JP2001251022A - 発光素子 - Google Patents
発光素子Info
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- JP2001251022A JP2001251022A JP2000391412A JP2000391412A JP2001251022A JP 2001251022 A JP2001251022 A JP 2001251022A JP 2000391412 A JP2000391412 A JP 2000391412A JP 2000391412 A JP2000391412 A JP 2000391412A JP 2001251022 A JP2001251022 A JP 2001251022A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 発光効率が高く動作電流またはしきい値電流
が低い発光素子を提供することである。 【解決手段】 発光層８とｐ−ＡｌＧａＮからなるｐ−
クラッド層１０との間に、ｎ−ＧａＮからなるｎ−逆導
電型層９が形成されている。ｎ−逆導電帯層９の禁制帯
幅は、発光層８の禁制帯幅に比べて大きくかつｐ−クラ
ッド層１０の禁制帯幅に比べて小さい。
が低い発光素子を提供することである。 【解決手段】 発光層８とｐ−ＡｌＧａＮからなるｐ−
クラッド層１０との間に、ｎ−ＧａＮからなるｎ−逆導
電型層９が形成されている。ｎ−逆導電帯層９の禁制帯
幅は、発光層８の禁制帯幅に比べて大きくかつｐ−クラ
ッド層１０の禁制帯幅に比べて小さい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧電効果を有する
材料により形成される発光素子に関する。
材料により形成される発光素子に関する。
【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、可視から紫外にわたる領域
の光を発生する発光素子として応用が期待されている。
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、可視から紫外にわたる領域
の光を発生する発光素子として応用が期待されている。
【０００３】これらの応用の中で、ＧａＩｎＮ量子井戸
層を発光層とする半導体発光素子の実用化に向けて開発
が盛んに行われている。このような半導体発光素子は、
サファイア、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の基板の（０００
１）面上に、ＭＯＶＰＥ法（有機金属気相成長法）やＭ
ＢＥ法（分子線エピタキシャル成長法）により作製され
ている。
層を発光層とする半導体発光素子の実用化に向けて開発
が盛んに行われている。このような半導体発光素子は、
サファイア、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の基板の（０００
１）面上に、ＭＯＶＰＥ法（有機金属気相成長法）やＭ
ＢＥ法（分子線エピタキシャル成長法）により作製され
ている。
【０００４】図４２は従来のＧａＮ系半導体発光素子の
構成を示す模式的断面図である。図４２の半導体発光素
子は、特開平６−２６８２５７号公報に開示されてい
る。
構成を示す模式的断面図である。図４２の半導体発光素
子は、特開平６−２６８２５７号公報に開示されてい
る。
【０００５】図４２において、サファイア基板６１上
に、ＧａＮからなるバッファ層６２、ｎ−ＧａＮからな
るｎ−コンタクト層６３、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造
を有する発光層６４、およびｐ−ＧａＮからなるｐ−キ
ャップ層６５が順に形成されている。発光層６４は、組
成の異なるＧａＩｎＮからなる複数の障壁層６４ａおよ
び量子井戸層６４ｂが交互に積層されてなる。
に、ＧａＮからなるバッファ層６２、ｎ−ＧａＮからな
るｎ−コンタクト層６３、多重量子井戸（ＭＱＷ）構造
を有する発光層６４、およびｐ−ＧａＮからなるｐ−キ
ャップ層６５が順に形成されている。発光層６４は、組
成の異なるＧａＩｎＮからなる複数の障壁層６４ａおよ
び量子井戸層６４ｂが交互に積層されてなる。
【０００６】このような従来の半導体発光素子の製造方
法では、通常、ほぼ（０００１）面を主面とするサファ
イア基板６１を用い、例えばＭＯＶＰＥ法により、サフ
ァイア基板上にバッファ層６２からｐ−キャップ層６５
までの各層を順次形成する。この際、ｎ−コンタクト層
６３からｐ−キャップ層６５までの各層は、窒化物系半
導体の［０００１］方向に結晶成長する。
法では、通常、ほぼ（０００１）面を主面とするサファ
イア基板６１を用い、例えばＭＯＶＰＥ法により、サフ
ァイア基板上にバッファ層６２からｐ−キャップ層６５
までの各層を順次形成する。この際、ｎ−コンタクト層
６３からｐ−キャップ層６５までの各層は、窒化物系半
導体の［０００１］方向に結晶成長する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、一般的に閃
亜鉛鉱構造、ウルツ鉱構造等の対称中心を持たない結晶
では、歪により圧電効果が発生することがある。例え
ば、閃亜鉛鉱構造では、［１１１］軸に関して圧縮また
は伸張する歪において圧電効果が最も大きくなる。ま
た、ウルツ鉱構造では、［０００１］軸に関して圧縮ま
たは伸張する歪において圧電効果が最も大きくなる。
亜鉛鉱構造、ウルツ鉱構造等の対称中心を持たない結晶
では、歪により圧電効果が発生することがある。例え
ば、閃亜鉛鉱構造では、［１１１］軸に関して圧縮また
は伸張する歪において圧電効果が最も大きくなる。ま
た、ウルツ鉱構造では、［０００１］軸に関して圧縮ま
たは伸張する歪において圧電効果が最も大きくなる。
【０００８】上記の従来の半導体発光素子において、Ｇ
ａＩｎＮからなる発光層６４は、（０００１）面を主面
とする量子井戸構造を有する。ＧａＩｎＮからなる量子
井戸層６４ｂの格子定数は、ｎ−ＧａＮからなるｎ−コ
ンタクト層６３の格子定数よりも大きいので、量子井戸
層６４ｂには量子井戸の面内方向（界面に平行な方向）
に圧縮歪が加わり、量子井戸の閉じ込め方向（界面に垂
直な方向）には引張り歪が加わる。その結果、圧電効果
に伴う電位勾配が量子井戸層６４ｂ中に発生し、［００
０１］方向側の電位が低く、［０００-1］方向側の電位
が高くなる。この場合の量子井戸構造の発光層６４のエ
ネルギーバンドを図４３に示す。なお、図４３には、５
層の障壁層６４ａおよび４層の量子井戸層６４ｂが示さ
れる。
ａＩｎＮからなる発光層６４は、（０００１）面を主面
とする量子井戸構造を有する。ＧａＩｎＮからなる量子
井戸層６４ｂの格子定数は、ｎ−ＧａＮからなるｎ−コ
ンタクト層６３の格子定数よりも大きいので、量子井戸
層６４ｂには量子井戸の面内方向（界面に平行な方向）
に圧縮歪が加わり、量子井戸の閉じ込め方向（界面に垂
直な方向）には引張り歪が加わる。その結果、圧電効果
に伴う電位勾配が量子井戸層６４ｂ中に発生し、［００
０１］方向側の電位が低く、［０００-1］方向側の電位
が高くなる。この場合の量子井戸構造の発光層６４のエ
ネルギーバンドを図４３に示す。なお、図４３には、５
層の障壁層６４ａおよび４層の量子井戸層６４ｂが示さ
れる。
【０００９】図４３に示すように、発光層６４内の量子
井戸層６４ｂに電位勾配が発生するため、図４４に示す
ように、注入された電流による電子と正孔とが空間的に
分離する。その結果、半導体発光素子において、発光効
率が低下する。特に、半導体レーザ素子においては、し
きい値電流が高くなる。
井戸層６４ｂに電位勾配が発生するため、図４４に示す
ように、注入された電流による電子と正孔とが空間的に
分離する。その結果、半導体発光素子において、発光効
率が低下する。特に、半導体レーザ素子においては、し
きい値電流が高くなる。
【００１０】発光層６４の量子井戸層６４ｂに不純物を
添加すると、キャリアの移動により電位勾配が減少する
効果が現れる。しかし、量子井戸層６４ｂにｐ型不純物
およびｎ型不純物の両方が添加されると、キャリアが補
償され、キャリア濃度が低下する。それにより、キャリ
アの移動により電位勾配が減少する効果が小さくなる。
特に、量子井戸層６４ｂに添加されたｐ型不純物の濃度
とｎ型不純物の濃度とがほぼ等しい場合には、キャリア
の移動により電位勾配が減少する効果がさらに小さくな
る。
添加すると、キャリアの移動により電位勾配が減少する
効果が現れる。しかし、量子井戸層６４ｂにｐ型不純物
およびｎ型不純物の両方が添加されると、キャリアが補
償され、キャリア濃度が低下する。それにより、キャリ
アの移動により電位勾配が減少する効果が小さくなる。
特に、量子井戸層６４ｂに添加されたｐ型不純物の濃度
とｎ型不純物の濃度とがほぼ等しい場合には、キャリア
の移動により電位勾配が減少する効果がさらに小さくな
る。
【００１１】このような現象は、閃亜鉛鉱構造やウルツ
鉱構造等の他のIII −Ｖ族化合物半導体（例えばＧａＩ
ｎＰ系半導体、ＧａＡｓ系半導体またはＩｎＰ系半導
体）、II−VI族半導体、Ｉ−VII 族半導体においても発
生する。特に、窒化物系半導体では圧電効果が大きいた
め、圧電効果により発生する電位勾配が大きくなり、発
光効率の低下やしきい値電流および動作電流の上昇が顕
著に現れる。
鉱構造等の他のIII −Ｖ族化合物半導体（例えばＧａＩ
ｎＰ系半導体、ＧａＡｓ系半導体またはＩｎＰ系半導
体）、II−VI族半導体、Ｉ−VII 族半導体においても発
生する。特に、窒化物系半導体では圧電効果が大きいた
め、圧電効果により発生する電位勾配が大きくなり、発
光効率の低下やしきい値電流および動作電流の上昇が顕
著に現れる。
【００１２】本発明の目的は、発光効率が高く動作電流
またはしきい値電流が低い発光素子を提供することであ
る。
またはしきい値電流が低い発光素子を提供することであ
る。
【００１３】
【課題を解決するための手段および発明の効果】本発明
に係る発光素子は、圧電効果の発生を伴う歪を有する発
光層が第１のｎ型層と第１のｐ型層とに挟まれるように
配置された発光素子であって、圧電効果の結果として発
生する電位勾配のため発光層の電位は第１のｎ型層側が
第１のｐ型層側に比べて高く、少なくとも発光層と第１
のｐ型層との間に発光層よりも大きい禁制帯幅を有する
第２のｎ型層が設けられたものである。
に係る発光素子は、圧電効果の発生を伴う歪を有する発
光層が第１のｎ型層と第１のｐ型層とに挟まれるように
配置された発光素子であって、圧電効果の結果として発
生する電位勾配のため発光層の電位は第１のｎ型層側が
第１のｐ型層側に比べて高く、少なくとも発光層と第１
のｐ型層との間に発光層よりも大きい禁制帯幅を有する
第２のｎ型層が設けられたものである。
【００１４】本発明に係る発光素子においては、第２の
ｎ型層が発光層と第１のｐ型層との間に形成されたこと
により、発光層の界面に垂直な方向に電子の移動が生
じ、電子とイオン化したドナー準位とが空間的に分離さ
れ、界面に垂直な方向に圧電効果のために発生する電位
勾配が低減される。それにより、電流として注入される
電子と正孔との分離が抑制されるので、利得が得られや
すくなり、発光効率の低下および動作電流またはしきい
値電流の上昇が抑制される。
ｎ型層が発光層と第１のｐ型層との間に形成されたこと
により、発光層の界面に垂直な方向に電子の移動が生
じ、電子とイオン化したドナー準位とが空間的に分離さ
れ、界面に垂直な方向に圧電効果のために発生する電位
勾配が低減される。それにより、電流として注入される
電子と正孔との分離が抑制されるので、利得が得られや
すくなり、発光効率の低下および動作電流またはしきい
値電流の上昇が抑制される。
【００１５】また、第１のｐ型層は第１のクラッド層を
含み、第２のｎ型層の禁制帯幅が第１のクラッド層より
も小さくてもよい。この場合、第２のｎ型層の屈折率が
第１のクラッド層よりも大きくなるため、第２のｎ型層
が光ガイド層としての機能を有する。
含み、第２のｎ型層の禁制帯幅が第１のクラッド層より
も小さくてもよい。この場合、第２のｎ型層の屈折率が
第１のクラッド層よりも大きくなるため、第２のｎ型層
が光ガイド層としての機能を有する。
【００１６】本発明に係る発光素子は、圧電効果の発生
を伴う歪を有する発光層が第１のｎ型層と第１のｐ型層
とに挟まれるように配置された発光素子であって、圧電
効果の結果として発生する電位勾配のため発光層の電位
は第１のｎ型層側が第１のｐ型層側に比べて高く、少な
くとも発光層と第１のｎ型層との間に発光層よりも大き
い禁制帯幅を有する第２のｐ型層が設けられたものであ
る。
を伴う歪を有する発光層が第１のｎ型層と第１のｐ型層
とに挟まれるように配置された発光素子であって、圧電
効果の結果として発生する電位勾配のため発光層の電位
は第１のｎ型層側が第１のｐ型層側に比べて高く、少な
くとも発光層と第１のｎ型層との間に発光層よりも大き
い禁制帯幅を有する第２のｐ型層が設けられたものであ
る。
【００１７】本発明に係る発光素子においては、第２の
ｐ型層が発光層と第１のｎ型層との間に形成されること
により、発光層の界面に垂直な方向に正孔の移動が生
じ、正孔とイオン化したアクセプタ準位とが空間的に分
離され、界面に垂直な方向に圧電効果のために発生する
電位勾配が低減される。それにより、電流として注入さ
れる電子と正孔との分離が抑制されるので、利得が得ら
れやすくなり、発光効率の低下および動作電流またはし
きい値電流の上昇が抑制される。
ｐ型層が発光層と第１のｎ型層との間に形成されること
により、発光層の界面に垂直な方向に正孔の移動が生
じ、正孔とイオン化したアクセプタ準位とが空間的に分
離され、界面に垂直な方向に圧電効果のために発生する
電位勾配が低減される。それにより、電流として注入さ
れる電子と正孔との分離が抑制されるので、利得が得ら
れやすくなり、発光効率の低下および動作電流またはし
きい値電流の上昇が抑制される。
【００１８】また、第１のｎ型層が第２のクラッド層を
含み、第２のｐ型層の禁制帯幅が第２のクラッド層より
も小さくてもよい。この場合、第２のｐ型層の屈折率が
第２のクラッド層よりも大きくなるため、第２のｐ型層
が光ガイド層としての機能を有する。
含み、第２のｐ型層の禁制帯幅が第２のクラッド層より
も小さくてもよい。この場合、第２のｐ型層の屈折率が
第２のクラッド層よりも大きくなるため、第２のｐ型層
が光ガイド層としての機能を有する。
【００１９】発光層を構成する材料の構造はウルツ鉱構
造であってもよい。ウルツ鉱構造の結晶においては、歪
により圧電効果が発生する。したがって、発光層と第１
のｐ型層との間に第２のｎ型層を設けるか、あるいは発
光層と第１のｎ型層との間に第２のｐ型層を設けること
により、圧電効果のために発生した発光層の電位勾配が
減少する。
造であってもよい。ウルツ鉱構造の結晶においては、歪
により圧電効果が発生する。したがって、発光層と第１
のｐ型層との間に第２のｎ型層を設けるか、あるいは発
光層と第１のｎ型層との間に第２のｐ型層を設けること
により、圧電効果のために発生した発光層の電位勾配が
減少する。
【００２０】発光層の主面はほぼ＜０００１＞方向であ
ってもよい。ウルツ鉱構造の結晶では＜０００１＞軸に
関して圧縮または伸張する歪による圧電効果が最も大き
くなるので、第２のｎ型層または第２のｐ型層を形成す
ることによる電位勾配の減少の効果が顕著に現れる。
ってもよい。ウルツ鉱構造の結晶では＜０００１＞軸に
関して圧縮または伸張する歪による圧電効果が最も大き
くなるので、第２のｎ型層または第２のｐ型層を形成す
ることによる電位勾配の減少の効果が顕著に現れる。
【００２１】発光層を構成する材料の構造は閃亜鉛鉱構
造であってもよい。閃亜鉛鉱構造の結晶においては、歪
により圧電効果が発生する。したがって、発光層と第１
のｐ型層との間に第２のｎ型層を設けるかまたは発光層
と第１のｎ型層との間に第２のｐ型層を設けることによ
り、圧電効果のために発生した発光層の電位勾配が減少
する。
造であってもよい。閃亜鉛鉱構造の結晶においては、歪
により圧電効果が発生する。したがって、発光層と第１
のｐ型層との間に第２のｎ型層を設けるかまたは発光層
と第１のｎ型層との間に第２のｐ型層を設けることによ
り、圧電効果のために発生した発光層の電位勾配が減少
する。
【００２２】また、発光層の主面はほぼ＜１１１＞方向
であってもよい。閃亜鉛鉱構造の結晶では、＜１１１＞
軸方向に関して圧縮または伸張する歪による圧電効果が
最も大きくなるので、第２のｎ型層または第２のｐ型層
を形成することによる電位勾配の減少の効果が顕著に現
れる。
であってもよい。閃亜鉛鉱構造の結晶では、＜１１１＞
軸方向に関して圧縮または伸張する歪による圧電効果が
最も大きくなるので、第２のｎ型層または第２のｐ型層
を形成することによる電位勾配の減少の効果が顕著に現
れる。
【００２３】圧電効果の発生を伴う歪は、発光層の面内
方向に発光層を圧縮する歪を含んでもよい。この場合に
は、発光層の面内方向に発光を圧縮する歪により圧電効
果が発生する。したがって、発光層と第１のｐ型層との
間に第２のｎ型層を形成するかあるいは発光層と第１の
ｎ型層との間に第２のｐ型層を形成することにより、圧
電効果のために発生する電位勾配が低減される。
方向に発光層を圧縮する歪を含んでもよい。この場合に
は、発光層の面内方向に発光を圧縮する歪により圧電効
果が発生する。したがって、発光層と第１のｐ型層との
間に第２のｎ型層を形成するかあるいは発光層と第１の
ｎ型層との間に第２のｐ型層を形成することにより、圧
電効果のために発生する電位勾配が低減される。
【００２４】圧電効果の発生を伴う歪は、発光層の面内
方向に発光層を伸張する歪を含んでもよい。この場合に
は、発光層の面内方向に発光層を伸張する歪により圧電
効果が発生する。したがって、発光層と第１のｐ型層と
の間に第２のｎ型層を形成するかあるいは発光層と第１
のｎ型層との間に第２のｐ型層を形成することにより、
圧電効果のために発生する電位勾配が低減される。
方向に発光層を伸張する歪を含んでもよい。この場合に
は、発光層の面内方向に発光層を伸張する歪により圧電
効果が発生する。したがって、発光層と第１のｐ型層と
の間に第２のｎ型層を形成するかあるいは発光層と第１
のｎ型層との間に第２のｐ型層を形成することにより、
圧電効果のために発生する電位勾配が低減される。
【００２５】発光層を構成する材料はIII −Ｖ族化合物
半導体であってもよい。また、III−Ｖ族化合物半導体
は、ホウ素、ガリウム、アルミニウムおよびインジウム
の少なくとも１つを含む窒化物系半導体であってもよ
い。特に、窒化物系半導体では圧電効果が大きいため、
圧電効果により発生する電位勾配が大きくなる。したが
って、発光層と第１のｐ型層との間に第２のｎ型層を形
成するかあるいは発光層と第１のｎ型層との間に第２の
ｐ型層を形成することによる電位勾配の減少の効果が顕
著に現れる。
半導体であってもよい。また、III−Ｖ族化合物半導体
は、ホウ素、ガリウム、アルミニウムおよびインジウム
の少なくとも１つを含む窒化物系半導体であってもよ
い。特に、窒化物系半導体では圧電効果が大きいため、
圧電効果により発生する電位勾配が大きくなる。したが
って、発光層と第１のｐ型層との間に第２のｎ型層を形
成するかあるいは発光層と第１のｎ型層との間に第２の
ｐ型層を形成することによる電位勾配の減少の効果が顕
著に現れる。
【００２６】発光層を構成する材料はII−VI族化合物半
導体またはＩ−ＶII族化合物半導体であってもよい。こ
の場合にも、発光層と第１のｐ型層との間に第２のｎ型
層を形成するかあるいは発光層と第１のｎ型層との間に
第２のｐ型層を形成することにより、圧電効果のために
発生する電位勾配を低減することができる。
導体またはＩ−ＶII族化合物半導体であってもよい。こ
の場合にも、発光層と第１のｐ型層との間に第２のｎ型
層を形成するかあるいは発光層と第１のｎ型層との間に
第２のｐ型層を形成することにより、圧電効果のために
発生する電位勾配を低減することができる。
【００２７】上記の発光素子において、発光層は、圧電
効果の発生を伴う歪を有する１つ以上の井戸層と、井戸
層を挟むように配置された２つ以上の障壁層とから構成
される量子井戸構造を有し、圧電効果の結果として発生
する電位勾配のため井戸層内の電位は、第１のｎ型層側
が第１のｐ型層側に比べて高くてもよい。この場合に
は、発光層と第１のｐ型層との間に第２のｎ型層を形成
するかあるいは発光層と第１のｎ型層との間に第２のｐ
型層を形成することにより、量子井戸構造の閉じ込め方
向に圧電効果のために発生する電位勾配が低減される。
効果の発生を伴う歪を有する１つ以上の井戸層と、井戸
層を挟むように配置された２つ以上の障壁層とから構成
される量子井戸構造を有し、圧電効果の結果として発生
する電位勾配のため井戸層内の電位は、第１のｎ型層側
が第１のｐ型層側に比べて高くてもよい。この場合に
は、発光層と第１のｐ型層との間に第２のｎ型層を形成
するかあるいは発光層と第１のｎ型層との間に第２のｐ
型層を形成することにより、量子井戸構造の閉じ込め方
向に圧電効果のために発生する電位勾配が低減される。
【００２８】また、量子井戸構造の発光層中にアクセプ
タ準位およびドナー準位のうち少なくとも一方の準位が
量子井戸構造の閉じ込め方向に圧電効果の結果として発
生する電位勾配を低減するように不均一に形成されても
よい。
タ準位およびドナー準位のうち少なくとも一方の準位が
量子井戸構造の閉じ込め方向に圧電効果の結果として発
生する電位勾配を低減するように不均一に形成されても
よい。
【００２９】この場合、量子井戸構造の発光層中にアク
セプタ準位およびドナー準位のうち少なくとも一方の準
位が不均一に形成されることにより、量子井戸構造の閉
じ込め方向に圧電効果のために発生する電位勾配がさら
に低減される。それにより、電流として注入される電子
と正孔との分離がさらに抑制されるので、利得が得られ
やすくなり、発光効率の低下および動作電流またはしき
い値電流の上昇がさらに抑制される。
セプタ準位およびドナー準位のうち少なくとも一方の準
位が不均一に形成されることにより、量子井戸構造の閉
じ込め方向に圧電効果のために発生する電位勾配がさら
に低減される。それにより、電流として注入される電子
と正孔との分離がさらに抑制されるので、利得が得られ
やすくなり、発光効率の低下および動作電流またはしき
い値電流の上昇がさらに抑制される。
【００３０】発光層は、２つ以上の井戸層と、井戸層を
挟む３つ以上の障壁層とにより構成される多重量子井戸
構造を有してもよい。また、発光層は、１つの井戸層
と、井戸層を挟む２つの障壁層とにより構成される単一
量子井戸構造を有してもよい。
挟む３つ以上の障壁層とにより構成される多重量子井戸
構造を有してもよい。また、発光層は、１つの井戸層
と、井戸層を挟む２つの障壁層とにより構成される単一
量子井戸構造を有してもよい。
【００３１】井戸層内において、圧電効果の結果として
発生する電位の高い側に電位の低い側に比べてアクセプ
タ準位が多く形成されてもよい。
発生する電位の高い側に電位の低い側に比べてアクセプ
タ準位が多く形成されてもよい。
【００３２】この場合、量子井戸構造の閉じ込め方向に
正孔の移動が生じ、正孔とイオン化したアクセプタ準位
とが空間的に分離する。それにより、圧電効果のために
発生した井戸層の電位勾配が減少する。
正孔の移動が生じ、正孔とイオン化したアクセプタ準位
