JPH1131866A - 窒化ガリウム系化合物半導体装置 - Google Patents
窒化ガリウム系化合物半導体装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】窒化ガリウム系化合物半導体レーザにおいて実
効的なｐ型キャリアを増加させる。 【解決手段】窒化ガリウム系化合物半導体レーザは、サ
ファイア基板１０上に形成されたダブルヘテロ接合構造
１３、１４、１５を有する。ダブルヘテロ接合構造の上
には、Ｍｇドープ低抵抗ＧａＮのｐ−低抵抗層１６、高
抵抗またはｎ型の電流ブロック層１７、ＭｇドープＧａ
Ｎのｐ−変調層３２、及びＭｇドープ低抵抗ＧａＮのｐ
−コンタク層１８が順に積層される。ｐ−変調層３２に
おいて、Ｍｇ濃度の高い複数の低抵抗領域とＭｇ濃度の
低い複数の高抵抗領域とが、上下方向に交互に積重ねら
れ、ｐ型キャリアを増加させるための発熱構造が形成さ
れる。
効的なｐ型キャリアを増加させる。 【解決手段】窒化ガリウム系化合物半導体レーザは、サ
ファイア基板１０上に形成されたダブルヘテロ接合構造
１３、１４、１５を有する。ダブルヘテロ接合構造の上
には、Ｍｇドープ低抵抗ＧａＮのｐ−低抵抗層１６、高
抵抗またはｎ型の電流ブロック層１７、ＭｇドープＧａ
Ｎのｐ−変調層３２、及びＭｇドープ低抵抗ＧａＮのｐ
−コンタク層１８が順に積層される。ｐ−変調層３２に
おいて、Ｍｇ濃度の高い複数の低抵抗領域とＭｇ濃度の
低い複数の高抵抗領域とが、上下方向に交互に積重ねら
れ、ｐ型キャリアを増加させるための発熱構造が形成さ
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化合
物半導体装置に関し、特に窒化ガリウム系化合物半導体
レーザに関する。
物半導体装置に関し、特に窒化ガリウム系化合物半導体
レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＧａＡｌ
Ｎ、ＩｎＧａＡｌＮ等の窒化ガリウム系化合物半導体が
青色半導体レーザの材料として注目されている。これら
の材料による半導体レーザでは、短波長化により小さな
ビームに絞ることが可能となり、光ディスク等高密度情
報処理用の光源として期待されている。
Ｎ、ＩｎＧａＡｌＮ等の窒化ガリウム系化合物半導体が
青色半導体レーザの材料として注目されている。これら
の材料による半導体レーザでは、短波長化により小さな
ビームに絞ることが可能となり、光ディスク等高密度情
報処理用の光源として期待されている。
【０００３】窒化ガリウム系化合物半導体に対するｐ型
不純物即ちドーパントとしては、一般的にＭｇ（マグネ
シウム）が使用されている。この不純物はアクセプタ準
位が深いために活性化率が小さく、ドーピング量の数分
の一から数十分の一しか有効なｐ型キャリアとならな
い。キャリア密度を増加させるために不純物のドーズ量
を過度に増やすとｐ型層の結晶としての品質が低下して
しまう。また過度のドーズ量では逆にキャリア密度が下
がるという報告も行われている。
不純物即ちドーパントとしては、一般的にＭｇ（マグネ
シウム）が使用されている。この不純物はアクセプタ準
位が深いために活性化率が小さく、ドーピング量の数分
の一から数十分の一しか有効なｐ型キャリアとならな
い。キャリア密度を増加させるために不純物のドーズ量
を過度に増やすとｐ型層の結晶としての品質が低下して
しまう。また過度のドーズ量では逆にキャリア密度が下
がるという報告も行われている。
【０００４】このような理由から、この系の材料を用い
た半導体装置においては、本質的に低抵抗ｐ型層は得る
ことができない。また、ｐ型層のキャリア（ｐ型キャリ
ア、即ちホール）がｎ型層のキャリア（ｎ型キャリア、
即ち電子）よりも著しく少ないため、活性層を越えてｐ
型層までｎキャリアが溢れ出るキャリアオーバーフロー
が生じやすい状況にある。このため、この系の材料を用
いた場合、低しきい値及び低電圧で動作し且つ高い信頼
性を有するような、光ディスク等への実用に適した半導
体装置を実現することが難しい。また、短波長の双安定
型や自励発振型の半導体装置等の、光演算に適した半導
体装置も実現されていない。
た半導体装置においては、本質的に低抵抗ｐ型層は得る
ことができない。また、ｐ型層のキャリア（ｐ型キャリ
ア、即ちホール）がｎ型層のキャリア（ｎ型キャリア、
即ち電子）よりも著しく少ないため、活性層を越えてｐ
型層までｎキャリアが溢れ出るキャリアオーバーフロー
が生じやすい状況にある。このため、この系の材料を用
いた場合、低しきい値及び低電圧で動作し且つ高い信頼
性を有するような、光ディスク等への実用に適した半導
体装置を実現することが難しい。また、短波長の双安定
型や自励発振型の半導体装置等の、光演算に適した半導
体装置も実現されていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の問題
を考慮してなされたもので、低しきい値及び低電圧で動
作し且つ高い信頼性を有する、光ディスク等への実用に
適した窒化ガリウム系化合物半導体装置を提供すること
を目的とする。本発明はまた、短波長の双安定型や自励
発振型の窒化ガリウム系化合物半導体装置を提供するこ
とを目的とする。
を考慮してなされたもので、低しきい値及び低電圧で動
作し且つ高い信頼性を有する、光ディスク等への実用に
適した窒化ガリウム系化合物半導体装置を提供すること
を目的とする。本発明はまた、短波長の双安定型や自励
発振型の窒化ガリウム系化合物半導体装置を提供するこ
とを目的とする。
【０００６】
【問題を解決する手段】本発明の第１の視点は、窒化ガ
リウム系化合物半導体装置において、ｐｎ接合を形成す
るように積層され、下記の組成式で表される材料から基
本的になる複数の層を有する積層膜と、 Ｉｎx Ｇａy Ａｌz Ｎ、ここでｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦
ｘ，ｙ，ｚ≦１ 前記ｐｎ接合に電流を供給するように前記積層膜に接続
されたｎ側電極及びｐ側電極と、相対的に低抵抗の低抵
抗部分と相対的に高抵抗の高抵抗部分とが隣接するよう
に、前記積層膜内に形成された発熱構造と、前記低抵抗
部分は前記高抵抗部分よりも前記ｐ側電極に近い側に配
設されることと、を具備することを特徴とする。
リウム系化合物半導体装置において、ｐｎ接合を形成す
るように積層され、下記の組成式で表される材料から基
本的になる複数の層を有する積層膜と、 Ｉｎx Ｇａy Ａｌz Ｎ、ここでｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦
ｘ，ｙ，ｚ≦１ 前記ｐｎ接合に電流を供給するように前記積層膜に接続
されたｎ側電極及びｐ側電極と、相対的に低抵抗の低抵
抗部分と相対的に高抵抗の高抵抗部分とが隣接するよう
に、前記積層膜内に形成された発熱構造と、前記低抵抗
部分は前記高抵抗部分よりも前記ｐ側電極に近い側に配
設されることと、を具備することを特徴とする。
【０００７】本発明の第２の視点は、第１の視点の装置
において、前記低抵抗部分及び前記高抵抗部分は、不純
物を異なるドーズ量で導入することにより１つの層内に
形成された、キャリア濃度の異なる２つの領域からなる
ことを特徴とする。
において、前記低抵抗部分及び前記高抵抗部分は、不純
物を異なるドーズ量で導入することにより１つの層内に
形成された、キャリア濃度の異なる２つの領域からなる
ことを特徴とする。
【０００８】本発明の第３の視点は、第２の視点の装置
において、前記不純物はＭｇ、Ｚｎ、Ｐ、Ｏからなる群
から選択されることを特徴とする。本発明の第４の視点
は、第２の視点の装置において、前記不純物はＳｉ、Ｓ
ｎ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｇｅ、Ｓからなる群から選択されるこ
とを特徴とする。
において、前記不純物はＭｇ、Ｚｎ、Ｐ、Ｏからなる群
から選択されることを特徴とする。本発明の第４の視点
は、第２の視点の装置において、前記不純物はＳｉ、Ｓ
ｎ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｇｅ、Ｓからなる群から選択されるこ
