JP3338778B2 - Nitride compound semiconductor laser device - Google Patents

Nitride compound semiconductor laser device

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JP3338778B2 JP11526898A JP11526898A JP3338778B2 JP 3338778 B2 JP3338778 B2 JP 3338778B2 JP 11526898 A JP11526898 A JP 11526898A JP 11526898 A JP11526898 A JP 11526898A JP 3338778 B2 JP3338778 B2 JP 3338778B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、窒化物系化合物半
導体(InXAlYGa1-X-YN,X≧0,Y≧0,X+Y
≦1)レーザ素子に関する。
The present invention relates to a nitride-based compound semiconductor (In x Al Y Ga 1 -XYN , X ≧ 0, Y ≧ 0, X + Y
≦ 1) Related to laser element.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の窒化物系化合物半導体レーザ素子
の構造断面図を図14に示す。サファイアC面基板101
上にGaN低温バッファー層102(厚さ30nm)、Siド
ープn型GaN(厚さ3μm)からなるn型コンタクト
層103、Siドープn型In0.05Ga0.95Nからなるク
ラック防止層(厚さ0.1μm)とSiドープn型Al0.07
Ga0.93N層(厚さ0.4μm)からなるn型クラッド層1
04、Siドープn型GaN層(厚さ0.1μm)からなる
n型光閉じ込め層105、アンドープのIn0.2Ga0.8
井戸層(厚さ2.5nm)とアンドープのIn0.05Ga0.95
Nバリア層(厚さ5nm)からなる7周期の多重量子井戸活
性層106、Mgドープp型GaN(厚さ0.1μm)からな
るp型光閉じ込め層107、Mgドープp型Al0.07Ga
0.93N(厚さ0.4μm)からなるp型クラッド層108、M
gドープp型GaN(厚さ0.2μm)からなるp型コン
タクト層109、絶縁層110、Ni(第一層)及びAu(第
二層)からなるp電極111、Ti(第一層)及びAl(第
二層)からなるn電極112で形成されているレーザ構造で
あり、この構造により、室温パルス発振(閾値電流密度
Jth=4.6KA/cm2)が得られており、内部損失は54cm
-1であった(アプライド・フィジックス・レターズ(APP
LIED PHYSISCS LETTERS)、第69巻、1568頁、19
96年)。
2. Description of the Related Art FIG. 14 is a sectional view showing the structure of a conventional nitride-based compound semiconductor laser device. Sapphire C-plane substrate 101
A GaN low-temperature buffer layer 102 (thickness 30 nm), an n-type contact layer 103 made of Si-doped n-type GaN (thickness 3 μm), and a crack prevention layer made of Si-doped n-type In 0.05 Ga 0.95 N (thickness 0.1 μm) ) And Si-doped n-type Al 0.07
N-type cladding layer 1 consisting of Ga 0.93 N layer (0.4 μm thickness)
04, n-type optical confinement layer 105 composed of a Si-doped n-type GaN layer (0.1 μm thick), undoped In 0.2 Ga 0.8 N
Well layer (2.5 nm thick) and undoped In 0.05 Ga 0.95
7-period multiple quantum well active layer 106 composed of an N barrier layer (5 nm thick), p-type optical confinement layer 107 composed of Mg-doped p-type GaN (0.1 μm thick), Mg-doped p-type Al 0.07 Ga
0.93 N (0.4 μm thick) p-type cladding layer 108, M
p-type contact layer 109 made of g-doped p-type GaN (thickness 0.2 μm), insulating layer 110, p-electrode 111 made of Ni (first layer) and Au (second layer), Ti (first layer), and Al This is a laser structure formed of an n-electrode 112 made of (second layer), and this structure allows room-temperature pulse oscillation (threshold current density
Jth = 4.6KA / cm 2 ) and internal loss is 54cm
-1 (Applied Physics Letters (APP
LIED PHYSISCS LETTERS), Vol. 69, p. 1568, 19
1996).

【0003】一般に、内部損失の低減化は井戸数を減ら
すことで可能である。本発明者らは、比較例として、図
14と同様な層構成を有する次のような窒化物系化合物
半導体レーザを試作した。サファイアC面基板101上に
GaN低温バッファー層102(厚さ30nm)、Siドープ
n型GaN(厚さ2μm)からなるn型コンタクト層10
3、Siドープn型Al0.08Ga0.92N(厚さ0.4μm)
からなるn型クラッド層104、Siドープn型GaN
(厚さ0.1μm)からなるn型光閉じ込め層105、アンド
ープのIn0.2Ga0.8N井戸層(厚さ3nm)とアンドー
プのIn0.05Ga0.95Nバリア層(厚さ6nm)からなる4周
期の多重量子井戸活性層106、Mgドープp型GaN
(厚さ0.1μm)からなるp型光閉じ込め層107、Mgド
ープp型Al0.08Ga0.92N(厚さ0.4μm)からなる
p型クラッド層108、Mgドープp型GaN(厚さ0.2μ
m)からなるp型コンタクト層109、Ni(第一層)及
びAu(第二層)からなるp電極111、絶縁層110、Ti
(第一層)及びAl(第二層)からなるn電極112で形成
されているレーザ構造であり、その内部損失を測定した
ところ45cm-1であり、井戸数が7の時に比べて多少
は内部損失は低減するが、依然として大きい値を有して
いた。
In general, the internal loss can be reduced by reducing the number of wells. The present inventors prototyped the following nitride-based compound semiconductor laser having a layer configuration similar to that of FIG. 14 as a comparative example. GaN low-temperature buffer layer 102 (thickness 30 nm) and n-type contact layer 10 made of Si-doped n-type GaN (thickness 2 μm) on a sapphire C-plane substrate 101
3, Si-doped n-type Al 0.08 Ga 0.92 N (0.4 μm thickness)
N-type clad layer 104 composed of
N-type optical confinement layer 105 (thickness: 0.1 μm), undoped In 0.2 Ga 0.8 N well layer (thickness: 3 nm), and undoped In 0.05 Ga 0.95 N barrier layer (thickness: 6 nm) having four cycles. Quantum well active layer 106, Mg-doped p-type GaN
(Thickness 0.1 μm), a p-type optical confinement layer 107 made of Mg-doped p-type Al 0.08 Ga 0.92 N (0.4 μm thick), a p-type cladding layer 108 made of Mg-doped p-type GaN (0.2 μm thick)
m), a p-electrode 111 made of Ni (first layer) and Au (second layer), an insulating layer 110, Ti
This is a laser structure formed of an n-electrode 112 made of (first layer) and Al (second layer). The internal loss of the laser structure was measured to be 45 cm −1 , which was slightly larger than when the number of wells was seven. Although the internal loss was reduced, it still had a large value.

【0004】これら従来の窒化物系化合物半導体レーザ
素子は、バリア層にはInXGa1-XN(0.02≦X≦
0.05、厚さ5〜6nm)が用いられ、光閉じ込め層
にはGaN(厚さ0.1μm)が用いられている。
In these conventional nitride-based compound semiconductor laser devices, the barrier layer is made of In x Ga 1 -xN (0.02 ≦ X ≦
0.05 and a thickness of 5 to 6 nm), and GaN (0.1 μm in thickness) is used for the optical confinement layer.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
の窒化物系化合物半導体レーザ素子は、従来のAlGa
As系やAlGaInP系レーザーダイオード等に比べ
て大きな内部損失を有している。従来の半導体レーザダ
イオードの内部損失は、井戸層の自由電子吸収や価電子
帯間吸収が主原因となっているため、内部損失の値がそ
れほど大きくない。また、多重量子井戸の井戸数を減ら
すことによって(井戸層での光閉じ込めを減らすことに
よって)、内部損失を減らすことが可能であり、量子井
戸構造での内部損失は5cm-1以下にできる。
As described above, the conventional nitride-based compound semiconductor laser device is
It has a large internal loss as compared with an As-based or AlGaInP-based laser diode. The internal loss of the conventional semiconductor laser diode is mainly caused by the free electron absorption and the valence band absorption of the well layer, so that the value of the internal loss is not so large. Also, the internal loss can be reduced by reducing the number of wells in the multiple quantum well (by reducing light confinement in the well layer), and the internal loss in the quantum well structure can be reduced to 5 cm -1 or less.

【0006】これに対し、窒化物系化合物半導体レーザ
素子においては、上述したように、量子井戸数を減らし
ても内部損失はあまり改善されない。
On the other hand, in the nitride-based compound semiconductor laser device, as described above, even if the number of quantum wells is reduced, the internal loss is not significantly improved.

【0007】本発明者らは、この原因が、窒化物系化合
物半導体InXAlYGa1-X-YN(X≧0,Y≧0,X
+Y≦1)の吸収特性にあることを見い出した。図15
に、GaN結晶、In0.05Ga0.95N結晶、Al0.15
0.85N結晶における吸収スペクトルを示す。図15に
おけるGaN結晶の吸収スペクトルに注目すると、Ga
Nのバンドギャップ(換算波長で約362nm)より低
エネルギー側でも吸収が存在していることがわかる。例
えば、レーザダイオードの発光波長を420nmとする
と、GaN結晶では約40cm-1の吸収があり、In
0.05Ga0.95N結晶、Al0.15Ga0.85N結晶では、そ
れぞれ70cm-1、14cm-1の吸収が存在する。これ
らの吸収スペクトルとレーザダイオードの構造から求め
た各層の光の閉じ込め率により、これまでのレーザダイ
オードにおける内部損失を説明できることが分かった。
これらのことから、本発明者らは、窒化物系化合物半導
体の低エネルギー側に吸収があること、そしてこの低エ
ネルギー側の吸収は各層に存在しているが、特に、発光
波長に近いバンドギャップを有する活性層内のバリアー
層における吸収と、光閉じ込めの割合が大きい光閉じ込
め層における吸収が大きく、これらが内部損失を大きく
している原因となっていることを見い出した。
The present inventors have found that this is because the nitride-based compound semiconductor In x Al Y Ga 1 -XYN (X ≧ 0, Y ≧ 0, X
+ Y ≦ 1). FIG.
GaN crystal, In 0.05 Ga 0.95 N crystal, Al 0.15 G
a shows the absorption spectrum of the 0.85 N crystal. Focusing on the absorption spectrum of the GaN crystal in FIG.
It can be seen that absorption is present even on the lower energy side than the band gap of N (approximately 362 nm in converted wavelength). For example, when the emission wavelength of a laser diode is 420 nm, a GaN crystal has an absorption of about 40 cm −1 and In
0.05 Ga 0.95 N crystal, the Al 0.15 Ga 0.85 N crystal, respectively 70cm -1, absorption of 14cm -1 is present. It was found that the internal loss in the conventional laser diode can be explained by the light confinement ratio of each layer obtained from the absorption spectrum and the structure of the laser diode.
From these facts, the present inventors have found that there is absorption on the low energy side of the nitride-based compound semiconductor, and this absorption on the low energy side exists in each layer. It has been found that the absorption in the barrier layer in the active layer having the above and the absorption in the light confinement layer having a large ratio of light confinement are large, which causes the internal loss to increase.

