JP3464853B2 - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ワイドギャップ半
導体を用いた半導体レーザに係り、特に、結晶欠陥に起
因した劣化を阻止し得る半導体レーザに関する。
導体を用いた半導体レーザに係り、特に、結晶欠陥に起
因した劣化を阻止し得る半導体レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より種々の化合物半導体による半導
体レーザや発光ダイオード（ＬＥＤ）が広く用いられて
いる。しかしながら、この種の半導体レーザやＬＥＤの
うち、実用化されたものは、半導体レーザでは赤色可視
領域から赤外領域までの波長領域であり、光輝度ＬＥＤ
では半導体レーザの波長領域と純青色領域である。
体レーザや発光ダイオード（ＬＥＤ）が広く用いられて
いる。しかしながら、この種の半導体レーザやＬＥＤの
うち、実用化されたものは、半導体レーザでは赤色可視
領域から赤外領域までの波長領域であり、光輝度ＬＥＤ
では半導体レーザの波長領域と純青色領域である。
【０００３】近年、青色、緑色などの短波長領域用の発
光素子材料として、ＣｄＺｎＭｇＳＳｅ系やＩｎＧａＡ
ｌＮ系が注目されており、このような短波長領域の半導
体発光素子の実現により、光ディスクの光密度化、屋外
メッセージボードのフルカラー化が期待される。しかし
ながら、ＣｄＺｎＭｇＳＳｅ系やＩｎＧａＡｌＮ系の材
料は、結晶性に乏しくレーザに満足な積層構造をもつも
のが未だ開発されていない。これは、ＣｄＺｎＭｇＳＳ
ｅ系やＩｎＧａＡｌＮ系を用いた発光素子では、発光の
ための積層構造の格子整合が困難であると共に、異種基
板との格子整合が困難であるため、欠陥の発生が原因で
素子が劣化し易く、信頼性が確保されないからである。
また、ＩｎＧａＡｌＮ系の材料の場合、青色発光素子と
してのＬＥＤが実用化されたが、可視光領域の全ては網
羅されていない。また、半導体レーザとしては、ＩｎＧ
ａＡｌＮ系の場合、サファイア基板を用いるため、へき
開による出射面形成が困難であり、未だレーザ発振の報
告はない。
光素子材料として、ＣｄＺｎＭｇＳＳｅ系やＩｎＧａＡ
ｌＮ系が注目されており、このような短波長領域の半導
体発光素子の実現により、光ディスクの光密度化、屋外
メッセージボードのフルカラー化が期待される。しかし
ながら、ＣｄＺｎＭｇＳＳｅ系やＩｎＧａＡｌＮ系の材
料は、結晶性に乏しくレーザに満足な積層構造をもつも
のが未だ開発されていない。これは、ＣｄＺｎＭｇＳＳ
ｅ系やＩｎＧａＡｌＮ系を用いた発光素子では、発光の
ための積層構造の格子整合が困難であると共に、異種基
板との格子整合が困難であるため、欠陥の発生が原因で
素子が劣化し易く、信頼性が確保されないからである。
また、ＩｎＧａＡｌＮ系の材料の場合、青色発光素子と
してのＬＥＤが実用化されたが、可視光領域の全ては網
羅されていない。また、半導体レーザとしては、ＩｎＧ
ａＡｌＮ系の場合、サファイア基板を用いるため、へき
開による出射面形成が困難であり、未だレーザ発振の報
告はない。
【０００４】一方、実用化されているＧａＡｓ基板上の
ＧａＩｎＡｌＰ系赤色発光素子及びＩｎＰ基板上のＩｎ
ＧａＡｓＰ系赤外発光素子の場合、発光のための積層構
造と基板との格子整合が容易であり、さらにはへき開に
よる端面形成が容易であるため、長寿命の半導体レーザ
及びＬＥＤが達成されている。しかし材料固有の問題に
より、これらの系では短波長領域の発光素子は実現が困
難である。
ＧａＩｎＡｌＰ系赤色発光素子及びＩｎＰ基板上のＩｎ
ＧａＡｓＰ系赤外発光素子の場合、発光のための積層構
造と基板との格子整合が容易であり、さらにはへき開に
よる端面形成が容易であるため、長寿命の半導体レーザ
及びＬＥＤが達成されている。しかし材料固有の問題に
より、これらの系では短波長領域の発光素子は実現が困
難である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このように、短波長領
域の半導体発光素子は、種々の要望があるにも関わら
ず、材料に起因して格子整合が困難であって、欠陥の発
生により信頼性が確保されないため、実用化されていな
い。本発明は上記実情を考慮してなされたもので、結晶
欠陥に起因する劣化を阻止し、信頼性を確保し得る半導
体レーザを提供することを目的とする。
域の半導体発光素子は、種々の要望があるにも関わら
ず、材料に起因して格子整合が困難であって、欠陥の発
生により信頼性が確保されないため、実用化されていな
い。本発明は上記実情を考慮してなされたもので、結晶
欠陥に起因する劣化を阻止し、信頼性を確保し得る半導
体レーザを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１に対応する発明
は、化合物半導体にて形成されたＩｎＧａＮ活性層上に
ｐ型ＡｌＧａＮ光導波層を具備してなる半導体レーザに
おいて、前記ｐ型ＡｌＧａＮ光導波層に接して、前記ｐ
型ＡｌＧａＮ光導波層に対してキャリア注入を行ない、
且つ光閉込めが可能なｎ型ＩＴＯ又はＺｎＯからなるク
ラッド層兼電極層を具備してなる半導体レーザである。
なお、光閉込めは、例えば従来型ストライプ構造レーザ
の場合であり、高い光閉込め効果により電極での光反射
をなくすことが可能である。
は、化合物半導体にて形成されたＩｎＧａＮ活性層上に
ｐ型ＡｌＧａＮ光導波層を具備してなる半導体レーザに
おいて、前記ｐ型ＡｌＧａＮ光導波層に接して、前記ｐ
型ＡｌＧａＮ光導波層に対してキャリア注入を行ない、
且つ光閉込めが可能なｎ型ＩＴＯ又はＺｎＯからなるク
ラッド層兼電極層を具備してなる半導体レーザである。
なお、光閉込めは、例えば従来型ストライプ構造レーザ
