JP2003218454A - 半導体レーザ構造 - Google Patents
半導体レーザ構造Info
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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- H01S5/0421—Electrical excitation ; Circuits therefor characterised by the semiconducting contacting layers
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- H01S5/00—Semiconductor lasers
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 窒化物系レーザダイオード構造の閾値電圧を
低減するための勾配つき半導体層の提供。 【解決手段】 窒化物系半導体レーザ構造１００のＧａ
Ｎ層１２０とＡｌＧａＮ層１１８との間の勾配つき半導
体層は、ＧａＮ層１２０とＡｌＧａＮ層１１８との界面
における電位障壁を低減することで、レーザ構造の閾値
電圧を低減する。勾配つき半導体層は、ステップ状の勾
配がついた複数の層を構成するようにアルミニウム含有
率が高くなる、複数のＡｌＧａＮ層であってもよい。連
続勾配半導体層は、単一の層のアルミニウム含有率を線
形増加させたものである。デジタル的勾配半導体層は、
交互するＧａＮ量子井戸及びＡｌＧａＮ障壁層の超格子
を有し、ＡｌＧａＮ障壁の厚さが増加するにつれて、Ｇ
ａＮ量子井戸の厚さが減少する。
低減するための勾配つき半導体層の提供。 【解決手段】 窒化物系半導体レーザ構造１００のＧａ
Ｎ層１２０とＡｌＧａＮ層１１８との間の勾配つき半導
体層は、ＧａＮ層１２０とＡｌＧａＮ層１１８との界面
における電位障壁を低減することで、レーザ構造の閾値
電圧を低減する。勾配つき半導体層は、ステップ状の勾
配がついた複数の層を構成するようにアルミニウム含有
率が高くなる、複数のＡｌＧａＮ層であってもよい。連
続勾配半導体層は、単一の層のアルミニウム含有率を線
形増加させたものである。デジタル的勾配半導体層は、
交互するＧａＮ量子井戸及びＡｌＧａＮ障壁層の超格子
を有し、ＡｌＧａＮ障壁の厚さが増加するにつれて、Ｇ
ａＮ量子井戸の厚さが減少する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化物系レーザダ
イオード構造の閾値電圧に関し、詳細には、窒化物系レ
ーザダイオード構造の閾値電圧を低減するための、勾配
つき（graded）半導体層に関する。
イオード構造の閾値電圧に関し、詳細には、窒化物系レ
ーザダイオード構造の閾値電圧を低減するための、勾配
つき（graded）半導体層に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザ又はレーザダイオードとも
呼ばれる固体レーザは、当該技術分野で周知である。こ
れらのデバイスは、一般的に、１つ以上の活性半導体層
を有する平面多層半導体構造で構成される。モノリシッ
ク多層レーザ構造の活性層の両側端部は、ミラーとして
作用する劈開面に接している。この劈開ミラーによって
光学フィードバックが与えられ、レーザ共鳴器内のこれ
らのミラーの間に、波面がミラーと平行な定在波が形成
される。レーザ構造において、活性層で生じる光学ゲイ
ンが光学ロスを超える場合には、増幅された誘導放出が
生じ、半導体レーザ構造のミラーになったエッジを通し
て干渉性レーザ光が放出される。
呼ばれる固体レーザは、当該技術分野で周知である。こ
れらのデバイスは、一般的に、１つ以上の活性半導体層
を有する平面多層半導体構造で構成される。モノリシッ
ク多層レーザ構造の活性層の両側端部は、ミラーとして
作用する劈開面に接している。この劈開ミラーによって
光学フィードバックが与えられ、レーザ共鳴器内のこれ
らのミラーの間に、波面がミラーと平行な定在波が形成
される。レーザ構造において、活性層で生じる光学ゲイ
ンが光学ロスを超える場合には、増幅された誘導放出が
生じ、半導体レーザ構造のミラーになったエッジを通し
て干渉性レーザ光が放出される。
【０００３】この構造において、活性層の一方の側の半
導体層には、移動電子が過剰となるような不純物がドー
ピングされている。過剰な電子を有するこれらの層は、
ｎ型（即ちネガティブ）と呼ばれる。この構造におい
て、活性層の他方の側の半導体層には、移動電子が欠乏
するような不純物がドーピングされており、従って、正
孔と呼ばれる正に荷電された過剰なキャリアが生じる。
過剰な正孔を有するこれらの層は、ｐ型（即ちポジティ
ブ）と呼ばれる。
導体層には、移動電子が過剰となるような不純物がドー
ピングされている。過剰な電子を有するこれらの層は、
ｎ型（即ちネガティブ）と呼ばれる。この構造におい
て、活性層の他方の側の半導体層には、移動電子が欠乏
するような不純物がドーピングされており、従って、正
孔と呼ばれる正に荷電された過剰なキャリアが生じる。
過剰な正孔を有するこれらの層は、ｐ型（即ちポジティ
ブ）と呼ばれる。
【０００４】層構造のｐ側とｎ側との間に、電極を介し
て電位が与えられることにより、正孔または電子、また
は両方を、平面層に対して垂直な方向に駆動してｐ−ｎ
ジャンクションを横断させることで、それらを活性層に
“注入”し、そこで電子が正孔と再結合して発光する。
て電位が与えられることにより、正孔または電子、また
は両方を、平面層に対して垂直な方向に駆動してｐ−ｎ
ジャンクションを横断させることで、それらを活性層に
“注入”し、そこで電子が正孔と再結合して発光する。
【０００５】多層構造中の隣接する半導体層の間の界面
は、電位に対する障壁を生じることがあり得る。閾値電
圧とは、２つの電極間に印加されて活性層を発光させる
最小電圧である。
は、電位に対する障壁を生じることがあり得る。閾値電
圧とは、２つの電極間に印加されて活性層を発光させる
最小電圧である。
【０００６】III族窒化物半導体、又はIII-V族半導体と
しても知られる窒化物系半導体は、周期表のIII族から
