JPH10163577A - 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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- JPH10163577A JPH10163577A JP34051196A JP34051196A JPH10163577A JP H10163577 A JPH10163577 A JP H10163577A JP 34051196 A JP34051196 A JP 34051196A JP 34051196 A JP34051196 A JP 34051196A JP H10163577 A JPH10163577 A JP H10163577A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】単一モード光を発振する３族窒化物半導体レー
ザ素子を提供すること。 【解決手段】３族窒化物半導体レーザ素子において、活
性層５より発光した光が伝搬するｎ型クラッド層４とｐ
型クラッド層とに挟まれた領域内に回折格子を形成し
た。回折格子はブラッグ波長の光だけを活性層に帰還さ
せるので、その結果このレーザ素子が発光する光は単一
モード光となった。
ザ素子を提供すること。 【解決手段】３族窒化物半導体レーザ素子において、活
性層５より発光した光が伝搬するｎ型クラッド層４とｐ
型クラッド層とに挟まれた領域内に回折格子を形成し
た。回折格子はブラッグ波長の光だけを活性層に帰還さ
せるので、その結果このレーザ素子が発光する光は単一
モード光となった。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は単一モードで発振する３
族窒化物半導体を用いた半導体レーザ素子に関する。
族窒化物半導体を用いた半導体レーザ素子に関する。
【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】従来のAlGaInN 系の化合物半導体のレーザ
素子は、光を活性層の帰還させる機能を有する部分であ
る光共振器の構造は、ファブリ−ペロー構造と呼ばれる
構造である。この構造の光共振器は２枚の平行平板反射
鏡を対向させた構造であり、半導体レーザにおいてはへ
き開面が反射鏡の機能を有することから簡単に形成する
ことができる。
素子は、光を活性層の帰還させる機能を有する部分であ
る光共振器の構造は、ファブリ−ペロー構造と呼ばれる
構造である。この構造の光共振器は２枚の平行平板反射
鏡を対向させた構造であり、半導体レーザにおいてはへ
き開面が反射鏡の機能を有することから簡単に形成する
ことができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、ファブリ−ペ
ロー構造の光共振器には縦モードの選択性がない。即
ち、ファブリ−ペロー構造の光共振器を伝搬する光の縦
モードは無数にある。ところで、活性層より発光する光
は多モード光である。活性層より発光した光の一部は光
共振器により再度活性層に帰還して誘導放出を行うが、
ファブリ−ペロー構造の光共振器によって活性層に帰還
する光は多モード光なので、その多モード光によって誘
導放出される光も多モード光となる。つまり、従来の構
造のレーザ素子は多モード光を発振する。
ロー構造の光共振器には縦モードの選択性がない。即
ち、ファブリ−ペロー構造の光共振器を伝搬する光の縦
モードは無数にある。ところで、活性層より発光する光
は多モード光である。活性層より発光した光の一部は光
共振器により再度活性層に帰還して誘導放出を行うが、
ファブリ−ペロー構造の光共振器によって活性層に帰還
する光は多モード光なので、その多モード光によって誘
導放出される光も多モード光となる。つまり、従来の構
造のレーザ素子は多モード光を発振する。
【０００５】また、レーザ素子の用途によっては多モー
ドでなく単一モードで発振するレーザ素子が必要となる
場合もある。そこで、本発明の目的は、単一モードで発
振することができる３族窒化物半導体レーザ素子を提供
することにある。
ドでなく単一モードで発振するレーザ素子が必要となる
場合もある。そこで、本発明の目的は、単一モードで発
振することができる３族窒化物半導体レーザ素子を提供
することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに請求項１の発明は、活性層から発光する光が伝搬す
るクラッド層で挟まれた領域内に回折格子を形成したこ
とである。請求項２の発明は回折格子をｎ型クラッド層
と、ｎ型クラッド層と活性層との間に形成されるｎ型ガ
イド層との境界面に形成したことであり、請求項３の発
明はｐ型クラッド層と、ｐ型クラッド層と活性層との間
に形成されるｐ型ガイド層との境界面に形成したことで
