JP2000183466A - 化合物半導体レーザおよびその製造方法 - Google Patents
化合物半導体レーザおよびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】クラッド層からしみ出した光を吸収する層を電
圧上昇を生じるヘテロ障壁を生じさせることなく、また
クラッド層での吸収を起こさせる要因を作ることなく形
成し、導波路以外でのモード形成を阻止することを目的
とする。 【解決手段】互いに異なる導電型を有するクラッド層１
０６，１１１と、該クラッド層１０６，１１１に挟まれ
かつクラッド層よりもエネルギーギャップの小さい活性
層１０８と、少なくとも一方のクラッド層に対して活性
層１０８と反対側に、活性層１０８よりもエネルギーギ
ャップの大きな材料からなるアンドープの吸収層１０５
とからなるＧａＮ系化合物半導体レーザー。
圧上昇を生じるヘテロ障壁を生じさせることなく、また
クラッド層での吸収を起こさせる要因を作ることなく形
成し、導波路以外でのモード形成を阻止することを目的
とする。 【解決手段】互いに異なる導電型を有するクラッド層１
０６，１１１と、該クラッド層１０６，１１１に挟まれ
かつクラッド層よりもエネルギーギャップの小さい活性
層１０８と、少なくとも一方のクラッド層に対して活性
層１０８と反対側に、活性層１０８よりもエネルギーギ
ャップの大きな材料からなるアンドープの吸収層１０５
とからなるＧａＮ系化合物半導体レーザー。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、化合物半導体レー
ザ、特に窒化物化合物半導体レーザおよびその製造方法
に関わる。
ザ、特に窒化物化合物半導体レーザおよびその製造方法
に関わる。
【０００２】
【従来の技術】近年、青色から紫外域の発光ダイオード
や半導体レーザ用の材料としてＧａＮ系の化合物半導体
を用いたものが開発されている。このＧａＮ系は直接遷
移型のバンド構造を有しており、高い発光効率を得られ
ることから注目されている。中でもこのような材料を用
いた半導体レーザは、発振波長が４００ｎｍ程度と非常
に短いため、片面１５ＧＢ以上という高密度光ディスク
のための書き込みあるいは読み出し用の光源として研究
・開発が進められている。
や半導体レーザ用の材料としてＧａＮ系の化合物半導体
を用いたものが開発されている。このＧａＮ系は直接遷
移型のバンド構造を有しており、高い発光効率を得られ
ることから注目されている。中でもこのような材料を用
いた半導体レーザは、発振波長が４００ｎｍ程度と非常
に短いため、片面１５ＧＢ以上という高密度光ディスク
のための書き込みあるいは読み出し用の光源として研究
・開発が進められている。
【０００３】従来のＧａＮ系半導体レーザの典型的な構
造を図７に示す。ｃ面サファイア基板１０１上に、Ｇａ
Ｎ低温バッファ層１０２、ＧａＮ高温バッファ層１０３
が形成され、この上にｎ型ＧａＮコンタクト層１０４が
形成されている。この上にｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１
０６／ｎ型ＧａＮガイド層１０７／ＩｎＧａＮ多重量子
井戸構造活性層１０８／ｐ型ＧａＮガイド層１１０／ｐ
型ＡｌＧａＮクラッド層１１１から構成されたダブルヘ
テロ構造が形成されている。このダブルヘテロ構造上に
形成された一部に開口部のあるｎ型ＧａＮ電流ブロック
層１１３、ｐ型ＧａＮ埋込層１１４、ｐ型ＧａＮコンタ
クト層１１５、ｐ側電極１４０と、ｎ型ＧａＮコンタク
ト層１０４上に形成されたｎ側電極１３０とによって、
ＧａＮ系半導体レーザを構成している。
造を図７に示す。ｃ面サファイア基板１０１上に、Ｇａ
Ｎ低温バッファ層１０２、ＧａＮ高温バッファ層１０３
が形成され、この上にｎ型ＧａＮコンタクト層１０４が
形成されている。この上にｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１
０６／ｎ型ＧａＮガイド層１０７／ＩｎＧａＮ多重量子
井戸構造活性層１０８／ｐ型ＧａＮガイド層１１０／ｐ
型ＡｌＧａＮクラッド層１１１から構成されたダブルヘ
テロ構造が形成されている。このダブルヘテロ構造上に
形成された一部に開口部のあるｎ型ＧａＮ電流ブロック
層１１３、ｐ型ＧａＮ埋込層１１４、ｐ型ＧａＮコンタ
クト層１１５、ｐ側電極１４０と、ｎ型ＧａＮコンタク
ト層１０４上に形成されたｎ側電極１３０とによって、
ＧａＮ系半導体レーザを構成している。
【０００４】このような従来のＧａＮ系半導体レーザー
の構造では、ＡｌＧａＮクラッド層１０６、１１１より
もＧａＮコンタクト層１０４、１１５の方が屈折率が高
いため、活性層１０８で生成されたレーザ発振光がコン
タクト層１０４、１１５までしみだし、活性層１０８以
外の領域で導波モードが生成されるという問題があっ
た。
の構造では、ＡｌＧａＮクラッド層１０６、１１１より
もＧａＮコンタクト層１０４、１１５の方が屈折率が高
いため、活性層１０８で生成されたレーザ発振光がコン
タクト層１０４、１１５までしみだし、活性層１０８以
外の領域で導波モードが生成されるという問題があっ
た。
【０００５】このような活性層以外での導波モード発生
を防止するために、特開平９−１９１１６０号公報、特
開平１０−２２５８６号公報などでは光吸収層が提案さ
れている。これら２件の公報では、いずれも活性層より
エネルギーギャップの小さいＩｎＧａＮ層を吸収層とし
て用いることが提案されている。しかしながら、このよ
うなエネルギーギャップの小さな層を吸収層として導入
するとエネルギー障壁を形成することになり、電圧の上
昇につながる。
を防止するために、特開平９−１９１１６０号公報、特
開平１０−２２５８６号公報などでは光吸収層が提案さ
れている。これら２件の公報では、いずれも活性層より
エネルギーギャップの小さいＩｎＧａＮ層を吸収層とし
て用いることが提案されている。しかしながら、このよ
うなエネルギーギャップの小さな層を吸収層として導入
するとエネルギー障壁を形成することになり、電圧の上
昇につながる。
【０００６】また、特開平１０−２２５８６号にはドナ
ー不純物とアクセプタ不純物とを同時に添加したＧａＮ
層をｎ側の吸収層として用いることも提案されている。
しかしながら、ｎ型層成長中にアクセプタ不純物である
Ｍｇ原料を大量に流すことは、その後に成長されるｎ型
クラッド層やｎ型ガイド層にまでＭｇが自然に添加され
るいわゆるメモリー効果が起こり、ｎ型クラッド層やｎ
型ガイド層中でも光が吸収されてしまうという問題があ
った。
ー不純物とアクセプタ不純物とを同時に添加したＧａＮ
層をｎ側の吸収層として用いることも提案されている。
しかしながら、ｎ型層成長中にアクセプタ不純物である
Ｍｇ原料を大量に流すことは、その後に成長されるｎ型
クラッド層やｎ型ガイド層にまでＭｇが自然に添加され
るいわゆるメモリー効果が起こり、ｎ型クラッド層やｎ
型ガイド層中でも光が吸収されてしまうという問題があ
った。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記事情を
考慮してなされたもので、新たなエネルギー障壁を作る
ことなく、メモリー効果を引き起こすＭｇを添加するこ
