JP2003086903A - 半導体発光素子およびその製造方法 - Google Patents
半導体発光素子およびその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高温、高出力駆動時に、活性層への正孔の注
入を阻害することなく電子のオーバーフローを抑制する
ことができ、駆動電流および駆動電圧の大幅な低減が可
能な、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導
体発光素子を実現する。 【解決手段】 ｎ型クラッド層５とｐ型クラッド層１０
との間に活性層７がはさまれた構造を有する、窒化物系
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体発光素子にお
いて、活性層７とｐ型クラッド層１０との間に、Ａｌお
よびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体からなる第１の厚さを有する障壁層とＧａを含む第２
の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２の厚
さを有する井戸層とが交互に積層された超格子からなる
キャップ層８を、少なくとも一つ設ける。
入を阻害することなく電子のオーバーフローを抑制する
ことができ、駆動電流および駆動電圧の大幅な低減が可
能な、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導
体発光素子を実現する。 【解決手段】 ｎ型クラッド層５とｐ型クラッド層１０
との間に活性層７がはさまれた構造を有する、窒化物系
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体発光素子にお
いて、活性層７とｐ型クラッド層１０との間に、Ａｌお
よびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体からなる第１の厚さを有する障壁層とＧａを含む第２
の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２の厚
さを有する井戸層とが交互に積層された超格子からなる
キャップ層８を、少なくとも一つ設ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体発光素子
およびその製造方法に関し、特に、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体を用いた半導体レーザや発光ダイオード
に適用して好適なものである。
およびその製造方法に関し、特に、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体を用いた半導体レーザや発光ダイオード
に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、光ディスクの高密度化に必要であ
る青色領域から紫外線領域におよぶ発光が可能な半導体
レーザとして、ＡｌＧａＩｎＮなどの窒化物系ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザの研究開発が盛
んに行われている。この半導体レーザのうち、特に光デ
ィスクに対する書き込み用の高出力半導体レーザの実現
に必要とされるのは、高温、高出力下での低い駆動電流
および長寿命である。
る青色領域から紫外線領域におよぶ発光が可能な半導体
レーザとして、ＡｌＧａＩｎＮなどの窒化物系ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体を用いた半導体レーザの研究開発が盛
んに行われている。この半導体レーザのうち、特に光デ
ィスクに対する書き込み用の高出力半導体レーザの実現
に必要とされるのは、高温、高出力下での低い駆動電流
および長寿命である。
【０００３】これまでに報告されている書き込み用高出
力半導体レーザにおいては、ｐ型クラッド層側の活性層
の直上にｐ型ＡｌＧａＮからなるキャップ層が設けられ
ている（例えば、特開平９−２１９５５６号公報）。こ
の半導体レーザにおいては、このキャップ層が活性層か
らのＩｎの脱離を防ぎ、かつ、高温、高電流駆動時の電
子のオーバーフローを抑制すると考えられている。
力半導体レーザにおいては、ｐ型クラッド層側の活性層
の直上にｐ型ＡｌＧａＮからなるキャップ層が設けられ
ている（例えば、特開平９−２１９５５６号公報）。こ
の半導体レーザにおいては、このキャップ層が活性層か
らのＩｎの脱離を防ぎ、かつ、高温、高電流駆動時の電
子のオーバーフローを抑制すると考えられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、報告さ
れている上述の書き込み用高出力半導体レーザにおいて
は、活性層直上のｐ型ＡｌＧａＮキャップ層は、電子の
オーバーフローを抑制することから高温、高出力駆動時
の駆動電流低減には有効に働くが、正孔に対しても障壁
層として働くため、正孔の活性層への注入を阻害すると
いう好ましからざる面を持っている。このことは、駆動
電圧の上昇を招き、ひいては半導体レーザの寿命を制限
する要因となる。
れている上述の書き込み用高出力半導体レーザにおいて
は、活性層直上のｐ型ＡｌＧａＮキャップ層は、電子の
オーバーフローを抑制することから高温、高出力駆動時
の駆動電流低減には有効に働くが、正孔に対しても障壁
層として働くため、正孔の活性層への注入を阻害すると
いう好ましからざる面を持っている。このことは、駆動
電圧の上昇を招き、ひいては半導体レーザの寿命を制限
する要因となる。
【０００５】さらに、一般的に、ＡｌＧａＮはＧａＮに
比べてアクセプタのイオン化エネルギーが大きいため、
Ｍｇをドーピングしても高い正孔濃度が得られにくい。
このことは、活性層直上のｐ型ＡｌＧａＮキャップ層の
抵抗が高いことを意味しており、半導体レーザの駆動電
圧の上昇につながる。
比べてアクセプタのイオン化エネルギーが大きいため、
Ｍｇをドーピングしても高い正孔濃度が得られにくい。
このことは、活性層直上のｐ型ＡｌＧａＮキャップ層の
抵抗が高いことを意味しており、半導体レーザの駆動電
圧の上昇につながる。
【０００６】したがって、この発明が解決しようとする
課題は、高温、高出力駆動時に、活性層への正孔の注入
を阻害することなく、電子のオーバーフローを抑制する
ことができ、駆動電流および駆動電圧の大幅な低減が可
能な、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導
体発光素子およびそのような半導体発光素子を容易に製
造することができる半導体発光素子の製造方法を提供す
ることにある。
課題は、高温、高出力駆動時に、活性層への正孔の注入
を阻害することなく、電子のオーバーフローを抑制する
ことができ、駆動電流および駆動電圧の大幅な低減が可
能な、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導
体発光素子およびそのような半導体発光素子を容易に製
造することができる半導体発光素子の製造方法を提供す
ることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明の第１の発明は、ｎ型クラッド層とｐ型ク
ラッド層との間に活性層がはさまれた構造を有する、窒
化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体発光素
子において、活性層とｐ型クラッド層との間に、Ａｌお
よびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体からなる第１の厚さを有する障壁層とＧａを含む第２
の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２の厚
さを有する井戸層とが交互に積層された超格子からなる
キャップ層が、少なくとも一つ設けられていることを特
徴とするものである。
に、この発明の第１の発明は、ｎ型クラッド層とｐ型ク
ラッド層との間に活性層がはさまれた構造を有する、窒
化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体発光素
子において、活性層とｐ型クラッド層との間に、Ａｌお
よびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体からなる第１の厚さを有する障壁層とＧａを含む第２
の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２の厚
さを有する井戸層とが交互に積層された超格子からなる
キャップ層が、少なくとも一つ設けられていることを特
徴とするものである。
【０００８】この発明の第１の発明においては、場合に
よっては、超格子からなるキャップ層に、従来と同様な
単一のｐ型ＡｌＧａＮ層からなるキャップ層を組み合わ
せてもよい。具体的には、例えば、活性層に近い側に従
来と同様な単一のｐ型ＡｌＧａＮ層からなるキャップ層
を設け、遠い側に超格子からなるキャップ層を設けても
よい。
よっては、超格子からなるキャップ層に、従来と同様な
単一のｐ型ＡｌＧａＮ層からなるキャップ層を組み合わ
せてもよい。具体的には、例えば、活性層に近い側に従
来と同様な単一のｐ型ＡｌＧａＮ層からなるキャップ層
を設け、遠い側に超格子からなるキャップ層を設けても
よい。
【０００９】窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、一
般的には、Ｇａ、Ａｌ、ＩｎおよびＢからなる群より選
ばれた少なくとも一種のＩＩＩ族元素と、少なくともＮ
を含み、場合によってさらにＡｓまたはＰを含むＶ族元
素とからなり、具体例を挙げると、ＧａＮ、ＩｎＮ、Ａ
ｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮなどで
ある。
般的には、Ｇａ、Ａｌ、ＩｎおよびＢからなる群より選
ばれた少なくとも一種のＩＩＩ族元素と、少なくともＮ
を含み、場合によってさらにＡｓまたはＰを含むＶ族元
素とからなり、具体例を挙げると、ＧａＮ、ＩｎＮ、Ａ
ｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮなどで
ある。
【００１０】この発明の第２の発明は、ＩｎおよびＧａ
を含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からな
る障壁層とＩｎおよびＧａを含む第４の窒化物系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体からなる井戸層とが交互に積層され
た多重量子井戸構造の活性層と、活性層に接した、Ａｌ
およびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体からなる第１の厚さを有する障壁層とＧａを含む第
２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２の
厚さを有する井戸層とが交互に積層された超格子からな
るキャップ層と、キャップ層に接した、Ｇａを含む第５
の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる光導波層
と、光導波層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第６の窒
化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型クラッド
層とを有することを特徴とする半導体発光素子である。
を含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からな
る障壁層とＩｎおよびＧａを含む第４の窒化物系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体からなる井戸層とが交互に積層され
た多重量子井戸構造の活性層と、活性層に接した、Ａｌ
およびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体からなる第１の厚さを有する障壁層とＧａを含む第
２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２の
厚さを有する井戸層とが交互に積層された超格子からな
るキャップ層と、キャップ層に接した、Ｇａを含む第５
の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる光導波層
と、光導波層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第６の窒
化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型クラッド
層とを有することを特徴とする半導体発光素子である。
【００１１】この発明の第３の発明は、ＩｎおよびＧａ
を含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からな
る障壁層とＩｎおよびＧａを含む第４の窒化物系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体からなる井戸層とが交互に積層され
た多重量子井戸構造の活性層と、活性層に接した、Ａｌ
およびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体からなる第１の厚さを有する障壁層とＧａを含む第
２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２の
厚さを有する井戸層とが交互に積層された超格子からな
る第１のキャップ層と、第１のキャップ層に接した、Ｇ
ａを含む第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から
なる光導波層と、光導波層に接した、ＡｌおよびＧａを
含む第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる
第３の厚さを有する障壁層とＧａを含む第１０の窒化物
系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第４の厚さを有す
る井戸層とが交互に積層された超格子からなる第２のキ
ャップ層と、第２のキャップ層に接した、ＡｌおよびＧ
ａを含む第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から
なるｐ型クラッド層とを有することを特徴とする半導体
発光素子である。
を含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からな
る障壁層とＩｎおよびＧａを含む第４の窒化物系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体からなる井戸層とが交互に積層され
た多重量子井戸構造の活性層と、活性層に接した、Ａｌ
およびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体からなる第１の厚さを有する障壁層とＧａを含む第
２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２の
厚さを有する井戸層とが交互に積層された超格子からな
る第１のキャップ層と、第１のキャップ層に接した、Ｇ
ａを含む第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から
なる光導波層と、光導波層に接した、ＡｌおよびＧａを
含む第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる
第３の厚さを有する障壁層とＧａを含む第１０の窒化物
系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第４の厚さを有す
る井戸層とが交互に積層された超格子からなる第２のキ
ャップ層と、第２のキャップ層に接した、ＡｌおよびＧ
ａを含む第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から
なるｐ型クラッド層とを有することを特徴とする半導体
発光素子である。
【００１２】この発明の第４の発明は、ＩｎおよびＧａ
を含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からな
る障壁層とＩｎおよびＧａを含む第４の窒化物系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体からなる井戸層とが交互に積層され
た多重量子井戸構造の活性層と、活性層に接した、Ｇａ
を含む第１０の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から
なる第１の光導波層と、第１の光導波層に接した、Ａｌ
およびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体からなる第１の厚さを有する障壁層とＧａを含む第
２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２の
厚さを有する井戸層とが交互に積層された超格子からな
るキャップ層と、キャップ層に接した、Ｇａを含む第５
の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２の光
導波層と、第２の光導波層に接した、ＡｌおよびＧａを
含む第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる
ｐ型クラッド層とを有することを特徴とする半導体発光
素子である。
を含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からな
る障壁層とＩｎおよびＧａを含む第４の窒化物系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体からなる井戸層とが交互に積層され
た多重量子井戸構造の活性層と、活性層に接した、Ｇａ
を含む第１０の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から
なる第１の光導波層と、第１の光導波層に接した、Ａｌ
およびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体からなる第１の厚さを有する障壁層とＧａを含む第
２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２の
厚さを有する井戸層とが交互に積層された超格子からな
るキャップ層と、キャップ層に接した、Ｇａを含む第５
の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２の光
導波層と、第２の光導波層に接した、ＡｌおよびＧａを
含む第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる
ｐ型クラッド層とを有することを特徴とする半導体発光
素子である。
【００１３】この発明の第５の発明は、ＩｎおよびＧａ
を含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からな
る障壁層とＩｎおよびＧａを含む第４の窒化物系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体からなる井戸層とが交互に積層され
た多重量子井戸構造の活性層と、活性層に接した、Ｇａ
を含む第１１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から
なる第１の光導波層と、第１の光導波層に接した、Ａｌ
およびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体からなる第１の厚さを有する障壁層とＧａを含む第
２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２の
厚さを有する井戸層とが交互に積層された超格子からな
る第１のキャップ層と、第１のキャップ層に接した、Ｇ
ａを含む第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から
なる第２の光導波層と、第２の光導波層に接した、Ａｌ
およびＧａを含む第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体からなる第３の厚さを有する障壁層とＧａを含む第
１０の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第４
の厚さを有する井戸層とが交互に積層された超格子から
なる第２のキャップ層と、第２のキャップ層に接した、
ＡｌおよびＧａを含む第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体からなるｐ型クラッド層とを有することを特徴
とする半導体発光素子である。
を含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からな
る障壁層とＩｎおよびＧａを含む第４の窒化物系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体からなる井戸層とが交互に積層され
た多重量子井戸構造の活性層と、活性層に接した、Ｇａ
を含む第１１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から
なる第１の光導波層と、第１の光導波層に接した、Ａｌ
およびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体からなる第１の厚さを有する障壁層とＧａを含む第
２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２の
厚さを有する井戸層とが交互に積層された超格子からな
る第１のキャップ層と、第１のキャップ層に接した、Ｇ
ａを含む第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から
なる第２の光導波層と、第２の光導波層に接した、Ａｌ
およびＧａを含む第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体からなる第３の厚さを有する障壁層とＧａを含む第
１０の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第４
の厚さを有する井戸層とが交互に積層された超格子から
なる第２のキャップ層と、第２のキャップ層に接した、
ＡｌおよびＧａを含む第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体からなるｐ型クラッド層とを有することを特徴
とする半導体発光素子である。
【００１４】この発明の第４および第５の発明におい
て、第１の光導波層を構成する第１１の窒化物系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体は、この第１の光導波層の抵抗の低
減の観点より、好適にはｐ型不純物がドープされず、ア
ンドープである。また、活性層のｐ型クラッド層に最も
近い井戸層とキャップ層あるいは第１のキャップ層の活
性層に最も近い障壁層との間の距離は、１０ｎｍより小
さいとこれらのキャップ層あるいは第１のキャップ層に
より活性層が受ける歪の影響が顕著になり、一方、１５
０ｎｍより大きいと電子と正孔との再結合が、通常ｐ型
とされる第２の光導波層で起こる確率が増え、半導体発
光素子の駆動電流が増大するため、これらを防止する観
点より、好適には１０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下に選ばれ
る。
て、第１の光導波層を構成する第１１の窒化物系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体は、この第１の光導波層の抵抗の低
減の観点より、好適にはｐ型不純物がドープされず、ア
ンドープである。また、活性層のｐ型クラッド層に最も
近い井戸層とキャップ層あるいは第１のキャップ層の活
性層に最も近い障壁層との間の距離は、１０ｎｍより小
さいとこれらのキャップ層あるいは第１のキャップ層に
より活性層が受ける歪の影響が顕著になり、一方、１５
０ｎｍより大きいと電子と正孔との再結合が、通常ｐ型
とされる第２の光導波層で起こる確率が増え、半導体発
光素子の駆動電流が増大するため、これらを防止する観
点より、好適には１０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下に選ばれ
る。
【００１５】この発明の第６の発明は、ＩｎおよびＧａ
を含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からな
る障壁層とＩｎおよびＧａを含む第４の窒化物系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体からなる井戸層とが交互に積層され
た多重量子井戸構造の活性層と、活性層に接した、Ａｌ
およびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体からなる第１の厚さを有する障壁層とＧａを含む第
２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２の
厚さを有する井戸層とが交互に積層された超格子からな
るキャップ層と、キャップ層に接した、Ｇａを含む第５
の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる光導波層
と、光導波層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第６の窒
化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型クラッド
層とを有する半導体発光素子の製造方法であって、活性
層およびキャップ層は、実質的に水素を含まず、窒素を
主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長させ、光導波
層およびｐ型クラッド層は、窒素と水素とを主成分とす
るキャリアガス雰囲気中で成長させるようにしたことを
特徴とするものである。
を含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からな
る障壁層とＩｎおよびＧａを含む第４の窒化物系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体からなる井戸層とが交互に積層され
た多重量子井戸構造の活性層と、活性層に接した、Ａｌ
およびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体からなる第１の厚さを有する障壁層とＧａを含む第
２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２の
厚さを有する井戸層とが交互に積層された超格子からな
るキャップ層と、キャップ層に接した、Ｇａを含む第５
の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる光導波層
と、光導波層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第６の窒
化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型クラッド
層とを有する半導体発光素子の製造方法であって、活性
層およびキャップ層は、実質的に水素を含まず、窒素を
主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長させ、光導波
層およびｐ型クラッド層は、窒素と水素とを主成分とす
るキャリアガス雰囲気中で成長させるようにしたことを
特徴とするものである。
【００１６】この発明の第７の発明は、ＩｎおよびＧａ
を含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からな
る障壁層とＩｎおよびＧａを含む第４の窒化物系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体からなる井戸層とが交互に積層され
た多重量子井戸構造の活性層と、活性層に接した、Ａｌ
およびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体からなる第１の厚さを有する障壁層とＧａを含む第
２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２の
厚さを有する井戸層とが交互に積層された超格子からな
る第１のキャップ層と、第１のキャップ層に接した、Ｇ
ａを含む第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から
なる光導波層と、光導波層に接した、ＡｌおよびＧａを
含む第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる
第３の厚さを有する障壁層とＧａを含む第１０の窒化物
系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第４の厚さを有す
る井戸層とが交互に積層された超格子からなる第２のキ
ャップ層と、第２のキャップ層に接した、ＡｌおよびＧ
ａを含む第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から
なるｐ型クラッド層とを有する半導体発光素子の製造方
法であって、活性層および第１のキャップ層は、実質的
に水素を含まず、窒素を主成分とするキャリアガス雰囲
気中で成長させ、光導波層、第２のキャップ層およびｐ
型クラッド層は、窒素と水素とを主成分とするキャリア
ガス雰囲気中で成長させるようにしたことを特徴とする
半導体発光素子の製造方法。
を含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からな
る障壁層とＩｎおよびＧａを含む第４の窒化物系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体からなる井戸層とが交互に積層され
た多重量子井戸構造の活性層と、活性層に接した、Ａｌ
およびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体からなる第１の厚さを有する障壁層とＧａを含む第
２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２の
厚さを有する井戸層とが交互に積層された超格子からな
る第１のキャップ層と、第１のキャップ層に接した、Ｇ
ａを含む第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から
なる光導波層と、光導波層に接した、ＡｌおよびＧａを
含む第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる
第３の厚さを有する障壁層とＧａを含む第１０の窒化物
系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第４の厚さを有す
る井戸層とが交互に積層された超格子からなる第２のキ
ャップ層と、第２のキャップ層に接した、ＡｌおよびＧ
ａを含む第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から
なるｐ型クラッド層とを有する半導体発光素子の製造方
法であって、活性層および第１のキャップ層は、実質的
に水素を含まず、窒素を主成分とするキャリアガス雰囲
気中で成長させ、光導波層、第２のキャップ層およびｐ
型クラッド層は、窒素と水素とを主成分とするキャリア
ガス雰囲気中で成長させるようにしたことを特徴とする
半導体発光素子の製造方法。
【００１７】この発明の第８の発明は、ＩｎおよびＧａ
を含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からな
る障壁層とＩｎおよびＧａを含む第４の窒化物系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体からなる井戸層とが交互に積層され
た多重量子井戸構造の活性層と、活性層に接した、Ｇａ
を含む第１１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から
なる第１の光導波層と、第１の光導波層に接した、Ａｌ
およびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体からなる第１の厚さを有する障壁層とＧａを含む第
２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２の
厚さを有する井戸層とが交互に積層された超格子からな
るキャップ層と、キャップ層に接した、Ｇａを含む第５
の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２の光
導波層と、第２の光導波層に接した、ＡｌおよびＧａを
含む第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる
ｐ型クラッド層とを有する半導体発光素子の製造方法で
あって、活性層、第１の光導波層およびキャップ層は、
実質的に水素を含まず、窒素を主成分とするキャリアガ
ス雰囲気中で成長させ、第２の光導波層およびｐ型クラ
ッド層は、窒素と水素とを主成分とするキャリアガス雰
囲気中で成長させるようにしたことを特徴とするもので
ある。
を含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からな
る障壁層とＩｎおよびＧａを含む第４の窒化物系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体からなる井戸層とが交互に積層され
た多重量子井戸構造の活性層と、活性層に接した、Ｇａ
を含む第１１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から
なる第１の光導波層と、第１の光導波層に接した、Ａｌ
およびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体からなる第１の厚さを有する障壁層とＧａを含む第
２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２の
厚さを有する井戸層とが交互に積層された超格子からな
るキャップ層と、キャップ層に接した、Ｇａを含む第５
の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２の光
導波層と、第２の光導波層に接した、ＡｌおよびＧａを
含む第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる
ｐ型クラッド層とを有する半導体発光素子の製造方法で
あって、活性層、第１の光導波層およびキャップ層は、
実質的に水素を含まず、窒素を主成分とするキャリアガ
ス雰囲気中で成長させ、第２の光導波層およびｐ型クラ
ッド層は、窒素と水素とを主成分とするキャリアガス雰
囲気中で成長させるようにしたことを特徴とするもので
ある。
【００１８】この発明の第９の発明は、ＩｎおよびＧａ
を含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からな
る障壁層とＩｎおよびＧａを含む第４の窒化物系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体からなる井戸層とが交互に積層され
た多重量子井戸構造の活性層と、活性層に接した、Ｇａ
を含む第１１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から
なる第１の光導波層と、第１の光導波層に接した、Ａｌ
およびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体からなる第１の厚さを有する障壁層とＧａを含む第
２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２の
厚さを有する井戸層とが交互に積層された超格子からな
る第１のキャップ層と、第１のキャップ層に接した、Ｇ
ａを含む第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から