ある。
めに請求項１の発明は、活性層から発光する光が伝搬す
るクラッド層で挟まれた領域内に回折格子を形成したこ
とである。請求項２の発明は回折格子をｎ型クラッド層
と、ｎ型クラッド層と活性層との間に形成されるｎ型ガ
イド層との境界面に形成したことであり、請求項３の発
明はｐ型クラッド層と、ｐ型クラッド層と活性層との間
に形成されるｐ型ガイド層との境界面に形成したことで
ある。
【０００７】
【発明の作用及び効果】請求項１の発明は、活性層から
発光した光が伝搬する領域であるクラッド層で挟まれた
領域内に回折格子を形成したことを特徴とする。活性層
で発光した光はクラッド層で挟まれた領域を伝搬する。
そして、その領域内に回折格子を設けたことにより、そ
の回折格子の周期によって決まるブラッグ波長の光だけ
が活性層に帰還する。ブラッグ波長の単一モードの光だ
けが活性層に帰還することになる。その結果、活性層よ
り誘導放出される光は単一モードの光となる。そして、
回折格子は、屈折率の異なる領域に周期的にピッチを刻
むことにより形成されるので、請求項２に示すようにｎ
型クラッド層とｎ型ガイド層の境界面に形成したり、請
求項３に示すようにｐ型クラッド層とｐ型ガイド層の境
界面に形成することができる。上記のどちらに回折格子
を形成しても発振する光は単一モードの光となる。
発光した光が伝搬する領域であるクラッド層で挟まれた
領域内に回折格子を形成したことを特徴とする。活性層
で発光した光はクラッド層で挟まれた領域を伝搬する。
そして、その領域内に回折格子を設けたことにより、そ
の回折格子の周期によって決まるブラッグ波長の光だけ
が活性層に帰還する。ブラッグ波長の単一モードの光だ
けが活性層に帰還することになる。その結果、活性層よ
り誘導放出される光は単一モードの光となる。そして、
回折格子は、屈折率の異なる領域に周期的にピッチを刻
むことにより形成されるので、請求項２に示すようにｎ
型クラッド層とｎ型ガイド層の境界面に形成したり、請
求項３に示すようにｐ型クラッド層とｐ型ガイド層の境
界面に形成することができる。上記のどちらに回折格子
を形成しても発振する光は単一モードの光となる。
【０００８】
【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。
【０００９】そのバッファ層２の上部には膜厚約４．０
μｍ、電子濃度２×１０18/cm3のシリコン(Si)ドープGa
N から成る高キャリア濃度ｎ型層３が形成されており、
そのｎ型層３の上には、膜厚約１．０μｍ、電子濃度５
×１０17/cm3のシリコン(Si)ドープのｎ型Al0.08Ga0.92
N から成るクラッド層４が形成されている。そのクラッ
ド層４の上には、膜厚約１００ｎｍ、電子濃度５×１０
17/cm3のシリコン(Si)ドープのｎ型GaN から成るガイド
層４１が形成されている。
μｍ、電子濃度２×１０18/cm3のシリコン(Si)ドープGa
N から成る高キャリア濃度ｎ型層３が形成されており、
そのｎ型層３の上には、膜厚約１．０μｍ、電子濃度５
×１０17/cm3のシリコン(Si)ドープのｎ型Al0.08Ga0.92
N から成るクラッド層４が形成されている。そのクラッ
ド層４の上には、膜厚約１００ｎｍ、電子濃度５×１０
17/cm3のシリコン(Si)ドープのｎ型GaN から成るガイド
層４１が形成されている。
【００１０】クラッド層４とガイド層４１の境界面には
周期Λの均一回折格子が形成されている。この回折格子
の部分を図２に表す。回折格子の周期Λは以下の数式に
より求めることができる。
周期Λの均一回折格子が形成されている。この回折格子
の部分を図２に表す。回折格子の周期Λは以下の数式に
より求めることができる。
【数 １】Λ＝Ｌλ／２ｎ …（１） ただし、Ｌは回折次数、λは発振波長、ｎはモード屈折
率であり、本実施例においては、Ｌ＝１、λ＝４２０
［ｎｍ］、ｎ＝３．５であるので回折格子の周期Λは６
０ｎｍとなる。また、回折格子の深さｄは約１０ｎｍで
ある。
率であり、本実施例においては、Ｌ＝１、λ＝４２０
［ｎｍ］、ｎ＝３．５であるので回折格子の周期Λは６
０ｎｍとなる。また、回折格子の深さｄは約１０ｎｍで
ある。
【００１１】そして、そのクラッド層４１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と膜厚５ｎｍのGaN か
ら成るバリア層５３とで構成された単一量子井戸構造
（ＳＱＷ）の活性層５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と膜厚５ｎｍのGaN か
ら成るバリア層５３とで構成された単一量子井戸構造
（ＳＱＷ）の活性層５が形成されている。
【００１２】さらに活性層５の上には、膜厚約１００ｎ
ｍ、ホール濃度２×１０17/cm3、マグネシウム(Mg)濃度
