JPH10150219A - ３族窒化物半導体レーザ素子 - Google Patents
３族窒化物半導体レーザ素子Info
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- JPH10150219A JPH10150219A JP32079796A JP32079796A JPH10150219A JP H10150219 A JPH10150219 A JP H10150219A JP 32079796 A JP32079796 A JP 32079796A JP 32079796 A JP32079796 A JP 32079796A JP H10150219 A JPH10150219 A JP H10150219A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ｐ型ガイド層における光の吸収を防止してレー
ザ出力を向上させること。 【解決手段】InGaN/GaN にて形成される活性層５を、活
性層５よりも禁制帯幅の広いｐ型クラッド層７１とスト
ッパ層４２で挟み、ストッパ層４２の外側をガイド層４
１、その外側をクラッド層４で形成することにより、キ
ャリアを活性層５に閉じ込め、光を活性層５とストッパ
層４２とガイド層４１に閉じ込めた。この結果、発光波
長が３８０〜４３０ｎｍのときに光を吸収する層が光の
閉じ込めを行う層に存在しないので、光の吸収による損
失が無くなりレーザ出力が向上した。
ザ出力を向上させること。 【解決手段】InGaN/GaN にて形成される活性層５を、活
性層５よりも禁制帯幅の広いｐ型クラッド層７１とスト
ッパ層４２で挟み、ストッパ層４２の外側をガイド層４
１、その外側をクラッド層４で形成することにより、キ
ャリアを活性層５に閉じ込め、光を活性層５とストッパ
層４２とガイド層４１に閉じ込めた。この結果、発光波
長が３８０〜４３０ｎｍのときに光を吸収する層が光の
閉じ込めを行う層に存在しないので、光の吸収による損
失が無くなりレーザ出力が向上した。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は３族窒化物半導体を用い
た半導体レーザ素子に関する。特に、レーザの発振効率
を向上させた素子に関する。
た半導体レーザ素子に関する。特に、レーザの発振効率
を向上させた素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、青色や短波長領域のレーザ素子の
材料としてAlGaInN 系の化合物半導体を用いたものが知
られている。その化合物半導体は直接遷移型であること
から発光効率が高いこと、光の３原色の１つである青色
及び緑色を発光色とすること等から注目されている。
材料としてAlGaInN 系の化合物半導体を用いたものが知
られている。その化合物半導体は直接遷移型であること
から発光効率が高いこと、光の３原色の１つである青色
及び緑色を発光色とすること等から注目されている。
【０００３】AlGaInN 系半導体においては、Mgをドープ
した後、電子線照射等の熱処理を行うことにより低抵抗
化することができる。この結果、AlGaN のｐ型のクラッ
ド層と、InGaN の活性層と、AlGaN のｎ型クラッド層を
用いたダブルヘテロ構造を有するレーザ素子が提案され
ている。又、レーザ素子においては、薄い層に光を閉じ
込めることが困難なことから、キャリア閉じ込め領域と
光の閉じ込め領域とを分離させたＳＣＨ(Separate Conf
inement Heterostracture)構造が知られている。これ
は、活性層をその両側からガイド層で挟み、さらにその
外側からクラッド層で挟んだ構造であり、キャリアは活
性層に閉じ込められ、光はガイド層と活性層にて閉じ込
められている。活性層を両側から挟み込むガイド層の一
方はｎ型GaN であり、他方はｐ型GaN で形成されてお
り、ｐ型GaN はMgをドープした後、電子線照射等の熱処
理を行うことにより低抵抗化をしている。
した後、電子線照射等の熱処理を行うことにより低抵抗
化することができる。この結果、AlGaN のｐ型のクラッ
ド層と、InGaN の活性層と、AlGaN のｎ型クラッド層を
用いたダブルヘテロ構造を有するレーザ素子が提案され
ている。又、レーザ素子においては、薄い層に光を閉じ
込めることが困難なことから、キャリア閉じ込め領域と
光の閉じ込め領域とを分離させたＳＣＨ(Separate Conf
inement Heterostracture)構造が知られている。これ
は、活性層をその両側からガイド層で挟み、さらにその
外側からクラッド層で挟んだ構造であり、キャリアは活
性層に閉じ込められ、光はガイド層と活性層にて閉じ込
められている。活性層を両側から挟み込むガイド層の一
方はｎ型GaN であり、他方はｐ型GaN で形成されてお
り、ｐ型GaN はMgをドープした後、電子線照射等の熱処
理を行うことにより低抵抗化をしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
