JP2002084035A - Nitride semiconductor laser element - Google Patents

Nitride semiconductor laser element

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JP2002084035A JP2001273293A JP2001273293A JP2002084035A JP 2002084035 A JP2002084035 A JP 2002084035A JP 2001273293 A JP2001273293 A JP 2001273293A JP 2001273293 A JP2001273293 A JP 2001273293A JP 2002084035 A JP2002084035 A JP 2002084035A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To actualize a nitride semiconductor laser element which can continuously oscillate at a room temperature. SOLUTION: The nitride semiconductor laser element which has an n-type layer, an active layer, and a p-type layer formed on a substrate is provided with a current stricture layer on the n-type layer side, and the current stricture layer is formed of p- or i-type AlxGa1-xN (0<=x<=1).

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する分野】本発明は窒化物半導体(InX
YGa1-X-YN、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)よりなるレ
ーザ素子に関する。
[0001] The present invention relates to a nitride semiconductor (In X A).
l Y Ga 1-XY N, 0 ≦ X, 0 ≦ Y, a laser element made of X + Y ≦ 1).

【0002】[0002]

【従来の技術】紫外〜青色の領域に発光するレーザ素子
の材料として窒化物半導体が知られている。例えば本出
願人は、最近この材料を用いてパルス電流において、室
温での410nmのレーザ発振を発表した(例えば、Jp
n.J.Appl.Phys. Vol35 (1996)pp.L74-76)。このレーザ
素子はいわゆる電極ストライプ型のレーザ素子であり、
活性層を含む窒化物半導体層のストライプ幅を数十μm
にして、レーザ発振させたものである。しかしながら、
前記レーザ素子は未だパルス電流における発振であり、
窒化物半導体レーザ素子を実用化するためには、早急な
連続発振が望まれている。
2. Description of the Related Art A nitride semiconductor is known as a material for a laser device emitting light in the ultraviolet to blue region. For example, the present applicant has recently published a 410 nm lasing at room temperature in pulsed current using this material (eg, Jp.
nJAppl.Phys. Vol35 (1996) pp.L74-76). This laser element is a so-called electrode stripe type laser element,
The stripe width of the nitride semiconductor layer including the active layer is several tens μm.
Then, the laser is oscillated. However,
The laser element is still oscillating at a pulse current,
In order to put a nitride semiconductor laser device into practical use, rapid continuous oscillation is desired.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような事
情を鑑みて成されたものであって、その目的とするとこ
ろは、窒化物半導体よりなるレーザ素子の閾値電流、駆
動電圧を小さくできるレーザ素子を提供することによ
り、室温で連続発振可能な素子を実現することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of such circumstances, and has as its object to reduce the threshold current and drive voltage of a laser device made of a nitride semiconductor. An object of the present invention is to provide a laser device which can continuously oscillate at room temperature.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本発明に係る請求項1記
載の窒化物半導体レーザ素子は、基板上に形成されたn
型層、活性層及びp型層を有する窒化物半導体レーザ素
子において、前記n型層側に電流狭窄層が設けられ、該
電流狭窄層はp型又はi型のAlGa1−xN(0≦
x≦1)からなることを特徴とする。また、本発明に係
る請求項2記載の窒化物半導体レーザ素子は、請求項1
記載の窒化物半導体レーザ素子において、前記n型層は
n型コンタクト層を含み、該n型コンタクト層の内部に
前記電流狭窄層が形成されていることを特徴とする。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a nitride semiconductor laser device comprising an n-type semiconductor device formed on a substrate.
In a nitride semiconductor laser device having a type layer, an active layer, and a p-type layer, a current confinement layer is provided on the n-type layer side, and the current confinement layer is a p-type or i-type Al x Ga 1-x N ( 0 ≦
x ≦ 1). Further, the nitride semiconductor laser device according to claim 2 of the present invention is characterized by claim 1.
In the nitride semiconductor laser device described above, the n-type layer includes an n-type contact layer, and the current confinement layer is formed inside the n-type contact layer.

【0005】本発明に係る請求項3記載の窒化物半導体
レーザ素子は、請求項1記載の窒化物半導体レーザ素子
において、前記n型層はn型コンタクト層とn型光閉じ
込め層を有し、該n型コンタクト層とn型光閉じ込め層
の間に前記電流狭窄層が形成されていることを特徴とす
る。本発明に係る請求項4記載の窒化物半導体レーザ素
子は、請求項1記載の窒化物半導体レーザ素子におい
て、前記n型層はn型コンタクト層、n型光閉じ込め層
及び光ガイド層を有し、該n型光閉じ込め層と光ガイド
層の間に前記電流狭窄層が形成されていることを特徴と
する。
According to a third aspect of the present invention, in the nitride semiconductor laser device according to the first aspect, the n-type layer has an n-type contact layer and an n-type optical confinement layer, The current confinement layer is formed between the n-type contact layer and the n-type optical confinement layer. According to a fourth aspect of the present invention, in the nitride semiconductor laser device according to the first aspect, the n-type layer has an n-type contact layer, an n-type optical confinement layer, and a light guide layer. The current confinement layer is formed between the n-type light confinement layer and the light guide layer.

【0006】本発明に係る請求項5記載の窒化物半導体
レーザ素子は、請求項4記載の窒化物半導体レーザ素子
において、前記光ガイド層は、Inを含むn型の窒化物
半導体若しくはn型GaNからなることを特徴とする。
本発明に係る請求項6記載の窒化物半導体レーザ素子
は、請求項1記載の窒化物半導体レーザ素子において、
前記n型層はn型コンタクト層、n型光閉じ込め層及び
光ガイド層を有し、前記n型光閉じ込め層は前記n型コ
ンタクト層と前記光ガイド層の間においてストライプ状
にエッチングされてなり、かつ前記電流狭窄層は前記n
型コンタクト層と前記光ガイド層の間においてストライ
プ状にエッチングされた光閉じ込め層の両側に形成され
たことを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the nitride semiconductor laser device according to the fourth aspect, the light guide layer is formed of an n-type nitride semiconductor containing In or n-type GaN. It is characterized by consisting of.
The nitride semiconductor laser device according to claim 6 of the present invention is the nitride semiconductor laser device according to claim 1,
The n-type layer has an n-type contact layer, an n-type light confinement layer, and a light guide layer, and the n-type light confinement layer is etched in a stripe shape between the n-type contact layer and the light guide layer. And the current confinement layer is n
It is formed on both sides of the light confinement layer etched in a stripe shape between the mold contact layer and the light guide layer.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】図1は本発明の一実施例に係るレ
ーザ素子の構造を示す模式的な断面図であり、レーザ光
の共振方向に垂直な面で切断した際の断面を示してい
る。基本的な素子構造としては、基板1の上に、n型コ
ンタクト層2、n型光閉じこめ層3、n型光ガイド層
4、活性層5、p型光ガイド層6、p型光閉じ込め層
7、p型コンタクト層8が順に積層されている。なお、
20はn型コンタクト層2に設けられた共振方向に平行
なストライプ状の負電極、30はp型コンタクト層8の
ほぼ全面の設けられた正電極である。本発明の請求項で
いうn型層、p型層とは、活性層を直接的または間接的
に挟んだn型層またはp型層であり、この図では具体的
にn型コンタクト層2、n型光閉じ込め層3、n型光ガ
イド層4の内の少なくとも一層を指し、p型層とはp型
光ガイド層6、p型光閉じ込め層7、p型コンタクト層
8の内の少なくとも一層を指す。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing the structure of a laser device according to an embodiment of the present invention, showing a cross section taken along a plane perpendicular to the resonance direction of laser light. I have. As a basic element structure, an n-type contact layer 2, an n-type light confinement layer 3, an n-type light guide layer 4, an active layer 5, a p-type light guide layer 6, a p-type light confinement layer are formed on a substrate 1. 7 and a p-type contact layer 8 are sequentially stacked. In addition,
Reference numeral 20 denotes a striped negative electrode provided on the n-type contact layer 2 parallel to the resonance direction, and reference numeral 30 denotes a positive electrode provided on substantially the entire surface of the p-type contact layer 8. The n-type layer and the p-type layer referred to in the claims of the present invention are an n-type layer or a p-type layer directly or indirectly sandwiching an active layer. The p-type layer refers to at least one of the p-type light guide layer 6, the p-type light confinement layer 7, and the p-type contact layer 8. Point to.

