JP2001267686A - レーザ素子 - Google Patents
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- H01S5/34333—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser with a well layer based on Ga(In)N or Ga(In)P, e.g. blue laser
Abstract
性の高い窒化物半導体(たとえばInxAlyGa1-x-y
N、x≧0、y≧0、x+y≦1)からなる端面発光型
のレーザ素子を提供することを目的とする。また、本発
明は、窒化物半導体(たとえばInxAlyGa
1-x-yN、x≧0、y≧0、x+y≦1)からなる面発
光型のレーザ素子を提供することを他の目的とする。 【解決手段】上記目的を達成するために、本発明のレー
ザ素子は、活性層がn型層とp型層とで挟まれた構造を
有する窒化物半導体からなる面発光型のレーザ素子にお
いて、前記p型層に、キャリアを集中させる開口部を除
いてイオン注入を行うことによって電流狭窄層が形成さ
れる構成とする。また、本発明のレーザ素子は、活性層
がn型層とp型層とで挟まれた構造を有する窒化物半導
体からなる端面発光型のレーザ素子において、前記p型
層に、キャリアを集中させるストライプ領域を除いてイ
オン注入を行うことによって電流狭窄層が形成される構
成とする。
Description
ばInxAlyGa1-x-yN、x≧0、y≧0、x+y≦
1)よりなる発光素子、受光素子等の各種素子、特にレ
ーザ素子とその製造方法に関する。
lyGa1-x-yN、x≧0、y≧0、x+y≦1)よりな
る発光素子、受光素子等の各種素子が注目されている。
特に、窒化物半導体であるInxAlyGa1-x-yN(x
≧0、y≧0、x+y≦1)を含む活性層を有する半導
体からなる高輝度紫色、青色、緑色等の発光ダイオード
(LED)が商品化されており、さらにこれらの色の波
長域あるいは近紫外域、すなわち近紫外の発光波長30
0nmから緑色の発光波長550nmを有するレーザ装
置の開発が望まれている。
いった波長域のレーザ装置においては、従来の赤色半導
体レーザと比較して、光記録装置の記憶密度を大きく高
密度化できるという利点を有する。また、銀塩写真の印
画紙等にレーザ光を照射する銀塩写真現像技術において
は、光の3原色である青色、緑色、赤色の高輝度なレー
ザ装置が必要とされている。
素子をレーザ発振させるためには、注入されたキャリア
を特定の部分に集中させる電流狭窄を行うことによっ
て、効率が向上すると考えられている。たとえば、窒化
物半導体からなる端面発光型レーザ素子においては、電
極をストライプ状に形成する、あるいは半導体層をリッ
ジ構造とすること等によって電流狭窄を行う技術が知ら
れている。
した端面発光型のレーザ素子においては、水平横方向の
光を閉じ込めることができないため、レーザ発振閾値が
大きいという問題点があった。また、半導体層をリッジ
構造とした端面発光型のレーザ素子においては、高度な
微細加工技術が必要であり、歩留まりが低く、製造コス
トが高くなるという問題点があった。
型レーザ素子と比較して構造を簡略化でき、かつレーザ
発振閾値を低減できるという利点が期待されるが、いま
だ窒化物半導体からなる面発光型レーザ素子は実現され
ていない。
く、かつ生産性の高い窒化物半導体(たとえばInxA
lyGa1-x-yN、x≧0、y≧0、x+y≦1)からな
る端面発光型のレーザ素子を提供することを目的とす
る。また、本発明は、窒化物半導体(たとえばInxA
lyGa1-x-yN、x≧0、y≧0、x+y≦1)からな
る面発光型のレーザ素子を提供することを他の目的とす
る。
に、本発明のレーザ素子は、活性層がn型層とp型層と
で挟まれた構造を有する窒化物半導体からなる面発光型
のレーザ素子において、前記p型層に、キャリアを集中
させる開口部を除いてイオン注入を行うことによって電
流狭窄層が形成される構成とする。
型層とp型層とで挟まれた構造を有する窒化物半導体か
らなる端面発光型のレーザ素子において、前記p型層
に、キャリアを集中させるストライプ領域を除いてイオ
ン注入を行うことによって電流狭窄層が形成される構成
とする。