なＳＣＨ構造では、発光波長が３８０〜４３０ｎｍの場
合には、ｐ型ガイド層のドーパントであるMgのレベルが
３８０〜４３０ｎｍの光を吸収するレベルにあるので、
光が吸収されることにより損失が増加することになる。
そこで本発明の目的は、ｐ型ガイド層における光の吸収
を無くしてレーザの出力を向上させることである。
なＳＣＨ構造では、発光波長が３８０〜４３０ｎｍの場
合には、ｐ型ガイド層のドーパントであるMgのレベルが
３８０〜４３０ｎｍの光を吸収するレベルにあるので、
光が吸収されることにより損失が増加することになる。
そこで本発明の目的は、ｐ型ガイド層における光の吸収
を無くしてレーザの出力を向上させることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、３族
窒化物半導体により形成され、活性層と、その活性層よ
りも禁制帯幅の広いガイド層と、そのガイド層より禁制
帯幅の広いクラッド層にて構成されるキャリア閉じ込め
と光の閉じ込めを分離させたレーザ素子において、活性
層はｐ型のクラッド層とｎ型のガイド層に挟まれてお
り、そのｎ型のガイド層は活性層とｎ型のクラッド層に
挟まれていることを特徴とする。
窒化物半導体により形成され、活性層と、その活性層よ
りも禁制帯幅の広いガイド層と、そのガイド層より禁制
帯幅の広いクラッド層にて構成されるキャリア閉じ込め
と光の閉じ込めを分離させたレーザ素子において、活性
層はｐ型のクラッド層とｎ型のガイド層に挟まれてお
り、そのｎ型のガイド層は活性層とｎ型のクラッド層に
挟まれていることを特徴とする。
【０００６】さらに、請求項１の３族窒化物半導体レー
ザ素子において、活性層とｎ型ガイド層の間に、ｎ型ガ
イド層よりも禁制帯幅の大きいストッパ層を形成しても
よい。
ザ素子において、活性層とｎ型ガイド層の間に、ｎ型ガ
イド層よりも禁制帯幅の大きいストッパ層を形成しても
よい。
【０００７】
【発明の作用及び効果】請求項１の発明は、活性層はｐ
型のクラッド層とｎ型のガイド層に挟まれており、その
ｎ型のガイド層は活性層とｎ型のクラッド層に挟まれて
いる。この結果、発光波長が３８０〜４３０ｎｍの場合
には、光を吸収するMgがドープされたGaN にて形成され
るｐ型ガイド層がないために光の吸収が行われないので
レーザの出力が向上する。また、光はｐ型クラッド層及
びｎ型クラッド層により活性層とｎ型ガイド層に十分閉
じ込めることができるので、光閉じ込め効果が低下する
ことはない。また、ｐ型ガイド層でなくｐ型クラッド層
により活性層へのキャリア閉じ込めを行うことにより、
ｐ型層のキャリアである電子に対する障壁が十分大きく
なり活性層以外へのオーバーフローがなくなり、キャリ
ア注入効率が向上し、レーザ出力が向上する。さらに、
ｐ型ガイド層を形成しないのでｐ型層の形成時間が短縮
され、その結果活性層の結晶成長後に高温にさらされる
時間が短くなるので、活性層の結晶性の悪化を最小限に
抑えることができる。
型のクラッド層とｎ型のガイド層に挟まれており、その
ｎ型のガイド層は活性層とｎ型のクラッド層に挟まれて
いる。この結果、発光波長が３８０〜４３０ｎｍの場合
には、光を吸収するMgがドープされたGaN にて形成され
るｐ型ガイド層がないために光の吸収が行われないので
レーザの出力が向上する。また、光はｐ型クラッド層及
びｎ型クラッド層により活性層とｎ型ガイド層に十分閉
じ込めることができるので、光閉じ込め効果が低下する
ことはない。また、ｐ型ガイド層でなくｐ型クラッド層
により活性層へのキャリア閉じ込めを行うことにより、
ｐ型層のキャリアである電子に対する障壁が十分大きく
なり活性層以外へのオーバーフローがなくなり、キャリ
ア注入効率が向上し、レーザ出力が向上する。さらに、
ｐ型ガイド層を形成しないのでｐ型層の形成時間が短縮
され、その結果活性層の結晶成長後に高温にさらされる
時間が短くなるので、活性層の結晶性の悪化を最小限に
抑えることができる。
【０００８】さらに、請求項１の３族窒化物半導体レー
ザ素子において、活性層とｎ型ガイド層の間に、ｎ型ガ
イド層よりも禁制帯幅の大きいストッパ層を形成しても
よく、このようにｎ型層側にストッパ層を設けると、活
性層に注入されたキャリアの閉じ込め効果が高くなり、
レーザ出力が向上する。
ザ素子において、活性層とｎ型ガイド層の間に、ｎ型ガ
イド層よりも禁制帯幅の大きいストッパ層を形成しても
よく、このようにｎ型層側にストッパ層を設けると、活
性層に注入されたキャリアの閉じ込め効果が高くなり、
レーザ出力が向上する。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的な実施例に
基づいて説明する。なお本発明は下記実施例に限定され
るものではない。図１は本願実施例のレーザ素子１００
の全体図を示す。レーザ素子１００は、サファイア基板
１を有しており、そのサファイア基板１上に５０ｎｍの
AlN バッファ層２が形成されている。
基づいて説明する。なお本発明は下記実施例に限定され
るものではない。図１は本願実施例のレーザ素子１００
の全体図を示す。レーザ素子１００は、サファイア基板
