JP2006324690A - Semiconductor laser, semiconductor light emitting element, and its manufacturing method - Google Patents

Semiconductor laser, semiconductor light emitting element, and its manufacturing method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a threshold current density in a short wavelength semiconductor laser using a nitride compound semiconductor, relating to a semiconductor laser, a semiconductor light emitting element, and a method for manufacturing it. <P>SOLUTION: A multiple quantum well structure is used as an active layer 4, and further a maximum position of an intensity distribution of emitted light is shifted from the center position of the active layer 4 to a p-type cladding layer 6 side. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は半導体レーザ、半導体発光素子、及び、その製造方法に関するものであり、特に、ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおけるしきい値電流密度Jthを低減するための構成に特徴のある短波長半導体レーザ及びその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor laser, a semiconductor light emitting element, and a manufacturing method thereof, and is particularly characterized in a configuration for reducing a threshold current density Jth in a semiconductor laser using a nitride compound semiconductor. The present invention relates to a short wavelength semiconductor laser and a manufacturing method thereof.

従来、短波長半導体レーザは、光ディスクやDVD等の光源として用いられているが、光ディスクの記録密度はレーザ光の波長の二乗に反比例するため、より短い波長の半導体レーザが要請されており、現在商品化されている最短波長の半導体レーザは630〜650nm近傍に波長を有する赤色半導体レーザであり、昨年発売されたDVDに用いられている。   Conventionally, short-wavelength semiconductor lasers have been used as light sources for optical disks, DVDs, etc., but since the recording density of optical disks is inversely proportional to the square of the wavelength of the laser light, shorter-wavelength semiconductor lasers have been demanded. The shortest-wavelength semiconductor laser that has been commercialized is a red semiconductor laser having a wavelength in the vicinity of 630 to 650 nm, and is used in the DVD released last year.

しかし、より記録密度を高めるためにはさらなる短波長化が必要であり、例えば、光ディスクに動画を2時間記録するためには波長が400nm近辺の青色半導体レーザが不可欠となり、そのため、近年では次世代光ディスク用光源として、青色領域に波長を有する短波長半導体レーザに開発が盛んになされている。   However, in order to further increase the recording density, it is necessary to further shorten the wavelength. For example, in order to record a moving image on an optical disk for 2 hours, a blue semiconductor laser having a wavelength of around 400 nm is indispensable. As a light source for an optical disk, a short wavelength semiconductor laser having a wavelength in a blue region has been actively developed.

この様な青色半導体レーザ用材料としては、II−VI族化合物半導体のZnSe系と、III-V族化合物半導体のGaN系とが研究されており、この内、ZnSe系は高品質の基板として実績の高いGaAsにほぼ格子整合することから、長い間ZnSe系の方が有利であると考えられ、世界中の研究者の大半がこのZnSe系の研究に従事していたという経緯があり、レーザの研究に関してはZnSe系の方が先んじている。   As such blue semiconductor laser materials, IISe-VI group compound semiconductor ZnSe series and III-V group compound semiconductor GaN series have been studied. Of these, ZnSe series has been proven as a high-quality substrate. It is considered that the ZnSe system is more advantageous for a long time because it is lattice-matched to GaAs, which has a high level of GaAs. Most of the researchers all over the world have been engaged in research on this ZnSe system. Regarding the research, the ZnSe system is ahead.

このZnSe系については、既に、注入励起による室温連続発振が報告されているが、本質的に劣化しやすい材料であることから信頼性が問題となり、未だ実用化には至っていない。   As for this ZnSe system, room temperature continuous oscillation by injection excitation has already been reported, but since it is a material that is inherently easily deteriorated, reliability is a problem, and it has not yet been put into practical use.

一方、GaN系の場合には、1993年末の日亜化学によるGaN高輝度LEDの発表を境に、ZnSe系でネックになっている信頼性に関して耐環境性に優れるGaNが見直され、世界中で研究者の大きな増加を見ている。   On the other hand, in the case of the GaN system, GaN with excellent environmental resistance has been reconsidered with respect to the reliability that has become a bottleneck in the ZnSe system after the announcement of GaN high-brightness LED by Nichia Chemical at the end of 1993. We are seeing a large increase in researchers.

次いで、1995年12月初めには、同じく日亜化学によりパルスレーザ発振の成功が報告されて以来、急速に研究が進み、室温連続発振(CW発振)において、35時間の発振持続時間が報告されて以来、現在では、加速試験で推定10000時間の発振持続時間が報告されている。   Next, in early December 1995, Nichia also reported the success of pulsed laser oscillation, and research has progressed rapidly. In room temperature continuous oscillation (CW oscillation), a 35-hour oscillation duration was reported. Since then, an oscillation duration of an estimated 10,000 hours has been reported in an accelerated test.

ここで、図31及び図32を参照して従来の短波長半導体発光素子を説明するが、図31(a)は従来の短波長半導体レーザの光軸に垂直な概略的断面図であり、図31(b)は短波長発光ダイオードの概略的断面図であり、また、図32はバッファ層構造の異なる短波長半導体レーザの光軸に垂直な概略的断面図である。
図31(a)参照
まず、(0001)面を主面とするサファイア基板811上に、GaNバッファ層812を介して、n型GaNバッファ層813、n型In0.1 Ga0.9 N層814、n型Al0.15Ga0.85Nクラッド層815、n型GaN光ガイド層816、InGaNMQW活性層817、p型Al0.2 Ga0.8 N層818、p型GaN光ガイド層819、p型Al0.15Ga0.85Nクラッド層820、及び、p型GaNコンタクト層821をMOVPE法(有機金属気相成長法)によってエピタキシャル成長させる。
Here, a conventional short wavelength semiconductor light emitting device will be described with reference to FIGS. 31 and 32. FIG. 31A is a schematic sectional view perpendicular to the optical axis of the conventional short wavelength semiconductor laser. 31 (b) is a schematic sectional view of a short wavelength light emitting diode, and FIG. 32 is a schematic sectional view perpendicular to the optical axis of a short wavelength semiconductor laser having a different buffer layer structure.
31A. First, an n-type GaN buffer layer 813, an n-type In 0.1 Ga 0.9 N layer 814, and an n-type are disposed on a sapphire substrate 811 having a (0001) plane as a main surface via a GaN buffer layer 812. Al 0.15 Ga 0.85 N clad layer 815, n-type GaN light guide layer 816, InGaN MQW active layer 817, p-type Al 0.2 Ga 0.8 N layer 818, p-type GaN light guide layer 819, p-type Al 0.15 Ga 0.85 N clad layer 820 Then, the p-type GaN contact layer 821 is epitaxially grown by the MOVPE method (metal organic vapor phase epitaxy).

次いで、ドライ・エッチングによりn型GaNバッファ層813の一部を露出させて、Ti/Auからなるn側電極822を設けると共に、p型GaNコンタクト層821上にはNi/Auからなるp側電極823を設けたのち、さらに、ドライ・エッチングを施して一対の平行な端面を形成し、この端面を共振器面にすることによってパルスレーザ発振に成功している(例えば、非特許文献1参照)。   Next, a part of the n-type GaN buffer layer 813 is exposed by dry etching, an n-side electrode 822 made of Ti / Au is provided, and a p-side electrode made of Ni / Au is formed on the p-type GaN contact layer 821. After providing 823, dry etching is further performed to form a pair of parallel end faces, and this end face is used as a resonator face to succeed in pulsed laser oscillation (see, for example, Non-Patent Document 1). .

図31(b)参照
また、発光ダイオードの場合には、サファイア基板811上に、GaNバッファ層812を介して、n型GaN層824、n型またはp型のIn0.15Ga0.85N活性層825、及び、p型GaN層826をMOVPE法によってエピタキシャル成長させる。
In the case of a light emitting diode, an n-type GaN layer 824, an n-type or p-type In 0.15 Ga 0.85 N active layer 825 is provided on a sapphire substrate 811 via a GaN buffer layer 812. Then, the p-type GaN layer 826 is epitaxially grown by the MOVPE method.

この場合、低注入で動作する発光ダイオードとして実用的な発光輝度を得るためには、In0.15Ga0.85N活性層825のSi濃度或いはZn濃度を1×1017〜1×1021cm-3にする必要があり、また、In0.15Ga0.85N活性層825の層厚は1〜500nm、より好適には、10〜100nmにする必要がある(例えば、特許文献1或いは特許文献2参照)。 In this case, in order to obtain light emission luminance practical as a light emitting diode operating with low injection, the Si concentration or Zn concentration of the In 0.15 Ga 0.85 N active layer 825 is set to 1 × 10 17 to 1 × 10 21 cm −3 . In addition, the layer thickness of the In 0.15 Ga 0.85 N active layer 825 needs to be 1 to 500 nm, and more preferably 10 to 100 nm (see, for example, Patent Document 1 or Patent Document 2).

図32参照
図32は従来の他の短波長半導体レーザの光軸に垂直な断面図であり、まず、(0001)面を主面とするサファイア基板831上に、GaNバッファ層832を介して、n型GaN中間層833、n型Al0.09Ga0.91Nクラッド層834、n型GaN光ガイド層835、MQW活性層836、p型Al0.18Ga0.82Nオーバーフロー防止層837、p型GaN光ガイド層838、p型Al0.09Ga0.91Nクラッド層839、及び、p型GaNコンタクト層840をMOVPE法によって順次エピタキシャル成長させる。
32 is a cross-sectional view perpendicular to the optical axis of another conventional short wavelength semiconductor laser. First, on a sapphire substrate 831 having a (0001) plane as a main surface, a GaN buffer layer 832 is interposed. n-type GaN intermediate layer 833, n-type Al 0.09 Ga 0.91 N cladding layer 834, n-type GaN light guide layer 835, MQW active layer 836, p-type Al 0.18 Ga 0.82 N overflow prevention layer 837, p-type GaN light guide layer 838 Then, the p-type Al 0.09 Ga 0.91 N clad layer 839 and the p-type GaN contact layer 840 are sequentially epitaxially grown by the MOVPE method.

次いで、図31(a)の場合と同様に、ドライ・エッチングによりp型GaNコンタクト層840及びp型Al0.09Ga0.91Nクラッド層839をメサエッチングすると共に、n型GaN中間層833の一部を露出させて、n型GaN中間層833の露出部にTi/Auからなるn側電極841を設けると共に、p型GaNコンタクト層840上にはストライプ状開口を有するSiO2 膜842を介してNi/Auからなるp側電極843を設け、次いでドライ・エッチングを施して共振器面となる一対の平行な端面を形成したものである。 Next, as in the case of FIG. 31A, the p-type GaN contact layer 840 and the p-type Al 0.09 Ga 0.91 N cladding layer 839 are mesa-etched by dry etching, and a part of the n-type GaN intermediate layer 833 is removed. An n-side electrode 841 made of Ti / Au is provided on the exposed portion of the n-type GaN intermediate layer 833 so as to be exposed, and a Ni / Ni electrode 841 is formed on the p-type GaN contact layer 840 via a SiO 2 film 842 having a stripe-shaped opening. A p-side electrode 843 made of Au is provided, and then dry etching is performed to form a pair of parallel end faces serving as a resonator surface.

また、オーバーフロー防止層、即ち、キャリアストッパー層をn型層側にも設けることも提案されており(例えば、特許文献3参照)、この場合には、n型不純物濃度が1×1018cm-3のSiドープのn型Al0.15Ga0.85N層を正孔ストッパー層として、また、p型不純物濃度が5×1019cm-3のMgドープのp型Al0.15Ga0.85N層を電子ストッパー層として活性層と光ガイド層との間に設けており、その際の成長温度はGaN或いはAlGaNを成長させる際の通常の成長温度である1100℃である。
特開平06−260682号公報 特開平06−260683号公報 特開平10−056236号公報 S.Nakamura et al.,Japanese Journal of Applied Physics, vol.35,p.L74,1996
It has also been proposed to provide an overflow prevention layer, that is, a carrier stopper layer on the n-type layer side (see, for example, Patent Document 3). In this case, the n-type impurity concentration is 1 × 10 18 cm −. 3 Si-doped n-type Al 0.15 Ga 0.85 N layer as a hole stopper layer, and Mg-doped p-type Al 0.15 Ga 0.85 N layer with a p-type impurity concentration of 5 × 10 19 cm −3 as an electron stopper layer The growth temperature is 1100 ° C., which is a normal growth temperature for growing GaN or AlGaN.
Japanese Patent Laid-Open No. 06-260682 Japanese Patent Laid-Open No. 06-260683 Japanese Patent Laid-Open No. 10-056236 S. Nakamura et al. , Japan Journal of Applied Physics, vol. 35, p. L74, 1996

しかし、従来の短波長半導体レーザの場合、しきい値電流密度が3.6kA/cm2 程度と、非常に大きいという問題があり、これは基板のサファイアに劈開性がないことのほかに、GaN系化合物半導体、即ち、ナイトライド系化合物半導体という材料が、光学利得を発生するためには、本質的に大きなキャリア密度を必要とするためである。 However, in the case of the conventional short wavelength semiconductor laser, there is a problem that the threshold current density is about 3.6 kA / cm 2 , which is very large. This is because a material such as a nitride compound semiconductor, that is, a nitride compound semiconductor, essentially requires a large carrier density in order to generate an optical gain.

即ち、従来、実用化されている半導体レーザは、AlGaAs系やAlGaInP系等の閃亜鉛鉱型結晶構造のIII-V族化合物半導体を用いているのに対して、ナイトライド系化合物半導体は、非常に大きな禁制帯幅を有する六方晶ウルツ鉱構造であり、閃亜鉛鉱型結晶材料とは全く異なった物性を有しているためである。   In other words, the semiconductor lasers that have been put into practical use use III-V group compound semiconductors with zinc blende type crystal structures such as AlGaAs and AlGaInP, whereas nitride compound semiconductors are extremely This is because it has a hexagonal wurtzite structure with a large forbidden band width, and has completely different physical properties from the zinc blende type crystal material.

この様なナイトライド系化合物半導体の物性上の大きな特徴は、六方晶であり結晶に異方性が存在すること、禁制帯幅が大きく有効質量が大きいこと、スピン軌道相互作用が小さく、価電子帯に、HH(Heavy Hole)、LH(Light Hole)、及び、CHの3つのバンドが近接して存在することの三つが挙げられる。   The major physical properties of such nitride compound semiconductors are hexagonal crystals and the presence of anisotropy in crystals, large forbidden band width and large effective mass, small spin-orbit interaction, and valence electrons. There are three bands in which three bands of HH (Heavy Hole), LH (Light Hole), and CH are close to each other.

より、詳しく説明すると、まず、第1に、ホールの有効質量が大きいことに起因する特徴としては、
a.ホールの有効質量が大きいため、価電子帯の擬フェルミ準位EFpが上がりにくいこと、また
b.ホールの有効質量が大きく、また、LO(縦光学)フォノン散乱等が大きいため、ホールの移動度が小さいこと、また、
c.ホールの有効質量mが大きいため、温度Tにおけるホールの平均速度、即ち、ホールの熱速度vp は、
(m/2)vp 2 =(3/2)kTから、
p ∝m-1/2となり、
ホールの熱速度vp が小さいことが挙げられる。
More specifically, first, as a feature due to the large effective mass of holes, first,
a. The effective mass of the hole is large, so that the quasi-Fermi level E Fp of the valence band is difficult to increase; Since the effective mass of the hole is large and LO (longitudinal optical) phonon scattering is large, the mobility of the hole is small,
c. Since the effective mass m of the hole is large, the average hole velocity at the temperature T, that is, the heat velocity v p of the hole is
From (m / 2) v p 2 = (3/2) kT,
v p ∝m -1/2
It is mentioned that the heat velocity v p of the hole is small.

第2に、価電子帯に、HH、LH、CHの3つのバンドが近接して存在し、その内の2つの有効質量が大きいことにより、ホールに対する擬フェルミ準位EFpが上がりにくいことが原因で、
d.反転分布を達成するために必要な伝導帯の擬フェルミ準位EFnの上昇が従来材料よりも大きくなり、且つ、バリア層と井戸層、或いは、活性層と光ガイド層とを構成するGaN/InGaN、或いは、Inx Ga1-x N/Iny Ga1-y Nのヘテロ接合における価電子帯におけるエネルギー不連続ΔEV と禁制帯幅の差ΔEg との比、即ち、ΔEV /ΔEg が、従来の材料系では0.4程度であったのに対して0.7程度と大きく、界面におけるバンドのオフセットが3:7で価電子帯側に偏るという特徴がある。
Second, there are three bands of HH, LH, and CH close to the valence band, and the two effective masses of them are large, so that the quasi-Fermi level E Fp for the hole is difficult to increase. Cause
d. Increase in quasi-Fermi level E Fn of the conduction band required to achieve the population inversion is larger than the conventional material, and the barrier layer and the well layer, or, GaN constituting the active layer and the optical guide layer / The ratio between the energy discontinuity ΔE V in the valence band and the difference ΔE g of the forbidden band width in the heterojunction of InGaN or In x Ga 1-x N / In y Ga 1-y N, that is, ΔE V / ΔE g is as large as about 0.7 compared to about 0.4 in the conventional material system, and the band offset at the interface is 3: 7 and is biased toward the valence band side.

これらが原因となって、p型層側から活性層へのホールの注入が効率良く行われなくなり、特に、活性層が多重量子井戸(MQW)構造である場合、ホールの注入効率の悪さは量子井戸層(ウエル層)間のホール密度の不均一を生むことになり、且つ、活性層で有効に消費されない電子がp側へ溢れ出しp側光ガイド層或いはp型クラッド層へのオーバーフロー電流となることを、本発明者等はシミュレーションにより見出したのでこの事情を図33乃至図37を参照して説明する。
なお、図33乃至図37にシミュレーションについては、エレクトロンブロック層、即ち、オーバーフロー防止層の設けない構成でシミュレーションしている。
For these reasons, holes are not efficiently injected from the p-type layer side into the active layer. In particular, when the active layer has a multiple quantum well (MQW) structure, the poor hole injection efficiency is The hole density is uneven between the well layers (well layers), and electrons that are not effectively consumed in the active layer overflow to the p-side and overflow current to the p-side light guide layer or p-type cladding layer. Since the present inventors have found through simulation, this situation will be described with reference to FIGS.
The simulations shown in FIGS. 33 to 37 are performed with a configuration in which an electron block layer, that is, an overflow prevention layer is not provided.

図33参照
図33は、活性層近傍におけるフェルミ準位の変化を示すものであり、図において拡大した円内に示す様に、価電子帯におけるホールに対する擬フェルミ準位EFpが、活性層においてp側光ガイド層より低エネルギー側にあることがわかる。
FIG. 33 shows the change of the Fermi level in the vicinity of the active layer. As shown in the enlarged circle in the figure, the pseudo Fermi level E Fp for the hole in the valence band is expressed in the active layer. It can be seen that it is on the lower energy side than the p-side light guide layer.

即ち、通常の材料系においては、ホールの注入によって擬平衡状態に達し、活性層とp側光ガイド層の擬フェルミ準位EFpはほぼ一致することになるが、ナイトライド系半導体材料においては、活性層とp側光ガイド層の擬フェルミ準位EFpの不一致が非常に大きく、p側光ガイド層から活性層へホールが有効に注入されていないことを示している。 That is, in a normal material system, a pseudo-equilibrium state is reached by hole injection, and the quasi-Fermi level E Fp of the active layer and the p-side light guide layer substantially coincide with each other. The mismatch between the quasi-Fermi level E Fp between the active layer and the p-side light guide layer is very large, indicating that holes are not effectively injected from the p-side light guide layer into the active layer.

図34参照
図34は、ウエル層が5層のMQW構造短波長半導体レーザにおけるホール電流の層位置依存性を示す図であり、注入されたホールがどこで再結合により消滅するかをシミュレーションした結果を示した図であり、図から明らかな様に、p型クラッド層より注入されたホール電流は、活性層に達する前にp側光ガイド層で4kA/cm2 だけ消費されている。
FIG. 34 is a diagram showing the layer position dependency of the hole current in the MQW structure short wavelength semiconductor laser having five well layers. The simulation result of where the injected holes disappear due to recombination is shown. As is apparent from the figure, the hole current injected from the p-type cladding layer is consumed by 4 kA / cm 2 in the p-side light guide layer before reaching the active layer.

この消費された電流はレーザ発振に寄与しない無効電流であり、しきい値電流密度Jthの増加につながるものであるが、この様に、p側光ガイド層での再結合が大きい理由は、p型クラッド層から活性層へのホールの注入効率が悪いためである考えられる。 This consumed current is a reactive current that does not contribute to laser oscillation and leads to an increase in the threshold current density Jth . Thus, the reason why recombination in the p-side light guide layer is large is as follows. This is probably because the efficiency of hole injection from the p-type cladding layer to the active layer is poor.

また、活性層がMQW構造である場合、ホールの注入効率の悪さは量子井戸層(ウエル層)間のホール密度の不均一を生み、レーザ発振を非効率にすることになるので、この事情を図35及び図36を参照して説明する。
図35参照
図35は、図33の状態における素子膜厚方向のホール密度分布のシミュレーション結果を示す図であり、図から明らかなように、MQW活性層におけるホール密度がp側光ガイド層に近いほど大きく、不均一になっていることが理解される。
In addition, when the active layer has an MQW structure, the poor hole injection efficiency results in non-uniform hole density between the quantum well layers (well layers), which makes laser oscillation inefficient. This will be described with reference to FIGS. 35 and 36. FIG.
FIG. 35 is a diagram showing a simulation result of the hole density distribution in the element thickness direction in the state of FIG. 33. As is clear from the figure, the hole density in the MQW active layer is close to the p-side light guide layer. It is understood that it is so large and non-uniform.

図36参照
図36は、同じく図33の状態における素子膜厚方向の電子密度分布のシミュレーション結果を示す図であり、図から明らかなように、n側光ガイド層側から注入されるMQW活性層における電子密度もp側光ガイド層に向かうほど大きく不均一になっていることが理解され、これは上述のホール不均一注入が原因で、電荷中性条件を満たすために電子がホールに引き寄せられる結果である。
36. FIG. 36 is a diagram showing a simulation result of the electron density distribution in the element film thickness direction in the state of FIG. 33. As is apparent from FIG. 36, the MQW active layer injected from the n-side light guide layer side. It is understood that the electron density in the region also becomes large and non-uniform as it goes toward the p-side light guide layer. This is due to the above-described non-uniform injection of holes, and the electrons are attracted to the holes to satisfy the charge neutrality condition. It is a result.

この様に、ホールと電子ともに同様の不均一が起きていることによって、多重量子井戸構造中における光学利得の発生を著しく不均一にすることが予想されるので、この事情を図37を参照して説明する。
図37参照
図37は、上述のナイトライド系化合物半導体を用いたMQW半導体レーザの多重量子井戸中における光学利得分布の説明図であり、p型クラッド層側から第1番目の量子井戸においてはp型クラッド層からの正孔の供給が多いため、大きな光学利得を有しているが、n型クラッド層側へ向かうにつれて光学利得は減少し、n型クラッド層側の2つの量子井戸においては光学利得を発生しないばかりか、光の損失が生じるという従来の閃亜鉛鉱型結晶構造の半導体を用いたレーザと異なる特性となる。
In this way, it is expected that the generation of optical gain in the multiple quantum well structure will be remarkably non-uniform due to the occurrence of the same non-uniformity in both holes and electrons. I will explain.
FIG. 37 is an explanatory diagram of the optical gain distribution in the multiple quantum well of the MQW semiconductor laser using the above-mentioned nitride compound semiconductor. In the first quantum well from the p-type cladding layer side, p is shown. Since the supply of holes from the type cladding layer is large, it has a large optical gain. However, the optical gain decreases toward the n-type cladding layer side, and the two quantum wells on the n-type cladding layer side are optical. This is different from the conventional laser using a zincblende crystal structure semiconductor that not only generates gain but also causes light loss.

即ち、閃亜鉛鉱型結晶構造の半導体を用いた従来の半導体レーザにおいては、MQW構造が5層程度の量子井戸層から構成される場合には、キャリアが均一に注入されることが常識であり、光通信用長波長レーザでは5〜10層程度、DVD用赤色レーザでも5層程度用いているが、光学利得は均一に発生している。   That is, in conventional semiconductor lasers using a zincblende crystal structure semiconductor, it is common knowledge that carriers are uniformly injected when the MQW structure is composed of about five quantum well layers. The long wavelength laser for optical communication uses about 5 to 10 layers, and the red laser for DVD uses about 5 layers, but the optical gain is uniformly generated.

この様な光学利得の量子井戸層間の不均一による光吸収層の発生は、二つの悪影響を与えることになり、第一は、光吸収層となっているn側の2つの量子井戸層においても、図35及び図36から明らかなようにキャリアが高密度に存在するため、再結合電流が大きいことを意味し、p側の3つの量子井戸層がレーザ発振のしきい値フェルミ準位に達する電流量をn側の2つの量子井戸層が増加させる結果となる。   The generation of the light absorption layer due to the non-uniformity between the quantum well layers having such an optical gain has two adverse effects. First, even in the two quantum well layers on the n side serving as the light absorption layer, As apparent from FIGS. 35 and 36, carriers exist at a high density, which means that the recombination current is large, and the three quantum well layers on the p side reach the threshold Fermi level of laser oscillation. As a result, the two quantum well layers on the n side increase the amount of current.

第二に、n側の2つの量子井戸層が光吸収層であるために、レーザ発振するために克服すべき内部ロスが増加し、しきい値フェルミ準位EF thそのものが上昇してしまうという悪影響が生ずることになる。 Second, since the two quantum well layers on the n side are light absorption layers, the internal loss to be overcome for laser oscillation increases, and the threshold Fermi level E F th itself increases. This will cause an adverse effect.

図38参照
図38は、多重量子井戸活性層における量子井戸層の数を変えて実際に作製したMQW半導体レーザの光出力−電流特性を示す図であり、この場合、全体の光閉じ込めを一定にするために膜厚を変化させているが、5層の量子井戸層からなる活性層を設けたMQW半導体レーザの方が3層の量子井戸層からなる活性層を設けたMQW半導体レーザの場合よりしきい値電流密度Jthが高く、且つ、レーザ発振後の効率も悪いことがわかる。
FIG. 38 is a diagram showing optical output-current characteristics of an MQW semiconductor laser actually manufactured by changing the number of quantum well layers in the multiple quantum well active layer. In this case, the entire optical confinement is constant. However, the MQW semiconductor laser provided with the active layer consisting of the five quantum well layers is different from the MQW semiconductor laser provided with the active layer consisting of the three quantum well layers. It can be seen that the threshold current density Jth is high and the efficiency after laser oscillation is also poor.

これは、半導体レーザの効率は内部量子効率と内部ロスで決定されるため、n側の2つの量子井戸層が光吸収層になっていることによって、内部量子効率及び内部ロスの両者が劣化していることが原因であると考えられる。   This is because the efficiency of the semiconductor laser is determined by the internal quantum efficiency and the internal loss, and both the internal quantum efficiency and the internal loss are degraded by the fact that the two quantum well layers on the n side are light absorption layers. This is considered to be the cause.

また、従来のMQW構造半導体レーザでは、放射光電磁場の強度分布(放射光強度分布)が、図37に示す様に、活性層の中心位置に最大強度位置が来るように対称構造になっており、光学利得を発生する第1層目の量子井戸と最大強度位置とが一致していないため、光閉じ込めが有効に行われないという問題がある。   Further, in the conventional MQW structure semiconductor laser, the intensity distribution (radiation intensity distribution) of the radiated photoelectric magnetic field has a symmetric structure so that the maximum intensity position comes to the center position of the active layer as shown in FIG. There is a problem that optical confinement is not effectively performed because the quantum well of the first layer that generates optical gain and the maximum intensity position do not match.

即ち、レーザ発振に寄与する実質的な利得は、光学利得に放射光強度分布を掛けたものであり、光学利得が大きくとも、その光学利得を発生する位置に放射光強度分布が存在しなければ発振に寄与できないことになる。   That is, the substantial gain that contributes to laser oscillation is the optical gain multiplied by the radiated light intensity distribution. Even if the optical gain is large, the radiated light intensity distribution must be present at the position where the optical gain is generated. It cannot contribute to oscillation.

そして、実際には、放射光の活性層への分布は、全層を合計しても全体の光強度の約3%程度であるので、図37に示すようにただでさえ小さい光分布が最大光学利得を発生する層で大きくならないことは大きな問題となる。   Actually, the distribution of the radiated light to the active layer is about 3% of the total light intensity even if all the layers are summed, so that even a small light distribution is maximum as shown in FIG. It is a big problem that the layer that generates the optical gain does not become large.

また、現在報告されている、量子井戸層が10層乃至20層のMQWレーザの場合には、量子井戸構造全体では、光閉じ込めが充分であっても、実質的に、光学利得を発生しているp型クラッド層側から第1番目の量子井戸での光閉じ込めがかなり小さくなり、しきい値電流密度Jthが増加するという問題がある。 In addition, in the case of MQW lasers with 10 to 20 quantum well layers, which are currently reported, even if the entire quantum well structure has sufficient optical confinement, an optical gain is substantially generated. There is a problem that the optical confinement in the first quantum well from the p-type cladding layer side becomes considerably small and the threshold current density Jth increases.

さらに、上述のdの理由により、禁制帯幅の差ΔEg の影響の約70%が価電子帯側に現れ、伝導帯側のエネルギー不連続ΔEC は小さくなり、電子のオーバーフローが問題となるため、従来の短波長半導体レーザにおいては、オーバーフロー防止層或いはキャリアストッパ層を設けているが、それによって、放射光強度分布がさらにn側にずれた非対称構造となり、光学利得の大きなp型クラッド層側から第1番目の量子井戸での光閉じ込めがさらに小さくなり、しきい値電流密度Jthが増加するという問題がある。 Furthermore, for the reason of d described above, about 70% of the influence of the forbidden band width difference ΔE g appears on the valence band side, the energy discontinuity ΔE C on the conduction band side becomes small, and electron overflow becomes a problem. Therefore, in the conventional short wavelength semiconductor laser, an overflow prevention layer or a carrier stopper layer is provided, but this results in an asymmetric structure in which the emitted light intensity distribution is further shifted to the n side, and a p-type cladding layer having a large optical gain. There is a problem that light confinement in the first quantum well from the side is further reduced and the threshold current density Jth is increased.

したがって、ナイトライド系化合物半導体を用いたMQW半導体レーザの特性を改善するためには、しきい値電流密度Jthを低減させることが必要になるが、そのためには、上述のキャリアの不均一注入を改善することが有効となる。 Therefore, in order to improve the characteristics of an MQW semiconductor laser using a nitride compound semiconductor, it is necessary to reduce the threshold current density Jth . For this purpose, the above-described non-uniform carrier injection is performed. It is effective to improve.

しかし、上述の様にナイトライド系化合物半導体を用いたMQW半導体レーザの場合には、ナイトライド系化合物半導体に特有な問題があり、従来の閃亜鉛鉱型結晶構造半導体の常識を適用するだけでは優れた解決手段が見つからず、ナイトライド系化合物半導体を用いたMQW半導体レーザに採用されている構成で、ナイトライド系化合物半導体には本質的ではない構成が無いか否かを検討することが必要になる。   However, in the case of MQW semiconductor lasers using nitride compound semiconductors as described above, there are problems peculiar to nitride compound semiconductors, and simply applying the common sense of conventional zincblende crystal structure semiconductors. An excellent solution cannot be found, and it is necessary to examine whether the nitride compound semiconductor has a non-essential configuration in the MQW semiconductor laser using the nitride compound semiconductor. become.

そこで、検討するに、一般に、ホールの注入効率を改善するために、p側光ガイド層をp型層とすることによりホール濃度を高めることが考えられるが、この場合には、かえって、ホールの注入効率が低下するという問題がある。
即ち、ホールの注入効率が低い主たる原因は、p側光ガイド層におけるホールの移動度が小さいことであるが、p型ドーピングによって散乱が増えてホールの移動度を更に低下させることになる。
さらに、p型不純物のドーピング濃度を高めても、不純物の活性化率が小さいため、ホール濃度がなかなか上がらないことも問題となる。
Therefore, in general, in order to improve the hole injection efficiency, it is conceivable to increase the hole concentration by making the p-side light guide layer a p-type layer. In this case, however, There exists a problem that injection | pouring efficiency falls.
That is, the main cause of the low hole injection efficiency is that the mobility of holes in the p-side light guide layer is small, but the scattering increases due to p-type doping, which further reduces the mobility of holes.
Furthermore, even if the doping concentration of the p-type impurity is increased, since the activation rate of the impurity is small, the hole concentration does not increase easily.

また、一般に、MQW半導体レーザにおけるキャリアの不均一注入を改善するためには、多重量子井戸構造におけるウエル層の膜厚を薄くすること、バリア層の厚さを薄くすること、及び、バリア層の高さを低く、即ち、禁制帯幅を小さくすることが有効であると考えられる。   In general, in order to improve the non-uniform injection of carriers in the MQW semiconductor laser, the thickness of the well layer in the multiple quantum well structure, the thickness of the barrier layer, and the barrier layer It is considered effective to reduce the height, that is, to reduce the forbidden bandwidth.

この内、ウエル層の膜厚は、レーザの光学利得特性を大きく左右し、レーザ設計の最重要項目であるため、独立に変化させることは難しいという問題があり、また、ナイトライド系MQW青色半導体レーザにおいて、バリア層の禁制帯幅を小さくするということは、バリア層中のIn組成を増加することを意味することになるが、これは歪の増加をもたらし、結晶性が劣化することになるので好ましくないので、この事情を図39を参照して説明する。   Among these, the film thickness of the well layer greatly affects the optical gain characteristics of the laser and is the most important item in laser design, so there is a problem that it is difficult to change it independently, and the nitride MQW blue semiconductor In the laser, reducing the forbidden band width of the barrier layer means increasing the In composition in the barrier layer, which leads to an increase in strain and deteriorates the crystallinity. Since this is not preferable, this situation will be described with reference to FIG.

図39参照
図39は、バリア層として用いたInx Ga1-x Nを用いた場合の発光効率のIn組成比x依存性についての実験結果を示す図であり、In組成比xが大きいほど活性層にかかる歪がおおきくなり、発光効率が小さくなるため、バリア層のIn組成比xを大きくできず、したがって、量子井戸構造のバリアを低くして注入効率を高めることができない。
See FIG. 39. FIG. 39 is a diagram showing an experimental result on the dependence of the luminous efficiency on the In composition ratio x when In x Ga 1-x N used as the barrier layer is used. As the In composition ratio x increases, FIG. Since the strain applied to the active layer is increased and the light emission efficiency is decreased, the In composition ratio x of the barrier layer cannot be increased. Therefore, the barrier of the quantum well structure cannot be decreased to increase the injection efficiency.

一方、バリア層の膜厚については、従来の閃亜鉛鉱型結晶構造半導体を用いたレーザにおいては、膜厚が薄いと量子井戸層間の波動関数の滲み出しによる相互作用が無視できなくなり、階段状であるはずの光学利得分布がなまり、一定キャリア密度当たりの光学利得が発生が低下するため、5nm以上の厚さにしており、この構成をナイトライド系化合物半導体を用いたMQW半導体レーザにおいてもそのまま採用している。   On the other hand, with regard to the film thickness of the barrier layer, in the conventional laser using a zinc blende type crystal structure semiconductor, if the film thickness is thin, the interaction due to the oozing of the wave function between the quantum well layers cannot be ignored, and the stepped shape The optical gain distribution that should have been reduced and the generation of the optical gain per fixed carrier density is reduced, so the thickness is set to 5 nm or more. This structure is also applied to an MQW semiconductor laser using a nitride compound semiconductor as it is. Adopted.

しかし、ナイトライド系化合物半導体を用いたMQW半導体レーザにおいては、上述のようにキャリアの有効質量が大きいため、量子井戸からの波動関数の滲み出しが少なく、且つ、バンド・ギャップの不均一性のため階段状の光学利得分布がもともと若干なまっており、そのため、5nm以上の膜厚は本質的な要件ではないとの結論に至った。   However, in the MQW semiconductor laser using a nitride compound semiconductor, since the effective mass of the carrier is large as described above, the wave function oozes out from the quantum well and the band gap is not uniform. For this reason, the stepwise optical gain distribution has been slightly reduced from the beginning, and therefore, it has been concluded that a film thickness of 5 nm or more is not an essential requirement.

また、上述の様に、活性層で有効に消費されない電子がp側へ溢れ出しp側光ガイド層或いはp型クラッド層へのオーバーフロー電流となるとともに、p側光ガイド層から活性層へのホールの注入効率が悪いことが原因で、p側光ガイド層に溜まったホールが電子をp側層へと引き寄せることによっても、オーバーフローを増加させることになる。   In addition, as described above, electrons that are not effectively consumed in the active layer overflow to the p-side and become an overflow current to the p-side light guide layer or the p-type cladding layer, and holes from the p-side light guide layer to the active layer. Due to the poor injection efficiency, the holes accumulated in the p-side light guide layer attract electrons to the p-side layer, thereby increasing the overflow.

さらに、上述のdの理由により、ヘテロ接合界面におけるバンドのオフセットが3:7で価電子帯側に偏り、伝導帯側のエネルギー不連続ΔEC は小さくなるので、この点からも電子のオーバーフローが問題となっており、従来の短波長の半導体レーザにおいては、オーバーフロー防止層或いはキャリアストッパ層を設けているが、それでも、しきい値キャリア密度Nthが高いのでオーバーフローが起きやすいという問題があり、この様にナイトライド系半導体においては、他の半導体よりも電子のオーバーフローが本質的な問題となる。 Furthermore, because of the above-mentioned d, since the band offset at the heterojunction interface is 3: 7, the band is biased toward the valence band side, and the energy discontinuity ΔE C on the conduction band side becomes small. has become a problem, in the semiconductor laser of conventional short wavelength, is provided with the overflow preventing layer or the carrier stopper layer, nevertheless, there is a problem that the overflow easily occurs because the threshold carrier density N th is high, Thus, in a nitride-based semiconductor, an overflow of electrons becomes an essential problem as compared with other semiconductors.

即ち、半導体レーザのしきい値電流密度Jthは、τs を電子のライフタイム、dを活性層の厚さ、eを素電荷、Nthをしきい値キャリア密度とした場合、
th=Nth・d・e/τs
で表され、しきい値フェルミ準位EF thは、キャリア密度Nに依存するフェルミ準位EF のしきい値キャリア密度Nthにおける値、即ち、
F th=EF (Nth
で表される。
That is, the threshold current density J th of the semiconductor laser is as follows: τ s is the electron lifetime, d is the thickness of the active layer, e is the elementary charge, and N th is the threshold carrier density.
J th = N th · d · e / τ s
The threshold Fermi level E F th is a value at the threshold carrier density N th of the Fermi level E F depending on the carrier density N, that is,
E F th = E F (N th )
It is represented by

このしきい値キャリア密度Nthは、キャリア密度Nの関数であるGm (modal gain:モード利得)がキャビティ・ロスを上回ってレーザ発振を開始するキャリア密度であり、しきい値キャリア密度Nthを小さくするためにはGm を大きくする必要がある。 The threshold carrier density N th is a carrier density at which G m (modal gain), which is a function of the carrier density N, exceeds the cavity loss to start laser oscillation, and the threshold carrier density N th In order to reduce the value, it is necessary to increase G m .

このGm はΓを光閉じ込め係数とし、Gを活性層の組成及びキャリア密度等で決まる利得とすると、
m =Γ・G
で表されるので、活性層の厚さが薄くなり、且つ、光閉じ込めが不十分であればGm が小さくなり、それに伴ってしきい値キャリア密度Nthも大きくなり、したがって、しきい値フェルミ準位EF thが上がりやすくなる。
このしきい値フェルミ準位EF thも大きくなると、高エネルギー状態の電子の数が多くなるので、この点からも電子のオーバーフローが問題となる。
This G m has Γ as an optical confinement factor, and G as a gain determined by the composition of the active layer, carrier density, etc.
G m = Γ · G
Therefore, if the thickness of the active layer is thin and the optical confinement is insufficient, G m becomes small, and accordingly, the threshold carrier density N th also becomes large. The Fermi level E F th is likely to rise.
If this threshold Fermi level E F th is also increased, the number of electrons in a high energy state is increased, so that the overflow of electrons becomes a problem also from this point.

また、有効質量が大きいことが主な原因で、オーバーフロー防止層を設けない場合、p型クラッド層への電子のオーバーフローによるリーク電流が非常に大きいことを本発明者等はシミュレーションにより見出したのでこの事情を図40を参照して説明する。
図40参照
図40は、In0.15Ga0.85Nからなる5層のウエル層をIn0.05Ga0.95Nバリア層で挟んだMQW構造短波長半導体レーザにおける、電子のオーバーフロー電流の総電流量依存性のシミュレーション結果を、AlGaNクラッド層のAl組成を変化させて示したものであり、クラッド層のAl組成比が0.05の場合、即ち、Al0.05Ga0.95N層を用いた場合には、低電流領域からリーク電流が増加しはじまり、20kA/cm2 の時に、総電流量の半分以上がリークすることが分かる。
In addition, the present inventors have found through simulation that the leakage current due to the overflow of electrons to the p-type cladding layer is very large when the overflow prevention layer is not provided mainly due to the large effective mass. The circumstances will be described with reference to FIG.
FIG. 40 shows a simulation of the dependence of the overflow current of electrons on the total current amount in an MQW structure short wavelength semiconductor laser in which five well layers of In 0.15 Ga 0.85 N are sandwiched between In 0.05 Ga 0.95 N barrier layers. The results are shown by changing the Al composition of the AlGaN cladding layer. When the Al composition ratio of the cladding layer is 0.05, that is, when an Al 0.05 Ga 0.95 N layer is used, the low current region is shown. Thus, it can be seen that the leakage current starts to increase, and at 20 kA / cm 2 , more than half of the total current leaks.

この様なリーク電流は、レーザ発振に寄与しない無効電流であり、これ自体がしきい値電流密度Jthの増加につながるばかりか発熱の原因ともなって、より一層レーザ発振を困難にするものである。 Such a leakage current is a reactive current that does not contribute to laser oscillation, which itself leads to an increase in the threshold current density Jth and also causes heat generation, which further makes laser oscillation more difficult. .

クラッド層としてAl組成比が0.05のAl0.05Ga0.95N層を用いた場合には、活性層との禁制帯幅の差は500meVもあり、従来の材料系では十分な差であるが、ナイトライド系においてはこの様にオーバーフロー電流が無視できない大きさになるため、オーバーフローによるリーク電流を低減するために、クラッド層のAl組成比を大きくしたAl0.15Ga0.85N層等が用いられている。 When an Al 0.05 Ga 0.95 N layer having an Al composition ratio of 0.05 is used as the cladding layer, the difference in the forbidden band width from the active layer is 500 meV, which is a sufficient difference in the conventional material system. In the nitride system, since the overflow current is not negligible, an Al 0.15 Ga 0.85 N layer or the like having a large Al composition ratio in the cladding layer is used to reduce the leakage current due to overflow. .

また、本発明者は、オーバーフロー電流は素子温度にも依存することをシミュレーションにより見出したのでこの事情を図41を参照して説明する。
図41参照
図41は、Al0.1 Ga0.9 Nクラッド層を用いた場合の電子のオーバーフロー電流の総電流量依存性のシミュレーション結果を、素子温度を変化させて示したものであり、図から明らかなように、素子温度が上昇すると高電流領域でオーバーフローが増加することが分かる。
The inventor has found through simulation that the overflow current also depends on the element temperature. This situation will be described with reference to FIG.
FIG. 41 shows the simulation result of the total current amount dependence of the electron overflow current when the Al 0.1 Ga 0.9 N clad layer is used, with the element temperature changed, which is apparent from the figure. Thus, it can be seen that the overflow increases in the high current region as the element temperature rises.

そして、実際の素子では、オーバーフローした電流がp側電極まで達して発熱して素子温度を上昇させることになり、この素子温度の上昇によって更にオーバーフロー電流が増加するという悪循環が生じ、レーザ発振を阻害するものと考えられる。   In an actual device, the overflowed current reaches the p-side electrode and heat is generated to raise the device temperature. This rise in device temperature creates a vicious circle in which the overflow current further increases, impeding laser oscillation. It is thought to do.

一方、電子のオーバーフローを防止するために、p型Al0.15Ga0.85N層或いはAl0.18Ga0.82N層等のオーバーフロー防止層を設けた場合、このAl0.15Ga0.85N層或いはAl0.18Ga0.82N層はp側光ガイド層より屈折率が低いので、レーザ発振を得るために必要な光閉じ込めが大きく減少してしまう問題があり、且つ、ヘテロ接合界面にエネルギースパイクを形成して正孔の注入に対するバリアとなる問題がある。 On the other hand, when an overflow prevention layer such as a p-type Al 0.15 Ga 0.85 N layer or an Al 0.18 Ga 0.82 N layer is provided to prevent an overflow of electrons, this Al 0.15 Ga 0.85 N layer or Al 0.18 Ga 0.82 N layer is provided. Has a lower refractive index than that of the p-side light guide layer, so that there is a problem that the optical confinement necessary for obtaining laser oscillation is greatly reduced, and an energy spike is formed at the heterojunction interface to prevent hole injection. There is a problem that becomes a barrier.