【0008】内部損失が大きいと、レーザダイオードの
特性として、微分量子効率(発振しきい値以上での出力
光子数の増加分/注入電子数の増加分)が下がったり、
しきい値電流密度が上がったりするなどの弊害がある。
これらのことは、高出力レーザの実現を妨げる要因とな
り得る。
When the internal loss is large, the differential quantum efficiency (increase in the number of output photons / increase in the number of injected electrons above the oscillation threshold) decreases as characteristics of the laser diode,
There are adverse effects such as an increase in threshold current density.
These can be factors that hinder the realization of a high-power laser.

【0009】そこで本発明の目的は、多重量子井戸活性
層のバリア層や、光閉じ込め層の材料、構造、膜厚を変
えることにより、内部損失の小さい窒化物系化合物半導
体レーザ素子を提供し、高性能なレーザ素子を実現する
ことにある。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a nitride-based compound semiconductor laser device having a small internal loss by changing the material, structure, and film thickness of a barrier layer of a multiple quantum well active layer and an optical confinement layer. It is to realize a high-performance laser element.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に形成
された一般式InXAlYGa1-X-YN(X≧0,Y≧
0,X+Y≦1)からなる導電型半導体クラッド層と、
一般式InXAlYGa1-X-YN(X≧0,Y≧0,X+
Y≦1)からなる半導体光閉じ込め層と、一般式InX
AlYGa1-X-YN(X≧0,Y≧0,X+Y≦1)から
なる一層または複数層の井戸層およびバリア層の2種類
の半導体層より形成される量子井戸活性層と、一般式I
XAlYGa1-X-YN(X≧0,Y≧0,X+Y≦1)
からなる半導体光閉じ込め層と、一般式InXAlYGa
1-X-YN(X≧0,Y≧0,X+Y≦1)からなる導電
型半導体クラッド層とが前記順序で形成された半導体レ
ーザ素子であって、上記光閉じ込め層のバンドギャップ
が、井戸層およびバリア層より大きく且つクラッド層よ
り小さく、且つ上記光閉じ込め層の層厚を0.05μm
以下とすることを特徴とする半導体レーザ素子に関す
る。
Means for Solving the Problems The present invention is generally formed on the substrate type In X Al Y Ga 1-XY N (X ≧ 0, Y ≧
0, X + Y ≦ 1), a conductive semiconductor clad layer comprising:
General formula In X Al Y Ga 1 -XY N (X ≧ 0, Y ≧ 0, X +
Y ≦ 1) and a general formula In X
A quantum well active layer formed of two or more semiconductor layers of one or more well layers and barrier layers composed of Al Y Ga 1 -XYN (X ≧ 0, Y ≧ 0, X + Y ≦ 1); I
n X Al Y Ga 1 -XY N (X ≧ 0, Y ≧ 0, X + Y ≦ 1)
A semiconductor optical confinement layer of general formula In x Al Y Ga
1-XYN (X ≧ 0, Y ≧ 0, X + Y ≦ 1) and a conductive semiconductor cladding layer formed in the above order, wherein the band gap of the light confinement layer is a well layer And larger than the barrier layer and smaller than the cladding layer, and the thickness of the light confinement layer is 0.05 μm.
The present invention relates to a semiconductor laser device characterized by the following.

【0016】一般に半導体レーザのしきい値電流密度
は、レーザの発振条件から、利得と損失が釣り合ったと
きの電流密度で定義される。損失は、内部損失とミラー
損失の和であり、このうちミラー損失は、高反射コーテ
ィングをすることにより小さくすることが可能である。
したがって、本発明により内部損失を減少させれば、低
い閾値電流密度の窒化物半導体レーザ素子が得られる。
下記の実施例に示すように、本発明の半導体レーザ素子
は、光閉じ込めが従来構造に比べて若干減少する。した
がって、発振モードに対する利得は減少する傾向を示す
が、しきい値電流密度の大きさは、内部損失と光閉じ込
め係数の比で決まり、トレードオフの関係となる。下記
の実施例に示すように、本発明によれば、内部損失と光
閉じ込めの比は、従来より改善されるのでしきい値電流
密度も改善される。
In general, the threshold current density of a semiconductor laser is defined by the current density when the gain and the loss are balanced from the laser oscillation conditions. The loss is the sum of the internal loss and the mirror loss, of which the mirror loss can be reduced by applying a highly reflective coating.
Therefore, if the internal loss is reduced according to the present invention, a nitride semiconductor laser device having a low threshold current density can be obtained.
As shown in the following examples, in the semiconductor laser device of the present invention, light confinement is slightly reduced as compared with the conventional structure. Therefore, the gain for the oscillation mode tends to decrease, but the magnitude of the threshold current density is determined by the ratio between the internal loss and the optical confinement coefficient, and has a trade-off relationship. As shown in the following examples, according to the present invention, the ratio between the internal loss and the optical confinement is improved as compared with the related art, so that the threshold current density is also improved.

【0017】レーザダイオードの微分量子効率は、ミラ
ー損失/(内部損失+ミラー損失)に比例する。したが
って、内部損失が少なくなれば、微分量子効率は大きく
なる。例えば、実施例1の半導体レーザ素子で共振器長
が800μm、反射率が80%の高反射コートの場合、
微分量子効率は従来の構造に比べ、2倍となる。このよ
うに、内部損失の低減化は、しきい値電流密度の減少と
同時に、効率を上げることが可能であり、高出力レーザ
を開発する上で重要な技術と言える。
The differential quantum efficiency of a laser diode is proportional to mirror loss / (internal loss + mirror loss). Therefore, the differential quantum efficiency increases as the internal loss decreases. For example, in the case of the semiconductor laser device of the first embodiment, in which the cavity length is 800 μm and the reflectance is 80%, and the high reflection coat is 80%,
The differential quantum efficiency is doubled compared to the conventional structure. As described above, the reduction of the internal loss can increase the efficiency at the same time as the reduction of the threshold current density, and can be said to be an important technique for developing a high-power laser.

【0018】窒化物系化合物半導体レーザの大きい内部
損失の原因は、窒化物系化合物半導体のバンドギャップ
より低エネルギー側に存在する吸収であり、この低エネ
ルギー側の吸収がレーザ素子各層で存在しているが、特
に、発光波長に近いバンドギャップを有する活性層内の
バリアー層での吸収と光閉じ込めの割合が大きい光閉じ
込め層での吸収が大きく、これらが内部損失を大きくし
ている原因となっている。したがって、バリア層や光り
閉じ込め層のワイドギャップ化や薄膜化は、吸収量を減
らし、内部損失を低減化することになる。
The cause of the large internal loss of the nitride-based compound semiconductor laser is absorption existing on the lower energy side of the band gap of the nitride-based compound semiconductor. This lower energy side absorption is present in each layer of the laser element. However, in particular, the absorption in the barrier layer and the light confinement ratio in the active layer having a band gap close to the emission wavelength is large, and the absorption in the light confinement layer is large, which causes the internal loss to increase. ing. Therefore, widening the gap or reducing the thickness of the barrier layer or the light confinement layer reduces the amount of absorption and the internal loss.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、実
施例に基づき図面を参照して詳細に説明する。 (参考例1) 図1及び図2を用いて参考例を説明する。図1は、半導
レーザ素子の構造断面図であり、図2は、この半導体
レーザ素子のバンド構造を示す図である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described in detail based on embodiments with reference to the drawings. Reference Example 1 A reference example will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a semiconductor
A structural cross-sectional view of the body laser element, FIG. 2 is a diagram showing the band structure of the semiconductor laser device.

【0020】サファイアC面基板1上にGaNバッファ
ー層2(厚さ30nm)、Siドープn型GaN(シリコン
濃度4×1017cm-3、厚さ2μm)からなるn型コン
タクト層3、Siドープn型Al0.1Ga0.9N(シリコ
ン濃度4×1017cm-3、厚さ0.4μm)からなるn型
クラッド層4、Siドープn型GaN(シリコン濃度4
×1017cm-3、厚さ0.1μm)からなるn型光閉じ込
め層5、In0.2Ga0.8N井戸層(厚さ2.5nm)とAl
0.05Ga0.95Nバリア層(厚さ5nm)からなるアンドープ
多重量子井戸活性層6(井戸数7個)、Mgドープp型
GaN(Mg濃度2×1017cm-3、厚さ0.1μm)か
らなるp型光閉じ込め層7、Mgドープp型Al0.1
0.9N(Mg濃度2×1017cm-3、厚さ0.4μm)か
らなるp型クラッド層8、Mgドープp型GaN(Mg
濃度2×1017cm-3、厚さ0.2μm)からなるp型コ
ンタクト層9を順次成長させて、LD構造を形成する。
なお、本参考例では、基板は、サファイア基板を用いた
が、GaN基板、SiC基板などの他の基板を用いても
よい。また、光閉じ込め層のドーピングは必須ではない
が、本参考例においてはドーピングをすることが好まし
い。
On a sapphire C-plane substrate 1, a GaN buffer layer 2 (thickness 30 nm), an n-type contact layer 3 made of Si-doped n-type GaN (silicon concentration 4 × 10 17 cm -3 , thickness 2 μm), Si-doped n-type cladding layer 4 made of n-type Al 0.1 Ga 0.9 N (silicon concentration 4 × 10 17 cm −3 , thickness 0.4 μm); Si-doped n-type GaN (silicon concentration 4
× 10 17 cm −3 , 0.1 μm thick) n-type optical confinement layer 5, In 0.2 Ga 0.8 N well layer (2.5 nm thick) and Al
An undoped multiple quantum well active layer 6 (7 wells) composed of a 0.05 Ga 0.95 N barrier layer (thickness: 5 nm) and a Mg-doped p-type GaN (Mg concentration: 2 × 10 17 cm −3 , thickness: 0.1 μm) p-type optical confinement layer 7, Mg-doped p-type Al 0.1 G
a p-type cladding layer 8 made of a 0.9 N (Mg concentration 2 × 10 17 cm −3 , thickness 0.4 μm);
A p-type contact layer 9 having a concentration of 2 × 10 17 cm −3 and a thickness of 0.2 μm) is sequentially grown to form an LD structure.
In this embodiment , a sapphire substrate is used as the substrate, but another substrate such as a GaN substrate or a SiC substrate may be used. Although doping of the light confinement layer is not essential, it is preferable to dope in this embodiment .

