JP4033519B2 - 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は青色領域から紫外領域で発光可能な窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に係わり、特に、電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図９に従来の電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体レーザの断面模式図を示す。
【０００３】
従来の素子構造はサファイヤ基板１上に、ＧａＮバッファ層２、Ｎ型ＧａＮ層３、Ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層４、ノンドープＩｎＧａＮ活性層５、Ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６、Ｎ／Ｐ／Ｎ型ＧａＮ電流阻止層２０を順次積層し、Ｎ／Ｐ／Ｎ型ＧａＮ電流阻止層２０にストライプ状の溝を形成し、その溝を埋めるためにＰ型ＧａＮコンタクト層７を再成長する。次に、Ｐ型電極８及びＮ型電極９を形成してなる電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体レーザが特開平８−１０７２４７に開示されている。
【０００４】
また、図１０に従来の電極ストライプ型窒化ガリウム系化合物半導体レーザの断面模式図を示す。
【０００５】
従来の素子構造はサファイヤ基板１上に、ＧａＮバッファ層２、Ｎ型ＧａＮ層３、Ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層４、ノンドープＧａＮ層４’、ノンドープＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層５、Ｐ型ＧａＮ層６’、Ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６、Ｐ型ＧａＮコンタクト層７を順次積層し、Ｐ型ＧａＮコンタクト層７上にＳｉＯ2絶縁体層３０を形成し、外部との電気的接触をもたせるためにその一部を除去し、Ｐ型電極８及びＮ型電極９を形成した電極ストライプ型窒化ガリウム系化合物半導体レーザがＪ．Ｊ．Ａ．Ｐ．３５ ｐ１３１５（１９９６）に開示されている。
【０００６】
従来の再成長を必要とする電流狭窄構造を持つ電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体レーザが知られているが、Ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６と再成長Ｐ型ＧａＮコンタクト層７の界面が高抵抗化し素子の動作電圧が増加し信頼性が悪化する。また絶縁体膜を用いて電流阻止を可能にした電極ストライプ型窒化ガリウム系化合物半導体レーザは発振開始電流の低減や発光パターンの制御が困難であった。さらに、これらは絶縁体膜の形成や再成長技術を必要とし製造上、製造工程が複雑になるという欠点を有している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
例えばドライエッチング法を用いてエッチングを行いＰ型ＡｌＧａＮクラッド層６表面を露出したりクラッド層６の途中にてエッチングを停止することは高度な制御性を必要とするため困難である。さらに、電流狭窄層２０に設けられたストライプ状の溝を持つウエハをＭＯＣＶＤ装置内に再度導入し、ストライプ状の溝を覆うようにＰ型ＧａＮコンタクト層７を再成長するため、再成長Ｐ型ＧａＮコンタクト層７とＰ型ＡｌＧａＮクラッド層６の再成長界面近傍が高抵抗化するという問題が発生し、発光素子の直列抵抗が大きくなるため、駆動電圧の増加及び発光素子の信頼性が悪化するという問題点が生じる。また、電極ストライプ型窒化ガリウム系化合物半導体レーザにおいては、電流拡がりが発生し、発振開始電流の増加及び発光パターンの制御が困難であるという問題が生じる。
【０００８】
本発明によれば一回の成長にて電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体レーザの作製が可能なため、従来技術の絶縁体膜の形成及び再成長技術を必要としない素子構造を提供し、電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体レーザが容易に作製可能とすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明（請求項１）に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、所望領域が凹凸状に加工された基板と、該基板上方に形成されたノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層を備えた窒化ガリウム系化合物半導体発光素子であって、前記ノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層は、前記窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の活性層より下方に形成されてなり、前記基板の凹凸状加工領域上方の前記ノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層の抵抗率が前記基板の凹凸状非加工領域上方の前記ノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層の抵抗率よりも低く、前記基板の凹凸状非加工領域上方の前記ノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層が電流狭窄層として機能し、前記基板の凹凸の深さが５００〜１０００Åであって、前記基板の凹凸の幅が２００〜２０００Åであることによって上記目的を達成する。
【００１０】
基板に凹凸をつけてノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層を挿入した発光素子を形成することにより、このノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層の抵抗率に差が付き、高抵抗となるノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層を電流狭窄層として機能させることが可能となる。
【００１２】
予め、凹凸状に加工した基板の上方に、ノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層を形成すると、前記凹凸により一つのノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層に高抵抗領域と低抵抗領域とが形成されて、この高抵抗領域が電流狭窄層として機能するため、従来必要であった絶縁膜の形成や再成長技術が不要となる。
【００１３】