また、上述の図32に示す様に、ナイトライド系化合物半導体を用いた従来のMQW半導体レーザにおいて、MQW活性層836とp型GaN光ガイド層838との間に、禁制帯幅の大きなp型Al0.18Ga0.82Nオーバーフロー防止層837を設けた場合には、内部ロスの増加を助長すると共にホールに対する電位障壁を大きくし駆動電圧を上昇させるという問題があり、また、電子親和力の差に起因する電位障壁によっても駆動電圧が上昇するという問題があるので、この事情を図42を参照して説明する。 Further, as shown in FIG. 32 described above, in a conventional MQW semiconductor laser using a nitride compound semiconductor, a p-type having a large forbidden band between the MQW active layer 836 and the p-type GaN light guide layer 838. In the case where the Al 0.18 Ga 0.82 N overflow prevention layer 837 is provided, there is a problem that the increase of internal loss is increased and the potential barrier against holes is increased to increase the driving voltage, and also due to the difference in electron affinity. Since there is a problem that the drive voltage rises due to the potential barrier, this situation will be described with reference to FIG.

図42(a)参照
図42(a)は従来の短波長半導体レーザのバンドダイヤグラムであり、図から明らかなように、p型Al0.18Ga0.82Nオーバーフロー防止層837の禁制帯幅が大きいため、p型GaN光ガイド層838との間に形成される障壁、即ち、実線で示す電圧非印加時の価電子帯のバンド端と破線で示す電圧印加時の価電子帯のバンド端844との間のエネルギー差が大きくなり、したがって、MQW活性層836へのホールの注入のための印加電圧Vを増大させることになる。
FIG. 42 (a) is a band diagram of a conventional short wavelength semiconductor laser. As is apparent from the figure, the forbidden band width of the p-type Al 0.18 Ga 0.82 N overflow prevention layer 837 is large. A barrier formed between the p-type GaN light guide layer 838, that is, between the band edge of the valence band when no voltage is applied as indicated by a solid line and the band edge 844 of the valence band when a voltage is applied as indicated by a broken line. Therefore, the applied voltage V for injecting holes into the MQW active layer 836 is increased.

図42(b)参照
図42(b)は、p型Al0.18Ga0.82Nオーバーフロー防止層837の近傍における価電子帯側のバンドダイヤグラムを模式的に示す図であり、図に示すように、MQW活性層836とp型Al0.18Ga0.82Nオーバーフロー防止層837との界面、及び、p型Al0.18Ga0.82Nオーバーフロー防止層837とp型GaN光ガイド層838との界面に電子親和力の差に起因してノッチ845,846が形成され、このノッチ845,846がホールの注入に対する電位障壁となり、ホールの注入効率が低下することになる。
FIG. 42 (b) is a diagram schematically showing a band diagram on the valence band side in the vicinity of the p-type Al 0.18 Ga 0.82 N overflow prevention layer 837. As shown in FIG. Due to the difference in electron affinity at the interface between the active layer 836 and the p-type Al 0.18 Ga 0.82 N overflow prevention layer 837 and at the interface between the p-type Al 0.18 Ga 0.82 N overflow prevention layer 837 and the p-type GaN light guide layer 838 Thus, notches 845 and 846 are formed, and the notches 845 and 846 serve as a potential barrier against hole injection, and the hole injection efficiency is lowered.

また、このオーバーフローを助長する他の要因としては、p型クラッド層の比抵抗が高いこと、及び、p型クラッド層における非発光寿命が短いことが挙げられ、これらの要因は本質的なものではないため、これらを改善することによってオーバーフローを低減することも考えられる。   In addition, other factors that promote this overflow include a high specific resistance of the p-type cladding layer and a short non-emission lifetime in the p-type cladding layer. These factors are not essential. Therefore, it is conceivable to reduce overflow by improving them.

しかし、現状では十分な結晶品質を有するp型クラッド層が得られておらず、例えば、比抵抗に関しては、p型クラッド層に対するドーピングが難しく、十分でないことが原因であるが、Al組成比の増加とともにドーピングが一層困難になるので、オーバーフローを低減するためにAl組成比の大きなp型クラッド層を使用した場合に、その比抵抗を低下させることは容易ではない。   However, a p-type cladding layer having sufficient crystal quality has not been obtained at present. For example, regarding the specific resistance, doping to the p-type cladding layer is difficult and insufficient, but the Al composition ratio is low. As doping increases, doping becomes more difficult. Therefore, when a p-type cladding layer having a large Al composition ratio is used to reduce overflow, it is not easy to reduce the specific resistance.

また、非発光寿命に関しても、アンドープの結晶でも非発光寿命が1ns(ナノ秒)程度と従来材料より短く、p型ドーピング層に至っては0.1ns以下と考えられ、現実的には改善が難しいという問題がある。   Further, regarding the non-emission lifetime, even in an undoped crystal, the non-emission lifetime is about 1 ns (nanosecond), which is shorter than that of the conventional material. There is a problem.

即ち、ナイトライド系化合物半導体の結晶品質上の特徴としては、転位密度が非常に高いことが挙げられ、特に、成長基板としてサファイア基板を用いた場合には、成長層と十分格子整合しないため、成長層の結晶性が悪く、例えば、通常の転位密度は1010cm-2に達することが報告されており、また、非発光寿命が1ns(ナノ秒)程度と非常に速いという問題がある。 That is, the crystal quality characteristics of the nitride-based compound semiconductor include a very high dislocation density. In particular, when a sapphire substrate is used as the growth substrate, it does not sufficiently lattice match with the growth layer. The crystallinity of the growth layer is poor. For example, it has been reported that the normal dislocation density reaches 10 10 cm −2 , and there is a problem that the non-emission lifetime is as fast as about 1 ns (nanosecond).

また、p型不純物のドーピングによって、p側光ガイド層の結晶性が劣化し、非発光寿命はさらに短く0.1ns(=100ps)程度となり、非発光性再結合の量が増大することになり、レーザ発振のためのしきい値電流密度Jthがさらに増大することになる。 In addition, the p-type impurity doping deteriorates the crystallinity of the p-side light guide layer, the non-emission lifetime is further shortened to about 0.1 ns (= 100 ps), and the amount of non-emission recombination increases. As a result, the threshold current density J th for laser oscillation further increases.

このため、Mgをドープしてもホール濃度を上げることが容易ではないナイトライド系半導体において、p側光ガイド層のホール濃度を上げることによる効果より、p型ドーピングに伴う移動度の低下や、結晶性の劣化の方が問題になるものと考えられる。   For this reason, in a nitride-based semiconductor where it is not easy to increase the hole concentration even if Mg is doped, the effect of increasing the hole concentration of the p-side light guide layer is due to a decrease in mobility associated with p-type doping, It is considered that the deterioration of crystallinity becomes a problem.

一方、転位密度に関しては、1010cm-2の値は、転位密度が104 cm-2以下である従来の閃亜鉛鉱型結晶構造半導体の約100万倍であるが、この様なナイトライド系化合物半導体においては、転位は非発光中心を形成しないのでデバイスの特性には影響しないと言われており、したがって、非発光中心を低減するために転位密度を低減する必要はないので、この様な高密度の転位密度が存在したままで半導体レーザが実現されている。 On the other hand, regarding the dislocation density, the value of 10 10 cm −2 is about 1 million times that of the conventional zinc blende type crystal structure semiconductor whose dislocation density is 10 4 cm −2 or less. In compound semiconductors, it is said that dislocations do not form non-luminescent centers and thus do not affect device characteristics.Therefore, it is not necessary to reduce the dislocation density in order to reduce non-luminescent centers. Semiconductor lasers have been realized in the presence of a high density of dislocation density.

また、ナイトライド系半導体レーザの活性層として通常用いられているInGaNは、上記のナイトライド系化合物半導体に共通する物性的特徴の他に、従来材料と全く異なる性質を有している。
即ち、InGaNはInNとGaNとの混晶であるが、InNの禁制帯幅が1.9eVであるのに対してGaNの禁制帯幅は3.4eVと非常に大きく異なり、また、結晶成長温度もInNが600℃前後であるのに対して、GaNが1000℃前後と大きく異なっている。
InGaN, which is usually used as an active layer of a nitride semiconductor laser, has properties that are completely different from those of conventional materials, in addition to the physical characteristics common to the nitride compound semiconductor.
That is, InGaN is a mixed crystal of InN and GaN, while the forbidden band width of InN is 1.9 eV, whereas the forbidden band width of GaN is very different from 3.4 eV. Also, while InN is around 600 ° C., GaN is significantly different from around 1000 ° C.

これらのことが原因で、このInGaN混晶は非常に混ざりにくいことが知られており、非混晶領域が大きく、且つ、In組成比が0.2以下と小さい領域においても、In組成比の増加に伴い組成分離している割合が大きくなるという問題がある。   For these reasons, it is known that this InGaN mixed crystal is very difficult to mix, and even in a region where the non-mixed crystal region is large and the In composition ratio is as small as 0.2 or less, the In composition ratio is low. There is a problem that the proportion of composition separation increases with the increase.

この結果、In組成比が0.15程度のInGaN層において、200μm程度のマクロな領域で見たフォトルミネッセンス(PL)スペクトルの半値幅は、組成分離による結晶内不均一を反映して非常に大きく、良い結晶でも150meVである。   As a result, in the InGaN layer with an In composition ratio of about 0.15, the half-value width of the photoluminescence (PL) spectrum seen in a macro region of about 200 μm is very large, reflecting in-crystal nonuniformity due to composition separation. Even a good crystal is 150 meV.

このことは、従来の閃亜鉛鉱型結晶構造の半導体では薄膜化すれば大きくなるはずのPLスペクトルの半値幅がInGaN混晶では逆に小さくなり、この現象が、極低温に冷却しても半値幅の変化は殆どないという、従来の材料とは全く異なる性質の原因である。   This is because the half-width of the PL spectrum, which should increase when the semiconductor is thinned with a conventional zinc blende crystal structure, becomes smaller with an InGaN mixed crystal. This phenomenon is reduced even when cooled to a very low temperature. This is due to a property that is completely different from the conventional material, that is, there is almost no change in the value range.

これらのInGaNにおける特徴は、サファイア基板、SiC基板、或いは、スピネル基板等の成長基板として用いる基板の種類に依存せず、また、減圧MOVPE法(減圧有機金属気相成長法)、常圧MOVPE法、或いは、MBE法(分子線エピタキシャル成長法)等の成長方法にも依存せず、さらに、六方晶或いは立方晶等の結晶構造にも依存せずに出現するものであり、この様な本質的な特徴は、ある程度許容すべき、避けられない特殊性であると考えられる。   The characteristics of these InGaN do not depend on the type of substrate used as a growth substrate such as a sapphire substrate, SiC substrate, or spinel substrate, and also include a reduced pressure MOVPE method (a reduced pressure metal organic vapor phase growth method), a normal pressure MOVPE method. Or, it does not depend on the growth method such as MBE method (molecular beam epitaxial growth method), and also appears without depending on the crystal structure such as hexagonal crystal or cubic crystal. Features are considered to be inevitable specialities that should be tolerated to some extent.

この様に、従来のInGaNを活性層とする短波長半導体レーザや発光ダイオード(LED)においては、この様な結晶内組成不均一性をそのままにして開発が進められており、LEDでは実際にこの大きな組成不均一性を持ったまま製品化が行われているものと考えられる。   In this way, conventional short-wavelength semiconductor lasers and light-emitting diodes (LEDs) that use InGaN as an active layer have been developed with such in-crystal composition non-uniformity intact. It is thought that commercialization is carried out with a large compositional non-uniformity.

また、短波長半導体レーザにおいても、上述の様にレーザ発振には成功しているものの、これまでは適当な評価手段がなかったため、実際の短波長半導体レーザにおいて、レーザ共振器全体でどの程度の組成不均一が生じているのかは分からず、且つ、この様な組成不均一がデバイス特性にどの様な影響を及ぼすかは知られておらず、したがって、レーザ発振に必要な結晶品質がどの程度のものであり、且つ、この様な品質の結晶をどの様な条件で成長した場合に再現性良く得られるかは全く未知であった。   Even in short-wavelength semiconductor lasers, although laser oscillation has been successful as described above, there has been no appropriate evaluation means so far. It is not known whether the compositional nonuniformity is occurring, and it is not known how the compositional nonuniformity affects the device characteristics. Therefore, how much crystal quality is necessary for laser oscillation. It was completely unknown whether the crystal of such quality can be obtained with good reproducibility when grown.

そこで、本発明者等は、最近、短波長半導体レーザの活性層となるInGaN混晶について、1μmという微小スポット径でフォトルミネッセンス(PL)測定を行うことにより、InGaN混晶中の組成不均一の程度を定量的に評価する手法を開発した。   Therefore, the present inventors recently performed photoluminescence (PL) measurement with a small spot diameter of 1 μm on an InGaN mixed crystal serving as an active layer of a short-wavelength semiconductor laser, thereby achieving non-uniform composition in the InGaN mixed crystal. A method to quantitatively evaluate the degree was developed.

この様な評価を行った結果、InGaNMQW(多重量子井戸)活性層のPLピーク波長が、結晶内で非常に大きな分布を有することが判明したので、図43及び図44を参照して説明する。
なお、この測定を行った従来の短波長半導体レーザの詳細については未発表である。
As a result of such an evaluation, it has been found that the PL peak wavelength of the InGaN MQW (multiple quantum well) active layer has a very large distribution in the crystal, which will be described with reference to FIGS. 43 and 44.
The details of the conventional short-wavelength semiconductor laser that performed this measurement have not been published.

図43(a)参照
図43(a)は、レーザ発振しなかった素子において、10000μm2 の領域内でPLスペクトルを2μmおきに2500点測定した場合の、各測定点におけるPLピーク波長とPL光強度の相関を示すものであり、396nm(≒3.131eV)から416nm(≒2.980eV)の範囲に渡って、PLピーク波長、PL光強度ともに大きく分布し、PLピーク波長分布範囲は151meV、即ち、約150meVであった。
See FIG. 43A. FIG. 43A shows the PL peak wavelength and the PL light at each measurement point when the PL spectrum was measured at 2500 points every 2 μm within the region of 10,000 μm 2 in the element that did not oscillate. It shows the correlation of intensity, and both PL peak wavelength and PL light intensity are widely distributed over a range of 396 nm (≈3.11 eV) to 416 nm (≈2.980 eV), and the PL peak wavelength distribution range is 151 meV, That is, it was about 150 meV.

因に、光通信用半導体レーザとして用いられているInGaAs系の活性層について同様の評価を行った結果、PLピーク波長分布が5meV程度の分布、即ち、InGaN混晶の1/30程度の分布しか持っていなかったことが判明し、この結果からもInGaN系が非常に特殊な材料系であり、従来の常識が通用しないことが分かる。   Incidentally, as a result of the same evaluation of the InGaAs-based active layer used as a semiconductor laser for optical communication, the PL peak wavelength distribution is about 5 meV, that is, about 1/30 of the InGaN mixed crystal. From this result, it was found that the InGaN system is a very special material system, and conventional common sense is not applicable.

このInGaN系半導体レーザにおいては、物性上の理由からしきい値電流密度Jthが本質的に高い上、この様な活性層の組成不均一の大きさはレーザ発振を達成する上で致命的な欠点となるものであり、上述の評価からは、PLピーク波長分布が150meV以上の場合にはレーザ発振しないという結果が得られている。 In this InGaN-based semiconductor laser, the threshold current density J th is essentially high for reasons of physical properties, and the nonuniform composition of the active layer is fatal in achieving laser oscillation. This is a drawback. From the above evaluation, it is obtained that the laser oscillation does not occur when the PL peak wavelength distribution is 150 meV or more.

図43(b)参照
図43(b)は、レーザ発振した素子において、10000μm2 の領域内でPLスペクトルを2μmおきに2500点測定した場合の、各測定点におけるPLピーク波長とPL光強度の相関を示すものであり、PLピーク波長分布範囲は400nm(≒3.100eV)から412nm(≒3.009eV)の範囲に渡って、91meV、即ち、約90meVであり、且つ、PL光強度分布も小さいものであった。
See FIG. 43 (b). FIG. 43 (b) shows the PL peak wavelength and the PL light intensity at each measurement point when the PL spectrum is measured at 2500 points every 2 μm within the region of 10,000 μm 2 in the laser-oscillated device. The PL peak wavelength distribution range is 91 meV, that is, about 90 meV over the range from 400 nm (≈3.100 eV) to 412 nm (≈3.009 eV), and the PL light intensity distribution is also It was a small one.

図44(a)参照
図44(a)は、上記の様なPLピーク波長分布を有するInGaN系半導体レーザの電流−光出力特性(I−L特性)を示す図であり、414.3nmの波長において、室温パルス発振が達成されたが、電流を増大するにつれて明確にキンクが現れている。
なお、PL波長とレーザ発振波長とは互いに若干異なるものである。
44A. FIG. 44A is a diagram showing current-light output characteristics (IL characteristics) of an InGaN-based semiconductor laser having the PL peak wavelength distribution as described above, and has a wavelength of 414.3 nm. At room temperature, pulse oscillation was achieved, but kink clearly appears as the current is increased.
Note that the PL wavelength and the laser oscillation wavelength are slightly different from each other.

図44(b)参照
図44(b)は、図44(a)と同じInGaN系半導体レーザに、しきい値電流密度Jthの1.1倍、1.2倍、或いは、1.3倍の電流を流した場合の発振波長を表すもので、電流が多くなるにしたがって多波長発振が起こっており、この多波長発振が図44(a)におけるI−L特性におけるキンクの原因となっていることが分かる。
FIG. 44B shows the same InGaN-based semiconductor laser as FIG. 44A , which is 1.1 times, 1.2 times, or 1.3 times the threshold current density J th. The multi-wavelength oscillation occurs as the current increases, and this multi-wavelength oscillation causes a kink in the IL characteristic in FIG. 44 (a). I understand that.

従来、InGaN系半導体レーザにおいては、発振波長が多波長であったり、或いは、注入電流によって大きく変化することが知られており、これは、活性層内における量子ドット(量子箱)化が反映しているものと考えられていた。
即ち、従来においては、多波長発振が量子効果に起因すると考えられており(必要ならば、Japanese Journal of Applied Physics,vol.35,1996,p.217参照)、実際に、InGaN層中に量子ドットが存在することが報告(必要ならば、Applied Physics Letters,vol.70,1997,p.981参照)されている。
Conventionally, in InGaN-based semiconductor lasers, it is known that the oscillation wavelength is multi-wavelength or changes greatly depending on the injection current, which reflects the formation of quantum dots (quantum boxes) in the active layer. It was thought that.
That is, in the past, it has been considered that multiwavelength oscillation is caused by the quantum effect (see Japan Journal of Applied Physics, vol. 35, 1996, p. 217, if necessary). It has been reported that dots are present (if necessary, see Applied Physics Letters, vol. 70, 1997, p. 981).

しかし、本発明者の研究の結果、上述の様に活性層内における組成不均一性に起因するPLピーク波長の空間的分布が多波長発振の原因であると考えられるに至ったので、この事情を図45を参照して説明する。   However, as a result of the inventor's research, the spatial distribution of the PL peak wavelength caused by the compositional non-uniformity in the active layer as described above has been considered to be the cause of multiwavelength oscillation. Will be described with reference to FIG.

図45参照
図45の棒グラフは、図43(b)に示した測定結果におけるPLピーク波長のヒストグラムであり、一方、折れ線グラフは図34に示したように実際にレーザ発振した半導体レーザについて光励起による発振スペクトルの強度分布を示したもので、両者を重ね合わせると、非常に良い一致が得られ、このことから、多波長発振はPLピーク波長分布、即ち、活性層内の組成不均一が原因であると考えられる。
45 is a histogram of the PL peak wavelength in the measurement result shown in FIG. 43 (b), while the line graph is a result of optical excitation of the semiconductor laser actually oscillated as shown in FIG. This shows the intensity distribution of the oscillation spectrum, and when they are overlapped, a very good agreement is obtained. From this, the multiwavelength oscillation is caused by the PL peak wavelength distribution, that is, the compositional non-uniformity in the active layer. It is believed that there is.

そして、この様な多波長発振は、しきい値電流密度Jthを増加させるばかりか、I−L特性におけるキンク、近視野像及び遠視野像の劣化等の光学特性の劣化にもつながるため、光学装置用光源としてもInGaN系半導体レーザにおいては、活性層の組成分布を抑制することが重要になる。 Then, such a multi-wavelength oscillation is only or kink in the I-L characteristic, because it leads to deterioration of the optical properties of the deterioration of the near-field pattern and the far field pattern to increase the threshold current density J th, In an InGaN-based semiconductor laser as an optical device light source, it is important to suppress the composition distribution of the active layer.

この様に、本発明者等の実験の結果、レーザ発振のためには150meV以下のPLピーク波長分布、即ち、In組成比において±0.03の分布範囲内になるように設定することが必要であることが判明し、また、多波長発振を抑制するためには、PLピーク波長分布を90meV以下に、即ち、In組成比において±0.018以下にすることが必要であることが判明し、好適には50meV以下、さらに、より好適には、20meV以下にすることが望ましい。   As described above, as a result of experiments by the present inventors, it is necessary to set the PL peak wavelength distribution of 150 meV or less, that is, within the distribution range of ± 0.03 in the In composition ratio for laser oscillation. It was also found that the PL peak wavelength distribution must be 90 meV or less, that is, the In composition ratio must be ± 0.018 or less in order to suppress multiwavelength oscillation. , Preferably 50 meV or less, more preferably 20 meV or less.

さらに、上記の図31(b)の短波長半導体発光素子は本質的に発光ダイオードであるため、不純物濃度或いは層厚についての記載はあるものの、半導体レーザにした場合には、どの様な条件で効率の良い、低しきい値電流密度でのレーザ発振が生ずるかについては何ら示唆するところがないものである。   Furthermore, since the short wavelength semiconductor light emitting device of FIG. 31 (b) is essentially a light emitting diode, there are descriptions on the impurity concentration or the layer thickness, but under any conditions when a semiconductor laser is used. There is no suggestion about whether laser oscillation occurs at a low threshold current density with high efficiency.

したがって、本発明は、ナイトライド系化合物半導体を用いた短波長半導体レーザのしきい値電流密度を低減することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to reduce the threshold current density of a short wavelength semiconductor laser using a nitride compound semiconductor.

ここで、課題を解決するための手段を説明するが、図1は請求項1乃至7に関する原理的構成の説明図であり、また、図2は量子井戸構造半導体レーザにおけるモード利得の電流密度の井戸層の層数依存性を示す図である。
図1参照
(1)本発明は、ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、活性層4として多重量子井戸構造を用いると共に、放射光強度分布の最大位置を活性層4の中心位置よりp型クラッド層(6)側にずれていることを特徴とする。
Here, means for solving the problem will be described. FIG. 1 is an explanatory diagram of the principle configuration relating to claims 1 to 7, and FIG. 2 is a graph showing the current density of the mode gain in the quantum well structure semiconductor laser. It is a figure which shows the layer number dependence of a well layer.
See FIG. 1. (1) In the present invention, in a semiconductor laser using a nitride compound semiconductor, a multiple quantum well structure is used as the active layer 4 and the maximum position of the emitted light intensity distribution is set to p from the center position of the active layer 4. It is shifted to the mold clad layer (6) side.

この様に、放射光強度分布の最大位置を活性層4の中心位置よりp型クラッド層(6)側にずらすことにより、最大光学利得位置と放射光強度分布の最大位置とが一致し、光閉じ込め効果が高まるので、しきい値電流密度Jthを低減することができる。 Thus, by shifting the maximum position of the radiated light intensity distribution from the center position of the active layer 4 to the p-type cladding layer (6) side, the maximum optical gain position and the maximum position of the radiated light intensity distribution coincide with each other. Since the confinement effect is enhanced, the threshold current density Jth can be reduced.

(2)また、本発明は、上記(1)において、放射光強度分布の最大位置が多重量子井戸構造のp型クラッド層(6)側から第1番目の量子井戸の位置に一致していることを特徴とする。   (2) Further, according to the present invention, in the above (1), the maximum position of the emitted light intensity distribution coincides with the position of the first quantum well from the p-type cladding layer (6) side of the multiple quantum well structure. It is characterized by that.

ナイトライド系化合物半導体を用いたMQW構造半導体レーザにおいては、最大光学利得位置は、p型クラッド層(6)側から第1番目の量子井戸であるので、この量子井戸の位置に放射光強度分布の最大位置を合わせることが望ましい。   In the MQW structure semiconductor laser using a nitride compound semiconductor, the maximum optical gain position is the first quantum well from the p-type cladding layer (6) side. It is desirable to match the maximum position of.

(3)また、本発明は、上記(1)または(2)において、活性層4とn型クラッド層(2)及びp型クラッド(6)層との間に、それぞれn側光ガイド層(3)及びp側光ガイド層(5)を設けると共に、n側光ガイド層(3)の禁制帯幅をp側光ガイド層(5)の禁制帯幅より大きくすることを特徴とする。   (3) Further, in the above (1) or (2), the present invention provides an n-side light guide layer (between the active layer 4 and the n-type cladding layer (2) and the p-type cladding (6) layer). 3) and a p-side light guide layer (5) are provided, and the forbidden band width of the n-side light guide layer (3) is made larger than the forbidden band width of the p-side light guide layer (5).

ナイトライド系化合物半導体においては禁制帯幅が大きいほど屈折率が小さくなるので、n側光ガイド層(3)の禁制帯幅をp側光ガイド層(5)の禁制帯幅より大きくすることによって放射光強度分布はp側に移動する。   In a nitride compound semiconductor, the larger the forbidden band width, the smaller the refractive index, so that the forbidden band width of the n-side light guide layer (3) is made larger than the forbidden band width of the p-side light guide layer (5). The emitted light intensity distribution moves to the p side.

(4)また、本発明は、上記(1)乃至(3)のいずれかにおいて、活性層4とn型クラッド層(2)及びp型クラッド層(6)との間に、それぞれn側光ガイド層(3)及びp側光ガイド層(5)を設けると共に、p側光ガイド層(5)の層厚をn側光ガイド層(3)の層厚より厚くすることを特徴とする。   (4) Further, according to any of the above (1) to (3), the present invention provides an n-side light between the active layer 4 and the n-type cladding layer (2) and the p-type cladding layer (6). A guide layer (3) and a p-side light guide layer (5) are provided, and the p-side light guide layer (5) is thicker than the n-side light guide layer (3).

この様な光ガイド構造の非対称性は光ガイド層、即ち、SCH層の厚さを非対称にすることによっても形成することができ、p側光ガイド層(5)の層厚をn側光ガイド層(3)の層厚より厚くすることによっても放射光強度分布はp側に移動する。   Such asymmetry of the light guide structure can also be formed by making the thickness of the light guide layer, that is, the SCH layer asymmetric, and the thickness of the p-side light guide layer (5) can be changed to the n-side light guide. The radiated light intensity distribution also moves to the p side by making it thicker than the layer (3).

(5)また、本発明は、上記(1)乃至(4)のいずれかにおいて、n型クラッド層(2)の禁制帯幅をp型クラッド層(6)の禁制帯幅より大きくすることを特徴とする。   (5) Further, according to the present invention, in any one of the above (1) to (4), the forbidden band width of the n-type cladding layer (2) is made larger than the forbidden band width of the p-type cladding layer (6). Features.

この様に、n型クラッド層(2)の禁制帯幅をp型クラッド層(6)の禁制帯幅より大きくすることによっても、放射光強度分布をp側に移動することができる。
なお、この場合、n側光ガイド層(3)の禁制帯幅もp側光ガイド層(5)の禁制帯幅より大きくしても良いし、光ガイド層の層厚を非対称にしても良い。
In this way, the emitted light intensity distribution can also be moved to the p side by making the forbidden band width of the n-type cladding layer (2) larger than the forbidden band width of the p-type cladding layer (6).
In this case, the forbidden band width of the n-side light guide layer (3) may be larger than the forbidden band width of the p-side light guide layer (5), or the thickness of the light guide layer may be asymmetric. .

(6)また、本発明は、活性層4として単一量子井戸構造を用いると共に、活性層4とp側光ガイド層(5)との間に広禁制帯幅層を設けたナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、広禁制帯幅層に起因する放射光強度分布の最大位置と活性層4の中心位置とのずれをn側層により補償することを特徴とする。   (6) In addition, the present invention uses a nitride compound in which a single quantum well structure is used as the active layer 4 and a wide forbidden bandwidth layer is provided between the active layer 4 and the p-side light guide layer (5). In a semiconductor laser using a semiconductor, the n-side layer compensates for a shift between the maximum position of the emitted light intensity distribution caused by the wide forbidden bandwidth layer and the center position of the active layer 4.

電子のオーバーフロー防止のために、活性層4とp側光ガイド層(5)との間に広禁制帯幅層を設けた場合には、広禁制帯幅層に起因して放射光強度分布の最大位置が活性層4の中心位置からn側にずれることになるが、n側層の禁制帯幅を大きくすることによってずれを補償することができ、それによって放射光強度分布の最大位置と活性層4の中心位置とを略一致させることができる。   When a wide forbidden bandwidth layer is provided between the active layer 4 and the p-side light guide layer (5) to prevent electron overflow, the radiation intensity distribution of the wide forbidden bandwidth layer is reduced. Although the maximum position shifts from the center position of the active layer 4 to the n side, the shift can be compensated by increasing the forbidden band width of the n side layer, whereby the maximum position of the synchrotron radiation intensity distribution and the activity The center position of the layer 4 can be substantially matched.

(7)また、本発明は、上記(6)において、n側層が少なくともn側光ガイド層(3)であり、このn側光ガイド層(3)の禁制帯幅をp側光ガイド層(5)の禁制帯幅より大きくすることを特徴とする。   (7) Further, according to the present invention, in the above (6), the n-side layer is at least the n-side light guide layer (3), and the forbidden bandwidth of the n-side light guide layer (3) is set to the p-side light guide layer. It is characterized by being larger than the forbidden bandwidth of (5).

この様に、n側光ガイド層(3)の禁制帯幅をp側光ガイド層(5)の禁制帯幅より大きくすることによって、放射光強度分布をp側に移動することができ、それによって放射光強度分布の最大位置と活性層4の中心位置とを略一致させることができる。   Thus, by making the forbidden band width of the n-side light guide layer (3) larger than the forbidden band width of the p-side light guide layer (5), the emitted light intensity distribution can be moved to the p side, Thus, the maximum position of the synchrotron radiation intensity distribution and the center position of the active layer 4 can be made substantially coincident.

(8)また、本発明は、上記(6)または(7)において、n側層が少なくともn側光ガイド層(3)であり、このn側光ガイド層(3)の層厚をp側光ガイド層(5)の層厚より薄くすることを特徴とする。   (8) In the present invention, in the above (6) or (7), the n-side layer is at least the n-side light guide layer (3), and the layer thickness of the n-side light guide layer (3) is set to the p-side. It is characterized by being made thinner than the thickness of the light guide layer (5).

この様に、n側光ガイド層(3)の層厚をp側光ガイド層(5)の層厚より薄くすることによって非対称性を導入しても良く、それによって、放射光強度分布をp側に移動させて放射光強度分布の最大位置と活性層4の中心位置とを略一致させることができる。   In this way, asymmetry may be introduced by making the layer thickness of the n-side light guide layer (3) thinner than the layer thickness of the p-side light guide layer (5), thereby reducing the emitted light intensity distribution to p. The maximum position of the emitted light intensity distribution and the center position of the active layer 4 can be made to substantially coincide with each other.

(9)また、本発明は、上記(6)乃至(8)のいずれかにおいて、n側層が少なくともn型クラッド層(2)であり、このn型クラッド層(2)の禁制帯幅をp型クラッド層(6)の禁制帯幅より大きくすることを特徴とする。   (9) Further, according to the present invention, in any one of the above (6) to (8), the n-side layer is at least an n-type cladding layer (2), and the forbidden band width of the n-type cladding layer (2) is increased. It is characterized by being larger than the forbidden band width of the p-type cladding layer (6).

この様に、n型クラッド層(2)の禁制帯幅をp型クラッド層(6)の禁制帯幅より大きくすることによっても、放射光強度分布をp側に移動することができ、それによって放射光強度分布の最大位置と活性層4の中心位置とを略一致させることができる。
なお、この場合も、n側光ガイド層(3)の禁制帯幅をp側光ガイド層(5)の禁制帯幅より大きくしても良いし、或いは、光ガイド層3,5の層厚を非対称にしても良い。
In this way, even if the forbidden band width of the n-type cladding layer (2) is made larger than the forbidden band width of the p-type cladding layer (6), the emitted light intensity distribution can be moved to the p side, thereby The maximum position of the radiant light intensity distribution and the center position of the active layer 4 can be substantially matched.
Also in this case, the forbidden band width of the n-side light guide layer (3) may be larger than the forbidden band width of the p-side light guide layer (5), or the layer thickness of the light guide layers 3 and 5 may be increased. May be asymmetric.

(10)また、本発明は、上記(1)乃至(9)のいずれかにおいて、量子井戸構造の活性層4を構成する井戸層が、Alx Gay In1-x-y N(但し、0≦x<1,0<y≦1)で構成されることを特徴とする。 (10) Further, according to the present invention, in any one of the above (1) to (9), the well layer constituting the active layer 4 having the quantum well structure is Al x Ga y In 1-xy N (provided that 0 ≦ x <1, 0 <y ≦ 1).

この様な、短波長半導体レーザにおける量子井戸構造の活性層4を構成する井戸層としては、GaN、InGaN、AlGaN、或いは、AlInGaN等のナイトライド系化合物半導体、即ち、Alx Gay In1-x-y N(但し、0≦x<1,0<y≦1)が好適である。 As the well layer constituting the active layer 4 of the quantum well structure in such a short wavelength semiconductor laser, a nitride compound semiconductor such as GaN, InGaN, AlGaN, or AlInGaN, that is, Al x Ga y In 1− xy N (where 0 ≦ x <1, 0 <y ≦ 1) is preferable.

(11)また、本発明は、ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、活性層4を2層の利得層を有する多重量子井戸構造で構成することを特徴とする。   (11) Further, the present invention is characterized in that, in a semiconductor laser using a nitride compound semiconductor, the active layer 4 is constituted by a multiple quantum well structure having two gain layers.

レーザのキャビティロス(しきい値利得)が大きい場合には、下記の図2及び上述の図36から明らかな様に、利得層を2層にした場合に、しきい値電流密度Jthをより低くすることができる。 When the laser cavity loss (threshold gain) is large, as is apparent from FIG. 2 and FIG. 36 described above, the threshold current density Jth is further increased when the gain layer is made two layers. Can be lowered.

(12)また、本発明は、ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、活性層4を1層の厚さが6nm以上の2層または3層の利得層を有する多重量子井戸構造で構成することを特徴とする。   (12) In the semiconductor laser using a nitride compound semiconductor according to the present invention, the active layer 4 has a multiple quantum well structure having two or three gain layers each having a thickness of 6 nm or more. It is characterized by doing.

図2参照
例えば、キャビティロスが100cm-1と小さい場合には、モード利得Gm がキャビティロスを上回ってレーザ発振を開始するしきい値電流密度Jthは、
th(1層)<Jth(2層)<Jth(3層)<Jth(4層)<Jth(5層) となり、利得層の総層厚が同じ場合、活性層4を単一の利得層で構成した方がしきい値電流密度Jthを低くすることができる。
For example, when the cavity loss is as small as 100 cm −1 , the threshold current density J th at which the mode gain G m exceeds the cavity loss and starts laser oscillation is expressed as follows:
J th (1 layer) <J th (2 layers) <J th (3 layers) <J th (4 layers) <J th (5 layers) When the total thickness of the gain layers is the same, the active layer 4 is The threshold current density Jth can be lowered by the single gain layer.

一方、キャビティロスが200cm-1と大きくなった場合には、モード利得Gm がキャビティロスを上回ってレーザ発振を開始するしきい値電流密度Jthは、
th(2層)<Jth(3層)≒Jth(1層)<Jth(4層)<Jth(5層) となり、利得層の総層厚が同じ場合、利得層が2層又は3層でなる多重量子井戸構造を構成した方がしきい値電流密度Jthを低くすることができる。
On the other hand, when the cavity loss is as large as 200 cm −1 , the threshold current density J th at which the mode gain G m exceeds the cavity loss and laser oscillation starts is
When J th (2 layers) <J th (3 layers) ≈J th (1 layer) <J th (4 layers) <J th (5 layers) and the total thickness of the gain layers is the same, the gain layer is 2 The threshold current density Jth can be lowered by configuring a multi-quantum well structure consisting of three layers or three layers.

(13)また、本発明は、上記(11)または(12)において、利得層をアンドープ層で構成することを特徴とする。   (13) Further, the present invention is characterized in that, in the above (11) or (12), the gain layer is composed of an undoped layer.

この様に、多重量子井戸構造活性層を用いた場合にも、利得層をアンドープ層にして、不純物散乱を少なくして正孔の移動度を高めることが望ましく、それによって、正孔をより均一に注入することができる。   As described above, even when an active layer having a multiple quantum well structure is used, it is desirable that the gain layer be an undoped layer to reduce impurity scattering and increase the mobility of holes, thereby making the holes more uniform. Can be injected into.

(14)また、本発明は、上記(11)乃至(13)のいずれかにおいて、利得層4が、Alx Gay In1-x-y N(但し、0≦x<1,0<y≦1)で構成されることを特徴とする。 (14) Further, according to the present invention, in any one of the above (11) to (13), the gain layer 4 may be Al x Ga y In 1-xy N (where 0 ≦ x <1, 0 <y ≦ 1 ).

この様な、短波長半導体レーザを構成する利得層としては、GaN、InGaN、AlGaN、或いは、AlInGaN等のナイトライド系化合物半導体、即ち、Alx Gay In1-x-y N(但し、0≦x<1,0<y≦1)が好適である。 Such as the gain layer constituting the short wavelength semiconductor laser, GaN, InGaN, AlGaN, or nitride compound semiconductor such as AlInGaN, namely, Al x Ga y In 1- xy N ( where, 0 ≦ x <1, 0 <y ≦ 1) is preferred.

(15)本発明は、ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、p側光ガイド層がInGaN或いはGaNのいずれかからなり、且つ、p側光ガイド層の不純物濃度が1×1017cm-3未満であることを特徴とする。 (15) In the semiconductor laser using a nitride compound semiconductor according to the present invention, the p-side light guide layer is made of either InGaN or GaN, and the impurity concentration of the p-side light guide layer is 1 × 10 17 cm. It is less than -3 .

この様に、不純物濃度が1×1017cm-3未満のInGaN或いはGaNからなるp側光ガイド層を用いることによって、p側光ガイド層におけるホールの移動度を高めることができ、それによって、ホールの注入効率を高めることができ、また、結晶性を改善することができるので、非発光性再結合を低減し、それによって、しきい値電流密度Jthを低くすることができる。 Thus, by using a p-side light guide layer made of InGaN or GaN having an impurity concentration of less than 1 × 10 17 cm −3 , the mobility of holes in the p-side light guide layer can be increased, thereby Since the hole injection efficiency can be increased and the crystallinity can be improved, non-luminous recombination can be reduced, and thereby the threshold current density Jth can be lowered.

(16)また、本発明は、上記(15)において、p側光ガイド層がアンドープ層であることを特徴とする。   (16) Further, in the above (15), the present invention is characterized in that the p-side light guide layer is an undoped layer.

この様な低不純物濃度層は、アンドープ層で構成することが望ましい。   Such a low impurity concentration layer is preferably composed of an undoped layer.

(17)また、本発明は、上記(15)または(16)において、p側光ガイド層におけるホールの移動度が、2cm2 /V・s以上であることを特徴とする。 (17) Further, the present invention is characterized in that, in the above (15) or (16), the mobility of holes in the p-side light guide layer is 2 cm 2 / V · s or more.

この様な低不純物濃度層におけるホールの移動度は、所要のホールの注入が得られ、且つ、現在の時点において、レーザ発振が可能になると考えられる2cm2 /V・s以上とすることが必要である。 The hole mobility in such a low impurity concentration layer is required to be 2 cm 2 / V · s or more, which is considered to enable laser oscillation at the present time point where necessary hole injection is obtained. It is.

(18)また、本発明は、ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、p側光ガイド層の層厚をn側光ガイド層の層厚より薄くしたことを特徴とする。   (18) Further, the present invention is characterized in that in the semiconductor laser using the nitride compound semiconductor, the layer thickness of the p-side light guide layer is made thinner than the layer thickness of the n-side light guide layer.

この様に、p側光ガイド層の層厚をn側光ガイド層の層厚より薄くすることによって、p側光ガイド層における非発光性再結合を低減することができ、それによって、低しきい値電流密度Jthの半導体レーザを構成することができる。 In this way, non-radiative recombination in the p-side light guide layer can be reduced by making the thickness of the p-side light guide layer thinner than that of the n-side light guide layer. A semiconductor laser having a threshold current density Jth can be configured.

(19)また、本発明は、ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、p側光ガイド層の層厚が0.1μm未満であることを特徴とする。   (19) Further, the present invention is characterized in that, in a semiconductor laser using a nitride compound semiconductor, the thickness of the p-side light guide layer is less than 0.1 μm.

この様に、p側光ガイド層の層厚を0.1μm未満に、より好適には、0.08μm(80nm)以下にすることによって、p側光ガイド層における非発光性再結合を効果的に低減することができる。   In this way, non-radiative recombination in the p-side light guide layer is effectively achieved by setting the thickness of the p-side light guide layer to less than 0.1 μm, and more preferably 0.08 μm (80 nm) or less. Can be reduced.

(20)また、本発明は、上記(18)または(19)において、p側光ガイド層の禁制帯幅をn側光ガイド層の禁制帯幅より大きくしたことを特徴とする。   (20) Further, in the above (18) or (19), the present invention is characterized in that the forbidden band width of the p-side light guide layer is larger than the forbidden band width of the n-side light guide layer.

この様に、p側光ガイド層の禁制帯幅をn側光ガイド層の禁制帯幅より大きくすることによって、電子がp側光ガイド層側へオーバーフローするのを防止することができる。   Thus, by making the forbidden band width of the p-side light guide layer larger than the forbidden band width of the n-side light guide layer, it is possible to prevent electrons from overflowing to the p-side light guide layer side.

(21)また、本発明は、ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、p側光ガイド層の禁制帯幅が活性層に隣接する部分で小さく、且つ、p型クラッド層に隣接する部分で大きくなっていることを特徴とする。   (21) Further, according to the present invention, in a semiconductor laser using a nitride compound semiconductor, the forbidden band width of the p-side light guide layer is small in a portion adjacent to the active layer and a portion adjacent to the p-type cladding layer. It is characterized by being larger.

この様に、禁制帯幅が活性層に隣接する部分で小さく、且つ、p型クラッド層に隣接する部分で大きくなっているp側光ガイド層を用いることによって、十分な光閉じ込めを確保しつつ、電子のp型クラッド層へのオーバーフローを防止することができ、また、活性層へのホールの注入効率を改善することができる。   Thus, by using the p-side light guide layer whose forbidden band width is small in the portion adjacent to the active layer and large in the portion adjacent to the p-type cladding layer, sufficient light confinement is ensured. Electron overflow into the p-type cladding layer can be prevented, and hole injection efficiency into the active layer can be improved.

(22)また、本発明は、上記(21)において、p側光ガイド層の禁制帯幅が階段的に変化していることを特徴とする。   (22) Further, the present invention is characterized in that, in the above (21), the forbidden band width of the p-side light guide layer changes stepwise.

上記(21)の様なp側光ガイド層における禁制帯幅の変化は、階段的変化、即ち、ステップ状の変化であっても良く、2層、或いは、2層以上の多層構造で構成すれば良い。   The change in the forbidden band width in the p-side light guide layer as described in (21) above may be a step change, that is, a step-like change, and may be composed of two layers or a multilayer structure of two or more layers. It ’s fine.

(23)また、本発明は、上記(21)において、p側光ガイド層の禁制帯幅が連続的に変化していることを特徴とする。   (23) Further, in the above (21), the present invention is characterized in that the forbidden bandwidth of the p-side light guide layer is continuously changed.

また、上記(21)の様なp側光ガイド層における禁制帯幅の変化は、連続的変化、即ち、グレーデッド状の変化であっても良い。   Further, the change in the forbidden bandwidth in the p-side light guide layer as in (21) may be a continuous change, that is, a graded change.

(24)また、本発明は、ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、p側光ガイド層の禁制帯幅が活性層に隣接する側からp型クラッド層3に隣接する側に向かって連続的に小さくなっていることを特徴とする。   (24) Further, according to the present invention, in the semiconductor laser using a nitride compound semiconductor, the forbidden bandwidth of the p-side light guide layer is from the side adjacent to the active layer toward the side adjacent to the p-type cladding layer 3. It is characterized by being continuously reduced.

この様に、禁制帯幅が活性層に隣接する側からp型クラッド層に隣接する側に向かって連続的に小さくなっているp側光ガイド層、即ち、逆グレーデッド状のp側光ガイド層を用いることによって、ホールの注入に障害となるエネルギースパイクが発生することがなく、十分なホールの注入を確保しつつ、電子のオーバーフローを防止することができる。   Thus, the p-side light guide layer whose forbidden band width continuously decreases from the side adjacent to the active layer toward the side adjacent to the p-type cladding layer, that is, the p-side light guide having an inverse graded shape. By using the layer, energy spikes that hinder hole injection do not occur, and electron overflow can be prevented while securing sufficient hole injection.

