JP2000236142A - 窒化物半導体レーザ素子 - Google Patents
窒化物半導体レーザ素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ４００ｎｍより長波長領域において、良好で
安定したレーザ発振をする窒化物半導体レーザ素子を提
供する。 【解決手段】 新規な素子構造として、光ガイド層がＩ
ｎＧａＮ、クラッド層がＧａＮ、コンタクト層がＧａＮ
からなるＳＣＨ構造、すなわちＡｌを使わない構造とす
る。
安定したレーザ発振をする窒化物半導体レーザ素子を提
供する。 【解決手段】 新規な素子構造として、光ガイド層がＩ
ｎＧａＮ、クラッド層がＧａＮ、コンタクト層がＧａＮ
からなるＳＣＨ構造、すなわちＡｌを使わない構造とす
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は発光ダイオード、レーザ
ダイオード等の発光デバイス、またはフォトダイオード
等の受光デバイスに利用される窒化物半導体（ＩｎXＧ
ａ1-XＮ、０≦Ｘ≦１）よりなる素子に関する。
ダイオード等の発光デバイス、またはフォトダイオード
等の受光デバイスに利用される窒化物半導体（ＩｎXＧ
ａ1-XＮ、０≦Ｘ≦１）よりなる素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】我々はＧａＮ基板の上に、活性層を含む
窒化物半導体レーザ素子を作製して、世界で初めて室温
での連続発振１万時間以上を達成したことを発表した
（INCS'97 予稿集,October 27-31,1997,P444-446、及び
Jpn.J.Appl.Phys.Vol.36(1997)pp.L1568-L1571,Part2,N
o.12A,1 December 1997)。さらに、前記レーザ素子より
サファイア基板を除去してＧａＮ単独とすることによ
り、５ｍＷ出力でも１万時間以上の連続発振に成功した
ことを発表した(Jpn.J.Appl.Phys.Vol.37(1998)pp.L309
-L312,及びAppl.Phys.Lett.Vol.72(1998)No.16,2014-20
16)。
窒化物半導体レーザ素子を作製して、世界で初めて室温
での連続発振１万時間以上を達成したことを発表した
（INCS'97 予稿集,October 27-31,1997,P444-446、及び
Jpn.J.Appl.Phys.Vol.36(1997)pp.L1568-L1571,Part2,N
o.12A,1 December 1997)。さらに、前記レーザ素子より
サファイア基板を除去してＧａＮ単独とすることによ
り、５ｍＷ出力でも１万時間以上の連続発振に成功した
ことを発表した(Jpn.J.Appl.Phys.Vol.37(1998)pp.L309
-L312,及びAppl.Phys.Lett.Vol.72(1998)No.16,2014-20
16)。
【０００３】最近のレーザ素子の構造は、基本的に異種
基板上、又はＧａＮ基板上に成長されたｎ型ＧａＮの上
にＩｎＧａＮからなるクラック防止層、クラック防止層
に接してＡｌＧａＮを含む超格子構造からなるｎ側クラ
ッド層、ｎ側クラッド層上部に活性層とｐ側クラッド層
を含むダブルへテロ構造を有する(詳細はJpn.J.Appl.Ph
ys.Vol.37(1998)pp.L309-L312参照)。このレーザ素子は
７０ｍＡ、閾値電流密度５ｋＡ／ｃｍ2において、４０
８．５ｎｍのシングルモードで発振する。閾値における
電圧は６Ｖである。
基板上、又はＧａＮ基板上に成長されたｎ型ＧａＮの上
にＩｎＧａＮからなるクラック防止層、クラック防止層
に接してＡｌＧａＮを含む超格子構造からなるｎ側クラ
ッド層、ｎ側クラッド層上部に活性層とｐ側クラッド層
を含むダブルへテロ構造を有する(詳細はJpn.J.Appl.Ph
ys.Vol.37(1998)pp.L309-L312参照)。このレーザ素子は
７０ｍＡ、閾値電流密度５ｋＡ／ｃｍ2において、４０
８．５ｎｍのシングルモードで発振する。閾値における
電圧は６Ｖである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来までの窒化物半導
体を用いたレーザダイオードは４００ｎｍ付近での発光
で、青紫色を呈していた。また、純粋な青色、さらに純
粋な緑色のレーザ光を得るために、より長波長の発光の
研究も進められている。
体を用いたレーザダイオードは４００ｎｍ付近での発光
で、青紫色を呈していた。また、純粋な青色、さらに純
粋な緑色のレーザ光を得るために、より長波長の発光の
研究も進められている。
【０００５】長波長のレーザ素子を作製するには、Ｉｎ
ＧａＮからなる活性層中の井戸層のＩｎの混晶比を高く
すればよいが、従来の構造では結晶欠陥が比較的多く、
Ｉｎの混晶比を高くするだけではレーザ発振をしなくな
るという問題が生じていた。
ＧａＮからなる活性層中の井戸層のＩｎの混晶比を高く
すればよいが、従来の構造では結晶欠陥が比較的多く、
Ｉｎの混晶比を高くするだけではレーザ発振をしなくな
るという問題が生じていた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】そこでこのような問題を
解決するために、従来の４００ｎｍ付近で発振するレー
ザダイオードより長波長領域におけるレーザダイオード
について、新規な素子構造として、光ガイド層がＩｎＧ
ａＮ、クラッド層がＧａＮ、コンタクト層がＧａＮから
なるＳＣＨ構造、すなわちＡｌを使わない構造とするこ
とで欠陥を少なくし、長波長の発振でも良好で安定した
レーザ素子を得ることができた。
解決するために、従来の４００ｎｍ付近で発振するレー
ザダイオードより長波長領域におけるレーザダイオード
について、新規な素子構造として、光ガイド層がＩｎＧ
ａＮ、クラッド層がＧａＮ、コンタクト層がＧａＮから
なるＳＣＨ構造、すなわちＡｌを使わない構造とするこ
とで欠陥を少なくし、長波長の発振でも良好で安定した
レーザ素子を得ることができた。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下に図１を用いて本発明を詳細
に説明する。図１は本発明の素子構造の一実施形態を示
した模式的な断面図であり、レーザ光の共振方向に垂直
な方向で素子を切断した際の図を示している。この図に
おいて１は異種基板、２はバッファ層、３はＧａＮから
なる第２のバッファ層、４はＳｉドープのＧａＮからな
るｎ側コンタクト層、５はＳｉ変調ドープのＧａＮから
なるｎ側クラッド層、６はアンドープＩｎＧａＮからな
るｎ側光ガイド層、７はＩｎＧａＮ多重量子井戸構造か
らなる活性層、８はＭｇドープＧａＮからなるｐ側キャ
ップ層、９はＭｇドープＩｎＧａＮからなるｐ側光ガイ
ド層、１０はＭｇドープＧａＮからなるｐ側クラッド
層、１１はＭｇドープＧａＮからなるｐ側コンタクト層
を示している。
に説明する。図１は本発明の素子構造の一実施形態を示
した模式的な断面図であり、レーザ光の共振方向に垂直
な方向で素子を切断した際の図を示している。この図に
おいて１は異種基板、２はバッファ層、３はＧａＮから
なる第２のバッファ層、４はＳｉドープのＧａＮからな
るｎ側コンタクト層、５はＳｉ変調ドープのＧａＮから
なるｎ側クラッド層、６はアンドープＩｎＧａＮからな
るｎ側光ガイド層、７はＩｎＧａＮ多重量子井戸構造か
らなる活性層、８はＭｇドープＧａＮからなるｐ側キャ
ップ層、９はＭｇドープＩｎＧａＮからなるｐ側光ガイ
ド層、１０はＭｇドープＧａＮからなるｐ側クラッド
層、１１はＭｇドープＧａＮからなるｐ側コンタクト層
を示している。
【０００８】本発明は、新規な素子構造として、光ガイ
ド層がＩｎＧａＮ、クラッド層がＧａＮからなるＳＣＨ
構造、即ちＡｌを使わない構造とする。ＳＣＨ構造とは
分離閉じ込めヘテロ構造ともいい、キャリアの閉じ込め
領域と光の閉じ込め領域を別々に設けるものである。活
性層が非常に薄い場合、ダブルへテロ構造では光の閉じ
込めが不完全となってしまうため、キャリアの閉じ込め
領域と光の閉じ込め領域を別々に設けたＳＣＨ構造が用
いられている。
ド層がＩｎＧａＮ、クラッド層がＧａＮからなるＳＣＨ