この発明（請求項１）に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、前記ノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層は、発光素子の活性層より下方に形成されてなることによって、上記目的を達成する。
【００１４】
活性層より下方に電流狭窄層となるノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層を形成することにより、より好適に本発明の目的を達成することが可能となる。
【００１５】
本発明の発光素子は基板上に少なくとも第１導電型クラッド層、活性層、及び第２導電型クラッド層が順次形成された発光素子であって、前記電流狭窄層となるノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層が活性層より下方にあればよく、第１導電型クラッド層より上方にあっても下方にあってもよいが。より、好ましくは、第１導電型がＮ型であるとき、この第１導電型クラッド層、ノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層、ノンドープクラッド層、活性層の順で形成される。この場合、ノンドープクラッド層も基板の凹凸が反映して抵抗が異なる領域が形成されるため、電流狭窄層として機能し、電流狭窄機能が相乗的に得られる。
【００１６】
また、本発明の発光素子は基板上に少なくとも、ノンドープクラッド層、活性層、及びＰ型クラッド層が順次形成された発光素子であって、前記電流狭窄層となるノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層が活性層より下方にあればよく、ノンドープクラッド層より上方にあっても下方にあってもよい。この場合ノンドープクラッド層も基板の凹凸が反映して抵抗が異なる領域が形成されるため、電流狭窄層として機能し、電流狭窄機能が相乗的に得られる。
【００１７】
本発明（請求項１〜３）に係る窒化ガリウム系化合物半導体素子は、前記基板直上に、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）バッファ層を形成することにより、より好適に本発明の目的を達成することが可能となる。
【００１８】
また、本発明（請求項１〜３）に係る窒化ガリウム系化合物半導体素子は、その窒化ガリウム系化合物半導体としてＩｎyＡｌzＧａ1-y-zＮ（０≦ｙ、０≦ｚ，ｙ＋ｚ≦１）を用いることにより、より好適に本発明の目的を達成することが可能となる。
【００１９】
凹凸が形成される基板としては、サファイア基板が最も好ましいが、ＧａＮ基板、ＳｉＣ基板であってもよい。
【００２０】
以下、本発明の作用を説明する。
【００２１】
本発明はサファイヤ基板表面を加工し、この加工されたサファイヤ基板表面上と加工されていないサファイヤ基板表面上にバッファ層を形成し、この加工されていないサファイヤ基板表面上のバッファ層上に成長したノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層は高抵抗化し、このノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層が電流狭窄層として機能することを利用したものである。
【００２２】
即ち、本発明者らはノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層のキャリヤ濃度がサファイヤ基板表面を加工した領域上に形成したノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層のキャリヤ濃度が大きく、加工されていない領域上に形成したノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層のキャリヤ濃度が小さいことを見い出した。
【００２３】
この特性を利用するためにエッチングを用いてサファイヤ基板表面を加工し、この基板表面上にバッファ層を形成し、このサファイヤ基板表面が加工された領域上のノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層は低抵抗領域となり、このサファイヤ基板表面が加工されていない領域上のノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層は高抵抗領域となる。このことより活性層の下方に位置するノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層の領域の一部を電流狭窄層として機能させることが可能となる。
【００２４】
図８は横軸が基板上に加工された凹凸の深さと幅の比（以下アスペクト比）、縦軸がこの加工されてた領域上に積層されたノンドープＧａＮ層の抵抗を示す図である。横軸の０は加工されていない領域上、即ち、バッファ層の層厚が厚いときのノンドープＧａＮ層の抵抗率を表す。アスペクト比が０．５のとき、即ち、バッファ層の層厚が最も薄くなるとき、ノンドープＧａＮ層の抵抗率が最小値を示すことがわかる。またアスペクト比が０．５以上では加工領域を作成するのが困難になるため、実用的でない。従って、抵抗率に差をつけて電流狭窄層としての作用を得るためには、アスペクト比が０．２５以上０．５以下が好ましく、０．５であるのが最も好ましい。
【００２５】
同図に示すように、ノンドープＧａＮ層の非電流狭窄領域の抵抗率は０．１Ω・ｃｍ以下であるのが好ましく、ここではアスペクト比０．５における抵抗率０．００８Ω・ｃｍが最も好ましい。抵抗率は、ＩｎやＡｌを含む場合異なってくるが、電流狭窄領域と非電流狭窄領域の抵抗率の差が２桁程度あれば、発光素子としての機能を果たすことが可能である。
【００２６】
本発明はこれにより、レーザ素子の発振開始電流の低減及び動作電圧の低減が可能な電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体レーザを提供することができる。
【００２７】
また、本発明によれば絶縁体膜の形成及び再成長技術を必要としないため電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体レーザが容易に作製可能となる。
【００２８】
上記サファイヤ基板表面の加工とは、エッチングにより凹凸断面形状の溝、Ｕ状と逆Ｕ状の断面形状の溝及びＶ状と逆Ｖ状の断面形状の溝が形成されているサファイヤ基板表面のことを示す。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明を具体的な実施例に基づいて詳細に説明する。なお、本願明細書において、窒化ガリウム系化合物半導体とは、例えば、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ，ｘ＋ｙ≦１）も含むものとする。ここで、半導体発光素子とは半導体レーザ及び発光ダイオードを含むものとする。
【００３０】
本発明を具体的な実施例に基づいて詳細に説明する。
【００３１】
（実施例１）
図１は、本発明の一実施例によって作製された電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体レーザの断面模式図を示す。
【００３２】
