JP3272588B2 - 窒化物半導体レーザ素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、窒化物半導体（Ｉｎ_X
Ａｌ_YＧａ_1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）よりなる
レーザ素子に関する

【０００２】

【従来の技術】窒化物半導体はバンドギャップが１．９
５ｅＶ〜６．０ｅＶまであり、直接遷移型の材料である
ので、紫外〜赤色までの半導体レーザ素子の材料として
従来より注目されている。

【０００３】窒化物半導体よりなるレーザ素子には従来
いくつかの構造が提案されている。例えば特開平６−２
８３８２５号公報では、ノンドープＡｌＧａＮ活性層を
ｎ型とｐ型のＡｌＧａＮクラッド層で挟んだダブルへテ
ロ構造のレーザ素子が示されており、また特開平６−１
５２０７２号公報では、四元混晶のノンドープＩｎＡｌ
ＧａＮ活性層をその活性層と格子整合したｎ型とｐ型の
ＩｎＡｌＧａＮクラッド層で挟んだダブルへテロ構造の
レーザ素子が示されている。また、特開平６−６１５２
７号公報ではノンドープＩｎＧａＮをｎ型とｐ型のＩｎ
ＡｌＧａＮ層で挟んだダブルへテロ構造のレーザ素子が
示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、窒化物
半導体によるレーザ素子は未だ実現していない。それに
は多くの原因があるが、そのひとつとして活性層の電流
狭窄と、光閉じ込めの技術が全く報告されておらず、非
常に困難であるからである。従って本発明は窒化物半導
体の新規な電流狭窄と、光閉じ込め技術を提案すること
により、レーザ素子を実現することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】我々は基板上に窒化物半
導体がダブルへテロ構造に積層された素子の側面に、活
性層よりも屈折率の小さい別の窒化物半導体よりなる光
閉じ込め層を形成し、その光閉じ込め層で電流狭窄する
ことにより前記課題が解決できることを新規に見いだし
本発明を成すに至った。即ち、本発明の窒化物半導体レ
ーザ素子は、基板の上に少なくともｎ型クラッド層と活
性層とｐ型クラッド層とが順に積層された構造を有する
窒化物半導体レーザ素子において、前記ｎ型クラッド
層、活性層、およびｐ型クラッド層に接して、活性層よ
りも屈折率が小さい第一のｐ型窒化物半導体層が形成さ
れ、その第一のｐ型窒化物半導体層に接して、第二のｎ
型窒化物半導体層が形成され、さらにそのｎ型窒化物半
導体層に接して、正電極およびｐ型クラッド層と電気的
に接続された第三のｐ型窒化物半導体層が形成されてい
ることを特徴とする。

【０００６】図１は本発明のレーザ素子の基本的な構造
を示す模式断面図である。このレーザ素子は基板１０の
上にｎ型クラッド層２０と活性層３０とｐ型クラッド層
４０とを積層したダブルへテロ構造である。この構造で
はｎ型クラッド層２０が負電極６０と直接接したｎ型コ
ンタクト層を兼ねており、ｐ型クラッド層４０は正電極
６１と電気的に接続したｐ型コンタクト層を兼ねてい
る。本発明のレーザ素子ではｎ型クラッド層２０と活性
層３０およびｐ型クラッド層４０に接して、第一のｐ型
窒化物半導体層５０を形成し、第一のｐ型クラッド層に
接して第二のｎ型窒化物半導体層５１を形成し、第二の
ｎ型窒化物半導体層５１に接して、正電極６１およびｐ
型クラッド層４０と電気的に接続して電流狭窄する第三
のｐ型窒化物半導体層５２を形成している。この窒化物
半導体層５０、５１、５２は、基板に対して水平方向の
活性層の光閉じ込めを実現すると共に、３層構造による
ｐ−ｎ−ｐ接合により順方向の電流をブロックする電流
狭窄層を実現している。但し、請求項１においてクラッ
ド層とは、２つの主面を有する活性層を挟んでその活性
層のそれぞれの主面に接する、互いに導電型の異なる窒
化物半導体層を指すものとする。