の場合であり、高い光閉込め効果により電極での光反射
をなくすことが可能である。
【０００７】また、請求項２に対応する発明は、請求項
１に対応する半導体レーザにおいて、前記ｐ型ＡｌＧａ
Ｎ光導波層と前記クラッド層兼電極層との界面には回折
格子を具備してなる半導体レーザである。
１に対応する半導体レーザにおいて、前記ｐ型ＡｌＧａ
Ｎ光導波層と前記クラッド層兼電極層との界面には回折
格子を具備してなる半導体レーザである。
【０００８】次に、以上のような半導体レーザに適用さ
れる導電性酸化物について説明する。導電性酸化物は、
ワイドギャップ半導体の青色発光素子のｐ型ＡｌＧａＮ
光導波層及びＩｎＧａＮ活性層に対してクラッド材料と
してヘテロ構造を形成するために良好なキャリア注入を
期待でき、屈折率がｐ型ＡｌＧａＮ光導波層及びＩｎＧ
ａＮ活性層の屈折率よりも低いために良好な光閉込めを
実現できる。すなわち、導電性酸化物は、導電性電極及
びクラッド層の両者の機能をもっている。また、導電性
電極及びクラッド層の機能をもつことから、抵抗及びノ
イズの減少を図ることができる。
れる導電性酸化物について説明する。導電性酸化物は、
ワイドギャップ半導体の青色発光素子のｐ型ＡｌＧａＮ
光導波層及びＩｎＧａＮ活性層に対してクラッド材料と
してヘテロ構造を形成するために良好なキャリア注入を
期待でき、屈折率がｐ型ＡｌＧａＮ光導波層及びＩｎＧ
ａＮ活性層の屈折率よりも低いために良好な光閉込めを
実現できる。すなわち、導電性酸化物は、導電性電極及
びクラッド層の両者の機能をもっている。また、導電性
電極及びクラッド層の機能をもつことから、抵抗及びノ
イズの減少を図ることができる。
【０００９】この種の導電性酸化物としては、例えば高
濃度錫ドープ酸化インジウム（以下、ＩＴＯという）又
は酸化亜鉛（ＺｎＯ）が使用可能である。ＩＴＯは、立
方晶型の結晶構造を有して格子定数が1.0118ｎｍとなっ
ている。このため、ＩＴＯは、ＧａＮ系又はＺｎＳｅ系
の青色発光素子の材料とは大きな格子不整を生じるが、
後述するように本発明者らの研究により、青色発光素子
のクラッド層に用いられるｐ型ＡｌＧａＮの上にＩＴＯ
を堆積させ、逆バイアスを印加すると、容易にトンネル
電流が流れるため、接合面での熱の発生を生じさせにく
く、素子劣化の原因である結晶欠陥の増大を阻止可能な
材料であるといえる。なお、ＩＴＯにて容易にトンネル
電流が流れた理由は、ＩＴＯとＡｌＧａＮの電子親和力
が４．１〜４．３ｅＶとほぼ等しく且つバンドギャップ
値がほぼ等しいからである。なお、ＡｌＧａＮのＡｌ組
成を増やしていくと、電子親和力が小さくなり、効果が
悪くなっていく。また、ＡｌＧａＮに代えて、電子親和
力が４．０９ｅＶであるＺｎＳｅを用いた場合、前述同
様に容易にトンネル電流が流れるため、変形例として適
用可能である。
濃度錫ドープ酸化インジウム（以下、ＩＴＯという）又
は酸化亜鉛（ＺｎＯ）が使用可能である。ＩＴＯは、立
方晶型の結晶構造を有して格子定数が1.0118ｎｍとなっ
ている。このため、ＩＴＯは、ＧａＮ系又はＺｎＳｅ系
の青色発光素子の材料とは大きな格子不整を生じるが、
後述するように本発明者らの研究により、青色発光素子
のクラッド層に用いられるｐ型ＡｌＧａＮの上にＩＴＯ
を堆積させ、逆バイアスを印加すると、容易にトンネル
電流が流れるため、接合面での熱の発生を生じさせにく
く、素子劣化の原因である結晶欠陥の増大を阻止可能な
材料であるといえる。なお、ＩＴＯにて容易にトンネル
電流が流れた理由は、ＩＴＯとＡｌＧａＮの電子親和力
が４．１〜４．３ｅＶとほぼ等しく且つバンドギャップ
値がほぼ等しいからである。なお、ＡｌＧａＮのＡｌ組
成を増やしていくと、電子親和力が小さくなり、効果が
悪くなっていく。また、ＡｌＧａＮに代えて、電子親和
力が４．０９ｅＶであるＺｎＳｅを用いた場合、前述同
様に容易にトンネル電流が流れるため、変形例として適
用可能である。
【００１０】従って、請求項１に対応する発明は以上の
ような手段を講じたことにより、ｐ型ＡｌＧａＮ光導波
層に接して、ｎ型ＩＴＯ又はＺｎＯからなるクラッド層
兼電極層を設け、クラッド層兼電極層がｐ型ＡｌＧａＮ
光導波層に対してキャリア注入を行ない、且つ光閉込め
を行なうので、結晶欠陥に起因する劣化を阻止し、信頼
性を確保することができる。
ような手段を講じたことにより、ｐ型ＡｌＧａＮ光導波
層に接して、ｎ型ＩＴＯ又はＺｎＯからなるクラッド層
兼電極層を設け、クラッド層兼電極層がｐ型ＡｌＧａＮ
光導波層に対してキャリア注入を行ない、且つ光閉込め
を行なうので、結晶欠陥に起因する劣化を阻止し、信頼
性を確保することができる。
【００１１】また、請求項２に対応する発明は、請求項
１に対応するｐ型ＡｌＧａＮ光導波層とクラッド層兼電
極層との界面には回折格子を設けているので、請求項１
に対応する作用に加え、レーザ発振を得ることができ
る。
１に対応するｐ型ＡｌＧａＮ光導波層とクラッド層兼電
極層との界面には回折格子を設けているので、請求項１
に対応する作用に加え、レーザ発振を得ることができ
る。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施
の形態に係る発光ダイオードの構造を示す断面図であ
る。この発光ダイオードは、有機金属エピタキシー法
（ＭＯＣＶＤ）により、サファイア基板１１上に厚さ１
００ｎｍのＡｌＮバッファ層１２、厚さ０．５μｍのｎ
型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層１３、厚さ１０ｎｍの
Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層１４、厚さ５０ｎｍのｐ型Ｇ
ａＮ光導波層１５が順次形成される。なお、ｎ型Ａｌ
