JP2000299530A - 半導体発光装置 - Google Patents
半導体発光装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 短波長半導体発光装置において、高出力発振
下においても信頼性の高い550nm付近までの長波長化を
実現する。 【解決手段】C面サファイア基板１上にGaNバッファ層２
を20nm程度の膜厚で形成し、続いて、GaN層３を２μm程
度成長させ、その後、SiO2層４を形成し、ラインアンド
スペースのパターンを形成し、Inｘ１Ga１−ｘ１N層５
を20μm程度選択成長する。引き続き、SiドープInｘ１G
a１−ｘ１N層６を５μm程度形成し、750℃で２４０層の
SiドープInｘ２(Alｚ２Ga１−ｚ２)１−ｘ２N(2.5nm)/I
nｘ３(Al ｚ３Ga１−ｚ３)１−ｘ３N(2.5nm)超格子クラ
ッド層７を形成する。続いて、SiドープInｘ３(Alｚ３G
a１−ｚ３)１−ｘ３N光導波層８、Inｘ３Ga１−ｘ３N(5
nm)/Inｘ４Ga１−ｘ４N（2.5nm)多重量子井戸活性層
９、MgドープInｘ３(Alｚ３Ga １−ｚ３)１−ｘ３N光導
波層10、MgドープInｘ２(Alｚ２Ga１−ｚ２)１−ｘ２N
(2.5nm)/Inｘ３(Alｚ３Ga１−ｚ３)１−ｘ３N(2.5nm)の
超格子クラッド層11、MgドープInｘ１Ga１−ｘ１Nコン
タクト層12を形成する。
下においても信頼性の高い550nm付近までの長波長化を
実現する。 【解決手段】C面サファイア基板１上にGaNバッファ層２
を20nm程度の膜厚で形成し、続いて、GaN層３を２μm程
度成長させ、その後、SiO2層４を形成し、ラインアンド
スペースのパターンを形成し、Inｘ１Ga１−ｘ１N層５
を20μm程度選択成長する。引き続き、SiドープInｘ１G
a１−ｘ１N層６を５μm程度形成し、750℃で２４０層の
SiドープInｘ２(Alｚ２Ga１−ｚ２)１−ｘ２N(2.5nm)/I
nｘ３(Al ｚ３Ga１−ｚ３)１−ｘ３N(2.5nm)超格子クラ
ッド層７を形成する。続いて、SiドープInｘ３(Alｚ３G
a１−ｚ３)１−ｘ３N光導波層８、Inｘ３Ga１−ｘ３N(5
nm)/Inｘ４Ga１−ｘ４N（2.5nm)多重量子井戸活性層
９、MgドープInｘ３(Alｚ３Ga １−ｚ３)１−ｘ３N光導
波層10、MgドープInｘ２(Alｚ２Ga１−ｚ２)１−ｘ２N
(2.5nm)/Inｘ３(Alｚ３Ga１−ｚ３)１−ｘ３N(2.5nm)の
超格子クラッド層11、MgドープInｘ１Ga１−ｘ１Nコン
タクト層12を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体発光装置、
特に基板と格子整合する層構成を備えた半導体発光装置
に関するものである。
特に基板と格子整合する層構成を備えた半導体発光装置
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】現在、短波長半導体レーザ装置は、GaN
系材料やII-VI族材料を用いた研究が進められている。
例えば、1998年発行のJpn. J. Appl. Phys.Vol.37のpp.
L309-L312.に示すように、サファイア基板上にGaNを形
成した後、SiO２膜をマスクとして選択成長を利用して
形成したGaN基板上に、n-GaNバッファ層、n-InGaNクラ
ック防止層、n-AlGaN/GaN変調ドープ超格子クラッド
層、n-GaN光導波層、n-InGaN/InGaN多重量子井戸活性
層、p-AlGaNキャリアブロック層、p-GaN光導波層、p-Al
GaN/GaN変調ドープ超格子クラッド層、p-GaNコンタクト
層からなるものが報告されている。この半導体レーザ装
置では410nm帯の発振が得られている。
系材料やII-VI族材料を用いた研究が進められている。
例えば、1998年発行のJpn. J. Appl. Phys.Vol.37のpp.
L309-L312.に示すように、サファイア基板上にGaNを形
成した後、SiO２膜をマスクとして選択成長を利用して
形成したGaN基板上に、n-GaNバッファ層、n-InGaNクラ
ック防止層、n-AlGaN/GaN変調ドープ超格子クラッド
層、n-GaN光導波層、n-InGaN/InGaN多重量子井戸活性
層、p-AlGaNキャリアブロック層、p-GaN光導波層、p-Al
GaN/GaN変調ドープ超格子クラッド層、p-GaNコンタクト
層からなるものが報告されている。この半導体レーザ装
置では410nm帯の発振が得られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
層構成では、GaN基板と活性層の格子不整合度（歪量）
が大きいため、活性層のIn比を上げることができず、45
0nm以上の波長帯で発振するレーザの信頼性が得られて
いない。ここで、歪量は基板のａ軸方向の格子定数をａ
ｓ、成長層の格子定数をａとすると、歪量は（ａ-
ａｓ）/ａｓで定義され、一般に格子整合するとは、こ
の歪量が±0.01以内であることを示す。
層構成では、GaN基板と活性層の格子不整合度（歪量）
が大きいため、活性層のIn比を上げることができず、45
0nm以上の波長帯で発振するレーザの信頼性が得られて
いない。ここで、歪量は基板のａ軸方向の格子定数をａ
ｓ、成長層の格子定数をａとすると、歪量は（ａ-
ａｓ）/ａｓで定義され、一般に格子整合するとは、こ
の歪量が±0.01以内であることを示す。
【０００４】上述のように、450nm以上の波長を得るた
めには、活性層のIn比を大きくすれば良いが、GaN基板
に対する活性層やクラッド層の歪み量が大きくなるた
め、実現が難しい。また、基板に対する歪量が大きい
と、クラックが発生したり、転位が発生するため、高出
