JPH09199798A - 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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- JPH09199798A JPH09199798A JP629896A JP629896A JPH09199798A JP H09199798 A JPH09199798 A JP H09199798A JP 629896 A JP629896 A JP 629896A JP 629896 A JP629896 A JP 629896A JP H09199798 A JPH09199798 A JP H09199798A
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- nitride semiconductor
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 窒化物半導体よりなるレーザ素子のしきい値
電流を小さくして、室温で連続発振可能な素子を実現す
る。 【構成】 Ｉｎを含む窒化物半導体よりなる活性層の上
に、ｐ型の窒化物半導体よりなる光ガイド層、光閉じ込
め層及びコンタクト層を少なくとも有し、前記レーザ素
子のレーザ光の共振方向に平行な方向にあたる前記光ガ
イド層、光閉じこめ層及びコンタクト層の幅が前記活性
層の幅よりもエッチングにより狭く調整されており、さ
らに前記光ガイド層、光閉じこめ層及びコンタクト層の
エッチング面には絶縁性薄膜が連続して形成されて、そ
の絶縁性薄膜を介してコンタクト層と接続した正電極が
設けられていることにより、レーザ光の横モードの光を
制御してしきい値電流を下げる。
電流を小さくして、室温で連続発振可能な素子を実現す
る。 【構成】 Ｉｎを含む窒化物半導体よりなる活性層の上
に、ｐ型の窒化物半導体よりなる光ガイド層、光閉じ込
め層及びコンタクト層を少なくとも有し、前記レーザ素
子のレーザ光の共振方向に平行な方向にあたる前記光ガ
イド層、光閉じこめ層及びコンタクト層の幅が前記活性
層の幅よりもエッチングにより狭く調整されており、さ
らに前記光ガイド層、光閉じこめ層及びコンタクト層の
エッチング面には絶縁性薄膜が連続して形成されて、そ
の絶縁性薄膜を介してコンタクト層と接続した正電極が
設けられていることにより、レーザ光の横モードの光を
制御してしきい値電流を下げる。
Description
【０００１】
【発明の属する分野】本発明は窒化物半導体（ＩｎXＡ
ｌYＧａ1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）よりなるレ
ーザ素子に関する。
ｌYＧａ1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）よりなるレ
ーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】紫外〜青色に発振する半導体レーザの材
料として窒化物半導体が研究されているが、最近まで実
際に発振に成功したという報告は成されていなかった。
ところが、我々は９５年１２月この材料よりなるレーザ
素子で、４１０ｎｍの室温でのパルス発振を世界で初め
て発表した。
料として窒化物半導体が研究されているが、最近まで実
際に発振に成功したという報告は成されていなかった。
ところが、我々は９５年１２月この材料よりなるレーザ
素子で、４１０ｎｍの室温でのパルス発振を世界で初め
て発表した。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】パルス発振に成功した
素子はストライプ状の電極を正電極とし、電極幅でもっ
て活性層に係る電流を制限する利得導波型のレーザ素子
であり、しきい値電流密度で４ｋＡ／cm2以上ある。連
続発振させるためにはしきい値電流密度をさらに下げる
必要がある。
素子はストライプ状の電極を正電極とし、電極幅でもっ
て活性層に係る電流を制限する利得導波型のレーザ素子
であり、しきい値電流密度で４ｋＡ／cm2以上ある。連
続発振させるためにはしきい値電流密度をさらに下げる
必要がある。
【０００４】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、窒化物
半導体よりなるレーザ素子のしきい値電流を小さくし
て、室温で連続発振可能な素子を実現することにある。
されたものであって、その目的とするところは、窒化物
半導体よりなるレーザ素子のしきい値電流を小さくし
て、室温で連続発振可能な素子を実現することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明のレーザ素子は、
次の（ａ）〜（ｃ）の要件を有することを特徴とする （ａ） Ｉｎを含む窒化物半導体よりなる活性層の上
に、ｐ型の窒化物半導体よりなる光ガイド層、光閉じ込
め層及びコンタクト層を少なくとも有している。 （ｂ） 前記レーザ素子のレーザ光の共振方向に平行な
方向にあたる前記光ガイド層、光閉じこめ層及びコンタ
クト層の幅が前記活性層の幅よりもエッチングにより狭
く調整されている。 （ｃ） 前記光ガイド層、光閉じこめ層及びコンタクト
層のエッチング面には絶縁性薄膜が連続して形成され
て、その絶縁性薄膜を介してコンタクト層と接続した正
電極が設けられている。
次の（ａ）〜（ｃ）の要件を有することを特徴とする （ａ） Ｉｎを含む窒化物半導体よりなる活性層の上
に、ｐ型の窒化物半導体よりなる光ガイド層、光閉じ込
め層及びコンタクト層を少なくとも有している。 （ｂ） 前記レーザ素子のレーザ光の共振方向に平行な
方向にあたる前記光ガイド層、光閉じこめ層及びコンタ
クト層の幅が前記活性層の幅よりもエッチングにより狭
く調整されている。 （ｃ） 前記光ガイド層、光閉じこめ層及びコンタクト
層のエッチング面には絶縁性薄膜が連続して形成され
て、その絶縁性薄膜を介してコンタクト層と接続した正
電極が設けられている。
【０００６】さらに本発明のレーザ素子では、エッチン
グされた前記光ガイド層、前記光閉じこめ層及び前記コ
ンタクト層の断面形状は、レーザ光の共振方向に垂直な
方向に対し、活性層側を底部とし、コンタクト層側を上
部とする台形を有することを特徴とする。
グされた前記光ガイド層、前記光閉じこめ層及び前記コ
ンタクト層の断面形状は、レーザ光の共振方向に垂直な
方向に対し、活性層側を底部とし、コンタクト層側を上
部とする台形を有することを特徴とする。
【０００７】さらにまた、前記活性層はＩｎXＧａ1-XＮ