【0008】本発明のレーザ素子ではn型層側に電流狭
窄層100を有している。電流狭窄層の作用は次の通り
である。窒化物半導体のn型層のキャリア濃度は通常1
×1018/cm3〜1020/cm3あり、抵抗率で10-2〜1
-3Ω・cm/と低抵抗である。一方、p型層のキャリア
濃度は通常1×1018/cm3以下であり、抵抗率で0.
1Ω・cm以上ある。このため、p型層側で電流狭窄を行
うと駆動電圧が極端に高くなり、レーザ素子の連続発振
のための妨げとなる。しかし抵抗率の低いn層側で電流
狭窄を行うことによりレーザ素子の駆動電圧を低くする
ことができるため、連続発振が可能となる。この本発明
のレーザ素子の電流狭窄層の作用は、窒化物半導体の特
有の性質によるものである。
The laser device of the present invention has a current confinement layer 100 on the n-type layer side. The function of the current confinement layer is as follows. The carrier concentration of the n-type layer of the nitride semiconductor is usually 1
× 10 18 / cm 3 to 10 20 / cm 3 , with a resistivity of 10 -2 to 1
The resistance is as low as 0 -3 Ω · cm /. On the other hand, the carrier concentration of the p-type layer is usually 1 × 10 18 / cm 3 or less, and the resistivity is 0.1 × 10 18 / cm 3 .
1 Ω · cm or more. Therefore, if current confinement is performed on the p-type layer side, the drive voltage becomes extremely high, which hinders continuous oscillation of the laser element. However, by performing current confinement on the n-layer side having a low resistivity, the drive voltage of the laser element can be reduced, so that continuous oscillation is possible. The function of the current confinement layer of the laser device of the present invention is due to the unique properties of the nitride semiconductor.

【0009】図1では電流狭窄層100をn型コンタク
ト層2の内部に形成しているが、本発明では電流狭窄層
100はn型層側、つまり活性層を挟んだp型層と対向
する側にあれば、その位置は特に限定するものではな
く、例えばn型コンタクト層2とn型光閉じ込め層3と
の間、n型光閉じ込め層3とn型光ガイド層4との間、
n型光閉じ込め層3内、n型光ガイド層4と活性層5と
の間、またn型層多層に渡っても形成することができ、
その位置は特に限定するものではない。
In FIG. 1, the current confinement layer 100 is formed inside the n-type contact layer 2, but in the present invention, the current confinement layer 100 faces the n-type layer, that is, the p-type layer sandwiching the active layer. If it is on the side, the position is not particularly limited, for example, between the n-type contact layer 2 and the n-type light confinement layer 3, between the n-type light confinement layer 3 and the n-type light guide layer 4,
It can be formed in the n-type light confinement layer 3, between the n-type light guide layer 4 and the active layer 5, or even over the n-type layer multilayer,
The position is not particularly limited.

【0010】さらに、電流狭窄層100の材料をp型あ
るいはi型(半絶縁性)の窒化物半導体とすることが望
ましい。p型の窒化物半導体とすることにより、電流狭
窄層に逆バイアスが係り、効果的に電流狭窄が行える。
あるいはi型の窒化物半導体でもよい。電流狭窄層を窒
化物半導体で形成すると、同一窒化物半導体よりなる電
流狭窄層の上に再度窒化物半導体を成長させることがで
きる。そのため、電流狭窄層の上に、n型層、活性層、
p型層等を成長させることができるので、例えばp型層
をリッジ形状のようなストライプ状にしたり、所望の形
状に加工、または選択成長することができる。p型また
はi型の窒化物半導体は、例えば窒化物半導体成長時に
Zn、Mg、Cd、Ba等のII族元素よりなるアクセプ
ター不純物をドープすることにより得られる。p型、i
型等の導電型は、例えばドープするアクセプター不純物
の量、種類を変えたり、また窒化物半導体の組成、成長
条件を変化させることにより、変えることができる。例
えばAl組成比が0.4より大きい窒化物半導体はi型
が得られやすく、Mgはp型が得やすい不純物である。
好ましくは電流狭窄層はp型AlXGa1-XN(0≦X≦
1)、さらに好ましくはp型GaNとする。なぜなら、
AlXGa1-XNは最も高い正孔キャリア濃度のp型層が
得られやすく、Al組成比を大きくするに従ってi型に
なりやすくなるからである。
Further, it is desirable that the material of the current confinement layer 100 is a p-type or i-type (semi-insulating) nitride semiconductor. By using a p-type nitride semiconductor, a reverse bias is applied to the current confinement layer, and current confinement can be performed effectively.
Alternatively, an i-type nitride semiconductor may be used. When the current confinement layer is formed of a nitride semiconductor, the nitride semiconductor can be grown again on the current confinement layer made of the same nitride semiconductor. Therefore, the n-type layer, the active layer,
Since the p-type layer or the like can be grown, for example, the p-type layer can be formed into a stripe shape such as a ridge shape, processed into a desired shape, or selectively grown. A p-type or i-type nitride semiconductor can be obtained by doping an acceptor impurity made of a group II element such as Zn, Mg, Cd, or Ba during growth of the nitride semiconductor. p-type, i
The conductivity type such as the type can be changed by, for example, changing the amount and type of the acceptor impurity to be doped, or changing the composition and growth conditions of the nitride semiconductor. For example, a nitride semiconductor having an Al composition ratio larger than 0.4 is easily obtained as i-type, and Mg is an impurity easily obtained as p-type.
Preferably, the current confinement layer is p-type Al x Ga 1 -xN (0 ≦ X ≦
1), more preferably p-type GaN. Because
This is because Al x Ga 1 -xN makes it easier to obtain a p-type layer having the highest hole carrier concentration, and becomes more i-type as the Al composition ratio increases.

【0011】また、本発明のレーザ素子では、p型層が
リッジ形状のストライプを有していてもよい。p型層を
リッジ形状とすると、活性層の発光がリッジの下部に集
中するので、レーザ光の横モードが制御できるようにな
り閾値が低下する。
In the laser device of the present invention, the p-type layer may have a ridge-shaped stripe. When the p-type layer has a ridge shape, the light emission of the active layer is concentrated on the lower portion of the ridge, so that the transverse mode of the laser beam can be controlled and the threshold value is reduced.

【0012】[0012]

【実施例】[実施例1]図2乃至図5は本実施例の一工
程において得られる窒化物半導体ウェーハの主要部の構
造を示す模式的な断面図であり、具体的にはレーザ素子
の構造を示すものである。以下これらの図を元に、図1
に示すレーザ素子を得る方法を説明する。以下に示す方
法は、MOVPE(有機金属気相成長法)によるもので
あるが、本発明のレーザ素子はMOVPEだけではな
く、例えばMBE、HDVPE等、公知な窒化物半導体
を得るための他の方法でも製造可能である。また以下に
示すレーザ素子の構造は、あくまでも基本的な構造を示
すものであり、これらに示す層のいずれかを省略、ある
いは他の窒化物半導体よりなる層を挿入しても、本発明
の請求項に示す思想を逸脱しない範囲であれば、自由に
変更を加えることができる。
[Embodiment 1] FIGS. 2 to 5 are schematic sectional views showing the structure of the main part of a nitride semiconductor wafer obtained in one step of this embodiment. 3 shows the structure. Hereinafter, based on these figures, FIG.
A method for obtaining the laser device shown in FIG. The method described below is based on MOVPE (Metal Organic Chemical Vapor Deposition), but the laser device of the present invention is not limited to MOVPE, and other methods for obtaining a known nitride semiconductor such as MBE, HDVPE, etc. But it can be manufactured. In addition, the structure of the laser device shown below shows only a basic structure, and even if any of the layers shown in these structures is omitted or a layer made of another nitride semiconductor is inserted, the structure of the present invention is claimed. Changes can be freely made without departing from the spirit described in the section.