力発振下において信頼性が低下するという問題がある。
めには、活性層のIn比を大きくすれば良いが、GaN基板
に対する活性層やクラッド層の歪み量が大きくなるた
め、実現が難しい。また、基板に対する歪量が大きい
と、クラックが発生したり、転位が発生するため、高出
力発振下において信頼性が低下するという問題がある。
【０００５】また、半導体レーザ装置において、オーバ
フロー電流の低減、光導波路での光損失低減のためには
クラッド層は厚いほうが良いが、歪みのためにクラック
が発生しやすいと、クラッド層を厚く形成することがで
きないという問題が生じてくる。
フロー電流の低減、光導波路での光損失低減のためには
クラッド層は厚いほうが良いが、歪みのためにクラック
が発生しやすいと、クラッド層を厚く形成することがで
きないという問題が生じてくる。
【０００６】本発明は上記事情に鑑みて、高出力発振下
においても信頼性の高い短波長半導体発光装置を提供す
ることを目的とするものである。
においても信頼性の高い短波長半導体発光装置を提供す
ることを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体発光装置
は、第１の基板上に、選択成長により形成される第２の
基板、一対の電極の一方を備えた導電性基板、下部クラ
ッド層、下部光導波層、上部光導波層、上部クラッド
層、量子井戸活性層、コンタクト層および他方の電極を
この順に積層してなる半導体発光装置において、第２の
基板と導電性基板が、InGaN系の材料からなり、クラッ
ド層が、導電性基板に対する歪量が±0.01以内の組成で
あり、InGaAlN系の材料からなることを特徴とするもの
である。
は、第１の基板上に、選択成長により形成される第２の
基板、一対の電極の一方を備えた導電性基板、下部クラ
ッド層、下部光導波層、上部光導波層、上部クラッド
層、量子井戸活性層、コンタクト層および他方の電極を
この順に積層してなる半導体発光装置において、第２の
基板と導電性基板が、InGaN系の材料からなり、クラッ
ド層が、導電性基板に対する歪量が±0.01以内の組成で
あり、InGaAlN系の材料からなることを特徴とするもの
である。
【０００８】また、本発明の別の半導体発光装置は、一
対の電極の一方を備えた導電性基板上に、下部クラッド
層、下部光導波層、量子井戸活性層、上部光導波層、上
部クラッド層、コンタクト層および他方の電極をこの順
に積層してなる半導体発光装置において、導電性基板
が、InGaN系の材料からなり、クラッド層が、前記導電
性基板に対する歪量が±0.01以内の組成であり、InGaAl
N系の材料からなることを特徴とするものである。
対の電極の一方を備えた導電性基板上に、下部クラッド
層、下部光導波層、量子井戸活性層、上部光導波層、上
部クラッド層、コンタクト層および他方の電極をこの順
に積層してなる半導体発光装置において、導電性基板
が、InGaN系の材料からなり、クラッド層が、前記導電
性基板に対する歪量が±0.01以内の組成であり、InGaAl
N系の材料からなることを特徴とするものである。
【０００９】クラッド層は、超格子構造であってもよ
く、自身の歪量は±0.01以内の組成であることが望まし
い。さらに、該超格子構造は、超格子の障壁層に不純物
がドープされた変調ドープ超格子構造、あるいは超格子
の井戸層と障壁層の両方に不純物がドープされた超格子
構造であってもよい。
く、自身の歪量は±0.01以内の組成であることが望まし
い。さらに、該超格子構造は、超格子の障壁層に不純物
がドープされた変調ドープ超格子構造、あるいは超格子
の井戸層と障壁層の両方に不純物がドープされた超格子
構造であってもよい。
【００１０】なお、基板はサファイア、SiC、ZnO、LiGa
O2、LiAlO2、ZnSe、GaAs、GaP、Ge、Siのいずれかひと
つであることが望ましい。
O2、LiAlO2、ZnSe、GaAs、GaP、Ge、Siのいずれかひと
つであることが望ましい。
【００１１】
【発明の効果】本発明の短波長半導体発光装置によれ
ば、これまでのGaN基板に替えて、InGaN基板を用いるこ
とにより、格子整合する組成範囲が広がるため、InGaN
基板に対して格子整合するするようなInGaAlN系の材料
のクラッド層を用いることができ、クラックの発生や転
位の発生を防止でき、かつ活性層のIn比を大きくするこ
とができるため、高出力発振下においても550nmまでの
長波長発振を実現することができる。
ば、これまでのGaN基板に替えて、InGaN基板を用いるこ
とにより、格子整合する組成範囲が広がるため、InGaN
基板に対して格子整合するするようなInGaAlN系の材料
のクラッド層を用いることができ、クラックの発生や転
位の発生を防止でき、かつ活性層のIn比を大きくするこ
とができるため、高出力発振下においても550nmまでの
長波長発振を実現することができる。
【００１２】また、基板とクラッド層が格子整合するた
め、クラックの発生を防止でき、オーバーフロー電流の
低減、光導波路での光損失低減に十分な１μm以上のク
ラッド層を成長することができ、信頼性が向上できる。
め、クラックの発生を防止でき、オーバーフロー電流の
低減、光導波路での光損失低減に十分な１μm以上のク
ラッド層を成長することができ、信頼性が向上できる。
【００１３】また、InGaN基板より上層に、常にInを含
有した層を用いているため、膜の成長温度を変える必要
がないため、温度昇降による成長中断時間が短縮でき、
成長中断中に生じる欠陥の生成を低減できる。
有した層を用いているため、膜の成長温度を変える必要
がないため、温度昇降による成長中断時間が短縮でき、
成長中断中に生じる欠陥の生成を低減できる。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面により詳細に説