（０＜X＜１）よりなる井戸層を有する多重量子井戸構
造であることを特徴とする。
（０＜X＜１）よりなる井戸層を有する多重量子井戸構
造であることを特徴とする。
【０００８】
【作用】窒化物半導体は厚膜を成長させるのが困難であ
るという性質を有している。例えばＡｌを含む窒化物半
導体は特にその性質が強い。レーザ発振させるためには
結晶性の良い活性層を成長させることが重要である。本
発明の（ａ）要件では、活性層をＩｎを含む窒化物半導
体としているので、その結晶の性質がＡｌを含む他の窒
化物半導体に比べて柔らかいため、厚膜を成長させやす
く結晶性の良い活性層が成長できる。さらに活性層の上
にｐ型窒化物半導体よりなる光ガイド層を設けている。
ＧａＡｌＡｓ系の半導体レーザであれば活性層で光ガイ
ド層が兼用でき特に必要がないが、窒化物半導体の場
合、前記したように厚膜が成長させにくいため、この光
ガイド層が必須となる。次の光閉じ込め層は活性層より
もバンドギャップが大きい層であればどのような層でも
良いが、活性層よりもバンドギャップを大きくするため
には、Ａｌを含む窒化物半導体が選択される。ところが
Ａｌを含むｐ型窒化物半導体は電極とのオーミックが取
りにくいので、コンタクト層を必須とする。
るという性質を有している。例えばＡｌを含む窒化物半
導体は特にその性質が強い。レーザ発振させるためには
結晶性の良い活性層を成長させることが重要である。本
発明の（ａ）要件では、活性層をＩｎを含む窒化物半導
体としているので、その結晶の性質がＡｌを含む他の窒
化物半導体に比べて柔らかいため、厚膜を成長させやす
く結晶性の良い活性層が成長できる。さらに活性層の上
にｐ型窒化物半導体よりなる光ガイド層を設けている。
ＧａＡｌＡｓ系の半導体レーザであれば活性層で光ガイ
ド層が兼用でき特に必要がないが、窒化物半導体の場
合、前記したように厚膜が成長させにくいため、この光
ガイド層が必須となる。次の光閉じ込め層は活性層より
もバンドギャップが大きい層であればどのような層でも
良いが、活性層よりもバンドギャップを大きくするため
には、Ａｌを含む窒化物半導体が選択される。ところが
Ａｌを含むｐ型窒化物半導体は電極とのオーミックが取
りにくいので、コンタクト層を必須とする。
【０００９】（ｂ）の要件ではレーザ素子のレーザ光の
共振方向に平行な方向にあたる光ガイド層、光閉じこめ
層及びコンタクト層の幅がエッチングにより活性層の幅
よりも狭く調整されているので、いわゆる実効屈折率導
波型のレーザ素子となる。このような構造であると電流
が活性層よりも上のｐ型層中で広がらずに、活性層の一
点に集中でき、しかも光はｐ型層の下の活性部のみに集
中できるので、横モードのレーザ光の閉じ込めができ、
しきい値電流を低下させることができる。
共振方向に平行な方向にあたる光ガイド層、光閉じこめ
層及びコンタクト層の幅がエッチングにより活性層の幅
よりも狭く調整されているので、いわゆる実効屈折率導
波型のレーザ素子となる。このような構造であると電流
が活性層よりも上のｐ型層中で広がらずに、活性層の一
点に集中でき、しかも光はｐ型層の下の活性部のみに集
中できるので、横モードのレーザ光の閉じ込めができ、
しきい値電流を低下させることができる。
【００１０】（ｃ）の要件では、絶縁性薄膜により光ガ
イド層、光閉じこめ層及びコンタクト層のエッチング面
を保護すると共に、直接大面積の正電極をエッチングさ
れたコンタクト層に形成するのが難しいので、絶縁性薄
膜を介して大面積の正電極が形成できるようにしてい
る。また、正と負の電極を同一面側に設けた窒化物半導
体レーザ素子でも、絶縁性薄膜を介することにより、両
電極間の短絡を防止することができる。
イド層、光閉じこめ層及びコンタクト層のエッチング面
を保護すると共に、直接大面積の正電極をエッチングさ
れたコンタクト層に形成するのが難しいので、絶縁性薄
膜を介して大面積の正電極が形成できるようにしてい
る。また、正と負の電極を同一面側に設けた窒化物半導
体レーザ素子でも、絶縁性薄膜を介することにより、両
電極間の短絡を防止することができる。
【００１１】次に、エッチングされた光ガイド層、光閉
じこめ層及びコンタクト層の断面形状を、レーザ光の共
振方向に垂直な方向に対し、活性層側を底部とし、コン
タクト層側を上部とする台形とすると、膜厚が均一でピ
ット、欠陥の無い絶縁性薄膜を形成することができる。
絶縁性薄膜にピット、欠陥があると電極をＣＶＤ等で形
成する際に電極材料がピット中に侵入して、素子を電気
的に短絡させる恐れがある。
じこめ層及びコンタクト層の断面形状を、レーザ光の共
振方向に垂直な方向に対し、活性層側を底部とし、コン
タクト層側を上部とする台形とすると、膜厚が均一でピ
ット、欠陥の無い絶縁性薄膜を形成することができる。
絶縁性薄膜にピット、欠陥があると電極をＣＶＤ等で形
成する際に電極材料がピット中に侵入して、素子を電気
的に短絡させる恐れがある。
【００１２】また活性層はＩｎXＧａ1-XＮ（０＜X＜
１）よりなる井戸層を有する多重量子井戸構造であるこ
とを特徴とする。ＩｎＧａＮは結晶性良く成長できる。
ＩｎXＧａ1-XＮよりなる井戸層の膜厚は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
以下が望ましい。多重量子井戸構造の場合、障壁層も積
層するが障壁層は井戸層よりもバンドギャップが大きい
ＩｎＧａＮ、ＧａＮを選択し、特に好ましくは障壁層も
ＩｎＧａＮとすると、井戸層と障壁層が両方ともＩｎを
含むため同一温度で成長できるので、ＧａＮを形成する
ときのように高温にしなくても済み、先に形成したＩｎ
ＧａＮ井戸層が分解しにくくなる。そのため多重量子井
戸構造の全体の結晶性が良くなるため容易にレーザ発振
しやすくなる。障壁層の膜厚は特に限定しないが、井戸
層の２倍以下の膜厚を有していることが望ましい。
１）よりなる井戸層を有する多重量子井戸構造であるこ
とを特徴とする。ＩｎＧａＮは結晶性良く成長できる。
ＩｎXＧａ1-XＮよりなる井戸層の膜厚は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
以下が望ましい。多重量子井戸構造の場合、障壁層も積
層するが障壁層は井戸層よりもバンドギャップが大きい
ＩｎＧａＮ、ＧａＮを選択し、特に好ましくは障壁層も
ＩｎＧａＮとすると、井戸層と障壁層が両方ともＩｎを
含むため同一温度で成長できるので、ＧａＮを形成する
ときのように高温にしなくても済み、先に形成したＩｎ
ＧａＮ井戸層が分解しにくくなる。そのため多重量子井
戸構造の全体の結晶性が良くなるため容易にレーザ発振
しやすくなる。障壁層の膜厚は特に限定しないが、井戸