とを特徴とする。
【０００９】本発明の第５の視点は、第１の視点の装置
において、前記低抵抗部分及び前記高抵抗部分は、異な
る電気伝導度を有し且つ積層された２つの層からなるこ
とを特徴とする。
において、前記低抵抗部分及び前記高抵抗部分は、異な
る電気伝導度を有し且つ積層された２つの層からなるこ
とを特徴とする。
【００１０】本発明の第６の視点は、第５の視点の装置
において、前記高抵抗部分は前記低抵抗部分よりもＧａ
の含有率が低いことを特徴とする。本発明の第７の視点
は、第５の視点の装置において、前記高抵抗部分は前記
低抵抗部分よりもＡｌの含有率が高いことを特徴とす
る。
において、前記高抵抗部分は前記低抵抗部分よりもＧａ
の含有率が低いことを特徴とする。本発明の第７の視点
は、第５の視点の装置において、前記高抵抗部分は前記
低抵抗部分よりもＡｌの含有率が高いことを特徴とす
る。
【００１１】本発明の第８の視点は、第５の視点のにお
いて、前記高抵抗部分は前記低抵抗部分よりもＩｎの含
有率が高いことを特徴とする。本発明の第９の視点は、
第１乃至第８のいずれかの視点の装置において、前記積
層膜は電流狭窄構造を形成するように配設された、開口
部を有する電流ブロック層を具備し、前記発熱構造は前
記開口部内に配設されることを特徴とする。本発明の第
１０の視点は、第１乃至第９のいずれかの視点の装置に
おいて、前記半導体装置は半導体レーザであることを特
徴とする。
いて、前記高抵抗部分は前記低抵抗部分よりもＩｎの含
有率が高いことを特徴とする。本発明の第９の視点は、
第１乃至第８のいずれかの視点の装置において、前記積
層膜は電流狭窄構造を形成するように配設された、開口
部を有する電流ブロック層を具備し、前記発熱構造は前
記開口部内に配設されることを特徴とする。本発明の第
１０の視点は、第１乃至第９のいずれかの視点の装置に
おいて、前記半導体装置は半導体レーザであることを特
徴とする。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下添付の図面を参照して本発明
の実施の形態を説明する。なお、以下の説明において、
ほぼ同じ機能及び構成を有する部分には、同一符号を付
し、重複説明については必要に応じて行なう。
の実施の形態を説明する。なお、以下の説明において、
ほぼ同じ機能及び構成を有する部分には、同一符号を付
し、重複説明については必要に応じて行なう。
【００１３】図１及び図２は、本発明の異なる実施の形
態に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザを示す図で
ある。これらの実施の形態は、Ｉｎx Ｇａy Ａｌ1-x-y
Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）の組成式で表される窒化
ガリウム系化合物半導体から基本的になるｐ型層に変調
ドーピングを施すことにより、実効的なｐ型キャリアを
増加させるための発熱構造を形成したことを特徴とす
る。ここで、変調ドーピングとは、単一若しくは複数の
不純物を異なるドーズ量で導入することにより、１つの
層内にキャリア濃度の濃淡、即ちキャリア濃度の異なる
領域を形成するドーピングを意味する。
態に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザを示す図で
ある。これらの実施の形態は、Ｉｎx Ｇａy Ａｌ1-x-y
Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）の組成式で表される窒化
ガリウム系化合物半導体から基本的になるｐ型層に変調
ドーピングを施すことにより、実効的なｐ型キャリアを
増加させるための発熱構造を形成したことを特徴とす
る。ここで、変調ドーピングとは、単一若しくは複数の
不純物を異なるドーズ量で導入することにより、１つの
層内にキャリア濃度の濃淡、即ちキャリア濃度の異なる
領域を形成するドーピングを意味する。
【００１４】より具体的には、窒化ガリウム系化合物半
導体レーザにおいて、変調ドーピングを施す層は、ｐ側
電極とｐｎ接合との間にｐ−変調層として配設する。こ
の場合、変調層は、ｐ側電極から注入されたキャリア
が、まず、高濃度に不純物を含む低抵抗領域を通り、そ
の後、低濃度に不純物を含む高抵抗領域を通るように設
定する。このように、キャリアが低抵抗領域から高抵抗
領域を通るようにすることにより、高抵抗領域において
発熱を生じさせることができる。本発明においては、こ
の発熱を利用し、従来の窒化ガリウム系半導体レーザの
問題、即ちｐ型キャリア濃度が低く、発振しきい値が高
いという問題を解消している。
導体レーザにおいて、変調ドーピングを施す層は、ｐ側
電極とｐｎ接合との間にｐ−変調層として配設する。こ
の場合、変調層は、ｐ側電極から注入されたキャリア
が、まず、高濃度に不純物を含む低抵抗領域を通り、そ
の後、低濃度に不純物を含む高抵抗領域を通るように設
定する。このように、キャリアが低抵抗領域から高抵抗
領域を通るようにすることにより、高抵抗領域において
発熱を生じさせることができる。本発明においては、こ
の発熱を利用し、従来の窒化ガリウム系半導体レーザの
問題、即ちｐ型キャリア濃度が低く、発振しきい値が高
いという問題を解消している。
【００１５】通常、発熱は素子の破壊につながる。しか
し、本発明者らは、上記構成によるｐ−変調層の発熱は
次のような効果を有することを見出した。即ち、この発
熱によりｐ−変調層或いは隣接するｐ−層内に含まれる
アクセプタ準位の深いＭｇが活性化され、実効的なｐ型
キャリアが増加する。特に、低抵抗及び高抵抗領域の抵
抗値及び厚さを最適化することにより、実効的なｐ型キ
ャリアを生成することのみにこの発熱を利用することが
できる。このため、例えば、半導体レーザ装置の発振し
きい値を低くすることができる。
し、本発明者らは、上記構成によるｐ−変調層の発熱は
次のような効果を有することを見出した。即ち、この発
熱によりｐ−変調層或いは隣接するｐ−層内に含まれる
アクセプタ準位の深いＭｇが活性化され、実効的なｐ型
キャリアが増加する。特に、低抵抗及び高抵抗領域の抵
抗値及び厚さを最適化することにより、実効的なｐ型キ
ャリアを生成することのみにこの発熱を利用することが
できる。このため、例えば、半導体レーザ装置の発振し
きい値を低くすることができる。
【００１６】図１図示の実施の形態の半導体レーザにお
いて、単結晶基板、例えばサファイア基板１０上に、ア
ンドープＧａＮのバッファ層１１、ＳｉドープＧａＮの
ｎ−コンタクト層１２が順に積層される。ｎ−コンタク
ト層１２上には、ＳｉドープＧａＡｌＮのｎ−クラッド
層１３、活性層１４、及びＭｇドープＧａＡｌＮのｐ−
クラッド層１５が順に積層され、ダブルヘテロ接合構造
が形成される。活性層１４は、アンドープＧａＮの光ガ
イド層１４ａ、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮの量子井戸層１
４ｂ、及びｐ−ＧａＮの光ガイド層１４ｃの積層構造を
有する。
いて、単結晶基板、例えばサファイア基板１０上に、ア
ンドープＧａＮのバッファ層１１、ＳｉドープＧａＮの
ｎ−コンタクト層１２が順に積層される。ｎ−コンタク
ト層１２上には、ＳｉドープＧａＡｌＮのｎ−クラッド
層１３、活性層１４、及びＭｇドープＧａＡｌＮのｐ−
クラッド層１５が順に積層され、ダブルヘテロ接合構造
が形成される。活性層１４は、アンドープＧａＮの光ガ
イド層１４ａ、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮの量子井戸層１
４ｂ、及びｐ−ＧａＮの光ガイド層１４ｃの積層構造を
有する。
【００１７】ｐ−クラッド層１５の上には、Ｍｇドープ
低抵抗ＧａＮのｐ−低抵抗層１６、Ｉｎx Ｇａy Ａｌ
1-x-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）の組成式で表され
る高抵抗またはｎ型の電流ブロック層１７、Ｍｇドープ
ＧａＮのｐ−変調層３２、及びＭｇドープ低抵抗ＧａＮ
のｐ−コンタク層１８が順に積層される。また、ｐ−コ
