JP3537984B2 - 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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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】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】窒化物半導体は高輝度青色ＬＥＤ、純緑
色ＬＥＤの材料として、フルカラーＬＥＤディスプレ
イ、交通信号等で最近実用化されたばかりである。これ
らの各種デバイスに使用されるＬＥＤは、ｎ型窒化物半
導体層とｐ型窒化物半導体層との間に、単一量子井戸構
造（ＳＱＷ：Single-Quantum-Well）のＩｎＧａＮより
なる活性層を有するダブルへテロ構造を有している。青
色、緑色等の波長はＩｎＧａＮ活性層のＩｎ組成比を増
減することで決定されている。
色ＬＥＤの材料として、フルカラーＬＥＤディスプレ
イ、交通信号等で最近実用化されたばかりである。これ
らの各種デバイスに使用されるＬＥＤは、ｎ型窒化物半
導体層とｐ型窒化物半導体層との間に、単一量子井戸構
造（ＳＱＷ：Single-Quantum-Well）のＩｎＧａＮより
なる活性層を有するダブルへテロ構造を有している。青
色、緑色等の波長はＩｎＧａＮ活性層のＩｎ組成比を増
減することで決定されている。
【０００３】また、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、Appl.Phys.Lett., Vol.69, No.1
0, 2 Sep. 1996, p.1477-1479）。このレーザ素子はサ
ファイアＡ面上に、ｎ型窒化物半導体層、活性層、ｐ型
窒化物半導体層が順に形成され、そのｐ型窒化物半導体
層の一部にリッジストライプが形成された構造を有して
おり、例えばパルス電流（パルス幅１μｓ、パルス周期
１ｍｓ、デューティー比０．１％）で、閾値電流１８７
ｍＡ、閾値電流密度３ｋＡ／cm2において、４１０ｎｍ
のレーザ光を発振する。
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、Appl.Phys.Lett., Vol.69, No.1
0, 2 Sep. 1996, p.1477-1479）。このレーザ素子はサ
ファイアＡ面上に、ｎ型窒化物半導体層、活性層、ｐ型
窒化物半導体層が順に形成され、そのｐ型窒化物半導体
層の一部にリッジストライプが形成された構造を有して
おり、例えばパルス電流（パルス幅１μｓ、パルス周期
１ｍｓ、デューティー比０．１％）で、閾値電流１８７
ｍＡ、閾値電流密度３ｋＡ／cm2において、４１０ｎｍ
のレーザ光を発振する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このように世界で初め
て窒化物半導体により短波長のレーザ光源が出現したわ
けであるが、未だパルス発振であり、連続発振させるた
めには、さらに改良が必要である。具体的には閾値電流
をもっと下げて発熱量を少なくして、長寿命とする必要
がある。従って、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、連続発振
して、長寿命を保持できる新規な窒化物半導体の構造を
提供することにある。
て窒化物半導体により短波長のレーザ光源が出現したわ
けであるが、未だパルス発振であり、連続発振させるた
めには、さらに改良が必要である。具体的には閾値電流
をもっと下げて発熱量を少なくして、長寿命とする必要
がある。従って、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、連続発振
して、長寿命を保持できる新規な窒化物半導体の構造を
提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の窒化物半導体レ
ーザ素子は、サファイア基板１上部に、ｎ型窒化物半導
体層２と、活性層３と、ｐ型窒化物半導体層４を順に有
し、該ｐ型窒化物半導体層の一部に形成されたリッジス
トライプの幅の中央線ａは、前記サファイア基板に向か
う鉛直方向で、活性層の中央線ｂとずれてなり、且つ正
電極５と、ｎ型窒化物半導体層側に形成された負電極７
は同一面側にあり、且つ前記リッジストライプ幅の中央
線ａが、活性層幅の中央線ｂよりも負電極側に接近して
いる窒化物半導体レーザ素子であって、少なくとも前記
リッジストライプ上に形成された正電極の位置を除くｐ
型窒化物半導体層の表面に形成された絶縁膜９と、前記
正電極の表面積よりも広い面積で正電極及び絶縁膜上に
形成されたパッド電極６を有し、かつ前記パッド電極と
電気的に接続されるボンディングワイヤーは、ボンディ
ングの中心から基板に向かう鉛直線ｃが前記リッジスト
ライプの中央線とずれるように、負電極７と離れた側に
ワイヤーボンディングされており、かつ正電極に接近し
た側にある負電極の端面と、リッジ中央の鉛直線との距
離は１００μｍ以下であることを特徴とする。
ーザ素子は、サファイア基板１上部に、ｎ型窒化物半導
体層２と、活性層３と、ｐ型窒化物半導体層４を順に有
し、該ｐ型窒化物半導体層の一部に形成されたリッジス
トライプの幅の中央線ａは、前記サファイア基板に向か
う鉛直方向で、活性層の中央線ｂとずれてなり、且つ正
電極５と、ｎ型窒化物半導体層側に形成された負電極７
は同一面側にあり、且つ前記リッジストライプ幅の中央
線ａが、活性層幅の中央線ｂよりも負電極側に接近して
いる窒化物半導体レーザ素子であって、少なくとも前記
リッジストライプ上に形成された正電極の位置を除くｐ
型窒化物半導体層の表面に形成された絶縁膜９と、前記
正電極の表面積よりも広い面積で正電極及び絶縁膜上に
形成されたパッド電極６を有し、かつ前記パッド電極と
電気的に接続されるボンディングワイヤーは、ボンディ
ングの中心から基板に向かう鉛直線ｃが前記リッジスト
ライプの中央線とずれるように、負電極７と離れた側に
ワイヤーボンディングされており、かつ正電極に接近し
た側にある負電極の端面と、リッジ中央の鉛直線との距
離は１００μｍ以下であることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】図１及び図２は本発明のレーザ素
子を説明するためのレーザ素子の構造を示す斜視図であ
る。図１は基板１にサファイア、スピネルのような絶縁
性基板を使用した場合のレーザ素子を示し、図２は基板
１にＧａＮ、Ｓｉ、ＧａＡｓのような導電性、若しくは
半導体基板を使用した場合のレーザ素子を示しており、
同一符号は同一部材を示している。
子を説明するためのレーザ素子の構造を示す斜視図であ
る。図１は基板１にサファイア、スピネルのような絶縁
性基板を使用した場合のレーザ素子を示し、図２は基板
１にＧａＮ、Ｓｉ、ＧａＡｓのような導電性、若しくは
半導体基板を使用した場合のレーザ素子を示しており、
同一符号は同一部材を示している。
【０００７】本発明において、活性層３と基板１との間
に形成されるｎ型窒化物半導体層２は、ｎ型の窒化物半
導体層を少なくとも１層有していれば良いし、また複数
層を有していても良い。例えばレーザ素子であれば、活
性層よりもバンドギャップエネルギーの大きなｎ型窒化
物半導体よりなる光ガイド層、光閉じ込め層等が形成さ
れて、複数のｎ型層からなるのが通常である。同様に活
性層３と正電極５との間に形成されるｐ型窒化物半導体
層４も少なくとも一層、若しくは複数層を有していれば
良く、通常はｎ層側と同じく、活性層よりもバンドギャ
ップエネルギーが大きいｐ型窒化物半導体よりなる光ガ
イド層、光閉じ込め層が形成され、一般に分離閉じ込め
型のダブルへテロ構造とされている。活性層３は通常、