は、少なくともp型クラッド層とp型コンタクト層を有
し、前記電流狭窄層の一部は少なくとも前記p型コンタ
クト層に形成される構成とすることができる。
は、少なくともp型クラッド層とp型コンタクト層を有
し、前記電流狭窄層の一部は少なくとも前記p型クラッ
ド層に形成される構成とすることができる。
窄層の上部の前記p型コンタクト層の膜厚が0.05μ
m以上である構成とすることによってリークを防止する
ことができる。
窄層はAlをイオン注入することによって形成される構
成とすることによって、効果的な電流狭窄を得ることが
できる。
窄層の下部の前記p型層の膜厚が発光波長以下である構
成とすることによって、活性層における水平方向の光を
閉じ込めることができる。
狭窄層はn型不純物をイオン注入することによって形成
される構成とすることによって、効果的な電流狭窄を得
ることができる。
実施の形態1における面発光型レーザ素子の概略図を示
す。サファイア、あるいはスピネル等の絶縁性物質から
なる基板10上に、負電極32とオーミック接触を得る
ための層であるn型コンタクト層11が形成される。n
型コンタクト層11上にはキャリア結合によって光を発
生させる活性層12が形成される。活性層12上には活
性層12にキャリアを閉じ込めるためのp型クラッド層
13が形成される。p型クラッド層13上には正電極3
1とオーミック接触を得るためのp型コンタクト層14
が形成される。
4との境界近傍には、電流狭窄層15がキャリアを集中
させる開口部を除いてイオン注入を行うことによって形
成される。イオン注入に用いられる元素としては、S
i、Geといった窒化物半導体をn型化する元素、窒化
物半導体のバンドギャップエネルギーを大きくするA
l、窒化物系半導体を高抵抗化するIII族元素である
B、窒化物半導体を高抵抗なp型とするp型不純物であ
るBe、Zn、Cd、VI族元素であるSe、Te等が挙
げられる。
られにくいことから、p型層に抵抗率の異なる層を形成
したとしても、十分な電流狭窄効果が得られにくい。こ
の理由から、窒化物半導体のバンドギャップエネルギー
を大きくするAlは、イオン注入の元素として好まし
い。Alは窒化物半導体(たとえばInxAlyGa1-x-
yN、x≧0、y≧0、x+y≦1)を形成する元素と
して用いられており、また、InxGa1-xN(0≦x≦
1)と比較してAl混晶比yに対するエネルギーバンド
ギャップの変化が大きく、十分な電流狭窄効果が得られ
るためである。さらに、バンドギャップエネルギーの大
きい窒化物半導体は屈折率が小さく、Alのイオン注入
によって、活性層12における水平方向の光を閉じ込め
る効果が得られることから、レーザ発振閾値を低減する
ことができ、特に好ましい。また、この光の閉じ込め効
果は、電流狭窄層15下部のp型層(p型クラッド層1
3およびp型コンタクト層14)の膜厚、すなわち電流
狭窄層15の下面から活性層12の上面との距離が発光
波長以下の場合に効果があり、電流狭窄層15下部のp
型層の膜厚と活性層の膜厚との和が発光波長以下の場合
に効果が大きい。
ることによって良好なn型が得られ、p型層において十
分な電流狭窄効果が得られることから、イオン注入の元
素として好ましい。Siの注入量は、p型層のキャリア
濃度よりも高濃度で注入することが好ましい。Siの濃
度はドーズ量によって制御できる。
において発生した光を反射する第1反射膜21が電流狭
窄層15の開口部分の上方に形成される。第1反射膜2
1以外のp型コンタクト層14表面のほぼ全面には正電
極31が形成される。
形成される。また、基板10の表面には、活性層12に
おいて発生した光を反射する第2反射膜22が、活性層
を挟んで第1反射膜21と対向して形成される。
層13の上部からp型コンタクト層14の下部にかけて
形成する例を示したが、図2に示すように電流狭窄層1
5をpクラッド層13とp型コンタクト層14との境界
面から上方に形成してもよい。また、図3に示すように
電流狭窄層15をpクラッド層13とp型コンタクト層
14との境界面よりも上方に形成してもよい。以上の図
1乃至3に示した電流狭窄層15の一部は少なくともp
型コンタクト層14に形成される場合においては、電流
狭窄層15の形成されていない所定の部分のp型コンタ
クト層14は膜厚0.5μm以下、より好ましくは0.