５×１０19/cm3のｐ型GaN から成るガイド層６１が形成
されており、そのガイド層６２の上には、膜厚約１．０
μｍ、ホール濃度２×１０17/cm3、マグネシウム(Mg)濃
度５×１０19/cm3のｐ型Al0.08Ga0.92N から成るクラッ
ド層７１が形成されている。
ｍ、ホール濃度２×１０17/cm3、マグネシウム(Mg)濃度
５×１０19/cm3のｐ型GaN から成るガイド層６１が形成
されており、そのガイド層６２の上には、膜厚約１．０
μｍ、ホール濃度２×１０17/cm3、マグネシウム(Mg)濃
度５×１０19/cm3のｐ型Al0.08Ga0.92N から成るクラッ
ド層７１が形成されている。
【００１３】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、高キャリア濃度ｎ型層３の
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、高キャリア濃度ｎ型層３の
上にはAlから成る電極８が形成されている。
【００１４】次に、この構造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 又はN2) 、トリメチルガリウム(Ga(CH3)3)
（以下「TMG 」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。
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 又はN2) 、トリメチルガリウム(Ga(CH3)3)
（以下「TMG 」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。
【００１５】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をベークし
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をベークし
た。
【００１６】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９０秒間供給して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(SiH4)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(Si)濃度４×
１０18/cm3のシリコン(Si)ドープGaN から成る高キャリ
ア濃度ｎ型層３を形成した。
を２０liter/分、NH3 を１０liter/分、TMA を１．８×
１０-5モル／分で約９０秒間供給して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(SiH4)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(Si)濃度４×
１０18/cm3のシリコン(Si)ドープGaN から成る高キャリ
ア濃度ｎ型層３を形成した。
【００１７】次に、サファイア基板１の温度を１１００
℃に保持し、N2又はH2ガスを１０liter/分、NH3 を１０
liter/分、TMG を１．１２×１０-4モル／分、TMA を
０．４７×１０-4モル／分、H2ガスにより０．８６ppm
に希釈されたシラン(SiH4)を１０×１０-9モル／分で６
０分間供給して、膜厚約１μｍ、電子濃度５×１０17/c
m3、シリコン(Si)濃度１×１０18/cm3のシリコン(Si)ド
ープのｎ型Al0.08Ga0.92N から成るクラッド層４を形成
した。
℃に保持し、N2又はH2ガスを１０liter/分、NH3 を１０
liter/分、TMG を１．１２×１０-4モル／分、TMA を
０．４７×１０-4モル／分、H2ガスにより０．８６ppm
に希釈されたシラン(SiH4)を１０×１０-9モル／分で６
０分間供給して、膜厚約１μｍ、電子濃度５×１０17/c
m3、シリコン(Si)濃度１×１０18/cm3のシリコン(Si)ド
ープのｎ型Al0.08Ga0.92N から成るクラッド層４を形成
した。
【００１８】次に、クラッド層４の一部を削り、回折格
子のパターンを作製する。回折格子のパターンに従って
クラッド層４を削り、その上に屈折率の違う層を形成す
ることにより回折格子を形成することができる。クラッ
ド層４の一部を削る方法として、形成されたクラッド層
４の上面にフォトレジストを塗布し、回折格子パターン
を露光する。そして、露光された回折格子のパターンに
従ってエッチングを行うことにより、クラッド層４の上
面に回折格子パターンを作製することができる。作製さ
れた回折格子のパターンは、深さｄ１０ｎｍ、幅３０ｎ
ｍ、周期Λ６０ｎｍのパターンである。
子のパターンを作製する。回折格子のパターンに従って
