JPH06164055A - 量子井戸型半導体レーザ - Google Patents
量子井戸型半導体レーザInfo
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- JPH06164055A JPH06164055A JP31477092A JP31477092A JPH06164055A JP H06164055 A JPH06164055 A JP H06164055A JP 31477092 A JP31477092 A JP 31477092A JP 31477092 A JP31477092 A JP 31477092A JP H06164055 A JPH06164055 A JP H06164055A
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- JP
- Japan
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- layer
- semiconductor
- well
- laser
- quantum well
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 窒化物系半導体からなる短波長半導体レーザ
を得る。 【構成】 Ｇａ1-a-b Ｉｎa Ａｌb Ｎ半導体からなる井
戸層１１が、井戸層１１とほぼ格子整合すると共に井戸
層１１よりもバンドギャップが大きなＧａ1-x-yＩｎx
Ａｌy Ｎ半導体からなるバリア層１２で挟まれた量子井
戸を少なくとも一つ有する量子井戸構造を活性層とする
半導体レーザとする。
を得る。 【構成】 Ｇａ1-a-b Ｉｎa Ａｌb Ｎ半導体からなる井
戸層１１が、井戸層１１とほぼ格子整合すると共に井戸
層１１よりもバンドギャップが大きなＧａ1-x-yＩｎx
Ａｌy Ｎ半導体からなるバリア層１２で挟まれた量子井
戸を少なくとも一つ有する量子井戸構造を活性層とする
半導体レーザとする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、紫外域〜緑色という短
波長の光を得ることができる量子井戸型半導体レーザに
関する。
波長の光を得ることができる量子井戸型半導体レーザに
関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子の一つである半導体レーザ
（ＬＤ）は種々開発されており、広い分野において使用
されている。しかし、従来実用化されているのはほとん
どが可視域〜赤外域半導体レーザであり、紫外域〜青色
半導体レーザは未だ実用化されていない。
（ＬＤ）は種々開発されており、広い分野において使用
されている。しかし、従来実用化されているのはほとん
どが可視域〜赤外域半導体レーザであり、紫外域〜青色
半導体レーザは未だ実用化されていない。
【０００３】例えば光ディスク等の光源に用いられるＧ
ａＡｌＡｓ半導体レーザはこの系で最初に実現し、実用
化されている。これは、ＧａＡｓ系材料がＧａＡｌＡｓ
系材料と全組成領域でほぼ格子整合しており、バンドギ
ャップを変えることが容易だからである。しかし、この
半導体レーザの発振波長は７８０ｎｍが中心であり、こ
の系では７００ｎｍ以下の発振波長のレーザの実現は困
難である。
ａＡｌＡｓ半導体レーザはこの系で最初に実現し、実用
化されている。これは、ＧａＡｓ系材料がＧａＡｌＡｓ
系材料と全組成領域でほぼ格子整合しており、バンドギ
ャップを変えることが容易だからである。しかし、この
半導体レーザの発振波長は７８０ｎｍが中心であり、こ
の系では７００ｎｍ以下の発振波長のレーザの実現は困
難である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】紫外域〜青色レーザ
は、特に光ディスクの記録密度を大きくするための光源
として期待されている。紫外域〜青色半導体レーザとし
ては、ＺｎＳｅ，ＺｎＳ，ＧａＮ等のワイドバンドギャ
ップ半導体を使用することが必要であるとされている
が、未だ実用化されたものはない。
は、特に光ディスクの記録密度を大きくするための光源
として期待されている。紫外域〜青色半導体レーザとし
ては、ＺｎＳｅ，ＺｎＳ，ＧａＮ等のワイドバンドギャ
ップ半導体を使用することが必要であるとされている
が、未だ実用化されたものはない。
【０００５】一方、短波長半導体レーザ用の半導体薄膜
として、窒化ガリウム系材料が種々検討されている。し
かし、半導体レーザ用の薄膜としては欠陥が少なく、し
たがって結晶性に優れていることが必要であるが、未だ
満足できる薄膜は形成されていない。また、レーザの積
層構造も開発されていないのが現状である。
として、窒化ガリウム系材料が種々検討されている。し
かし、半導体レーザ用の薄膜としては欠陥が少なく、し
たがって結晶性に優れていることが必要であるが、未だ
満足できる薄膜は形成されていない。また、レーザの積
層構造も開発されていないのが現状である。
【０００６】ところで、窒化ガリウム系材料を用いた短
波長半導体レーザとしては、Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ／Ｇａ
Ｎ／Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ構造において窒素レーザによる
励起により誘導放出が観測されたという報告がある（第
３９回応用物理学会２８ｐ−ＺＰ−１１）。しかし、誘
導放出を起こさせるための投入パワーのしきい値が大き
いので、電流注入による誘導放出を起こさせるのはまだ
難しいというのが現状である。
波長半導体レーザとしては、Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ／Ｇａ
Ｎ／Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ構造において窒素レーザによる
励起により誘導放出が観測されたという報告がある（第
３９回応用物理学会２８ｐ−ＺＰ−１１）。しかし、誘
導放出を起こさせるための投入パワーのしきい値が大き
いので、電流注入による誘導放出を起こさせるのはまだ
難しいというのが現状である。
【０００７】また、量子効果が顕著となる薄さの量子井
戸を活性層とした量子井戸型半導体レーザは、バルク状
態の活性層からなる半導体レーザと比較して、低しきい
値、高効率、高出力などの優れた特性を有しているが、
短波長の光を発振するものが実現できない点ではバルク
結晶系の半導体レーザと同様である。
戸を活性層とした量子井戸型半導体レーザは、バルク状
態の活性層からなる半導体レーザと比較して、低しきい
値、高効率、高出力などの優れた特性を有しているが、
短波長の光を発振するものが実現できない点ではバルク
結晶系の半導体レーザと同様である。
【０００８】本発明はこのような事情に鑑み、紫外域〜
緑色という短波長領域において使用できる半導体レーザ
を提供することを目的とする。
緑色という短波長領域において使用できる半導体レーザ
を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明に係る量子井戸型半導体レーザは、Ｇａ1-a-b Ｉｎa
Ａｌb Ｎ（０≦ａ≦１，０≦ｂ≦０．５）半導体からな
る井戸層をそれぞれ該井戸層とほぼ格子整合すると共に
該井戸層よりもバンドギャップが大きなＧａ1-x-y Ｉｎ
x Ａｌy Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）半導体からなる
バリア層で挟んだ量子井戸を少なくとも一つ有する量子
井戸構造を有し、それぞれ前記バッファ層とほぼ格子整
合すると共に該バリア層よりもバンドギャップが大きく
かつ互いに導電型が異なるＧａ1-p-q Ｉｎp Ａｌq Ｎ
（０≦ｐ≦１，０≦ｑ≦１）半導体からなる二つのクラ
ッド層で前記量子井戸構造を挟んだサンドイッチ構造を
具備することを特徴とする。
明に係る量子井戸型半導体レーザは、Ｇａ1-a-b Ｉｎa
Ａｌb Ｎ（０≦ａ≦１，０≦ｂ≦０．５）半導体からな
る井戸層をそれぞれ該井戸層とほぼ格子整合すると共に
該井戸層よりもバンドギャップが大きなＧａ1-x-y Ｉｎ
x Ａｌy Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）半導体からなる
バリア層で挟んだ量子井戸を少なくとも一つ有する量子
井戸構造を有し、それぞれ前記バッファ層とほぼ格子整
合すると共に該バリア層よりもバンドギャップが大きく
かつ互いに導電型が異なるＧａ1-p-q Ｉｎp Ａｌq Ｎ
（０≦ｐ≦１，０≦ｑ≦１）半導体からなる二つのクラ
ッド層で前記量子井戸構造を挟んだサンドイッチ構造を
具備することを特徴とする。
【００１０】また、前記構成において、Ｇａ1-m-n Ｉｎ
m Ａｌn Ｎ（０≦ｍ≦１，０≦ｎ≦１）半導体にて順次
ｍおよびｎの少なくとも一方を変化させて最終的に組成
Ｇａ1-x-y Ｉｎx Ａｌy Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）
半導体とするような組成傾斜構造を有し、該組成傾斜構
造上に前記サンドイッチ構造が形成されているようにし
てもよい。
m Ａｌn Ｎ（０≦ｍ≦１，０≦ｎ≦１）半導体にて順次
ｍおよびｎの少なくとも一方を変化させて最終的に組成
Ｇａ1-x-y Ｉｎx Ａｌy Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）
半導体とするような組成傾斜構造を有し、該組成傾斜構
造上に前記サンドイッチ構造が形成されているようにし
てもよい。
【００１１】さらに、前記構成において、組成Ｇａ
1-c-d Ｉｎc Ａｌd Ｎ（０≦ｃ≦１，０≦ｄ≦１）と組