とが空間的に分離する。それにより、圧電効果のために
発生した井戸層の電位勾配が減少する。
【００３３】井戸層内において、圧電効果の結果として
発生する電位の低い側に電位の高い側に比べてドナー準
位が多く形成されてもよい。
発生する電位の低い側に電位の高い側に比べてドナー準
位が多く形成されてもよい。
【００３４】この場合、量子井戸構造の閉じ込め方向に
電子の移動が生じ、電子とイオン化したドナー準位とが
空間的に分離する。それにより、圧電効果のために発生
した井戸層の電位勾配がさらに減少する。
電子の移動が生じ、電子とイオン化したドナー準位とが
空間的に分離する。それにより、圧電効果のために発生
した井戸層の電位勾配がさらに減少する。
【００３５】障壁層内において、圧電効果の結果として
発生する電位の高い側の井戸層の界面と接する部分に電
位の低い側の井戸層の界面と接する部分に比べてアクセ
プタ準位が多く形成されてもよい。
発生する電位の高い側の井戸層の界面と接する部分に電
位の低い側の井戸層の界面と接する部分に比べてアクセ
プタ準位が多く形成されてもよい。
【００３６】この場合、量子井戸構造の閉じ込め方向に
正孔の移動が生じ、正孔とイオン化したアクセプタ準位
とが空間的に分離する。それにより、圧電効果のために
発生した井戸層の電位勾配がさらに減少する。
正孔の移動が生じ、正孔とイオン化したアクセプタ準位
とが空間的に分離する。それにより、圧電効果のために
発生した井戸層の電位勾配がさらに減少する。
【００３７】障壁層内において、圧電効果の結果として
発生する電位の低い側の井戸層の界面と接する部分に電
位の高い側の井戸層の界面と接する部分に比べてドナー
準位が多く形成されてもよい。
発生する電位の低い側の井戸層の界面と接する部分に電
位の高い側の井戸層の界面と接する部分に比べてドナー
準位が多く形成されてもよい。
【００３８】この場合、量子井戸構造の閉じ込め方向に
電子の移動が生じ、電子とイオン化したドナー準位とが
空間的に分離する。それにより、圧電効果のために発生
した井戸層の電位勾配がさらに減少する。
電子の移動が生じ、電子とイオン化したドナー準位とが
空間的に分離する。それにより、圧電効果のために発生
した井戸層の電位勾配がさらに減少する。
【００３９】量子井戸層構造の発光層中にアクセプタ準
位およびドナー準位の両方が形成されてもよい。この場
合、電子と正孔とが補償され、アクセプタ準位およびド
ナー準位の形成によるキャリアはほとんど発生しない
が、イオン化したアクセプタ準位とイオン化したドナー
準位とにより圧電効果のために発生した電位勾配が減少
する。
位およびドナー準位の両方が形成されてもよい。この場
合、電子と正孔とが補償され、アクセプタ準位およびド
ナー準位の形成によるキャリアはほとんど発生しない
が、イオン化したアクセプタ準位とイオン化したドナー
準位とにより圧電効果のために発生した電位勾配が減少
する。
【００４０】アクセプタ準位の濃度とドナー準位の濃度
とがほぼ等しくてもよい。この場合には、キャリアが補
償されやすいが、電位勾配が減少する効果は大きい。
とがほぼ等しくてもよい。この場合には、キャリアが補
償されやすいが、電位勾配が減少する効果は大きい。
【００４１】
【発明の実施の形態】（Ａ）第１の実施の形態 第１の実施の形態の発光素子は、（０００１）面を主面
とするウルツ鉱構造の発光層を有する。この発光層は、
発光層の面に垂直な方向（界面に垂直な方向）に歪を有
する。このような発光層中には、圧電効果により電位勾
配が形成される。
とするウルツ鉱構造の発光層を有する。この発光層は、
発光層の面に垂直な方向（界面に垂直な方向）に歪を有
する。このような発光層中には、圧電効果により電位勾
配が形成される。
【００４２】ここで、歪を有する発光層は、単層構造で
あってもよい。あるいは、１つの量子井戸層が２つの障
壁層の間に挟まれた単一量子井戸構造（ＳＱＷ構造）で
あってもよく、また２つ以上の井戸層と３つ以上の障壁
層とが交互に積層されてなる多重量子井戸構造（ＭＱＷ
構造）であってもよい。ＳＱＷ構造およびＭＱＷ構造の
ような量子井戸構造を有する発光層においては、井戸層
が歪を有しており、井戸層内に圧電効果により電位勾配
が形成される。
あってもよい。あるいは、１つの量子井戸層が２つの障
壁層の間に挟まれた単一量子井戸構造（ＳＱＷ構造）で
あってもよく、また２つ以上の井戸層と３つ以上の障壁
層とが交互に積層されてなる多重量子井戸構造（ＭＱＷ
構造）であってもよい。ＳＱＷ構造およびＭＱＷ構造の
ような量子井戸構造を有する発光層においては、井戸層
が歪を有しており、井戸層内に圧電効果により電位勾配
が形成される。
【００４３】発光層はｐ型層とｎ型層とに挟まれるよう
に配置される。ｐ型層にはｐ電極が形成されており、ｐ
電極からｐ型層に正孔が注入される。ｎ型層にはｎ電極
が形成されており、ｎ電極からｎ型層に電子が注入され
る。
に配置される。ｐ型層にはｐ電極が形成されており、ｐ
電極からｐ型層に正孔が注入される。ｎ型層にはｎ電極
が形成されており、ｎ電極からｎ型層に電子が注入され
る。
【００４４】III −Ｖ族化合物半導体において、発光層
が面内方向（界面に平行な方向）に圧縮歪を有し、発光
層の界面に垂直な方向に伸張する歪を有する場合、圧電
効果により発生した発光層中の電位勾配において、［０
００-1］方向側の電位が高く、［０００１］方向側の電
位が低い。このような歪を発光層に有し、［０００１］
方向側にｐ型層を有し、［０００-1］方向側にｎ型層を
有している発光素子において、発光層における電位は、
ｎ型層側の方がｐ型層側に比べて高い。なお、発光層が
量子井戸構造を有する場合において、量子井戸層内にお
ける電位は、ｎ型層側の方がｐ型層側に比べて高い。圧
電効果のために発生した電位勾配を減少させるために
は、ｐ型層と発光層との間に、発光層に比べて大きな禁
制帯幅を有するｎ型の逆導電型層を形成する。あるい
は、ｎ型層と発光層との間に、発光層に比べて大きな禁
制帯幅を有するｐ型の逆導電型層を形成する。このよう
な方法により、発光層が単層構造を有する場合、および
量子井戸構造を有する場合のいずれにおいても、同様の
効果が得られる。
が面内方向（界面に平行な方向）に圧縮歪を有し、発光
層の界面に垂直な方向に伸張する歪を有する場合、圧電
効果により発生した発光層中の電位勾配において、［０
００-1］方向側の電位が高く、［０００１］方向側の電
位が低い。このような歪を発光層に有し、［０００１］
方向側にｐ型層を有し、［０００-1］方向側にｎ型層を
有している発光素子において、発光層における電位は、
ｎ型層側の方がｐ型層側に比べて高い。なお、発光層が
量子井戸構造を有する場合において、量子井戸層内にお
ける電位は、ｎ型層側の方がｐ型層側に比べて高い。圧
電効果のために発生した電位勾配を減少させるために
は、ｐ型層と発光層との間に、発光層に比べて大きな禁
制帯幅を有するｎ型の逆導電型層を形成する。あるい
は、ｎ型層と発光層との間に、発光層に比べて大きな禁
制帯幅を有するｐ型の逆導電型層を形成する。このよう
な方法により、発光層が単層構造を有する場合、および
量子井戸構造を有する場合のいずれにおいても、同様の
効果が得られる。
【００４５】さらに、発光層が量子井戸構造を有する場
合においては、量子井戸層にアクセプタ準位またはドナ
ー準位を不均一に形成することで、圧電効果のために発
生した発光層の電位勾配をさらに低減することができ
る。この場合、アクセプタ準位を量子井戸層中の［００
０-1］方向側の部分に多く形成し、または障壁層中で量
子井戸層の［０００-1］方向側の界面と接する部分に多
く形成する。あるいは、ドナー準位を量子井戸層中の
［０００１］方向側の部分に多く形成し、または障壁層
中で量子井戸層の［０００１］方向側の界面と接する部
分に多く形成する。
合においては、量子井戸層にアクセプタ準位またはドナ
ー準位を不均一に形成することで、圧電効果のために発
生した発光層の電位勾配をさらに低減することができ
る。この場合、アクセプタ準位を量子井戸層中の［００
０-1］方向側の部分に多く形成し、または障壁層中で量
子井戸層の［０００-1］方向側の界面と接する部分に多
く形成する。あるいは、ドナー準位を量子井戸層中の
［０００１］方向側の部分に多く形成し、または障壁層
中で量子井戸層の［０００１］方向側の界面と接する部
分に多く形成する。
【００４６】一方、III −Ｖ族化合物半導体において、
発光層が面内方向（界面に平行な方向）に伸張する歪を
有し、発光層の界面に垂直な方向に圧縮歪を有する場
合、圧電効果により発生した発光層中の電位勾配におい
て、［０００１］方向側の電位が高く、［０００-1］方
向側の電位が低い。このような歪を発光層に有し、［０
００１］方向側にｎ型層を有し、［０００-1］方向側に
ｐ型層を有している発光素子において、発光層における
電位は、ｎ型層側の方がｐ型層側に比べて高い。なお、
発光層が量子井戸構造を有する場合において、量子井戸
層内における電位は、ｎ型層側の方がｐ型層側に比べて
高い。圧電効果のために発生した電位勾配を減少させる
ためには、ｐ型層と発光層との間に、発光層に比べて大
きな禁制帯幅を有するｎ型の逆導電型層を形成する。あ
るいは、ｎ型層と発光層との間に、発光層に比べて大き
な禁制帯幅を有するｐ型の逆導電型層を形成する。この
ような方法により、発光層が単層構造を有する場合、お
よび量子井戸構造を有する場合のいずれにおいても、同
様の効果が得られる。
発光層が面内方向（界面に平行な方向）に伸張する歪を
有し、発光層の界面に垂直な方向に圧縮歪を有する場
合、圧電効果により発生した発光層中の電位勾配におい
て、［０００１］方向側の電位が高く、［０００-1］方
向側の電位が低い。このような歪を発光層に有し、［０
００１］方向側にｎ型層を有し、［０００-1］方向側に
ｐ型層を有している発光素子において、発光層における
電位は、ｎ型層側の方がｐ型層側に比べて高い。なお、
発光層が量子井戸構造を有する場合において、量子井戸
層内における電位は、ｎ型層側の方がｐ型層側に比べて
高い。圧電効果のために発生した電位勾配を減少させる
ためには、ｐ型層と発光層との間に、発光層に比べて大
きな禁制帯幅を有するｎ型の逆導電型層を形成する。あ
るいは、ｎ型層と発光層との間に、発光層に比べて大き
な禁制帯幅を有するｐ型の逆導電型層を形成する。この
ような方法により、発光層が単層構造を有する場合、お
よび量子井戸構造を有する場合のいずれにおいても、同
様の効果が得られる。
【００４７】さらに、発光層が量子井戸構造を有する場
合においては、量子井戸層にアクセプタ準位またはドナ
ー準位を不均一に形成することで、圧電効果のために発
生した発光層の電位勾配をさらに低減することができ
る。この場合、アクセプタ準位を量子井戸層中の［００
０１］方向側の部分に多く形成し、または障壁層中で量
子井戸層の［０００１］方向側の界面と接する部分に多
く形成する。あるいは、ドナー準位を量子井戸層中の
［０００-1］方向側の部分に多く形成し、または障壁層
中で量子井戸層の［０００-1］方向側の界面と接する部
分に多く形成する。
合においては、量子井戸層にアクセプタ準位またはドナ
ー準位を不均一に形成することで、圧電効果のために発
生した発光層の電位勾配をさらに低減することができ
る。この場合、アクセプタ準位を量子井戸層中の［００
０１］方向側の部分に多く形成し、または障壁層中で量
子井戸層の［０００１］方向側の界面と接する部分に多
く形成する。あるいは、ドナー準位を量子井戸層中の
［０００-1］方向側の部分に多く形成し、または障壁層
中で量子井戸層の［０００-1］方向側の界面と接する部
分に多く形成する。
【００４８】図１は本発明の第１〜第８の実施例におけ
る半導体レーザ素子の構成を示す模式的斜視図である。
る半導体レーザ素子の構成を示す模式的斜視図である。
【００４９】図１において、サファイア基板１の（００
０１）面上に厚さ１５ｎｍ程度のＡｌＧａＮからなるバ
ッファ層２が形成されている。このバッファ層２上に、
厚さ０．５μｍ程度のアンドープＧａＮ層３、厚さ４μ
ｍ程度のｎ−ＧａＮからなるｎ−コンタクト層４、厚さ
０．１μｍ程度のｎ−ＧａＩｎＮからなるｎ−クラック
防止層５、厚さ０．４５μｍ程度のｎ−ＡｌＧａＮから
なるｎ−クラッド層６、厚さ５０ｎｍ程度のｎ−ＧａＮ
からなるｎ−クラッド層７、および厚さ５０ｎｍ程度の
ＧａＩｎＮからなる発光層８が順に形成されている。こ
の場合においては、ｎ−クラッド層７が光ガイド層とし
ての機能も兼ね備えている。
０１）面上に厚さ１５ｎｍ程度のＡｌＧａＮからなるバ
ッファ層２が形成されている。このバッファ層２上に、
厚さ０．５μｍ程度のアンドープＧａＮ層３、厚さ４μ
ｍ程度のｎ−ＧａＮからなるｎ−コンタクト層４、厚さ
０．１μｍ程度のｎ−ＧａＩｎＮからなるｎ−クラック
防止層５、厚さ０．４５μｍ程度のｎ−ＡｌＧａＮから
なるｎ−クラッド層６、厚さ５０ｎｍ程度のｎ−ＧａＮ
からなるｎ−クラッド層７、および厚さ５０ｎｍ程度の
ＧａＩｎＮからなる発光層８が順に形成されている。こ
の場合においては、ｎ−クラッド層７が光ガイド層とし
ての機能も兼ね備えている。
【００５０】なお、後述するように、第１の実施例の半
導体レーザ素子の発光層８は、単層構造を有する。ま
た、第２〜第８の実施例の半導体レーザ素子の発光層８
は、多重量子井戸構造を有する。
導体レーザ素子の発光層８は、単層構造を有する。ま
た、第２〜第８の実施例の半導体レーザ素子の発光層８
は、多重量子井戸構造を有する。
【００５１】発光層８上に、厚さ４０ｎｍ程度のｎ−Ｇ
ａＮからなるｎ−逆導電型層９、厚さ０．４５μｍ程度
のｐ−ＡｌＧａＮからなるｐ−クラッド層１０および厚
さ５０ｎｍ程度のｐ−ＧａＮからなるｐ−キャップ層１
１が順に形成されている。
ａＮからなるｎ−逆導電型層９、厚さ０．４５μｍ程度
のｐ−ＡｌＧａＮからなるｐ−クラッド層１０および厚
さ５０ｎｍ程度のｐ−ＧａＮからなるｐ−キャップ層１
１が順に形成されている。
【００５２】ｐ−キャップ層１１上には、厚さ０．２μ
ｍ程度のシリコン窒化物からなる電流狭窄層（電流ブロ
ック層）１４が形成されている。電流狭窄層１４は、幅
２μｍ程度のストライプ状開口部を有し、このストライ
プ状開口部が電流通路１３となる。
ｍ程度のシリコン窒化物からなる電流狭窄層（電流ブロ
ック層）１４が形成されている。電流狭窄層１４は、幅
２μｍ程度のストライプ状開口部を有し、このストライ
プ状開口部が電流通路１３となる。
【００５３】電流狭窄層１４のストライプ状開口部内お
よびｐ−キャップ層１１上および電流狭窄層１４上に
は、厚さ３〜５μｍのｐ−ＧａＮからなるｐ−コンタク
ト層１２が形成されている。アンドープＧａＮ層３から
ｐ−コンタクト層１２までの各層はウルツ鉱構造を有
し、これらの窒化物系半導体の［０００１］方向に成長
している。
よびｐ−キャップ層１１上および電流狭窄層１４上に
は、厚さ３〜５μｍのｐ−ＧａＮからなるｐ−コンタク
ト層１２が形成されている。アンドープＧａＮ層３から
ｐ−コンタクト層１２までの各層はウルツ鉱構造を有
し、これらの窒化物系半導体の［０００１］方向に成長
している。
【００５４】ｐ−コンタクト層１２からｎ−コンタクト
層４までの一部領域が除去され、ｎ−コンタクト層４の
表面が露出している。それにより、幅約１０μｍのメサ
形状が形成されている。ｐ−コンタクト層１２上にｐ電
極１５が形成され、ｎ−コンタクト層４の露出した表面
上にｎ電極１６が形成されている。
層４までの一部領域が除去され、ｎ−コンタクト層４の
表面が露出している。それにより、幅約１０μｍのメサ
形状が形成されている。ｐ−コンタクト層１２上にｐ電
極１５が形成され、ｎ−コンタクト層４の露出した表面
上にｎ電極１６が形成されている。
【００５５】上記の半導体レーザ素子は、ＩｎＧａＮか
らなり（０００１）面を主面とする発光層８を有すると
ともに、発光層８の［０００１］方向にｐ−クラッド層
１０を有し、発光層８の［０００-1］方向側にｎ−クラ
ッド層７を有する。この場合、発光層８の面内方向（界
面に平行な方向）に圧縮歪が発生し、発光層８の界面に
垂直な方向に伸張する歪が発生する。その結果、発光層
８内に圧電効果に伴う電位勾配が形成される。この電位
勾配において、ｎ−クラッド層７が形成された［０００
-1］方向側の電位が高く、ｐ−クラッド層１０が形成さ
れた［０００１］側の電位が低い。
らなり（０００１）面を主面とする発光層８を有すると
ともに、発光層８の［０００１］方向にｐ−クラッド層
１０を有し、発光層８の［０００-1］方向側にｎ−クラ
ッド層７を有する。この場合、発光層８の面内方向（界
面に平行な方向）に圧縮歪が発生し、発光層８の界面に
垂直な方向に伸張する歪が発生する。その結果、発光層
８内に圧電効果に伴う電位勾配が形成される。この電位
勾配において、ｎ−クラッド層７が形成された［０００
-1］方向側の電位が高く、ｐ−クラッド層１０が形成さ
れた［０００１］側の電位が低い。
【００５６】以下の第１〜第８の実施例では、発光層８
に形成される電位勾配を低減するために、ｐ−クラッド
層１０と発光層８との間に、発光層８に比べて大きな禁
制帯幅を有するｎ−ＧａＮからなるｎ−逆導電型層９が
形成されている。なお、ｎ−逆導電型層９の厚さは１〜
１００ｎｍ程度であることが好ましく、例えばこの場合
においては４０ｎｍ程度である。また、ｎ−逆導電型層
９のドナー準位の濃度は１×１０17〜３×１０18ｃｍ-3
程度であることが好ましい。さらに、後述のように、ｎ
−逆導電型層９は、ｐ−クラッド層１０に比べて屈折率
が高いため、光ガイド層としての機能も兼ね備えてい
る。
に形成される電位勾配を低減するために、ｐ−クラッド
層１０と発光層８との間に、発光層８に比べて大きな禁
制帯幅を有するｎ−ＧａＮからなるｎ−逆導電型層９が
形成されている。なお、ｎ−逆導電型層９の厚さは１〜
１００ｎｍ程度であることが好ましく、例えばこの場合
においては４０ｎｍ程度である。また、ｎ−逆導電型層
９のドナー準位の濃度は１×１０17〜３×１０18ｃｍ-3
程度であることが好ましい。さらに、後述のように、ｎ
−逆導電型層９は、ｐ−クラッド層１０に比べて屈折率
が高いため、光ガイド層としての機能も兼ね備えてい
る。
【００５７】（１）第１の実施例 図２および図３は第１の実施例の半導体レーザ素子にお
けるｎ−クラッド層７、発光層８、ｎ−逆導電型層９お
よびｐ−クラッド層１０のエネルギーバンド図である。
なお、実施例１の半導体レーザ素子において、発光層８
は単層構造を有する。
けるｎ−クラッド層７、発光層８、ｎ−逆導電型層９お
よびｐ−クラッド層１０のエネルギーバンド図である。
なお、実施例１の半導体レーザ素子において、発光層８
は単層構造を有する。
【００５８】ここで、厚さ０．５μｍ程度のアンドープ
ＧａＮ層３および厚さ４μｍ程度のｎ−ＧａＮからなる
ｎ−コンタクト層４の格子定数に比べて、ＩｎＧａＮか
らなる発光層８の格子定数が大きいので、発光層８の面
内方向（界面に平行な方向）に圧縮歪が発生し、発光層
８の界面に垂直な方向に伸張する歪が発生する。
ＧａＮ層３および厚さ４μｍ程度のｎ−ＧａＮからなる
ｎ−コンタクト層４の格子定数に比べて、ＩｎＧａＮか
らなる発光層８の格子定数が大きいので、発光層８の面
内方向（界面に平行な方向）に圧縮歪が発生し、発光層
８の界面に垂直な方向に伸張する歪が発生する。
【００５９】図２に示すように、発光層８には圧電効果
に伴う電位勾配が形成されているため、発光層８の禁制
帯（エネルギーバンド）は勾配を有する。発光層８のエ
ネルギーバンドにおいて、［０００１］方向側つまりｐ
−クラッド層１０側が、［０００-1］方向側つまりｎ−
クラッド層７側に比べて高い。
に伴う電位勾配が形成されているため、発光層８の禁制
帯（エネルギーバンド）は勾配を有する。発光層８のエ
ネルギーバンドにおいて、［０００１］方向側つまりｐ
−クラッド層１０側が、［０００-1］方向側つまりｎ−
クラッド層７側に比べて高い。
【００６０】発光層８の［０００１］方向側つまりエネ
ルギーバンドのエネルギーの高い側に、ドナー準位が形
成されるとともに発光層８に比べて大きな禁制帯幅（エ
ネルギーバンドギャップ）を有するｎ−ＧａＮからなる
ｎ−逆導電型層９が形成されている。このｎ−逆導電型
層９の禁制帯幅は、ｐ−ＡｌＧａＮからなるｐ−クラッ
ド層１０に比べて小さいので、ｎ−逆導電型層９の屈折
率はｐ−クラッド層１０に比べ大きい。したがって、ｎ
−逆導電型層９は光ガイド層としての機能も有してい
る。
ルギーバンドのエネルギーの高い側に、ドナー準位が形
成されるとともに発光層８に比べて大きな禁制帯幅（エ
ネルギーバンドギャップ）を有するｎ−ＧａＮからなる
ｎ−逆導電型層９が形成されている。このｎ−逆導電型
層９の禁制帯幅は、ｐ−ＡｌＧａＮからなるｐ−クラッ
ド層１０に比べて小さいので、ｎ−逆導電型層９の屈折
率はｐ−クラッド層１０に比べ大きい。したがって、ｎ
−逆導電型層９は光ガイド層としての機能も有してい
る。
【００６１】本実施例では、図２に示すように発光層８
の［０００１］方向側、すなわちエネルギーバンドのエ
ネルギーの高い側に発光層８に比べて大きな禁制帯幅を
有するｎ−逆導電型層９が形成されているので、図３に
示すように［０００-1］方向に電子の移動が生じ、電子
とイオン化したドナー準位とが空間的に分離する。それ
により、圧電効果のために発生した発光層８の電位勾配
が減少し、エネルギーバンドの勾配も減少する。その結
果、電流として注入された電子と正孔との分離が抑制さ
れるので、発光効率の低下およびしきい値電流の上昇が
抑制される。
の［０００１］方向側、すなわちエネルギーバンドのエ
ネルギーの高い側に発光層８に比べて大きな禁制帯幅を
有するｎ−逆導電型層９が形成されているので、図３に
示すように［０００-1］方向に電子の移動が生じ、電子
とイオン化したドナー準位とが空間的に分離する。それ
により、圧電効果のために発生した発光層８の電位勾配
が減少し、エネルギーバンドの勾配も減少する。その結
果、電流として注入された電子と正孔との分離が抑制さ
れるので、発光効率の低下およびしきい値電流の上昇が
抑制される。
【００６２】上記の実施例１においては、発光層８が単
層構造を有する場合について説明したが、以下の実施例
２〜８においては、発光層８が多重量子井戸構造（ＭＱ
Ｗ構造）を有する場合について説明する。
層構造を有する場合について説明したが、以下の実施例
２〜８においては、発光層８が多重量子井戸構造（ＭＱ
Ｗ構造）を有する場合について説明する。
【００６３】図４はＭＱＷ構造を有する発光層８（以
下、ＭＱＷ発光層８と呼ぶ）のエネルギーバンド図であ
る。
下、ＭＱＷ発光層８と呼ぶ）のエネルギーバンド図であ
る。
【００６４】図４に示すようにＭＱＷ発光層８は、厚さ
４ｎｍ程度のＧａＮからなる障壁層８ａと厚さ４ｎｍ程
度のＧａＩｎＮからなる量子井戸層８ｂとが交互に積層
されてなる多重量子井戸構造を有する。例えば、ＧａＮ
からなる障壁層８ａの数は５であり、ＧａＩｎＮからな
る量子井戸層８ｂの数は４である。
４ｎｍ程度のＧａＮからなる障壁層８ａと厚さ４ｎｍ程
度のＧａＩｎＮからなる量子井戸層８ｂとが交互に積層
されてなる多重量子井戸構造を有する。例えば、ＧａＮ
からなる障壁層８ａの数は５であり、ＧａＩｎＮからな
る量子井戸層８ｂの数は４である。
【００６５】ここで、厚さ０．５μｍ程度のアンドープ
ＧａＮ層３および厚さ４μｍ程度のｎ−ＧａＮからなる
ｎ−コンタクト層４の格子定数に比べて、ＧａＩｎＮか
らなる量子井戸層８ｂの格子定数が大きいので、量子井
