JP2003234544A - 窒化物系半導体レーザ素子とその製造方法 - Google Patents
窒化物系半導体レーザ素子とその製造方法Info
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- JP2003234544A JP2003234544A JP2002029128A JP2002029128A JP2003234544A JP 2003234544 A JP2003234544 A JP 2003234544A JP 2002029128 A JP2002029128 A JP 2002029128A JP 2002029128 A JP2002029128 A JP 2002029128A JP 2003234544 A JP2003234544 A JP 2003234544A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 発振閾値電流密度が低くかつ信頼性が向上し
た窒化物系半導体レーザ素子を提供する。 【解決手段】 窒化物系半導体レーザ素子は、基板
（１）上においてウルツァイト構造の窒化物系半導体か
らなるｎ型層（２〜５，７，８）とｐ型層（１０〜１
２）とに挟まれていてＩｎとＧａとを含む窒化物系導体
からなる量子井戸構造活性層（９）を含み、この量子井
戸構造活性層（９）はその下地層（８）の結晶学的（１
−１０ｎ）面（ただし、ｎ＝１〜７）または（１１−２
ｍ）面（ただし、ｍ＝１〜１３）に接して形成されてい
ることを特徴としている。
た窒化物系半導体レーザ素子を提供する。 【解決手段】 窒化物系半導体レーザ素子は、基板
（１）上においてウルツァイト構造の窒化物系半導体か
らなるｎ型層（２〜５，７，８）とｐ型層（１０〜１
２）とに挟まれていてＩｎとＧａとを含む窒化物系導体
からなる量子井戸構造活性層（９）を含み、この量子井
戸構造活性層（９）はその下地層（８）の結晶学的（１
−１０ｎ）面（ただし、ｎ＝１〜７）または（１１−２
ｍ）面（ただし、ｍ＝１〜１３）に接して形成されてい
ることを特徴としている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は窒化物系半導体レー
ザ素子とその製造方法に関し、特に、ＩｎとＧａとを含
む窒化物系半導体よりなる量子井戸構造活性層を含む窒
化物系半導体レーザ素子とその製造方法に関する。
ザ素子とその製造方法に関し、特に、ＩｎとＧａとを含
む窒化物系半導体よりなる量子井戸構造活性層を含む窒
化物系半導体レーザ素子とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】紫外から緑色の波長範囲内の発光波長を
有する半導体レーザ素子用の半導体材料として、窒化物
系半導体（ＧａＩｎＡｌＮ）が用いられている。窒化物
系半導体を用いた半導体レーザ素子は、たとえばTechni
cal Digest of InternationalWorkshop on Nitride Sem
iconductors （IWN2000） WA2−1に記載されており、そ
の断面図が図５に示されている。
有する半導体レーザ素子用の半導体材料として、窒化物
系半導体（ＧａＩｎＡｌＮ）が用いられている。窒化物
系半導体を用いた半導体レーザ素子は、たとえばTechni
cal Digest of InternationalWorkshop on Nitride Sem
iconductors （IWN2000） WA2−1に記載されており、そ
の断面図が図５に示されている。
【０００３】図５の半導体レーザ素子は、主面として結
晶学的（０００１）面（ｃ面）を有するサファイア基板
１０１、ＧａＮ層１０２、ｎ−ＧａＮコンタクト層１０
３、ｎ−Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎクラッド層１０４、ｎ−Ｇ
ａＮガイド層１０５、Ｉｎ0. 10Ｇａ0.90Ｎ量子井戸層と
Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ障壁層とを含む多重量子井戸構造活
性層１０６、ｐ−Ａｌ0.16Ｇａ0.84Ｎ層１０７、ｐ−Ｇ
ａＮガイド層１０８、ｐ−Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層とＧａ
Ｎ層が交互に積層されてなるｐ型クラッド層１０９、ｐ
−ＧａＮコンタクト層１１０、ｐ側電極１１１、ｎ側電
極１１２、および電流狭窄用ＳｉＯ2膜１１３を含んで
いる。ここで、ＧａＮ層１０２は、幅２μmのストライ
プ状で１２μｍの周期で形成されている。また、多重量
子井戸構造活性層１０６は３．５ｎｍ厚のＩｎ0.10Ｇａ
0.90Ｎ量子井戸層と７．０ｎｍ厚のＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ
障壁層の３ペアを含み、それらの量子井戸層と障壁層が
交互に積層されている。
晶学的（０００１）面（ｃ面）を有するサファイア基板
１０１、ＧａＮ層１０２、ｎ−ＧａＮコンタクト層１０
３、ｎ−Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎクラッド層１０４、ｎ−Ｇ
ａＮガイド層１０５、Ｉｎ0. 10Ｇａ0.90Ｎ量子井戸層と
Ｉｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ障壁層とを含む多重量子井戸構造活
性層１０６、ｐ−Ａｌ0.16Ｇａ0.84Ｎ層１０７、ｐ−Ｇ
ａＮガイド層１０８、ｐ−Ａｌ0.15Ｇａ0.85Ｎ層とＧａ
Ｎ層が交互に積層されてなるｐ型クラッド層１０９、ｐ
−ＧａＮコンタクト層１１０、ｐ側電極１１１、ｎ側電
極１１２、および電流狭窄用ＳｉＯ2膜１１３を含んで
いる。ここで、ＧａＮ層１０２は、幅２μmのストライ
プ状で１２μｍの周期で形成されている。また、多重量
子井戸構造活性層１０６は３．５ｎｍ厚のＩｎ0.10Ｇａ
0.90Ｎ量子井戸層と７．０ｎｍ厚のＩｎ0.02Ｇａ0.98Ｎ
障壁層の３ペアを含み、それらの量子井戸層と障壁層が
交互に積層されている。
【０００４】図５のレーザ素子の製造方法においては、
窒化物系半導体層を形成するために有機金属気相成長法
（ＭＯＣＶＤ法）が用いられている。まずサファイア基
板１０１上にＧａＮ層１０２を形成後、このＧａＮ層１
０２をストライプ状に加工し、その上にｎ−ＧａＮコン
タクト層１０３からｐ−ＧａＮコンタクト層１１０まで
の半導体レーザ素子構造を積層している。さらに、レー
ザ素子における注入電流を狭窄するために、ｐ型クラッ
ド層１０９とｐ−ＧａＮコンタクト層１１０はリッジス
トライプ状に加工されている。これにより、電流注入さ
れるストライプ状の領域が活性領域となる。その後、サ
ファイア基板１０１を研磨により薄くしてから、劈開技
術を用いることにより共振器端面を形成している。図５
の例においては、ＧａＮ層１０２をストライプ状に加工
した後に半導体レーザ素子構造を積層しているが、多重
量子井戸構造活性層１０６は平坦な面上に形成されてい
る。
窒化物系半導体層を形成するために有機金属気相成長法
（ＭＯＣＶＤ法）が用いられている。まずサファイア基
板１０１上にＧａＮ層１０２を形成後、このＧａＮ層１
０２をストライプ状に加工し、その上にｎ−ＧａＮコン
タクト層１０３からｐ−ＧａＮコンタクト層１１０まで
の半導体レーザ素子構造を積層している。さらに、レー
ザ素子における注入電流を狭窄するために、ｐ型クラッ
ド層１０９とｐ−ＧａＮコンタクト層１１０はリッジス
トライプ状に加工されている。これにより、電流注入さ
れるストライプ状の領域が活性領域となる。その後、サ
ファイア基板１０１を研磨により薄くしてから、劈開技
術を用いることにより共振器端面を形成している。図５
の例においては、ＧａＮ層１０２をストライプ状に加工
した後に半導体レーザ素子構造を積層しているが、多重
量子井戸構造活性層１０６は平坦な面上に形成されてい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】図５に示されているよ
うな従来例の窒化物系半導体レーザ素子では、連続的な
電流注入によって発光特性が急速に劣化するという問題
があり、この半導体レーザ素子を実用化するためには素
子の信頼性を向上させることが重要な課題である。この
急速な特性劣化の原因としては、活性層に用いられてい
る窒化物系半導体結晶中に存在する欠陥が電流注入によ
って増殖することが考えられており、それらの欠陥を低
減する試みがなされてきた。
うな従来例の窒化物系半導体レーザ素子では、連続的な
電流注入によって発光特性が急速に劣化するという問題
があり、この半導体レーザ素子を実用化するためには素
子の信頼性を向上させることが重要な課題である。この
急速な特性劣化の原因としては、活性層に用いられてい
る窒化物系半導体結晶中に存在する欠陥が電流注入によ
って増殖することが考えられており、それらの欠陥を低
減する試みがなされてきた。
【０００６】例えば、特開平１０−３１２９７１号公報
では、平坦な表面を有しかつ欠陥の少ない活性層を得る
ために、まず基板上の結晶成長領域をマスクによって制
限し、その基板上でファセット構造を生じるように半導
体層の結晶成長を行う。さらに結晶成長を継続してこの
ファセット構造を完全に埋め込んで平坦な表面を有する
半導体下地層を形成し、その上に窒化物系半導体レーザ
素子構造を積層している。
では、平坦な表面を有しかつ欠陥の少ない活性層を得る
ために、まず基板上の結晶成長領域をマスクによって制
限し、その基板上でファセット構造を生じるように半導
体層の結晶成長を行う。さらに結晶成長を継続してこの
ファセット構造を完全に埋め込んで平坦な表面を有する
半導体下地層を形成し、その上に窒化物系半導体レーザ
素子構造を積層している。
【０００７】また、特開２００１−１６０５３９公報で