【０００７】次に、図２に本発明の窒化物半導体レーザ
素子の最も好ましい構造を表す模式断面図を示す。この
レーザ素子は図１と同じく電極ストライプ型のレーザ素
子の構造を示している。このレーザ素子は基板１０の表
面に、バッファ層１１、ｎ型コンタクト層２１、第一の
ｎ型クラッド層２２、第二のｎ型クラッド層２３、活性
層３０、第二のｐ型クラッド層４３、第一のｐ型クラッ
ド層４２、ｐ型コンタクト層４１とを順に積層した、い
わゆる分離閉じ込め型のダブルへテロ構造を有してお
り、ｎ型コンタクト層２１には負電極６０が直接接し
て、ｐ型コンタクト層４１には正電極６１が電気的に接
続して形成され、同一面側から電極を取り出したフリッ
プチップ方式のレーザ素子である。

【０００８】基板１０にはサファイア（Ｃ面、Ｒ面、Ａ
面を含む。）、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈを含む。）、Ｓｉ、
ＺｎＯ、ＧａＡｓ等が使用できるが、一般的にはサファ
イア、またはＳｉＣを使用する。バッファ層１１は基板
と窒化物半導体との格子定数不整を緩和するために形成
され、通常ＧａＮ、ＡｌＮ等が形成されるが、基板にＳ
ｉＣ、ＺｎＯのように窒化物半導体と格子定数が近い材
料を使用した際には形成しない場合もある。

【０００９】ｎ型コンタクト層２１としてはＧａＮ、Ａ
ｌＧａＮ等の二元混晶、または三元混晶の半導体層が結
晶性の良いものが得られる。特にＧａＮとすると負電極
材料と好ましいオーミックが得られる。ｎ型とするには
半導体層にＳｉ、Ｇｅ、Ｓ等のドナー不純物をドープす
る。

【００１０】次の第一のｎ型クラッド層２２は第二のｎ
型クラッド層よりもバンドギャップが大きい窒化物半導
体を形成し、特に前記ドナー不純物をドープしたｎ型Ａ
ｌＧａＮは結晶性が良く、またバンドギャップの大きい
半導体層が得られる。

【００１１】次の第二のｎ型クラッド層２３は活性層３
０よりもバンドギャップが大きい窒化物半導体層を形成
し、特に前記ドナー不純物をドープしたｎ型ＩｎＧａＮ
が好ましい。また後に述べるように、第二のｎ型クラッ
ド層２３は活性層３０との組み合わせにおいてもＩｎＧ
ａＮが好ましく、レーザ発振させるためにはＩｎＧａＮ
よりなるこの第二のｎ型クラッド層２３を形成すること
は特に好ましい。

【００１２】次の活性層３０はノンドープのＩｎＧａＮ
とすると、およそ６３５ｎｍ〜３６５ｎｍ付近のバンド
間発光が得られる。好ましくはインジウムのモル比をガ
リウムに対して半分以下にしたＩｎＧａＮが結晶性が良
く、レーザ素子の寿命が長い。また、活性層を数十オン
グストロームの膜厚で３層以上積層した多層膜、つまり
多重量子井戸構造としてもよい。特に好ましく活性層は
単一量子井戸（ＳＱＷ：single quantum well）構造若
しくは多重量子井戸（ＭＱＷ：multi quantum well）構
造とすると非常に出力の高い発光素子が得られる。ＳＱ
Ｗ、ＭＱＷとはノンドープのＩｎＧａＮによる量子準位
間の発光が得られる活性層の構造を指し、例えばＳＱＷ
では活性層を単一組成のＩｎ_XＧａ_1-XＮ（０≦X＜１）
で構成した層であり、Ｉｎ_XＧａ_1-XＮの膜厚を１００オ
ングストローム以下、さらに好ましくは７０オングスト
ローム以下とすることにより量子準位間の強い発光が得
られる。またＭＱＷは組成比の異なるＩｎ_XＧａ_1-XＮ
（この場合X＝０、X＝１を含む）の薄膜を複数積層した
多層膜とする。このように活性層をＳＱＷ、ＭＱＷとす
ることにより量子準位間発光で、約３６５ｎｍ〜６６０
ｎｍまでの発光が得られる。量子構造の井戸層の厚さと
しては、前記のように７０オングストローム以下が好ま
しい。多重量子井戸構造では井戸層はＩｎXＧａ1-XＮで
構成し、障壁層は同じくＩｎ_YＧａ_1-YＮ（Y＜X、この場
合Y＝０を含む）で構成することが望ましい。特に好ま
しくは井戸層と障壁層をＩｎＧａＮで形成すると同一温
度で成長できるので結晶性のよい活性層が得られる。障
壁層の膜厚は１５０オングストローム以下、さらに好ま
しくは１２０オングストローム以下にすると高出力な発
光素子が得られる。

