JP2001308460A - 窒化物半導体レーザ素子とその光ピックアップ装置 - Google Patents
窒化物半導体レーザ素子とその光ピックアップ装置Info
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- H01S5/22—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure
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- H01S5/323—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
- H01S5/32308—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
- H01S5/32341—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm blue laser based on GaN or GaP
Abstract
(57)【要約】 (修正有)
【課題】 GaN基板上に結晶成長した窒化物半導体レ
ーザについてFIELO法(The facet−in
itiated epitaxial lateral
overgrowth)によって作製されたGaN基
板は、従来のサファイア基板等に比べて結晶欠陥密度の
少ない基板であったにもかかわらず、発振閾値電流値は
高く、144mA(閾値電流密度は10.9kA/cm
2)であった。上記要因は、リッジストライプ部の幅W
とリッジストライプ残し膜厚dが適正化されていなかっ
たためであることがわかった。 【解決手段】 本発明は、窒化物半導体基板上に成長し
た窒化物半導体レーザ素子において、前述のリッジスト
ライプ幅Wと残し膜厚dを適正化することによって、レ
ーザ発振閾値電流値を低減し、レーザの発振寿命特性を
改善する。
ーザについてFIELO法(The facet−in
itiated epitaxial lateral
overgrowth)によって作製されたGaN基
板は、従来のサファイア基板等に比べて結晶欠陥密度の
少ない基板であったにもかかわらず、発振閾値電流値は
高く、144mA(閾値電流密度は10.9kA/cm
2)であった。上記要因は、リッジストライプ部の幅W
とリッジストライプ残し膜厚dが適正化されていなかっ
たためであることがわかった。 【解決手段】 本発明は、窒化物半導体基板上に成長し
た窒化物半導体レーザ素子において、前述のリッジスト
ライプ幅Wと残し膜厚dを適正化することによって、レ
ーザ発振閾値電流値を低減し、レーザの発振寿命特性を
改善する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ発振閾値電
流値が低く、寿命特性の良い窒化物半導体レーザ素子と
その半導体レーザ装置に関する。
流値が低く、寿命特性の良い窒化物半導体レーザ素子と
その半導体レーザ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】Jpn.J.Appl.Phys.Vo
l.38(1999)pp.L184−186に、Ga
N基板上に結晶成長した窒化物半導体レーザについて報
告されている。前記GaN基板はFIELO法(The
facet−initiated epitaxia
l lateral overgrowth tech
nique)によって作製され、前記窒化物半導体レー
ザ素子のリッジストライプ幅は3μmであった。リッジ
ストライプの残し膜厚は記載されていない。
l.38(1999)pp.L184−186に、Ga
N基板上に結晶成長した窒化物半導体レーザについて報
告されている。前記GaN基板はFIELO法(The
facet−initiated epitaxia
l lateral overgrowth tech
nique)によって作製され、前記窒化物半導体レー
ザ素子のリッジストライプ幅は3μmであった。リッジ
ストライプの残し膜厚は記載されていない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】前記GaN基板は、従
来のサファイア基板等に比べて結晶欠陥密度の少ない基
板であったにもかかわらず、発振閾値電流値は高く、1
44mA(閾値電流密度は10.9kA/cm2)であ
った。本発明者らによる実験結果によると、上記要因
は、図4に示すリッジストライプ幅Wとリッジストライ
プ残し膜厚dが適正化されていなかったためだとわかっ
た。また、これらの値には互いに相関があり、リッジス
トライプ幅Wとリッジストライプ残し膜厚dが同時に適
正値を満足していなければ発振閾値電流値の低減に繋が
らなかった。
来のサファイア基板等に比べて結晶欠陥密度の少ない基
板であったにもかかわらず、発振閾値電流値は高く、1
44mA(閾値電流密度は10.9kA/cm2)であ
った。本発明者らによる実験結果によると、上記要因
は、図4に示すリッジストライプ幅Wとリッジストライ
プ残し膜厚dが適正化されていなかったためだとわかっ
た。また、これらの値には互いに相関があり、リッジス
トライプ幅Wとリッジストライプ残し膜厚dが同時に適
正値を満足していなければ発振閾値電流値の低減に繋が
らなかった。
【0004】ここで、リッジストライプ幅Wとは、図4
に示すように半導体レーザの共振器端面から見たときの
最大ストライプ幅を指す。従って、図1のようにリッジ
ストライプの断面が台形形状の場合、リッジストライプ
幅Wは台形形状の底辺幅に相当する(図1参照)。ま
た、リッジストライプの残し膜厚dとは、図4に示すよ
うに、発光層とp型層との界面からリッジストライプの
底部までの厚みを指すものとする。
に示すように半導体レーザの共振器端面から見たときの
最大ストライプ幅を指す。従って、図1のようにリッジ
ストライプの断面が台形形状の場合、リッジストライプ
幅Wは台形形状の底辺幅に相当する(図1参照)。ま
た、リッジストライプの残し膜厚dとは、図4に示すよ
うに、発光層とp型層との界面からリッジストライプの
底部までの厚みを指すものとする。
【0005】さらに、本明細書に記載の発光層とは、複
数の井戸層と複数の障壁層とから構成された層の総称を
指すものとする。ただし、単一量子井戸構造の場合の発
光層とは、1つの井戸層のみから構成される。
数の井戸層と複数の障壁層とから構成された層の総称を
指すものとする。ただし、単一量子井戸構造の場合の発
光層とは、1つの井戸層のみから構成される。
【0006】本発明は、窒化物半導体基板上に成長した
窒化物半導体レーザ素子において、前述のリッジストラ
イプ幅Wとリッジストライプの残し膜厚dを適正化する
ことによって、レーザ発振閾値電流値を低減し、レーザ
の発振寿命特性を改善する。
窒化物半導体レーザ素子において、前述のリッジストラ
イプ幅Wとリッジストライプの残し膜厚dを適正化する
ことによって、レーザ発振閾値電流値を低減し、レーザ
の発振寿命特性を改善する。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1は、窒
化物半導体基板上に成長した窒化物半導体レーザダイオ
ードにおいて、前記窒化物半導体レーザダイオードはn
型層、発光層、p型層の順に積層されていて、前記p型
層の一部をストライプ形状に加工し、前記ストライプの
幅が1.9μm以上3.0μm以下であり、前記発光層
とp型層との界面からストライプの底部までの距離が0
μm以上0.2μm以下であることを特徴とする。本発
明の請求項2は、前記窒化物半導体レーザ素子を用いた
光ピックアップ装置に関する。
化物半導体基板上に成長した窒化物半導体レーザダイオ
ードにおいて、前記窒化物半導体レーザダイオードはn
型層、発光層、p型層の順に積層されていて、前記p型
層の一部をストライプ形状に加工し、前記ストライプの
幅が1.9μm以上3.0μm以下であり、前記発光層
とp型層との界面からストライプの底部までの距離が0
μm以上0.2μm以下であることを特徴とする。本発
明の請求項2は、前記窒化物半導体レーザ素子を用いた
光ピックアップ装置に関する。
【0008】
【発明の実施の形態】まず、本発明について説明し、そ
の後、本発明の実施の形態について述べる。
の後、本発明の実施の形態について述べる。
【0009】(本発明の説明)本発明は、窒化物半導体
基板上に形成した窒化物半導体レーザ素子に関するリッ
ジストライプ幅Wとリッジストライプの残し膜厚dとの
適正化に関する。本発明のリッジストライプ幅Wとリッ
ジストライプの残し膜厚dとの適正化は、窒化物半導体
