KR20140031160A - 질화갈륨계 반도체 레이저 소자 및 질화갈륨계 반도체 레이저 소자의 제조 방법 - Google Patents

질화갈륨계 반도체 레이저 소자 및 질화갈륨계 반도체 레이저 소자의 제조 방법 Download PDF

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마사키 우에노
다카시 교노
요헤이 엔야
가츠노리 야나시마
구니히코 다사이
히로시 나카지마
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스미토모덴키고교가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 임계치 전류가 저감되는 질화갈륨계 반도체 레이저 소자 및 질화갈륨계 반도체 레이저 소자의 제조 방법을 제공한다. 본 발명의 질화갈륨계 반도체 레이저 소자는 n형 클래드층(15b)과, n측 광가이드층(29)과, 활성층(27)과, p측 광가이드층(31)과, p형 클래드층(23)을 구비하고, 활성층(27)의 발진 파장은 400 ㎚ 이상 550 ㎚ 이하이며, n형 클래드층(15b)은, InxAlyGa1 -x-yN(0<x<0.05, 0<y<0.20)이고, p형 클래드층(23)은, InxAlyGa1 -x-yN(0≤x<0.05, 0<y<0.20)이며, n측 광가이드층(29) 및 p측 광가이드층(31)은 모두, 인듐을 함유하고, n측 광가이드층(29) 및 p측 광가이드층(31)의 인듐의 조성은 모두, 2％ 이상 6％ 이하이며, n형 클래드층(15b)의 막 두께는, n형 클래드층(15b)의 막 두께와 p형 클래드층(23)의 막 두께의 합계의 65％ 이상 85％ 이하의 범위에 있는 것이다.

Description

질화갈륨계 반도체 레이저 소자 및 질화갈륨계 반도체 레이저 소자의 제조 방법{GALLIUM NITRIDE SEMICONDUCTOR LASER ELEMENT AND METHOD FOR MANUFACTURING GALLIUM NITRIDE SEMICONDUCTOR LASER ELEMENT}
본 발명은 질화갈륨계 반도체 레이저 소자 및 질화갈륨계 반도체 레이저 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
특허문헌 1에는, 동작 전압의 저감, 외부 양자 효율의 증대, 발진 임계치 전류 밀도의 저감 등의 특성 개선을 행하기 위한 430 ㎚ 이상의 발광 파장을 갖는 질화물 반도체 레이저 소자가 개시되어 있다. 이 질화물 반도체 레이저 소자에서는, 질화물 반도체 기판 상에, n형 AlGaN 클래드층, GaN층, 제1 InGaN 광가이드층, 발광층, 제2 InGaN 광가이드층, 질화물 반도체 중간층, p형 AlGaN층 및 p형 AlGaN 클래드층이 이 순서로 마련된다. n형 AlGaN 클래드층은, 3％ 이상 5％ 이하의 알루미늄(Al)의 조성과 1.8 ㎛ 이상 2.5 ㎛ 이하의 두께를 갖는다. 제1 및 제2 InGaN 광가이드층은, 3％ 이상 6％ 이하의 인듐(In) 조성을 갖는다. 제1 광가이드층의 두께는, 제2 광가이드층에 비해서 크며 또한 120 ㎚ 이상 160 ㎚ 이하이다. p형 AlGaN층은, p형 AlGaN 클래드층에 접하며 또한 그 알루미늄(Al) 조성은 p형 클래드층에 비해서 높아 10％ 이상 35％ 이하이다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 제2010-129676호 공보
특허문헌 1에 개시되어 있는 질화물 반도체 레이저 소자에서는, n측의 InGaN 광가이드층의 막 두께가 p측의 InGaN 광가이드층의 막 두께보다 두껍다. n측의 광가이드층 쪽이 p측의 광가이드층보다 광의 흡수는 적기 때문에, 임계치 전류를 저감하기 위해서는, p측의 광가이드층의 막 두께보다 n측의 광가이드층의 막 두께를 두껍게 하는 것이 고려된다. 한편, p측의 광가이드층의 막 두께보다 n측의 광가이드층의 막 두께를 두껍게 할수록, 활성층의 위치의 어긋남이 늘어나 활성층을 통과하는 광의 비율이 감소하기 때문에, 반대로, 임계치 전류의 상승을 초래한다. 그래서, 본 발명의 목적은, 상기 사항을 감안하여 이루어진 것으로, 임계치 전류가 저감되는 질화갈륨계 반도체 레이저 소자 및 질화갈륨계 반도체 레이저 소자의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 양태에 따른 질화갈륨계 반도체 레이저 소자는, n형의 질화갈륨계 반도체의 n형 클래드층과, 상기 n형 클래드층의 위에 마련된 질화갈륨계 반도체의 제1 광가이드층과, 상기 제1 광가이드층의 위에 마련된 질화갈륨계 반도체의 활성층과, 상기 활성층의 위에 마련된 질화갈륨계 반도체의 제2 광가이드층과, 상기 제2 광가이드층의 위에 마련된 p형의 질화갈륨계 반도체의 p형 클래드층을 구비하고, 상기 활성층의 발진 파장은 400 ㎚ 이상 550 ㎚ 이하이며, 상기 제1 및 제2 광가이드층은 모두, 인듐을 함유하고, 상기 제1 및 제2 광가이드층의 인듐의 조성은 모두, 2％ 이상 6％ 이하이며, 상기 제1 광가이드층의 막 두께는, 상기 제1 광가이드층의 막 두께와 상기 제2 광가이드층의 막 두께의 합계의 65％ 이상 85％ 이하의 범위에 있고, 상기 제1 광가이드층 및 상기 제2 광가이드층은 상기 활성층에 접해 있는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 n형 클래드층은 InxAlyGa1 -x-yN(0<x<0.05, 0<y<0.20)이고, 상기 p형 클래드층은 InxAlyGa1-x-yN(0≤x<0.05, 0<y<0.20)이다.
n측의 광가이드층 및 p측의 광가이드층에 의한 광의 흡수량의 총량을 저감시킴으로써, 반도체 레이저의 임계치 전류를 저감할 수 있다. 본 발명의 일 양태에 있어서, n측에 있는 제1 광가이드층의 막 두께가, 이 제1 광가이드층의 막 두께와 p측에 있는 제2 광가이드층의 막 두께의 합계의 65％ 이상 85％ 이하의 범위에 있기 때문에, 질화갈륨계 반도체 레이저 소자에 포함되는 n측의 광가이드층 및 p측의 광가이드층에 의한 광의 흡수량의 총량을 저감할 수 있고, 따라서 질화갈륨계 반도체 레이저 소자의 임계치 전류를 저감할 수 있는 것이 발견되었다. n형 반도체보다 p형 반도체 쪽이 광의 흡수 계수가 크기 때문에, n형층의 비율을 크게 함으로써 도파로 전체의 광의 흡수량을 저하시킬 수 있다.
또한, n측에 있는 제1 광가이드층의 막 두께가, p측에 있는 제2 광가이드층의 막 두께보다 클수록, 활성층의 위치의 어긋남이 커져(n측과 p측이 현저하게 비대칭이 됨), 활성층을 통과하는 광의 비율이 감소하지만, 본 발명의 일 양태와 같이, n측에 있는 제1 광가이드층의 막 두께가, 이 제1 광가이드층의 막 두께와 p측에 있는 제2 광가이드층의 막 두께의 합계의 65％ 이상 85％ 이하의 범위에 있으면, 상기 n측과 p측 사이의 비대칭성에 의한 광의 손실을 적합하게 억제할 수 있는 것이 발견되었다.
또한, 클래드층 및 광가이드층의 각각의 인듐(In)의 조성과, 발진 파장에 의해, 클래드층과 광가이드의 굴절률차가 변하지만, 본 발명의 일 양태에 따른 발진 파장 및 인듐(In)의 조성이면, 광의 손실을 적합하게 억제할 수 있는 것이 발견되었다.
본 발명의 일 양태에 따른 소자에 있어서, 상기 활성층은, 단일의 양자 우물층을 포함하는 단일 양자 우물 구조를 가질 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 양태에 따른 소자를 단일 양자 우물 구조에 적용할 수 있다. 양자 우물을 가짐으로써, 발광이 가능해진다. 우물층수를 1로 함으로써, 우물수가 2 이상인 경우와 비교하여 배리어층/우물층의 밴드 장벽이 없어지는 만큼, 동작 전압을 저감할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 소자에 있어서, 상기 활성층은, 복수의 양자 우물층과 복수의 장벽층을 포함하는 다중 양자 우물 구조를 가질 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 양태에 따른 소자를 다중 양자 우물 구조에 적용할 수 있다. 양자 우물을 가짐으로써, 발광이 가능해진다. 우물층수를 복수로 함으로써, 우물수가 1인 경우와 비교하여 굴절률이 높은 우물수가 늘어남으로써 도파로의 광 가둠이 좋은 레이저를 제작할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 소자에 있어서, 상기 제1 광가이드층과 상기 활성층의 계면은, c축을 따라 연장되는 기준축에 직교하는 면으로부터 m축 방향으로 경사져 있을 수 있다. 따라서, 녹색을 포함하는 범위의 발광 파장의 광이 발광 가능하다. 이 면방위를 사용함으로써, 고품질의 녹색 영역의 발광에 알맞은 활성층을 제작하는 것이 가능해진다.
본 발명의 일 양태에 따른 소자에 있어서, 상기 제1 광가이드층과 상기 활성층의 계면은, 상기 기준축에 직교하는 면으로부터 m축 방향으로 63도 이상 80도 미만의 각도로 경사져 있을 수 있다. 따라서, 녹색의 광이 발광 가능하다. 이 면방위를 사용함으로써, 고품질의 녹색 영역의 발광에 알맞은 활성층을 제작하는 것이 가능해진다.
본 발명의 일 양태에 따른 소자에 있어서, 질화갈륨계 반도체의 주면(主面)을 갖는 기판을 더 구비하고, 상기 주면의 위에, 상기 n형 클래드층, 상기 제1 광가이드층, 상기 활성층, 상기 제2 광가이드층 및 상기 p형 클래드층이 순서대로 마련되어 있으며, 상기 주면은, 상기 기준축에 직교하는 면으로부터 m축 방향으로 63도 이상 80도 미만의 각도로 경사져 있을 수 있다. 따라서, 녹색의 광이 발광 가능하다. 이 면방위를 사용함으로써, 고품질의 녹색 영역의 발광에 알맞은 활성층을 제작하는 것이 가능해진다.
본 발명의 일 양태에 따른 소자에 있어서, 상기 활성층의 발진 파장은 480 ㎚ 이상 550 ㎚ 이하일 수 있고, 또는 상기 활성층의 발진 파장은 510 ㎚ 이상 540 ㎚ 이하일 수 있다. 따라서, 순녹색의 광(파장이 대략 520 ㎚ 이상 535 ㎚ 이하인 광)이 발광 가능하다.
