JP2000261105A - Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体レーザ - Google Patents
Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体レーザInfo
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- H—ELECTRICITY
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Abstract
(57)【要約】
【課題】III族窒化物系化合物半導体レーザにおいて、
発振しきい値電流を小さくすること。 【解決手段】サファイア基板１、AlNバッファ層２、Si
ドープGaNのｎ層３、SiドープAl0.1Ga0.9Nのｎクラッド
層４、SiドープGaNのｎガイド層５、膜厚約35ÅのGaNの
バリア層６２と膜厚約35ÅのGa0.95In0.05Nの井戸層６
１のMQW構造の活性層６、MgドープGaNのｐガイド層７、
MgドープAl0.1Ga0.9Nのｐクラッド層８、MgドープGaNの
ｐコンタクト層９、Ni電極１０、及びAl電極１１から構
成される半導体レーザ１０１の、共振リッジ部Ａに接す
る正孔注入リッジ部ＢをNi電極１０の幅(w)に合わせ、
略同一の幅に形成する。Ni電極１０から注入された正孔
は高い電流密度で活性層６に注入され、レーザ発振しき
い値電流を小さくすることができる。ｐガイド層７をNi
電極１０の幅(w)に合わせて形成するとさらに効果的で
ある。
発振しきい値電流を小さくすること。 【解決手段】サファイア基板１、AlNバッファ層２、Si
ドープGaNのｎ層３、SiドープAl0.1Ga0.9Nのｎクラッド
層４、SiドープGaNのｎガイド層５、膜厚約35ÅのGaNの
バリア層６２と膜厚約35ÅのGa0.95In0.05Nの井戸層６
１のMQW構造の活性層６、MgドープGaNのｐガイド層７、
MgドープAl0.1Ga0.9Nのｐクラッド層８、MgドープGaNの
ｐコンタクト層９、Ni電極１０、及びAl電極１１から構
成される半導体レーザ１０１の、共振リッジ部Ａに接す
る正孔注入リッジ部ＢをNi電極１０の幅(w)に合わせ、
略同一の幅に形成する。Ni電極１０から注入された正孔
は高い電流密度で活性層６に注入され、レーザ発振しき
い値電流を小さくすることができる。ｐガイド層７をNi
電極１０の幅(w)に合わせて形成するとさらに効果的で
ある。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、III族窒化物系化
合物半導体レーザに関する。特に、共振器部分がリッジ
型のIII族窒化物系化合物半導体レーザに関する。
合物半導体レーザに関する。特に、共振器部分がリッジ
型のIII族窒化物系化合物半導体レーザに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、クラッド層、活性層等をIII族窒
化物系化合物半導体(AlxGayIn1-x-yN，0≦x≦1，0≦y≦
1，0≦x+y≦1)とした半導体レーザが知られている。そ
の半導体レーザは、サファイア基板上にIII族窒化物系
化合物半導体を順次積層成長させ、多重層の半導体素子
としたものである。この半導体素子の従来例を図５に示
す。
化物系化合物半導体(AlxGayIn1-x-yN，0≦x≦1，0≦y≦
1，0≦x+y≦1)とした半導体レーザが知られている。そ
の半導体レーザは、サファイア基板上にIII族窒化物系
化合物半導体を順次積層成長させ、多重層の半導体素子
としたものである。この半導体素子の従来例を図５に示
す。
【０００３】半導体レーザ９００は、サファイア基板９
１上に、順次バッファ層９２、ｎ層９３、ｎクラッド層
９４、ｎガイド層９５、量子多重井戸（ＭＱＷ）層から
成る活性層９６、ｐガイド層９７、ｐクラッド層９８、
ｐコンタクト層９９を積層し、例えばフォトレジストを
使用して図５のように共振器部分（共振リッジ部）Ａを
形成し、正電極９０１をｐコンタクト層９９上面に、負
電極９０２をｎ層９２のエッチング面に形成していた。
１上に、順次バッファ層９２、ｎ層９３、ｎクラッド層
９４、ｎガイド層９５、量子多重井戸（ＭＱＷ）層から
成る活性層９６、ｐガイド層９７、ｐクラッド層９８、
ｐコンタクト層９９を積層し、例えばフォトレジストを
使用して図５のように共振器部分（共振リッジ部）Ａを
形成し、正電極９０１をｐコンタクト層９９上面に、負
電極９０２をｎ層９２のエッチング面に形成していた。
【０００４】量子多重井戸（ＭＱＷ）層から成る活性層
９６はレーザ発振の主体となる半導体層であり、正電極
９０１、負電極９０２からそれぞれ注入されたキャリア
（正孔及び電子）がここで結合することにより発振が生
じる。ｎガイド層９５並びにｐガイド層９７は、活性層
９６へのキャリア注入を妨げないまま、活性層９６との
屈折率差によりレーザ光が活性層９６に留まるようにす
る機能を有する。また、ｎクラッド層９４並びにｐクラ
ッド層９８は、注入されたキャリア（正孔及び電子）が
ｎガイド層９５、活性層９６並びにｐガイド層９７の中
に留まるよう電位障壁の機能を有する。また、ｎ層９３
並びにｐコンタクト層９９は、それぞれ負電極９０２並
びに正電極９０１からのキャリアの素子層への注入が円
滑に行われるよう、設けられている半導体層である。
９６はレーザ発振の主体となる半導体層であり、正電極
９０１、負電極９０２からそれぞれ注入されたキャリア
（正孔及び電子）がここで結合することにより発振が生
じる。ｎガイド層９５並びにｐガイド層９７は、活性層
