JP2002314203A - ３族窒化物半導体レーザ及びその製造方法 - Google Patents
３族窒化物半導体レーザ及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【解決課題】 駆動電圧が低く光横モードが安定な窒化
物半導体レーザを提供する。 【解決手段】 （ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＮ（但し、０
≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）の３族窒化物半導体からなる複
数の結晶層を有する窒化物半導体レーザであって、３族
窒化物半導体の結晶層の内の活性層に隣接するＡｌｘ’
Ｇａ１−ｘ’-ｙ’Ｉｎｙ’Ｎ（但し、０≦ｘ’≦１，
０≦ｙ’≦１）からなる活性層側ガイド層と、前記ガイ
ド層上に積層されストライプ状開口を有するＡｌＮから
なる電流狭窄層と、Ａｌx''Ｇａ1-x''y''Ｉｎy''Ｎ（但
し、０≦ｘ’’≦１，０≦ｙ’’≦１）からなり、前記
電流狭窄層の開口部を埋め込みつつ積層される電極側ガ
イド層と、前記電極側ガイド層上に積層されるＡｌuＧ
ａ1-u-vＩｎvＮ（但し、０＜ｕ≦１，０≦ｖ≦１）から
なるクラッド層を有する。
物半導体レーザを提供する。 【解決手段】 （ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＮ（但し、０
≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）の３族窒化物半導体からなる複
数の結晶層を有する窒化物半導体レーザであって、３族
窒化物半導体の結晶層の内の活性層に隣接するＡｌｘ’
Ｇａ１−ｘ’-ｙ’Ｉｎｙ’Ｎ（但し、０≦ｘ’≦１，
０≦ｙ’≦１）からなる活性層側ガイド層と、前記ガイ
ド層上に積層されストライプ状開口を有するＡｌＮから
なる電流狭窄層と、Ａｌx''Ｇａ1-x''y''Ｉｎy''Ｎ（但
し、０≦ｘ’’≦１，０≦ｙ’’≦１）からなり、前記
電流狭窄層の開口部を埋め込みつつ積層される電極側ガ
イド層と、前記電極側ガイド層上に積層されるＡｌuＧ
ａ1-u-vＩｎvＮ（但し、０＜ｕ≦１，０≦ｖ≦１）から
なるクラッド層を有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電極からキャリア
を供給される（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＮ（但し、０≦
ｘ≦１，０≦ｙ≦１）の３族窒化物半導体からなる複数
の結晶層を有する窒化物半導体レーザ（以下、単に素子
ともいう）に関し、特に、紫外から青色にわたる波長の
レーザ光を発振できる３族窒化物半導体レーザ及びその
製造方法に関する。
を供給される（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＮ（但し、０≦
ｘ≦１，０≦ｙ≦１）の３族窒化物半導体からなる複数
の結晶層を有する窒化物半導体レーザ（以下、単に素子
ともいう）に関し、特に、紫外から青色にわたる波長の
レーザ光を発振できる３族窒化物半導体レーザ及びその
製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザの構造については、従来か
ら多数の提案がなされている。その中でｐｎジャンクシ
ョンと平行方向、いわゆる横方向への電流の注入領域を
限定することと、活性層において発生する光の横方向閉
じ込めに関する構造の提案が多くなされている。それを
大きく分類すると代表的なものは、リッジ型いわゆるメ
サストライプ型と、内部電流狭窄型との２つである。
ら多数の提案がなされている。その中でｐｎジャンクシ
ョンと平行方向、いわゆる横方向への電流の注入領域を
限定することと、活性層において発生する光の横方向閉
じ込めに関する構造の提案が多くなされている。それを
大きく分類すると代表的なものは、リッジ型いわゆるメ
サストライプ型と、内部電流狭窄型との２つである。
【０００３】リッジ型半導体レーザはｐ型ガイド層より
上の部分に幅の狭い突出部をストライプ状に形成しその
上面にｐ側電極を設けたリッジ型構造を有する。この素
子ではリッジ部の形成に高い加工精度が必要で、加工工
程数が多く、素子の作製歩留まり向上が難しい。リッジ
部の寸法が発振のしきい電流値や光ビーム品質に大きく
影響するためである。
上の部分に幅の狭い突出部をストライプ状に形成しその
上面にｐ側電極を設けたリッジ型構造を有する。この素
子ではリッジ部の形成に高い加工精度が必要で、加工工
程数が多く、素子の作製歩留まり向上が難しい。リッジ
部の寸法が発振のしきい電流値や光ビーム品質に大きく
影響するためである。
【０００４】一方、内部電流狭窄型３族窒化物半導体レ
ーザとして、特願平１０−５８６０３号公報に、一対の
クラッド層と、両クラッド層で挟まれた活性層と、該活
性層の上方に電流通路となるストライプ状開口部を有し
て設けられた電流狭窄層とを有する窒化物系化合物半導
体レーザであり、該電流狭窄層が非晶質または多結晶の
窒化物系化合物半導体層を加熱して結晶化させた高抵抗
層からなる窒化物系化合物半導体レーザが提案されてい
る。かかる電流狭窄層は不純物を１×１０20ｃｍ-3以上
含むＧａＮを用いて形成され、この層の不純物準位に関
与する吸収を利用して、光吸収による横方向への光閉じ
込めを実現している。
ーザとして、特願平１０−５８６０３号公報に、一対の
クラッド層と、両クラッド層で挟まれた活性層と、該活
性層の上方に電流通路となるストライプ状開口部を有し
て設けられた電流狭窄層とを有する窒化物系化合物半導
体レーザであり、該電流狭窄層が非晶質または多結晶の
窒化物系化合物半導体層を加熱して結晶化させた高抵抗
層からなる窒化物系化合物半導体レーザが提案されてい
る。かかる電流狭窄層は不純物を１×１０20ｃｍ-3以上
含むＧａＮを用いて形成され、この層の不純物準位に関
与する吸収を利用して、光吸収による横方向への光閉じ
込めを実現している。
【０００５】しかしながら、電流狭窄層を開口した後の
クラッド層の再成長は、ノンプレーナ（凹凸がある）下
地への成長になるので、２族のＭｇをアクセプタ不純物
とするｐ型窒化物半導体を再成長したときに、開口部分
の半導体層のＭｇの濃度分布が不均一になり、電気特性
が劣化するという問題が生じる。窒化物半導体の場合、
充分なｐ型伝導が発現するのは、ごく狭いＭｇ濃度範囲
であるので、Ｍｇ濃度に分布ムラがある場合はｐ型伝導
性が劣化してしまう。
クラッド層の再成長は、ノンプレーナ（凹凸がある）下
地への成長になるので、２族のＭｇをアクセプタ不純物
とするｐ型窒化物半導体を再成長したときに、開口部分
の半導体層のＭｇの濃度分布が不均一になり、電気特性
が劣化するという問題が生じる。窒化物半導体の場合、
充分なｐ型伝導が発現するのは、ごく狭いＭｇ濃度範囲
であるので、Ｍｇ濃度に分布ムラがある場合はｐ型伝導
性が劣化してしまう。
【０００６】特にｐ型クラッド層、通常の場合ＡｌxＧ
ａ1-xＮ：Ｍｇ（０．０５≦ｘ≦０．２０）、を再成長
する場合には、開口部分の半導体層のＭｇ分布が不均一
になったことの悪影響が大きい。それはクラッド層のバ
ンドギャップはガイド層のそれよりも大きいので、クラ
ッド層自身が良好なｐ型でないとキャリア（ここでは正
孔）の注入バリアが生じてしまうからである。さらに、
ｐ型ＡｌＧａＮのバルク抵抗の増大に起因して、素子の
直列抵抗も増大してしまう。つまり開口部分の半導体層
