JP2000277855A - 半導体発光素子 - Google Patents
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- H01S5/20—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers
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- H01S5/2205—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers
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- H01S5/223—Buried stripe structure
- H01S5/2231—Buried stripe structure with inner confining structure only between the active layer and the upper electrode
Abstract
(57)【要約】
【課題】 無効電流の低減化が図られた動作電流および
しきい値電流が低くかつ発光効率の高い半導体発光素子
を提供することである。 【解決手段】 半導体レーザ素子１００においては、サ
ファイア基板１上にバッファ層２、ｎ−コンタクト層
３、ｎ−光クラッド層４、ｎ−光ガイド層５、発光層
６、ｐ−キャップ層７、ｐ−光ガイド層８およびストラ
イプ状の開口部を有するｎ−電流ブロック層９が順に形
成され、開口部内にｐ−光クラッド層１０が形成されて
いる。ｐ−光クラッド層１０上およびｎ−電流ブロック
層９上にｐ−コンタクト層１１が形成されている。ｎ−
電流ブロック層９はｎ−Ａｌ0.3 Ｇａ0. 7 Ｎからなり電
子濃度が１×１０17ｃｍ-3かつＡｌ組成が０．１よりも
大きく、表面がＮで終端されている。
しきい値電流が低くかつ発光効率の高い半導体発光素子
を提供することである。 【解決手段】 半導体レーザ素子１００においては、サ
ファイア基板１上にバッファ層２、ｎ−コンタクト層
３、ｎ−光クラッド層４、ｎ−光ガイド層５、発光層
６、ｐ−キャップ層７、ｐ−光ガイド層８およびストラ
イプ状の開口部を有するｎ−電流ブロック層９が順に形
成され、開口部内にｐ−光クラッド層１０が形成されて
いる。ｐ−光クラッド層１０上およびｎ−電流ブロック
層９上にｐ−コンタクト層１１が形成されている。ｎ−
電流ブロック層９はｎ−Ａｌ0.3 Ｇａ0. 7 Ｎからなり電
子濃度が１×１０17ｃｍ-3かつＡｌ組成が０．１よりも
大きく、表面がＮで終端されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体発光素子に
関する。
関する。
【０００２】
【従来の技術】ＧａＮ、ＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、Ａｌ
ＧａＩｎＮ等のIII 族窒化物半導体（以下、窒化物系半
導体と呼ぶ）を用いた半導体レーザ素子、発光ダイオー
ド等の半導体発光素子は、可視から紫外に渡る領域の光
を発生する発光素子として応用が期待されている。この
ような半導体発光素子は、サファイア、炭化ケイ素等の
基板の（０００１）面上に、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気
相成長法）やＭＢＥ法（分子線エピタキシャル成長法）
により作製されている。
ＧａＩｎＮ等のIII 族窒化物半導体（以下、窒化物系半
導体と呼ぶ）を用いた半導体レーザ素子、発光ダイオー
ド等の半導体発光素子は、可視から紫外に渡る領域の光
を発生する発光素子として応用が期待されている。この
ような半導体発光素子は、サファイア、炭化ケイ素等の
基板の（０００１）面上に、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気
相成長法）やＭＢＥ法（分子線エピタキシャル成長法）
により作製されている。
【０００３】一般に、基板上にｎ型の半導体層、発光層
およびｐ型の半導体層が順に積層されてなるＧａＮ系半
導体発光素子においては、ｐ型の半導体層中にｎ型の電
流ブロック層が形成される。この電流ブロック層によ
り、半導体発光素子の横モード制御が行われる。
およびｐ型の半導体層が順に積層されてなるＧａＮ系半
導体発光素子においては、ｐ型の半導体層中にｎ型の電
流ブロック層が形成される。この電流ブロック層によ
り、半導体発光素子の横モード制御が行われる。
【０００４】図７は従来のＧａＮ系半導体レーザ素子の
一例を示す模式的断面図である。図７に示す半導体レー
ザ素子２００においては、サファイア基板８１上にアン
ドープのＡｌＧａＮからなるバッファ層８２、ｎ−Ｇａ
Ｎからなるｎ−コンタクト層８３、ｎ−ＡｌＧａＮから
なるｎ−光クラッド層８４、ｎ−ＧａＮからなるｎ−光
ガイド層８５、発光層８６、ｐ−ＡｌＧａＮからなるｐ
−キャップ層８７、ｐ−ＧａＮからなるｐ−光ガイド層
８８および開口部を有するｎ−電流ブロック層８９が順
に形成されている。ｎ−電流ブロック層８９の開口部内
にｐ−ＡｌＧａＮからなるｐ−光クラッド層９０が形成
されている。ｐ−光クラッド層９０上およびｎ−電流ブ
ロック層８９上には、ｐ−ＧａＮからなるｐ−コンタク
ト層９１が形成されている。
一例を示す模式的断面図である。図７に示す半導体レー
ザ素子２００においては、サファイア基板８１上にアン
ドープのＡｌＧａＮからなるバッファ層８２、ｎ−Ｇａ
Ｎからなるｎ−コンタクト層８３、ｎ−ＡｌＧａＮから
なるｎ−光クラッド層８４、ｎ−ＧａＮからなるｎ−光
ガイド層８５、発光層８６、ｐ−ＡｌＧａＮからなるｐ
−キャップ層８７、ｐ−ＧａＮからなるｐ−光ガイド層
８８および開口部を有するｎ−電流ブロック層８９が順
に形成されている。ｎ−電流ブロック層８９の開口部内
にｐ−ＡｌＧａＮからなるｐ−光クラッド層９０が形成
されている。ｐ−光クラッド層９０上およびｎ−電流ブ
ロック層８９上には、ｐ−ＧａＮからなるｐ−コンタク
ト層９１が形成されている。
【０００５】ｐ−コンタクト層９１からｎ−コンタクト
層８３までの一部領域がエッチングされ、露出したｎ−
コンタクト層８３上にｎ電極５０が形成されている。ま
た、ｐ−コンタクト層９１上にｐ電極５１が形成されて
いる。
層８３までの一部領域がエッチングされ、露出したｎ−
コンタクト層８３上にｎ電極５０が形成されている。ま
た、ｐ−コンタクト層９１上にｐ電極５１が形成されて
いる。
【０００６】半導体レーザ素子２００において、ｐ電極
５１から注入された電流はｎ−電流ブロック層８９にお
いて狭窄される。それにより、ｎ−電流ブロック層８９
の開口部が電流注入領域になるとともに、電流注入領域
下の発光層８６の領域に発光部が形成される。
５１から注入された電流はｎ−電流ブロック層８９にお
いて狭窄される。それにより、ｎ−電流ブロック層８９
の開口部が電流注入領域になるとともに、電流注入領域
下の発光層８６の領域に発光部が形成される。
【０００７】電流ブロック層８９を構成する材料として
は、ｎ−ＡｌＧａＮ、ｎ−ＩｎＧａＮ等が挙げられる。
は、ｎ−ＡｌＧａＮ、ｎ−ＩｎＧａＮ等が挙げられる。
【０００８】ｎ−ＡｌＧａＮから構成されるｎ−電流ブ
ロック層８９は、Ａｌを含有するため屈折率が小さい。
屈折率の小さいｎ−電流ブロック層８９下の発光層８６
の領域においては、開口部下の発光層８６の領域に比べ
て実効屈折率が小さくなる。このように屈折率の分布が
生じるため、発光層８６において水平方向の光の閉じ込
めが行われる。以上のような屈折率の差により光の閉じ
込めが行われる素子構造は、実屈折率導波構造と呼ばれ
る。
ロック層８９は、Ａｌを含有するため屈折率が小さい。
屈折率の小さいｎ−電流ブロック層８９下の発光層８６
の領域においては、開口部下の発光層８６の領域に比べ
て実効屈折率が小さくなる。このように屈折率の分布が
生じるため、発光層８６において水平方向の光の閉じ込
めが行われる。以上のような屈折率の差により光の閉じ
込めが行われる素子構造は、実屈折率導波構造と呼ばれ
る。
【０００９】一方、ｎ−ＩｎＧａＮから構成されるｎ−
電流ブロック層８９は、発光層８６よりもバンドギャッ
プが小さいため、発光層８６において発生した高次モー
ドの光がｎ−電流ブロック層８９により吸収される。そ
れにより、電流ブロック層８９の開口部下の発光層８６
の領域に光が集中し、発光層８６において水平方向の光
の閉じ込めが行われる。以上のような光の吸収により光
の閉じ込めが行われる素子構造は、損失導波構造と呼ば
れる。
電流ブロック層８９は、発光層８６よりもバンドギャッ
プが小さいため、発光層８６において発生した高次モー
ドの光がｎ−電流ブロック層８９により吸収される。そ
れにより、電流ブロック層８９の開口部下の発光層８６
の領域に光が集中し、発光層８６において水平方向の光
の閉じ込めが行われる。以上のような光の吸収により光
の閉じ込めが行われる素子構造は、損失導波構造と呼ば
れる。
【００１０】以上のように、ｎ−電流ブロック層８９に
よる電流狭窄および発光層８６における光の閉じ込めに
より、半導体レーザ素子２００において横モード制御が
行われる。
よる電流狭窄および発光層８６における光の閉じ込めに
より、半導体レーザ素子２００において横モード制御が
行われる。
【００１１】ｎ−ＡｌＧａＮから構成されるｎ−電流ブ
ロック層８９を有する半導体レーザ素子２００において
は、通常、ｎ−電流ブロック層８９の電子濃度を１０19
〜１０20ｃｍ-3と非常に高くすることによりｎ−電流ブ
ロック層８９における電流の漏れを抑制し、無効電流の
低減を図る。
ロック層８９を有する半導体レーザ素子２００において
は、通常、ｎ−電流ブロック層８９の電子濃度を１０19
〜１０20ｃｍ-3と非常に高くすることによりｎ−電流ブ
ロック層８９における電流の漏れを抑制し、無効電流の
低減を図る。
【００１２】また、半導体レーザ素子２００における横
モード制御の効果を大きくするためには、ｎ−ＡｌＧａ
Ｎからなるｎ−電流ブロック層８９のＡｌ組成を大きく
することが好ましい。Ａｌ組成を大きくすることにより
ｎ−電流ブロック層８９の屈折率がより小さくなるた
め、発光層８６の水平方向における屈折率の差が大きく
なる。それにより、光の閉じ込めが効果的に行われる。
モード制御の効果を大きくするためには、ｎ−ＡｌＧａ
Ｎからなるｎ−電流ブロック層８９のＡｌ組成を大きく
することが好ましい。Ａｌ組成を大きくすることにより
ｎ−電流ブロック層８９の屈折率がより小さくなるた
め、発光層８６の水平方向における屈折率の差が大きく
