JP3220977B2 - 窒化物半導体レーザ素子及び窒化物半導体レーザ素子の製造方法。 - Google Patents
窒化物半導体レーザ素子及び窒化物半導体レーザ素子の製造方法。Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は窒化物半導体（例えば、
ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）よ
りなるレーザ素子と、窒化物半導体レーザ素子の製造方
法に係り、特に面発光レーザ素子と面発光レーザ素子の
製造方法に関する。
ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）よ
りなるレーザ素子と、窒化物半導体レーザ素子の製造方
法に係り、特に面発光レーザ素子と面発光レーザ素子の
製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化物半導体は短波長レーザ光源の材料
として知られており、本出願人はこの材料を用いて青色
レーザ素子で、世界で初めて室温での４０６ｎｍの連続
発振に成功した。（日経エレクトロニクス、１９９６
年、１２月２日号、技術速報）このレーザ素子は活性層
にＩｎXＧａ1-XＮの多重量子井戸構造を有し、活性層両
端の共振面はエッチングにより形成されており、２０℃
において、閾値電流密度３．６ｋＡ／cm2、閾値電圧
５．５Ｖ、１．５ｍＷ出力において、２７時間の連続発
振を示す。
として知られており、本出願人はこの材料を用いて青色
レーザ素子で、世界で初めて室温での４０６ｎｍの連続
発振に成功した。（日経エレクトロニクス、１９９６
年、１２月２日号、技術速報）このレーザ素子は活性層
にＩｎXＧａ1-XＮの多重量子井戸構造を有し、活性層両
端の共振面はエッチングにより形成されており、２０℃
において、閾値電流密度３．６ｋＡ／cm2、閾値電圧
５．５Ｖ、１．５ｍＷ出力において、２７時間の連続発
振を示す。
【０００３】このように一般にレーザ素子はストライプ
型の導波路を有し、活性層端面の劈開面を共振面とされ
ることが多く、現在実用化されている赤外、赤色半導体
レーザは、ほとんどがこの型である。一方、基板に対し
て垂直な方向でレーザ光が出射される、いわゆる面発光
レーザも提案されている。面発光レーザは、レーザ素子
の低閾値化、横モード、縦モード等を安定化させるため
には非常に有用であることが知られているが、赤外、赤
色半導体レーザのみであって、窒化物半導体レーザ素子
ではほとんど知られていない。
型の導波路を有し、活性層端面の劈開面を共振面とされ
ることが多く、現在実用化されている赤外、赤色半導体
レーザは、ほとんどがこの型である。一方、基板に対し
て垂直な方向でレーザ光が出射される、いわゆる面発光
レーザも提案されている。面発光レーザは、レーザ素子
の低閾値化、横モード、縦モード等を安定化させるため
には非常に有用であることが知られているが、赤外、赤
色半導体レーザのみであって、窒化物半導体レーザ素子
ではほとんど知られていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従って本発明の目的と
するところは窒化物半導体を用いた新規な面発光レーザ
素子の構造と、面発光レーザ素子の製造方法とを提供す
ることにある。
するところは窒化物半導体を用いた新規な面発光レーザ
素子の構造と、面発光レーザ素子の製造方法とを提供す
ることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明のレーザ素子は、
ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層との間に活性
層を有しする窒化物半導体レーザ素子において、前記ｎ
型窒化物半導体層若しくはｐ型窒化物半導体層の少なく
とも一方の層内に窒化物半導体と異なる材料よりなる反
射鏡を有することを特徴とする。
ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層との間に活性
層を有しする窒化物半導体レーザ素子において、前記ｎ
型窒化物半導体層若しくはｐ型窒化物半導体層の少なく
とも一方の層内に窒化物半導体と異なる材料よりなる反
射鏡を有することを特徴とする。
【０００６】また本発明のレーザ素子において、前記反
射鏡が誘電体よりなる多層膜であることを特徴とする。
射鏡が誘電体よりなる多層膜であることを特徴とする。
【０００７】さらに、本発明のレーザ素子の製造方法
は、基板表面に誘電体よりなる多層膜を選択的に形成す
る工程と、その多層膜上部に窒化物半導体層を成長させ
る工程と、多層膜上部に形成された窒化物半導体層上部
に活性層を含む窒化物半導体層を成長させる工程と、前
記多層膜を活性層の発光の少なくとも一方の反射鏡とす
る工程とを含むことを特徴とする。
は、基板表面に誘電体よりなる多層膜を選択的に形成す
る工程と、その多層膜上部に窒化物半導体層を成長させ
る工程と、多層膜上部に形成された窒化物半導体層上部
に活性層を含む窒化物半導体層を成長させる工程と、前
記多層膜を活性層の発光の少なくとも一方の反射鏡とす
る工程とを含むことを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例に係る面
発光レーザ素子の構造を示す模式的な断面図である。図
において１は基板、２は第１の窒化物半導体層、３以上
の構造がレーザ素子構造となる窒化物半導体積層構造で
あり、３はバッファ層、４はｎ側クラッド層、５は活性
層、６はｐ側クラッド層、７はｐ側コンタクト層、８は
電流狭窄層、３０は第１の反射鏡、３１は第２の反射鏡
である。このレーザ素子は活性層５の発光を第１の反射
鏡３０と第２の反射鏡３１とで共振させて、基板水平面