【0013】よく洗浄されたスピネル基板1(MgAl
24、111面)をMOVPE装置の反応容器内に設置
した後、原料ガスにTMG(トリメチルガリウム)と、
アンモニアを用い、温度500℃で基板1の表面にGa
Nよりなるバッファ層(図示せず)を200オングスト
ロームの膜厚で成長させる。基板1にはスピネルの他、
サファイア(Al23、A面、C面、R面)等の絶縁性
基板が多く用いられるが、その他、SiC、MgO、S
i、ZnO、GaN等の単結晶よりなる従来より知られ
ている基板が用いられる。バッファ層は基板と窒化物半
導体との格子不整合を緩和する作用があり、他にAl
N、AlGaN等を成長させることも可能である。この
バッファ層を成長させることにより、基板の上に成長さ
せるn型窒化物半導体の結晶性が良くなることが知られ
ているが、成長方法、基板の種類等によりバッファ層が
成長されない場合もあるので、特に図示していない。
A well-cleaned spinel substrate 1 (MgAl
After placing the 2 O 4, 111 plane) in a reaction vessel of the MOVPE apparatus, and TMG (trimethylgallium) as a source gas,
Using ammonia, at a temperature of 500 ° C., a Ga
A buffer layer (not shown) made of N is grown to a thickness of 200 Å. Substrate 1 has spinel,
Insulating substrates such as sapphire (Al 2 O 3 , A-plane, C-plane, and R-plane) are often used, but in addition, SiC, MgO, S
A conventionally known substrate made of a single crystal such as i, ZnO, or GaN is used. The buffer layer has an effect of alleviating lattice mismatch between the substrate and the nitride semiconductor.
It is also possible to grow N, AlGaN, or the like. It is known that the growth of the buffer layer improves the crystallinity of the n-type nitride semiconductor grown on the substrate, but the buffer layer may not be grown depending on the growth method, the type of the substrate, and the like. Therefore, it is not particularly shown.

【0014】続いて温度を1050℃に上げ、原料ガス
にTMG、アンモニア、ドナー不純物としてSiH
4(シラン)ガスを用いて、SiドープGaNよりなる
第1のn型コンタクト層2を2μmの膜厚で成長させ
る。第1のn型コンタクト層2はInXAlYGa1-X-Y
N(0≦X、0≦Y、X+Y≦1)で構成することができ、
特にGaN、InGaN、その中でもSiをドープした
GaNで構成することにより、キャリア濃度の高いn型
層が得られ、また負電極と好ましいオーミック接触が得
られるので、レーザ素子の閾値電流を低下させることが
できる。負電極の材料としてはAl、Ti、W、Cu、
Zn、Sn、In等の金属若しくは合金が好ましいオー
ミックが得られる。
Subsequently, the temperature was raised to 1050 ° C., and TMG, ammonia, and SiH as donor impurities were added to the source gas.
4 A first n-type contact layer 2 made of Si-doped GaN is grown to a thickness of 2 μm using (silane) gas. The first n-type contact layer 2 is made of In x Al Y Ga 1 -XY
N (0 ≦ X, 0 ≦ Y, X + Y ≦ 1),
In particular, by using GaN, InGaN, and especially GaN doped with Si, an n-type layer having a high carrier concentration can be obtained, and a favorable ohmic contact with the negative electrode can be obtained. Can be. As the material of the negative electrode, Al, Ti, W, Cu,
A preferable ohmic material is a metal or alloy such as Zn, Sn, and In.

【0015】続いて、原料ガスにTMG、アンモニア、
不純物ガスにCp2Mg(シクロペンタジエニルマグネ
シウム)を用い、Mgドープp型GaNよりなる電流狭
窄層100を0.5μm成長させる。このp型GaN層
は、全面に形成しているため、まだ電流狭窄層としての
作用はないが、本明細書では統一した用語として電流狭
窄層と記載する。電流狭窄層100は、前記したように
i型の窒化物半導体でもよく、またその他にSiO2
Al23のような絶縁性の材料を形成することができる
が、好ましくは窒化物半導体とすることにより、その電
流狭窄層の上に他の窒化物半導体が成長できる。
Subsequently, TMG, ammonia,
Using Cp2Mg (cyclopentadienyl magnesium) as an impurity gas, a current confinement layer 100 made of Mg-doped p-type GaN is grown to a thickness of 0.5 μm. Since this p-type GaN layer is formed on the entire surface, it does not function as a current confinement layer yet, but is referred to as a current confinement layer as a unified term in this specification. The current confinement layer 100 may be a i-type nitride semiconductor as described above, or other in SiO 2,
An insulating material such as Al 2 O 3 can be formed, but preferably a nitride semiconductor allows another nitride semiconductor to grow on the current confinement layer.

【0016】電流狭窄層100成長後、ウェーハを反応
容器から取り出し、電流狭窄層100の表面に、5μm
のストライプ幅の開口部を有するSiO2よりなる第1
の保護膜51を、CVD装置にて形成する。このストラ
イプ状の開口部は、後に電流狭窄層をエッチングした際
の、電流の通り道になるところであり、10μm以下、
好ましくは5μm以下、さらに好ましくは3μm以下に
調整することが望ましい。また、第1の保護膜51の材
料としては、エッチング手段により、その保護膜がエッ
チングされにくく、窒化物半導体がエッチングされやす
いような材料を選択する必要があり、例えばSiO2
ような酸化ケイ素、Si34のような窒化ケイ素を形成
することができる。図2に第1の保護膜51を形成した
ウェーハの部分断面図を示す。
After the growth of the current confinement layer 100, the wafer is taken out of the reaction vessel and the surface of the current confinement layer 100 is
Of SiO 2 having an opening with a stripe width of
Is formed by a CVD apparatus. This stripe-shaped opening becomes a path for a current when the current confinement layer is etched later, and is 10 μm or less.
It is desirable to adjust the thickness to preferably 5 μm or less, more preferably 3 μm or less. The material of the first protective film 51, the etching means, the less likely the protective film is etched, it is necessary to nitride semiconductor to select a material such as easily etched, for example, silicon oxide such as SiO 2 , Si 3 N 4 . FIG. 2 shows a partial cross-sectional view of the wafer on which the first protective film 51 is formed.

【0017】第1の保護膜51形成後、ウェーハをRI
E(反応性イオンエッチング)装置に移送し、先ほど形
成した第1の保護膜51の上から、開口部の電流狭窄層
100をエッチングし、n型コンタクト層2の表面を露
出させる。図3はエッチング終了後、第1の保護膜51
を除去したウェーハの構造を示す部分断面図である。こ
の図に示すように、エッチング側面の形状は順メサ形状
とすることが好ましい。なぜなら、この電流狭窄層10
0の表面に新たに窒化物半導体を積層する際、順メサ形
状であると、側面の角度が全て鈍角であるため、側面隅
部においても、窒化物半導体を均一な膜厚で成長させや
すい。またエッチングにより段差が発生している開口部
内にも窒化物半導体を成長させやすい。
After forming the first protective film 51, the wafer is subjected to RI
The substrate is transferred to an E (reactive ion etching) apparatus, and the current confinement layer 100 in the opening is etched from above the first protective film 51 formed earlier to expose the surface of the n-type contact layer 2. FIG. 3 shows the first protective film 51 after the etching is completed.
FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing a structure of a wafer from which is removed. As shown in this figure, the shape of the etching side surface is preferably a regular mesa shape. This is because the current confinement layer 10
When a new nitride semiconductor is to be laminated on the surface of No. 0, if the semiconductor layer has a normal mesa shape, the angles of the side surfaces are all obtuse, so that the nitride semiconductor can be easily grown even at the corners of the side surfaces. Further, the nitride semiconductor can be easily grown even in the opening where the step is generated by the etching.

