JPH0951139A - 半導体レーザ素子 - Google Patents
半導体レーザ素子Info
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- JPH0951139A JPH0951139A JP20305795A JP20305795A JPH0951139A JP H0951139 A JPH0951139 A JP H0951139A JP 20305795 A JP20305795 A JP 20305795A JP 20305795 A JP20305795 A JP 20305795A JP H0951139 A JPH0951139 A JP H0951139A
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- laser device
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明の目的は、低閾値で動作する青紫色波
長域のレ−ザ素子を実現させることにある。 【構成】 (0001)C面を有するサファイア基板1上に中
央部にストライプ状の窓をあけたTiの窒化物TiNx(0<x≦
1)のパタ−ン2を形成しておき、絶縁膜マスクパタ−ン
3を利用して、選択成長技術によりAlGaInN材料からな
る導波路共振構造を作製する。導波路構造に関しては、
発光活性層6を光導波層に埋め込んだ形であるBH構造
を構成できる。次に、TiNx(0<x≦1)に接触する形でn側
電極Ti/Auを蒸着し、p側電極にはNi/Auを蒸着した後、
劈開することにより素子を得る。 【効果】 本実施例では、n型の電極材料に高融点のTi
の窒化物TiNx(0<x≦1)材料を予め形成しておくことによ
り、選択成長を一回行うだけで、実屈折率差により基本
横モ−ドを制御してレ−ザ光を安定に伝搬する埋め込み
(BH)導波路構造を作製できた。本素子は、電流注入に
より410〜430nmの波長範囲でレ−ザ発振した。
また、絶縁膜マスクパタ−ンを工夫することにより、さ
らに低閾値動作が可能であった。
長域のレ−ザ素子を実現させることにある。 【構成】 (0001)C面を有するサファイア基板1上に中
央部にストライプ状の窓をあけたTiの窒化物TiNx(0<x≦
1)のパタ−ン2を形成しておき、絶縁膜マスクパタ−ン
3を利用して、選択成長技術によりAlGaInN材料からな
る導波路共振構造を作製する。導波路構造に関しては、
発光活性層6を光導波層に埋め込んだ形であるBH構造
を構成できる。次に、TiNx(0<x≦1)に接触する形でn側
電極Ti/Auを蒸着し、p側電極にはNi/Auを蒸着した後、
劈開することにより素子を得る。 【効果】 本実施例では、n型の電極材料に高融点のTi
の窒化物TiNx(0<x≦1)材料を予め形成しておくことによ
り、選択成長を一回行うだけで、実屈折率差により基本
横モ−ドを制御してレ−ザ光を安定に伝搬する埋め込み
(BH)導波路構造を作製できた。本素子は、電流注入に
より410〜430nmの波長範囲でレ−ザ発振した。
また、絶縁膜マスクパタ−ンを工夫することにより、さ
らに低閾値動作が可能であった。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光情報端末或は光応用
計測光源に適する半導体レ−ザ素子に関する。
計測光源に適する半導体レ−ザ素子に関する。
【0002】
【従来の技術】従来では、GaInN/AlGaN材料を用いた発
光素子に関し、例えばアプライド・フィジックス・レタ
−1994年,64巻,1687-1689頁(Appl. Phys. Lett., 64, 1
687-1689(1994).)において、青色発光ダイオ−ドを構成
する素子構造が述べられている。
光素子に関し、例えばアプライド・フィジックス・レタ
−1994年,64巻,1687-1689頁(Appl. Phys. Lett., 64, 1
687-1689(1994).)において、青色発光ダイオ−ドを構成
する素子構造が述べられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、青
色発光ダイオ−ドを構成する発光活性層や光導波層につ
いて言及しているが、レ−ザダイオ−ドに必要な導波路
共振構造を作製する工程について述べていない。また、
半導体レ−ザの横モ−ドを制御する素子構造やそれを作
製する手法については説明していない。
色発光ダイオ−ドを構成する発光活性層や光導波層につ
いて言及しているが、レ−ザダイオ−ドに必要な導波路
共振構造を作製する工程について述べていない。また、
半導体レ−ザの横モ−ドを制御する素子構造やそれを作
製する手法については説明していない。
