JP3431389B2 - 窒化物半導体レーザ素子 - Google Patents
窒化物半導体レーザ素子Info
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- JP3431389B2 JP3431389B2 JP6763296A JP6763296A JP3431389B2 JP 3431389 B2 JP3431389 B2 JP 3431389B2 JP 6763296 A JP6763296 A JP 6763296A JP 6763296 A JP6763296 A JP 6763296A JP 3431389 B2 JP3431389 B2 JP 3431389B2
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- nitride semiconductor
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】本発明は窒化物半導体（ＩｎXＡ
ｌYＧａ1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）よりなるレ
ーザ素子に関する。
ｌYＧａ1-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】紫外〜青色の領域に発光するレーザ素子
の材料として窒化物半導体が知られており、本出願人
は、最近この材料を用いてパルス電流において、室温で
の４１０ｎｍのレーザ発振を発表した（例えば、Jpn.J.
Appl.Phys. Vol35 (1996) pp.L74-76）。発表したレー
ザ素子はいわゆる電極ストライプ型のレーザ素子であ
り、活性層を含む窒化物半導体層のストライプ幅を数十
μｍにして、レーザ発振させたものである。しかしなが
ら,前記レーザ素子の閾値電流は１〜２Ａもあり、連続
発振させるためには、さらに閾値電流を下げる必要があ
る。
の材料として窒化物半導体が知られており、本出願人
は、最近この材料を用いてパルス電流において、室温で
の４１０ｎｍのレーザ発振を発表した（例えば、Jpn.J.
Appl.Phys. Vol35 (1996) pp.L74-76）。発表したレー
ザ素子はいわゆる電極ストライプ型のレーザ素子であ
り、活性層を含む窒化物半導体層のストライプ幅を数十
μｍにして、レーザ発振させたものである。しかしなが
ら,前記レーザ素子の閾値電流は１〜２Ａもあり、連続
発振させるためには、さらに閾値電流を下げる必要があ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明はこのような事
情を鑑みて成されたものであって、その目的とするとこ
ろは、窒化物半導体よりなるレーザ素子の閾値電流を小
さくして、室温で連続発振可能な素子を実現することに
ある。
情を鑑みて成されたものであって、その目的とするとこ
ろは、窒化物半導体よりなるレーザ素子の閾値電流を小
さくして、室温で連続発振可能な素子を実現することに
ある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明に係る請求項１記
載の窒化物半導体レーザ素子は、それぞれ窒化物半導体
からなるｎ型光ガイド層とｐ型光ガイド層との間に、窒
化物半導体からなる活性層を備え、前記ｐ型光ガイド層
上にさらにｐ型光閉じ込め層とｐ型コンタクト層とを有
する窒化物半導体レーザ素子において、前記ｐ型コンタ
クト層、前記ｐ型光閉じ込め層及び前記ｐ型光ガイド層
の一部をエッチングしてなるリッジ形状のストライプを
有し、前記ｎ型光ガイド層及び前記ｐ型光ガイド層はそ
れぞれ、Ｉｎを含む窒化物半導体若しくはＧａＮからな
り、前記ｐ型光閉じ込め層はＡｌを含む窒化物半導体か
らなり、前記ｐ型光ガイド層の表面及び前記リッジ形状
のストライプの両側面に接して絶縁膜が形成されたこと
を特徴とする。
載の窒化物半導体レーザ素子は、それぞれ窒化物半導体
からなるｎ型光ガイド層とｐ型光ガイド層との間に、窒
化物半導体からなる活性層を備え、前記ｐ型光ガイド層
上にさらにｐ型光閉じ込め層とｐ型コンタクト層とを有
する窒化物半導体レーザ素子において、前記ｐ型コンタ
クト層、前記ｐ型光閉じ込め層及び前記ｐ型光ガイド層
の一部をエッチングしてなるリッジ形状のストライプを
有し、前記ｎ型光ガイド層及び前記ｐ型光ガイド層はそ
れぞれ、Ｉｎを含む窒化物半導体若しくはＧａＮからな
り、前記ｐ型光閉じ込め層はＡｌを含む窒化物半導体か
らなり、前記ｐ型光ガイド層の表面及び前記リッジ形状
のストライプの両側面に接して絶縁膜が形成されたこと
を特徴とする。
【０００５】また、本発明に係る請求項２記載の窒化物
半導体レーザ素子は、請求項１に記載の窒化物半導体レ
ーザ素子において、前記ｎ型光ガイド層は、ＩｎＸＧａ
１−ＸＮ（０≦Ｘ＜１）からなるとしたものである。
尚、請求項１又は請求項２記載の発明において、前記リ
ッジ形状の側面の基板表面に対する角度が９０度以上で
あると、リッジ側面に均一な膜厚で絶縁性薄膜を形成し
やすい。
半導体レーザ素子は、請求項１に記載の窒化物半導体レ
ーザ素子において、前記ｎ型光ガイド層は、ＩｎＸＧａ
１−ＸＮ（０≦Ｘ＜１）からなるとしたものである。
尚、請求項１又は請求項２記載の発明において、前記リ
ッジ形状の側面の基板表面に対する角度が９０度以上で
あると、リッジ側面に均一な膜厚で絶縁性薄膜を形成し
やすい。
【０００６】また、本発明に係る請求項３記載の窒化物
半導体レーザ素子は、請求項１又は２記載の窒化物半導
体レーザ素子において、前記ｐ型光ガイド層は、ＩｎＹ
Ｇａ１−ＹＮ（０≦Ｙ＜１）からなるとしたものであ
る。
半導体レーザ素子は、請求項１又は２記載の窒化物半導
体レーザ素子において、前記ｐ型光ガイド層は、ＩｎＹ
Ｇａ１−ＹＮ（０≦Ｙ＜１）からなるとしたものであ
る。
【０００７】また、本発明に係る請求項４記載の窒化物
半導体レーザ素子は、請求項１〜３のうちのいずれか１
つに記載の窒化物半導体レーザ素子において、前記活性
層は、ＩｎＺＧａ１−ＺＮ（０＜Ｚ＜１）からなる井戸
層を有する量子井戸構造であるとしたものである。
半導体レーザ素子は、請求項１〜３のうちのいずれか１
つに記載の窒化物半導体レーザ素子において、前記活性
層は、ＩｎＺＧａ１−ＺＮ（０＜Ｚ＜１）からなる井戸
層を有する量子井戸構造であるとしたものである。
【０００８】また、本発明に係る請求項５記載の窒化物
半導体レーザ素子は、請求項４記載の窒化物半導体レー
ザ素子において、前記活性層は、ＩｎＺ’Ｇａ１−Ｚ’
Ｎ（０≦Ｚ’＜１）からなる障壁層を有するとしたもの
である。
半導体レーザ素子は、請求項４記載の窒化物半導体レー
ザ素子において、前記活性層は、ＩｎＺ’Ｇａ１−Ｚ’
Ｎ（０≦Ｚ’＜１）からなる障壁層を有するとしたもの
である。
【０００９】
【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例に係るレ
ーザ素子の構造を示す模式的な断面図であり、図２は図
１のレーザ素子の形状を示す斜視図である。図１は図２
に示す素子のレーザ光の共振方向に垂直方向で切断した
際の断面図を示している。素子構造としては、基板１の
上に、ｎ型コンタクト層２、ｎ型光閉じこめ層３、ｎ型
光ガイド層４、活性層５、ｐ型光ガイド層６、ｐ型光閉
じ込め層７、ｐ型コンタクト層８を順に積層した基本構
造を有している。２０はｎ型コンタクト層２に接続され
たオーミック用の負電極、３０はｐ型コンタクト層８に
接続されたオーミック用の正電極であり、正電極３０の
上にはボンディング用のパッド電極３１が設けられてい
る。なお、本明細書で示すレーザ素子の構造はあくまで