構造、即ちＡｌを使わない構造とする。ＳＣＨ構造とは
分離閉じ込めヘテロ構造ともいい、キャリアの閉じ込め
領域と光の閉じ込め領域を別々に設けるものである。活
性層が非常に薄い場合、ダブルへテロ構造では光の閉じ
込めが不完全となってしまうため、キャリアの閉じ込め
領域と光の閉じ込め領域を別々に設けたＳＣＨ構造が用
いられている。
【０００９】本発明において、ｎ側クラッド層はキャリ
ア閉じ込め層として作用し、少なくとも導電型を示す不
純物としてＳｉをドープしたＧａＮからなる層で形成す
る。その他導電型を示す不純物としてはＧｅ、Ｓｎ、
Ｓ、Ｏが挙げられる。また望ましくは、アンドープのＧ
ａＮとＳｉをドープしたＧａＮとを交互に多層積層した
変調ドープとする。Ｓｉ濃度は１×１０18〜５×１０19
／ｃｍ3程度とする。
ア閉じ込め層として作用し、少なくとも導電型を示す不
純物としてＳｉをドープしたＧａＮからなる層で形成す
る。その他導電型を示す不純物としてはＧｅ、Ｓｎ、
Ｓ、Ｏが挙げられる。また望ましくは、アンドープのＧ
ａＮとＳｉをドープしたＧａＮとを交互に多層積層した
変調ドープとする。Ｓｉ濃度は１×１０18〜５×１０19
／ｃｍ3程度とする。
【００１０】また本発明において、ｎ側コンタクト層は
少なくともｎ型不純物としてＳｉをドープしたＧａＮと
する。Ｓｉ濃度は５×１０17〜２×１０18／ｃｍ3とす
る。
少なくともｎ型不純物としてＳｉをドープしたＧａＮと
する。Ｓｉ濃度は５×１０17〜２×１０18／ｃｍ3とす
る。
【００１１】さらに本発明において、ｎ側クラッド層と
ｎ側コンタクト層はどちらもＳｉをドープしたＧａＮで
あることから、Ｓｉドープ量を同じにして、ｎ側クラッ
ド層兼ｎ側コンタクト層としてもよい。この場合、Ｓｉ
ドープのＧａＮ単層としても、アンドープのＧａＮとＳ
ｉドープのＧａＮとの変調ドープとしてもよい。
ｎ側コンタクト層はどちらもＳｉをドープしたＧａＮで
あることから、Ｓｉドープ量を同じにして、ｎ側クラッ
ド層兼ｎ側コンタクト層としてもよい。この場合、Ｓｉ
ドープのＧａＮ単層としても、アンドープのＧａＮとＳ
ｉドープのＧａＮとの変調ドープとしてもよい。
【００１２】さらに本発明において、ｎ側クラッド層と
ｎ側コンタクト層の膜厚は、これら２つの層の総膜厚と
して、２．５μｍ〜５．５μｍであることが望ましい。
また、変調ドープとする場合、１層単位での膜厚を２０
〜２５オングストロームとすることが望ましい。
ｎ側コンタクト層の膜厚は、これら２つの層の総膜厚と
して、２．５μｍ〜５．５μｍであることが望ましい。
また、変調ドープとする場合、１層単位での膜厚を２０
〜２５オングストロームとすることが望ましい。
【００１３】また本発明において、光ガイド層は、ｎ型
およびｐ型のうち少なくとも一方は、アンドープのＩｎ
bＧａ1-bＮ（０≦ｂ＜１）とする。Ｉｎの混晶比ｂは、
活性層中のＩｎＧａＮからなる井戸層のＩｎ混晶比より
小さくする。また、光ガイド層は、ｎ型およびｐ型のう
ち少なくとも一方は、望ましくはＧＲＩＮ構造（ｇｒａ
ｄｅｄ−ｉｎｄｅｘ）とし、活性層に近づくにつれてＩ
ｎの含有量が多くなるようにする。ＧＲＩＮ構造とは光
ガイド層の混晶比を段階的に変えて屈折率を変化させる
ことで、光を効率よく閉じ込める構造を言う。ＧＲＩＮ
構造として段階的に混晶比を変えていったときの上記混
晶比ｂは層全体の平均値として考える。
およびｐ型のうち少なくとも一方は、アンドープのＩｎ
bＧａ1-bＮ（０≦ｂ＜１）とする。Ｉｎの混晶比ｂは、
活性層中のＩｎＧａＮからなる井戸層のＩｎ混晶比より
小さくする。また、光ガイド層は、ｎ型およびｐ型のう
ち少なくとも一方は、望ましくはＧＲＩＮ構造（ｇｒａ
ｄｅｄ−ｉｎｄｅｘ）とし、活性層に近づくにつれてＩ
ｎの含有量が多くなるようにする。ＧＲＩＮ構造とは光
ガイド層の混晶比を段階的に変えて屈折率を変化させる
ことで、光を効率よく閉じ込める構造を言う。ＧＲＩＮ
構造として段階的に混晶比を変えていったときの上記混
晶比ｂは層全体の平均値として考える。
【００１４】さらに本発明において、光ガイド層は、ｎ
型およびｐ型のうち少なくとも一方は、アンドープから
なる第１のＩｎcＧａ1-cＮ（０≦ｃ＜１）と、導電型を
示す不純物がドープされた第２のＩｎdＧａ1-dＮ（０≦
ｄ＜１）とが積層された超格子構造であることが好まし
い。
型およびｐ型のうち少なくとも一方は、アンドープから
なる第１のＩｎcＧａ1-cＮ（０≦ｃ＜１）と、導電型を
示す不純物がドープされた第２のＩｎdＧａ1-dＮ（０≦
ｄ＜１）とが積層された超格子構造であることが好まし
い。
【００１５】さらに本発明において、光ガイド層中の導
電型を示す不純物は、ｎ側でＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ
が、ｐ側でＭｇ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｃａが挙げられるが、好
ましくはｎ側はＳｉ、ｐ側はＭｇとする。また、光ガイ
ド層中におけるＳｉ濃度は１×１０18／ｃｍ3程度と
し、Ｍｇ濃度は８×１０17〜３×１０18／ｃｍ3でｐ側
クラッド層のＭｇドープ量より小さい値とする。
電型を示す不純物は、ｎ側でＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏ
が、ｐ側でＭｇ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｃａが挙げられるが、好
ましくはｎ側はＳｉ、ｐ側はＭｇとする。また、光ガイ
ド層中におけるＳｉ濃度は１×１０18／ｃｍ3程度と
し、Ｍｇ濃度は８×１０17〜３×１０18／ｃｍ3でｐ側
クラッド層のＭｇドープ量より小さい値とする。
【００１６】また本発明において、ｐ側クラッド層はキ
ャリア閉じ込め層として作用し、少なくとも導電型を示
す不純物としてＭｇをドープしたＧａＮからなる層で形
成する。その他導電型を示す不純物としてはＺｎ、Ｂ
ｅ、Ｃａが挙げられる。望ましくは、アンドープのＧａ
ＮとＭｇをドープしたＧａＮとを交互に積層した変調ド
ープとする。Ｍｇ濃度は１×１０18〜５×１０18／ｃｍ
3でｐ側ガイド層のＭｇドープ量より大きい値とする。
ャリア閉じ込め層として作用し、少なくとも導電型を示
す不純物としてＭｇをドープしたＧａＮからなる層で形
成する。その他導電型を示す不純物としてはＺｎ、Ｂ
ｅ、Ｃａが挙げられる。望ましくは、アンドープのＧａ
ＮとＭｇをドープしたＧａＮとを交互に積層した変調ド
ープとする。Ｍｇ濃度は１×１０18〜５×１０18／ｃｍ
3でｐ側ガイド層のＭｇドープ量より大きい値とする。
【００１７】さらに本発明において、ｐ側クラッド層の
膜厚は、０．３μｍ以上、０．７μｍ以下であることが
望ましい。また変調ドープとする場合、１層単位での膜
厚を２０〜２５オングストロームとすることが望まし
い。
膜厚は、０．３μｍ以上、０．７μｍ以下であることが
望ましい。また変調ドープとする場合、１層単位での膜
厚を２０〜２５オングストロームとすることが望まし
い。
【００１８】また本発明において、活性層中のＩｎＧａ
Ｎの分解を抑えるｐ側キャップ層は、Ｍｇのドープ量を
１×１０19／ｃｍ3〜２×１０20／ｃｍ3とする。またｐ
側キャップ層の膜厚は数オングストロームから６００オ
ングストロームであることが望ましい。また、このｐ側
キャップ層は省略が可能である。
Ｎの分解を抑えるｐ側キャップ層は、Ｍｇのドープ量を
１×１０19／ｃｍ3〜２×１０20／ｃｍ3とする。またｐ
側キャップ層の膜厚は数オングストロームから６００オ
ングストロームであることが望ましい。また、このｐ側
キャップ層は省略が可能である。
【００１９】また本発明において、ｐ側コンタクト層は
電極を構成する層であるので、１×１０18／ｃｍ3以上
の高キャリア濃度とすることが望ましい。１×１０18／
ｃｍ3より低いと、電極と好ましいオーミックを得るの
が難しくなる傾向にある。さらにコンタクト層の組成を
ＧａＮ、ＩｎＧａＮ若しくは、ＧａＮ、ＩｎＧａＮを含
む超格子とすると、電極材料と好ましいオーミックが得
られやすくなる。
電極を構成する層であるので、１×１０18／ｃｍ3以上
の高キャリア濃度とすることが望ましい。１×１０18／