成Ｇａ1-x-y Ｉｎx Ａｌy Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦
１）とからなる半導体が交互に積層された歪超格子構造
を有し、該歪超格子構造上に前記サンドイッチ構造が形
成されているようにしてもよい。
1-c-d Ｉｎc Ａｌd Ｎ（０≦ｃ≦１，０≦ｄ≦１）と組
成Ｇａ1-x-y Ｉｎx Ａｌy Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦
１）とからなる半導体が交互に積層された歪超格子構造
を有し、該歪超格子構造上に前記サンドイッチ構造が形
成されているようにしてもよい。
【００１２】以下、本発明を詳細に説明する。
【００１３】本発明の量子井戸型半導体レーザにおいて
は、必要とするレーザ発振波長によって井戸層の組成を
変えることができる。すなわち、Ｇａ1-a-b Ｉｎa Ａｌ
b Ｎ（０≦ａ≦１，０≦ｂ≦０．５）半導体からなる井
戸層においてａおよびｂの少なくとも一方の値を適当に
選ぶことにより可能となる。本発明の半導体系を用いる
と、ＩｎＮの２．０５ｅＶからＡｌＮの６．２０ｅＶま
でバンドギャップを変えることができるので、発振波長
が橙色から紫外領域までのレーザが実現可能である。し
かし、活性層とクラッド層との格子定数を合せること、
注入キャリアを活性層に閉じ込めるためのバンドギャッ
プ差をとること、現実に電流注入を行うことが可能なバ
ンドギャップの大きさとすることなどを考慮すると、活
性層の半導体のバンドギャップの大きさは、２．３ｅＶ
から５．０Ｖ程度と考えられる。したがって、本発明の
半導体レーザ発振波長は５４０ｎｍ（緑）から２５０ｎ
ｍ（紫外）程度となる。
は、必要とするレーザ発振波長によって井戸層の組成を
変えることができる。すなわち、Ｇａ1-a-b Ｉｎa Ａｌ
b Ｎ（０≦ａ≦１，０≦ｂ≦０．５）半導体からなる井
戸層においてａおよびｂの少なくとも一方の値を適当に
選ぶことにより可能となる。本発明の半導体系を用いる
と、ＩｎＮの２．０５ｅＶからＡｌＮの６．２０ｅＶま
でバンドギャップを変えることができるので、発振波長
が橙色から紫外領域までのレーザが実現可能である。し
かし、活性層とクラッド層との格子定数を合せること、
注入キャリアを活性層に閉じ込めるためのバンドギャッ
プ差をとること、現実に電流注入を行うことが可能なバ
ンドギャップの大きさとすることなどを考慮すると、活
性層の半導体のバンドギャップの大きさは、２．３ｅＶ
から５．０Ｖ程度と考えられる。したがって、本発明の
半導体レーザ発振波長は５４０ｎｍ（緑）から２５０ｎ
ｍ（紫外）程度となる。
【００１４】本発明の半導体レーザの井戸層の厚さは、
１０〜３００オングストロームの範囲にあることが好ま
しい。１０オングストローム未満では、光が井戸層内に
ほとんど閉じ込められないために発振しきい値電流密度
が大きくなってしまい、３００オングストロームを超え
ると、光は活性層内に閉じ込めることができるが、発振
しきい値電流密度も大きくなってしまい、共に好ましく
ないからである。したがって、井戸層の厚さは１０〜３
００オングスロームの範囲にあることが好ましく、特に
３０〜２００オングストロームの範囲にあるのが好まし
い。また、井戸層はｎ型，ｉ型あるいはｐ型のどちらの
導電型でもよい。
１０〜３００オングストロームの範囲にあることが好ま
しい。１０オングストローム未満では、光が井戸層内に
ほとんど閉じ込められないために発振しきい値電流密度
が大きくなってしまい、３００オングストロームを超え
ると、光は活性層内に閉じ込めることができるが、発振
しきい値電流密度も大きくなってしまい、共に好ましく
ないからである。したがって、井戸層の厚さは１０〜３
００オングスロームの範囲にあることが好ましく、特に
３０〜２００オングストロームの範囲にあるのが好まし
い。また、井戸層はｎ型，ｉ型あるいはｐ型のどちらの
導電型でもよい。
【００１５】本発明の半導体レーザにおいては、井戸層
と格子定数がほぼ等しく、かつバンドギャップが大きく
屈折率が小さいＧａ1-x-y Ｉｎx Ａｌy Ｎ（０≦ｘ≦
１，０≦ｙ≦１）半導体からなる二つのバリア層で井戸
層を挟んで量子井戸を構成している。本発明では、四元
系混晶からなる井戸層およびバリア層で量子井戸を形成
しているので、両者の格子定数をほぼ等しくしかつ注入
キャリアを井戸層に閉じ込めるためのバンドギャップ差
をとることが可能となる。
と格子定数がほぼ等しく、かつバンドギャップが大きく
屈折率が小さいＧａ1-x-y Ｉｎx Ａｌy Ｎ（０≦ｘ≦
１，０≦ｙ≦１）半導体からなる二つのバリア層で井戸
層を挟んで量子井戸を構成している。本発明では、四元
系混晶からなる井戸層およびバリア層で量子井戸を形成
しているので、両者の格子定数をほぼ等しくしかつ注入
キャリアを井戸層に閉じ込めるためのバンドギャップ差
をとることが可能となる。
【００１６】かかる構造の格子整合に関して言えば、本
発明の構造では例えばｃ軸の格子定数はＡｌＮの４．９
８０オングストロームからＩｎＮの５．７０３オングス
トロームまで変化させることができる。ＡｌＧａＮ，Ｇ
ａＩｎＮやＡｌＩｎＮのような三元系混晶では、格子定
数は制御することができるが、この場合にはバリア層と
井戸層で所望のバンドギャップの値をとることができな
い。しかし、ＧａＩｎＡｌＮのような四元系混晶を用い
ると、三元系混晶のみではできなかった井戸層とバリア
層との格子整合および両者のバンドギャップの差を０．
３ｅＶ以上にするという条件を同時に満足させることが
可能となる。
発明の構造では例えばｃ軸の格子定数はＡｌＮの４．９
８０オングストロームからＩｎＮの５．７０３オングス
トロームまで変化させることができる。ＡｌＧａＮ，Ｇ
ａＩｎＮやＡｌＩｎＮのような三元系混晶では、格子定
数は制御することができるが、この場合にはバリア層と
井戸層で所望のバンドギャップの値をとることができな
い。しかし、ＧａＩｎＡｌＮのような四元系混晶を用い
ると、三元系混晶のみではできなかった井戸層とバリア
層との格子整合および両者のバンドギャップの差を０．
３ｅＶ以上にするという条件を同時に満足させることが
可能となる。
【００１７】したがって、本発明の半導体レーザを構成
する場合、まず必要とするレーザ発振波長に対する井戸
層の組成を決定する。そして、これにより井戸層と所定
のバンドギャップを有する組成がわかるので、その所定
のバンドギャップを有する組成の中から、井戸層と格子
整合する組成を選べばよい。
する場合、まず必要とするレーザ発振波長に対する井戸
層の組成を決定する。そして、これにより井戸層と所定
のバンドギャップを有する組成がわかるので、その所定
のバンドギャップを有する組成の中から、井戸層と格子
整合する組成を選べばよい。
【００１８】ここで、井戸層とバリア層との格子定数差
は小さければ小さいほどよく、その数値は好ましくは１
％以下、さらに好ましくは０．５％以下とするのがよ
い。格子定数差が大きくなると、井戸層にディスロケー
ション等の結晶欠陥が発生し易くなり、レーザの寿命が
短くなるので好ましくない。さらに、注入するキャリア
を効率よく井戸層中に閉じ込めるためには、井戸層のバ
ンドギャップをバリア層のバンドギャップより０．３ｅ
Ｖ以上小さくするのが好ましい。なお、バリア層の膜厚
は、電子を閉じ込めるために十分な膜厚であればよく、
その厚さとしては１０〜５００オングストローム、好ま
しくは３０〜３００オングストロームであればよい。
は小さければ小さいほどよく、その数値は好ましくは１
％以下、さらに好ましくは０．５％以下とするのがよ
い。格子定数差が大きくなると、井戸層にディスロケー
ション等の結晶欠陥が発生し易くなり、レーザの寿命が
短くなるので好ましくない。さらに、注入するキャリア
を効率よく井戸層中に閉じ込めるためには、井戸層のバ
ンドギャップをバリア層のバンドギャップより０．３ｅ
Ｖ以上小さくするのが好ましい。なお、バリア層の膜厚
は、電子を閉じ込めるために十分な膜厚であればよく、
その厚さとしては１０〜５００オングストローム、好ま
しくは３０〜３００オングストロームであればよい。
【００１９】本発明においては、井戸層およびバリア層
の厚さは各々が同じであっても、または相互に異なって
いてもよい。また、これらにより形成される量子井戸の
数は一つでも複数であってもよく、特に量子井戸層を複
数有する多重井戸構造とすれば高い発光効率を得る上で
好ましいものとなる。
の厚さは各々が同じであっても、または相互に異なって
いてもよい。また、これらにより形成される量子井戸の
数は一つでも複数であってもよく、特に量子井戸層を複
数有する多重井戸構造とすれば高い発光効率を得る上で
好ましいものとなる。
【００２０】ここで、量子井戸構造からなる活性層を挟
んでサンドイッチ構造を形成するＧａ1-p-q Ｉｎp Ａｌ
q Ｎ（０≦ｐ≦１，０≦ｑ≦１）半導体からなるクラッ
ド層は、活性層と格子整合する組成を選び、かつそれぞ
れｎ型とｐ型への導電型の制御、およびキャリア密度の
制御を行って形成する必要がある。すなわち、活性層と
クラッド層との格子定数差は小さければ小さいほどよ
く、その数値は好ましくは１％以下、さらに好ましくは
０．５％以下とするのがよい。格子定数差が大きくなる
と、活性層やクラッド層にディスロケーション等の結晶
欠陥が発生しやすくなり、レーザの寿命が短かくなるの
で好ましくない。また、活性層内に光を効率よく閉じこ
めるために、クラッド層の厚さは０．５〜５μｍ，好ま
しくは１〜３μｍあればよい。導電型の制御はＧａ
1-p-q Ｉｎp Ａｌq Ｎ（０≦ｐ≦１，０≦ｑ≦１）半導
体を作製するときに不純物をドーピングして、ｐ型ある
いはｎ型制御、およびキャリア密度制御を行うようにす
る。ｐ型ドーピングの不純物の例としてはＭｇ，Ｃａ，
Ｓｒ，Ｚｎ，Ｂｅ，Ｃｄ，Ｈｇ，Ｌｉ等があり、ｎ型ド
ーピングの不純物の例としてはＳｉ，Ｇｅ，Ｃ，Ｓｎ，
Ｓｅ，Ｔｅ等がある。これらのドーパントの種類および
ドーピング量を変えることによってキャリアの種類やキ
ャリア密度を変えることができる。この場合、ｎ型ある
いはｐ型層の作製時にドーパントを２種類同時にドーピ
ングしてもよいし、イオン化した状態でドーピングした
り、電子線を照射しながらドーピングすることもドーパ
ントの活性化率を上げるということで好ましいものとな
る。さらに、レーザ構造の積層薄膜の作製後に所定の温
度で加熱処理したり、荷電ビーム照射処理を行うことも
ドーパントの活性化率を上げるということで好ましいも
のとなる。
んでサンドイッチ構造を形成するＧａ1-p-q Ｉｎp Ａｌ
q Ｎ（０≦ｐ≦１，０≦ｑ≦１）半導体からなるクラッ
ド層は、活性層と格子整合する組成を選び、かつそれぞ
れｎ型とｐ型への導電型の制御、およびキャリア密度の
制御を行って形成する必要がある。すなわち、活性層と
クラッド層との格子定数差は小さければ小さいほどよ
く、その数値は好ましくは１％以下、さらに好ましくは
０．５％以下とするのがよい。格子定数差が大きくなる
と、活性層やクラッド層にディスロケーション等の結晶
欠陥が発生しやすくなり、レーザの寿命が短かくなるの
で好ましくない。また、活性層内に光を効率よく閉じこ
めるために、クラッド層の厚さは０．５〜５μｍ，好ま
しくは１〜３μｍあればよい。導電型の制御はＧａ
1-p-q Ｉｎp Ａｌq Ｎ（０≦ｐ≦１，０≦ｑ≦１）半導
体を作製するときに不純物をドーピングして、ｐ型ある
いはｎ型制御、およびキャリア密度制御を行うようにす
る。ｐ型ドーピングの不純物の例としてはＭｇ，Ｃａ，
Ｓｒ，Ｚｎ，Ｂｅ，Ｃｄ，Ｈｇ，Ｌｉ等があり、ｎ型ド
ーピングの不純物の例としてはＳｉ，Ｇｅ，Ｃ，Ｓｎ，
Ｓｅ，Ｔｅ等がある。これらのドーパントの種類および
ドーピング量を変えることによってキャリアの種類やキ
ャリア密度を変えることができる。この場合、ｎ型ある
いはｐ型層の作製時にドーパントを２種類同時にドーピ
ングしてもよいし、イオン化した状態でドーピングした
り、電子線を照射しながらドーピングすることもドーパ
ントの活性化率を上げるということで好ましいものとな
る。さらに、レーザ構造の積層薄膜の作製後に所定の温
度で加熱処理したり、荷電ビーム照射処理を行うことも
ドーパントの活性化率を上げるということで好ましいも
のとなる。
【００２１】量子井戸構造からなる活性層をクラッド層
で挟んだサンドイッチ構造は、基板の上に直接にクラッ
ド層を形成し、次いで活性層およびクラッド層を順次形
成することにより作製することができる。また、基板上
にバッファ層や高配向性の窒化物系半導体層を形成した
後に、その上に活性層をクラッド層で挟んだサンドイッ
チ構造を作製することも可能である。
で挟んだサンドイッチ構造は、基板の上に直接にクラッ
ド層を形成し、次いで活性層およびクラッド層を順次形
成することにより作製することができる。また、基板上
にバッファ層や高配向性の窒化物系半導体層を形成した
後に、その上に活性層をクラッド層で挟んだサンドイッ
チ構造を作製することも可能である。
【００２２】さらに、本発明においては、基板上に直接
あるいはバッファ層や高配向性の窒化物系半導体層を形
成した上に、Ｇａ1-m-n Ｉｎm Ａｌn Ｎ（０≦ｍ≦１，
０≦ｎ≦１）からなりかつ最終的な組成がＧａ1-x-y Ｉ
ｎx Ａｌy Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）となるような
組成傾斜構造を形成し、この上に前記サンドイッチ構造
を形成すると、特性の優れた半導体レーザを得るうえで
好ましい。この組成傾斜構造は、該Ｇａ1-m-n Ｉｎm Ａ
ｌn Ｎ（０≦ｍ≦１，０≦ｎ≦１）の組成を基板側から
順次ｍおよびｎの少なくとも一方の値を変化させて下部
クラッド層とほぼ格子整合する格子定数を有する組成ま
で変化させたものである。このように組成を変化してい
くことによって、格子定数が変化しているが、格子定数
が小さくなっていく場合にはこの上に形成される膜厚に
は引張応力が働き、格子定数が大きくなっていく場合に
は、この上に形成される薄膜には圧縮応力が働く。な
お、どちらの傾斜構造を用いるかは、どちらが発光層に
作用するこのような応力を小さくできるかによって決め
ればよい。また、このような組成傾斜構造層は、適当な
厚さのＧａ1-x-y Ｉｎx Ａｌy Ｎ層を順次組成を変化さ
せて重ねたような構造としてもよいし、連続的にＧａ
1-x-y Ｉｎx Ａｌy Ｎ層の組成を変化させた構造として
もよいし、あるいは両方を組み合わせたような構造とし
てもよい。
あるいはバッファ層や高配向性の窒化物系半導体層を形
成した上に、Ｇａ1-m-n Ｉｎm Ａｌn Ｎ（０≦ｍ≦１，
０≦ｎ≦１）からなりかつ最終的な組成がＧａ1-x-y Ｉ
ｎx Ａｌy Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）となるような
組成傾斜構造を形成し、この上に前記サンドイッチ構造
を形成すると、特性の優れた半導体レーザを得るうえで
好ましい。この組成傾斜構造は、該Ｇａ1-m-n Ｉｎm Ａ
ｌn Ｎ（０≦ｍ≦１，０≦ｎ≦１）の組成を基板側から
順次ｍおよびｎの少なくとも一方の値を変化させて下部
クラッド層とほぼ格子整合する格子定数を有する組成ま
で変化させたものである。このように組成を変化してい
くことによって、格子定数が変化しているが、格子定数
が小さくなっていく場合にはこの上に形成される膜厚に
は引張応力が働き、格子定数が大きくなっていく場合に
は、この上に形成される薄膜には圧縮応力が働く。な
お、どちらの傾斜構造を用いるかは、どちらが発光層に
作用するこのような応力を小さくできるかによって決め
ればよい。また、このような組成傾斜構造層は、適当な
厚さのＧａ1-x-y Ｉｎx Ａｌy Ｎ層を順次組成を変化さ
せて重ねたような構造としてもよいし、連続的にＧａ
1-x-y Ｉｎx Ａｌy Ｎ層の組成を変化させた構造として
もよいし、あるいは両方を組み合わせたような構造とし
てもよい。
【００２３】本発明のような組成傾斜構造とすることに
よって、活性層に作用する応力を小さくすることがで
き、また、格子の整合性を保持した薄膜成長が可能とな
るために、欠陥の少ない結晶性の良好な窒化物系薄膜を
成長させることができる。したがって、半導体レーザの
出力を大きくしたり、耐久性を増すことができる等の効
果を得ることができる。この組成傾斜構造層の厚さとし
ては５０〜２００００オングストロームであることが好
ましい。５０オングストロームより小さい場合には効果
はほとんど見られず、一方、２００００オングストロー
ムより大きい場合には効果は変わらないにもかかわらず
薄膜成長に時間がかかりすぎる等の問題が生ずるので共
に好ましくないからである。
よって、活性層に作用する応力を小さくすることがで
き、また、格子の整合性を保持した薄膜成長が可能とな
るために、欠陥の少ない結晶性の良好な窒化物系薄膜を
成長させることができる。したがって、半導体レーザの
出力を大きくしたり、耐久性を増すことができる等の効
果を得ることができる。この組成傾斜構造層の厚さとし
ては５０〜２００００オングストロームであることが好
ましい。５０オングストロームより小さい場合には効果
はほとんど見られず、一方、２００００オングストロー
ムより大きい場合には効果は変わらないにもかかわらず
薄膜成長に時間がかかりすぎる等の問題が生ずるので共
に好ましくないからである。
【００２４】さらに、本発明においては、基板上に直接
あるいはバッファ層や高配向性の窒化物系半導体層を形
成した上に、組成Ｇａ1-c-d Ｉｎc Ａｌd Ｎ（０≦ｃ≦
１，０≦ｄ≦１）と組成Ｇａ1-x-y Ｉｎx Ａｌy Ｎ（０
≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）からなる半導体が交互に積層さ
れた歪超格子構造を形成し、この上に前記サンドイッチ
構造を形成することも特性の優れた半導体レーザを得る
うえで好ましい。この歪超格子構造においては、交互に
積層する組成Ｇａ1-c-d Ｉｎc Ａｌd Ｎ（０≦ｃ≦１，
０≦ｄ≦１）と組成Ｇａ1-x-y Ｉｎx Ａｌy Ｎ（０≦ｘ
≦１，０≦ｙ≦１）とからなる各半導体薄膜の厚さは、
１０から３００オングストロームの範囲であることが好
ましく、また、それぞれの層の厚さは同じでなくてもよ
い。各層の厚さが１０オングストローム未満、あるいは
３００オングストロームを超えた場合には、歪超格子の
効果が現れ難いからである。このような歪超格子構造の
交互積層の数は特に限定されないが、１つ以上であれば
よく、必要とする活性層の組成やクラッド層の組成や厚
さに応じて変えればよい。
あるいはバッファ層や高配向性の窒化物系半導体層を形
成した上に、組成Ｇａ1-c-d Ｉｎc Ａｌd Ｎ（０≦ｃ≦
１，０≦ｄ≦１）と組成Ｇａ1-x-y Ｉｎx Ａｌy Ｎ（０
≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）からなる半導体が交互に積層さ
れた歪超格子構造を形成し、この上に前記サンドイッチ
構造を形成することも特性の優れた半導体レーザを得る
うえで好ましい。この歪超格子構造においては、交互に
積層する組成Ｇａ1-c-d Ｉｎc Ａｌd Ｎ（０≦ｃ≦１，
０≦ｄ≦１）と組成Ｇａ1-x-y Ｉｎx Ａｌy Ｎ（０≦ｘ
≦１，０≦ｙ≦１）とからなる各半導体薄膜の厚さは、
１０から３００オングストロームの範囲であることが好
ましく、また、それぞれの層の厚さは同じでなくてもよ
い。各層の厚さが１０オングストローム未満、あるいは
３００オングストロームを超えた場合には、歪超格子の
効果が現れ難いからである。このような歪超格子構造の
交互積層の数は特に限定されないが、１つ以上であれば
よく、必要とする活性層の組成やクラッド層の組成や厚
さに応じて変えればよい。
【００２５】また、本発明においては、基板としては一
般的に用いられるガラス，多結晶基板、あるいは単結晶
基板を用いることができる。この例としては、石英ガラ
ス，高ケイ酸ガラス等のガラスや、ＧａＡｓ，ＩｎＡ
ｓ，ＩｎＰのようなＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、ＺｎＳ
ｅのようなＩＩ−ＶＩ族化合物半導体、ＳｉやＧｅのよ
うな半導体基板、ＳｉＣ，ＡｌＮ，ＺｎＯ，ＭｇＯ，サ
ファイヤ（Ａｌ2 Ｏ3 ），石英（ＳｉＯ2 ），ＴｉＯ
2 ，ＺｒＯ2 ，ＳｒＴｉＯ3 ，ＬａＡｌＯ3 ，ＣａＦ2
等の単結晶基板を挙げることができる。
般的に用いられるガラス，多結晶基板、あるいは単結晶
基板を用いることができる。この例としては、石英ガラ
ス，高ケイ酸ガラス等のガラスや、ＧａＡｓ，ＩｎＡ
ｓ，ＩｎＰのようなＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、ＺｎＳ
ｅのようなＩＩ−ＶＩ族化合物半導体、ＳｉやＧｅのよ
うな半導体基板、ＳｉＣ，ＡｌＮ，ＺｎＯ，ＭｇＯ，サ
ファイヤ（Ａｌ2 Ｏ3 ），石英（ＳｉＯ2 ），ＴｉＯ
2 ，ＺｒＯ2 ，ＳｒＴｉＯ3 ，ＬａＡｌＯ3 ，ＣａＦ2
等の単結晶基板を挙げることができる。
【００２６】この中で、前述したような単結晶基板にお
いて、基板上に直接形成する窒化物系半導体の少なくと
も一つの格子定数の整数倍が、単結晶基板の格子定数の
整数倍と５％以下、好ましくは２％以下のミスマッチと
なるような表面を出した単結晶基板を用いることが好ま
しい。このような表面を有する基板を得る方法として
は、単結晶基板の適当な面を基準として、これから所望
の角度だけ傾いた面が出るように結晶を成長させるか、
結晶成長した後にカッティング・研磨する方法を挙げる
ことができる。さらに、一般的に用いられるガラス，多
結晶基板あるいは単結晶基板の上に単結晶あるいは高配
向性の薄膜を形成して、窒化物系半導体の格子定数の整
数倍が、該薄膜の格子定数の整数倍と５％以下のミスマ
ッチとなるようにし、この上に目的とする窒化物系半導
体を成長するようにしてもよい。
いて、基板上に直接形成する窒化物系半導体の少なくと
も一つの格子定数の整数倍が、単結晶基板の格子定数の
整数倍と５％以下、好ましくは２％以下のミスマッチと
なるような表面を出した単結晶基板を用いることが好ま
しい。このような表面を有する基板を得る方法として
は、単結晶基板の適当な面を基準として、これから所望
の角度だけ傾いた面が出るように結晶を成長させるか、
結晶成長した後にカッティング・研磨する方法を挙げる
ことができる。さらに、一般的に用いられるガラス，多
結晶基板あるいは単結晶基板の上に単結晶あるいは高配
向性の薄膜を形成して、窒化物系半導体の格子定数の整
数倍が、該薄膜の格子定数の整数倍と５％以下のミスマ
ッチとなるようにし、この上に目的とする窒化物系半導
体を成長するようにしてもよい。
【００２７】本発明において、量子井戸構造からなる活
性層にキャリアを注入するための電極を形成することが
必要である。一方の電極は一方側のクラッド層に直接に
形成せしめてもよいが、電極とクラッド層との接触抵抗
を下げるために、直接接するクラッド層と同じ導電型の
キャップ層を設けることが良好なオーミック特性を得る
うえで好ましいものとなる。キャップ層としては、クラ
ッド層と同じ導電型でキャリア密度がそれより大きな窒
化物系半導体を用いればよい。このキャップ層の膜厚は
特に限定されないが通常は０．２〜１０μｍの範囲であ
ればよい。もう一方の電極は、他方のクラッド層と直接
接触させるか、前述の高配向性窒化物系薄膜あるいは組
成傾斜構造層や歪超格子層と接触させるかして設ければ
よい。電極材料としては、ｎ型の窒化物系半導体層には
仕事関数の比較的小さなＡｌ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ａｌ−Ｉｎ
合金，Ａｌ−Ｓｎ合金，Ｉｎ−Ｓｎ合金，Ａｌ−Ｉｎ−
Ｓｎ合金等を用いることができ、ｐ型の窒化物系半導体
層には仕事関数の大きなＡｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈやこれ
らを主とした合金を用いることができる。これらの電極
にＮｉ，Ｗ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ等の金属を積層して電極
の耐熱性、耐ボンディング性の向上やワイヤーボンディ
ング性を向上させることもできる。
性層にキャリアを注入するための電極を形成することが
必要である。一方の電極は一方側のクラッド層に直接に
形成せしめてもよいが、電極とクラッド層との接触抵抗
を下げるために、直接接するクラッド層と同じ導電型の
キャップ層を設けることが良好なオーミック特性を得る
うえで好ましいものとなる。キャップ層としては、クラ
ッド層と同じ導電型でキャリア密度がそれより大きな窒
化物系半導体を用いればよい。このキャップ層の膜厚は
特に限定されないが通常は０．２〜１０μｍの範囲であ
ればよい。もう一方の電極は、他方のクラッド層と直接
接触させるか、前述の高配向性窒化物系薄膜あるいは組
成傾斜構造層や歪超格子層と接触させるかして設ければ
よい。電極材料としては、ｎ型の窒化物系半導体層には
仕事関数の比較的小さなＡｌ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ａｌ−Ｉｎ
合金，Ａｌ−Ｓｎ合金，Ｉｎ−Ｓｎ合金，Ａｌ−Ｉｎ−
Ｓｎ合金等を用いることができ、ｐ型の窒化物系半導体
層には仕事関数の大きなＡｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈやこれ
らを主とした合金を用いることができる。これらの電極
にＮｉ，Ｗ，Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ等の金属を積層して電極
の耐熱性、耐ボンディング性の向上やワイヤーボンディ
ング性を向上させることもできる。
【００２８】また、レーザとして光の帰還作用を維持す
るために共振器を形成することが必要である。このため
には、例えばレーザ構造を形成した基板をへき開して、
その端面を反射面として用いればよく、さらに、端面を
保護したり、高出力のレーザを得るために、一方の端面
の高反射率化と他方の端面のレーザ光を取り出すための
低反射率化を行うことが好ましい。この高反射率化や低
反射率化は、誘電体多層膜をコーティングすることによ
って行うことができ、材料としては、ａ−Ｓｉ，ＳｉＯ
2 ，Ｓｉ3 Ｎ4 ，Ａｌ2 Ｏ3 ，ＴｉＯ2 ，Ｔａ2 Ｏ5 ，
ＺｎＯ等がある。すなわち、反射率の異なる２種類の材
料を４分の１波長の厚さで交互に積層することにより反
射率を変化させるものであり、これによりレーザの寿命
を長くすることができ、高出力化も可能となる。
るために共振器を形成することが必要である。このため
には、例えばレーザ構造を形成した基板をへき開して、
その端面を反射面として用いればよく、さらに、端面を
保護したり、高出力のレーザを得るために、一方の端面
の高反射率化と他方の端面のレーザ光を取り出すための
低反射率化を行うことが好ましい。この高反射率化や低
反射率化は、誘電体多層膜をコーティングすることによ
って行うことができ、材料としては、ａ−Ｓｉ，ＳｉＯ
2 ，Ｓｉ3 Ｎ4 ，Ａｌ2 Ｏ3 ，ＴｉＯ2 ，Ｔａ2 Ｏ5 ，
ＺｎＯ等がある。すなわち、反射率の異なる２種類の材
料を４分の１波長の厚さで交互に積層することにより反
射率を変化させるものであり、これによりレーザの寿命
を長くすることができ、高出力化も可能となる。
【００２９】本発明の量子井戸型半導体レーザの構造の
例としては、図１に示すような単一量子井戸構造、図２
は示すような多重量子井戸構造を挙げることができる。
図１，図２において、１は基板、２は組成傾斜構造層、
３は下部クラッド層（ｎ型Ｇａ1-p-q Ｉｎp Ａｌq Ｎ；
０≦ｐ≦１，０≦ｑ≦１）、４は単一量子井戸構造、５
は上部クラッド層（ｐ型Ｇａ1-p-q Ｉｎp Ａｌq Ｎ；０
≦ｐ≦１，０≦ｑ≦１）、６はパッシベーション層、
７，８は電極、９は高配向性窒化物系半導体層、１０は
多重量子井戸構造である。
例としては、図１に示すような単一量子井戸構造、図２
は示すような多重量子井戸構造を挙げることができる。
図１，図２において、１は基板、２は組成傾斜構造層、
３は下部クラッド層（ｎ型Ｇａ1-p-q Ｉｎp Ａｌq Ｎ；
０≦ｐ≦１，０≦ｑ≦１）、４は単一量子井戸構造、５
は上部クラッド層（ｐ型Ｇａ1-p-q Ｉｎp Ａｌq Ｎ；０
≦ｐ≦１，０≦ｑ≦１）、６はパッシベーション層、
７，８は電極、９は高配向性窒化物系半導体層、１０は
多重量子井戸構造である。
【００３０】また、本発明においては必要に応じて、レ
ーザチップをヒート・シンクに接着して冷却したり、ペ
ルチェ素子によって冷却することも可能である。
ーザチップをヒート・シンクに接着して冷却したり、ペ
ルチェ素子によって冷却することも可能である。
【００３１】次に、本発明の量子井戸型半導体レーザの
製造方法について説明するが、特にこれに限定されるも
のではない。
製造方法について説明するが、特にこれに限定されるも
のではない。
【００３２】本発明においては、窒化物系半導体からな
る積層構造の作製方法としては、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃ
ａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＭＯＣ
ＶＤ（Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ガスソースＭ
ＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘ
ｙ）法等を用いることができる。なかでも有機化合物を
用いず、高真空中で薄膜成長が可能なガスソースＭＢＥ
法が良質な窒化物系半導体薄膜を作製できるという点で
好ましい。
る積層構造の作製方法としては、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃ
ａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＭＯＣ
ＶＤ（Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ガスソースＭ
ＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘ
ｙ）法等を用いることができる。なかでも有機化合物を
用いず、高真空中で薄膜成長が可能なガスソースＭＢＥ
法が良質な窒化物系半導体薄膜を作製できるという点で
好ましい。
【００３３】以下、ガスソースＭＢＥ法において、窒素
を含有するガス状化合物のガスソースとＧａおよびＩｎ
の固体ソースとを併用することにより、基板上に所望の
ＧａＩｎＡｌＮ系半導体からなる積層構造を作製する方
法について説明する。
を含有するガス状化合物のガスソースとＧａおよびＩｎ
の固体ソースとを併用することにより、基板上に所望の
ＧａＩｎＡｌＮ系半導体からなる積層構造を作製する方
法について説明する。
【００３４】ここで、窒素を含有するガス状化合物とし
ては、アンモニアガス，三フッ化窒素，ヒドラジン，ジ
メチルヒドラジン等を単独で、あるいはアンモニアガ
ス，三フッ化窒素，ヒドラジン，ジメチルヒドラジン等
を主体とする混合ガスを用いることができる。なお、混
合ガスとしては、前述したような化合物を窒素，アルゴ
ンやヘリウム等の不活性ガスで希釈して使用することも
可能である。窒素を含有するガス状化合物の供給量は基
板表面においてＧａ，Ｉｎ，Ａｌ等のＩＩＩ族元素の供
給量より大きくする必要がある。これは、窒素を含有す
るガス状化合物の供給量がＩＩＩ族元素の供給量より小
さくなると、生成する薄膜からの窒素の抜けが大きくな
るため良好な窒化物系半導体混晶薄膜を得ることが困難
となるからである。したがって、窒素を含有するガス状
化合物の供給量は固体ソースより１０倍以上、好ましく
は１００倍以上、さらに好ましくは１０００倍以上にす
るのがよい。窒素を含有するガス状化合物の供給方法と
してはガスセルを用いればよく、これは窒化ボロン，ア
ルミナ，石英，ステンレスなどの管を基板面に開口部を
向けて薄膜成長装置内に設置し、バルブや流量制御装
置、圧力制御装置を接続することにより供給量の制御や
供給の開始・停止を行うことをできるようにしたもので
ある。また、クラッキングガスセルを使用することは、
アンモニアガス，三フッ化窒素，ヒドラジンやジメチル
ヒドラジン等を活性化した状態で基板表面に効率的に供
給するために好ましいものとなる。クラッキングガスセ
ルとは、触媒の存在下においてアンモニアガス，三フッ
化窒素，ヒドラジン，ジメチルヒドラジン等を加熱し、
効率よく活性化せしめるものであって、触媒としてアル
ミナ，シリカ，窒化ホウ素，炭化ケイ素のようなセラミ
ックスを繊維状あるいは多孔質状にして表面積を大きく
することが好ましいものとなる。クラッキングの温度は
触媒の種類やアンモニアガス，三フッ化窒素，ヒドラジ
ン，ジメチルヒドラジン等の供給量等によって変えるこ
とが必要であるが、１００〜６００℃の範囲に設定する
ことが好ましいものとなる。さらに、本発明において
は、プラズマ化することにより活性化した窒素を基板表
面に供給することも可能であり、窒素，アンモニアガ
ス，三フッ化窒素等の窒素含有化合物をプラズマガスセ
ルを通して活性化するのは、結晶性の良好な窒化物系半
導体薄膜を得るうえで好ましい。プラズマガスセルは、
該セルに適当な電極を設けた静電容量型にするか、ある
いは適当なコイルを設けた誘導結合型とすることがで
き、該セルから活性窒素を成長室内に取り出すために
は、該セル内を成長室内の圧力より高くするようにして
圧力差を利用すればよい。
ては、アンモニアガス，三フッ化窒素，ヒドラジン，ジ
メチルヒドラジン等を単独で、あるいはアンモニアガ
ス，三フッ化窒素，ヒドラジン，ジメチルヒドラジン等
を主体とする混合ガスを用いることができる。なお、混
合ガスとしては、前述したような化合物を窒素，アルゴ
ンやヘリウム等の不活性ガスで希釈して使用することも
可能である。窒素を含有するガス状化合物の供給量は基
板表面においてＧａ，Ｉｎ，Ａｌ等のＩＩＩ族元素の供
給量より大きくする必要がある。これは、窒素を含有す
るガス状化合物の供給量がＩＩＩ族元素の供給量より小
さくなると、生成する薄膜からの窒素の抜けが大きくな
るため良好な窒化物系半導体混晶薄膜を得ることが困難
となるからである。したがって、窒素を含有するガス状
化合物の供給量は固体ソースより１０倍以上、好ましく
は１００倍以上、さらに好ましくは１０００倍以上にす
るのがよい。窒素を含有するガス状化合物の供給方法と
してはガスセルを用いればよく、これは窒化ボロン，ア
ルミナ，石英，ステンレスなどの管を基板面に開口部を
向けて薄膜成長装置内に設置し、バルブや流量制御装
置、圧力制御装置を接続することにより供給量の制御や
供給の開始・停止を行うことをできるようにしたもので
ある。また、クラッキングガスセルを使用することは、
アンモニアガス，三フッ化窒素，ヒドラジンやジメチル
ヒドラジン等を活性化した状態で基板表面に効率的に供
給するために好ましいものとなる。クラッキングガスセ
ルとは、触媒の存在下においてアンモニアガス，三フッ
化窒素，ヒドラジン，ジメチルヒドラジン等を加熱し、
効率よく活性化せしめるものであって、触媒としてアル
ミナ，シリカ，窒化ホウ素，炭化ケイ素のようなセラミ
ックスを繊維状あるいは多孔質状にして表面積を大きく
することが好ましいものとなる。クラッキングの温度は
触媒の種類やアンモニアガス，三フッ化窒素，ヒドラジ
ン，ジメチルヒドラジン等の供給量等によって変えるこ
とが必要であるが、１００〜６００℃の範囲に設定する
ことが好ましいものとなる。さらに、本発明において
は、プラズマ化することにより活性化した窒素を基板表
面に供給することも可能であり、窒素，アンモニアガ
ス，三フッ化窒素等の窒素含有化合物をプラズマガスセ
ルを通して活性化するのは、結晶性の良好な窒化物系半
導体薄膜を得るうえで好ましい。プラズマガスセルは、
該セルに適当な電極を設けた静電容量型にするか、ある
いは適当なコイルを設けた誘導結合型とすることがで
き、該セルから活性窒素を成長室内に取り出すために
は、該セル内を成長室内の圧力より高くするようにして
圧力差を利用すればよい。
【００３５】Ｇａ1-m-n Ｉｎm Ａｌn Ｎ（０≦ｍ≦１，
０≦ｎ≦１）半導体からなる組成傾斜構造を作製する方
法としては、例えば、Ｇａの蒸発量を一定にしておき、
ＩｎやＡｌの蒸発量を連続的に変える方法、ＧａとＩｎ
との蒸発量を一定にしておき、Ａｌの蒸発量を連続的に
変える方法を挙げることができるが、必要に応じてこれ
らの方法を組み合わせることも可能である。さらに、厚
さが数十から数百オングストロームの所定の組成からな
るＧａ1-m-n Ｉｎm Ａｌn Ｎ半導体薄膜を、Ｇａ，Ｉｎ
およびＡｌの蒸発量を調節して成長しかつこれを順次組
成を変えて積層することにより作製することも可能であ
り、必要に応じて所望の構造とすればよい。
０≦ｎ≦１）半導体からなる組成傾斜構造を作製する方
法としては、例えば、Ｇａの蒸発量を一定にしておき、
ＩｎやＡｌの蒸発量を連続的に変える方法、ＧａとＩｎ
との蒸発量を一定にしておき、Ａｌの蒸発量を連続的に
変える方法を挙げることができるが、必要に応じてこれ
らの方法を組み合わせることも可能である。さらに、厚
さが数十から数百オングストロームの所定の組成からな
るＧａ1-m-n Ｉｎm Ａｌn Ｎ半導体薄膜を、Ｇａ，Ｉｎ
およびＡｌの蒸発量を調節して成長しかつこれを順次組
成を変えて積層することにより作製することも可能であ
り、必要に応じて所望の構造とすればよい。
【００３６】ガスソースＭＢＥ法によりＧａＩｎＡｌＮ
半導体薄膜を作製するうえで、ＩＩＩ族元素と窒素を含
有するガス状化合物とを同時に基板面に供給したり、Ｉ
ＩＩ族元素と窒素を含有するガス状化合物とを交互に基
板面に供給したり、あるいは薄膜成長時に成長中断して
結晶化を促進したりする方法を行うこともできる。特
に、ＲＨＥＥＤ（Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ Ｈｉｇｈ Ｅ
ｎｅｒｇｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏ
ｎ；反射形高速電子回折）パターンを観察してストリー
クが見えることを確認しながら膜成長を行うのが好まし
い。
半導体薄膜を作製するうえで、ＩＩＩ族元素と窒素を含
有するガス状化合物とを同時に基板面に供給したり、Ｉ
ＩＩ族元素と窒素を含有するガス状化合物とを交互に基
板面に供給したり、あるいは薄膜成長時に成長中断して
結晶化を促進したりする方法を行うこともできる。特
に、ＲＨＥＥＤ（Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ Ｈｉｇｈ Ｅ
ｎｅｒｇｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏ
ｎ；反射形高速電子回折）パターンを観察してストリー
クが見えることを確認しながら膜成長を行うのが好まし
い。
【００３７】以下、一例としてアンモニアガスを用いた
ガスソースＭＢＥ法により作製したＧａＩｎＡｌＮ系半
導体薄膜からなる半導体レーザの製造方法について説明
するが、特にこれに限定されるものではない。
ガスソースＭＢＥ法により作製したＧａＩｎＡｌＮ系半
導体薄膜からなる半導体レーザの製造方法について説明
するが、特にこれに限定されるものではない。
【００３８】装置としては、真空容器内に、蒸発用ルツ
ボ（クヌードセンセル），クラッキングガスセル，基板
加熱ホルダおよび四重極子質量分析器，ＲＨＨＥＤガン
およびＲＨＥＥＤスクリーンを備えたガスソースＭＢＥ
装置を用いた。
ボ（クヌードセンセル），クラッキングガスセル，基板
加熱ホルダおよび四重極子質量分析器，ＲＨＨＥＤガン
およびＲＨＥＥＤスクリーンを備えたガスソースＭＢＥ
装置を用いた。
【００３９】蒸発用ルツボにはＧａ，Ｉｎ，ＡｌのＩＩ
Ｉ族金属を入れ、基板面における供給速度が１０13〜１
０19／ｃｍ2 ・ｓｅｃになる温度に加熱した。窒素を含
有するガス状化合物の導入にはクラッキングガスセルを
用い、アンモニアガスや三フッ化窒素を基板面に直接吹
き付けるように設置した。導入量は基板表面において１
０16〜１０20／ｃｍ2 ・ｓｅｃになるように供給した。
また、他の蒸発用ルツボにはＭｇ，Ｃａ，Ｚｎ，Ｂｅ，
Ｃｄ，Ｓｒ，Ｈｇ，Ｌｉ等のｐ型ドーパントやＳｉ，Ｇ
ｅ，Ｓｎ，Ｃ，Ｓｅ，Ｔｅ等のｎ型ドーパントを入れ、
所定の供給量になるように温度および供給時間を制御す
ることによりドーピングを行う。基板としては、サファ
イアＲ面を使用し、２００〜９００℃に加熱した。
Ｉ族金属を入れ、基板面における供給速度が１０13〜１
０19／ｃｍ2 ・ｓｅｃになる温度に加熱した。窒素を含
有するガス状化合物の導入にはクラッキングガスセルを
用い、アンモニアガスや三フッ化窒素を基板面に直接吹
き付けるように設置した。導入量は基板表面において１
０16〜１０20／ｃｍ2 ・ｓｅｃになるように供給した。
また、他の蒸発用ルツボにはＭｇ，Ｃａ，Ｚｎ，Ｂｅ，
Ｃｄ，Ｓｒ，Ｈｇ，Ｌｉ等のｐ型ドーパントやＳｉ，Ｇ
ｅ，Ｓｎ，Ｃ，Ｓｅ，Ｔｅ等のｎ型ドーパントを入れ、
所定の供給量になるように温度および供給時間を制御す
ることによりドーピングを行う。基板としては、サファ
イアＲ面を使用し、２００〜９００℃に加熱した。
【００４０】まず、基板を真空容器内で９００℃で加熱
した後、所定の成長温度に設定し、ＩＩＩ族金属を入れ
た蒸発用ルツボの温度を所定の温度に設定して０．１〜
３０オングストローム／ｓｅｃの成長速度で１０〜５０
００オングストロームの厚みの高配向性のＧａＩｎＡｌ
Ｎ薄膜を作製する。続いて、該高配向性のＧａＩｎＡｌ
Ｎ薄膜上に膜厚０．５〜５μｍのｎ型単結晶ＧａＩｎＡ
ｌＮ薄膜からなる下部クラッド層を、続いて膜厚０．０
５〜３μｍの下部クラッド層と格子整合する単結晶Ｇａ
ＩｎＡｌＮ混晶薄膜を、さらに膜厚０．５〜５μｍのｐ
型単結晶ＧａＩｎＡｌＮ薄膜からなる上部クラッド層を
形成し、レーザ用の積層薄膜を作製した。
した後、所定の成長温度に設定し、ＩＩＩ族金属を入れ
た蒸発用ルツボの温度を所定の温度に設定して０．１〜
３０オングストローム／ｓｅｃの成長速度で１０〜５０
００オングストロームの厚みの高配向性のＧａＩｎＡｌ
Ｎ薄膜を作製する。続いて、該高配向性のＧａＩｎＡｌ
Ｎ薄膜上に膜厚０．５〜５μｍのｎ型単結晶ＧａＩｎＡ
ｌＮ薄膜からなる下部クラッド層を、続いて膜厚０．０
５〜３μｍの下部クラッド層と格子整合する単結晶Ｇａ
ＩｎＡｌＮ混晶薄膜を、さらに膜厚０．５〜５μｍのｐ
型単結晶ＧａＩｎＡｌＮ薄膜からなる上部クラッド層を
形成し、レーザ用の積層薄膜を作製した。
【００４１】次いで、該積層薄膜に微細加工プロセスを
適用することにより、素子の形状を決めるとともに電圧
を印加するための電極を設けた。リソグラフィープロセ
スは通常のフォトレジスト材料を用いる一般的なプロセ
スで行うことができ、エッチング法としてはドライエッ
チング法を用いることが好ましい。ドライエッチング法
としては、イオンミリング，ＥＣＲエッチング，反応性
イオンエッチング，イオンビームアシストエッチング，
集束イオンビームエッチングを用いることができる。特
に本発明においては、全体膜厚が小さいためにこれらの
ドライエッチング法が効率的に適用できる。電圧を印加
するための電極としてはＡｌ，ＩＮ，Ａｌ−Ｓｎ合金，
Ｉｎ−Ｓｎ合金，Ａｌ−Ｉｎ合金，Ａｌ−Ｉｎ−Ｓｎ合
金，酸化スズ，酸化インジウム，酸化スズ−酸化インジ
ウム，酸化亜鉛，縮退したＧａＮやＺｎＳｅ等を用いる
ことができ、ＭＢＥ法、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法
やスパッタ法等により作製することができる。
適用することにより、素子の形状を決めるとともに電圧
を印加するための電極を設けた。リソグラフィープロセ
スは通常のフォトレジスト材料を用いる一般的なプロセ
スで行うことができ、エッチング法としてはドライエッ
チング法を用いることが好ましい。ドライエッチング法
としては、イオンミリング，ＥＣＲエッチング，反応性
イオンエッチング，イオンビームアシストエッチング，
集束イオンビームエッチングを用いることができる。特
に本発明においては、全体膜厚が小さいためにこれらの
ドライエッチング法が効率的に適用できる。電圧を印加
するための電極としてはＡｌ，ＩＮ，Ａｌ−Ｓｎ合金，
Ｉｎ−Ｓｎ合金，Ａｌ−Ｉｎ合金，Ａｌ−Ｉｎ−Ｓｎ合
金，酸化スズ，酸化インジウム，酸化スズ−酸化インジ
ウム，酸化亜鉛，縮退したＧａＮやＺｎＳｅ等を用いる
ことができ、ＭＢＥ法、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法
やスパッタ法等により作製することができる。
【００４２】このような方法により得られたウェハをダ
イシングソー等で切断し、ワイヤーボンダーにより金線
を用いて配線し、半導体レーザを作製する。
イシングソー等で切断し、ワイヤーボンダーにより金線
を用いて配線し、半導体レーザを作製する。
【００４３】
【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説
明する。
明する。
【００４４】（実施例１）アンモニアガスを用いたガス
ソースＭＢＥ法により、サファイア基板上に高配向性Ｇ
ａＩｎＡｌＮ／ＧａＩｎＡｌＮ／量子井戸構造／ＧａＩ
ｎＡｌＮ構造からなる半導体レーザを作製した例につい
て図２および図３を参照しながら説明する。
ソースＭＢＥ法により、サファイア基板上に高配向性Ｇ
ａＩｎＡｌＮ／ＧａＩｎＡｌＮ／量子井戸構造／ＧａＩ
ｎＡｌＮ構造からなる半導体レーザを作製した例につい
て図２および図３を参照しながら説明する。
【００４５】ＩＩＩ族用の蒸発用ルツボには、それぞれ
Ｇａ金属を入れ１０００℃に、Ｉｎ金属を入れ９００℃
に、Ａｌ金属を入れ１１００℃に加熱した。ガスの導入
には内部にアルミナファイバを充填したクラッキングガ
スセルを使用し、４００℃に加熱して、ガスを直接に基
板に吹き付けるようにして５ｃｃ／ｍｉｎの速度で供給
した。また、基板１としては２０ｍｍ角の大きさのサフ
ァイアＲ面をＡ面方向へ９．２度傾けた面を用いた。な
お、真空容器内の圧力は、成膜時において１×１０-6Ｔ
ｏｒｒであった。
Ｇａ金属を入れ１０００℃に、Ｉｎ金属を入れ９００℃
に、Ａｌ金属を入れ１１００℃に加熱した。ガスの導入
には内部にアルミナファイバを充填したクラッキングガ
スセルを使用し、４００℃に加熱して、ガスを直接に基
板に吹き付けるようにして５ｃｃ／ｍｉｎの速度で供給
した。また、基板１としては２０ｍｍ角の大きさのサフ
ァイアＲ面をＡ面方向へ９．２度傾けた面を用いた。な
お、真空容器内の圧力は、成膜時において１×１０-6Ｔ
ｏｒｒであった。
【００４６】まず、基板１を９００℃で３０分間加熱
し、次いで６５０℃の温度に保持し成膜を行う。成膜は
アンモニアガスをクラッキングガスセルから供給しなが
ら、Ｇａ，ＩｎおよびＡｌのシャッタを開け、１．２オ
ングストローム／ｓｅｃの成膜速度で膜厚５０００オン
グストロームの高配向性Ｇａ0.11Ｉｎ0.60Ａｌ0.29Ｎ層
２を形成し、続いてその上に膜厚１００００オングスト
ロームのｎ型単結晶Ｇａ0.11ＩＮ0.60Ａｌ0.29Ｎ組成か
らなる下部クラッド層３を形成する。続いて、膜厚１０
０オングストロームのＧａ0.47Ｉｎ0.53Ｎ組成からなる
井戸層１１と膜厚８０オングストロームのＧａ0.29Ｉｎ
0.60Ａｌ0.11Ｎ組成からなるバリア層１２からなる１０
周期の多重量子井戸構造１０（図３参照）からなる活性
層を形成する。さらに、Ｇａ蒸発用ルツボを１０００
℃、Ｉｎ蒸発用ルツボを９００℃とし、Ａｌ蒸発用ルツ
ボを１１００℃とし、Ｚｎ蒸発用ルツボを２１０℃とし
てＺｎをドーピングした膜厚１００００オングストロー
ムのｐ型単結晶Ｇａ0.11Ｉｎ0.60Ａｌ0.29Ｎ組成からな
る上部クラッド層５を形成してＧａＩｎＡｌＮ／量子井
戸構造／ＧａＩｎＡｌＮ構造を作製する。
し、次いで６５０℃の温度に保持し成膜を行う。成膜は
アンモニアガスをクラッキングガスセルから供給しなが
ら、Ｇａ，ＩｎおよびＡｌのシャッタを開け、１．２オ
ングストローム／ｓｅｃの成膜速度で膜厚５０００オン
グストロームの高配向性Ｇａ0.11Ｉｎ0.60Ａｌ0.29Ｎ層
２を形成し、続いてその上に膜厚１００００オングスト
ロームのｎ型単結晶Ｇａ0.11ＩＮ0.60Ａｌ0.29Ｎ組成か
らなる下部クラッド層３を形成する。続いて、膜厚１０
０オングストロームのＧａ0.47Ｉｎ0.53Ｎ組成からなる
井戸層１１と膜厚８０オングストロームのＧａ0.29Ｉｎ
0.60Ａｌ0.11Ｎ組成からなるバリア層１２からなる１０
周期の多重量子井戸構造１０（図３参照）からなる活性
層を形成する。さらに、Ｇａ蒸発用ルツボを１０００
℃、Ｉｎ蒸発用ルツボを９００℃とし、Ａｌ蒸発用ルツ
ボを１１００℃とし、Ｚｎ蒸発用ルツボを２１０℃とし
てＺｎをドーピングした膜厚１００００オングストロー
ムのｐ型単結晶Ｇａ0.11Ｉｎ0.60Ａｌ0.29Ｎ組成からな
る上部クラッド層５を形成してＧａＩｎＡｌＮ／量子井
戸構造／ＧａＩｎＡｌＮ構造を作製する。
【００４７】次いで、微細加工プロセスを適用すること
により、素子パターンの作製および電極７，８の形成を
行う。リソグラフィープロセスとしては通常のフォトレ
ジスト材料を用いるプロセスにより行うことができ、エ
ッチング法としてはイオンミリング法を採用し、素子パ
ターンの作製および絶縁層の形成を行うことにより電極
パターンの形成を行った。続いて、高配向性Ｇａ0.11Ｉ
ｎ0.60Ａｌ0.29Ｎ層２上にはＡｌからなる電極７を、ｐ
型単結晶Ｇａ0.11Ｉｎ0.60Ａｌ0.29Ｎ組成からなる上部
クラッド層５には幅５μｍのＡｕからなる電極ストライ
プ８をパッシベーション層６を介して真空蒸着法によっ
て形成し、へき開しカットして図２に示すような電極ス
トライプ・レーザを作製した。
により、素子パターンの作製および電極７，８の形成を
行う。リソグラフィープロセスとしては通常のフォトレ
ジスト材料を用いるプロセスにより行うことができ、エ
ッチング法としてはイオンミリング法を採用し、素子パ
ターンの作製および絶縁層の形成を行うことにより電極
パターンの形成を行った。続いて、高配向性Ｇａ0.11Ｉ
ｎ0.60Ａｌ0.29Ｎ層２上にはＡｌからなる電極７を、ｐ
型単結晶Ｇａ0.11Ｉｎ0.60Ａｌ0.29Ｎ組成からなる上部
クラッド層５には幅５μｍのＡｕからなる電極ストライ
プ８をパッシベーション層６を介して真空蒸着法によっ
て形成し、へき開しカットして図２に示すような電極ス
トライプ・レーザを作製した。
【００４８】このレーザの量子井戸構造に窒素レーザに
よる光励起あるいは電流注入による励起を行うことによ
り、液体窒素温度において低しきい値で４７０ｎｍのレ
ーザ発振を確認した。
よる光励起あるいは電流注入による励起を行うことによ
り、液体窒素温度において低しきい値で４７０ｎｍのレ
ーザ発振を確認した。
【００４９】（実施例２）アンモニアガスを用いたガス
ソースＭＢＥ法により、サファイア基板上にＧａＩｎＡ
ｌＮ組成傾斜構造層／ＧａＩｎＡｌＮ／量子井戸構造／
ＧａＩｎＡｌＮ構造からなる半導体レーザを作製した例
について図４を参照しながら説明する。
ソースＭＢＥ法により、サファイア基板上にＧａＩｎＡ
ｌＮ組成傾斜構造層／ＧａＩｎＡｌＮ／量子井戸構造／
ＧａＩｎＡｌＮ構造からなる半導体レーザを作製した例
について図４を参照しながら説明する。
【００５０】ＩＩＩ族用の蒸発用ルツボには、それぞれ
Ｇａ金属を入れ１０２０℃に、Ｉｎ金属を入れ７３０℃
に、Ａｌ金属を入れ１０４０℃に加熱した。ガスの導入
には内部にアルミナファイバを充填したクラッキングガ
スセルを使用し、４００℃に加熱して、ガスを直接に基
板に吹き付けるようにして５ｃｃ／ｍｉｎの速度で供給
した。また、基板１としては２０ｍｍ角の大きさのサフ
ァイアＲ面を用いた。なお、真空容器内の圧力は、成膜
時において１×１０-6Ｔｏｒｒであった。
Ｇａ金属を入れ１０２０℃に、Ｉｎ金属を入れ７３０℃
に、Ａｌ金属を入れ１０４０℃に加熱した。ガスの導入
には内部にアルミナファイバを充填したクラッキングガ
スセルを使用し、４００℃に加熱して、ガスを直接に基
板に吹き付けるようにして５ｃｃ／ｍｉｎの速度で供給
した。また、基板１としては２０ｍｍ角の大きさのサフ
ァイアＲ面を用いた。なお、真空容器内の圧力は、成膜
時において１×１０-6Ｔｏｒｒであった。
【００５１】まず、基板１を９００℃で３０分間加熱
し、次いで６５０℃の温度に保持し成膜を行う。成膜は
アンモニアガスをクラッキングガスセルから供給しなが
ら、まずＧａのシャッタのみを開けて１０秒間保持し、
続いてＩｎ、およびＡｌのシャッタを開け、Ｇａの蒸発
用ルツボの温度は一定速度で下げ、一方ＩｎとＡｌとの
蒸発用ルツボの温度を一定速度で上げながら１．２オン
グストローム／ｓｅｃの成膜速度で膜厚５０００オング
ストロームのＧａＮからＧａ0.11Ｉｎ0.60Ａｌ0.29Ｎと
連続的に組成が変化するような組成傾斜構造層２を形成
する。その上に膜厚１００００オングストロームのｎ型
単結晶Ｇａ0.11Ｉｎ0.60ＡＬ0.29Ｎ組成からなる下部ク
ラッド層３、続いて、膜厚１００オングストロームのＧ
ａ0.47Ｉｎ0.53Ｎ組成からなる井戸層１１と膜厚８０オ
ングストロームのＧａ0.29Ｉｎ0.60Ａｌ0.11Ｎ組成から
なるバリア層１２からなる１０周期の多重量子井戸構造
１０（図３参照）を有する活性層を形成する。Ｚｎをド
ーピングした膜厚１００００オングストロームのｐ型単
結晶Ｇａ0.11Ｉｎ0.60Ａｌ0.29Ｎ組成からなる上部クラ
ッド層５を形成してＧａＩｎＡｌＮ／量子井戸構造／Ｇ
ａＩｎＡｌＮダブルヘテロ構造を作製する。
し、次いで６５０℃の温度に保持し成膜を行う。成膜は
アンモニアガスをクラッキングガスセルから供給しなが
ら、まずＧａのシャッタのみを開けて１０秒間保持し、
続いてＩｎ、およびＡｌのシャッタを開け、Ｇａの蒸発
用ルツボの温度は一定速度で下げ、一方ＩｎとＡｌとの
蒸発用ルツボの温度を一定速度で上げながら１．２オン
グストローム／ｓｅｃの成膜速度で膜厚５０００オング
ストロームのＧａＮからＧａ0.11Ｉｎ0.60Ａｌ0.29Ｎと
連続的に組成が変化するような組成傾斜構造層２を形成
する。その上に膜厚１００００オングストロームのｎ型
単結晶Ｇａ0.11Ｉｎ0.60ＡＬ0.29Ｎ組成からなる下部ク
ラッド層３、続いて、膜厚１００オングストロームのＧ
ａ0.47Ｉｎ0.53Ｎ組成からなる井戸層１１と膜厚８０オ
ングストロームのＧａ0.29Ｉｎ0.60Ａｌ0.11Ｎ組成から
なるバリア層１２からなる１０周期の多重量子井戸構造
１０（図３参照）を有する活性層を形成する。Ｚｎをド
ーピングした膜厚１００００オングストロームのｐ型単
結晶Ｇａ0.11Ｉｎ0.60Ａｌ0.29Ｎ組成からなる上部クラ
ッド層５を形成してＧａＩｎＡｌＮ／量子井戸構造／Ｇ
ａＩｎＡｌＮダブルヘテロ構造を作製する。
【００５２】次いで、微細加工プロセスを適用すること
により、素子パターンの作製および電極７，８の形成を
行う。リソグラフィープロセスとしては通常のフォトレ
ジスト材料を用いるプロセスを採用し、エッチング法と
してはイオンミリング法を採用し、素子パターンの作製
および絶縁層の形成を行い、電極パターンの形成を行っ
た。続いて、組成傾斜構造層２にはＡｌからなる電極
７，ｐ型単結晶Ｇａ0.66Ｉｎ0.07Ａｌ0.27Ｎには幅５μ
ｍのＡｕ電極ストライプ８をパッシベーション層６を介
して真空蒸着法によって形成し、へき開しカットして図
４に示すような量子井戸レーザを作製した。
により、素子パターンの作製および電極７，８の形成を
行う。リソグラフィープロセスとしては通常のフォトレ
ジスト材料を用いるプロセスを採用し、エッチング法と
してはイオンミリング法を採用し、素子パターンの作製
および絶縁層の形成を行い、電極パターンの形成を行っ
た。続いて、組成傾斜構造層２にはＡｌからなる電極
７，ｐ型単結晶Ｇａ0.66Ｉｎ0.07Ａｌ0.27Ｎには幅５μ
ｍのＡｕ電極ストライプ８をパッシベーション層６を介
して真空蒸着法によって形成し、へき開しカットして図
４に示すような量子井戸レーザを作製した。
【００５３】このレーザの量子井戸構造に窒素レーザに
よる光励起あるいは電流注入による励起を行うことによ
り、液体窒素温度において低しきい値で４７０ｎｍのレ
ーザ発振を確認した。
よる光励起あるいは電流注入による励起を行うことによ
り、液体窒素温度において低しきい値で４７０ｎｍのレ
ーザ発振を確認した。
【００５４】（実施例３）アンモニアガスを用いたガス
ソースＭＢＥ法により、サファイア基板上にＧａＩｎＡ
ｌＮ歪超格子構造層／ＧａＩｎＡｌＮ／量子井戸構造／
ＧａＩｎＡｌＮダブルヘテロ構造からなる半導体レーザ
を作製した例について図５を参照しながら説明する。
ソースＭＢＥ法により、サファイア基板上にＧａＩｎＡ
ｌＮ歪超格子構造層／ＧａＩｎＡｌＮ／量子井戸構造／
ＧａＩｎＡｌＮダブルヘテロ構造からなる半導体レーザ
を作製した例について図５を参照しながら説明する。
【００５５】ＩＩＩ族用の蒸発用ルツボには、それぞれ
Ｇａ金属を入れ１０３０℃に、Ｉｎ金属を入れ９３０℃
に、Ａｌ金属を入れ１０３０℃に加熱した。ガスの導入
には内部にアルミナファイバを充填したクラッキングガ
スセルを使用し、４００℃に加熱して、ガスを直接に基
板に吹き付けるようにして５ｃｃ／ｍｉｎの速度で供給
した。また、基板１としては２０ｍｍ角の大きさのサフ
ァイアＲ面をＡ面方向に９．２度傾けた面を基板として
用いた。なお、真空容器内の圧力は、成膜時において１
×１０-6Ｔｏｒｒであった。
Ｇａ金属を入れ１０３０℃に、Ｉｎ金属を入れ９３０℃
に、Ａｌ金属を入れ１０３０℃に加熱した。ガスの導入
には内部にアルミナファイバを充填したクラッキングガ
スセルを使用し、４００℃に加熱して、ガスを直接に基
板に吹き付けるようにして５ｃｃ／ｍｉｎの速度で供給
した。また、基板１としては２０ｍｍ角の大きさのサフ
ァイアＲ面をＡ面方向に９．２度傾けた面を基板として
用いた。なお、真空容器内の圧力は、成膜時において１
×１０-6Ｔｏｒｒであった。
【００５６】まず、基板１を９００℃で３０分間加熱
し、次いで６５０℃の温度に保持し成膜を行う。成膜は
アンモニアガスをクラッキングガスセルから供給しなが
ら、Ｇａ，ＩｎおよびＡｌのシャッタを開ける時間を組
成に合わせて制御しながら、１．２オングストローム／
ｓｅｃの成膜速度でそれぞれ膜厚８０オングストローム
のＧａ0.50Ｉｎ0.20Ａｌ0.30Ｎ層および膜厚８０オング
ストロームのＧａ0.66Ｉｎ0.07Ａｌ0.27Ｎ層を交互に積
層した構造を３０周期形成し、歪超格子構造層１３を形
成する。この上に、Ｇａ，ＩｎおよびＡｌのシャッタを
開けて、厚さ１００００オングストロームのｎ型単結晶
Ｇａ0.66Ｉｎ0.07Ａｌ0.27Ｎ組成からなる下部クラッド