【0021】次に、ドライエッチングによりn電極12
を形成すべきn型コンタクト層3を部分的に露出させた
後、露出したn型コンタクト層上にTi/Alからなる
n電極12を形成する。一方、絶縁層10を形成後、そ
の絶縁層10上に、p型コンタクト層9とコンタクトさ
せてNi/Auからなるp電極11を形成する。
Next, the n-electrode 12 is dry-etched.
After partially exposing the n-type contact layer 3 to be formed, an n-electrode 12 made of Ti / Al is formed on the exposed n-type contact layer. On the other hand, after the insulating layer 10 is formed, a p-type electrode 11 made of Ni / Au is formed on the insulating layer 10 by making contact with the p-type contact layer 9.

【0022】参考例1の窒化物系化合物半導体レーザ素
子は、従来の窒化物系化合物半導体レーザ素子に比べ、
上記構成においてバリア層としてAl0.05Ga0.95Nを
用い、ワイドギャップ化を行った。これにより、図15
に示したように発振波長の423nmでは、バリア層で
の吸収が大幅に減少し、内部損失は25cm-1となっ
た。前記文献記載の従来の半導体レーザ素子に比べて2
9cm-1もの内部損失が減少した。
The nitride-based compound semiconductor laser device of Reference Example 1 is different from the conventional nitride-based compound semiconductor laser device.
In the above configuration, a wide gap was formed by using Al 0.05 Ga 0.95 N as the barrier layer. As a result, FIG.
As shown in (2), at the oscillation wavelength of 423 nm, the absorption in the barrier layer was greatly reduced, and the internal loss was 25 cm -1 . 2 compared to the conventional semiconductor laser device described in the above document.
Internal losses as low as 9 cm -1 have been reduced.

【0023】(参考例2) 図1及び図3を用いて参考例を示す。図1は、半導体
ーザ素子の構造断面図であり、図3は、この半導体レー
ザ素子のバンド構造を示す図である。
Reference Example 2 A reference example will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a structural sectional view of a semiconductor laser device, and FIG. 3 is a diagram showing a band structure of the semiconductor laser device.

【0024】サファイアC面基板1上にGaNバッファ
ー層2(厚さ30nm)、Siドープn型GaN(シリコン
濃度4×1017cm-3、厚さ2μm)からなるn型コン
タクト層3、Siドープn型Al0.1Ga0.9N(シリコ
ン濃度4×1017cm-3、厚さ0.4μm)からなるn型
クラッド層4、Siドープn型GaN(シリコン濃度4
×1017cm-3、厚さ0.1μm)からなるn型光閉じ込
め層5、In0.2Ga0.8N井戸層(厚さ2.5nm)とAl
0.05Ga0.95Nバリア層(厚さ5nm)からなるアンドープ
多重量子井戸活性層6(井戸数4個)、Mgドープp型
GaN(Mg濃度2×1017cm-3、厚さ0.1μm)か
らなるp型光閉じ込め層7、Mgドープp型Al0.1
0.9N(Mg濃度2×1017cm-3、厚さ0.4μm)か
らなるp型クラッド層8、Mgドープp型GaN(Mg
濃度2×1017cm-3、厚さ0.2μm)からなるp型コ
ンタクト層9を順次成長させて、LD構造を形成する。
なお、本参考例では、基板は、サファイア基板を用いた
が、GaN基板、SiC基板などの他の基板を用いても
よい。また、光閉じ込め層のドーピングは必須ではない
が、本参考例においてはドーピングをすることが好まし
い。
On a sapphire C-plane substrate 1, a GaN buffer layer 2 (thickness 30 nm), an n-type contact layer 3 made of Si-doped n-type GaN (silicon concentration 4 × 10 17 cm -3 , thickness 2 μm), n-type cladding layer 4 made of n-type Al 0.1 Ga 0.9 N (silicon concentration 4 × 10 17 cm −3 , thickness 0.4 μm); Si-doped n-type GaN (silicon concentration 4
× 10 17 cm −3 , 0.1 μm thick) n-type optical confinement layer 5, In 0.2 Ga 0.8 N well layer (2.5 nm thick) and Al
An undoped multiple quantum well active layer 6 (4 wells) comprising a 0.05 Ga 0.95 N barrier layer (5 nm in thickness), and a Mg-doped p-type GaN (Mg concentration: 2 × 10 17 cm −3 , thickness: 0.1 μm) p-type optical confinement layer 7, Mg-doped p-type Al 0.1 G
a p-type cladding layer 8 made of a 0.9 N (Mg concentration 2 × 10 17 cm −3 , thickness 0.4 μm);
A p-type contact layer 9 having a concentration of 2 × 10 17 cm −3 and a thickness of 0.2 μm) is sequentially grown to form an LD structure.
In this embodiment , a sapphire substrate is used as the substrate, but another substrate such as a GaN substrate or a SiC substrate may be used. Although doping of the light confinement layer is not essential, it is preferable to dope in this embodiment .

【0025】次に、ドライエッチングによりn電極12
を形成すべきn型コンタクト層3を部分的に露出させた
後、露出したn型コンタクト層上にTi/Alからなる
n電極12を形成する。一方、絶縁層10を形成後、そ
の絶縁層10上に、p型コンタクト層9とコンタクトさ
せてNi/Auからなるp電極11を形成する。
Next, the n-electrode 12 is dry-etched.
After partially exposing the n-type contact layer 3 to be formed, an n-electrode 12 made of Ti / Al is formed on the exposed n-type contact layer. On the other hand, after the insulating layer 10 is formed, a p-type electrode 11 made of Ni / Au is formed on the insulating layer 10 by making contact with the p-type contact layer 9.

【0026】参考例2の窒化物系化合物半導体レーザ素
子は、同一の量子井戸数の前記比較例の窒化物系化合物
半導体レーザ素子に比べ、上記構成においてバリア層と
してAl0.05Ga0.95Nを用い、ワイドギャップ化を行
った。これにより、図15に示したように発振波長の4
23nmでは、バリア層での吸収が大幅に減少し、内部
損失は24cm-1となった。前記比較例の半導体レーザ
素子に比べ、21cm-1もの内部損失が減少した。
The nitride-based compound semiconductor laser device of Reference Example 2 is different from the nitride-based compound semiconductor laser device of the comparative example having the same number of quantum wells in that the above structure uses Al 0.05 Ga 0.95 N as a barrier layer. Wide gap was implemented. As a result, as shown in FIG.
At 23 nm, the absorption in the barrier layer was significantly reduced, and the internal loss was 24 cm -1 . The internal loss was reduced by as much as 21 cm -1 as compared with the semiconductor laser device of the comparative example.

【0027】(参考例3) 図1及び図4を用いて参考例を説明する。図1は、半導
レーザ素子の構造断面図であり、図4は、この半導体
レーザ素子のバンド構造を示す図である。
Reference Example 3 A reference example will be described with reference to FIGS. Figure 1
A structural cross-sectional view of the body laser element, FIG 4 is a diagram showing the band structure of the semiconductor laser device.

【0028】サファイアC面基板1上にGaNバッファ
ー層2(厚さ30nm)、Siドープn型GaN(シリコン
濃度4×1017cm-3、厚さ2μm)からなるn型コン
タクト層3、Siドープn型Al0.1Ga0.9N(シリコ
ン濃度4×1017cm-3、厚さ0.4μm)からなるn型
クラッド層4、Siドープn型Al0.05Ga0.95N(シ
リコン濃度4×1017cm-3、厚さ0.1μm)からなる
n型光閉じ込め層5、In0.2Ga0.8N井戸層(厚さ2.
5nm)とIn0.05Ga0.85Nバリア層(厚さ5nm)からなる
アンドープ多重量子井戸活性層6(井戸数7個)、Mg
ドープp型Al0.05Ga0.95N(Mg濃度2×1017
-3、厚さ0.1μm)からなるp型光閉じ込め層7、M
gドープp型Al0.1Ga0.9N(Mg濃度2×1017
-3、厚さ0.4μm)からなるp型クラッド層8、Mg
ドープp型GaN(Mg濃度2×1017cm-3、厚さ0.
2μm)からなるp型コンタクト層9を順次成長させ
て、LD構造を形成する。なお、本参考例では、基板
は、サファイア基板を用いたが、GaN基板、SiC基
板などの他の基板を用いてもよい。また、光閉じ込め層
のドーピングは必須ではないが、本参考例においてはド
ーピングをすることが好ましい。
On a sapphire C-plane substrate 1, a GaN buffer layer 2 (thickness 30 nm), an n-type contact layer 3 made of Si-doped n-type GaN (silicon concentration 4 × 10 17 cm -3 , thickness 2 μm), a Si-doped layer n-type cladding layer 4 made of n-type Al 0.1 Ga 0.9 N (silicon concentration 4 × 10 17 cm −3 , thickness 0.4 μm); Si-doped n-type Al 0.05 Ga 0.95 N (silicon concentration 4 × 10 17 cm −3) , A 0.1 μm thick n-type optical confinement layer 5 and an In 0.2 Ga 0.8 N well layer (thickness 2.
5 nm) and an undoped multiple quantum well active layer 6 (7 wells) composed of an In 0.05 Ga 0.85 N barrier layer (5 nm thick), Mg
Doped p-type Al 0.05 Ga 0.95 N (Mg concentration 2 × 10 17 c
m −3 , thickness 0.1 μm), p-type optical confinement layer 7, M
g-doped p-type Al 0.1 Ga 0.9 N (Mg concentration 2 × 10 17 c
m −3 , 0.4 μm thick) p-type cladding layer 8, Mg
Doped p-type GaN (Mg concentration 2 × 10 17 cm −3 , thickness of 0.
An LD structure is formed by sequentially growing a p-type contact layer 9 of 2 μm). In this embodiment , a sapphire substrate is used as the substrate, but another substrate such as a GaN substrate or a SiC substrate may be used. Although doping of the light confinement layer is not essential, it is preferable to dope in the present reference example .

【0029】次に、ドライエッチングによりn電極12
を形成すべきn型コンタクト層3を部分的に露出させた
後、露出したn型コンタクト層上にTi/Alからなる
n電極12を形成する。一方、絶縁層10を形成後、そ
の絶縁層10上に、p型コンタクト層9とコンタクトさ
せてNi/Auからなるp電極11を形成する。
Next, the n-electrode 12 is dry-etched.
After partially exposing the n-type contact layer 3 to be formed, an n-electrode 12 made of Ti / Al is formed on the exposed n-type contact layer. On the other hand, after the insulating layer 10 is formed, a p-type electrode 11 made of Ni / Au is formed on the insulating layer 10 by making contact with the p-type contact layer 9.