は、基板上に結晶成長により形成された窒化物系半導体
下地層の表面である（０００１）面を斜めに研磨するこ
とによって、原子的ステップ構造を有するいわゆるオフ
角度基板を形成し、その上に窒化物系半導体レーザ素子
構造を積層することによって活性層中の欠陥を低減する
技術が示されている。このように斜め研磨を利用した場
合、例えばオフ角度を２度にしようとすれば、１ｃｍ四
方の基板に関して窒化物系半導体下地層の厚さを３５０
μｍ以上に成長させなければならない。したがって、こ
の技術では大きなオフ角度を得ることが困難であり、微
小なオフ角度の基板上で窒化物系半導体レーザ素子構造
の結晶成長を行うことになる。
は、基板上に結晶成長により形成された窒化物系半導体
下地層の表面である（０００１）面を斜めに研磨するこ
とによって、原子的ステップ構造を有するいわゆるオフ
角度基板を形成し、その上に窒化物系半導体レーザ素子
構造を積層することによって活性層中の欠陥を低減する
技術が示されている。このように斜め研磨を利用した場
合、例えばオフ角度を２度にしようとすれば、１ｃｍ四
方の基板に関して窒化物系半導体下地層の厚さを３５０
μｍ以上に成長させなければならない。したがって、こ
の技術では大きなオフ角度を得ることが困難であり、微
小なオフ角度の基板上で窒化物系半導体レーザ素子構造
の結晶成長を行うことになる。
【０００８】他方、これらの欠陥に関する課題とは別
に、窒化物系半導体の混晶材料においては、相分離に起
因して空間的に不均一な組成を有する混晶を生じ、すな
わち組成の揺らぎが生じる得ることが知られている。特
に、窒化物系半導体レーザ素子の活性層としてよく用い
られるＩｎＧａＮにおいては、相分離によってＩｎ濃度
が空間的に揺らぎ、このことに起因してＩｎＧａＮ量子
井戸構造活性層内において高いＩｎ濃度を有するドット
状の領域が形成され得る。これらのドットのサイズは非
常に小さいので、量子ドットとして機能させることが考
えられている。
に、窒化物系半導体の混晶材料においては、相分離に起
因して空間的に不均一な組成を有する混晶を生じ、すな
わち組成の揺らぎが生じる得ることが知られている。特
に、窒化物系半導体レーザ素子の活性層としてよく用い
られるＩｎＧａＮにおいては、相分離によってＩｎ濃度
が空間的に揺らぎ、このことに起因してＩｎＧａＮ量子
井戸構造活性層内において高いＩｎ濃度を有するドット
状の領域が形成され得る。これらのドットのサイズは非
常に小さいので、量子ドットとして機能させることが考
えられている。
【０００９】しかしながら、従来の窒化物系半導体レー
ザ素子には、次のような問題がある。すなわち、特開２
００１−１６０５３９公報に示された従来例では、半導
体レーザ素子構造を形成するための基板の表面をｃ面か
ら微小な角度で傾斜させてその上に半導体レーザ素子構
造を積層しても発光特性の劣化を生じ、信頼性が十分に
改善された窒化物系半導体レーザ素子を得ることが困難
である。さらに、従来の窒化物系半導体レーザ素子では
ＩｎＧａＮ活性層の相分離によるＩｎ濃度の揺らぎが存
在するので、このＩｎ濃度揺らぎの結果として生じる光
学利得のエネルギ的な広がりにより、発振波長において
十分に高い光学利得を得ることができず、発振閾値電流
密度が増大してしまうという問題もある。
ザ素子には、次のような問題がある。すなわち、特開２
００１−１６０５３９公報に示された従来例では、半導
体レーザ素子構造を形成するための基板の表面をｃ面か
ら微小な角度で傾斜させてその上に半導体レーザ素子構
造を積層しても発光特性の劣化を生じ、信頼性が十分に
改善された窒化物系半導体レーザ素子を得ることが困難
である。さらに、従来の窒化物系半導体レーザ素子では
ＩｎＧａＮ活性層の相分離によるＩｎ濃度の揺らぎが存
在するので、このＩｎ濃度揺らぎの結果として生じる光
学利得のエネルギ的な広がりにより、発振波長において
十分に高い光学利得を得ることができず、発振閾値電流
密度が増大してしまうという問題もある。
【００１０】他方、ＩｎＧａＮ量子井戸構造活性層を有
する半導体レーザ素子において形成される高いＩｎ濃度
を有するドット状の領域により量子ドットを形成するこ
とを考える場合においても、それらの量子ドットは自発
的に発生するので、その大きさを均一にそろえることが
できない。したがって、それらのドットの大きさのばら
つきによって光学利得のエネルギ的な広がりを生じてし
まい、この場合にも発振閾値電流密度を低減できないと
いう問題がある。このような相分離によって生じるＩｎ
濃度の揺らぎは、ＩｎとＧａとを含む窒化物系半導体量
子井戸構造において特に顕著に見られるので、この量子
井戸構造を活性層として用いる半導体レーザ素子におい
ては、素子の信頼性向上とともに、この相分離によるＩ
ｎ濃度の空間的揺らぎを回避するという課題を解決する
ことも必要である。
する半導体レーザ素子において形成される高いＩｎ濃度
を有するドット状の領域により量子ドットを形成するこ
とを考える場合においても、それらの量子ドットは自発
的に発生するので、その大きさを均一にそろえることが
できない。したがって、それらのドットの大きさのばら
つきによって光学利得のエネルギ的な広がりを生じてし
まい、この場合にも発振閾値電流密度を低減できないと
いう問題がある。このような相分離によって生じるＩｎ
濃度の揺らぎは、ＩｎとＧａとを含む窒化物系半導体量
子井戸構造において特に顕著に見られるので、この量子
井戸構造を活性層として用いる半導体レーザ素子におい
ては、素子の信頼性向上とともに、この相分離によるＩ
ｎ濃度の空間的揺らぎを回避するという課題を解決する
ことも必要である。
【００１１】上述のような先行技術の課題に鑑み、本発
明は、発振閾値電流密度が低くかつ信頼性が向上した窒
化物系半導体レーザ素子を提供することを目的としてい
る。
明は、発振閾値電流密度が低くかつ信頼性が向上した窒
化物系半導体レーザ素子を提供することを目的としてい
る。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明による窒化物系半
導体レーザ素子は、基板上においてウルツァイト構造の
窒化物系半導体からなるｎ型層とｐ型層とに挟まれてい
てＩｎとＧａとを含む窒化物系導体からなる量子井戸構
造活性層を含み、この量子井戸構造活性層はその下地層
の結晶学的（１−１０ｎ）面（ただし、ｎ＝１〜７）ま
たは（１１−２ｍ）面（ただし、ｍ＝１〜１３）に接し
て形成されていることを特徴としている。
導体レーザ素子は、基板上においてウルツァイト構造の
窒化物系半導体からなるｎ型層とｐ型層とに挟まれてい
てＩｎとＧａとを含む窒化物系導体からなる量子井戸構
造活性層を含み、この量子井戸構造活性層はその下地層
の結晶学的（１−１０ｎ）面（ただし、ｎ＝１〜７）ま
たは（１１−２ｍ）面（ただし、ｍ＝１〜１３）に接し
て形成されていることを特徴としている。
【００１３】なお、（１−１０ｎ）面または（１１−２
ｍ）面からなる表面を有する窒化物系半導体層は、基板
の（０００１）主面上において傾斜面を生じる結晶成長
により形成され得る。
ｍ）面からなる表面を有する窒化物系半導体層は、基板
の（０００１）主面上において傾斜面を生じる結晶成長
により形成され得る。
【００１４】また、（１−１０ｎ）面または（１１−２
ｍ）面からなる表面を有する窒化物系半導体層は、基板
の主面上において誘電体マスクにより選択的に設けられ
たストライプ状結晶成長領域上に形成されるファセット
構造を有することができる。
ｍ）面からなる表面を有する窒化物系半導体層は、基板
の主面上において誘電体マスクにより選択的に設けられ
たストライプ状結晶成長領域上に形成されるファセット
構造を有することができる。
【００１５】さらに、（１−１０ｎ）面または（１１−
２ｍ）面からなる表面を有する窒化物系半導体層は、基
板の主面上に設けられたストライプ状凹凸構造上に形成
されるファセット構造を有することができる。
２ｍ）面からなる表面を有する窒化物系半導体層は、基
板の主面上に設けられたストライプ状凹凸構造上に形成
されるファセット構造を有することができる。
【００１６】本発明による窒化物系半導体レーザ素子の
製造方法は、ウルツァイト構造を有する下地の窒化物系
半導体層の結晶学的（１−１０ｎ）面（ただし、ｎ＝１
〜７）または（１１−２ｍ）面（ただし、ｍ＝１〜１
３）に接して、ＩｎとＧａとを含む窒化物系半導体から
なる量子井戸構造活性層を気相成長させる工程を含むこ
とを特徴としている。
製造方法は、ウルツァイト構造を有する下地の窒化物系
半導体層の結晶学的（１−１０ｎ）面（ただし、ｎ＝１
〜７）または（１１−２ｍ）面（ただし、ｍ＝１〜１
３）に接して、ＩｎとＧａとを含む窒化物系半導体から
なる量子井戸構造活性層を気相成長させる工程を含むこ
とを特徴としている。
【００１７】なお、その製法では、基板の（０００１）
主面上で（１−１０ｎ）面または（１１−２ｍ）面から
なる表面を有する下地の窒化物系半導体層を気相成長さ
せることができる。
主面上で（１−１０ｎ）面または（１１−２ｍ）面から
なる表面を有する下地の窒化物系半導体層を気相成長さ
せることができる。
【００１８】たとえば、基板の（０００１）主面上にお
いて誘電体マスクにより選択的にストライプ状結晶成長
領域を設け、それらのストライプ状結晶成長領域上にお
いてファセット構造の発生による（１−１０ｎ）面また
は（１１−２ｍ）面からなる表面を有する下地の窒化物
系半導体層を気相成長させることができる。
いて誘電体マスクにより選択的にストライプ状結晶成長
領域を設け、それらのストライプ状結晶成長領域上にお
いてファセット構造の発生による（１−１０ｎ）面また
は（１１−２ｍ）面からなる表面を有する下地の窒化物
系半導体層を気相成長させることができる。
【００１９】あるいは、基板の（０００１）主面にスト
ライプ状凹凸構造を形成し、そのストライプ状凹凸構造
