JP2000294883A - 窒化物系化合物半導体レーザ素子 - Google Patents
窒化物系化合物半導体レーザ素子Info
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- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 基板上部に形成されたInXGa1-XN（0≦X≦1）
からなる活性層を挟むように形成された上下2枚のクラ
ッド層からなるダブルヘテロ構造を有する窒化物化合物
半導体レーザー素子において、前記ダブルヘテロ構造が
半導体基板上にメサ型の構造で形成されており、さらに
該メサ型の構造のダブルヘテロ構造部が前記活性層より
も屈折率の小さい半導体中に埋め込まれていることを特
徴とする窒化物化合物半導体レーザー素子を提供する。 【解決手段】 ｎ型ＧａＮ基板１上にｎ型クラッド層
２、ｎ型光閉じ込め層３、アンドープMQW層４、キャッ
プ層５、p型光閉じ込め層６、p型クラッド層７、p型コ
ンタクト層８を順次成長させてLD構造を得た。引き続
き、アンドープMQW層４の成長温度と等しい温度でアン
ドープAlGaN埋め込み層１０を形成した。
からなる活性層を挟むように形成された上下2枚のクラ
ッド層からなるダブルヘテロ構造を有する窒化物化合物
半導体レーザー素子において、前記ダブルヘテロ構造が
半導体基板上にメサ型の構造で形成されており、さらに
該メサ型の構造のダブルヘテロ構造部が前記活性層より
も屈折率の小さい半導体中に埋め込まれていることを特
徴とする窒化物化合物半導体レーザー素子を提供する。 【解決手段】 ｎ型ＧａＮ基板１上にｎ型クラッド層
２、ｎ型光閉じ込め層３、アンドープMQW層４、キャッ
プ層５、p型光閉じ込め層６、p型クラッド層７、p型コ
ンタクト層８を順次成長させてLD構造を得た。引き続
き、アンドープMQW層４の成長温度と等しい温度でアン
ドープAlGaN埋め込み層１０を形成した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、窒化物系化合物半
導体(InXAlYGa1-X-YN、X≧0、Y≧0、X+Y≦1)レーザ素子
の製造方法と、該製造方法を用いて作製された、窒化物
系化合物半導体(InXAlYGa1-X-YN、X≧0、Y≧0、X+Y≦1)
レーザ素子に関する。
導体(InXAlYGa1-X-YN、X≧0、Y≧0、X+Y≦1)レーザ素子
の製造方法と、該製造方法を用いて作製された、窒化物
系化合物半導体(InXAlYGa1-X-YN、X≧0、Y≧0、X+Y≦1)
レーザ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来作製された窒化物系化合物半導体レ
ーザのストライプ幅方向の光や電流を閉じ込める方法
は、アプライド・フィジックス・レターズ(APPLIED PH
YSISCSLETTERS) 第６８巻 ３２６９頁 １９９６年
に記載されているような利得導波型ストライプレーザ
や、アプライド・フィジックス・レターズ(APPLIED PH
YSISCS LETTERS) 第６9巻 １４７７頁 １９９６年
に記載されているようなリッジ構造や特開平９−２４６
７６３号に記載されているようなクラッド層埋め込み型
レーザなどがあり、我々も図８のようなリッジ型レーザ
で室温連続発振を実現した。図８は、従来の技術で作製
された代表的なリッジ構造レーザの断面構造である。ｎ
型ＧａＮ基板１０１上にSiドープｎ型Al0.1Ga0.9N（シ
リコン濃度４×１０17 atoms/cm3、厚さ１μｍ）から
なるｎ型クラッド層１０２、 Siドープｎ型GaN（シリ
コン濃度４×１０17 atoms/cm3、厚さ0.1μｍ）からな
るｎ型光閉じ込め層１０３、 In0.2Ga0.8N（厚さ３n
m）井戸層とIn0.05Ga0.95N (厚さ5nm)バリア層からな
るアンドープMQW活性層１０４（井戸数３個）、Mgドー
プp型Al0.2Ga0.8N からなるキャップ層１０５、Mgドー
プp型GaN（Mg濃度２×１０1 7 atoms/cm3、厚さ0.1μ
ｍ）からなるp型光閉じ込め層１０６、Mgドープp型Al0
.1Ga0.9N（Mg濃度２×１０17 atoms/cm3、厚さ0.５μ
ｍ）からなるp型クラッド層１０７、Mgドープp型GaN（M
g濃度２×１０17 atoms/cm3、厚さ0.１μｍ）からなる
p型コンタクト層１０８を順次成長させて、レーザーダ
イオード構造（以下LD構造と記す。）を形成する。レー
ザ構造はMOCVD装置で成長が行われ、成長温度は、InGaN
MQW活性層１０４は７８０℃であり、その他の層はす
べて１０５０℃で行った。ドライエッチングによりｐ型
クラッド層１０７そしてｐ型コンタクト層１０８を含ん
だメサ型１０９を部分的に残した後、SiO2絶縁膜１１０
をつけ、メサ部分の頭出しを露光技術により行い、リッ
ジ構造を形成した。ｎ型基板裏にはTi/Alからなるｎ電
極1１１を形成し、ｐコンタクト上には、Ni/Auからなる
ｐ電極１１２を形成した。
ーザのストライプ幅方向の光や電流を閉じ込める方法
は、アプライド・フィジックス・レターズ(APPLIED PH
YSISCSLETTERS) 第６８巻 ３２６９頁 １９９６年
に記載されているような利得導波型ストライプレーザ
や、アプライド・フィジックス・レターズ(APPLIED PH
YSISCS LETTERS) 第６9巻 １４７７頁 １９９６年
に記載されているようなリッジ構造や特開平９−２４６
７６３号に記載されているようなクラッド層埋め込み型
レーザなどがあり、我々も図８のようなリッジ型レーザ
で室温連続発振を実現した。図８は、従来の技術で作製
された代表的なリッジ構造レーザの断面構造である。ｎ
型ＧａＮ基板１０１上にSiドープｎ型Al0.1Ga0.9N（シ
リコン濃度４×１０17 atoms/cm3、厚さ１μｍ）から
なるｎ型クラッド層１０２、 Siドープｎ型GaN（シリ
コン濃度４×１０17 atoms/cm3、厚さ0.1μｍ）からな
るｎ型光閉じ込め層１０３、 In0.2Ga0.8N（厚さ３n
m）井戸層とIn0.05Ga0.95N (厚さ5nm)バリア層からな
るアンドープMQW活性層１０４（井戸数３個）、Mgドー
プp型Al0.2Ga0.8N からなるキャップ層１０５、Mgドー
プp型GaN（Mg濃度２×１０1 7 atoms/cm3、厚さ0.1μ
ｍ）からなるp型光閉じ込め層１０６、Mgドープp型Al0
.1Ga0.9N（Mg濃度２×１０17 atoms/cm3、厚さ0.５μ
ｍ）からなるp型クラッド層１０７、Mgドープp型GaN（M
g濃度２×１０17 atoms/cm3、厚さ0.１μｍ）からなる
p型コンタクト層１０８を順次成長させて、レーザーダ
イオード構造（以下LD構造と記す。）を形成する。レー
ザ構造はMOCVD装置で成長が行われ、成長温度は、InGaN
MQW活性層１０４は７８０℃であり、その他の層はす
べて１０５０℃で行った。ドライエッチングによりｐ型
クラッド層１０７そしてｐ型コンタクト層１０８を含ん
だメサ型１０９を部分的に残した後、SiO2絶縁膜１１０
をつけ、メサ部分の頭出しを露光技術により行い、リッ
ジ構造を形成した。ｎ型基板裏にはTi/Alからなるｎ電
極1１１を形成し、ｐコンタクト上には、Ni/Auからなる
ｐ電極１１２を形成した。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述したよう