となく、導波モード発生を防止する吸収層を形成し、高
い発光効率、高出力、低しきい値のＧａＮ系半導体レー
ザーおよびその製造方法を提供することを目的とする。
考慮してなされたもので、新たなエネルギー障壁を作る
ことなく、メモリー効果を引き起こすＭｇを添加するこ
となく、導波モード発生を防止する吸収層を形成し、高
い発光効率、高出力、低しきい値のＧａＮ系半導体レー
ザーおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、互いに異なる導電型を有するクラッド層
と、このクラッド層に挟まれ、前記クラッド層よりもエ
ネルギーギャップの小さい活性層と、少なくとも一方の
前記クラッド層に対して前記活性層と反対側に形成さ
れ、前記活性層よりもエネルギーギャップが大きく、ア
ンドープの吸収層とを具備することを特徴とする化合物
半導体レーザを提供する。
に、本発明は、互いに異なる導電型を有するクラッド層
と、このクラッド層に挟まれ、前記クラッド層よりもエ
ネルギーギャップの小さい活性層と、少なくとも一方の
前記クラッド層に対して前記活性層と反対側に形成さ
れ、前記活性層よりもエネルギーギャップが大きく、ア
ンドープの吸収層とを具備することを特徴とする化合物
半導体レーザを提供する。
【０００９】また本発明は、活性層が互いにエネルギー
ギャップの異なる２種類のＩｎx Ｇａ1-x Ｎ（０≦ｘ≦
１）の多重量子井戸構造、あるいはＩｎx Ｇａ1-x Ｎ
（０≦ｘ≦１）の単層からなり、前記吸収層がＡｌy Ｇ
ａ1-y Ｎ（０≦ｙ≦１）からなることを特徴とする化合
物半導体レーザを提供する。
ギャップの異なる２種類のＩｎx Ｇａ1-x Ｎ（０≦ｘ≦
１）の多重量子井戸構造、あるいはＩｎx Ｇａ1-x Ｎ
（０≦ｘ≦１）の単層からなり、前記吸収層がＡｌy Ｇ
ａ1-y Ｎ（０≦ｙ≦１）からなることを特徴とする化合
物半導体レーザを提供する。
【００１０】また本発明は、互いに異なる導電型を有す
るクラッド層と、このクラッド層に挟まれ、前記クラッ
ド層よりもエネルギーギャップの小さい活性層と、少な
くとも一方の前記クラッド層に対して前記活性層と反対
側に形成され、前記活性層よりもエネルギーギャップが
大きく、アンドープの吸収層とを具備することを特徴と
する化合物半導体レーザを有機金属気相成長法で製造す
るに際し、前記吸収層は、３族原料に対する５族原料の
モル供給比が１０００以下であることを特徴とする化合
物半導体レーザーの製造方法を提供する。
るクラッド層と、このクラッド層に挟まれ、前記クラッ
ド層よりもエネルギーギャップの小さい活性層と、少な
くとも一方の前記クラッド層に対して前記活性層と反対
側に形成され、前記活性層よりもエネルギーギャップが
大きく、アンドープの吸収層とを具備することを特徴と
する化合物半導体レーザを有機金属気相成長法で製造す
るに際し、前記吸収層は、３族原料に対する５族原料の
モル供給比が１０００以下であることを特徴とする化合
物半導体レーザーの製造方法を提供する。
【００１１】さらに、本発明は、互いに異なる導電型を
有するクラッド層と、このクラッド層に挟まれ、前記ク
ラッド層よりもエネルギーギャップの小さい活性層と、
少なくとも一方の前記クラッド層に対して前記活性層と
反対側に形成され、前記活性層よりもエネルギーギャッ
プが大きく、アンドープの吸収層とを具備することを特
徴とする化合物半導体レーザを有機金属気相成長法で製
造するに際し、前記吸収層は、３族原料に対する５族原
料のモル供給比が６００以下であることを特徴とする化
合物半導体レーザーの製造方法を提供する。
有するクラッド層と、このクラッド層に挟まれ、前記ク
ラッド層よりもエネルギーギャップの小さい活性層と、
少なくとも一方の前記クラッド層に対して前記活性層と
反対側に形成され、前記活性層よりもエネルギーギャッ
プが大きく、アンドープの吸収層とを具備することを特
徴とする化合物半導体レーザを有機金属気相成長法で製
造するに際し、前記吸収層は、３族原料に対する５族原
料のモル供給比が６００以下であることを特徴とする化
合物半導体レーザーの製造方法を提供する。
【００１２】なお、本発明において「窒化物半導体」と
は、Ｉｎx Ａｌy Ｇａz Ｎ（ｘ，ｙ，ｚ≦１，ｘ＋ｙ＋
ｚ＝１）なる化学式において組成比ｘ、ｙ及びｚをぞれ
ぞれの範囲内で変化させたすべての組成の半導体を含む
ものを基本とする。例えば、ＩｎＧａＮ（ｘ＝０．４、
ｙ＝０、ｚ＝０．６）も「窒化物半導体」に含まれる。
さらに、３族元素であるＩｎ、Ａｌ、Ｇａの一部をＢ
（硼素）に置き換えたものや、５族元素であるＮの一部
をＡｓ（砒素）やＰ（燐）に置き換えたものも含まれ
る。この際、３族元素には、上記の３つの元素（Ｉｎ、
Ａｌ、Ｇａ）のいずれか１つ、および５族元素には必ず
Ｎ（窒素）が含まれている。
は、Ｉｎx Ａｌy Ｇａz Ｎ（ｘ，ｙ，ｚ≦１，ｘ＋ｙ＋
ｚ＝１）なる化学式において組成比ｘ、ｙ及びｚをぞれ
ぞれの範囲内で変化させたすべての組成の半導体を含む
ものを基本とする。例えば、ＩｎＧａＮ（ｘ＝０．４、
ｙ＝０、ｚ＝０．６）も「窒化物半導体」に含まれる。
さらに、３族元素であるＩｎ、Ａｌ、Ｇａの一部をＢ
（硼素）に置き換えたものや、５族元素であるＮの一部
をＡｓ（砒素）やＰ（燐）に置き換えたものも含まれ
る。この際、３族元素には、上記の３つの元素（Ｉｎ、
Ａｌ、Ｇａ）のいずれか１つ、および５族元素には必ず
Ｎ（窒素）が含まれている。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図
において、同一または対応する部分には同一の符号を付
す。 （第１の実施形態）図１は、本発明の第１の実施形態に
関するＧａＮ系化合物半導体レーザー１００を表わす断
面構造の概略図である。
て図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図
において、同一または対応する部分には同一の符号を付
す。 （第１の実施形態）図１は、本発明の第１の実施形態に
関するＧａＮ系化合物半導体レーザー１００を表わす断
面構造の概略図である。
【００１４】図１に示すように、第１の実施形態による
半導体レーザ１００は、ｃ面サファイア基板１０１上
に、ＧａＮ低温バッファ層１０２およびＧａＮ高温バッ
ファ層１０３を介して、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０
４、アンドープＧａＮ光吸収層１０５、ｎ型ＡｌＧａＮ
クラッド層１０６、ｎ型ＧａＮガイド層１０７、ＩｎＧ
ａＮ多重量子井戸構造活性層１０８、ｐ型ＡｌＧａＮオ
ーバーフロー防止層１０９、ｐ型ＧａＮガイド層１１
０、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１１、ｐ型ＧａＮ第１
コンタクト層１１２、ｎ型ＧａＮ電流ブロック層１１
３、ｐ型ＧａＮ埋込層１１４、ｐ型ＧａＮコンタクト層
１１５が、順次積層されている。ｐ型ＧａＮコンタクト
層１１５上には、ｐ側電極１４０が形成され、ｎ型Ｇａ
Ｎコンタクト層１０４上には、ｎ側電極が形成されレー
ザーを形成している。レーザー構造の側面およびｎ型Ｇ
ａＮコンタクト層１０４上の一部には、二酸化シリコン
からなる保護層１２０が形成されている。