クラッド層４を削り、その上に屈折率の違う層を形成す
ることにより回折格子を形成することができる。クラッ
ド層４の一部を削る方法として、形成されたクラッド層
４の上面にフォトレジストを塗布し、回折格子パターン
を露光する。そして、露光された回折格子のパターンに
従ってエッチングを行うことにより、クラッド層４の上
面に回折格子パターンを作製することができる。作製さ
れた回折格子のパターンは、深さｄ１０ｎｍ、幅３０ｎ
ｍ、周期Λ６０ｎｍのパターンである。
【００１９】上記クラッド層４に回折格子パターンを形
成した後、続いて温度を１１００℃に保持し、H2を２０
liter/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(SiH4)を１０×１０-9モル／分で５分間供給して、
膜厚約１００ｎｍ、電子濃度５×１０17/cm3、シリコン
(Si)濃度１×１０18/cm3のシリコン(Si)ドープのｎ型Ga
N から成るガイド層４を形成した。深さ１０ｎｍ、幅３
０ｎｍの凹部が回折格子の周期である６０ｎｍ毎に形成
されたクラッド層４の上にガイド層４１を再成長させた
ことにより、クラッド層４とガイド層４１の境界面に回
折格子が形成された。
成した後、続いて温度を１１００℃に保持し、H2を２０
liter/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(SiH4)を１０×１０-9モル／分で５分間供給して、
膜厚約１００ｎｍ、電子濃度５×１０17/cm3、シリコン
(Si)濃度１×１０18/cm3のシリコン(Si)ドープのｎ型Ga
N から成るガイド層４を形成した。深さ１０ｎｍ、幅３
０ｎｍの凹部が回折格子の周期である６０ｎｍ毎に形成
されたクラッド層４の上にガイド層４１を再成長させた
ことにより、クラッド層４とガイド層４１の境界面に回
折格子が形成された。
【００２０】次に、サファイア基板１を８００℃に保持
し、N2又はH2を２０liter/分、NH3を１０liter/分、TMG
を２．０×１０-4モル／分で９０秒間供給して、膜厚
約５ｎｍのGaN から成るバリア層５１を形成した。次
に、サファイア基板１の温度を同一に保持して、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１．９×１０-5モル／分で９０秒間供
給して、膜厚５ｎｍのIn0.20Ga0.80N から成る井戸層５
２を形成した。さらに、バリア層５１と同一条件で、バ
リア層５３を形成した。このようにして、厚さ１５ｎｍ
のＳＱＷ構造の活性層５を形成した。
し、N2又はH2を２０liter/分、NH3を１０liter/分、TMG
を２．０×１０-4モル／分で９０秒間供給して、膜厚
約５ｎｍのGaN から成るバリア層５１を形成した。次
に、サファイア基板１の温度を同一に保持して、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１．９×１０-5モル／分で９０秒間供
給して、膜厚５ｎｍのIn0.20Ga0.80N から成る井戸層５
２を形成した。さらに、バリア層５１と同一条件で、バ
リア層５３を形成した。このようにして、厚さ１５ｎｍ
のＳＱＷ構造の活性層５を形成した。
【００２１】続いて、サファイア基板１の温度を１１０
０℃に保持し、H2を２０liter/分、NH3 を１０liter/
分、TMG を１．１２×１０-4モル／分、CP2Mg を２×１
０-5モル／分で５分間供給し、膜厚１００ｎｍ、マグネ
シウム(Mg)濃度５×１０19/cm3のマグネシウム(Mg)ドー
プのｐ型GaN から成るガイド層６１を形成した。
０℃に保持し、H2を２０liter/分、NH3 を１０liter/
分、TMG を１．１２×１０-4モル／分、CP2Mg を２×１
０-5モル／分で５分間供給し、膜厚１００ｎｍ、マグネ
シウム(Mg)濃度５×１０19/cm3のマグネシウム(Mg)ドー
プのｐ型GaN から成るガイド層６１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１μｍ、マグネシウム(Mg)濃度
５×１０19/cm3のマグネシウム(Mg)ドープのｐ型Al0.08
Ga0.92N 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１μｍ、マグネシウム(Mg)濃度
５×１０19/cm3のマグネシウム(Mg)ドープのｐ型Al0.08
Ga0.92N から成るクラッド層７１を形成した。
【００２３】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)ドープの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)ドープのｐ型GaN 層７２を形成した。