その活性層が接するｎ型窒化物半導体層、及びｐ型窒化
物半導体よりもバンドギャップエネルギーが小さい窒化
物半導体で形成され、レーザ素子の場合では互いにバン
ドギャップエネルギーの異なる膜厚１００オングストロ
ーム以下の窒化物半導体層が積層された多重量子井戸構
造とされる。
に形成されるｎ型窒化物半導体層２は、ｎ型の窒化物半
導体層を少なくとも１層有していれば良いし、また複数
層を有していても良い。例えばレーザ素子であれば、活
性層よりもバンドギャップエネルギーの大きなｎ型窒化
物半導体よりなる光ガイド層、光閉じ込め層等が形成さ
れて、複数のｎ型層からなるのが通常である。同様に活
性層３と正電極５との間に形成されるｐ型窒化物半導体
層４も少なくとも一層、若しくは複数層を有していれば
良く、通常はｎ層側と同じく、活性層よりもバンドギャ
ップエネルギーが大きいｐ型窒化物半導体よりなる光ガ
イド層、光閉じ込め層が形成され、一般に分離閉じ込め
型のダブルへテロ構造とされている。活性層３は通常、
その活性層が接するｎ型窒化物半導体層、及びｐ型窒化
物半導体よりもバンドギャップエネルギーが小さい窒化
物半導体で形成され、レーザ素子の場合では互いにバン
ドギャップエネルギーの異なる膜厚１００オングストロ
ーム以下の窒化物半導体層が積層された多重量子井戸構
造とされる。
【０００８】ｐ型窒化物半導体層４の一部に形成される
リッジストライプ４’は活性層の発光をリッジ下部に集
中させて閾値電流を低下させる作用がある。図では台形
で示した４’部分がリッジストライプに相当する。な
お、この図ではｐ型窒化物半導体層の一部が順メサエッ
チされて台形のリッジ部を有しているが、特に台形でな
くても長方形、また逆メサエッチによる逆台形でも良
い。リッジのストライプ幅は３０μｍ以下、さらに好ま
しくは２０μｍ以下、最も好ましくは１０μｍ以下に調
整する。なお本発明においてリッジのストライプ幅と
は、図のように台形のリッジであれば下底の広い辺（下
底）の方の幅を指すものとする。本発明のレーザ素子で
はリッジストライプに沿ったｎ型、ｐ型の窒化物半導体
よりなる光ガイド層領域、活性層領域が導波路領域に相
当する。ｐ型窒化物半導体層のリッジ部分はＡｌを含む
窒化物半導体層から上、望ましくはｐ型の窒化物半導体
よりなる光閉じ込め層を含んでその層から上のｐ型窒化
物半導体層をリッジストライプとすることが好ましい。
リッジストライプ４’は活性層の発光をリッジ下部に集
中させて閾値電流を低下させる作用がある。図では台形
で示した４’部分がリッジストライプに相当する。な
お、この図ではｐ型窒化物半導体層の一部が順メサエッ
チされて台形のリッジ部を有しているが、特に台形でな
くても長方形、また逆メサエッチによる逆台形でも良
い。リッジのストライプ幅は３０μｍ以下、さらに好ま
しくは２０μｍ以下、最も好ましくは１０μｍ以下に調
整する。なお本発明においてリッジのストライプ幅と
は、図のように台形のリッジであれば下底の広い辺（下
底）の方の幅を指すものとする。本発明のレーザ素子で
はリッジストライプに沿ったｎ型、ｐ型の窒化物半導体
よりなる光ガイド層領域、活性層領域が導波路領域に相
当する。ｐ型窒化物半導体層のリッジ部分はＡｌを含む
窒化物半導体層から上、望ましくはｐ型の窒化物半導体
よりなる光閉じ込め層を含んでその層から上のｐ型窒化
物半導体層をリッジストライプとすることが好ましい。
【０００９】次に本発明の請求項でいうリッジストライ
プの中央線ａとは、図１及び図２に示すようにX1＝X2に
相当するストライプ幅の中心点から、ストライプに沿っ
た線を指す。
プの中央線ａとは、図１及び図２に示すようにX1＝X2に
相当するストライプ幅の中心点から、ストライプに沿っ
た線を指す。
【００１０】一方、活性層幅の中央線ｂとは、同じく図
１及び図２に示すように、リッジ下部にある活性層３の
短辺に相当する中心点、即ち、Y1＝Y2に相当する点か
ら、リッジストライプの中央線ａと平行な活性層の中央
線を指す。
１及び図２に示すように、リッジ下部にある活性層３の
短辺に相当する中心点、即ち、Y1＝Y2に相当する点か
ら、リッジストライプの中央線ａと平行な活性層の中央
線を指す。
【００１１】図３は図１のレーザ素子の断面図を示し、
図４は図２のレーザ素子の断面図を示し、いずれもリッ
ジストライプに対して垂直な方向で素子を切断した際の
図を示している。本発明の請求項１でいうリッジストラ
イプ幅の中央線（ａ）が、基板に向かう鉛直方向で、活
性層幅の中央線（ｂ）とずれているとは、即ち、図３乃
至図４に示すように、リッジストライプの中央線（ａ）
から基板に向かって降ろした鉛直線（ａ’）と、活性層
幅の中央線（ｂ）から基板に向かって降ろした鉛直線
（ｂ’）とが、ストライプに垂直な断面において全てず
れていることである。このように、リッジストライプの
中心を活性層の中心からずらすことにより、リッジ部に
外部からの応力が加わるのを少なくしてリッジ部の結晶
を破壊しないので、レーザ素子の寿命を長くすると共
に、低閾値で発振可能となる。
図４は図２のレーザ素子の断面図を示し、いずれもリッ
ジストライプに対して垂直な方向で素子を切断した際の
図を示している。本発明の請求項１でいうリッジストラ
イプ幅の中央線（ａ）が、基板に向かう鉛直方向で、活
性層幅の中央線（ｂ）とずれているとは、即ち、図３乃
至図４に示すように、リッジストライプの中央線（ａ）
から基板に向かって降ろした鉛直線（ａ’）と、活性層
幅の中央線（ｂ）から基板に向かって降ろした鉛直線
（ｂ’）とが、ストライプに垂直な断面において全てず
れていることである。このように、リッジストライプの
中心を活性層の中心からずらすことにより、リッジ部に
外部からの応力が加わるのを少なくしてリッジ部の結晶
を破壊しないので、レーザ素子の寿命を長くすると共
に、低閾値で発振可能となる。
【００１２】さらに、本発明のレーザ素子ではリッジ最
上部に形成した正電極５と電気的に接続したボンディン
グ用のパッド電極６を設けている。パッド電極６は実質
的に正電極５の表面積を大きくしてワイヤーボンディン
グ、ダイボンディング等のボンディング時にレーザ素子
を他の部材と接続しやすくしている。本発明に係る素子
では、このパッド電極６に例えば金線、アルミニウム
線、銀線等よりなるワイヤー８でもってワイヤーボンデ
ィングされており、このワイヤーボンディングの中心か
らの鉛直線ｃが前記リッジストライプの中央線ａとずれ
るようにされている。なおワイヤーボンディングの中心
とは、図３及び図４に示すようにワイヤーがボールと接
する点を指し、その点からの鉛直線ｃが、リッジストラ
イプの中央線ａと断面方向で一致していないことを特徴
としている。レーザ素子の正電極側にワイヤーボンディ
ングすると、ワイヤー接続時に衝撃が係る。この衝撃が
リッジストライプの真上に係ると、リッジ部の窒化物半
導体の結晶が損ねられる可能性がある。特に窒化物半導
体はダイヤモンドに近い非常に硬い物質であるため、衝
撃が直接リッジのような微小領域に係ると、そのリッジ
内部の結晶が他の半導体に比べて壊れやすい。しかしな
がら、本発明のレーザ素子ではリッジ部とボンディング
部をずらしてあるため、リッジには直接真上から衝撃を
受けないので、結晶が壊れにくくなって、素子寿命が長
くなる。
上部に形成した正電極５と電気的に接続したボンディン
グ用のパッド電極６を設けている。パッド電極６は実質
的に正電極５の表面積を大きくしてワイヤーボンディン
グ、ダイボンディング等のボンディング時にレーザ素子
を他の部材と接続しやすくしている。本発明に係る素子
では、このパッド電極６に例えば金線、アルミニウム
線、銀線等よりなるワイヤー８でもってワイヤーボンデ
ィングされており、このワイヤーボンディングの中心か
らの鉛直線ｃが前記リッジストライプの中央線ａとずれ