なる第２の光導波層と、第２の光導波層に接した、Ａｌ
およびＧａを含む第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体からなる第３の厚さを有する障壁層とＧａを含む第
１０の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第４
の厚さを有する井戸層とが交互に積層された超格子から
なる第２のキャップ層と、第２のキャップ層に接した、
ＡｌおよびＧａを含む第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体からなるｐ型クラッド層とを有する半導体発光
素子の製造方法であって、活性層、第１の光導波層およ
び第１のキャップ層は、実質的に水素を含まず、窒素を
主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長させ、第２の
光導波層、第２のキャップ層およびｐ型クラッド層は、
窒素と水素とを主成分とするキャリアガス雰囲気中で成
長させるようにしたことを特徴とするものである。
を含む第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からな
る障壁層とＩｎおよびＧａを含む第４の窒化物系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体からなる井戸層とが交互に積層され
た多重量子井戸構造の活性層と、活性層に接した、Ｇａ
を含む第１１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から
なる第１の光導波層と、第１の光導波層に接した、Ａｌ
およびＧａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体からなる第１の厚さを有する障壁層とＧａを含む第
２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２の
厚さを有する井戸層とが交互に積層された超格子からな
る第１のキャップ層と、第１のキャップ層に接した、Ｇ
ａを含む第５の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から
なる第２の光導波層と、第２の光導波層に接した、Ａｌ
およびＧａを含む第９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体からなる第３の厚さを有する障壁層とＧａを含む第
１０の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第４
の厚さを有する井戸層とが交互に積層された超格子から
なる第２のキャップ層と、第２のキャップ層に接した、
ＡｌおよびＧａを含む第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体からなるｐ型クラッド層とを有する半導体発光
素子の製造方法であって、活性層、第１の光導波層およ
び第１のキャップ層は、実質的に水素を含まず、窒素を
主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長させ、第２の
光導波層、第２のキャップ層およびｐ型クラッド層は、
窒素と水素とを主成分とするキャリアガス雰囲気中で成
長させるようにしたことを特徴とするものである。
【００１９】この発明の第５〜第９の発明において、半
導体発光素子の各層の成長時のキャリアガス雰囲気につ
いては、活性層からのＩｎの脱離をより効果的に防止す
る観点より、最も好適には、実質的に水素を含まず、窒
素を主成分とするキャリアガス雰囲気としてＮ2 ガス雰
囲気を用い、一方、ｐ型層の抵抗の低減を図る観点よ
り、最も好適には、窒素と水素とを主成分とするキャリ
アガス雰囲気としてＮ2とＨ2 との混合ガス雰囲気を用
いる。
導体発光素子の各層の成長時のキャリアガス雰囲気につ
いては、活性層からのＩｎの脱離をより効果的に防止す
る観点より、最も好適には、実質的に水素を含まず、窒
素を主成分とするキャリアガス雰囲気としてＮ2 ガス雰
囲気を用い、一方、ｐ型層の抵抗の低減を図る観点よ
り、最も好適には、窒素と水素とを主成分とするキャリ
アガス雰囲気としてＮ2とＨ2 との混合ガス雰囲気を用
いる。
【００２０】この発明の第２〜第９の発明において、Ａ
ｌおよびＧａを含む第１、第６、第７および第９の窒化
物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、ＡｌおよびＧａ以外
のＩＩＩ族元素、例えばＩｎやＢなどを含むこともあ
り、Ｖ族元素としてＡｓやＰなどを含むこともある。ま
た、Ｇａを含む第２、第５、第８、第１０および第１１
の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、Ｇａ以外のＩ
ＩＩ族元素、例えばＩｎやＡｌやＢなどを含むこともあ
り、Ｖ族元素としてＡｓやＰなどを含むこともある。ま
た、ＩｎおよびＧａを含む第３および第４の窒化物系Ｉ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、ＩｎおよびＧａ以外のＩＩ
Ｉ族元素、例えばＡｌやＢなどを含むこともあり、Ｖ族
元素としてＡｓやＰなどを含むこともある。
ｌおよびＧａを含む第１、第６、第７および第９の窒化
物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、ＡｌおよびＧａ以外
のＩＩＩ族元素、例えばＩｎやＢなどを含むこともあ
り、Ｖ族元素としてＡｓやＰなどを含むこともある。ま
た、Ｇａを含む第２、第５、第８、第１０および第１１
の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、Ｇａ以外のＩ
ＩＩ族元素、例えばＩｎやＡｌやＢなどを含むこともあ
り、Ｖ族元素としてＡｓやＰなどを含むこともある。ま
た、ＩｎおよびＧａを含む第３および第４の窒化物系Ｉ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、ＩｎおよびＧａ以外のＩＩ
Ｉ族元素、例えばＡｌやＢなどを含むこともあり、Ｖ族
元素としてＡｓやＰなどを含むこともある。
【００２１】この発明において、キャップ層あるいは第
１のキャップ層あるいは第２のキャップ層の障壁層およ
び井戸層の厚さは、１ｎｍより小さいと活性層に注入さ
れる電子のオーバーフローの抑制効果が小さくなりす
ぎ、１０ｎｍより大きいと活性層に与える歪みが大きく
なって劣化が生じるおそれがあるため、好適には、１ｎ
ｍ以上１０ｎｍ以下に選ばれ、より好適には、１ｎｍ以
上５ｎｍ以下に選ばれ、さらに好適には、１．５〜３．
５ｎｍに選ばれる。これらの障壁層および井戸層の厚さ
は互いに異なっていてもよいし、互いに同一であっても
よい。
１のキャップ層あるいは第２のキャップ層の障壁層およ
び井戸層の厚さは、１ｎｍより小さいと活性層に注入さ
れる電子のオーバーフローの抑制効果が小さくなりす
ぎ、１０ｎｍより大きいと活性層に与える歪みが大きく
なって劣化が生じるおそれがあるため、好適には、１ｎ
ｍ以上１０ｎｍ以下に選ばれ、より好適には、１ｎｍ以
上５ｎｍ以下に選ばれ、さらに好適には、１．５〜３．
５ｎｍに選ばれる。これらの障壁層および井戸層の厚さ
は互いに異なっていてもよいし、互いに同一であっても
よい。
【００２２】好適には、キャップ層あるいは第１のキャ
ップ層あるいは第２のキャップ層の障壁層を構成する第
１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体はアンドープで
あり、それらの井戸層を構成する第２の窒化物系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体はｐ型不純物、例えばマグネシウム
（Ｍｇ）がドープされる。また、典型的には、キャップ
層あるいは第１のキャップ層あるいは第２のキャップ層
の障壁層を構成する第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体はＡｌz Ｇａ1-z Ｎ（ただし、０＜ｙ＜１）であ
り、それらの井戸層を構成する第２の窒化物系ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体はＧａＮである。ここで、このＡｌz
Ｇａ1-z ＮのＡｌ組成ｚは、０．１２（１２％）より小
さいと電子のオーバーフローの抑制効果が小さくなりす
ぎ、０．３（３０％）より大きいと成長層に生じる歪み
が大きくなってエピタキシャル成長が難しくなることか
ら、好適には０．１２以上０．３以下に選ばれ、より好
適には０．１２以上０．２以下に選ばれる。キャップ層
あるいは第１のキャップ層あるいは第２のキャップ層の
障壁層を構成する第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体としてはＡｌz Ｇａ1-z-w Ｉｎw Ｎ（ただし、０＜
ｚ＜１、０＜ｗ＜１かつ０＜ｚ＋ｗ＜１）を用いてもよ
く、この場合にはキャップ層あるいは第１のキャップ層
あるいは第２のキャップ層により活性層に生じる歪みが
より小さくなるため、活性層の劣化をより有効に防止す
ることができる。一方、キャップ層あるいは第１のキャ
ップ層あるいは第２のキャップ層の井戸層を構成する第
２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体としてはＩｎp
Ｇａ1-p Ｎ（ただし、０＜ｐ＜１）を用いてもよい。
ップ層あるいは第２のキャップ層の障壁層を構成する第
１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体はアンドープで
あり、それらの井戸層を構成する第２の窒化物系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体はｐ型不純物、例えばマグネシウム
（Ｍｇ）がドープされる。また、典型的には、キャップ
層あるいは第１のキャップ層あるいは第２のキャップ層
の障壁層を構成する第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体はＡｌz Ｇａ1-z Ｎ（ただし、０＜ｙ＜１）であ
り、それらの井戸層を構成する第２の窒化物系ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体はＧａＮである。ここで、このＡｌz
Ｇａ1-z ＮのＡｌ組成ｚは、０．１２（１２％）より小
さいと電子のオーバーフローの抑制効果が小さくなりす
ぎ、０．３（３０％）より大きいと成長層に生じる歪み
が大きくなってエピタキシャル成長が難しくなることか
ら、好適には０．１２以上０．３以下に選ばれ、より好
適には０．１２以上０．２以下に選ばれる。キャップ層
あるいは第１のキャップ層あるいは第２のキャップ層の
障壁層を構成する第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半
導体としてはＡｌz Ｇａ1-z-w Ｉｎw Ｎ（ただし、０＜
ｚ＜１、０＜ｗ＜１かつ０＜ｚ＋ｗ＜１）を用いてもよ
く、この場合にはキャップ層あるいは第１のキャップ層
あるいは第２のキャップ層により活性層に生じる歪みが
より小さくなるため、活性層の劣化をより有効に防止す
ることができる。一方、キャップ層あるいは第１のキャ
ップ層あるいは第２のキャップ層の井戸層を構成する第
２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体としてはＩｎp
Ｇａ1-p Ｎ（ただし、０＜ｐ＜１）を用いてもよい。
【００２３】典型的には、活性層の障壁層を構成する第
３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体はＩｎx Ｇａ
1-x Ｎ（ただし、０≦ｘ＜１）であり、活性層の井戸層
を構成する第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は
Ｉｎy Ｇａ1-y Ｎ（ただし、０＜ｙ＜１かつｙ＞ｘ）で
ある。ここで、活性層に注入される電子に対する急峻な
障壁を形成し、オーバーフローをより効果的に防止する
観点より、好適には、活性層のｐ型クラッド層に最も近
い井戸層にキャップ層の活性層に最も近い障壁層が接す
るようにする。
３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体はＩｎx Ｇａ
1-x Ｎ（ただし、０≦ｘ＜１）であり、活性層の井戸層
を構成する第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は
Ｉｎy Ｇａ1-y Ｎ（ただし、０＜ｙ＜１かつｙ＞ｘ）で
ある。ここで、活性層に注入される電子に対する急峻な
障壁を形成し、オーバーフローをより効果的に防止する
観点より、好適には、活性層のｐ型クラッド層に最も近
い井戸層にキャップ層の活性層に最も近い障壁層が接す
るようにする。
【００２４】活性層に注入される電子のオーバフローを
効果的に抑制する観点より、好適には、キャップ層の平
均バンドギャップエネルギーはｐ型クラッド層の平均バ
ンドギャップエネルギーより大きい。また、ｐ側電極か
ら注入される正孔が活性層に移動しやすくする観点よ
り、好適には、ｐ型クラッド層はＡｌおよびＧａを含む
第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる障壁
層とＧａを含む第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体からなる井戸層とが交互に積層された超格子からな
る。ここで、好適には、ｐ型クラッド層の障壁層を構成
する第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体はアンド
ープであり、ｐ型クラッド層の井戸層を構成する第８の
窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体はｐ型不純物、例え
ばＭｇがドープされている。
効果的に抑制する観点より、好適には、キャップ層の平
均バンドギャップエネルギーはｐ型クラッド層の平均バ
ンドギャップエネルギーより大きい。また、ｐ側電極か
ら注入される正孔が活性層に移動しやすくする観点よ
り、好適には、ｐ型クラッド層はＡｌおよびＧａを含む
第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる障壁
層とＧａを含む第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体からなる井戸層とが交互に積層された超格子からな
る。ここで、好適には、ｐ型クラッド層の障壁層を構成
する第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体はアンド
ープであり、ｐ型クラッド層の井戸層を構成する第８の
窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体はｐ型不純物、例え
ばＭｇがドープされている。
【００２５】窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層を成
長させる基板としては、種々のものを用いることがで
き、具体的には、サファイア基板、ＳｉＣ基板、Ｓｉ基
板、ＧａＡｓ基板、ＧａＰ基板、ＩｎＰ基板、スピネル
基板、酸化シリコン基板などのほか、厚いＧａＮ層など
の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層からなる基板を
用いてもよい。
長させる基板としては、種々のものを用いることがで
き、具体的には、サファイア基板、ＳｉＣ基板、Ｓｉ基
板、ＧａＡｓ基板、ＧａＰ基板、ＩｎＰ基板、スピネル
基板、酸化シリコン基板などのほか、厚いＧａＮ層など
の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体層からなる基板を
用いてもよい。
【００２６】窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体の成長
方法としては、例えば、有機金属化学気相成長（ＭＯＣ
ＶＤ）、ハイドライド気相エピタキシャル成長またはハ
ライド気相エピタキシャル成長（ＨＶＰＥ）などを用い
ることができる。
方法としては、例えば、有機金属化学気相成長（ＭＯＣ
ＶＤ）、ハイドライド気相エピタキシャル成長またはハ
ライド気相エピタキシャル成長（ＨＶＰＥ）などを用い
ることができる。
【００２７】上述のように構成されたこの発明によれ
ば、活性層とｐ型クラッド層との間、具体的には、例え
ば、活性層に接して、あるいは、活性層に接した第１の
光導波層に接して超格子からなるキャップ層が設けら
れ、場合によってはさらに、ｐ型クラッド層の直前に超
格子からなるキャップ層が設けられていることにより、
活性層に注入される電子は超格子からなるキャップ層の
障壁層によりこのキャップ層を通り抜けるのが抑制され
るとともに、ｐ側電極から注入され、ｐ型クラッド層を
通り抜けた正孔は超格子からなるキャップ層をトンネル
効果により容易に通り抜けて活性層に注入されるように
なる。ここで、特に、キャップ層を構成する障壁層およ
び井戸層をそれぞれ同一の厚さに設定しているため、こ
れらの井戸層に形成されるエネルギー準位は互いに一致
することから、このトンネル効果は共鳴的に起こり、正
孔のトンネルの確率は極めて高い。
ば、活性層とｐ型クラッド層との間、具体的には、例え
ば、活性層に接して、あるいは、活性層に接した第１の
光導波層に接して超格子からなるキャップ層が設けら
れ、場合によってはさらに、ｐ型クラッド層の直前に超
格子からなるキャップ層が設けられていることにより、
活性層に注入される電子は超格子からなるキャップ層の
障壁層によりこのキャップ層を通り抜けるのが抑制され
るとともに、ｐ側電極から注入され、ｐ型クラッド層を
通り抜けた正孔は超格子からなるキャップ層をトンネル
効果により容易に通り抜けて活性層に注入されるように
なる。ここで、特に、キャップ層を構成する障壁層およ
び井戸層をそれぞれ同一の厚さに設定しているため、こ
れらの井戸層に形成されるエネルギー準位は互いに一致
することから、このトンネル効果は共鳴的に起こり、正
孔のトンネルの確率は極めて高い。
【００２８】また、第６の発明においては活性層および
キャップ層を、第７の発明においては活性層および第１