層３、続いて、膜厚１００オングストロームのＧａＮ組
成からなる井戸層１１と膜厚８０オングストロームのＧ
ａ0.35Ｉｎ0.05Ａｌ0.10Ｎ組成からなるバリア層１２か
らなる１０周期の多重量子井戸構造１０（図３参照）を
有する活性層を形成する。さらに、Ｇａ蒸発用ルツボを
１０２０℃、Ｉｎ蒸発用ルツボを７３０℃、Ａｌ蒸発用
ルツボを１０４０℃、Ｚｎ蒸発用ルツボを２１０℃とし
てＺｎをドーピングした膜厚１００００オングストロー
ムのｐ型単結晶Ｇａ0.66Ｉｎ0.07Ａｌ0.27Ｎ組成からな
る上部クラッド層５を形成してＧａＩｎＡｌＮ／量子井
戸構造／ＧａＩｎＡｌＮ構造を作製する。
し、次いで６５０℃の温度に保持し成膜を行う。成膜は
アンモニアガスをクラッキングガスセルから供給しなが
ら、Ｇａ，ＩｎおよびＡｌのシャッタを開ける時間を組
成に合わせて制御しながら、１．２オングストローム／
ｓｅｃの成膜速度でそれぞれ膜厚８０オングストローム
のＧａ0.50Ｉｎ0.20Ａｌ0.30Ｎ層および膜厚８０オング
ストロームのＧａ0.66Ｉｎ0.07Ａｌ0.27Ｎ層を交互に積
層した構造を３０周期形成し、歪超格子構造層１３を形
成する。この上に、Ｇａ，ＩｎおよびＡｌのシャッタを
開けて、厚さ１００００オングストロームのｎ型単結晶
Ｇａ0.66Ｉｎ0.07Ａｌ0.27Ｎ組成からなる下部クラッド
層３、続いて、膜厚１００オングストロームのＧａＮ組
成からなる井戸層１１と膜厚８０オングストロームのＧ
ａ0.35Ｉｎ0.05Ａｌ0.10Ｎ組成からなるバリア層１２か
らなる１０周期の多重量子井戸構造１０（図３参照）を
有する活性層を形成する。さらに、Ｇａ蒸発用ルツボを
１０２０℃、Ｉｎ蒸発用ルツボを７３０℃、Ａｌ蒸発用
ルツボを１０４０℃、Ｚｎ蒸発用ルツボを２１０℃とし
てＺｎをドーピングした膜厚１００００オングストロー
ムのｐ型単結晶Ｇａ0.66Ｉｎ0.07Ａｌ0.27Ｎ組成からな
る上部クラッド層５を形成してＧａＩｎＡｌＮ／量子井
戸構造／ＧａＩｎＡｌＮ構造を作製する。
【００５７】次いで、微細加工プロセスを適用すること
により、素子パターンの作製および電極７，８の形成を
行う。リソグラフィープロセスとしては通常のフォトレ
ジスト材料を用いるプロセスを採用し、エッチング法と
してはイオンミリング法を採用し、素子パターンの作製
および絶縁層の形成を行い、電極パターンの形成を行っ
た。続いて、歪超格子構造層１３にはＡｌからなる電極
７、ｐ型単結晶Ｇａ0.66Ｉｎ0.07Ａｌ0.27Ｎ組成からな
る上部クラッド層５には幅５μｍのＡｕ電極ストライプ
８をパッシベーション層６を介して真空蒸着法によって
形成し、へき開しカットして図５に示すような量子井戸
レーザを作製した。
により、素子パターンの作製および電極７，８の形成を
行う。リソグラフィープロセスとしては通常のフォトレ
ジスト材料を用いるプロセスを採用し、エッチング法と
してはイオンミリング法を採用し、素子パターンの作製
および絶縁層の形成を行い、電極パターンの形成を行っ
た。続いて、歪超格子構造層１３にはＡｌからなる電極
７、ｐ型単結晶Ｇａ0.66Ｉｎ0.07Ａｌ0.27Ｎ組成からな
る上部クラッド層５には幅５μｍのＡｕ電極ストライプ
８をパッシベーション層６を介して真空蒸着法によって
形成し、へき開しカットして図５に示すような量子井戸
レーザを作製した。
【００５８】このレーザの量子井戸構造に窒素レーザに
よる光励起あるいは電流注入による励起を行うことによ
り、液体窒素温度において低しきい値で３６０ｎｍのレ
ーザ発振を確認した。
よる光励起あるいは電流注入による励起を行うことによ
り、液体窒素温度において低しきい値で３６０ｎｍのレ
ーザ発振を確認した。
【００５９】
【発明の効果】本発明のレーザは、Ｇａ1-a-b Ｉｎa Ａ
ｌb Ｎ（０≦ａ≦１，０≦ｂ≦０．５）半導体からなる
井戸層を、該井戸層とほぼ格子整合しかつ該活性層より
もバンドギャップが大きなＧａ1-x-y Ｉｎx Ａｌy Ｎ
（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）半導体からなるバリア層で
挟んだ量子井戸を少なくとも一つ有する量子井戸構造を
活性層とすることにより、安定した低しきい値で短波長
レーザを発振することができる。また、活性層の組成を
変えることができるため紫外〜緑色のレーザを得ること
ができるという特長がある。
ｌb Ｎ（０≦ａ≦１，０≦ｂ≦０．５）半導体からなる
井戸層を、該井戸層とほぼ格子整合しかつ該活性層より
もバンドギャップが大きなＧａ1-x-y Ｉｎx Ａｌy Ｎ
（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）半導体からなるバリア層で
挟んだ量子井戸を少なくとも一つ有する量子井戸構造を
活性層とすることにより、安定した低しきい値で短波長
レーザを発振することができる。また、活性層の組成を
変えることができるため紫外〜緑色のレーザを得ること
ができるという特長がある。
【図１】本発明の量子井戸型半導体レーザの一例として
の単一量子井戸レーザの断面構造を示した模式図であ
る。
の単一量子井戸レーザの断面構造を示した模式図であ
る。
【図２】本発明の半導体レーザの一例としての多重量子
井戸レーザの断面構造を示した模式図である。
井戸レーザの断面構造を示した模式図である。
【図３】本発明の半導体レーザの多重量子井戸構造の一
例の断面構造を示した模式図である。
例の断面構造を示した模式図である。
【図４】本発明の半導体レーザの一例としての多重量子
井戸レーザの断面構造を示した模式図である。
井戸レーザの断面構造を示した模式図である。
【図５】本発明の半導体レーザの一例としての多重量子
井戸レーザの断面構造を示した模式図である。
井戸レーザの断面構造を示した模式図である。
１ 基板 ２ 組成傾斜構造層 ３ 下部クラッド層（ｎ型Ｇａ1-p-q Ｉｎp Ａｌq Ｎ
（０≦ｐ≦１，０≦ｑ≦１）） ４ 単一量子井戸構造 ５ 上部クラッド層（ｐ型Ｇａ1-p-q Ｉｎp Ａｌq Ｎ
（０≦ｐ≦１，０≦ｑ≦１）） ６ パッシベーション層 ７ 電極 ８ 電極 ９ 高配向性窒化物系半導体層 １０ 多重量子井戸構造 １１ 井戸層（Ｇａ1-a-b Ｉｎa Ａｌb Ｎ（０≦ａ≦
１，０≦ｂ≦０．５） １２ バリア層（Ｇａ1-x-y Ｉｎx Ａｌy Ｎ（０≦ｘ≦
１，０≦ｙ≦１） １３ 歪超格子構造層
（０≦ｐ≦１，０≦ｑ≦１）） ４ 単一量子井戸構造 ５ 上部クラッド層（ｐ型Ｇａ1-p-q Ｉｎp Ａｌq Ｎ
（０≦ｐ≦１，０≦ｑ≦１）） ６ パッシベーション層 ７ 電極 ８ 電極 ９ 高配向性窒化物系半導体層 １０ 多重量子井戸構造 １１ 井戸層（Ｇａ1-a-b Ｉｎa Ａｌb Ｎ（０≦ａ≦
１，０≦ｂ≦０．５） １２ バリア層（Ｇａ1-x-y Ｉｎx Ａｌy Ｎ（０≦ｘ≦
１，０≦ｙ≦１） １３ 歪超格子構造層
Claims (3)
- 【請求項１】 Ｇａ1-a-b Ｉｎa Ａｌb Ｎ（０≦ａ≦
１，０≦ｂ≦０．５）半導体からなる井戸層をそれぞれ
該井戸層とほぼ格子整合すると共に該井戸層よりもバン
ドギャップが大きなＧａ1-x-y Ｉｎx Ａｌy Ｎ（０≦ｘ
≦１，０≦ｙ≦１）半導体からなるバリア層で挟んだ量
子井戸を少なくとも一つ有する量子井戸構造を有し、そ
れぞれ前記バッファ層とほぼ格子整合すると共に該バリ
ア層よりもバンドギャップが大きくかつ互いに導電型が
異なるＧａ1-p-q Ｉｎp Ａｌq Ｎ（０≦ｐ≦１，０≦ｑ
≦１）半導体からなる二つのクラッド層で前記量子井戸
構造を挟んだサンドイッチ構造を具備することを特徴と
する量子井戸型半導体レーザ。 - 【請求項２】 請求項１において、Ｇａ1-m-n Ｉｎm Ａ
ｌn Ｎ（０≦ｍ≦１，０≦ｎ≦１）半導体にて順次ｍお
よびｎの少なくとも一方を変化させて最終的に組成Ｇａ
1-x-y Ｉｎx Ａｌy Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）半導
体とするような組成傾斜構造を有し、該組成傾斜構造上
に前記サンドイッチ構造が形成されていることを特徴と
する量子井戸型半導体レーザ。 - 【請求項３】 請求項１において、組成Ｇａ1-c-d Ｉｎ
c Ａｌd Ｎ（０≦ｃ≦１，０≦ｄ≦１）と組成Ｇａ
1-x-y Ｉｎx Ａｌy Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）とか
らなる半導体が交互に積層された歪超格子構造を有し、
該歪超格子構造上に前記サンドイッチ構造が形成されて
いることを特徴とする量子井戸型半導体レーザ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31477092A JPH06164055A (ja) | 1992-11-25 | 1992-11-25 | 量子井戸型半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31477092A JPH06164055A (ja) | 1992-11-25 | 1992-11-25 | 量子井戸型半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06164055A true JPH06164055A (ja) | 1994-06-10 |
Family
ID=18057381
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31477092A Withdrawn JPH06164055A (ja) | 1992-11-25 | 1992-11-25 | 量子井戸型半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
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