【００１３】次の第二のｐ型クラッド層４３は第二のｎ
型クラッド層２３と同じく活性層よりもバンドギャップ
の大きい窒化物半導体を形成し、特に好ましくはアクセ
プター不純物をドープしたｐ型ＩｎＧａＮが好ましい。
アクセプター不純物としては例えばＺｎ、Ｍｇ、Ｃｄ等
のII族元素、Ｃ（カーボン）等があり、これらの不純物
をドープした後、アニーリングすることにより好ましい
ｐ型窒化物半導体が得られる。ここで、第二のｎ型クラ
ッド層２３と活性層３０と第二のｐ型クラッド層４３と
の組み合わせにおいて、活性層３０の膜厚を３００オン
グストロームよりも薄くすることにより第二のｎ型クラ
ッド層２３と第二のｐ型クラッド層４３との界面に、弾
性的な歪が発生し、歪量子井戸構造のレーザ素子が実現
されるので、さらにレーザ発振が容易となる。特にこの
弾性的な歪は活性層３０をＩｎＧａＮとし、第二のｎ型
クラッド層４３を活性層６よりもバンドギャップの大き
いｎ型ＩｎＧａＮとした際に発生する傾向にあるので、
第二のｐ型クラッド層４３は省略することもできる。

【００１４】次に、第一のｐ型クラッド層４２は活性層
３０、または第二のｐ型クラッド層４３よりもバンドギ
ャップの大きい窒化物半導体で形成し、特に好ましくは
前記アクセプター不純物をドープしたｐ型ＡｌＧａＮに
すると結晶性が良く、またバンドギャップの大きい半導
体層が得られる。またドープ後、さらに低抵抗なｐ型に
する目的で４００℃以上でアニーリングを行っても良
い。

【００１５】次に、ｐ型コンタクト層４１はｎ型コンタ
クト層２１と同じくアクセプター不純物をドープしたｐ
型ＧａＮ、ｐ型ＡｌＧａＮ等の二元混晶、または三元混
晶の半導体層が結晶性の良いものが得られる。特にＧａ
Ｎとすると正電極材料と好ましいオーミックが得られ
る。

【００１６】以上、本発明のレーザ素子の最も好ましい
構造について述べたが、本発明のレーザ素子では、基板
に積層する窒化物半導体層を全てＧａＮ、ＡｌＧａＮ、
ＩｎＧａＮ等の二元混晶、あるいは三元混晶の窒化物半
導体で形成することが好ましい。従来提案されている窒
化物半導体レーザ素子は格子整合に重点をおいているの
で、四元混晶の窒化物半導体がいずれかの層に含まれて
いる。ところが四元混晶の窒化物半導体を成長すると、
レーザ発振が得られるような結晶性のよい半導体は得ら
れにくい。従って、本発明のレーザ素子においては、元
となる半導体層は二元混晶あるいは三元混晶の窒化物半
導体で構成することが特に好ましいのである。

【００１７】次に、本発明の最も特徴である光閉じ込め
層について述べる。図１および図２において、まず前記
した活性層３０、クラッド層２０、４０、２３、４３等
に接して、活性層の発光を閉じ込める層として活性層よ
りも屈折率が小さい第一のｐ型窒化物半導体層５０を形
成している。さらにそのｐ型窒化物半導体層５０に接し
て、順方向の電流をブロックするためのｎ−ｐ接合を達
成する第二のｎ型窒化物半導体層５１を形成している。
さらに、第二のｎ型窒化物半導体層５１に接して、順方
向の電流を供給する正電極６１、およびｐ型クラッド層
４０、４２、４３と電気的に接続する層として第三のｐ
型窒化物半導体層５２を積層した少なくとも３層構造を
有している。