ンタクト層１８からｎ−コンタクト層１２の途中までが
部分的にエッチングされ、露出したｎ−コンタクト層１
２の表面にはｎ側電極２１が配設され、ｐ−コンタクト
層１８の表面にはｐ側電極２２が配設される。
低抵抗ＧａＮのｐ−低抵抗層１６、Ｉｎx Ｇａy Ａｌ
1-x-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）の組成式で表され
る高抵抗またはｎ型の電流ブロック層１７、Ｍｇドープ
ＧａＮのｐ−変調層３２、及びＭｇドープ低抵抗ＧａＮ
のｐ−コンタク層１８が順に積層される。また、ｐ−コ
ンタクト層１８からｎ−コンタクト層１２の途中までが
部分的にエッチングされ、露出したｎ−コンタクト層１
２の表面にはｎ側電極２１が配設され、ｐ−コンタクト
層１８の表面にはｐ側電極２２が配設される。
【００１８】電流ブロック層１７は３μｍの幅のストラ
イプ状の開口部１７ａを有し、これにより電流狭窄構造
が形成される。この構造のレーザのしきい値は、１ｋＡ
／ｃｍ2 であり、従来の１／５以下となっている。
イプ状の開口部１７ａを有し、これにより電流狭窄構造
が形成される。この構造のレーザのしきい値は、１ｋＡ
／ｃｍ2 であり、従来の１／５以下となっている。
【００１９】ｐ−変調層３２に対しては不純物Ｍｇの変
調ドーピングが施され、その内部の不純物Ｍｇ濃度は、
図１（ｂ）図示の分布（この場合はｐ型キャリア濃度の
分布ともいえる）を有する。図示の如く、本実施の形態
においては、Ｍｇ濃度の高い複数の低抵抗領域とＭｇ濃
度の低い複数の高抵抗領域とが、上下方向に交互に積重
ねられるように形成される。なお、この繰返し構造の最
上部及び最下部はＭｇ濃度の高い低抵抗領域となってい
る。前述の如く、Ｍｇ濃度の低く、従ってｐ型キャリア
濃度の低い高抵抗領域が発熱領域となる。
調ドーピングが施され、その内部の不純物Ｍｇ濃度は、
図１（ｂ）図示の分布（この場合はｐ型キャリア濃度の
分布ともいえる）を有する。図示の如く、本実施の形態
においては、Ｍｇ濃度の高い複数の低抵抗領域とＭｇ濃
度の低い複数の高抵抗領域とが、上下方向に交互に積重
ねられるように形成される。なお、この繰返し構造の最
上部及び最下部はＭｇ濃度の高い低抵抗領域となってい
る。前述の如く、Ｍｇ濃度の低く、従ってｐ型キャリア
濃度の低い高抵抗領域が発熱領域となる。
【００２０】図２図示の実施の形態の半導体レーザは、
サファイア基板１０からｐ−クラッド層１５まで、図１
図示の実施の形態と同じ構造を有する。ｐ−クラッド層
１５の上には、Ｍｇドープ低抵抗ＧａＮのｐ−低抵抗層
１６及びＭｇドープ低抵抗ＧａＮのｐ−コンタク層１８
が順に積層される。また、エッチングにより露出したｎ
−コンタクト層１２の表面にはｎ側電極２１が配設さ
れ、ｐ−コンタクト層１８の表面にはｐ側電極２２が配
設される。
サファイア基板１０からｐ−クラッド層１５まで、図１
図示の実施の形態と同じ構造を有する。ｐ−クラッド層
１５の上には、Ｍｇドープ低抵抗ＧａＮのｐ−低抵抗層
１６及びＭｇドープ低抵抗ＧａＮのｐ−コンタク層１８
が順に積層される。また、エッチングにより露出したｎ
−コンタクト層１２の表面にはｎ側電極２１が配設さ
れ、ｐ−コンタクト層１８の表面にはｐ側電極２２が配
設される。
【００２１】ｐ−低抵抗層１６の内部には中間層として
高抵抗またはｎ型の電流ブロック層１７が形成される。
電流ブロック層１７は３μｍの幅のストライプ状の開口
部１７ａを有し、これにより電流狭窄構造が形成され
る。更に、ｐ−低抵抗層１６の内部には、電流ブロック
層１７の開口部１７ａに対応してｐ−変調層３４が形成
される。この構造のレーザのしきい値は、１ｋＡ／ｃｍ
2 であり、従来の１／５以下となっている。
高抵抗またはｎ型の電流ブロック層１７が形成される。
電流ブロック層１７は３μｍの幅のストライプ状の開口
部１７ａを有し、これにより電流狭窄構造が形成され
る。更に、ｐ−低抵抗層１６の内部には、電流ブロック
層１７の開口部１７ａに対応してｐ−変調層３４が形成
される。この構造のレーザのしきい値は、１ｋＡ／ｃｍ
2 であり、従来の１／５以下となっている。
【００２２】ｐ−変調層３４は、ｐ−低抵抗層１６を形
成する際にドープされた一定濃度のｐ型不純物Ｍｇに加
えて、変調ドーピングにより導入されたｎ型不純物Ｓｉ
を含有する。ｐ−変調層３４の内部のＳｉ濃度は、図２
（ｂ）図示の分布を有する。図示の如く、本実施の形態
においては、Ｓｉ濃度の高い領域がｐ−変調層３４の中
央に一個所形成される。なお、ｎ型不純物Ｓｉの濃度は
最大でも、ｐ−変調層３４の導電型をｐ型に維持できる
適度に低く設定される。ｎ型不純物Ｓｉはｐ型不純物Ｍ
ｇのキャリアを相殺する役割を果たすため、Ｓｉ濃度の
高い領域は、ｐ型キャリア濃度の低い高抵抗領域とな
り、その上下のＳｉ濃度の低い領域は、ｐ型キャリア濃
度の高い低抵抗領域となる。前述の如く、ｐ型キャリア
濃度の低い高抵抗領域が発熱領域となる。
成する際にドープされた一定濃度のｐ型不純物Ｍｇに加
えて、変調ドーピングにより導入されたｎ型不純物Ｓｉ
を含有する。ｐ−変調層３４の内部のＳｉ濃度は、図２
（ｂ）図示の分布を有する。図示の如く、本実施の形態
においては、Ｓｉ濃度の高い領域がｐ−変調層３４の中
央に一個所形成される。なお、ｎ型不純物Ｓｉの濃度は
最大でも、ｐ−変調層３４の導電型をｐ型に維持できる
適度に低く設定される。ｎ型不純物Ｓｉはｐ型不純物Ｍ
ｇのキャリアを相殺する役割を果たすため、Ｓｉ濃度の
高い領域は、ｐ型キャリア濃度の低い高抵抗領域とな
り、その上下のＳｉ濃度の低い領域は、ｐ型キャリア濃
度の高い低抵抗領域となる。前述の如く、ｐ型キャリア
濃度の低い高抵抗領域が発熱領域となる。
【００２３】なお、図１及び図２図示の実施の形態にお
いて、窒化ガリウム系化合物半導体層の形成方法として
は、有機金属気相成長法や分子線成長法等の種々の方法
を用いることができる。また、変調ドーピングの方法と
しては、成長時に変調する方法以外に、不純物拡散、イ
オン注入等、種々の方法を用いることができる。また、
変調ドーピングは、縦方向でなく、横方向にキャリアの
分布を形成するように行なうこともできる。
いて、窒化ガリウム系化合物半導体層の形成方法として
は、有機金属気相成長法や分子線成長法等の種々の方法
を用いることができる。また、変調ドーピングの方法と
しては、成長時に変調する方法以外に、不純物拡散、イ
オン注入等、種々の方法を用いることができる。また、
変調ドーピングは、縦方向でなく、横方向にキャリアの
分布を形成するように行なうこともできる。
【００２４】図１及び図２図示の実施の形態によれば、
窒化ガリウム系化合物半導体装置において、変調ドーピ
ングにより発熱構造を形成することにより、従来得られ
なかった低しきい値の装置を実現することができる。
窒化ガリウム系化合物半導体装置において、変調ドーピ
ングにより発熱構造を形成することにより、従来得られ
なかった低しきい値の装置を実現することができる。
【００２５】図３乃至図９は、夫々本発明の更に別の実
施の形態に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの素
子構造を示す断面図である。これらの実施の形態は、Ｉ
ｎxＧａy Ａｌ1-x-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）の
組成式で表される窒化ガリウム系化合物半導体から基本
的になる、相対的に高抵抗のｐ−高抵抗層と相対的に低
抵抗の少なくとも２つのｐ−低抵抗層とを、ｐ−高抵抗
層が２つのｐ−低抵抗層間に挟まれるように配設するこ
とにより、実効的なｐ型キャリアを増加させるための発
熱構造を形成したことを特徴とする。
施の形態に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの素
子構造を示す断面図である。これらの実施の形態は、Ｉ
ｎxＧａy Ａｌ1-x-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）の
組成式で表される窒化ガリウム系化合物半導体から基本
的になる、相対的に高抵抗のｐ−高抵抗層と相対的に低
