JP2003163418A - Nitride gallium system compound semiconductor laser - Google Patents

Nitride gallium system compound semiconductor laser

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JP2003163418A
JP2003163418A JP2001364052A JP2001364052A JP2003163418A JP 2003163418 A JP2003163418 A JP 2003163418A JP 2001364052 A JP2001364052 A JP 2001364052A JP 2001364052 A JP2001364052 A JP 2001364052A JP 2003163418 A JP2003163418 A JP 2003163418A
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JP
Japan
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layer
compound semiconductor
gallium nitride
based compound
semiconductor laser
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Application number
JP2001364052A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tomoya Yanagimoto
友弥 柳本
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Nichia Chemical Industries Ltd
Original Assignee
Nichia Chemical Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem of a short-wavelength laser for blue-green color and green color among the nitride gallium system compound semiconductor lasers that threshold value becomes high because of bad confinement of light beam. <P>SOLUTION: This nitride gallium system compound semiconductor laser is an isolation confinement type nitride gallium system compound semiconductor laser comprising an optical guide layer. This optical guide layer is provided between an active layer consisting of a nitride gallium system compound semiconductor and a clad layer consisting of the nitride gallium system compound semiconductor, and is comprised of the nitride gallium system compound semiconductor having a refraction index which is larger than that of the clad layer and having a band gap which is larger than that of the active layer in order to form an optical waveguide in combination with the active layer. In the optical guide layer, impurity is doped to raise the conductivity during the growth thereof. However, the optical guide layer is grown without doping of impurity in the area thereof isolated at least by 0.05 μm or more from the end face in the active layer side. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は窒化ガリウム系半導
体化合物レーザに関し、特に量子井戸型活性層と光ガイ
ド層を有する分離閉じ込め型の窒化ガリウム系化合物半
導体レーザに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a gallium nitride-based compound semiconductor laser, and more particularly to a separate confinement type gallium nitride-based compound semiconductor laser having a quantum well type active layer and an optical guide layer.

【0002】[0002]

【従来の技術】今日、窒化物半導体を用いた半導体レー
ザは、DVDなど大容量・高密度の情報記録・再生が可
能な光ディスクシステムへの利用に対する要求が高くな
っている。特に、デジタル画像データを扱う次世代DV
Dには、波長の短かい青色のレーザが必要不可欠と考え
られている。青色半導体レーザとしては、窒化ガリウム
系半導体化合物レーザが最も有力で、その開発が進んで
いる。
2. Description of the Related Art Today, a semiconductor laser using a nitride semiconductor is required to be used in an optical disk system capable of recording / reproducing information with a large capacity and a high density such as a DVD. In particular, next-generation DV that handles digital image data
A blue laser with a short wavelength is considered to be indispensable for D. As a blue semiconductor laser, a gallium nitride-based semiconductor compound laser is the most promising and the development thereof is progressing.

【0003】レーザ発振において重要な要素の1つは、
光を増幅する領域である光導波路への効率よい光閉じ込
めである。ここに光がよく閉じ込められないと、閾値電
流の上昇、発光効率の低下等の素子特性の不良が生じ
る。元来は活性層がそのまま光導波路であったが、活性
層が量子井戸型構造と移行してゆき活性層の厚みが薄く
なったため、活性層のみで光を閉じ込めることは難しく
なった。そこで、活性層の片側もしくは両側に、活性層
よりバンドギャップの大きい光ガイド層を配置した分離
光閉じ込め型(SCH)が採用されるようになってい
る。基本的なSCHにおいては、光導波路は活性層と光
ガイド層とで構成され、光は、クラッド層と光ガイド層
との間に屈折率差をつけることにより、この光導波路内
部に閉じ込められる。光導波路の応用形には、活性層と
光ガイド層の他に、電子閉じ込め層などの層を含むもの
もある。
One of the important factors in laser oscillation is
Efficient optical confinement in the optical waveguide, which is the region that amplifies light. If the light is not well confined in this region, defects in device characteristics such as an increase in threshold current and a decrease in luminous efficiency occur. Originally, the active layer was used as it was as an optical waveguide, but the active layer moved to the quantum well structure and the thickness of the active layer became thin, so that it was difficult to confine light only by the active layer. Therefore, a separated light confinement type (SCH) in which an optical guide layer having a band gap larger than that of the active layer is arranged on one side or both sides of the active layer has been adopted. In the basic SCH, the optical waveguide is composed of an active layer and an optical guide layer, and light is confined inside the optical waveguide by providing a refractive index difference between the cladding layer and the optical guide layer. Some applications of the optical waveguide include a layer such as an electron confinement layer in addition to the active layer and the light guide layer.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、窒化ガリウム
系化合物半導体レーザのうち、青緑色や緑色の短波長レ
ーザでは、光ガイド層とクラッド層との屈折率差が小さ
くなり、光導波路内への光閉じ込めが十分でなくなり、
閾値電圧が高くなる。これは、材料の屈折率が光の波長
に依存して変化することによる。
However, among the gallium nitride-based compound semiconductor lasers, in the blue-green or green short-wavelength laser, the difference in the refractive index between the optical guide layer and the cladding layer becomes small, so that the light guide layer and the clad layer have a small refractive index. Light confinement is not enough,
The threshold voltage becomes high. This is because the refractive index of the material changes depending on the wavelength of light.

【0005】光閉じ込めをよくするには、クラッド層の
Alの組成比を多くして、光ガイド層とクラッド層との
屈折率差を大きくする方法が考えられる。しかし、クラ
ッド層のAl組成比を増加させるとクラッド層の結晶性
が悪くなり、場合によってはクラックを発生することも
あるため、あまり好ましくない。
In order to improve the light confinement, a method of increasing the Al composition ratio in the cladding layer to increase the difference in refractive index between the optical guide layer and the cladding layer can be considered. However, if the Al composition ratio of the clad layer is increased, the crystallinity of the clad layer is deteriorated and cracks may occur in some cases, which is not preferable.

【0006】他方、光ガイド層を厚膜化すれば、Al組
成比をあまり増加させることなく光閉じ込めを改善する
ことができるが、光ガイド層における電圧損が大きく
る。このため、単純に光ガイド層を厚膜化する方法では
閾値電圧の増加を十分に抑制することができない。そこ
で本発明は、青緑色や緑色のような短波長においても低
い閾値電圧を実現できる窒化ガリウム系化合物半導体レ
ーザを提供することを目的とする。
On the other hand, if the light guide layer is made thicker, the light confinement can be improved without increasing the Al composition ratio so much, but the voltage loss in the light guide layer becomes large. Therefore, an increase in the threshold voltage cannot be sufficiently suppressed by simply increasing the thickness of the light guide layer. Therefore, an object of the present invention is to provide a gallium nitride-based compound semiconductor laser capable of realizing a low threshold voltage even in a short wavelength such as blue-green or green.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明の窒化ガリウム系
化合物半導体レーザは、窒化ガリウム系化合物半導体か
らなる活性層と窒化ガリウム系化合物半導体からなるク
ラッド層の間に、前記クラッド層より屈折率が大きくか
つ前記活性層よりもバンドギャップが大きな窒化ガリウ
ム系化合物半導体から成り、前記活性層と共に光導波路
を形成する光ガイド層を有する分離閉じ込め型窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザであって、前記光ガイド層
は、成長中に導電率を上昇させる不純物がドープされて
いるが、前記光ガイド層のうち、活性層側の端面から少
なくとも0.05μm以上は、前記不純物をドープせず
に成長されていることを特徴とする。
A gallium nitride-based compound semiconductor laser according to the present invention has a refractive index higher than that of the clad layer between an active layer made of a gallium nitride-based compound semiconductor and a clad layer made of a gallium nitride-based compound semiconductor. A separate confinement type gallium nitride compound semiconductor laser comprising a gallium nitride compound semiconductor that is large and has a bandgap larger than that of the active layer, and has an optical guide layer that forms an optical waveguide with the active layer, the optical guide layer comprising: Is doped with impurities that increase the conductivity during growth, but at least 0.05 μm or more from the end face on the active layer side of the light guide layer is grown without being doped with the impurities. Is characterized by.

【0008】光ガイド層に不純物をドープして導電性を
上昇させることにより、光ガイド層を厚膜に形成した時
の光ガイド層における電圧損の増加を抑制することがで
きる。したがって、光ガイド層の電圧損を増加させるこ
となく光閉じ込め能を改善して、レーザの閾値電圧を低
下させることができる。。しかし、光ガイド層に不純物
をドープすると、光ガイド層自身の光吸収係数が上昇し
て活性層の発光を吸収してしまう、光ガイド層の結晶性
が低下する結果活性層の結晶性も低下する、熱拡散によ
り光ガイド層から活性層へ不純物が拡散して活性層のバ
ンド端発光を阻害する、といった問題点が発生する。そ
こで、本発明では、光ガイド層のうち、活性層側の端面
から少なくとも0.05μm、好ましくは0.1μmの
範囲はドープしないで成長させる。
By doping the light guide layer with impurities to increase the conductivity, it is possible to suppress an increase in voltage loss in the light guide layer when the light guide layer is formed as a thick film. Therefore, the light confinement ability can be improved and the threshold voltage of the laser can be lowered without increasing the voltage loss of the light guide layer. . However, when the light guide layer is doped with impurities, the light absorption coefficient of the light guide layer itself rises and the light emitted from the active layer is absorbed. As a result, the crystallinity of the light guide layer decreases, resulting in a decrease in the crystallinity of the active layer. However, there is a problem that impurities are diffused from the light guide layer to the active layer due to thermal diffusion, and band edge emission of the active layer is hindered. Therefore, in the present invention, the optical guide layer is grown without doping in a range of at least 0.05 μm, preferably 0.1 μm from the end face on the active layer side.

【0009】尚、光ガイド層のうちドープしないで成長
させる範囲は、あまり大き過ぎては電圧損が大きくなる
ため、活性層側の端面から0.3μm以下、より好まし
くは0.15μm以下にすることが望ましい。
In the optical guide layer, the range of growth without doping is too large and the voltage loss becomes large. Therefore, the range from the end face on the active layer side is 0.3 μm or less, more preferably 0.15 μm or less. Is desirable.

【0010】また、光ガイド層の膜厚はp側、n側がお
のおの0.15μm以上0.5μm以下で形成されてい
ると、光閉じ込めの効果が顕著に現れるので好ましく、
特に0.2μ以上0.3μm以下で形成されていると好
ましい。
Further, it is preferable that the thickness of the light guide layer is 0.15 μm or more and 0.5 μm or less on the p-side and the n-side, respectively, because the effect of confining light becomes remarkable.
It is particularly preferable that the thickness is 0.2 μm or more and 0.3 μm or less.