選択されるＡｌ、Ｇａ及びＩｎ等の元素と、V族の元素
Ｎとを有する。窒化物系半導体は、窒化ガリウム（Ｇａ
Ｎ）等の二元素化合物であってもよく、窒化ガリウムア
ルミニウム（ＡｌＧａＮ）または窒化アルミニウム（ガ
リウム）インジウム（ＩｎＧａＮ）の三元素合金、及び
窒化インジウムアルミニウムガリウム（ＡｌＧａＩｎ
Ｎ）等の四元素合金であってもよい。これらの材料を基
板上に付着させて、光電子デバイス用途の発光器として
使用可能な積層半導体構造を製造する。窒化物系半導体
は、緑−青−紫−紫外スペクトルの短波長の可視光の発
光に必要な広いバンドギャップを有する。
しても知られる窒化物系半導体は、周期表のIII族から
選択されるＡｌ、Ｇａ及びＩｎ等の元素と、V族の元素
Ｎとを有する。窒化物系半導体は、窒化ガリウム（Ｇａ
Ｎ）等の二元素化合物であってもよく、窒化ガリウムア
ルミニウム（ＡｌＧａＮ）または窒化アルミニウム（ガ
リウム）インジウム（ＩｎＧａＮ）の三元素合金、及び
窒化インジウムアルミニウムガリウム（ＡｌＧａＩｎ
Ｎ）等の四元素合金であってもよい。これらの材料を基
板上に付着させて、光電子デバイス用途の発光器として
使用可能な積層半導体構造を製造する。窒化物系半導体
は、緑−青−紫−紫外スペクトルの短波長の可視光の発
光に必要な広いバンドギャップを有する。
【０００７】図１の従来技術の窒化物系半導体レーザ構
造１００は、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）基板１０２を有
し、その上には一続きの半導体層がエピタキシによって
付着されている。サファイア基板１０２の厚さは、一般
的に２００ミクロン〜１０００ミクロンである。
造１００は、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）基板１０２を有
し、その上には一続きの半導体層がエピタキシによって
付着されている。サファイア基板１０２の厚さは、一般
的に２００ミクロン〜１０００ミクロンである。
【０００８】従来技術のレーザ構造１００は、サファイ
ア基板１０２上に形成されたｎ型III-V窒化物核生成層
１０４を有する。一般的に、核生成層１０４はドーピン
グされていないＧａＮであり、一般的に１０ｎｍ〜３０
ｎｍの間の厚さを有する。
ア基板１０２上に形成されたｎ型III-V窒化物核生成層
１０４を有する。一般的に、核生成層１０４はドーピン
グされていないＧａＮであり、一般的に１０ｎｍ〜３０
ｎｍの間の厚さを有する。
【０００９】核生成層１０４上には、III-V窒化物コン
タクト層１０６が形成される。III-V窒化物層１０６
は、横方向ｎ型コンタクト及び電流拡散層として作用す
るｎ型ＧａＮ：Ｓｉ層である。コンタクト及び電流拡散
層１０６の一般的な厚さは約１μｍ〜約２０μｍであ
る。
タクト層１０６が形成される。III-V窒化物層１０６
は、横方向ｎ型コンタクト及び電流拡散層として作用す
るｎ型ＧａＮ：Ｓｉ層である。コンタクト及び電流拡散
層１０６の一般的な厚さは約１μｍ〜約２０μｍであ
る。
【００１０】コンタクト層１０６上には、III-V窒化物
クラッド層１０８が形成される。III-V窒化物層１０６
は、ｎ型ＡｌＧａＮ：Ｓｉクラッド層である。クラッド
層１０６の一般的な厚さは約０．２μｍ〜約２μｍであ
る。
クラッド層１０８が形成される。III-V窒化物層１０６
は、ｎ型ＡｌＧａＮ：Ｓｉクラッド層である。クラッド
層１０６の一般的な厚さは約０．２μｍ〜約２μｍであ
る。
【００１１】III-V窒化物クラッド層１０８上には、III
-V窒化物導波層１１０が形成され、次に、III-V窒化物
量子井戸活性領域１１２が形成される。ｎ型ＧａＮ：Ｓ
ｉ導波層１１０の一般的な厚さは約５０ｎｍ〜約２００
ｎｍである。量子井戸活性領域１１２は、少なくとも１
つのＩｎＧａＮ量子井戸を有する。多量子井戸活性領域
の場合には、個々の量子井戸の厚さは一般的に約１０Å
〜約１００Åであり、一般的に約１０Å〜約２００Åの
厚さを有するＩｎＧａＮまたはＧａＮ障壁層によって隔
てられている。
-V窒化物導波層１１０が形成され、次に、III-V窒化物
量子井戸活性領域１１２が形成される。ｎ型ＧａＮ：Ｓ
ｉ導波層１１０の一般的な厚さは約５０ｎｍ〜約２００
ｎｍである。量子井戸活性領域１１２は、少なくとも１
つのＩｎＧａＮ量子井戸を有する。多量子井戸活性領域
の場合には、個々の量子井戸の厚さは一般的に約１０Å
〜約１００Åであり、一般的に約１０Å〜約２００Åの
厚さを有するＩｎＧａＮまたはＧａＮ障壁層によって隔
てられている。
【００１２】量子井戸活性領域１１２上には、III-V窒
化物トンネル障壁層１１４が形成される。ｐ型ＡｌＧａ
Ｎ：Ｍｇトンネル障壁層１１４は、活性領域１１２から
電子が漏洩するのを防ぐ電子阻止層及びキャリア閉込め
層として作用し、１５ｎｍ〜２０ｎｍの厚さを有する。
化物トンネル障壁層１１４が形成される。ｐ型ＡｌＧａ
Ｎ：Ｍｇトンネル障壁層１１４は、活性領域１１２から
電子が漏洩するのを防ぐ電子阻止層及びキャリア閉込め
層として作用し、１５ｎｍ〜２０ｎｍの厚さを有する。
【００１３】トンネル障壁層１１４上には、III-V窒化
物導波層１１６が形成される。ｐ型ＧａＮ：Ｍｇ層１１
６は導波層として作用し、約５０ｎｍ〜約２００ｎｍの
厚さを有する。
物導波層１１６が形成される。ｐ型ＧａＮ：Ｍｇ層１１
６は導波層として作用し、約５０ｎｍ〜約２００ｎｍの
厚さを有する。
【００１４】導波層１１６上には、III-V窒化物クラッ
ド層１１８が形成される。ｐ型ＡｌＧａＮ：Ｍｇ層１１
８はクラッド及び電流閉込め層として作用する。III-V
窒化物クラッド層１１８の一般的な厚さは約０．２μｍ
〜約１μｍである。
ド層１１８が形成される。ｐ型ＡｌＧａＮ：Ｍｇ層１１
８はクラッド及び電流閉込め層として作用する。III-V
窒化物クラッド層１１８の一般的な厚さは約０．２μｍ
〜約１μｍである。
【００１５】クラッド層１１８上には、III-V窒化物コ
ンタクト層１２０が形成される。ｐ型ＧａＮ：Ｍｇ層１
２０は、レーザヘテロ構造１００のｐ側と接触する最小
抵抗金属電極用のｐ型コンタクト層を構成する。III-V
