JP2002111133A - Nitride semiconductor light emitting device - Google Patents

Nitride semiconductor light emitting device

Info

Publication number
JP2002111133A
JP2002111133A JP2000297665A JP2000297665A JP2002111133A JP 2002111133 A JP2002111133 A JP 2002111133A JP 2000297665 A JP2000297665 A JP 2000297665A JP 2000297665 A JP2000297665 A JP 2000297665A JP 2002111133 A JP2002111133 A JP 2002111133A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
nitride semiconductor
light
thickness
cladding layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2000297665A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3925066B2 (en
Inventor
Tomoya Yanagimoto
友弥 柳本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nichia Chemical Industries Ltd
Original Assignee
Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nichia Chemical Industries Ltd filed Critical Nichia Chemical Industries Ltd
Priority to JP2000297665A priority Critical patent/JP3925066B2/en
Publication of JP2002111133A publication Critical patent/JP2002111133A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3925066B2 publication Critical patent/JP3925066B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nitride semiconductor light emitting device which is so structured as not to increase light in intensity, controls its self-oscillation, keeps FFP low, and is easily handled. SOLUTION: A nitride semiconductor light emitting device is equipped with a P-side optical guide layer, an N-side optical guide layer, and an active layer which are all interposed between a P-side clad layer and an N-side clad layer. The P-side clad layer and the N-side clad layer are formed of a super lattice equipped with nitride semiconductor layers containing at least Al or an AlxGa1-xN/GaN super lattice. The average composition of Al content contained in the clad layer is set at 0.02 to 0.04. Furthermore, all the N-side clad layers are 1 to 2 μm in thickness. The P-side optical guide layer and the N-side optical guide layer are both represented by a formula GaN and as thick as 0.1 to 0.2 μm respectively. Al contained in the optical guide layer can be increased in compositional ratio.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、窒化物半導体(I
AlGa1−X−YN、0≦X、0≦Y、X+Y
≦1)よりなるレーザ素子に関し、特に自励発振を制御
し、垂直方向のFFPと自励発振パワーとの両者を最適
にするレーザ素子に関する。
The present invention relates to a nitride semiconductor (I).
n X Al Y Ga 1-X -Y N, 0 ≦ X, 0 ≦ Y, X + Y
≦ 1) The present invention relates to a laser device which controls self-sustained pulsation and optimizes both the vertical FFP and the self-sustained pulsation power.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体発光素子は、各分野での応用が期
待されており、近年盛んに研究開発が進められている。
特に窒化物半導体系のレーザダイオード(LD)につい
ては、種々の研究開発が活発に行われ、実用可能なLD
も開発されている。
2. Description of the Related Art Semiconductor light emitting devices are expected to be applied in various fields, and have been actively researched and developed in recent years.
In particular, various research and development have been actively conducted on nitride semiconductor laser diodes (LDs), and practical LDs have been developed.
Has also been developed.

【0003】窒化物半導体レーザ素子は、活性層を光閉
じ込め層(クラッド層)で挟んだ層構成を有する。活性
層で自然発光した光がp側及びn側のクラッド層間で全
反射しながら、活性層を有する導波層(光ガイド層)内
で増幅され、この増幅された光を誘導放出光として活性
層端面(共振面)から放出する。
[0003] A nitride semiconductor laser device has a layer structure in which an active layer is sandwiched between optical confinement layers (cladding layers). The light spontaneously emitted from the active layer is totally reflected between the p-side and n-side cladding layers and amplified in the waveguide layer (light guide layer) having the active layer, and the amplified light is activated as stimulated emission light. Emitted from the layer end surface (resonance surface).

【0004】本発明者は、窒化物半導体基板上に活性層
を含む窒化物半導体レーザ素子を作製し、世界で初めて
室温での連続発振1万時間以上を達成したことを発表し
た(ICNS'97 予稿集,October 27-31,1997,P444-446、及
びJpn.J.Appl.Phys.Vol.36(1997)pp.L1568-1571、Part
2,No.12A,1 December 1997)。
The inventor of the present invention has produced a nitride semiconductor laser device including an active layer on a nitride semiconductor substrate and has achieved, for the first time in the world, continuous oscillation of 10,000 hours or more at room temperature (ICNS'97). Proceedings, October 27-31,1997, P444-446, and Jpn.J.Appl.Phys.Vol.36 (1997) pp.L1568-1571, Part
2, No. 12A, 1 December 1997).

【0005】特性の良い半導体レーザを実現するには、
活性層に効率よく電流を注入すると共に、光を活性層内
に閉じ込める必要がある。例えば、InGaN系レーザ
ダイオードの構造として、多重量子井戸構造のInGa
N発光層に光ガイド層としてGaN、クラッド層として
AlGaN/GaNの超格子構造を用いた分離閉じ込め
型レーザを発表している(応用物理第68巻7号(19
99)795頁)。この例では、垂直方向のFFPに周
期的なリップルが観測されており、その理由としてAl
GaN/GaNクラッド層による光閉じ込めが不十分な
ため、一部のレーザビームがGaNコンタクト層にまで
漏れることが挙げられている。この対策として、クラッ
ド層のAl組成比を増やすか、厚さを増すかして光の閉
じ込めを強くする必要性を挙げている。一般に半導体レ
ーザはダブルヘテロ構造によりキャリア閉じ込め効果を
得て効率的に反転分布を得ると共に、放射された光をガ
イド層の中に閉じ込め、誘導放出を生じさせて光の閉じ
込めを得る。これを実現するため活性層物質の光の屈折
率はクラッド層物質の屈折率よりも高く設計される。
To realize a semiconductor laser having good characteristics,
It is necessary to efficiently inject current into the active layer and confine light within the active layer. For example, as a structure of an InGaN-based laser diode, a multiple quantum well structure InGa
A separate confinement laser using a superlattice structure of GaN as a light guide layer in an N light emitting layer and AlGaN / GaN as a cladding layer has been announced (Applied Physics Vol. 68, No. 7 (19).
99) 795). In this example, a periodic ripple is observed in the FFP in the vertical direction.
It is stated that some laser beams leak to the GaN contact layer due to insufficient light confinement by the GaN / GaN cladding layer. As a countermeasure, it is necessary to increase the Al composition ratio or the thickness of the cladding layer to increase the confinement of light. In general, a semiconductor laser obtains a population inversion efficiently by obtaining a carrier confinement effect by a double heterostructure, and confine emitted light in a guide layer to cause stimulated emission to obtain light confinement. To realize this, the refractive index of light of the active layer material is designed to be higher than the refractive index of the cladding layer material.

【0006】また半導体レーザは、閾値電流密度を引き
下げる必要がある。このためにも光の閉じ込めを強化す
ることが一般に行われている。例えば特開平11−23
8945号公報には、クラッド層の光閉じ込め効果を向
上させることにより、窒化物半導体レーザ素子のレーザ
光をシングルモード化すると共に、発振閾値を低下させ
たレーザ素子を得る方法が記載される。この方法は、n
側クラッド層をAlを含む窒化物半導体層を有する超格
子で構成し、そのn側クラッド層全体の厚さが0.5μ
m以上で、かつそのn側クラッド層に含まれるAl平均
組成を百分率(%)で表した際に、n側クラッド層全体
の厚さ(μm)とAl平均組成(%)との積が4.4以
上となるように構成されている。また前記n側とp側の
クラッド層との間にある活性層を含んだ窒化物半導体層
の厚さを200オングストローム以上、1.0μm以下
の範囲に調整することにより、コア部分に光を閉じ込め
てレーザ光の垂直横モードをシングルモード化してい
る。
[0006] Further, the semiconductor laser needs to reduce the threshold current density. For this reason, it is common practice to enhance the confinement of light. For example, JP-A-11-23
JP-A No. 8945 describes a method for improving the light confinement effect of a cladding layer to make the laser light of a nitride semiconductor laser device a single mode and to obtain a laser device having a reduced oscillation threshold. This method uses n
The side cladding layer is composed of a superlattice having a nitride semiconductor layer containing Al, and the total thickness of the n-side cladding layer is 0.5 μm.
m or more, and when the average Al composition contained in the n-side cladding layer is expressed in percentage (%), the product of the thickness (μm) of the entire n-side cladding layer and the average Al composition (%) is 4%. .4 or more. Light is confined in the core by adjusting the thickness of the nitride semiconductor layer including the active layer between the n-side and p-side cladding layers to a range from 200 Å to 1.0 μm. Thus, the vertical and horizontal modes of the laser beam are changed to a single mode.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかし、光の閉じ込め
を強化する構造とすると活性層の光密度が大きくなるた
め、自励発振が起こりやすくなる傾向を示す。自励発振
とは、レーザに加える電流値を上昇させたとき、一定で
あるべき出力波形が振動しはじめる状態をいう。これを
防止するには、光の密度を下げる方法が挙げられる。た
だ、レーザ発振を実現するには、光の閉じ込めが必要に
なる。このように光の閉じ込めと自励発振の防止はトレ
ードオフの関係にあり、光の閉じ込めが強固であれば自
励発振が生じるという問題が生じていた。
However, a structure that enhances light confinement tends to cause self-sustained pulsation because the light density of the active layer increases. Self-sustained pulsation refers to a state in which the output waveform that should be constant starts to oscillate when the value of the current applied to the laser is increased. In order to prevent this, there is a method of lowering the light density. However, realizing laser oscillation requires confinement of light. As described above, there is a trade-off relationship between confinement of light and prevention of self-excited oscillation, and there has been a problem that self-excited oscillation occurs if light confinement is strong.