0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層１３はドナー濃度が２×１０
18ｃｍ-3であり、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層１４はドナ
ー濃度が１×１０18ｃｍ-3である。ｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ
0.9 Ｎ光導波層１５はアクセプタ濃度が２×１０18ｃｍ
-3である。
て図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施
の形態に係る発光ダイオードの構造を示す断面図であ
る。この発光ダイオードは、有機金属エピタキシー法
（ＭＯＣＶＤ）により、サファイア基板１１上に厚さ１
００ｎｍのＡｌＮバッファ層１２、厚さ０．５μｍのｎ
型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層１３、厚さ１０ｎｍの
Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層１４、厚さ５０ｎｍのｐ型Ｇ
ａＮ光導波層１５が順次形成される。なお、ｎ型Ａｌ
0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層１３はドナー濃度が２×１０
18ｃｍ-3であり、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層１４はドナ
ー濃度が１×１０18ｃｍ-3である。ｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ
0.9 Ｎ光導波層１５はアクセプタ濃度が２×１０18ｃｍ
-3である。
【００１３】ｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ光導波層１５上に
は、２００μｍφの窓を有するＳｉＮ絶縁膜１６、厚さ
０．５μｍのＩＴＯクラッド層兼電極層１７が順次形成
される。ＩＴＯクラッド層兼電極層１７はドナー濃度が
１×１０19ｃｍ-3である。次に、これら多層構造を有す
るウエハーの一部を塩酸系化学エッチングにより除去し
てｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層１３を露出し、該
ｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9Ｎクラッド層１３上にｎ側電極と
してＴｉ／Ａｕ電極１８が蒸着形成される。
は、２００μｍφの窓を有するＳｉＮ絶縁膜１６、厚さ
０．５μｍのＩＴＯクラッド層兼電極層１７が順次形成
される。ＩＴＯクラッド層兼電極層１７はドナー濃度が
１×１０19ｃｍ-3である。次に、これら多層構造を有す
るウエハーの一部を塩酸系化学エッチングにより除去し
てｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層１３を露出し、該
ｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9Ｎクラッド層１３上にｎ側電極と
してＴｉ／Ａｕ電極１８が蒸着形成される。
【００１４】このような構造のウエハーが３００μｍ×
３００μｍにチップ化されて発光ダイオードが形成され
る。
３００μｍにチップ化されて発光ダイオードが形成され
る。
【００１５】次に、以上のように構成された発光ダイオ
ードの動作を説明する。この発光ダイオードでは、平衡
状態のエネルギーバンド図が図２のように示される。
ードの動作を説明する。この発光ダイオードでは、平衡
状態のエネルギーバンド図が図２のように示される。
【００１６】次に、該発光ダイオードにおいては、ＩＴ
Ｏクラッド層兼電極１７に正電圧が印加され、ｎ側電極
としてのＴｉ／Ａｕ電極１８に負電圧が印加されると、
Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層１４に順方向バイアスが印加
され、ＩＴＯクラッド層兼電極１７とｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ
0.9 Ｎ光導波層１５との界面には逆バイアスが印加され
る。
Ｏクラッド層兼電極１７に正電圧が印加され、ｎ側電極
としてのＴｉ／Ａｕ電極１８に負電圧が印加されると、
Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層１４に順方向バイアスが印加
され、ＩＴＯクラッド層兼電極１７とｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ
0.9 Ｎ光導波層１５との界面には逆バイアスが印加され
る。
【００１７】このとき、発光ダイオードでは、図３に示
すように、ｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ光導波層１５の荷電
子帯からＩＴＯクラッド層兼電極１７の伝導帯に容易に
電子がトンネルし、ｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ光導波層１
５の荷電子帯に過剰な正孔が生成され、この正孔がＩｎ
0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層１４に注入される。
すように、ｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ光導波層１５の荷電
子帯からＩＴＯクラッド層兼電極１７の伝導帯に容易に