窒化物コンタクト層１２０の厚さは、一般的に約１０ｎ
ｍ〜２００ｎｍである。
ンタクト層１２０が形成される。ｐ型ＧａＮ：Ｍｇ層１
２０は、レーザヘテロ構造１００のｐ側と接触する最小
抵抗金属電極用のｐ型コンタクト層を構成する。III-V
窒化物コンタクト層１２０の厚さは、一般的に約１０ｎ
ｍ〜２００ｎｍである。
【００１６】レーザ構造１００は、当該技術分野で周知
の、有機金属化学蒸着法（ＭＯＣＶＤ）又は分子線エピ
タキシ等の技術によって製造可能である。
の、有機金属化学蒸着法（ＭＯＣＶＤ）又は分子線エピ
タキシ等の技術によって製造可能である。
【００１７】Ａｒ/Ｃｌ2/ＢＣｌ3の混合気体中におけ
る、ＣＡＩＢＥ（chemical assistedion beam etchin
g）又はＲＩＥ（reactive ion beam etching）を用いた
ドライエッチングにより、従来技術のレーザ構造１００
を、ＧａＮ：Ｓｉ電流拡散層１０６に達するまでエッチ
ングする。
る、ＣＡＩＢＥ（chemical assistedion beam etchin
g）又はＲＩＥ（reactive ion beam etching）を用いた
ドライエッチングにより、従来技術のレーザ構造１００
を、ＧａＮ：Ｓｉ電流拡散層１０６に達するまでエッチ
ングする。
【００１８】レーザ構造１００の、エッチングされて露
出されたｎ型電流拡散層１０６上に、横方向コンタクト
層として機能するｎ型Ｔｉ/Ａｌ電極１２２が形成され
る。レーザ１００のｐ型コンタクト層１２０上には、ｐ
型Ｎｉ/Ａｕ電極１２４が形成される。
出されたｎ型電流拡散層１０６上に、横方向コンタクト
層として機能するｎ型Ｔｉ/Ａｌ電極１２２が形成され
る。レーザ１００のｐ型コンタクト層１２０上には、ｐ
型Ｎｉ/Ａｕ電極１２４が形成される。
【００１９】窒化物系半導体レーザを発光させるための
閾値電圧は、比較的高い。ＡｌＧａＡｓ赤色レーザデバ
イスの約１５ｍＡの閾値電流及び２．５Ｖの動作電圧と
比べて、ＡｌＧａＩｎＮレーザデバイスは、５０ｍＡ程
度の閾値電流と、５Ｖの動作電圧とを有する。
閾値電圧は、比較的高い。ＡｌＧａＡｓ赤色レーザデバ
イスの約１５ｍＡの閾値電流及び２．５Ｖの動作電圧と
比べて、ＡｌＧａＩｎＮレーザデバイスは、５０ｍＡ程
度の閾値電流と、５Ｖの動作電圧とを有する。
【００２０】この問題は、ヘテロ構造半導体層の内部の
界面を横断するキャリアの注入に関係しており、窒化物
系半導体層の界面では、価電子帯又は伝導帯内に電位障
壁が生じる。
界面を横断するキャリアの注入に関係しており、窒化物
系半導体層の界面では、価電子帯又は伝導帯内に電位障
壁が生じる。
【００２１】具体的には、窒化物系半導体構造中の窒化
ガリウムＧａＮ半導体層間と窒化ガリウムアルミニウム
ＡｌＧａＮ半導体層の界面を横断して正孔等の電荷キャ
リアが注入されると、界面の電位障壁が、その障壁を横
断する正孔の注入を阻害する。これらの２つの材料間の
価電子帯のずれの結果、それに伴って生じる高バンドギ
ャップ材料（ＡｌＧａＮ）から低バンドギャップ材料
（ＧａＮ）への電荷の移動に伴って、図２に示されるよ
うに、ＧａＮ層１２０とＡｌＧａＮ層１１８との界面１
２６に三角形の電位障壁が生じる。障壁の厚さ及び高さ
は、界面におけるバンドのずれ並びに、ＡｌＧａＮ層及
びＧａＮ層のアクセプタ濃度によって異なる。障壁の幅
は、本質的にＡｌＧａＮ/ＧａＮ界面の空乏の幅であ
る。この電位障壁を横断するために、正孔は電位障壁を
越えて放出されなければならないか、又はトンネル効果
によって電位障壁を通り抜けてもよい。トンネル効果の
可能性が低い場合に、障壁を越えて放出するには、電位
障壁を横断する正孔の注入を支えるために、界面を横断
して電圧を印加することが必要である。その結果、半導
体レーザ構造内にそのような電位障壁が存在する場合に
は、図３に示されるようにトータルの電圧が増加する。
レーザダイオードの閾値電圧を低減するために、これら
の電位障壁を最小にすることは必要不可欠である。そう
でない場合は、それに続く過渡発熱が連続波動作を妨
げ、窒化物系レーザ構造をパルス状の動作のみに制限す
る。
ガリウムＧａＮ半導体層間と窒化ガリウムアルミニウム
ＡｌＧａＮ半導体層の界面を横断して正孔等の電荷キャ
リアが注入されると、界面の電位障壁が、その障壁を横
断する正孔の注入を阻害する。これらの２つの材料間の
価電子帯のずれの結果、それに伴って生じる高バンドギ
ャップ材料（ＡｌＧａＮ）から低バンドギャップ材料
（ＧａＮ）への電荷の移動に伴って、図２に示されるよ
うに、ＧａＮ層１２０とＡｌＧａＮ層１１８との界面１
２６に三角形の電位障壁が生じる。障壁の厚さ及び高さ
は、界面におけるバンドのずれ並びに、ＡｌＧａＮ層及
びＧａＮ層のアクセプタ濃度によって異なる。障壁の幅
は、本質的にＡｌＧａＮ/ＧａＮ界面の空乏の幅であ
る。この電位障壁を横断するために、正孔は電位障壁を
越えて放出されなければならないか、又はトンネル効果
によって電位障壁を通り抜けてもよい。トンネル効果の
可能性が低い場合に、障壁を越えて放出するには、電位
障壁を横断する正孔の注入を支えるために、界面を横断
して電圧を印加することが必要である。その結果、半導
体レーザ構造内にそのような電位障壁が存在する場合に
は、図３に示されるようにトータルの電圧が増加する。
レーザダイオードの閾値電圧を低減するために、これら
の電位障壁を最小にすることは必要不可欠である。そう
でない場合は、それに続く過渡発熱が連続波動作を妨
げ、窒化物系レーザ構造をパルス状の動作のみに制限す
る。
【００２２】従来の窒化物系レーザ構造１００は、低バ
ンドギャップＧａＮ：Ｍｇ層から、よりバンドギャップ
が高いＡｌＧａＮ：Ｍｇ層へと正孔が注入される、２つ
の内部ＡｌＧａＮ/ＧａＮ界面を有する。まず、界面１
２６において、ＧａＮ：Ｍｇ層コンタクト層１２０から
ＡｌＧａＮ：Ｍｇクラッド層１１８へと正孔が注入され
なければならない。ＧａＮ：Ｓｉ導波層１１０からＡｌ
ＧａＮ：Ｓｉクラッド層１０８へと正孔が注入されなけ
ればならないＮ型クラッド層界面においても、同様の状
況が生じる。次に、界面１２８において、多量子井戸上
活性領域１１２上に位置するアルミニウム含有率が高い