基板上に作製された窒化物半導体レーザに限られる。な
ぜならば、以下の理由からである。
基板上に形成した窒化物半導体レーザ素子に関するリッ
ジストライプ幅Wとリッジストライプの残し膜厚dとの
適正化に関する。本発明のリッジストライプ幅Wとリッ
ジストライプの残し膜厚dとの適正化は、窒化物半導体
基板上に作製された窒化物半導体レーザに限られる。な
ぜならば、以下の理由からである。
【0010】第1に、窒化物半導体基板を用いたことに
より、窒化物半導体基板(例えばGaN基板)上に成長
した窒化物半導体膜は、従来の基板(窒化物半導体基板
以外。例えば、サファイア基板、SiC基板など)上に
成長したそれと比較してキャリアの移動度が大きくなる
ことである。これは窒化物半導体基板を用いることによ
って窒化物半導体膜中の貫通転位密度が大幅に低減した
ことによる。
より、窒化物半導体基板(例えばGaN基板)上に成長
した窒化物半導体膜は、従来の基板(窒化物半導体基板
以外。例えば、サファイア基板、SiC基板など)上に
成長したそれと比較してキャリアの移動度が大きくなる
ことである。これは窒化物半導体基板を用いることによ
って窒化物半導体膜中の貫通転位密度が大幅に低減した
ことによる。
【0011】第2に、窒化物半導体基板を用いたことに
より、熱膨張係数差による該基板と該基板上に成長した
窒化物半導体膜との応力歪が一様に削減されることであ
る。
より、熱膨張係数差による該基板と該基板上に成長した
窒化物半導体膜との応力歪が一様に削減されることであ
る。
【0012】(第1の理由)第1の理由は、本発明のリ
ッジストライプ幅Wとリッジストライプの残し膜厚dの
適正値に大きく係る。具体的には、窒化物半導体p型層
の移動度が高くなると、レーザ素子の動作電圧と閾値電
流値の低減が図られ非常に好ましい。ただし、以下の注
意が必要となる。窒化物半導体以外の基板と比べてp型
層の移動度が高くなるために、リッジストライプの残し
膜厚dを厚くし過ぎると、注入した電流がリッジストラ
イプ幅Wの外に広がってしまう(図5)。これは、図5
の領域Aの発光層部に効率良く電流を注入できないこと
を意味し、結果的に閾値電流値の増加を招く。従って、
リッジストライプの残し膜厚dを適正化しなければなら
ない。また、窒化物半導体以外の基板と比べてp型層の
移動度が高くなるために、リッジストライプ幅Wを狭く
し過ぎると、電流注入領域(リッジストライプ幅Wに相
当する)に比べてリッジストライプ幅の外に漏れ出る電
流量の方が大きくなってしまう(図5)。従って、リッ
ジストライプ幅Wを適正化しなければならない。上記リ
ッジストライプの残し膜厚dとリッジストライプ幅Wの
適正値について、図6と図7を用いて詳細に説明する。
ッジストライプ幅Wとリッジストライプの残し膜厚dの
適正値に大きく係る。具体的には、窒化物半導体p型層
の移動度が高くなると、レーザ素子の動作電圧と閾値電
流値の低減が図られ非常に好ましい。ただし、以下の注
意が必要となる。窒化物半導体以外の基板と比べてp型
層の移動度が高くなるために、リッジストライプの残し
膜厚dを厚くし過ぎると、注入した電流がリッジストラ
イプ幅Wの外に広がってしまう(図5)。これは、図5
の領域Aの発光層部に効率良く電流を注入できないこと
を意味し、結果的に閾値電流値の増加を招く。従って、
リッジストライプの残し膜厚dを適正化しなければなら
ない。また、窒化物半導体以外の基板と比べてp型層の
移動度が高くなるために、リッジストライプ幅Wを狭く
し過ぎると、電流注入領域(リッジストライプ幅Wに相
当する)に比べてリッジストライプ幅の外に漏れ出る電
流量の方が大きくなってしまう(図5)。従って、リッ
ジストライプ幅Wを適正化しなければならない。上記リ
ッジストライプの残し膜厚dとリッジストライプ幅Wの
適正値について、図6と図7を用いて詳細に説明する。
【0013】(リッジストライプの残し膜厚dに関する
説明)図6は、図4に示された窒化物半導体レーザの、
リッジストライプの残し膜厚dと閾値電流値との関係を
示している。図6をみるとリッジストライプの残し膜厚
が0μm以上0.2μm以下のときに閾値電流値が低
く、前記範囲外になると閾値電流値が増大し始めてい
る。また、上記の残し膜厚dの適正値内(0μm以上
0.2μm以下)であってもリッジストライプ幅Wの適
正値以外だと、閾値電流値が増大していることがわか
る。図6のリッジストライプの残し膜厚が0.2μmよ
り厚くなると閾値電流値が増大したのは、前述の電流注
入の広がりによるためである。一方、リッジストライプ
の残し膜厚dを0μm未満にすると(図6の負の残し膜
厚に相当する。これは、発光層部までリッジストライプ
を掘り下げることに相当する。)閾値電流値が増大した
のは、リッジストライプを形成するために発光層部まで
掘り下げたことにより、該発光層の劣化が激しくなり発
光層の利得が大幅に減少したためである。図6から、閾
値電流値が低くなる好ましいリッジストライプの残し膜
厚dは、0μm以上0.2μm以下であることがわかっ
た。
説明)図6は、図4に示された窒化物半導体レーザの、
リッジストライプの残し膜厚dと閾値電流値との関係を
示している。図6をみるとリッジストライプの残し膜厚
が0μm以上0.2μm以下のときに閾値電流値が低
く、前記範囲外になると閾値電流値が増大し始めてい
る。また、上記の残し膜厚dの適正値内(0μm以上
0.2μm以下)であってもリッジストライプ幅Wの適
正値以外だと、閾値電流値が増大していることがわか
る。図6のリッジストライプの残し膜厚が0.2μmよ
り厚くなると閾値電流値が増大したのは、前述の電流注
入の広がりによるためである。一方、リッジストライプ
の残し膜厚dを0μm未満にすると(図6の負の残し膜
厚に相当する。これは、発光層部までリッジストライプ
を掘り下げることに相当する。)閾値電流値が増大した
のは、リッジストライプを形成するために発光層部まで
掘り下げたことにより、該発光層の劣化が激しくなり発
光層の利得が大幅に減少したためである。図6から、閾
値電流値が低くなる好ましいリッジストライプの残し膜
厚dは、0μm以上0.2μm以下であることがわかっ
た。
【0014】(リッジストライプ幅Wに関する説明)図
7は、図4に示された窒化物半導体レーザの、リッジス
トライプ幅Wと閾値電流値との関係を示している。図7
をみるとリッジストライプ幅Wが1.9μm以上3.0
μm以下のときに閾値電流値が低くなっていることがわ
かる。また、上記のリッジストライプ幅Wの適正値内
(1.9μm以上3.0μm以下)であってもリッジス
トライプの残し膜厚dの適正値(0μm以上0.2μm
以下)以外だと、閾値電流値が増大していることがわか
る。図7のリッジストライプ幅が1.9μmよりも狭く
なると閾値電流値が大きくなるのは、前述の電流注入領
域よりも電流広がりが大きくなるためである。さらにリ
ッジストライプ幅Wを狭くすると、電流密度の増大とと
もに発光層部での温度上昇が激しくなるため、キャリア
がより高いエネルギー準位に励起され、反転分布に要す
る発振閾値電流値(キャリア数)が高くなってしまう。
一方、リッジストライプ幅が3.0μmより広くなる
と、閾値電流密度が減少するため、閾値電流値が高くな
り始める。図7から、閾値電流値が低くなる好ましいリ
ッジストライプ幅Wは1.9μm以上3.0μm以下で
あることがわかった。
7は、図4に示された窒化物半導体レーザの、リッジス
トライプ幅Wと閾値電流値との関係を示している。図7
をみるとリッジストライプ幅Wが1.9μm以上3.0
μm以下のときに閾値電流値が低くなっていることがわ
かる。また、上記のリッジストライプ幅Wの適正値内
(1.9μm以上3.0μm以下)であってもリッジス
トライプの残し膜厚dの適正値(0μm以上0.2μm
以下)以外だと、閾値電流値が増大していることがわか
る。図7のリッジストライプ幅が1.9μmよりも狭く
なると閾値電流値が大きくなるのは、前述の電流注入領
域よりも電流広がりが大きくなるためである。さらにリ
ッジストライプ幅Wを狭くすると、電流密度の増大とと
もに発光層部での温度上昇が激しくなるため、キャリア
がより高いエネルギー準位に励起され、反転分布に要す
る発振閾値電流値(キャリア数)が高くなってしまう。
一方、リッジストライプ幅が3.0μmより広くなる
と、閾値電流密度が減少するため、閾値電流値が高くな
り始める。図7から、閾値電流値が低くなる好ましいリ
ッジストライプ幅Wは1.9μm以上3.0μm以下で
あることがわかった。
【0015】(第2の理由)次に第2の理由について説
明する。第2の理由は、本発明のリッジストライプ幅W
とリッジストライプの残し膜厚dの形成に大きく係る。