９６へのキャリア注入を妨げないまま、活性層９６との
屈折率差によりレーザ光が活性層９６に留まるようにす
る機能を有する。また、ｎクラッド層９４並びにｐクラ
ッド層９８は、注入されたキャリア（正孔及び電子）が
ｎガイド層９５、活性層９６並びにｐガイド層９７の中
に留まるよう電位障壁の機能を有する。また、ｎ層９３
並びにｐコンタクト層９９は、それぞれ負電極９０２並
びに正電極９０１からのキャリアの素子層への注入が円
滑に行われるよう、設けられている半導体層である。
【０００５】このIII族窒化物系化合物半導体から成る
半導体素子を効率良くレーザ発振させるため、例えば電
流狭窄の目的で電極の接触面積を小さくする（正電極９
０１の幅ｗを小さくする）などの手段が取られていた。
また、この際、電流狭窄のため、ｐクラッド層９８の中
央部付近の厚さまでエッチングし、共振リッジ部Ａの上
部を電極９０１の幅ｗに合わせて削った、キャリア注入
部（正孔注入リッジ部）Ｂを形成することも行われてい
た（図６）。
半導体素子を効率良くレーザ発振させるため、例えば電
流狭窄の目的で電極の接触面積を小さくする（正電極９
０１の幅ｗを小さくする）などの手段が取られていた。
また、この際、電流狭窄のため、ｐクラッド層９８の中
央部付近の厚さまでエッチングし、共振リッジ部Ａの上
部を電極９０１の幅ｗに合わせて削った、キャリア注入
部（正孔注入リッジ部）Ｂを形成することも行われてい
た（図６）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】ところがこのように正
孔注入リッジ部Ｂを形成しても、レーザ発振のしきい値
電流を低減することができなかった。そこで本発明者ら
はこれらの原因が図６に示すように、ｐクラッド層９８
の、正孔注入リッジ部Ｂから発振リッジ部Ａへ正孔h+が
伝導する際、正孔h+が正孔注入リッジ部Ｂの幅（正電極
９０１の幅ｗ）よりも横方向に拡散して電流密度が小さ
くなるためであり、エッチングによりさらに深い正孔注
入リッジ部Ｂを形成することにより問題が解決できるも
のと考え、本発明を完成した。
孔注入リッジ部Ｂを形成しても、レーザ発振のしきい値
電流を低減することができなかった。そこで本発明者ら
はこれらの原因が図６に示すように、ｐクラッド層９８
の、正孔注入リッジ部Ｂから発振リッジ部Ａへ正孔h+が
伝導する際、正孔h+が正孔注入リッジ部Ｂの幅（正電極
９０１の幅ｗ）よりも横方向に拡散して電流密度が小さ
くなるためであり、エッチングによりさらに深い正孔注
入リッジ部Ｂを形成することにより問題が解決できるも
のと考え、本発明を完成した。
【０００７】よって本発明は、リッジ型のIII族窒化物
系化合物半導体レーザにおいて、発振しきい値を低減さ
せることを目的とする。また、他の目的は共振リッジ部
と外部の実効屈折率差を大きくすることである。
系化合物半導体レーザにおいて、発振しきい値を低減さ
せることを目的とする。また、他の目的は共振リッジ部
と外部の実効屈折率差を大きくすることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、請求項１に記載の手段によれば、基板上にIII族窒
化物系化合物半導体から成る複数の層を形成し、共振器
部分を残してその周辺部を除去し、共振器を形成したII
I族窒化物系化合物半導体レーザにおいて、レーザ発振
の主体たる活性層と、活性層に接して設けられた第１及
び第２のガイド層と、活性層とは反対側に第１のガイド
層と接して設けられたクラッド層と、ガイド層とは反対
側にクラッド層と接して設けられたコンタクト層と、コ
ンタクト層に形成された電極とを有し、電極の幅を残し
てコンタクト層及びクラッド層の略全部を除去すること
により共振器部分に接してキャリア注入部が形成された
ことを特徴とする。
め、請求項１に記載の手段によれば、基板上にIII族窒
化物系化合物半導体から成る複数の層を形成し、共振器
部分を残してその周辺部を除去し、共振器を形成したII
I族窒化物系化合物半導体レーザにおいて、レーザ発振
の主体たる活性層と、活性層に接して設けられた第１及
び第２のガイド層と、活性層とは反対側に第１のガイド
層と接して設けられたクラッド層と、ガイド層とは反対
側にクラッド層と接して設けられたコンタクト層と、コ
ンタクト層に形成された電極とを有し、電極の幅を残し
てコンタクト層及びクラッド層の略全部を除去すること
により共振器部分に接してキャリア注入部が形成された
ことを特徴とする。
【０００９】また、請求項２に記載の手段によれば、基
板上にIII族窒化物系化合物半導体から成る複数の層を
形成し、共振器部分を残してその周辺部を除去し、共振
器を形成したIII族窒化物系化合物半導体レーザにおい
て、レーザ発振の主体たる活性層と、活性層に接して設
けられた第１及び第２のガイド層と、活性層とは反対側
に第１のガイド層と接して設けられたクラッド層と、第
１のガイド層とは反対側にクラッド層と接して設けられ
たコンタクト層と、コンタクト層に形成された電極とを
有し、電極の幅を残してコンタクト層及びクラッド層の
略全部と第１のガイド層の少なくとも一部を除去するこ
とにより共振器部分に接してキャリア注入部が形成され
たことを特徴とする。
板上にIII族窒化物系化合物半導体から成る複数の層を
形成し、共振器部分を残してその周辺部を除去し、共振
器を形成したIII族窒化物系化合物半導体レーザにおい
て、レーザ発振の主体たる活性層と、活性層に接して設
けられた第１及び第２のガイド層と、活性層とは反対側
に第１のガイド層と接して設けられたクラッド層と、第
１のガイド層とは反対側にクラッド層と接して設けられ
たコンタクト層と、コンタクト層に形成された電極とを
有し、電極の幅を残してコンタクト層及びクラッド層の