(25)また、本発明は、上記(21)乃至(24)のいずれかにおいて、p側光ガイド層を構成する禁制帯幅の小さな層がInGaN或いはGaNからなり、且つ、禁制帯幅の大きな層がAlGaNからなることを特徴とする。   (25) Further, according to the present invention, in any one of the above (21) to (24), the layer having a small forbidden band width constituting the p-side light guide layer is made of InGaN or GaN and has a large forbidden band width. The layer is made of AlGaN.

この様に、電子のオーバーフローを効果的に防止するためには、GaN/AlGaN又はInGaN/AlGaN界面におけるΔEC /ΔEg が大きいので、禁制帯幅の大きな層としてAlGaNを採用することが望ましい。 As described above, in order to effectively prevent the overflow of electrons, ΔE C / ΔE g at the GaN / AlGaN or InGaN / AlGaN interface is large, so that it is desirable to employ AlGaN as a layer having a large forbidden bandwidth.

(26)本発明は、ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体発光素子において、共振器内の活性層のフォトルミネッセンス波長の分布が90meV以下であることを特徴とする。   (26) The semiconductor light emitting device using a nitride compound semiconductor according to the present invention is characterized in that the photoluminescence wavelength distribution of the active layer in the resonator is 90 meV or less.

(27)また、本発明は、上記(26)において、共振器内の活性層のフォトルミネッセンス波長の分布が50meV以下であることを特徴とする。   (27) Further, in the above (26), the present invention is characterized in that the distribution of the photoluminescence wavelength of the active layer in the resonator is 50 meV or less.

この様に、短波長半導体レーザにおいて、多波長発振を抑制するためには、共振器内の活性層のフォトルミネッセンス波長の分布が90meV以下であることが必要であり、より好適には、50meV以下にすることが望ましい。   Thus, in order to suppress multiwavelength oscillation in a short wavelength semiconductor laser, the photoluminescence wavelength distribution of the active layer in the resonator needs to be 90 meV or less, and more preferably 50 meV or less. It is desirable to make it.

(28)本発明は、ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体発光素子において、共振器内の活性層の転位密度を109 cm-2以下とすることを特徴とする。 (28) The semiconductor light-emitting device using a nitride compound semiconductor according to the present invention is characterized in that the dislocation density of the active layer in the resonator is 10 9 cm −2 or less.

(29)また、本発明は、上記(28)において、共振器内の活性層の転位密度を108 cm-2以下とすることを特徴とする。 (29) Further, in the above (28), the present invention is characterized in that the dislocation density of the active layer in the resonator is 10 8 cm −2 or less.

従来の短波長半導体レーザにおける転位密度は109 cm-2台、即ち、109 〜1010cm-2であり、PLピーク波長の不均一の大きさは転位の間隔と一致することから、共振器内の活性層の転位密度を低減することによってPLピーク波長の分布を低減することができ、そのためには、共振器内の活性層の転位密度を109 cm-2以下とすることが必要であり、好適には、108 cm-2以下、より好適には、107 cm-2以下にすることが望ましい。 The dislocation density in the conventional short wavelength semiconductor laser is on the order of 10 9 cm −2 , that is, 10 9 to 10 10 cm −2 , and the non-uniform magnitude of the PL peak wavelength coincides with the distance between dislocations. The distribution of the PL peak wavelength can be reduced by reducing the dislocation density of the active layer in the resonator, and for this purpose, the dislocation density of the active layer in the resonator needs to be 10 9 cm -2 or less. Preferably, it is 10 8 cm −2 or less, more preferably 10 7 cm −2 or less.

即ち、従来の短波長半導体レーザにおいては、ナイトライド系化合物半導体との格子不整合が13%程度と非常に大きなサファイアを成長基板として用いていたため、共振器内の活性層の転位密度は1010cm-2程度であるが、ナイトライド系化合物半導体においては、転位は非発光中心を形成しないのでデバイスの特性には影響しないと言われているので、この様な転位密度を全く問題にせずにデバイス化が進められていたが、上述の様に、転位密度と組成不均一とが相関を示し、転位密度が小さくなると組成不均一も小さくなるので、格子不整合が3%と大幅に低減されるSiC基板を用いることにより、転位密度を109 cm-2以下に、少なくとも、107 cm-2程度までは低減することができ、それによって、多波長発振の抑制された短波長半導体発光素子を実現することができる。 That is, in the conventional short wavelength semiconductor laser, sapphire having an extremely large lattice mismatch of about 13% with a nitride compound semiconductor is used as a growth substrate, and therefore the dislocation density of the active layer in the resonator is 10 10. Although it is about cm -2 , in nitride compound semiconductors, dislocations do not form non-emissive centers, so it is said that they do not affect the characteristics of the device. Although device development has been promoted, as described above, the dislocation density and the compositional non-uniformity are correlated, and as the dislocation density decreases, the compositional non-uniformity also decreases, so the lattice mismatch is greatly reduced to 3%. By using a SiC substrate, the dislocation density can be reduced to 10 9 cm -2 or less, at least to about 10 7 cm -2 , thereby suppressing multiwavelength oscillation. A short wavelength semiconductor light emitting device can be realized.

(30)また、本発明は、上記(26)乃至(29)のいずれかにおいて、活性層がInを構成要素として含むことを特徴とする。   (30) Further, the present invention is characterized in that in any one of the above (26) to (29), the active layer contains In as a constituent element.

この様に、活性層としてInを構成要素として含む半導体を用いた場合、特に、In組成比の比較的大きなInGaNを用いた場合にも、上記(26)乃至(29)の条件を満たすことによって、青色発光素子、特に、青色半導体レーザとして好適な結晶性の良好な活性層を得ることができる。   As described above, when a semiconductor containing In as a constituent element is used as an active layer, particularly when InGaN having a relatively large In composition ratio is used, the above conditions (26) to (29) are satisfied. Thus, an active layer having good crystallinity suitable as a blue light emitting element, particularly, a blue semiconductor laser can be obtained.

(31)本発明は、ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体発光素子の製造方法において、活性層を成長させる際の成長速度を0.1μm/時以上とすることを特徴とする。   (31) The present invention is characterized in that, in the method for producing a semiconductor light emitting device using a nitride compound semiconductor, the growth rate when growing the active layer is 0.1 μm / hour or more.

ナイトライド系化合物半導体においては、活性層を成長させる際の成長速度を0.1μm/時(0.1μm/h)以下とした場合には、PL波長分布、即ち、PL波長の標準偏差が大きくなり、特に、成長速度rg が0.075μm/hの場合には、InGaN混晶のIn組成比を大きくなるとPL波長の標準偏差が大きくなり、レーザ発振が不可能になる。 In the nitride compound semiconductor, when the growth rate when growing the active layer is 0.1 μm / hour (0.1 μm / h) or less, the PL wavelength distribution, that is, the standard deviation of the PL wavelength is large. will, in particular, when the growth rate r g is 0.075 .mu.m / h, the standard deviation of the larger the PL wavelength the in composition ratio of the InGaN mixed crystal is increased, it becomes impossible to laser oscillation.

したがって、0.1μm/h以上の成長速度を採用することにより、PLピーク波長分布を90meV以下とすることができるので、多波長発振の抑制された半導体レーザを再現性良く製造することができ、また、LEDとしても波長の半値幅の狭い純度の高い青色発光素子を実現することができる。   Therefore, by adopting a growth rate of 0.1 μm / h or more, the PL peak wavelength distribution can be made 90 meV or less, so that a semiconductor laser in which multiwavelength oscillation is suppressed can be manufactured with good reproducibility, In addition, a high-purity blue light-emitting element with a narrow half-width of wavelength can be realized as an LED.

(32)また、本発明は、上記(31)において、成長速度を0.2μm/時以上としたことを特徴とする。   (32) Further, the present invention is characterized in that, in the above (31), the growth rate is 0.2 μm / hour or more.

この様に、成長速度を上げることによって、PLピーク波長分布をより狭くすることができ、多波長発振の抑制が容易になる。   In this way, by increasing the growth rate, the PL peak wavelength distribution can be made narrower, and multi-wavelength oscillation can be easily suppressed.

(33)また、本発明は、上記(31)において、成長速度を0.3μm/時以上としたことを特徴とする。   (33) Further, the present invention is characterized in that, in the above (31), the growth rate is set to 0.3 μm / hour or more.

この様に、成長速度を0.3μm/時以上とした場合には、青色発光素子として好適なIn組成比の比較的大きなInGaNを成長させる場合にもPL波長の標準偏差の増大が起こらず、再現良くPLピーク波長分布の狭い、例えば、90meV以下の活性層を成長させることができ、且つ、PL光強度の大きな結晶性の良好な活性層を成長させることができる。   As described above, when the growth rate is 0.3 μm / hour or more, the PL wavelength standard deviation does not increase even when growing a relatively large InGaN having a suitable In composition ratio as a blue light emitting element. An active layer having a narrow PL peak wavelength distribution, for example, 90 meV or less can be grown with good reproducibility, and an active layer having a high PL light intensity and good crystallinity can be grown.

(34)また、本発明は、上記(31)乃至(33)のいずれかにおいて、基板としてSiC基板を用いると共に、SiC基板の表面をエッチングすることを特徴とする。   (34) Further, the present invention is characterized in that, in any of the above (31) to (33), an SiC substrate is used as a substrate and the surface of the SiC substrate is etched.

活性層の転位密度、したがって、組成不均一によるフォトルミネッセンス波長の分布は基板の表面欠陥密度に依存するので、格子不整合の小さなSiC基板を用いた場合にも、その表面をエッチング、特に、ドライ・エッチングすることにより表面欠陥を除去することにより、転位密度の小さな活性層を再現性良く成長させることができる。   Since the dislocation density of the active layer, and hence the distribution of the photoluminescence wavelength due to the compositional inhomogeneity, depends on the surface defect density of the substrate, even when using a SiC substrate with a small lattice mismatch, the surface is etched, especially dry. -By removing surface defects by etching, an active layer having a low dislocation density can be grown with good reproducibility.

(35)また、本発明は、上記(31)乃至(34)のいずれかにおいて、活性層がInを構成要素として含むことを特徴とする。   (35) Further, the present invention is characterized in that, in any one of the above (31) to (34), the active layer contains In as a constituent element.

上記(33)において説明したように、本発明の製造方法は、Inを構成要素として含む活性層を有する半導体発光素子に特に有効である。   As described in (33) above, the manufacturing method of the present invention is particularly effective for a semiconductor light emitting device having an active layer containing In as a constituent element.

(36)本発明は、ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、p型クラッド層を、2層の広禁制帯幅のp型半導体層の間に、狭禁制帯幅の中間層を挟んだ多層構造で構成することを特徴とする。   (36) According to the present invention, in a semiconductor laser using a nitride compound semiconductor, a p-type cladding layer is sandwiched between two wide-bandwidth p-type semiconductor layers with a narrow forbidden band width intermediate layer. It is characterized by comprising a multilayer structure.

この様に、p型クラッド層の中間に狭禁制帯幅の中間層を挟み込むことによって、この中間層においてオーバーフローしてきた電子を再結合発光させ、光として放出することによって、オーバーフロー電流に起因する発熱を抑制することができ、それによって、オーバーフロー電流が増加する悪循環を断ち切ることができ、しきい値電流密度Jthを低減することができる。 In this way, by sandwiching an intermediate layer having a narrow forbidden band width in the middle of the p-type cladding layer, electrons overflowing in the intermediate layer are recombined and emitted as light, thereby generating heat due to the overflow current. Thus, the vicious circle in which the overflow current increases can be interrupted, and the threshold current density Jth can be reduced.

(37)また、本発明は、上記(36)において、中間層6が、単層の狭禁制帯幅層で構成されることを特徴とする。   (37) Further, in the above (36), the present invention is characterized in that the intermediate layer 6 is formed of a single narrow band gap layer.

この様な中間層は、単層の狭禁制帯幅層で構成しても良く、この場合には、p型クラッド層の抵抗を小さくするために、p型にドープすることが望ましい。   Such an intermediate layer may be composed of a single narrow forbidden bandwidth layer. In this case, in order to reduce the resistance of the p-type cladding layer, p-type doping is desirable.

(38)また、本発明は、上記(36)において、中間層が、2層の広禁制帯幅のp型半導体層の間の任意の位置で禁制帯幅が最低になるように禁制帯幅が連続的に変化していることを特徴とする。   (38) Further, in the above (36), the present invention provides the forbidden band width so that the intermediate layer has the minimum forbidden band width at any position between the two wide forbidden band p-type semiconductor layers. Is characterized by continuously changing.

この様に、中間層を、U字型の禁制帯幅分布を有する層で構成することによって、ホールのp側光ガイド層への注入をスムーズに行うことができる。   In this way, by configuring the intermediate layer with a layer having a U-shaped forbidden bandwidth distribution, holes can be smoothly injected into the p-side light guide layer.

(39)また、本発明は、上記(36)において、中間層が、広禁制帯幅の層と狭禁制帯幅の層を交互に複数層積層させた多層構造からなることを特徴とする。   (39) Further, the present invention is characterized in that, in the above (36), the intermediate layer has a multilayer structure in which a plurality of layers having a wide forbidden band width and a layer having a narrow forbidden band width are alternately laminated.

この様に、中間層を、多層構造で構成しても良く、この場合には、狭禁制帯幅の層をアンドープにすることによって結晶性を改善し、狭禁制帯幅の層における発光性再結合確率を大きくすることができる。 In this way, the intermediate layer may be formed in a multilayer structure. In this case, the crystallinity is improved by undoping the layer having the narrow forbidden band width, and the light emission characteristics in the layer having the narrow forbidden band width are improved. The coupling probability can be increased.

(40)また、本発明は、上記(39)において、中間層を構成する広禁制帯幅の層と狭禁制帯幅の層との間の禁制帯幅が連続的に変化していることを特徴とする。   (40) In the present invention, in the above (39), the forbidden bandwidth between the wide forbidden bandwidth layer and the narrow forbidden bandwidth layer constituting the intermediate layer is continuously changed. Features.

この様に、中間層を構成する広禁制帯幅の層と狭禁制帯幅の層との間の禁制帯幅を連続的に変化させることによって、ホールのp側光ガイド層への注入をスムーズに行うことができる。   In this way, by continuously changing the forbidden bandwidth between the wide forbidden bandwidth layer and the narrow forbidden bandwidth layer constituting the intermediate layer, holes are smoothly injected into the p-side light guide layer. Can be done.

(41)また、本発明は、上記(36)乃至(40)のいずれかにおいて、中間層の内の狭禁制帯幅側の層の少なくとも一部をアンドープ層にしたことを特徴とする。   (41) Further, the present invention is characterized in that in any one of the above (36) to (40), at least a part of the narrow band gap side layer in the intermediate layer is an undoped layer.

この様に、中間層の内の狭禁制帯幅側の層の少なくとも一部をアンドープ層にすることによって結晶性を改善し、発光性再結合確率を大きくすることができる。   In this way, by making at least a part of the layer on the narrow band gap side of the intermediate layer an undoped layer, the crystallinity can be improved and the luminescent recombination probability can be increased.

(42)また、本発明は、上記(36)乃至(41)のいずれかにおいて、広禁制帯幅の層をAlGaNで構成するとともに、狭禁制帯幅の層をInGaN、GaN、或いは、AlGaNのいずれかで構成することを特徴とする。   (42) Further, in the present invention, in any of the above (36) to (41), the wide forbidden band layer is made of AlGaN, and the narrow forbidden band layer is made of InGaN, GaN, or AlGaN. It is characterized by comprising either.

この様に、広禁制帯幅の層、即ち、p型半導体層及び中間層を構成する広禁制帯幅の部分をAlGaNで構成するとともに、狭禁制帯幅の層をInGaN、GaN、或いは、AlGaNのいずれかで構成することが好適である。   In this way, the wide forbidden band layer, that is, the wide forbidden band portion constituting the p-type semiconductor layer and the intermediate layer is made of AlGaN, and the narrow forbidden band layer is made of InGaN, GaN, or AlGaN. It is suitable to comprise either.

(43)本発明は、ナイトライド系化合物半導体を用いた多重量子井戸構造半導体レーザにおいて、多重量子井戸活性層を構成するバリア層の厚さを5nm未満とすることを特徴とする。   (43) The present invention is characterized in that in a multiple quantum well structure semiconductor laser using a nitride compound semiconductor, the thickness of the barrier layer constituting the multiple quantum well active layer is less than 5 nm.

この様に、ナイトライド系化合物半導体においては、ウエル層からの波動関数の滲み出しの程度が小さいので、多重量子井戸活性層を構成するバリア層の厚さを薄くしても光学利得の発生の低下の問題は余り大きくならないので、バリア層の厚さを5nm未満としてキャリアの不均一注入を改善することによって、多重量子井戸構造半導体レーザの特性を向上することができる。   As described above, in the nitride-based compound semiconductor, since the wave function oozes out from the well layer, the optical gain is not generated even if the thickness of the barrier layer constituting the multiple quantum well active layer is reduced. Since the degradation problem does not become so large, the characteristics of the multiple quantum well structure semiconductor laser can be improved by improving the nonuniform injection of carriers by setting the thickness of the barrier layer to less than 5 nm.

(44)また、本発明は、上記(43)において、多重量子井戸活性層を構成するバリア層が、In組成比が0.04以上のInGaNによって構成されることを特徴とする。   (44) Further, in the above (43), the present invention is characterized in that the barrier layer constituting the multiple quantum well active layer is made of InGaN having an In composition ratio of 0.04 or more.

この様に、多重量子井戸活性層を構成するバリア層の厚さを薄くした場合には、歪低減の効果が生じ、結晶性の劣化が少なくなるので、InGaNからなるバリア層のIn組成比を0.04以上に大きくすることができ、それによってバリア層の障壁の高さを低くすることができるので、キャリアの不均一注入をより一層改善することができる。   In this way, when the thickness of the barrier layer constituting the multi-quantum well active layer is reduced, the effect of reducing strain is produced and the deterioration of crystallinity is reduced. Therefore, the In composition ratio of the barrier layer made of InGaN is reduced. Since the height of the barrier layer can be lowered by 0.04 or more, thereby making it possible to further improve non-uniform carrier injection.

(45)また、本発明は、ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、活性層のp側に設けるエレクトロンブロック層の不純物濃度を、1.0×1017cm-3未満とすることを特徴とする。 (45) Further, according to the present invention, in the semiconductor laser using the nitride compound semiconductor, the impurity concentration of the electron block layer provided on the p side of the active layer is less than 1.0 × 10 17 cm −3. Features.

(46)また、本発明は、上記(45)において、活性層のp側に設けるエレクトロンブロック層をアンドープ層とすることを特徴とする。   (46) Further, in the above (45), the present invention is characterized in that the electron block layer provided on the p side of the active layer is an undoped layer.

上記(45)或いは(46)の様に、活性層のp側に設けるエレクトロンブロック層を不純物濃度が1.0×1017cm-3未満の層、特に、アンドープ層で構成することにより、ホールが不純物により散乱されることがないのでホールの実効移動度が向上し、ホールの注入効率が改善され、印加電圧Vを小さくすることができる。 As described in the above (45) or (46), the electron block layer provided on the p side of the active layer is formed of a layer having an impurity concentration of less than 1.0 × 10 17 cm −3 , in particular, an undoped layer. Is not scattered by impurities, the effective mobility of holes is improved, the efficiency of hole injection is improved, and the applied voltage V can be reduced.

(47)また、本発明は、ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、活性層のp側に設けるエレクトロンブロック層のp側の領域において、禁制帯幅が徐々に変化していることを特徴とする。   (47) Further, according to the present invention, in the semiconductor laser using a nitride compound semiconductor, the forbidden band width gradually changes in the p-side region of the electron block layer provided on the p-side of the active layer. Features.

この様に、活性層のp側に設けるエレクトロンブロック層のp側の領域において、禁制帯幅を徐々に変化させる、即ち、連続的に変化させる、或いは、階段状に変化させることによって、エレクトロンブロック層とp側層、即ち、p側光ガイド層或いはp型クラッド層との間の電子親和力を徐々に変化させることができ、それによって界面において電位障壁となるノッチの発生を抑制することができるので、ホールの注入効率が改善され、印加電圧Vを小さくすることができる。   In this way, in the region on the p side of the electron block layer provided on the p side of the active layer, the forbidden band width is gradually changed, that is, changed continuously or stepwise to change the electron block. The electron affinity between the layer and the p-side layer, that is, the p-side light guide layer or the p-type cladding layer, can be gradually changed, thereby suppressing the occurrence of a notch serving as a potential barrier at the interface. Therefore, the hole injection efficiency is improved and the applied voltage V can be reduced.

(48)また、本発明は、ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、活性層のp側に設けるエレクトロンブロック層のn側の領域において、禁制帯幅が徐々に変化していることを特徴とする。   (48) Further, according to the present invention, in the semiconductor laser using the nitride compound semiconductor, the forbidden band width is gradually changed in the n-side region of the electron block layer provided on the p-side of the active layer. Features.

この様に、活性層のp側に設けるエレクトロンブロック層のn側の領域において、禁制帯幅を徐々に変化させる、即ち、連続的に変化させる、或いは、階段状に変化させることによって、エレクトロンブロック層と活性層との間の電子親和力を徐々に変化させることができ、それによって界面において電位障壁となるノッチの発生を抑制することができるので、ホールの注入効率が改善され、印加電圧Vを小さくすることができる。   In this way, in the region on the n side of the electron block layer provided on the p side of the active layer, the forbidden band width is gradually changed, that is, continuously changed, or changed stepwise. The electron affinity between the active layer and the active layer can be gradually changed, thereby suppressing the occurrence of notches serving as potential barriers at the interface, so that the hole injection efficiency is improved and the applied voltage V is reduced. Can be small.

(49)また、本発明は、ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、活性層のp側に設けるエレクトロンブロック層のn側及びp側の領域において、禁制帯幅が徐々に変化していることを特徴とする。   (49) Further, according to the present invention, in the semiconductor laser using a nitride compound semiconductor, the forbidden band width gradually changes in the n side and p side regions of the electron block layer provided on the p side of the active layer. It is characterized by being.

この様に、活性層のp側に設けるエレクトロンブロック層のn側及びp側の領域において、禁制帯幅を徐々に変化させる、即ち、連続的に変化させる、或いは、階段状に変化させることによって、エレクトロンブロック層と活性層との間、及び、エレクトロンブロック層とp側層との間の電子親和力を徐々に変化させることができ、それによって両方の界面において電位障壁となるノッチの発生を抑制することができるので、ホールの注入効率が改善され、印加電圧Vを小さくすることができる。   In this manner, by changing the forbidden band width gradually, that is, continuously or stepwise in the n-side and p-side regions of the electron block layer provided on the p-side of the active layer. The electron affinity between the electron block layer and the active layer and between the electron block layer and the p-side layer can be gradually changed, thereby suppressing the generation of notches that become potential barriers at both interfaces. Therefore, the hole injection efficiency is improved, and the applied voltage V can be reduced.

(50)本発明は、ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、活性層のp側に設けるエレクトロンブロック層のMg濃度を7×1019cm-3以上とすることを特徴とする。 (50) The present invention is characterized in that, in a semiconductor laser using a nitride compound semiconductor, the Mg concentration of the electron block layer provided on the p side of the active layer is 7 × 10 19 cm −3 or more.

この様に、活性層のp側に設けるエレクトロンブロック層のMg濃度を7×1019cm-3以上とすることによって、発光スペクトルの評価から、キャリアのオーバーフローを効果的に抑制することができる。 Thus, by setting the Mg concentration of the electron block layer provided on the p side of the active layer to 7 × 10 19 cm −3 or more, carrier overflow can be effectively suppressed from the evaluation of the emission spectrum.

この理由は必ずしも明らかではないが、エレクトロンブロック層の価電子帯側に深い不純物準位が高密度に形成され、この不純物準位を介した不純物伝導(impurity conduction、或いは、hopping conduction)或いはトンネル伝導によってホールが活性層に注入されるので、ホールの注入効率が改善されるためと考えられる。   The reason for this is not necessarily clear, but deep impurity levels are formed at a high density on the valence band side of the electron block layer. Impurity conduction or hopping conduction or tunnel conduction through this impurity level. This is because holes are injected into the active layer due to the above, and the hole injection efficiency is improved.

(51)また、本発明は、ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザの製造方法において、活性層のp側に設けるエレクトロンブロック層の成長温度を600℃〜900℃としたことを特徴とする。   (51) Further, the present invention is characterized in that, in the method of manufacturing a semiconductor laser using a nitride compound semiconductor, the growth temperature of the electron block layer provided on the p side of the active layer is 600 ° C. to 900 ° C. .

(52)また、本発明は、上記(51)において、エレクトロンブロック層の成長温度を活性層の成長温度と同じにしたことを特徴とする。   (52) Further, in the above (51), the present invention is characterized in that the growth temperature of the electron block layer is the same as the growth temperature of the active layer.

この様に、エレクトロンブロック層の成長温度を、従来の成長温度である1100℃近傍より低い、活性層の成長温度と同様の600℃〜900℃とすることによって、活性層における発光強度を高め、且つ、p型光ガイド層における発光を低減することができる。   Thus, the emission temperature in the active layer is increased by setting the growth temperature of the electron block layer to 600 ° C. to 900 ° C., which is the same as the growth temperature of the active layer, lower than the conventional growth temperature of about 1100 ° C. In addition, light emission in the p-type light guide layer can be reduced.

(53)また、本発明は、上記(51)または(52)において、エレクトロンブロック層のMg濃度が7×1019cm-3以上になるようにMgをドープすることを特徴とする。 (53) Further, the present invention is characterized in that, in the above (51) or (52), Mg is doped so that the Mg concentration of the electron block layer is 7 × 10 19 cm −3 or more.

この様に、活性層のp側に設けるエレクトロンブロック層のMg濃度が7×1019cm-3以上となるようにMgをドープすることによって、発光スペクトルの評価から、キャリアのオーバーフローを効果的に抑制することができる。 Thus, by doping Mg so that the Mg concentration of the electron block layer provided on the p side of the active layer is 7 × 10 19 cm −3 or more, it is possible to effectively prevent carrier overflow from the evaluation of the emission spectrum. Can be suppressed.

上記の(1)乃至(10)の発明によれば、ナイトライド系化合物半導体からなる短波長半導体レーザにおける最大光学利得位置と放射光強度分布の最大位置とが一致するように、光ガイド層及び/又はクラッド層の禁制帯幅及び厚さを選択しているで、光閉じ込め効果を高めてしきい値電流密度Jthを低減することができ、それによって、低消費電力化が可能になり、熱の発生を最小限に抑制することができるので信頼性が向上し、光情報記録装置等の光源としてその高密度化に寄与するところが大きい。 According to the inventions of the above (1) to (10), the light guide layer and the light guide layer and the maximum position of the radiated light intensity distribution in the short wavelength semiconductor laser made of a nitride compound semiconductor coincide with each other. By selecting the forbidden band width and thickness of the cladding layer, it is possible to increase the optical confinement effect and reduce the threshold current density J th , thereby enabling low power consumption. Since the generation of heat can be suppressed to the minimum, the reliability is improved, and it greatly contributes to the higher density as a light source for an optical information recording apparatus or the like.

また、上記の(11)乃至(14)の発明によれば、ナイトライド系化合物半導体からなる短波長半導体レーザの活性層を厚さ3nm以上の単一の利得層で構成すると共に、光ガイド層を設ける或いは利得層をアンドープ層にすることによってしきい値電流密度Jthを低減することができ、また、キャビティロスが大きい場合には、井戸層が厚さ6nm以上の3層以下の多重量子構造とすることによってもしきい値電流密度Jthを低減することができ、それによって低消費電力化が可能になり、熱の発生を最小限に抑制することができるので信頼性を向上することができ、光情報記録装置等の光源としてその高密度化に寄与するところが大きい。 According to the above inventions (11) to (14), the active layer of the short wavelength semiconductor laser made of a nitride compound semiconductor is constituted by a single gain layer having a thickness of 3 nm or more, and the light guide layer Or the gain layer is an undoped layer, and the threshold current density J th can be reduced. If the cavity loss is large, the well layer has a multi-quantum of 3 layers or less having a thickness of 6 nm or more. The structure can also reduce the threshold current density Jth, thereby reducing power consumption and minimizing heat generation, thereby improving reliability. As a light source for an optical information recording apparatus or the like, it greatly contributes to increasing the density.

また、上記の(15)乃至(25)の発明によれば、ナイトライド系化合物半導体からなる短波長半導体レーザのp側光ガイド層におけるホール移動度を高め、或いは、p側光ガイド層における再結合確率を低減しているので、しきい値電流密度Jthを低減することができ、それによって、低消費電力化が可能になり、熱の発生を最小限に抑制することができるので信頼性が向上し、光情報記録装置等の光源としてその高密度化に寄与するところが大きい。 Further, according to the inventions of (15) to (25), the hole mobility in the p-side light guide layer of the short wavelength semiconductor laser made of a nitride compound semiconductor is increased, or the re-measurement in the p-side light guide layer is performed. Since the coupling probability is reduced, the threshold current density J th can be reduced, thereby enabling low power consumption and minimizing the generation of heat, thereby improving reliability. As a light source for an optical information recording apparatus or the like, it greatly contributes to increasing the density.

また、上記の(26)乃至(35)の発明によれば、ナイトライド系化合物半導体からなる半導体発光素子の活性層を成長させる場合に、その成長速度を0.1μm/h以上、より好適には、0.3μm/h以上とすることによって、転位密度が109 cm-3以下で、PL波長の標準偏差の少なく、PLピーク波長分布が90meV以下、より好適には、50meV以下のInGaN活性層を再現性良く製造することができるので、青色半導体レーザの低しきい値電流密度化が可能になり、それによって、光情報記録装置等の光源としてその高密度化に寄与するところが大きい。 Further, according to the inventions of (26) to (35), when growing an active layer of a semiconductor light emitting device made of a nitride compound semiconductor, the growth rate is more preferably 0.1 μm / h or more. Is 0.3 μm / h or more, so that the dislocation density is 10 9 cm −3 or less, the standard deviation of PL wavelength is small, and the PL peak wavelength distribution is 90 meV or less, more preferably 50 meV or less. Since the layer can be manufactured with good reproducibility, it is possible to reduce the threshold current density of the blue semiconductor laser, thereby greatly contributing to the high density as a light source for an optical information recording apparatus or the like.

また、上記の(36)乃至(42)の発明によれば、ナイトライド系化合物半導体からなる短波長半導体レーザのp型クラッド層に狭禁制帯幅の部分を設け、この狭禁制帯幅の部分でオーバーフローしてきた電子を発光性再結合させているので、オーバーフロー電流による発熱を大幅に低減することができ、それによって、発熱によるオーバーフロー電流の増加という悪循環を断ち切ることができるので、低しきい値電流密度化が可能になり、また、電極劣化による素子劣化が抑制されるので信頼性が向上し、光情報記録装置等の光源としてその高密度化に寄与するところが大きい。   According to the inventions (36) to (42), a narrow band gap portion is provided in the p-type cladding layer of the short wavelength semiconductor laser made of a nitride compound semiconductor, and the narrow band gap portion. Since the electrons that overflowed in the light are recombined with light emission, the heat generation due to the overflow current can be greatly reduced, thereby breaking the vicious circle of the increase in overflow current due to the heat generation. The current density can be increased, and the element deterioration due to the electrode deterioration is suppressed, so that the reliability is improved and the light source for the optical information recording apparatus or the like contributes to the higher density.

また、上記の(43)及び(44)の発明によれば、ナイトライド系化合物半導体からなる多重量子井戸構造半導体レーザの多重量子井戸活性層を構成するバリア層の膜厚を5nm未満にしているので、キャリアの不均一注入を改善し、光学利得の不均一な発生を改善することができるので、それによってしきい値電流密度Jthが低減され、低消費電力化が可能になり、また、信頼性が向上するので、光情報記録装置等の光源としてその高密度化に寄与するところが大きい。 According to the inventions of (43) and (44), the thickness of the barrier layer constituting the multiple quantum well active layer of the multiple quantum well structure semiconductor laser made of a nitride compound semiconductor is set to less than 5 nm. Therefore, it is possible to improve the non-uniform injection of carriers and improve the non-uniform generation of optical gain, thereby reducing the threshold current density J th and enabling low power consumption. Since reliability is improved, it contributes greatly to increasing the density as a light source for an optical information recording apparatus or the like.

また、上記の(45)乃至(49)の発明によれば、ナイトライド系化合物半導体からなる半導体レーザに挿入するエレクトロンブロック層を、アンドープ層、或いは、グレーデッド層を備えた層によって構成しているのでホールの注入効率を改善することができ、それによってしきい値電流密度Jthが低減されて低消費電力化が可能になり、光情報記録装置等の光源としてその高密度化に寄与するところが大きい。 According to the above inventions (45) to (49), the electron block layer to be inserted into the semiconductor laser made of a nitride compound semiconductor is constituted by an undoped layer or a layer having a graded layer. Therefore, the hole injection efficiency can be improved, thereby reducing the threshold current density Jth and reducing the power consumption, contributing to the higher density as a light source for an optical information recording apparatus or the like. However, it is big.

さらに、上記(50)乃至(53)の発明によれば、ナイトライド系化合物半導体からなる半導体レーザに挿入するp型エレクトロンブロック層を、Mg濃度が7×1019cm-3以上の高濃度層によって構成しているので、電子をオーバーフローを殆ど完全に抑制することができ、それによってしきい値電流密度Jthが低減されて低消費電力化が可能になり、光情報記録装置等の光源としてその高密度化に寄与するところが大きい。 Furthermore, according to the inventions of (50) to (53), the p-type electron block layer inserted into the semiconductor laser made of a nitride compound semiconductor is a high-concentration layer having an Mg concentration of 7 × 10 19 cm −3 or more. Therefore, the overflow of electrons can be suppressed almost completely, thereby reducing the threshold current density Jth and reducing the power consumption. As a light source for an optical information recording apparatus or the like The place that contributes to the higher density is great.

ここで、図3乃至図5を参照して、活性層或いは井戸層の厚さを選択することによりしきい値電流密度Jthを低減させる本発明の第1及び第2の実施の形態を説明する。
まず、図4を参照して本発明の第1の実施の形態の短波長半導体レーザの具体的構成を説明する前に、図3を参照して本発明の第1の実施の形態におけるしきい値電流密度Jthの活性層の層厚依存性を説明する。
Here, the first and second embodiments of the present invention in which the threshold current density Jth is reduced by selecting the thickness of the active layer or the well layer will be described with reference to FIGS. To do.
First, before describing the specific configuration of the short-wavelength semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention with reference to FIG. 4, the threshold in the first embodiment of the present invention with reference to FIG. The dependence of the value current density Jth on the layer thickness of the active layer will be described.

図3参照
図3は、活性層としてIn0.15Ga0.85N層を用い、活性層の両側に厚さ0.1μmのGaN光ガイド層を設け、その両側にAl0.15Ga0.85Nクラッド層を設けた場合のしきい値電流密度Jthの活性層の層厚依存性の計算結果を示すものであり、電子のオーバーフローがない場合の理想的な場合の計算結果である。
See FIG. 3. In FIG. 3, an In 0.15 Ga 0.85 N layer is used as an active layer, a GaN light guide layer having a thickness of 0.1 μm is provided on both sides of the active layer, and an Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer is provided on both sides thereof. The calculation result of the layer thickness dependence of the threshold current density Jth in the case of the active layer is shown, and is an ideal case calculation result when there is no overflow of electrons.

図から明らかなように、活性層の厚さが3nm以下では、光閉じ込めが充分でなく光閉じ込め係数Γが小さくなるので、しきい値フェルミ準位EF thが上昇してしきい値電流密度Jthが上昇する。
なお、Gthはしきい値利得である。
As apparent from the figure, when the thickness of the active layer is 3 nm or less, the optical confinement is not sufficient and the optical confinement coefficient Γ is small, so that the threshold Fermi level E F th is increased and the threshold current density is increased. Jth rises.
G th is a threshold gain.

一方、膜厚が6nm以上では、Jth=Nth・d・e/τs の関係から、しきい値電流密度Jthは上昇するが、実際には、この材料系では電子のオーバーフローが大きいので、膜厚を増加させて光閉じ込めを増加させることでしきい値フェルミ準位EF thを下げることができ、それによって、電子のオーバーフローを低減することができるためしきい値電流密度Jthは低減するので、30nm以下までは注入電流を有効に活用することができ、さらに、10nm未満の厚さすることがより好適である。 On the other hand, when the film thickness is 6 nm or more, the threshold current density J th increases due to the relationship of J th = N th · d · e / τ s , but actually, in this material system, the overflow of electrons is large. Therefore, by increasing the film thickness and increasing the optical confinement, the threshold Fermi level E F th can be lowered, and thereby the overflow of electrons can be reduced, so that the threshold current density J th can be reduced. Therefore, it is possible to effectively use the injection current up to 30 nm or less, and it is more preferable to make the thickness less than 10 nm.

図4参照
次に、図4を参照して本発明の第1の実施の形態の半導体レーザの製造工程を簡単に説明するが、まず、(0001)面、即ち、c面を主面とする六方晶の6H−SiCからなるn型SiC基板11上に、TMGa(トリメチルガリウム)、TMAl(トリメチルアルミニウム)、アンモニア、及び、キャリアガスとしての水素を成長ガスとして用いたMOVPE法によって、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、950℃とした状態で、厚さ50〜300nm、例えば、100nmのAlGaNバッファ層12を成長させる。
Next, the manufacturing process of the semiconductor laser according to the first embodiment of the present invention will be briefly described with reference to FIG. 4. First, the (0001) plane, that is, the c plane is the main plane. On the n-type SiC substrate 11 made of hexagonal 6H—SiC, the growth pressure is increased by the MOVPE method using TMGa (trimethylgallium), TMAl (trimethylaluminum), ammonia, and hydrogen as the carrier gas as the growth gas. The AlGaN buffer layer 12 having a thickness of 50 to 300 nm, for example, 100 nm is grown in a state where the thickness is 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is 800 to 1200 ° C., for example, 950 ° C.

引き続いて、TMGa、アンモニア、及び、キャリアガスを用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、920℃とした状態で、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmのGaN中間層13を成長させる。   Subsequently, using TMGa, ammonia and a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 920 ° C. A GaN intermediate layer 13 having a thickness of 2.0 μm, for example, 0.5 μm is grown.

引き続いて、TMAl、TMGa、アンモニア、ドーパントとして、SiH4 、及び、キャリアガスとしての水素を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、950℃とした状態で、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1020cm-3、例えば、1.0×1018cm-3のn型Al0.15Ga0.85Nクラッド層14を成長させる。 Subsequently, TMAl, TMGa, ammonia, SiH 4 as the dopant, and hydrogen as the carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 950 ° C. In this state, the thickness is 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and the impurity concentration is 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 20 cm −3 , for example, 1.0 × 10 18. An n-type Al 0.15 Ga 0.85 N clad layer 14 of cm −3 is grown.

引き続いて、TMGa、アンモニア、及び、キャリアガスとしての水素を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、930℃とした状態で、厚さ10〜300nm、例えば、100nmのアンドープGaN光ガイド層15を成長させる。   Subsequently, using TMGa, ammonia, and hydrogen as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 930 ° C. An undoped GaN light guide layer 15 having a thickness of ˜300 nm, for example, 100 nm is grown.

引き続いて、TEGa(トリエチルガリウム)、TMIn(トリメチルインジウム)、アンモニア、及び、キャリアガスとしての窒素を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を550〜900℃、例えば、700℃とした状態で、厚さ1〜10nm、例えば、5nmのアンドープIn0.05Ga0.95Nバリア層で挟持された厚さ3〜30nm、例えば、8nmのアンドープIn0.15Ga0.85N井戸層からなるSQW活性層16を成長させる。 Subsequently, using TEGa (triethylgallium), TMIn (trimethylindium), ammonia, and nitrogen as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 550 to 900 ° C., for example, SQW comprising an undoped In 0.15 Ga 0.85 N well layer having a thickness of 3 to 30 nm, for example, 8 nm, sandwiched between undoped In 0.05 Ga 0.95 N barrier layers having a thickness of 1 to 10 nm, for example, 5 nm, at 700 ° C. An active layer 16 is grown.

引き続いて、TMGa、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしての窒素を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、930℃とした状態で、厚さ10〜300nm、例えば、100nmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1019cm-3、例えば、5.0×1017cm-3のp型GaN光ガイド層17を成長させる。 Subsequently, using TMGa, ammonia, biscyclopentadienyl magnesium and nitrogen as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 930 ° C. In this state, p-type GaN having a thickness of 10 to 300 nm, for example, 100 nm, and an impurity concentration of 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 19 cm −3 , for example, 5.0 × 10 17 cm −3. The light guide layer 17 is grown.

引き続いて、TMAl、TMGa、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしての窒素を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、950℃とした状態で、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1019cm-3、例えば、5.0×1017cm-3のp型Al0.15Ga0.85Nクラッド層18を成長させる。 Subsequently, using TMAl, TMGa, ammonia, biscyclopentadienylmagnesium, and nitrogen as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 950. At a temperature of 0.1 ° C., the thickness is 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and the impurity concentration is 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 19 cm −3 , for example, 5.0 × 10 A 17 cm −3 p-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 18 is grown.

引き続いて、TMGa、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしての窒素を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、930℃とした状態で、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1019cm-3、例えば、1.0×1018cm-3のp型GaNコンタクト層19を成長させる。 Subsequently, using TMGa, ammonia, biscyclopentadienyl magnesium and nitrogen as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 930 ° C. In this state, the thickness is 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and the impurity concentration is 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 19 cm −3 , for example, 1.0 × 10 18 cm. -3 p-type GaN contact layer 19 is grown.

次いで、n型SiC基板11の裏面にはn側電極として厚さ100nmのNi電極20を設けると共に、p型GaNコンタクト層19上にはp側電極として厚さ100nm、幅Wが10μmのNi電極21を設け、共振器長Lが700μmとなるように素子分割することによってSQW構造短波長半導体レーザが完成する。   Next, a Ni electrode 20 having a thickness of 100 nm is provided on the back surface of the n-type SiC substrate 11 as an n-side electrode, and an Ni electrode having a thickness of 100 nm and a width W of 10 μm is provided on the p-type GaN contact layer 19 as a p-side electrode. 21 and by dividing the element so that the resonator length L becomes 700 μm, a SQW structure short wavelength semiconductor laser is completed.

この様に、本発明の第1の実施の形態においては、従来の常識に反して活性層を単一のSQW構造にすることによって注入電流を有効に利用することができ、また、井戸層、即ち、利得層の厚さを8nmにすると共に、光ガイド層を用いることにより光閉じ込め効率を高めることによって、しきい値電流密度Jthを低減することができる。 As described above, in the first embodiment of the present invention, the injection current can be effectively utilized by making the active layer a single SQW structure contrary to the conventional common sense, and the well layer, That is, the threshold current density Jth can be reduced by setting the thickness of the gain layer to 8 nm and increasing the light confinement efficiency by using the light guide layer.

即ち、利得層の厚さを8nmとする場合、キャビティロスが小さい場合には、4nmの井戸層を2層設けたMQW構造よりも、8nmの井戸層を設けたSQW構造の方がしきい値電流密度Jthを低減することができ、また、光ガイド層がないと光閉じ込め係数Γが小さくなり、光がクラッド層側に滲みだしてしきい値電流密度Jthが高くなりすぎる。 That is, when the gain layer thickness is 8 nm and the cavity loss is small, the SQW structure with the 8 nm well layer has a threshold value rather than the MQW structure with the two 4 nm well layers. The current density J th can be reduced, and without the light guide layer, the light confinement coefficient Γ is reduced, and light oozes out to the cladding layer side, so that the threshold current density J th becomes too high.

なお、上記の第1の実施の形態の説明においては井戸層、即ち利得層の厚さは8nmであるが、図3に関して説明したように、3nm以上であれば良く、好適には6nm以上が望ましく、一方、注入電流を有効利用するためには30nm以下が好適であり、より好適には10nm未満の範囲が望ましい。   In the description of the first embodiment, the thickness of the well layer, that is, the gain layer is 8 nm. However, as described with reference to FIG. 3, it may be 3 nm or more, and preferably 6 nm or more. On the other hand, in order to effectively use the injection current, 30 nm or less is preferable, and a range of less than 10 nm is more preferable.

次に、図5を参照して本発明の第2の実施の形態のMQW構造半導体レーザを説明する。
図5参照
まず、上記の第1の実施の形態と同様に、(0001)面、即ち、c面を主面とする六方晶の6H−SiCからなるn型SiC基板11上に、TMGa、TMAl、アンモニア、及び、キャリアガスとしての水素を成長ガスとして用いたMOVPE法によって、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、950℃とした状態で、厚さ50〜300nm、例えば、100nmのAlGaNバッファ層12を成長させる。
Next, an MQW structure semiconductor laser according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 5, first, similarly to the first embodiment, TMGa, TMAl are formed on an n-type SiC substrate 11 made of hexagonal 6H—SiC having a (0001) plane, that is, a c-plane as a main surface. In a state where the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 950 ° C., by MOVPE using ammonia and hydrogen as a carrier gas as a growth gas. An AlGaN buffer layer 12 having a thickness of 50 to 300 nm, for example, 100 nm is grown.

