JP2001148546A - 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
おいて、しきい値電流の低い、また発光効率の高い窒化
物半導体レーザ素子を得る。 【解決手段】 それぞれInXGa1-XN(0≦X≦1)
からなる井戸層と障壁層を含む多重量子井戸からなる活
性層を有する、430nm以上で発振する窒化ガリウム
系半導体レーザ素子において、該井戸層と障壁層とのバ
ンドギャップエネルギーの差を0.20eV以上、0.
30eV以下とする。
Description
bIndGa1-b-dN、0≦b、0≦d、b+d<1)よ
りなるレーザ素子に関する。
ーザ素子として、例えばJpn.J.Appl.Phys.Vol.37(199
8)pp.L309-L312、Part2,No.3B,15 March 1998の文献
(以下、従来技術文献という。)に素子構造を提案して
いる。
付近のレーザ光が得られる窒化物半導体レーザ素子を開
示したもので、この素子は、サファイア上に成長させた
GaN層上に、SiO2よりなる保護膜を部分的に形成
し、その上から再度GaNを有機金属気相成長法(MO
VPE)等の気相成長法により選択成長させ、厚膜のG
aNを成長させることにより得られる結晶欠陥(以下、
転位という場合がある)の少ない窒化物半導体を基板
(以下、ELOG基板という場合がある)とし、このE
LOG基板上に、少なくとも多層膜層(超格子層)のn
型クラッド層と多層膜層(超格子層)のp型クラッド層
との間に、多重量子井戸構造の活性層を有してなる。こ
のような素子構造を有するレーザ素子は、1万時間以上
の連続発振を達成することができる。
1-dN(0≦d<1)とするとバンド間発光で波長を紫
外から赤外まで発光させることが可能であり、本発明者
等は、窒化物半導体を用いて、例えば450nm付近の
長波長のレーザ光の得られる窒化物半導体レーザ素子の
実用化の研究も行っている。
ば、上記従来技術文献に記載の素子構造において、井戸
層と障壁層とで多重量子井戸を形成している活性層中の
井戸層に含まれるIn混晶比を多くする、すなわちIn
dGa1-dN(0≦d<1)からなる活性層のdの値を大
きくすることにより長波長の光が得られることが知られ
ている。
nmを越えるレーザ光の得られる長波長の窒化物半導体
レーザ素子になってくると、井戸層に含まれるIn混晶
比を大きくするだけでは、発光効率が低下したり、しき
い値電流が高くなってしまい、安定した窒化物半導体レ
ーザ素子を得るのが困難であった。
も安定した発振をする窒化物半導体レーザ素子を得るこ
とを目的とする。
のように構成することによってその目的を達成するもの
である。請求項1の窒化物半導体レーザ素子は、それぞ
れInXGa1-XN(0≦X≦1)からなる井戸層と障壁
層を含む多重量子井戸からなる活性層を有する、430
nm以上で発振する窒化ガリウム系半導体レーザ素子に
おいて、該井戸層と該障壁層とのバンドギャップエネル
ギーの差が0.20eV以上、0.30eV以下である
ことを特徴とする。これにより井戸層と障壁層との格子
不整合を緩和し、結晶性の良好な活性層を形成すること
ができ、かつ井戸層内にミニバンドが形成できるので、
しきい値電流の低い、また発光効率の良好な窒化物半導
体レーザ素子が得られる。
は、それぞれInXGa1-XN(0≦X≦1)からなる井
戸層と障壁層を含む多重量子井戸からなる活性層を有す
る、430nm以上で発振する窒化物半導体レーザ素子
において、該障壁層に含まれるInの混晶比Xが0.0
9以上、0.30以下であり、該井戸層に含まれるIn
の混晶比Xが0.23以上、0.40以下であり、かつ
井戸層内にミニバンドを有することを特徴とする。これ