層の２倍以下の膜厚を有していることが望ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例に係るレ
ーザ素子の構造を示す模式的な断面図であり、図２は図
１のレーザ素子の形状を示す斜視図である。図１は図２
に示す素子のレーザ光の共振方向に垂直方向で切断した
際の断面図を示している。素子構造としては、基板１の
上に、ｎ型コンタクト層２、ｎ型光閉じこめ層３、ｎ型
光ガイド層４、活性層５、ｐ型光ガイド層６、ｐ型光閉
じ込め層７、ｐ型コンタクト層８を順に積層した基本構
造を有している。なお、本明細書で示すレーザ素子の構
造はあくまでも基本的な構造を示すものであり、これら
に示す層の間に他の窒化物半導体よりなる層を挿入して
も、本発明の請求項に示す思想を逸脱しない範囲であれ
ば適宜変更を加えても良い。
ーザ素子の構造を示す模式的な断面図であり、図２は図
１のレーザ素子の形状を示す斜視図である。図１は図２
に示す素子のレーザ光の共振方向に垂直方向で切断した
際の断面図を示している。素子構造としては、基板１の
上に、ｎ型コンタクト層２、ｎ型光閉じこめ層３、ｎ型
光ガイド層４、活性層５、ｐ型光ガイド層６、ｐ型光閉
じ込め層７、ｐ型コンタクト層８を順に積層した基本構
造を有している。なお、本明細書で示すレーザ素子の構
造はあくまでも基本的な構造を示すものであり、これら
に示す層の間に他の窒化物半導体よりなる層を挿入して
も、本発明の請求項に示す思想を逸脱しない範囲であれ
ば適宜変更を加えても良い。
【００１４】基板１はサファイア（Ａｌ2Ｏ3、Ａ面、Ｃ
面、Ｒ面）、スピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4、１１１面）等の
絶縁性基板が多く用いられるが、この他ＳｉＣ、Ｍｇ
Ｏ、Ｓｉ、ＺｎＯ等の単結晶よりなる従来より知られて
いる基板が用いられる。
面、Ｒ面）、スピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4、１１１面）等の
絶縁性基板が多く用いられるが、この他ＳｉＣ、Ｍｇ
Ｏ、Ｓｉ、ＺｎＯ等の単結晶よりなる従来より知られて
いる基板が用いられる。
【００１５】ｎ型コンタクト層２はＩｎXＡｌYＧａ
1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）で構成することが
でき、特にＧａＮ、ＩｎＧａＮ、その中でもＳｉをドー
プしたＧａＮで構成することにより、キャリア濃度の高
いｎ型層が得られ、また負電極２０と好ましいオーミッ
ク接触が得られるので、レーザ素子のしきい値電流を低
下させることができる。負電極２０の材料としてはＡ
ｌ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｉｎ等の金属若しく
は合金が好ましいオーミックが得られる。ＧａＮに限ら
ず窒化物半導体は、ノンドープ（不純物をドープしない
状態）でも結晶内部にできる窒素空孔のためｎ型となる
性質があるが、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ等のドナー不純物を結
晶成長中にドープすることにより、キャリア濃度が高
く、好ましいｎ型特性を示す窒化物半導体が得られる。
1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）で構成することが
でき、特にＧａＮ、ＩｎＧａＮ、その中でもＳｉをドー
プしたＧａＮで構成することにより、キャリア濃度の高
いｎ型層が得られ、また負電極２０と好ましいオーミッ
ク接触が得られるので、レーザ素子のしきい値電流を低
下させることができる。負電極２０の材料としてはＡ
ｌ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｉｎ等の金属若しく
は合金が好ましいオーミックが得られる。ＧａＮに限ら
ず窒化物半導体は、ノンドープ（不純物をドープしない
状態）でも結晶内部にできる窒素空孔のためｎ型となる
性質があるが、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ等のドナー不純物を結
晶成長中にドープすることにより、キャリア濃度が高
く、好ましいｎ型特性を示す窒化物半導体が得られる。
【００１６】ｎ型光閉じこめ層３はＡｌを含むｎ型の窒
化物半導体で構成し、好ましくは二元混晶あるいは三元
混晶のＡｌYＧａ1-YＮ（０＜Y≦１）とすることによ
り、結晶性の良いものが得られ、また活性層との屈折率
差を大きくしてレーザ光の縦モードの閉じ込めに有効で
ある。この層は通常０．１μｍ〜１μｍの膜厚で成長さ
せることが望ましい。０．１μｍよりも薄いと光閉じ込
め層として作用しにくく、１μｍよりも厚いと、結晶中
にクラックが入りやすくなり素子作成が困難となる傾向
にある。
化物半導体で構成し、好ましくは二元混晶あるいは三元
混晶のＡｌYＧａ1-YＮ（０＜Y≦１）とすることによ
り、結晶性の良いものが得られ、また活性層との屈折率
差を大きくしてレーザ光の縦モードの閉じ込めに有効で
ある。この層は通常０．１μｍ〜１μｍの膜厚で成長さ
せることが望ましい。０．１μｍよりも薄いと光閉じ込
め層として作用しにくく、１μｍよりも厚いと、結晶中
にクラックが入りやすくなり素子作成が困難となる傾向
にある。
【００１７】ｎ型光ガイド層４は、Ｉｎを含むｎ型の窒
化物半導体若しくはｎ型ＧａＮで構成し、好ましくは三
元混晶若しくは二元混晶のＩｎXＧａ1-XＮ（０≦X＜
１）とする。この層は通常１００オングストローム〜１
μｍの膜厚で成長させることが望ましく、特にＩｎＧａ
Ｎ、ＧａＮとすることにより次の活性層５を量子井戸構
造とすることが容易に可能になる。
化物半導体若しくはｎ型ＧａＮで構成し、好ましくは三
元混晶若しくは二元混晶のＩｎXＧａ1-XＮ（０≦X＜
１）とする。この層は通常１００オングストローム〜１
μｍの膜厚で成長させることが望ましく、特にＩｎＧａ
Ｎ、ＧａＮとすることにより次の活性層５を量子井戸構
造とすることが容易に可能になる。
【００１８】活性層５は先にも述べたように、Ｉｎを含
む窒化物半導体で構成し、好ましくは三元混晶のＩｎX
Ｇａ1-XＮ（０＜X＜１）とする。三元混晶のＩｎＧａＮ
は四元混晶のものに比べて結晶性が良い物が得られるの
で、発光出力が向上する。その中でも特に好ましくは活
性層をＩｎXＧａ1-XＮよりなる井戸層と、井戸層よりも
バンドギャップの大きい窒化物半導体よりなる障壁層と
を積層した多重量子井戸構造（ＭＱＷ：Multi-quantum-
