JP2000151023A - 半導体発光装置 - Google Patents
半導体発光装置Info
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- JP2000151023A JP2000151023A JP10314596A JP31459698A JP2000151023A JP 2000151023 A JP2000151023 A JP 2000151023A JP 10314596 A JP10314596 A JP 10314596A JP 31459698 A JP31459698 A JP 31459698A JP 2000151023 A JP2000151023 A JP 2000151023A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体発光装置に関し、エレクトロンブロッ
ク層を設けることなく、しきい値電流密度Ｊthを低減す
る。 【解決手段】 ナイトライド系化合物半導体を用いた半
導体発光装置を構成するｐ型クラッド層５のｐ側光ガイ
ド層３との境界側に、ｐ型クラッド層５全体に比べて局
所的に高濃度ドーピングされた高濃度ドーピング層６を
設ける。
ク層を設けることなく、しきい値電流密度Ｊthを低減す
る。 【解決手段】 ナイトライド系化合物半導体を用いた半
導体発光装置を構成するｐ型クラッド層５のｐ側光ガイ
ド層３との境界側に、ｐ型クラッド層５全体に比べて局
所的に高濃度ドーピングされた高濃度ドーピング層６を
設ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体発光装置に関
するものであり、特に、ナイトライド系化合物半導体か
らなる短波長半導体レーザにおける直列抵抗を低減する
ために局所的に設けた高濃度ドーピング層の構成に特徴
がある半導体発光装置に関するものである。
するものであり、特に、ナイトライド系化合物半導体か
らなる短波長半導体レーザにおける直列抵抗を低減する
ために局所的に設けた高濃度ドーピング層の構成に特徴
がある半導体発光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、短波長半導体レーザは、光ディス
クやＤＶＤ等の光源として用いられているが、光ディス
クの記録密度はレーザ光の波長の二乗に反比例するた
め、より短い波長の半導体レーザが要請されており、現
在商品化されている最短波長の半導体レーザは６３０〜
６５０ｎｍ近傍に波長を有する赤色半導体レーザであ
り、市販されているＤＶＤに用いられている。
クやＤＶＤ等の光源として用いられているが、光ディス
クの記録密度はレーザ光の波長の二乗に反比例するた
め、より短い波長の半導体レーザが要請されており、現
在商品化されている最短波長の半導体レーザは６３０〜
６５０ｎｍ近傍に波長を有する赤色半導体レーザであ
り、市販されているＤＶＤに用いられている。
【０００３】しかし、より記録密度を高めるためにはさ
らなる短波長化が必要であり、例えば、光ディスクに動
画を２時間記録するためには波長が４００ｎｍ近辺の青
色半導体レーザが不可欠となり、そのため、近年では次
世代光ディスク用光源として、青色領域に波長を有する
短波長半導体レーザに開発が盛んになされている。
らなる短波長化が必要であり、例えば、光ディスクに動
画を２時間記録するためには波長が４００ｎｍ近辺の青
色半導体レーザが不可欠となり、そのため、近年では次
世代光ディスク用光源として、青色領域に波長を有する
短波長半導体レーザに開発が盛んになされている。
【０００４】この様な青色半導体レーザ用材料として
は、ＧａＮ系化合物半導体を用いた半導体レーザの研究
・開発が盛んであり、１９９３年末の日亜化学によるＧ
ａＮ高輝度ＬＥＤの発表以降、１９９５年１２月初めに
は、同じく日亜化学によりパルスレーザ発振の成功が報
告され、さらには、１９９６年７月には室温連続発振
（ＣＷ発振）の達成が報告されている。
は、ＧａＮ系化合物半導体を用いた半導体レーザの研究
・開発が盛んであり、１９９３年末の日亜化学によるＧ
ａＮ高輝度ＬＥＤの発表以降、１９９５年１２月初めに
は、同じく日亜化学によりパルスレーザ発振の成功が報
告され、さらには、１９９６年７月には室温連続発振
（ＣＷ発振）の達成が報告されている。
【０００５】ここで、図５を参照して従来の短波長半導
体レーザの一例を説明する。 図５参照 図５は従来の短波長半導体レーザの光軸に垂直な断面図
であり、まず、（０００１）面を主面とするサファイア
基板３１上に、ＧａＮバッファ層３２を介して、ｎ側電
極形成層となるｎ型ＧａＮ中間層３３、ｎ型Ａｌ0.09Ｇ
ａ0.91Ｎクラッド層３４、ｎ型ＧａＮ光ガイド層３５、
ＭＱＷ活性層３６、ｐ型ＧａＮ光ガイド層３７、ｐ型Ａ
ｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層３８、及び、ｐ型ＧａＮコ
ンタクト層３９をＭＯＶＰＥ法（有機金属気相成長法）
によって順次エピタキシャル成長させる。
体レーザの一例を説明する。 図５参照 図５は従来の短波長半導体レーザの光軸に垂直な断面図
であり、まず、（０００１）面を主面とするサファイア
基板３１上に、ＧａＮバッファ層３２を介して、ｎ側電
極形成層となるｎ型ＧａＮ中間層３３、ｎ型Ａｌ0.09Ｇ
ａ0.91Ｎクラッド層３４、ｎ型ＧａＮ光ガイド層３５、
ＭＱＷ活性層３６、ｐ型ＧａＮ光ガイド層３７、ｐ型Ａ
ｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層３８、及び、ｐ型ＧａＮコ
ンタクト層３９をＭＯＶＰＥ法（有機金属気相成長法）
によって順次エピタキシャル成長させる。
【０００６】次いで、ドライ・エッチングによりｐ型Ｇ
ａＮコンタクト層３９及びｐ型Ａｌ 0.09Ｇａ0.91Ｎクラ
ッド層３８をメサエッチングすると共に、ｎ型ＧａＮ中
間層３３の一部を露出させて、ｎ型ＧａＮ中間層３３の
露出部にＴｉ／Ａｕからなるｎ側電極４０を設けると共
に、ｐ型ＧａＮコンタクト層３９上にはストライプ状開
口を有するＳｉＯ2 膜４１を介してＮｉ／Ａｕからなる
ｐ側電極４２を設け、次いでドライ・エッチングを施し
て共振器面となる一対の平行な端面を形成したものであ
る。
ａＮコンタクト層３９及びｐ型Ａｌ 0.09Ｇａ0.91Ｎクラ
ッド層３８をメサエッチングすると共に、ｎ型ＧａＮ中
間層３３の一部を露出させて、ｎ型ＧａＮ中間層３３の
露出部にＴｉ／Ａｕからなるｎ側電極４０を設けると共
に、ｐ型ＧａＮコンタクト層３９上にはストライプ状開
口を有するＳｉＯ2 膜４１を介してＮｉ／Ａｕからなる
ｐ側電極４２を設け、次いでドライ・エッチングを施し
て共振器面となる一対の平行な端面を形成したものであ
る。
【０００７】しかし、この様なＭＱＷ構造の短波長半導
体レーザの場合、しきい値電流密度Ｊthが３．６ｋＡ／
ｃｍ2 程度と、非常に大きいという問題があり、この事
情を解析するために、電子電流をシミュレーションした
のでその結果を図６を参照して説明する。
体レーザの場合、しきい値電流密度Ｊthが３．６ｋＡ／
ｃｍ2 程度と、非常に大きいという問題があり、この事
情を解析するために、電子電流をシミュレーションした
のでその結果を図６を参照して説明する。
【０００８】図６参照 図６は、従来の短波長半導体レーザにおける電子電流の
シミュレーション結果の説明図であり、図から明らかな
ように、電子電流はｐ型クラッド層においても６ｋＡ／
ｃｍ2 程度流れているので、このｐ型クラッド層側に漏
れ出た電子電流がしきい値電流密度Ｊthを上昇させる原
因の一つであると考えられる。
シミュレーション結果の説明図であり、図から明らかな
ように、電子電流はｐ型クラッド層においても６ｋＡ／
ｃｍ2 程度流れているので、このｐ型クラッド層側に漏
れ出た電子電流がしきい値電流密度Ｊthを上昇させる原
因の一つであると考えられる。
【０００９】このため、従来においては、ＭＱＷ活性層
３６とｐ型ＧａＮ光ガイド層３７との間、或いは、ｐ型
ＧａＮ光ガイド層３７とｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッ
ド層３８との間に、Ａｌ比が０．１５〜０．２０程度の
禁制帯幅の大きなｐ型ＡｌＧａＮオーバーフロー防止
層、即ち、エレクトロンブロック層を設けることにより
電子の漏れ出しを防止しようと試みられている。
３６とｐ型ＧａＮ光ガイド層３７との間、或いは、ｐ型
ＧａＮ光ガイド層３７とｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッ
ド層３８との間に、Ａｌ比が０．１５〜０．２０程度の
禁制帯幅の大きなｐ型ＡｌＧａＮオーバーフロー防止
層、即ち、エレクトロンブロック層を設けることにより
電子の漏れ出しを防止しようと試みられている。
【００１０】例えば、豊田中央研究所においては、ＭＱ
Ｗ活性層とｐ型ＧａＮ光ガイド層との間に、Ｍｇを５×
１０19ｃｍ-3にドープしたｐ+ 型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎス
トッパ層を設けることが試みられている（必要ならば、
特開平１０−５６２３６号公報参照）。
Ｗ活性層とｐ型ＧａＮ光ガイド層との間に、Ｍｇを５×
１０19ｃｍ-3にドープしたｐ+ 型Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎス
トッパ層を設けることが試みられている（必要ならば、
特開平１０−５６２３６号公報参照）。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の様にナ
イトライド系化合物半導体を用いたＭＱＷ半導体レーザ
において、禁制帯幅の大きなｐ型ＡｌＧａＮオーバーフ
ロー防止層を設けた場合には、ｐ型ＡｌＧａＮ層におい
てはＡｌ組成比を大きくすればするほどｐ型キャリア濃
度、即ち、正孔濃度が減少し、十分な導電性が得られず
直列抵抗が増加するので、かえってしきい値電流密度Ｊ
thを上げてしまうという問題がある。
イトライド系化合物半導体を用いたＭＱＷ半導体レーザ
において、禁制帯幅の大きなｐ型ＡｌＧａＮオーバーフ
ロー防止層を設けた場合には、ｐ型ＡｌＧａＮ層におい
てはＡｌ組成比を大きくすればするほどｐ型キャリア濃
度、即ち、正孔濃度が減少し、十分な導電性が得られず
直列抵抗が増加するので、かえってしきい値電流密度Ｊ
thを上げてしまうという問題がある。
【００１２】即ち、ＡｌＧａＮは、Ａｌ組成比が０．０
９のｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層の場合にも、元
々ドーピングがしにくい材料であり、ドーパントである
Ｍｇをある一定量より高くしてもかえってキャリア濃度
が低下することが知られており、この傾向はＡｌ組成比
が大きくなるほど強くなるので、現在のｐ型クラッド層
のＡｌ組成比とキャリア濃度は、Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎ、
２×１０17ｃｍ-3といった値が用いられている。
９のｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層の場合にも、元
々ドーピングがしにくい材料であり、ドーパントである
Ｍｇをある一定量より高くしてもかえってキャリア濃度
が低下することが知られており、この傾向はＡｌ組成比
が大きくなるほど強くなるので、現在のｐ型クラッド層
のＡｌ組成比とキャリア濃度は、Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎ、
２×１０17ｃｍ-3といった値が用いられている。
【００１３】また、禁制帯幅の大きなｐ型ＡｌＧａＮオ
ーバーフロー防止層を設けた場合、価電子帯側におい
て、正孔に対する電位障壁が高くなり、これがしきい値
電流密度Ｊthを上げる原因となるという問題もある。
ーバーフロー防止層を設けた場合、価電子帯側におい
て、正孔に対する電位障壁が高くなり、これがしきい値
電流密度Ｊthを上げる原因となるという問題もある。
【００１４】したがって、本発明は、オーバーフロー防
止層、即ち、エレクトロンブロック層を設けることな
く、しきい値電流密度Ｊthを低減することを目的とす
る。
止層、即ち、エレクトロンブロック層を設けることな
く、しきい値電流密度Ｊthを低減することを目的とす
る。
【００１５】
【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理的構
成の説明図であり、この図１を参照して本発明における
課題を解決するための手段を説明する。なお、図１は本
発明の半導体発光装置の活性層近傍の概略的バンドダイ
ヤグラムであり、符号１，２，４は、夫々、活性層、ｎ
側光ガイド層、及び、ｎ型クラッド層を表す。 図１参照 （１）本発明は、ナイトライド系化合物半導体を用いた
半導体発光装置において、ｐ型クラッド層５のｐ側光ガ
イド層３との境界側に、ｐ型クラッド層５全体に比べて
局所的に高濃度ドーピングされた高濃度ドーピング層６
を設けたことを特徴とする。
成の説明図であり、この図１を参照して本発明における
課題を解決するための手段を説明する。なお、図１は本
発明の半導体発光装置の活性層近傍の概略的バンドダイ
ヤグラムであり、符号１，２，４は、夫々、活性層、ｎ
側光ガイド層、及び、ｎ型クラッド層を表す。 図１参照 （１）本発明は、ナイトライド系化合物半導体を用いた
半導体発光装置において、ｐ型クラッド層５のｐ側光ガ
イド層３との境界側に、ｐ型クラッド層５全体に比べて
局所的に高濃度ドーピングされた高濃度ドーピング層６
を設けたことを特徴とする。
【００１６】この様に、ｐ型クラッド層５の一部にｐ型
クラッド層５全体に比べて局所的に高濃度ドーピングさ
れた高濃度ドーピング層６を設けることによって、ｐ型
クラッド層５の結晶性を劣化させることなく正孔濃度を
高めることが可能になり、それによって、直列抵抗を低
減してしきい値電流密度Ｊthを低減することができる。
なお、この様な局所的ドーピングによるキャリア濃度の
増加は、本発明者等によるｐ型ＧａＮコンタクト層に対
する局所的ドーピングにおいて確認されている。
クラッド層５全体に比べて局所的に高濃度ドーピングさ
れた高濃度ドーピング層６を設けることによって、ｐ型
クラッド層５の結晶性を劣化させることなく正孔濃度を
高めることが可能になり、それによって、直列抵抗を低
減してしきい値電流密度Ｊthを低減することができる。
なお、この様な局所的ドーピングによるキャリア濃度の
増加は、本発明者等によるｐ型ＧａＮコンタクト層に対
する局所的ドーピングにおいて確認されている。
【００１７】また、この様な高濃度ドーピング層６は、
伝導帯側において、バンド端がｐ型クラッド層５の他の
領域に比べて相対的に高くなるので、電子に対する障壁
となり、この障壁作用によってもしきい値電流密度Ｊth
を低減することができる。
伝導帯側において、バンド端がｐ型クラッド層５の他の
領域に比べて相対的に高くなるので、電子に対する障壁
となり、この障壁作用によってもしきい値電流密度Ｊth
を低減することができる。
【００１８】（２）また、本発明は、上記（１）におい
て、高濃度ドーピング層６が、ｐ型クラッド層５の他の
領域を構成するＡｌx Ｇａ1-x ＮよりＡｌ組成比の大き
なＡｌy Ｇａ1-y Ｎより構成されることを特徴とする。
て、高濃度ドーピング層６が、ｐ型クラッド層５の他の
領域を構成するＡｌx Ｇａ1-x ＮよりＡｌ組成比の大き
なＡｌy Ｇａ1-y Ｎより構成されることを特徴とする。
【００１９】この様に、ｐ型クラッド層５を構成する高
濃度ドーピング層６のＡｌ組成比ｙを、ｐ型クラッド層
５の他の領域のＡｌ組成比ｘよりも大きくすることによ
って、電子に対する障壁作用をより高めることができ
る。なお、この場合のＡｌ組成比ｙは、Ａｌ組成比の増
加に伴うキャリア濃度の低減現象が実効的に寄与しない
ように、従来のエレクトロンブロック層のＡｌ組成比よ
り小さくする必要がある。即ち、Ａｌ組成比ｙの増加に
よる障壁作用の増加と、キャリア濃度の低減による直列
抵抗の増加及び障壁作用の低減とは、トレードオフな関
係にあるので、最適な範囲のＡｌ組成比ｙを用いること
が必要となる。
濃度ドーピング層６のＡｌ組成比ｙを、ｐ型クラッド層
５の他の領域のＡｌ組成比ｘよりも大きくすることによ
って、電子に対する障壁作用をより高めることができ
る。なお、この場合のＡｌ組成比ｙは、Ａｌ組成比の増
加に伴うキャリア濃度の低減現象が実効的に寄与しない
ように、従来のエレクトロンブロック層のＡｌ組成比よ
り小さくする必要がある。即ち、Ａｌ組成比ｙの増加に
よる障壁作用の増加と、キャリア濃度の低減による直列
抵抗の増加及び障壁作用の低減とは、トレードオフな関
係にあるので、最適な範囲のＡｌ組成比ｙを用いること
が必要となる。
【００２０】（３）また、本発明は、上記（２）におい
て、高濃度ドーピング層６のＡｌ組成比ｙは、ｐ型クラ
ッド層５の他の領域の組成比ｘに対して、０＜（ｙ−
ｘ）≦０．０４の関係を満たすことを特徴とする。
て、高濃度ドーピング層６のＡｌ組成比ｙは、ｐ型クラ
ッド層５の他の領域の組成比ｘに対して、０＜（ｙ−