引き続いて、TMGa、アンモニア、及び、キャリアガスを用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、920℃とした状態で、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmのGaN中間層13を成長させる。   Subsequently, using TMGa, ammonia and a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 920 ° C. A GaN intermediate layer 13 having a thickness of 2.0 μm, for example, 0.5 μm is grown.

引き続いて、TMAl、TMGa、アンモニア、ドーパントとして、SiH4 、及び、キャリアガスとしてのH2 を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、950℃とした状態で、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1020cm-3、例えば、1.0×1018cm-3のn型Al0.15Ga0.85Nクラッド層14を成長させる。 Subsequently, using TMAl, TMGa, ammonia, SiH 4 as a dopant, and H 2 as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 950. At a temperature of 0.1 ° C., the thickness is 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and the impurity concentration is 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 20 cm −3 , for example, 1.0 × 10 An 18 cm −3 n-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 14 is grown.

引き続いて、TMGa、アンモニア、及び、キャリアガスとしての水素を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、930℃とした状態で、厚さ10〜300nm、例えば、100nmのアンドープGaN光ガイド層15を成長させる。   Subsequently, using TMGa, ammonia, and hydrogen as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 930 ° C. An undoped GaN light guide layer 15 having a thickness of ˜300 nm, for example, 100 nm is grown.

引き続いて、TEGa、TMIn、アンモニア、及び、キャリアガスとしての窒素、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を550〜900℃、例えば、700℃とした状態で、厚さ1〜10nm、例えば、5nmのアンドープIn0.05Ga0.95Nバリア層と厚さ3〜10nm、例えば、8nmのアンドープIn0.15Ga0.85N井戸層を交互にアンドープIn0.15Ga0.85N井戸層が2又は3層、例えば、2層になるように成長させ、MQW活性層22を形成する。 Subsequently, TEGa, TMIn, ammonia, nitrogen as a carrier gas, a growth pressure of 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and a growth temperature of 550 to 900 ° C., for example, 700 ° C. 10 nm, for example, undoped in 0.05 Ga 0.95 N barrier layers and a thickness of 5 nm 3 to 10 nm, for example, undoped in 0.15 Ga 0.85 N well layers is 2 or 3 layers alternately undoped in 0.15 Ga 0.85 N well layers of 8 nm, For example, the MQW active layer 22 is formed by growing to be two layers.

引き続いて、再び第1の実施の形態と同様に、TMGa、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしての窒素を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、930℃とした状態で、厚さ10〜300nm、例えば、100nmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1019cm-3、例えば、5.0×1017cm-3のp型GaN光ガイド層17を成長させる。 Subsequently, again as in the first embodiment, using TMGa, ammonia, biscyclopentadienylmagnesium, and nitrogen as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is increased. Is 800 to 1200 ° C., for example, 930 ° C., thickness is 10 to 300 nm, for example, 100 nm, and impurity concentration is 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 19 cm −3 , for example, 5. A p-type GaN optical guide layer 17 having a size of 0 × 10 17 cm −3 is grown.

引き続いて、TMAl、TMGa、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしての窒素を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、950℃とした状態で、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1019cm-3、例えば、5.0×1017cm-3のp型Al0.15Ga0.85Nクラッド層18を成長させる。 Subsequently, using TMAl, TMGa, ammonia, biscyclopentadienylmagnesium, and nitrogen as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 950. At a temperature of 0.1 ° C., the thickness is 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and the impurity concentration is 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 19 cm −3 , for example, 5.0 × 10 A 17 cm −3 p-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 18 is grown.

引き続いて、TMGa、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしての窒素を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、930℃とした状態で、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1019cm-3、例えば、1.0×1018cm-3のp型GaNコンタクト層19を成長させる。 Subsequently, using TMGa, ammonia, biscyclopentadienyl magnesium and nitrogen as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 930 ° C. In this state, the thickness is 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and the impurity concentration is 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 19 cm −3 , for example, 1.0 × 10 18 cm. -3 p-type GaN contact layer 19 is grown.

次いで、n型SiC基板11の裏面にはn側電極として厚さ100nmのNi電極20を設けると共に、p型GaNコンタクト層19上にはp側電極として厚さ100nm、幅Wが10μmのNi電極21を設け、共振器長Lが700μmとなるように素子分割することによってSQW構造短波長半導体レーザが完成する。   Next, a Ni electrode 20 having a thickness of 100 nm is provided on the back surface of the n-type SiC substrate 11 as an n-side electrode, and an Ni electrode having a thickness of 100 nm and a width W of 10 μm is provided on the p-type GaN contact layer 19 as a p-side electrode. 21 and by dividing the element so that the resonator length L becomes 700 μm, a SQW structure short wavelength semiconductor laser is completed.

この様に、本発明の第2の実施の形態においては、活性層を井戸層が2層のMQW構造で構成しているが、上述の図2から明らかなように、キャビティロスが大きい場合には、利得層の総層厚が同じであれば複数の利得層で構成した方がしきい値電流密度Jthを低減することができ、また、前述の図30から明らかなように、井戸層を2乃至3にすることによって、注入電流を有効に利用することができ、それによってもしきい値電流密度Jthを低減することができる。 As described above, in the second embodiment of the present invention, the active layer is composed of an MQW structure having two well layers. However, as is apparent from FIG. 2, the cavity loss is large. If the total thickness of the gain layer is the same, the threshold current density Jth can be reduced by using a plurality of gain layers, and, as is clear from FIG. 30, the well layer By setting 2 to 3, the injection current can be used effectively, and the threshold current density Jth can also be reduced.

例えば、本発明の第2の実施の形態においては、成長基板としてSiCを用いているため、共振器面の形成は容易であるが、上述の図6に示した従来例の様にサファイア基板を用いた場合には、ドライ・エッチングによって共振器面を形成しているためキャビティロスが大きくなるので、この様な場合には、第2の実施の形態の様なMQW構造を用いることが有効となる。   For example, in the second embodiment of the present invention, since the SiC is used as the growth substrate, the formation of the resonator surface is easy, but the sapphire substrate is used as in the conventional example shown in FIG. In this case, the cavity surface is increased by dry etching, so that the cavity loss increases. In such a case, it is effective to use the MQW structure as in the second embodiment. Become.

なお、上記の第2の実施の形態の説明においては、井戸層、即ち、利得層の一層の厚さは8nmであるが、図3に関して説明したように、6nm以上であることが好適であり、したがって、6〜10nmの範囲が望ましい。   In the description of the second embodiment, the thickness of the well layer, that is, the gain layer is 8 nm. However, as described with reference to FIG. 3, it is preferably 6 nm or more. Therefore, a range of 6 to 10 nm is desirable.

以上、本発明の第1及び第2の実施の形態を説明してきたが、本発明は実施の形態に記載した構成に限られるものではなく、その技術思想の範囲において各種の変更が可能であり、例えば、上記の第1及び第2の実施の形態においては、利得層としてIn0.15Ga0.85Nを採用しているが、必要とする波長に応じて混晶比をAlx Gay In1-x-y N(0≦x<1、0<y≦1)の範囲内で変えても良いものであり、且つ、それに伴って、光ガイド層及びクラッド層の混晶比をAla Gab In1-a-b N(0≦a≦1、0≦b≦1)の範囲内で変えても良い。 Although the first and second embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the configurations described in the embodiments, and various modifications can be made within the scope of the technical idea. For example, in the first and second embodiments described above, In 0.15 Ga 0.85 N is adopted as the gain layer, but the mixed crystal ratio is changed to Al x Ga y In 1− according to the required wavelength. xy N (0 ≦ x <1, 0 <y ≦ 1) may be changed, and accordingly, the mixed crystal ratio of the light guide layer and the clad layer is changed to Al a Ga b In 1. You may change within the range of -ab N (0 <= a <= 1, 0 <= b <= 1).

また、上記の第1及び第2の実施の形態においては、利得層として正孔の移動度を高めるためにアンドープ層を用いているが、アンドープ層の場合、不可避的に不純物がオートドープされることがあるので、結果的な不純物濃度としては、1.0×1017cm-3未満であれば良い。 In the first and second embodiments, an undoped layer is used as a gain layer in order to increase the mobility of holes. In the case of an undoped layer, impurities are inevitably auto-doped. Therefore, the resulting impurity concentration may be less than 1.0 × 10 17 cm −3 .

また、上記の第1の実施の形態においてはIn0.05Ga0.95Nバリア層を用いたSQW構造としているが、バリア層を用いずに、光ガイド層をバリア層として兼用しても良いものである。 In the first embodiment, the SQW structure using the In 0.05 Ga 0.95 N barrier layer is used. However, the light guide layer may be used as the barrier layer without using the barrier layer. .

また、上記の第1及び第2の実施の形態においては光ガイド層は単層構造であるが、組成の異なった半導体層を用いて多層構造としても良く、また、グレーデッドバンド・ギャップ層を用いても良い。   In the first and second embodiments, the light guide layer has a single-layer structure. However, a multi-layer structure may be used by using semiconductor layers having different compositions, and a graded band gap layer may be used. It may be used.

次に、図6乃至図8を参照して、最大発光利得位置と放射強度分布の最大位置とを一致させることによりしきい値電流密度Jthを低減させる本発明の第3乃至第5の実施の形態を説明する。
まず、図6を参照して本発明の第3の実施の形態のMQW構造短波長半導体レーザを説明する。
図6参照
まず、(0001)面、即ち、c面を主面とする六方晶の6H−SiCからなるn型SiC基板111上に、TMGa、TMAl、アンモニア、及び、キャリアガスとしての水素を成長ガスとして用いたMOVPE法によって、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、950℃とした状態で、厚さ50〜300nm、例えば、100nmのAlGaNバッファ層112を成長させる。
Next, referring to FIGS. 6 to 8, third to fifth embodiments of the present invention in which the threshold current density J th is reduced by matching the maximum light emission gain position with the maximum position of the radiation intensity distribution. Will be described.
First, an MQW structure short wavelength semiconductor laser according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
See FIG. 6. First, TMGa, TMAl, ammonia, and hydrogen as a carrier gas are grown on an n-type SiC substrate 111 made of hexagonal 6H—SiC having a (0001) plane, that is, a c-plane as a main surface. An AlGaN buffer layer having a thickness of 50 to 300 nm, for example, 100 nm, with a growth pressure of 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and a growth temperature of 800 to 1200 ° C., for example, 950 ° C., by the MOVPE method used as the gas. Grow 112.

引き続いて、TMGa、アンモニア、及び、キャリアガスを用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、920℃とした状態で、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmのGaN中間層113を成長させる。   Subsequently, using TMGa, ammonia and a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 920 ° C. A GaN intermediate layer 113 having a thickness of 2.0 μm, for example, 0.5 μm is grown.

引き続いて、TMAl、TMGa、アンモニア、ドーパントしてSiH4 、及び、キャリアガスとしてのH2 を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、950℃とした状態で、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1020cm-3、例えば、1.0×1018cm-3のn型Al0.15Ga0.85Nクラッド層114を成長させる。 Subsequently, using TMAl, TMGa, ammonia, SiH 4 as a dopant, and H 2 as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 950. At a temperature of 0.1 ° C., the thickness is 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and the impurity concentration is 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 20 cm −3 , for example, 1.0 × 10 An 18 cm −3 n-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 114 is grown.

引き続いて、TMAl、TMGa、アンモニア、及び、キャリアガスとしての水素を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、930℃とした状態で、厚さ10〜300nm、例えば、100nmのアンドープAl0.05Ga0.95N光ガイド層115を成長させる。 Subsequently, using TMAl, TMGa, ammonia, and hydrogen as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 930 ° C. An undoped Al 0.05 Ga 0.95 N light guide layer 115 having a thickness of 10 to 300 nm, for example, 100 nm is grown.

引き続いて、TMGa、TMIn、アンモニア、及び、キャリアガスとしてのN2 を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を550〜900℃、例えば、700℃とした状態で、厚さ1〜10nm、例えば、5nmのアンドープIn0.05Ga0.95Nバリア層と厚さ3〜10nm、例えば、8nmのアンドープIn0.15Ga0.85N井戸層を交互にアンドープIn0.15Ga0.85N井戸層が2〜10層、例えば、5層になるように成長させ、MQW活性層116を形成する。 Subsequently, using TMGa, TMIn, ammonia, and N 2 as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 550 to 900 ° C., for example, 700 ° C. thickness 1 to 10 nm, for example, 5 nm of undoped in 0.05 Ga 0.95 N barrier layers and thickness 3 to 10 nm, for example, undoped in 0.15 Ga 0.85 N well layers alternately undoped in 0.15 Ga 0.85 N well layers of 8nm 2 The MQW active layer 116 is formed by growing to 10 layers, for example, 5 layers.

引き続いて、TMGa、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしてのN2 を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、930℃とした状態で、厚さ10〜300nm、例えば、100nmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1019cm-3、例えば、5.0×1017cm-3のp型GaN光ガイド層117を成長させる。 Subsequently, using TMGa, ammonia, biscyclopentadienylmagnesium, and N 2 as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 930 ° C. P-type having a thickness of 10 to 300 nm, for example, 100 nm, and an impurity concentration of 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 19 cm −3 , for example, 5.0 × 10 17 cm −3 . A GaN light guide layer 117 is grown.

引き続いて、TMAl、TMGa、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしてのN2 を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、950℃とした状態で、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1019cm-3、例えば、5.0×1017cm-3のp型Al0.15Ga0.85Nクラッド層118を成長させる。 Subsequently, using TMAl, TMGa, ammonia, biscyclopentadienylmagnesium, and N 2 as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, In a state of 950 ° C., the thickness is 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and the impurity concentration is 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 19 cm −3 , for example, 5.0 × A p-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 118 of 10 17 cm −3 is grown.

引き続いて、TMGa、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしてのN2 を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、930℃とした状態で、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1019cm-3、例えば、1.0×1018cm-3のp型GaNコンタクト層119を成長させる。 Subsequently, using TMGa, ammonia, biscyclopentadienylmagnesium, and N 2 as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 930 ° C. In this state, the thickness is 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and the impurity concentration is 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 19 cm −3 , for example, 1.0 × 10 18. A cm −3 p-type GaN contact layer 119 is grown.

次いで、n型SiC基板111の裏面にはn側電極として厚さ100nmのNi電極120を設けると共に、p型GaNコンタクト層119上にはp側電極として厚さ100nm、幅Wが10μmのNi電極121を設け、共振器長Lが700μmとなるように素子分割することによってMQW構造短波長半導体レーザが完成する。   Next, an Ni electrode 120 having a thickness of 100 nm is provided on the back surface of the n-type SiC substrate 111 as an n-side electrode, and an Ni electrode having a thickness of 100 nm and a width W of 10 μm is provided on the p-type GaN contact layer 119 as a p-side electrode. 121, and dividing the element so that the resonator length L is 700 μm, the MQW structure short wavelength semiconductor laser is completed.

この様に、本発明の第3の実施の形態においては、n側光ガイド層として、p型GaN光ガイド層117より禁制帯幅の大きなアンドープAl0.05Ga0.95N光ガイド層115を用いているので、n側における屈折率が小さくなり、放射光強度分布はp側にずれて、放射光強度分布の最大位置とMQW活性層116における最大利得位置とが一致する。
なお、この場合、必ずしも厳密に一致する必要はない。
Thus, in the third embodiment of the present invention, an undoped Al 0.05 Ga 0.95 N optical guide layer 115 having a larger forbidden bandwidth than the p-type GaN optical guide layer 117 is used as the n-side optical guide layer. Therefore, the refractive index on the n side becomes small, the radiated light intensity distribution shifts to the p side, and the maximum position of the radiated light intensity distribution matches the maximum gain position in the MQW active layer 116.
In this case, it is not always necessary to match exactly.

したがって、最大光学利得を発生させる位置に、放射光強度分布の最大位置が位置することになるので、光閉じ込め効率が高まり、しきい値電流密度Jthを低減することができる。 Therefore, the maximum position of the radiated light intensity distribution is located at the position where the maximum optical gain is generated, so that the light confinement efficiency is increased and the threshold current density Jth can be reduced.

なお、上記の第3の実施の形態においては、n側光ガイド層としてアンドープAl0.05Ga0.95N光ガイド層115を用いているが、この様な組成に限られるものではなく、適宜組成を変更しても良いものであり、その場合には、組成の変更に伴って最大光学利得を発生させる位置に放射光強度分布の最大位置が来るように、その層厚を適宜調整すれば良い。 In the third embodiment, the undoped Al 0.05 Ga 0.95 N light guide layer 115 is used as the n-side light guide layer. However, the composition is not limited to this, and the composition can be changed as appropriate. In this case, the layer thickness may be adjusted as appropriate so that the maximum position of the radiated light intensity distribution comes to the position where the maximum optical gain is generated as the composition is changed.

次に、図7を参照して本発明の第4の実施の形態のMQW構造半導体レーザを説明するが、n型クラッド層及びn側光ガイド層の組成以外は、上述の第3の実施の形態と同様である。
図7参照
まず、上記の第3の実施の形態と同様に、(0001)面、即ち、c面を主面とする六方晶の6H−SiCからなるn型SiC基板111上に、厚さ50〜300nm、例えば、100nmのAlGaNバッファ層112、及び、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmのGaN中間層113を成長させる。
Next, an MQW structure semiconductor laser according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 7, except for the composition of the third embodiment except for the composition of the n-type cladding layer and the n-side light guide layer. It is the same as the form.
Refer to FIG. 7. First, as in the third embodiment, a thickness of 50 is formed on an n-type SiC substrate 111 made of hexagonal 6H—SiC having a (0001) plane, that is, a c-plane as a principal plane. An AlGaN buffer layer 112 having a thickness of ˜300 nm, for example, 100 nm, and a GaN intermediate layer 113 having a thickness of 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm are grown.

引き続いて、TMAlの流量比を第3の実施の形態より高めて、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1020cm-3、例えば、1.0×1018cm-3のn型Al0.2 Ga0.8 Nクラッド層122を成長させたのち、TMAl及びSiH4 の供給を停止して、厚さ10〜300nm、例えば、100nmのアンドープGaN光ガイド層123を成長させる。 Subsequently, the flow rate ratio of TMAl is increased from that of the third embodiment, the thickness is 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and the impurity concentration is 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10. After growing the n-type Al 0.2 Ga 0.8 N cladding layer 122 of 20 cm −3 , for example, 1.0 × 10 18 cm −3 , the supply of TMAl and SiH 4 is stopped, and the thickness is 10 to 300 nm. For example, a 100 nm undoped GaN light guide layer 123 is grown.

後は、上記の第3の実施の形態と同様に、厚さ1〜10nm、例えば、5nmのアンドープIn0.05Ga0.95Nバリア層と厚さ3〜10nm、例えば、8nmのアンドープIn0.15Ga0.85N井戸層を交互にアンドープIn0.15Ga0.85N井戸層が2〜10層、例えば、5層になるように成長させ、MQW活性層116を形成する。 Thereafter, similarly to the third embodiment, the undoped In 0.05 Ga 0.95 N barrier layer having a thickness of 1 to 10 nm, for example, 5 nm, and the undoped In 0.15 Ga 0.85 N having a thickness of 3 to 10 nm, for example, 8 nm. The well layers are alternately grown so that there are 2 to 10 undoped In 0.15 Ga 0.85 N well layers, for example, 5 layers, thereby forming the MQW active layer 116.

次いで、厚さ10〜300nm、例えば、100nmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1019cm-3、例えば、5.0×1017cm-3のp型GaN光ガイド層117、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1019cm-3、例えば、5.0×1017cm-3のp型Al0.15Ga0.85Nクラッド層118、及び、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1019cm-3、例えば、1.0×1018cm-3のp型GaNコンタクト層119を成長させる。 Next, a p-type GaN light guide having a thickness of 10 to 300 nm, for example, 100 nm, and an impurity concentration of 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 19 cm −3 , for example, 5.0 × 10 17 cm −3. The layer 117 has a thickness of 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and an impurity concentration of 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 19 cm −3 , for example, 5.0 × 10 17 cm −. 3 p-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 118 and a thickness of 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and an impurity concentration of 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 19 cm −. 3. For example, a p-type GaN contact layer 119 of 1.0 × 10 18 cm −3 is grown.

次いで、n型SiC基板111の裏面にはn側電極として厚さ100nmのNi電極120を設けると共に、p型GaNコンタクト層119上にはp側電極として厚さ100nm、幅Wが10μmのNi電極121を設け、共振器長Lが700μmとなるように素子分割することによってMQW構造短波長半導体レーザが完成する。   Next, an Ni electrode 120 having a thickness of 100 nm is provided on the back surface of the n-type SiC substrate 111 as an n-side electrode, and an Ni electrode having a thickness of 100 nm and a width W of 10 μm is provided on the p-type GaN contact layer 119 as a p-side electrode. 121, and dividing the element so that the resonator length L is 700 μm, the MQW structure short wavelength semiconductor laser is completed.

この様に、本発明の第4の実施の形態においては、光ガイド層は対称構造であるが、n型クラッド層として、p型Al0.15Ga0.85Nクラッド層118より禁制帯幅の大きなn型Al0.2 Ga0.8 Nクラッド層122を用いているので、n側における屈折率が小さくなり、放射光強度分布はp側にずれて、放射光強度分布の最大位置とMQW活性層116における最大利得位置とが一致する。
なお、この場合も、必ずしも厳密に一致する必要はない。
As described above, in the fourth embodiment of the present invention, the light guide layer has a symmetric structure, but the n-type clad layer has a larger forbidden band than the p-type Al 0.15 Ga 0.85 N clad layer 118. Since the Al 0.2 Ga 0.8 N clad layer 122 is used, the refractive index on the n side becomes small, the radiated light intensity distribution shifts to the p side, and the maximum position of the radiated light intensity distribution and the maximum gain position in the MQW active layer 116 Matches.
In this case also, it is not always necessary to exactly match.

なお、上記の第4の実施の形態においては、n型クラッド層としてn型Al0.2 Ga0.8 Nクラッド層122を用いているが、この様な組成に限られるものではなく、適宜組成を変更しても良いものであり、その場合には、組成の変更に伴って最大光学利得を発生させる位置に放射光強度分布の最大位置が来るように、その層厚等を適宜調整すれば良い。 In the fourth embodiment, the n-type Al 0.2 Ga 0.8 N clad layer 122 is used as the n-type clad layer. However, the present invention is not limited to such a composition, and the composition may be changed as appropriate. In this case, the layer thickness and the like may be adjusted as appropriate so that the maximum position of the emitted light intensity distribution comes to the position where the maximum optical gain is generated with the change of the composition.

また、この場合の光ガイド層は必ずしも対称構造である必要はなく、上記第3の実施の形態のように、n側光ガイド層の禁制帯幅をp側光ガイド層の禁制帯幅より大きくしても良く、n側光ガイド層とn型クラッド層の相乗効果により放射光強度分布の最大位置をp側に移動させても良いものである。   In this case, the light guide layer does not necessarily have a symmetric structure, and the forbidden band width of the n-side light guide layer is larger than the forbidden band width of the p-side light guide layer as in the third embodiment. Alternatively, the maximum position of the emitted light intensity distribution may be moved to the p side by a synergistic effect of the n-side light guide layer and the n-type cladding layer.

次に、図8を参照して本発明の第5の実施の形態のSQW構造半導体レーザを説明するが、n側光ガイド層の組成、活性層の構造、及び、オーバーフロー防止層以外は、上述の第3の実施の形態と同様である。
図8参照
まず、上記の第3の実施の形態と同様に、(0001)面、即ち、c面を主面とする六方晶の6H−SiCからなるn型SiC基板111上に、厚さ50〜300nm、例えば、100nmのAlGaNバッファ層112、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmのGaN中間層113、及び、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1020cm-3、例えば、1.0×1018cm-3のn型Al0.15Ga0.85Nクラッド層114を成長させる。
Next, the SQW structure semiconductor laser according to the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 8, except for the composition of the n-side light guide layer, the structure of the active layer, and the overflow prevention layer. This is the same as the third embodiment.
First, as in the third embodiment, a thickness of 50 is formed on an n-type SiC substrate 111 made of hexagonal 6H—SiC having a (0001) plane, that is, a c-plane as a main surface. ˜300 nm, for example 100 nm, AlGaN buffer layer 112, thickness 0.1-2.0 μm, for example 0.5 μm GaN intermediate layer 113, and thickness 0.1-2.0 μm, for example 0.5 μm Then, an n-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 114 having an impurity concentration of 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 20 cm −3 , for example, 1.0 × 10 18 cm −3 is grown.

引き続いて、厚さ10〜300nm、例えば、100nmのアンドープAl0.05Ga0.95N光ガイド層124を成長させたのち、厚さ1〜10nm、例えば、5nmのアンドープIn0.05Ga0.95Nバリア層で挟持された厚さ3〜10nm、例えば、8nmのアンドープIn0.15Ga0.85N井戸層を成長させて、SQW活性層125を形成する。 Subsequently, an undoped Al 0.05 Ga 0.95 N light guide layer 124 having a thickness of 10 to 300 nm, for example, 100 nm, is grown, and then sandwiched by an undoped In 0.05 Ga 0.95 N barrier layer having a thickness of 1 to 10 nm, for example, 5 nm. An SQW active layer 125 is formed by growing an undoped In 0.15 Ga 0.85 N well layer having a thickness of 3 to 10 nm, for example, 8 nm.

次いで、厚さ5〜50nm、例えば、20nmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1019cm-3、例えば、5.0×1017cm-3のp型Al0.2 Ga0.8 Nオーバーフロー防止層126を成長させる。 Next, p-type Al 0.2 Ga having a thickness of 5 to 50 nm, for example, 20 nm, and an impurity concentration of 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 19 cm −3 , for example, 5.0 × 10 17 cm −3. A 0.8 N overflow prevention layer 126 is grown.

後は、上記の第3の実施の形態と同様に、厚さ10〜300nm、例えば、100nmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1019cm-3、例えば、5.0×1017cm-3のp型GaN光ガイド層117、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1019cm-3、例えば、5.0×1017cm-3のp型Al0.15Ga0.85Nクラッド層118、及び、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1019cm-3、例えば、1.0×1018cm-3のp型GaNコンタクト層119を成長させる。 Thereafter, as in the third embodiment, the thickness is 10 to 300 nm, for example, 100 nm, and the impurity concentration is 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 19 cm −3 , for example, 5. A p-type GaN light guide layer 117 of 0 × 10 17 cm −3 , a thickness of 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and an impurity concentration of 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 19 cm −3 , for example, 5.0 × 10 17 cm −3 p-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 118, a thickness of 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and an impurity concentration of 1. A p-type GaN contact layer 119 having a size of 0 × 10 17 to 1.0 × 10 19 cm −3 , for example, 1.0 × 10 18 cm −3 is grown.

次いで、n型SiC基板111の裏面にはn側電極として厚さ100nmのNi電極120を設けると共に、p型GaNコンタクト層119上にはp側電極として厚さ100nm、幅Wが10μmのNi電極121を設け、共振器長Lが700μmとなるように素子分割することによってSQW構造短波長半導体レーザが完成する。   Next, an Ni electrode 120 having a thickness of 100 nm is provided on the back surface of the n-type SiC substrate 111 as an n-side electrode, and an Ni electrode having a thickness of 100 nm and a width W of 10 μm is provided on the p-type GaN contact layer 119 as a p-side electrode. The SQW structure short wavelength semiconductor laser is completed by providing 121 and dividing the element so that the resonator length L becomes 700 μm.

このSQW半導体レーザにおいては、電子のオーバーフローを防止するために設けた広禁制帯幅のp型Al0.2 Ga0.8 Nオーバーフロー防止層126の存在により、放射光強度分布の最大位置がn側にずれることになるが、上記の様に、n側光ガイド層として、p型GaN光ガイド層117より禁制帯幅の大きなアンドープAl0.05Ga0.95N光ガイド層124を用いているので、p型Al0.2 Ga0.8 Nオーバーフロー防止層126の影響を相殺し、放射光強度分布はp側にずれて、放射光強度分布の最大位置とSQW活性層125の中心位置とが略一致することになる。
なお、この場合も、必ずしも厳密に一致する必要はない。
In this SQW semiconductor laser, the maximum position of the synchrotron radiation intensity distribution shifts to the n side due to the presence of the wide forbidden band-type p-type Al 0.2 Ga 0.8 N overflow prevention layer 126 provided to prevent the overflow of electrons. However, as described above, since the undoped Al 0.05 Ga 0.95 N light guide layer 124 having a larger forbidden band than the p-type GaN light guide layer 117 is used as the n-side light guide layer, the p-type Al 0.2 Ga is used. The influence of the 0.8 N overflow prevention layer 126 is offset and the radiated light intensity distribution is shifted to the p side, so that the maximum position of the radiated light intensity distribution and the center position of the SQW active layer 125 substantially coincide.
In this case also, it is not always necessary to exactly match.

なお、上記の第5の実施の形態においては、n側光ガイド層としてアンドープAl0.05Ga0.95N光ガイド層124を用いているが、この様な組成に限られるものでなく、オーバーフロー防止層の組成及び層厚に応じて、その組成及び層厚をSQW活性層125の中心位置に放射光強度分布の最大位置が来るように適宜調整すれば良い。 In the fifth embodiment, the undoped Al 0.05 Ga 0.95 N light guide layer 124 is used as the n-side light guide layer. However, the composition is not limited to such a composition. According to the composition and the layer thickness, the composition and the layer thickness may be adjusted as appropriate so that the maximum position of the emitted light intensity distribution comes to the center position of the SQW active layer 125.

また、上記の第5の実施の形態においては、n側光ガイド層によってp型Al0.2 Ga0.8 Nオーバーフロー防止層126の影響を相殺しているが、n側クラッド層の禁制帯幅をp型クラッド層の禁制帯幅より大きくすることによって相殺しても良いものである。 In the above fifth embodiment, the influence of the p-type Al 0.2 Ga 0.8 N overflow prevention layer 126 is offset by the n-side light guide layer, but the forbidden band width of the n-side cladding layer is set to the p-type. It may be offset by making it larger than the forbidden band width of the cladding layer.

また、この場合、光ガイド層は必ずしも対称構造である必要はなく、n側光ガイド層の禁制帯幅をp側光ガイド層の禁制帯幅より大きくして、n側光ガイド層とn型クラッド層の相乗効果によりp型Al0.2 Ga0.8 Nオーバーフロー防止層126の影響を相殺しても良いものである。 In this case, the light guide layer does not necessarily have a symmetric structure. The forbidden band width of the n-side light guide layer is made larger than the forbidden band width of the p-side light guide layer, so that The influence of the p-type Al 0.2 Ga 0.8 N overflow prevention layer 126 may be offset by the synergistic effect of the cladding layer.

以上、本発明の第3乃至第5の実施の形態を説明してきたが、本発明は、実施の形態に記載された条件に限られるものではなく、例えば、上記の第3乃至第5の実施の形態の説明においては、活性層としてIn0.15Ga0.85N/In0.05Ga0.95NからなるMQW構造或いはSQW構造を採用しているが、必要とする波長に応じて混晶比をAlx Gay In1-x-y N(0≦x<1、0<y≦1)の範囲内で変えても良いものであり、且つ、それに伴って、光ガイド層及びクラッド層の混晶比をAla Gab In1-a-b N(0≦a≦1、0≦b≦1)の範囲内で変えても良い。 The third to fifth embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the conditions described in the embodiments. For example, the above third to fifth embodiments are described. In the description of the embodiment, the MQW structure or SQW structure made of In 0.15 Ga 0.85 N / In 0.05 Ga 0.95 N is adopted as the active layer, but the mixed crystal ratio is changed to Al x Ga y according to the required wavelength. In 1-xy N (0 ≦ x <1, 0 <y ≦ 1) may be changed, and accordingly, the mixed crystal ratio of the light guide layer and the cladding layer is changed to Al a Ga. You may change within the range of bIn1 -abN (0 <= a <= 1, 0 <= b <= 1).

また、上記第3乃至第5の実施の形態における、p側光ガイド層とn側光ガイド層の層厚は同じであるが、p側光ガイド層の層厚をn側光ガイド層より厚くしても良く、例えば、n側ガイド層よりも10〜100nm、例えば、50nm厚く形成して非対称光ガイド構造にしても良く、この場合には、p側光ガイド層の組成をn側光ガイド層の組成と同じようにしても良いものである。   In the third to fifth embodiments, the p-side light guide layer and the n-side light guide layer have the same layer thickness, but the p-side light guide layer is thicker than the n-side light guide layer. For example, it may be formed to be 10 to 100 nm, for example, 50 nm thicker than the n-side guide layer to form an asymmetric light guide structure. In this case, the composition of the p-side light guide layer is changed to the n-side light guide. It may be the same as the composition of the layer.

また、上記の第3乃至第5の実施の形態においては光ガイド層は単層構造であるが、組成の異なった半導体層を用いて多層構造、或いは、グレーデッドバンド・ギャップ構造としても良く、例えば、第5の実施の形態の場合には、n側光ガイド層をn型クラッド層側から厚さ100nmのアンドープGaN光ガイド層及び厚さ20nmのアンドープAl0.2 Ga0.8 N光ガイド層の2層構造にしても良い。 In the above third to fifth embodiments, the light guide layer has a single layer structure, but it may have a multilayer structure or a graded band gap structure using semiconductor layers having different compositions. For example, in the case of the fifth embodiment, the n-side light guide layer is divided into two parts, an undoped GaN light guide layer having a thickness of 100 nm and an undoped Al 0.2 Ga 0.8 N light guide layer having a thickness of 20 nm from the n-type cladding layer side. A layer structure may be used.

次に、図9乃至図14を参照して、p側光ガイド層におけるホール移動度を高めることにより或いはp側光ガイド層における再結合確率を低減することによってしきい値電流密度Jthを低減させた本発明の第6乃至第11の実施の形態を説明する。
まず、図9を参照して本発明の第6の実施の形態のSQW構造短波長半導体レーザを説明する。
図9参照
まず、(0001)面、即ち、c面を主面とする六方晶の6H−SiCからなるn型SiC基板211上に、TMGa、TMAl、アンモニア、及び、キャリアガスとしての水素を成長ガスとして用いたMOVPE法によって、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、950℃とした状態で、厚さ50〜300nm、例えば、50nmのAlGaNバッファ層212を成長させる。
Next, referring to FIGS. 9 to 14, the threshold current density J th is reduced by increasing the hole mobility in the p-side light guide layer or by reducing the recombination probability in the p-side light guide layer. Sixth to eleventh embodiments of the present invention will be described.
First, an SQW structure short wavelength semiconductor laser according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
See FIG. 9. First, TMGa, TMAl, ammonia, and hydrogen as a carrier gas are grown on an n-type SiC substrate 211 made of hexagonal 6H—SiC having a (0001) plane, that is, a c-plane as a main surface. An AlGaN buffer layer having a thickness of 50 to 300 nm, for example 50 nm, with a growth pressure of 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr and a growth temperature of 800 to 1200 ° C., for example, 950 ° C., by the MOVPE method used as the gas. Grow 212.

引き続いて、TMGa、アンモニア、ドーパント源としてSiH4 、及び、キャリアガスとして水素を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、920℃とした状態で、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が5×1017〜1×1019cm-3、例えば、2×1018cm-3のn型GaN中間層213を成長させる。 Subsequently, using TMGa, ammonia, SiH 4 as the dopant source, and hydrogen as the carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 920 ° C. And an n-type GaN intermediate layer having a thickness of 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and an impurity concentration of 5 × 10 17 to 1 × 10 19 cm −3 , for example, 2 × 10 18 cm −3. Grow 213.

引き続いて、TMAl、TMGa、アンモニア、ドーパントとしてSiH4 、及び、キャリアガスとしての水素を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、950℃とした状態で、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1020cm-3、例えば、1.0×1018cm-3のn型Al0.15Ga0.85Nクラッド層214を成長させる。 Subsequently, using TMAl, TMGa, ammonia, SiH 4 as a dopant, and hydrogen as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 950 ° C. In this state, the thickness is 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and the impurity concentration is 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 20 cm −3 , for example, 1.0 × 10 18 cm. -3 n-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 214 is grown.

引き続いて、TMGa、アンモニア、及び、キャリアガスとしての水素を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、930℃とした状態で、厚さ10〜300nm、例えば、100nmのアンドープGaN光ガイド層215を成長させる。   Subsequently, using TMGa, ammonia, and hydrogen as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 930 ° C. An undoped GaN light guide layer 215 of ˜300 nm, for example, 100 nm is grown.

引き続いて、TMGa、TMIn、アンモニア、及び、キャリアガスとしてのN2 を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を550〜900℃、例えば、700℃とした状態で、厚さ1〜10nm、例えば、5nmのアンドープIn0.05Ga0.95Nバリア層で挟持された厚さ3〜30nm、例えば、5nmのアンドープIn0.15Ga0.85N井戸層を成長させてSQW活性層216を形成する。 Subsequently, using TMGa, TMIn, ammonia, and N 2 as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 550 to 900 ° C., for example, 700 ° C. An SQW active layer 216 is formed by growing an undoped In 0.15 Ga 0.85 N well layer having a thickness of 3 to 30 nm, for example, 5 nm, sandwiched between undoped In 0.05 Ga 0.95 N barrier layers having a thickness of 1 to 10 nm, for example, 5 nm. To do.

引き続いて、TMGa、アンモニア、及び、キャリアガスとしてのN2 を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、1130℃とした状態で、厚さ10〜300nm、例えば、100nmのアンドープGaN光ガイド層217を成長させる。 Subsequently, using TMGa, ammonia, and N 2 as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 1130 ° C. An undoped GaN light guide layer 217 having a thickness of 10 to 300 nm, for example, 100 nm is grown.

引き続いて、TMAl、TMGa、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしてのN2 を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、950℃とした状態で、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1019cm-3、例えば、2.0×1017cm-3のp型Al0.15Ga0.85Nクラッド層218を成長させる。 Subsequently, using TMAl, TMGa, ammonia, biscyclopentadienylmagnesium, and N 2 as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, In a state of 950 ° C., the thickness is 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and the impurity concentration is 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 19 cm −3 , for example, 2.0 × A 10 17 cm −3 p-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 218 is grown.

引き続いて、TMGa、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしてのN2 を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、930℃とした状態で、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1019cm-3、例えば、1.0×1018cm-3のp型GaNコンタクト層219を成長させる。 Subsequently, using TMGa, ammonia, biscyclopentadienylmagnesium, and N 2 as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 930 ° C. In this state, the thickness is 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and the impurity concentration is 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 19 cm −3 , for example, 1.0 × 10 18. A cm −3 p-type GaN contact layer 219 is grown.

次いで、n型SiC基板211の裏面にはn側電極として厚さ100nmのNi電極220を設けると共に、p型GaNコンタクト層219上にはp側電極として厚さ100nm、幅Wが3μmのNi電極221を設け、共振器長Lが700μmとなるように素子分割することによってSQW構造短波長半導体レーザが完成する。   Next, a Ni electrode 220 having a thickness of 100 nm is provided as an n-side electrode on the back surface of the n-type SiC substrate 211, and a Ni electrode having a thickness of 100 nm and a width W of 3 μm is provided as a p-side electrode on the p-type GaN contact layer 219. The SQW structure short wavelength semiconductor laser is completed by providing elements 221 and dividing the element so that the resonator length L becomes 700 μm.

この本発明の第6の実施の形態においては、従来の常識に反してp側光ガイド層をアンドープ層で構成しており、不純物に起因するキャリアの散乱がないのでホールの移動度が向上し、それによって、ホールの注入効率の向上が期待される。   In the sixth embodiment of the present invention, the p-side light guide layer is composed of an undoped layer contrary to conventional common sense, and there is no carrier scattering due to impurities, so that the hole mobility is improved. Thereby, improvement of hole injection efficiency is expected.

また、p側光ガイド層をアンドープ層にした場合には、不純物のドープに伴う結晶の劣化もなく、したがって、p側光ガイド層におけるレーザ発振に寄与しない再結合を大幅に低減することができる。   In addition, when the p-side light guide layer is an undoped layer, there is no deterioration of the crystal due to impurity doping, and therefore recombination that does not contribute to laser oscillation in the p-side light guide layer can be greatly reduced. .

この結果、p側光ガイド層における無効電流が減少するので、低しきい値電流密度の短波長半導体レーザを作製することができ、また、無効電流に起因する熱の発生が抑制されるので、短波長半導体レーザの信頼性を向上することができる。   As a result, since the reactive current in the p-side light guide layer is reduced, a short wavelength semiconductor laser with a low threshold current density can be manufactured, and the generation of heat due to the reactive current is suppressed. The reliability of the short wavelength semiconductor laser can be improved.

なお、この場合のアンドープは、純粋なアンドープである必要はなく、成長過程で多少の不純物が混入したものでも良いものであり、例えば、ホールの移動度としてレーザ発振に必要であると考えられる2cm2 /V・s以上が得られれば良く、例えば、1×1017cm-3以下の不純物濃度であれば良い。 The undoped in this case does not have to be pure undoped, and may be a mixture of some impurities during the growth process. For example, 2 cm considered to be necessary for laser oscillation as the hole mobility. 2 / V · s or more is sufficient, and for example, an impurity concentration of 1 × 10 17 cm −3 or less is sufficient.

次に、図10を参照して、本発明の第7の実施の形態を説明する。
なお、この第7の実施の形態においては、p側光ガイド層の層厚以外は上記の第6の実施の形態と全く同様であるので、製造方法に関する説明は省略する。
図10参照
まず、上記の第6の実施の形態と同様に、(0001)面、即ち、c面を主面とする六方晶の6H−SiCからなるn型SiC基板211上に、厚さ50〜300nm、例えば、50nmのAlGaNバッファ層212、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が5×1017〜1×1019cm-3、例えば、2×1018cm-3のSiドープのn型GaN中間層213、及び、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1020cm-3、例えば、1.0×1018cm-3のSiドープのn型Al0.15Ga0.85Nクラッド層214を成長させる。
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The seventh embodiment is the same as the sixth embodiment except for the thickness of the p-side light guide layer, and thus the description of the manufacturing method is omitted.
First, as in the sixth embodiment, a thickness of 50 is formed on an n-type SiC substrate 211 made of hexagonal 6H—SiC having a (0001) plane, that is, a c-plane as a main surface. AlGaN buffer layer 212 of ~ 300 nm, for example 50 nm, thickness of 0.1 to 2.0 μm, for example 0.5 μm, and impurity concentration of 5 × 10 17 to 1 × 10 19 cm −3 , for example 2 × 10 18 cm −3 Si-doped n-type GaN intermediate layer 213 and a thickness of 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and an impurity concentration of 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 20 A Si-doped n-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 214 having a thickness of cm −3 , for example, 1.0 × 10 18 cm −3 is grown.

引き続いて、厚さtn が10〜300nm、例えば、100nmのアンドープGaN光ガイド層215を成長させたのち、厚さ1〜10nm、例えば、5nmのアンドープIn0.05Ga0.95Nバリア層で挟持された厚さ3〜30nm、例えば、5nmのアンドープIn0.15Ga0.85N井戸層を成長させて、SQW活性層216を形成する。 Subsequently, after growing an undoped GaN light guide layer 215 having a thickness t n of 10 to 300 nm, for example, 100 nm, it was sandwiched by an undoped In 0.05 Ga 0.95 N barrier layer having a thickness of 1 to 10 nm, for example, 5 nm. An SQW active layer 216 is formed by growing an undoped In 0.15 Ga 0.85 N well layer having a thickness of 3 to 30 nm, for example, 5 nm.

次いで、厚さtp が100nm以下、例えば、80nmのアンドープGaN光ガイド層217、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1019cm-3、例えば、2.0×1017cm-3のMgドープのp型Al0.15Ga0.85Nクラッド層218、及び、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1019cm-3、例えば、1.0×1018cm-3のMgドープのp型GaNコンタクト層219を成長させる。 Next, an undoped GaN light guide layer 217 having a thickness t p of 100 nm or less, for example, 80 nm, a thickness of 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and an impurity concentration of 1.0 × 10 17 to 1. Mg doped p-type Al 0.15 Ga 0.85 N clad layer 218 with a thickness of 0 × 10 19 cm −3 , for example, 2.0 × 10 17 cm −3 , and a thickness of 0.1 to 2.0 μm, for example, An Mg-doped p-type GaN contact layer 219 having an impurity concentration of 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 19 cm −3 , for example, 1.0 × 10 18 cm −3 is grown at 5 μm.

次いで、n型SiC基板211の裏面にはn側電極として厚さ100nmのNi電極220を設けると共に、p型GaNコンタクト層219上にはp側電極として厚さ100nm、幅Wが3μmのNi電極221を設け、共振器長Lが700μmとなるように素子分割することによってSQW構造短波長半導体レーザが完成する。   Next, a Ni electrode 220 having a thickness of 100 nm is provided as an n-side electrode on the back surface of the n-type SiC substrate 211, and a Ni electrode having a thickness of 100 nm and a width W of 3 μm is provided as a p-side electrode on the p-type GaN contact layer 219. The SQW structure short wavelength semiconductor laser is completed by providing elements 221 and dividing the element so that the resonator length L becomes 700 μm.