略全部と第１のガイド層の少なくとも一部を除去するこ
とにより共振器部分に接してキャリア注入部が形成され
たことを特徴とする。
【００１０】更に、請求項３に記載の手段によれば、請
求項１又は請求項２に記載のIII族窒化物系化合物半導
体レーザにおいて、正電極側のIII族窒化物系化合物半
導体からなるコンタクト層及びクラッド層の略全部、或
いは加えて第１のガイド層の少なくとも一部を除去する
ことを特徴とする。
求項１又は請求項２に記載のIII族窒化物系化合物半導
体レーザにおいて、正電極側のIII族窒化物系化合物半
導体からなるコンタクト層及びクラッド層の略全部、或
いは加えて第１のガイド層の少なくとも一部を除去する
ことを特徴とする。
【００１１】
【作用及び発明の効果】リッジ型レーザにおいて、リッ
ジの電極幅にあわせて、その電極側のコンタクト層及び
クラッド層の略全部除去しキャリア注入部分を形成する
ことで、より高い電流密度でキャリアが活性層に供給さ
れる。また、リッジの電極幅にあわせて、その電極側の
コンタクト層及びクラッド層の略全部に加えて同じ側の
ガイド層の少なくとも一部を除去すれば更に高い電流密
度でキャリアが活性層に供給される。III族窒化物系化
合物半導体レーザにおいては正極側からエッチングする
ことが多いので、正極側のコンタクト層及びクラッド
層、或いは加えて正極側のガイド層を削る電極側を正極
側とすると、少数キャリアである正孔の電流密度を高く
することができ、更に効果が高い。
ジの電極幅にあわせて、その電極側のコンタクト層及び
クラッド層の略全部除去しキャリア注入部分を形成する
ことで、より高い電流密度でキャリアが活性層に供給さ
れる。また、リッジの電極幅にあわせて、その電極側の
コンタクト層及びクラッド層の略全部に加えて同じ側の
ガイド層の少なくとも一部を除去すれば更に高い電流密
度でキャリアが活性層に供給される。III族窒化物系化
合物半導体レーザにおいては正極側からエッチングする
ことが多いので、正極側のコンタクト層及びクラッド
層、或いは加えて正極側のガイド層を削る電極側を正極
側とすると、少数キャリアである正孔の電流密度を高く
することができ、更に効果が高い。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明を具体的な実施例に
基づいて説明する。尚、本発明は下記実施例に限定され
るものではない。尚、図１から図３において、同種のII
I族窒化物系化合物半導体から成る層には同一の符号が
付されている。
基づいて説明する。尚、本発明は下記実施例に限定され
るものではない。尚、図１から図３において、同種のII
I族窒化物系化合物半導体から成る層には同一の符号が
付されている。
【００１３】図１の（ａ）及び図２は、それぞれ、本発
明の具体的な実施例に係る半導体レーザ１０１及び１０
２の構成を示した模式的断面図である。図１の（ｂ）
は、半導体レーザ１０１の模式的斜視図である。
明の具体的な実施例に係る半導体レーザ１０１及び１０
２の構成を示した模式的断面図である。図１の（ｂ）
は、半導体レーザ１０１の模式的斜視図である。
【００１４】半導体レーザ１０１及び１０２は、サファ
イア基板１を有しており、そのサファイア基板１上に50
nmのAlNバッファ層２が形成されている。尚、バッファ
層としてはGaN、或いはAlGaNでも良い。そのバッファ層
２の上には、順に、膜厚約4.0μm、電子密度1×1018cm
-3、シリコン(Si)ドープGaNから成るｎ層３、膜厚500n
m、電子密度1×1018cm-3、シリコン(Si)ドープAl0.1Ga
0.9Nから成るｎクラッド層４、膜厚100nm、電子密度1×
1018cm-3のシリコン(Si)ドープGaNからなるｎガイド層
５、膜厚約35ÅのGaNから成るバリア層６２と膜厚約35
ÅのGa0.95In0.05Nから成る井戸層６１とが交互に積層
された多重量子井戸構造(MQW)の活性層６が形成されて
いる。そして、その活性層６の上に、膜厚100nm、ホー
ル密度5×1017cm-3のマグネシウム(Mg)ドープGaNから成
るｐガイド層７、膜厚500nm、ホール密度5×1017cm-3、
マグネシウム(Mg)ドープAl0.1Ga0.9Nから成るｐクラッ
ド層８、膜厚200nm、ホール密度5×1017cm-3、マグネシ
ウム(Mg)ドープGaNから成るｐコンタクト層９が形成さ
れている。そして、ｐコンタクト層９上に幅5μmのニッ
ケル(Ni)電極１０が形成されている。又、ｎ層３上には
アルミニウム(Al)から成る電極１１が形成されている。
イア基板１を有しており、そのサファイア基板１上に50
nmのAlNバッファ層２が形成されている。尚、バッファ
層としてはGaN、或いはAlGaNでも良い。そのバッファ層
２の上には、順に、膜厚約4.0μm、電子密度1×1018cm
-3、シリコン(Si)ドープGaNから成るｎ層３、膜厚500n
m、電子密度1×1018cm-3、シリコン(Si)ドープAl0.1Ga
0.9Nから成るｎクラッド層４、膜厚100nm、電子密度1×
1018cm-3のシリコン(Si)ドープGaNからなるｎガイド層
５、膜厚約35ÅのGaNから成るバリア層６２と膜厚約35
ÅのGa0.95In0.05Nから成る井戸層６１とが交互に積層
された多重量子井戸構造(MQW)の活性層６が形成されて
いる。そして、その活性層６の上に、膜厚100nm、ホー
ル密度5×1017cm-3のマグネシウム(Mg)ドープGaNから成
るｐガイド層７、膜厚500nm、ホール密度5×1017cm-3、
マグネシウム(Mg)ドープAl0.1Ga0.9Nから成るｐクラッ
ド層８、膜厚200nm、ホール密度5×1017cm-3、マグネシ