【0008】本発明は、このような問題点を解決するた
めものである。本発明の重要な目的は、従来と逆の発想
で光の閉じ込めを意図的に弱め光が漏れる構造とするこ
とで、自励発振の発生を制御でき、かつ垂直方向のFF
Pを小さくすることのできる窒化物半導体発光素子を提
供することにある。
The present invention is to solve such a problem. An important object of the present invention is to control the generation of self-sustained pulsation by using a structure that intentionally weakens the light confinement and leaks light based on a concept opposite to that of the related art.
An object of the present invention is to provide a nitride semiconductor light emitting device capable of reducing P.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を実現するため
に本発明の窒化物半導体発光素子は以下の構成を備え
る。本発明の請求項1に記載される窒化物半導体発光素
子は、n側とp側クラッド層の間にpおよびn側光ガイ
ド層と活性層が形成されており、pおよびn側クラッド
層は少なくともAlを含む窒化物半導体層を有する超格
子よりなり、かつpおよびn側クラッド層中に含まれる
Alの平均組成を0.02〜0.04とし、pおよびn
側光ガイド層は一般式GaNで表され、その膜厚をそれ
ぞれ0.1μm〜0.2μmとすることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a nitride semiconductor light emitting device according to the present invention has the following arrangement. In the nitride semiconductor light emitting device according to claim 1 of the present invention, a p and n side light guide layer and an active layer are formed between an n side and a p side cladding layer, and the p and n side cladding layers are An average composition of Al comprised of a superlattice having a nitride semiconductor layer containing at least Al and contained in the p- and n-side cladding layers is set to 0.02 to 0.04;
The side light guide layer is represented by the general formula GaN, and has a thickness of 0.1 μm to 0.2 μm.

【0010】このように本発明は、クラッド層中に含ま
れるAlの比率を下げることにより光の閉じ込めを弱め
て、閾値電流密度が大きくしないで自励発振を防止する
ことができる。
As described above, according to the present invention, the confinement of light can be reduced by reducing the ratio of Al contained in the cladding layer, and self-pulsation can be prevented without increasing the threshold current density.

【0011】また本発明の請求項2に記載される窒化物
半導体発光素子は、さらにn側クラッド層の全体の膜厚
を1μm〜2μmとすることを特徴とする。この構造に
より漏れ光の影響のリップルを防止することができる。
The nitride semiconductor light emitting device according to a second aspect of the present invention is further characterized in that the entire thickness of the n-side cladding layer is 1 μm to 2 μm. With this structure, it is possible to prevent ripples caused by light leakage.

【0012】さらにまた本発明の請求項3に記載される
窒化物半導体発光素子は、pおよびn側クラッド層を構
成する超格子がAlGa1−xN/GaNの超格子で
あることを特徴とする。
[0012] that further nitride semiconductor light emitting device as described in claim 3 of the present invention also, superlattice constituting the p and n-side cladding layer is a super lattice of Al x Ga 1-x N / GaN Features.

【0013】さらにまた本発明の請求項4に記載される
窒化物半導体発光素子は、n側とp側クラッド層の間に
pおよびn側光ガイド層と活性層が形成されており、p
およびn側光ガイド層は、少なくともAlを含む窒化物
半導体層を有しており、かつpおよびn側光ガイド層中
に含まれるAlの平均組成をクラッド層のAl平均組成
よりも小さい値とし、その膜厚をそれぞれ0.1μm〜
0.2μmとすることを特徴とする。
Further, in the nitride semiconductor light emitting device according to a fourth aspect of the present invention, a p and n side light guide layer and an active layer are formed between the n side and the p side cladding layer.
And the n-side light guide layer has a nitride semiconductor layer containing at least Al, and sets the average composition of Al contained in the p- and n-side light guide layers to a value smaller than the Al average composition of the cladding layer. , Each having a thickness of 0.1 μm
It is characterized by 0.2 μm.

【0014】このように本発明は、光ガイド層にAlを
混入させてAlの比率を上げることにより光の閉じ込め
を弱めて、閾値電流密度が大きくしないで自励発振を防
止することができる。
As described above, according to the present invention, the confinement of light can be reduced by increasing the ratio of Al by mixing Al into the light guide layer, and self-pulsation can be prevented without increasing the threshold current density.

【0015】本発明の窒化物半導体発光素子では、従来
と逆の発想で光の閉じ込めを弱くし、光がしみ出すよう
な状態として光の密度を下げることにより、自励発振を
抑制するものである。これを実現するために本発明は、
クラッド層および光ガイド層のそれぞれの屈折率を近づ
ける構造としている。例えば、閾値電流密度が大きくな
らない程度にp、nクラッド層中のAlの混晶比を小さ
くし、あるいはp、n光ガイド層中のAlの混晶比を大
きくする。この構造により、自励発振が生じる電流値を
大きくすることができ、自励発振の発生を抑えることが
できる。
In the nitride semiconductor light emitting device of the present invention, self-sustained pulsation is suppressed by weakening light confinement based on the reverse idea of the prior art and reducing the density of light in a state where light seeps out. is there. To achieve this, the present invention
The structure is such that the refractive indices of the cladding layer and the light guide layer are close to each other. For example, the mixed crystal ratio of Al in the p and n cladding layers is reduced so that the threshold current density does not increase, or the mixed crystal ratio of Al in the p and n light guide layers is increased. With this structure, the current value at which self-oscillation occurs can be increased, and the occurrence of self-oscillation can be suppressed.

【0016】さらに垂直方向のNFP幅は大きくなり、
その結果、垂直方向のFFP幅を小さくできるというメ
リットもある。NFPとは、ニヤー・フィールド・パタ
ーン(Near Field Pattern)、近視野像と呼ばれるもの
で、垂直、水平の両横モードについて反射面上に現れる
レーザ光の強度分布像をいう。一方FFPとは、ファー
・フィールド・パターン(Far Field Pattern)、ある
いは遠視野像とも呼ばれ、反射面から十分遠方に放射さ
れたレーザ光の強度分布像をいう。NFPは発振領域内
の光強度分布を表し、FFPは光の波面および位相も含
めた光波の性質を表すといえる。FFPは放射光の広が
りを示すものであるから、FFP幅が小さいと、FFP
θ角度が収束して広がりが少なくなり、使用者はレーザ
の扱いが容易となる。このように本発明の窒化物半導体
発光素子は、自励発振を抑えることに加えてFFPの小
さい取り扱い容易なレーザとできるメリットもある。
Further, the NFP width in the vertical direction increases,
As a result, there is also an advantage that the FFP width in the vertical direction can be reduced. The NFP is called a near field pattern or near-field image, and refers to an intensity distribution image of a laser beam appearing on a reflection surface in both vertical and horizontal modes. On the other hand, FFP is also called a far field pattern or a far-field image, and refers to an intensity distribution image of laser light emitted sufficiently far from a reflection surface. NFP represents the light intensity distribution in the oscillation region, and FFP represents the properties of the light wave including the wavefront and phase of the light. Since the FFP indicates the spread of the emitted light, if the FFP width is small, the FFP
The angle is converged and the spread is reduced, so that the user can easily handle the laser. As described above, the nitride semiconductor light emitting device of the present invention has an advantage that, in addition to suppressing self-sustained pulsation, a laser with a small FFP and easy handling can be obtained.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態
は、本発明の技術思想を具体化するための窒化物半導体
発光素子を例示するものであって、本発明は窒化物半導
体発光素子を以下のものに特定しない。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the embodiments described below exemplify a nitride semiconductor light emitting device for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention does not specify a nitride semiconductor light emitting device as follows.