戸の面内方向（界面に平行な方向）に圧縮歪が発生し、
量子井戸の閉じ込め方向（界面に垂直な方向）に伸張す
る歪が発生する。その結果、ＭＱＷ発光層８内の量子井
戸層８ｂに圧電効果に伴う電位勾配が形成され、ＭＱＷ
発光層８内のエネルギーバンドは図４に示す構造とな
る。
ＧａＮ層３および厚さ４μｍ程度のｎ−ＧａＮからなる
ｎ−コンタクト層４の格子定数に比べて、ＧａＩｎＮか
らなる量子井戸層８ｂの格子定数が大きいので、量子井
戸の面内方向（界面に平行な方向）に圧縮歪が発生し、
量子井戸の閉じ込め方向（界面に垂直な方向）に伸張す
る歪が発生する。その結果、ＭＱＷ発光層８内の量子井
戸層８ｂに圧電効果に伴う電位勾配が形成され、ＭＱＷ
発光層８内のエネルギーバンドは図４に示す構造とな
る。
【００６６】図４に示すように、ＭＱＷ発光層８のエネ
ルギーバンドにおいては、［０００１］方向側つまりｐ
−クラッド層１０側が、［０００-1］方向側つまりｎ−
クラッド層７側に比べて高い。
ルギーバンドにおいては、［０００１］方向側つまりｐ
−クラッド層１０側が、［０００-1］方向側つまりｎ−
クラッド層７側に比べて高い。
【００６７】以下の第２〜第８の実施例では、量子井戸
層８ｂに形成される電位勾配を低減するために、ＭＱＷ
発光層８とｐ−クラッド層１０との間にｎ−ＧａＮから
なるｎ−逆導電型層９が形成されるとともに、ＭＱＷ発
光層８中にｐ型不純物およびｎ型不純物の少なくとも一
方が不均一に添加される。
層８ｂに形成される電位勾配を低減するために、ＭＱＷ
発光層８とｐ−クラッド層１０との間にｎ−ＧａＮから
なるｎ−逆導電型層９が形成されるとともに、ＭＱＷ発
光層８中にｐ型不純物およびｎ型不純物の少なくとも一
方が不均一に添加される。
【００６８】（２）第２の実施例 図５および図６は第２の実施例の半導体レーザ素子にお
けるＭＱＷ発光層８のエネルギーバンド図である。
けるＭＱＷ発光層８のエネルギーバンド図である。
【００６９】図５に示すように、ＭＱＷ発光層８の［０
００１］方向側つまりエネルギーバンドの高い側に、Ｍ
ＱＷ発光層８に比べて大きな禁制帯幅を有し、ドナー準
位が形成されたＧａＮからなるｎ−逆導電型層９が形成
されている。このｎ−逆導電型層９の禁制帯幅は、ｐ−
ＡｌＧａＮからなるｐ−クラッド層１０の禁制帯幅に比
べて小さいので、ｎ−逆導電型層９の屈折率はｐ−クラ
ッド層１０の屈折率に比べて大きくなる。したがって、
ｎ−逆導電型層９は光ガイド層としての機能も有してい
る。
００１］方向側つまりエネルギーバンドの高い側に、Ｍ
ＱＷ発光層８に比べて大きな禁制帯幅を有し、ドナー準
位が形成されたＧａＮからなるｎ−逆導電型層９が形成
されている。このｎ−逆導電型層９の禁制帯幅は、ｐ−
ＡｌＧａＮからなるｐ−クラッド層１０の禁制帯幅に比
べて小さいので、ｎ−逆導電型層９の屈折率はｐ−クラ
ッド層１０の屈折率に比べて大きくなる。したがって、
ｎ−逆導電型層９は光ガイド層としての機能も有してい
る。
【００７０】なお、ＭＱＷ発光層に比べて大きな禁制帯
幅を有する逆導電型層は、ＭＱＷの電子に対する基底状
態のエネルギーより逆導電型層の伝導帯のバンド下端の
エネルギーが高く、かつＭＱＷの正孔に対する基底状態
のエネルギーより、逆導電型層の価電子帯のバンド上端
のエネルギーが低い半導体から構成される。
幅を有する逆導電型層は、ＭＱＷの電子に対する基底状
態のエネルギーより逆導電型層の伝導帯のバンド下端の
エネルギーが高く、かつＭＱＷの正孔に対する基底状態
のエネルギーより、逆導電型層の価電子帯のバンド上端
のエネルギーが低い半導体から構成される。
【００７１】さらに、ｐ型不純物として例えばＭｇが量
子井戸層８ｂ中の［０００-1］方向側つまりｎ−クラッ
ド層７側に多くドープされている。具体的には、量子井
戸層８ｂ中のｎ−クラッド層７側の厚さ約２ｎｍの部分
にのみＭｇがドープされ、量子井戸層８ｂ中のｐ−クラ
ッド層９側の厚さ約２ｎｍの部分にＭｇはドープされて
いない。
子井戸層８ｂ中の［０００-1］方向側つまりｎ−クラッ
ド層７側に多くドープされている。具体的には、量子井
戸層８ｂ中のｎ−クラッド層７側の厚さ約２ｎｍの部分
にのみＭｇがドープされ、量子井戸層８ｂ中のｐ−クラ
ッド層９側の厚さ約２ｎｍの部分にＭｇはドープされて
いない。
【００７２】Ｍｇのドープ量としては、１×１０17〜１
×１０21ｃｍ-3が好ましい。ｐ型不純物の不均一なドー
ピングの方法としては、これ以外の方法を用いてもよ
い。例えば、量子井戸層８ｂ中のｎ−クラッド層７側の
界面から深さ約１ｎｍの部分に２×１０10〜２×１０14
ｃｍ-2程度の濃度にｐ型不純物をデルタドーピングして
もよい。ｐ型不純物として、Ｍｇ以外にＢｅ、Ｃａ、Ｓ
ｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ等を用いてもよい。
×１０21ｃｍ-3が好ましい。ｐ型不純物の不均一なドー
ピングの方法としては、これ以外の方法を用いてもよ
い。例えば、量子井戸層８ｂ中のｎ−クラッド層７側の
界面から深さ約１ｎｍの部分に２×１０10〜２×１０14
ｃｍ-2程度の濃度にｐ型不純物をデルタドーピングして
もよい。ｐ型不純物として、Ｍｇ以外にＢｅ、Ｃａ、Ｓ
ｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ等を用いてもよい。
【００７３】本実施例では、図５に示すように、量子井
戸層８ｂの［０００１］方向側つまりエネルギーバンド
の高い側にＭＱＷ発光層８に比べて大きな禁制帯幅を有
するｎ−逆導電型層９が形成されているので、図６に示
すように、［０００-1］方向に電子の移動が生じ、電子
とイオン化したドナー準位とが空間的に分離する。それ
により、圧電効果のために発生した量子井戸層８ｂの電
位勾配が減少し、エネルギーバンドの勾配も減少する。
戸層８ｂの［０００１］方向側つまりエネルギーバンド
の高い側にＭＱＷ発光層８に比べて大きな禁制帯幅を有
するｎ−逆導電型層９が形成されているので、図６に示
すように、［０００-1］方向に電子の移動が生じ、電子
とイオン化したドナー準位とが空間的に分離する。それ
により、圧電効果のために発生した量子井戸層８ｂの電
位勾配が減少し、エネルギーバンドの勾配も減少する。
【００７４】さらに、本実施例では、図５に示すように
ｐ型不純物として例えばＭｇが量子井戸層８ｂ中の［０
００-1］方向側つまりｎ−クラッド層７側に多くドープ
されているので、図６に示すように［０００１］方向に
正孔の移動が生じ、正孔とイオン化したｐ型不純物とが
空間的に分離する。それにより、圧電効果のために発生
した量子井戸層８ｂの電位勾配がさらに減少し、エネル
ギーバンドの勾配もさらに減少する。その結果、電流と
して注入された電子と正孔との分離がさらに抑制される
ので、発光効率の低下およびしきい値電流の上昇がさら
に抑制される。
ｐ型不純物として例えばＭｇが量子井戸層８ｂ中の［０
００-1］方向側つまりｎ−クラッド層７側に多くドープ
されているので、図６に示すように［０００１］方向に
正孔の移動が生じ、正孔とイオン化したｐ型不純物とが
空間的に分離する。それにより、圧電効果のために発生
した量子井戸層８ｂの電位勾配がさらに減少し、エネル
ギーバンドの勾配もさらに減少する。その結果、電流と
して注入された電子と正孔との分離がさらに抑制される
ので、発光効率の低下およびしきい値電流の上昇がさら
に抑制される。
【００７５】（３）第３の実施例 図７および図８は第３の実施例の半導体レーザ素子にお
けるＭＱＷ発光層８のエネルギーバンド図である。
けるＭＱＷ発光層８のエネルギーバンド図である。
【００７６】図７に示すように、ＭＱＷ発光層８の［０
００１］方向側つまりエネルギーバンドの高い側に、Ｍ
ＱＷ発光層８に比べて大きな禁制帯幅を有し、ドナー準
位が形成されたＧａＮからなるｎ−逆導電型層９が形成
されている。このｎ−逆導電型層９の禁制帯幅は、ｐ−
ＡｌＧａＮからなるｐ−クラッド層１０の禁制帯幅に比
べて小さいので、ｎ−逆導電型層９の屈折率はｐ−クラ
ッド層１０の屈折率に比べて大きくなる。したがって、
ｎ−逆導電型層９は光ガイド層としての機能も有してい
る。
００１］方向側つまりエネルギーバンドの高い側に、Ｍ
ＱＷ発光層８に比べて大きな禁制帯幅を有し、ドナー準
位が形成されたＧａＮからなるｎ−逆導電型層９が形成
されている。このｎ−逆導電型層９の禁制帯幅は、ｐ−
ＡｌＧａＮからなるｐ−クラッド層１０の禁制帯幅に比
べて小さいので、ｎ−逆導電型層９の屈折率はｐ−クラ
ッド層１０の屈折率に比べて大きくなる。したがって、
ｎ−逆導電型層９は光ガイド層としての機能も有してい
る。
【００７７】なお、ＭＱＷ発光層に比べて大きな禁制帯
幅を有する逆導電型層は、ＭＱＷの電子に対する基底状
態のエネルギーより逆導電型層の伝導帯のバンド下端の
エネルギーが高く、かつＭＱＷの正孔に対する基底状態
のエネルギーより、逆導電型層の価電子帯のバンド上端
のエネルギーが低い半導体から構成される。
幅を有する逆導電型層は、ＭＱＷの電子に対する基底状
態のエネルギーより逆導電型層の伝導帯のバンド下端の
エネルギーが高く、かつＭＱＷの正孔に対する基底状態
のエネルギーより、逆導電型層の価電子帯のバンド上端
のエネルギーが低い半導体から構成される。
【００７８】さらに、ｎ型不純物として例えばＳｉが量
子井戸層８ｂ中の［０００１］方向側つまりｐ−クラッ
ド層１０側に多くドープされている。具体的には、量子
井戸層８ｂ中のｐ−クラッド層１０側の厚さ約２ｎｍの
部分にのみＳｉがドープされ、量子井戸層８ｂ中のｎ−
クラッド層７側の厚さ約２ｎｍの部分にＳｉはドープさ
れていない。
子井戸層８ｂ中の［０００１］方向側つまりｐ−クラッ
ド層１０側に多くドープされている。具体的には、量子
井戸層８ｂ中のｐ−クラッド層１０側の厚さ約２ｎｍの
部分にのみＳｉがドープされ、量子井戸層８ｂ中のｎ−
クラッド層７側の厚さ約２ｎｍの部分にＳｉはドープさ
れていない。
【００７９】Ｓｉのドープ量としては、１×１０17〜１
×１０21ｃｍ-3が好ましい。ｎ型不純物の不均一なドー
ピングの方法としては、これ以外の方法を用いてもよ
い。例えば、量子井戸層８ｂ中のｐ−クラッド層１０側
の界面から深さ約１ｎｍの部分に２×１０10〜２×１０
14ｃｍ-2程度の濃度にｎ型不純物をデルタドーピングし
てもよい。ｎ型不純物として、Ｓｉ以外にＧｅ、Ｐｂ、
Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ等を用いてもよい。
×１０21ｃｍ-3が好ましい。ｎ型不純物の不均一なドー
ピングの方法としては、これ以外の方法を用いてもよ
い。例えば、量子井戸層８ｂ中のｐ−クラッド層１０側
の界面から深さ約１ｎｍの部分に２×１０10〜２×１０
14ｃｍ-2程度の濃度にｎ型不純物をデルタドーピングし
てもよい。ｎ型不純物として、Ｓｉ以外にＧｅ、Ｐｂ、
Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ等を用いてもよい。
【００８０】本実施例では、図７に示すように、量子井
戸層８ｂの［０００１］方向側つまりエネルギーバンド
の高い側にＭＱＷ発光層８に比べて大きな禁制帯幅を有
するｎ−逆導電型層９が形成されているので、図８に示
すように、［０００-1］方向に電子の移動が生じ、電子
とイオン化したドナー準位とが空間的に分離する。それ
により、圧電効果のために発生した量子井戸層８ｂの電
位勾配が減少し、エネルギーバンドの勾配も減少する。
戸層８ｂの［０００１］方向側つまりエネルギーバンド
の高い側にＭＱＷ発光層８に比べて大きな禁制帯幅を有
するｎ−逆導電型層９が形成されているので、図８に示
すように、［０００-1］方向に電子の移動が生じ、電子
とイオン化したドナー準位とが空間的に分離する。それ
により、圧電効果のために発生した量子井戸層８ｂの電
位勾配が減少し、エネルギーバンドの勾配も減少する。
【００８１】さらに、本実施例では、図７に示すように
ｎ型不純物として例えばＳｉが量子井戸層８ｂ中の［０
００１］方向側つまりｐ−クラッド層１０側に多くドー
プされているので、図８に示すように［０００-1］方向
に電子の移動が生じ、電子とイオン化したｎ型不純物と
が空間的に分離する。それにより、圧電効果のために発
生した量子井戸層８ｂの電位勾配がさらに減少する。そ
の結果、電流として注入された電子と正孔との分離がさ
らに抑制されるので、発光効率の低下およびしきい値電
流のさらに上昇が抑制される。
ｎ型不純物として例えばＳｉが量子井戸層８ｂ中の［０
００１］方向側つまりｐ−クラッド層１０側に多くドー
プされているので、図８に示すように［０００-1］方向
に電子の移動が生じ、電子とイオン化したｎ型不純物と
が空間的に分離する。それにより、圧電効果のために発
生した量子井戸層８ｂの電位勾配がさらに減少する。そ
の結果、電流として注入された電子と正孔との分離がさ
らに抑制されるので、発光効率の低下およびしきい値電
流のさらに上昇が抑制される。
【００８２】（４）第４の実施例 図９および図１０は第４の実施例の半導体レーザ素子に
おけるＭＱＷ発光層８のエネルギーバンド図である。
おけるＭＱＷ発光層８のエネルギーバンド図である。
【００８３】図９に示すように、ＭＱＷ発光層８の［０
００１］方向側つまりエネルギーバンドの高い側に、Ｍ
ＱＷ発光層８に比べて大きな禁制帯幅を有し、ドナー準
位が形成されたＧａＮからなるｎ−逆導電型層９が形成
されている。このｎ−逆導電型層９の禁制帯幅は、ｐ−
ＡｌＧａＮからなるｐ−クラッド層１０の禁制帯幅に比
べて小さいので、ｎ−逆導電型層９の屈折率はｐ−クラ
ッド層１０の屈折率に比べて大きくなる。したがって、
ｎ−逆導電型層９は光ガイド層としての機能も有してい
る。
００１］方向側つまりエネルギーバンドの高い側に、Ｍ
ＱＷ発光層８に比べて大きな禁制帯幅を有し、ドナー準
位が形成されたＧａＮからなるｎ−逆導電型層９が形成
されている。このｎ−逆導電型層９の禁制帯幅は、ｐ−
ＡｌＧａＮからなるｐ−クラッド層１０の禁制帯幅に比
べて小さいので、ｎ−逆導電型層９の屈折率はｐ−クラ
ッド層１０の屈折率に比べて大きくなる。したがって、
ｎ−逆導電型層９は光ガイド層としての機能も有してい
る。
【００８４】なお、ＭＱＷ発光層に比べて大きな禁制帯
幅を有する逆導電型層は、ＭＱＷの電子に対する基底状
態のエネルギーより逆導電型層の伝導帯のバンド下端の
エネルギーが高く、かつＭＱＷの正孔に対する基底状態
のエネルギーより、逆導電型層の価電子帯のバンド上端
のエネルギーが低い半導体から構成される。
幅を有する逆導電型層は、ＭＱＷの電子に対する基底状
態のエネルギーより逆導電型層の伝導帯のバンド下端の
エネルギーが高く、かつＭＱＷの正孔に対する基底状態
のエネルギーより、逆導電型層の価電子帯のバンド上端
のエネルギーが低い半導体から構成される。
【００８５】さらに、ｐ型不純物として例えばＭｇが障
壁層８ａ中で量子井戸層８ｂの［０００-1］方向側つま
りｎ−クラッド層７側の界面と接する部分に多くドープ
されている。具体的には、障壁層８ａ中で量子井戸層８
ｂのｎ−クラッド層７側の界面と接する厚さ約２ｎｍの
部分にのみＭｇがドープされ、障壁層８ａ中で量子井戸
層８ｂのｐ−クラッド層１０側の界面と接する厚さ約２
ｎｍの部分にＭｇはドープされていない。
壁層８ａ中で量子井戸層８ｂの［０００-1］方向側つま
りｎ−クラッド層７側の界面と接する部分に多くドープ
されている。具体的には、障壁層８ａ中で量子井戸層８
ｂのｎ−クラッド層７側の界面と接する厚さ約２ｎｍの
部分にのみＭｇがドープされ、障壁層８ａ中で量子井戸
層８ｂのｐ−クラッド層１０側の界面と接する厚さ約２
ｎｍの部分にＭｇはドープされていない。
【００８６】Ｍｇのドープ量としては、１×１０17〜１
×１０21ｃｍ-3が好ましい。ｐ型不純物の不均一なドー
ピングの方法としては、これ以外の方法を用いてもよ
い。例えば、障壁層８ａ中で量子井戸層８ｂのｎ−クラ
ッド層７側の界面から深さ約１ｎｍの部分に２×１０10
〜２×１０14ｃｍ-2程度の濃度にｐ型不純物をデルタド
ーピングしてもよい。ｐ型不純物として、Ｍｇ以外にＢ
ｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ等を用いても
よい。
×１０21ｃｍ-3が好ましい。ｐ型不純物の不均一なドー
ピングの方法としては、これ以外の方法を用いてもよ
い。例えば、障壁層８ａ中で量子井戸層８ｂのｎ−クラ
ッド層７側の界面から深さ約１ｎｍの部分に２×１０10
〜２×１０14ｃｍ-2程度の濃度にｐ型不純物をデルタド
ーピングしてもよい。ｐ型不純物として、Ｍｇ以外にＢ
ｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ等を用いても
よい。
【００８７】本実施例では、図９に示すように、量子井
戸層８ｂの［０００１］方向側つまりエネルギーバンド
の高い側にＭＱＷ発光層８に比べて大きな禁制帯幅を有
するｎ−逆導電型層９が形成されているので、図１０に
示すように、［０００-1］方向に電子の移動が生じ、電
子とイオン化したドナー準位とが空間的に分離する。そ
れにより、圧電効果のために発生した量子井戸層８ｂの
電位勾配が減少し、エネルギーバンドの勾配も減少す
る。
戸層８ｂの［０００１］方向側つまりエネルギーバンド
の高い側にＭＱＷ発光層８に比べて大きな禁制帯幅を有
するｎ−逆導電型層９が形成されているので、図１０に
示すように、［０００-1］方向に電子の移動が生じ、電
子とイオン化したドナー準位とが空間的に分離する。そ
れにより、圧電効果のために発生した量子井戸層８ｂの
電位勾配が減少し、エネルギーバンドの勾配も減少す
る。
【００８８】さらに、本実施例では、図９に示すように
ｐ型不純物として例えばＭｇが障壁層８ａ中で量子井戸
層８ｂの［０００-1］方向側つまりｎ−クラッド層７側
の界面と接する部分に多くドープされているので、図１
０に示すように［０００１］方向に正孔の移動が生じ、
正孔とイオン化したｐ型不純物とが空間的に分離する。
それにより、圧電効果のために発生した量子井戸層８ｂ
の電位勾配がさらに減少する。その結果、電流として注
入された電子と正孔との分離がさらに抑制されるので、
発光効率の低下およびしきい値電流の上昇がさらに抑制
される。
ｐ型不純物として例えばＭｇが障壁層８ａ中で量子井戸
層８ｂの［０００-1］方向側つまりｎ−クラッド層７側
の界面と接する部分に多くドープされているので、図１
０に示すように［０００１］方向に正孔の移動が生じ、
正孔とイオン化したｐ型不純物とが空間的に分離する。
それにより、圧電効果のために発生した量子井戸層８ｂ
の電位勾配がさらに減少する。その結果、電流として注
入された電子と正孔との分離がさらに抑制されるので、
発光効率の低下およびしきい値電流の上昇がさらに抑制
される。
【００８９】（５）第５の実施例 図１１および図１２は第５の実施例の半導体レーザ素子
におけるＭＱＷ発光層８のエネルギーバンド図である。
におけるＭＱＷ発光層８のエネルギーバンド図である。
【００９０】図１１に示すように、ＭＱＷ発光層８の
［０００１］方向側つまりエネルギーバンドの高い側
に、ＭＱＷ発光層８に比べて大きな禁制帯幅を有し、ド
ナー準位が形成されたＧａＮからなるｎ−逆導電型層９
が形成されている。このｎ−逆導電型層９の禁制帯幅
は、ｐ−ＡｌＧａＮからなるｐ−クラッド層１０の禁制
帯幅に比べて小さいので、ｎ−逆導電型層９の屈折率は
ｐ−クラッド層１０の屈折率に比べて大きくなる。した
がって、ｎ−逆導電型層９は光ガイド層としての機能も
有している。
［０００１］方向側つまりエネルギーバンドの高い側
に、ＭＱＷ発光層８に比べて大きな禁制帯幅を有し、ド
ナー準位が形成されたＧａＮからなるｎ−逆導電型層９
が形成されている。このｎ−逆導電型層９の禁制帯幅
は、ｐ−ＡｌＧａＮからなるｐ−クラッド層１０の禁制
帯幅に比べて小さいので、ｎ−逆導電型層９の屈折率は
ｐ−クラッド層１０の屈折率に比べて大きくなる。した
がって、ｎ−逆導電型層９は光ガイド層としての機能も
有している。
【００９１】なお、ＭＱＷ発光層に比べて大きな禁制帯
幅を有する逆導電型層は、ＭＱＷの電子に対する基底状
態のエネルギーより逆導電型層の伝導帯のバンド下端の
エネルギーが高く、かつＭＱＷの正孔に対する基底状態
のエネルギーより、逆導電型層の価電子帯のバンド上端
のエネルギーが低い半導体から構成される。
幅を有する逆導電型層は、ＭＱＷの電子に対する基底状
態のエネルギーより逆導電型層の伝導帯のバンド下端の
エネルギーが高く、かつＭＱＷの正孔に対する基底状態
のエネルギーより、逆導電型層の価電子帯のバンド上端
のエネルギーが低い半導体から構成される。
【００９２】さらに、ｎ型不純物として例えばＳｉが障
壁層８ａ中で量子井戸層８ｂの［０００１］方向側つま
りｐ−クラッド層１０側の界面と接する部分に多くドー
プされている。具体的には、障壁層８ａ中で量子井戸層
８ｂのｐ−クラッド層１０側の界面と接する厚さ約２ｎ
ｍの部分にのみＳｉがドープされ、障壁層８ａ中で量子
井戸層８ｂのｎ−クラッド層７側の界面と接する厚さ約
２ｎｍの部分にＳｉはドープされていない。
壁層８ａ中で量子井戸層８ｂの［０００１］方向側つま
りｐ−クラッド層１０側の界面と接する部分に多くドー
プされている。具体的には、障壁層８ａ中で量子井戸層
８ｂのｐ−クラッド層１０側の界面と接する厚さ約２ｎ
ｍの部分にのみＳｉがドープされ、障壁層８ａ中で量子
井戸層８ｂのｎ−クラッド層７側の界面と接する厚さ約
２ｎｍの部分にＳｉはドープされていない。
【００９３】Ｓｉのドープ量としては、１×１０17〜１
×１０21ｃｍ-3が好ましい。ｎ型不純物の不均一なドー
ピングの方法としては、これ以外の方法を用いてもよ
い。例えば、障壁層８ａ中で量子井戸層８ｂのｐ−クラ
ッド層１０側の界面から深さ約１ｎｍの部分に２×１０
10〜２×１０14ｃｍ-2程度の濃度にｎ型不純物をデルタ
ドーピングしてもよい。ｎ型不純物として、Ｓｉ以外に
Ｇｅ、Ｐｂ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ等を用いてもよい。
×１０21ｃｍ-3が好ましい。ｎ型不純物の不均一なドー
ピングの方法としては、これ以外の方法を用いてもよ
い。例えば、障壁層８ａ中で量子井戸層８ｂのｐ−クラ
ッド層１０側の界面から深さ約１ｎｍの部分に２×１０
10〜２×１０14ｃｍ-2程度の濃度にｎ型不純物をデルタ
ドーピングしてもよい。ｎ型不純物として、Ｓｉ以外に
Ｇｅ、Ｐｂ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅ等を用いてもよい。
【００９４】本実施例では、図１１に示すように、量子
井戸層８ｂの［０００１］方向側つまりエネルギーバン
ドの高い側にＭＱＷ発光層８に比べて大きな禁制帯幅を
有するｎ−逆導電型層９が形成されているので、図１２
に示すように、［０００-1］方向に電子の移動が生じ、
電子とイオン化したドナー準位とが空間的に分離する。
それにより、圧電効果のために発生した量子井戸層８ｂ
の電位勾配が減少し、エネルギーバンドの勾配も減少す
る。
井戸層８ｂの［０００１］方向側つまりエネルギーバン
ドの高い側にＭＱＷ発光層８に比べて大きな禁制帯幅を
有するｎ−逆導電型層９が形成されているので、図１２
に示すように、［０００-1］方向に電子の移動が生じ、
電子とイオン化したドナー準位とが空間的に分離する。
それにより、圧電効果のために発生した量子井戸層８ｂ
の電位勾配が減少し、エネルギーバンドの勾配も減少す
る。