（一般的にＡｌが２０％）ＡｌＧａＮ：Ｍｇトンネル障
壁層１１４を横断して、正孔が注入されなければならな
い。図４に示されるように、このトンネル障壁層の目的
は、注入された電子が活性領域の量子井戸から漏洩する
のを防止することである。
ンドギャップＧａＮ：Ｍｇ層から、よりバンドギャップ
が高いＡｌＧａＮ：Ｍｇ層へと正孔が注入される、２つ
の内部ＡｌＧａＮ/ＧａＮ界面を有する。まず、界面１
２６において、ＧａＮ：Ｍｇ層コンタクト層１２０から
ＡｌＧａＮ：Ｍｇクラッド層１１８へと正孔が注入され
なければならない。ＧａＮ：Ｓｉ導波層１１０からＡｌ
ＧａＮ：Ｓｉクラッド層１０８へと正孔が注入されなけ
ればならないＮ型クラッド層界面においても、同様の状
況が生じる。次に、界面１２８において、多量子井戸上
活性領域１１２上に位置するアルミニウム含有率が高い
（一般的にＡｌが２０％）ＡｌＧａＮ：Ｍｇトンネル障
壁層１１４を横断して、正孔が注入されなければならな
い。図４に示されるように、このトンネル障壁層の目的
は、注入された電子が活性領域の量子井戸から漏洩する
のを防止することである。
【００２３】窒化物系半導体レーザでは、ＧａＮ半導体
層とＡｌＧａＮ半導体層との内部界面の電位障壁が、レ
ーザダイオードの閾値を高くする。例えば、ＡｌＧａＮ
トンネル障壁層のアルミニウム含有率が２０％から３０
％へと増加されると、レーザの閾値電圧が高くなる。一
方、アルミニウム含有率が増加した場合、レーザの高温
時の性能が向上する。同様に、アルミニウム含有率を増
加させると、窒化物系レーザ構造におけるＡｌＧａＮ層
のキャリア及び光学的閉込めが向上する。即ち、トンネ
ル障壁層は、実際に、ダイオード電圧が高くなることと
引き換えに、電子の漏洩を抑制するようにみえる。それ
でも尚、この性能の向上は、より高いダイオード閾値電
圧に対してトレードオフされなければならない。Ａｌ含
有率を高めることによって、閾値及びその温度依存性を
低減できても、電位障壁を横断する正孔の注入に必要
な、更なる電圧の低減は、過渡発熱を生じるので、連続
波動作は依然として非常に困難となる場合がある。
層とＡｌＧａＮ半導体層との内部界面の電位障壁が、レ
ーザダイオードの閾値を高くする。例えば、ＡｌＧａＮ
トンネル障壁層のアルミニウム含有率が２０％から３０
％へと増加されると、レーザの閾値電圧が高くなる。一
方、アルミニウム含有率が増加した場合、レーザの高温
時の性能が向上する。同様に、アルミニウム含有率を増
加させると、窒化物系レーザ構造におけるＡｌＧａＮ層
のキャリア及び光学的閉込めが向上する。即ち、トンネ
ル障壁層は、実際に、ダイオード電圧が高くなることと
引き換えに、電子の漏洩を抑制するようにみえる。それ
でも尚、この性能の向上は、より高いダイオード閾値電
圧に対してトレードオフされなければならない。Ａｌ含
有率を高めることによって、閾値及びその温度依存性を
低減できても、電位障壁を横断する正孔の注入に必要
な、更なる電圧の低減は、過渡発熱を生じるので、連続
波動作は依然として非常に困難となる場合がある。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、窒化
物系半導体レーザ構造の閾値電圧を低減するための、勾
配つき半導体層の提供である。
物系半導体レーザ構造の閾値電圧を低減するための、勾
配つき半導体層の提供である。
【００２５】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、窒化物
系半導体レーザ構造のＧａＮ層とＡｌＧａＮ層との間の
勾配つき半導体層は、ＧａＮ層とＡｌＧａＮ層との界面
における電位障壁を低減することにより、レーザ構造の
閾値電圧を低減する。
系半導体レーザ構造のＧａＮ層とＡｌＧａＮ層との間の
勾配つき半導体層は、ＧａＮ層とＡｌＧａＮ層との界面
における電位障壁を低減することにより、レーザ構造の
閾値電圧を低減する。
【００２６】勾配つき半導体層は、ＧａＮ層とＡｌＧａ
Ｎ層との間にステップ状の勾配がついた複数の層を構成
するようにアルミニウム含有率が高くなる、複数のＡｌ
ＧａＮ層であってもよい。連続勾配半導体層は、ＧａＮ
層とＡｌＧａＮ層との間の単一の層のアルミニウム含有
率を線形増加させたものである。デジタル的勾配半導体
層は、交互するＧａＮ層及びＡｌＧａＮ層の超格子を有
し、ＧａＮ層とＡｌＧａＮ層との間のＡｌＧａＮ障壁の
厚さが増加するにつれて、ＧａＮ量子井戸の厚さが減少
する。
Ｎ層との間にステップ状の勾配がついた複数の層を構成
するようにアルミニウム含有率が高くなる、複数のＡｌ
ＧａＮ層であってもよい。連続勾配半導体層は、ＧａＮ
層とＡｌＧａＮ層との間の単一の層のアルミニウム含有
率を線形増加させたものである。デジタル的勾配半導体
層は、交互するＧａＮ層及びＡｌＧａＮ層の超格子を有
し、ＧａＮ層とＡｌＧａＮ層との間のＡｌＧａＮ障壁の
厚さが増加するにつれて、ＧａＮ量子井戸の厚さが減少
する。
【００２７】ＧａＮ半導体層及びそれに隣接するＡｌＧ
ａＮ半導体層は、窒化物系半導体レーザ構造におけるク
ラッド層及びコンタクト層であってもよく、又は活性領
域及びトンネル障壁層であってもよい。
ａＮ半導体層は、窒化物系半導体レーザ構造におけるク
ラッド層及びコンタクト層であってもよく、又は活性領
域及びトンネル障壁層であってもよい。
【００２８】
【発明の実施の形態】次に、図５を参照すると、本発明
による窒化物系半導体レーザ構造における、ＧａＮ層と
ＡｌＧａＮ層との界面の電位障壁を低減することによっ
てレーザ構造の閾値電圧を低減するための、ＧａＮ半導
体層とＡｌＧａＮ半導体層との間の、ステップ状勾配半
導体層２００及び２０２が示されている。
による窒化物系半導体レーザ構造における、ＧａＮ層と
ＡｌＧａＮ層との界面の電位障壁を低減することによっ
てレーザ構造の閾値電圧を低減するための、ＧａＮ半導
体層とＡｌＧａＮ半導体層との間の、ステップ状勾配半
導体層２００及び２０２が示されている。
【００２９】窒化物系半導体レーザ１００を用いると、
Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎ：Ｍｇクラッド層１１８の一般的な