well）とする。障壁層も同様に三元混晶のＩｎ X'Ｇａ
1-X'Ｎ（０≦X'＜１、X'＜X）が好ましく、井戸＋障壁
＋井戸＋・・・＋障壁＋井戸層となるように積層して多
重量子井戸構造を構成する。このように活性層をＩｎＧ
ａＮを積層したＭＱＷとすると、量子準位間発光で約３
６５ｎｍ〜６６０ｎｍ間での高出力なＬＤを実現するこ
とができる。さらに、井戸層の上にＩｎＧａＮよりなる
障壁層を積層すると、ＩｎＧａＮよりなる障壁層はＧａ
Ｎ、ＡｌＧａＮ結晶に比べて結晶が柔らかい。そのため
クラッド層のＡｌＧａＮの厚さを厚くできるのでレーザ
発振が実現できる。さらに、ＩｎＧａＮとＧａＮとでは
結晶の成長温度が異なる。例えばＭＯＶＰＥ法ではＩｎ
ＧａＮは６００℃〜８００℃で成長させるのに対して、
ＧａＮは８００℃より高い温度で成長させる。従って、
ＩｎＧａＮよりなる井戸層を成長させた後、ＧａＮより
なる障壁層を成長させようとすれば、成長温度を上げて
やる必要がある。成長温度を上げると、先に成長させた
ＩｎＧａＮ井戸層が分解してしまうので結晶性の良い井
戸層を得ることは難しい。さらに井戸層の膜厚は数十オ
ングストロームしかなく、薄膜の井戸層が分解するとＭ
ＱＷを作製するのが困難となる。それに対し本発明で
は、障壁層もＩｎＧａＮであるため、井戸層と障壁層が
同一温度で成長できる。従って、先に形成した井戸層が
分解することがないので結晶性の良いＭＱＷを形成する
ことができる。これはＭＱＷの最も好ましい態様を示し
たものであるが、他に井戸層をＩｎＧａＮ、障壁層をＧ
ａＮ、ＡｌＧａＮのように井戸層よりも障壁層のバンド
ギャップエネルギーを大きくすればどのような組成でも
良い。
む窒化物半導体で構成し、好ましくは三元混晶のＩｎX
Ｇａ1-XＮ（０＜X＜１）とする。三元混晶のＩｎＧａＮ
は四元混晶のものに比べて結晶性が良い物が得られるの
で、発光出力が向上する。その中でも特に好ましくは活
性層をＩｎXＧａ1-XＮよりなる井戸層と、井戸層よりも
バンドギャップの大きい窒化物半導体よりなる障壁層と
を積層した多重量子井戸構造（ＭＱＷ：Multi-quantum-
well）とする。障壁層も同様に三元混晶のＩｎ X'Ｇａ
1-X'Ｎ（０≦X'＜１、X'＜X）が好ましく、井戸＋障壁
＋井戸＋・・・＋障壁＋井戸層となるように積層して多
重量子井戸構造を構成する。このように活性層をＩｎＧ
ａＮを積層したＭＱＷとすると、量子準位間発光で約３
６５ｎｍ〜６６０ｎｍ間での高出力なＬＤを実現するこ
とができる。さらに、井戸層の上にＩｎＧａＮよりなる
障壁層を積層すると、ＩｎＧａＮよりなる障壁層はＧａ
Ｎ、ＡｌＧａＮ結晶に比べて結晶が柔らかい。そのため
クラッド層のＡｌＧａＮの厚さを厚くできるのでレーザ
発振が実現できる。さらに、ＩｎＧａＮとＧａＮとでは
結晶の成長温度が異なる。例えばＭＯＶＰＥ法ではＩｎ
ＧａＮは６００℃〜８００℃で成長させるのに対して、
ＧａＮは８００℃より高い温度で成長させる。従って、
ＩｎＧａＮよりなる井戸層を成長させた後、ＧａＮより
なる障壁層を成長させようとすれば、成長温度を上げて
やる必要がある。成長温度を上げると、先に成長させた
ＩｎＧａＮ井戸層が分解してしまうので結晶性の良い井
戸層を得ることは難しい。さらに井戸層の膜厚は数十オ
ングストロームしかなく、薄膜の井戸層が分解するとＭ
ＱＷを作製するのが困難となる。それに対し本発明で
は、障壁層もＩｎＧａＮであるため、井戸層と障壁層が
同一温度で成長できる。従って、先に形成した井戸層が
分解することがないので結晶性の良いＭＱＷを形成する
ことができる。これはＭＱＷの最も好ましい態様を示し
たものであるが、他に井戸層をＩｎＧａＮ、障壁層をＧ
ａＮ、ＡｌＧａＮのように井戸層よりも障壁層のバンド
ギャップエネルギーを大きくすればどのような組成でも
良い。
【００１９】多重量子井戸構造の活性層５の総膜厚は１
００オングストローム以上に調整することが好ましい。
１００オングストロームよりも薄いと、十分に出力が上
がらず、レーザ発振しにくい傾向にある。また活性層の
膜厚も厚すぎると出力が低下する傾向にあり、１μｍ以
下、さらに好ましくは０．５μｍ以下に調整することが
望ましい。１μｍよりも厚いと活性層の結晶性が悪くな
るか、レーザ光が活性層中に広がってしまい、しきい値
電流が増加する傾向にある。
００オングストローム以上に調整することが好ましい。
１００オングストロームよりも薄いと、十分に出力が上
がらず、レーザ発振しにくい傾向にある。また活性層の
膜厚も厚すぎると出力が低下する傾向にあり、１μｍ以
下、さらに好ましくは０．５μｍ以下に調整することが
望ましい。１μｍよりも厚いと活性層の結晶性が悪くな
るか、レーザ光が活性層中に広がってしまい、しきい値
電流が増加する傾向にある。
【００２０】次にｐ型光ガイド層６は、Ｉｎを含む窒化
物半導体若しくはＧａＮで構成し、好ましくは二元混晶
または三元混晶のＩｎYＧａ1-YＮ（０＜Y≦１）を成長
させるる。この光ガイド層６は、通常１００オングスト
ローム〜１μｍの膜厚で成長させることが望ましく、特
にＩｎＧａＮ、ＧａＮとすることにより、次のｐ型光閉
じこめ層７を結晶性良く成長できる。なお、ｐ型の窒化
物半導体はＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｃａ等のアクセプ
ター不純物を結晶成長中にドープすることによって得ら
れるが、その中でもＭｇが最も好ましいｐ型特性を示
す。また結晶成長後、不活性ガス雰囲気中で、４００℃
以上でアニーリングすることにより、さらに低抵抗なｐ
型を得ることができる。
物半導体若しくはＧａＮで構成し、好ましくは二元混晶
または三元混晶のＩｎYＧａ1-YＮ（０＜Y≦１）を成長
させるる。この光ガイド層６は、通常１００オングスト
ローム〜１μｍの膜厚で成長させることが望ましく、特
にＩｎＧａＮ、ＧａＮとすることにより、次のｐ型光閉
じこめ層７を結晶性良く成長できる。なお、ｐ型の窒化
物半導体はＺｎ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃｄ、Ｃａ等のアクセプ
ター不純物を結晶成長中にドープすることによって得ら
れるが、その中でもＭｇが最も好ましいｐ型特性を示
す。また結晶成長後、不活性ガス雰囲気中で、４００℃
以上でアニーリングすることにより、さらに低抵抗なｐ
型を得ることができる。
【００２１】ｐ型光閉じこめ層７は、Ａｌを含むｐ型の
窒化物半導体で構成し、好ましくは二元混晶または三元
混晶のＡｌYＧａ1-YＮ（０＜Y≦１）とすることにより
結晶性の良いものが得られる。このｐ型光閉じこめ層は
ｎ型光閉じこめ層と同じく、０．１μｍ〜１μｍの膜厚