【0004】本発明の目的は、これまで導波路や共振器
の形成が困難であったNitride材料において、一回の結
晶成長により半導体レ−ザに適する導波路共振構造を形
成するとともに、電極材料及び、電極と結晶層の構成を
規定することによって、容易に基本横モ−ド制御構造を
有した素子構造を達成することにある。さらに、より低
閾値で動作する青紫色波長域のレ−ザ素子を実現させる
ことにある。
の形成が困難であったNitride材料において、一回の結
晶成長により半導体レ−ザに適する導波路共振構造を形
成するとともに、電極材料及び、電極と結晶層の構成を
規定することによって、容易に基本横モ−ド制御構造を
有した素子構造を達成することにある。さらに、より低
閾値で動作する青紫色波長域のレ−ザ素子を実現させる
ことにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の手段を以下に説明する。
の手段を以下に説明する。
【0006】本発明では、従来導波路や共振器を形成す
ることが困難であったNitride材料に対して、一回の結
晶成長により容易に導波路共振構造を構成できる手法を
用いる。単結晶基板上において、予め高融点でありかつ
Nitride材料に対してオ−ミック性の高い材料であるTi
の窒化物TiNx(0<x≦1)を形成しておき、その後に選択成
長技術を利用することにより、基板上に一回の結晶成長
によって導波路共振構造を作製できる。この導波路共振
構造では、発光活性層を光導波層の中に埋め込んだ形の
実屈折率差による基本横モ−ド制御埋め込みBH構造を
容易に達成できる。さらに、ダミ−パタ−ンを含んだ選
択成長用の絶縁膜マスクパタ−ンを工夫することにより
作製したBH構造では、より低閾値で動作する素子を実
現できる。
ることが困難であったNitride材料に対して、一回の結
晶成長により容易に導波路共振構造を構成できる手法を
用いる。単結晶基板上において、予め高融点でありかつ
Nitride材料に対してオ−ミック性の高い材料であるTi
の窒化物TiNx(0<x≦1)を形成しておき、その後に選択成
長技術を利用することにより、基板上に一回の結晶成長
によって導波路共振構造を作製できる。この導波路共振
構造では、発光活性層を光導波層の中に埋め込んだ形の
実屈折率差による基本横モ−ド制御埋め込みBH構造を
容易に達成できる。さらに、ダミ−パタ−ンを含んだ選
択成長用の絶縁膜マスクパタ−ンを工夫することにより
作製したBH構造では、より低閾値で動作する素子を実
現できる。
【0007】
【作用】目的を達成するため、上記手段の作用について
説明する。
説明する。
【0008】本発明は、一回の結晶成長により容易にNi
tride材料を用いた導波路共振構造を構成する工夫を行
った内容であり、n型結晶層に対するn側電極にTiの窒
化物TiNx(0<x≦1)を構成要素として用いていることに特
徴がある。本発明の主眼は、金属Ti窒化物と電極結晶層
との構成に特徴を見出した点にある。
tride材料を用いた導波路共振構造を構成する工夫を行
った内容であり、n型結晶層に対するn側電極にTiの窒
化物TiNx(0<x≦1)を構成要素として用いていることに特
徴がある。本発明の主眼は、金属Ti窒化物と電極結晶層
との構成に特徴を見出した点にある。
【0009】単結晶基板上に対して、予め高融点であり
かつNitride材料に対してオ−ミック性の高い材料であ
るTiの窒化物TiNx(0<x≦1)を形成しておくことにより、
次の二つの利点を活かせる。一つは、窒化物TiNxはNitr
ide材料に対するショットキ−障壁が他の材料との比較
上非常に低いので、電極材料としてオ−ミック特性に優
れていることを利用する。狭い導波路ストライプに対し
ても、TiNxを予め基板上に設けておいてNitride結晶層
と接触するように配置させれば、n側の電極を容易に作
製でき、素子に電流を注入できる構造をとれる。n型Ni
tride結晶層とn側電極の間の接触抵抗は、1〜5×10-6
Ωcm2の範囲に設定することが可能であった。もう一つ
は、Tiの窒化物が上記利点を有し高融点材料であること
を活かして、一回の結晶成長によって光導波路構造を基
板上に作製できることである。Tiの窒化物の融点は約29
50℃であるので、1000℃以上で行うNitride材料の高温
成長にも十分耐久性を持っている。このため、n側電極
を後に形成することとn型Nitride結晶層に接触させる
ことを考慮して配置した、TiNxのパタ−ンを予め基板上
に形成しておくと、その後に選択成長技術を利用するこ
とにより、一回の結晶成長によって導波路共振構造を作
製できる。本発明の導波路共振構造としては、発光活性
層を光導波層の中に埋め込んだ形であり、実屈折率差に