がＭｇドープＡｌＧａＮクラッド層の場合、この部分の
ｐ型伝導の劣化は素子の電流電圧特性の劣化に直結す
る。
ａ1-xＮ：Ｍｇ（０．０５≦ｘ≦０．２０）、を再成長
する場合には、開口部分の半導体層のＭｇ分布が不均一
になったことの悪影響が大きい。それはクラッド層のバ
ンドギャップはガイド層のそれよりも大きいので、クラ
ッド層自身が良好なｐ型でないとキャリア（ここでは正
孔）の注入バリアが生じてしまうからである。さらに、
ｐ型ＡｌＧａＮのバルク抵抗の増大に起因して、素子の
直列抵抗も増大してしまう。つまり開口部分の半導体層
がＭｇドープＡｌＧａＮクラッド層の場合、この部分の
ｐ型伝導の劣化は素子の電流電圧特性の劣化に直結す
る。
【０００７】内部電流狭窄型レーザは、本来、電流注入
領域の狭窄と横方向の光閉じ込めを同時に実現できるの
で、駆動電流及び電圧が低減でき、光横モードの制御性
に優れ、かつ生産性にも優れるものと考えられる。また
リッジ型に比して内部電流狭窄型は放熱特性がよいので
素子寿命が長く、信頼性が高い。しかるに３族窒化物半
導体を用いた内部電流狭窄型半導体レーザは上記のよう
な問題が付随することが避けられず結果として広く実用
化されていない。実用化されているのは、リッジ型３族
窒化物半導体レーザのみである。
領域の狭窄と横方向の光閉じ込めを同時に実現できるの
で、駆動電流及び電圧が低減でき、光横モードの制御性
に優れ、かつ生産性にも優れるものと考えられる。また
リッジ型に比して内部電流狭窄型は放熱特性がよいので
素子寿命が長く、信頼性が高い。しかるに３族窒化物半
導体を用いた内部電流狭窄型半導体レーザは上記のよう
な問題が付随することが避けられず結果として広く実用
化されていない。実用化されているのは、リッジ型３族
窒化物半導体レーザのみである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、従来
の電流狭窄型窒化物半導体レーザが有していた電流電圧
特性が悪いという問題点に鑑みなされたもので、駆動電
流、駆動電圧が低く、また光横モードが安定で、かつ生
産性に優れた電流狭窄型窒化物半導体レーザを提供する
ことを目的とする。
の電流狭窄型窒化物半導体レーザが有していた電流電圧
特性が悪いという問題点に鑑みなされたもので、駆動電
流、駆動電圧が低く、また光横モードが安定で、かつ生
産性に優れた電流狭窄型窒化物半導体レーザを提供する
ことを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、３族窒化物半
導体レーザであり、活性層を挟んで対峙する一対のガイ
ド層及びクラッド層と、ｐ型ガイド層の中間に位置する
電流狭窄層を有する。電流狭窄層は４００〜６００℃の
低温で成膜したＡｌＮからなり、活性層へ電流が注入さ
れる領域を制限するようなストライプ状の開口部を有す
る。すなわち、本発明の窒化物半導体レーザは、（Ａｌ
xＧａ1-x）1-yＩｎyＮ（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦
１）の３族窒化物半導体からなる複数の結晶層を有する
窒化物半導体レーザであって、前記３族窒化物半導体か
らなる活性層に隣接する（Ａｌx'Ｇａ1-x'-y'Ｉｎy'Ｎ
（但し、０≦ｘ’≦１，０≦ｙ’≦１）からなる活性層
側ガイド層と、前記ガイド層の内部に埋設して積層され
た、ストライプ状開口部活性層側を有するＡｌＮからな
る電流狭窄層と、Ａｌx''Ｇａ1-x''-y''Ｉｎy''Ｎ（但
し、０≦ｘ’’≦１，０≦ｙ’’≦１）からなり前記電
流狭窄層の開口部を埋め込みつつ積層された電極側ガイ
ド層と、前記電極側ガイド層上に積層されＡｌ uＧａ
1-u-vＩｎvＮ（但し、０＜ｕ≦１，０≦ｖ≦１）からな
るクラッド層と、を有することを特徴とする。低温（４
００〜６００℃）で成膜されたＡｌＮが極めて高抵抗で
あるので、電流狭窄層はその開口部以外で有効に電流を
阻止することができる。
導体レーザであり、活性層を挟んで対峙する一対のガイ
ド層及びクラッド層と、ｐ型ガイド層の中間に位置する
電流狭窄層を有する。電流狭窄層は４００〜６００℃の
低温で成膜したＡｌＮからなり、活性層へ電流が注入さ
れる領域を制限するようなストライプ状の開口部を有す
る。すなわち、本発明の窒化物半導体レーザは、（Ａｌ
xＧａ1-x）1-yＩｎyＮ（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦
１）の３族窒化物半導体からなる複数の結晶層を有する
窒化物半導体レーザであって、前記３族窒化物半導体か
らなる活性層に隣接する（Ａｌx'Ｇａ1-x'-y'Ｉｎy'Ｎ
（但し、０≦ｘ’≦１，０≦ｙ’≦１）からなる活性層
側ガイド層と、前記ガイド層の内部に埋設して積層され
た、ストライプ状開口部活性層側を有するＡｌＮからな
る電流狭窄層と、Ａｌx''Ｇａ1-x''-y''Ｉｎy''Ｎ（但
し、０≦ｘ’’≦１，０≦ｙ’’≦１）からなり前記電
流狭窄層の開口部を埋め込みつつ積層された電極側ガイ
ド層と、前記電極側ガイド層上に積層されＡｌ uＧａ
1-u-vＩｎvＮ（但し、０＜ｕ≦１，０≦ｖ≦１）からな
るクラッド層と、を有することを特徴とする。低温（４
００〜６００℃）で成膜されたＡｌＮが極めて高抵抗で
あるので、電流狭窄層はその開口部以外で有効に電流を
阻止することができる。
【００１０】本発明の窒化物半導体レーザでは、前記活
性層側ガイド層のバンドギャップをＥｇ１，前記電極側
ガイド層のバンドギャップをＥｇ２、前記クラッド層の
バンドギャップをＥｇ３と表した場合、それぞれのバン
ドギャップの大小関係は、Ｅｇ１≦Ｅｇ２＜Ｅｇ３であ
る。前記活性層側ガイド層と前記電極側ガイド層は同じ
組成のＡｌxＧａ1-x-yＩｎ yＮ（但し、０≦ｘ≦１，０
≦ｙ≦１）からなっていてもよい。
性層側ガイド層のバンドギャップをＥｇ１，前記電極側
ガイド層のバンドギャップをＥｇ２、前記クラッド層の
バンドギャップをＥｇ３と表した場合、それぞれのバン
ドギャップの大小関係は、Ｅｇ１≦Ｅｇ２＜Ｅｇ３であ
る。前記活性層側ガイド層と前記電極側ガイド層は同じ
組成のＡｌxＧａ1-x-yＩｎ yＮ（但し、０≦ｘ≦１，０
≦ｙ≦１）からなっていてもよい。
【００１１】また、素子の活性層直上に、活性層の保護
並びに電子電流のオーバーフロー抑止を目的としたＡｌ
zＧａ1-zＮ（但し、０．０５≦ｚ≦０．３）からなる半
導体層があってもよい。本発明の素子におけるＡｌＮ電
流狭窄層の膜厚は１００Å〜８００Å、好ましくは２０
０Å〜６００Åである。また、ＡｌＮ層の屈折率は２．
１５程度であり、他の部分より低屈折率であるため、狭
窄層の開口部近傍では、ｐｎジャンクションに水平な方
向（横方向）に光を閉じ込めるに十分な実効屈折率ステ
ップを得ることができる。
並びに電子電流のオーバーフロー抑止を目的としたＡｌ
zＧａ1-zＮ（但し、０．０５≦ｚ≦０．３）からなる半
導体層があってもよい。本発明の素子におけるＡｌＮ電
流狭窄層の膜厚は１００Å〜８００Å、好ましくは２０
０Å〜６００Åである。また、ＡｌＮ層の屈折率は２．
１５程度であり、他の部分より低屈折率であるため、狭
窄層の開口部近傍では、ｐｎジャンクションに水平な方
向（横方向）に光を閉じ込めるに十分な実効屈折率ステ
ップを得ることができる。
【００１２】ＡｌＮ膜厚の下限値１００Åは、これより
薄くなると有効な横方向の閉じ込めが得難くなる値であ
る。また、本発明におけるＡｌＮによる横方向の光閉じ
込めは、従来の大量に不純物をドープした電流狭窄層の
ように活性層から放出される光に対して適度な吸収係数