により量子井戸構造の本来の機能を発揮させることがで
き、かつ活性層の結晶性を良好にできるので、しきい値
電流の低い、また発光効率の良好な窒化物半導体レーザ
素子が得られる。
は、それぞれInXGa1-XN(0≦X≦1)からなる井
戸層と障壁層を含む多重量子井戸からなる活性層を有す
る窒化ガリウム系半導体レーザ素子において、該障壁層
に含まれるInの混晶比Xが0.09以上、0.30以
下であり、かつ該井戸層と障壁層とのバンドギャップエ
ネルギーの差が0.20eV以上、0.30eV以下で
あることを特徴とする。これにより井戸層と障壁層との
格子不整合を緩和し、結晶性の良好な活性層を形成する
ことができ、かつ井戸層内にミニバンドが形成できるの
で、しきい値電流の低い、また発光効率の良好な窒化物
半導体レーザ素子が得られる。
は、請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の窒化物半
導体レーザ素子において、発振領域は430nm以上、
480nm以下であることを特徴とし、この範囲ではす
べての波長においてしきい値電流を低下させることがで
き、さらにこの範囲ではしきい値電流が400mA以下
と非常に優れた値を示す。
説明する。図1は本発明の窒化物半導体レーザ素子の一
実施の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。本実施の形態の窒化物半導体レーザ素子では、こ
の図のように異種基板101上にバッファ層102、n
型コンタクト層103、n型クラッド層104、n型光
ガイド層105、多重量子井戸からなる活性層106、
p側キャップ層107、p型光ガイド層108、p型ク
ラッド層109、p型コンタクト層110が順に形成さ
れ、リッジストライプとなったp型コンタクト層110
上にp側オーミック電極120、p側層からエッチング
することによって露出されたn型コンタクト層103上
にn側オーミック電極122が形成され、さらにそのほ
かの露出された窒化物半導体層上にはp側オーミック電
極120の一部とn側オーミック電極122の一部を覆
うように絶縁膜130が覆っており、さらにp側層上に
はp側オーミック電極120に接してp側パッド電極1
21が、n側層上にはn側オーミック電極122に接し
てn側パッド電極123が形成されている。
比を大きくすることで、長波長で発振する窒化物半導体
レーザ素子を得ることができるが、その場合障壁層に関
しては、従来は井戸層内にミニバンドを形成させる必要
があるため、波長が変化してもInの混晶比を変えるこ
とはなく、GaNやIn0.02Ga0.98Nなど、活性層を
挟む光ガイド層やクラッド層と同じか、またはそれに近
い組成を用いていた。
障壁層を用いると、長波長のレーザ素子になるにつれ
て、井戸層と障壁層とのInの混晶比の差が大きくな
る。この点に、430nmを越える窒化物半導体レーザ
素子において安定したレーザ特性が得られない原因があ
ると考え、検討した結果、本発明をなしたものである。
すなわち井戸層と障壁層との間に発生する格子不整合が
無視できなくなってしまう。この格子不整合が大きくな
ってしまうと、活性層の結晶性が悪くなってしまうた
め、しきい値電流の上昇や発光効率の低下などを招いて
しまう。
層のIn混晶比を井戸層のIn混晶比近くまで大きくす
ることにより、格子不整合は緩和されるが、大きくしす
ぎると井戸層内にミニバンドが形成されなくなり、活性
層が多重量子井戸構造ではなくなってしまい、発光効率
が大きく低下してしまう。
(0≦X≦1)からなる井戸層と障壁層を含む多重量子
井戸からなる活性層を有し、該井戸層と該障壁層とのバ
ンドギャップエネルギーの差を0.20eV以上、0.