対して垂直方向にレーザ発振する。
発光レーザ素子の構造を示す模式的な断面図である。図
において１は基板、２は第１の窒化物半導体層、３以上
の構造がレーザ素子構造となる窒化物半導体積層構造で
あり、３はバッファ層、４はｎ側クラッド層、５は活性
層、６はｐ側クラッド層、７はｐ側コンタクト層、８は
電流狭窄層、３０は第１の反射鏡、３１は第２の反射鏡
である。このレーザ素子は活性層５の発光を第１の反射
鏡３０と第２の反射鏡３１とで共振させて、基板水平面
対して垂直方向にレーザ発振する。
【０００９】本発明のレーザ素子では、レーザ素子の窒
化物半導体層内に窒化物半導体と異なる材料よりなる反
射鏡３０、３１を有している。反射鏡３０、３１の材料
は窒化物半導体と異なる材料であればどのような材料で
も良く、例えばＰｔ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｄ等、反応
時の成長温度にも耐え、融点が１２００℃以上の金属、
好ましくは窒化物半導体の発光に対して吸収の少ない金
属か、又は例えば酸化ケイ素（ＳｉＯX）、窒化ケイ素
（ＳｉXＮY）、酸化チタン（ＴｉＯX）、酸化ジルコニ
ウム（ＺｒＯX）等の酸化物、窒化物よりなる誘電体多
層膜で反射鏡を形成することができる。特に好ましくは
誘電体多層膜を反射鏡として用いる。誘電体多層膜は多
層膜を構成する誘電体の屈折率によって自由に反射鏡の
反射率を変えることができて、レーザ光の出射窓とする
こともできる。
化物半導体層内に窒化物半導体と異なる材料よりなる反
射鏡３０、３１を有している。反射鏡３０、３１の材料
は窒化物半導体と異なる材料であればどのような材料で
も良く、例えばＰｔ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｐｄ等、反応
時の成長温度にも耐え、融点が１２００℃以上の金属、
好ましくは窒化物半導体の発光に対して吸収の少ない金
属か、又は例えば酸化ケイ素（ＳｉＯX）、窒化ケイ素
（ＳｉXＮY）、酸化チタン（ＴｉＯX）、酸化ジルコニ
ウム（ＺｒＯX）等の酸化物、窒化物よりなる誘電体多
層膜で反射鏡を形成することができる。特に好ましくは
誘電体多層膜を反射鏡として用いる。誘電体多層膜は多
層膜を構成する誘電体の屈折率によって自由に反射鏡の
反射率を変えることができて、レーザ光の出射窓とする
こともできる。
【００１０】面発光レーザの場合窒化物半導体層内部に
反射鏡を形成しようとすれば、例えばＡｌＧａＮ、Ｉｎ
ＧａＮ等をそれぞれ、λ／４ｎ（λ：活性層の発光波
長、ｎ：窒化物半導体の屈折率）となるように多層膜に
積層して、反射率の高いブラッグ反射鏡を作製しなけれ
ばならない。反射鏡を作製する場合、ＡｌＮの屈折率が
２．１５、ＧａＮが２．８、ＩｎＮが２．８５〜３．０
５であるが、Ａｌ組成Yの大きいＡｌYＧａ1-YＮ、Ｉｎ
組成Xの大きいＩｎXＧａ1-XＮは非常に成長させにく
く、結晶性の良いものが得られにくい。しかも多層膜と
しても屈折率差を大きくすることは難しい。そのため、
窒化物半導体で反射率の高い反射鏡を形成する自由度が
少ない。一方、誘電体多層膜であると、屈折率の異なる
誘電体が自由に選択できるため、活性層の発光に対して
反射率の高い反射鏡を少ない膜厚、膜数で形成できる。
一般に、窒化物半導体は誘電体の上には成長しにくいと
いう性質があり、通常、選択成長の目的で誘電体が形成
されることが多いが、本発明のように誘電体の上に成長
させる第１の窒化物半導体層２を厚膜で成長させると、
第１の反射鏡３０の上部にまで第１の窒化物半導体層２
が回り込んで成長できるので、窒化物半導体層内部に反
射鏡を形成した状態とすることができる。
反射鏡を形成しようとすれば、例えばＡｌＧａＮ、Ｉｎ
ＧａＮ等をそれぞれ、λ／４ｎ（λ：活性層の発光波
長、ｎ：窒化物半導体の屈折率）となるように多層膜に
積層して、反射率の高いブラッグ反射鏡を作製しなけれ
ばならない。反射鏡を作製する場合、ＡｌＮの屈折率が
２．１５、ＧａＮが２．８、ＩｎＮが２．８５〜３．０
５であるが、Ａｌ組成Yの大きいＡｌYＧａ1-YＮ、Ｉｎ
組成Xの大きいＩｎXＧａ1-XＮは非常に成長させにく
く、結晶性の良いものが得られにくい。しかも多層膜と
しても屈折率差を大きくすることは難しい。そのため、
窒化物半導体で反射率の高い反射鏡を形成する自由度が
少ない。一方、誘電体多層膜であると、屈折率の異なる
誘電体が自由に選択できるため、活性層の発光に対して
反射率の高い反射鏡を少ない膜厚、膜数で形成できる。
一般に、窒化物半導体は誘電体の上には成長しにくいと
いう性質があり、通常、選択成長の目的で誘電体が形成
されることが多いが、本発明のように誘電体の上に成長
させる第１の窒化物半導体層２を厚膜で成長させると、
第１の反射鏡３０の上部にまで第１の窒化物半導体層２
が回り込んで成長できるので、窒化物半導体層内部に反
射鏡を形成した状態とすることができる。
【００１１】
【実施例】図１を元に本発明のレーザ素子の製造方法に
ついて説明する。まず、窒化物半導体と異なる材料より
なる異種基板１の上にＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長
法）、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）、ＭＢＥ
（分子線気相成長法）等の気相成長法を用いて第１の窒
化物半導体層２を成長させる。異種基板１は窒化物半導
体と異なる材料よりなる基板であればどのようなもので
も良く、例えば、サファイアＣ面の他、Ｒ面、Ａ面を主
面とするサファイア、スピネル（ＭｇＡ１2Ｏ4）のよう
な絶縁性基板、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、Ｚ
ｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、Ｓｉ等の従来知られている窒