【0018】第1の保護膜除去後、ウェーハを再び反応
容器内に移送し、電流狭窄層100および開口部のn型
コンタクト層2の上に、次のようにして新たにレーザ素
子の構造となる窒化物半導体層を積層する。
After the removal of the first protective film, the wafer is transferred again into the reaction vessel, and a new structure of the laser device is formed on the current confinement layer 100 and the n-type contact layer 2 at the opening as follows. Are stacked.

【0019】温度を1050℃にして、原料ガスにTM
G、アンモニア、ドナー不純物としてシランガスを用い
て、SiドープGaNよりなる第2のn型コンタクト層
2’(n型コンタクト層2の続き)を3μmの膜厚で成
長させる。このように、電流狭窄層100を挟んで、同
一組成の窒化物半導体を成長させることにより、開口部
内で格子整合した状態で窒化物半導体がつながるので、
結晶性のよい窒化物半導体が成長できる。また、同一組
成にすると、電流が流れる際にもヘテロ界面による障壁
がないので非常に電流も流れやすい。本実施例のよう
に、電流狭窄層100の上に直接成長する窒化物半導体
層の膜厚を、電流狭窄層の膜厚よりも厚くすることによ
り、開口部内に窒化物半導体が厚膜で成長できるため、
その開口部の段差が少なくなり、後に活性層、p型層を
積層する際に平坦な面ができ、特に好ましい。なお、本
発明でいう同一組成とは、必ずしも窒化物半導体に含ま
れるドナー不純物まで同一というのではなく。キャリア
濃度を変化させるために添加するドナー不純物は適宜変
更を加えることができる。なお前記した電流狭窄層10
0はストライプ状の開口部が形成されて、その上に他の
窒化物半導体が成長されることにより、電流狭窄層とし
て作用する。
The temperature was raised to 1050 ° C.
Using G, ammonia, and silane gas as a donor impurity, a second n-type contact layer 2 ′ (continuation of the n-type contact layer 2) made of Si-doped GaN is grown to a thickness of 3 μm. As described above, by growing a nitride semiconductor having the same composition with the current constriction layer 100 interposed therebetween, the nitride semiconductor is connected in a lattice-matched state in the opening.
A nitride semiconductor having good crystallinity can be grown. In addition, when the same composition is used, even when the current flows, there is no barrier due to the hetero interface, so that the current flows very easily. As in the present embodiment, the nitride semiconductor layer grown directly on the current confinement layer 100 is made thicker than the current confinement layer so that the nitride semiconductor grows in a thick film in the opening. Because you can
This is particularly preferable because the step of the opening is reduced and a flat surface is formed when the active layer and the p-type layer are laminated later. It should be noted that the same composition in the present invention does not necessarily mean that the donor impurity contained in the nitride semiconductor is the same. The donor impurity added for changing the carrier concentration can be appropriately changed. The above-described current confinement layer 10
In the case of 0, a stripe-shaped opening is formed, and another nitride semiconductor is grown thereon, thereby acting as a current confinement layer.

【0020】次に温度を750℃まで下げ、原料ガスに
TMG、TMI(トリメチルインジウム)、アンモニ
ア、不純物ガスにシランガスを用い、SiドープIn
0.1Ga0 .9Nよりなるクラック防止層(図示せず。)を
500オングストロームの膜厚で成長させる。クラック
防止層はInを含むn型の窒化物半導体、好ましくはI
nGaNで成長させることにより、次に成長させるAl
を含む窒化物半導体よりなるn型光閉じこめ層3をクラ
ックが入らないようにして厚膜で成長させることが可能
となる。クラック防止層は100オングストローム以
上、0.5μm以下の膜厚で成長させることが好まし
い。100オングストロームよりも薄いと前記のように
クラック防止として作用しにくく、0.5μmよりも厚
いと、結晶自体が黒変する傾向にある。クラック防止層
は成長方法、成長装置によっては省略することもできる
ので図示していないが、LDを製造する上では成長させ
る方が望ましい。なおクラック防止層も本発明でいうn
型層の一つである。
Next, the temperature was lowered to 750 ° C., and TMG, TMI (trimethylindium) and ammonia were used as source gases, silane gas was used as impurity gas, and Si-doped In was used.
0.1 Ga 0 .9 crack preventing layer consisting of N (not shown.) Are grown to a film thickness of 500 angstroms. The crack preventing layer is made of an n-type nitride semiconductor containing In, preferably
AlGaN to be grown next by growing with nGaN
It is possible to grow the n-type optical confinement layer 3 made of a nitride semiconductor containing a thick film without cracks. The crack preventing layer is preferably grown to a thickness of 100 Å or more and 0.5 μm or less. When the thickness is less than 100 Å, it is difficult to function as a crack prevention as described above, and when the thickness is more than 0.5 μm, the crystal itself tends to turn black. The crack prevention layer is not shown because it can be omitted depending on the growth method and the growth apparatus, but it is preferable to grow the LD in manufacturing an LD. The crack prevention layer is also referred to as n in the present invention.
One of the mold layers.

【0021】次に、温度を1050℃にして、原料ガス
にTEG、TMA(トリメチルアルミニウム)、アンモ
ニア、不純物ガスにシランガスを用いて、Siドープn
型Al0.07Ga0.93Nよりなるn型光閉じこめ層3を
0.6μmの膜厚で成長させる。n型光閉じこめ層3は
Alを含むn型の窒化物半導体で構成し、好ましくは二
元混晶あるいは三元混晶のAlYGa1-YN(0<Y≦
1)とすることにより、結晶性の良いものが得られ、ま
た活性層との屈折率差を大きくしてレーザ光の縦モード
の閉じ込めに有効である。この層は通常0.1μm〜1
μmの膜厚で成長させることが望ましい。0.1μmよ
りも薄いと光閉じ込め層として作用しにくく、1μmよ
りも厚いと、結晶中にクラックが入りやすくなり素子作
成が困難となる傾向にある。
Next, the temperature is increased to 1050 ° C., and TEG, TMA (trimethylaluminum) and ammonia are used as source gases, and silane gas is used as an impurity gas.
An n-type optical confinement layer 3 of type Al 0.07 Ga 0.93 N is grown to a thickness of 0.6 μm. The n-type optical confinement layer 3 is made of an n-type nitride semiconductor containing Al, and is preferably a binary mixed crystal or a ternary mixed crystal of Al Y Ga 1 -Y N (0 <Y ≦
By adopting 1), a material having good crystallinity can be obtained, and the difference in refractive index from the active layer is increased, which is effective for confining the longitudinal mode of laser light. This layer is usually 0.1 μm to 1 μm.
It is desirable to grow with a film thickness of μm. If the thickness is less than 0.1 μm, it does not easily function as a light confinement layer.

【0022】続いて、原料ガスにTMG、アンモニア、
シランガスを用いて、Siドープn型GaNよりなるn
型光ガイド層4を500オングストロームの膜厚で成長
させる。n型光ガイド層4は、Inを含むn型の窒化物
半導体若しくはn型GaNで構成し、好ましくは三元混
晶若しくは二元混晶のInXGa1-XN(0≦X<1)と
する。この層は通常100オングストローム〜1μmの
膜厚で成長させることが望ましく、特にInGaN、G
aNとすることにより次の活性層5を量子井戸構造とす
ることが容易に可能になる。
Subsequently, TMG, ammonia,
Using silane gas, n made of n-type GaN doped with Si
The light guide layer 4 is grown to a thickness of 500 angstroms. The n-type light guide layer 4 is composed of an n-type nitride semiconductor containing In or n-type GaN, and is preferably a ternary mixed crystal or a binary mixed crystal of In x Ga 1 -xN (0 ≦ X <1). ). This layer is usually preferably grown to a thickness of 100 Å to 1 μm.
By using aN, the next active layer 5 can easily have a quantum well structure.