よる基本横モ−ド制御BH構造とすることが可能であ
る。このBH構造では、素子の低閾値動作を容易に図れ
る。
かつNitride材料に対してオ−ミック性の高い材料であ
るTiの窒化物TiNx(0<x≦1)を形成しておくことにより、
次の二つの利点を活かせる。一つは、窒化物TiNxはNitr
ide材料に対するショットキ−障壁が他の材料との比較
上非常に低いので、電極材料としてオ−ミック特性に優
れていることを利用する。狭い導波路ストライプに対し
ても、TiNxを予め基板上に設けておいてNitride結晶層
と接触するように配置させれば、n側の電極を容易に作
製でき、素子に電流を注入できる構造をとれる。n型Ni
tride結晶層とn側電極の間の接触抵抗は、1〜5×10-6
Ωcm2の範囲に設定することが可能であった。もう一つ
は、Tiの窒化物が上記利点を有し高融点材料であること
を活かして、一回の結晶成長によって光導波路構造を基
板上に作製できることである。Tiの窒化物の融点は約29
50℃であるので、1000℃以上で行うNitride材料の高温
成長にも十分耐久性を持っている。このため、n側電極
を後に形成することとn型Nitride結晶層に接触させる
ことを考慮して配置した、TiNxのパタ−ンを予め基板上
に形成しておくと、その後に選択成長技術を利用するこ
とにより、一回の結晶成長によって導波路共振構造を作
製できる。本発明の導波路共振構造としては、発光活性
層を光導波層の中に埋め込んだ形であり、実屈折率差に
よる基本横モ−ド制御BH構造とすることが可能であ
る。このBH構造では、素子の低閾値動作を容易に図れ
る。
【0010】Tiの窒化物TiNx(0<x≦1)の作製方法は、金
属Tiを窒素原料やNitride材料と反応させるか、金属Ti
化合物と窒素原料をECRによるプラズマ源として反応さ
せるか、或は有機窒素Ti金属化合物の熱分解気相反応に
よる。これらの方法によって、単結晶基板上にTiの窒化
物を形成した後、リソグラフィ−とエッチング加工によ
りパタ−ニングを行う。この後、パタ−ニングしたTiの
窒化物と接触する形で、選択成長によりNitiride材料か
らなる導波路構造を設ける。
属Tiを窒素原料やNitride材料と反応させるか、金属Ti
化合物と窒素原料をECRによるプラズマ源として反応さ
せるか、或は有機窒素Ti金属化合物の熱分解気相反応に
よる。これらの方法によって、単結晶基板上にTiの窒化
物を形成した後、リソグラフィ−とエッチング加工によ
りパタ−ニングを行う。この後、パタ−ニングしたTiの
窒化物と接触する形で、選択成長によりNitiride材料か
らなる導波路構造を設ける。
【0011】以上により、Tiの窒化物を用いて、光導波
路構造を選択成長により作製することによって、基本横
モ−ドに制御できるBH構造を作製でき、低閾値動作が
期待できるAlGaInN半導体レ−ザを実現できる。
路構造を選択成長により作製することによって、基本横
モ−ドに制御できるBH構造を作製でき、低閾値動作が
期待できるAlGaInN半導体レ−ザを実現できる。
【0012】
実施例1 本発明の一実施例を図1(a),(b)により説明する。図1
(a)において、(0001)C面を有するα-Al2O3基板1に対し
て、Ti金属を窒素原料と反応させて窒化させるか、有機
窒素Ti金属を熱反応させるか、或いはTi金属化合物を電
子サイクロトロン共鳴(ECR)により窒素と反応させて、
まずTiの窒化物TiNx(0<x≦1)層2を形成する。その後、
リソグラフィ−を用いてストライプ状の窓部をもつパタ
−ンに加工する。次に、選択成長用の絶縁膜SiO2マスク
3を図1(b)のように設ける。このとき、絶縁膜の形成
とリソグラフィ−により、マスク間隔1〜5μmのスト
ライプ状絶縁膜マスク窓領域とし、ストライプ方向を該
α-Al2O3基板1における(11-20)A面と平行な方向に設定
しておく。さらに、図1(a)に示すように、窒化物TiN
x(0<x≦1)層2のストライプ幅よりもストライプ状絶縁
膜マスク窓領域の幅の方が広く設定してあり、窒化物Ti
Nx(0<x≦1)層2の上部に窒化物結晶層を設けて接触する
ようにする。結晶成長する前に、基板1の表面に対して
アンモニアを用いて窒化処理を施しておき、それに引き
続いて有機金属気相成長法により、GaNバッファ層4,
n型GaN光導波層5,AlGaN光分離閉じ込め層とGaN量子
障壁層及びGaInN量子井戸層からなる圧縮歪多重量子井
戸活性層6,p型GaN光導波層7を順次選択成長する。
次に、絶縁膜8を形成して、リソグラフィ−により、Ni
/Auからなるp側電極9と窒化物TiNx(0<x≦1)層2に接
触するTi/Auからなるn側電極10を蒸着する。さら
に、導波路とは垂直な方向に基板を劈開することによっ