のキャップ層を、第８の発明においては活性層、第１の
光導波層およびキャップ層を、第９の発明においては活
性層、第１の光導波層および第１のキャップ層を、実質
的に水素を含まず、窒素を主成分とするキャリアガス雰
囲気中で成長させるようにしているので、活性層からＩ
ｎが脱離するのを抑えることができ、活性層の劣化を防
止することができる。また、第６の発明においては光導
波層およびｐ型クラッド層を、第７の発明においては光
導波層、第２のキャップ層およびｐ型クラッド層を、第
８の発明においては第２の光導波層およびｐ型クラッド
層を、第９の発明においては第２の光導波層、第２のキ
ャップ層およびｐ型クラッド層を、窒素と水素とを主成
分とするキャリアガス雰囲気中で成長させるようにして
いるので、通常ｐ型層とされるこれらの光導波層、第２
のキャップ層あるいは第２の光導波層、あるいはｐ型ク
ラッド層を良好な結晶性で成長させることができる。
キャップ層を、第７の発明においては活性層および第１
のキャップ層を、第８の発明においては活性層、第１の
光導波層およびキャップ層を、第９の発明においては活
性層、第１の光導波層および第１のキャップ層を、実質
的に水素を含まず、窒素を主成分とするキャリアガス雰
囲気中で成長させるようにしているので、活性層からＩ
ｎが脱離するのを抑えることができ、活性層の劣化を防
止することができる。また、第６の発明においては光導
波層およびｐ型クラッド層を、第７の発明においては光
導波層、第２のキャップ層およびｐ型クラッド層を、第
８の発明においては第２の光導波層およびｐ型クラッド
層を、第９の発明においては第２の光導波層、第２のキ
ャップ層およびｐ型クラッド層を、窒素と水素とを主成
分とするキャリアガス雰囲気中で成長させるようにして
いるので、通常ｐ型層とされるこれらの光導波層、第２
のキャップ層あるいは第２の光導波層、あるいはｐ型ク
ラッド層を良好な結晶性で成長させることができる。
【００２９】また、キャップ層あるいは第１のキャップ
層あるいは第２のキャップ層を構成する障壁層の厚さは
同一で、井戸層の厚さも同様に同一であるため、これら
の障壁層および井戸層の成長が容易である。特に、障壁
層の厚さと井戸層の厚さとを同一とすることにより、こ
れらの成長は極めて容易になる。
層あるいは第２のキャップ層を構成する障壁層の厚さは
同一で、井戸層の厚さも同様に同一であるため、これら
の障壁層および井戸層の成長が容易である。特に、障壁
層の厚さと井戸層の厚さとを同一とすることにより、こ
れらの成長は極めて容易になる。
【００３０】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態につい
て図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図
において、同一または対応する部分には同一の符号を付
す。
て図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図
において、同一または対応する部分には同一の符号を付
す。
【００３１】図１は、この発明の第１の実施形態による
ＧａＮ系半導体レーザを示す。このＧａＮ系半導体レー
ザは、リッジ構造およびＳＣＨ（Separate Confinement
Heterostructure）構造を有するものである。
ＧａＮ系半導体レーザを示す。このＧａＮ系半導体レー
ザは、リッジ構造およびＳＣＨ（Separate Confinement
Heterostructure）構造を有するものである。
【００３２】図１に示すように、この第１の実施形態に
よるＧａＮ系半導体レーザにおいては、ｃ面サファイア
基板１上に、低温成長によるアンドープＧａＮバッファ
層２を介して、ＥＬＯなどの横方向結晶成長技術を用い
て成長されたアンドープＧａＮ層３、ｎ型ＧａＮコンタ
クト層４、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５、ｎ型ＧａＮ光
導波層６、例えばアンドープのＩｎx Ｇａ1-x Ｎ／Ｉｎ
y Ｇａ1-y Ｎ多重量子井戸構造の活性層７、ＡｌＧａＮ
／ＧａＮ超格子キャップ層８、ｐ型ＧａＮ光導波層９、
ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１０およびｐ
型ＧａＮコンタクト層１１が順次積層されている。な
お、ｐ型クラッド層としてｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格
子クラッド層１０を用いているのは、トンネル効果によ
り正孔が通りやすくするためである。
よるＧａＮ系半導体レーザにおいては、ｃ面サファイア
基板１上に、低温成長によるアンドープＧａＮバッファ
層２を介して、ＥＬＯなどの横方向結晶成長技術を用い
て成長されたアンドープＧａＮ層３、ｎ型ＧａＮコンタ
クト層４、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５、ｎ型ＧａＮ光
導波層６、例えばアンドープのＩｎx Ｇａ1-x Ｎ／Ｉｎ
y Ｇａ1-y Ｎ多重量子井戸構造の活性層７、ＡｌＧａＮ
／ＧａＮ超格子キャップ層８、ｐ型ＧａＮ光導波層９、
ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１０およびｐ
型ＧａＮコンタクト層１１が順次積層されている。な
お、ｐ型クラッド層としてｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格
子クラッド層１０を用いているのは、トンネル効果によ
り正孔が通りやすくするためである。
【００３３】ここで、アンドープＧａＮバッファ層２は
厚さが例えば３０ｎｍである。アンドープＧａＮ層３は
厚さが例えば０．５μｍである。ｎ型ＧａＮコンタクト
層４は厚さが例えば４μｍであり、ｎ型不純物として例
えばシリコン（Ｓｉ）がドープされている。ｎ型ＡｌＧ
ａＮクラッド層５は厚さが例えば１．０μｍであり、ｎ
型不純物として例えばＳｉがドープされ、Ａｌ組成は例
えば０．０７である。ｎ型ＧａＮ光導波層６は厚さが例
えば０．１μｍであり、ｎ型不純物として例えばＳｉが
ドープされている。また、アンドープＩｎx Ｇａ1-x Ｎ
／Ｉｎy Ｇａ1- y Ｎ多重量子井戸構造の活性層７は、障
壁層としてのＩｎx Ｇａ1-x Ｎ層と井戸層としてのＩｎ
y Ｇａ1-y Ｎ層とが交互に積層されたもので、例えば、
障壁層としてのＩｎx Ｇａ1-x Ｎ層の厚さが７ｎｍでｘ
＝０．０２、井戸層としてのＩｎ y Ｇａ1-y Ｎ層の厚さ
が３．５ｎｍでｙ＝０．１４、井戸数が３である。
厚さが例えば３０ｎｍである。アンドープＧａＮ層３は
厚さが例えば０．５μｍである。ｎ型ＧａＮコンタクト
層４は厚さが例えば４μｍであり、ｎ型不純物として例
えばシリコン（Ｓｉ）がドープされている。ｎ型ＡｌＧ
ａＮクラッド層５は厚さが例えば１．０μｍであり、ｎ
型不純物として例えばＳｉがドープされ、Ａｌ組成は例
えば０．０７である。ｎ型ＧａＮ光導波層６は厚さが例
えば０．１μｍであり、ｎ型不純物として例えばＳｉが
ドープされている。また、アンドープＩｎx Ｇａ1-x Ｎ
／Ｉｎy Ｇａ1- y Ｎ多重量子井戸構造の活性層７は、障
壁層としてのＩｎx Ｇａ1-x Ｎ層と井戸層としてのＩｎ
y Ｇａ1-y Ｎ層とが交互に積層されたもので、例えば、
障壁層としてのＩｎx Ｇａ1-x Ｎ層の厚さが７ｎｍでｘ
＝０．０２、井戸層としてのＩｎ y Ｇａ1-y Ｎ層の厚さ
が３．５ｎｍでｙ＝０．１４、井戸数が３である。
【００３４】ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層８
は、例えば厚さが２．５ｎｍでＡｌ組成が０．１８のア
ンドープのＡｌＧａＮ層を障壁層とし、例えば厚さが同
じく２．５ｎｍでｐ型不純物として例えばＭｇがドープ
されたＧａＮ層を井戸層とし、これらを交互に積層した
構造を有し、障壁層としてのＡｌＧａＮ層の合計の厚さ
は例えば１００ｎｍである。このＡｌＧａＮ／ＧａＮ超
格子キャップ層８は、ｐ型ＧａＮ光導波層９、ｐ型Ａｌ
ＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１０およびｐ型ＧａＮ
コンタクト層１１の成長時に活性層７からＩｎが脱離し
て劣化するのを防止するとともに、活性層９からの電子
のオーバーフローを防止するためのものである。
は、例えば厚さが２．５ｎｍでＡｌ組成が０．１８のア
ンドープのＡｌＧａＮ層を障壁層とし、例えば厚さが同
じく２．５ｎｍでｐ型不純物として例えばＭｇがドープ
されたＧａＮ層を井戸層とし、これらを交互に積層した
構造を有し、障壁層としてのＡｌＧａＮ層の合計の厚さ
は例えば１００ｎｍである。このＡｌＧａＮ／ＧａＮ超
格子キャップ層８は、ｐ型ＧａＮ光導波層９、ｐ型Ａｌ
ＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１０およびｐ型ＧａＮ
コンタクト層１１の成長時に活性層７からＩｎが脱離し
て劣化するのを防止するとともに、活性層９からの電子
のオーバーフローを防止するためのものである。
【００３５】ｐ型ＧａＮ光導波層９は厚さが例えば０．
１μｍであり、ｐ型不純物として例えばＭｇがドープさ
れている。ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１
０は、例えば厚さが２．５ｎｍでＡｌ組成が０．１２の
アンドープのＡｌＧａＮ層を障壁層とし、例えば厚さが
同じく２．５ｎｍのＭｇがドープされたＧａＮ層を井戸
層とし、これらを交互に積層した構造を有し、全体の厚
さは例えば０．５μｍである。ｐ型ＧａＮコンタクト層
１１は厚さが例えば０．１μｍであり、ｐ型不純物とし
て例えばＭｇがドープされている。
１μｍであり、ｐ型不純物として例えばＭｇがドープさ
れている。ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１
０は、例えば厚さが２．５ｎｍでＡｌ組成が０．１２の
アンドープのＡｌＧａＮ層を障壁層とし、例えば厚さが
同じく２．５ｎｍのＭｇがドープされたＧａＮ層を井戸
層とし、これらを交互に積層した構造を有し、全体の厚
さは例えば０．５μｍである。ｐ型ＧａＮコンタクト層
１１は厚さが例えば０．１μｍであり、ｐ型不純物とし
て例えばＭｇがドープされている。
【００３６】ｎ型ＧａＮコンタクト層４の上層部、ｎ型
ＡｌＧａＮクラッド層５、ｎ型ＧａＮ光導波層６、活性
層７、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層８、ｐ型Ｇ
ａＮ光導波層９およびｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子ク
ラッド層１０は所定幅のメサ形状を有する。このメサ部
におけるｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１０
の上層部およびｐ型ＧａＮコンタクト層１１には、例え
ば〈１−１００〉方向に延在するリッジ１２が形成され
ている。このリッジ１２の幅は例えば３μｍである。
ＡｌＧａＮクラッド層５、ｎ型ＧａＮ光導波層６、活性
層７、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層８、ｐ型Ｇ
ａＮ光導波層９およびｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子ク
ラッド層１０は所定幅のメサ形状を有する。このメサ部
におけるｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１０
の上層部およびｐ型ＧａＮコンタクト層１１には、例え
ば〈１−１００〉方向に延在するリッジ１２が形成され
ている。このリッジ１２の幅は例えば３μｍである。
【００３７】上記のメサ部の全体を覆うように例えば厚
さが０．３μｍのＳｉＯ2 膜のような絶縁膜１３が設け
られている。この絶縁膜１３は、電気絶縁および表面保
護のためのものである。この絶縁膜１３のうちのリッジ
１２の上の部分には開口１３ａが設けられており、この
開口１３ａを通じてｐ型ＧａＮコンタクト層１１にｐ側
電極１４が接触している。このｐ側電極１４は、Ｐｄ
膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜を順次積層した構造を有し、Ｐ
ｄ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜の厚さは例えばそれぞれ１０
ｎｍ、１００ｎｍおよび３００ｎｍである。一方、絶縁
膜１３のうちのメサ部に隣接する所定部分には開口１３
ｂが設けられており、この開口１３ｂを通じてｎ型Ｇａ
Ｎコンタクト層４にｎ側電極１５が接触している。この
ｎ側電極１５は、Ｔｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜を順次積
層した構造を有し、Ｔｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜の厚さ
は例えばそれぞれ１０ｎｍ、５０ｎｍおよび１００ｎｍ
である。
さが０．３μｍのＳｉＯ2 膜のような絶縁膜１３が設け
られている。この絶縁膜１３は、電気絶縁および表面保
護のためのものである。この絶縁膜１３のうちのリッジ
１２の上の部分には開口１３ａが設けられており、この
開口１３ａを通じてｐ型ＧａＮコンタクト層１１にｐ側
電極１４が接触している。このｐ側電極１４は、Ｐｄ
膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜を順次積層した構造を有し、Ｐ
ｄ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜の厚さは例えばそれぞれ１０
ｎｍ、１００ｎｍおよび３００ｎｍである。一方、絶縁
膜１３のうちのメサ部に隣接する所定部分には開口１３
ｂが設けられており、この開口１３ｂを通じてｎ型Ｇａ
Ｎコンタクト層４にｎ側電極１５が接触している。この
ｎ側電極１５は、Ｔｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜を順次積
層した構造を有し、Ｔｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜の厚さ
は例えばそれぞれ１０ｎｍ、５０ｎｍおよび１００ｎｍ
である。
【００３８】このＧａＮ系半導体レーザの要部のエネル
ギーバンド構造を図２に示す。図２において、Ｅc は伝
導帯の下端のエネルギー、Ｅv は価電子帯の上端のエネ
ルギーを示す。
ギーバンド構造を図２に示す。図２において、Ｅc は伝
導帯の下端のエネルギー、Ｅv は価電子帯の上端のエネ
ルギーを示す。
【００３９】次に、この第１の実施形態によるＧａＮ系
半導体レーザの製造方法について説明する。まず、あら
かじめサーマルクリーニングなどにより表面を清浄化し
たｃ面サファイア基板１上に有機金属化学気相成長（Ｍ
ＯＣＶＤ）法により例えば５００℃程度の温度でアンド
ープＧａＮバッファ層２を成長させた後、例えばＥＬＯ
などの横方向結晶成長技術を用いて例えば１０００℃の
成長温度で、アンドープＧａＮ層３を成長させる。
半導体レーザの製造方法について説明する。まず、あら
かじめサーマルクリーニングなどにより表面を清浄化し
たｃ面サファイア基板１上に有機金属化学気相成長（Ｍ
ＯＣＶＤ）法により例えば５００℃程度の温度でアンド
ープＧａＮバッファ層２を成長させた後、例えばＥＬＯ
などの横方向結晶成長技術を用いて例えば１０００℃の
成長温度で、アンドープＧａＮ層３を成長させる。
【００４０】引き続いて、アンドープＧａＮ層３上に、
ＭＯＣＶＤ法により、ｎ型ＧａＮコンタクト層４、ｎ型
ＡｌＧａＮクラッド層５、ｎ型ＧａＮ光導波層６、アン
ドープのＧａ1-x Ｉｎx Ｎ／Ｇａ1-y Ｉｎy Ｎ多重量子
井戸構造の活性層７、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャッ
プ層８、ｐ型ＧａＮ光導波層９、ｐ型ＡｌＧａＮ／Ｇａ
Ｎ超格子クラッド層１０およびｐ型ＧａＮコンタクト層
１１を順次成長させる。ここで、これらの層の成長温度
は、例えば、ｎ型ＧａＮコンタクト層４からｎ型ＧａＮ
光導波層６までは１０００℃、活性層７からｐ型ＧａＮ
光導波層９までは７８０℃、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超
格子クラッド層１０およびｐ型ＧａＮコンタクト層１１
は１０００℃とする。
ＭＯＣＶＤ法により、ｎ型ＧａＮコンタクト層４、ｎ型
ＡｌＧａＮクラッド層５、ｎ型ＧａＮ光導波層６、アン
ドープのＧａ1-x Ｉｎx Ｎ／Ｇａ1-y Ｉｎy Ｎ多重量子
井戸構造の活性層７、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャッ
プ層８、ｐ型ＧａＮ光導波層９、ｐ型ＡｌＧａＮ／Ｇａ
Ｎ超格子クラッド層１０およびｐ型ＧａＮコンタクト層
１１を順次成長させる。ここで、これらの層の成長温度
は、例えば、ｎ型ＧａＮコンタクト層４からｎ型ＧａＮ
光導波層６までは１０００℃、活性層７からｐ型ＧａＮ
光導波層９までは７８０℃、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超
格子クラッド層１０およびｐ型ＧａＮコンタクト層１１
は１０００℃とする。
【００４１】これらのＧａＮ系半導体層の成長原料は、
例えば、Ｇａの原料としてはトリメチルガリウム（（Ｃ
Ｈ3 ）3 Ｇａ、ＴＭＧ）、Ａｌの原料としてはトリメチ
ルアルミニウム（（ＣＨ3 ）3 Ａｌ、ＴＭＡ）、Ｉｎの
原料としてはトリメチルインジウム（（ＣＨ3 ）3 Ｉ
ｎ、ＴＭＩ）を、Ｎの原料としてはＮＨ3 を用いる。ド
ーパントについては、ｎ型ドーパントとしては例えばシ
ラン（ＳｉＨ4 ）を、ｐ型ドーパントとしては例えばビ
ス＝メチルシクロペンタジエニルマグネシウム（（ＣＨ
3 Ｃ5 Ｈ4 ）2 Ｍｇ）あるいはビス＝シクロペンタジエ
ニルマグネシウム（（Ｃ5 Ｈ5 ）2 Ｍｇ）を用いる。
例えば、Ｇａの原料としてはトリメチルガリウム（（Ｃ
Ｈ3 ）3 Ｇａ、ＴＭＧ）、Ａｌの原料としてはトリメチ
ルアルミニウム（（ＣＨ3 ）3 Ａｌ、ＴＭＡ）、Ｉｎの
原料としてはトリメチルインジウム（（ＣＨ3 ）3 Ｉ
ｎ、ＴＭＩ）を、Ｎの原料としてはＮＨ3 を用いる。ド
ーパントについては、ｎ型ドーパントとしては例えばシ
ラン（ＳｉＨ4 ）を、ｐ型ドーパントとしては例えばビ
ス＝メチルシクロペンタジエニルマグネシウム（（ＣＨ