2μm以下に形成し、電流狭窄層15上部のp型コンタ
クト層の膜厚、すなわち電柱狭窄層15の上面からp型
コンタクト層14の上面との距離が0.05μm以上と
することが、キャリアの注入効率上およびリーク防止の
観点から好ましい。
ともp型クラッド層13に形成される場合の一例でとし
て図4に示すように電流狭窄層15をpクラッド層13
とp型コンタクト層14との境界面から下方に形成して
もよい。また、電流狭窄層15の一部は少なくともp型
クラッド層13に形成される例として、電流狭窄層15
を活性層12とp型クラッド層13との境界面から上
方、あるいは境界面よりも上方に形成することも可能で
ある。電流狭窄層15の一部は少なくともp型クラッド
層13に形成される例としては図1の電流狭窄層15を
p型クラッド層13の上部からp型コンタクト層14の
下部にかけて形成する例も含まれる。
異なるAlyGa1-yNを膜厚λ/4n(nm)(λ:発
光波長、n:材料の屈折率)で積層し多層膜とした場合
は、図5に示すように、第2反射膜22を、基板10と
n型コンタクト層11との間に形成することも可能であ
る。あるいは、図6に示すようにn型コンタクト層11
と活性層12との間に形成してもよい。また、正電極面
の光の反射が十分であれば、正電極31を第1反射膜2
1とすることも可能である。第1反射膜21を互いに組
成比の異なるAlyGa1-yNを膜厚λ/4n(nm)
(λ:発光波長、n:材料の屈折率)で積層し多層膜と
した場合は、第1反射膜21を正電極31とp型コンタ
クト層14との間に形成することも可能である。さら
に、電極を透光性の電極とし、その上に反射膜を形成し
てもよい。 (実施の形態2)図7に本発明の実施の形態2における
面発光型レーザ素子の概略図を示す。GaN、SiC等
の導電性あるいは半導電性物質からなる基板10上に、
各半導体層が形成される。基板10上に負電極32とオ
ーミック接触を得るための層であるn型コンタクト層1
1が形成される。n型コンタクト層11上にはキャリア
結合によって光を発生させる活性層12が形成される。
活性層12上には活性層12にキャリアを閉じ込めるた
めのp型クラッド層13が形成される。p型クラッド層
13上には正電極31とオーミック接触を得るためのp
型コンタクト層14が形成される。
4との境界近傍には、キャリアを所定の部分に集中させ
る電流狭窄層15が、イオン注入によって形成される。
電流狭窄層15の形成方法については実施の形態1と同
様の方法が用いられる。また、電流狭窄層15の形成位
置についても、実施の形態1と同様とすることができ
る。
において発生した光を反射する第1反射膜21がp型コ
ンタクト層14の中央部分に形成される。第1反射膜2
1以外のp型コンタクト層14表面のほぼ全面には正電
極31が形成される。
発生した光を反射する第2反射膜22が、電流狭窄層1
5の開口部分に対向して形成される。第2反射膜22以
外の基板10表面には負電極32が形成される。このよ
うに、第2反射膜22を基板10の表面の一部に形成し
た場合は、負電極32を直接基板10の表面に形成でき
ることから、第2反射膜22を絶縁性物質から形成がで
きる。
比較して活性層12からの距離が大きいため、第1反射
膜21よりも大きな面積とすることが好ましい。さらに
窒化物半導体においては、n型層はp型層と比較して十
分なキャリアの拡散が行われることから、負電極32の
面積は正電極よりも小さく構成することが可能である。
異なるAlyGa1-yNを膜厚λ/4n(nm)で積層し
多層膜とした場合は、図8に示すように第2反射膜22
を負電極32と基板10との間に形成してもよい。ま
た、図9示すように、第2反射膜22を基板10とn型
コンタクト層11との間に形成してもよい。また、図1
0に示すように、第2反射膜22をn型コンタクト層1
1と活性層12との間に形成してもよい。さらに、電極
を透光性の電極とし、その上に反射膜を形成してもよ
い。
タクト層14上に第2反射膜22を互いに組成比の異な
るAlyGa1-yNを膜厚λ/4n(nm)で積層し多層
膜として形成し、第2反射膜22上に正電極31を形成
することも可能である。また、正電極面の光の反射が十
分であれば、図12に示すように正電極31を第1反射