【0018】さらに、この明細書は、特許請求の範囲を
理解し易いように、実施の形態に示される部材に対応す
る番号を、「特許請求の範囲の欄」、および「課題を解
決するための手段の欄」に示される部材に付記してい
る。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形
態の部材に特定するものでは決してない。
Further, in this specification, in order to facilitate understanding of the claims, the numbers corresponding to the members described in the embodiments will be referred to as "claims" and " In the column of "means of the above". However, the members described in the claims are not limited to the members of the embodiments.

【0019】本明細書において説明するn型層の一般式
AlGa1−XN、p型層のAl Ga1−XN等の
組成比X値は単に一般式を示しているに過ぎず、n型層
のXとp型層のXとが同一の値を示すものではない。ま
た同様に他の一般式で使用するY値についても、同一の
一般式が同一の値を示すものではない。
The general formula of the n-type layer described in this specification
AlXGa1-XAl of N and p-type layers XGa1-XSuch as N
The composition ratio X value merely shows a general formula, and the n-type layer
X and the X of the p-type layer do not indicate the same value. Ma
Similarly, the same applies to the Y value used in other general formulas.
The general formulas do not indicate the same value.

【0020】本発明の窒化物半導体発光素子において、
クラッド層とは、屈折率が活性層の井戸層よりも小さい
窒化物半導体を含む光閉じ込め層である。また超格子と
は、単一層の膜厚が100オングストローム以下で、互
いに組成が異なる窒化物半導体層を積層した多層膜構造
を指し、好ましくは70オングストローム以下、さらに
好ましくは40オングストローム以下の膜厚の窒化物半
導体層を積層する。具体的な構成としては、例えばAl
Ga1−XN(0<X<1)層と、そのAl Ga
1−XN層と組成が異なる他の窒化物半導体層とを積層
した超格子とし、例えばAlGa1−XN/GaN、
AlGa1−XN/AlGa1−YN(0<Y<
1、Y<X)、AlGa1−XN/InGa1−Z
N(0<Z<1)等の3元混晶と3元混晶、若しくは3
元混晶と2元混晶との組み合わせで超格子とすることが
できる。その中でも最も好ましくはAlGa1−X
とGaNとからなる超格子とする。
In the nitride semiconductor light emitting device of the present invention,
The cladding layer has a smaller refractive index than the well layer of the active layer.
An optical confinement layer containing a nitride semiconductor. Also with superlattice
Means that the thickness of the single layer is less than 100 Å and
Multi-layer structure with nitride semiconductor layers of different compositions
, Preferably 70 Å or less, furthermore
Preferably, nitride nitride having a thickness of 40 Å or less is used.
A conductor layer is laminated. As a specific configuration, for example, Al
XGa1-XN (0 <X <1) layer and its Al XGa
1-XStack N layer and other nitride semiconductor layer with different composition
Superlattice, for example, AlXGa1-XN / GaN,
AlXGa1-XN / AlYGa1-YN (0 <Y <
1, Y <X), AlXGa1-XN / InZGa1-Z
A ternary mixed crystal such as N (0 <Z <1) and a ternary mixed crystal, or 3
A superlattice can be formed by combining a binary mixed crystal and a binary mixed crystal.
it can. Among them, most preferably, AlXGa1-XN
And a GaN superlattice.

【0021】また、活性層の発光を閉じ込めるためn側
クラッド層を上記構成とするならば、p側クラッド層を
n側クラッド層と同じ構成とすることも可能である。但
し、p側クラッド層を請求項1のような構成とする場
合、p側クラッド層の膜厚をn側クラッド層よりも薄く
することが望ましい。なぜなら、p側クラッド層の3族
元素に対するAl平均組成を大きくするか、若しくは膜
厚を厚くすると、AlGaN層の抵抗値が大きくなる傾
向にあり、AlGaNの抵抗値が大きくなると、閾値が
高くなる傾向にあるからである。
If the n-side cladding layer has the above-described configuration in order to confine the light emitted from the active layer, the p-side cladding layer may have the same configuration as the n-side cladding layer. However, when the p-side cladding layer is configured as in claim 1, it is desirable that the thickness of the p-side cladding layer be smaller than that of the n-side cladding layer. The reason is that the resistance value of the AlGaN layer tends to increase when the Al average composition with respect to the group III element of the p-side cladding layer is increased or the film thickness is increased, and the threshold value increases when the resistance value of AlGaN increases. This is because there is a tendency.

【0022】p側クラッド層をAlを含む窒化物半導体
を有する超格子とする場合(但し、この場合、光の漏れ
は関係なく、単にキャリア閉じ込めとしてのクラッド層
として作用させる場合を含む。)、n側クラッド層全体
の厚さがそのp側クラッド層全体の厚さよりも厚いこと
が望ましい。p側クラッド層を構成する窒化物半導体層
も、n側クラッド層と同様に、例えばAlGa1−X
N(0<X<1)層と、そのAlGa1−XN層と組
成が異なる他の窒化物半導体層とを積層した超格子と
し、AlGa1−XN/GaN、AlGa1−X
/AlGa1− N(0<Y<1、Y<X)、Al
Ga1−XN/InGa1−ZN(0<Z<1)等の
3元混晶と3元混晶、若しくは3元混晶と2元混晶との
組み合わせで超格子とし、その中でも最も好ましくはA
Ga1−XNとGaNとからなる超格子とする。
In the case where the p-side cladding layer is a superlattice having a nitride semiconductor containing Al (this case includes a case where the p-side cladding layer simply acts as a cladding layer for confining carriers irrespective of light leakage). It is desirable that the entire thickness of the n-side cladding layer is larger than the thickness of the entire p-side cladding layer. Similarly to the n-side cladding layer, the nitride semiconductor layer constituting the p-side cladding layer is, for example, Al x Ga 1-x
N (0 <X <1) layer and another nitride semiconductor layer having a composition different from that of the Al X Ga 1-X N layer are formed as a superlattice, and Al X Ga 1-X N / GaN, Al X Ga 1-X N
/ Al Y Ga 1- Y N ( 0 <Y <1, Y <X), Al X
Ga and superlattice 1-X N / In Z Ga 1-Z N (0 <Z <1) 3 -element mixed crystal and ternary mixed crystal such as, or in combination with ternary mixed crystal and the binary mixed crystal, Most preferably, A
a superlattice consisting of l X Ga 1-X N and GaN.