【００９５】さらに、本実施例では、図１１に示すよう
にｎ型不純物として例えばＳｉが障壁層８ａ中で量子井
戸層８ｂの［０００１］方向側つまりｐ−クラッド層１
０側の界面と接する部分に多くドープされているので、
図１２に示すように［０００-1］方向に電子の移動が生
じ、電子とイオン化したｎ型不純物とが空間的に分離す
る。それにより、圧電効果のために発生した量子井戸層
８ｂの電位勾配がさらに減少する。その結果、電流とし
て注入された電子と正孔との分離がさらに抑制されるの
で、発光効率の低下およびしきい値電流の上昇がさらに
抑制される。
にｎ型不純物として例えばＳｉが障壁層８ａ中で量子井
戸層８ｂの［０００１］方向側つまりｐ−クラッド層１
０側の界面と接する部分に多くドープされているので、
図１２に示すように［０００-1］方向に電子の移動が生
じ、電子とイオン化したｎ型不純物とが空間的に分離す
る。それにより、圧電効果のために発生した量子井戸層
８ｂの電位勾配がさらに減少する。その結果、電流とし
て注入された電子と正孔との分離がさらに抑制されるの
で、発光効率の低下およびしきい値電流の上昇がさらに
抑制される。
【００９６】上記第２〜第５の実施例におけるドーピン
グ方法は、それぞれ単独で用いても効果が得られるが、
２つ以上の実施例のドーピング方法を組み合わせてもよ
い。例えば、第２および第３の実施例を組み合わせても
よく、第２、第３および第４の実施例を組み合わせても
よく、第２、第３、第４および第５の実施例を組み合わ
せてもよい。これらの場合について以下に説明する。
グ方法は、それぞれ単独で用いても効果が得られるが、
２つ以上の実施例のドーピング方法を組み合わせてもよ
い。例えば、第２および第３の実施例を組み合わせても
よく、第２、第３および第４の実施例を組み合わせても
よく、第２、第３、第４および第５の実施例を組み合わ
せてもよい。これらの場合について以下に説明する。
【００９７】（６）第６の実施例 図１３および図１４は第６の実施例の半導体レーザ素子
におけるＭＱＷ発光層８のエネルギーバンド図である。
におけるＭＱＷ発光層８のエネルギーバンド図である。
【００９８】第６の実施例は、図１３に示すように、第
２の実施例と第３の実施例とを組み合わせたものであ
る。本実施例では、ＭＱＷ発光層８の［０００１］方向
側つまりエネルギーバンドの高い側に、ＭＱＷ発光層８
に比べて大きな禁制帯幅を有し、ドナー準位が形成され
たＧａＮからなるｎ−逆導電型層９が形成されている。
２の実施例と第３の実施例とを組み合わせたものであ
る。本実施例では、ＭＱＷ発光層８の［０００１］方向
側つまりエネルギーバンドの高い側に、ＭＱＷ発光層８
に比べて大きな禁制帯幅を有し、ドナー準位が形成され
たＧａＮからなるｎ−逆導電型層９が形成されている。
【００９９】さらに、本実施例では、ｐ型不純物である
Ｍｇが量子井戸層８ｂ中の［０００-1］方向側つまりｎ
−クラッド層７側に多くドープされるとともに、ｎ型不
純物であるＳｉが量子井戸層８ｂ中の［０００１］方向
側つまりｐ−クラッド層１０側に多くドープされてい
る。なお、本実施例では、ｐ型不純物であるＭｇおよび
ｎ型不純物であるＳｉのドーピング濃度がほぼ等しい場
合について示している。
Ｍｇが量子井戸層８ｂ中の［０００-1］方向側つまりｎ
−クラッド層７側に多くドープされるとともに、ｎ型不
純物であるＳｉが量子井戸層８ｂ中の［０００１］方向
側つまりｐ−クラッド層１０側に多くドープされてい
る。なお、本実施例では、ｐ型不純物であるＭｇおよび
ｎ型不純物であるＳｉのドーピング濃度がほぼ等しい場
合について示している。
【０１００】本実施例では、図１３に示すように、量子
井戸層８ｂの［０００１］方向側つまりエネルギーバン
ドのエネルギーの高い側にＭＱＷ発光層８に比べて大き
な禁制帯幅を有するｎ−逆導電型層９が形成されている
ので、図１４に示すように、［０００-1］方向に電子の
移動が生じ、電子とイオン化したドナー準位とが空間的
に分離する。それにより、圧電効果のために発生した量
子井戸層８ｂの電位勾配が減少し、エネルギーバンドの
勾配も減少する。
井戸層８ｂの［０００１］方向側つまりエネルギーバン
ドのエネルギーの高い側にＭＱＷ発光層８に比べて大き
な禁制帯幅を有するｎ−逆導電型層９が形成されている
ので、図１４に示すように、［０００-1］方向に電子の
移動が生じ、電子とイオン化したドナー準位とが空間的
に分離する。それにより、圧電効果のために発生した量
子井戸層８ｂの電位勾配が減少し、エネルギーバンドの
勾配も減少する。
【０１０１】さらに、本実施例では、量子井戸層８ｂに
おけるｐ型不純物およびｎ型不純物のドーピングによ
り、図１４に示すように、電子と正孔とが補償され、ド
ーピングによるキャリアはほとんど発生しないが、イオ
ン化したｐ型不純物とイオン化したｎ型不純物とによ
り、圧電効果のために発生した電位勾配がさらに減少す
る。その結果、電流として注入された電子と正孔との分
離がさらに抑制されるので、発光効率の低下およびしき
い値電流の上昇がさらに抑制される。
おけるｐ型不純物およびｎ型不純物のドーピングによ
り、図１４に示すように、電子と正孔とが補償され、ド
ーピングによるキャリアはほとんど発生しないが、イオ
ン化したｐ型不純物とイオン化したｎ型不純物とによ
り、圧電効果のために発生した電位勾配がさらに減少す
る。その結果、電流として注入された電子と正孔との分
離がさらに抑制されるので、発光効率の低下およびしき
い値電流の上昇がさらに抑制される。
【０１０２】したがって、特に、ＭＱＷ発光層８中にｐ
型不純物およびｎ型不純物の両方を添加する場合に、そ
れらのｐ型不純物およびｎ型不純物を不均一に添加する
ことにより、キャリアが補償されても、電位勾配が減少
する効果は大きい。また、ＭＱＷ発光層８中に添加され
たｐ型不純物の濃度とｎ型不純物の濃度とがほぼ等しい
場合には、さらにキャリアが補償されやすいが、電位勾
配が減少する効果は大きい。
型不純物およびｎ型不純物の両方を添加する場合に、そ
れらのｐ型不純物およびｎ型不純物を不均一に添加する
ことにより、キャリアが補償されても、電位勾配が減少
する効果は大きい。また、ＭＱＷ発光層８中に添加され
たｐ型不純物の濃度とｎ型不純物の濃度とがほぼ等しい
場合には、さらにキャリアが補償されやすいが、電位勾
配が減少する効果は大きい。
【０１０３】なお、例えば第２および第５の実施例を組
み合わせた場合、第３および第４の実施例を組み合わせ
た場合においても、第６の実施例と同等の効果が生じ
る。
み合わせた場合、第３および第４の実施例を組み合わせ
た場合においても、第６の実施例と同等の効果が生じ
る。
【０１０４】（７）第７の実施例 図１５および図１６は第７の実施例の半導体レーザ素子
におけるＭＱＷ発光層８のエネルギーバンド図である。
におけるＭＱＷ発光層８のエネルギーバンド図である。
【０１０５】第７の実施例は、図１５に示すように、第
４の実施例と第５の実施例とを組み合わせたものであ
る。本実施例では、ＭＱＷ発光層８の［０００１］方向
側つまりエネルギーバンドのエネルギーの高い側に、Ｍ
ＱＷ発光層８に比べて大きな禁制帯幅を有し、ドナー準
位が形成されたＧａＮからなるｎ−逆導電型層９が形成
されている。
４の実施例と第５の実施例とを組み合わせたものであ
る。本実施例では、ＭＱＷ発光層８の［０００１］方向
側つまりエネルギーバンドのエネルギーの高い側に、Ｍ
ＱＷ発光層８に比べて大きな禁制帯幅を有し、ドナー準
位が形成されたＧａＮからなるｎ−逆導電型層９が形成
されている。
【０１０６】さらに、本実施例では、ｐ型不純物である
Ｍｇが障壁層８ａ中で量子井戸層８ｂの［０００-1］方
向側つまりｎ−クラッド層７側の界面と接する部分に多
くドープされるとともに、ｎ型不純物であるＳｉが障壁
層８ａ中で量子井戸層８ｂの［０００１］方向側つまり
ｐ−クラッド層１０側の界面と接する側に多くドープさ
れている。なお、本実施例では、ｐ型不純物であるＭｇ
およびｎ型不純物であるＳｉのドーピング濃度がほぼ等
しい場合について示している。
Ｍｇが障壁層８ａ中で量子井戸層８ｂの［０００-1］方
向側つまりｎ−クラッド層７側の界面と接する部分に多
くドープされるとともに、ｎ型不純物であるＳｉが障壁
層８ａ中で量子井戸層８ｂの［０００１］方向側つまり
ｐ−クラッド層１０側の界面と接する側に多くドープさ
れている。なお、本実施例では、ｐ型不純物であるＭｇ
およびｎ型不純物であるＳｉのドーピング濃度がほぼ等
しい場合について示している。
【０１０７】本実施例では、図１５に示すように、量子
井戸層８ｂの［０００１］方向側つまりエネルギーバン
ドのエネルギーの高い側にＭＱＷ発光層８に比べて大き
な禁制帯幅を有するｎ−逆導電型層９が形成されている
ので、図１６に示すように、［０００-1］方向に電子の
移動が生じ、電子とイオン化したドナー準位とが空間的
に分離する。それにより、圧電効果のために発生した量
子井戸層８ｂの電位勾配が減少し、エネルギーバンドの
勾配も減少する。
井戸層８ｂの［０００１］方向側つまりエネルギーバン
ドのエネルギーの高い側にＭＱＷ発光層８に比べて大き
な禁制帯幅を有するｎ−逆導電型層９が形成されている
ので、図１６に示すように、［０００-1］方向に電子の
移動が生じ、電子とイオン化したドナー準位とが空間的
に分離する。それにより、圧電効果のために発生した量
子井戸層８ｂの電位勾配が減少し、エネルギーバンドの
勾配も減少する。
【０１０８】さらに、本実施例では、障壁層中における
ｐ型不純物およびｎ型不純物のドーピングにより、図１
６に示すように、電子と正孔とが補償され、ドーピング
によるキャリアはほとんど発生しないが、イオン化した
ｐ型不純物とイオン化したｎ型不純物とにより、圧電効
果のために発生した電位勾配がさらに減少する。その結
果、電流として注入された電子と正孔との分離がさらに
抑制されるので、発光効率の低下およびしきい値電流の
上昇がさらに抑制される。
ｐ型不純物およびｎ型不純物のドーピングにより、図１
６に示すように、電子と正孔とが補償され、ドーピング
によるキャリアはほとんど発生しないが、イオン化した
ｐ型不純物とイオン化したｎ型不純物とにより、圧電効
果のために発生した電位勾配がさらに減少する。その結
果、電流として注入された電子と正孔との分離がさらに
抑制されるので、発光効率の低下およびしきい値電流の
上昇がさらに抑制される。
【０１０９】第４の実施例、第５の実施例および第７の
実施例では、量子井戸層８ｂ中にｐ型不純物およびｎ型
不純物がドープされていない。したがって、量子井戸層
８ｂ中にアクセプタ準位、ドナー準位が存在しないの
で、アクセプタ準位、ドナー準位または発光センターに
よる発光を低減できるという効果も得られる。それによ
り、本実施例のＭＱＷ発光層８を発光ダイオードに適用
した場合には、発光スペクトル幅を狭くすることができ
る。その結果、色純度を向上させることが可能となる。
実施例では、量子井戸層８ｂ中にｐ型不純物およびｎ型
不純物がドープされていない。したがって、量子井戸層
８ｂ中にアクセプタ準位、ドナー準位が存在しないの
で、アクセプタ準位、ドナー準位または発光センターに
よる発光を低減できるという効果も得られる。それによ
り、本実施例のＭＱＷ発光層８を発光ダイオードに適用
した場合には、発光スペクトル幅を狭くすることができ
る。その結果、色純度を向上させることが可能となる。
【０１１０】（８）第８の実施例 図１７および図１８は第８の実施例の半導体レーザ素子
におけるＭＱＷ発光層８のエネルギーバンド図である。
におけるＭＱＷ発光層８のエネルギーバンド図である。
【０１１１】第８の実施例では、図１７に示すように、
第２の実施例と同様、ＭＱＷ発光層８の［０００１］方
向側つまりエネルギーバンドのエネルギーの高い側に、
ＭＱＷ発光層８に比べて大きな禁制帯幅を有し、ドナー
準位が形成されたＧａＮからなるｎ−逆導電型層９が形
成されている。
第２の実施例と同様、ＭＱＷ発光層８の［０００１］方
向側つまりエネルギーバンドのエネルギーの高い側に、
ＭＱＷ発光層８に比べて大きな禁制帯幅を有し、ドナー
準位が形成されたＧａＮからなるｎ−逆導電型層９が形
成されている。
【０１１２】さらに、ｐ型不純物として例えばＭｇが不
均一にドープされた第２の実施例の量子井戸層８ｂ中
に、ｎ型不純物として例えばＳｉが均一にドープされて
いる。Ｓｉのドーピング濃度は、５×１０16〜５×１０
20ｃｍ-3が好ましい。
均一にドープされた第２の実施例の量子井戸層８ｂ中
に、ｎ型不純物として例えばＳｉが均一にドープされて
いる。Ｓｉのドーピング濃度は、５×１０16〜５×１０
20ｃｍ-3が好ましい。
【０１１３】本実施例では、図１７に示すように、量子
井戸層８ｂの［０００１］方向側つまりエネルギーバン
ドのエネルギーの高い側にＭＱＷ発光層８に比べて大き
な禁制帯幅を有するｎ−逆導電型層９が形成されている
ので、図１８に示すように、［０００-1］方向に電子の
移動が生じ、電子とイオン化したドナー準位とが空間的
に分離する。それにより、圧電効果のために発生した量
子井戸層８ｂの電位勾配が減少し、エネルギーバンドの
勾配も減少する。
井戸層８ｂの［０００１］方向側つまりエネルギーバン
ドのエネルギーの高い側にＭＱＷ発光層８に比べて大き
な禁制帯幅を有するｎ−逆導電型層９が形成されている
ので、図１８に示すように、［０００-1］方向に電子の
移動が生じ、電子とイオン化したドナー準位とが空間的
に分離する。それにより、圧電効果のために発生した量
子井戸層８ｂの電位勾配が減少し、エネルギーバンドの
勾配も減少する。
【０１１４】さらに、本実施例では、図１７に示すよう
にｐ型不純物として例えばＭｇが量子井戸層８ｂ中の
［０００-1］方向側つまりｎ−クラッド層７側に多くド
ープされ、ｎ型不純物として例えばＳｉが量子井戸層８
ｂ中に均一にドープされているので、図１８に示すよう
に電子および正孔は補償され、ドーピングによるキャリ
アはほとんど発生しないが、イオン化したｐ型不純物お
よびｎ型不純物により圧電効果のために発生した電位勾
配がさらに減少する。その結果、電流として注入された
電子と正孔との分離がさらに抑制されるので、発光効率
の低下およびしきい値電流の上昇がさらに抑制される。
にｐ型不純物として例えばＭｇが量子井戸層８ｂ中の
［０００-1］方向側つまりｎ−クラッド層７側に多くド
ープされ、ｎ型不純物として例えばＳｉが量子井戸層８
ｂ中に均一にドープされているので、図１８に示すよう
に電子および正孔は補償され、ドーピングによるキャリ
アはほとんど発生しないが、イオン化したｐ型不純物お
よびｎ型不純物により圧電効果のために発生した電位勾
配がさらに減少する。その結果、電流として注入された
電子と正孔との分離がさらに抑制されるので、発光効率
の低下およびしきい値電流の上昇がさらに抑制される。
【０１１５】なお、例えば第４の実施例の量子井戸層８
ｂ中にｎ型不純物を均一にドープした場合、第３または
第５の実施例の量子井戸層８ｂ中にｐ型不純物を均一に
ドープした場合においても、第８の実施例と同等の効果
が生じる。
ｂ中にｎ型不純物を均一にドープした場合、第３または
第５の実施例の量子井戸層８ｂ中にｐ型不純物を均一に
ドープした場合においても、第８の実施例と同等の効果
が生じる。
【０１１６】○図１の半導体レーザ素子の製造方法 図１９〜図２３は図１の半導体レーザ素子の製造方法を
示す模式的工程断面図である。
示す模式的工程断面図である。
【０１１７】図１の半導体レーザ素子の各窒化物系半導
体層は、ＭＯＶＰＥ法によりサファイア基板１上に形成
される。原料ガスとしては、例えばトリメチルアルミニ
ウム（ＴＭＡｌ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、
トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、ＮＨ3 、Ｓｉ
Ｈ4 、シクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2 Ｍ
ｇ）を用いる。
体層は、ＭＯＶＰＥ法によりサファイア基板１上に形成
される。原料ガスとしては、例えばトリメチルアルミニ
ウム（ＴＭＡｌ）、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、
トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、ＮＨ3 、Ｓｉ
Ｈ4 、シクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ2 Ｍ
ｇ）を用いる。
【０１１８】まず、図１９に示すように、基板温度を６
００℃に保ち、サファイア基板１上に厚さ１５ｎｍ程度
のバッファ層２を形成する。次に、基板温度を１１５０
℃に保ち、厚さ０．５μｍ程度のアンドープＧａＮ層
３、厚さ４μｍ程度のＳｉドープＧａＮからなるｎ−コ
ンタクト層４を形成する。さらに、基板温度を８８０℃
に保ち、厚さ０．１μｍ程度のＳｉドープＧａ0.95Ｉｎ
0.05Ｎからなるｎ−クラック防止層５を形成する。次
に、基板温度を１１５０℃に保ち、厚さ０．４５μｍ程
度のＳｉドープＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎからなるｎ−クラッ
ド層６、および厚さ５０ｎｍ程度のＳｉドープＧａＮか
らなるｎ−クラッド層７を形成する。
００℃に保ち、サファイア基板１上に厚さ１５ｎｍ程度
のバッファ層２を形成する。次に、基板温度を１１５０
℃に保ち、厚さ０．５μｍ程度のアンドープＧａＮ層
３、厚さ４μｍ程度のＳｉドープＧａＮからなるｎ−コ
ンタクト層４を形成する。さらに、基板温度を８８０℃
に保ち、厚さ０．１μｍ程度のＳｉドープＧａ0.95Ｉｎ
0.05Ｎからなるｎ−クラック防止層５を形成する。次
に、基板温度を１１５０℃に保ち、厚さ０．４５μｍ程
度のＳｉドープＡｌ0.15Ｇａ0.85Ｎからなるｎ−クラッ
ド層６、および厚さ５０ｎｍ程度のＳｉドープＧａＮか
らなるｎ−クラッド層７を形成する。
【０１１９】ここで、第１の実施例においては、基板温
度を８８０℃に保ち、厚さ５０ｎｍのＩｎＧａＮからな
る単層構造を有する発光層８をｎ−クラッド層７上に形
成する。
度を８８０℃に保ち、厚さ５０ｎｍのＩｎＧａＮからな
る単層構造を有する発光層８をｎ−クラッド層７上に形
成する。
【０１２０】一方、第２〜第８の実施例においては、基
板温度を８８０℃に保ち、厚さ４ｎｍ程度のアンドープ
ＧａＮからなる５層の障壁層８ａと厚さ４ｎｍ程度のア
ンドープのＧａ0.85Ｉｎ0.15ｎＮからなる４層の量子井
戸層８ｂを交互に積層し、ＧａＩｎＮからなり、多重量
子井戸構造（ＭＱＷ構造）を有する発光層８を形成す
る。この際、第２〜第８の実施例に従って、ＭＱＷ構造
を有する発光層８中にｐ型不純物またはｎ型不純物をド
ープする。
板温度を８８０℃に保ち、厚さ４ｎｍ程度のアンドープ
ＧａＮからなる５層の障壁層８ａと厚さ４ｎｍ程度のア
ンドープのＧａ0.85Ｉｎ0.15ｎＮからなる４層の量子井
戸層８ｂを交互に積層し、ＧａＩｎＮからなり、多重量
子井戸構造（ＭＱＷ構造）を有する発光層８を形成す
る。この際、第２〜第８の実施例に従って、ＭＱＷ構造
を有する発光層８中にｐ型不純物またはｎ型不純物をド
ープする。
【０１２１】上記のようにして単層構造を有する発光層
８またはＭＱＷ構造を有する発光層８を形成した後、基
板温度を８８０℃に保ち、厚さ４０ｎｍ程度のｎ−Ｇａ
Ｎからなるｎ−逆導電型層９を形成し、その後基板温度
を１１５０℃に保ち、厚さ０．４５μｍ程度のＭｇドー
プＡｌＧａＮからなるｐ−クラッド層１０、厚さ５０ｎ
ｍ程度のＭｇドープＧａＮからなるｐ−キャップ層１１
を形成する。上記のバッファ層２からｐ−キャップ層１
１までの各層は、大気圧のＭＯＶＰＥ法により形成す
る。なお、ｎ−逆導電型層９として基板温度を１１５０
℃で例えばＳｉがドープされたＧａＮを形成しもてもよ
い。
８またはＭＱＷ構造を有する発光層８を形成した後、基
板温度を８８０℃に保ち、厚さ４０ｎｍ程度のｎ−Ｇａ
Ｎからなるｎ−逆導電型層９を形成し、その後基板温度
を１１５０℃に保ち、厚さ０．４５μｍ程度のＭｇドー
プＡｌＧａＮからなるｐ−クラッド層１０、厚さ５０ｎ
ｍ程度のＭｇドープＧａＮからなるｐ−キャップ層１１
を形成する。上記のバッファ層２からｐ−キャップ層１
１までの各層は、大気圧のＭＯＶＰＥ法により形成す
る。なお、ｎ−逆導電型層９として基板温度を１１５０
℃で例えばＳｉがドープされたＧａＮを形成しもてもよ
い。
【０１２２】その後、図２０に示すように、ｐ−キャッ
プ層１１上の全面に、例えばＥＣＲ（電子サイクロトロ
ン共鳴）プラズマＣＶＤ法（化学気相蒸着法）により、
厚さ０．２μｍ程度のＳｉ3 Ｎ4 等のシリコン窒化物か
らなる電流狭窄層１４を形成する。次に、フォトリソグ
ラフィおよびＢＨＦ（緩衝フッ酸）によるウェットエッ
チングで、幅２μｍ程度のストライプ状の領域のシリコ
ン窒化物を除去し、ｐ−キャップ層１１を露出させる。
それにより、ストライプ状の電流通路１３が形成され
る。
プ層１１上の全面に、例えばＥＣＲ（電子サイクロトロ
ン共鳴）プラズマＣＶＤ法（化学気相蒸着法）により、
厚さ０．２μｍ程度のＳｉ3 Ｎ4 等のシリコン窒化物か
らなる電流狭窄層１４を形成する。次に、フォトリソグ
ラフィおよびＢＨＦ（緩衝フッ酸）によるウェットエッ
チングで、幅２μｍ程度のストライプ状の領域のシリコ
ン窒化物を除去し、ｐ−キャップ層１１を露出させる。
それにより、ストライプ状の電流通路１３が形成され
る。
【０１２３】次に、図２１に示すように、例えば７６Ｔ
ｏｒｒの減圧ＭＯＶＰＥ法により、ｎ−電流狭窄層１４
上およびストライプ状開口部内のｐ−キャップ層１１上
に厚さ３〜５μｍのＭｇドープＧａＮからなるｐ−コン
タクト層１２を形成する。この際、ｐ−キャップ層１１
の露出した部分に選択的にｐ−ＧａＮが成長するよう
に、成長条件を適切に調整する。例えば、基板温度を約
１００℃上昇させ、ＮＨ 3 の流量を約３倍に増加させ
る。
ｏｒｒの減圧ＭＯＶＰＥ法により、ｎ−電流狭窄層１４
上およびストライプ状開口部内のｐ−キャップ層１１上
に厚さ３〜５μｍのＭｇドープＧａＮからなるｐ−コン
タクト層１２を形成する。この際、ｐ−キャップ層１１
の露出した部分に選択的にｐ−ＧａＮが成長するよう
に、成長条件を適切に調整する。例えば、基板温度を約
１００℃上昇させ、ＮＨ 3 の流量を約３倍に増加させ
る。
【０１２４】このような条件下で成長を行うと、まずｐ
−キャップ層１１の露出した部分にｐ−ＧａＮが成長
し、電流通路１３にあたる部分が形成される。一方、電
流狭窄層１４上にはｐ−ＧａＮは結晶成長しない。引き
続き結晶成長を継続すると、ｐ−ＧａＮが電流通路１３
上に成長するとともに、電流通路１３上に成長したｐ−
ＧａＮの側面から横方向に結晶成長が開始し、電流狭窄
層１４上にｐ−ＧａＮからなるｐ−コンタクト層１２が
形成される。例えば、電流通路１３にあたる部分を中心
として幅約８μｍでｐ−コンタクト層１２が形成され
る。
−キャップ層１１の露出した部分にｐ−ＧａＮが成長
し、電流通路１３にあたる部分が形成される。一方、電
流狭窄層１４上にはｐ−ＧａＮは結晶成長しない。引き
続き結晶成長を継続すると、ｐ−ＧａＮが電流通路１３
上に成長するとともに、電流通路１３上に成長したｐ−
ＧａＮの側面から横方向に結晶成長が開始し、電流狭窄
層１４上にｐ−ＧａＮからなるｐ−コンタクト層１２が
形成される。例えば、電流通路１３にあたる部分を中心