化物半導体と異なる基板材料を用いることができる。こ
の異種基板上に窒化物半導体層を厚膜で成長させて、窒
化物半導体基板となる第１の窒化物半導体層２を作製す
る。また、この異種基板１はレーザ素子成長後、または
第１の窒化物半導体層２成長後に除去することもでき
る。
ついて説明する。まず、窒化物半導体と異なる材料より
なる異種基板１の上にＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長
法）、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）、ＭＢＥ
（分子線気相成長法）等の気相成長法を用いて第１の窒
化物半導体層２を成長させる。異種基板１は窒化物半導
体と異なる材料よりなる基板であればどのようなもので
も良く、例えば、サファイアＣ面の他、Ｒ面、Ａ面を主
面とするサファイア、スピネル（ＭｇＡ１2Ｏ4）のよう
な絶縁性基板、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、Ｚ
ｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、Ｓｉ等の従来知られている窒
化物半導体と異なる基板材料を用いることができる。こ
の異種基板上に窒化物半導体層を厚膜で成長させて、窒
化物半導体基板となる第１の窒化物半導体層２を作製す
る。また、この異種基板１はレーザ素子成長後、または
第１の窒化物半導体層２成長後に除去することもでき
る。
【００１２】次にこの異種基板１の上に、選択的に第１
の反射鏡３０を形成し、この第１の反射鏡３上部に第１
の窒化物半導体２を成長させる。第１の反射鏡３０は活
性層の発光を共振させるための一方の共振器として作用
する。第１の反射鏡３０の材料としては 反射鏡表面に
窒化物半導体が成長しないか、若しくは成長しにくい性
質を有する材料を好ましく選択し、前記のように、酸化
ケイ素（ＳｉＯX）、窒化ケイ素（ＳｉXＮY）、酸化チ
タン（ＴｉＯX）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯX）等の酸
化物、窒化物よりなる誘電体薄膜を形成する。またこれ
らの多層膜の他、１２００℃以上の融点を有する金属等
を用いることができる。これらの反射鏡材料は、窒化物
半導体の成長温度６００℃〜１１００℃の温度にも耐
え、その表面に窒化物半導体が成長しないか、成長しに
くい性質を有している。反射鏡３０を誘電体多層膜とす
る場合には前記のように各層の膜厚がλ／４ｎとなるよ
うに設計して、少なくとも２層以上積層すれば良い。反
射鏡材料を異種基板１の表面に形成するには、例えば蒸
着、スパッタ、ＣＶＤ等の気相製膜技術を用いることが
できる。また、選択的に形成するためには、フォトリソ
グラフィー技術を用いて、所定の形状を有するフォトマ
スクを作製し、そのフォトマスクを介して、前記材料を
気相製膜することにより、所定の形状を有する反射鏡を
形成できる。反射鏡の形状、大きさは、第１の窒化物半
導体層２が反射鏡３０上部に成長できる範囲であれば特
に問うものではなく、例えばドット状に形成できる。な
お、図１では第１の反射鏡３０を直接異種基板１に接し
て形成しているが、異種基板の上に別の窒化物半導体
層、若しくは窒化物半導体が成長できる半導体薄膜（例
えばＺｎＯ、Ｓｉ、ＳｉＣ等）を薄膜で成長させ、その
半導体薄膜を基板として、第１の反射鏡を選択的に形成
することも本発明の方法の範囲内である。
の反射鏡３０を形成し、この第１の反射鏡３上部に第１
の窒化物半導体２を成長させる。第１の反射鏡３０は活
性層の発光を共振させるための一方の共振器として作用
する。第１の反射鏡３０の材料としては 反射鏡表面に
窒化物半導体が成長しないか、若しくは成長しにくい性
質を有する材料を好ましく選択し、前記のように、酸化
ケイ素（ＳｉＯX）、窒化ケイ素（ＳｉXＮY）、酸化チ
タン（ＴｉＯX）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯX）等の酸
化物、窒化物よりなる誘電体薄膜を形成する。またこれ
らの多層膜の他、１２００℃以上の融点を有する金属等
を用いることができる。これらの反射鏡材料は、窒化物
半導体の成長温度６００℃〜１１００℃の温度にも耐
え、その表面に窒化物半導体が成長しないか、成長しに
くい性質を有している。反射鏡３０を誘電体多層膜とす
る場合には前記のように各層の膜厚がλ／４ｎとなるよ
うに設計して、少なくとも２層以上積層すれば良い。反
射鏡材料を異種基板１の表面に形成するには、例えば蒸
着、スパッタ、ＣＶＤ等の気相製膜技術を用いることが
できる。また、選択的に形成するためには、フォトリソ
グラフィー技術を用いて、所定の形状を有するフォトマ
スクを作製し、そのフォトマスクを介して、前記材料を
気相製膜することにより、所定の形状を有する反射鏡を
形成できる。反射鏡の形状、大きさは、第１の窒化物半
導体層２が反射鏡３０上部に成長できる範囲であれば特
に問うものではなく、例えばドット状に形成できる。な
お、図１では第１の反射鏡３０を直接異種基板１に接し
て形成しているが、異種基板の上に別の窒化物半導体
層、若しくは窒化物半導体が成長できる半導体薄膜（例
えばＺｎＯ、Ｓｉ、ＳｉＣ等）を薄膜で成長させ、その
半導体薄膜を基板として、第１の反射鏡を選択的に形成
することも本発明の方法の範囲内である。
【００１３】次に第１の反射鏡３０を形成した異種基板
１上に、ＳｉドープＧａＮよりなる第１の窒化物半導体
層２を成長させる。第１の窒化物半導体層２の組成はＩ
ｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）であ
れば、どのような組成でも良いが、好ましくはアンドー