【0030】参考例3の窒化物系化合物半導体レーザ素
子は、前記文献記載の従来の窒化物系化合物半導体レー
ザ素子に比べ、上記構成において光閉じ込め層としてA
0.05Ga0.95Nを用い、ワイドギャップ化を行った。
これにより、図15に示したように発振波長の423n
mでは、光閉じ込め層での吸収が大幅に減少し、内部損
失は21cm-1となった。前記文献記載の従来の半導体
レーザ素子に比べて33cm-1もの内部損失が減少し
た。
The nitride-based compound semiconductor laser device of Reference Example 3 has the same structure as that of the conventional nitride-based compound semiconductor laser device described in the above-mentioned document, but has
A wide gap was formed using l 0.05 Ga 0.95 N.
As a result, as shown in FIG.
At m, the absorption in the light confinement layer was significantly reduced, and the internal loss was 21 cm -1 . The internal loss was reduced by as much as 33 cm -1 as compared with the conventional semiconductor laser device described in the above document.

【0031】(参考例4) 図1及び図5を用いて参考例を説明する。図1は、半導
レーザ素子の構造断面図であり、図5は、この半導体
レーザ素子のバンド構造を示す図である。
Reference Example 4 A reference example will be described with reference to FIGS. Figure 1
A structural cross-sectional view of the body laser element, FIG 5 is a diagram showing the band structure of the semiconductor laser device.

【0032】サファイアC面基板1上にGaNバッファ
ー層2(厚さ30nm)、Siドープn型GaN(シリコン
濃度4×1017cm-3、厚さ2μm)からなるn型コン
タクト層3、Siドープn型Al0.1Ga0.9N(シリコ
ン濃度4×1017cm-3、厚さ0.4μm)からなるn型
クラッド層4、Siドープn型Al0.05Ga0.95N(シ
リコン濃度4×1017cm-3、厚さ0.1μm)からなる
n型光閉じ込め層5、In0.2Ga0.8N井戸層(厚さ2.
5nm)とIn0.05Ga0.85Nバリア層(厚さ5nm)からなる
アンドープ多重量子井戸活性層6(井戸数4個)、Mg
ドープp型Al0.05Ga0.95N(Mg濃度2×1017
-3、厚さ0.1μm)からなるp型光閉じ込め層7、M
gドープp型Al0.1Ga0.9N(Mg濃度2×1017
-3、厚さ0.4μm)からなるp型クラッド層8、Mg
ドープp型GaN(Mg濃度2×1017cm-3、厚さ0.
2μm)からなるp型コンタクト層9を順次成長させ
て、LD構造を形成する。なお、本参考例では、基板
は、サファイア基板を用いたが、GaN基板、SiC基
板などの他の基板を用いてもよい。また、光閉じ込め層
のドーピングは必須ではないが、本参考例においてはド
ーピングをすることが好ましい。
On a sapphire C-plane substrate 1, a GaN buffer layer 2 (thickness 30 nm), an n-type contact layer 3 made of Si-doped n-type GaN (silicon concentration 4 × 10 17 cm -3 , thickness 2 μm), a Si-doped layer n-type cladding layer 4 made of n-type Al 0.1 Ga 0.9 N (silicon concentration 4 × 10 17 cm −3 , thickness 0.4 μm); Si-doped n-type Al 0.05 Ga 0.95 N (silicon concentration 4 × 10 17 cm −3) , A 0.1 μm thick n-type optical confinement layer 5 and an In 0.2 Ga 0.8 N well layer (thickness 2.
Undoped multiple quantum well active layer 6 (4 wells) consisting of 5 nm) and an In 0.05 Ga 0.85 N barrier layer (5 nm thick), Mg
Doped p-type Al 0.05 Ga 0.95 N (Mg concentration 2 × 10 17 c
m −3 , thickness 0.1 μm), p-type optical confinement layer 7, M
g-doped p-type Al 0.1 Ga 0.9 N (Mg concentration 2 × 10 17 c
m −3 , 0.4 μm thick) p-type cladding layer 8, Mg
Doped p-type GaN (Mg concentration 2 × 10 17 cm −3 , thickness of 0.
An LD structure is formed by sequentially growing a p-type contact layer 9 of 2 μm). In this embodiment , a sapphire substrate is used as the substrate, but another substrate such as a GaN substrate or a SiC substrate may be used. Although doping of the light confinement layer is not essential, it is preferable to dope in the present reference example .

【0033】次に、ドライエッチングによりn電極12
を形成すべきn型コンタクト層3を部分的に露出させた
後、露出したn型コンタクト層上にTi/Alからなる
n電極12を形成する。一方、絶縁層10を形成後、そ
の絶縁層10上に、p型コンタクト層9とコンタクトさ
せてNi/Auからなるp電極11を形成する。
Next, the n-electrode 12 is dry-etched.
After partially exposing the n-type contact layer 3 to be formed, an n-electrode 12 made of Ti / Al is formed on the exposed n-type contact layer. On the other hand, after the insulating layer 10 is formed, a p-type electrode 11 made of Ni / Au is formed on the insulating layer 10 by making contact with the p-type contact layer 9.

【0034】参考例4の窒化物系化合物半導体レーザ素
子は、前記比較例の窒化物系化合物半導体レーザ素子に
比べ、上記構成において光閉じ込め層としてAl0.05
0.95Nを用い、ワイドギャップ化を行った。これによ
り、図15に示したように発振波長の423nmでは、
光閉じ込め層での吸収が大幅に減少し、内部損失は20
cm-1となった。前記比較例の半導体レーザ素子に比べ
て25cm-1もの内部損失が減少した。
The nitride-based compound semiconductor laser device of Reference Example 4 has the same structure as the nitride-based compound semiconductor laser device of the comparative example but has an Al 0.05 G
a Wide gap was formed using 0.95N . Thus, as shown in FIG. 15, at the oscillation wavelength of 423 nm,
Absorption in the optical confinement layer is greatly reduced, and the internal loss is
cm −1 . The internal loss was reduced by as much as 25 cm -1 as compared with the semiconductor laser device of the comparative example.

【0035】(参考例5) 図1及び図6を用いて参考例を説明する。図1は、半導
レーザ素子の構造断面図であり、図6は、この半導体
レーザ素子のバンド構造を示す図である。
Reference Example 5 A reference example will be described with reference to FIGS. Figure 1
A structural cross-sectional view of the body laser element, FIG. 6 is a diagram showing the band structure of the semiconductor laser device.

【0036】サファイアC面基板1上にGaNバッファ
ー層2(厚さ30nm)、Siドープn型GaN(シリコン
濃度4×1017cm-3、厚さ2μm)からなるn型コン
タクト層3、Siドープn型Al0.1Ga0.9N(シリコ
ン濃度4×1017cm-3、厚さ0.4μm)からなるn型
クラッド層4、Siドープn型GaN(シリコン濃度4
×1017cm-3、厚さ0.1μm)からなるn型光閉じ込
め層5、In0.2Ga0.8N井戸層(厚さ2.5nm)とIn
0.05Ga0.85Nバリア層(厚さ3nm)からなるアンドープ多重
量子井戸活性層6(井戸数7個)、Mgドープp型Ga
N(Mg濃度2×1017cm-3、厚さ0.1μm)からな
るp型光閉じ込め層7、Mgドープp型Al0.1Ga0.9
N(Mg濃度2×1017cm-3、厚さ0.4μm)からな
るp型クラッド層8、Mgドープp型GaN(Mg濃度
2×1017cm-3、厚さ0.2μm)からなるp型コンタ
クト層9を順次成長させて、LD構造を形成する。な
お、本参考例では、基板は、サファイア基板を用いた
が、GaN基板、SiC基板などの他の基板を用いても
よい。また、光閉じ込め層のドーピングは必須ではない
が、本参考例においてはドーピングをすることが好まし
い。
On a sapphire C-plane substrate 1, a GaN buffer layer 2 (thickness 30 nm), an n-type contact layer 3 made of Si-doped n-type GaN (silicon concentration 4 × 10 17 cm -3 , thickness 2 μm), Si-doped n-type cladding layer 4 made of n-type Al 0.1 Ga 0.9 N (silicon concentration 4 × 10 17 cm −3 , thickness 0.4 μm); Si-doped n-type GaN (silicon concentration 4
× 10 17 cm −3 , 0.1 μm thick) n-type optical confinement layer 5, In 0.2 Ga 0.8 N well layer (2.5 nm thick) and In
Undoped multiple quantum well active layer 6 (7 wells) consisting of 0.05 Ga 0.85 N barrier layer (thickness 3 nm), Mg-doped p-type Ga
P-type optical confinement layer 7 made of N (Mg concentration 2 × 10 17 cm −3 , thickness 0.1 μm), Mg-doped p-type Al 0.1 Ga 0.9
P-type cladding layer 8 made of N (Mg concentration 2 × 10 17 cm −3 , thickness 0.4 μm), p-type cladding layer made of Mg-doped p-type GaN (Mg concentration 2 × 10 17 cm −3 , thickness 0.2 μm) The contact layer 9 is sequentially grown to form an LD structure. In this embodiment , a sapphire substrate is used as the substrate, but another substrate such as a GaN substrate or a SiC substrate may be used. Although doping of the light confinement layer is not essential, it is preferable to dope in this embodiment .

【0037】次に、ドライエッチングによりn電極12
を形成すべきn型コンタクト層3を部分的に露出させた
後、露出したn型コンタクト層上にTi/Alからなる
n電極12を形成する。一方、絶縁層10を形成後、そ
の絶縁層10上に、p型コンタクト層9とコンタクトさ
せてNi/Auからなるp電極11を形成する。
Next, the n-electrode 12 is dry-etched.
After partially exposing the n-type contact layer 3 to be formed, an n-electrode 12 made of Ti / Al is formed on the exposed n-type contact layer. On the other hand, after the insulating layer 10 is formed, a p-type electrode 11 made of Ni / Au is formed on the insulating layer 10 by making contact with the p-type contact layer 9.

【0038】参考例5の窒化物系化合物半導体レーザ素
子は、前記文献記載の従来の窒化物系化合物半導体レー
ザ素子に比べ、上記構成においてバリア層厚を3nmと
し、薄膜化を行った。これにより、バリア層での吸収が
減少し、内部損失は24cm-1となった。前記文献記載
の従来の半導体レーザ素子に比べて30cm-1もの内部
損失が減少した。
In the nitride-based compound semiconductor laser device of Reference Example 5, the barrier layer thickness was set to 3 nm and the thickness was reduced in comparison with the conventional nitride-based compound semiconductor laser device described in the above-mentioned document. Thereby, the absorption in the barrier layer was reduced, and the internal loss was 24 cm −1 . The internal loss was reduced by as much as 30 cm -1 as compared with the conventional semiconductor laser device described in the above document.