【００１８】第一のｐ型窒化物半導体層５０は、活性層
３０の光を閉じ込めるため、活性層よりも屈折率が小さ
いｐ型の窒化物半導体で形成する。例えば活性層３０が
ＡｌＧａＮである場合、活性層の窒化物半導体よりもＡ
ｌ混晶比の大きいｐ型ＡｌＧａＮ、また活性層がＩｎＧ
ａＮである場合は、活性層よりもＩｎ混晶比の小さいｐ
型ＩｎＧａＮ、もしくはｐ型ＡｌＧａＮを第一のｐ型窒
化物半導体層に形成することができる。その中でも特に
好ましくはｐ型Ａｌ_aＧａ_1-aＮ（０≦a≦１）を選択す
る。なぜなら、Ａｌ_aＧａ_1-aＮはアクセプター不純物を
ドープして最もｐ型になりやすく、また前記のように三
元混晶、二元混晶でもあるので結晶性に優れた半導体層
が得られるからである。さらにａ値を０≦a≦０．５の
範囲に調整することにより、最も結晶性に優れたＡｌ_a
Ｇａ_1-aＮが得られる傾向にある。さらにまた、好まし
い活性層ＩｎＧａＮとの組み合わせにおいて、活性層と
の屈折率差を最も大きくして、光閉じ込め効果を高める
ことができる。

【００１９】次に、第二のｎ型窒化物半導体層５１は前
記第一のｐ型窒化物半導体層２０に接して形成すること
により両半導体層の界面でｎ−ｐ接合を達成している。
ｎ−ｐ接合は順方向の電流に対しては完全な絶縁層とな
るので、順方向に流れる電流をブロックして電流狭窄層
となる。この第二のｎ型窒化物半導体層はｎ型の窒化物
半導体であればどのような組成でもよいが、特に好まし
くはｎ型Ａｌ_bＧａ_1-bＮ（０≦b≦１）を形成する。な
ぜなら前記のようにＡｌ_bＧａ_1-bＮは好ましい活性層Ｉ
ｎＧａＮに対して屈折率差が大きく、またドナー不純物
をドープして結晶性の良いｎ型Ａｌ_bＧａ_1-bＮが得られ
るからである。さらに好ましくはｂ値を０≦b≦０．５
の範囲に調整すると最も優れた結晶性を示すＡｌ_bＧａ
_1-bＮが得られる傾向にある。

【００２０】次に、第三のｐ型窒化物半導体層５２は、
順方向の電流を流す正電極６１、およびｐ型クラッド層
４０、４２、４３と電気的に接続している。正電極６１
から注入される順方向の電流は、前記第二のｎ型窒化物
半導体層５１と前記第一のｐ型窒化物半導体層５０の積
層構造によるｎ−ｐ接合で逆バイアスが係るので電流は
阻止される。しかし、第三のｐ型窒化物半導体層５２は
ｐ型クラッド層と電気的に接続しているので、接続部に
電流が集中して電流狭窄層として作用する。この第三の
ｐ型窒化物半導体層５２は、第一のｐ型窒化物半導体層
５０と同じ理由で、ｐ型Ａｌ_cＧａ_1-cＮ（０≦c≦１）
を好ましく形成し、さらに好ましくはｃ値を０≦c≦
０．５の範囲に調整したものを形成する。特に第三のｐ
型窒化物半導体層５２に関してはｐ型ＧａＮが最も好ま
しい。なぜならこの層は正電極およびｐ型クラッド層と
電気的に接続するので、ＧａＮで形成すると正電極と好
ましいオーミック接触が得られやすいからである。ｐ型
ＧａＮと特に好ましいオーミック接触が得られる電極材
料としては少なくともＮｉとＡｕとを含む電極材料であ
り、特にＮｉをｐ型ＧａＮと接触する電極にすると、非
常に好ましいオーミック接触が得られる。

【００２１】

【作用】図４は従来の窒化物半導体レーザ素子の一構造
を示す模式断面図である。図４のレーザ素子は特開平６
−１５２０７２号公報に開示されているものであって、
基板１００の上に高配向性の窒化物半導体層１０１とｎ
型のクラッド層１０２と活性層１０３とｐ型クラッド層
１０４を積層し、活性層の周囲を半絶縁性（ｉ）型の窒
化物半導体１１０で包囲した埋め込みへテロ型のレーザ
素子である。なお図４で１０５は負電極、１０６が正電
極である。