ｘ）≦０．０４の関係を満たすことを特徴とする。
【００２１】この様に、最適な範囲のＡｌ組成比ｙとし
ては、ｐ型クラッド層５の他の領域の組成比ｘに対し
て、０＜（ｙ−ｘ）≦０．０４の関係、より好適には、
０＜（ｙ−ｘ）≦０．０２の関係を満たすことが望まし
い。
ては、ｐ型クラッド層５の他の領域の組成比ｘに対し
て、０＜（ｙ−ｘ）≦０．０４の関係、より好適には、
０＜（ｙ−ｘ）≦０．０２の関係を満たすことが望まし
い。
【００２２】（４）また、本発明は、上記（２）または
（３）において、高濃度ドーピング層６とＡｌx Ｇａ
1-x Ｎ層との間に、Ａｌ組成比がｙからｘに変化するグ
レーデッド層を設けたことを特徴とする。
（３）において、高濃度ドーピング層６とＡｌx Ｇａ
1-x Ｎ層との間に、Ａｌ組成比がｙからｘに変化するグ
レーデッド層を設けたことを特徴とする。
【００２３】この様に、グレーデッド層を設けることに
よって禁制帯幅をスムースに連続的に変化させることが
できると共に、電子親和力も連続的に変化させることが
でき、それによって、高濃度ドーピング層６の界面に正
孔に対する電位障壁となるノッチが形成されることがな
く、直列抵抗を低減することができる。
よって禁制帯幅をスムースに連続的に変化させることが
できると共に、電子親和力も連続的に変化させることが
でき、それによって、高濃度ドーピング層６の界面に正
孔に対する電位障壁となるノッチが形成されることがな
く、直列抵抗を低減することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】ここで、図２及び図３を参照して
本発明の第１の実施の形態の短波長半導体レーザを説明
する。なお、図２（ａ）は、本発明の第１の実施の形態
の短波長半導体レーザの斜視図であり、また、図２
（ｂ）は、図２（ａ）において破線で示す円内のＭＱＷ
活性層近傍のバンドダイヤグラムである。 図２（ａ）参照 まず、（０００１）面、即ち、ｃ面を主面とする六方晶
の６Ｈ−ＳｉＣからなるｎ型ＳｉＣ基板１１上に、ＴＭ
Ｇａ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡｌ（トリメチルア
ルミニウム）、アンモニア、及び、キャリアガスとして
の水素を成長ガスとして用いたＭＯＶＰＥ法によって、
成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏ
ｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９
５０℃とした状態で、厚さ５０〜３００ｎｍ、例えば、
５０ｎｍのＡｌＧａＮバッファ層１２を成長させる。
本発明の第１の実施の形態の短波長半導体レーザを説明
する。なお、図２（ａ）は、本発明の第１の実施の形態
の短波長半導体レーザの斜視図であり、また、図２
（ｂ）は、図２（ａ）において破線で示す円内のＭＱＷ
活性層近傍のバンドダイヤグラムである。 図２（ａ）参照 まず、（０００１）面、即ち、ｃ面を主面とする六方晶
の６Ｈ−ＳｉＣからなるｎ型ＳｉＣ基板１１上に、ＴＭ
Ｇａ（トリメチルガリウム）、ＴＭＡｌ（トリメチルア
ルミニウム）、アンモニア、及び、キャリアガスとして
の水素を成長ガスとして用いたＭＯＶＰＥ法によって、
成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏ
ｒｒとし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９
５０℃とした状態で、厚さ５０〜３００ｎｍ、例えば、
５０ｎｍのＡｌＧａＮバッファ層１２を成長させる。
【００２５】引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ドー
パント源としてＳｉＨ4 、及び、キャリアガスとして水
素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例え
ば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００
℃、例えば、９２０℃とした状態で、厚さ０．１〜２．
０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が５×１０
17〜１×１０19ｃｍ-3、例えば、２×１０18ｃｍ-3のｎ
型ＧａＮ中間層１３を成長させる。
パント源としてＳｉＨ4 、及び、キャリアガスとして水
素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例え
ば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜１２００
℃、例えば、９２０℃とした状態で、厚さ０．１〜２．
０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が５×１０
17〜１×１０19ｃｍ-3、例えば、２×１０18ｃｍ-3のｎ
型ＧａＮ中間層１３を成長させる。
【００２６】引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモ
ニア、ドーパントとしてＳｉＨ4 、及び、キャリアガス
としての水素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒ
ｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜
１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、厚さ０．
１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が
１．０×１０17〜１．０×１０20ｃｍ-3、例えば、１．
０×１０18ｃｍ-3のｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層
１４を成長させる。
ニア、ドーパントとしてＳｉＨ4 、及び、キャリアガス
としての水素を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒ
ｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００〜
１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、厚さ０．
１〜２．０μｍ、例えば、０．５μｍで、不純物濃度が
１．０×１０17〜１．０×１０20ｃｍ-3、例えば、１．
０×１０18ｃｍ-3のｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層
１４を成長させる。
【００２７】引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、及
び、キャリアガスとしての水素を用いて、成長圧力を７
０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成
長温度を８００〜１２００℃、例えば、９３０℃とした
状態で、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍ
で、不純物濃度が５×１０17〜１×１０19ｃｍ-3、例え
ば、２×１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＮ光ガイド層１５を成
長させる。
び、キャリアガスとしての水素を用いて、成長圧力を７
０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成
長温度を８００〜１２００℃、例えば、９３０℃とした
状態で、厚さ１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍ
で、不純物濃度が５×１０17〜１×１０19ｃｍ-3、例え
ば、２×１０18ｃｍ-3のｎ型ＧａＮ光ガイド層１５を成
長させる。
【００２８】引き続いて、ＴＭＧａ、ＴＭＩｎ（トリメ
チルインジウム）、アンモニア、及び、キャリアガスと
してのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒ
ｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を５５０〜
９００℃、例えば、７００℃とした状態で、厚さ１ｎｍ
〜１０ｎｍ、例えば、５ｎｍのアンドープＩｎ0.03Ｇａ
0.97Ｎバリア層で分離された厚さ３〜１０ｎｍ、例え