を有することを利用した横方向の光閉じ込めではなく、
ＡｌＮが適度に低い屈折率を有するために有効な屈折率
段差ができることを利用したものである。
薄くなると有効な横方向の閉じ込めが得難くなる値であ
る。また、本発明におけるＡｌＮによる横方向の光閉じ
込めは、従来の大量に不純物をドープした電流狭窄層の
ように活性層から放出される光に対して適度な吸収係数
を有することを利用した横方向の光閉じ込めではなく、
ＡｌＮが適度に低い屈折率を有するために有効な屈折率
段差ができることを利用したものである。
【００１３】低温で成膜したＡｌＮ層は結晶構造的には
アモルファス（非晶質）であるが、サファイア基板上に
ＧａＮを成長するときに格子定数のミスマッチを緩和す
るためのバッファとして用いられているものであり、低
温ＡｌＮ層上にＧａＮ：Ｍｇ層（ｐ型ガイド層）を再成
長することは容易である。先に示したＡｌＮ膜厚の上限
値８００Åは、これより厚くなると再成長を行った時に
埋め込みによる平坦化が充分に達成できなくなる値であ
る。また、ガイド層にはＭｇなどの２族元素が添加され
ており、熱アニール処理によりｐ型伝導を示す。
アモルファス（非晶質）であるが、サファイア基板上に
ＧａＮを成長するときに格子定数のミスマッチを緩和す
るためのバッファとして用いられているものであり、低
温ＡｌＮ層上にＧａＮ：Ｍｇ層（ｐ型ガイド層）を再成
長することは容易である。先に示したＡｌＮ膜厚の上限
値８００Åは、これより厚くなると再成長を行った時に
埋め込みによる平坦化が充分に達成できなくなる値であ
る。また、ガイド層にはＭｇなどの２族元素が添加され
ており、熱アニール処理によりｐ型伝導を示す。
【００１４】本発明の場合、ＡｌＮからなる電流狭窄層
を、ｐ型の光ガイド層内に配置したので、従来技術の問
題点であった電流狭窄層の開口部内のｐ型結晶層が高抵
抗化することに起因して電流電圧特性が劣化するという
問題を、効果的に回避できる。電流狭窄層の開口部内の
ｐ型結晶層におけるＭｇ濃度の不均一分布は、ｐ型ガイ
ド層の再成長においても生じるが、素子の電流電圧特性
は良好である。なぜなら、ガイド層のバンドギャップ
は、クラッド層のそれより小さく設定してあるので、素
子を順方向にバイアスすることにより、大量のキャリア
（ここでは正孔）がクラッド層よりガイド層に流入し、
これによりガイド層は高い伝導性を獲得できるからであ
る。従って、クラッド層が良好なｐ型であればキャリア
はクラッド層から十分に供給されるからである。それは
ガイド層がたとえアンドープであっても、レーザ発振が
得られることからも説明できる。またこのｐ型光ガイド
層であるＧａＮ：Ｍｇで開口部分を埋め込むと、Ｍｇ取
り込みの不均一性が逆に効果的に作用し、平坦な埋め込
み層が得られる。このことにより、さらに上側に積層さ
れるｐ型コンタクト層や、電極も平坦な表面となるの
で、素子を放熱板にｐ側ダウンで実装するときには熱的
に良好なコンタクトが得られやすいというメリットが、
本発明における内部電流狭窄型半導体レーザにはある。
を、ｐ型の光ガイド層内に配置したので、従来技術の問
題点であった電流狭窄層の開口部内のｐ型結晶層が高抵
抗化することに起因して電流電圧特性が劣化するという
問題を、効果的に回避できる。電流狭窄層の開口部内の
ｐ型結晶層におけるＭｇ濃度の不均一分布は、ｐ型ガイ
ド層の再成長においても生じるが、素子の電流電圧特性
は良好である。なぜなら、ガイド層のバンドギャップ
は、クラッド層のそれより小さく設定してあるので、素
子を順方向にバイアスすることにより、大量のキャリア
（ここでは正孔）がクラッド層よりガイド層に流入し、
これによりガイド層は高い伝導性を獲得できるからであ
る。従って、クラッド層が良好なｐ型であればキャリア
はクラッド層から十分に供給されるからである。それは
ガイド層がたとえアンドープであっても、レーザ発振が
得られることからも説明できる。またこのｐ型光ガイド
層であるＧａＮ：Ｍｇで開口部分を埋め込むと、Ｍｇ取
り込みの不均一性が逆に効果的に作用し、平坦な埋め込
み層が得られる。このことにより、さらに上側に積層さ
れるｐ型コンタクト層や、電極も平坦な表面となるの
で、素子を放熱板にｐ側ダウンで実装するときには熱的
に良好なコンタクトが得られやすいというメリットが、
本発明における内部電流狭窄型半導体レーザにはある。
【００１５】さらに、ＡｌＮの熱伝導率は室温近傍で２
８５Ｗ／ｍ・Ｋであり、ＧａＮの熱伝導率１３０Ｗ／
ｍ．Ｋに較べて２倍以上高く放熱に関して有利である。
これは放熱板への素子実装がｐ側アップの場合でも、ｐ
側ダウンの場合でも有利に作用し、素子の寿命が長くな
る。本発明による（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＮ（但し、
０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）の３族窒化物半導体からなる
複数の結晶層を有する窒化物半導体レーザの製造方法
は、前記３族窒化物半導体からなる活性層に隣接するＡ
ｌx'Ｇａ1-x'-y'ＩｎyＮ（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦
１）からなる活性層側ガイド層形成工程と、前記活性層
側ガイド層に積層されストライプ状開口を有するＡｌＮ
からなる電流狭窄層を形成する電流狭窄層形成工程と、
前記電流狭窄層をＡｌx''Ｇａ1-x''-y''Ｉｎy''Ｎ（但
し、０≦ｘ’’≦１，０≦ｙ’’≦１）からなる電極側
ガイド層で埋め込む埋設工程と、前記ガイド層上Ａｌu
Ｇａ1-u-vＩｎvＮ（但し、０＜ｕ≦１，０≦ｖ≦１）か
らなるクラッド層を形成する工程と、を含むことを特徴
とする。ＡｌＮからなる電流狭窄層はウエットエッチン
グが可能で、開口部の作製が容易である。この点に関し
て従来例である特願平１０−５８６０３号公報に開示さ
れた素子製造方法では、ＧａxＡｌyＩｎ1-x-yＮ（０≦
ｘ，ｙ≦１）の成膜において、Ａｌ組成が高い場合、対
エッチング性が低下しエッチングし難くなるとしている
が、これとは反対に、発明者は４００〜６００℃で成長
したＡｌＮの場合、８０℃程度のアルカリ水溶液あるい
は１５０〜２００℃のリン酸系エッチング液で容易にウ
エットエッチングが可能であることを実験により確認し
た。ｐ型ＧａＮ上のＡｌＮをウエットエッチングすると
極めて清浄な表面が得られるので、開口後、ｐ型ガイド
層を再成長しても、再成長界面が不純物を必要以上に多
く含んだバリアとして作用しない。よって、素子の電流
電圧特性を劣化させることはない。なお、これら結晶層
の成長は有機金属化学気相成長法で行なわれる。
８５Ｗ／ｍ・Ｋであり、ＧａＮの熱伝導率１３０Ｗ／
ｍ．Ｋに較べて２倍以上高く放熱に関して有利である。
これは放熱板への素子実装がｐ側アップの場合でも、ｐ
側ダウンの場合でも有利に作用し、素子の寿命が長くな
る。本発明による（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＮ（但し、
０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）の３族窒化物半導体からなる
複数の結晶層を有する窒化物半導体レーザの製造方法
は、前記３族窒化物半導体からなる活性層に隣接するＡ
ｌx'Ｇａ1-x'-y'ＩｎyＮ（但し、０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦
１）からなる活性層側ガイド層形成工程と、前記活性層
側ガイド層に積層されストライプ状開口を有するＡｌＮ