明する。
明する。
【００１５】図１に本発明の第１の実施例による短波長
半導体レーザ素子の第１形成途中の断面図を示す。図２
は本発明の第１の実施例による短波長半導体レーザ素子
の第２形成途中の断面図、図３は本発明の第１の実施例
による短波長半導体レーザ素子の断面図である。
半導体レーザ素子の第１形成途中の断面図を示す。図２
は本発明の第１の実施例による短波長半導体レーザ素子
の第２形成途中の断面図、図３は本発明の第１の実施例
による短波長半導体レーザ素子の断面図である。
【００１６】図１に示すように、有機金属気相成長法に
より、（０００１）Ｃ面サファイア基板１上に温度500
℃でGaNバッファ層２を20nm程度の膜厚で形成し、その
上に温度を1050℃にしてGaN層３を２μm程度形成した。
成長原料には、トリメチルガリウム（TMG）、トリメチ
ルインジュウム（TMI）、トリメチルアルミニウム（TM
A）およびアンモニアを用い、n型ドーパントガスとし
て、シランガスを用い、p型ドーパントとしてシクロペ
ンタジエニルマグネシウム（Cp2Mg）を用いた。その上
にSiO２層４を形成し、通常のリソグラフィーを用いて
より、（０００１）Ｃ面サファイア基板１上に温度500
℃でGaNバッファ層２を20nm程度の膜厚で形成し、その
上に温度を1050℃にしてGaN層３を２μm程度形成した。
成長原料には、トリメチルガリウム（TMG）、トリメチ
ルインジュウム（TMI）、トリメチルアルミニウム（TM
A）およびアンモニアを用い、n型ドーパントガスとし
て、シランガスを用い、p型ドーパントとしてシクロペ
ンタジエニルマグネシウム（Cp2Mg）を用いた。その上
にSiO２層４を形成し、通常のリソグラフィーを用いて
【数１】 方向に幅3μmのSiO２膜４を除去したストライプ領域を1
0μm程度の間隔の周期でラインアンドスペースのパター
ンを形成して、選択成長下地４'を形成した。その後、7
50℃の温度でInｘ１Ga１−ｘ１N層５を20μm程度選択成
長させた。この時横方向の成長により最終的に表面が平
坦化した。引き続き、同温度でSiドープInｘ１Ga
１−ｘ１N層６を５μm程度成長し、２４０層のSiドープ
Inｘ２(Alｚ２Ga１−ｚ２)１−ｘ２N（2.5nm）/In
ｘ３(Alｚ３Ga１−ｚ３)１−ｘ３N（2.5nm）超格子クラ
ッド層７、SiドープInｘ３(Alｚ３Ga１−ｚ３)１−ｘ３
N光導波層８、Inｘ３Ga１−ｘ３N/Inｘ４Ga１−ｘ４N多
重量子井戸活性層（2.5nm）９、MgドープInｘ３(Alｚ３
Ga１−ｚ３)１−ｘ３N光導波層10、MgドープInｘ２(Al
ｚ２Ga １−ｚ２)１−ｘ２N/Inｘ３(Alｚ３Ga１−ｚ３)
１−ｘ３N（2.5nm）超格子クラッド層11、MgドープIn
ｘ１Ga１−ｘ１Nコンタクト層12を順次形成した。ｐ型
の不純物Mgの活性化のために、成長後窒素雰囲気中で、
熱処理を実施するか、または、窒素リッチ雰囲気で成長
を実施するか、いずれの方法を用いてもよい。上記組成
は、0.05＜x1≦0.1、0＜x2＜x1＜x3＜x4≦0.4、0≦z2≦
1、0≦z3≦1となる。さらに、コンタクト層12上にSiO２
層13を形成した。コンタクト層をInGaN系材料にするこ
とにより、コンタクト抵抗を小さくでき、高駆動電流時
にも素子温度上昇を低減でき、高出力発振時での信頼性
が向上する。 その後、通常のリソグラフィーにより４
μmの幅よりなるストライプ領域外のSiO２層13を除去
し、RIE（反応性イオンエッチング装置）で選択エッチ
ングにより超格子クラッド層11の途中までエッチングを
行い、図２に示すようなリッジ部14を形成した。このエ
ッチングのクラッド層残し厚は、基本横モード発振が達
成できる厚みとした。その後、SiO２層13を剥離した。
引き続き、SiO２膜15を形成し、通常のリソグラフィー
によりストライプの幅５μmだけ残しその外側のSiO２層
15を除去し、RIEでSiドープInｘ１Ga１−ｘ１N層６が露
出するまでエッチングを行った後、SiO２膜15を剥離し
た。図３に示すように、通常のリソグラフィーにより絶
縁膜16、Ti/Auよりなるn電極17と、p型コンタクト層の
表面にストライプ状にNi/Auよりなるp電極18を形成し
た。その後、基板を研磨し試料をへき開して形成した共
振器面に高反射率コート、低反射率コートを行い、その
後、チップ化して半導体レーザ素子を形成した。
0μm程度の間隔の周期でラインアンドスペースのパター
ンを形成して、選択成長下地４'を形成した。その後、7
50℃の温度でInｘ１Ga１−ｘ１N層５を20μm程度選択成
長させた。この時横方向の成長により最終的に表面が平
坦化した。引き続き、同温度でSiドープInｘ１Ga
１−ｘ１N層６を５μm程度成長し、２４０層のSiドープ
Inｘ２(Alｚ２Ga１−ｚ２)１−ｘ２N（2.5nm）/In
ｘ３(Alｚ３Ga１−ｚ３)１−ｘ３N（2.5nm）超格子クラ
ッド層７、SiドープInｘ３(Alｚ３Ga１−ｚ３)１−ｘ３
N光導波層８、Inｘ３Ga１−ｘ３N/Inｘ４Ga１−ｘ４N多
重量子井戸活性層（2.5nm）９、MgドープInｘ３(Alｚ３
Ga１−ｚ３)１−ｘ３N光導波層10、MgドープInｘ２(Al
ｚ２Ga １−ｚ２)１−ｘ２N/Inｘ３(Alｚ３Ga１−ｚ３)
１−ｘ３N（2.5nm）超格子クラッド層11、MgドープIn
ｘ１Ga１−ｘ１Nコンタクト層12を順次形成した。ｐ型
の不純物Mgの活性化のために、成長後窒素雰囲気中で、
熱処理を実施するか、または、窒素リッチ雰囲気で成長
を実施するか、いずれの方法を用いてもよい。上記組成
は、0.05＜x1≦0.1、0＜x2＜x1＜x3＜x4≦0.4、0≦z2≦
1、0≦z3≦1となる。さらに、コンタクト層12上にSiO２
層13を形成した。コンタクト層をInGaN系材料にするこ