１を有しており、そのサファイア基板１上に５０ｎｍの
AlN バッファ層２が形成されている。
【００１０】そのバッファ層２の上には、膜厚約４．０
μｍ、電子濃度２×１０18/cm3、シリコン濃度４×１０
18/cm3のシリコン(Si)ドープGaN から成る高キャリア濃
度ｎ+ 層３が形成され、そのｎ+ 層３層の上には、膜厚
約１．０μｍ、電子濃度２×１０18/cm3、シリコン濃度
４×１０18/cm3のシリコン(Si)ドープｎ型Al0.08Ga0.92
N から成るクラッド層４が形成されている。クラッド層
４の上には、膜厚０．２μｍ、電子濃度１×１０18/c
m3、シリコン濃度２×１０18/cm3のシリコン(Si)ドープ
GaN からなるガイド層４１が形成され、そのガイド層４
１の上には、膜厚約２０ｎｍ、電子濃度２×１０18/c
m3、シリコン濃度４×１０18/cm3のシリコン(Si)ドープ
ｎ型Al0.15Ga0.85N からなるストッパ層４２が形成され
ている。
μｍ、電子濃度２×１０18/cm3、シリコン濃度４×１０
18/cm3のシリコン(Si)ドープGaN から成る高キャリア濃
度ｎ+ 層３が形成され、そのｎ+ 層３層の上には、膜厚
約１．０μｍ、電子濃度２×１０18/cm3、シリコン濃度
４×１０18/cm3のシリコン(Si)ドープｎ型Al0.08Ga0.92
N から成るクラッド層４が形成されている。クラッド層
４の上には、膜厚０．２μｍ、電子濃度１×１０18/c
m3、シリコン濃度２×１０18/cm3のシリコン(Si)ドープ
GaN からなるガイド層４１が形成され、そのガイド層４
１の上には、膜厚約２０ｎｍ、電子濃度２×１０18/c
m3、シリコン濃度４×１０18/cm3のシリコン(Si)ドープ
ｎ型Al0.15Ga0.85N からなるストッパ層４２が形成され
ている。
【００１１】そして、そのストッパ層４２の上には、膜
厚５ｎｍのGaN から成るバリア層５１と膜厚５ｎｍのIn
0.20Ga0.80N から成る井戸層５２で構成された多重量子
井戸構造（ＭＱＷ）の活性層５が形成され、その活性層
５の上には、膜厚約１．０μｍ、ホール濃度２×１０17
/cm3、マグネシウム(Mg)濃度５×１０19/cm3のｐ型Al
0.08Ga0.92N から成るクラッド層７１が形成されてい
る。
厚５ｎｍのGaN から成るバリア層５１と膜厚５ｎｍのIn
0.20Ga0.80N から成る井戸層５２で構成された多重量子
井戸構造（ＭＱＷ）の活性層５が形成され、その活性層
５の上には、膜厚約１．０μｍ、ホール濃度２×１０17
/cm3、マグネシウム(Mg)濃度５×１０19/cm3のｐ型Al
0.08Ga0.92N から成るクラッド層７１が形成されてい
る。
【００１２】さらに、クラッド層７１の上には、順次、
膜厚約２００ｎｍ、ホール濃度３×１０17/cm3、マグネ
シウム(Mg)濃度５×１０19/cm3のｐ型GaN 層７２、膜厚
約１００ｎｍ、ホール濃度６×１０17/cm3、マグネシウ
ム(Mg)濃度１×１０20/cm3のｐ型GaN から成るコンタク
ト層７３が形成されている。そして、コンタクト層７３
上にSiO2から成る絶縁膜１０が形成され、その絶縁膜１
０の一部に開けられた窓にNi/Au の２重層から成る電極
９が形成されている。一方、ｎ+ 層３上にはAlから成る
電極８が形成されている。
膜厚約２００ｎｍ、ホール濃度３×１０17/cm3、マグネ
シウム(Mg)濃度５×１０19/cm3のｐ型GaN 層７２、膜厚
約１００ｎｍ、ホール濃度６×１０17/cm3、マグネシウ
ム(Mg)濃度１×１０20/cm3のｐ型GaN から成るコンタク
ト層７３が形成されている。そして、コンタクト層７３
上にSiO2から成る絶縁膜１０が形成され、その絶縁膜１
０の一部に開けられた窓にNi/Au の２重層から成る電極
９が形成されている。一方、ｎ+ 層３上にはAlから成る
電極８が形成されている。
【００１３】次に、この半導体素子の製造方法について
説明する。上記レーザ素子１００は、有機金属気相成長
法（以下ＭＯＶＰＥ）による気相成長により製造され
た。用いられたガスは、アンモニア(NH3) 、キャリアガ
ス(H2,N2) 、トリメチルガリウム(Ga(CH3)3)（以下「TM
G 」と記す）、トリメチルアルミニウム(Al(CH3)3)（以
下「TMA 」と記す）、トリメチルインジウム(In(CH3)3)
（以下「TMI 」と記す）、シラン(SiH4)とシクロペンタ
ジエニルマグネシウム(Mg(C5H5)2) （以下「CP2Mg 」と
記す）である。
説明する。上記レーザ素子１００は、有機金属気相成長
法（以下ＭＯＶＰＥ）による気相成長により製造され
た。用いられたガスは、アンモニア(NH3) 、キャリアガ
ス(H2,N2) 、トリメチルガリウム(Ga(CH3)3)（以下「TM
G 」と記す）、トリメチルアルミニウム(Al(CH3)3)（以
下「TMA 」と記す）、トリメチルインジウム(In(CH3)3)
（以下「TMI 」と記す）、シラン(SiH4)とシクロペンタ
ジエニルマグネシウム(Mg(C5H5)2) （以下「CP2Mg 」と