からなる電流狭窄層を形成する電流狭窄層形成工程と、
前記電流狭窄層をＡｌx''Ｇａ1-x''-y''Ｉｎy''Ｎ（但
し、０≦ｘ’’≦１，０≦ｙ’’≦１）からなる電極側
ガイド層で埋め込む埋設工程と、前記ガイド層上Ａｌu
Ｇａ1-u-vＩｎvＮ（但し、０＜ｕ≦１，０≦ｖ≦１）か
らなるクラッド層を形成する工程と、を含むことを特徴
とする。ＡｌＮからなる電流狭窄層はウエットエッチン
グが可能で、開口部の作製が容易である。この点に関し
て従来例である特願平１０−５８６０３号公報に開示さ
れた素子製造方法では、ＧａxＡｌyＩｎ1-x-yＮ（０≦
ｘ，ｙ≦１）の成膜において、Ａｌ組成が高い場合、対
エッチング性が低下しエッチングし難くなるとしている
が、これとは反対に、発明者は４００〜６００℃で成長
したＡｌＮの場合、８０℃程度のアルカリ水溶液あるい
は１５０〜２００℃のリン酸系エッチング液で容易にウ
エットエッチングが可能であることを実験により確認し
た。ｐ型ＧａＮ上のＡｌＮをウエットエッチングすると
極めて清浄な表面が得られるので、開口後、ｐ型ガイド
層を再成長しても、再成長界面が不純物を必要以上に多
く含んだバリアとして作用しない。よって、素子の電流
電圧特性を劣化させることはない。なお、これら結晶層
の成長は有機金属化学気相成長法で行なわれる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下に、本発明による３族窒化物
半導体レーザの実施例を図面を用いて説明する。図１に
示したのは、３族窒化物半導体を用いた半導体レーザの
１例で、ＳＣＨ(Separate Confinement Heterostractur
e)構造の内部電流狭窄型レーザ素子である。１は単結晶
サファイア基板、２は低温で成膜されたＧａＮ（又はＡ
ｌＮ）バッファ層、３はｎ型ＧａＮコンタクト層、４は
ｎ型Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎクラッド層、５はｎ型ＧａＮガ
イド層、６はＩｎＧａＮを主たる構成要素とする例えば
ＭＱＷ（多重量子井戸）の活性層、７はｐ型Ａｌ0.2Ｇ
ａ0.8Ｎ電子バリア層若しくはキャップ層、８ａは活性
層側ｐ型ＧａＮガイド層、８ｃはＡｌＮ電流狭窄層、８
ｂは電極側ｐ型ＧａＮガイド層、９はｐ型Ａｌ0.08Ｇａ
0.92Ｎクラッド層、１０はＭｇなどの２族不純物がドー
プされたｐ型ＧａＮコンタクト層、１１はＳｉＯ2から
なる絶縁膜、１３はｐ側電極、１４はｎ側電極である。
半導体レーザの実施例を図面を用いて説明する。図１に
示したのは、３族窒化物半導体を用いた半導体レーザの
１例で、ＳＣＨ(Separate Confinement Heterostractur
e)構造の内部電流狭窄型レーザ素子である。１は単結晶
サファイア基板、２は低温で成膜されたＧａＮ（又はＡ
ｌＮ）バッファ層、３はｎ型ＧａＮコンタクト層、４は
ｎ型Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎクラッド層、５はｎ型ＧａＮガ
イド層、６はＩｎＧａＮを主たる構成要素とする例えば
ＭＱＷ（多重量子井戸）の活性層、７はｐ型Ａｌ0.2Ｇ
ａ0.8Ｎ電子バリア層若しくはキャップ層、８ａは活性
層側ｐ型ＧａＮガイド層、８ｃはＡｌＮ電流狭窄層、８
ｂは電極側ｐ型ＧａＮガイド層、９はｐ型Ａｌ0.08Ｇａ
0.92Ｎクラッド層、１０はＭｇなどの２族不純物がドー
プされたｐ型ＧａＮコンタクト層、１１はＳｉＯ2から
なる絶縁膜、１３はｐ側電極、１４はｎ側電極である。
【００１７】この素子では、電極から供給される電子と
正孔が再結合することによって活性層６において光が発
生する。ｎ型及びｐ型ＧａＮガイド層５、８ａ、８ｂは
活性層６で発生した光を導波し、ガイド層のバンドギャ
ップを活性層６のバンドギャップより大きく設定するこ
とによって、電子及び正孔を活性層内に効果的に閉じ込
めている。ｐ型電子バリア層若しくはキャップ層７は注
入されたキャリア（特に電子）の閉じ込めを更に強化す
る障壁層であり、７００〜８００℃で成長した活性層６
を１０００〜１１００℃に昇温する際に、活性層蒸発防
止の機能を果たす場合もある。ｎ型及びｐ型クラッド層
４、９はガイド層５、８より低屈折率であり、ガイド層
との屈折率差によって、発生した光の導波が行なわれ
る。ｎ型コンタクト層３は電流の流路として設けられて
いる下地層であり、基板であるサファイアに全く導電性
がないために設けられている。また、低温成長バッファ
層２はＧａＮにとっての異種物質であるサファイア基板
上に平滑膜を作製するために形成されている。
正孔が再結合することによって活性層６において光が発
生する。ｎ型及びｐ型ＧａＮガイド層５、８ａ、８ｂは
活性層６で発生した光を導波し、ガイド層のバンドギャ
ップを活性層６のバンドギャップより大きく設定するこ
とによって、電子及び正孔を活性層内に効果的に閉じ込
めている。ｐ型電子バリア層若しくはキャップ層７は注
入されたキャリア（特に電子）の閉じ込めを更に強化す
る障壁層であり、７００〜８００℃で成長した活性層６
を１０００〜１１００℃に昇温する際に、活性層蒸発防
止の機能を果たす場合もある。ｎ型及びｐ型クラッド層
４、９はガイド層５、８より低屈折率であり、ガイド層
との屈折率差によって、発生した光の導波が行なわれ
る。ｎ型コンタクト層３は電流の流路として設けられて
いる下地層であり、基板であるサファイアに全く導電性
がないために設けられている。また、低温成長バッファ
層２はＧａＮにとっての異種物質であるサファイア基板
上に平滑膜を作製するために形成されている。
【００１８】上記実施例のレーザ素子の作製工程（１）
〜（１９）を以下に詳述する。 （１） サファイア基板１をＭＯＣＶＤ（有機金属気相
成長）装置の反応炉に装填する。次にこの基板を１０５
０℃の温度において３００ｔｏｒｒの圧力の水素気流中
で１０分間保持し、サファイア基板１の表面を熱クリー
ニングする。この後、サファイア基板１の温度が４００
℃になるまで降温する。次に、窒素原料であるアンモニ
ア（ＮＨ3）と、アルミニウム（Ａｌ）原料であるトリ
メチルアルミニウム（ＴＭＡ）を反応炉に導入し、Ａｌ
Ｎからなる低温成長バッファ層２を５０ｎｍの厚さに堆
積させる。
〜（１９）を以下に詳述する。 （１） サファイア基板１をＭＯＣＶＤ（有機金属気相
成長）装置の反応炉に装填する。次にこの基板を１０５
０℃の温度において３００ｔｏｒｒの圧力の水素気流中
で１０分間保持し、サファイア基板１の表面を熱クリー
ニングする。この後、サファイア基板１の温度が４００
℃になるまで降温する。次に、窒素原料であるアンモニ
ア（ＮＨ3）と、アルミニウム（Ａｌ）原料であるトリ
メチルアルミニウム（ＴＭＡ）を反応炉に導入し、Ａｌ
Ｎからなる低温成長バッファ層２を５０ｎｍの厚さに堆
積させる。
【００１９】（２） 続いてＴＭＡの供給を止めて、Ｎ
Ｈ3のみを流したまま、バッファ層２が成膜されたサフ
ァイア基板１を再び１０５０℃に昇温し、トリメチルガ
リウム（ＴＭＧ）を導入してｎ型ＧａＮコンタクト層３
を積層する。この時、ｎ型不純物であるシリコン（Ｓ
ｉ）の原料としてメチルシラン（Ｍｅ−ＳｉＨ3）を成
長雰囲気ガスに添加する。
Ｈ3のみを流したまま、バッファ層２が成膜されたサフ
ァイア基板１を再び１０５０℃に昇温し、トリメチルガ
リウム（ＴＭＧ）を導入してｎ型ＧａＮコンタクト層３
を積層する。この時、ｎ型不純物であるシリコン（Ｓ
ｉ）の原料としてメチルシラン（Ｍｅ−ＳｉＨ3）を成
長雰囲気ガスに添加する。
【００２０】（３） ｎ型ＧａＮコンタクト層３が４μ