電子がトンネルし、ｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ光導波層１
５の荷電子帯に過剰な正孔が生成され、この正孔がＩｎ
0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層１４に注入される。
【００１８】よって、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層１４で
は、この正孔と、ｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層１
３から伝導帯に注入された電子とが再結合して発光を生
じる。
は、この正孔と、ｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層１
３から伝導帯に注入された電子とが再結合して発光を生
じる。
【００１９】このときの発光特性は、動作電流２０ｍＡ
にて、波長４２０ｎｍ、輝度２カンデラであった。な
お、動作電圧は４Ｖである。さらに、この条件にて１０
０００時間以上の動作を確認することができた。
にて、波長４２０ｎｍ、輝度２カンデラであった。な
お、動作電圧は４Ｖである。さらに、この条件にて１０
０００時間以上の動作を確認することができた。
【００２０】上述したように第１の実施の形態によれ
ば、ｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ光導波層１５に接する界面
にはＩＴＯクラッド層兼電極１７を設け、ＩＴＯクラッ
ド層兼電極１７がトンネル電流を介してｐ型Ａｌ0.1 Ｇ
ａ0.9 Ｎ光導波層１５に対してキャリア（正孔）注入を
行ない、且つ青色光に対して透明なことから良好な発光
取出しを行なう構造としたので、容易にトンネル電流が
流れて接合面にて熱を発生にくいため、格子不整である
にも関わらず、結晶欠陥に起因する劣化を阻止でき、も
って、信頼性を確保することができる。
ば、ｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ光導波層１５に接する界面
にはＩＴＯクラッド層兼電極１７を設け、ＩＴＯクラッ
ド層兼電極１７がトンネル電流を介してｐ型Ａｌ0.1 Ｇ
ａ0.9 Ｎ光導波層１５に対してキャリア（正孔）注入を
行ない、且つ青色光に対して透明なことから良好な発光
取出しを行なう構造としたので、容易にトンネル電流が
流れて接合面にて熱を発生にくいため、格子不整である
にも関わらず、結晶欠陥に起因する劣化を阻止でき、も
って、信頼性を確保することができる。
【００２１】次に、本発明の第２の実施の形態に係る半
導体レーザについて説明する。図４はこの半導体レーザ
の構造を示す鳥瞰図である。この半導体レーザは、有機
金属エピタキシー法（ＭＯＣＶＤ）により、サファイア
基板２１上に厚さ１００ｎｍのＡｌＮバッファ層２２、
厚さ０．５μｍのｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層２
３、厚さ１０ｎｍのＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層２４、厚
さ５０ｎｍのｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ光導波層２５が順
次形成される。なお、ｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド
層２３はドナー濃度が２×１０18ｃｍ-3であり、Ｉｎ
0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層２４はドナー濃度が１×１０18ｃ
ｍ-3である。ｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9Ｎ光導波層２５はア
クセプタ濃度が２×１０18ｃｍ-3である。
導体レーザについて説明する。図４はこの半導体レーザ
の構造を示す鳥瞰図である。この半導体レーザは、有機
金属エピタキシー法（ＭＯＣＶＤ）により、サファイア
基板２１上に厚さ１００ｎｍのＡｌＮバッファ層２２、
厚さ０．５μｍのｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層２
３、厚さ１０ｎｍのＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層２４、厚
さ５０ｎｍのｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ光導波層２５が順
次形成される。なお、ｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド
層２３はドナー濃度が２×１０18ｃｍ-3であり、Ｉｎ
0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層２４はドナー濃度が１×１０18ｃ
ｍ-3である。ｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9Ｎ光導波層２５はア
クセプタ濃度が２×１０18ｃｍ-3である。
【００２２】ｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ光導波層２５上に
は、深さ２０ｎｍでピッチ１５０ｎｍの２次の回折格子
２６が形成され、この回折格子２６上に、厚さ０．５μ
ｍのＩＴＯクラッド層兼電極層２７が順次形成される。
ＩＴＯクラッド層兼電極層２７はドナー濃度が１×１０
19ｃｍ-3である。次に、これら多層構造を有するウエハ
ー上に幅１０μｍのストライプマスクを形成し、このス