るようにされている。なおワイヤーボンディングの中心
とは、図３及び図４に示すようにワイヤーがボールと接
する点を指し、その点からの鉛直線ｃが、リッジストラ
イプの中央線ａと断面方向で一致していないことを特徴
としている。レーザ素子の正電極側にワイヤーボンディ
ングすると、ワイヤー接続時に衝撃が係る。この衝撃が
リッジストライプの真上に係ると、リッジ部の窒化物半
導体の結晶が損ねられる可能性がある。特に窒化物半導
体はダイヤモンドに近い非常に硬い物質であるため、衝
撃が直接リッジのような微小領域に係ると、そのリッジ
内部の結晶が他の半導体に比べて壊れやすい。しかしな
がら、本発明のレーザ素子ではリッジ部とボンディング
部をずらしてあるため、リッジには直接真上から衝撃を
受けないので、結晶が壊れにくくなって、素子寿命が長
くなる。
【００１３】さらにまた、請求項１のレーザ素子は図１
及び図３に示すように、ｐ型窒化物半導体層４側には正
電極５と、ｎ型窒化物半導体層２側には負電極７とが形
成されており、その正電極５と負電極７とが同一面側に
ある。同一面側に正電極５と負電極７とがある場合、リ
ッジストライプ幅の中央線ａを活性層幅の中央線ｂより
も負電極７側に接近させることにより、閾値が低下す
る。図３で示すと、リッジ中央の鉛直線ａ’が活性層幅
中央の鉛直線ｂ’よりも負電極７に接近していることを
意味する。これは正電極５と負電極７との間の距離が実
質的に短くなって、窒化物半導体電極間のシリーズ抵抗
が小さくなるために、閾値電流が低下する。正電極５に
接近した側にある負電極７の端面と、リッジ中央の鉛直
線ａ’との距離は２００μｍ以下、さらに好ましくは１
５０μｍ以下、最も好ましくは１００μｍ以下に調整す
ることが望ましい。
及び図３に示すように、ｐ型窒化物半導体層４側には正
電極５と、ｎ型窒化物半導体層２側には負電極７とが形
成されており、その正電極５と負電極７とが同一面側に
ある。同一面側に正電極５と負電極７とがある場合、リ
ッジストライプ幅の中央線ａを活性層幅の中央線ｂより
も負電極７側に接近させることにより、閾値が低下す
る。図３で示すと、リッジ中央の鉛直線ａ’が活性層幅
中央の鉛直線ｂ’よりも負電極７に接近していることを
意味する。これは正電極５と負電極７との間の距離が実
質的に短くなって、窒化物半導体電極間のシリーズ抵抗
が小さくなるために、閾値電流が低下する。正電極５に
接近した側にある負電極７の端面と、リッジ中央の鉛直
線ａ’との距離は２００μｍ以下、さらに好ましくは１
５０μｍ以下、最も好ましくは１００μｍ以下に調整す
ることが望ましい。
【００１４】
【実施例】以下実施例において本発明を詳説する。図５
は本発明の一実施例のレーザ素子の構造を示す模式的な
断面図であり、図３及び図４と同じく、リッジストライ
プに垂直な方向、即ちレーザ光の共振方向に垂直な方向
で素子を切断した際の構造を示すものである。以下、こ
の図面を元に本発明の素子を説明する。なお、本明細書
において示す一般式ＩｎXＡｌYＧａ1 − X − YＮは単に窒
化物半導体の組成比を示すものであって、例えば異なる
層が同一の一般式で示されていても、それらの層のX
値、Y値等が一致しているものではない。
は本発明の一実施例のレーザ素子の構造を示す模式的な
断面図であり、図３及び図４と同じく、リッジストライ
プに垂直な方向、即ちレーザ光の共振方向に垂直な方向
で素子を切断した際の構造を示すものである。以下、こ
の図面を元に本発明の素子を説明する。なお、本明細書
において示す一般式ＩｎXＡｌYＧａ1 − X − YＮは単に窒
化物半導体の組成比を示すものであって、例えば異なる
層が同一の一般式で示されていても、それらの層のX
値、Y値等が一致しているものではない。
【００１５】［実施例１］
サファイア（Ｃ面）よりなる基板１を反応容器内にセッ
トし、容器内を水素で十分置換した後、水素を流しなが
ら、基板の温度を１０５０℃まで上昇させ、基板のクリ
ーニングを行う。基板１にはサファイアＣ面の他、Ｒ
面、Ａ面を主面とするサファイア、その他、スピネル
（ＭｇＡ１2Ｏ4）のような絶縁性の基板の他、ＳｉＣ
（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡ
ｓ、ＧａＮ等の半導体基板を用いることができる。絶縁
性基板を用いた場合は、正電極と負電極とは同一面側か
ら取り出されるが、導電性基板の場合は図２、図４に示
すように基板裏面側から負電極を形成することもでき
る。但し導電性基板を用いても、同一面側に正と負の電
極を取り出す構造としても良い。
トし、容器内を水素で十分置換した後、水素を流しなが
ら、基板の温度を１０５０℃まで上昇させ、基板のクリ
ーニングを行う。基板１にはサファイアＣ面の他、Ｒ
面、Ａ面を主面とするサファイア、その他、スピネル
（ＭｇＡ１2Ｏ4）のような絶縁性の基板の他、ＳｉＣ
（６Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡ
ｓ、ＧａＮ等の半導体基板を用いることができる。絶縁
性基板を用いた場合は、正電極と負電極とは同一面側か
ら取り出されるが、導電性基板の場合は図２、図４に示
すように基板裏面側から負電極を形成することもでき
る。但し導電性基板を用いても、同一面側に正と負の電
極を取り出す構造としても良い。
【００１６】（バッファ層２０１）
続いて、温度を５１０℃まで下げ、キャリアガスに水
素、原料ガスにアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウ
ム）とを用い、基板１上にＧａＮよりなるバッファ層２
０１を約２００オングストロームの膜厚で成長させる。
バッファ層２０１はＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ等が、
９００℃以下の温度で、０．１μｍ以下、好ましくは数
十オングストローム〜数百オングストロームで形成でき
る。このバッファ層は基板と窒化物半導体との格子定数
不正を緩和するために形成されるが、窒化物半導体の成
長方法、基板の種類等によっては省略することも可能で
ある。
素、原料ガスにアンモニアとＴＭＧ（トリメチルガリウ
ム）とを用い、基板１上にＧａＮよりなるバッファ層２
０１を約２００オングストロームの膜厚で成長させる。
バッファ層２０１はＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ等が、
９００℃以下の温度で、０．１μｍ以下、好ましくは数
十オングストローム〜数百オングストロームで形成でき
る。このバッファ層は基板と窒化物半導体との格子定数
不正を緩和するために形成されるが、窒化物半導体の成
長方法、基板の種類等によっては省略することも可能で
ある。
【００１７】（ｎ型コンタクト層２０２）
バッファ層２０成長後、ＴＭＧのみ止めて、温度を１０
５０℃まで上昇させる。１０５０℃になったら、同じく
原料ガスにＴＭＧ、アンモニアガス、不純物ガスとして
シランガスを用い、Ｓｉを１×１０19／cm3ドープした
ｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタクト層２０２を６μｍの
膜厚で成長させる。ｎ型コンタクト層２０２はｎ型のＩ
ｎXＡｌYＧａ1 − X − YＮ（０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）で
構成でき、その組成は特に問うものではないが、好まし
くはｎ型ＧａＮ、Y値が０．１以下のＡｌXＧａ1 − XＮと
すると負電極７と良好なオーミックが得られやすい。
５０℃まで上昇させる。１０５０℃になったら、同じく
原料ガスにＴＭＧ、アンモニアガス、不純物ガスとして
シランガスを用い、Ｓｉを１×１０19／cm3ドープした
ｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタクト層２０２を６μｍの
膜厚で成長させる。ｎ型コンタクト層２０２はｎ型のＩ
ｎXＡｌYＧａ1 − X − YＮ（０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）で
構成でき、その組成は特に問うものではないが、好まし
くはｎ型ＧａＮ、Y値が０．１以下のＡｌXＧａ1 − XＮと
すると負電極７と良好なオーミックが得られやすい。
【００１８】（クラック防止層２０３）
次に、温度を８００℃にして、原料ガスにＴＭＧ、ＴＭ
Ｉ（トリメチルインジウム）、アンモニア、シランガス
を用い、Ｓｉを１×１０19／cm3ドープしたＩｎ0.1Ｇａ
0.9Ｎよりなるクラック防止層２０３を５００オングス
トロームの膜厚で成長させる。このクラック防止層２０
３はＩｎを含むｎ型の窒化物半導体、好ましくはＩｎＧ
ａＮで成長させることにより、Ａｌを含む窒化物半導体
層中にクラックが入るのを防止することができる。なお
このクラック防止層は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。１
００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、このクラック防
止層２０３は成長方法、成長装置等の条件によっては省
略することもできる。
Ｉ（トリメチルインジウム）、アンモニア、シランガス
を用い、Ｓｉを１×１０19／cm3ドープしたＩｎ0.1Ｇａ
0.9Ｎよりなるクラック防止層２０３を５００オングス
トロームの膜厚で成長させる。このクラック防止層２０
３はＩｎを含むｎ型の窒化物半導体、好ましくはＩｎＧ
ａＮで成長させることにより、Ａｌを含む窒化物半導体
層中にクラックが入るのを防止することができる。なお
このクラック防止層は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。１
００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、このクラック防
止層２０３は成長方法、成長装置等の条件によっては省
略することもできる。
【００１９】（ｎ型クラッド層２０４）
次に温度を１０５０℃にして、原料ガスにＴＭＡ（トリ
メチルアルミニウム）、ＴＭＧ、ＮＨ3、ＳｉＨ4を用
い、Ｓｉを１×１０19／cm3ドープしたｎ型Ａｌ0.20Ｇ
ａ0.80Ｎよりなる第１の層を２０オングストロームとＳ
ｉを１×１０19／cm3ドープしたｎ型ＧａＮよりなる第
２の層を２０オングストローム成長させる。そしてこの
ペアを１２５回成長させ、総膜厚０．５μｍ（５０００
オングストローム）の多層膜よりなるｎ型クラッド層２
０４を成長させる。このｎ型クラッド層２０４はキャリ
ア閉じ込め層、及び光閉じ込め層として作用し、Ａｌを
含む窒化物半導体、好ましくはＡｌＧａＮ、若しくはＧ
ａＮまたはＩｎＧａＮを含む第１の層と、第１の層と組
成の異なる窒化物半導体よりなる第２の層との積層構造
からなる多層膜層を成長させることが望ましい。このよ
うに単一膜厚が１００オングストローム以下、さらに好
ましくは７０オングストローム以下、最も好ましくは５
０オングストローム以下の互いに組成の異なる窒化物半
導体層を積層成長させた超格子構造とすると、単一の窒
化物半導体層の膜厚が臨界限界膜厚以下となって、結晶
性が非常に良くなり、容易に室温で連続発振する。この
クラッド層としての超格子層は、活性層よりも外側にあ
るｎ型窒化物半導体層、若しくはｐ型窒化物半導体層の
内の少なくとも一方の層に存在させ、好ましくは両方の
層に存在させることが望ましい。ｎ型クラッド層２０４
全体の膜厚は１００オングストローム以上、２μｍ以
下、さらに好ましくは５００オングストローム以上、１
μｍ以下で成長させることが望ましい。
メチルアルミニウム）、ＴＭＧ、ＮＨ3、ＳｉＨ4を用
い、Ｓｉを１×１０19／cm3ドープしたｎ型Ａｌ0.20Ｇ
ａ0.80Ｎよりなる第１の層を２０オングストロームとＳ
ｉを１×１０19／cm3ドープしたｎ型ＧａＮよりなる第
２の層を２０オングストローム成長させる。そしてこの
ペアを１２５回成長させ、総膜厚０．５μｍ（５０００
オングストローム）の多層膜よりなるｎ型クラッド層２
０４を成長させる。このｎ型クラッド層２０４はキャリ
ア閉じ込め層、及び光閉じ込め層として作用し、Ａｌを
含む窒化物半導体、好ましくはＡｌＧａＮ、若しくはＧ
ａＮまたはＩｎＧａＮを含む第１の層と、第１の層と組
成の異なる窒化物半導体よりなる第２の層との積層構造
からなる多層膜層を成長させることが望ましい。このよ
うに単一膜厚が１００オングストローム以下、さらに好
ましくは７０オングストローム以下、最も好ましくは５
０オングストローム以下の互いに組成の異なる窒化物半
導体層を積層成長させた超格子構造とすると、単一の窒
化物半導体層の膜厚が臨界限界膜厚以下となって、結晶
性が非常に良くなり、容易に室温で連続発振する。この
クラッド層としての超格子層は、活性層よりも外側にあ
るｎ型窒化物半導体層、若しくはｐ型窒化物半導体層の
内の少なくとも一方の層に存在させ、好ましくは両方の
層に存在させることが望ましい。ｎ型クラッド層２０４
全体の膜厚は１００オングストローム以上、２μｍ以
下、さらに好ましくは５００オングストローム以上、１
μｍ以下で成長させることが望ましい。
【００２０】（ｎ型光ガイド層２０５）
続いて、１０５０℃でＳｉを１×１０19／cm3ドープし
たｎ型ＧａＮよりなるｎ型光ガイド層２０５を０．２μ
ｍの膜厚で成長させる。このｎ型光ガイド層２０５は、
活性層の光ガイド層として作用し、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ
を成長させることが望ましく、通常１００オングストロ
ーム〜５μｍ、さらに好ましくは２００オングストロー
ム〜１μｍの膜厚で成長させることが望ましい。以上説
明したように、本発明の請求項において基板上部のｎ型
窒化物半導体層２とは、多層のｎ型窒化物半導体層（２
０２〜２０５）よりなるものも含む。なお本実施例のよ
うに基板とｎ型窒化物半導体層との間にバッファ層２０
１を介しても良い。
たｎ型ＧａＮよりなるｎ型光ガイド層２０５を０．２μ
ｍの膜厚で成長させる。このｎ型光ガイド層２０５は、
活性層の光ガイド層として作用し、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ
を成長させることが望ましく、通常１００オングストロ
ーム〜５μｍ、さらに好ましくは２００オングストロー
ム〜１μｍの膜厚で成長させることが望ましい。以上説
明したように、本発明の請求項において基板上部のｎ型
窒化物半導体層２とは、多層のｎ型窒化物半導体層（２
０２〜２０５）よりなるものも含む。なお本実施例のよ
うに基板とｎ型窒化物半導体層との間にバッファ層２０
１を介しても良い。
【００２１】（活性層３）
次に、原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニア、シラン
ガスを用いて活性層３を成長させる。活性層３は温度を
８００℃に保持して、まずＳｉを８×１０18／cm3でド
ープした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、Ｓｉを８×１０18／cm3
ドープしたＩｎ0.01Ｇａ0.95Ｎよりなる障壁層を５０オ
ングストロームの膜厚で成長させる。この操作を２回繰
り返し、最後に井戸層を積層した多重量子井戸構造とす
る。活性層にドープする不純物は本実施例のように井戸
層、障壁層両方にドープしても良く、いずれか一方にド
ープしてもよい。なおｎ型不純物をドープすると閾値が
低下する傾向にある。
ガスを用いて活性層３を成長させる。活性層３は温度を
