｎ型領域となっている。またｐ型領域のＧａＮコン
タクト層上にｐ側電極を形成し、またｎ型領域のＧａＮ
コンタクト層上にｎ側電極が形成されている。
求項１の発明による窒化ガリウム系半導体レーザ素子
は、単結晶基板上に半絶縁層または高抵抗層が形成され
ており、その上に少なくともＡｌＧａＮ下部クラッド
層，ＩｎＧａＮ活性層，ＡｌＧａＮ上部クラッド層，Ｇ
ａＮコンタクト層を含む積層構造が形成されている。上
記ＧａＮコンタクト層は、それぞれｐ型不純物とｎ型不
純物の両方を含んでおり、レーザ素子の一方の側はＧａ
Ｎコンタクト層からＡｌＧａＮ下部クラッド層までｐ型
不純物が活性化することによりｐ型領域を形成し、レー
ザ素子の他方の側は、ＧａＮコンタクト層からＡｌＧａ
Ｎ下部クラッド層までｐ型不純物が不活性化することに
よりｎ型領域となっている。またｐ型領域のＧａＮコン
タクト層上にｐ側電極を形成し、またｎ型領域のＧａＮ
コンタクト層上にｎ側電極が形成されている。
【００１０】上記半導体レーザ素子は、半絶縁層または
高抵抗層上に形成されており、電流が基板と平行方向に
流れる横注入型の発光素子となっている。また、ＧａＮ
コンタクト層上にそれぞれ分離して形成されたｐ側電極
とｎ側電極は、その幅を数１０μｍ以上の広幅に設定す
ることが可能であり、電極と半導体層との接触面積が増
加し、これにより、電極との接触抵抗を低減することが
可能となる。また、ｐ側電極とｎ側電極の間で流れる電
流の経路は、ＧａＮコンタクト層からＡｌＧａＮ下部ク
ラッド層までの層厚に相当する１〜２μｍの狭い幅に限
定される。
高抵抗層上に形成されており、電流が基板と平行方向に
流れる横注入型の発光素子となっている。また、ＧａＮ
コンタクト層上にそれぞれ分離して形成されたｐ側電極
とｎ側電極は、その幅を数１０μｍ以上の広幅に設定す
ることが可能であり、電極と半導体層との接触面積が増
加し、これにより、電極との接触抵抗を低減することが
可能となる。また、ｐ側電極とｎ側電極の間で流れる電
流の経路は、ＧａＮコンタクト層からＡｌＧａＮ下部ク
ラッド層までの層厚に相当する１〜２μｍの狭い幅に限
定される。
【００１１】ｐｎ接合部はＡｌＧａＮクラッド層とＩｎ
ＧａＮ活性層に形成されるが、より禁制帯幅の狭いＩｎ
ＧａＮ活性層にキャリアが閉じ込められて発光再結合す
る。そして本素子においては、基板と垂直方向にダブル
ヘテロ構造が形成されているため、ＩｎＧａＮ活性層で
発生した光は、屈折率の高いＩｎＧａＮ層を単一モード
で導波する。基板と水平方向に対しては、主として利得
導波によって光は閉じ込められ、ｐｎ接合部を導波す
る。
ＧａＮ活性層に形成されるが、より禁制帯幅の狭いＩｎ
ＧａＮ活性層にキャリアが閉じ込められて発光再結合す
る。そして本素子においては、基板と垂直方向にダブル
ヘテロ構造が形成されているため、ＩｎＧａＮ活性層で
発生した光は、屈折率の高いＩｎＧａＮ層を単一モード
で導波する。基板と水平方向に対しては、主として利得
導波によって光は閉じ込められ、ｐｎ接合部を導波す
る。
【００１２】更に、本発明の特徴として、素子のｐ型領
域とｎ型領域を１回の結晶成長で作成可能である。Ａｌ
ＧａＮ下部クラッド層，ＡｌＧａＮ上部クラッド層，Ｇ
ａＮコンタクト層には、ｐ型不純物とｎ型不純物が同時
にドーピングされている。このときｎ型領域において
は、膜中に水素を含んでおり、ｐ型不純物が水素によっ
て不活性化するためｎ型となる。一方ｐ型領域では、膜
中の水素が脱離してｐ型不純物が活性化しており、この
ときアクセプタ濃度がドナー濃度よりも高くなるように
設定しておくことによってｐ型とすることができる。ｐ
型不純物を活性化する方法としては、電子線の照射ない
し、５００℃以上の窒素雰囲気におけるアニール等の方
法を用いることができる。逆に、ｐ型不純物を不活性化
する方法としては、アンモニア雰囲気におけるアニール
や、プロトンのイオン打ち込み等が用いられる。
域とｎ型領域を１回の結晶成長で作成可能である。Ａｌ
ＧａＮ下部クラッド層，ＡｌＧａＮ上部クラッド層，Ｇ
ａＮコンタクト層には、ｐ型不純物とｎ型不純物が同時
にドーピングされている。このときｎ型領域において
は、膜中に水素を含んでおり、ｐ型不純物が水素によっ
て不活性化するためｎ型となる。一方ｐ型領域では、膜
中の水素が脱離してｐ型不純物が活性化しており、この
ときアクセプタ濃度がドナー濃度よりも高くなるように
設定しておくことによってｐ型とすることができる。ｐ
型不純物を活性化する方法としては、電子線の照射ない
し、５００℃以上の窒素雰囲気におけるアニール等の方
法を用いることができる。逆に、ｐ型不純物を不活性化
する方法としては、アンモニア雰囲気におけるアニール
や、プロトンのイオン打ち込み等が用いられる。
【００１３】以下、請求項１の発明を具体化した実施例
を図１を参照して説明する。図１は、本発明による窒化
ガリウム系半導体レーザ素子の第１の実施例を示す断面
概略構成図である。図１において、１０１は半絶縁性で
あるサファイア基板、１０２は層厚２０ｎｍのＡｌＮ低
温バッファ層、１０３は層厚３μｍのノンドープＧａＮ
バッファ層、１０４は層厚０.５μｍのＡｌ0.2Ｇａ0.8
Ｎ下部クラッド層、１０５は層厚５０ｎｍのＩｎ0.15Ｇ
ａ0.85Ｎ活性層、１０６は層厚０.５μｍのＡｌ0.2Ｇａ
0.8Ｎ上部クラッド層、１０７は層厚０.２μｍのＧａＮ
コンタクト層で本実施例のレーザ素子はこれらが順次積
層された構成を有するものである。結晶の成長は、窒素
原料にアンモニアを用いた有機金属気相成長法により行
った。
を図１を参照して説明する。図１は、本発明による窒化
ガリウム系半導体レーザ素子の第１の実施例を示す断面
概略構成図である。図１において、１０１は半絶縁性で
あるサファイア基板、１０２は層厚２０ｎｍのＡｌＮ低
温バッファ層、１０３は層厚３μｍのノンドープＧａＮ
バッファ層、１０４は層厚０.５μｍのＡｌ0.2Ｇａ0.8
Ｎ下部クラッド層、１０５は層厚５０ｎｍのＩｎ0.15Ｇ
ａ0.85Ｎ活性層、１０６は層厚０.５μｍのＡｌ0.2Ｇａ
0.8Ｎ上部クラッド層、１０７は層厚０.２μｍのＧａＮ
コンタクト層で本実施例のレーザ素子はこれらが順次積
層された構成を有するものである。結晶の成長は、窒素
原料にアンモニアを用いた有機金属気相成長法により行
った。
【００１４】Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ下部クラッド層１０４、
Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ上部クラッド層１０６、ＧａＮコンタ
クト層１０７は、ｐ型不純物であるＭｇとｎ型不純物で
あるＳｉを同時にドーピングしている。そして、窒素原
料にアンモニアを用いた有機金属気相成長法では、アン
モニアと共に水素が膜中に取り込まれている。レーザ素
子のＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ下部クラッド層１０４からＧａＮ
コンタクト層１０７に至る領域のうちの左側半分の領域
（図中格子縞部）は膜中に水素を含有したままとなって
おり、ｐ型不純物であるＭｇアクセプタが不活性化して
いる。そのため、８×１０17ｃｍ-3のｎ型層となってい
る。一方、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ下部クラッド層１０４から
ＧａＮコンタクト層１０７に至る領域のうち右側半分の
領域（図中斜線部）においては、電子線照射を行って膜
中の水素を脱離することによって、Ｍｇアクセプタを活
性化しており、そのため、キャリア濃度３×１０18ｃｍ
-3のｐ型領域となっている。
Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ上部クラッド層１０６、ＧａＮコンタ
クト層１０７は、ｐ型不純物であるＭｇとｎ型不純物で
あるＳｉを同時にドーピングしている。そして、窒素原
料にアンモニアを用いた有機金属気相成長法では、アン
モニアと共に水素が膜中に取り込まれている。レーザ素
子のＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ下部クラッド層１０４からＧａＮ
コンタクト層１０７に至る領域のうちの左側半分の領域
（図中格子縞部）は膜中に水素を含有したままとなって
おり、ｐ型不純物であるＭｇアクセプタが不活性化して
いる。そのため、８×１０17ｃｍ-3のｎ型層となってい
る。一方、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ下部クラッド層１０４から
ＧａＮコンタクト層１０７に至る領域のうち右側半分の
領域（図中斜線部）においては、電子線照射を行って膜
中の水素を脱離することによって、Ｍｇアクセプタを活
性化しており、そのため、キャリア濃度３×１０18ｃｍ
-3のｐ型領域となっている。
【００１５】ｐｎ接合面上のＧａＮコンタクト層１０７
はエッチングによってその一部が除去され、ｐ型とｎ型
が分離されている。そして、ｎ型となったＧａＮコンタ
クト層１０７上にＳｉ／Ｔｉ／Ａｌからなるｎ側電極１
０９を形成し、またｐ型となったＧａＮコンタクト層１
０７上にＭｇ／Ｎｉ／Ａｕからなるｐ側電極１１０が形
成されている。
はエッチングによってその一部が除去され、ｐ型とｎ型
が分離されている。そして、ｎ型となったＧａＮコンタ
クト層１０７上にＳｉ／Ｔｉ／Ａｌからなるｎ側電極１
０９を形成し、またｐ型となったＧａＮコンタクト層１
０７上にＭｇ／Ｎｉ／Ａｕからなるｐ側電極１１０が形
成されている。
【００１６】図１に示した窒化ガリウム系半導体レーザ
素子は、絶縁性のサファイア基板１０１上に形成されて
おり、電流がサファイア基板１０１と平行方向に流れる
横注入型の発光素子となっている。またＧａＮコンタク
ト層１０７上にそれぞれ分離して形成されたｎ側電極１
０９とｐ側電極１１０は、それぞれの幅を１００μｍと
大きく設定しており、各電極１０９，１１０とＧａＮコ
ンタクト層１０７との接触面積が大きくなっている。こ
れにより、電極との接触抵抗の低減を実現している。
素子は、絶縁性のサファイア基板１０１上に形成されて
おり、電流がサファイア基板１０１と平行方向に流れる
横注入型の発光素子となっている。またＧａＮコンタク
ト層１０７上にそれぞれ分離して形成されたｎ側電極１
０９とｐ側電極１１０は、それぞれの幅を１００μｍと
大きく設定しており、各電極１０９，１１０とＧａＮコ
ンタクト層１０７との接触面積が大きくなっている。こ
れにより、電極との接触抵抗の低減を実現している。
【００１７】ＡｌＮ低温バッファ層１０２上に形成した
ＧａＮバッファ層１０３は、従来構造の素子と異なり、
Ｓｉをドーピングしておらずノンドープとなっている。
そのため、ＧａＮ結晶の表面平坦性や結晶性が損なわれ
ることなく、その上に積層した発光部の特性も改善され
ている。また、ノンドープのＧａＮバッファ層１０３は
高抵抗となっているため、ｎ側電極１０９とｐ側電極１
１０の間で流れる電流は、ドーピングされているＧａＮ
コンタクト層１０７からＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ下部クラッド
層１０４に至るまでの層厚である１.２μｍの幅にほぼ
限定されて流れる。ｐｎ接合部はＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ下部
クラッド層１０４からＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ上部クラッド層
１０６に至る部分に形成されるが、より禁制帯幅の狭い
Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層１０５にキャリアが閉じ込め
られる。従って、ｐｎ接合近傍におけるＩｎ0.15Ｇａ
0.85Ｎ活性層１０５で発光再結合が行われる。
ＧａＮバッファ層１０３は、従来構造の素子と異なり、
Ｓｉをドーピングしておらずノンドープとなっている。
そのため、ＧａＮ結晶の表面平坦性や結晶性が損なわれ
ることなく、その上に積層した発光部の特性も改善され
ている。また、ノンドープのＧａＮバッファ層１０３は
高抵抗となっているため、ｎ側電極１０９とｐ側電極１
１０の間で流れる電流は、ドーピングされているＧａＮ
コンタクト層１０７からＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ下部クラッド
層１０４に至るまでの層厚である１.２μｍの幅にほぼ
限定されて流れる。ｐｎ接合部はＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ下部
クラッド層１０４からＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ上部クラッド層
１０６に至る部分に形成されるが、より禁制帯幅の狭い
Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層１０５にキャリアが閉じ込め
られる。従って、ｐｎ接合近傍におけるＩｎ0.15Ｇａ
0.85Ｎ活性層１０５で発光再結合が行われる。
【００１８】そして、上記構造においては、サファイア
基板１０１と垂直方向にダブルヘテロ構造が形成されて
いるため、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層１０５で発生した
光は、屈折率の高いＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層１０５を