ウム(Mg)ドープGaNから成るｐコンタクト層９が形成さ
れている。そして、ｐコンタクト層９上に幅5μmのニッ
ケル(Ni)電極１０が形成されている。又、ｎ層３上には
アルミニウム(Al)から成る電極１１が形成されている。
【００１５】半導体レーザ１０１及び１０２の共振リッ
ジ部Ａに接する正孔注入リッジ部ＢはNi電極１０の幅
（ｗ）5μmに合わせ、略同一の幅5μmに形成されてい
る。半導体レーザ１０１では、正孔注入リッジ部ＢはNi
電極１０、ｐコンタクト層９及びｐクラッド層８から成
り、共振リッジ部Ａにはｐクラッド層８が無い。半導体
レーザ１０２では、正孔注入リッジ部ＢはNi電極１０、
ｐコンタクト層９、ｐクラッド層８及びｐガイド層７の
うち50nm厚から成り、共振リッジ部Ａにもｐガイド層７
が50nm厚有る。
ジ部Ａに接する正孔注入リッジ部ＢはNi電極１０の幅
（ｗ）5μmに合わせ、略同一の幅5μmに形成されてい
る。半導体レーザ１０１では、正孔注入リッジ部ＢはNi
電極１０、ｐコンタクト層９及びｐクラッド層８から成
り、共振リッジ部Ａにはｐクラッド層８が無い。半導体
レーザ１０２では、正孔注入リッジ部ＢはNi電極１０、
ｐコンタクト層９、ｐクラッド層８及びｐガイド層７の
うち50nm厚から成り、共振リッジ部Ａにもｐガイド層７
が50nm厚有る。
【００１６】次に、この構造の半導体レーザ１０１の製
造方法について説明する。上記半導体レーザ１０１は、
有機金属化合物気相成長法（以下「MOVPE」と示す）に
よる気相成長により製造された。用いられたガスは、NH
3とキャリアガスH2又はN2とトリメチルガリウム(Ga(C
H3)3，以下「TMG」と記す）とトリメチルアルミニウム
(Al(CH3)3，以下「TMA」と記す）とトリメチルインジウ
ム(In(CH3)3，以下「TMI」と記す）とシラン(SiH4)とシ
クロペンタジエニルマグネシウム(Mg(C5H5)2，以下「CP
2Mg」と記す）である。
造方法について説明する。上記半導体レーザ１０１は、
有機金属化合物気相成長法（以下「MOVPE」と示す）に
よる気相成長により製造された。用いられたガスは、NH
3とキャリアガスH2又はN2とトリメチルガリウム(Ga(C
H3)3，以下「TMG」と記す）とトリメチルアルミニウム
(Al(CH3)3，以下「TMA」と記す）とトリメチルインジウ
ム(In(CH3)3，以下「TMI」と記す）とシラン(SiH4)とシ
クロペンタジエニルマグネシウム(Mg(C5H5)2，以下「CP
2Mg」と記す）である。
【００１７】まず、有機洗浄及び熱処理により洗浄した
ａ面を主面とし、単結晶のサファイア基板１をMOVPE装
置の反応室に載置されたサセプタに装着する。次に、常
圧でH 2を流速2L/minで約30分反応室に流しながら温度11
00℃でサファイア基板１をベーキングした。
ａ面を主面とし、単結晶のサファイア基板１をMOVPE装
置の反応室に載置されたサセプタに装着する。次に、常
圧でH 2を流速2L/minで約30分反応室に流しながら温度11
00℃でサファイア基板１をベーキングした。
【００１８】次に、温度を400℃まで低下させて、H2を2
0L/min、NH3を10L/min、TMAを18μmol/minで約90秒間供
給してAlNのバッファ層２を約50nmの厚さに形成した。
次に、サファイア基板１の温度を1150℃に保持し、H2を
20L/min、NH3を10L/min、TMGを170μmol/min、H2ガスに
て0.86ppmに希釈されたシラン(SiH4)を2nmol/minで導入
し、膜厚約4.0μm、電子密度1×1018cm-3、シリコン(S
i)ドープGaNからなるｎ層３を形成した。
0L/min、NH3を10L/min、TMAを18μmol/minで約90秒間供
給してAlNのバッファ層２を約50nmの厚さに形成した。
次に、サファイア基板１の温度を1150℃に保持し、H2を
20L/min、NH3を10L/min、TMGを170μmol/min、H2ガスに
て0.86ppmに希釈されたシラン(SiH4)を2nmol/minで導入
し、膜厚約4.0μm、電子密度1×1018cm-3、シリコン(S
i)ドープGaNからなるｎ層３を形成した。
【００１９】上記のｎ層３を形成した後、続いて温度を
1100℃に保持し、H2を20L/min、NH3を10L/min、TMAを5
μmol/min、TMGを50μmol/min、H2ガスにて0.86pppmに
希釈されたシラン(SiH4)を8nmol/minで導入し、膜厚500
nm、電子密度1×1018cm-3、シリコン(Si)ドープAl0.1Ga
0.9Nからなるｎクラッド層４を形成した。
1100℃に保持し、H2を20L/min、NH3を10L/min、TMAを5
μmol/min、TMGを50μmol/min、H2ガスにて0.86pppmに
希釈されたシラン(SiH4)を8nmol/minで導入し、膜厚500
nm、電子密度1×1018cm-3、シリコン(Si)ドープAl0.1Ga
0.9Nからなるｎクラッド層４を形成した。
【００２０】次に、温度を1100℃に保持し、H2を20L/mi
n、TMGを50μmol/min、H2ガスにて0.86ppmに希釈された
シラン(SiH4)を8nmol/minで導入し、膜厚100nm、電子密
度1×1018cm-3のシリコン(Si)ドープGaNからなるｎガイ
ド層５を形成した。
n、TMGを50μmol/min、H2ガスにて0.86ppmに希釈された
シラン(SiH4)を8nmol/minで導入し、膜厚100nm、電子密
度1×1018cm-3のシリコン(Si)ドープGaNからなるｎガイ
ド層５を形成した。
【００２１】次に、N2又はH2、NH3及びTMGを供給して、