具体的に、図8に示す擬似GaN基板800上に成長し
た窒化物半導体膜と窒化物半導体基板上に成長したそれ
との違いついて説明する。
明する。第2の理由は、本発明のリッジストライプ幅W
とリッジストライプの残し膜厚dの形成に大きく係る。
具体的に、図8に示す擬似GaN基板800上に成長し
た窒化物半導体膜と窒化物半導体基板上に成長したそれ
との違いついて説明する。
【0016】図8の擬似GaN基板800は、種基板8
01、低温バッファ層802、n型GaN膜803、成
長抑制膜804、n型GaN厚膜805から構成されて
いる。擬似GaN基板800は、窒化物半導体基板以外
の種基板801を有していて、この種基板801はn型
GaN厚膜805を成長するための母体として使用され
る。ここで述べる擬似GaN基板とは、図8で示した構
成に限るものではなく、少なくとも前記種基板と成長抑
制膜(空洞でも良い)を有しているものであればよい。
ただし、前記成長抑制膜804は、誘電体膜や金属膜で
もよく、空洞であっても良い。
01、低温バッファ層802、n型GaN膜803、成
長抑制膜804、n型GaN厚膜805から構成されて
いる。擬似GaN基板800は、窒化物半導体基板以外
の種基板801を有していて、この種基板801はn型
GaN厚膜805を成長するための母体として使用され
る。ここで述べる擬似GaN基板とは、図8で示した構
成に限るものではなく、少なくとも前記種基板と成長抑
制膜(空洞でも良い)を有しているものであればよい。
ただし、前記成長抑制膜804は、誘電体膜や金属膜で
もよく、空洞であっても良い。
【0017】上記擬似GaN基板上に成長した窒化物半
導体膜は、サファイア基板やSiC基板と比べて貫通転
位密度を低減できることが知られている。従って、擬似
GaN基板を用いることによっても前述の第1の理由を
満足することができる。
導体膜は、サファイア基板やSiC基板と比べて貫通転
位密度を低減できることが知られている。従って、擬似
GaN基板を用いることによっても前述の第1の理由を
満足することができる。
【0018】しかしながら、擬似GaN基板は種基板を
有しているため、擬似GaN基板上に成長した窒化物半
導体膜に応力歪を与える。この応力歪は窒化物半導体膜
中のキャリアの移動度を変化させる。また、擬似GaN
基板は、貫通転位密度を低減するために成長抑制膜を利
用しているため、成長抑制膜804直上に成長した窒化
物半導体膜は種基板からの応力歪が低減される。最終的
に擬似GaN基板上に成長した窒化物半導体膜は、応力
歪のかかっている部分とそうでない部分とが混在する。
さらに、図8のようにストライプ状に成長抑制膜804
が形成されている場合、成長面内で一軸性応力がかかり
易く、有効質量の変化とともに移動度も応力方向によっ
て変化する。従って、擬似GaN基板上に窒化物半導体
レーザ素子を形成した場合、該レーザ素子(p型層)中
にキャリア移動度の異なる領域が部分的に混在するため
に、リッジストライプを介して電流注入したとしても、
一様に発光層に電流注入されず、前記第1の理由で説明
したリッジストライプ幅とリッジストライプの残し膜厚
dでの制御が困難となる。一方、窒化物半導体基板上に
成長した窒化物半導体膜は、前記の種基板を有していな
いために部分的に異なる応力歪がかかることがなく、熱
膨張係数差による応力歪を一様に削減できる。
有しているため、擬似GaN基板上に成長した窒化物半
導体膜に応力歪を与える。この応力歪は窒化物半導体膜
中のキャリアの移動度を変化させる。また、擬似GaN
基板は、貫通転位密度を低減するために成長抑制膜を利
用しているため、成長抑制膜804直上に成長した窒化
物半導体膜は種基板からの応力歪が低減される。最終的
に擬似GaN基板上に成長した窒化物半導体膜は、応力
歪のかかっている部分とそうでない部分とが混在する。
さらに、図8のようにストライプ状に成長抑制膜804
が形成されている場合、成長面内で一軸性応力がかかり
易く、有効質量の変化とともに移動度も応力方向によっ
て変化する。従って、擬似GaN基板上に窒化物半導体
レーザ素子を形成した場合、該レーザ素子(p型層)中
にキャリア移動度の異なる領域が部分的に混在するため
に、リッジストライプを介して電流注入したとしても、
一様に発光層に電流注入されず、前記第1の理由で説明
したリッジストライプ幅とリッジストライプの残し膜厚
dでの制御が困難となる。一方、窒化物半導体基板上に
成長した窒化物半導体膜は、前記の種基板を有していな
いために部分的に異なる応力歪がかかることがなく、熱
膨張係数差による応力歪を一様に削減できる。
【0019】従って、窒化物半導体基板上に窒化物半導
体レーザ素子を形成した場合、該レーザ素子(p型層)
中のキャリア移動度が均一になり、一様に発光層に電流
注入されて、前記第1の理由で説明したリッジストライ
プ幅とリッジストライプの残し膜厚dで制御よく閾値電
流値を低減することができる。
体レーザ素子を形成した場合、該レーザ素子(p型層)
中のキャリア移動度が均一になり、一様に発光層に電流
注入されて、前記第1の理由で説明したリッジストライ
プ幅とリッジストライプの残し膜厚dで制御よく閾値電
流値を低減することができる。
【0020】前述より、本発明による窒化物半導体基板
(例えばGaN基板)上に結晶成長した窒化物半導体レ
ーザ素子において、閾値電流値の低いリッジストライプ
幅Wとリッジストライプの残し膜厚dの適正値は、それ
ぞれ1.9μm以上3.0μm以下、0μm以上0.2
μm以下であることがわかった。
(例えばGaN基板)上に結晶成長した窒化物半導体レ
ーザ素子において、閾値電流値の低いリッジストライプ
幅Wとリッジストライプの残し膜厚dの適正値は、それ
ぞれ1.9μm以上3.0μm以下、0μm以上0.2
μm以下であることがわかった。
【0021】次に、リッジストライプ幅Wと残し膜厚d
の適正値範囲内で作製した窒化物半導体レーザ素子につ
いて寿命特性を調べたところ、雰囲気温度50℃、出力
40mWの条件下で、1000時間以上であった。この
ことから、本発明による窒化物半導体レーザを作製する
ことによって、高出力型窒化物半導体レーザを可能に
し、録再用光ピックアップ装置に適用することができ
た。
の適正値範囲内で作製した窒化物半導体レーザ素子につ
いて寿命特性を調べたところ、雰囲気温度50℃、出力
40mWの条件下で、1000時間以上であった。この
ことから、本発明による窒化物半導体レーザを作製する
ことによって、高出力型窒化物半導体レーザを可能に
し、録再用光ピックアップ装置に適用することができ
た。
【0022】(本発明を用いた窒化物半導体レーザダイ
オードの実施例)以下に本発明による窒化物半導体レー
ザダイオード素子の作製方法について説明する。
オードの実施例)以下に本発明による窒化物半導体レー
ザダイオード素子の作製方法について説明する。
【0023】(結晶成長)図1は、C面(0001)n
型GaN基板100、低温GaNバッファ層101、n
型GaN層102、n型In0.07Ga0.93Nクラック防
止層103、n型Al0.1Ga0.9Nクラッド層1
04、n型GaN光ガイド層105、発光層106、
p型Al0.2Ga0.8Nキャリアブロック層107、p型
GaN光ガイド層108、p型Al0.1Ga0.9N
クラッド層109、p型GaNコンタクト層110、n
電極111、p電極112、SiO2誘電体膜113か
ら構成されている。
型GaN基板100、低温GaNバッファ層101、n
型GaN層102、n型In0.07Ga0.93Nクラック防
止層103、n型Al0.1Ga0.9Nクラッド層1
04、n型GaN光ガイド層105、発光層106、
p型Al0.2Ga0.8Nキャリアブロック層107、p型
GaN光ガイド層108、p型Al0.1Ga0.9N
クラッド層109、p型GaNコンタクト層110、n
電極111、p電極112、SiO2誘電体膜113か
ら構成されている。
【0024】まず、MOCVD装置(有機金属気相成長
法)に、n型GaN基板100をセットし、V族原料の
NH3(アンモニア)とIII族原料のTMGa(トリ
メチルガリウム)を用いて、550℃の成長温度で低温
GaNバッファ層101を100nm成長する。次に、
1050℃の成長温度で前記原料にSiH4(シラン)
を加え、n型GaN層102(Si不純物濃度1×10
18/cm3)を3μm形成する。続いて、成長温度を7
00℃から800℃程度に下げ、TMIn(トリメチル
インジウム)のIII族原料の供給を行い、n型In
0.07Ga0.93Nクラック防止層103を40nm成長す
る。再び、基板温度を1050℃に上げ、TMAl(ト
リメチルアルミニウム)のIII族原料を用いて、0.