単一モードで導波する。またサファイア基板１０１の水
平方向に対しては、主として利得導波モードで光が導波
する構造となっている。導波光は、レーザ素子の両端面
の反射鏡で反射して共振し、波長４００ｎｍでレーザ発
振する。
基板１０１と垂直方向にダブルヘテロ構造が形成されて
いるため、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層１０５で発生した
光は、屈折率の高いＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層１０５を
単一モードで導波する。またサファイア基板１０１の水
平方向に対しては、主として利得導波モードで光が導波
する構造となっている。導波光は、レーザ素子の両端面
の反射鏡で反射して共振し、波長４００ｎｍでレーザ発
振する。
【００１９】（請求項２に対応する実施例）請求項２の
発明による窒化ガリウム系半導体レーザ素子において
は、単結晶基板上に半絶縁層または高抵抗層が形成され
ており、その上に少なくともＡｌＧａＮ下部クラッド
層，ＩｎＧａＮ活性層，ＡｌＧａＮ上部クラッド層を含
む積層構造が形成される。また、ＡｌＧａＮ上部クラッ
ド層の一部がＩｎＧａＮ活性層の直上までエッチングさ
れてリッジストライプ構造が形成されており、さらに上
部リッジストライプ構造の頂上部を除いてＧａＮコンタ
クト層が形成されている。これら上記ＡｌＧａＮ下部ク
ラッド層，ＡｌＧａＮ上部クラッド層，ＧａＮコンタク
ト層は、それぞれｐ型不純物とｎ型不純物の両方を含ん
でおり、リッジストライプの半分を含むレーザ素子の一
方の側は、ＧａＮコンタクト層からＡｌＧａＮ下部クラ
ッド層までｐ型不純物が活性化したｐ型領域を形成し、
一方レーザ素子の他方の側は、ＧａＮコンタクト層から
ＡｌＧａＮ下部クラッド層までｐ型不純物が不活性化し
たｎ型領域となっている。さらにｐ型領域のＧａＮコン
タクト層上にｐ側電極が形成され、またｎ型領域のＧａ
Ｎコンタクト層上にｎ側電極が形成されている。
発明による窒化ガリウム系半導体レーザ素子において
は、単結晶基板上に半絶縁層または高抵抗層が形成され
ており、その上に少なくともＡｌＧａＮ下部クラッド
層，ＩｎＧａＮ活性層，ＡｌＧａＮ上部クラッド層を含
む積層構造が形成される。また、ＡｌＧａＮ上部クラッ
ド層の一部がＩｎＧａＮ活性層の直上までエッチングさ
れてリッジストライプ構造が形成されており、さらに上
部リッジストライプ構造の頂上部を除いてＧａＮコンタ
クト層が形成されている。これら上記ＡｌＧａＮ下部ク
ラッド層，ＡｌＧａＮ上部クラッド層，ＧａＮコンタク
ト層は、それぞれｐ型不純物とｎ型不純物の両方を含ん
でおり、リッジストライプの半分を含むレーザ素子の一
方の側は、ＧａＮコンタクト層からＡｌＧａＮ下部クラ
ッド層までｐ型不純物が活性化したｐ型領域を形成し、
一方レーザ素子の他方の側は、ＧａＮコンタクト層から
ＡｌＧａＮ下部クラッド層までｐ型不純物が不活性化し
たｎ型領域となっている。さらにｐ型領域のＧａＮコン
タクト層上にｐ側電極が形成され、またｎ型領域のＧａ
Ｎコンタクト層上にｎ側電極が形成されている。
【００２０】請求項２の発明による半導体レーザ素子に
おいても、請求項１の発明による半導体レーザ素子と同
様、基板と平行方向に電流を流す横注入型となってい
る。従って、電極と半導体層との接触面積を大きくとる
ことが可能であるため、電極との接触抵抗を低減するこ
とができる。
おいても、請求項１の発明による半導体レーザ素子と同
様、基板と平行方向に電流を流す横注入型となってい
る。従って、電極と半導体層との接触面積を大きくとる
ことが可能であるため、電極との接触抵抗を低減するこ
とができる。
【００２１】請求項１の発明による半導体レーザ素子と
異なっている点は、ＡｌＧａＮ上部クラッド層の一部が
エッチングされてリッジストライプ構造が形成されてい
ることである。ｐｎ接合部は、このリッジストライプの
内部に形成されており、ＩｎＧａＮ活性層で発生した光
は、基板と水平方向においてもリッジ導波路部分で閉じ
込められて単一モードで導波する。従って、横モードが
安定した屈折率導波型の半導体レーザを実現できる。ま
た、光をｐｎ接合部の近傍に閉じ込めることにより、光
学利得が増加して、半導体レーザ素子の閾電流を低減す
ることができる。
異なっている点は、ＡｌＧａＮ上部クラッド層の一部が
エッチングされてリッジストライプ構造が形成されてい
ることである。ｐｎ接合部は、このリッジストライプの
内部に形成されており、ＩｎＧａＮ活性層で発生した光
は、基板と水平方向においてもリッジ導波路部分で閉じ
込められて単一モードで導波する。従って、横モードが
安定した屈折率導波型の半導体レーザを実現できる。ま
た、光をｐｎ接合部の近傍に閉じ込めることにより、光
学利得が増加して、半導体レーザ素子の閾電流を低減す
ることができる。
【００２２】以下、請求項２の発明を具体化した実施例
を図２及び図３を参照して説明する。図２は、本発明に
よる窒化ガリウム系半導体レーザ素子の第２の実施例を
示す断面概略構成図である。図２において、１０１はサ
ファイア基板、１０２はＡｌＮ低温バッファ層、１０３
はノンドープＧａＮバッファ層、１０４はＡｌ0.2Ｇａ
0.8Ｎ下部クラッド層、１０６はＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ上部
クラッド層、１０７はＧａＮコンタクト層、１０９はＳ
ｉ／Ｔｉ／Ａｌからなるｎ側電極であり、１１０はＭｇ
／Ｎｉ／Ａｕからなるｐ側電極、２０１はＩｎ0.2Ｇａ
0.8Ｎ／ＧａＮによる多重量子井戸活性層である。
を図２及び図３を参照して説明する。図２は、本発明に
よる窒化ガリウム系半導体レーザ素子の第２の実施例を
示す断面概略構成図である。図２において、１０１はサ
ファイア基板、１０２はＡｌＮ低温バッファ層、１０３
はノンドープＧａＮバッファ層、１０４はＡｌ0.2Ｇａ
0.8Ｎ下部クラッド層、１０６はＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ上部
クラッド層、１０７はＧａＮコンタクト層、１０９はＳ
ｉ／Ｔｉ／Ａｌからなるｎ側電極であり、１１０はＭｇ
／Ｎｉ／Ａｕからなるｐ側電極、２０１はＩｎ0.2Ｇａ
0.8Ｎ／ＧａＮによる多重量子井戸活性層である。
【００２３】図３は、図２に示した半導体レーザ素子の
製造工程を説明するための図で、工程に従って順に図３
（Ａ）〜図３（Ｅ）に示すものである。図３において、
３０１はＳｉＯ2層で、その他、図２と同一の要素には
図２と同じ符号が付してある。以下に図３を参照しなが
ら、製造工程の説明を行う。まず図３（Ａ）に示すよう
に、サファイア基板１０１上に、層厚２０ｎｍのＡｌＮ
低温バッファ層１０２、層厚３μｍのノンドープＧａＮ