【0011】光ガイド層に不純物をドープして導電性を
高くするとき、そのドープの状態は特に限定されず、ド
ープ量が均一でも不均一でもよい。形成の簡便さからす
ればドープ量が均一な一層で形成されていると好ましい
が、不純物ドープ量が不均一であっても何ら問題はな
い。例えば、ドープ量は、濃度変化の境界がないように
微量づつ増減させても、濃度の異なる複数の層を積層す
ることで濃度変化の境界が明瞭であってもよい。また、
活性層から離れるほどドープ量が多くなっていると、活
性層をピークとした発光強度分布と、ドープによる光吸
収率の変化との兼ね合いにより、強い光がより吸収され
にくい構成となるので好ましい。
When the optical guide layer is doped with impurities to increase the conductivity, the doping state is not particularly limited, and the doping amount may be uniform or non-uniform. From the viewpoint of simplicity of formation, it is preferable that the layer is formed of a single layer having a uniform doping amount, but there is no problem even if the impurity doping amount is nonuniform. For example, the doping amount may be increased or decreased by a small amount so that there is no boundary of concentration change, or the boundary of concentration change may be clear by stacking a plurality of layers having different concentrations. Also,
It is preferable that the amount of doping increases as the distance from the active layer increases, because the intensity distribution with the peak in the active layer and the change in the light absorption rate due to the doping make the structure less likely to absorb strong light.

【0012】光ガイド層のドープ領域に不純物をドープ
するとき、不純物濃度が1×10 /cm以上1×
1020/cm以下となるように成長させると、導電
性は十分に得られ、さらに不純物ドープによる結晶性の
悪化が許容範囲内に押さえられるので好ましい。
[0012] When doped with impurities doped region of the optical guide layer, an impurity concentration 1 × 10 1 5 / cm 3 to 1 ×
It is preferable to grow so as to be 10 20 / cm 3 or less because sufficient conductivity can be obtained and further deterioration of crystallinity due to impurity doping can be suppressed within an allowable range.

【0013】光ガイド層のうち活性層から0.05〜
0.3μmはアンドープで形成されているが、不純物ド
ープして形成した層と隣接して形成されるときには、窒
化ガリウム系化合物半導体の積層時の温度によって、隣
接層から不純物が侵入することがある。光ガイド層の活
性層側に、不純物ドープした層が隣接すると、アンドー
プで成長されている光ガイド層の活性層側に、不純物が
ドープされた状態になる。そのときにドープされる不純
物濃度は隣接層の2分の1以下になり、また不純物の侵
入深さは0.02μm以下になると見積もられる。熱拡
散によって不純物がドープされたことにより、アンドー
プ領域も光を吸収するが、その吸収量は、レーザ発振中
の光導波による損失と比べて小さいため、大きな問題と
はならない。
From the active layer of the light guide layer, the range from 0.05 to
Although 0.3 μm is formed undoped, when it is formed adjacent to a layer formed by impurity doping, impurities may intrude from the adjacent layer depending on the temperature at the time of stacking the gallium nitride compound semiconductor. . When the impurity-doped layer is adjacent to the active layer side of the light guide layer, the active layer side of the unguided light guide layer is doped with the impurity. It is estimated that the concentration of impurities doped at that time will be one-half or less of that of the adjacent layer, and the penetration depth of impurities will be 0.02 μm or less. Although the undoped region also absorbs light due to the impurity being doped by thermal diffusion, the amount of absorption is smaller than the loss due to the optical waveguide during laser oscillation, so that it is not a big problem.

【0014】光ガイド層の、アンドープで成長させた領
域とドープして成長させた領域とは順次積層されるため
隣接しており、アンドープで成長させた領域のクラッド
層側に熱拡散によって不純物が導入されることがある。
しかし、熱拡散で不純物が導入される位置は、アンドー
プ領域のうちで最も活性層から離れており、さらに侵入
深さが0.02μm以下と見積もられるため、光の吸収
に与える影響は微小で、他の損失と比べて非常に小さ
く、ほとんど問題とはならない。
An undoped region and a doped region of the optical guide layer are adjacent to each other because they are sequentially stacked, and impurities are diffused by thermal diffusion to the cladding layer side of the undoped region. May be introduced.
However, the position where impurities are introduced by thermal diffusion is farthest from the active layer in the undoped region, and since the penetration depth is estimated to be 0.02 μm or less, the influence on light absorption is small, It is very small compared to other losses and is of little concern.

【0015】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体レー
ザでは、光ガイド層がGaNから形成されていると好ま
しい。光ガイド層は活性層の近傍に形成されるため、そ
の結晶性はよいことが望ましく、結晶性が劣る3元系の
窒化ガリウム系化合物半導体よりは、結晶性のよい2元
系のGaNが好ましい。
In the gallium nitride compound semiconductor laser of the present invention, it is preferable that the light guide layer is made of GaN. Since the light guide layer is formed in the vicinity of the active layer, its crystallinity is desirable, and binary GaN with good crystallinity is preferable to ternary gallium nitride compound semiconductor with poor crystallinity. .

【0016】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体レー
ザの活性層は、InGa1−xN(0<x≦1)で形
成されているのが好ましい。本発明のレーザは、特に青
色〜純緑色レーザに適した構造となっているため、活性
層には青色〜純緑色に発光する物質が使用されるとよ
い。InGa1−xNでは、xの値を変えることによ
り発光する色を青色〜純緑色の範囲で変えることが可能
である。さらに、InGa1−xN(0<x≦1)の
井戸層に有する量子井戸構造とすると、高性能のレーザ
となるので好ましい。
The active layer of the gallium nitride-based compound semiconductor laser of the present invention is preferably formed of In x Ga 1-x N (0 <x ≦ 1). Since the laser of the present invention has a structure particularly suitable for blue to pure green lasers, it is preferable to use a substance that emits blue to pure green light in the active layer. In In x Ga 1-x N, it is possible to change a range of colors for emitting blue to pure green by changing the value of x. Furthermore, a quantum well structure having an In x Ga 1-x N (0 <x ≦ 1) well layer is preferable because a high-performance laser is obtained.

【0017】また、クラッド層は、光導波路内に光を閉
じ込めるために、光ガイド層より低屈折率を有する物質
で形成されているとよい。光ガイド層をGaNで形成す
る場合には、クラッド層はAlGa1−yN(0≦y
≦1)を含む窒化物半導体で形成されると、GaNより
屈折率が低くなるので好ましい。このとき、yの値が大
きい方が、屈折率が下がる傾向にある。
Further, the clad layer is preferably formed of a material having a lower refractive index than the light guide layer in order to confine light in the optical waveguide. When forming the optical guide layer of GaN, the cladding layer is Al y Ga 1-y N ( 0 ≦ y
A nitride semiconductor containing ≦ 1) is preferable because it has a lower refractive index than GaN. At this time, the larger the value of y, the lower the refractive index tends to be.

【0018】しかし、AlGa1−yNは、yの値を
大きくすると結晶性が悪化し、特に厚膜に形成するとク
ラックが入りやすくなる。そこで、クラッド層は、Al
Ga1−yN(0<y≦1)とGaNとを交互に積層
した超格子構造として、Al Ga1−yN層の膜厚を
クラック形成の限界厚より薄膜に形成すると共に、結晶
性のよいGaNで挟み込むことでクラック形成を防止す
ると好ましい。
However, AlyGa1-yN is the value of y
If it is too large, the crystallinity deteriorates.
The rack can be easily inserted. Therefore, the clad layer is made of Al
yGa1-yN (0 <y ≦ 1) and GaN are alternately laminated
As a superlattice structure yGa1-yThe thickness of the N layer
Form a thin film that exceeds the critical thickness for crack formation, and crystallize
Prevents crack formation by sandwiching between GaN with good properties
Is preferable.

【0019】p側に形成されている光ガイド層のドープ
領域およびクラッド層に導入されている不純物元素が、
p型ドーパントのMgであると好ましい。また、p側光
ガイド層のドープ領域のMgドープ量が、p側クラッド
層のMgの平均ドープ量以下であるとよく、さらに好ま
しくは、p側クラッド層のMgの平均ドープ量の1/2
以下となっていることである。
Impurity elements introduced into the doped region of the optical guide layer formed on the p-side and the cladding layer are
It is preferable that the p-type dopant is Mg. Further, the Mg doping amount of the doped region of the p-side optical guide layer is preferably equal to or less than the average doping amount of Mg of the p-side cladding layer, and more preferably 1/2 of the average doping amount of Mg of the p-side cladding layer.
It is the following.

【0020】n側に形成されている光ガイド層のドープ
領域およびクラッド層に導入されている不純物元素が、
n型ドーパントのSiであると好ましい。また、n側光
ガイド層のドープ領域のSiドープ量が、n側クラッド
層のSiの平均ドープ量以下であるとよく、さらに好ま
しくは、n側クラッド層のSiの平均ドープ量の1/2
以下となっていることである。
Impurity elements introduced into the doped region of the optical guide layer formed on the n side and the cladding layer are
The n-type dopant Si is preferable. Further, the Si doping amount of the doped region of the n-side optical guide layer may be equal to or less than the average doping amount of Si of the n-side cladding layer, and more preferably, 1/2 of the average doping amount of Si of the n-side cladding layer.
It is the following.

【0021】また、本発明は、窒化ガリウム系化合物半
導体からなる活性層106と窒化ガリウム系化合物半導
体からなるクラッド層106、109の間に、クラッド
層より屈折率が大きくかつ活性層よりもバンドギャップ
が大きな窒化ガリウム系化合物半導体から成り、活性層
と共に光導波路を形成する光ガイド層を有する分離閉じ
込め型窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造方法
で、光ガイド層のうち、活性層から0.05μm以上
0.3μm以下の範囲はアンドープで成長させることを
特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造方
法である。活性層の近傍をアンドープで成長させること
で、強度の強い光が吸収されないようにしている。
Further, according to the present invention, between the active layer 106 made of a gallium nitride-based compound semiconductor and the cladding layers 106, 109 made of a gallium nitride-based compound semiconductor, the refractive index is larger than that of the cladding layer and the band gap is larger than that of the active layer. Is a large gallium nitride-based compound semiconductor and has a light-guiding layer that forms an optical waveguide with the active layer. A range of 0.3 μm or less is a method for manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor laser, which is characterized in that it is grown undoped. By growing undoped in the vicinity of the active layer, strong light is prevented from being absorbed.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】実施の形態 1.本発明の窒化ガ
リウム系化合物半導体レーザに用いる窒化ガリウム系化
合物半導体としては、GaN、AlN、もしくはIn
N、又はこれらの混晶である窒化ガリウム系化合物半導
体(InAlGa1−x−yN、0≦x、0≦y、
x+y≦1)がある。その他に前記窒化ガリウム系化合
物半導体の一部を、B、Pで置換した、混晶でもよい。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiment 1. Examples of the gallium nitride-based compound semiconductor used in the gallium nitride-based compound semiconductor laser of the present invention include GaN, AlN, or In.
N, or gallium nitride-based compound is these mixed crystal semiconductor (In x Al y Ga 1- x-y N, 0 ≦ x, 0 ≦ y,
x + y ≦ 1). In addition, a mixed crystal in which a part of the gallium nitride compound semiconductor is replaced with B and P may be used.