半導体レーザ１００は、ｃ面サファイア基板１０１上
に、ＧａＮ低温バッファ層１０２およびＧａＮ高温バッ
ファ層１０３を介して、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０
４、アンドープＧａＮ光吸収層１０５、ｎ型ＡｌＧａＮ
クラッド層１０６、ｎ型ＧａＮガイド層１０７、ＩｎＧ
ａＮ多重量子井戸構造活性層１０８、ｐ型ＡｌＧａＮオ
ーバーフロー防止層１０９、ｐ型ＧａＮガイド層１１
０、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１１１、ｐ型ＧａＮ第１
コンタクト層１１２、ｎ型ＧａＮ電流ブロック層１１
３、ｐ型ＧａＮ埋込層１１４、ｐ型ＧａＮコンタクト層
１１５が、順次積層されている。ｐ型ＧａＮコンタクト
層１１５上には、ｐ側電極１４０が形成され、ｎ型Ｇａ
Ｎコンタクト層１０４上には、ｎ側電極が形成されレー
ザーを形成している。レーザー構造の側面およびｎ型Ｇ
ａＮコンタクト層１０４上の一部には、二酸化シリコン
からなる保護層１２０が形成されている。
【００１５】ここで、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１５は
表面側から高不純物濃度層と低不純物濃度層との２段構
造とすることも可能である。この第１の実施形態による
化合物半導体レーザー１００においては、ｎ型ＡｌＧａ
Ｎクラッド層１０６の直下にアンドープＧａＮ光吸収層
１０５が設けられていることが特徴的である。ここで、
アンドープＧａＮ光吸収層１０５は、意図して不純物を
添加していない（成長過程において意図して不純物原料
ガスを反応管内に流していない）という意味で「アンド
ープ」である。従来のアクセプターであるＭｇを添加し
たｎ側の光吸収層では、その後のｎ型クラッド層１０６
形成時にＭｇが混入し高抵抗化されていたところ、本発
明のようにアンドープの層をｎ側の光吸収層とすること
で、ｎ型クラッド層１０６中にアクセプター不純物が混
入することはない。
表面側から高不純物濃度層と低不純物濃度層との２段構
造とすることも可能である。この第１の実施形態による
化合物半導体レーザー１００においては、ｎ型ＡｌＧａ
Ｎクラッド層１０６の直下にアンドープＧａＮ光吸収層
１０５が設けられていることが特徴的である。ここで、
アンドープＧａＮ光吸収層１０５は、意図して不純物を
添加していない（成長過程において意図して不純物原料
ガスを反応管内に流していない）という意味で「アンド
ープ」である。従来のアクセプターであるＭｇを添加し
たｎ側の光吸収層では、その後のｎ型クラッド層１０６
形成時にＭｇが混入し高抵抗化されていたところ、本発
明のようにアンドープの層をｎ側の光吸収層とすること
で、ｎ型クラッド層１０６中にアクセプター不純物が混
入することはない。
【００１６】次に、このアンドープＧａＮ光吸収層１０
５を常圧の有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）で作製
した際の室温でのフォトルミネッセンス（ＰＬ）スペク
トルを図２に示す。図２中のＡはＧａＮ層で３族原料で
あるＴＭＧ（トリメチルガリウム）に対する５族原料で
あるアンモニアのモル供給比が３０００程度であり、Ｂ
は６００程度である。
５を常圧の有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）で作製
した際の室温でのフォトルミネッセンス（ＰＬ）スペク
トルを図２に示す。図２中のＡはＧａＮ層で３族原料で
あるＴＭＧ（トリメチルガリウム）に対する５族原料で
あるアンモニアのモル供給比が３０００程度であり、Ｂ
は６００程度である。
【００１７】原料であるアンモニア／ＴＭＧのモル供給
比が３０００程度の層（Ａ）では波長３６５ｎｍのとこ
ろで、鋭い発光ピークは見られるが、その他の波長領域
では、十分な発光は見られない。すなわち波長３６５ｎ
ｍでは鋭い吸収は期待できるが、その他の波長領域で
は、十分な吸収は生じないため、光吸収層としての働き
はあまり期待できない。
比が３０００程度の層（Ａ）では波長３６５ｎｍのとこ
ろで、鋭い発光ピークは見られるが、その他の波長領域
では、十分な発光は見られない。すなわち波長３６５ｎ
ｍでは鋭い吸収は期待できるが、その他の波長領域で
は、十分な吸収は生じないため、光吸収層としての働き
はあまり期待できない。
【００１８】一方、原料であるアンモニア／ＴＭＧのモ
ル供給比が６００程度の層（Ｂ）では、波長４５０ｎｍ
あるいは５５０ｎｍ付近の発光強度が十分強いというこ
とは、その波長領域にエネルギーレベルが存在する。す
なわちこのエネルギーレベルを利用することで所望の吸
収層として用いることができる。本発明者が研究を重ね
た結果、ＧａＮ層の場合、原料のアンモニア／ＴＭＧの
モル供給量比は１０００以下の際に発光強度は十分な値
を示し、６００以下であることが望ましいことが分かっ
た。これは原料に十分な窒素供給量がなく、結晶中に窒
素欠損が見られ、この部分が所望の波長領域にエネルギ
ーレベルを与え、吸収効率を上げるためと考えられる。
また、このようにしてできたＧａＮ光吸収層は抵抗が十
分に小さく、ｎ型不純物を添加することなく導電性を得
ることができることも分かった。
ル供給比が６００程度の層（Ｂ）では、波長４５０ｎｍ
あるいは５５０ｎｍ付近の発光強度が十分強いというこ
とは、その波長領域にエネルギーレベルが存在する。す
なわちこのエネルギーレベルを利用することで所望の吸
収層として用いることができる。本発明者が研究を重ね
た結果、ＧａＮ層の場合、原料のアンモニア／ＴＭＧの
モル供給量比は１０００以下の際に発光強度は十分な値
を示し、６００以下であることが望ましいことが分かっ
た。これは原料に十分な窒素供給量がなく、結晶中に窒
素欠損が見られ、この部分が所望の波長領域にエネルギ
ーレベルを与え、吸収効率を上げるためと考えられる。
また、このようにしてできたＧａＮ光吸収層は抵抗が十
分に小さく、ｎ型不純物を添加することなく導電性を得
ることができることも分かった。
【００１９】このような窒素欠損の量を直接測定するこ
とはできないが、間接的には室温でのＰＬスペクトルか
ら得られる３６５ｎｍ付近のピーク強度と５５０ｎｍ付
近のピーク強度の比によって相関が得られる。表１にア
ンモニア／ＴＭＧの比と、ＰＬでの３６５ｎｍ付近のピ
ーク強度に対する５５０ｎｍ付近のピーク強度の比との
関係を示す。ここでＰＬでのピーク強度比が大きいほど
結晶中の窒素欠損量が多く、発振波長に対する吸収が起
こりやすいことを示している。具体的にはこのピーク強
度比が０．５を超えると吸収の効果が得られはじめ、１
を超えるとより顕著な効果を示す。
とはできないが、間接的には室温でのＰＬスペクトルか
ら得られる３６５ｎｍ付近のピーク強度と５５０ｎｍ付
近のピーク強度の比によって相関が得られる。表１にア
ンモニア／ＴＭＧの比と、ＰＬでの３６５ｎｍ付近のピ
ーク強度に対する５５０ｎｍ付近のピーク強度の比との
関係を示す。ここでＰＬでのピーク強度比が大きいほど
結晶中の窒素欠損量が多く、発振波長に対する吸収が起
こりやすいことを示している。具体的にはこのピーク強
度比が０．５を超えると吸収の効果が得られはじめ、１
を超えるとより顕著な効果を示す。