バッファ層１０３、層厚０.５μｍのＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ
下部クラッド層１０４、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ多重量子井戸
活性層２０１、及び層厚０.６μｍのＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ
上部クラッド層１０６を順に積層形成する。多重量子井
戸活性層２０１は、層厚３ｎｍのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層を
井戸層とし、層厚４ｎｍのＧａＮ層を障壁層とする。４
個の量子井戸から成っている。結晶成長方法としては、
窒素原料としてアンモニアを用いた有機金属気相成長法
を用いた。また、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ下部クラッド層１０
４とＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ上部クラッド層１０６には、Ｍｇ
とＳｉの両方をドーピングした。
製造工程を説明するための図で、工程に従って順に図３
（Ａ）〜図３（Ｅ）に示すものである。図３において、
３０１はＳｉＯ2層で、その他、図２と同一の要素には
図２と同じ符号が付してある。以下に図３を参照しなが
ら、製造工程の説明を行う。まず図３（Ａ）に示すよう
に、サファイア基板１０１上に、層厚２０ｎｍのＡｌＮ
低温バッファ層１０２、層厚３μｍのノンドープＧａＮ
バッファ層１０３、層厚０.５μｍのＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ
下部クラッド層１０４、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ多重量子井戸
活性層２０１、及び層厚０.６μｍのＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ
上部クラッド層１０６を順に積層形成する。多重量子井
戸活性層２０１は、層厚３ｎｍのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層を
井戸層とし、層厚４ｎｍのＧａＮ層を障壁層とする。４
個の量子井戸から成っている。結晶成長方法としては、
窒素原料としてアンモニアを用いた有機金属気相成長法
を用いた。また、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ下部クラッド層１０
４とＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ上部クラッド層１０６には、Ｍｇ
とＳｉの両方をドーピングした。
【００２４】次に、ＳｉＯ2層３０１をマスクとして、
Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ上部クラッド層１０６を途中までドラ
イエッチングし、未エッチング領域であるリッジストラ
イプ２０２を形成する（図３（Ｂ））。ここではエッチ
ング深さを０.４μｍとし、マスクの幅を２μｍとし
た。エッチングした領域は、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ上部クラ
ッド層１０６が深さ方向に０.２μｍ程度しか残ってい
ないため、光の閉じ込めが不十分となる。リッジストラ
イプ２０２は、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ上部クラッド層１０６
が厚いため、光が閉じ込められるリッジ導波路構造とな
っている。
Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ上部クラッド層１０６を途中までドラ
イエッチングし、未エッチング領域であるリッジストラ
イプ２０２を形成する（図３（Ｂ））。ここではエッチ
ング深さを０.４μｍとし、マスクの幅を２μｍとし
た。エッチングした領域は、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ上部クラ
ッド層１０６が深さ方向に０.２μｍ程度しか残ってい
ないため、光の閉じ込めが不十分となる。リッジストラ
イプ２０２は、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ上部クラッド層１０６
が厚いため、光が閉じ込められるリッジ導波路構造とな
っている。
【００２５】次に、ＳｉＯ2層３０１によるマスクを残
したまま、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ上部クラッド層１０６上に
ＧａＮコンタクト層１０７を結晶成長させる。このと
き、ＧａＮコンタクト層１０７には、ＭｇとＳｉを同時
にドーピングする。また、有機金属気相成長法で成長さ
せているため、ＳｉＯ2層３０１上には結晶が成長せ
ず、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ上部クラッド層１０６上にのみ選
択的に結晶が成長する（図３（Ｃ））。
したまま、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ上部クラッド層１０６上に
ＧａＮコンタクト層１０７を結晶成長させる。このと
き、ＧａＮコンタクト層１０７には、ＭｇとＳｉを同時
にドーピングする。また、有機金属気相成長法で成長さ
せているため、ＳｉＯ2層３０１上には結晶が成長せ
ず、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ上部クラッド層１０６上にのみ選
択的に結晶が成長する（図３（Ｃ））。
【００２６】次に、ＳｉＯ2層３０１を除去した後に、
リッジストライプの半分を含んだ素子の右側領域に電子
線を照射する。電子線を照射していない左側領域におい
て、ＭｇとＳｉの両方をドーピングしたＡｌ0.2Ｇａ0.8
Ｎ下部クラッド層１０４，Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ上部クラッ
ド層１０６，及びＧａＮコンタクト層１０７は、ｐ型不
純物であるＭｇが不活性になっており、キャリア濃度８
×１０17ｃｍ-3のｎ型層となっている。一方電子線が照
射されると、膜中の水素が脱離してｐ型不純物であるＭ
ｇが活性化する。そのため、キャリア濃度３×１０18ｃ
ｍ-3のｐ型領域が斜線部に示すごとくの素子右側に形成
される（図３（Ｄ））。そして、ｎ型のＧａＮコンタク
ト層１０７上にＳｉ／Ｔｉ／Ａｌからなるｎ側電極１０
９をリフトオフ法で形成し、更にｐ型のＧａＮコンタク
