JPH10256657A - 窒化ガリウム系半導体発光素子、及び半導体レーザ光源装置 - Google Patents
窒化ガリウム系半導体発光素子、及び半導体レーザ光源装置Info
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- JPH10256657A JPH10256657A JP5259697A JP5259697A JPH10256657A JP H10256657 A JPH10256657 A JP H10256657A JP 5259697 A JP5259697 A JP 5259697A JP 5259697 A JP5259697 A JP 5259697A JP H10256657 A JPH10256657 A JP H10256657A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 窒化ガリウム系半導体発光素子において、良
好なレーザ発振特性を有する半導体レーザ素子、およ
び、高い光出力が得られる発光ダイオード素子を提供す
る。 【解決手段】 窒化物半導体からなるクラッド層４、９
及び／又はガイド層５、２８に挟まれた、少なくともイ
ンジウムとガリウムを含む窒化物半導体の量子井戸構造
活性層を形成する。量子井戸構造活性層は２層の量子井
戸層１４、１４とこれらに挟まれた１層の障壁層１５の
合計３層から形成される。
好なレーザ発振特性を有する半導体レーザ素子、およ
び、高い光出力が得られる発光ダイオード素子を提供す
る。 【解決手段】 窒化物半導体からなるクラッド層４、９
及び／又はガイド層５、２８に挟まれた、少なくともイ
ンジウムとガリウムを含む窒化物半導体の量子井戸構造
活性層を形成する。量子井戸構造活性層は２層の量子井
戸層１４、１４とこれらに挟まれた１層の障壁層１５の
合計３層から形成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は窒化ガリウム系半導
体発光素子に係り、特に、窒化物半導体よりなる量子井
戸構造活性層を備えた発光素子に関する。
体発光素子に係り、特に、窒化物半導体よりなる量子井
戸構造活性層を備えた発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】紫外から緑色の波長領域での発光波長を
有する半導体レーザ素子（ＬＤ）や発光ダイオード素子
（ＬＥＤ）等の半導体材料として、窒化ガリウム系半導
体（ＧａＩｎＡｌＮ）が用いられている。この窒化ガリ
ウム系半導体を用いた青色ＬＤは、例えば、Ａｐｐｌｉ
ｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ.６９,
Ｎｏ.１０,ｐ.１４７７〜１４７９に記載されており、
その断面図を図１０に示す。
有する半導体レーザ素子（ＬＤ）や発光ダイオード素子
（ＬＥＤ）等の半導体材料として、窒化ガリウム系半導
体（ＧａＩｎＡｌＮ）が用いられている。この窒化ガリ
ウム系半導体を用いた青色ＬＤは、例えば、Ａｐｐｌｉ
ｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ.６９,
Ｎｏ.１０,ｐ.１４７７〜１４７９に記載されており、
その断面図を図１０に示す。
【０００３】図１０において、１０１はサファイア基
板、１０２はＧａＮバッファ層、１０３はｎ−ＧａＮコ
ンタクト層、１０４はｎ−Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ層、１０
５はｎ−Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層、１０６はｎ−
ＧａＮガイド層、１０７はＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層
とＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層とからなる多重量子井戸構
造活性層、１０８はｐ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層、１０９は
ｐ−ＧａＮガイド層、１１０はｐ−Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ
クラッド層、１１１はｐ−ＧａＮコンタクト層、１１２
はｐ側電極、１１３はｎ側電極、１１４はＳｉＯ2 絶縁
膜である。ここで、多重量子井戸構造活性層１０７は、
３ｎｍ厚のＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層が５層、６ｎｍ
厚のＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層が４層、の合計９層で構
成され、量子井戸層と障壁層が交互に形成されている。
板、１０２はＧａＮバッファ層、１０３はｎ−ＧａＮコ
ンタクト層、１０４はｎ−Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ層、１０
５はｎ−Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎクラッド層、１０６はｎ−
ＧａＮガイド層、１０７はＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層
とＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層とからなる多重量子井戸構
造活性層、１０８はｐ−Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層、１０９は
ｐ−ＧａＮガイド層、１１０はｐ−Ａｌ0.05Ｇａ0.95Ｎ
クラッド層、１１１はｐ−ＧａＮコンタクト層、１１２
はｐ側電極、１１３はｎ側電極、１１４はＳｉＯ2 絶縁
膜である。ここで、多重量子井戸構造活性層１０７は、
３ｎｍ厚のＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層が５層、６ｎｍ
厚のＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層が４層、の合計９層で構
成され、量子井戸層と障壁層が交互に形成されている。
【０００４】この他、特開平８−３１６５２８にも同様
に窒化ガリウム系半導体を用いた青色ＬＤが記載されて
いるが、これらはいずれも５層以上の量子井戸層を持つ
多重量子井戸構造活性層が用いられていた。
に窒化ガリウム系半導体を用いた青色ＬＤが記載されて
いるが、これらはいずれも５層以上の量子井戸層を持つ
多重量子井戸構造活性層が用いられていた。
【０００５】一方、窒化ガリウム系半導体を用いた青色
ＬＥＤは、例えば、上記の特開平８−３１６５２８号公
報に記載されており、その断面図を図１１に示す。図１
１において、１２１はサファイア基板、１２２はＧａＮ
バッファ層、１２３はｎ−ＧａＮコンタクト層、１２４
はｎ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ第２ｎ型クラッド層、１２５は
ｎ−Ｉｎ0.01Ｇａ0.99ＧａＮ第１ｎ型クラッド層、１２
６は３ｎｍ厚のＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ単一量子井戸構造活
性層、１２７はｐ−Ｉｎ0.01Ｇａ0.99ＧａＮ第１ｐ型ク
ラッド層、１２８はｐ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ第２ｐ型クラ
ッド層、１２９はｐ−ＧａＮコンタクト層、１３０はｐ
側電極、１３１はｎ側電極ある。このように窒化ガリウ
ム系半導体を用いた青色ＬＥＤでは、１層のみの量子井
戸層を有する活性層が用いられていた。
ＬＥＤは、例えば、上記の特開平８−３１６５２８号公
報に記載されており、その断面図を図１１に示す。図１
１において、１２１はサファイア基板、１２２はＧａＮ
バッファ層、１２３はｎ−ＧａＮコンタクト層、１２４
はｎ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ第２ｎ型クラッド層、１２５は
ｎ−Ｉｎ0.01Ｇａ0.99ＧａＮ第１ｎ型クラッド層、１２
６は３ｎｍ厚のＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ単一量子井戸構造活
性層、１２７はｐ−Ｉｎ0.01Ｇａ0.99ＧａＮ第１ｐ型ク
ラッド層、１２８はｐ−Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ第２ｐ型クラ
ッド層、１２９はｐ−ＧａＮコンタクト層、１３０はｐ
側電極、１３１はｎ側電極ある。このように窒化ガリウ
ム系半導体を用いた青色ＬＥＤでは、１層のみの量子井
戸層を有する活性層が用いられていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の前
記青色ＬＤ及び青色ＬＥＤ素子はそれぞれ以下のような
問題点があった。
記青色ＬＤ及び青色ＬＥＤ素子はそれぞれ以下のような
問題点があった。
【０００７】まず、青色ＬＤに関しては発振閾値電流値
が１００ｍＡ以上と高く、光ディスク等の情報処理用と
して実用に供するためには大幅に発振閾値電流値を低減
する必要がある。さらに光ディスク用としてＬＤを用い
る場合、データの読み出し時における雑音によるデータ
の読み出しエラーを防止するために周波数３００ＭＨｚ
程度の高周波電流をＬＤに注入し、光出力を同じ周波数
で変調する必要があるが、従来の青色ＬＤでは高周波電
流を注入しても光出力が変調されないため、データの読
み出しエラーを生じるという問題があった。
が１００ｍＡ以上と高く、光ディスク等の情報処理用と
して実用に供するためには大幅に発振閾値電流値を低減
する必要がある。さらに光ディスク用としてＬＤを用い
る場合、データの読み出し時における雑音によるデータ
の読み出しエラーを防止するために周波数３００ＭＨｚ
程度の高周波電流をＬＤに注入し、光出力を同じ周波数
で変調する必要があるが、従来の青色ＬＤでは高周波電
流を注入しても光出力が変調されないため、データの読
み出しエラーを生じるという問題があった。
【０００８】また、青色ＬＥＤに関してはすでに実用化
されているもの、例えば、広い視野角でも明るく表示で
きる大型カラーディスプレー等のように、さらに広範囲