この第7の実施の形態においては、p側光ガイド層の層厚tp をn側光ガイド層の層厚tn より薄く、即ち、tp <tn としているので、p側光ガイド層における再結合電流が減少し、それによって、無効電流を減少することができるので、しきい値電流密度Jthを低減することが可能になる。 In the seventh embodiment, since the layer thickness t p of the p-side light guide layer is smaller than the layer thickness t n of the n-side light guide layer, that is, t p <t n , the p-side light guide layer Since the recombination current at is reduced, and the reactive current can be reduced, the threshold current density J th can be reduced.

特に、p側光ガイド層の層厚tp を100nm未満(0.1μm未満)に、より好適には0.08μm以下(80nm以下)にして薄くすることによって、p側光ガイド層における再結合電流が減少し、それによって、無効電流を減少することができるので、しきい値電流密度Jthを低減することが可能になる。
なお、p側光ガイド層の層厚tp が100nm未満の場合には、tp =tn としても良く、それによって、光ガイド構造の非対称性を補正することができる。
In particular, the recombination in the p-side light guide layer is achieved by reducing the thickness t p of the p-side light guide layer to less than 100 nm (less than 0.1 μm), more preferably 0.08 μm or less (80 nm or less). Since the current decreases, and thereby the reactive current can be decreased, the threshold current density Jth can be decreased.
When the layer thickness t p of the p-side light guide layer is less than 100 nm, t p = t n may be set, thereby correcting the asymmetry of the light guide structure.

また、この場合のp側光ガイド層とn側光ガイド層の組成は必ずしも同じである必要はなく、p側光ガイド層の禁制帯幅がn側光ガイド層の禁制帯幅より大きくなるように組成を設定することによって、電子のオーバーフローを防止することができ、一方、n側光ガイド層の禁制帯幅がp側光ガイド層の禁制帯幅より大きくなるように組成を設定することによって、p側光ガイド層の薄層化に伴う光ガイド構造の非対称性を補正することができる。   In this case, the composition of the p-side light guide layer and the n-side light guide layer is not necessarily the same, and the forbidden band width of the p-side light guide layer is larger than the forbidden band width of the n-side light guide layer. By setting the composition, the overflow of electrons can be prevented, while the composition is set so that the forbidden band width of the n-side light guide layer is larger than the forbidden band width of the p-side light guide layer. The asymmetry of the light guide structure accompanying the thinning of the p-side light guide layer can be corrected.

また、この第7の実施の形態においては、p側光ガイド層をアンドープにしているので、上述の第6の実施の形態と同様のホール移動度の向上の効果も得られるが、この場合には、p側光ガイド層をp型にドープしても良いものである。   In the seventh embodiment, since the p-side light guide layer is undoped, the same effect of improving the hole mobility as in the sixth embodiment can be obtained. The p-side light guide layer may be doped p-type.

次に、図11を参照して、本発明の第8の実施の形態を説明する。
なお、図11(a)は、本発明の第8の実施の形態のSQW半導体レーザの斜視図であり、また、図14(b)は活性層近傍のバンド・ギャップ構造、即ち、伝導帯側のエネルギーレベルを示すものである。
また、この第8の実施の形態においても、n側光ガイド層及びp側光ガイド層の構造以外は上記の第6の実施の形態とほぼ同様であるので、製造方法に関する説明は省略する。
図11(a)参照
まず、上記の第6の実施の形態と同様に、(0001)面、即ち、c面を主面とする六方晶の6H−SiCからなるn型SiC基板211上に、厚さ50〜300nm、例えば、50nmのAlGaNバッファ層212、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が5×1017〜1×1019cm-3、例えば、2×1018cm-3のSiドープのn型GaN中間層213、及び、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1020cm-3、例えば、1.0×1018cm-3のSiドープのn型Al0.15Ga0.85Nクラッド層214を成長させる。
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 11A is a perspective view of the SQW semiconductor laser according to the eighth embodiment of the present invention, and FIG. 14B is a band gap structure in the vicinity of the active layer, that is, the conduction band side. It shows the energy level.
Also in the eighth embodiment, since the structure is substantially the same as that of the sixth embodiment except for the structure of the n-side light guide layer and the p-side light guide layer, the description of the manufacturing method is omitted.
First, as in the sixth embodiment, on the n-type SiC substrate 211 made of hexagonal 6H—SiC having the (0001) plane, that is, the c-plane as the principal plane, AlGaN buffer layer 212 having a thickness of 50 to 300 nm, for example, 50 nm, a thickness of 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and an impurity concentration of 5 × 10 17 to 1 × 10 19 cm −3 , for example, 2 × 10 18 cm −3 Si-doped n-type GaN intermediate layer 213 and a thickness of 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and an impurity concentration of 1.0 × 10 17 to 1.0 A Si-doped n-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 214 of × 10 20 cm −3 , for example, 1.0 × 10 18 cm −3 is grown.

引き続いて、厚さ10〜100nm、例えば、50nmのアンドープAl0.05Ga0.95N光ガイド層222、及び、厚さ10〜100nm、例えば、50nmのアンドープIn0.03Ga0.97N光ガイド層223を順次成長させたのち、厚さ1〜10nm、例えば、5nmのアンドープIn0.05Ga0.95Nバリア層で挟持された厚さ3〜30nm、例えば、5nmのアンドープIn0.15Ga0.85N井戸層を成長させて、SQW活性層216を形成する。 Subsequently, an undoped Al 0.05 Ga 0.95 N optical guide layer 222 having a thickness of 10 to 100 nm, for example, 50 nm, and an undoped In 0.03 Ga 0.97 N optical guide layer 223 having a thickness of 10 to 100 nm, for example, 50 nm, are sequentially grown. Subsequently, an SQW activity is obtained by growing an undoped In 0.15 Ga 0.85 N well layer having a thickness of 3 to 30 nm, for example, 5 nm, sandwiched between undoped In 0.05 Ga 0.95 N barrier layers having a thickness of 1 to 10 nm, for example, 5 nm. Layer 216 is formed.

次いで、厚さ10〜100nm、例えば、50nmのアンドープIn0.03Ga0.97N光ガイド層224、及び、厚さ10〜100nm、例えば、50nmで、不純物濃度が1×1017〜1×1019cm-3、例えば、5×1017cm-3のMgドープのp型Al0.05Ga0.95N光ガイド層225、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1019cm-3、例えば、1.0×1017cm-3のMgドープのp型Al0.15Ga0.85Nクラッド層218、及び、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1019cm-3、例えば、1.0×1018cm-3のMgドープのp型GaNコンタクト層219を成長させる。 Next, an undoped In 0.03 Ga 0.97 N light guide layer 224 having a thickness of 10 to 100 nm, for example, 50 nm, and an impurity concentration of 1 × 10 17 to 1 × 10 19 cm − with a thickness of 10 to 100 nm, for example, 50 nm. 3. For example, a 5 × 10 17 cm −3 Mg-doped p-type Al 0.05 Ga 0.95 N light guide layer 225, a thickness of 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and an impurity concentration of 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 19 cm -3 , for example, 1.0 × 10 17 cm -3 Mg-doped p-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 218 and a thickness of 0.1 to 2. Mg-doped p-type GaN contact layer 219 having an impurity concentration of 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 19 cm −3 , for example, 1.0 × 10 18 cm −3 at 0 μm, for example, 0.5 μm. Grow.

次いで、n型SiC基板211の裏面にはn側電極として厚さ100nmのNi電極220を設けると共に、p型GaNコンタクト層219上にはp側電極として厚さ100nm、幅Wが3μmのNi電極221を設け、共振器長Lが700μmとなるように素子分割することによってSQW構造短波長半導体レーザが完成する。   Next, a Ni electrode 220 having a thickness of 100 nm is provided as an n-side electrode on the back surface of the n-type SiC substrate 211, and a Ni electrode having a thickness of 100 nm and a width W of 3 μm is provided as a p-side electrode on the p-type GaN contact layer 219. The SQW structure short wavelength semiconductor laser is completed by providing elements 221 and dividing the element so that the resonator length L becomes 700 μm.

図11(b)参照
この第8の実施の形態においては、n側光ガイド層及びp側光ガイド層が夫々禁制帯幅の異なる2層構造からなり、且つ、クラッド層に隣接する側の禁制帯幅を大きくしているので、p側光ガイド層を構成するp型Al0.05Ga0.95N光ガイド層225が電子に対するオーバーフロー防止層としても機能し、レーザ発振に必要な光閉じ込めを確保しつつ、p型Al0.05Ga0.95N光ガイド層225或いはp型クラッド層への電子のリークを低減することができ、それによって、無効電流を減少することができるので、しきい値電流密度Jthを低減することが可能になる。
In FIG. 11B, in the eighth embodiment, the n-side light guide layer and the p-side light guide layer have a two-layer structure with different forbidden band widths, and the forbidden side on the side adjacent to the clad layer. Since the band width is increased, the p-type Al 0.05 Ga 0.95 N light guide layer 225 constituting the p-side light guide layer also functions as an overflow prevention layer for electrons, while ensuring light confinement necessary for laser oscillation. , p-type Al 0.05 Ga 0.95 N optical guiding layer 225, or it is possible to reduce the electron leakage to the p-type cladding layer, whereby it is possible to reduce the reactive current, the threshold current density J th It becomes possible to reduce.

なお、この第8の実施の形態においては、禁制帯幅のより大きなp側光ガイド層をp型層で構成しているが、上記の第6の実施の形態と同様にアンドープ層で構成しても良く、それによって、ホールの移動度を大きくすることができ、さらに、p側光ガイド層或いはn側光ガイド層を3層以上の多層構造で構成しても良く、この場合には、p側光ガイド層とn側光ガイド層の層数は同じでなくても良い。   In the eighth embodiment, the p-side light guide layer having a larger forbidden bandwidth is formed of a p-type layer. However, similarly to the sixth embodiment, the p-side light guide layer is formed of an undoped layer. In this case, the mobility of holes can be increased, and the p-side light guide layer or the n-side light guide layer may be composed of a multilayer structure of three or more layers. The number of layers of the p-side light guide layer and the n-side light guide layer may not be the same.

次に、図12を参照して、本発明の第9の実施の形態を説明する。
なお、図12(a)は、本発明の第9の実施の形態のSQW半導体レーザの斜視図であり、また、図12(b)は活性層近傍のバンド・ギャップ構造、即ち、伝導帯側のエネルギーレベルを示すものである。
また、この第9の実施の形態は、n側光ガイド層の構造以外は上記の第3の実施の形態と同様であるので、製造方法に関する説明は省略する。
図12(a)参照
まず、上記の第1の実施の形態と同様に、(0001)面、即ち、c面を主面とする六方晶の6H−SiCからなるn型SiC基板211上に、厚さ50〜300nm、例えば、50nmのAlGaNバッファ層212、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が5×1017〜1×1019cm-3、例えば、2×1018cm-3のSiドープのn型GaN中間層213、及び、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1020cm-3、例えば、1.0×1018cm-3のSiドープのn型Al0.15Ga0.85Nクラッド層214を成長させる。
Next, a ninth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 12A is a perspective view of the SQW semiconductor laser according to the ninth embodiment of the present invention, and FIG. 12B is a band gap structure in the vicinity of the active layer, that is, the conduction band side. It shows the energy level.
The ninth embodiment is the same as the third embodiment except for the structure of the n-side light guide layer, and a description of the manufacturing method is omitted.
First, as in the first embodiment, on the n-type SiC substrate 211 made of hexagonal 6H—SiC having the (0001) plane, that is, the c-plane as the principal plane, AlGaN buffer layer 212 having a thickness of 50 to 300 nm, for example, 50 nm, a thickness of 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and an impurity concentration of 5 × 10 17 to 1 × 10 19 cm −3 , for example, 2 × 10 18 cm −3 Si-doped n-type GaN intermediate layer 213 and a thickness of 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and an impurity concentration of 1.0 × 10 17 to 1.0 A Si-doped n-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 214 of × 10 20 cm −3 , for example, 1.0 × 10 18 cm −3 is grown.

引き続いて、厚さ10〜300nm、例えば、100nmのGaN光ガイド層226を成長させたのち、厚さ1〜10nm、例えば、5nmのアンドープIn0.05Ga0.95Nバリア層で挟持された厚さ3〜30nm、例えば、5nmのアンドープIn0.15Ga0.85N井戸層を成長させて、SQW活性層216を形成する。 Subsequently, after growing a GaN light guide layer 226 having a thickness of 10 to 300 nm, for example, 100 nm, a thickness of 3 to 10 sandwiched between undoped In 0.05 Ga 0.95 N barrier layers having a thickness of 1 to 10 nm, for example, 5 nm. An SQW active layer 216 is formed by growing an undoped In 0.15 Ga 0.85 N well layer of 30 nm, for example, 5 nm.

次いで、厚さ10〜100nm、例えば、50nmのアンドープIn0.03Ga0.97N光ガイド層224、及び、厚さ10〜100nm、例えば、50nmで、不純物濃度が1×1017〜1×1019cm-3、例えば、2×1017cm-3のMgドープのp型Al0.05Ga0.95N光ガイド層225、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1019cm-3、例えば、1.0×1017cm-3のMgドープのp型Al0.15Ga0.85Nクラッド層218、及び、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1019cm-3、例えば、1.0×1018cm-3のMgドープのp型GaNコンタクト層219を成長させる。 Next, an undoped In 0.03 Ga 0.97 N light guide layer 224 having a thickness of 10 to 100 nm, for example, 50 nm, and an impurity concentration of 1 × 10 17 to 1 × 10 19 cm − with a thickness of 10 to 100 nm, for example, 50 nm. 3 , for example, 2 × 10 17 cm −3 Mg-doped p-type Al 0.05 Ga 0.95 N light guide layer 225, thickness 0.1-2.0 μm, for example 0.5 μm, impurity concentration 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 19 cm -3 , for example, 1.0 × 10 17 cm -3 Mg-doped p-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 218 and a thickness of 0.1 to 2. Mg-doped p-type GaN contact layer 219 having an impurity concentration of 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 19 cm −3 , for example, 1.0 × 10 18 cm −3 at 0 μm, for example, 0.5 μm. Grow.

次いで、n型SiC基板211の裏面にはn側電極として厚さ100nmのNi電極220を設けると共に、p型GaNコンタクト層219上にはp側電極として厚さ100nm、幅Wが3μmのNi電極221を設け、共振器長Lが700μmとなるように素子分割することによってSQW構造短波長半導体レーザが完成する。   Next, a Ni electrode 220 having a thickness of 100 nm is provided as an n-side electrode on the back surface of the n-type SiC substrate 211, and a Ni electrode having a thickness of 100 nm and a width W of 3 μm is provided as a p-side electrode on the p-type GaN contact layer 219. The SQW structure short wavelength semiconductor laser is completed by providing elements 221 and dividing the element so that the resonator length L becomes 700 μm.

図12(b)参照
この第9の実施の形態においては、n側光ガイド層を単一層で構成しているので成膜工程を短縮することができ、且つ、このn側光ガイド層の組成をp側光ガイド層の中間の禁制帯幅が得られる組成としているので、単一層を用いても光ガイド構造の非対称性を補正することができ、それによって、最大光学利得を発生させる位置に、放射光強度分布の最大位置が位置することになるので、しきい値電流密度Jthを低減することができる。
In FIG. 12B, in the ninth embodiment, since the n-side light guide layer is composed of a single layer, the film forming process can be shortened, and the composition of the n-side light guide layer can be shortened. Since the composition is such that a forbidden band width in the middle of the p-side light guide layer can be obtained, the asymmetry of the light guide structure can be corrected even if a single layer is used, so that the maximum optical gain is generated. Since the maximum position of the emitted light intensity distribution is located, the threshold current density J th can be reduced.

この場合にも、p側光ガイド層を構成するp型Al0.05Ga0.95N光ガイド層225が電子に対するオーバーフロー防止層としても機能するので、レーザ発振に必要な光閉じ込めを確保しつつ、p型Al0.05Ga0.95N光ガイド層225或いはp型クラッド層への電子のリークを低減することができ、それによって、無効電流を減少することができるので、しきい値電流密度Jthを低減することが可能になる。 Also in this case, the p-type Al 0.05 Ga 0.95 N light guide layer 225 constituting the p-side light guide layer also functions as an overflow prevention layer for electrons, so that the p-type is ensured while ensuring the optical confinement necessary for laser oscillation. Electron leakage to the Al 0.05 Ga 0.95 N light guide layer 225 or the p-type cladding layer can be reduced, thereby reducing the reactive current, thereby reducing the threshold current density J th. Is possible.

なお、この第9の実施の形態においても、禁制帯幅のより大きなp側光ガイド層をp型層で構成しているが、上記の第6の実施の形態と同様にアンドープ層で構成しても良く、それによって、ホールの移動度を大きくすることができ、さらに、p側光ガイド層を3層以上の多層構造で構成しても良い。   In the ninth embodiment as well, the p-side light guide layer having a larger forbidden bandwidth is formed of a p-type layer. However, similarly to the sixth embodiment, it is formed of an undoped layer. As a result, the hole mobility can be increased, and the p-side light guide layer may be composed of a multilayer structure of three or more layers.

次に、図13を参照して、本発明の第10の実施の形態を説明する。
なお、図13(a)は、本発明の第10の実施の形態のSQW半導体レーザの斜視図であり、また、図13(b)は活性層近傍のバンド・ギャップ構造を示すものである。
また、この第10の実施の形態は、n側光ガイド層及びp側光ガイド層の構造以外は上記の第6の実施の形態と同様であるので、製造方法に関する説明は殆ど省略する。
図13(a)参照
まず、上記の第6の実施の形態と同様に、(0001)面、即ち、c面を主面とする六方晶の6H−SiCからなるn型SiC基板211上に、厚さ50〜300nm、例えば、50nmのAlGaNバッファ層212、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が5×1017〜1×1019cm-3、例えば、2×1018cm-3のSiドープのn型GaN中間層213、及び、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1020cm-3、例えば、1.0×1018cm-3のSiドープのn型Al0.15Ga0.85Nクラッド層214を成長させる。
Next, a tenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 13A is a perspective view of the SQW semiconductor laser according to the tenth embodiment of the present invention, and FIG. 13B shows a band gap structure in the vicinity of the active layer.
The tenth embodiment is the same as the sixth embodiment except for the structure of the n-side light guide layer and the p-side light guide layer.
First, as in the sixth embodiment, on the n-type SiC substrate 211 made of hexagonal 6H—SiC having the (0001) plane, that is, the c-plane as the principal plane, AlGaN buffer layer 212 having a thickness of 50 to 300 nm, for example, 50 nm, a thickness of 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and an impurity concentration of 5 × 10 17 to 1 × 10 19 cm −3 , for example, 2 × 10 18 cm −3 Si-doped n-type GaN intermediate layer 213 and a thickness of 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and an impurity concentration of 1.0 × 10 17 to 1.0 A Si-doped n-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 214 of × 10 20 cm −3 , for example, 1.0 × 10 18 cm −3 is grown.

引き続いて、TMGa、TMIn、TMAl、アンモニア、及び、キャリアガスとしての水素を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、1130℃とした状態で、最初、TMInを供給しない状態で且つTMAlを次第に減少させる様に供給し、TMAlの供給を0とした時点で800℃まで降温してTMInの供給を開始し、次第にその供給量を増加させることによって、n型Al0.15Ga0.85Nクラッド層214に接する部分の組成がAl0.05Ga0.95Nとなり、最終的な組成がIn0.03Ga0.97Nとなる、厚さ10〜300nm、例えば、100nmのアンドープグレーデッド光ガイド層227を成長させる。 Subsequently, using TMGa, TMIn, TMAl, ammonia, and hydrogen as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 1130 ° C. First, supply TMAl in a state where TMIn is not supplied and gradually decrease TMAl. When TMAl supply is reduced to 0, the temperature is lowered to 800 ° C. and TMIn supply is started, and the supply amount is gradually increased. Therefore, the composition of the portion in contact with the n-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 214 becomes Al 0.05 Ga 0.95 N, and the final composition becomes In 0.03 Ga 0.97 N. The undoped gray with a thickness of 10 to 300 nm, for example, 100 nm A dead light guide layer 227 is grown.

引き続いて、厚さ1〜10nm、例えば、5nmのアンドープIn0.05Ga0.95Nバリア層で挟持された厚さ3〜10nm、例えば、5nmのアンドープIn0.15Ga0.85N井戸層を成長させて、SQW活性層216を形成する。 Subsequently, an SQW activity is obtained by growing an undoped In 0.15 Ga 0.85 N well layer having a thickness of 3 to 10 nm, for example, 5 nm, sandwiched by an undoped In 0.05 Ga 0.95 N barrier layer having a thickness of 1 to 10 nm, for example, 5 nm. Layer 216 is formed.

引き続いて、TMGa、TMIn、TMAl、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしてのN2 を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、800℃とした状態で、最初、TMAlを供給しない状態で且つTMInを次第に減少させる様に供給し、TMInの供給を0とした時点で1130℃に昇温してTMAlの供給を開始し、次第にその供給量を増加させることによって、SQW活性層216に接する部分の組成がIn0.03Ga0.97Nとなり、最終的な組成がAl0.05Ga0.95Nとなる、厚さ10〜300nm、例えば、100nmのMgドープのp型グレーデッド光ガイド層228を成長させる。 Subsequently, using TMGa, TMIn, TMAl, ammonia, biscyclopentadienylmagnesium, and N 2 as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C. For example, in a state where the temperature is set to 800 ° C., TMAl is first supplied in a state where TMAl is not supplied and TMIn is gradually decreased. When the TMIn supply is set to 0, the temperature is raised to 1130 ° C. and the supply of TMAl is started. By gradually increasing the supply amount, the composition of the portion in contact with the SQW active layer 216 becomes In 0.03 Ga 0.97 N, and the final composition becomes Al 0.05 Ga 0.95 N. The thickness is 10 to 300 nm, for example, 100 nm. A Mg-doped p-type graded light guide layer 228 is grown.

引き続いて、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1019cm-3、例えば、1.0×1017cm-3のMgドープのp型Al0.15Ga0.85Nクラッド層218、及び、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1019cm-3、例えば、1.0×1018cm-3のMgドープのp型GaNコンタクト層219を成長させる。 Subsequently, the thickness is 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and the impurity concentration is 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 19 cm −3 , for example, 1.0 × 10 17 cm −. 3 Mg-doped p-type Al 0.15 Ga 0.85 N clad layer 218 and a thickness of 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and an impurity concentration of 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 An Mg-doped p-type GaN contact layer 219 of 19 cm −3 , for example, 1.0 × 10 18 cm −3 is grown.

次いで、n型SiC基板211の裏面にはn側電極として厚さ100nmのNi電極220を設けると共に、p型GaNコンタクト層219上にはp側電極として厚さ100nm、幅Wが3μmのNi電極221を設け、共振器長Lが700μmとなるように素子分割することによってSQW構造短波長半導体レーザが完成する。   Next, a Ni electrode 220 having a thickness of 100 nm is provided as an n-side electrode on the back surface of the n-type SiC substrate 211, and a Ni electrode having a thickness of 100 nm and a width W of 3 μm is provided as a p-side electrode on the p-type GaN contact layer 219. The SQW structure short wavelength semiconductor laser is completed by providing elements 221 and dividing the element so that the resonator length L becomes 700 μm.

図13(b)参照
この第10の実施の形態においては、p側光ガイド層は組成が連続的に変化しているグレーデッドバンド・ギャップ層で構成されており、p型クラッド層側の禁制帯幅の大きな領域が電子に対するオーバーフロー防止層として作用するとともに、活性層へのホールの注入効率が改善される。
See FIG. 13B. In the tenth embodiment, the p-side light guide layer is composed of a graded band gap layer whose composition changes continuously, and the p-type cladding layer side is forbidden. The region having a large bandwidth acts as an overflow prevention layer for electrons, and the hole injection efficiency into the active layer is improved.

また、この場合にも、p側光ガイド層を構成するp型グレーデッド光ガイド層228をp型層で構成しているが、上記の第6の実施の形態と同様にアンドープ層で構成しても良く、それによって、ホールの移動度を大きくすることができ、さらに、ビスシクロペンタジエニルマグネシウムの供給量を連続的に変化させることによって、活性層側をアンドープとしても良い。   Also in this case, the p-type graded light guide layer 228 that constitutes the p-side light guide layer is composed of the p-type layer, but it is composed of an undoped layer as in the sixth embodiment. Accordingly, the mobility of holes can be increased, and the active layer side can be undoped by continuously changing the supply amount of biscyclopentadienylmagnesium.

なお、第10の実施の形態においては、アンドープグレーデッド光ガイド層227及びp型グレーデッド光ガイド層228のクラッド層に接する部分のAl比は0.05のAl0.05Ga0.95Nとなっているが、クラッド層のAl比と同じ0.15のAl0.15Ga0.85N或いはその近傍の混晶比のAlGaN層としても良いものであり、この様に、クラッド層に接する部分のAl比を高めることによりホールの注入効率をより改善することが可能になる。 In the tenth embodiment, the Al ratio of the portions of the undoped graded light guide layer 227 and the p-type graded light guide layer 228 in contact with the cladding layer is Al 0.05 Ga 0.95 N of 0.05 . However, the Al 0.15 Ga 0.85 N of 0.15, which is the same as the Al ratio of the clad layer, or an AlGaN layer having a mixed crystal ratio in the vicinity thereof may be used. In this way, the Al ratio of the portion in contact with the clad layer is increased. As a result, the hole injection efficiency can be further improved.

次に、図14を参照して、本発明の第11の実施の形態を説明する。
なお、図14(a)は、本発明の第11の実施の形態のSQW半導体レーザの斜視図であり、また、図14(b)は活性層近傍のバンド・ギャップ構造、即ち、伝導帯側のエネルギーレベルを示すものである。
また、この第11の実施の形態は、p側光ガイド層の構造以外は上記の第9の実施の形態とほぼ同様であるので、製造方法に関する説明はほぼ省略する。
図14(a)参照
まず、上記の第6の実施の形態と同様に、(0001)面、即ち、c面を主面とする六方晶の6H−SiCからなるn型SiC基板211上に、厚さ50〜300nm、例えば、50nmのAlGaNバッファ層212、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が5×1017〜1×1019cm-3、例えば、2×1018cm-3のSiドープのn型GaN中間層213、及び、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1020cm-3、例えば、1.0×1018cm-3のSiドープのn型Al0.15Ga0.85Nクラッド層214を成長させる。
Next, an eleventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
14A is a perspective view of the SQW semiconductor laser according to the eleventh embodiment of the present invention, and FIG. 14B is a band gap structure in the vicinity of the active layer, that is, the conduction band side. It shows the energy level.
The eleventh embodiment is substantially the same as the ninth embodiment except for the structure of the p-side light guide layer.
14A. First, similarly to the sixth embodiment, on the n-type SiC substrate 211 made of hexagonal 6H—SiC having the (0001) plane, that is, the c-plane as a main surface, AlGaN buffer layer 212 having a thickness of 50 to 300 nm, for example, 50 nm, a thickness of 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and an impurity concentration of 5 × 10 17 to 1 × 10 19 cm −3 , for example, 2 × 10 18 cm −3 Si-doped n-type GaN intermediate layer 213 and a thickness of 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and an impurity concentration of 1.0 × 10 17 to 1.0 A Si-doped n-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 214 of × 10 20 cm −3 , for example, 1.0 × 10 18 cm −3 is grown.

引き続いて、厚さ10〜300nm、例えば、100nmのアンドープAl0.05Ga0.95N光ガイド層229を成長させたのち、厚さ1〜10nm、例えば、5nmのアンドープIn0.05Ga0.95Nバリア層で挟持された厚さ3〜30nm、例えば、5nmのアンドープIn0.15Ga0.85N井戸層を成長させて、SQW活性層216を形成する。 Subsequently, an undoped Al 0.05 Ga 0.95 N light guide layer 229 having a thickness of 10 to 300 nm, for example, 100 nm is grown, and then sandwiched by an undoped In 0.05 Ga 0.95 N barrier layer having a thickness of 1 to 10 nm, for example, 5 nm. An SQW active layer 216 is formed by growing an undoped In 0.15 Ga 0.85 N well layer having a thickness of 3 to 30 nm, for example, 5 nm.

引き続いて、TMGa、TMIn、TMAl、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしてのN2 を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、1130℃とした状態で、TMAlを次第に減少させる様に供給し、SQW活性層216に接する部分の組成がAl0.20Ga0.8ONとなり、最終的な組成がGaNとなる、厚さ10〜300nm、例えば、100nmのMgドープのp型逆グレーデッド光ガイド層230を成長させる。
なお、p型クラッド層に接する側の組成はInGaNとしても良い。
Subsequently, using TMGa, TMIn, TMAl, ammonia, biscyclopentadienylmagnesium, and N 2 as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C. For example, in a state where the temperature is 1130 ° C., TMAl is supplied so as to gradually decrease, the composition of the portion in contact with the SQW active layer 216 becomes Al 0.20 Ga 0.8O N, and the final composition becomes GaN. A 300 nm, for example, 100 nm Mg-doped p-type reverse graded light guide layer 230 is grown.
The composition on the side in contact with the p-type cladding layer may be InGaN.

次いで、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1019cm-3、例えば、1.0×1017cm-3のMgドープのp型Al0.15Ga0.85Nクラッド層218、及び、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1019cm-3、例えば、1.0×1018cm-3のMgドープのp型GaNコンタクト層219を成長させる。 Then, the thickness is 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and the impurity concentration is 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 19 cm −3 , for example, 1.0 × 10 17 cm −3. Mg-doped p-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 218 and a thickness of 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and an impurity concentration of 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 19 An Mg-doped p-type GaN contact layer 219 of cm −3 , for example, 1.0 × 10 18 cm −3 is grown.

次いで、n型SiC基板211の裏面にはn側電極として厚さ100nmのNi電極220を設けると共に、p型GaNコンタクト層219上にはp側電極として厚さ100nm、幅Wが3μmのNi電極221を設け、共振器長Lが700μmとなるように素子分割することによってSQW構造短波長半導体レーザが完成する。   Next, a Ni electrode 220 having a thickness of 100 nm is provided as an n-side electrode on the back surface of the n-type SiC substrate 211, and a Ni electrode having a thickness of 100 nm and a width W of 3 μm is provided as a p-side electrode on the p-type GaN contact layer 219. The SQW structure short wavelength semiconductor laser is completed by providing elements 221 and dividing the element so that the resonator length L becomes 700 μm.

図14(b)参照
この第11の実施の形態においては、p側光ガイド層を活性層側の禁制帯幅が大きな逆グレーデッド層で構成しているので、このp側光ガイド層を構成する禁制帯幅の大きな領域が電子に対するオーバーフロー防止層として機能するので、p側光ガイド層への電子のリークを低減することができ、それによって、p側光ガイド層における再結合を低減することができる。
See FIG. 14B. In the eleventh embodiment, the p-side light guide layer is constituted by an inverse graded layer having a large forbidden bandwidth on the active layer side. Since the region having a large forbidden band width functions as an overflow prevention layer for electrons, leakage of electrons to the p-side light guide layer can be reduced, thereby reducing recombination in the p-side light guide layer. Can do.

また、このp側光ガイド層は、逆グレーデッドバンド・ギャップ構造であるので、ホールに対するエネルギースパイクが形成されないので、従来のオーバーフロー防止層と比較してホールに対するバリアになりにくく、ホールの注入効率を低減させることがない。   In addition, since the p-side light guide layer has an inverse graded band gap structure, energy spikes for holes are not formed. Therefore, the p-side light guide layer is less likely to be a barrier to holes compared to conventional overflow prevention layers, and hole injection efficiency. Is not reduced.

また、この場合も、n側光ガイド層は単一層で構成しているので、光ガイド構造の非対称性を補正するために、このn側光ガイド層の組成をp側光ガイド層の中間の禁制帯幅が得られる組成とすることが望ましい。   Also in this case, since the n-side light guide layer is composed of a single layer, in order to correct the asymmetry of the light guide structure, the composition of the n-side light guide layer is set to the middle of the p-side light guide layer. It is desirable that the composition has a forbidden bandwidth.

また、この場合も、p側光ガイド層をp型層で構成しているが、上記の第6の実施の形態と同様にアンドープ層で構成しても良く、それによって、ホールの移動度を大きくすることができる。   Also in this case, the p-side light guide layer is composed of a p-type layer, but it may be composed of an undoped layer in the same manner as in the sixth embodiment, thereby increasing the hole mobility. Can be bigger.

以上、本発明の第6乃至第11の実施の形態を説明してきたが、本発明は実施の形態の構成に限られるものでなく、例えば、第6乃至第11の実施の形態においては、活性層としてIn0.15Ga0.85N/In0.05Ga0.95NからなるSQW構造を採用しているが、必要とする波長に応じて混晶比をAlx Gay In1-x-y N(0≦x<1、0<y≦1)の範囲内で変えても良いものであり、且つ、それに伴って、光ガイド層及びクラッド層の混晶比をAla Gab In1-a-b N(0≦a≦1、0≦b≦1)の範囲内で変えても良い。 Although the sixth to eleventh embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the configuration of the embodiment. For example, in the sixth to eleventh embodiments, the active adopts a SQW structure consisting of in 0.15 Ga 0.85 N / in 0.05 Ga 0.95 N as a layer, requires a mixed crystal ratio according to the wavelength of the Al x Ga y in 1-xy N (0 ≦ x <1 , 0 <y ≦ 1), and accordingly, the mixed crystal ratio of the light guide layer and the cladding layer is changed to Al a Ga b In 1-ab N (0 ≦ a ≦ It may be changed within the range of 1, 0 ≦ b ≦ 1).

また、上記の第6乃至第11の実施の形態においては、活性層をSQW構造で構成しているものの、MQW構造にしても良いものであり、この場合には、例えば、厚さ1〜10nm、例えば、5nmのアンドープIn0.05Ga0.95Nバリア層と厚さ3〜10nm、例えば、5nmのアンドープIn0.15Ga0.85N井戸層を交互にアンドープIn0.15Ga0.85N井戸層が2〜10層、例えば、5層になるように成長させることによって、MQW活性層を形成すれば良い。 In the sixth to eleventh embodiments described above, the active layer has an SQW structure, but may have an MQW structure. In this case, for example, the thickness is 1 to 10 nm. For example, 5 nm of undoped In 0.05 Ga 0.95 N barrier layer and a thickness of 3 to 10 nm, for example, 5 nm of undoped In 0.15 Ga 0.85 N well layer alternately with 2 to 10 undoped In 0.15 Ga 0.85 N well layers, for example, The MQW active layer may be formed by growing it to have 5 layers.

次に、図15及び図16を参照して、成長速度を制御することにより転位密度及びPL波長分布を低減し、それによって、しきい値電流密度Jthを低減する本発明の第12の実施の形態の短波長半導体レーザの製造方法を説明する。
図15参照
まず、(0001)面、即ち、c面を主面とする六方晶の6H−SiCからなるn型SiC基板311の表面をCF4 を用いたドライ・エッチングによって0.1〜2μm、例えば、0.2μm除去して、表面欠陥密度を低減させたのち、TMGa、TMAl、アンモニア、及び、キャリアガスとしての水素を成長ガスとして用いたMOVPE法によって、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、950℃とした状態で、厚さ50〜300nm、例えば、50nmのAlGaNバッファ層312を成長させる。
Next, referring to FIGS. 15 and 16, the twelfth embodiment of the present invention that reduces the dislocation density and the PL wavelength distribution by controlling the growth rate, thereby reducing the threshold current density J th. A method of manufacturing a short wavelength semiconductor laser of the form will be described.
Refer to FIG. 15. First, the surface of an n-type SiC substrate 311 made of hexagonal 6H—SiC having a (0001) plane, that is, a c-plane as a principal plane is 0.1 to 2 μm by dry etching using CF 4 . For example, after removing 0.2 μm to reduce the surface defect density, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, by MOVPE using TMGa, TMAl, ammonia, and hydrogen as a carrier gas as a growth gas. The AlGaN buffer layer 312 having a thickness of 50 to 300 nm, for example, 50 nm is grown at 100 Torr and a growth temperature of 800 to 1200 ° C., for example, 950 ° C.

引き続いて、TMGa、アンモニア、ドーパントとして、SiH4 、及び、キャリアガスを用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、920℃とした状態で、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1019cm-3、例えば、2.0×1018cm-3のSiドープのn型GaN中間層313を成長させる。 Subsequently, using TMGa, ammonia, SiH 4 as a dopant, and a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 920 ° C. Si having a thickness of 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and an impurity concentration of 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 19 cm −3 , for example, 2.0 × 10 18 cm −3 A doped n-type GaN intermediate layer 313 is grown.

引き続いて、TMAl、TMGa、アンモニア、ドーパントとして、SiH4 、及び、キャリアガスとしての水素を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、950℃とした状態で、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1020cm-3、例えば、1.0×1018cm-3のn型Al0.15Ga0.85Nクラッド層314を成長させる。 Subsequently, TMAl, TMGa, ammonia, SiH 4 as the dopant, and hydrogen as the carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 950 ° C. In this state, the thickness is 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and the impurity concentration is 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 20 cm −3 , for example, 1.0 × 10 18. A cm −3 n-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 314 is grown.

引き続いて、TMGa、アンモニア、及び、キャリアガスとしての水素を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、930℃とした状態で、厚さ10〜300nm、例えば、100nmのアンドープGaN光ガイド層315を成長させる。   Subsequently, using TMGa, ammonia, and hydrogen as a carrier gas, a growth pressure of 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, a growth temperature of 800 to 1200 ° C., for example, 930 ° C., and a thickness of 10 An undoped GaN light guide layer 315 of ˜300 nm, for example, 100 nm is grown.

引き続いて、TEGa、TMIn、アンモニア、及び、キャリアガスとしての窒素を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を550〜900℃、例えば、700℃とした状態で、成長速度rg を0.1μm/h以上、例えば、0.3μm/h以上の条件で、厚さ1〜10nm、例えば、5nmのアンドープIn0.03Ga0.97Nバリア層と厚さ3〜10nm、例えば、8nmのアンドープIn0.15Ga0.85N井戸層を交互にアンドープIn0.15Ga0.85N井戸層が2又は3層、例えば、2層になるように成長させ、MQW活性層316を形成する。 Subsequently, using TEGa, TMIn, ammonia, and nitrogen as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 550 to 900 ° C., for example, 700 ° C. the rate r g 0.1 [mu] m / h or more, for example, under the above conditions 0.3 [mu] m / h, thickness of 1 to 10 nm, for example, 5 nm of undoped in 0.03 Ga 0.97 N barrier layer and the thickness of 3 to 10 nm, for example, An 8 nm undoped In 0.15 Ga 0.85 N well layer is alternately grown so that there are two or three undoped In 0.15 Ga 0.85 N well layers, for example, two layers to form an MQW active layer 316.

引き続いて、TMGa、アンモニア、及び、キャリアガスとしての窒素を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、930℃とした状態で、厚さ10〜300nm、例えば、100nmのアンドープGaN光ガイド層317を成長させる。   Subsequently, using TMGa, ammonia, and nitrogen as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 930 ° C. An undoped GaN light guide layer 317 of ˜300 nm, for example, 100 nm is grown.

引き続いて、TMAl、TMGa、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしての窒素を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、950℃とした状態で、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1019cm-3、例えば、2.0×1017cm-3のp型Al0.15Ga0.85Nクラッド層318を成長させる。 Subsequently, using TMAl, TMGa, ammonia, biscyclopentadienylmagnesium, and nitrogen as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 950. At a temperature of 0.1 ° C., the thickness is 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and the impurity concentration is 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 19 cm −3 , for example, 2.0 × 10 A 17 cm −3 p-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 318 is grown.

引き続いて、TMGa、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしての窒素を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、930℃とした状態で、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1019cm-3、例えば、1.0×1018cm-3のp型GaNコンタクト層319を成長させる。 Subsequently, using TMGa, ammonia, biscyclopentadienyl magnesium and nitrogen as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 930 ° C. In this state, the thickness is 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and the impurity concentration is 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 19 cm −3 , for example, 1.0 × 10 18 cm. -3 p-type GaN contact layer 319 is grown.

次いで、n型SiC基板311の裏面にはn側電極として厚さ100nmのNi電極320を設けると共に、p型GaNコンタクト層319上にはp側電極として厚さ100nm、幅Wが3μmのNi電極321を設け、共振器長Lが700μmとなるように素子分割することによってMQW構造短波長半導体レーザが完成する。   Next, an Ni electrode 320 having a thickness of 100 nm is provided on the back surface of the n-type SiC substrate 311 as an n-side electrode, and an Ni electrode having a thickness of 100 nm and a width W of 3 μm is provided on the p-type GaN contact layer 319 as a p-side electrode. The MQW structure short wavelength semiconductor laser is completed by providing the element 321 and dividing the element so that the resonator length L becomes 700 μm.

上記の第12の実施の形態においては、活性層の成長速度として、0.1μm/h以上、特に、0.3μm/hを採用しているが、ここで図16を参照して活性層の結晶性と成長速度の因果関係を説明する。
図16(a)参照
図16(a)は、InGaN活性層のPL波長の標準偏差の成長速度依存性を示す図であり、図から明らかなように、成長速度rg が0.1μm/h以下の0.075μm/hの場合に、TMI(トリメチルインジウム)の流量の増加と共に、PL波長の標準偏差が増大してInGaNの組成不均一が増加するばかりであり、400nm以上の平均PL波長組成において、高品質のInGaN混晶が得られないことが明らかである。
In the above twelfth embodiment, the growth rate of the active layer is 0.1 μm / h or more, particularly 0.3 μm / h. Here, referring to FIG. Explain the causal relationship between crystallinity and growth rate.
Figure 16 (a) see Figure 16 (a) is a diagram showing the growth rate dependence of the standard deviation of the PL wavelengths of the InGaN active layer, as is apparent from the figure, the growth rate r g is 0.1 [mu] m / h In the following case of 0.075 μm / h, as the flow rate of TMI (trimethylindium) increases, the standard deviation of the PL wavelength increases and the inhomogeneous composition of InGaN increases, and the average PL wavelength composition of 400 nm or more However, it is clear that a high quality InGaN mixed crystal cannot be obtained.

一方、成長速度rg が0.1μm/h以上の0.3μm/hの場合には、TMIの流量が増加してもPL波長の標準偏差が小さなままで平均PL波長が増加し、即ち、In組成比が増加し、420nm付近ではPL波長の標準偏差が低減している。 On the other hand, if the growth rate r g is 0.1 [mu] m / h or more 0.3 [mu] m / h, the standard deviation of the PL wavelengths even flow of TMI is increased to increase the average PL wavelength remain small, i.e., The In composition ratio increases, and the standard deviation of the PL wavelength decreases near 420 nm.

このことから、成長速度を大きくすることによって組成不均一を抑制できることが分かり、少なくとも、0.3μm/h近傍の成長速度の場合には、青色半導体レーザとして好適な波長範囲の組成を有するInGaN活性層を結晶性良く成長させることが可能であることが分かる。   From this, it can be seen that the compositional nonuniformity can be suppressed by increasing the growth rate, and at least in the case of a growth rate in the vicinity of 0.3 μm / h, an InGaN active having a composition in a wavelength range suitable as a blue semiconductor laser. It can be seen that the layer can be grown with good crystallinity.

図16(b)参照
図16(b)は、PL光強度の成長速度依存性を示す図であり、図から明らかなように、成長速度が大きい方がPL光強度が高くなっており、特に、青色半導体レーザとして好適な長波長側において相対的に大きなPL光強度が得られており、この事実からも成長速度が大きい方が組成のより均一な結晶が得られることが分かる。
FIG. 16B is a diagram showing the dependence of the PL light intensity on the growth rate. As is clear from the figure, the PL light intensity increases as the growth rate increases. A relatively large PL light intensity is obtained on the long wavelength side suitable as a blue semiconductor laser. From this fact, it can be seen that a crystal having a more uniform composition can be obtained with a higher growth rate.

そして、本発明の第12の実施の形態によれば、品質の良好なSiC基板を用い、且つ、その表面をドライ・エッチングにより除去して表面欠陥密度を低減することにより、転位密度が109 cm-3以下で、且つ、PLピーク波長が90meV以下のInGaN活性層が得られ、それによって、キンクのないI−L特性が得られることになる。 According to the twelfth embodiment of the present invention, a dislocation density of 10 9 is obtained by using a SiC substrate with good quality and removing the surface by dry etching to reduce the surface defect density. An InGaN active layer having a cm −3 or less and a PL peak wavelength of 90 meV or less is obtained, thereby obtaining an IL characteristic without kink.

そして、今までの経験を踏まえて、成長速度rg が0.075μm/hの場合の結果と対比すると、0.3μm/h以上の場合に非常に良好な活性層が得られるものと推定され、また、少なくとも、0.2μm/hまでは良好な活性層が得られ、さらに、0.1μm/hの場合にも実用に耐え得る程度の活性層が得られるものと考えられる。 Then, based on the experience to date, the growth rate r g is compared with results for 0.075 .mu.m / h, it is estimated to very good active layer is obtained in the case of more than 0.3 [mu] m / h Also, it is considered that a good active layer can be obtained at least up to 0.2 μm / h, and an active layer that can withstand practical use even at 0.1 μm / h.

このことは、成長速度が遅いほど均質な結晶が得られると考えられていた従来常識と反するものであり、この点からもInを構成要素として含むナイトライド系化合物半導体の特殊性は明らかである。   This is contrary to the conventional common sense that it is believed that the slower the growth rate, the more homogeneous crystals can be obtained. Also from this point, the peculiarities of nitride compound semiconductors containing In as a constituent element are clear. .