とにより、コンタクト抵抗を小さくでき、高駆動電流時
にも素子温度上昇を低減でき、高出力発振時での信頼性
が向上する。 その後、通常のリソグラフィーにより４
μmの幅よりなるストライプ領域外のSiO２層13を除去
し、RIE（反応性イオンエッチング装置）で選択エッチ
ングにより超格子クラッド層11の途中までエッチングを
行い、図２に示すようなリッジ部14を形成した。このエ
ッチングのクラッド層残し厚は、基本横モード発振が達
成できる厚みとした。その後、SiO２層13を剥離した。
引き続き、SiO２膜15を形成し、通常のリソグラフィー
によりストライプの幅５μmだけ残しその外側のSiO２層
15を除去し、RIEでSiドープInｘ１Ga１−ｘ１N層６が露
出するまでエッチングを行った後、SiO２膜15を剥離し
た。図３に示すように、通常のリソグラフィーにより絶
縁膜16、Ti/Auよりなるn電極17と、p型コンタクト層の
表面にストライプ状にNi/Auよりなるp電極18を形成し
た。その後、基板を研磨し試料をへき開して形成した共
振器面に高反射率コート、低反射率コートを行い、その
後、チップ化して半導体レーザ素子を形成した。
【００１７】上記のように形成された短波長半導体レー
ザ素子において、発振する波長帯に関しては、Inｘ４Ga
１−ｘ４N 活性層のIn比を変えることにより、400＜λ
＜550(nm)の範囲で制御が可能であった。
ザ素子において、発振する波長帯に関しては、Inｘ４Ga
１−ｘ４N 活性層のIn比を変えることにより、400＜λ
＜550(nm)の範囲で制御が可能であった。
【００１８】なお、上記超格子クラッド層では、障壁層
であるInｘ２(Alｚ２Ga１−ｚ２)１ −ｘ２Nのみに不純
物が導入されているが、超格子の井戸層と障壁層の両方
に不純物が導入されていてもよい。
であるInｘ２(Alｚ２Ga１−ｚ２)１ −ｘ２Nのみに不純
物が導入されているが、超格子の井戸層と障壁層の両方
に不純物が導入されていてもよい。
【００１９】ここで上記半導体層の導電性を反転（n型
とp型を入れ換える）しても、短波長半導体レーザ素子
を形成することができる。
とp型を入れ換える）しても、短波長半導体レーザ素子
を形成することができる。
【００２０】次に本発明の第２の実施例を説明する。
【００２１】図４は本発明の第２の実施例による短波長
半導体レーザ素子の平面図、図５はその形成途中の断面
図、図６はその形成後の断面図である。
半導体レーザ素子の平面図、図５はその形成途中の断面
図、図６はその形成後の断面図である。
【００２２】図１に示した第１の実施例と同様にSiO２
膜13まで形成した。各要素と実施の形態は同じであるた
め、説明は省略する。図５に示すように、SiO２膜13を
通常のリソグラフィーにより20〜200μm程度の幅以外の
SiO２膜13を除去した。RIE（反応性イオンエッチング装
置）で選択エッチングによりSiドープInｘ１Ga１−ｘ １
N層６が露出するまでエッチングを行った。その後、図
６に示すように、通常のリソグラフィーにより、絶縁膜
16、Ti/Auよりなるn電極17と、p型コンタクト層の表面
にストライプ状にNi/Auよりなるp電極18を形成した。そ
の後、基板を研磨し試料をへき開して形成した共振器面
に、図４に示すように、高反射率コート19、低反射率コ
ート20を行い、その後、チップ化して素子を形成したこ
とにより、高出力の短波長半導体レーザ素子を実現でき
た。このようにして形成された短波長半導体レーザ素子
において、発振できる波長帯は、Inｘ４Ga１−ｘ４N 活
性層のIn比を変えることにより、400＜λ＜550(nm)の範
囲で可能であった。
膜13まで形成した。各要素と実施の形態は同じであるた
め、説明は省略する。図５に示すように、SiO２膜13を
通常のリソグラフィーにより20〜200μm程度の幅以外の
SiO２膜13を除去した。RIE（反応性イオンエッチング装
置）で選択エッチングによりSiドープInｘ１Ga１−ｘ １
N層６が露出するまでエッチングを行った。その後、図
６に示すように、通常のリソグラフィーにより、絶縁膜
16、Ti/Auよりなるn電極17と、p型コンタクト層の表面
にストライプ状にNi/Auよりなるp電極18を形成した。そ
の後、基板を研磨し試料をへき開して形成した共振器面
に、図４に示すように、高反射率コート19、低反射率コ
ート20を行い、その後、チップ化して素子を形成したこ
とにより、高出力の短波長半導体レーザ素子を実現でき
た。このようにして形成された短波長半導体レーザ素子
において、発振できる波長帯は、Inｘ４Ga１−ｘ４N 活
性層のIn比を変えることにより、400＜λ＜550(nm)の範
囲で可能であった。
【００２３】なお、上記半導体層の導電性を反転（n型
とp型を入れ換え）しても良い。
とp型を入れ換え）しても良い。
【００２４】次に本発明の第３の実施例を説明する。
【００２５】図７は本発明の第３の実施例による短波長
光増幅素子の平面図、図８はその形成途中の断面図、図
９はその形成後のA-A'断面図である。
光増幅素子の平面図、図８はその形成途中の断面図、図
９はその形成後のA-A'断面図である。
【００２６】図１に示す第１の実施例と同様にSiO２膜1
3まで形成した。各要素と実施の形態は同じであるた
め、説明は省略する。図７、図８に示すようにSiO２膜1
3を通常のリソグラフィーにより３μmの入射口から広が
るテーパ形状（全角８度程度）の領域外のSiO２膜13除
去した。RIE（反応性イオンエッチング装置）で選択エ
ッチングによりSiドープInｘ１Ga１−ｘ１N層６が露出
するまでエッチングを行った。その後、図９に示すよう
に、通常のリソグラフィーにより絶縁膜16、Ti/Auより
なるn電極17と、p型コンタクト層の表面にストライプ状
にNi/Auよりなるp電極18を形成した。その後、基板を研