膜厚約35ÅのGaNから成るバリア層６２を形成した。次
に、N2又はH2、NH3、TMG及びTMIを供給して、膜厚約35
ÅのGa0.95In0.05Nから成る井戸層６１を形成した。次
に、N2又はH2、NH3及びTMGを供給して、膜厚約35ÅのGa
Nからなるバリア層６２を形成した。さらに、井戸層６
１とバリア層６２を同一条件で4周期形成した。このよ
うにしてMQW構造の活性層６を形成した。
膜厚約35ÅのGaNから成るバリア層６２を形成した。次
に、N2又はH2、NH3、TMG及びTMIを供給して、膜厚約35
ÅのGa0.95In0.05Nから成る井戸層６１を形成した。次
に、N2又はH2、NH3及びTMGを供給して、膜厚約35ÅのGa
Nからなるバリア層６２を形成した。さらに、井戸層６
１とバリア層６２を同一条件で4周期形成した。このよ
うにしてMQW構造の活性層６を形成した。
【００２２】続いて、温度を1100℃に保持し、N2又はH2
を20L/min、NH3を10L/min、TMGを50μmol/min、Cp2Mgを
0.2μmol/minで導入して、膜厚約100nmのマグネシウム
(Mg)ドープGaNからなるｐガイド層７を形成した。
を20L/min、NH3を10L/min、TMGを50μmol/min、Cp2Mgを
0.2μmol/minで導入して、膜厚約100nmのマグネシウム
(Mg)ドープGaNからなるｐガイド層７を形成した。
【００２３】次に、温度を1100℃に保持し、N2又はH2を
20L/min、NH3を10L/min、TMAを5μmol/min、TMGを50μm
ol/min、及び、Cp2Mgを0.2μmol/minで導入して、膜厚
約500nmのマグネシウム(Mg)ドープのAl0.1Ga0.9Nからな
るｐクラッド層８を形成した。
20L/min、NH3を10L/min、TMAを5μmol/min、TMGを50μm
ol/min、及び、Cp2Mgを0.2μmol/minで導入して、膜厚
約500nmのマグネシウム(Mg)ドープのAl0.1Ga0.9Nからな
るｐクラッド層８を形成した。
【００２４】次に、温度を1100℃に保持し、N2又はH2を
20L/min、NH3を10L/min、TMGを50μmol/min、Cp2Mgを0.
2μmol/minで導入して、膜厚約200nmのマグネシウム(M
g)ドープのGaNからなるｐコンタクト層９を形成した。
20L/min、NH3を10L/min、TMGを50μmol/min、Cp2Mgを0.
2μmol/minで導入して、膜厚約200nmのマグネシウム(M
g)ドープのGaNからなるｐコンタクト層９を形成した。
【００２５】次に、電子線照射装置を用いて、ｐコンタ
クト層９、ｐクラッド層８及びｐガイド層７に一様に電
子線を照射した。電子線の照射条件は、加速電圧約10k
V、試料電流1μA、ビームの移動速度0.2mm/s、ビーム径
60μmφ、真空度50μTorrである。この電子線の照射に
より、ｐコンタクト層９、ｐクラッド層８及びｐガイド
層７はそれぞれ、ホール密度5×1017cm-3、5×1017c
m-3、5×1017cm-3となった。このようにして多層構造の
ウエハを形成することができた。
クト層９、ｐクラッド層８及びｐガイド層７に一様に電
子線を照射した。電子線の照射条件は、加速電圧約10k
V、試料電流1μA、ビームの移動速度0.2mm/s、ビーム径
60μmφ、真空度50μTorrである。この電子線の照射に
より、ｐコンタクト層９、ｐクラッド層８及びｐガイド
層７はそれぞれ、ホール密度5×1017cm-3、5×1017c
m-3、5×1017cm-3となった。このようにして多層構造の
ウエハを形成することができた。
【００２６】次に、ｐコンタクト層９の上に、スパッタ
リングによりSiO2層を200nmの厚さに形成し、そのSiO2
層上にフォトレジストを塗布した。そして、フォトリソ
グラフにより、正孔注入リッジ部Ｂの外部（図１のＸ領
域）にあたる部位のフォトレジストを除去し、フォトレ
ジストによって覆われていないSiO2層をフッ化水素酸系
エッチング液で除去した。
リングによりSiO2層を200nmの厚さに形成し、そのSiO2
層上にフォトレジストを塗布した。そして、フォトリソ
グラフにより、正孔注入リッジ部Ｂの外部（図１のＸ領
域）にあたる部位のフォトレジストを除去し、フォトレ
ジストによって覆われていないSiO2層をフッ化水素酸系
エッチング液で除去した。
【００２７】次に、フォトレジスト及びSiO2層によって
覆われていない部位のｐコンタクト層９、ｐクラッド層
８を真空度0.04Torr、高周波電力0.44W/cm2、BCl3ガス
を10mL/minの割合で供給しドライエッチングした。この
工程で、図１に示す、正孔注入リッジ部Ｂが形成され
た。その後、SiO2層を除去した。
覆われていない部位のｐコンタクト層９、ｐクラッド層
８を真空度0.04Torr、高周波電力0.44W/cm2、BCl3ガス
を10mL/minの割合で供給しドライエッチングした。この
工程で、図１に示す、正孔注入リッジ部Ｂが形成され
た。その後、SiO2層を除去した。
【００２８】次に、ｎ層３に対する電極１１を形成する
ための領域Ｃを形成するため、スパッタリングによりSi
O2層を200nmの厚さに形成し、そのSiO2層上にフォトレ
ジストを塗布した。そして、フォトリソグラフにより、
領域Ｃにあたる部位のフォトレジストを除去し、フォト
レジストによって覆われていないSiO2層をフッ化水素酸
系エッチング液で除去した。
ための領域Ｃを形成するため、スパッタリングによりSi
O2層を200nmの厚さに形成し、そのSiO2層上にフォトレ
ジストを塗布した。そして、フォトリソグラフにより、