【0039】バリア層の厚さは5nm以下であることが
必要であり、好ましくは1nm〜5nm、より好ましく
は3nm〜5nmである。
The thickness of the barrier layer needs to be 5 nm or less, preferably 1 nm to 5 nm, more preferably 3 nm to 5 nm.

【0040】(参考例6) 図1及び図7を用いて参考例を示す。図1は、半導体
ーザ素子の構造断面図であり、図7は、この半導体レー
ザ素子のバンド構造を示す図である。
Reference Example 6 A reference example will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a structural sectional view of a semiconductor laser device, and FIG. 7 is a diagram showing a band structure of the semiconductor laser device.

【0041】サファイアC面基板1上にGaNバッファ
ー層2(厚さ30nm)、Siドープn型GaN(シリコン
濃度4×1017cm-3、厚さ2μm)からなるn型コン
タクト層3、Siドープn型Al0.1Ga0.9N(シリコ
ン濃度4×1017cm-3、厚さ0.4μm)からなるn型
クラッド層4、Siドープn型GaN(シリコン濃度4
×1017cm-3、厚さ0.1μm)からなるn型光閉じ込
め層5、In0.2Ga0.8N井戸層(厚さ2.5nm)とIn
0.05Ga0.85Nバリア層(厚さ3nm)からなるアンドープ
多重量子井戸活性層6(井戸数4個)、Mgドープp型
GaN(Mg濃度2×1017cm-3、厚さ0.1μm)か
らなるp型光閉じ込め層7、Mgドープp型Al0.1
0.9N(Mg濃度2×1017cm-3、厚さ0.4μm)か
らなるp型クラッド層8、Mgドープp型GaN(Mg
濃度2×1017cm-3、厚さ0.2μm)からなるp型コ
ンタクト層9を順次成長させて、LD構造を形成する。
なお、本参考例では、基板は、サファイア基板を用いた
が、GaN基板、SiC基板などの他の基板を用いても
よい。また、光閉じ込め層のドーピングは必須ではない
が、本参考例においてはドーピングをすることが好まし
い。
A GaN buffer layer 2 (thickness 30 nm), an n-type contact layer 3 made of Si-doped n-type GaN (silicon concentration 4 × 10 17 cm -3 , thickness 2 μm) on a sapphire C-plane substrate 1, n-type cladding layer 4 made of n-type Al 0.1 Ga 0.9 N (silicon concentration 4 × 10 17 cm −3 , thickness 0.4 μm); Si-doped n-type GaN (silicon concentration 4
× 10 17 cm −3 , 0.1 μm thick) n-type optical confinement layer 5, In 0.2 Ga 0.8 N well layer (2.5 nm thick) and In
An undoped multiple quantum well active layer 6 (4 wells) consisting of a 0.05 Ga 0.85 N barrier layer (thickness: 3 nm) and a Mg-doped p-type GaN (Mg concentration: 2 × 10 17 cm −3 , thickness: 0.1 μm) p-type optical confinement layer 7, Mg-doped p-type Al 0.1 G
a p-type cladding layer 8 made of a 0.9 N (Mg concentration 2 × 10 17 cm −3 , thickness 0.4 μm);
A p-type contact layer 9 having a concentration of 2 × 10 17 cm −3 and a thickness of 0.2 μm) is sequentially grown to form an LD structure.
In this embodiment , a sapphire substrate is used as the substrate, but another substrate such as a GaN substrate or a SiC substrate may be used. Although doping of the light confinement layer is not essential, it is preferable to dope in this embodiment .

【0042】次に、ドライエッチングによりn電極12
を形成すべきn型コンタクト層3を部分的に露出させた
後、露出したn型コンタクト層上にTi/Alからなる
n電極12を形成する。一方、絶縁層10を形成後、そ
の絶縁層10上に、p型コンタクト層9とコンタクトさ
せてNi/Auからなるp電極11を形成する。
Next, the n-electrode 12 is formed by dry etching.
After partially exposing the n-type contact layer 3 to be formed, an n-electrode 12 made of Ti / Al is formed on the exposed n-type contact layer. On the other hand, after the insulating layer 10 is formed, a p-type electrode 11 made of Ni / Au is formed on the insulating layer 10 by making contact with the p-type contact layer 9.

【0043】参考例6の窒化物系化合物半導体レーザ素
子は、前記比較例の窒化物系化合物半導体レーザ素子に
比べ、上記構成においてバリア層厚を3nmとし、薄膜
化を行った。これにより、バリア層での吸収が減少し、
内部損失は28cm-1となった。前記比較例の半導体レ
ーザ素子に比べて17cm-1もの内部損失が減少した。
The nitride-based compound semiconductor laser device of Reference Example 6 was thinner than the nitride-based compound semiconductor laser device of Comparative Example, except that the thickness of the barrier layer was set to 3 nm in the above configuration. This reduces absorption in the barrier layer,
The internal loss was 28 cm -1 . The internal loss was reduced by as much as 17 cm -1 as compared with the semiconductor laser device of the comparative example.

【0044】(実施例) 図1及び図8を用いて実施例を説明する。図1は、本発
明の半導体レーザ素子の構造断面図であり、図8は、こ
の半導体レーザ素子のバンド構造を示す図である。
(Embodiment 1 ) An embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a structural sectional view of a semiconductor laser device of the present invention, and FIG. 8 is a diagram showing a band structure of the semiconductor laser device.

【0045】サファイアC面基板1上にGaNバッファ
ー層2(厚さ30nm)、Siドープn型GaN(シリコン
濃度4×1017cm-3、厚さ2μm)からなるn型コン
タクト層3、Siドープn型Al0.1Ga0.9N(シリコ
ン濃度4×1017cm-3、厚さ0.4μm)からなるn型
クラッド層4、Siドープn型GaN(シリコン濃度4
×1017cm-3、厚さ0.03μm)からなるn型光閉じ込
め層5、In0.2Ga0.8N井戸層(厚さ2.5nm)とIn
0.05Ga0.95Nバリア層(厚さ5nm)からなるアンドープ
多重量子井戸活性層6(井戸数7個)、Mgドープp型
GaN(Mg濃度2×1017cm-3、厚さ0.03μm)か
らなるp型光閉じ込め層7、Mgドープp型Al0.1
0.9N(Mg濃度2×1017cm-3、厚さ0.4μm)か
らなるp型クラッド層8、Mgドープp型GaN(Mg
濃度2×1017cm-3、厚さ0.2μm)からなるp型コ
ンタクト層9を順次成長させて、LD構造を形成する。
なお、本実施例では、基板は、サファイア基板を用いた
が、GaN基板、SiC基板などの他の基板を用いても
よい。また、本発明においては光閉じ込め層のドーピン
グは必須ではないが、本実施例においてはドーピングを
することが好ましい。
A GaN buffer layer 2 (thickness 30 nm), an n-type contact layer 3 made of Si-doped n-type GaN (silicon concentration 4 × 10 17 cm -3 , thickness 2 μm) on a sapphire C-plane substrate 1, n-type cladding layer 4 made of n-type Al 0.1 Ga 0.9 N (silicon concentration 4 × 10 17 cm −3 , thickness 0.4 μm); Si-doped n-type GaN (silicon concentration 4
× 10 17 cm −3 , 0.03 μm thick) n-type optical confinement layer 5, In 0.2 Ga 0.8 N well layer (2.5 nm thick) and In
An undoped multiple quantum well active layer 6 (7 wells) composed of a 0.05 Ga 0.95 N barrier layer (5 nm thick) and a Mg-doped p-type GaN (Mg concentration 2 × 10 17 cm −3 , thickness 0.03 μm) p-type optical confinement layer 7, Mg-doped p-type Al 0.1 G
a p-type cladding layer 8 made of a 0.9 N (Mg concentration 2 × 10 17 cm −3 , thickness 0.4 μm);
A p-type contact layer 9 having a concentration of 2 × 10 17 cm −3 and a thickness of 0.2 μm) is sequentially grown to form an LD structure.
In this embodiment, the substrate is a sapphire substrate, but another substrate such as a GaN substrate or a SiC substrate may be used. Further, in the present invention, doping of the light confinement layer is not essential, but in the present embodiment, doping is preferable.

【0046】次に、ドライエッチングによりn電極12
を形成すべきn型コンタクト層3を部分的に露出させた
後、露出したn型コンタクト層上にTi/Alからなる
n電極12を形成する。一方、絶縁層10を形成後、そ
の絶縁層10上に、p型コンタクト層9とコンタクトさ
せてNi/Auからなるp電極11を形成する。
Next, the n-electrode 12 is dry-etched.
After partially exposing the n-type contact layer 3 to be formed, an n-electrode 12 made of Ti / Al is formed on the exposed n-type contact layer. On the other hand, after the insulating layer 10 is formed, a p-type electrode 11 made of Ni / Au is formed on the insulating layer 10 by making contact with the p-type contact layer 9.

【0047】実施例の窒化物系化合物半導体レーザ素
子は、前記文献記載の窒化物系化合物半導体レーザ素子
に比べ、上記構成において光閉じ込め層の厚さを0.0
3μmとし、薄膜化を行った。これにより、光閉じ込め
層での吸収が減少し、内部損失は19cm-1となった。
前記文献記載の半導体レーザ素子に比べて35cm-1
の内部損失が減少した。
The nitride-based compound semiconductor laser device of Example 1 has a light confinement layer having a thickness of 0.0
The thickness was set to 3 μm, and the thickness was reduced. Thereby, the absorption in the light confinement layer was reduced, and the internal loss was 19 cm -1 .
The internal loss was reduced by as much as 35 cm -1 as compared with the semiconductor laser device described in the above document.

【0048】本発明において、光閉じ込め層の厚さは
0.05μm以下であることが必要であり、好ましくは
0.01〜0.05μmであるが、多重量子井戸活性層
の井戸数にも依存するため、井戸数が1〜4個の場合は
0.025〜0.05μmがより好ましく、井戸数が5
〜10個の場合は0.01〜0.05μmがより好まし
く、井戸数が10個を超える場合は0.01〜0.03
μmがより好ましい。
In the present invention , the thickness of the optical confinement layer needs to be 0.05 μm or less, preferably 0.01 to 0.05 μm, but also depends on the number of wells in the multiple quantum well active layer. Therefore, when the number of wells is 1 to 4, the thickness is more preferably 0.025 to 0.05 μm, and the number of wells is 5
0.01 to 0.05 μm is more preferable when the number of wells is 10 to 10, and 0.01 to 0.03 when the number of wells exceeds 10.
μm is more preferred.

【0049】(実施例) 図1及び図9を用いて実施例を説明する。図1は、本発
明の半導体レーザ素子の構造断面図であり、図9は、こ
の半導体レーザ素子のバンド構造を示す図である。
(Embodiment 2 ) An embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a structural sectional view of a semiconductor laser device of the present invention, and FIG. 9 is a diagram showing a band structure of the semiconductor laser device.