【００２４】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３０秒間供給して、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)ドープの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、ガイド
層６１、クラッド層７１、ｐ型GaN 層７２、コンタクト
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３０秒間供給して、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)ドープの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、ガイド
層６１、クラッド層７１、ｐ型GaN 層７２、コンタクト
層７３はまだ高抵抗である。
【００２５】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、ガイド層
６１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１０ｋＶ、試料電流１μＡ、ビームの移動速
度０．２ｍｍ／ｓｅｃ、ビーム径６０μｍφ、真空度
５．０×１０-5Ｔｏｒｒである。この電子線照射により
コンタクト層７３、ｐ型GaN 層７２、クラッド層７１、
ガイド層６１はそれぞれ、ホール濃度６×１０17/cm3、
３×１０17/cm3、２×１０17/cm3、２×１０17/cm3、抵
抗率２Ωｍ、１Ωｍ、０．７Ωｍ、０．７Ωｍの低抵抗
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、ガイド層
６１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１０ｋＶ、試料電流１μＡ、ビームの移動速
度０．２ｍｍ／ｓｅｃ、ビーム径６０μｍφ、真空度
５．０×１０-5Ｔｏｒｒである。この電子線照射により
コンタクト層７３、ｐ型GaN 層７２、クラッド層７１、
ガイド層６１はそれぞれ、ホール濃度６×１０17/cm3、
３×１０17/cm3、２×１０17/cm3、２×１０17/cm3、抵
抗率２Ωｍ、１Ωｍ、０．７Ωｍ、０．７Ωｍの低抵抗
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。
【００２６】続いて、高キャリア濃度ｎ型層３の電極８
を形成するために、コンタクト層７３、ｐ型GaN 層７
２、クラッド層７１、ガイド層６１、活性層５、ガイド
層４１、クラッド層４の一部をエッチングにより除去し
た。次に、一様にSiO2による絶縁膜１０を形成して、電
極形成部に窓を開け、その窓のコンタクト層７３の上
に、一様にNi/Au の２層を蒸着し、フォトレジストの塗
布、フォトリソグラフィー工程、エッチング工程を経
て、コンタクト層７３の上に電極９を形成した。一方、
高キャリア濃度ｎ型層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。
を形成するために、コンタクト層７３、ｐ型GaN 層７
２、クラッド層７１、ガイド層６１、活性層５、ガイド
層４１、クラッド層４の一部をエッチングにより除去し
た。次に、一様にSiO2による絶縁膜１０を形成して、電
極形成部に窓を開け、その窓のコンタクト層７３の上
に、一様にNi/Au の２層を蒸着し、フォトレジストの塗
布、フォトリソグラフィー工程、エッチング工程を経
て、コンタクト層７３の上に電極９を形成した。一方、
高キャリア濃度ｎ型層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。
【００２７】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に示す構造の半導体レー
ザを得た。このレーザ素子は発振波長４２０ｎｍの単一
モードレーザ素子となった。上記の構造のレーザ素子が
単一モードで発光するのは、光共振器を従来のファブリ
−ペロー構造ではなく光導波路内に回折格子を設けた分
布帰還型の構造としたためである。分布帰還型の構造の
光共振器内で許される縦モードはブラッグ波長の整数分
の１の波長だけである。例えば、光共振器内に設けられ
た回折格子によるブラッグ波長λB が４２０ｎｍである
ならば、光共振器内で許される縦モードは４２０ｎｍ、
２１０ｎｍ等であり、この光共振器内の活性層からの発
光ピーク波長が４２０ｎｍであるならば、光共振器内で
許される縦モードは４２０ｎｍだけとなる。
は、各素子毎に切断され、図１に示す構造の半導体レー
ザを得た。このレーザ素子は発振波長４２０ｎｍの単一
