JP2800666B2 - 窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子 - Google Patents
窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ｐ−ｎ接合を有する窒
化ガリウム系化合物半導体レーザ素子に関するものであ
る。
化ガリウム系化合物半導体レーザ素子に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】現在実用化されている半導体レーザは、
可視光領域の赤色領域で発光するものしかなく、青色紫
外領域で発光する半導体レーザは未だ得られておらず、
早期実現が望まれている。その中で、Ｉｎ X Ａｌ Y Ｇａ
1-X-Y Ｎ（０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）で表される窒化ガ
リウム系化合物半導体は直接遷移型で可視領域に禁制帯
幅を有することから、青色の半導体レーザの有望な材料
として期待されている。
可視光領域の赤色領域で発光するものしかなく、青色紫
外領域で発光する半導体レーザは未だ得られておらず、
早期実現が望まれている。その中で、Ｉｎ X Ａｌ Y Ｇａ
1-X-Y Ｎ（０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）で表される窒化ガ
リウム系化合物半導体は直接遷移型で可視領域に禁制帯
幅を有することから、青色の半導体レーザの有望な材料
として期待されている。
【０００３】従来、ｐ型ドーパントがドープされた窒化
ガリウム系化合物半導体は高抵抗なｉ型にしかならず、
ｐ型ができなかったためレーザ素子を得ることは不可能
であった。しかし、最近になってｐ型化が可能となり
（特開平２−２５７６７９号公報、特開平３−２１８３
２５号公報、特開平５−１８３１８９号公報等）、ｐ−
ｎ接合型の半導体レーザ素子が実現できる可能性がでて
きた。
ガリウム系化合物半導体は高抵抗なｉ型にしかならず、
ｐ型ができなかったためレーザ素子を得ることは不可能
であった。しかし、最近になってｐ型化が可能となり
（特開平２−２５７６７９号公報、特開平３−２１８３
２５号公報、特開平５−１８３１８９号公報等）、ｐ−
ｎ接合型の半導体レーザ素子が実現できる可能性がでて
きた。
【０００４】ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体を得るに
は、特開平５−１８３１８９号公報に記載されるよう
に、ｐ型不純物をドープした窒化ガリウム系化合物半導
体を４００℃以上でアニーリングする技術が有用な方法
である。しかし、この方法でｐ型化が実現されたにも関
わらず、窒化ガリウム系化合物半導体を用いたレーザ素
子は未だ実現されていない。
は、特開平５−１８３１８９号公報に記載されるよう
に、ｐ型不純物をドープした窒化ガリウム系化合物半導
体を４００℃以上でアニーリングする技術が有用な方法
である。しかし、この方法でｐ型化が実現されたにも関
わらず、窒化ガリウム系化合物半導体を用いたレーザ素
子は未だ実現されていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】窒化ガリウム系化合物
半導体を用いた短波長のレーザ素子が実現できれば情報
処理、書き込み光源等に非常に有用である。従って本発
明の目的とするところは、窒化ガリウム系化合物半導体
を用いた短波長のレーザ素子を実現可能とすることにあ
る。
半導体を用いた短波長のレーザ素子が実現できれば情報
処理、書き込み光源等に非常に有用である。従って本発
明の目的とするところは、窒化ガリウム系化合物半導体
を用いた短波長のレーザ素子を実現可能とすることにあ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の窒化ガリウム系
化合物半導体レーザ素子は、ｎ型ＧａＮ層の上に、少な
くともｎ型窒化ガリウム系化合物半導体よりなるｎクラ
ッド層と、ｎ型あるいはｐ型の窒化ガリウム系化合物半
導体よりなる活性層と、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導
体よりなるｐクラッド層とが順に積層されたダブルへテ
ロ構造を有しており、さらに前記ｎクラッド層、活性層
およびｐクラッド層は幅５０μｍ以下のストライプ形状
を有することを特徴とする。さらに、図１および図２に
示すように、ｎ型ＧａＮ層には、ストライプに対して対
象なオーミック電極が設けられていることが望ましい。
化合物半導体レーザ素子は、ｎ型ＧａＮ層の上に、少な
くともｎ型窒化ガリウム系化合物半導体よりなるｎクラ
ッド層と、ｎ型あるいはｐ型の窒化ガリウム系化合物半
導体よりなる活性層と、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導
体よりなるｐクラッド層とが順に積層されたダブルへテ
ロ構造を有しており、さらに前記ｎクラッド層、活性層
およびｐクラッド層は幅５０μｍ以下のストライプ形状
を有することを特徴とする。さらに、図１および図２に
示すように、ｎ型ＧａＮ層には、ストライプに対して対
象なオーミック電極が設けられていることが望ましい。