【0023】図4は、本発明に係る窒化ガリウム系化合
物半導体レーザの一例を示す断面図である。GaN基板
101上には、InGa1-xN(0≦x<1)から成
る活性層107が、GaN層からなるn側光ガイド層1
06とGaN層からなるp側光ガイド層109とに挟ま
れて光導波路を形成し、さらにその両側をn側Al
1−yN(0≦y<1)層103〜107(各層毎に
yの値は異なる)と、p側AlGa1−zN(0≦z
<1)層110及び111(各層毎にzの値は異なる)
によって挟まれており、いわゆる光−キャリア分離型閉
じ込めヘテロ構造が形成されている。
FIG. 4 is a sectional view showing an example of a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to the present invention. On the GaN substrate 101, the active layer 107 made of In x Ga 1-x N (0 ≦ x <1) is the n-side light guide layer 1 made of a GaN layer.
06 and sandwiched between the p-side optical guide layer 109 made of GaN layer to form an optical waveguide, further both sides n-side Al y G
a 1-y N (0 ≦ y <1) layers 103 to 107 (the value of y is different for each layer) and p-side Al z Ga 1-z N (0 ≦ z
<1) Layers 110 and 111 (z value is different for each layer)
And a so-called optical-carrier separated confinement heterostructure is formed.

【0024】図1は、図4に示した半導体レーザの積層
構造のうち、光導波路およびクラッド層の積層部分を抽
出して図示したものである。光ガイド層106及び10
9は、アンドープ領域6a、9aとドープ領域6b、9
bとを図のように積層して形成されている。
FIG. 1 is a diagram showing the laminated portion of the optical waveguide and the clad layer extracted from the laminated structure of the semiconductor laser shown in FIG. Light guide layers 106 and 10
Reference numeral 9 denotes undoped regions 6a, 9a and doped regions 6b, 9
and b are laminated as shown in the figure.

【0025】ノンドープの窒化ガリウム系化合物半導体
は導電性が低いので、光導波路を厚くするために光ガイ
ド層を厚膜に形成すると光ガイド層106、109の抵
抗が高くなる。よって光導波路を厚くして光閉じ込め能
を向上させるためには、厚膜で、かつ導電性のよい光ガ
イド層を形成するのが好ましい。そこで光ガイド層10
6、109に不純物をドープして導電性を上昇させる。
Since the non-doped gallium nitride compound semiconductor has low conductivity, if the optical guide layer is formed as a thick film to thicken the optical waveguide, the resistance of the optical guide layers 106 and 109 becomes high. Therefore, in order to increase the thickness of the optical waveguide and improve the light confining ability, it is preferable to form a thick optical guide layer having good conductivity. Therefore, the light guide layer 10
6 and 109 are doped with impurities to increase conductivity.

【0026】不純物をドープすると光吸収係数が高くな
るので、光の吸収量を減らすためには光導波路内にドー
プするのは望ましくないが、光閉じ込め能との兼ね合い
から、光ガイド層にドープして厚膜の光導波路を形成す
るほうがレーザの性能が向上することがわかった。そこ
で、0.05μm以上0.3μm以下のアンドープ領域
6a、9aを活性層側に成長させ、ドープ領域9bをク
ラッド側に成長させることで、活性層近傍の強度の強い
光は吸収せず、光ガイド層106、109の導電性が向
上することができる。さらに、アンドープ領域6a、9
aは0.1μm以上0.15μm以下で成長させるとよ
り好ましい。
Since the optical absorption coefficient becomes high when impurities are doped, it is not desirable to dope the inside of the optical waveguide in order to reduce the amount of absorption of light. However, in light of the light confining ability, the optical guide layer is doped. It was found that the laser performance was improved by forming a thick optical waveguide. Therefore, by growing the undoped regions 6a and 9a of 0.05 μm or more and 0.3 μm or less on the active layer side and growing the doped region 9b on the cladding side, strong light near the active layer is not absorbed, and The conductivity of the guide layers 106 and 109 can be improved. Furthermore, the undoped regions 6a and 9
It is more preferable to grow a by 0.1 μm or more and 0.15 μm or less.

【0027】また、青色〜純緑色光を効率よく光閉じ込
めするためには、p側及びn側に形成されるおのおのの
光ガイド層106、109の膜厚は0.15μm以上
0.5μm以下で形成されていると好ましく、特に0.
2μ以上0.3μm以下で形成されていると好ましい。
In order to efficiently confine blue to pure green light, the thickness of each of the light guide layers 106 and 109 formed on the p-side and the n-side should be 0.15 μm or more and 0.5 μm or less. Preferably, it is formed, especially 0.
The thickness is preferably 2 μm or more and 0.3 μm or less.

【0028】光ガイド層106、109のどこにドープ
領域を形成しても導電性向上の効果は同じなので、光吸
収によって生じる光の吸収が少ない位置にドープすると
よい。レーザ発振時、活性層が最強の光強度となり、活
性層から離れるに従って光の強度は弱くなる。既に強度
が弱くなっている光を吸収される方が、強度の強い光を
吸収されるよりは吸収量が少なく済むので、光ガイド層
106、109のうち活性層から離れた位置にドープ領
域6b、9bを形成すると好ましい。
Since the effect of improving the conductivity is the same regardless of where the doped regions are formed in the light guide layers 106 and 109, it is preferable to dope the light absorbing layer at a position where light absorption is small. During laser oscillation, the active layer has the strongest light intensity, and the light intensity decreases as the distance from the active layer increases. Since the absorbed amount of light that has already weakened is smaller than that of absorbed light of high intensity, the doped region 6 b is located at a position apart from the active layer in the light guide layers 106 and 109. , 9b are preferably formed.

【0029】光ガイド層のドープ領域6b、9bは導電
性が高くなっていればよく、ドープ領域6b、9bにお
けるドープ量は、意図的に変えても変えなくてもどちら
でもよい。ドープ量を変えないように成長させるなら、
不純物の濃度の調節が容易なので形成が簡易となり、好
ましい。一方、光の強度分布に対応して活性層から離れ
るほどドープ量多くするように、意図的にドープ量を変
えて成長させてもよく、そのように形成すると、より光
の吸収量を軽減することができるので好ましい。
It is sufficient that the doped regions 6b and 9b of the light guide layer have high conductivity, and the doping amount in the doped regions 6b and 9b may be intentionally changed or may not be changed. If you want to grow without changing the doping amount,
Since it is easy to control the concentration of impurities, the formation becomes simple, which is preferable. On the other hand, depending on the intensity distribution of light, the amount of doping may be intentionally changed so that the amount of doping is increased as the distance from the active layer increases, and if it is formed in this way, the amount of absorption of light is further reduced. It is possible because it is possible.

【0030】光ガイド層のドープ領域6b、9bにおい
て不純物ドープ量を意図的に変化させる場合、層の成長
方向における不純物濃度がなめらかに変化する形態と、
段階的に変化する形態がある。段階的に変化する形態と
は、具体的には、おのおのの不純物ドープ量が異なって
いる複数の層を積層して、ドープ領域6b、9bを形成
するものがあげられる。どちらの濃度変化であっても、
本発明に適用可能である。
When the impurity doping amount is intentionally changed in the doped regions 6b and 9b of the light guide layer, the impurity concentration in the growth direction of the layer changes smoothly.
There is a form that gradually changes. The stepwise changing form is, specifically, a form in which a plurality of layers each having a different impurity doping amount are laminated to form the doped regions 6b and 9b. Whichever concentration change
It is applicable to the present invention.

【0031】不純物のドープによる導電性上昇と、結晶
性悪化とのバランスを考慮すると、光ガイド層106、
109に不純物をドープして成長させるとき、その成長
部分の不純物濃度が1×1015/cm〜1×10
20/cmとなるようにドープされていると好まし
い。この範囲であれば、光導波路を厚膜に形成しても抵
抗の急激な上昇はなく、光導波路として要求される結晶
性を有することが可能であるので、好ましい。
Considering the balance between the increase in conductivity due to the doping of impurities and the deterioration in crystallinity, the light guide layer 106,
When 109 is doped with impurities to grow, the impurity concentration of the grown portion is 1 × 10 15 / cm 3 to 1 × 10.
It is preferably doped so as to have a concentration of 20 / cm 3 . Within this range, the resistance does not sharply increase even if the optical waveguide is formed in a thick film, and the crystallinity required for the optical waveguide can be obtained, which is preferable.

【0032】光ガイド層106、109のうち活性層か
ら0.05μm以上0.3μm以下はのアンドープ領域
6a,9aとしてドープせずに成長させるが、隣接層に
不純物がドープされていると、素子成長時の温度によっ
て隣接層の不純物が熱拡散してアンドープ領域6a,9
aに侵入することがある。光ガイド層の活性層側に、不
純物ドープした層が隣接すると、アンドープで成長され
ている光ガイド層の活性層側に、不純物がドープされた
状態になる。そのときにドープされる不純物濃度は隣接
層の2分の1以下になり、また不純物の侵入深さは0.
02μm以下になると見積もられる。熱拡散によって不
純物がドープされたことにより、アンドープ領域も光を
吸収するが、その吸収量は、レーザ発振中の光導波によ
る損失と比べて小さいため、大きな問題とはならない。
Of the optical guide layers 106 and 109, 0.05 μm or more and 0.3 μm or less from the active layer are grown as undoped regions 6a and 9a without doping, but if adjacent layers are doped with impurities, the device Impurities in the adjacent layers are thermally diffused by the temperature at the time of growth to cause undoped regions 6a and 9
May invade a. When the impurity-doped layer is adjacent to the active layer side of the light guide layer, the active layer side of the unguided light guide layer is doped with the impurity. At that time, the concentration of impurities doped is one-half or less of that of the adjacent layer, and the penetration depth of impurities is 0.
It is estimated that it will be 02 μm or less. Although the undoped region also absorbs light due to the impurity being doped by thermal diffusion, the amount of absorption is smaller than the loss due to the optical waveguide during laser oscillation, so that it is not a big problem.

【0033】光ガイド層の、アンドープで成長させた領
域とドープして成長させた領域とは順次積層されるため
隣接しており、アンドープで成長させた領域のクラッド
層側に熱拡散によって不純物が導入されることがある。
しかし、熱拡散で不純物が導入される位置は、アンドー
プ領域のうちで最も活性層から離れており、さらに侵入
深さが0.02μm以下と見積もられるため、光の吸収
に与える影響は微小で、他の損失と比べて非常に小さ
く、ほとんど問題とはならない。
An undoped region and a doped region of the optical guide layer are adjacent to each other because they are sequentially stacked, and impurities are diffused by thermal diffusion to the cladding layer side of the undoped region. May be introduced.
However, the position where impurities are introduced by thermal diffusion is farthest from the active layer in the undoped region, and since the penetration depth is estimated to be 0.02 μm or less, the influence on light absorption is small, It is very small compared to other losses and is of little concern.

【0034】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体レー
ザでは、光ガイド層106、109が、窒化ガリウム系
化合物半導体のうちでもGaNからなると好ましい。光
ガイド層106、109は、活性層の近傍に形成される
こと、そして光導波路の1部分であるので、その結晶性
がよいことが好ましい。よって、光ガイド層は、窒化ガ
リウム系化合物のなかでも結晶性のよいGaNで形成さ
れているのが好ましい。
In the gallium nitride-based compound semiconductor laser of the present invention, the light guide layers 106 and 109 are preferably made of GaN among the gallium nitride-based compound semiconductors. The light guide layers 106 and 109 are preferably formed in the vicinity of the active layer and, since they are a part of the optical waveguide, have good crystallinity. Therefore, it is preferable that the light guide layer is formed of GaN having high crystallinity among the gallium nitride compounds.