記す）である。
【００１４】まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した
ａ面を主面とした単結晶のサファイア基板１をＭＯＶＰ
Ｅ装置の反応室に載置されたサセプタに装着する。次
に、常圧でH2を流速２liter/分で約３０分間反応室に流
しながら温度１１００℃でサファイア基板１をベーキン
グした。
ａ面を主面とした単結晶のサファイア基板１をＭＯＶＰ
Ｅ装置の反応室に載置されたサセプタに装着する。次
に、常圧でH2を流速２liter/分で約３０分間反応室に流
しながら温度１１００℃でサファイア基板１をベーキン
グした。
【００１５】次に、温度を４００℃まで低下させて、H2
を２０liter/分、NH3 を１０liter/分、TMA を１．８×
１０-5モル／分で約１．５分間供給してAlN のバッファ
層２を約５０ｎｍの厚さに形成した。次に、サファイア
基板１の温度を１１５０℃に保持し、H2を２０liter/
分、NH3 を１０liter/分、TMG を１．７×１０-4モル／
分、H2ガスにより０．８６ｐｐｍに希釈されたシランを
２０×１０-8モル／分で４０分間供給し、膜厚約４．０
μｍ、電子濃度２×１０18/cm3、シリコン濃度４×１０
18/cm3のシリコン(Si)ドープGaN から成る高キャリア濃
度ｎ+ 層３を形成した。
を２０liter/分、NH3 を１０liter/分、TMA を１．８×
１０-5モル／分で約１．５分間供給してAlN のバッファ
層２を約５０ｎｍの厚さに形成した。次に、サファイア
基板１の温度を１１５０℃に保持し、H2を２０liter/
分、NH3 を１０liter/分、TMG を１．７×１０-4モル／
分、H2ガスにより０．８６ｐｐｍに希釈されたシランを
２０×１０-8モル／分で４０分間供給し、膜厚約４．０
μｍ、電子濃度２×１０18/cm3、シリコン濃度４×１０
18/cm3のシリコン(Si)ドープGaN から成る高キャリア濃
度ｎ+ 層３を形成した。
【００１６】次に、サファイア基板１の温度を１１００
℃に保持し、N2又はH2を１０liter/分、NH3 を１０lite
r/分、TMG を１．１２×１０-4モル／分、TMA を０．４
７×１０-4モル／分、H2ガスにより０．８６ｐｐｍに希
釈されたシランを１×１０-8モル／分で６０分間供給し
て、膜厚約１．０μｍ、電子濃度２×１０18/cm3、シリ
コン濃度４×１０18/cm3のシリコン(Si)ドープｎ型Al
0.08Ga0.92N から成るクラッド層４を形成した。
℃に保持し、N2又はH2を１０liter/分、NH3 を１０lite
r/分、TMG を１．１２×１０-4モル／分、TMA を０．４
７×１０-4モル／分、H2ガスにより０．８６ｐｐｍに希
釈されたシランを１×１０-8モル／分で６０分間供給し
て、膜厚約１．０μｍ、電子濃度２×１０18/cm3、シリ
コン濃度４×１０18/cm3のシリコン(Si)ドープｎ型Al
0.08Ga0.92N から成るクラッド層４を形成した。
【００１７】上記のクラッド層４を形成した後、続いて
温度を１１００℃に保持し、H2を２０liter/分、NH3 を
１０liter/分、TMG を１．１２×１０-4モル／分、H2ガ
スにより０．８６ｐｐｍに希釈されたシランを１×１０
-8モル／分で５分間供給して、膜厚約０．１μｍ、電子
濃度１×１０18/cm3、シリコン濃度２×１０18/cm3のシ
リコン(Si)ドープｎ型GaN から成るガイド層４１を形成
した。
温度を１１００℃に保持し、H2を２０liter/分、NH3 を
１０liter/分、TMG を１．１２×１０-4モル／分、H2ガ
スにより０．８６ｐｐｍに希釈されたシランを１×１０
-8モル／分で５分間供給して、膜厚約０．１μｍ、電子
濃度１×１０18/cm3、シリコン濃度２×１０18/cm3のシ
リコン(Si)ドープｎ型GaN から成るガイド層４１を形成
した。
【００１８】次に、サファイア基板１の温度を１１００
℃に保持し、N2又はH2を１０liter/分、NH3 を１０lite
r/分、TMG を２．２４×１０-4モル／分、TMA を０．２
４×１０-4モル／分、H2ガスにより０．８６ｐｐｍに希
釈されたシランを１０×１０-9モル／分で１．２分間供
給して、膜厚約２０ｎｍ、電子濃度２×１０18/cm3、シ
リコン濃度４×１０18/cm3のシリコン(Si)ドープｎ型Al
0.15Ga0.85N から成るストッパ層４２を形成した。
℃に保持し、N2又はH2を１０liter/分、NH3 を１０lite
r/分、TMG を２．２４×１０-4モル／分、TMA を０．２
４×１０-4モル／分、H2ガスにより０．８６ｐｐｍに希
釈されたシランを１０×１０-9モル／分で１．２分間供
給して、膜厚約２０ｎｍ、電子濃度２×１０18/cm3、シ
リコン濃度４×１０18/cm3のシリコン(Si)ドープｎ型Al
0.15Ga0.85N から成るストッパ層４２を形成した。
【００１９】次に、N2又はH2を２０liter/分、NH3 を１
０liter/分、TMG を２．０×１０-4モル／分で１．５分