본 발명의 일 양태에 따른 소자에 있어서, 상기 제1 광가이드층의 인듐의 조성은, 2％ 이상 5％ 이하일 수 있다. 따라서, 제1 광가이드층과 n형 클래드층의 굴절률차를 얻을 수 있으며 결정의 강성도 확보할 수 있다. 광 가두기에 충분한 클래드층과의 굴절률차를 얻기 위해서는 2％ 이상의 인듐(In)의 조성이 필요하며, 안정적으로 미스피트 전위(misfit dislocation)가 들어가지 않도록 하기 위해서는 인듐(In)의 조성을 5％ 이하로 할 필요가 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 소자에 있어서, 상기 제1 광가이드층의 인듐의 조성은 2％ 이상 4.5％ 이하일 수 있다. 따라서, 제1 광가이드층과 n형 클래드층의 굴절률차가 충분히 얻어지며 결정의 강성도 충분히 확보할 수 있다. 광 가두기에 충분한 클래드층과의 굴절률차를 얻기 위해서는 2％ 이상의 인듐(In)의 조성이 필요하며, 충분히 안정적으로 미스피트 전위가 들어가지 않도록 하기 위해서는 인듐(In)의 조성을 4.5％ 이하로 할 필요가 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 소자에 있어서, 상기 제2 광가이드층의 인듐의 조성은 2％ 이상 5％ 이하일 수 있다. 따라서, 제2 광가이드층과 p형 클래드층의 굴절률차를 얻을 수 있으며 결정의 강성도 확보할 수 있다. 광 가두기에 충분한 클래드층과의 굴절률차를 얻기 위해서는 2％ 이상의 인듐(In)의 조성이 필요하며, 안정적으로 미스피트 전위가 들어가지 않도록 하기 위해서는 인듐(In)의 조성을 5％ 이하로 할 필요가 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 소자에 있어서, 상기 제2 광가이드층의 인듐의 조성은 2％ 이상 4.5％ 이하일 수 있다. 따라서, 제2 광가이드층과 p형 클래드층의 굴절률차가 충분히 얻어지며 결정의 강성도 충분히 확보할 수 있다. 광 가두기에 충분한 클래드층과의 굴절률차를 얻기 위해서는 2％ 이상의 인듐(In)의 조성이 필요하며, 충분히 안정적으로 미스피트 전위가 들어가지 않도록 하기 위해서는 인듐(In)의 조성을 4.5％ 이하로 할 필요가 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 소자에 있어서, 상기 제1 광가이드층 및 제2 광가이드층에 포함되는 인듐의 총합은, 인듐 조성(％)×가이드층 막 두께(㎚)≤1250의 범위일 수 있다. 이 범위이면 미스피트 전위가 들어가지 않는 에피택셜층을 얻을 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 질화갈륨계 반도체 레이저 소자의 제조 방법은, n형의 질화갈륨계 반도체의 n형 클래드층을 형성하는 공정과, 상기 n형 클래드층의 위에 질화갈륨계 반도체의 제1 광가이드층을 형성하는 공정과, 상기 제1 광가이드층의 위에 질화갈륨계 반도체의 활성층을 형성하는 공정과, 상기 활성층의 위에 질화갈륨계 반도체의 제2 광가이드층을 형성하는 공정과, 상기 제2 광가이드층의 위에 p형의 질화갈륨계 반도체의 p형 클래드층을 형성하는 공정을 포함하고, 상기 활성층의 발진 파장은 400 ㎚ 이상 550 ㎚ 이하이며, 상기 제1 및 제2 광가이드층은 모두, 인듐을 함유하고, 상기 제1 및 제2 광가이드층의 인듐의 조성은 모두, 2％ 이상 6％ 이하이며, 상기 제1 광가이드층의 막 두께는, 상기 제1 광가이드층의 막 두께와 상기 제2 광가이드층의 막 두께의 합계의 65％ 이상 85％ 이하의 범위에 있고, 상기 제1 광가이드층 및 상기 제2 광가이드층은 상기 활성층에 접해 있는 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 n형 클래드층은 InxAlyGa1 -x-yN(0<x<0.05, 0<y<0.20)이며, 상기 p형 클래드층은 InxAlyGa1 -x-yN(0≤x<0.05, 0<y<0.20)이다.
n측의 광가이드층 및 p측의 광가이드층에 의한 광의 흡수량의 총량을 저감시킴으로써, 반도체 레이저의 임계치 전류를 저감할 수 있다. 본 발명의 일 양태에 있어서, n측에 있는 제1 광가이드층의 막 두께가, 이 제1 광가이드층의 막 두께와 p측에 있는 제2 광가이드층의 막 두께의 합계의 65％ 이상 85％ 이하의 범위에 있기 때문에, 질화갈륨계 반도체 레이저 소자에 포함되는 n측의 광가이드층 및 p측의 광가이드층에 의한 광의 흡수량의 총량을 저감할 수 있고, 따라서 질화갈륨계 반도체 레이저 소자의 임계치 전류를 저감할 수 있는 것이 발견되었다. n형 반도체보다 p형 반도체 쪽이 광의 흡수 계수가 크기 때문에, n형 층의 비율을 크게 함으로써 도파로 전체의 광의 흡수량을 저하시킬 수 있다.
또한, n측에 있는 제1 광가이드층의 막 두께가, p측에 있는 제2 광가이드층의 막 두께보다 클수록, 활성층의 위치의 어긋남이 커져(n측과 p측이 현저하게 비대칭이 됨), 활성층을 통과하는 광의 비율이 감소하지만, 본 발명의 일 양태와 같이, n측에 있는 제1 광가이드층의 막 두께가, 이 제1 광가이드층의 막 두께와 p측에 있는 제2 광가이드층의 막 두께의 합계의 65％ 이상 85％ 이하의 범위에 있으면, 상기 n측과 p측 사이의 비대칭성에 의한 광의 손실을 적합하게 억제할 수 있는 것이 발견되었다.
또한, 클래드층 및 광가이드층의 각각의 인듐(In)의 조성과, 발진 파장에 의해, 클래드층과 광가이드의 굴절률차가 변하지만, 본 발명에 따른 발진 파장 및 인듐(In)의 조성이면, 광의 손실을 적합하게 억제할 수 있는 것이 발견되었다.
본 발명의 일 양태에 따른 제조 방법에 있어서, 상기 활성층은 단일의 양자 우물층을 포함하는 단일 양자 우물 구조를 가질 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 양태에 따른 소자를 단일 양자 우물 구조에 적용할 수 있다. 양자 우물을 가짐으로써, 발광이 가능해진다. 우물층수를 1로 함으로써, 우물수가 2 이상인 경우와 비교하여 배리어층/우물층의 밴드 장벽이 없어지는 만큼, 동작 전압을 저감할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 제조 방법에 있어서, 상기 활성층은 복수의 양자 우물층과 복수의 장벽층을 포함하는 다중 양자 우물 구조를 가질 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 양태에 따른 소자를 다중 양자 우물 구조에 적용할 수 있다. 양자 우물을 가짐으로써, 발광이 가능해진다. 우물층수를 복수로 함으로써, 우물수가 1인 경우와 비교하여 굴절률이 높은 우물수가 늘어나게 되므로 도파로의 광 가둠이 좋은 레이저를 제작할 수 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 제조 방법에 있어서, 상기 제1 광가이드층과 상기 활성층의 계면은, c축을 따라 연장되는 기준축에 직교하는 면으로부터 m축 방향으로 경사져 있을 수 있다. 이 면방위를 사용함으로써, 고품질의 녹색 영역의 발광에 알맞은 활성층을 제작하는 것이 가능해진다.
본 발명의 일 양태에 따른 제조 방법에 있어서, 상기 제1 광가이드층과 상기 활성층의 계면은, 상기 기준축에 직교하는 면으로부터 m축 방향으로 63도 이상 80도 미만의 각도로 경사져 있을 수 있다. 이 면방위를 사용함으로써, 고품질의 녹색 영역의 발광에 알맞은 활성층을 제작하는 것이 가능해진다.
본 발명의 일 양태에 따른 제조 방법에 있어서, 질화갈륨계 반도체의 주면을 갖는 기판을 준비하는 공정을 더 포함하고, 상기 기판의 주면의 위에, 상기 n형 클래드층, 상기 제1 광가이드층, 상기 활성층, 상기 제2 광가이드층 및 상기 p형 클래드층이 순서대로 마련되며, 상기 주면은, 상기 기준축에 직교하는 면으로부터 m축 방향으로 63도 이상 80도 미만의 각도로 경사져 있을 수 있다. 이 면방위를 사용함으로써, 고품질의 녹색 영역의 발광에 알맞은 활성층을 제작하는 것이 가능해진다.
본 발명의 일 양태에 따른 제조 방법에 있어서, 상기 활성층의 발진 파장은 480 ㎚ 이상 550 ㎚ 이하일 수 있고, 또는 상기 활성층의 발진 파장은 510 ㎚ 이상 540 ㎚ 이하일 수 있다. 따라서, 순녹색의 광(파장이 대략 520 ㎚ 이상 535 ㎚ 이하인 광)이 발광 가능하다.
본 발명의 일 양태에 따른 제조 방법에 있어서, 상기 제1 광가이드층의 인듐의 조성은 2％ 이상 5％ 이하일 수 있다. 따라서, 제1 광가이드층과 n형 클래드층의 굴절률차를 얻을 수 있으며 결정의 강성도 확보할 수 있다. 광 가두기에 충분한 클래드층과의 굴절률차를 얻기 위해서는 2％ 이상의 인듐(In)의 조성이 필요하며, 안정적으로 미스피트 전위가 들어가지 않도록 하기 위해서는 인듐(In)의 조성을 5％ 이하로 할 필요가 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 제조 방법에 있어서, 상기 제1 광가이드층의 인듐의 조성은 2％ 이상 4.5％ 이하일 수 있다. 따라서, 제1 광가이드층과 n형 클래드층의 굴절률차가 충분히 얻어지며 결정의 강성도 충분히 확보할 수 있다. 광 가두기에 충분한 클래드층과의 굴절률차를 얻기 위해서는 2％ 이상의 인듐(In)의 조성이 필요하며, 충분히 안정적으로 미스피트 전위가 들어가지 않도록 하기 위해서는 인듐(In)의 조성을 4.5％ 이하로 할 필요가 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 제조 방법에 있어서, 상기 제2 광가이드층의 인듐의 조성은 2％ 이상 5％ 이하일 수 있다. 따라서, 제2 광가이드층과 p형 클래드층의 굴절률차를 얻을 수 있으며 결정의 강성도 확보할 수 있다. 광 가두기에 충분한 클래드층과의 굴절률차를 얻기 위해서는 2％ 이상의 인듐(In)의 조성이 필요하며, 안정적으로 미스피트 전위가 들어가지 않도록 하기 위해서는 인듐(In)의 조성을 5％ 이하로 할 필요가 있다.
본 발명의 일 양태에 따른 제조 방법에 있어서, 상기 제2 광가이드층의 인듐의 조성은 2％ 이상 4.5％ 이하일 수 있다. 따라서, 제2 광가이드층과 p형 클래드층의 굴절률차가 충분히 얻어지며 결정의 강성도 충분히 확보할 수 있다. 광 가두기에 충분한 클래드층과의 굴절률차를 얻기 위해서는 2％ 이상의 인듐(In)의 조성이 필요하며, 충분히 안정적으로 미스피트 전위가 들어가지 않도록 하기 위해서는 인듐(In)의 조성을 4.5％ 이하로 할 필요가 있다.
본 발명의 각 양태에 따르면, 임계치 전류가 저감되는 질화갈륨계 반도체 레이저 소자 및 질화갈륨계 반도체 레이저 소자의 제조 방법이 제공된다.
도 1은 실시형태에 따른 질화갈륨계 반도체 레이저 소자의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 실시형태에 따른 질화갈륨계 반도체 레이저 소자의 제조 방법의 주요한 공정을 나타내는 도면이다.
도 3은 실시형태에 따른 질화갈륨계 반도체 레이저 소자의 제조 방법의 주요한 공정에 있어서의 생산물을 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 실시예에 따른 레이저 다이오드의 소자 구조를 나타내는 도면이다.
도 5는 실시예에 따른 레이저 다이오드의 소자 구조를 나타내는 도면이다.
도 6은 전체 InGaN층의 막 두께에 차지하는 n-InGaN층의 막 두께의 비율과, 임계치 전류의 관계를 나타내는 도면이다.
도 7은 n-InGaN층의 막 두께와, 활성층을 통과하는 광의 비율 및 도파로를 통과하는 광의 감쇠율의 관계를 나타내는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 도면의 설명에 있어서, 가능한 경우에는, 동일 요소에는 동일 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 생략한다. 도 1은 본 실시형태에 따른 질화갈륨계 반도체 레이저 소자의 구조 및 질화갈륨계 반도체 레이저 소자를 위한 에피택셜 기판의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 1의 (a)부에 질화갈륨계 반도체 레이저 소자(11)가 도시되고, 도 1의 (b)부에 질화갈륨계 반도체 레이저 소자(11)를 위한 에피택셜 기판(EP)이 도시된다. 에피택셜 기판(EP)은, 질화갈륨계 반도체 레이저 소자(11)와 동일한 에피택셜층 구조를 갖는다. 이어지는 설명에서는, 질화갈륨계 반도체 레이저 소자(11)를 구성하는 반도체층을 설명한다. 에피택셜 기판(EP)은, 이들 질화갈륨계 반도체 레이저 소자(11)를 구성하는 반도체층에 대응하는 반도체층(반도체막)을 포함하고, 대응하는 반도체층에는, 질화갈륨계 반도체 레이저 소자(11)를 위한 설명이 적용된다.
도 1을 참조하면, 좌표계(S) 및 결정 좌표계(CR)가 도시되어 있다. 기판(13)의 주면(13a)은, Z축의 방향을 향하고 있으며, X 방향 및 Y 방향으로 연장되어 있다. X축은 a축의 방향을 향하고 있다. 도 1의 (a)부에 나타내는 바와 같이, 질화갈륨계 반도체 레이저 소자(11)는, 기판(13)과, n형 질화갈륨계 반도체 영역(15)과, 발광층(17)과, p형 Ⅲ족 질화물 반도체 영역(19)을 구비한다. n형 질화갈륨계 반도체 영역(15), 발광층(17) 및 p형 Ⅲ족 질화물 반도체 영역(19)은, 기판(13)의 위에 있으며 에피택셜 성장에 의해 형성되어 있다.
기판(13)의 c면은, 도 1에 나타낸 면(Sc)을 따라 연장되어 있다. 면(Sc)의 위에는, 육방정계 질화갈륨계 반도체의 결정축을 나타내기 위한 결정 좌표계(CR)(c축, a축, m축)가 도시되어 있다. 기판(13)의 주면(13a)은, 기준축(Cx)에 직교하는 면(Sc)을 기준으로 하여, 기판(13)의 질화갈륨계 반도체의 m축의 방향으로, 경사각(θ)으로 경사져 있다. 경사각(θ)은, 기판(13)의 주면(13a)의 법선 벡터(VN)와 기준축(Cx)을 나타내는 c축부 벡터(VC)가 이루는 각도에 의해 규정된다.