以上、本発明の第12の実施の形態を説明してきたが、第12の実施の形態の条件に限られるものではなく、その技術思想の範囲において各種の変更が可能であり、例えば、上記の第12の実施の形態においては、井戸層としてIn0.15Ga0.85Nを採用しているが、必要とする波長に応じて混晶比をAlx Gay In1-x-y N(0≦x<1、0<y≦1)の範囲内で変えても良いものであり、且つ、それに伴って、光ガイド層及びクラッド層の混晶比をAla Gab In1-a-b N(0≦a≦1、0≦b≦1)の範囲内で変えても良い。 The twelfth embodiment of the present invention has been described above. However, the present invention is not limited to the conditions of the twelfth embodiment, and various modifications are possible within the scope of the technical idea. in the twelfth embodiment adopts the in 0.15 Ga 0.85 N as the well layer, the Al x mixed crystal ratio according to a wavelength in need Ga y in 1-xy N ( 0 ≦ x <1 , 0 <y ≦ 1), and accordingly, the mixed crystal ratio of the light guide layer and the cladding layer is changed to Al a Ga b In 1-ab N (0 ≦ a ≦ It may be changed within the range of 1, 0 ≦ b ≦ 1).

また、上記の第12の実施の形態の説明においては、活性層をMQW活性層16で構成しているが、SQW活性層を用いて良いものであり、この場合にも成長速度を0.1μm/h以上、例えば、0.3μm/hとした成長条件において、厚さ1〜10nm、例えば、5nmのアンドープIn0.03Ga0.97Nバリア層で挟持された、厚さ3〜30nm、例えば、8nmのアンドープIn0.15Ga0.85N井戸層からなるSQW活性層を成長させれば良い。 In the description of the twelfth embodiment, the active layer is composed of the MQW active layer 16, but the SQW active layer may be used. In this case as well, the growth rate is 0.1 μm. / H or more, for example, 0.3 μm / h, under a growth condition of 3 to 30 nm, for example, 8 nm, sandwiched between undoped In 0.03 Ga 0.97 N barrier layers having a thickness of 1 to 10 nm, for example, 5 nm. An SQW active layer composed of an undoped In 0.15 Ga 0.85 N well layer may be grown.

また、上記の第12の実施の形態においては、活性層として正孔の移動度を高めるためにアンドープ層を用いているが、アンドープ層の場合、不可避的に不純物がオートドープされることがあるので、結果的な不純物濃度としては、1.0×1017cm-3未満であれば良い。 In the twelfth embodiment, an undoped layer is used as an active layer in order to increase hole mobility. However, in the case of an undoped layer, impurities may inevitably be autodoped. Therefore, the resulting impurity concentration may be less than 1.0 × 10 17 cm −3 .

次に、図17及び図18を参照して、p型クラッド層に狭禁制帯幅領域を設け、この狭禁制帯幅領域において発光性再結合を行わせてオーバーフロー電流による発熱を防止することによってしきい値電流密度Jthを低減させる、本発明の第13乃至第15の実施の形態を説明する。
まず、図17を参照して本発明の第13の実施の形態を説明する。
なお、図17(a)は、本発明の第13の実施の形態のSQW半導体レーザの斜視図であり、また、図17(b)は活性層近傍の伝導帯側のエネルギーレベルを示す図である。
図17(a)参照
まず、(0001)面、即ち、c面を主面とする六方晶の6H−SiCからなるn型SiC基板411上に、TMGa、TMAl、アンモニア、及び、キャリアガスとしての水素を成長ガスとして用いたMOVPE法によって、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、950℃とした状態で、厚さ50〜300nm、例えば、50nmのAlGaNバッファ層412を成長させる。
Next, referring to FIG. 17 and FIG. 18, by providing a narrow forbidden band width region in the p-type cladding layer and performing luminescent recombination in this narrow forbidden band width region to prevent heat generation due to overflow current. Thirteenth to fifteenth embodiments of the present invention that reduce the threshold current density Jth will be described.
First, a thirteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 17A is a perspective view of the SQW semiconductor laser according to the thirteenth embodiment of the present invention, and FIG. 17B is a diagram showing the energy level on the conduction band side in the vicinity of the active layer. is there.
Refer to FIG. 17A. First, TMGa, TMAl, ammonia, and carrier gas as n-type SiC substrate 411 made of hexagonal 6H—SiC having a (0001) plane, that is, c-plane as a main surface. By a MOVPE method using hydrogen as a growth gas, a growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, a growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 950 ° C., and a thickness of 50 to 300 nm, for example, 50 nm. An AlGaN buffer layer 412 is grown.

引き続いて、TMGa、アンモニア、ドーパント源としてSiH4 、及び、キャリアガスとして水素を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、920℃とした状態で、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が5×1017〜1×1019cm-3、例えば、2×1018cm-3のn型GaN中間層413を成長させる。 Subsequently, using TMGa, ammonia, SiH 4 as the dopant source, and hydrogen as the carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 920 ° C. And an n-type GaN intermediate layer having a thickness of 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and an impurity concentration of 5 × 10 17 to 1 × 10 19 cm −3 , for example, 2 × 10 18 cm −3. Grow 413.

引き続いて、TMAl、TMGa、アンモニア、ドーパントとしてSiH4 、及び、キャリアガスとしての水素を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、950℃とした状態で、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1020cm-3、例えば、1.0×1018cm-3のn型Al0.15Ga0.85Nクラッド層414を成長させる。 Subsequently, using TMAl, TMGa, ammonia, SiH 4 as a dopant, and hydrogen as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 950 ° C. In this state, the thickness is 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and the impurity concentration is 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 20 cm −3 , for example, 1.0 × 10 18 cm. -3 n-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 414 is grown.

引き続いて、TMGa、アンモニア、及び、キャリアガスとしての水素を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、930℃とした状態で、厚さ10〜300nm、例えば、100nmのアンドープGaN光ガイド層415を成長させる。   Subsequently, using TMGa, ammonia, and hydrogen as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 930 ° C. An undoped GaN light guide layer 415 of ˜300 nm, eg, 100 nm is grown.

引き続いて、TMGa、TMIn、アンモニア、及び、キャリアガスとしてのN2 を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を550〜900℃、例えば、700℃とした状態で、厚さ1〜10nm、例えば、5nmのアンドープIn0.05Ga0.95Nバリア層で挟持された厚さ3〜30nm、例えば、5nmのアンドープIn0.15Ga0.85N井戸層を成長させてSQW活性層416を形成する。 Subsequently, using TMGa, TMIn, ammonia, and N 2 as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 550 to 900 ° C., for example, 700 ° C. An SQW active layer 416 is formed by growing an undoped In 0.15 Ga 0.85 N well layer having a thickness of 3 to 30 nm, for example, 5 nm sandwiched between undoped In 0.05 Ga 0.95 N barrier layers having a thickness of 1 to 10 nm, for example, 5 nm. To do.

引き続いて、TMGa、アンモニア、及び、キャリアガスとしてのN2 を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、1130℃とした状態で、厚さ10〜300nm、例えば、100nmのアンドープGaN光ガイド層417を成長させる。 Subsequently, using TMGa, ammonia, and N 2 as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 1130 ° C. An undoped GaN light guide layer 417 of 10 to 300 nm, for example, 100 nm is grown.

引き続いて、TMAl、TMGa、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしてのN2 を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、950℃とした状態で、厚さ0.05〜0.50μm、例えば、0.2μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1019cm-3、例えば、2.0×1017cm-3のp型Al0.15Ga0.85Nクラッド層418を成長させる。 Subsequently, using TMAl, TMGa, ammonia, biscyclopentadienylmagnesium, and N 2 as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, In a state of 950 ° C., the thickness is 0.05 to 0.50 μm, for example, 0.2 μm, and the impurity concentration is 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 19 cm −3 , for example, 2.0 × A 10 17 cm −3 p-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 418 is grown.

引き続いて、TMGa、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしてのN2 を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、950℃とした状態で、厚さTが1〜500nm、例えば、100nmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1019cm-3、例えば、1.0×1018cm-3のp型GaN中間層419を成長させる。 Subsequently, using TMGa, ammonia, biscyclopentadienylmagnesium, and N 2 as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 950 ° C. The thickness T is 1 to 500 nm, for example, 100 nm, and the impurity concentration is 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 19 cm −3 , for example, 1.0 × 10 18 cm −3 . A p-type GaN intermediate layer 419 is grown.

引き続いて、再び、TMAl、TMGa、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしてのN2 を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、950℃とした状態で、厚さ0.05〜0.50μm、例えば、0.2μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1019cm-3、例えば、2.0×1017cm-3のp型Al0.15Ga0.85Nクラッド層420を成長させる。 Subsequently, again using TMAl, TMGa, ammonia, biscyclopentadienylmagnesium, and N 2 as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C. For example, at a temperature of 950 ° C., the thickness is 0.05 to 0.50 μm, for example, 0.2 μm, and the impurity concentration is 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 19 cm −3 . A p-type Al 0.15 Ga 0.85 N clad layer 420 of 0 × 10 17 cm −3 is grown.

引き続いて、TMGa、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしてのN2 を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、930℃とした状態で、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1019cm-3、例えば、1.0×1018cm-3のp型GaNコンタクト層421を成長させる。 Subsequently, using TMGa, ammonia, biscyclopentadienylmagnesium, and N 2 as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 930 ° C. In this state, the thickness is 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and the impurity concentration is 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 19 cm −3 , for example, 1.0 × 10 18. A cm −3 p-type GaN contact layer 421 is grown.

次いで、n型SiC基板411の裏面にはn側電極として厚さ100nmのNi電極422を設けると共に、p型GaNコンタクト層421上にはp側電極として厚さ100nm、幅Wが3μmのNi電極423を設け、共振器長Lが700μmとなるように素子分割することによってSQW構造短波長半導体レーザが完成する。   Next, an Ni electrode 422 having a thickness of 100 nm is provided as an n-side electrode on the back surface of the n-type SiC substrate 411, and an Ni electrode having a thickness of 100 nm and a width W of 3 μm is provided on the p-type GaN contact layer 421 as a p-side electrode. The SQW structure short wavelength semiconductor laser is completed by providing 423 and dividing the element so that the resonator length L becomes 700 μm.

この本発明の第13の実施の形態においては、p型Al0.15Ga0.85Nクラッド層418,420の間に、Al0.15Ga0.85N層より結晶性の良好で狭禁制帯幅のp型GaN中間層419を挟み込んでいるので、オーバーフローしてきた電子は、このp型GaN中間層419に効果的に滞留し、発光性再結合することになるので、電子がp側電極まで達して発熱の原因となることがない。 In the thirteenth embodiment of the present invention, a p-type GaN intermediate layer having better crystallinity and a narrow forbidden band width than the Al 0.15 Ga 0.85 N layer between the p-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layers 418 and 420. Since the layer 419 is sandwiched, the overflowing electrons effectively stay in the p-type GaN intermediate layer 419 and recombine with light emission, so that the electrons reach the p-side electrode and cause heat generation. Never become.

したがって、素子温度が上昇しないので、オーバーフロー電流はほぼ一定のままであり、発熱によるオーバーフロー電流の増加という悪循環を断ち切ることができ、この結果、低しきい値電流密度の短波長半導体レーザを作製することができ、p側電極の劣化による素子劣化も抑制されるので信頼性を向上することができる。   Therefore, since the element temperature does not rise, the overflow current remains almost constant, and the vicious circle of the increase in overflow current due to heat generation can be interrupted. As a result, a short wavelength semiconductor laser with a low threshold current density is manufactured. In addition, device deterioration due to deterioration of the p-side electrode is also suppressed, so that reliability can be improved.

また、この場合、p型GaN中間層を1.0×1018cm-3程度にドープしているので、同じ厚さのp型クラッド層をAl0.15Ga0.85Nで構成した場合に比べて、p型クラッド層の抵抗をより小さくすることができる。 In this case, since the p-type GaN intermediate layer is doped to about 1.0 × 10 18 cm −3 , compared to the case where the p-type cladding layer having the same thickness is made of Al 0.15 Ga 0.85 N, The resistance of the p-type cladding layer can be further reduced.

次に、伝導帯側のエネルギーレベルを示す図18(a)を参照して、本発明の第14の実施の形態を説明する。
なお、この第14の実施の形態においては、中間層の構成以外は上記の第13の実施の形態と全く同様であるので、製造方法に関する説明は省略する。
図18(a)参照
まず、上記の第13の実施の形態と同様に、(0001)面、即ち、c面を主面とする六方晶の6H−SiCからなるn型SiC基板上に、厚さ50〜300nm、例えば、50nmのAlGaNバッファ層、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が5×1017〜1×1019cm-3、例えば、2×1018cm-3のSiドープのn型GaN中間層、及び、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1020cm-3、例えば、1.0×1018cm-3のSiドープのn型Al0.15Ga0.85Nクラッド層414を成長させる。
Next, a fourteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 18 (a) showing the energy level on the conduction band side.
Note that the fourteenth embodiment is the same as the thirteenth embodiment except for the structure of the intermediate layer, and a description of the manufacturing method will be omitted.
First, as in the thirteenth embodiment, a thickness of an n-type SiC substrate made of hexagonal 6H—SiC having a (0001) plane, that is, a c-plane as a principal plane is as shown in FIG. 50-300 nm, for example 50 nm AlGaN buffer layer, thickness 0.1-2.0 μm, for example 0.5 μm, impurity concentration 5 × 10 17 to 1 × 10 19 cm −3 , for example 2 × A 10 18 cm −3 Si-doped n-type GaN intermediate layer and a thickness of 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and an impurity concentration of 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 20 A Si-doped n-type Al 0.15 Ga 0.85 N clad layer 414 having a thickness of cm −3 , for example, 1.0 × 10 18 cm −3 is grown.

引き続いて、厚さが10〜300nm、例えば、100nmのアンドープGaN光ガイド層415を成長させたのち、厚さ1〜10nm、例えば、5nmのアンドープIn0.05Ga0.95Nバリア層で挟持された厚さ3〜30nm、例えば、5nmのアンドープIn0.15Ga0.85N井戸層を成長させて、SQW活性層416を形成する。 Subsequently, after growing an undoped GaN optical guide layer 415 having a thickness of 10 to 300 nm, for example, 100 nm, the thickness sandwiched by an undoped In 0.05 Ga 0.95 N barrier layer having a thickness of 1 to 10 nm, for example, 5 nm. An SQW active layer 416 is formed by growing an undoped In 0.15 Ga 0.85 N well layer of 3 to 30 nm, for example, 5 nm.

次いで、厚さ10〜300nm、例えば、100nmのアンドープGaN光ガイド層417、厚さ0.05〜0.50μm、例えば、0.2μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1019cm-3、例えば、2.0×1017cm-3のMgドープのp型Al0.15Ga0.85Nクラッド層418を成長させる。 Next, an undoped GaN light guide layer 417 having a thickness of 10 to 300 nm, for example, 100 nm, a thickness of 0.05 to 0.50 μm, for example, 0.2 μm, and an impurity concentration of 1.0 × 10 17 to 1.0 × An Mg-doped p-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 418 of 10 19 cm −3 , for example, 2.0 × 10 17 cm −3 is grown.

次いで、TMAl、TMGaの流量比を連続的に変えることによって、Al組成比が中間部において最低のGaNになるように連続的に変化した厚さTが1〜500nm、例えば、100nmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1019cm-3、例えば、1.0×1018cm-3のグレーデッド中間層324を成長させる。 Next, by continuously changing the flow rate ratio of TMAl and TMGa, the thickness T continuously changed so that the Al composition ratio becomes the lowest GaN in the intermediate portion is 1 to 500 nm, for example, 100 nm, and the impurity concentration A graded intermediate layer 324 having a thickness of 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 19 cm −3 , for example, 1.0 × 10 18 cm −3 is grown.

次いで、厚さ0.05〜0.50μm、例えば、0.2μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1019cm-3、例えば、2.0×1017cm-3のMgドープのp型Al0.15Ga0.85Nクラッド層420、及び、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1019cm-3、例えば、1.0×1018cm-3のp型GaNコンタクト層を成長させる。 Next, the thickness is 0.05 to 0.50 μm, for example, 0.2 μm, and the impurity concentration is 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 19 cm −3 , for example, 2.0 × 10 17 cm −3. Mg-doped p-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 420 and a thickness of 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and an impurity concentration of 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 19 A p-type GaN contact layer of cm −3 , for example, 1.0 × 10 18 cm −3 is grown.

次いで、n型SiC基板の裏面にはn側電極として厚さ100nmのNi電極を設けると共に、p型GaNコンタクト層上にはp側電極として厚さ100nm、幅Wが3μmのNi電極を設け、共振器長Lが700μmとなるように素子分割することによってSQW構造短波長半導体レーザが完成する。   Next, a Ni electrode having a thickness of 100 nm is provided as an n-side electrode on the back surface of the n-type SiC substrate, and a Ni electrode having a thickness of 100 nm and a width W of 3 μm is provided as a p-side electrode on the p-type GaN contact layer. The SQW structure short wavelength semiconductor laser is completed by dividing the element so that the resonator length L becomes 700 μm.

この第14の実施の形態においては、中間層をU字状の禁制帯幅分布を有するグレーデッド中間層424で構成しているので、ホールのp側光ガイド層への注入をスムーズに行うことができる。   In the fourteenth embodiment, since the intermediate layer is composed of the graded intermediate layer 424 having a U-shaped forbidden band width distribution, holes can be smoothly injected into the p-side light guide layer. Can do.

なお、この場合、グレーデッド中間層424の中央部の狭禁制帯幅部分をノン・ドープにしても良く、この部分の結晶性を改善することによって、発光性再結合の確率を高めることができる。   In this case, the narrow forbidden band width portion at the center of the graded intermediate layer 424 may be non-doped. By improving the crystallinity of this portion, the probability of luminescent recombination can be increased. .

次に、伝導帯側のエネルギーレベルを示す図18(b)を参照して、本発明の第15の実施の形態を説明する。
なお、この第15の実施の形態においても、中間層の構成以外は上記の第13の実施の形態と全く同様であるので、製造方法に関する説明は省略する。
図18(b)参照
まず、上記の第13の実施の形態と同様に、(0001)面、即ち、c面を主面とする六方晶の6H−SiCからなるn型SiC基板上に、厚さ50〜300nm、例えば、50nmのAlGaNバッファ層、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が5×1017〜1×1019cm-3、例えば、2×1018cm-3のSiドープのn型GaN中間層、及び、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1020cm-3、例えば、1.0×1018cm-3のSiドープのn型Al0.15Ga0.85Nクラッド層414を成長させる。
Next, a fifteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 18B showing the energy level on the conduction band side.
Note that the fifteenth embodiment is the same as the thirteenth embodiment except for the structure of the intermediate layer, and a description of the manufacturing method will be omitted.
As shown in FIG. 18B, first, as in the thirteenth embodiment described above, a thickness is formed on an n-type SiC substrate made of hexagonal 6H—SiC having a (0001) plane, that is, a c-plane as a principal plane. 50-300 nm, for example 50 nm AlGaN buffer layer, thickness 0.1-2.0 μm, for example 0.5 μm, impurity concentration 5 × 10 17 to 1 × 10 19 cm −3 , for example 2 × A 10 18 cm −3 Si-doped n-type GaN intermediate layer and a thickness of 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and an impurity concentration of 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 20 A Si-doped n-type Al 0.15 Ga 0.85 N clad layer 414 having a thickness of cm −3 , for example, 1.0 × 10 18 cm −3 is grown.

引き続いて、厚さが10〜300nm、例えば、100nmのアンドープGaN光ガイド層415を成長させたのち、厚さ1〜10nm、例えば、5nmのアンドープIn0.05Ga0.95Nバリア層で挟持された厚さ3〜30nm、例えば、5nmのアンドープIn0.15Ga0.85N井戸層を成長させて、SQW活性層416を形成する。 Subsequently, after growing an undoped GaN optical guide layer 415 having a thickness of 10 to 300 nm, for example, 100 nm, the thickness sandwiched by an undoped In 0.05 Ga 0.95 N barrier layer having a thickness of 1 to 10 nm, for example, 5 nm. An SQW active layer 416 is formed by growing an undoped In 0.15 Ga 0.85 N well layer of 3 to 30 nm, for example, 5 nm.

次いで、厚さ10〜300nm、例えば、100nmのアンドープGaN光ガイド層417、厚さ0.05〜0.50μm、例えば、0.2μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1019cm-3、例えば、2.0×1017cm-3のMgドープのp型Al0.15Ga0.85Nクラッド層418を成長させる。 Next, an undoped GaN light guide layer 417 having a thickness of 10 to 300 nm, for example, 100 nm, a thickness of 0.05 to 0.50 μm, for example, 0.2 μm, and an impurity concentration of 1.0 × 10 17 to 1.0 × An Mg-doped p-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 418 of 10 19 cm −3 , for example, 2.0 × 10 17 cm −3 is grown.

次いで、TMAl、TMGaの流量比を交互に連続的に増減させることによって、Al組成比がAl0.15Ga0.85NからGaNへ連続的に変化する多層構造からなる厚さ1〜500nm、より好適には、10〜500nm、例えば、100nmの多層構造中間層425を形成する。
なお、この場合の1周期の厚さtは、0.3〜50nm、より好適には、1〜50nm、例えば20nmとし、組成がGaNに近い幅3nm(=30Å)程度の狭禁制帯幅の部分をアンドープとする。
Next, by increasing or decreasing the flow rate ratio of TMAl and TMGa alternately and continuously, the thickness of 1 to 500 nm consisting of a multilayer structure in which the Al composition ratio continuously changes from Al 0.15 Ga 0.85 N to GaN, more preferably , A multilayer structure intermediate layer 425 having a thickness of 10 to 500 nm, for example, 100 nm is formed.
In this case, the thickness t of one cycle is 0.3 to 50 nm, more preferably 1 to 50 nm, for example, 20 nm, and the composition has a narrow forbidden band width of about 3 nm (= 30 mm) close to GaN. The part is undoped.

次いで、厚さ0.05〜0.50μm、例えば、0.2μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1019cm-3、例えば、2.0×1017cm-3のMgドープのp型Al0.15Ga0.85Nクラッド層420、及び、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1019cm-3、例えば、1.0×1018cm-3のp型GaNコンタクト層を成長させる。 Next, the thickness is 0.05 to 0.50 μm, for example, 0.2 μm, and the impurity concentration is 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 19 cm −3 , for example, 2.0 × 10 17 cm −3. Mg-doped p-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 420 and a thickness of 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and an impurity concentration of 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 19 A p-type GaN contact layer of cm −3 , for example, 1.0 × 10 18 cm −3 is grown.

次いで、n型SiC基板の裏面にはn側電極として厚さ100nmのNi電極を設けると共に、p型GaNコンタクト層上にはp側電極として厚さ100nm、幅Wが3μmのNi電極を設け、共振器長Lが700μmとなるように素子分割することによってSQW構造短波長半導体レーザが完成する。   Next, a Ni electrode having a thickness of 100 nm is provided as an n-side electrode on the back surface of the n-type SiC substrate, and a Ni electrode having a thickness of 100 nm and a width W of 3 μm is provided as a p-side electrode on the p-type GaN contact layer. The SQW structure short wavelength semiconductor laser is completed by dividing the element so that the resonator length L becomes 700 μm.

この第15の実施の形態においては、中間層を多層構造中間層425で構成しているので、狭禁制帯幅の部分をアンドープにしてもp型クラッド層全体の抵抗をそれ程増加させることはなく、アンドープにすることによって結晶性を高めて発光性再結合の確率を高めることができ、発熱をより効果的に抑制することができる。   In the fifteenth embodiment, since the intermediate layer is composed of the multilayer structure intermediate layer 425, the resistance of the entire p-type cladding layer is not increased so much even if the narrow band gap portion is undoped. By making undoped, the crystallinity can be increased and the probability of luminescent recombination can be increased, and heat generation can be suppressed more effectively.

なお、上記の第15の実施の形態においては、多層構造中間層425を禁制帯幅が連続的に変化するように構成することによってホールの注入をスムーズに行うようにしているが、ステップ・ファンクション的に変化する多層構造で構成しても良いものである。   In the fifteenth embodiment, holes are injected smoothly by configuring the multilayered intermediate layer 425 so that the forbidden bandwidth continuously changes. However, the step function It may be configured with a multilayer structure that changes with time.

以上、本発明の第13乃至第15の実施の形態を説明してきたが、本発明は実施の形態の構成に限られるものではなく、例えば、第13乃至第15の実施の形態においては、中間層をGaN或いは、最低の禁制帯幅の部分がGaNになる様に構成しているが、AlGaN或いはInGaNにしても良いものである。   Although the thirteenth to fifteenth embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the configuration of the embodiment. For example, in the thirteenth to fifteenth embodiments, an intermediate The layer is configured to be GaN or GaN at the lowest forbidden band width, but may be AlGaN or InGaN.

また、上記の第13乃至第15の実施の形態においては、活性層としてIn0.15Ga0.85N/In0.05Ga0.95NからなるSQW構造を採用しているが、必要とする波長に応じて混晶比をAlx Gay In1-x-y N(0≦x<1、0<y≦1)の範囲内で変えても良いものであり、且つ、それに伴って、光ガイド層及びクラッド層の混晶比をAla Gab In1-a-b N(0≦a≦1、0≦b≦1)の範囲内で変えても良い。 In the thirteenth to fifteenth embodiments described above, an SQW structure made of In 0.15 Ga 0.85 N / In 0.05 Ga 0.95 N is adopted as the active layer. The ratio may be changed within the range of Al x Ga y In 1-xy N (0 ≦ x <1, 0 <y ≦ 1), and accordingly, the mixing of the light guide layer and the cladding layer The crystal ratio may be changed within the range of Al a Ga b In 1-ab N (0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1).

また、上記の第13乃至第15の実施の形態においては、活性層をSQW構造で構成しているものの、MQW構造にしても良いものであり、この場合には、例えば、厚さ1〜10nm、例えば、5nmのアンドープIn0.05Ga0.95Nバリア層と厚さ3〜10nm、例えば、5nmのアンドープIn0.15Ga0.85N井戸層を交互にアンドープIn0.15Ga0.85N井戸層が2〜10層、例えば、5層になるように成長させることによって、MQW活性層を形成すれば良い。 In the thirteenth to fifteenth embodiments, the active layer has an SQW structure, but may have an MQW structure. In this case, for example, the thickness is 1 to 10 nm. For example, 5 nm of undoped In 0.05 Ga 0.95 N barrier layer and a thickness of 3 to 10 nm, for example, 5 nm of undoped In 0.15 Ga 0.85 N well layer alternately with 2 to 10 undoped In 0.15 Ga 0.85 N well layers, for example, The MQW active layer may be formed by growing it to have 5 layers.

さらに、上記の実施の形態においては、p側光ガイド層をアンドープ層で構成しているが、p型にドープしても良いものである。   Furthermore, in the above embodiment, the p-side light guide layer is composed of an undoped layer, but it may be doped p-type.

次に、図19及び図20を参照して、MQW活性層を構成するバリア層の厚さを制御することによりキャリアの不均一注入を改善し、それによって、しきい値電流密度Jthを低減させる、本発明の第16及び第17の実施の形態を説明する。
まず、図19を参照して本発明の第16の実施の形態の短波長半導体レーザを説明する。
なお、図19(a)は、本発明の第16の実施の形態のMQW半導体レーザの斜視図であり、また、図19(b)は図19(a)において破線の円で示すMQW活性層近傍の層構造を示す拡大図である。
図19(a)及び(b)参照
まず、(0001)面、即ち、c面を主面とする六方晶の6H−SiCからなるn型SiC基板511上に、TMGa、TMAl、アンモニア、及び、キャリアガスとしての水素を成長ガスとして用いたMOVPE法によって、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、950℃とした状態で、厚さ50〜300nm、例えば、50nmのAlGaNバッファ層512を成長させる。
Next, referring to FIG. 19 and FIG. 20, nonuniform injection of carriers is improved by controlling the thickness of the barrier layer constituting the MQW active layer, thereby reducing the threshold current density J th . The sixteenth and seventeenth embodiments of the present invention will be described.
First, a short wavelength semiconductor laser according to a sixteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 19A is a perspective view of an MQW semiconductor laser according to the sixteenth embodiment of the present invention, and FIG. 19B is an MQW active layer indicated by a broken-line circle in FIG. It is an enlarged view which shows the layer structure of the vicinity.
19 (a) and 19 (b) First, on a n-type SiC substrate 511 made of hexagonal 6H—SiC having a (0001) plane, that is, a c-plane as a main surface, TMGa, TMAl, ammonia, and With a MOVPE method using hydrogen as a carrier gas as a growth gas, a growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, a growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 950 ° C., and a thickness of 50 to 300 nm. For example, a 50 nm AlGaN buffer layer 512 is grown.

引き続いて、TMGa、アンモニア、ドーパント源としてSiH4 、及び、キャリアガスとして水素を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、920℃とした状態で、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が5×1017〜1×1019cm-3、例えば、2×1018cm-3のn型GaN中間層513を成長させる。 Subsequently, using TMGa, ammonia, SiH 4 as the dopant source, and hydrogen as the carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 920 ° C. And an n-type GaN intermediate layer having a thickness of 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and an impurity concentration of 5 × 10 17 to 1 × 10 19 cm −3 , for example, 2 × 10 18 cm −3. Grow 513.

引き続いて、TMAl、TMGa、アンモニア、ドーパントとしてSiH4 、及び、キャリアガスとしての水素を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、950℃とした状態で、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1020cm-3、例えば、1.0×1018cm-3のn型Al0.15Ga0.85Nクラッド層514を成長させる。 Subsequently, using TMAl, TMGa, ammonia, SiH 4 as a dopant, and hydrogen as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 950 ° C. In this state, the thickness is 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and the impurity concentration is 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 20 cm −3 , for example, 1.0 × 10 18 cm. −3 n-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 514 is grown.

引き続いて、TMGa、アンモニア、及び、キャリアガスとしての水素を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、930℃とした状態で、厚さ10〜300nm、例えば、100nmのアンドープGaN光ガイド層515を成長させる。   Subsequently, using TMGa, ammonia, and hydrogen as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 930 ° C. An undoped GaN light guide layer 515 of ˜300 nm, eg, 100 nm is grown.

引き続いて、TMGa、TMIn、アンモニア、及び、キャリアガスとしてのN2 を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を550〜900℃、例えば、700℃とした状態で、厚さ1nm〜5nm未満、例えば、3nmのアンドープIn0.05Ga0.95Nバリア層518で分離された厚さ3〜10nm、例えば、4nmのアンドープIn0.15Ga0.85Nウエル層517を2〜10層、例えば、3層成長させてMQW活性層516を形成する。 Subsequently, using TMGa, TMIn, ammonia, and N 2 as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 550 to 900 ° C., for example, 700 ° C. Thickness of 3 nm to 10 nm, for example, 4 nm of undoped In 0.15 Ga 0.85 N well layer 517 separated by an undoped In 0.05 Ga 0.95 N barrier layer 518 of, for example, 3 nm, The MQW active layer 516 is formed by growing three layers.

引き続いて、TMGa、アンモニア、及び、キャリアガスとしてのN2 を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、1130℃とした状態で、厚さ10〜300nm、例えば、100nmのアンドープGaN光ガイド層519を成長させる。 Subsequently, using TMGa, ammonia, and N 2 as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 1130 ° C. An undoped GaN light guide layer 519 having a thickness of 10 to 300 nm, for example, 100 nm is grown.

引き続いて、TMAl、TMGa、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしてのN2 を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、950℃とした状態で、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1019cm-3、例えば、2.0×1017cm-3のp型Al0.15Ga0.85Nクラッド層520を成長させる。 Subsequently, using TMAl, TMGa, ammonia, biscyclopentadienylmagnesium, and N 2 as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, In a state of 950 ° C., the thickness is 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and the impurity concentration is 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 19 cm −3 , for example, 2.0 × A 10 17 cm −3 p-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 520 is grown.

引き続いて、TMGa、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしてのN2 を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、930℃とした状態で、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1019cm-3、例えば、1.0×1018cm-3のp型GaNコンタクト層521を成長させる。 Subsequently, using TMGa, ammonia, biscyclopentadienylmagnesium, and N 2 as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 930 ° C. In this state, the thickness is 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and the impurity concentration is 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 19 cm −3 , for example, 1.0 × 10 18. A cm −3 p-type GaN contact layer 521 is grown.

次いで、n型SiC基板511の裏面にはn側電極として厚さ100nmのNi電極522を設けると共に、p型GaNコンタクト層521上にはp側電極として厚さ100nm、幅Wが3μmのNi電極523を設け、共振器長Lが700μmとなるように素子分割することによってMQW半導体レーザが完成する。   Next, an Ni electrode 522 having a thickness of 100 nm is provided on the back surface of the n-type SiC substrate 511 as an n-side electrode, and an Ni electrode having a thickness of 100 nm and a width W of 3 μm is provided on the p-type GaN contact layer 521 as a p-side electrode. An MQW semiconductor laser is completed by providing 523 and dividing the element so that the resonator length L is 700 μm.

この本発明の第16の実施の形態においては、MQW活性層516を構成するバリア層の厚さを5nm未満にしているので、キャリアの注入効率が改善され、キャリアの不均一注入をなくすことができる。   In the sixteenth embodiment of the present invention, since the thickness of the barrier layer constituting the MQW active layer 516 is less than 5 nm, carrier injection efficiency is improved and non-uniform carrier injection can be eliminated. it can.

また、従来の閃亜鉛鉱型結晶構造の半導体の場合には、バリア層を薄くした場合には、波動関数の滲み出しの問題が生ずるが、本発明のようなナイトライド系化合物半導体の場合には、キャリアの有効質量が大きいため波動関数の滲み出しが少なく、バリア層の厚さを5nm未満にしても光学利得の発生の低下は問題にならない。   In addition, in the case of a semiconductor having a conventional zinc blende type crystal structure, there is a problem of oozing of the wave function when the barrier layer is thinned, but in the case of a nitride compound semiconductor as in the present invention. Since the effective mass of carriers is large, there is little oozing of the wave function, and even if the thickness of the barrier layer is less than 5 nm, the decrease in the generation of optical gain is not a problem.

なお、バリア層の厚さは5nm未満であれば十分であり、また、バリア層のIn組成比は0.04未満でも良いが、バリア層の膜厚の低下による歪低減効果を有効に利用するためには、バリア層の厚さを3nm以下とし、且つ、InGaNからなるバリア層のIn組成比を0.04以上にすることによって、結晶性の劣化を来すことなくバリア層の禁制帯幅を小さくし、障壁の高さを低くすることによってキャリアの注入効率をより改善することができる。   It is sufficient that the thickness of the barrier layer is less than 5 nm, and the In composition ratio of the barrier layer may be less than 0.04, but the strain reduction effect due to the reduction in the thickness of the barrier layer is effectively utilized. For this purpose, the forbidden band width of the barrier layer without causing deterioration of crystallinity by setting the thickness of the barrier layer to 3 nm or less and the In composition ratio of the barrier layer made of InGaN to 0.04 or more. The carrier injection efficiency can be further improved by reducing the height and the height of the barrier.

次に、図20を参照して、基板としてサファイア基板を用いた本発明の第17の実施の形態のMQW半導体レーザを説明する。
図20参照
図20は、本発明の第17の実施の形態のMQW半導体レーザの斜視図であり、まず、(0001)面を主面とするサファイア基板531上に、TMGa、アンモニア、及び、キャリアガスとして水素を成長ガスとして用いたMOVPE法によって、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、500℃の成長温度において、厚さ0.03μmのGaN低温バッファ層532を成長させる。
Next, an MQW semiconductor laser according to a seventeenth embodiment of the present invention using a sapphire substrate as a substrate will be described with reference to FIG.
FIG. 20 is a perspective view of an MQW semiconductor laser according to a seventeenth embodiment of the present invention. First, TMGa, ammonia, and carriers are formed on a sapphire substrate 531 having a (0001) plane as a main surface. A GaN low temperature buffer layer 532 having a thickness of 0.03 μm is grown at a growth temperature of 500 ° C. by a MOVPE method using hydrogen as a growth gas and a growth pressure of 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr.

引き続いて、TMGa、アンモニア、ドーパント源としてSiH4 、及び、キャリアガスとして水素を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、920℃とした状態で、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、1.0μmで、不純物濃度が5×1017〜1×1019cm-3、例えば、2×1018cm-3のn型GaN中間層533を成長させる。 Subsequently, using TMGa, ammonia, SiH 4 as the dopant source, and hydrogen as the carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 920 ° C. And an n-type GaN intermediate layer having a thickness of 0.1 to 2.0 μm, for example, 1.0 μm and an impurity concentration of 5 × 10 17 to 1 × 10 19 cm −3 , for example, 2 × 10 18 cm −3. Grow 533.

以下は、上記の第16の実施の形態の同様に、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、1.0μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1020cm-3、例えば、1.0×1018cm-3のn型Al0.15Ga0.85Nクラッド層534、厚さ10〜300nm、例えば、100nmのアンドープGaN光ガイド層535、MQW活性層536、厚さ10〜300nm、例えば、100nmのアンドープGaN光ガイド層537、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1019cm-3、例えば、2.0×1017cm-3のp型Al0.15Ga0.85Nクラッド層538、及び、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1019cm-3、例えば、1.0×1018cm-3のp型GaNコンタクト層539を順次エピタキシャル成長させる。 In the following, the thickness is 0.1 to 2.0 μm, for example, 1.0 μm, and the impurity concentration is 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 20 cm as in the sixteenth embodiment. 3 , for example, 1.0 × 10 18 cm −3 n-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 534, thickness 10 to 300 nm, for example, 100 nm undoped GaN light guide layer 535, MQW active layer 536, thickness 10 An undoped GaN light guide layer 537 having a thickness of 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and an impurity concentration of 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 19 cm −3. For example, a p-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 538 having a thickness of 2.0 × 10 17 cm −3 and a thickness of 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm and an impurity concentration of 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 19 cm −3 , for example, 1.0 × 10 1 An 8 cm −3 p-type GaN contact layer 539 is sequentially epitaxially grown.

なお、この場合のMQW活性層536も、厚さ1nm〜5nm未満、例えば、3nmのアンドープIn0.05Ga0.95Nバリア層で分離された厚さ3〜10nm、例えば、4nmのアンドープIn0.15Ga0.85Nウエル層を2〜10層、例えば、3層成長させて形成する。 In this case, the MQW active layer 536 is also 1 nm to less than 5 nm thick, for example, 3 to 10 nm thick, for example, 4 nm undoped In 0.15 Ga 0.85 N separated by a 3 nm undoped In 0.05 Ga 0.95 N barrier layer. The well layer is formed by growing 2 to 10 layers, for example, 3 layers.

次いで、ドライエッチングによりn型GaN中間層533の一部を露出させて、n側電極としてTi電極540を設けると共に、p型GaNコンタクト層539上にはp側電極として幅Wが3μmのNi電極541を設けたのち、ドライ・エッチングを施して共振器面となる間隔Lが700μmとなる一対の平行な端面を形成することによってMQW半導体レーザが完成する。   Next, a part of the n-type GaN intermediate layer 533 is exposed by dry etching to provide a Ti electrode 540 as an n-side electrode, and a Ni electrode having a width W of 3 μm as a p-side electrode on the p-type GaN contact layer 539. After providing 541, dry etching is performed to form a pair of parallel end faces having a cavity distance L of 700 μm, thereby completing the MQW semiconductor laser.

この本発明の第17の実施の形態においても、MQW活性層516を構成するバリア層の厚さを5nm未満にしているので、キャリアの注入効率が改善され、それによってキャリアの不均一注入をなくすことができる。   Also in the seventeenth embodiment of the present invention, since the thickness of the barrier layer constituting the MQW active layer 516 is less than 5 nm, the carrier injection efficiency is improved, thereby eliminating the non-uniform carrier injection. be able to.

また、この場合も、バリア層の膜厚の薄層化による歪低減効果を有効に利用するためには、バリア層の厚さを3nm以下とし、且つ、InGaNからなるバリア層のIn組成比を0.04以上にすることによって、結晶性の劣化を来すことなくバリア層の障壁の高さを低くすることができ、それによってキャリアの注入効率をより改善することができる。   Also in this case, in order to effectively use the strain reduction effect due to the thinning of the barrier layer, the thickness of the barrier layer is 3 nm or less, and the In composition ratio of the barrier layer made of InGaN is set to By setting it to 0.04 or more, the barrier height of the barrier layer can be lowered without causing deterioration of crystallinity, and thereby carrier injection efficiency can be further improved.

以上、本発明の第16及び第17の実施の形態を説明してきたが、本発明は上記の第16及び第17の実施の形態の構成に限られるものではなく、例えば、第16及び第17の実施の形態においては、多重量子井戸活性層としてIn0.15Ga0.85N/In0.05Ga0.95NからなるMQW構造を採用しているが、必要とする波長に応じて混晶比をAlx Gay In1-x-y N(0≦x<1、0<y≦1)の範囲内で変えても良いものであり、且つ、それに伴って、光ガイド層及びクラッド層の混晶比をAla Gab In1-a-b N(0≦a≦1、0≦b≦1)の範囲内で変えても良い。 Although the sixteenth and seventeenth embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the configurations of the sixteenth and seventeenth embodiments described above, and for example, the sixteenth and seventeenth embodiments. In this embodiment, the MQW structure made of In 0.15 Ga 0.85 N / In 0.05 Ga 0.95 N is adopted as the multiple quantum well active layer, but the mixed crystal ratio is changed to Al x Ga y according to the required wavelength. In 1-xy N (0 ≦ x <1, 0 <y ≦ 1) may be changed, and accordingly, the mixed crystal ratio of the light guide layer and the cladding layer is changed to Al a Ga. You may change within the range of bIn1 -abN (0 <= a <= 1, 0 <= b <= 1).

次に、図21乃至図23を参照して、オーバーフロー防止層、即ち、エレクトロンブロック層をアンドープ層或いはグレーデッド層にすることによりホールの注入効率を改善し、それによって、しきい値電流密度Jthを低減させる、本発明の第18及び第19の実施の形態を説明する。
まず、図21を参照して本発明の第18の実施の形態のMQW半導体レーザを説明する。
図21参照
まず、(0001)面、即ち、c面を主面とする六方晶の6H−SiCからなるn型SiC基板611上に、TMGa、TMAl、アンモニア、及び、キャリアガスとしての水素を成長ガスとして用いたMOVPE法によって、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、950℃とした状態で、厚さ50〜300nm、例えば、50nmのAlGaNバッファ層612を成長させる。
Next, referring to FIG. 21 to FIG. 23, the hole injection efficiency is improved by making the overflow prevention layer, that is, the electron block layer, an undoped layer or a graded layer, and thereby the threshold current density J Eighteenth and nineteenth embodiments of the present invention that reduce th will be described.
First, an MQW semiconductor laser according to an eighteenth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
21. First, TMGa, TMAl, ammonia, and hydrogen as a carrier gas are grown on an n-type SiC substrate 611 made of hexagonal 6H—SiC having a (0001) plane, that is, a c-plane as a main surface. An AlGaN buffer layer having a thickness of 50 to 300 nm, for example 50 nm, with a growth pressure of 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr and a growth temperature of 800 to 1200 ° C., for example, 950 ° C., by the MOVPE method used as the gas. 612 is grown.

引き続いて、TMGa、アンモニア、ドーパント源としてSiH4 、及び、キャリアガスとして水素を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、920℃とした状態で、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が5×1017〜1×1019cm-3、例えば、2×1018cm-3のn型GaN中間層613を成長させる。 Subsequently, using TMGa, ammonia, SiH 4 as the dopant source, and hydrogen as the carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 920 ° C. And an n-type GaN intermediate layer having a thickness of 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and an impurity concentration of 5 × 10 17 to 1 × 10 19 cm −3 , for example, 2 × 10 18 cm −3. 613 is grown.

引き続いて、TMAl、TMGa、アンモニア、ドーパントとしてSiH4 、及び、キャリアガスとしての水素を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、950℃とした状態で、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1020cm-3、例えば、1.0×1018cm-3のn型Al0.09Ga0.91Nクラッド層614を成長させる。 Subsequently, using TMAl, TMGa, ammonia, SiH 4 as a dopant, and hydrogen as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 950 ° C. In this state, the thickness is 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and the impurity concentration is 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 20 cm −3 , for example, 1.0 × 10 18 cm. -3 n-type Al 0.09 Ga 0.91 N cladding layer 614 is grown.

引き続いて、TMGa、アンモニア、及び、キャリアガスとしての水素を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、930℃とした状態で、厚さ10〜300nm、例えば、100nmのアンドープGaN光ガイド層615を成長させる。   Subsequently, using TMGa, ammonia, and hydrogen as a carrier gas, a growth pressure of 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, a growth temperature of 800 to 1200 ° C., for example, 930 ° C., and a thickness of 10 An undoped GaN light guide layer 615 of ˜300 nm, eg, 100 nm is grown.