【００２０】
【表１】
【００２１】従って本実施形態に示すＧａＮ系化合物半
導体レーザーにおいては、電気抵抗も小さく、発光効率
を向上させることが可能であった。 （第２の実施形態）図３は、本発明の第２の実施形態に
関するＧａＮ系化合物半導体レーザー２００を表わす断
面構造の概略図である。
導体レーザーにおいては、電気抵抗も小さく、発光効率
を向上させることが可能であった。 （第２の実施形態）図３は、本発明の第２の実施形態に
関するＧａＮ系化合物半導体レーザー２００を表わす断
面構造の概略図である。
【００２２】この化合物半導体レーザー２００の基本構
造は、第１の実施形態の化合物半導体レーザー１００と
同じである。相違点は、この実施形態のレーザー２００
ではアンドープＧａＮ光吸収層１０５をＶＰＥ法で作製
し、ＧａＮ高温バッファ層１０３の下に、ＧａＮ低温バ
ッファ層２０１を介して、挿入した形態をとっている。
なお、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０４より上のＧａＮ系
化合物半導体層についてはＭＯＣＶＤ法で形成している
ため、アンドープＧａＮ光吸収層１０５を形成した後、
ＶＰＥ成長炉からウエハーをいったん取り出し、ＭＯＣ
ＶＤ装置に再度挿入することによって、ＧａＮ低温バッ
ファ層２０１層を介してＧａＮ高温バッファ層１０３以
降の層構造を形成している。
造は、第１の実施形態の化合物半導体レーザー１００と
同じである。相違点は、この実施形態のレーザー２００
ではアンドープＧａＮ光吸収層１０５をＶＰＥ法で作製
し、ＧａＮ高温バッファ層１０３の下に、ＧａＮ低温バ
ッファ層２０１を介して、挿入した形態をとっている。
なお、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０４より上のＧａＮ系
化合物半導体層についてはＭＯＣＶＤ法で形成している
ため、アンドープＧａＮ光吸収層１０５を形成した後、
ＶＰＥ成長炉からウエハーをいったん取り出し、ＭＯＣ
ＶＤ装置に再度挿入することによって、ＧａＮ低温バッ
ファ層２０１層を介してＧａＮ高温バッファ層１０３以
降の層構造を形成している。
【００２３】ここで、ＶＰＥ法でアンドープＧａＮ光吸
収層１０５を形成する際には、供給するＨＣｌとアンモ
ニアとの量を等量かもしくはＨＣｌの量を多くすること
で、窒素欠損によるエネルギーレベルが形成でき、所望
の光吸収特性と電気抵抗を実現することができる。
収層１０５を形成する際には、供給するＨＣｌとアンモ
ニアとの量を等量かもしくはＨＣｌの量を多くすること
で、窒素欠損によるエネルギーレベルが形成でき、所望
の光吸収特性と電気抵抗を実現することができる。
【００２４】従って本実施形態に示すＧａＮ系化合物半
導体レーザーにおいても、電気抵抗も小さく、発光効率
を向上させることが可能であった。 （第３の実施形態）図４は、本発明の第３の実施形態に
関するＧａＮ系化合物半導体レーザー３００を表わす断
面構造の概略図である。
導体レーザーにおいても、電気抵抗も小さく、発光効率
を向上させることが可能であった。 （第３の実施形態）図４は、本発明の第３の実施形態に
関するＧａＮ系化合物半導体レーザー３００を表わす断
面構造の概略図である。
【００２５】第３の実施形態のＧａＮ系化合物半導体レ
ーザー３００においては、厚さ約１００μｍのＧａＮ膜
３０４を基板兼光吸収膜として用いている。このＧａＮ
基板３０４は、ｃ面サファイア基板上にＩｎＮ層を介し
てＶＰＥ法で成長し、熱処理やレーザ照射などによっ
て、ＩｎＮ層を蒸発させることによりサファイア基板か
ら分離したものである。
ーザー３００においては、厚さ約１００μｍのＧａＮ膜
３０４を基板兼光吸収膜として用いている。このＧａＮ
基板３０４は、ｃ面サファイア基板上にＩｎＮ層を介し
てＶＰＥ法で成長し、熱処理やレーザ照射などによっ
て、ＩｎＮ層を蒸発させることによりサファイア基板か
ら分離したものである。
【００２６】このときのＧａＮ基板３０４の成長条件
は、第２の実施形態のＧａＮ光吸収層１０５と同じく、
供給するＨＣｌ（塩化水素）ガスとアンモニアとの量を
等量かもしくはＨＣｌガスの量を多くすることで、窒素
欠損によるエネルギーレベルが形成でき、所望の光吸収
特性と電気抵抗を実現することができる。
は、第２の実施形態のＧａＮ光吸収層１０５と同じく、
供給するＨＣｌ（塩化水素）ガスとアンモニアとの量を
等量かもしくはＨＣｌガスの量を多くすることで、窒素
欠損によるエネルギーレベルが形成でき、所望の光吸収
特性と電気抵抗を実現することができる。
【００２７】次に、このＧａＮ光吸収膜兼基板３０４上
にＭＯＣＶＤ法で、ＧａＮバッファ層２０１を介して、
クラッド層１０６より上のＧａＮ系化合物層を順次形成
することで、ＧａＮ系化合物半導体レーザー３００が形
成できる。なお、この半導体レーザー３００では、ｐ型
ＧａＮコンタクト層１１２を形成後、これを凸型にエッ
チング整形し、ｎ型ＧａＮ電流ブロック層１１３を埋め
込み、この上にｐ型ＧａＮコンタクト層１１５を形成し
た。また、ｎ側の電極はＧａＮ基板３０４に直接形成す
ることができる。
にＭＯＣＶＤ法で、ＧａＮバッファ層２０１を介して、
クラッド層１０６より上のＧａＮ系化合物層を順次形成
することで、ＧａＮ系化合物半導体レーザー３００が形
成できる。なお、この半導体レーザー３００では、ｐ型
ＧａＮコンタクト層１１２を形成後、これを凸型にエッ
チング整形し、ｎ型ＧａＮ電流ブロック層１１３を埋め
込み、この上にｐ型ＧａＮコンタクト層１１５を形成し
た。また、ｎ側の電極はＧａＮ基板３０４に直接形成す
ることができる。
【００２８】本実施形態に示すＧａＮ系化合物半導体レ
ーザーにおいても、電気抵抗も小さく、発光効率を向上
させることが可能であった。本実施例においては電流ブ
ロック層１１３の材料をｎ型ＧａＮとしたが、ＡｌＧａ
ＮやＩｎＧａＮを用いることで横方向の実行屈折率を変
化させ、横モードを制御することも可能である。また、
ｎ型ではなく高抵抗層とすることで電流狭窄効果を高め
ることも可能である。
ーザーにおいても、電気抵抗も小さく、発光効率を向上
させることが可能であった。本実施例においては電流ブ
ロック層１１３の材料をｎ型ＧａＮとしたが、ＡｌＧａ
ＮやＩｎＧａＮを用いることで横方向の実行屈折率を変
化させ、横モードを制御することも可能である。また、
ｎ型ではなく高抵抗層とすることで電流狭窄効果を高め
ることも可能である。
【００２９】（第４の実施形態）図５は、本発明の第４
の実施形態に関するＧａＮ系化合物半導体レーザー６０
０の断面構造の概略図である。
の実施形態に関するＧａＮ系化合物半導体レーザー６０
０の断面構造の概略図である。
【００３０】本実施例では、この構造の製造方法につい
て詳細を述べる。このＧａＮ系化合物半導体レーザ６０
０は、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により製造し
た。用いたガスは、アンモニア（ＮＨ3 ）、キャリアガ
スである水素（Ｈ2 ）及び窒素（Ｎ2 ）、トリメチルガ
リウム（Ｇａ（ＣＨ3 ）3 、以下「ＴＭＧ」と記す）、
トリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ3 ）3 、以下「Ｔ