プ（undope）若しくはｎ型不純物ドープＧａＮとする。
ＧａＮはクラックの少ない窒化物半導体を厚膜で成長さ
せることができる。またＧａＮにＳｉ、Ｇｅ、Ｓ、Ｓｅ
等の４族元素よりなるｎ型不純物をドープすることもで
きる。ｎ型不純物は、好ましい範囲の導電性を制御し
て、ＧａＮの結晶性を維持するために、１×１０17／cm
3〜５×１０21／cm3の範囲でドープすることが望まし
い。
１上に、ＳｉドープＧａＮよりなる第１の窒化物半導体
層２を成長させる。第１の窒化物半導体層２の組成はＩ
ｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）であ
れば、どのような組成でも良いが、好ましくはアンドー
プ（undope）若しくはｎ型不純物ドープＧａＮとする。
ＧａＮはクラックの少ない窒化物半導体を厚膜で成長さ
せることができる。またＧａＮにＳｉ、Ｇｅ、Ｓ、Ｓｅ
等の４族元素よりなるｎ型不純物をドープすることもで
きる。ｎ型不純物は、好ましい範囲の導電性を制御し
て、ＧａＮの結晶性を維持するために、１×１０17／cm
3〜５×１０21／cm3の範囲でドープすることが望まし
い。
【００１４】第１の反射鏡３０の表面には窒化物半導体
が成長しにくいため、第１の窒化物半導体層２の膜厚は
第１の反射鏡３０上部にまで、窒化物半導体の回り込み
により成長できれば特に限定するものではない。図１に
示すように、最終的なレーザ素子構造として異種基板１
を素子内に残す場合には、膜厚は特に限定しない。一
方、図２、図３に示すように異種基板１を除去したレー
ザ素子を作製する場合には、第１の窒化物半導体層２が
基板となるため、１００μｍ以上、さらに好ましくは１
５０μｍ以上の膜厚で成長させることが望ましい。第１
の窒化物半導体層成長後、その第１の窒化物半導体層の
表面を研磨して鏡面状にすることが望ましい。
が成長しにくいため、第１の窒化物半導体層２の膜厚は
第１の反射鏡３０上部にまで、窒化物半導体の回り込み
により成長できれば特に限定するものではない。図１に
示すように、最終的なレーザ素子構造として異種基板１
を素子内に残す場合には、膜厚は特に限定しない。一
方、図２、図３に示すように異種基板１を除去したレー
ザ素子を作製する場合には、第１の窒化物半導体層２が
基板となるため、１００μｍ以上、さらに好ましくは１
５０μｍ以上の膜厚で成長させることが望ましい。第１
の窒化物半導体層成長後、その第１の窒化物半導体層の
表面を研磨して鏡面状にすることが望ましい。
【００１５】次に、第１の窒化物半導体層２の上に活性
層を有する窒化物半導体層３〜７を順次積層成長させ
る。バッファ層３はＡｌを含む窒化物半導体よりなるｎ
側クラッド層４にクラックを入りにくくする作用があ
り、ｎ型ＧａＮ、ｎ型ＩｎＧａＮを成長させることが望
ましい。ＩｎＧａＮであれば１００オングストローム以
上、０．５μｍ以下の膜厚で成長させることが好まし
い。１００オングストロームよりも薄いとクラック防止
として作用しにくく、０．５μｍよりも厚いと、結晶自
体が黒変する傾向にある。またＧａＮであれば１００オ
ングストローム以上、１０μｍ以下で成長させることが
望ましい。なおこのバッファ層３は窒化物半導体単結晶
よりなる層であり、従来窒化物半導体を基板上に成長さ
せる前に９００℃以下の低温で成長され、多結晶を含む
低温成長バッファ層とは区別する。
層を有する窒化物半導体層３〜７を順次積層成長させ
る。バッファ層３はＡｌを含む窒化物半導体よりなるｎ
側クラッド層４にクラックを入りにくくする作用があ
り、ｎ型ＧａＮ、ｎ型ＩｎＧａＮを成長させることが望
ましい。ＩｎＧａＮであれば１００オングストローム以
上、０．５μｍ以下の膜厚で成長させることが好まし
い。１００オングストロームよりも薄いとクラック防止
として作用しにくく、０．５μｍよりも厚いと、結晶自
体が黒変する傾向にある。またＧａＮであれば１００オ
ングストローム以上、１０μｍ以下で成長させることが
望ましい。なおこのバッファ層３は窒化物半導体単結晶
よりなる層であり、従来窒化物半導体を基板上に成長さ
せる前に９００℃以下の低温で成長され、多結晶を含む
低温成長バッファ層とは区別する。
【００１６】ｎ側クラッド層４は、Ａｌを含む窒化物半
導体を有し、好ましくは互いに組成の異なる膜厚１００
オングストローム以下の窒化物半導体が積層された超格
子構造とすることが望ましい。この層は例えばＳｉを５
×１０18／cm3ドープしたｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりな
る第１の層、２０オングストロームと、アンドープ（un
dope）のＧａＮよりなる第２の層、２０オングストロー
ムとを交互に１００層積層してなる総膜厚０．４μｍの
超格子構造とできる。超格子構造とすると結晶性の良い
キャリア閉じ込め層が形成できる。
導体を有し、好ましくは互いに組成の異なる膜厚１００
オングストローム以下の窒化物半導体が積層された超格
子構造とすることが望ましい。この層は例えばＳｉを５
×１０18／cm3ドープしたｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりな
る第１の層、２０オングストロームと、アンドープ（un
dope）のＧａＮよりなる第２の層、２０オングストロー
ムとを交互に１００層積層してなる総膜厚０．４μｍの
超格子構造とできる。超格子構造とすると結晶性の良い
キャリア閉じ込め層が形成できる。
【００１７】活性層５はＩｎＧａＮを少なくとも一方の
層に含む多重量子井戸構造とする。例えば、アンドープ
Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる井戸層、２５オングストロー
ムと、アンドープＩｎ0.01Ｇａ0.95Ｎよりなる障壁層、