にわたる用途に青色ＬＥＤ素子を供していくためには、
光出力の向上によるより一層高輝度なＬＥＤの実現が望
まれている。
されているもの、例えば、広い視野角でも明るく表示で
きる大型カラーディスプレー等のように、さらに広範囲
にわたる用途に青色ＬＥＤ素子を供していくためには、
光出力の向上によるより一層高輝度なＬＥＤの実現が望
まれている。
【０００９】本発明は以上のような事情に鑑みてなされ
たものであり、上記窒化ガリウム系半導体発光素子にお
ける課題を解決して、良好なレーザ発振特性を有する半
導体レーザ素子、及び、高い光出力が得られる発光ダイ
オード素子を提供することを目的とする。
たものであり、上記窒化ガリウム系半導体発光素子にお
ける課題を解決して、良好なレーザ発振特性を有する半
導体レーザ素子、及び、高い光出力が得られる発光ダイ
オード素子を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、窒化物半導体からなるクラッド層及び／又はガイド
層に挟まれた、少なくともインジウムとガリウムを含む
窒化物半導体よりなる量子井戸構造活性層を備え、前記
量子井戸構造活性層は２層の量子井戸層とこれらに挟ま
れた１層の障壁層とから形成されることを特徴とする窒
化ガリウム系半導体発光素子である。
は、窒化物半導体からなるクラッド層及び／又はガイド
層に挟まれた、少なくともインジウムとガリウムを含む
窒化物半導体よりなる量子井戸構造活性層を備え、前記
量子井戸構造活性層は２層の量子井戸層とこれらに挟ま
れた１層の障壁層とから形成されることを特徴とする窒
化ガリウム系半導体発光素子である。
【００１１】請求項２に記載の発明は、窒化物半導体か
らなるクラッド層及び／又はガイド層に挟まれた、少な
くともインジウムとガリウムを含む窒化物半導体よりな
る量子井戸構造活性層を備え、前記量子井戸構造活性層
は２層の量子井戸層とこれらに挟まれた１層の障壁層と
から半導体レーザの発振部を形成してなることを特徴と
する窒化ガリウム系半導体発光素子である。
らなるクラッド層及び／又はガイド層に挟まれた、少な
くともインジウムとガリウムを含む窒化物半導体よりな
る量子井戸構造活性層を備え、前記量子井戸構造活性層
は２層の量子井戸層とこれらに挟まれた１層の障壁層と
から半導体レーザの発振部を形成してなることを特徴と
する窒化ガリウム系半導体発光素子である。
【００１２】請求項３に記載の発明は、窒化物半導体か
らなるクラッド層及び／又はガイド層に挟まれた、少な
くともインジウムとガリウムを含む窒化物半導体よりな
る量子井戸構造活性層を備え、前記量子井戸構造活性層
は２層の量子井戸層とこれらに挟まれた１層の障壁層と
から発光ダイオードの発光部を形成してなることを特徴
とする窒化ガリウム系半導体発光素子である。
らなるクラッド層及び／又はガイド層に挟まれた、少な
くともインジウムとガリウムを含む窒化物半導体よりな
る量子井戸構造活性層を備え、前記量子井戸構造活性層
は２層の量子井戸層とこれらに挟まれた１層の障壁層と
から発光ダイオードの発光部を形成してなることを特徴
とする窒化ガリウム系半導体発光素子である。
【００１３】請求項４に記載の発明は、量子井戸層の厚
さが、１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１な
いし３のいずれか１項に記載の窒化ガリウム系半導体発
光素子である。
さが、１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１な
いし３のいずれか１項に記載の窒化ガリウム系半導体発
光素子である。
【００１４】請求項５に記載の発明は、障壁層の厚さ
が、１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１ない
し３のいずれか１項に記載の窒化ガリウム系半導体発光
素子である。
が、１０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１ない
し３のいずれか１項に記載の窒化ガリウム系半導体発光
素子である。
【００１５】請求項６に記載の発明は、窒化物半導体か
らなるクラッド層及び／又はガイド層に挟まれた、少な
くともインジウムとガリウムを含む窒化物半導体よりな
る量子井戸構造活性層を備え、前記量子井戸構造活性層
は２層の量子井戸層とこれらに挟まれた１層の障壁層と
から形成される窒化ガリウム系半導体レーザ素子と、前
記半導体レーザに高周波数変調された電流を注入する駆
動回路とからなることを特徴とする半導体レーザ光源装
置である。
らなるクラッド層及び／又はガイド層に挟まれた、少な
くともインジウムとガリウムを含む窒化物半導体よりな
る量子井戸構造活性層を備え、前記量子井戸構造活性層
は２層の量子井戸層とこれらに挟まれた１層の障壁層と
から形成される窒化ガリウム系半導体レーザ素子と、前
記半導体レーザに高周波数変調された電流を注入する駆
動回路とからなることを特徴とする半導体レーザ光源装
置である。
【００１６】請求項７に記載の発明は、変調周波数は３
００ＭＨｚ以上であることを特徴とする請求項６に記載
の半導体レーザ光源装置である。
００ＭＨｚ以上であることを特徴とする請求項６に記載
の半導体レーザ光源装置である。
【００１７】請求項８に記載の発明は、窒化物半導体か
らなるクラッド層及び／又はガイド層に挟まれた、少な
くともインジウムとガリウムを含む窒化物半導体よりな
る量子井戸構造活性層を備え、前記量子井戸構造活性層
は２層の量子井戸層とこれらに挟まれた１層の障壁層と
から自励発振型のレーザ発振部を形成してなることを特
徴とする請求項２，４または５に記載の窒化ガリウム系
半導体発光素子である。
らなるクラッド層及び／又はガイド層に挟まれた、少な
くともインジウムとガリウムを含む窒化物半導体よりな
る量子井戸構造活性層を備え、前記量子井戸構造活性層
は２層の量子井戸層とこれらに挟まれた１層の障壁層と
から自励発振型のレーザ発振部を形成してなることを特
徴とする請求項２，４または５に記載の窒化ガリウム系
半導体発光素子である。
【００１８】
【発明の実施の形態】本発明に係る窒化ガリウム系半導
体発光素子の構成は、窒化物半導体からなるクラッド層
及び／又はガイド層に挟まれた、少なくともインジウム
とガリウムを含む窒化物半導体よりなる量子井戸構造活
性層を備え、前記量子井戸構造活性層は２層の量子井戸
層とこれらに挟まれた１層の障壁層とからなる。
体発光素子の構成は、窒化物半導体からなるクラッド層
及び／又はガイド層に挟まれた、少なくともインジウム
とガリウムを含む窒化物半導体よりなる量子井戸構造活
性層を備え、前記量子井戸構造活性層は２層の量子井戸
層とこれらに挟まれた１層の障壁層とからなる。
【００１９】このような本発明を見い出すにあたって、
本発明者は従来素子における前記課題の原因について詳
細に調査を行い、以下のことが判明した。
本発明者は従来素子における前記課題の原因について詳
細に調査を行い、以下のことが判明した。
【００２０】まず 青色ＬＤに関しては、量子井戸層と
して用いられるＩｎＧａＮ材料は、電子・正孔ともにそ
の有効質量が大きいことと多数の結晶欠陥が存在してい
ることにより電子や正孔の移動度が大幅に低下し、多重
量子井戸構造活性層のすべての量子井戸層に電子と正孔
とが均一に分布しなくなる。即ち、電子を注入するｎ型
クラッド層側の量子井戸層２層程度にしか電子は注入さ
れず、正孔を注入するｐ型クラッド層側の量子井戸層２
層程度にしか正孔は注入されない。従って、量子井戸層
が５層以上の多重量子井戸構造活性層では、電子と正孔
とが同一の量子井戸層内に存在する割合が小さいため、
電子と正孔の再結合による発光の効率が低下し、レーザ
発振の閾値電流値を増大させてしまっている。
して用いられるＩｎＧａＮ材料は、電子・正孔ともにそ
の有効質量が大きいことと多数の結晶欠陥が存在してい
ることにより電子や正孔の移動度が大幅に低下し、多重
量子井戸構造活性層のすべての量子井戸層に電子と正孔
とが均一に分布しなくなる。即ち、電子を注入するｎ型
クラッド層側の量子井戸層２層程度にしか電子は注入さ
れず、正孔を注入するｐ型クラッド層側の量子井戸層２
層程度にしか正孔は注入されない。従って、量子井戸層
が５層以上の多重量子井戸構造活性層では、電子と正孔
とが同一の量子井戸層内に存在する割合が小さいため、
電子と正孔の再結合による発光の効率が低下し、レーザ
発振の閾値電流値を増大させてしまっている。
【００２１】またこのように電子や正孔の移動度が小さ
いため量子井戸層の間での電子や正孔の移動が遅くな
り、再結合によって電子・正孔が消滅した量子井戸層内
へ新たに電子と正孔が注入されず、クラッド層に近接す
る量子井戸層に注入された電子・正孔がそのままその量
子井戸層に存在し続けることになる。従って、注入電流
を変調しても量子井戸層内に存在する電子と正孔の密度
が変調されないことになり、このため高周波電流を注入
しても光出力が変調されなくなっていた。
いため量子井戸層の間での電子や正孔の移動が遅くな
り、再結合によって電子・正孔が消滅した量子井戸層内
へ新たに電子と正孔が注入されず、クラッド層に近接す
る量子井戸層に注入された電子・正孔がそのままその量
子井戸層に存在し続けることになる。従って、注入電流
を変調しても量子井戸層内に存在する電子と正孔の密度
が変調されないことになり、このため高周波電流を注入
しても光出力が変調されなくなっていた。
【００２２】従って本発明では、少なくともインジウム
とガリウムを含む窒化物半導体よりなる多重量子井戸構
造活性層における量子井戸層の層数を２とすることによ
って、すべての量子井戸層に電子と正孔とを均一に分布
させるようにした。この結果、発光効率が向上して発振
閾値電流値を低減させることができた。さらに、再結合
によって電子・正孔が消滅した量子井戸層内への電子と
正孔の注入が効果的に行われるので、高周波電流の注入
により量子井戸層内に存在する電子と正孔の密度も変調
され、その結果、光出力も変調されることが可能となっ
た。
とガリウムを含む窒化物半導体よりなる多重量子井戸構
造活性層における量子井戸層の層数を２とすることによ
って、すべての量子井戸層に電子と正孔とを均一に分布
させるようにした。この結果、発光効率が向上して発振
閾値電流値を低減させることができた。さらに、再結合
によって電子・正孔が消滅した量子井戸層内への電子と
正孔の注入が効果的に行われるので、高周波電流の注入
により量子井戸層内に存在する電子と正孔の密度も変調
され、その結果、光出力も変調されることが可能となっ