ば、４ｎｍのアンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎウエル層を
２〜１０層、例えば、３層成長させてＭＱＷ活性層１６
を形成する。
チルインジウム）、アンモニア、及び、キャリアガスと
してのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏｒ
ｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を５５０〜
９００℃、例えば、７００℃とした状態で、厚さ１ｎｍ
〜１０ｎｍ、例えば、５ｎｍのアンドープＩｎ0.03Ｇａ
0.97Ｎバリア層で分離された厚さ３〜１０ｎｍ、例え
ば、４ｎｍのアンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎウエル層を
２〜１０層、例えば、３層成長させてＭＱＷ活性層１６
を形成する。
【００２９】引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ビス
シクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガ
スとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏ
ｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００
〜１２００℃、例えば、１１３０℃とした状態で、厚さ
１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍで、不純物濃度
が１．０×１０17〜５．０×１０19ｃｍ-3、例えば、
１．０×１０18ｃｍ-3のｐ型ＧａＮ光ガイド層１７を成
長させる。
シクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガ
スとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏ
ｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００
〜１２００℃、例えば、１１３０℃とした状態で、厚さ
１０〜３００ｎｍ、例えば、１００ｎｍで、不純物濃度
が１．０×１０17〜５．０×１０19ｃｍ-3、例えば、
１．０×１０18ｃｍ-3のｐ型ＧａＮ光ガイド層１７を成
長させる。
【００３０】引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモ
ニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、
キャリアガスとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜
７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温
度を８００〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態
で、厚さ２〜５０ｎｍ、例えば、２０ｎｍで、不純物濃
度が２．０×１０19〜１．０×１０22ｃｍ-3、例えば、
１．０×１０19ｃｍ-3のｐ型クラッド層を一部を構成す
るｐ+ 型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎ層１８を成長させる。
ニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、
キャリアガスとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜
７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温
度を８００〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態
で、厚さ２〜５０ｎｍ、例えば、２０ｎｍで、不純物濃
度が２．０×１０19〜１．０×１０22ｃｍ-3、例えば、
１．０×１０19ｃｍ-3のｐ型クラッド層を一部を構成す
るｐ+ 型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎ層１８を成長させる。
【００３１】引き続いて、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモ
ニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、
キャリアガスとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜
７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温
度を８００〜１２００℃、例えば、９３０℃とした状態
で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．４８μｍ
で、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ
-3、例えば、５．０×１０17ｃｍ-3のｐ型Ａｌ0.09Ｇａ
0.91Ｎクラッド層１９を成長させる。
ニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、
キャリアガスとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜
７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温
度を８００〜１２００℃、例えば、９３０℃とした状態
で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、０．４８μｍ
で、不純物濃度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ
-3、例えば、５．０×１０17ｃｍ-3のｐ型Ａｌ0.09Ｇａ
0.91Ｎクラッド層１９を成長させる。
【００３２】引き続いて、ＴＭＧａ、アンモニア、ビス
シクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガ
スとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏ
ｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００
〜１２００℃、例えば、９３０℃とした状態で、厚さ
０．１〜２．０μｍ、例えば、０．２μｍで、不純物濃
度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ-3、例えば、
１．０×１０18ｃｍ-3のｐ型ＧａＮコンタクト層２０を
成長させる。
シクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガ
スとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔｏ
ｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８００
〜１２００℃、例えば、９３０℃とした状態で、厚さ
０．１〜２．０μｍ、例えば、０．２μｍで、不純物濃
度が１．０×１０17〜１．０×１０19ｃｍ-3、例えば、
１．０×１０18ｃｍ-3のｐ型ＧａＮコンタクト層２０を
成長させる。
【００３３】次いで、ドライ・エッチングによりｐ型Ｇ
ａＮコンタクト層２０及びｐ型Ａｌ 0.09Ｇａ0.91Ｎクラ
ッド層１９をメサエッチングしたのち、ｎ型ＳｉＣ基板
１１の裏面には厚さ１００ｎｍのＮｉからなるｎ側電極
２３を設けると共に、ｐ型ＧａＮコンタクト層２０上に
はストライプ状開口を有するＳｉＯ2 膜２１を介して厚
さ１００ｎｍのＮｉからなるｐ側電極２２を設け、共振
器長Ｌが７００μｍとなるように素子分割することによ
ってＭＱＷ構造の短波長半導体レーザが完成する。
ａＮコンタクト層２０及びｐ型Ａｌ 0.09Ｇａ0.91Ｎクラ
ッド層１９をメサエッチングしたのち、ｎ型ＳｉＣ基板
１１の裏面には厚さ１００ｎｍのＮｉからなるｎ側電極
２３を設けると共に、ｐ型ＧａＮコンタクト層２０上に
はストライプ状開口を有するＳｉＯ2 膜２１を介して厚
さ１００ｎｍのＮｉからなるｐ側電極２２を設け、共振
器長Ｌが７００μｍとなるように素子分割することによ
