JPH1022586A - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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- JPH1022586A JPH1022586A JP18856996A JP18856996A JPH1022586A JP H1022586 A JPH1022586 A JP H1022586A JP 18856996 A JP18856996 A JP 18856996A JP 18856996 A JP18856996 A JP 18856996A JP H1022586 A JPH1022586 A JP H1022586A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 低しきい電流密度かつ長寿命の窒化物系ＩＩ
Ｉ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体発光素子を提供す
る。 【解決手段】 ｃ面サファイア基板１上に、ｎ型ＧａＮ
層２、ｎ型ＩｎＧａＮ光吸収層３、ｎ型ＡｌＧａＮクラ
ッド層４、ｎ型ＧａＮ光導波層５、ＩｎＧａＮからなる
活性層６、ｐ型ＧａＮ光導波層７、ｐ型ＡｌＧａＮクラ
ッド層８、ｐ型ＩｎＧａＮ光吸収層９およびｐ型ＧａＮ
層１０を順次積層してＧａＮ系半導体レーザを構成す
る。ｎ型ＩｎＧａＮ光吸収層３およびｐ型ＩｎＧａＮ光
吸収層９のＩｎ組成比は、ＩｎＧａＮからなる活性層６
のＩｎ組成比よりも大きくし、これらのｎ型ＩｎＧａＮ
光吸収層３およびｐ型ＩｎＧａＮ光吸収層９により発光
波長の光が吸収されるようにする。
Ｉ−Ｖ族化合物半導体を用いた半導体発光素子を提供す
る。 【解決手段】 ｃ面サファイア基板１上に、ｎ型ＧａＮ
層２、ｎ型ＩｎＧａＮ光吸収層３、ｎ型ＡｌＧａＮクラ
ッド層４、ｎ型ＧａＮ光導波層５、ＩｎＧａＮからなる
活性層６、ｐ型ＧａＮ光導波層７、ｐ型ＡｌＧａＮクラ
ッド層８、ｐ型ＩｎＧａＮ光吸収層９およびｐ型ＧａＮ
層１０を順次積層してＧａＮ系半導体レーザを構成す
る。ｎ型ＩｎＧａＮ光吸収層３およびｐ型ＩｎＧａＮ光
吸収層９のＩｎ組成比は、ＩｎＧａＮからなる活性層６
のＩｎ組成比よりも大きくし、これらのｎ型ＩｎＧａＮ
光吸収層３およびｐ型ＩｎＧａＮ光吸収層９により発光
波長の光が吸収されるようにする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体発光素子
に関し、特に、ＧａＮなどの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体を用いた半導体発光素子に適用して好適なもの
である。
に関し、特に、ＧａＮなどの窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合
物半導体を用いた半導体発光素子に適用して好適なもの
である。
【０００２】
【従来の技術】近年、レーザ光を用いて記録／再生を行
う光ディスクや光磁気ディスクに対する記録／再生の高
密度化または高解像度化のために、短波長で発光可能な
半導体レーザに対する要求が高まっており、その実用化
を目指して研究が活発に行われている。
う光ディスクや光磁気ディスクに対する記録／再生の高
密度化または高解像度化のために、短波長で発光可能な
半導体レーザに対する要求が高まっており、その実用化
を目指して研究が活発に行われている。
【０００３】このような半導体レーザとして最近盛んに
研究されているＧａＮ系半導体レーザの一例を図４に示
す。図４に示すように、このＧａＮ系半導体レーザにお
いては、ｃ面サファイア基板１０１上に、図示省略した
ＧａＮバッファ層を介して、ｎ型ＧａＮ層１０２、ｎ型
ＡｌＧａＮクラッド層１０３、ｎ型ＧａＮ光導波層１０
４、ＩｎＧａＮからなる活性層１０５、ｐ型ＧａＮ光導
波層１０６、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０７およびｐ
型ＧａＮ層１０８が、順次積層されている。ここで、ｎ
型ＧａＮ層１０２は、図示省略したｎ側電極のコンタク
ト層として用いられるほか、バッファ層としても用いら
れる。また、ｐ型ＧａＮ層１０８は、図示省略したｐ側
電極のコンタクト層として用いられる。
研究されているＧａＮ系半導体レーザの一例を図４に示