た。
【００２３】このようにすべての量子井戸層に電子と正
孔とを均一に分布させるにあたっては、量子井戸層の層
厚が厚すぎると、均一に電子と正孔を分布させることが
阻害されてしまうため、量子井戸層の厚さは１０ｎｍ以
下であることが好ましい。
孔とを均一に分布させるにあたっては、量子井戸層の層
厚が厚すぎると、均一に電子と正孔を分布させることが
阻害されてしまうため、量子井戸層の厚さは１０ｎｍ以
下であることが好ましい。
【００２４】さらに同様に、障壁層の層厚が厚すぎる
と、均一に電子と正孔を分布させることが阻害されてし
まうため、障壁層の厚さは１０ｎｍ以下であることが好
ましい。
と、均一に電子と正孔を分布させることが阻害されてし
まうため、障壁層の厚さは１０ｎｍ以下であることが好
ましい。
【００２５】一方青色ＬＥＤに関しては、現在実用化さ
れている素子の電流ー光出力特性は図９に示されるよう
に電流を注入していくにつれて飽和する傾向がある。従
来の青色ＬＥＤでは量子井戸活性層は１層のみであり、
注入された電子と正孔はともにこの１層の量子井戸層に
存在するが、注入量を増大すると、量子井戸層を形成す
るＩｎＧａＮ半導体材料の電子・正孔の有効質量が大き
いため、注入された電子や正孔の運動量空間内で分布が
大きくなり、発光効率が低下してしまう。そこで本発明
のように、少なくともインジウムとガリウムを含む窒化
物半導体よりなる多重量子井戸構造活性層における量子
井戸層の層数を２とすることによって、注入された電子
と正孔は２つの量子井戸層に分割されるため、量子井戸
層１層当りに存在する電子と正孔の密度が低減され、運
動量空間内で電子や正孔の分布を低減できた。その結
果、電流ー光出力特性における飽和する傾向は改善さ
れ、光出力の向上によるより高輝度な窒化ガリウム系Ｌ
ＥＤ素子が実現された。
れている素子の電流ー光出力特性は図９に示されるよう
に電流を注入していくにつれて飽和する傾向がある。従
来の青色ＬＥＤでは量子井戸活性層は１層のみであり、
注入された電子と正孔はともにこの１層の量子井戸層に
存在するが、注入量を増大すると、量子井戸層を形成す
るＩｎＧａＮ半導体材料の電子・正孔の有効質量が大き
いため、注入された電子や正孔の運動量空間内で分布が
大きくなり、発光効率が低下してしまう。そこで本発明
のように、少なくともインジウムとガリウムを含む窒化
物半導体よりなる多重量子井戸構造活性層における量子
井戸層の層数を２とすることによって、注入された電子
と正孔は２つの量子井戸層に分割されるため、量子井戸
層１層当りに存在する電子と正孔の密度が低減され、運
動量空間内で電子や正孔の分布を低減できた。その結
果、電流ー光出力特性における飽和する傾向は改善さ
れ、光出力の向上によるより高輝度な窒化ガリウム系Ｌ
ＥＤ素子が実現された。
【００２６】以下、具体例に従ってさらに詳細に説明す
る。
る。
【００２７】（第１実施例）図１は本発明の第１実施例
に係る窒化ガリウム系半導体レーザ素子を示す断面図で
あり、図２は図１中のＡ部を拡大した断面図である。
に係る窒化ガリウム系半導体レーザ素子を示す断面図で
あり、図２は図１中のＡ部を拡大した断面図である。
【００２８】この図において、１はｃ面を表面として有
するサファイア基板、２はＧａＮバッファ層、３はｎ−
ＧａＮｎ型コンタクト層、４はｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｎ
型クラッド層、５はｎ−ＧａＮガイド層、６は２層のＩ
ｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層１４と１層のＩｎ0.05Ｇａ
0.95Ｎ障壁層１５とからなる多重量子井戸構造活性層、
７はＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層、８はｐ−ＧａＮガイ
ド層、９はｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド層、１０
はｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層、１１はｐ側電極、１２
はｎ側電極、１３はＳｉＯ2 絶縁膜である。
するサファイア基板、２はＧａＮバッファ層、３はｎ−
ＧａＮｎ型コンタクト層、４はｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｎ
型クラッド層、５はｎ−ＧａＮガイド層、６は２層のＩ
ｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層１４と１層のＩｎ0.05Ｇａ
0.95Ｎ障壁層１５とからなる多重量子井戸構造活性層、
７はＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層、８はｐ−ＧａＮガイ
ド層、９はｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド層、１０
はｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層、１１はｐ側電極、１２
はｎ側電極、１３はＳｉＯ2 絶縁膜である。
【００２９】本実施例において、サファイア基板１の表
面はａ面、ｒ面、ｍ面等の他の面方位であっても構わな
い。また、サファイア基板に限らずＳｉＣ基板、スピネ
ル基板、ＭｇＯ基板、Ｓｉ基板、またはＧａＡｓ基板も
用いることが出来る。特にＳｉＣ基板の場合はサファイ
ア基板に比べて劈開しやすいため、劈開によるレーザ共
振器端面の形成が容易であるという利点がある。バッフ
ァ層２はその上に窒化ガリウム系半導体をエピタキシャ
ル成長させることが出来るものであればＧａＮにこだわ
らず他の材料、例えばＡｌＮやＡｌＧａＮ３元混晶を用
いてもよい。
面はａ面、ｒ面、ｍ面等の他の面方位であっても構わな
い。また、サファイア基板に限らずＳｉＣ基板、スピネ
ル基板、ＭｇＯ基板、Ｓｉ基板、またはＧａＡｓ基板も
用いることが出来る。特にＳｉＣ基板の場合はサファイ
ア基板に比べて劈開しやすいため、劈開によるレーザ共
振器端面の形成が容易であるという利点がある。バッフ
ァ層２はその上に窒化ガリウム系半導体をエピタキシャ
ル成長させることが出来るものであればＧａＮにこだわ
らず他の材料、例えばＡｌＮやＡｌＧａＮ３元混晶を用
いてもよい。
【００３０】ｎ型クラッド層４及びｐ型クラッド層９
は、ｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ以外のＡｌ組成を持つＡｌＧ
ａＮ３元混晶でもよい。この場合Ａｌ組成を大きくする
と活性層とクラッド層とのエネルギーギャップ差及び屈
折率差が大きくなり、キャリアや光が活性層に有効に閉
じ込められてさらに発振閾値電流の低減及び、温度特性
の向上が図れる。またキャリアや光の閉じ込めが保持さ
れる程度でＡｌ組成を小さくしていくと、クラッド層に
おけるキャリアの移動度が大きくなるため、半導体レー
ザ素子の素子抵抗を小さくできる利点がある。さらにこ
れらのクラッド層は微量に他の元素を含んだ４元以上の
混晶半導体でもよく、ｎ型クラッド層４とｐ型クラッド
層９とで混晶の組成が同一でなくても構わない。
は、ｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ以外のＡｌ組成を持つＡｌＧ
ａＮ３元混晶でもよい。この場合Ａｌ組成を大きくする
と活性層とクラッド層とのエネルギーギャップ差及び屈
折率差が大きくなり、キャリアや光が活性層に有効に閉
じ込められてさらに発振閾値電流の低減及び、温度特性
の向上が図れる。またキャリアや光の閉じ込めが保持さ
れる程度でＡｌ組成を小さくしていくと、クラッド層に
おけるキャリアの移動度が大きくなるため、半導体レー
ザ素子の素子抵抗を小さくできる利点がある。さらにこ
れらのクラッド層は微量に他の元素を含んだ４元以上の
混晶半導体でもよく、ｎ型クラッド層４とｐ型クラッド
層９とで混晶の組成が同一でなくても構わない。
【００３１】ガイド層５と８は、そのエネルギーギャッ
プが、多重量子井戸構造活性層６を構成する量子井戸層
のエネルギーギャップとクラッド層４、９のエネルギー
ギャップの間の値を持つような材料であればＧａＮにこ
だわらず他の材料、例えばＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ等の
３元混晶やＩｎＧａＡｌＮ等の４元混晶等を用いてもよ
い。またガイド層全体にわたってドナー又はアクセプタ
ーをドーピングする必要はなく、多重量子井戸構造活性
層６側の一部のみをノンドープとしてもよく、さらには
ガイド層全体をノンドープとしてもよい。この場合、ガ
イド層に存在するキャリアが少なくなり、自由キャリア
による光の吸収が低減されて、さらに発振閾値電流が低
減できるという利点がある。
プが、多重量子井戸構造活性層６を構成する量子井戸層
のエネルギーギャップとクラッド層４、９のエネルギー
ギャップの間の値を持つような材料であればＧａＮにこ
だわらず他の材料、例えばＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ等の
３元混晶やＩｎＧａＡｌＮ等の４元混晶等を用いてもよ
い。またガイド層全体にわたってドナー又はアクセプタ
ーをドーピングする必要はなく、多重量子井戸構造活性
層６側の一部のみをノンドープとしてもよく、さらには
ガイド層全体をノンドープとしてもよい。この場合、ガ
イド層に存在するキャリアが少なくなり、自由キャリア
による光の吸収が低減されて、さらに発振閾値電流が低
減できるという利点がある。
【００３２】多重量子井戸構造活性層６を構成する２層
のＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層１４と１層のＩｎ0.05Ｇ
ａ0.95Ｎ障壁層１５は、必要なレーザ発振波長に応じて
その組成を設定すればよく、発振波長を長くしたい場合
は量子井戸層１４のＩｎ組成を大きくし、短くしたい場
合は量子井戸層１４のＩｎ組成を小さくする。また量子
井戸層１４と障壁層１５は、ＩｎＧａＮ３元混晶に微量
に他の元素を含んだ４元以上の混晶半導体でもよい。さ
らに障壁層１５は単にＧａＮを用いてもよい。
のＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層１４と１層のＩｎ0.05Ｇ
ａ0.95Ｎ障壁層１５は、必要なレーザ発振波長に応じて