な窒化物系化合物半導体レーザ素子は、横方向に実屈折
率段差のない利得導波型であったり、平坦な活性層と凸
部をもつクラッド層から形成され、凸部に光波が閉じ込
められ伝播するリッジやクラッド層埋め込み構造を有し
ていた。このような構造のレーザは、ストライプ幅方向
の利得分布領域が屈折率分布領域に比べ広く、レーザ発
振に寄与しない余分なキャリアが損失されるのでしきい
値電流が高くなり、高出力化していくとストライプ外
（導波路外部）の利得が上昇し、ストライプ内外での実
効屈折率差が減少するために横モードの安定性が悪くな
る。また、ｐ電極側から放熱を行いたい場合、活性領域
がＳｉＯ2等の絶縁物で埋め込まれていたので熱伝導性
が悪くなり、素子の温度上昇により素子寿命を短くする
欠点があった。これらの問題を解決するためには、スト
ライプ幅方向の利得領域と屈折率分布領域が一致する構
造を作製する必要があり、その手法として活性層を含む
メサ型高屈折率領域（導波路）を低屈折率半導体を再成
長し活性層を埋め込んだレーザ構造が提案されている
（特開平8-330678等）。しかし、本発明者の検討によれ
ば、この手法を用いるとInGaNを活性層とする窒化物系
半導体レーザでは、製造工程中における低い温度で成長
される活性層が比較的高温で行われる埋め込み層の成長
時に高温にさらされ、活性層内部で原子配列が乱れた
り、活性層から原子が気化するなどの問題点があること
が判明した。そこで本発明の目的は上記の問題点を解決
し、しきい値電流が低く、横モードが安定しており、寿
命の長い窒化物系化合物半導体レーザ素子を提供するこ
とである。
な窒化物系化合物半導体レーザ素子は、横方向に実屈折
率段差のない利得導波型であったり、平坦な活性層と凸
部をもつクラッド層から形成され、凸部に光波が閉じ込
められ伝播するリッジやクラッド層埋め込み構造を有し
ていた。このような構造のレーザは、ストライプ幅方向
の利得分布領域が屈折率分布領域に比べ広く、レーザ発
振に寄与しない余分なキャリアが損失されるのでしきい
値電流が高くなり、高出力化していくとストライプ外
（導波路外部）の利得が上昇し、ストライプ内外での実
効屈折率差が減少するために横モードの安定性が悪くな
る。また、ｐ電極側から放熱を行いたい場合、活性領域
がＳｉＯ2等の絶縁物で埋め込まれていたので熱伝導性
が悪くなり、素子の温度上昇により素子寿命を短くする
欠点があった。これらの問題を解決するためには、スト
ライプ幅方向の利得領域と屈折率分布領域が一致する構
造を作製する必要があり、その手法として活性層を含む
メサ型高屈折率領域（導波路）を低屈折率半導体を再成
長し活性層を埋め込んだレーザ構造が提案されている
（特開平8-330678等）。しかし、本発明者の検討によれ
ば、この手法を用いるとInGaNを活性層とする窒化物系
半導体レーザでは、製造工程中における低い温度で成長
される活性層が比較的高温で行われる埋め込み層の成長
時に高温にさらされ、活性層内部で原子配列が乱れた
り、活性層から原子が気化するなどの問題点があること
が判明した。そこで本発明の目的は上記の問題点を解決
し、しきい値電流が低く、横モードが安定しており、寿
命の長い窒化物系化合物半導体レーザ素子を提供するこ
とである。
【０００４】
【問題を解決するための手段】本発明は、基板上部に形
成されたInXGa1-XN（0≦X≦1）からなる活性層と、該活
性層の上側に存在する第一のクラッド層の双方ともがメ
サ型ストライプ構造中に存在しており、該メサ型ストラ
イプ構造の側面に、活性層よりも低屈折率の半導体から
なる埋込み層が存在する窒化物系化合物半導体レーザー
素子の製造方法において、前記活性領域の成長温度より
も１００℃高い温度以下の温度で埋め込み層を成長する
ことを特徴とする窒化物系化合物半導体レーザー素子の
製造方法。
成されたInXGa1-XN（0≦X≦1）からなる活性層と、該活
性層の上側に存在する第一のクラッド層の双方ともがメ
サ型ストライプ構造中に存在しており、該メサ型ストラ
イプ構造の側面に、活性層よりも低屈折率の半導体から
なる埋込み層が存在する窒化物系化合物半導体レーザー
素子の製造方法において、前記活性領域の成長温度より
も１００℃高い温度以下の温度で埋め込み層を成長する
ことを特徴とする窒化物系化合物半導体レーザー素子の
製造方法。
【０００５】上述したように、従来、埋め込み層の成長
温度は活性層の成長温度よりも高温である事が多く、活
性層中の原子配列を乱したり、活性層からの原子の気化
を引き起こすなど、活性層の品質を劣化させる原因とな
っていた。しかし、本発明では、活性層の成長温度以下
で埋め込み層の成長を行うことで、活性層の劣化を引き
起こすことなく、埋込み層を形成することが可能となっ
た。
温度は活性層の成長温度よりも高温である事が多く、活
性層中の原子配列を乱したり、活性層からの原子の気化
を引き起こすなど、活性層の品質を劣化させる原因とな
っていた。しかし、本発明では、活性層の成長温度以下
で埋め込み層の成長を行うことで、活性層の劣化を引き
起こすことなく、埋込み層を形成することが可能となっ
た。
【０００６】埋め込み層の成長は、活性層の成長温度よ
りも１００℃高い温度以下の温度で行われるが、好まし
くは活性層の成長温度よりも５０℃高い温度以下の温度
であり、最も好ましくは活性層の成長温度以下で行われ
る。
りも１００℃高い温度以下の温度で行われるが、好まし
くは活性層の成長温度よりも５０℃高い温度以下の温度
であり、最も好ましくは活性層の成長温度以下で行われ
る。
【０００７】前記、埋込み層の材料としてはII-VI族化
合物半導体を用いることができる。例えば、MgSeは325
℃と非常に低い温度で成長することが可能であり、活性
層を高温から保護することができる。
合物半導体を用いることができる。例えば、MgSeは325
℃と非常に低い温度で成長することが可能であり、活性
層を高温から保護することができる。
【０００８】また、埋め込み層としてInXAlYGa1-X-YN
（X≧0、Y≧0、X+Y≦1）の組成の窒化化合物半導体を材
料とすることも可能である。また、埋め込み層を多層膜
とすることも可能である。この場合は、埋め込み層中に
逆バイアス構造を形成することで、素子のリーク電流を
減少することが可能となるとともに、素子の耐電圧特性
を向上することできる。
（X≧0、Y≧0、X+Y≦1）の組成の窒化化合物半導体を材
料とすることも可能である。また、埋め込み層を多層膜
とすることも可能である。この場合は、埋め込み層中に
逆バイアス構造を形成することで、素子のリーク電流を
減少することが可能となるとともに、素子の耐電圧特性
を向上することできる。
【０００９】また、埋め込み層を多層膜とした場合、II
−VI族化合物半導体とInXAlYGa1-X- YN（X≧0、Y≧0、X+
Y≦1）の両者を組み合わせて多層膜とすることも可能で
ある。
−VI族化合物半導体とInXAlYGa1-X- YN（X≧0、Y≧0、X+
Y≦1）の両者を組み合わせて多層膜とすることも可能で
ある。
【００１０】また、第一の埋め込み層を活性層の成長温
度以下の温度で前記メサ型ストライプ構造の表面に薄く
成長し、その後、温度を活性層の成長温度以上に上昇
し、引き続き第二の埋め込み層を再成長することも可能
である。この場合、最初に成長された薄い埋め込み層
は、活性層表面から気化により原子が失われるのを防ぐ
ための保護膜として機能する。
度以下の温度で前記メサ型ストライプ構造の表面に薄く
成長し、その後、温度を活性層の成長温度以上に上昇