窒化ガリウム系化合物半導体レーザの作製には有機金属化合物気相成長法（以下ＭＯＣＶＤ法）を用い、基板としてＳａｐｐｈｉｒｅ基板、Ｖ族原料としてアンモニアＮＨ3、ＩＩＩ族原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、Ｐ型不純物としてビスシクロペンタデイエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）、Ｎ型不純物としてモノシラン（ＳｉＨ4）を用い、キャリヤガスとしてＨ2またはＮ2を用いる。図６の（ａ）から（ｅ）の作製工程模式図をもとに説明する。
【００３３】
Ｓａｐｐｈｉｒｅ基板１上にエッチングにてストライプ状のＶ状と逆Ｖ状の溝１１を形成する。Ｖ状と逆Ｖ状の溝は深さが１０〜１０００Å、幅が５０〜１０００Åとする。好ましいＶ状溝は深さが５００Å、幅が４００Åとし、逆Ｖ状溝の幅は１０００Åとする。Ｖ状と逆Ｖ状の溝１１が形成されている領域の幅は１から３μｍとする（図６（ａ））。
【００３４】
ここで、エッチングには好ましくはドライエッチング法例えば反応性イオンエッチング：ＲＩＥ、反応性イオンビームエッチング：ＲＩＢＥ等を用いる。ここで、エッチングガス種としてＣｌ2を用いた場合、Ｓａｐｐｈｉｒｅのエッチングレートは１９０Å／ｍｉｎとなり、エッチングマスクとしてＳｉＯ2を用いた。
【００３５】
前記Ｓａｐｐｈｉｒｅ基板１をＭＯＣＶＤ装置のサセプタ上に導入し、基板温度１２００℃程度まで昇温し、窒素又は水素雰囲気にさらす。次に、Ｓａｐｐｈｉｒｅ基板１の基板温度を４００〜６５０℃程度まで降温し、Ｓａｐｐｈｉｒｅ基板１にＡｌＮバッファ層０２を約５００Å成長する（図６（ｂ））。
【００３６】
次に、基板温度１０５０℃程度まで昇温しＳｉドープｎ型ＧａＮ層３を０．５〜２μｍ程度成長し、次に、ノンドープＧａＮ層３’を２μｍ程度、ノンドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層４を０．１〜０．３μｍ程度成長する。
【００３７】
ここで、前記サファイヤ基板表面が加工されている領域に形成されたＡｌＮバッファ層２’上のノンドープＧａＮ層３’及びノンドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層４の領域１０のキャリヤ濃度は約５×１０17ｃｍ-3となる。また、前記サファイヤ基板表面が加工されていない領域に形成されたＡｌＮバッファ層２上のノンドープＧａＮ層３’及びノンドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層４の領域１０’のキャリヤ濃度は約２×１０16ｃｍ-3となる。これより高抵抗領域１０’と低抵抗領域１０が形成され、注入された電流は低抵抗領域１０を流れることになり電流狭窄構造が形成される。
【００３８】
次に、基板温度を８００〜８５０℃程度に降温しノンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層５を３０〜８００Å成長する。次に、基板温度を１０５０℃程度まで昇温ＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層６を０．１〜０．３μｍ程度成長し、ＭｇドープＧａＮコンタクト層７を０．５〜１μｍ程度成長する（図６（ｃ））。
【００３９】
次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層７の上にレジストマスク１００を形成し、ｎ型ＧａＮ層３の表面が露出するまでエッチングを行う１１（図６（ｄ））。
【００４０】
次に、ウエハを成長室から取り出し、Ｎ2雰囲気、８００℃、２０分にて熱処理を行いＭｇドープ層をｐ型層に変化させる。
【００４１】
ｎ型ＧａＮ層３の表面にＮ型電極９をｐ型ＧａＮコンタクト層７の表面にＰ型電極８を形成する（図６（ｅ））。
【００４２】
本発明の素子構造を有する電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体レーザの動作電圧は３〜４Ｖ、発振開始電流は６０〜７０ｍＡが得られた。この値は従来の電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体レーザで得られた値の約１／２である。
【００４３】
（実施例２）
図２は、本発明の一実施例によって作製された電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の断面模式図を示す。
【００４４】
図７の（ａ）から（ｅ）の作製工程模式図をもとに説明する。
【００４５】
Ｓａｐｐｈｉｒｅ基板１上にエッチングにてストライプ状のＶ状と逆Ｖ状の溝１１を形成する。Ｖ状と逆Ｖ状の溝は深さが１０〜１０００Å、幅が５０〜１０００Åとする。好ましいＶ状溝は深さが５００Å、幅が３００Åとし、逆Ｖ状溝の幅は２００Åとする。Ｖ状と逆Ｖ状の溝１１が形成されている領域の幅は１から３μｍとする（図７（ａ））。
【００４６】
ここで、エッチングには好ましくはドライエッチング法例えば反応性イオンエッチング：ＲＩＥ、反応性イオンビームエッチング：ＲＩＢＥ等を用いる。ここでは例えば、エッチングガス種としてＣｌ2を用いた場合、Ｓａｐｐｈｉｒｅのエッチングレートは１９０Å／ｍｉｎとなり、例えばエッチングマスクとしてＳｉＯ2を用いた。
【００４７】
前記Ｓａｐｐｈｉｒｅ基板１をＭＯＣＶＤ装置のサセプタ上に導入し、基板温度１２００℃程度まで昇温し、窒素又は水素雰囲気にさらす。次に、Ｓａｐｐｈｉｒｅ基板１の基板温度を４００〜６５０℃程度まで降温し、Ｓａｐｐｈｉｒｅ基板１にＡｌＮバッファ層０２を約５００Å成長する（図７（ｂ））。次に、基板温度１０５０℃程度まで昇温しＳｉドープｎ型ＧａＮ層３を０．５〜２μｍ程度成長し、次に、ノンドープＧａＮ層３’を２μｍ程度、ノンドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層４を０．１〜０．３μｍ程度成長する。
【００４８】
ここで、前記サファイヤ基板表面が加工されている領域に形成されたＡｌＮバッファ層２’上のノンドープＧａＮ層３’及びノンドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層４の領域１０のキャリヤ濃度は約５×１０17ｃｍ-3となる。また、前記サファイヤ基板表面が加工されていない領域に形成されたＡｌＮバッファ層２上のノンドープＧａＮ層３’及びノンドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層４の領域１０’のキャリヤ濃度は約２×１０16ｃｍ-3となる。これより高抵抗領域１０’と低抵抗領域１０が形成され、注入された電流は低抵抗領域１０を流れることになり電流狭窄構造が形成される。
【００４９】
次に、基板温度を８００〜８５０℃程度に降温しノンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層５を３０〜８００Å成長する。次に、基板温度を１０５０℃程度まで昇温ＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層６を０．１〜０．３μｍ程度成長し、ＭｇドープＧａＮコンタクト層７を０．５〜１μｍ程度成長する（図７（ｃ））。