その組成を設定すればよく、発振波長を長くしたい場合
は量子井戸層１４のＩｎ組成を大きくし、短くしたい場
合は量子井戸層１４のＩｎ組成を小さくする。また量子
井戸層１４と障壁層１５は、ＩｎＧａＮ３元混晶に微量
に他の元素を含んだ４元以上の混晶半導体でもよい。さ
らに障壁層１５は単にＧａＮを用いてもよい。
【００３３】次に、図１と図２を参照して、上記窒化ガ
リウム系半導体レーザの作製方法を説明する。以下の説
明ではＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いた場
合を示しているが、ＧａＮをエピタキシャル成長できる
成長法であればよく、ＭＢＥ法（分子線エピタキシャル
成長法）やＨＤＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）等の
他の気相成長法を用いることもできる。
リウム系半導体レーザの作製方法を説明する。以下の説
明ではＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用いた場
合を示しているが、ＧａＮをエピタキシャル成長できる
成長法であればよく、ＭＢＥ法（分子線エピタキシャル
成長法）やＨＤＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）等の
他の気相成長法を用いることもできる。
【００３４】まず所定の成長炉内に設置された、ｃ面を
表面として有するサファイア基板１上に、トリメチルガ
リウム（ＴＭＧ）とアンモニア（ＮＨ3）を原料に用い
て、成長温度５５０℃でＧａＮバッファ層２を３５ｎｍ
成長させる。
表面として有するサファイア基板１上に、トリメチルガ
リウム（ＴＭＧ）とアンモニア（ＮＨ3）を原料に用い
て、成長温度５５０℃でＧａＮバッファ層２を３５ｎｍ
成長させる。
【００３５】次に成長温度を１０５０℃まで上昇させ
て、ＴＭＧとＮＨ3 、及びシランガス（ＳｉＨ4）を原
料に用いて、厚さ３μｍのＳｉドープｎ−ＧａＮｎ型コ
ンタクト層３を成長する。さらに続けてトリメチルアル
ミニウム（ＴＭＡ）を原料に加え、成長温度は１０５０
℃のままで厚さ０.７μｍのＳｉドープｎ−Ａｌ0.1Ｇａ
0.9Ｎｎ型クラッド層４を成長する。続けて、ＴＭＡを
原料から除いて、成長温度は１０５０℃のままで厚さ
０.０５μｍのＳｉドープｎ−ＧａＮガイド層５を成長
する。
て、ＴＭＧとＮＨ3 、及びシランガス（ＳｉＨ4）を原
料に用いて、厚さ３μｍのＳｉドープｎ−ＧａＮｎ型コ
ンタクト層３を成長する。さらに続けてトリメチルアル
ミニウム（ＴＭＡ）を原料に加え、成長温度は１０５０
℃のままで厚さ０.７μｍのＳｉドープｎ−Ａｌ0.1Ｇａ
0.9Ｎｎ型クラッド層４を成長する。続けて、ＴＭＡを
原料から除いて、成長温度は１０５０℃のままで厚さ
０.０５μｍのＳｉドープｎ−ＧａＮガイド層５を成長
する。
【００３６】次に、成長温度を７５０℃に下げ、ＴＭＧ
とＮＨ3、及びトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を原料
に用いて、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層（厚さ５ｎｍ）
１４、Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層（厚さ５ｎｍ）１５、
Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層（厚さ５ｎｍ）１４を順次
成長することにより多重量子井戸構造活性層（トータル
の厚さ１５ｎｍ）６を作成する。さらに続けてＴＭＧと
ＴＭＡとＮＨ3 を原料に用いて、成長温度は７５０℃の
ままで厚さ１０ｎｍのＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層７を
成長する。
とＮＨ3、及びトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を原料
に用いて、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層（厚さ５ｎｍ）
１４、Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層（厚さ５ｎｍ）１５、
Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層（厚さ５ｎｍ）１４を順次
成長することにより多重量子井戸構造活性層（トータル
の厚さ１５ｎｍ）６を作成する。さらに続けてＴＭＧと
ＴＭＡとＮＨ3 を原料に用いて、成長温度は７５０℃の
ままで厚さ１０ｎｍのＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層７を
成長する。
【００３７】次に、再び成長温度を１０５０℃に上昇し
て、ＴＭＧとＮＨ3、及びシクロペンタジエニルマグネ
シウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を原料に用いて、厚さ０.０５μｍ
のＭｇドープｐ−ＧａＮガイド層８を成長する。さらに
続けてＴＭＡを原料に加え、成長温度は１０５０℃のま
まで厚さ０.７μｍのＭｇドープｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ
ｐ型クラッド層９を成長する。続けて、ＴＭＡを原料か
ら除いて、成長温度は１０５０℃のままで厚さ０.２μ
ｍのＭｇドープｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層１０を成長
して、窒化ガリウム系エピタキシャルウエハーを完成す
る。
て、ＴＭＧとＮＨ3、及びシクロペンタジエニルマグネ
シウム（Ｃｐ2Ｍｇ）を原料に用いて、厚さ０.０５μｍ
のＭｇドープｐ−ＧａＮガイド層８を成長する。さらに
続けてＴＭＡを原料に加え、成長温度は１０５０℃のま
まで厚さ０.７μｍのＭｇドープｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ
ｐ型クラッド層９を成長する。続けて、ＴＭＡを原料か
ら除いて、成長温度は１０５０℃のままで厚さ０.２μ
ｍのＭｇドープｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層１０を成長
して、窒化ガリウム系エピタキシャルウエハーを完成す
る。
【００３８】その後、このウエハーを８００℃の窒素ガ
ス雰囲気中でアニールして、Ｍｇドープのｐ型層を低抵
抗化する。
ス雰囲気中でアニールして、Ｍｇドープのｐ型層を低抵
抗化する。
【００３９】さらに通常のフォトリソグラフィーとドラ
イエッチング技術を用いて、２００μｍ幅のストライプ
状にｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層１０の最表面から、ｎ
−ＧａＮｎ型コンタクト層３が露出するまでエッチング
を行う。次に、上記と同様のフォトリソグラフィーとド
ライエッチング技術を用いて、残ったｐ−ＧａＮｐ型コ
ンタクト層１０の最表面に、５μｍ幅のストライプ状に
リッジ構造を形成するようにｐ−ＧａＮｐ型コンタクト
層１０、及びｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド層９を
エッチングする。
イエッチング技術を用いて、２００μｍ幅のストライプ
状にｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層１０の最表面から、ｎ
−ＧａＮｎ型コンタクト層３が露出するまでエッチング
を行う。次に、上記と同様のフォトリソグラフィーとド
ライエッチング技術を用いて、残ったｐ−ＧａＮｐ型コ
ンタクト層１０の最表面に、５μｍ幅のストライプ状に
リッジ構造を形成するようにｐ−ＧａＮｐ型コンタクト
層１０、及びｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド層９を
エッチングする。
【００４０】続いて、リッジの側面とリッジ以外のｐ型
層表面に厚さ２００ｎｍのＳｉＯ2絶縁膜１３を形成す
る。このＳｉＯ2 絶縁膜１３とｐ−ＧａＮｐ型コンタク
ト層１０の表面にニッケルと金からなるｐ側電極１１を
形成し、エッチングにより露出したｎ−ＧａＮｎ型コン
タクト層３の表面にチタンとアルミニウムからなるｎ側
電極１２を形成して、窒化ガリウム系ＬＤウエハーを完
成する。
層表面に厚さ２００ｎｍのＳｉＯ2絶縁膜１３を形成す
る。このＳｉＯ2 絶縁膜１３とｐ−ＧａＮｐ型コンタク
ト層１０の表面にニッケルと金からなるｐ側電極１１を
形成し、エッチングにより露出したｎ−ＧａＮｎ型コン
タクト層３の表面にチタンとアルミニウムからなるｎ側
電極１２を形成して、窒化ガリウム系ＬＤウエハーを完
成する。
【００４１】その後、このウエハーをリッジストライプ
に垂直な方向に劈開してレーザの共振器端面を形成し、
さらに個々のチップに分割する。そして、各チップをス
テムにマウントし、ワイヤーボンディングにより各電極
とリード端子とを接続して、窒化ガリウム系半導体レー
ザ素子を完成する。
に垂直な方向に劈開してレーザの共振器端面を形成し、
さらに個々のチップに分割する。そして、各チップをス
テムにマウントし、ワイヤーボンディングにより各電極
とリード端子とを接続して、窒化ガリウム系半導体レー
ザ素子を完成する。
【００４２】以上のようにして作製された青色ＬＤ素子
は、発振波長４３０ｎｍ、発振閾値電流４０ｍＡという
レーザ特性が得られ、３００ＭＨｚ以上、最大周波数で
１ＧＨｚ程度の高周波電流の注入により光出力も十分変
調されることが確認された。この結果、光ディスク用と
して本実施例の青色ＬＤ素子を用いると、データの読み
出しエラーを防止することができ、光ディスク用として
使用可能な青色ＬＤ素子が実現できた。
は、発振波長４３０ｎｍ、発振閾値電流４０ｍＡという
レーザ特性が得られ、３００ＭＨｚ以上、最大周波数で
１ＧＨｚ程度の高周波電流の注入により光出力も十分変
調されることが確認された。この結果、光ディスク用と
して本実施例の青色ＬＤ素子を用いると、データの読み
出しエラーを防止することができ、光ディスク用として
使用可能な青色ＬＤ素子が実現できた。
【００４３】図３には、窒化ガリウム系半導体レーザ素
子において、量子井戸層の層数を１から５まで変化させ
たときの、閾値電流値と、光出力の変調が可能な注入電
流の最大変調周波数の変化を表すグラフ図が示されてい