膜21とすることも可能である。
研磨等によって基板を除去した場合にも、基板10が省
略あるいは導電性あるいは半導電性物質の補強部材と置
き換えられた状態として、実施の形態2の態様を適用で
きる。 (実施の形態3)図13に本発明の実施の形態3におけ
る端面発光型レーザ素子の概略図を示す。サファイア、
あるいはスピネル等の絶縁性物質からなる基板10上
に、各半導体層が形成される。基板10上に負電極32
とオーミック接触を得るための層であるn型コンタクト
層11が形成される。n型コンタクト層11上には活性
層12で発生した光を閉じ込めるn型クラッド層11a
が形成される。n型クラッド層11a上には活性層12
とともに光導波路を構成する下部光ガイド層12aが形
成される。下部光ガイド層12a上にはキャリア結合に
よって光を発生させる活性層12が形成される。活性層
12上には活性層12とともに光導波路を構成する上部
光ガイド層12bが形成される。上部光ガイド層12b
上には活性層12側に光およびキャリアを閉じ込めるた
めのp型クラッド層13が形成される。p型クラッド層
13上には正電極31とオーミック接触を得るためのp
型コンタクト層14が形成される。
4との境界近傍には、図14に示されたキャリアを集中
させるストライプ領域を除いてイオン注入を行うことに
よって電流狭窄層15が形成される。電流狭窄層15の
形成方法については実施の形態1と同様の方法が用いら
れる。また、電流狭窄層15の形成位置についても、実
施の形態1と同様とすることができる。
が形成される。また、n型コンタクト層11上には負電
極32が形成される。端面発光型レーザ素子において
は、半導体層を劈開、あるいはエッチング等を用いて共
振面を形成する。このとき共振面のいずれか一方、ある
いは両方に、たとえばSiO2とTiO2からなる層をそ
れぞれ膜厚λ/4n(λ:発光波長、n:材料の屈折
率)として2層以上を蒸着により積層し多層膜とした反
射膜を形成してもよい。
も、Alのイオン注入によって、光導波路における水平
横方向の光を閉じ込める効果が得られることから、レー
ザ発振閾値を低減することができ、特に好ましい。ま
た、この光の閉じ込め効果は、電流狭窄層15下部のp
型層(p型クラッド層13およびp型コンタクト層1
4)の膜厚、すなわち電流狭窄層15の下面から活性層
12の上面との距離が発光波長以下の場合に効果があ
り、電流狭窄層15下部のp型層の膜厚と光ガイド層の
膜厚と活性層の膜厚との和が発光波長以下の場合に効果
が大きい。 (実施の形態4)図15に本発明の実施の形態4におけ
る端面発光型レーザ素子の概略図を示す。GaN、Si
C等の導電性あるいは半導電性物質からなる基板10上
に、各半導体層が形成される。基板10上に負電極32
とオーミック接触を得るための層であるn型コンタクト
層11が形成される。n型コンタクト層11上には活性
層12で発生した光を閉じ込めるn型クラッド層11a
が形成される。n型クラッド層11a上には活性層12
とともに光導波路を構成する下部光ガイド層12aが形
成される。下部光ガイド層12a上にはキャリア結合に
よって光を発生させる活性層12が形成される。活性層
12上には活性層12とともに光導波路を構成する上部
光ガイド層12bが形成される。上部光ガイド層12b
上には活性層12側に光およびキャリアを閉じ込めるた
めのp型クラッド層13が形成される。p型クラッド層
13上には正電極31とオーミック接触を得るためのp
型コンタクト層14が形成される。
4との境界近傍には、キャリアを所定の部分に集中させ
る電流狭窄層15が、イオン注入によって形成される。
電流狭窄層15の形成方法については実施の形態1と同
様の方法が用いられる。また、電流狭窄層15の形成位
置についても、実施の形態1と同様とすることができ
る。
形成される。また、n型コンタクト層11上には負電極
32が形成される。端面発光型レーザ素子においては、
半導体層を劈開、あるいはエッチング等を用いて共振面
を形成する。このとき共振面のいずれか一方、あるいは
両方に、たとえばSiO2とTiO2からなる層をそれぞ
れ膜厚λ/4n(λ:発光波長、n:材料の屈折率)と
して2層以上を蒸着により積層し多層膜とした反射膜を
形成してもよい。