ｍ成長した時点で、ＴＭＡを導入してｎ型Ａｌ0.08Ｇａ
0.92Ｎクラッド層４の成膜を行う。 （４） ｎ型Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎクラッド層４が０．８
μｍ成長した時点で、ＴＭＡの供給を停止し、ｎ型Ｇａ
Ｎガイド層５を０．２μｍ成長する。ｎ型ＧａＮガイド
層５の成長が完了した時点で、ＴＭＧ及びＭｅ−ＳｉＨ
3の供給を停止して降温を開始し、基板温度を７５０℃
とする。
ｍ成長した時点で、ＴＭＡを導入してｎ型Ａｌ0.08Ｇａ
0.92Ｎクラッド層４の成膜を行う。 （４） ｎ型Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎクラッド層４が０．８
μｍ成長した時点で、ＴＭＡの供給を停止し、ｎ型Ｇａ
Ｎガイド層５を０．２μｍ成長する。ｎ型ＧａＮガイド
層５の成長が完了した時点で、ＴＭＧ及びＭｅ−ＳｉＨ
3の供給を停止して降温を開始し、基板温度を７５０℃
とする。
【００２１】（５） 基板温度が７５０℃となった時点
で、キャリアガスを水素から窒素に切換え、ガス流の状
態が安定した時点で、ＴＭＧ、ＴＭＩ及びＭｅ−ＳｉＨ
3を導入してバリア層の成長を行う。次に、メチルシラ
ンの供給を停止すると共にＴＭＩの流量を増加して、バ
リア層よりＩｎ組成の高いウェル層を成長する。バリア
層とウェル層の成長は、ＭＱＷ（多重量子井戸）の設計
繰り返し数に合わせて繰り返す。これにより、ＭＱＷの
活性層６を形成する。
で、キャリアガスを水素から窒素に切換え、ガス流の状
態が安定した時点で、ＴＭＧ、ＴＭＩ及びＭｅ−ＳｉＨ
3を導入してバリア層の成長を行う。次に、メチルシラ
ンの供給を停止すると共にＴＭＩの流量を増加して、バ
リア層よりＩｎ組成の高いウェル層を成長する。バリア
層とウェル層の成長は、ＭＱＷ（多重量子井戸）の設計
繰り返し数に合わせて繰り返す。これにより、ＭＱＷの
活性層６を形成する。
【００２２】（６） 活性層６の最後のウェル層上にバ
リア層を成長した時点で、ＴＭＧ、ＴＭＩ及びＭｅ−Ｓ
ｉＨ3の供給を停止すると共に、キャリアガスを窒素か
ら水素に切換え、ガス流の状態が安定したところで再び
基板温度を１０５０℃に上昇し、ＴＭＧ及びＴＭＡとｐ
型不純物であるマグネシウム（Ｍｇ）の原料としてエチ
ル−シクロペンタジエニルマグネシウム（Ｅｔ−Ｃｐ2
Ｍｇ）とを導入してｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎの電子バリア
層若しくはキャップ層７を０．０２μｍ積層する。
リア層を成長した時点で、ＴＭＧ、ＴＭＩ及びＭｅ−Ｓ
ｉＨ3の供給を停止すると共に、キャリアガスを窒素か
ら水素に切換え、ガス流の状態が安定したところで再び
基板温度を１０５０℃に上昇し、ＴＭＧ及びＴＭＡとｐ
型不純物であるマグネシウム（Ｍｇ）の原料としてエチ
ル−シクロペンタジエニルマグネシウム（Ｅｔ−Ｃｐ2
Ｍｇ）とを導入してｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎの電子バリア
層若しくはキャップ層７を０．０２μｍ積層する。
【００２３】（７） 続いて、ＴＭＡの供給を停止し、
活性層側ｐ型ＧａＮガイド層８ａを０．１μｍ成長す
る。活性層側ｐ型ＧａＮガイド層８ａの成長が完了した
時点で、ＴＭＧ及びＥｔ−Ｃｐ2Ｍｇの供給を停止して
降温を開始し、基板温度を４００℃とする。 （８） 基板温度が４００℃となった時点で、ＴＭＡを
再び導入して、活性層側ｐ型ＧａＮガイド層８ａ上にＡ
ｌＮ電流狭窄層８ｃを５００Å堆積させる。
活性層側ｐ型ＧａＮガイド層８ａを０．１μｍ成長す
る。活性層側ｐ型ＧａＮガイド層８ａの成長が完了した
時点で、ＴＭＧ及びＥｔ−Ｃｐ2Ｍｇの供給を停止して
降温を開始し、基板温度を４００℃とする。 （８） 基板温度が４００℃となった時点で、ＴＭＡを
再び導入して、活性層側ｐ型ＧａＮガイド層８ａ上にＡ
ｌＮ電流狭窄層８ｃを５００Å堆積させる。
【００２４】（９） 続いてＴＭＡおよびＮＨ3の供給
を停止し、降温を開始する。基板温度が室温になった時
点で基板１上に成膜されたウエハを反応炉から取り出
す。 （１０） その後、通常のフォトリソグラフィプロセス
により、ＡｌＮ電流狭窄層８ｃ上に幅約３μｍのストラ
イプ状開口部を有するＳｉＯ2マスクをパターン形成
し、８０℃に保った５％以下のテトラメチルアンモニウ
ムハイドロオキサイド（Ｎ（ＣＨ3）4ＯＨ）水溶液で２
分間エッチングすることにより、マスク開口部から現れ
ているＡｌＮ電流狭窄層８ｃの一部分を除去する。続い
て弗化水素酸（ＨＦ）によりＳｉＯ2マスクをＡｌＮ電
流狭窄層８ｃ上から除去して、図２に示すような、スト
ライプ状開口部を形成する。この時、ＡｌＮ電流狭窄層
８ｃに形成されたストライプ状開口部から現れる活性層
側ｐ型ＧａＮガイド層８ａはほとんどエッチングされな
い。
を停止し、降温を開始する。基板温度が室温になった時
点で基板１上に成膜されたウエハを反応炉から取り出
す。 （１０） その後、通常のフォトリソグラフィプロセス
により、ＡｌＮ電流狭窄層８ｃ上に幅約３μｍのストラ
イプ状開口部を有するＳｉＯ2マスクをパターン形成
し、８０℃に保った５％以下のテトラメチルアンモニウ
ムハイドロオキサイド（Ｎ（ＣＨ3）4ＯＨ）水溶液で２
分間エッチングすることにより、マスク開口部から現れ
ているＡｌＮ電流狭窄層８ｃの一部分を除去する。続い
て弗化水素酸（ＨＦ）によりＳｉＯ2マスクをＡｌＮ電
流狭窄層８ｃ上から除去して、図２に示すような、スト
ライプ状開口部を形成する。この時、ＡｌＮ電流狭窄層
８ｃに形成されたストライプ状開口部から現れる活性層
側ｐ型ＧａＮガイド層８ａはほとんどエッチングされな
い。
【００２５】（１１） その後、ストライプ状開口部を
有するＡｌＮからなる電流狭窄層８ｃが形成されたウエ
ハを、ＭＯＣＶＤ装置の反応炉に再び装填し、水素及び
ＮＨ 3気流中で昇温する。 （１２） ウエハ温度が１０５０℃になった時点で、Ｔ
ＭＧ及びＥｔ−Ｃｐ2Ｍｇを供給して電極側ｐ型ＧａＮ
ガイド層８ｂを再成長する。
有するＡｌＮからなる電流狭窄層８ｃが形成されたウエ
ハを、ＭＯＣＶＤ装置の反応炉に再び装填し、水素及び
ＮＨ 3気流中で昇温する。 （１２） ウエハ温度が１０５０℃になった時点で、Ｔ
ＭＧ及びＥｔ−Ｃｐ2Ｍｇを供給して電極側ｐ型ＧａＮ
ガイド層８ｂを再成長する。
【００２６】（１３） 再成長した電極側ｐ型ＧａＮガ
イド層８ｂの厚さが０．１μｍになった時点で、ＴＭＡ
を導入してｐ型Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎクラッド層９を０．
４μｍ積層する。 （１４） 続いて、ＴＭＡの供給を停止し、図３に示す
ように、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０を０．１μｍ成長
する。ｐ型ＧａＮコンタクト層１０の成長が完了した時
点で、ＴＭＧ及びＥｔ−Ｃｐ2Ｍｇの供給を停止して降
温を開始する。
イド層８ｂの厚さが０．１μｍになった時点で、ＴＭＡ
を導入してｐ型Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎクラッド層９を０．
４μｍ積層する。 （１４） 続いて、ＴＭＡの供給を停止し、図３に示す
ように、ｐ型ＧａＮコンタクト層１０を０．１μｍ成長
する。ｐ型ＧａＮコンタクト層１０の成長が完了した時
点で、ＴＭＧ及びＥｔ−Ｃｐ2Ｍｇの供給を停止して降
温を開始する。
【００２７】（１５） ウエハ温度が４００℃となった