30eV以下とするもので、これにより井戸層と障壁層
との格子不整合を緩和し、結晶性の良好な活性層を形成
することができ、しきい値電流の低い、また発光効率の
良好な窒化物半導体レーザ素子を得るものである。
のバンドギャップエネルギーの差を0.20eV以上と
することで、井戸層内にミニバンドが形成されるように
して、量子井戸構造の本来の機能を発揮させ、0.30
eV以下とすることで井戸層と障壁層との間の格子不整
合を緩和して、結晶性の悪化による特性劣化を防止して
いるのである。
ギャップエネルギー差を0.20eV以上、0.30e
V以下とすることで、430nm以上、480nm以下
で発振する窒化物半導体レーザ素子のしきい値電流が4
00mA以下と非常に優れた値を示す。
nm以上で発振するレーザ素子としては活性層の井戸層
に含まれるInの混晶比を0.24以上とする必要があ
る。この下限値である430nmで発振するレーザ素子
において井戸層とのバンドギャップエネルギーの差が
0.20eV以上、0.30eV以下の範囲となる障壁
層のIn混晶比は0.09以上、0.13以下となる。
長波長側の上限である480nmにおいては、活性層の
井戸層に含まれるInの混晶比を0.40とする必要が
あり、この井戸層とのバンドギャップエネルギーの差が
0.20eV以上、0.30eV以下の範囲となる障壁
層のIn混晶比は0.24以上、0.30以下となる。
混晶比は0.09以上、0.30以下としている。
0nm以下で発振する窒化物半導体レーザ素子としてい
るが、活性層において、井戸層とのバンドギャップエネ
ルギーの差が0.20eV以上、0.30eV以下の範
囲となる障壁層を形成すれば480nm以上でも安定し
たレーザ発振は可能である。
≦1)からなるInの混晶比dは、以下に示すバンドギ
ャップエネルギーとの関係式、 Eg=3.4×(1−d)+1.95×d−A×d×
(1−d) において、A=1とし、その式を用いて概算された値で
ある。
ネルギー(Eg)は2.88eVであり、上記関係式か
らdの値として0.23を算出し、井戸層のIn混晶比
としている。
のバンドギャップエネルギーの差を0.25eVとした
ときの本発明に係る窒化物半導体レーザ素子のしきい値
電流(○印、障壁層インジウム高混晶として示したも
の)を、従来の窒化物半導体レーザ素子のしきい値電流
(×印で示したもの)と比較した図である。430nm
から480nmにおいて、従来の窒化物半導体レーザ素
子よりしきい値電流が低下していることがわかる。ま
た、この範囲においては井戸層と障壁層とのバンドギャ
ップエネルギーの差が0.20eV〜0.30eVの範
囲で従来の窒化物半導体レーザ素子よりしきい値電流が
小さくなることが確認されている。個々の点については
実施例1〜6で示す。
膜厚としては100オングストローム以下、好ましくは
10オングストローム以上、70オングストローム以下
であり、より好ましくは30オングストローム以上、6
0オングストローム以下である。また、障壁層の膜厚と
しては200オングストローム以下、好ましくは10オ
ングストローム以上、150オングストローム以下であ
り、より好ましくは70オングストローム以上、100
オングストローム以下である。
物をドープしても良く、例えば井戸層および障壁層のい
ずれか一方または両方に不純物をドープしてもよい。特
に障壁層に不純物をドープさせると、しきい値が低下し
好ましい。不純物としては、n型でもp型でもよく、例
えばn型ではSi、p型ではMgなどが挙げられる。
おいて、活性層を構成する障壁層と井戸層の積層順とし
ては、障壁層から始まり井戸層で終わっても、障壁層か
ら始まり障壁層で終わっても、井戸層から始まり障壁層
で終わっても、また井戸層から始まり井戸層で終わって
もよい。好ましくは障壁層から始まり、井戸層と障壁層
とのペアを2〜5回繰り返してなるもの、より好ましく
は井戸層と障壁層とのペアを3回繰り返してなるものが
しきい値を低くし寿命特性を向上させるのに好ましい。
おいて、活性層の井戸層と障壁層との間に、障壁層より
もエネルギーギャップの大きいAlZGa1-ZN(0≦Z
≦1)よりなる中間層を少なくとも1つの井戸層上に形
成しても良い。この中間層を形成することで、特にしき