주면(13a)의 위에 있어서, 발광층(17)은, n형 질화갈륨계 반도체 영역(15)과 p형 Ⅲ족 질화물 반도체 영역(19) 사이에 마련되어 있다. 주면(13a)의 위에 있어서, n형 질화갈륨계 반도체 영역(15), 활성층(17) 및 p형 Ⅲ족 질화물 반도체 영역(19)은, 법선 벡터(VN)의 방향(Z축 방향)으로 순서대로 배열되어 있다. 주면(13a)의 위에 있어서, n형 질화갈륨계 반도체 영역(15)에 포함되어 있는 n형 질화갈륨계 반도체층(15a), n형 클래드층(15b) 및 n형 질화갈륨계 반도체층(15c)이 법선 벡터(VN)의 방향(Z축 방향)으로 순서대로 배열되어 있다.
주면(13a)의 위에 있어서, 발광층(17)에 포함되어 있는 n측 광가이드층(29), 활성층(27) 및 p측 광가이드층(31)이 법선 벡터(VN)의 방향(Z축 방향)으로 순서대로 배열되어 있다. 주면(13a)의 위에 있어서, p형 Ⅲ족 질화물 반도체 영역(19)에 포함되어 있는 p형 질화갈륨계 반도체층(21), p형 클래드층(23a), p형 클래드층(23b), 컨택트층(25a), 컨택트층(25b)이 법선 벡터(VN)의 방향(Z축 방향)으로 순서대로 배열되어 있다. 또한, p형 클래드층(23a) 및 p형 클래드층(23b) 대신에, 단일의 층으로 이루어지는 p형 클래드층(23)이 마련되어 있어도 좋다.
기판(13)은, 도전성을 갖는 질화갈륨계 반도체로 이루어지는 주면(13a)을 갖는다. 기판(13)의 주면(13a)은, 질화갈륨계 반도체의 c축을 따라 연장되는 기준축(Cx)에 직교하는 면(Sc)으로부터 63도 이상 80도 미만의 범위의 각도로 경사져 있다. 기판(13)은, 주면(13a)을 포함하여, 질화갈륨계 반도체로 이루어질 수 있다. 기판(13)의 질화갈륨계 반도체는, 예컨대 GaN(질화갈륨), InGaN(In: 인듐), AlGaN(Al: 알루미늄) 등일 수 있다. GaN은 이원 화합물인 질화갈륨계 반도체이기 때문에, 양호한 결정 품질과 안정된 기판 주면을 제공할 수 있다. 또한, 기판(13)은 예컨대 AlN 등일 수도 있다.
n형 질화갈륨계 반도체 영역(15)은 n형의 질화갈륨계 반도체로 이루어진다. n형 질화갈륨계 반도체 영역(15)의 n형 도펀트는 예컨대 실리콘(Si)이다. n형 질화갈륨계 반도체 영역(15)은 기판(13)의 위에 마련된다. n형 질화갈륨계 반도체 영역(15)은 기판(13)의 주면(13a)에 직접 접해 있다. n형 질화갈륨계 반도체 영역(15)은, 1 또는 복수의 n형의 질화갈륨계 반도체층을 포함한다. 이 1 또는 복수의 n형의 질화갈륨계 반도체층은 주면(13a)의 위에 마련된다.
n형 질화갈륨계 반도체 영역(15)은 n형 질화갈륨계 반도체층(15a), n형 클래드층(15b) 및 n형 질화갈륨계 반도체층(15c)을 포함할 수 있다. n형 질화갈륨계 반도체층(15a)은 주면(13a)에 직접 접촉해 있다. n형 질화갈륨계 반도체층(15a)은, 예컨대 n형의 GaN, InGaN, AlGaN, 또는 InAlGaN 등으로 이루어질 수 있다. n형 클래드층(15b)은, n형 질화갈륨계 반도체층(15a)의 위에 마련되어 있고, n형 질화갈륨계 반도체층(15a)에 직접 접촉해 있다. n형 클래드층(15b)은, 예컨대 n형의 GaN, InGaN, AlGaN, 또는 InAlGaN 등으로 이루어질 수 있다. n형 질화갈륨계 반도체층(15c)은, n형 클래드층(15b)의 위에 마련되어 있고, n형 클래드층(15b)에 직접 접촉해 있다. n형 질화갈륨계 반도체층(15c)은, 예컨대 n형의 GaN으로 이루어질 수 있다.
발광층(17)은, 예컨대 인듐(In)을 포함하는 질화갈륨계 반도체로 이루어진다. 발광층(17)은, 기판(13) 및 n형 질화갈륨계 반도체 영역(15)의 위에 마련된다. 발광층(17)은, n형 질화갈륨계 반도체 영역(15)[특히 n형 질화갈륨계 반도체층(15c)]에 직접 접해 있다. 혹은, 막 두께 15 ㎚ 이하의 언도프 질화갈륨계 반도체층(배리어층)을 통해 n형 질화갈륨계 반도체 영역(15)에 접해 있다.
발광층(17)은 활성층(27), n측 광가이드층(29)(제1 광가이드층) 및 p측 광가이드층(31)(제2 광가이드층)을 포함할 수 있다. 활성층(27)은 질화갈륨계 반도체로 이루어진다. 활성층(27)은 1 또는 복수의 우물층(33)과, 복수의 장벽층(35)을 포함한다. 장벽층(35)은 우물층(33)의 밴드갭보다 큰 밴드갭을 갖는다. 활성층(27)은, 단일의 양자 우물층을 포함하는 단일 양자 우물 구조, 또는 복수의 양자 우물층과 복수의 장벽층을 포함하는 다중 양자 우물 구조를 가질 수 있다.
우물층(33) 및 장벽층(35)은 모두, n형 질화갈륨계 반도체 영역(15) 및 n측 광가이드층(29)의 위에 마련되어 있다. 우물층(33) 및 장벽층(35)은 모두, 언도프의 질화갈륨계 반도체이며, 예컨대 AlGaN, GaN, InGaN, 또는 InAlGaN 등으로 이루어진다. 활성층(27)의 발광 파장은, 예컨대 400 ㎚ 이상 550 ㎚ 이하일 수 있지만, 480 ㎚ 이상 550 ㎚ 이하일 수 있고, 더 나아가 510 ㎚ 이상 540 ㎚ 이하일 수 있다. 510 ㎚ 이상 540 ㎚ 이하의 발광 파장의 경우에는 순녹색이 실현된다.
n측 광가이드층(29)은, n형 질화갈륨계 반도체층(15c)의 위에 마련되고, n형 질화갈륨계 반도체층(15c)에 직접 접촉해 있다. n측 광가이드층(29)은 인듐(In)을 함유한다. n측 광가이드층(29)은, n형 도펀트를 포함하는 n형의 InGaN으로 이루어진다.
p측 광가이드층(31)은, 활성층(27)에 포함되는 장벽층(35)의 위에 마련되고, 장벽층(35)에 직접 접촉해 있다. p측 광가이드층(31)은 인듐(In)을 함유한다. p측 광가이드층(31)은 언도프의 InGaN으로 이루어진다. 또한, p측 광가이드층(31)은, 언도프의 InGaN층과, 이 언도프의 InGaN층의 위에 마련된 p형 도펀트를 포함하는 InGaN층을 포함하는 2층 구조를 갖고 있어도 좋다.
p형 Ⅲ족 질화물 반도체 영역(19)은 p형의 질화갈륨계 반도체로 이루어진다. p형 Ⅲ족 질화물 반도체 영역(19)의 p형 도펀트는 예컨대 마그네슘(Mg)이다. 또한, 아연(Zn) 등도 p형 도펀트에 이용할 수 있다. p형 Ⅲ족 질화물 반도체 영역(19)은, 기판(13), n형 질화갈륨계 반도체 영역(15) 및 발광층(17)의 위에 마련된다. p형 Ⅲ족 질화물 반도체 영역(19)은 발광층(17)에 직접 접해 있다. p형 Ⅲ족 질화물 반도체 영역(19)은, 1 또는 복수의 p형의 질화갈륨계 반도체층을 포함한다. p형 Ⅲ족 질화물 반도체 영역(19)은, 예컨대 p형 질화갈륨계 반도체층(21)을 포함할 수 있다.
p형 질화갈륨계 반도체층(21)은, 발광층(17)에 포함되는 p측 광가이드층(31)의 위에 마련되고, p측 광가이드층(31)에 직접 접해 있다. p형 질화갈륨계 반도체층(21)은, 예컨대 p형의 GaN으로 이루어질 수 있다. 또한, p형 질화갈륨계 반도체층(21)과 p측 광가이드층(31)이 직접 접촉해 있는 구성 대신에, p형 질화갈륨계 반도체층(21)과 p측 광가이드층(31) 사이에, 언도프의 GaN층이 마련된 구성이어도 좋다. p측 광가이드층(31)은, 이 언도프의 GaN층에 직접 접하며, p형 질화갈륨계 반도체층(21)도, 이 언도프의 GaN층에 직접 접한다.
p형 Ⅲ족 질화물 반도체 영역(19)은, 예컨대 p형 클래드층(23a), p형 클래드층(23b), 컨택트층(25a), 컨택트층(25b)을 더 포함할 수 있다. p형 클래드층(23a)은, p형 질화갈륨계 반도체층(21)의 위에 마련되고, p형 질화갈륨계 반도체층(21)에 직접 접해 있다. p형 클래드층(23b)은, p형 클래드층(23a)의 위에 마련되고, p형 클래드층(23a)에 직접 접해 있다. p형 클래드층(23a) 및 p형 클래드층(23b)은, 예컨대 p형의 GaN, InGaN, AlGaN, 또는 InAlGaN 등으로 이루어질 수 있다. 또한, p형 클래드층(23a) 및 p형 클래드층(23b) 대신에, 단일층의 p형 클래드층(23)이 이용되어도 좋다. p형 클래드층(23)은, 예컨대 p형의 GaN, InGaN, AlGaN, 또는 InAlGaN 등으로 이루어질 수 있다.
p형 Ⅲ족 질화물 반도체 영역(19)은, 예컨대 컨택트층(25a) 및 컨택트층(25b)을 더 포함할 수 있다. 컨택트층(25a)은, p형 클래드층(23b)의 위에 마련되고, p형 클래드층(23b)에 직접 접해 있다. 컨택트층(25b)은, 컨택트층(25a)의 위에 마련되고, 컨택트층(25a)에 직접 접해 있다.
컨택트층(25a)과 컨택트층(25b)은, p형의 동일한 질화갈륨계 반도체로 이루어지고, 예컨대 p형의 GaN으로 이루어질 수 있다. GaN은, 이원 화합물인 질화갈륨계 반도체이기 때문에, 컨택트층(25a) 및 컨택트층(25b)이 GaN으로 이루어지는 경우에는, 양호한 결정 품질을 제공할 수 있다.
컨택트층(25a)의 p형 도펀트의 농도는, 컨택트층(25b)의 p형 도펀트의 농도보다 낮다. 전극(37)에 직접 접해 있지 않은 컨택트층(25a)의 p형 도펀트의 농도가 비교적 낮기 때문에, 결정성이 비교적 양호하며, 따라서 캐리어 농도도 비교적 높다. 전극(37)에 직접 접해 있는 컨택트층(25b)의 p형 도펀트의 농도가 비교적 높기 때문에, 전극(37)과의 접촉(JC)에서의 접촉 저항은 저하된다. 컨택트층(25a)의 밴드갭은 p형 클래드층(23b)의 밴드갭보다 작다. 따라서, 컨택트층(25a)이 컨택트층(25a)보다 큰 밴드갭을 갖는 p형 클래드층(23b)의 위에 마련되기 때문에, 컨택트층(25a)을 통한 캐리어 이동이 양호해진다.
또한, 질화갈륨계 반도체 레이저 소자(11)는, 보다 상세하게는 하기의 구성을 갖는다. n측 광가이드층(29)과 활성층(27)의 계면(J1)은, c축을 따라 연장되는 기준축(Cx)에 직교하는 면(Sc)으로부터 m축 방향으로 경사져 있으며, 특히 63도 이상 80도 미만의 경사각(θ)으로 경사져 있을 수 있다.