領域Ｃにあたる部位のフォトレジストを除去し、フォト
レジストによって覆われていないSiO2層をフッ化水素酸
系エッチング液で除去した。
【００２９】次に、フォトレジスト及びSiO2層によって
覆われていない部位のｐガイド層７、活性層６、ｎガイ
ド層５、ｎクラッド層４及びｎ層３の一部を真空度0.04
Torr、高周波電力0.44W/cm2、BCl3ガスを10mL/minの割
合で供給しドライエッチングし、その後Arでドライエッ
チングした。この工程で、図１に示す、領域Ｃが形成さ
れた。その後、SiO2層を除去した。
覆われていない部位のｐガイド層７、活性層６、ｎガイ
ド層５、ｎクラッド層４及びｎ層３の一部を真空度0.04
Torr、高周波電力0.44W/cm2、BCl3ガスを10mL/minの割
合で供給しドライエッチングし、その後Arでドライエッ
チングした。この工程で、図１に示す、領域Ｃが形成さ
れた。その後、SiO2層を除去した。
【００３０】次に、一様にニッケル(Ni)を蒸着し、フォ
トレジストの塗布、フォトリソグラフィー工程、エッチ
ング工程を経て、ｐコンタクト層９の上に幅5μmの電極
１０を形成した。一方、ｎ層３に対しては、アルミニウ
ム(Al)を蒸着して電極１１を形成した。
トレジストの塗布、フォトリソグラフィー工程、エッチ
ング工程を経て、ｐコンタクト層９の上に幅5μmの電極
１０を形成した。一方、ｎ層３に対しては、アルミニウ
ム(Al)を蒸着して電極１１を形成した。
【００３１】また、半導体レーザ１０２は、正孔注入リ
ッジ部Ｂ形成のためのエッチング工程において、ｐコン
タクト層９、ｐクラッド層８及びｐガイド層７のうち50
nmをドライエッチングした他は、半導体レーザ１０１と
全く同様に製造された。
ッジ部Ｂ形成のためのエッチング工程において、ｐコン
タクト層９、ｐクラッド層８及びｐガイド層７のうち50
nmをドライエッチングした他は、半導体レーザ１０１と
全く同様に製造された。
【００３２】このようにして、図１及び図２に示すよう
な半導体レーザ１０１、１０２を得た。図１に示す半導
体レーザ１０１は、正孔注入リッジ部Ｂ以外の半導体層
を、ｐコンタクト層９及びｐクラッド層８を全部エッチ
ングし、正孔注入リッジ部Ｂを形成したものである。ま
た、図２に示す半導体レーザ１０２は、正孔注入リッジ
部Ｂ以外の半導体層を、ｐコンタクト層９及びｐクラッ
ド層８を全部、ｐガイド層を50nm残してエッチングし、
正孔注入リッジ部Ｂを形成したものである。
な半導体レーザ１０１、１０２を得た。図１に示す半導
体レーザ１０１は、正孔注入リッジ部Ｂ以外の半導体層
を、ｐコンタクト層９及びｐクラッド層８を全部エッチ
ングし、正孔注入リッジ部Ｂを形成したものである。ま
た、図２に示す半導体レーザ１０２は、正孔注入リッジ
部Ｂ以外の半導体層を、ｐコンタクト層９及びｐクラッ
ド層８を全部、ｐガイド層を50nm残してエッチングし、
正孔注入リッジ部Ｂを形成したものである。
【００３３】また、比較のため、図３に示す半導体レー
ザ１０３として、正孔注入リッジ部Ｂ以外の半導体層
を、ｐコンタクト層９を全部、ｐクラッド層８を50nm残
してエッチングし、正孔注入リッジ部Ｂを形成したもの
を作成した。半導体レーザ１０３の製造方法は正孔注入
リッジ部Ｂを形成するエッチングの深さ以外は半導体レ
ーザ１０１又は１０２と全く同様である。
ザ１０３として、正孔注入リッジ部Ｂ以外の半導体層
を、ｐコンタクト層９を全部、ｐクラッド層８を50nm残
してエッチングし、正孔注入リッジ部Ｂを形成したもの
を作成した。半導体レーザ１０３の製造方法は正孔注入
リッジ部Ｂを形成するエッチングの深さ以外は半導体レ
ーザ１０１又は１０２と全く同様である。
【００３４】これらの、図１、図２、及び図３に示す半
導体レーザ１０１、１０２、及び１０３は、共振リッジ
部Ａと正孔注入リッジ部Ｂを合わせた高さは等しい。ま
た、正孔注入リッジ部Ｂの高さ（第１段階のエッチング
の深さ）は、半導体レーザ１０２は半導体レーザ１０１
よりも50nm高く（エッチングが深く）、半導体レーザ１
０１は半導体レーザ１０３よりも50nm高い（エッチング
が深い）。
導体レーザ１０１、１０２、及び１０３は、共振リッジ
部Ａと正孔注入リッジ部Ｂを合わせた高さは等しい。ま
た、正孔注入リッジ部Ｂの高さ（第１段階のエッチング
の深さ）は、半導体レーザ１０２は半導体レーザ１０１
よりも50nm高く（エッチングが深く）、半導体レーザ１
０１は半導体レーザ１０３よりも50nm高い（エッチング
が深い）。
【００３５】これらの、本発明に係る半導体レーザ１０
１及び１０２、並びに比較のための半導体レーザ１０３
の、電流或いは電流密度（正電極１０におけるもの）と
光出力の関係を図４に示す。
１及び１０２、並びに比較のための半導体レーザ１０３
の、電流或いは電流密度（正電極１０におけるもの）と
光出力の関係を図４に示す。
【００３６】図４から、発振しきい値は電流密度で8kA/
cm3から5.5kA/cm3、しきい値電流は0.34Aから0.23Aと大
幅に低減できたことが判る。即ち、リッジ型のIII族窒
化物系化合物半導体レーザにおいて、共振器部分上部の
電極形成部位を、クラッド層を電極の幅のみ残して除去
することにより、レーザ発振のためのしきい値電流（或
いはしきい値電流密度）を大幅に低減できたことを示
す。この効果は、本発明に係る半導体レーザ１０１、１
０２と、比較例に係る半導体レーザ１０３の電流と光出
力の関係を比較すると明らかなように、単に正孔注入リ
ッジ部Ｂの高さ（第１段階のエッチングの深さ）の差で
はなく、ｐクラッド層８を50nm残したもの（半導体レー
ザ１０３）かどうかが、レーザ発振のためのしきい値電
流（或いはしきい値電流密度）の大きな差を生じさせて