も、Alのイオン注入によって、光導波路における水平
横方向の光を閉じ込める効果が得られることから、レー
ザ発振閾値を低減することができ、特に好ましい。ま
た、この光の閉じ込め効果は、電流狭窄層15下部のp
型層(p型クラッド層13およびp型コンタクト層1
4)の膜厚、すなわち電流狭窄層15の下面から活性層
12の上面との距離が発光波長以下の場合に効果があ
り、電流狭窄層15下部のp型層の膜厚と光ガイド層の
膜厚と活性層の膜厚との和が発光波長以下の場合に効果
が大きい。
素子を得る例を示しており、図1を元に説明する。まず
サファイア基板10のC面(0001)上に低温で成長
させたGaNよりなるバッファ層(図示せず)を200
〜300Åの膜厚で成長させる。このバッファ層上に、
バッファ層の成長温度よりも高温で成長させたGaN層
を形成し、その上にストライプ幅10μm、ストライプ
間隔(窓部)2μmのSiO2膜を形成し、さらにその
上にGaN層を成長させて形成し、下地層としてもよ
い。
3×1018/cm3ドープしたn型GaNよりなるn型
コンタクト層11を4μmの膜厚で成長させる。次にS
iをドープしたn型In0.05Ga0.95Nよりなる活性層
12を0.1μmの膜厚で成長させる。このときn型コ
ンタクト層11と活性層12との間にSiをドープした
n型Al0.2Ga0.8Nよりなるn型クラッド層を0.2
μmの膜厚で成長させてもよい。また、ここでは活性層
12を単一井戸構造として形成する例を示したが、膜厚
30ÅのIn0.2Ga0.8N/膜厚50ÅのIn0.05Ga
0.95Nを1層〜10層積層した単一あるいは多重量子井
戸構造として形成してもよい。このとき、最初のIn
0.2Ga0.8Nの下にはIn0.05Ga0.95N層が形成され
ることが好ましい。さらに、活性層の組成比InxGa
1-xN(0≦x≦1)は所望の発光波長等によって適宜
選択可能である。
p型Al0.2Ga0.8N層よりなるp型クラッド層13を
200Å〜0.6μmで成長させる。このp型クラッド
層13は、ノンドープAl0.2Ga0.8Nからなる膜厚2
5Åの層と、Mgを1×10 20/cm3ドープしたAl
0.2Ga0.8Nからなる膜厚25Åの層とから構成される
総膜厚0.6μmの超格子層として形成してもよい。次
にMgを1×1020/cm3ドープしたGaNよりなる
p型コンタクト層14を成長させる。
反応容器から取り出し、p型コンタクト層14の所定の
部分をSi酸化物またはレジスト等からなるたとえば1
0μmφの形状のマスクによって覆い、イオン注入装置
を用いて、pクラッド層13の上部からp型コンタクト
層14の下部の深さにかけてイオン注入を行い、マスク
部分を開口部とした電流狭窄層15を形成する。このイ
オン注入の深さは注入エネルギーによって制御できる。
このときイオン注入に用いられる元素としては、Si、
Geといった窒化物半導体をn型化する元素、窒化物半
導体のバンドギャップエネルギーを大きくするAl、窒
化物系半導体を高抵抗化するIII族元素であるB、窒化
物半導体を高抵抗なp型とするp型不純物であるBe、
Zn、Cd、VI族元素であるSe、Te等が挙げられ
る。
xAlyGa1-x-yN、x≧0、y≧0、x+y≦1)を
形成する元素として用いられており、また、InxGa
1-xN(0≦x≦1)に対して十分なバンドギャップエ
ネルギー差が得られ、電流狭窄効果が大きいことから、
イオン注入の元素としてより好ましい。さらに、p型ク
ラッド層をAlyGa1-yN(0<y≦1)として形成し
た場合、Alをイオン注入の元素としてp型クラッド層
の領域に注入し、電流狭窄層を形成することが好まし
い。少ないAlの注入量で、p型コンタクト層14に対
して大きなバンドギャップエネルギー差となり、十分な
電流狭窄効果が得られるからである。また、活性層にお
ける水平方向の光を閉じ込める効果に対しても有効であ
る。また、この光の閉じ込め効果は、電流狭窄層15下
部のp型層(p型クラッド層13およびp型コンタクト
層14)の膜厚が発光波長以下の場合に効果が大きい。
ことによって良好なn型が得られ、p型層において十分
な電流狭窄効果があることから、イオン注入の元素とし
て好ましい。Siの注入量は、p型層のキャリア濃度よ