し、引き続き第二の埋め込み層を再成長することも可能
である。この場合、最初に成長された薄い埋め込み層
は、活性層表面から気化により原子が失われるのを防ぐ
ための保護膜として機能する。
【００１１】前記、「薄く成長する」とは、活性層の成
長温度以上の高温で行われる前記第二の埋め込み層の成
長時に、活性層から原子の気化を抑制するに足るだけの
膜厚を成長することである。具体的には、材料としてIn
0.1Ga0.9Nを用いた場合には５Å〜１０００Åの膜厚で
ある事が好ましい。
長温度以上の高温で行われる前記第二の埋め込み層の成
長時に、活性層から原子の気化を抑制するに足るだけの
膜厚を成長することである。具体的には、材料としてIn
0.1Ga0.9Nを用いた場合には５Å〜１０００Åの膜厚で
ある事が好ましい。
【００１２】また、以上の方法を用いて作製された高品
質の窒化物系化合物半導体レーザー素子を提供する。
質の窒化物系化合物半導体レーザー素子を提供する。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態について、実施
例に基づき図面を参照して詳細に説明する。 （実施例１）図１は実施例である半導体レーザの構造断
面図である。本例では、埋め込み層を活性層の成長温度
以下の温度で再成長させることで活性層の保護を行って
いる。
例に基づき図面を参照して詳細に説明する。 （実施例１）図１は実施例である半導体レーザの構造断
面図である。本例では、埋め込み層を活性層の成長温度
以下の温度で再成長させることで活性層の保護を行って
いる。
【００１４】ｎ型ＧａＮ基板１上にSiドープｎ型Al0.1G
a0.9N（シリコン濃度４×１０17atoms/cm3、厚さ１μ
ｍ）からなるｎ型クラッド層２、Siドープｎ型GaN（シ
リコン濃度４×１０17atoms/cm3、厚さ0.1μｍ）からな
るｎ型光閉じ込め層３、In0.2Ga0.8N（厚さ３nm）井戸
層とIn0.05Ga0.95N (厚さ5nm)バリア層からなるアンド
ープMQW層４（井戸数３個）、Mgドープp型Al0.2Ga0.8N
（Mg濃度２×１０17 atoms/cm3、厚さ20nｍ）からなる
キャップ層５、Mgドープp型GaN（Mg濃度２×１０1 7 at
oms/cm3、厚さ0.1μｍ）からなるp型光閉じ込め層６、
Mgドープp型Al0.1Ga0.9N（Mg濃度２×１０17 atoms/
cm3、厚さ0.５μｍ）からなるp型クラッド層７、 Mgド
ープp型GaN（Mg濃度2×１０17 atoms/cm3、厚さ０．２
μｍ）からなるp型コンタクト層８を順次成長させて、L
D構造を形成する。レーザ構造はMOCVD装置で成長が行わ
れ、成長温度は、InGaN MQW活性層４は７８０℃であ
り、その他の層はすべて１０５０℃で行う。ドライエッ
チングによりMQW活性層４、p型光閉じ込め層６、ｐ型ク
ラッド層７そしてｐ型コンタクト層８を含んだメサ型９
を部分的に残した後、MOCVD法の再成長により成長温度
７８０℃でアンドープAl0.2Ga0.8N（厚さ0.75μｍ）埋
め込み層１０を形成した。ｎ型基板裏にはTi/Alからな
るｎ電極1１を形成し、ｐコンタクト上には、Ni/Auから
なるｐ電極１２を形成する。
a0.9N（シリコン濃度４×１０17atoms/cm3、厚さ１μ
ｍ）からなるｎ型クラッド層２、Siドープｎ型GaN（シ
リコン濃度４×１０17atoms/cm3、厚さ0.1μｍ）からな
るｎ型光閉じ込め層３、In0.2Ga0.8N（厚さ３nm）井戸
層とIn0.05Ga0.95N (厚さ5nm)バリア層からなるアンド
ープMQW層４（井戸数３個）、Mgドープp型Al0.2Ga0.8N
（Mg濃度２×１０17 atoms/cm3、厚さ20nｍ）からなる
キャップ層５、Mgドープp型GaN（Mg濃度２×１０1 7 at
oms/cm3、厚さ0.1μｍ）からなるp型光閉じ込め層６、
Mgドープp型Al0.1Ga0.9N（Mg濃度２×１０17 atoms/
cm3、厚さ0.５μｍ）からなるp型クラッド層７、 Mgド
ープp型GaN（Mg濃度2×１０17 atoms/cm3、厚さ０．２
μｍ）からなるp型コンタクト層８を順次成長させて、L
D構造を形成する。レーザ構造はMOCVD装置で成長が行わ
れ、成長温度は、InGaN MQW活性層４は７８０℃であ
り、その他の層はすべて１０５０℃で行う。ドライエッ
チングによりMQW活性層４、p型光閉じ込め層６、ｐ型ク
ラッド層７そしてｐ型コンタクト層８を含んだメサ型９
を部分的に残した後、MOCVD法の再成長により成長温度
７８０℃でアンドープAl0.2Ga0.8N（厚さ0.75μｍ）埋
め込み層１０を形成した。ｎ型基板裏にはTi/Alからな
るｎ電極1１を形成し、ｐコンタクト上には、Ni/Auから
なるｐ電極１２を形成する。
【００１５】ｎ型GaN基板を用いたが、AlGaN基板でもSi
C基板でもサファイア基板などを用いてもよく、極性もp
やi型でもよい。また本実施例では埋め込み層９はアン
ドープAlＧａＮであったが、極性はｎ型でもよい。
C基板でもサファイア基板などを用いてもよく、極性もp
やi型でもよい。また本実施例では埋め込み層９はアン
ドープAlＧａＮであったが、極性はｎ型でもよい。
【００１６】また、埋め込み材料もInXAlYGa1-X-YN（X
≧0、Y≧0、X+Y≦1）でもよい。
≧0、Y≧0、X+Y≦1）でもよい。
【００１７】（実施例２）図２は実施例である半導体レ
ーザの構造断面図である。
ーザの構造断面図である。
【００１８】ｐ型 Al0.1Ga0.9N基板１３上にＭｇドー
プｐ型Al0.1Ga0.9N（Ｍｇ濃度２×１０17 atoms/cm3、
厚さ１μｍ）からなるｐ型クラッド層１４、 Ｍｇドー
プｐ型GaN（Ｍｇ濃度２×１０17 atoms/cm3、厚さ0.1
μｍ）からなるｐ型光閉じ込め層１５、Ｓｉドープ In
0.2Ga0.8N（Si濃度2×１０17 atoms/cm3、厚さ３nm）
井戸層とIn0.05Ga0.95N (厚さ5nm)バリア層からなるＳ
ｉドープMQW層１６（井戸数３個）Siドープp型Al0.2Ga
0.8N（Si濃度2×１０17 atoms/cm3、厚さ20nｍ）から
なるキャップ層１７、Siドープｎ型GaN（Si濃度４×１
０17 atoms/cm3、厚さ0.1μｍ）からなるｎ型光閉じ込
め層１８、 Siドープｎ型Al0.1Ga0.9N（Si濃度４×１
０17 atoms/cm3、厚さ２μｍ）からなるｎ型クラッド層
１９、 Siドープｎ型GaN（Si濃度８×１０18atoms/c
m3、厚さ０．０５μｍ）からなるｎ型コンタクト層２０
を順次成長させて、LD構造を形成する。レーザ構造はMO
CVD装置で成長が行われ、成長温度は、InGaN MQW活性
層１６は７８０℃であり、その他の層はすべて１０５０
℃で行う。ドライエッチングによりMQW活性層１６、ｎ
型光閉じ込め層１８、ｐ型クラッド層１９そしてｐ型コ
ンタクト層２０を含んだメサ型２１を部分的に残した
後、MOCVD法の再成長により成長温度７８０℃でSiドー
プｎ型Al0.2Ga0.8N（Si濃度７×１０17 atoms/cm3、厚
さ0.5μｍ）埋め込み層２２、Mgドープｐ型Al0.2Ga0.8N
（Ｍｇ濃度２×１０17 atoms/cm3、厚さ0.5μｍ）埋め
込み層２３、Siドープｎ型Al0.2Ga0.8N（Si濃度７×１
０17 atoms/cm3、厚さ１．２μｍ）埋め込み層２４を
形成する。ｐ型基板裏にはNi/Auからなるｐ電極２５を
形成し、ｎコンタクト上には、Ti/Al からなるｎ電極