い値電圧を下げることができる。この中間層を形成する
場合、中間層は多重量子井戸からなる活性層のすべての
井戸層上に形成することが最も好ましい。
などの他の構成について説明する。いうまでもないが、
本発明は以下の構成に限られるものではない。
基板、または公知の方法によって得られたGaN基板を
用いることができる。また基板101上には、GaNよ
りなるバッファ層102を形成することが好ましく、こ
れによって後に基板上に形成する窒化物半導体の結晶性
を良好にすることができる。このバッファ層102は異
種基板上に窒化物半導体を形成するときに特に有効であ
る。なお、異種基板とは窒化物半導体とは異なる材料か
らなる基板のことをいう。
するための層であって、Siなどのn型不純物をドープ
することで、オーミック性が良好となるようにする。こ
の層は、p側層を形成した後にp側層からエッチングし
てn型コンタクト層の一部を露出させて、露出させたn
型コンタクト層103上にn側電極を形成する。
層を形成してもよく、このクラック防止層はアンドープ
とすることで基板側からのクラックを低減させるために
形成される。またこのクラック防止層は、InGaNな
どで形成し、上部n型クラッド層との屈折率差を設ける
ことで、発光層から発せられた光が異種基板に当たって
反射して再び窒化物半導体層に戻ってくるのを防ぐ層と
して機能させることができる。またこの層は省略しても
よい。
供給層であると共にキャリアおよび光を活性層に閉じこ
める層としてはたらき、例えばSiなどのn型不純物を
ドープした単層、またアンドープ層とn型不純物ドープ
層とを交互に積層した超格子構造とすることができる。
造などの膜厚が薄くなった活性層106の膜厚を補うこ
とで、活性層106とともに光導波路を構成するもので
ある。従って、上部活性層106と屈折率差があまりな
く、n型クラッド層104との屈折率差を十分に設ける
ような組成とする。またこの層は、例えばn型不純物を
ドープしてもよく、アンドープでもよく、n型不純物が
ドープされた層とアンドープの層との超格子としてもよ
い。
7はMgなどのp型不純物を高ドープすることで活性層
106に供給されるn側からの電子に対して不足しがち
な正孔を補うことができる。またp型光ガイド層10
8、p型クラッド層109よりもp型不純物濃度を高く
することで、p側キャップ層107上に形成されるp側
層にp型不純物が拡散するようになり好ましい。さらに
この層は活性層106のInの分解を抑える効果もあ
り、その機能を主として発揮させる場合はアンドープで
もよい。また、このp側キャップ層107は省略するこ
ともできる。
純物が含まれた層であるが、意図的にp型不純物をドー
プして形成するのはもちろんのこと、p側キャップ層1
07をp型不純物をドープして形成した場合はp型不純
物がp側キャップ層107から拡散されるので、アンド
ープで形成してもよい。このp型光ガイド層108はn
型光ガイド層105と同様に、光導波路を設けるための
層で、下部活性層106と屈折率差があまりなく、p型
クラッド層109との屈折率差を十分に設けるような組
成とする。
供給層としてはたらき、例えばMgなどのp型不純物を
ドープした単層、またアンドープ層とp型不純物ドープ
層とを交互に積層した超格子構造を用いて構成すること
ができる。
する層であり、Mgなどのp型不純物を比較的多くドー
プすることで、p側電極とのオーミック性が良好となる
ようにする。
は、最上層からp側クラッド層109とp側光ガイド層
108との界面付近までエッチングを行い、幅1.5μ
mのストライプ状の導波路を形成する。このように、活
性層106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106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しきい値を低下さ
せることができる。特にp側クラッド層以上の層をリッ
ジ形状とすることが望ましい。
ジ最表面に形成されたp側オーミック電極120と、そ
の上に形成されたp側パッド電極121とからなり、p
型コンタクト層110と好ましいオーミックが得られる
p側オーミック電極120の材料としては、例えばN