も基本的な構造を示すものであり、これらに示す層のい
ずれかを省略、あるいは他の窒化物半導体よりなる層を
挿入しても、本発明の請求項に示す思想を逸脱しない範
囲であれば、自由に変更を加えることができる。
ーザ素子の構造を示す模式的な断面図であり、図２は図
１のレーザ素子の形状を示す斜視図である。図１は図２
に示す素子のレーザ光の共振方向に垂直方向で切断した
際の断面図を示している。素子構造としては、基板１の
上に、ｎ型コンタクト層２、ｎ型光閉じこめ層３、ｎ型
光ガイド層４、活性層５、ｐ型光ガイド層６、ｐ型光閉
じ込め層７、ｐ型コンタクト層８を順に積層した基本構
造を有している。２０はｎ型コンタクト層２に接続され
たオーミック用の負電極、３０はｐ型コンタクト層８に
接続されたオーミック用の正電極であり、正電極３０の
上にはボンディング用のパッド電極３１が設けられてい
る。なお、本明細書で示すレーザ素子の構造はあくまで
も基本的な構造を示すものであり、これらに示す層のい
ずれかを省略、あるいは他の窒化物半導体よりなる層を
挿入しても、本発明の請求項に示す思想を逸脱しない範
囲であれば、自由に変更を加えることができる。
【００１０】基板１はサファイア（Ａｌ2Ｏ3、Ａ面、Ｃ
面、Ｒ面）、スピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4、１１１面）等の
絶縁性基板が多く用いられるが、その他、ＳｉＣ、Ｍｇ
Ｏ、Ｓｉ、ＺｎＯ、ＧａＮ等の単結晶よりなる従来より
知られている基板が用いられる。
面、Ｒ面）、スピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4、１１１面）等の
絶縁性基板が多く用いられるが、その他、ＳｉＣ、Ｍｇ
Ｏ、Ｓｉ、ＺｎＯ、ＧａＮ等の単結晶よりなる従来より
知られている基板が用いられる。
【００１１】ｎ型コンタクト層２はＩｎXＡｌYＧａ
1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）で構成することが
でき、特にＧａＮ、ＩｎＧａＮ、その中でもＳｉをドー
プしたＧａＮで構成することにより、キャリア濃度の高
いｎ型層が得られ、また負電極２０と好ましいオーミッ
ク接触が得られるので、レーザ素子の閾値電流を低下さ
せることができる。負電極２０の材料としてはＡｌ、Ｔ
ｉ、Ｗ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｉｎ等の金属若しくは合金
が好ましいオーミックが得られる。ＧａＮに限らず窒化
物半導体は、ノンドープ（不純物をドープしない状態）
でも結晶内部にできる窒素空孔のためｎ型となる性質が
あるが、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ等のドナー不純物を結晶成長
中にドープすることにより、キャリア濃度が高く、好ま
しいｎ型特性を示す窒化物半導体が得られる。
1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）で構成することが
でき、特にＧａＮ、ＩｎＧａＮ、その中でもＳｉをドー
プしたＧａＮで構成することにより、キャリア濃度の高
いｎ型層が得られ、また負電極２０と好ましいオーミッ
ク接触が得られるので、レーザ素子の閾値電流を低下さ
せることができる。負電極２０の材料としてはＡｌ、Ｔ
ｉ、Ｗ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｉｎ等の金属若しくは合金
が好ましいオーミックが得られる。ＧａＮに限らず窒化
物半導体は、ノンドープ（不純物をドープしない状態）
でも結晶内部にできる窒素空孔のためｎ型となる性質が
あるが、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ等のドナー不純物を結晶成長
中にドープすることにより、キャリア濃度が高く、好ま
しいｎ型特性を示す窒化物半導体が得られる。
【００１２】ｎ型光閉じこめ層３はＡｌを含むｎ型の窒
化物半導体で構成し、好ましくは二元混晶あるいは三元
混晶のＡｌYＧａ1-YＮ（０＜Y≦１）とすることによ
り、結晶性の良いものが得られ、また活性層との屈折率
差を大きくしてレーザ光の縦モードの閉じ込めに有効で
ある。この層は通常０．１μｍ〜１μｍの膜厚で成長さ
せることが望ましい。０．１μｍよりも薄いと光閉じ込
め層として作用しにくく、１μｍよりも厚いと、結晶中
にクラックが入りやすくなり素子作成が困難となる傾向
にある。
化物半導体で構成し、好ましくは二元混晶あるいは三元
混晶のＡｌYＧａ1-YＮ（０＜Y≦１）とすることによ
り、結晶性の良いものが得られ、また活性層との屈折率
差を大きくしてレーザ光の縦モードの閉じ込めに有効で
ある。この層は通常０．１μｍ〜１μｍの膜厚で成長さ
せることが望ましい。０．１μｍよりも薄いと光閉じ込
め層として作用しにくく、１μｍよりも厚いと、結晶中
にクラックが入りやすくなり素子作成が困難となる傾向
にある。
【００１３】ｎ型光ガイド層４は、Ｉｎを含むｎ型の窒
化物半導体若しくはｎ型ＧａＮで構成し、好ましくは三
元混晶若しくは二元混晶のＩｎXＧａ1-XＮ（０≦X＜
１）とする。この層は通常１００オングストローム〜１
μｍの膜厚で成長させることが望ましく、特にＩｎＧａ
Ｎ、ＧａＮとすることにより次の活性層５を量子井戸構
造とすることが容易に可能になる。
化物半導体若しくはｎ型ＧａＮで構成し、好ましくは三
元混晶若しくは二元混晶のＩｎXＧａ1-XＮ（０≦X＜
１）とする。この層は通常１００オングストローム〜１
μｍの膜厚で成長させることが望ましく、特にＩｎＧａ
Ｎ、ＧａＮとすることにより次の活性層５を量子井戸構
造とすることが容易に可能になる。
【００１４】次に、本発明の特徴とする活性層より上の
構成について述べる。活性層５は先にも述べたように、
好ましくはＩｎを含む窒化物半導体よりなる多重量子井
戸構造（ＭＱＷ：Multi-quantum-well）として、さらに
好ましくは三元混晶のＩｎXＧａ1-XＮ（０＜X＜１）を
井戸層とするＭＱＷとすることが望ましい。三元混晶の
ＩｎＧａＮは四元混晶のものに比べて結晶性が良い物が
得られるので、発光出力が向上する。その中でも特に好
ましくは活性層をＩｎXＧａ1-XＮよりなる井戸層と、井
戸層よりもバンドギャップの大きい三元混晶の窒化物半
導体よりなる障壁層とを積層したＭＱＷとするとレーザ
発振しやすい。障壁層は三元混晶のＩｎ X'Ｇａ1-X'Ｎ
（０≦X'＜１、X'＜X）が好ましく、井戸＋障壁＋井戸
＋・・・＋障壁＋井戸層、若しくはその反対となるよう
に積層してＭＱＷを構成する。活性層にＩｎＧａＮを積
層したＭＱＷとすると、量子準位間発光で約３６５ｎｍ
〜６６０ｎｍ間での高出力なＬＤを実現することができ
る。さらに、井戸層の上にＩｎＧａＮ（但し、Ｉｎ組成
比は井戸層よりも小さい）よりなる障壁層を積層する
と、障壁層はＧａＮ、ＡｌＧａＮ等の結晶に比べて結晶
が柔らかいので、活性層の上に成長させるｐ型クラッド
層のＡｌＧａＮの厚さを厚くできる。そのため縦方向の
光閉じ込めが実現でき、レーザ発振が可能となる。さら
に障壁層もＩｎＧａＮとする利点は次にある。即ち、Ｉ
ｎＧａＮとＧａＮとでは結晶の成長温度が異なり、例え
ばＭＯＶＰＥ法ではＩｎＧａＮは６００℃〜８００℃で
成長させるのに対して、ＧａＮは８００℃より高い温度
で成長させる。従って、ＩｎＧａＮよりなる井戸層を成
長させた後、ＧａＮよりなる障壁層を成長させようとす
れば、成長温度を上げてやる必要がある。成長温度を上
げると、先に成長させたＩｎＧａＮ井戸層が分解してし
まうので結晶性の良い井戸層を得ることは難しい。さら
に井戸層の膜厚は数十オングストロームしかなく、薄膜