【０００７】また、本発明のレーザ素子は、ｎ型窒化ガ
リウム系化合物半導体よりなるｎクラッド層と、ｎ型あ
るいはｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体よりなる活性
層と 、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体よりなるｐクラ
ッド層とが順に積層されたダブルへテロ構造を有してお
り、少なくとも前記ｐクラッド層は幅５０μｍ以下のス
トライプ形状を有しており、さらにそのｐクラッド層は
アニーリングにより低抵抗にされていることを特徴とす
る。
リウム系化合物半導体よりなるｎクラッド層と、ｎ型あ
るいはｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体よりなる活性
層と 、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体よりなるｐクラ
ッド層とが順に積層されたダブルへテロ構造を有してお
り、少なくとも前記ｐクラッド層は幅５０μｍ以下のス
トライプ形状を有しており、さらにそのｐクラッド層は
アニーリングにより低抵抗にされていることを特徴とす
る。
【０００８】図１は本発明の窒化ガリウム系化合物半導
体レーザ素子の一構造を示す断面図であり、サファイア
基板１上にＧａＮよりなるバッファ層２、Ｓｉをドープ
したｎ型ＧａＮコンタクト層３が形成されている。その
Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層３上に、Ｓｉをドー
プしたｎ型ＧａＡｌＮクラッド層４、Ｓｉをドープした
ｎ型ＩｎＧａＮ活性層５、Ｍｇをドープしたｐ型ＧａＡ
ｌＮクラッド層６、Ｍｇをドープしたｐ型ＧａＮコンタ
クト層７が形成されたダブルヘテロ構造を有しており、
ｐ型コンタクト層７、ｐ型クラッド層６、活性層５、お
よびｎ型クラッド層がストライプ形状を有している。ま
たｐ型ＧａＮコンタクト層７の上にｐ層オーミック電極
８、ｎ型ＧａＮコンタクト層３の上にｎ層オーミック電
極９が形成されている。
体レーザ素子の一構造を示す断面図であり、サファイア
基板１上にＧａＮよりなるバッファ層２、Ｓｉをドープ
したｎ型ＧａＮコンタクト層３が形成されている。その
Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層３上に、Ｓｉをドー
プしたｎ型ＧａＡｌＮクラッド層４、Ｓｉをドープした
ｎ型ＩｎＧａＮ活性層５、Ｍｇをドープしたｐ型ＧａＡ
ｌＮクラッド層６、Ｍｇをドープしたｐ型ＧａＮコンタ
クト層７が形成されたダブルヘテロ構造を有しており、
ｐ型コンタクト層７、ｐ型クラッド層６、活性層５、お
よびｎ型クラッド層がストライプ形状を有している。ま
たｐ型ＧａＮコンタクト層７の上にｐ層オーミック電極
８、ｎ型ＧａＮコンタクト層３の上にｎ層オーミック電
極９が形成されている。
【０００９】また、図２は図１のレーザ素子の断面図を
電極側から見た図である。このように、本発明のレーザ
素子は、ｐ型コンタクト層７〜ｎ型クラッド層４までを
ストライプ形状として、活性層５に導波路を形成してい
る。
電極側から見た図である。このように、本発明のレーザ
素子は、ｐ型コンタクト層７〜ｎ型クラッド層４までを
ストライプ形状として、活性層５に導波路を形成してい
る。
【００１０】前記ストライプを作成するには、ｎ型とｐ
型の窒化ガリウム系化合物半導体層を積層した後、図１
に示した形状となるようにエッチングを行うことが望ま
しい。エッチング法としては、例えばドライエッチング
を用いる。ドライエッチングには、例えば、イオンミリ
ング、ＥＣＲエッチング、反応性イオンエッチング（Ｒ
ＩＥ）、イオンビームアシストエッチング等がある。こ
の時、ストライプ幅ｄは５０μｍ以下、更に好ましくは
２０〜５μｍの範囲とする。
型の窒化ガリウム系化合物半導体層を積層した後、図１
に示した形状となるようにエッチングを行うことが望ま
しい。エッチング法としては、例えばドライエッチング
を用いる。ドライエッチングには、例えば、イオンミリ
ング、ＥＣＲエッチング、反応性イオンエッチング（Ｒ
ＩＥ）、イオンビームアシストエッチング等がある。こ
の時、ストライプ幅ｄは５０μｍ以下、更に好ましくは
２０〜５μｍの範囲とする。
【００１１】このようにして所望のストライプ形状に得
られた半導体を、特開平５−１８３１８９号公報に示す
ように４００℃以上でアニーリングすることにより、ｐ
型ドーパントをドープした窒化ガリウム系化合物半導体
層を低抵抗なｐ型にすることができる。
られた半導体を、特開平５−１８３１８９号公報に示す
ように４００℃以上でアニーリングすることにより、ｐ
型ドーパントをドープした窒化ガリウム系化合物半導体
層を低抵抗なｐ型にすることができる。
【００１２】
【作用】本発明の半導体レーザ素子において、前述した
ようにストライプ幅を５０μｍ以下にして、アニーリン
グを行うと、ｐ型ドーパントをドープした半導体層内の
水素ガスが放出されやすくなるという利点がある。スト
ライプ幅を５０μｍ以下にしてアニーリングすることに
より、水素ガスはストライプの半導体層側面から放出さ
れるため、ストライプ幅を狭くしてアニーリングを行っ