8μm厚のn型Al0.1Ga0.9Nクラッド層10
4(Si不純物濃度1×1018/cm3)を成長し、続
いてn型GaN光ガイド層105(Si不純物濃度1×
101 8/cm3)を0.1μm成長する。その後、基板
温度を800℃に下げ、3周期の、厚さ4nmのIn
0.18Ga0.82N井戸層と厚さ8nmのIn0.05Ga0.95
N障壁層より構成される発光層(多重量子井戸構造)1
06を、障壁層/井戸層/障壁層/井戸層/障壁層/井
戸層/障壁層の順序で成長した。その際、障壁層と井戸
層の両方にSiH4(Si不純物濃度は1×1018/c
m3)を添加した。障壁層と井戸層、または井戸層と障
壁層との間に、1秒以上180秒以内の成長中断を行っ
ても良い。このことにより、各層の平坦性が向上し、発
光半値幅が減少して好ましい。
法)に、n型GaN基板100をセットし、V族原料の
NH3(アンモニア)とIII族原料のTMGa(トリ
メチルガリウム)を用いて、550℃の成長温度で低温
GaNバッファ層101を100nm成長する。次に、
1050℃の成長温度で前記原料にSiH4(シラン)
を加え、n型GaN層102(Si不純物濃度1×10
18/cm3)を3μm形成する。続いて、成長温度を7
00℃から800℃程度に下げ、TMIn(トリメチル
インジウム)のIII族原料の供給を行い、n型In
0.07Ga0.93Nクラック防止層103を40nm成長す
る。再び、基板温度を1050℃に上げ、TMAl(ト
リメチルアルミニウム)のIII族原料を用いて、0.
8μm厚のn型Al0.1Ga0.9Nクラッド層10
4(Si不純物濃度1×1018/cm3)を成長し、続
いてn型GaN光ガイド層105(Si不純物濃度1×
101 8/cm3)を0.1μm成長する。その後、基板
温度を800℃に下げ、3周期の、厚さ4nmのIn
0.18Ga0.82N井戸層と厚さ8nmのIn0.05Ga0.95
N障壁層より構成される発光層(多重量子井戸構造)1
06を、障壁層/井戸層/障壁層/井戸層/障壁層/井
戸層/障壁層の順序で成長した。その際、障壁層と井戸
層の両方にSiH4(Si不純物濃度は1×1018/c
m3)を添加した。障壁層と井戸層、または井戸層と障
壁層との間に、1秒以上180秒以内の成長中断を行っ
ても良い。このことにより、各層の平坦性が向上し、発
光半値幅が減少して好ましい。
【0025】次に、基板温度を再び1050℃まで昇温
して、厚み20nmのp型Al0.2Ga0.8Nキャリアブ
ロック層107、0.1μmのp型GaN光ガイド層1
08、0.5μmのp型Al0.1Ga0.9Nクラッド層1
09と0.1μmのp型GaNコンタクト層110を成
長する。前記p型不純物としてMg(EtCP2Mg:
ビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム)を5×
1019/cm3〜2×1020/cm3で添加した。p型G
aNコンタクト層110のp型不純物濃度は、p型電極
112の形成位置に向かって、p型不純物濃度を多くし
た方が好ましい。このことによりp電極形成によるコン
タクト抵抗が低減する。また、p型不純物であるMgの
活性化を妨げているp型層中の残留水素を除去するため
に、p型層成長中に微量の酸素を混入させてもよい。
して、厚み20nmのp型Al0.2Ga0.8Nキャリアブ
ロック層107、0.1μmのp型GaN光ガイド層1
08、0.5μmのp型Al0.1Ga0.9Nクラッド層1
09と0.1μmのp型GaNコンタクト層110を成
長する。前記p型不純物としてMg(EtCP2Mg:
ビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウム)を5×
1019/cm3〜2×1020/cm3で添加した。p型G
aNコンタクト層110のp型不純物濃度は、p型電極
112の形成位置に向かって、p型不純物濃度を多くし
た方が好ましい。このことによりp電極形成によるコン
タクト抵抗が低減する。また、p型不純物であるMgの
活性化を妨げているp型層中の残留水素を除去するため
に、p型層成長中に微量の酸素を混入させてもよい。
【0026】この様にして、p型GaNコンタクト層1
10を成長後、MOCVD装置のリアクター内を全窒素
キャリアガスとNH3に変えて、60℃/分で温度を降
下させた。基板温度が800℃に達した時点で、NH3
の供給量を停止して、5分間、前記基板温度で待機して
から、室温まで降下させた。上記基板の保持温度は65
0℃から900℃の間が好ましく、待機時間は、3分以
上10分以下が好ましかった。また、降下温度の到達速
度は、30℃/分以上が好ましい。このようにして作製
された成長膜をラマン測定によって評価した結果、前記
手法により、従来の窒化物半導体で利用されているp型
化アニールを行わなくとも、成長後すでにp型化の特性
を示していた(Mgが活性化していた)。また、p電極
形成によるコンタクト抵抗も低減していた。さらに、従
来のp型化アニールを組み合わせればMgの活性化率が
より向上し、好ましかった。
10を成長後、MOCVD装置のリアクター内を全窒素
キャリアガスとNH3に変えて、60℃/分で温度を降
下させた。基板温度が800℃に達した時点で、NH3
の供給量を停止して、5分間、前記基板温度で待機して
から、室温まで降下させた。上記基板の保持温度は65
0℃から900℃の間が好ましく、待機時間は、3分以
上10分以下が好ましかった。また、降下温度の到達速
度は、30℃/分以上が好ましい。このようにして作製
された成長膜をラマン測定によって評価した結果、前記
手法により、従来の窒化物半導体で利用されているp型
化アニールを行わなくとも、成長後すでにp型化の特性
を示していた(Mgが活性化していた)。また、p電極
形成によるコンタクト抵抗も低減していた。さらに、従
来のp型化アニールを組み合わせればMgの活性化率が
より向上し、好ましかった。
【0027】本実施の形態の低温GaNバッファ層10
1は、低温AlNバッファ層であっても良いし、低温バ
ッファ層自体形成しなくても構わない。しかしながら、
現在、供給されているGaN基板は、結晶性や表面モフ
ォロジーが好ましくないため、前記低温GaNバッファ
層101または低温AlNバッファ層を挿入した方が好
ましい。
1は、低温AlNバッファ層であっても良いし、低温バ
ッファ層自体形成しなくても構わない。しかしながら、
現在、供給されているGaN基板は、結晶性や表面モフ
ォロジーが好ましくないため、前記低温GaNバッファ
層101または低温AlNバッファ層を挿入した方が好
ましい。
【0028】本実施の形態のIn0.07Ga0.93Nクラッ
ク防止層103は、In組成比0.07以外であっても
構わないし、InGaNクラッド層自体なくても構わな
い。しかしながら、クラッド層とGaN基板との格子不
整合が大きくなる場合は、前記InGaNクラック防止
層を挿入した方が好ましい。
ク防止層103は、In組成比0.07以外であっても
構わないし、InGaNクラッド層自体なくても構わな
い。しかしながら、クラッド層とGaN基板との格子不
整合が大きくなる場合は、前記InGaNクラック防止
層を挿入した方が好ましい。
【0029】本実施の形態の発光層は、障壁層で始まり
障壁層で終わる構成であったが、井戸層で始まり井戸層
で終わる構成であってもよい。また、発光層の層数(井
戸層数)は、前述の3層に限らず、10層以下であれば
閾値電流値が低く、室温連続発振が可能であった。特に
2層以上6層以下のとき閾値電流値が低く好ましかっ
た。
障壁層で終わる構成であったが、井戸層で始まり井戸層
で終わる構成であってもよい。また、発光層の層数(井
戸層数)は、前述の3層に限らず、10層以下であれば
閾値電流値が低く、室温連続発振が可能であった。特に
2層以上6層以下のとき閾値電流値が低く好ましかっ
た。
【0030】本実施の形態の発光層は、井戸層と障壁層
の両層にSi(SiH4)を1×1018/cm3添加した
が、不純物を添加しなくても構わない。しかしながら、
不純物を発光層に添加した方が発光強度は強かった。発
光層に添加する不純物は、前記Si以外にO、C、G
e、Zn、Mgを添加しても構わない。また、前記添加
物の量は約1×1017〜1×1019/cm3程度が好ま
しかった。さらに、不純物を添加する層は、井戸層と障
壁層の両層に限らず片方の層のみに前記不純物を添加し
ても良い。
の両層にSi(SiH4)を1×1018/cm3添加した
が、不純物を添加しなくても構わない。しかしながら、
不純物を発光層に添加した方が発光強度は強かった。発
光層に添加する不純物は、前記Si以外にO、C、G
e、Zn、Mgを添加しても構わない。また、前記添加
物の量は約1×1017〜1×1019/cm3程度が好ま
しかった。さらに、不純物を添加する層は、井戸層と障
壁層の両層に限らず片方の層のみに前記不純物を添加し
ても良い。
【0031】本実施の形態のp型Al0.2Ga0.8Nキャ
リアブロック層107は、Al組成比0.2以外であっ