トライプマスクを介して塩酸系化学エッチングにより該
ウエハの一部を除去してｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9Ｎクラッ
ド層２３を露出し、該ｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド
層２３上にｎ側電極としてＴｉ／Ａｕ電極２８が蒸着形
成される。
は、深さ２０ｎｍでピッチ１５０ｎｍの２次の回折格子
２６が形成され、この回折格子２６上に、厚さ０．５μ
ｍのＩＴＯクラッド層兼電極層２７が順次形成される。
ＩＴＯクラッド層兼電極層２７はドナー濃度が１×１０
19ｃｍ-3である。次に、これら多層構造を有するウエハ
ー上に幅１０μｍのストライプマスクを形成し、このス
トライプマスクを介して塩酸系化学エッチングにより該
ウエハの一部を除去してｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9Ｎクラッ
ド層２３を露出し、該ｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド
層２３上にｎ側電極としてＴｉ／Ａｕ電極２８が蒸着形
成される。
【００２３】このような構造のウエハーが共振器長１ｍ
ｍにチップ化されて半導体レーザが形成される。次に、
このような半導体レーザの動作を説明する。
ｍにチップ化されて半導体レーザが形成される。次に、
このような半導体レーザの動作を説明する。
【００２４】この半導体レーザでは、前述同様に電圧が
印加されると、しきい値電流５０ｍＡにおいて、波長４
２０ｎｍ、最大出力１００ｍＷの室温連続発振が得られ
た。さらに、この半導体レーザでは、環境温度５０℃、
光出力３０ｍＷの条件下にて１００００時間以上の動作
を確認することができた。
印加されると、しきい値電流５０ｍＡにおいて、波長４
２０ｎｍ、最大出力１００ｍＷの室温連続発振が得られ
た。さらに、この半導体レーザでは、環境温度５０℃、
光出力３０ｍＷの条件下にて１００００時間以上の動作
を確認することができた。
【００２５】このような良好な特性が得られた要因は、
前述同様に、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層２４に順方向バ
イアスが印加されると、トンネル電流によりｐ型ＧａＮ
光導波層２５の荷電子帯に過剰な正孔が生成され、この
正孔がＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層２４に注入され、Ｉｎ
0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層２４にて再結合するという良好な
キャリア注入の効果に加え、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層
２４及びｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9 Ｎ光導波層２５の等価屈
折率よりもＩＴＯクラッド層兼電極層２７の屈折率がか
なり低いために良好な光閉込め効果が生じることによ
る。
前述同様に、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層２４に順方向バ
イアスが印加されると、トンネル電流によりｐ型ＧａＮ
光導波層２５の荷電子帯に過剰な正孔が生成され、この
正孔がＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層２４に注入され、Ｉｎ
0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層２４にて再結合するという良好な
キャリア注入の効果に加え、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層
２４及びｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9 Ｎ光導波層２５の等価屈
折率よりもＩＴＯクラッド層兼電極層２７の屈折率がか
なり低いために良好な光閉込め効果が生じることによ
る。
【００２６】上述したように第２の実施の形態によれ
ば、第１の実施の形態と同様の良好なキャリア注入の効
果に加え、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層２４及びｐ型Ａｌ
0.1 Ｇａ0.9 Ｎ光導波層２５の等価屈折率よりもＩＴＯ
クラッド層兼電極層２７の屈折率がかなり低いために良
好な光閉込め効果を奏することができる。
ば、第１の実施の形態と同様の良好なキャリア注入の効
果に加え、Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層２４及びｐ型Ａｌ
0.1 Ｇａ0.9 Ｎ光導波層２５の等価屈折率よりもＩＴＯ
クラッド層兼電極層２７の屈折率がかなり低いために良
好な光閉込め効果を奏することができる。
【００２７】すなわち、本実施の形態によれば、ストラ
イプ構造の半導体レーザにおいても第１の実施の形態と
同様に、格子不整であるにも関わらず、結晶欠陥に起因
する劣化を阻止でき、もって、信頼性を確保することが
できる。
イプ構造の半導体レーザにおいても第１の実施の形態と
同様に、格子不整であるにも関わらず、結晶欠陥に起因
する劣化を阻止でき、もって、信頼性を確保することが
できる。
【００２８】また、本実施の形態によれば、ｐ型Ａｌ
0.1 Ｇａ0.9 Ｎ光導波層とＩＴＯとの界面には回折格子
を設けているので、レーザ発振を得ることができる。次
に、本発明の第３の実施の形態に係る半導体レーザにつ
いて説明する。