磨し試料をへき開して形成した両共振器面に、図７に示
すように低反射率コート20を行い、その後、チップ化し
て素子を形成したことにより、高出力の短波長光増幅素
子を実現できた。このように形成された光増幅素子にお
いて、増幅できる波長帯は、Inｘ４Ga１−ｘ４N 活性層
のIn比を変えることにより、400＜λ＜550(nm)の範囲で
可能であった。
3まで形成した。各要素と実施の形態は同じであるた
め、説明は省略する。図７、図８に示すようにSiO２膜1
3を通常のリソグラフィーにより３μmの入射口から広が
るテーパ形状（全角８度程度）の領域外のSiO２膜13除
去した。RIE（反応性イオンエッチング装置）で選択エ
ッチングによりSiドープInｘ１Ga１−ｘ１N層６が露出
するまでエッチングを行った。その後、図９に示すよう
に、通常のリソグラフィーにより絶縁膜16、Ti/Auより
なるn電極17と、p型コンタクト層の表面にストライプ状
にNi/Auよりなるp電極18を形成した。その後、基板を研
磨し試料をへき開して形成した両共振器面に、図７に示
すように低反射率コート20を行い、その後、チップ化し
て素子を形成したことにより、高出力の短波長光増幅素
子を実現できた。このように形成された光増幅素子にお
いて、増幅できる波長帯は、Inｘ４Ga１−ｘ４N 活性層
のIn比を変えることにより、400＜λ＜550(nm)の範囲で
可能であった。
【００２７】なお、上記半導体層の導電性を反転（n型
とp型を入れ換え）しても良い。
とp型を入れ換え）しても良い。
【００２８】次に本発明の第４の実施例を説明する。
【００２９】図10は本発明の第４の実施例による入射側
に屈折率導波路のリッジ部を有する光増幅素子の平面
図、図11はその図10におけるB-B'断面図、図12はその図
10におけるA-A'断面図である。
に屈折率導波路のリッジ部を有する光増幅素子の平面
図、図11はその図10におけるB-B'断面図、図12はその図
10におけるA-A'断面図である。
【００３０】図10のC-C'面から入射口に（図面ではB-B'
側）のみ、フォトリソグラフィにより、リッジ部を形成
した。第１の実施例と各要素と実施の形態は同じである
ため、説明は省略する。このように形成された光増幅素
子において、増幅できる波長帯に関しては、Inｘ４Ga
１−ｘ４N 活性層のIn比を変えることにより、400＜λ
＜550(nm)の範囲で制御が可能であった。
側）のみ、フォトリソグラフィにより、リッジ部を形成
した。第１の実施例と各要素と実施の形態は同じである
ため、説明は省略する。このように形成された光増幅素
子において、増幅できる波長帯に関しては、Inｘ４Ga
１−ｘ４N 活性層のIn比を変えることにより、400＜λ
＜550(nm)の範囲で制御が可能であった。
【００３１】ここで、上記第３および第４の実施例にお
ける光増幅素子はマスター光源を接続して使用する。マ
スター光源としては図13に示すように、第１の実施例の
ような半導体レーザの両端面に低反射膜コートを施し、
回折格子によるフィードバックを付けた単一モード半導
体レーザや、図14に示すように、波長フィルターを用い
て制御した単一モード半導体レーザや、図15に示すよう
に、赤外色の半導体レーザ励起による第二高調波発生素
子を用いた固体レーザ等がある。
ける光増幅素子はマスター光源を接続して使用する。マ
スター光源としては図13に示すように、第１の実施例の
ような半導体レーザの両端面に低反射膜コートを施し、
回折格子によるフィードバックを付けた単一モード半導
体レーザや、図14に示すように、波長フィルターを用い
て制御した単一モード半導体レーザや、図15に示すよう
に、赤外色の半導体レーザ励起による第二高調波発生素
子を用いた固体レーザ等がある。
【００３２】本発明の第５の実施例を説明する。
【００３３】図16は本発明の第５の実施例による短波長
半導体発光素子素子の平面図、図17はその図16における
A-A'断面図である。
半導体発光素子素子の平面図、図17はその図16における
A-A'断面図である。
【００３４】図５に示す第２の実施例を参照して、RIE
（反応性イオンエッチング装置）で選択エッチングによ
りSiドープInｘ１Ga１−ｘ１N層６が露出するまで、円
形状にエッチングを行った。各要素と実施の形態は同じ
であるため、説明は省略する。その後、図17に示すよう
に通常のリソグラフィーにより絶縁膜16、Ti/ Auよりな
るn電極17と、p型コンタクト層の表面にNi/Auよりなるp
電極18を形成した。その後、基板を研磨し試料をへき開
し、その後、チップ化して素子を形成したことにより、
高出力の短波長発光素子を実現できた。また、発光でき
る波長帯に関しては、Inｘ４Ga１−ｘ４N 活性層のIn比
を変えることにより、400＜λ＜550(nm)の範囲で制御が
可能であった。
（反応性イオンエッチング装置）で選択エッチングによ
りSiドープInｘ１Ga１−ｘ１N層６が露出するまで、円
形状にエッチングを行った。各要素と実施の形態は同じ
であるため、説明は省略する。その後、図17に示すよう
に通常のリソグラフィーにより絶縁膜16、Ti/ Auよりな
るn電極17と、p型コンタクト層の表面にNi/Auよりなるp
電極18を形成した。その後、基板を研磨し試料をへき開
し、その後、チップ化して素子を形成したことにより、
高出力の短波長発光素子を実現できた。また、発光でき
る波長帯に関しては、Inｘ４Ga１−ｘ４N 活性層のIn比
を変えることにより、400＜λ＜550(nm)の範囲で制御が
可能であった。
【００３５】なお、上記実施例において、導電性を反転
（n型とp型を入れ換え）してもよい。
（n型とp型を入れ換え）してもよい。
【００３６】次に本発明の第６の実施例を説明する。
【００３７】図18は本発明の第６の実施例における半導