時点で、ＮＨ3の供給を停止し、ウエハ温度が室温にな
った時点でウエハを反応炉から取り出す。 （１６） 取り出したウエハを熱処理装置に装填し、大
気圧の窒素気流中で８００℃、２０分間、ｐ型化のため
の加熱処理を行なう。 （１７） 次に、通常の方法によりドライエッチングを
行って、図４に示すように、部分的にｎ型ＧａＮコンタ
クト層３を露出させ、ｎ側電極用テラスとｐ側電極用テ
ラスを形成する。
時点で、ＮＨ3の供給を停止し、ウエハ温度が室温にな
った時点でウエハを反応炉から取り出す。 （１６） 取り出したウエハを熱処理装置に装填し、大
気圧の窒素気流中で８００℃、２０分間、ｐ型化のため
の加熱処理を行なう。 （１７） 次に、通常の方法によりドライエッチングを
行って、図４に示すように、部分的にｎ型ＧａＮコンタ
クト層３を露出させ、ｎ側電極用テラスとｐ側電極用テ
ラスを形成する。
【００２８】この状態になったウエハ上にＳｉＯ2絶縁
膜１１をスパッタリング方法などよって堆積する。その
後、通常のフォトリソグラフィ法によって絶縁膜１１の
両テラスにｐ側及びｎ側電極用窓部を形成する。ｎ型Ｇ
ａＮコンタクト層３が露出している部分に、チタン（Ｔ
ｉ）を５０ｎｍ、続いて金（Ａｕ）を２００ｎｍ蒸着
し、ｎ側電極１４を形成する。ｐ型ＧａＮコンタクト層
１０が露出している部分にはニッケル（Ｎｉ）を５０ｎ
ｍ、続いてＡｕを２００ｎｍ蒸着してｐ側電極１３を形
成する。このようにして、ウエハ上の個々の素子部分に
おいては、図１に示すような素子構造が形成される。
膜１１をスパッタリング方法などよって堆積する。その
後、通常のフォトリソグラフィ法によって絶縁膜１１の
両テラスにｐ側及びｎ側電極用窓部を形成する。ｎ型Ｇ
ａＮコンタクト層３が露出している部分に、チタン（Ｔ
ｉ）を５０ｎｍ、続いて金（Ａｕ）を２００ｎｍ蒸着
し、ｎ側電極１４を形成する。ｐ型ＧａＮコンタクト層
１０が露出している部分にはニッケル（Ｎｉ）を５０ｎ
ｍ、続いてＡｕを２００ｎｍ蒸着してｐ側電極１３を形
成する。このようにして、ウエハ上の個々の素子部分に
おいては、図１に示すような素子構造が形成される。
【００２９】（１８） その後、ウエハ裏面のサファイ
アを１００μｍ以下に研磨した後、バー状に劈開する。 （１９） その後、レーザ端面に高反射膜をコーティン
グした後、素子毎に切断し、ｐ側ダウンで放熱板にマウ
ントする。本発明により作製された素子の電流−電圧特
性を測定した。図５にその結果（実線）を示す。比較の
ために、電極側ガイド層を用いずＡｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ：
Ｍｇよりなるクラッド層で再成長して成膜した以外、上
記実施例と同様に製作した比較構成の素子の電流−電圧
特性をも測定した（図５の破線）。両特性を比較して、
実施例の素子の方が低い電圧で立ち上っていることが分
かる。また、素子動作電流値４０〜１２０ｍＡにおい
て、本発明構成の素子が比較例より電圧約１．５〜２．
０ボルトほど低く、駆動上有利であることが分かる。
アを１００μｍ以下に研磨した後、バー状に劈開する。 （１９） その後、レーザ端面に高反射膜をコーティン
グした後、素子毎に切断し、ｐ側ダウンで放熱板にマウ
ントする。本発明により作製された素子の電流−電圧特
性を測定した。図５にその結果（実線）を示す。比較の
ために、電極側ガイド層を用いずＡｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ：
Ｍｇよりなるクラッド層で再成長して成膜した以外、上
記実施例と同様に製作した比較構成の素子の電流−電圧
特性をも測定した（図５の破線）。両特性を比較して、
実施例の素子の方が低い電圧で立ち上っていることが分
かる。また、素子動作電流値４０〜１２０ｍＡにおい
て、本発明構成の素子が比較例より電圧約１．５〜２．
０ボルトほど低く、駆動上有利であることが分かる。
【００３０】さらに、本発明構成の素子の光出力特性及
びＦＦＰ（ファーフィールドパターン）により光横モー
ドを確認したところ、発振しきい電流４６ｍＡ、電圧５
Ｖ、横方向ＦＦＰの半値幅７゜が得られた。また、光出
力３０ｍＷで１００時間以上の連続駆動で安定である。
これは実用化が可能な値である。シミュレーションによ
り本発明における素子の電流狭窄及び光閉じ込め効果の
確認を行った。素子の構造は、ｐ型電極側ガイド層の膜
厚を５００Åとした以外は、実施例に等しく、また各層
の組成も実施例に等しいものとした。また、ＡｌＮは屈
折率が２．１５で、絶縁体としてシミュレーションを行
った。そのシミュレーションの結果を図７及び図８に示
す。図７及び図８において、横軸（X Axis）は素子のセ
ンターを基準にした横方向の位置をμｍ単位で示し、縦
軸（Y Axis）は素子の積層方向の相対位置をμｍ単位で
示している。
びＦＦＰ（ファーフィールドパターン）により光横モー
ドを確認したところ、発振しきい電流４６ｍＡ、電圧５
Ｖ、横方向ＦＦＰの半値幅７゜が得られた。また、光出
力３０ｍＷで１００時間以上の連続駆動で安定である。
これは実用化が可能な値である。シミュレーションによ
り本発明における素子の電流狭窄及び光閉じ込め効果の
確認を行った。素子の構造は、ｐ型電極側ガイド層の膜
厚を５００Åとした以外は、実施例に等しく、また各層
の組成も実施例に等しいものとした。また、ＡｌＮは屈
折率が２．１５で、絶縁体としてシミュレーションを行
った。そのシミュレーションの結果を図７及び図８に示
す。図７及び図８において、横軸（X Axis）は素子のセ
ンターを基準にした横方向の位置をμｍ単位で示し、縦
軸（Y Axis）は素子の積層方向の相対位置をμｍ単位で
示している。
【００３１】図７は素子の断面における電流密度の分布
を示したもので、各々の三角形の大きさは電流密度に対
応する。活性層における横方向の電流の広がりが、Ａｌ
Ｎからなる電流狭窄層の開口部分の幅と同じ幅に規制さ
れていることが分かる。図８は素子の断面における電界
強度の分布を、電界強度の等高線により示したものであ
る。等高線の最も内側の線の強度を１００とすると、最
も外側の線の強度は１０である。つまり活性層における
電界強度は、９０％がＡｌＮからなる電流狭窄層の開口
部分の幅と同じ幅の中に閉じ込められていることが分か
る。
を示したもので、各々の三角形の大きさは電流密度に対
応する。活性層における横方向の電流の広がりが、Ａｌ
Ｎからなる電流狭窄層の開口部分の幅と同じ幅に規制さ
れていることが分かる。図８は素子の断面における電界
強度の分布を、電界強度の等高線により示したものであ
る。等高線の最も内側の線の強度を１００とすると、最
も外側の線の強度は１０である。つまり活性層における
電界強度は、９０％がＡｌＮからなる電流狭窄層の開口
部分の幅と同じ幅の中に閉じ込められていることが分か
る。
【００３２】また、発明者は種々の素子を作製し、活性
層以上のレーザ構造寸法の望ましい範囲を知見した。図
６に示すように、活性層６上のｐ型電子バリア層若しく
はキャップ層７上に順に形成される活性層側ｐ型ＧａＮ
ガイド層８ａ、電流狭窄層８ｃ及び電極側ｐ型ＧａＮガ
イド層８ｂの膜厚を、それぞれ、ｔ４、ｔ１、ｔ２とす
ると、全体のガイド層膜厚ｔ３はｔ３＝ｔ１＋ｔ２＋ｔ
４である。電流狭窄層８ｃの膜厚ｔ１の範囲は、１００
Å≦ｔ１≦８００Å好ましくは２００Å≦ｔ１≦６００
Åである。電極側ｐ型ＧａＮガイド層８ｂの膜厚ｔ２の
範囲は、（１／２）ｔ１≦ｔ２≦２ｔ１好ましくはｔ１
≦ｔ２≦（３／２）ｔ１である。活性層側ｐ型ＧａＮガ