ｃｍ3より低いと、電極と好ましいオーミックを得るの
が難しくなる傾向にある。さらにコンタクト層の組成を
ＧａＮ、ＩｎＧａＮ若しくは、ＧａＮ、ＩｎＧａＮを含
む超格子とすると、電極材料と好ましいオーミックが得
られやすくなる。
【００２０】
【実施例】図１は本発明の一実施例の係るレーザ素子の
構造を示す模式的な断面図である。以下、この図を元に
実施例１について説明する。なお本発明の発光素子は図
１の構造に限定されるものではない。
構造を示す模式的な断面図である。以下、この図を元に
実施例１について説明する。なお本発明の発光素子は図
１の構造に限定されるものではない。
【００２１】［実施例１］ （バッファ層２）２インチφ、Ｃ面を主面とするサファ
イアよりなる異種基板１をＭＯＶＰＥ反応容器内にセッ
トし、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（Ｎ
Ｈ3）を用い、ＧａＮよりなる第１のバッファ層を２０
０オングストロームの膜厚で成長させる。第１のバッフ
ァ層成長後、昇温して同じくＧａＮよりなる第２のバッ
ファ層を１．５μｍの膜厚で成長させる。
イアよりなる異種基板１をＭＯＶＰＥ反応容器内にセッ
トし、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（Ｎ
Ｈ3）を用い、ＧａＮよりなる第１のバッファ層を２０
０オングストロームの膜厚で成長させる。第１のバッフ
ァ層成長後、昇温して同じくＧａＮよりなる第２のバッ
ファ層を１．５μｍの膜厚で成長させる。
【００２２】（ｎ側コンタクト層３）以上のようにして
作製したサファイア基板上のＧａＮに、次にアンモニア
とＴＭＧ、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを
１×１０18／ｃｍ3ドープしたＧａＮよりなるｎ側コン
タクト層３を４．５μｍの膜厚で成長させる。
作製したサファイア基板上のＧａＮに、次にアンモニア
とＴＭＧ、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを
１×１０18／ｃｍ3ドープしたＧａＮよりなるｎ側コン
タクト層３を４．５μｍの膜厚で成長させる。
【００２３】（ｎ側クラッド層４）続いて、シランガス
を流し、Ｓｉを１×１０19／ｃｍ3ドープしたＧａＮよ
りなる層を２５オングストロームの膜厚で成長させ、続
いて、シランガスを止め、アンドープのＧａＮよりなる
層を２５オングストロームの膜厚で成長させる。それら
の層を交互に積層して超格子層を構成し、総膜厚０．４
μｍの変調ドープの超格子よりなるｎ側クラッド層５を
成長させる。
を流し、Ｓｉを１×１０19／ｃｍ3ドープしたＧａＮよ
りなる層を２５オングストロームの膜厚で成長させ、続
いて、シランガスを止め、アンドープのＧａＮよりなる
層を２５オングストロームの膜厚で成長させる。それら
の層を交互に積層して超格子層を構成し、総膜厚０．４
μｍの変調ドープの超格子よりなるｎ側クラッド層５を
成長させる。
【００２４】（ｎ側光ガイド層５）次に、１回目にアン
ドープのＧａＮを２５オングストロームの膜厚で成長さ
せ、２回目にＴＭＩを流し、Ｉｎを極微量含有したアン
ドープのＩｎＧａＮを２５オングストローム成長させ
る。３回目以降は、先に成長させたＩｎＧａＮよりもＩ
ｎ含有量が若干多いアンドープのＩｎＧａＮ層を２５オ
ングストローム成長させる。このようにして活性層に接
近するに従ってＩｎ含有量を多くしていき、最後がアン
ドープのＩｎ0.3Ｇａ0.7Ｎとなる、総膜厚が０．１μｍ
のｎ側光ガイド層５を成長させる。
ドープのＧａＮを２５オングストロームの膜厚で成長さ
せ、２回目にＴＭＩを流し、Ｉｎを極微量含有したアン
ドープのＩｎＧａＮを２５オングストローム成長させ
る。３回目以降は、先に成長させたＩｎＧａＮよりもＩ
ｎ含有量が若干多いアンドープのＩｎＧａＮ層を２５オ
ングストローム成長させる。このようにして活性層に接
近するに従ってＩｎ含有量を多くしていき、最後がアン
ドープのＩｎ0.3Ｇａ0.7Ｎとなる、総膜厚が０．１μｍ
のｎ側光ガイド層５を成長させる。
【００２５】（活性層６）続いて、ＴＭＩを流し、８２
０℃でアンドープＩｎ0.35Ｇａ0.65Ｎからなる井戸層を
３０オングストローム、アンドープＧａＮからなるキャ
ップ層を１０オングストローム、続いてアンドープのＩ
ｎ0.15Ｇａ0.85Ｎからなるバリア層を６０オングストロ
ーム成長させ、これを１ペアとして合計６ペア積層した
総膜厚６００オングストロームの多重量子井戸構造（Ｍ
ＱＷ）の活性層６を成長させる。活性層は本実施例のよ
うにアンドープでも良いし、また導電型を示す不純物を
ドープしても良い。
０℃でアンドープＩｎ0.35Ｇａ0.65Ｎからなる井戸層を
３０オングストローム、アンドープＧａＮからなるキャ
ップ層を１０オングストローム、続いてアンドープのＩ
ｎ0.15Ｇａ0.85Ｎからなるバリア層を６０オングストロ
ーム成長させ、これを１ペアとして合計６ペア積層した
総膜厚６００オングストロームの多重量子井戸構造（Ｍ
ＱＷ）の活性層６を成長させる。活性層は本実施例のよ
うにアンドープでも良いし、また導電型を示す不純物を
ドープしても良い。
【００２６】（ｐ側キャップ層７）次にＴＭＩを止め、
Ｃｐ2Ｍｇを流し、Ｍｇを１×１０20／ｃｍ3ドープした
ｐ型ＧａＮよりなるｐ側キャップ層７を１００オングス
トロームの膜厚で成長させる。
Ｃｐ2Ｍｇを流し、Ｍｇを１×１０20／ｃｍ3ドープした
ｐ型ＧａＮよりなるｐ側キャップ層７を１００オングス
トロームの膜厚で成長させる。
【００２７】（ｐ側光ガイド層８）次に、１回目にＭｇ
を１×１０18／ｃｍ3ドープしたＧａＮよりなる層を２
５オングストローム成長させて、続いてＴＭＩを流し
て、アンドープのＩｎ0.3Ｇａ0.7Ｎを２５オングストロ
ームの膜厚で成長させる。そして２回目に、Ｍｇを１×
１０18／ｃｍ3ドープしたＧａＮよりなる層を２５オン
グストローム成長させて、続いてアンドープのＩｎ0.29
Ｇａ0.71Ｎを２５オングストロームの膜厚で成長させ
る。なお、Ｉｎ0.29Ｇａ0.71Ｎの混晶比は正確な値では
ない。３回目以降は、Ｍｇを１×１０18／ｃｍ3ドープ
したＧａＮよりなる層を２５オングストローム成長さ
せ、続いて先に成長させたＩｎＧａＮよりもＩｎ含有量
がさらに少ないアンドープのＩｎＧａＮを同じく２５オ
ングストロームの膜厚で成長させる。このようにしてＭ
ｇをドープしたＧａＮ層と、活性層から遠ざかるに従っ
てＩｎ含有量を少なくしていき、最後がアンドープのＧ
ａＮとなる層からなる超格子構造のｐ側光ガイド層８
を、総膜厚０．１μｍとなるように成長させる。
を１×１０18／ｃｍ3ドープしたＧａＮよりなる層を２
５オングストローム成長させて、続いてＴＭＩを流し
て、アンドープのＩｎ0.3Ｇａ0.7Ｎを２５オングストロ
ームの膜厚で成長させる。そして２回目に、Ｍｇを１×
１０18／ｃｍ3ドープしたＧａＮよりなる層を２５オン
グストローム成長させて、続いてアンドープのＩｎ0.29
Ｇａ0.71Ｎを２５オングストロームの膜厚で成長させ
る。なお、Ｉｎ0.29Ｇａ0.71Ｎの混晶比は正確な値では
ない。３回目以降は、Ｍｇを１×１０18／ｃｍ3ドープ
したＧａＮよりなる層を２５オングストローム成長さ
せ、続いて先に成長させたＩｎＧａＮよりもＩｎ含有量
がさらに少ないアンドープのＩｎＧａＮを同じく２５オ
ングストロームの膜厚で成長させる。このようにしてＭ
ｇをドープしたＧａＮ層と、活性層から遠ざかるに従っ
てＩｎ含有量を少なくしていき、最後がアンドープのＧ
ａＮとなる層からなる超格子構造のｐ側光ガイド層８
を、総膜厚０．１μｍとなるように成長させる。
【００２８】（ｐ側クラッド層９）続いて、Ｍｇを４×
１０18／ｃｍ3ドープしたＧａＮよりなる層を２５オン
グストロームの膜厚で成長させ、続いてアンドープのＧ
ａＮよりなる層を２５オングストロームの膜厚で成長さ
せる。それらの層を交互に積層して超格子層を構成し、
総膜厚０．４μｍの変調ドープの超格子よりなるｐ側ク
ラッド層９を成長させる。
１０18／ｃｍ3ドープしたＧａＮよりなる層を２５オン
グストロームの膜厚で成長させ、続いてアンドープのＧ