ＭＡ」と記す）、トリメチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ
3 ）3 、以下「ＴＭＩ」と記す）、シクロペンタジエニ
ルマグネシウム（Ｍｇ（Ｃ5 Ｈ5 ）2 、以下「Ｃｐ2 Ｍ
ｇ」と記す）、シラン（ＳｉＨ4 ）である。
て詳細を述べる。このＧａＮ系化合物半導体レーザ６０
０は、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により製造し
た。用いたガスは、アンモニア（ＮＨ3 ）、キャリアガ
スである水素（Ｈ2 ）及び窒素（Ｎ2 ）、トリメチルガ
リウム（Ｇａ（ＣＨ3 ）3 、以下「ＴＭＧ」と記す）、
トリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ3 ）3 、以下「Ｔ
ＭＡ」と記す）、トリメチルインジウム（Ｉｎ（ＣＨ
3 ）3 、以下「ＴＭＩ」と記す）、シクロペンタジエニ
ルマグネシウム（Ｍｇ（Ｃ5 Ｈ5 ）2 、以下「Ｃｐ2 Ｍ
ｇ」と記す）、シラン（ＳｉＨ4 ）である。
【００３１】まず、有機溶剤及び酸によって洗浄したｃ
面を主面とする単結晶のサファイア基板１０１をＭＯＣ
ＶＤ装置の反応室内に載置し、高周波によって加熱され
るサセプタ上に装着した。次に常圧で水素を２５Ｌ／分
の流量で流しながら、温度１２００℃で約１０分間、気
相エッチングを施し、表面にできた自然酸化膜を除去し
た。
面を主面とする単結晶のサファイア基板１０１をＭＯＣ
ＶＤ装置の反応室内に載置し、高周波によって加熱され
るサセプタ上に装着した。次に常圧で水素を２５Ｌ／分
の流量で流しながら、温度１２００℃で約１０分間、気
相エッチングを施し、表面にできた自然酸化膜を除去し
た。
【００３２】次に、サファイア基板１０１を４９０℃ま
で降温し、水素を１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／分、アンモ
ニアを１０Ｌ／分、ＴＭＧを２５ｃｃ／分の流量で約４
分間供給することにより、ＧａＮ低温バッファ層１０２
を形成した。
で降温し、水素を１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／分、アンモ
ニアを１０Ｌ／分、ＴＭＧを２５ｃｃ／分の流量で約４
分間供給することにより、ＧａＮ低温バッファ層１０２
を形成した。
【００３３】次に、水素を１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／
分、アンモニアを１０Ｌ／分の流量で流しながら、サフ
ァイア基板１０１を１１００℃に昇温し、水素を１５Ｌ
／分、窒素を５Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分、ＴＭ
Ｇを１００ｃｃ／分の流量でそれぞれ約６０分供給する
ことにより、ＧａＮ高温バッファ層１０３を形成した。
分、アンモニアを１０Ｌ／分の流量で流しながら、サフ
ァイア基板１０１を１１００℃に昇温し、水素を１５Ｌ
／分、窒素を５Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分、ＴＭ
Ｇを１００ｃｃ／分の流量でそれぞれ約６０分供給する
ことにより、ＧａＮ高温バッファ層１０３を形成した。
【００３４】次に、これらの原料に水素によって１０ｐ
ｐｍに希釈したＳｉＨ4 を２０ｃｃ／分の流量を加えて
それぞれ約１３０分間供給することにより、ｎ型ＧａＮ
コンタクト層１０４を形成した。
ｐｍに希釈したＳｉＨ4 を２０ｃｃ／分の流量を加えて
それぞれ約１３０分間供給することにより、ｎ型ＧａＮ
コンタクト層１０４を形成した。
【００３５】ここでＴＭＧの流量のみを８００ｃｃ／分
に増やし、 ＳｉＨ4 の供給を停止し約５分供給するこ
とによりＧａＮ光吸収層１０５を形成した。こうするこ
とによって、膜中に窒素欠損が存在するＧａＮ光吸収層
１０５を形成できる。
に増やし、 ＳｉＨ4 の供給を停止し約５分供給するこ
とによりＧａＮ光吸収層１０５を形成した。こうするこ
とによって、膜中に窒素欠損が存在するＧａＮ光吸収層
１０５を形成できる。
【００３６】ここで再びＴＭＧの流量を１００ｃｃ／分
に戻し、これらの原料に２０ｃｃ／分のＴＭＡおよび３
ｃｃ／分のＳｉＨ4 を追加し、約４５分間供給すること
によりｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０６を形成した。
に戻し、これらの原料に２０ｃｃ／分のＴＭＡおよび３
ｃｃ／分のＳｉＨ4 を追加し、約４５分間供給すること
によりｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１０６を形成した。
【００３７】この後、再びＴＭＡの供給を停止し、かつ
ＳｉＨ4 の流量を２ｃｃ／分に減少させた上で、約１０
分間供給することによりｎ型ＧａＮガイド層１０７を形
成した。
ＳｉＨ4 の流量を２ｃｃ／分に減少させた上で、約１０
分間供給することによりｎ型ＧａＮガイド層１０７を形
成した。
【００３８】次に、サファイア基板１０１を、窒素を約
２０Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分の流量で流しなが
ら約３分間で７５０℃まで降温した。この温度で窒素を
約２０Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分、ＴＭＧを１０
ｃｃ／分の流量で固定し、ＴＭＩのみの流量を３０ｃｃ
／分で約４５秒、１８０ｃｃ／分で約３分という組み合
わせを４回行ない、最後に３０ｃｃ／分で約２分間供給
し、Ｉｎ組成４％の障壁層とＩｎ組成１８％の井戸層を
有する周期４の多重量子井戸（ＭＱＷ）構造からなる活
性層１０８を形成した。
２０Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分の流量で流しなが
ら約３分間で７５０℃まで降温した。この温度で窒素を
約２０Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分、ＴＭＧを１０
ｃｃ／分の流量で固定し、ＴＭＩのみの流量を３０ｃｃ
／分で約４５秒、１８０ｃｃ／分で約３分という組み合
わせを４回行ない、最後に３０ｃｃ／分で約２分間供給
し、Ｉｎ組成４％の障壁層とＩｎ組成１８％の井戸層を
有する周期４の多重量子井戸（ＭＱＷ）構造からなる活
性層１０８を形成した。
【００３９】本実施例の活性層の成長は単純にＴＭＩ原
料の流量を交互に切り換えて行なったが、ＴＭＩの流量
を例えば１８０ｃｃ／分で固定し、ほとんどの供給ライ
ンを窒素とし、１つのガス供給ラインから水素をパルス
的に供給することによってＩｎＧａＮ層のＩｎ組成を制
御することも可能である。これは水素が結晶中に取り込
まれるＩｎ量を抑制するためである。このように水素量
でＩｎ組成を制御することにより比較的乱れの少ない界
面を形成することができる。
料の流量を交互に切り換えて行なったが、ＴＭＩの流量
を例えば１８０ｃｃ／分で固定し、ほとんどの供給ライ
ンを窒素とし、１つのガス供給ラインから水素をパルス