８００℃に保持して、まずＳｉを８×１０18／cm3でド
ープした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、Ｓｉを８×１０18／cm3
ドープしたＩｎ0.01Ｇａ0.95Ｎよりなる障壁層を５０オ
ングストロームの膜厚で成長させる。この操作を２回繰
り返し、最後に井戸層を積層した多重量子井戸構造とす
る。活性層にドープする不純物は本実施例のように井戸
層、障壁層両方にドープしても良く、いずれか一方にド
ープしてもよい。なおｎ型不純物をドープすると閾値が
低下する傾向にある。
【００２２】（ｐ型キャップ層４０１）
次に、温度を１０５０℃に上げ、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アン
モニア、Ｃｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウ
ム）を用い、活性層よりもバンドギャップエネルギーが
大きく、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型Ａｌ0.1
Ｇａ0.9Ｎよりなるｐ型キャップ層４０１を３００オン
グストロームの膜厚で成長させる。このｐ型キャップ層
４０１はｐ型としたが、膜厚が薄いため、ｎ型不純物を
ドープしてキャリアが補償されたｉ型としても良く、最
も好ましくはｐ型とする。ｐ型キャップ層２８の膜厚は
０．１μｍ以下、さらに好ましくは５００オングストロ
ーム以下、最も好ましくは３００オングストローム以下
に調整する。０．１μｍより厚い膜厚で成長させると、
ｐ型キャップ層４０１中にクラックが入りやすくなり、
結晶性の良い窒化物半導体層が成長しにくいからであ
る。またキャリアがこのエネルギーバリアをトンネル効
果により通過できなくなる。Ａｌの組成比が大きいＡｌ
ＧａＮ程薄く形成するとＬＤ素子は発振しやすくなる。
例えば、Y値が０．２以上のＡｌYＧａ1 − YＮであれば５
００オングストローム以下に調整することが望ましい。
ｐ型キャップ層４０１の膜厚の下限は特に限定しない
が、１０オングストローム以上の膜厚で形成することが
望ましい。
モニア、Ｃｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウ
ム）を用い、活性層よりもバンドギャップエネルギーが
大きく、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型Ａｌ0.1
Ｇａ0.9Ｎよりなるｐ型キャップ層４０１を３００オン
グストロームの膜厚で成長させる。このｐ型キャップ層
４０１はｐ型としたが、膜厚が薄いため、ｎ型不純物を
ドープしてキャリアが補償されたｉ型としても良く、最
も好ましくはｐ型とする。ｐ型キャップ層２８の膜厚は
０．１μｍ以下、さらに好ましくは５００オングストロ
ーム以下、最も好ましくは３００オングストローム以下
に調整する。０．１μｍより厚い膜厚で成長させると、
ｐ型キャップ層４０１中にクラックが入りやすくなり、
結晶性の良い窒化物半導体層が成長しにくいからであ
る。またキャリアがこのエネルギーバリアをトンネル効
果により通過できなくなる。Ａｌの組成比が大きいＡｌ
ＧａＮ程薄く形成するとＬＤ素子は発振しやすくなる。
例えば、Y値が０．２以上のＡｌYＧａ1 − YＮであれば５
００オングストローム以下に調整することが望ましい。
ｐ型キャップ層４０１の膜厚の下限は特に限定しない
が、１０オングストローム以上の膜厚で形成することが
望ましい。
【００２３】（ｐ型光ガイド層４０２）
続いて、１０５０℃で、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープ
したキャップ層よりもバンドギャップエネルギーが小さ
いＭｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型光ガイド層４０２
を０．２μｍの膜厚で成長させる。このｐ型光ガイド層
４０２は、ｎ型光ガイド層２０５と同じく、活性層の光
ガイド層として作用し、ＧａＮ、ＩｎＧａＮを成長させ
ることが望ましく、通常１００オングストローム〜５μ
ｍ、さらに好ましくは２００オングストローム〜１μｍ
の膜厚で成長させることが望ましい。
したキャップ層よりもバンドギャップエネルギーが小さ
いＭｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型光ガイド層４０２
を０．２μｍの膜厚で成長させる。このｐ型光ガイド層
４０２は、ｎ型光ガイド層２０５と同じく、活性層の光
ガイド層として作用し、ＧａＮ、ＩｎＧａＮを成長させ
ることが望ましく、通常１００オングストローム〜５μ
ｍ、さらに好ましくは２００オングストローム〜１μｍ
の膜厚で成長させることが望ましい。
【００２４】（ｐ型クラッド層４０３）
続いて１０５０℃で、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープし
たｐ型Ａｌ0.20Ｇａ0.80Ｎよりなる第１の層を２０オン
グストロームと、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｎ
型ＧａＮよりなる第２の層を２０オングストローム成長
させる。そしてこのペアを１２５回成長させ、総膜厚
０．５μｍ（５０００オングストローム）の多層膜より
なるｐ型クラッド層４０３を成長させる。このｐ型クラ
ッド層４０３も、ｎ型クラッド層２０４と同じく、キャ
リア閉じ込め層、及び光閉じ込め層として作用し、Ａｌ
ＧａＮ若しくはＧａＮ又はＩｎＧａＮよりなる第１の層
と、第１の層と異なる組成を有する窒化物半導体よりな
る第２の層との積層構造からなる多層膜層を成長させる
ことが望ましい。このようにクラッド層を超格子構造と
すると、単一の窒化物半導体層の膜厚が臨界限界膜厚以
下となって、結晶性が非常に良くなり、容易に室温で連
続発振する。また活性層の発光を閉じ込めるための光閉
じ込め層としても非常に効果的である。ｐ型クラッド層
４０３全体の膜厚は１００オングストローム以上、２μ
ｍ以下、さらに好ましくは５００オングストローム以
上、１μｍ以下で成長させることが望ましい。
たｐ型Ａｌ0.20Ｇａ0.80Ｎよりなる第１の層を２０オン
グストロームと、Ｍｇを１×１０20／cm3ドープしたｎ
型ＧａＮよりなる第２の層を２０オングストローム成長
させる。そしてこのペアを１２５回成長させ、総膜厚
０．５μｍ（５０００オングストローム）の多層膜より
なるｐ型クラッド層４０３を成長させる。このｐ型クラ
ッド層４０３も、ｎ型クラッド層２０４と同じく、キャ
リア閉じ込め層、及び光閉じ込め層として作用し、Ａｌ
ＧａＮ若しくはＧａＮ又はＩｎＧａＮよりなる第１の層
と、第１の層と異なる組成を有する窒化物半導体よりな
る第２の層との積層構造からなる多層膜層を成長させる
ことが望ましい。このようにクラッド層を超格子構造と
すると、単一の窒化物半導体層の膜厚が臨界限界膜厚以
下となって、結晶性が非常に良くなり、容易に室温で連
続発振する。また活性層の発光を閉じ込めるための光閉
じ込め層としても非常に効果的である。ｐ型クラッド層
４０３全体の膜厚は１００オングストローム以上、２μ
ｍ以下、さらに好ましくは５００オングストローム以
上、１μｍ以下で成長させることが望ましい。
【００２５】本実施例のように量子構造の井戸層を有す
る活性層を有するダブルへテロ構造の半導体素子の場
合、その活性層３に接して、活性層３よりもバンドギャ
ップエネルギーが大きい膜厚０．１μｍ以下の窒化物半
導体よりなるキャップ層、好ましくはＡｌを含む窒化物
半導体よりなるｐ型キャップ層４０１を設け、そのｐ型
キャップ層４０１よりも活性層から離れた位置に、ｐ型
キャップ層４０１よりもバンドギャップエネルギーが小