間供給して、膜厚約５ｎｍのGaN から成るバリア層５１
を形成した。次に、N2又はH2、NH3 の供給量を一定とし
て、TMG を７．２×１０-5モル／分、TMI を０．１９×
１０-4モル／分で１．５分間供給して、膜厚約５ｎｍの
In0.20Ga0.80N から成る井戸層５２を形成した。さら
に、バリア層５１と井戸層５２を同一条件で４周期形成
し、その上にGaN から成るバリア層５１を形成した。こ
のようにして厚さ５５ｎｍのＭＱＷ構造の活性層５を形
成した。
０liter/分、TMG を２．０×１０-4モル／分で１．５分
間供給して、膜厚約５ｎｍのGaN から成るバリア層５１
を形成した。次に、N2又はH2、NH3 の供給量を一定とし
て、TMG を７．２×１０-5モル／分、TMI を０．１９×
１０-4モル／分で１．５分間供給して、膜厚約５ｎｍの
In0.20Ga0.80N から成る井戸層５２を形成した。さら
に、バリア層５１と井戸層５２を同一条件で４周期形成
し、その上にGaN から成るバリア層５１を形成した。こ
のようにして厚さ５５ｎｍのＭＱＷ構造の活性層５を形
成した。
【００２０】次に、サファイア基板１の温度を１１００
℃に保持し、N2又はH2を１０liter/分、NH3 を１０lite
r/分、TMG を１．１２×１０-4モル／分、TMA を０．４
７×１０-4モル／分、CP2Mg を２×１０-5モル／分で６
０分間供給して、膜厚約１．０μｍ、マグネシウム(Mg)
濃度５×１０19/cm3のマグネシウム(Mg)をドープしたｐ
型Al0.08Ga0.92N から成るクラッド層７１を形成した。
℃に保持し、N2又はH2を１０liter/分、NH3 を１０lite
r/分、TMG を１．１２×１０-4モル／分、TMA を０．４
７×１０-4モル／分、CP2Mg を２×１０-5モル／分で６
０分間供給して、膜厚約１．０μｍ、マグネシウム(Mg)
濃度５×１０19/cm3のマグネシウム(Mg)をドープしたｐ
型Al0.08Ga0.92N から成るクラッド層７１を形成した。
【００２１】次に、サファイア基板１の温度を１１００
℃に保持し、N2又はH2を２０liter/分、NH3 を１０lite
r/分、TMG を１．１２×１０-4モル／分、CP2Mg を２×
１０-5モル／分で１分間供給して、膜厚約２００ｎｍ、
マグネシウム(Mg)濃度５×１０19/cm3のマグネシウム(M
g)をドープしたｐ型GaN 層７２を形成した。
℃に保持し、N2又はH2を２０liter/分、NH3 を１０lite
r/分、TMG を１．１２×１０-4モル／分、CP2Mg を２×
１０-5モル／分で１分間供給して、膜厚約２００ｎｍ、
マグネシウム(Mg)濃度５×１０19/cm3のマグネシウム(M
g)をドープしたｐ型GaN 層７２を形成した。
【００２２】次に、サファイア基板１の温度を１１００
℃に保持し、N2又はH2を２０liter/分、NH3 を１０lite
r/分、TMG を１．１２×１０-4モル／分、CP2Mg を４×
１０-5モル／分で０．５分間供給して、膜厚約１００ｎ
ｍ、マグネシウム(Mg)濃度１×１０20/cm3のマグネシウ
ム(Mg)をドープしたｐ型GaN から成るコンタクト層７３
を形成した。上記のように各層の成長完了状態では、ク
ラッド層７１、ｐ型GaN 層７２、層７３は、まだ高抵抗
である。
℃に保持し、N2又はH2を２０liter/分、NH3 を１０lite
r/分、TMG を１．１２×１０-4モル／分、CP2Mg を４×
１０-5モル／分で０．５分間供給して、膜厚約１００ｎ
ｍ、マグネシウム(Mg)濃度１×１０20/cm3のマグネシウ
ム(Mg)をドープしたｐ型GaN から成るコンタクト層７３
を形成した。上記のように各層の成長完了状態では、ク
ラッド層７１、ｐ型GaN 層７２、層７３は、まだ高抵抗
である。
【００２３】次に、電子線照射装置を用いて、コンタク
ト層７３、ｐ型GaN 層７２、クラッド層７１に一様に電
子線を照射した。電子線の照射条件は、加速電圧約１０
ｋＶ、試料電流１μＡ、ビームの移動速度０．２ｍｍ／
ｓｅｃ、ビーム径６０μｍφ、真空度５．０×１０-5Ｔ
ｏｒｒである。この電子線照射により、コンタクト層７
３、ｐ型GaN 層７２、クラッド層７１はそれぞれホール
濃度６×１０17/cm3、３×１０17/cm3、２×１０17/c
m3、抵抗率２Ωcm、１Ωcm、０．７Ωcmのｐ型半導体と
なった。このようにして多層構造のウエハが得られた。
ト層７３、ｐ型GaN 層７２、クラッド層７１に一様に電
子線を照射した。電子線の照射条件は、加速電圧約１０
ｋＶ、試料電流１μＡ、ビームの移動速度０．２ｍｍ／
ｓｅｃ、ビーム径６０μｍφ、真空度５．０×１０-5Ｔ
ｏｒｒである。この電子線照射により、コンタクト層７
３、ｐ型GaN 層７２、クラッド層７１はそれぞれホール
濃度６×１０17/cm3、３×１０17/cm3、２×１０17/c
m3、抵抗率２Ωcm、１Ωcm、０．７Ωcmのｐ型半導体と
なった。このようにして多層構造のウエハが得られた。
【００２４】次に、高キャリア濃度ｎ+ 層３に対する電