ってＭＱＷ構造の短波長半導体レーザが完成する。
【００３４】図２（ｂ）参照 この本発明の第１の実施の形態においては、ｐ型クラッ
ド層のｐ側光ガイド層に接する側を局所的に高濃度ドー
ピングにすることによって、ｐ+ 型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎ
層１８としているので、高濃度ドーピングに伴うバンド
ギャップ内におけるフェルミレベルＥf の位置の変動に
より、伝導帯側のバンド端がｐ型Ａｌ0. 09Ｇａ0.91Ｎク
ラッド層１９のバンド端より電子に対して高くなるの
で、このｐ + 型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎ層１８が電子に対す
る障壁として作用することになる。
ド層のｐ側光ガイド層に接する側を局所的に高濃度ドー
ピングにすることによって、ｐ+ 型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎ
層１８としているので、高濃度ドーピングに伴うバンド
ギャップ内におけるフェルミレベルＥf の位置の変動に
より、伝導帯側のバンド端がｐ型Ａｌ0. 09Ｇａ0.91Ｎク
ラッド層１９のバンド端より電子に対して高くなるの
で、このｐ + 型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎ層１８が電子に対す
る障壁として作用することになる。
【００３５】また、このｐ+ 型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎ層１
８は、２０ｎｍ程度と非常に薄いので、高濃度ドーピン
グしても、ｐ型クラッド層全体を高濃度ドーピングした
場合に比べて結晶性の劣化を引き起こすことがないの
で、高キャリア濃度化が可能になり、それによって、素
子抵抗、即ち、直列抵抗を低減することができる。な
お、この場合のｐ+ 型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎ層１８におけ
る正孔濃度ｈの実測はできないものの、２．０×１０19
〜１．０×１０22ｃｍ-3のＭｇ濃度に対応して２×１０
17ｃｍ-3≦ｈ≦１×１０20ｃｍ-3程度であると推測され
る。
８は、２０ｎｍ程度と非常に薄いので、高濃度ドーピン
グしても、ｐ型クラッド層全体を高濃度ドーピングした
場合に比べて結晶性の劣化を引き起こすことがないの
で、高キャリア濃度化が可能になり、それによって、素
子抵抗、即ち、直列抵抗を低減することができる。な
お、この場合のｐ+ 型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎ層１８におけ
る正孔濃度ｈの実測はできないものの、２．０×１０19
〜１．０×１０22ｃｍ-3のＭｇ濃度に対応して２×１０
17ｃｍ-3≦ｈ≦１×１０20ｃｍ-3程度であると推測され
る。
【００３６】また、このｐ+ 型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎ層１
８は、ｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層１９と同じＡ
ｌ組成比であり、従来のエレクトロンブロック層に比べ
て小さいので、Ａｌ組成比の増加によるキャリア濃度の
低減の影響を受けることが少なく、高キャリア濃度化が
可能になる。
８は、ｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層１９と同じＡ
ｌ組成比であり、従来のエレクトロンブロック層に比べ
て小さいので、Ａｌ組成比の増加によるキャリア濃度の
低減の影響を受けることが少なく、高キャリア濃度化が
可能になる。
【００３７】即ち、この様な局所的高濃度ドーピングに
よるキャリア濃度の増加は、本発明者等によるｐ型Ｇａ
Ｎコンタクト層に対する直列抵抗の低減の研究から見い
出されたものであり、ｐ型ＧａＮコンタクト層の表面５
０ｎｍ程度の領域において、成長時にＭｇ流量を増や
し、Ｍｇ濃度が５×１０20ｃｍ-3の高濃度ドーピング層
を作製することにより、コンタクト層全体を５×１０20
ｃｍ-3にドープする場合に比べてコンタクト抵抗が低減
する現象に基づくものである。なお、この場合、高濃度
ドーピング層の層厚が５０ｎｍ程度と薄いため、ホール
測定によるキャリア濃度の測定は不可能であるが、コン
タクト抵抗が低減したことから、局所的ドーピングによ
りキャリア濃度が増加していることを推定するものであ
る。
よるキャリア濃度の増加は、本発明者等によるｐ型Ｇａ
Ｎコンタクト層に対する直列抵抗の低減の研究から見い
出されたものであり、ｐ型ＧａＮコンタクト層の表面５
０ｎｍ程度の領域において、成長時にＭｇ流量を増や
し、Ｍｇ濃度が５×１０20ｃｍ-3の高濃度ドーピング層
を作製することにより、コンタクト層全体を５×１０20
ｃｍ-3にドープする場合に比べてコンタクト抵抗が低減
する現象に基づくものである。なお、この場合、高濃度
ドーピング層の層厚が５０ｎｍ程度と薄いため、ホール
測定によるキャリア濃度の測定は不可能であるが、コン
タクト抵抗が低減したことから、局所的ドーピングによ
りキャリア濃度が増加していることを推定するものであ
る。
【００３８】上記の第１の実施の形態においては、ｐ+
型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎ層１８の厚さｄを２ｎｍ≦ｄ≦５
０ｎｍとしているのは、ｄ＞５０の場合には結晶性が劣
化するため逆に不純物の活性化が低減し、一方、ｄ＜２
ｎｍの場合には、薄すぎて、高濃度ドーピング層を設け
た効果が実効的に得られなくなるためである。
型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎ層１８の厚さｄを２ｎｍ≦ｄ≦５
０ｎｍとしているのは、ｄ＞５０の場合には結晶性が劣
化するため逆に不純物の活性化が低減し、一方、ｄ＜２
ｎｍの場合には、薄すぎて、高濃度ドーピング層を設け
た効果が実効的に得られなくなるためである。
【００３９】図３参照 図３は、ｐ型クラッド層のｐ型光ガイド層の界面から２
０ｎｍの領域のキャリア濃度を変化させた場合のしきい
値電流の変化をシミュレートした結果を示す図であり、
図から明らかなように、キャリア濃度が５×１０17ｃｍ
-3におけるしきい値電流が１５０ｍＡであるのに対し
て、キャリア濃度が増加するにしたがってしきい値電流
は減少し、キャリア濃度が１×１０19ｃｍ-3において約
１３０ｍＡとなり、約１６％程度の低減が可能になる。
０ｎｍの領域のキャリア濃度を変化させた場合のしきい
値電流の変化をシミュレートした結果を示す図であり、
図から明らかなように、キャリア濃度が５×１０17ｃｍ
-3におけるしきい値電流が１５０ｍＡであるのに対し
て、キャリア濃度が増加するにしたがってしきい値電流
は減少し、キャリア濃度が１×１０19ｃｍ-3において約
１３０ｍＡとなり、約１６％程度の低減が可能になる。
【００４０】これは、電子がｐ型クラッド層側に漏れ出
すことが抑制されるためであると考えられ、抑制される
原因としては、図２（ｂ）に示した様に、高濃度ドーピ
ング層における伝導帯側のバンド端の上昇による障壁効
果が考えられ、また、高キャリア濃度化による直列抵抗
の低減効果も考えられる。
すことが抑制されるためであると考えられ、抑制される
原因としては、図２（ｂ）に示した様に、高濃度ドーピ
ング層における伝導帯側のバンド端の上昇による障壁効
果が考えられ、また、高キャリア濃度化による直列抵抗
の低減効果も考えられる。
【００４１】上述の様に、本発明の第１の実施の形態に
おいては、局所的高濃度ドーピングに伴うキャリア濃度
の増加による直列抵抗の低減及びキャリア濃度の増加に
よる障壁効果により、短波長半導体レーザの低しきい値
電流密度化が可能になるものである。
おいては、局所的高濃度ドーピングに伴うキャリア濃度
の増加による直列抵抗の低減及びキャリア濃度の増加に
よる障壁効果により、短波長半導体レーザの低しきい値
電流密度化が可能になるものである。
【００４２】次に、図４（ａ）を参照して、本発明の第
２の実施の形態の短波長半導体レーザを説明するが、こ
の第２の実施の形態の短波長半導体レーザは、高濃度ド
ーピング層であるｐ+ 型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎ層１８のＡ
ｌ組成比のみを変えてｐ+ 型Ａｌ0.11Ｇａ0.89Ｎ層２４
にしたものであり、その他の構成及び製造条件は上記の