さいｐ型光ガイド層４０２を設け、そのｐ型光ガイド層
４０２よりも活性層から離れた位置に、ｐ型光ガイド層
４０２よりもバンドギャップが大きい窒化物半導体、好
ましくはＡｌを含む窒化物半導体を含むｐ型クラッド層
４０３を設けることは非常に好ましい。しかもｐ型キャ
ップ層４０１の膜厚を０．１μｍ以下と薄く設定してあ
るため、キャリアのバリアとして作用することはなく、
ｐ層から注入された正孔が、トンネル効果によりｐ型キ
ャップ層４０１を通り抜けることができて、活性層で効
率よく再結合し、ＬＤの出力が向上する。つまり、注入
されたキャリアは、ｐ型キャップ層４０１のバンドギャ
ップエネルギーが大きいため、半導体素子の温度が上昇
しても、あるいは注入電流密度が増えても、キャリアは
活性層をオーバーフローせず、ｐ型キャップ層４０１で
阻止されるため、キャリアが活性層に貯まり、効率よく
発光することが可能となる。
る活性層を有するダブルへテロ構造の半導体素子の場
合、その活性層３に接して、活性層３よりもバンドギャ
ップエネルギーが大きい膜厚０．１μｍ以下の窒化物半
導体よりなるキャップ層、好ましくはＡｌを含む窒化物
半導体よりなるｐ型キャップ層４０１を設け、そのｐ型
キャップ層４０１よりも活性層から離れた位置に、ｐ型
キャップ層４０１よりもバンドギャップエネルギーが小
さいｐ型光ガイド層４０２を設け、そのｐ型光ガイド層
４０２よりも活性層から離れた位置に、ｐ型光ガイド層
４０２よりもバンドギャップが大きい窒化物半導体、好
ましくはＡｌを含む窒化物半導体を含むｐ型クラッド層
４０３を設けることは非常に好ましい。しかもｐ型キャ
ップ層４０１の膜厚を０．１μｍ以下と薄く設定してあ
るため、キャリアのバリアとして作用することはなく、
ｐ層から注入された正孔が、トンネル効果によりｐ型キ
ャップ層４０１を通り抜けることができて、活性層で効
率よく再結合し、ＬＤの出力が向上する。つまり、注入
されたキャリアは、ｐ型キャップ層４０１のバンドギャ
ップエネルギーが大きいため、半導体素子の温度が上昇
しても、あるいは注入電流密度が増えても、キャリアは
活性層をオーバーフローせず、ｐ型キャップ層４０１で
阻止されるため、キャリアが活性層に貯まり、効率よく
発光することが可能となる。
【００２６】（ｐ型コンタクト層４０４）
最後に、ｐ型クラッド層４０３の上に、１０５０℃でＭ
ｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ
型コンタクト層４０４を１５０オングストロームの膜厚
で成長させる。ｐ型コンタクト層４０４はｐ型のＩｎX
ＡｌYＧａ1 − X − YＮ（０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）で構成
することができ、好ましくはＭｇをドープしたＧａＮ、
若しくはＭｇをドープしたY値が０．１以下のＡｌYＧａ
1 − YＮとすれば、正電極５と最も好ましいオーミック接
触が得られる。ｐ型コンタクト層４０４の膜厚は５００
オングストローム以下、さらに好ましくは３００オング
ストローム以下、最も好ましくは２００オングストロー
ム以下に調整することが望ましい。なぜなら、抵抗率が
高いｐ型窒化物半導体層の膜厚を５００オングストロー
ム以下に調整することにより、さらに抵抗率が低下する
ため、閾値での電流、電圧が低下する。またアニール時
にｐ型層から除去される水素が多くなって抵抗率が低下
しやすい傾向にある。さらに、このコンタクト層４０４
を薄くする効果には、次のようなことがある。例えば、
ｐ型ＡｌＧａＮよりなるｐ型クラッド層に、膜厚が５０
０オングストロームより厚いｐ型ＧａＮよりなるｐ型コ
ンタクト層が接して形成されており、仮にクラッド層と
コンタクト層の不純物濃度が同じで、キャリア濃度が同
じである場合、ｐ型コンタクト層の膜厚を５００オング
ストロームよりも薄くすると、クラッド層側のキャリア
がコンタクト層側に移動しやすくなって、ｐ型コンタク
ト層のキャリア濃度が高くなる傾向にある。そのためキ
ャリア濃度の高いコンタクト層に電極を形成すると良好
なオーミックが得られる。以上説明したように、本発明
の請求項では、活性層から上のｐ型窒化物半導体層４が
複数のｐ層（４０１〜４０４）からなるものも含まれ
る。
ｇを１×１０20／cm3ドープしたｐ型ＧａＮよりなるｐ
型コンタクト層４０４を１５０オングストロームの膜厚
で成長させる。ｐ型コンタクト層４０４はｐ型のＩｎX
ＡｌYＧａ1 − X − YＮ（０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）で構成
することができ、好ましくはＭｇをドープしたＧａＮ、
若しくはＭｇをドープしたY値が０．１以下のＡｌYＧａ
1 − YＮとすれば、正電極５と最も好ましいオーミック接
触が得られる。ｐ型コンタクト層４０４の膜厚は５００
オングストローム以下、さらに好ましくは３００オング
ストローム以下、最も好ましくは２００オングストロー
ム以下に調整することが望ましい。なぜなら、抵抗率が
高いｐ型窒化物半導体層の膜厚を５００オングストロー
ム以下に調整することにより、さらに抵抗率が低下する
ため、閾値での電流、電圧が低下する。またアニール時
にｐ型層から除去される水素が多くなって抵抗率が低下
しやすい傾向にある。さらに、このコンタクト層４０４
を薄くする効果には、次のようなことがある。例えば、
ｐ型ＡｌＧａＮよりなるｐ型クラッド層に、膜厚が５０
０オングストロームより厚いｐ型ＧａＮよりなるｐ型コ
ンタクト層が接して形成されており、仮にクラッド層と
コンタクト層の不純物濃度が同じで、キャリア濃度が同
じである場合、ｐ型コンタクト層の膜厚を５００オング
ストロームよりも薄くすると、クラッド層側のキャリア
がコンタクト層側に移動しやすくなって、ｐ型コンタク
ト層のキャリア濃度が高くなる傾向にある。そのためキ
ャリア濃度の高いコンタクト層に電極を形成すると良好
なオーミックが得られる。以上説明したように、本発明
の請求項では、活性層から上のｐ型窒化物半導体層４が
複数のｐ層（４０１〜４０４）からなるものも含まれ
る。
【００２７】反応終了後、温度を室温まで下げ、さらに
窒素雰囲気中、ウェーハを反応容器内において、７００
℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化す
る。
窒素雰囲気中、ウェーハを反応容器内において、７００
℃でアニーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化す
る。
【００２８】アニーリング後、ウェーハを反応容器から
取り出し、ＲＩＥ装置でエッチングを行い、図５に示す
ように最上層のｐ型コンタクト層４０４と、ｐ型クラッ
ド層４０３とをエッチングして、４μｍのストライプ幅
を有するリッジストライプを形成する。リッジストライ
プを形成する際は、予めストライプ幅の中心が後に形成
する負電極７に接近しているように設計する。リッジス
トライプを形成する場合、特に活性層よりも上にあるＡ
ｌを含むｐ型窒化物半導体層以上の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下部に集中して、
横モードが単一化しやすく、閾値が低下しやすい。
取り出し、ＲＩＥ装置でエッチングを行い、図５に示す
ように最上層のｐ型コンタクト層４０４と、ｐ型クラッ
ド層４０３とをエッチングして、４μｍのストライプ幅
を有するリッジストライプを形成する。リッジストライ
プを形成する際は、予めストライプ幅の中心が後に形成
する負電極７に接近しているように設計する。リッジス
トライプを形成する場合、特に活性層よりも上にあるＡ
ｌを含むｐ型窒化物半導体層以上の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下部に集中して、