極を形成する部分を除くコンタクト層７３の上にスパッ
タリングによりSiO2から成るマスクを形成し、ドライエ
ッチング法により高キャリア濃度ｎ+ 層３に対する電極
を形成した。
極を形成する部分を除くコンタクト層７３の上にスパッ
タリングによりSiO2から成るマスクを形成し、ドライエ
ッチング法により高キャリア濃度ｎ+ 層３に対する電極
を形成した。
【００２５】次に、SiO2層１０の電極形成部に窓を開け
て、その窓の第２コンタクト層７３の上に、一様にNi/A
u の２層を蒸着して電極９を形成した。一方、高キャリ
ア濃度ｎ+ 層３に対しては、アルミニウムを蒸着して電
極８を形成した。
て、その窓の第２コンタクト層７３の上に、一様にNi/A
u の２層を蒸着して電極９を形成した。一方、高キャリ
ア濃度ｎ+ 層３に対しては、アルミニウムを蒸着して電
極８を形成した。
【００２６】その後、上記のごとく処理されたウエハ
は、各素子毎に切断され、図１に示す構造のレーザ素子
を得た。このレーザ素子は発光ピーク波長４１０ｎｍで
あり、従来構造のレーザに比べて発光出力は２倍になっ
た。
は、各素子毎に切断され、図１に示す構造のレーザ素子
を得た。このレーザ素子は発光ピーク波長４１０ｎｍで
あり、従来構造のレーザに比べて発光出力は２倍になっ
た。
【００２７】上記レーザ素子１００のエネルギダイアグ
ラムは、図２に示される様になる。図２において、活性
層５に注入されたキャリアであるホールはストッパ層４
２の存在により、電子はクラッド層７１の存在により、
効率良く活性層５に閉じ込められる。また、活性層５で
発光した光は、ガイド層４１から活性層５の範囲に分布
して閉じ込められる。このとき、発光波長が３８０〜４
３０ｎｍであっても光を吸収するマグネシウム(Mg)がド
ープされたGaN で構成された層がないので、効率良く光
を閉じ込めることができる。
ラムは、図２に示される様になる。図２において、活性
層５に注入されたキャリアであるホールはストッパ層４
２の存在により、電子はクラッド層７１の存在により、
効率良く活性層５に閉じ込められる。また、活性層５で
発光した光は、ガイド層４１から活性層５の範囲に分布
して閉じ込められる。このとき、発光波長が３８０〜４
３０ｎｍであっても光を吸収するマグネシウム(Mg)がド
ープされたGaN で構成された層がないので、効率良く光
を閉じ込めることができる。
【００２８】通常のＳＣＨ構造のAlGaInN 系の発光素子
においては、キャリアを注入するために電圧を印加する
と、十分に低抵抗なｐ型層が得られていないために、特
にｐ型層側に高い電界がかかることになる。その結果、
通常のＳＣＨ構造では活性層に隣接する電子に対する障
壁が実効的に低くなってしまい、電子のオーバーフロー
が起きやすくなる。ところが、本構造では活性層のｐ層
側に隣接する層は禁制帯幅の広いクラッド層なので、電
子の活性層からのオーバーフローが抑制されるので、よ
り高い光出力までの動作や、より高温までのレーザ発振
が実現できる。
においては、キャリアを注入するために電圧を印加する
と、十分に低抵抗なｐ型層が得られていないために、特
にｐ型層側に高い電界がかかることになる。その結果、
通常のＳＣＨ構造では活性層に隣接する電子に対する障
壁が実効的に低くなってしまい、電子のオーバーフロー
が起きやすくなる。ところが、本構造では活性層のｐ層
側に隣接する層は禁制帯幅の広いクラッド層なので、電
子の活性層からのオーバーフローが抑制されるので、よ
り高い光出力までの動作や、より高温までのレーザ発振
が実現できる。
【００２９】また、上記実施例では、活性層５に多重量
子井戸構造（ＭＱＷ）を用いたが、単一量子井戸構造
（ＳＱＷ）や、バルク構造でもよい。また、ストッパ層
４２がなくても、十分なキャリア閉じ込めができるので
ストッパ層４２がない構造でもよい。
子井戸構造（ＭＱＷ）を用いたが、単一量子井戸構造
（ＳＱＷ）や、バルク構造でもよい。また、ストッパ層
４２がなくても、十分なキャリア閉じ込めができるので
ストッパ層４２がない構造でもよい。
【００３０】又、クラッド層４、ガイド層４１、ストッ
パ層４２のシリコン濃度は、１×１０17/cm3〜１×１０
20/cm3が望ましい。１×１０17/cm3以下であると高抵抗
となり、１×１０20/cm3以上となると結晶性が低下して
望ましくない。
パ層４２のシリコン濃度は、１×１０17/cm3〜１×１０
20/cm3が望ましい。１×１０17/cm3以下であると高抵抗
となり、１×１０20/cm3以上となると結晶性が低下して
望ましくない。
【００３１】ｎ型ガイド層４１の厚さは５０ｎｍ〜３０
０ｎｍが望ましい。５０ｎｍより薄いと、光の閉じ込め
効果が少なく、３００ｎｍよりも厚いと、光の閉じ込め
が悪くなるので望ましくない。又、ｐ型クラッド層７１
の厚さは３００ｎｍ〜１μｍが望ましい。３００ｎｍよ
り薄いと光閉じ込めの効果が少なくなり、１μｍより厚
いと結晶成長に時間がかかり活性層５を長時間高温にさ
らすことになり、活性層５の結晶性を悪化させることに
なりクラックが発生しやすくなるので望ましくない。
０ｎｍが望ましい。５０ｎｍより薄いと、光の閉じ込め