の井戸層が分解するとＭＱＷを作製するのが困難とな
る。それに対し、本発明の好ましい態様では、障壁層も
ＩｎＧａＮであるため、井戸層と障壁層が同一温度で成
長できる。従って、先に形成した井戸層が分解すること
がないので結晶性の良いＭＱＷを形成することができ
る。これはＭＱＷの最も好ましい態様を示したものであ
るが、他に井戸層をＩｎＧａＮ、障壁層をＧａＮ、Ａｌ
ＧａＮのように井戸層よりも障壁層のバンドギャップエ
ネルギーを大きくすればどのような組成でも良い。
構成について述べる。活性層５は先にも述べたように、
好ましくはＩｎを含む窒化物半導体よりなる多重量子井
戸構造（ＭＱＷ：Multi-quantum-well）として、さらに
好ましくは三元混晶のＩｎXＧａ1-XＮ（０＜X＜１）を
井戸層とするＭＱＷとすることが望ましい。三元混晶の
ＩｎＧａＮは四元混晶のものに比べて結晶性が良い物が
得られるので、発光出力が向上する。その中でも特に好
ましくは活性層をＩｎXＧａ1-XＮよりなる井戸層と、井
戸層よりもバンドギャップの大きい三元混晶の窒化物半
導体よりなる障壁層とを積層したＭＱＷとするとレーザ
発振しやすい。障壁層は三元混晶のＩｎ X'Ｇａ1-X'Ｎ
（０≦X'＜１、X'＜X）が好ましく、井戸＋障壁＋井戸
＋・・・＋障壁＋井戸層、若しくはその反対となるよう
に積層してＭＱＷを構成する。活性層にＩｎＧａＮを積
層したＭＱＷとすると、量子準位間発光で約３６５ｎｍ
〜６６０ｎｍ間での高出力なＬＤを実現することができ
る。さらに、井戸層の上にＩｎＧａＮ（但し、Ｉｎ組成
比は井戸層よりも小さい）よりなる障壁層を積層する
と、障壁層はＧａＮ、ＡｌＧａＮ等の結晶に比べて結晶
が柔らかいので、活性層の上に成長させるｐ型クラッド
層のＡｌＧａＮの厚さを厚くできる。そのため縦方向の
光閉じ込めが実現でき、レーザ発振が可能となる。さら
に障壁層もＩｎＧａＮとする利点は次にある。即ち、Ｉ
ｎＧａＮとＧａＮとでは結晶の成長温度が異なり、例え
ばＭＯＶＰＥ法ではＩｎＧａＮは６００℃〜８００℃で
成長させるのに対して、ＧａＮは８００℃より高い温度
で成長させる。従って、ＩｎＧａＮよりなる井戸層を成
長させた後、ＧａＮよりなる障壁層を成長させようとす
れば、成長温度を上げてやる必要がある。成長温度を上
げると、先に成長させたＩｎＧａＮ井戸層が分解してし
まうので結晶性の良い井戸層を得ることは難しい。さら
に井戸層の膜厚は数十オングストロームしかなく、薄膜
の井戸層が分解するとＭＱＷを作製するのが困難とな
る。それに対し、本発明の好ましい態様では、障壁層も
ＩｎＧａＮであるため、井戸層と障壁層が同一温度で成
長できる。従って、先に形成した井戸層が分解すること
がないので結晶性の良いＭＱＷを形成することができ
る。これはＭＱＷの最も好ましい態様を示したものであ
るが、他に井戸層をＩｎＧａＮ、障壁層をＧａＮ、Ａｌ
ＧａＮのように井戸層よりも障壁層のバンドギャップエ
ネルギーを大きくすればどのような組成でも良い。
【００１５】多重量子井戸構造の活性層５の総膜厚は１
００オングストローム以上に調整することが好ましい。
１００オングストロームよりも薄いと、十分に出力が上
がらず、レーザ発振しにくい傾向にある。また活性層の
膜厚も厚すぎると出力が低下する傾向にあり、１μｍ以
下、さらに好ましくは０．５μｍ以下に調整することが
望ましい。１μｍよりも厚いと活性層の結晶性が悪くな
るか、レーザ光が活性層中に広がってしまい、閾値電流
が増加する傾向にある。
００オングストローム以上に調整することが好ましい。
１００オングストロームよりも薄いと、十分に出力が上
がらず、レーザ発振しにくい傾向にある。また活性層の
膜厚も厚すぎると出力が低下する傾向にあり、１μｍ以
下、さらに好ましくは０．５μｍ以下に調整することが
望ましい。１μｍよりも厚いと活性層の結晶性が悪くな
るか、レーザ光が活性層中に広がってしまい、閾値電流
が増加する傾向にある。
【００１６】次にｐ型光ガイド層６は、Ｉｎを含む窒化
物半導体若しくはＧａＮで構成し、好ましくは二元混晶
または三元混晶のＩｎYＧａ1-YＮ（０＜Y≦１）を成長
させるる。この光ガイド層６は、通常１００オングスト
ローム〜１μｍの膜厚で成長させることが望ましく、特
にＩｎＧａＮ、ＧａＮとすることにより、次のｐ型光閉
じこめ層７を結晶性良く成長できる。なお、ｐ型の窒化
物半導体はＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｃａ等のアクセプ
ター不純物を結晶成長中にドープすることによって得ら
れるが、その中でもＭｇが最も好ましいｐ型特性を示
す。図１に示すようにｐ型光ガイド層６よりリッジ形状
とする場合、そのｐ型光ガイド層は、前記のようにＩｎ
YＧａ1-YＮ（０＜Y≦１）にすることが最も好ましい。
物半導体若しくはＧａＮで構成し、好ましくは二元混晶
または三元混晶のＩｎYＧａ1-YＮ（０＜Y≦１）を成長
させるる。この光ガイド層６は、通常１００オングスト
ローム〜１μｍの膜厚で成長させることが望ましく、特
にＩｎＧａＮ、ＧａＮとすることにより、次のｐ型光閉
じこめ層７を結晶性良く成長できる。なお、ｐ型の窒化
物半導体はＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｃａ等のアクセプ
ター不純物を結晶成長中にドープすることによって得ら
れるが、その中でもＭｇが最も好ましいｐ型特性を示
す。図１に示すようにｐ型光ガイド層６よりリッジ形状
とする場合、そのｐ型光ガイド層は、前記のようにＩｎ
YＧａ1-YＮ（０＜Y≦１）にすることが最も好ましい。
【００１７】ｐ型光閉じこめ層７は、Ａｌを含むｐ型の
窒化物半導体で構成し、好ましくは二元混晶または三元
混晶のＡｌYＧａ1-YＮ（０＜Y≦１）とすることにより
結晶性の良いものが得られる。このｐ型光閉じこめ層７
はｎ型光閉じこめ層３と同じく、０．１μｍ〜１μｍの
膜厚で成長させることが望ましく、ＡｌＧａＮのような
Ａｌを含むｐ型窒化物半導体とすることにより、活性層
との屈折率差を大きくして、縦モードのレーザ光の光閉
じ込め層として有効に作用する。また、図３に示すよう
にｐ型光閉じ込め層７よりリッジ形状とする場合には、
前記のように、ｐ型光閉じ込め層はｐ型ＡｌYＧａ1-YＮ
（０＜Y≦１）とすることが最も好ましい。
窒化物半導体で構成し、好ましくは二元混晶または三元
混晶のＡｌYＧａ1-YＮ（０＜Y≦１）とすることにより
結晶性の良いものが得られる。このｐ型光閉じこめ層７
はｎ型光閉じこめ層３と同じく、０．１μｍ〜１μｍの
膜厚で成長させることが望ましく、ＡｌＧａＮのような
Ａｌを含むｐ型窒化物半導体とすることにより、活性層
との屈折率差を大きくして、縦モードのレーザ光の光閉
じ込め層として有効に作用する。また、図３に示すよう
にｐ型光閉じ込め層７よりリッジ形状とする場合には、
前記のように、ｐ型光閉じ込め層はｐ型ＡｌYＧａ1-YＮ
（０＜Y≦１）とすることが最も好ましい。
【００１８】ｐ型コンタクト層８はｐ型ＩｎXＡｌYＧａ
1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）で構成することが
でき、特にＩｎＧａＮ、ＧａＮ、その中でもＭｇをドー
プしたｐ型ＧａＮとすると、最もキャリア濃度の高いｐ
型層が得られて、正電極３０と良好なオーミック接触が
得られ、閾値電流を低下させることができる。正電極３
０の材料としてはＮｉ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａ
ｇ、Ａｕ等の比較的仕事関数の高い金属又は合金がオー
ミックが得られやすく、特に少なくともＮｉとＡｕとを
含む材料、少なくともＰｄとＡｕとを含む材料が好まし