ａＮよりなる層を２５オングストロームの膜厚で成長さ
せる。それらの層を交互に積層して超格子層を構成し、
総膜厚０．４μｍの変調ドープの超格子よりなるｐ側ク
ラッド層９を成長させる。
【００２９】（ｐ側コンタクト層１０）最後に、ｐ側ク
ラッド層９の上に、Ｍｇを１×１０20／ｃｍ3ドープし
たｐ型ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層１０を１５０オ
ングストロームの膜厚で成長させる。
ラッド層９の上に、Ｍｇを１×１０20／ｃｍ3ドープし
たｐ型ＧａＮよりなるｐ側コンタクト層１０を１５０オ
ングストロームの膜厚で成長させる。
【００３０】以上のようにして窒化物半導体を成長させ
たウエハーを反応容器から取り出し、最上層のｐ側コン
タクト層１０の表面に、所定の形状のマスクを介して、
幅１．５μｍのストライプからなるＳｉＯ2よりなる保
護膜を作製する。保護膜形成後、ＲＩＥ（反応性イオン
エッチング）を用い、図１に示すように、ｐ側クラッド
層９とｐ側光ガイド層８との界面付近までエッチングを
行い、幅１．５μｍのストライプ状の導波路を形成す
る。
たウエハーを反応容器から取り出し、最上層のｐ側コン
タクト層１０の表面に、所定の形状のマスクを介して、
幅１．５μｍのストライプからなるＳｉＯ2よりなる保
護膜を作製する。保護膜形成後、ＲＩＥ（反応性イオン
エッチング）を用い、図１に示すように、ｐ側クラッド
層９とｐ側光ガイド層８との界面付近までエッチングを
行い、幅１．５μｍのストライプ状の導波路を形成す
る。
【００３１】ストライプ導波路形成後、ＳｉＯ2マスク
をつけたまま、窒化物半導体層の表面にＺｒＯ2よりな
る絶縁膜を形成する。絶縁膜形成後、バッファードフッ
酸に浸潰して、ｐ側コンタクト層上に形成したＳｉＯ2
を溶解除去し、リフトオフ法によりＳｉＯ2と共に、ｐ
側コンタクト層上にあるＺｒＯ2を除去する。
をつけたまま、窒化物半導体層の表面にＺｒＯ2よりな
る絶縁膜を形成する。絶縁膜形成後、バッファードフッ
酸に浸潰して、ｐ側コンタクト層上に形成したＳｉＯ2
を溶解除去し、リフトオフ法によりＳｉＯ2と共に、ｐ
側コンタクト層上にあるＺｒＯ2を除去する。
【００３２】このように、活性層よりも上部にある層を
ストライプ状のリッジ形状とすることにより、活性層の
発光がストライプリッジの下に集中するようになって閾
値が低下する。特に超格子よりなるｐ側クラッド層９以
上の層をリッジ形状とすることが望ましい。
ストライプ状のリッジ形状とすることにより、活性層の
発光がストライプリッジの下に集中するようになって閾
値が低下する。特に超格子よりなるｐ側クラッド層９以
上の層をリッジ形状とすることが望ましい。
【００３３】次にリッジ表面にＳｉＯ2マスクを形成
し、ＲＩＥにてエッチングを行い、ｎ側コンタクト層３
の表面を露出させる。
し、ＲＩＥにてエッチングを行い、ｎ側コンタクト層３
の表面を露出させる。
【００３４】次にｐ側コンタクト層１１のリッジ最表面
にＮｉとＡｕよりなるｐ電極２０をストライプ状に形成
する。ｐ側コンタクト層と好ましいオーミックが得られ
るｐ電極２０の材料としては、例えばＮｉ、Ｐｔ、Ｐ
ｄ、Ｎｉ／Ａｕ、Ｐｔ／Ａｕ、Ｐｄ／Ａｕ等を挙げるこ
とができる。
にＮｉとＡｕよりなるｐ電極２０をストライプ状に形成
する。ｐ側コンタクト層と好ましいオーミックが得られ
るｐ電極２０の材料としては、例えばＮｉ、Ｐｔ、Ｐ
ｄ、Ｎｉ／Ａｕ、Ｐｔ／Ａｕ、Ｐｄ／Ａｕ等を挙げるこ
とができる。
【００３５】一方、ＴｉとＡｌよりなるｎ電極２２を先
ほど露出させたｎ側コンタクト層３の表面にストライプ
状に形成する。ｎ側コンタクト層３と好ましいオーミッ
クの得られるｎ電極２２の材料としてはＡｌ、Ｔｉ、
Ｗ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｉｎ等の金属若しくは合金が好
ましい。
ほど露出させたｎ側コンタクト層３の表面にストライプ
状に形成する。ｎ側コンタクト層３と好ましいオーミッ
クの得られるｎ電極２２の材料としてはＡｌ、Ｔｉ、
Ｗ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｉｎ等の金属若しくは合金が好
ましい。
【００３６】次に図１に示すようにｐ電極２０と、ｎ電
極２２との間に露出した窒化物半導体層の表面にＳｉＯ
2よりなる絶縁膜３０を形成し、この絶縁膜３０を介し
てｐ電極２０と電気的に接続したｐパッド電極２１、お
よびｎ電極２２と電気的に接続したｎパッド電極２３を
形成する。このｐパッド電極２２は実質的なｐ電極２１
の表面積を広げて、ｐ電極側をワイヤーボンディング、
ダイボンディングできるようにする作用がある。一方、
ｎパッド電極２３はｎ電極２２の剥がれを防止する作用
がある。
極２２との間に露出した窒化物半導体層の表面にＳｉＯ
2よりなる絶縁膜３０を形成し、この絶縁膜３０を介し
てｐ電極２０と電気的に接続したｐパッド電極２１、お
よびｎ電極２２と電気的に接続したｎパッド電極２３を
形成する。このｐパッド電極２２は実質的なｐ電極２１
の表面積を広げて、ｐ電極側をワイヤーボンディング、
ダイボンディングできるようにする作用がある。一方、
ｎパッド電極２３はｎ電極２２の剥がれを防止する作用
がある。
【００３７】以上のようにして、ｐ、ｎ両パッド電極形
成後、サファイア基板のＡ面に沿った、窒化物半導体の
Ｍ面（窒化物半導体を六角柱で表した場合にその六角柱
の側面に相当する面）でＧａＮを劈開してウエハーをバ
ー状とし、そのバーの劈開面に共振面を作製する。共振
面作製後、さらに共振面に垂直な方向でバー状のウエハ
ーを切断してレーザチップとした。
成後、サファイア基板のＡ面に沿った、窒化物半導体の
Ｍ面（窒化物半導体を六角柱で表した場合にその六角柱
の側面に相当する面）でＧａＮを劈開してウエハーをバ
ー状とし、そのバーの劈開面に共振面を作製する。共振
面作製後、さらに共振面に垂直な方向でバー状のウエハ
ーを切断してレーザチップとした。
【００３８】次にそれぞれの電極をワイヤーボンディン
グして、室温でレーザ発振を試みたところ、室温におい
て閾値電流密度２．０ｋＡ／ｃｍ2、閾値電圧４．０Ｖ
で、発振波長４６５ｎｍの連続発振が確認され、１００
０時間以上の寿命を示した。
グして、室温でレーザ発振を試みたところ、室温におい
て閾値電流密度２．０ｋＡ／ｃｍ2、閾値電圧４．０Ｖ
で、発振波長４６５ｎｍの連続発振が確認され、１００
０時間以上の寿命を示した。
【００３９】［実施例２］実施例１において、ｎ側光ガ
イド層５を以下のようにした。 （ｎ側光ガイド層５）１回目にＳｉを１×１０18／ｃｍ
3ドープしたＧａＮよりなる層を２５オングストローム
成長させ、続いてアンドープのＧａＮを２５オングスト
ロームの膜厚で成長させる。そして２回目にＳｉを１×
１０18／ｃｍ3ドープしたＧａＮよりなる層を２５オン
グストローム成長させ、続いてＩｎを極微量含有したア
ンドープのＩｎＧａＮを２５オングストローム成長させ
る。３回目以降は、同様にＳｉをドープしたＧａＮより
なる層を２５オングストローム成長させ、続いて先に成
長させたＩｎＧａＮよりもＩｎ含有量が若干多いアンド
ープのＩｎＧａＮ層を２５オングストローム成長させ
る。このようにしてＳｉをドープしたＧａＮ層と、活性
層に接近するに従ってＩｎ含有量を多くしていき、最後
がアンドープのＩｎ 0.3Ｇａ0.7Ｎとなる層とからなる超
格子構造のｎ側光ガイド層５を、総膜厚０．１μｍとな
るように成長させる。以上のようにした他は実施例１と
同様にしてレーザ素子を作製したところ、実施例１とほ
ぼ同等の特性を有する素子が得られた。
イド層５を以下のようにした。 （ｎ側光ガイド層５）１回目にＳｉを１×１０18／ｃｍ
3ドープしたＧａＮよりなる層を２５オングストローム
成長させ、続いてアンドープのＧａＮを２５オングスト
ロームの膜厚で成長させる。そして２回目にＳｉを１×
１０18／ｃｍ3ドープしたＧａＮよりなる層を２５オン
グストローム成長させ、続いてＩｎを極微量含有したア
ンドープのＩｎＧａＮを２５オングストローム成長させ
る。３回目以降は、同様にＳｉをドープしたＧａＮより
なる層を２５オングストローム成長させ、続いて先に成