効果が少なく、３００ｎｍよりも厚いと、光の閉じ込め
が悪くなるので望ましくない。又、ｐ型クラッド層７１
の厚さは３００ｎｍ〜１μｍが望ましい。３００ｎｍよ
り薄いと光閉じ込めの効果が少なくなり、１μｍより厚
いと結晶成長に時間がかかり活性層５を長時間高温にさ
らすことになり、活性層５の結晶性を悪化させることに
なりクラックが発生しやすくなるので望ましくない。
【００３２】ストッパ層４２の厚さは、５〜５０ｎｍが
望ましい。５ｎｍよりも薄くなると活性層５におけるキ
ャリア閉じ込め効果が小さく、５０ｎｍよりも厚いと光
の閉じ込め効果が悪化すると共にキャリアの活性層５へ
の注入効率が低下するので望ましくない。又、ストッパ
層４２のAlの混晶比は、活性層５をInGaN 系の半導体で
形成した場合には、０．１〜０．３が望ましい。Alの混
晶比が０．１より小さいと、活性層５に対する障壁が小
さくなってキャリアの閉じ込め効果が低下し、０．３よ
りも大きいと、活性層５に対するキャリアの注入効率が
低下するので望ましくない。
望ましい。５ｎｍよりも薄くなると活性層５におけるキ
ャリア閉じ込め効果が小さく、５０ｎｍよりも厚いと光
の閉じ込め効果が悪化すると共にキャリアの活性層５へ
の注入効率が低下するので望ましくない。又、ストッパ
層４２のAlの混晶比は、活性層５をInGaN 系の半導体で
形成した場合には、０．１〜０．３が望ましい。Alの混
晶比が０．１より小さいと、活性層５に対する障壁が小
さくなってキャリアの閉じ込め効果が低下し、０．３よ
りも大きいと、活性層５に対するキャリアの注入効率が
低下するので望ましくない。
【図１】本発明の具体的実施例に係るレーザ素子の構成
を示した断面図
を示した断面図
【図２】同実施例のレーザ素子のエネルギダイアグラム
を示した説明図
を示した説明図
１００…レーザ素子 １…サファイア基板 ２…バッファ層 ３…高キャリア濃度ｎ+ 層 ４…クラッド層 ４１…ガイド層 ４２…ストッパ層 ５…活性層 ５１…バリア層 ５２…井戸層 ７１…クラッド層 ７２…ｐ型GaN 層 ７３…コンタクト層 ８…電極 ９…電極 １０…絶縁膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山崎 史郎 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 小池 正好 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内
Claims (1)
- 【請求項１】３族窒化物半導体により形成され、活性層
と、その活性層よりも禁制帯幅の広いガイド層と、その
ガイド層より禁制帯幅の広いクラッド層にて構成される
キャリア閉じ込めと光の閉じ込めを分離させたレーザ素
子において、 前記活性層はｐ型の前記クラッド層とｎ型の前記ガイド
層に挟まれており、そのｎ型のガイド層は前記活性層と
ｎ型の前記クラッド層に挟まれていることを特徴とする
３族窒化物半導体レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32079796A JPH10150219A (ja) | 1996-11-15 | 1996-11-15 | ３族窒化物半導体レーザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32079796A JPH10150219A (ja) | 1996-11-15 | 1996-11-15 | ３族窒化物半導体レーザ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10150219A true JPH10150219A (ja) | 1998-06-02 |
Family
ID=18125359
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32079796A Pending JPH10150219A (ja) | 1996-11-15 | 1996-11-15 | ３族窒化物半導体レーザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10150219A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20010010965A (ko) * | 1999-07-24 | 2001-02-15 | 구자홍 | Ⅲ-ⅴ족 반도체 레이저 다이오드 제조방법 |
| US6459096B1 (en) * | 1998-01-14 | 2002-10-01 | Manijeh Razeghi | Multi quantum well grinsch detector |
| WO2002089220A1 (fr) * | 2001-04-25 | 2002-11-07 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Element luminescent a semi-conducteurs contenant un compose de nitrure du groupe iii |