ても構わないし、キャリアブロック層自体無くても構わ
ない。しかしながら、該キャリアブロック層を設けた方
が閾値電流値が低くかった。これは、該キャリアブロッ
ク層が本発明の発光層にキャリアを閉じ込める働きがあ
るからである。キャリアブロック層のAl組成比は、高
くすることによって前記キャリアの閉じ込めが強くなっ
てこのましい。また、キャリアの閉じ込めが保持される
程度までAl組成比を小さくすれば、キャリアブロック
層の移動度が大きくなり素子抵抗が低くなって好まし
い。
リアブロック層107は、Al組成比0.2以外であっ
ても構わないし、キャリアブロック層自体無くても構わ
ない。しかしながら、該キャリアブロック層を設けた方
が閾値電流値が低くかった。これは、該キャリアブロッ
ク層が本発明の発光層にキャリアを閉じ込める働きがあ
るからである。キャリアブロック層のAl組成比は、高
くすることによって前記キャリアの閉じ込めが強くなっ
てこのましい。また、キャリアの閉じ込めが保持される
程度までAl組成比を小さくすれば、キャリアブロック
層の移動度が大きくなり素子抵抗が低くなって好まし
い。
【0032】本実施の形態では、p型クラッド層とn型
クラッド層として、Al0.1Ga0.9Nついて説明した
が、Alの組成比0.1以外のAlGaN3元結晶であ
ってもよい。Alの混晶比を高くすると発光層とのエネ
ルギーギャップ差及び屈折率差が大きくなり、キャリア
や光が該発光層に効率良く閉じ込められ、レーザ発振閾
値電流値の低減が図られる。また、キャリアおよび光の
閉じ込めが保持される程度でAl組成比を小さくすれ
ば、クラッド層でのキャリア移動度が大きくなり、レー
ザ素子の素子抵抗が小さくなって、素子の動作電圧が低
減できる。
クラッド層として、Al0.1Ga0.9Nついて説明した
が、Alの組成比0.1以外のAlGaN3元結晶であ
ってもよい。Alの混晶比を高くすると発光層とのエネ
ルギーギャップ差及び屈折率差が大きくなり、キャリア
や光が該発光層に効率良く閉じ込められ、レーザ発振閾
値電流値の低減が図られる。また、キャリアおよび光の
閉じ込めが保持される程度でAl組成比を小さくすれ
ば、クラッド層でのキャリア移動度が大きくなり、レー
ザ素子の素子抵抗が小さくなって、素子の動作電圧が低
減できる。
【0033】AlGaNクラッド層厚に関しては、0.
8μm〜1.0μmが好ましい。このことにより、垂直
横モードの単峰化と光り閉じ込め効率が増し、レーザの
光学特性の向上とレーザ閾値電流値の低減が図れる。
8μm〜1.0μmが好ましい。このことにより、垂直
横モードの単峰化と光り閉じ込め効率が増し、レーザの
光学特性の向上とレーザ閾値電流値の低減が図れる。
【0034】上記クラッド層はAlGaN3元混晶に限
らず、AlInGaN、AlGaNP、AlGaNAs
4元混晶で合っても良い。さらに、前記p型クラッド層
は、素子抵抗を低減するために、p型AlGaN層とp
型GaN層からなる超格子構造を有していても良い。
らず、AlInGaN、AlGaNP、AlGaNAs
4元混晶で合っても良い。さらに、前記p型クラッド層
は、素子抵抗を低減するために、p型AlGaN層とp
型GaN層からなる超格子構造を有していても良い。
【0035】本実施の形態では、GaN基板のC面{0
001}基板について記載したが、該基板の主面となる
面方位は前記C面の他に、A面{11−20}、R面
{1−102}、M面{1−100}を用いても良い。
また、上記面方位から2度以内のオフ角度を有する基板
であれば表面モフォロジーが良好である。GaN基板
は、窒化物半導体で構成されている基板であれば良く、
AlxGayInzN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z
≦1、x+y+z=1)基板であれば良い。窒化物半導
体レーザの場合、垂直横モードの単峰化のためにはクラ
ッド層よりも屈折率の低い層が該クラッド層の外側に接
している必要があり、AlGaN基板を用いるのが最良
である。また、AlxGayInzN(0≦x≦1、0≦
y≦1、0≦z≦1、x+y+z=1)基板の、窒素元
素の内、約10%以下(ただし、六方晶系であること)
がAs,P,Sbのいずれかの元素に置換されていても
良い。また、Si、O、Cl、S、C、Ge、Zn、C
d、Mg、Beがドーピングされていても良い。n型窒
化物半導体基板としては、前記ドーピング材料のうち、
Si、O、Clが特に好ましい。
001}基板について記載したが、該基板の主面となる
面方位は前記C面の他に、A面{11−20}、R面
{1−102}、M面{1−100}を用いても良い。
また、上記面方位から2度以内のオフ角度を有する基板
であれば表面モフォロジーが良好である。GaN基板
は、窒化物半導体で構成されている基板であれば良く、
AlxGayInzN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z
≦1、x+y+z=1)基板であれば良い。窒化物半導
体レーザの場合、垂直横モードの単峰化のためにはクラ
ッド層よりも屈折率の低い層が該クラッド層の外側に接
している必要があり、AlGaN基板を用いるのが最良
である。また、AlxGayInzN(0≦x≦1、0≦
y≦1、0≦z≦1、x+y+z=1)基板の、窒素元
素の内、約10%以下(ただし、六方晶系であること)
がAs,P,Sbのいずれかの元素に置換されていても
良い。また、Si、O、Cl、S、C、Ge、Zn、C
d、Mg、Beがドーピングされていても良い。n型窒
化物半導体基板としては、前記ドーピング材料のうち、
Si、O、Clが特に好ましい。
【0036】本実施の形態では基板側から、n型層、発
光層、p型層の順に結晶成長したが、逆にp型層、発光
層、n型層の順に結晶成長させても良い。
光層、p型層の順に結晶成長したが、逆にp型層、発光
層、n型層の順に結晶成長させても良い。
【0037】本実施の形態では、MOCVD装置による
結晶成長方法について説明したが、分子線エピタキシー
法(MBE)、ハイドライド気相成長法(HVPE)で
行っても良い。
結晶成長方法について説明したが、分子線エピタキシー
法(MBE)、ハイドライド気相成長法(HVPE)で
行っても良い。
【0038】(プロセス工程)続いて、MOCVD装置
から取り出したエピウエハーを、レーザダイオード素子
にするためのプロセス工程について説明する。
から取り出したエピウエハーを、レーザダイオード素子
にするためのプロセス工程について説明する。
【0039】本実施例では、n型GaN基板100を用
いているため、n型GaN基板100の裏面側からHf
/Alの順序でn電極111を形成する。前記n電極材
料の他に、Ti/Al、Ti/Mo、Hf/Au等を用
いてもよい。n電極にHfを用いるとn電極のコンタク
ト抵抗を下げられるため有効である。
いているため、n型GaN基板100の裏面側からHf
/Alの順序でn電極111を形成する。前記n電極材
料の他に、Ti/Al、Ti/Mo、Hf/Au等を用
いてもよい。n電極にHfを用いるとn電極のコンタク
ト抵抗を下げられるため有効である。
【0040】p電極部分は、GaN基板の<1―100
>方向に沿ってストライプ状にエッチングを行いリッジ
ストライプ部(図1)を形成する。リッジストライプ部
の形状は、リッジストライプ幅W=2.0μm、リッジ
ストライプ残し膜厚d=0.15μmとした。その後、
SiO2誘電体膜113を蒸着し、p型GaNコンタクト
層110を露出させ、Pd/Mo/Auの順序で蒸着し
てp電極112を形成する。前記p電極材料の他に、P
d/Pt/Au、Pd/Au、Ni/Auを用いても良
い。
>方向に沿ってストライプ状にエッチングを行いリッジ
ストライプ部(図1)を形成する。リッジストライプ部
の形状は、リッジストライプ幅W=2.0μm、リッジ
ストライプ残し膜厚d=0.15μmとした。その後、
SiO2誘電体膜113を蒸着し、p型GaNコンタクト
層110を露出させ、Pd/Mo/Auの順序で蒸着し
てp電極112を形成する。前記p電極材料の他に、P
d/Pt/Au、Pd/Au、Ni/Auを用いても良
い。
【0041】最後に、GaN基板のへき開を利用して、
共振器長500μmのファブリ・ペロー共振器を作製す
る。共振器長は一般に300μmから1000μmが好
ましい。該共振器のミラー端面は、GaN基板のM面
({1−100}面)が端面になるように形成している
(図2)。へき開およびレーザ素子のチップ分割は、図
2の破線に沿って基板側からスクライバーで行ってい
る。このことにより、端面の急峻性やスクライブによる
削りカスがエピ表面に付着しないため歩留まりが良い。
前記レーザ共振器の帰還手法以外に、一般に知られてい
るDFB(Distributed Feedbac
k)、DBR(Distributed Bragg
Reflector)を用いても構わない。前記ファブ
リ・ペロー共振器のミラー端面を形成後、該ミラー端面
に70%の反射率を有するSiO2とTiO2の誘電体膜
を交互に蒸着し、誘電体多層反射膜を形成する。前記誘