長させたＩｎＧａＮよりもＩｎ含有量が若干多いアンド
ープのＩｎＧａＮ層を２５オングストローム成長させ
る。このようにしてＳｉをドープしたＧａＮ層と、活性
層に接近するに従ってＩｎ含有量を多くしていき、最後
がアンドープのＩｎ 0.3Ｇａ0.7Ｎとなる層とからなる超
格子構造のｎ側光ガイド層５を、総膜厚０．１μｍとな
るように成長させる。以上のようにした他は実施例１と
同様にしてレーザ素子を作製したところ、実施例１とほ
ぼ同等の特性を有する素子が得られた。
【００４０】［実施例３］実施例１において、ｎ側光ガ
イド層５とｐ側光ガイド層８を以下のようにした。 （ｎ側光ガイド層５）１回目にシランガスを流し、Ｓｉ
を１×１０18／ｃｍ3ドープしたＧａＮよりなる層を２
５オングストローム成長させ、続いてアンドープのＧａ
Ｎを２５オングストロームの膜厚で成長させる。続いて
２回目にシランガスを若干少なくしたＧａＮを２５オン
グストローム成長させ、続いてＴＭＩを流して、Ｉｎを
極微量含有したアンドープのＩｎＧａＮを２５オングス
トローム成長させる。３回目以降は、同様に先に成長さ
せたＳｉドープのＧａＮよりも、Ｓｉ含有量がさらに少
ないＧａＮよりなる層を２５オングストローム成長さ
せ、続いて先に成長させたＩｎＧａＮよりもＩｎ含有量
が若干多いアンドープのＩｎＧａＮ層を２５オングスト
ローム成長させる。このようにしてＳｉの含有量が活性
層に接近するに従って、徐々に少なくなっていくＳｉド
ープＧａＮ層と、活性層に接近するに従ってＩｎ含有量
を多くしていき、最後がアンドープのＩｎ0.3Ｇａ0.7Ｎ
となる層からなる超格子構造のｎ側光ガイド層５を、総
膜厚０．１μｍとなるように成長させる。
イド層５とｐ側光ガイド層８を以下のようにした。 （ｎ側光ガイド層５）１回目にシランガスを流し、Ｓｉ
を１×１０18／ｃｍ3ドープしたＧａＮよりなる層を２
５オングストローム成長させ、続いてアンドープのＧａ
Ｎを２５オングストロームの膜厚で成長させる。続いて
２回目にシランガスを若干少なくしたＧａＮを２５オン
グストローム成長させ、続いてＴＭＩを流して、Ｉｎを
極微量含有したアンドープのＩｎＧａＮを２５オングス
トローム成長させる。３回目以降は、同様に先に成長さ
せたＳｉドープのＧａＮよりも、Ｓｉ含有量がさらに少
ないＧａＮよりなる層を２５オングストローム成長さ
せ、続いて先に成長させたＩｎＧａＮよりもＩｎ含有量
が若干多いアンドープのＩｎＧａＮ層を２５オングスト
ローム成長させる。このようにしてＳｉの含有量が活性
層に接近するに従って、徐々に少なくなっていくＳｉド
ープＧａＮ層と、活性層に接近するに従ってＩｎ含有量
を多くしていき、最後がアンドープのＩｎ0.3Ｇａ0.7Ｎ
となる層からなる超格子構造のｎ側光ガイド層５を、総
膜厚０．１μｍとなるように成長させる。
【００４１】（ｐ側光ガイド層８）１回目にアンドープ
のＧａＮを２５オングストローム成長させて、続いてＴ
ＭＩを流して、アンドープのＩｎ0.3Ｇａ0.7Ｎを２５オ
ングストロームの膜厚で成長させる。そして２回目に、
Ｃｐ2Ｍｇを極微量流し、Ｍｇを極微量含有したＭｇド
ープのＧａＮと、続いてアンドープのＩｎ0.29Ｇａ0.71
Ｎを２５オングストロームの膜厚で成長させる。なお、
このＩｎ0.29Ｇａ0.71Ｎは正確な値ではない。３回目以
降は、同様に先に成長させたＭｇドープのＧａＮより
も、Ｍｇ含有量がさらに多いＧａＮよりなる層を２５オ
ングストローム成長させ、続いて先に成長させたＩｎＧ
ａＮよりもＩｎ含有量がさらに少ないアンドープのＩｎ
ＧａＮを同じく２５オングストロームの膜厚で成長させ
る。このようにしてＭｇの含有量が活性層から遠ざかる
に従って、徐々に多くなっていき、最後がＭｇを１×１
０ 18／ｃｍ3ドープしたＧａＮ層となる層と、活性層か
ら遠ざかるに従って、Ｉｎ含有量を少なくしていき、最
後がアンドープのＧａＮとなる層からなる超格子構造の
ｐ側光ガイド層８を、総膜厚０．１μｍとなるように成
長させる。以上のようにした他は実施例１と同様にして
レーザ素子を作製したところ、実施例１とほぼ同等の特
性を有する素子が得られた。
のＧａＮを２５オングストローム成長させて、続いてＴ
ＭＩを流して、アンドープのＩｎ0.3Ｇａ0.7Ｎを２５オ
ングストロームの膜厚で成長させる。そして２回目に、
Ｃｐ2Ｍｇを極微量流し、Ｍｇを極微量含有したＭｇド
ープのＧａＮと、続いてアンドープのＩｎ0.29Ｇａ0.71
Ｎを２５オングストロームの膜厚で成長させる。なお、
このＩｎ0.29Ｇａ0.71Ｎは正確な値ではない。３回目以
降は、同様に先に成長させたＭｇドープのＧａＮより
も、Ｍｇ含有量がさらに多いＧａＮよりなる層を２５オ
ングストローム成長させ、続いて先に成長させたＩｎＧ
ａＮよりもＩｎ含有量がさらに少ないアンドープのＩｎ
ＧａＮを同じく２５オングストロームの膜厚で成長させ
る。このようにしてＭｇの含有量が活性層から遠ざかる
に従って、徐々に多くなっていき、最後がＭｇを１×１
０ 18／ｃｍ3ドープしたＧａＮ層となる層と、活性層か
ら遠ざかるに従って、Ｉｎ含有量を少なくしていき、最
後がアンドープのＧａＮとなる層からなる超格子構造の
ｐ側光ガイド層８を、総膜厚０．１μｍとなるように成
長させる。以上のようにした他は実施例１と同様にして
レーザ素子を作製したところ、実施例１とほぼ同等の特
性を有する素子が得られた。
【００４２】［実施例４］実施例１において、ｎ側光ガ
イド層５とｐ側光ガイド層８を以下のようにした。 （ｎ側光ガイド層５）アンドープのＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ
を０．１μｍの膜厚で成長させる。
イド層５とｐ側光ガイド層８を以下のようにした。 （ｎ側光ガイド層５）アンドープのＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ
を０．１μｍの膜厚で成長させる。
【００４３】（ｐ側光ガイド層８）まずアンドープのＩ
ｎ0.15Ｇａ0.85Ｎを２５オングストロームの膜厚で成長
させ、続いてＭｇを１×１０18／ｃｍ3ドープしたＧａ
Ｎを２５オングストロームの膜厚で成長させる。それら
の層を交互に積層し、総膜厚０．１μｍの超格子よりな
るｐ側光ガイド層８を成長させる。以上のようにした他
は実施例１と同様にレーザ素子を作製したところ、室温
において閾値電流密度２．２ｋＡ／ｃｍ2、閾値電圧
４．５Ｖで、発振波長４６５ｎｍの連続発振が確認さ
れ、８００時間以上の寿命を示し、実施例１よりは劣る
が、良好な結果が得られた。
ｎ0.15Ｇａ0.85Ｎを２５オングストロームの膜厚で成長
させ、続いてＭｇを１×１０18／ｃｍ3ドープしたＧａ
Ｎを２５オングストロームの膜厚で成長させる。それら
の層を交互に積層し、総膜厚０．１μｍの超格子よりな
るｐ側光ガイド層８を成長させる。以上のようにした他
は実施例１と同様にレーザ素子を作製したところ、室温
において閾値電流密度２．２ｋＡ／ｃｍ2、閾値電圧
４．５Ｖで、発振波長４６５ｎｍの連続発振が確認さ
れ、８００時間以上の寿命を示し、実施例１よりは劣る
が、良好な結果が得られた。
【００４４】［実施例５］実施例１において、ｎ側クラ
ッド層４を０．４μｍのＳｉを１×１０19／ｃｍ 3ドー
プしたＧａＮよりなる層とし、ｐ側クラッド層９を０．
４μｍのＭｇを４×１０18／ｃｍ3ドープしたＧａＮよ
りなる層とした他は実施例１と同様にレーザ素子を作製
したところ、室温において閾値電流密度２．２ｋＡ／ｃ
ｍ2、閾値電圧４．５Ｖで、発振波長４６５ｎｍの連続
発振が確認され、８００時間以上の寿命を示し、実施例
１よりは劣るが良好な結果が得られた。
ッド層４を０．４μｍのＳｉを１×１０19／ｃｍ 3ドー
プしたＧａＮよりなる層とし、ｐ側クラッド層９を０．
４μｍのＭｇを４×１０18／ｃｍ3ドープしたＧａＮよ
りなる層とした他は実施例１と同様にレーザ素子を作製
したところ、室温において閾値電流密度２．２ｋＡ／ｃ
ｍ2、閾値電圧４．５Ｖで、発振波長４６５ｎｍの連続
発振が確認され、８００時間以上の寿命を示し、実施例
１よりは劣るが良好な結果が得られた。
【００４５】［実施例６］実施例１において、ｐ側キャ
ップ層７を成長させない他は、実施例１と同様にしてレ