【００５０】
次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層７の上にレジストマスク１００を形成し、ｎ型ＧａＮ層３の表面が露出するまでエッチングを行う１２（図７（ｄ））。
【００５１】
次に、ウエハを成長室から取り出し、Ｎ2雰囲気、８００℃、２０分にて熱処理を行いＭｇドープ層をｐ型層に変化させる。
【００５２】
ｎ型ＧａＮ層３の表面にＮ型電極９をｐ型ＧａＮコンタクト層７の表面にＰ型電極８を形成する（図７（ｅ））。
【００５３】
本発明の素子構造を有する電流阻止型窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は従来の発光素子に比較して約２倍の輝度が得られた。
【００５４】
（実施例３）
図３は、本発明の一実施例によって作製された電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の断面模式図を示す。ここで、成長に用いられる材料、成長条件等は実施例１及び実施例２と同じであるため省略する。
【００５５】
実施例３はバッファ層０２上に、ＮＧａＮ層を介さず、ノンドープＧａＮ層３’を成長することが実施例１及び実施例２と違う作製工程である。また、Ｎ型電極９（図示せず）を、ノンドープＧａＮ層３’の領域１０の表面上に形成することにある。
【００５６】
実施例１及び実施例２において形成したＮ型ＧａＮ層３を形成することなく電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体レーザ及び発光素子を提供することができる。
【００５７】
（実施例４）
図４は、本発明の一実施例によって作製された電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の断面模式図を示す。ここで、作製材料及び作製条件等は実施例１及び２と同じであるため省略する。
【００５８】
実施例１及び２との違いは、Ｓａｐｐｈｉｒｅ基板１表面上にエッチングにてストライプ状の凹凸溝１１を形成することにある。凹凸溝は深さが１０〜１０００Å、幅が５０〜２０００Åとする。好ましい凹溝は深さが５００Å、幅が４００Åとし、凸溝の幅は１０００Åとする。凹凸溝１１が形成されている領域の幅は１から３μｍとする。このＳａｐｐｈｉｒｅ基板１表面上に、実施例１及び２で説明した各層を順次積層することにより電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体レーザ及び発光素子を提供することができる。
【００５９】
（実施例５）
図５は、本発明の一実施例によって作製された電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の断面模式図を示す。ここで、作製材料及び作製条件等は実施例１及び２と同じであるため省略する。
【００６０】
実施例１及び２との違いは、Ｓａｐｐｈｉｒｅ基板１表面上にエッチングにてストライプ状のＵ状断面と逆Ｕ状断面形状の溝１１を形成することにある。Ｕ状断面と逆Ｕ状断面形状の溝は深さが１０〜１０００Å、幅が５０〜２０００Åとする。好ましいＵ状の溝は深さが５００Å、幅が８００Åとし、逆Ｕ状の溝の幅は５００Åとする。Ｕ状と逆Ｕ状溝１１が形成されている領域の幅は１から３μｍとする。このＳａｐｐｈｉｒｅ基板１表面上に、実施例１及び２で説明した各層を順次積層することにより電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体レーザ及び発光素子を提供することができる。
【００６１】
【発明の効果】
本発明の素子構造によれば、再成長を行うことなく一回の成長にて電流狭窄層を形成できるため、従来に問題となっていた再成長界面での高抵抗化による発光素子の動作電圧の増加を抑えることができ、また再成長技術を必要としないため作製が容易な電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体レーザ及び発光素子を提供することができる。このため、発振開始電流が小さく、動作電圧の低い信頼性の優れた窒化ガリウム系化合物半導体レーザ及び発光素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体レーザの断面模式図を示す。
【図２】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体レーザの断面模式図を示す。
【図３】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体レーザの断面模式図を示す。
【図４】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体レーザの断面模式図を示す。
【図５】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体レーザの断面模式図を示す。
【図６】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体レーザの作製模式図を示す。
【図７】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体レーザの作製模式図を示す。
【図８】本発明の作用を説明するための図である。
【図９】従来構造の電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体レーザの断面模式図を示す。
【図１０】従来構造の電極ストライプ型窒化ガリウム系化合物半導体レーザの断面模式図を示す。
【符号の説明】
１ サファイヤ基板
０２ バッファ層
２ バッファ層（基板表面が加工されていない領域に形成されたバッファ層）
２’ バッファ層（基板表面が加工された領域に形成されたバッファ層）
３ Ｎ型ＧａＮ層
３’ ノンドープＧａＮ層
４ ノンドープＡｌＧａＮクラッド
４’ ノンドープＧａＮ層
５ ノンドープＩｎＧａＮ層
６ Ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
６’ Ｐ型ＧａＮクラッド層
７ Ｐ型ＧａＮコンタクト層
８ Ｐ型電極
９ Ｎ型電極
１０ 低抵抗領域（電流が注入される領域）
１０’ 高抵抗領域
１１ サファイヤ基板表面が加工された領域
１２ Ｎ型ＧａＮ層表面を露出させる工程
１００ エッチング用マスク
２０ ＧａＮ電流狭窄層
３０ ＳｉＯ2絶縁体層
【発明の属する技術分野】
本発明は青色領域から紫外領域で発光可能な窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に係わり、特に、電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体発光素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図９に従来の電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体レーザの断面模式図を示す。
【０００３】