引き続いて、TMGa、TMIn、アンモニア、及び、キャリアガスとしてのN2 を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を550〜900℃、例えば、700℃とした状態で、厚さ1nm〜10nm、例えば、5nmのアンドープIn0.03Ga0.97Nバリア層で分離された厚さ3〜10nm、例えば、4nmのアンドープIn0.15Ga0.85Nウエル層を2〜10層、例えば、3層成長させてMQW活性層616を形成する。 Subsequently, using TMGa, TMIn, ammonia, and N 2 as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 550 to 900 ° C., for example, 700 ° C. 2 to 10 layers, for example, 3 layers of undoped In 0.15 Ga 0.85 N well layer having a thickness of 3 to 10 nm, for example, 4 nm, separated by an undoped In 0.03 Ga 0.97 N barrier layer of 1 nm to 10 nm, for example, 5 nm An MQW active layer 616 is formed by growth.

引き続いて、TMAl、TMGa、アンモニア、及び、キャリアガスとしてのN2 を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、950℃とした状態で、厚さ5〜30nm、例えば、20nmのアンドープAl0.18Ga0.82Nエレクトロンブロック層617を成長させる。 Subsequently, using TMAl, TMGa, ammonia, and N 2 as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 950 ° C. An undoped Al 0.18 Ga 0.82 N electron blocking layer 617 having a thickness of 5 to 30 nm, for example, 20 nm is grown.

引き続いて、TMGa、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしてのN2 を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、1130℃とした状態で、厚さ10〜300nm、例えば、100nmで、不純物濃度が1.0×1017〜5.0×1019cm-3、例えば、1.0×1018cm-3のp型GaN光ガイド層618を成長させる。 Subsequently, using TMGa, ammonia, biscyclopentadienylmagnesium, and N 2 as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 1130 ° C. P-type having a thickness of 10 to 300 nm, for example, 100 nm, and an impurity concentration of 1.0 × 10 17 to 5.0 × 10 19 cm −3 , for example, 1.0 × 10 18 cm −3 . A GaN light guide layer 618 is grown.

引き続いて、TMAl、TMGa、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしてのN2 を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、950℃とした状態で、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1019cm-3、例えば、2.0×1017cm-3のp型Al0.09Ga0.91Nクラッド層619を成長させる。 Subsequently, using TMAl, TMGa, ammonia, biscyclopentadienylmagnesium, and N 2 as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, In a state of 950 ° C., the thickness is 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and the impurity concentration is 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 19 cm −3 , for example, 2.0 × A p-type Al 0.09 Ga 0.91 N clad layer 619 of 10 17 cm −3 is grown.

引き続いて、TMGa、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしてのN2 を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、930℃とした状態で、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.5μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1019cm-3、例えば、1.0×1018cm-3のp型GaNコンタクト層620を成長させる。 Subsequently, using TMGa, ammonia, biscyclopentadienylmagnesium, and N 2 as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 930 ° C. In this state, the thickness is 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.5 μm, and the impurity concentration is 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 19 cm −3 , for example, 1.0 × 10 18. A cm −3 p-type GaN contact layer 620 is grown.

次いで、n型SiC基板611の裏面にはn側電極として厚さ100nmのNi電極621を設けると共に、p型GaNコンタクト層620上にはp側電極として厚さ100nm、幅Wが3μmのNi電極622を設け、共振器長Lが700μmとなるように素子分割することによってMQW半導体レーザが完成する。   Next, an Ni electrode 621 having a thickness of 100 nm is provided on the back surface of the n-type SiC substrate 611 as an n-side electrode, and an Ni electrode having a thickness of 100 nm and a width W of 3 μm is provided on the p-type GaN contact layer 620 as a p-side electrode. An MQW semiconductor laser is completed by providing 622 and dividing the element so that the resonator length L is 700 μm.

この第18の実施の形態においては、Al0.18Ga0.82Nエレクトロンブロック層がアンドープ層であるので、ホール濃度が低下し、且つ、高い印加電圧Vを必要とするが、不純物による散乱がなくなるので実効移動度が大きくなり、したがって、従来のようにエレクトロンブロック層を5.0×1017cm-3〜5.0×1019cm-3程度の不純物濃度のp型層で形成した場合に対するホール濃度の低下分を補うことになり、総合的にはホールの注入効率の改善効果が期待されるものである。
なお、GaN系半導体におけるアンドープ層の不純物濃度は、一般的には1.0×1017cm-3未満であるので、意図的ドープした場合にも、1.0×1017cm-3未満であれば、アンドープ層と同様の効果が得られる。
In the eighteenth embodiment, since the Al 0.18 Ga 0.82 N electron blocking layer is an undoped layer, the hole concentration is reduced and a high applied voltage V is required, but since scattering due to impurities is eliminated, it is effective. Therefore, the mobility is increased, and therefore the hole concentration with respect to the case where the electron block layer is formed with a p-type layer having an impurity concentration of about 5.0 × 10 17 cm −3 to 5.0 × 10 19 cm −3 as in the prior art. As a result, the effect of improving the hole injection efficiency is generally expected.
Since the impurity concentration of the undoped layer in the GaN-based semiconductor is generally less than 1.0 × 10 17 cm −3 , even when intentionally doped, the impurity concentration is less than 1.0 × 10 17 cm −3 . If present, the same effect as the undoped layer can be obtained.

また、上記の第18の実施の形態におけるp側光ガイド層は、説明を簡単にするためにp型層で構成しているが、アンドープ層で構成しても良いものであり、また、n側光ガイド層はアンドープ層で構成しているが、n型層で構成しても良いものである。   The p-side light guide layer in the eighteenth embodiment is composed of a p-type layer for the sake of simplicity, but may be composed of an undoped layer, and n The side light guide layer is composed of an undoped layer, but may be composed of an n-type layer.

次に、図22及び図23を参照して、本発明の第19の実施の形態のMQW半導体レーザを説明する。
なお、図22(a)は、本発明の第19の実施の形態のMQW半導体レーザの光軸に垂直な断面図であり、また、図22(b)は、MQW活性層近傍のバンドダイヤグラムであり、さらに、図23は効果の説明図である。
図22(a)参照
まず、上記の第18実施の形態と全く同様に、n型SiC基板611上に、AlGaNバッファ層612、n型GaN中間層613、n型Al0.09Ga0.91Nクラッド層614、アンドープGaN光ガイド層615、及び、MQW活性層616を形成する。
Next, an MQW semiconductor laser according to a nineteenth embodiment of the present invention is described with reference to FIGS.
FIG. 22A is a cross-sectional view perpendicular to the optical axis of the MQW semiconductor laser according to the nineteenth embodiment of the present invention, and FIG. 22B is a band diagram near the MQW active layer. Furthermore, FIG. 23 is an explanatory diagram of the effect.
First, as in the eighteenth embodiment, an AlGaN buffer layer 612, an n-type GaN intermediate layer 613, and an n-type Al 0.09 Ga 0.91 N cladding layer 614 are formed on the n-type SiC substrate 611. Then, an undoped GaN light guide layer 615 and an MQW active layer 616 are formed.

引き続いて、TMAl、TMGa、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしてのN2 を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、950℃とした状態で、TMAlを0から徐々に連続的に増加させて厚さ1〜20nm、例えば、10nmで、不純物濃度が1.0×1015〜3.0×1020cm-3、例えば、1.0×1019cm-3のp型グレーデッドAlGaN層623を成長させ、次いで、TMAl/TMGA比率を一定にして厚さ1〜20nm、例えば、10nmで、不純物濃度が1.0×1015〜3.0×1020cm-3、例えば、1.0×1019cm-3のp型Al0.18Ga0.82N層624を成長させ、次いで、TMAl/TMGA比率を0まで連続的に減少させて厚さ1〜20nm、例えば、10nmで、不純物濃度が1.0×1015〜3.0×1020cm-3、例えば、1.0×1019cm-3のp型グレーデッドAlGaN層625を成長させ、これらのp型グレーデッドAlGaN層623、p型Al0.18Ga0.82N層624、及び、p型グレーデッドAlGaN層625によって禁制帯幅がスムースに連続的に変化するp型エレクトロンブロック層626を形成する。 Subsequently, using TMAl, TMGa, ammonia, biscyclopentadienylmagnesium, and N 2 as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, In a state of 950 ° C., TMAl is gradually and continuously increased from 0 to a thickness of 1 to 20 nm, for example, 10 nm, and an impurity concentration of 1.0 × 10 15 to 3.0 × 10 20 cm −3 , For example, a p-type graded AlGaN layer 623 of 1.0 × 10 19 cm −3 is grown, and then the TMAl / TMGA ratio is kept constant, the thickness is 1 to 20 nm, for example, 10 nm, and the impurity concentration is 1.0. A p-type Al 0.18 Ga 0.82 N layer 624 of × 10 15 to 3.0 × 10 20 cm −3 , for example, 1.0 × 10 19 cm −3 is grown, and then TMAl / The TMGA ratio is continuously reduced to 0 to a thickness of 1 to 20 nm, for example, 10 nm, and the impurity concentration is 1.0 × 10 15 to 3.0 × 10 20 cm −3 , for example, 1.0 × 10 19. A p − graded AlGaN layer 625 of cm −3 is grown, and the forbidden band width is smoothed by the p type graded AlGaN layer 623, the p type Al 0.18 Ga 0.82 N layer 624, and the p type graded AlGaN layer 625. A p-type electron blocking layer 626 that continuously changes is formed.

以降は、再び、第18の実施の形態と全く同様に、p型GaN光ガイド層618、p型Al0.09Ga0.91Nクラッド層619、及び、p型GaNコンタクト層620を順次成長させる。 Thereafter, the p-type GaN light guide layer 618, the p-type Al 0.09 Ga 0.91 N clad layer 619, and the p-type GaN contact layer 620 are successively grown again in exactly the same manner as in the eighteenth embodiment.

次いで、ドライ・エッチングによりp型GaNコンタクト層620及びp型Al0.09Ga0.91Nクラッド層619をメサエッチングし、n型SiC基板611の裏面にはn側電極として厚さ100nmのNi電極621を設けると共に、p型GaNコンタクト層620上にはストライプ状開口を有するSiO2 膜627を介してp側電極として厚さ100nmのNi電極622を設け、共振器長Lが700μmとなるように素子分割することによってMQW半導体レーザが完成する。 Next, the p-type GaN contact layer 620 and the p-type Al 0.09 Ga 0.91 N cladding layer 619 are mesa-etched by dry etching, and an Ni electrode 621 having a thickness of 100 nm is provided as an n-side electrode on the back surface of the n-type SiC substrate 611. At the same time, a Ni electrode 622 having a thickness of 100 nm is provided as a p-side electrode on the p-type GaN contact layer 620 via a SiO 2 film 627 having a stripe-shaped opening, and the elements are divided so that the resonator length L is 700 μm. This completes the MQW semiconductor laser.

図22(b)参照
この本発明の第19の実施の形態においては、p型エレクトロンブロック層626を、p型グレーデッドAlGaN層623、p型Al0.18Ga0.82N層624、及び、p型グレーデッドAlGaN層625によって構成しているので、禁制帯幅をスムースに連続的に変化させることができると共に、電子親和力も連続的に変化させることができ、それによって、n側においてはMQW活性層616を構成するIn0.03Ga0.97Nバリア層とp型グレーデッドAlGaN層623との間の電子親和力の差を殆どなくすことができ、それによってIn0.03Ga0.97Nバリア層とp型グレーデッドAlGaN層623との界面にホールに対する電位障壁となるノッチが形成されることがない。
In FIG. 22 (b), in the nineteenth embodiment of the present invention, the p-type electron block layer 626 includes a p-type graded AlGaN layer 623, a p-type Al 0.18 Ga 0.82 N layer 624, and a p-type gray. Since it is constituted by the dead AlGaN layer 625, the forbidden band width can be continuously changed and the electron affinity can also be changed continuously, whereby the MQW active layer 616 can be changed on the n side. difference in electron affinity between the in 0.03 Ga 0.97 N barrier layer and the p-type graded AlGaN layer 623 constituting the can be eliminated almost, whereby an in 0.03 Ga 0.97 N barrier layer and the p-type graded AlGaN layer 623 A notch serving as a potential barrier against holes is not formed at the interface.

また、p側においてはp型GaN光ガイド層618とp型グレーデッドAlGaN層625との間の電子親和力の差をなくすことができ、それによってp型GaN光ガイド層618とp型グレーデッドAlGaN層625との界面においてもホールに対する電位障壁となるノッチが形成されることがない。   Further, on the p side, the difference in electron affinity between the p-type GaN light guide layer 618 and the p-type graded AlGaN layer 625 can be eliminated, whereby the p-type GaN light guide layer 618 and the p-type graded AlGaN are eliminated. A notch serving as a potential barrier against holes is not formed even at the interface with the layer 625.

したがって、p型エレクトロンブロック層626の両側において、ホールに対する電位障壁となるノッチが形成されないので、ホールの注入効率が改善され、それによって駆動電圧を低下することができる。   Accordingly, since notches serving as potential barriers for holes are not formed on both sides of the p-type electron block layer 626, the hole injection efficiency is improved, thereby reducing the drive voltage.

図23参照
図23は、p型グレーデッドAlGaN層623及びp型グレーデッドAlGaN層625を設けた場合の効果を説明するためのシミュレーションによる電圧−電流特性を示す図である。
図から明らかなように、p型グレーデッドAlGaN層623及びp型グレーデッドAlGaN層625を設けることにより、従来の様に、オーバーフロー防止層、即ち、エレクトロンブロック層にグレーデッド層を設けない場合に比べて、駆動電圧を低くできることが理解され、これは上述の様にノッチの形成を抑制したことに起因するものである。
FIG. 23 is a diagram showing voltage-current characteristics by simulation for explaining the effect when the p-type graded AlGaN layer 623 and the p-type graded AlGaN layer 625 are provided.
As is apparent from the figure, when the p-type graded AlGaN layer 623 and the p-type graded AlGaN layer 625 are provided, the overflow prevention layer, that is, when the graded layer is not provided in the electron block layer as in the prior art. In comparison, it is understood that the drive voltage can be lowered, and this is due to the suppression of notch formation as described above.

なお、この第19の実施の形態の説明においては、グレーデッド層を組成が一定のp型Al0.18Ga0.82N層624の両側に設けているが、何方か一方のみに設けても良いものであり、両方設ける場合に比べてホールの注入効率の改善の程度は低いものの、グレーデッド層を設けない場合に比べてホールの注入効率が改善される。 In the description of the nineteenth embodiment, graded layers are provided on both sides of a p-type Al 0.18 Ga 0.82 N layer 624 having a constant composition, but may be provided on only one of them. Although the degree of improvement in hole injection efficiency is low compared to the case where both are provided, the hole injection efficiency is improved compared to the case where no graded layer is provided.

また、上記の第19の実施の形態においては、p型エレクトロンブロック層226の不純物濃度として、従来と同様に価電子帯側に不純物伝導による寄与が顕著にならない程度の不純物濃度を採用しているが、1.5×1019cm-3以上、より好適には、7×1019cm-3以上の高濃度にドープしても良いものであり、この場合には、不純物伝導によるホールの注入効率の改善と、ノッチの消滅によるホールの注入効率の改善との両方の寄与が期待される。 In the nineteenth embodiment, as the impurity concentration of the p-type electron block layer 226, an impurity concentration that does not make a significant contribution due to impurity conduction on the valence band side as in the prior art is employed. However, it may be doped at a high concentration of 1.5 × 10 19 cm −3 or more, more preferably 7 × 10 19 cm −3 or more. In this case, holes are injected by impurity conduction. Contributions of both improvement in efficiency and improvement in hole injection efficiency due to the disappearance of notches are expected.

さらに、上記の第19の実施の形態におけるp型エレクトロンブロック層626を、上記の第18の実施の形態と同様に、アンドープ層としても良く、この場合には、アンドープ化に伴うホールの実効移動度の向上によるホールの注入効率の改善と、ノッチの消滅によるホールの注入効率の改善との両方の寄与が期待される。   Further, the p-type electron blocking layer 626 in the nineteenth embodiment may be an undoped layer, as in the eighteenth embodiment, and in this case, the effective movement of holes due to the undoping is performed. The improvement of the hole injection efficiency due to the improvement of the degree and the improvement of the hole injection efficiency due to the disappearance of the notch are expected to contribute.

なお、上記の第19の実施の形態及びその変形例においても、p側光ガイド層をp型GaN光ガイド層618の代わりにアンドープGaN光ガイド層を用いて構成しても良く、また、n側光ガイド層をアンドープGaN光ガイド層615の代わりにn型GaN光ガイド層を用いて構成しても良い。   In the nineteenth embodiment and its modifications, the p-side light guide layer may be configured using an undoped GaN light guide layer instead of the p-type GaN light guide layer 618, and n The side light guide layer may be configured using an n-type GaN light guide layer instead of the undoped GaN light guide layer 615.

以上、本発明の第18及び第19の実施の形態を説明してきたが、本発明は上記の第18及び第19の実施の形態の構成に限られるものではなく、例えば、SiC基板ではなく従来と同様にサファイア基板を用いても良いものであり、その場合には、まず、従来と同様に、(0001)面を主面とするサファイア基板上に、TMGa、アンモニア、及び、キャリアガスとして水素を成長ガスとして用いたMOVPE法によって、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、500℃の成長温度において、厚さ0.03μmのGaN低温バッファ層を成長させ、次いで、TMGa、アンモニア、及び、キャリアガスとして水素を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、950℃とした状態で、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、1.0μmのn型GaN中間層を成長させる。   The eighteenth and nineteenth embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the configurations of the eighteenth and nineteenth embodiments described above. For example, the present invention is not a SiC substrate but a conventional one. A sapphire substrate may be used in the same manner as described above. In that case, TMGa, ammonia, and hydrogen as a carrier gas are first formed on a sapphire substrate having a (0001) plane as a main surface, as in the prior art. A GaN low temperature buffer layer having a thickness of 0.03 μm is grown at a growth temperature of 500 ° C. at a growth pressure of 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and then TMGa, ammonia, and , Using hydrogen as a carrier gas, a growth pressure of 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and a growth temperature of 800 1200 ° C., for example, while a 950 ° C., the thickness of 0.1 to 2.0 [mu] m, for example, to grow the n-type GaN intermediate layer of 1.0 .mu.m.

以降は、上記の第18及び第19の実施の形態の全く同様に、n型Al0.09Ga0.91Nクラッド層、n側GaN光ガイド層、MQW活性層、エレクトロンブロック層、p側GaN光ガイド層、p型GaN光ガイド層、p型Al0.09Ga0.91Nクラッド層、及び、p型GaNコンタクト層を順次エピタキシャル成長させる。
なお、この場合のエレクトロンブロック層は、対応する実施の形態に応じた構成とする。
Thereafter, the n-type Al 0.09 Ga 0.91 N clad layer, the n-side GaN light guide layer, the MQW active layer, the electron block layer, and the p-side GaN light guide layer are exactly the same as in the eighteenth and nineteenth embodiments. Then, a p-type GaN optical guide layer, a p-type Al 0.09 Ga 0.91 N cladding layer, and a p-type GaN contact layer are sequentially epitaxially grown.
In this case, the electron block layer has a structure according to the corresponding embodiment.

次いで、それ以降は、従来例と同様に、ドライ・エッチングによりp型GaN層及びp型Al0.09Ga0.91Nクラッド層をメサエッチングすると共に、n型GaN中間層の一部を露出させて、n型GaN中間層の露出部にTi/Auからなるn側電極を設けると共に、p型GaNコンタクト層上にはストライプ状開口を有するSiO2 膜を介してNi/Auからなるp側電極を設け、次いでドライ・エッチングを施して共振器面となる一対の平行な端面を形成すれば良い。 Subsequently, similarly to the conventional example, the p-type GaN layer and the p-type Al 0.09 Ga 0.91 N cladding layer are mesa-etched by dry etching, and a part of the n-type GaN intermediate layer is exposed to form n An n-side electrode made of Ti / Au is provided on the exposed portion of the type GaN intermediate layer, and a p-side electrode made of Ni / Au is provided on the p-type GaN contact layer through a SiO 2 film having a stripe-shaped opening, Next, dry etching may be performed to form a pair of parallel end faces to be a resonator surface.

また、上記の第18及び第19の実施の形態においては、多重量子井戸活性層としてIn0.15Ga0.85N/In0.03Ga0.97NからなるMQW構造を採用しているが、必要とする波長に応じて混晶比をAlx Gay In1-x-y N(0≦x<1、0<y≦1)の範囲内で変えても良いものであり、且つ、それに伴って、光ガイド層及びクラッド層の混晶比をAla Gab In1-a-b N(0≦a≦1、0≦b≦1)の範囲内で変えても良い。 In the eighteenth and nineteenth embodiments described above, the MQW structure made of In 0.15 Ga 0.85 N / In 0.03 Ga 0.97 N is adopted as the multiple quantum well active layer, depending on the required wavelength. Thus, the mixed crystal ratio may be changed within the range of Al x Ga y In 1-xy N (0 ≦ x <1, 0 <y ≦ 1), and accordingly, the light guide layer and the cladding The mixed crystal ratio of the layers may be changed within the range of Al a Ga b In 1-ab N (0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 1).

例えば、上記の第18及び第19の実施の形態においては、バリア層としてはInGaNウエル層に対してInGaNを用いているが、InGaNの代わりにAlGaN或いはGaNを用いても良いものであり、特に、AlGaN或いはGaNを用いた場合には、バリア層とグレーデッド層を用いたエレクトロンブロック層との界面におけるノッチを完全に消滅することができる。   For example, in the eighteenth and nineteenth embodiments described above, InGaN is used for the InGaN well layer as the barrier layer, but AlGaN or GaN may be used instead of InGaN. When AlGaN or GaN is used, the notch at the interface between the barrier layer and the electron block layer using the graded layer can be completely eliminated.

次に、図24乃至図30を参照して、エレクトロンブロック層の不純物濃度を7×1019cm-3以上とすると共に、エレクトロンブロック層の成長温度を600℃〜900℃とすることによって、電子のオーバーフローを防止し、それによって、しきい値電流密度を低減させる、本発明の第20の実施の形態を説明する。
まず、図24を参照して、本発明の第20の実施の形態の短波長半導体レーザの製造工程を説明する。
図24参照
まず、改良レイリー法によりバルク成長させた、(0001)面、即ち、c面を主面とする六方晶の6H−SiCからなるキャリア濃度が4×1018cm-3のn型SiC基板711上に、TMGa、TMAl、アンモニア、ドーパント源としてSiH4 、及び、キャリアガスとしての水素を成長ガスとして用いたMOVPE法によって、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、1100℃とした状態で、厚さ50nm〜5μm、例えば、350nmで、不純物濃度が不純物濃度が5×1017〜1×1019cm-3、例えば、8×1018cm-3のn型Al0.09Ga0.91Nバッファ層712を成長させる。
Next, referring to FIGS. 24 to 30, the electron block layer has an impurity concentration of 7 × 10 19 cm −3 or more and the electron block layer growth temperature is set to 600 ° C. to 900 ° C. A twentieth embodiment of the present invention will be described that prevents the overflow of the current and thereby reduces the threshold current density.
First, with reference to FIG. 24, the manufacturing process of the short wavelength semiconductor laser of the 20th Embodiment of this invention is demonstrated.
24. First, n-type SiC having a carrier concentration of 4 × 10 18 cm −3 made of hexagonal 6H—SiC having a (0001) plane, that is, a c-plane as a main surface, is grown in bulk by the modified Rayleigh method. On the substrate 711, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 Torr by MOVPE using TMGa, TMAl, ammonia, SiH 4 as a dopant source, and hydrogen as a carrier gas as a growth gas. ˜1200 ° C., for example, 1100 ° C., thickness 50 nm to 5 μm, eg 350 nm, impurity concentration 5 × 10 17 to 1 × 10 19 cm −3 , eg 8 × 10 18 cm -3 n-type Al 0.09 Ga 0.91 N buffer layer 712 is grown.

引き続いて、TMAl、TMGa、アンモニア、ドーパントとしてSiH4 、及び、キャリアガスとしての水素を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、1100℃とした状態で、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.55μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1020cm-3、例えば、2.0×1018cm-3のn型Al0.09Ga0.91Nクラッド層713を成長させる。 Subsequently, using TMAl, TMGa, ammonia, SiH 4 as a dopant, and hydrogen as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 1100 ° C. In this state, the thickness is 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.55 μm, and the impurity concentration is 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 20 cm −3 , for example, 2.0 × 10 18 cm. -3 n-type Al 0.09 Ga 0.91 N cladding layer 713 is grown.

引き続いて、TMGa、アンモニア、ドーパントとしてSiH4 、及び、キャリアガスとしての水素を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、1100℃とした状態で、厚さ10〜300nm、例えば、100nmで、不純物濃度が5×1017〜1×1019cm-3、例えば、2×1018cm-3のn型GaN光ガイド層714を成長させる。 Subsequently, using TMGa, ammonia, SiH 4 as a dopant, and hydrogen as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 1100 ° C. Then, an n-type GaN light guide layer 714 having a thickness of 10 to 300 nm, for example, 100 nm, and an impurity concentration of 5 × 10 17 to 1 × 10 19 cm −3 , for example, 2 × 10 18 cm −3 is grown.

引き続いて、TMGa、TMIn、アンモニア、及び、キャリアガスとしてのN2 を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を600〜900℃、例えば、780℃とした状態で、厚さ1nm〜10nm、例えば、5nmのアンドープIn0.03Ga0.97Nバリア層で分離された厚さ3〜10nm、例えば、4nmのアンドープIn0.15Ga0.85Nウエル層を2〜10層、例えば、3層成長させてMQW活性層715を形成する。 Subsequently, using TMGa, TMIn, ammonia, and N 2 as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 600 to 900 ° C., for example, 780 ° C. 2 to 10 layers, for example, 3 layers of undoped In 0.15 Ga 0.85 N well layer having a thickness of 3 to 10 nm, for example, 4 nm, separated by an undoped In 0.03 Ga 0.97 N barrier layer having a thickness of 1 to 10 nm, for example, 5 nm An MQW active layer 715 is formed by growth.

引き続いて、TMAl、TMGa、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしてのN2 を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を600〜900℃、例えば、780℃とした状態で、厚さ5〜30nm、例えば、20nmで、不純物濃度が7×1019cm-3以上、例えば、1×1020cm-3のp+ 型Al0.18Ga0.82Nエレクトロンブロック層716を成長させる。 Subsequently, using TMAl, TMGa, ammonia, biscyclopentadienylmagnesium, and N 2 as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 600 to 900 ° C., for example, A p + type Al 0.18 Ga 0.82 N electron block having a thickness of 5 to 30 nm, for example, 20 nm, and an impurity concentration of 7 × 10 19 cm −3 or more, for example, 1 × 10 20 cm −3 at 780 ° C. Layer 716 is grown.

引き続いて、TMGa、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしてのN2 を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、1100℃とした状態で、厚さ10〜300nm、例えば、100nmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1020cm-3、例えば、1.5×1019cm-3のp型GaN光ガイド層717を成長させる。 Subsequently, using TMGa, ammonia, biscyclopentadienylmagnesium, and N 2 as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 1100 ° C. P-type having a thickness of 10 to 300 nm, for example, 100 nm, and an impurity concentration of 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 20 cm −3 , for example, 1.5 × 10 19 cm −3 . A GaN light guide layer 717 is grown.

引き続いて、TMAl、TMGa、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしてのN2 を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、1100℃とした状態で、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.55μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1020cm-3、例えば、1.5×1019cm-3のp型Al0.09Ga0.91Nクラッド層718を成長させる。 Subsequently, using TMAl, TMGa, ammonia, biscyclopentadienylmagnesium, and N 2 as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, In a state of 1100 ° C., the thickness is 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.55 μm, and the impurity concentration is 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 20 cm −3 , for example, 1.5 × A p-type Al 0.09 Ga 0.91 N clad layer 718 of 10 19 cm −3 is grown.

引き続いて、TMGa、アンモニア、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、及び、キャリアガスとしてのN2 を用いて、成長圧力を70〜760Torr、例えば、100Torrとし、成長温度を800〜1200℃、例えば、1100℃とした状態で、厚さ0.1〜2.0μm、例えば、0.1μmで、不純物濃度が1.0×1017〜1.0×1020cm-3、例えば、1.5×1019cm-3のp型GaN第1コンタクト層719を成長させ、引き続いて、p型GaN第1コンタクト層719と同じ条件で、不純物濃度が5.0×1019〜5.0×1020cm-3、例えば、1.5×1020cm-3で、厚さが5〜50nm、例えば、20nmのp+ 型GaN第2コンタクト層720を成長させる。
なお、この場合の成長速度は、n型層712〜714については、2μm/hrとし、MQW活性層715については、0.3μm/hrとし、p+ 型Al0.18Ga0.82Nエレクトロンブロック層716については、0.9μm/hrとし、また、p型層717〜720については、2.6μm/hrとする。
Subsequently, using TMGa, ammonia, biscyclopentadienylmagnesium, and N 2 as a carrier gas, the growth pressure is set to 70 to 760 Torr, for example, 100 Torr, and the growth temperature is set to 800 to 1200 ° C., for example, 1100 ° C. In this state, the thickness is 0.1 to 2.0 μm, for example, 0.1 μm, and the impurity concentration is 1.0 × 10 17 to 1.0 × 10 20 cm −3 , for example, 1.5 × 10 19. A p-type GaN first contact layer 719 of cm −3 is grown, and subsequently, the impurity concentration is 5.0 × 10 19 to 5.0 × 10 20 cm − under the same conditions as the p-type GaN first contact layer 719. 3. A p + -type GaN second contact layer 720 having a thickness of, for example, 1.5 × 10 20 cm −3 and a thickness of 5 to 50 nm, for example, 20 nm is grown.
The growth rate in this case is 2 μm / hr for the n-type layers 712 to 714, 0.3 μm / hr for the MQW active layer 715, and about the p + -type Al 0.18 Ga 0.82 N electron blocking layer 716. Is 0.9 μm / hr, and the p-type layers 717 to 720 are 2.6 μm / hr.

次いで、n型SiC基板711の裏面を研磨して、全体の厚さが100μm程度まで薄くしたのち、ドライ・エッチングによりp+ 型GaN第2コンタクト層720乃至p型Al0.09Ga0.91Nクラッド層718をメサエッチングして、例えば、幅が4μmで高さが0.5μmのストライプ状メサを形成する。 Next, after polishing the back surface of the n-type SiC substrate 711 to reduce the total thickness to about 100 μm, the p + -type GaN second contact layer 720 to the p-type Al 0.09 Ga 0.91 N clad layer 718 are formed by dry etching. Then, for example, a stripe mesa having a width of 4 μm and a height of 0.5 μm is formed.

次いで、n型SiC基板711の裏面にはNi/Ti/Auからなるn側電極722を設けると共に、p+ 型GaN第2コンタクト層720上には、例えば、幅が2μmのストライプ状開口を有するSiO2 膜721を介してNi/Ti/Auからなるp側電極723を設け、共振器長Lが700μmとなるように素子分割することによってMQW半導体レーザが完成する。
なお、ストライプの方向は〈1−100〉方向とし、劈開面は(1−100)面とする。
Next, an n-side electrode 722 made of Ni / Ti / Au is provided on the back surface of the n-type SiC substrate 711, and a stripe-shaped opening having a width of 2 μm, for example, is formed on the p + -type GaN second contact layer 720. An MQW semiconductor laser is completed by providing a p-side electrode 723 made of Ni / Ti / Au via the SiO 2 film 721 and dividing the element so that the resonator length L becomes 700 μm.
The stripe direction is the <1-100> direction, and the cleavage plane is the (1-100) plane.

図25参照
図25は上記の第20の実施の形態のMQW半導体レーザの電流−光出力特性を測定した結果の内、最もしきい値電流の小さかった素子の電流−光出力特性を示すものであり、図から明らかなように、しきい値電流の最小値は380mAであった。
また、図示しないものの、今回測定した内での最大値は600mAで、平均は500mAであり、それ以前のしきい値電流である650〜1600mA、平均値900mAに比較して大幅にしきい値電流が低減している。
FIG. 25 shows the current-light output characteristics of the element having the smallest threshold current among the results of measuring the current-light output characteristics of the MQW semiconductor laser of the twentieth embodiment. As is clear from the figure, the minimum value of the threshold current was 380 mA.
Although not shown, the maximum value measured this time is 600 mA, the average is 500 mA, and the threshold current is significantly larger than the previous threshold currents of 650 to 1600 mA and the average value of 900 mA. Reduced.

この様な、p+ 型エレクトロンブロック層を用いた効果を確認するために、上記の半導体レーザと同様の結晶成長工程で表面発光型LEDを作製して発光スペクトルを測定したので、その結果を図26及び図28を参照して説明する。
図26(a)及び(b)参照
図26(b)は、測定のために作製した表面発光型LEDの概略的断面図であり、また、図26(a)は上面図であり、(0001)面、即ち、c面を主面とする六方晶の6H−SiCからなるキャリア濃度が4×1018cm-3のn型SiC基板731上に、厚さが0.35μmで、不純物濃度が不純物濃度が8×1018cm-3のn型Al0.09Ga0.91Nバッファ層732、厚さが0.55μmで、不純物濃度が2.0×1018cm-3のn型Al0.09Ga0.91Nクラッド層733、厚さ100nmで、不純物濃度が2×1018cm-3のn型GaN光ガイド層734、厚さが5nmのアンドープIn0.03Ga0.97Nバリア層で分離された厚さ4nmのアンドープIn0.15Ga0.85Nウエル層を3層成長させたMQW活性層735、厚さが20nmのp型Al0.18Ga0.82Nエレクトロンブロック層736、厚さが100nmで、不純物濃度が5.0×1019cm-3のp型GaN光ガイド層737、厚さが0.2μmで、不純物濃度が5.0×1019cm-3のp型Al0.09Ga0.91Nクラッド層738、厚さが0.1μmで、不純物濃度が5.0×1019cm-3のp型GaN第1コンタクト層739、厚さが20nmで、不純物濃度が1.5×1020cm-3のp+ 型GaN第2コンタクト層740を順次堆積させる。
In order to confirm the effect of using such a p + -type electron block layer, a surface-emitting LED was fabricated in the same crystal growth process as the above semiconductor laser, and the emission spectrum was measured. 26 and FIG. 28 will be described.
26 (a) and 26 (b). FIG. 26 (b) is a schematic cross-sectional view of a surface-emitting LED manufactured for measurement, and FIG. 26 (a) is a top view. ) Plane, that is, on the n-type SiC substrate 731 having a carrier concentration of 4 × 10 18 cm −3 made of hexagonal 6H—SiC with the c-plane as the principal plane, the thickness is 0.35 μm and the impurity concentration is n-type Al 0.09 Ga 0.91 n buffer layer 732 of impurity concentration 8 × 10 18 cm -3, a thickness of 0.55 .mu.m, the impurity concentration is 2.0 × 10 18 cm -3 n-type Al 0.09 Ga 0.91 n Clad layer 733, n-type GaN light guide layer 734 with a thickness of 100 nm and impurity concentration of 2 × 10 18 cm −3 , 4 nm thick undoped separated by an undoped In 0.03 Ga 0.97 N barrier layer with a thickness of 5 nm an In 0.15 Ga 0.85 N-well layer grown three-layer MQW Sex layer 735, a thickness of 20 nm p-type Al 0.18 Ga 0.82 N electron blocking layer 736, a thickness of 100 nm, p-type GaN optical guide layer 737 of impurity concentration is 5.0 × 10 19 cm -3, thickness in but 0.2 [mu] m, p-type Al 0.09 Ga 0.91 N cladding layer 738 of impurity concentration is 5.0 × 10 19 cm -3, a thickness of 0.1 [mu] m, the impurity concentration is 5.0 × 10 19 cm -3 A p + -type GaN second contact layer 740 having a thickness of 20 nm and an impurity concentration of 1.5 × 10 20 cm −3 is sequentially deposited.

次いで、n型SiC基板731の裏面にはNi/Ti/Auからなるn側電極741を設けるとともに、p+ 型GaN第2コンタクト層740の表面には略正方形の開口部を有するSiO2 膜742を介してNi/Auからなる半透明電極743を設け、その周囲にNi/Auからなるボンディングパッド744を設けることによってp側電極を形成する。
なお、半透明電極743を介して見えているp+ 型GaN第2コンタクト層740の寸法は37μm角であり、また、素子寸法は300μm角である。
Next, an n-side electrode 741 made of Ni / Ti / Au is provided on the back surface of the n-type SiC substrate 731, and an SiO 2 film 742 having a substantially square opening on the surface of the p + -type GaN second contact layer 740. A p-side electrode is formed by providing a translucent electrode 743 made of Ni / Au, and a bonding pad 744 made of Ni / Au around the electrode.
The p + -type GaN second contact layer 740 visible through the semi-transparent electrode 743 has a 37 μm square dimension and an element dimension of 300 μm square.

この様な、表面発光型LEDを、p型Al0.18Ga0.82Nエレクトロンブロック層736のMg濃度を0〜2×1020cm-3の範囲で変化させるとともに、p型Al0.18Ga0.82Nエレクトロンブロック層736の成長温度を780℃及び1100℃の2つの温度にして結晶成長を行った。 In such a surface emitting LED, the Mg concentration of the p-type Al 0.18 Ga 0.82 N electron block layer 736 is changed in the range of 0 to 2 × 10 20 cm −3 , and the p-type Al 0.18 Ga 0.82 N electron block is changed. Crystal growth was performed by setting the growth temperature of the layer 736 to two temperatures of 780 ° C. and 1100 ° C.

ついで、この表面発光型LEDに、室温において、幅100μsで、周波数が1kHzのパルス電流を順方向に100mA通電し、半透明電極743から放射される光をレンズで集光したのち、グレーティングを通して分光し、光電子増倍管により検出することによって測定を行った。   Next, a 100 mA pulse current with a width of 100 μs and a frequency of 1 kHz is applied to the surface-emitting LED at room temperature in the forward direction, and the light emitted from the translucent electrode 743 is condensed by a lens, and then dispersed through a grating. The measurement was performed by detecting with a photomultiplier tube.

図27参照
図27は、表面発光型LEDとして、従来の条件であるエレクトロンブロック層のMg濃度が5×1019cm-3で、成長温度が1100℃の試料と、新条件であるエレクトロンブロック層のMg濃度が1×1020cm-3で、成長温度が780℃の試料との測定結果を比較したものである。
図から明らかなように、新条件において、InGaNからなるMQW活性層735の発光中心波長である400nm近傍の発光強度が格段に強くなっており、強度比にして約10倍になっている。
FIG. 27 shows a sample of a surface-emitting LED in which the electron concentration of the electron block layer as a conventional condition is 5 × 10 19 cm −3 and the growth temperature is 1100 ° C., and the electron block layer as a new condition. This is a comparison of measurement results with a sample having a Mg concentration of 1 × 10 20 cm −3 and a growth temperature of 780 ° C.
As is apparent from the figure, the emission intensity in the vicinity of 400 nm, which is the emission center wavelength of the MQW active layer 735 made of InGaN, is significantly increased under the new conditions, and the intensity ratio is about 10 times.

また、従来条件のLEDにおいては、波長363nmをピークにしたp型GaN光ガイド層737の発光が存在するが、新条件のLEDにおいては、この波長帯の発光がほとんど見られず、このことから、p型GaN光ガイド層737へオーバーフローする電子が無くなったものと考えられる。   In addition, in the conventional condition LED, the p-type GaN light guide layer 737 has a light emission peaking at a wavelength of 363 nm. However, in the new condition LED, the light emission in this wavelength band is hardly seen. It is considered that the electrons overflowing into the p-type GaN light guide layer 737 have disappeared.

図28(a)参照
図28(a)は、InGaNからなるMQW活性層735における発光強度のMg濃度依存性を表す図であり、図から明らかなように、7×1019cm-3近傍を境にして発光強度が急激に増加し、従来条件の場合と比較すると3桁程度増加する。
また、同じMg濃度の場合には、成長温度を780℃とした新条件の場合に、2桁程度以上の発光強度の増加が見られる。
FIG. 28A is a diagram showing the Mg concentration dependence of the emission intensity in the MQW active layer 735 made of InGaN. As is clear from the figure, the vicinity of 7 × 10 19 cm −3 is shown. The light emission intensity suddenly increases at the boundary, and increases by about three orders of magnitude compared with the conventional condition.
Further, in the case of the same Mg concentration, the emission intensity increases by about two orders of magnitude or more under the new condition where the growth temperature is 780 ° C.

図28(b)参照
図28(b)は、p型GaN光ガイド層737における発光強度のMg濃度依存性を表す図であり、図から明らかなように、5×1019cm-3近傍を境にして発光強度が減少するが、成長温度を780℃とした新条件の場合には、Mg濃度を7×1019cm-3以上とした場合に、発光がほとんど観測されなかった。
Refer to FIG.
FIG. 28B is a diagram showing the Mg concentration dependence of the emission intensity in the p-type GaN light guide layer 737. As is clear from the figure, the emission intensity is around 5 × 10 19 cm −3. Although it decreases, in the case of the new condition where the growth temperature is 780 ° C., light emission is hardly observed when the Mg concentration is 7 × 10 19 cm −3 or more.

以上の図27及び図28の測定結果から、上記の第20の実施の形態の様に、p+ 型Al0.18Ga0.82Nエレクトロンブロック層716のMg濃度を7×1019cm-3以上、より好適には、1×1020cm-3以上にすることによって電子のオーバーフローを防止することができ、MQW活性層715において効率良く再結合が行われるので、しきい値電流密度Jthの低減が可能になる。 From the measurement results of FIGS. 27 and 28, the Mg concentration of the p + -type Al 0.18 Ga 0.82 N electron block layer 716 is 7 × 10 19 cm −3 or more, as in the twentieth embodiment. Preferably, the electron overflow can be prevented by setting it to 1 × 10 20 cm −3 or more, and the recombination is efficiently performed in the MQW active layer 715, so that the threshold current density J th can be reduced. It becomes possible.

特に、p+ 型Al0.18Ga0.82Nエレクトロンブロック層716の結晶成長温度をMQW活性層715と同じ範囲の600℃〜900℃、例えば、780℃とした場合に、効果が顕著になる。
なお、下限の600℃はInGaNの単結晶成長が可能な温度の下限であり、また、上限の900℃はInGaNの成長温度の実質的な上限である。
In particular, when the crystal growth temperature of the p + -type Al 0.18 Ga 0.82 N electron block layer 716 is set to 600 ° C. to 900 ° C., for example, 780 ° C., in the same range as the MQW active layer 715, the effect becomes remarkable.
The lower limit of 600 ° C. is the lower limit of the temperature at which InGaN single crystal growth is possible, and the upper limit of 900 ° C. is the substantial upper limit of the InGaN growth temperature.

この様に、p+ 型Al0.18Ga0.82Nエレクトロンブロック層716のMg濃度を7×1019cm-3以上にすることにより、電子のオーバーフローがほぼ完全に抑制される理由は不明であるが、1.0×1020cm-3はMgが活性化する濃度限界以上の高不純物濃度であるので、p+ 型Al0.18Ga0.82Nエレクトロンブロック層716の価電子帯側の禁制帯に高密度の不純物準位が形成され、この不純物準位がホールの注入効率の改善に役立ち、その結果、電子のオーバーフローが抑制されるとも考えられるので、この事情を図29を参照して説明する。 Thus, the reason why the overflow of electrons is almost completely suppressed by setting the Mg concentration of the p + -type Al 0.18 Ga 0.82 N electron block layer 716 to 7 × 10 19 cm −3 or more is unknown. Since 1.0 × 10 20 cm −3 is a high impurity concentration higher than the concentration limit at which Mg is activated, it has a high density in the forbidden band on the valence band side of the p + -type Al 0.18 Ga 0.82 N electron blocking layer 716. An impurity level is formed, and this impurity level helps to improve the hole injection efficiency. As a result, it is considered that the overflow of electrons is suppressed. This situation will be described with reference to FIG.

図29参照
図29はMQW活性層715近傍のバンドダイヤグラムであり、p型GaN光ガイド層717におけるホールは、不純物準位724によるトンネル伝導或いは不純物準位724を介した不純物伝導によってMQW活性層715に注入されるので、ホールの注入効率が改善され、その結果、従来においてはp型GaN光ガイド層717に滞留したホールの電界により引き寄せられていた電子が引き寄せられなくなるので、電子のオーバーフローが抑制されるのではないかと考えられ、それによって、しきい値電流密度Jth低くすることが可能になる。
29 is a band diagram in the vicinity of the MQW active layer 715. Holes in the p-type GaN light guide layer 717 are formed by tunnel conduction by the impurity level 724 or impurity conduction through the impurity level 724. As a result, the efficiency of hole injection is improved. As a result, electrons that have been attracted by the electric field of the holes staying in the p-type GaN light guide layer 717 can no longer be attracted. The threshold current density Jth can be lowered.

図29及び図42(a)参照
また、このMQW半導体レーザを駆動する場合、p型GaN光ガイド層717の価電子帯のバンド端が不純物準位724に達する程度に印加電圧Vをすれば良く、図29と図42(a)との対比から明らかなように、従来のMQW半導体レーザに比べて駆動電圧を低くすることが可能になる。
29 and FIG. 42A. Further, when driving this MQW semiconductor laser, the applied voltage V may be set so that the band edge of the valence band of the p-type GaN light guide layer 717 reaches the impurity level 724. As is clear from the comparison between FIG. 29 and FIG. 42A, the drive voltage can be made lower than that of the conventional MQW semiconductor laser.