0.1 Ｇａ0.9 Ｎ光導波層とＩＴＯとの界面には回折格子
を設けているので、レーザ発振を得ることができる。次
に、本発明の第３の実施の形態に係る半導体レーザにつ
いて説明する。
【００２９】図５はこの半導体レーザの構造を示す断面
図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその詳
しい説明は省略し、ここでは異なる部分についてのみ述
べる。
図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその詳
しい説明は省略し、ここでは異なる部分についてのみ述
べる。
【００３０】すなわち、本実施の形態に係る半導体レー
ザは、図１に示す装置に比べ、ｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ
光導波層１５とＩＴＯクラッド層兼電極層１７との界面
に回折格子３１を備えている。この回折格子３１は、深
さ２０ｎｍでピッチ１５０ｎｍの２次のものが同心円状
に形成されている。なお、その他の層構造は図１に示す
ものと同様であり、３００μｍ×３００μｍにチップ化
されて半導体レーザが形成される。
ザは、図１に示す装置に比べ、ｐ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ
光導波層１５とＩＴＯクラッド層兼電極層１７との界面
に回折格子３１を備えている。この回折格子３１は、深
さ２０ｎｍでピッチ１５０ｎｍの２次のものが同心円状
に形成されている。なお、その他の層構造は図１に示す
ものと同様であり、３００μｍ×３００μｍにチップ化
されて半導体レーザが形成される。
【００３１】ここで、この半導体レーザにおいては、し
きい値７０ｍＡにて、波長４２０ｎｍ、最大出力２００
ｍＷの室温連続発振が得られた。さらに、この半導体レ
ーザは、環境温度５０℃、光出力３０ｍＷの条件下で１
００００時間以上の動作を確認できた。
きい値７０ｍＡにて、波長４２０ｎｍ、最大出力２００
ｍＷの室温連続発振が得られた。さらに、この半導体レ
ーザは、環境温度５０℃、光出力３０ｍＷの条件下で１
００００時間以上の動作を確認できた。
【００３２】このような良好な特性が得られた要因は、
第２の実施の形態と同様の良好なキャリア注入の効果に
加え、ＩＴＯが青色の波長域に対して透明であるために
高効率で発光を取出すことができたからである。
第２の実施の形態と同様の良好なキャリア注入の効果に
加え、ＩＴＯが青色の波長域に対して透明であるために
高効率で発光を取出すことができたからである。
【００３３】上述したように第３の実施の形態によれ
ば、第２の実施の形態と同様の良好なキャリア注入の効
果に加え、第１の実施例と同様の良好な光取出し効果を
奏することができる。
ば、第２の実施の形態と同様の良好なキャリア注入の効
果に加え、第１の実施例と同様の良好な光取出し効果を
奏することができる。
【００３４】すなわち、本実施の形態によれば、面発光
型の半導体レーザにおいても、第１の実施の形態と同様
に、格子不整であるにも関わらず、結晶欠陥に起因する
劣化を阻止でき、もって、信頼性を確保することができ
る。
型の半導体レーザにおいても、第１の実施の形態と同様
に、格子不整であるにも関わらず、結晶欠陥に起因する
劣化を阻止でき、もって、信頼性を確保することができ
る。
【００３５】なお、上記第１乃至第３の実施の形態で
は、ＧａＮ系青色発光素子のクラッド層としてＩＴＯを
用いた場合について説明したが、これに限らず、ＺｎＳ
ｅ系青色発光素子のクラッド層としてＩＴＯを用いて
も、本発明を同様に実施して同様の効果を得ることがで
きる。これは、ＩＴＯとｐ型ＺｎＳｅとの接合がＧａＮ
系と同様になるためであり、ＺｎＳｅ系が、ＧａＮ系と
同様に、ＩＴＯの電子親和力である４．１〜４．３ｅＶ
の範囲にあることに起因する。
は、ＧａＮ系青色発光素子のクラッド層としてＩＴＯを
用いた場合について説明したが、これに限らず、ＺｎＳ
ｅ系青色発光素子のクラッド層としてＩＴＯを用いて
も、本発明を同様に実施して同様の効果を得ることがで
きる。これは、ＩＴＯとｐ型ＺｎＳｅとの接合がＧａＮ
系と同様になるためであり、ＺｎＳｅ系が、ＧａＮ系と
同様に、ＩＴＯの電子親和力である４．１〜４．３ｅＶ
の範囲にあることに起因する。
【００３６】また、上記第１乃至第３の実施の形態で
は、導電性酸化物半導体材料としてＩＴＯを用いた場合
について説明したが、これに限らず、ＩＴＯに代えて、
酸化亜鉛（ＺｎＯ）を用いても、本発明を同様に実施し
て同様の効果を得ることができる。
は、導電性酸化物半導体材料としてＩＴＯを用いた場合
について説明したが、これに限らず、ＩＴＯに代えて、
酸化亜鉛（ＺｎＯ）を用いても、本発明を同様に実施し
て同様の効果を得ることができる。
【００３７】また、上記第１乃至第３の実施の形態で
は、導電性酸化物半導体材料をＧａＮ系エピ層の上部に
形成した場合について説明したが、例えばＺｎＯをバッ
ファ層にした上部にＧａＮ系エピ層を形成しても、同様
の効果を得ることができる。
は、導電性酸化物半導体材料をＧａＮ系エピ層の上部に
形成した場合について説明したが、例えばＺｎＯをバッ
ファ層にした上部にＧａＮ系エピ層を形成しても、同様
の効果を得ることができる。
【００３８】さらに、上記第３の実施の形態では、回折
格子のピッチを１種類とした場合について説明したが、
これに限らず、回折格子のピッチを２種以上設けた構成
としても、本発明を同様に実施して同様の効果を得るの
に加え、レーザ光の対称性の良い放射ビームパターンを
得ることができる。その他、本発明はその要旨を逸脱し
ない範囲で種々変形して実施できる。
格子のピッチを１種類とした場合について説明したが、