２６を形成する。本実施例では、ｐ型AlGaN基板を用い
たが、GaN基板でもSiC基板でもサファイア基板などを用
いてもよく、極性もｎやi型でもよい。
プｐ型Al0.1Ga0.9N（Ｍｇ濃度２×１０17 atoms/cm3、
厚さ１μｍ）からなるｐ型クラッド層１４、 Ｍｇドー
プｐ型GaN（Ｍｇ濃度２×１０17 atoms/cm3、厚さ0.1
μｍ）からなるｐ型光閉じ込め層１５、Ｓｉドープ In
0.2Ga0.8N（Si濃度2×１０17 atoms/cm3、厚さ３nm）
井戸層とIn0.05Ga0.95N (厚さ5nm)バリア層からなるＳ
ｉドープMQW層１６（井戸数３個）Siドープp型Al0.2Ga
0.8N（Si濃度2×１０17 atoms/cm3、厚さ20nｍ）から
なるキャップ層１７、Siドープｎ型GaN（Si濃度４×１
０17 atoms/cm3、厚さ0.1μｍ）からなるｎ型光閉じ込
め層１８、 Siドープｎ型Al0.1Ga0.9N（Si濃度４×１
０17 atoms/cm3、厚さ２μｍ）からなるｎ型クラッド層
１９、 Siドープｎ型GaN（Si濃度８×１０18atoms/c
m3、厚さ０．０５μｍ）からなるｎ型コンタクト層２０
を順次成長させて、LD構造を形成する。レーザ構造はMO
CVD装置で成長が行われ、成長温度は、InGaN MQW活性
層１６は７８０℃であり、その他の層はすべて１０５０
℃で行う。ドライエッチングによりMQW活性層１６、ｎ
型光閉じ込め層１８、ｐ型クラッド層１９そしてｐ型コ
ンタクト層２０を含んだメサ型２１を部分的に残した
後、MOCVD法の再成長により成長温度７８０℃でSiドー
プｎ型Al0.2Ga0.8N（Si濃度７×１０17 atoms/cm3、厚
さ0.5μｍ）埋め込み層２２、Mgドープｐ型Al0.2Ga0.8N
（Ｍｇ濃度２×１０17 atoms/cm3、厚さ0.5μｍ）埋め
込み層２３、Siドープｎ型Al0.2Ga0.8N（Si濃度７×１
０17 atoms/cm3、厚さ１．２μｍ）埋め込み層２４を
形成する。ｐ型基板裏にはNi/Auからなるｐ電極２５を
形成し、ｎコンタクト上には、Ti/Al からなるｎ電極
２６を形成する。本実施例では、ｐ型AlGaN基板を用い
たが、GaN基板でもSiC基板でもサファイア基板などを用
いてもよく、極性もｎやi型でもよい。
【００１９】本実施例では、埋め込み層を３層としてい
る。これは、埋め込み層中に逆バイアス構造を導入する
ためである。埋め込み層中に導入された逆バイアス構造
により、素子のリーク電流が減少するとともに、素子の
耐電圧特性が向上する。
る。これは、埋め込み層中に逆バイアス構造を導入する
ためである。埋め込み層中に導入された逆バイアス構造
により、素子のリーク電流が減少するとともに、素子の
耐電圧特性が向上する。
【００２０】（実施例３）図３は実施例である半導体レ
ーザの構造断面図である。
ーザの構造断面図である。
【００２１】本実施例では埋め込み層を２層に分けて再
成長することで、活性層の保護を行っている。ｎ型Al
0.1Ga0.9N基板２７上にSiドープｎ型Al0.1Ga0.9N（シリ
コン濃度4×１０1 7 atoms/cm3、厚さ１μｍ）からなる
ｎ型クラッド層２８、 Siドープｎ型GaN（シリコン濃
度4×１０17 atoms/cm3、厚さ0.1μｍ）からなるｎ型
光閉じ込め層２９、 In0.2Ga0.8N（厚さ３nm）井戸層
とIn0.05Ga0.95N (厚さ5nm)バリア層からなるアンドー
プMQW層３０（井戸数３個）、Mgドープp型Al0.2Ga0.8N
（Mg濃度2×１０17 atoms/cm3、厚さ20nｍ）からなる
キャップ層３１、Mgドープp型GaN（Mg濃度2×１０17 a
toms/cm3、厚さ0.1μｍ）からなるp型光閉じ込め層３
２、Mgドープp型Al0.1Ga0.9N（Mg濃度2×１０17 atoms
/cm3、厚さ２μｍ）からなるp型クラッド層３３、Mgド
ープp型GaN（Mg濃度2×１０17 atoms/cm3、厚さ０．０
５μｍ）からなるp型コンタクト層３４を順次成長させ
て、LD構造を形成する。レーザ構造はMOCVD装置で成長
が行われ、成長温度は、InGaN MQW活性層３０は７８０
℃であり、その他の層はすべて１０５０℃で行う。ドラ
イエッチングによりMQW活性層３０、p型光閉じ込め層３
２、ｐ型クラッド層３３そしてｐ型コンタクト層３４を
含んだメサ型３５を部分的に残した後、MOCVD法の再成
長により成長温度７８０℃でアンドープIn0.05Ga0.95N
(厚さ0.1μｍ)埋め込み層３６、続いてアンドープAl0.2
Ga0.8N（厚さ0.75μｍ）埋め込み層３７を形成する。こ
こで、 In0.05Ga0.95Nを第一層の埋め込み層としたの
は、低温でも良質の膜を成長可能だからである。ｎ型基
板裏にはTi/Alからなるｎ電極３８を形成し、ｐコンタ
クト３１上には、Ni/Auからなるｐ電極３９を形成す
る。本実施例では、ｎ型AlGaN基板を用いたが、GaN基板
でもSiC基板でもサファイア基板などを用いてもよく、
極性もpやi型でもよい。
成長することで、活性層の保護を行っている。ｎ型Al
0.1Ga0.9N基板２７上にSiドープｎ型Al0.1Ga0.9N（シリ
コン濃度4×１０1 7 atoms/cm3、厚さ１μｍ）からなる
ｎ型クラッド層２８、 Siドープｎ型GaN（シリコン濃
度4×１０17 atoms/cm3、厚さ0.1μｍ）からなるｎ型
光閉じ込め層２９、 In0.2Ga0.8N（厚さ３nm）井戸層
とIn0.05Ga0.95N (厚さ5nm)バリア層からなるアンドー
プMQW層３０（井戸数３個）、Mgドープp型Al0.2Ga0.8N
（Mg濃度2×１０17 atoms/cm3、厚さ20nｍ）からなる
キャップ層３１、Mgドープp型GaN（Mg濃度2×１０17 a
toms/cm3、厚さ0.1μｍ）からなるp型光閉じ込め層３
２、Mgドープp型Al0.1Ga0.9N（Mg濃度2×１０17 atoms
/cm3、厚さ２μｍ）からなるp型クラッド層３３、Mgド
ープp型GaN（Mg濃度2×１０17 atoms/cm3、厚さ０．０
５μｍ）からなるp型コンタクト層３４を順次成長させ
て、LD構造を形成する。レーザ構造はMOCVD装置で成長
が行われ、成長温度は、InGaN MQW活性層３０は７８０
℃であり、その他の層はすべて１０５０℃で行う。ドラ
イエッチングによりMQW活性層３０、p型光閉じ込め層３
２、ｐ型クラッド層３３そしてｐ型コンタクト層３４を
含んだメサ型３５を部分的に残した後、MOCVD法の再成
長により成長温度７８０℃でアンドープIn0.05Ga0.95N
(厚さ0.1μｍ)埋め込み層３６、続いてアンドープAl0.2
Ga0.8N（厚さ0.75μｍ）埋め込み層３７を形成する。こ
こで、 In0.05Ga0.95Nを第一層の埋め込み層としたの
は、低温でも良質の膜を成長可能だからである。ｎ型基
板裏にはTi/Alからなるｎ電極３８を形成し、ｐコンタ
クト３１上には、Ni/Auからなるｐ電極３９を形成す
る。本実施例では、ｎ型AlGaN基板を用いたが、GaN基板
でもSiC基板でもサファイア基板などを用いてもよく、
極性もpやi型でもよい。
【００２２】（実施例４）図４は実施例である半導体レ
ーザの構造断面図である。
ーザの構造断面図である。
【００２３】本例では、埋め込み層を活性層の成長温度
以下の温度で再成長させることで活性層の保護を行って
いる。
以下の温度で再成長させることで活性層の保護を行って
いる。