i、Pt、Pd、Ni/Au、Ni/Ti/Au、Pt
/Au、Pd/Au等を挙げることができる。またp側
パッド電極121は実質的なp側オーミック電極120
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ためのものでAuな
どが挙げられる。
側オーミック電極122、さらにその上にn側パッド電
極123があり、n型コンタクト層103と好ましいオ
ーミックが得られるn側オーミック電極122の材料と
してはAl、Ti、W、Cu、Zn、Sn、In等の金
属もしくは合金が挙げられる。またn側パッド電極12
3はn側オーミック電極122の剥がれを防止する作用
があり、Auなどが挙げられる。
説明する。なお、本発明の窒化物半導体レーザ素子は図
1の構造に限定されるものではない。 [実施例1] (バッファ層102)2インチφ、C面を主面とするサ
ファイア上に公知の方法によって得られたGaN基板1
01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(NH3)を用い、Ga
N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1.5μm
の膜厚で成長させる。
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103を4μmの膜厚で成長させる。
(トリメチルインジウム)、アンモニアを用い、温度を
800℃にしてIn0.06Ga0.94Nよりなるクラック防
止層を0.15μmの膜厚で成長させる。
(トリメチルアルミニウム)、TMG、アンモニアを用
い、1050℃でアンドープAl0.16Ga0.84N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
TMAを止めて、シランガスを流し、Siを1×1019
/cm3ドープしたn型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。それらの層を交互積層
して超格子層を構成し、総膜厚1.2μmの超格子より
なるn側クラッド層104を成長させる。
にTMG及びアンモニアを用い、同様の温度で、アンド
ープのGaNよりなるn型光ガイド層105を750オ
ングストロームの膜厚で成長させる。
して、原料ガスにTMG、TMI及びアンモニアを用
い、不純物ガスとしてシランガスを用い、Siを5×1
018/cm3ドープしたIn0.24Ga0.76Nよりなる障
壁層を100オングストロームの膜厚で成長させる。続
いて、温度を820℃に下げ、シランガスを止め、アン
ドープのIn0.37Ga0.63Nよりなる井戸層を50オン
グストロームの膜厚で成長させる。この障壁層、井戸層
をさらに2回繰り返して積層し、最後に障壁層を形成し
て、総膜厚550オングストロームの多重量子井戸(M
QW)からなる活性層106を成長させる。このときの
井戸層と障壁層とのバンドギャップエネルギーの差は
0.25eVとなる。
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107を100
オングストロームの膜厚で成長させる。
g、TMAを止め、1050℃で、アンドープGaNよ
りなるp側光ガイド層108を0.1μmの膜厚で成長
させる。このp型光ガイド層108は、アンドープとし
て成長させるが、p側キャップ層107からのMgの拡
散により、Mg濃度が5×1016/cm3となりp型を
示す。
gを止め、TMAを流し、1050℃でアンドープAl
0.2Ga 0.8N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TMAを止め、Cp2Mgを流し、
Mg濃度が1×1019/cm3からなるアンドープGa
Nよりなる層を25オングストロームの膜厚で成長さ
せ、総膜厚0.6μmの超格子層よりなるp側クラッド
層109を成長させる。
クラッド層109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110を
150オングストロームの膜厚で成長させる。