５０オングストロームを交互に積層してなる総膜厚１７
５オングストロームの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活
性層４５を成長させる。
層に含む多重量子井戸構造とする。例えば、アンドープ
Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる井戸層、２５オングストロー
ムと、アンドープＩｎ0.01Ｇａ0.95Ｎよりなる障壁層、
５０オングストロームを交互に積層してなる総膜厚１７
５オングストロームの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活
性層４５を成長させる。
【００１８】ｐ側クラッド層６はｎ側クラッド層４と同
じく、Ａｌを含む窒化物半導体を有し、好ましくは互い
に組成の異なる膜厚１００オングストローム以下の窒化
物半導体が積層された超格子構造とすることが望まし
い。この層は例えばＭｇを１××１０20／cm3ドープし
たｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる第１の層、２０オング
ストロームと、アンドープ（undope）のＧａＮよりなる
第２の層、２０オングストロームとを交互に１００層積
層してなる総膜厚０．４μｍの超格子構造とする。超格
子構造とすると結晶性の良いキャリア閉じ込め層が形成
できる。
じく、Ａｌを含む窒化物半導体を有し、好ましくは互い
に組成の異なる膜厚１００オングストローム以下の窒化
物半導体が積層された超格子構造とすることが望まし
い。この層は例えばＭｇを１××１０20／cm3ドープし
たｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる第１の層、２０オング
ストロームと、アンドープ（undope）のＧａＮよりなる
第２の層、２０オングストロームとを交互に１００層積
層してなる総膜厚０．４μｍの超格子構造とする。超格
子構造とすると結晶性の良いキャリア閉じ込め層が形成
できる。
【００１９】次にｐ側クラッド層６の表面に所定の形状
のマスクを形成して、電流狭窄層１１０を形成する。電
流狭窄層はｎ型の窒化物半導体層、若しくはＳｉＯX、
ＴｉＯX、ＴｉXＮY、Ａｌ2Ｏ3のような誘電体で形成す
る。なお図１に示すように、電流狭窄層には窓部を設
け、窓部が第１の反射鏡３０、第２の反射鏡３１の位置
と縦方向において一致するようにすることは言うまでも
ない。電流を局所的に集中させるため窓部の大きさは例
えば１０μｍφ、１０μｍ角のように１００／μｍ2よ
りも小さくすることが望ましい。
のマスクを形成して、電流狭窄層１１０を形成する。電
流狭窄層はｎ型の窒化物半導体層、若しくはＳｉＯX、
ＴｉＯX、ＴｉXＮY、Ａｌ2Ｏ3のような誘電体で形成す
る。なお図１に示すように、電流狭窄層には窓部を設
け、窓部が第１の反射鏡３０、第２の反射鏡３１の位置
と縦方向において一致するようにすることは言うまでも
ない。電流を局所的に集中させるため窓部の大きさは例
えば１０μｍφ、１０μｍ角のように１００／μｍ2よ
りも小さくすることが望ましい。
【００２０】次に、電流狭窄層８、及び窓部のｐ側クラ
ッド層６の上にｐ側コンタクト層７を成長させる。ｐ側
コンタクト層９は、例えばＭｇを２×１０20／cm3ドー
プしたｐ型ＧａＮを１５０オングストロームの膜厚で成
長させる。ｐ側コンタクト層はＧａＮ最も好ましく成長
させ、膜厚は５００オングストローム以下、さらに好ま
しくは４００オングストローム以下、２０オングストロ
ーム以上に調整することが望ましい。以上のようにし
て、レーザ素子構造となる窒化物半導体層を積層成長さ
せる。
ッド層６の上にｐ側コンタクト層７を成長させる。ｐ側
コンタクト層９は、例えばＭｇを２×１０20／cm3ドー
プしたｐ型ＧａＮを１５０オングストロームの膜厚で成
長させる。ｐ側コンタクト層はＧａＮ最も好ましく成長
させ、膜厚は５００オングストローム以下、さらに好ま
しくは４００オングストローム以下、２０オングストロ
ーム以上に調整することが望ましい。以上のようにし
て、レーザ素子構造となる窒化物半導体層を積層成長さ
せる。
【００２１】第２の反射鏡３１は第１の反射鏡３０と同
じく、金属薄膜、誘電体多層膜で形成することができ
る。但し、第１の反射鏡３１、第２の反射鏡３０のいず
れか一方は誘電体多層膜とする。また第２の反射鏡３１
を活性層５とｐ型コンタクト層９との間に形成すること
もできる。その場合は第１の反射鏡３０と同様に、第２
の反射鏡をｐ型層の表面に選択的に形成して、その上に
新たなｐ型層を第２の反射鏡の表面を覆うように成長さ
せればよい。
じく、金属薄膜、誘電体多層膜で形成することができ
る。但し、第１の反射鏡３１、第２の反射鏡３０のいず
れか一方は誘電体多層膜とする。また第２の反射鏡３１
を活性層５とｐ型コンタクト層９との間に形成すること
もできる。その場合は第１の反射鏡３０と同様に、第２
の反射鏡をｐ型層の表面に選択的に形成して、その上に
新たなｐ型層を第２の反射鏡の表面を覆うように成長さ
せればよい。
【００２２】次にエッチングにより第１の窒化物半導体
層２の表面を露出させ、露出した第１の窒化物半導体層
の上に、例えばＴｉ−Ａｕよりなるｎ電極を設ける。一
方ｐ型コンタクト層９の表面の第２の反射鏡を除く部分
のほぼ全面に例えばＮｉ−Ａｕよりなるｐ電極を形成す
る。ｐ型層はｎ型層に比べて抵抗率が高いために、この
ようにｐ型コンタクト層のほぼ全面にｐ電極を形成する
ことは閾値を低下させる上で有利である。このように構
成した面発光レーザ素子は電流が電流狭窄層８で狭窄さ
れて活性層５に集中し、活性層の発光は第１の反射鏡
と、第２の反射鏡との間で共振してレーザ発振する。
層２の表面を露出させ、露出した第１の窒化物半導体層