【0035】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体レー
ザの活性層107は、InGa −xN(0<x≦
1)で形成されているのが好ましい。本発明のレーザ
は、特に青色〜純緑色レーザに適した構造となっている
ため、活性層107には青色〜純緑色に発光する物質が
使用されるとよい。InGa1−xNでは、xの値を
変えることにより発光する色を青色〜純緑色の範囲で変
えることが可能である。さらに、InGa1−x
(0<x≦1)の井戸層に有する量子井戸構造とする
と、閾値電流が低く高性能のレーザとなることが期待で
きるため好ましい。
The active layer 107 of the gallium nitride-based compound semiconductor laser of the present invention is made of In x Ga 1 -x N (0 <x ≦.
It is preferably formed in 1). Since the laser of the present invention has a structure particularly suitable for a blue to pure green laser, a substance emitting blue to pure green light may be used for the active layer 107. In In x Ga 1-x N, it is possible to change a range of colors for emitting blue to pure green by changing the value of x. Furthermore, In x Ga 1-x N
A quantum well structure having a well layer of (0 <x ≦ 1) is preferable because a threshold current can be expected to be low and a high-performance laser can be expected.

【0036】また、クラッド層105、110は、光導
波路内に光を閉じ込めるために、光ガイド層より低屈折
率を有する物質で形成される。光ガイド層106、10
9をGaNで形成する場合には、クラッド層105、1
10はAlGa1−yN(0≦y≦1)を含む窒化物
半導体で形成されると、GaNより屈折率が低くできる
ので好ましい。yの値を大きくすると屈折率が下がるの
で光閉じ込め能がよくなる。
The cladding layers 105 and 110 are made of a material having a lower refractive index than the light guide layer in order to confine light in the optical waveguide. Light guide layers 106, 10
When 9 is formed of GaN, the cladding layers 105, 1
10 is preferably formed of a nitride semiconductor containing Al y Ga 1-y N (0 ≦ y ≦ 1) because it can have a lower refractive index than GaN. Increasing the value of y lowers the refractive index, and thus improves the light confining ability.

【0037】AlGa1−yNはGaNと比べると結
晶性が悪く、特にyの値が大きくして厚膜に形成すると
クラックが入りやすくなる。そこで、クラッド層10
5,110は、AlGa1−yN(0<y≦1)とG
aNとを交互に積層した超格子構造として、AlGa
1−yN層の膜厚をクラック形成の限界厚より薄膜に形
成し、さらに結晶性のよいGaNで挟み込むことでクラ
ック形成を防止すると好ましい。クラッド層105、1
10をこのような超格子構造で形成すると、クラックを
発生させることなくAlGa1−yN層のyの値を大
きくできるため、クラッド層全体の平均Al含有量は増
加し、屈折率を低下させることが可能となる。
Al y Ga 1-y N has poorer crystallinity than GaN, and cracks easily occur particularly when the y value is increased to form a thick film. Therefore, the cladding layer 10
5,110 is Al y Ga 1-y N (0 <y ≦ 1) and G
As a superlattice structure in which aN and aN are alternately stacked, Al y Ga
It is preferable to prevent the formation of cracks by forming the 1-y N layer to be thinner than the limit thickness of crack formation and further sandwiching it with GaN having good crystallinity. Clad layers 105, 1
When 10 is formed in such a superlattice structure, the y value of the Al y Ga 1-y N layer can be increased without generating cracks, so that the average Al content of the entire cladding layer increases and the refractive index increases. It is possible to lower it.

【0038】p側に形成されている光ガイド層109お
よびクラッド層110に導入されている不純物元素が、
p型ドーパントのMgであると好ましい。また、p側光
ガイド層109のMgドープ量が、p側のクラッド層1
10のMgの平均ドープ量以下であるとよく、さらに好
ましくは、p側のクラッド層110のMgの平均ドープ
量の1/2以下となっていることである。
Impurity elements introduced into the optical guide layer 109 and the cladding layer 110 formed on the p side are
It is preferable that the p-type dopant is Mg. In addition, the Mg doping amount of the p-side optical guide layer 109 is set to the p-side cladding layer 1
The average doping amount of Mg is preferably 10 or less, and more preferably 1/2 or less of the average doping amount of Mg of the p-side cladding layer 110.

【0039】n側に形成されている光ガイド層106お
よびクラッド層105に導入されている不純物元素が、
n型ドーパントのSiであると好ましい。また、n側光
ガイド層106のSiドープ量が、n側のクラッド層1
05のSiの平均ドープ量以下であるとよく、さらに好
ましくは、n側のクラッド層105のSiの平均ドープ
量の1/2以下となっていることである。
Impurity elements introduced into the optical guide layer 106 and the cladding layer 105 formed on the n-side are
The n-type dopant Si is preferable. In addition, the Si-doped amount of the n-side optical guide layer 106 is set to the n-side cladding layer 1
It is preferable that the average doping amount of Si is 0.05 or less, and more preferably, the average doping amount of Si of the n-side cladding layer 105 is 1/2 or less.

【0040】以下、図4に示す窒化ガリウム系化合物半
導体レーザについて、構造の詳細について説明する。基
板101としては、GaNを用いることが好ましいが、
窒化ガリウム系化合物半導体と異なる異種基板を用いて
も良い。異種基板としては、例えば、C面、R面、及び
A面のいずれかを主面とするサファイア、スピネル(M
gA124のような絶縁性基板、SiC(6H、4H、
3Cを含む)、ZnS、ZnO、GaAs、Si、及び
窒化ガリウム系化合物半導体と格子整合する酸化物基板
等、窒化ガリウム系化合物半導体を成長させることが可
能で従来から知られており、窒化ガリウム系化合物半導
体と異なる基板材料を用いることができる。好ましい異
種基板としては、サファイア、スピネルが挙げられる。
また、異種基板は、オフアングルしていてもよく、この
場合ステップ状にオフアングルしたものを用いると窒化
ガリウムからなる下地層が結晶性よく成長するため好ま
しい。更に、異種基板を用いる場合には、異種基板上に
レーザ構造形成前の下地層となる窒化ガリウム系化合物
半導体を成長させた後、異種基板を研磨などの方法によ
り除去して、窒化ガリウム系化合物半導体の単体基板と
してレーザ構造を形成してもよく、また、レーザ構造形
成後に、異種基板を除去する方法でも良い。
The structure of the gallium nitride compound semiconductor laser shown in FIG. 4 will be described below in detail. GaN is preferably used as the substrate 101,
A different substrate different from the gallium nitride-based compound semiconductor may be used. Examples of the dissimilar substrate include sapphire and spinel (M
Insulating substrate such as gA1 2 O 4 , SiC (6H, 4H,
(Including 3C), ZnS, ZnO, GaAs, Si, and gallium nitride-based compound semiconductors, and oxide substrates that are lattice-matched with gallium nitride-based compound semiconductors are known to be able to grow and are conventionally known. A substrate material different from that of the compound semiconductor can be used. Examples of preferable different substrates include sapphire and spinel.
The heterogeneous substrate may be off-angled, and in this case, it is preferable to use a step-shaped off-angled substrate because the underlayer made of gallium nitride grows with good crystallinity. Further, when using a heterogeneous substrate, after growing a gallium nitride-based compound semiconductor which is an underlayer before forming a laser structure on the heterogeneous substrate, the heterogeneous substrate is removed by a method such as polishing to remove the gallium nitride-based compound semiconductor. The laser structure may be formed as a single substrate of a semiconductor, or a method of removing a different type substrate after forming the laser structure may be used.

【0041】異種基板を用いる場合には、バッファ層
(低温成長層)、窒化ガリウム系化合物半導体(好まし
くはGaN)からなる下地層を介して、レーザ構造を形
成すると、窒化ガリウム系化合物半導体の成長が良好な
ものとなる。また、異種基板上に設ける下地層(成長基
板)として、その他に、ELOG(Epitaxially Laterally O
vergrowth)成長させた窒化ガリウム系化合物半導体を用
いると結晶性が良好な成長基板が得られる。ELOG成長層
の具体例としては、異種基板上に、窒化ガリウム系化合
物半導体層を成長させ、その表面に窒化ガリウム系化合
物半導体の成長が困難な保護膜を設けるなどして形成し
たマスク領域と、窒化ガリウム系化合物半導体を成長さ
せる非マスク領域を、ストライプ状に設け、その非マス
ク領域から窒化ガリウム系化合物半導体を成長させるこ
とで、膜厚方向への成長に加えて、横方向への成長が成
されることにより、マスク領域にも窒化ガリウム系化合
物半導体が成長して成膜された層などがある。その他の
形態では、異種基板上に成長させた窒化ガリウム系化合
物半導体層に開口部を設け、その開口部側面から横方向
への成長がなされて、成膜される層でもよい。
When a heterogeneous substrate is used, when a laser structure is formed through a buffer layer (low temperature growth layer) and an underlayer made of a gallium nitride compound semiconductor (preferably GaN), growth of the gallium nitride compound semiconductor is achieved. Will be good. In addition, as an underlayer (growth substrate) provided on a different type of substrate, ELOG (Epitaxially Laterally
When a gallium nitride-based compound semiconductor that has been grown is used, a growth substrate with good crystallinity can be obtained. As a specific example of the ELOG growth layer, a mask region formed by growing a gallium nitride-based compound semiconductor layer on a heterogeneous substrate and providing a protective film on the surface of which a growth of a gallium nitride-based compound semiconductor is difficult, By providing a non-mask region for growing a gallium nitride-based compound semiconductor in a stripe shape and growing a gallium nitride-based compound semiconductor from the non-masked region, in addition to growth in the film thickness direction, growth in the lateral direction can be achieved. By being formed, the mask region also has a layer in which a gallium nitride-based compound semiconductor is grown and deposited. In another form, the gallium nitride-based compound semiconductor layer grown on a heterogeneous substrate may be provided with an opening, and the film may be grown by lateral growth from the side surface of the opening.

【0042】基板101上には、バッファ層102を介
して、n型窒化ガリウム系化合物半導体層であるn側コ
ンタクト層103、クラック防止層104、n側クラッ
ド層105、及びn側光ガイド層106が形成されてい
る。n側クラッド層105及びn側光ガイド層106を
除く他の層は、レーザによっては省略することもでき
る。n型窒化ガリウム系化合物半導体層は、少なくとも
活性層と接する部分において活性層よりも広いバンドギ
ャップを有することが必要であり、そのためにAlを含
む組成であることが好ましい。また、n側光ガイド層を
除く各層は、n型不純物をドープしながら成長させてn
側としても良いし、ノンドープのn側としても良い。
On the substrate 101, the n-side contact layer 103, which is an n-type gallium nitride compound semiconductor layer, the crack prevention layer 104, the n-side cladding layer 105, and the n-side light guide layer 106, are arranged with the buffer layer 102 interposed therebetween. Are formed. The layers other than the n-side cladding layer 105 and the n-side light guide layer 106 may be omitted depending on the laser. The n-type gallium nitride compound semiconductor layer needs to have a bandgap wider than that of the active layer at least in a portion in contact with the active layer, and therefore, a composition containing Al is preferable. Each layer except the n-side light guide layer is grown while being doped with n-type impurities.
It may be the side or the non-doped n-side.