기판(13)의 주면(13a)의 위에, n형 질화갈륨계 반도체층(15a), n형 클래드층(15b), n형 질화갈륨계 반도체층(15c), n측 광가이드층(29), 활성층(27), p측 광가이드층(31), p형 질화갈륨계 반도체층(21), p형 클래드층(23a), p형 클래드층(23b)[또는, p형 클래드층(23a) 및 p형 클래드층(23b) 대신에 p형 클래드층(23)], 컨택트층(25a) 및 컨택트층(25b)이 순서대로 마련되어 있다. 기판(13)의 주면(13a)은, c축을 따라 연장되는 기준축(Cx)에 직교하는 면(Sc)으로부터 m축 방향으로 63도 이상 80도 미만의 경사각(θ)으로 경사져 있다. n측 광가이드층(29)과 활성층(27)의 계면(J1)이, c축을 따라 연장되는 기준축(Cx)에 직교하는 면(Sc)으로부터 m축 방향으로 63도 이상 80도 미만의 경사각(θ)으로 경사져 있기 때문에, 녹색 영역의 발광에 이용할 수 있다.
n형 클래드층(15b)은 InxAlyGa1 -x-yN(0<x<0.05, 0<y<0.20)이고, p형 클래드층(23a), p형 클래드층(23b) 및 p형 클래드층(23)은 모두, InxAlyGa1 -x-yN(0≤x<0.05, 0<y<0.20)이다.
n측 광가이드층(29) 및 p측 광가이드층(31)의 인듐(In)의 조성은 모두, 2％ 이상 6％ 이하이지만, 2％ 이상 5％ 이하일 수 있고, 더 나아가 2％ 이상 4.5％ 이하일 수 있다. n측 광가이드층(29) 및 p측 광가이드층(31)의 인듐(In)의 조성이 높을수록, n형 클래드층(15b), p형 클래드층(23a), p형 클래드층(23b), p형 클래드층(23)과의 굴절률차가 현저해지지만, 결정이 취약해진다. 기판(13)의 주면(13a)이, c축을 따라 연장되는 기준축(Cx)에 직교하는 면(Sc)으로부터 m축 방향으로 63도 이상 80도 미만의 경사각(θ)으로 경사져 있는 경우, 인듐(In)의 조성이 6％를 넘으면 전위의 발생이 현저해진다. n측 광가이드층(29) 및 p측 광가이드층(31)과, n형 클래드층(15b), p형 클래드층(23a), p형 클래드층(23b), p형 클래드층(23)의 굴절률차를 충분히 얻기 위해, n측 광가이드층(29) 및 p측 광가이드층(31)의 인듐(In)의 조성을, 특히 2％ 이상 6％ 이하로 할 수 있다. 따라서, 광가이드층과 클래드층의 굴절률차가 충분히 얻어지며 결정의 강성도 충분히 확보할 수 있다.
n측 광가이드층(29)의 막 두께(L1)는, n측 광가이드층(29)의 막 두께(L1)와 p측 광가이드층(31)의 막 두께(L2)의 합계의 65％ 이상 85％ 이하의 범위에 있다. 또한, n측 광가이드층(29)의 막 두께(L1)와 p측 광가이드층(31)의 막 두께(L2)의 합계는, 예컨대 240 ㎚ 이상 280 ㎚ 이하로 할 수 있으며, 특히 260 ㎚ 정도로 할 수 있다.
n형 질화갈륨계 반도체 영역(15)에 있어서, n형 도펀트는 예컨대 실리콘(Si)이며, n형 도펀트의 도펀트 농도는 5×1017 ㎝-3 정도이다. n형 도펀트의 도펀트 농도가, 이 값(5×1017 ㎝-3)을 하회하면, 비교적 큰 전기적 저항이 생긴다. p형 Ⅲ족 질화물 반도체 영역(19)에 있어서, p형 도펀트는 예컨대 마그네슘(Mg)이며, p형 도펀트의 도펀트 농도는 3×1018 ㎝-3 정도이다. p형 도펀트의 도펀트 농도가, 이 값(3×1018 ㎝-3)을 하회하면, 비교적 큰 전기적 저항이 생긴다.
n측 광가이드층(29)의 흡수 계수는 6 ㎝-1 정도이며, p측 광가이드층(31)의 흡수 계수는 1 ㎝-1 정도이고, p형 질화갈륨계 반도체층(21)의 흡수 계수는 30 ㎝-1 정도이다. 에피택셜층의 흡수 계수는, 예컨대 분광 타원법에 의해 측정할 수 있다.
p측 광가이드층(31)(p측 광가이드층(31)이, 언도프의 InGaN층과, 이 언도프의 InGaN층의 위에 마련된 p형 도펀트를 포함하는 InGaN층을 포함하는 2층 구조를 갖는 경우에는, 언도프의 InGaN층)은, p형 도펀트의 마그네슘(Mg)이 활성층에 확산되는 것을 방지할 수 있다. 마그네슘(Mg)의 확산 방지에 필요한 p측 광가이드층(31)의 막 두께(L2)[p측 광가이드층(31)이, 언도프의 InGaN층과, 이 언도프의 InGaN층의 위에 마련된 p형 도펀트를 포함하는 InGaN층을 포함하는 2층 구조를 갖는 경우에는, 언도프의 InGaN층의 막 두께]는 0.075 ㎛ 정도이며, p측 광가이드층(31)의 막 두께(L2)[p측 광가이드층(31)이, 언도프의 InGaN층과, 이 언도프의 InGaN층의 위에 마련된 p형 도펀트를 포함하는 InGaN층을 포함하는 2층 구조를 갖는 경우에는, 언도프의 InGaN층의 막 두께]가, 이 값(0.075 ㎛)을 넘으면, p측 광가이드층(31)은 비교적 높은 전기적 저항을 갖는다.
이상 설명한 구성을 갖는 질화갈륨계 반도체 레이저 소자(11)에서는, n측의 광가이드층 및 p측의 광가이드층에 의한 광의 흡수량의 총량을 저감시킴으로써, 질화갈륨계 반도체 레이저 소자의 임계치 전류를 저감할 수 있다.
본 실시형태에 따른 질화갈륨계 반도체 레이저 소자(11)에 있어서, n측 광가이드층(29)의 막 두께(L1)가, n측 광가이드층(29)의 막 두께(L1)와 p측 광가이드층(31)의 막 두께(L2)의 합계의 65％ 이상 85％ 이하의 범위에 있기 때문에, n측 광가이드층(29) 및 p측 광가이드층(31)에 의한 광의 흡수량의 총량을 저감할 수 있고, 따라서 질화갈륨계 반도체 레이저 소자(11)의 임계치 전류를 저감할 수 있는 것이 발견되었다. n형 반도체보다 p형 반도체 쪽이 광의 흡수 계수가 크기 때문에, n형 층의 비율을 크게 함으로써 도파로 전체의 광의 흡수량을 저하시킬 수 있다. 또한, 후술하는 실시예 1[도 4의 (a)부에 나타내는 구성]에서는, p형 반도체에 포함되는 Mg가 활성층에까지 확산되는 것을 막기 위해 언도프층을 75 ㎚ 마련하고 있지만, 예컨대 n측 가이드층과 p측 가이드층의 막 두께가 같은 경우의 가이드 구조는 「n 도핑층 129 ㎚/활성층 3 ㎚/언도프층 75 ㎚/p 도핑층 55 ㎚」가 되고, 이 p 도핑층의 막 두께를 저감한(0으로 함) 만큼 n 도핑층의 막 두께를 늘린 구조를 실시예 1[도 4의 (a)부에 나타내는 구성]로 하고 있다. 이에 의해 광의 흡수량을 저감할 수 있다.
또한, n측 광가이드층(29)의 막 두께(L1)가, p측 광가이드층(31)의 막 두께(L2)보다 클수록, 활성층(27)의 위치의 어긋남이 커져(n측과 p측이 현저하게 비대칭이 됨), 활성층(27)을 통과하는 광의 비율이 감소하지만, 본 실시형태에 따른 질화갈륨계 반도체 레이저 소자(11)와 같이, n측 광가이드층(29)의 막 두께(L1)가, n측 광가이드층(29)의 막 두께(L1)와 p측 광가이드층(31)의 막 두께(L2)의 합계의 65％ 이상 85％ 이하의 범위에 있으면, 상기 n측과 p측 사이의 비대칭성에 의한 광의 손실을 적합하게 억제할 수 있는 것이 발견되었다.
또한, 클래드층 및 광가이드층의 각각의 인듐(In)의 조성과, 발진 파장에 의해, 클래드층과 광가이드의 굴절률차가 변하지만, 본 실시형태에 따른 질화갈륨계 반도체 레이저 소자(11)의 발진 파장 및 인듐(In)의 조성이면, 광의 손실을 적합하게 억제할 수 있는 것이 발견되었다.
질화갈륨계 반도체 레이저 소자(11)는, 전극(37) 및 절연막(39)을 더 구비한다. 기판(13), n형 질화갈륨계 반도체 영역(15), 발광층(17) 및 p형 Ⅲ족 질화물 반도체 영역(19)의 위에는, 전극(37)(예컨대, 애노드)과, 컨택트층(25b)을 덮는 절연막(39)이 마련되어 있다. 전극(37)은, 컨택트층(25b)의 위에 마련되며, 절연막(39)의 개구(39a)를 통해 컨택트층(25b)에 직접 접해 있다. 컨택트층(25b)과 전극(37)은, 개구(39a)를 통해 접촉(JC)을 이룬다. 전극(37)은, 예컨대 Pd, Au, 또는, Ni/Au(Ni 및 Au) 등으로 이루어진다. 따라서, 이러한 재료의 전극(37)에 의해, 컨택트층(25b)과 양호한 접촉이 실현된다.
또한, 질화갈륨계 반도체 레이저 소자(11)는, 전극(41)(예컨대, 캐소드)을 구비한다. 전극(41)은, 기판(13)의 이면(13b)의 위에 마련되고, 이면(13b)에 직접 접해 있다. 전극(41)은, 예컨대 Ti/Al 등으로 이루어진다.
도 1의 (b)부에 나타내는 바와 같이, 질화갈륨계 반도체 레이저 소자(11)의 에피택셜 기판(EP)은, 질화갈륨계 반도체 레이저 소자(11)의 상기 각 반도체층에 대응하는 반도체층(반도체막)을 포함하며, 대응하는 반도체층에는, 질화갈륨계 반도체 레이저 소자(11)를 위한 설명이 들어맞는다.
도 2는 본 실시형태에 따른 질화갈륨계 반도체 레이저 소자의 제조 방법의 주요한 공정을 나타내는 도면이다. 도 3은 본 실시형태에 따른 질화갈륨계 반도체 레이저 소자의 제조 방법의 주요한 공정에서의 생산물을 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 2에 나타내는 공정 흐름에 따라, 유기 금속 기상 성장법에 의해, 발광 소자의 구조의 에피택셜 기판(EP)과 질화갈륨계 반도체 레이저 소자(11)를 제조하였다. 에피택셜 성장을 위한 원료로서, 트리메틸갈륨(TMG), 트리메틸인듐(TMI), 트리메틸알루미늄(TMA), 암모니아(NH3), 실란(SiH4), 및 비스시클로펜타디에닐마그네슘(Cp2Mg)을 이용하였다.
공정 S101에서는, 질화갈륨계 반도체로 이루어지는 주면[도 3의 (a)부에 나타내는 주면(51a)]을 갖는 기판[도 3의 (a)부에 나타내는 기판(51)]을 준비한다. 이 기판(51)[기판(13)에 대응]의 주면(51a)[주면(13a)에 대응]의 법선축[법선축(Ax)]은, 질화갈륨계 반도체의 c축을 따라 연장되는 기준축[기준축(Cx)]에 대하여 63도 이상 80도 미만의 범위의 경사각[경사각(θ)에 대응]을 갖는다. 기판(51)의 주면(51a)은, 예컨대 육방정계 GaN에 있어서 m축 방향으로 c면으로부터 75도의 각도로 경사진 {20-21}면일 수 있다. 주면(51a)은 경면 연마되어 있다.
다음에, 기판(51)의 주면(51a) 위에 이하의 조건으로 에피택셜 성장을 행한다. 우선, 공정 S102에서는, 기판(51)을 성장로(10) 내에 설치한다. 성장로(10) 내에는, 예컨대 석영 플로우 채널 등의 석영제의 지그가 배치되어 있다. 필요한 경우에는, 섭씨 1050도 정도의 온도 및 27 ㎪ 정도의 노 내 압력에 있어서, NH3과 H2를 포함하는 열처리 가스를 성장로(10)에 공급하면서, 10분간 정도, 열처리를 행한다. 이 열처리에 의해, 주면(51a) 등에서 표면 개질이 일어난다.
이 열처리 후에, 공정 S103에서는, 기판(51)의 주면(51a)의 위에 질화갈륨계 반도체층을 에피택셜 성장시켜 에피택셜 기판(EP)을 형성한다. 분위기 가스는, 예컨대 질소 및/또는 수소를 포함할 수 있다. 공정 S103은, 하기 공정 S104, 공정 S105 및 공정 S110을 포함한다.