て、図1(a)に示す素子縦断面を得る。
(a)において、(0001)C面を有するα-Al2O3基板1に対し
て、Ti金属を窒素原料と反応させて窒化させるか、有機
窒素Ti金属を熱反応させるか、或いはTi金属化合物を電
子サイクロトロン共鳴(ECR)により窒素と反応させて、
まずTiの窒化物TiNx(0<x≦1)層2を形成する。その後、
リソグラフィ−を用いてストライプ状の窓部をもつパタ
−ンに加工する。次に、選択成長用の絶縁膜SiO2マスク
3を図1(b)のように設ける。このとき、絶縁膜の形成
とリソグラフィ−により、マスク間隔1〜5μmのスト
ライプ状絶縁膜マスク窓領域とし、ストライプ方向を該
α-Al2O3基板1における(11-20)A面と平行な方向に設定
しておく。さらに、図1(a)に示すように、窒化物TiN
x(0<x≦1)層2のストライプ幅よりもストライプ状絶縁
膜マスク窓領域の幅の方が広く設定してあり、窒化物Ti
Nx(0<x≦1)層2の上部に窒化物結晶層を設けて接触する
ようにする。結晶成長する前に、基板1の表面に対して
アンモニアを用いて窒化処理を施しておき、それに引き
続いて有機金属気相成長法により、GaNバッファ層4,
n型GaN光導波層5,AlGaN光分離閉じ込め層とGaN量子
障壁層及びGaInN量子井戸層からなる圧縮歪多重量子井
戸活性層6,p型GaN光導波層7を順次選択成長する。
次に、絶縁膜8を形成して、リソグラフィ−により、Ni
/Auからなるp側電極9と窒化物TiNx(0<x≦1)層2に接
触するTi/Auからなるn側電極10を蒸着する。さら
に、導波路とは垂直な方向に基板を劈開することによっ
て、図1(a)に示す素子縦断面を得る。
【0013】本実施例によると、実屈折率差でレ−ザ光
を導波するBHストライプ構造を一回の選択成長により
作製することができた。TiNx(0<x≦1)層2を設けたこと
により、n側電極の接触抵抗を低減することができ、n
型GaN結晶層との接触抵抗は3〜5×10-6Ωcm2の範囲の値
を得た。本素子は、室温においてレ−ザ発振し、発振波
長410〜430nmの範囲であった。
を導波するBHストライプ構造を一回の選択成長により
作製することができた。TiNx(0<x≦1)層2を設けたこと
により、n側電極の接触抵抗を低減することができ、n
型GaN結晶層との接触抵抗は3〜5×10-6Ωcm2の範囲の値
を得た。本素子は、室温においてレ−ザ発振し、発振波
長410〜430nmの範囲であった。
【0014】実施例2 本発明の他実施例を図2(a),(b)により説明する。実施
例1と同様に素子を作製するが、図2(b)に示すダミ−
パタ−ンを含む絶縁膜マスク3を形成する。ダミ−パタ
−ン上の結晶層に対しては、図2(a)に示すように絶縁
膜8をカバ−しておく。その後、実施例1と同様にし
て、図2(a)に示す素子縦断面を得る。
例1と同様に素子を作製するが、図2(b)に示すダミ−
パタ−ンを含む絶縁膜マスク3を形成する。ダミ−パタ
−ン上の結晶層に対しては、図2(a)に示すように絶縁
膜8をカバ−しておく。その後、実施例1と同様にし
て、図2(a)に示す素子縦断面を得る。
【0015】本実施例によると、ダミ−パタ−ンの効果
により、ストライプ状導波路の結晶性や形状制御性を実
施例1より格段に改善することができ、低閾値動作を達
成した。本素子の閾値電流は、実施例1よりも2/3から1
/2に低減できた。
により、ストライプ状導波路の結晶性や形状制御性を実
施例1より格段に改善することができ、低閾値動作を達
成した。本素子の閾値電流は、実施例1よりも2/3から1
/2に低減できた。
【0016】実施例3 本発明の他実施例を図3(a),(b)及び4により説明す
る。実施例1と同様に光導波層7まで作製するが、この
とき導波路を形成する方向を実施例1や2と異なり、該
基板1における(11-20)A面に対して垂直な方向に導波路
ストライプを形成する。また、次に、実施例2と同様し
て層7まで結晶成長した後、引き続いてアンド−プ歪補
償GaInN/AlGaNDBR構造高反射膜11を選択成長す
る。さらに、リソグラフィ−と絶縁膜マスク8を利用し
て、中央部の導波路ストライプにおいて層11を層7に
到るまでエッチング加工する。その後、実施例1と同様
にして、図3(a)の素子縦断面と図4の素子横断面を得
る。
る。実施例1と同様に光導波層7まで作製するが、この
とき導波路を形成する方向を実施例1や2と異なり、該
基板1における(11-20)A面に対して垂直な方向に導波路
ストライプを形成する。また、次に、実施例2と同様し
て層7まで結晶成長した後、引き続いてアンド−プ歪補
償GaInN/AlGaNDBR構造高反射膜11を選択成長す
る。さらに、リソグラフィ−と絶縁膜マスク8を利用し