厚さは約０．２μｍ〜約１μｍである。
Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎ：Ｍｇクラッド層１１８の一般的な
厚さは約０．２μｍ〜約１μｍである。
【００３０】Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎ：Ｍｇクラッド層１１
８上に、第１ステップ状勾配層２００が形成される。第
１ステップ状勾配層２００の化学的組成はＡｌ0.06Ｇａ
0.94Ｎ：Ｍｇであり、厚さは１０ｎｍである。第１ステ
ップ状勾配層２００には、クラッド層１１８と同じｐ型
ドーピングが施されている。第１ステップ状勾配層２０
０及びクラッド層１１８は、層界面２０４を有する。
８上に、第１ステップ状勾配層２００が形成される。第
１ステップ状勾配層２００の化学的組成はＡｌ0.06Ｇａ
0.94Ｎ：Ｍｇであり、厚さは１０ｎｍである。第１ステ
ップ状勾配層２００には、クラッド層１１８と同じｐ型
ドーピングが施されている。第１ステップ状勾配層２０
０及びクラッド層１１８は、層界面２０４を有する。
【００３１】第１Ａｌ0.06Ｇａ0.94Ｎ：Ｍｇステップ状
勾配層２００上には、第２ステップ状勾配層２０２が形
成される。第２ステップ状勾配層２０２の化学的組成は
Ａｌ 0.03Ｇａ0.97Ｎ：Ｍｇであり、厚さは１０ｎｍであ
る。第２ステップ状勾配層２０２には、クラッド層１１
８及び第１ステップ状勾配層２００と同じｐ型ドーピン
グが施されている。第２ステップ状勾配層２０２及び第
１ステップ状勾配層２００は、層界面２０６を有する。
勾配層２００上には、第２ステップ状勾配層２０２が形
成される。第２ステップ状勾配層２０２の化学的組成は
Ａｌ 0.03Ｇａ0.97Ｎ：Ｍｇであり、厚さは１０ｎｍであ
る。第２ステップ状勾配層２０２には、クラッド層１１
８及び第１ステップ状勾配層２００と同じｐ型ドーピン
グが施されている。第２ステップ状勾配層２０２及び第
１ステップ状勾配層２００は、層界面２０６を有する。
【００３２】第２ステップ状勾配層２０２上には、Ｇａ
Ｎ：Ｍｇコンタクト層１２０が形成される。ＧａＮ：Ｍ
ｇコンタクト層１２０の厚さは一般的に約１０ｎｍ〜２
００ｎｍであり、クラッド層１１８、第１ステップ状勾
配層２００及び第２ステップ状勾配層２０２と同じｐ型
ドーピングが施されている。コンタクト層１２０及び第
２ステップ状勾配層２０２は、層界面２０８を有する。
Ｎ：Ｍｇコンタクト層１２０が形成される。ＧａＮ：Ｍ
ｇコンタクト層１２０の厚さは一般的に約１０ｎｍ〜２
００ｎｍであり、クラッド層１１８、第１ステップ状勾
配層２００及び第２ステップ状勾配層２０２と同じｐ型
ドーピングが施されている。コンタクト層１２０及び第
２ステップ状勾配層２０２は、層界面２０８を有する。
【００３３】窒化物系半導体レーザにおける、ＧａＮ半
導体層とＡｌＧａＮ半導体層との間のステップ状勾配半
導体層２００及び２０２は、窒化物レーザ構造における
高バンドギャップＡｌＧａＮ層の長所を依然として保存
しつつ、閾値電圧を低減する。図１に示されている単一
の界面１２６及び、そこから生じる図２に示されている
大きな電位障壁は、図５に示される３つの界面２０４、
２０６及び２０８に分けられ、各界面の電位障壁は、図
６に示されるように小さくなる。このように電位障壁が
小さくなることによって正孔の注入が容易になり、それ
により、界面が単一の場合と比べて閾値電圧が低くな
る。
導体層とＡｌＧａＮ半導体層との間のステップ状勾配半
導体層２００及び２０２は、窒化物レーザ構造における
高バンドギャップＡｌＧａＮ層の長所を依然として保存
しつつ、閾値電圧を低減する。図１に示されている単一
の界面１２６及び、そこから生じる図２に示されている
大きな電位障壁は、図５に示される３つの界面２０４、
２０６及び２０８に分けられ、各界面の電位障壁は、図
６に示されるように小さくなる。このように電位障壁が
小さくなることによって正孔の注入が容易になり、それ
により、界面が単一の場合と比べて閾値電圧が低くな
る。
【００３４】ＧａＮ半導体層とＡｌＧａＮ半導体層との
間への正孔の注入を容易にするための、２つのステップ
状勾配半導体層の使用は、単に例示的なものである。ス
テップ状勾配層の数は変わってもよい。ステップ状勾配
層の数が増えるほど、隣接するステップ状勾配層間の界
面の電位障壁は小さくなる。ＧａＮ層とＡｌXＧａ1-XＮ
層との間にｎ個のステップ状勾配層があるとすると、ｍ
番目の勾配層のアルミニウム含有率はＡｌAＧａBＮとな
り、式中、Ａ＝（ｍＸ）/ｎであり、Ｂ＝１−（ｍＸ）/
ｎである。ステップ状勾配層間のアルミニウム含有率の
差は一定である。
間への正孔の注入を容易にするための、２つのステップ
状勾配半導体層の使用は、単に例示的なものである。ス
テップ状勾配層の数は変わってもよい。ステップ状勾配
層の数が増えるほど、隣接するステップ状勾配層間の界
面の電位障壁は小さくなる。ＧａＮ層とＡｌXＧａ1-XＮ
層との間にｎ個のステップ状勾配層があるとすると、ｍ
番目の勾配層のアルミニウム含有率はＡｌAＧａBＮとな
り、式中、Ａ＝（ｍＸ）/ｎであり、Ｂ＝１−（ｍＸ）/
ｎである。ステップ状勾配層間のアルミニウム含有率の
差は一定である。
【００３５】ＧａＮ層とＡｌＧａＮ層との界面の電位障
壁を低減することによってレーザ構造の閾値電圧を低減
するために、ステップ状勾配層を、窒化物系半導体レー
ザの量子井戸活性領域１１２と、それに隣接するＡｌＧ
ａＮトンネル障壁層１１４との間に用いることもでき
る。
壁を低減することによってレーザ構造の閾値電圧を低減
するために、ステップ状勾配層を、窒化物系半導体レー
ザの量子井戸活性領域１１２と、それに隣接するＡｌＧ
ａＮトンネル障壁層１１４との間に用いることもでき
る。
【００３６】次に図７を参照すると、本発明による窒化
物系半導体レーザ構造における、ＧａＮ層とＡｌＧａＮ
層との界面の電位障壁を低減することによってレーザ構
造の閾値電圧を低減するための、ＧａＮ半導体層とＡｌ
ＧａＮ半導体層との間の、連続勾配半導体層３００が示
されている。
物系半導体レーザ構造における、ＧａＮ層とＡｌＧａＮ
層との界面の電位障壁を低減することによってレーザ構