た方が半導体層内の水素ガスが放出されやすくなり、ｐ
型ドーパントをドープした半導体層全体を均一にｐ型化
でき、発光出力の高い半導体レーザ素子を得ることがで
きる。
ようにストライプ幅を５０μｍ以下にして、アニーリン
グを行うと、ｐ型ドーパントをドープした半導体層内の
水素ガスが放出されやすくなるという利点がある。スト
ライプ幅を５０μｍ以下にしてアニーリングすることに
より、水素ガスはストライプの半導体層側面から放出さ
れるため、ストライプ幅を狭くしてアニーリングを行っ
た方が半導体層内の水素ガスが放出されやすくなり、ｐ
型ドーパントをドープした半導体層全体を均一にｐ型化
でき、発光出力の高い半導体レーザ素子を得ることがで
きる。
【００１３】さらにｐ型ドーパントをドープした窒化ガ
リウム系化合物半導体のストライプ幅を狭くすると、も
う一つの利点がある。半導体レーザはｐ層とｎ層間の電
子の授受により電流が流れ発光するものであるが、スト
ライプ幅を狭くすると、そこに電子が集中して入ってく
るので半導体層内の電流密度が大きくなり発振しきい値
電流が減少する。
リウム系化合物半導体のストライプ幅を狭くすると、も
う一つの利点がある。半導体レーザはｐ層とｎ層間の電
子の授受により電流が流れ発光するものであるが、スト
ライプ幅を狭くすると、そこに電子が集中して入ってく
るので半導体層内の電流密度が大きくなり発振しきい値
電流が減少する。
【００１４】
【実施例】以下の実施例で、本発明の窒化ガリウム系半
導体レーザ素子について図面に基づき詳しく述べる。
導体レーザ素子について図面に基づき詳しく述べる。
【００１５】［実施例］ まず、ＭＯＣＶＤ装置を用いてサファイア基板１上にＧ
ａＮバッファ層２を２００オングストローム成長させ
る。続いて、バッファ層２上にＳｉをドープしたｎ型Ｇ
ａＮコンタクト層３を４μｍ、Ｓｉをドープしたｎ型Ｇ
ａＡｌＮクラッド層４を０．２μｍ、Ｓｉをドープした
ｎ型ＩｎＧａＮ活性層５を２００オングストローム、更
にＭｇをドープしたｐ型ＧａＡｌＮクラッド層６を０．
２μｍ、Ｍｇをドープしたｐ型ＧａＮコンタクト層７を
０．５μｍの膜厚で順次成長させる。
ａＮバッファ層２を２００オングストローム成長させ
る。続いて、バッファ層２上にＳｉをドープしたｎ型Ｇ
ａＮコンタクト層３を４μｍ、Ｓｉをドープしたｎ型Ｇ
ａＡｌＮクラッド層４を０．２μｍ、Ｓｉをドープした
ｎ型ＩｎＧａＮ活性層５を２００オングストローム、更
にＭｇをドープしたｐ型ＧａＡｌＮクラッド層６を０．
２μｍ、Ｍｇをドープしたｐ型ＧａＮコンタクト層７を
０．５μｍの膜厚で順次成長させる。
【００１６】次いで、最上層のＭｇドープｐ型ＧａＮ層
７上に所望の形状のマスクを形成し、図１に示したよう
にｎ型ＧａＮ層３が露出されるまでエッチングし、スト
ライプ幅ｄを５０μｍとした導波路を得る。
７上に所望の形状のマスクを形成し、図１に示したよう
にｎ型ＧａＮ層３が露出されるまでエッチングし、スト
ライプ幅ｄを５０μｍとした導波路を得る。
【００１７】エッチング終了後、マスクを剥離し、６０
０℃で１０分間アニーリングを行いＭｇドープＧａＮコ
ンタクト層７及びＭｇドープＧａＡｌＮクラッド層６を
低抵抗化させ、ｐ−ｎ接合を得る。
０℃で１０分間アニーリングを行いＭｇドープＧａＮコ
ンタクト層７及びＭｇドープＧａＡｌＮクラッド層６を
低抵抗化させ、ｐ−ｎ接合を得る。
【００１８】アニーリング後、ｐ電極形成用マスクを形
成し、図１に示すように、ｐ層上にＮｉ／Ａｕを蒸着さ
せｐ層オーミック電極８とする。蒸着後、マスクを剥離
し、続いてｎ電極形成用のマスクを形成し、図１に示す
ように、ｎ層上にＡｌを蒸着させ、ｎ層オーミック電極
９とする。
成し、図１に示すように、ｐ層上にＮｉ／Ａｕを蒸着さ
せｐ層オーミック電極８とする。蒸着後、マスクを剥離
し、続いてｎ電極形成用のマスクを形成し、図１に示す
ように、ｎ層上にＡｌを蒸着させ、ｎ層オーミック電極
９とする。
【００１９】以上のようにして得られたウエハーを、チ
ップ状にカットして半導体レーザ素子を得た。
ップ状にカットして半導体レーザ素子を得た。
【００２０】［比較例］ 上記実施例と同様に、基板上にバッファ層、ｎ型及びｐ
型半導体層を成長させる。半導体層成長後、導波路のス
トライプ幅が６０μｍとなるように、ｐ型ＧａＮコンタ
クト層上にマスクを形成し、ｎ型ＧａＮコンタクト層に
達するまでエッチングを行う。それ以外は、上記実施例
と同様にして半導体レーザ素子を形成した。
型半導体層を成長させる。半導体層成長後、導波路のス
トライプ幅が６０μｍとなるように、ｐ型ＧａＮコンタ
クト層上にマスクを形成し、ｎ型ＧａＮコンタクト層に
達するまでエッチングを行う。それ以外は、上記実施例
と同様にして半導体レーザ素子を形成した。
【００２１】以上のようにして形成されたものについて
レーザ発振を行い、発振しきい値電流密度、発振波長、
素子寿命について比較を行った。すると、導波路の幅を
６０μｍとした従来のものは発振しきい値電流密度３ｋ
Ａ／ｃｍ2で発振波長４２０ｎｍ、素子寿命が約１時間
であったのに対し、本実施例により得られた半導体レー
ザ素子では、発振しきい値電流密度２ｋＡ／ｃｍ2で発
振波長４２０ｎｍ、素子寿命が約１００時間と著しく向
上した。
レーザ発振を行い、発振しきい値電流密度、発振波長、