【0023】次に原料ガスにTMG、TMI、アンモニ
アを用いて活性層5を成長させる。活性層は温度を75
0℃に保持して、まずノンドープIn0.2Ga0.8Nより
なる井戸層を25オングストロームの膜厚で成長させ
る。次にTMIのモル比を変化させるのみで同一温度
で、ノンドープIn0.01Ga0.95Nよりなる障壁層を5
0オングストロームの膜厚で成長させる。この操作を4
回繰り返し、最後に井戸層を成長させ、総膜厚325オ
ングストロームの膜厚の多重量子井戸構造よりなる活性
層5を成長させる。活性層5は、好ましくはInを含む
窒化物半導体よりなる多重量子井戸構造(MQW:Mult
i-quantum-well)として、さらに好ましくは三元混晶の
InXGa1-XN(0<X<1)を井戸層とするMQWと
することが望ましい。三元混晶のInGaNは四元混晶
のものに比べて結晶性が良い物が得られるので、発光出
力が向上する。その中でも特に好ましくは活性層をIn
XGa1 -XNよりなる井戸層と、井戸層よりもバンドギャ
ップの大きい三元混晶の窒化物半導体よりなる障壁層と
を積層したMQWとするとレーザ発振しやすい。
Next, the active layer 5 is grown by using TMG, TMI, and ammonia as source gases. The active layer has a temperature of 75
While maintaining the temperature at 0 ° C., first, a well layer made of non-doped In 0.2 Ga 0.8 N is grown to a thickness of 25 Å. Next, a barrier layer made of non-doped In 0.01 Ga 0.95 N was deposited at the same temperature by changing only the molar ratio of TMI.
It is grown to a thickness of 0 Å. This operation 4
This is repeated twice, and finally, a well layer is grown to grow an active layer 5 having a multiple quantum well structure with a total thickness of 325 Å. The active layer 5 preferably has a multiple quantum well structure (MQW: Mult) formed of a nitride semiconductor containing In.
As i-quantum-well), still more preferably a MQW to In X Ga 1-X N ( 0 <X <1) well layer of a ternary mixed crystal. Since the ternary mixed crystal InGaN has higher crystallinity than that of the quaternary mixed crystal, the light emission output is improved. Among them, particularly preferably, the active layer is made of In.
A well layer made of X Ga 1 -X N, easily lasing When MQW formed by laminating a barrier layer made of nitride semiconductor of high ternary mixed crystal of a band gap than the well layer.

【0024】活性層5成長後、温度を1050℃にして
TMG、TMA、アンモニア、アクセプター不純物源と
してCp2Mg(シクロペンタジエニルマグネシウム)
を用い、Mgドープp型Al0.2Ga0.8Nよりなるp型
キャップ層(図示せず。)を100オングストロームの
膜厚で成長させる。p型キャップ層は1μm以下、さら
に好ましくは10オングストローム以上、0.1μm以
下の膜厚で成長させることにより、InGaNよりなる
活性層が分解するのを防止するキャップ層としての作用
があり、また活性層の上にAlを含むp型窒化物半導体
よりなるp型キャップ層を成長させることにより、発光
出力が格段に向上する。これはAlGaNがGaNに比
べてp型になりやすく、またp型キャップ層成長時に、
InGaNが分解するのを抑える作用があるためと推察
されるが、詳しいことは不明である。p型キャップ層の
膜厚は1μmよりも厚いと、層自体にクラックが入りや
すくなり素子作製が困難となる傾向にある。p型キャッ
プ層も省略可能であるので図示していないが、LDを製
造する上では成長させる方が望ましい。
After the active layer 5 is grown, the temperature is raised to 1050 ° C., TMG, TMA, ammonia, and Cp 2 Mg (cyclopentadienyl magnesium) as an acceptor impurity source.
Is used to grow a p-type cap layer (not shown) made of Mg-doped p-type Al 0.2 Ga 0.8 N to a thickness of 100 Å. By growing the p-type cap layer to a thickness of 1 μm or less, more preferably 10 Å or more and 0.1 μm or less, the p-type cap layer has a function as a cap layer for preventing the active layer made of InGaN from being decomposed. By growing a p-type cap layer made of a p-type nitride semiconductor containing Al on the layer, the light emission output is significantly improved. This is because AlGaN is more likely to be p-type than GaN, and when growing a p-type cap layer,
It is presumed that it has the effect of suppressing the decomposition of InGaN, but the details are unknown. If the thickness of the p-type cap layer is larger than 1 μm, cracks tend to occur in the layer itself, and it tends to be difficult to fabricate the device. Although the p-type cap layer can be omitted, it is not shown in the figure, but it is preferable to grow it in order to manufacture an LD.

【0025】続いて、TMG、アンモニア、Cp2Mg
を用い、Mgドープp型GaNよりなるp型光ガイド層
6を500オングストロームの膜厚で成長させる。この
p型光ガイド層6もp型InGaN、p型GaNとする
ことにより次のAlを含むp型光閉じこめ層7を結晶性
良く成長できる。また、p型層をリッジ形状として、特
にp型光ガイド層6よりリッジ形状とする場合、そのp
型光ガイド層は、InYGa1-YN(0<Y≦1)にする
ことが最も好ましい。
Subsequently, TMG, ammonia, Cp2Mg
Is used to grow a p-type optical guide layer 6 made of Mg-doped p-type GaN to a thickness of 500 angstroms. When the p-type light guide layer 6 is also made of p-type InGaN and p-type GaN, the next p-type light confinement layer 7 containing Al can be grown with good crystallinity. When the p-type layer has a ridge shape, particularly when the p-type light guide layer 6 has a ridge shape,
Most preferably, the type light guide layer is InYGa1-YN (0 <Y≤1).

【0026】続いて、TMG、TMA、アンモニア、C
p2Mgを用いてMgドープAl0.0 7Ga0.93Nよりな
るp型光閉じ込め層7を0.5μmの膜厚で成長させ
る。p型光閉じこめ層7は、Alを含むp型の窒化物半
導体で構成し、好ましくは二元混晶または三元混晶のA
YGa1-YN(0<Y≦1)とすることにより結晶性の
良いものが得られる。このp型光閉じこめ層7はn型光
閉じこめ層3と同じく、0.1μm〜1μmの膜厚で成
長させることが望ましく、AlGaNのようなAlを含
むp型窒化物半導体とすることにより、活性層との屈折
率差を大きくして、縦モードのレーザ光の光閉じ込め層
として有効に作用する。また、p型光閉じ込め層7よ
り、リッジ形状とする場合には、p型光閉じ込め層はp
型AlYGa1 -YN(0<Y≦1)とすることが最も好ま
しい。
Subsequently, TMG, TMA, ammonia, C
The p-type optical confinement layer 7 made of Mg-doped Al 0.0 7 Ga 0.93 N with p2Mg is grown to the thickness of 0.5 [mu] m. The p-type optical confinement layer 7 is made of a p-type nitride semiconductor containing Al, and is preferably a binary mixed crystal or ternary mixed crystal A
By setting l Y Ga 1 -Y N (0 <Y ≦ 1), a crystal having good crystallinity can be obtained. Like the n-type optical confinement layer 3, the p-type optical confinement layer 7 is preferably grown to a thickness of 0.1 μm to 1 μm, and is made active by forming a p-type nitride semiconductor containing Al such as AlGaN. By increasing the refractive index difference with the layer, the layer effectively functions as a light confinement layer for longitudinal mode laser light. If the p-type light confinement layer 7 has a ridge shape, the p-type light confinement layer is
Most preferably, the type is Al Y Ga 1 -Y N (0 <Y ≦ 1).