イド層８ａの膜厚ｔ４の範囲は、０≦ｔ４≦１０００Å
である。但し、活性層側ｐ型ＧａＮガイド層８ａの膜厚
ｔ４＝０の場合は、ｐ型電子バリア層若しくはキャップ
層７が設けられて、当該キャップ層７上に直接、電流狭
窄層８ｃが成膜される。なお、当該キャップ層７を設け
ない場合も本発明に含まれる。電極側ｐ型ＧａＮガイド
層８ｂ上に積層されるクラッド層９は、Ａｌu'Ｇａ 1-u'
Ｎ（但し、０．０５＜ｕ’＜０．３）であることが好ま
しい。また、クラッド層９は、平均ＡｌＮモル分率ｕ
が、０．０５＜ｕ’’＜０．３であるＡｌＧａＮ／Ｇａ
Ｎ超格子であってもよい。
層以上のレーザ構造寸法の望ましい範囲を知見した。図
６に示すように、活性層６上のｐ型電子バリア層若しく
はキャップ層７上に順に形成される活性層側ｐ型ＧａＮ
ガイド層８ａ、電流狭窄層８ｃ及び電極側ｐ型ＧａＮガ
イド層８ｂの膜厚を、それぞれ、ｔ４、ｔ１、ｔ２とす
ると、全体のガイド層膜厚ｔ３はｔ３＝ｔ１＋ｔ２＋ｔ
４である。電流狭窄層８ｃの膜厚ｔ１の範囲は、１００
Å≦ｔ１≦８００Å好ましくは２００Å≦ｔ１≦６００
Åである。電極側ｐ型ＧａＮガイド層８ｂの膜厚ｔ２の
範囲は、（１／２）ｔ１≦ｔ２≦２ｔ１好ましくはｔ１
≦ｔ２≦（３／２）ｔ１である。活性層側ｐ型ＧａＮガ
イド層８ａの膜厚ｔ４の範囲は、０≦ｔ４≦１０００Å
である。但し、活性層側ｐ型ＧａＮガイド層８ａの膜厚
ｔ４＝０の場合は、ｐ型電子バリア層若しくはキャップ
層７が設けられて、当該キャップ層７上に直接、電流狭
窄層８ｃが成膜される。なお、当該キャップ層７を設け
ない場合も本発明に含まれる。電極側ｐ型ＧａＮガイド
層８ｂ上に積層されるクラッド層９は、Ａｌu'Ｇａ 1-u'
Ｎ（但し、０．０５＜ｕ’＜０．３）であることが好ま
しい。また、クラッド層９は、平均ＡｌＮモル分率ｕ
が、０．０５＜ｕ’’＜０．３であるＡｌＧａＮ／Ｇａ
Ｎ超格子であってもよい。
【００３３】他の実施例として、上記（１９）工程の放
熱板へのマウントは、ｐ側アップでもよい。本発明によ
ればｐ側アップの場合でも放熱に関して効果的に作用す
る。内部電流狭窄型の場合、活性層で発生した熱が一度
上部（ｐ側）に伝搬してから、下の放熱板に放散する経
路が存在する。この時に、電流狭窄層がＡｌＮであると
熱抵抗を軽減できるので、ｐ側アップの場合でも放熱に
関して有効である。この場合、金属からなるｐ側電極膜
厚が２μｍと厚い方が効果が大きい。
熱板へのマウントは、ｐ側アップでもよい。本発明によ
ればｐ側アップの場合でも放熱に関して効果的に作用す
る。内部電流狭窄型の場合、活性層で発生した熱が一度
上部（ｐ側）に伝搬してから、下の放熱板に放散する経
路が存在する。この時に、電流狭窄層がＡｌＮであると
熱抵抗を軽減できるので、ｐ側アップの場合でも放熱に
関して有効である。この場合、金属からなるｐ側電極膜
厚が２μｍと厚い方が効果が大きい。
【００３４】基板はサファイア以外のものでもよい。た
とえばＳｉＣ基板、ＧａＮ基板、ＡｌＮ基板、Ｓｉ基板
等である。これらの場合、上記（１）工程のバッファ層
の成膜条件が異なるが、その後の上部構造の積層は膜厚
が多少変わる程度である。ＳｉＣ、ＧａＮ、Ｓｉのよう
な導電性基板の場合は、ｎ型電極を基板裏面側に形成す
ることも可能である。その時には、上記（１７）工程の
ｎ型コンタクト層をドライエッチングで露出させる工程
が不用になる。
とえばＳｉＣ基板、ＧａＮ基板、ＡｌＮ基板、Ｓｉ基板
等である。これらの場合、上記（１）工程のバッファ層
の成膜条件が異なるが、その後の上部構造の積層は膜厚
が多少変わる程度である。ＳｉＣ、ＧａＮ、Ｓｉのよう
な導電性基板の場合は、ｎ型電極を基板裏面側に形成す
ることも可能である。その時には、上記（１７）工程の
ｎ型コンタクト層をドライエッチングで露出させる工程
が不用になる。
【００３５】
【発明の効果】本発明によれば、活性層の上方のｐ型ガ
イド層内にある電流狭窄層が、低温で成膜されたＡｌＮ
であるので、適度な低屈折率でかつ熱伝導率が高く高抵
抗な電流狭窄層を得ることができる、製造上、ウエット
エッチングが容易でかつ電流狭窄層上の再成長が容易と
なる。また、ｐ型クラッド層よりもバンドギャップの小
さいｐ型ガイド層で、再成長を行なうので、電流電圧特
性も良好である。
イド層内にある電流狭窄層が、低温で成膜されたＡｌＮ
であるので、適度な低屈折率でかつ熱伝導率が高く高抵
抗な電流狭窄層を得ることができる、製造上、ウエット
エッチングが容易でかつ電流狭窄層上の再成長が容易と
なる。また、ｐ型クラッド層よりもバンドギャップの小
さいｐ型ガイド層で、再成長を行なうので、電流電圧特
性も良好である。
【図１】本発明による実施例の内部電流狭窄型窒化物半
導体レーザの概略断面図。
導体レーザの概略断面図。
【図２】本発明による実施例の半導体レーザの製造工程
中におけるレーザ基板の概略断面図。
中におけるレーザ基板の概略断面図。
【図３】本発明による実施例の半導体レーザの製造工程
中におけるレーザ基板の概略断面図。
中におけるレーザ基板の概略断面図。
【図４】本発明による実施例の半導体レーザの製造工程
中におけるレーザ基板の概略断面図。
中におけるレーザ基板の概略断面図。
【図５】本発明による実施例の半導体レーザの電圧電流
特性を示すグラフ。
特性を示すグラフ。
【図６】図１に示す半導体レーザのｐ側ガイド層の概略
拡大部分断面図。
拡大部分断面図。
【図７】シミュレーションによる本発明における電流狭
窄の様子を示す模式図。
窄の様子を示す模式図。
【図８】シミュレーションによる本発明における光閉じ
込めの様子を示す模式図。
込めの様子を示す模式図。
１ 単結晶サファイア基板 ２ バッファ層 ３ ｎ型コンタクト層 ４ ｎ型クラッド層 ５ ｎ型ガイド層 ６ 活性層 ７ ｐ型電子バリア層若しくはキャップ層 ８ａ 活性層側ｐ型ＧａＮガイド層 ８ｂ 電極側ｐ型ＧａＮガイド層 ８ｃ 電流狭窄層 ９ ｐ型クラッド層 １０ ｐ型コンタクト層 １１ 絶縁膜 １３ ｐ側電極 １４ ｎ側電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 太田 啓之 埼玉県鶴ヶ島市富士見６丁目１番１号 パ イオニア株式会社総合研究所内 (72)発明者 田中 利之 埼玉県鶴ヶ島市富士見６丁目１番１号 パ イオニア株式会社総合研究所内 (72)発明者 高橋 宏和 埼玉県鶴ヶ島市富士見６丁目１番１号 パ イオニア株式会社総合研究所内 (72)発明者 宮地 護 埼玉県鶴ヶ島市富士見６丁目１番１号 パ イオニア株式会社総合研究所内 (72)発明者 伊藤 敦也 埼玉県鶴ヶ島市富士見６丁目１番１号 パ イオニア株式会社総合研究所内 Ｆターム(参考） 5F045 AA04 AB09 AB14 AB17 AB18 AC08 AC12 AC19 AD08 AD09 AD10 AD14 AF02 AF03 AF04 AF09 BB07 BB08 BB16 CA12 DA53 DA55 DA63 DB05 EB15 HA14 HA16 5F073 AA07 AA46 AA74 CA07 CB05 CB07 DA05 DA22 EA29
Claims (13)
- 【請求項１】 （ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＮ（但し、０
≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）の３族窒化物半導体からなる複
数の結晶層を有する窒化物半導体レーザであって、 前記３族窒化物半導体の結晶層の内の活性層に隣接する
Ａｌx'Ｇａ1-x'-y'Ｉｎy'Ｎ（但し、０≦ｘ’≦１，０