で成長させることが望ましく、ＡｌＧａＮのようなＡｌ
を含むｐ型窒化物半導体とすることにより、活性層との
屈折率差を大きくして、縦モードのレーザ光の光閉じ込
め層として有効に作用する。
窒化物半導体で構成し、好ましくは二元混晶または三元
混晶のＡｌYＧａ1-YＮ（０＜Y≦１）とすることにより
結晶性の良いものが得られる。このｐ型光閉じこめ層は
ｎ型光閉じこめ層と同じく、０．１μｍ〜１μｍの膜厚
で成長させることが望ましく、ＡｌＧａＮのようなＡｌ
を含むｐ型窒化物半導体とすることにより、活性層との
屈折率差を大きくして、縦モードのレーザ光の光閉じ込
め層として有効に作用する。
【００２２】ｐ型コンタクト層８はｐ型ＩｎXＡｌYＧａ
1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）で構成することが
でき、特にＩｎＧａＮ、ＧａＮ、その中でもＭｇをドー
プしたｐ型ＧａＮとすると、最もキャリア濃度の高いｐ
型層が得られて、正電極３０と良好なオーミック接触が
得られ、しきい値電流を低下させることができる。正電
極３０の材料としてはＮｉ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｔ、
Ａｇ、Ａｕ等の比較的仕事関数の高い金属又は合金がオ
ーミックが得られやすい。
1-X-YＮ（０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）で構成することが
でき、特にＩｎＧａＮ、ＧａＮ、その中でもＭｇをドー
プしたｐ型ＧａＮとすると、最もキャリア濃度の高いｐ
型層が得られて、正電極３０と良好なオーミック接触が
得られ、しきい値電流を低下させることができる。正電
極３０の材料としてはＮｉ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｔ、
Ａｇ、Ａｕ等の比較的仕事関数の高い金属又は合金がオ
ーミックが得られやすい。
【００２３】以上、本発明のレーザ素子の基本構造につ
いて説明したが、本明細書において示すｎ型層の一般式
ＡｌXＧａ1-XＮ、ｐ型層のＡｌXＧａ1-XＮ等の組成比X
値は単に一般式を示しているに過ぎず、ｎ型層のXとｐ
型層のXとが同一の値を示すものではない。また同様に
他の一般式において使用するY値も同一の一般式が同一
の値を示すものではない。
いて説明したが、本明細書において示すｎ型層の一般式
ＡｌXＧａ1-XＮ、ｐ型層のＡｌXＧａ1-XＮ等の組成比X
値は単に一般式を示しているに過ぎず、ｎ型層のXとｐ
型層のXとが同一の値を示すものではない。また同様に
他の一般式において使用するY値も同一の一般式が同一
の値を示すものではない。
【００２４】次に、本発明のレーザ素子では、レーザ光
の共振方向に水平な方向のｐ型光ガイド層６、ｐ型光閉
じこめ層７及びｐ型コンタクト層８は、エッチングによ
り活性層５の幅よりも狭くされる。エッチング手段はド
ライエッチングを好ましく用い、例えば反応性イオンエ
ッチング、イオンミリング、ＥＣＲエッチング、集束イ
オンビームエッチング、イオンビームアシストエッチン
グ等を用いることができる。エッチングされたｐ型層の
好ましい幅としては、１０μｍ以下、さらに好ましくは
５μｍ以下、最も好ましくは３μｍ以下に調整すると、
レーザの非点隔差が小さくなり、しきい値電流も低くな
る。図１ではこれらのエッチング手段により端面を垂直
にエッチングしているが、メサエッチによりエッチング
後の断面形状が台形になるようにするのがさらに好まし
い。
の共振方向に水平な方向のｐ型光ガイド層６、ｐ型光閉
じこめ層７及びｐ型コンタクト層８は、エッチングによ
り活性層５の幅よりも狭くされる。エッチング手段はド
ライエッチングを好ましく用い、例えば反応性イオンエ
ッチング、イオンミリング、ＥＣＲエッチング、集束イ
オンビームエッチング、イオンビームアシストエッチン
グ等を用いることができる。エッチングされたｐ型層の
好ましい幅としては、１０μｍ以下、さらに好ましくは
５μｍ以下、最も好ましくは３μｍ以下に調整すると、
レーザの非点隔差が小さくなり、しきい値電流も低くな
る。図１ではこれらのエッチング手段により端面を垂直
にエッチングしているが、メサエッチによりエッチング
後の断面形状が台形になるようにするのがさらに好まし
い。
【００２５】次に絶縁性薄膜１０を形成するには、プラ
ズマＣＶＤ、スパッタリング、分子線蒸着等の常用され
ている気相製膜手段を用いることができる。絶縁性薄膜
１０の材料としては、例えばＳｉＯ2、ＳｉＮ、Ａｌ
Ｎ、Ａｌ2Ｏ3等の高誘電体材料が使用できる。この絶縁
性薄膜の膜厚は特に問うものではないが、例えば０．０
１μｍ〜５０μｍ程度の膜厚で形成できる。
ズマＣＶＤ、スパッタリング、分子線蒸着等の常用され
ている気相製膜手段を用いることができる。絶縁性薄膜
１０の材料としては、例えばＳｉＯ2、ＳｉＮ、Ａｌ
Ｎ、Ａｌ2Ｏ3等の高誘電体材料が使用できる。この絶縁
性薄膜の膜厚は特に問うものではないが、例えば０．０
１μｍ〜５０μｍ程度の膜厚で形成できる。
【００２６】本発明に類似した技術として例えば特開平
６−１５２０７２号公報に屈折率導波型のレーザ素子が
示されている。しかしながらこの公報ではエッチング深
さが活性層を超えてｎ型層にまで至っている。本発明の
レーザ素子ではエッチング深さは図１、図３に示すよう
に活性層を超えない。活性層を超えないことによりエッ
チングダメージが活性層中に入りにくくなるので、レー
ザ素子の寿命を長くすることができる。
６−１５２０７２号公報に屈折率導波型のレーザ素子が
示されている。しかしながらこの公報ではエッチング深
さが活性層を超えてｎ型層にまで至っている。本発明の
レーザ素子ではエッチング深さは図１、図３に示すよう
に活性層を超えない。活性層を超えないことによりエッ
チングダメージが活性層中に入りにくくなるので、レー
ザ素子の寿命を長くすることができる。
【００２７】正電極３０は絶縁性薄膜１０を介してｐ型
コンタクト層８に接続されている。なおこの図では電極
をｐ型コンタクト層８の真上に形成しているが、図３に
示すように、電極面積を広げるために絶縁性薄膜１０を
介して正電極３０を延長してもよい。
コンタクト層８に接続されている。なおこの図では電極
をｐ型コンタクト層８の真上に形成しているが、図３に
示すように、電極面積を広げるために絶縁性薄膜１０を
介して正電極３０を延長してもよい。
【００２８】図３は本発明の他の実施例に係るレーザ素
子の構造を示す模式的な断面図である。この図では、ｐ
型光ガイド層６、ｐ型光閉じこめ層７及びｐ型コンタク