【００２４】ｐ型 Al0.1Ga0.90N基板４０上にＭｇドー
プｐ型Al0.1Ga0.90N（Ｍｇ濃度２×１０17 atoms/c
m3、厚さ１μｍ）からなるｐ型クラッド層４１、 Ｍｇ
ドープｐ型GaN（Ｍｇ濃度２×１０17 atoms/cm3、厚さ
0.1μｍ）からなるｐ型光閉じ込め層４２、Ｓｉドープ
In0.2Ga0.8N（Si濃度2×１０17 atoms/cm3、厚さ３n
m）井戸層とIn0.05Ga0.95N (厚さ5nm)バリア層からな
るＳｉドープMQW層４３（井戸数３個）、 Siドープp型
Al0.2Ga0.8N（Si濃度2×１０17 atoms/cm3、厚さ20n
ｍ）からなるキャップ層４４、Siドープｎ型GaN（Si濃
度４×１０17 atoms/cm3、厚さ0.1μｍ）からなるｎ型
光閉じ込め層４５、 Siドープｎ型Al0.1Ga0.9N（Si濃
度４×１０17 atoms/cm3、厚さ２μｍ）からなるｎ型
クラッド層４６、Siドープｎ型GaN（Si濃度８×１０18a
toms/cm3、厚さ０．０５μｍ）からなるｎ型コンタクト
層４７を順次成長させて、LD構造を形成する。レーザ構
造はMOCVD装置で成長が行われ、成長温度は、InGaN MQ
W活性層４３は７８０℃であり、その他の層はすべて１
０５０℃で行う。ドライエッチングによりMQW活性層４
３、ｎ型光閉じ込め層４５、ｐ型クラッド層４６そして
ｐ型コンタクト層４７を含んだメサ型４８を部分的に残
した後、MBE法における再成長により成長温度325℃でア
ンドープMｇSe（厚さ2.2μｍ）埋め込み層４９を形成す
る。ｐ型基板裏にはNi/Auからなるｐ電極５０を形成
し、ｎコンタクト上には、Ti/Al からなるｎ電極５１
を形成する。本実施例では、ｐ型AlGaN基板を用いた
が、GaN基板でもSiC基板でもサファイア基板などを用い
てもよく、極性もｎやi型でもよい。また、本実施例で
は、埋め込み層としてII−VI族化合物半導体であるMgSe
を用いたがAl 0.1Ga0.90Nクラッド層より低屈折率の材料
であれば どのようなII−VI族化合物半導体でもよい。
また、本実施例では、再成長膜をMBE法によって形成し
たがMOCVD法でもよい。
プｐ型Al0.1Ga0.90N（Ｍｇ濃度２×１０17 atoms/c
m3、厚さ１μｍ）からなるｐ型クラッド層４１、 Ｍｇ
ドープｐ型GaN（Ｍｇ濃度２×１０17 atoms/cm3、厚さ
0.1μｍ）からなるｐ型光閉じ込め層４２、Ｓｉドープ
In0.2Ga0.8N（Si濃度2×１０17 atoms/cm3、厚さ３n
m）井戸層とIn0.05Ga0.95N (厚さ5nm)バリア層からな
るＳｉドープMQW層４３（井戸数３個）、 Siドープp型
Al0.2Ga0.8N（Si濃度2×１０17 atoms/cm3、厚さ20n
ｍ）からなるキャップ層４４、Siドープｎ型GaN（Si濃
度４×１０17 atoms/cm3、厚さ0.1μｍ）からなるｎ型
光閉じ込め層４５、 Siドープｎ型Al0.1Ga0.9N（Si濃
度４×１０17 atoms/cm3、厚さ２μｍ）からなるｎ型
クラッド層４６、Siドープｎ型GaN（Si濃度８×１０18a
toms/cm3、厚さ０．０５μｍ）からなるｎ型コンタクト
層４７を順次成長させて、LD構造を形成する。レーザ構
造はMOCVD装置で成長が行われ、成長温度は、InGaN MQ
W活性層４３は７８０℃であり、その他の層はすべて１
０５０℃で行う。ドライエッチングによりMQW活性層４
３、ｎ型光閉じ込め層４５、ｐ型クラッド層４６そして
ｐ型コンタクト層４７を含んだメサ型４８を部分的に残
した後、MBE法における再成長により成長温度325℃でア
ンドープMｇSe（厚さ2.2μｍ）埋め込み層４９を形成す
る。ｐ型基板裏にはNi/Auからなるｐ電極５０を形成
し、ｎコンタクト上には、Ti/Al からなるｎ電極５１
を形成する。本実施例では、ｐ型AlGaN基板を用いた
が、GaN基板でもSiC基板でもサファイア基板などを用い
てもよく、極性もｎやi型でもよい。また、本実施例で
は、埋め込み層としてII−VI族化合物半導体であるMgSe
を用いたがAl 0.1Ga0.90Nクラッド層より低屈折率の材料
であれば どのようなII−VI族化合物半導体でもよい。
また、本実施例では、再成長膜をMBE法によって形成し
たがMOCVD法でもよい。
【００２５】（実施例５）図５は実施例である半導体レ
ーザの構造断面図である。ｐ型 Al0.1Ga0.90N基板５２
上にＭｇドープｐ型Al0.1Ga0.90N（Ｍｇ濃度２×１０17
atoms/cm3、厚さ１μｍ）からなるｐ型クラッド層５
３、 Ｍｇドープｐ型GaN（Ｍｇ濃度２×１０17 atoms
/cm3、厚さ0.1μｍ）からなるｐ型光閉じ込め層５４、
Ｓｉドープ In0.2Ga0.8N（Si濃度2×１０17 atoms/cm
3、厚さ３nm）井戸層とIn0.05Ga0.95N (厚さ5nm)バリ
ア層からなるＳｉドープMQW層５５（井戸数３個）、 S
iドープp型Al0.2Ga0.8N（Si濃度2×１０17 atoms/c
m3、厚さ20nｍ）からなるキャップ層５６、Siドープｎ
型GaN（Si濃度４×１０17 atoms/cm3、厚さ0.1μｍ）
からなるｎ型光閉じ込め層５７、 Siドープｎ型Al0.1G
a0.9N（Si濃度４×１０17 atoms/cm3、厚さ２μｍ）か
らなるｎ型クラッド層５８、Siドープｎ型GaN（Si濃度
８×１０18atoms/cm3、厚さ０．０５μｍ）からなるｎ
型コンタクト層５９を順次成長させて、LD構造を形成す
る。レーザ構造はMOCVD装置で成長が行われ、成長温度
は、InGaN MQW活性層５５は７８０℃であり、その他の
層はすべて１０５０℃で行う。ドライエッチングにより
MQW活性層５５、ｎ型光閉じ込め層５７、ｐ型クラッド
層５８そしてｐ型コンタクト層５９を含んだメサ型６０
を部分的に残した後、MOCVD法の再成長により成長温度
７８０℃でアンドープｎ型Al0.2Ga0.8N（厚さ0.１μ
ｍ）埋め込み層６１を成長させた後、成長温度を１０５
０℃まで上げてアンドープAl0.2Ga0.8N（厚さ2.１μ
ｍ）埋め込み層６２を形成する。低い屈折率を持つ埋込
み層６２を比較的高温（１０５０℃）で成長したのは、
結晶性が高く、膜質の良好な埋め込み層を得るためであ
る。ｐ型基板裏にはNi/Auからなるｐ電極６３を形成
し、ｎコンタクト上には、Ti/Al からなるｎ電極６４
を形成する。本実施例では、ｐ型AlGaN基板を用いた
が、GaN基板でもSiC基板でもサファイア基板などを用い
てもよく、極性もｎやi型でもよい。
ーザの構造断面図である。ｐ型 Al0.1Ga0.90N基板５２
上にＭｇドープｐ型Al0.1Ga0.90N（Ｍｇ濃度２×１０17
atoms/cm3、厚さ１μｍ）からなるｐ型クラッド層５
３、 Ｍｇドープｐ型GaN（Ｍｇ濃度２×１０17 atoms
/cm3、厚さ0.1μｍ）からなるｐ型光閉じ込め層５４、
Ｓｉドープ In0.2Ga0.8N（Si濃度2×１０17 atoms/cm
3、厚さ３nm）井戸層とIn0.05Ga0.95N (厚さ5nm)バリ
ア層からなるＳｉドープMQW層５５（井戸数３個）、 S
iドープp型Al0.2Ga0.8N（Si濃度2×１０17 atoms/c
m3、厚さ20nｍ）からなるキャップ層５６、Siドープｎ
型GaN（Si濃度４×１０17 atoms/cm3、厚さ0.1μｍ）
からなるｎ型光閉じ込め層５７、 Siドープｎ型Al0.1G
a0.9N（Si濃度４×１０17 atoms/cm3、厚さ２μｍ）か