る。各半導体レーザの構造は、量子井戸層の層数が異な
ること、及び量子井戸層数に応じて障壁層の層数が異な
ること以外は、本発明の第１実施例に係る窒化ガリウム
系半導体レーザ素子と同じである。この図からわかるよ
うに、発振閾値電流が低く、かつ、３００ＭＨｚ以上、
例えば最大周波数で１ＧＨｚ程度の高周波電流の注入で
も光出力が十分変調されることが可能なものは、量子井
戸層数が２である本発明の第１の実施例に係る窒化ガリ
ウム系半導体レーザ素子のみである。
子において、量子井戸層の層数を１から５まで変化させ
たときの、閾値電流値と、光出力の変調が可能な注入電
流の最大変調周波数の変化を表すグラフ図が示されてい
る。各半導体レーザの構造は、量子井戸層の層数が異な
ること、及び量子井戸層数に応じて障壁層の層数が異な
ること以外は、本発明の第１実施例に係る窒化ガリウム
系半導体レーザ素子と同じである。この図からわかるよ
うに、発振閾値電流が低く、かつ、３００ＭＨｚ以上、
例えば最大周波数で１ＧＨｚ程度の高周波電流の注入で
も光出力が十分変調されることが可能なものは、量子井
戸層数が２である本発明の第１の実施例に係る窒化ガリ
ウム系半導体レーザ素子のみである。
【００４４】なお、本実施例では、多重量子井戸構造活
性層６を構成する量子井戸層１４と障壁層１５の層厚を
ともに５ｎｍとしたが、これらの層厚が同一である必要
はなく、異なっていても構わない。また２層の量子井戸
層に均一に電子・正孔を注入するために、量子井戸層１
４と障壁層１５の各層厚を１０ｎｍ以下とすれば、本実
施例にこだわらず、他の層厚でも同等の効果が得られ
る。
性層６を構成する量子井戸層１４と障壁層１５の層厚を
ともに５ｎｍとしたが、これらの層厚が同一である必要
はなく、異なっていても構わない。また２層の量子井戸
層に均一に電子・正孔を注入するために、量子井戸層１
４と障壁層１５の各層厚を１０ｎｍ以下とすれば、本実
施例にこだわらず、他の層厚でも同等の効果が得られ
る。
【００４５】図４には、量子井戸層数が２層である窒化
ガリウム系半導体レーザ素子において、障壁層の層厚を
変化させたときの光出力の変調が可能な注入電流の最大
変調周波数の変化を表すグラフ図が示されている。この
ときの半導体レーザの構造は、障壁層の層厚が異なるこ
と以外は第１実施例に係る窒化ガリウム系半導体レーザ
素子と同じである。この図から、障壁層の層厚を１０ｎ
ｍ以下とすれば、３００ＭＨｚ以上、最大１ＧＨｚ程度
の高周波電流の注入でも光出力が十分変調されることが
可能であることがわかる。また、これは量子井戸層の場
合も同様の結果であり、量子井戸層の層厚を１０ｎｍ以
下とすれば、３００ＭＨｚ以上、最大１ＧＨｚ程度の高
周波電流の注入でも光出力が十分変調されることが確認
された。
ガリウム系半導体レーザ素子において、障壁層の層厚を
変化させたときの光出力の変調が可能な注入電流の最大
変調周波数の変化を表すグラフ図が示されている。この
ときの半導体レーザの構造は、障壁層の層厚が異なるこ
と以外は第１実施例に係る窒化ガリウム系半導体レーザ
素子と同じである。この図から、障壁層の層厚を１０ｎ
ｍ以下とすれば、３００ＭＨｚ以上、最大１ＧＨｚ程度
の高周波電流の注入でも光出力が十分変調されることが
可能であることがわかる。また、これは量子井戸層の場
合も同様の結果であり、量子井戸層の層厚を１０ｎｍ以
下とすれば、３００ＭＨｚ以上、最大１ＧＨｚ程度の高
周波電流の注入でも光出力が十分変調されることが確認
された。
【００４６】また本実施例では、多重量子井戸構造活性
層６に接するようにＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層７を形
成しているが、これは量子井戸層１４が成長温度を上昇
している間に蒸発してしまうことを防ぐためである。従
って、量子井戸層１４を保護するものであれば蒸発防止
層７として用いることができ、他のＡｌ組成を有するＡ
ｌＧａＮ３元混晶やＧａＮを用いてもよい。また、この
蒸発防止層７にＭｇをドーピングしてもよく、この場合
はｐ−ＧａＮガイド層８やｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型ク
ラッド層９から正孔が注入され易くなるという利点があ
る。さらに、量子井戸層１４のＩｎ組成が小さい場合は
蒸発防止層７を形成しなくても量子井戸層１４は蒸発し
ないため、特に蒸発防止層７を形成しなくても、本実施
例の窒化ガリウム系半導体レーザ素子の特性は損なわれ
ない。
層６に接するようにＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層７を形
成しているが、これは量子井戸層１４が成長温度を上昇
している間に蒸発してしまうことを防ぐためである。従
って、量子井戸層１４を保護するものであれば蒸発防止
層７として用いることができ、他のＡｌ組成を有するＡ
ｌＧａＮ３元混晶やＧａＮを用いてもよい。また、この
蒸発防止層７にＭｇをドーピングしてもよく、この場合
はｐ−ＧａＮガイド層８やｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型ク
ラッド層９から正孔が注入され易くなるという利点があ
る。さらに、量子井戸層１４のＩｎ組成が小さい場合は
蒸発防止層７を形成しなくても量子井戸層１４は蒸発し
ないため、特に蒸発防止層７を形成しなくても、本実施
例の窒化ガリウム系半導体レーザ素子の特性は損なわれ
ない。
【００４７】本実施例では、リッジストライプ構造を形
成して注入電流の狭窄を行っているが、電極ストライプ
構造等の他の電流狭窄の手法を用いてもよい。また、本
実施例では劈開によりレーザの共振器端面を形成してい
るが、サファイア基板は硬くて劈開しにくい場合がある
ので、ドライエッチングにより共振器端面を形成するこ
ともできる。
成して注入電流の狭窄を行っているが、電極ストライプ
構造等の他の電流狭窄の手法を用いてもよい。また、本
実施例では劈開によりレーザの共振器端面を形成してい
るが、サファイア基板は硬くて劈開しにくい場合がある
ので、ドライエッチングにより共振器端面を形成するこ
ともできる。
【００４８】さらに本実施例では絶縁体であるサファイ
アを基板として用いたため、エッチングにより露出した
ｎ−ＧａＮｎ型コンタクト層３の表面にｎ側電極１２を
形成しているが、ｎ型導電性を有するＳｉＣ、Ｓｉ、Ｇ
ａＡｓ等を基板に用いれば、この基板の裏面にｎ側電極
１２を形成してもよい。また、ｐ型とｎ型の構成を逆に
しても構わない。
アを基板として用いたため、エッチングにより露出した
ｎ−ＧａＮｎ型コンタクト層３の表面にｎ側電極１２を
形成しているが、ｎ型導電性を有するＳｉＣ、Ｓｉ、Ｇ
ａＡｓ等を基板に用いれば、この基板の裏面にｎ側電極
１２を形成してもよい。また、ｐ型とｎ型の構成を逆に
しても構わない。
【００４９】（第２実施例）図５は本発明の第２実施例
に係る半導体レーザ素子と駆動回路を示す回路図であ
る。図５中に示される半導体レーザ素子１６は、本発明
の第１実施例で得られた量子井戸層数が２層である窒化
ガリウム系半導体レーザ素子を用いている。高周波駆動
回路１７は、通常の半導体部品を用いて構成されるもの
であり、高い周波数で半導体レーザ１７への注入電流を
変調し、光出力を変調させるための半導体レーザの駆動
回路である。本実施例では、注入電流の変調周波数を３
００ＭＨｚとした。第１実施例で得られた窒化ガリウム
系半導体レーザ素子では、注入電流の最大変調周波数は
１ＧＨｚ以上のものが得られており、３００ＭＨｚの周
波数でも光出力を十分変調させることができた。本実施
例を光ディスク用の光源として用いると、半導体レーザ
の光出力が十分変調されているのでレーザ光のコヒーレ
ント性を低下させることができ、ディスク面からのレー
ザ光の戻り光による雑音を低減することができた。その
結果、エラー無しで光ディスクからのデータの読み出し
を行うことが可能となった。
に係る半導体レーザ素子と駆動回路を示す回路図であ
る。図５中に示される半導体レーザ素子１６は、本発明
の第１実施例で得られた量子井戸層数が２層である窒化
ガリウム系半導体レーザ素子を用いている。高周波駆動
回路１７は、通常の半導体部品を用いて構成されるもの
であり、高い周波数で半導体レーザ１７への注入電流を
変調し、光出力を変調させるための半導体レーザの駆動
回路である。本実施例では、注入電流の変調周波数を３
００ＭＨｚとした。第１実施例で得られた窒化ガリウム
系半導体レーザ素子では、注入電流の最大変調周波数は
１ＧＨｚ以上のものが得られており、３００ＭＨｚの周
波数でも光出力を十分変調させることができた。本実施
例を光ディスク用の光源として用いると、半導体レーザ
の光出力が十分変調されているのでレーザ光のコヒーレ
ント性を低下させることができ、ディスク面からのレー
ザ光の戻り光による雑音を低減することができた。その
結果、エラー無しで光ディスクからのデータの読み出し
を行うことが可能となった。
【００５０】なお、本実施例では、注入電流の変調周波
数を３００ＭＨｚとしたが、レーザ光のコヒーレント性
を低下させて、ディスク面からのレーザ光の戻り光によ
る雑音を低減できるような周波数であれば、最大周波数
１ＧＨｚ程度まで、他の変調周波数で窒化物半導体レー
ザを駆動しても構わない。
数を３００ＭＨｚとしたが、レーザ光のコヒーレント性
を低下させて、ディスク面からのレーザ光の戻り光によ
る雑音を低減できるような周波数であれば、最大周波数
１ＧＨｚ程度まで、他の変調周波数で窒化物半導体レー
ザを駆動しても構わない。
【００５１】（第３実施例）図６は本発明の第３実施例
に係る半導体レーザ素子と駆動回路を示す回路図であ
る。図６中に示される半導体レーザ素子１８は、本発明
の第１実施例で得られた量子井戸層数が２層である窒化
ガリウム系半導体レーザ素子を用いているが、リッジ構
造を形成する際のストライプ幅と、ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9
Ｎｐ型クラッド層９をエッチングする深さとを調整する
ことによって、変調されていない一定電流を注入しても
光出力が変調されている自励発振型の半導体レーザとな
っている。ここでは、ストライプ幅を３μｍ、ｐ−Ａｌ
0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド層９のエッチングの際の残し
膜厚を０．２μｍとした。なお、これらのストライプ幅
とエッチングの際の残し膜厚とは本具体例の値に限定さ