電体材料以外に、SiO2/Al2O3を誘電多層反射膜
として用いても良い。
共振器長500μmのファブリ・ペロー共振器を作製す
る。共振器長は一般に300μmから1000μmが好
ましい。該共振器のミラー端面は、GaN基板のM面
({1−100}面)が端面になるように形成している
(図2)。へき開およびレーザ素子のチップ分割は、図
2の破線に沿って基板側からスクライバーで行ってい
る。このことにより、端面の急峻性やスクライブによる
削りカスがエピ表面に付着しないため歩留まりが良い。
前記レーザ共振器の帰還手法以外に、一般に知られてい
るDFB(Distributed Feedbac
k)、DBR(Distributed Bragg
Reflector)を用いても構わない。前記ファブ
リ・ペロー共振器のミラー端面を形成後、該ミラー端面
に70%の反射率を有するSiO2とTiO2の誘電体膜
を交互に蒸着し、誘電体多層反射膜を形成する。前記誘
電体材料以外に、SiO2/Al2O3を誘電多層反射膜
として用いても良い。
【0042】前述のn電極111の形成にあたり、n型
GaN基板100の裏面側から電極形成を行ったが、ド
ライエッチング法を用いて、エピウエハーの表側からn
型GaN層102を露出させてn電極を形成しても構わ
ない。
GaN基板100の裏面側から電極形成を行ったが、ド
ライエッチング法を用いて、エピウエハーの表側からn
型GaN層102を露出させてn電極を形成しても構わ
ない。
【0043】(パッケージ実装)次に、上記レーザダイ
オードチップをパッケージに実装する方法について述べ
る、高密度記録用光ディスクに適した青紫色(410n
m波長)高出力(40mW)レーザとして用いる場合、
放熱対策に注意を払わなければならない。例えば、In
はんだ材を用いて、Junction upでパッケー
ジ本体に接続すると好ましい。または、直接パッケージ
本体やヒートシンク部に取り付けるのではなく、Si、
AlN、ダイヤモンド、Mo、CuW、BNのサブマウ
ントを介して接続させても良い。
オードチップをパッケージに実装する方法について述べ
る、高密度記録用光ディスクに適した青紫色(410n
m波長)高出力(40mW)レーザとして用いる場合、
放熱対策に注意を払わなければならない。例えば、In
はんだ材を用いて、Junction upでパッケー
ジ本体に接続すると好ましい。または、直接パッケージ
本体やヒートシンク部に取り付けるのではなく、Si、
AlN、ダイヤモンド、Mo、CuW、BNのサブマウ
ントを介して接続させても良い。
【0044】上述のようにして本発明の窒化物半導体レ
ーザダイオードを作製することができる。
ーザダイオードを作製することができる。
【0045】(実施例1)本実施例は、実施の形態のリ
ッジストライプ幅Wを3.0μm、リッジストライプの
残し膜厚dを0.2μmにした以外は実施の形態と同じ
である。本実施例による窒化物半導体レーザ素子の特性
についても実施の形態で示したとおりである(図6、図
7)。
ッジストライプ幅Wを3.0μm、リッジストライプの
残し膜厚dを0.2μmにした以外は実施の形態と同じ
である。本実施例による窒化物半導体レーザ素子の特性
についても実施の形態で示したとおりである(図6、図
7)。
【0046】(実施例2)本実施例は、実施の形態のリ
ッジストライプ幅Wを2.5μm、リッジストライプの
残し膜厚dを0.05μmにした以外は実施の形態と同
じである。本実施例による窒化物半導体レーザ素子の特
性についても実施の形態で示したとおりである(図6、
図7)。
ッジストライプ幅Wを2.5μm、リッジストライプの
残し膜厚dを0.05μmにした以外は実施の形態と同
じである。本実施例による窒化物半導体レーザ素子の特
性についても実施の形態で示したとおりである(図6、
図7)。
【0047】(実施例3)本実施例は、実施の形態のリ
ッジストライプ幅Wを1.9μm、リッジストライプの
残し膜厚dを0.1μmにした以外は実施の形態と同じ
である。本実施例による窒化物半導体レーザ素子の特性
についても実施の形態で示したとおりである(図6、図
7)。
ッジストライプ幅Wを1.9μm、リッジストライプの
残し膜厚dを0.1μmにした以外は実施の形態と同じ
である。本実施例による窒化物半導体レーザ素子の特性
についても実施の形態で示したとおりである(図6、図
7)。
【0048】(実施例4)本実施例は、実施の形態のリ
ッジストライプ幅Wを2.2μm、リッジストライプの
残し膜厚dを0μmにした以外は実施の形態と同じであ
る。本実施例による窒化物半導体レーザ素子の特性につ
いても実施の形態で示したとおりである(図6、図
7)。
ッジストライプ幅Wを2.2μm、リッジストライプの
残し膜厚dを0μmにした以外は実施の形態と同じであ
る。本実施例による窒化物半導体レーザ素子の特性につ
いても実施の形態で示したとおりである(図6、図
7)。
【0049】(実施例5)本実施例は、実施の形態の発
光層にPまたはAsを添加した以外は実施の形態と同じ
である。本実施例のように、発光層にPまたはAsを添
加したことによって、発光層の電子とホールの有効質量
が小さくすることができる。このことにより、従来のP
またはAsを添加していない窒化物半導体レーザ素子に
比べて、発振閾値電流値が約5mA程度低減した。ま
た、本実施例のように、PまたはAsを添加したことに
よって、電子とホールの移動度も改善される。このこと
により、発光層にP,またはAsを含まない窒化物半導
体レーザダイオードと比べて、発光層で電子とホールが
発光再結合によって消滅しても新たに電子・ホールが拡
散により高速に注入される。この電子とホールの高速変
調は、窒化物半導体レーザダイオードの自励発振特性を
大きく改善する。本実施例におけるリッジストライプ幅
Wとリッジストライプの残し膜厚dに関する特性は、実
施の形態と同じであった(図6、図7)。
光層にPまたはAsを添加した以外は実施の形態と同じ
である。本実施例のように、発光層にPまたはAsを添
加したことによって、発光層の電子とホールの有効質量
が小さくすることができる。このことにより、従来のP
またはAsを添加していない窒化物半導体レーザ素子に
比べて、発振閾値電流値が約5mA程度低減した。ま
た、本実施例のように、PまたはAsを添加したことに
よって、電子とホールの移動度も改善される。このこと
により、発光層にP,またはAsを含まない窒化物半導
体レーザダイオードと比べて、発光層で電子とホールが
発光再結合によって消滅しても新たに電子・ホールが拡
散により高速に注入される。この電子とホールの高速変
調は、窒化物半導体レーザダイオードの自励発振特性を
大きく改善する。本実施例におけるリッジストライプ幅
Wとリッジストライプの残し膜厚dに関する特性は、実
施の形態と同じであった(図6、図7)。
【0050】(実施例6)本実施例では、本発明の窒化
物半導体レーザを半導体発光装置に適用した場合につい
て説明する。例えば、本発明による青紫色(400〜4
10nmの発振波長)窒化物半導体レーザを用いると、
従来の窒化物半導体レーザに比べてレーザ発振閾値電流
値が低く、寿命特性の優れたレーザ半導体装置を提供で
きる。また、高出力(40mW)、高温雰囲気中で安定
して動作するため、高密度記録再生用光ディスクに適し
たレーザである。
物半導体レーザを半導体発光装置に適用した場合につい
て説明する。例えば、本発明による青紫色(400〜4
10nmの発振波長)窒化物半導体レーザを用いると、
従来の窒化物半導体レーザに比べてレーザ発振閾値電流
値が低く、寿命特性の優れたレーザ半導体装置を提供で
きる。また、高出力(40mW)、高温雰囲気中で安定
して動作するため、高密度記録再生用光ディスクに適し
たレーザである。
【0051】図3に光ピックアップ装置を用いた情報記
録装置の一例として、光ディスク装置の概略図を示す。
レーザ光は、入力情報に応じて光変調器で変調され、レ
ンズを通してディスク上に記録される。再生時は、ディ
スク上のピット配列によって光学的に変化を受けたレー
ザ光がスプリッターを通して光検出器で検出され、再生
信号となる。これらの動作は制御回路にて制御されてい
る。レーザ出力については、通常、記録時は40mW
で、再生時は5mW程度である。
録装置の一例として、光ディスク装置の概略図を示す。
レーザ光は、入力情報に応じて光変調器で変調され、レ
ンズを通してディスク上に記録される。再生時は、ディ
スク上のピット配列によって光学的に変化を受けたレー
ザ光がスプリッターを通して光検出器で検出され、再生
信号となる。これらの動作は制御回路にて制御されてい
る。レーザ出力については、通常、記録時は40mW
で、再生時は5mW程度である。
【0052】上記光ディスクの他に、レーザプリンタ
ー、DVD装置、本発明の発光層を用いた光の三原色
(青色、緑色、赤色)レーザダイオードによるプロジェ
クター等に有効である。
ー、DVD装置、本発明の発光層を用いた光の三原色
(青色、緑色、赤色)レーザダイオードによるプロジェ
クター等に有効である。
【0053】