の上に、例えばＴｉ−Ａｕよりなるｎ電極を設ける。一
方ｐ型コンタクト層９の表面の第２の反射鏡を除く部分
のほぼ全面に例えばＮｉ−Ａｕよりなるｐ電極を形成す
る。ｐ型層はｎ型層に比べて抵抗率が高いために、この
ようにｐ型コンタクト層のほぼ全面にｐ電極を形成する
ことは閾値を低下させる上で有利である。このように構
成した面発光レーザ素子は電流が電流狭窄層８で狭窄さ
れて活性層５に集中し、活性層の発光は第１の反射鏡
と、第２の反射鏡との間で共振してレーザ発振する。
【００２３】
【００２４】また付言すると、ｎ側クラッド層４と活性
層５との間、及び／又は活性層５とｐ側クラッド層６と
の間にＧａＮ、ＩｎＧａＮ等よりなる第２、第３のバッ
ファ層を成長させることもできる。第２、第３のバッフ
ァ層は１００オングストローム〜１μｍ、さらに好まし
くは２００オングストローム〜５μｍの膜厚で成長させ
ることが望ましい。第２、第３のバッファ層はＧａＮ、
若しくはＩｎＧａＮとすることにより、Ａｌを含むクラ
ッド層に入るのを少なくできる。第２、第３のバッファ
層をｎ型層側に挿入する場合には、半導体層中にｎ型不
純物をドープするか、あるいはアンドープの状態とす
る。一方ｐ型層側に挿入する場合には、ｐ型不純物をド
ープするか、アンドープとする。
層５との間、及び／又は活性層５とｐ側クラッド層６と
の間にＧａＮ、ＩｎＧａＮ等よりなる第２、第３のバッ
ファ層を成長させることもできる。第２、第３のバッフ
ァ層は１００オングストローム〜１μｍ、さらに好まし
くは２００オングストローム〜５μｍの膜厚で成長させ
ることが望ましい。第２、第３のバッファ層はＧａＮ、
若しくはＩｎＧａＮとすることにより、Ａｌを含むクラ
ッド層に入るのを少なくできる。第２、第３のバッファ
層をｎ型層側に挿入する場合には、半導体層中にｎ型不
純物をドープするか、あるいはアンドープの状態とす
る。一方ｐ型層側に挿入する場合には、ｐ型不純物をド
ープするか、アンドープとする。
【００２５】［実施例２］図２は本発明に係る他のレー
ザ素子の構造を示す模式的な断面図であり、図１と同一
符号は同一部材を示している。この素子が図１の素子と
異なる点は、まず異種基板１を除去して第１の窒化物半
導体層２側にｎ電極２１を形成していること、先の実施
例に記載したように第１の反射鏡３１を形成する位置を
第１の窒化物半導体層２を形成する前に、予め形成して
いた第２の窒化物半導体層２’の上に形成していること
である。
ザ素子の構造を示す模式的な断面図であり、図１と同一
符号は同一部材を示している。この素子が図１の素子と
異なる点は、まず異種基板１を除去して第１の窒化物半
導体層２側にｎ電極２１を形成していること、先の実施
例に記載したように第１の反射鏡３１を形成する位置を
第１の窒化物半導体層２を形成する前に、予め形成して
いた第２の窒化物半導体層２’の上に形成していること
である。
【００２６】第２の窒化物半導体層２’は第１の窒化物
半導体層と同一組成の窒化物半導体を成長させることが
望ましく、同じくｎ型不純物をドープしたＧａＮ若しく
はアンドープのＧａＮを成長させることが最も好まし
い。第２の窒化物半導体層２’を成長させることによ
り、第１の窒化物半導体層２を成長させる基板が異種基
板と異なり、窒化物半導体層となるので、第２の窒化物
半導体層２の結晶性が良くなる。
半導体層と同一組成の窒化物半導体を成長させることが
望ましく、同じくｎ型不純物をドープしたＧａＮ若しく
はアンドープのＧａＮを成長させることが最も好まし
い。第２の窒化物半導体層２’を成長させることによ
り、第１の窒化物半導体層２を成長させる基板が異種基
板と異なり、窒化物半導体層となるので、第２の窒化物
半導体層２の結晶性が良くなる。
【００２７】またこのように第１の窒化物半導体層側を
基板とする場合には、第１の窒化物半導体層は１００μ
ｍ以上の膜厚で成長させることが望ましい。さらに第１
の窒化物半導体層側にｎ電極２１を設ける場合には、電
流狭窄層８の窓部の位置に対応する部分にある窒化物半
導体層を除いた部分に形成する。このレーザ素子も同様
に、電流が電流狭窄層８で狭窄されて活性層５に集中
し、活性層の発光は第１の反射鏡と、第２の反射鏡との
間で共振してレーザ発振する。
基板とする場合には、第１の窒化物半導体層は１００μ
ｍ以上の膜厚で成長させることが望ましい。さらに第１
の窒化物半導体層側にｎ電極２１を設ける場合には、電
流狭窄層８の窓部の位置に対応する部分にある窒化物半
導体層を除いた部分に形成する。このレーザ素子も同様
に、電流が電流狭窄層８で狭窄されて活性層５に集中
し、活性層の発光は第１の反射鏡と、第２の反射鏡との
間で共振してレーザ発振する。
【００２８】［実施例３］図３も本発明に係る他のレー
ザ素子の構造を示す模式的な断面図であり、図１と同一
符号は同一部材を示している。この素子が図２の素子と
とほぼ同一の構造を有し、第２の窒化物半導体２’を形
成していない点のみである。このレーザ素子も、電流が
電流狭窄層８で狭窄されて活性層５に集中し、活性層の
発光は第１の反射鏡と、第２の反射鏡との間で共振して
レーザ発振する。
ザ素子の構造を示す模式的な断面図であり、図１と同一
符号は同一部材を示している。この素子が図２の素子と
とほぼ同一の構造を有し、第２の窒化物半導体２’を形
成していない点のみである。このレーザ素子も、電流が
電流狭窄層８で狭窄されて活性層５に集中し、活性層の
発光は第１の反射鏡と、第２の反射鏡との間で共振して
レーザ発振する。
【００２９】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーザ素
子では活性層の発光を反射して、共振させる反射鏡の少
なくとも一方が窒化物半導体素子内に形成された面発光
レーザが得られる。面発光レーザはストライプ共振側の
レーザ素子に比べて単一モードのレーザ光が得られやす