なる。それにより、光の閉じ込めが効果的に行われる。
【００１３】Ａｌ組成の大きなｎ−電流ブロック層８９
においては、格子定数がｎ−コンタクト層８３よりも小
さくなるため、引張り歪みによるピエゾ効果の結果とし
て電界（ピエゾ電界）が生じる。しかしながら、ｎ−電
流ブロック層８９に高濃度の電子が注入されているた
め、電子の移動によりピエゾ電界が低減される。それに
より、ピエゾ効果によるエネルギーバンドの曲がりが抑
制される。
においては、格子定数がｎ−コンタクト層８３よりも小
さくなるため、引張り歪みによるピエゾ効果の結果とし
て電界（ピエゾ電界）が生じる。しかしながら、ｎ−電
流ブロック層８９に高濃度の電子が注入されているた
め、電子の移動によりピエゾ電界が低減される。それに
より、ピエゾ効果によるエネルギーバンドの曲がりが抑
制される。
【００１４】図８はｎ−ＡｌＧａＮからなるｎ−電流ブ
ロック層８９を有する半導体レーザ素子２００のＢ−Ｂ
線断面におけるエネルギーバンド構造を示す模式図であ
る。なお、図８はｐ電極５１とｎ電極５０との間に印加
される正バイアスが０の場合について示している。
ロック層８９を有する半導体レーザ素子２００のＢ−Ｂ
線断面におけるエネルギーバンド構造を示す模式図であ
る。なお、図８はｐ電極５１とｎ電極５０との間に印加
される正バイアスが０の場合について示している。
【００１５】図８に示すように、ｎ−電流ブロック層８
９においては高濃度の電子によりピエゾ効果が抑制され
るため、ｎ−電流ブロック層８９のエネルギーバンドは
平坦である。
９においては高濃度の電子によりピエゾ効果が抑制され
るため、ｎ−電流ブロック層８９のエネルギーバンドは
平坦である。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】ここで、半導体レーザ
素子２００のｐ電極５１とｎ電極５０との間に正バイア
スを印加した場合、図中の矢印で示すように、ｐ−コン
タクト層９１側の擬フェルミ準位が下降するとともにｎ
−コンタクト層８３側の擬フェルミ準位が上昇する。そ
れにより、ｎ−電流ブロック層８９のエネルギーバンド
が右上がりに傾く。さらに高い正バイアスを印加する
と、ｎ−電流ブロック層８９のエネルギーバンドの傾き
が大きくなるため、ｎ−電流ブロック層８９の厚さが小
さいと、トンンネル効果により、正孔がｎ−電流ブロッ
ク層８９を通ってｐ−コンタクト層９１からｐ−光ガイ
ド層８８へ移動することが可能となる。その結果、発光
に寄与しない無効電流が増加する。また、ｎ−電流ブロ
ック層８９中の準位に落ちた正孔が望ましい発光とは異
なる再結合を起こすため、無効電流が増加する。
素子２００のｐ電極５１とｎ電極５０との間に正バイア
スを印加した場合、図中の矢印で示すように、ｐ−コン
タクト層９１側の擬フェルミ準位が下降するとともにｎ
−コンタクト層８３側の擬フェルミ準位が上昇する。そ
れにより、ｎ−電流ブロック層８９のエネルギーバンド
が右上がりに傾く。さらに高い正バイアスを印加する
と、ｎ−電流ブロック層８９のエネルギーバンドの傾き
が大きくなるため、ｎ−電流ブロック層８９の厚さが小
さいと、トンンネル効果により、正孔がｎ−電流ブロッ
ク層８９を通ってｐ−コンタクト層９１からｐ−光ガイ
ド層８８へ移動することが可能となる。その結果、発光
に寄与しない無効電流が増加する。また、ｎ−電流ブロ
ック層８９中の準位に落ちた正孔が望ましい発光とは異
なる再結合を起こすため、無効電流が増加する。
【００１７】このような無効電流は、ｎ−電流ブロック
層８９の厚さを大きくすることにより抑制することが可
能である。しかしながら、Ａｌ組成の大きなｎ−電流ブ
ロック層８９を厚く成長させた場合、ｎ−コンタクト層
８３に対する格子不整合による歪みのためにクラックが
発生する。したがって、ｎ−ＡｌＧａＮからなるｎ−電
流ブロック層８９の厚みを大きくすることは困難であ
る。
層８９の厚さを大きくすることにより抑制することが可
能である。しかしながら、Ａｌ組成の大きなｎ−電流ブ
ロック層８９を厚く成長させた場合、ｎ−コンタクト層
８３に対する格子不整合による歪みのためにクラックが
発生する。したがって、ｎ−ＡｌＧａＮからなるｎ−電
流ブロック層８９の厚みを大きくすることは困難であ
る。
【００１８】ある程度厚さの小さなｎ−電流ブロック層
８９であっても横モード制御を行うことは可能である。
しかしながら、厚さの小さなｎ−電流ブロック層８９に
おいては、前述のトンネル効果による電流の漏れを抑制
することが困難であるため、無効電流が増加する。それ
により、半導体レーザ素子２００の動作電流およびしき
い値電流が上昇し、発光効率が低下する。
８９であっても横モード制御を行うことは可能である。
しかしながら、厚さの小さなｎ−電流ブロック層８９に
おいては、前述のトンネル効果による電流の漏れを抑制
することが困難であるため、無効電流が増加する。それ
により、半導体レーザ素子２００の動作電流およびしき
い値電流が上昇し、発光効率が低下する。
【００１９】一方、ｎ−ＩｎＧａＮからなるｎ−電流ブ
ロック層を有する損失導波構造の半導体レーザ素子にお
いても、ｎ−ＡｌＧａＮからなる電流ブロック層８９を
有する半導体レーザ素子２００と同様、ｎ−電流ブロッ
ク層の厚さが小さい場合には無効電流が増加するため、
半導体レーザ素子の動作電流およびしきい値電流が上昇
し、発光効率が低下する。
ロック層を有する損失導波構造の半導体レーザ素子にお
いても、ｎ−ＡｌＧａＮからなる電流ブロック層８９を
有する半導体レーザ素子２００と同様、ｎ−電流ブロッ
ク層の厚さが小さい場合には無効電流が増加するため、
半導体レーザ素子の動作電流およびしきい値電流が上昇
し、発光効率が低下する。
【００２０】本発明の目的は、無効電流の低減化が図ら
れた動作電流およびしきい値電流が低くかつ発光効率の
高い半導体発光素子を提供することである。
れた動作電流およびしきい値電流が低くかつ発光効率の
高い半導体発光素子を提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段および発明の効果】本発明
に係る半導体発光素子は、第１導電型の第１の半導体
層、発光層および第２導電型の第２の半導体層を順に含
み、電流注入領域を除いて第２の半導体層中に第１導電
型の電流ブロック層が設けられ、第１の半導体層と第２
の半導体層との間への正バイアスの印加により電流注入
領域を通して発光層に電流が注入される半導体発光素子
において、電流ブロック層が正バイアスと逆向きの電界
を内在するものである。
に係る半導体発光素子は、第１導電型の第１の半導体
層、発光層および第２導電型の第２の半導体層を順に含
み、電流注入領域を除いて第２の半導体層中に第１導電
型の電流ブロック層が設けられ、第１の半導体層と第２
の半導体層との間への正バイアスの印加により電流注入
領域を通して発光層に電流が注入される半導体発光素子
において、電流ブロック層が正バイアスと逆向きの電界
を内在するものである。
【００２２】本発明に係る半導体発光素子においては、
電流ブロック層が正バイアスと逆向きの電界を内在する
ため、第１の半導体層と第２の半導体層との間に正バイ
アスを印加した場合、印加した正バイアスは電流ブロッ
ク層に内在する電界を低減させる。それにより、電流ブ
ロック層内の電位勾配が消失または減少するため、電流
ブロック層においてトンネル効果による電流の漏れがな
くなり、電流が確実に阻止される。それにより、本発明
に係る半導体発光素子においては、発光に寄与しない無
効電流が減少し、動作電流およびしきい値電流の低減化
が図られるため、発光効率の高い半導体発光素子が得ら
れる。
電流ブロック層が正バイアスと逆向きの電界を内在する
ため、第１の半導体層と第２の半導体層との間に正バイ
アスを印加した場合、印加した正バイアスは電流ブロッ
ク層に内在する電界を低減させる。それにより、電流ブ
ロック層内の電位勾配が消失または減少するため、電流
ブロック層においてトンネル効果による電流の漏れがな
くなり、電流が確実に阻止される。それにより、本発明
に係る半導体発光素子においては、発光に寄与しない無
効電流が減少し、動作電流およびしきい値電流の低減化
が図られるため、発光効率の高い半導体発光素子が得ら
れる。
【００２３】また、電流の漏れによるビームの広がりが
防止されるため、望ましいビームプロファイルを有しか
つ信頼性の高い半導体発光素子が得られる。
防止されるため、望ましいビームプロファイルを有しか
つ信頼性の高い半導体発光素子が得られる。
【００２４】電流ブロック層は、ピエゾ効果により正バ
イアスと逆向きの電界を内在してもよい。
イアスと逆向きの電界を内在してもよい。
【００２５】電流ブロック層が引張り歪みまたは圧縮歪
みを受けると、ピエゾ効果により、電流ブロック層に電
界が発生する。このピエゾ効果による電界が正バイアス
と逆向きになるように電流ブロック層の組成を設定する
ことにより、電流ブロック層に正バイアスと逆向きの電
界を内在させることが可能となる。
みを受けると、ピエゾ効果により、電流ブロック層に電
界が発生する。このピエゾ効果による電界が正バイアス
と逆向きになるように電流ブロック層の組成を設定する
ことにより、電流ブロック層に正バイアスと逆向きの電
界を内在させることが可能となる。
【００２６】電流ブロック層はガリウム、アルミニウ
ム、インジウムおよびホウ素の少なくとも１つを含む窒
化物系半導体により構成されてもよく、また、第１の半
導体層、発光層および第２の半導体層は、ガリウム、ア
ルミニウム、インジウムおよびホウ素の少なくとも１つ
を含む窒化物系半導体により構成されてもよい。このよ
うな窒化物系半導体においては、ピエゾ効果による電界
が顕著に現れる。
ム、インジウムおよびホウ素の少なくとも１つを含む窒
化物系半導体により構成されてもよく、また、第１の半
導体層、発光層および第２の半導体層は、ガリウム、ア
ルミニウム、インジウムおよびホウ素の少なくとも１つ
を含む窒化物系半導体により構成されてもよい。このよ
うな窒化物系半導体においては、ピエゾ効果による電界
が顕著に現れる。
【００２７】電流ブロック層のキャリア濃度が１×１０
19ｃｍ-3よりも低いことが好ましい。
19ｃｍ-3よりも低いことが好ましい。
【００２８】電流ブロック層のキャリア濃度が１×１０
19ｃｍ-3よりも高い場合、ピエゾ効果による電界が減少
するため、正バイアスの印加時に電流ブロック層内に電
位勾配が発生する。これに対し、電流ブロック層のキャ
リア濃度が１×１０19ｃｍ-3よりも低い場合、電流ブロ
ック層がピエゾ効果による正バイアスと逆向きの電界を
内在することが可能となるため、正バイアスの印加時に
電流ブロック層内の電位勾配が減少または消失する。
19ｃｍ-3よりも高い場合、ピエゾ効果による電界が減少
するため、正バイアスの印加時に電流ブロック層内に電
位勾配が発生する。これに対し、電流ブロック層のキャ
リア濃度が１×１０19ｃｍ-3よりも低い場合、電流ブロ
ック層がピエゾ効果による正バイアスと逆向きの電界を
内在することが可能となるため、正バイアスの印加時に
電流ブロック層内の電位勾配が減少または消失する。
【００２９】電流ブロック層の屈折率は電流注入領域の
屈折率よりも小さくてもよい。この場合、電流ブロック
層下の発光層の実効屈折率が、電流注入領域下の発光層
の実効屈折率に比べて小さくなる。このような発光層に
おける屈折率の差により、発光層において水平方向の光
の閉じ込めが行われる。したがって、実屈折率導波構造
を有する半導体発光素子が実現される。
屈折率よりも小さくてもよい。この場合、電流ブロック
層下の発光層の実効屈折率が、電流注入領域下の発光層
の実効屈折率に比べて小さくなる。このような発光層に
おける屈折率の差により、発光層において水平方向の光
の閉じ込めが行われる。したがって、実屈折率導波構造
を有する半導体発光素子が実現される。
【００３０】電流ブロック層は、アルミニウムおよびガ
リウムを含む窒化物系半導体からなり、電流ブロック層
の表面が窒素で終端し、かつアルミニウム組成が０．１
よりも大きくてもよい。
リウムを含む窒化物系半導体からなり、電流ブロック層
の表面が窒素で終端し、かつアルミニウム組成が０．１
よりも大きくてもよい。
【００３１】この場合、電流ブロック層がアルミニウム
を含むため、電流ブロック層の屈折率を小さくすること
が可能となる。それにより、実屈折率導波構造を有する
半導体発光素子が実現される。
を含むため、電流ブロック層の屈折率を小さくすること
が可能となる。それにより、実屈折率導波構造を有する
半導体発光素子が実現される。
【００３２】また、電流ブロック層のアルミニウム組成
が０．１よりも大きくかつ電流ブロック層の表面が窒素
で終端しているため、電流ブロック層は正バイアスと逆
向きの電界を内在する。
が０．１よりも大きくかつ電流ブロック層の表面が窒素
で終端しているため、電流ブロック層は正バイアスと逆
向きの電界を内在する。
【００３３】電流ブロック層は、アルミニウムおよびガ
リウムを含む窒化物系半導体からなり、電流ブロック層
の表面がガリウムおよびアルミニウムで終端し、かつア
ルミニウム組成が０．１よりも小さくてもよい。
リウムを含む窒化物系半導体からなり、電流ブロック層
の表面がガリウムおよびアルミニウムで終端し、かつア
ルミニウム組成が０．１よりも小さくてもよい。
【００３４】この場合、電流ブロック層がアルミニウム
を含むため、電流ブロック層の屈折率を小さくすること
が可能となる。それにより、実屈折率導波構造を有する
半導体発光素子が実現される。
を含むため、電流ブロック層の屈折率を小さくすること
が可能となる。それにより、実屈折率導波構造を有する
半導体発光素子が実現される。
【００３５】また、電流ブロック層のアルミニウム組成
が０．１よりも小さくかつ電流ブロック層の表面がガリ
ウムおよびアルミニウムのIII 族元素で終端しているた
め、電流ブロック層は正バイアスと逆向きの電界を内在
する。
が０．１よりも小さくかつ電流ブロック層の表面がガリ
ウムおよびアルミニウムのIII 族元素で終端しているた
め、電流ブロック層は正バイアスと逆向きの電界を内在
する。
【００３６】第１の半導体層、発光層、第２の半導体層
および電流ブロック層はサファイア基板上に形成されて
もよい。
および電流ブロック層はサファイア基板上に形成されて
もよい。
【００３７】サファイア基板上に形成されたアルミニウ
ムおよびガリウムを含む窒化物系半導体は、サファイア
基板よりも格子定数が大きいため、圧縮歪みを受ける。
したがって、サファイア基板上に形成されたアルミニウ
ムおよびガリウムを含む窒化物系半導体から構成される
電流ブロック層においては、ピエゾ効果により電界が発
生する。それにより、電流ブロック層が正バイアスと逆
向きの電界を内在する。
ムおよびガリウムを含む窒化物系半導体は、サファイア
基板よりも格子定数が大きいため、圧縮歪みを受ける。
したがって、サファイア基板上に形成されたアルミニウ
ムおよびガリウムを含む窒化物系半導体から構成される
電流ブロック層においては、ピエゾ効果により電界が発
生する。それにより、電流ブロック層が正バイアスと逆
向きの電界を内在する。
【００３８】電流ブロック層のバンドギャップは発光層
のバンドギャップ以下であってもよい。
のバンドギャップ以下であってもよい。
【００３９】この場合、発光層において発生した高次モ
ードの光が電流ブロック層により吸収される。それによ
り、電流注入領域下の発光層に光が集中し、発光層にお
いて水平方向の光の閉じ込めが行われる。したがって、
損失導波構造の半導体発光素子が実現される。
ードの光が電流ブロック層により吸収される。それによ
り、電流注入領域下の発光層に光が集中し、発光層にお
いて水平方向の光の閉じ込めが行われる。したがって、
損失導波構造の半導体発光素子が実現される。
【００４０】電流ブロック層は、インジウムおよびガリ
ウムを含む窒化物系半導体から構成されてもよい。この
場合、電流ブロック層がインジウムを含むことにより、
電流ブロック層のバンドギャップを発光層のバンドギャ
ップよりも小さくすることが可能となる。それにより、
損失導波構造の半導体発光素子が実現される。
ウムを含む窒化物系半導体から構成されてもよい。この
場合、電流ブロック層がインジウムを含むことにより、
電流ブロック層のバンドギャップを発光層のバンドギャ
ップよりも小さくすることが可能となる。それにより、
損失導波構造の半導体発光素子が実現される。
【００４１】また、第１の半導体層、発光層、第２の半
導体層および電流ブロック層は、炭化ケイ素基板上に形
成されてもよい。
導体層および電流ブロック層は、炭化ケイ素基板上に形
成されてもよい。
【００４２】炭化ケイ素基板上に形成されたインジウム
およびガリウムを含む窒化物系半導体は、炭化ケイ素基
板よりも格子定数が小さいため、引張り歪みを受ける。
したがって、炭化ケイ素基板上に形成されたインジウム
およびガリウムを含む窒化物系半導体から構成される電
流ブロック層においては、ピエゾ効果により電界が発生
する。それにより、電流ブロック層が正バイアスと逆向
きの電界を内在する。
およびガリウムを含む窒化物系半導体は、炭化ケイ素基
板よりも格子定数が小さいため、引張り歪みを受ける。
したがって、炭化ケイ素基板上に形成されたインジウム
およびガリウムを含む窒化物系半導体から構成される電
流ブロック層においては、ピエゾ効果により電界が発生
する。それにより、電流ブロック層が正バイアスと逆向
きの電界を内在する。
【００４３】さらに、電流ブロック層よりも高いキャリ
ア濃度を有する第１導電型の高キャリア濃度層が電流ブ
ロック層に積層されてもよい。
ア濃度を有する第１導電型の高キャリア濃度層が電流ブ
ロック層に積層されてもよい。
【００４４】電流ブロック層と第２導電型の第２の半導
体層との間に第１導電型の高キャリア濃度層が設けられ
ると、高キャリア濃度層よりもキャリア濃度が低い第２
の半導体層内に空乏層が形成される。
体層との間に第１導電型の高キャリア濃度層が設けられ
ると、高キャリア濃度層よりもキャリア濃度が低い第２
の半導体層内に空乏層が形成される。
【００４５】このように空乏層が電流ブロック層内に形
成されない半導体発光素子においては、第２の半導体層
内のキャリアが空乏層を通して電流ブロック層内に拡散
することが防止される。したがって、電流ブロック層に
おいて、さらに確実に電流を阻止することが可能とな
る。
成されない半導体発光素子においては、第２の半導体層
内のキャリアが空乏層を通して電流ブロック層内に拡散
することが防止される。したがって、電流ブロック層に
おいて、さらに確実に電流を阻止することが可能とな
る。
【００４６】
【発明の実施の形態】図１は本発明の第１の実施例にお
ける半導体レーザ素子の模式的断面図である。
ける半導体レーザ素子の模式的断面図である。
【００４７】図１に示す半導体レーザ素子１００におい
ては、サファイア基板１のｃ（０００１）面上に、ＭＯ
ＣＶＤ法（有機金属化学的気相成長法）によりアンドー
プのＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ｎからなるバッファ層２、ｎ−Ｇ
ａＮからなるｎ−コンタクト層３、ｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ
0.9 Ｎからなるｎ−光クラッド層４、ｎ−ＧａＮからな
るｎ−光ガイド層５、発光層６、ｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9
Ｎからなるｐ−キャップ層７、ｐ−ＧａＮからなるｐ−
光ガイド層８およびストライプ状の開口部を有するｎ−
Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ｎからなるｎ−電流ブロック層９が順
に形成されている。ｎ−電流ブロック層９の開口部内に
は、ｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎからなるｐ−光クラッド層
１０が形成されている。ｐ−光クラッド層１０上および
ｎ−電流ブロック層９上には、ｐ−ＧａＮからなるｐ−
コンタクト層１１が形成されている。
ては、サファイア基板１のｃ（０００１）面上に、ＭＯ
ＣＶＤ法（有機金属化学的気相成長法）によりアンドー
プのＡｌ0.5 Ｇａ0.5 Ｎからなるバッファ層２、ｎ−Ｇ
ａＮからなるｎ−コンタクト層３、ｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ
0.9 Ｎからなるｎ−光クラッド層４、ｎ−ＧａＮからな
るｎ−光ガイド層５、発光層６、ｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9
Ｎからなるｐ−キャップ層７、ｐ−ＧａＮからなるｐ−
光ガイド層８およびストライプ状の開口部を有するｎ−
Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ｎからなるｎ−電流ブロック層９が順
に形成されている。ｎ−電流ブロック層９の開口部内に
は、ｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎからなるｐ−光クラッド層
１０が形成されている。ｐ−光クラッド層１０上および
ｎ−電流ブロック層９上には、ｐ−ＧａＮからなるｐ−
コンタクト層１１が形成されている。
【００４８】ｐ−コンタクト層１１からｎ−コンタクト
層３までの一部領域がエッチングされ、露出したｎ−コ
ンタクト層３上に、厚さ５００ｎｍのＡｕ膜、厚さ２０
０ｎｍのＡｌ膜および厚さ１００ｎｍのＴｉ膜を積層し
てなるｎ電極５０が形成されている。また、ｐ−コンタ
クト層１１上に、厚さ５００ｎｍのＡｕ膜および厚さ４
００ｎｍのＰｔ膜を積層してなるｐ電極５１が形成され
ている。このように、半導体レーザ素子１００はセルフ
アライン構造を有する。なお、各層２〜１１の膜厚およ
びキャリア濃度は表１に示す通りである。
層３までの一部領域がエッチングされ、露出したｎ−コ
ンタクト層３上に、厚さ５００ｎｍのＡｕ膜、厚さ２０
０ｎｍのＡｌ膜および厚さ１００ｎｍのＴｉ膜を積層し
てなるｎ電極５０が形成されている。また、ｐ−コンタ
クト層１１上に、厚さ５００ｎｍのＡｕ膜および厚さ４
００ｎｍのＰｔ膜を積層してなるｐ電極５１が形成され
ている。このように、半導体レーザ素子１００はセルフ
アライン構造を有する。なお、各層２〜１１の膜厚およ
びキャリア濃度は表１に示す通りである。
【００４９】
【表１】
【００５０】発光層６は、ｎ−Ｉｎ0.03Ｇａ0.97Ｎから
なる厚さ１５ｎｍの４層の量子障壁層とＩｎ0.13Ｇａ
0.87Ｎからなる厚さ２０ｎｍの３層の量子井戸層とが交
互に積層されてなる多重量子井戸構造を有する。
なる厚さ１５ｎｍの４層の量子障壁層とＩｎ0.13Ｇａ
0.87Ｎからなる厚さ２０ｎｍの３層の量子井戸層とが交
互に積層されてなる多重量子井戸構造を有する。
【００５１】半導体レーザ素子１００において、ｐ電極
５１から注入された電流はｎ−電流ブロック層９におい
て狭窄される。それにより、ｎ−電流ブロック層９の開
口部が電流注入領域になるとともに、電流注入領域下の
発光層６の領域に発光部が形成される。
５１から注入された電流はｎ−電流ブロック層９におい
て狭窄される。それにより、ｎ−電流ブロック層９の開
口部が電流注入領域になるとともに、電流注入領域下の
発光層６の領域に発光部が形成される。
【００５２】一方、ｎ−電流ブロック層９はｐ−光クラ
ッド層１０に比べて屈折率が小さいため、ｎ−電流ブロ
ック層９下の発光層６の領域の実効屈折率が、電流注入
領域下の発光層６の領域の実効屈折率に比べて小さくな
る。それにより、発光層６において水平方向の光の閉じ
込めが行われる。このように、半導体レーザ素子１００
は実屈折率導波構造の半導体レーザ素子である。
ッド層１０に比べて屈折率が小さいため、ｎ−電流ブロ
ック層９下の発光層６の領域の実効屈折率が、電流注入
領域下の発光層６の領域の実効屈折率に比べて小さくな
る。それにより、発光層６において水平方向の光の閉じ
込めが行われる。このように、半導体レーザ素子１００
は実屈折率導波構造の半導体レーザ素子である。
【００５３】半導体レーザ素子１００においては、以上
のようなｎ−電流ブロック層９による電流狭窄および発
光層６における光の閉じ込めにより、横モード制御が行
われる。
のようなｎ−電流ブロック層９による電流狭窄および発
光層６における光の閉じ込めにより、横モード制御が行
われる。
【００５４】ｎ−電流ブロック層９のＡｌ組成は０．１
より大きい。また、ｎ−電流ブロック層９の表面はＮで
終端されている。このようなｎ−電流ブロック層９はｎ
−コンタクト層３よりも格子定数が小さいため、引張り
歪みを受ける。それにより、ｎ−電流ブロック層９にお
いてピエゾ効果による電界が発生する。ここで、サファ
イア基板１側の電位が低くｐ電極５１側の電位が高い電
界を正のピエゾ電界と呼ぶ。ｎ−電流ブロック層９の電
子濃度が、従来の半導体レーザ素子の電流ブロック層の
電子濃度よりも低い１×１０17ｃｍ-3であるため、電子
の移動によりピエゾ電界が低減されることはなく、ｎ−
電流ブロック層９は正のピエゾ電界を内在する。
より大きい。また、ｎ−電流ブロック層９の表面はＮで
終端されている。このようなｎ−電流ブロック層９はｎ
−コンタクト層３よりも格子定数が小さいため、引張り
歪みを受ける。それにより、ｎ−電流ブロック層９にお
いてピエゾ効果による電界が発生する。ここで、サファ
イア基板１側の電位が低くｐ電極５１側の電位が高い電
界を正のピエゾ電界と呼ぶ。ｎ−電流ブロック層９の電
子濃度が、従来の半導体レーザ素子の電流ブロック層の
電子濃度よりも低い１×１０17ｃｍ-3であるため、電子
の移動によりピエゾ電界が低減されることはなく、ｎ−
電流ブロック層９は正のピエゾ電界を内在する。
【００５５】図２は半導体レーザ素子１００のＡ−Ａ線
断面におけるエネルギーバンド構造を示す模式図であ
る。なお、図２はｐ電極５１とｎ電極５０との間に印加
される正バイアスが０の場合を示している。
断面におけるエネルギーバンド構造を示す模式図であ
る。なお、図２はｐ電極５１とｎ電極５０との間に印加
される正バイアスが０の場合を示している。
【００５６】図２に示すように、ｎ−電流ブロック層９
は正のピエゾ電界を内在するため、エネルギーバンドの
曲がりが生じており、エネルギーバンドが右下がりに傾
いている。
は正のピエゾ電界を内在するため、エネルギーバンドの
曲がりが生じており、エネルギーバンドが右下がりに傾
いている。
【００５７】半導体レーザ素子１００に正バイアスを印
加した場合、図中の矢印で示すように、ｐ−コンタクト
層１１側の擬フェルミ準位が下降するとともにｎ−コン
タクト層３側の擬フェルミ準位が上昇する。それによ
り、ｎ−電流ブロック層９のエネルギーバンドが平坦化
し、正のピエゾ電界が低減する。このように、正のピエ
ゾ電界を内在するｎ−電流ブロック層９においては、印
加された正バイアスがピエゾ電界を打ち消すのに用いら
れる。
加した場合、図中の矢印で示すように、ｐ−コンタクト
層１１側の擬フェルミ準位が下降するとともにｎ−コン
タクト層３側の擬フェルミ準位が上昇する。それによ
り、ｎ−電流ブロック層９のエネルギーバンドが平坦化
し、正のピエゾ電界が低減する。このように、正のピエ
ゾ電界を内在するｎ−電流ブロック層９においては、印
加された正バイアスがピエゾ電界を打ち消すのに用いら
れる。
【００５８】半導体レーザ素子１００においては、正バ
イアスの印加時に、上記のようにｎ−電流ブロック層９
のエネルギーバンドが平坦化するので、ｐ−コンタクト
層１１からｎ−電流ブロック層９を通してトンネル効果
によりｐ−光ガイド層８へ正孔が移動することが抑制さ
れ、ｎ−電流ブロック層９における電流の漏れが防止さ
れる。また、ｐ−コンタクト層１１からｎ−電流ブロッ
ク層９の準位へ正孔が落ちることにより望ましい発光と
は異なる再結合を起こすことが防止される。したがっ
て、無効電流が低減し、半導体レーザ素子１００の動作
電流およびしきい値電流が低減されるため、発光効率の
高い半導体レーザ素子が得られる。
イアスの印加時に、上記のようにｎ−電流ブロック層９
のエネルギーバンドが平坦化するので、ｐ−コンタクト
層１１からｎ−電流ブロック層９を通してトンネル効果
によりｐ−光ガイド層８へ正孔が移動することが抑制さ
れ、ｎ−電流ブロック層９における電流の漏れが防止さ
れる。また、ｐ−コンタクト層１１からｎ−電流ブロッ
ク層９の準位へ正孔が落ちることにより望ましい発光と
は異なる再結合を起こすことが防止される。したがっ
て、無効電流が低減し、半導体レーザ素子１００の動作
電流およびしきい値電流が低減されるため、発光効率の
高い半導体レーザ素子が得られる。
【００５９】また、電流の漏れによるビームの広がりが
防止されるため、望ましいビームプロファイルを有しか
つ信頼性の高い半導体レーザ素子が得られる。
防止されるため、望ましいビームプロファイルを有しか
つ信頼性の高い半導体レーザ素子が得られる。
【００６０】図３はアンドープのＡｌＧａＮの（０００
１）面におけるＡｌ組成とピエゾ電界との関係を示す図
である。なお、図３はＡｌＧａＮの表面がＮで終端され
ている場合のピエゾ電界を示す。
１）面におけるＡｌ組成とピエゾ電界との関係を示す図
である。なお、図３はＡｌＧａＮの表面がＮで終端され
ている場合のピエゾ電界を示す。
【００６１】図３に示すように、ＡｌＧａＮのＡｌ組成
によってピエゾ電界の大きさおよび符号が変化する。Ａ
ｌＧａＮのＡｌ組成が０．１を超える場合、正のピエゾ
電界が生じる。一方、Ａｌ組成が０．１よりも小さい場
合、負のピエゾ電界が生じる。
によってピエゾ電界の大きさおよび符号が変化する。Ａ
ｌＧａＮのＡｌ組成が０．１を超える場合、正のピエゾ
電界が生じる。一方、Ａｌ組成が０．１よりも小さい場
合、負のピエゾ電界が生じる。
【００６２】例えばＡｌＧａＮにおけるＡｌ組成が０．
２である場合、７×１０7 Ｖ／ｍの正のピエゾ電界が生
じる。したがって、このようなＡｌ組成のＡｌＧａＮか
らなる厚さ５００ｎｍの電流ブロック層は３５Ｖの正の
ピエゾ電界を内在する。これに対し、通常の半導体レー
ザ素子の動作時に印加される正バイアスは１０Ｖ以下で
あるため、電流ブロック層内の正のピエゾ電界が完全に
打ち消されて逆向きの電界が発生するまでには至らな
い。したがって、電流ブロック層においてトンネル効果
による電流が流れることはなく、電流が確実に遮断さ
れ、無効電流が低減する。
２である場合、７×１０7 Ｖ／ｍの正のピエゾ電界が生
じる。したがって、このようなＡｌ組成のＡｌＧａＮか
らなる厚さ５００ｎｍの電流ブロック層は３５Ｖの正の
ピエゾ電界を内在する。これに対し、通常の半導体レー
ザ素子の動作時に印加される正バイアスは１０Ｖ以下で
あるため、電流ブロック層内の正のピエゾ電界が完全に
打ち消されて逆向きの電界が発生するまでには至らな
い。したがって、電流ブロック層においてトンネル効果
による電流が流れることはなく、電流が確実に遮断さ
れ、無効電流が低減する。
【００６３】一方、Ａｌ組成が０．１よりも小さく負の
ピエゾ電界を内在する電流ブロック層においては、図２
に示すエネルギーバンドと逆の右上がりのエネルギーバ
ンドとなる。このような負のピエゾ電界を内在する電流
ブロック層を有する半導体レーザ素子に正バイアスを印
加した場合、電流ブロック層のエネルギーバンドの傾き
がさらに大きくなるため、トンネル効果が発生して無効
電流が増加する。したがって、電流ブロック層のＡｌ組
成は正のピエゾ電界が発生する範囲、すなわち０．１よ
りも大きい範囲とする。
ピエゾ電界を内在する電流ブロック層においては、図２
に示すエネルギーバンドと逆の右上がりのエネルギーバ
ンドとなる。このような負のピエゾ電界を内在する電流
ブロック層を有する半導体レーザ素子に正バイアスを印
加した場合、電流ブロック層のエネルギーバンドの傾き
がさらに大きくなるため、トンネル効果が発生して無効
電流が増加する。したがって、電流ブロック層のＡｌ組
成は正のピエゾ電界が発生する範囲、すなわち０．１よ
りも大きい範囲とする。
【００６４】なお、図３においてはアンドープのＡｌＧ
ａＮの場合について示したが、ｎ−ＡｌＧａＮにおける
Ａｌ組成とピエゾ電界との間についても、図中の直線の
傾きが小さくなる点を除いて、図３に示すアンドープの
ＡｌＧａＮと同様の関係が成り立つ。したがって、ｎ−
電流ブロック層９におけるＡｌ組成は０．１よりも大き
くする。
ａＮの場合について示したが、ｎ−ＡｌＧａＮにおける
Ａｌ組成とピエゾ電界との間についても、図中の直線の
傾きが小さくなる点を除いて、図３に示すアンドープの
ＡｌＧａＮと同様の関係が成り立つ。したがって、ｎ−
電流ブロック層９におけるＡｌ組成は０．１よりも大き
くする。
【００６５】また、ｎ−電流ブロック層９が内在するピ
エゾ電界は、ｎ−電流ブロック層９の表面を構成する材
料によって変化する。本実施例のように、サファイア基
板１上にＭＯＣＶＤ法により形成されたＡｌＧａＮの表
面はＮで終端される。これに対して、サファイア基板１
上にＭＢＥ法（分子線エピタキシャル成長法）により形
成されたＡｌＧａＮの表面はＧａおよびＡｌで終端され
る。この場合には、ＡｌＧａＮにおけるＡｌ組成とピエ
ゾ電界との間には図３に示す関係と逆の関係が成り立
つ。すなわち、Ａｌ組成を０．１よりも大きくした場合
に負のピエゾ電界が発生し、Ａｌ組成を０．１よりも小
さくした場合に正のピエゾ電界が発生する。したがっ
て、ｎ−電流ブロック層９がＧａで終端する場合におい
ては、Ａｌ組成を０．１よりも小さくする。それによ
り、ｎ−電流ブロック層９が正のピエゾ電界を内在する
ため、無効電流の低減を図ることが可能となる。
エゾ電界は、ｎ−電流ブロック層９の表面を構成する材
料によって変化する。本実施例のように、サファイア基
板１上にＭＯＣＶＤ法により形成されたＡｌＧａＮの表
面はＮで終端される。これに対して、サファイア基板１
上にＭＢＥ法（分子線エピタキシャル成長法）により形
成されたＡｌＧａＮの表面はＧａおよびＡｌで終端され
る。この場合には、ＡｌＧａＮにおけるＡｌ組成とピエ
ゾ電界との間には図３に示す関係と逆の関係が成り立
つ。すなわち、Ａｌ組成を０．１よりも大きくした場合
に負のピエゾ電界が発生し、Ａｌ組成を０．１よりも小
さくした場合に正のピエゾ電界が発生する。したがっ
て、ｎ−電流ブロック層９がＧａで終端する場合におい
ては、Ａｌ組成を０．１よりも小さくする。それによ
り、ｎ−電流ブロック層９が正のピエゾ電界を内在する
ため、無効電流の低減を図ることが可能となる。
【００６６】なお、ｎ−電流ブロック層９の面方位は、
歪みにより電位勾配の発生する面方位であれば（０００
１）面以外であってもよい。ｎ−電流ブロック層９の面
方位が［１００］軸を面内に含む面方位以外であれば、
いかなる面方位においても歪みにより電位勾配が法線方
向に発生する。つまり、ｎ−電流ブロック層９の面方位
が一般式（ＨＫＬ０）面（Ｈ、ＫおよびＬは、Ｈ＋Ｋ＋
Ｌ＝０の関係を満足しかつＨ＝Ｋ＝Ｌ＝０を除く任意の
数）で表される面方位（例えば（１-1００）面または
（１１-2０）面）以外であれば、いかなる面方位におい
ても電位勾配が発生する。なお、ｎ−電流ブロック層９
の法線方向に電位勾配を発生させるピエゾ効果が最も大
きいことから、ｎ−電流ブロック層９は（０００１）面
を主面とすることが好ましい。
歪みにより電位勾配の発生する面方位であれば（０００
１）面以外であってもよい。ｎ−電流ブロック層９の面
方位が［１００］軸を面内に含む面方位以外であれば、
いかなる面方位においても歪みにより電位勾配が法線方
向に発生する。つまり、ｎ−電流ブロック層９の面方位
が一般式（ＨＫＬ０）面（Ｈ、ＫおよびＬは、Ｈ＋Ｋ＋
Ｌ＝０の関係を満足しかつＨ＝Ｋ＝Ｌ＝０を除く任意の
数）で表される面方位（例えば（１-1００）面または
（１１-2０）面）以外であれば、いかなる面方位におい
ても電位勾配が発生する。なお、ｎ−電流ブロック層９
の法線方向に電位勾配を発生させるピエゾ効果が最も大
きいことから、ｎ−電流ブロック層９は（０００１）面
を主面とすることが好ましい。
【００６７】図４は本発明の第２の実施例における半導
体レーザ素子の模式的断面図である。
体レーザ素子の模式的断面図である。
【００６８】図４に示す半導体レーザ素子１１０におい
ては、半導体レーザ素子１００と同様、サファイア基板
１上に各層２〜８が形成されている。
ては、半導体レーザ素子１００と同様、サファイア基板
１上に各層２〜８が形成されている。
【００６９】ｐ−光ガイド層８上にｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ
0.9 Ｎからなるｐ−光クラッド層１０ａが形成され、こ
のｐ−光クラッド層１０ａがエッチングされてリッジ部
が形成されている。さらに、ｐ−光クラッド層１０ａ上
に、ｎ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.9 Ｎからなりリッジ部の上面に
開口部を有するｎ−電流ブロック層９ａが形成され、開
口部内のｐ−光クラッド層１０ａ上およびｎ−電流ブロ
ック層９ａ上にｐ−ＧａＮからなるｐ−コンタクト層１
１ａが形成されている。ｐ−コンタクト層１１ａのｎ−
電流ブロック層９上の領域上に、ＳｉＯ2 からなる厚さ
５００ｎｍの絶縁膜２０が形成されている。
0.9 Ｎからなるｐ−光クラッド層１０ａが形成され、こ
のｐ−光クラッド層１０ａがエッチングされてリッジ部
が形成されている。さらに、ｐ−光クラッド層１０ａ上
に、ｎ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.9 Ｎからなりリッジ部の上面に
開口部を有するｎ−電流ブロック層９ａが形成され、開
口部内のｐ−光クラッド層１０ａ上およびｎ−電流ブロ
ック層９ａ上にｐ−ＧａＮからなるｐ−コンタクト層１
１ａが形成されている。ｐ−コンタクト層１１ａのｎ−
電流ブロック層９上の領域上に、ＳｉＯ2 からなる厚さ
５００ｎｍの絶縁膜２０が形成されている。
【００７０】ｐ−コンタクト層１１ａからｎ−コンタク
ト層３までの一部領域がエッチングされ、ｎ−コンタク
ト層３上にｎ電極５０が形成されている。また、ｐ−コ
ンタクト層１１ａ上にｐ電極５１が形成されている。こ
のように半導体レーザ素子１１０はリッジ導波型構造を
有する。
ト層３までの一部領域がエッチングされ、ｎ−コンタク
ト層３上にｎ電極５０が形成されている。また、ｐ−コ
ンタクト層１１ａ上にｐ電極５１が形成されている。こ
のように半導体レーザ素子１１０はリッジ導波型構造を
有する。
【００７１】なお、半導体レーザ素子１１０の各層９
ａ，１０ａ，１１ａの膜厚およびキャリア濃度は、表１
に示す半導体レーザ素子１００の各層９，１０，１１と
同様である。ただし、この場合におけるｐ−光クラッド
層１０ａおよびｐ−コンタクト層１１ａの厚さは、リッ
ジ部の両側の平坦部の厚さとする。
ａ，１０ａ，１１ａの膜厚およびキャリア濃度は、表１
に示す半導体レーザ素子１００の各層９，１０，１１と
同様である。ただし、この場合におけるｐ−光クラッド
層１０ａおよびｐ−コンタクト層１１ａの厚さは、リッ
ジ部の両側の平坦部の厚さとする。
【００７２】半導体レーザ素子１１０において、ｐ電極
５１から注入された電流は、絶縁膜２０およびｎ−電流
ブロック層９ａにおいて狭窄される。それにより、リッ
ジ部に電流注入領域が形成されるとともに、電流注入領
域下の発光層６の領域に発光部が形成される。
５１から注入された電流は、絶縁膜２０およびｎ−電流
ブロック層９ａにおいて狭窄される。それにより、リッ
ジ部に電流注入領域が形成されるとともに、電流注入領
域下の発光層６の領域に発光部が形成される。
【００７３】また、ｎ−電流ブロック層９ａの屈折率が
ｐ−光クラッド層１０ａに比べて小さいため、発光層６
の水平方向において実効屈折率に差が生じる。それによ
り、発光層６において水平方向の光の閉じ込めが行われ
る。
ｐ−光クラッド層１０ａに比べて小さいため、発光層６
の水平方向において実効屈折率に差が生じる。それによ
り、発光層６において水平方向の光の閉じ込めが行われ
る。
【００７４】以上のようなｎ−電流ブロック層９ａによ
る電流狭窄および発光層６における光の閉じ込めによ
り、半導体レーザ素子１１０において横モード制御が行
われる。
る電流狭窄および発光層６における光の閉じ込めによ
り、半導体レーザ素子１１０において横モード制御が行
われる。
【００７５】また、半導体レーザ素子１１０のｎ−電流
ブロック層９ａは、Ａｌ組成が０．１より大きくかつ電
子濃度が１×１０17ｃｍ-3であり、表面がＮで終端され
ている。このため、ｎ−電流ブロック層９ａは正のピエ
ゾ電界を内在する。したがって、半導体レーザ素子１１
０に印加された正バイアスはｎ−電流ブロック層９ａの
ピエゾ電界を打ち消すのに用いられる。それにより、半
導体レーザ素子１１０において無効電流が低減され、動
作電流およびしきい値電流が低減されるため、発光効率
の向上が図られる。
ブロック層９ａは、Ａｌ組成が０．１より大きくかつ電
子濃度が１×１０17ｃｍ-3であり、表面がＮで終端され
ている。このため、ｎ−電流ブロック層９ａは正のピエ
ゾ電界を内在する。したがって、半導体レーザ素子１１
０に印加された正バイアスはｎ−電流ブロック層９ａの
ピエゾ電界を打ち消すのに用いられる。それにより、半
導体レーザ素子１１０において無効電流が低減され、動
作電流およびしきい値電流が低減されるため、発光効率
の向上が図られる。
【００７６】図５は本発明の第３の実施例における半導
体レーザ素子の模式的断面図である。
体レーザ素子の模式的断面図である。
【００７７】図５に示す半導体レーザ素子１２０は、以
下の点を除いて、半導体レーザ素子１００と同様の構造
を有する。
下の点を除いて、半導体レーザ素子１００と同様の構造
を有する。
【００７８】半導体レーザ素子１２０においては、ｎ−
Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎからなるｎ−光クラッド層４ａの厚
さが、後述するように半導体レーザ素子１００のｎ−光
クラッド層４と異なる。また、ｐ−光ガイド層８上に開
口部を有するｎ−電流ブロック層１９が形成されてお
り、このｎ−電流ブロック層１９は、ｎ−Ａｌ0.3 Ｇａ
0.7 Ｎからなるｎ−第１電流ブロック層１９ａおよびｎ
−第２電流ブロック層１９ｂが順に積層されてなる。ｎ
−第２電流ブロック層１９ｂ上および開口部内のｐ−光
ガイド層８上にｐ−Ａｌ0.Ｇａ0.9 Ｎからなるｐ−光ク
ラッド層１０ｂが形成され、ｐ−光クラッド層１０ｂ上
にｐ−ＧａＮからなるｐ−コンタクト層１１ｂが形成さ
れている。
Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎからなるｎ−光クラッド層４ａの厚
さが、後述するように半導体レーザ素子１００のｎ−光
クラッド層４と異なる。また、ｐ−光ガイド層８上に開
口部を有するｎ−電流ブロック層１９が形成されてお
り、このｎ−電流ブロック層１９は、ｎ−Ａｌ0.3 Ｇａ
0.7 Ｎからなるｎ−第１電流ブロック層１９ａおよびｎ
−第２電流ブロック層１９ｂが順に積層されてなる。ｎ
−第２電流ブロック層１９ｂ上および開口部内のｐ−光
ガイド層８上にｐ−Ａｌ0.Ｇａ0.9 Ｎからなるｐ−光ク
ラッド層１０ｂが形成され、ｐ−光クラッド層１０ｂ上
にｐ−ＧａＮからなるｐ−コンタクト層１１ｂが形成さ
れている。
【００７９】なお、ｎ−光クラッド層４ａ、ｎ−第１お
よびｎ−第２電流ブロック層１９ａ，１９ｂ、ｐ−光ク
ラッド層１０ｂおよびｐ−コンタクト層１１ｂの膜厚お
よびキャリア濃度は表２に示す通りである。
よびｎ−第２電流ブロック層１９ａ，１９ｂ、ｐ−光ク
ラッド層１０ｂおよびｐ−コンタクト層１１ｂの膜厚お
よびキャリア濃度は表２に示す通りである。
【００８０】
【表２】
【００８１】半導体レーザ素子１３０は半導体レーザ素
子１００と同様のセルフアライン型構造を有しており、
ｎ−電流ブロック層１９により横モード制御が行われ
る。
子１００と同様のセルフアライン型構造を有しており、
ｎ−電流ブロック層１９により横モード制御が行われ
る。
【００８２】１×１０17ｃｍ-3の低電子濃度のｎ−第１
電流ブロック層１９ａは、半導体レーザ素子１００のｎ
−電流ブロック層９と同様、Ａｌ組成が０．１よりも大
きくかつ表面がＮで終端されている。このため、ｎ−第
１電流ブロック層１９ａは正のピエゾ電界を内在する。
したがって、半導体レーザ素子１２０においても、半導
体レーザ素子１００と同様、印加した正バイアスがピエ
ゾ電界を打ち消すのに用いられるため、無効電流が低減
される。それにより、半導体レーザ素子１２０において
動作電流およびしきい値電流が低減し、発光効率の向上
が図られる。
電流ブロック層１９ａは、半導体レーザ素子１００のｎ
−電流ブロック層９と同様、Ａｌ組成が０．１よりも大
きくかつ表面がＮで終端されている。このため、ｎ−第
１電流ブロック層１９ａは正のピエゾ電界を内在する。
したがって、半導体レーザ素子１２０においても、半導
体レーザ素子１００と同様、印加した正バイアスがピエ
ゾ電界を打ち消すのに用いられるため、無効電流が低減
される。それにより、半導体レーザ素子１２０において
動作電流およびしきい値電流が低減し、発光効率の向上
が図られる。
【００８３】一方、半導体レーザ素子１２０において
は、ｎ−第２電流ブロック層１９ｂとｐ−光クラッド層
１０ａとのｐｎ接合の界面近傍に空乏層が形成される。
この場合、ｎ−第２電流ブロック層１９ｂの電子濃度は
１×１０19ｃｍ-3であり、ｐ−光クラッド層１０ａの正
孔濃度よりも高い。このため、空乏層はｐ−光クラッド
層１０ｂ側に形成される。
は、ｎ−第２電流ブロック層１９ｂとｐ−光クラッド層
１０ａとのｐｎ接合の界面近傍に空乏層が形成される。
この場合、ｎ−第２電流ブロック層１９ｂの電子濃度は
１×１０19ｃｍ-3であり、ｐ−光クラッド層１０ａの正
孔濃度よりも高い。このため、空乏層はｐ−光クラッド
層１０ｂ側に形成される。
【００８４】空乏層がｎ−電流ブロック層側に形成され
た場合、ｐ−光クラッド層中の正孔が空乏層を経てｎ−
電流ブロック層中へ拡散する。このため、無効電流が増
加する。一方、半導体レーザ素子１２０のように、ｐ−
光クラッド層１０ｂ側に空乏層が形成された場合、ｐ−
光クラッド層１０ｂからｎ−第２電流ブロック層１９ｂ
への正孔の拡散を防止することが可能となるため、無効
電流が低減される。したがって、ｎ−第１電流ブロック
層１９ａ上に高電子濃度層であるｎ−第２電流ブロック
層１９ｂが積層された半導体レーザ素子１２０において
は、動作電流およびしきい値電流をさらに低減すること
が可能となるため、発光効率がより向上する。
た場合、ｐ−光クラッド層中の正孔が空乏層を経てｎ−
電流ブロック層中へ拡散する。このため、無効電流が増
加する。一方、半導体レーザ素子１２０のように、ｐ−
光クラッド層１０ｂ側に空乏層が形成された場合、ｐ−
光クラッド層１０ｂからｎ−第２電流ブロック層１９ｂ
への正孔の拡散を防止することが可能となるため、無効
電流が低減される。したがって、ｎ−第１電流ブロック
層１９ａ上に高電子濃度層であるｎ−第２電流ブロック
層１９ｂが積層された半導体レーザ素子１２０において
は、動作電流およびしきい値電流をさらに低減すること
が可能となるため、発光効率がより向上する。
【００８５】なお、半導体レーザ素子１２０において
は、低電子濃度のｎ−第１電流ブロック層１９ａ上に高
電子濃度のｎ−第２電流ブロック層１９ｂを積層した場
合を示したが、高電子濃度のｎ−電流ブロック層上に低
電子濃度のｎ−電流ブロック層を積層してもよい。
は、低電子濃度のｎ−第１電流ブロック層１９ａ上に高
電子濃度のｎ−第２電流ブロック層１９ｂを積層した場
合を示したが、高電子濃度のｎ−電流ブロック層上に低
電子濃度のｎ−電流ブロック層を積層してもよい。
【００８６】また、ｎ−第１およびｎ−第２電流ブロッ
ク層が異なる材料により構成されてもよい。この場合、
例えば低電子濃度のｎ−第１電流ブロック層の材料とし
てｎ−ＡｌＧａＮを用い、半導体レーザ素子の横モード
制御に悪影響を与えない場合には、高電子濃度のｎ−第
２電流ブロック層の材料としてｎ−ＧａＮを用いてもよ
い。なお、ｎ−ＧａＮはＡｌを含まないため、電流ブロ
ック層の歪みを増加させない。
ク層が異なる材料により構成されてもよい。この場合、
例えば低電子濃度のｎ−第１電流ブロック層の材料とし
てｎ−ＡｌＧａＮを用い、半導体レーザ素子の横モード
制御に悪影響を与えない場合には、高電子濃度のｎ−第
２電流ブロック層の材料としてｎ−ＧａＮを用いてもよ
い。なお、ｎ−ＧａＮはＡｌを含まないため、電流ブロ
ック層の歪みを増加させない。
【００８７】図６は本発明の第４の実施例における半導
体レーザ素子の模式的断面図である。
体レーザ素子の模式的断面図である。
【００８８】図６に示す半導体レーザ素子１３０は、キ
ャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3のｎ−ＳｉＣからなる厚
さ３００μｍの６Ｈ−ＳｉＣ基板３１上に、ｎ−Ａｌ
0.5 Ｇａ0.5 Ｎからなるｎ−バッファ層３２、ｎ−Ｇａ
Ｎからなるｎ−ＧａＮ層３３、ｎ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ
からなるｎ−光クラッド層３４、ｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9
Ｎからなるｎ−光ガイド層３５、ｎ−ＧａＮからなる発
光層３６、ｐ−Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎからなるｐ−キャッ
プ層３７、ｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎからなるｐ−光ガイ
ド層３８、ｐ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎからなるｐ−光クラ
ッド層４０が順に形成されている。ｐ−光クラッド層４
０がエッチングされてリッジ部が形成されている。さら
に、ｐ−光クラッド層４０上に、ｎ−Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9
Ｎからなりリッジ部の上面に開口部を有するｎ−電流ブ
ロック層３９が形成され、開口部内のｐ−光クラッド層
４０上およびｎ−電流ブロック層３９上にｐ−ＧａＮか
らなるｐ−コンタクト層４１が形成されている。ｐ−コ
ンタクト層４１のｎ−電流ブロック層３９上の領域上
に、ＳｉＯ2 からなる厚さ８００ｎｍの絶縁膜４２が形
成されている。
ャリア濃度が１×１０18ｃｍ-3のｎ−ＳｉＣからなる厚
さ３００μｍの６Ｈ−ＳｉＣ基板３１上に、ｎ−Ａｌ
0.5 Ｇａ0.5 Ｎからなるｎ−バッファ層３２、ｎ−Ｇａ
Ｎからなるｎ−ＧａＮ層３３、ｎ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ
からなるｎ−光クラッド層３４、ｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9
Ｎからなるｎ−光ガイド層３５、ｎ−ＧａＮからなる発
光層３６、ｐ−Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎからなるｐ−キャッ
プ層３７、ｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎからなるｐ−光ガイ
ド層３８、ｐ−Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎからなるｐ−光クラ
ッド層４０が順に形成されている。ｐ−光クラッド層４
０がエッチングされてリッジ部が形成されている。さら
に、ｐ−光クラッド層４０上に、ｎ−Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9
Ｎからなりリッジ部の上面に開口部を有するｎ−電流ブ
ロック層３９が形成され、開口部内のｐ−光クラッド層
４０上およびｎ−電流ブロック層３９上にｐ−ＧａＮか
らなるｐ−コンタクト層４１が形成されている。ｐ−コ
ンタクト層４１のｎ−電流ブロック層３９上の領域上
に、ＳｉＯ2 からなる厚さ８００ｎｍの絶縁膜４２が形
成されている。
【００８９】６Ｈ−ＳｉＣ基板３１の裏面にｎ電極５０
が形成されている。また、ｐ−コンタクト層４１上にｐ
電極５１が形成されている。このように、半導体レーザ
素子１３０は、半導体レーザ素子１００と同様、リッジ
導波型構造を有する。なお、各層３２〜４１の膜厚およ
びキャリア濃度は表３に示す通りである。
が形成されている。また、ｐ−コンタクト層４１上にｐ
電極５１が形成されている。このように、半導体レーザ
素子１３０は、半導体レーザ素子１００と同様、リッジ
導波型構造を有する。なお、各層３２〜４１の膜厚およ
びキャリア濃度は表３に示す通りである。
【００９０】
【表３】
【００９１】半導体レーザ素子１３０において、ｐ電極
５１から注入された電流は絶縁膜４２およびｎ−電流ブ
ロック層３９において狭窄される。それにより、リッジ
部に電流注入領域が形成されるとともに、電流注入領域
下の発光層３６の領域に発光部が形成される。
５１から注入された電流は絶縁膜４２およびｎ−電流ブ
ロック層３９において狭窄される。それにより、リッジ
部に電流注入領域が形成されるとともに、電流注入領域
下の発光層３６の領域に発光部が形成される。
【００９２】また、ｎ−電流ブロック層３９は、発光層
３６よりもバンドギャップが小さいため、発光層３６に
おいて発生した高次モードの光がｎ−電流ブロック層３
９により吸収される。それにより、ｎ−電流ブロック層
３９の開口部下の発光層３６の領域に光が集中し、発光
層３６において水平方向の光の閉じ込めが行われる。こ
のように半導体レーザ素子１３０は損失導波構造を有す
る。
３６よりもバンドギャップが小さいため、発光層３６に
おいて発生した高次モードの光がｎ−電流ブロック層３
９により吸収される。それにより、ｎ−電流ブロック層
３９の開口部下の発光層３６の領域に光が集中し、発光
層３６において水平方向の光の閉じ込めが行われる。こ
のように半導体レーザ素子１３０は損失導波構造を有す
る。
【００９３】以上のようなｎ−電流ブロック層３９によ
る電流狭窄および発光層３６における光の閉じ込めによ
り、半導体レーザ素子１３０において横モード制御が行
われる。
る電流狭窄および発光層３６における光の閉じ込めによ
り、半導体レーザ素子１３０において横モード制御が行
われる。
【００９４】なお、サファイア基板上にｎ−電流ブロッ
ク層３９を形成した場合、ｎ−電流ブロック層３９はｐ
−光クラッド層４０よりも格子定数が大きいため、圧縮
歪みを受ける。それにより、ｎ−電流ブロック層３９に
おいて負のピエゾ電界が発生する。したがって、サファ
イア基板上に形成されたｎ−電流ブロック層３９のエネ
ルギーバンドは、図２に示すｎ−電流ブロック層９とは
逆で右上がりに傾く。このため、半導体レーザ素子１３
０においては、６Ｈ−ＳｉＣ基板３１上にｎ−電流ブロ
ック層３９が形成されている。この場合、ｎ−ＧａＮ電
流ブロック層３９の格子定数は６Ｈ−ＳｉＣ基板３１よ
りも格子定数が小さいため、ｎ−電流ブロック層３９は
引張り歪みを受ける。それにより、ｎ−電流ブロック層
３９において正のピエゾ電界が発生する。この場合、ｎ
−電流ブロック層３９の電子濃度が１×１０17と低いた
め、ｎ−電流ブロック層３９は正のピエゾ電界を内在す
る。したがって、ｎ−電流ブロック層３９のエネルギー
バンドは、図２に示すｎ−電流ブロック層９と同様、右
下がりに傾いている。
ク層３９を形成した場合、ｎ−電流ブロック層３９はｐ
−光クラッド層４０よりも格子定数が大きいため、圧縮
歪みを受ける。それにより、ｎ−電流ブロック層３９に
おいて負のピエゾ電界が発生する。したがって、サファ
イア基板上に形成されたｎ−電流ブロック層３９のエネ
ルギーバンドは、図２に示すｎ−電流ブロック層９とは
逆で右上がりに傾く。このため、半導体レーザ素子１３
０においては、６Ｈ−ＳｉＣ基板３１上にｎ−電流ブロ
ック層３９が形成されている。この場合、ｎ−ＧａＮ電
流ブロック層３９の格子定数は６Ｈ−ＳｉＣ基板３１よ
りも格子定数が小さいため、ｎ−電流ブロック層３９は
引張り歪みを受ける。それにより、ｎ−電流ブロック層
３９において正のピエゾ電界が発生する。この場合、ｎ
−電流ブロック層３９の電子濃度が１×１０17と低いた
め、ｎ−電流ブロック層３９は正のピエゾ電界を内在す
る。したがって、ｎ−電流ブロック層３９のエネルギー
バンドは、図２に示すｎ−電流ブロック層９と同様、右
下がりに傾いている。
【００９５】正のピエゾ電界を内在するｎ−電流ブロッ
ク層３９においては、図１のｎ−電流ブロック層９と同
様、印加した正バイアスがピエゾ電界を打ち消すのに用
いられるため、無効電流が低減される。それにより、半
導体レーザ素子１３０において動作電流およびしきい値
電流が低減し、発光効率の向上が図られる。
ク層３９においては、図１のｎ−電流ブロック層９と同
様、印加した正バイアスがピエゾ電界を打ち消すのに用
いられるため、無効電流が低減される。それにより、半
導体レーザ素子１３０において動作電流およびしきい値
電流が低減し、発光効率の向上が図られる。
【００９６】なお、上記の実施例の半導体レーザ素子１
００，１１０，１２０，１３０においては、各層がＧ
ａ、ＡｌおよびＩｎを含む窒化物系半導体から構成され
る場合について説明したが、各層がＢを含んでもよい。
００，１１０，１２０，１３０においては、各層がＧ
ａ、ＡｌおよびＩｎを含む窒化物系半導体から構成され
る場合について説明したが、各層がＢを含んでもよい。
【００９７】また、本発明はＧａＮ系以外の半導体レー
ザ素子においても適用可能であり、さらに発光ダイオー
ド等の半導体レーザ素子以外の半導体発光素子において
も適用可能である。
ザ素子においても適用可能であり、さらに発光ダイオー
ド等の半導体レーザ素子以外の半導体発光素子において
も適用可能である。
【００９８】
【実施例】［実施例１］アンドープのＡｌ0.2 Ｇａ0.8
Ｎからなり電子濃度が１×１０17ｃｍ-3のｎ−電流ブロ
ック層９を有する図１に示す半導体レーザ素子１００を
作製した。なお、このｎ−電流ブロック層９にはｎ型の
不純物を意図的にはドープしていないが、ＡｌＧａＮが
ｎ型になりやすい性質を有するため、ｎ−電流ブロック
層９の電子濃度は１×１０17ｃｍ-3程度となっている。
Ｎからなり電子濃度が１×１０17ｃｍ-3のｎ−電流ブロ
ック層９を有する図１に示す半導体レーザ素子１００を
作製した。なお、このｎ−電流ブロック層９にはｎ型の
不純物を意図的にはドープしていないが、ＡｌＧａＮが
ｎ型になりやすい性質を有するため、ｎ−電流ブロック
層９の電子濃度は１×１０17ｃｍ-3程度となっている。
【００９９】半導体レーザ素子１００を用いて、出力を
４ｍＷとした際の動作電流および２Ｖの電圧を印加した
際の電流値を測定した結果、それぞれ３００ｍＡおよび
１．５ｍＡであった。
４ｍＷとした際の動作電流および２Ｖの電圧を印加した
際の電流値を測定した結果、それぞれ３００ｍＡおよび
１．５ｍＡであった。
【０１００】なお、比較のため、ｎ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.7
Ｎからなり電子濃度が３×１０19ｃｍ-3のｎ−電流ブロ
ック層９を有する点を除いて半導体レーザ素子１００と
同様の構造を有する半導体レーザ素子を作製し、上記と
同様の測定を行った結果、動作電流は３３５ｍＡであ
り、電流値は３．５ｍＡであった。
Ｎからなり電子濃度が３×１０19ｃｍ-3のｎ−電流ブロ
ック層９を有する点を除いて半導体レーザ素子１００と
同様の構造を有する半導体レーザ素子を作製し、上記と
同様の測定を行った結果、動作電流は３３５ｍＡであ
り、電流値は３．５ｍＡであった。
【０１０１】［実施例２］アンドープのＡｌ0.2 Ｇａ
0.8 Ｎからなり電子濃度が１×１０17ｃｍ-3のｎ−電流
ブロック層９ａを有する図４に示す半導体レーザ素子１
１０を作製した。
0.8 Ｎからなり電子濃度が１×１０17ｃｍ-3のｎ−電流
ブロック層９ａを有する図４に示す半導体レーザ素子１
１０を作製した。
【０１０２】半導体レーザ素子１１０を用いて、出力を
４ｍＷとした際の動作電流および２Ｖの電圧を印加した
際の電流値を測定した結果、それぞれ２９０ｍＡおよび
１．２ｍＡであった。
４ｍＷとした際の動作電流および２Ｖの電圧を印加した
際の電流値を測定した結果、それぞれ２９０ｍＡおよび
１．２ｍＡであった。
【０１０３】なお、比較のため、ｎ−Ａｌ0.3 Ｇａ0.1
からなり電子濃度が３×１０19ｃｍ -3のｎ−電流ブロッ
ク層９ａを有する点を除いて半導体レーザ素子１１０と
同様の構造を有する半導体レーザ素子を作製し、上記と
同様の測定を行った結果、動作電流は３２８ｍＡであ
り、電流値は３ｍＡであった。
からなり電子濃度が３×１０19ｃｍ -3のｎ−電流ブロッ
ク層９ａを有する点を除いて半導体レーザ素子１１０と
同様の構造を有する半導体レーザ素子を作製し、上記と
同様の測定を行った結果、動作電流は３２８ｍＡであ
り、電流値は３ｍＡであった。
【０１０４】［実施例３］アンドープのＡｌ0.2 Ｇａ
0.8 Ｎからなり電子濃度が１×１０17ｃｍ-3のｎ−第１
電流ブロック層１９ａを有する図５に示す半導体レーザ
素子１２０を作製した。
0.8 Ｎからなり電子濃度が１×１０17ｃｍ-3のｎ−第１
電流ブロック層１９ａを有する図５に示す半導体レーザ
素子１２０を作製した。
【０１０５】半導体レーザ素子１２０を用いて、出力を
４ｍＷとした際の動作電流および２Ｖの電圧を印加した
際の電流値を測定した結果、それぞれ２８０ｍＡおよび
０．７ｍＡであった。
４ｍＷとした際の動作電流および２Ｖの電圧を印加した
際の電流値を測定した結果、それぞれ２８０ｍＡおよび
０．７ｍＡであった。
【０１０６】［実施例４］ｎ−Ｉｎ0.1 Ｇａ0.9 Ｎから
なり電子濃度が１×１０17ｃｍ-3のｎ−電流ブロック層
３９を有する図６に示す半導体レーザ素子１３０を作製
した。
なり電子濃度が１×１０17ｃｍ-3のｎ−電流ブロック層
３９を有する図６に示す半導体レーザ素子１３０を作製
した。
【０１０７】半導体レーザ素子１３０を用いて、５Ｖの
電圧を印加した際の電流値を測定した結果、３．４ｍＡ
であった。
電圧を印加した際の電流値を測定した結果、３．４ｍＡ
であった。
【０１０８】なお、比較のため、電子濃度が５×１０19
ｃｍ-3のｎ−電流ブロック層３９を有する点を除いて半
導体レーザ素子１３０と同様の構造を有する半導体レー
ザ素子を作製し、上記と同様の測定を行った結果、電流
値は４．０ｍＡであった。
ｃｍ-3のｎ−電流ブロック層３９を有する点を除いて半
導体レーザ素子１３０と同様の構造を有する半導体レー
ザ素子を作製し、上記と同様の測定を行った結果、電流
値は４．０ｍＡであった。
【０１０９】以上の実施例で示すように、１×１０17ｃ
ｍ-3のｎ−電流ブロック層９，９ａ，１９ａ，３９を有
する本発明に係る半導体レーザ素子１００，１１０，１
２０，１３０においては、無効電流を低減することが可
能となるため、半導体レーザ素子１００，１１０，１２
０，１３０の発光効率が高くなる。
ｍ-3のｎ−電流ブロック層９，９ａ，１９ａ，３９を有
する本発明に係る半導体レーザ素子１００，１１０，１
２０，１３０においては、無効電流を低減することが可
能となるため、半導体レーザ素子１００，１１０，１２
０，１３０の発光効率が高くなる。
【図１】本発明の第１の実施例におけるＧａＮ系半導体
レーザ素子の模式的断面図である。
レーザ素子の模式的断面図である。
【図２】図１の半導体レーザ素子のＡ−Ａ線断面におけ
るエネルギーバンド構造を示す模式図である。
るエネルギーバンド構造を示す模式図である。
【図３】アンドープのＡｌＧａＮの（０００１）面にお
けるＡｌ組成とピエゾ電界との関係を示す図である。
けるＡｌ組成とピエゾ電界との関係を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施例におけるＧａＮ系半導体
レーザ素子の模式的断面図である。
レーザ素子の模式的断面図である。
【図５】本発明の第３の実施例におけるＧａＮ系半導体
レーザ素子の模式的断面図である。
レーザ素子の模式的断面図である。
【図６】本発明の第４の実施例におけるＧａＮ系半導体
レーザ素子の模式的断面図である。
レーザ素子の模式的断面図である。
【図７】従来のＧａＮ系半導体レーザ素子の模式的断面
図である。
図である。
【図８】図７の半導体レーザ素子のＢ−Ｂ線断面におけ
るエネルギーバンド構造を示す模式図である。
るエネルギーバンド構造を示す模式図である。
１，８１ サファイア基板 ２，３２，８２ バッファ層 ３，３３，８３ ｎ−コンタクト層 ４，３４，８４ ｎ−光クラッド層 ５，３５，８５ ｎ−光ガイド層 ６，３６，８６ 発光層 ７，３７，８７ ｐ−キャップ層 ８，３８，８８ ｐ−光ガイド層 ９，９ａ，１９，３９，８９ 電流ブロック層 １０，１０ａ，１０ｂ，４０，９０ ｐ−クラッド層 １１，１１ａ，１１ｂ，４１，９１ ｐ−コンタクト層 １９ａ ｎ−第１電流ブロック層 １９ｂ ｎ−第２電流ブロック層 ２０，４２ 絶縁膜 ３１ ＳｉＣ基板 ５０ ｎ電極 ５１ ｐ電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 伸彦 大阪府守口市京阪本通２丁目５番５号 三 洋電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5F041 AA03 CA04 CA05 CA34 CA40 CA46 CA65 5F073 AA04 AA13 AA45 AA73 AA74 CA07 CB05 CB11 EA18 EA23
Claims (13)
- 【請求項１】 第１導電型の第１の半導体層、発光層お
よび第２導電型の第２の半導体層を順に含み、電流注入
領域を除いて前記第２の半導体層中に第１導電型の電流
ブロック層が設けられ、前記第１の半導体層と前記第２
の半導体層との間への正バイアスの印加により前記電流
注入領域を通して前記発光層に電流が注入される半導体
発光素子において、前記電流ブロック層が前記正バイア
スと逆向きの電界を内在することを特徴とする半導体発
光素子。 - 【請求項２】 前記電流ブロック層は、ピエゾ効果によ
り前記正バイアスと逆向きの電界を内在することを特徴
とする請求項１記載の半導体発光素子。 - 【請求項３】 前記電流ブロック層はガリウム、アルミ
ニウム、インジウムおよびホウ素の少なくとも１つを含
む窒化物系半導体により構成されることを特徴とする請
求項１または２記載の半導体発光素子。 - 【請求項４】 前記第１の半導体層、前記発光層および
前記第２の半導体層は、ガリウム、アルミニウム、イン
ジウムおよびホウ素の少なくとも１つを含む窒化物系半
導体により構成されることを特徴とする請求項３記載の
半導体発光素子。 - 【請求項５】 前記電流ブロック層のキャリア濃度が１
×１０19ｃｍ-3よりも低いことを特徴とする請求項３ま
たは４記載の半導体発光素子。 - 【請求項６】 前記電流ブロック層の屈折率は前記電流
注入領域の屈折率よりも小さいことを特徴とする請求項
３〜５のいずれかに記載の半導体発光素子。 - 【請求項７】 前記電流ブロック層は、アルミニウムお
よびガリウムを含む窒化物系半導体からなり、前記電流
ブロック層の表面が窒素で終端し、かつアルミニウム組
成が０．１よりも大きいことを特徴とする請求項６記載
の半導体発光素子。 - 【請求項８】 前記電流ブロック層は、アルミニウムお
よびガリウムを含む窒化物系半導体からなり、前記電流
ブロック層の表面がガリウムおよびアルミニウムで終端
し、かつアルミニウム組成が０．１よりも小さいことを
特徴とする請求項６記載の半導体発光素子。 - 【請求項９】 前記第１の半導体層、前記発光層、前記
第２の半導体層および前記電流ブロック層はサファイア
基板上に形成されたことを特徴とする請求項７または８
記載の半導体発光素子。 - 【請求項１０】 前記電流ブロック層のバンドギャップ
は前記発光層のバンドギャップ以下であることを特徴と
する請求項３〜５のいずれかに記載の半導体発光素子。 - 【請求項１１】 前記電流ブロック層は、インジウムお
よびガリウムを含む窒化物系半導体からなることを特徴
とする請求項１０記載の半導体発光素子。 - 【請求項１２】 前記第１の半導体層、前記発光層、前
記第２の半導体層および前記電流ブロック層は、炭化ケ
イ素基板上に形成されたことを特徴とする請求項１１記
載の半導体発光素子。 - 【請求項１３】 前記電流ブロック層よりも高いキャリ
ア濃度を有する第１導電型の高キャリア濃度層が前記電
流ブロック層に積層されたことを特徴とする請求項１〜
１２のいずれかに記載の半導体発光素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8251199A JP3754226B2 (ja) | 1999-03-25 | 1999-03-25 | 半導体発光素子 |
| US09/533,970 US6580736B1 (en) | 1999-03-25 | 2000-03-23 | Semiconductor light emitting device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8251199A JP3754226B2 (ja) | 1999-03-25 | 1999-03-25 | 半導体発光素子 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000277855A true JP2000277855A (ja) | 2000-10-06 |
| JP3754226B2 JP3754226B2 (ja) | 2006-03-08 |
Family
ID=13776560
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8251199A Expired - Lifetime JP3754226B2 (ja) | 1999-03-25 | 1999-03-25 | 半導体発光素子 |
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| JP (1) | JP3754226B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
| WO2006109418A1 (ja) * | 2005-04-11 | 2006-10-19 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | 半導体発光素子 |
| WO2013147453A1 (ko) * | 2012-03-26 | 2013-10-03 | 서울옵토디바이스주식회사 | 질화갈륨계 발광 다이오드 |
| US8809867B2 (en) | 2002-04-15 | 2014-08-19 | The Regents Of The University Of California | Dislocation reduction in non-polar III-nitride thin films |
| US9039834B2 (en) | 2002-04-15 | 2015-05-26 | The Regents Of The University Of California | Non-polar gallium nitride thin films grown by metalorganic chemical vapor deposition |
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| CN1252883C (zh) * | 2001-04-12 | 2006-04-19 | 日亚化学工业株式会社 | 氮化镓系列化合物半导体元件 |
| US6977953B2 (en) * | 2001-07-27 | 2005-12-20 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Nitride-based semiconductor light-emitting device and method of fabricating the same |
| EP1331710A1 (en) * | 2002-01-23 | 2003-07-30 | Agilent Technologies, Inc. (a Delaware corporation) | Semiconductor laser |
| JPWO2003077391A1 (ja) * | 2002-03-08 | 2005-07-07 | 松下電器産業株式会社 | 半導体レーザ及びその製造方法 |
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| JP2009111228A (ja) * | 2007-10-31 | 2009-05-21 | Sony Corp | 半導体レーザ装置 |
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| KR20110062128A (ko) * | 2009-12-02 | 2011-06-10 | 엘지이노텍 주식회사 | 발광 소자, 발광 소자 패키지 및 발광 소자 제조방법 |
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-
1999
- 1999-03-25 JP JP8251199A patent/JP3754226B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
2000
- 2000-03-23 US US09/533,970 patent/US6580736B1/en not_active Expired - Lifetime
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