として幅約８μｍでｐ−コンタクト層１２が形成され
る。
【０１２５】この結果、ｐ−キャップ層１１とｐ−コン
タクト層１２とは幅２μｍ程度のストライプ状の電流通
路１３で接続され、ｐ−キャップ層１１とｐ−コンタク
ト層１２との間には、電流通路１３の部分を除いて、厚
さ０．２μｍ程度のＳｉ3 Ｎ 4 からなる電流狭窄層１４
が形成される。
タクト層１２とは幅２μｍ程度のストライプ状の電流通
路１３で接続され、ｐ−キャップ層１１とｐ−コンタク
ト層１２との間には、電流通路１３の部分を除いて、厚
さ０．２μｍ程度のＳｉ3 Ｎ 4 からなる電流狭窄層１４
が形成される。
【０１２６】次に、図２２に示すように、メタルマスク
およびＥＢ（電子ビーム）蒸着法を用いて、ｐ−コンタ
クト層１２を含む領域に、例えば幅１０μｍ程度のスト
ライプ形状で厚さ３〜５μｍＮｉ膜を蒸着する。このＮ
ｉ膜をマスクとして用い、例えばＣＦ4 をエッチングガ
スとして用い、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法に
より、ｎ−コンタクト層４が露出するまで、ｐ−コンタ
クト層１２からｎ−クラック防止層５までをメサ状にエ
ッチングする。その後、マスクとして用いたＮｉ膜を塩
酸等を用いて除去する。
およびＥＢ（電子ビーム）蒸着法を用いて、ｐ−コンタ
クト層１２を含む領域に、例えば幅１０μｍ程度のスト
ライプ形状で厚さ３〜５μｍＮｉ膜を蒸着する。このＮ
ｉ膜をマスクとして用い、例えばＣＦ4 をエッチングガ
スとして用い、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法に
より、ｎ−コンタクト層４が露出するまで、ｐ−コンタ
クト層１２からｎ−クラック防止層５までをメサ状にエ
ッチングする。その後、マスクとして用いたＮｉ膜を塩
酸等を用いて除去する。
【０１２７】さらに、図２３に示すように、Ｓｉ3 Ｎ4
等の絶縁膜１７をＥＣＲプラズマＣＶＤ法、フォトリソ
グラフィおよびエッチングによりｐ−コンタクト層１２
からｎ−クラック防止層５までの側面および電極形成領
域を除いたｎ−コンタクト層４の上面に形成する。そし
て、ｎ−コンタクト層４の露出した表面上に、例えばＡ
ｕ／Ｔｉからなるｎ電極１６を形成し、ｐ−コンタクト
層１２上に、Ａｕ／Ｐｄからなるｐ電極１５を形成す
る。
等の絶縁膜１７をＥＣＲプラズマＣＶＤ法、フォトリソ
グラフィおよびエッチングによりｐ−コンタクト層１２
からｎ−クラック防止層５までの側面および電極形成領
域を除いたｎ−コンタクト層４の上面に形成する。そし
て、ｎ−コンタクト層４の露出した表面上に、例えばＡ
ｕ／Ｔｉからなるｎ電極１６を形成し、ｐ−コンタクト
層１２上に、Ａｕ／Ｐｄからなるｐ電極１５を形成す
る。
【０１２８】最後に、例えばへき開により、ストライプ
状の電流通路１３に沿った方向に共振器長３００μｍの
共振器構造を形成する。それにより、図１の構造を有す
る半導体レーザ素子が作製される。
状の電流通路１３に沿った方向に共振器長３００μｍの
共振器構造を形成する。それにより、図１の構造を有す
る半導体レーザ素子が作製される。
【０１２９】なお、半導体レーザ素子の共振器面にＳｉ
3 Ｎ4 、ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＴｉＯ2 等を積層した
誘電体多層膜等の端面高反射膜や低反射膜を形成しても
よい。
3 Ｎ4 、ＳｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、ＴｉＯ2 等を積層した
誘電体多層膜等の端面高反射膜や低反射膜を形成しても
よい。
【０１３０】（９）第９の実施例 第９の実施例の半導体レーザ素子は、図１の半導体レー
ザ素子と同じ構造を有し、以下に示すように窒化物系半
導体層の結晶成長方法が異なる。
ザ素子と同じ構造を有し、以下に示すように窒化物系半
導体層の結晶成長方法が異なる。
【０１３１】図１の半導体レーザ素子の構造において、
サファイア基板１の（０００１）面上に、ＭＯＶＰＥ法
により、少なくともバッファ層２を低温でかつアンドー
プＧａＮ層３を高温で結晶成長させた後、他の層４〜１
２，１４を例えばＭＢＥ法やＨＶＰＥ法（ハライド気相
成長法）等のＭＯＶＰＥ法以外の結晶成長方法で結晶成
長させる。なお、本実施例における発光層８は、上記の
第１〜第８の実施例と同様、単層構造またはＭＷＱ構造
を有する。
サファイア基板１の（０００１）面上に、ＭＯＶＰＥ法
により、少なくともバッファ層２を低温でかつアンドー
プＧａＮ層３を高温で結晶成長させた後、他の層４〜１
２，１４を例えばＭＢＥ法やＨＶＰＥ法（ハライド気相
成長法）等のＭＯＶＰＥ法以外の結晶成長方法で結晶成
長させる。なお、本実施例における発光層８は、上記の
第１〜第８の実施例と同様、単層構造またはＭＷＱ構造
を有する。
【０１３２】本実施例において、アンドープＧａＮ層３
〜ｐ−コンタクト層１２までの各層はウルツ鉱構造であ
り、窒化物系半導体の［０００１］方向に成長してい
る。したがって、第１〜第８の実施例と同じ効果が得ら
れる。
〜ｐ−コンタクト層１２までの各層はウルツ鉱構造であ
り、窒化物系半導体の［０００１］方向に成長してい
る。したがって、第１〜第８の実施例と同じ効果が得ら
れる。
【０１３３】このように、サファイア基板１の（０００
１）面上に、ＭＯＶＰＥ法により低温でバッファ層２を
成長させた後に、引き続いて高温で窒化物系半導体層を
結晶成長させると、窒化物系半導体層は［０００１］方
向に成長し、その後、結晶成長方法を変えても結晶成長
の方位は変化せず、［０００１］方向に成長し続ける。
１）面上に、ＭＯＶＰＥ法により低温でバッファ層２を
成長させた後に、引き続いて高温で窒化物系半導体層を
結晶成長させると、窒化物系半導体層は［０００１］方
向に成長し、その後、結晶成長方法を変えても結晶成長
の方位は変化せず、［０００１］方向に成長し続ける。
【０１３４】上記の第１〜第９の実施例のように、ｎ−
逆導電型層９が光ガイド層としての機能も有する場合に
おいては、発光層８とｎ−逆導電型層９との間に、ｎ−
逆導電型層９に比べて大きな禁制帯幅を有する層を形成
してもよい。この場合について以下で説明する。
逆導電型層９が光ガイド層としての機能も有する場合に
おいては、発光層８とｎ−逆導電型層９との間に、ｎ−
逆導電型層９に比べて大きな禁制帯幅を有する層を形成
してもよい。この場合について以下で説明する。
【０１３５】（１０）第１０の実施例 図２４は本発明の第１０の実施例における半導体レーザ
素子の構成を示す模式的斜視図である。
素子の構成を示す模式的斜視図である。
【０１３６】第１０の実施例の半導体レーザ素子は、発
光層８とｎ−逆導電型層９との間に、ｎ−逆導電型層９
に比べて大きなバンドギャップを有するＡｌＧａＮから
なるクラッド層１８が形成された点を除いて、図１の半
導体レーザ素子と同じ構造を有する。なお、本実施例の
半導体レーザ素子は、第１の実施例の半導体レーザ素子
と同様、厚さ５０ｎｍのＩｎＧａＮからなる単層構造を
有する発光層８を有する。
光層８とｎ−逆導電型層９との間に、ｎ−逆導電型層９
に比べて大きなバンドギャップを有するＡｌＧａＮから
なるクラッド層１８が形成された点を除いて、図１の半
導体レーザ素子と同じ構造を有する。なお、本実施例の
半導体レーザ素子は、第１の実施例の半導体レーザ素子
と同様、厚さ５０ｎｍのＩｎＧａＮからなる単層構造を
有する発光層８を有する。
【０１３７】例えば、クラッド層１８としては、厚さ１
〜１００ｎｍのＡｌx Ｇａ1-x Ｎを用いる。この場合、
０≦Ｘ≦０．１であることが好ましい。なお、クラッド
層１８の導電型は、絶縁性であってもよく、ｎ型または
ｐ型であってもよい。なお、ｐ型のクラッド層１８を形
成する場合は、クラッド層１８に形成さたアクセプタ準
位の濃度を、ｎ−逆導電型層９に形成されたドナー準位
の濃度より低くする必要がある。
〜１００ｎｍのＡｌx Ｇａ1-x Ｎを用いる。この場合、
０≦Ｘ≦０．１であることが好ましい。なお、クラッド
層１８の導電型は、絶縁性であってもよく、ｎ型または
ｐ型であってもよい。なお、ｐ型のクラッド層１８を形
成する場合は、クラッド層１８に形成さたアクセプタ準
位の濃度を、ｎ−逆導電型層９に形成されたドナー準位
の濃度より低くする必要がある。
【０１３８】図２５および図２６は、図２４の半導体レ
ーザ素子におけるｎ−クラッド層７、発光層８、クラッ
ド層１８、ｎ−逆導電型層９およびｐ−クラッド層１０
のエネルギーバンド図である。
ーザ素子におけるｎ−クラッド層７、発光層８、クラッ
ド層１８、ｎ−逆導電型層９およびｐ−クラッド層１０
のエネルギーバンド図である。
【０１３９】図２５に示すように、実施例１と同様、発
光層８の［０００１］方向側つまりエネルギーバンドの
エネルギーの高い側に、発光層８に比べて大きな禁制帯
幅を有し、ドナー準位が形成されたＧａＮからなるｎ−
逆導電型層９が形成されている。このｎ−逆導電型層９
の禁制帯幅は、ｐ−ＡｌＧａＮからなるｐ−クラッド層
１０の禁制帯幅に比べて小さいので、ｎ−逆導電型層９
の屈折率はｐ−クラッド層１０の屈折率に比べて大きく
なる。したがって、ｎ−逆導電型層９は光ガイド層とし
ての機能も有している。
光層８の［０００１］方向側つまりエネルギーバンドの
エネルギーの高い側に、発光層８に比べて大きな禁制帯
幅を有し、ドナー準位が形成されたＧａＮからなるｎ−
逆導電型層９が形成されている。このｎ−逆導電型層９
の禁制帯幅は、ｐ−ＡｌＧａＮからなるｐ−クラッド層
１０の禁制帯幅に比べて小さいので、ｎ−逆導電型層９
の屈折率はｐ−クラッド層１０の屈折率に比べて大きく
なる。したがって、ｎ−逆導電型層９は光ガイド層とし
ての機能も有している。
【０１４０】さらに、本実施例においては、上記のｎ−
逆導電型層９と発光層との間に、ＡｌＧａＮからなるク
ラッド層１８が形成されている。このクラッド層１８
は、ｎ−逆導電型層９に比べて大きな禁制帯幅を有す
る。したがって、このクラッド層１８により、発光層８
から光ガイド層（ｎ−逆導電型層９）を分離した構造が
可能となる。
逆導電型層９と発光層との間に、ＡｌＧａＮからなるク
ラッド層１８が形成されている。このクラッド層１８
は、ｎ−逆導電型層９に比べて大きな禁制帯幅を有す
る。したがって、このクラッド層１８により、発光層８
から光ガイド層（ｎ−逆導電型層９）を分離した構造が
可能となる。
【０１４１】本実施例では、第１の実施例と同様、図２
５に示すように発光層８の［０００１］方向側すなわち
エネルギーバンドのエネルギーの高い側に発光層８に比
べて大きな禁制帯幅を有するｎ−逆導電型層９が形成さ
れているので、図２６に示すように［０００-1］方向に
電子の移動が生じ、電子とイオン化したドナー準位とが
空間的に分離する。それにより、圧電効果のために発生
した発光層８の電位勾配が減少し、エネルギーバンドの
勾配も減少する。その結果、電流として注入された電子
と正孔との分離が抑制されるので、発光効率の低下およ
びしきい値電流の上昇が抑制される。
５に示すように発光層８の［０００１］方向側すなわち
エネルギーバンドのエネルギーの高い側に発光層８に比
べて大きな禁制帯幅を有するｎ−逆導電型層９が形成さ
れているので、図２６に示すように［０００-1］方向に
電子の移動が生じ、電子とイオン化したドナー準位とが
空間的に分離する。それにより、圧電効果のために発生
した発光層８の電位勾配が減少し、エネルギーバンドの
勾配も減少する。その結果、電流として注入された電子
と正孔との分離が抑制されるので、発光効率の低下およ
びしきい値電流の上昇が抑制される。
【０１４２】なお、本実施例においては、発光層８が単
層構造を有する場合について説明したが、第２〜第８の
実施例のように発光層８がＭＱＷ構造を有する場合にお
いても、発光層８とｎ−逆導電型層９との間にｎ−逆導
電型層９に比べて大きな禁制帯幅を有するクラッド層を
形成することができる。この場合においても、第２〜第
９の実施例と同じ効果が得られる。
層構造を有する場合について説明したが、第２〜第８の
実施例のように発光層８がＭＱＷ構造を有する場合にお
いても、発光層８とｎ−逆導電型層９との間にｎ−逆導
電型層９に比べて大きな禁制帯幅を有するクラッド層を
形成することができる。この場合においても、第２〜第
９の実施例と同じ効果が得られる。
【０１４３】上記の第１〜第１０の実施例においては、
ｎ−逆導電型層９がｐ−クラッド層１０に比べて小さな
禁制帯幅を有する場合について説明したが、ｎ−逆導電
型層９の禁制帯幅はｐ−クラッド層１０の禁制帯幅と同
じであってもよい。また、ｎ−逆導電型層９の禁制帯幅
はｐ−クラッド層１０の禁制帯幅に比べて大きくてもよ
い。なお、これらの場合においては、ｎ−逆導電型層９
は光ガイド層としての機能を有さない。
ｎ−逆導電型層９がｐ−クラッド層１０に比べて小さな
禁制帯幅を有する場合について説明したが、ｎ−逆導電
型層９の禁制帯幅はｐ−クラッド層１０の禁制帯幅と同
じであってもよい。また、ｎ−逆導電型層９の禁制帯幅
はｐ−クラッド層１０の禁制帯幅に比べて大きくてもよ
い。なお、これらの場合においては、ｎ−逆導電型層９
は光ガイド層としての機能を有さない。
【０１４４】上記の第１〜第１０の実施例においては、
発光層８に形成される電位勾配を低減するために、発光
層８とｐ型の半導体層との間にｎ型の逆導電型層を形成
する場合について説明したが、発光層８とｎ型の半導体
層との間に発光層８に比べて大きな禁制帯幅を有するｐ
型の逆導電型層を形成してもよい。この場合においても
発光層８に形成される電位勾配を低減することが可能と
なる。この場合について以下に説明する。
発光層８に形成される電位勾配を低減するために、発光
層８とｐ型の半導体層との間にｎ型の逆導電型層を形成
する場合について説明したが、発光層８とｎ型の半導体
層との間に発光層８に比べて大きな禁制帯幅を有するｐ
型の逆導電型層を形成してもよい。この場合においても
発光層８に形成される電位勾配を低減することが可能と
なる。この場合について以下に説明する。
【０１４５】（１１）第１１の実施例 図２７は本発明の第１１の実施例における半導体レーザ
素子の構成を示す模式的斜視図である。
素子の構成を示す模式的斜視図である。
【０１４６】第１１の実施例の半導体レーザ素子は、以
下の点を除いて、第１〜第８の実施例における図１の半
導体レーザ素子と同様の構造を有する。なお、本実施例
の半導体レーザ素子は、第１の実施例の半導体レーザ素
子と同様、厚さ５０ｎｍのＩｎＧａＮからなる単層構造
を有する発光層８を備える。
下の点を除いて、第１〜第８の実施例における図１の半
導体レーザ素子と同様の構造を有する。なお、本実施例
の半導体レーザ素子は、第１の実施例の半導体レーザ素
子と同様、厚さ５０ｎｍのＩｎＧａＮからなる単層構造
を有する発光層８を備える。
【０１４７】図２７に示すように、第１１の実施例にお
ける半導体レーザ素子においては、ｎ−ＡｌＧａＮから
なるｎ−クラッド層６上に、アクセプタ準位が形成され
たＧａＮからなるｐ−逆導電型層１９が形成されてい
る。ｐ−逆導電型層１９の厚さは１〜１００ｎｍ程度で
あることが好ましく、本実施例においては４０ｎｍ程度
である。また、ｐ−逆導電型層１９に形成されたアクセ
プタ準位の濃度は１×１０17〜３×１０18ｃｍ-3程度が
好ましく、例えばＭｇを３×１０18ｃｍ-3程度ドープす
る。このｐ−逆導電型層１９上に発光層８が形成され、
さらに厚さ４０ｎｍ程度のｐ−ＧａＮからなるｐ−クラ
ッド層１０ｂが形成されている。このｐ−クラッド層１
０ｂ上にｐ−ＡｌＧａＮからなるｐ−クラッド層１０が
形成されている。
ける半導体レーザ素子においては、ｎ−ＡｌＧａＮから
なるｎ−クラッド層６上に、アクセプタ準位が形成され
たＧａＮからなるｐ−逆導電型層１９が形成されてい
る。ｐ−逆導電型層１９の厚さは１〜１００ｎｍ程度で
あることが好ましく、本実施例においては４０ｎｍ程度
である。また、ｐ−逆導電型層１９に形成されたアクセ
プタ準位の濃度は１×１０17〜３×１０18ｃｍ-3程度が
好ましく、例えばＭｇを３×１０18ｃｍ-3程度ドープす
る。このｐ−逆導電型層１９上に発光層８が形成され、
さらに厚さ４０ｎｍ程度のｐ−ＧａＮからなるｐ−クラ
ッド層１０ｂが形成されている。このｐ−クラッド層１
０ｂ上にｐ−ＡｌＧａＮからなるｐ−クラッド層１０が
形成されている。
【０１４８】図２８および図２９は第１１の実施例の半
導体レーザ素子におけるｎ−クラッド層６、ｐ−逆導電
型層１９、発光層８およびｐ−クラッド層１０ｂのエネ
ルギーバンド図である。
導体レーザ素子におけるｎ−クラッド層６、ｐ−逆導電
型層１９、発光層８およびｐ−クラッド層１０ｂのエネ
ルギーバンド図である。
【０１４９】図２８に示すように、発光層８の［０００
-1］方向側、すなわちエネルギーバンドのエネルギーの
低い側に、発光層８に比べて大きな禁制帯幅を有するｐ
−逆導電型層１９が形成されている。このｐ−逆導電型
層１９は、ｎ−クラッド層６に比べて禁制帯幅が小さ
い。このため、ｐ−逆導電型層１９はｎ−クラッド層６
に比べて屈折率が大きくなる。したがって、ｐ−逆導電
型層１９は光ガイド層の機能も合わせて有する。
-1］方向側、すなわちエネルギーバンドのエネルギーの
低い側に、発光層８に比べて大きな禁制帯幅を有するｐ
−逆導電型層１９が形成されている。このｐ−逆導電型
層１９は、ｎ−クラッド層６に比べて禁制帯幅が小さ
い。このため、ｐ−逆導電型層１９はｎ−クラッド層６
に比べて屈折率が大きくなる。したがって、ｐ−逆導電
型層１９は光ガイド層の機能も合わせて有する。
【０１５０】本実施例では、図２８に示すように発光層
８の［０００-1］方向側つまりエネルギーバンドのエネ
ルギーの低い側に発光層８に比べて大きな禁制帯幅を有
するｐ−逆導電型層１９が形成されているので、図２９
に示すように、［０００１］方向に正孔の移動が生じ、
正孔とイオン化したアクセプタ準位とが空間的に分離す
る。それにより、圧電効果のために発生した発光層８の
電位勾配が減少し、エネルギーバンドの勾配も減少す
る。その結果、電流として注入された電子と正孔との分
離が抑制されるので、発光効率の低下およびしきい値電
流の上昇が抑制される。
８の［０００-1］方向側つまりエネルギーバンドのエネ
ルギーの低い側に発光層８に比べて大きな禁制帯幅を有
するｐ−逆導電型層１９が形成されているので、図２９
に示すように、［０００１］方向に正孔の移動が生じ、
正孔とイオン化したアクセプタ準位とが空間的に分離す
る。それにより、圧電効果のために発生した発光層８の
電位勾配が減少し、エネルギーバンドの勾配も減少す
る。その結果、電流として注入された電子と正孔との分
離が抑制されるので、発光効率の低下およびしきい値電
流の上昇が抑制される。
【０１５１】本実施例においては、発光層８が単層構造
を有する場合について説明したが、発光層８が多重量子
井戸構造（ＭＱＷ構造）を有してもよい。さらに、ＭＱ
Ｗ構造を有する発光層８中にｐ型不純物およびｎ型不純
物の少なくとも一方が不均一にドーピングされてもよ
い。この場合においては、発光層８の電位勾配をさらに
低減することができる。
を有する場合について説明したが、発光層８が多重量子
井戸構造（ＭＱＷ構造）を有してもよい。さらに、ＭＱ
Ｗ構造を有する発光層８中にｐ型不純物およびｎ型不純
物の少なくとも一方が不均一にドーピングされてもよ
い。この場合においては、発光層８の電位勾配をさらに
低減することができる。
【０１５２】また、本実施例において、ｎ−クラッド層
６とｐ−逆導電型層１９との間に、ＡｌＧａＮからなり
ｐ−逆導電型層１９に比べて大きな禁制帯幅を有するク
ラッド層を形成してもよい。このクラッド層により、光
ガイド層としての機能を有するｐ−逆導電型層１９を発
光層８から分離した構造が可能となる。このようなｐ−
逆導電型層１９に比べて大きな禁制帯幅を有するクラッ
ド層としては、例えば厚さ１〜１００ｎｍのＡｌX Ｇａ
1-x Ｎを用いる。この場合、０≦Ｘ≦０．１であること
が好ましい。なお、このようなクラッド層の導電型は、
絶縁性であってもよく、ｎ型またはｐ型であってもよ
い。なお、ｎ型のクラッド層を形成する場合には、この
クラッド層に形成されたドナー準位の濃度を、ｐ−逆導
電型層１９に形成されたアクセプタ準位の濃度より低く
する必要がある。
６とｐ−逆導電型層１９との間に、ＡｌＧａＮからなり
ｐ−逆導電型層１９に比べて大きな禁制帯幅を有するク
ラッド層を形成してもよい。このクラッド層により、光
ガイド層としての機能を有するｐ−逆導電型層１９を発
光層８から分離した構造が可能となる。このようなｐ−
逆導電型層１９に比べて大きな禁制帯幅を有するクラッ
ド層としては、例えば厚さ１〜１００ｎｍのＡｌX Ｇａ
1-x Ｎを用いる。この場合、０≦Ｘ≦０．１であること
が好ましい。なお、このようなクラッド層の導電型は、
絶縁性であってもよく、ｎ型またはｐ型であってもよ
い。なお、ｎ型のクラッド層を形成する場合には、この
クラッド層に形成されたドナー準位の濃度を、ｐ−逆導
電型層１９に形成されたアクセプタ準位の濃度より低く
する必要がある。
【０１５３】さらに、本実施例においては、ｐ−逆導電
型層１９がｎ−クラッド層６に比べて小さな禁制帯幅を
有する場合について説明したが、ｐ−逆導電型層１９の
禁制帯幅はｎ−クラッド層６の禁制帯幅と同じであって
もよい。また、ｐ−逆導電型層１９の幅はｎ−クラッド
層６の禁制帯幅に比べて大きくてもよい。なお、これら
の場合においては、ｐ−逆導電型層１９が光ガイド層と
しての機能を有さない。
型層１９がｎ−クラッド層６に比べて小さな禁制帯幅を
有する場合について説明したが、ｐ−逆導電型層１９の
禁制帯幅はｎ−クラッド層６の禁制帯幅と同じであって
もよい。また、ｐ−逆導電型層１９の幅はｎ−クラッド
層６の禁制帯幅に比べて大きくてもよい。なお、これら
の場合においては、ｐ−逆導電型層１９が光ガイド層と
しての機能を有さない。
【０１５４】上記の第１〜第１１の実施例においては半
導体レーザ素子がｎ型の逆導電型層またはｐ型の逆導電
型層を有する場合について説明したが、ｎ型の逆導電型
層とｐ型の逆導電型層とを同時に形成してもよい。例え
ば、第１の実施例と第１１の実施例とを組み合わせても
よい。この場合においては、発光効率の低下を抑制する
効果がより大きくなる。
導体レーザ素子がｎ型の逆導電型層またはｐ型の逆導電
型層を有する場合について説明したが、ｎ型の逆導電型
層とｐ型の逆導電型層とを同時に形成してもよい。例え
ば、第１の実施例と第１１の実施例とを組み合わせても
よい。この場合においては、発光効率の低下を抑制する
効果がより大きくなる。
【０１５５】上記の第１〜第１１の実施例においては、
ｎ−逆導電型層９およびｐ−逆導電型層１９がＧａＮか
ら構成される場合について説明したが、ｎ型の逆導電型
層およびｐ型の逆導電型層の構成はこれに限定されるも
のではない。ｎ型の逆導電型層およびｐ型の逆導電型層
は、発光層８に比べて大きな禁制帯幅を有するＩｎＧａ
Ｎ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＮ等から構成されてもよ
い。このような構成を有するｎ型の逆導電型層およびｐ
型の逆導電型層を形成する場合においても、ｎ型の逆導
電型層およびｐ型の逆導電型層の厚さは１〜１００ｎｍ
程度であり、アクセプタ準位あるいはドナー準位の濃度
は１×１０17〜３×１０18ｃｍ-3程度であることが好ま
しい。
ｎ−逆導電型層９およびｐ−逆導電型層１９がＧａＮか