く、また素子自体を小さくできるため、例えば光通信用
光源として、非常に有用なレーザを実現できる。
子では活性層の発光を反射して、共振させる反射鏡の少
なくとも一方が窒化物半導体素子内に形成された面発光
レーザが得られる。面発光レーザはストライプ共振側の
レーザ素子に比べて単一モードのレーザ光が得られやす
く、また素子自体を小さくできるため、例えば光通信用
光源として、非常に有用なレーザを実現できる。
【図１】 本発明の一実施例に係るレーザ素子の構造を
示す模式断面図。
示す模式断面図。
【図２】 本発明の他の実施例に係るレーザ素子の構造
を示す模式断面図。
を示す模式断面図。
【図３】 本発明の他の実施例に係るレーザ素子の構造
を示す模式断面図。
を示す模式断面図。
１・・・・異種基板 ２・・・・第１の窒化物半導体層 ３・・・・バッファ層 ４・・・・ｎ側クラッド層 ５・・・・活性層 ６・・・・ｐ側クラッド層 ７・・・・ｐ側コンタクト層 ８・・・・電流狭窄層 ２０・・・・ｐ電極 ２１・・・・ｎ電極 ３０・・・・第１の反射鏡 ３１・・・・第２の反射鏡
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平８−88441（ＪＰ，Ａ) 電気学会研究会資料 光・量子デバイ ス研究会 ＯＱＤ97−１〜10（1997. １．16）ｐ．49−54 Ｃｏｎｆ．Ｐｒｏｃ．Ｉｎｔ．ＬＥＯ Ｓ Ａｎｎｕ．Ｍｅｅｔ．８ｔｈ Ｖｏ ｌ．２（1995）ｐ．102−103 Ｃｏｎｆ．Ｐｒｏｃ．Ｉｎｔ．ＬＥＯ Ｓ Ａｎｎｕ．Ｍｅｅｔ．11ｔｈ Ｖｏ ｌ．１（1998）ｐ．34−35 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01S 5/00 - 5/50 H01L 33/00 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)
Claims (4)
- 【請求項１】 ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体
層との間に活性層を有する窒化物半導体レーザ素子にお
いて、 前記ｎ型窒化物半導体層若しくはｐ型窒化物半導体層の
少なくとも一方の層内に、窒化物半導体とは異なる材料
よりなる反射鏡が形成されると共に、該反射鏡の表面を
覆うように窒化物半導体が設けられていることを特徴と
する窒化物半導体レーザ素子。 - 【請求項２】 前記反射鏡が、前記ｎ型窒化物半導体層
若しくはｐ型窒化物半導体層の少なくとも一方の層内で
選択的に形成されていることを特徴とする請求項１に記
載の窒化物半導体レーザ素子。 - 【請求項３】 前記反射鏡が誘電体よりなる多層膜であ
ることを特徴とする請求項１又は２に記載の窒化物半導
体レーザ素子。 - 【請求項４】 活性層の発光を反射して共振させる反射
鏡の少なくとも一方として、基板表面に誘電体よりなる
多層膜の反射鏡を選択的に形成する工程と、その反射鏡
の表面を覆うように窒化物半導体層を成長させる工程と
を含むことを特徴とする窒化物半導体レーザ素子の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11661397A JP3220977B2 (ja) | 1997-05-07 | 1997-05-07 | 窒化物半導体レーザ素子及び窒化物半導体レーザ素子の製造方法。 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11661397A JP3220977B2 (ja) | 1997-05-07 | 1997-05-07 | 窒化物半導体レーザ素子及び窒化物半導体レーザ素子の製造方法。 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10308558A JPH10308558A (ja) | 1998-11-17 |
| JP3220977B2 true JP3220977B2 (ja) | 2001-10-22 |
Family
ID=14691522
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11661397A Expired - Fee Related JP3220977B2 (ja) | 1997-05-07 | 1997-05-07 | 窒化物半導体レーザ素子及び窒化物半導体レーザ素子の製造方法。 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3220977B2 (ja) |
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| JP2000022282A (ja) * | 1998-07-02 | 2000-01-21 | Fuji Xerox Co Ltd | 面発光型発光素子及びその製造方法 |
| JP2000114657A (ja) * | 1998-10-05 | 2000-04-21 | Fuji Xerox Co Ltd | 面発光型半導体レーザおよび面発光型半導体レーザの製造方法 |
| JP2000174392A (ja) * | 1998-12-04 | 2000-06-23 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体発光素子 |
| US6376269B1 (en) * | 1999-02-02 | 2002-04-23 | Agilent Technologies, Inc. | Vertical cavity surface emitting laser (VCSEL) using buried Bragg reflectors and method for producing same |