ーザ素子を作製したところ、特性は若干劣るがほぼ同等
の結果が得られた。
ップ層７を成長させない他は、実施例１と同様にしてレ
ーザ素子を作製したところ、特性は若干劣るがほぼ同等
の結果が得られた。
【００４６】［実施例７］実施例１において、ｎ側光ガ
イド層５と活性層６、またｐ側光ガイド層８を以下のよ
うにした他は同様にしてレーザ素子を作製した。 （ｎ側光ガイド層５）１回目にアンドープのＧａＮを２
５オングストロームの膜厚で成長させ、２回目に、Ｉｎ
を極微量含有したアンドープのＩｎＧａＮを２５オング
ストローム成長させる。３回目以降は、先に成長させた
ＩｎＧａＮよりもＩｎ含有量が若干多いアンドープのＩ
ｎＧａＮ層を２５オングストローム成長させる。このよ
うにして活性層に接近するに従ってＩｎ含有量を多くし
ていき、最後がアンドープのＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｎとなる、
総膜厚が０．１μｍのｎ側光ガイド層５を成長させる。
イド層５と活性層６、またｐ側光ガイド層８を以下のよ
うにした他は同様にしてレーザ素子を作製した。 （ｎ側光ガイド層５）１回目にアンドープのＧａＮを２
５オングストロームの膜厚で成長させ、２回目に、Ｉｎ
を極微量含有したアンドープのＩｎＧａＮを２５オング
ストローム成長させる。３回目以降は、先に成長させた
ＩｎＧａＮよりもＩｎ含有量が若干多いアンドープのＩ
ｎＧａＮ層を２５オングストローム成長させる。このよ
うにして活性層に接近するに従ってＩｎ含有量を多くし
ていき、最後がアンドープのＩｎ0.4Ｇａ0.6Ｎとなる、
総膜厚が０．１μｍのｎ側光ガイド層５を成長させる。
【００４７】（活性層６）続いて、アンドープＩｎ0.4
Ｇａ0.6Ｎからなる井戸層を３０オングストローム、ア
ンドープＧａＮからなるキャップ層を１０オングストロ
ーム、続いてアンドープのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎからなるバ
リア層を６０オングストローム成長させ、これを１ペア
として合計６ペア積層した活性層６を成長させる。
Ｇａ0.6Ｎからなる井戸層を３０オングストローム、ア
ンドープＧａＮからなるキャップ層を１０オングストロ
ーム、続いてアンドープのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎからなるバ
リア層を６０オングストローム成長させ、これを１ペア
として合計６ペア積層した活性層６を成長させる。
【００４８】（ｐ側光ガイド層８）次に、１回目にＭｇ
を１×１０18／ｃｍ3ドープしたＧａＮよりなる層を２
５オングストローム成長させて、続いてアンドープのＩ
ｎ0.4Ｇａ0.6Ｎを２５オングストロームの膜厚で成長さ
せる。そして２回目に、Ｍｇを１×１０18／ｃｍ3ドー
プしたＧａＮよりなる層を２５オングストローム成長さ
せて、続いてアンドープのＩｎ0.38Ｇａ0.62Ｎを２５オ
ングストロームの膜厚で成長させる。なお、Ｉｎ0.38Ｇ
ａ0.62Ｎの混晶比は正確な値ではない。３回目以降は、
Ｍｇを１×１０18／ｃｍ3ドープしたＧａＮよりなる層
を２５オングストローム成長させ、続いて先に成長させ
たＩｎＧａＮよりもＩｎ含有量がさらに少ないアンドー
プのＩｎＧａＮを同じく２５オングストロームの膜厚で
成長させる。このようにしてＭｇをドープしたＧａＮ層
と、活性層から遠ざかるに従って、Ｉｎ含有量を少なく
していき、最後がアンドープのＧａＮとなる層からなる
超格子構造のｐ側光ガイド層８を、総膜厚０．１μｍと
なるように成長させる。以上のようにして得られたレー
ザ素子は、室温において閾値電流密度２．０ｋＡ／ｃｍ
2、閾値電圧４．０Ｖで、発振波長４８０ｎｍの連続発
振が確認され、５００時間以上の寿命を示した。
を１×１０18／ｃｍ3ドープしたＧａＮよりなる層を２
５オングストローム成長させて、続いてアンドープのＩ
ｎ0.4Ｇａ0.6Ｎを２５オングストロームの膜厚で成長さ
せる。そして２回目に、Ｍｇを１×１０18／ｃｍ3ドー
プしたＧａＮよりなる層を２５オングストローム成長さ
せて、続いてアンドープのＩｎ0.38Ｇａ0.62Ｎを２５オ
ングストロームの膜厚で成長させる。なお、Ｉｎ0.38Ｇ
ａ0.62Ｎの混晶比は正確な値ではない。３回目以降は、
Ｍｇを１×１０18／ｃｍ3ドープしたＧａＮよりなる層
を２５オングストローム成長させ、続いて先に成長させ
たＩｎＧａＮよりもＩｎ含有量がさらに少ないアンドー
プのＩｎＧａＮを同じく２５オングストロームの膜厚で
成長させる。このようにしてＭｇをドープしたＧａＮ層
と、活性層から遠ざかるに従って、Ｉｎ含有量を少なく
していき、最後がアンドープのＧａＮとなる層からなる
超格子構造のｐ側光ガイド層８を、総膜厚０．１μｍと
なるように成長させる。以上のようにして得られたレー
ザ素子は、室温において閾値電流密度２．０ｋＡ／ｃｍ
2、閾値電圧４．０Ｖで、発振波長４８０ｎｍの連続発
振が確認され、５００時間以上の寿命を示した。
【００４９】［実施例８］実施例１において、ｎ側コン
タクト層３とｎ側クラッド層４を以下のようにｎ側コン
タクト層兼ｎ側クラッド層３’とした。 （ｎ側コンタクト層兼ｎ側クラッド層３’）バッファ層
２作成後、次にアンモニアとＴＭＧ、不純物ガスとして
シランガスを用い、Ｓｉを１×１０18／ｃｍ3ドープし
たＧａＮよりなるｎ側コンタクト層兼ｎ側クラッド層を
５．０μｍの膜厚で成長させる。以上のようにした他は
実施例１と同様にしてレーザ素子を作製したところ、実
施例１とほぼ同等の特性を有する素子が得られた。
タクト層３とｎ側クラッド層４を以下のようにｎ側コン
タクト層兼ｎ側クラッド層３’とした。 （ｎ側コンタクト層兼ｎ側クラッド層３’）バッファ層
２作成後、次にアンモニアとＴＭＧ、不純物ガスとして
シランガスを用い、Ｓｉを１×１０18／ｃｍ3ドープし
たＧａＮよりなるｎ側コンタクト層兼ｎ側クラッド層を
５．０μｍの膜厚で成長させる。以上のようにした他は
実施例１と同様にしてレーザ素子を作製したところ、実
施例１とほぼ同等の特性を有する素子が得られた。
【００５０】［実施例９］実施例１において、ｎ側コン
タクト層３を成長させるまでの異種基板および下地とな
る層を以下のようにした。異種基板１として、オフアン
グル角θ＝０．１５°、ステップ段差（高さ）が約１原
子層、テラス幅Ｗが約４０オングストロームのステップ
を有し、Ｃ面を主面とし、オリフラ面をＡ面とするサフ
ァイア基板を用いる。図３はこのサファイア基板の断面
を拡大して示す模式図である。図３に示すステップ上に
オフアングルされた基板はほぼ水平なテラス部分Ａと段
差部分Ｂとを有している。またこのようなオフ角を有す
るステップ状部分は、基板全体にわたって連続して形成
されていることが望ましいが、特に部分的に形成されて
いても良い。オフ角θとは、図３に示すように、複数の
段差の底部を結んだ直線と、最上層のステップの水平面
との角度を指すものとする。このオフ角は特にサファイ
ア基板を用いた場合、０．３°以下、さらに好ましくは
０．１°以上０．２０°以下であることが望ましい。
タクト層３を成長させるまでの異種基板および下地とな
る層を以下のようにした。異種基板１として、オフアン
グル角θ＝０．１５°、ステップ段差（高さ）が約１原
子層、テラス幅Ｗが約４０オングストロームのステップ
を有し、Ｃ面を主面とし、オリフラ面をＡ面とするサフ
ァイア基板を用いる。図３はこのサファイア基板の断面
を拡大して示す模式図である。図３に示すステップ上に
オフアングルされた基板はほぼ水平なテラス部分Ａと段
差部分Ｂとを有している。またこのようなオフ角を有す
るステップ状部分は、基板全体にわたって連続して形成
されていることが望ましいが、特に部分的に形成されて
いても良い。オフ角θとは、図３に示すように、複数の
段差の底部を結んだ直線と、最上層のステップの水平面
との角度を指すものとする。このオフ角は特にサファイ
ア基板を用いた場合、０．３°以下、さらに好ましくは
０．１°以上０．２０°以下であることが望ましい。
【００５１】前記サファイア基板のオフアングル面に、
ＧａＮよりなる第１のバッファ層を２００オングストロ
ームの膜厚で成長させる。第１のバッファ層成長後、昇
温して同じくＧａＮよりなる第２のバッファ層を１．５
μｍの膜厚で成長させる。このようにオフアングルされ
た基板を用いることにより基板上に形成する窒化物半導
体の結晶欠陥を少なくすることができる。バッファ層２
成長後は実施例１と同様にして素子を作製したところ、
実施例１とほぼ同等の特性を有する素子が得られた。
ＧａＮよりなる第１のバッファ層を２００オングストロ
ームの膜厚で成長させる。第１のバッファ層成長後、昇
温して同じくＧａＮよりなる第２のバッファ層を１．５
μｍの膜厚で成長させる。このようにオフアングルされ
た基板を用いることにより基板上に形成する窒化物半導
体の結晶欠陥を少なくすることができる。バッファ層２
成長後は実施例１と同様にして素子を作製したところ、
実施例１とほぼ同等の特性を有する素子が得られた。
【００５２】［実施例１０］実施例１において、ｎ側コ
ンタクト層３を成長させるまでの異種基板および下地と
なる層を以下のようにした。異種基板１は実施例９と同
様のオフアングルされたサファイア基板を用いる。この
サファイア基板上にＧａＮよりなるバッファ層を２００
オングストロームの膜厚で成長し、昇温してさらにＧａ
Ｎよりなる下地層を１．５μｍの膜厚で成長させる。
ンタクト層３を成長させるまでの異種基板および下地と
なる層を以下のようにした。異種基板１は実施例９と同
様のオフアングルされたサファイア基板を用いる。この
サファイア基板上にＧａＮよりなるバッファ層を２００
オングストロームの膜厚で成長し、昇温してさらにＧａ
Ｎよりなる下地層を１．５μｍの膜厚で成長させる。
【００５３】下地層成長後、ＭＯＶＰＥ反応容器から取
り出し、この下地層の表面に、ストライプ幅１０μｍ、
ストライプ間隔（窓部）２μｍのＳｉＯ2よりなる保護
膜を形成する。保護膜形成後、ウエハーを再度ＭＯＶＰ
Ｅの反応容器内にセットし、アンドープＧａＮ層を１５
μｍ成長させ、ＳｉＯ2の表面を覆う。このようにして
オフアングルされた基板上に保護膜を形成し、さらにそ
の上に窒化物半導体を形成することにより、実施例９よ
りもさらに結晶欠陥を少なくすることができる。その後
は実施例１と同様にして、ｎ側クラッド層４から順に積
層していきレーザ素子を作製したところ、実施例１とほ
ぼ同等の特性を有する素子が得られた。
り出し、この下地層の表面に、ストライプ幅１０μｍ、
ストライプ間隔（窓部）２μｍのＳｉＯ2よりなる保護
膜を形成する。保護膜形成後、ウエハーを再度ＭＯＶＰ
Ｅの反応容器内にセットし、アンドープＧａＮ層を１５
μｍ成長させ、ＳｉＯ2の表面を覆う。このようにして
オフアングルされた基板上に保護膜を形成し、さらにそ
の上に窒化物半導体を形成することにより、実施例９よ
りもさらに結晶欠陥を少なくすることができる。その後
は実施例１と同様にして、ｎ側クラッド層４から順に積
層していきレーザ素子を作製したところ、実施例１とほ
ぼ同等の特性を有する素子が得られた。
【００５４】［実施例１１］図４は本発明の他の実施例
にかかるレーザ素子の構造を示す模式断面図である。以
下この図を元に実施例１１について説明する。まずＳｉ
ドープのＧａＮ基板１’を用意する。このＧａＮ基板は
以下のようにして成長させたものである。
にかかるレーザ素子の構造を示す模式断面図である。以
下この図を元に実施例１１について説明する。まずＳｉ
ドープのＧａＮ基板１’を用意する。このＧａＮ基板は
以下のようにして成長させたものである。
【００５５】（ＧａＮ基板１’）実施例１０と同様に、
オフアングルされたサファイア基板上に、バッファ層の
ＧａＮ、下地層のＧａＮ、ストライプ状にＳｉＯ2より
なる保護膜、さらにアンドープのＧａＮ層までを形成す
る。続いてＨＶＰＥ装置でアンドープのＧａＮを１００
μｍの膜厚で作製する。
オフアングルされたサファイア基板上に、バッファ層の
ＧａＮ、下地層のＧａＮ、ストライプ状にＳｉＯ2より
なる保護膜、さらにアンドープのＧａＮ層までを形成す
る。続いてＨＶＰＥ装置でアンドープのＧａＮを１００
μｍの膜厚で作製する。
【００５６】次に得られたウエハーをサファイア基板の
方から研磨、除去していき、厚さが約８０μｍのＧａＮ
層のみのＧａＮ基板を得る。次に異種基板等を除去して
露出させた面とは反対の面に、実施例１と同様にしてｎ
側クラッド層４からｐ側コンタクト層１０までを積層
し、続いてｐ側をリッジ形状とする。
方から研磨、除去していき、厚さが約８０μｍのＧａＮ
層のみのＧａＮ基板を得る。次に異種基板等を除去して
露出させた面とは反対の面に、実施例１と同様にしてｎ
側クラッド層４からｐ側コンタクト層１０までを積層
し、続いてｐ側をリッジ形状とする。
【００５７】リッジ形成後、ｐ側コンタクト層１０のリ
ッジ最表面にＮｉ／Ａｕよりなるｐ電極２０をストライ
プ状に形成し、ｐ電極２０以外の最表面の窒化物半導体
層にＳｉＯ2よりなる絶縁膜３０を形成し、この絶縁膜
を介してｐ電極２０と電気的に接続したｐパッド電極２
１を形成する。ｐ側電極形成後、ＧａＮ基板の窒化物半
導体が積層されていない第２の主面上にｎ電極２２とし
てＴｉ／Ａｌよりなるオーミック電極及びＴｉ、Ｐｔ、
Ａｕ、Ａｕ／Ｓｎの４層よりなるメタライズ電極を全面
に形成する。
ッジ最表面にＮｉ／Ａｕよりなるｐ電極２０をストライ
プ状に形成し、ｐ電極２０以外の最表面の窒化物半導体
層にＳｉＯ2よりなる絶縁膜３０を形成し、この絶縁膜
を介してｐ電極２０と電気的に接続したｐパッド電極２
１を形成する。ｐ側電極形成後、ＧａＮ基板の窒化物半
導体が積層されていない第２の主面上にｎ電極２２とし
てＴｉ／Ａｌよりなるオーミック電極及びＴｉ、Ｐｔ、
Ａｕ、Ａｕ／Ｓｎの４層よりなるメタライズ電極を全面
に形成する。
【００５８】以上のようにして電極を形成後、窒化物半
導体のＭ面でＧａＮ基板を劈開してウエハーをバー状と
し、そのバーの劈開面に共振面を作製する。共振面作製
後、さらに共振面に垂直な方向でバー状のウエハーを切
断してレーザチップとした。
導体のＭ面でＧａＮ基板を劈開してウエハーをバー状と
し、そのバーの劈開面に共振面を作製する。共振面作製
後、さらに共振面に垂直な方向でバー状のウエハーを切
断してレーザチップとした。
【００５９】次にｐ電極側をワイヤーボンディング、ｎ
電極側をステムなどの支持体とダイボンディングして、
室温でレーザ発振を試みたところ、実施例１と同様に室
温において閾値電流密度２．０ｋＡ／ｃｍ2、閾値電圧
４．０Ｖで、発振波長４６５ｎｍの連続発振が確認さ
れ、１０００時間以上の寿命を示した。
電極側をステムなどの支持体とダイボンディングして、
室温でレーザ発振を試みたところ、実施例１と同様に室
温において閾値電流密度２．０ｋＡ／ｃｍ2、閾値電圧
４．０Ｖで、発振波長４６５ｎｍの連続発振が確認さ
れ、１０００時間以上の寿命を示した。
【００６０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は光ガイド
層がＩｎＧａＮ、クラッド層がＧａＮ、コンタクト層が
ＧａＮからなるＳＣＨ構造、すなわちＡｌを使わない素
子構造としたことで、長波長でも良好で安定したレーザ
素子を得ることができた。
層がＩｎＧａＮ、クラッド層がＧａＮ、コンタクト層が
ＧａＮからなるＳＣＨ構造、すなわちＡｌを使わない素
子構造としたことで、長波長でも良好で安定したレーザ
素子を得ることができた。
【図１】 本発明の一実施例にかかるレーザ素子の構造
を示す模式断面図。
を示す模式断面図。
【図２】 本発明の一実施例にかかるレーザ素子の、ｎ
側クラッド層４からｐ側クラッド層９までのエネルギー
バンドを示す図。
側クラッド層４からｐ側クラッド層９までのエネルギー
バンドを示す図。
【図３】 本発明の他の実施例にかかるレーザ素子に用
いられる基板の一部を拡大して示した模式断面図。
いられる基板の一部を拡大して示した模式断面図。
【図４】 本発明の他の実施例にかかるレーザ素子の構
造を示す模式断面図。
造を示す模式断面図。
１・・・・異種基板 １’・・・・ＧａＮ基板 ２・・・・バッファ層 ３・・・・ｎ側コンタクト層 ４・・・・ｎ側クラッド層 ５・・・・ｎ側光ガイド層 ６・・・・活性層 ７・・・・ｐ側キャップ層 ８・・・・ｐ側光ガイド層 ９・・・・ｐ側クラッド層 １０・・・ｐ側コンタクト層 ２０・・・ｐ電極 ２１・・・ｐパッド電極 ２２・・・ｎ電極 ２３・・・ｎパッド電極 ３０・・・絶縁膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5F041 AA03 AA11 CA04 CA05 CA34 CA40 CA46 CA57 CA58 CA82 CA85 CA87 5F073 AA13 AA45 AA46 AA74 AA76 AA77 CA07 CB05 CB10 CB19 EA07 EA23
Claims (7)
- 【請求項１】 窒化物半導体において、活性層の両側
に、光ガイド層、更にその両側にクラッド層、さらにそ
の両側にコンタクト層が設けられたレーザ素子におい
て、 前記光ガイド層はＩｎbＧａ1-bＮ（０≦ｂ＜１）からな
り、前記クラッド層はＧａＮからなり、前記コンタクト
層はＧａＮからなることを特徴とする窒化物半導体レー
ザ素子。 - 【請求項２】 前記光ガイド層は、ｎ型およびｐ型のう
ち、少なくとも一方の窒化物半導体は、活性層に近づく
につれてＩｎの含有量が多くなるようにされていること
を特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素
子。 - 【請求項３】 前記光ガイド層は、ｎ型およびｐ型のう
ち、少なくとも一方の窒化物半導体は、アンドープから
なる第１のＩｎcＧａ1-cＮ（０≦ｃ＜１）と、導電型を
示す不純物がドープされた第２のＩｎdＧａ1-dＮ（０≦
ｄ＜１）とが積層された超格子構造であることを特徴と
する請求項１および請求項２に記載の窒化物半導体レー
ザ素子。 - 【請求項４】 前記第１のＩｎcＧａ1-cＮおよび第２の
ＩｎdＧａ1-dＮのうち、少なくとも一方の窒化物半導体
は、活性層に近づくにつれてＩｎの含有量が多くなるよ
うにされていることを特徴とする請求項３に記載の窒化
物半導体レーザ素子。 - 【請求項５】 前記クラッド層は、ｎ型およびｐ型のう
ち、少なくとも一方の窒化物半導体は、アンドープから
なるＧａＮと、導電型を示す不純物がドープされたＧａ
Ｎとが積層された超格子構造であることを特徴とする請
求項１から請求項４に記載の窒化物半導体レーザ素子。 - 【請求項６】 前記光ガイド層は、ｎ側光ガイド層は導
電型を示す不純物はドープされておらず、ｐ側光ガイド
層の導電型を示す不純物はＭｇであることを特徴とする
請求項１から請求項５に記載の窒化物半導体レーザ素
子。 - 【請求項７】 前記クラッド層は、ｎ側クラッド層の導
電型を示す不純物はＳｉであり、ｐ側クラッド層の導電
型を示す不純物はＭｇであることを特徴とする請求項１
から請求項６に記載の窒化物半導体レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27991399A JP2000236142A (ja) | 1998-12-15 | 1999-09-30 | 窒化物半導体レーザ素子 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35668798 | 1998-12-15 | ||
| JP27991399A JP2000236142A (ja) | 1998-12-15 | 1999-09-30 | 窒化物半導体レーザ素子 |
| JP10-356687 | 1999-09-30 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000236142A true JP2000236142A (ja) | 2000-08-29 |
Family
ID=26553540
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27991399A Pending JP2000236142A (ja) | 1998-12-15 | 1999-09-30 | 窒化物半導体レーザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000236142A (ja) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002170776A (ja) * | 2000-12-04 | 2002-06-14 | Inst Of Physical & Chemical Res | 低転位バッファーおよびその製造方法ならびに低転位バッファーを備えた素子 |
| JP2006019713A (ja) * | 2004-06-03 | 2006-01-19 | Showa Denko Kk | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子およびそれを用いたｌｅｄ |
| JP2006049848A (ja) * | 2004-06-30 | 2006-02-16 | Showa Denko Kk | ｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体積層構造体 |
| WO2006030950A1 (en) * | 2004-09-14 | 2006-03-23 | Showa Denko K.K. | N-type group iii nitride semiconductor stacked layer structure |
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| JP2007059913A (ja) * | 2005-08-25 | 2007-03-08 | Samsung Electro Mech Co Ltd | 窒化物半導体発光素子 |
| CN1331282C (zh) * | 2002-09-20 | 2007-08-08 | 三洋电机株式会社 | 氮化物系半导体激光元件 |
| WO2009107516A1 (ja) * | 2008-02-25 | 2009-09-03 | 住友電気工業株式会社 | Iii族窒化物半導体レーザ |
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| US7968362B2 (en) | 2001-03-27 | 2011-06-28 | Ricoh Company, Ltd. | Semiconductor light-emitting device, surface-emission laser diode, and production apparatus thereof, production method, optical module and optical telecommunication system |
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| US9064996B2 (en) | 2008-09-25 | 2015-06-23 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Group III nitride-based compound semiconductor light-emitting device and production method therefor |
-
1999
- 1999-09-30 JP JP27991399A patent/JP2000236142A/ja active Pending
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| US7949026B2 (en) | 2008-02-25 | 2011-05-24 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Group III nitride semiconductor laser |
| CN102097747A (zh) * | 2008-02-25 | 2011-06-15 | 住友电气工业株式会社 | Ⅲ族氮化物半导体激光器 |
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