りも高濃度、たとえば10×1017/cm3以上で注入
することが好ましい。Siの濃度はドーズ量によって制
御できる。
ジの回復のためにアニーリングを行う。電流狭窄層に注
入した元素の拡散防止のため、このダメージの回復のア
ニーリングののちに行われる電極形成後のアニーリング
をランプアニーリング等の高速アニーリングとすること
が好ましい。また、このダメージの回復のためのアニー
リングは電極形成後のアニーリングによって代用するこ
とも可能である。この場合も同様に、電流狭窄層に注入
した元素の拡散が防止できる。
にSiO2とTiO2からなる層をそれぞれ膜厚λ/4n
として2層以上蒸着により積層し多層膜とし、フォトリ
ソグラフィー技術を用いて、電流狭窄層15の開口部分
の上方に多層膜を所定の形状にして第1反射鏡21を形
成する。この第1反射鏡21は電流狭窄層15の開口部
よりもやや大きめに形成することが好ましい。
とTiO2からなる層をそれぞれ膜厚λ/4nとして2
層以上蒸着により積層し多層膜とし、第2反射鏡22を
形成する。
すべきn型コンタクト層11を露出させ、たとえばTi
/Alからなる負電極32を形成する。また、第1反射
膜21が形成されている以外のp型コンタクト層14表
面のほぼ全面にも、たとえばNi/Auからなる正電極
を形成する。そして、チップ状に分離することにより図
1に示すような構造のレーザ素子を得ることができる。
ド層13の上部からp型コンタクト層14の下部にかけ
て形成する例を示したが、実施の形態1において述べた
位置に形成してもよい。ただし、電流狭窄層15の形成
されていない所定の部分のp型コンタクト層14は膜厚
0.5μm以下、より好ましくは0.2μm以下に形成
し、電流狭窄層15上部のp型コンタクト層の膜厚、す
なわち電柱狭窄層15の上面からp型コンタクト層14
の上面との距離が0.05μm以上とすることが、キャ
リアの注入効率上およびリーク防止の観点から好まし
い。あるいは、図4に示すように電流狭窄層15をpク
ラッド層13とp型コンタクト層14との境界面から下
方に形成することも可能である。特に、イオン注入の元
素としてAlを用いた場合は、少なくとも電流狭窄層1
5の一部をpクラッド層13とp型コンタクト層14と
の境界面よりも下方に形成することによって、活性層1
2における水平方向の光を閉じ込める効果を高めること
ができることからより好ましい。これら電流狭窄層15
の形成深さは、イオン注入の注入エネルギーによって制
御できる。
いに組成比の異なるAlyGa1-yN(0≦y≦1)をそ
れぞれ膜厚λ/4n(λ:発光波長、n:材料の屈折
率)となるように交互に積層して多層膜とし、第2反射
膜22を形成することによって、図5に示すように、第
2反射膜22を、基板10とn型コンタクト層11との
間に形成することも可能である。あるいは、図6に示す
ようにn型コンタクト層11と活性層12との間に形成
してもよい。さらに、電極を透光性の電極とし、その上
に反射膜を形成してもよい。 (実施例2)実施例2は図7の構造のレーザ素子を得る
例を示しており、図1を元に説明する。まずSiCまた
はGaN等の基板10上に、実施例1と同様にして、各
半導体層11〜14を形成し、イオン注入によって電流
狭窄層15を形成する。GaN基板の場合は特に下地層
を必要としない。
にSiO2とTiO2からなる層をそれぞれ膜厚λ/4n
として2層以上蒸着により積層し多層膜とし、フォトリ
ソグラフィー技術を用いて、電流狭窄層15の開口部分
の上方に多層膜を所定の形状にして第1反射鏡21を形
成する。この第1反射鏡21は電流狭窄層15の開口部
よりもやや大きめに形成することが好ましい。
面にSiO2とTiO2からなる層をそれぞれ膜厚λ/4
n(λ:発光波長、n:材料の屈折率)として2層以上
蒸着により積層し多層膜とし、活性層12を挟んで電流
狭窄層15の開口部分に対向した位置に多層膜を所定の
形状で第2反射鏡22を形成する。この第2反射鏡22
は電流狭窄層15の開口部よりも少なくとも大きく形成
する。
の基板10の表面に、たとえばTi/Alからなる負電
極32を形成する。また、第1反射膜21が形成されて
いる以外のp型コンタクト層14の表面にも、たとえば
Ni/Auからなる正電極を形成する。そして、チップ