【００２２】従来の構造のレーザ素子では電流狭窄（電
流阻止）をｉ型の窒化物半導体層で行っている。一方本
願のレーザ素子ではｎ−ｐ接合を有する窒化物半導体で
行っている点で異なる。ｉ型の窒化物半導体は完全な絶
縁性ではなく電流をわずかながら通すので、活性層の電
流密度が上がりにくい。ところが本願では順方向と逆の
ｎ−ｐ接合であるので順方向に対してはｉ型よりも優れ
た絶縁体であるので活性層に電流を集中させることがで
きる。

【００２３】また第三のｐ型窒化物半導体層はｐ型クラ
ッド層と電気的に接続している。つまり図１、図２に示
すように一部がエッチングされたｐ型クラッド層、ｐ型
コンタクト層の表面にも接して形成されている。ｐ型窒
化物半導体はエッチングで表面が傷つけられると正電極
と非常にオーミックコンタクトしにくくなる。しかし、
本発明ではこの第三のｐ型窒化物半導体がエッチング面
を覆っているので、実際に正電極を設けるのはエッチン
グされていない第三のｐ型窒化物半導体層となる。従っ
て、電極とのオーミック性が良くなり低しきい値で容易
にレーザ発振するのである。このように、第三のｐ型窒
化物半導体層を形成するのは本願が最初である。

【００２４】

【実施例】

［実施例１］厚さ３５０μｍ、２インチφのサファイア
基板１０のＣ面（０００１）に、ＧａＮよりなるバッフ
ァ層１１を２００オングストローム、Ｓｉドープｎ型Ｇ
ａＮよりなるｎ型コンタクト層２１を５μｍ、Ｓｉドー
プｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる第一のｎ型クラッド層
２２を０．１μｍ、Ｓｉドープｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｎ
よりなる第二のｎ型クラッド層２３を５００オングスト
ローム、ノンドープＩｎ0.08Ｇａ0.92Ｎよりなる活性層
３０を１００オングストローム、Ｍｇドープｐ型Ｉｎ0.
01Ｇａ0.99Ｎよりなる第二のｐ型クラッド層４３を５０
０オングストローム、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ
よりなる第一のｐ型クラッド層４２を０．１μｍ、Ｍｇ
ドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層４１を０．
５μｍの膜厚で順に成長させる。

【００２５】成長後ｐ型コンタクト層４１の表面に所定
の形状のマスクを形成し、ウェーハをＲＩＥ（反応性イ
オンエッチング）装置でｎ型コンタクト層２１が露出す
るまでエッチングする。エッチング後、マスクを除去し
たウェーハの構造を示す模式断面図を図５に示す。

【００２６】エッチング終了後、露出したｎ型コンタク
ト層２１の表面に所定の形状のマスクを形成して、再度
窒化物半導体の選択成長を行い、逆方向のｐ−ｎ接合を
達成した光閉じ込め層を形成する。まずＭｇドープｐ型
Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなる第一のｐ型窒化物半導体層５
０を０．１μｍの膜厚で成長させ、その上にＳｉドープ
ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎよりなる第二のｎ型窒化物半導体
層５１を０．１μｍの膜厚で成長させる。成長後、マス
クを除去したウェーハの構造を示す模式断面図を図６に
示す。

【００２７】次に第二の窒化物半導体層５１の表面に所
定の形状のマスクを形成して、第一、第二の窒化物半導
体層５０、５１、ｐ型コンタクト層４１の一部をエッチ
ングする。このエッチングは幅４μｍのストライプ形状
とすることにより、第一、第二の窒化物半導体層５０、
５１が電流狭窄層となるものである。エッチング後、マ
スクを除去したウェーハの構造を示す模式断面図を図７
に示す。

【００２８】エッチング後、露出したｎ型コンタクト層
２１の表面にマスクを形成し、マスクの上から再び選択
成長を行い、Ｍｇドープｐ型ＧａＮよりなる第三のｐ型
窒化物半導体層５２を０．１μｍの膜厚で成長させる。
図２に示すようにこの第三のｐ型窒化物半導体層５２
は、第二のｎ型窒化物半導体層５１と第一のｎ型窒化物
半導体層５１とに接しており、さらにエッチングにより
露出したｐ型コンタクト層４１に接して、ｐ型クラッド
層４２、４３と電気的に接続している。第三のｐ型窒化
物半導体層５２を形成することにより、正電極形成時、
エッチングにより表面が荒れたｐ型結晶（ｐ型コンタク
ト層４１）に電極を形成するよりも、結晶成長後の鏡面
に近いｐ型結晶（第三のｐ型窒化物半導体層５２）に電
極が形成できるので、ｐ型層とオーミックが得られやす
くなり、発振時のしきい値電流を低下させることができ
る。