これに限らず、回折格子のピッチを２種以上設けた構成
としても、本発明を同様に実施して同様の効果を得るの
に加え、レーザ光の対称性の良い放射ビームパターンを
得ることができる。その他、本発明はその要旨を逸脱し
ない範囲で種々変形して実施できる。
【００３９】
【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明によ
れば、ｐ型ＡｌＧａＮ光導波層に接して、ｎ型ＩＴＯ又
はＺｎＯからなるクラッド層兼電極層を設け、クラッド
層兼電極層がｐ型ＡｌＧａＮ光導波層に対してキャリア
注入を行ない、且つ光閉込めを行なうので、結晶欠陥に
起因する劣化を阻止し、信頼性を確保できる半導体レー
ザを提供できる。
れば、ｐ型ＡｌＧａＮ光導波層に接して、ｎ型ＩＴＯ又
はＺｎＯからなるクラッド層兼電極層を設け、クラッド
層兼電極層がｐ型ＡｌＧａＮ光導波層に対してキャリア
注入を行ない、且つ光閉込めを行なうので、結晶欠陥に
起因する劣化を阻止し、信頼性を確保できる半導体レー
ザを提供できる。
【００４０】また、請求項２の発明によれば、請求項１
のｐ型ＡｌＧａＮ光導波層とクラッド層兼電極層との界
面には回折格子を設けているので、請求項１の効果に加
え、レーザ発振を得られる半導体レーザを提供できる。
のｐ型ＡｌＧａＮ光導波層とクラッド層兼電極層との界
面には回折格子を設けているので、請求項１の効果に加
え、レーザ発振を得られる半導体レーザを提供できる。
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る発光ダイオー
ドの構造を示す断面図、
ドの構造を示す断面図、
【図２】同実施の形態における平衡状態のエネルギーバ
ンド図、
ンド図、
【図３】同実施の形態におけるバイアス印加状態のエネ
ルギーバンド図、
ルギーバンド図、
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る半導体レーザ
の構造を示す鳥瞰図、
の構造を示す鳥瞰図、
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る半導体レーザ
の構造を示す断面図。
の構造を示す断面図。
１１，２１…サファイア基板、１２，２２…ＡｌＮバッ
ファ層、１３，２３…ｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド
層、１４，２４…Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層、１５，２
５…Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ光導波層、１６…ＳｉＮ絶縁
膜、１７，２７…ＩＴＯクラッド層兼電極層、１８，２
８…Ｔｉ／Ａｕ電極、２６，３１…回折格子。
ファ層、１３，２３…ｎ型Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド
層、１４，２４…Ｉｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層、１５，２
５…Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ光導波層、１６…ＳｉＮ絶縁
膜、１７，２７…ＩＴＯクラッド層兼電極層、１８，２
８…Ｔｉ／Ａｕ電極、２６，３１…回折格子。
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(56)参考文献 特開 平５−190900（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−129658（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−291366（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−236478（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−236477（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−68579（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−199752（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−283744（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−94784（ＪＰ，Ａ)
特開 昭57−10280（ＪＰ，Ａ)
特開 昭64−17484（ＪＰ，Ａ)
特開 昭49−19782（ＪＰ，Ａ)
実開 平６−38265（ＪＰ，Ｕ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01S 5/00 - 5/50
H01L 33/00
Claims (2)
- 【請求項１】 化合物半導体にて形成されたＩｎＧａＮ
活性層上にｐ型ＡｌＧａＮ光導波層を具備してなる半導
体レーザにおいて、 前記ｐ型ＡｌＧａＮ光導波層に接して、前記ｐ型ＡｌＧ
ａＮ光導波層に対してキャリア注入を行ない、且つ光閉
込めが可能なｎ型ＩＴＯ又はＺｎＯからなるクラッド層
兼電極層を具備してなることを特徴とする半導体レー
ザ。 - 【請求項２】 請求項１に記載の半導体レーザにおい
て、 前記ｐ型ＡｌＧａＮ光導波層と前記クラッド層兼電極層
との界面には回折格子を具備してなることを特徴とする
半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22904595A JP3464853B2 (ja) | 1995-09-06 | 1995-09-06 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22904595A JP3464853B2 (ja) | 1995-09-06 | 1995-09-06 | 半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0974249A JPH0974249A (ja) | 1997-03-18 |
| JP3464853B2 true JP3464853B2 (ja) | 2003-11-10 |
Family
ID=16885887
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22904595A Expired - Fee Related JP3464853B2 (ja) | 1995-09-06 | 1995-09-06 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3464853B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180053029A (ko) * | 2016-11-11 | 2018-05-21 | 삼성전자주식회사 | 빔 스티어링 장치 및 이를 포함하는 시스템 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10341039A (ja) * | 1997-04-10 | 1998-12-22 | Toshiba Corp | 半導体発光素子およびその製造方法 |
| US6423984B1 (en) | 1998-09-10 | 2002-07-23 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Light-emitting semiconductor device using gallium nitride compound semiconductor |
| KR20000055920A (ko) * | 1999-02-11 | 2000-09-15 | 윤종용 | ＧａＮ계 발광 다이오드 |
| JP2003092455A (ja) * | 2001-09-17 | 2003-03-28 | Japan Science & Technology Corp | 半導体レーザ |
| US6724013B2 (en) * | 2001-12-21 | 2004-04-20 | Xerox Corporation | Edge-emitting nitride-based laser diode with p-n tunnel junction current injection |
| JP4909533B2 (ja) * | 2004-06-21 | 2012-04-04 | パナソニック株式会社 | 半導体レーザ素子及びその製造方法 |
| JPWO2009078482A1 (ja) * | 2007-12-19 | 2011-05-06 | ローム株式会社 | 半導体発光素子 |
| US7856040B2 (en) * | 2008-09-24 | 2010-12-21 | Palo Alto Research Center Incorporated | Semiconductor light emitting devices with non-epitaxial upper cladding |
| DE102008054217A1 (de) * | 2008-10-31 | 2010-05-06 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Optoelektronischer Halbleiterchip und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips |
| JP5742325B2 (ja) | 2010-03-25 | 2015-07-01 | 日亜化学工業株式会社 | 半導体レーザ素子及びその製造方法 |
| WO2012127778A1 (ja) * | 2011-03-24 | 2012-09-27 | パナソニック株式会社 | 窒化物半導体発光素子 |
| JP5608815B2 (ja) * | 2012-04-16 | 2014-10-15 | パナソニック株式会社 | 半導体発光素子 |
| CN113300217B (zh) * | 2021-05-25 | 2023-04-07 | 长春理工大学 | 一种基于掩埋金属掩膜的脊表面光栅制作方法 |
-
1995
- 1995-09-06 JP JP22904595A patent/JP3464853B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180053029A (ko) * | 2016-11-11 | 2018-05-21 | 삼성전자주식회사 | 빔 스티어링 장치 및 이를 포함하는 시스템 |
| KR102585256B1 (ko) * | 2016-11-11 | 2023-10-05 | 삼성전자주식회사 | 빔 스티어링 장치 및 이를 포함하는 시스템 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0974249A (ja) | 1997-03-18 |
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