抵抗の少なくとも２つのｐ−低抵抗層とを、ｐ−高抵抗
層が２つのｐ−低抵抗層間に挟まれるように配設するこ
とにより、実効的なｐ型キャリアを増加させるための発
熱構造を形成したことを特徴とする。
【００２６】より具体的には、窒化ガリウム系化合物半
導体レーザにおいて、発熱構造は、ｐ側電極とｐｎ接合
との間に発熱積層構造として配設する。この場合、発熱
積層構造は、ｐ側電極から注入されたキャリアが、ま
ず、ｐ−低抵抗層を通り、その後、ｐ−高抵抗層を通る
ように設定する。このように、キャリアが低抵抗層から
高抵抗層を通るようにすることにより、高抵抗層におい
て発熱を生じさせることができる。本発明においては、
この発熱を利用し、ｐ型キャリア濃度が低く、発振しき
い値が高いという従来の窒化ガリウム系半導体レーザの
問題を解消している。
導体レーザにおいて、発熱構造は、ｐ側電極とｐｎ接合
との間に発熱積層構造として配設する。この場合、発熱
積層構造は、ｐ側電極から注入されたキャリアが、ま
ず、ｐ−低抵抗層を通り、その後、ｐ−高抵抗層を通る
ように設定する。このように、キャリアが低抵抗層から
高抵抗層を通るようにすることにより、高抵抗層におい
て発熱を生じさせることができる。本発明においては、
この発熱を利用し、ｐ型キャリア濃度が低く、発振しき
い値が高いという従来の窒化ガリウム系半導体レーザの
問題を解消している。
【００２７】通常、発熱は素子の破壊につながる。しか
し、本発明者らは、上記構成による発熱積層構造の発熱
は次のような効果を有することを見出した。即ち、この
発熱によりｐ−高抵抗層或いは隣接するｐ−低抵抗層内
に含まれるアクセプタ準位の深いＭｇが活性化され、実
効的なｐ型キャリアが増加する。特に、低抵抗層及び高
抵抗層の抵抗値及び厚さを最適化することにより、実効
的なｐ型キャリアを生成することのみにこの発熱を利用
することができる。このため、例えば、半導体レーザ装
置の発振しきい値を低くすることができる。
し、本発明者らは、上記構成による発熱積層構造の発熱
は次のような効果を有することを見出した。即ち、この
発熱によりｐ−高抵抗層或いは隣接するｐ−低抵抗層内
に含まれるアクセプタ準位の深いＭｇが活性化され、実
効的なｐ型キャリアが増加する。特に、低抵抗層及び高
抵抗層の抵抗値及び厚さを最適化することにより、実効
的なｐ型キャリアを生成することのみにこの発熱を利用
することができる。このため、例えば、半導体レーザ装
置の発振しきい値を低くすることができる。
【００２８】更に、高抵抗層の組成を変化させ、熱伝導
率の差が生じるようにすることにより、不純物の拡散等
で発熱領域のコントロールを行なうことができる。ま
た、一度、発熱で得られたキャリアにより発振した後、
注入電流を減らすと、発熱が減るが、そのため高抵抗と
なり、発熱が再び起こる。そのためキャリアが発生する
という過程を踏むため、キャリアは発振レベルで保たれ
るので、双安定状態を示す。
率の差が生じるようにすることにより、不純物の拡散等
で発熱領域のコントロールを行なうことができる。ま
た、一度、発熱で得られたキャリアにより発振した後、
注入電流を減らすと、発熱が減るが、そのため高抵抗と
なり、発熱が再び起こる。そのためキャリアが発生する
という過程を踏むため、キャリアは発振レベルで保たれ
るので、双安定状態を示す。
【００２９】図３図示の実施の形態の半導体レーザにお
いて、単結晶基板、例えばサファイア基板１０上に、ア
ンドープＧａＮのバッファ層１１、ＳｉドープＧａＮの
ｎ−コンタクト層１２が順に積層される。ｎ−コンタク
ト層１２上には、ＳｉドープＧａＡｌＮのｎ−クラッド
層１３、活性層１４、及びＭｇドープＧａＡｌＮのｐ−
クラッド層１５が順に積層され、ダブルヘテロ接合構造
が形成される。活性層１４は、アンドープＧａＮの光ガ
イド層１４ａ、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮの量子井戸層１
４ｂ、及びｐ−ＧａＮの光ガイド層１４ｃの積層構造を
有する。
いて、単結晶基板、例えばサファイア基板１０上に、ア
ンドープＧａＮのバッファ層１１、ＳｉドープＧａＮの
ｎ−コンタクト層１２が順に積層される。ｎ−コンタク
ト層１２上には、ＳｉドープＧａＡｌＮのｎ−クラッド
層１３、活性層１４、及びＭｇドープＧａＡｌＮのｐ−
クラッド層１５が順に積層され、ダブルヘテロ接合構造
が形成される。活性層１４は、アンドープＧａＮの光ガ
イド層１４ａ、ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮの量子井戸層１
４ｂ、及びｐ−ＧａＮの光ガイド層１４ｃの積層構造を
有する。
【００３０】ｐ−クラッド層１５の上には、高抵抗また
はｎ型の電流ブロック層１７を中間層として含むＭｇド
ープ低抵抗ＧａＮのｐ−低抵抗層１６、Ｍｇドープ高抵
抗ＧａＮのｐ−高抵抗層４２、及びＭｇドープ低抵抗Ｇ
ａＮのｐ−コンタク層１８が順に積層される。また、ｐ
−コンタクト層１８からｎ−コンタクト層１２の途中ま
でが部分的にエッチングされ、露出したｎ−コンタクト
層１２の表面にはｎ側電極２１が配設され、ｐ−コンタ
クト層１８の表面にはｐ側電極２２が配設される。
はｎ型の電流ブロック層１７を中間層として含むＭｇド
ープ低抵抗ＧａＮのｐ−低抵抗層１６、Ｍｇドープ高抵
抗ＧａＮのｐ−高抵抗層４２、及びＭｇドープ低抵抗Ｇ
ａＮのｐ−コンタク層１８が順に積層される。また、ｐ
−コンタクト層１８からｎ−コンタクト層１２の途中ま
でが部分的にエッチングされ、露出したｎ−コンタクト
層１２の表面にはｎ側電極２１が配設され、ｐ−コンタ
クト層１８の表面にはｐ側電極２２が配設される。
【００３１】電流ブロック層１７は３μｍの幅のストラ
イプ状の開口部１７ａを有し、これにより電流狭窄構造
が形成される。また、ｐ−高抵抗層４２がｐ−低抵抗層
１６及びｐ−コンタク層１８で挟まれることにより、発
熱積層構造が形成される。この構造のレーザのしきい値
は、１ｋＡ／ｃｍ2 であり、従来の１／５以下となって
いる。
イプ状の開口部１７ａを有し、これにより電流狭窄構造
が形成される。また、ｐ−高抵抗層４２がｐ−低抵抗層
１６及びｐ−コンタク層１８で挟まれることにより、発
熱積層構造が形成される。この構造のレーザのしきい値
は、１ｋＡ／ｃｍ2 であり、従来の１／５以下となって
いる。
【００３２】図４図示の実施の形態の半導体レーザは、
サファイア基板１０からｐ−クラッド層１５まで、図３
図示の実施の形態と同じ構造を有する。ｐ−クラッド層
１５の上には、高抵抗またはｎ型の電流ブロック層１
７、Ｍｇドープ低抵抗ＧａＮのｐ−低抵抗層１６、Ｍｇ
ドープ高抵抗ＩｎＧａＮのｐ−高抵抗層４４、及びＭｇ
ドープ低抵抗ＧａＮのｐ−コンタク層１８が順に積層さ
れる。また、エッチングにより露出したｎ−コンタクト
層１２の表面にはｎ側電極２１が配設され、ｐ−コンタ
クト層１８の表面にはｐ側電極２２が配設される。
サファイア基板１０からｐ−クラッド層１５まで、図３
図示の実施の形態と同じ構造を有する。ｐ−クラッド層
１５の上には、高抵抗またはｎ型の電流ブロック層１
７、Ｍｇドープ低抵抗ＧａＮのｐ−低抵抗層１６、Ｍｇ
ドープ高抵抗ＩｎＧａＮのｐ−高抵抗層４４、及びＭｇ
ドープ低抵抗ＧａＮのｐ−コンタク層１８が順に積層さ
れる。また、エッチングにより露出したｎ−コンタクト
層１２の表面にはｎ側電極２１が配設され、ｐ−コンタ
クト層１８の表面にはｐ側電極２２が配設される。
【００３３】電流ブロック層１７は３μｍの幅のストラ
イプ状の開口部１７ａを有し、これにより電流狭窄構造
が形成される。また、ｐ−高抵抗層４４がｐ−低抵抗層
１６及びｐ−コンタク層１８で挟まれることにより、発
熱積層構造が形成される。この構造のレーザのしきい値
は、１ｋＡ／ｃｍ2 であり、従来の１／５以下となって
いる。
イプ状の開口部１７ａを有し、これにより電流狭窄構造
が形成される。また、ｐ−高抵抗層４４がｐ−低抵抗層
１６及びｐ−コンタク層１８で挟まれることにより、発
熱積層構造が形成される。この構造のレーザのしきい値
は、１ｋＡ／ｃｍ2 であり、従来の１／５以下となって
いる。
【００３４】図５図示の実施の形態の半導体レーザは、
サファイア基板１０からｐ−クラッド層１５まで、図３