| US6280523B1 (en) * | 1999-02-05 | 2001-08-28 | Lumileds Lighting, U.S., Llc | Thickness tailoring of wafer bonded AlxGayInzN structures by laser melting |
| US6320206B1 (en) * | 1999-02-05 | 2001-11-20 | Lumileds Lighting, U.S., Llc | Light emitting devices having wafer bonded aluminum gallium indium nitride structures and mirror stacks |
| US20010042866A1 (en) * | 1999-02-05 | 2001-11-22 | Carrie Carter Coman | Inxalygazn optical emitters fabricated via substrate removal |
| JP2000349393A (ja) | 1999-03-26 | 2000-12-15 | Fuji Xerox Co Ltd | 半導体デバイス、面発光型半導体レーザ、及び端面発光型半導体レーザ |
| JP5523277B2 (ja) * | 2000-04-26 | 2014-06-18 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | 発光半導体素子並びに発光性半導体素子の製造方法 |
| JP4360066B2 (ja) * | 2001-07-09 | 2009-11-11 | 日亜化学工業株式会社 | 窒化ガリウム系発光素子 |
| JP4194854B2 (ja) * | 2003-01-31 | 2008-12-10 | シャープ株式会社 | 酸化物半導体発光素子 |
| JP3839799B2 (ja) | 2003-08-06 | 2006-11-01 | ローム株式会社 | 半導体発光素子 |
| US7345297B2 (en) | 2004-02-09 | 2008-03-18 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor device |
| KR100667506B1 (ko) | 2005-08-02 | 2007-01-10 | 엘지전자 주식회사 | 금속 질화막을 갖는 발광 다이오드 및 그 제조방법 |
| JP6183045B2 (ja) * | 2013-08-09 | 2017-08-23 | ソニー株式会社 | 発光素子及びその製造方法 |
| CN106537617B (zh) | 2014-05-27 | 2019-04-16 | 斯兰纳Uv科技有限公司 | 使用半导体结构和超晶格的高级电子装置结构 |
| JP6817072B2 (ja) * | 2014-05-27 | 2021-01-20 | シランナ・ユー・ブイ・テクノロジーズ・プライベート・リミテッドＳｉｌａｎｎａ Ｕｖ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ Ｐｔｅ Ｌｔｄ | 光電子デバイス |
| US11322643B2 (en) | 2014-05-27 | 2022-05-03 | Silanna UV Technologies Pte Ltd | Optoelectronic device |
| JP6986349B2 (ja) | 2014-05-27 | 2021-12-22 | シランナ・ユー・ブイ・テクノロジーズ・プライベート・リミテッドSilanna Uv Technologies Pte Ltd | ｎ型超格子及びｐ型超格子を備える電子デバイス |
| CN106663919B (zh) | 2014-06-17 | 2020-03-10 | 索尼公司 | 发光元件及其制造方法 |
| JP6699561B2 (ja) * | 2014-12-26 | 2020-05-27 | ソニー株式会社 | 光半導体デバイス |
| JP6780505B2 (ja) * | 2015-02-05 | 2020-11-04 | ソニー株式会社 | 発光素子及びその製造方法 |
| JP6973077B2 (ja) * | 2015-09-02 | 2021-11-24 | ソニーグループ株式会社 | 窒化物面発光レーザ |
| US11611196B2 (en) | 2016-12-20 | 2023-03-21 | Sony Corporation | Light emitting element |
| WO2018235413A1 (ja) | 2017-06-20 | 2018-12-27 | ソニー株式会社 | 面発光半導体レーザおよびその製造方法 |
-
1997
- 1997-05-07 JP JP11661397A patent/JP3220977B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Ｃｏｎｆ．Ｐｒｏｃ．Ｉｎｔ．ＬＥＯＳ Ａｎｎｕ．Ｍｅｅｔ．１１ｔｈ Ｖｏｌ．１（１９９８）ｐ．３４−３５ |
| Ｃｏｎｆ．Ｐｒｏｃ．Ｉｎｔ．ＬＥＯＳ Ａｎｎｕ．Ｍｅｅｔ．８ｔｈ Ｖｏｌ．２（１９９５）ｐ．１０２−１０３ |
| 電気学会研究会資料 光・量子デバイス研究会 ＯＱＤ９７−１〜１０（１９９７．１．１６）ｐ．４９−５４ |
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| JPH10308558A (ja) | 1998-11-17 |
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