らなるｎ型クラッド層５８、Siドープｎ型GaN（Si濃度
８×１０18atoms/cm3、厚さ０．０５μｍ）からなるｎ
型コンタクト層５９を順次成長させて、LD構造を形成す
る。レーザ構造はMOCVD装置で成長が行われ、成長温度
は、InGaN MQW活性層５５は７８０℃であり、その他の
層はすべて１０５０℃で行う。ドライエッチングにより
MQW活性層５５、ｎ型光閉じ込め層５７、ｐ型クラッド
層５８そしてｐ型コンタクト層５９を含んだメサ型６０
を部分的に残した後、MOCVD法の再成長により成長温度
７８０℃でアンドープｎ型Al0.2Ga0.8N（厚さ0.１μ
ｍ）埋め込み層６１を成長させた後、成長温度を１０５
０℃まで上げてアンドープAl0.2Ga0.8N（厚さ2.１μ
ｍ）埋め込み層６２を形成する。低い屈折率を持つ埋込
み層６２を比較的高温（１０５０℃）で成長したのは、
結晶性が高く、膜質の良好な埋め込み層を得るためであ
る。ｐ型基板裏にはNi/Auからなるｐ電極６３を形成
し、ｎコンタクト上には、Ti/Al からなるｎ電極６４
を形成する。本実施例では、ｐ型AlGaN基板を用いた
が、GaN基板でもSiC基板でもサファイア基板などを用い
てもよく、極性もｎやi型でもよい。
【００２６】（実施例６）図６は実施例である半導体レ
ーザの構造断面図である。
ーザの構造断面図である。
【００２７】ｎ型Al0.1Ga0.9N基板６５上にSiドープｎ
型Al0.1Ga0.9N（シリコン濃度4×１０17 atoms/cm3、
厚さ１μｍ）からなるｎ型クラッド層６６、 Siドープ
ｎ型GaN（シリコン濃度4×１０17 atoms/cm3、厚さ0.1
μｍ）からなるｎ型光閉じ込め層６７、 In0.2Ga0.8N
（厚さ３nm）井戸層とIn0.05Ga0.95N (厚さ5nm)バリア
層からなるアンドープMQW層６８（井戸数３個）、Mgド
ープp型Al0.2Ga0.8N（Mg濃度2×１０17 atoms/cm3、厚
さ20nｍ）からなるキャップ層６９、 Mgドープp型GaN
（Mg濃度2×１０17 atoms/cm3、厚さ0.1μｍ）からな
るp型光閉じ込め層７０、 Mgドープp型Al0.1Ga0.9N（M
g濃度2×１０17 atoms/cm3、厚さ２μｍ）からなるp型
クラッド層７１、 Mgドープp型GaN（Mg濃度2×１
０17、厚さ０．０５μｍ）からなるp型コンタクト層７
２を順次成長させて、LD構造を形成する。レーザ構造は
MOCVD装置で成長が行われ、成長温度は、InGaN MQW活
性層６８は７８０℃であり、その他の層はすべて１０５
０℃で行う。ドライエッチングによりMQW活性層６８、p
型光閉じ込め層７０、ｐ型クラッド層７１そしてｐ型コ
ンタクト層７２を含んだメサ型７３を部分的に残した
後、MOCVD法の再成長により成長温度７８０℃でMgドー
プｐ型In0.05Ga0.95N (Mg濃度2×１０17、厚さ0.1μｍ)
埋め込み層７４、続いて成長温度を１０５０℃に上げて
Siドープｎ型Al0.2Ga0.8N（シリコン濃度4×１０17 at
oms/cm3、厚さ1.０μｍ）埋め込み層７５を形成し、続
いて成長温度１０５０℃でMgドープp型Al0.2Ga0.8N（Mg
濃度２×１０17atoms/cm3、厚さ1.１μｍ）埋め込み層
７６を形成する。ここで、埋め込み層７４の膜厚は0.1
μmであり、他の埋め込み層に比べて薄いが、これは、
この埋め込み層７４が、引き続いて行われる埋込み層７
５，７６の成長で用いられる高温（１０５０℃）により
活性層表面から原子が気化するのを防ぐためだからであ
る。
型Al0.1Ga0.9N（シリコン濃度4×１０17 atoms/cm3、
厚さ１μｍ）からなるｎ型クラッド層６６、 Siドープ
ｎ型GaN（シリコン濃度4×１０17 atoms/cm3、厚さ0.1
μｍ）からなるｎ型光閉じ込め層６７、 In0.2Ga0.8N
（厚さ３nm）井戸層とIn0.05Ga0.95N (厚さ5nm)バリア
層からなるアンドープMQW層６８（井戸数３個）、Mgド
ープp型Al0.2Ga0.8N（Mg濃度2×１０17 atoms/cm3、厚
さ20nｍ）からなるキャップ層６９、 Mgドープp型GaN
（Mg濃度2×１０17 atoms/cm3、厚さ0.1μｍ）からな
るp型光閉じ込め層７０、 Mgドープp型Al0.1Ga0.9N（M
g濃度2×１０17 atoms/cm3、厚さ２μｍ）からなるp型
クラッド層７１、 Mgドープp型GaN（Mg濃度2×１
０17、厚さ０．０５μｍ）からなるp型コンタクト層７
２を順次成長させて、LD構造を形成する。レーザ構造は
MOCVD装置で成長が行われ、成長温度は、InGaN MQW活
性層６８は７８０℃であり、その他の層はすべて１０５
０℃で行う。ドライエッチングによりMQW活性層６８、p
型光閉じ込め層７０、ｐ型クラッド層７１そしてｐ型コ
ンタクト層７２を含んだメサ型７３を部分的に残した
後、MOCVD法の再成長により成長温度７８０℃でMgドー
プｐ型In0.05Ga0.95N (Mg濃度2×１０17、厚さ0.1μｍ)
埋め込み層７４、続いて成長温度を１０５０℃に上げて
Siドープｎ型Al0.2Ga0.8N（シリコン濃度4×１０17 at
oms/cm3、厚さ1.０μｍ）埋め込み層７５を形成し、続
いて成長温度１０５０℃でMgドープp型Al0.2Ga0.8N（Mg
濃度２×１０17atoms/cm3、厚さ1.１μｍ）埋め込み層
７６を形成する。ここで、埋め込み層７４の膜厚は0.1
μmであり、他の埋め込み層に比べて薄いが、これは、
この埋め込み層７４が、引き続いて行われる埋込み層７
５，７６の成長で用いられる高温（１０５０℃）により
活性層表面から原子が気化するのを防ぐためだからであ
る。
【００２８】ｎ型基板裏にはTi/Alからなるｎ電極７７
を形成し、ｐコンタクト上には、Ni/Auからなるｐ電極
７８を形成する。本実施例では、ｎ型AlGaN基板を用い
たが、GaN基板でもSiC基板でもサファイア基板などを用
いてもよく、極性もpやi型でもよい。
を形成し、ｐコンタクト上には、Ni/Auからなるｐ電極
７８を形成する。本実施例では、ｎ型AlGaN基板を用い
たが、GaN基板でもSiC基板でもサファイア基板などを用
いてもよく、極性もpやi型でもよい。
【００２９】本実施例では、埋め込み層を３層としてい
る。これは、埋め込み層中に逆バイアス構造を導入する
ためである。埋め込み層中に導入された逆バイアス構造
により、素子のリーク電流が減少するとともに、素子の
耐電圧特性が向上する。
る。これは、埋め込み層中に逆バイアス構造を導入する
ためである。埋め込み層中に導入された逆バイアス構造
により、素子のリーク電流が減少するとともに、素子の
耐電圧特性が向上する。
【００３０】（実施例７）図７は実施例である半導体レ
ーザの構造断面図である。ｎ型Al0.1Ga0.9N基板７９上
にSiドープｎ型Al0.1Ga0.9N（シリコン濃度4×１０1 7
atoms/cm3、厚さ１μｍ）からなるｎ型クラッド層８
０、 Siドープｎ型GaN（シリコン濃度4×１０17 atom
s/cm3、厚さ0.1μｍ）からなるｎ型光閉じ込め層８１、
In0.2Ga0.8N（厚さ３nm）井戸層とIn0.05Ga0.95N
(厚さ5nm)バリア層からなるアンドープMQW層８２（井戸
数３個）、Mgドープp型Al0.2Ga0.8N（Mg濃度2×１０17
atoms/cm3、厚さ20nｍ）からなるキャップ層８３、
Mgドープp型GaN（Mg濃度2×１０17 atoms/cm3、厚さ0.