3 Ｃ5 Ｈ4 ）2 Ｍｇ）あるいはビス＝シクロペンタジエ
ニルマグネシウム（（Ｃ5 Ｈ5 ）2 Ｍｇ）を用いる。
【００４２】また、これらのＧａＮ系半導体層の成長時
のキャリアガス雰囲気としては、ｎ型ＧａＮコンタクト
層４からｎ型ＧａＮ光導波層６まではＮ2 とＨ2 との混
合ガス、活性層７およびＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャ
ップ層８はＮ2 ガス雰囲気、ｐ型ＧａＮ光導波層９から
ｐ型ＧａＮコンタクト層１１まではＮ2 とＨ2 との混合
ガスを用いる。この場合、活性層７を成長させた後、Ａ
ｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層８の成長まではキャ
リアガス雰囲気をＮ2 雰囲気としており、キャリアガス
雰囲気にＨ2 が含まれないので、活性層７からＩｎが脱
離するのを抑えることができ、活性層７の劣化を防止す
ることができる。また、ｐ型ＧａＮ光導波層９からｐ型
ＧａＮコンタクト層１１までの成長時にはキャリアガス
雰囲気をＮ2 とＨ2 との混合ガス雰囲気としているの
で、これらのｐ型層を良好な結晶性で成長させることが
できる。
のキャリアガス雰囲気としては、ｎ型ＧａＮコンタクト
層４からｎ型ＧａＮ光導波層６まではＮ2 とＨ2 との混
合ガス、活性層７およびＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャ
ップ層８はＮ2 ガス雰囲気、ｐ型ＧａＮ光導波層９から
ｐ型ＧａＮコンタクト層１１まではＮ2 とＨ2 との混合
ガスを用いる。この場合、活性層７を成長させた後、Ａ
ｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層８の成長まではキャ
リアガス雰囲気をＮ2 雰囲気としており、キャリアガス
雰囲気にＨ2 が含まれないので、活性層７からＩｎが脱
離するのを抑えることができ、活性層７の劣化を防止す
ることができる。また、ｐ型ＧａＮ光導波層９からｐ型
ＧａＮコンタクト層１１までの成長時にはキャリアガス
雰囲気をＮ2 とＨ2 との混合ガス雰囲気としているの
で、これらのｐ型層を良好な結晶性で成長させることが
できる。
【００４３】次に、上述のようにしてＧａＮ系半導体層
を成長させたｃ面サファイア基板１をＭＯＣＶＤ装置か
ら取り出す。そして、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１の全
面に例えばＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッタリング法な
どにより例えば厚さが０．１μｍのＳｉＯ2 膜（図示せ
ず）を形成した後、このＳｉＯ2 膜上にリソグラフィー
によりメサ部の形状に対応した所定形状のレジストパタ
ーン（図示せず）を形成し、このレジストパターンをマ
スクとして、例えばフッ酸系のエッチング液を用いたウ
エットエッチング、または、ＣＦ4 やＣＨＦ3 などのフ
ッ素を含むエッチングガスを用いたＲＩＥ法によりＳｉ
Ｏ2 膜をエッチングし、パターニングする。次に、この
所定形状のＳｉＯ2 膜をマスクとして例えばＲＩＥ法に
よりｎ型ＧａＮコンタクト層４に達するまでエッチング
を行う。このＲＩＥのエッチングガスとしては例えば塩
素系ガスを用いる。このエッチングにより、ｎ型ＧａＮ
コンタクト層４の上層部、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
５、ｎ型ＧａＮ光導波層６、活性層７、ＡｌＧａＮ／Ｇ
ａＮ超格子キャップ層８、ｐ型ＧａＮ光導波層９、ｐ型
ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１０およびｐ型Ｇ
ａＮコンタクト層１１がメサ形状にパターニングされ
る。
を成長させたｃ面サファイア基板１をＭＯＣＶＤ装置か
ら取り出す。そして、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１の全
面に例えばＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッタリング法な
どにより例えば厚さが０．１μｍのＳｉＯ2 膜（図示せ
ず）を形成した後、このＳｉＯ2 膜上にリソグラフィー
によりメサ部の形状に対応した所定形状のレジストパタ
ーン（図示せず）を形成し、このレジストパターンをマ
スクとして、例えばフッ酸系のエッチング液を用いたウ
エットエッチング、または、ＣＦ4 やＣＨＦ3 などのフ
ッ素を含むエッチングガスを用いたＲＩＥ法によりＳｉ
Ｏ2 膜をエッチングし、パターニングする。次に、この
所定形状のＳｉＯ2 膜をマスクとして例えばＲＩＥ法に
よりｎ型ＧａＮコンタクト層４に達するまでエッチング
を行う。このＲＩＥのエッチングガスとしては例えば塩
素系ガスを用いる。このエッチングにより、ｎ型ＧａＮ
コンタクト層４の上層部、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
５、ｎ型ＧａＮ光導波層６、活性層７、ＡｌＧａＮ／Ｇ
ａＮ超格子キャップ層８、ｐ型ＧａＮ光導波層９、ｐ型
ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１０およびｐ型Ｇ
ａＮコンタクト層１１がメサ形状にパターニングされ
る。
【００４４】次に、エッチングマスクとして用いたＳｉ
Ｏ2 膜をエッチング除去した後、再び基板全面に例えば
ＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッタリング法などにより例
えば厚さが０．２μｍのＳｉＯ2 膜（図示せず）を形成
した後、このＳｉＯ2 膜上にリソグラフィーによりリッ
ジ部に対応する所定形状のレジストパターン（図示せ
ず）を形成し、このレジストパターンをマスクとして、
例えばフッ酸系のエッチング液を用いたウエットエッチ
ング、または、ＣＦ4 やＣＨＦ3 などのフッ素を含むエ
ッチングガスを用いたＲＩＥ法によりＳｉＯ2 膜をエッ
チングし、リッジ部に対応する形状とする。
Ｏ2 膜をエッチング除去した後、再び基板全面に例えば
ＣＶＤ法、真空蒸着法、スパッタリング法などにより例
えば厚さが０．２μｍのＳｉＯ2 膜（図示せず）を形成
した後、このＳｉＯ2 膜上にリソグラフィーによりリッ
ジ部に対応する所定形状のレジストパターン（図示せ
ず）を形成し、このレジストパターンをマスクとして、
例えばフッ酸系のエッチング液を用いたウエットエッチ
ング、または、ＣＦ4 やＣＨＦ3 などのフッ素を含むエ
ッチングガスを用いたＲＩＥ法によりＳｉＯ2 膜をエッ
チングし、リッジ部に対応する形状とする。
【００４５】次に、このＳｉＯ2 膜をマスクとしてＲＩ
Ｅ法によりｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１
０の厚さ方向の所定の深さまでエッチングを行うことに
よりリッジ１２を形成する。このＲＩＥのエッチングガ
スとしては例えば塩素系ガスを用いる。
Ｅ法によりｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１
０の厚さ方向の所定の深さまでエッチングを行うことに
よりリッジ１２を形成する。このＲＩＥのエッチングガ
スとしては例えば塩素系ガスを用いる。
【００４６】次に、エッチングマスクとして用いたＳｉ
Ｏ2 膜をエッチング除去した後、基板全面に例えばＣＶ
Ｄ法、真空蒸着法、スパッタリング法などにより例えば
厚さが０．３μｍのＳｉＯ2 膜のような絶縁膜１３を成
膜する。
Ｏ2 膜をエッチング除去した後、基板全面に例えばＣＶ
Ｄ法、真空蒸着法、スパッタリング法などにより例えば
厚さが０．３μｍのＳｉＯ2 膜のような絶縁膜１３を成
膜する。
【００４７】次に、リソグラフィーによりｎ側電極形成
領域を除いた領域の絶縁膜１３の表面を覆うレジストパ
ターン（図示せず）を形成する。次に、このレジストパ
ターンをマスクとして絶縁膜１３をエッチングすること
により、開口１３ｂを形成する。
領域を除いた領域の絶縁膜１３の表面を覆うレジストパ
ターン（図示せず）を形成する。次に、このレジストパ
ターンをマスクとして絶縁膜１３をエッチングすること
により、開口１３ｂを形成する。
【００４８】次に、レジストパターンを残したままの状
態で基板全面に例えば真空蒸着法によりＴｉ膜、Ｐｔ膜
およびＡｕ膜を順次形成した後、レジストパターンをそ
の上に形成されたＴｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜とともに
除去する（リフトオフ）。これによって、絶縁膜１３の
開口１３ｂを通じてｎ型ＧａＮコンタクト層４にコンタ
クトしたｎ側電極１５が形成される。ここで、このｎ側
電極１５を構成するＴｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜の厚さ
は例えばそれぞれ１０ｎｍ、５０ｎｍおよび１００ｎｍ
である。次に、ｎ側電極１５をオーミック接触させるた
めのアロイ処理を行う。
態で基板全面に例えば真空蒸着法によりＴｉ膜、Ｐｔ膜
およびＡｕ膜を順次形成した後、レジストパターンをそ
の上に形成されたＴｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜とともに
除去する（リフトオフ）。これによって、絶縁膜１３の
開口１３ｂを通じてｎ型ＧａＮコンタクト層４にコンタ
クトしたｎ側電極１５が形成される。ここで、このｎ側
電極１５を構成するＴｉ膜、Ｐｔ膜およびＡｕ膜の厚さ
は例えばそれぞれ１０ｎｍ、５０ｎｍおよび１００ｎｍ
である。次に、ｎ側電極１５をオーミック接触させるた
めのアロイ処理を行う。
【００４９】次に、同様なプロセスで、リッジ１２の上
の部分の絶縁膜１３をエッチング除去して開口１３ａを
形成した後、ｎ側電極１５と同様にして、この開口１３
ａを通じてｐ型ＧａＮコンタクト層１１にコンタクトし
たＰｄ／Ｐｔ／Ａｕ構造のｐ側電極１４を形成する。
の部分の絶縁膜１３をエッチング除去して開口１３ａを
形成した後、ｎ側電極１５と同様にして、この開口１３
ａを通じてｐ型ＧａＮコンタクト層１１にコンタクトし
たＰｄ／Ｐｔ／Ａｕ構造のｐ側電極１４を形成する。
【００５０】この後、上述のようにしてレーザ構造が形
成された基板を劈開などによりバー状に加工して両共振
器端面を形成し、さらにこれらの共振器端面に端面コー
ティングを施した後、このバーを劈開などによりチップ
化する。以上により、目的とするリッジ構造およびＳＣ
Ｈ構造を有するＧａＮ系半導体レーザが製造される。
成された基板を劈開などによりバー状に加工して両共振
器端面を形成し、さらにこれらの共振器端面に端面コー
ティングを施した後、このバーを劈開などによりチップ
化する。以上により、目的とするリッジ構造およびＳＣ
Ｈ構造を有するＧａＮ系半導体レーザが製造される。
【００５１】以上のように、この第１の実施形態によれ
ば、活性層７に接してＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャッ
プ層８が設けられているので、ｎ側電極１５から活性層
７に注入される電子はこのＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キ
ャップ層８の障壁層、すなわちＡｌＧａＮ層により通り
抜けるのを防止することができ、高温、高出力駆動時の
電子のオーバーフローを防止することができる。このた
め、ＧａＮ系半導体レーザの駆動電流および駆動電圧の
低減を図ることができる。また、ｐ側電極１４から注入
され、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１、ｐ型ＡｌＧａＮ／
ＧａＮ超格子クラッド層１０およびｐ型ＧａＮ光導波層
９を通ってＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層８に到
達した正孔はこのＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層
８をトンネル効果により容易に通り抜けて活性層７に注
入されるので、正孔の活性層７への注入も容易となり、
ＧａＮ系半導体レーザの駆動電圧の低減を図ることがで
きる。さらに、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層８
の井戸層、すなわちＧａＮ層にはｐ型不純物としてＭｇ
がドープされていて低抵抗率となっているので、キャッ
プ層をノンドープのＡｌＧａＮ層だけで形成する場合に
比べてキャップ層の抵抗の低減を図ることができ、Ｇａ
Ｎ系半導体レーザの駆動電圧のより一層の低減を図るこ
とができる。そして、これらの駆動電流および駆動電圧
の低減により、ＧａＮ系半導体レーザの長寿命化を図る
ことができる。
ば、活性層７に接してＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャッ
プ層８が設けられているので、ｎ側電極１５から活性層
７に注入される電子はこのＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キ
ャップ層８の障壁層、すなわちＡｌＧａＮ層により通り
抜けるのを防止することができ、高温、高出力駆動時の
電子のオーバーフローを防止することができる。このた
め、ＧａＮ系半導体レーザの駆動電流および駆動電圧の
低減を図ることができる。また、ｐ側電極１４から注入
され、ｐ型ＧａＮコンタクト層１１、ｐ型ＡｌＧａＮ／
ＧａＮ超格子クラッド層１０およびｐ型ＧａＮ光導波層
９を通ってＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層８に到
達した正孔はこのＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層
８をトンネル効果により容易に通り抜けて活性層７に注
入されるので、正孔の活性層７への注入も容易となり、
ＧａＮ系半導体レーザの駆動電圧の低減を図ることがで
きる。さらに、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層８
の井戸層、すなわちＧａＮ層にはｐ型不純物としてＭｇ
がドープされていて低抵抗率となっているので、キャッ
プ層をノンドープのＡｌＧａＮ層だけで形成する場合に
比べてキャップ層の抵抗の低減を図ることができ、Ｇａ
Ｎ系半導体レーザの駆動電圧のより一層の低減を図るこ
とができる。そして、これらの駆動電流および駆動電圧
の低減により、ＧａＮ系半導体レーザの長寿命化を図る
ことができる。
【００５２】また、一般に活性層７の近傍にＡｌＧａＮ
層を形成すると、このＡｌＧａＮ層により活性層７は格
子歪みを受けるため、活性層７における発光が不均一に
なるという問題があり、これはＧａＮ系半導体レーザの
駆動電流の増大につながる。しかしながら、この第１の
実施形態においては、活性層７に接して形成するのは厚
さ２．５ｎｍと十分に薄いＡｌＧａＮ層とＧａＮ層とを
交互に積層したＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層８
であるので、活性層７が受ける歪みが低減され、活性層
７における発光の不均一性の抑制を図ることができ、発
光むらを防止することができる。
層を形成すると、このＡｌＧａＮ層により活性層７は格
子歪みを受けるため、活性層７における発光が不均一に
なるという問題があり、これはＧａＮ系半導体レーザの
駆動電流の増大につながる。しかしながら、この第１の
実施形態においては、活性層７に接して形成するのは厚
さ２．５ｎｍと十分に薄いＡｌＧａＮ層とＧａＮ層とを
交互に積層したＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層８
であるので、活性層７が受ける歪みが低減され、活性層
７における発光の不均一性の抑制を図ることができ、発
光むらを防止することができる。
【００５３】この第１の実施形態によるＧａＮ系半導体
レーザは、高温、高出力駆動時の駆動電流および駆動電
圧の低減を図ることができ、長寿命でもあることから、
特に、光ディスクに対する書き込み用高出力半導体レー
ザとして用いて好適なものである。
レーザは、高温、高出力駆動時の駆動電流および駆動電
圧の低減を図ることができ、長寿命でもあることから、
特に、光ディスクに対する書き込み用高出力半導体レー
ザとして用いて好適なものである。
【００５４】また、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ
層８の障壁層および井戸層とも同じ厚さであるので、こ
のＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層８の成長が容易
であり、ＧａＮ系半導体レーザの製造も容易である。
層８の障壁層および井戸層とも同じ厚さであるので、こ
のＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層８の成長が容易
であり、ＧａＮ系半導体レーザの製造も容易である。
【００５５】次に、この発明の第２の実施形態によるＧ
ａＮ系半導体レーザについて説明する。図３はこのＧａ
Ｎ系半導体レーザのエネルギーバンド図を示す。図３に
示すように、この第２の実施形態によるＧａＮ系半導体
レーザにおいては、活性層７に接してアンドープＧａＮ
光導波層１６が設けられ、このアンドープＧａＮ光導波
層１６に接してＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層８
が設けられ、このＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層
８に接してｐ型ＧａＮ光導波層９が設けられ、このｐ型
ＧａＮ光導波層９に接してｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格
子クラッド層１０が設けられている。アンドープＧａＮ
光導波層１６はｎ型伝導性を示す。このアンドープＧａ
Ｎ光導波層１７の厚さは一般的には１０〜１５０ｎｍで
あるが、ここでは２０ｎｍとする。その他の構成は、第
１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザと同一である
ので、説明を省略する。
ａＮ系半導体レーザについて説明する。図３はこのＧａ
Ｎ系半導体レーザのエネルギーバンド図を示す。図３に
示すように、この第２の実施形態によるＧａＮ系半導体