て、中央部の導波路ストライプにおいて層11を層7に
到るまでエッチング加工する。その後、実施例1と同様
にして、図3(a)の素子縦断面と図4の素子横断面を得
る。
【0017】本実施例によると、劈開により共振器端面
を形成する必要なく、結晶層からなるDBR構造高反射
膜を有した基板面に垂直な共振器面を形成でき、かつ9
0%以上の高反射率により格段の低閾値動作を図り、閾
値電流を実施例1に比較して1/10から1/20に低減でき
た。
を形成する必要なく、結晶層からなるDBR構造高反射
膜を有した基板面に垂直な共振器面を形成でき、かつ9
0%以上の高反射率により格段の低閾値動作を図り、閾
値電流を実施例1に比較して1/10から1/20に低減でき
た。
【0018】実施例4 本発明の他実施例を説明する。実施例1から3と同様に
して素子を作製するが、基板1に対して、サファイア基
板の代わりに、(0001)C面を有したn型の炭化珪素(α-S
iC)基板を用いて素子を設ける。
して素子を作製するが、基板1に対して、サファイア基
板の代わりに、(0001)C面を有したn型の炭化珪素(α-S
iC)基板を用いて素子を設ける。
【0019】本実施例によると、大面積のn型SiC基板
に窒化物TiNx(0<x≦1)層2が接触しているので、n型Ga
N結晶層とn側電極との接触抵抗は1〜3×10-6Ωcm2範囲
に低減できた。このため、実施例1から3までの素子に
比較して、素子抵抗及びレ−ザ発振時の動作電圧をより
小さく抑えることが可能であった。
に窒化物TiNx(0<x≦1)層2が接触しているので、n型Ga
N結晶層とn側電極との接触抵抗は1〜3×10-6Ωcm2範囲
に低減できた。このため、実施例1から3までの素子に
比較して、素子抵抗及びレ−ザ発振時の動作電圧をより
小さく抑えることが可能であった。
【0020】実施例5 本発明の他実施例を図5(a),(b)により説明する。本素
子では、面発光型垂直共振器構造を作製するため、最初
にアンド−プGaNバッファ層4,アンド−プGaN光導波層
12,アンド−プ歪補償GaInN/AlGaNDBR構造高反射
膜11,n型GaN光導波層13を結晶成長しておく。次
に、図5(b)のような正六角形状の絶縁膜マスク3を形
成した後、窒化物TiNx(0<x≦1)層2を設けた上に選択成
長により実施例3と同様にして素子を作製し、図5(a)
の素子縦断面を得る。
子では、面発光型垂直共振器構造を作製するため、最初
にアンド−プGaNバッファ層4,アンド−プGaN光導波層
12,アンド−プ歪補償GaInN/AlGaNDBR構造高反射
膜11,n型GaN光導波層13を結晶成長しておく。次
に、図5(b)のような正六角形状の絶縁膜マスク3を形
成した後、窒化物TiNx(0<x≦1)層2を設けた上に選択成
長により実施例3と同様にして素子を作製し、図5(a)
の素子縦断面を得る。
【0021】本実施例によると、上下面にDBR構造か
らなる垂直共振器面と正六角柱状の導波路構造を有し
た、面発光型の素子構造を作製できた。本素子構造で
は、大面積のn型GaN結晶層に窒化物TiNx(0<x≦1)層2
が接触しており、n型GaN結晶層との接触抵抗は1〜3×1
0-6Ωcm2範囲に低減できた。このため、窒化物TiNxを設
けない場合に比べて、素子抵抗及びレ−ザ発振時の動作
電圧をより小さく抑えることが可能であった。
らなる垂直共振器面と正六角柱状の導波路構造を有し
た、面発光型の素子構造を作製できた。本素子構造で
は、大面積のn型GaN結晶層に窒化物TiNx(0<x≦1)層2
が接触しており、n型GaN結晶層との接触抵抗は1〜3×1
0-6Ωcm2範囲に低減できた。このため、窒化物TiNxを設
けない場合に比べて、素子抵抗及びレ−ザ発振時の動作
電圧をより小さく抑えることが可能であった。
【0022】実施例6 本発明の他実施例を図6(a),(b)により説明する。実施
例5と同様にして素子を作製するが、図6(b)に示すよ
うなダミ−パタ−ンを含む絶縁膜マスク3を形成してお
く。その後、実施例5と同様にして素子を作製し、図6
(a)に示す素子縦断面を得る。
例5と同様にして素子を作製するが、図6(b)に示すよ
うなダミ−パタ−ンを含む絶縁膜マスク3を形成してお
く。その後、実施例5と同様にして素子を作製し、図6
(a)に示す素子縦断面を得る。
【0023】本実施例によると、ダミ−パタ−ンの効果
により、垂直共振器構造の導波路における結晶性や形状
制御性を実施例5より格段に改善することができ、低閾
値動作を達成した。本素子の閾値電流は、実施例5より
も1/2から1/3に低減できた。
により、垂直共振器構造の導波路における結晶性や形状
制御性を実施例5より格段に改善することができ、低閾
値動作を達成した。本素子の閾値電流は、実施例5より