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110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109とp側光ガイド層108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。
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110上に形成したS
iO2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110層上にあるZrO2を除去す
る。
し、RIEにてエッチングを行い、n側コンタクト層1
03の表面を露出させる。
面にNiとAuよりなるp側オーミック電極120をス
トライプ状に形成する。
電極122を先ほど露出させたn側コンタクト層103
の表面にストライプ状に形成する。
120と、n側オーミック電極122との間に露出した
窒化物半導体層の表面にSiO2よりなる絶縁膜130
を形成し、この絶縁膜130を介してp側オーミック電
極120と電気的に接続したp側パッド電極121、お
よびn側オーミック電極122と電気的に接続したn側
パッド電極123を形成する。
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。
グして、室温でレーザ発振を試みたところ、室温におい
てしきい値電流は245mA、しきい値電圧4.2V、
発振波長470nmの連続発振が1000時間以上の寿
命で確認された。
活性層を以下のようにしてレーザ素子を作製した。 (活性層)次に、温度を880℃にして、原料ガスにT
MG、TMI及びアンモニアを用い、不純物ガスとして
シランガスを用い、Siを5×1018/cm3ドープし
たGaNよりなる障壁層を100オングストロームの膜
厚で成長させる。続いて、温度を820℃に下げ、シラ
ンガスを止め、アンドープのIn0.37Ga0.63Nよりな
る井戸層を50オングストロームの膜厚で成長させる。
この障壁層、井戸層をさらに2回繰り返して積層し、最
後に障壁層を形成して、総膜厚550オングストローム
の多重量子井戸(MQW)からなる活性層を成長させ
る。このときの井戸層と障壁層とのバンドギャップエネ
ルギーの差は0.77eVとなる。
てレーザ素子を作製したところ、室温においてしきい値
電流は352mA、しきい値電圧4.4V、発振波長4
70nmの連続発振が1000時間以上の寿命で確認さ
れた。
06を以下のようにしてレーザ素子を作製した。 (活性層106)次に、温度を880℃にして、原料ガ
スにTMG、TMI及びアンモニアを用い、不純物ガス
としてシランガスを用い、Siを5×1018/cm3ド
ープしたIn0.19Ga0.81Nよりなる障壁層を100オ
ングストロームの膜厚で成長させる。続いて、温度を8
20℃に下げ、シランガスを止め、アンドープのIn
0.34Ga0.66Nよりなる井戸層を50オングストローム
の膜厚で成長させる。この障壁層、井戸層をさらに2回
繰り返して積層し、最後に障壁層を形成して、総膜厚5
50オングストロームの多重量子井戸(MQW)からな
る活性層106を成長させる。
のバンドギャップエネルギーの差は0.25eVとな
り、その他活性層以外の層は実施例1と同様にしてレー
ザ素子を作製したところ、室温においてしきい値電流は
148mA、しきい値電圧4.2V、発振波長460n
mの連続発振が1000時間以上の寿命で確認された。
06を以下のようにしてレーザ素子を作製した。 (活性層106)次に、温度を880℃にして、原料ガ
スにTMG、TMI及びアンモニアを用い、不純物ガス
としてシランガスを用い、Siを5×1018/cm3ド
ープしたIn0.17Ga0.83Nよりなる障壁層を100オ
ングストロームの膜厚で成長させる。続いて、温度を8
20℃に下げ、シランガスを止め、アンドープのIn
0.30Ga0.70Nよりなる井戸層を50オングストローム
の膜厚で成長させる。この障壁層、井戸層をさらに2回
繰り返して積層し、最後に障壁層を形成して、総膜厚5
50オングストロームの多重量子井戸(MQW)からな
る活性層106を成長させる。
のバンドギャップエネルギーの差は0.25eVとな