レーザにおいては、活性層７に接してアンドープＧａＮ
光導波層１６が設けられ、このアンドープＧａＮ光導波
層１６に接してＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層８
が設けられ、このＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層
８に接してｐ型ＧａＮ光導波層９が設けられ、このｐ型
ＧａＮ光導波層９に接してｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格
子クラッド層１０が設けられている。アンドープＧａＮ
光導波層１６はｎ型伝導性を示す。このアンドープＧａ
Ｎ光導波層１７の厚さは一般的には１０〜１５０ｎｍで
あるが、ここでは２０ｎｍとする。その他の構成は、第
１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザと同一である
ので、説明を省略する。
【００５６】このＧａＮ系半導体レーザの製造方法は、
基本的には第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザ
の製造方法と同様であるが、この場合、特に各層の成長
時の成長温度およびキャリアガス雰囲気を次のように設
定する。すなわち、成長温度については、例えば、ｎ型
ＧａＮコンタクト層４からｎ型ＧａＮ光導波層６までは
１０００℃、活性層７からｐ型ＧａＮ光導波層９までは
７８０℃、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１
０およびｐ型ＧａＮコンタクト層１２は１０００℃とす
る。また、キャリアガス雰囲気については、例えば、ｎ
型ＧａＮコンタクト層４からｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
５まではＮ2 とＨ2 との混合ガス雰囲気、ｎ型ＧａＮ光
導波層６からＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層８ま
ではＮ2雰囲気、ｐ型ＧａＮ光導波層９からｐ型ＧａＮ
コンタクト層１１まではＮ2 とＨ 2 との混合ガス雰囲気
とする。この場合、活性層７を成長させた後、ＡｌＧａ
Ｎ／ＧａＮ超格子キャップ層８の成長まではキャリアガ
ス雰囲気をＮ2 雰囲気としており、キャリアガス雰囲気
にＨ2 が含まれないので、活性層７からＩｎが脱離する
のを抑えることができ、活性層７の劣化を防止すること
ができる。また、ｐ型ＧａＮ光導波層９からｐ型ＧａＮ
コンタクト層１１までの成長時にはキャリアガス雰囲気
をＮ2 とＨ2 との混合ガス雰囲気としているので、これ
らのｐ型層を良好な結晶性で成長させることができる。
基本的には第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザ
の製造方法と同様であるが、この場合、特に各層の成長
時の成長温度およびキャリアガス雰囲気を次のように設
定する。すなわち、成長温度については、例えば、ｎ型
ＧａＮコンタクト層４からｎ型ＧａＮ光導波層６までは
１０００℃、活性層７からｐ型ＧａＮ光導波層９までは
７８０℃、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１
０およびｐ型ＧａＮコンタクト層１２は１０００℃とす
る。また、キャリアガス雰囲気については、例えば、ｎ
型ＧａＮコンタクト層４からｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
５まではＮ2 とＨ2 との混合ガス雰囲気、ｎ型ＧａＮ光
導波層６からＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層８ま
ではＮ2雰囲気、ｐ型ＧａＮ光導波層９からｐ型ＧａＮ
コンタクト層１１まではＮ2 とＨ 2 との混合ガス雰囲気
とする。この場合、活性層７を成長させた後、ＡｌＧａ
Ｎ／ＧａＮ超格子キャップ層８の成長まではキャリアガ
ス雰囲気をＮ2 雰囲気としており、キャリアガス雰囲気
にＨ2 が含まれないので、活性層７からＩｎが脱離する
のを抑えることができ、活性層７の劣化を防止すること
ができる。また、ｐ型ＧａＮ光導波層９からｐ型ＧａＮ
コンタクト層１１までの成長時にはキャリアガス雰囲気
をＮ2 とＨ2 との混合ガス雰囲気としているので、これ
らのｐ型層を良好な結晶性で成長させることができる。
【００５７】この第２の実施形態によれば、活性層７に
アンドープＧａＮ光導波層１６を介して接したＡｌＧａ
Ｎ／ＧａＮ超格子キャップ層８により、第１の実施形態
と同様の理由により、ＧａＮ系半導体レーザの駆動電流
および駆動電圧の低減を図ることができる。これに加え
て、この第２の実施形態によれば、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ
超格子キャップ層８を活性層７に直接接して設けるので
はなく、活性層７に接して設けられた厚さ２０ｎｍのア
ンドープＧａＮ光導波層１６に接して設けていることに
より、活性層７のｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッ
ド層１０に最も近い井戸層とＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子
キャップ層８の活性層７に最も近い障壁層との間の距離
は２０ｎｍとなる。このため、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格
子キャップ層８により活性層７が受ける歪みの低減を図
ることができ、活性層７における発光の不均一性の抑制
を図ることができるとともに、ｐ型ＧａＮ光導波層９で
電子と正孔との再結合が起こる確率が減少し、駆動電流
の増大を抑えることができる。
アンドープＧａＮ光導波層１６を介して接したＡｌＧａ
Ｎ／ＧａＮ超格子キャップ層８により、第１の実施形態
と同様の理由により、ＧａＮ系半導体レーザの駆動電流
および駆動電圧の低減を図ることができる。これに加え
て、この第２の実施形態によれば、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ
超格子キャップ層８を活性層７に直接接して設けるので
はなく、活性層７に接して設けられた厚さ２０ｎｍのア
ンドープＧａＮ光導波層１６に接して設けていることに
より、活性層７のｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッ
ド層１０に最も近い井戸層とＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子
キャップ層８の活性層７に最も近い障壁層との間の距離
は２０ｎｍとなる。このため、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格
子キャップ層８により活性層７が受ける歪みの低減を図
ることができ、活性層７における発光の不均一性の抑制
を図ることができるとともに、ｐ型ＧａＮ光導波層９で
電子と正孔との再結合が起こる確率が減少し、駆動電流
の増大を抑えることができる。
【００５８】次に、この発明の第３の実施形態によるＧ
ａＮ系半導体レーザについて説明する。図４はこのＧａ
Ｎ系半導体レーザのエネルギーバンド図を示す。この第
３の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザにおいては、
活性層７に接してＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層
８が設けられ、このＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ
層８に接してｐ型ＧａＮ光導波層９が設けられ、このｐ
型ＧａＮ光導波層９に接してＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子
キャップ層１７が設けられ、このＡｌＧａＮ／ＧａＮ超
格子キャップ層１７に接してｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超
格子クラッド層１０が設けられている。ここで、ＡｌＧ
ａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層１７は、例えば厚さが
２．５ｎｍでＡｌ組成が０．１５のアンドープのＡｌＧ
ａＮ層を障壁層とし、例えば厚さが同じく２．５ｎｍで
ｐ型不純物として例えばＭｇがドープされたＧａＮ層を
井戸層とし、これらを交互に積層した構造を有し、障壁
層としてのＡｌＧａＮ層の合計の厚さは例えば１００ｎ
ｍである。その他の構成は、第１の実施形態によるＧａ
Ｎ系半導体レーザと同一であるので、説明を省略する。
ａＮ系半導体レーザについて説明する。図４はこのＧａ
Ｎ系半導体レーザのエネルギーバンド図を示す。この第
３の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザにおいては、
活性層７に接してＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層
８が設けられ、このＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ
層８に接してｐ型ＧａＮ光導波層９が設けられ、このｐ
型ＧａＮ光導波層９に接してＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子
キャップ層１７が設けられ、このＡｌＧａＮ／ＧａＮ超
格子キャップ層１７に接してｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超
格子クラッド層１０が設けられている。ここで、ＡｌＧ
ａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層１７は、例えば厚さが
２．５ｎｍでＡｌ組成が０．１５のアンドープのＡｌＧ
ａＮ層を障壁層とし、例えば厚さが同じく２．５ｎｍで
ｐ型不純物として例えばＭｇがドープされたＧａＮ層を
井戸層とし、これらを交互に積層した構造を有し、障壁
層としてのＡｌＧａＮ層の合計の厚さは例えば１００ｎ
ｍである。その他の構成は、第１の実施形態によるＧａ
Ｎ系半導体レーザと同一であるので、説明を省略する。
【００５９】このＧａＮ系半導体レーザの製造方法は、
基本的には第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザ
の製造方法と同様であるが、この場合、特に各層の成長
時の成長温度およびキャリアガス雰囲気を次のように設
定する。すなわち、成長温度については、例えば、ｎ型
ＧａＮコンタクト層４からｎ型ＧａＮ光導波層６までは
１０００℃、活性層７からＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キ
ャップ層１７までは７８０℃、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ
超格子クラッド層１０およびｐ型ＧａＮコンタクト層１
１は１０００℃とする。また、キャリアガス雰囲気につ
いては、例えば、ｎ型ＧａＮコンタクト層４からｎ型Ａ
ｌＧａＮクラッド層５まではＮ2 とＨ2との混合ガス雰
囲気、ｎ型ＧａＮ光導波層６からＡｌＧａＮ／ＧａＮ超
格子キャップ層１７まではＮ2 雰囲気、ｐ型ＡｌＧａＮ
／ＧａＮ超格子クラッド層１０およびｐ型ＧａＮコンタ
クト層１１はＮ2 とＨ2 との混合ガス雰囲気とする。こ
の場合、活性層７を成長させた後、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ
超格子キャップ層１７の成長まではキャリアガス雰囲気
をＮ2 雰囲気としており、キャリアガス雰囲気にＨ 2 が
含まれないので、活性層７からＩｎが脱離するのを抑え
ることができ、活性層７の劣化を防止することができ
る。また、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１
０およびｐ型ＧａＮコンタクト層１１の成長時にはキャ
リアガス雰囲気をＮ2 とＨ2 との混合ガス雰囲気として
いるので、これらのｐ型層を良好な結晶性で成長させる
ことができる。
基本的には第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザ
の製造方法と同様であるが、この場合、特に各層の成長
時の成長温度およびキャリアガス雰囲気を次のように設
定する。すなわち、成長温度については、例えば、ｎ型
ＧａＮコンタクト層４からｎ型ＧａＮ光導波層６までは
１０００℃、活性層７からＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キ
ャップ層１７までは７８０℃、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ
超格子クラッド層１０およびｐ型ＧａＮコンタクト層１
１は１０００℃とする。また、キャリアガス雰囲気につ
いては、例えば、ｎ型ＧａＮコンタクト層４からｎ型Ａ
ｌＧａＮクラッド層５まではＮ2 とＨ2との混合ガス雰
囲気、ｎ型ＧａＮ光導波層６からＡｌＧａＮ／ＧａＮ超
格子キャップ層１７まではＮ2 雰囲気、ｐ型ＡｌＧａＮ
／ＧａＮ超格子クラッド層１０およびｐ型ＧａＮコンタ
クト層１１はＮ2 とＨ2 との混合ガス雰囲気とする。こ
の場合、活性層７を成長させた後、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ
超格子キャップ層１７の成長まではキャリアガス雰囲気
をＮ2 雰囲気としており、キャリアガス雰囲気にＨ 2 が
含まれないので、活性層７からＩｎが脱離するのを抑え
ることができ、活性層７の劣化を防止することができ
る。また、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１
０およびｐ型ＧａＮコンタクト層１１の成長時にはキャ
リアガス雰囲気をＮ2 とＨ2 との混合ガス雰囲気として
いるので、これらのｐ型層を良好な結晶性で成長させる
ことができる。
【００６０】この第３の実施形態によれば、活性層７に
接してＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層８が設けら
れ、さらにｐ型ＧａＮ光導波層９に接してＡｌＧａＮ／
ＧａＮ超格子キャップ層１７が設けられているので、言
い換えれば、活性層７とｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子
クラッド層１０との間に二つのＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格
子キャップ層が設けられていることにより、第１の実施
形態と同様な理由により、ＧａＮ系半導体レーザの駆動
電流および駆動電圧の大幅な低減を図ることができ、ひ
いてはＧａＮ系半導体レーザの長寿命化を図ることがで
きる。
接してＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層８が設けら
れ、さらにｐ型ＧａＮ光導波層９に接してＡｌＧａＮ／
ＧａＮ超格子キャップ層１７が設けられているので、言
い換えれば、活性層７とｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子
クラッド層１０との間に二つのＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格
子キャップ層が設けられていることにより、第１の実施
形態と同様な理由により、ＧａＮ系半導体レーザの駆動
電流および駆動電圧の大幅な低減を図ることができ、ひ
いてはＧａＮ系半導体レーザの長寿命化を図ることがで
きる。
【００６１】次に、この発明の第４の実施形態によるＧ
ａＮ系半導体レーザについて説明する。この第４の実施
形態によるＧａＮ系半導体レーザにおいては、第２の実
施形態によるＧａＮ系半導体レーザにおいて、ｐ型Ｇａ
Ｎ光導波層９とｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド
層１０との間にさらにＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャッ
プ層１７が設けられている。その他の構成は、第１およ
び第３の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザと同一で
あるので、説明を省略する。
ａＮ系半導体レーザについて説明する。この第４の実施
形態によるＧａＮ系半導体レーザにおいては、第２の実
施形態によるＧａＮ系半導体レーザにおいて、ｐ型Ｇａ
Ｎ光導波層９とｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド
層１０との間にさらにＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャッ
プ層１７が設けられている。その他の構成は、第１およ
び第３の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザと同一で
あるので、説明を省略する。
【００６２】このＧａＮ系半導体レーザの製造方法は、
基本的には第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザ
の製造方法と同様であるが、この場合、特に各層の成長
時の成長温度およびキャリアガスを次のように設定す
る。すなわち、成長温度については、例えば、アンドー
プＧａＮ層３からｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５までは１
０００℃、ｎ型ＧａＮ光導波層６からＡｌＧａＮ／Ｇａ
Ｎ超格子キャップ層１７までは７８０℃、ｐ型ＡｌＧａ
Ｎ／ＧａＮクラッド層１０およびｐ型ＧａＮコンタクト
層１１は１０００℃とする。また、キャリアガス雰囲気
については、例えば、アンドープＧａＮ層３からｎ型Ａ
ｌＧａＮクラッド層５まではＮ2 とＨ2 との混合ガス雰
囲気、ｎ型ＧａＮ光導波層６からＡｌＧａＮ／ＧａＮ超
格子キャップ層１７まではＮ2 雰囲気、ｐ型ＡｌＧａＮ
／ＧａＮ超格子クラッド層１０およびｐ型ＧａＮコンタ
クト層１１はＮ2 とＨ2 との混合ガス雰囲気とする。こ