れるものではなく、ストライプ幅として１乃至５μｍ、
ｐ型クラッド層９の残し膜厚としては０．０５乃至０．
５μｍであればよい。このように作成された自励発振型
の窒化ガリウム系半導体レーザ素子における光出力の変
調周波数は、８００ＭＨｚであった。
に係る半導体レーザ素子と駆動回路を示す回路図であ
る。図６中に示される半導体レーザ素子１８は、本発明
の第１実施例で得られた量子井戸層数が２層である窒化
ガリウム系半導体レーザ素子を用いているが、リッジ構
造を形成する際のストライプ幅と、ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9
Ｎｐ型クラッド層９をエッチングする深さとを調整する
ことによって、変調されていない一定電流を注入しても
光出力が変調されている自励発振型の半導体レーザとな
っている。ここでは、ストライプ幅を３μｍ、ｐ−Ａｌ
0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド層９のエッチングの際の残し
膜厚を０．２μｍとした。なお、これらのストライプ幅
とエッチングの際の残し膜厚とは本具体例の値に限定さ
れるものではなく、ストライプ幅として１乃至５μｍ、
ｐ型クラッド層９の残し膜厚としては０．０５乃至０．
５μｍであればよい。このように作成された自励発振型
の窒化ガリウム系半導体レーザ素子における光出力の変
調周波数は、８００ＭＨｚであった。
【００５２】第３実施例に係る窒化ガリウム系半導体レ
ーザ素子では、量子井戸層数を２層としたことにより、
量子井戸層内に存在する電子と正孔の密度が変調されや
すくなっている。従って、注入電流を変調して電子と正
孔の密度を変調することによって光出力を変調するだけ
でなく、変調されていない一定電流の注入でも電子と正
孔の密度が変調されて光出力が変調される自励発振型の
半導体レーザの作製も容易にでき、高い周波数で光出力
が変調されることが可能となった。
ーザ素子では、量子井戸層数を２層としたことにより、
量子井戸層内に存在する電子と正孔の密度が変調されや
すくなっている。従って、注入電流を変調して電子と正
孔の密度を変調することによって光出力を変調するだけ
でなく、変調されていない一定電流の注入でも電子と正
孔の密度が変調されて光出力が変調される自励発振型の
半導体レーザの作製も容易にでき、高い周波数で光出力
が変調されることが可能となった。
【００５３】定電流駆動回路１９は、通常の半導体部品
を用いて構成されるものであり、一定電流を注入ための
半導体レーザの駆動回路である。本実施例を光ディスク
用の光源として用いると、半導体レーザの光出力が十分
変調されているのでレーザ光のコヒーレント性を低下さ
せることができて、ディスク面からのレーザ光の戻り光
による雑音を低減することができた。その結果、エラー
無しで光ディスクからのデータの読み出しを行うことが
可能となった。
を用いて構成されるものであり、一定電流を注入ための
半導体レーザの駆動回路である。本実施例を光ディスク
用の光源として用いると、半導体レーザの光出力が十分
変調されているのでレーザ光のコヒーレント性を低下さ
せることができて、ディスク面からのレーザ光の戻り光
による雑音を低減することができた。その結果、エラー
無しで光ディスクからのデータの読み出しを行うことが
可能となった。
【００５４】なお、本第３実施例で用いた窒化ガリウム
系半導体レーザ素子１８は、リッジ構造を形成する際の
ストライプ幅と、ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド層
９をエッチングする深さとを調整することによって自励
発振型の半導体レーザとしたが、通常のＧａＡｓ系半導
体レーザ等で用いられているように、活性層の近傍に過
飽和吸収層を設置して自励発振型の半導体レーザとして
も構わない。
系半導体レーザ素子１８は、リッジ構造を形成する際の
ストライプ幅と、ｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド層
９をエッチングする深さとを調整することによって自励
発振型の半導体レーザとしたが、通常のＧａＡｓ系半導
体レーザ等で用いられているように、活性層の近傍に過
飽和吸収層を設置して自励発振型の半導体レーザとして
も構わない。
【００５５】（第４実施例）図７は本発明の第４の実施
例に係る窒化ガリウム系半導体発光ダイオード素子を示
す断面図であり、図８は図７中のＢ部を拡大した断面図
である。
例に係る窒化ガリウム系半導体発光ダイオード素子を示
す断面図であり、図８は図７中のＢ部を拡大した断面図
である。
【００５６】この図において、２１はｃ面を表面として
有するサファイア基板、２２はＧａＮバッファ層、２３
はｎ−ＧａＮｎ型コンタクト層、２４はｎ−Ａｌ0.1Ｇ
ａ0.9Ｎｎ型クラッド層、２５はｎ−ＧａＮガイド層、
２６は２層のＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層３４と１層の
Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層３５とからなる多重量子井戸
構造活性層、２７はＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層、２８
はｐ−ＧａＮガイド層、２９はｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ
型クラッド層、３０はｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層、３
１はｐ側電極、３２はｎ側電極である。
有するサファイア基板、２２はＧａＮバッファ層、２３
はｎ−ＧａＮｎ型コンタクト層、２４はｎ−Ａｌ0.1Ｇ
ａ0.9Ｎｎ型クラッド層、２５はｎ−ＧａＮガイド層、
２６は２層のＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層３４と１層の
Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層３５とからなる多重量子井戸
構造活性層、２７はＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層、２８
はｐ−ＧａＮガイド層、２９はｐ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ
型クラッド層、３０はｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層、３
１はｐ側電極、３２はｎ側電極である。
【００５７】本実施例において、サファイア基板２１の
表面はａ面、ｒ面、ｍ面等の他の面方位であっても構わ
ない。また、サファイア基板に限らずＳｉＣ基板、スピ
ネル基板、ＭｇＯ基板、またはＳｉ基板も用いることが
出来る。特にＳｉＣ基板の場合はサファイア基板に比べ
て劈開しやすいため、ＬＥＤ素子をチップ分割する作業
が容易に行えるという利点がある。バッファ層２２はそ
の上に窒化ガリウム系半導体をエピタキシャル成長させ
ることが出来るものであればＧａＮにこだわらず他の材
料、例えばＡｌＮやＡｌＧａＮ３元混晶を用いてもよ
い。
表面はａ面、ｒ面、ｍ面等の他の面方位であっても構わ
ない。また、サファイア基板に限らずＳｉＣ基板、スピ
ネル基板、ＭｇＯ基板、またはＳｉ基板も用いることが
出来る。特にＳｉＣ基板の場合はサファイア基板に比べ
て劈開しやすいため、ＬＥＤ素子をチップ分割する作業
が容易に行えるという利点がある。バッファ層２２はそ
の上に窒化ガリウム系半導体をエピタキシャル成長させ
ることが出来るものであればＧａＮにこだわらず他の材
料、例えばＡｌＮやＡｌＧａＮ３元混晶を用いてもよ
い。
【００５８】ｎ型クラッド層２４及びｐ型クラッド層２
９は、ｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ以外のＡｌ組成を持つＡｌ
ＧａＮ３元混晶や、単にＧａＮを用いてもよい。この場
合Ａｌ組成を大きくすると活性層とクラッド層とのエネ
ルギーギャップ差が大きくなり、キャリアが活性層に有
効に閉じ込められて温度特性の向上が図れる。またキャ
リアの閉じ込めが保持される程度でＡｌ組成を小さくし
ていくと、クラッド層におけるキャリアの移動度が大き
くなるため、発光ダイオード素子の素子抵抗を小さくで
きる利点がある。さらにこれらのクラッド層は微量に他
の元素を含んだ４元以上の混晶半導体でもよく、ｎ型ク
ラッド層２４とｐ型クラッド層２９とで混晶の組成が同
一でなくても構わない。
９は、ｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ以外のＡｌ組成を持つＡｌ
ＧａＮ３元混晶や、単にＧａＮを用いてもよい。この場
合Ａｌ組成を大きくすると活性層とクラッド層とのエネ
ルギーギャップ差が大きくなり、キャリアが活性層に有
効に閉じ込められて温度特性の向上が図れる。またキャ
リアの閉じ込めが保持される程度でＡｌ組成を小さくし
ていくと、クラッド層におけるキャリアの移動度が大き
くなるため、発光ダイオード素子の素子抵抗を小さくで
きる利点がある。さらにこれらのクラッド層は微量に他
の元素を含んだ４元以上の混晶半導体でもよく、ｎ型ク
ラッド層２４とｐ型クラッド層２９とで混晶の組成が同
一でなくても構わない。
【００５９】ガイド層２５と２８は、そのエネルギーギ
ャップが、多重量子井戸構造活性層２６を構成する量子
井戸層のエネルギーギャップとクラッド層２４、２９の
エネルギーギャップの間の値を持つような材料であれば
ＧａＮにこだわらず他の材料、例えばＩｎＧａＮ、Ａｌ
ＧａＮ等の３元混晶やＩｎＧａＡｌＮ等の４元混晶等を
用いてもよい。またガイド層全体にわたってドナー又は
アクセプターをドーピングする必要はなく、多重量子井
戸構造活性層２６側の一部のみをノンドープとしてもよ
く、さらにはガイド層全体をノンドープとしてもよい。
この場合、ガイド層に存在するキャリアが少なくなり、
自由キャリアによる光の吸収が低減されて、さらに光出
力が向上するという利点がある。また、ガイド層２５、
２８には、ｎ型クラッド層２４とｐ型クラッド層２９か
らそれぞれ電子と正孔を多重量子井戸構造活性層２６へ
注入しやすくするという利点があるが、特にガイド層２
５、２８を設けなくてもＬＥＤ素子特性が大きく悪化す
ることはないので、ガイド層２５、２８はなくても構わ
ない。
ャップが、多重量子井戸構造活性層２６を構成する量子