ト層１０７上にＭｇ／Ｎｉ／Ａｕからなるｐ側電極１１
０をリフトオフ法で形成する（図３（Ｅ））。
リッジストライプの半分を含んだ素子の右側領域に電子
線を照射する。電子線を照射していない左側領域におい
て、ＭｇとＳｉの両方をドーピングしたＡｌ0.2Ｇａ0.8
Ｎ下部クラッド層１０４，Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ上部クラッ
ド層１０６，及びＧａＮコンタクト層１０７は、ｐ型不
純物であるＭｇが不活性になっており、キャリア濃度８
×１０17ｃｍ-3のｎ型層となっている。一方電子線が照
射されると、膜中の水素が脱離してｐ型不純物であるＭ
ｇが活性化する。そのため、キャリア濃度３×１０18ｃ
ｍ-3のｐ型領域が斜線部に示すごとくの素子右側に形成
される（図３（Ｄ））。そして、ｎ型のＧａＮコンタク
ト層１０７上にＳｉ／Ｔｉ／Ａｌからなるｎ側電極１０
９をリフトオフ法で形成し、更にｐ型のＧａＮコンタク
ト層１０７上にＭｇ／Ｎｉ／Ａｕからなるｐ側電極１１
０をリフトオフ法で形成する（図３（Ｅ））。
【００２７】以上の工程で作製された窒化ガリウム系半
導体レーザ素子は、第１の実施例の半導体レーザ素子と
同様に、サファイア基板１０１と平行方向に電流を流す
横注入型となっている。従って、ｎ側電極１０９及びｐ
側電極１１０とＧａＮとコンタクト層１０７との接触面
積を大きくとることが可能であり、電極との接触抵抗を
低減することができる。また、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ上部ク
ラッド層１０６をドライエッチングして形成したリッジ
ストライプ２０２により、ｐｎ接合近傍の多重量子井戸
活性層２０１で発生した光は、基板と水平方向において
もリッジストライプに閉じ込められて、単一モードで導
波する。従って、横モードが安定した屈折率導波型の半
導体レーザを実現することができる。また、光をｐｎ接
合近傍に閉じ込めることにより、利得領域からはずれた
光の成分を少なくできるため、素子の光学利得が増加し
て閾電流を低減することができる。
導体レーザ素子は、第１の実施例の半導体レーザ素子と
同様に、サファイア基板１０１と平行方向に電流を流す
横注入型となっている。従って、ｎ側電極１０９及びｐ
側電極１１０とＧａＮとコンタクト層１０７との接触面
積を大きくとることが可能であり、電極との接触抵抗を
低減することができる。また、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ上部ク
ラッド層１０６をドライエッチングして形成したリッジ
ストライプ２０２により、ｐｎ接合近傍の多重量子井戸
活性層２０１で発生した光は、基板と水平方向において
もリッジストライプに閉じ込められて、単一モードで導
波する。従って、横モードが安定した屈折率導波型の半
導体レーザを実現することができる。また、光をｐｎ接
合近傍に閉じ込めることにより、利得領域からはずれた
光の成分を少なくできるため、素子の光学利得が増加し
て閾電流を低減することができる。
【００２８】（請求項３に対応する実施例）請求項３の
発明による窒化ガリウム系半導体レーザ素子において
は、単結晶基板上に半絶縁層または高抵抗層が形成され
ており、その上に少なくともＡｌＧａＮ下部クラッド
層，ＩｎＧａＮ活性層，ＡｌＧａＮ上部第１クラッド
層，ＧａＮコンタクト層を含む積層構造が形成されてい
る。また上記のＧａＮコンタクト層の一部がストライプ
状にエッチングして除去され、その領域に高抵抗ＡｌＧ
ａＮ上部第２クラッド層が積層されてリッジストライプ
構造が形成されている。上記のＡｌＧａＮ下部クラッド
層，ＡｌＧａＮ上部第１クラッド層，ＧａＮコンタクト
層は、それぞれｐ型不純物とｎ型不純物の両方を含んで
おり、リッジストライプの半分を含む素子の一方の側
は、ＧａＮコンタクト層からＡｌＧａＮ下部クラッド層
までｐ型不純物が活性化してｐ型領域を形成し、素子の
他方の側はＧａＮコンタクト層からＡｌＧａＮ下部クラ
ッド層までｐ型不純物が不活性化したｎ型領域となって
いる。さらに、ｐ型領域のＧａＮコンタクト層上にｐ側
電極が形成され、またｎ型領域のＧａＮコンタクト層上
にｎ側電極が形成されている。
発明による窒化ガリウム系半導体レーザ素子において
は、単結晶基板上に半絶縁層または高抵抗層が形成され
ており、その上に少なくともＡｌＧａＮ下部クラッド
層，ＩｎＧａＮ活性層，ＡｌＧａＮ上部第１クラッド
層，ＧａＮコンタクト層を含む積層構造が形成されてい
る。また上記のＧａＮコンタクト層の一部がストライプ
状にエッチングして除去され、その領域に高抵抗ＡｌＧ
ａＮ上部第２クラッド層が積層されてリッジストライプ
構造が形成されている。上記のＡｌＧａＮ下部クラッド
層，ＡｌＧａＮ上部第１クラッド層，ＧａＮコンタクト
層は、それぞれｐ型不純物とｎ型不純物の両方を含んで
おり、リッジストライプの半分を含む素子の一方の側
は、ＧａＮコンタクト層からＡｌＧａＮ下部クラッド層
までｐ型不純物が活性化してｐ型領域を形成し、素子の
他方の側はＧａＮコンタクト層からＡｌＧａＮ下部クラ
ッド層までｐ型不純物が不活性化したｎ型領域となって
いる。さらに、ｐ型領域のＧａＮコンタクト層上にｐ側
電極が形成され、またｎ型領域のＧａＮコンタクト層上
にｎ側電極が形成されている。
【００２９】上記半導体レーザ素子は、請求項２に対応
する実施例と同様に、リッジストライプを有する横注入
型の構造となっているが、リッジストライプを構成して
いるＡｌＧａＮ上部第２クラッド層が高抵抗層なってい
る点が異なっている。そのため、電流は抵抗の低いＡｌ
ＧａＮ下部クラッド層からＡｌＧａＮ上部第１クラッド
層の間を流れるようになり、リッジストライプまで拡散
しにくくなる。従って、ｐｎ接合部の面積が狭くなり、
ＩｎＧａＮ活性層以外で不要な再結合電流が発生する割
合を低減することができる。
する実施例と同様に、リッジストライプを有する横注入
型の構造となっているが、リッジストライプを構成して
いるＡｌＧａＮ上部第２クラッド層が高抵抗層なってい
る点が異なっている。そのため、電流は抵抗の低いＡｌ
ＧａＮ下部クラッド層からＡｌＧａＮ上部第１クラッド
層の間を流れるようになり、リッジストライプまで拡散
しにくくなる。従って、ｐｎ接合部の面積が狭くなり、
ＩｎＧａＮ活性層以外で不要な再結合電流が発生する割
合を低減することができる。
【００３０】以下、請求項３の発明を具体化した実施例
を図４及び図５を参照して説明する。図４は、本発明に
よる窒化ガリウム系半導体レーザ素子の第３の実施例を
示す断面概略構成図である。図４において、１０１はサ
ファイア基板、１０２はＡｌＮ低温バッファ層、１０７
はＧａＮコンタクト層、１０９はＳｉ／Ｔｉ／Ａｌから
なるｎ側電極、１１０はＭｇ／Ｎｉ／Ａｕからなるｐ側