り、その他活性層以外の層は実施例1と同様にしてレー
ザ素子を作製したところ、室温においてしきい値電流は
116mA、しきい値電圧4.1V、発振波長450n
mの連続発振が1000時間以上の寿命で確認された。
06を以下のようにしてレーザ素子を作製した。 (活性層106)次に、温度を880℃にして、原料ガ
スにTMG、TMI及びアンモニアを用い、不純物ガス
としてシランガスを用い、Siを5×1018/cm3ド
ープしたIn0.15Ga0.85Nよりなる障壁層を100オ
ングストロームの膜厚で成長させる。続いて、温度を8
20℃に下げ、シランガスを止め、アンドープのIn
0.27Ga0.73Nよりなる井戸層を50オングストローム
の膜厚で成長させる。この障壁層、井戸層をさらに2回
繰り返して積層し、最後に障壁層を形成して、総膜厚5
50オングストロームの多重量子井戸(MQW)からな
る活性層106を成長させる。
のバンドギャップエネルギーの差は0.25eVとな
り、その他活性層以外の層は実施例1と同様にしてレー
ザ素子を作製したところ、室温においてしきい値電流は
80mA、しきい値電圧4.1V、発振波長440nm
の連続発振が1000時間以上の寿命で確認された。
06を以下のようにしてレーザ素子を作製した。 (活性層106)次に、温度を880℃にして、原料ガ
スにTMG、TMI及びアンモニアを用い、不純物ガス
としてシランガスを用い、Siを5×1018/cm3ド
ープしたIn0.12Ga0.88Nよりなる障壁層を100オ
ングストロームの膜厚で成長させる。続いて、温度を8
20℃に下げ、シランガスを止め、アンドープのIn
0.24Ga0.76Nよりなる井戸層を50オングストローム
の膜厚で成長させる。この障壁層、井戸層をさらに2回
繰り返して積層し、最後に障壁層を形成して、総膜厚5
50オングストロームの多重量子井戸(MQW)からな
る活性層106を成長させる。
のバンドギャップエネルギーの差は0.25eVとな
り、その他活性層以外の層は実施例1と同様にしてレー
ザ素子を作製したところ、室温においてしきい値電流は
65mA、しきい値電圧4.0V、発振波長430nm
の連続発振が1000時間以上の寿命で確認された。
06を以下のようにしてレーザ素子を作製した。 (活性層106)次に、温度を880℃にして、原料ガ
スにTMG、TMI及びアンモニアを用い、不純物ガス
としてシランガスを用い、Siを5×1018/cm3ド
ープしたIn0.26Ga0.74Nよりなる障壁層を100オ
ングストロームの膜厚で成長させる。続いて、温度を8
20℃に下げ、シランガスを止め、アンドープのIn
0.40Ga0.60Nよりなる井戸層を50オングストローム
の膜厚で成長させる。この障壁層、井戸層をさらに2回
繰り返して積層し、最後に障壁層13を形成して、総膜
厚550オングストロームの多重量子井戸(MQW)か
らなる活性層106を成長させる。
のバンドギャップエネルギーの差は0.25eVとな
り、その他活性層以外の層は実施例1と同様にしてレー
ザ素子を作製したところ、室温においてしきい値電流は
382mA、しきい値電圧4.4V、発振波長480n
mの連続発振が1000時間以上の寿命で確認された。
06を以下のようにしてレーザ素子を作製した。 (活性層)次に、温度を880℃にして、原料ガスにT
MG、TMI及びアンモニアを用い、不純物ガスとして
シランガスを用い、Siを5×1018/cm3ドープし
たIn0.26Ga0.74Nよりなる障壁層を100オングス
トロームの膜厚で成長させる。続いて、温度を820℃
に下げ、シランガスを止め、アンドープのIn0.37Ga
0.63Nよりなる井戸層を50オングストロームの膜厚で
成長させる。この障壁層、井戸層をさらに2回繰り返し
て積層し、最後に障壁層を形成して、総膜厚550オン
グストロームの多重量子井戸(MQW)からなる活性層
106を成長させる。
のバンドギャップエネルギーの差は0.20eVとな
り、その他活性層以外の層は実施例1と同様にしてレー
ザ素子を作製したところ、室温においてしきい値電流は
310mA、しきい値電圧4.3V、発振波長470n
mの連続発振が1000時間以上の寿命で確認された。