素子寿命について比較を行った。すると、導波路の幅を
６０μｍとした従来のものは発振しきい値電流密度３ｋ
Ａ／ｃｍ2で発振波長４２０ｎｍ、素子寿命が約１時間
であったのに対し、本実施例により得られた半導体レー
ザ素子では、発振しきい値電流密度２ｋＡ／ｃｍ2で発
振波長４２０ｎｍ、素子寿命が約１００時間と著しく向
上した。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように、窒化ガリウム系化
合物半導体レーザ素子のストライプ幅を５０μｍ以下に
してアニーリングすることにより、ｐ型ドーパントをド
ープした半導体層内の水素ガスが半導体層側面から放出
されやすくなり、面内均一に低抵抗化されたｐ型ＧａＮ
層及びｐ型ＧａＡｌＮ層を得ることが可能となる。従っ
て本発明によれば、発光強度の増加した高輝度な窒化ガ
リウム系化合物半導体レーザ素子を実現できる。さらに
ｎ型ＧａＮ層に、ストライプに対して左右対称の電極を
設けたことにより、電流が均一に流れて発振しやすくな
る。
合物半導体レーザ素子のストライプ幅を５０μｍ以下に
してアニーリングすることにより、ｐ型ドーパントをド
ープした半導体層内の水素ガスが半導体層側面から放出
されやすくなり、面内均一に低抵抗化されたｐ型ＧａＮ
層及びｐ型ＧａＡｌＮ層を得ることが可能となる。従っ
て本発明によれば、発光強度の増加した高輝度な窒化ガ
リウム系化合物半導体レーザ素子を実現できる。さらに
ｎ型ＧａＮ層に、ストライプに対して左右対称の電極を
設けたことにより、電流が均一に流れて発振しやすくな
る。
【図１】 本発明に係る一半導体レーザ素子の概略断面
図。
図。
【図２】 図１のレーザ素子を電極側から見た平面図。
１・・・・サファイア基板 ２・・・・バッファ層 ３・・・・Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層 ４・・・・Ｓｉドープｎ型ＧａＡｌＮクラッド層 ５・・・・Ｓｉドープｎ型ＩｎＧａＮ活性層 ６・・・・Ｍｇドープｐ型ＧａＡｌＮクラッド層 ７・・・・Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層 ８・・・・ｐ層オーミック電極 ９・・・・ｎ層オーミック電極 ｄ・・・・ストライプ幅
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−321280（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−183189（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−72788（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−291183（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−242985（ＪＰ，Ａ) ＪＰＮ．Ｊ．ＡＰＰＬ．ＰＨＹＳ．Ｐ ＡＲＴ２ 35〜１Ｂ！（1996）ＰＰ．Ｌ 74−Ｌ76 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01S 3/18 H01L 33/00
Claims (2)
- 【請求項１】 ｎ型ＧａＮ層の上に、少なくともｎ型窒
化ガリウム系化合物半導体よりなるｎクラッド層と、ｎ
型あるいはｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体よりなる
活性層と、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体よりなるｐ
クラッド層とが順に積層されたダブルへテロ構造を有し
ており、さらに前記ｎクラッド層、活性層およびｐクラ
ッド層は幅５０μｍ以下のストライプ形状を有すること
を特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子。 - 【請求項２】 ｎ型窒化ガリウム系化合物半導体よりな
るｎクラッド層と、ｎ型あるいはｐ型の窒化ガリウム系
化合物半導体よりなる活性層と、ｐ型窒化ガリウム系化
合物半導体よりなるｐクラッド層とが順に積層されたダ
ブルへテロ構造を有しており、少なくとも前記ｐクラッ
ド層は幅５０μｍ以下のストライプ形状を有しており、
さらにそのｐクラッド層はアニーリングにより低抵抗に
されていることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導
体レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31827593A JP2800666B2 (ja) | 1993-12-17 | 1993-12-17 | 窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31827593A JP2800666B2 (ja) | 1993-12-17 | 1993-12-17 | 窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07176826A JPH07176826A (ja) | 1995-07-14 |