電極、２０１はＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ／ＧａＮによる多重量
子井戸活性層、４０１はＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ上部第１クラ
ッド層、４０２はノンドープのＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ上部第
２クラッド層とである。
を図４及び図５を参照して説明する。図４は、本発明に
よる窒化ガリウム系半導体レーザ素子の第３の実施例を
示す断面概略構成図である。図４において、１０１はサ
ファイア基板、１０２はＡｌＮ低温バッファ層、１０７
はＧａＮコンタクト層、１０９はＳｉ／Ｔｉ／Ａｌから
なるｎ側電極、１１０はＭｇ／Ｎｉ／Ａｕからなるｐ側
電極、２０１はＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ／ＧａＮによる多重量
子井戸活性層、４０１はＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ上部第１クラ
ッド層、４０２はノンドープのＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ上部第
２クラッド層とである。
【００３１】図５は、図４に示した半導体レーザ素子の
製造工程を説明するための図で、工程に従って順に図５
（Ａ）〜図５（Ｅ）に示すものである。図５において、
５０１はＳｉＯ2層で、その他、図４と同一の要素には
図４と同じ符号が付してある。以下に図５を参照しなが
ら、製造工程の説明を行う。最初に、図５（Ａ）に示す
ように、サファイア基板１０１上に、層厚２０ｎｍのＡ
ｌＮ低温バッファ層１０２，層厚３μｍのノンドープＧ
ａＮバッファ層１０３，層厚０.５μｍＡｌ0.2Ｇａ0.8
Ｎ下部クラッド層１０４，Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ／ＧａＮに
よる多重量子井戸活性層２０１，層厚０.２μｍのＡｌ
0.2Ｇａ0.8Ｎ上部第１クラッド層４０１，層厚０.２μ
ｍのＧａＮコンタクト層１０７を順に積層形成する。多
重量子井戸活性層２０１は、層厚３ｎｍのＩｎ0.2Ｇａ
0.8Ｎ層を井戸層とし、層厚４ｎｍのＧａＮ層を障壁層
とする４個の量子井戸から成っている。
製造工程を説明するための図で、工程に従って順に図５
（Ａ）〜図５（Ｅ）に示すものである。図５において、
５０１はＳｉＯ2層で、その他、図４と同一の要素には
図４と同じ符号が付してある。以下に図５を参照しなが
ら、製造工程の説明を行う。最初に、図５（Ａ）に示す
ように、サファイア基板１０１上に、層厚２０ｎｍのＡ
ｌＮ低温バッファ層１０２，層厚３μｍのノンドープＧ
ａＮバッファ層１０３，層厚０.５μｍＡｌ0.2Ｇａ0.8
Ｎ下部クラッド層１０４，Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ／ＧａＮに
よる多重量子井戸活性層２０１，層厚０.２μｍのＡｌ
0.2Ｇａ0.8Ｎ上部第１クラッド層４０１，層厚０.２μ
ｍのＧａＮコンタクト層１０７を順に積層形成する。多
重量子井戸活性層２０１は、層厚３ｎｍのＩｎ0.2Ｇａ
0.8Ｎ層を井戸層とし、層厚４ｎｍのＧａＮ層を障壁層
とする４個の量子井戸から成っている。
【００３２】結晶の成長は、窒素原料としてアンモニア
を用いた有機金属気相成長法により行った。また、Ａｌ
0.2Ｇａ0.8Ｎ下部クラッド層１０４，Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ
上部第１クラッド層４０１，ＧａＮコンタクト層１０７
には、ＭｇとＳｉの両方をドーピングした。次に、Ｓｉ
Ｏ2層５０１をマスクとして、幅２μｍの領域をＧａＮ
コンタクト層１０７の表面からドライエッチングして、
ＧａＮコンタクト層１０７を除去する（図５（Ｂ））。
次に、ＳｉＯ2層５０１によるマスクを残したまま、有
機金属気相成長法で、Ｍｇを微量ドーピングしたＡｌ
0.2Ｇａ0.8Ｎ上部第２クラッド層４０２を０.５μｍの
層厚で結晶成長させる。このとき、ＳｉＯ2層５０１上
には結晶が成長せず、エッチングして表面が露出したＡ
ｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ上部第１クラッド層４０１上にのみ選択
的に結晶が成長する（図５（Ｃ））。これにより、Ａｌ
0.2Ｇａ0.8Ｎ上部第２クラッド層４０２によるリッジス
トライプ構造が形成される。
を用いた有機金属気相成長法により行った。また、Ａｌ
0.2Ｇａ0.8Ｎ下部クラッド層１０４，Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ
上部第１クラッド層４０１，ＧａＮコンタクト層１０７
には、ＭｇとＳｉの両方をドーピングした。次に、Ｓｉ
Ｏ2層５０１をマスクとして、幅２μｍの領域をＧａＮ
コンタクト層１０７の表面からドライエッチングして、
ＧａＮコンタクト層１０７を除去する（図５（Ｂ））。
次に、ＳｉＯ2層５０１によるマスクを残したまま、有
機金属気相成長法で、Ｍｇを微量ドーピングしたＡｌ
0.2Ｇａ0.8Ｎ上部第２クラッド層４０２を０.５μｍの
層厚で結晶成長させる。このとき、ＳｉＯ2層５０１上
には結晶が成長せず、エッチングして表面が露出したＡ
ｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ上部第１クラッド層４０１上にのみ選択
的に結晶が成長する（図５（Ｃ））。これにより、Ａｌ
0.2Ｇａ0.8Ｎ上部第２クラッド層４０２によるリッジス
トライプ構造が形成される。
【００３３】次に、ＳｉＯ2マスク層５０１を除去した
後に、リッジストライプの半分を含んだ素子の右側に電
子線を照射する。電子線を照射していない左側領域にお
いて、ＭｇとＳｉの両方をドーピングしたＡｌ0.2Ｇａ
0.8Ｎ下部クラッド層１０４，Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ上部第
１クラッド層４０１，ＧａＮコンタクト層１０７は、ｐ
型不純物であるＭｇが不活性になっており、キャリア濃
度８×１０17ｃｍ-3のｎ型層となっている。一方電子線
が照射されると、膜中の水素が脱離してｐ型不純物であ
るＭｇが活性化する。そのため、キャリア濃度３×１０
18ｃｍ-3のｐ型領域が斜線部に示すごとくの素子の右側
に形成される（図５（Ｄ））。そして、ｎ型のＧａＮコ
ンタクト層１０７上にＳｉ／Ｔｉ／Ａｌからなるｎ側電
極１０９をリフトオフ法で形成し、更にｐ型のＧａＮコ
ンタクト層１０７上にＭｇ／Ｎｉ／Ａｕからなるｐ側電
極１１０をリフトオフ法で形成する（図５（Ｅ））。
後に、リッジストライプの半分を含んだ素子の右側に電