従来の素子構造はサファイヤ基板１上に、ＧａＮバッファ層２、Ｎ型ＧａＮ層３、Ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層４、ノンドープＩｎＧａＮ活性層５、Ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６、Ｎ／Ｐ／Ｎ型ＧａＮ電流阻止層２０を順次積層し、Ｎ／Ｐ／Ｎ型ＧａＮ電流阻止層２０にストライプ状の溝を形成し、その溝を埋めるためにＰ型ＧａＮコンタクト層７を再成長する。次に、Ｐ型電極８及びＮ型電極９を形成してなる電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体レーザが特開平８−１０７２４７に開示されている。
【０００４】
また、図１０に従来の電極ストライプ型窒化ガリウム系化合物半導体レーザの断面模式図を示す。
【０００５】
従来の素子構造はサファイヤ基板１上に、ＧａＮバッファ層２、Ｎ型ＧａＮ層３、Ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層４、ノンドープＧａＮ層４’、ノンドープＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層５、Ｐ型ＧａＮ層６’、Ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６、Ｐ型ＧａＮコンタクト層７を順次積層し、Ｐ型ＧａＮコンタクト層７上にＳｉＯ2絶縁体層３０を形成し、外部との電気的接触をもたせるためにその一部を除去し、Ｐ型電極８及びＮ型電極９を形成した電極ストライプ型窒化ガリウム系化合物半導体レーザがＪ．Ｊ．Ａ．Ｐ．３５ ｐ１３１５（１９９６）に開示されている。
【０００６】
従来の再成長を必要とする電流狭窄構造を持つ電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体レーザが知られているが、Ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層６と再成長Ｐ型ＧａＮコンタクト層７の界面が高抵抗化し素子の動作電圧が増加し信頼性が悪化する。また絶縁体膜を用いて電流阻止を可能にした電極ストライプ型窒化ガリウム系化合物半導体レーザは発振開始電流の低減や発光パターンの制御が困難であった。さらに、これらは絶縁体膜の形成や再成長技術を必要とし製造上、製造工程が複雑になるという欠点を有している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
例えばドライエッチング法を用いてエッチングを行いＰ型ＡｌＧａＮクラッド層６表面を露出したりクラッド層６の途中にてエッチングを停止することは高度な制御性を必要とするため困難である。さらに、電流狭窄層２０に設けられたストライプ状の溝を持つウエハをＭＯＣＶＤ装置内に再度導入し、ストライプ状の溝を覆うようにＰ型ＧａＮコンタクト層７を再成長するため、再成長Ｐ型ＧａＮコンタクト層７とＰ型ＡｌＧａＮクラッド層６の再成長界面近傍が高抵抗化するという問題が発生し、発光素子の直列抵抗が大きくなるため、駆動電圧の増加及び発光素子の信頼性が悪化するという問題点が生じる。また、電極ストライプ型窒化ガリウム系化合物半導体レーザにおいては、電流拡がりが発生し、発振開始電流の増加及び発光パターンの制御が困難であるという問題が生じる。
【０００８】
本発明によれば一回の成長にて電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体レーザの作製が可能なため、従来技術の絶縁体膜の形成及び再成長技術を必要としない素子構造を提供し、電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体レーザが容易に作製可能とすることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
この発明（請求項１）に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、所望領域が凹凸状に加工された基板と、該基板上方に形成されたノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層を備えた窒化ガリウム系化合物半導体発光素子であって、前記ノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層は、前記窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の活性層より下方に形成されてなり、前記基板の凹凸状加工領域上方の前記ノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層の抵抗率が前記基板の凹凸状非加工領域上方の前記ノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層の抵抗率よりも低く、前記基板の凹凸状非加工領域上方の前記ノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層が電流狭窄層として機能し、前記基板の凹凸の深さが５００〜１０００Åであって、前記基板の凹凸の幅が２００〜２０００Åであることによって上記目的を達成する。
【００１０】
基板に凹凸をつけてノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層を挿入した発光素子を形成することにより、このノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層の抵抗率に差が付き、高抵抗となるノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層を電流狭窄層として機能させることが可能となる。
【００１２】
予め、凹凸状に加工した基板の上方に、ノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層を形成すると、前記凹凸により一つのノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層に高抵抗領域と低抵抗領域とが形成されて、この高抵抗領域が電流狭窄層として機能するため、従来必要であった絶縁膜の形成や再成長技術が不要となる。
【００１３】
この発明（請求項１）に係る窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は、前記ノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層は、発光素子の活性層より下方に形成されてなることによって、上記目的を達成する。
【００１４】
活性層より下方に電流狭窄層となるノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層を形成することにより、より好適に本発明の目的を達成することが可能となる。
【００１５】