の場合、活性層７を成長させた後、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ
超格子キャップ層１７の成長まではキャリアガス雰囲気
をＮ2 雰囲気としており、キャリアガス雰囲気にＨ2が
含まれないので、活性層７からＩｎが脱離するのを抑え
ることができ、活性層７の劣化を防止することができ
る。また、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１
０およびｐ型ＧａＮコンタクト層１１の成長時にはキャ
リアガス雰囲気をＮ2 とＨ2 との混合ガス雰囲気として
いるので、これらのｐ型層を良好な結晶性で成長させる
ことができる。
基本的には第１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザ
の製造方法と同様であるが、この場合、特に各層の成長
時の成長温度およびキャリアガスを次のように設定す
る。すなわち、成長温度については、例えば、アンドー
プＧａＮ層３からｎ型ＡｌＧａＮクラッド層５までは１
０００℃、ｎ型ＧａＮ光導波層６からＡｌＧａＮ／Ｇａ
Ｎ超格子キャップ層１７までは７８０℃、ｐ型ＡｌＧａ
Ｎ／ＧａＮクラッド層１０およびｐ型ＧａＮコンタクト
層１１は１０００℃とする。また、キャリアガス雰囲気
については、例えば、アンドープＧａＮ層３からｎ型Ａ
ｌＧａＮクラッド層５まではＮ2 とＨ2 との混合ガス雰
囲気、ｎ型ＧａＮ光導波層６からＡｌＧａＮ／ＧａＮ超
格子キャップ層１７まではＮ2 雰囲気、ｐ型ＡｌＧａＮ
／ＧａＮ超格子クラッド層１０およびｐ型ＧａＮコンタ
クト層１１はＮ2 とＨ2 との混合ガス雰囲気とする。こ
の場合、活性層７を成長させた後、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ
超格子キャップ層１７の成長まではキャリアガス雰囲気
をＮ2 雰囲気としており、キャリアガス雰囲気にＨ2が
含まれないので、活性層７からＩｎが脱離するのを抑え
ることができ、活性層７の劣化を防止することができ
る。また、ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１
０およびｐ型ＧａＮコンタクト層１１の成長時にはキャ
リアガス雰囲気をＮ2 とＨ2 との混合ガス雰囲気として
いるので、これらのｐ型層を良好な結晶性で成長させる
ことができる。
【００６３】この第４の実施形態によれば、活性層７に
接してアンドープＧａＮ光導波層１６が設けられ、この
アンドープＧａＮ光導波層１６に接してＡｌＧａＮ／Ｇ
ａＮ超格子キャップ層８が設けられ、このＡｌＧａＮ／
ＧａＮ超格子キャップ層８に接してｐ型ＧａＮ光導波層
９が設けられ、さらにこのｐ型ＧａＮ光導波層９に接し
てＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層１７が設けられ
ているので、言い換えれば、活性層７とｐ型ＡｌＧａＮ
／ＧａＮ超格子クラッド層１０との間に二つのＡｌＧａ
Ｎ／ＧａＮ超格子キャップ層が設けられていることによ
り、第１の実施形態と同様な理由により、ＧａＮ系半導
体レーザの駆動電流および駆動電圧の大幅な低減を図る
ことができるとともに、活性層７とＡｌＧａＮ／ＧａＮ
超格子キャップ層８との間にアンドープＧａＮ光導波層
１６が設けられていることにより第２の実施形態と同様
な理由により、活性層７における発光の不均一性の抑制
を図ることができ、しかもｐ型ＧａＮ光導波層９での電
子と正孔との再結合の確率を減少させることができるこ
とにより駆動電流のより一層の低減を図ることができ
る。
接してアンドープＧａＮ光導波層１６が設けられ、この
アンドープＧａＮ光導波層１６に接してＡｌＧａＮ／Ｇ
ａＮ超格子キャップ層８が設けられ、このＡｌＧａＮ／
ＧａＮ超格子キャップ層８に接してｐ型ＧａＮ光導波層
９が設けられ、さらにこのｐ型ＧａＮ光導波層９に接し
てＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層１７が設けられ
ているので、言い換えれば、活性層７とｐ型ＡｌＧａＮ
／ＧａＮ超格子クラッド層１０との間に二つのＡｌＧａ
Ｎ／ＧａＮ超格子キャップ層が設けられていることによ
り、第１の実施形態と同様な理由により、ＧａＮ系半導
体レーザの駆動電流および駆動電圧の大幅な低減を図る
ことができるとともに、活性層７とＡｌＧａＮ／ＧａＮ
超格子キャップ層８との間にアンドープＧａＮ光導波層
１６が設けられていることにより第２の実施形態と同様
な理由により、活性層７における発光の不均一性の抑制
を図ることができ、しかもｐ型ＧａＮ光導波層９での電
子と正孔との再結合の確率を減少させることができるこ
とにより駆動電流のより一層の低減を図ることができ
る。
【００６４】以上、この発明の実施形態について具体的
に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定され
るものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の
変形が可能である。
に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定され
るものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の
変形が可能である。
【００６５】例えば、上述の第１〜第４の実施形態にお
いて挙げた数値、構造、基板、原料、プロセスなどはあ
くまでも例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数
値、構造、基板、原料、プロセスなどを用いてもよい。
いて挙げた数値、構造、基板、原料、プロセスなどはあ
くまでも例に過ぎず、必要に応じて、これらと異なる数
値、構造、基板、原料、プロセスなどを用いてもよい。
【００６６】具体的には、例えば、上述の第１〜第４の
実施形態においては、レーザ構造を形成するｎ型層を基
板上に最初に積層し、その上にｐ型層を積層している
が、これと積層順序を逆にし、基板上に最初にｐ型層を
積層し、その上にｎ型層を積層した構造としてもよい。
実施形態においては、レーザ構造を形成するｎ型層を基
板上に最初に積層し、その上にｐ型層を積層している
が、これと積層順序を逆にし、基板上に最初にｐ型層を
積層し、その上にｎ型層を積層した構造としてもよい。
【００６７】また、上述の第１〜第４の実施形態におい
ては、ｃ面サファイア基板を用いているが、必要に応じ
て、ＳｉＣ基板、Ｓｉ基板、スピネル基板、厚いＧａＮ
層からなる基板などを用いてもよい。また、ＧａＮバッ
ファ層の代わりに、ＡｌＮバッファ層やＡｌＧａＮバッ
ファ層を用いてもよい。
ては、ｃ面サファイア基板を用いているが、必要に応じ
て、ＳｉＣ基板、Ｓｉ基板、スピネル基板、厚いＧａＮ
層からなる基板などを用いてもよい。また、ＧａＮバッ
ファ層の代わりに、ＡｌＮバッファ層やＡｌＧａＮバッ
ファ層を用いてもよい。
【００６８】また、上述の第１〜第４の実施形態におい
ては、この発明をＳＣＨ構造のＧａＮ系半導体レーザに
適用した場合について説明したが、この発明は、例え
ば、ＤＨ（Double Heterostructure）構造のＧａＮ系半
導体レーザに適用してもよいことはもちろん、ＧａＮ系
発光ダイオードに適用してもよい。
ては、この発明をＳＣＨ構造のＧａＮ系半導体レーザに
適用した場合について説明したが、この発明は、例え
ば、ＤＨ（Double Heterostructure）構造のＧａＮ系半
導体レーザに適用してもよいことはもちろん、ＧａＮ系
発光ダイオードに適用してもよい。
【００６９】さらに、上述の第１〜第４の実施形態にお
いては、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層８、１７
やｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１０におい
て、ＡｌＧａＮ層にはＭｇをドープしていないが、必要
に応じて、このＡｌＧａＮ層にもＭｇをドープしてもよ
く、さらには、ＧａＮ層にはＭｇをドープせず、ＡｌＧ
ａＮ層にのみＭｇをドープしてもよい。
いては、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層８、１７
やｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子クラッド層１０におい
て、ＡｌＧａＮ層にはＭｇをドープしていないが、必要
に応じて、このＡｌＧａＮ層にもＭｇをドープしてもよ
く、さらには、ＧａＮ層にはＭｇをドープせず、ＡｌＧ
ａＮ層にのみＭｇをドープしてもよい。
【００７０】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、活性層とｐ型クラッド層との間に、ＡｌおよびＧａ
を含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からな
る第１の厚さを有する障壁層とＧａを含む第２の窒化物
系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２の厚さを有す
る井戸層とが交互に積層された超格子からなるキャップ
層が、少なくとも一つ設けられ、より具体的には、例え
ば、活性層に接して、あるいは、活性層に接した第１の
光導波層に接して超格子からなるキャップ層が設けら
れ、場合によってはさらに、ｐ型クラッド層の直前に超
格子からなるキャップ層が設けられていることにより、
活性層に注入される電子は超格子からなるキャップ層の
障壁層によりこのキャップ層を通り抜けるのが抑制され
るとともに、ｐ側電極から注入され、ｐ型クラッド層を
通り抜けた正孔は超格子からなるキャップ層をトンネル
効果により容易に通り抜けて活性層に注入されるように
なる。このため、高温、高出力駆動時の駆動電流および
駆動電圧の大幅な低減が可能である。
ば、活性層とｐ型クラッド層との間に、ＡｌおよびＧａ
を含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からな
る第１の厚さを有する障壁層とＧａを含む第２の窒化物
系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２の厚さを有す
る井戸層とが交互に積層された超格子からなるキャップ
層が、少なくとも一つ設けられ、より具体的には、例え
ば、活性層に接して、あるいは、活性層に接した第１の
光導波層に接して超格子からなるキャップ層が設けら
れ、場合によってはさらに、ｐ型クラッド層の直前に超
格子からなるキャップ層が設けられていることにより、
活性層に注入される電子は超格子からなるキャップ層の
障壁層によりこのキャップ層を通り抜けるのが抑制され
るとともに、ｐ側電極から注入され、ｐ型クラッド層を
通り抜けた正孔は超格子からなるキャップ層をトンネル
効果により容易に通り抜けて活性層に注入されるように
なる。このため、高温、高出力駆動時の駆動電流および
駆動電圧の大幅な低減が可能である。
【００７１】また、半導体発光素子を構成する各層の成
長時のキャリアガス雰囲気を、各層に合わせて、実質的
に水素を含まず、窒素を主成分とするキャリアガス雰囲
気と窒素と水素とを主成分とするキャリアガス雰囲気と
で使い分けているので、活性層からのＩｎの脱離を防止
することができるとともに、ｐ型層の結晶性を良好にす
ることができる。さらに、キャップ層あるいは第１のキ
ャップ層あるいは第２のキャップ層を構成する障壁層お
よび井戸層をそれぞれ同一の厚さに設定していることに
より、これらのキャップ層あるいは第１のキャップ層あ
るいは第２のキャップ層の成長が容易である。これらに
より、半導体発光素子の製造が容易である。
長時のキャリアガス雰囲気を、各層に合わせて、実質的
に水素を含まず、窒素を主成分とするキャリアガス雰囲
気と窒素と水素とを主成分とするキャリアガス雰囲気と
で使い分けているので、活性層からのＩｎの脱離を防止
することができるとともに、ｐ型層の結晶性を良好にす
ることができる。さらに、キャップ層あるいは第１のキ
ャップ層あるいは第２のキャップ層を構成する障壁層お
よび井戸層をそれぞれ同一の厚さに設定していることに
より、これらのキャップ層あるいは第１のキャップ層あ
るいは第２のキャップ層の成長が容易である。これらに
より、半導体発光素子の製造が容易である。
【図１】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系半導
体レーザを示す断面図である。
体レーザを示す断面図である。
【図２】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系半導
体レーザのエネルギーバンド構造を示す略線図である。
体レーザのエネルギーバンド構造を示す略線図である。
【図３】この発明の第２の実施形態によるＧａＮ系半導
体レーザのエネルギーバンド構造を示す略線図である。
体レーザのエネルギーバンド構造を示す略線図である。
【図４】この発明の第３の実施形態によるＧａＮ系半導
体レーザのエネルギーバンド構造を示す略線図である。
体レーザのエネルギーバンド構造を示す略線図である。
１・・・ｃ面サファイア基板、４・・・ｎ型ＧａＮコン
タクト層、５・・・ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、６・・
・ｎ型ＧａＮ光導波層、７・・・活性層、８、１７・・
・ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層、９・・・ｐ型
ＧａＮ光導波層、１０・・・ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超
格子クラッド層、１１・・・ｐ型ＧａＮコンタクト層、
１２・・・リッジ、１３・・・絶縁膜、１４・・・ｐ側
電極、１５・・・ｎ側電極、１６・・・アンドープＧａ
Ｎ光導波層
タクト層、５・・・ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、６・・
・ｎ型ＧａＮ光導波層、７・・・活性層、８、１７・・
・ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子キャップ層、９・・・ｐ型
ＧａＮ光導波層、１０・・・ｐ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超
格子クラッド層、１１・・・ｐ型ＧａＮコンタクト層、
１２・・・リッジ、１３・・・絶縁膜、１４・・・ｐ側
電極、１５・・・ｎ側電極、１６・・・アンドープＧａ
Ｎ光導波層
フロントページの続き
(72)発明者 後藤 修
宮城県白石市白鳥３丁目53番地の２ ソニ
ー白石セミコンダクタ株式会社内
(72)発明者 池田 昌夫
宮城県白石市白鳥３丁目53番地の２ ソニ
ー白石セミコンダクタ株式会社内
Ｆターム(参考） 5F041 AA24 CA05 CA34 CA40 CA46
CA65 CA67
5F073 AA13 AA45 AA51 AA71 AA74
AA77 CA07 CB05 CB07 DA05
DA07 EA23
Claims (23)
- 【請求項１】 ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層との間
に活性層がはさまれた構造を有する、窒化物系ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体を用いた半導体発光素子において、 上記活性層と上記ｐ型クラッド層との間に、Ａｌおよび
Ｇａを含む第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体か
らなる第１の厚さを有する障壁層とＧａを含む第２の窒
化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２の厚さを
有する井戸層とが交互に積層された超格子からなるキャ
ップ層が、少なくとも一つ設けられていることを特徴と
する半導体発光素子。 - 【請求項２】 ＩｎおよびＧａを含む第３の窒化物系Ｉ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる障壁層とＩｎおよびＧ
ａを含む第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体から
なる井戸層とが交互に積層された多重量子井戸構造の活
性層と、 上記活性層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第１の窒化
物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第１の厚さを有
する障壁層とＧａを含む第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体からなる第２の厚さを有する井戸層とが交互
に積層された超格子からなるキャップ層と、 上記キャップ層に接した、Ｇａを含む第５の窒化物系Ｉ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる光導波層と、 上記光導波層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第６の窒
化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型クラッド
層とを有することを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項３】 上記キャップ層の上記障壁層および上記
井戸層の厚さは１ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることを特
徴とする請求項２記載の半導体発光素子。 - 【請求項４】 上記キャップ層の上記障壁層を構成する
上記第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体はアンド
ープであり、上記キャップ層の上記井戸層を構成する上
記第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体はｐ型不純
物がドープされていることを特徴とする請求項２記載の
半導体発光素子。 - 【請求項５】 上記キャップ層の上記障壁層を構成する
上記第１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体はＡｌz