ら構成される場合について説明したが、ｎ型の逆導電型
層およびｐ型の逆導電型層の構成はこれに限定されるも
のではない。ｎ型の逆導電型層およびｐ型の逆導電型層
は、発光層８に比べて大きな禁制帯幅を有するＩｎＧａ
Ｎ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＮ等から構成されてもよ
い。このような構成を有するｎ型の逆導電型層およびｐ
型の逆導電型層を形成する場合においても、ｎ型の逆導
電型層およびｐ型の逆導電型層の厚さは１〜１００ｎｍ
程度であり、アクセプタ準位あるいはドナー準位の濃度
は１×１０17〜３×１０18ｃｍ-3程度であることが好ま
しい。
【０１５６】例えば、第１〜第１０の実施例において、
ｎ型の逆導電型層として、発光層８より禁制帯幅が大き
くかつｐ−ＡｌＧａＮからなるｐ−クラッド層１０と禁
制帯幅が同じかまたはｐ−クラッド層１０に比べて禁制
帯幅が大きなｎ−ＩｎＧａＮ層、ｎ−ＡｌＧａＩｎＮ層
またはｎ−ＡｌＧａＮ層を形成してもよい。
ｎ型の逆導電型層として、発光層８より禁制帯幅が大き
くかつｐ−ＡｌＧａＮからなるｐ−クラッド層１０と禁
制帯幅が同じかまたはｐ−クラッド層１０に比べて禁制
帯幅が大きなｎ−ＩｎＧａＮ層、ｎ−ＡｌＧａＩｎＮ層
またはｎ−ＡｌＧａＮ層を形成してもよい。
【０１５７】あるいは、ｎ型の逆導電型層として、発光
層８より禁制帯幅が大きくかつｐ−ＡｌＧａＮからなる
ｐ−クラッド層１０に比べて禁制帯幅が小さなｎ−Ｉｎ
ＧａＮ層、ｎ−ＡｌＧａＩｎＮ層またはｎ−ＡｌＧａＮ
層を形成してもよい。この場合、ｎ型の逆導電型層の屈
折率がｐ−クラッド層１０の屈折率に比べて大きくなる
ので、ｎ型の逆導電型層は光ガイド層としての機能も備
える。
層８より禁制帯幅が大きくかつｐ−ＡｌＧａＮからなる
ｐ−クラッド層１０に比べて禁制帯幅が小さなｎ−Ｉｎ
ＧａＮ層、ｎ−ＡｌＧａＩｎＮ層またはｎ−ＡｌＧａＮ
層を形成してもよい。この場合、ｎ型の逆導電型層の屈
折率がｐ−クラッド層１０の屈折率に比べて大きくなる
ので、ｎ型の逆導電型層は光ガイド層としての機能も備
える。
【０１５８】一方、第１１の実施例において、ｐ型の逆
導電型層として、発光層８より禁制帯幅が大きくかつｎ
−ＡｌＧａＮからなるｎ−クラッド層６と禁制帯幅が同
じかまたはｎ−クラッド層６に比べて禁制帯幅が大きな
ｐ−ＩｎＧａＮ層、ｐ−ＡｌＧａＩｎＮ層またはｐ−Ａ
ｌＧａＮ層を形成してもよい。
導電型層として、発光層８より禁制帯幅が大きくかつｎ
−ＡｌＧａＮからなるｎ−クラッド層６と禁制帯幅が同
じかまたはｎ−クラッド層６に比べて禁制帯幅が大きな
ｐ−ＩｎＧａＮ層、ｐ−ＡｌＧａＩｎＮ層またはｐ−Ａ
ｌＧａＮ層を形成してもよい。
【０１５９】あるいは、ｐ型の逆導電型層として、発光
層８より禁制帯幅が大きくかつｎ−ＡｌＧａＮからなる
ｎ−クラッド層６に比べて禁制帯幅が小さなｐ−ＩｎＧ
ａＮ層、ｐ−ＡｌＧａＩｎＮ層またはｐ−ＡｌＧａＮ層
を形成してもよい。この場合、ｐ型の逆導電型層の屈折
率がｎ−クラッド層６の屈折率に比べて大きくなるの
で、ｐ型の逆導電型層は光ガイド層としての機能を備え
る。
層８より禁制帯幅が大きくかつｎ−ＡｌＧａＮからなる
ｎ−クラッド層６に比べて禁制帯幅が小さなｐ−ＩｎＧ
ａＮ層、ｐ−ＡｌＧａＩｎＮ層またはｐ−ＡｌＧａＮ層
を形成してもよい。この場合、ｐ型の逆導電型層の屈折
率がｎ−クラッド層６の屈折率に比べて大きくなるの
で、ｐ型の逆導電型層は光ガイド層としての機能を備え
る。
【０１６０】上記第１〜第１１の実施例では、基板とし
てサファイア基板１を用いているが、窒化物系半導体層
がウルツ鉱構造であれば、スピネル、ＳｉＣ、Ｓｉ、Ｇ
ａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＧａＮ等の基板を用いてもよ
い。
てサファイア基板１を用いているが、窒化物系半導体層
がウルツ鉱構造であれば、スピネル、ＳｉＣ、Ｓｉ、Ｇ
ａＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＧａＮ等の基板を用いてもよ
い。
【０１６１】また、上記第１〜第１１の実施例では、面
内方向に圧縮歪を有するとともに界面に垂直な方向に伸
張する歪を有するウルツ鉱構造の発光層８について説明
したが、面内方向に伸張する歪を有するとともに界面に
垂直な方向に圧縮歪を有するウルツ鉱構造の発光層８を
有し、［０００１］方向側にｎ型層を有し、［０００-
1］方向側にｐ型層を有している発光素子の場合、ｎ型
の逆導電型層またはｐ型の逆導電型層を形成する位置を
発光層の中心における（０００１）面に関して第１〜第
１１の実施例と反対にすればよい。さらに、ＭＱＷ構造
を有する発光層にｎ型不純物およびｐ型不純物の少なく
とも一方を不均一に添加する場合においては、ｐ型不純
物またはｎ型不純物のドーピングの分布位置を量子井戸
層の中心における（０００１）面に関して第２〜第８の
実施例と反対にすればよい。
内方向に圧縮歪を有するとともに界面に垂直な方向に伸
張する歪を有するウルツ鉱構造の発光層８について説明
したが、面内方向に伸張する歪を有するとともに界面に
垂直な方向に圧縮歪を有するウルツ鉱構造の発光層８を
有し、［０００１］方向側にｎ型層を有し、［０００-
1］方向側にｐ型層を有している発光素子の場合、ｎ型
の逆導電型層またはｐ型の逆導電型層を形成する位置を
発光層の中心における（０００１）面に関して第１〜第
１１の実施例と反対にすればよい。さらに、ＭＱＷ構造
を有する発光層にｎ型不純物およびｐ型不純物の少なく
とも一方を不均一に添加する場合においては、ｐ型不純
物またはｎ型不純物のドーピングの分布位置を量子井戸
層の中心における（０００１）面に関して第２〜第８の
実施例と反対にすればよい。
【０１６２】さらに、ウルツ鉱型のＺｎＳｅを代表とす
るII−VI族化合物半導体を始めとするウルツ鉱構造また
は六方晶構造を有する半導体であれば同じ効果が得られ
る。ただし、II−VI族化合物半導体およびＣｕＣｌを代
表とするＩ−VII 族化合物半導体の場合には、電位勾配
が逆になる。
るII−VI族化合物半導体を始めとするウルツ鉱構造また
は六方晶構造を有する半導体であれば同じ効果が得られ
る。ただし、II−VI族化合物半導体およびＣｕＣｌを代
表とするＩ−VII 族化合物半導体の場合には、電位勾配
が逆になる。
【０１６３】加えて、発光層における界面に垂直な方向
としては、歪により電位勾配の発生する方向であれば、
発光層の面方位は（０００１）面に限られるものではな
い。ｗｕｒｔｚｉｔｅ構造の結晶の対称性から、歪発光
層の面方位が［０００１］軸を面内に含む面方位以外で
あれば、いかなる面方位でも、歪により電位勾配が発光
層に垂直な方向に発生することが示される。すなわち、
歪発光層の面方位が一般式（ＨＫＬ０）面で表される面
方位以外であれば、いかなる面方位でも、圧電効果が発
生する。ここで、Ｈ、ＫおよびＬは、Ｈ＋Ｋ＋Ｌ＝０を
満足し、かつＨ＝Ｋ＝Ｌ＝０を除く任意の数である。上
記の（ＨＫＬ０）面は、例えば（１-1００）面および
（１１-2０）面である。特に、（０００１）面を主面と
する歪発光層において、界面に垂直な方向に電位勾配を
発生させる圧電効果が最も大きい。ただし、材料によっ
ては圧電係数の値により、偶然圧電効果が発生しない特
定の面方位がある。なお、歪により電位勾配の発生する
発光層の面方位については後述する。
としては、歪により電位勾配の発生する方向であれば、
発光層の面方位は（０００１）面に限られるものではな
い。ｗｕｒｔｚｉｔｅ構造の結晶の対称性から、歪発光
層の面方位が［０００１］軸を面内に含む面方位以外で
あれば、いかなる面方位でも、歪により電位勾配が発光
層に垂直な方向に発生することが示される。すなわち、
歪発光層の面方位が一般式（ＨＫＬ０）面で表される面
方位以外であれば、いかなる面方位でも、圧電効果が発
生する。ここで、Ｈ、ＫおよびＬは、Ｈ＋Ｋ＋Ｌ＝０を
満足し、かつＨ＝Ｋ＝Ｌ＝０を除く任意の数である。上
記の（ＨＫＬ０）面は、例えば（１-1００）面および
（１１-2０）面である。特に、（０００１）面を主面と
する歪発光層において、界面に垂直な方向に電位勾配を
発生させる圧電効果が最も大きい。ただし、材料によっ
ては圧電係数の値により、偶然圧電効果が発生しない特
定の面方位がある。なお、歪により電位勾配の発生する
発光層の面方位については後述する。
【０１６４】（Ｂ）第２の実施の形態 第２の実施の形態の発光素子は、（１１１）面を主面と
する閃亜鉛鉱構造の発光層を有する。この発光層は、発
光層の面に垂直な方向（界面に垂直な方向）に歪を有す
る。このような発光層中には、圧電効果により電位勾配
が形成される。
する閃亜鉛鉱構造の発光層を有する。この発光層は、発
光層の面に垂直な方向（界面に垂直な方向）に歪を有す
る。このような発光層中には、圧電効果により電位勾配
が形成される。
【０１６５】ここで、歪を有する発光層は、単層構造で
あってもよい。あるいは、１つの量子井戸層が２つの障
壁層の間に挟まれた単一量子井戸構造（ＳＱＷ構造）で
あってもよく、また２つ以上の井戸層と３つ以上の障壁
層とが交互に積層されてなる多重量子井戸構造（ＭＱＷ
構造）であってもよい。ＳＱＷ構造およびＭＱＷ構造の
ような量子井戸構造を有する発光層においては、井戸層
が歪を有しており、井戸層内に圧電効果により電位勾配
が形成される。
あってもよい。あるいは、１つの量子井戸層が２つの障
壁層の間に挟まれた単一量子井戸構造（ＳＱＷ構造）で
あってもよく、また２つ以上の井戸層と３つ以上の障壁
層とが交互に積層されてなる多重量子井戸構造（ＭＱＷ
構造）であってもよい。ＳＱＷ構造およびＭＱＷ構造の
ような量子井戸構造を有する発光層においては、井戸層
が歪を有しており、井戸層内に圧電効果により電位勾配
が形成される。
【０１６６】発光層はｐ型層とｎ型層とに挟まれるよう
に配置される。ｐ型層にはｐ電極が形成されており、ｐ
電極からｐ型層に正孔が注入される。ｎ型層にはｎ電極
が形成されており、ｎ電極からｎ型層に電子が注入され
る。
に配置される。ｐ型層にはｐ電極が形成されており、ｐ
電極からｐ型層に正孔が注入される。ｎ型層にはｎ電極
が形成されており、ｎ電極からｎ型層に電子が注入され
る。
【０１６７】III −Ｖ族化合物半導体において、発光層
の面内方向（界面に平行な方向）に伸張する歪を有し、
発光層の界面に垂直な方向に圧縮歪を有する場合、圧電
効果により発生した発光層中の電位勾配において、［１
１１］方向側の電位が高く、［-1-1-1］側の電位が低
い。このような歪を発光層に有し、［-1-1-1］方向側に
ｐ型層を有し、［１１１］方向側にｎ型層を有している
発光素子において、発光層における電位はｎ型層側の方
がｐ型層側に比べて低い。なお、発光層は量子井戸構造
を有する場合においては、量子井戸層内における電位が
ｎ型層側の方がｐ型層側に比べて低い。圧電効果のため
に発生した電位勾配を減少させるためには、ｐ型層と発
光層との間に、発光層に比べて大きな禁制帯幅を有する
ｎ型の逆導電型層を形成する。あるいは、ｎ型層と発光
層との間に、発光層に比べて禁制帯幅を有するｐ型の逆
導電型層を形成する。このような方法により、発光層が
単層構造を有する場合および量子井戸構造を有する場合
のいずれにおいても同様の効果が得られる。
の面内方向（界面に平行な方向）に伸張する歪を有し、
発光層の界面に垂直な方向に圧縮歪を有する場合、圧電
効果により発生した発光層中の電位勾配において、［１
１１］方向側の電位が高く、［-1-1-1］側の電位が低
い。このような歪を発光層に有し、［-1-1-1］方向側に
ｐ型層を有し、［１１１］方向側にｎ型層を有している
発光素子において、発光層における電位はｎ型層側の方
がｐ型層側に比べて低い。なお、発光層は量子井戸構造
を有する場合においては、量子井戸層内における電位が
ｎ型層側の方がｐ型層側に比べて低い。圧電効果のため
に発生した電位勾配を減少させるためには、ｐ型層と発
光層との間に、発光層に比べて大きな禁制帯幅を有する
ｎ型の逆導電型層を形成する。あるいは、ｎ型層と発光
層との間に、発光層に比べて禁制帯幅を有するｐ型の逆
導電型層を形成する。このような方法により、発光層が
単層構造を有する場合および量子井戸構造を有する場合
のいずれにおいても同様の効果が得られる。
【０１６８】さらに、発光層が量子井戸構造を有する場
合においては、量子井戸層にアクセプタ準位あるいはド
ナー準位を不均一に形成することで、圧電効果のために
発生した発光層の電位勾配をさらに低減することができ
る。この場合、アクセプタ準位を量子井戸層中の［１１
１］方向側の部分に多く形成し、または障壁層中で量子
井戸層の［１１１］方向側の界面と接する部分に多く形
成する。あるいは、ドナー準位を量子井戸層中の［-1-1
-1］方向側の部分に多く形成し、または障壁層中で量子
井戸層の［-1-1-1］方向側の界面と接する部分に多く形
成する。
合においては、量子井戸層にアクセプタ準位あるいはド
ナー準位を不均一に形成することで、圧電効果のために
発生した発光層の電位勾配をさらに低減することができ
る。この場合、アクセプタ準位を量子井戸層中の［１１
１］方向側の部分に多く形成し、または障壁層中で量子
井戸層の［１１１］方向側の界面と接する部分に多く形
成する。あるいは、ドナー準位を量子井戸層中の［-1-1
-1］方向側の部分に多く形成し、または障壁層中で量子
井戸層の［-1-1-1］方向側の界面と接する部分に多く形
成する。
【０１６９】逆に、III −Ｖ族化合物半導体において、
発光層の面内方向（界面に平行な方向）に圧縮歪を有
し、発光層の界面に垂直な方向に伸張する歪を有する場
合、圧電効果により発生した発光層中の電位勾配におい
て、［-1-1-1］方向側の電位が高く、［１１１］側の電
位が低い。このような歪を発光層に有し、［１１１］方
向側にｐ型層を有し、［-1-1-1］方向側にｎ型層を有し
ている発光素子においては、発光層における電位はｎ型
層側の方がｐ型層側に比べて低い。なお、発光層は量子
井戸構造を有する場合においては、量子井戸層内におけ
る電位がｎ型層側の方がｐ型層側に比べて低い。圧電効
果のために発生した電位勾配を減少させるためには、ｐ
型層と発光層との間に、発光層に比べて大きな禁制帯幅
を有するｎ型の逆導電型層を形成する。あるいは、ｎ型
層と発光層との間に、発光層に比べて大きな禁制帯幅を
有するｐ型の逆導電型層を形成する。このような方法に
より、発光層が単層構造を有する場合および量子井戸構
造を有する場合のいずれにおいても同様の効果が得られ
る。
発光層の面内方向（界面に平行な方向）に圧縮歪を有
し、発光層の界面に垂直な方向に伸張する歪を有する場
合、圧電効果により発生した発光層中の電位勾配におい
て、［-1-1-1］方向側の電位が高く、［１１１］側の電
位が低い。このような歪を発光層に有し、［１１１］方
向側にｐ型層を有し、［-1-1-1］方向側にｎ型層を有し
ている発光素子においては、発光層における電位はｎ型
層側の方がｐ型層側に比べて低い。なお、発光層は量子
井戸構造を有する場合においては、量子井戸層内におけ
る電位がｎ型層側の方がｐ型層側に比べて低い。圧電効
果のために発生した電位勾配を減少させるためには、ｐ
型層と発光層との間に、発光層に比べて大きな禁制帯幅
を有するｎ型の逆導電型層を形成する。あるいは、ｎ型
層と発光層との間に、発光層に比べて大きな禁制帯幅を
有するｐ型の逆導電型層を形成する。このような方法に
より、発光層が単層構造を有する場合および量子井戸構
造を有する場合のいずれにおいても同様の効果が得られ
る。
【０１７０】さらに、発光層が量子井戸構造を有する場
合においては、量子井戸層にアクセプタ準位あるいはド
ナー準位を不均一に形成することで、圧電効果のために
発生した発光層の電位勾配をさらに低減することができ
る。この場合、アクセプタ準位を量子井戸層中の［-1-1
-1］方向側の部分に多く形成し、または障壁層中で量子
井戸層の［-1-1-1］方向側の界面と接する部分に多く形
成する。あるいは、ドナー準位を量子井戸層中の［１１
１］方向側の部分に多く形成し、または障壁層中で量子
井戸層の［１１１］方向側の界面と接する部分に多く形
成する。
合においては、量子井戸層にアクセプタ準位あるいはド
ナー準位を不均一に形成することで、圧電効果のために
発生した発光層の電位勾配をさらに低減することができ
る。この場合、アクセプタ準位を量子井戸層中の［-1-1
-1］方向側の部分に多く形成し、または障壁層中で量子
井戸層の［-1-1-1］方向側の界面と接する部分に多く形
成する。あるいは、ドナー準位を量子井戸層中の［１１
１］方向側の部分に多く形成し、または障壁層中で量子
井戸層の［１１１］方向側の界面と接する部分に多く形
成する。
【０１７１】一方、II−VI族化合物半導体およびI-VII
族化合物半導体において、発光層の面内方向（界面に平
行な方向）に伸張する歪を有し、発光層の界面に垂直な
方向に圧縮歪を有する場合、圧電効果により発光層中に
発生した電位勾配において、［-1-1-1］方向側の電位が
高く、［１１１］側の電位が低い。このような歪を発光
素子に有し、［１１１］方向側にｐ型層を有し、［-1-1
-1］方向側にｎ型層を有している発光素子において、圧
電効果のために発生した電位勾配を減少させるために
は、ｐ型層と発光層との間に、発光層より大きな禁制帯
幅を有するｎ型の逆導電型層を形成する。あるいは、ｎ
型層と発光層との間に、発光層に比べて大きな禁制帯幅
を有するｐ型の逆導電型層を形成する。このような方法
により、発光層が単層構造を有する場合および量子井戸
構造を有する場合のいずれにおいても同様の効果が得ら
れる。
族化合物半導体において、発光層の面内方向（界面に平
行な方向）に伸張する歪を有し、発光層の界面に垂直な
方向に圧縮歪を有する場合、圧電効果により発光層中に
発生した電位勾配において、［-1-1-1］方向側の電位が
高く、［１１１］側の電位が低い。このような歪を発光
素子に有し、［１１１］方向側にｐ型層を有し、［-1-1
-1］方向側にｎ型層を有している発光素子において、圧
電効果のために発生した電位勾配を減少させるために
は、ｐ型層と発光層との間に、発光層より大きな禁制帯
幅を有するｎ型の逆導電型層を形成する。あるいは、ｎ
型層と発光層との間に、発光層に比べて大きな禁制帯幅
を有するｐ型の逆導電型層を形成する。このような方法
により、発光層が単層構造を有する場合および量子井戸
構造を有する場合のいずれにおいても同様の効果が得ら
れる。
【０１７２】さらに、発光層が量子井戸構造を有する場
合においては、量子井戸層にアクセプタ準位あるいはド
ナー準位を不均一に形成することで、圧電効果のために
発生した発光層の電位勾配をさらに低減することができ
る。この場合、アクセプタ準位を量子井戸層中の［-1-1
-1］方向側の部分に多く形成し、または障壁層中で量子
井戸層の［-1-1-1］方向側の界面と接する部分に多く形
成する。あるいは、ドナー準位を量子井戸層中の［１１
１］方向側の部分に多く形成し、または障壁層中で量子
井戸層の［１１１］方向側の界面と接する部分に多く形
成する。
合においては、量子井戸層にアクセプタ準位あるいはド
ナー準位を不均一に形成することで、圧電効果のために
発生した発光層の電位勾配をさらに低減することができ
る。この場合、アクセプタ準位を量子井戸層中の［-1-1
-1］方向側の部分に多く形成し、または障壁層中で量子
井戸層の［-1-1-1］方向側の界面と接する部分に多く形
成する。あるいは、ドナー準位を量子井戸層中の［１１
１］方向側の部分に多く形成し、または障壁層中で量子
井戸層の［１１１］方向側の界面と接する部分に多く形
成する。
【０１７３】逆に、II−VI族化合物半導体およびI-VII
族化合物半導体において、発光層の面内方向（界面に平
行な方向）に圧縮歪を有し、発光層の界面に垂直な方向
に伸張する歪を有する場合、圧電効果により発光層中に
発生した電位勾配において、［１１１］方向側の電位が
高く、［-1-1-1］側の電位が低い。このような歪を発光
層に有し、［-1-1-1］方向側にｐ型層を有し、［１１
１］方向側にｎ型層を有している発光素子においては、
発光層における電位はｎ型層側の方がｐ型層側に比べて
低い。なお、発光層は量子井戸構造を有する場合におい
ては、量子井戸層内における電位がｎ型層側の方がｐ型
層側に比べて低い。圧電効果のために発生した電位勾配
を減少させるためには、ｐ型層と発光層との間に、発光
層より禁制帯幅の広いｎ型の逆導電型層を形成する。あ
るいは、ｎ型層と発光層との間に、発光層より禁制帯幅
の広いｐ型の逆導電型層を形成する。このような方法に
より、発光層が単層構造を有する場合および量子井戸構
造を有する場合のいずれにおいても同様の効果が得られ
る。
族化合物半導体において、発光層の面内方向（界面に平
行な方向）に圧縮歪を有し、発光層の界面に垂直な方向
に伸張する歪を有する場合、圧電効果により発光層中に
発生した電位勾配において、［１１１］方向側の電位が
高く、［-1-1-1］側の電位が低い。このような歪を発光
層に有し、［-1-1-1］方向側にｐ型層を有し、［１１
１］方向側にｎ型層を有している発光素子においては、
発光層における電位はｎ型層側の方がｐ型層側に比べて
低い。なお、発光層は量子井戸構造を有する場合におい
ては、量子井戸層内における電位がｎ型層側の方がｐ型
層側に比べて低い。圧電効果のために発生した電位勾配
を減少させるためには、ｐ型層と発光層との間に、発光
層より禁制帯幅の広いｎ型の逆導電型層を形成する。あ
るいは、ｎ型層と発光層との間に、発光層より禁制帯幅
の広いｐ型の逆導電型層を形成する。このような方法に
より、発光層が単層構造を有する場合および量子井戸構
造を有する場合のいずれにおいても同様の効果が得られ
る。
【０１７４】さらに、発光層が量子井戸構造を有する場
合においては、量子井戸層にアクセプタ準位またはドナ
ー準位を不均一に形成することで、圧電効果のために発
生した発光層の電位勾配をさらに低減することができ
る。この場合、アクセプタ準位を量子井戸層中の［１１
１］方向側の部分に多く形成し、または障壁層中で量子
井戸層の［１１１］方向側の界面と接する部分に多く形
成する。あるいは、ドナー準位を量子井戸層中の［-1-1
-1］方向側の部分に多く形成し、または障壁層中で量子
井戸層の［-1-1-1］方向側の界面と接する部分に多く形
成する。
合においては、量子井戸層にアクセプタ準位またはドナ
ー準位を不均一に形成することで、圧電効果のために発
生した発光層の電位勾配をさらに低減することができ
る。この場合、アクセプタ準位を量子井戸層中の［１１
１］方向側の部分に多く形成し、または障壁層中で量子
井戸層の［１１１］方向側の界面と接する部分に多く形
成する。あるいは、ドナー準位を量子井戸層中の［-1-1
-1］方向側の部分に多く形成し、または障壁層中で量子
井戸層の［-1-1-1］方向側の界面と接する部分に多く形
成する。
【０１７５】発光層における界面に垂直な方向として
は、歪により電位勾配の発生する方向であれば、発光層
の面方位は（１１１）面と等価な面方位に限られるもの
ではない。歪発光層の面方位が［１００］軸を面内に含
む面方位およびこれと等価な面方位以外であれば、いか
なる面方位でも、歪により電位勾配が発光層の界面に垂
直な方向に発生する。すなわち、歪発光層の面方位が一
般式（０ＭＮ）面で表される面方位およびこれと等価な
面方位以外であれば、いかなる面方位でも、圧電効果が
発生する。ここで、ＭおよびＮは、Ｍ＝Ｎ＝０を除く任