【発明の効果】本発明は、従来の窒化物半導体レーザに
比べてレーザ発振閾値電流値が低く、寿命特性の優れた
窒化物半導体レーザ素子とその半導体発光装置を提供す
るものである。
比べてレーザ発振閾値電流値が低く、寿命特性の優れた
窒化物半導体レーザ素子とその半導体発光装置を提供す
るものである。
【図1】実施の形態で説明した窒化物半導体基板を用い
たレーザ構造の一例である。
たレーザ構造の一例である。
【図2】実施の形態で説明したレーザ構造の上面図であ
る。
る。
【図3】情報記録装置の一例として、光ディスク装置の
概略図を示す。
概略図を示す。
【図4】リッジストライプ幅Wとリッジストライプの残
し膜厚dを説明するための模式図。
し膜厚dを説明するための模式図。
【図5】実施の形態で述べた電流注入広がりの説明図。
【図6】リッジストライプの残し膜厚dに対する閾値電
流値の関係図。
流値の関係図。
【図7】リッジストライプ幅Wに対する閾値電流値の関
係図。
係図。
【図8】擬似GaN基板の模式図。
100…n型GaN基板 101…低温GaNバッファ層 102…n型GaN層 103…n型In0.07Ga0.93Nクラック防止層 104…n型Al0.1Ga0.9Nクラッド層 105…n型GaN光ガイド層 106…発光層 107…p型Al0.2Ga0.8Nキャリアブロック層 108…p型GaN光ガイド層 109…p型Al0.1Ga0.9Nクラッド層 110…p型GaNコンタクト層 111…n電極 112…p電極 113…SiO2誘電体膜 801…種基板 802…低温バッファ層 803…n型GaN膜 804…成長抑制膜 805…n型GaN厚膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5D119 FA05 FA18 5F073 AA13 AA74 BA04 CA07 CB02 CB07 DA05 EA23 EA28 GA02 GA12
Claims (2)
- 【請求項1】 窒化物半導体基板上に成長した窒化物半
導体レーザダイオードにおいて、前記窒化物半導体レー
ザダイオードはn型層、発光層、p型層の順に積層され
ていて、前記p型層の一部をストライプ形状に加工し、
前記ストライプの幅が1.9μm以上3.0μm以下で
あり、かつ前記発光層とp型層との界面からストライプ
の底部までの距離が0μm以上0.2μm以下であるこ
とを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。 - 【請求項2】 請求項1記載の窒化物半導体レーザ素子
を用いた光ピックアップ装置。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000126908A JP2001308460A (ja) | 2000-04-27 | 2000-04-27 | 窒化物半導体レーザ素子とその光ピックアップ装置 |
US09/842,447 US6617607B2 (en) | 2000-04-27 | 2001-04-26 | Nitride semiconductor laser device and optical pickup apparatus therewith |
US10/616,767 US6891189B2 (en) | 2000-04-27 | 2003-07-09 | Nitride semiconductor laser device and optical pickup apparatus therewith |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2000126908A JP2001308460A (ja) | 2000-04-27 | 2000-04-27 | 窒化物半導体レーザ素子とその光ピックアップ装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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ID=18636594
Family Applications (1)
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Country | Link |
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JP (1) | JP2001308460A (ja) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003032304A1 (fr) * | 2001-10-01 | 2003-04-17 | Sharp Kabushiki Kaisha | Processeur d'informations optiques, dispositif d'emission lumineuse semi-conducteur et son procede de production |
WO2003047056A1 (fr) * | 2001-11-28 | 2003-06-05 | Sharp Kabushiki Kaisha | Dispositif laser a semi-conducteur de type nitrure et dispositif optique a semi-conducteur |
JP2006066411A (ja) * | 2004-08-24 | 2006-03-09 | Sharp Corp | 窒化物半導体レーザ素子およびそれを用いた装置 |
KR100607619B1 (ko) * | 2002-08-30 | 2006-08-02 | 도시바 마쯔시따 디스플레이 테크놀로지 컴퍼니, 리미티드 | 화상 취득시의 누설 전류의 억제 |
JP2008285364A (ja) * | 2007-05-17 | 2008-11-27 | Sumitomo Electric Ind Ltd | GaN基板、それを用いたエピタキシャル基板及び半導体発光素子 |
JP2009500862A (ja) * | 2005-07-11 | 2009-01-08 | クリー インコーポレイテッド | ミスカット基板上のレーザダイオード配向 |
CN102047454A (zh) * | 2008-04-16 | 2011-05-04 | Lg伊诺特有限公司 | 发光器件及其制造方法 |
JP2012028812A (ja) * | 2002-03-26 | 2012-02-09 | Sanyo Electric Co Ltd | 窒化物系半導体素子 |
Families Citing this family (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
TW544956B (en) * | 2001-06-13 | 2003-08-01 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Nitride semiconductor, production method therefor and nitride semiconductor element |
US6750478B2 (en) * | 2001-09-28 | 2004-06-15 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Semiconductor laser device and method for suppressing fabry perot oscillations |
US7199398B2 (en) * | 2002-11-20 | 2007-04-03 | Sharp Kabushiki Kaisha | Nitride semiconductor light emitting device having electrode electrically separated into at least two regions |
JP2005235276A (ja) * | 2004-02-18 | 2005-09-02 | Tdk Corp | 光ヘッド、光再生装置及び光記録再生装置 |
US8089093B2 (en) * | 2004-02-20 | 2012-01-03 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor device including different concentrations of impurities |
US7622318B2 (en) * | 2004-03-30 | 2009-11-24 | Sony Corporation | Method for producing structured substrate, structured substrate, method for producing semiconductor light emitting device, semiconductor light emitting device, method for producing semiconductor device, semiconductor device, method for producing device, and device |