第１の実施の形態と実質的に同じであるの、製造工程の
説明は省略する。
２の実施の形態の短波長半導体レーザを説明するが、こ
の第２の実施の形態の短波長半導体レーザは、高濃度ド
ーピング層であるｐ+ 型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎ層１８のＡ
ｌ組成比のみを変えてｐ+ 型Ａｌ0.11Ｇａ0.89Ｎ層２４
にしたものであり、その他の構成及び製造条件は上記の
第１の実施の形態と実質的に同じであるの、製造工程の
説明は省略する。
【００４３】即ち、この第２の実施の形態におけるｐ+
型Ａｌ0.11Ｇａ0.89Ｎ層２４のＭｇ濃度は、２．０×１
０19〜１．０×１０22ｃｍ-3であり、それに対応する正
孔濃度ｈは、２×１０17ｃｍ-3≦ｈ≦１×１０20ｃｍ-3
程度であると推測される。また、ｐ+ 型Ａｌ0.11Ｇａ
0.89Ｎ層２４の厚さも、上記の第１の実施の形態と同様
の理由で２ｎｍ≦ｄ≦５０ｎｍとしている。
型Ａｌ0.11Ｇａ0.89Ｎ層２４のＭｇ濃度は、２．０×１
０19〜１．０×１０22ｃｍ-3であり、それに対応する正
孔濃度ｈは、２×１０17ｃｍ-3≦ｈ≦１×１０20ｃｍ-3
程度であると推測される。また、ｐ+ 型Ａｌ0.11Ｇａ
0.89Ｎ層２４の厚さも、上記の第１の実施の形態と同様
の理由で２ｎｍ≦ｄ≦５０ｎｍとしている。
【００４４】図４（ａ）参照 図４（ａ）は、第２の実施の形態の短波長半導体レーザ
のＭＱＷ活性層近傍のバンドダイヤグラムであり、図か
ら明らかなように、ｐ+ 型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎ層１８の
よりＡｌ組成比の大きなｐ+ 型Ａｌ0.11Ｇａ0.89Ｎ層２
４を用いることによって、電子に対する障壁効果が大き
くなるので、電子の漏れ出しを防止して、低しきい値電
流密度化を可能にするものである。
のＭＱＷ活性層近傍のバンドダイヤグラムであり、図か
ら明らかなように、ｐ+ 型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎ層１８の
よりＡｌ組成比の大きなｐ+ 型Ａｌ0.11Ｇａ0.89Ｎ層２
４を用いることによって、電子に対する障壁効果が大き
くなるので、電子の漏れ出しを防止して、低しきい値電
流密度化を可能にするものである。
【００４５】この場合、高濃度ドーピング層のＡｌ組成
は、ｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層１９のＡｌ組成
比である０．０９に対して、０．０２程度しか大きくな
いので、Ａｌ組成比の増加によるキャリア濃度低減の現
象の影響を受けることが少なく、局所的高濃度ドーピン
グの効果が期待できる。
は、ｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層１９のＡｌ組成
比である０．０９に対して、０．０２程度しか大きくな
いので、Ａｌ組成比の増加によるキャリア濃度低減の現
象の影響を受けることが少なく、局所的高濃度ドーピン
グの効果が期待できる。
【００４６】即ち、Ａｌ組成比の増加による障壁作用の
増加と、Ａｌ組成比の増加に伴うキャリア濃度の低減に
よる直列抵抗の増加及び障壁作用の低減とはトレードオ
フの関係にあるので、高濃度ドーピング層のＡｌ組成比
としては、Ａｌ組成比の増加による障壁作用の増加と、
キャリア濃度の低減による直列抵抗の増加及び障壁作用
の低減とに関して最適な条件を選択する必要があり、Ａ
ｌ組成比の増加によりキャリア濃度の低減の傾向からみ
て、例えば、ｐ型クラッド層のＡｌ組成比より０．０４
程度大きい組成比、より好適には、０．０２程度大きい
組成比に選択することが望ましい。
増加と、Ａｌ組成比の増加に伴うキャリア濃度の低減に
よる直列抵抗の増加及び障壁作用の低減とはトレードオ
フの関係にあるので、高濃度ドーピング層のＡｌ組成比
としては、Ａｌ組成比の増加による障壁作用の増加と、
キャリア濃度の低減による直列抵抗の増加及び障壁作用
の低減とに関して最適な条件を選択する必要があり、Ａ
ｌ組成比の増加によりキャリア濃度の低減の傾向からみ
て、例えば、ｐ型クラッド層のＡｌ組成比より０．０４
程度大きい組成比、より好適には、０．０２程度大きい
組成比に選択することが望ましい。
【００４７】次に、図４（ｂ）を参照して、本発明の第
３の実施の形態の短波長半導体レーザを説明するが、こ
の第３の実施の形態の短波長半導体レーザは、ｐ+ 型Ａ
ｌ0. 11Ｇａ0.89Ｎ層２４とｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラ
ッド層１９との間にｐ型ＡｌＧａＮグレーデッド層２５
を挿入したものであり、その他の構成及び製造条件は上
記の第２の実施の形態と実質的に同じであるの、ｐ型Ａ
ｌＧａＮグレーデッド層２５の製造工程のみを説明す
る。
３の実施の形態の短波長半導体レーザを説明するが、こ
の第３の実施の形態の短波長半導体レーザは、ｐ+ 型Ａ
ｌ0. 11Ｇａ0.89Ｎ層２４とｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラ
ッド層１９との間にｐ型ＡｌＧａＮグレーデッド層２５
を挿入したものであり、その他の構成及び製造条件は上
記の第２の実施の形態と実質的に同じであるの、ｐ型Ａ
ｌＧａＮグレーデッド層２５の製造工程のみを説明す
る。
【００４８】このｐ型ＡｌＧａＮグレーデッド層２５を
形成するためには、ｐ+ 型Ａｌ0.11Ｇａ0.89Ｎ層２４を
成長させたのち、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモニア、ビ
スシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリア
ガスとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔ
ｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８０
０〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、ＴＭ
Ａｌ／ＴＭＧａ比率を徐々に連続的に減少させてＡｌ組
成比が０．１１から０．０９まで変化する、厚さが２〜
５０ｎｍ、例えば、２０ｎｍで、不純物濃度が２．０×
１０19〜１．０×１０22ｃｍ-3、例えば、１．０×１０
19ｃｍ-3のｐ型グレーデッドＡｌＧａＮ層２５を成長さ
せるものである。
形成するためには、ｐ+ 型Ａｌ0.11Ｇａ0.89Ｎ層２４を
成長させたのち、ＴＭＡｌ、ＴＭＧａ、アンモニア、ビ
スシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリア
ガスとしてのＮ2 を用いて、成長圧力を７０〜７６０Ｔ
ｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、成長温度を８０
０〜１２００℃、例えば、９５０℃とした状態で、ＴＭ
Ａｌ／ＴＭＧａ比率を徐々に連続的に減少させてＡｌ組
成比が０．１１から０．０９まで変化する、厚さが２〜
５０ｎｍ、例えば、２０ｎｍで、不純物濃度が２．０×
１０19〜１．０×１０22ｃｍ-3、例えば、１．０×１０
19ｃｍ-3のｐ型グレーデッドＡｌＧａＮ層２５を成長さ
せるものである。
【００４９】即ち、この第３の実施の形態におけるｐ+
型Ａｌ0.11Ｇａ0.89Ｎ層２４及びｐ型グレーデッドＡｌ
ＧａＮ層２５のＭｇ濃度は、各々２．０×１０19〜１．
０×１０22ｃｍ-3であり、それに対応する正孔濃度ｈ，
ｈg は、各々２×１０17ｃｍ -3≦ｈ，ｈg ≦１×１０20
ｃｍ-3程度であると推測される。また、ｐ+ 型Ａｌ0.11
Ｇａ0.89Ｎ層２４及びｐ型グレーデッドＡｌＧａＮ層２
５の厚さｄ，ｄg も、上記の第１の実施の形態と同様の
理由で各々２ｎｍ≦ｄ，ｄg ≦５０ｎｍとしている。
型Ａｌ0.11Ｇａ0.89Ｎ層２４及びｐ型グレーデッドＡｌ
ＧａＮ層２５のＭｇ濃度は、各々２．０×１０19〜１．
０×１０22ｃｍ-3であり、それに対応する正孔濃度ｈ，
ｈg は、各々２×１０17ｃｍ -3≦ｈ，ｈg ≦１×１０20
ｃｍ-3程度であると推測される。また、ｐ+ 型Ａｌ0.11
Ｇａ0.89Ｎ層２４及びｐ型グレーデッドＡｌＧａＮ層２
５の厚さｄ，ｄg も、上記の第１の実施の形態と同様の
理由で各々２ｎｍ≦ｄ，ｄg ≦５０ｎｍとしている。
【００５０】図４（ｂ）参照 図４（ｂ）は、上述のようにして形成した第３の実施の