【0043】n型窒化ガリウム系化合物半導体層103
〜106の上には、活性層107が形成されている。活
性層107は、前述の通り、Inx1Ga1-x2N井戸
層(0<x<1)とInx2Ga1-x2N障壁層(0
≦x<1、x>x)が適当な回数だけ交互に繰り
返し積層されたMQW構造を有しており、活性層の両端
はいずれも障壁層となっている。井戸層は、アンドープ
で形成されており、全ての障壁層はSi、Sn等のn型
不純物が好ましくは1×1017〜1×10 cm
−3の濃度でドープして形成されている。
N-type gallium nitride-based compound semiconductor layer 103
An active layer 107 is formed on the layers 106 to 106. As described above, the active layer 107 includes the In x1 Ga 1-x2 N well layer (0 <x 1 <1) and the In x2 Ga 1-x2 N barrier layer (0
≦ x 2 <1, x 1 > x 2 ) has an MQW structure in which an appropriate number of layers are alternately and repeatedly stacked, and both ends of the active layer are barrier layers. Well layer is formed undoped, all of the barrier layer is Si, Sn or the like of the n-type impurity is preferably 1 × 10 17 ~1 × 10 1 9 cm
It is formed by doping with a concentration of -3 .

【0044】最終障壁層の上には、p型窒化ガリウム系
化合物半導体層として、p型電子閉じ込め層108、p
側光ガイド層109、p側クラッド層110、p側コン
タクト層111が形成されている。p側クラッド層11
0及びp側光ガイド層109を除く他の層は、レーザに
よっては省略することもできる。p型窒化ガリウム系化
合物半導体層は、少なくとも活性層と接する部分におい
て活性層よりも広いバンドギャップを有することが必要
であり、そのためにAlを含む組成であることが好まし
い。また、p側光ガイド層を除く各層は、p型不純物を
ドープしながら成長させてp側としても良いし、アンド
ープで成長させてから隣接する他の層からp型不純物が
拡散れた結果としてドープしたp側としてもよい。
On the final barrier layer, p-type electron confinement layers 108 and p are formed as p-type gallium nitride compound semiconductor layers.
A side light guide layer 109, a p-side cladding layer 110, and a p-side contact layer 111 are formed. p-side clad layer 11
The layers other than the 0 and p-side light guide layers 109 can be omitted depending on the laser. The p-type gallium nitride compound semiconductor layer needs to have a bandgap wider than that of the active layer at least in a portion in contact with the active layer, and therefore, a composition containing Al is preferable. Further, each layer except the p-side optical guide layer may be grown as a p-side while being doped with a p-type impurity, or as a result of p-type impurities being diffused from another adjacent layer after being grown undoped. It may be the doped p-side.

【0045】p型電子閉じ込め層108は、p側クラッ
ド層110よりも高いAl混晶比を持つp型窒化ガリウ
ム系化合物半導体から成り、好ましくはAlGa1-x
N(0.1<x<0.5)なる組成を有する。また、M
g等のp型不純物が高濃度で、好ましくは5×1017
〜1×1019cm-3の濃度でドープされている。こ
れにより、p型電子閉じ込め層108は、電子を活性層
中に有効に閉じ込めることができ、レーザの閾値を低下
させる。
The p-type electron confinement layer 108 is made of a p-type gallium nitride-based compound semiconductor having a higher Al mixed crystal ratio than the p-side clad layer 110, and is preferably Al x Ga 1 -x.
It has a composition of N (0.1 <x <0.5). Also, M
A high concentration of p-type impurities such as g, preferably 5 × 10 17
Doped at a concentration of ˜1 × 10 19 cm −3 . As a result, the p-type electron confinement layer 108 can effectively confine electrons in the active layer, and lowers the threshold value of the laser.

【0046】p型窒化ガリウム系化合物半導体層のう
ち、p側光ガイド層109の途中までリッジストライプ
が形成され、さらに、保護膜161、162、p型電極
120、n型電極121、pパット電極122、及びn
パット電極123が形成されて半導体レーザが構成され
ている。
In the p-type gallium nitride-based compound semiconductor layer, a ridge stripe is formed up to the middle of the p-side optical guide layer 109, and further, protective films 161, 162, p-type electrode 120, n-type electrode 121, p-pad electrode. 122, and n
The pad electrode 123 is formed to form a semiconductor laser.

【0047】実施の形態 2.実施の形態2を図2に示
す。活性層107とp側光ガイド層109との間に、p
側電子閉じ込め層108が形成されている以外は、実施
の形態1と同様に形成される。p側電子閉じ込め層10
8は、Mgを高濃度にドープして成長させる。
Embodiment 2. Embodiment 2 is shown in FIG. Between the active layer 107 and the p-side light guide layer 109, p
It is formed in the same manner as in Embodiment 1 except that the side electron confinement layer 108 is formed. p-side electron confinement layer 10
In No. 8, Mg is grown in a high concentration.

【0048】Mgは窒化ガリウム系化合物半導体中で移
動度が大きく、熱拡散が起こりやすいとされている。本
発明では各層を高温で積層させるが、アンドープの層と
Mgドープ層とが隣接している配置では、積層時の熱に
よってドープ層からアンドープ層へMgが熱拡散される
ことがある。その結果、アンドープで成長させた層であ
るにもかかわらず、素子形成後にはMgドープの状態と
なる。
It is said that Mg has a large mobility in a gallium nitride-based compound semiconductor and thermal diffusion easily occurs. In the present invention, each layer is laminated at a high temperature, but in an arrangement in which the undoped layer and the Mg-doped layer are adjacent to each other, Mg may be thermally diffused from the doped layer to the undoped layer due to heat during lamination. As a result, even though the layer is grown undoped, it becomes Mg-doped after the element is formed.

【0049】本件発明で、アンドープで成長させたp側
光ガイド層のアンドープ領域9aも、その形成後になさ
れる他層の積層によってMgドープとなるが、その場合
のMgの分布状態は成長時Mgドープとは異なってい
る。実際に製造したレーザ素子を積層方向のMgの分布
状態について分析し、その特徴を説明する。
In the present invention, the undoped region 9a of the p-side optical guide layer grown undoped is also Mg-doped due to the stacking of other layers after its formation. In that case, the distribution state of Mg is Mg during growth. Different from dope. The characteristics of the actually manufactured laser element will be described by analyzing the distribution state of Mg in the stacking direction.

【0050】図3に、本発明の実施形態2で形成したレ
ーザのMgとAlの含有量を分析したグラフを示す。A
lは、n側クラッド層105、p側クラッド層110お
よび電子閉じ込め層108を成長する時にドープされて
おり、またAlは熱拡散が起こりにくいことから、素子
形成後の層境界を知る指標となる。Alの含有量変化
と、成長時に設定した層の厚さとから決定した各層の境
界線と対応する層構成も図3に示した。
FIG. 3 shows a graph in which the contents of Mg and Al of the laser formed in the second embodiment of the present invention are analyzed. A
l is doped when growing the n-side clad layer 105, the p-side clad layer 110 and the electron confinement layer 108, and since Al is less likely to undergo thermal diffusion, it is an index for knowing the layer boundary after element formation. . FIG. 3 also shows the layer structure corresponding to the boundary line of each layer determined from the change in Al content and the layer thickness set at the time of growth.

【0051】p型光ガイド層のアンドープ領域9aのM
g濃度分布は、隣接層との境界において高濃度で、境界
から離れるにつれて濃度が低下する傾向を示す。また、
p型光ガイド層のアンドープ領域9aの層内に、Mg濃
度が最小値を示す鋭角のくぼみ(図中(X))を有するグ
ラフとなる。次いで、電子閉じ込め層108およびp型
光ガイド層のドープ領域9bのMg分布状態の特徴につ
いて述べる。どちらの層も意図的な濃度変化を行わずに
成長させているが、素子形成後には、p型光ガイド層の
アンドープ領域9aに近づくにつれてMg濃度が減少す
るような濃度変化を示す。
M of the undoped region 9a of the p-type light guide layer
The g concentration distribution shows a high concentration at the boundary with the adjacent layer, and the concentration tends to decrease as the distance from the boundary increases. Also,
The graph has an acute-angled depression ((X) in the figure) showing the minimum Mg concentration in the undoped region 9a of the p-type light guide layer. Next, the characteristics of the Mg distribution state of the electron confinement layer 108 and the doped region 9b of the p-type optical guide layer will be described. Both layers are grown without intentionally changing the concentration, but after the element is formed, the Mg concentration decreases so as to approach the undoped region 9a of the p-type optical guide layer.

【0052】[0052]

【実施例】[実施例]以下、実施例として、図4に示す
ようなレーザ構造の窒化ガリウム系化合物半導体を用い
たレーザで、さらに図2に図示したクラッド層及び光導
波路を成長させて形成したレーザについて説明する。
EXAMPLES [Examples] In the following, as an example, a laser using a gallium nitride-based compound semiconductor having a laser structure as shown in FIG. 4 is formed by further growing the cladding layer and the optical waveguide shown in FIG. The laser will be described.

【0053】(基板101)基板として、異種基板に成
長させた窒化ガリウム系化合物半導体、本実施例ではG
aNを厚膜(100μm)で成長させた後、異種基板を
除去して、80μmのGaNからなる窒化ガリウム系化
合物半導体基板を用いる。基板の詳しい形成方法は、以
下の通りである。2インチφ、C面を主面とするサファ
イアよりなる異種基板をMOVPE反応容器内にセット
し、温度を500℃にして、トリメチルガリウム(TM
G)、アンモニア(NH3)を用い、GaNよりなるバ
ッファ層を200Åの膜厚で成長させ、その後、温度を
上げて、アンドープのGaNを1.5μmの膜厚で成長
させて、下地層とする。次に、下地層表面にストライプ
状のマスクを複数形成して、マスク開口部(窓部)から
窒化ガリウム系化合物半導体、本実施例ではGaNを選
択成長させて、横方向の成長を伴った成長(ELOG)
により成膜された窒化ガリウム系化合物半導体層を、さ
らに厚膜で成長させて、異種基板、バッファ層、下地層
を除去して、窒化ガリウム系化合物半導体基板を得る。
この時、選択成長時のマスクは、SiO2からなり、マ
スク幅15μm、開口部(窓部)幅5μmとする。
(Substrate 101) As the substrate, a gallium nitride-based compound semiconductor grown on a heterogeneous substrate, G in this embodiment is used.
After growing aN with a thick film (100 μm), the heterogeneous substrate is removed and a gallium nitride-based compound semiconductor substrate made of GaN having a thickness of 80 μm is used. The detailed method of forming the substrate is as follows. A dissimilar substrate made of sapphire having a 2-inch φ and a C-plane as a main surface is set in a MOVPE reaction vessel, and the temperature is set to 500 ° C.
G), ammonia (NH 3 ) is used to grow a buffer layer made of GaN to a film thickness of 200 Å, and then the temperature is raised to grow undoped GaN to a film thickness of 1.5 μm to form an underlayer. To do. Next, a plurality of stripe-shaped masks are formed on the surface of the underlayer, and gallium nitride-based compound semiconductor, GaN in this embodiment, is selectively grown from the mask openings (windows) to grow with lateral growth. (ELOG)
The gallium nitride-based compound semiconductor layer formed by (1) is grown to a thicker film, and the heterogeneous substrate, the buffer layer, and the underlayer are removed to obtain a gallium nitride-based compound semiconductor substrate.
At this time, the mask for selective growth is made of SiO 2 , and has a mask width of 15 μm and an opening (window) width of 5 μm.