本発明の発光素子は基板上に少なくとも第１導電型クラッド層、活性層、及び第２導電型クラッド層が順次形成された発光素子であって、前記電流狭窄層となるノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層が活性層より下方にあればよく、第１導電型クラッド層より上方にあっても下方にあってもよいが。より、好ましくは、第１導電型がＮ型であるとき、この第１導電型クラッド層、ノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層、ノンドープクラッド層、活性層の順で形成される。この場合、ノンドープクラッド層も基板の凹凸が反映して抵抗が異なる領域が形成されるため、電流狭窄層として機能し、電流狭窄機能が相乗的に得られる。
【００１６】
また、本発明の発光素子は基板上に少なくとも、ノンドープクラッド層、活性層、及びＰ型クラッド層が順次形成された発光素子であって、前記電流狭窄層となるノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層が活性層より下方にあればよく、ノンドープクラッド層より上方にあっても下方にあってもよい。この場合ノンドープクラッド層も基板の凹凸が反映して抵抗が異なる領域が形成されるため、電流狭窄層として機能し、電流狭窄機能が相乗的に得られる。
【００１７】
本発明（請求項１〜３）に係る窒化ガリウム系化合物半導体素子は、前記基板直上に、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）バッファ層を形成することにより、より好適に本発明の目的を達成することが可能となる。
【００１８】
また、本発明（請求項１〜３）に係る窒化ガリウム系化合物半導体素子は、その窒化ガリウム系化合物半導体としてＩｎyＡｌzＧａ1-y-zＮ（０≦ｙ、０≦ｚ，ｙ＋ｚ≦１）を用いることにより、より好適に本発明の目的を達成することが可能となる。
【００１９】
凹凸が形成される基板としては、サファイア基板が最も好ましいが、ＧａＮ基板、ＳｉＣ基板であってもよい。
【００２０】
以下、本発明の作用を説明する。
【００２１】
本発明はサファイヤ基板表面を加工し、この加工されたサファイヤ基板表面上と加工されていないサファイヤ基板表面上にバッファ層を形成し、この加工されていないサファイヤ基板表面上のバッファ層上に成長したノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層は高抵抗化し、このノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層が電流狭窄層として機能することを利用したものである。
【００２２】
即ち、本発明者らはノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層のキャリヤ濃度がサファイヤ基板表面を加工した領域上に形成したノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層のキャリヤ濃度が大きく、加工されていない領域上に形成したノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層のキャリヤ濃度が小さいことを見い出した。
【００２３】
この特性を利用するためにエッチングを用いてサファイヤ基板表面を加工し、この基板表面上にバッファ層を形成し、このサファイヤ基板表面が加工された領域上のノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層は低抵抗領域となり、このサファイヤ基板表面が加工されていない領域上のノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層は高抵抗領域となる。このことより活性層の下方に位置するノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層の領域の一部を電流狭窄層として機能させることが可能となる。
【００２４】
図８は横軸が基板上に加工された凹凸の深さと幅の比（以下アスペクト比）、縦軸がこの加工されてた領域上に積層されたノンドープＧａＮ層の抵抗を示す図である。横軸の０は加工されていない領域上、即ち、バッファ層の層厚が厚いときのノンドープＧａＮ層の抵抗率を表す。アスペクト比が０．５のとき、即ち、バッファ層の層厚が最も薄くなるとき、ノンドープＧａＮ層の抵抗率が最小値を示すことがわかる。またアスペクト比が０．５以上では加工領域を作成するのが困難になるため、実用的でない。従って、抵抗率に差をつけて電流狭窄層としての作用を得るためには、アスペクト比が０．２５以上０．５以下が好ましく、０．５であるのが最も好ましい。
【００２５】
同図に示すように、ノンドープＧａＮ層の非電流狭窄領域の抵抗率は０．１Ω・ｃｍ以下であるのが好ましく、ここではアスペクト比０．５における抵抗率０．００８Ω・ｃｍが最も好ましい。抵抗率は、ＩｎやＡｌを含む場合異なってくるが、電流狭窄領域と非電流狭窄領域の抵抗率の差が２桁程度あれば、発光素子としての機能を果たすことが可能である。
【００２６】
本発明はこれにより、レーザ素子の発振開始電流の低減及び動作電圧の低減が可能な電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体レーザを提供することができる。
【００２７】
また、本発明によれば絶縁体膜の形成及び再成長技術を必要としないため電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体レーザが容易に作製可能となる。
【００２８】
上記サファイヤ基板表面の加工とは、エッチングにより凹凸断面形状の溝、Ｕ状と逆Ｕ状の断面形状の溝及びＶ状と逆Ｖ状の断面形状の溝が形成されているサファイヤ基板表面のことを示す。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明を具体的な実施例に基づいて詳細に説明する。なお、本願明細書において、窒化ガリウム系化合物半導体とは、例えば、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ，ｘ＋ｙ≦１）も含むものとする。ここで、半導体発光素子とは半導体レーザ及び発光ダイオードを含むものとする。
【００３０】
本発明を具体的な実施例に基づいて詳細に説明する。
【００３１】
（実施例１）
図１は、本発明の一実施例によって作製された電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体レーザの断面模式図を示す。
【００３２】
窒化ガリウム系化合物半導体レーザの作製には有機金属化合物気相成長法（以下ＭＯＣＶＤ法）を用い、基板としてＳａｐｐｈｉｒｅ基板、Ｖ族原料としてアンモニアＮＨ3、ＩＩＩ族原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、Ｐ型不純物としてビスシクロペンタデイエニルマグネシウム（Ｃｐ2Ｍｇ）、Ｎ型不純物としてモノシラン（ＳｉＨ4）を用い、キャリヤガスとしてＨ2またはＮ2を用いる。図６の（ａ）から（ｅ）の作製工程模式図をもとに説明する。
【００３３】