造の閾値電圧を低減するための、ＧａＮ半導体層とＡｌ
ＧａＮ半導体層との間の、連続勾配半導体層３００が示
されている。
【００３７】窒化物系半導体レーザ１００を用いると、
Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎ：Ｍｇクラッド層１１８の一般的な
厚さは約０．２μｍ〜約１μｍである。
Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎ：Ｍｇクラッド層１１８の一般的な
厚さは約０．２μｍ〜約１μｍである。
【００３８】Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎ：Ｍｇクラッド層１１
８上に、連続勾配層３００が形成される。連続勾配層３
００の化学的組成はＡｌxＧａ1-xＮ：Ｍｇであり、式
中、Ｘは０．０９から０．０まで変化する。連続勾配層
３００の厚さは２０ｎｍである。連続勾配層３００に
は、クラッド層１１８と同じｐ型ドーピングが施されて
いる。
８上に、連続勾配層３００が形成される。連続勾配層３
００の化学的組成はＡｌxＧａ1-xＮ：Ｍｇであり、式
中、Ｘは０．０９から０．０まで変化する。連続勾配層
３００の厚さは２０ｎｍである。連続勾配層３００に
は、クラッド層１１８と同じｐ型ドーピングが施されて
いる。
【００３９】連続勾配層３００上には、ＧａＮ：Ｍｇコ
ンタクト層１２０が形成される。ＧａＮ：Ｍｇコンタク
ト層１２０の厚さは一般的に約１０ｎｍ〜２００ｎｍで
あり、クラッド層１１８及び連続勾配層３００と同じｐ
型ドーピングが施されている。
ンタクト層１２０が形成される。ＧａＮ：Ｍｇコンタク
ト層１２０の厚さは一般的に約１０ｎｍ〜２００ｎｍで
あり、クラッド層１１８及び連続勾配層３００と同じｐ
型ドーピングが施されている。
【００４０】ＡｌxＧａ1-xＮ：Ｍｇ連続勾配層３００の
アルミニウム含有率は、Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎ：Ｍｇクラ
ッド層側の、クラッド層のアルミニウム含有率と一致す
る最大アルミニウム含有率０．０９から、ＧａＮコンタ
クト層側の、コンタクト層のアルミニウム含有率と一致
する最小アルミニウム含有率０．０（アルミニウム含有
率がゼロになる）へと、勾配層の厚さ方向に線形に減少
する。ＡｌxＧａ1-xＮ：Ｍｇ連続勾配層３００のアルミ
ニウム含有率は、クラッド層とコンタクト層との間の勾
配として変化することにより、クラッド層からコンタク
ト層へとアルミニウム含有率を徐々につなぐ。このよう
に、クラッド層とコンタクト層とを連続勾配層でつなぐ
ことにより、窒化物系半導体レーザ構造の電位障壁及び
閾値電圧をより低減することができる。
アルミニウム含有率は、Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎ：Ｍｇクラ
ッド層側の、クラッド層のアルミニウム含有率と一致す
る最大アルミニウム含有率０．０９から、ＧａＮコンタ
クト層側の、コンタクト層のアルミニウム含有率と一致
する最小アルミニウム含有率０．０（アルミニウム含有
率がゼロになる）へと、勾配層の厚さ方向に線形に減少
する。ＡｌxＧａ1-xＮ：Ｍｇ連続勾配層３００のアルミ
ニウム含有率は、クラッド層とコンタクト層との間の勾
配として変化することにより、クラッド層からコンタク
ト層へとアルミニウム含有率を徐々につなぐ。このよう
に、クラッド層とコンタクト層とを連続勾配層でつなぐ
ことにより、窒化物系半導体レーザ構造の電位障壁及び
閾値電圧をより低減することができる。
【００４１】窒化物系半導体レーザにおける、ＧａＮ半
導体層とＡｌＧａＮ半導体層との間の連続勾配半導体層
３００は、窒化物レーザ構造における高バンドギャップ
ＡｌＧａＮ層の長所を依然として保存しつつ、閾値電圧
を低減する。
導体層とＡｌＧａＮ半導体層との間の連続勾配半導体層
３００は、窒化物レーザ構造における高バンドギャップ
ＡｌＧａＮ層の長所を依然として保存しつつ、閾値電圧
を低減する。
【００４２】図１に示されている単一の界面１２６及
び、そこから生じる図２に示されている大きな電位障壁
は、図７の連続勾配界面３００と置き換えられるので、
図８に示されるように、界面の電位障壁が解消される。
これによって正孔の注入が容易になり、界面が単一の場
合と比べて閾値電圧が低くなる。多層窒化物レーザ構造
のＭＯＣＶＤ成長では、ＡｌＧａＮ層に連続勾配を設け
る手順は簡単なものである。
び、そこから生じる図２に示されている大きな電位障壁
は、図７の連続勾配界面３００と置き換えられるので、
図８に示されるように、界面の電位障壁が解消される。
これによって正孔の注入が容易になり、界面が単一の場
合と比べて閾値電圧が低くなる。多層窒化物レーザ構造
のＭＯＣＶＤ成長では、ＡｌＧａＮ層に連続勾配を設け
る手順は簡単なものである。
【００４３】ＧａＮ層とＡｌＧａＮ層との界面の電位障
壁を低減することによってレーザ構造の閾値電圧を低減
するために、連続勾配層を、窒化物系半導体レーザの導
波層１１６と、それに隣接するＡｌＧａＮトンネル障壁
層１１４との間に用いることもできる。
壁を低減することによってレーザ構造の閾値電圧を低減
するために、連続勾配層を、窒化物系半導体レーザの導
波層１１６と、それに隣接するＡｌＧａＮトンネル障壁
層１１４との間に用いることもできる。
【００４４】次に図９を参照すると、本発明による窒化
物系半導体レーザ層における、ＧａＮ層とＡｌＧａＮ層
との界面の電位障壁を低減することによってレーザ構造
の閾値電圧を低減するための、ＧａＮ半導体層とＡｌＧ
ａＮ半導体層との間の、異なる厚さを有する交互するＧ
ａＮ半導体層及びＡｌＧａＮ半導体層の、デジタル的勾
配半導体層４００が示されている。
物系半導体レーザ層における、ＧａＮ層とＡｌＧａＮ層
との界面の電位障壁を低減することによってレーザ構造
の閾値電圧を低減するための、ＧａＮ半導体層とＡｌＧ
ａＮ半導体層との間の、異なる厚さを有する交互するＧ
ａＮ半導体層及びＡｌＧａＮ半導体層の、デジタル的勾
配半導体層４００が示されている。
【００４５】窒化物系半導体レーザ１００を用いると、
Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎ：Ｍｇクラッド層１１８の一般的な
厚さは約０．２μｍ〜約１μｍである。
Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎ：Ｍｇクラッド層１１８の一般的な
厚さは約０．２μｍ〜約１μｍである。
【００４６】Ａｌ0.09Ｇａ0.91Ｎ：Ｍｇクラッド層１１
８上に、デジタル的勾配層４００が形成される。デジタ
ル的勾配層４００は、交互するＡｌ0.09Ｇａ0.91Ｎ：Ｍ
ｇ層及びＧａＮ：Ｍｇ層の超格子を有する。デジタル的
勾配層４００には、クラッド層１１８と同じｐ型ドーピ
ングが施されている。
８上に、デジタル的勾配層４００が形成される。デジタ
ル的勾配層４００は、交互するＡｌ0.09Ｇａ0.91Ｎ：Ｍ
ｇ層及びＧａＮ：Ｍｇ層の超格子を有する。デジタル的
勾配層４００には、クラッド層１１８と同じｐ型ドーピ
ングが施されている。
【００４７】デジタル的勾配層４００上には、ＧａＮ：
Ｍｇコンタクト層１２０が形成される。ＧａＮ：Ｍｇコ
ンタクト層１２０の厚さは一般的に約１０ｎｍ〜２００
ｎｍであり、クラッド層１１８及びデジタル的勾配層４
００と同じｐ型ドーピングが施されている。
Ｍｇコンタクト層１２０が形成される。ＧａＮ：Ｍｇコ
ンタクト層１２０の厚さは一般的に約１０ｎｍ〜２００
ｎｍであり、クラッド層１１８及びデジタル的勾配層４
００と同じｐ型ドーピングが施されている。
【００４８】デジタル的勾配層４００は、４つのＧａ
Ｎ：Ｍｇ層４０１、４０３、４０５及び４０７を有す
る。各ＧａＮ：Ｍｇ層はそれぞれ異なる厚さを有してお
り、Ａｌ 0.3Ｇａ0.7Ｎ：Ｍｇクラッド層１１８からＧａ
Ｎコンタクト層１２０へと、デジタル的勾配層４００を
横断して厚さが増加する。具体例としては、第１のＧａ
Ｎ量子井戸４０２の厚さが５Å、第２のＧａＮ量子井戸
４０４の厚さが１０Å、第３のＧａＮ量子井戸４０６の
厚さが２０Å、第４のＧａＮ量子井戸４０８の厚さが４
０Åであってもよい。ＧａＮ量子４０１、４０３、４０
５及び４０７は、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ：Ｍｇ障壁層４０
２、４０４、４０６及び４０８によって隔てられてい
る。各障壁層はそれぞれ異なる厚さを有しており、Ａｌ
0.3Ｇａ0.7Ｎ：Ｍｇクラッド層１１８からＧａＮコンタ
クト層１２０へと、デジタル的勾配層４００を横断して
厚さが減少する。具体例としては、第１のＡｌ0.3Ｇａ
0.7Ｎ障壁層４０２の厚さが２０Å、第２のＡｌ0.3Ｇａ
0.7Ｎ障壁層４０４の厚さが１５Å、第３のＡｌ0.3Ｇａ
0.7Ｎ障壁層４０６の厚さが１０Å、第４のＡｌ0.3Ｇａ
0.7Ｎ障壁層４０８の厚さが５Åであってもよい。
Ｎ：Ｍｇ層４０１、４０３、４０５及び４０７を有す
る。各ＧａＮ：Ｍｇ層はそれぞれ異なる厚さを有してお
り、Ａｌ 0.3Ｇａ0.7Ｎ：Ｍｇクラッド層１１８からＧａ
Ｎコンタクト層１２０へと、デジタル的勾配層４００を
横断して厚さが増加する。具体例としては、第１のＧａ
Ｎ量子井戸４０２の厚さが５Å、第２のＧａＮ量子井戸
４０４の厚さが１０Å、第３のＧａＮ量子井戸４０６の
厚さが２０Å、第４のＧａＮ量子井戸４０８の厚さが４
０Åであってもよい。ＧａＮ量子４０１、４０３、４０
５及び４０７は、Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ：Ｍｇ障壁層４０
２、４０４、４０６及び４０８によって隔てられてい
る。各障壁層はそれぞれ異なる厚さを有しており、Ａｌ
0.3Ｇａ0.7Ｎ：Ｍｇクラッド層１１８からＧａＮコンタ
クト層１２０へと、デジタル的勾配層４００を横断して
厚さが減少する。具体例としては、第１のＡｌ0.3Ｇａ
0.7Ｎ障壁層４０２の厚さが２０Å、第２のＡｌ0.3Ｇａ
0.7Ｎ障壁層４０４の厚さが１５Å、第３のＡｌ0.3Ｇａ
0.7Ｎ障壁層４０６の厚さが１０Å、第４のＡｌ0.3Ｇａ
0.7Ｎ障壁層４０８の厚さが５Åであってもよい。
【００４９】Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ：Ｍｇクラッド層１１８
からＧａＮコンタクト層１２０までのデジタル的勾配層
４００は、量子井戸層４０１、障壁層４０２、量子井戸
層４０３、障壁層４０４、量子井戸層４０５、障壁層４
０６、量子井戸層４０７及び障壁層４０８で構成され
る。
からＧａＮコンタクト層１２０までのデジタル的勾配層
４００は、量子井戸層４０１、障壁層４０２、量子井戸
層４０３、障壁層４０４、量子井戸層４０５、障壁層４
０６、量子井戸層４０７及び障壁層４０８で構成され
る。
【００５０】デジタル的勾配層４００は、Ａｌ0.3Ｇａ
0.7Ｎクラッド層１１８からＧａＮコンタクト層１２０
へと厚さが増加するＧａＮ量子井戸４０１、４０３、４
０５及び４０７と、それらと交互し、厚さが減少するＡ
ｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ障壁層４０２、４０４、４０６及び４０
８とを有する。
0.7Ｎクラッド層１１８からＧａＮコンタクト層１２０
へと厚さが増加するＧａＮ量子井戸４０１、４０３、４
０５及び４０７と、それらと交互し、厚さが減少するＡ
ｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ障壁層４０２、４０４、４０６及び４０
８とを有する。
【００５１】薄膜ＧａＮ層及びＡｌＧａＮ障壁の厚さ
は、連続勾配層をシミュレートするデジタル的な勾配と
なっていてもよい。最も重要なのは、これらの層の厚さ
が適切に調節されると、この界面を横断する正孔の注入
が、共鳴トンネル効果によって向上できることである。
個々の障壁層を通り抜ける共鳴トンネル効果は、入射す
る正孔のエネルギーが、対向する井戸層の量子化状態の
エネルギーと共鳴する場合に生じる。デジタル的な勾配
がついた超格子の勾配が適切であって、全ての井戸層に
ついて量子のサブバンドエネルギーがほぼ縮退すれば、
正孔の注入を向上させることができる。この共鳴トンネ