【００２９】次に、エッチングしたストライプ形状に従
って、第三の窒化物半導体層５２の表面にＮｉ／Ａｕよ
りなる正電極６１をストライプ状に形成し、ｎ型コンタ
クト層２１にはＴｉ／Ａｌよりなる負電極６０をストラ
イプ状に形成する。

【００３０】次に、サファイア基板１０を研磨して１５
０μｍ以下にした後、ストライプ状の電極に垂直な方向
でウェーハを割り、その劈開面を窒化物半導体面を共振
面とする図１に示すようなレーザチップを作製した。こ
のチップをヒートシンクに設置しレーザ素子としたとこ
ろ、このレーザ素子は常温で、しきい値電流密度１．５
ｋＡ／cm²以上でレーザ発振が確認され、発振波長３９
０ｎｍであった。

【００３１】［実施例２］図３を元に実施例２を説明す
る。図３は面発光型のレーザ素子の構造を示す模式断面
図である。実施例１において第一の窒化物半導体層５
０、第二の窒化物半導体層５１を形成するまでは同様の
操作を行う。次に第一、第二の窒化物半導体層５０、５
１、ｐ型コンタクト層４１の一部をエッチングしてｐ型
コンタクト層４１を露出させるのであるが、エッチング
形状は面発光レーザであるので、数十μmφの円形とす
る。

【００３２】エッチング後、実施例１と同様にして、ｎ
型コンタクト層２０の表面にマスクを形成した後、Ｍｇ
ドープｐ型ＧａＮよりなる第三のｐ型窒化物半導体層５
２を０．１μｍの膜厚で形成する。

【００３３】次に第三の窒化物半導体層５２に所定のマ
スクを施し、エッチング箇所に対応する第三の窒化物半
導体層５２の表面にＳｉＯ₂とＺｒＯ₂よりなる誘電体多
層膜７０を形成する。但し、誘電体多層膜７０は活性層
の発光を反射するように設計することはいうまでもな
い。またサファイア基板１０側にも同様にしてＳｉＯ₂
とＺｒＯ₂よりなる誘電体多層膜７１を形成する。

【００３４】次に第三の窒化物半導体層５２の表面にＮ
ｉ／Ａｕよりなる正電極６１、ｎ型コンタクト層２１に
Ｔｉ／Ａｌよりなる負電極６０を形成する。但し、正電
極６１の形状は実施例１のようにストライプ型ではなく
通常の円形である。

【００３５】電極形成後、ウェーハをダイシングにより
チップ状に分離し、実施例１と同様にしてヒートシンク
上に設置してレーザ素子としたところ、同じく常温で、
しきい値電流密度１．５ｋＡ／cm²以上で発振波長３９
０ｎｍのレーザ発振が確認された。

【００３６】［実施例３］実施例１において、活性層６
を成長させる際、ノンドープＩｎ0.08Ｇａ0.92Ｎよりな
る井戸層を２５オングストローム、その上にノンドープ
Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｎよりなる障壁層を５０オングストロ
ームの膜厚で成長させる。この操作を１３回繰り返し、
最後に井戸層を積層して総厚１０００オングストローム
の活性層６を成長させた。後は実施例１と同様にしてレ
ーザ素子としたところ、同じく、しきい値電流密度１．
５ｋＡ／cm²以上で発振波長３９０ｎｍのレーザ発振が
確認された。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーザ素
子は第一のｐ型窒化物半導体層５０と第二のｎ型窒化物
半導体層５１と、第三のｐ型窒化物半導体層５２とのｐ
−ｎ−ｐ接合で順方向の電流を完全にブロックできるの
で、完全な電流狭窄層が実現して電流を活性層に集中で
きる。しかも屈折率が小さい窒化物半導体層を活性層と
クラッド層とに接して形成しているため、活性層の光閉
じ込め効果が格段に向上するので常温においてレーザ発
振可能となった。このように窒化物半導体で常温で短波
長域のレーザ素子が実現されたことにより、書き込み用
光源、コンパクトディスクの光源として記録密度が飛躍
的に向上し、その産業上の利用価値は非常に大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明のレーザ素子の基本的な構造を示す模
式断面図。