子線を照射する。電子線を照射していない左側領域にお
いて、ＭｇとＳｉの両方をドーピングしたＡｌ0.2Ｇａ
0.8Ｎ下部クラッド層１０４，Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ上部第
１クラッド層４０１，ＧａＮコンタクト層１０７は、ｐ
型不純物であるＭｇが不活性になっており、キャリア濃
度８×１０17ｃｍ-3のｎ型層となっている。一方電子線
が照射されると、膜中の水素が脱離してｐ型不純物であ
るＭｇが活性化する。そのため、キャリア濃度３×１０
18ｃｍ-3のｐ型領域が斜線部に示すごとくの素子の右側
に形成される（図５（Ｄ））。そして、ｎ型のＧａＮコ
ンタクト層１０７上にＳｉ／Ｔｉ／Ａｌからなるｎ側電
極１０９をリフトオフ法で形成し、更にｐ型のＧａＮコ
ンタクト層１０７上にＭｇ／Ｎｉ／Ａｕからなるｐ側電
極１１０をリフトオフ法で形成する（図５（Ｅ））。
【００３４】以上の工程で作製された半導体レーザ素子
は、第２の実施例に示した半導体レーザ素子と同様に、
リッジストライプを有する横注入型の構造となっている
が、リッジストライプを構成しているＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ
上部第２クラッド層４０２にＭｇを微量にドーピングし
ており、高抵抗層となっている点が異なっている。その
ため、電流は抵抗の低いＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ下部クラッド
層１０４からＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ上部第１クラッド層４０
１の間を流れるようになり、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ上部第２
クラッド層４０２によるリッジストライプまで拡散しに
くくなる。従って、ｐｎ接合部の面積が狭くなり、多重
量子井戸活性層２０１以外で不要な再結合電流が発生す
る割合を低減することができる。
は、第２の実施例に示した半導体レーザ素子と同様に、
リッジストライプを有する横注入型の構造となっている
が、リッジストライプを構成しているＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ
上部第２クラッド層４０２にＭｇを微量にドーピングし
ており、高抵抗層となっている点が異なっている。その
ため、電流は抵抗の低いＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ下部クラッド
層１０４からＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ上部第１クラッド層４０
１の間を流れるようになり、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ上部第２
クラッド層４０２によるリッジストライプまで拡散しに
くくなる。従って、ｐｎ接合部の面積が狭くなり、多重
量子井戸活性層２０１以外で不要な再結合電流が発生す
る割合を低減することができる。
【００３５】
【発明の効果】請求項１に対応する効果：電流が基板と
平行方向に流れる横注入型の発光素子となっているた
め、ＧａＮコンタクト層上に分離して形成したｐ側電極
とｎ側電極の幅を数１０μｍ以上と大きく設定すること
が可能であり、電極との接触抵抗を低減することが可能
となる。
平行方向に流れる横注入型の発光素子となっているた
め、ＧａＮコンタクト層上に分離して形成したｐ側電極
とｎ側電極の幅を数１０μｍ以上と大きく設定すること
が可能であり、電極との接触抵抗を低減することが可能
となる。
【００３６】請求項２に対応する効果：ＡｌＧａＮ上部
クラッド層の一部がエッチングされてリッジストライプ
構造が形成されており、ｐｎ接合部は、このリッジスト
ライプの内部に形成されているため、請求項１の効果に
加えて、横モードが安定した屈折率導波型の半導体レー
ザを実現できる。また、光をｐｎ接合部の近傍に閉じ込
めることにより、光学利得が増加して、半導体レーザ素
子の閾電流を低減することができる。
クラッド層の一部がエッチングされてリッジストライプ
構造が形成されており、ｐｎ接合部は、このリッジスト
ライプの内部に形成されているため、請求項１の効果に
加えて、横モードが安定した屈折率導波型の半導体レー
ザを実現できる。また、光をｐｎ接合部の近傍に閉じ込
めることにより、光学利得が増加して、半導体レーザ素
子の閾電流を低減することができる。
【００３７】請求項３に対応する効果：リッジストライ
プを構成しているＡｌＧａＮ上部第２クラッド層が高抵
抗層になっているため、請求項１の効果に加えて、電流
がリッジストライプまで拡散しにくくなり、ｐｎ接合部
の面積が狭くなり、従って、ＩｎＧａＮ活性層以外にお
ける不要な再結合電流の発生を低減することができる。
プを構成しているＡｌＧａＮ上部第２クラッド層が高抵
抗層になっているため、請求項１の効果に加えて、電流
がリッジストライプまで拡散しにくくなり、ｐｎ接合部
の面積が狭くなり、従って、ＩｎＧａＮ活性層以外にお
ける不要な再結合電流の発生を低減することができる。
【図１】 本発明による窒化ガリウム系半導体レーザ素
子の第１の実施例を示す断面概略構成図である。
子の第１の実施例を示す断面概略構成図である。
【図２】 本発明による窒化ガリウム系半導体レーザ素
子の第２の実施例を示す断面概略構成図である。
子の第２の実施例を示す断面概略構成図である。
【図３】 図２に示した半導体レーザ素子の製造工程を
説明するため図である。
説明するため図である。
【図４】 本発明による窒化ガリウム系半導体レーザ素
子の第３の実施例を示す断面概略構成図である。
子の第３の実施例を示す断面概略構成図である。
【図５】 図４に示した半導体レーザ素子の製造工程を
説明するための図である。
説明するための図である。
【図６】 従来の窒化ガリウム系半導体レーザ素子の一
例を模式的に示す図である。
例を模式的に示す図である。
【図７】 従来の窒化ガリウム系半導体レーザ素子の他
の例を模式的に示す図である。
の例を模式的に示す図である。
１…α−ＳｉＣ基板、２…ｎ型ＧａＮ層、３…ｎ型Ａｌ
ＧａＮクラッド層、４…ＩｎＧａＮ活性層、５…ｐ型Ａ
ｌＧａＮクラッド層、６…ｐ型ＧａＮ層、７…絶縁層、
８…Ａｕ電極、９…Ｎｉ電極、１０…サファイア基板、
１１低温バッファ層、１２…高温バッファ層、１３…下
部クラッド層、１４…活性層、１５…上部クラッド層、
１６…コンタクト層、１７…ｐ側電極、１８…ｎ側電
極、１９…ｐ型ＧａＮ層、２０…ＩｎＧａＮ層、１０１
…サファイア基板、１０２…ＡｌＮ低温バッファ層、１
０３…ノンドープＧａＮバッファ層、１０４…Ａｌ0.2