1μｍ）からなるp型光閉じ込め層８４、 Mgドープp型A
l0.1Ga0.9N（Mg濃度2×１０17 atoms/cm3、厚さ２μ
ｍ）からなるp型クラッド層８５、 Mgドープp型GaN（M
g濃度2×１０17 atoms/cm3、厚さ０．０５μｍ）から
なるp型コンタクト層８６を順次成長させて、LD構造を
形成する。レーザ構造はMOCVD装置で成長が行われ、成
長温度は、InGaN MQW活性層８２は７８０℃であり、そ
の他の層はすべて１０５０℃で行う。ドライエッチング
によりMQW活性層８２、p型光閉じ込め層８４、ｐ型クラ
ッド層８５そしてｐ型コンタクト層８６を含んだメサ型
８７を部分的に残した後、MOCVD法の再成長により成長
温度600℃でアンドープIn0.05Ga0.95N (厚さ0.03μｍ)
の第一の埋込み層（図示せず。）を再成長させる。第一
の埋め込み層の材料は、第二の埋込み層と同じである必
要はなく、再成長温度、気化温度、活性層との屈折率の
違い等を勘案して選択される。また、この第一の埋込み
層は引き続いて行われる高温（１０５０度）の第二の埋
め込み層形成時に活性層が表面から気化するのを防ぐ目
的で形成される。続いて成長温度を１０５０℃に上げて
５分間待機し、試料を１０５０度まで昇温し定温とする
とともに、不要な第一の埋め込み層を気化させる。第一
の埋め込み層が気化し終えたらアンドープAl0.2Ga0.8N
（厚さ２．２μｍ）を材料とする第二の埋め込み層８８
を形成する。ｎ型基板裏にはTi/Alからなるｎ電極８９
を形成し、ｐコンタクト上には、Ni/Auからなるｐ電極
９０を形成する。本実施例では、ｎ型AlGaN基板を用い
たが、GaN基板でもSiC基板でもサファイア基板などを用
いてもよく、極性もpやi型でもよい。
ーザの構造断面図である。ｎ型Al0.1Ga0.9N基板７９上
にSiドープｎ型Al0.1Ga0.9N（シリコン濃度4×１０1 7
atoms/cm3、厚さ１μｍ）からなるｎ型クラッド層８
０、 Siドープｎ型GaN（シリコン濃度4×１０17 atom
s/cm3、厚さ0.1μｍ）からなるｎ型光閉じ込め層８１、
In0.2Ga0.8N（厚さ３nm）井戸層とIn0.05Ga0.95N
(厚さ5nm)バリア層からなるアンドープMQW層８２（井戸
数３個）、Mgドープp型Al0.2Ga0.8N（Mg濃度2×１０17
atoms/cm3、厚さ20nｍ）からなるキャップ層８３、
Mgドープp型GaN（Mg濃度2×１０17 atoms/cm3、厚さ0.
1μｍ）からなるp型光閉じ込め層８４、 Mgドープp型A
l0.1Ga0.9N（Mg濃度2×１０17 atoms/cm3、厚さ２μ
ｍ）からなるp型クラッド層８５、 Mgドープp型GaN（M
g濃度2×１０17 atoms/cm3、厚さ０．０５μｍ）から
なるp型コンタクト層８６を順次成長させて、LD構造を
形成する。レーザ構造はMOCVD装置で成長が行われ、成
長温度は、InGaN MQW活性層８２は７８０℃であり、そ
の他の層はすべて１０５０℃で行う。ドライエッチング
によりMQW活性層８２、p型光閉じ込め層８４、ｐ型クラ
ッド層８５そしてｐ型コンタクト層８６を含んだメサ型
８７を部分的に残した後、MOCVD法の再成長により成長
温度600℃でアンドープIn0.05Ga0.95N (厚さ0.03μｍ)
の第一の埋込み層（図示せず。）を再成長させる。第一
の埋め込み層の材料は、第二の埋込み層と同じである必
要はなく、再成長温度、気化温度、活性層との屈折率の
違い等を勘案して選択される。また、この第一の埋込み
層は引き続いて行われる高温（１０５０度）の第二の埋
め込み層形成時に活性層が表面から気化するのを防ぐ目
的で形成される。続いて成長温度を１０５０℃に上げて
５分間待機し、試料を１０５０度まで昇温し定温とする
とともに、不要な第一の埋め込み層を気化させる。第一
の埋め込み層が気化し終えたらアンドープAl0.2Ga0.8N
（厚さ２．２μｍ）を材料とする第二の埋め込み層８８
を形成する。ｎ型基板裏にはTi/Alからなるｎ電極８９
を形成し、ｐコンタクト上には、Ni/Auからなるｐ電極
９０を形成する。本実施例では、ｎ型AlGaN基板を用い
たが、GaN基板でもSiC基板でもサファイア基板などを用
いてもよく、極性もpやi型でもよい。
【００３１】
【発明の効果】上述したように、本発明により活性層を
含むメサ型を活性層の成長温度以下の成長温度で活性層
よりも屈折率の低い半導体をメサ型構造を挟み込むよう
に再成長することで高温による活性層の品質の劣化を防
ぐことができる。具体的には以下に記す３つの効果が得
られる。
含むメサ型を活性層の成長温度以下の成長温度で活性層
よりも屈折率の低い半導体をメサ型構造を挟み込むよう
に再成長することで高温による活性層の品質の劣化を防
ぐことができる。具体的には以下に記す３つの効果が得
られる。
【００３２】ストライプ幅方向の屈折率分布と利得分
布を一致させることができ、従来構造の利得分布が広い
構造に比べ、余分なキャリアを減らし、横方向のキャリ
ア閉じ込めの能力が向上することから、低いしきい値の
レーザが得られる。
布を一致させることができ、従来構造の利得分布が広い
構造に比べ、余分なキャリアを減らし、横方向のキャリ
ア閉じ込めの能力が向上することから、低いしきい値の
レーザが得られる。
【００３３】従来構造の利得分布が広い構造では、光
出力が増すと発振領域外部の利得が大きくなるのに対
し、ストライプ幅方向の屈折率分布と利得分布を一致さ
せることができる本発明の構造では横モードの安定性が
向上する。
出力が増すと発振領域外部の利得が大きくなるのに対
し、ストライプ幅方向の屈折率分布と利得分布を一致さ
せることができる本発明の構造では横モードの安定性が
向上する。
【００３４】従来法ではメサ型ストライプはＳｉＯ2
等の絶縁膜で覆われていたので熱伝導が悪く、充分な冷
却効果が得られなかった。しかし、本発明によれば、活
性領域が半導体で埋め込まれているため、従来法にくら
べて放熱性が良くなり素子の寿命を延ばすことが出来
る。
等の絶縁膜で覆われていたので熱伝導が悪く、充分な冷
却効果が得られなかった。しかし、本発明によれば、活
性領域が半導体で埋め込まれているため、従来法にくら
べて放熱性が良くなり素子の寿命を延ばすことが出来
る。
【００３５】このように本発明によると窒化物半導体で
屈折率分布と利得分布を一致させる埋め込みレーザ素子
を作製することが可能となった。本発明により得られた
しきい値が低く、高出力時の横モードの安定性に優れ
た、寿命が長い窒化物系化合物半導体レーザー素子は産
業上の利用価値が大きいと考えられる。
屈折率分布と利得分布を一致させる埋め込みレーザ素子
を作製することが可能となった。本発明により得られた
しきい値が低く、高出力時の横モードの安定性に優れ
た、寿命が長い窒化物系化合物半導体レーザー素子は産
業上の利用価値が大きいと考えられる。
【図１】第１の実施例の窒化物系化合物半導体レーザー
素子の断面図である。
素子の断面図である。
【図２】第２の実施例の窒化物系化合物半導体レーザー
素子の断面図である。
素子の断面図である。
【図３】第３の実施例の窒化物系化合物半導体レーザー
素子の断面図である。
素子の断面図である。
【図４】第４の実施例の窒化物系化合物半導体レーザー
素子の断面図である。
素子の断面図である。
【図５】第５の実施例の窒化物系化合物半導体レーザー
素子の断面図である。
素子の断面図である。
【図６】第６の実施例の窒化物系化合物半導体レーザー
素子の断面図である。
素子の断面図である。
【図７】第７の実施例の窒化物系化合物半導体レーザー
素子の断面図である。
素子の断面図である。
【図８】従来の窒化物系化合物半導体レーザー素子の断
面図である。
面図である。
１：ｎ型ＧａＮ基板 ２、１９、２８、４６，５８，６６、８０、１０２：ｎ
型クラッド層 ３、１８、２９、４５、５７、６７、８１、１０３：ｎ
型光閉じ込め層 ４、１６、３０、４３、５５、６８、８２、１０４：MQ
W活性層 ５、３１、６９、８３、１０５、：p型キャップ層 ６、１５、３２、４２、５４、７０、８４、１０６：p
型光閉じ込め層 ７、１４、３３、４１、５３、７１、８５、１０７：p
型クラッド層 ８、３４、７２、８６、１０８：p型コンタクト層 ９、２１、３５、４８、６０、７３、８７、１０９：メ
サ型 １０、４９、８８：埋め込み層 １１、２６、３８、５１、６４、７７、８９、１１１：
ｎ電極 １２、２５、３９、５０、６３、７８、９０、１１２：
ｐ電極 １３：ｐ型AｌＧａＮ基板 １７、４４、５６：ｎ型キャップ層 ２０、４７、５９：ｎ型コンタクト層 ２２、３６，６１、７４：第一の埋め込み層 ２３、３７、６２、７５：第二の埋め込み層 ２４、７６：第三の埋め込み層 ２７：ｎ型Aｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ基板 ４０：ｐ型AｌＧａＮ基板 ５２：ｐ型AｌＧａＮ基板 ６５：ｎ型AｌＧａＮ基板 ７９：ｎ型AｌＧａＮ基板 １０１：ｎ型ＧａＮ基板 １１０：SiO2絶縁膜
型クラッド層 ３、１８、２９、４５、５７、６７、８１、１０３：ｎ
型光閉じ込め層 ４、１６、３０、４３、５５、６８、８２、１０４：MQ
W活性層 ５、３１、６９、８３、１０５、：p型キャップ層 ６、１５、３２、４２、５４、７０、８４、１０６：p
型光閉じ込め層 ７、１４、３３、４１、５３、７１、８５、１０７：p
型クラッド層 ８、３４、７２、８６、１０８：p型コンタクト層 ９、２１、３５、４８、６０、７３、８７、１０９：メ
サ型 １０、４９、８８：埋め込み層 １１、２６、３８、５１、６４、７７、８９、１１１：
ｎ電極 １２、２５、３９、５０、６３、７８、９０、１１２：
ｐ電極 １３：ｐ型AｌＧａＮ基板 １７、４４、５６：ｎ型キャップ層 ２０、４７、５９：ｎ型コンタクト層 ２２、３６，６１、７４：第一の埋め込み層 ２３、３７、６２、７５：第二の埋め込み層 ２４、７６：第三の埋め込み層 ２７：ｎ型Aｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ基板 ４０：ｐ型AｌＧａＮ基板 ５２：ｐ型AｌＧａＮ基板 ６５：ｎ型AｌＧａＮ基板 ７９：ｎ型AｌＧａＮ基板 １０１：ｎ型ＧａＮ基板 １１０：SiO2絶縁膜
Claims (7)
- 【請求項１】 基板上部に形成されたInXGa1-XN（0≦X
≦1）からなる活性層と、該活性層の上側に存在する第
一のクラッド層の双方ともがメサ型ストライプ構造中に
存在しており、該メサ型ストライプ構造の側面に、活性
層よりも低屈折率の半導体からなる埋込み層が存在する
窒化物系化合物半導体レーザー素子の製造方法におい
て、前記活性領域の成長温度よりも１００℃高い温度以
下の温度で埋め込み層を成長することを特徴とする窒化
物系化合物半導体レーザー素子の製造方法。 - 【請求項２】 前記埋込み層としてII-VI族化合物半導