図示の実施の形態と同じ構造を有する。ｐ−クラッド層
１５の上には、ＭｇドープＧａＮのｐ−層４５、高抵抗
またはｎ型の電流ブロック層１７、Ｍｇドープ低抵抗Ｇ
ａＮのｐ−低抵抗層１６、Ｍｇドープ高抵抗ＧａＡｌＮ
のｐ−高抵抗層４６、及びＭｇドープ低抵抗ＩｎＧａＮ
のｐ−コンタク層４８が順に積層される。また、エッチ
ングにより露出したｎ−コンタクト層１２の表面にはｎ
側電極２１が配設され、ｐ−コンタクト層４８の表面に
はｐ側電極２２が配設される。
サファイア基板１０からｐ−クラッド層１５まで、図３
図示の実施の形態と同じ構造を有する。ｐ−クラッド層
１５の上には、ＭｇドープＧａＮのｐ−層４５、高抵抗
またはｎ型の電流ブロック層１７、Ｍｇドープ低抵抗Ｇ
ａＮのｐ−低抵抗層１６、Ｍｇドープ高抵抗ＧａＡｌＮ
のｐ−高抵抗層４６、及びＭｇドープ低抵抗ＩｎＧａＮ
のｐ−コンタク層４８が順に積層される。また、エッチ
ングにより露出したｎ−コンタクト層１２の表面にはｎ
側電極２１が配設され、ｐ−コンタクト層４８の表面に
はｐ側電極２２が配設される。
【００３５】電流ブロック層１７は３μｍの幅のストラ
イプ状の開口部１７ａを有し、これにより電流狭窄構造
が形成される。また、ｐ−高抵抗層４６がｐ−低抵抗層
１６及びｐ−コンタク層４８で挟まれることにより、発
熱積層構造が形成される。この構造のレーザのしきい値
は、１ｋＡ／ｃｍ2 であり、従来の１／５以下となって
いる。
イプ状の開口部１７ａを有し、これにより電流狭窄構造
が形成される。また、ｐ−高抵抗層４６がｐ−低抵抗層
１６及びｐ−コンタク層４８で挟まれることにより、発
熱積層構造が形成される。この構造のレーザのしきい値
は、１ｋＡ／ｃｍ2 であり、従来の１／５以下となって
いる。
【００３６】図６図示の実施の形態の半導体レーザは、
サファイア基板１０からｐ−クラッド層１５まで、図３
図示の実施の形態と同じ構造を有する。ｐ−クラッド層
１５の上には、高抵抗またはｎ型の電流ブロック層１７
を中間層として含むＭｇドープ低抵抗ＧａＮのｐ−低抵
抗層１６、Ｍｇドープ高抵抗Ｉｎ0.3 ＧａＮのｐ−高抵
抗層５２、Ｍｇドープ低抵抗ＧａＮのｐ−低抵抗層５
４、及びＭｇドープ低抵抗Ｉｎ0.2 ＧａＮのｐ−コンタ
ク層５６が順に積層される。また、エッチングにより露
出したｎ−コンタクト層１２の表面にはｎ側電極２１が
配設され、ｐ−コンタクト層５６の表面にはｐ側電極２
２が配設される。
サファイア基板１０からｐ−クラッド層１５まで、図３
図示の実施の形態と同じ構造を有する。ｐ−クラッド層
１５の上には、高抵抗またはｎ型の電流ブロック層１７
を中間層として含むＭｇドープ低抵抗ＧａＮのｐ−低抵
抗層１６、Ｍｇドープ高抵抗Ｉｎ0.3 ＧａＮのｐ−高抵
抗層５２、Ｍｇドープ低抵抗ＧａＮのｐ−低抵抗層５
４、及びＭｇドープ低抵抗Ｉｎ0.2 ＧａＮのｐ−コンタ
ク層５６が順に積層される。また、エッチングにより露
出したｎ−コンタクト層１２の表面にはｎ側電極２１が
配設され、ｐ−コンタクト層５６の表面にはｐ側電極２
２が配設される。
【００３７】電流ブロック層１７は３μｍの幅のストラ
イプ状の開口部１７ａを有し、これにより電流狭窄構造
が形成される。また、ｐ−高抵抗層５２がｐ−低抵抗層
１６及びｐ−低抵抗層５４で挟まれることにより、発熱
積層構造が形成される。この構造のレーザのしきい値
は、１ｋＡ／ｃｍ2 であり、従来の１／５以下となって
いる。
イプ状の開口部１７ａを有し、これにより電流狭窄構造
が形成される。また、ｐ−高抵抗層５２がｐ−低抵抗層
１６及びｐ−低抵抗層５４で挟まれることにより、発熱
積層構造が形成される。この構造のレーザのしきい値
は、１ｋＡ／ｃｍ2 であり、従来の１／５以下となって
いる。
【００３８】図７図示の実施の形態の半導体レーザは、
サファイア基板１０から活性層１４まで、図３図示の実
施の形態と同じ構造を有する。活性層１４上には、Ｍｇ
ドープ低抵抗ＧａＡｌ0.3 Ｎのｐ−クラッド層６２、Ｍ
ｇドープ高抵抗ＧａＡｌ0.4Ｎのｐ−高抵抗層６４、高
抵抗またはｎ型の電流ブロック層１７を中間層として含
むＭｇドープ低抵抗ＧａＮのｐ−低抵抗層１６、及びＭ
ｇドープ低抵抗ＧａＮのｐ−コンタク層１８が順に積層
される。また、エッチングにより露出したｎ−コンタク
ト層１２の表面にはｎ側電極２１が配設され、ｐ−コン
タクト層１８の表面にはｐ側電極２２が配設される。
サファイア基板１０から活性層１４まで、図３図示の実
施の形態と同じ構造を有する。活性層１４上には、Ｍｇ
ドープ低抵抗ＧａＡｌ0.3 Ｎのｐ−クラッド層６２、Ｍ
ｇドープ高抵抗ＧａＡｌ0.4Ｎのｐ−高抵抗層６４、高
抵抗またはｎ型の電流ブロック層１７を中間層として含
むＭｇドープ低抵抗ＧａＮのｐ−低抵抗層１６、及びＭ
ｇドープ低抵抗ＧａＮのｐ−コンタク層１８が順に積層
される。また、エッチングにより露出したｎ−コンタク
ト層１２の表面にはｎ側電極２１が配設され、ｐ−コン
タクト層１８の表面にはｐ側電極２２が配設される。
【００３９】ｐ−高抵抗層６４がｐ−クラッド層６２及
びｐ−低抵抗層１６で挟まれることにより、発熱積層構
造が形成される。また、電流ブロック層１７は３μｍの
幅のストライプ状の開口部１７ａを有し、これにより電
流狭窄構造が形成される。この構造のレーザのしきい値
は、１ｋＡ／ｃｍ2 であり、従来の１／５以下となって
いる。
びｐ−低抵抗層１６で挟まれることにより、発熱積層構
造が形成される。また、電流ブロック層１７は３μｍの
幅のストライプ状の開口部１７ａを有し、これにより電
流狭窄構造が形成される。この構造のレーザのしきい値
は、１ｋＡ／ｃｍ2 であり、従来の１／５以下となって
いる。
【００４０】図８図示の実施の形態の半導体レーザは、
サファイア基板１０からｐ−クラッド層１５まで、図３
図示の実施の形態と同じ構造を有する。ｐ−クラッド層
１５の上には、Ｍｇドープ低抵抗ＧａＮのｐ−低抵抗層
１６、ＭｇドープＧａＮのｐ−層４５、Ｍｇドープ高抵
抗ＧａＡｌＮのｐ−高抵抗層４６、高抵抗またはｎ型の
電流ブロック層１７を中間層として含むＭｇドープ低抵
抗ＧａＮのｐ−コンタク層１８が順に積層される。ま
た、エッチングにより露出したｎ−コンタクト層１２の
表面にはｎ側電極２１が配設され、ｐ−コンタクト層１
８の表面にはｐ側電極２２が配設される。
サファイア基板１０からｐ−クラッド層１５まで、図３
図示の実施の形態と同じ構造を有する。ｐ−クラッド層
１５の上には、Ｍｇドープ低抵抗ＧａＮのｐ−低抵抗層
１６、ＭｇドープＧａＮのｐ−層４５、Ｍｇドープ高抵
抗ＧａＡｌＮのｐ−高抵抗層４６、高抵抗またはｎ型の
電流ブロック層１７を中間層として含むＭｇドープ低抵
抗ＧａＮのｐ−コンタク層１８が順に積層される。ま
た、エッチングにより露出したｎ−コンタクト層１２の
表面にはｎ側電極２１が配設され、ｐ−コンタクト層１
８の表面にはｐ側電極２２が配設される。
【００４１】ｐ−高抵抗層４６がｐ−低抵抗層１６及び
ｐ−層４５とｐ−コンタク層１８とで挟まれることによ
り、発熱積層構造が形成される。また、電流ブロック層
１７は３μｍの幅のストライプ状の開口部１７ａを有
し、これにより電流狭窄構造が形成される。この構造の
レーザのしきい値は、１ｋＡ／ｃｍ2 であり、従来の１
／５以下となっている。
ｐ−層４５とｐ−コンタク層１８とで挟まれることによ
り、発熱積層構造が形成される。また、電流ブロック層
１７は３μｍの幅のストライプ状の開口部１７ａを有
し、これにより電流狭窄構造が形成される。この構造の
レーザのしきい値は、１ｋＡ／ｃｍ2 であり、従来の１
／５以下となっている。
【００４２】図９図示の実施の形態の半導体レーザは、
サファイア基板１０からｐ−クラッド層１５まで、図３
図示の実施の形態と同じ構造を有する。ｐ−クラッド層
１５の上には、Ｍｇドープ低抵抗ＧａＮのｐ−低抵抗層
１６、高抵抗またはｎ型の電流ブロック層１７、Ｍｇド
ープＧａＡｌＮのｐ−層５１、Ｍｇドープ高抵抗Ｉｎ
0.3 ＧａＮのｐ−高抵抗層５２、及びＭｇドープ低抵抗
Ｉｎ0.2 ＧａＮのｐ−コンタク層５５が順に積層され
る。また、エッチングにより露出したｎ−コンタクト層
１２の表面にはｎ側電極２１が配設され、ｐ−コンタク
ト層１８の表面にはｐ側電極２２が配設される。