【0023】本発明の超格子におけるAl平均組成は、
以下のような算出方法で求めるものとする。例えば25
オングストロームのAl0.5Ga0.5Nと、25オ
ングストロームのGaNとを200ペア(1.0μm)
積層した超格子の場合、1ペアが50オングストロー
ム、Alを含む層の3族元素に対するAl混晶比が0.
5であるため、0.5・(25μm/50μm)=0.
25となり、超格子全体の3族元素におけるAl平均組
成は25%である。一方、膜厚が異なる場合、Al
0.5Ga0.5Nを40オングストロームと、GaN
を20オングストロームとで積層した場合、膜厚の加重
平均を行い、0.5(40/60)=0.333とな
り、Al平均組成は33.3%とする。即ち、Alを含
む単一窒化物半導体層の3族元素に対するAl混晶比
を、その窒化物半導体層が超格子1ペアの膜厚に占める
割合に乗じたものを本発明における超格子のAl平均組
成とする。またAlを両方含む場合も同様であり、例え
ばAl0.1Ga0.9N20オングストローム、Al
0.2Ga0.8N30オングストロームの場合も、
0.1(20/50)+0.2(30/50)=0.1
6、即ち16%をAl平均組成とする。なお以上の例は
AlGaN/GaN、AlGaN/AlGaNについて
説明したが、AlGaN/InGaNについても同じ算
出方法を適用するものとする。従って、n側クラッド層
を成長させる場合には、以上の算出方法に基づいて成長
方法を設計できる。また、n側クラッド層のAl平均組
成は、SIMS(二次イオン質量分析装置)、オージェ
等の分析装置を用いても検出できる。
The average composition of Al in the superlattice of the present invention is
It is determined by the following calculation method. For example, 25
200 pairs (1.0 μm) of Angstroms Al 0.5 Ga 0.5 N and 25 Å GaN
In the case of a laminated superlattice, one pair is 50 angstroms, and the Al-containing crystal ratio of the Al-containing layer to the Group 3 element is 0.1 Å.
5, 0.5 · (25 μm / 50 μm) = 0.
25, and the average Al composition of the Group 3 elements in the entire superlattice is 25%. On the other hand, when the film thickness is different,
0.5 Ga 0.5 N to 40 Å and GaN
Are laminated at 20 angstroms, a weighted average of the film thicknesses is obtained, and 0.5 (40/60) = 0.333, and the Al average composition is 33.3%. That is, the ratio of the Al mixed crystal ratio of the single nitride semiconductor layer containing Al to the Group III element multiplied by the ratio of the nitride semiconductor layer to the film thickness of one pair of superlattices is referred to as the Al of the superlattice in the present invention. Average composition. The same applies to the case where both of Al are included, for example, Al 0.1 Ga 0.9 N 20 Å, Al
In the case of 0.2 Ga 0.8 N30 Å,
0.1 (20/50) +0.2 (30/50) = 0.1
6, that is, 16% is defined as an Al average composition. Although the above examples have been described for AlGaN / GaN and AlGaN / AlGaN, the same calculation method is applied to AlGaN / InGaN. Therefore, when growing the n-side cladding layer, a growth method can be designed based on the above calculation method. Further, the Al average composition of the n-side cladding layer can also be detected by using an analyzer such as SIMS (secondary ion mass spectrometer) and Auger.

【0024】[0024]

【実施例】図1は本発明の一実施例に係るレーザ素子の
要部を示す模式的な断面図であり、リッジストライプに
垂直な方向で切断した際の断面を示している。以下、必
要に応じてこの図を参照しながら実施例について説明す
る。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a main part of a laser device according to one embodiment of the present invention, and shows a section taken along a direction perpendicular to a ridge stripe. Hereinafter, embodiments will be described with reference to this drawing as necessary.

【0025】[実施例1]以下、実施例1として作成し
たレーザ素子を順に説明する。 (下地層)2インチφ、C面を主面とするサファイアよ
りなる異種基板をMOVPE反応容器内にセットし、温
度を500℃にして、トリメチルガリウム(TMG)、
アンモニア(NH)を用い、GaN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。バッファ層成長後、温度を1050℃にして、
同じくGaNよりなる下地層を4μmの膜厚で成長させ
る。この下地層は保護膜を部分的に表面に形成して、次
に窒化物半導体基板の選択成長を行うための下地層とし
て作用する。下地層はAl混晶比X値が0.5以下のA
Ga1− N(0≦X≦0.5)を成長させること
が望ましい。0.5を超えると、結晶欠陥というよりも
結晶自体にクラックが入りやすくなってしまうため、結
晶成長自体が困難になる傾向にある。また膜厚はバッフ
ァ層よりも厚い膜厚で成長させて、10μm以下の膜厚
に調整することが望ましい。基板はサファイアの他、S
iC、ZnO、スピネル、GaAs等、窒化物半導体を
成長させるために知られている、窒化物半導体と異なる
材料よりなる基板を用いることができる。
[Embodiment 1] Hereinafter, a laser device manufactured as Embodiment 1 will be described in order. (Underlayer) A heterogeneous substrate made of sapphire having a 2-inch φ and C-plane as a main surface is set in a MOVPE reaction vessel, the temperature is set to 500 ° C., and trimethylgallium (TMG)
By using ammonia (NH 3 ), a buffer layer (not shown) made of GaN is grown to a thickness of 200 Å. After growing the buffer layer, the temperature is increased to 1050 ° C.
A base layer made of GaN is also grown to a thickness of 4 μm. This underlayer functions as an underlayer for forming a protective film partially on the surface and then performing selective growth of the nitride semiconductor substrate. The underlayer is made of A having an Al mixed crystal ratio X value of 0.5 or less.
l X Ga 1- X N (0 ≦ X ≦ 0.5) is to be desirable grow. If it exceeds 0.5, the crystal itself tends to be cracked rather than a crystal defect, and the crystal growth itself tends to be difficult. Further, it is desirable that the film thickness be grown to be larger than the buffer layer and adjusted to a film thickness of 10 μm or less. The substrate is Sapphire and S
A substrate made of a material different from a nitride semiconductor, such as iC, ZnO, spinel, or GaAs, which is known for growing a nitride semiconductor can be used.

【0026】(保護膜)下地層成長後、ウェーハを反応
容器から取り出し、この下地層の表面に、ストライプ状
のフォトマスクを形成し、CVD装置によりストライプ
幅10μm、ストライプ間隔(窓部)2μmのSiO
よりなる保護膜を1μmの膜厚で形成する。保護膜の形
状としてはストライプ状、ドット状、碁盤目状等どのよ
うな形状でも良いが、窓部よりも保護膜の面積を大きく
する方が、結晶欠陥の少ない第2の窒化物半導体層が成
長しやすい。保護膜の材料としては、例えば酸化ケイ素
(SiO)、窒化ケイ素(Si)、酸化チタン
(TiO)、酸化ジルコニウム(ZrO)等の酸化
物、窒化物、またこれらの多層膜の他、1200℃以上
の融点を有する金属等を用いることができる。これらの
保護膜材料は、窒化物半導体の成長温度600℃〜11
00℃の温度にも耐え、その表面に窒化物半導体が成長
しないか、若しくは成長しにくい性質を有している。
(Protective film) After the growth of the underlayer, the wafer is taken out of the reaction vessel, a stripe-shaped photomask is formed on the surface of the underlayer, and a stripe width of 10 μm and a stripe interval (window) of 2 μm are formed by a CVD apparatus. SiO 2
A protective film having a thickness of 1 μm is formed. The shape of the protective film may be any shape such as a stripe shape, a dot shape, a grid shape, and the like. However, when the area of the protective film is larger than that of the window portion, the second nitride semiconductor layer having less crystal defects can be used. Easy to grow. Examples of the material of the protective film include oxides and nitrides such as silicon oxide (SiO x ), silicon nitride (Si x N y ), titanium oxide (TiO x ), and zirconium oxide (ZrO x ), and multilayer films thereof. Alternatively, a metal or the like having a melting point of 1200 ° C. or more can be used. These protective film materials have a nitride semiconductor growth temperature of 600 ° C. to 11 ° C.
It has the property of withstanding a temperature of 00 ° C. and preventing the nitride semiconductor from growing or hardly growing on its surface.

【0027】(窒化物半導体基板)保護膜形成後、ウェ
ーハを再度MOVPEの反応容器内にセットし、温度を
1050℃にして、TMG、アンモニアを用い、アンド
ープGaNよりなる窒化物半導体基板を20μmの膜厚
で成長させる。成長後の窒化物半導体基板の表面におい
て、保護膜のストライプ中央部と、窓部のストライプ中
央部に当たる部分には、結晶欠陥がほとんど表出してい
ないが、成長初期においては、多くの結晶欠陥が窓部上
部に発生する傾向にある。従って、後に続くレーザ素子
のリッジ形成時に、リッジストライプがこの結晶欠陥に
係らないようにすることにより、活性層に結晶欠陥が転
位せず、素子の信頼性が向上する。窒化物半導体基板は
ハライド気相成長法(HVPE)を用いて成長させるこ
とができるが、このようにMOVPE法により成長させ
ることもできる。窒化物半導体基板はIn、Alを含ま
ないGaNを成長させることが最も好ましく、成長時の
ガスとしては、TMGの他、トリエチルガリウム(TE
G)等の有機ガリウム化合物を用い、窒素源はアンモニ
ア、若しくはヒドラジンを用いることが最も望ましい。
また、このGaN基板にSi、Ge等のn型不純物をド
ープしてキャリア濃度を適当な範囲に調整してもよい。
特に異種基板、下地層、保護膜を除去する場合には、窒
化物半導体基板がコンタクト層となるため、この窒化物
半導体基板にn型不純物をドープすることが望ましい。
(Nitride Semiconductor Substrate) After the formation of the protective film, the wafer is set again in the MOVPE reaction vessel, the temperature is set to 1050 ° C., and a nitride semiconductor substrate made of undoped GaN using TMG and ammonia is removed to a thickness of 20 μm. It grows with the film thickness. On the surface of the nitride semiconductor substrate after growth, almost no crystal defects are exposed at the central portion of the stripe of the protective film and the central portion of the stripe of the window. It tends to occur at the top of the window. Therefore, by preventing the ridge stripe from being related to the crystal defect at the time of forming the ridge of the laser element, the crystal defect does not dislocate in the active layer, and the reliability of the element is improved. The nitride semiconductor substrate can be grown by using the halide vapor phase epitaxy (HVPE), but can also be grown by the MOVPE method. Most preferably, the nitride semiconductor substrate is made of GaN that does not contain In or Al. The growth gas is not only TMG but also triethylgallium (TE).
Most preferably, an organic gallium compound such as G) is used, and ammonia or hydrazine is used as a nitrogen source.
Further, the GaN substrate may be doped with an n-type impurity such as Si or Ge to adjust the carrier concentration to an appropriate range.
In particular, when removing a heterogeneous substrate, an underlayer, and a protective film, the nitride semiconductor substrate serves as a contact layer. Therefore, it is desirable to dope the nitride semiconductor substrate with an n-type impurity.