【0054】(バッファ層102)窒化ガリウム系化合
物半導体基板の上に、バッファ層成長後、温度を105
0℃にして、TMG(トリメチルガリウム)、TMA
(トリメチルアルミニウム)、アンモニアを用い、Al
0.05Ga0.95Nよりなるバッファ層102を4μmの膜
厚で成長させる。この層は、AlGaNのn側コンタク
ト層と、GaNからなる窒化ガリウム系化合物半導体基
板との間で、バッファ層として機能する。次に、窒化ガ
リウム系化合物半導体からなる下地層の上に、レーザ構
造となる各層を積層する。
(Buffer layer 102) After the growth of the buffer layer on the gallium nitride compound semiconductor substrate, the temperature is set to 105.
TMG (trimethylgallium), TMA at 0 ℃
(Trimethylaluminum), using ammonia, Al
A buffer layer 102 made of 0.05 Ga 0.95 N is grown to a film thickness of 4 μm. This layer functions as a buffer layer between the n-side contact layer of AlGaN and the gallium nitride-based compound semiconductor substrate made of GaN. Next, each layer having a laser structure is laminated on the underlayer made of a gallium nitride-based compound semiconductor.

【0055】(n側コンタクト層103)次に得られた
バッファ層102上にTMG、TMA、アンモニア、不
純物ガスとしてシランガスを用い、1050℃でSiド
ープしたAl0.05Ga0.95Nよりなるn側コンタクト層
103を4μmの膜厚で成長させる。
(N-side contact layer 103) Next, on the obtained buffer layer 102, n-side contact layer made of Al 0.05 Ga 0.95 N Si-doped at 1050 ° C. using TMG, TMA, ammonia and silane gas as an impurity gas. 103 is grown to a film thickness of 4 μm.

【0056】(クラック防止層104)次に、TMG、
TMI(トリメチルインジウム)、アンモニアを用い、
温度を800℃にしてIn0.06Ga0.94Nよりなるクラ
ック防止層104を0.15μmの膜厚で成長させる。
なお、このクラック防止層は省略可能である。
(Crack prevention layer 104) Next, TMG,
Using TMI (trimethylindium), ammonia,
The crack prevention layer 104 of In 0.06 Ga 0.94 N is grown at a temperature of 800 ° C. to a thickness of 0.15 μm.
The crack prevention layer can be omitted.

【0057】(n側クラッド層105)次に、温度を1
050℃にして、原料ガスにTMA、TMG、アンモニ
ア及びシランガスを用い、Siを1×1019/cm
ドープしたAl0.08Ga0.92NよりなるA層を25Å
の膜厚で成長させ、続いて、TMAとシランガスを止
め、ノンドープのGaNよりなるB層を25Åの膜厚で
成長させる。そして、この操作を繰り返してA層とB層
の積層し、総膜厚1.2μmの多層膜(超格子構造)よ
りなるn側クラッド層105を成長させる。この時、S
iドープAlGaN層(A層)のAl混晶比としては、
0.05以上0.3以下の範囲であれば、十分にクラッ
ド層として機能する屈折率差を設けることができる。な
お、n側クラッド層を、バンドギャップエネルギーが異
なる窒化物半導体積層した超格子構造で形成する場合、
不純物は、いずれか一方の層に多くドープする、いわゆ
る変調ドープを行うと結晶性がよくなる傾向がある。
(N-side clad layer 105) Next, the temperature is set to 1
The temperature is set to 050 ° C., TMA, TMG, ammonia and silane gas are used as raw material gases, and Si is 1 × 10 19 / cm 3.
A layer of doped Al 0.08 Ga 0.92 N is 25 Å
Then, the TMA and the silane gas are stopped, and the B layer made of undoped GaN is grown to a film thickness of 25 Å. Then, this operation is repeated to stack the A layer and the B layer to grow the n-side cladding layer 105 made of a multilayer film (superlattice structure) having a total film thickness of 1.2 μm. At this time, S
As the Al mixed crystal ratio of the i-doped AlGaN layer (A layer),
Within the range of 0.05 or more and 0.3 or less, it is possible to sufficiently provide a refractive index difference that functions as a cladding layer. When the n-side clad layer is formed with a superlattice structure in which nitride semiconductors having different bandgap energies are stacked,
Impurity tends to be improved in crystallinity when one of the layers is heavily doped, that is, so-called modulation doping.

【0058】(n側光ガイド層106、6a、6b)1
050℃でTMA、TMG、アンモニア、シランガスを
流し、Siを2.5×1018/cmドープしたn型
GaNよりなるn側光ガイド層のドープ領域6bを0.
1μmの膜厚で成長させる。続いて、シランガスを止
め、1050℃でアンドープGaNよりなるn側光ガイ
ド層のアンドープ領域6aを0.15μmの膜厚で成長
させる。
(N-side light guide layer 106, 6a, 6b) 1
TMA, TMG, ammonia, and silane gas were made to flow at 050 ° C., and the doped region 6b of the n-side optical guide layer made of n-type GaN doped with Si at 2.5 × 10 18 / cm 3 was set to 0.
Grow with a film thickness of 1 μm. Then, the silane gas is stopped, and the undoped region 6a of the n-side optical guide layer made of undoped GaN is grown at 1050 ° C. to a film thickness of 0.15 μm.

【0059】(活性層107)次に温度を800℃にし
て、原料ガスにTMI、TMGを用い、アンドープのI
0.05Ga0.95Nよりなる障壁層、その上に、
アンドープのIn0. 32Ga0.68Nよりなる井戸
層を、障壁層/井戸層/障壁層/井戸層/障壁層の順に
積層する。このとき、障壁層の膜厚を130Åの膜厚
で、井戸層を25Åの膜厚で形成する。活性層は総膜厚
約440Åの多重量子井戸構造(MQW)となる。
(Active layer 107) Next, the temperature is set to 800 ° C., TMI and TMG are used as source gases, and undoped I
a barrier layer made of n 0.05 Ga 0.95 N, and
Undoped In 0. A well layer made of 32 Ga 0.68 N is laminated in the order of barrier layer / well layer / barrier layer / well layer / barrier layer. At this time, the barrier layer is formed with a film thickness of 130 Å and the well layer is formed with a film thickness of 25 Å. The active layer has a multiple quantum well structure (MQW) with a total film thickness of about 440Å.

【0060】(p側電子閉込め層108)次に、同様の
温度で、原料ガスにTMA、TMG及びアンモニアを用
い、不純物ガスとしてCpMg(シクロペンタジエニ
ルマグネシウム)を用い、Mgを1×1019/cm
ドープしたAl0.3Ga0.7Nよりなるp型電子閉込層1
08を100Åの膜厚で成長させる。この層は、特に設
けられていなくても良いが、設けることで電子閉込めと
して機能し、閾値の低下に寄与するものとなる。
(P-side electron confinement layer 108) Next, at the same temperature, TMA, TMG and ammonia are used as source gases, Cp 2 Mg (cyclopentadienyl magnesium) is used as an impurity gas, and Mg is 1 × 10 19 / cm 3
P-type electron confinement layer 1 made of doped Al 0.3 Ga 0.7 N
08 is grown to a film thickness of 100Å. This layer does not have to be provided in particular, but by providing it, it functions as electron confinement and contributes to the reduction of the threshold value.

【0061】(p側光ガイド層109、9a、9b)続
いてCpMg、TMAを止め、1050℃で、アンド
ープGaNよりなるp側光ガイド層のアンドープ領域9
aを0.15μmの膜厚で成長させる。続いてCp
gを流して、1050℃で、Mgを2.5×1019
cmドープしたGaNよりなるp側光ガイド層のドー
プ領域9bを0.1μmの膜厚で成長させる。
(P-side light guide layer 109, 9a, 9b) Subsequently, Cp 2 Mg and TMA are stopped, and at 1050 ° C., the undoped region 9 of the p-side light guide layer made of undoped GaN.
a is grown to a film thickness of 0.15 μm. Then Cp 2 M
by flowing g, at 1050 ℃, 2.5 the Mg × 10 19 /
A doped region 9b of the p-side light guide layer made of cm 3 doped GaN is grown to a film thickness of 0.1 μm.

【0062】(p側クラッド層110)続いて、105
0℃でCp2Mgを用いて、Mgを1×1020/cm
ドープしたp型Al0.08Ga0.92Nよりなる層を25
Åの膜厚で成長させ、続いてTMAのみを止め、アンド
ープGaNよりなる層を25Åの膜厚で成長させ、総膜
厚0.6μmの超格子層よりなるp側クラッド層110
を成長させる。p側クラッド層は少なくとも一方がAl
を含む窒化ガリウム系化合物半導体層を含み、互いにバ
ンドギャップエネルギーが異なる窒化ガリウム系化合物
半導体層を積層した超格子で作製した場合、不純物はい
ずれか一方の層に多くドープして、いわゆる変調ドープ
を行うと結晶性が良くなる傾向にある。
(P-side clad layer 110) Subsequently, 105
Using Cp 2 Mg at 0 ° C., Mg was added to 1 × 10 20 / cm 3
25 layers of doped p-type Al 0.08 Ga 0.92 N
The p-side clad layer 110 made of a superlattice layer having a total film thickness of 0.6 μm is grown to a film thickness of Å, then only TMA is stopped, and a layer made of undoped GaN is grown to a film thickness of 25 Å.
Grow. At least one of the p-side cladding layers is Al
When a superlattice including a gallium nitride-based compound semiconductor layer containing a layered gallium nitride-based compound semiconductor layer having different bandgap energies is used, a large amount of impurities is doped in either one of the layers, and so-called modulation doping is performed. Doing so tends to improve the crystallinity.

【0063】(p側コンタクト層111)最後に、10
50℃で、p側クラッド層110の上に、Mgを1×1
20/cm 3ドープしたp型GaNよりなるp側コンタク
ト層111を150Åの膜厚で成長させる。p側コンタ
クト層111はp型のInXAlYGa1-X-YN(0≦X、
0≦Y、X+Y≦1)で構成することができ、好ましくは
MgをドープしたGaNとすれば、p電極120と最も
好ましいオーミック接触が得られる。コンタクト層11
1は電極を形成する層であるので、1×1017/cm3
上の高キャリア濃度とすることが望ましい。1×1017
/cm3よりも低いと電極と好ましいオーミックを得るの
が難しくなる傾向にある。さらにコンタクト層の組成を
GaNとすると、電極材料と好ましいオーミックが得ら
れやすくなる。反応終了後、反応容器内において、ウエ
ハを窒素雰囲気中、700℃でアニーリングを行い、p
型層を更に低抵抗化する。
(P-side contact layer 111) Finally, 10
Mg at 1 × 1 on the p-side cladding layer 110 at 50 ° C.
020/cm 3P-side contact made of doped p-type GaN
The growth layer 111 is grown to a film thickness of 150Å. p side contour
Layer 111 is p-type InXAlYGa1-XYN (0 ≦ X,
0 ≦ Y, X + Y ≦ 1), and preferably
If GaN doped with Mg is used, the p-electrode 120 and the
A favorable ohmic contact is obtained. Contact layer 11
Since 1 is a layer forming an electrode, 1 × 1017/cm3Since
It is desirable to have the above high carrier concentration. 1 x 1017
/cm3Lower than that will get a good ohmic with the electrode
Tends to be difficult. Furthermore, the composition of the contact layer
When GaN is used, an electrode material and a preferable ohmic contact can be obtained.
It becomes easy to be damaged. After the reaction is completed, the wafer is placed in the reaction vessel.
C is annealed at 700 ° C in a nitrogen atmosphere, and
The resistance of the mold layer is further reduced.