状に分離することにより図7に示すような構造のレーザ
素子を得ることができる。
異なるAlyGa1-yN(0≦y≦1)をそれぞれ膜厚λ
/4nとなるように交互に積層して多層膜とした場合
は、図8に示すように第2反射膜22を負電極32と基
板10との間に形成することも可能である。また、図9
示すように、第2反射膜22を基板10とn型コンタク
ト層11との間に形成してもよい。また、図10に示す
ように、第2反射膜22をn型コンタクト層11と活性
層12との間に形成してもよい。
タクト層14上に第2反射膜22を互いに組成比の異な
るAlyGa1-yN(0≦y≦1)を膜厚λ/4n(n
m)で積層し多層膜として形成し、第2反射膜22上に
正電極31を形成することも可能である。また、正電極
面の光の反射が十分であれば、図12に示すように第1
反射膜21を省略することも可能である。さらに、電極
を透光性の電極とし、その上に反射膜を形成してもよ
い。 (実施例3)実施例3は図13の構造のレーザ素子を得
る例を示しており、図13を元に説明する。まずサファ
イア基板10のC面(0001)上にGaNよりなるバ
ッファ層(図示せず)を300オングストロームの膜厚
で成長させる。実施例1と同様にバッファ層上に下地層
を形成してもよい。バッファ層または下地層上にSiを
ドープしたn型GaNよりなるn型コンタクト層11を
4μmの膜厚で成長させる。次に、n型コンタクト層1
1上にSiをドープしたAl0.2Ga0.8Nよりなるn型
クラッド層11aを0.2μmの膜厚で成長させる。次
に、n型クラッド層11a上に、活性層12と同程度の
光屈折率を示す下部光ガイド層12aを形成する。下部
光ガイド層12aは、たとえばノンドープGaNあるい
は活性層12のIn混晶比xよりも混晶比の少ないIn
xGa1-xN(0≦x≦1)を200Å〜1μmの膜厚で
成長させる。この下部光ガイド層12aはSiをドープ
しn型としてもよい。
0.95Nよりなる活性層12を0.1μmの膜厚で成長さ
せる。また、ここでは活性層12を単一井戸構造として
形成する例を示したが、膜厚30ÅのIn0.2Ga0.8N
/膜厚50ÅのIn0.05Ga0. 95Nを1層〜10層積層
した単一あるいは多重量子井戸構造として形成してもよ
い。このとき、最初のIn0.2Ga0.8Nの下にはIn
0.05Ga0.95N層が形成されることが好ましい。さら
に、活性層の組成比InxGa1-xN(0≦x≦1)は所
望の発光波長等によって適宜選択可能である。
度の光屈折率を示す上部光ガイド層12bを形成する。
上部光ガイド層12bは、たとえばノンドープGaNあ
るいは活性層12のIn混晶比よりも混晶比の少ないI
nxGa1-xN(0≦x≦1)を200Å〜1μmの膜厚
で成長させる。この上部光ガイド層12bはMgをドー
プしp型としてもよい。 次にMgをドープしたp型A
l0.2Ga0.8N層よりなるp型クラッド層13を0.2
μmで成長させる。次にMgドープGaNよりなるp型
コンタクト層14を成長させる。
ーハを反応容器から取り出し、p型コンタクト層14の
所定の部分を、Si酸化膜またはレジスト等からなるた
とえば幅10μmのストライプ状のマスクによって図1
4のように覆い、イオン注入装置を用いて、pクラッド
層13の上部からp型コンタクト層14の下部の深さに
かけてイオン注入を行い、マスク部分をストライプ領域
とした電流狭窄層15を形成する。このイオン注入は、
実施例1と同様に行われる。電流狭窄層15の形成位置
についても、実施例1と同様に適宜選択可能である。さ
らに端面発光型のレーザ素子においても、イオン注入の
元素としてAlを用いた場合は、少なくとも電流狭窄層
15の一部をpクラッド層13とp型コンタクト層14
との境界面よりも下方に形成することによって、光導波
路における水平横方向の光を閉じ込める効果を高めるこ
とができることからより好ましい。また、この光の閉じ
込め効果は、電流狭窄層15下部のp型層(p型クラッ
ド層13およびp型コンタクト層14)の膜厚、すなわ
ち電流狭窄層15の下面から活性層12の上面との距離
が発光波長以下の場合に効果があり、電流狭窄層15下
部のp型層の膜厚と光ガイド層の膜厚と活性層の膜厚と
の和が発光波長以下の場合に効果が大きい。