体を材料とすることを特徴とする請求項１記載の窒化物
系化合物半導体レーザー素子の製造方法。 - 【請求項３】 前記埋め込み層としてInXAlYGa1-X-YN
（X≧0、Y≧0、X+Y≦1）の組成の半導体を材料とするこ
とを特徴とする請求項１記載の窒化物系化合物半導体レ
ーザー素子の製造方法。 - 【請求項４】 前記埋め込み層を多層膜とすることを特
徴とする請求項１〜３記載の窒化物系化合物半導体レー
ザー素子の製造方法。 - 【請求項５】 前記多層膜としてII−VI族化合物半導体
とInXAlYGa1-X-YN（X≧0、Y≧0、X+Y≦1）の両者を材料
として用いたことを特徴とする請求項４記載の窒化物系
化合物半導体レーザー素子の製造方法。 - 【請求項６】 第一の埋込み層を活性層の成長温度以下
の温度で前記メサ型ストライプ構造の表面に薄く成長
し、その後、温度を活性層の成長温度以上に上昇し、引
き続き第二の埋め込み層を再成長することを特徴とする
請求項４に記載の窒化物系化合物半導体レーザー素子の
製造方法。 - 【請求項７】 請求項１〜６に記載されたいずれか一項
の方法により製造された窒化物系化合物半導体レーザー
素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09790399A JP3496712B2 (ja) | 1999-04-05 | 1999-04-05 | 窒化物系化合物半導体レーザ素子とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09790399A JP3496712B2 (ja) | 1999-04-05 | 1999-04-05 | 窒化物系化合物半導体レーザ素子とその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000294883A true JP2000294883A (ja) | 2000-10-20 |
| JP3496712B2 JP3496712B2 (ja) | 2004-02-16 |
Family
ID=14204696
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09790399A Expired - Lifetime JP3496712B2 (ja) | 1999-04-05 | 1999-04-05 | 窒化物系化合物半導体レーザ素子とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3496712B2 (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100379103C (zh) * | 2004-12-17 | 2008-04-02 | 夏普株式会社 | 半导体激光器件和设置有其的光信息记录设备 |
| JP2008258456A (ja) * | 2007-04-06 | 2008-10-23 | Opnext Japan Inc | 窒化物半導体レーザ装置およびその製造方法 |
| JP2013505586A (ja) * | 2009-09-17 | 2013-02-14 | ソラア インコーポレーテッド | ｛２０−２１｝ガリウム及び窒素含有基板上の低電圧レーザダイオード |
| US8816319B1 (en) | 2010-11-05 | 2014-08-26 | Soraa Laser Diode, Inc. | Method of strain engineering and related optical device using a gallium and nitrogen containing active region |
| US8905588B2 (en) | 2010-02-03 | 2014-12-09 | Sorra, Inc. | System and method for providing color light sources in proximity to predetermined wavelength conversion structures |
| US9048170B2 (en) | 2010-11-09 | 2015-06-02 | Soraa Laser Diode, Inc. | Method of fabricating optical devices using laser treatment |
| US9076926B2 (en) | 2011-08-22 | 2015-07-07 | Soraa, Inc. | Gallium and nitrogen containing trilateral configuration for optical devices |
| US9105806B2 (en) | 2009-03-09 | 2015-08-11 | Soraa, Inc. | Polarization direction of optical devices using selected spatial configurations |
| US9419189B1 (en) | 2013-11-04 | 2016-08-16 | Soraa, Inc. | Small LED source with high brightness and high efficiency |
| US9450143B2 (en) | 2010-06-18 | 2016-09-20 | Soraa, Inc. | Gallium and nitrogen containing triangular or diamond-shaped configuration for optical devices |
| US9583678B2 (en) | 2009-09-18 | 2017-02-28 | Soraa, Inc. | High-performance LED fabrication |
| US9978904B2 (en) | 2012-10-16 | 2018-05-22 | Soraa, Inc. | Indium gallium nitride light emitting devices |
| US10147850B1 (en) | 2010-02-03 | 2018-12-04 | Soraa, Inc. | System and method for providing color light sources in proximity to predetermined wavelength conversion structures |
-
1999
- 1999-04-05 JP JP09790399A patent/JP3496712B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (30)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN100379103C (zh) * | 2004-12-17 | 2008-04-02 | 夏普株式会社 | 半导体激光器件和设置有其的光信息记录设备 |
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| US9543738B2 (en) | 2009-09-17 | 2017-01-10 | Soraa Laser Diode, Inc. | Low voltage laser diodes on {20-21} gallium and nitrogen containing substrates |
| JP2013505586A (ja) * | 2009-09-17 | 2013-02-14 | ソラア インコーポレーテッド | ｛２０−２１｝ガリウム及び窒素含有基板上の低電圧レーザダイオード |
| US12327984B2 (en) | 2009-09-17 | 2025-06-10 | Kyocera Sld Laser, Inc. | Low voltage laser diodes on {20-21} gallium and nitrogen containing surfaces |
| US11070031B2 (en) | 2009-09-17 | 2021-07-20 | Kyocera Sld Laser, Inc. | Low voltage laser diodes on {20-21} gallium and nitrogen containing surfaces |
| US10424900B2 (en) | 2009-09-17 | 2019-09-24 | Soraa Laser Diode, Inc. | Low voltage laser diodes on {20-21} gallium and nitrogen containing substrates |
| US10090644B2 (en) | 2009-09-17 | 2018-10-02 | Soraa Laser Diode, Inc. | Low voltage laser diodes on {20-21} gallium and nitrogen containing substrates |
| US9853420B2 (en) | 2009-09-17 | 2017-12-26 | Soraa Laser Diode, Inc. | Low voltage laser diodes on {20-21} gallium and nitrogen containing substrates |
| US9583678B2 (en) | 2009-09-18 | 2017-02-28 | Soraa, Inc. | High-performance LED fabrication |
| US10693041B2 (en) | 2009-09-18 | 2020-06-23 | Soraa, Inc. | High-performance LED fabrication |
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| US10283938B1 (en) | 2010-11-05 | 2019-05-07 | Soraa Laser Diode, Inc. | Method of strain engineering and related optical device using a gallium and nitrogen containing active region |
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|---|---|
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