横モードが単一化しやすく、閾値が低下しやすい。
【００２９】次に、リッジストライプの表面と露出して
いるｐ型クラッド層４０３の表面とにマスクを形成し、
同じくＲＩＥでエッチングを行い、図５に示すように負
電極７を形成すべきｎ型コンタクト層２０２の表面を露
出させる。表面露出後、図５に示すように最上層にある
ｐ型コンタクト層４０４のリッジストライプの最上層全
面にＮｉとＡｕよりなる正電極５を形成する。なお、ｐ
型コンタクト層４０４と好ましいオーミックが得られる
正電極５の材料としては、例えばＮｉ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｎ
ｉ／Ａｕ等を挙げることができる。一方、先ほど露出さ
せたｎ型コンタクト層２０２に、ＴｉとＡｌよりなる負
電極７をリッジストライプと平行に形成する。ｎ型コン
タクト層２０２と好ましいオーミックが得られる負電極
７の材料としては、Ａｌ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓ
ｎ、Ｉｎ等の金属若しくは合金を挙げることができる。
いるｐ型クラッド層４０３の表面とにマスクを形成し、
同じくＲＩＥでエッチングを行い、図５に示すように負
電極７を形成すべきｎ型コンタクト層２０２の表面を露
出させる。表面露出後、図５に示すように最上層にある
ｐ型コンタクト層４０４のリッジストライプの最上層全
面にＮｉとＡｕよりなる正電極５を形成する。なお、ｐ
型コンタクト層４０４と好ましいオーミックが得られる
正電極５の材料としては、例えばＮｉ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｎ
ｉ／Ａｕ等を挙げることができる。一方、先ほど露出さ
せたｎ型コンタクト層２０２に、ＴｉとＡｌよりなる負
電極７をリッジストライプと平行に形成する。ｎ型コン
タクト層２０２と好ましいオーミックが得られる負電極
７の材料としては、Ａｌ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓ
ｎ、Ｉｎ等の金属若しくは合金を挙げることができる。
【００３０】次に、正電極５及び負電極７を形成した位
置を除く窒化物半導体層の表面全面にＳｉＯ2よりなる
絶縁膜９を形成する。絶縁膜９形成後、正電極５の上に
その正電極５と電気的に接続したＡｕよりなるパッド電
極６を、絶縁膜９を介して、正電極の表面積よりも広い
面積で形成する。パッド電極６はｐ型コンタクト層と４
０４とオーミック接触が得られていなくても良く、単に
正電極５と電気的に接続するだけでよい。
置を除く窒化物半導体層の表面全面にＳｉＯ2よりなる
絶縁膜９を形成する。絶縁膜９形成後、正電極５の上に
その正電極５と電気的に接続したＡｕよりなるパッド電
極６を、絶縁膜９を介して、正電極の表面積よりも広い
面積で形成する。パッド電極６はｐ型コンタクト層と４
０４とオーミック接触が得られていなくても良く、単に
正電極５と電気的に接続するだけでよい。
【００３１】以上のようにして、負電極７と正電極５と
を形成したウェーハを研磨装置に移送し、ダイヤモンド
研磨剤を用いて、窒化物半導体を形成していない側の基
板１をラッピングし、基板の厚さを１００μｍとする。
ラッピング後、さらに細かい研磨剤で１μｍポリシング
して基板表面を鏡面状とする。このように基板の厚さを
１００μｍ以下に薄くすることによって、レーザ素子の
放熱性が高まる。
を形成したウェーハを研磨装置に移送し、ダイヤモンド
研磨剤を用いて、窒化物半導体を形成していない側の基
板１をラッピングし、基板の厚さを１００μｍとする。
ラッピング後、さらに細かい研磨剤で１μｍポリシング
して基板表面を鏡面状とする。このように基板の厚さを
１００μｍ以下に薄くすることによって、レーザ素子の
放熱性が高まる。
【００３２】基板研磨後、研磨面側をスクライブして、
リッジストライプに垂直な方向でバー状に劈開し、劈開
面に共振器長５００μｍの共振器を作製する。共振器面
にＳｉＯ2とＴｉＯ2よりなる誘電体多層膜を形成し、最
後にリッジストライプに平行な方向で、バーを切断して
レーザチップとする。このレーザチップの断面図が図５
である。この図に示すように、リッジストライプのスト
ライプ幅中央の鉛直線ａ’は活性層幅の中央の鉛直線
ｂ’とずれており、さらにリッジストライプのストライ
プ幅中央の鉛直線ａ’はｂ’よりも負電極７側に接近し
ている。なおリッジストライプ幅中央の鉛直線ａ’と負
電極７の端面との距離は５０μｍにしてある。
リッジストライプに垂直な方向でバー状に劈開し、劈開
面に共振器長５００μｍの共振器を作製する。共振器面
にＳｉＯ2とＴｉＯ2よりなる誘電体多層膜を形成し、最
後にリッジストライプに平行な方向で、バーを切断して
レーザチップとする。このレーザチップの断面図が図５
である。この図に示すように、リッジストライプのスト
ライプ幅中央の鉛直線ａ’は活性層幅の中央の鉛直線
ｂ’とずれており、さらにリッジストライプのストライ
プ幅中央の鉛直線ａ’はｂ’よりも負電極７側に接近し
ている。なおリッジストライプ幅中央の鉛直線ａ’と負
電極７の端面との距離は５０μｍにしてある。
【００３３】さらにこのレーザチップをフェースアップ
（基板とヒートシンクとが対向した状態）でヒートシン
クに設置し、それぞれの電極を金線よりなるワイヤー８
でボンディングする。なおワイヤーボンディング時の位
置ｃは、図５に示すようにリッジストライプの位置から
離れた位置とする。このレーザチップのレーザ発振を試
みたところ、室温において、閾値電流密度３．９ｋＡ／
cm2、閾値電圧４．３Ｖで、発振波長４０５ｎｍの連続
発振が確認され、５０時間以上の寿命を示した。それに
対し、リッジストライプを活性層幅の中心位置と一致さ
せ、その真上からワイヤボンディングしたものは、閾値
電流、電圧でおよそ５％の上昇が見られ、３０時間以上
の寿命であった。
（基板とヒートシンクとが対向した状態）でヒートシン
クに設置し、それぞれの電極を金線よりなるワイヤー８
でボンディングする。なおワイヤーボンディング時の位
置ｃは、図５に示すようにリッジストライプの位置から
離れた位置とする。このレーザチップのレーザ発振を試
みたところ、室温において、閾値電流密度３．９ｋＡ／
cm2、閾値電圧４．３Ｖで、発振波長４０５ｎｍの連続
発振が確認され、５０時間以上の寿命を示した。それに
対し、リッジストライプを活性層幅の中心位置と一致さ
せ、その真上からワイヤボンディングしたものは、閾値
電流、電圧でおよそ５％の上昇が見られ、３０時間以上
の寿命であった。
【００３４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
絶縁膜形成後、正電極の上に接続したパッド電極は、絶
縁膜を介して正電極の表面積よりも広い面積で形成する
ことより、コンタクト層とオーミック接触が得られてい
なくてもよく、単に正電極と電気的に接続するだけでよ
い。また両方の電極が同一面側にある場合には、実質的
な電極間距離が短くなって閾値が低下する。さらにま
た、本発明の好ましい態様として、実施例に述べたよう
に活性層以外のｎ型層、ｐ型層の少なくとも一方に膜厚
１００オングストローム以下の窒化物半導体層よりなる
第１の層と、第１の層と異なる組成を有する第２の層と
が積層されてなる超格子層を有することにより、結晶性
が良くなるため、長寿命なレーザ素子を実現できる。こ
のように本発明によると、短波長のレーザ素子が実現で
きるようになり、ＤＶＤ、ＣＤ等の書き込み、読みとり
光源として、また光ファイバー等の通信用光源としてそ
の産業上の利用価値は多大である。
絶縁膜形成後、正電極の上に接続したパッド電極は、絶
縁膜を介して正電極の表面積よりも広い面積で形成する