も1/2から1/3に低減できた。
【0024】
【発明の効果】本発明では、高融点材料であるTiの窒化
物TiNx(0<x≦1)層を用いることにより、これまで導波路
や共振器の形成が困難であったNitride材料において、
半導体レ−ザに適する導波路共振構造を一回の結晶成長
により作製することができた。窒化物TiNx(0<x≦1)層は
1000℃以上の高温結晶成長に十分耐久性があるだけでな
く、電極のオ−ミック性を改善して結晶層との接触抵抗
を低減する効果がある。n側電極における接触抵抗は、
1〜5×10-6Ωcm2にまで小さくすることが可能であっ
た。これにより、素子の低抵抗化とレ−ザ発振時の動作
電圧を低減できた。また本素子構造では、実屈折率差に
より基本横モ−ドを安定に導波伝搬し、低閾値動作が可
能なBH導波路構造を作製できる。ストライプ構造の両
外側にダミ−パタ−ンを導入する工夫により、閾値電流
を2/3から1/2に低減できた。さらに、共振器面にDBR
構造を設けることにより、従来より格段に低い閾値を達
成し、閾値電流を1/10から1/20に低減できた。また、面
発光型垂直共振器構造にも本発明を適用して、低抵抗低
動作電圧で動作するレ−ザ発振を得た。本発明の実施例
では、AlGaInN材料からなるレ−ザ動作を室温において
確認でき、室温における発振波長は、410〜430n
mの範囲であり青紫色の波長領域であった。
物TiNx(0<x≦1)層を用いることにより、これまで導波路
や共振器の形成が困難であったNitride材料において、
半導体レ−ザに適する導波路共振構造を一回の結晶成長
により作製することができた。窒化物TiNx(0<x≦1)層は
1000℃以上の高温結晶成長に十分耐久性があるだけでな
く、電極のオ−ミック性を改善して結晶層との接触抵抗
を低減する効果がある。n側電極における接触抵抗は、
1〜5×10-6Ωcm2にまで小さくすることが可能であっ
た。これにより、素子の低抵抗化とレ−ザ発振時の動作
電圧を低減できた。また本素子構造では、実屈折率差に
より基本横モ−ドを安定に導波伝搬し、低閾値動作が可
能なBH導波路構造を作製できる。ストライプ構造の両
外側にダミ−パタ−ンを導入する工夫により、閾値電流
を2/3から1/2に低減できた。さらに、共振器面にDBR
構造を設けることにより、従来より格段に低い閾値を達
成し、閾値電流を1/10から1/20に低減できた。また、面
発光型垂直共振器構造にも本発明を適用して、低抵抗低
動作電圧で動作するレ−ザ発振を得た。本発明の実施例
では、AlGaInN材料からなるレ−ザ動作を室温において
確認でき、室温における発振波長は、410〜430n
mの範囲であり青紫色の波長領域であった。
【0025】本発明では、(0001)C面を有したWurtzite
構造のサファイアや炭化珪素単結晶基板上に作製したAl
GaInN半導体レ−ザ素子について説明したが、(111)面を
有したZinc Blende構造のGaAs,InP,InAs,GaP,GaSbであ
るか、或いはSi基板上に作製したAlGaInN半導体レ−ザ
素子に適用できることはいうまでもない。
構造のサファイアや炭化珪素単結晶基板上に作製したAl
GaInN半導体レ−ザ素子について説明したが、(111)面を
有したZinc Blende構造のGaAs,InP,InAs,GaP,GaSbであ
るか、或いはSi基板上に作製したAlGaInN半導体レ−ザ
素子に適用できることはいうまでもない。
【0026】
【図1】本発明の一実施例を示す素子構造縦断面図(a)
と絶縁膜マスク形状上面図(b)。
と絶縁膜マスク形状上面図(b)。
【図2】本発明の他実施例を示す素子構造縦断面図(a)
と絶縁膜マスク形状上面図(b)。
と絶縁膜マスク形状上面図(b)。
【図3】本発明の他実施例を示す素子構造縦断面図(a)
と絶縁膜マスク形状上面図(b)。
と絶縁膜マスク形状上面図(b)。
【図4】本発明の他実施例における素子構造横断面図。
【図5】本発明の他実施例を示す素子構造縦断面図(a)
と絶縁膜マスク形状上面図(b)。
と絶縁膜マスク形状上面図(b)。
【図6】本発明の他実施例を示す素子構造縦断面図(a)
と絶縁膜マスク形状上面図(b)。
と絶縁膜マスク形状上面図(b)。
1.(0001)C面α-Al2O3単結晶基板、2.TiNx(0<x≦1)
層、3.絶縁膜SiO2マスク、4.GaNバッファ層、5.
n型GaN光導波層、6.GaInN/GaN/AlGaN多重量子井戸構
造活性層、7.p型GaN光導波層、8.絶縁膜、9.p
側電極Ni/Au、10.n側電極Ti/Au、11.アンド−プ
歪補償GaInN/AlGaNDBR構造高反射膜、12.アンド
−プGaN光導波層、13.n型GaN光導波層。
層、3.絶縁膜SiO2マスク、4.GaNバッファ層、5.