Ｇａ0.8Ｎ下部クラッド層、１０５…Ｉｎ0.15Ｇａ0.85
Ｎ活性層、１０６…Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ上部クラッド層、
１０７…ＧａＮコンタクト層、１０９…ｎ側電極、１１
０…ｐ側電極、２０１…多重量子井戸活性層、２０２…
リッジストライプ、３０１…ＳｉＯ2層、４０１…Ａｌ
0.2Ｇａ0.8Ｎ上部第１クラッド層、４０２…Ａｌ0.2Ｇ
ａ0.8Ｎ上部第２クラッド層、５０１…ＳｉＯ2層。
ＧａＮクラッド層、４…ＩｎＧａＮ活性層、５…ｐ型Ａ
ｌＧａＮクラッド層、６…ｐ型ＧａＮ層、７…絶縁層、
８…Ａｕ電極、９…Ｎｉ電極、１０…サファイア基板、
１１低温バッファ層、１２…高温バッファ層、１３…下
部クラッド層、１４…活性層、１５…上部クラッド層、
１６…コンタクト層、１７…ｐ側電極、１８…ｎ側電
極、１９…ｐ型ＧａＮ層、２０…ＩｎＧａＮ層、１０１
…サファイア基板、１０２…ＡｌＮ低温バッファ層、１
０３…ノンドープＧａＮバッファ層、１０４…Ａｌ0.2
Ｇａ0.8Ｎ下部クラッド層、１０５…Ｉｎ0.15Ｇａ0.85
Ｎ活性層、１０６…Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ上部クラッド層、
１０７…ＧａＮコンタクト層、１０９…ｎ側電極、１１
０…ｐ側電極、２０１…多重量子井戸活性層、２０２…
リッジストライプ、３０１…ＳｉＯ2層、４０１…Ａｌ
0.2Ｇａ0.8Ｎ上部第１クラッド層、４０２…Ａｌ0.2Ｇ
ａ0.8Ｎ上部第２クラッド層、５０１…ＳｉＯ2層。
Claims (3)
- 【請求項１】 半絶縁層または高抵抗層が形成された単
結晶基板上の前記半絶縁層または高抵抗層側に、少なく
ともＡｌＧａＮ下部クラッド層，ＩｎＧａＮ活性層，Ａ
ｌＧａＮ上部クラッド層，及びＧａＮコンタクト層がこ
の順に積層され，さらに電極層が配されてなる半導体レ
ーザ素子であって、前記ＡｌＧａＮ下部クラッド層，前
記ＡｌＧａＮ上部クラッド層，及び前記ＧａＮコンタク
ト層のそれぞれは、ｐ型不純物及びｎ型不純物の両方を
含み、前記ＧａＮコンタクト層から積層方向に前記Ａｌ
ＧａＮ下部クラッド層に至る領域が、前記ｐ型不純物が
活性化したｐ型領域と、前記ｐ型不純物が不活性化した
ｎ型領域とに分割され、前記電極層として、前記ｐ型領
域における前記ＧａＮコンタクト層上にｐ側電極が配さ
れ、前記ｎ型領域の前記ＧａＮコンタクト層上にｎ側電
極が配されていることを特徴とする半導体レーザ素子。 - 【請求項２】 請求項１記載の半導体レーザ素子におい
て、前記ＡｌＧａＮ上部クラッド層の一部が前記ＩｎＧ
ａＮ活性層の直上までエッチングにより除去されること
により該ＡｌＧａＮ上部クラッド層によるリッジストラ
イプが形成され、該リッジストライプは、前記ｐ型領域
と前記ｎ型領域により、二つの領域に分割されているこ
とを特徴とする半導体レーザ素子。 - 【請求項３】 請求項１記載の半導体レーザ素子におい
て、前記ＧａＮコンタクト層の１部がストライプ状にエ
ッチングにより除去され、該除去された領域上でリッジ
ストライプを形成する高抵抗ＡｌＧａＮ上部第２クラッ
ド層を有し、前記ｐ型領域と前記ｎ型領域のそれぞれ
は、前記高抵抗ＡｌＧａＮ上部第２クラッド層に接する
ことを特徴とする半導体レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22361198A JP2000040857A (ja) | 1998-07-23 | 1998-07-23 | 半導体レーザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22361198A JP2000040857A (ja) | 1998-07-23 | 1998-07-23 | 半導体レーザ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000040857A true JP2000040857A (ja) | 2000-02-08 |
Family
ID=16800918
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22361198A Pending JP2000040857A (ja) | 1998-07-23 | 1998-07-23 | 半導体レーザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000040857A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007081416A (ja) * | 2005-09-13 | 2007-03-29 | Philips Lumileds Lightng Co Llc | 発光領域における横方向電流注入を備えた半導体発光装置 |
| JP2017117996A (ja) * | 2015-12-25 | 2017-06-29 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
| JP2017157589A (ja) * | 2016-02-29 | 2017-09-07 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
-
1998
- 1998-07-23 JP JP22361198A patent/JP2000040857A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007081416A (ja) * | 2005-09-13 | 2007-03-29 | Philips Lumileds Lightng Co Llc | 発光領域における横方向電流注入を備えた半導体発光装置 |
| JP2017117996A (ja) * | 2015-12-25 | 2017-06-29 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
| CN106920833A (zh) * | 2015-12-25 | 2017-07-04 | 瑞萨电子株式会社 | 半导体器件及其制造方法 |
| CN106920833B (zh) * | 2015-12-25 | 2022-01-07 | 瑞萨电子株式会社 | 半导体器件及其制造方法 |
| JP2017157589A (ja) * | 2016-02-29 | 2017-09-07 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置および半導体装置の製造方法 |
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