도 3의 (a)부에 나타내는 바와 같이, 공정 S104에서는, Ⅲ족 구성 원소 및 V족 구성 원소를 위한 원료, 및 n형 도펀트를 포함하는 원료 가스 및 분위기 가스를 성장로(10)에 공급하여, n형 질화갈륨계 반도체 영역(53)[n형 질화갈륨계 반도체 영역(15)에 대응]을, 기판(51)의 주면(51a)의 위에서 에피택셜 성장시켜 형성한다. n형 질화갈륨계 반도체 영역(53)의 주면(53a)의 경사각은, 기판(51)의 주면(51a)의 경사각[경사각(θ)]에 대응하고 있다.
n형 질화갈륨계 반도체 영역(53)은, 1 또는 복수의 Ⅲ족 질화물 반도체층을 포함할 수 있다. 본 실시형태에서는, 예컨대 이하의 Ⅲ족 질화물 반도체층[Si 도프 질화갈륨계 반도체층(55a), Si 도프 질화갈륨계 반도체 클래드층(55b), Si 도프 질화갈륨계 반도체층(55c)]이 순서대로 성장된다.
섭씨 950도 정도에 있어서, 예컨대 TMG, NH3, SiH4, 및 질소 및/또는 수소를 성장로(10)에 공급하여, Si 도프 질화갈륨계 반도체층(55a)[n형 질화갈륨계 반도체층(15a)에 대응]을 성장시켜 형성한다. 이 경우, Si 도프 질화갈륨계 반도체층(55a)은, n형의 GaN으로 이루어질 수 있다.
이어서, 섭씨 870도 정도의 기판 온도에서, 예컨대 TMG, TMI, TMA, NH3, SiH4 및 질소를 성장로(10)에 공급하여, Si 도프 질화갈륨계 반도체 클래드층(55b)[n형 클래드층(15b)에 대응]을 성장시켜 형성한다. 이 경우, Si 도프 질화갈륨계 반도체 클래드층(55b)은, n형의 InAlGaN으로 이루어질 수 있다.
그 후에, 섭씨 1050도 정도에 있어서, 예컨대 TMG, NH3, SiH4, 및 질소 및/또는 수소를 성장로(10)에 공급하여, Si 도프 질화갈륨계 반도체층(55c)[n형 질화갈륨계 반도체층(15c)에 대응]을 성장시켜 형성한다. 환원성을 갖는 수소 분위기에서는 성장로(10) 내의 지그나 지그의 부착물로부터 산소가 이탈되기 쉬워진다. 이상과 같이 하여, Si 도프 질화갈륨계 반도체층(55a), Si 도프 질화갈륨계 반도체 클래드층(55b), 및 Si 도프 질화갈륨계 반도체층(55c)이, 기판(51)의 주면(51a)의 위에 순차 형성된다.
Si 도프 질화갈륨계 반도체층(55a)의 막 두께는 1.1 ㎛ 정도이다. Si 도프 질화갈륨계 반도체 클래드층(55b)의 막 두께는 1.2 ㎛ 정도이다. Si 도프 질화갈륨계 반도체층(55c)의 막 두께는 0.250 ㎛ 정도이다.
공정 S105에서는, 도 3의 (b)부에 나타내는 바와 같이, 발광층(57)[발광층(17)에 대응]을, n형 질화갈륨계 반도체 영역(53)의 주면(53a)의 위에서 에피택셜 성장시켜 형성한다. 공정 S105는, 하기 공정 S106∼공정 S109를 포함한다.
공정 S106에서는, 섭씨 840도 정도의 기판 온도에서, 예컨대 TMG, TMI, NH3, SiH4 및 질소를 성장로(10)에 공급하여, n형의 광가이드층(59a)[n측 광가이드층(29)에 대응]을 주면(53a)의 위에 성장시켜 형성한다. 이 경우, 광가이드층(59a)은, 인듐(In)을 함유하는 n형의 InGaN으로 이루어질 수 있다. 광가이드층(59a)의 막 두께(L3)는 0.184 ㎛ 정도이다.
이어서, 공정 S107 및 공정 S108에 있어서, 활성층(59b)[활성층(27)에 대응]을 광가이드층(59a)의 위에서 성장시켜 형성한다. 공정 S107에서는, 예컨대 TMG, TMI, NH3 및 분위기 가스인 질소를 성장로(10)에 공급하여, 장벽층(61a)[장벽층(35)에 대응]을 성장시켜 형성한다. 이 경우, 장벽층(61a)은, 언도프의 InGaN으로 이루어질 수 있다. 장벽층(61a)의 두께는 15 ㎚ 정도이다.
장벽층(61a)의 성장 후에, 성장을 중단하여, 장벽층의 성장 온도로부터 우물층의 성장 온도로 기판 온도를 변경한다. 기판 온도의 변경 후의 공정 S108에서는, 예컨대 TMG, TMI, NH3 및 분위기 가스인 질소를 성장로(10)에 공급하여, 우물층(61b)[우물층(33)에 대응]을 성장시켜 형성한다. 이 경우, 우물층(61b)은, 언도프의 InGaN으로 이루어질 수 있다. 우물층(61b)의 두께는 3 ㎚ 정도이다.
필요한 경우에는, 장벽층의 성장, 온도 변경, 우물층의 성장을 반복할 수 있다. 본 실시형태에 있어서, 활성층(59b)의 양자 우물 구조는, 1층의 우물층(61b)을 포함하는 단일 양자 우물 구조, 또는 복수(예컨대 3층)의 우물층(61b)을 포함하는 다중 양자 우물 구조이다.
공정 S109에서는, 섭씨 840도 정도의 기판 온도에서, 예컨대 TMG, TMI, NH3 및 분위기 가스인 질소를 성장로(10)에 공급하여, p측의 광가이드층(59c)[p측 광가이드층(31)에 대응]을 활성층(59b)의 주면(59b-1)의 위에 성장시켜 형성한다. 이 경우, 광가이드층(59c)은, 인듐(In)을 함유하는 언도프의 InGaN으로 이루어질 수 있다. 발광층(57)의 주면(57a) 및 활성층(59b)의 주면(59b-1)의 경사각은 모두, 기판(51)의 주면(51a)의 경사각[경사각(θ)]에 대응하고 있다. 광가이드층(59c)의 막 두께(L4)는 0.075 ㎛ 정도이다. 또한, p측의 광가이드층(59c)은, 언도프의 InGaN층과, 이 언도프의 InGaN층의 위에 마련되는 p형 도펀트를 포함하는 InGaN층을 포함하는 2층 구조를 가질 수 있다. 이와 같이 p측의 광가이드층(59c)이 2층 구조를 갖는 경우, 언도프의 InGaN층은, 활성층(59b)의 주면(59b-1)에 접하며, 언도프의 InGaN층의 막 두께는 0.075 ㎛ 정도이고, p형 도펀트를 포함하는 InGaN층의 막 두께는 0.025 ㎛ 정도이다.
광가이드층(59a)의 막 두께(L3)가 0.184 ㎛ 정도인 경우, 광가이드층(59a)의 막 두께(L3)(0.184 ㎛ 정도)와 광가이드층(59c)의 막 두께(L4)(0.075 ㎛ 정도)의 합계가 0.259 ㎛ 정도가 되기 때문에, 광가이드층(59a)의 막 두께(L3)는, 광가이드층(59a)의 막 두께(L3)와 광가이드층(59c)의 막 두께(L4)의 합계의 71％ 정도의 막 두께이다.
광가이드층(59a)의 막 두께(L3)가 0.150 ㎛ 정도인 경우, 광가이드층(59a)의 막 두께(L3)(0.150 ㎛ 정도)와 광가이드층(59c)의 막 두께(L4)(0.075 ㎛ 정도)의 합계가 0.225 ㎛ 정도가 되기 때문에, 광가이드층(59a)의 막 두께(L3)는, 광가이드층(59a)의 막 두께(L3)와 광가이드층(59c)의 막 두께(L4)의 합계의 67％ 정도의 막 두께이다.
공정 S110에서는, 도 3의 (c)부에 나타내는 바와 같이, Ⅲ족 원료, V족 원료, 및 p형 도펀트를 포함하는 원료 가스 및 분위기 가스를 성장로(10)에 공급하여, p형 Ⅲ족 질화물 반도체 영역(63)[p형 Ⅲ족 질화물 반도체 영역(19)에 대응]을, 발광층(57)의 주면(57a)의 위에서 에피택셜 성장시켜 형성한다. p형 Ⅲ족 질화물 반도체 영역(63)의 주면(63a)의 경사각은, 기판(51)의 주면(51a)의 경사각[경사각(θ)]에 대응하고 있다.
p형 Ⅲ족 질화물 반도체 영역(63)은, 1 또는 복수의 Ⅲ족 질화물 반도체층을 포함할 수 있다. 본 실시예에서는, 이하의 Ⅲ족 질화물 반도체층[Mg 도프 질화갈륨계 반도체층(65a), Mg 도프 질화갈륨계 반도체 클래드층(65ba), Mg 도프 질화갈륨계 반도체 클래드층(65bb), Mg 도프 질화갈륨계 반도체 컨택트층(65c), Mg 도프 질화갈륨계 반도체 컨택트층(65d)]이 순서대로 성장된다.
예컨대, 발광층(57)의 성장 후에, TMG의 공급을 정지하여, 기판 온도를 상승시킨다. 섭씨 900도 정도에서, 예컨대 TMG, NH3, Cp2Mg 및 분위기 가스를 성장로(10)에 공급하여, Mg 도프 질화갈륨계 반도체층(65a)[p형 질화갈륨계 반도체층(21)에 대응]을 발광층(57)의 주면(57a)의 위에 성장시켜 형성한다. 이 경우, Mg 도프 질화갈륨계 반도체층(65a)은, p형의 GaN으로 이루어질 수 있다. Mg 도프 질화갈륨계 반도체층(65a)의 성장에 있어서, 분위기 가스로서 질소가 공급될 수 있다.
또한, Mg 도프 질화갈륨계 반도체층(65a)의 성장 전에, 언도프의 GaN층을 광가이드층(59c)의 위[발광층(57)의 주면(57a)의 위]에 성장시켜도 좋다. 이 경우, Mg 도프 질화갈륨계 반도체층(65a)은, 이 언도프의 GaN층의 위에 형성된다.
그리고, 섭씨 870도 정도의 기판 온도에서, 예컨대 TMG, TMI, TMA, NH3, Cp2Mg 및 질소를 성장로(10)에 공급하여, Mg 도프 질화갈륨계 반도체 클래드층(65ba)[p형 클래드층(23a)에 대응]을 Mg 도프 질화갈륨계 반도체층(65a)의 위에서 성장시켜 형성하고, 그리고 Mg 도프 질화갈륨계 반도체 클래드층(65ba)의 성장 후에, 예컨대 TMG, TMI, TMA의 공급량을 변경하여, Mg 도프 질화갈륨계 반도체 클래드층(65bb)[p형 클래드층(23b)에 대응]을 Mg 도프 질화갈륨계 반도체 클래드층(65bb)의 위에서 성장시켜 형성한다. 이 경우, Mg 도프 질화갈륨계 반도체 클래드층(65ba) 및 Mg 도프 질화갈륨계 반도체 클래드층(65bb)은 모두, p형의 InAlGaN으로 이루어질 수 있다.
또한, Mg 도프 질화갈륨계 반도체층(65a)의 성장 후에, Mg 도프 질화갈륨계 반도체 클래드층(65ba) 및 Mg 도프 질화갈륨계 반도체 클래드층(65bb)의 2층의 클래드층의 형성 대신에, 단일층의 Mg 도프 질화갈륨계 반도체 클래드층(65b)[p형 클래드층(23)에 대응]을 Mg 도프 질화갈륨계 반도체층(65a)의 위에서 성장시켜 형성하여도 좋다. Mg 도프 질화갈륨계 반도체 클래드층(65b)은, Mg 도프 질화갈륨계 반도체 클래드층(65ba) 및 Mg 도프 질화갈륨계 반도체 클래드층(65bb)과 마찬가지로, p형의 InAlGaN으로 이루어질 수 있다.
Mg 도프 질화갈륨계 반도체 클래드층(65bb)[또는 Mg 도프 질화갈륨계 반도체 클래드층(65b)]의 성장 후, Mg 도프 질화갈륨계 반도체 컨택트층(65c)[컨택트층(25a)에 대응]을 Mg 도프 질화갈륨계 반도체 클래드층(65bb)[또는 Mg 도프 질화갈륨계 반도체 클래드층(65b)]의 위에서 에피택셜 성장시켜 형성하고, 그리고 Mg 도프 질화갈륨계 반도체 컨택트층(65c)을 성장시킨 후에, p형 도펀트의 공급량을 변경하여, Mg 도프 질화갈륨계 반도체 컨택트층(65d)[컨택트층(25b)에 대응]을 Mg 도프 질화갈륨계 반도체 컨택트층(65c)의 위에서 에피택셜 성장시켜 형성한다.