≦ｙ’≦１）からなる活性層側ガイド層と、 前記活性層側ガイド層上に積層されかつストライプ状開
口を有するＡｌＮからなる電流狭窄層と、Ａｌx''Ｇａ
1-x''-y''Ｉｎy''Ｎ（但し、０≦ｘ’’≦１，０≦
ｙ’’≦１）からなり前記電流狭窄層の開口部を埋め込
みつつ積層される電極側ガイド層と、前記電極側ガイド
層側に積層されたＡｌuＧａ1-u-vＩｎvＮ（但し、０＜
ｕ≦１，０≦ｖ≦１）からなるクラッド層と，を有する
ことを特徴とする窒化物半導体レーザ。 - 【請求項２】 前記電流狭窄層は４００℃〜６００℃の
温度にて成長されたことを特徴とする請求項１記載の窒
化物半導体レーザ。 - 【請求項３】 前記電流狭窄層は１００Å〜８００Åの
膜厚を有することを特徴とする請求項１又は２記載の窒
化物半導体レーザ。 - 【請求項４】 前記電流狭窄層は２００Å〜６００Åの
膜厚を有することを特徴とする請求項３記載の窒化物半
導体レーザ。 - 【請求項５】 前記ガイド層はｐ伝導型であることを特
徴とする請求項１〜４のいずれか１記載の窒化物半導体
レーザ。 - 【請求項６】 前記ガイド層には２族元素が添加された
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１記載の窒化
物半導体レーザ。 - 【請求項７】 前記活性層及び前記活性層側ガイド層間
にＡｌzＧａ1-zＮ（但し、０．０５≦Ｚ≦０．３）から
なる半導体層が挿入されていることを特徴とする請求項
１〜６のいずれか１記載の窒化物半導体レーザ。 - 【請求項８】 前記活性層側ガイド層のバンドギャップ
をＥｇ1，前記電極側ガイド層のバンドギャップをＥ
ｇ2、前記クラッド層のバンドギャップをＥｇ3と表した
場合、それぞれのバンドギャップの大小関係は、Ｅｇ1
≦Ｅｇ2＜Ｅｇ3であることを特徴とする請求項１〜６の
いずれか１記載の窒化物半導体レーザ。 - 【請求項９】 （ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＮ（但し、０
≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）の３族窒化物半導体からなる複
数の結晶層を有する窒化物半導体レーザの製造方法であ
って、 前記３族窒化物半導体からなる活性層に隣接するＡｌx'
Ｇａ1-x'-y'Ｉｎy'Ｎ（但し、０≦ｘ’≦１，０≦ｙ’
≦１）からなる活性層側ガイド層上にストライプ状開口
を有するＡｌＮからなる電流狭窄層を形成する電流狭窄
層形成工程と、前記電流狭窄層をＡｌx''Ｇａ1-x''-y''
Ｉｎy''Ｎ（但し、０≦ｘ’’≦１，０≦ｙ’’≦１）
からなる電極側ガイド層で埋め込む埋設工程と、前記電
極側ガイド層上にＡｌuＧａ1-u-vＩｎvＮ（但し、０＜
ｕ≦１，０≦ｖ≦１）からなるクラッド層を形成する工
程とを含むことを特徴とする製造方法。 - 【請求項１０】 前記結晶層の成長が有機金属化学気相
成長法で行なわれていることを特徴とする請求項９記載
の製造方法。 - 【請求項１１】 前記活性層側ガイド層形成工程の前
に、ＡｌzＧａ1-zＮ（但し、０.０５≦ｚ≦０．３）か
らなる半導体層を成長させる工程を含むことを特徴とす
る請求項９又は１０記載の製造方法。 - 【請求項１２】 前記電流狭窄層形成工程において、前
記電流狭窄層を４００℃〜６００℃の温度にて成長させ
ることを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１記載の
製造方法。 - 【請求項１３】 前記電流狭窄層形成工程において、前
記電流狭窄層に対してウエットエッチングを行い、前記
電流狭窄層にストライプ状の貫通開口を形成する工程を
含むことを特徴とする請求項９〜１２のいずれか１記載
の製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001113904A JP2002314203A (ja) | 2001-04-12 | 2001-04-12 | ３族窒化物半導体レーザ及びその製造方法 |
| US10/117,095 US6795471B2 (en) | 2001-04-12 | 2002-04-08 | Group III nitride compound semiconductor laser and manufacturing method thereof |
| DE60238960T DE60238960D1 (de) | 2001-04-12 | 2002-04-10 | Herstellungsverfahren von Gruppe-III-Nitrid-Verbindungs- Halbleiterlasern |
| EP02008015A EP1249904B1 (en) | 2001-04-12 | 2002-04-10 | Group III nitride compound semiconductor laser manufacturing method |
| CNB021059926A CN1266816C (zh) | 2001-04-12 | 2002-04-12 | 第iii族氮化物半导体激光器及其制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001113904A JP2002314203A (ja) | 2001-04-12 | 2001-04-12 | ３族窒化物半導体レーザ及びその製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002314203A true JP2002314203A (ja) | 2002-10-25 |
Family
ID=18965064
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001113904A Pending JP2002314203A (ja) | 2001-04-12 | 2001-04-12 | ３族窒化物半導体レーザ及びその製造方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6795471B2 (ja) |
| EP (1) | EP1249904B1 (ja) |
| JP (1) | JP2002314203A (ja) |
| CN (1) | CN1266816C (ja) |
| DE (1) | DE60238960D1 (ja) |
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| KR101111720B1 (ko) * | 2005-10-12 | 2012-02-15 | 삼성엘이디 주식회사 | 활성층 상에 유전체층이 형성된 측면 발광형 반도체 레이저다이오드 |
| JP4872450B2 (ja) * | 2006-05-12 | 2012-02-08 | 日立電線株式会社 | 窒化物半導体発光素子 |
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|---|---|---|---|---|
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- 2001-04-12 JP JP2001113904A patent/JP2002314203A/ja active Pending
-
2002
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