【0028】(n側コンタクト層11)次に、アンモニ
アとTMG、不純物ガスとしてシランガスを用い、第2
の窒化物半導体層の上にSiを3×1018/cm
ープしたGaNよりなるn側コンタクト層11を5μm
の膜厚で成長させる。また異種基板〜保護膜を除去し
て、窒化物半導体基板に電極を設ける場合には省略する
こともできる。このn側コンタクト層11は高温で成長
させるバッファ層であり、例えばサファイア、SiC、
スピネルのように窒化物半導体体と異なる材料よりなる
基板の上に、900℃以下の低温において、GaN、A
lN等を、0.5μm以下の膜厚で直接成長させるバッ
ファ層とは区別される。
(N-side contact layer 11) Next, ammonia and TMG, and silane gas
The n-side contact layer 11 made of GaN doped with 3 × 10 18 / cm 3 of Si is formed on the nitride semiconductor layer of
It grows with the film thickness of. Further, in the case where an electrode is provided on the nitride semiconductor substrate after removing the heterogeneous substrate to the protective film, it may be omitted. The n-side contact layer 11 is a buffer layer grown at a high temperature, for example, sapphire, SiC,
On a substrate made of a material different from a nitride semiconductor such as spinel, GaN, A
It is distinguished from a buffer layer in which 1N or the like is directly grown to a thickness of 0.5 μm or less.

【0029】(クラック防止層12)次に、TMG、T
MI(トリメチルインジウム)、アンモニアを用い、温
度を800℃にしてIn0.06Ga0.94Nよりな
るクラック防止層12を0.15μmの膜厚で成長させ
る。このクラック防止層は省略可能である。
(Crack prevention layer 12) Next, TMG, T
Using MI (trimethylindium) and ammonia at a temperature of 800 ° C., a crack prevention layer 12 of In 0.06 Ga 0.94 N is grown to a thickness of 0.15 μm. This crack prevention layer can be omitted.

【0030】(n側クラッド層13=超格子層)続い
て、1050℃でTMA、TMG、アンモニア、シラン
ガスを用い、Siを1×1019/cmドープしたn
型Al0.08Ga0.92Nよりなる第1の層を25
オングストロームの膜厚で成長させ、続いてシランガ
ス、TMAを止め、アンドープのGaNよりなる第2の
層を25オングストロームの膜厚で成長させる。そして
第1層+第2層+第1層+第2層+・・・というように
超格子層を構成し、総膜厚1.2μmの超格子よりなる
n側クラッド層13を成長させる。この超格子よりなる
n側クラッド層は3族元素に対するAl平均組成が4.
0%となる。なおn側クラッド層に、バンドギャップエ
ネルギーが異なる窒化物半導体を積層した超格子を作製
した場合、不純物はいずれか一方の層に多くドープし
て、いわゆる変調ドープを行うと結晶性が良くなる傾向
にあるが、両方に同じようにドープしても良い。
(N-side cladding layer 13 = superlattice layer) Subsequently, n is doped with Si at 1 × 10 19 / cm 3 at 1050 ° C. using TMA, TMG, ammonia and silane gas.
The first layer made of Al 0.08 Ga 0.92 N is 25
The second layer made of undoped GaN is grown to a thickness of 25 Å by stopping growth of silane gas and TMA. Then, a superlattice layer is composed of a first layer + a second layer + a first layer + a second layer +..., And an n-side cladding layer 13 composed of a superlattice having a total film thickness of 1.2 μm is grown. The n-side cladding layer made of this superlattice has an average Al composition of 3 group elements.
0%. Note that when a superlattice in which nitride semiconductors having different band gap energies are stacked on the n-side cladding layer is produced, one of the layers is heavily doped with impurities, and so-called modulation doping tends to improve crystallinity. However, both may be doped in the same manner.

【0031】(n側光ガイド層14)続いて、シランガ
スを止め、1050℃でアンドープGaNよりなるn側
光ガイド層14を0.1μmの膜厚で成長させる。この
n側光ガイド層は、活性層の光ガイド層として作用し、
GaN、InGaNを成長させることが望ましく、通常
100オングストローム〜5μm、さらに好ましくは2
00オングストローム〜1μmの膜厚で成長させること
が望ましい。
(N-side light guide layer 14) Subsequently, the silane gas is stopped, and the n-side light guide layer 14 made of undoped GaN is grown at 1050 ° C. to a thickness of 0.1 μm. This n-side light guide layer acts as a light guide layer of the active layer,
It is desirable to grow GaN or InGaN, usually 100 Å to 5 μm, more preferably 2 Å.
It is desirable to grow with a film thickness of 00 Å to 1 μm.

【0032】(活性層15)次に、TMG、TMI、ア
ンモニアを用い活性層14を成長させる。活性層は温度
を800℃に保持して、アンドープIn0.2Ga
0.8Nよりなる井戸層を40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、アンドープIn0.01Ga0.95Nよ
りなる障壁層を100オングストロームの膜厚で成長さ
せる。井戸層と障壁層とを順に積層し、最後に障壁層で
終わり、総膜厚440オングストロームの多重量子井戸
構造(MQW)の活性層を成長させる。活性層は本実施
例のようにアンドープでもよいし、またn型不純物及び
/又はp型不純物をドープしても良い。不純物は井戸
層、障壁層両方にドープしても良く、いずれか一方にド
ープしてもよい。
(Active Layer 15) Next, the active layer 14 is grown using TMG, TMI and ammonia. The temperature of the active layer is maintained at 800 ° C., and the undoped In 0.2 Ga
A well layer of 0.8 N is grown to a thickness of 40 Å. Next, a barrier layer made of undoped In 0.01 Ga 0.95 N is grown to a thickness of 100 Å at the same temperature only by changing the molar ratio of TMI. An active layer having a multiple quantum well structure (MQW) having a total thickness of 440 angstroms is grown by stacking a well layer and a barrier layer in order, ending with the barrier layer at the end. The active layer may be undoped as in this embodiment, or may be doped with an n-type impurity and / or a p-type impurity. The impurity may be doped into both the well layer and the barrier layer, or may be doped into either one.

【0033】(p側キャップ層16)次に、温度を10
50℃に上げ、TMG、TMA、アンモニア、Cp2M
g(シクロペンタジエニルマグネシウム)を用い、p側
光ガイド層17よりもバンドギャップエネルギーが大き
い、Mgを1×1020/cmドープしたp型Al
0.3Ga0.7Nよりなるp側キャップ層16を30
0オングストロームの膜厚で成長させる。このp型キャ
ップ層16は0.1μm以下の膜厚で形成することによ
り素子の出力が向上する傾向にある。膜厚の下限は特に
限定しないが、10オングストローム以上の膜厚で形成
することが望ましい。
(P-side cap layer 16)
Raise to 50 ° C, TMG, TMA, ammonia, Cp2M
g (cyclopentadienyl magnesium), p-side
Higher band gap energy than light guide layer 17
And Mg is 1 × 1020/ Cm3Doped p-type Al
0.3Ga0.7The p-side cap layer 16 made of N
It is grown to a thickness of 0 Å. This p-type carrier
The top layer 16 is formed to a thickness of 0.1 μm or less.
The output of the element tends to be improved. Especially the lower limit of the film thickness
Although not limited, formed with a film thickness of 10 Å or more
It is desirable to do.