意の数である。上記の（０ＭＮ）面は、例えば（００
１）面および（０１１）面である。特に、（１１１）面
を主面とする歪発光層において、発光層の界面に垂直な
方向に電位勾配を発生させる圧電効果が最も大きい。な
お、歪により電位勾配の発生する発光層の面方位につい
ては後述する。
は、歪により電位勾配の発生する方向であれば、発光層
の面方位は（１１１）面と等価な面方位に限られるもの
ではない。歪発光層の面方位が［１００］軸を面内に含
む面方位およびこれと等価な面方位以外であれば、いか
なる面方位でも、歪により電位勾配が発光層の界面に垂
直な方向に発生する。すなわち、歪発光層の面方位が一
般式（０ＭＮ）面で表される面方位およびこれと等価な
面方位以外であれば、いかなる面方位でも、圧電効果が
発生する。ここで、ＭおよびＮは、Ｍ＝Ｎ＝０を除く任
意の数である。上記の（０ＭＮ）面は、例えば（００
１）面および（０１１）面である。特に、（１１１）面
を主面とする歪発光層において、発光層の界面に垂直な
方向に電位勾配を発生させる圧電効果が最も大きい。な
お、歪により電位勾配の発生する発光層の面方位につい
ては後述する。
【０１７６】（１２）第１２の実施例 図３０は本発明の第１２の実施例における埋め込みリッ
ジ構造のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子の構造を示
す断面図である。第１２の実施例の半導体レーザ素子
は、多重量子井戸構造（ＭＱＷ構造）を有するＭＱＷ発
光層を有する。図３１および図３２は第１２の実施例の
半導体レーザ素子におけるＭＱＷ発光層のエネルギーバ
ンド図である。
ジ構造のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子の構造を示
す断面図である。第１２の実施例の半導体レーザ素子
は、多重量子井戸構造（ＭＱＷ構造）を有するＭＱＷ発
光層を有する。図３１および図３２は第１２の実施例の
半導体レーザ素子におけるＭＱＷ発光層のエネルギーバ
ンド図である。
【０１７７】図３０において、ｎ−ＧａＡｓ基板２１
は、面方位が（１１１）Ｂの結晶成長面を有する。ｎ−
ＧａＡｓ基板２１上にｎ−Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐからなる
ｎ−バッファ層２２、ｎ−（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.51Ｉ
ｎ0.49Ｐからなるｎ−クラッド層２３、およびＭＱＷ発
光層２４が順に形成されている。
は、面方位が（１１１）Ｂの結晶成長面を有する。ｎ−
ＧａＡｓ基板２１上にｎ−Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐからなる
ｎ−バッファ層２２、ｎ−（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.51Ｉ
ｎ0.49Ｐからなるｎ−クラッド層２３、およびＭＱＷ発
光層２４が順に形成されている。
【０１７８】ＭＱＷ発光層２４は、図３１に示すよう
に、ｐ−（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなる
光ガイド層２４ｃ上に（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.45Ｉｎ
0.55Ｐからなる５層の圧縮歪障壁層２４ａおよびＧａ
0.6 Ｉｎ0.4 Ｐからなる４層の引張り歪井戸層２４ｂが
交互に積層されてなる。本実施例においては、この光ガ
イド層２４ｃがｐ型の逆導電型層に相当する。
に、ｐ−（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなる
光ガイド層２４ｃ上に（Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 ）0.45Ｉｎ
0.55Ｐからなる５層の圧縮歪障壁層２４ａおよびＧａ
0.6 Ｉｎ0.4 Ｐからなる４層の引張り歪井戸層２４ｂが
交互に積層されてなる。本実施例においては、この光ガ
イド層２４ｃがｐ型の逆導電型層に相当する。
【０１７９】ＭＱＷ発光層２４上には、ｎ−（Ａｌ0.57
Ｇａ0.43）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなる光ガイド層２５が形
成されている。本実施例においては、この光ガイド層２
５がｎ型の逆導電型層に相当する。光ガイド層２５上に
は多重量子障壁層２６が形成されている。多重量子障壁
層２６は、Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐからなる１０層の井戸層
および（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなる１
０層の障壁層が交互に積層されてなる。この多重量子障
壁層２６は、温度特性の改善のために設けられている。
Ｇａ0.43）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなる光ガイド層２５が形
成されている。本実施例においては、この光ガイド層２
５がｎ型の逆導電型層に相当する。光ガイド層２５上に
は多重量子障壁層２６が形成されている。多重量子障壁
層２６は、Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐからなる１０層の井戸層
および（Ａｌ0.7 Ｇａ0.3 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなる１
０層の障壁層が交互に積層されてなる。この多重量子障
壁層２６は、温度特性の改善のために設けられている。
【０１８０】多重量子障壁層２６上には、ｐ−（Ａｌ
0.7 Ｇａ0.3 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなるｐ−クラッド層
２７が形成されている。ｐ−クラッド層２７の上部領域
はメサエッチング等によりストライプ状のリッジ部に形
成されている。リッジ部の幅は５μｍである。ｐ−クラ
ッド層２７のリッジ部上にはｐ−Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐか
らなるｐ−コンタクト層２８が形成されている。
0.7 Ｇａ0.3 ）0.51Ｉｎ0.49Ｐからなるｐ−クラッド層
２７が形成されている。ｐ−クラッド層２７の上部領域
はメサエッチング等によりストライプ状のリッジ部に形
成されている。リッジ部の幅は５μｍである。ｐ−クラ
ッド層２７のリッジ部上にはｐ−Ｇａ0.51Ｉｎ0.49Ｐか
らなるｐ−コンタクト層２８が形成されている。
【０１８１】ｐ−クラッド層２７の両側には、ｎ−Ｇａ
Ａｓからなるｎ−電流ブロック層２９が形成され、ｐ−
コンタクト層２８上およびｎ−電流ブロック層２９上に
はｐ−ＧａＡｓからなるｐ−キャップ層３０が形成され
ている。ｎ−ＧａＡｓ基板２１の下面にｎ電極３２が形
成され、ｐ−キャップ層３０の上面にｐ電極３１が形成
されている。
Ａｓからなるｎ−電流ブロック層２９が形成され、ｐ−
コンタクト層２８上およびｎ−電流ブロック層２９上に
はｐ−ＧａＡｓからなるｐ−キャップ層３０が形成され
ている。ｎ−ＧａＡｓ基板２１の下面にｎ電極３２が形
成され、ｐ−キャップ層３０の上面にｐ電極３１が形成
されている。
【０１８２】表１に図３０の半導体レーザ素子における
各層の材料および膜厚を示す。
各層の材料および膜厚を示す。
【０１８３】
【表１】
【０１８４】この半導体レーザ素子において、ｎ−Ｇａ
Ａｓ基板２１上の各層２２〜３０はＭＯＶＰＥ法等によ
り形成される。
Ａｓ基板２１上の各層２２〜３０はＭＯＶＰＥ法等によ
り形成される。
【０１８５】圧縮歪障壁層２４ａの格子定数はｎ−Ｇａ
Ａｓ基板２１の格子定数よりも大きく設定されている。
それにより、圧縮歪障壁層２４ａはｎ−ＧａＡｓ基板２
１に対して圧縮歪を有する。引張り歪井戸層２４ｂの格
子定数はｎ−ＧａＡｓ基板２１の格子定数よりも小さく
設定されている。それにより、引張り歪井戸層２４ｂは
ｎ−ＧａＡｓ基板２１に対して引張り歪を有する。
Ａｓ基板２１の格子定数よりも大きく設定されている。
それにより、圧縮歪障壁層２４ａはｎ−ＧａＡｓ基板２
１に対して圧縮歪を有する。引張り歪井戸層２４ｂの格
子定数はｎ−ＧａＡｓ基板２１の格子定数よりも小さく
設定されている。それにより、引張り歪井戸層２４ｂは
ｎ−ＧａＡｓ基板２１に対して引張り歪を有する。
【０１８６】図３１に示すように、本実施例において
は、ｐ型の逆導電型層として、ｎ−クラッド層２３に比
べて禁制帯幅が小さくかつ圧縮歪障壁層２４ａおよび引
張り歪井戸層２４ｂに比べて禁制帯幅の大きいｐ−光ガ
イド層２４ｃが形成されている。また、ｎ型の逆導電型
層として、圧縮歪障壁層２４ａおよび引張り歪井戸層２
４ｂに比べて禁制帯幅が大きく多重量子障壁層２６に比
べて禁制帯幅が小さなｎ−光ガイド層２５が形成されて
いる。
は、ｐ型の逆導電型層として、ｎ−クラッド層２３に比
べて禁制帯幅が小さくかつ圧縮歪障壁層２４ａおよび引
張り歪井戸層２４ｂに比べて禁制帯幅の大きいｐ−光ガ
イド層２４ｃが形成されている。また、ｎ型の逆導電型
層として、圧縮歪障壁層２４ａおよび引張り歪井戸層２
４ｂに比べて禁制帯幅が大きく多重量子障壁層２６に比
べて禁制帯幅が小さなｎ−光ガイド層２５が形成されて
いる。
【０１８７】さらに、ｎ型不純物として例えばＳｅが圧
縮歪障壁層２４ａ中で引張り歪井戸層２４ｂの［-1-1-
1］方向側つまり光ガイド層２５側の界面と接する部分
に多くドープされ、ｐ型不純物として例えばＺｎが圧縮
歪障壁層２４ａ中で引張り歪井戸層２４ｂの［１１１］
方向側つまり光ガイド層２４ｃ側の界面と接する部分に
多くドープされ、変調ドーピング構造となっている。本
実施例では、ｎ型不純物およびｐ型不純物のドーピング
濃度がほぼ等しい場合について示している。
縮歪障壁層２４ａ中で引張り歪井戸層２４ｂの［-1-1-
1］方向側つまり光ガイド層２５側の界面と接する部分
に多くドープされ、ｐ型不純物として例えばＺｎが圧縮
歪障壁層２４ａ中で引張り歪井戸層２４ｂの［１１１］
方向側つまり光ガイド層２４ｃ側の界面と接する部分に
多くドープされ、変調ドーピング構造となっている。本
実施例では、ｎ型不純物およびｐ型不純物のドーピング
濃度がほぼ等しい場合について示している。
【０１８８】なお、本実施例では、ＭＱＷ発光層２４中
の量子井戸面内に関して井戸層２４ｂが引張り歪を有
し、障壁層２４ａが圧縮歪を有するため、障壁層２４ａ
には井戸層２４ｂとは反対の電位勾配が発生する。それ
により、ＭＱＷ発光層２４のエネルギーバンドにおい
て、障壁層２４ａのエネルギーバンドが［１１１］方向
側が［-1-1-1］方向側に比べて高くなり、井戸層２４ｂ
のエネルギーバンド勾配は、［-1-1-1］方向側が［１１
１］方向側に比べて高くなる。
の量子井戸面内に関して井戸層２４ｂが引張り歪を有
し、障壁層２４ａが圧縮歪を有するため、障壁層２４ａ
には井戸層２４ｂとは反対の電位勾配が発生する。それ
により、ＭＱＷ発光層２４のエネルギーバンドにおい
て、障壁層２４ａのエネルギーバンドが［１１１］方向
側が［-1-1-1］方向側に比べて高くなり、井戸層２４ｂ
のエネルギーバンド勾配は、［-1-1-1］方向側が［１１
１］方向側に比べて高くなる。
【０１８９】本実施例では、図３２に示すように、電子
および正孔が補償され、ドーピングによるキャリアはほ
とんど発生しないが、イオン化したｐ型不純物とイオン
化したｎ型不純物とにより引張り歪井戸層２４ｂの電位
勾配が減少する。その結果、電流として注入された電子
と正孔との分離が抑制されるので、発光効率の低下およ
びしきい値電流の上昇が抑制される。
および正孔が補償され、ドーピングによるキャリアはほ
とんど発生しないが、イオン化したｐ型不純物とイオン
化したｎ型不純物とにより引張り歪井戸層２４ｂの電位
勾配が減少する。その結果、電流として注入された電子
と正孔との分離が抑制されるので、発光効率の低下およ
びしきい値電流の上昇が抑制される。
【０１９０】（１３）第１３の実施例 図３３は本発明の第１３の実施例におけるＺｎＳｅ系半
導体レーザ素子の構造を示す断面図である。第１３の実
施例の半導体レーザ素子は、多重量子井戸構造（ＭＱＷ
構造）を有するＭＱＷ発光層を有する。図３４および図
３５は第１３の実施例の半導体レーザ素子におけるＭＱ
Ｗ発光層のエネルギーバンド図である。
導体レーザ素子の構造を示す断面図である。第１３の実
施例の半導体レーザ素子は、多重量子井戸構造（ＭＱＷ
構造）を有するＭＱＷ発光層を有する。図３４および図
３５は第１３の実施例の半導体レーザ素子におけるＭＱ
Ｗ発光層のエネルギーバンド図である。
【０１９１】図３３において、ｎ−ＧａＡｓ基板４１の
（１１１）Ｂ面上に、ｎ−ＧａＡｓからなるｎ−第１バ
ッッファ層４２、ｎ−ＺｎＳｅからなるｎ−第２バッフ
ァ層４３、ｎ−Ｚｎ0.9 Ｍｇ0.1 Ｓ0.15Ｓｅ0.85からな
るｎ−クラッド層４４、ｐ−ＺｎＳ0.15Ｓｅ0.85からな
るｐ−逆導電型層４５およびＭＱＷ発光層４６が順に形
成されている。
（１１１）Ｂ面上に、ｎ−ＧａＡｓからなるｎ−第１バ
ッッファ層４２、ｎ−ＺｎＳｅからなるｎ−第２バッフ
ァ層４３、ｎ−Ｚｎ0.9 Ｍｇ0.1 Ｓ0.15Ｓｅ0.85からな
るｎ−クラッド層４４、ｐ−ＺｎＳ0.15Ｓｅ0.85からな
るｐ−逆導電型層４５およびＭＱＷ発光層４６が順に形
成されている。
【０１９２】ＭＱＷ発光層４６は、図３４に示すよう
に、ＺｎＳ0.1 Ｓｅ0.9 からなる５層の引張り歪障壁層
４６ａおよびＺｎ0.7 Ｃｄ0.3 Ｓｅからなる４層の圧縮
歪井戸層４６ｂが交互に積層されてなる。
に、ＺｎＳ0.1 Ｓｅ0.9 からなる５層の引張り歪障壁層
４６ａおよびＺｎ0.7 Ｃｄ0.3 Ｓｅからなる４層の圧縮
歪井戸層４６ｂが交互に積層されてなる。
【０１９３】ＭＱＷ発光層４６上には、ｎ−ＺｎＳ0.15
Ｓｅ0.85からなるｎ−逆導電型層４７およびｐ−Ｚｎ
0.9 Ｍｇ0.1 Ｓ0.15Ｓｅ0.85からなるｐ−クラッド層４
８が形成されている。ｐ−クラッド層４８の上部領域は
ストライプ状のリッジ部となっている。
Ｓｅ0.85からなるｎ−逆導電型層４７およびｐ−Ｚｎ
0.9 Ｍｇ0.1 Ｓ0.15Ｓｅ0.85からなるｐ−クラッド層４
８が形成されている。ｐ−クラッド層４８の上部領域は
ストライプ状のリッジ部となっている。
【０１９４】ｐ−クラッド層４８のリッジ部上には、ｐ
−ＺｎＳｅからなるｐ−コンタクト層４９が形成され、
ｐ−クラッド層４８のリッジ部およびｐ−コンタクト層
４９の両側にはＳｉＯ2 膜５０が形成されている。ｎ−
ＧａＡｓ基板４１の下面にｎ電極５１が形成され、ｐ−
コンタクト層４９上およびＳｉＯ2 層５０上にｐ電極５
２が形成されている。
−ＺｎＳｅからなるｐ−コンタクト層４９が形成され、
ｐ−クラッド層４８のリッジ部およびｐ−コンタクト層
４９の両側にはＳｉＯ2 膜５０が形成されている。ｎ−
ＧａＡｓ基板４１の下面にｎ電極５１が形成され、ｐ−
コンタクト層４９上およびＳｉＯ2 層５０上にｐ電極５
２が形成されている。
【０１９５】表２に図３３の半導体レーザ素子における
各層の材料および膜厚を示す。
各層の材料および膜厚を示す。
【０１９６】
【表２】
【０１９７】図３４に示すように、本実施例において
は、ｎ−クラッド層４４に比べて禁制帯幅が小さくかつ
引張り歪障壁層４６ａおよび圧縮歪井戸層４６ｂに比べ
て禁制帯幅の大きなｐ−逆導電型層４５が形成されると
ともに、ｐ−クラッド層４８に比べて禁制帯幅が小さく
かつ引張り歪障壁層４６ａおよび圧縮歪井戸層４６ｂに
比べて禁制帯幅の大きなｎ−逆導電型層４７が形成され
ている。また、ｎ型不純物として例えばＣｌが引張り歪
障壁層４６ａ中で圧縮歪井戸層４６ｂの［-1-1-1］方向
側つまりｐ−クラッド層４８側の界面と接する部分に多
くドープされ、ｐ型不純物として例えば窒素が引張り歪
障壁層４６ａ中で圧縮歪井戸層４６ｂの［１１１］方向
側つまりｎ−クラッド層４４側の界面と接する部分に多
くドープされ、変調ドーピング構造となっている。本実
施例では、ｎ型不純物およびｐ型不純物のドーピング濃
度がほぼ等しい場合について示している。
は、ｎ−クラッド層４４に比べて禁制帯幅が小さくかつ
引張り歪障壁層４６ａおよび圧縮歪井戸層４６ｂに比べ
て禁制帯幅の大きなｐ−逆導電型層４５が形成されると
ともに、ｐ−クラッド層４８に比べて禁制帯幅が小さく
かつ引張り歪障壁層４６ａおよび圧縮歪井戸層４６ｂに
比べて禁制帯幅の大きなｎ−逆導電型層４７が形成され
ている。また、ｎ型不純物として例えばＣｌが引張り歪
障壁層４６ａ中で圧縮歪井戸層４６ｂの［-1-1-1］方向
側つまりｐ−クラッド層４８側の界面と接する部分に多
くドープされ、ｐ型不純物として例えば窒素が引張り歪
障壁層４６ａ中で圧縮歪井戸層４６ｂの［１１１］方向
側つまりｎ−クラッド層４４側の界面と接する部分に多
くドープされ、変調ドーピング構造となっている。本実
施例では、ｎ型不純物およびｐ型不純物のドーピング濃
度がほぼ等しい場合について示している。
【０１９８】なお、本実施例では、ＭＱＷ発光層４６中
の量子井戸面内に関して井戸層４６ｂが圧縮歪を有し、
障壁層４６ａが引張り歪を有するため、障壁層４６ａに
は井戸層４６ｂとは反対の電位勾配が発生する。それに
より、ＭＱＷ発光層４６のエネルギーバンドにおいて、
障壁層４６ａのエネルギーバンドは、［１１１］方向側
が［-1-1-1］方向側に比べて高くなり、井戸層４６ｂの
エネルギーバンドの勾配は［-1-1-1］方向側が［１１
１］方向側に比べて高くなる。
の量子井戸面内に関して井戸層４６ｂが圧縮歪を有し、
障壁層４６ａが引張り歪を有するため、障壁層４６ａに
は井戸層４６ｂとは反対の電位勾配が発生する。それに
より、ＭＱＷ発光層４６のエネルギーバンドにおいて、
障壁層４６ａのエネルギーバンドは、［１１１］方向側
が［-1-1-1］方向側に比べて高くなり、井戸層４６ｂの
エネルギーバンドの勾配は［-1-1-1］方向側が［１１
１］方向側に比べて高くなる。
【０１９９】本実施例では、図３５に示すように、電子
および正孔が補償され、ドーピングによるキャリアがほ
とんど発生しないが、イオン化したｐ型不純物とイオン
化したｎ型不純物とにより圧縮歪井戸層４６ｂの電位勾
配が減少する。その結果、電流として注入された電子と
正孔との分離が抑制されるので、発光効率の低下および
しきい値電流の上昇が抑制される。
および正孔が補償され、ドーピングによるキャリアがほ
とんど発生しないが、イオン化したｐ型不純物とイオン
化したｎ型不純物とにより圧縮歪井戸層４６ｂの電位勾
配が減少する。その結果、電流として注入された電子と
正孔との分離が抑制されるので、発光効率の低下および
しきい値電流の上昇が抑制される。
【０２００】（Ｃ）第３の実施の形態 第３の実施の形態の発光素子は、量子細線構造のＭＱＷ
発光層を有する。
発光層を有する。
【０２０１】（１４）第１４の実施例 図３６〜図４０は第１４の実施例における半導体レーザ
素子の製造方法を示し、図３６は模式的工程断面図、図
３７はＭＱＷ発光層の拡大断面図、図３８（ａ），
（ｂ）は量子細線が形成されたＭＱＷ発光層のそれぞれ
拡大断面図および模式的平面図、図３９は量子細線構造
のＭＱＷ発光層の拡大断面図、図４０の模式的工程断面
図である。
素子の製造方法を示し、図３６は模式的工程断面図、図
３７はＭＱＷ発光層の拡大断面図、図３８（ａ），
（ｂ）は量子細線が形成されたＭＱＷ発光層のそれぞれ
拡大断面図および模式的平面図、図３９は量子細線構造
のＭＱＷ発光層の拡大断面図、図４０の模式的工程断面
図である。
【０２０２】まず、図３６に示すように、図１９の工程
と同様にして、サファイア基板１の（０００１）面上
に、ＭＯＶＰＥ法により、バッファ層２、アンドープＧ
ａＮ層３、ｎ−コンタクト層４、ｎ−クラック防止層
５、ｎ−クラッド層６、ｎ−クラッド層７およびＭＱＷ
発光層８を成長させる。
と同様にして、サファイア基板１の（０００１）面上
に、ＭＯＶＰＥ法により、バッファ層２、アンドープＧ
ａＮ層３、ｎ−コンタクト層４、ｎ−クラック防止層
５、ｎ−クラッド層６、ｎ−クラッド層７およびＭＱＷ
発光層８を成長させる。
【０２０３】図３７に示すように、ＭＱＷ発光層８は、
複数の障壁層８ａと複数の量子井戸層８ｂとが交互に積
層されてなる。ＭＱＷ発光層８への不純物のドーピング
方法は、第２〜第８の実施例と同様である。
複数の障壁層８ａと複数の量子井戸層８ｂとが交互に積
層されてなる。ＭＱＷ発光層８への不純物のドーピング
方法は、第２〜第８の実施例と同様である。
【０２０４】次に、図３８に示すように、集束イオンビ
ーム（ＦＩＢ）等により、ＭＱＷ発光層８の一部をｎ−
クラッド層７に達するまで線状に削り、ＭＱＷ発光層８
を線状に加工する。ＭＱＷ発光層８の残存する部分の幅
は例えば５ｎｍ程度であり、ＦＩＢにより削った部分の
幅は例えば２０ｎｍ程度とする。
ーム（ＦＩＢ）等により、ＭＱＷ発光層８の一部をｎ−
クラッド層７に達するまで線状に削り、ＭＱＷ発光層８
を線状に加工する。ＭＱＷ発光層８の残存する部分の幅
は例えば５ｎｍ程度であり、ＦＩＢにより削った部分の
幅は例えば２０ｎｍ程度とする。
【０２０５】その後、図３９に示すように、ＭＱＷ発光
層８をアンドープＧａＮ層８ｃで埋め込む。それによ
り、量子細線構造を有するＭＱＷ発光層８０が形成され
る。
層８をアンドープＧａＮ層８ｃで埋め込む。それによ
り、量子細線構造を有するＭＱＷ発光層８０が形成され
る。
【０２０６】さらに、図４０に示すように、ＭＱＷ発光
層８０上に、図１９の工程と同様にして、ＭＯＶＰＥ法
により、ｎ−逆導電型層９、ｐ−クラッド層１０および
ｐ−キャップ層１１を順に成長させる。以後の工程は、
図２０〜図２３に示した工程と同様である。
層８０上に、図１９の工程と同様にして、ＭＯＶＰＥ法
により、ｎ−逆導電型層９、ｐ−クラッド層１０および
ｐ−キャップ層１１を順に成長させる。以後の工程は、
図２０〜図２３に示した工程と同様である。
【０２０７】本実施例の半導体レーザ素子では、量子細
線構造を有するＭＱＷ発光層８０において、基板上の結
晶成長方向に電位勾配が発生する。そこで、第２〜第８
の実施例と同様に、ＭＱＷ発光層８０とｐ−クラッド層
１０との間にｎ−逆導電型層９を形成するとともに、基
板上の結晶成長方向に関して不純物を不均一にドープす
る。それにより、量子細線構造のＭＱＷ発光層８０にお
いて発生した電位勾配が減少する。その結果、電流とし
て注入された電子と正孔との分離が抑制されるので、発
光効率の低下およびしきい値電流の上昇が抑制される。
線構造を有するＭＱＷ発光層８０において、基板上の結
晶成長方向に電位勾配が発生する。そこで、第２〜第８
の実施例と同様に、ＭＱＷ発光層８０とｐ−クラッド層
１０との間にｎ−逆導電型層９を形成するとともに、基
板上の結晶成長方向に関して不純物を不均一にドープす
る。それにより、量子細線構造のＭＱＷ発光層８０にお
いて発生した電位勾配が減少する。その結果、電流とし
て注入された電子と正孔との分離が抑制されるので、発
光効率の低下およびしきい値電流の上昇が抑制される。
【０２０８】なお、量子細線構造の発光層８０におい
て、電位勾配の発生する方向は、基板上の結晶成長方向
に限らない。基板の面方位、量子細線の方位、量子細線
の形状等により、基板の面内方向に電位勾配が発生する