上においてファセット構造の発生による（１−１０ｎ）
面または（１１−２ｍ）面からなる表面を有する下地の
窒化物系半導体層を気相成長させることができる。
ライプ状凹凸構造を形成し、そのストライプ状凹凸構造
上においてファセット構造の発生による（１−１０ｎ）
面または（１１−２ｍ）面からなる表面を有する下地の
窒化物系半導体層を気相成長させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】本発明者は、窒化物系半導体レー
ザ素子における発光特性の劣化についてその原因を調査
した結果、相分離よって生じるＩｎ濃度の空間的な揺ら
ぎが局所的な格子歪みを引き起こして欠陥の増殖を促進
していることを見出した。したがって、Ｉｎ濃度の揺ら
ぎを抑制することによって、窒化物系半導体レーザ素子
の発振閾値電流値を低減できるとともに、その信頼性の
向上も達成される。
ザ素子における発光特性の劣化についてその原因を調査
した結果、相分離よって生じるＩｎ濃度の空間的な揺ら
ぎが局所的な格子歪みを引き起こして欠陥の増殖を促進
していることを見出した。したがって、Ｉｎ濃度の揺ら
ぎを抑制することによって、窒化物系半導体レーザ素子
の発振閾値電流値を低減できるとともに、その信頼性の
向上も達成される。
【００２１】さらに本発明者が検討したところ、Ｉｎと
Ｇａとを含む窒化物系半導体からなる量子井戸構造にみ
られるＩｎ濃度の空間的な揺らぎは、相分離によって生
じる組成の不均一化の効果とＩｎ原子およびＧａ原子の
拡散による組成の均一化の効果という２つの要因が競合
した結果として発生していることを見出した。したがっ
て、この量子井戸構造における相分離による組成の不均
一化を低減するためには、拡散による組成の均一化の効
果を増大させればよい。
Ｇａとを含む窒化物系半導体からなる量子井戸構造にみ
られるＩｎ濃度の空間的な揺らぎは、相分離によって生
じる組成の不均一化の効果とＩｎ原子およびＧａ原子の
拡散による組成の均一化の効果という２つの要因が競合
した結果として発生していることを見出した。したがっ
て、この量子井戸構造における相分離による組成の不均
一化を低減するためには、拡散による組成の均一化の効
果を増大させればよい。
【００２２】この拡散の効果を増大するには原子を動き
やすくして拡散係数を大きくすることが考えられるが、
そのためには結晶成長温度を高める必要がある。ところ
が、そのように成長温度を高めれば、Ｉｎ原子が成長表
面から離脱するなどの問題が生じて、逆に欠陥を大幅に
増加させてしまう。
やすくして拡散係数を大きくすることが考えられるが、
そのためには結晶成長温度を高める必要がある。ところ
が、そのように成長温度を高めれば、Ｉｎ原子が成長表
面から離脱するなどの問題が生じて、逆に欠陥を大幅に
増加させてしまう。
【００２３】そこで、本発明者は、Ｉｎ原子とＧａ原子
を結晶成長面内で等方的に移動させずに、ある一方向に
対してのみ移動しやすくすることによって、拡散係数が
同じでも結晶成長中における拡散による組成の均一化の
効果を大幅に増大させ得ることを初めて見出した。これ
は、原子の移動をある一方向のみに限定することによっ
て、等方的に移動し得る場合に比べて、実効的に拡散が
促進されて組成の均一化の効果が増大することに起因し
ている。
を結晶成長面内で等方的に移動させずに、ある一方向に
対してのみ移動しやすくすることによって、拡散係数が
同じでも結晶成長中における拡散による組成の均一化の
効果を大幅に増大させ得ることを初めて見出した。これ
は、原子の移動をある一方向のみに限定することによっ
て、等方的に移動し得る場合に比べて、実効的に拡散が
促進されて組成の均一化の効果が増大することに起因し
ている。
【００２４】（実施例１）図１は、本発明の実施例１に
よる窒化物系半導体レーザ素子を示す模式的な断面図で
ある。このレーザ素子は、（０００１）面（ｃ面）を主
面として有するサファイア基板１、ＧａＮバッファ層
２、ｎ−ＧａＮコンタクト層３、ｎ−Ｉｎ0. 1Ｇａ0.9Ｎ
クラック防止層４、ｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ第１クラッド
層５、選択的結晶成長領域を規定するためのＳｉＯ2誘
電体マスク６、ｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ第２クラッド層
７、ｎ−ＧａＮガイド層８、２層のＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ
量子井戸層と３層のＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ障壁層とを含む
多重量子井戸構造活性層９、ｐ−ＧａＮガイド層１０、
ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１１、ｐ−ＧａＮコン
タクト層１２、電流狭窄のためのＳｉＯ2絶縁膜１３、
ｐ側電極１４、およびｎ側電極１５を含んでいる。
よる窒化物系半導体レーザ素子を示す模式的な断面図で
ある。このレーザ素子は、（０００１）面（ｃ面）を主
面として有するサファイア基板１、ＧａＮバッファ層
２、ｎ−ＧａＮコンタクト層３、ｎ−Ｉｎ0. 1Ｇａ0.9Ｎ
クラック防止層４、ｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ第１クラッド
層５、選択的結晶成長領域を規定するためのＳｉＯ2誘
電体マスク６、ｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ第２クラッド層
７、ｎ−ＧａＮガイド層８、２層のＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ
量子井戸層と３層のＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ障壁層とを含む
多重量子井戸構造活性層９、ｐ−ＧａＮガイド層１０、
ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１１、ｐ−ＧａＮコン
タクト層１２、電流狭窄のためのＳｉＯ2絶縁膜１３、
ｐ側電極１４、およびｎ側電極１５を含んでいる。
【００２５】図１の窒化物系半導体レーザ素子は、以下
のようにＭＯＣＶＤ法（有機金属気相堆積法）を利用し
て作製し得る。ただし、本発明において利用し得る気相
堆積法はＭＯＣＶＤ法に限られず、窒化物系半導体層を
エピタキシャル成長させ得る方法であればよく、ＭＢＥ
法（分子線エピタキシ法）やＨＶＰＥ法（ハイドライド
気相エピタキシ法）などの他の気相成長法を用いること
もできる。
のようにＭＯＣＶＤ法（有機金属気相堆積法）を利用し
て作製し得る。ただし、本発明において利用し得る気相
堆積法はＭＯＣＶＤ法に限られず、窒化物系半導体層を
エピタキシャル成長させ得る方法であればよく、ＭＢＥ
法（分子線エピタキシ法）やＨＶＰＥ法（ハイドライド
気相エピタキシ法）などの他の気相成長法を用いること
もできる。
【００２６】まず、所定の結晶成長炉内に配置された
（０００１）面（ｃ面）を主面として有する厚さ３５０
μｍのサファイア基板１上に、ＴＭＧ（トリメチルガリ
ウム）とＮＨ3を原料に用いて、基板温度５５０℃でＧ
ａＮバッファ層２を厚さ３５ｎｍに成長させる。このよ
うにサファイア基板１上にまず低温でバッファ層２を形
成することにより、その上に積層される窒化物系半導体
層は、基板主面に対してｃ軸が垂直に配向したウルツァ
イト構造を有するように成長する。次に基板温度を１０
５０℃まで上昇させて、ＴＭＧ、ＮＨ3、およびＳｉＨ4
を用いて、厚さ３μｍのＳｉドープｎ−ＧａＮコンタク
ト層３を成長させる。
（０００１）面（ｃ面）を主面として有する厚さ３５０
μｍのサファイア基板１上に、ＴＭＧ（トリメチルガリ
ウム）とＮＨ3を原料に用いて、基板温度５５０℃でＧ
ａＮバッファ層２を厚さ３５ｎｍに成長させる。このよ
うにサファイア基板１上にまず低温でバッファ層２を形
成することにより、その上に積層される窒化物系半導体
層は、基板主面に対してｃ軸が垂直に配向したウルツァ
イト構造を有するように成長する。次に基板温度を１０
５０℃まで上昇させて、ＴＭＧ、ＮＨ3、およびＳｉＨ4
を用いて、厚さ３μｍのＳｉドープｎ−ＧａＮコンタク
ト層３を成長させる。
【００２７】その後、基板温度を７５０℃に下げ、ＴＭ
Ｇ、ＮＨ3、ＳｉＨ4、およびＴＭＩ（トリメチルインジ
ュウム）を用いて、厚さ０．１μｍのＳｉドープｎ−Ｉ
ｎ0. 1Ｇａ0.9Ｎクラック防止層４を成長させる。次に、
再び基板温度を１０５０℃に上げて、ＴＭＧ、ＮＨ3、
ＳｉＨ4、およびＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）を
原料に用いて、厚さ１．０μｍのＳｉドープｎ−Ａｌ
0.1Ｇａ0.9Ｎ第１クラッド層５を成長させる。
Ｇ、ＮＨ3、ＳｉＨ4、およびＴＭＩ（トリメチルインジ
ュウム）を用いて、厚さ０．１μｍのＳｉドープｎ−Ｉ
ｎ0. 1Ｇａ0.9Ｎクラック防止層４を成長させる。次に、
再び基板温度を１０５０℃に上げて、ＴＭＧ、ＮＨ3、
ＳｉＨ4、およびＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）を
原料に用いて、厚さ１．０μｍのＳｉドープｎ−Ａｌ
0.1Ｇａ0.9Ｎ第１クラッド層５を成長させる。
【００２８】以上の結晶成長終了後、一旦エピタキシャ
ルウエハを成長炉から取り出し、電子ビーム蒸着技術、
フォトリソグラフィ技術、およびエッチング技術を利用
して、ウエハ表面に厚さ２００ｎｍのＳｉＯ2誘電体マ
スク６を幅１５μｍのストライプ状に２５μｍの周期で
形成する。このとき、ＳｉＯ2誘電体マスク６上ではそ
の表面に垂直な方向に結晶成長が進行しにくいので、こ
のＳｉＯ2誘電体マスク６のストライプ外に選択的に結