Ｓａｐｐｈｉｒｅ基板１上にエッチングにてストライプ状のＶ状と逆Ｖ状の溝１１を形成する。Ｖ状と逆Ｖ状の溝は深さが１０〜１０００Å、幅が５０〜１０００Åとする。好ましいＶ状溝は深さが５００Å、幅が４００Åとし、逆Ｖ状溝の幅は１０００Åとする。Ｖ状と逆Ｖ状の溝１１が形成されている領域の幅は１から３μｍとする（図６（ａ））。
【００３４】
ここで、エッチングには好ましくはドライエッチング法例えば反応性イオンエッチング：ＲＩＥ、反応性イオンビームエッチング：ＲＩＢＥ等を用いる。ここで、エッチングガス種としてＣｌ2を用いた場合、Ｓａｐｐｈｉｒｅのエッチングレートは１９０Å／ｍｉｎとなり、エッチングマスクとしてＳｉＯ2を用いた。
【００３５】
前記Ｓａｐｐｈｉｒｅ基板１をＭＯＣＶＤ装置のサセプタ上に導入し、基板温度１２００℃程度まで昇温し、窒素又は水素雰囲気にさらす。次に、Ｓａｐｐｈｉｒｅ基板１の基板温度を４００〜６５０℃程度まで降温し、Ｓａｐｐｈｉｒｅ基板１にＡｌＮバッファ層０２を約５００Å成長する（図６（ｂ））。
【００３６】
次に、基板温度１０５０℃程度まで昇温しＳｉドープｎ型ＧａＮ層３を０．５〜２μｍ程度成長し、次に、ノンドープＧａＮ層３’を２μｍ程度、ノンドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層４を０．１〜０．３μｍ程度成長する。
【００３７】
ここで、前記サファイヤ基板表面が加工されている領域に形成されたＡｌＮバッファ層２’上のノンドープＧａＮ層３’及びノンドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層４の領域１０のキャリヤ濃度は約５×１０17ｃｍ-3となる。また、前記サファイヤ基板表面が加工されていない領域に形成されたＡｌＮバッファ層２上のノンドープＧａＮ層３’及びノンドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層４の領域１０’のキャリヤ濃度は約２×１０16ｃｍ-3となる。これより高抵抗領域１０’と低抵抗領域１０が形成され、注入された電流は低抵抗領域１０を流れることになり電流狭窄構造が形成される。
【００３８】
次に、基板温度を８００〜８５０℃程度に降温しノンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層５を３０〜８００Å成長する。次に、基板温度を１０５０℃程度まで昇温ＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層６を０．１〜０．３μｍ程度成長し、ＭｇドープＧａＮコンタクト層７を０．５〜１μｍ程度成長する（図６（ｃ））。
【００３９】
次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層７の上にレジストマスク１００を形成し、ｎ型ＧａＮ層３の表面が露出するまでエッチングを行う１１（図６（ｄ））。
【００４０】
次に、ウエハを成長室から取り出し、Ｎ2雰囲気、８００℃、２０分にて熱処理を行いＭｇドープ層をｐ型層に変化させる。
【００４１】
ｎ型ＧａＮ層３の表面にＮ型電極９をｐ型ＧａＮコンタクト層７の表面にＰ型電極８を形成する（図６（ｅ））。
【００４２】
本発明の素子構造を有する電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体レーザの動作電圧は３〜４Ｖ、発振開始電流は６０〜７０ｍＡが得られた。この値は従来の電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体レーザで得られた値の約１／２である。
【００４３】
（実施例２）
図２は、本発明の一実施例によって作製された電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の断面模式図を示す。
【００４４】
図７の（ａ）から（ｅ）の作製工程模式図をもとに説明する。
【００４５】
Ｓａｐｐｈｉｒｅ基板１上にエッチングにてストライプ状のＶ状と逆Ｖ状の溝１１を形成する。Ｖ状と逆Ｖ状の溝は深さが１０〜１０００Å、幅が５０〜１０００Åとする。好ましいＶ状溝は深さが５００Å、幅が３００Åとし、逆Ｖ状溝の幅は２００Åとする。Ｖ状と逆Ｖ状の溝１１が形成されている領域の幅は１から３μｍとする（図７（ａ））。
【００４６】
ここで、エッチングには好ましくはドライエッチング法例えば反応性イオンエッチング：ＲＩＥ、反応性イオンビームエッチング：ＲＩＢＥ等を用いる。ここでは例えば、エッチングガス種としてＣｌ2を用いた場合、Ｓａｐｐｈｉｒｅのエッチングレートは１９０Å／ｍｉｎとなり、例えばエッチングマスクとしてＳｉＯ2を用いた。
【００４７】
前記Ｓａｐｐｈｉｒｅ基板１をＭＯＣＶＤ装置のサセプタ上に導入し、基板温度１２００℃程度まで昇温し、窒素又は水素雰囲気にさらす。次に、Ｓａｐｐｈｉｒｅ基板１の基板温度を４００〜６５０℃程度まで降温し、Ｓａｐｐｈｉｒｅ基板１にＡｌＮバッファ層０２を約５００Å成長する（図７（ｂ））。次に、基板温度１０５０℃程度まで昇温しＳｉドープｎ型ＧａＮ層３を０．５〜２μｍ程度成長し、次に、ノンドープＧａＮ層３’を２μｍ程度、ノンドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層４を０．１〜０．３μｍ程度成長する。
【００４８】
ここで、前記サファイヤ基板表面が加工されている領域に形成されたＡｌＮバッファ層２’上のノンドープＧａＮ層３’及びノンドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層４の領域１０のキャリヤ濃度は約５×１０17ｃｍ-3となる。また、前記サファイヤ基板表面が加工されていない領域に形成されたＡｌＮバッファ層２上のノンドープＧａＮ層３’及びノンドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層４の領域１０’のキャリヤ濃度は約２×１０16ｃｍ-3となる。これより高抵抗領域１０’と低抵抗領域１０が形成され、注入された電流は低抵抗領域１０を流れることになり電流狭窄構造が形成される。
【００４９】
次に、基板温度を８００〜８５０℃程度に降温しノンドープＩｎ0.15Ｇａ0.85Ｎ活性層５を３０〜８００Å成長する。次に、基板温度を１０５０℃程度まで昇温ＭｇドープＡｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層６を０．１〜０．３μｍ程度成長し、ＭｇドープＧａＮコンタクト層７を０．５〜１μｍ程度成長する（図７（ｃ））。
【００５０】
次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層７の上にレジストマスク１００を形成し、ｎ型ＧａＮ層３の表面が露出するまでエッチングを行う１２（図７（ｄ））。
【００５１】
次に、ウエハを成長室から取り出し、Ｎ2雰囲気、８００℃、２０分にて熱処理を行いＭｇドープ層をｐ型層に変化させる。
【００５２】
ｎ型ＧａＮ層３の表面にＮ型電極９をｐ型ＧａＮコンタクト層７の表面にＰ型電極８を形成する（図７（ｅ））。
【００５３】
本発明の素子構造を有する電流阻止型窒化ガリウム系化合物半導体発光素子は従来の発光素子に比較して約２倍の輝度が得られた。
【００５４】
（実施例３）