ト層８のエッチング後の断面形状が、レーザ光の共振方
向に垂直な方向に対し、活性層５側を底部とし、ｐ型コ
ンタクト層８側を上部とする台形とされている。図１に
示すようにエッチング端面をほぼ垂直な形状とすると、
エッチングされた面に形成する絶縁性薄膜にピット
（孔）が発生しやすくなる。つまりエッチングにより発
生した直角部分、垂直部分にあたる箇所は水平部分に比
べて、均一な膜ができにくい。正電極となる金属材料が
万一ピットから侵入すると短絡する恐れがある。しか
し、図３に示すような形状とすると絶縁性薄膜１０が均
一な膜厚で形成できるので、素子の信頼性が高まる。台
形にメサエッチされた最上層のｐ型コンタクト層のスト
ライプ幅も１０μｍ以下、さらに好ましくは５μｍ以
下、最も好ましくは３μｍ以下に調整することが望まし
い。また、図３に示すようにエッチング深さは、図１の
ように活性層５に達するまでエッチングしなくとも、ｐ
型光ガイド層６の途中で止めることも可能である。さら
に、正電極３０も、レーザ素子をヒートシンク、あるい
はサブマウントとワイヤーボンディング、あるいはダイ
レクトボンディングするためにその電極面積を広げるこ
とも可能である。
子の構造を示す模式的な断面図である。この図では、ｐ
型光ガイド層６、ｐ型光閉じこめ層７及びｐ型コンタク
ト層８のエッチング後の断面形状が、レーザ光の共振方
向に垂直な方向に対し、活性層５側を底部とし、ｐ型コ
ンタクト層８側を上部とする台形とされている。図１に
示すようにエッチング端面をほぼ垂直な形状とすると、
エッチングされた面に形成する絶縁性薄膜にピット
（孔）が発生しやすくなる。つまりエッチングにより発
生した直角部分、垂直部分にあたる箇所は水平部分に比
べて、均一な膜ができにくい。正電極となる金属材料が
万一ピットから侵入すると短絡する恐れがある。しか
し、図３に示すような形状とすると絶縁性薄膜１０が均
一な膜厚で形成できるので、素子の信頼性が高まる。台
形にメサエッチされた最上層のｐ型コンタクト層のスト
ライプ幅も１０μｍ以下、さらに好ましくは５μｍ以
下、最も好ましくは３μｍ以下に調整することが望まし
い。また、図３に示すようにエッチング深さは、図１の
ように活性層５に達するまでエッチングしなくとも、ｐ
型光ガイド層６の途中で止めることも可能である。さら
に、正電極３０も、レーザ素子をヒートシンク、あるい
はサブマウントとワイヤーボンディング、あるいはダイ
レクトボンディングするためにその電極面積を広げるこ
とも可能である。
【００２９】［実施例］図４は本発明の一実施例に係る
レーザ素子の構造を示す模式的な断面図であり、以下本
発明の具体例をこの図を元に説明する。また実施例の方
法はＭＯＶＰＥ法によりＬＤ素子を作成する方法である
が、本発明の素子はＭＯＶＰＥ法だけではなく、例えば
ＭＢＥ、ＨＤＶＰＥ等の他の知られている窒化物半導体
の気相成長法を用いて成長させることができる。
レーザ素子の構造を示す模式的な断面図であり、以下本
発明の具体例をこの図を元に説明する。また実施例の方
法はＭＯＶＰＥ法によりＬＤ素子を作成する方法である
が、本発明の素子はＭＯＶＰＥ法だけではなく、例えば
ＭＢＥ、ＨＤＶＰＥ等の他の知られている窒化物半導体
の気相成長法を用いて成長させることができる。
【００３０】よく洗浄されたスピネル基板４１（ＭｇＡ
ｌ2Ｏ4、１１１面）をＭＯＶＰＥ装置の反応容器内に設
置した後、原料ガスにＴＭＧ（トリメチルガリウム）
と、アンモニアを用い、温度５００℃でサファイア基板
の表面にＧａＮよりなるバッファ層４２を２００オング
ストロームの膜厚で成長させた。このバッファ層４１は
基板と窒化物半導体との格子不整合を緩和する作用があ
り、他にＡｌＮ、ＡｌＧａＮ等を成長させることも可能
である。このバッファ層を成長させることにより、基板
の上に成長させるｎ型窒化物半導体の結晶性が良くなる
ことが知られているが、成長方法、基板の種類等により
バッファ層が成長されない場合もある。
ｌ2Ｏ4、１１１面）をＭＯＶＰＥ装置の反応容器内に設
置した後、原料ガスにＴＭＧ（トリメチルガリウム）
と、アンモニアを用い、温度５００℃でサファイア基板
の表面にＧａＮよりなるバッファ層４２を２００オング
ストロームの膜厚で成長させた。このバッファ層４１は
基板と窒化物半導体との格子不整合を緩和する作用があ
り、他にＡｌＮ、ＡｌＧａＮ等を成長させることも可能
である。このバッファ層を成長させることにより、基板
の上に成長させるｎ型窒化物半導体の結晶性が良くなる
ことが知られているが、成長方法、基板の種類等により
バッファ層が成長されない場合もある。
【００３１】続いて温度を１０５０℃に上げ、原料ガス
にＴＭＧ、アンモニア、ドナー不純物としてＳｉＨ
4（シラン）ガスを用いて、ＳｉドープＧａＮよりなる
ｎ型コンタクト層４３を４μｍの膜厚で成長させた。
にＴＭＧ、アンモニア、ドナー不純物としてＳｉＨ
4（シラン）ガスを用いて、ＳｉドープＧａＮよりなる
ｎ型コンタクト層４３を４μｍの膜厚で成長させた。
【００３２】次に温度を７５０℃まで下げ、原料ガスに
ＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニ
ア、不純物ガスにシランガスを用い、ＳｉドープＩｎ0.
1Ｇａ0.9Ｎよりなるクラック防止層４４を５００オング
ストロームの膜厚で成長させた。このクラック防止層４
４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、次に成長させるＡｌを含
む窒化物半導体よりなるｎ型光閉じこめ層４５を厚膜で
成長させることが可能となる。ＬＤの場合は、光閉じ込
め層、光ガイド層となる層を、例えば０．１μｍ以上の
膜厚で成長させる必要がある。従来ではＧａＮ、ＡｌＧ
ａＮ層の上に直接厚膜のＡｌＧａＮを成長させると、後
から成長させたＡｌＧａＮにクラックが入るので素子作
製が困難であったが、このクラック防止層が次に成長さ
せる光閉じこめ層４５にクラックが入るのを防止するこ
とができる。しかも次に成長させる光閉じこめ層４５を
厚膜で成長させても膜質良く成長できる。なおこのクラ
ック防止層４４は１００オングストローム以上、０．５
μｍ以下の膜厚で成長させることが好ましい。１００オ
ングストロームよりも薄いと前記のようにクラック防止
として作用しにくく、０．５μｍよりも厚いと、結晶自
体が黒変する傾向にある。なお、このクラック防止層４
４は成長方法、成長装置によっては省略することもでき
る。
ＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニ
ア、不純物ガスにシランガスを用い、ＳｉドープＩｎ0.