晶成長領域が設けられることになる。なお、このストラ
イプは、結晶学的＜１−１００＞方向に沿って形成され
た。
ルウエハを成長炉から取り出し、電子ビーム蒸着技術、
フォトリソグラフィ技術、およびエッチング技術を利用
して、ウエハ表面に厚さ２００ｎｍのＳｉＯ2誘電体マ
スク６を幅１５μｍのストライプ状に２５μｍの周期で
形成する。このとき、ＳｉＯ2誘電体マスク６上ではそ
の表面に垂直な方向に結晶成長が進行しにくいので、こ
のＳｉＯ2誘電体マスク６のストライプ外に選択的に結
晶成長領域が設けられることになる。なお、このストラ
イプは、結晶学的＜１−１００＞方向に沿って形成され
た。
【００２９】その後、再びこのエピタキシャルウエハを
成長炉内に配置し、基板温度を１０５０℃として、ＴＭ
Ｇ、ＮＨ3、ＳｉＨ4、およびＴＭＡを用いて、Ｓｉドー
プｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ第２クラッド層７を成長させ
る。この時、ウエハ表面に設けられたストライプ状のＳ
ｉＯ2誘電体マスク６の効果として選択的に結晶成長が
進行し、ＳｉＯ2誘電体マスク６が形成されていない領
域を中心にファセット構造が形成される。本実施例で
は、ＳｉＯ2誘電体マスク６のストライプを＜１−１０
０＞方向に形成したので、このファセット構造の傾斜面
となるファセット面は（１１−２ｍ）面になるが、本実
施例では（１１−２６）面（すなわち、ｍ＝６）が形成
されている。
成長炉内に配置し、基板温度を１０５０℃として、ＴＭ
Ｇ、ＮＨ3、ＳｉＨ4、およびＴＭＡを用いて、Ｓｉドー
プｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ第２クラッド層７を成長させ
る。この時、ウエハ表面に設けられたストライプ状のＳ
ｉＯ2誘電体マスク６の効果として選択的に結晶成長が
進行し、ＳｉＯ2誘電体マスク６が形成されていない領
域を中心にファセット構造が形成される。本実施例で
は、ＳｉＯ2誘電体マスク６のストライプを＜１−１０
０＞方向に形成したので、このファセット構造の傾斜面
となるファセット面は（１１−２ｍ）面になるが、本実
施例では（１１−２６）面（すなわち、ｍ＝６）が形成
されている。
【００３０】次に、原料ガスからＴＭＡを削除して、基
板温度は１０５０℃のままで厚さ０．１μｍのＳｉドー
プｎ−ＧａＮガイド層８を成長させる。続けて、基板温
度を７５０℃に下げて、ＴＭＧとＮＨ3とＴＭＩを原料
に用いて、Ｉｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ障壁層（厚さ５ｎｍ）、
Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ量子井戸層（厚さ３ｎｍ）、Ｉｎ
0.03Ｇａ0.97Ｎ障壁層（厚さ５ｎｍ）、Ｉｎ0.15Ｇａ
0.85Ｎ量子井戸層（厚さ３ｎｍ）、およびＩｎ0.03Ｇａ
0.97Ｎ障壁層（厚さ５ｎｍ）を順次成長させることによ
り、多重量子井戸構造活性層（トータル厚さ２１ｎｍ）
９を形成する。この時、ＩｎＧａＮからなる多重量子井
戸構造活性層９は、ファセット構造の傾斜面である（１
１−２６）面上に形成されることになる。
板温度は１０５０℃のままで厚さ０．１μｍのＳｉドー
プｎ−ＧａＮガイド層８を成長させる。続けて、基板温
度を７５０℃に下げて、ＴＭＧとＮＨ3とＴＭＩを原料
に用いて、Ｉｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ障壁層（厚さ５ｎｍ）、
Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ量子井戸層（厚さ３ｎｍ）、Ｉｎ
0.03Ｇａ0.97Ｎ障壁層（厚さ５ｎｍ）、Ｉｎ0.15Ｇａ
0.85Ｎ量子井戸層（厚さ３ｎｍ）、およびＩｎ0.03Ｇａ
0.97Ｎ障壁層（厚さ５ｎｍ）を順次成長させることによ
り、多重量子井戸構造活性層（トータル厚さ２１ｎｍ）
９を形成する。この時、ＩｎＧａＮからなる多重量子井
戸構造活性層９は、ファセット構造の傾斜面である（１
１−２６）面上に形成されることになる。
【００３１】その後、再び基板温度を１０５０℃に上
げ、ＴＭＧ、ＮＨ3、およびＣｐ2Ｍｇを用いて、厚さ
０．１μｍのＭｇドープｐ−ＧａＮガイド層１０を成長
させる。次に、基板温度は１０５０℃のままでＴＭＡを
原料ガスに追加し、厚さ１．０μｍのＭｇドープｐ−Ａ
ｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１１を成長させる。続いて、
基板温度は１０５０℃のままで原料ガスからＴＭＡを削
除し、厚さ０．１μｍのＭｇドープｐ−ＧａＮコンタク
ト層１２を成長させ、こうして窒化物系エピタキシャル
ウエハを完成させる。
げ、ＴＭＧ、ＮＨ3、およびＣｐ2Ｍｇを用いて、厚さ
０．１μｍのＭｇドープｐ−ＧａＮガイド層１０を成長
させる。次に、基板温度は１０５０℃のままでＴＭＡを
原料ガスに追加し、厚さ１．０μｍのＭｇドープｐ−Ａ
ｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１１を成長させる。続いて、
基板温度は１０５０℃のままで原料ガスからＴＭＡを削
除し、厚さ０．１μｍのＭｇドープｐ−ＧａＮコンタク
ト層１２を成長させ、こうして窒化物系エピタキシャル
ウエハを完成させる。
【００３２】その後、このウエハを８００℃の窒素ガス
雰囲気中でアニールして、Ｍｇドープのｐ型層を低抵抗
化する。
雰囲気中でアニールして、Ｍｇドープのｐ型層を低抵抗
化する。
【００３３】続いて、フォトリソグラフィとドライエッ
チング技術を利用して、２μｍ幅のストライプ状リッジ
構造を形成するように、ｐ−ＧａＮコンタクト層１２と
ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１１をエッチングす
る。この時、ファセット面である（１１−２６）面に対
して垂直な方向にドライエッチングを行うことによっ
て、図１に示されているように多重量子井戸構造活性層
９に対して垂直なリッジ構造を形成できた。
チング技術を利用して、２μｍ幅のストライプ状リッジ
構造を形成するように、ｐ−ＧａＮコンタクト層１２と
ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層１１をエッチングす
る。この時、ファセット面である（１１−２６）面に対
して垂直な方向にドライエッチングを行うことによっ
て、図１に示されているように多重量子井戸構造活性層
９に対して垂直なリッジ構造を形成できた。
【００３４】その後、同様にフォトリソグラフィとドラ
イエッチング技術を利用して、２００μｍ幅のストライ
プ状にｎ−ＧａＮコンタクト層３が露出するまでエッチ
ングを行って、メサ構造を作製する。続いて、リッジ構
造の側面とリッジ以外のｐ型層表面を覆うように厚さ２
００ｎｍのＳｉＯ2絶縁膜１３を電流阻止層として形成
する。さらに、このＳｉＯ2絶縁膜１３とｐ−ＧａＮコ
ンタクト層１２の表面を覆うようにニッケルと金の積層
からなるｐ側電極１４を形成し、エッチングにより露出
したｎ−ＧａＮコンタクト層３の表面にチタンとアルミ
ニウムの積層からなるｎ側電極１５を形成して、窒化物
系半導体レーザ素子ウエハが完成する。
イエッチング技術を利用して、２００μｍ幅のストライ
プ状にｎ−ＧａＮコンタクト層３が露出するまでエッチ
ングを行って、メサ構造を作製する。続いて、リッジ構
造の側面とリッジ以外のｐ型層表面を覆うように厚さ２
００ｎｍのＳｉＯ2絶縁膜１３を電流阻止層として形成
する。さらに、このＳｉＯ2絶縁膜１３とｐ−ＧａＮコ
ンタクト層１２の表面を覆うようにニッケルと金の積層
からなるｐ側電極１４を形成し、エッチングにより露出
したｎ−ＧａＮコンタクト層３の表面にチタンとアルミ
ニウムの積層からなるｎ側電極１５を形成して、窒化物
系半導体レーザ素子ウエハが完成する。
【００３５】その後、ウエハのサファイア基板１の裏面
を研磨して、ウエハ厚さを５０μｍに削減する。薄くさ
れたウエハをリッジストライプに垂直な面で劈開するこ
とによってレーザの共振器端面を形成し、リッジストラ
イプに沿ったレーザ共振器を形成する。ここでは、共振
器の長さを５００μｍとした。さらに、この共振器端面
にはＳｉＯ2層とＴｉＯ2層が交互に３層ずつ積層された
λ（波長）／４誘電体多層反射膜を形成し、共振器端面
の反射率を６０％とする。
を研磨して、ウエハ厚さを５０μｍに削減する。薄くさ
れたウエハをリッジストライプに垂直な面で劈開するこ
とによってレーザの共振器端面を形成し、リッジストラ
イプに沿ったレーザ共振器を形成する。ここでは、共振
器の長さを５００μｍとした。さらに、この共振器端面
にはＳｉＯ2層とＴｉＯ2層が交互に３層ずつ積層された
λ（波長）／４誘電体多層反射膜を形成し、共振器端面
の反射率を６０％とする。
【００３６】続いて、このレーザ素子バーを個々のレー
ザ素子チップに分割する。そして、サファイア基板１を
下にして素子チップをステムにマウントし、ワイヤーボ
ンディングにより各電極とリード端子とを接続して、窒
化物系半導体レーザ素子が完成する。
ザ素子チップに分割する。そして、サファイア基板１を
下にして素子チップをステムにマウントし、ワイヤーボ
ンディングにより各電極とリード端子とを接続して、窒
化物系半導体レーザ素子が完成する。
【００３７】このようにして作製された窒化物系半導体
レーザ素子の発振波長は４１０ｎｍ、発振閾値電流は４
０ｍＡであり、良好なレーザ特性が得られた。また、こ
のレーザ素子においては発光特性の劣化も見られず、信
頼性が大幅に改善された。このように低い発振閾値電流
値と高い信頼性を有する窒化物系半導体レーザ素子が得
られるのは、Ｉｎ原子とＧａ原子の表面移動を量子井戸
層上においてある一方向のみに限定した結晶成長により
ＩｎＧａＮ多重量子井戸構造活性層９を形成したので、