的に供給することによってＩｎＧａＮ層のＩｎ組成を制
御することも可能である。これは水素が結晶中に取り込
まれるＩｎ量を抑制するためである。このように水素量
でＩｎ組成を制御することにより比較的乱れの少ない界
面を形成することができる。
【００４０】このような乱れの少ない界面を形成する別
の方法としては、成長中断がある。これは各原料を供給
し、原料を切り換える際に一定間隔の時間、３族原料の
みを供給せずに放置するものである。このような供給を
停止している時間では、表面に付着した分子が移動する
ことによって再配列し界面が平坦になるという特性があ
る。
の方法としては、成長中断がある。これは各原料を供給
し、原料を切り換える際に一定間隔の時間、３族原料の
みを供給せずに放置するものである。このような供給を
停止している時間では、表面に付着した分子が移動する
ことによって再配列し界面が平坦になるという特性があ
る。
【００４１】次に、サファイア基板１０１を、窒素を約
２０Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分の流量で流しなが
ら約３分間で１１００℃まで昇温した。この温度で水素
を１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／
分、ＴＭＧを１００ｃｃ／分、ＴＭＡを６０ｃｃ／分、
Ｃｐ2 Ｍｇを５０ｃｃ／分の流量で約３分供給すること
により、ｐ型ＡｌＧａＮオーバーフロー防止層１０９を
形成した。ここからＴＭＡの供給を停止し、さらに約１
０分間供給することにより、ｐ型ＧａＮガイド層１１０
を形成した。これらの原料にＴＭＡ２０ｃｃ／分を加
え、 Ｃｐ2 Ｍｇの流量を３００ｃｃ／分に増やし、約
４５分間供給することにより、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド
層１１１を形成した。これらの原料からＴＭＡの供給を
停止し、Ｃｐ2 Ｍｇの流量を５０ｃｃ／分に戻してさら
に２０分供給することによりｐ型コンタクト層１１２を
形成した。
２０Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分の流量で流しなが
ら約３分間で１１００℃まで昇温した。この温度で水素
を１５Ｌ／分、窒素を５Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／
分、ＴＭＧを１００ｃｃ／分、ＴＭＡを６０ｃｃ／分、
Ｃｐ2 Ｍｇを５０ｃｃ／分の流量で約３分供給すること
により、ｐ型ＡｌＧａＮオーバーフロー防止層１０９を
形成した。ここからＴＭＡの供給を停止し、さらに約１
０分間供給することにより、ｐ型ＧａＮガイド層１１０
を形成した。これらの原料にＴＭＡ２０ｃｃ／分を加
え、 Ｃｐ2 Ｍｇの流量を３００ｃｃ／分に増やし、約
４５分間供給することにより、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド
層１１１を形成した。これらの原料からＴＭＡの供給を
停止し、Ｃｐ2 Ｍｇの流量を５０ｃｃ／分に戻してさら
に２０分供給することによりｐ型コンタクト層１１２を
形成した。
【００４２】これに引き続いて、水素を０．５Ｌ／分、
窒素を１９．５Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分、ＴＭ
Ｇを１００ｃｃ／分、Ｃｐ2 Ｍｇを５０ｃｃ／分の流量
で約１０分間流すことにより、ｐ型ＧａＮコンタクト層
１１５を形成した。
窒素を１９．５Ｌ／分、アンモニアを１０Ｌ／分、ＴＭ
Ｇを１００ｃｃ／分、Ｃｐ2 Ｍｇを５０ｃｃ／分の流量
で約１０分間流すことにより、ｐ型ＧａＮコンタクト層
１１５を形成した。
【００４３】この後、ＴＭＧおよびＣｐ2 Ｍｇの供給を
停止し、その状態で３５０℃まで降温し、さらに３５０
℃でアンモニアの供給を停止し室温まで冷却し、反応室
内を窒素に置換した後、反応室から成長ウエハーを取り
出した。
停止し、その状態で３５０℃まで降温し、さらに３５０
℃でアンモニアの供給を停止し室温まで冷却し、反応室
内を窒素に置換した後、反応室から成長ウエハーを取り
出した。
【００４４】次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１５上に
幅２０μｍの縞を半導体側からＰｔ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕ
の順で形成し、これを周知の熱ＣＶＤ法などを用いて形
成したＳｉＯ2 膜（図示せず）およびレジストなどでマ
スキングした。この幅２０μｍの縞以外の部分を塩素ガ
ス等を用いてｐ型ＧａＮガイド層１１０が露出するまで
エッチングした。なお、ここで形成した積層金属膜はｐ
側電極１４０として用いている。
幅２０μｍの縞を半導体側からＰｔ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕ
の順で形成し、これを周知の熱ＣＶＤ法などを用いて形
成したＳｉＯ2 膜（図示せず）およびレジストなどでマ
スキングした。この幅２０μｍの縞以外の部分を塩素ガ
ス等を用いてｐ型ＧａＮガイド層１１０が露出するまで
エッチングした。なお、ここで形成した積層金属膜はｐ
側電極１４０として用いている。
【００４５】次に、一度マスクしたＳｉＯ2 膜およびレ
ジストを有機溶剤および弗酸などで除去した。次に、エ
ッチング除去されなかった領域を含む幅１５０μｍの縞
領域を再びＳｉＯ2 膜およびレジストでマスキングし、
膜のない部分をｎ型ＧａＮ層１０４が露出するまでエッ
チングした。
ジストを有機溶剤および弗酸などで除去した。次に、エ
ッチング除去されなかった領域を含む幅１５０μｍの縞
領域を再びＳｉＯ2 膜およびレジストでマスキングし、
膜のない部分をｎ型ＧａＮ層１０４が露出するまでエッ
チングした。
【００４６】次に、ｎ型ＧａＮコンタクト層１０４上
に、周知の真空蒸着法やスパッタ法などによって、順に
Ａｌ、Ｐｔ、Ａｕの順で積層形成し、ｎ側電極１３０と
した。このようにして作製したウエハーを幅３５０μｍ
×長さ５００μｍの大きさにへき開し、レーザーダイオ
ードチップとした。共振器端面は研磨やエッチングによ
って形成することも可能である。また、端面に誘電体に
よる多層膜を形成し高反射膜とすることも可能である。
このチップは活性層１０８中のＩｎ組成によるが、電流
密度５ｋＡ／ｃｍ2 を流した時、波長４２０ｎｍ、出力
５ｍＷで室温連続発振した。
に、周知の真空蒸着法やスパッタ法などによって、順に
Ａｌ、Ｐｔ、Ａｕの順で積層形成し、ｎ側電極１３０と
した。このようにして作製したウエハーを幅３５０μｍ
×長さ５００μｍの大きさにへき開し、レーザーダイオ
ードチップとした。共振器端面は研磨やエッチングによ
って形成することも可能である。また、端面に誘電体に
よる多層膜を形成し高反射膜とすることも可能である。
このチップは活性層１０８中のＩｎ組成によるが、電流
密度５ｋＡ／ｃｍ2 を流した時、波長４２０ｎｍ、出力
５ｍＷで室温連続発振した。
【００４７】（第５の実施形態）図６は、本発明の第５
の実施形態に関するＧａＮ系化合物半導体レーザー７０
０の断面構造の概略図である。