【図２】 本発明のレーザ素子の最も好ましい構造を示
す模式断面図。

【図３】 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。

【図４】 従来のレーザ素子の構造を示す模式断面図。

【図５】 実施例の一工程において得られるレーザ素子
の構造を示す模式断面図。

【図６】 実施例の一工程において得られるレーザ素子
の構造を示す模式断面図。

【図７】 実施例の一工程において得られるレーザ素子
の構造を示す模式断面図。

【符号の説明】

１０・・・・基板 ２０・・・・ｎ型クラッド層 ３０・・・・活性層 ４０・・・・ｐ型クラッド層 ６０・・・・負電極 ６１・・・・正電極 ５０・・・・第一のｐ型窒化物半導体層 ５１・・・・第二のｎ型窒化物半導体層 ５２・・・・第三のｐ型窒化物半導体層 １１・・・・バッファ層 ２１・・・・ｎ型コンタクト層 ２２・・・・第一のｎ型クラッド層 ２３・・・・第二のｎ型クラッド層 ４３・・・・第二のｐ型クラッド層 ４２・・・・第一のｐ型クラッド層 ４１・・・・ｐ型コンタクト層４１ ７０、７１・誘電体多層膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 修二 徳島県阿南市上中町岡491番地100 日亜 化学工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−229475（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板の上に少なくともｎ型クラッド層と
   活性層とｐ型クラッド層とが順に積層された構造を有す
   る窒化物半導体レーザ素子において、 上記積層構造を包囲する、活性層よりも屈折率が小さい
   ｐ型窒化物半導体層と、そのｐ型窒化物半導体層に接し
   て形成されるｎ型窒化物半導体層とで形成され、順方向
   電流に対し逆方向のｐｎ接合を形成するｐｎ接合層を設
   け、該ｐｎ接合層をエッチング開口して上記ｐ型クラッ
   ド層をストライプ形状に露出し、該露出された上記ｐ型
   クラッド層のエッチング面に接して上記ｐｎ接合層の上
   面にｐ型コンタクト層を形成し、該コンタクト層上の正
   電極と上記ｐ型クラッド層とを上記ｐｎ接合層のストラ
   イプ形状のエッチング開口部で電流挟窄して電気的に接
   続させることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
2. 【請求項２】 基板の上に少なくともｎ型クラッド層と
   活性層とｐ型クラッド層とｐ型コンタクト層が順に積層
   された構造を有する窒化物半導体レーザ素子において、 上記積層構造を包囲する、活性層よりも屈折率が小さい
   ｐ型窒化物半導体層と、そのｐ型窒化物半導体層に接し
   て形成されるｎ型窒化物半導体層とで形成され、順方向
   電流に対し逆方向のｐｎ接合を形成するｐｎ接合層を設
   け、該ｐｎ接合層をエッチング開口して上記ｐ型コンタ
   クト層をストライプ形状に露出し、該露出された上記ｐ
   型コンタクト層のエッチング面に接して上記ｐｎ接合層
   の上面に第２のｐ型コンタクト層を形成し、該第２のコ
   ンタクト層上の正電極と上記ｐ型コンタクト層とを上記
   ｐｎ接合層のストライプ形状のエッチング開口部で電流
   挟窄して電気的に接続させることを特徴とする窒化物半
   導体レーザ素子。
3. 【請求項３】 前記ｐ型窒化物半導体層がｐ型ＡｌaＧ
   ａ1-aＮ（０≦a≦１）よりなり、前記ｎ型窒化物半導体
   層がｎ型ＡｌbＧａ1-bＮ（０≦b≦１）よりなる請求項
   １又は２に記載の窒化物半導体レーザ素子。
4. 【請求項４】 前記ｐ型コンタクト層がｐ型ＧａＮより
   な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。
5. 【請求項５】 上記ｐｎ接合層のストライプ形状のエッ
   チング開口部に対応してｐ型コンタクト層又は第２のｐ
   型コンタクト層上に誘電体多層膜を形成する請求項１又
   は２記載の窒化物半導体レーザ素子。