【0050】サファイアC面基板1上にGaNバッファ
ー層2(厚さ30nm)、Siドープn型GaN(シリコン
濃度4×1017cm-3、厚さ2μm)からなるn型コン
タクト層3、Siドープn型Al0.1Ga0.9N(シリコ
ン濃度4×1017cm-3、厚さ0.4μm)からなるn型
クラッド層4、Siドープn型GaN(シリコン濃度4
×1017cm-3、厚さ0.03μm)からなるn型光閉じ込
め層5、In0.2Ga0.8N井戸層(厚さ2.5nm)とIn
0.05Ga0.95Nバリア層(厚さ5nm)からなるアンドープ
多重量子井戸活性層6(井戸数4個)、Mgドープp型
GaN(Mg濃度2×1017cm-3、厚さ0.03μm)か
らなるp型光閉じ込め層7、Mgドープp型Al0.1
0.9N(Mg濃度2×1017cm-3、厚さ0.4μm)か
らなるp型クラッド層8、Mgドープp型GaN(Mg
濃度2×1017cm-3、厚さ0.2μm)からなるp型コ
ンタクト層9を順次成長させて、LD構造を形成する。
なお、本実施例では、基板は、サファイア基板を用いた
が、GaN基板、SiC基板などの他の基板を用いても
よい。また、本発明においては光閉じ込め層のドーピン
グは必須ではないが、本実施例においてはドーピングを
することが好ましい。
A GaN buffer layer 2 (thickness 30 nm), an n-type contact layer 3 made of Si-doped n-type GaN (silicon concentration 4 × 10 17 cm −3 , thickness 2 μm) on a sapphire C-plane substrate 1, n-type cladding layer 4 made of n-type Al 0.1 Ga 0.9 N (silicon concentration 4 × 10 17 cm −3 , thickness 0.4 μm); Si-doped n-type GaN (silicon concentration 4
× 10 17 cm −3 , 0.03 μm thick) n-type optical confinement layer 5, In 0.2 Ga 0.8 N well layer (2.5 nm thick) and In
An undoped multiple quantum well active layer 6 (4 wells) consisting of a 0.05 Ga 0.95 N barrier layer (thickness: 5 nm) and a Mg-doped p-type GaN (Mg concentration: 2 × 10 17 cm −3 , thickness: 0.03 μm) p-type optical confinement layer 7, Mg-doped p-type Al 0.1 G
a p-type cladding layer 8 made of a 0.9 N (Mg concentration 2 × 10 17 cm −3 , thickness 0.4 μm);
A p-type contact layer 9 having a concentration of 2 × 10 17 cm −3 and a thickness of 0.2 μm) is sequentially grown to form an LD structure.
In this embodiment, the substrate is a sapphire substrate, but another substrate such as a GaN substrate or a SiC substrate may be used. Further, in the present invention, doping of the light confinement layer is not essential, but in the present embodiment, doping is preferable.

【0051】次に、ドライエッチングによりn電極12
を形成すべきn型コンタクト層3を部分的に露出させた
後、露出したn型コンタクト層上にTi/Alからなる
n電極12を形成する。一方、絶縁層10を形成後、そ
の絶縁層10上に、p型コンタクト層9とコンタクトさ
せてNi/Auからなるp電極11を形成する。
Next, the n-electrode 12 is dry-etched.
After partially exposing the n-type contact layer 3 to be formed, an n-electrode 12 made of Ti / Al is formed on the exposed n-type contact layer. On the other hand, after the insulating layer 10 is formed, a p-type electrode 11 made of Ni / Au is formed on the insulating layer 10 by making contact with the p-type contact layer 9.

【0052】実施例の窒化物系化合物半導体レーザ素
子は、前記比較例の窒化物系化合物半導体レーザ素子に
比べ、上記構成において光閉じ込め層の厚さを0.03
μmとして、薄膜化を行った。これにより、光閉じ込め
層での吸収が減少し、内部損失は15cm-1となった。
前記比較例の半導体レーザ素子に比べて30cm-1もの
内部損失が減少した。
The nitride-based compound semiconductor laser device of Example 2 has a light confinement layer having a thickness of 0.03 in the above-described configuration as compared with the nitride-based compound semiconductor laser device of Comparative Example.
The film thickness was reduced to μm. Thereby, the absorption in the light confinement layer was reduced, and the internal loss was 15 cm −1 .
The internal loss was reduced by as much as 30 cm -1 as compared with the semiconductor laser device of the comparative example.

【0053】(参考例7) 図1及び図10を用いて参考例を説明する。図1は半導
レーザ素子の構造断面図であり、図10は、この半導
体レーザ素子のバンド構造を示す図である。
Reference Example 7 A reference example will be described with reference to FIGS. Figure 1 is semi-conductive
A structural cross-sectional view of the body laser element, FIG. 10 is a diagram showing the band structure of the semiconductor laser device.

【0054】サファイアC面基板1上にGaNバッファ
ー層2(厚さ30nm)、Siドープn型GaN(シリコン
濃度4×1017cm-3、厚さ2μm)からなるn型コン
タクト層3、Siドープn型Al0.1Ga0.9N(シリコ
ン濃度4×1017cm-3、厚さ0.4μm)からなるn型
クラッド層4、Siドープn型GaN(シリコン濃度4
×1017cm-3、厚さ0.1μm)からなるn型光閉じ込
め層5、In0.2Ga0.8N井戸層(厚さ2.5nm)と図1
0のエネルギーバンドを示すようなGaN/Al0.1
0.9N超格子バリア層(厚さ5nm、層厚比1:1)からなる
アンドープ多重量子井戸活性層6(井戸数7個)、Mg
ドープp型GaN(Mg濃度2×1017cm-3、厚さ0.
1μm)からなるp型光閉じ込め層7、Mgドープp型
Al0.1Ga0.9N(Mg濃度2×1017cm-3、厚さ0.
4μm)からなるp型クラッド層8、Mgドープp型G
aN(Mg濃度2×1017cm-3、厚さ0.2μm)から
なるp型コンタクト層9を順次成長させて、LD構造を
形成する。なお、本参考例では、基板は、サファイア基
板を用いたが、GaN基板、SiC基板などの他の基板
を用いてもよい。また、光閉じ込め層のドーピングは必
須ではないが、本参考例においてはドーピングをするこ
とが好ましい。
On a sapphire C-plane substrate 1, a GaN buffer layer 2 (thickness 30 nm), an n-type contact layer 3 made of Si-doped n-type GaN (silicon concentration 4 × 10 17 cm −3 , thickness 2 μm), a Si-doped layer n-type cladding layer 4 made of n-type Al 0.1 Ga 0.9 N (silicon concentration 4 × 10 17 cm −3 , thickness 0.4 μm); Si-doped n-type GaN (silicon concentration 4
FIG. 1 shows an n-type optical confinement layer 5 and an In 0.2 Ga 0.8 N well layer (thickness: 2.5 nm) each having a thickness of × 10 17 cm −3 and a thickness of 0.1 μm).
GaN / Al 0.1 G showing an energy band of 0
undoped multiple quantum well active layer 6 (7 wells) composed of a 0.9 N superlattice barrier layer (thickness 5 nm, layer thickness ratio 1: 1), Mg
Doped p-type GaN (Mg concentration 2 × 10 17 cm −3 , thickness of 0.
P-type optical confinement layer 7 of 1 μm), Mg-doped p-type Al 0.1 Ga 0.9 N (Mg concentration 2 × 10 17 cm −3 , thickness of 0.1 μm).
4 μm), p-type cladding layer 8, Mg-doped p-type G
An LD structure is formed by sequentially growing a p-type contact layer 9 made of aN (Mg concentration: 2 × 10 17 cm −3 , thickness: 0.2 μm). In this embodiment , a sapphire substrate is used as the substrate, but another substrate such as a GaN substrate or a SiC substrate may be used. Although doping of the light confinement layer is not essential, it is preferable to dope in this embodiment .

【0055】次に、ドライエッチングによりn電極12
を形成すべきn型コンタクト層3を部分的に露出させた
後、露出したn型コンタクト層上にTi/Alからなる
n電極12を形成する。一方、絶縁層10を形成後、そ
の絶縁層10上に、p型コンタクト層9とコンタクトさ
せてNi/Auからなるp電極11を形成する。
Next, the n-electrode 12 is formed by dry etching.
After partially exposing the n-type contact layer 3 to be formed, an n-electrode 12 made of Ti / Al is formed on the exposed n-type contact layer. On the other hand, after the insulating layer 10 is formed, a p-type electrode 11 made of Ni / Au is formed on the insulating layer 10 by making contact with the p-type contact layer 9.

【0056】参考例7の窒化物系化合物半導体レーザ素
子は、前記文献記載の従来の窒化物系化合物半導体レー
ザ素子に比べ、上記構成においてバリア層としてGaN
/Al0.1Ga0.9N超格子を用い、ワイドギャップ化を
行った。これにより、図15に示したように発振波長の
423nmでは、バリア層での吸収が大幅に減少し、内部
損失は25cm-1となった。前記文献記載の従来の半導
体レーザ素子に比べて29cm-1もの内部損失が減少し
た。
The nitride-based compound semiconductor laser device of Reference Example 7 is different from the conventional nitride-based compound semiconductor laser device described in the above-mentioned document in that it has a GaN barrier layer in the above configuration.
A wide gap was formed using a / Al 0.1 Ga 0.9 N superlattice. As a result, as shown in FIG. 15, at the oscillation wavelength of 423 nm, the absorption in the barrier layer was significantly reduced, and the internal loss was 25 cm −1 . The internal loss was reduced by as much as 29 cm -1 as compared with the conventional semiconductor laser device described in the above document.

【0057】(参考例8) 図1及び図11を用いて参考例を示す。図1は、半導体
レーザ素子の構造断面図であり、図11は、この半導体
レーザ素子のバンド構造を示す図である。
Reference Example 8 A reference example will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a structural sectional view of a semiconductor laser device, and FIG. 11 is a diagram showing a band structure of the semiconductor laser device.