1Ｇａ0.9Ｎよりなるクラック防止層４４を５００オング
ストロームの膜厚で成長させた。このクラック防止層４
４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、次に成長させるＡｌを含
む窒化物半導体よりなるｎ型光閉じこめ層４５を厚膜で
成長させることが可能となる。ＬＤの場合は、光閉じ込
め層、光ガイド層となる層を、例えば０．１μｍ以上の
膜厚で成長させる必要がある。従来ではＧａＮ、ＡｌＧ
ａＮ層の上に直接厚膜のＡｌＧａＮを成長させると、後
から成長させたＡｌＧａＮにクラックが入るので素子作
製が困難であったが、このクラック防止層が次に成長さ
せる光閉じこめ層４５にクラックが入るのを防止するこ
とができる。しかも次に成長させる光閉じこめ層４５を
厚膜で成長させても膜質良く成長できる。なおこのクラ
ック防止層４４は１００オングストローム以上、０．５
μｍ以下の膜厚で成長させることが好ましい。１００オ
ングストロームよりも薄いと前記のようにクラック防止
として作用しにくく、０．５μｍよりも厚いと、結晶自
体が黒変する傾向にある。なお、このクラック防止層４
４は成長方法、成長装置によっては省略することもでき
る。
【００３３】次に、温度を１０５０℃にして、原料ガス
にＴＥＧ、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、アンモ
ニア、不純物ガスにシランガスを用いて、Ｓｉドープｎ
型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなるｎ型光閉じこめ層４５を
０．５μｍの膜厚で成長させた。
にＴＥＧ、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、アンモ
ニア、不純物ガスにシランガスを用いて、Ｓｉドープｎ
型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなるｎ型光閉じこめ層４５を
０．５μｍの膜厚で成長させた。
【００３４】続いて、原料ガスにＴＭＧ、アンモニア、
不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ
よりなるｎ型光ガイド層４６を５００オングストローム
の膜厚で成長させた。
不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ
よりなるｎ型光ガイド層４６を５００オングストローム
の膜厚で成長させた。
【００３５】次に原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニ
アを用いて活性層４７を成長させた。活性層は温度を７
５０℃に保持して、まずノンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよ
りなる井戸層を２５オングストロームの膜厚で成長させ
る。次にＴＭＩのモル比を変化させるのみで同一温度
で、ノンドープＩｎ0.01Ｇａ0.95Ｎよりなる障壁層を５
０オングストロームの膜厚で成長させる。この操作を１
３回繰り返し、最後に井戸層を成長させ総膜厚０．１μ
ｍの膜厚の多重量子井戸構造よりなる活性層４７を成長
させた。
アを用いて活性層４７を成長させた。活性層は温度を７
５０℃に保持して、まずノンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎよ
りなる井戸層を２５オングストロームの膜厚で成長させ
る。次にＴＭＩのモル比を変化させるのみで同一温度
で、ノンドープＩｎ0.01Ｇａ0.95Ｎよりなる障壁層を５
０オングストロームの膜厚で成長させる。この操作を１
３回繰り返し、最後に井戸層を成長させ総膜厚０．１μ
ｍの膜厚の多重量子井戸構造よりなる活性層４７を成長
させた。
【００３６】活性層４７成長後、温度を１０５０℃にし
てＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、アクセプター不純物源
としてＣｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウ
ム）を用い、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる
ｐ型キャップ層４８を１００オングストロームの膜厚で
成長させた。このｐ型キャップ層４８は１μｍ以下、さ
らに好ましくは１０オングストローム以上、０．１μｍ
以下の膜厚で成長させることにより、ＩｎＧａＮよりな
る活性層が分解するのを防止するキャップ層としての作
用があり、また活性層の上にＡｌを含むｐ型窒化物半導
体よりなるｐ型キャップ層４８を成長させることによ
り、発光出力が格段に向上する。逆に活性層に接するｐ
層をＧａＮとすると素子の出力が約１／３に低下してし
まう。これはＡｌＧａＮがＧａＮに比べてｐ型になりや
すく、またｐ型キャップ層４８成長時に、ＩｎＧａＮが
分解するのを抑える作用があるためと推察されるが、詳
しいことは不明である。このｐ型キャップ層４８の膜厚
は１μｍよりも厚いと、層自体にクラックが入りやすく
なり素子作製が困難となる傾向にある。なおこのｐ型キ
ャップ層４８も省略可能である。
てＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、アクセプター不純物源
としてＣｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウ
ム）を用い、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる
ｐ型キャップ層４８を１００オングストロームの膜厚で
成長させた。このｐ型キャップ層４８は１μｍ以下、さ
らに好ましくは１０オングストローム以上、０．１μｍ
以下の膜厚で成長させることにより、ＩｎＧａＮよりな
る活性層が分解するのを防止するキャップ層としての作
用があり、また活性層の上にＡｌを含むｐ型窒化物半導
体よりなるｐ型キャップ層４８を成長させることによ
り、発光出力が格段に向上する。逆に活性層に接するｐ
層をＧａＮとすると素子の出力が約１／３に低下してし
まう。これはＡｌＧａＮがＧａＮに比べてｐ型になりや
すく、またｐ型キャップ層４８成長時に、ＩｎＧａＮが
分解するのを抑える作用があるためと推察されるが、詳
しいことは不明である。このｐ型キャップ層４８の膜厚
は１μｍよりも厚いと、層自体にクラックが入りやすく
なり素子作製が困難となる傾向にある。なおこのｐ型キ
ャップ層４８も省略可能である。
【００３７】次に温度を１０５０℃に保持しながら、Ｔ
ＭＧ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇを用いＭｇドープｐ型Ｇ
ａＮよりなるｐ型光ガイド層４９を５００オングストロ
ームの膜厚で成長させた。この第二のｐ型光ガイド層４
９は上記したように、ＩｎＧａＮ、ＧａＮとすることに
より次のＡｌを含む光閉じこめ層５０を結晶性良く成長
できる。
ＭＧ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇを用いＭｇドープｐ型Ｇ
ａＮよりなるｐ型光ガイド層４９を５００オングストロ
ームの膜厚で成長させた。この第二のｐ型光ガイド層４
９は上記したように、ＩｎＧａＮ、ＧａＮとすることに
より次のＡｌを含む光閉じこめ層５０を結晶性良く成長
できる。
【００３８】続いて、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃ
ｐ2Ｍｇを用いてＭｇドープＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる
ｐ型光閉じこめ層５０を０．５μｍの膜厚で成長させ
た。
ｐ2Ｍｇを用いてＭｇドープＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる
ｐ型光閉じこめ層５０を０．５μｍの膜厚で成長させ
た。
【００３９】続いて、ＴＭＧ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇ
を用い、Ｍｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト
層５１を０．５μｍの膜厚で成長させた。
を用い、Ｍｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト
層５１を０．５μｍの膜厚で成長させた。
【００４０】以上のようにして窒化物半導体を積層した
ウェーハを反応容器から取り出し、反応性イオンエッチ
ング（ＲＩＥ）装置にて、最上層のｐ型コンタクト層５
１から選択エッチを行い、負電極２０を形成すべきｎ型
コンタクト層４３の表面を露出させた。なおエッチング
形状は、後に形成する共振器の方向に対して平行なスト
ライプ状とし、ストライプ幅は１０μｍとした。
ウェーハを反応容器から取り出し、反応性イオンエッチ
ング（ＲＩＥ）装置にて、最上層のｐ型コンタクト層５
１から選択エッチを行い、負電極２０を形成すべきｎ型
コンタクト層４３の表面を露出させた。なおエッチング
形状は、後に形成する共振器の方向に対して平行なスト
ライプ状とし、ストライプ幅は１０μｍとした。
【００４１】次に、ｐ型コンタクト層５１の上から同じ
くＲＩＥにより、選択メサエッチを行い、ｐ型コンタク
ト層５１、ｐ型光閉じこめ層５０、ｐ型光ガイド層４
９、ｐ型層４８の一部をストライプ状にエッチングし
た。エッチングにより残る最上層のｐ型コンタクト層の
ストライプ幅は１μｍとし、台形状の底部にあたるｐ型
層４８のストライプ幅はおよそ４μｍとした。
くＲＩＥにより、選択メサエッチを行い、ｐ型コンタク
ト層５１、ｐ型光閉じこめ層５０、ｐ型光ガイド層４
９、ｐ型層４８の一部をストライプ状にエッチングし
た。エッチングにより残る最上層のｐ型コンタクト層の
ストライプ幅は１μｍとし、台形状の底部にあたるｐ型
層４８のストライプ幅はおよそ４μｍとした。
【００４２】エッチングの終わった窒化物半導体ウェー
ハの正電極、負電極を形成すべき部分にマスクをかけ、
さらにプラズマＣＶＤ装置でＳｉＯ2よりなる絶縁膜１
１をｐ型コンタクト層５１、ｐ型光閉じこめ層５０、ｐ