n型GaN光導波層、6.GaInN/GaN/AlGaN多重量子井戸構
造活性層、7.p型GaN光導波層、8.絶縁膜、9.p
側電極Ni/Au、10.n側電極Ti/Au、11.アンド−プ
歪補償GaInN/AlGaNDBR構造高反射膜、12.アンド
−プGaN光導波層、13.n型GaN光導波層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 赤松 正一 東京都国分寺市東恋ケ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内
Claims (26)
- 【請求項1】単結晶基板上に設ける発光素子において、
光導波路構造を作製する際に、予めTi或いはTiの窒化物
を設けておき、さらにそれと一部接触する形で結晶層を
設け、禁制帯幅の大きな光導波層と禁制帯幅の小さな発
光活性層からなる光導波路構造を構成していることを特
徴とする半導体レ−ザ素子。 - 【請求項2】請求項1記載の半導体レ−ザ素子におい
て、該単結晶基板上に対して予めTi或いはTiの窒化物を
設けておき、さらにそれと一部接触する形で結晶層を設
け、該光導波路構造を一回の結晶成長により形成するこ
とを特徴とする半導体レ−ザ素子。 - 【請求項3】請求項1又は2記載の半導体レ−ザ素子に
おいて、予め結晶層に接触する形でTi或いはTiの窒化物
を設け、最終的にTiの窒化物TiNx(0<x≦1)として界面に
形成してあることを特徴とする半導体レ−ザ素子。 - 【請求項4】請求項1から3のいずれかに記載の半導体
レ−ザ素子において、Tiの窒化物TiNx(0<x≦1)はTiを窒
素と反応させることによって形成してあることを特徴と
する半導体レ−ザ素子。 - 【請求項5】請求項4記載の半導体レ−ザ素子におい
て、熱処理を行うことによりTiを窒素と反応させること
によって、Tiの窒化物TiNx(0<x≦1)を形成してあること
を特徴とする半導体レ−ザ素子。 - 【請求項6】請求項4記載の半導体レ−ザ素子におい
て、電子サイクロトロン共鳴(ECR; Electron Cyclotron
Resonance)によって金属Ti化合物と窒素を反応させ
て、予めTiの窒化物TiNx(0<x≦1)の形で設けてあること
を特徴とする半導体レ−ザ素子。 - 【請求項7】請求項4記載の半導体レ−ザ素子におい
て、有機窒素金属Ti化合物を用いて熱反応によりTiを
窒素と反応させて、予めTiの窒化物TiNx(0<x≦1)の形で
設けてあることを特徴とする半導体レ−ザ素子。 - 【請求項8】請求項1から7のいずれかに記載の半導体
レ−ザ素子において、該光導波層と該発光活性層はIII-
V族窒化物半導体材料であるAlxGayIn1-x-yN(0≦x<1, 0
≦y<1)結晶層から構成されていることを特徴とする半導
体レ−ザ素子。 - 【請求項9】請求項8記載の半導体レ−ザ素子におい
て、該単結晶基板上にIII-V族窒化物半導体材料である
AlxGayIn1-x-yN(0≦x<1, 0≦y<1)結晶層を設けておき、
その上に金属Tiをまず蒸着してから、その後に下地とな
る該窒化物半導体結晶層と金属Tiを反応させることによ
り窒化物TiNx(0<x≦1)としてあることを特徴とする半導
体レ−ザ素子。 - 【請求項10】請求項1から9のいずれかに記載の半導
体レ−ザ素子において、該単結晶基板表面に対して予め
窒化処理を行っておき、その後にIII-V族窒化物半導体
材料であるAlxGayIn1-x-yN(0≦x<1, 0≦y<1)結晶層を設
けたり、或いは窒化物TiNx(0<x≦1)を設けてあることを
特徴とする半導体レ−ザ素子。 - 【請求項11】請求項1から10のいずれかに記載の半
導体レ−ザ素子において、Tiの窒化物TiNx(0<x≦1)に接
触する形で金属Tiが設けてあり、さらにTiとAuの積層構
造か、或いはTiとAlの積層構造をn型結晶層の電極とし
て形成してあることを特徴とする半導体レ−ザ素子。 - 【請求項12】請求項11記載の半導体レ−ザ素子にお
いて、Tiの窒化物TiNx(0<x≦1)と金属Ti及びTiとAuの積
層構造か、或いはTiとAlの積層構造からなるn側電極と
は分離して、p型結晶層と接触する形でCrとAuの積層構
造か、或いはNiとAuの積層構造からなるp側電極を設け
てあることを特徴とする半導体レ−ザ素子。 - 【請求項13】請求項1又は2記載の半導体レ−ザ素子
において、該光導波路構造を構成する結晶層は絶縁膜マ
スクと選択成長技術を利用することにより設けてあるこ
とを特徴とする半導体レ−ザ素子。 - 【請求項14】請求項1又は2記載の半導体レ−ザ素子
において、該単結晶基板は半導体或いはセラミックス基
板であり、導電型は半絶縁性を示すか、或いはp型又は
n型を示す基板であり、望ましくはn型の導電性を示す
基板であることを特徴とする半導体レ−ザ素子。 - 【請求項15】請求項14記載の半導体レ−ザ素子にお
いて、該単結晶基板が半導体基板のときには、六方晶系
のWurtzite構造であって基板面方位が(0001)C面を有す
る基板であるか、或いはZinc Blende構造であってかつ
基板面方位が(111)面を有した基板であり、またセラミ
ックス単結晶基板であるときには六方晶系のWurtzite構
造であって基板面方位が(0001)C面を有しており、該単
結晶基板上に該光導波路構造を設けていることを特徴と
する半導体レ−ザ素子。 - 【請求項16】請求項15記載の半導体レ−ザ素子にお
いて、(0001)C面を有する六方晶系Wurtzite構造の基板
上に該光導波路構造を設ける場合には、導波路を形成す
る方向を該基板の(11-20)A面に平行であるか、或いは垂
直となる方向に設定することを特徴とする半導体レ−ザ
素子。 - 【請求項17】請求項15記載の半導体レ−ザ素子にお
いて、該単結晶基板はα-Al2O3であるか、或いはα-SiC
基板であることを特徴とする半導体レ−ザ素子。 - 【請求項18】請求項1から17のいずれかに記載の半
導体レ−ザ素子において、該光導波路は矩形状の断面形
状を有したストライプ構造からなり、基板面と平行な該
導波路上面は平坦な面であり、該導波路側面は基板面に
対して垂直でかつ平滑面となっており、該光導波路構造
内部では禁制帯幅の小さな発光層が禁制帯幅の大きな光
導波層に埋め込まれた形を有しており、活性層横方向に
実屈折率差を設けることにより基本横モ−ドを安定に導
波する埋め込み型(BH; Buried Heterostructure)ストラ
イプ構造を構成していることを特徴とする半導体レ−ザ
素子。 - 【請求項19】請求項18記載の半導体レ−ザ素子にお