【0058】サファイアC面基板1上にGaNバッファ
ー層2(厚さ30nm)、Siドープn型GaN(シリコン
濃度4×1017cm-3、厚さ2μm)からなるn型コン
タクト層3、Siドープn型Al0.1Ga0.9N(シリコ
ン濃度4×1017cm-3、厚さ0.4μm)からなるn型
クラッド層4、図11のエネルギーバンドを示すような
Siドープn型GaNとSiドープAl0.1Ga0.9Nと
の超格子(シリコン濃度4×1017cm-3、厚さ0.1μ
m、膜厚比1:1)からなるn型光閉じ込め層5、In0.2
Ga0.8N井戸層(厚さ2.5nm)とIn0.05Ga0.85
バリア層(厚さ5nm)からなるアンドープ多重量子井戸活
性層6(井戸数7個)、図11のエネルギーバンドを示
すようなMgドープp型GaNとMgドープAl0.1
0.9Nとの超格子(Mg濃度2×1017cm-3、厚さ
0.1μm、膜厚比1:1)からなるp型光閉じ込め層7、M
gドープp型Al0.1Ga0.9N(Mg濃度2×1017
-3、厚さ0.4μm)からなるp型クラッド層8、Mg
ドープp型GaN(Mg濃度2×1017cm-3、厚さ0.
2μm)からなるp型コンタクト層9を順次成長させ
て、LD構造を形成する。なお、本参考例では、基板
は、サファイア基板を用いたが、GaN基板、SiC基
板などの他の基板を用いてもよい。また、光閉じ込め層
のドーピングは必須ではないが、本参考例においてはド
ーピングをすることが好ましい。
A GaN buffer layer 2 (thickness 30 nm), an n-type contact layer 3 made of Si-doped n-type GaN (silicon concentration 4 × 10 17 cm −3 , thickness 2 μm) on a sapphire C-plane substrate 1, An n-type clad layer 4 made of n-type Al 0.1 Ga 0.9 N (silicon concentration 4 × 10 17 cm −3 , thickness 0.4 μm), Si-doped n-type GaN and Si-doped Al 0.1 as shown in the energy band of FIG. Superlattice with Ga 0.9 N (silicon concentration 4 × 10 17 cm -3 , thickness 0.1 μm)
m, an n-type optical confinement layer 5 having a film thickness ratio of 1: 1), In 0.2
Ga 0.8 N well layer (2.5 nm thick) and In 0.05 Ga 0.85 N
An undoped multiple quantum well active layer 6 (7 wells) composed of a barrier layer (5 nm thick), Mg-doped p-type GaN and Mg-doped Al 0.1 G as shown in the energy band of FIG.
a superlattice with 0.9 N (Mg concentration 2 × 10 17 cm −3 , thickness
P-type optical confinement layer 7 of 0.1 μm, film thickness ratio 1: 1), M
g-doped p-type Al 0.1 Ga 0.9 N (Mg concentration 2 × 10 17 c
m −3 , 0.4 μm thick) p-type cladding layer 8, Mg
Doped p-type GaN (Mg concentration 2 × 10 17 cm −3 , thickness of 0.
An LD structure is formed by sequentially growing a p-type contact layer 9 of 2 μm). In this embodiment , a sapphire substrate is used as the substrate, but another substrate such as a GaN substrate or a SiC substrate may be used. Although doping of the light confinement layer is not essential, it is preferable to dope in the present reference example .

【0059】次に、ドライエッチングによりn電極12
を形成すべきn型コンタクト層3を部分的に露出させた
後、露出したn型コンタクト層上にTi/Alからなる
n電極12を形成する。一方、絶縁層10を形成後、そ
の絶縁層10上に、p型コンタクト層9とコンタクトさ
せてNi/Auからなるp電極11を形成する。
Next, the n-electrode 12 is dry-etched.
After partially exposing the n-type contact layer 3 to be formed, an n-electrode 12 made of Ti / Al is formed on the exposed n-type contact layer. On the other hand, after the insulating layer 10 is formed, a p-type electrode 11 made of Ni / Au is formed on the insulating layer 10 by making contact with the p-type contact layer 9.

【0060】参考例8の窒化物系化合物半導体レーザ素
子は、前記文献記載の従来の窒化物系化合物半導体レー
ザ素子に比べ、上記構成において光閉じ込め層としてG
aN/Al0.1Ga0.9N超格子を用い、ワイドギャップ
化を行った。これにより、図15に示したように発振波
長の423nmでは、光閉じ込め層での吸収が大幅に減少
し、内部損失は21cm-1となった。前記文献記載の従
来の半導体レーザ素子に比べて33cm-1もの内部損失
が減少した。
The nitride-based compound semiconductor laser device of Reference Example 8 has a G confinement layer as an optical confinement layer in the above-described configuration, as compared with the conventional nitride-based compound semiconductor laser device described in the above document.
A wide gap was formed using an aN / Al 0.1 Ga 0.9 N superlattice. As a result, as shown in FIG. 15, at the oscillation wavelength of 423 nm, the absorption in the light confinement layer was significantly reduced, and the internal loss was 21 cm −1 . The internal loss was reduced by as much as 33 cm -1 as compared with the conventional semiconductor laser device described in the above document.

【0061】(参考例9) 図1及び図12を用いて参考例を説明する。図1は半導
レーザ素子の構造断面図であり、図12は、この半導
体レーザ素子のバンド構造を示す図である。
Reference Example 9 A reference example will be described with reference to FIGS. Figure 1 is semi-conductive
A structural cross-sectional view of the body laser element, FIG. 12 is a diagram showing the band structure of the semiconductor laser device.

【0062】サファイアC面基板1上にGaNバッファ
ー層2(厚さ30nm)、Siドープn型GaN(シリコン
濃度4×1017cm-3、厚さ2μm)からなるn型コン
タクト層3、Siドープn型Al0.1Ga0.9N(シリコ
ン濃度4×1017cm-3、厚さ0.4μm)からなるn型
クラッド層4、Siドープn型GaN(シリコン濃度4
×1017cm-3、厚さ0.1μm)からなるn型光閉じ込
め層5、In0.2Ga0.8N井戸層(厚さ2.5nm)とIn
0.02Al0.06Ga0.92Nバリア層(厚さ5nm)からなるア
ンドープ多重量子井戸活性層6(井戸数7個)、Mgド
ープp型GaN(Mg濃度2×1017cm-3、厚さ0.1
μm)からなるp型光閉じ込め層7、Mgドープp型A
0.1Ga0.9N(Mg濃度2×1017cm-3、厚さ0.4
μm)からなるp型クラッド層8、Mgドープp型Ga
N(Mg濃度2×1017cm-3、厚さ0.2μm)からな
るp型コンタクト層9を順次成長させて、LD構造を形
成する。なお、本参考例では、基板は、サファイア基板
を用いたが、GaN基板、SiC基板などの他の基板を
用いてもよい。また、光閉じ込め層のドーピングは必須
ではないが、本参考例においてはドーピングをすること
が好ましい。
A GaN buffer layer 2 (thickness 30 nm), an n-type contact layer 3 made of Si-doped n-type GaN (silicon concentration 4 × 10 17 cm −3 , thickness 2 μm) on a sapphire C-plane substrate 1, n-type cladding layer 4 made of n-type Al 0.1 Ga 0.9 N (silicon concentration 4 × 10 17 cm −3 , thickness 0.4 μm); Si-doped n-type GaN (silicon concentration 4
× 10 17 cm −3 , 0.1 μm thick) n-type optical confinement layer 5, In 0.2 Ga 0.8 N well layer (2.5 nm thick) and In
Undoped multiple quantum well active layer 6 (7 wells) consisting of 0.02 Al 0.06 Ga 0.92 N barrier layer (5 nm thick), Mg-doped p-type GaN (Mg concentration 2 × 10 17 cm −3 , thickness 0.1)
μm), p-type optical confinement layer 7, Mg-doped p-type A
l 0.1 Ga 0.9 N (Mg concentration 2 × 10 17 cm -3 , thickness 0.4
μm), Mg-doped p-type Ga
An LD structure is formed by sequentially growing a p-type contact layer 9 made of N (Mg concentration: 2 × 10 17 cm −3 , thickness: 0.2 μm). In this embodiment , a sapphire substrate is used as the substrate, but another substrate such as a GaN substrate or a SiC substrate may be used. Although doping of the light confinement layer is not essential, it is preferable to dope in this embodiment .

【0063】次に、ドライエッチングによりn電極12
を形成すべきn型コンタクト層3を部分的に露出させた
後、露出したn型コンタクト層上にTi/Alからなる
n電極12を形成する。一方、絶縁層10を形成後、そ
の絶縁層10上に、p型コンタクト層9とコンタクトさ
せてNi/Auからなるp電極11を形成する。
Next, the n-electrode 12 is formed by dry etching.
After partially exposing the n-type contact layer 3 to be formed, an n-electrode 12 made of Ti / Al is formed on the exposed n-type contact layer. On the other hand, after the insulating layer 10 is formed, a p-type electrode 11 made of Ni / Au is formed on the insulating layer 10 by making contact with the p-type contact layer 9.

【0064】参考例9の窒化物系化合物半導体レーザ素
子は、前記文献記載の従来の窒化物系化合物半導体レー
ザ素子に比べ、上記構成においてバリア層としてIn
0.02Al0.06Ga0.92Nを用い、ワイドギャップ化を行
った。これにより、図15に示したように発振波長の4
23nmでは、光閉じ込め層での吸収が大幅に減少し、
内部損失は29cm-1となった。前記文献記載の従来の
半導体レーザ素子に比べて25cm-1もの内部損失が減
少した。
The nitride-based compound semiconductor laser device of Reference Example 9 is different from the conventional nitride-based compound semiconductor laser device described in the above-mentioned document in that it has the same structure as the barrier layer in the above structure.
A wide gap was formed using 0.02 Al 0.06 Ga 0.92 N. As a result, as shown in FIG.
At 23 nm, the absorption in the light confinement layer is greatly reduced,
The internal loss was 29 cm -1 . The internal loss was reduced by as much as 25 cm -1 as compared with the conventional semiconductor laser device described in the above document.

【0065】(参考例10) 図1及び図13を用いて参考例を説明する。図1は、半
導体レーザ素子の構造断面図であり、図13は、この半
導体レーザ素子のバンド構造を示す図である。
Reference Example 10 A reference example will be described with reference to FIGS. Figure 1 shows a half
A structural cross-sectional view of the conductive laser element, FIG. 13 is a diagram showing the band structure of the semiconductor laser device.