| JP2800666B2 true JP2800666B2 (ja) | 1998-09-21 |
Family
ID=18097390
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31827593A Expired - Lifetime JP2800666B2 (ja) | 1993-12-17 | 1993-12-17 | 窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2800666B2 (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5751013A (en) * | 1994-07-21 | 1998-05-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor light-emitting device and production method thereof |
| US6136626A (en) * | 1994-06-09 | 2000-10-24 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Semiconductor light-emitting device and production method thereof |
| US6996150B1 (en) | 1994-09-14 | 2006-02-07 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
| JPH1154831A (ja) * | 1997-08-05 | 1999-02-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体発光素子 |
| US6958497B2 (en) | 2001-05-30 | 2005-10-25 | Cree, Inc. | Group III nitride based light emitting diode structures with a quantum well and superlattice, group III nitride based quantum well structures and group III nitride based superlattice structures |
| US7692182B2 (en) | 2001-05-30 | 2010-04-06 | Cree, Inc. | Group III nitride based quantum well light emitting device structures with an indium containing capping structure |
| DE10261425A1 (de) * | 2002-12-30 | 2004-07-22 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Halbleiterlaserdiode |
| US7534633B2 (en) | 2004-07-02 | 2009-05-19 | Cree, Inc. | LED with substrate modifications for enhanced light extraction and method of making same |
| US7769066B2 (en) | 2006-11-15 | 2010-08-03 | Cree, Inc. | Laser diode and method for fabricating same |
| US7834367B2 (en) | 2007-01-19 | 2010-11-16 | Cree, Inc. | Low voltage diode with reduced parasitic resistance and method for fabricating |
| US8519437B2 (en) | 2007-09-14 | 2013-08-27 | Cree, Inc. | Polarization doping in nitride based diodes |
| US9012937B2 (en) | 2007-10-10 | 2015-04-21 | Cree, Inc. | Multiple conversion material light emitting diode package and method of fabricating same |
-
1993
- 1993-12-17 JP JP31827593A patent/JP2800666B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ＪＰＮ．Ｊ．ＡＰＰＬ．ＰＨＹＳ．ＰＡＲＴ２ ３５〜１Ｂ！（１９９６）ＰＰ．Ｌ７４−Ｌ７６ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07176826A (ja) | 1995-07-14 |
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