サファイア基板１０からｐ−クラッド層１５まで、図３
図示の実施の形態と同じ構造を有する。ｐ−クラッド層
１５の上には、Ｍｇドープ低抵抗ＧａＮのｐ−低抵抗層
１６、高抵抗またはｎ型の電流ブロック層１７、Ｍｇド
ープＧａＡｌＮのｐ−層５１、Ｍｇドープ高抵抗Ｉｎ
0.3 ＧａＮのｐ−高抵抗層５２、及びＭｇドープ低抵抗
Ｉｎ0.2 ＧａＮのｐ−コンタク層５５が順に積層され
る。また、エッチングにより露出したｎ−コンタクト層
１２の表面にはｎ側電極２１が配設され、ｐ−コンタク
ト層１８の表面にはｐ側電極２２が配設される。
【００４３】電流ブロック層１７は３μｍの幅のストラ
イプ状の開口部１７ａを有し、これにより電流狭窄構造
が形成される。また、ｐ−高抵抗層５２がｐ−層５１及
びｐ−コンタク層５５で挟まれることにより、発熱積層
構造が形成される。この構造のレーザのしきい値は、１
ｋＡ／ｃｍ2 であり、従来の１／５以下となっている。
イプ状の開口部１７ａを有し、これにより電流狭窄構造
が形成される。また、ｐ−高抵抗層５２がｐ−層５１及
びｐ−コンタク層５５で挟まれることにより、発熱積層
構造が形成される。この構造のレーザのしきい値は、１
ｋＡ／ｃｍ2 であり、従来の１／５以下となっている。
【００４４】図３乃至図９図示の実施の形態によれば、
窒化ガリウム系化合物半導体装置において、ｐ−高抵抗
層が２つのｐ−低抵抗層間に挟まれる発熱積層構造を形
成することにより、従来得られなかった低しきい値の半
導体装置を実現することができる。
窒化ガリウム系化合物半導体装置において、ｐ−高抵抗
層が２つのｐ−低抵抗層間に挟まれる発熱積層構造を形
成することにより、従来得られなかった低しきい値の半
導体装置を実現することができる。
【００４５】図１０は、本発明の更に別の実施の形態に
係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの素子構造を示
す断面図である。この実施の形態は、半導体装置の電流
狭窄構造の開口部（電流通路）を埋め込む、Ｉｎx Ｇａ
y Ａｌ1-x-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）の組成式で
表される窒化ガリウム系化合物半導体から基本的になる
ｐ−埋め込み層内に、実効的なｐ型キャリアを増加させ
るための発熱構造を形成したことを特徴とする。即ち、
この実施の形態においては、図１及び図２図示の実施の
形態で説明した変調ドーピングによる発熱構造や、図３
乃至図９図示の実施の形態で説明した発熱積層構造等に
よる発熱構造を、半導体レーザの電流狭窄構造の開口部
の埋め込み部内に形成するものである。
係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの素子構造を示
す断面図である。この実施の形態は、半導体装置の電流
狭窄構造の開口部（電流通路）を埋め込む、Ｉｎx Ｇａ
y Ａｌ1-x-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）の組成式で
表される窒化ガリウム系化合物半導体から基本的になる
ｐ−埋め込み層内に、実効的なｐ型キャリアを増加させ
るための発熱構造を形成したことを特徴とする。即ち、
この実施の形態においては、図１及び図２図示の実施の
形態で説明した変調ドーピングによる発熱構造や、図３
乃至図９図示の実施の形態で説明した発熱積層構造等に
よる発熱構造を、半導体レーザの電流狭窄構造の開口部
の埋め込み部内に形成するものである。
【００４６】図１０図示の実施の形態の半導体レーザに
おいて、単結晶基板、例えばサファイア基板１０上に、
アンドープＧａＮのバッファ層１１、ＳｉドープＧａＮ
のｎ−コンタクト層１２が順に積層される。ｎ−コンタ
クト層１２上には、ＳｉドープＧａＡｌＮのｎ−クラッ
ド層１３、活性層１４、及びＭｇドープＧａＡｌＮのｐ
−クラッド層１５が順に積層され、ダブルヘテロ接合構
造が形成される。活性層１４は、バンドギャップエネル
ギーが異なり、それぞれの厚さが１０ｎｍ以下の２種類
のＩｎＧａＡｌＮ層の繰り返しで構成される周期構造か
らなる多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有する。
おいて、単結晶基板、例えばサファイア基板１０上に、
アンドープＧａＮのバッファ層１１、ＳｉドープＧａＮ
のｎ−コンタクト層１２が順に積層される。ｎ−コンタ
クト層１２上には、ＳｉドープＧａＡｌＮのｎ−クラッ
ド層１３、活性層１４、及びＭｇドープＧａＡｌＮのｐ
−クラッド層１５が順に積層され、ダブルヘテロ接合構
造が形成される。活性層１４は、バンドギャップエネル
ギーが異なり、それぞれの厚さが１０ｎｍ以下の２種類
のＩｎＧａＡｌＮ層の繰り返しで構成される周期構造か
らなる多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有する。
【００４７】ｐ−クラッド層１５の上には、ノンドープ
高抵抗ＧａＮの電流ブロック層１７が形成される。電流
ブロック層１７は３μｍの幅のストライプ状の開口部１
７ａを有し、これにより電流狭窄構造が形成される。開
口部１７ａは、相対的に高抵抗のｐ−高抵抗層７４が相
対的に低抵抗の２つのｐ−低抵抗層７２、７６間に挟ま
れた発熱積層構造を有する、埋め込み層１９により埋め
込まれる。ｐ−低抵抗層７２、７６はＭｇドープ低抵抗
ＧａＮからなり、ｐ−高抵抗層７４はＭｇドープ高抵抗
ＧａＡｌＮからなる。なお、前述の如く、発熱積層構造
に代え、例えばＭｇの変調ドーピングにより埋め込み層
１９内に発熱構造を形成することもできる（図２参
照）。
高抵抗ＧａＮの電流ブロック層１７が形成される。電流
ブロック層１７は３μｍの幅のストライプ状の開口部１
７ａを有し、これにより電流狭窄構造が形成される。開
口部１７ａは、相対的に高抵抗のｐ−高抵抗層７４が相
対的に低抵抗の２つのｐ−低抵抗層７２、７６間に挟ま
れた発熱積層構造を有する、埋め込み層１９により埋め
込まれる。ｐ−低抵抗層７２、７６はＭｇドープ低抵抗
ＧａＮからなり、ｐ−高抵抗層７４はＭｇドープ高抵抗
ＧａＡｌＮからなる。なお、前述の如く、発熱積層構造
に代え、例えばＭｇの変調ドーピングにより埋め込み層
１９内に発熱構造を形成することもできる（図２参
照）。
【００４８】電流ブロック層１７及び埋め込み層１９上
には、Ｍｇドープ低抵抗ＧａＮのｐ−低抵抗層１６及び
Ｍｇドープ低抵抗ＧａＮのｐ−コンタク層１８が順に積
層される。また、ｐ−コンタクト層１８からｎ−コンタ
クト層１２の途中までが部分的にエッチングされ、露出
したｎ−コンタクト層１２の表面にはｎ側電極２１が配
設され、ｐ−コンタクト層１８の表面にはｐ側電極２２
が配設される。
には、Ｍｇドープ低抵抗ＧａＮのｐ−低抵抗層１６及び
Ｍｇドープ低抵抗ＧａＮのｐ−コンタク層１８が順に積
層される。また、ｐ−コンタクト層１８からｎ−コンタ
クト層１２の途中までが部分的にエッチングされ、露出
したｎ−コンタクト層１２の表面にはｎ側電極２１が配
設され、ｐ−コンタクト層１８の表面にはｐ側電極２２
が配設される。
【００４９】電流狭窄構造を形成する電流ブロック層１
７の開口部１７ａは、エッチングを制御することによっ
て任意のストライプ幅にすることができる。ストライプ
幅を３μｍ以下に狭めることにより、埋め込み部１９の
発熱構造で発生した熱の活性層１４に対する影響を無視
できる程度まで下げることができる一方、埋め込み部１
９に対しては効率よく熱を供給してキャリアを活性化さ
せることができる。この結果、埋め込み部１９は局所的
に温度が上昇するが、埋め込み部１９以外の他の領域で
は、ｐ型キャリアが増加するためにキャリアオーバーフ
ローが減少し、レーザ発振のためのしきい値が低減さ
れ、温度を逆に下げることができる。
７の開口部１７ａは、エッチングを制御することによっ
て任意のストライプ幅にすることができる。ストライプ
幅を３μｍ以下に狭めることにより、埋め込み部１９の
発熱構造で発生した熱の活性層１４に対する影響を無視
できる程度まで下げることができる一方、埋め込み部１
９に対しては効率よく熱を供給してキャリアを活性化さ