【0066】サファイアC面基板1上にGaNバッファ
ー層2(厚さ30nm)、Siドープn型GaN(シリコン
濃度4×1017cm-3、厚さ2μm)からなるn型コン
タクト層3、Siドープn型Al0.1Ga0.9N(シリコ
ン濃度4×1017cm-3、厚さ0.4μm)からなるn型
クラッド層4、Siドープn型AluGa1-uN(但し、
0≦u≦0.1であって、図13に示すようにクラッド
層側に向かって徐々にワイドギャップ化している。シリ
コン濃度4×1017cm-3、厚さ0.1μm)からなるn
型光閉じ込め層5、In0.2Ga0.8N井戸層(厚さ2.5n
m)とIn0.05Ga0.85Nバリア層(厚さ5nm)からなるア
ンドープ多重量子井戸活性層6(井戸数7個)、Mgド
ープp型AluGa1-uN(但し、0≦u≦0.1であっ
て、図13に示すようにクラッド層側に向かって徐々に
ワイドギャップ化している。Mg濃度2×1017
-3、厚さ0.1μm)からなるp型光閉じ込め層7、M
gドープp型Al0.1Ga0.9N(Mg濃度2×1017
-3、厚さ0.4μm)からなるp型クラッド層8、Mg
ドープp型GaN(Mg濃度2×1017cm-3、厚さ0.
2μm)からなるp型コンタクト層9を順次成長させ
て、LD構造を形成する。なお、本参考例では、基板
は、サファイア基板を用いたが、GaN基板、SiC基
板などの他の基板を用いてもよい。また、光閉じ込め層
のドーピングは必須ではないが、本参考例においてはド
ーピングをすることが好ましい。
On a sapphire C-plane substrate 1, a GaN buffer layer 2 (thickness 30 nm), an n-type contact layer 3 made of Si-doped n-type GaN (silicon concentration 4 × 10 17 cm −3 , thickness 2 μm), An n-type cladding layer 4 made of n-type Al 0.1 Ga 0.9 N (silicon concentration 4 × 10 17 cm −3 , thickness 0.4 μm), Si-doped n-type Al u Ga 1-u N (however,
0 ≦ u ≦ 0.1, and the gap gradually widens toward the cladding layer side as shown in FIG. N consisting of silicon concentration of 4 × 10 17 cm −3 and thickness of 0.1 μm)
Type optical confinement layer 5, In 0.2 Ga 0.8 N well layer (thickness 2.5 n
m) and an In 0.05 Ga 0.85 N barrier layer (5 nm in thickness), an undoped multiple quantum well active layer 6 (7 wells), a Mg-doped p-type Al u Ga 1-u N (where 0 ≦ u ≦ 0) a .1, .mg concentration 2 × 10 17 c that gradually wide gapped toward the cladding layer side as shown in FIG. 13
m −3 , thickness 0.1 μm), p-type optical confinement layer 7, M
g-doped p-type Al 0.1 Ga 0.9 N (Mg concentration 2 × 10 17 c
m −3 , 0.4 μm thick) p-type cladding layer 8, Mg
Doped p-type GaN (Mg concentration 2 × 10 17 cm −3 , thickness of 0.
An LD structure is formed by sequentially growing a p-type contact layer 9 of 2 μm). In this embodiment , a sapphire substrate is used as the substrate, but another substrate such as a GaN substrate or a SiC substrate may be used. Although doping of the light confinement layer is not essential, it is preferable to dope in the present reference example .

【0067】次に、ドライエッチングによりn電極12
を形成すべきn型コンタクト層3を部分的に露出させた
後、露出したn型コンタクト層上にTi/Alからなる
n電極12を形成する。一方、絶縁層10を形成後、そ
の絶縁層10上に、p型コンタクト層9とコンタクトさ
せてNi/Auからなるp電極11を形成する。
Next, the n-electrode 12 is formed by dry etching.
After partially exposing the n-type contact layer 3 to be formed, an n-electrode 12 made of Ti / Al is formed on the exposed n-type contact layer. On the other hand, after the insulating layer 10 is formed, a p-type electrode 11 made of Ni / Au is formed on the insulating layer 10 by making contact with the p-type contact layer 9.

【0068】参考例10の窒化物系化合物半導体レーザ
素子は、前記文献記載の従来の窒化物系化合物半導体レ
ーザ素子に比べ、上記構成において光閉じ込め層として
GaNからAl0.1Ga0.9Nの材料を徐々に空間的に変
化させ、ワイドギャップ化を行った。これにより、図1
5に示したように発振波長の423nmでは、光閉じ込め
層での吸収が大幅に減少し、内部損失は21cm-1とな
った。前記文献記載の従来の半導体レーザ素子に比べて
33cm-1もの内部損失が減少した。
The nitride-based compound semiconductor laser device of Reference Example 10 is different from the conventional nitride-based compound semiconductor laser device described in the above-mentioned document in that the material from GaN to Al 0.1 Ga 0.9 N is gradually used as the optical confinement layer in the above configuration. To widen the gap. As a result, FIG.
As shown in FIG. 5, at the oscillation wavelength of 423 nm, the absorption in the light confinement layer was significantly reduced, and the internal loss was 21 cm −1 . The internal loss was reduced by as much as 33 cm -1 as compared with the conventional semiconductor laser device described in the above document.

【0069】[0069]

【発明の効果】本発明によれば、多重量子井戸活性層の
バリア層や光閉じ込め層の材料や、構造、膜厚を変える
ことにより、内部損失の小さい窒化物系化合物半導体レ
ーザ素子を提供することでき、高性能なレーザ素子を実
現することができる。
According to the present invention, there is provided a nitride-based compound semiconductor laser device having a small internal loss by changing the material, structure, and film thickness of the barrier layer and the optical confinement layer of the multiple quantum well active layer. As a result, a high-performance laser device can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の半導体レーザ素子の構造断面図であ
る。
FIG. 1 is a structural sectional view of a semiconductor laser device of the present invention.

【図2】参考例1の半導体レーザ素子のバンド構造を示
す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a band structure of the semiconductor laser device of Reference Example 1.

【図3】参考例2の半導体レーザ素子のバンド構造を示
す図である。
FIG. 3 is a view showing a band structure of a semiconductor laser device of Reference Example 2;

【図4】参考例3の半導体レーザ素子のバンド構造を示
す図である。
FIG. 4 is a view showing a band structure of a semiconductor laser device of Reference Example 3;

【図5】参考例4の半導体レーザ素子のバンド構造を示
す図である。
FIG. 5 is a view showing a band structure of a semiconductor laser device of Reference Example 4;

【図6】参考例5の半導体レーザ素子のバンド構造を示
す図である。
FIG. 6 is a view showing a band structure of a semiconductor laser device of Reference Example 5;

【図7】参考例6の半導体レーザ素子のバンド構造を示
す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a band structure of a semiconductor laser device of Reference Example 6;

【図8】実施例の半導体レーザ素子のバンド構造を示
す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a band structure of the semiconductor laser device of Example 1 .

【図9】実施例の半導体レーザ素子のバンド構造を示
す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a band structure of a semiconductor laser device of Example 2 .

【図10】参考例7の半導体レーザ素子のバンド構造を
示す図である。
FIG. 10 is a view showing a band structure of a semiconductor laser device of Reference Example 7 ;

【図11】参考例8の半導体レーザ素子のバンド構造を
示す図である。
FIG. 11 is a view showing a band structure of a semiconductor laser device of Reference Example 8 ;

【図12】参考例9の半導体レーザ素子のバンド構造を
示す図である。
FIG. 12 is a view showing a band structure of a semiconductor laser device of Reference Example 9 ;

【図13】参考例10の半導体レーザ素子のバンド構造
を示す図である。
FIG. 13 is a view showing a band structure of the semiconductor laser device of Reference Example 10 ;

【図14】従来の半導体レーザ素子の構造断面図であ
る。
FIG. 14 is a structural sectional view of a conventional semiconductor laser device.

【図15】窒化物系化合物半導体の吸収スペクトルを示
す図である
FIG. 15 is a diagram showing an absorption spectrum of a nitride-based compound semiconductor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、101 サファイアC面基板 2、102 バッファー層 3、103 n型コンタクト層 4、104 n型クラッド層 5、105 n型光閉じ込め層 6、106 アンドープ多重量子井戸活性層 7、107 p型光閉じ込め層 8、108 p型クラッド層 9、109 p型コンタクト層 10、110 絶縁層 11、111 p電極 12、112 n電極 1, 101 sapphire C-plane substrate 2, 102 buffer layer 3, 103 n-type contact layer 4, 104 n-type cladding layer 5, 105 n-type optical confinement layer 6, 106 undoped multiple quantum well active layer 7, 107 p-type optical confinement Layer 8, 108 p-type cladding layer 9, 109 p-type contact layer 10, 110 insulating layer 11, 111 p-electrode 12, 112 n-electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−83954(JP,A) Jpn.J.Appl.Phys.V ol37 Part2 No.4B (1998)pp.L444−L446 Jpn.J.Appl.Phys.V ol37 Part2 No.10B (1996)pp.L1315−L1317 J.Appl.Phys.Vol.81 No.9(1997)p.5930−5934 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (56) References JP-A-8-83954 (JP, A) Jpn. J. Appl. Phys. Vol 37 Part 2 No. 4B (1998) pp. L444-L446 Jpn. J. Appl. Phys. Vol 37 Part 2 No. 10B (1996) pp. L1315-L1317J. Appl. Phys. Vol. 81 No. 9 (1997) p. 5930−5934

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基板上に形成された一般式InXAlY
1-X-YN(X≧0,Y≧0,X+Y≦1)からなる導
電型半導体クラッド層と、一般式InXAlYGa1-X-Y
N(X≧0,Y≧0,X+Y≦1)からなる半導体光閉
じ込め層と、一般式InXAlYGa1-X-YN(X≧0,
Y≧0,X+Y≦1)からなる一層または複数層の井戸
層およびバリア層の2種類の半導体層より形成される量
子井戸活性層と、一般式InXAlYGa1-X-YN(X≧
0,Y≧0,X+Y≦1)からなる半導体光閉じ込め層
と、一般式InXAlYGa1-X-YN(X≧0,Y≧0,
X+Y≦1)からなる導電型半導体クラッド層とが前記
順序で形成された半導体レーザ素子であって、上記光閉
じ込め層のバンドギャップが、井戸層およびバリア層よ
り大きく且つクラッド層より小さく、且つ上記光閉じ込
め層の層厚を0.05μm未満とすることを特徴とする
半導体レーザ素子。
1. A general formula In x Al Y G formed on a substrate.
a 1-XY N (X ≧ 0, Y ≧ 0, X + Y ≦ 1), and a conductive semiconductor cladding layer of the general formula In X Al Y Ga 1-XY
A semiconductor optical confinement layer composed of N (X ≧ 0, Y ≧ 0, X + Y ≦ 1); and a general formula In X Al Y Ga 1-XY N (X ≧ 0,
A quantum well active layer formed of two or more semiconductor layers of one or more well layers and barrier layers each composed of Y ≧ 0, X + Y ≦ 1, and a general formula In X Al Y Ga 1-XY N (X ≧
0, Y ≧ 0, X + Y ≦ 1) and a general formula In X Al Y Ga 1-XY N (X ≧ 0, Y ≧ 0,
X + Y ≦ 1), wherein the band gap of the light confinement layer is larger than that of the well layer and the barrier layer and smaller than that of the cladding layer. A semiconductor laser device wherein the thickness of the light confinement layer is less than 0.05 μm.
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