ル効果は図１０に示されている。
は、連続勾配層をシミュレートするデジタル的な勾配と
なっていてもよい。最も重要なのは、これらの層の厚さ
が適切に調節されると、この界面を横断する正孔の注入
が、共鳴トンネル効果によって向上できることである。
個々の障壁層を通り抜ける共鳴トンネル効果は、入射す
る正孔のエネルギーが、対向する井戸層の量子化状態の
エネルギーと共鳴する場合に生じる。デジタル的な勾配
がついた超格子の勾配が適切であって、全ての井戸層に
ついて量子のサブバンドエネルギーがほぼ縮退すれば、
正孔の注入を向上させることができる。この共鳴トンネ
ル効果は図１０に示されている。
【００５２】ＧａＮ層とＡｌＧａＮ層との界面の電位障
壁を低減することによってレーザ構造の閾値電圧を低減
するために、デジタル的勾配層を、窒化物系半導体レー
ザの導波層１１６と、それに隣接するＡｌＧａＮトンネ
ル障壁層１１４との間に用いることもできる。
壁を低減することによってレーザ構造の閾値電圧を低減
するために、デジタル的勾配層を、窒化物系半導体レー
ザの導波層１１６と、それに隣接するＡｌＧａＮトンネ
ル障壁層１１４との間に用いることもできる。
【図１】従来技術の窒化物系半導体レーザ構造の側面図
である。
である。
【図２】図１の従来技術の窒化物系半導体レーザ構造に
よる、ＭｇがドーピングされたＧａＮ/ＡｌＧａＮ界面
における、電位障壁が正孔の注入を阻害している状態の
価電子帯の構造を示す図である。
よる、ＭｇがドーピングされたＧａＮ/ＡｌＧａＮ界面
における、電位障壁が正孔の注入を阻害している状態の
価電子帯の構造を示す図である。
【図３】理想的な窒化物系半導体レーザ構造に対する図
１の従来技術の窒化物系半導体レーザ構造の電流対電圧
のグラフを示す図である。
１の従来技術の窒化物系半導体レーザ構造の電流対電圧
のグラフを示す図である。
【図４】図１の従来技術の窒化物系半導体レーザ構造に
おけるトンネル障壁層及び多量子井戸活性領域の、電位
障壁がトンネル障壁層と多量子井戸活性領域との間への
正孔の注入を阻害している状態のバンド構造のグラフを
示す図である。
おけるトンネル障壁層及び多量子井戸活性領域の、電位
障壁がトンネル障壁層と多量子井戸活性領域との間への
正孔の注入を阻害している状態のバンド構造のグラフを
示す図である。
【図５】本発明の、ＧａＮ半導体層とＡｌＧａＮ半導体
層との間の、ステップ状勾配半導体層を示す側面図であ
る。
層との間の、ステップ状勾配半導体層を示す側面図であ
る。
【図６】図５のＧａＮ半導体層とＡｌＧａＮ半導体層と
の間のステップ状勾配半導体層による、ステップ状の勾
配がついたＭｇドーピングされたＧａＮ/ＡｌＧａＮ界
面の、価電子帯構造のグラフを示す図である。
の間のステップ状勾配半導体層による、ステップ状の勾
配がついたＭｇドーピングされたＧａＮ/ＡｌＧａＮ界
面の、価電子帯構造のグラフを示す図である。
【図７】本発明の、ＧａＮ半導体層とＡｌＧａＮ半導体
層との間の、連続勾配半導体層を示す側面図である。
層との間の、連続勾配半導体層を示す側面図である。
【図８】図７のＧａＮ半導体層とＡｌＧａＮ半導体層と
の間の連続勾配半導体層の、価電子帯構造のグラフを示
す図である。
の間の連続勾配半導体層の、価電子帯構造のグラフを示
す図である。
【図９】本発明の、ＧａＮ半導体層とＡｌＧａＮ半導体
層との間の、デジタル的勾配半導体層を示す側面図であ
る。
層との間の、デジタル的勾配半導体層を示す側面図であ
る。
【図１０】図７のＧａＮ半導体層とＡｌＧａＮ半導体層
との間のデジタル的勾配半導体層の、価電子帯構造のグ
ラフを示す図である。
との間のデジタル的勾配半導体層の、価電子帯構造のグ
ラフを示す図である。
１００ 窒化物系半導体レーザ
１０２ 基板
１１２ 多量子井戸活性領域
１１４ トンネル障壁層
１１６ 導波層
１１８ クラッド層
１２０ コンタクト層
２００、２０２ ステップ状勾配半導体層
３００ 連続勾配半導体層
４００ デジタル的勾配半導体層
フロントページの続き
(72)発明者 ミヒャエル アー．クナイスル
アメリカ合衆国 94041 カリフォルニア
州 マウンテン ビュー シルバン アベ
ニュー 750 アパートメント 46
Ｆターム(参考） 5F073 AA45 AA51 AA55 AA71 AA74
AA89 CA02 CA07 CA17 CB05
CB07 CB10 DA05 DA06 DA25
DA30 EA23 EA29
Claims (3)
- 【請求項１】 基板と、 前記基板上に形成された複数のIII-V窒化物半導体層で
あって、該複数のIII-V窒化物半導体層の少なくとも１
つが活性領域を形成し、前記複数のIII-V窒化物半導体
層に、電子及び正孔を前記活性領域に注入して前記半導
体レーザ構造からのレージングを生じさせるのに十分な
電圧が印加される、前記複数のIII-V窒化物半導体層
と、 ０≦ｘ＜ｙ≦１であり、前記複数のIII-V窒化物半導体
層の少なくとも１つがＡｌxＧａ1-xＮ層であり前記複数
のIII-V窒化物半導体層の少なくとも１つがＡｌyＧａ
1-yＮ層であるときに、前記ＡｌxＧａ1-xＮ層と前記Ａ
ｌyＧａ1-yＮ層との間に配置されると共に、前記Ａｌy
Ｇａ1-yＮ層よりも少なく且つ前記ＡｌxＧａ1-xＮ層よ
りも多いアルミニウムを含有する、少なくとも１つの勾
配つき半導体層であって、前記ＡｌxＧａ1-xＮ層と前記
ＡｌyＧａ1-yＮ層との間の電位障壁を低減することによ
り、前記半導体レーザ構造からのレージングを生じさせ
るのに必要な閾値電圧を低減する、前記少なくとも１つ
の勾配つき半導体層と、 を有する、半導体レーザ構造。 - 【請求項２】 前記少なくとも１つの勾配つき半導体層
が、連続的勾配を有する半導体層であることを特徴とす
る、請求項１記載の半導体レーザ構造。 - 【請求項３】 前記少なくとも１つの勾配つき半導体層
が、それぞれ厚さが異なる交互するＡｌxＧａ1-xＮ半導
体量子井戸及びＡｌyＧａ1-yＮ半導体障壁の超格子を有
する、デジタル的勾配を有する半導体層であることを特
徴とする、請求項１記載の半導体レーザ構造。
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