せることができる。この結果、埋め込み部１９は局所的
に温度が上昇するが、埋め込み部１９以外の他の領域で
は、ｐ型キャリアが増加するためにキャリアオーバーフ
ローが減少し、レーザ発振のためのしきい値が低減さ
れ、温度を逆に下げることができる。
【００５０】図１０図示の実施の形態において、発熱構
造内の発熱層或いは発熱領域の組成としてはＧａＮ，Ｇ
ａＩｎＮ，ＧａＡｌＮの任意の組成を用いることができ
る。例えば、埋め込み層１９を全てＧａＩｎＮ層とし、
ドーパントを変えるかドーピング量を変えることにより
電気伝導度を変えることも可能である。実際にレーザ動
作を行った時にドーパントの拡散が問題になる可能性が
ある場合には、埋め込み層１９内の一つの層、または全
部をＧａＡｌＮとすれば、例えドーパントが拡散しても
ＧａＡｌＮ中のドーパントのアクセプタ準位はＧａＮ、
ＧａＩｎＮにおける同じドーパントのアクセプタ準位と
比較して相対的に深いために、キャリア密度を変えるこ
とができ、電気伝導度が変化する。
造内の発熱層或いは発熱領域の組成としてはＧａＮ，Ｇ
ａＩｎＮ，ＧａＡｌＮの任意の組成を用いることができ
る。例えば、埋め込み層１９を全てＧａＩｎＮ層とし、
ドーパントを変えるかドーピング量を変えることにより
電気伝導度を変えることも可能である。実際にレーザ動
作を行った時にドーパントの拡散が問題になる可能性が
ある場合には、埋め込み層１９内の一つの層、または全
部をＧａＡｌＮとすれば、例えドーパントが拡散しても
ＧａＡｌＮ中のドーパントのアクセプタ準位はＧａＮ、
ＧａＩｎＮにおける同じドーパントのアクセプタ準位と
比較して相対的に深いために、キャリア密度を変えるこ
とができ、電気伝導度が変化する。
【００５１】また、図１０図示の実施の形態において
は、埋込み層１９内の高抵抗層７４が、低抵抗層７２、
７６に挟まれているが、高抵抗層７４を埋め込み層１９
の一番下または一番上においてもよい。例えば、高抵抗
層としてＭｇドープされたＧａＡｌＮ層を、ｐ−ＧａＡ
ｌＮクラッド層１５の直上に位置するように、電流ブロ
ック層１７の開口部１７ａに埋め込み形成してもよい。
更に、開口部１７ａを全てｐ−ＧａＮ層よりも高抵抗の
単一の埋め込み層で埋め込む構成とすることも可能であ
る。また、電流ブロック層１７は、ｐ−ＧａＡｉＮクラ
ッド層１５の上ではなく、クラッド層１５中に設けるこ
ともできるし、クラッド層１５の代わりに設けることも
できる。更に、ｎ層側に電流狭窄構造や発熱構造を形成
することも可能である。
は、埋込み層１９内の高抵抗層７４が、低抵抗層７２、
７６に挟まれているが、高抵抗層７４を埋め込み層１９
の一番下または一番上においてもよい。例えば、高抵抗
層としてＭｇドープされたＧａＡｌＮ層を、ｐ−ＧａＡ
ｌＮクラッド層１５の直上に位置するように、電流ブロ
ック層１７の開口部１７ａに埋め込み形成してもよい。
更に、開口部１７ａを全てｐ−ＧａＮ層よりも高抵抗の
単一の埋め込み層で埋め込む構成とすることも可能であ
る。また、電流ブロック層１７は、ｐ−ＧａＡｉＮクラ
ッド層１５の上ではなく、クラッド層１５中に設けるこ
ともできるし、クラッド層１５の代わりに設けることも
できる。更に、ｎ層側に電流狭窄構造や発熱構造を形成
することも可能である。
【００５２】図１０図示の実施の形態によれば、窒化ガ
リウム系化合物半導体装置において、電流狭窄構造の開
口部を埋め込むｐ−埋込み層内に発熱構造を形成するこ
とにより、従来得られなかった低しきい値の半導体装置
を実現することができる。
リウム系化合物半導体装置において、電流狭窄構造の開
口部を埋め込むｐ−埋込み層内に発熱構造を形成するこ
とにより、従来得られなかった低しきい値の半導体装置
を実現することができる。
【００５３】なお、図１乃至図１０図示の実施の形態に
おいて、発熱構造内の発熱層或いは発熱領域を形成する
ため、Ｍｇ以外にもＺｎ、Ｐ、Ｏをドープして深い準位
を形成するか、ノンドープとすることによりキャリアを
減少させてもよい。更に少量のＳｉ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｔ
ｅ、Ｇｅ、Ｓ等をドープすることによりｎ型化した薄い
領域や層を形成してもよい。
おいて、発熱構造内の発熱層或いは発熱領域を形成する
ため、Ｍｇ以外にもＺｎ、Ｐ、Ｏをドープして深い準位
を形成するか、ノンドープとすることによりキャリアを
減少させてもよい。更に少量のＳｉ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｔ
ｅ、Ｇｅ、Ｓ等をドープすることによりｎ型化した薄い
領域や層を形成してもよい。
【００５４】また、図１乃至図１０図示の実施の形態に
おいては、各層の組成を具体的に示しているが、これら
は、Ｉｎx Ｇａy Ａｌ1-x-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦
１）の組成式の範囲で種々変更することができる。ま
た、これらの実施の形態においては、活性層をクラッド
層で挟むダブルヘテロ構造の半導体レーザを例に挙げた
が、本発明は、活性層をＧａＮまたはＩｎＧａＮからな
るガイド層で挟み、更にその外側をクラッド層で挟むＳ
ＣＨ（Separate Confining Hetero-Structure ）構造の
半導体レーザに適用することもできる。また、これらの
実施の形態においては、電流狭窄構造の型式として、Ｉ
Ｓ（Inner Stripe）型の半導体レーザを例に挙げたが、
本発明は、ＢＨ（Buried Hetero-structure ）型、ＢＳ
Ｒ（Selectively Buried Ridge Wave guide ）型等の他
の型式の半導体レーザに適用することもできる。更に、
本発明は、半導体レーザに限らず、Ｉｎx Ｇａy Ａｌ
1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）の組成式で表され
る窒化ガリウム系化合物半導体層を用いた他の半導体装
置や、同一基板上に集積化された複数の半導体装置に適
用することができる。
おいては、各層の組成を具体的に示しているが、これら
は、Ｉｎx Ｇａy Ａｌ1-x-y Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦
１）の組成式の範囲で種々変更することができる。ま
た、これらの実施の形態においては、活性層をクラッド
層で挟むダブルヘテロ構造の半導体レーザを例に挙げた
が、本発明は、活性層をＧａＮまたはＩｎＧａＮからな
るガイド層で挟み、更にその外側をクラッド層で挟むＳ
ＣＨ（Separate Confining Hetero-Structure ）構造の
半導体レーザに適用することもできる。また、これらの
実施の形態においては、電流狭窄構造の型式として、Ｉ
Ｓ（Inner Stripe）型の半導体レーザを例に挙げたが、
本発明は、ＢＨ（Buried Hetero-structure ）型、ＢＳ
Ｒ（Selectively Buried Ridge Wave guide ）型等の他
の型式の半導体レーザに適用することもできる。更に、
本発明は、半導体レーザに限らず、Ｉｎx Ｇａy Ａｌ
1-x-yＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）の組成式で表され
る窒化ガリウム系化合物半導体層を用いた他の半導体装
置や、同一基板上に集積化された複数の半導体装置に適
用することができる。
【００５５】
【発明の効果】本発明によれば、ｐ側電極とｐｎ接合と
の間に発熱構造を形成することにより、低しきい値及び
低電圧で動作し且つ高い信頼性を有する、光ディスク等
への実用に適した窒化ガリウム系化合物半導体装置を提
供することができる。また更に、同構成により、短波長
の双安定型や自励発振型の窒化ガリウム系化合物半導体
装置を提供するができる。
の間に発熱構造を形成することにより、低しきい値及び
低電圧で動作し且つ高い信頼性を有する、光ディスク等
への実用に適した窒化ガリウム系化合物半導体装置を提
供することができる。また更に、同構成により、短波長
の双安定型や自励発振型の窒化ガリウム系化合物半導体
装置を提供するができる。