【0034】(p側光ガイド層17)続いてCp2M
g、TMAを止め、1050℃で、バンドギャップエネ
ルギーがp側キャップ層16よりも小さい、アンドープ
GaNよりなるp側光ガイド層17を0.1μmの膜厚
で成長させる。この層は、活性層の光ガイド層として作
用し、n型光ガイド層14と同じくGaN、InGaN
で成長させることが望ましい。
(P-side light guide layer 17) Subsequently, Cp2M
g, TMA is stopped, and a p-side light guide layer 17 made of undoped GaN having a band gap energy smaller than that of the p-side cap layer 16 at 1050 ° C. is grown to a thickness of 0.1 μm. This layer acts as a light guide layer of the active layer and, like the n-type light guide layer 14, GaN, InGaN
It is desirable to grow with.

【0035】(p側クラッド層18=超格子)続いて、
1050℃でMgを1×1020/cmドープしたp
型Al0.0 Ga0.92Nよりなる第3の層を25
オングストロームの膜厚で成長させ、続いてTMAのみ
を止め、アンドープGaNよりなる第4の層を25オン
グストロームの膜厚で成長させ、総膜厚0.6μmの超
格子層よりなるp側クラッド層18を成長させる。この
p側クラッド層もAl平均組成が4.0%となる。な
お、p側クラッド層も少なくとも一方がAlを含む窒化
物半導体層を含み、互いにバンドギャップエネルギーが
異なる窒化物半導体層を積層した超格子で作製した場
合、不純物はいずれか一方の層に多くドープして、いわ
ゆる変調ドープを行うと結晶性が良くなる傾向にある
が、両方に同じようにドープしても良い。
(P-side cladding layer 18 = superlattice)
Mg doped at 1 × 10 20 / cm 3 at 1050 ° C.
A third layer made of type Al 0.0 8 Ga 0.92 N 25
A fourth layer of undoped GaN is grown to a thickness of 25 Å, and a p-side cladding layer 18 of a superlattice layer having a total thickness of 0.6 μm is grown. Grow. This p-side cladding layer also has an Al average composition of 4.0%. Note that when the p-side cladding layer is also formed of a superlattice in which at least one of the layers includes a nitride semiconductor layer containing Al and has different band gap energies, the impurity is heavily doped in one of the layers. Then, when so-called modulation doping is performed, the crystallinity tends to be improved, but both may be doped in the same manner.

【0036】ここで、クラッド層で挟まれたコア部分
(導波部分)の膜厚について述べる。コア部分とは、n
側光ガイド層14、活性層15、p側キャップ層16、
及びp側光ガイド層17を合わせた領域、即ちn側クラ
ッド層と、p側クラッド層との間にある活性層を含む窒
化物半導体層を指し、活性層の発光を導波する領域であ
る。窒化物半導体発光素子の場合、FFPが単一ビーム
とならないのは、先にも述べたように、クラッド層から
漏れた発光がn側のコンタクト層内で導波してマルチモ
ードになるからである。その他、コア内で共振すること
によってマルチモードになる場合がある。本発明ではま
ずn側のクラッド層の膜厚を厚くして、Al平均組成を
大きくすることにより、屈折率差を設け、コア内の光を
クラッド層で閉じ込めるものである。しかし、コア内で
マルチモードができると、FFPは乱れる。そのため、
本発明のn側クラッド層との関係において、コア内でマ
ルチモードにならないようにするために、このコア部分
の厚さも調整する方が望ましい。コア部分にマルチモー
ドが発生しないようにするための好ましい厚さとして
は、200オングストローム以上、1.0μm以下、さ
らに望ましくは500オングストローム〜0.8μm、
最も望ましくは0.1μm〜0.5μmの範囲に調整す
ることが望ましい。200オングストロームよりも薄い
と、コア部分から光が漏れだし、閾値が上昇する傾向に
ある。また1.0μmよりも厚いとマルチモードになり
やすい傾向にある。
Here, the thickness of the core portion (waveguide portion) sandwiched between the cladding layers will be described. The core part is n
Side light guide layer 14, active layer 15, p-side cap layer 16,
And a region in which the p-side light guide layer 17 is combined, that is, a nitride semiconductor layer including an active layer between the n-side cladding layer and the p-side cladding layer, and is a region where light emission of the active layer is guided. . In the case of the nitride semiconductor light emitting device, the reason why the FFP does not become a single beam is that, as described above, light emitted from the cladding layer is guided in the n-side contact layer and becomes a multimode. is there. In addition, there is a case where a multi-mode is caused by resonance in the core. In the present invention, first, the thickness of the n-side cladding layer is increased to increase the Al average composition, thereby providing a refractive index difference and confining light in the core by the cladding layer. However, when the multi-mode is formed in the core, the FFP is disturbed. for that reason,
In relation to the n-side cladding layer of the present invention, it is desirable to also adjust the thickness of the core portion in order to prevent multimode in the core. The preferred thickness for preventing multimode from occurring in the core portion is 200 Å or more and 1.0 μm or less, more preferably 500 Å to 0.8 μm,
Most preferably, it is desirable to adjust the thickness to a range of 0.1 μm to 0.5 μm. If the thickness is smaller than 200 angstroms, light leaks from the core and the threshold value tends to increase. On the other hand, if the thickness is more than 1.0 μm, multi-mode tends to be easily caused.

【0037】(p側コンタクト層19)最後に、105
0℃で、p側クラッド層18の上に、Mgを2×10
20/cmドープしたp型GaNよりなるp側コンタ
クト層18を150オングストロームの膜厚で成長させ
る。p側コンタクト層19はp型のInAlGa
1− X−YN(0≦X、0≦Y、X+Y≦1)で構成す
ることができ、好ましくはMgをドープしたGaNとす
れば、p電極と最も好ましいオーミック接触が得られ
る。
(P-side contact layer 19) Finally, 105
At 0 ° C., 2 × 10
A p-side contact layer 18 of 20 / cm 3 doped p-type GaN is grown to a thickness of 150 Å. The p-side contact layer 19 is made of a p-type In X Al Y Ga
1 -XYN (0 ≦ X, 0 ≦ Y, X + Y ≦ 1), and preferably Mg-doped GaN can provide the most preferable ohmic contact with the p-electrode.

【0038】以上のようにして窒化物半導体を成長させ
たウェーハを反応容器内において、窒素雰囲気中700
℃でアニーリングを行い、p型不純物をドープした層を
さらに低抵抗化させる。
The wafer on which the nitride semiconductor has been grown as described above is placed in a reaction vessel in a nitrogen atmosphere at 700.degree.
Annealing is performed at ℃ to further reduce the resistance of the layer doped with p-type impurities.

【0039】アニーリング後、ウェーハを反応容器から
取り出し、RIE装置により最上層のp側コンタクト層
18と、p側クラッド層17とをエッチングして、図1
に示すように4μmのストライプ幅を有するリッジ形状
とする。リッジストライプを形成する場合、そのリッジ
ストライプは、窒化物半導体基板の表面に結晶欠陥が現
れていない位置に形成する。図1の場合結晶欠陥は、成
長初期にストライプ状の窓部中央部に多く現れる傾向に
ある。このように結晶欠陥がほとんどない位置にストラ
イプを形成すると、結晶欠陥が活性層まで伸びてこなく
なる傾向にあるため、素子の長寿命とすることができ、
信頼性が向上する。
After annealing, the wafer is taken out of the reaction vessel, and the uppermost p-side contact layer 18 and the p-side cladding layer 17 are etched by the RIE apparatus to obtain a structure shown in FIG.
As shown in the figure, the ridge shape has a stripe width of 4 μm. When forming a ridge stripe, the ridge stripe is formed at a position where no crystal defect appears on the surface of the nitride semiconductor substrate. In the case of FIG. 1, a large number of crystal defects tend to appear in the center of the stripe-shaped window at the initial stage of growth. When the stripe is formed at a position where there is almost no crystal defect, the crystal defect tends not to extend to the active layer, so that the element can have a long life,
Reliability is improved.