ことより、コンタクト層とオーミック接触が得られてい
なくてもよく、単に正電極と電気的に接続するだけでよ
い。また両方の電極が同一面側にある場合には、実質的
な電極間距離が短くなって閾値が低下する。さらにま
た、本発明の好ましい態様として、実施例に述べたよう
に活性層以外のｎ型層、ｐ型層の少なくとも一方に膜厚
１００オングストローム以下の窒化物半導体層よりなる
第１の層と、第１の層と異なる組成を有する第２の層と
が積層されてなる超格子層を有することにより、結晶性
が良くなるため、長寿命なレーザ素子を実現できる。こ
のように本発明によると、短波長のレーザ素子が実現で
きるようになり、ＤＶＤ、ＣＤ等の書き込み、読みとり
光源として、また光ファイバー等の通信用光源としてそ
の産業上の利用価値は多大である。
【図１】 本発明の一実施例に係るレーザ素子の構造を
示す斜視図。
示す斜視図。
【図２】 本発明の他の実施例に係るレーザ素子の構造
を示す斜視図。
を示す斜視図。
【図３】 図１のレーザ素子の断面図。
【図４】 図２のレーザ素子の断面図。
【図５】 本発明の実施例を説明するためのレーザ素子
の構造を示す断面図。
の構造を示す断面図。
１・・・・基板
２・・・・ｎ型窒化物半導体層
３・・・・活性層
４・・・・ｐ型窒化物半導体層
５・・・・正電極
６・・・・パッド電極
７・・・・負電極
８・・・・ワイヤー
９・・・・絶縁膜
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平８−148718（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−255951（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−279643（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−255932（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−326815（ＪＰ，Ａ)
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．69
［10］（1996）ｐ．1477−1479
(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 (1)
- 【請求項１】 サファイア基板 (1)上部に、ｎ型窒化物
半導体層(2)と、活性層(3)と、ｐ型窒化物半導体層(4)
を順に有し、該ｐ型窒化物半導体層の一部に形成された
リッジストライプの幅の中央線(a)は、前記サファイア
基板に向かう鉛直方向で、活性層の中央線(b)とずれて
なり、且つ正電極(5)と、ｎ型窒化物半導体層側に形成
された負電極(7)は同一面側にあり、且つ前記リッジス
トライプ幅の中央線(a)が、活性層幅の中央線(b)よりも
負電極側に接近している窒化物半導体レーザ素子であっ
て、少なくとも前記リッジストライプ上に形成された正
電極の位置を除くｐ型窒化物半導体層の表面に形成され
た絶縁膜(9)と、前記正電極の表面積よりも広い面積で
正電極及び絶縁膜上に形成されたパッド電極(6)を有
し、かつ前記パッド電極と電気的に接続されるボンディ
ングワイヤーは、ボンディングの中心から基板に向かう
鉛直線(c)が前記リッジストライプの中央線とずれるよ
うに、負電極 (7) と離れた側にワイヤーボンディングさ
れており、かつ正電極に接近した側にある負電極の端面
と、リッジ中央の鉛直線との距離は１００μｍ以下であ
ることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04417697A JP3537984B2 (ja) | 1997-02-27 | 1997-02-27 | 窒化物半導体レーザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP04417697A JP3537984B2 (ja) | 1997-02-27 | 1997-02-27 | 窒化物半導体レーザ素子 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2004042161A Division JP4072202B2 (ja) | 2004-02-18 | 2004-02-18 | 窒化物半導体レーザ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10242581A JPH10242581A (ja) | 1998-09-11 |
| JP3537984B2 true JP3537984B2 (ja) | 2004-06-14 |
Family
ID=12684280
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP04417697A Expired - Lifetime JP3537984B2 (ja) | 1997-02-27 | 1997-02-27 | 窒化物半導体レーザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3537984B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7372077B2 (en) | 2003-02-07 | 2008-05-13 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Semiconductor device |
| CN1993835A (zh) * | 2004-06-14 | 2007-07-04 | 三菱电线工业株式会社 | 氮化物半导体发光器件 |
| JP2007188928A (ja) * | 2006-01-11 | 2007-07-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 窒化物半導体発光素子 |
| JP4660400B2 (ja) | 2006-03-14 | 2011-03-30 | シャープ株式会社 | 窒化物半導体レーザ素子の製造方法 |
| JP5338029B2 (ja) * | 2007-01-26 | 2013-11-13 | 日亜化学工業株式会社 | 半導体レーザ素子、半導体レーザ装置及びその製造方法 |
| JP5402222B2 (ja) * | 2009-04-30 | 2014-01-29 | 日亜化学工業株式会社 | 半導体素子の製造方法 |
| US10892597B2 (en) | 2016-07-14 | 2021-01-12 | Panasonic Corporation | Nitride semiconductor laser and nitride semiconductor laser device |
-
1997
- 1997-02-27 JP JP04417697A patent/JP3537984B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６９［１０］（１９９６）ｐ．１４７７−１４７９ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH10242581A (ja) | 1998-09-11 |
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| JP2002151798A5 (ja) |
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|
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