【0027】続いて、TMG、アンモニア、Cp2Mg
を用い、Mgドープp型GaNよりなるp型コンタクト
層8を0.2μmの膜厚で成長させる。p型コンタクト
層8はp型InXAlYGa1-X-YN(0≦X、0≦Y、X+
Y≦1)で構成することができ、特にInGaN、Ga
N、その中でもMgをドープしたp型GaNとすると、
最もキャリア濃度の高いp型層が得られて、正電極と良
好なオーミック接触が得られ、閾値電流を低下させるこ
とができる。正電極の材料としてはNi、Pd、Ir、
Rh、Pt、Ag、Au等の比較的仕事関数の高い金属
又は合金がオーミックが得られやすく、特に少なくとも
NiとAuとを含む材料、少なくともPdとAuとを含
む材料が好ましいオーミックが得られやすい。以上、窒
化物半導体層を積層したウェーハの構造を示す部分断面
図を図4に示す。
Subsequently, TMG, ammonia, Cp2Mg
Is used to grow a p-type contact layer 8 of Mg-doped p-type GaN with a thickness of 0.2 μm. The p-type contact layer 8 is made of p-type In x Al Y Ga 1 -XYN (0 ≦ X, 0 ≦ Y, X +
Y ≦ 1), especially InGaN, Ga
N, and among them, p-type GaN doped with Mg,
A p-type layer with the highest carrier concentration is obtained, good ohmic contact with the positive electrode is obtained, and the threshold current can be reduced. The materials of the positive electrode are Ni, Pd, Ir,
Metals or alloys having a relatively high work function, such as Rh, Pt, Ag, and Au, can easily obtain an ohmic, and in particular, a material containing at least Ni and Au, and a material containing at least Pd and Au can easily obtain a preferable ohmic. . FIG. 4 is a partial cross-sectional view showing the structure of the wafer on which the nitride semiconductor layers are stacked.

【0028】反応終了後、ウェーハを反応容器から取り
出し、図5に示すように、p型コンタクト層8の表面
に、SiO2よりなる第2の保護膜52を形成し、第2
の保護膜52の上からエッチングを行い負電極を形成す
べきn型コンタクト層2の表面を露出させる。図5にエ
ッチング終了後の断面図を示す。なお、図5では第1の
n型コンタクト層2と、第2のn型コンタクト層2’と
は同一の窒化物半導体よりなり、同じコンタクト層とし
て作用するため、これらの層の境界を特に示していな
い。
After completion of the reaction, the wafer is taken out of the reaction vessel, and a second protective film 52 made of SiO 2 is formed on the surface of the p-type contact layer 8 as shown in FIG.
Is etched from above the protective film 52 to expose the surface of the n-type contact layer 2 where the negative electrode is to be formed. FIG. 5 shows a cross-sectional view after completion of the etching. In FIG. 5, the first n-type contact layer 2 and the second n-type contact layer 2 'are made of the same nitride semiconductor and function as the same contact layer. Not.

【0029】エッチング終了後、第2のマスク52を除
去し、p型コンタクト層8のほぼ全面にNi/Auより
なる正電極30を形成し、エッチングにより露出させた
n型コンタクト層2には共振方向に平行なストライプ状
のTi/Alよりなる負電極20を形成する。
After the completion of the etching, the second mask 52 is removed, a positive electrode 30 made of Ni / Au is formed on almost the entire surface of the p-type contact layer 8, and resonance is applied to the n-type contact layer 2 exposed by the etching. A negative electrode 20 made of Ti / Al in a stripe shape parallel to the direction is formed.

【0030】以上のようにしたウェーハを、まずストラ
イプ状の負電極に平行な位置で切断した後、次に負電極
に垂直な方向で切断し、負電極に垂直な方向で切断した
面を研磨して鏡面状とした共振面を作製する。その共振
面に常法に従って誘電体多層膜を形成して、図1に示す
ようなレーザチップとする。このレーザチップをヒート
シンクに設置し、常温で連続発振させたところ、順方向
電圧10V、閾値電流100mAで、410nmのレー
ザ発振を示した。一方、本発明のようにn型層に電流狭
窄層を設けず、最上層のp型コンタクト層8の表面にの
み、5μmのストライプ溝を有する電流狭窄層を設けた
レーザ素子では、連続発振せず、パルス電流でのみレー
ザ発振した。
The wafer as described above is first cut at a position parallel to the striped negative electrode, then cut in the direction perpendicular to the negative electrode, and the surface cut in the direction perpendicular to the negative electrode is polished. Thus, a mirror-like resonance surface is manufactured. A dielectric multilayer film is formed on the resonance surface according to a conventional method to obtain a laser chip as shown in FIG. When this laser chip was placed on a heat sink and continuously oscillated at room temperature, a laser oscillation of 410 nm was exhibited at a forward voltage of 10 V and a threshold current of 100 mA. On the other hand, in the laser device according to the present invention in which the current confinement layer is not provided on the n-type layer and the current confinement layer having the 5 μm stripe groove is provided only on the surface of the uppermost p-type contact layer 8, continuous oscillation occurs. However, laser oscillation occurred only with a pulse current.

【0031】[実施例2]図6は本発明の他の実施例に
係るレーザ素子の構造を示す模式的な断面図である。基
本的な窒化物半導体層の積層構造は実施例1と同一であ
るが、このレーザ素子が実施例1のものと異なる点は、
p型層をリッジ形状のストライプとしていることであ
る。p型層をリッジ形状とすることにより、活性層の発
光がリッジの下に集中しやすくなるので、閾値電流を低
下させることができるが、実施例1のレーザ素子に比較
して、p型コンタクト層3の表面に形成した正電極30
の面積が小さくなるため、駆動電圧は上昇する傾向にあ
る。なおこのレーザ素子も実施例1と同様に連続発振を
示し、順方向電圧15V、閾値電流80mAで、410
nmのレーザ発振を示した。
Embodiment 2 FIG. 6 is a schematic sectional view showing the structure of a laser device according to another embodiment of the present invention. The basic laminated structure of the nitride semiconductor layer is the same as that of the first embodiment, but this laser device is different from that of the first embodiment in that
That is, the p-type layer is a ridge-shaped stripe. When the p-type layer has a ridge shape, the light emission of the active layer is easily concentrated below the ridge, so that the threshold current can be reduced. Positive electrode 30 formed on the surface of layer 3
, The driving voltage tends to increase. Note that this laser element also exhibits continuous oscillation as in the first embodiment, and has a forward voltage of 15 V, a threshold current of 80 mA, and a current of 410 V.
nm laser oscillation.

【0032】図6ではリッジの側面が順メサ形状とされ
ているが、特に順メサ形状でなくとも、逆メサでも、あ
るいは垂直なリッジ側面でもよい。さらにp型光閉じ込
め層7よりリッジ形状としたが、p型キャップ層、p型
光ガイド層6、p型コンタクト層8からリッジとしても
よい。また活性層の光を集中させるために、p型層をリ
ッジ形状としたが、特にリッジ形状でなくても、他のレ
ーザ素子に用いられているような、活性層の一定部分に
光を集中させるような手法であれば、p型層はどのよう
な構造を用いてもよい。なお、リッジのように、p型層
を加工して活性層の一定部分に光を集中させる場合、図
7に示すようにリッジのストライプ下部と、電流狭窄さ
れたn型層のストライプ位置とを一致させるようにする
ことが望ましい。
In FIG. 6, the side surface of the ridge has a forward mesa shape. However, the side surface of the ridge is not limited to the forward mesa shape, but may be an inverted mesa or a vertical ridge side surface. Further, although the ridge shape is formed from the p-type light confinement layer 7, the ridge shape may be formed from the p-type cap layer, the p-type light guide layer 6, and the p-type contact layer 8. Although the p-type layer has a ridge shape in order to concentrate the light of the active layer, the light is concentrated on a certain portion of the active layer even if the p-type layer is not particularly ridge-shaped, as is used in other laser devices. Any structure may be used for the p-type layer as long as it is a method for causing the p-type layer. When a p-type layer is processed and light is concentrated on a certain portion of the active layer like a ridge, as shown in FIG. 7, the lower part of the stripe of the ridge and the stripe position of the n-type layer where current is confined are set. It is desirable to make them coincide.

【0033】[実施例3]図7は本発明のレーザ素子に
係る他の構造を示す模式的な断面図である。図8乃至図
11は図7のレーザ素子を得る際の工程において得られ
るウェーハの主要部の構造を示す模式的な断面図であ
る。以下、図8乃至図11を参照して図7のレーザ素子
を得る他の方法について説明する。
[Embodiment 3] FIG. 7 is a schematic sectional view showing another structure of the laser device of the present invention. 8 to 11 are schematic cross-sectional views showing the structure of the main part of the wafer obtained in the step of obtaining the laser device of FIG. Hereinafter, another method for obtaining the laser device of FIG. 7 will be described with reference to FIGS.

【0034】実施例1と同様にして、スピネル基板1の
上に、GaNよりなるバッファ層を200オングストロ
ーム(図示せず)と、SiドープGaNよりなるn型コ
ンタクト層2を4μmと、SiドープIn0.1Ga0.9
よりなるクラック防止層(図示せず。)を500オング
ストローム、Siドープn型Al0.07Ga0.93Nよりな
るn型光閉じこめ層3を0.6μmの膜厚で、連続して
成長させる。
In the same manner as in Example 1, a buffer layer made of GaN was formed on the spinel substrate 1 to a thickness of 200 angstroms (not shown), an n-type contact layer 2 made of Si-doped GaN was set to 4 μm, and Si-doped In 0.1 Ga 0.9 N
A crack prevention layer (not shown) made of 500 Å and an n-type optical confinement layer 3 made of Si-doped n-type Al 0.07 Ga 0.93 N are continuously grown to a thickness of 0.6 μm.

【0035】n型光閉じ込め層3成長後、ウェーハを反
応容器から取り出し、SiO2よりなる第3のマスク5
3を5μm幅のストライプ形状で形成する。図8は第3
のマスク53をn型光閉じ込め層の表面に形成した際の
断面図であり、ストライプに垂直な方向で切断した際の
図を示している。なおこの第3のマスク53のストライ
プ幅も10μm以下、好ましくは5μm以下、さらに好
ましくは3μm以下に調整することが望ましい。
After the growth of the n-type optical confinement layer 3, the wafer is taken out of the reaction vessel and a third mask 5 made of SiO 2 is formed.
3 is formed in a stripe shape having a width of 5 μm. FIG. 8 shows the third
3 is a cross-sectional view when the mask 53 is formed on the surface of the n-type light confinement layer, and shows a view when the mask 53 is cut in a direction perpendicular to the stripe. The stripe width of the third mask 53 is desirably adjusted to 10 μm or less, preferably 5 μm or less, and more preferably 3 μm or less.

【0036】第3のマスク53を形成した後、ウェーハ
をRIE装置に移送し、マスクの上からn型光閉じ込め
層3をエッチングする。エッチング後、マスクを除去し
た断面図が図8である。このように図8では、n型光閉
じ込め層3のストライプのエッチング側面が逆メサ状に
なるようにエッチングしているが、順メサ状、あるいは
垂直方向でエッチングしてもよい。
After forming the third mask 53, the wafer is transferred to an RIE apparatus, and the n-type optical confinement layer 3 is etched from above the mask. FIG. 8 is a sectional view in which the mask is removed after the etching. As described above, in FIG. 8, the etching is performed so that the etching side surface of the stripe of the n-type optical confinement layer 3 has an inverted mesa shape. However, the etching may be performed in a normal mesa shape or in a vertical direction.

【0037】第3のマスク53除去後、図10に示すよ
うにストライプ状にエッチングされたn型光閉じ込め層
3の表面に、CVD法を用いて、SiO2よりなる第4
のマスク54を形成する。第4のマスク54はその表面
に窒化物半導体が成長しにくい性質を有している。この
ような性質を有する材料としては、例えばSiO2のよ
うな酸化ケイ素、Si34のような窒化ケイ素等があ
る。次に第4のマスク54を形成したウェーハを再び反
応容器に移送し、次に電流狭窄層となる窒化物半導体の
成長を行う。
[0037] After the third mask 53 is removed, in a stripe pattern etched n-type optical confinement layer 3 of the surface as shown in FIG. 10, by a CVD method, a fourth that of SiO 2
Is formed. The fourth mask 54 has such a property that a nitride semiconductor does not easily grow on its surface. Materials having such properties include, for example, silicon oxide such as SiO 2 and silicon nitride such as Si 3 N 4 . Next, the wafer on which the fourth mask 54 has been formed is transferred to the reaction vessel again, and then a nitride semiconductor serving as a current confinement layer is grown.

【0038】第4のマスク54が形成されたウェーハ
を、再度1050℃まで昇温し、TMG、TMA、アン
モニア、Cp2Mgを用い、Mgドープp型Al0.3Ga
0.7Nよりなる電流狭窄層100を0.5μmの膜厚で
成長させる。電流狭窄層100成長後の構造を示す断面
図が図10である。このように電流狭窄層はn型光閉じ
込め層3の内部にでも形成可能である。
The wafer on which the fourth mask 54 has been formed is heated again to 1050 ° C., and is doped with Mg-doped p-type Al 0.3 Ga using TMG, TMA, ammonia and Cp 2 Mg.
A current confinement layer 100 of 0.7 N is grown to a thickness of 0.5 μm. FIG. 10 is a sectional view showing the structure after the current confinement layer 100 is grown. Thus, the current confinement layer can be formed even inside the n-type optical confinement layer 3.

【0039】電流狭窄層100成長後、ウェーハを反応
容器から取り出し、第4のマスク54を除去した後、再
び反応容器内にウェーハを移送し、電流狭窄層100お
よびストライプ状のn型光閉じ込め層3の上に窒化物半
導体を成長させる。
After the growth of the current confinement layer 100, the wafer is taken out of the reaction vessel, and after removing the fourth mask 54, the wafer is transferred again into the reaction vessel, whereupon the current confinement layer 100 and the striped n-type optical confinement layer are formed. A nitride semiconductor is grown on 3.

【0040】実施例1と同様にして、Siドープn型G
aNよりなるn型光ガイド層4を500オングストロー
ム、ノンドープIn0.2Ga0.8Nよりなる井戸層とノン
ドープIn0.01Ga0.95Nよりなる障壁層とを積層した
MQW構造の活性層を325オングストローム、Mgド
ープp型Al0.2Ga0.8Nよりなるp型キャップ層(図
示せず。)を100オングストローム、Mgドープp型
GaNよりなるp型光ガイド層6を500オングストロ
ーム、MgドープAl0.07Ga0.93Nよりなるp型光閉
じ込め層7を0.5μm、Mgドープp型GaNよりな
るp型コンタクト層8を0.2μmの膜厚で順に成長さ
せる。図11に反応終了後の断面図を示す。
In the same manner as in Example 1, the Si-doped n-type G
The n-type optical guide layer 4 made of aN is 500 angstroms, and the active layer of the MQW structure in which a well layer made of non-doped In 0.2 Ga 0.8 N and a barrier layer made of non-doped In 0.01 Ga 0.95 N are stacked at 325 angstroms, A p-type cap layer (not shown) made of Al 0.2 Ga 0.8 N is 100 Å, a p-type optical guide layer 6 made of Mg-doped p-GaN is 500 Å, and a p-type light guide layer 6 made of Mg-doped Al 0.07 Ga 0.93 N is used. The light confinement layer 7 is grown to a thickness of 0.5 μm, and the p-type contact layer 8 made of Mg-doped p-type GaN is grown to a thickness of 0.2 μm. FIG. 11 shows a cross-sectional view after completion of the reaction.