| US6518082B1 (en) | 1998-09-17 | 2003-02-11 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for fabricating nitride semiconductor device |
| JP2003198045A (ja) * | 2001-12-21 | 2003-07-11 | Xerox Corp | 半導体レーザ構造体 |
| US6853009B2 (en) | 1998-09-10 | 2005-02-08 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Light-emitting semiconductor device using gallium nitride compound semiconductor |
-
1996
- 1996-11-15 JP JP32079796A patent/JPH10150219A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6459096B1 (en) * | 1998-01-14 | 2002-10-01 | Manijeh Razeghi | Multi quantum well grinsch detector |
| US6605485B2 (en) | 1998-01-14 | 2003-08-12 | Mp Technologies, Llc | III-nitride optoelectronic device |
| US6853009B2 (en) | 1998-09-10 | 2005-02-08 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Light-emitting semiconductor device using gallium nitride compound semiconductor |
| US7045809B2 (en) | 1998-09-10 | 2006-05-16 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Light-emitting semiconductor device using gallium nitride compound semiconductor |
| US6518082B1 (en) | 1998-09-17 | 2003-02-11 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Method for fabricating nitride semiconductor device |
| KR20010010965A (ko) * | 1999-07-24 | 2001-02-15 | 구자홍 | Ⅲ-ⅴ족 반도체 레이저 다이오드 제조방법 |
| WO2002089220A1 (fr) * | 2001-04-25 | 2002-11-07 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Element luminescent a semi-conducteurs contenant un compose de nitrure du groupe iii |
| US7030414B2 (en) | 2001-04-25 | 2006-04-18 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | III group nitride compound semiconductor luminescent element |
| JP2003198045A (ja) * | 2001-12-21 | 2003-07-11 | Xerox Corp | 半導体レーザ構造体 |
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Legal Events
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040323 |
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040517 |
|
| A911 | Transfer of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911 Effective date: 20040520 |
|
| A912 | Removal of reconsideration by examiner before appeal (zenchi) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912 Effective date: 20040709 |