図３は、本発明の一実施例によって作製された電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の断面模式図を示す。ここで、成長に用いられる材料、成長条件等は実施例１及び実施例２と同じであるため省略する。
【００５５】
実施例３はバッファ層０２上に、ＮＧａＮ層を介さず、ノンドープＧａＮ層３’を成長することが実施例１及び実施例２と違う作製工程である。また、Ｎ型電極９（図示せず）を、ノンドープＧａＮ層３’の領域１０の表面上に形成することにある。
【００５６】
実施例１及び実施例２において形成したＮ型ＧａＮ層３を形成することなく電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体レーザ及び発光素子を提供することができる。
【００５７】
（実施例４）
図４は、本発明の一実施例によって作製された電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の断面模式図を示す。ここで、作製材料及び作製条件等は実施例１及び２と同じであるため省略する。
【００５８】
実施例１及び２との違いは、Ｓａｐｐｈｉｒｅ基板１表面上にエッチングにてストライプ状の凹凸溝１１を形成することにある。凹凸溝は深さが１０〜１０００Å、幅が５０〜２０００Åとする。好ましい凹溝は深さが５００Å、幅が４００Åとし、凸溝の幅は１０００Åとする。凹凸溝１１が形成されている領域の幅は１から３μｍとする。このＳａｐｐｈｉｒｅ基板１表面上に、実施例１及び２で説明した各層を順次積層することにより電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体レーザ及び発光素子を提供することができる。
【００５９】
（実施例５）
図５は、本発明の一実施例によって作製された電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体発光素子の断面模式図を示す。ここで、作製材料及び作製条件等は実施例１及び２と同じであるため省略する。
【００６０】
実施例１及び２との違いは、Ｓａｐｐｈｉｒｅ基板１表面上にエッチングにてストライプ状のＵ状断面と逆Ｕ状断面形状の溝１１を形成することにある。Ｕ状断面と逆Ｕ状断面形状の溝は深さが１０〜１０００Å、幅が５０〜２０００Åとする。好ましいＵ状の溝は深さが５００Å、幅が８００Åとし、逆Ｕ状の溝の幅は５００Åとする。Ｕ状と逆Ｕ状溝１１が形成されている領域の幅は１から３μｍとする。このＳａｐｐｈｉｒｅ基板１表面上に、実施例１及び２で説明した各層を順次積層することにより電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体レーザ及び発光素子を提供することができる。
【００６１】
【発明の効果】
本発明の素子構造によれば、再成長を行うことなく一回の成長にて電流狭窄層を形成できるため、従来に問題となっていた再成長界面での高抵抗化による発光素子の動作電圧の増加を抑えることができ、また再成長技術を必要としないため作製が容易な電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体レーザ及び発光素子を提供することができる。このため、発振開始電流が小さく、動作電圧の低い信頼性の優れた窒化ガリウム系化合物半導体レーザ及び発光素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体レーザの断面模式図を示す。
【図２】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体レーザの断面模式図を示す。
【図３】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体レーザの断面模式図を示す。
【図４】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体レーザの断面模式図を示す。
【図５】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体レーザの断面模式図を示す。
【図６】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体レーザの作製模式図を示す。
【図７】本発明の窒化ガリウム系化合物半導体レーザの作製模式図を示す。
【図８】本発明の作用を説明するための図である。
【図９】従来構造の電流狭窄型窒化ガリウム系化合物半導体レーザの断面模式図を示す。
【図１０】従来構造の電極ストライプ型窒化ガリウム系化合物半導体レーザの断面模式図を示す。
【符号の説明】
１ サファイヤ基板
０２ バッファ層
２ バッファ層（基板表面が加工されていない領域に形成されたバッファ層）
２’ バッファ層（基板表面が加工された領域に形成されたバッファ層）
３ Ｎ型ＧａＮ層
３’ ノンドープＧａＮ層
４ ノンドープＡｌＧａＮクラッド
４’ ノンドープＧａＮ層
５ ノンドープＩｎＧａＮ層
６ Ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
６’ Ｐ型ＧａＮクラッド層
７ Ｐ型ＧａＮコンタクト層
８ Ｐ型電極
９ Ｎ型電極
１０ 低抵抗領域（電流が注入される領域）
１０’ 高抵抗領域
１１ サファイヤ基板表面が加工された領域
１２ Ｎ型ＧａＮ層表面を露出させる工程
１００ エッチング用マスク
２０ ＧａＮ電流狭窄層
３０ ＳｉＯ2絶縁体層
Claims (3)
- 所望領域が凹凸状に加工された基板と、該基板上方に形成されたノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層を備えた窒化ガリウム系化合物半導体レーザであって、
前記ノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層は、前記窒化ガリウム系化合物半導体レーザの活性層より下方に形成されてなり、
前記基板の凹凸状加工領域上方の前記ノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層の抵抗率が前記基板の凹凸状非加工領域上方の前記ノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層の抵抗率よりも低く、
前記基板の凹凸状非加工領域上方の前記ノンドープ窒化ガリウム系化合物半導体層が電流狭窄層として機能し、
前記基板の凹凸の深さが５００〜１０００Åであって、
前記基板の凹凸の幅が２００〜２０００Åであることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体レーザ。 - 前記基板の凹凸の幅が２００〜１０００Åであることを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ。
- 前記基板の凹凸の幅が４００〜２０００Åであることを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ。
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