JP2003037338A - 半導体発光素子、その製造方法及び光ディスク装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 III 族窒化物半導体発光素子の量子井戸活性
層に生じるピットの生成を抑制できるようにすると共
に、電子及びホールの量子井戸活性層への注入効率を向
上させられるようにする。 【解決手段】 多重量子井戸活性層１５は、基板側か
ら、膜厚が３ｎｍでＩｎの混晶比が０．１のＧａＩｎＮ
からなる井戸層１５１が３層と、各井戸層１５１の間に
形成され、膜厚が５ｎｍでＡｌの混晶比が０．０２のＡ
ｌＧａＮからなる障壁層１５２と、３層目の井戸層１５
１の上面に形成され、膜厚が５ｎｍでＡｌの混晶比が
０．１５のＡｌＧａＮからなる保護層１５３とから構成
されている。また、ＭＯＶＰＥ法を用いて多重量子井戸
活性層１５を成長する際には、ガリウム源としてトリエ
チルガリウムを用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザ素子
等の発光素子、特に、紫外領域から青色領域の光を放出
する半導体発光素子、その製造方法及びこれを用いた光
ディスク装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、光ディスクの記録密度の向上やレ
ーザプリンタの解像度の向上を図ると共に、光計測機
器、医療機器、ディスプレイ装置又は照明装置等への応
用を図るため、紫外領域から青色領域までの短波長領域
において発光可能な半導体発光素子、特に半導体レーザ
素子の研究開発が盛んに行なわれている。

【０００３】このような短波長領域において発光が可能
な半導体材料として、III 族窒化物半導体が挙げられ
る。例えば、Ｊａｐａｎｅｎｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏ
ｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｉｓｉｃｓ，第３６巻（１９
９７）ｐ．１５６８〜１５７１には、シリコン（Ｓｉ）
がドープされたＧａＩｎＮ／ＧａＩｎＮの積層体よりな
る多重量子井戸活性層を備えた半導体レーザ素子が、波
長が約４０１ｎｍで室温において連続発振し、例えば、
周囲温度が２０℃で且つ出力が２ｍＷの条件下で３００
０時間程度の動作寿命を得られていることが記されてい
る。

【０００４】また、III 族窒化物半導体の結晶成長法と
して、一般に有機金属気相成長法（以下、ＭＯＶＰＥ法
と呼ぶ。）が用いられており、特開平６−１９６７５７
号公報には、キャリアガスに窒素を用いることにより、
ＧａＮからなる半導体層上に結晶品質が優れたＧａＩｎ
Ｎからなる半導体層を成長させる方法が開示されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来のIII 族窒化物半導体の製造方法は、例えば、Ａｐｐ
ｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，第７２巻
（１９９８）ｐ．７１０〜７１２に記されているよう
に、活性層となるＧａＩｎＮ／ＧａＮからなる多重量子
井戸構造には、発生密度が１０⁸ ｃｍ^-2〜１０⁹ ｃｍ^-2
に及ぶ高密度のピットが生成するという問題がある。

【０００６】このピットは、発光効率の低下を招くだけ
でなく、Ｉｎの組成の不均一を誘起して局在準位を形成
したり、結晶成長中のＩｎの拡散源となったり、光導波
路における散乱損失又は吸収損失の原因となったりする
ため、レーザ発振時のしきい値の上昇や信頼性低下等、
発光素子の動作特性に悪影響を及ぼす。

【０００７】III 族窒化物半導体を用いた発光素子、特
に半導体レーザ素子の素子特性を光ディスク装置等に搭
載できる実用レベルまで向上させるには、ＧａＩｎＮよ
りなる井戸層のＩｎの組成の均一化、及び多重量子井戸
各層の均質化且つ平坦化が不可欠である。

【０００８】また、素子の動作時にｎ型導電層から量子
井戸層に注入される電子が、ｐ型伝導層にオーバーフロ
ーすることなく、効率良く且つ均一に活性層へ注入され
るような素子構造も必要である。

【０００９】本発明は、前記従来の問題を解決し、III
族窒化物半導体発光素子におけるインジウム及び窒素を
含む量子井戸層に生ずるピットの生成を抑制できるよう
にすると共に、電子の量子井戸層への注入効率を向上で
きるようにすることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明は以下の構成を持つ。 １）量子井戸層における障壁層にアルミニウムを含ませ
る。 ２）障壁層に井戸層の歪みベクトルと逆符号の歪みベク
トルを持たせる。 ３）多重量子井戸層における複数の障壁層のうちｐ型伝
導層と隣接する障壁層にのみアルミニウムを含ませる。 ４）ＭＯＶＰＥ法を用いて量子井戸層を成長させる際
に、ガリウム源としてトリエチルガリウムを用いる。

【００１１】本願発明者らは、従来の製造方法により得
られる、ＧａＩｎＮ／ＧａＮ又はＧａＩｎＮ／ＧａＩｎ
Ｎからなる多重量子井戸構造において、面方位が｛１−
１０１｝面をファセットとする逆六角錐形状のピットが
高密度で形成されるメカニズムを検討した結果、以下の
ような検討結果を得ている。

【００１２】すなわち、ＧａＩｎＮ層に誘起される圧縮
歪み、又はＩｎの局所的な偏析による歪みを緩和するた
めに、ある臨界膜厚を越えた時点でピットの核が形成さ
れる。さらに、ＧａＩｎＮ層の成長温度、一般に８００
℃程度の成長温度下においては、ＧａＩｎＮ層は、面方
位が｛１−１０１｝面の成長速度が、面方位が（０００
１）面の成長速度よりも小さいために、結晶が成長する
につれてピットのサイズが大きくなっていく。ＧａＩｎ
Ｎ層に形成されたピットは、該ＧａＩｎＮ層の上に光ガ
イド層及びクラッド層等を成長温度が１０００℃程度で
順次成長させる際に、光ガイド層等における｛１−１０
１｝面の成長速度が（０００１）面の成長速度よりも速
いために次第に埋まっていき、結晶表面は平坦化してい
く。

【００１３】なお、本明細書においては、晶帯軸の指数
又は面方位のミラー指数に付加された符号”−”は該符
号に続く一の指数の反転を表わしている。

【００１４】これに対して、本願発明者らはピットの生
成を抑制する方法について種々の検討を重ねた結果、以
下の知見を得ている。

【００１５】多重量子井戸構造にアルミニウム（Ａｌ）
を含む障壁層を用いると、障壁層に引張り歪みが誘起さ
れることにより、多重量子井戸構造における圧縮歪みの
歪み量が減るため、臨界膜厚値が大きくなること、結晶
中に電場強度が大きいＡｌが存在することにより、イン
ジウム（Ｉｎ）の拡散が抑制されるため、局所的に偏析
する傾向が強いＩｎの偏析を抑制できること、Ａｌを含
む半導体層、すなわちＡｌＧａＮ層は面方位が｛１−１
０１｝面の成長速度と（０００１）面の成長速度との差
がＧａＩｎＮ層の場合よりも小さいため、ピットの拡大
を抑制できること、井戸層のＩｎの混晶比を０．１以下
とすることにより、多重量子井戸構造の総膜厚が臨界膜
厚を越えなくすることができること、井戸層が有する歪
みベクトルと逆符号の歪みベクトルを障壁層に持たせる
ことにより、多重量子井戸構造における歪み量が小さく
なるため、臨界膜厚値が大きくなること、多重量子井戸
構造の形成時に、ガリウム源としてトリエチルガリウム
（ＴＥＧ）を用いると、量子井戸構造における面方位が
（０００１）面の成長速度と｛１−１０１｝面の成長速
度との差が小さくなること、のため、ピットの拡大を抑
制できる。

【００１６】また、電子の注入効率を向上させる方法に
ついては以下の知見を得ている。

【００１７】多重量子井戸構造に、各井戸層が有する歪
みベクトルと逆符号の歪みベクトルを有する障壁層を用
いると、多重量子井戸構造における歪み量が小さくなる
ため、多重量子井戸構造に誘起されるピエゾ電界が小さ
くなり、電子の各井戸層への注入が均一化する。

【００１８】障壁層のうちｐ型伝導層と隣接する障壁層
にのみＡｌを含み、ｐ型伝導層と隣接しない障壁層には
Ａｌを含まない構造とすると、井戸層に注入される電子
のｐ型伝導層へのオーバーフローが防止されるため、電
子の井戸層への注入効率が向上する。

【００１９】具体的に、本発明に係る第１の半導体発光
素子は、III −Ｖ族化合物半導体からなる半導体発光素
子を対象とし、基板上に、障壁層と該障壁層よりも狭い
禁制帯幅を持つ井戸層とが交互に積層されてなる量子井
戸層を備え、井戸層はＩｎ及びＮを含み、障壁層はＡｌ
及びＮを含む。

【００２０】第１の半導体発光素子によると、障壁層が
Ａｌ及びＮを含むため、該Ａｌが障壁層に含まれると、
井戸層における圧縮歪みを緩和するために臨界膜厚を越
えた時点で発生するピットに対して、障壁層に引張り歪
みが誘起され、量子井戸層における圧縮歪みの歪み量を
低減できるので、臨界膜厚を大きくできる。また、Ａｌ
が障壁層に含まれると、井戸層におけるＩｎの偏析を抑
制でき、さらに面方位が｛１−１０１｝面の成長速度と
面方位が（０００１）面の成長速度との差がＩｎを含む
井戸層の場合よりも小さいため、ピットの拡大を防ぐこ
とができる。

【００２１】第１の半導体発光素子において、障壁層
が、ｐ型伝導層とｎ型伝導層との間に複数層設けられて
おり、複数の障壁層のうちｐ型伝導層と隣接する一の障
壁層のアルミニウムの混晶比が、ｐ型伝導層と隣接しな
い他の障壁層のアルミニウムの混晶比よりも大きいこと
が好ましい。このようにすると、ｐ型伝導層と隣接する
一の障壁層は、Ａｌが添加されることによりヘテロ障壁
が大きくなるため、外部から注入された電子が井戸層に
注入されることなくｐ型伝導層に流れてしまうオーバー
フローを抑制できるので、電子の井戸層への注入効率が
向上する。

【００２２】この場合に、ｐ型伝導層と隣接する一の障
壁層におけるアルミニウムの混晶比が、ｎ型伝導層側で
小さく且つｐ型伝導層側で大きいことが好ましい。この
ようにすると、ｐ型伝導層と隣接する障壁層におけるホ
ールの存在確率を小さくすることができるので、ホール
の井戸層への注入効率をも向上させることができる。

【００２３】第１の半導体発光素子において、井戸層が
窒化ガリウムインジウム（ＧａＩｎＮ）又は窒化アルミ
ニウムガリウムインジウム（ＡｌＧａＩｎＮ）からな
り、障壁層が窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）
からなることが好ましい。

【００２４】本発明に係る第２の半導体発光素子は、II
I −Ｖ族化合物半導体からなる半導体発光素子を対象と
し、基板上に、障壁層と該障壁層よりも狭い禁制帯幅を
持つ井戸層とが交互に積層されてなる量子井戸層を備
え、障壁層は井戸層の歪みベクトルと逆符号の歪みベク
トルを有している。

【００２５】第２の半導体発光素子によると、障壁層と
井戸層との歪みベクトルが互いに逆符号であるため、量
子井戸構造における歪み量が打ち消されて小さくなる。
これにより、ピットが発生する臨界膜厚が大きくなるだ
けでなく、量子井戸構造に誘起されるピエゾ電界も小さ
くなるので、電子及びホールの各井戸層への注入が均一
化して発光効率が向上する。

【００２６】第２の半導体発光素子において、井戸層が
Ｉｎを含み、障壁層がＡｌを含むことが好ましい。

【００２７】第１又は第２の半導体発光素子は、量子井
戸層の基板側に設けられる第１の光ガイド層と、量子井
戸層の基板と反対側に設けられる第２の光ガイド層とを
さらに備え、障壁層の禁制帯幅が、第１の光ガイド層及
び第２の光ガイド層の禁制帯幅よりも小さいか又は同等
であることが好ましい。

【００２８】また、井戸層のＩｎの混晶比が０よりも大
きく且つ０．１以下であることが好ましい。このように
すると、量子井戸層の総膜厚が臨界膜厚を越えないよう
にできる。

【００２９】また、障壁層又は井戸層が不純物としてシ
リコン（Ｓｉ）を含むことが好ましい。このようにする
と、量子井戸層に生じるＩｎの偏析を防ぐことができ、
発光効率も向上する。

【００３０】本発明に係る第３の半導体発光素子は、II
I −Ｖ族化合物族窒化物半導体からなる半導体発光素子
を対象とし、基板上に、複数の障壁層と各障壁層よりも
狭い禁制帯幅を持つ井戸層とが交互に積層されてなる量
子井戸層と、基板上に量子井戸層を上下方向から挟むよ
うに形成されたｐ型伝導層及びｎ型伝導層とを備え、複
数の障壁層のうち、ｐ型伝導層と隣接する一の障壁層は
アルミニウムを含み、ｐ型伝導層と隣接しない他の障壁
層はアルミニウムを含まない。

【００３１】第３の半導体発光素子によると、ｐ型伝導
層と隣接する一の障壁層と、該一の障壁層とｐ型伝導層
の反対側で隣接する井戸層との間に、Ａｌに起因する大
きなヘテロ障壁が存在するため、電子が井戸層を越えて
ｐ型伝導層にオーバーフローすることを抑制できる。ま
た、電子が井戸層を越えるオーバーフローを抑制する方
向に、ピエゾ電界が誘起されるので、井戸層への電子の
注入効率が確実に向上する。

【００３２】第３の半導体発光素子において、井戸層が
Ｉｎを含むことが好ましい。

【００３３】第３の半導体発光素子において、井戸層が
ＧａＩｎＮからなり、ｐ型伝導層と隣接する障壁層がＡ
ｌＧａＮからなり、他の障壁層がＧａＩｎＮ又はＧａＮ
からなることが好ましい。

【００３４】本発明に係る半導体発光素子の製造方法
は、有機金属気相成長法を用いて、基板上に、障壁層と
該障壁層よりも狭い禁制帯幅を持つ井戸層とを交互に積
層することにより、障壁層及び井戸層からなる量子井戸
層を形成するIII −Ｖ族化合物半導体からなる半導体発
光素子の製造方法を対象とし、基板上に、第１の原料と
して少なくともガリウム源と窒素源とを用いることによ
り、ガリウム（Ｇａ）及び窒素（Ｎ）を含む障壁層を形
成する障壁層形成工程と、障壁層の上に、第２の原料と
して少なくともガリウム源とインジウム源と窒素源とを
用いることにより、Ｇａ、Ｉｎ及びＮを含む井戸層を形
成する井戸層形成工程とを備え、障壁層形成工程及び井
戸層形成工程におけるガリウム源はトリエチルガリウム
（ＴＥＧ）からなる。

【００３５】本発明の半導体発光素子の製造方法による
と、障壁層形成工程及び井戸層形成工程において、ガリ
ウム源にＴＥＧを用いているため、量子井戸層における
面方位が（０００１）面の成長速度と面方位が｛１−１
０１｝面の成長速度との差が小さくなる。

【００３６】本発明の半導体発光素子の製造方法におい
て、障壁層形成工程が、第１の原料がアルミニウム源を
さらに含むことにより、ＡｌＧａＮからなる障壁層を形
成する工程を有し、井戸層形成工程は、該井戸層形成工
程における井戸層がＧａＩｎＮからなるか、又は第２の
原料がアルミニウム源をさらに含むことにより、ＡｌＧ
ａＩｎＮからなる井戸層を形成する工程を有することが
好ましい。また、井戸層のＩｎの混晶比が０よりも大き
く且つ０．１以下であることが好ましい。

【００３７】本発明に係る光ディスク装置は、本発明の
第１〜第３の発明に係る半導体発光素子と、半導体発光
素子が発光する発光光をデータが記録された記録媒体上
に集光する集光光学系装置と、記録媒体からの反射光を
受光する光検出器とを備えている。

【００３８】本発明の光ディスク装置において、光検出
器が、発光光の反射光により記録媒体に記録されている
データを読み取ることが好ましい。

【００３９】この場合に、光検出器が半導体発光素子の
近傍に設けられていることが好ましい。

【００４０】この場合に、光検出器がシリコンからなる
基体の主面上に設けられ、半導体発光素子は基体の主面
上に保持されていることが好ましい。

【００４１】この場合に、基体の主面には、側壁にマイ
クロミラーを有する凹部が設けられており、半導体発光
素子が、半導体発光素子からの発光光がマイクロミラー
により反射されて基体の主面に対してほぼ垂直方向に進
むように、基体の凹部の底面上に固着されていることが
好ましい。

【００４２】この場合に、マイクロミラーの表面上には
金属薄膜が形成されていることが好ましい。また、この
金属薄膜が金、銀又はアルミニウムからなることが好ま
しい。

【００４３】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）本発明の第１
の実施形態について図面を参照しながら説明する。

【００４４】図１は本発明の第１の実施形態に係る半導
体発光素子の模式的な断面構成を示している。図１に示
すように、例えば、主面に（０００１）面を持つＧａＮ
からなる基板１１上には、上面の一部が露出する露出部
を有するｎ型ＧａＮからなるバッファ層１２と、ｎ型Ａ
ｌＧａＮからなり、後述する多重量子井戸層にポテンシ
ャル障壁を形成しｎ型キャリアを閉じ込めるｎ型クラッ
ド層１３と、ｎ型ＡｌＧａＮからなり、発生した光を閉
じ込めるｎ型光ガイド層１４と、ＧａＩｎＮからなる井
戸層とＡｌＧａＮからなる障壁層とが交互に積層されて
なり、ｎ型キャリアとｐ型キャリアとが再結合発光する
多重量子井戸活性層１５と、ｐ型ＡｌＧａＮからなり、
発生した光を閉じ込めるｐ型光ガイド層１６と、ｐ型Ａ
ｌＧａＮからなり、多重量子井戸活性層１５にポテンシ
ャル障壁を形成しｐ型キャリアを閉じ込めるｐ型クラッ
ド層１７と、ｎ型ＧａＮからなり、多重量子井戸活性層
１５に効率良く電流を注入するための電流ブロック層１
８と、ｐ型ＧａＮからなり、ｐ側電極との間のオーミッ
ク接触を図るコンタクト層１９とが順次形成されてい
る。

【００４５】コンタクト層１９の上面にはＮｉ／Ａｕか
らなるｐ側電極２０が形成され、バッファ層１２の露出
部には、Ｔｉ／Ａｌからなるｎ側電極２１が形成されて
いる。

【００４６】ここで、基板１１の材料は窒化ガリウム
（ＧａＮ）に限らず、サファイア（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）、炭化
ケイ素（ＳｉＣ）、シリコン（Ｓｉ）、スピネル、硫化
亜鉛（ＺｎＳ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）又は砒化ガリウム
（ＧａＡｓ）等を用いることができる。但し、ＧａＮ以
外の材料を基板１１に用いる場合には、該基板１１がＧ
ａＮ系半導体結晶に対して異種の材料となるため、該基
板１１との格子不整合を緩和することにより高品質なＧ
ａＮ系半導体結晶を得られるように、ＧａＮ等からなる
低温堆積バッファ層を、基板１１とバッファ層１２との
間に設ける必要がある。

【００４７】また、基板１１の面方位は、低指数面に限
らず、所定方向に傾斜した基板であってもよく、例え
ば、基板にＧａＮを用いる場合には、ＧａＮの（０００
１）面から晶帯軸が［１１−２０］方向に２度傾斜した
基板を用いてもよい。また、基板１１の導電型について
は、ｎ型、ｐ型又は絶縁性であってもよい。

【００４８】本実施形態においては、ＧａＮからなる基
板１１上にＧａＮからなるバッファ層１２を設けること
により、高品質なIII 族窒化物半導体レーザ構造となる
各半導体層を成長させることができる。バッファ層１２
にＧａＮを選ぶ理由は、III族窒化物半導体のうちで最
も容易に高品質な結晶が得られるためである。バッファ
層１２の膜厚は１００ｎｍ程度以上であればよい。但
し、本実施形態のように基板１１に低抵抗な材料を用い
ない場合には、ｐ側電極２０及びｎ側電極２１を共に基
板１１の素子形成面側に形成する必要があるため、１０
００ｎｍ程度以上の膜厚とする。

【００４９】ＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層１３及
びｐ型クラッド層１７は、例えば、Ａｌの混晶比（組成
比）が共に０．０９であり、ｎ型クラッド層１３の膜厚
は約９００ｎｍであり、ｐ型クラッド層１７の膜厚は約
６００ｎｍである。但し、ＡｌＧａＮには引張り歪みが
加わるため、クラッド層１３、１７におけるＡｌの混晶
比の増加及び膜厚の増加と共に成長中にクラックが発生
しやすいので、例えば、膜厚が約３ｎｍのＡｌ_0.18Ｇａ
_0.82Ｎからなる第１層と膜厚が約３ｎｍのＧａＮからな
る第２層とが対をなす歪み超格子構造を形成することに
より、クラックの発生を防止することが好ましい。さら
に、この場合に、第１層にはｎ型又はｐ型の不純物をド
ープし、第２層には不純物をドープしない、いわゆる変
調ドープを行なってもよい。また、ＡｌＧａＩｎＮから
なる四元混晶を用いることにより、ＧａＮからなる基板
１１に格子整合するレーザ構造を形成することができる
ため、クラックの発生はいうに及ばず転位の発生をも抑
制できる。

【００５０】ＡｌＧａＮからなるｎ型光ガイド層１４及
びｐ型光ガイド層１６は、例えば、Ａｌの混晶比が０．
０２であり、膜厚は共に１００ｎｍ程度である。但し、
レーザ構造における光閉じ込め機能は、多重量子井戸活
性層１５及びｎ型及びｐ型クラッド層１３、１７の膜厚
及び屈折率等の構成にも関わるため、構成によってはＡ
ｌを含まないＧａＮにより光ガイド層１４、１６を構成
してもよい。

【００５１】以下、第１の実施形態の特徴を有する多重
量子井戸活性層を図面に基づいて説明する。図２は第１
の実施形態に係る多重量子井戸活性層１５の詳細な断面
構成を示している。図２に示すように、本実施形態に係
る多重量子井戸活性層１５は、基板側から、膜厚が約３
ｎｍでＩｎの混晶比が０．０８のＧａＩｎＮからなる井
戸層１５１が３層と、各井戸層１５１の間に形成され、
膜厚が約５ｎｍでＡｌの混晶比が０．０２のＡｌＧａＮ
からなる障壁層１５２が２層と、３層目の井戸層１５１
の上面に形成され、膜厚が約５ｎｍでＡｌの混晶比が
０．１５のＡｌＧａＮからなる保護層１５３とから構成
されている。ここで、保護層１５３は井戸層１５１及び
障壁層１５２を成長した後、最上部の井戸層１５１のＧ
ａＩｎＮ結晶から気相中にＩｎが再脱離することを防ぐ
ため、及び発光素子の動作時に電子を活性層に効率良く
注入させるために設けられている。保護層１５３にはｐ
型不純物がドープされていることが好ましい。

【００５２】井戸層１５１におけるＩｎの混晶比に応じ
てレーザ光の発振波長を短波長側又は長波長側に制御で
きるが、結晶品質を高品位に維持するという観点からＩ
ｎの混晶比は０よりも大きく且つ０．３以下とする。好
ましくは、多重量子井戸活性層１５において、Ｉｎの組
成が不均一となることを抑制すると共に発振しきい値電
流を低減できるように、Ｉｎの混晶比は０よりも大きく
且つ０．２以下とする。さらに、好ましくは、結晶成長
時におけるピットの生成を抑制できるように、Ｉｎの混
晶比は０よりも大きく且つ０．１以下とする。また、井
戸層１５１及び障壁層１５２は、不純物としてＳｉがド
ープされていることが好ましい。

【００５３】図３に、共振器長が約１ｍｍでリッジ幅が
約５μｍの半導体レーザにおける井戸層のＩｎ混晶比と
発振しきい値との関係を示す。図３に示すように、井戸
層１５１におけるＩｎの混晶比が０．０５〜０．１の場
合には、発振しきい値電流が２００ｍＡよりも小さくな
っていることが分かる。

【００５４】本実施形態に係る多重量子井戸活性層１５
は、前述したように結晶成長時のピットの発生を抑制す
ることができると共に、各井戸層１５１への電子及びホ
ールの注入の均一化と電子の注入効率の向上とを実現さ
せることができる。

【００５５】まず、多重量子井戸活性層１５における障
壁層１５２に対してＡｌを含む構成とすることにより、
障壁層１５２には井戸層１５１の圧縮歪みを低減する方
向に引張り歪みが誘起する。このため、ピット発生の臨
界膜厚を大きくできる。従って、大きくなった臨界膜厚
値に、多重量子井戸活性層１５の総膜厚値が収まるよう
にすれば、ピットの発生を効果的に抑えることができ
る。

【００５６】また、結晶中に電場強度が大きいＡｌが含
まれるため、該ＡｌがＩｎの拡散を抑制するので、局所
的に偏析する傾向が強いＩｎの偏析を抑制できる。さら
に、ＡｌＧａＮからなる障壁層１５２は、面方位が｛１
−１０１｝面の成長速度と面方位が（０００１）面の成
長速度との差が、ＧａＩｎＮからなる井戸層１５１の場
合よりも小さいため、ピットが拡大することを防止でき
る。

【００５７】図４は本実施形態に係る半導体発光素子の
禁制帯幅のバンドダイアグラムをピエゾ電界を考慮して
示している。図５は障壁層にＧａＩｎＮを用いる比較用
の半導体発光素子の禁制帯幅のバンドダイアグラムを示
している。図４及び図５において、図１及び図２に示す
各半導体層と対応するエネルギー領域には同一の符号を
付している。図５において多重量子井戸活性層１５の全
体にわたって生じている、図面内で強い右下がりのピエ
ゾ電界が、図４においてはＡｌを含む障壁層１５２によ
る右上がりの電界が誘起されることによって弱まってい
ることが分かる。これにより、各井戸層１５１への電子
及びホールの注入が均一化されて発光効率が向上する。

【００５８】障壁層１５２のＡｌ混晶比は、ピットの抑
制効果と電子及びホールの井戸層への均一な注入とのト
レードオフから、０よりも大きくｎ型及びｐ型クラッド
層１３、１７のＡｌの混晶比以下とする。好ましくは、
０よりも大きくｎ型及びｐ型光ガイド層１４、１６のＡ
ｌの混晶比以下とする。すなわち、障壁層１５２の禁制
帯幅は、ｎ型及びｐ型光ガイド層１４、１６の禁制帯幅
よりも狭いか又は同等とする。

【００５９】次に、多重量子井戸活性層１５における障
壁層１５２に対してＩｎを含まない構成とすることによ
り、多重量子井戸活性層１５に誘起される圧縮歪みの歪
み量をより小さくできる。その上、Ｉｎを井戸層１５１
のみに分離できるので、Ｉｎの拡散を抑制し、連続的な
Ｉｎの偏析領域の拡大を防止できる。

【００６０】さらに、井戸層１５１におけるＩｎの混晶
比を０．１以下とすることによって、多重量子井戸活性
層１５の総膜厚が臨界膜厚を越えなくすることができ
る。

【００６１】このとき、臨界膜厚以外の観点からも、以
下に挙げる構成が好ましい。すなわち、井戸層１５１の
膜厚は発光効率の観点から２ｎｍ〜４ｎｍ程度が好まし
く、井戸層１５１の層数はキャリアの均一な注入と利得
の確保との観点から２層から４層程度が好ましい。

【００６２】また、多重量子井戸活性層１５の結晶成長
時にＳｉを不純物としてドープすると、Ｉｎの偏析を防
ぐことができ、発光効率が向上する。メカニズムは明ら
かではないが、Ｓｉのサーファクタント効果によると考
えられる。

【００６３】以上説明したように、本実施形態に係る半
導体発光素子によると、井戸層１５１と障壁層１５２と
からなる多重量子井戸活性層１５において、障壁層１５
２をＡｌＧａＮ結晶で構成することにより、障壁層１５
２に引張り歪みが誘起されるため、多重量子井戸活性層
１５における圧縮歪みの歪み量を低減できるので、結晶
の臨界膜厚を大きくできる。

【００６４】また、井戸層１５１を構成するＧａＩｎＮ
結晶のＩｎの混晶比を０．１以下とすることにより、多
重量子井戸活性層１５の総膜厚が、ピットの発生する臨
界膜厚を越えないようにすることができる。従って、大
きくなった臨界膜厚値に、多重量子井戸活性層１５の総
膜厚値が収まるようにすれば、ピットの発生を極めて有
効に防止できる。

【００６５】以下、前記のように構成された半導体発光
素子の製造方法について図１及び図２を参照しながら説
明する。ここでは、本実施形態に係る半導体発光素子を
ＭＯＶＰＥ法を用いて製造する手順を説明する。

【００６６】ＭＯＶＰＥ法においては、III 族元素の原
料としてアルキル金属化合物を用いる。III 族元素の原
料のうち、ガリウム源としてトリメチルガリウム（以
下、ＴＭＧと略称する。）又はトリエチルガリウム（以
下、ＴＥＧと略称する。）を用い、アルミニウム源とし
てトリメチルアルミニウム（以下、ＴＭＡと略称す
る。）を用い、インジウム源としてトリメチルインジウ
ム（以下、ＴＭＩと略称する。）又はエチルジメチルイ
ンジウム等を用いる。

【００６７】また、Ｖ族元素の原料となる窒素源として
はアンモニア（ＮＨ₃ ）、ヒドラジン（Ｎ₂ Ｈ₄ ）等を
用いる。ｎ型不純物を供給するシリコン源としてはシラ
ン（ＳｉＨ₄ ）ガス等を用い、ｐ型不純物を供給するマ
グネシウム源としてはビスシクロペンタジエニルマグネ
シウム（以下、Ｃｐ₂Ｍｇと略称する。)等を用いる。

【００６８】まず、主面が（０００１）面のＧａＮから
なる基板１１を洗浄し、その後、洗浄した基板１１を反
応室内のサセプタ上に保持する。続いて、反応室内を真
空排気した後、圧力が約８００×１０² Ｐａ（６００Ｔ
ｏｒｒ）の水素及びアンモニア雰囲気において基板温度
が１０３０℃で処理時間が１０分間の加熱を行なって基
板１１の表面クリーニングを行なう。

【００６９】次に、基板温度を１０００℃に設定し、反
応室にＴＭＧとアンモニアとを、ＴＭＧのアンモニアに
対するＶ族／III 族供給モル比（以下、Ｖ／III 比と呼
ぶ。）が５０００となるように供給すると共に、Ｓｉの
ドーパントとして窒素で希釈したシランガスを供給する
ことにより、図１に示すように、基板１１の主面上にキ
ャリア密度が８×１０¹⁷ｃｍ^-3で膜厚が約２５００ｎｍ
のｎ型ＧａＮからなるバッファ層１２を成長させる。こ
のときの成長速度は２５ｎｍ／分程度である。

【００７０】次に、バッファ層１２の上に、アルミニウ
ム源であるＴＭＡを新たに供給することにより、膜厚が
約９００ｎｍのｎ型Ａｌ_0.1 Ｇａ_0.9 Ｎからなるｎ型ク
ラッド層１３を成長させ、続いて、膜厚が約１００ｎｍ
のｎ型Ａｌ_0.02Ｇａ_0.98Ｎからなるｎ型光ガイド層１４
を成長させる。ここで、ＡｌＧａＮにおけるＡｌの混晶
比は、Ａｌの固相比がＡｌの気相比とほぼ一致するため
容易に制御できる。

【００７１】次に、図２に示すように、基板温度を８０
０℃程度にまで下げ、窒素をキャリアガスとして、III
族源のＴＥＧ、ＴＭＡ及びＴＭＩとＶ族源のアンモニア
とを反応室に供給することにより、ｎ型光ガイド層１４
の上に、膜厚が約３ｎｍのＧａ_0.92Ｉｎ_0.08Ｎからなる
井戸層１５１と膜厚が約５ｎｍのＡｌ_0.02Ｇａ_0.98Ｎか
らなる障壁層１５２と、膜厚が約５ｎｍのＡｌ_0.15Ｇａ
_0.85Ｎからなる保護層１５３との積層構造からなる多重
量子井戸活性層１５を成長させる。このときの各半導体
層の成長速度は１ｎｍ／分程度である。また、各半導体
層の原料の供給条件として、井戸層１５１は、ＴＭＩの
気相比が０．７でＶ／III 比が５００００であり、障壁
層１５２はＴＭＡの気相比が０．０２でＶ／III 比が２
０００００であり、保護層１５３はＴＭＡの気相比が
０．１５でＶ／III 比が１９００００である。なお、保
護層１５３は９００℃程度の比較的高い温度で成長させ
ることが好ましい。

【００７２】本実施の形態に係る製造方法は、ガリウム
源にＴＥＧを用いていることを特徴とする。ＴＥＧはＴ
ＭＧよりも分解温度が低いため、成長表面においてアル
キル基が結合していないＧａ原子が存在する割合が高く
なる。さらに、アルキル基が結合していないＧａ原子の
表面拡散長は、アルキル基と結合したＧａ分子の表面拡
散長よりも長い。また、アルキル基が結合していないＧ
ａ原子は結晶表面における選択成長性が低い。これらに
よって、ガリウム源にＴＥＧを用いると、面方位が（０
００１）面の成長速度と｛１−１０１｝面の成長速度と
の差が小さくなるので、ピットの拡大を抑制できる。

【００７３】次に、図１に示すように、基板温度を再度
１０００℃にまで昇温した後、水素をキャリアガスとし
て、III 族源のＴＭＧ及びＴＭＡとＶ族源のアンモニア
とを反応室に供給すると共に、Ｍｇのドーパントである
Ｃｐ₂ Ｍｇを供給することにより、多重量子井戸活性層
１５の上に、膜厚が約１００ｎｍのｐ型ＡｌＧａＮから
なるｐ型光ガイド層１６を成長させる。続いて、ｐ型光
ガイド層１６の上に、膜厚が約６００ｎｍのｐ型ＡｌＧ
ａＮからなるｐ型クラッド層１７を成長させる。その
後、各原料ガスの供給を止めて、基板１１の温度を室温
にまで下げる。

【００７４】以上の結晶成長工程により得られた半導体
ウェハ（エピタキシャル基板）に対して所定の加工を行
なうことにより単一モードレーザ素子を形成する。すな
わち、エピタキシャル成長基板に対して、フォトリソグ
ラフィー工程、ドライエッチング工程、埋め込み再成長
工程、電極蒸着工程、劈開工程及び実装工程等のプロセ
スを順次行なう。

【００７５】まず、フォトリソグラフィー工程及びドラ
イエッチング工程において、ｐ型クラッド層１７の上に
幅３μｍのストライプ形状のＳｉＯ₂ からなるマスクパ
ターンを形成する。形成されたマスクパターンを用い
て、ｐ型クラッド層１７がリッジ部を持つように該ｐ型
クラッド層１７に対して深さが５００ｎｍ程度となるま
でドライエッチングを行なう。

【００７６】次に、埋め込み再成長工程において、ｐ型
クラッド層１７にリッジ部が形成された基板１１を再度
ＭＯＶＰＥ装置の反応室に投入し、ｐ型クラッド層１７
におけるリッジ部の側方の領域が充填されるようにｎ型
ＧａＮからなる電流ブロック層１８を該リッジ部の側方
の領域に選択成長させる。

【００７７】次に、基板１１を反応室から取り出し、マ
スクパターンを除去した後、再度、反応室に戻して、ｐ
型クラッド層１７のリッジ部を含む電流ブロック層１８
の上面に、膜厚が約３００ｎｍでキャリア密度が８×１
０¹⁷ｃｍ^-3のｐ型ＧａＮからなるコンタクト層１９を成
長させる。

【００７８】各ｐ型半導体層のｐ型不純物であるＭｇア
クセプタの活性化処理は、反応室内で行なってもよく、
反応室から基板１１を取り出して別の熱処理炉で行なっ
てもよく、また、電極蒸着工程におけるシンタリング処
理と同時に行なってもよい。このときの熱処理条件は、
例えば、窒素雰囲気において加熱温度が約６００℃で加
熱時間が２０分間程度とする。

【００７９】次に、電極蒸着工程において、コンタクト
層１９の上面におけるｐ型クラッド層１７のリッジ部の
上方に、例えば、膜厚が１０ｎｍのニッケル（Ｎｉ）か
らなる導体膜と、膜厚が約３００ｎｍの金（Ａｕ）から
なる導体膜とが順次積層されてなるｐ側電極２０を蒸着
法を用いて選択的に形成する。

【００８０】次に、ｐ側電極形成領域にマスクパターン
を形成し、形成されたマスクパターンを用いてエピタキ
シャル層に対してドライエッチングを行なってバッファ
層１２の一部の領域を露出させる。露出した領域に、例
えば、チタン（Ｔｉ）からなる導体膜と、Ａｌからなる
導体膜とが順次積層されてなるｎ側電極２１を蒸着法を
用いて選択的に形成する。

【００８１】次に、劈開及び実装工程において、ｐ側及
びｎ側電極２０、２１が形成された基板１１に対して、
共振器長が例えば５００μｍ程度となるように劈開を行
ない、その後、共振器における出射端面と反射端面とに
適当な端面コーティングを施す。さらに、素子ごとに分
割されたレーザ素子をヒートシンクに、該ヒートシンク
の実装面とレーザ素子の電極形成面とを対向させる、い
わゆるジャンクションダウン方式で実装する。

【００８２】このようにして得られる半導体発光素子の
多重量子井戸活性層１５において、多重量子井戸活性層
１５を形成した直後の結晶表面について、走査電子顕微
鏡及び原子間力顕微鏡を用いて、その表面モフォロジー
を観察したところ、ピットの密度が従来のＧａＩｎＮ／
ＧａＩｎＮからなる多重量子井戸層において観察される
ピットの密度に比べて２〜３桁減少していることを確認
している。

【００８３】以上説明したように、本実施形態に係る製
造方法によると、多重量子井戸活性層１５を成長させる
際に、ガリウム源にＴＥＧを用いるため、ＴＭＧを用い
る場合と比べて、面方位が（０００１）面の成長速度と
｛１−１０１｝面の成長速度との差が小さくなるので、
成長中の結晶表面に発生するピットが拡大することを抑
制できる。

【００８４】なお、本実施形態においては、多重量子井
戸活性層１５における井戸層１５１にＧａＩｎＮを用
い、障壁層１５２にＡｌＧａＮを用いたが、これに限ら
ず、井戸層１５１に例えばＡｌＧａＩｎＮ等の混晶を用
いてもよく、また障壁層１５２に例えばＡｌＧａＩｎＮ
等の混晶を用いても、ピットの形成を抑制する効果があ
る。

【００８５】また、III 族元素としてホウ素（Ｂ）を含
んでもよく、Ｖ族元素として窒素（Ｎ）以外にヒ素（Ａ
ｓ）又はリン（Ｐ）等を含む窒化物系半導体であっても
同様の効果を得ることができる。

【００８６】また、本実施形態においては、ＭＯＶＰＥ
法を用いた結晶成長工程において、反応室内の圧力とし
て、１気圧（＝１０１３×１０² Ｐａ）よりもわずかに
低圧の約８００×１０² Ｐａとしたが、反応圧力は本発
明には影響を与えず、従って、他の圧力としても同様の
効果を得られる。

【００８７】なお、多重量子井戸活性層１５における井
戸層１５１と障壁層１５２との各組成及び膜厚を適当に
選ぶことにより、井戸層１５１に誘起される圧縮歪みを
障壁層１５２に誘起する引っ張り歪みで完全に打ち消
し、多重量子井戸活性層１５全体で無歪みとすることも
できる。

【００８８】また、本実施形態の第１の変形例として、
図６に示す多重量子井戸活性層１５において、１、２層
目の障壁層１５２のＡｌ混晶比を例えば０．０２とし、
ｐ型伝導層である保護層１５３と３層目の井戸層１５１
との間にＡｌの混晶比が例えば０．０７の３層目の障壁
層１５２Ａを設けてもよい。このようにすると、図７の
バンド図に示すように、３層目の障壁層１５２Ａにおけ
る伝導帯の下端のエネルギー（Ｅｃ）が、２層目の障壁
層１５２よりも大きくなるため、この３層目の障壁層１
５２Ａのヘテロ障壁により、外部から注入される電子が
井戸層１５１を越えてｐ型伝導層へオーバーフローする
ことを抑制でき、井戸層１５１への電子の注入効率を向
上させることができる。

【００８９】さらには、第２変形例として、例えば、図
６において、３層目の障壁層１５２のＡｌの混晶比を、
井戸層１５１側で０．０２、ｐ型の保護層１５３側で
０．０７となるよう徐々に大きくしてもよい。このよう
にすると、図８のバンド図に示すように、井戸層１５１
への電子の注入効率を向上させられるだけでなく、３層
目の障壁層１５２Ａにおける価電子帯の上端のエネルギ
ー（Ｅｖ）が保護層１５３側で小さく、井戸層１５１側
で大きくなるため、３層目の障壁層１５２におけるホー
ルの存在確率を低減できるので、井戸層１５１へのホー
ルの注入効率も向上させられるようになる。

【００９０】以上説明したように、本実施形態による
と、多重量子井戸活性層１５に生ずるピットの生成が抑
制されると共に、多重量子井戸活性層１５への電子及び
ホールの注入効率が向上するため、レーザ発振時のしき
い値が低く、且つ、長寿命となる等の信頼性が高い半導
体レーザ素子を得ることができ、これを光ディスク装置
の発光素子として組み込むことができる。

【００９１】また、本実施形態に係る発明は、半導体発
光素子だけでなく、本発明と同等の構成により得られる
ヘテロ接合を有するヘテロ接合電界効果トランジスタ等
の高移動度電子素子にも適用でき、その結果、ヘテロ接
合部に生じるピットを抑制できることにより、電子の移
動度を向上させることができる。

【００９２】（第２の実施形態）以下、本発明の第２の
実施形態について図面を参照しながら説明する。

【００９３】図９は本発明の第２の実施形態に係る半導
体発光素子の模式的な断面構成を示している。図９にお
いて、図１に示す構成要素と同一の構成要素には同一の
符号を付すことにより説明を省略する。図９に示す、本
実施形態に係る半導体発光素子において、ｎ型クラッド
層１３上に形成されているｎ型光ガイド層２４がｎ型Ｇ
ａＮからなり、ｎ型光ガイド層２４上の多重量子井戸活
性層２５はＧａＩｎＮからなる井戸層とＧａＮ又はＡｌ
ＧａＮからなる障壁層とが交互に積層されてなり、多重
量子井戸活性層２５上のｐ型光ガイド層２６はｐ型Ｇａ
Ｎにより構成されている。

【００９４】図１０は本実施形態に係る多重量子井戸活
性層２５の詳細な断面構成を示している。図１０に示す
ように、基板側から、膜厚が約３ｎｍでＩｎの混晶比が
０．０８のＧａＩｎＮからなる井戸層２５１が３層と、
膜厚が約５ｎｍで各井戸層１５１と交互に形成される第
１及び第２の障壁層２５２、第３の障壁層２５２Ａと、
第３の障壁層２５２Ａの上面に形成され、膜厚が約５ｎ
ｍでＡｌの混晶比が０．１５のＡｌＧａＮからなる保護
層２５３とから構成されている。

【００９５】ここで、第１及び第２の障壁層２５２の組
成は、例えばＧａＮであり、第３の障壁層２５２Ａの組
成は、例えばＡｌの混晶比が０．０４のＡｌＧａＮであ
る。

【００９６】このようにすると、図１１のバンド図に示
すように、保護層２５３と３層目の井戸層２５１との間
に、保護層２５３よりも組成が小さいＡｌを含む第３の
障壁層２５２Ａが設けられていることにより、第３の障
壁層２５２Ａに含まれるＡｌに起因する第１及び第２の
障壁層２５２よりも大きいヘテロ障壁が存在する。この
ため、外部から注入される電子が井戸層２５１を越える
オーバーフローを抑制できる。さらに、電子のオーバー
フローを抑制する方向にピエゾ電界も誘起されるため、
各井戸層２５１への電子の注入効率が向上する。

【００９７】また、一変形例として、例えば、第３の障
壁層２５２ＡのＡｌの混晶比を、井戸層２５１側で０と
し、保護層２５３側で０．０４となるよう徐々に大きく
してもよい。このようにすると、各井戸層２５１への電
子の注入効率が向上するだけでなく、第３の障壁層２５
２Ａにおけるホールの存在確率を下げることができるの
で、各井戸層２５１へのホールの注入効率も向上する。

【００９８】（第３の実施形態）以下、本発明の第３の
実施形態について図面を参照しながら説明する。

【００９９】図１２は本発明の第３の実施形態に係る光
ディスク装置の構成を模式的に表わしている。本実施形
態に係る光ディスク装置は、本発明の半導体発光素子を
光ディスク装置の発光部に用いている。図１２に示すよ
うに、光ディスク装置には、キャンにレーザチップが実
装されてなる半導体レーザ素子４１のレーザ出射部と、
所望のデータが記録された記録媒体である光ディスク５
０のデータ保持面とが互いに対向するように設けられ、
半導体レーザ素子４１と光ディスク５０との間には集光
光学系装置としての集光光学部４０Ａが設けられてい
る。

【０１００】集光光学部４０Ａは、半導体レーザ素子４
１側から順に設けられた、半導体レーザ素子４１から出
射される出射光５１を平行光とするコリメータレンズ４
２と、平行光を３本のビーム（図示せず）に分割する回
折格子４３と、出射光５１を透過し且つ光ディスク５０
からの反射光５２の光路を変更するハーフプリズム４４
と、３本のビームを光ディスク５０上に集光させる集光
レンズ４５とを有している。ここでは、発光光５１とし
て波長が約４０５ｎｍのレーザ光を用いている。

【０１０１】光ディスク５０上に集光された３本のビー
ムは直径がそれぞれ０．８μｍ程度のスポット形状とな
る。この３つのスポットの位置によって検出される光デ
ィスク５０の半径方向の位置ずれを、集光レンズ４５を
適当に移動させることにより修正する駆動系回路４６が
設けられている。

【０１０２】ハーフプリズム４４からの反射光５２の光
路上には反射光５２を絞る受光レンズ４７と、焦点の位
置ずれを検出するシリンドリカルレンズ４８と、集光さ
れた反射光５２を電気信号に変換する光検出器としての
フォトダイオード素子４９とが設けられている。

【０１０３】このように、半導体レーザ素子４１からの
発光光５１を光ディスク５０に導く集光光学部４０Ａ、
及び光ディスク５０により反射した反射光５２を受光す
るフォトダイオード素子４９とを備えた光ディスク装置
に、青色レーザ光を安定して確実に発光できる本発明の
半導体発光素子を適用すれば、記録密度が高い高密度光
ディスク５０に記録されたデータの読み出し（再生）を
行なうことができる。

【０１０４】なお、レーザチップに自励発振特性を付与
しておくと、低出力時にレーザチップへの戻り光の影響
を受け難くなり、Ｓ／Ｎ比が向上するため、情報の読み
出し精度が向上するので好ましい。このように自励発振
特性を付加した場合には、半導体レーザ素子４１に戻り
光の影響を低減するための高周波回路等を付加する必要
がなくなるため、装置の構成が簡単となって装置の小型
化を容易に図れるようになる。

【０１０５】さらに、本実施形態に係る光ディスク装置
は、レーザ光の出力が２５ｍＷ程度の高出力動作も可能
となるため、光ディスク５０へデータの書き込み動作、
すなわち記録動作をも行なえる。これにより、１つの半
導体レーザ素子４１により再生動作と記録動作とを行な
えると共に、簡単な構成で優れた特性を持つ光ディスク
装置を実現できる。

【０１０６】（第４の実施形態）以下、本発明の第４の
実施形態について図面を参照しながら説明する。

【０１０７】図１３は本発明の第４の実施形態に係る光
ディスク装置の構成を模式的に表わしている。本実施形
態に係る光ディスク装置は、本発明の半導体発光素子を
光ディスク装置の発光部に用いている。さらに、レーザ
チップ、光信号検出用フォトダイオード素子、及びレー
ザチップから出射されるレーザ光の光路を変更するマイ
クロミラーをシリコン（Ｓｉ）からなる基体又は基板上
に設けることにより、小型化及び薄型化を図っている。
ここでは、レーザチップ、フォトダイオード及びマイク
ロミラーを併せてレーザユニットと呼ぶ。

【０１０８】図１３に示すように、光ディスク装置に
は、レーザユニット６１のレーザ出射部と、所望のデー
タが記録された記録媒体である光ディスク５０のデータ
保持面とが互いに対向するように設けられ、レーザユニ
ット６１と光ディスク５０との間には集光光学系装置と
しての集光光学部４０Ｂが設けられている。

【０１０９】集光光学部４０Ｂは、レーザユニット６１
側から順に、発光光５１が入射する第１の入射面に形成
され、発光光５１を３本のビームに分割するグレーティ
ング（格子）パターンと、光ディスク５０からの反射光
５２が入射する第２の入射面に形成され、ディスク面に
対して平行な方向に±１次光として集光及び発散作用を
付加して回折するホログラムパターンとを有するホログ
ラム素子６２と、円偏光と直線偏光とを相互に変換する
１／４波長板６３と、発光光５１を光ディスク５０の情
報トラック上に集光する対物レンズ６４とを有してい
る。また、集光光学部４０Ｂの側方には発光光５１及び
反射光５２の位置ずれを修正するアクチュエータ６５が
設けられている。

【０１１０】図１４は本実施形態に係るレーザユニット
６１の構成を示している。図１４に示すように、レーザ
ユニット６１は、Ｓｉからなる１つの基板７１上に形成
されている。基板７１の主面上には凹部７１ａが設けら
れ、該凹部７１ａの底面上には本発明のレーザチップ７
２が半田材等により固着されている。凹部７１ａにおけ
るレーザチップ７２の出射端面側の側壁には、基板７１
の主面に対して４５°の角度をなすマイクロミラー７３
が設けられている。これにより、レーザチップ７２から
出射される発光光５１は、マイクロミラー７３により反
射されて基板７１の主面に対してほぼ垂直に進行する。
ここで、マイクロミラー７３はＳｉの面方位の（１１
１）面を用いることが好ましい。このＳｉの（１１１）
面は異方性エッチングにより容易に得られると共に化学
的に安定な面であるため、光学的に平坦な面が得られや
すい。また、この（１１１）面は（１００）面と正確に
５４°の角度をなすので、（１００）面から［１１０］
方向へ９°だけ傾斜した基板７１を用いることにより、
基板７１の主面と４５°をなす壁面を確実に得ることが
できる。

【０１１１】基板７１の凹部７１ａの壁面のうち、マイ
クロミラー７３と対向し且つ基板面との角度が６３°を
なす壁面には、レーザチップ７２の反射端面から若干出
射されるレーザ光からレーザチップの出力値をモニタす
る出力モニタ用フォトダイオード素子７４が形成されて
いる。なお、マイクロミラー７３の表面はシリコンのま
までもよく、さらには、レーザ光の利用効率を向上を図
るために、凹部７１ａの壁面にレーザ光の反射率が高く
且つ吸収率が低いＡｕ、Ａｇ又はＡｌ等の金属薄膜を蒸
着してもよい。

【０１１２】基板７１の上部におけるマイクロミラー７
３の反射面と平行な方向であって該マイクロミラー７３
を互いに挟む領域には、反射光５２を受光する光検出器
としての第１のフォトダイオード素子７５Ａ及び第２の
フォトダイオード素子７５Ｂが、半導体バルクとしての
基板７１に直接形成されている。また、各フォトダイオ
ード素子７５Ａ、７５Ｂはマイクロミラー７３の反射面
と平行な方向に延びるようにそれぞれ５分割されてい
る。

【０１１３】図１５はホログラム素子６２の断面構成と
素子の動作とを示している。図１５に示すように、ホロ
グラム素子６２は、前述したように、マイクロミラー上
の実質的な発光位置７３ａからの発光光５１を受ける第
１の入射面６２ａにグレーティングパターン６２ｇを有
し、第１の入射面６２ａと反対側の面であり反射光５２
を受ける第２の入射面６２ｂにホログラムパターン６２
ｈを有している。ここでは、ホログラム素子６２に入射
される反射光５２のうち、第１のフォトダイオード素子
７５Ａ側に回折される第１の回折光５２ａが第１のフォ
トダイオード素子７５Ａの受光面の前方に焦点を結ぶビ
ームとなり、第２のフォトダイオード素子７５Ｂ側に回
折される第２の回折光５２ｂが第２のフォトダイオード
素子７５Ｂの受光面の後方に焦点を結ぶビームとなるこ
とを表わしている。

【０１１４】図１６（ａ）は本実施形態に係るレーザユ
ニットの平面構成を模式的に表わしている。図１６
（ａ）において、図１４に示す構成要素と同一の構成要
素には同一の符号を付している。図１６（ａ）に示すよ
うに、各フォトダイオード素子７５Ａ、７５Ｂは、５分
割された受光領域のうち、中央部分の３つの領域に、３
本のビーム状の反射光（回折光）５２のうちの中央の１
本を受け、残りの両側部の領域に残りの２本のビーム状
の反射光（回折光）５２をそれぞれ１本ずつ受ける。

【０１１５】以下、トラッキングエラー信号、フォーカ
スエラー信号、及び光ディスクに記録されている情報信
号の各検出方法の概略を説明する。

【０１１６】トラッキングエラー信号（ＴＥＳ）は、図
１６（ａ）に示すように、第１のフォトダイオード素子
７５Ａの両側部の領域に受光する信号強度をＴ１及びＴ
２とし、第２のフォトダイオード素子７５Ｂの両側部の
領域に受光する信号強度をＴ３及びＴ４とすると、次の
算出式（１）により求められる。

【０１１７】 ＴＥＳ＝（Ｔ１−Ｔ２）＋（Ｔ３−Ｔ４） …（１） フォーカスエラー信号（ＦＥＳ）は、図１６（ｂ）に示
すように、第１のフォトダイオード素子７５Ａの中央部
分の３本の領域に受光する信号強度を図面の上から順に
Ｓ１、Ｓ２及びＳ３とし、同様に、第２のフォトダイオ
ード素子７５Ｂの中央部分の３本の領域に受光する信号
強度を順にＳ４、Ｓ５及びＳ６とすると、次の算出式
（２）により求められる。

【０１１８】 ＦＥＳ＝（Ｓ１＋Ｓ３＋Ｓ５）−（Ｓ２＋Ｓ４＋Ｓ６） …（２） 算出式（２）の値が０となるように、図１３に示すアク
チュエータ６５を駆動させて対物レンズ６４を光ディス
ク５０の情報トラックに追従させる。

【０１１９】ここで、図１６（ｂ）は、ＦＥＳ＝０の場
合を示し、フォーカスエラーが生じていない状態を表わ
している。図１６（ｃ）及び図１６（ｄ）はいずれもＦ
ＥＳが０とならず、フォーカスエラーが生じている状態
を表わしている。

【０１２０】また、情報信号（ＲＦＳ）も、以下の算出
式（３）により求められる。

【０１２１】 ＲＦＳ＝（Ｓ１＋Ｓ３＋Ｓ５）−（Ｓ２＋Ｓ４＋Ｓ６） …（３） 本実施形態によると、図１４に示すレーザユニット６１
を用いることにより、光ディスク装置の小型化及び薄型
化を実現できる。さらに、本実施形態に係る光ディスク
装置を製造する際にも、主面上に、各フォトダイオード
７５Ａ、７５Ｂ、凹部７１ａ及び該凹部７１ａの一側壁
にマイクロミラー７３が形成されたＳｉからなる基板７
１をあらかじめ用意しておき、基板７１の凹部７１ａの
底面上にレーザチップ７２をボンディングするだけで組
み立てが完成するため、製造工程が簡略化でき、且つ、
歩留まりも高くできる。

【０１２２】

【発明の効果】本発明に係る半導体発光素子によると、
III −Ｖ族化合物半導体からなる量子井戸層に生じるピ
ットの発生密度を大幅に低減できると共に、量子井戸層
の障壁層に挟まれた井戸層への電子及びホールの注入が
均一化することにより、注入効率を高めることができ
る。これにより、素子の発光効率が向上し、しきい値電
流が低減するため、発光素子の信頼性が大きく向上す
る。

【０１２３】さらに、本発明の半導体発光素子を搭載し
た光ディスク装置によると、光出力部である発光素子に
高信頼性を得られるため、記録密度が高い高密度光ディ
スクを扱える装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子
を示す模式的な構成断面図である。

【図２】本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子
における多重量子井戸活性層の詳細構成を示す断面図で
ある。

【図３】本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子
における井戸層のＩｎの混晶比に対する発振しきい値電
流の関係を示すグラフである。

【図４】本発明の第１の実施形態に係る半導体発光素子
における禁制帯幅を示すエネルギーバンド図である。

【図５】障壁層にアルミニウムを含まない比較用の半導
体発光素子における禁制帯幅を示すエネルギーバンド図
である。

【図６】本発明の第１の実施形態の第１及び第２変形例
に係る半導体発光素子における多重量子井戸活性層の詳
細構成を示す断面図である。

【図７】本発明の第１の実施形態の第１変形例に係る半
導体発光素子における禁制帯幅を示すエネルギーバンド
図である。

【図８】本発明の第１の実施形態の第２変形例に係る半
導体発光素子における禁制帯幅を示すエネルギーバンド
図である。

【図９】本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素子
を示す模式的な構成断面図である。

【図１０】本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素
子における多重量子井戸活性層の詳細構成を示す断面図
である。