いオーミックが得られやすい。本発明でいう、リッジ形
状のストライプを有するクラッド層とは、図１で具体的
に示すと、前記したｐ型光ガイド層６、ｐ型光閉じ込め
層７、ｐ型コンタクト層８等を指し、これらの層の内の
少なくとも一層がストライプ状のリッジ形状を有してい
ることをいう。さらにｐ型層とｎ型層とを逆に積層すれ
ば、当然活性層の上に形成されるのはｎ型光ガイド層
４、ｎ型光閉じ込め層３、ｎ型コンタクト層２等がｎ型
クラッド層に相当し、これらの層の内の少なくとも一層
がストライプ状のリッジ形状を有していることをいう。
なお、ｎ型層を活性層の上に形成した場合においても、
リッジとする好ましい窒化物半導体の組成は前記したｐ
型層の組成と同じであり、例えばｎ型光ガイド層４より
リッジにするには、ＩｎYＧａ1-YＮ（０＜Y≦１）が好
ましい。
1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）で構成することが
でき、特にＩｎＧａＮ、ＧａＮ、その中でもＭｇをドー
プしたｐ型ＧａＮとすると、最もキャリア濃度の高いｐ
型層が得られて、正電極３０と良好なオーミック接触が
得られ、閾値電流を低下させることができる。正電極３
０の材料としてはＮｉ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａ
ｇ、Ａｕ等の比較的仕事関数の高い金属又は合金がオー
ミックが得られやすく、特に少なくともＮｉとＡｕとを
含む材料、少なくともＰｄとＡｕとを含む材料が好まし
いオーミックが得られやすい。本発明でいう、リッジ形
状のストライプを有するクラッド層とは、図１で具体的
に示すと、前記したｐ型光ガイド層６、ｐ型光閉じ込め
層７、ｐ型コンタクト層８等を指し、これらの層の内の
少なくとも一層がストライプ状のリッジ形状を有してい
ることをいう。さらにｐ型層とｎ型層とを逆に積層すれ
ば、当然活性層の上に形成されるのはｎ型光ガイド層
４、ｎ型光閉じ込め層３、ｎ型コンタクト層２等がｎ型
クラッド層に相当し、これらの層の内の少なくとも一層
がストライプ状のリッジ形状を有していることをいう。
なお、ｎ型層を活性層の上に形成した場合においても、
リッジとする好ましい窒化物半導体の組成は前記したｐ
型層の組成と同じであり、例えばｎ型光ガイド層４より
リッジにするには、ＩｎYＧａ1-YＮ（０＜Y≦１）が好
ましい。
【００１９】以上、本発明のレーザ素子の基本構造につ
いて説明したが、本明細書において示すｎ型ＡｌXＧａ
1-XＮ、ｐ型ＡｌXＧａ1-XＮ等の組成比X値は単に一般式
を示しているに過ぎず、ｎ型層のXとｐ型層のXとが同一
の値を示すものではない。また同様に他の一般式におい
て使用するY値も同一の一般式が同一の値を示すもので
はない。
いて説明したが、本明細書において示すｎ型ＡｌXＧａ
1-XＮ、ｐ型ＡｌXＧａ1-XＮ等の組成比X値は単に一般式
を示しているに過ぎず、ｎ型層のXとｐ型層のXとが同一
の値を示すものではない。また同様に他の一般式におい
て使用するY値も同一の一般式が同一の値を示すもので
はない。
【００２０】次なる構成として、本発明のレーザ素子で
は、リッジ形状のクラッド層の表面にクラッド層よりも
屈折率が小さい材料よりなる絶縁性薄膜が形成されてい
ることを特徴とする。図１では光ガイド層６の表面に絶
縁性薄膜１０が形成されている。この絶縁性薄膜１０
は、同一面側に形成された正電極３０を含むパッド電極
３１と、負電極２０とを、それぞれヒートシンク、サブ
マウント等の他のリード部材にボンディングする際の電
極間のショートを防止すると共に、活性層５の発光をリ
ッジの下に集中させる作用も奏する。それにより、活性
層の横方向の光が制御されるので、閾値電流が低下す
る。またリッジ形状のクラッド層の表面にクラッド層と
ショットキーバリア接触する金属薄膜を形成してもよ
い。金属薄膜はコンタクト層に接する面はオーミック電
極となり、クラッド層に接する面ではショットキーバリ
アが形成されるため、電流がコンタクト層のみから流
れ、電流狭窄ができる。従って金属薄膜を形成する場合
はコンタクト層のオーミック電極と同一材料を形成する
と一工程でできるため非常に好ましい。またクラッド層
にショットキーバリア接触する金属薄膜と、コンタクト
層にオーミック接触する電極とは別々に形成しても良
い。なおこの図では、絶縁性薄膜１０がｐ型光ガイド層
６の表面より連続して、ｎ型コンタクト層２にまで達し
ているが、金属薄膜を形成する場合、金属薄膜はｎ層側
のクラッド層に接触しないように形成することはいうま
でもない。
は、リッジ形状のクラッド層の表面にクラッド層よりも
屈折率が小さい材料よりなる絶縁性薄膜が形成されてい
ることを特徴とする。図１では光ガイド層６の表面に絶
縁性薄膜１０が形成されている。この絶縁性薄膜１０
は、同一面側に形成された正電極３０を含むパッド電極
３１と、負電極２０とを、それぞれヒートシンク、サブ
マウント等の他のリード部材にボンディングする際の電
極間のショートを防止すると共に、活性層５の発光をリ
ッジの下に集中させる作用も奏する。それにより、活性
層の横方向の光が制御されるので、閾値電流が低下す
る。またリッジ形状のクラッド層の表面にクラッド層と
ショットキーバリア接触する金属薄膜を形成してもよ
い。金属薄膜はコンタクト層に接する面はオーミック電
極となり、クラッド層に接する面ではショットキーバリ
アが形成されるため、電流がコンタクト層のみから流
れ、電流狭窄ができる。従って金属薄膜を形成する場合
はコンタクト層のオーミック電極と同一材料を形成する
と一工程でできるため非常に好ましい。またクラッド層
にショットキーバリア接触する金属薄膜と、コンタクト
層にオーミック接触する電極とは別々に形成しても良
い。なおこの図では、絶縁性薄膜１０がｐ型光ガイド層
６の表面より連続して、ｎ型コンタクト層２にまで達し
ているが、金属薄膜を形成する場合、金属薄膜はｎ層側
のクラッド層に接触しないように形成することはいうま
でもない。
【００２１】絶縁性薄膜１０を形成するには、プラズマ
ＣＶＤ、スパッタリング、分子線蒸着等の常用の気相製
膜手段を用いることができる。絶縁性薄膜１０の材料と
しては、絶縁性薄膜が表面に接しているｐ型光ガイド層
６の屈折率よりも小さい材料を選択し、例えばＳｉＯ2
に代表されるＳｉ酸化物、Ｓｉ3Ｎ4に代表されるＳｉ窒
化物等を好ましく形成することができ、その他ＡｌＮ、
Ａｌ2Ｏ3等の高誘電体材料が使用できる。この絶縁性薄
膜の膜厚は１００オングストローム以上、１０μｍ以
下、さらに好ましくは５μｍ以下、最も好ましくは活性
層の上に形成されたクラッド層の総膜厚よりも薄い膜厚
で形成する。また同様に金属薄膜も形成できる。
ＣＶＤ、スパッタリング、分子線蒸着等の常用の気相製
膜手段を用いることができる。絶縁性薄膜１０の材料と
しては、絶縁性薄膜が表面に接しているｐ型光ガイド層
６の屈折率よりも小さい材料を選択し、例えばＳｉＯ2
に代表されるＳｉ酸化物、Ｓｉ3Ｎ4に代表されるＳｉ窒
化物等を好ましく形成することができ、その他ＡｌＮ、
Ａｌ2Ｏ3等の高誘電体材料が使用できる。この絶縁性薄
膜の膜厚は１００オングストローム以上、１０μｍ以
下、さらに好ましくは５μｍ以下、最も好ましくは活性
層の上に形成されたクラッド層の総膜厚よりも薄い膜厚
で形成する。また同様に金属薄膜も形成できる。
【００２２】図３は本発明のレーザ素子に係る他の構造
を示す模式的な断面図であり、図１と同一部材は同一符
号でもって示している。このレーザ素子が図１のレーザ
素子と異なる点は、ｐ型光閉じ込め層７よりリッジ形状
としている。クラッド層をリッジ形状とするには、最も
活性層に近い層よりするのが好ましいが、このようにｐ
型光閉じ込め層７よりリッジとしても良く、クラッド層