【図１】本発明の実施の形態に係る窒化ガリウム系化合
物半導体レーザを示す図。
物半導体レーザを示す図。
【図２】本発明の別の実施の形態に係る窒化ガリウム系
化合物半導体レーザを示す図。
化合物半導体レーザを示す図。
【図３】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリウ
ム系化合物半導体レーザを示す図。
ム系化合物半導体レーザを示す図。
【図４】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリウ
ム系化合物半導体レーザを示す図。
ム系化合物半導体レーザを示す図。
【図５】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリウ
ム系化合物半導体レーザを示す図。
ム系化合物半導体レーザを示す図。
【図６】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリウ
ム系化合物半導体レーザを示す図。
ム系化合物半導体レーザを示す図。
【図７】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリウ
ム系化合物半導体レーザを示す図。
ム系化合物半導体レーザを示す図。
【図８】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリウ
ム系化合物半導体レーザを示す図。
ム系化合物半導体レーザを示す図。
【図９】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリウ
ム系化合物半導体レーザを示す図。
ム系化合物半導体レーザを示す図。
【図１０】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザを示す図。
ウム系化合物半導体レーザを示す図。
１０…サファイア基板 １１…ノンドープＧａＮバッファ層 １２…ｎ−ＧａＮコンタクト層 １３…ｎ−ＧａＡｌＮクラッド層 １４…活性層 １５…ｐ−ＧａＡｌＮクラッド層 １６…ｐ−ＧａＮ低抵抗層 １７…電流ブロック層 １７ａ…開口部 １８…ｐ−ＧａＮコンタクト層 ２１…ｎ側電極 ２２…ｐ側電極 ３２、３４…変調層 ４２、４４、４６、５２、６４、７４…高抵抗層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石川 正行 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内
Claims (10)
- 【請求項１】ｐｎ接合を形成するように積層され、下記
の組成式で表される材料から基本的になる複数の層を有
する積層膜と、 Ｉｎx Ｇａy Ａｌz Ｎ、ここでｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦
ｘ，ｙ，ｚ≦１ 前記ｐｎ接合に電流を供給するように前記積層膜に接続
されたｎ側電極及びｐ側電極と、 相対的に低抵抗の低抵抗部分と相対的に高抵抗の高抵抗
部分とが隣接するように、前記積層膜内に形成された発
熱構造と、前記低抵抗部分は前記高抵抗部分よりも前記
ｐ側電極に近い側に配設されることと、を具備すること
を特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体装置。 - 【請求項２】前記低抵抗部分及び前記高抵抗部分は、不
純物を異なるドーズ量で導入することにより１つの層内
に形成された、キャリア濃度の異なる２つの領域からな
ることを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム系化
合物半導体装置。 - 【請求項３】前記不純物はＭｇ、Ｚｎ、Ｐ、Ｏからなる
群から選択されることを特徴とする請求項２に記載の窒
化ガリウム系化合物半導体装置。 - 【請求項４】前記不純物はＳｉ、Ｓｎ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｇ
ｅ、Ｓからなる群から選択されることを特徴とする請求
項２に記載の窒化ガリウム系化合物半導体装置。 - 【請求項５】前記低抵抗部分及び前記高抵抗部分は、異
なる電気伝導度を有し且つ積層された２つの層からなる
ことを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム系化合
物半導体装置。 - 【請求項６】前記高抵抗部分は前記低抵抗部分よりもＧ
ａの含有率が低いことを特徴とする請求項５に記載の窒
化ガリウム系化合物半導体装置。 - 【請求項７】前記高抵抗部分は前記低抵抗部分よりもＡ
ｌの含有率が高いことを特徴とする請求項５に記載の窒
化ガリウム系化合物半導体装置。 - 【請求項８】前記高抵抗部分は前記低抵抗部分よりもＩ
ｎの含有率が高いことを特徴とする請求項５に記載の窒
化ガリウム系化合物半導体装置。 - 【請求項９】前記積層膜は電流狭窄構造を形成するよう
に配設された、開口部を有する電流ブロック層を具備
し、前記発熱構造は前記開口部内に配設されることを特
徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の窒化ガリウ
ム系化合物半導体装置。 - 【請求項１０】前記半導体装置は半導体レーザであるこ
とを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の窒化
ガリウム系化合物半導体装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18852397A JP3488597B2 (ja) | 1997-07-14 | 1997-07-14 | 窒化ガリウム系化合物半導体装置 |
| US09/115,239 US6064079A (en) | 1997-07-14 | 1998-07-14 | Gallium nitride-based compound semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18852397A JP3488597B2 (ja) | 1997-07-14 | 1997-07-14 | 窒化ガリウム系化合物半導体装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1131866A true JPH1131866A (ja) | 1999-02-02 |
| JP3488597B2 JP3488597B2 (ja) | 2004-01-19 |
Family
ID=16225211
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18852397A Expired - Lifetime JP3488597B2 (ja) | 1997-07-14 | 1997-07-14 | 窒化ガリウム系化合物半導体装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6064079A (ja) |
| JP (1) | JP3488597B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1094529A3 (en) * | 1999-09-24 | 2004-03-24 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device |
| US7201975B2 (en) | 2000-12-13 | 2007-04-10 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Organic light emitting device |
| JP2008270805A (ja) * | 2007-04-16 | 2008-11-06 | Samsung Electro-Mechanics Co Ltd | 窒化物半導体発光素子 |
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