【0040】次にリッジ表面にマスクを形成し、RIE
にてエッチングを行い、n側コンタクト層11の表面を
露出させる。露出させたこのn側コンタクト層11はn
電極23を形成するためのコンタクト層としても作用す
る。
Next, a mask is formed on the ridge surface, and RIE is performed.
To expose the surface of the n-side contact layer 11. The exposed n-side contact layer 11 has n
It also functions as a contact layer for forming the electrode 23.

【0041】次にp側コンタクト層19のリッジ最表面
にNiとAuよりなるp電極をストライプ状に形成し、
一方、TiとAlよりなるn電極を先ほど露出させたn
側コンタクト層11の表面にストライプ状に形成した
後、図1に示すようにp電極と、n電極との間に露出し
た窒化物半導体層の表面にSiO2よりなる絶縁膜を形
成し、この絶縁膜を介してp電極と電気的に接続したp
パッド電極を形成する。
Next, a p-electrode made of Ni and Au is formed in a stripe shape on the outermost surface of the ridge of the p-side contact layer 19.
On the other hand, the n-electrode made of Ti and Al was exposed earlier.
After forming a stripe on the surface of the side contact layer 11, as shown in FIG. 1, an insulating film made of SiO 2 is formed on the surface of the nitride semiconductor layer exposed between the p-electrode and the n-electrode. P electrically connected to a p-electrode via an insulating film
A pad electrode is formed.

【0042】以上のようにして、n電極とp電極とを形
成したウェーハのサファイア基板を研磨して70μmと
した後、ストライプ状の電極に垂直な方向で、基板側か
らバー状に劈開し、劈開面に共振器を作製する。共振器
面にSiOとTiOよりなる誘電体多層膜を形成
し、最後にp電極に平行な方向で、バーを切断してレー
ザ素子とする。
As described above, the sapphire substrate of the wafer on which the n-electrode and the p-electrode have been formed is polished to 70 μm, and then cleaved in a bar shape from the substrate side in a direction perpendicular to the stripe-shaped electrodes. A resonator is formed on the cleavage plane. A dielectric multilayer film made of SiO 2 and TiO 2 is formed on the resonator surface, and finally, the bar is cut in a direction parallel to the p-electrode to obtain a laser device.

【0043】このレーザ素子をヒートシンクに設置し、
それぞれの電極をワイヤーボンディングして、室温でレ
ーザ発振を試みたところ、室温において連続発振を示
し、単レーザ光のFFPは単一で、その形状も楕円形で
形の良いものが得られていた。
This laser element is placed on a heat sink,
When each electrode was wire-bonded and laser oscillation was attempted at room temperature, continuous oscillation was exhibited at room temperature, and a single laser beam had a single FFP and an elliptical shape with good shape. .

【0044】[実施例2]実施例1において、n側クラ
ッド層13を成長させる際に、Siドープn型Al
0.06Ga0.94N25オングストロームと、アン
ドープGaN25オングストロとを積層し、総膜厚1.
0μmの超格子よりなるn側クラッド層13を成長させ
る他は同様にしてレーザ素子を作製した。なおn側クラ
ッド層はAl平均組成が3%である。このレーザ素子も
実施例1とほぼ同等の特性を有していた。
Example 2 In Example 1, when growing the n-side cladding layer 13, Si-doped n-type Al
0.06 Ga 0.94 N25 Å and undoped GaN 25 Å are stacked to form a total film thickness of 1.
A laser device was fabricated in the same manner except that an n-side cladding layer 13 consisting of a 0 μm superlattice was grown. The n-side cladding layer has an average Al composition of 3%. This laser element also had almost the same characteristics as those of the first embodiment.

【0045】[実施例3]実施例1において、n側クラ
ッド層18を成長させる際に、Siドープn型Al
0.07Ga0.93N層25オングストロームと、ア
ンドープGaN層25オングストロームとを、総膜厚
1.4μmで成長させる他は同様にして、レーザ素子を
作製した。n側クラッド層は、Al平均組成が3.5%
である。このレーザ素子は閾値の低下と寿命の向上が確
認できる特性を示した。
[Embodiment 3] In the first embodiment, when growing the n-side cladding layer 18, the Si-doped n-type Al
A laser device was fabricated in the same manner except that a 0.07 Ga 0.93 N layer and a 25 Å undoped GaN layer were grown to a total thickness of 1.4 μm. The n-side cladding layer has an average Al composition of 3.5%.
It is. This laser device exhibited characteristics in which a reduction in the threshold value and an improvement in the lifetime were confirmed.

【0046】また本発明は、光ガイド層とクラッド層の
屈折率の差を近づけることにより、光閉じこめ効果を弱
めるものである。したがって、クラッド層中のAl混晶
比を下げる手法以外にも、例えばガイド層中にAlを混
入してAl混晶比を上げる手法によっても実現できる。
この手法は、上述した実施例とほぼ同様の手順を用いて
行うことができる。なお、以上の実施例では半導体レー
ザ素子について説明したが、本発明は半導体レーザに限
らず、LED素子、スーパールミネッセントダイオード
のような他の窒化物半導体発光素子にも適用できる。
Further, in the present invention, the optical confinement effect is weakened by reducing the difference in the refractive index between the light guide layer and the cladding layer. Therefore, in addition to the method of lowering the Al mixed crystal ratio in the cladding layer, it can be realized by, for example, a method of mixing Al in the guide layer to increase the Al mixed crystal ratio.
This method can be performed using a procedure substantially similar to that of the above-described embodiment. Although the semiconductor laser device has been described in the above embodiments, the present invention is not limited to a semiconductor laser, but can be applied to other nitride semiconductor light emitting devices such as an LED device and a super luminescent diode.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上のように本発明は、従来と逆の発想
で光の封じ込めを弱める構造とすることで、光の密度を
低くし、自励発振を抑えることに成功した。すなわち従
来であれば光の閉じ込めを目的としていたが、この方法
では光の密度が高くなり自励発振が起こりやすい状態と
なっていた。本発明では逆に、Alの混晶比を調節して
光の閉じ込めを意図的に弱め、光が漏れる構造とするこ
とで、自励発振の発生を制御でき、かつ垂直方向のFF
Pを小さくする特徴を実現した。
As described above, the present invention has succeeded in reducing the light density and suppressing self-sustained pulsation by adopting a structure that weakens the light confinement based on a concept reverse to that of the prior art. That is, in the prior art, the purpose was to confine light. However, in this method, the density of light was increased and self-excited oscillation was likely to occur. On the contrary, in the present invention, by controlling the Al mixed crystal ratio to intentionally weaken the confinement of light and adopt a structure in which light leaks, the generation of self-pulsation can be controlled, and the FF in the vertical direction can be controlled.
The feature of reducing P was realized.

【0048】本発明の窒化物半導体発光素子は、クラッ
ド層と光ガイド層の屈折率の差を近づけることにより光
の閉じ込め効果を抑える構造とした。光閉じ込め効果
は、クラッド層、光ガイド層のそれぞれの屈折率n
の差によって変わってくる。例えばnの差が大きい
ほど閉じ込め効果が大きくなる。逆にnの差が小さいほ
ど閉じ込め効果は小さくなり、光の密度も抑えることが
できる。ただ、あまり差を近づけるとレーザとして発振
しなくなる。本発明はAlの混晶比を最適値とすること
により、レーザ発振を維持しかつ閾値電流密度が大きく
ならない程度にAlの混晶比を小さくして、自励発振を
抑制すると共にFFPを小さくした信頼性の高い半導体
レーザとすることができる。
The nitride semiconductor light emitting device of the present invention has a structure in which the difference in the refractive index between the cladding layer and the optical guide layer is reduced to suppress the light confinement effect. Optical confinement effect, the cladding layer, varies by each of the difference in refractive index n c and n g of the optical guide layer. For example, the confinement effect increases as the difference in n increases. Conversely, the smaller the difference in n, the smaller the confinement effect and the lower the light density. However, if the difference is too small, the laser will not oscillate. According to the present invention, by setting the Al crystal mixture ratio to an optimum value, the laser oscillation is maintained and the Al crystal mixture ratio is reduced to such an extent that the threshold current density does not increase, thereby suppressing self-pulsation and reducing FFP. And a highly reliable semiconductor laser.