【図１１】本発明の第２の実施形態に係る半導体発光素
子における禁制帯幅を示すエネルギーバンド図である。

【図１２】本発明の第３の実施形態に係る光ディスク装
置を示す模式的な構成図である。

【図１３】本発明の第４の実施形態に係る光ディスク装
置を示す模式的な構成図である。

【図１４】本発明の第４の実施形態に係る光ディスク装
置におけるレーザユニットを示す斜視図である。

【図１５】本発明の第４の実施形態に係る光ディスク装
置におけるホログラム素子を示す模式的な構成断面図で
ある。

【図１６】（ａ）は本発明の第４の実施形態に係る光デ
ィスク装置におけるレーザユニットを示す模式的な平面
図である。（ｂ）〜（ｄ）は本発明の第４の実施形態に
係る光ディスク装置におけるレーザユニットのフォトダ
イオード素子が信号光を受光する様子を示す模式的な平
面図である。

【符号の説明】

１１ 基板 １２ バッファ層 １３ ｎ型クラッド層 １４ ｎ型光ガイド層 １５ 多重量子井戸活性層 １５Ａ 多重量子井戸活性層 １５１ 井戸層 １５２ 障壁層 １５２Ａ 障壁層 １５３ 保護層 １６ ｐ型光ガイド層 １７ ｐ型クラッド層 １８ 電流ブロック層 １９ コンタクト層 ２０ ｐ側電極 ２１ ｎ側電極 ２４ ｎ型光ガイド層 ２５ 多重量子井戸活性層 ２５１ 井戸層 ２５２ 第１の障壁層 ２５２ 第２の障壁層 ２５２Ａ 第３の障壁層 ２５３ 保護層 ２６ ｐ型光ガイド層 ４０Ａ 集光光学部（集光光学系装置） ４０Ｂ 集光光学部（集光光学系装置） ４１ 半導体レーザ素子 ４２ コリメータレンズ ４３ 回折格子 ４４ ハーフプリズム ４５ 集光レンズ ４６ 駆動系回路 ４７ 受光レンズ ４８ シリンドリカルレンズ ４９ フォトダイオード素子（光検出器） ５０ 光ディスク ５１ 発光光 ５２ 反射光 ５２ａ 第１の回折光 ５２ｂ 第２の回折光 ６１ レーザユニット ６２ ホログラム素子 ６２ａ 第１の入射面 ６２ｂ 第２の入射面 ６２ｇ グレーティングパターン ６２ｈ ホログラムパターン ６３ １／４波長板 ６４ 対物レンズ ７１ 基板（基体） ７１ａ 凹部 ７２ レーザチップ ７３ マイクロミラー ７３ａ 発光位置 ７４ 出力モニタ用フォトダイオード ７５Ａ 第１のフォトダイオード素子（光検出器） ７５Ｂ 第２のフォトダイオード素子（光検出器）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石橋 明彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 木戸口 勲 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 鈴木 政勝 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 伴 雄三郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 5D119 AA02 AA38 AA40 CA10 FA17 JA57 KA02 KA04 LB05 LB07 5F073 AA51 AA74 AA89 AB15 AB25 AB27 AB29 BA06 CA02 CA07 CA17 CB18 DA05 DA35 EA23 EA24 EA29 FA02 FA13 FA16

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 III −Ｖ族化合物族窒化物半導体からな
   る半導体発光素子であって、 基板上に、複数の障壁層と各障壁層よりも狭い禁制帯幅
   を持つ井戸層とが交互に積層されてなる量子井戸層と、 前記基板上に前記量子井戸層を上下方向から挟むように
   形成されたｐ型伝導層及びｎ型伝導層とを備え、 前記複数の障壁層のうち、前記ｐ型伝導層と隣接する一
   の障壁層はアルミニウムを含み、前記ｐ型伝導層と隣接
   しない他の障壁層はアルミニウムを含まないことを特徴
   とする半導体発光素子。
2. 【請求項２】 前記量子井戸層の前記基板側に設けられ
   た第１の光ガイド層と、前記量子井戸層の前記基板と反
   対側に設けられた第２の光ガイド層とをさらに備え、 前記第１の光ガイド層又は第２の光ガイド層はアルミニ
   ウムを含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体発
   光素子。
3. 【請求項３】 前記井戸層はインジウムを含むことを特
   徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光素子。
4. 【請求項４】 前記井戸層は窒化ガリウムインジウムか
   らなり、 前記一の障壁層は窒化アルミニウムガリウムからなり、
   前記他の障壁層は窒化ガリウムインジウム又は窒化ガリ
   ウムからなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか
   １項に記載の半導体発光素子。
5. 【請求項５】 前記井戸層のインジウムの混晶比は、０
   よりも大きく且つ０．１以下であることを特徴とする請
   求項３又は４に記載の半導体発光素子。
6. 【請求項６】 前記障壁層は不純物としてシリコンを含
   むことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載
   の半導体発光素子。
7. 【請求項７】 前記井戸層は不純物としてシリコンを含
   むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載
   の半導体発光素子。
8. 【請求項８】 有機金属気相成長法を用いて、基板上
   に、障壁層と該障壁層よりも狭い禁制帯幅を持つ井戸層
   とを交互に積層することにより、前記障壁層及び井戸層
   からなる量子井戸層を形成するIII −Ｖ族化合物半導体
   からなる半導体発光素子の製造方法であって、 前記基板上に、第１の原料として少なくともガリウム源
   と窒素源とを用いることにより、ガリウム及び窒素を含
   む障壁層を形成する障壁層形成工程と、 前記障壁層の上に、第２の原料として少なくともガリウ
   ム源とインジウム源と窒素源とを用いることにより、ガ
   リウム、インジウム及び窒素を含む井戸層を形成する井
   戸層形成工程とを備え、 前記障壁層形成工程及び井戸層形成工程における前記ガ
   リウム源はトリエチルガリウムからなることを特徴とす
   る半導体発光素子の製造方法。
9. 【請求項９】 前記障壁層形成工程は、前記第１の原料
   がアルミニウム源をさらに含むことにより、窒化アルミ
   ニウムガリウムからなる障壁層を形成する工程を有し、 前記井戸層形成工程は、該井戸層形成工程における前記
   井戸層が窒化ガリウムインジウムからなるか、又は前記
   第２の原料がアルミニウム源をさらに含むことにより、
   窒化アルミニウムガリウムインジウムからなる井戸層を
   形成する工程を有することを特徴とする請求項８に記載
   の半導体発光素子の製造方法。
10. 【請求項１０】 前記井戸層のインジウムの混晶比は、
    ０よりも大きく且つ０．１以下であることを特徴とする
    請求項８又は９に記載の半導体発光素子の製造方法。
11. 【請求項１１】 半導体発光素子と、 前記半導体発光素子が発光する発光光をデータが記録さ
    れた記録媒体上に集光する集光光学系装置と、 前記記録媒体からの反射光を受光する光検出器とを備
    え、 前記半導体発光素子は、基板上に、複数の障壁層と各障
    壁層よりも狭い禁制帯幅を持つ井戸層とが交互に積層さ
    れてなる量子井戸層と、前記基板上に前記量子井戸層を
    上下方向から挟むように形成されたｐ型伝導層及びｎ型
    伝導層とを有し、 前記複数の障壁層のうち、前記ｐ型伝導層と隣接する一
    の障壁層はアルミニウムを含み、前記ｐ型伝導層と隣接
    しない他の障壁層はアルミニウムを含まないことを特徴
    とする光ディスク装置。
12. 【請求項１２】 前記光検出器は、前記発光光の反射光
    により前記記録媒体に記録されているデータを読み取る
    ことを特徴とする請求項１１に記載の光ディスク装置。
13. 【請求項１３】 前記光検出器は、前記半導体発光素子
    の近傍に設けられていることを特徴とする請求項１１に
    記載の光ディスク装置。
14. 【請求項１４】 前記光検出器はシリコンからなる基体
    の主面上に設けられ、前記半導体発光素子は前記基体の
    主面上に保持されていることを特徴とする請求項１３に
    記載の光ディスク装置。
15. 【請求項１５】 前記基体の主面には、側壁にマイクロ
    ミラーを有する凹部が設けられており、 前記半導体発光素子は、前記半導体発光素子からの発光
    光が前記マイクロミラーにより反射されて前記基体の主
    面に対してほぼ垂直方向に進むように、前記基体の凹部
    の底面上に固着されていることを特徴とする請求項１４
    に記載の光ディスク装置。
16. 【請求項１６】 前記マイクロミラーの表面上には金属
    薄膜が形成されていることを特徴とする請求項１５に記
    載の光ディスク装置。
17. 【請求項１７】 前記金属薄膜は金、銀又はアルミニウ
    ムからなることを特徴とする請求項１６に記載の光ディ
    スク装置。