いることが判る。
cm3から5.5kA/cm3、しきい値電流は0.34Aから0.23Aと大
幅に低減できたことが判る。即ち、リッジ型のIII族窒
化物系化合物半導体レーザにおいて、共振器部分上部の
電極形成部位を、クラッド層を電極の幅のみ残して除去
することにより、レーザ発振のためのしきい値電流（或
いはしきい値電流密度）を大幅に低減できたことを示
す。この効果は、本発明に係る半導体レーザ１０１、１
０２と、比較例に係る半導体レーザ１０３の電流と光出
力の関係を比較すると明らかなように、単に正孔注入リ
ッジ部Ｂの高さ（第１段階のエッチングの深さ）の差で
はなく、ｐクラッド層８を50nm残したもの（半導体レー
ザ１０３）かどうかが、レーザ発振のためのしきい値電
流（或いはしきい値電流密度）の大きな差を生じさせて
いることが判る。
【００３７】これらの理由は、従来の半導体レーザにお
ける図６のような横方向の電流拡散（正孔の横拡散）が
抑制され、活性層における電流密度を高くできたためと
考えられる。また、別の理由として、共振リッジ部Ａと
リッジ外部との実効屈折率が高くなり、横方向光閉じ込
めが高くなったためとも考えられる。
ける図６のような横方向の電流拡散（正孔の横拡散）が
抑制され、活性層における電流密度を高くできたためと
考えられる。また、別の理由として、共振リッジ部Ａと
リッジ外部との実効屈折率が高くなり、横方向光閉じ込
めが高くなったためとも考えられる。
【００３８】以上のように、リッジ型のIII族窒化物系
化合物半導体レーザにおいて、電極の幅を残して、該電
極側のコンタクト層及びクラッド層の略全部、或いは加
えて該電極側のガイド層の少なくとも一部を除去するこ
とにより共振器部分に接してキャリア注入部が形成され
た本発明に係る半導体レーザは、従来の半導体レーザに
比して低い発振しきい値電流或いは発振しきい値電流密
度を持つ。尚、本発明の要部はレーザ発振の主体たる活
性層へのキャリアの電流密度を低減させないために、電
極の面積まで縮小したキャリア注入部を形成することで
ある。
化合物半導体レーザにおいて、電極の幅を残して、該電
極側のコンタクト層及びクラッド層の略全部、或いは加
えて該電極側のガイド層の少なくとも一部を除去するこ
とにより共振器部分に接してキャリア注入部が形成され
た本発明に係る半導体レーザは、従来の半導体レーザに
比して低い発振しきい値電流或いは発振しきい値電流密
度を持つ。尚、本発明の要部はレーザ発振の主体たる活
性層へのキャリアの電流密度を低減させないために、電
極の面積まで縮小したキャリア注入部を形成することで
ある。
【００３９】上記実施例において、層２〜層９までの結
晶材料はIII族窒化物系化合物半導体であれば良く、結
晶材料や組成比には特に限定されない。一般式AlxGayIn
1-x- yN(0≦x≦1，0≦y≦1，0≦x+y≦1)で表される２
元、３元、４元の任意のIII族窒化物系化合物半導体を
用いることができる。また、活性層６をＭＱＷ構造とし
ているが、ＳＱＷ構造であっても良い。また、活性層６
とクラッド層４、８の組成比は、ダブルヘテロ接合を形
成する場合には、活性層６のバンドギャップがクラッド
層４、８のバンドギャップよりも狭くなり、格子定数が
整合するように選択すれば良い。又、４元の任意のIII
族窒化物系化合物半導体を用いる場合には、バンドギャ
ップと格子定数を独立変化させることができるので、各
層での格子定数を一致させたダブルヘテロ接合が可能と
なる。
晶材料はIII族窒化物系化合物半導体であれば良く、結
晶材料や組成比には特に限定されない。一般式AlxGayIn
1-x- yN(0≦x≦1，0≦y≦1，0≦x+y≦1)で表される２
元、３元、４元の任意のIII族窒化物系化合物半導体を
用いることができる。また、活性層６をＭＱＷ構造とし
ているが、ＳＱＷ構造であっても良い。また、活性層６
とクラッド層４、８の組成比は、ダブルヘテロ接合を形
成する場合には、活性層６のバンドギャップがクラッド
層４、８のバンドギャップよりも狭くなり、格子定数が
整合するように選択すれば良い。又、４元の任意のIII
族窒化物系化合物半導体を用いる場合には、バンドギャ
ップと格子定数を独立変化させることができるので、各
層での格子定数を一致させたダブルヘテロ接合が可能と
なる。
【００４０】また、ｐガイド層、ｐクラッド層及びｐコ
ンタクト層を電子線照射により低抵抗化したが、熱アニ
ーリング、N2プラズマガス中での熱処理、レーザ照射に
よって行ってもよい。
ンタクト層を電子線照射により低抵抗化したが、熱アニ
ーリング、N2プラズマガス中での熱処理、レーザ照射に
よって行ってもよい。
【００４１】上記の実施例において、電極１１の形成時
のエッチング工程のマスクには、SiO2の他、金属、レジ
スト等、ドライエッチングに対する耐エッチング性があ
り、下層のIII族窒化物系化合物半導体に対して選択的
にエッチング又は剥離できるものなら採用できる。
のエッチング工程のマスクには、SiO2の他、金属、レジ
スト等、ドライエッチングに対する耐エッチング性があ
り、下層のIII族窒化物系化合物半導体に対して選択的
にエッチング又は剥離できるものなら採用できる。
【００４２】尚、共振器部分を形成しない領域において
は、ｐコンタクト層の一部又はｐクラッド層の一部、或
いはｐガイド層の全部がエッチングされずに残っている
領域があったとしても、本発明と本質的には矛盾しない
ことは明らかである。
は、ｐコンタクト層の一部又はｐクラッド層の一部、或
いはｐガイド層の全部がエッチングされずに残っている
領域があったとしても、本発明と本質的には矛盾しない
ことは明らかである。
【図１】（ａ）は、本発明の具体的な第１の実施例に係
る半導体レーザの構成を示した模式的断面図、（ｂ）は