の膜厚の関係で適宜変更できる。なお、ｐ型光閉じ込め
層７よりリッジ形状としている場合、絶縁性薄膜１０の
屈折率はｐ型光閉じ込め層７よりも小さい材料を選択す
ることはいうまでもない。
を示す模式的な断面図であり、図１と同一部材は同一符
号でもって示している。このレーザ素子が図１のレーザ
素子と異なる点は、ｐ型光閉じ込め層７よりリッジ形状
としている。クラッド層をリッジ形状とするには、最も
活性層に近い層よりするのが好ましいが、このようにｐ
型光閉じ込め層７よりリッジとしても良く、クラッド層
の膜厚の関係で適宜変更できる。なお、ｐ型光閉じ込め
層７よりリッジ形状としている場合、絶縁性薄膜１０の
屈折率はｐ型光閉じ込め層７よりも小さい材料を選択す
ることはいうまでもない。
【００２３】さらに、ｐ型光閉じ込め層７の表面に形成
されている絶縁性薄膜１０がストライプ状のリッジの側
面に接している。このようにストライプ側面に絶縁性薄
膜を形成することにより、ストライプ側面から漏れる光
も閉じ込められるので、閾値が下がり、発光出力が向上
する。
されている絶縁性薄膜１０がストライプ状のリッジの側
面に接している。このようにストライプ側面に絶縁性薄
膜を形成することにより、ストライプ側面から漏れる光
も閉じ込められるので、閾値が下がり、発光出力が向上
する。
【００２４】また、本発明のレーザ素子では、リッジ形
状の側面の基板表面に対する角度が９０゜以上であるこ
とを特徴とする。つまり、図３に示すθが９０゜以上で
あることを特徴とする。好ましい角度としては９０゜以
上１２０゜以下、さらに好ましくは、９５゜以上、１１
０゜以下がストライプの下に光が集中しやすい。この角
度を９０゜以上とすることにより、絶縁性薄膜１０を均
一な膜厚で成長させやすくなるので、光閉じ込めの効率
が上がる。リッジ形状のクラッド層の好ましいストライ
プ幅としては、０．５μｍ以上、２０μｍ以下、さらに
好ましくは１０μｍ以下、最も好ましくは５μｍ以下に
調整する。ストライプ幅とは活性層に近い側のリッジの
ストライプ幅を指すものとする。２０μｍよりも大きい
と、閾値があまり低下せず、０．５μｍよりも小さい
と、発熱して素子が壊れやすい傾向にある。
状の側面の基板表面に対する角度が９０゜以上であるこ
とを特徴とする。つまり、図３に示すθが９０゜以上で
あることを特徴とする。好ましい角度としては９０゜以
上１２０゜以下、さらに好ましくは、９５゜以上、１１
０゜以下がストライプの下に光が集中しやすい。この角
度を９０゜以上とすることにより、絶縁性薄膜１０を均
一な膜厚で成長させやすくなるので、光閉じ込めの効率
が上がる。リッジ形状のクラッド層の好ましいストライ
プ幅としては、０．５μｍ以上、２０μｍ以下、さらに
好ましくは１０μｍ以下、最も好ましくは５μｍ以下に
調整する。ストライプ幅とは活性層に近い側のリッジの
ストライプ幅を指すものとする。２０μｍよりも大きい
と、閾値があまり低下せず、０．５μｍよりも小さい
と、発熱して素子が壊れやすい傾向にある。
【００２５】さらに付言すると、オーミック用の正電極
３０は、リッジ状のｐ型層の最表面に露出されたストラ
イプ状のｐ型コンタクト層８のほぼ全面に形成されてい
る。このように正電極３０をリッジ最表面のｐ層のほぼ
全面に形成することにより、コンタクト抵抗が下がり、
Ｖｆを低下させることができる。このためレーザ素子の
駆動電圧と電流と両方を下げることができる。なお、こ
の場合の「ほぼ全面」とは９０％以上の面積を指すもの
とする。
３０は、リッジ状のｐ型層の最表面に露出されたストラ
イプ状のｐ型コンタクト層８のほぼ全面に形成されてい
る。このように正電極３０をリッジ最表面のｐ層のほぼ
全面に形成することにより、コンタクト抵抗が下がり、
Ｖｆを低下させることができる。このためレーザ素子の
駆動電圧と電流と両方を下げることができる。なお、こ
の場合の「ほぼ全面」とは９０％以上の面積を指すもの
とする。
【００２６】なお、本発明に類似した技術として、例え
ば特開平６−１５２０７２号公報に屈折率導波型のレー
ザ素子が示されている。しかしながらこの公報ではエッ
チング深さが活性層を超えてｎ型層にまで至っている。
本発明のレーザ素子ではエッチング深さは図１、図３に
示すように活性層を超えない。活性層を超えないことに
よりエッチングダメージが活性層中に入りにくくなるの
で、レーザ素子の寿命を長くすることができる。
ば特開平６−１５２０７２号公報に屈折率導波型のレー
ザ素子が示されている。しかしながらこの公報ではエッ
チング深さが活性層を超えてｎ型層にまで至っている。
本発明のレーザ素子ではエッチング深さは図１、図３に
示すように活性層を超えない。活性層を超えないことに
よりエッチングダメージが活性層中に入りにくくなるの
で、レーザ素子の寿命を長くすることができる。
【００２７】［実施例］図４ないし図７は本発明の実施
例において得られる窒化物半導体ウェーハの主要部の構
造を示す模式的な断面図である。以下、これらの図を用
いて図１に示すレーザ素子を得る方法について詳説す
る。実施例の方法はＭＯＶＰＥ法によりＬＤ素子を作成
する方法であるが、本発明の素子はＭＯＶＰＥ法だけで
はなく、例えばＭＢＥ、ＨＤＶＰＥ等の他の知られてい
る窒化物半導体の気相成長法を用いて成長させることが
できる。
例において得られる窒化物半導体ウェーハの主要部の構
造を示す模式的な断面図である。以下、これらの図を用
いて図１に示すレーザ素子を得る方法について詳説す
る。実施例の方法はＭＯＶＰＥ法によりＬＤ素子を作成
する方法であるが、本発明の素子はＭＯＶＰＥ法だけで
はなく、例えばＭＢＥ、ＨＤＶＰＥ等の他の知られてい
る窒化物半導体の気相成長法を用いて成長させることが
できる。
【００２８】よく洗浄されたスピネル基板１（ＭｇＡｌ
2Ｏ4、１１１面）をＭＯＶＰＥ装置の反応容器内に設置
した後、原料ガスにＴＭＧ（トリメチルガリウム）と、
アンモニアを用い、温度５００℃で基板１の表面にＧａ
Ｎよりなるバッファ層（図示せず。）を２００オングス
トロームの膜厚で成長させる。バッファ層は基板と窒化
物半導体との格子不整合を緩和する作用があり、他にＡ
ｌＮ、ＡｌＧａＮ等を成長させることも可能である。こ
のバッファ層を成長させることにより、基板の上に成長
させるｎ型窒化物半導体の結晶性が良くなることが知ら
れているが、成長方法、基板の種類等によりバッファ層
が成長されない場合もあるので、特に図示していない。
2Ｏ4、１１１面）をＭＯＶＰＥ装置の反応容器内に設置
した後、原料ガスにＴＭＧ（トリメチルガリウム）と、
アンモニアを用い、温度５００℃で基板１の表面にＧａ
Ｎよりなるバッファ層（図示せず。）を２００オングス
トロームの膜厚で成長させる。バッファ層は基板と窒化
物半導体との格子不整合を緩和する作用があり、他にＡ
ｌＮ、ＡｌＧａＮ等を成長させることも可能である。こ
のバッファ層を成長させることにより、基板の上に成長
させるｎ型窒化物半導体の結晶性が良くなることが知ら
れているが、成長方法、基板の種類等によりバッファ層
が成長されない場合もあるので、特に図示していない。
【００２９】続いて温度を１０５０℃に上げ、原料ガス
にＴＭＧ、アンモニア、ドナー不純物としてＳｉＨ
4（シラン）ガスを用いて、ＳｉドープＧａＮよりなる
ｎ型コンタクト層２を４μｍの膜厚で成長させる。
にＴＭＧ、アンモニア、ドナー不純物としてＳｉＨ
4（シラン）ガスを用いて、ＳｉドープＧａＮよりなる
ｎ型コンタクト層２を４μｍの膜厚で成長させる。
【００３０】次に温度を７５０℃まで下げ、原料ガスに
ＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニ
ア、不純物ガスにシランガスを用い、ＳｉドープＩｎ0.
1Ｇａ0.9Ｎよりなるクラック防止層（図示せず。）を５
００オングストロームの膜厚で成長させる。クラック防
止層はＩｎを含むｎ型の窒化物半導体、好ましくはＩｎ
ＧａＮで成長させることにより、次に成長させるＡｌを
含む窒化物半導体よりなるｎ型光閉じこめ層３を厚膜で
成長させることが可能となる。ＬＤの場合は、光閉じ込
め層となる層を、例えば０．１μｍ以上の膜厚で成長さ
せる必要がある。従来ではＧａＮ、ＡｌＧａＮ層の上に
直接厚膜のＡｌＧａＮを成長させると、後から成長させ
たＡｌＧａＮにクラックが入るので素子作製が困難であ
ったが、このクラック防止層が次に成長させる光閉じこ
め層３にクラックが入るのを防止することができる。し
かも次に成長させる光閉じこめ層３を厚膜で成長させて
も膜質良く成長できる。なおクラック防止層は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
と前記のように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。
なお、クラック防止層は成長方法、成長装置によっては
省略することもできるので図示していないが、ＬＤを製
造する上では成長させる方が望ましい。
ＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニ
ア、不純物ガスにシランガスを用い、ＳｉドープＩｎ0.
1Ｇａ0.9Ｎよりなるクラック防止層（図示せず。）を５
００オングストロームの膜厚で成長させる。クラック防
止層はＩｎを含むｎ型の窒化物半導体、好ましくはＩｎ
ＧａＮで成長させることにより、次に成長させるＡｌを
含む窒化物半導体よりなるｎ型光閉じこめ層３を厚膜で
成長させることが可能となる。ＬＤの場合は、光閉じ込
め層となる層を、例えば０．１μｍ以上の膜厚で成長さ
せる必要がある。従来ではＧａＮ、ＡｌＧａＮ層の上に
直接厚膜のＡｌＧａＮを成長させると、後から成長させ
たＡｌＧａＮにクラックが入るので素子作製が困難であ
ったが、このクラック防止層が次に成長させる光閉じこ
め層３にクラックが入るのを防止することができる。し
かも次に成長させる光閉じこめ層３を厚膜で成長させて
も膜質良く成長できる。なおクラック防止層は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
と前記のように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。
なお、クラック防止層は成長方法、成長装置によっては
省略することもできるので図示していないが、ＬＤを製
造する上では成長させる方が望ましい。
【００３１】次に、温度を１０５０℃にして、原料ガス
にＴＥＧ、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、アンモ
ニア、不純物ガスにシランガスを用いて、Ｓｉドープｎ
型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎよりなるｎ型光閉じこめ層３を
０．６μｍの膜厚で成長させる。
にＴＥＧ、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、アンモ
ニア、不純物ガスにシランガスを用いて、Ｓｉドープｎ
型Ａｌ0.07Ｇａ0.93Ｎよりなるｎ型光閉じこめ層３を
０．６μｍの膜厚で成長させる。
【００３２】続いて、原料ガスにＴＭＧ、アンモニア、
不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ
よりなるｎ型光ガイド層４を５００オングストロームの
膜厚で成長させる。
不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ
よりなるｎ型光ガイド層４を５００オングストロームの
膜厚で成長させる。
【００３３】次に原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニ
アを用いて活性層５を成長させる。活性層は温度を７５
０℃に保持して、まずノンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎより
なる井戸層を２５オングストロームの膜厚で成長させ
る。次にＴＭＩのモル比を変化させるのみで同一温度
で、ノンドープＩｎ0.01Ｇａ0.95Ｎよりなる障壁層を５
０オングストロームの膜厚で成長させる。この操作を４
回繰り返し、最後に井戸層を成長させ、総膜厚３２５オ
ングストロームの膜厚の多重量子井戸構造よりなる活性
層５を成長させる。
アを用いて活性層５を成長させる。活性層は温度を７５
０℃に保持して、まずノンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎより
なる井戸層を２５オングストロームの膜厚で成長させ
る。次にＴＭＩのモル比を変化させるのみで同一温度
で、ノンドープＩｎ0.01Ｇａ0.95Ｎよりなる障壁層を５
０オングストロームの膜厚で成長させる。この操作を４
回繰り返し、最後に井戸層を成長させ、総膜厚３２５オ
ングストロームの膜厚の多重量子井戸構造よりなる活性
層５を成長させる。
【００３４】活性層５成長後、温度を１０５０℃にして
ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、アクセプター不純物源と
してＣｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）
を用い、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなるｐ型
キャップ層（図示せず。）を１００オングストロームの
膜厚で成長させる。ｐ型キャップ層は１μｍ以下、さら
に好ましくは１０オングストローム以上、０．１μｍ以
下の膜厚で成長させることにより、ＩｎＧａＮよりなる
活性層が分解するのを防止するキャップ層としての作用
があり、また活性層の上にＡｌを含むｐ型窒化物半導体
よりなるｐ型キャップ層を成長させることにより、発光
出力が格段に向上する。逆に活性層に接するｐ層をＧａ
Ｎとすると素子の出力が約１／３に低下してしまう。こ
れはＡｌＧａＮがＧａＮに比べてｐ型になりやすく、ま
たｐ型キャップ層成長時に、ＩｎＧａＮが分解するのを
抑える作用があるためと推察されるが、詳しいことは不
明である。ｐ型キャップ層の膜厚は１μｍよりも厚い
と、層自体にクラックが入りやすくなり素子作製が困難
となる傾向にある。ｐ型キャップ層も省略可能であるの
で図示していないが、ＬＤを製造する上では成長させる
方が望ましい。またｐ型キャップ層よりリッジ形状のス
トライプを形成しても良く、本発明でいうクラッド層の
一つである。
ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、アクセプター不純物源と
してＣｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）
を用い、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなるｐ型
キャップ層（図示せず。）を１００オングストロームの
膜厚で成長させる。ｐ型キャップ層は１μｍ以下、さら
に好ましくは１０オングストローム以上、０．１μｍ以
下の膜厚で成長させることにより、ＩｎＧａＮよりなる
活性層が分解するのを防止するキャップ層としての作用
があり、また活性層の上にＡｌを含むｐ型窒化物半導体
よりなるｐ型キャップ層を成長させることにより、発光
出力が格段に向上する。逆に活性層に接するｐ層をＧａ
Ｎとすると素子の出力が約１／３に低下してしまう。こ
れはＡｌＧａＮがＧａＮに比べてｐ型になりやすく、ま
たｐ型キャップ層成長時に、ＩｎＧａＮが分解するのを
抑える作用があるためと推察されるが、詳しいことは不
明である。ｐ型キャップ層の膜厚は１μｍよりも厚い
と、層自体にクラックが入りやすくなり素子作製が困難
となる傾向にある。ｐ型キャップ層も省略可能であるの
で図示していないが、ＬＤを製造する上では成長させる
方が望ましい。またｐ型キャップ層よりリッジ形状のス
トライプを形成しても良く、本発明でいうクラッド層の
一つである。
【００３５】次に温度を１０５０℃に保持しながら、Ｔ
ＭＧ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇを用いＭｇドープｐ型Ｇ
ａＮよりなるｐ型光ガイド層６を５００オングストロー
ムの膜厚で成長させる。このｐ型光ガイド層６は上記し
たように、ＩｎＧａＮ、ＧａＮとすることにより次のＡ
ｌを含むｐ型光閉じこめ層７を結晶性良く成長できる。
ＭＧ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇを用いＭｇドープｐ型Ｇ
ａＮよりなるｐ型光ガイド層６を５００オングストロー
ムの膜厚で成長させる。このｐ型光ガイド層６は上記し
たように、ＩｎＧａＮ、ＧａＮとすることにより次のＡ
ｌを含むｐ型光閉じこめ層７を結晶性良く成長できる。
【００３６】続いて、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃ
ｐ2Ｍｇを用いてＭｇドープＡｌ0.07Ｇａ0.93Ｎよりな
るｐ型光閉じ込め層７を０．５μｍの膜厚で成長させ
る。
ｐ2Ｍｇを用いてＭｇドープＡｌ0.07Ｇａ0.93Ｎよりな
るｐ型光閉じ込め層７を０．５μｍの膜厚で成長させ
る。
【００３７】さらに、ＴＭＧ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇ
を用い、Ｍｇドープｐ＋型ＧａＮよりなるｐ型コンタク
ト層８を０．２μｍの膜厚で成長させる。
を用い、Ｍｇドープｐ＋型ＧａＮよりなるｐ型コンタク
ト層８を０．２μｍの膜厚で成長させる。
【００３８】以上のようにして窒化物半導体を積層した
ウェーハを反応容器から取り出し、ｐ型コンタクト層８
に第１のマスクを形成して、反応性イオンエッチング
（ＲＩＥ）装置にて、最上層のｐ型コンタクト層８から
選択エッチを行い、負電極２０を形成すべきｎ型コンタ
クト層２の表面を露出させる。さらに、第１のマスク除
去後、さらにｐ型コンタクト層８の表面、および露出し
たｎ型コンタクト層２表面に第２のマスク４１を形成す
る。なお、ｐ型コンタクト層の表面に形成する第２のマ
スク４１は幅２μｍのストライプ状とする。第２のマス
ク形成後のウェーハの主要部の構造を示す断面図が図４
である。
ウェーハを反応容器から取り出し、ｐ型コンタクト層８
に第１のマスクを形成して、反応性イオンエッチング
（ＲＩＥ）装置にて、最上層のｐ型コンタクト層８から
選択エッチを行い、負電極２０を形成すべきｎ型コンタ
クト層２の表面を露出させる。さらに、第１のマスク除
去後、さらにｐ型コンタクト層８の表面、および露出し
たｎ型コンタクト層２表面に第２のマスク４１を形成す
る。なお、ｐ型コンタクト層の表面に形成する第２のマ
スク４１は幅２μｍのストライプ状とする。第２のマス
ク形成後のウェーハの主要部の構造を示す断面図が図４
である。
【００３９】第２のマスク形成後、同じくＲＩＥにより
選択エッチを行い、ｐ型コンタクト層８、ｐ型光閉じこ
め層７、ｐ型光ガイド層６の一部をエッチングし、リッ
ジ形状のストライプを形成する。ストライプは基板の平
面に対し、ほぼ９０゜とする。エッチング後、第２のマ
スク４１を除去する。第２のマスク４１除去後のウェー
ハの主要部の構造が図５である。
選択エッチを行い、ｐ型コンタクト層８、ｐ型光閉じこ
め層７、ｐ型光ガイド層６の一部をエッチングし、リッ
ジ形状のストライプを形成する。ストライプは基板の平
面に対し、ほぼ９０゜とする。エッチング後、第２のマ
スク４１を除去する。第２のマスク４１除去後のウェー
ハの主要部の構造が図５である。
【００４０】次に、図７に示すように、窒化物半導体ウ
ェーハの所定の位置に第３のマスク４２を形成し、さら
にプラズマＣＶＤ装置でＳｉＯ2よりなる絶縁性薄膜１
０を、ｐ型光ガイド層６の表面と、ｎ型コンタクト層２
の表面に連続して０．５μｍの膜厚で形成する。絶縁性
薄膜１０を形成する前の構造を示す図が図６であり、第
３のマスク４２除去後の構造を示す図が図７である。
ェーハの所定の位置に第３のマスク４２を形成し、さら
にプラズマＣＶＤ装置でＳｉＯ2よりなる絶縁性薄膜１
０を、ｐ型光ガイド層６の表面と、ｎ型コンタクト層２
の表面に連続して０．５μｍの膜厚で形成する。絶縁性
薄膜１０を形成する前の構造を示す図が図６であり、第
３のマスク４２除去後の構造を示す図が図７である。
【００４１】第３のマスク４２除去後、常法に従い、ｐ
型コンタクト層８のほぼ全面にはＮｉとＡｕよりなるス
トライプ状の正電極３０を形成し、露出させたｎ型コン
タクト層２にはＴｉとＡｌよりなるストライプ状の負電
極２０を形成する。負電極２０はオーミック用とパッド
用とを兼ねている。その後、正電極３０の上にＡｕより
なるパッド電極３１を形成する。
型コンタクト層８のほぼ全面にはＮｉとＡｕよりなるス
トライプ状の正電極３０を形成し、露出させたｎ型コン
タクト層２にはＴｉとＡｌよりなるストライプ状の負電
極２０を形成する。負電極２０はオーミック用とパッド
用とを兼ねている。その後、正電極３０の上にＡｕより
なるパッド電極３１を形成する。
【００４２】以上のようにしたウェーハを、まずストラ
イプ状の電極に平行な位置で分割した後、次に電極に垂
直な方向で分割し、垂直な方向で分割した分割面を研磨
して鏡面とする。その共振面に常法に従って誘電体多層
膜を形成して、図１に示すようなレーザチップとする。
このレーザチップをヒートシンクに設置し、常温でパル
ス発振させたところ閾値電流が直流０．１Ａ、１０Ｖで
４１０ｎｍのレーザ発振を示した。
イプ状の電極に平行な位置で分割した後、次に電極に垂
直な方向で分割し、垂直な方向で分割した分割面を研磨
して鏡面とする。その共振面に常法に従って誘電体多層
膜を形成して、図１に示すようなレーザチップとする。
このレーザチップをヒートシンクに設置し、常温でパル
ス発振させたところ閾値電流が直流０．１Ａ、１０Ｖで
４１０ｎｍのレーザ発振を示した。
【００４３】［実施例２］図８は本実施例に係るレーザ
素子の構造を示す模式的な断面図である。このレーザ素
子は正電極３０をクラッド層にショットキーバリア接触
する金属薄膜として設けている点が実施例１と異なる。
素子の構造を示す模式的な断面図である。このレーザ素
子は正電極３０をクラッド層にショットキーバリア接触
する金属薄膜として設けている点が実施例１と異なる。
【００４４】実施例１において、リッジ形状のストライ
プを形成する際、図８に示すようにｐ型光閉じ込め層６
までメサエッチする。なおメサエッチ後のストライプ側
面の角度θはおよそ９５゜である。
プを形成する際、図８に示すようにｐ型光閉じ込め層６
までメサエッチする。なおメサエッチ後のストライプ側
面の角度θはおよそ９５゜である。
【００４５】エッチング後、絶縁性薄膜１０を形成せ
ず、電極を形成する工程において、図８に示すようにｐ
型コンタクト層８のほぼ全面と、ｐ型光閉じ込め層６の
表面とに渡って、ＮｉとＡｕを含む正電極３０を形成す
る。ＮｉとＡｕとを含む金属は、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ
よりなるｐ型コンタクト層８にはオーミック接触する
が、ＡｌＧａＮよりなるｐ型光閉じ込め層にはショット
キーバリア接触する。なお本発明において、金属薄膜が
クラッド層に接するショットキーバリア接触とは、完全
なショットキーバリア接触ではなく、ｐ型コンタクト層
よりも接触抵抗が高いことを意味する。以上のようにし
て金属薄膜を形成した後、実施例１と同様にしてレーザ
素子を作製したところ、ほぼ同一の特性を示した。
ず、電極を形成する工程において、図８に示すようにｐ
型コンタクト層８のほぼ全面と、ｐ型光閉じ込め層６の
表面とに渡って、ＮｉとＡｕを含む正電極３０を形成す
る。ＮｉとＡｕとを含む金属は、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ
よりなるｐ型コンタクト層８にはオーミック接触する
が、ＡｌＧａＮよりなるｐ型光閉じ込め層にはショット
キーバリア接触する。なお本発明において、金属薄膜が
クラッド層に接するショットキーバリア接触とは、完全
なショットキーバリア接触ではなく、ｐ型コンタクト層
よりも接触抵抗が高いことを意味する。以上のようにし
て金属薄膜を形成した後、実施例１と同様にしてレーザ
素子を作製したところ、ほぼ同一の特性を示した。
【００４６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーザ素
子ではリッジ型のストライプにより、活性層の発光がリ
ッジの下に集中して、横モードのレーザ光が制御できる
ためにレーザ発振の閾値電流低下して、連続発振が可能
となる。窒化物半導体は現在研究されているII−VI族化
合物半導体よりなるレーザ素子に比べて短波長が発振で
きるという利点がある。従って窒化物半導体で連続発振
が可能となると、書き込み光源、読みとり光源としての
需要が爆発的に増え、その産業上の利用価値は非常に大
きい。
子ではリッジ型のストライプにより、活性層の発光がリ
ッジの下に集中して、横モードのレーザ光が制御できる
ためにレーザ発振の閾値電流低下して、連続発振が可能
となる。窒化物半導体は現在研究されているII−VI族化
合物半導体よりなるレーザ素子に比べて短波長が発振で
きるという利点がある。従って窒化物半導体で連続発振
が可能となると、書き込み光源、読みとり光源としての
需要が爆発的に増え、その産業上の利用価値は非常に大
きい。
【図１】 本発明に係るレーザ素子の一構造を示す模式
断面図。
断面図。
【図２】 図１のレーザ素子の形状を示す斜視図。
【図３】 本発明に係るレーザ素子の他の構造を示す模
式断面図。
式断面図。
【図４】 実施例において得られる窒化物半導体ウェー
ハの主要部の構造を示す模式断面図。
ハの主要部の構造を示す模式断面図。
【図５】 実施例において得られる窒化物半導体ウェー
ハの主要部の構造を示す模式断面図。
ハの主要部の構造を示す模式断面図。
【図６】 実施例において得られる窒化物半導体ウェー
ハの主要部の構造を示す模式断面図。
ハの主要部の構造を示す模式断面図。
【図７】 実施例において得られる窒化物半導体ウェー
ハの主要部の構造を示す模式断面図。
ハの主要部の構造を示す模式断面図。
【図８】 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・・・・基板
２・・・・ｎ型コンタクト層
３・・・・ｎ型光閉じこめ層
４・・・・ｎ型光ガイド層
５・・・・活性層
６・・・・ｐ型光ガイド層
７・・・・ｐ型光閉じこめ層
８・・・・ｐ型コンタクト層
１０・・・・絶縁性薄膜
２０、３０・・・・電極
─────────────────────────────────────────────────────
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３−222488（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−111375（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−21511（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−177423（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−307526（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−298343（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−232681（ＪＰ，Ａ)
Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖ
ｏｌ135（1996）ＰＰ．Ｌ74−76
(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 (5)
- 【請求項１】 それぞれ窒化物半導体からなるｎ型光ガ
イド層とｐ型光ガイド層との間に、窒化物半導体からな
る活性層を備え、前記ｐ型光ガイド層上にさらにｐ型光
閉じ込め層とｐ型コンタクト層とを有する窒化物半導体
レーザ素子において、 前記ｐ型コンタクト層、前記ｐ型光閉じ込め層及び前記
ｐ型光ガイド層の一部をエッチングしてなるリッジ形状
のストライプを有し、 前記ｎ型光ガイド層及び前記ｐ型光ガイド層はそれぞ
れ、Ｉｎを含む窒化物半導体若しくはＧａＮからなり、
前記ｐ型光閉じ込め層はＡｌを含む窒化物半導体からな
り、 前記ｐ型光ガイド層の表面及び前記リッジ形状のストラ
イプの両側面に接して絶縁膜が形成されたことを特徴と
する窒化物半導体レーザ素子。 - 【請求項２】 前記ｎ型光ガイド層は、ＩｎＸＧａ
１−ＸＮ（０≦Ｘ＜１）からなる請求項１に記載の窒化
物半導体レーザ素子。 - 【請求項３】 前記ｐ型光ガイド層は、ＩｎＹＧａ
１−ＹＮ（０≦Ｙ＜１）からなる請求項１又は２記載の
窒化物半導体レーザ素子。 - 【請求項４】 前記活性層は、ＩｎＺＧａ１−ＺＮ（０
＜Ｚ＜１）からなる井戸層を有する量子井戸構造である
請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載の窒化物半導
体レーザ素子。 - 【請求項５】 前記活性層は、ＩｎＺ’Ｇａ１−Ｚ’Ｎ
（０≦Ｚ’＜１）からなる障壁層を有する請求項４記載
の窒化物半導体レーザ素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6763296A JP3431389B2 (ja) | 1996-03-25 | 1996-03-25 | 窒化物半導体レーザ素子 |
| JP2000222080A JP3772651B2 (ja) | 1996-03-25 | 2000-07-24 | 窒化物半導体レーザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6763296A JP3431389B2 (ja) | 1996-03-25 | 1996-03-25 | 窒化物半導体レーザ素子 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000222080A Division JP3772651B2 (ja) | 1996-03-25 | 2000-07-24 | 窒化物半導体レーザ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09260772A JPH09260772A (ja) | 1997-10-03 |
| JP3431389B2 true JP3431389B2 (ja) | 2003-07-28 |
Family
ID=13350566
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6763296A Expired - Lifetime JP3431389B2 (ja) | 1996-03-25 | 1996-03-25 | 窒化物半導体レーザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3431389B2 (ja) |
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| US6711191B1 (en) * | 1999-03-04 | 2004-03-23 | Nichia Corporation | Nitride semiconductor laser device |
| JP3936109B2 (ja) | 1999-04-26 | 2007-06-27 | 富士通株式会社 | 半導体発光装置及びその製造方法 |
| JP4815734B2 (ja) * | 1999-06-10 | 2011-11-16 | 日亜化学工業株式会社 | 窒化物半導体レーザ素子 |
| JP4991025B2 (ja) * | 1999-06-10 | 2012-08-01 | 日亜化学工業株式会社 | 窒化物半導体レーザ素子 |
| JP2001015851A (ja) * | 1999-07-01 | 2001-01-19 | Sony Corp | 半導体レーザ素子及びその作製方法 |
| WO2001039342A1 (fr) * | 1999-11-22 | 2001-05-31 | Sony Corporation | Element electroluminescent a semi-conducteur |
| US6734111B2 (en) * | 2001-08-09 | 2004-05-11 | Comlase Ab | Method to GaAs based lasers and a GaAs based laser |
| JP2009188435A (ja) * | 2003-11-11 | 2009-08-20 | Sharp Corp | 半導体レーザ素子およびその製造方法および光ディスク装置および光伝送システム |
| JP2006013331A (ja) * | 2004-06-29 | 2006-01-12 | Sanyo Electric Co Ltd | 半導体レーザ素子 |
| KR101221067B1 (ko) * | 2006-02-09 | 2013-01-11 | 삼성전자주식회사 | 리지 도파형 반도체 레이저 다이오드 |
| US20230327405A1 (en) * | 2020-11-06 | 2023-10-12 | Mitsubishi Electric Corporation | Optical semiconductor device |
-
1996
- 1996-03-25 JP JP6763296A patent/JP3431389B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ１３５（１９９６）ＰＰ．Ｌ７４−７６ |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09260772A (ja) | 1997-10-03 |
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