形態の短波長半導体レーザのＭＱＷ活性層近傍のバンド
ダイヤグラムであり、図から明らかなように、ｐ+ 型Ａ
ｌ0.11Ｇａ0.89Ｎ層２４に続いてｐ型グレーデッドＡｌ
ＧａＮ層２５を設けているので、禁制帯幅をスムースに
連続的に変化させることができると共に、電子親和力も
連続的に変化させることができ、それによって、ｐ+ 型
Ａｌ0.11Ｇａ0.89Ｎ層２４の界面に正孔に対する電位障
壁となるノッチが形成されることがなく、直列抵抗を低
減することができる。
形態の短波長半導体レーザのＭＱＷ活性層近傍のバンド
ダイヤグラムであり、図から明らかなように、ｐ+ 型Ａ
ｌ0.11Ｇａ0.89Ｎ層２４に続いてｐ型グレーデッドＡｌ
ＧａＮ層２５を設けているので、禁制帯幅をスムースに
連続的に変化させることができると共に、電子親和力も
連続的に変化させることができ、それによって、ｐ+ 型
Ａｌ0.11Ｇａ0.89Ｎ層２４の界面に正孔に対する電位障
壁となるノッチが形成されることがなく、直列抵抗を低
減することができる。
【００５１】この様に、本発明の第３の実施の形態にお
いては、ｐ+ 型Ａｌ0.11Ｇａ0.89Ｎ層２４によって電子
に対する電位障壁を形成するとともに、ｐ型グレーデッ
ドＡｌＧａＮ層２５を設けることによって正孔に対する
電位障壁の形成を抑制しているので、直列抵抗のさらな
る低減が可能になり、それによって、低しきい値電流密
度化が可能になる。
いては、ｐ+ 型Ａｌ0.11Ｇａ0.89Ｎ層２４によって電子
に対する電位障壁を形成するとともに、ｐ型グレーデッ
ドＡｌＧａＮ層２５を設けることによって正孔に対する
電位障壁の形成を抑制しているので、直列抵抗のさらな
る低減が可能になり、それによって、低しきい値電流密
度化が可能になる。
【００５２】なお、この場合のｐ+ 型Ａｌ0.11Ｇａ0.89
Ｎ層２４のＡｌ組成比も、ｐ型クラッド層のＡｌ組成比
より０．０４程度大きい組成比、より好適には、０．０
２程度大きい組成比に選択することが望ましい。
Ｎ層２４のＡｌ組成比も、ｐ型クラッド層のＡｌ組成比
より０．０４程度大きい組成比、より好適には、０．０
２程度大きい組成比に選択することが望ましい。
【００５３】以上、本発明の各実施の形態を説明してき
たが、本発明は上記の各実施の形態の構成に限られるも
のではなく、各種の変更が可能である。例えば、ＳｉＣ
基板ではなく従来と同様にサファイア基板を用いても良
いものであり、その場合には、まず、従来と同様に、
（０００１）面を主面とするサファイア基板上に、ＴＭ
Ｇａ、アンモニア、及び、キャリアガスとして水素を成
長ガスとして用いたＭＯＶＰＥ法によって、成長圧力を
７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、
５００℃の成長温度において、厚さ０．０３μｍのＧａ
Ｎ低温バッファ層を成長させ、次いで、ＴＭＧａ、アン
モニア、及び、キャリアガスとして水素を用いて、成長
圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒ
とし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９５０
℃とした状態で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、
１．０μｍのｎ側電極形成層となるｎ型ＧａＮ中間層を
成長させる。
たが、本発明は上記の各実施の形態の構成に限られるも
のではなく、各種の変更が可能である。例えば、ＳｉＣ
基板ではなく従来と同様にサファイア基板を用いても良
いものであり、その場合には、まず、従来と同様に、
（０００１）面を主面とするサファイア基板上に、ＴＭ
Ｇａ、アンモニア、及び、キャリアガスとして水素を成
長ガスとして用いたＭＯＶＰＥ法によって、成長圧力を
７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒとし、
５００℃の成長温度において、厚さ０．０３μｍのＧａ
Ｎ低温バッファ層を成長させ、次いで、ＴＭＧａ、アン
モニア、及び、キャリアガスとして水素を用いて、成長
圧力を７０〜７６０Ｔｏｒｒ、例えば、１００Ｔｏｒｒ
とし、成長温度を８００〜１２００℃、例えば、９５０
℃とした状態で、厚さ０．１〜２．０μｍ、例えば、
１．０μｍのｎ側電極形成層となるｎ型ＧａＮ中間層を
成長させる。
【００５４】以降は、上記の第１乃至第３の実施の形態
の全く同様に、ｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0. 91Ｎクラッド層、ｎ
型ＧａＮ光ガイド層、ＭＱＷ活性層、ｐ型ＧａＮ光ガイ
ド層、高濃度ドーピング層（及び、グレーデッド層）、
ｐ型ＧａＮ光ガイド層、ｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッ
ド層、及び、ｐ型ＧａＮコンタクト層を順次エピタキシ
ャル成長させる。
の全く同様に、ｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0. 91Ｎクラッド層、ｎ
型ＧａＮ光ガイド層、ＭＱＷ活性層、ｐ型ＧａＮ光ガイ
ド層、高濃度ドーピング層（及び、グレーデッド層）、
ｐ型ＧａＮ光ガイド層、ｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッ
ド層、及び、ｐ型ＧａＮコンタクト層を順次エピタキシ
ャル成長させる。
【００５５】次いで、それ以降は、再び従来例と同様
に、ドライ・エッチングによりｐ型ＧａＮ層及びｐ型Ａ
ｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層をメサエッチングすると共
に、ｎ型ＧａＮ中間層の一部を露出させて、ｎ型ＧａＮ
中間層の露出部にＴｉ／Ａｕからなるｎ側電極を設ける
と共に、ｐ型ＧａＮコンタクト層上にはストライプ状開
口を有するＳｉＯ2 膜を介してＮｉ／Ａｕからなるｐ側
電極を設け、次いでドライ・エッチングを施して共振器
面となる一対の平行な端面を形成すれば良い。
に、ドライ・エッチングによりｐ型ＧａＮ層及びｐ型Ａ
ｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層をメサエッチングすると共
に、ｎ型ＧａＮ中間層の一部を露出させて、ｎ型ＧａＮ
中間層の露出部にＴｉ／Ａｕからなるｎ側電極を設ける
と共に、ｐ型ＧａＮコンタクト層上にはストライプ状開
口を有するＳｉＯ2 膜を介してＮｉ／Ａｕからなるｐ側
電極を設け、次いでドライ・エッチングを施して共振器
面となる一対の平行な端面を形成すれば良い。
【００５６】また、上記の各実施の形態においては、多
重量子井戸活性層としてＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ／Ｉｎ0.03
Ｇａ0.97ＮからなるＭＱＷ構造を採用しているが、必要
とする波長に応じて混晶比をＡｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｎ
（０≦ｘ＜１、０＜ｙ≦１）の範囲内で変えても良いも
のであり、且つ、それに伴って、光ガイド層及びクラッ
ド層の混晶比をＡｌa Ｇａb Ｉｎ1-a-b Ｎ（０≦ａ≦
１、０≦ｂ≦１）の範囲内で変えても良い。
重量子井戸活性層としてＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ／Ｉｎ0.03
Ｇａ0.97ＮからなるＭＱＷ構造を採用しているが、必要
とする波長に応じて混晶比をＡｌx Ｇａy Ｉｎ1-x-y Ｎ
（０≦ｘ＜１、０＜ｙ≦１）の範囲内で変えても良いも
のであり、且つ、それに伴って、光ガイド層及びクラッ
ド層の混晶比をＡｌa Ｇａb Ｉｎ1-a-b Ｎ（０≦ａ≦
１、０≦ｂ≦１）の範囲内で変えても良い。
【００５７】例えば、上記の各実施の形態においては、
バリア層としてはＩｎＧａＮウエル層に対してＩｎＧａ
Ｎを用いているが、ＩｎＧａＮの代わりにＡｌＧａＮ或
いはＧａＮを用いても良いものである。
バリア層としてはＩｎＧａＮウエル層に対してＩｎＧａ
Ｎを用いているが、ＩｎＧａＮの代わりにＡｌＧａＮ或
いはＧａＮを用いても良いものである。
【００５８】また、上記の各実施の形態においては、ｎ
側光ガイド層としてｎ型光ガイド層を用い、ｐ側光ガイ
ド層としてｐ型光ガイド層を用いているが、ｎ側光ガイ
ド層及びｐ側光ガイド層の内の少なくとも一方をアンド
ープ層で構成しても良いものである。
側光ガイド層としてｎ型光ガイド層を用い、ｐ側光ガイ
ド層としてｐ型光ガイド層を用いているが、ｎ側光ガイ