模式的斜視図。
る半導体レーザの構成を示した模式的断面図、（ｂ）は
模式的斜視図。
【図２】本発明の具体的な第２の実施例に係る半導体レ
ーザの構成を示した模式的断面。
ーザの構成を示した模式的断面。
【図３】比較例に係る半導体レーザの構成を示した模式
的断面。
的断面。
【図４】本発明の具体的な２つの実施例と比較例に係
る、３つの半導体レーザの電流及び正電極付近における
電流密度と光出力の関係を示したグラフ図。
る、３つの半導体レーザの電流及び正電極付近における
電流密度と光出力の関係を示したグラフ図。
【図５】従来の半導体レーザの構成を示した模式的断
面。
面。
【図６】従来の別の半導体レーザにおける、ｐクラッド
層付近の正孔h+の流れを示した模式図。
層付近の正孔h+の流れを示した模式図。
１００…半導体レーザ １…サファイア基板 ２…バッファ層 ３…ｎ層 ４…ｎクラッド層 ５…ｎガイド層 ６…活性層 ７…ｐガイド層 ８…ｐクラッド層 ９…ｐコンタクト層 １０…正電極 １１…負電極 ６１…井戸層 ６２…バリア層 Ａ…共振リッジ部 Ｂ…正孔注入部 Ｃ…負電極形成領域 ｗ…正電極の幅
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 手銭 雄太 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 永井 誠二 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 小島 彰 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 (72)発明者 平松 敏夫 愛知県西春日井郡春日町大字落合字長畑１ 番地 豊田合成株式会社内 Ｆターム(参考） 5F073 AA04 AA45 AA55 AA74 CA17 CB05 CB07 DA05 DA35 EA23
Claims (3)
- 【請求項１】 基板上にIII族窒化物系化合物半導体か
ら成る複数の層を形成し、共振器部分を残してその周辺
部を除去し、共振器を形成したIII族窒化物系化合物半
導体レーザにおいて、 レーザ発振の主体たる活性層と、 前記活性層に接して設けられた第１及び第２のガイド層
と、 前記活性層とは反対側に前記第１のガイド層と接して設
けられたクラッド層と、 前記第１のガイド層とは反対側に前記クラッド層と接し
て設けられたコンタクト層と、 前記コンタクト層に形成された電極とを有し、 前記電極の幅を残して前記コンタクト層及び前記クラッ
ド層の略全部を除去することにより前記共振器部分に接
してキャリア注入部が形成されたことを特徴とするIII
族窒化物系化合物半導体レーザ。 - 【請求項２】 基板上にIII族窒化物系化合物半導体か
ら成る複数の層を形成し、共振器部分を残してその周辺
部を除去し、共振器を形成したIII族窒化物系化合物半
導体レーザにおいて、 レーザ発振の主体たる活性層と、 前記活性層に接して設けられた第１及び第２のガイド層
と、 前記活性層とは反対側に前記第１のガイド層と接して設
けられたクラッド層と、 前記第１のガイド層とは反対側に前記クラッド層と接し
て設けられたコンタクト層と、 前記コンタクト層に形成された電極とを有し、 前記電極の幅を残して前記コンタクト層及び前記クラッ
ド層の略全部と前記第１のガイド層の少なくとも一部を
除去することにより前記共振器部分に接してキャリア注
入部が形成されたことを特徴とするIII族窒化物系化合
物半導体レーザ。 - 【請求項３】 前記電極が、正電極であることを特徴と
する請求項１又は請求項２に記載のIII族窒化物系化合
物半導体レーザ。
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|---|---|---|---|
| JP11059987A JP2000261105A (ja) | 1999-03-08 | 1999-03-08 | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体レーザ |
| US09/515,493 US6680957B1 (en) | 1999-03-08 | 2000-02-29 | Group III nitride compound semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11059987A JP2000261105A (ja) | 1999-03-08 | 1999-03-08 | Ｉｉｉ族窒化物系化合物半導体レーザ |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000261105A true JP2000261105A (ja) | 2000-09-22 |
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Family Applications (1)
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- 1999-03-08 JP JP11059987A patent/JP2000261105A/ja active Pending
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- 2000-02-29 US US09/515,493 patent/US6680957B1/en not_active Expired - Fee Related
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