原子が等方的に移動できる場合に比べて、実効的に拡散
が促進されて組成の均一化の効果が増大し、Ｉｎ濃度の
空間的な揺らぎが抑えられたことによると考えられる。
レーザ素子の発振波長は４１０ｎｍ、発振閾値電流は４
０ｍＡであり、良好なレーザ特性が得られた。また、こ
のレーザ素子においては発光特性の劣化も見られず、信
頼性が大幅に改善された。このように低い発振閾値電流
値と高い信頼性を有する窒化物系半導体レーザ素子が得
られるのは、Ｉｎ原子とＧａ原子の表面移動を量子井戸
層上においてある一方向のみに限定した結晶成長により
ＩｎＧａＮ多重量子井戸構造活性層９を形成したので、
原子が等方的に移動できる場合に比べて、実効的に拡散
が促進されて組成の均一化の効果が増大し、Ｉｎ濃度の
空間的な揺らぎが抑えられたことによると考えられる。
【００３８】図２において、本実施例におけるＩｎＧａ
Ｎ多重量子井戸構造活性層９の結晶成長中の断面が模式
的に図解されている。本実施例ではこの多重量子井戸構
造活性層９を形成する下地面として、ｎ−ＧａＮガイド
層８の（１１−２６）面を使用している。この指数面を
有する下地面は、図２に示されるように、原子的には
（０００１）面（ｃ面）を表面とするテラス部分と＜０
００１＞方向（ｃ軸方向）の１原子層厚さの段差を有す
るステップ部分とを含む周期構造の表面形状を有してい
る。本実施例での（１１−２６）面においては、ステッ
プ状の段差の大きさは、ｃ軸方向の１原子層の厚さに相
当する０．５２ｎｍである。また、平均的表面を表す
（１１−２６）面の法線とテラス部を構成するｃ面の法
線とのなす角度は２８度であるので、テラス部分の幅は
０．９８ｎｍになる。
Ｎ多重量子井戸構造活性層９の結晶成長中の断面が模式
的に図解されている。本実施例ではこの多重量子井戸構
造活性層９を形成する下地面として、ｎ−ＧａＮガイド
層８の（１１−２６）面を使用している。この指数面を
有する下地面は、図２に示されるように、原子的には
（０００１）面（ｃ面）を表面とするテラス部分と＜０
００１＞方向（ｃ軸方向）の１原子層厚さの段差を有す
るステップ部分とを含む周期構造の表面形状を有してい
る。本実施例での（１１−２６）面においては、ステッ
プ状の段差の大きさは、ｃ軸方向の１原子層の厚さに相
当する０．５２ｎｍである。また、平均的表面を表す
（１１−２６）面の法線とテラス部を構成するｃ面の法
線とのなす角度は２８度であるので、テラス部分の幅は
０．９８ｎｍになる。
【００３９】このような段差構造を有する下地面にＩｎ
ＧａＮ量子井戸構造を結晶成長させれば、気相中から表
面に付着したＩｎ原子やＧａ原子は、図２中の矢印Ａの
方向には自由に移動できるが、矢印Ｂの方向には１原子
層のステップを乗り越える必要があるので移動が抑制さ
れる。すなわち、原子の移動が矢印Ａで示される方向の
みに限定されることになって、原子が等方的に移動でき
る場合に比べて、実効的に拡散が促進されて組成の均一
化の効果が増大する。これによりＩｎＧａＮからなる多
重量子井戸構造活性層６中における空間的なＩｎ濃度揺
らぎが大幅に改善されて、低い発振閾値電流値と高い信
頼性を有する窒化物系半導体レーザ素子が得られた。
ＧａＮ量子井戸構造を結晶成長させれば、気相中から表
面に付着したＩｎ原子やＧａ原子は、図２中の矢印Ａの
方向には自由に移動できるが、矢印Ｂの方向には１原子
層のステップを乗り越える必要があるので移動が抑制さ
れる。すなわち、原子の移動が矢印Ａで示される方向の
みに限定されることになって、原子が等方的に移動でき
る場合に比べて、実効的に拡散が促進されて組成の均一
化の効果が増大する。これによりＩｎＧａＮからなる多
重量子井戸構造活性層６中における空間的なＩｎ濃度揺
らぎが大幅に改善されて、低い発振閾値電流値と高い信
頼性を有する窒化物系半導体レーザ素子が得られた。
【００４０】なお、本実施例では多重量子井戸構造活性
層９を形成する下地面としてｎ−ＧａＮガイド層８の
（１１−２６）面を利用しているが、下地面方位はこれ
に限られず、一般に（１１−２ｍ）面（ただし、ｍ＝１
〜１３）であれば本実施例と同等の特性を有する窒化物
系半導体レーザ素子が得られる。
層９を形成する下地面としてｎ−ＧａＮガイド層８の
（１１−２６）面を利用しているが、下地面方位はこれ
に限られず、一般に（１１−２ｍ）面（ただし、ｍ＝１
〜１３）であれば本実施例と同等の特性を有する窒化物
系半導体レーザ素子が得られる。
【００４１】図３のグラフにおいては、面指数ｍの値が
種々に変更されたこと以外は本実施例と同様に作製され
た窒化物系半導体レーザ素子に関して、発振閾値電流値
の面指数ｍ依存性が示されている。このグラフから分か
るように、ｍが１３より大きければ、テラス部を構成す
るｃ面の幅が広くなり過ぎるので図２中の矢印Ｂの方向
への原子移動の抑制効果が低減し、Ｉｎ濃度の空間的揺
らぎが大きくなる。他方、ｍが１より小さくなれば、テ
ラス部を構成するｃ面の幅が狭くなり過ぎるので、矢印
Ａの方向にも原子の移動が抑制されてしまう。この結
果、原子の移動をある一方向のみに限定する効果が低減
し、やはりＩｎ濃度の空間的揺らぎが大きくなる。
種々に変更されたこと以外は本実施例と同様に作製され
た窒化物系半導体レーザ素子に関して、発振閾値電流値
の面指数ｍ依存性が示されている。このグラフから分か
るように、ｍが１３より大きければ、テラス部を構成す
るｃ面の幅が広くなり過ぎるので図２中の矢印Ｂの方向
への原子移動の抑制効果が低減し、Ｉｎ濃度の空間的揺
らぎが大きくなる。他方、ｍが１より小さくなれば、テ
ラス部を構成するｃ面の幅が狭くなり過ぎるので、矢印
Ａの方向にも原子の移動が抑制されてしまう。この結
果、原子の移動をある一方向のみに限定する効果が低減
し、やはりＩｎ濃度の空間的揺らぎが大きくなる。
【００４２】また、本実施例ではＳｉＯ2誘電体マスク
６のストライプ方向を＜１−１００＞方向に形成した
が、＜１１−２０＞方向に形成してもよい。その場合、
Ｓｉドープｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ第２クラッド層７を成
長させる際にできるファセット構造の傾斜面は（１−１
０ｎ）面になるが、面指数ｎ＝１〜７であれば、本実施
例と同等の特性を有する窒化物系半導体レーザ素子が得
られる。
６のストライプ方向を＜１−１００＞方向に形成した
が、＜１１−２０＞方向に形成してもよい。その場合、
Ｓｉドープｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ第２クラッド層７を成
長させる際にできるファセット構造の傾斜面は（１−１
０ｎ）面になるが、面指数ｎ＝１〜７であれば、本実施
例と同等の特性を有する窒化物系半導体レーザ素子が得
られる。
【００４３】本実施例ではｃ面を主面として有するサフ
ァイア基板を用いたが、このｃ面上に低温バッファ層を
形成することによって、その上にｃ軸に配向した良好な
結晶性を有するウルツァイト構造の窒化物系半導体層を
成長させることが可能であり、半導体レーザ素子を作製
する場合に有利である。このほかに、ＳｉＣ基板やＧａ
Ｎ基板のｃ面を利用しても同様に良好な結晶性を有する
ウルツァイト構造の窒化物系半導体層を成長させること
が可能であり、これらの基板を用いてもよい。なお、基
板としてｃ面を主面として有するＧａＮ基板を用いた場
合は、低温バッファ層を形成することなく窒化物系半導
体レーザの多層構造を形成でき、サファイア基板やＳｉ
Ｃ基板に比較して、さらにレーザ素子構造の結晶性の向
上が可能である。
ァイア基板を用いたが、このｃ面上に低温バッファ層を
形成することによって、その上にｃ軸に配向した良好な
結晶性を有するウルツァイト構造の窒化物系半導体層を
成長させることが可能であり、半導体レーザ素子を作製
する場合に有利である。このほかに、ＳｉＣ基板やＧａ
Ｎ基板のｃ面を利用しても同様に良好な結晶性を有する
ウルツァイト構造の窒化物系半導体層を成長させること
が可能であり、これらの基板を用いてもよい。なお、基
板としてｃ面を主面として有するＧａＮ基板を用いた場
合は、低温バッファ層を形成することなく窒化物系半導
体レーザの多層構造を形成でき、サファイア基板やＳｉ
Ｃ基板に比較して、さらにレーザ素子構造の結晶性の向
上が可能である。
【００４４】本発明において、バッファ層２の材質とし
ては、その上に窒化物系半導体層をエピタキシャル成長
させ得るものであればよく、ＧａＮに限られずにたとえ
ばＡｌＮやＡｌＧａＮの３元混晶などを用いてもよい。
ては、その上に窒化物系半導体層をエピタキシャル成長
させ得るものであればよく、ＧａＮに限られずにたとえ
ばＡｌＮやＡｌＧａＮの３元混晶などを用いてもよい。
【００４５】ｎ−ＧａＮガイド層８およびｐ−ＧａＮガ
イド層１０は、それらのエネルギギャップが多重量子井
戸構造活性層９に含まれる量子井戸層のエネルギギャッ
プとｎ型第２クラッド層７およびｐ型クラッド層１１の
エネルギギャップとの間の値を有するような材料であれ
ば、ＧａＮに限られずにたとえばＩｎＧａＮの３元混
晶、ＡｌＧａＮの３元混晶、またはＩｎＧａＡｌＮの４
元混晶などを用いてもよい。また、ガイド層全体にわた
ってドナーまたはアクセプターをドーピングする必要は
なく、多重量子井戸構造活性層９側の一部のみをノンド
ープとしてもよく、さらにはガイド層全体をノンドープ
としてもよい。その場合、ガイド層中に存在するキャリ
アが少なくなり、自由キャリアによる光の吸収が低減さ
れて、さらに発振閾値電流が低減できるという利点があ
る。
イド層１０は、それらのエネルギギャップが多重量子井
戸構造活性層９に含まれる量子井戸層のエネルギギャッ
プとｎ型第２クラッド層７およびｐ型クラッド層１１の
エネルギギャップとの間の値を有するような材料であれ
ば、ＧａＮに限られずにたとえばＩｎＧａＮの３元混
晶、ＡｌＧａＮの３元混晶、またはＩｎＧａＡｌＮの４
元混晶などを用いてもよい。また、ガイド層全体にわた