【0049】また、本発明は漏れ光の影響によるリップ
ルを防止するために、n側クラッド層の厚みを1μm〜
2μmとしている。p電極とn電極が同一面側に形成さ
れる場合、活性層で発光した光がn型クラッド層から漏
れだし、大きい屈折率を有するn型コンタクト層内をこ
の漏れ光が導波してn型コンタクト層の端面から放出さ
れる現象が生じる。詳しい原理は明らかでないが、共振
面から放出される主レーザ光にこの弱い光が重なると、
主レーザ光にリップルが乗り、FFPが小さなマルチモ
ードとなってしまうと思われる。レーザ光を良好に機能
させるためには、リップルがFFPに乗ることを抑制す
ることが望ましい。
In the present invention, the thickness of the n-side cladding layer is set to 1 μm or less in order to prevent the ripple due to the influence of the leakage light.
It is 2 μm. When the p-electrode and the n-electrode are formed on the same surface side, light emitted from the active layer leaks out of the n-type cladding layer, and the leaked light is guided through the n-type contact layer having a large refractive index to form n. The phenomenon of emission from the end face of the mold contact layer occurs. Although the detailed principle is not clear, if this weak light overlaps with the main laser light emitted from the resonance surface,
It is considered that the ripple is applied to the main laser beam and the FFP becomes a small multi-mode. In order for the laser beam to function well, it is desirable to suppress the ripple from riding on the FFP.

【0050】本発明の構造を利用すると、アスペクト比
を小さくする効果があり、自励発振を生じる出力パワー
を大きくすることも可能である。このため高出力の安定
したLDを作成することが可能となり、DVD書き込み
に使用するレーザとして使用可能である。
The use of the structure of the present invention has the effect of reducing the aspect ratio, and it is possible to increase the output power causing self-pulsation. For this reason, it is possible to produce a high-output stable LD, and it can be used as a laser used for DVD writing.

【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要部構造
を示す斜視図
FIG. 1 is a perspective view showing a main structure of a laser device according to one embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11・・・n側コンタクト層 12・・・クラック防止層 13・・・n側クラッド層 14・・・n側光ガイド層 15・・・活性層 16・・・p側キャップ層 17・・・p側光ガイド層 18・・・p側クラッド層 19・・・p側コンタクト層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... n-side contact layer 12 ... crack prevention layer 13 ... n-side cladding layer 14 ... n-side light guide layer 15 ... active layer 16 ... p-side cap layer 17 ... p-side light guide layer 18 ... p-side cladding layer 19 ... p-side contact layer

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 n側とp側クラッド層の間にpおよびn
側光ガイド層と活性層が形成されており、pおよびn側
クラッド層は少なくともAlを含む窒化物半導体層を有
する超格子よりなり、かつpおよびn側クラッド層中に
含まれるAlの平均組成を0.02〜0.04とし、p
およびn側光ガイド層は一般式GaNで表され、その膜
厚をそれぞれ0.1μm〜0.2μmとすることを特徴
とする窒化物半導体発光素子。
1. A p-type and n-type layer between an n-side and a p-side cladding layer.
A side light guide layer and an active layer are formed, and the p and n side cladding layers are made of a superlattice having at least a nitride semiconductor layer containing Al, and the average composition of Al contained in the p and n side cladding layers To 0.02 to 0.04, p
The nitride semiconductor light emitting device is characterized in that the n-side light guide layer is represented by the general formula GaN and the film thickness is 0.1 μm to 0.2 μm.
【請求項2】 n側クラッド層の全体の膜厚を1μm〜
2μmとすることを特徴とする請求項1記載の窒化物半
導体発光素子。
2. The total thickness of the n-side cladding layer is from 1 μm to
2. The nitride semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the thickness is 2 μm.
【請求項3】 pおよびn側クラッド層を構成する超格
子がAlGa1− N/GaNの超格子であることを
特徴とする請求項2記載の窒化物半導体発光素子。
3. A nitride semiconductor light emitting device according to claim 2, wherein the superlattice constituting the p and n-side cladding layer is a super lattice of Al x Ga 1- x N / GaN .
【請求項4】 n側とp側クラッド層の間にpおよびn
側光ガイド層と活性層が形成されており、pおよびn側
光ガイド層は、少なくともAlを含む窒化物半導体層を
有しており、かつpおよびn側光ガイド層中に含まれる
Alの平均組成をクラッド層のそれよりも小さい値と
し、その膜厚をそれぞれ0.1μm〜0.2μmとする
ことを特徴とする窒化物半導体発光素子。
4. A p and n layer between an n-side and a p-side cladding layer.
A side light guide layer and an active layer are formed, and the p and n side light guide layers have a nitride semiconductor layer containing at least Al, and are formed of Al contained in the p and n side light guide layers. A nitride semiconductor light-emitting device having an average composition smaller than that of a cladding layer and a film thickness of 0.1 μm to 0.2 μm, respectively.
JP2000297665A 2000-09-28 2000-09-28 Nitride semiconductor laser device Expired - Fee Related JP3925066B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000297665A JP3925066B2 (en) 2000-09-28 2000-09-28 Nitride semiconductor laser device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000297665A JP3925066B2 (en) 2000-09-28 2000-09-28 Nitride semiconductor laser device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002111133A true JP2002111133A (en) 2002-04-12
JP3925066B2 JP3925066B2 (en) 2007-06-06

Family

ID=18779748

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000297665A Expired - Fee Related JP3925066B2 (en) 2000-09-28 2000-09-28 Nitride semiconductor laser device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3925066B2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006135221A (en) * 2004-11-09 2006-05-25 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor light emitting element
JP2007095857A (en) * 2005-09-28 2007-04-12 Rohm Co Ltd Semiconductor laser
US7691657B2 (en) 2003-06-25 2010-04-06 Lg Innotek Co., Ltd. Light emitting device using nitride semiconductor and fabrication method of the same

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7691657B2 (en) 2003-06-25 2010-04-06 Lg Innotek Co., Ltd. Light emitting device using nitride semiconductor and fabrication method of the same
JP2006135221A (en) * 2004-11-09 2006-05-25 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor light emitting element
US7471711B2 (en) 2004-11-09 2008-12-30 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor light emitting device
JP2007095857A (en) * 2005-09-28 2007-04-12 Rohm Co Ltd Semiconductor laser

Also Published As

Publication number Publication date
JP3925066B2 (en) 2007-06-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4441563B2 (en) Nitride semiconductor laser device
WO2001095446A1 (en) Semiconductor laser device, and method of manufacturing the same
JP3647236B2 (en) Nitride semiconductor laser device
JP2004104157A (en) Nitride semiconductor device
JPH11298090A (en) Nitride semiconductor element
JP3716974B2 (en) Semiconductor laser device and manufacturing method thereof
JP4291960B2 (en) Nitride semiconductor device
JP4991025B2 (en) Nitride semiconductor laser device
JP2000196201A (en) Nitride semiconductor laser element
JP3794530B2 (en) Nitride semiconductor laser device
JPH1041581A (en) Nitride semiconductor element
JPH11238945A (en) Nitride semiconductor light-emitting device
JP3888080B2 (en) Semiconductor laser element
JP2002232076A (en) Gallium nitride-based compound semiconductor laser
JP4955195B2 (en) Nitride semiconductor device
JP3925066B2 (en) Nitride semiconductor laser device
JP2002261393A (en) Nitride semiconductor device
JP4045792B2 (en) Nitride semiconductor laser device
JP3891108B2 (en) Nitride semiconductor light emitting device
JP2004186708A (en) Gallium nitride semiconductor laser device
JP2001057460A (en) Nitride semiconductor laser element
JP3968959B2 (en) Method of manufacturing nitride semiconductor device
JP4931271B2 (en) Nitride semiconductor element and light emitting device using the same
JP4815734B2 (en) Nitride semiconductor laser device
JP2004214698A (en) Nitride semiconductor light emitting element

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20060207

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060411

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060610

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060822

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20061020

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20070206

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20070219

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 3925066

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100309

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100309

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110309

Year of fee payment: 4

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110309

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120309

Year of fee payment: 5

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120309

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120309

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130309

Year of fee payment: 6

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130309

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140309

Year of fee payment: 7

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees