JP3441883B2 - 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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- JP3441883B2 JP3441883B2 JP09516196A JP9516196A JP3441883B2 JP 3441883 B2 JP3441883 B2 JP 3441883B2 JP 09516196 A JP09516196 A JP 09516196A JP 9516196 A JP9516196 A JP 9516196A JP 3441883 B2 JP3441883 B2 JP 3441883B2
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Description
【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いる。例えば本出
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、Jp
n.J.Appl.Phys. Vol35 (1996)pp.L74-76）。このレーザ
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、
前記レーザ素子は未だパルス電流における発振であり、
窒化物半導体レーザ素子を実用化するためには、早急な
連続発振が望まれている。
の材料として窒化物半導体が知られている。例えば本出
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、Jp
n.J.Appl.Phys. Vol35 (1996)pp.L74-76）。このレーザ
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、
前記レーザ素子は未だパルス電流における発振であり、
窒化物半導体レーザ素子を実用化するためには、早急な
連続発振が望まれている。
【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、駆
動電圧を小さくできるレーザ素子を提供することによ
り、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、駆
動電圧を小さくできるレーザ素子を提供することによ
り、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】本発明に係る窒化物半導
体レーザ素子は、基板上に形成されたｎ型層、Ｉｎを含
む窒化物半導体よりなる多重量子井戸構造の活性層及び
ｐ型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、前記ｎ型層は、ＳｉドープのＧａＮか
らなるｎ型コンタクト層とＡｌＹＧａ１−ＹＮ（０＜Ｙ
≦１）からなるｎ型光閉じ込め層とＩｎを含むｎ型の窒
化物半導体若しくはｎ型ＧａＮからなるｎ型光ガイド層
とを含み、前記ｎ型光閉じ込め層とｎ型光ガイド層の間
に電流狭窄層が設けられ、該電流狭窄層はｐ型又はｉ型
の窒化物半導体からなることを特徴とする。また、請求
項２に係る発明は、前記電流狭窄層は、ＡｌＸＧａ
１−ＸＮ（０≦Ｘ≦１）からなるとしたものであり、請
求項３に係る発明は、該電流狭窄層のＡｌ組成比Ｘが
０．４より大きいとしたものである。
体レーザ素子は、基板上に形成されたｎ型層、Ｉｎを含
む窒化物半導体よりなる多重量子井戸構造の活性層及び
ｐ型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、前記ｎ型層は、ＳｉドープのＧａＮか
らなるｎ型コンタクト層とＡｌＹＧａ１−ＹＮ（０＜Ｙ
≦１）からなるｎ型光閉じ込め層とＩｎを含むｎ型の窒
化物半導体若しくはｎ型ＧａＮからなるｎ型光ガイド層
とを含み、前記ｎ型光閉じ込め層とｎ型光ガイド層の間
に電流狭窄層が設けられ、該電流狭窄層はｐ型又はｉ型
の窒化物半導体からなることを特徴とする。また、請求
項２に係る発明は、前記電流狭窄層は、ＡｌＸＧａ
１−ＸＮ（０≦Ｘ≦１）からなるとしたものであり、請
求項３に係る発明は、該電流狭窄層のＡｌ組成比Ｘが
０．４より大きいとしたものである。
【０００５】
【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、レーザ光
の共振方向に垂直な面で切断した際の断面を示してい
る。基本的な素子構造としては、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が順に積層されている。なお、
２０はｎ型コンタクト層２に設けられた共振方向に平行
なストライプ状の負電極、３０はｐ型コンタクト層８の
ほぼ全面の設けられた正電極である。本発明の請求項で
いうｎ型層、ｐ型層とは、活性層を直接的または間接的
に挟んだｎ型層またはｐ型層であり、この図では具体的
にｎ型コンタクト層２、ｎ型光閉じ込め層３、ｎ型光ガ
イド層４の内の少なくとも一層を指し、ｐ型層とは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の内の少なくとも一層を指す。
ーザ素子の構造を示す模式的な断面図であり、レーザ光
の共振方向に垂直な面で切断した際の断面を示してい
る。基本的な素子構造としては、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が順に積層されている。なお、
２０はｎ型コンタクト層２に設けられた共振方向に平行
なストライプ状の負電極、３０はｐ型コンタクト層８の
ほぼ全面の設けられた正電極である。本発明の請求項で
いうｎ型層、ｐ型層とは、活性層を直接的または間接的
に挟んだｎ型層またはｐ型層であり、この図では具体的
にｎ型コンタクト層２、ｎ型光閉じ込め層３、ｎ型光ガ
イド層４の内の少なくとも一層を指し、ｐ型層とは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の内の少なくとも一層を指す。
【０００６】本発明のレーザ素子ではｎ型層側に電流狭
窄層１００を有している。電流狭窄層の作用は次の通り
である。窒化物半導体のｎ型層のキャリア濃度は通常１
×１０18／cm3〜１０20／cm3あり、抵抗率で１０-2〜１
０-3Ω・cm／と低抵抗である。一方、ｐ型層のキャリア
濃度は通常１×１０18／cm3以下であり、抵抗率で０．
１Ω・cm以上ある。このため、ｐ型層側で電流狭窄を行
うと駆動電圧が極端に高くなり、レーザ素子の連続発振
のための妨げとなる。しかし抵抗率の低いｎ層側で電流
狭窄を行うことによりレーザ素子の駆動電圧を低くする
ことができるため、連続発振が可能となる。この本発明
のレーザ素子の電流狭窄層の作用は、窒化物半導体の特
有の性質によるものである。
窄層１００を有している。電流狭窄層の作用は次の通り
である。窒化物半導体のｎ型層のキャリア濃度は通常１
×１０18／cm3〜１０20／cm3あり、抵抗率で１０-2〜１
０-3Ω・cm／と低抵抗である。一方、ｐ型層のキャリア
濃度は通常１×１０18／cm3以下であり、抵抗率で０．
１Ω・cm以上ある。このため、ｐ型層側で電流狭窄を行
うと駆動電圧が極端に高くなり、レーザ素子の連続発振
のための妨げとなる。しかし抵抗率の低いｎ層側で電流
狭窄を行うことによりレーザ素子の駆動電圧を低くする
ことができるため、連続発振が可能となる。この本発明
のレーザ素子の電流狭窄層の作用は、窒化物半導体の特
有の性質によるものである。
【０００７】図１では電流狭窄層１００をｎ型コンタク
ト層２の内部に形成しているが、本発明では電流狭窄層
１００はｎ型層側、つまり活性層を挟んだｐ型層と対向
する側で活性層から離れた位置にあれば、その位置は特
に限定するものではなく、例えばｎ型コンタクト層２と
ｎ型光閉じ込め層３との間、ｎ型光閉じ込め層３とｎ型
光ガイド層４との間、ｎ型光閉じ込め層３内、ｎ型光ガ
イド層４と活性層５との間、またｎ型層多層に渡っても
形成することができ、その位置は特に限定するものでは
ない。
ト層２の内部に形成しているが、本発明では電流狭窄層
１００はｎ型層側、つまり活性層を挟んだｐ型層と対向
する側で活性層から離れた位置にあれば、その位置は特
に限定するものではなく、例えばｎ型コンタクト層２と
ｎ型光閉じ込め層３との間、ｎ型光閉じ込め層３とｎ型
光ガイド層４との間、ｎ型光閉じ込め層３内、ｎ型光ガ
イド層４と活性層５との間、またｎ型層多層に渡っても
形成することができ、その位置は特に限定するものでは
ない。
【０００８】さらに、電流狭窄層１００の材料をｐ型あ
るいはｉ型（半絶縁性）の窒化物半導体とすることが望
ましい。ｐ型の窒化物半導体とすることにより、電流狭
窄層に逆バイアスが係り、効果的に電流狭窄が行える。
あるいはｉ型の窒化物半導体でもよい。電流狭窄層を窒
化物半導体で形成すると、同一窒化物半導体よりなる電
流狭窄層の上に再度窒化物半導体を成長させることがで
きる。そのため、電流狭窄層の上に、ｎ型層、活性層、
ｐ型層等を成長させることができるので、例えばｐ型層
をリッジ形状のようなストライプ状にしたり、所望の形
状に加工、または選択成長することができる。ｐ型また
はｉ型の窒化物半導体は、例えば窒化物半導体成長時に
Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｄ、Ｂａ等のII族元素よりなるアクセプ
ター不純物をドープすることにより得られる。ｐ型、ｉ
型等の導電型は、例えばドープするアクセプター不純物
の量、種類を変えたり、また窒化物半導体の組成、成長
条件を変化させることにより、変えることができる。例
えばＡｌ組成比が０．４より大きい窒化物半導体はｉ型
が得られやすく、Ｍｇはｐ型が得やすい不純物である。
好ましくは電流狭窄層はｐ型ＡｌXＧａ1-XＮ（０≦X≦
１）、さらに好ましくはｐ型ＧａＮとする。なぜなら、
ＡｌXＧａ1-XＮは最も高い正孔キャリア濃度のｐ型層が
得られやすく、Ａｌ組成比を大きくするに従ってｉ型に
なりやすくなるからである。
るいはｉ型（半絶縁性）の窒化物半導体とすることが望
ましい。ｐ型の窒化物半導体とすることにより、電流狭
窄層に逆バイアスが係り、効果的に電流狭窄が行える。
あるいはｉ型の窒化物半導体でもよい。電流狭窄層を窒
化物半導体で形成すると、同一窒化物半導体よりなる電
流狭窄層の上に再度窒化物半導体を成長させることがで
きる。そのため、電流狭窄層の上に、ｎ型層、活性層、
ｐ型層等を成長させることができるので、例えばｐ型層
をリッジ形状のようなストライプ状にしたり、所望の形
状に加工、または選択成長することができる。ｐ型また
はｉ型の窒化物半導体は、例えば窒化物半導体成長時に
Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｄ、Ｂａ等のII族元素よりなるアクセプ
ター不純物をドープすることにより得られる。ｐ型、ｉ
型等の導電型は、例えばドープするアクセプター不純物
の量、種類を変えたり、また窒化物半導体の組成、成長
条件を変化させることにより、変えることができる。例
えばＡｌ組成比が０．４より大きい窒化物半導体はｉ型
が得られやすく、Ｍｇはｐ型が得やすい不純物である。
好ましくは電流狭窄層はｐ型ＡｌXＧａ1-XＮ（０≦X≦
１）、さらに好ましくはｐ型ＧａＮとする。なぜなら、
ＡｌXＧａ1-XＮは最も高い正孔キャリア濃度のｐ型層が
得られやすく、Ａｌ組成比を大きくするに従ってｉ型に
なりやすくなるからである。
【０００９】また、本発明のレーザ素子では、ｐ型層が
リッジ形状のストライプを有していてもよい。ｐ型層を
リッジ形状とすると、活性層の発光がリッジの下部に集
中するので、レーザ光の横モードが制御できるようにな
り閾値が低下する。
リッジ形状のストライプを有していてもよい。ｐ型層を
リッジ形状とすると、活性層の発光がリッジの下部に集
中するので、レーザ光の横モードが制御できるようにな
り閾値が低下する。
【００１０】
【実施例】［実施例１］図２乃至図５は本実施例の一工
程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り、具体的にはレーザ素子
の構造を示すものである。以下これらの図を元に、図１
に示すレーザ素子を得る方法を説明する。以下に示す方
法は、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）によるもので
あるが、本発明のレーザ素子はＭＯＶＰＥだけではな
く、例えばＭＢＥ、ＨＤＶＰＥ等、公知な窒化物半導体
を得るための他の方法でも製造可能である。また以下に
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。
程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り、具体的にはレーザ素子
の構造を示すものである。以下これらの図を元に、図１
に示すレーザ素子を得る方法を説明する。以下に示す方
法は、ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）によるもので
あるが、本発明のレーザ素子はＭＯＶＰＥだけではな
く、例えばＭＢＥ、ＨＤＶＰＥ等、公知な窒化物半導体
を得るための他の方法でも製造可能である。また以下に
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。
【００１１】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。基板１にはスピネルの他、
サファイア（Ａｌ2Ｏ3、Ａ面、Ｃ面、Ｒ面）等の絶縁性
基板が多く用いられるが、その他、ＳｉＣ、ＭｇＯ、Ｓ
ｉ、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。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Ａｌ
Ｎ、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。基板１にはスピネルの他、
サファイア（Ａｌ2Ｏ3、Ａ面、Ｃ面、Ｒ面）等の絶縁性
基板が多く用いられるが、その他、ＳｉＣ、ＭｇＯ、Ｓ
ｉ、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。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Ａｌ
Ｎ、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。
【００１２】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
第１のｎ型コンタクト層２を２μｍの膜厚で成長させ
る。第１のｎ型コンタクト層２はＩｎXＡｌYＧａ1-X-Y
Ｎ（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。負電極の材料としてはＡｌ、Ｔｉ、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。
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
第１のｎ型コンタクト層２を２μｍの膜厚で成長させ
る。第１のｎ型コンタクト層２はＩｎXＡｌYＧａ1-X-Y
Ｎ（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。負電極の材料としてはＡｌ、Ｔｉ、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。
【００１３】続いて、原料ガスにＴＭＧ、アンモニア、
不純物ガスに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ＧａＮよりなる電流狭
窄層１００を０．５μｍ成長させる。このｐ型ＧａＮ層
は、全面に形成しているため、まだ電流狭窄層としての
作用はないが、本明細書では統一した用語として電流狭
窄層と記載する。電流狭窄層１００は、前記したように
ｉ型の窒化物半導体でもよく、またその他にＳｉＯ2、
Ａｌ2Ｏ3のような絶縁性の材料を形成することができる
が、好ましくは窒化物半導体とすることにより、その電
流狭窄層の上に他の窒化物半導体が成長できる。
不純物ガスに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ＧａＮよりなる電流狭
窄層１００を０．５μｍ成長させる。このｐ型ＧａＮ層
は、全面に形成しているため、まだ電流狭窄層としての
作用はないが、本明細書では統一した用語として電流狭
窄層と記載する。電流狭窄層１００は、前記したように
ｉ型の窒化物半導体でもよく、またその他にＳｉＯ2、
Ａｌ2Ｏ3のような絶縁性の材料を形成することができる
が、好ましくは窒化物半導体とすることにより、その電
流狭窄層の上に他の窒化物半導体が成長できる。
【００１４】電流狭窄層１００成長後、ウェーハを反応
容器から取り出し、電流狭窄層１００の表面に、５μｍ
のストライプ幅の開口部を有するＳｉＯ2よりなる第１
の保護膜５１を、ＣＶＤ装置にて形成する。このストラ
イプ状の開口部は、後に電流狭窄層をエッチングした際
の、電流の通り道になるところであり、１０μｍ以下、
好ましくは５μｍ以下、さらに好ましくは３μｍ以下に
調整することが望ましい。また、第１の保護膜５１の材
料としては、エッチング手段により、その保護膜がエッ
チングされにくく、窒化物半導体がエッチングされやす
いような材料を選択する必要があり、例えばＳｉＯ2の
ような酸化ケイ素、Ｓｉ3Ｎ4のような窒化ケイ素を形成
することができる。図２に第１の保護膜５１を形成した
ウェーハの部分断面図を示す。
容器から取り出し、電流狭窄層１００の表面に、５μｍ
のストライプ幅の開口部を有するＳｉＯ2よりなる第１
の保護膜５１を、ＣＶＤ装置にて形成する。このストラ
イプ状の開口部は、後に電流狭窄層をエッチングした際
の、電流の通り道になるところであり、１０μｍ以下、
好ましくは５μｍ以下、さらに好ましくは３μｍ以下に
調整することが望ましい。また、第１の保護膜５１の材
料としては、エッチング手段により、その保護膜がエッ
チングされにくく、窒化物半導体がエッチングされやす
いような材料を選択する必要があり、例えばＳｉＯ2の
ような酸化ケイ素、Ｓｉ3Ｎ4のような窒化ケイ素を形成
することができる。図２に第１の保護膜５１を形成した
ウェーハの部分断面図を示す。
【００１５】第１の保護膜５１形成後、ウェーハをＲＩ
Ｅ（反応性イオンエッチング）装置に移送し、先ほど形
成した第１の保護膜５１の上から、開口部の電流狭窄層
１００をエッチングし、ｎ型コンタクト層２の表面を露
出させる。図３はエッチング終了後、第１の保護膜５１
を除去したウェーハの構造を示す部分断面図である。こ
の図に示すように、エッチング側面の形状は順メサ形状
とすることが好ましい。なぜなら、この電流狭窄層１０
０の表面に新たに窒化物半導体を積層する際、順メサ形
状であると、側面の角度が全て鈍角であるため、側面隅
部においても、窒化物半導体を均一な膜厚で成長させや
すい。またエッチングにより段差が発生している開口部
内にも窒化物半導体を成長させやすい。
Ｅ（反応性イオンエッチング）装置に移送し、先ほど形
成した第１の保護膜５１の上から、開口部の電流狭窄層
１００をエッチングし、ｎ型コンタクト層２の表面を露
出させる。図３はエッチング終了後、第１の保護膜５１
を除去したウェーハの構造を示す部分断面図である。こ
の図に示すように、エッチング側面の形状は順メサ形状
とすることが好ましい。なぜなら、この電流狭窄層１０
０の表面に新たに窒化物半導体を積層する際、順メサ形
状であると、側面の角度が全て鈍角であるため、側面隅
部においても、窒化物半導体を均一な膜厚で成長させや
すい。またエッチングにより段差が発生している開口部
内にも窒化物半導体を成長させやすい。
【００１６】第１の保護膜除去後、ウェーハを再び反応
容器内に移送し、電流狭窄層１００および開口部のｎ型
コンタクト層２の上に、次のようにして新たにレーザ素
子の構造となる窒化物半導体層を積層する。
容器内に移送し、電流狭窄層１００および開口部のｎ型
コンタクト層２の上に、次のようにして新たにレーザ素
子の構造となる窒化物半導体層を積層する。
【００１７】温度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭ
Ｇ、アンモニア、ドナー不純物としてシランガスを用い
て、ＳｉドープＧａＮよりなる第２のｎ型コンタクト層
２’（ｎ型コンタクト層２の続き）を３μｍの膜厚で成
長させる。このように、電流狭窄層１００を挟んで、同
一組成の窒化物半導体を成長させることにより、開口部
内で格子整合した状態で窒化物半導体がつながるので、
結晶性のよい窒化物半導体が成長できる。また、同一組
成にすると、電流が流れる際にもヘテロ界面による障壁
がないので非常に電流も流れやすい。本実施例のよう
に、電流狭窄層１００の上に直接成長する窒化物半導体
層の膜厚を、電流狭窄層の膜厚よりも厚くすることによ
り、開口部内に窒化物半導体が厚膜で成長できるため、
その開口部の段差が少なくなり、後に活性層、ｐ型層を
積層する際に平坦な面ができ、特に好ましい。なお、本
発明でいう同一組成とは、必ずしも窒化物半導体に含ま
れるドナー不純物まで同一というのではなく。キャリア
濃度を変化させるために添加するドナー不純物は適宜変
更を加えることができる。なお前記した電流狭窄層１０
０はストライプ状の開口部が形成されて、その上に他の
窒化物半導体が成長されることにより、電流狭窄層とし
て作用する。
Ｇ、アンモニア、ドナー不純物としてシランガスを用い
て、ＳｉドープＧａＮよりなる第２のｎ型コンタクト層
２’（ｎ型コンタクト層２の続き）を３μｍの膜厚で成
長させる。このように、電流狭窄層１００を挟んで、同
一組成の窒化物半導体を成長させることにより、開口部
内で格子整合した状態で窒化物半導体がつながるので、
結晶性のよい窒化物半導体が成長できる。また、同一組
成にすると、電流が流れる際にもヘテロ界面による障壁
がないので非常に電流も流れやすい。本実施例のよう
に、電流狭窄層１００の上に直接成長する窒化物半導体
層の膜厚を、電流狭窄層の膜厚よりも厚くすることによ
り、開口部内に窒化物半導体が厚膜で成長できるため、
その開口部の段差が少なくなり、後に活性層、ｐ型層を
積層する際に平坦な面ができ、特に好ましい。なお、本
発明でいう同一組成とは、必ずしも窒化物半導体に含ま
れるドナー不純物まで同一というのではなく。キャリア
濃度を変化させるために添加するドナー不純物は適宜変
更を加えることができる。なお前記した電流狭窄層１０
０はストライプ状の開口部が形成されて、その上に他の
窒化物半導体が成長されることにより、電流狭窄層とし
て作用する。
【００１８】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Ｉｎ
0.1Ｇａ0.9Ｎよりなるクラック防止層（図示せず。）を
５００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Ｉ
ｎＧａＮ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をクラ
ックが入らないようにして厚膜で成長させることが可能
となる。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。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。なおクラック防止層も本発明でいうｎ
型層の一つである。
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Ｉｎ
0.1Ｇａ0.9Ｎよりなるクラック防止層（図示せず。）を
５００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Ｉ
ｎＧａＮ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をクラ
ックが入らないようにして厚膜で成長させることが可能
となる。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。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。なおクラック防止層も本発明でいうｎ
型層の一つである。
【００１９】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。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〜１
μｍ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。
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。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〜１
μｍ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。
【００２０】続いて、原料ガスにＴＭＧ、アンモニア、
シランガスを用いて、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。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〜１μｍの
膜厚で成長させることが望ましく、特にＩｎＧａＮ、Ｇ
ａＮ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。
シランガスを用いて、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。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〜１μｍの
膜厚で成長させることが望ましく、特にＩｎＧａＮ、Ｇ
ａＮ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。
【００２１】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。活性層５は、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：Mult
i-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Ｉｎ
XＧａ1-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。
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。活性層５は、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：Mult
i-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Ｉｎ
XＧａ1-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。
【００２２】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。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。
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。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。
【００２３】続いて、ＴＭＧ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇ
を用い、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ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もｐ型ＩｎＧａＮ、ｐ型ＧａＮとする
ことにより次のＡｌを含むｐ型光閉じこめ層７を結晶性
良く成長できる。また、ｐ型層をリッジ形状として、特
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、ＩｎYＧａ1-YＮ（０＜Y≦１）にする
ことが最も好ましい。
を用い、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ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もｐ型ＩｎＧａＮ、ｐ型ＧａＮとする
ことにより次のＡｌを含むｐ型光閉じこめ層７を結晶性
良く成長できる。また、ｐ型層をリッジ形状として、特
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、ＩｎYＧａ1-YＮ（０＜Y≦１）にする
ことが最も好ましい。
【００２４】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。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Ａ
ｌYＧａ1-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、ｐ型光閉じ込め層７よ
り、リッジ形状とする場合には、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。
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。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Ａ
ｌYＧａ1-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、ｐ型光閉じ込め層７よ
り、リッジ形状とする場合には、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。
【００２５】続いて、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。ｐ型コンタクト
層８はｐ型ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X＋
Y≦１）で構成することができ、特にＩｎＧａＮ、Ｇａ
Ｎ、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。正電極の材料としてはＮｉ、Ｐｄ、Ｉｒ、
Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｇ、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。以上、窒
化物半導体層を積層したウェーハの構造を示す部分断面
図を図４に示す。
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。ｐ型コンタクト
層８はｐ型ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X＋
Y≦１）で構成することができ、特にＩｎＧａＮ、Ｇａ
Ｎ、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。正電極の材料としてはＮｉ、Ｐｄ、Ｉｒ、
Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｇ、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。以上、窒
化物半導体層を積層したウェーハの構造を示す部分断面
図を図４に示す。
【００２６】反応終了後、ウェーハを反応容器から取り
出し、図５に示すように、ｐ型コンタクト層８の表面
に、ＳｉＯ2よりなる第２の保護膜５２を形成し、第２
の保護膜５２の上からエッチングを行い負電極を形成す
べきｎ型コンタクト層２の表面を露出させる。図５にエ
ッチング終了後の断面図を示す。なお、図５では第１の
ｎ型コンタクト層２と、第２のｎ型コンタクト層２’と
は同一の窒化物半導体よりなり、同じコンタクト層とし
て作用するため、これらの層の境界を特に示していな
い。
出し、図５に示すように、ｐ型コンタクト層８の表面
に、ＳｉＯ2よりなる第２の保護膜５２を形成し、第２
の保護膜５２の上からエッチングを行い負電極を形成す
べきｎ型コンタクト層２の表面を露出させる。図５にエ
ッチング終了後の断面図を示す。なお、図５では第１の
ｎ型コンタクト層２と、第２のｎ型コンタクト層２’と
は同一の窒化物半導体よりなり、同じコンタクト層とし
て作用するため、これらの層の境界を特に示していな
い。
【００２７】エッチング終了後、第２のマスク５２を除
去し、ｐ型コンタクト層８のほぼ全面にＮｉ／Ａｕより
なる正電極３０を形成し、エッチングにより露出させた
ｎ型コンタクト層２には共振方向に平行なストライプ状
のＴｉ／Ａｌよりなる負電極２０を形成する。
去し、ｐ型コンタクト層８のほぼ全面にＮｉ／Ａｕより
なる正電極３０を形成し、エッチングにより露出させた
ｎ型コンタクト層２には共振方向に平行なストライプ状
のＴｉ／Ａｌよりなる負電極２０を形成する。
【００２８】以上のようにしたウェーハを、まずストラ
イプ状の負電極に平行な位置で切断した後、次に負電極
に垂直な方向で切断し、負電極に垂直な方向で切断した
面を研磨して鏡面状とした共振面を作製する。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、常温で連続発振させたところ、順方向
電圧１０Ｖ、閾値電流１００ｍＡで、４１０ｎｍのレー
ザ発振を示した。一方、本発明のようにｎ型層に電流狭
窄層を設けず、最上層のｐ型コンタクト層８の表面にの
み、５μｍのストライプ溝を有する電流狭窄層を設けた
レーザ素子では、連続発振せず、パルス電流でのみレー
ザ発振した。
イプ状の負電極に平行な位置で切断した後、次に負電極
に垂直な方向で切断し、負電極に垂直な方向で切断した
面を研磨して鏡面状とした共振面を作製する。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、常温で連続発振させたところ、順方向
電圧１０Ｖ、閾値電流１００ｍＡで、４１０ｎｍのレー
ザ発振を示した。一方、本発明のようにｎ型層に電流狭
窄層を設けず、最上層のｐ型コンタクト層８の表面にの
み、５μｍのストライプ溝を有する電流狭窄層を設けた
レーザ素子では、連続発振せず、パルス電流でのみレー
ザ発振した。
【００２９】［実施例２］図６は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的な断面図である。基
本的な窒化物半導体層の積層構造は実施例１と同一であ
るが、このレーザ素子が実施例１のものと異なる点は、
ｐ型層をリッジ形状のストライプとしていることであ
る。ｐ型層をリッジ形状とすることにより、活性層の発
光がリッジの下に集中しやすくなるので、閾値電流を低
下させることができるが、実施例１のレーザ素子に比較
して、ｐ型コンタクト層３の表面に形成した正電極３０
の面積が小さくなるため、駆動電圧は上昇する傾向にあ
る。なおこのレーザ素子も実施例１と同様に連続発振を
示し、順方向電圧１５Ｖ、閾値電流８０ｍＡで、４１０
ｎｍのレーザ発振を示した。
係るレーザ素子の構造を示す模式的な断面図である。基
本的な窒化物半導体層の積層構造は実施例１と同一であ
るが、このレーザ素子が実施例１のものと異なる点は、
ｐ型層をリッジ形状のストライプとしていることであ
る。ｐ型層をリッジ形状とすることにより、活性層の発
光がリッジの下に集中しやすくなるので、閾値電流を低
下させることができるが、実施例１のレーザ素子に比較
して、ｐ型コンタクト層３の表面に形成した正電極３０
の面積が小さくなるため、駆動電圧は上昇する傾向にあ
る。なおこのレーザ素子も実施例１と同様に連続発振を
示し、順方向電圧１５Ｖ、閾値電流８０ｍＡで、４１０
ｎｍのレーザ発振を示した。
【００３０】図６ではリッジの側面が順メサ形状とされ
ているが、特に順メサ形状でなくとも、逆メサでも、あ
るいは垂直なリッジ側面でもよい。さらにｐ型光閉じ込
め層７よりリッジ形状としたが、ｐ型キャップ層、ｐ型
光ガイド層６、ｐ型コンタクト層８からリッジとしても
よい。また活性層の光を集中させるために、ｐ型層をリ
ッジ形状としたが、特にリッジ形状でなくても、他のレ
ーザ素子に用いられているような、活性層の一定部分に
光を集中させるような手法であれば、ｐ型層はどのよう
な構造を用いてもよい。なお、リッジのように、ｐ型層
を加工して活性層の一定部分に光を集中させる場合、図
７に示すようにリッジのストライプ下部と、電流狭窄さ
れたｎ型層のストライプ位置とを一致させるようにする
ことが望ましい。
ているが、特に順メサ形状でなくとも、逆メサでも、あ
るいは垂直なリッジ側面でもよい。さらにｐ型光閉じ込
め層７よりリッジ形状としたが、ｐ型キャップ層、ｐ型
光ガイド層６、ｐ型コンタクト層８からリッジとしても
よい。また活性層の光を集中させるために、ｐ型層をリ
ッジ形状としたが、特にリッジ形状でなくても、他のレ
ーザ素子に用いられているような、活性層の一定部分に
光を集中させるような手法であれば、ｐ型層はどのよう
な構造を用いてもよい。なお、リッジのように、ｐ型層
を加工して活性層の一定部分に光を集中させる場合、図
７に示すようにリッジのストライプ下部と、電流狭窄さ
れたｎ型層のストライプ位置とを一致させるようにする
ことが望ましい。
【００３１】［実施例３］図７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る。図８乃至図
１１は図７のレーザ素子を得る際の工程において得られ
る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、図８乃至図１１を参照して図７のレーザ素子
を得る他の方法について説明する。
係る他の構造を示す模式的な断面図である。図８乃至図
１１は図７のレーザ素子を得る際の工程において得られ
る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、図８乃至図１１を参照して図７のレーザ素子
を得る他の方法について説明する。
【００３２】実施例１と同様にして、スピネル基板１の
上に、ＧａＮよりなるバッファ層を２００オングストロ
ーム（図示せず）と、ＳｉドープＧａＮよりなるｎ型コ
ンタクト層２を４μｍと、ＳｉドープＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ
よりなるクラック防止層（図示せず。）を５００オング
ストローム、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、連続して
成長させる。
上に、ＧａＮよりなるバッファ層を２００オングストロ
ーム（図示せず）と、ＳｉドープＧａＮよりなるｎ型コ
ンタクト層２を４μｍと、ＳｉドープＩｎ0.1Ｇａ0.9Ｎ
よりなるクラック防止層（図示せず。）を５００オング
ストローム、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、連続して
成長させる。
【００３３】ｎ型光閉じ込め層３成長後、ウェーハを反
応容器から取り出し、ＳｉＯ2よりなる第３のマスク５
３を５μｍ幅のストライプ形状で形成する。図８は第３
のマスク５３をｎ型光閉じ込め層の表面に形成した際の
断面図であり、ストライプに垂直な方向で切断した際の
図を示している。なおこの第３のマスク５３のストライ
プ幅も１０μｍ以下、好ましくは５μｍ以下、さらに好
ましくは３μｍ以下に調整することが望ましい。
応容器から取り出し、ＳｉＯ2よりなる第３のマスク５
３を５μｍ幅のストライプ形状で形成する。図８は第３
のマスク５３をｎ型光閉じ込め層の表面に形成した際の
断面図であり、ストライプに垂直な方向で切断した際の
図を示している。なおこの第３のマスク５３のストライ
プ幅も１０μｍ以下、好ましくは５μｍ以下、さらに好
ましくは３μｍ以下に調整することが望ましい。
【００３４】第３のマスク５３を形成した後、ウェーハ
をＲＩＥ装置に移送し、マスクの上からｎ型光閉じ込め
層３をエッチングする。エッチング後、マスクを除去し
た断面図が図８である。このように図８では、ｎ型光閉
じ込め層３のストライプのエッチング側面が逆メサ状に
なるようにエッチングしているが、順メサ状、あるいは
垂直方向でエッチングしてもよい。
をＲＩＥ装置に移送し、マスクの上からｎ型光閉じ込め
層３をエッチングする。エッチング後、マスクを除去し
た断面図が図８である。このように図８では、ｎ型光閉
じ込め層３のストライプのエッチング側面が逆メサ状に
なるようにエッチングしているが、順メサ状、あるいは
垂直方向でエッチングしてもよい。
【００３５】第３のマスク５３除去後、図１０に示すよ
うにストライプ状にエッチングされたｎ型光閉じ込め層
３の表面に、ＣＶＤ法を用いて、ＳｉＯ2よりなる第４
のマスク５４を形成する。第４のマスク５４はその表面
に窒化物半導体が成長しにくい性質を有している。この
ような性質を有する材料としては、例えばＳｉＯ2のよ
うな酸化ケイ素、Ｓｉ3Ｎ4のような窒化ケイ素等があ
る。次に第４のマスク５４を形成したウェーハを再び反
応容器に移送し、次に電流狭窄層となる窒化物半導体の
成長を行う。
うにストライプ状にエッチングされたｎ型光閉じ込め層
３の表面に、ＣＶＤ法を用いて、ＳｉＯ2よりなる第４
のマスク５４を形成する。第４のマスク５４はその表面
に窒化物半導体が成長しにくい性質を有している。この
ような性質を有する材料としては、例えばＳｉＯ2のよ
うな酸化ケイ素、Ｓｉ3Ｎ4のような窒化ケイ素等があ
る。次に第４のマスク５４を形成したウェーハを再び反
応容器に移送し、次に電流狭窄層となる窒化物半導体の
成長を行う。
【００３６】第４のマスク５４が形成されたウェーハ
を、再度１０５０℃まで昇温し、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アン
モニア、Ｃｐ2Ｍｇを用い、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.3Ｇａ
0.7Ｎよりなる電流狭窄層１００を０．５μｍの膜厚で
成長させる。電流狭窄層１００成長後の構造を示す断面
図が図１０である。このように電流狭窄層はｎ型光閉じ
込め層３の内部にでも形成可能である。
を、再度１０５０℃まで昇温し、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アン
モニア、Ｃｐ2Ｍｇを用い、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.3Ｇａ
0.7Ｎよりなる電流狭窄層１００を０．５μｍの膜厚で
成長させる。電流狭窄層１００成長後の構造を示す断面
図が図１０である。このように電流狭窄層はｎ型光閉じ
込め層３の内部にでも形成可能である。
【００３７】電流狭窄層１００成長後、ウェーハを反応
容器から取り出し、第４のマスク５４を除去した後、再
び反応容器内にウェーハを移送し、電流狭窄層１００お
よびストライプ状のｎ型光閉じ込め層３の上に窒化物半
導体を成長させる。
容器から取り出し、第４のマスク５４を除去した後、再
び反応容器内にウェーハを移送し、電流狭窄層１００お
よびストライプ状のｎ型光閉じ込め層３の上に窒化物半
導体を成長させる。
【００３８】実施例１と同様にして、Ｓｉドープｎ型Ｇ
ａＮよりなるｎ型光ガイド層４を５００オングストロー
ム、ノンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる井戸層とノン
ドープＩｎ0.01Ｇａ0.95Ｎよりなる障壁層とを積層した
ＭＱＷ構造の活性層を３２５オングストローム、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、Ｍｇドープｐ型
ＧａＮよりなるｐ型光ガイド層６を５００オングストロ
ーム、ＭｇドープＡｌ0.07Ｇａ0.93Ｎよりなるｐ型光閉
じ込め層７を０．５μｍ、Ｍｇドープｐ型ＧａＮよりな
るｐ型コンタクト層８を０．２μｍの膜厚で順に成長さ
せる。図１１に反応終了後の断面図を示す。
ａＮよりなるｎ型光ガイド層４を５００オングストロー
ム、ノンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる井戸層とノン
ドープＩｎ0.01Ｇａ0.95Ｎよりなる障壁層とを積層した
ＭＱＷ構造の活性層を３２５オングストローム、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、Ｍｇドープｐ型
ＧａＮよりなるｐ型光ガイド層６を５００オングストロ
ーム、ＭｇドープＡｌ0.07Ｇａ0.93Ｎよりなるｐ型光閉
じ込め層７を０．５μｍ、Ｍｇドープｐ型ＧａＮよりな
るｐ型コンタクト層８を０．２μｍの膜厚で順に成長さ
せる。図１１に反応終了後の断面図を示す。
【００３９】後は実施例１と同様にして、ｐ型コンタク
ト層８よりエッチングを行い、負電極を形成すべきｎ型
コンタクト層２の表面を露出させた後、ｐ型コンタクト
層８のほぼ全面に正電極３０を形成し、ｎ型コンタクト
層２には共振方向に平行なストライプ状の負電極２０を
形成することにより、図７に示すような本発明のレーザ
素子を得る。このレーザ素子も、実施例１のレーザ素子
と同様に、順方向電圧１０Ｖ、閾値電流１００ｍＡで、
４１０ｎｍの連続発振を示した。
ト層８よりエッチングを行い、負電極を形成すべきｎ型
コンタクト層２の表面を露出させた後、ｐ型コンタクト
層８のほぼ全面に正電極３０を形成し、ｎ型コンタクト
層２には共振方向に平行なストライプ状の負電極２０を
形成することにより、図７に示すような本発明のレーザ
素子を得る。このレーザ素子も、実施例１のレーザ素子
と同様に、順方向電圧１０Ｖ、閾値電流１００ｍＡで、
４１０ｎｍの連続発振を示した。
【００４０】このように本発明のレーザ素子は、大別し
て、実施例１に示すように、ｎ型層と電流狭窄層とを成
長させてから、電流狭窄層の一部をストライプ状にエッ
チングして除去する製造方法と、実施例３に示すよう
に、ｎ型層の表面に窒化物半導体が成長しにくい保護膜
をストライプ状に形成した後、保護膜の表面とｎ型層と
の表面とに窒化物半導体を選択成長させる製造方法とで
製造することができる。
て、実施例１に示すように、ｎ型層と電流狭窄層とを成
長させてから、電流狭窄層の一部をストライプ状にエッ
チングして除去する製造方法と、実施例３に示すよう
に、ｎ型層の表面に窒化物半導体が成長しにくい保護膜
をストライプ状に形成した後、保護膜の表面とｎ型層と
の表面とに窒化物半導体を選択成長させる製造方法とで
製造することができる。
【００４１】
【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、ｎ型層側に電流狭窄層を形成しているためにレ
ーザ素子の駆動電圧が下がり連続発振が可能となる。こ
れはｎ層がｐ層に比較してキャリア濃度が大きく、抵抗
率が小さいという窒化物半導体特有の性質を利用したこ
とによる。このように本発明のレーザ素子によると、窒
化物半導体で実用的な構造が提供できるので、短波長領
域のレーザ素子として、ＤＶＤ、ＣＤ等の書き込み、読
みとり光源として、赤色半導体レーザに比較して、４倍
以上の容量が確保できその産業上の利用価値は非常に大
きい。
子では、ｎ型層側に電流狭窄層を形成しているためにレ
ーザ素子の駆動電圧が下がり連続発振が可能となる。こ
れはｎ層がｐ層に比較してキャリア濃度が大きく、抵抗
率が小さいという窒化物半導体特有の性質を利用したこ
とによる。このように本発明のレーザ素子によると、窒
化物半導体で実用的な構造が提供できるので、短波長領
域のレーザ素子として、ＤＶＤ、ＣＤ等の書き込み、読
みとり光源として、赤色半導体レーザに比較して、４倍
以上の容量が確保できその産業上の利用価値は非常に大
きい。
【図１】 本発明の一実施例に係るレーザ素子の構造を
示す模式断面図。
示す模式断面図。
【図２】 実施例１の一工程において得られるウェーハ
の主要部の構造を示す模式断面図。
の主要部の構造を示す模式断面図。
【図３】 実施例１の一工程において得られるウェーハ
の主要部の構造を示す模式断面図。
の主要部の構造を示す模式断面図。
【図４】 実施例１の一工程において得られるウェーハ
の主要部の構造を示す模式断面図。
の主要部の構造を示す模式断面図。
【図５】 実施例１の一工程において得られるウェーハ
の主要部の構造を示す模式断面図。
の主要部の構造を示す模式断面図。
【図６】 本発明のレーザ素子に係る他の構造を示す模
式断面図。
式断面図。
【図７】 本発明のレーザ素子に係る他の構造を示す模
式断面図。
式断面図。
【図８】 実施例３の一工程において得られるウェーハ
の主要部の構造を示す模式断面図。
の主要部の構造を示す模式断面図。
【図９】 実施例３の一工程において得られるウェーハ
の主要部の構造を示す模式断面図。
の主要部の構造を示す模式断面図。
【図１０】 実施例３の一工程において得られるウェー
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１１】 実施例３の一工程において得られるウェー
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。
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
１００・・・電流狭窄層
２０、３０・・・・電極
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平１−149498（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−94686（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−249820（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−219090（ＪＰ，Ａ)
Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌ
ｅｔｔ．Ｐａｒｔ２ 35［１Ｂ
］（1996）Ｐ．Ｌ74−Ｌ76
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01S 5/00 - 5/50
H01L 33/00
Claims (3)
- 【請求項１】 基板上に形成されたｎ型層、Ｉｎを含む
窒化物半導体よりなる多重量子井戸構造の活性層及びｐ
型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、 前記ｎ型層は、ＳｉドープのＧａＮからなるｎ型コンタ
クト層とＡｌＹＧａ１−ＹＮ（０＜Ｙ≦１）からなるｎ
型光閉じ込め層とＩｎを含むｎ型の窒化物半導体若しく
はｎ型ＧａＮからなるｎ型光ガイド層とを含み、前記ｎ
型光閉じ込め層とｎ型光ガイド層の間に電流狭窄層が設
けられ、該電流狭窄層はｐ型又はｉ型の窒化物半導体か
らなることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。 - 【請求項２】 前記電流狭窄層は、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ
（０≦Ｘ≦１）からなる請求項１記載の窒化物半導体レ
ーザ素子。 - 【請求項３】 前記電流狭窄層のＡｌ組成比Ｘが０．４
より大きい請求項２記載の窒化物半導体レーザ素子。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP09516196A JP3441883B2 (ja) | 1996-04-17 | 1996-04-17 | 窒化物半導体レーザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09516196A JP3441883B2 (ja) | 1996-04-17 | 1996-04-17 | 窒化物半導体レーザ素子 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001273293A Division JP3470712B2 (ja) | 2001-09-10 | 2001-09-10 | 窒化物半導体レーザ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09283854A JPH09283854A (ja) | 1997-10-31 |
| JP3441883B2 true JP3441883B2 (ja) | 2003-09-02 |
Family
ID=14130061
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09516196A Expired - Fee Related JP3441883B2 (ja) | 1996-04-17 | 1996-04-17 | 窒化物半導体レーザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3441883B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
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| JP3060973B2 (ja) | 1996-12-24 | 2000-07-10 | 日本電気株式会社 | 選択成長法を用いた窒化ガリウム系半導体レーザの製造方法及び窒化ガリウム系半導体レーザ |
| US6936859B1 (en) | 1998-05-13 | 2005-08-30 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Light-emitting semiconductor device using group III nitride compound |
| DE10008584A1 (de) * | 2000-02-24 | 2001-09-13 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Halbleiterbauelement für die Emission elektromagnetischer Strahlung und Verfahren zu dessen Herstellung |
| JP2003008145A (ja) * | 2001-06-27 | 2003-01-10 | Sony Corp | 半導体レーザおよびその製造方法 |
| US7508001B2 (en) | 2004-06-21 | 2009-03-24 | Panasonic Corporation | Semiconductor laser device and manufacturing method thereof |
| JP2006041490A (ja) * | 2004-06-21 | 2006-02-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レーザ素子及びその製造方法 |
| JP2008021905A (ja) * | 2006-07-14 | 2008-01-31 | Sharp Corp | 半導体レーザ素子、半導体レーザ素子の製造方法および応用システム |
-
1996
- 1996-04-17 JP JP09516196A patent/JP3441883B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．Ｐａｒｔ２ ３５［１Ｂ］（１９９６）Ｐ．Ｌ７４−Ｌ７６ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09283854A (ja) | 1997-10-31 |
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