ってドナーまたはアクセプターをドーピングする必要は
なく、多重量子井戸構造活性層９側の一部のみをノンド
ープとしてもよく、さらにはガイド層全体をノンドープ
としてもよい。その場合、ガイド層中に存在するキャリ
アが少なくなり、自由キャリアによる光の吸収が低減さ
れて、さらに発振閾値電流が低減できるという利点があ
る。
【００４６】多重量子井戸構造活性層９に含まれる２層
のＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ量子井戸層と３層のＩｎ0.03Ｇａ
0.97Ｎ障壁層は、必要なレーザ発振波長に応じてその組
成を設定すればよく、発振波長を長くしたい場合は量子
井戸層のＩｎ濃度を大きくし、短くしたい場合は量子井
戸層のＩｎ濃度を小さくする。また量子井戸層と障壁層
は、ＩｎＧａＮの３元混晶に小量の他の元素を含んだ４
元以上の混晶半導体であってもよい。さらに、障壁層と
しては、単にＧａＮを用いてもよい。さらに、量子井戸
層と障壁層の層数も本実施例に限られずに他の層数にし
てもよく、単一量子井戸構造活性層にされてもよい。
のＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ量子井戸層と３層のＩｎ0.03Ｇａ
0.97Ｎ障壁層は、必要なレーザ発振波長に応じてその組
成を設定すればよく、発振波長を長くしたい場合は量子
井戸層のＩｎ濃度を大きくし、短くしたい場合は量子井
戸層のＩｎ濃度を小さくする。また量子井戸層と障壁層
は、ＩｎＧａＮの３元混晶に小量の他の元素を含んだ４
元以上の混晶半導体であってもよい。さらに、障壁層と
しては、単にＧａＮを用いてもよい。さらに、量子井戸
層と障壁層の層数も本実施例に限られずに他の層数にし
てもよく、単一量子井戸構造活性層にされてもよい。
【００４７】さらには、電流阻止層としてはＳｉＯ2絶
縁膜１３に限られず、ＳｉＮなどの他の誘電体絶縁膜、
またはｎ型導電性もしくは半絶縁性の半導体材料を利用
することもできる。また活性領域を規定するためのスト
ライプ構造は本実施例のようなリッジ構造に限られず、
リッジを形成する際にｎ型層までエッチングするいわゆ
る埋め込み構造や、電流阻止層を形成した後に電流注入
を行う領域のみに電流阻止層のエッチングを行ういわゆ
る内部電流狭窄構造などの他のストライプ構造であって
もよい。
縁膜１３に限られず、ＳｉＮなどの他の誘電体絶縁膜、
またはｎ型導電性もしくは半絶縁性の半導体材料を利用
することもできる。また活性領域を規定するためのスト
ライプ構造は本実施例のようなリッジ構造に限られず、
リッジを形成する際にｎ型層までエッチングするいわゆ
る埋め込み構造や、電流阻止層を形成した後に電流注入
を行う領域のみに電流阻止層のエッチングを行ういわゆ
る内部電流狭窄構造などの他のストライプ構造であって
もよい。
【００４８】（実施例２）図４は、本発明の実施例２に
よる窒化物系半導体レーザ素子を示す模式的断面図であ
る。このレーザ素子は、（０００１）面（ｃ面）を主面
として有するサファイア基板２１、ＧａＮバッファ層２
２、ｎ−ＧａＮコンタクト層２３、ｎ−Ｉｎ0.1Ｇａ0.9
Ｎクラック防止層２４、ｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｎ型第１
クラッド層２５、エッチングにより形成された溝構造２
６、ｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ第２クラッド層２７、ｎ−Ｇ
ａＮガイド層２８、２層のＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ量子井戸
層と３層のＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ障壁層とを含む多重量子
井戸構造活性層２９、ｐ−ＧａＮガイド層３０、ｐ−Ａ
ｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層３１、ｐ−ＧａＮコンタクト
層３２、電流狭窄のためのＳｉＯ2絶縁膜３３、ｐ側電
極３４、およびｎ側電極３５を含んでいる。
よる窒化物系半導体レーザ素子を示す模式的断面図であ
る。このレーザ素子は、（０００１）面（ｃ面）を主面
として有するサファイア基板２１、ＧａＮバッファ層２
２、ｎ−ＧａＮコンタクト層２３、ｎ−Ｉｎ0.1Ｇａ0.9
Ｎクラック防止層２４、ｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｎ型第１
クラッド層２５、エッチングにより形成された溝構造２
６、ｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ第２クラッド層２７、ｎ−Ｇ
ａＮガイド層２８、２層のＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ量子井戸
層と３層のＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ障壁層とを含む多重量子
井戸構造活性層２９、ｐ−ＧａＮガイド層３０、ｐ−Ａ
ｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層３１、ｐ−ＧａＮコンタクト
層３２、電流狭窄のためのＳｉＯ2絶縁膜３３、ｐ側電
極３４、およびｎ側電極３５を含んでいる。
【００４９】図４のレーザ素子は、以下のようにして作
製され得る。まず、実施例１の場合と同様にして、所定
の結晶成長炉内に配置された（０００１）面を主面とし
て有する厚さ３５０μｍのサファイア基板２１上に、厚
さ３５ｎｍのＧａＮバッファ層２２、厚さ３μｍのＳｉ
ドープｎ−ＧａＮコンタクト層２３、厚さ０．１μｍの
Ｓｉドープｎ−Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎクラック防止層２４、
および厚さ１．０μｍのＳｉドープｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9
Ｎ第１クラッド層２５を順次成長させる。
製され得る。まず、実施例１の場合と同様にして、所定
の結晶成長炉内に配置された（０００１）面を主面とし
て有する厚さ３５０μｍのサファイア基板２１上に、厚
さ３５ｎｍのＧａＮバッファ層２２、厚さ３μｍのＳｉ
ドープｎ−ＧａＮコンタクト層２３、厚さ０．１μｍの
Ｓｉドープｎ−Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎクラック防止層２４、
および厚さ１．０μｍのＳｉドープｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9
Ｎ第１クラッド層２５を順次成長させる。
【００５０】以上の結晶成長終了後、一旦エピタキシャ
ルウエハを成長炉から取り出し、フォトリソグラフィ技
術とエッチング技術により、ウエハ表面に幅５μｍで深
さ０．６μｍのストライプ状の溝構造２６を形成する。
本実施例では、このストライプ状溝２６を＜１−１００
＞方向に沿って形成した。
ルウエハを成長炉から取り出し、フォトリソグラフィ技
術とエッチング技術により、ウエハ表面に幅５μｍで深
さ０．６μｍのストライプ状の溝構造２６を形成する。
本実施例では、このストライプ状溝２６を＜１−１００
＞方向に沿って形成した。
【００５１】その後、再びこのエピタキシャルウエハを
成長炉内に配置し、基板温度を１０５０℃として、ＴＭ
Ｇ、ＮＨ3、ＳｉＨ4、およびＴＭＡを用いてＳｉドープ
ｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ第２クラッド層２７を成長させ
る。この時、ウエハ表面に設けられたストライプ状の溝
構造２６の効果として、溝構造の傾斜面上にファセット
構造を生じる。本実施例では、溝構造２６のストライプ
を＜１−１００＞方向に沿って形成したので、このファ
セット構造の傾斜面となるファセット面は（１１−２
ｍ）面になるが、本実施例では（１１−２９）面（すな
わち、ｍ＝９）が形成されている。
成長炉内に配置し、基板温度を１０５０℃として、ＴＭ
Ｇ、ＮＨ3、ＳｉＨ4、およびＴＭＡを用いてＳｉドープ
ｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ第２クラッド層２７を成長させ
る。この時、ウエハ表面に設けられたストライプ状の溝
構造２６の効果として、溝構造の傾斜面上にファセット
構造を生じる。本実施例では、溝構造２６のストライプ
を＜１−１００＞方向に沿って形成したので、このファ
セット構造の傾斜面となるファセット面は（１１−２
ｍ）面になるが、本実施例では（１１−２９）面（すな
わち、ｍ＝９）が形成されている。
【００５２】次に、原料ガスからＴＭＡを削除して、基
板温度は１０５０℃のままで厚さ０．１μｍのＳｉドー
プｎ−ＧａＮガイド層２８を成長させる。続けて、基板
温度を７５０℃に下げて、ＴＭＧとＮＨ3とＴＭＩを原
料に用いて、Ｉｎ0.03Ｇａ0.9 7Ｎ障壁層（厚さ５ｎ
ｍ）、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ量子井戸層（厚さ３ｎｍ）、
Ｉｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ障壁層（厚さ５ｎｍ）、Ｉｎ0.15Ｇ
ａ0.85Ｎ量子井戸層（厚さ３ｎｍ）、およびＩｎ0.03Ｇ
ａ0.97Ｎ障壁層（厚さ５ｎｍ）を順次成長させることに
より多重量子井戸構造活性層（トータル厚さ２１ｎｍ）
２９を形成する。この時、ＩｎＧａＮからなる多重量子
井戸構造活性層２９は、ファセット構造の傾斜面である
（１１−２９）面上に形成されることになる。
板温度は１０５０℃のままで厚さ０．１μｍのＳｉドー
プｎ−ＧａＮガイド層２８を成長させる。続けて、基板
温度を７５０℃に下げて、ＴＭＧとＮＨ3とＴＭＩを原
料に用いて、Ｉｎ0.03Ｇａ0.9 7Ｎ障壁層（厚さ５ｎ
ｍ）、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ量子井戸層（厚さ３ｎｍ）、
Ｉｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ障壁層（厚さ５ｎｍ）、Ｉｎ0.15Ｇ
ａ0.85Ｎ量子井戸層（厚さ３ｎｍ）、およびＩｎ0.03Ｇ
ａ0.97Ｎ障壁層（厚さ５ｎｍ）を順次成長させることに
より多重量子井戸構造活性層（トータル厚さ２１ｎｍ）
２９を形成する。この時、ＩｎＧａＮからなる多重量子
井戸構造活性層２９は、ファセット構造の傾斜面である
（１１−２９）面上に形成されることになる。
【００５３】次に、再び基板温度を１０５０℃に上げ
て、ＴＭＧ、ＮＨ3、およびＣｐ2Ｍｇを用いて、厚さ
０．１μｍのＭｇドープｐ−ＧａＮガイド層３０を成長
させる。これに続けてＴＭＡを原料ガスに加えて、基板
温度は１０５０℃のままで厚さ１．０μｍのＭｇドープ
ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層３１を成長させる。そ
の後、原料ガスからＴＭＡを削除して、基板温度は１０
５０℃のままで厚さ０．１μｍのＭｇドープｐ−ＧａＮ
コンタクト層３２を成長させて、窒化物系エピタキシャ
ルウエハを完成させる。
て、ＴＭＧ、ＮＨ3、およびＣｐ2Ｍｇを用いて、厚さ
０．１μｍのＭｇドープｐ−ＧａＮガイド層３０を成長
させる。これに続けてＴＭＡを原料ガスに加えて、基板
温度は１０５０℃のままで厚さ１．０μｍのＭｇドープ
ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層３１を成長させる。そ
の後、原料ガスからＴＭＡを削除して、基板温度は１０
５０℃のままで厚さ０．１μｍのＭｇドープｐ−ＧａＮ
コンタクト層３２を成長させて、窒化物系エピタキシャ
ルウエハを完成させる。
【００５４】その後、このウエハを８００℃の窒素ガス
雰囲気中でアニールして、Ｍｇドープのｐ型層を低抵抗
化する。
雰囲気中でアニールして、Ｍｇドープのｐ型層を低抵抗
化する。
【００５５】続いて、フォトリソグラフィとドライエッ
チング技術を用いて、１．５μｍ幅のストライプ状にリ
ッジ構造を形成するように、ｐ−ＧａＮコンタクト層３
２とｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層３１をエッチング
する。この時、ファセット面である（１１−２９）面に
対して垂直な方向にドライエッチングを行うことによっ
て、図４に示されているように多重量子井戸構造活性層
２９に対して垂直なリッジ構造を形成できた。
チング技術を用いて、１．５μｍ幅のストライプ状にリ
ッジ構造を形成するように、ｐ−ＧａＮコンタクト層３
２とｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層３１をエッチング
する。この時、ファセット面である（１１−２９）面に
対して垂直な方向にドライエッチングを行うことによっ
て、図４に示されているように多重量子井戸構造活性層
２９に対して垂直なリッジ構造を形成できた。
【００５６】その後、同様のフォトリソグラフィとドラ
イエッチング技術を用いて、２００μｍ幅のストライプ
状にｎ−ＧａＮコンタクト層２３が露出するまでエッチ
ングを行って、メサ構造を作製する。続いて、リッジ構
造の側面とリッジ以外のｐ型層表面を覆うように厚さ２
００ｎｍのＳｉＯ2絶縁膜３３を電流阻止層として形成
する。さらに、このＳｉＯ2絶縁膜３３とｐ−ＧａＮコ
ンタクト層３２の表面を覆うようににニッケルと金の積
層からなるｐ側電極３４を形成する。また、エッチング
により露出したｎ−ＧａＮコンタクト層２３の表面にチ
タンとアルミニウムの積層からなるｎ側電極３５を形成
し、これによって窒化物系半導体レーザ素子ウエハが完
成する。
イエッチング技術を用いて、２００μｍ幅のストライプ
状にｎ−ＧａＮコンタクト層２３が露出するまでエッチ
ングを行って、メサ構造を作製する。続いて、リッジ構
造の側面とリッジ以外のｐ型層表面を覆うように厚さ２
００ｎｍのＳｉＯ2絶縁膜３３を電流阻止層として形成
する。さらに、このＳｉＯ2絶縁膜３３とｐ−ＧａＮコ
ンタクト層３２の表面を覆うようににニッケルと金の積
層からなるｐ側電極３４を形成する。また、エッチング
により露出したｎ−ＧａＮコンタクト層２３の表面にチ
タンとアルミニウムの積層からなるｎ側電極３５を形成
し、これによって窒化物系半導体レーザ素子ウエハが完
成する。
【００５７】その後、このウエハのサファイア基板２１
の裏面を研磨してウエハ厚さを５０μｍにする。その薄
くされたウエハをリッジストライプに対して垂直な面で
劈開することによりレーザの共振器端面を形成し、リッ
ジストライプに沿ったレーザ共振器を形成する。ここで
は、共振器の長さを５００μｍとした。さらにこの共振
器端面に、ＳｉＯ2とＴｉＯ2が交互に各３層ずつ積層さ
れたλ／４誘電体多層反射膜を形成し、共振器端面の反
射率を６０％とする。
の裏面を研磨してウエハ厚さを５０μｍにする。その薄
くされたウエハをリッジストライプに対して垂直な面で
劈開することによりレーザの共振器端面を形成し、リッ
ジストライプに沿ったレーザ共振器を形成する。ここで
は、共振器の長さを５００μｍとした。さらにこの共振
器端面に、ＳｉＯ2とＴｉＯ2が交互に各３層ずつ積層さ
れたλ／４誘電体多層反射膜を形成し、共振器端面の反
射率を６０％とする。
【００５８】続いて、このレーザ素子バーを個々のレー
ザ素子チップに分割する。そして、サファイア基板２１
を下にして素子チップをステムにマウントし、ワイヤー
ボンディングにより各電極とリード端子とを接続して、
窒化物系半導体レーザ素子を完成させる。
ザ素子チップに分割する。そして、サファイア基板２１
を下にして素子チップをステムにマウントし、ワイヤー
ボンディングにより各電極とリード端子とを接続して、
窒化物系半導体レーザ素子を完成させる。
【００５９】このようにして作製された窒化物系半導体
レーザ素子の発振波長は４１０ｎｍで、発振閾値電流は
３０ｍＡであり、良好なレーザ特性が得られた。また、
このレーザ素子においては、発光特性の劣化も見られ
ず、信頼性が大幅に改善された。このように低い発振閾
値電流値と高い信頼性を有する窒化物系半導体レーザ素
子が得られるのは、Ｉｎ原子とＧａ原子の表面移動を量
子井戸層上のある一方向のみに限定する結晶成長を用い
てＩｎＧａＮ多重量子井戸構造活性層２９を形成したの
で、原子が等方的に移動できる場合に比べて、実効的に
拡散が促進されて組成の均一化の効果が増大し、Ｉｎ濃
度の空間的な揺らぎが抑えられたことによると考えられ
る。
レーザ素子の発振波長は４１０ｎｍで、発振閾値電流は
３０ｍＡであり、良好なレーザ特性が得られた。また、
このレーザ素子においては、発光特性の劣化も見られ
ず、信頼性が大幅に改善された。このように低い発振閾
値電流値と高い信頼性を有する窒化物系半導体レーザ素
子が得られるのは、Ｉｎ原子とＧａ原子の表面移動を量
子井戸層上のある一方向のみに限定する結晶成長を用い
てＩｎＧａＮ多重量子井戸構造活性層２９を形成したの
で、原子が等方的に移動できる場合に比べて、実効的に
拡散が促進されて組成の均一化の効果が増大し、Ｉｎ濃
度の空間的な揺らぎが抑えられたことによると考えられ
る。
【００６０】また、本実施例ではエッチングにより形成
した溝構造２６の表面に直接に多重量子井戸構造活性層
２９を形成するのではなくて、ｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ第
２クラッド層２７とｎ−ＧａＮガイド層２８とを成長さ
せて清浄化された表面上に形成しているので、レーザ素
子の信頼性が低下することはなかった。
した溝構造２６の表面に直接に多重量子井戸構造活性層
２９を形成するのではなくて、ｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ第
２クラッド層２７とｎ−ＧａＮガイド層２８とを成長さ
せて清浄化された表面上に形成しているので、レーザ素
子の信頼性が低下することはなかった。
【００６１】なお本実施例では、多重量子井戸構造活性
層２９を形成する下地面としてｎ−ＧａＮガイド層２８
の（１１−２９）面を使用しているが、この下地面が一
般に（１１−２ｍ）面（ただし、ｍ＝１〜１３）であれ
ば、本実施例と同等の特性を有する窒化物系半導体レー
ザ素子が得られる。また本実施例では、ストライプ状溝
構造２６を＜１−１００＞方向に沿って形成したが、＜
１１−２０＞方向に沿って形成されてもよい。その場
合、Ｓｉドープｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ第２クラッド層２
７を成長させる際にできるファセット構造の傾斜面とな
るファセット面は（１−１０ｎ）面になるが、面指数ｎ
＝１〜７であれば、本実施例と同等の特性を有する窒化
物系半導体レーザ素子が得られる。
層２９を形成する下地面としてｎ−ＧａＮガイド層２８
の（１１−２９）面を使用しているが、この下地面が一
般に（１１−２ｍ）面（ただし、ｍ＝１〜１３）であれ
ば、本実施例と同等の特性を有する窒化物系半導体レー
ザ素子が得られる。また本実施例では、ストライプ状溝
構造２６を＜１−１００＞方向に沿って形成したが、＜
１１−２０＞方向に沿って形成されてもよい。その場
合、Ｓｉドープｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ第２クラッド層２
７を成長させる際にできるファセット構造の傾斜面とな
るファセット面は（１−１０ｎ）面になるが、面指数ｎ
＝１〜７であれば、本実施例と同等の特性を有する窒化