の実施形態に関するＧａＮ系化合物半導体レーザー７０
０の断面構造の概略図である。
【００４８】本実施形態においては、ＧａＮ系層を形成
するための緩衝層として３Ｃ型のＳｉＣ層７０２を用い
ている。この３Ｃ−ＳｉＣ結晶７０２を形成するための
成長用基板としてＳｉ基板７０１を用いることが可能で
あり、本実施例ではＳｉ基板７０１を残している。これ
は、下面のオーミック電極１３０を形成しやすいためで
あるが、ヘテロ障壁を減らすためにＳｉ基板７０１をウ
ェットエッチングなどで除去し、３Ｃ−ＳｉＣ結晶７０
２を基板として用いることも可能である。
するための緩衝層として３Ｃ型のＳｉＣ層７０２を用い
ている。この３Ｃ−ＳｉＣ結晶７０２を形成するための
成長用基板としてＳｉ基板７０１を用いることが可能で
あり、本実施例ではＳｉ基板７０１を残している。これ
は、下面のオーミック電極１３０を形成しやすいためで
あるが、ヘテロ障壁を減らすためにＳｉ基板７０１をウ
ェットエッチングなどで除去し、３Ｃ−ＳｉＣ結晶７０
２を基板として用いることも可能である。
【００４９】また、３Ｃ型ＳｉＣ結晶７０２が閃亜鉛鉱
型であるため、上に成長されるＧａＮ系層も閃亜鉛鉱型
となり、（１００）面などでへき開することが容易に行
なえるという点でサファイア基板上のウルツ鉱型結晶と
比較して有利である。
型であるため、上に成長されるＧａＮ系層も閃亜鉛鉱型
となり、（１００）面などでへき開することが容易に行
なえるという点でサファイア基板上のウルツ鉱型結晶と
比較して有利である。
【００５０】この３Ｃ型ＳｉＣ結晶７０２上に、ＧａＮ
バッファ層７０３、ｎ型ＧａＮコンタクト層７０４、ア
ンドープＧａＮ光吸収層７０５、ｎ型ＧａＮコンタクト
層７０４、が形成されている。このｎ型ＧａＮコンタク
ト層７０４上に、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、ｎ型Ｇａ
Ｎガイド層７０７、ＩｎＧａＮ多重量子井戸構造活性層
７０８、ｐ型ＡｌＧａＮオーバーフロー防止層７０９、
ｐ型ＧａＮガイド層７１０、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
７１１からなるダブルヘテロ構造が形成され、この上に
ｐ型ＧａＮ第１コンタクト層７１２が形成されている。
このｐ型ＧａＮ第１コンタクト層７１２上の一部にｎ型
ＧａＮ電流ブロック層７１３が形成されこれを埋め込む
ように、ｐ型ＧａＮ埋込み層７１４が形成されている。
この上にｐ型ＧａＮコンタクト層７１５が形成され、ｐ
型ＧａＮコンタクト層７１５側にｐ側電極１４０、Ｓｉ
基板側にｎ側電極１３０が形成され、本発明のＧａＮ系
化合物半導体レーザーを構成している。
バッファ層７０３、ｎ型ＧａＮコンタクト層７０４、ア
ンドープＧａＮ光吸収層７０５、ｎ型ＧａＮコンタクト
層７０４、が形成されている。このｎ型ＧａＮコンタク
ト層７０４上に、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、ｎ型Ｇａ
Ｎガイド層７０７、ＩｎＧａＮ多重量子井戸構造活性層
７０８、ｐ型ＡｌＧａＮオーバーフロー防止層７０９、
ｐ型ＧａＮガイド層７１０、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
７１１からなるダブルヘテロ構造が形成され、この上に
ｐ型ＧａＮ第１コンタクト層７１２が形成されている。
このｐ型ＧａＮ第１コンタクト層７１２上の一部にｎ型
ＧａＮ電流ブロック層７１３が形成されこれを埋め込む
ように、ｐ型ＧａＮ埋込み層７１４が形成されている。
この上にｐ型ＧａＮコンタクト層７１５が形成され、ｐ
型ＧａＮコンタクト層７１５側にｐ側電極１４０、Ｓｉ
基板側にｎ側電極１３０が形成され、本発明のＧａＮ系
化合物半導体レーザーを構成している。
【００５１】この実施形態においても、アンドープＧａ
Ｎ光吸収層７０５は、第１の実施形態と同じ成長条件で
形成されており、電気抵抗も小さく、発光効率を向上さ
せることが可能であった。
Ｎ光吸収層７０５は、第１の実施形態と同じ成長条件で
形成されており、電気抵抗も小さく、発光効率を向上さ
せることが可能であった。
【００５２】なお、実施例では吸収層としてＧａＮを用
いた場合について述べたが、ＡｌＧａＮを用いることで
屈折率を低下させ光のしみ出しを防ぐことも可能であ
る。ただし、この場合にはヘテロ障壁が生じ、電圧が上
昇するという副次的な要素が加味されるので、Ａｌの組
成比としてはクラッド層のＡｌ組成比以下であることが
望ましい。また、活性層よりもエネルギーギャップの大
きいＩｎＧａＮを用いることも可能である。この場合に
はＧａＮなどと比較して吸収効率をより高めることがで
きるという点では有利であるが、ヘテロ障壁による電圧
上昇が生じるとともに、良質のＩｎＧａＮを成長させる
温度は一般にＧａＮなどと比較して低いことから、蒸発
防止などの対策を施さなければならないという点で構造
的に不利な点がある。
いた場合について述べたが、ＡｌＧａＮを用いることで
屈折率を低下させ光のしみ出しを防ぐことも可能であ
る。ただし、この場合にはヘテロ障壁が生じ、電圧が上
昇するという副次的な要素が加味されるので、Ａｌの組
成比としてはクラッド層のＡｌ組成比以下であることが
望ましい。また、活性層よりもエネルギーギャップの大
きいＩｎＧａＮを用いることも可能である。この場合に
はＧａＮなどと比較して吸収効率をより高めることがで
きるという点では有利であるが、ヘテロ障壁による電圧
上昇が生じるとともに、良質のＩｎＧａＮを成長させる
温度は一般にＧａＮなどと比較して低いことから、蒸発
防止などの対策を施さなければならないという点で構造
的に不利な点がある。
【００５３】本発明は、基板として、前述したサファイ
ア、Ｓｉ基板、ＧａＮ基板に限定されるものではなく、
その他にも、スピネル、ＭｇＯ、ＳｃＡｌＭｇＯ4 、Ｌ
ａＳｒＧａＯ4 、（ＬａＳｒ）（ＡｌＴａ）Ｏ3 などの
絶縁性基板や、ＳｉＣ（特に２Ｈ型が望ましい）、Ｇａ
Ａｓ、ＩｎＰなどの半導体基板も同様に用いることがで
きる。特に発振波長領域で吸収の少ない材料を基板とし
て用いた場合にはより顕著な効果を示す。
ア、Ｓｉ基板、ＧａＮ基板に限定されるものではなく、
その他にも、スピネル、ＭｇＯ、ＳｃＡｌＭｇＯ4 、Ｌ
ａＳｒＧａＯ4 、（ＬａＳｒ）（ＡｌＴａ）Ｏ3 などの
絶縁性基板や、ＳｉＣ（特に２Ｈ型が望ましい）、Ｇａ
Ａｓ、ＩｎＰなどの半導体基板も同様に用いることがで
きる。特に発振波長領域で吸収の少ない材料を基板とし
て用いた場合にはより顕著な効果を示す。
【００５４】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
アンドープのＧａＮ系層を吸収層として用いているの
で、クラッド層からしみ出した光による導波路領域以外
でのモード形成を阻止することができる。このようにし
てできた半導体レーザーを用いることにより、良好な形
状の出射ビームを得ることができ、次世代ＤＶＤと呼ば
れる片面１５ＧＢ以上の光ディスクシステムのピックア
ップ用光源として用いることが可能となる。また吸収層
がアンドープであるので、その後の工程において、各層
にメモリー効果による不純物の混入を防ぐことが可能と
なる。