型光ガイド層４９、ｐ型キャップ層４８のエッチング端
面に４μｍの膜厚で形成した。
ハの正電極、負電極を形成すべき部分にマスクをかけ、
さらにプラズマＣＶＤ装置でＳｉＯ2よりなる絶縁膜１
１をｐ型コンタクト層５１、ｐ型光閉じこめ層５０、ｐ
型光ガイド層４９、ｐ型キャップ層４８のエッチング端
面に４μｍの膜厚で形成した。
【００４３】次に、ｐ型コンタクト層５１にはＮｉとＡ
ｕよりなるストライプ状の正電極３１を絶縁膜１１を介
して形成し、先に露出させたｎ型コンタクト層４３には
ＴｉとＡｌよりなるストライプ状の負電極２１を形成し
た。
ｕよりなるストライプ状の正電極３１を絶縁膜１１を介
して形成し、先に露出させたｎ型コンタクト層４３には
ＴｉとＡｌよりなるストライプ状の負電極２１を形成し
た。
【００４４】以上のようにしたウェーハを、まずストラ
イプ状の電極に平行な位置で分割した後、次に電極に垂
直な方向で分割し、垂直な方向で分割した分割面を研磨
して鏡面とした。その共振面に常法に従って誘電体多層
膜を形成してレーザチップとした。このレーザチップを
ヒートシンクに設置し、常温でパルス発振させたところ
しきい値電流密度２ｋＡ／cm2で４１０ｎｍのレーザ発
振を示した。
イプ状の電極に平行な位置で分割した後、次に電極に垂
直な方向で分割し、垂直な方向で分割した分割面を研磨
して鏡面とした。その共振面に常法に従って誘電体多層
膜を形成してレーザチップとした。このレーザチップを
ヒートシンクに設置し、常温でパルス発振させたところ
しきい値電流密度２ｋＡ／cm2で４１０ｎｍのレーザ発
振を示した。
【００４５】これに対し、メサエッチを行わずにｐ型コ
ンタクト層５１の表面にＳｉＯ2よりなる１μｍ幅（露
出するｐ型コンタクト層のストライプ幅が１μｍである
こと。）の電流狭窄層を設け、同様にして正電極を設け
た利得導波型のレーザ素子はしきい値電流密度が４ｋＡ
／cm2以上であった。
ンタクト層５１の表面にＳｉＯ2よりなる１μｍ幅（露
出するｐ型コンタクト層のストライプ幅が１μｍである
こと。）の電流狭窄層を設け、同様にして正電極を設け
た利得導波型のレーザ素子はしきい値電流密度が４ｋＡ
／cm2以上であった。
【００４６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーザ素
子では横モードのレーザ光が制御できるためにレーザ発
振のしきい値電流密度が低下して、連続発振に近づける
ことが可能となった。窒化物半導体は現在研究されてい
るII−VI族化合物半導体よりなるレーザ素子に比べて短
波長が発振できるという利点がある。従って窒化物半導
体で連続発振が可能となると、書き込み光源、読みとり
光源としての需要が爆発的に増え、その産業上の利用価
値は非常に大きい。
子では横モードのレーザ光が制御できるためにレーザ発
振のしきい値電流密度が低下して、連続発振に近づける
ことが可能となった。窒化物半導体は現在研究されてい
るII−VI族化合物半導体よりなるレーザ素子に比べて短
波長が発振できるという利点がある。従って窒化物半導
体で連続発振が可能となると、書き込み光源、読みとり
光源としての需要が爆発的に増え、その産業上の利用価
値は非常に大きい。
【図１】 本発明の一実施例に係るレーザ素子の構造を
示す模式断面図。
示す模式断面図。
【図２】 図１のレーザ素子の形状を示す斜視図。
【図３】 本発明の他の実施例に係るレーザ素子の構造
を示す模式断面図。
を示す模式断面図。
【図４】 本発明の他の実施例に係るレーザ素子の構造
を示す模式断面図。
を示す模式断面図。
１・・・・基板 ２・・・・ｎ型コンタクト層 ３・・・・ｎ型光閉じこめ層 ４・・・・ｎ型光ガイド層 ５・・・・活性層 ６・・・・ｐ型光ガイド層 ５・・・・ｐ型光閉じこめ層 ６・・・・ｐ型コンタクト層 １０・・・・絶縁性薄膜 ２０、３０・・・・電極
Claims (3)
- 【請求項１】 次の（ａ）〜（ｃ）の要件を具備するこ
とを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。 （ａ） Ｉｎを含む窒化物半導体よりなる活性層の上
に、ｐ型の窒化物半導体よりなる光ガイド層、光閉じ込
め層及びコンタクト層を少なくとも有している。 （ｂ） 前記レーザ素子のレーザ光の共振方向に平行な
方向にあたる前記光ガイド層、光閉じこめ層及びコンタ
クト層の幅が前記活性層の幅よりもエッチングにより狭
く調整されている。 （ｃ） 前記光ガイド層、光閉じこめ層及びコンタクト
層のエッチング面には絶縁性薄膜が連続して形成され
て、その絶縁性薄膜を介してコンタクト層と接続した正
電極が設けられている。 - 【請求項２】 エッチングされた前記光ガイド層、前記
光閉じこめ層及び前記コンタクト層の断面形状は、レー
ザ光の共振方向に垂直な方向に対し、活性層側を底部と
し、コンタクト層側を上部とする台形を有することを特
徴とする請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。 - 【請求項３】 前記活性層はＩｎXＧａ1-XＮ（０＜X＜
１）よりなる井戸層を有する多重量子井戸構造であるこ
とを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の窒化物半
導体レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP629896A JPH09199798A (ja) | 1996-01-18 | 1996-01-18 | 窒化物半導体レーザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP629896A JPH09199798A (ja) | 1996-01-18 | 1996-01-18 | 窒化物半導体レーザ素子 |
Related Child Applications (2)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000281097A Division JP3562455B2 (ja) | 2000-09-18 | 2000-09-18 | 窒化物半導体レーザ素子の形成方法 |
| JP2001273286A Division JP4053747B2 (ja) | 2001-09-10 | 2001-09-10 | 窒化物半導体レーザ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09199798A true JPH09199798A (ja) | 1997-07-31 |
Family
ID=11634477
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP629896A Pending JPH09199798A (ja) | 1996-01-18 | 1996-01-18 | 窒化物半導体レーザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09199798A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003142769A (ja) * | 1998-02-17 | 2003-05-16 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体レーザ素子 |
| JP2003264343A (ja) * | 1999-06-10 | 2003-09-19 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体レーザ素子 |
| US7109529B2 (en) | 1998-05-13 | 2006-09-19 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Light-emitting semiconductor device using group III nitride compound |
| JP2006324279A (ja) * | 2005-05-17 | 2006-11-30 | Rohm Co Ltd | 半導体素子 |
| USRE42074E1 (en) | 1996-04-26 | 2011-01-25 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Manufacturing method of light emitting device |
-
1996
- 1996-01-18 JP JP629896A patent/JPH09199798A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| USRE42074E1 (en) | 1996-04-26 | 2011-01-25 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Manufacturing method of light emitting device |
| JP2003142769A (ja) * | 1998-02-17 | 2003-05-16 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体レーザ素子 |
| US7109529B2 (en) | 1998-05-13 | 2006-09-19 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Light-emitting semiconductor device using group III nitride compound |
| JP2003264343A (ja) * | 1999-06-10 | 2003-09-19 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体レーザ素子 |
| JP2006324279A (ja) * | 2005-05-17 | 2006-11-30 | Rohm Co Ltd | 半導体素子 |
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