井戸層のエネルギーギャップとクラッド層２４、２９の
エネルギーギャップの間の値を持つような材料であれば
ＧａＮにこだわらず他の材料、例えばＩｎＧａＮ、Ａｌ
ＧａＮ等の３元混晶やＩｎＧａＡｌＮ等の４元混晶等を
用いてもよい。またガイド層全体にわたってドナー又は
アクセプターをドーピングする必要はなく、多重量子井
戸構造活性層２６側の一部のみをノンドープとしてもよ
く、さらにはガイド層全体をノンドープとしてもよい。
この場合、ガイド層に存在するキャリアが少なくなり、
自由キャリアによる光の吸収が低減されて、さらに光出
力が向上するという利点がある。また、ガイド層２５、
２８には、ｎ型クラッド層２４とｐ型クラッド層２９か
らそれぞれ電子と正孔を多重量子井戸構造活性層２６へ
注入しやすくするという利点があるが、特にガイド層２
５、２８を設けなくてもＬＥＤ素子特性が大きく悪化す
ることはないので、ガイド層２５、２８はなくても構わ
ない。
【００６０】多重量子井戸構造活性層２６を構成する、
２層のＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層３４と１層のＩｎ
0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層３５は、必要な発光波長に応じて
その組成を設定すればよく、発光波長を長くしたい場合
は量子井戸層３４のＩｎ組成を大きくし、短くしたい場
合は量子井戸層３４のＩｎ組成を小さくする。また量子
井戸層３４と障壁層３５は、ＩｎＧａＮ３元混晶に微量
に他の元素を含んだ４元以上の混晶半導体でもよい。さ
らに障壁層３５は単にＧａＮを用いてもよい。
２層のＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸層３４と１層のＩｎ
0.05Ｇａ0.95Ｎ障壁層３５は、必要な発光波長に応じて
その組成を設定すればよく、発光波長を長くしたい場合
は量子井戸層３４のＩｎ組成を大きくし、短くしたい場
合は量子井戸層３４のＩｎ組成を小さくする。また量子
井戸層３４と障壁層３５は、ＩｎＧａＮ３元混晶に微量
に他の元素を含んだ４元以上の混晶半導体でもよい。さ
らに障壁層３５は単にＧａＮを用いてもよい。
【００６１】次に、図７と図８を参照して上記窒化ガリ
ウム系半導体発光ダイオードの作製方法を説明する。以
下の説明ではＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用
いた場合を示しているが、ＧａＮをエピタキシャル成長
できる成長法であればよく、ＭＢＥ法（分子線エピタキ
シャル成長法）やＨＤＶＰＥ（ハイドライド気相成長
法）等の他の気相成長法を用いることもできる。
ウム系半導体発光ダイオードの作製方法を説明する。以
下の説明ではＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）を用
いた場合を示しているが、ＧａＮをエピタキシャル成長
できる成長法であればよく、ＭＢＥ法（分子線エピタキ
シャル成長法）やＨＤＶＰＥ（ハイドライド気相成長
法）等の他の気相成長法を用いることもできる。
【００６２】まず所定の成長炉内に設置された、ｃ面を
表面として有するサファイア基板２１上に、ＴＭＧとＮ
Ｈ3 を原料に用いて、成長温度５５０℃でＧａＮバッフ
ァ層２２を３５ｎｍ成長させる。
表面として有するサファイア基板２１上に、ＴＭＧとＮ
Ｈ3 を原料に用いて、成長温度５５０℃でＧａＮバッフ
ァ層２２を３５ｎｍ成長させる。
【００６３】次に成長温度を１０５０℃まで上昇させ
て、ＴＭＧとＮＨ3 、及びＳｉＨ4 を原料に用いて、厚
さ３μｍのＳｉドープｎ−ＧａＮｎ型コンタクト層２３
を成長する。さらに続けてＴＭＡを原料に加え、成長温
度は１０５０℃のままで厚さ０．３μｍのＳｉドープｎ
−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｎ型クラッド層２４を成長する。続
けて、ＴＭＡを原料から除いて、成長温度は１０５０℃
のままで厚さ０.０５μｍのＳｉドープｎ−ＧａＮガイ
ド層２５を成長する。
て、ＴＭＧとＮＨ3 、及びＳｉＨ4 を原料に用いて、厚
さ３μｍのＳｉドープｎ−ＧａＮｎ型コンタクト層２３
を成長する。さらに続けてＴＭＡを原料に加え、成長温
度は１０５０℃のままで厚さ０．３μｍのＳｉドープｎ
−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｎ型クラッド層２４を成長する。続
けて、ＴＭＡを原料から除いて、成長温度は１０５０℃
のままで厚さ０.０５μｍのＳｉドープｎ−ＧａＮガイ
ド層２５を成長する。
【００６４】次に、成長温度を７５０℃に下げ、ＴＭＧ
とＮＨ3 、及びＴＭＩを原料に用いて、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8
Ｎ量子井戸層（厚さ３ｎｍ）３４、Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ
障壁層（厚さ５ｎｍ）３５、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸
層（厚さ３ｎｍ）３４を順次成長することにより多重量
子井戸構造活性層（トータルの厚さ１１ｎｍ）２６を作
成する。さらに続けてＴＭＧとＴＭＡとＮＨ3 を原料に
用いて、成長温度は７５０℃のままで厚さ１０ｎｍのＡ
ｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層２７を成長する。
とＮＨ3 、及びＴＭＩを原料に用いて、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8
Ｎ量子井戸層（厚さ３ｎｍ）３４、Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎ
障壁層（厚さ５ｎｍ）３５、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ量子井戸
層（厚さ３ｎｍ）３４を順次成長することにより多重量
子井戸構造活性層（トータルの厚さ１１ｎｍ）２６を作
成する。さらに続けてＴＭＧとＴＭＡとＮＨ3 を原料に
用いて、成長温度は７５０℃のままで厚さ１０ｎｍのＡ
ｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層２７を成長する。
【００６５】次に、再び成長温度を１０５０℃に上昇し
て、ＴＭＧとＮＨ3 、及びＣｐ2Ｍｇを原料に用いて、
厚さ０.０５μｍのＭｇドープｐ−ＧａＮガイド層２８
を成長する。さらに続けてＴＭＡを原料に加え、成長温
度は１０５０℃のままで厚さ０.３μｍのＭｇドープｐ
−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド層２９を成長する。続
けて、ＴＭＡを原料から除いて、成長温度は１０５０℃
のままで厚さ０.２μｍのＭｇドープｐ−ＧａＮｐ型コ
ンタクト層３０を成長して、窒化ガリウム系エピタキシ
ャルウエハーを完成する。
て、ＴＭＧとＮＨ3 、及びＣｐ2Ｍｇを原料に用いて、
厚さ０.０５μｍのＭｇドープｐ−ＧａＮガイド層２８
を成長する。さらに続けてＴＭＡを原料に加え、成長温
度は１０５０℃のままで厚さ０.３μｍのＭｇドープｐ
−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド層２９を成長する。続
けて、ＴＭＡを原料から除いて、成長温度は１０５０℃
のままで厚さ０.２μｍのＭｇドープｐ−ＧａＮｐ型コ
ンタクト層３０を成長して、窒化ガリウム系エピタキシ
ャルウエハーを完成する。
【００６６】その後、このウエハーを８００℃の窒素ガ
ス雰囲気中でアニールして、Ｍｇドープのｐ型層を低抵
抗化する。
ス雰囲気中でアニールして、Ｍｇドープのｐ型層を低抵
抗化する。
【００６７】さらに通常のフォトリソグラフィーとドラ
イエッチング技術を用いて、ＬＥＤ素子作製のために所
定の領域に、ｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層３０の最表面
から、ｎ−ＧａＮｎ型コンタクト層２３が露出するまで
エッチングを行う。
イエッチング技術を用いて、ＬＥＤ素子作製のために所
定の領域に、ｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層３０の最表面
から、ｎ−ＧａＮｎ型コンタクト層２３が露出するまで
エッチングを行う。
【００６８】続いて、ｐ−ＧａＮｐ型コンタクト層３０
の表面にニッケルと金からなるｐ側電極３１を形成し、
エッチングにより露出したｎ−ＧａＮｎ型コンタクト層
２３の表面にチタンとアルミニウムからなるｎ側電極３
２を形成して、窒化ガリウム系ＬＥＤウエハーを完成す
る。
の表面にニッケルと金からなるｐ側電極３１を形成し、
エッチングにより露出したｎ−ＧａＮｎ型コンタクト層
２３の表面にチタンとアルミニウムからなるｎ側電極３
２を形成して、窒化ガリウム系ＬＥＤウエハーを完成す
る。
【００６９】その後、このウエハーを個々のチップに分
割する。そして、各チップをステムにマウントし、ワイ
ヤーボンディングにより各電極とリード端子とを接続し
て、窒化ガリウム系半導体発光ダイオード素子を完成す
る。
割する。そして、各チップをステムにマウントし、ワイ
ヤーボンディングにより各電極とリード端子とを接続し
て、窒化ガリウム系半導体発光ダイオード素子を完成す
る。
【００７０】以上のようにして作製された青色ＬＥＤ素
子は、順方向電流２０ｍＡで、発光波長４３０ｎｍ・光
出力６ｍＷという発光特性が得られた。また図９に示さ
れるように、電流ー光出力特性は高い注入電流において
も光出力は飽和することはなく、従来のＬＥＤ素子に比
べて特性が改善された。
子は、順方向電流２０ｍＡで、発光波長４３０ｎｍ・光
出力６ｍＷという発光特性が得られた。また図９に示さ
れるように、電流ー光出力特性は高い注入電流において
も光出力は飽和することはなく、従来のＬＥＤ素子に比
べて特性が改善された。
【００７１】なお、本実施例では、多重量子井戸構造活
性層２６を構成する量子井戸層３４と障壁層３５の層厚
をそれぞれ３ｎｍ及び５ｎｍとしたが、これらの層厚
は、２層の量子井戸層に均一に電子・正孔を注入するた
めに、量子井戸層３４と障壁層３５の各層厚を１０ｎｍ
以下とすれば、本実施例にこだわらず、他の層厚でも同
等の効果が得られる。