アンドープのＧａＮ系層を吸収層として用いているの
で、クラッド層からしみ出した光による導波路領域以外
でのモード形成を阻止することができる。このようにし
てできた半導体レーザーを用いることにより、良好な形
状の出射ビームを得ることができ、次世代ＤＶＤと呼ば
れる片面１５ＧＢ以上の光ディスクシステムのピックア
ップ用光源として用いることが可能となる。また吸収層
がアンドープであるので、その後の工程において、各層
にメモリー効果による不純物の混入を防ぐことが可能と
なる。
【図１】 本発明の第１の実施形態であるＧａＮ系化合
物半導体レーザーの断面図。
物半導体レーザーの断面図。
【図２】 光吸収層の室温フォトルミネッセンススペク
トルを示す図。
トルを示す図。
【図３】 本発明の第２の実施形態であるＧａＮ系化合
物半導体レーザーの断面図。
物半導体レーザーの断面図。
【図４】 本発明の第３の実施形態であるＧａＮ系化合
物半導体レーザーの断面構造を示す概略図。
物半導体レーザーの断面構造を示す概略図。
【図５】 本発明の第４の実施形態であるＧａＮ系化合
物半導体レーザーの断面図。
物半導体レーザーの断面図。
【図６】 本発明の第５の実施形態であるＧａＮ系化合
物半導体レーザーの断面図。
物半導体レーザーの断面図。
【図７】 従来のＧａＮ系化合物半導体レーザーの断面
図。
図。
１０１…ｃ面サファイア基板 １０２、２０１…ＧａＮ低温バッファ層 １０３…ＧａＮ高温バッファ層 １０４…ｎ型ＧａＮコンタクト層 １０５…ＧａＮ光吸収層 １０６…ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層 １０７…ｎ型ＧａＮガイド層 １０８…ＩｎＧａＮ多重量子井戸構造活性層 １０９…ｐ型ＡｌＧａＮオーバーフロー防止層 １１０…ｐ型ＧａＮガイド層 １１１…ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層 １１２…ｐ型ＧａＮ第１コンタクト層 １１３…ｎ型ＧａＮ電流ブロック層 １１４…ｐ型ＧａＮ埋込層 １１５…ｐ型ＧａＮコンタクト層 １２０…保護層 １３０…ｎ側電極 １４０…ｐ側電極 ３０４…ＧａＮ基板兼光吸収層 ７０１…Ｓｉ基板 ７０２…３Ｃ―ＳｉＣ結晶
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西尾 譲司 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内 Ｆターム(参考） 4G077 AA03 BE11 DB08 EF01 5F045 AA04 AB06 AB09 AB14 AB17 AB18 AC01 AC08 AC12 AC13 AC19 AD08 AD11 AD15 AF03 AF04 AF09 AF13 CA12 DA53 DA55 DA61 DA66 EB15 EE12 GB11 5F073 AA09 AA43 AA52 AA55 AA74 CA02 CA07 CB01 CB07 CB10 DA05 DA26 EA18
Claims (4)
- 【請求項１】互いに異なる導電型を有するクラッド層
と、 このクラッド層に挟まれ、前記クラッド層よりもエネル
ギーギャップの小さい活性層と、 少なくとも一方の前記クラッド層に対して前記活性層と
反対側に形成され、前記活性層よりもエネルギーギャッ
プが大きく、アンドープの吸収層とを具備することを特
徴とする化合物半導体レーザ。 - 【請求項２】活性層が互いにエネルギーギャップの異な
る２種類のＩｎx Ｇａ1-x Ｎ（０≦ｘ≦１）の多重量子
井戸構造、あるいはＩｎx Ｇａ1-x Ｎ（０≦ｘ≦１）の
単層からなり、前記吸収層がＡｌy Ｇａ1-y Ｎ（０≦ｙ
≦１）からなることを特徴とする請求項１に記載の化合
物半導体レーザ。 - 【請求項３】互いに異なる導電型を有するクラッド層
と、 このクラッド層に挟まれ、前記クラッド層よりもエネル
ギーギャップの小さい活性層と、 少なくとも一方の前記クラッド層に対して前記活性層と
反対側に形成され、前記活性層よりもエネルギーギャッ
プが大きく、アンドープの吸収層とを具備することを特
徴とする化合物半導体レーザを有機金属気相成長法で製
造するに際し、 前記吸収層は、３族原料に対する５族原料のモル供給比
が１０００以下であることを特徴とする化合物半導体レ
ーザーの製造方法。 - 【請求項４】互いに異なる導電型を有するクラッド層
と、 このクラッド層に挟まれ、前記クラッド層よりもエネル
ギーギャップの小さい活性層と、 少なくとも一方の前記クラッド層に対して前記活性層と
反対側に形成され、前記活性層よりもエネルギーギャッ
プが大きく、アンドープの吸収層とを具備することを特
徴とする化合物半導体レーザを有機金属気相成長法で製
造するに際し、 前記吸収層は、３族原料に対する５族原料のモル供給比
が６００以下であることを特徴とする化合物半導体レー
ザーの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10362401A JP2000183466A (ja) | 1998-12-21 | 1998-12-21 | 化合物半導体レーザおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10362401A JP2000183466A (ja) | 1998-12-21 | 1998-12-21 | 化合物半導体レーザおよびその製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000183466A true JP2000183466A (ja) | 2000-06-30 |
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ID=18476756
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10362401A Pending JP2000183466A (ja) | 1998-12-21 | 1998-12-21 | 化合物半導体レーザおよびその製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000183466A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2009084074A (ja) * | 2007-09-27 | 2009-04-23 | Kyocera Corp | 基板及びそれを用いた窒化ガリウム系化合物半導体の成長用方法並びに窒化ガリウム系化合物半導体 |
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| WO2014136416A1 (ja) * | 2013-03-08 | 2014-09-12 | 国立大学法人山口大学 | 半導体装置の製造方法及びｉｉｉ－ｖ族半導体の結晶成長方法 |
-
1998
- 1998-12-21 JP JP10362401A patent/JP2000183466A/ja active Pending
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