JP4905125B2 (ja) * | 2006-01-26 | 2012-03-28 | 日亜化学工業株式会社 | 窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法 |
JP2008066476A (ja) * | 2006-09-06 | 2008-03-21 | Toshiba Corp | 半導体レーザ装置 |
EP2280427B1 (en) * | 2008-04-25 | 2013-08-21 | LG Innotek Co., Ltd | Light emitting diode |
WO2010116424A1 (ja) * | 2009-04-08 | 2010-10-14 | パナソニック株式会社 | 半導体素子の製造方法 |
CN102487111B (zh) * | 2010-12-04 | 2014-08-27 | 展晶科技(深圳)有限公司 | 半导体发光芯片制造方法 |
PL2768539T3 (pl) | 2011-10-20 | 2017-07-31 | Anitox Corporation | Formulacje przeciwdrobnoustrojowe z kwasem pelargonowym |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5739554A (en) * | 1995-05-08 | 1998-04-14 | Cree Research, Inc. | Double heterojunction light emitting diode with gallium nitride active layer |
US5604136A (en) * | 1995-05-26 | 1997-02-18 | National Science Council | Method of manufacturing light converter with amorphous-silicon pin heterojunction diode |
US5625202A (en) * | 1995-06-08 | 1997-04-29 | University Of Central Florida | Modified wurtzite structure oxide compounds as substrates for III-V nitride compound semiconductor epitaxial thin film growth |
US6151347A (en) * | 1996-01-17 | 2000-11-21 | Nortel Networks Corporation | Laser diode and method of fabrication thereof |
CN100530719C (zh) * | 1997-01-09 | 2009-08-19 | 日亚化学工业株式会社 | 氮化物半导体元器件 |
US6377597B1 (en) * | 1997-03-07 | 2002-04-23 | Sharp Kabushiki Kaisha | Gallium nitride semiconductor light emitting element with active layer having multiplex quantum well structure and semiconductor laser light source device |
JP3153153B2 (ja) * | 1997-06-19 | 2001-04-03 | 日本電気株式会社 | 窒化ガリウム系半導体レーザおよびその製造方法 |
JP3653169B2 (ja) | 1998-01-26 | 2005-05-25 | シャープ株式会社 | 窒化ガリウム系半導体レーザ素子 |
JPH11340573A (ja) * | 1998-05-28 | 1999-12-10 | Sharp Corp | 窒化ガリウム系半導体レーザ素子 |
JP4352473B2 (ja) * | 1998-06-26 | 2009-10-28 | ソニー株式会社 | 半導体装置の製造方法 |
US6285698B1 (en) * | 1998-09-25 | 2001-09-04 | Xerox Corporation | MOCVD growth of InGaN quantum well laser structures on a grooved lower waveguiding layer |
JP2000244068A (ja) * | 1998-12-22 | 2000-09-08 | Pioneer Electronic Corp | 窒化物半導体レーザ及びその製造方法 |
JP3594826B2 (ja) * | 1999-02-09 | 2004-12-02 | パイオニア株式会社 | 窒化物半導体発光素子及びその製造方法 |
JP2000286448A (ja) * | 1999-03-31 | 2000-10-13 | Toyoda Gosei Co Ltd | Iii族窒化物系化合物半導体発光素子 |
-
2000
- 2000-04-27 JP JP2000126908A patent/JP2001308460A/ja active Pending
-
2001
- 2001-04-26 US US09/842,447 patent/US6617607B2/en not_active Expired - Lifetime
-
2003
- 2003-07-09 US US10/616,767 patent/US6891189B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003032304A1 (fr) * | 2001-10-01 | 2003-04-17 | Sharp Kabushiki Kaisha | Processeur d'informations optiques, dispositif d'emission lumineuse semi-conducteur et son procede de production |
WO2003047056A1 (fr) * | 2001-11-28 | 2003-06-05 | Sharp Kabushiki Kaisha | Dispositif laser a semi-conducteur de type nitrure et dispositif optique a semi-conducteur |
US7356059B2 (en) | 2001-11-28 | 2008-04-08 | Sharp Kabushiki Kaisha | Nitride semiconductor laser device and semiconductor optical device |
JP2012028812A (ja) * | 2002-03-26 | 2012-02-09 | Sanyo Electric Co Ltd | 窒化物系半導体素子 |
KR100607619B1 (ko) * | 2002-08-30 | 2006-08-02 | 도시바 마쯔시따 디스플레이 테크놀로지 컴퍼니, 리미티드 | 화상 취득시의 누설 전류의 억제 |
JP2006066411A (ja) * | 2004-08-24 | 2006-03-09 | Sharp Corp | 窒化物半導体レーザ素子およびそれを用いた装置 |
JP4570422B2 (ja) * | 2004-08-24 | 2010-10-27 | シャープ株式会社 | 窒化物半導体レーザ素子およびそれを用いた装置 |
JP2009500862A (ja) * | 2005-07-11 | 2009-01-08 | クリー インコーポレイテッド | ミスカット基板上のレーザダイオード配向 |
JP2008285364A (ja) * | 2007-05-17 | 2008-11-27 | Sumitomo Electric Ind Ltd | GaN基板、それを用いたエピタキシャル基板及び半導体発光素子 |
CN102047454A (zh) * | 2008-04-16 | 2011-05-04 | Lg伊诺特有限公司 | 发光器件及其制造方法 |
CN102047454B (zh) * | 2008-04-16 | 2013-04-10 | Lg伊诺特有限公司 | 发光器件及其制造方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
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