06を以下のようにしてレーザ素子を作製した。 (活性層)次に、温度を880℃にして、原料ガスにT
MG、TMI及びアンモニアを用い、不純物ガスとして
シランガスを用い、Siを5×1018/cm3ドープし
たIn0.19Ga0.81Nよりなる障壁層を100オングス
トロームの膜厚で成長させる。続いて、温度を820℃
に下げ、シランガスを止め、アンドープのIn0.37Ga
0.63Nよりなる井戸層を50オングストロームの膜厚で
成長させる。この障壁層、井戸層をさらに2回繰り返し
て積層し、最後に障壁層を形成して、総膜厚550オン
グストロームの多重量子井戸(MQW)からなる活性層
106を成長させる。
のバンドギャップエネルギーの差は0.30eVとな
り、その他活性層以外の層は実施例1と同様にしてレー
ザ素子を作製したところ、室温においてしきい値電流は
283mA、しきい値電圧4.2V、発振波長470n
mの連続発振が1000時間以上の寿命で確認された。
発振する窒化物半導体レーザ素子において、それぞれI
nXGa1-XN(0≦X≦1)からなる井戸層と障壁層を
含む多重量子井戸からなる活性層を有する窒化ガリウム
系半導体レーザ素子において、該井戸層と該障壁層との
バンドギャップエネルギーの差が0.20eV以上、
0.30eV以下とし、また/さらに前記障壁層に含ま
れるInの混晶比Xを0.09以上、0.30以下、前
記井戸層に含まれるInの混晶比Xを0.23以上、
0.40以下とすることで、井戸層と障壁層との格子不
整合を緩和し、結晶性の良好な活性層を形成することが
でき、しきい値電流の低い、また発光効率の良好な窒化
物半導体レーザ素子を得ることができた。
おいて、430nm以上、480nm以下の発振領域内
において、しきい値電流は400mA以下と非常に優れ
た特性を有する窒化物半導体レーザ素子を得ることがで
きた。
素子の構造を示す模式的な断面図。
半導体レーザにおける、発振波長としきい値電流との関
係を示す図。
Claims (4)
- 【請求項1】 それぞれInXGa1-XN(0≦X≦1)
からなる井戸層と障壁層を含む多重量子井戸からなる活
性層を有する窒化ガリウム系半導体レーザ素子におい
て、該井戸層と該障壁層とのバンドギャップエネルギー
の差が0.20eV以上、0.30eV以下であること
を特徴とする430nm以上で発振する窒化物半導体レ
ーザ素子。 - 【請求項2】 それぞれInXGa1-XN(0≦X≦1)
からなる井戸層と障壁層を含む多重量子井戸からなる活
性層を有する窒化ガリウム系半導体レーザ素子におい
て、該障壁層に含まれるInの混晶比Xが0.09以
上、0.30以下であり、該井戸層に含まれるInの混
晶比Xが0.23以上、0.40以下であり、かつ井戸
層にミニバンドを有することを特徴とする430nm以
上で発振する窒化物半導体レーザ素子。 - 【請求項3】 それぞれInXGa1-XN(0≦X≦1)
からなる井戸層と障壁層を含む多重量子井戸からなる活
性層を有する窒化ガリウム系半導体レーザ素子におい
て、該障壁層に含まれるInの混晶比Xが0.09以
上、0.30以下であり、かつ該井戸層と障壁層とのバ
ンドギャップエネルギーの差が0.20eV以上、0.
30eV以下であることを特徴とする窒化物半導体レー
ザ素子。 - 【請求項4】 前記窒化物半導体レーザ素子の発振波長
は430nm以上、480nm以下であることを特徴と
する請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の窒化物半
導体レーザ素子。
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JP33129799A JP4854829B2 (ja) | 1999-11-22 | 1999-11-22 | 窒化物半導体レーザ素子 |
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1999
- 1999-11-22 JP JP33129799A patent/JP4854829B2/ja not_active Expired - Fee Related
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