モードレーザ素子となった。上記の構造のレーザ素子が
単一モードで発光するのは、光共振器を従来のファブリ
−ペロー構造ではなく光導波路内に回折格子を設けた分
布帰還型の構造としたためである。分布帰還型の構造の
光共振器内で許される縦モードはブラッグ波長の整数分
の１の波長だけである。例えば、光共振器内に設けられ
た回折格子によるブラッグ波長λB が４２０ｎｍである
ならば、光共振器内で許される縦モードは４２０ｎｍ、
２１０ｎｍ等であり、この光共振器内の活性層からの発
光ピーク波長が４２０ｎｍであるならば、光共振器内で
許される縦モードは４２０ｎｍだけとなる。
【００２８】上記実施例においては、回折格子をｎ型ク
ラッド層４とｎ型ガイド層４１との境界面に形成してい
るが、例えば図３にしめすようにｐ型クラッド層７１と
ｐ型ガイド層６１との境界面に形成してもよい。また、
回折格子は光を反射させて活性層５にもう一度帰還させ
るために形成するので、レーザ素子において光導波路を
形成する部分、即ちｎ型クラッド層とｐ型クラッド層に
挟まれた領域ならばどこに形成してもよい。活性層より
発光する光のピーク波長と回折格子にて反射する光の波
長が一致するように回折格子を形成すれば良い。
ラッド層４とｎ型ガイド層４１との境界面に形成してい
るが、例えば図３にしめすようにｐ型クラッド層７１と
ｐ型ガイド層６１との境界面に形成してもよい。また、
回折格子は光を反射させて活性層５にもう一度帰還させ
るために形成するので、レーザ素子において光導波路を
形成する部分、即ちｎ型クラッド層とｐ型クラッド層に
挟まれた領域ならばどこに形成してもよい。活性層より
発光する光のピーク波長と回折格子にて反射する光の波
長が一致するように回折格子を形成すれば良い。
【００２９】また、回折格子の深さｄは１０〜５０ｎｍ
の範囲が望ましい。１０ｎｍ以下ででは回折格子として
機能せずブラッグ波長の光も反射しないので望ましくな
く、５０ｎｍ以上では再成長を行った場合の平坦性を回
復するのに膜厚が必要となり、厚くなると回折格子と活
性層との結合が悪くなるので望ましくない。
の範囲が望ましい。１０ｎｍ以下ででは回折格子として
機能せずブラッグ波長の光も反射しないので望ましくな
く、５０ｎｍ以上では再成長を行った場合の平坦性を回
復するのに膜厚が必要となり、厚くなると回折格子と活
性層との結合が悪くなるので望ましくない。
【図１】本発明の具体的な実施例に係るレーザ素子の構
成を示した断面図
成を示した断面図
【図２】同実施例に係るレーザ素子に設けられた回折格
子の詳細図
子の詳細図
【図３】他の実施例に係るレーザ素子に設けられた回折
格子の詳細図
格子の詳細図
Λ…回折格子の周期 ｄ…回折格子の深さ 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型層 ４…ｎ型クラッド層 ４０、７０…回折格子 ４１…ガイド層 ５…活性層 ５１、５３…バリア層 ５２…井戸層 ６１…ガイド層 ７１…ｐ型クラッド層 ７２…ｐ型層 ７３…ｐ型コンタクト層 ８、９…電極 １０…絶縁膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小出 典克 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 (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 永井 誠二 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 赤崎 勇 愛知県名古屋市西区浄心１丁目１番38− 805 (72)発明者 天野 浩 愛知県名古屋市名東区山の手２丁目104 宝マンション山の手508号
Claims (3)
- 【請求項１】活性層及びその活性層を挟み込むクラッド
層が３族窒化物半導体で構成されたレーザ素子におい
て、 活性層から発光した光を伝搬するクラッド層で挟まれた
領域内に回折格子を形成したことを特徴とする３族窒化
物半導体レーザ素子。 - 【請求項２】前記回折格子はｎ型クラッド層と、前記ｎ
型クラッド層と前記活性層との間に形成されるｎ型ガイ
ド層との境界面に形成したことを特徴とする請求項１に
記載の３族窒化物半導体レーザ素子。 - 【請求項３】前記回折格子はｐ型クラッド層と、前記ｐ
型クラッド層と前記活性層との間に形成されるｐ型ガイ
ド層との境界面に形成したことを特徴とする請求項１に