いて、絶縁膜マスクと選択成長技術を用いて、矩形状の
BHストライプ構造と基板面に垂直な共振器端面を形成
し、該共振器端面にブラッグ分布反射(DBR; Distribute
d Bragg Reflector)構造による高反射膜を設けてあるこ
とを特徴とする半導体レ−ザ素子。 - 【請求項20】請求項19記載の半導体レ−ザ素子にお
いて、上記BHストライプ構造と共振器端面及びDBR
構造高反射膜を一回の連続した結晶成長により設けてあ
ることを特徴とする半導体レ−ザ素子。 - 【請求項21】請求項19又は20記載の半導体レ−ザ
素子において、屈折率の異なる少なくとも2種類の結晶
層を周期的に繰り返し、屈折率がn1とn2である結晶層
を用いたとき、レ−ザの発振波長をλとして、結晶層の
膜厚はλ/4n1とλ/4n2にそれぞれ設定することにより
該DBR構造高反射膜を構成してあることを特徴とする
半導体レ−ザ素子。 - 【請求項22】請求項21記載の半導体レ−ザ素子にお
いて、屈折率の異なりかつ格子定数が異なる少なくとも
2種類の結晶層を周期的に繰り返し、少なくとも2種類
の結晶層では格子歪がそれぞれ反対の符号でありかつ歪
量が全体の膜厚において補償されている該DBR構造高
反射膜であることを特徴とする半導体レ−ザ素子。 - 【請求項23】請求項18記載の半導体レ−ザ素子にお
いて、導波路の両外側に相当する領域にダミ−パタ−ン
を設けておき、これを含めて光導波路構造選択成長用の
絶縁膜マスクを構成することにより、該光導波路構造が
設けてあることを特徴とする半導体レ−ザ素子。 - 【請求項24】請求項19記載の半導体レ−ザ素子にお
いて、導波路の両外側に相当する領域に設けたダミ−パ
タ−ンに形成したストライプ構造には、マスクでカバ−
することにより電流を注入せず、内側の導波路構造にの
み電流を注入できるように設定してあることを特徴とす
る半導体レ−ザ素子。 - 【請求項25】請求項1から24のいずれかに記載の半
導体レ−ザ素子において、該発光活性層は量子井戸層に
より構成した単一或は多重量子井戸構造であることを特
徴とする半導体レ−ザ素子。 - 【請求項26】請求項25記載の半導体レ−ザ素子にお
いて、該発光活性層は格子歪を導入した歪量子井戸層に
より構成した単一或は多重歪量子井戸構造であることを
特徴とする半導体レ−ザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20305795A JPH0951139A (ja) | 1995-08-09 | 1995-08-09 | 半導体レーザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20305795A JPH0951139A (ja) | 1995-08-09 | 1995-08-09 | 半導体レーザ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0951139A true JPH0951139A (ja) | 1997-02-18 |
Family
ID=16467632
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20305795A Pending JPH0951139A (ja) | 1995-08-09 | 1995-08-09 | 半導体レーザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0951139A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6426512B1 (en) | 1999-03-05 | 2002-07-30 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Group III nitride compound semiconductor device |
| JP2003046189A (ja) * | 2001-08-02 | 2003-02-14 | Sony Corp | 半導体レーザー素子及びその製造方法 |
| US6897139B2 (en) | 2000-07-19 | 2005-05-24 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Group III nitride compound semiconductor device |
| WO2010095784A1 (ko) * | 2009-02-18 | 2010-08-26 | 엘지이노텍주식회사 | 발광소자 |
-
1995
- 1995-08-09 JP JP20305795A patent/JPH0951139A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6426512B1 (en) | 1999-03-05 | 2002-07-30 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Group III nitride compound semiconductor device |
| US6872965B2 (en) | 1999-03-05 | 2005-03-29 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Group III nitride compound semiconductor device |
| US6897139B2 (en) | 2000-07-19 | 2005-05-24 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Group III nitride compound semiconductor device |
| JP2003046189A (ja) * | 2001-08-02 | 2003-02-14 | Sony Corp | 半導体レーザー素子及びその製造方法 |
| WO2010095784A1 (ko) * | 2009-02-18 | 2010-08-26 | 엘지이노텍주식회사 | 발광소자 |
| US8319227B2 (en) | 2009-02-18 | 2012-11-27 | Lg Innotek Co., Ltd. | Light emitting device |
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