ド層及びｐ側光ガイド層の内の少なくとも一方をアンド
ープ層で構成しても良いものである。
【００５９】
【発明の効果】本発明によれば、ナイトライド系化合物
半導体からなる半導体発光装置のｐ型クラッド層のｐ側
光ガイド層の境界領域に局所的高濃度ドーピングを施す
ことによって高キャリア濃度化が可能になり、それによ
って、直列抵抗の低減と障壁効果の向上が可能になるの
で、しきい値電流密度Ｊthが低減されて低消費電力化が
可能になり、光情報記録装置等の光源としてその高密度
化に寄与するところが大きい。
半導体からなる半導体発光装置のｐ型クラッド層のｐ側
光ガイド層の境界領域に局所的高濃度ドーピングを施す
ことによって高キャリア濃度化が可能になり、それによ
って、直列抵抗の低減と障壁効果の向上が可能になるの
で、しきい値電流密度Ｊthが低減されて低消費電力化が
可能になり、光情報記録装置等の光源としてその高密度
化に寄与するところが大きい。
【図１】本発明の原理的構成の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の短波長半導体レー
ザの説明図である。
ザの説明図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態におけるｐ+ 型Ａｌ
0.09Ｇａ0.91Ｎ層の作用の説明図である。
0.09Ｇａ0.91Ｎ層の作用の説明図である。
【図４】本発明の第２及び第３の実施の形態の説明図で
ある。
ある。
【図５】従来の短波長半導体レーザの説明図である。
【図６】従来の短波長半導体レーザにおける電子電流の
シミュレーション結果の説明図である。
シミュレーション結果の説明図である。
１ 活性層 ２ ｎ側光ガイド層 ３ ｐ側光ガイド層 ４ ｎ型クラッド層 ５ ｐ型クラッド層 ６ 高濃度ドーピング層 １１ ｎ型ＳｉＣ基板 １２ ＡｌＧａＮバッファ層 １３ ｎ型ＧａＮ中間層 １４ ｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層 １５ ｎ型ＧａＮ光ガイド層 １６ ＭＱＷ活性層 １７ ｐ型ＧａＮ光ガイド層 １８ ｐ+ 型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎ層 １９ ｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層 ２０ ｐ型ＧａＮコンタクト層 ２１ ＳｉＯ2 膜 ２２ ｐ側電極 ２３ ｎ側電極 ２４ ｐ+ 型Ａｌ0.11Ｇａ0.89Ｎ層 ２５ ｐ型ＡｌＧａＮグレーデッド層 ３１ サファイア基板 ３２ ＧａＮバッファ層 ３３ ｎ型ＧａＮ中間層 ３４ ｎ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層 ３５ ｎ型ＧａＮ光ガイド層 ３６ ＭＱＷ活性層 ３７ ｐ型ＧａＮ光ガイド層 ３８ ｐ型Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎクラッド層 ３９ ｐ型ＧａＮコンタクト層 ４０ ｎ側電極 ４１ ＳｉＯ2 膜 ４２ ｐ側電極
Claims (4)
- 【請求項１】 ナイトライド系化合物半導体を用いた半
導体発光装置において、ｐ型クラッド層のｐ側光ガイド
層との境界側に、前記ｐ型クラッド層全体に比べて局所
的に高濃度ドーピングされた高濃度ドーピング層を設け
たことを特徴とする半導体発光装置。 - 【請求項２】 上記高濃度ドーピング層が、上記ｐ型ク
ラッド層の他の領域を構成するＡｌx Ｇａ1-x ＮよりＡ
ｌ組成比の大きなＡｌy Ｇａ1-y Ｎより構成されること
を特徴とする請求項１記載の半導体発光装置。 - 【請求項３】 上記高濃度ドーピング層のＡｌ組成比ｙ
は、上記ｐ型クラッド層の他の領域の組成比ｘに対し
て、０＜（ｙ−ｘ）≦０．０４の関係を満たすことを特
徴とする請求項２または３に記載の半導体発光装置。 - 【請求項４】 上記高濃度ドーピング層と上記Ａｌx Ｇ
ａ1-x Ｎ層との間に、Ａｌ組成比がｙからｘに変化する
グレーデッド層を設けたことを特徴とする請求項２また
は３に記載の半導体発光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10314596A JP2000151023A (ja) | 1998-11-05 | 1998-11-05 | 半導体発光装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10314596A JP2000151023A (ja) | 1998-11-05 | 1998-11-05 | 半導体発光装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000151023A true JP2000151023A (ja) | 2000-05-30 |
Family
ID=18055212
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10314596A Pending JP2000151023A (ja) | 1998-11-05 | 1998-11-05 | 半導体発光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000151023A (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004140370A (ja) * | 2002-10-17 | 2004-05-13 | Samsung Electronics Co Ltd | 半導体光電素子 |
| JP2006196912A (ja) * | 2000-11-21 | 2006-07-27 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体素子 |
| JP2007059941A (ja) * | 2000-12-28 | 2007-03-08 | Sony Corp | 半導体発光素子およびその製造方法 |
| US7964419B2 (en) | 2000-12-28 | 2011-06-21 | Sony Corporation | Semiconductor light emitting device, its manufacturing method, semiconductor device and its manufacturing method |
| JP2011187591A (ja) * | 2010-03-08 | 2011-09-22 | Uv Craftory Co Ltd | 窒化物半導体紫外線発光素子 |
| US20110272670A1 (en) * | 2003-09-25 | 2011-11-10 | Panasonic Corporation | Nitride semiconductor device and production method thereof |
| JP2012018963A (ja) * | 2010-07-06 | 2012-01-26 | Sony Corp | 半導体レーザ |
| US8309948B2 (en) | 2000-07-07 | 2012-11-13 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor device |
| DE102012220911A1 (de) * | 2012-09-27 | 2014-05-15 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Halbleiterlaser mit verbesserter Stromführung |
| WO2016157739A1 (ja) * | 2015-03-30 | 2016-10-06 | パナソニック株式会社 | 半導体発光素子 |
| US10193016B2 (en) | 2015-02-05 | 2019-01-29 | Dowa Electronics Materials Co., Ltd. | III-nitride semiconductor light emitting device and method of producing the same |
-
1998
- 1998-11-05 JP JP10314596A patent/JP2000151023A/ja active Pending
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