【0064】以上のようにして窒化ガリウム系化合物半
導体を成長させ各層を積層した後、ウエハを反応容器か
ら取り出し、最上層のp側コンタクト層の表面にSiO
2よりなる保護膜を形成して、RIE(反応性イオンエ
ッチング)を用いSiCl4ガスによりエッチングし、
図4に示すように、n電極を形成すべきn側コンタクト
層103の表面を露出させる。このように窒化ガリウム
系化合物半導体を深くエッチングするには保護膜として
SiO2が最適である。
After growing the gallium nitride-based compound semiconductor as described above and stacking the respective layers, the wafer is taken out from the reaction container and SiO 2 is formed on the surface of the p-side contact layer which is the uppermost layer.
A protective film made of 2 is formed and etched with SiCl 4 gas using RIE (reactive ion etching),
As shown in FIG. 4, the surface of the n-side contact layer 103 on which the n-electrode is to be formed is exposed. Thus, SiO 2 is most suitable as the protective film for deeply etching the gallium nitride compound semiconductor.

【0065】次に上述したストライプ状の導波路領域と
して、リッジストライプを形成する。まず、最上層のp
側コンタクト層(上部コンタクト層)のほぼ全面に、P
VD装置により、Si酸化物(主として、SiO2)よ
りなる第1の保護膜161を0.5μmの膜厚で形成し
た後、第1の保護膜161の上に所定の形状のマスクを
かけ、RIE(反応性イオンエッチング)装置により、
CF4ガスを用い、フォトリソグラフィー技術によりス
トライプ幅1.6μmの第1の保護膜161とする。こ
の時、リッジストライプの高さ(エッチング深さ)は、
p側コンタクト層111、およびp側クラッド層10
9、p側光ガイド層110の一部をエッチングして、p
側光ガイド層109の膜厚が0.1μmとなる深さまで
エッチングして、形成する。
Next, a ridge stripe is formed as the above-mentioned striped waveguide region. First, the top p
P on almost the entire surface of the side contact layer (upper contact layer)
After forming a first protective film 161 made of Si oxide (mainly SiO 2 ) with a film thickness of 0.5 μm by a VD device, a mask having a predetermined shape is applied on the first protective film 161. By RIE (Reactive Ion Etching) device,
A first protective film 161 having a stripe width of 1.6 μm is formed by a photolithography technique using CF 4 gas. At this time, the height of the ridge stripe (etching depth) is
p-side contact layer 111 and p-side clad layer 10
9, part of the p-side light guide layer 110 is etched to form p
The side light guide layer 109 is formed by etching to a depth of 0.1 μm.

【0066】次に、第1の保護膜161の上から、Zr
酸化物(主としてZrO2)よりなる第2の保護膜16
2を、第1の保護膜161の上と、エッチングにより露
出されたp側光ガイド層109の上に0.5μmの膜厚
で連続して形成する。
Next, from the top of the first protective film 161, Zr
Second protective film 16 made of oxide (mainly ZrO 2 ).
2 is continuously formed with a film thickness of 0.5 μm on the first protective film 161 and on the p-side optical guide layer 109 exposed by etching.

【0067】第2の保護膜162形成後、ウエハを60
0℃で熱処理する。このようにSiO2以外の材料を第
2の保護膜として形成した場合、第2の保護膜成膜後
に、300℃以上、好ましくは400℃以上、窒化ガリ
ウム系化合物半導体の分解温度以下(1200℃)で熱
処理することにより、第2の保護膜が第1の保護膜の溶
解材料(フッ酸)に対して溶解しにくくなるため、この
工程を加えることがさらに望ましい。
After forming the second protective film 162, the wafer 60 is formed.
Heat treatment at 0 ° C. When a material other than SiO 2 is formed as the second protective film as described above, after the second protective film is formed, the temperature is 300 ° C. or higher, preferably 400 ° C. or higher and the decomposition temperature of the gallium nitride-based compound semiconductor or lower (1200 ° C. or lower). It is more desirable to add this step, because the second protective film is less likely to be dissolved in the dissolving material (hydrofluoric acid) of the first protective film by heat treatment in (1).

【0068】次に、ウエハをフッ酸に浸漬し、第1の保
護膜161をリフトオフ法により除去する。このことに
より、p側コンタクト層111の上に設けられていた第
1の保護膜161が除去されて、p側コンタクト層が露
出される。以上のようにして、図4に示すように、リッ
ジストライプの側面、及びそれに連続する平面(p側光
ガイド層109の露出面)に第2の保護膜162が形成
される。
Next, the wafer is immersed in hydrofluoric acid, and the first protective film 161 is removed by the lift-off method. As a result, the first protective film 161 provided on the p-side contact layer 111 is removed and the p-side contact layer is exposed. As described above, as shown in FIG. 4, the second protective film 162 is formed on the side surface of the ridge stripe and the plane (the exposed surface of the p-side light guide layer 109) continuous with the side surface.

【0069】このように、p側コンタクト層112の上
に設けられた第1の保護膜161が、除去された後、図
4に示すように、その露出したp側コンタクト層111
の表面にNi/Auよりなるp電極120を形成する。
但しp電極120は100μmのストライプ幅として、
図4に示すように、第2の保護膜162の上に渡って形
成する。第2の保護膜162形成後、既に露出させたn
側コンタクト層103の表面にはTi/Alよりなるス
トライプ状のn電極121をストライプと平行な方向で
形成する。
After the first protective film 161 provided on the p-side contact layer 112 is thus removed, as shown in FIG. 4, the exposed p-side contact layer 111 is exposed.
A p-electrode 120 made of Ni / Au is formed on the surface of.
However, the p-electrode 120 has a stripe width of 100 μm,
As shown in FIG. 4, it is formed over the second protective film 162. After the formation of the second protective film 162, the already exposed n
On the surface of the side contact layer 103, a striped n-electrode 121 made of Ti / Al is formed in a direction parallel to the stripe.

【0070】次に、n電極を形成するためにエッチング
して露出された面でp,n電極に、取り出し電極を設け
るため所望の領域にマスクし、SiO2とTiO2よりな
る誘電体多層膜164を設けた後、p,n電極上にNi
−Ti−Au(1000Å−1000Å−8000Å)
よりなる取り出し(パット)電極122,123をそれ
ぞれ設けた。この時、活性層107の幅は、200μm
の幅(共振器方向に垂直な方向の幅)であり、共振器面
(反射面側)にもSiO2とTiO2よりなる誘電体多層
膜が設けられる。
Next, the surface exposed by etching to form the n-electrode is masked on the p- and n-electrodes and on the desired region to provide the take-out electrode, and a dielectric multilayer film of SiO 2 and TiO 2 is formed. After providing 164, Ni on the p and n electrodes
-Ti-Au (1000Å-1000Å-8000Å)
The take-out (pad) electrodes 122 and 123 are respectively provided. At this time, the width of the active layer 107 is 200 μm.
(The width in the direction perpendicular to the resonator direction), and a dielectric multilayer film made of SiO 2 and TiO 2 is also provided on the resonator surface (reflection surface side).

【0071】以上のようにして、n電極とp電極とを形
成した後、ストライプ状の電極に垂直な方向で、窒化ガ
リウム系化合物半導体のM面(GaNのM面、(1 1- 0
0)など)でバー状に分割して、更にバー状のウエハを
分割してレーザを得る。この時、共振器長は、650μ
mである。
After forming the n-electrode and the p-electrode as described above, the M-plane of the gallium nitride-based compound semiconductor (M-plane of GaN, (1 1-0
(0) etc.) to divide into bar-shaped wafers, and the bar-shaped wafer is further divided to obtain lasers. At this time, the resonator length is 650μ.
m.

【0072】得られたレーザ素子は20mAにおいて、
閾値電圧は3.9Vで、閾値電流も比較例と比べて低下
し、発振波長が440nm付近(435nm〜445n
m)の連続発振が室温で観測された。また、垂直横モー
ドにおけるファーフィールドパターン(FFP)は図6
であり、比較例と比べてリップルの大幅な低減がみられ
た。
The obtained laser device was 20 mA,
The threshold voltage is 3.9 V, the threshold current is also lower than that of the comparative example, and the oscillation wavelength is around 440 nm (435 nm to 445 n
m) continuous oscillation was observed at room temperature. The far field pattern (FFP) in the vertical and horizontal mode is shown in FIG.
The ripple was significantly reduced compared to the comparative example.

【0073】[比較例]実施例において、n側光ガイド
層106を、Si2.5×1018/cmドープのG
aNを0.1μmの膜厚で成長させ、またp側光ガイド
層を、アンドープのGaNを0.1μmの膜厚で成長さ
せる他は同様にして窒化ガリウム系化合物半導体レーザ
を作成した。得られたレーザ素子は20mAにおいて、
閾値電圧は4.5Vで、発振波長が440nm付近(4
35nm〜445nm)の連続発振が室温で観測され
た。また垂直横モードのFFPは図7であった。
[Comparative Example] In the example, the n-side optical guide layer 106 was made of G doped with Si2.5 × 10 18 / cm 3
A gallium nitride-based compound semiconductor laser was prepared in the same manner except that aN was grown to a film thickness of 0.1 μm and undoped GaN was grown to a film thickness of 0.1 μm for the p-side optical guide layer. The obtained laser device is at 20 mA,
The threshold voltage is 4.5 V, and the oscillation wavelength is around 440 nm (4
Continuous wave (35 nm to 445 nm) was observed at room temperature. Further, the FFP in the vertical and transverse mode is shown in FIG.

【0074】[0074]

【発明の効果】本発明の分離閉じ込め型の窒化ガリウム
系化合物半導体レーザでは、光ガイド層において、活性
層側で少なくクラッド層側で多くなるように不純物をド
ープし、さらに光ガイド層を厚膜にすることによって、
光導波路への光閉じ込め能の向上、閾値電圧および閾値
電流の低下が両立される。さらに、光ガイド層のクラッ
ド層へ漏れ出す光が減るため、垂直横モードのFFPが
改善される。
In the separation-confinement type gallium nitride compound semiconductor laser of the present invention, the optical guide layer is doped with impurities so that the active layer side is less and the cladding layer side is more, and the optical guide layer is thicker. By
The improvement of the light confining ability in the optical waveguide and the reduction of the threshold voltage and the threshold current are both achieved. Further, since the light leaking to the cladding layer of the light guide layer is reduced, the vertical transverse mode FFP is improved.

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

【図1】 本発明の実施形態1のうち、光導波領域及び
その周辺の構成のみを抽出した図である。
FIG. 1 is a diagram in which only a configuration of an optical waveguide region and its periphery is extracted in a first embodiment of the present invention.

【図2】 本発明の実施形態2のうち、光導波領域及び
その周辺の構成のみを抽出した図である。
FIG. 2 is a diagram in which only the configuration of an optical waveguide region and its periphery is extracted in the second embodiment of the present invention.

【図3】 本発明の実施例で作成したレーザの、層の成
長方向における不純物濃度の分析結果を示すグラフであ
る。
FIG. 3 is a graph showing the analysis results of the impurity concentration in the layer growth direction of the laser produced in the example of the present invention.

【図4】 本発明の実施形態を説明する半導体レーザの
模式断面図である。
FIG. 4 is a schematic sectional view of a semiconductor laser for explaining an embodiment of the present invention.

【図5】 本発明の実施例で作成したレーザの、垂直横
モードのFFPである。
FIG. 5 is a vertical-transverse-mode FFP of a laser produced in an example of the present invention.

【図6】 比較例で作成したレーザの、垂直横モードの
FFPである。
FIG. 6 is a vertical transverse mode FFP of a laser produced in a comparative example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101・・・基板(GaN基板) 102・・・バッファ層 103・・・n側コンタクト層 104・・・クラック防止層 105・・・n側クラッド層 106・・・n側光ガイド層 6a・・・n側光ガイド層のアンドープ領域 6b・・・n側光ガイド層のドープ領域 107・・・活性層 108・・・p側電子閉込め層 109・・・p側光ガイド層 9a・・・p側光ガイド層のアンドープ領域 9b・・・p側光ガイド層のドープ領域 110・・・p側クラッド層 111・・・p側コンタクト層 120・・・p電極 121・・・n電極 122・・・pパッド電極 123・・・nパッド電極 163・・・第3の保護膜 164・・・絶縁膜 101 ... Substrate (GaN substrate) 102 ... buffer layer 103 ... n-side contact layer 104 ... Crack prevention layer 105 ... N-side clad layer 106 ... n-side light guide layer 6a ... Undoped region of n-side light guide layer 6b ... Doped region of n-side light guide layer 107 ... Active layer 108 ... p-side electron confinement layer 109 ... p-side light guide layer 9a ... Undoped region of p-side light guide layer 9b ... Doped region of p-side light guide layer 110: p-side clad layer 111 ... p-side contact layer 120 ... p electrode 121 ... n electrode 122 ... p pad electrode 123 ... n pad electrode 163 ... Third protective film 164 ... Insulating film

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 窒化ガリウム系化合物半導体からなる活
性層と窒化ガリウム系化合物半導体からなるクラッド層
の間に、前記クラッド層より屈折率が大きくかつ前記活
性層よりもバンドギャップが大きな窒化ガリウム系化合
物半導体から成り、前記活性層と共に光導波路を形成す
る光ガイド層を有する分離閉じ込め型窒化ガリウム系化
合物半導体レーザであって、 前記光ガイド層は、成長中に導電率を上昇させる不純物
がドープされているが、前記光ガイド層のうち、活性層
側の端面から少なくとも0.05μmの範囲は、前記不
純物をドープせずに成長されていることを特徴とする窒
化ガリウム系化合物半導体レーザ。
1. A gallium nitride compound having a refractive index larger than that of the cladding layer and a bandgap larger than that of the active layer between an active layer made of a gallium nitride compound semiconductor and a cladding layer made of a gallium nitride compound semiconductor. A separate confinement type gallium nitride-based compound semiconductor laser comprising a semiconductor and having an optical guide layer that forms an optical waveguide together with the active layer, wherein the optical guide layer is doped with an impurity that increases conductivity during growth. The gallium nitride-based compound semiconductor laser is characterized in that, in the optical guide layer, at least 0.05 μm from the end face on the active layer side is grown without doping the impurities.
【請求項2】 前記光ガイド層のうち、活性層の端面か
ら少なくとも0.1μmの範囲は不純物をドープせずに
成長されていることを特徴とする請求項1記載の窒化ガ
リウム系化合物半導体レーザ。
2. The gallium nitride-based compound semiconductor laser according to claim 1, wherein at least a range of 0.1 μm from the end face of the active layer in the optical guide layer is grown without doping impurities. .
【請求項3】 前記光ガイド層の膜厚が0.15μm以
上0.5μm以下で形成されていることを特徴とする請
求項1または2のいずれか1項に記載の窒化ガリウム系
化合物半導体レーザ。
3. The gallium nitride-based compound semiconductor laser according to claim 1, wherein the light guide layer is formed with a film thickness of 0.15 μm or more and 0.5 μm or less. .
【請求項4】 前記光ガイド層の膜厚が0.2μm以上
0.3μm以下で形成されていることを特徴とする請求
項1ないし3のいずれか1項に記載の窒化ガリウム系化
合物半導体レーザ。
4. The gallium nitride-based compound semiconductor laser according to claim 1, wherein the light guide layer is formed to have a film thickness of 0.2 μm or more and 0.3 μm or less. .
【請求項5】 前記光ガイド層のうちドープして成長さ
せた領域の不純物濃度は、1×1015/cm以上1
×1020/cm以下であることを特徴とする請求項
1ないし4のいずれか1項に記載の窒化ガリウム系化合
物半導体レーザ。
5. The impurity concentration of a region grown by doping in the optical guide layer is 1 × 10 15 / cm 3 or more 1
5. The gallium nitride-based compound semiconductor laser according to claim 1, wherein the gallium nitride-based compound semiconductor laser has a density of x10 20 / cm 3 or less.
【請求項6】 前記光ガイド層のうちアンドープで成長
させた領域が、隣接層からの不純物侵入による不純物を
含んでおり、前記不純物侵入による不純物濃度が前記隣
接層の不純物濃度より低くなっていることを特徴とする
請求項1ないし5のいずれか1項に記載の窒化ガリウム
系化合物半導体レーザ。
6. The region of the optical guide layer grown by undoping contains impurities due to impurity intrusion from an adjacent layer, and the impurity concentration due to the impurity intrusion is lower than the impurity concentration of the adjacent layer. The gallium nitride-based compound semiconductor laser according to any one of claims 1 to 5, wherein
【請求項7】 前記光ガイド層がGaNからなることを
特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項に記載の窒
化ガリウム系化合物半導体レーザ。
7. The gallium nitride-based compound semiconductor laser according to claim 1, wherein the light guide layer is made of GaN.
【請求項8】 前記活性層が、InGa1−xN(0
<x≦1)を井戸層に有する量子井戸構造を有し、前記
クラッド層が、AlGa1−yN(0≦y≦1)を含
む窒化物半導体から成ることを特徴とする請求項1ない
し7のいずれか1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導
体レーザ。
8. The active layer comprises In x Ga 1-x N (0
A quantum well structure having <x ≦ 1) in a well layer, wherein the cladding layer is made of a nitride semiconductor containing Al y Ga 1-y N (0 ≦ y ≦ 1). 8. The gallium nitride-based compound semiconductor laser according to any one of 1 to 7.
【請求項9】 前記クラッド層は、AlGa1−y
(0<y≦1)とGaNとを交互に積層した超格子構造
を有することを特徴とする請求項8記載の窒化ガリウム
系化合物半導体レーザ。
Wherein said cladding layer, Al y Ga 1-y N
9. The gallium nitride-based compound semiconductor laser according to claim 8, having a superlattice structure in which (0 <y ≦ 1) and GaN are alternately laminated.
【請求項10】 p側に形成されている前記光ガイド層
および前記クラッド層に導入されている不純物元素がM
gであることを特徴とする請求項1ないし9のいずれか
1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ。
10. The impurity element introduced into the light guide layer and the cladding layer formed on the p-side is M
The gallium nitride-based compound semiconductor laser according to any one of claims 1 to 9, wherein g is g.
【請求項11】 前記p側の光ガイド層のMgドープ領
域におけるMgドープ量が、前記p側のクラッド層のM
gの平均ドープ量以下であることを特徴とする請求項1
0記載の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ。
11. The Mg-doped amount in the Mg-doped region of the p-side light guide layer is M of the p-side cladding layer.
The average doping amount of g is less than or equal to the average doping amount of g.
0. The gallium nitride-based compound semiconductor laser according to item 0.
【請求項12】 前記p側の光ガイド層の前記Mgドー
プ領域におけるMgドープ量が、前記p側のクラッド層
の平均Mgドープ量の1/2以下であることを特徴とす
る請求項11記載の窒化ガリウム系化合物半導体レー
ザ。
12. The Mg-doped amount in the Mg-doped region of the p-side optical guide layer is ½ or less of the average Mg-doped amount of the p-side cladding layer. Gallium nitride compound semiconductor laser.
【請求項13】 n側に形成されている前記光ガイド層
および前記クラッド層に導入されている不純物元素がS
iであることを特徴とする請求項1ないし12のいずれ
か1項に記載の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ。
13. The impurity element introduced into the optical guide layer and the cladding layer formed on the n-side is S
The gallium nitride-based compound semiconductor laser according to any one of claims 1 to 12, wherein i is i.
【請求項14】 前記n側の光ガイド層のSiドープ領
域におけるSiドープ量が、前記n側のクラッド層のS
iの平均ドープ量以下であることを特徴とする請求項1
3記載の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ。
14. The Si-doped amount in the Si-doped region of the n-side light guide layer is S of the n-side cladding layer.
The average doping amount of i is less than or equal to the average doping amount of i.
3. A gallium nitride-based compound semiconductor laser according to item 3.
【請求項15】 前記n側の光ガイド層のSiドープ領
域におけるSiドープ量が、前記n側のクラッド層のS
iの平均ドープ量の1/2以下であることを特徴とする
請求項14記載の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ。
15. The amount of Si doping in the Si-doped region of the n-side optical guide layer is S of the n-side cladding layer.
15. The gallium nitride-based compound semiconductor laser according to claim 14, wherein the average doping amount of i is 1/2 or less.
【請求項16】 窒化ガリウム系化合物半導体からなる
活性層と窒化ガリウム系化合物半導体からなるクラッド
層の間に、前記クラッド層より屈折率が大きくかつ前記
活性層よりもバンドギャップが大きな窒化ガリウム系化
合物半導体から成り、前記活性層と共に光導波路を形成
する光ガイド層を有する分離閉じ込め型窒化ガリウム系
化合物半導体レーザの製造方法であって、 前記光ガイド層は、成長中に導電率を上昇させる不純物
をドープするが、前記光ガイド層のうち、活性層側の端
面から少なくとも0.05μm以上は、前記不純物をド
ープせずに成長することを特徴とする窒化ガリウム系化
合物半導体レーザの製造方法。
16. A gallium nitride compound having a refractive index larger than that of the cladding layer and a bandgap larger than that of the active layer between an active layer made of a gallium nitride compound semiconductor and a cladding layer made of a gallium nitride compound semiconductor. A method of manufacturing an isolated confinement type gallium nitride-based compound semiconductor laser, which comprises a semiconductor and has an optical guide layer that forms an optical waveguide together with the active layer, wherein the optical guide layer contains impurities that increase conductivity during growth. A method for manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor laser, wherein doping is performed, but in the optical guide layer, at least 0.05 μm or more from the end surface on the active layer side is grown without being doped with the impurities.
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