体レーザ素子の第１形成途中の断面図、図19はその第２
形成途中の断面図、図20はその形成後の断面図である。
体レーザ素子の第１形成途中の断面図、図19はその第２
形成途中の断面図、図20はその形成後の断面図である。
【００３８】図18に示すように、有機金属気相成長法に
より、（０００１）Ｃ面サファイア基板101上に温度500
℃でGaNバッファ層102を20nm程度の膜厚で形成し、続い
て、温度を1050℃にしてGaN層103を２μm程度成長させ
た。成長原料には、トリメチルガリウム（TMG）、トリ
メチルインジュウム（TMI）、トリメチルアルミニウム
（TMA）およびアンモニアを用い、n型ドーパントガスと
して、シランガスを用い、p型ドーパントとしてシクロ
ペンタジエニルマグネシウム（Cp2Mg）を用いた。その
上にSiO２膜104を形成し、通常のリソグラフィーを用い
て
より、（０００１）Ｃ面サファイア基板101上に温度500
℃でGaNバッファ層102を20nm程度の膜厚で形成し、続い
て、温度を1050℃にしてGaN層103を２μm程度成長させ
た。成長原料には、トリメチルガリウム（TMG）、トリ
メチルインジュウム（TMI）、トリメチルアルミニウム
（TMA）およびアンモニアを用い、n型ドーパントガスと
して、シランガスを用い、p型ドーパントとしてシクロ
ペンタジエニルマグネシウム（Cp2Mg）を用いた。その
上にSiO２膜104を形成し、通常のリソグラフィーを用い
て
【数２】 方向に幅３μmのSiO２膜104を除去したストライプ領域
を10μm程度の間隔の周期でラインアンドスペースのパ
ターンを形成し、選択成長下地104'を形成した。その
後、750℃の温度でInｘ１Ga１−ｘ１N層105を20μm程度
選択成長させた。この時横方向の成長により最終的にス
トライプが合体し表面が平坦化した。引き続き、Siドー
プInｘ１Ga１−ｘ１N層106を100〜200μm程度成長し
た。研磨によりサファイア基板101、GaNバッファ層10
2、GaN層103、SiO２膜104、Inｘ１Ga１−ｘ １N（0.05＜
x１≦0.１）層105を除去した後、SiドープInｘ１Ga
１−ｘ１N層106を基板として使用した。その上に、750
℃でSiドープInｘ１Ga１−ｘ１Nバッファ層107、２４０
層のSiドープInｘ２(Alｚ２Ga１−ｚ２)１−ｘ２N（2.5
nm）/Inｘ ３(Alｚ３Ga１−ｚ３)１−ｘ３N（2.5nm）超
格子クラッド層108、SiドープInｘ ３(Alｚ３G
a１−ｚ３)１−ｘ３N光導波層109、Inｘ３Ga１−ｘ３N
（5nm）/Inｘ ４Ga１−ｘ４N（2.5nm）多重量子井戸活性
層110、MgドープInｘ３(Alｚ３Ga１− ｚ３)１−ｘ３N光
導波層111、MgドープInｘ２(Alｚ２Ga１−ｚ２)
１−ｘ２N（2.5nm）/Inｘ３(Alｚ３Ga１−ｚ３)
１−ｘ３N（2.5nm）超格子クラッド層112、MgドープIn
ｘ１Ga１−ｘ１Nコンタクト層113を形成した。P型の不
純物Mgの活性化のために、成長後窒素雰囲気中で、熱処
理を実施するか、または、窒素リッチ雰囲気で成長を実
施するのいずれの方法を用いてもよい。上記組成は、0.
05＜x1≦0.1、0＜x2＜x1＜x3＜x4≦0.4、0≦z2≦1、0≦
z3≦1を満たすものである。SiO２膜114を形成し、通常
のリソグラフィーにより４μmの幅よりなるストライプ
領域外のSiO２膜114を除去した。RIE（反応性イオンエ
ッチング装置）で選択エッチングにより超格子クラッド
層112の途中までエッチングを行った。このエッチング
のクラッド層残し厚は、基本横モード発振が達成できる
厚みとした。その後、SiO２膜114を除去した。引き続き
SiO２膜115を形成し、その後通常のリソグラフィー技術
を用いリッジ上部のSiO２膜115を除去し、p型コンタク
ト層の表面にストライプ状にNi/Auよりなるp電極116を
形成後、SiドープInｘ１Ga１−ｘ１N層106の裏側を研磨
し、Ti/Auよりなるn電極117を形成した。その後、試料
をへき開して形成した共振器面に高反射率コート、低反
射率コートを行い、その後、チップ化して半導体レーザ
素子を形成した。
を10μm程度の間隔の周期でラインアンドスペースのパ
ターンを形成し、選択成長下地104'を形成した。その
後、750℃の温度でInｘ１Ga１−ｘ１N層105を20μm程度
選択成長させた。この時横方向の成長により最終的にス
トライプが合体し表面が平坦化した。引き続き、Siドー
プInｘ１Ga１−ｘ１N層106を100〜200μm程度成長し
た。研磨によりサファイア基板101、GaNバッファ層10
2、GaN層103、SiO２膜104、Inｘ１Ga１−ｘ １N（0.05＜
x１≦0.１）層105を除去した後、SiドープInｘ１Ga
１−ｘ１N層106を基板として使用した。その上に、750
℃でSiドープInｘ１Ga１−ｘ１Nバッファ層107、２４０
層のSiドープInｘ２(Alｚ２Ga１−ｚ２)１−ｘ２N（2.5
nm）/Inｘ ３(Alｚ３Ga１−ｚ３)１−ｘ３N（2.5nm）超
格子クラッド層108、SiドープInｘ ３(Alｚ３G
a１−ｚ３)１−ｘ３N光導波層109、Inｘ３Ga１−ｘ３N
（5nm）/Inｘ ４Ga１−ｘ４N（2.5nm）多重量子井戸活性
層110、MgドープInｘ３(Alｚ３Ga１− ｚ３)１−ｘ３N光
導波層111、MgドープInｘ２(Alｚ２Ga１−ｚ２)
１−ｘ２N（2.5nm）/Inｘ３(Alｚ３Ga１−ｚ３)
１−ｘ３N（2.5nm）超格子クラッド層112、MgドープIn
ｘ１Ga１−ｘ１Nコンタクト層113を形成した。P型の不
純物Mgの活性化のために、成長後窒素雰囲気中で、熱処
理を実施するか、または、窒素リッチ雰囲気で成長を実
施するのいずれの方法を用いてもよい。上記組成は、0.