記載の３族窒化物半導体レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34051196A JPH10163577A (ja) | 1996-12-04 | 1996-12-04 | ３族窒化物半導体レーザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34051196A JPH10163577A (ja) | 1996-12-04 | 1996-12-04 | ３族窒化物半導体レーザ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10163577A true JPH10163577A (ja) | 1998-06-19 |
Family
ID=18337682
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP34051196A Pending JPH10163577A (ja) | 1996-12-04 | 1996-12-04 | ３族窒化物半導体レーザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10163577A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001203422A (ja) * | 2000-01-18 | 2001-07-27 | Xerox Corp | 活性領域のラテラル過成長によって製造された分布帰還型レーザ |
| CN1312784C (zh) * | 1999-03-29 | 2007-04-25 | 日亚化学工业株式会社 | 氮化物半导体器件 |
| JP2008028375A (ja) * | 2006-06-20 | 2008-02-07 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体レーザ素子 |
| JP2012212920A (ja) * | 2006-06-20 | 2012-11-01 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体レーザ素子 |
| WO2014157067A1 (ja) * | 2013-03-29 | 2014-10-02 | ウシオ電機株式会社 | 窒化物発光素子及びその製造方法 |
| JP2016027669A (ja) * | 2015-10-01 | 2016-02-18 | ウシオ電機株式会社 | 窒化物発光素子及びその製造方法 |
-
1996
- 1996-12-04 JP JP34051196A patent/JPH10163577A/ja active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1312784C (zh) * | 1999-03-29 | 2007-04-25 | 日亚化学工业株式会社 | 氮化物半导体器件 |
| JP2001203422A (ja) * | 2000-01-18 | 2001-07-27 | Xerox Corp | 活性領域のラテラル過成長によって製造された分布帰還型レーザ |
| US6574256B1 (en) * | 2000-01-18 | 2003-06-03 | Xerox Corporation | Distributed feedback laser fabricated by lateral overgrowth of an active region |
| JP2008028375A (ja) * | 2006-06-20 | 2008-02-07 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体レーザ素子 |
| JP2012212920A (ja) * | 2006-06-20 | 2012-11-01 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体レーザ素子 |
| WO2014157067A1 (ja) * | 2013-03-29 | 2014-10-02 | ウシオ電機株式会社 | 窒化物発光素子及びその製造方法 |
| JP2014199850A (ja) * | 2013-03-29 | 2014-10-23 | ウシオ電機株式会社 | 窒化物発光素子及びその製造方法 |
| JP2016027669A (ja) * | 2015-10-01 | 2016-02-18 | ウシオ電機株式会社 | 窒化物発光素子及びその製造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050215 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20050222 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050421 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20050726 |