【0041】後は実施例1と同様にして、p型コンタク
ト層8よりエッチングを行い、負電極を形成すべきn型
コンタクト層2の表面を露出させた後、p型コンタクト
層8のほぼ全面に正電極30を形成し、n型コンタクト
層2には共振方向に平行なストライプ状の負電極20を
形成することにより、図7に示すような本発明のレーザ
素子を得る。このレーザ素子も、実施例1のレーザ素子
と同様に、順方向電圧10V、閾値電流100mAで、
410nmの連続発振を示した。
Thereafter, etching is performed from the p-type contact layer 8 to expose the surface of the n-type contact layer 2 where the negative electrode is to be formed, as in the first embodiment. By forming a positive electrode 30 on the substrate and forming a striped negative electrode 20 parallel to the resonance direction on the n-type contact layer 2, a laser device of the present invention as shown in FIG. 7 is obtained. This laser element also has a forward voltage of 10 V and a threshold current of 100 mA, similarly to the laser element of the first embodiment.
A continuous oscillation of 410 nm was shown.

【0042】このように本発明のレーザ素子は、大別し
て、実施例1に示すように、n型層と電流狭窄層とを成
長させてから、電流狭窄層の一部をストライプ状にエッ
チングして除去する製造方法と、実施例3に示すよう
に、n型層の表面に窒化物半導体が成長しにくい保護膜
をストライプ状に形成した後、保護膜の表面とn型層と
の表面とに窒化物半導体を選択成長させる製造方法とで
製造することができる。
As described above, according to the laser device of the present invention, as shown in the first embodiment, after growing an n-type layer and a current confinement layer, a part of the current confinement layer is etched in a stripe shape. A protective method in which a nitride semiconductor is unlikely to grow on the surface of the n-type layer in a stripe shape as shown in Example 3, and then the surface of the protective film and the surface of the n-type layer And a method for selectively growing a nitride semiconductor.

【0043】[0043]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーザ素
子では、n型層側に電流狭窄層を形成しているためにレ
ーザ素子の駆動電圧が下がり連続発振が可能となる。こ
れはn層がp層に比較してキャリア濃度が大きく、抵抗
率が小さいという窒化物半導体特有の性質を利用したこ
とによる。このように本発明のレーザ素子によると、窒
化物半導体で実用的な構造が提供できるので、短波長領
域のレーザ素子として、DVD、CD等の書き込み、読
みとり光源として、赤色半導体レーザに比較して、4倍
以上の容量が確保できその産業上の利用価値は非常に大
きい。
As described above, in the laser device of the present invention, since the current confinement layer is formed on the n-type layer side, the driving voltage of the laser device is reduced, and continuous oscillation is possible. This is due to the fact that the n-layer has a higher carrier concentration and a lower resistivity than the p-layer, which is unique to nitride semiconductors. As described above, according to the laser device of the present invention, a practical structure can be provided by using a nitride semiconductor. Therefore, as a laser device in a short wavelength region, a writing / reading light source for DVDs, CDs, and the like, compared with a red semiconductor laser. 4 times or more capacity can be secured and its industrial use value is very large.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明の一実施例に係るレーザ素子の構造を
示す模式断面図。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing the structure of a laser device according to one embodiment of the present invention.

【図2】 実施例1の一工程において得られるウェーハ
の主要部の構造を示す模式断面図。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a structure of a main part of a wafer obtained in one step of Example 1.

【図3】 実施例1の一工程において得られるウェーハ
の主要部の構造を示す模式断面図。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a structure of a main part of a wafer obtained in one step of Example 1.

【図4】 実施例1の一工程において得られるウェーハ
の主要部の構造を示す模式断面図。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a structure of a main part of a wafer obtained in one step of Example 1.

【図5】 実施例1の一工程において得られるウェーハ
の主要部の構造を示す模式断面図。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a structure of a main part of a wafer obtained in one step of Example 1.

【図6】 本発明のレーザ素子に係る他の構造を示す模
式断面図。
FIG. 6 is a schematic sectional view showing another structure according to the laser device of the present invention.

【図7】 本発明のレーザ素子に係る他の構造を示す模
式断面図。
FIG. 7 is a schematic sectional view showing another structure according to the laser device of the present invention.

【図8】 実施例3の一工程において得られるウェーハ
の主要部の構造を示す模式断面図。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a structure of a main part of a wafer obtained in one step of Example 3.

【図9】 実施例3の一工程において得られるウェーハ
の主要部の構造を示す模式断面図。
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing a structure of a main part of a wafer obtained in one step of Example 3.

【図10】 実施例3の一工程において得られるウェー
ハの主要部の構造を示す模式断面図。
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a structure of a main part of a wafer obtained in one step of Example 3.

【図11】 実施例3の一工程において得られるウェー
ハの主要部の構造を示す模式断面図。
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a structure of a main part of a wafer obtained in one step of Example 3.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・・基板 2・・・・n型コンタクト層 3・・・・n型光閉じこめ層 4・・・・n型光ガイド層 5・・・・活性層 6・・・・p型光ガイド層 7・・・・p型光閉じこめ層 8・・・・p型コンタクト層 100・・・電流狭窄層 20、30・・・・電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... board | substrate 2 ... n-type contact layer 3 ... n-type light confinement layer 4 ... n-type light guide layer 5 ... active layer 6 ... p-type light Guide layer 7... P-type optical confinement layer 8... P-type contact layer 100... Current confinement layer 20, 30.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に形成されたn型層、活性層及び
p型層を有する窒化物半導体レーザ素子において、 前記n型層側に電流狭窄層が設けられ、該電流狭窄層は
p型又はi型のAlGa1−xN(0≦x≦1)から
なることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
1. A nitride semiconductor laser device having an n-type layer, an active layer and a p-type layer formed on a substrate, wherein a current confinement layer is provided on the n-type layer side, and the current confinement layer is a p-type or i-type Al x Ga 1-x N ( 0 ≦ x ≦ 1) nitride semiconductor laser device, comprising the.
【請求項2】 前記n型層はn型コンタクト層を含み、
該n型コンタクト層の内部に前記電流狭窄層が形成され
ている請求項1記載の窒化物半導体レーザ素子。
2. The n-type layer includes an n-type contact layer,
2. The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein said current confinement layer is formed inside said n-type contact layer.
【請求項3】 前記n型層はn型コンタクト層とn型光
閉じ込め層を有し、を含み、該n型コンタクト層とn型
光閉じ込め層の間に前記電流狭窄層が形成されている請
求項1記載の窒化物半導体レーザ素子。
3. The n-type layer includes an n-type contact layer and an n-type optical confinement layer, and the current confinement layer is formed between the n-type contact layer and the n-type optical confinement layer. The nitride semiconductor laser device according to claim 1.
【請求項4】 前記n型層はn型コンタクト層、n型光
閉じ込め層及び光ガイド層を有し、該n型光閉じ込め層
と光ガイド層の間に前記電流狭窄層が形成されている請
求項1記載の窒化物半導体レーザ素子。
4. The n-type layer has an n-type contact layer, an n-type light confinement layer, and a light guide layer, and the current confinement layer is formed between the n-type light confinement layer and the light guide layer. The nitride semiconductor laser device according to claim 1.
【請求項5】 前記光ガイド層は、Inを含むn型の窒
化物半導体若しくはn型GaNからなる請求項4記載の
窒化物半導体レーザ素子。
5. The nitride semiconductor laser device according to claim 4, wherein the light guide layer is made of an n-type nitride semiconductor containing In or n-type GaN.
【請求項6】 前記n型層はn型コンタクト層、n型光
閉じ込め層及び光ガイド層を有し、前記n型光閉じ込め
層は前記n型コンタクト層と前記光ガイド層の間におい
てストライプ状にエッチングされてなり、かつ前記電流
狭窄層は前記n型コンタクト層と前記光ガイド層の間に
おいてストライプ状にエッチングされた光閉じ込め層の
両側に形成された請求項1記載の窒化物半導体レーザ素
子。
6. The n-type layer has an n-type contact layer, an n-type light confinement layer, and a light guide layer, and the n-type light confinement layer has a stripe shape between the n-type contact layer and the light guide layer. 2. The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein the current confinement layer is formed on both sides of the light confinement layer etched in a stripe shape between the n-type contact layer and the light guide layer. .
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