場合がある。このような場合には、イオン注入等の方法
で、基板の面内方向に関してドーピングを不均一にすれ
ばよい。
て、電位勾配の発生する方向は、基板上の結晶成長方向
に限らない。基板の面方位、量子細線の方位、量子細線
の形状等により、基板の面内方向に電位勾配が発生する
場合がある。このような場合には、イオン注入等の方法
で、基板の面内方向に関してドーピングを不均一にすれ
ばよい。
【０２０９】なお、上記第１〜第１４の実施例では、本
発明を半導体レーザ素子に適用した場合について説明し
たが、本発明は、発光ダイオード等の他の発光素子にも
適用することができる。
発明を半導体レーザ素子に適用した場合について説明し
たが、本発明は、発光ダイオード等の他の発光素子にも
適用することができる。
【０２１０】第１〜第３の実施の形態において、アクセ
プタ準位あるいはドナー準位を形成する方法として不純
物をドープする方法の他に、空格子等の格子欠陥により
アクセプタ準位あるいはドナー準位を形成する方法で
も、同様の効果を有する。
プタ準位あるいはドナー準位を形成する方法として不純
物をドープする方法の他に、空格子等の格子欠陥により
アクセプタ準位あるいはドナー準位を形成する方法で
も、同様の効果を有する。
【０２１１】○歪により電位勾配の発生する発光層の面
方位 発光層の界面に垂直な方向の分極は、PIEZOELECTRICITY
Vol. 1(New RevisedEdition) by W.G.CADY Dover Publ
ications, Inc. New York 1964 等の文献にしたがっ
て、計算することができる。
方位 発光層の界面に垂直な方向の分極は、PIEZOELECTRICITY
Vol. 1(New RevisedEdition) by W.G.CADY Dover Publ
ications, Inc. New York 1964 等の文献にしたがっ
て、計算することができる。
【０２１２】図４１において、ｚ軸を界面に垂直な方向
とする。ＸＹＺ座標系をＺ軸を回転軸として角度α回転
させる。回転後の座標軸は、Ｘ軸がξ軸に移り、Ｙ軸が
ｙ軸に移る。
とする。ＸＹＺ座標系をＺ軸を回転軸として角度α回転
させる。回転後の座標軸は、Ｘ軸がξ軸に移り、Ｙ軸が
ｙ軸に移る。
【０２１３】ξｙＺ座標系をｙ軸を回転軸として角度β
回転させる。回転後の座標軸は、ξ軸がｘ軸に移り、Ｚ
軸がｚ軸に移る。
回転させる。回転後の座標軸は、ξ軸がｘ軸に移り、Ｚ
軸がｚ軸に移る。
【０２１４】ウルツ鉱型結晶では、Ｘ軸を結晶の［２-1
-1０］軸とし、Ｙ軸を［０１-1０］軸とし、Ｚ軸を［０
００１］軸とする。また、閃亜鉛鉱型結晶では、Ｘ軸を
結晶の［１００］軸とし、Ｙ軸を［０１０］軸とし、Ｚ
軸を［００１］軸とする。
-1０］軸とし、Ｙ軸を［０１-1０］軸とし、Ｚ軸を［０
００１］軸とする。また、閃亜鉛鉱型結晶では、Ｘ軸を
結晶の［１００］軸とし、Ｙ軸を［０１０］軸とし、Ｚ
軸を［００１］軸とする。
【０２１５】ここで、ｚ軸方向の分極をＰz とし、歪テ
ンソルをεxx、εyy、εyz、εxz、εxyとし、圧電係数
（piezoelectric stress coefficients ）をｅ31、
ｅ33、ｅ 15、ｅ14とする。
ンソルをεxx、εyy、εyz、εxz、εxyとし、圧電係数
（piezoelectric stress coefficients ）をｅ31、
ｅ33、ｅ 15、ｅ14とする。
【０２１６】第１〜第１３の実施例のような通常の単層
構造および量子井戸構造では電位勾配はｚ軸方向の分極
Ｐz に比例し、εxx＝εyy、εyz＝εxz＝εxy＝０であ
り、εxxとεzzの符号が異なる。
構造および量子井戸構造では電位勾配はｚ軸方向の分極
Ｐz に比例し、εxx＝εyy、εyz＝εxz＝εxy＝０であ
り、εxxとεzzの符号が異なる。
【０２１７】ウルツ鉱型結晶では、ｚ軸方向の分極Ｐz
は次式で表される。 Ｐz ＝εxxｃｏｓβ（ｅ31ｃｏｓ2 β＋ｅ33ｓｉｎ2 β−ｅ15ｓｉｎ2 β）＋ εyyｅ31ｃｏｓβ＋εzzｃｏｓβ（ｅ31ｓｉｎ2 β＋ｅ33ｃｏｓ2 β＋ｅ15ｓｉ ｎ2 β）＋εxzｓｉｎβ（２ｅ31ｃｏｓ2 β−２ｅ33ｃｏｓ2 β＋ｅ15ｓｉｎ2 β）・・・（１） ｚ軸方向の分極Ｐz はαに無関係である。上式（１）か
ら、ウルツ鉱型結晶では、例えば角度βが９０°となる
場合に、ｚ軸方向の分極Ｐz が０となる。すなわち、図
３６のｚ軸がＸＹ平面上にある場合に界面に垂直な方向
に歪による電位勾配が発生しない。したがって、前述し
たように、一般式（ＨＫＬ０）面（Ｈ、ＫおよびＬは、
Ｈ＋Ｋ＋Ｌ＝０を満足し、かつＨ＝Ｋ＝Ｌ＝０を除く任
意の数）で表される面方位では、界面に垂直な方向に電
位勾配が発生せず、それ以外の面方位では界面に垂直な
方向に電位勾配が発生する。
は次式で表される。 Ｐz ＝εxxｃｏｓβ（ｅ31ｃｏｓ2 β＋ｅ33ｓｉｎ2 β−ｅ15ｓｉｎ2 β）＋ εyyｅ31ｃｏｓβ＋εzzｃｏｓβ（ｅ31ｓｉｎ2 β＋ｅ33ｃｏｓ2 β＋ｅ15ｓｉ ｎ2 β）＋εxzｓｉｎβ（２ｅ31ｃｏｓ2 β−２ｅ33ｃｏｓ2 β＋ｅ15ｓｉｎ2 β）・・・（１） ｚ軸方向の分極Ｐz はαに無関係である。上式（１）か
ら、ウルツ鉱型結晶では、例えば角度βが９０°となる
場合に、ｚ軸方向の分極Ｐz が０となる。すなわち、図
３６のｚ軸がＸＹ平面上にある場合に界面に垂直な方向
に歪による電位勾配が発生しない。したがって、前述し
たように、一般式（ＨＫＬ０）面（Ｈ、ＫおよびＬは、
Ｈ＋Ｋ＋Ｌ＝０を満足し、かつＨ＝Ｋ＝Ｌ＝０を除く任
意の数）で表される面方位では、界面に垂直な方向に電
位勾配が発生せず、それ以外の面方位では界面に垂直な
方向に電位勾配が発生する。
【０２１８】ただし、材料によっては圧電係数の値によ
り、偶然圧電効果が発生しない特定の面方位がある。例
えば、ｗｕｒｔｚｉｔｅ構造のＣｄＳではｅ31＝−０．
２６２Ｃ／ｍ2 、ｅ33＝０．３８５Ｃ／ｍ2 、ｅ15＝−
０．１８３Ｃ／ｍ2 、ｗｕｒｔｚｉｔｅ構造のＣｄＳｅ
ではｅ31＝−０．１６０Ｃ／ｍ2 、ｅ33＝０．３４７Ｃ
／ｍ2 、ｅ15＝−０．１３８Ｃ／ｍ2 という値が報告さ
れている。したがって、β＝５０°付近で、分極Ｐz が
０となり、圧電効果の発生しない面方位がある。
り、偶然圧電効果が発生しない特定の面方位がある。例
えば、ｗｕｒｔｚｉｔｅ構造のＣｄＳではｅ31＝−０．
２６２Ｃ／ｍ2 、ｅ33＝０．３８５Ｃ／ｍ2 、ｅ15＝−
０．１８３Ｃ／ｍ2 、ｗｕｒｔｚｉｔｅ構造のＣｄＳｅ
ではｅ31＝−０．１６０Ｃ／ｍ2 、ｅ33＝０．３４７Ｃ
／ｍ2 、ｅ15＝−０．１３８Ｃ／ｍ2 という値が報告さ
れている。したがって、β＝５０°付近で、分極Ｐz が
０となり、圧電効果の発生しない面方位がある。
【０２１９】また、閃亜鉛鉱型結晶では、ｚ軸方向の分
極Ｐz は次式で表される。 Ｐz ＝εxxｅ14ｓｉｎαｃｏｓαｃｏｓβ（ｃｏｓ2 β−ｓｉｎ2 β）−εyy ｅ14ｓｉｎαｃｏｓαｃｏｓβ＋３εzzｅ14ｓｉｎαｃｏｓαｓｉｎ2 βｃｏｓ β＋２εyzｅ14（ｃｏｓ2 α−ｓｉｎ2 α）ｓｉｎβｃｏｓβ＋２εxzｅ14ｓｉ ｎαｃｏｓαｓｉｎβ（２ｃｏｓ2 β−ｓｉｎ2 β）＋２εxyｅ14（ｃｏｓ2 α −ｓｉｎ2 α）（ｃｏｓ2 β−ｓｉｎ2 β）・・・（２） 上式（２）から、閃亜鉛鉱型結晶では、例えば角度αが
０°または９０°となる場合または角度βが０°または
９０°となる場合に、ｚ方向の分極Ｐz が０となる。し
たがって、前述したように、一般式（０ＭＮ）面（Ｍお
よびＮは、Ｍ＝Ｎ＝０を除く任意の数）で表される面方
位およびこれと等価な面方位では、界面に垂直な方向に
電位勾配が発生せず、それ以外の面方位では、界面に垂
直な方向に電位勾配が発生する。
極Ｐz は次式で表される。 Ｐz ＝εxxｅ14ｓｉｎαｃｏｓαｃｏｓβ（ｃｏｓ2 β−ｓｉｎ2 β）−εyy ｅ14ｓｉｎαｃｏｓαｃｏｓβ＋３εzzｅ14ｓｉｎαｃｏｓαｓｉｎ2 βｃｏｓ β＋２εyzｅ14（ｃｏｓ2 α−ｓｉｎ2 α）ｓｉｎβｃｏｓβ＋２εxzｅ14ｓｉ ｎαｃｏｓαｓｉｎβ（２ｃｏｓ2 β−ｓｉｎ2 β）＋２εxyｅ14（ｃｏｓ2 α −ｓｉｎ2 α）（ｃｏｓ2 β−ｓｉｎ2 β）・・・（２） 上式（２）から、閃亜鉛鉱型結晶では、例えば角度αが
０°または９０°となる場合または角度βが０°または
９０°となる場合に、ｚ方向の分極Ｐz が０となる。し
たがって、前述したように、一般式（０ＭＮ）面（Ｍお
よびＮは、Ｍ＝Ｎ＝０を除く任意の数）で表される面方
位およびこれと等価な面方位では、界面に垂直な方向に
電位勾配が発生せず、それ以外の面方位では、界面に垂
直な方向に電位勾配が発生する。
【０２２０】圧電係数の値は、LANDOLT-BORNSTEIN Nume
rical Data and Functional Relationships in Science
and Technology New Series Group III; Crystal and
Solid State Physics Vol. 17, Edited by O. Madelun
g, springer-Verlag Berlin-Heidelberg 1982 等に記載
されている。
rical Data and Functional Relationships in Science
and Technology New Series Group III; Crystal and
Solid State Physics Vol. 17, Edited by O. Madelun
g, springer-Verlag Berlin-Heidelberg 1982 等に記載
されている。
【図１】本発明の第１〜第８の実施例における半導体レ
ーザ素子の構成を示す模式的斜視図である。
ーザ素子の構成を示す模式的斜視図である。
【図２】第１の実施例の半導体レーザ素子における発光
層のエネルギーバンド図である。
層のエネルギーバンド図である。
【図３】第１の実施例の半導体レーザ素子における発光
層のエネルギーバンド図である。
層のエネルギーバンド図である。
【図４】第２〜８の実施例の半導体レーザ素子における
ＭＱＷ発光層のエネルギーバンド図である。
ＭＱＷ発光層のエネルギーバンド図である。
【図５】第２の実施例の半導体レーザ素子におけるＭＱ
Ｗ発光層のエネルギーバンド図である。
Ｗ発光層のエネルギーバンド図である。
【図６】第２の実施例の半導体レーザ素子におけるＭＱ
Ｗ発光層のエネルギーバンド図である。
Ｗ発光層のエネルギーバンド図である。
【図７】第３の実施例の半導体レーザ素子におけるＭＱ
Ｗ発光層のエネルギーバンド図である。
Ｗ発光層のエネルギーバンド図である。
【図８】第３の実施例の半導体レーザ素子におけるＭＱ
Ｗ発光層のエネルギーバンド図である。
Ｗ発光層のエネルギーバンド図である。
【図９】第４の実施例の半導体レーザ素子におけるＭＱ
Ｗ発光層のエネルギーバンド図である。
Ｗ発光層のエネルギーバンド図である。
【図１０】第４の実施例の半導体レーザ素子におけるＭ
ＱＷ発光層のエネルギーバンド図である。
ＱＷ発光層のエネルギーバンド図である。
【図１１】第５の実施例の半導体レーザ素子におけるＭ
ＱＷ発光層のエネルギーバンド図である。
ＱＷ発光層のエネルギーバンド図である。
【図１２】第５の実施例の半導体レーザ素子におけるＭ
ＱＷ発光層のエネルギーバンド図である。
ＱＷ発光層のエネルギーバンド図である。
【図１３】第６の実施例の半導体レーザ素子におけるＭ
ＱＷ発光層のエネルギーバンド図である。
ＱＷ発光層のエネルギーバンド図である。
【図１４】第６の実施例の半導体レーザ素子におけるＭ
ＱＷ発光層のエネルギーバンド図である。
ＱＷ発光層のエネルギーバンド図である。
【図１５】第７の実施例の半導体レーザ素子におけるＭ
ＱＷ発光層のエネルギーバンド図である。
ＱＷ発光層のエネルギーバンド図である。
【図１６】第７の実施例の半導体レーザ素子におけるＭ
ＱＷ発光層のエネルギーバンド図である。
ＱＷ発光層のエネルギーバンド図である。
【図１７】第８の実施例の半導体レーザ素子におけるＭ
ＱＷ発光層のエネルギーバンド図である。
ＱＷ発光層のエネルギーバンド図である。
【図１８】第８の実施例の半導体レーザ素子におけるＭ
ＱＷ発光層のエネルギーバンド図である。
ＱＷ発光層のエネルギーバンド図である。
【図１９】図１の半導体レーザ素子の製造方法を示す模
式的工程断面図である。
式的工程断面図である。
【図２０】図１の半導体レーザ素子の製造方法を示す模
式的工程断面図である。
式的工程断面図である。
【図２１】図１の半導体レーザ素子の製造方法を示す模
式的工程断面図である。
式的工程断面図である。
【図２２】図１の半導体レーザ素子の製造方法を示す模
式的工程断面図である。
式的工程断面図である。
【図２３】図１の半導体レーザ素子の製造方法を示す模
式的工程断面図である。
式的工程断面図である。
【図２４】第１０の実施例における半導体レーザ素子の
構成を示す模式的斜視図である。
構成を示す模式的斜視図である。
【図２５】第１０の実施例の半導体レーザ素子における
発光層のエネルギーバンド図である。
発光層のエネルギーバンド図である。
【図２６】第１０の実施例の半導体レーザ素子における
発光層のエネルギーバンド図である。
発光層のエネルギーバンド図である。
【図２７】第１１の実施例における半導体レーザ素子の
構成を示す模式的斜視図である。
構成を示す模式的斜視図である。
【図２８】第１１の実施例の半導体レーザ素子における
発光層のエネルギーバンド図である。
発光層のエネルギーバンド図である。
【図２９】第１１の実施例の半導体レーザ素子における
発光層のエネルギーバンド図である。
発光層のエネルギーバンド図である。
【図３０】本発明の第１２の実施例における埋め込みリ
ッジ構造のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子の構造を
示す模式的断面図である。
ッジ構造のＡｌＧａＩｎＰ系半導体レーザ素子の構造を
示す模式的断面図である。
【図３１】第１２の実施例の半導体レーザ素子における
ＭＱＷ発光層のエネルギーバンド図である。
ＭＱＷ発光層のエネルギーバンド図である。
【図３２】第１２の実施例の半導体レーザ素子における
ＭＱＷ発光層のエネルギーバンド図である。
ＭＱＷ発光層のエネルギーバンド図である。
【図３３】本発明の第１３の実施例におけるＺｎＳｅ系
半導体レーザ素子の構造を示す模式的断面図である。
半導体レーザ素子の構造を示す模式的断面図である。
【図３４】第１３の実施例の半導体レーザ素子における
ＭＱＷ発光層のエネルギーバンド図である。
ＭＱＷ発光層のエネルギーバンド図である。
【図３５】第１３の実施例の半導体レーザ素子における
ＭＱＷ発光層のエネルギーバンド図である。
ＭＱＷ発光層のエネルギーバンド図である。
【図３６】第１４の実施例における半導体レーザ素子の
製造方法を示す模式的工程断面図である。
製造方法を示す模式的工程断面図である。
【図３７】第１４の実施例における半導体レーザ素子の
ＭＱＷ発光層の拡大断面図である。
ＭＱＷ発光層の拡大断面図である。
【図３８】第１４の実施例における半導体レーザ素子の
量子細線構造が形成されたＭＱＷ発光層の拡大断面図お
よび模式的平面図である。
量子細線構造が形成されたＭＱＷ発光層の拡大断面図お
よび模式的平面図である。
【図３９】第１４の実施例における半導体レーザ素子の
量子細線構造のＭＱＷ発光層の拡大断面図である。
量子細線構造のＭＱＷ発光層の拡大断面図である。
【図４０】第１４の実施例における半導体レーザ素子の
製造方法を示す模式的工程断面図である。
製造方法を示す模式的工程断面図である。
【図４１】歪により電位勾配が発生する量子井戸層の面
方位を説明するための図である。
方位を説明するための図である。
【図４２】従来のＧａＮ系半導体発光素子の構成を示す
模式的断面図である。
模式的断面図である。
【図４３】従来の半導体発光素子におけるＭＱＷ発光層
のエネルギーバンド図である。
のエネルギーバンド図である。
【図４４】従来の半導体発光素子におけるＭＱＷ発光層
のエネルギーバンド図である。
のエネルギーバンド図である。
１ サファイア基板 ６，７ ｎ−クラッド層 ８，２４，４６，８０ 発光層 ８ａ，２４ａ，４６ａ 障壁層 ８ｂ 量子井戸層 ９，４７ ｎ−逆導電型層 １０ ｐ−クラッド層 １９，４５ ｐ−逆導電型層 ２３，４４ ｎ−クラッド層 ２４ｂ，４６ｂ 井戸層 ２７，４８ ｐ−クラッド層
Claims (21)
- 【請求項１】 圧電効果の発生を伴う歪を有する発光層
が第１のｎ型層と第１のｐ型層とに挟まれるように配置
された発光素子であって、 前記圧電効果の結果として発生する電位勾配のため前記
発光層の電位は前記第１のｎ型層側が前記第１のｐ型層
側に比べて高く、 少なくとも前記発光層と前記第１のｐ型層との間に前記
発光層よりも大きい禁制帯幅を有する第２のｎ型層が設
けられたことを特徴とする発光素子。 - 【請求項２】 前記第１のｐ型層は第１のクラッド層を
含み、前記第２のｎ型層の禁制帯幅が前記第１のクラッ
ド層よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の発光
素子。 - 【請求項３】 圧電効果の発生を伴う歪を有する発光層
が第１のｎ型層と第１のｐ型層とに挟まれるように配置
された発光素子であって、 前記圧電効果の結果として発生する電位勾配のため前記
発光層の電位は前記第１のｎ型層側が前記第１のｐ型層
側に比べて高く、 少なくとも発光層と前記第１のｎ型層との間に前記発光
層よりも大きい禁制帯幅を有する第２のｐ型層が設けら
れたことを特徴とする発光素子。 - 【請求項４】 前記第１のｎ型層は第２のクラッド層を
含み、前記第２のｐ型層の禁制帯幅が前記第２のクラッ
ド層よりも小さいことを特徴とする請求項３記載の発光
素子。 - 【請求項５】 前記発光層を構成する材料の構造はウル
ツ鉱構造であることを特徴とする請求項１〜４のいずれ
かに記載の発光素子。 - 【請求項６】 前記発光層の主面はほぼ〈０００１〉方
向であることを特徴とする請求項５記載の発光素子。 - 【請求項７】 前記発光層を構成する材料の構造は閃亜
鉛鉱構造であることを特徴とする請求項１〜４のいずれ
かに記載の発光素子。 - 【請求項８】 前記発光層の主面はほぼ〈１１１〉方向
であることを特徴とする請求項７記載の発光素子。 - 【請求項９】 前記圧電効果の発生を伴う歪は、前記発
光層の面内方向に前記発光層を圧縮する歪を含むことを
特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の発光素子。 - 【請求項１０】 前記圧電効果の発生を伴う歪は、前記
発光層の面内方向に前記発光層を伸張する歪を含むこと
を特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の発光素
子。 - 【請求項１１】 前記発光層を構成する材料はIII −Ｖ
族化合物半導体であることを特徴とする請求項１〜１０
のいずれかに記載の発光素子。 - 【請求項１２】 前記III −Ｖ族化合物半導体は、ホウ
素、ガリウム、アルミニウムおよびインジウムの少なく
とも１つを含む窒化物系半導体であることを特徴とする
請求項１１記載の発光素子。 - 【請求項１３】 前記発光層を構成する材料はII−VI族
化合物半導体またはＩ−ＶII族化合物半導体であること
を特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の発光素
子。 - 【請求項１４】 前記発光層は、圧電効果の発生を伴う
歪を有する１つ以上の井戸層と、前記井戸層を挟むよう
に配置された２つ以上の障壁層とから構成される量子井
戸構造を有し、前記圧電効果の結果として発生する電位
勾配のため前記井戸層内の電位は、前記第１のｎ型層側
が前記第１のｐ型層側に比べて高いことを特徴とする請
求項１〜１３のいずれかに記載の発光素子。 - 【請求項１５】 前記量子井戸構造の発光層中にアクセ
プタ準位およびドナー準位のうち少なくとも一方の準位
が前記量子井戸構造の閉じ込め方向に圧電効果の結果と
して発生する電位勾配を低減するように不均一に形成さ
れたことを特徴とする請求項１４記載の発光素子。 - 【請求項１６】 前記井戸層内において、圧電効果の結
果として発生する電位の高い前記第１のｎ型層側に電位
の低い前記第１のｐ型層側に比べてアクセプタ準位が多
く形成されたことを特徴とする請求項１５記載の発光素
子。 - 【請求項１７】 前記井戸層内において、圧電効果の結
果として発生する電位の低い前記第１のｐ型層側に電位
の高い前記第１のｎ型層側に比べてドナー準位が多く形
成されたことを特徴とする請求項１５または１６記載の
発光素子。 - 【請求項１８】 前記障壁層内において、圧電効果の結
果として発生する電位の高い前記第１のｎ型層側の前記
井戸層の界面と接する部分に電位の低い前記第１のｐ型
層側の前記井戸層の界面と接する部分に比べてアクセプ
タ準位が多く形成されたことを特徴とする請求項１５〜
１７のいずれかに記載の発光素子。 - 【請求項１９】 前記障壁層内において、圧電効果の結
果として発生する電位の低い前記第１のｐ型層側の前記
井戸層の界面と接する部分に電位の高い前記第１のｎ型
層側の前記井戸層の界面と接する部分に比べてドナー準
位が多く形成されたことを特徴とする請求項１５〜１８
のいずれかに記載の発光素子。 - 【請求項２０】 前記量子井戸構造の発光層中にアクセ
プタ準位およびドナー準位の両方が形成されたことを特
徴とする請求項１５〜１９のいずれかに記載の発光素
子。 - 【請求項２１】 前記アクセプタ準位の濃度と前記ドナ
ー準位の濃度とがほぼ等しいことを特徴とする請求項２
０記載の発光素子。
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|---|---|---|---|
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11-371745 | 1999-12-27 | ||
| JP37174599 | 1999-12-27 | ||
| JP2000391412A JP3711020B2 (ja) | 1999-12-27 | 2000-12-22 | 発光素子 |
Publications (2)
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|---|---|
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000391412A Expired - Fee Related JP3711020B2 (ja) | 1999-12-27 | 2000-12-22 | 発光素子 |
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2000
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Also Published As
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| JP3711020B2 (ja) | 2005-10-26 |
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