우선, 섭씨 900도 정도에서, 예컨대 TMG, NH3, Cp2Mg 및 분위기 가스를 성장로(10)에 공급하여, Mg 도프 질화갈륨계 반도체 컨택트층(65c)을 성장시켜 형성한다. 이 경우, Mg 도프 질화갈륨계 반도체 컨택트층(65c)은, p형의 GaN으로 이루어질 수 있다. Mg 도프 질화갈륨계 반도체 컨택트층(65c)의 Mg 농도는, 예컨대 1×1019 ㎝-3 정도이다. Mg 도프 질화갈륨계 반도체 컨택트층(65c)의 성장이 종료되면, p형 도펀트(Mg)의 공급량을, 예컨대 1 sc㎝에서 500 sc㎝으로 전환한 후에, 섭씨 900도 정도에서, 예컨대 TMG, NH3, Cp2Mg 및 분위기 가스를 성장로(10)에 공급하여, Mg 도프 질화갈륨계 반도체 컨택트층(65d)을 성장시켜 형성한다. 이 경우, Mg 도프 질화갈륨계 반도체 컨택트층(65d)은, p형의 GaN으로 이루어질 수 있다. Mg 도프 질화갈륨계 반도체 컨택트층(65d)의 Mg 농도는, 예컨대 5×1020 ㎝-3 정도이다.
Mg 도프 질화갈륨계 반도체 컨택트층(65d)의 성장 시에 공급되는 Mg의 공급량은, Mg 도프 질화갈륨계 반도체 컨택트층(65c)의 성장 시에 공급되는 Mg의 공급량보다 많아도 좋다. 이 경우, p형 도펀트(Mg)의 농도는, Mg 도프 질화갈륨계 반도체 컨택트층(65c)보다 Mg 도프 질화갈륨계 반도체 컨택트층(65d) 쪽이 높다. 또한, Mg 도프 질화갈륨계 반도체 컨택트층(65c) 및 Mg 도프 질화갈륨계 반도체 컨택트층(65d)의 성장에 있어서, 분위기 가스로서 질소가 공급될 수 있다.
Mg 도프 질화갈륨계 반도체 컨택트층(65c) 및 Mg 도프 질화갈륨계 반도체 컨택트층(65d)의 성장 온도는, 섭씨 1000도 정도의 동일 온도여도 좋다. Mg 도프 질화갈륨계 반도체 컨택트층(65c) 및 Mg 도프 질화갈륨계 반도체 컨택트층(65d)의 성장 온도는, 활성층(59b)의 성장 온도보다 높을 수 있다. Mg 도프 질화갈륨계 반도체 컨택트층(65c) 및 Mg 도프 질화갈륨계 반도체 컨택트층(65d)의 성장 온도와 활성층(59b)의 성장 온도의 차는, 예컨대 섭씨 150도 이상 섭씨 300도 이하의 범위에 있을 수 있다. 성장 온도의 차가 상기 차보다 작으면, Mg 도프 질화갈륨계 반도체 컨택트층(65c) 및 Mg 도프 질화갈륨계 반도체 컨택트층(65d)의 성장 온도가 낮아지기 때문에 전기 특성이 저하된다. 성장 온도의 차가 상기 차보다 크면, 활성층(59b)이 받는 열손상이 증가하기 때문에 발광 효율이 저하된다.
Mg 도프 질화갈륨계 반도체층(65a)의 막 두께는 0.200 ㎛ 정도이다. Mg 도프 질화갈륨계 반도체 클래드층(65ba)의 막 두께는 0.20 ㎛ 정도이다. Mg 도프 질화갈륨계 반도체 클래드층(65bb)의 막 두께는 0.20 ㎛ 정도이다. Mg 도프 질화갈륨계 반도체 클래드층(65b)의 막 두께는 0.40 ㎛ 정도이다. Mg 도프 질화갈륨계 반도체 컨택트층(65c)의 막 두께는 0.040 ㎛ 정도이다. Mg 도프 질화갈륨계 반도체 컨택트층(65d)의 막 두께는 0.010 ㎛ 정도이다. 이상 설명한 공정 S101∼공정 S110 후에, 에피택셜 기판(EP1)이 형성된다. 에피택셜 기판(EP1)의 표면 거칠기는, 한 변이 10 ㎛인 정사각형의 범위에서 1 ㎚ 이하의 산술 평균 거칠기를 갖는다.
공정 S111에서는, 에피택셜 기판(EP1)의 위에[특히, Mg 도프 질화갈륨계 반도체 컨택트층(65d)의 위에] 전극을 형성한다. 전극의 형성은 이하와 같이 행해진다. 예컨대, Mg 도프 질화갈륨계 반도체 컨택트층(65d)의 위에 Ni/Au 또는 Pd 등의 금속의 전극[전극(37)에 대응]을 형성하며, 에피택셜 기판(EP1)의 이면에 Ti/Al 등의 금속의 전극[전극(41)에 대응]을 형성한다. 전극의 형성에 앞서, 에피택셜 기판(EP1)을 가공하여 릿지 구조를 형성할 수 있다. 공정 S111에 의해, 에피택셜 기판(EP)이 형성된다. 그리고, 벽개에 의해 에피택셜 기판(EP)으로부터 레이저 바를 형성하고, 이 레이저 바의 공진기 단부면에, 유전체 다층막(예컨대 SiO2/TiO2)으로 이루어지는 반사막을 성막한 후에, 질화갈륨계 반도체 레이저 소자(11)로 분리한다.
(실시예 1) 도 4의 (a)부에 나타내는 소자 구조의 레이저 다이오드[질화갈륨계 반도체 레이저 소자(11)에 대응]를 제조하였다. 질화갈륨계 반도체의 주면을 갖는 GaN 기판을 준비하고, 유기 금속 기상 성장법을 이용하여, 이 GaN 기판의 주면 상에서, 질화갈륨계 반도체의 에피택셜 적층을 형성하였다. 우선, 제1 n-GaN층을, GaN 기판의 주면의 위에서 1.1 ㎛ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하였다. 그리고, 제1 n-GaN층의 형성 후에, 제1 n-GaN층의 위에, n형 클래드층으로서 n-InAlGaN층[인듐(In)의 조성이 0.03 정도이며, 알루미늄(Al)의 조성이 0.14 정도]을 1.2 ㎛ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하였다.
다음에, n-InAlGaN층의 위에, 제2 n-GaN층을 0.250 ㎛ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하였다. 다음에, 제2 n-GaN층의 위에, n측의 광가이드층으로서 n-InGaN층[인듐(In)의 조성은 0.025 정도]을 0.184 ㎛ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하였다.
다음에, n-InGaN층의 위에, 활성층으로서 언도프의 ud-InGaN층[인듐(In)의 조성은 0.255 정도]을 3 ㎚ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하였다. 다음에, 활성층의 위에, p측의 광가이드층으로서 언도프의 ud-InGaN층[인듐(In)의 조성은 0.025 정도]을, 0.075 ㎛ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하였다. 다음에, p측의 광가이드층으로서의 언도프의 ud-InGaN층의 위에, p-GaN층을 0.200 ㎛ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하였다.
다음에, p-GaN층의 위에, p형 클래드층으로서, 제1 및 제2 p-InAlGaN층을 형성하였다. 우선, p-GaN층의 위에, 제1 p-InAlGaN층[인듐(In)의 조성은 0.03 정도이며, 알루미늄(Al)의 조성은 0.14 정도]을 0.20 ㎛ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하고, 그 후에 원료의 공급량을 변경하여, 제1 p-InAlGaN층의 위에, 제2 p-InAlGaN층[인듐(In)의 조성은 0.015 정도이며, 알루미늄(Al)의 조성은 0.07 정도]을 0.20 ㎛ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하였다.
다음에, p형 클래드층의 위(특히, 제2 p-InAlGaN층의 위)에, 제1 p+-GaN층과 p형 도펀트 농도가 동등 이상인 제2 p+-GaN층으로 이루어지는 컨택트층을 형성하였다. 우선, 제2 p-InAlGaN층의 위에, 제1 p+-GaN층을 0.040 ㎛ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하고, 이 후, 이 제1 p+-GaN층의 위에, 이 제1 p+-GaN층보다 p형 도펀트 농도가 높은 제2 p+-GaN층을 0.010 ㎛ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하였다. 이상과 같이 하여, GaN 기판의 주면 상에서, 질화갈륨계 반도체의 에피택셜 적층을 형성하였다.
(실시예 2) 도 4의 (b)부에 나타내는 소자 구조의 레이저 다이오드[질화갈륨계 반도체 레이저 소자(11)에 대응]를 제조하였다. 질화갈륨계 반도체의 주면을 갖는 GaN 기판을 준비하고, 유기 금속 기상 성장법을 이용하여, 이 GaN 기판의 주면 상에서, 질화갈륨계 반도체의 에피택셜 적층을 형성하였다. 우선, 제1 n-GaN층을, GaN 기판의 주면의 위에서 1.1 ㎛ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하였다. 그리고, 제1 n-GaN층의 형성 후에, 제1 n-GaN층의 위에, n형 클래드층으로서 n-InAlGaN층[인듐(In)의 조성이 0.02 정도이며, 알루미늄(Al)의 조성이 0.09 정도]을 1.2 ㎛ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하였다.
다음에, n-InAlGaN층의 위에, 제2 n-GaN층을 0.250 ㎛ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하였다. 다음에, 제2 n-GaN층의 위에, n측의 광가이드층으로서 n-InGaN층[인듐(In)의 조성은 0.035 정도]을 0.184 ㎛ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하였다.
다음에, n-InGaN층의 위에, 활성층으로서 언도프의 ud-InGaN층[인듐(In)의 조성은 0.255 정도]을 3 ㎚ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하였다. 다음에, 활성층의 위에, p측의 광가이드층으로서 언도프의 ud-InGaN층[인듐(In)의 조성은 0.025 정도]을, 0.075 ㎛ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하였다. 다음에, p측의 광가이드층으로서의 언도프의 ud-InGaN층의 위에, p-GaN층을 0.200 ㎛ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하였다. 다음에, p-GaN층의 위에, p형 클래드층으로서 p-InAlGaN층[인듐(In)의 조성은 0.02 정도이며, 알루미늄(Al)의 조성은 0.09 정도]을 0.40 ㎛ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하였다.
다음에, p형 클래드층의 위(특히, 제2 p-InAlGaN층의 위)에, 제1 p+-GaN층과 p형 도펀트 농도가 동등 이상인 제2 p+-GaN층으로 이루어지는 컨택트층을 형성하였다. 우선, 제2 p-InAlGaN층의 위에, 제1 p+-GaN층을 0.040 ㎛ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하고, 그 후에 이 제1 p+-GaN층의 위에, 이 제1 p+-GaN층보다 p형 도펀트 농도가 높은 제2 p+-GaN층을 0.010 ㎛ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하였다. 이상과 같이 하여, GaN 기판의 주면 상에서, 질화갈륨계 반도체의 에피택셜 적층을 형성하였다.
(실시예 3) 도 4의 (c)부에 나타내는 소자 구조의 레이저 다이오드[질화갈륨계 반도체 레이저 소자(11)에 대응]를 제조하였다. 질화갈륨계 반도체의 주면을 갖는 GaN 기판을 준비하고, 유기 금속 기상 성장법을 이용하여, 이 GaN 기판의 주면 상에서, 질화갈륨계 반도체의 에피택셜 적층을 형성하였다. 우선, 제1 n-GaN층을, GaN 기판의 주면의 위에서 1.1 ㎛ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하였다. 그리고, 제1 n-GaN층의 형성의 후에, 제1 n-GaN층의 위에, n형 클래드층으로서 n-InAlGaN층[인듐(In)의 조성이 0.02 정도이며, 알루미늄(Al)의 조성이 0.09 정도]을 1.2 ㎛ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하였다.
다음에, n-InAlGaN층의 위에, 제2 n-GaN층을 0.250 ㎛ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하였다. 다음에, 제2 n-GaN층의 위에, n측의 광가이드층으로서 n-InGaN층[인듐(In)의 조성은 0.03 정도]을 0.150 ㎛ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하였다. 다음에, n-InGaN층의 위에, 활성층으로서 언도프의 ud-InGaN층[인듐(In)의 조성은 0.255 정도]을 3 ㎚ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하였다.
다음에, 활성층의 위에, p측의 광가이드층으로서 언도프의 ud-InGaN층[인듐(In)의 조성은 0.03 정도]을, 0.075 ㎛ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하였다. 다음에, p측의 광가이드층으로서의 언도프의 ud-InGaN층의 위에, p-GaN층을 0.200 ㎛ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하였다.
다음에, p-GaN층의 위에, p형 클래드층으로서 p-InAlGaN층[인듐(In)의 조성은 0.02 정도이며, 알루미늄(Al)의 조성은 0.09 정도]을 0.40 ㎛ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하였다.