性層２６を構成する量子井戸層３４と障壁層３５の層厚
をそれぞれ３ｎｍ及び５ｎｍとしたが、これらの層厚
は、２層の量子井戸層に均一に電子・正孔を注入するた
めに、量子井戸層３４と障壁層３５の各層厚を１０ｎｍ
以下とすれば、本実施例にこだわらず、他の層厚でも同
等の効果が得られる。
【００７２】また本実施例では、多重量子井戸構造活性
層２６に接するようにＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層２７
を形成しているが、これは量子井戸層３４が成長温度を
上昇している間に蒸発してしまうことを防ぐためであ
る。従って、量子井戸層３４を保護するものであれば蒸
発防止層２７として用いることができ、他のＡｌ組成を
有するＡｌＧａＮ３元混晶やＧａＮを用いてもよい。ま
た、この蒸発防止層２７にＭｇをドーピングしてもよ
く、この場合はｐ−ＧａＮガイド層２８やｐ−Ａｌ0.1
Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド層２９から正孔が注入され易く
なるという利点がある。さらに、量子井戸層３４のＩｎ
組成が小さい場合は蒸発防止層２７を形成しなくても量
子井戸層３４は蒸発しないため、特に蒸発防止層２７を
形成しなくても、本実施例の窒化ガリウム系半導体発光
ダイオード素子の特性は損なわれない。
層２６に接するようにＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ蒸発防止層２７
を形成しているが、これは量子井戸層３４が成長温度を
上昇している間に蒸発してしまうことを防ぐためであ
る。従って、量子井戸層３４を保護するものであれば蒸
発防止層２７として用いることができ、他のＡｌ組成を
有するＡｌＧａＮ３元混晶やＧａＮを用いてもよい。ま
た、この蒸発防止層２７にＭｇをドーピングしてもよ
く、この場合はｐ−ＧａＮガイド層２８やｐ−Ａｌ0.1
Ｇａ0.9Ｎｐ型クラッド層２９から正孔が注入され易く
なるという利点がある。さらに、量子井戸層３４のＩｎ
組成が小さい場合は蒸発防止層２７を形成しなくても量
子井戸層３４は蒸発しないため、特に蒸発防止層２７を
形成しなくても、本実施例の窒化ガリウム系半導体発光
ダイオード素子の特性は損なわれない。
【００７３】
【発明の効果】上述したように本発明による窒化ガリウ
ム系半導体レーザ素子においては、少なくともインジウ
ムとガリウムを含む窒化物半導体よりなる多重量子井戸
構造活性層における量子井戸層の層数を２とすることに
よって、すべての量子井戸層に電子と正孔とを均一に分
布させるようにした。この結果、量子井戸層に注入され
た電子と正孔が効率よく再結合するため発光効率が向上
して発振閾値電流値を低減させることができた。さら
に、再結合によって電子・正孔が消滅した量子井戸層内
への電子と正孔の注入が効果的に行われるので、量子井
戸層内に存在する電子と正孔の密度が効果的に変調さ
れ、その結果、光出力も変調されることが可能となり、
光ディスク用として使用可能な、データの読み出し時に
エラーを発生しない窒化ガリウム系半導体レーザ素子を
実現した。
ム系半導体レーザ素子においては、少なくともインジウ
ムとガリウムを含む窒化物半導体よりなる多重量子井戸
構造活性層における量子井戸層の層数を２とすることに
よって、すべての量子井戸層に電子と正孔とを均一に分
布させるようにした。この結果、量子井戸層に注入され
た電子と正孔が効率よく再結合するため発光効率が向上
して発振閾値電流値を低減させることができた。さら
に、再結合によって電子・正孔が消滅した量子井戸層内
への電子と正孔の注入が効果的に行われるので、量子井
戸層内に存在する電子と正孔の密度が効果的に変調さ
れ、その結果、光出力も変調されることが可能となり、
光ディスク用として使用可能な、データの読み出し時に
エラーを発生しない窒化ガリウム系半導体レーザ素子を
実現した。
【００７４】また、本発明による窒化ガリウム系半導体
レーザ素子と１ＧＨｚ程度までの高周波電流を注入する
駆動回路を組み合わせて、光ディスク用としてデータの
読み出し時にエラーを発生しない半導体レーザ光源装置
を提供できる。
レーザ素子と１ＧＨｚ程度までの高周波電流を注入する
駆動回路を組み合わせて、光ディスク用としてデータの
読み出し時にエラーを発生しない半導体レーザ光源装置
を提供できる。
【００７５】また、本発明による窒化ガリウム系半導体
発光ダイオード素子においては、少なくともインジウム
とガリウムを含む窒化物半導体よりなる多重量子井戸構
造活性層における量子井戸層の層数を２とすることによ
って、注入された電子と正孔を２つの量子井戸層に均等
に分割し、量子井戸層１層当りに存在する電子と正孔の
密度を低減したことにより、運動量空間内で電子や正孔
の分布を低減できた。その結果、電流ー光出力特性にお
いて高い注入電流においても光出力は飽和することな
く、高輝度な窒化ガリウム系半導体発光ダイオード素子
が実現された。
発光ダイオード素子においては、少なくともインジウム
とガリウムを含む窒化物半導体よりなる多重量子井戸構
造活性層における量子井戸層の層数を２とすることによ
って、注入された電子と正孔を２つの量子井戸層に均等
に分割し、量子井戸層１層当りに存在する電子と正孔の
密度を低減したことにより、運動量空間内で電子や正孔
の分布を低減できた。その結果、電流ー光出力特性にお
いて高い注入電流においても光出力は飽和することな
く、高輝度な窒化ガリウム系半導体発光ダイオード素子
が実現された。
【図１】本発明の第１実施例に係る半導体レーザ素子を
示す断面図である。
示す断面図である。
【図２】図１のＡ部を拡大した断面図である。
【図３】第１実施例における閾値電流値の量子井戸層数
依存性、及び光出力の変調可能な、注入電流の最大変調
周波数の量子井戸層数依存性を示すグラフ図である。
依存性、及び光出力の変調可能な、注入電流の最大変調
周波数の量子井戸層数依存性を示すグラフ図である。
【図４】同、光出力の変調可能な、注入電流の最大周波
数の障壁層の厚さ依存性を示すグラフ図である。
数の障壁層の厚さ依存性を示すグラフ図である。
【図５】本発明の第２実施例に係る半導体レーザ素子と
駆動回路を示す回路図である。
駆動回路を示す回路図である。
【図６】本発明の第３実施例に係る半導体レーザ素子と
駆動回路を示す回路図である。
駆動回路を示す回路図である。
【図７】本発明の第４実施例に係る半導体発光ダイオー
ド素子を示す断面図である。
ド素子を示す断面図である。
【図８】図７のＢ部を拡大した断面図である。
【図９】本発明の第４実施例に係る半導体発光ダイオー
ド素子と従来の半導体発光ダイオード素子の、それぞれ
の電流ー光出力特性を示すグラフである。
ド素子と従来の半導体発光ダイオード素子の、それぞれ
の電流ー光出力特性を示すグラフである。
【図１０】従来の青色ＬＤの構造例を示す断面図であ
る。
る。
【図１１】従来の青色ＬＥＤの構造例を示す断面図であ
る。
る。
３ ｎ−ＧａＮｎ型コンタクト層 ４ ｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎｎ型クラッド層 ５ ｎ−ＧａＮガイド層 ４、２４ ｎ−ＡｌＧａＮｎ型クラッド層 ６、２５ 多重量子井戸構造活性層 ８、２８ ｐ−ＧａＮガイド層 ９、２９ ｐ−ＡｌＧａＮｐ型クラッド層 １４、３４ ＩｎＧａＮ量子井戸層 １５、３５ ＩｎＧａＮ障壁層
Claims (8)
- 【請求項１】 窒化物半導体からなるクラッド層及び／
又はガイド層に挟まれた、少なくともインジウムとガリ
ウムを含む窒化物半導体よりなる量子井戸構造活性層を
備え、前記量子井戸構造活性層は２層の量子井戸層とこ
れらに挟まれた１層の障壁層とから形成されることを特
徴とする窒化ガリウム系半導体発光素子。 - 【請求項２】 窒化物半導体からなるクラッド層及び／
又はガイド層に挟まれた、少なくともインジウムとガリ
ウムを含む窒化物半導体よりなる量子井戸構造活性層を
備え、前記量子井戸構造活性層は２層の量子井戸層とこ
れらに挟まれた１層の障壁層とから半導体レーザの発振
部を形成してなることを特徴とする窒化ガリウム系半導
体レーザ素子。 - 【請求項３】 窒化物半導体からなるクラッド層及び／
又はガイド層に挟まれた、少なくともインジウムとガリ
ウムを含む窒化物半導体よりなる量子井戸構造活性層を
備え、前記量子井戸構造活性層は２層の量子井戸層とこ
れらに挟まれた１層の障壁層とから発光ダイオードの発
光部を形成してなることを特徴とする窒化ガリウム系半
導体発光素子。 - 【請求項４】 量子井戸層の厚さが、１０ｎｍ以下であ
ることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に
記載の窒化ガリウム系半導体発光素子。 - 【請求項５】 障壁層の厚さが、１０ｎｍ以下であるこ
とを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載
の窒化ガリウム系半導体発光素子。 - 【請求項６】 窒化物半導体からなるクラッド層及び／
又はガイド層に挟まれた、少なくともインジウムとガリ
ウムを含む窒化物半導体よりなる量子井戸構造活性層を
備え、前記量子井戸構造活性層は２層の量子井戸層とこ
れらに挟まれた１層の障壁層とから形成される窒化ガリ
ウム系半導体レーザ素子と、前記半導体レーザに高周波
数変調された電流を注入する駆動回路とからなることを
特徴とする半導体レーザ光源装置。 - 【請求項７】 変調周波数は３００ＭＨｚ以上であるこ
とを特徴とする請求項６に記載の半導体レーザ光源装
置。 - 【請求項８】 窒化物半導体からなるクラッド層及び／
又はガイド層に挟まれた、少なくともインジウムとガリ
ウムを含む窒化物半導体よりなる量子井戸構造活性層を
備え、前記量子井戸構造活性層は２層の量子井戸層とこ
れらに挟まれた１層の障壁層とから自励発振型のレーザ
発振部を形成してなることを特徴とする請求項２，４ま
たは５に記載の窒化ガリウム系半導体発光素子。
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-
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- 1997-03-07 JP JP05259697A patent/JP4365898B2/ja not_active Expired - Fee Related
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