形成すべきn型コンタクト層11を露出させ、たとえば
Ti/Alからなる負電極32を形成する。また、p型
コンタクト層14上のほぼ全面にも、たとえばNi/A
uからなる正電極31を形成する。
ストライプの幅方向の半導体層の端面が光共振面となる
ように劈開、あるいはエッチングを行い、チップ状に分
離する。この光共振面には、必要に応じて両光共振面あ
るいはいずれか一方に、SiO2とTiO2からなる層を
それぞれ膜厚λ/4nとして2層以上蒸着により積層し
多層膜とし、反射膜を形成してもよい。 (実施例4)実施例4は図15の構造のレーザ素子を得
る例を示しており、図15を元に説明する。まずGaN
基板10上に、実施例3と同様にして、各半導体層11
〜14を形成し、イオン注入によって電流狭窄層15を
形成する。
とえばTi/Alからなる負電極32を形成する。ま
た、p型コンタクト層14上のほぼ全面にも、たとえば
Ni/Auからなる正電極31を形成する。
端面が光共振面となるように劈開、あるいはエッチング
を行い、チップ状に分離する。この光共振面には、必要
に応じて両光共振面あるいはいずれか一方に、SiO2
とTiO2からなる層をそれぞれ膜厚λ/4nとして2
層以上蒸着により積層し多層膜とし、反射膜を形成して
もよい。
ザ発振閾値が小さく、かつ生産性の高い窒化物半導体
(たとえばInxAlyGa1-x-yN、x≧0、y≧0、
x+y≦1)からなる端面発光型のレーザ素子を提供す
ることができる。また、本発明によって、窒化物半導体
(たとえばInxAlyGa1-x-yN、x≧0、y≧0、
x+y≦1)からなる面発光型のレーザ素子を提供する
ことができる。
素子の概略図である。
素子の電流狭窄層形成位置の変形例に関する概略図であ
る。
素子の電流狭窄層形成位置の変形例に関する概略図であ
る。
素子の電流狭窄層形成位置の変形例に関する概略図であ
る。
素子の第2反射膜形成位置の変形例に関する概略図であ
る。
素子の第2反射膜形成位置の変形例に関する概略図であ
る。
素子の概略図である。
素子の第2反射膜形成位置の変形例に関する概略図であ
る。
素子の第2反射膜形成位置の変形例に関する概略図であ
る。
ザ素子の第2反射膜形成位置の変形例に関する概略図で
ある。
ザ素子の第1反射膜形成位置の変形例に関する概略図で
ある。
ザ素子の第1反射膜の変形例に関する概略図である。
ーザ素子の概略図である。
ーザ素子をp型層側から見た概略図である。
ーザ素子の概略図である。
Claims (8)
- 【請求項1】活性層がn型層とp型層とで挟まれた構造
を有する窒化物半導体からなる面発光型のレーザ素子に
おいて、 前記p型層に、キャリアを集中させる開口部を除いてイ
オン注入を行うことによって電流狭窄層が形成されるこ
とを特徴とするレーザ素子。 - 【請求項2】活性層がn型層とp型層とで挟まれた構造
を有する窒化物半導体からなる端面発光型のレーザ素子
において、 前記p型層に、キャリアを集中させるストライプ領域を
除いてイオン注入を行うことによって電流狭窄層が形成
されることを特徴とするレーザ素子。 - 【請求項3】前記p型層は、少なくともp型クラッド層
とp型コンタクト層を有し、 前記電流狭窄層の一部は少なくとも前記p型コンタクト
層に形成されることを特徴とする請求項1乃至2に記載
のレーザ素子。 - 【請求項4】前記p型層は、少なくともp型クラッド層
とp型コンタクト層を有し、 前記電流狭窄層の一部は少なくとも前記p型クラッド層
に形成されることを特徴とする請求項1乃至2に記載の
レーザ素子。 - 【請求項5】前記電流狭窄層の上部の前記p型コンタク
ト層の膜厚が0.05μm以上であることを特徴とする
請求項3に記載のレーザ素子。 - 【請求項6】前記電流狭窄層はAlをイオン注入するこ
とによって形成されることを特徴とする請求項1乃至5
に記載のレーザ素子。 - 【請求項7】前記電流狭窄層の下部の前記p型層の膜厚
が発光波長以下であることを特徴とする請求項6に記載
のレーザ素子。 - 【請求項8】前記電流狭窄層はn型不純物をイオン注入
することによって形成されることを特徴とする請求項1
乃至5に記載のレーザ素子。
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