다음에, p형 클래드층의 위(특히, 제2 p-InAlGaN층의 위)에, 제1 p+-GaN층과 p형 도펀트 농도가 동등 이상인 제2 p+-GaN층으로 이루어지는 컨택트층을 형성하였다. 우선, 제2 p-InAlGaN층의 위에, 제1 p+-GaN층을 0.040 ㎛ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하고, 이 후, 이 제1 p+-GaN층의 위에, 이 제1 p+-GaN층보다 p형 도펀트 농도가 높은 제2 p+-GaN층을 0.010 ㎛ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하였다. 이상과 같이 하여, GaN 기판의 주면 상에서, 질화갈륨계 반도체의 에피택셜 적층을 형성하였다.
(실시예 4) 도 5의 (a)부에 나타내는 소자 구조의 레이저 다이오드[질화갈륨계 반도체 레이저 소자(11)에 대응]를 제조하였다. 질화갈륨계 반도체의 주면을 갖는 GaN 기판을 준비하고, 유기 금속 기상 성장법을 이용하여, 이 GaN 기판의 주면 상에서, 질화갈륨계 반도체의 에피택셜 적층을 형성하였다. 우선, 제1 n-GaN층을, GaN 기판의 주면의 위에서 1.1 ㎛ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하였다. 그리고, 제1 n-GaN층의 형성 후에, 제1 n-GaN층의 위에, n형 클래드층으로서 n-InAlGaN층[인듐(In)의 조성이 0.02 정도이며, 알루미늄(Al)의 조성이 0.09 정도]을 1.2 ㎛ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하였다.
다음에, n-InAlGaN층의 위에, 제2 n-GaN층을 0.250 ㎛ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하였다. 다음에, 제2 n-GaN층의 위에, n측의 광가이드층으로서 n-InGaN층[인듐(In)의 조성은 0.045 정도]을 0.190 ㎛ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하였다. 다음에, n-InGaN층의 위에, 활성층으로서 언도프의 ud-InGaN층[인듐(In)의 조성은 0.255 정도]을 3 ㎚ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하였다.
다음에, 활성층의 위에, p측의 광가이드층으로서 언도프의 ud-InGaN층[인듐(In)의 조성은 0.02 정도]을, 0.075 ㎛ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하였다. 다음에, 이 언도프의 ud-InGaN층의 위에, p측의 광가이드층으로서 p-InGaN층[인듐(In)의 조성은 0.02 정도]을, 0.025 ㎛ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하였다. 다음에, p측의 광가이드층으로서의 p-InGaN층의 위에, p-GaN층을 0.200 ㎛ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하였다.
다음에, p-GaN층의 위에, p형 클래드층으로서 p-InAlGaN층[인듐(In)의 조성은 0.015 정도이며, 알루미늄(Al)의 조성은 0.07 정도]을 0.40 ㎛ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하였다.
다음에, p형 클래드층의 위(특히, 제2 p-InAlGaN층의 위)에, 제1 p+-GaN층과 p형 도펀트 농도가 동등 이상인 제2 p+-GaN층으로 이루어지는 컨택트층을 형성하였다. 우선, 제2 p-InAlGaN층의 위에, 제1 p+-GaN층을 0.040 ㎛ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하고, 그 후에 이 제1 p+-GaN층의 위에, 이 제1 p+-GaN층보다 p형 도펀트 농도가 높은 제2 p+-GaN층을 0.010 ㎛ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하였다. 이상과 같이 하여, GaN 기판의 주면 상에서, 질화갈륨계 반도체의 에피택셜 적층을 형성하였다.
(실시예 5) 도 5의 (b)부에 나타내는 소자 구조의 레이저 다이오드[질화갈륨계 반도체 레이저 소자(11)에 대응]를 제조하였다. 질화갈륨계 반도체의 주면을 갖는 GaN 기판을 준비하고, 유기 금속 기상 성장법을 이용하여, 이 GaN 기판의 주면 상에서, 질화갈륨계 반도체의 에피택셜 적층을 형성하였다. 우선, 제1 n-GaN층을, GaN 기판의 주면의 위에서 1.1 ㎛ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하였다. 그리고, 제1 n-GaN층의 형성 후에, 제1 n-GaN층의 위에, n형 클래드층으로서 n-InAlGaN층[인듐(In)의 조성이 0.02 정도이며, 알루미늄(Al)의 조성이 0.09 정도]을 1.2 ㎛ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하였다.
다음에, n-InAlGaN층의 위에, 제2 n-GaN층을 0.250 ㎛ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하였다. 다음에, 제2 n-GaN층의 위에, n측의 광가이드층으로서 n-InGaN층[인듐(In)의 조성은 0.06 정도]을 0.150 ㎛ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하였다. 다음에, n-InGaN층의 위에, 활성층으로서 언도프의 ud-InGaN층[인듐(In)의 조성은 0.255 정도]을 3 ㎚ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하였다.
다음에, 활성층의 위에, p측의 광가이드층으로서 언도프의 ud-InGaN층[인듐(In)의 조성은 0.02 정도]을, 0.075 ㎛ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하였다. 다음에, p측의 광가이드층으로서의 언도프의 ud-InGaN층의 위에, p-GaN층을 0.200 ㎛ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하였다.
다음에, p-GaN층의 위에, p형 클래드층으로서 p-InAlGaN층[인듐(In)의 조성은 0.015 정도이며, 알루미늄(Al)의 조성은 0.07 정도]을 0.40 ㎛ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하였다.
다음에, p형 클래드층의 위(특히, 제2 p-InAlGaN층의 위)에, 제1 p+-GaN층과 p형 도펀트 농도가 동등 이상인 제2 p+-GaN층으로 이루어지는 컨택트층을 형성하였다. 우선, 제2 p-InAlGaN층의 위에, 제1 p+-GaN층을 0.040 ㎛ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하고, 그 후에 이 제1 p+-GaN층의 위에, 이 제1 p+-GaN층보다 p형 도펀트 농도가 높은 제2 p+-GaN층을 0.010 ㎛ 정도만큼 에피택셜 성장시켜 형성하였다. 이상과 같이 하여, GaN 기판의 주면 상에서, 질화갈륨계 반도체의 에피택셜 적층을 형성하였다.
실시예 1∼실시예 5의 각각에 있어서, 활성층의 발진 파장은 400 ㎚ 이상 550 ㎚ 이하이지만, 480 ㎚ 이상 550 ㎚ 이하일 수 있고, 더 나아가 510 ㎚ 이상 540 ㎚ 이하일 수 있다.
실시예 1∼실시예 5의 각각에 있어서, 활성층은, 단일의 양자 우물층을 포함하는 단일 양자 우물 구조를 갖거나, 또는 복수의 양자 우물층과 복수의 장벽층을 포함하는 다중 양자 우물 구조를 갖는다.
실시예 1∼실시예 5의 각각에 있어서, n측의 광가이드층(n-InGaN층)과 활성층의 계면은, c축을 따라 연장되는 기준축에 직교하는 면으로부터 m축 방향으로 경사져 있으며, 특히 63도 이상 80도 미만의 각도로 경사져 있을 수 있다.
실시예 1∼실시예 5의 각각에 있어서, GaN 기판의 주면의 위에, n형 클래드층, n-GaN층, n측의 광가이드층, 활성층, p측의 광가이드층, p-GaN층 및 p형 클래드층이 순서대로 마련되어 있다. 실시예 1∼실시예 5의 각각에 있어서, GaN 기판의 주면은, c축을 따라 연장되는 기준축에 직교하는 면으로부터 m축 방향으로 63도 이상 80도 미만의 각도로 경사져 있다. n측의 광가이드층(n-InGaN층)과 활성층의 계면이, c축을 따라 연장되는 기준축에 직교하는 면으로부터 m축 방향으로 63도 이상 80도 미만의 각도로 경사져 있기 때문에, 녹색 영역의 발광에 이용할 수 있다.
실시예 1∼실시예 5의 각각에 있어서, n형 클래드층은 모두, InxAlyGa1 -x-yN(0<x<0.05, 0<y<0.20)이고, p형 클래드층은 모두, InxAlyGa1 -x-yN(0≤x<0.05, 0<y<0.20)이다.
실시예 1∼실시예 5의 각각에 있어서, n측 및 p측의 광가이드층의 인듐(In)의 조성은 모두, 2％ 이상 6％ 이하이지만, 2％ 이상 5％ 이하일 수 있고, 더 나아가 2％ 이상 4.5％ 이하일 수 있다. n측 및 p측의 광가이드층의 인듐(In)의 조성이 높을수록, n형 클래드층 및 p형 클래드층과의 굴절률차가 현저해지지만, 결정이 취약해진다. GaN 기판의 주면이, c축을 따라 연장되는 기준축에 직교하는 면으로부터 m축 방향으로 63도 이상 80도 미만의 각도로 경사져 있는 경우, 인듐(In)의 조성이 6％를 넘으면 전위의 발생이 현저해진다. 실시예 1∼실시예 5의 각각에서는, n측 및 p측의 광가이드층과 n형 클래드층 및 p형 클래드층의 굴절률차를 충분히 얻기 위해, n측 및 p측의 광가이드층의 인듐(In)의 조성을, 특히 2％ 이상 6％ 이하로 할 수 있다. 따라서, 광가이드층과 클래드층의 굴절률차가 충분히 얻어지며 결정의 강성도 충분히 확보할 수 있다.
실시예 1∼실시예 5의 각각에 있어서, n측의 광가이드층의 막 두께는, n측의 광가이드층의 막 두께와 p측의 광가이드층의 막 두께의 합계의 65％ 이상 85％ 이하의 범위에 있다. 예컨대, 실시예 1 및 실시예 2의 경우, n측의 광가이드층의 막 두께는, n측의 광가이드층의 막 두께와 p측의 광가이드층의 막 두께의 합계의 71％ 정도이다. 실시예 3의 경우, n측의 광가이드층의 막 두께는, n측의 광가이드층의 막 두께와 p측의 광가이드층의 막 두께의 합계의 67％ 정도이다.
실시예 1∼실시예 5의 각각에 있어서, n형 도펀트는 예컨대 실리콘(Si)이며, n형 도펀트의 도펀트 농도는, 5×1017 ㎝-3 정도이다. n형 도펀트의 도펀트 농도가, 이 값(5×1017 ㎝-3)을 하회하면, 비교적 큰 전기적 저항이 생긴다.
실시예 1∼실시예 5의 각각에 있어서, p형 도펀트는 예컨대 마그네슘(Mg)이며, p형 도펀트의 도펀트 농도는, 3×1018 ㎝-3 정도이다. p형 도펀트의 도펀트 농도가, 이 값(3×1018 ㎝-3)을 하회하면, 비교적 큰 전기적 저항이 생긴다.
실시예 1∼실시예 5의 각각에 있어서, n측의 광가이드층으로서의 n-InGaN층의 흡수 계수는 6 ㎝-1 정도이며, p측의 광가이드층으로서의 ud-InGaN층의 흡수 계수는 1 ㎝-1 정도이고, p-GaN층의 흡수 계수는 30 ㎝-1 정도였다. 에피택셜층의 흡수 계수는, 예컨대 분광 타원법에 의해 측정할 수 있다.
실시예 1∼실시예 5의 각각에 있어서, p측의 광가이드층으로서의 ud-InGaN층은, p형 도펀트의 마그네슘(Mg)이 활성층에 확산되는 것을 방지할 수 있다. 마그네슘(Mg)의 확산 방지에 필요한 p측의 광가이드층으로서의 ud-InGaN층의 막 두께는 0.075 ㎛ 정도이며, p측의 광가이드층으로서의 ud-InGaN층의 막 두께가, 이 값(0.075 ㎛)을 넘으면, p측의 광가이드층으로서의 ud-InGaN층은, 비교적 높은 전기적 저항을 갖는다.
실시예 1∼실시예 5의 각각에 있어서, 에피택셜 적층의 위에는, 폭 10 ㎛ 정도의 스트라이프창을 갖는 절연막(예컨대 SiO2막)을 웨트 에칭에 의해 형성하고, Pd로 이루어지는 애노드 전극(p측의 전극) 및 패드 전극을 증착에 의해 형성하였다. 그 후에, 이면에는, Al로 이루어지는 캐소드 전극(n측의 전극) 및 패드 전극을 증착에 의해 형성하였다. 이와 같이 제작된 실시예 1∼실시예 3의 각각에서의 기판 생산물을, 600 ㎛ 정도의 간격으로, 할단(割斷)을 행하여 분리하여, 레이저 바를 제작하고, 레이저 바의 공진기 단부면에, 유전체 다층막으로 이루어지는 반사막을 성막하였다. 할단면은, {20-21}면 및 {11-20}면에 대하여 수직인 면이다. 유전체 다층막은, 예컨대 SiO2/TiO2로 이루어진다. 전단면의 반사율은 80％ 정도이며, 후단면의 반사율은 95％ 정도이다.
실시예 1에 따른 레이저 다이오드 및 실시예 2에 따른 레이저 다이오드에 있어서, 전체 InGaN층(n측 및 p측의 광가이드층)의 막 두께의 합계에 차지하는 n-InGaN층(n측의 광가이드층)의 막 두께의 비율과, 임계치 전류(Jth)(A/㎠)의 관계를 도 6에 나타낸다. 도 6의 그래프 G1은, 실시예 1에 따른 레이저 다이오드에 있어서, 전체 InGaN층(n측 및 p측의 광가이드층)의 막 두께를 일정(예컨대 250 ㎚ 정도)하게 한 뒤에 n-InGaN층(n측의 광가이드층)의 막 두께를 변화시킨 경우에, 전체 InGaN층의 막 두께에 차지하는 n-InGaN층의 막 두께의 비율과, 임계치 전류의 관계를 나타낸다. 도 6의 그래프 G2는, 실시예 2에 따른 레이저 다이오드에 있어서, 전체 InGaN층(n측 및 p측의 광가이드층)의 막 두께를 일정(예컨대 250 ㎚ 정도)하게 한 뒤에 n-InGaN층(n측의 광가이드층)의 막 두께를 변화시킨 경우에, 전체 InGaN층의 막 두께에 차지하는 n-InGaN층의 막 두께의 비율과, 임계치 전류의 관계를 나타낸다. 그래프 G1, G2를 참조하면, n-InGaN층의 인듐(In)의 조성이, 2.5％(실시예 1) 및 3.5％(실시예 2) 중 어느 것이어도, 전체 InGaN층의 막 두께에 차지하는 n-InGaN층의 막 두께의 비율이 0.65 이상 0.85 이하(65％ 이상 85％ 이하)의 범위에 있는 경우에, 임계치 전류가 비교적 작은 것을 알 수 있다.
도 7에 나타내는 바와 같이, n-InGaN층(n측의 광가이드층)의 막 두께가, ud-InGaN층(p측의 광가이드층)의 막 두께보다 클수록, 활성층의 위치의 어긋남이 커져(n측과 p측이 현저하게 비대칭이 됨), 활성층을 통과하는 광의 비율(Γwell) 및 도파로를 통과하는 광의 감쇠율(αint)이 감소한다. 여기서, 예컨대 강도 Int의 광이 도파로를 k(㎝) 진행한 경우, 이 광의 강도는 Int×eα int ×k와 같이 감쇠된다["e"는, 자연 대수의 밑(Napier constant)임]. 그러나, 실시예 1 및 실시예 2와 같이, n-InGaN층(n측의 광가이드층)의 막 두께가, n-InGaN층(n측의 광가이드층)의 막 두께와 ud-InGaN층(p측의 광가이드층)의 막 두께의 합계의 65％ 이상 85％ 이하의 범위에 있으면, 도 6에 나타내는 바와 같이, 상기 n측과 p측 사이의 비대칭성에 의한 광의 손실을 적합하게 억제할 수 있는 것이 발견되었다. 도 7에 나타내는 결과는, 실시예 1에 있어서, ud-InGaN층(p측의 광가이드층)의 막 두께를 일정하게 한 뒤에, n-InGaN층(n측의 광가이드층)의 막 두께를 변화시켜 얻어진 Γwell(％) 및 αint(㎝-1)의 측정 결과이다. 도파로의 내부 손실(αint)은, 예컨대 하키-파올리법(Hakki-Paoli method)에 의해 측정할 수 있다. 도파로의 위치는, 도 1의 (a)부에 나타내는 개구부(39a)의 밑에 위치한다.
이상, 실시형태에 있어서 본 발명의 원리를 도시하여 설명하여 왔지만, 본 발명은, 이와 같은 원리로부터 일탈하는 일없이 배치 및 상세에 있어서 변경될 수 있는 것은, 당업자에게 인식되어 있다. 본 발명은, 본 실시형태에 개시된 특정 구성에 한정되는 것이 아니다. 따라서, 특허청구의 범위 및 그 정신의 범위에서 오는 모든 수정 및 변경에 권리를 청구한다.
산업상 이용가능성
임계치 전류가 저감되는 질화갈륨계 반도체 레이저 소자 및 질화갈륨계 반도체 레이저 소자의 제조 방법이다.
10 : 성장로 11 : 질화갈륨계 반도체 레이저 소자
13 : 기판 13a : 주면
13b : 이면 15 : n형 질화갈륨계 반도체 영역
15a : n형 질화갈륨계 반도체층 15b : n형 클래드층
15c : n형 질화갈륨계 반도체층 17 : 발광층
19 : p형 Ⅲ족 질화물 반도체 영역 21 : p형 질화갈륨계 반도체층
23 : p형 클래드층 23a : p형 클래드층
23b : p형 클래드층 25a : 컨택트층
25b : 컨택트층 27 : 활성층
29 : n측 광가이드층 31 : p측 광가이드층
33 : 우물층 35 : 장벽층
37 : 전극 39 : 절연막
39a : 개구 41 : 전극
51 : 기판 51a : 주면
53 : n형 질화갈륨계 반도체 영역 53a : 주면
55a : Si 도프 질화갈륨계 반도체층
55b : Si 도프 질화갈륨계 반도체 클래드층
55c : Si 도프 질화갈륨계 반도체층 57 : 발광층
57a : 주면 59a : 광가이드층
59b : 활성층 59b-1 : 주면
59c : 광가이드층 61a : 장벽층
61b : 우물층 63 : p형 Ⅲ족 질화물 반도체 영역
63a : 주면 65a : Mg 도프 질화갈륨계 반도체층
65b : Mg 도프 질화갈륨계 반도체 클래드층
65ba : Mg 도프 질화갈륨계 반도체 클래드층
65bb : Mg 도프 질화갈륨계 반도체 클래드층
65c : Mg 도프 질화갈륨계 반도체 컨택트층
65d : Mg 도프 질화갈륨계 반도체 컨택트층
Ax : 법선축 CR : 결정 좌표계
Cx : 기준축 EP : 에피택셜 기판
EP1 : 에피택셜 기판 J1 : 계면
JC : 접촉 S : 좌표계
Sc : 면 VC : c축부 벡터
VN : 법선 벡터.

Claims (26)

  1. 질화갈륨계 반도체 레이저 소자로서,
    n형의 질화갈륨계 반도체의 n형 클래드층과,
    상기 n형 클래드층의 위에 마련된 질화갈륨계 반도체의 제1 광가이드층과,
    상기 제1 광가이드층의 위에 마련된 질화갈륨계 반도체의 활성층과,
    상기 활성층의 위에 마련된 질화갈륨계 반도체의 제2 광가이드층과,
    상기 제2 광가이드층의 위에 마련된 p형의 질화갈륨계 반도체의 p형 클래드층
    을 구비하고,
    상기 활성층의 발진 파장은 400 ㎚ 이상 550 ㎚ 이하이며,
    상기 제1 및 제2 광가이드층은 모두, 인듐을 함유하고,
    상기 제1 및 제2 광가이드층의 인듐의 조성은 모두, 2％ 이상 6％ 이하이며,
    상기 제1 광가이드층의 막 두께는, 상기 제1 광가이드층의 막 두께와 상기 제2 광가이드층의 막 두께의 합계의 65％ 이상 85％ 이하의 범위에 있고,
    상기 제1 광가이드층 및 상기 제2 광가이드층은 상기 활성층에 접해 있는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 반도체 레이저 소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 n형 클래드층은,
    InxAlyGa1 -x-yN(0<x<0.05, 0<y<0.20)이고,
    상기 p형 클래드층은,
    InxAlyGa1 -x-yN(0≤x<0.05, 0<y<0.20)인 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 반도체 레이저 소자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 활성층은, 단일의 양자 우물층을 포함하는 단일 양자 우물 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 반도체 레이저 소자.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 활성층은, 복수의 양자 우물층과 복수의 장벽층을 포함하는 다중 양자 우물 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 반도체 레이저 소자.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 광가이드층과 상기 활성층의 계면은, c축을 따라 연장되는 기준축에 직교하는 면으로부터 m축 방향으로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 반도체 레이저 소자.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1 광가이드층과 상기 활성층의 계면은, 상기 기준축에 직교하는 면으로부터 m축 방향으로 63도 이상 80도 미만의 각도로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 반도체 레이저 소자.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 질화갈륨계 반도체의 주면을 갖는 기판을 더 구비하고,
    상기 주면의 위에, 상기 n형 클래드층, 상기 제1 광가이드층, 상기 활성층, 상기 제2 광가이드층 및 상기 p형 클래드층이 순서대로 마련되어 있으며,
    상기 주면은, 상기 기준축에 직교하는 면으로부터 m축 방향으로 63도 이상 80도 미만의 각도로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 반도체 레이저 소자.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 활성층의 발진 파장은 480 ㎚ 이상 550 ㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 반도체 레이저 소자.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 활성층의 발진 파장은 510 ㎚ 이상 540 ㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 반도체 레이저 소자.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 광가이드층의 인듐의 조성은 2％ 이상 5％ 이하인 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 반도체 레이저 소자.
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 광가이드층의 인듐의 조성은 2％ 이상 4.5％ 이하인 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 반도체 레이저 소자.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 광가이드층의 인듐의 조성은 2％ 이상 5％ 이하인 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 반도체 레이저 소자.
  13. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 광가이드층의 인듐의 조성은 2％ 이상 4.5％ 이하인 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 반도체 레이저 소자.
  14. 질화갈륨계 반도체 레이저 소자의 제조 방법으로서,
    n형의 질화갈륨계 반도체의 n형 클래드층을 형성하는 공정과,
    상기 n형 클래드층의 위에 질화갈륨계 반도체의 제1 광가이드층을 형성하는 공정과,
    상기 제1 광가이드층의 위에 질화갈륨계 반도체의 활성층을 형성하는 공정과,
    상기 활성층의 위에 질화갈륨계 반도체의 제2 광가이드층을 형성하는 공정과,
    상기 제2 광가이드층의 위에 p형의 질화갈륨계 반도체의 p형 클래드층을 형성하는 공정
    을 포함하고,
    상기 활성층의 발진 파장은 400 ㎚ 이상 550 ㎚ 이하이며,
    상기 제1 및 제2 광가이드층은 모두, 인듐을 함유하고,
    상기 제1 및 제2 광가이드층의 인듐의 조성은 모두, 2％ 이상 6％ 이하이며,
    상기 제1 광가이드층의 막 두께는, 상기 제1 광가이드층의 막 두께와 상기 제2 광가이드층의 막 두께의 합계의 65％ 이상 85％ 이하의 범위에 있고,
    상기 제1 광가이드층 및 상기 제2 광가이드층은 상기 활성층에 접해 있는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 반도체 레이저 소자의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 n형 클래드층은,
    InxAlyGa1 -x-yN(0<x<0.05, 0<y<0.20)이고,
    상기 p형 클래드층은,
    InxAlyGa1 -x-yN(0≤x<0.05, 0<y<0.20)인 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 반도체 레이저 소자의 제조 방법.
  16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 활성층은, 단일의 양자 우물층을 포함하는 단일 양자 우물 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 반도체 레이저 소자의 제조 방법.
  17. 제14항 또는 제15항에 있어서, 상기 활성층은, 복수의 양자 우물층과 복수의 장벽층을 포함하는 다중 양자 우물 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 반도체 레이저 소자의 제조 방법.
  18. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 광가이드층과 상기 활성층의 계면은, c축을 따라 연장되는 기준축에 직교하는 면으로부터 m축 방향으로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 반도체 레이저 소자의 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 제1 광가이드층과 상기 활성층의 계면은, 상기 기준축에 직교하는 면으로부터 m축 방향으로 63도 이상 80도 미만의 각도로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 반도체 레이저 소자의 제조 방법.
  20. 제18항 또는 제19항에 있어서, 질화갈륨계 반도체의 주면을 갖는 기판을 준비하는 공정을 더 포함하고,
    상기 기판의 주면의 위에, 상기 n형 클래드층, 상기 제1 광가이드층, 상기 활성층, 상기 제2 광가이드층 및 상기 p형 클래드층이 순서대로 마련되며,
    상기 주면은, 상기 기준축에 직교하는 면으로부터 m축 방향으로 63도 이상 80도 미만의 각도로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 반도체 레이저 소자의 제조 방법.
  21. 제14항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 활성층의 발진 파장은 480 ㎚ 이상 550 ㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 반도체 레이저 소자의 제조 방법.
  22. 제14항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 활성층의 발진 파장은 510 ㎚ 이상 540 ㎚ 이하인 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 반도체 레이저 소자의 제조 방법.
  23. 제14항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 광가이드층의 인듐의 조성은 2％ 이상 5％ 이하인 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 반도체 레이저 소자의 제조 방법.
  24. 제14항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 광가이드층의 인듐의 조성은 2％ 이상 4.5％ 이하인 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 반도체 레이저 소자의 제조 방법.
  25. 제14항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 광가이드층의 인듐의 조성은 2％ 이상 5％ 이하인 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 반도체 레이저 소자의 제조 방법.
  26. 제14항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 광가이드층의 인듐의 조성은 2％ 이상 4.5％ 이하인 것을 특징으로 하는 질화갈륨계 반도체 레이저 소자의 제조 방법.
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