05＜x1≦0.1、0＜x2＜x1＜x3＜x4≦0.4、0≦z2≦1、0≦
z3≦1を満たすものである。SiO２膜114を形成し、通常
のリソグラフィーにより４μmの幅よりなるストライプ
領域外のSiO２膜114を除去した。RIE（反応性イオンエ
ッチング装置）で選択エッチングにより超格子クラッド
層112の途中までエッチングを行った。このエッチング
のクラッド層残し厚は、基本横モード発振が達成できる
厚みとした。その後、SiO２膜114を除去した。引き続き
SiO２膜115を形成し、その後通常のリソグラフィー技術
を用いリッジ上部のSiO２膜115を除去し、p型コンタク
ト層の表面にストライプ状にNi/Auよりなるp電極116を
形成後、SiドープInｘ１Ga１−ｘ１N層106の裏側を研磨
し、Ti/Auよりなるn電極117を形成した。その後、試料
をへき開して形成した共振器面に高反射率コート、低反
射率コートを行い、その後、チップ化して半導体レーザ
素子を形成した。
【００３９】上記のようにして形成された半導体レーザ
素子において、発振する波長帯に関しては、Inｘ４Ga
１−ｘ４N 活性層のIn比を変えることにより、400＜λ
＜550(nm)の範囲で制御が可能であった。
素子において、発振する波長帯に関しては、Inｘ４Ga
１−ｘ４N 活性層のIn比を変えることにより、400＜λ
＜550(nm)の範囲で制御が可能であった。
【００４０】なお、上記超格子クラッド層では、障壁層
であるInｘ２(Alｚ２Ga１−ｚ２)１ −ｘ２Nにのみ不純
物が導入されているが、超格子の井戸層と障壁層の両方
に不純物が導入されていてもよい。
であるInｘ２(Alｚ２Ga１−ｚ２)１ −ｘ２Nにのみ不純
物が導入されているが、超格子の井戸層と障壁層の両方
に不純物が導入されていてもよい。
【００４１】また、上記実施例における各層の導電性を
反転（n型とp型を入れ換え）して形成してもよい。
反転（n型とp型を入れ換え）して形成してもよい。
【００４２】また、上記Inｘ１Ga１−ｘ１N層106の形成
には、ハイドライド気相成長法を用いてもよい。
には、ハイドライド気相成長法を用いてもよい。
【００４３】上記第２および第３の実施例の半導体装置
においても、上記第６の実施例で示すように、上面に作
製しているn電極をInｘ１Ga１−ｘ１N層106の裏面に形
成し、半導体装置を作製することができた。
においても、上記第６の実施例で示すように、上面に作
製しているn電極をInｘ１Ga１−ｘ１N層106の裏面に形
成し、半導体装置を作製することができた。
【００４４】上記実施例第１から第６ではサファイア基
板を用いた場合について説明したが、SiC、ZnO、LiGa
O2、LiAlO2、ZnSe、GaAs、GaP、Ge、Si等の基板も同様
に用いることができる。
板を用いた場合について説明したが、SiC、ZnO、LiGa
O2、LiAlO2、ZnSe、GaAs、GaP、Ge、Si等の基板も同様
に用いることができる。
【００４５】また、実施例６において、GaAs、GaP、G
e、Si基板を使用する場合、これらの基板は、化学的な
選択エッチングにより除去することができる。
e、Si基板を使用する場合、これらの基板は、化学的な
選択エッチングにより除去することができる。
【図１】本発明の第１の実施例による短波長半導体レー
ザ素子の第１形成途中の断面図
ザ素子の第１形成途中の断面図
【図２】本発明の第１の実施例による短波長半導体レー
ザ素子の第２形成途中の断面図
ザ素子の第２形成途中の断面図
【図３】本発明の第１の実施例による短波長半導体レー
ザ素子の断面図
ザ素子の断面図
【図４】本発明の第２の実施例による短波長半導体レー
ザ素子の平面図
ザ素子の平面図
【図５】本発明の第２の実施例による短波長半導体レー
ザ素子の形成途中の断面図
ザ素子の形成途中の断面図
【図６】本発明の第２の実施例による短波長半導体レー
ザ素子の断面図
ザ素子の断面図
【図７】本発明の第３の実施例による短波長光増幅素子
の平面図
の平面図
【図８】本発明の第３の実施例による短波長光増幅素子
の第１形成途中の断面図
の第１形成途中の断面図
【図９】本発明の第３の実施例による短波長光増幅素子
の第２形成途中の断面図
の第２形成途中の断面図
【図１０】本発明の第４の実施例による光増幅素子の平
面図
面図
【図１１】本発明の第４の実施例による光増幅素子の図
10におけるB-B'断面図
10におけるB-B'断面図
【図１２】本発明の第４の実施例による光増幅素子の図
10におけるA-A'断面図
10におけるA-A'断面図
【図１３】回折格子によるフィードバックを付けた単一
モード半導体レーザ装置をマスター光源として接続され
た光増幅素子の概略構成図
モード半導体レーザ装置をマスター光源として接続され
た光増幅素子の概略構成図
【図１４】波長フィルターを用いて制御した単一モード
半導体レーザ装置をマスター光源として接続された光増
幅素子の概略構成図
半導体レーザ装置をマスター光源として接続された光増
幅素子の概略構成図
【図１５】赤外光の半導体レーザ励起による第２高調波
発生素子を用いた個体レーザ装置をマスター光源として
接続された光増幅素子の概略構成図
発生素子を用いた個体レーザ装置をマスター光源として
接続された光増幅素子の概略構成図
【図１６】本発明の第５の実施例による短波長発光素子
の平面図
の平面図
【図１７】本発明の第５の実施例による短波長発光素子
の、図16におけるA-A'断面図
の、図16におけるA-A'断面図
【図１８】本発明の第６の実施例による半導体レーザ素
子の第１形成途中の断面図
子の第１形成途中の断面図
【図１９】本発明の第６の実施例による半導体レーザ素
子の第２形成途中の断面図
子の第２形成途中の断面図
【図２０】本発明の第６の実施例による半導体レーザ素
子の断面図
子の断面図
１,101 サファイア基板 ５,105 Inｘ１Ga１−ｘ１N(0.05＜x１≦0.１）層 ６,106 SiドープInｘ１Ga１−ｘ１N層 ７,108 SiドープInｘ２(AlＺ２Ga１−ｚ２)１−ｘ２