Ｇａ1-z Ｎ（ただし、０＜ｚ＜１）であり、上記キャッ
プ層の上記井戸層を構成する上記第２の窒化物系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体はＧａＮであることを特徴とする請
求項２記載の半導体発光素子。 - 【請求項６】 上記活性層の上記障壁層を構成する上記
第３の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体はＩｎx Ｇａ
1-x Ｎ（ただし、０≦ｘ＜１）であり、上記活性層の上
記井戸層を構成する上記第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体はＩｎy Ｇａ1-y Ｎ（ただし、０＜ｙ＜１か
つｙ＞ｘ）であることを特徴とする請求項２記載の半導
体発光素子。 - 【請求項７】 上記活性層の上記ｐ型クラッド層に最も
近い上記井戸層に上記キャップ層の上記活性層に最も近
い上記障壁層が接していることを特徴とする請求項２記
載の半導体発光素子。 - 【請求項８】 上記ｐ型クラッド層はＡｌおよびＧａを
含む第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる
障壁層とＧａを含む第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物
半導体からなる井戸層とが交互に積層された超格子から
なることを特徴とする請求項２記載の半導体発光素子。 - 【請求項９】 上記ｐ型クラッド層の上記障壁層を構成
する上記第７の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体はア
ンドープであり、上記ｐ型クラッド層の上記井戸層を構
成する上記第８の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は
ｐ型不純物がドープされていることを特徴とする請求項
８記載の半導体発光素子。 - 【請求項１０】 上記キャップ層の平均バンドギャップ
エネルギーは上記ｐ型クラッド層の平均バンドギャップ
エネルギーより大きいことを特徴とする請求項２記載の
半導体発光素子。 - 【請求項１１】 ＩｎおよびＧａを含む第３の窒化物系
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる障壁層とＩｎおよび
Ｇａを含む第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体か
らなる井戸層とが交互に積層された多重量子井戸構造の
活性層と、 上記活性層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第１の窒化
物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第１の厚さを有
する障壁層とＧａを含む第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体からなる第２の厚さを有する井戸層とが交互
に積層された超格子からなる第１のキャップ層と、 上記第１のキャップ層に接した、Ｇａを含む第５の窒化
物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる光導波層と、 上記光導波層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第９の窒
化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第３の厚さを
有する障壁層とＧａを含む第１０の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体からなる第４の厚さを有する井戸層とが
交互に積層された超格子からなる第２のキャップ層と、 上記第２のキャップ層に接した、ＡｌおよびＧａを含む
第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型
クラッド層とを有することを特徴とする半導体発光素
子。 - 【請求項１２】 ＩｎおよびＧａを含む第３の窒化物系
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる障壁層とＩｎおよび
Ｇａを含む第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体か
らなる井戸層とが交互に積層された多重量子井戸構造の
活性層と、 上記活性層に接した、Ｇａを含む第１１の窒化物系ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体からなる第１の光導波層と、 上記第１の光導波層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第
１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第１の
厚さを有する障壁層とＧａを含む第２の窒化物系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体からなる第２の厚さを有する井戸層
とが交互に積層された超格子からなるキャップ層と、 上記キャップ層に接した、Ｇａを含む第５の窒化物系Ｉ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２の光導波層と、 上記第２の光導波層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第
６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型ク
ラッド層とを有することを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項１３】 上記第１の光導波層を構成する上記第
１１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体はアンドープ
であることを特徴とする請求項１２記載の半導体発光素
子。 - 【請求項１４】 上記活性層の上記ｐ型クラッド層に最
も近い上記井戸層と上記キャップ層の上記活性層に最も
近い上記障壁層との間の距離が１０ｎｍ以上１５０ｎｍ
以下であることを特徴とする請求項１２記載の半導体発
光素子。 - 【請求項１５】 ＩｎおよびＧａを含む第３の窒化物系
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる障壁層とＩｎおよび
Ｇａを含む第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体か
らなる井戸層とが交互に積層された多重量子井戸構造の
活性層と、 上記活性層に接した、Ｇａを含む第１１の窒化物系ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体からなる第１の光導波層と、 上記第１の光導波層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第
１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第１の
厚さを有する障壁層とＧａを含む第２の窒化物系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体からなる第２の厚さを有する井戸層
とが交互に積層された超格子からなる第１のキャップ層
と、 上記第１のキャップ層に接した、Ｇａを含む第５の窒化
物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２の光導波層
と、 上記第２の光導波層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第
９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第３の
厚さを有する障壁層とＧａを含む第１０の窒化物系ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体からなる第４の厚さを有する井戸
層とが交互に積層された超格子からなる第２のキャップ
層と、 上記第２のキャップ層に接した、ＡｌおよびＧａを含む
第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型
クラッド層とを有することを特徴とする半導体発光素
子。 - 【請求項１６】 上記第１の光導波層を構成する上記第
１１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体はアンドープ
であることを特徴とする請求項１５記載の半導体発光素
子。 - 【請求項１７】 上記活性層の上記ｐ型クラッド層に最
も近い上記井戸層と上記第１のキャップ層の上記活性層
に最も近い上記障壁層との間の距離が１０ｎｍ以上１５
０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１５記載の半
導体発光素子。 - 【請求項１８】 ＩｎおよびＧａを含む第３の窒化物系
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる障壁層とＩｎおよび
Ｇａを含む第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体か
らなる井戸層とが交互に積層された多重量子井戸構造の
活性層と、 上記活性層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第１の窒化
物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第１の厚さを有
する障壁層とＧａを含む第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体からなる第２の厚さを有する井戸層とが交互
に積層された超格子からなるキャップ層と、 上記キャップ層に接した、Ｇａを含む第５の窒化物系Ｉ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる光導波層と、 上記光導波層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第６の窒
化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型クラッド
層とを有する半導体発光素子の製造方法であって、 上記活性層および上記キャップ層は、実質的に水素を含
まず、窒素を主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長
させ、 上記光導波層および上記ｐ型クラッド層は、窒素と水素
とを主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長させるよ
うにしたことを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 - 【請求項１９】 上記実質的に水素を含まず、窒素を主
成分とするキャリアガス雰囲気はＮ2 ガス雰囲気である
ことを特徴とする請求項１８記載の半導体発光素子の製
造方法。 - 【請求項２０】 上記窒素と水素とを主成分とするキャ
リアガス雰囲気はＮ 2 とＨ2 との混合ガス雰囲気である
ことを特徴とする請求項１８記載の半導体発光素子の製
造方法。 - 【請求項２１】 ＩｎおよびＧａを含む第３の窒化物系
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる障壁層とＩｎおよび
Ｇａを含む第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体か
らなる井戸層とが交互に積層された多重量子井戸構造の
活性層と、 上記活性層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第１の窒化
物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第１の厚さを有
する障壁層とＧａを含む第２の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体からなる第２の厚さを有する井戸層とが交互
に積層された超格子からなる第１のキャップ層と、 上記第１のキャップ層に接した、Ｇａを含む第５の窒化
物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる光導波層と、 上記光導波層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第９の窒
化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第３の厚さを
有する障壁層とＧａを含む第１０の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体からなる第４の厚さを有する井戸層とが
交互に積層された超格子からなる第２のキャップ層と、 上記第２のキャップ層に接した、ＡｌおよびＧａを含む
第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型
クラッド層とを有する半導体発光素子の製造方法であっ
て、 上記活性層および上記第１のキャップ層は、実質的に水
素を含まず、窒素を主成分とするキャリアガス雰囲気中
で成長させ、 上記光導波層、上記第２のキャップ層および上記ｐ型ク
ラッド層は、窒素と水素とを主成分とするキャリアガス
雰囲気中で成長させるようにしたことを特徴とする半導
体発光素子の製造方法。 - 【請求項２２】 ＩｎおよびＧａを含む第３の窒化物系
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる障壁層とＩｎおよび
Ｇａを含む第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体か
らなる井戸層とが交互に積層された多重量子井戸構造の
活性層と、 上記活性層に接した、Ｇａを含む第１１の窒化物系ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体からなる第１の光導波層と、 上記第１の光導波層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第
１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第１の
厚さを有する障壁層とＧａを含む第２の窒化物系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体からなる第２の厚さを有する井戸層
とが交互に積層された超格子からなるキャップ層と、 上記キャップ層に接した、Ｇａを含む第５の窒化物系Ｉ
ＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２の光導波層と、 上記第２の光導波層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第
６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型ク
ラッド層とを有する半導体発光素子の製造方法であっ
て、 上記活性層、上記第１の光導波層および上記キャップ層
は、実質的に水素を含まず、窒素を主成分とするキャリ
アガス雰囲気中で成長させ、 上記第２の光導波層および上記ｐ型クラッド層は、窒素
と水素とを主成分とするキャリアガス雰囲気中で成長さ
せるようにしたことを特徴とする半導体発光素子の製造
方法。 - 【請求項２３】 ＩｎおよびＧａを含む第３の窒化物系
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる障壁層とＩｎおよび
Ｇａを含む第４の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体か
らなる井戸層とが交互に積層された多重量子井戸構造の
活性層と、 上記活性層に接した、Ｇａを含む第１１の窒化物系ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体からなる第１の光導波層と、 上記第１の光導波層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第
１の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第１の
厚さを有する障壁層とＧａを含む第２の窒化物系ＩＩＩ
−Ｖ族化合物半導体からなる第２の厚さを有する井戸層
とが交互に積層された超格子からなる第１のキャップ層
と、 上記第１のキャップ層に接した、Ｇａを含む第５の窒化
物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第２の光導波層
と、 上記第２の光導波層に接した、ＡｌおよびＧａを含む第
９の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなる第３の
厚さを有する障壁層とＧａを含む第１０の窒化物系ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体からなる第４の厚さを有する井戸
層とが交互に積層された超格子からなる第２のキャップ
層と、 上記第２のキャップ層に接した、ＡｌおよびＧａを含む
第６の窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体からなるｐ型
クラッド層とを有する半導体発光素子の製造方法であっ
て、 上記活性層、上記第１の光導波層および上記第１のキャ
ップ層は、実質的に水素を含まず、窒素を主成分とする
キャリアガス雰囲気中で成長させ、 上記第２の光導波層、上記第２のキャップ層および上記
ｐ型クラッド層は、窒素と水素とを主成分とするキャリ
アガス雰囲気中で成長させるようにしたことを特徴とす
る半導体発光素子の製造方法。
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|---|---|
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