次に、図30を参照して、従来の短波長半導体レーザのp型エレクトロンブロック層、即ち、p型オーバーフロー防止層におけるMg濃度が5×1019cm-3以下であった理由について検討する。
図30(a)参照
図30(a)は、p型GaN層におけるp型キャリア濃度、即ち、ホール濃度のMg濃度依存性を調べた図であり、Mg濃度が低い場合、p型キャリア濃度はMg濃度と共に増加するが、Mg濃度が約5×1019cm-3の時に最大になり、それ以上のMg濃度では逆に低下する。
Next, the reason why the Mg concentration in the p-type electron block layer of the conventional short wavelength semiconductor laser, that is, the p-type overflow prevention layer is 5 × 10 19 cm −3 or less will be discussed with reference to FIG.
FIG. 30A is a diagram in which the p-type carrier concentration in the p-type GaN layer, that is, the Mg concentration dependence of the hole concentration is examined. When the Mg concentration is low, the p-type carrier concentration is Although it increases with the Mg concentration, it becomes maximum when the Mg concentration is about 5 × 10 19 cm −3 , and decreases when the Mg concentration is higher than that.

この様なp型GaN層におけるp型キャリア濃度のMg濃度依存性は、p型AlGaN層についても成立するものであり、したがって、p+ 型Al0.18Ga0.82Nエレクトロンブロック層716においても、5×1019cm-3を境としてp型キャリア濃度が低下すると考えられる。 Such a dependency of the p-type carrier concentration in the p-type GaN layer on the Mg concentration also holds true for the p-type AlGaN layer. Therefore, even in the p + -type Al 0.18 Ga 0.82 N electron block layer 716, 5 × It is considered that the p-type carrier concentration decreases at 10 19 cm −3 as a boundary.

この様に、あるドーパント濃度を境として、それ以上のドーパント濃度でキャリア濃度が飽和或いは低下する現象は、他の化合物半導体においても一般的に見られる現象であり、従来の短波長半導体レーザにおいて、p型エレクトロンブロック層のMg濃度として5×1019cm-3という値が用いられているのは、上述の事情によるものと推測される。 As described above, the phenomenon in which the carrier concentration is saturated or lowered at a dopant concentration higher than a certain dopant concentration is a phenomenon that is generally observed in other compound semiconductors. In a conventional short wavelength semiconductor laser, It is estimated that the value of 5 × 10 19 cm −3 is used as the Mg concentration of the p-type electron block layer due to the above-described circumstances.

したがって、本発明の第20の実施の形態の様に、p型エレクトロンブロック層のMg濃度を7×1019cm-3以上とすることは、p型キャリア濃度を増加させる手段としては全く有効ではなく、かえって不利であるので、Mgの濃度を7×1019cm-3以上とすることによって電子のオーバーフローが抑制されるという本発明者による新たな知見なしには採用し得ない構成である。 Therefore, as in the twentieth embodiment of the present invention, setting the Mg concentration of the p-type electron block layer to 7 × 10 19 cm −3 or more is not quite effective as a means for increasing the p-type carrier concentration. However, since it is disadvantageous, it is a configuration that cannot be adopted without the new knowledge by the present inventors that the overflow of electrons is suppressed by setting the Mg concentration to 7 × 10 19 cm −3 or more.

また、キャリア濃度が飽和するような高ドーピング濃度領域においては、過剰ドーピングによる結晶性の低下という現象が見られることが一般的であり、結晶性の低下に伴ってキャリアの移動度も低下するので、他に特段の事情がない限り過剰ドーピングは採用されない手法であり、この点からも、p型エレクトロンブロック層のMg濃度を7×1019cm-3以上にすることは予測し得ないものである。 In addition, in a high doping concentration region where the carrier concentration is saturated, a phenomenon of crystallinity deterioration due to overdoping is generally observed, and the mobility of the carrier decreases as the crystallinity decreases. This is a technique in which excessive doping is not employed unless there are other special circumstances. From this point of view, it is unpredictable that the Mg concentration of the p-type electron block layer is 7 × 10 19 cm −3 or more. is there.

図30(b)参照
図30(b)は、MOVPE法で成長させたp型GaN層におけるp型キャリア濃度の成長温度依存性を調べた図であり、成長温度の上昇と共にp型キャリア濃度が増加する。
即ち、成長温度を低くするとp型キャリア濃度は増加せず、逆に低下することが分かる。
FIG. 30B is a diagram in which the growth temperature dependence of the p-type carrier concentration in the p-type GaN layer grown by the MOVPE method is examined. As the growth temperature increases, the p-type carrier concentration increases. To increase.
That is, it can be seen that when the growth temperature is lowered, the p-type carrier concentration does not increase but decreases.

この様なp型GaN層におけるp型キャリア濃度の成長温度依存性は、p型AlGaN層についても成立するものであり、したがって、p型エレクトロンブロック層の成長温度を、本発明のように600℃〜900℃とするこは、600℃〜900℃、より好適には730〜830℃、例えば、780℃とすることによって電子のオーバーフローが抑制されるという本発明者による新たな知見なしには採用し得ない構成である。   The growth temperature dependence of the p-type carrier concentration in such a p-type GaN layer is also established for the p-type AlGaN layer. Therefore, the growth temperature of the p-type electron block layer is set to 600 ° C. as in the present invention. ˜900 ° C. is adopted without new knowledge by the present inventors that the overflow of electrons is suppressed by setting the temperature to 600 ° C. to 900 ° C., more preferably 730 to 830 ° C., for example, 780 ° C. It is a configuration that cannot be done.

また、GaN層或いはAlGaN層の成長温度を900℃以下と低くすると、表面モホロジーが著しく悪化するため、通常は、p型GaN層或いはp型AlGaN層の結晶成長温度として900℃〜1200℃の範囲、例えば、1100℃の高い温度を採用しており、この点からも、p型エレクトロンブロック層の結晶成長温度を600℃〜900℃にすることは予測し得ないものである。   Further, when the growth temperature of the GaN layer or AlGaN layer is lowered to 900 ° C. or lower, the surface morphology is remarkably deteriorated. Therefore, the crystal growth temperature of the p-type GaN layer or p-type AlGaN layer is usually in the range of 900 ° C. to 1200 ° C. For example, a high temperature of 1100 ° C. is adopted, and from this point, it is unpredictable that the crystal growth temperature of the p-type electron block layer is 600 ° C. to 900 ° C.

以上、本発明の第20の実施の形態を説明してきたが、本発明は実施の形態に記載した構成に限られるものではなく、各種の変更が可能であり、例えば、p型エレクトロンブロック層をAl0.18Ga0.82Nで構成しているが、この様な組成比に限られるものでなく、他の組成比のAlGaNでも良く、さらには、活性層及びp型クラッド層の組成に応じてAlx Gay In1-x-y N(0<x<1、0<y<1)の範囲内で変えても良いものである。 The twentieth embodiment of the present invention has been described above. However, the present invention is not limited to the configuration described in the embodiment, and various modifications are possible. For example, a p-type electron block layer is used. Although it is composed of Al 0.18 Ga 0.82 N, it is not limited to such a composition ratio, AlGaN with other composition ratios may be used, and further, Al x depending on the composition of the active layer and the p-type cladding layer. It may be changed within the range of Ga y In 1-xy N (0 <x <1, 0 <y <1).

また、上記の本発明の第20の実施の形態の説明においては、活性層としてウエル層が3層のMQW活性層を用いているが、他の構成のMQW活性層、例えば、厚さ5nmの6層のIn0.03Ga0.97Nバリア層によって、厚さ2.5nmの5層のIn0.15Ga0.85Nウエル層を交互に挟んだMQW活性層等を用いても良く、さらには、SQW活性層を用いても良いものである。 In the description of the twentieth embodiment of the present invention, the MQW active layer having three well layers is used as the active layer. However, the MQW active layer having another structure, for example, a 5 nm-thick layer is used. An MQW active layer or the like in which five In 0.15 Ga 0.85 N well layers having a thickness of 2.5 nm are alternately sandwiched by six In 0.03 Ga 0.97 N barrier layers may be used. It may be used.

また、上記の本発明の第20の実施の形態の説明においては、p側光ガイド層をp型層で、また、n側光ガイド層をn型層で構成しているが、少なくとも一方をアンドープ層で構成しても良いものである。   In the description of the twentieth embodiment of the present invention, the p-side light guide layer is a p-type layer and the n-side light guide layer is an n-type layer. It may be composed of an undoped layer.

本発明の原理的構成の説明図である。It is explanatory drawing of the fundamental structure of this invention. モード利得と電流密度の相関の井戸層の層数依存性の説明図である。It is explanatory drawing of the layer number dependence of the well layer of the correlation of mode gain and current density. 本発明の第1の実施の形態におけるJthの活性層の層厚依存性の説明図である。It is explanatory drawing of the layer thickness dependence of the active layer of Jth in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態の半導体レーザの斜視図である。1 is a perspective view of a semiconductor laser according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施の形態の半導体レーザの斜視図である。It is a perspective view of the semiconductor laser of the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態のMQW構造半導体レーザの斜視図である。It is a perspective view of the MQW structure semiconductor laser of the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施の形態のMQW構造半導体レーザの斜視図である。It is a perspective view of the MQW structure semiconductor laser of the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施の形態のSQW構造半導体レーザの斜視図である。It is a perspective view of the SQW structure semiconductor laser of the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施の形態のSQW半導体レーザの斜視図である。It is a perspective view of the SQW semiconductor laser of the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第7の実施の形態のSQW半導体レーザの斜視図である。It is a perspective view of the SQW semiconductor laser of the 7th Embodiment of this invention. 本発明の第8の実施の形態のSQW半導体レーザの説明図である。It is explanatory drawing of the SQW semiconductor laser of the 8th Embodiment of this invention. 本発明の第9の実施の形態のSQW半導体レーザの説明図である。It is explanatory drawing of the SQW semiconductor laser of the 9th Embodiment of this invention. 本発明の第10の実施の形態のSQW半導体レーザの説明図である。It is explanatory drawing of the SQW semiconductor laser of the 10th Embodiment of this invention. 本発明の第11の実施の形態のSQW半導体レーザの説明図である。It is explanatory drawing of the SQW semiconductor laser of the 11th Embodiment of this invention. 本発明の第12の実施の形態の短波長半導体レーザの斜視図である。It is a perspective view of the short wavelength semiconductor laser of the 12th Embodiment of this invention. 本発明の第12の実施の形態におけるPL波長の標準偏差及びPL光強度の成長速度依存性の説明図である。It is explanatory drawing of the growth rate dependence of the standard deviation of PL wavelength and PL light intensity in the 12th Embodiment of this invention. 本発明の第13の実施の形態の説明図である。It is explanatory drawing of the 13th Embodiment of this invention. 本発明の第14及び第15の実施の形態の説明図である。It is explanatory drawing of 14th and 15th embodiment of this invention. 本発明の第16の実施の形態のMQW半導体レーザの説明図である。It is explanatory drawing of the MQW semiconductor laser of the 16th Embodiment of this invention. 本発明の第17の実施の形態のMQW半導体レーザの斜視図である。It is a perspective view of the MQW semiconductor laser of the 17th Embodiment of this invention. 本発明の第18の実施の形態のMQW半導体レーザの説明図である。It is explanatory drawing of the MQW semiconductor laser of the 18th Embodiment of this invention. 本発明の第19の実施の形態のMQW半導体レーザの説明図である。It is explanatory drawing of the MQW semiconductor laser of the 19th Embodiment of this invention. 本発明の第19の実施の形態における効果の説明図である。It is explanatory drawing of the effect in the 19th Embodiment of this invention. 本発明の第20の実施の形態のMQW半導体レーザの説明図である。It is explanatory drawing of the MQW semiconductor laser of the 20th Embodiment of this invention. 本発明の第20の実施の形態のMQW半導体レーザの電流−光出力特性の説明図である。It is explanatory drawing of the electric current-light output characteristic of the MQW semiconductor laser of the 20th Embodiment of this invention. 本発明の第20の実施の形態における効果を確認するために作製した表面発光型LEDの説明図である。It is explanatory drawing of the surface emitting LED produced in order to confirm the effect in the 20th Embodiment of this invention. 表面発光型LEDの発光スペクトル強度の構成条件依存性の説明図である。It is explanatory drawing of the structural condition dependence of the emission spectrum intensity | strength of surface emitting LED. 表面発光型LEDにおける発光強度のMg濃度依存性の説明図である。It is explanatory drawing of Mg density | concentration dependence of the emitted light intensity in surface emitting type LED. 本発明の第20の実施の形態のMQW半導体レーザのMQW活性層近傍のバンドダイヤグラムである。It is a band diagram of the MQW active layer vicinity of the MQW semiconductor laser of the 20th embodiment of this invention. p型GaN層におけるp型キャリア濃度の構成条件依存性の説明図である。It is explanatory drawing of the structural condition dependence of the p-type carrier density | concentration in a p-type GaN layer. 従来の短波長半導体発光素子の説明図である。It is explanatory drawing of the conventional short wavelength semiconductor light-emitting device. 従来の短波長半導体レーザの説明図である。It is explanatory drawing of the conventional short wavelength semiconductor laser. 従来のMQW半導体レーザの発振時のバンドダイヤグラムである。It is a band diagram at the time of the oscillation of the conventional MQW semiconductor laser. 従来のMQW構造短波長半導体レーザにおけるホール電流の層位置依存性の説明図である。It is explanatory drawing of the layer position dependence of the hole current in the conventional MQW structure short wavelength semiconductor laser. 従来のMQW半導体レーザの発振時のホール密度分布の説明図である。It is explanatory drawing of the hole density distribution at the time of the oscillation of the conventional MQW semiconductor laser. 従来のMQW半導体レーザの発振時の電子密度分布の説明図である。It is explanatory drawing of the electron density distribution at the time of the oscillation of the conventional MQW semiconductor laser. 従来のMQW短波長半導体レーザにおける光学利得と放射光強度分布の説明図である。It is explanatory drawing of the optical gain and radiation intensity distribution in the conventional MQW short wavelength semiconductor laser. 従来のMQW半導体レーザの光出力−電流特性の説明図である。It is explanatory drawing of the optical output-current characteristic of the conventional MQW semiconductor laser. 量子井戸構造活性層の発光効率のInx Ga1-x Nバリア層のIn組成比x依存性の説明図である。A In x Ga 1-x N In composition ratio of the barrier layer x dependency of illustration of the light emission efficiency of the quantum well structure active layer. オーバーフロー電流のクラッド層組成依存性の説明図である。It is explanatory drawing of the clad layer composition dependence of an overflow current. オーバーフロー電流の素子温度依存性の説明図である。It is explanatory drawing of the element temperature dependence of the overflow current. 従来の短波長半導体レーザのバンドダイヤグラムの説明図である。It is explanatory drawing of the band diagram of the conventional short wavelength semiconductor laser. 従来の短波長半導体レーザのPLピーク波長分布の説明図である。It is explanatory drawing of PL peak wavelength distribution of the conventional short wavelength semiconductor laser. 従来の短波長半導体レーザにおける光出力特性の説明図である。It is explanatory drawing of the optical output characteristic in the conventional short wavelength semiconductor laser. 従来の短波長半導体レーザにおけるPLピーク波長のヒストグラムと光強度の相関の説明図である。It is explanatory drawing of the correlation of the histogram of PL peak wavelength, and light intensity in the conventional short wavelength semiconductor laser.

符号の説明Explanation of symbols

1 基板
2 クラッド層
3 光ガイド層
4 活性層
5 光ガイド層
6 クラッド層
11 n型SiC基板
12 AlGaNバッファ層
13 n型GaN中間層
14 n型Al0.15Ga0.85Nクラッド層
15 アンドープGaN光ガイド層
16 SQW活性層
17 p型GaN光ガイド層
18 p型Al0.15Ga0.85Nクラッド層
19 p型GaNコンタクト層
20 Ni電極
21 Ni電極
22 MQW活性層
111 n型SiC基板
112 AlGaNバッファ層
113 n型GaN中間層
114 n型Al0.15Ga0.85Nクラッド層
115 アンドープAl0.05Ga0.95N光ガイド層
116 MQW活性層
117 p型GaN光ガイド層
118 p型Al0.15Ga0.85Nクラッド層
119 p型GaNコンタクト層
120 Ni電極
121 Ni電極
122 n型Al0.2 Ga0.8 Nクラッド層
123 アンドープGaN光ガイド層
124 アンドープAl0.05Ga0.95N光ガイド層
125 SQW活性層
126 p型Al0.2 Ga0.8 Nオーバーフロー防止層
211 n型SiC基板
212 AlGaNバッファ層
213 n型GaN中間層
214 n型Al0.15Ga0.85Nクラッド層
215 アンドープGaN光ガイド層
216 SQW活性層
217 アンドープGaN光ガイド層
218 p型Al0.15Ga0.85Nクラッド層
219 p型GaNコンタクト層
220 Ni電極
221 Ni電極
222 アンドープAl0.05Ga0.95N光ガイド層
223 アンドープIn0.03Ga0.97N光ガイド層
224 アンドープIn0.03Ga0.97N光ガイド層
225 p型Al0.05Ga0.95N光ガイド層
226 アンドープGaN光ガイド層
227 アンドープグレーデッド光ガイド層
228 p型グレーデッド光ガイド層
229 アンドープAl0.05Ga0.95N光ガイド層
230 p型逆グレーデッド光ガイド層
311 n型SiC基板
312 AlGaNバッファ層
313 n型GaN中間層
314 n型Al0.15Ga0.85Nクラッド層
315 アンドープGaN光ガイド層
316 MQW活性層
317 アンドープGaN光ガイド層
318 p型Al0.15Ga0.85Nクラッド層
319 p型GaNコンタクト層
320 Ni電極
321 Ni電極
411 n型SiC基板
412 AlGaNバッファ層
413 n型GaN中間層
414 n型Al0.15Ga0.85Nクラッド層
415 アンドープGaN光ガイド層
416 SQW活性層
417 アンドープGaN光ガイド層
418 p型Al0.15Ga0.85Nクラッド層
419 p型GaN中間層
420 p型Al0.15Ga0.85Nクラッド層
421 p型GaNコンタクト層
422 Ni電極
423 Ni電極
424 グレーデッド中間層
425 多層構造中間層
511 n型SiC基板
512 AlGaNバッファ層
513 n型GaN中間層
514 n型Al0.15Ga0.85Nクラッド層
515 アンドープGaN光ガイド層
516 MQW活性層
517 アンドープIn0.15Ga0.85Nウエル層
518 アンドープIn0.05Ga0.95Nバリア層
519 アンドープGaN光ガイド層
520 p型Al0.15Ga0.85Nクラッド層
521 p型GaNコンタクト層
522 Ni電極
523 Ni電極
531 サファイア基板
532 GaN低温バッファ層
533 n型GaN中間層
534 n型Al0.15Ga0.85Nクラッド層
535 アンドープGaN光ガイド層
536 MQW活性層
537 アンドープGaN光ガイド層
538 p型Al0.15Ga0.85Nクラッド層
539 p型GaNコンタクト層
540 Ti電極
541 Ni電極
611 n型SiC基板
612 AlGaNバッファ層
613 n型GaN中間層
614 n型Al0.09Ga0.91Nクラッド層
615 アンドープGaN光ガイド層
616 MQW活性層
617 アンドープAl0.18Ga0.82Nエレクトロンブロック層
618 p型GaN光ガイド層
619 p型Al0.09Ga0.91Nクラッド層
620 p型GaNコンタクト層
621 Ni電極
622 Ni電極
623 p型グレーデッドAlGaN層
624 p型Al0.18Ga0.82N層
625 p型グレーデッドAlGaN層
626 p型エレクトロンブロック層
627 SiO2
711 n型SiC基板
712 n型Al0.09Ga0.91Nバッファ層
713 n型Al0.09Ga0.91Nクラッド層
714 アンドープGaN光ガイド層
715 MQW活性層
716 p+ 型Al0.18Ga0.82Nエレクトロンブロック層
717 p型GaN光ガイド層
718 p型Al0.09Ga0.91Nクラッド層
719 p型GaN第1コンタクト層
720 p+ 型GaN第2コンタクト層
721 SiO2
722 n側電極
723 p側電極
724 不純物準位
731 n型SiC基板
732 n型Al0.09Ga0.91Nバッファ層
733 n型Al0.09Ga0.91Nクラッド層
734 アンドープGaN光ガイド層
735 MQW活性層
736 p+ 型Al0.18Ga0.82Nエレクトロンブロック層
737 p型GaN光ガイド層
738 p型Al0.09Ga0.91Nクラッド層
739 p型GaN第1コンタクト層
740 p+ 型GaN第2コンタクト層
741 n側電極
742 SiO2
743 半透明電極
744 ボンディングパッド
811 サファイア基板
812 GaNバッファ層
813 n型GaNバッファ層
814 n型In0.1 Ga0.9 N層
815 n型Al0.15Ga0.85Nクラッド層
816 n型GaN光ガイド層
817 InGaNMQW活性層
818 p型Al0.2 Ga0.8 N層
819 p型GaN光ガイド層
820 p型Al0.15Ga0.85Nクラッド層
821 p型GaNコンタクト層
822 n側電極
823 p側電極
824 n型GaN層
825 In0.15Ga0.85N活性層
826 p型GaN層
831 サファイア基板
832 GaNバッファ層
833 n型GaN中間層
834 n型Al0.09Ga0.91Nクラッド層
835 n型GaN光ガイド層
836 MQW活性層
837 p型Al0.18Ga0.82Nオーバーフロー防止層
838 p型GaN光ガイド層
839 p型Al0.09Ga0.91Nクラッド層
840 p型GaNコンタクト層
841 n側電極
842 SiO2
843 p側電極
844 電圧印加時の価電子帯のバンド端
845 ノッチ
846 ノッチ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Clad layer 3 Light guide layer 4 Active layer 5 Light guide layer 6 Clad layer 11 n-type SiC substrate 12 AlGaN buffer layer 13 n-type GaN intermediate layer 14 n-type Al 0.15 Ga 0.85 N clad layer 15 Undoped GaN light guide layer 16 SQW active layer 17 p-type GaN optical guide layer 18 p-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 19 p-type GaN contact layer 20 Ni electrode 21 Ni electrode 22 MQW active layer 111 n-type SiC substrate 112 AlGaN buffer layer 113 n-type GaN Intermediate layer 114 n-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 115 undoped Al 0.05 Ga 0.95 N light guide layer 116 MQW active layer 117 p-type GaN light guide layer 118 p-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 119 p-type GaN contact layer 120 Ni electrode 121 Ni electrode 122 Type Al 0.2 Ga 0.8 N cladding layer 123 an undoped GaN optical guide layer 124 an undoped Al 0.05 Ga 0.95 N optical guiding layer 125 SQW active layer 126 p-type Al 0.2 Ga 0.8 N overflow preventing layer 211 n-type SiC substrate 212 AlGaN buffer layer 213 n GaN intermediate layer 214 n-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 215 undoped GaN light guide layer 216 SQW active layer 217 undoped GaN light guide layer 218 p-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 219 p-type GaN contact layer 220 Ni electrode 221 Ni electrode 222 Undoped Al 0.05 Ga 0.95 N light guide layer 223 Undoped In 0.03 Ga 0.97 N light guide layer 224 Undoped In 0.03 Ga 0.97 N light guide layer 225 p-type Al 0.05 Ga 0.95 N light guide layer 226 Undoped G aN light guide layer 227 undoped graded light guide layer 228 p-type graded light guide layer 229 undoped Al 0.05 Ga 0.95 N light guide layer 230 p-type reverse graded light guide layer 311 n-type SiC substrate 312 AlGaN buffer layer 313 n-type GaN intermediate layer 314 n-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 315 Undoped GaN light guide layer 316 MQW active layer 317 Undoped GaN light guide layer 318 p-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 319 p-type GaN contact layer 320 Ni electrode 321 Ni electrode 411 n-type SiC substrate 412 AlGaN buffer layer 413 n-type GaN intermediate layer 414 n-type Al 0.15 Ga 0.85 n cladding layer 415 an undoped GaN optical guide layer 416 SQW active layer 417 an undoped GaN optical guide layer 41 p-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 419 p-type GaN intermediate layer 420 p-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 421 p-type GaN contact layer 422 Ni electrode 423 Ni electrode 424 graded intermediate layer 425 multilayer structure intermediate layer 511 n-type SiC substrate 512 AlGaN buffer layer 513 n-type GaN intermediate layer 514 n-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 515 undoped GaN light guide layer 516 MQW active layer 517 undoped In 0.15 Ga 0.85 N well layer 518 undoped In 0.05 Ga 0.95 N barrier layer 519 undoped GaN optical guide layer 520 p-type Al 0.15 Ga 0.85 n cladding layer 521 p-type GaN contact layer 522 Ni electrode 523 Ni electrode 531 sapphire substrate 532 GaN low-temperature buffer layer 533 n-type GaN intermediate layer 534 -Type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 535 an undoped GaN optical guide layer 536 MQW active layer 537 an undoped GaN optical guide layer 538 p-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 539 p-type GaN contact layer 540 Ti electrode 541 Ni electrode 611 n-type SiC Substrate 612 AlGaN buffer layer 613 n-type GaN intermediate layer 614 n-type Al 0.09 Ga 0.91 N clad layer 615 undoped GaN light guide layer 616 MQW active layer 617 undoped Al 0.18 Ga 0.82 N electron block layer 618 p-type GaN light guide layer 619 p Type Al 0.09 Ga 0.91 N clad layer 620 p type GaN contact layer 621 Ni electrode 622 Ni electrode 623 p type graded AlGaN layer 624 p type Al 0.18 Ga 0.82 N layer 625 p type graded AlGaN layer 626 p-type electron block layer 627 SiO 2 film 711 n-type SiC substrate 712 n-type Al 0.09 Ga 0.91 N buffer layer 713 n-type Al 0.09 Ga 0.91 N clad layer 714 undoped GaN light guide layer 715 MQW active layer 716 p + type Al 0.18 Ga 0.82 N electron block layer 717 p-type GaN optical guide layer 718 p-type Al 0.09 Ga 0.91 N cladding layer 719 p-type GaN first contact layer 720 p + -type GaN second contact layer 721 SiO 2 film 722 n-side electrode 723 p-side electrode 724 impurity level 731 n-type SiC substrate 732 n-type Al 0.09 Ga 0.91 N buffer layer 733 n-type Al 0.09 Ga 0.91 N clad layer 734 undoped GaN light guide layer 735 MQW active layer 736 p + type Al 0.18 Ga 0.82 N electron block layer 737 p-type GaN optical guide layer 738 p-type Al 0.09 Ga 0.91 N cladding layer 739 p-type GaN first contact layer 740 p + -type GaN second contact layer 741 n-side electrode 742 SiO 2 film 743 semi-transparent electrode 744 bonding pad 811 sapphire Substrate 812 GaN buffer layer 813 n-type GaN buffer layer 814 n-type In 0.1 Ga 0.9 N layer 815 n-type Al 0.15 Ga 0.85 N clad layer 816 n-type GaN light guide layer 817 InGaN MQW active layer 818 p-type Al 0.2 Ga 0.8 N layer 819 p-type GaN optical guide layer 820 p-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 821 p-type GaN contact layer 822 n-side electrode 823 p-side electrode 824 n-type GaN layer 825 In 0.15 Ga 0.85 N active layer 826 p-type GaN layer 831 Sapphire substrate 832 GaN back § layer 833 n-type GaN intermediate layer 834 n-type Al 0.09 Ga 0.91 N cladding layer 835 n-type GaN optical guide layer 836 MQW active layer 837 p-type Al 0.18 Ga 0.82 N overflow preventing layer 838 p-type GaN optical guide layer 839 p-type Al 0.09 Ga 0.91 N clad layer 840 p-type GaN contact layer 841 n-side electrode 842 SiO 2 film 843 p-side electrode 844 Band edge of valence band when voltage is applied 845 notch 846 notch

Claims (53)

ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、活性層として多重量子井戸構造を用いると共に、放射光強度分布の最大位置が前記活性層の中心位置よりp型クラッド層側にずれていることを特徴とする半導体レーザ。 In a semiconductor laser using a nitride compound semiconductor, a multiple quantum well structure is used as an active layer, and the maximum position of the emitted light intensity distribution is shifted from the center position of the active layer to the p-type cladding layer side. A semiconductor laser. 上記放射光強度分布の最大位置が、上記多重量子井戸構造のp型クラッド層側から第1番目の量子井戸の位置に一致していることを特徴とする請求項1記載の半導体レーザ。 2. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the maximum position of the emitted light intensity distribution coincides with the position of the first quantum well from the p-type cladding layer side of the multiple quantum well structure. 上記活性層とn型クラッド層及びp型クラッド層との間に、それぞれn側光ガイド層及びp側光ガイド層を設けると共に、前記n側光ガイド層の禁制帯幅を前記p側光ガイド層の禁制帯幅より大きくすることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体レーザ。 An n-side light guide layer and a p-side light guide layer are provided between the active layer and the n-type cladding layer and the p-type cladding layer, respectively, and the forbidden band width of the n-side light guide layer is set to the p-side light guide. 3. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the semiconductor laser is larger than the forbidden band width of the layer. 上記活性層とn型クラッド層及びp型クラッド層との間に、それぞれn側光ガイド層及びp側光ガイド層を設けると共に、前記p側光ガイド層の層厚を前記n側光ガイド層の層厚より厚くすることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の半導体レーザ。 An n-side light guide layer and a p-side light guide layer are provided between the active layer and the n-type cladding layer and the p-type cladding layer, respectively, and the thickness of the p-side light guide layer is set to the n-side light guide layer. 4. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the semiconductor laser has a thickness greater than the thickness of the semiconductor laser. 上記半導体レーザのn型クラッド層の禁制帯幅をp型クラッド層の禁制帯幅より大きくすることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の半導体レーザ。 5. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the forbidden band width of the n-type cladding layer of the semiconductor laser is larger than the forbidden band width of the p-type cladding layer. 6. 活性層として単一量子井戸構造を用いると共に、前記活性層とp側光ガイド層との間に広禁制帯幅層を設けたナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、前記広禁制帯幅層に起因する放射光強度分布の最大位置と活性層の中心位置とのずれをn側層により補償することを特徴とする半導体レーザ。 In a semiconductor laser using a nitride compound semiconductor in which a single quantum well structure is used as an active layer and a wide band gap layer is provided between the active layer and the p-side light guide layer, the wide band gap A semiconductor laser characterized in that an n-side layer compensates for a deviation between the maximum position of the emitted light intensity distribution caused by the layer and the center position of the active layer. 上記n側層が少なくともn側光ガイド層であり、前記n側光ガイド層の禁制帯幅を上記p側光ガイド層の禁制帯幅より大きくすることを特徴とする請求項6記載の半導体レーザ。 7. The semiconductor laser according to claim 6, wherein the n-side layer is at least an n-side light guide layer, and the forbidden band width of the n-side light guide layer is larger than the forbidden band width of the p-side light guide layer. . 上記n側層が少なくともn側光ガイド層であり、前記n側光ガイド層の層厚を上記p側光ガイド層の層厚より薄くすることを特徴とする請求項6または7に記載の半導体レーザ。 8. The semiconductor according to claim 6, wherein the n-side layer is at least an n-side light guide layer, and the layer thickness of the n-side light guide layer is made thinner than the layer thickness of the p-side light guide layer. laser. 上記n側層が少なくともn型クラッド層であり、前記n型クラッド層の禁制帯幅をp型クラッド層の禁制帯幅より大きくすることを特徴とする請求項6乃至8のいずれか1項に記載の半導体レーザ。 The n-side layer is at least an n-type cladding layer, and the forbidden band width of the n-type cladding layer is made larger than the forbidden band width of the p-type cladding layer. The semiconductor laser described. 上記量子井戸構造の活性層を構成する井戸層が、Alx Gay In1-x-y N(但し、0≦x<1,0<y≦1)で構成されることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の半導体レーザ。 2. The well layer constituting the active layer of the quantum well structure is composed of Al x Ga y In 1-xy N (where 0 ≦ x <1, 0 <y ≦ 1). 10. The semiconductor laser as described in any one of 1 to 9. ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、活性層を2層の利得層を有する多重量子井戸構造で構成することを特徴とする半導体レーザ。 A semiconductor laser using a nitride compound semiconductor, wherein the active layer has a multiple quantum well structure having two gain layers. ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、活性層を1層の厚さが6nm以上の2層または3層の利得層を有する多重量子井戸構造で構成することを特徴とする半導体レーザ。 A semiconductor laser using a nitride compound semiconductor, wherein the active layer is formed of a multiple quantum well structure having two or three gain layers each having a thickness of 6 nm or more. 上記利得層を、アンドープ層で構成することを特徴とする請求項11または12に記載の半導体レーザ。 13. The semiconductor laser according to claim 11, wherein the gain layer is composed of an undoped layer. 上記利得層が、Alx Gay In1-x-y N(但し、0≦x<1,0<y≦1)で構成されることを特徴とする請求項10乃至13のいずれか1項に記載の半導体レーザ。 The gain layer is described Al x Ga y In 1-xy N ( where, 0 ≦ x <1,0 <y ≦ 1) any one of claims 10 to 13, characterized in that it is composed of Semiconductor laser. ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、p側光ガイド層がInGaN或いはGaNのいずれかからなり、且つ、前記p側光ガイド層の不純物濃度が1×1017cm-3未満であることを特徴とする半導体レーザ。 In a semiconductor laser using a nitride compound semiconductor, the p-side light guide layer is made of either InGaN or GaN, and the impurity concentration of the p-side light guide layer is less than 1 × 10 17 cm −3. A semiconductor laser characterized by the above. 上記p側光ガイド層が、アンドープ層であることを特徴とする請求項15記載の半導体レーザ。 16. The semiconductor laser according to claim 15, wherein the p-side light guide layer is an undoped layer. 上記p側光ガイド層におけるホールの移動度が、2cm2 /V・s以上であることを特徴とする請求項15または16に記載の半導体レーザ。 17. The semiconductor laser according to claim 15, wherein the hole mobility in the p-side light guide layer is 2 cm 2 / V · s or more. ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、p側光ガイド層の層厚をn側光ガイド層の層厚より薄くしたことを特徴とする半導体レーザ。 A semiconductor laser using a nitride compound semiconductor, wherein the p-side light guide layer is thinner than the n-side light guide layer. ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、p側光ガイド層の層厚が、0.1μm未満であることを特徴とする半導体レーザ。 A semiconductor laser using a nitride compound semiconductor, wherein the p-side light guide layer has a layer thickness of less than 0.1 μm. 上記p側光ガイド層の禁制帯幅を、上記n側光ガイド層の禁制帯幅より大きくしたことを特徴とする請求項18または19に記載の半導体レーザ。 20. The semiconductor laser according to claim 18, wherein the forbidden band width of the p-side light guide layer is larger than the forbidden band width of the n-side light guide layer. ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、p側光ガイド層の禁制帯幅が活性層に隣接する部分で小さく、且つ、p型クラッド層に隣接する部分で大きくなっていることを特徴とする半導体レーザ。 In a semiconductor laser using a nitride compound semiconductor, the forbidden band width of the p-side light guide layer is small in a portion adjacent to the active layer and large in a portion adjacent to the p-type cladding layer. Semiconductor laser. 上記p側光ガイド層の禁制帯幅が、階段的に変化していることを特徴とする請求項21記載の半導体レーザ。 The semiconductor laser according to claim 21, wherein the forbidden band width of the p-side light guide layer changes stepwise. 上記p側光ガイド層の禁制帯幅が、連続的に変化していることを特徴とする請求項21記載の半導体レーザ。 The semiconductor laser according to claim 21, wherein the forbidden band width of the p-side light guide layer continuously changes. ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、p側光ガイド層の禁制帯幅が活性層に隣接する側からp型クラッド層に隣接する側に向かって連続的に小さくなっていることを特徴とする半導体レーザ。 In a semiconductor laser using a nitride compound semiconductor, the forbidden band width of the p-side light guide layer is continuously reduced from the side adjacent to the active layer toward the side adjacent to the p-type cladding layer. A semiconductor laser. 上記p側光ガイド層を構成する禁制帯幅の小さな層がInGaN或いはGaNからなり、且つ、禁制帯幅の大きな層がAlGaNからなることを特徴とする請求項21乃至24のいずれか1項に記載の半導体レーザ。 25. The layer according to any one of claims 21 to 24, wherein the layer having a small forbidden band width constituting the p-side light guide layer is made of InGaN or GaN, and the layer having a large forbidden band width is made of AlGaN. The semiconductor laser described. ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体発光素子において、共振器内の活性層のフォトルミネッセンス波長の分布が90meV以下であることを特徴とする半導体発光素子。 A semiconductor light emitting device using a nitride compound semiconductor, wherein the photoluminescence wavelength distribution of the active layer in the resonator is 90 meV or less. 上記共振器内の活性層のフォトルミネッセンス波長の分布が、50meV以下であることを特徴とする請求項26記載の半導体発光素子。 27. The semiconductor light emitting device according to claim 26, wherein the photoluminescence wavelength distribution of the active layer in the resonator is 50 meV or less. ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体発光素子において、共振器内の活性層の転位密度を109 cm-2以下とすることを特徴とする半導体発光素子。 A semiconductor light emitting device using a nitride compound semiconductor, wherein a dislocation density of an active layer in a resonator is 10 9 cm −2 or less. 上記共振器内の活性層の転位密度を、108 cm-2以下とすることを特徴とする請求項28記載の半導体発光素子。 29. The semiconductor light emitting device according to claim 28, wherein the dislocation density of the active layer in the resonator is 10 8 cm −2 or less. 上記活性層が、Inを構成要素として含むことを特徴とする請求項25乃至29のいずれか1項に記載の半導体発光素子。 30. The semiconductor light emitting element according to claim 25, wherein the active layer contains In as a constituent element. ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体発光素子の製造方法において、活性層を成長させる際の成長速度を0.1μm/時以上とすることを特徴とする半導体発光素子の製造方法。 In the manufacturing method of the semiconductor light-emitting device using a nitride type compound semiconductor, the growth rate at the time of growing an active layer shall be 0.1 micrometer / hour or more, The manufacturing method of the semiconductor light-emitting device characterized by the above-mentioned. 上記成長速度を、0.2μm/時以上としたことを特徴とする請求項31記載の半導体発光素子の製造方法。 32. The method of manufacturing a semiconductor light emitting element according to claim 31, wherein the growth rate is set to 0.2 [mu] m / hour or more. 上記成長速度を、0.3μm/時以上としたことを特徴とする請求項31記載の半導体発光素子の製造方法。 32. The method of manufacturing a semiconductor light emitting element according to claim 31, wherein the growth rate is set to 0.3 [mu] m / hour or more. 成長基板としてSiC基板を用いると共に、前記SiC基板の表面をエッチングしたことを特徴とする請求項31乃至33のいずれか1項に記載の半導体発光素子の製造方法。 34. The method of manufacturing a semiconductor light-emitting element according to claim 31, wherein a SiC substrate is used as a growth substrate, and a surface of the SiC substrate is etched. 上記活性層が、Inを構成要素として含むことを特徴とする請求項31乃至34のいずれか1項に記載の半導体発光素子の製造方法。 35. The method of manufacturing a semiconductor light emitting element according to claim 31, wherein the active layer contains In as a constituent element. ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、p型クラッド層を、2層の広禁制帯幅のp型半導体層の間に、狭禁制帯幅の中間層を挟んだ多層構造で構成することを特徴とする半導体レーザ。 In a semiconductor laser using a nitride-based compound semiconductor, the p-type cladding layer has a multilayer structure in which an intermediate layer having a narrow forbidden band is sandwiched between two p-type semiconductor layers having a wide forbidden band. A semiconductor laser characterized by the above. 上記中間層が、単層の狭禁制帯幅層で構成されることを特徴とする請求項36記載の半導体レーザ。 37. The semiconductor laser according to claim 36, wherein the intermediate layer is formed of a single narrow band gap layer. 上記中間層が、上記2層の広禁制帯幅のp型半導体層の間の任意の位置で禁制帯幅が最低になるように禁制帯幅が連続的に変化していることを特徴とする請求項36記載の半導体レーザ。 In the intermediate layer, the forbidden band width is continuously changed so that the forbidden band width becomes the lowest at an arbitrary position between the two wide forbidden band width p-type semiconductor layers. The semiconductor laser according to claim 36. 上記中間層が、広禁制帯幅の層と狭禁制帯幅の層を交互に複数層積層させた多層構造からなることを特徴とする請求項36記載の半導体レーザ。 37. The semiconductor laser according to claim 36, wherein the intermediate layer has a multilayer structure in which a plurality of layers having a wide forbidden bandwidth and a narrow forbidden bandwidth are alternately stacked. 上記中間層を構成する広禁制帯幅の層と狭禁制帯幅の層との間の禁制帯幅が、連続的に変化していることを特徴とする請求項39記載の半導体レーザ。 40. The semiconductor laser according to claim 39, wherein a forbidden band width between a wide forbidden band layer and a narrow forbidden band layer constituting the intermediate layer is continuously changed. 上記中間層の内の狭禁制帯幅側の層の少なくとも一部を、アンドープ層にしたことを特徴とする請求項36乃至40のいずれか1項に記載の半導体レーザ。 41. The semiconductor laser according to claim 36, wherein at least a part of the layer on the narrow band gap side of the intermediate layer is an undoped layer. 上記広禁制帯幅の層をAlGaNで構成するとともに、上記狭禁制帯幅の層をInGaN、GaN、或いは、AlGaNのいずれかで構成することを特徴とする請求項36乃至41のいずれか1項に記載の半導体レーザ。 The layer of wide forbidden band is made of AlGaN, and the layer of narrow forbidden band is made of any one of InGaN, GaN, or AlGaN. The semiconductor laser described in 1. ナイトライド系化合物半導体を用いた多重量子井戸構造半導体レーザにおいて、多重量子井戸活性層を構成するバリア層の厚さを5nm未満とすることを特徴とする多重量子井戸構造半導体レーザ。 A multi-quantum well structure semiconductor laser using a nitride compound semiconductor, wherein the barrier layer constituting the multi-quantum well active layer has a thickness of less than 5 nm. 上記多重量子井戸活性層を構成するバリア層が、In組成比が0.04以上のInGaNによって構成されることを特徴とする請求項43記載の多重量子井戸構造半導体レーザ。 44. The multiple quantum well structure semiconductor laser according to claim 43, wherein the barrier layer constituting the multiple quantum well active layer is made of InGaN having an In composition ratio of 0.04 or more. ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、活性層のp側に設けるエレクトロンブロック層の不純物濃度を、1.0×1017cm-3未満とすることを特徴とする半導体レーザ。 A semiconductor laser using a nitride compound semiconductor, wherein the impurity concentration of an electron block layer provided on the p side of the active layer is less than 1.0 × 10 17 cm −3 . 上記活性層のp側に設けるエレクトロンブロック層を、アンドープ層とすることを特徴とする請求項45記載の半導体レーザ。 46. The semiconductor laser according to claim 45, wherein the electron block layer provided on the p side of the active layer is an undoped layer. ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、活性層のp側に設けるエレクトロンブロック層のp側の領域において、禁制帯幅が徐々に変化していることを特徴とする半導体レーザ。 A semiconductor laser using a nitride compound semiconductor, wherein a forbidden band width is gradually changed in a p-side region of an electron block layer provided on a p-side of an active layer. ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、活性層のp側に設けるエレクトロンブロック層のn側の領域において、禁制帯幅が徐々に変化していることを特徴とする半導体レーザ。 A semiconductor laser using a nitride compound semiconductor, wherein a forbidden band width is gradually changed in a region on an n side of an electron block layer provided on a p side of an active layer. ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、活性層のp側に設けるエレクトロンブロック層のn側及びp側の領域において、禁制帯幅が徐々に変化していることを特徴とする半導体レーザ。 A semiconductor laser using a nitride compound semiconductor, wherein the forbidden band width is gradually changed in the n-side and p-side regions of the electron block layer provided on the p-side of the active layer. ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザにおいて、活性層のp側に設けるエレクトロンブロック層のMg濃度を7×1019cm-3以上とすることを特徴とする半導体レーザ。 A semiconductor laser using a nitride compound semiconductor, wherein the electron block layer provided on the p side of the active layer has a Mg concentration of 7 × 10 19 cm −3 or more. ナイトライド系化合物半導体を用いた半導体レーザの製造方法において、活性層のp側に設けるエレクトロンブロック層の成長温度を600℃〜900℃としたことを特徴とする半導体レーザの製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor laser using a nitride compound semiconductor, wherein the growth temperature of an electron block layer provided on the p side of the active layer is set to 600 ° C. to 900 ° C. 上記エレクトロンブロック層の成長温度を活性層の成長温度と同じにしたことを特徴とする請求項51記載の半導体レーザの製造方法。 52. The method of manufacturing a semiconductor laser according to claim 51, wherein the growth temperature of the electron block layer is the same as the growth temperature of the active layer. 上記エレクトロンブロック層のMg濃度が7×1019cm-3以上になるようにMgをドープすることを特徴とする請求項51または52に記載の半導体レーザの製造方法。 53. The method for manufacturing a semiconductor laser according to claim 51, wherein Mg is doped so that the Mg concentration of the electron block layer is 7 × 10 19 cm −3 or more.
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