N/Inｘ３(Alｚ３Ga１−ｚ３)１−ｘ３N超格子クラッド
層 ８,109 SiドープInｘ３(Alｚ３Ga１−ｚ３)１−ｘ３
N光導波層 ９,110 Inｘ３Ga1−ｘ３N/Inｘ４Ga１−ｘ４N多重量
子井戸活性層 10,111 MgドープInｘ３(Alｚ３Ga１−ｚ３)１−ｘ３
N光導波層 11,112 MgドープInｘ２(Alｚ２Ga１−ｚ２)１−ｘ２
N/Inｘ３(Alｚ３Ga１−ｚ３)１−ｘ３N超格子クラッド
層 12,113 MgドープInｘ１Ga１−ｘ１Nコンタクト層 17,117 n電極 18,116 p電極 19 高反射率コート 20 低反射率コート
N/Inｘ３(Alｚ３Ga１−ｚ３)１−ｘ３N超格子クラッド
層 ８,109 SiドープInｘ３(Alｚ３Ga１−ｚ３)１−ｘ３
N光導波層 ９,110 Inｘ３Ga1−ｘ３N/Inｘ４Ga１−ｘ４N多重量
子井戸活性層 10,111 MgドープInｘ３(Alｚ３Ga１−ｚ３)１−ｘ３
N光導波層 11,112 MgドープInｘ２(Alｚ２Ga１−ｚ２)１−ｘ２
N/Inｘ３(Alｚ３Ga１−ｚ３)１−ｘ３N超格子クラッド
層 12,113 MgドープInｘ１Ga１−ｘ１Nコンタクト層 17,117 n電極 18,116 p電極 19 高反射率コート 20 低反射率コート
Claims (5)
- 【請求項１】 第１の基板上に、選択成長により形成さ
れる第２の基板、一対の電極の一方を備えた導電性基
板、下部クラッド層、下部光導波層、量子井戸活性層、
上部光導波層、上部クラッド層、コンタクト層および他
方の電極をこの順に積層してなる半導体発光装置におい
て、 前記第２の基板と導電性基板が、InGaN系の材料からな
り、 前記クラッド層が、前記導電性基板に対する歪量が±0.
01以内の組成であり、InGaAlN系の材料からなることを
特徴とする半導体発光装置。 - 【請求項２】一対の電極の一方を備えた導電性基板上
に、下部クラッド層、下部光導波層、量子井戸活性層、
上部光導波層、上部クラッド層、コンタクト層および他
方の電極をこの順に積層してなる半導体発光装置におい
て、 前記導電性基板が、InGaN系の材料からなり、 前記クラッド層が、前記導電性基板に対する歪量が±0.
01以内の組成であり、InGaAlN系の材料からなることを
特徴とする半導体発光装置。 - 【請求項３】前記クラッド層が、超格子構造であり、自
身の歪量が±0.01以内の組成であることを特徴とする請
求項１または２記載の半導体発光装置。 - 【請求項４】前記超格子構造が、超格子の障壁層に不純
物がドープされた変調ドープ超格子構造、あるいは超格
子の井戸層と障壁層の両方に不純物がドープされた超格
子構造であることを特徴する請求項３記載の半導体発光
装置。 - 【請求項５】前記第１の基板がサファイア、SiC、ZnO、
LiGaO２、LiAlO２、ZnSe、GaAs、GaP、GeまたはSiのい
ずれかひとつであることを特徴とする請求項１、２、３
または４記載の半導体発光装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000022281A JP2000299530A (ja) | 1999-02-08 | 2000-01-31 | 半導体発光装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3005099 | 1999-02-08 | ||
| JP11-30050 | 1999-02-08 | ||
| JP2000022281A JP2000299530A (ja) | 1999-02-08 | 2000-01-31 | 半導体発光装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000299530A true JP2000299530A (ja) | 2000-10-24 |
Family
ID=26368314
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000022281A Withdrawn JP2000299530A (ja) | 1999-02-08 | 2000-01-31 | 半導体発光装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000299530A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005022711A1 (ja) * | 2003-08-29 | 2005-03-10 | Nec Corporation | 窒化物半導体発光素子およびその製造方法 |
| JP2006339675A (ja) * | 2006-09-07 | 2006-12-14 | Sharp Corp | 窒化物半導体レーザ素子および半導体光学装置 |
| JP2007243072A (ja) * | 2006-03-10 | 2007-09-20 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 半導体光増幅器複合半導体レーザー装置 |
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| JP2012015266A (ja) * | 2010-06-30 | 2012-01-19 | Sony Corp | 半導体光増幅器 |
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-
2000
- 2000-01-31 JP JP2000022281A patent/JP2000299530A/ja not_active Withdrawn
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