物系半導体レーザ素子が得られる。
【００６２】また本実施例では、エッチングにより形成
した溝構造２６を用いたが、これとは逆に表面に形成し
た凸構造を用いることも可能である。この場合、溝構造
の傾斜面上と同様に、凸構造の側面にある傾斜面上にフ
ァセット構造が形成される。このファセット面上に多重
量子井戸構造活性層２９を形成すれば、本実施例と同等
の特性を有する窒化物系半導体レーザ素子が得られる。
した溝構造２６を用いたが、これとは逆に表面に形成し
た凸構造を用いることも可能である。この場合、溝構造
の傾斜面上と同様に、凸構造の側面にある傾斜面上にフ
ァセット構造が形成される。このファセット面上に多重
量子井戸構造活性層２９を形成すれば、本実施例と同等
の特性を有する窒化物系半導体レーザ素子が得られる。
【００６３】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、発振閾
値電流密度が低くかつ信頼性が向上した窒化物系半導体
レーザ素子を提供することができる。
値電流密度が低くかつ信頼性が向上した窒化物系半導体
レーザ素子を提供することができる。
【図１】 本発明の実施例１による窒化物系半導体レー
ザ素子を示す模式的断面図である。
ザ素子を示す模式的断面図である。
【図２】 本発明の実施例１による窒化物系半導体レー
ザ素子におけるＩｎＧａＮ多重量子井戸構造活性層９の
結晶成長中の断面を表わす模式図である。
ザ素子におけるＩｎＧａＮ多重量子井戸構造活性層９の
結晶成長中の断面を表わす模式図である。
【図３】 本発明の実施例１に係る窒化物系半導体レー
ザ素子における発振閾値電流値の面指数ｍ依存性を示す
グラフである。
ザ素子における発振閾値電流値の面指数ｍ依存性を示す
グラフである。
【図４】 本発明の実施例２による窒化物系半導体レー
ザ素子を示す模式的断面図である。
ザ素子を示す模式的断面図である。
【図５】 従来の窒化物半導体レーザ素子の一例を示す
模式的断面図である。
模式的断面図である。
１、２１ サファイア基板、２、２２ ＧａＮバッファ
層、３、２３ ｎ−ＧａＮコンタクト層、４、２４ ｎ
−Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎクラック防止層、５、２５ｎ−Ａｌ
0.1Ｇａ0.9Ｎ第１クラッド層、６ ＳｉＯ2誘電体マス
ク、７、２７ｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ第２クラッド層、
８、２８ ｎ−ＧａＮガイド層、９、２９ 多重量子井
戸構造活性層、１０、３０ ｐ−ＧａＮガイド層、１
１、３１ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層、１２、３２
ｐ−ＧａＮコンタクト層、１３、３３ ＳｉＯ2絶縁
膜、１４、３４ ｐ側電極、１５、３５ ｎ側電極、２
６ 溝構造。
層、３、２３ ｎ−ＧａＮコンタクト層、４、２４ ｎ
−Ｉｎ0.1Ｇａ0.9Ｎクラック防止層、５、２５ｎ−Ａｌ
0.1Ｇａ0.9Ｎ第１クラッド層、６ ＳｉＯ2誘電体マス
ク、７、２７ｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ第２クラッド層、
８、２８ ｎ−ＧａＮガイド層、９、２９ 多重量子井
戸構造活性層、１０、３０ ｐ−ＧａＮガイド層、１
１、３１ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層、１２、３２
ｐ−ＧａＮコンタクト層、１３、３３ ＳｉＯ2絶縁
膜、１４、３４ ｐ側電極、１５、３５ ｎ側電極、２
６ 溝構造。
Claims (8)
- 【請求項１】 基板上においてウルツァイト構造の窒化
物系半導体からなるｎ型層とｐ型層とに挟まれていてＩ
ｎとＧａとを含む窒化物系導体からなる量子井戸構造活
性層を含み、 前記量子井戸構造活性層はその下地層の結晶学的（１−
１０ｎ）面（ただし、ｎ＝１〜７）または（１１−２
ｍ）面（ただし、ｍ＝１〜１３）に接して形成されてい
ることを特徴とする窒化物系半導体レーザ素子。 - 【請求項２】 前記（１−１０ｎ）面または前記（１１
−２ｍ）面からなる表面を有する窒化物系半導体層は、
前記基板の（０００１）主面上において傾斜面を生じる
結晶成長により形成されていることを特徴とする請求項
１に記載の窒化物系半導体レーザ素子。 - 【請求項３】 前記（１−１０ｎ）面または（１１−２
ｍ）面からなる表面を有する窒化物系半導体層は、前記
基板の主面上において誘電体マスクにより選択的に設け
られたストライプ状結晶成長領域上に形成されるファセ
ット構造を有することを特徴とする請求項１または２に
記載の窒化物系半導体レーザ素子。 - 【請求項４】 前記（１−１０ｎ）面または（１１−２
ｍ）面からなる表面を有する窒化物系半導体層は、前記
基板の主面上に設けられたストライプ状凹凸構造上に形
成されるファセット構造を有することを特徴とする請求
項１または２に記載の窒化物系半導体レーザ素子。 - 【請求項５】 ウルツァイト構造を有する下地の窒化物
系半導体層の結晶学的（１−１０ｎ）面（ただし、ｎ＝
１〜７）または（１１−２ｍ）面（ただし、ｍ＝１〜１
３）に接して、ＩｎとＧａとを含む窒化物系半導体から
なる量子井戸構造活性層を気相成長させる工程を含むこ
とを特徴とする窒化物系半導体レーザ素子の製造方法。 - 【請求項６】 基板の（０００１）主面上で前記（１−
１０ｎ）面または前記（１１−２ｍ）面からなる表面を
有する前記下地の窒化物系半導体層を気相成長させる工
程を含むことを特徴とする請求項５に記載の窒化物系半
導体レーザ素子の製造方法。 - 【請求項７】 前記基板の（０００１）主面上において
誘電体マスクにより選択的にストライプ状結晶成長領域
を設ける工程と、 前記ストライプ状結晶成長領域上においてファセット構
造の発生による前記（１−１０ｎ）面または前記（１１
−２ｍ）面からなる表面を有する前記下地の窒化物系半
導体層を気相成長させる工程とを含むことを特徴とする
請求項５または６に記載の窒化物系半導体レーザ素子の
製造方法。 - 【請求項８】 前記基板の（０００１）主面にストライ
プ状凹凸構造を形成する工程と、 前記ストライプ状凹凸構造上においてファセット構造の
発生による前記（１−１０ｎ）面または前記（１１−２
ｍ）面からなる表面を有する前記下地の窒化物系半導体
層を気相成長させる工程とを含むことを特徴とする請求
項５または６に記載の窒化物系半導体レーザ素子の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002029128A JP2003234544A (ja) | 2002-02-06 | 2002-02-06 | 窒化物系半導体レーザ素子とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002029128A JP2003234544A (ja) | 2002-02-06 | 2002-02-06 | 窒化物系半導体レーザ素子とその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003234544A true JP2003234544A (ja) | 2003-08-22 |
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ID=27773573
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002029128A Withdrawn JP2003234544A (ja) | 2002-02-06 | 2002-02-06 | 窒化物系半導体レーザ素子とその製造方法 |
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|---|---|
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009130097A (ja) * | 2007-11-22 | 2009-06-11 | Sharp Corp | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子及びその製造方法 |
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-
2002
- 2002-02-06 JP JP2002029128A patent/JP2003234544A/ja not_active Withdrawn
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009130097A (ja) * | 2007-11-22 | 2009-06-11 | Sharp Corp | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子及びその製造方法 |
| WO2010079541A1 (ja) * | 2009-01-06 | 2010-07-15 | パナソニック株式会社 | 半導体レーザ装置 |
| JPWO2010079541A1 (ja) * | 2009-01-06 | 2012-06-21 | パナソニック株式会社 | 半導体レーザ装置 |
| US8472491B2 (en) | 2009-01-06 | 2013-06-25 | Panasonic Corporation | Semiconductor laser device |
| JP5604292B2 (ja) * | 2009-01-06 | 2014-10-08 | パナソニック株式会社 | 半導体レーザ装置 |
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