す。図４に示すように、このＧａＮ系半導体レーザにお
いては、ｃ面サファイア基板１０１上に、図示省略した
ＧａＮバッファ層を介して、ｎ型ＧａＮ層１０２、ｎ型
ＡｌＧａＮクラッド層１０３、ｎ型ＧａＮ光導波層１０
４、ＩｎＧａＮからなる活性層１０５、ｐ型ＧａＮ光導
波層１０６、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層１０７およびｐ
型ＧａＮ層１０８が、順次積層されている。ここで、ｎ
型ＧａＮ層１０２は、図示省略したｎ側電極のコンタク
ト層として用いられるほか、バッファ層としても用いら
れる。また、ｐ型ＧａＮ層１０８は、図示省略したｐ側
電極のコンタクト層として用いられる。
【０００４】しかしながら、本発明者の知見によれば、
上述の図４に示す従来のＧａＮ系半導体レーザは、レー
ザ構造を光学的に考えた場合には問題がある。それは、
ＧａＮがこのＧａＮ系半導体レーザの青紫色帯の発振波
長の光に対して透明であることによる。
上述の図４に示す従来のＧａＮ系半導体レーザは、レー
ザ構造を光学的に考えた場合には問題がある。それは、
ＧａＮがこのＧａＮ系半導体レーザの青紫色帯の発振波
長の光に対して透明であることによる。
【０００５】すなわち、図５は、図４に示すＧａＮ系半
導体レーザの動作時における光場を計算により求めた結
果を示す。ただし、この計算においては、発振波長を４
１０ｎｍ、ＩｎＧａＮからなる活性層１０５のＩｎ組成
比は０．２、厚さは５ｎｍ、屈折率は２．７、ｎ型Ａｌ
ＧａＮクラッド層１０３およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド
層１０７のＡｌ組成比は０．１５、厚さは１μｍ、屈折
率は２．４５、ｎ型ＧａＮ光導波層１０４およびｐ型Ｇ
ａＮ光導波層１０６の厚さは０．１μｍ、屈折率は２．
５４、ｎ型ＧａＮ層１０２の厚さは３μｍ、屈折率は
２．５４、ｃ面サファイア基板１０１の屈折率は１．６
５とした。図５からわかるように、レーザ共振器内で発
生する光はｎ型ＧａＮ層１０２に引っ張られる結果、ほ
とんどの光はこのｎ型ＧａＮ層１０２に集中してしま
う。こうなると、このレーザ構造の光閉じ込め係数は非
常に小さくなり（この例では１０-10 ）、レーザ発振さ
せるためには大きな利得が必要となる。なぜならば、発
振に必要な利得をｇ、光閉じ込め係数をΓ、レーザ共振
器の損失をαlossとすると、 Γｇ＝αloss と書け、この式より、損失が一定ならば発振に必要な利
得は光閉じ込め係数に反比例するからである。
導体レーザの動作時における光場を計算により求めた結
果を示す。ただし、この計算においては、発振波長を４
１０ｎｍ、ＩｎＧａＮからなる活性層１０５のＩｎ組成
比は０．２、厚さは５ｎｍ、屈折率は２．７、ｎ型Ａｌ
ＧａＮクラッド層１０３およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド
層１０７のＡｌ組成比は０．１５、厚さは１μｍ、屈折
率は２．４５、ｎ型ＧａＮ光導波層１０４およびｐ型Ｇ
ａＮ光導波層１０６の厚さは０．１μｍ、屈折率は２．
５４、ｎ型ＧａＮ層１０２の厚さは３μｍ、屈折率は
２．５４、ｃ面サファイア基板１０１の屈折率は１．６
５とした。図５からわかるように、レーザ共振器内で発
生する光はｎ型ＧａＮ層１０２に引っ張られる結果、ほ
とんどの光はこのｎ型ＧａＮ層１０２に集中してしま
う。こうなると、このレーザ構造の光閉じ込め係数は非
常に小さくなり（この例では１０-10 ）、レーザ発振さ
せるためには大きな利得が必要となる。なぜならば、発
振に必要な利得をｇ、光閉じ込め係数をΓ、レーザ共振
器の損失をαlossとすると、 Γｇ＝αloss と書け、この式より、損失が一定ならば発振に必要な利
得は光閉じ込め係数に反比例するからである。
【０００６】一方、最近、ＧａＮ系半導体レーザにおい
て、室温でのパルスレーザ発振の報告がなされている
（例えば、日経エレクトロニクス、１９９６年１月１５
日号、第１３頁）。このＧａＮ系半導体レーザにおいて
は、図５に示すような光場にはならない。その理由は、
活性層を、厚さ２．５ｎｍのＩｎＧａＮ井戸層とＩｎＧ
ａＮ障壁層とを２６周期積層した多重量子井戸構造とし
て十分に厚くし、光場の有効屈折率をＧａＮの屈折率よ
り大きくなるように設計してあるからである。この場
合、光閉じ込め係数は０．３４と大きい。
て、室温でのパルスレーザ発振の報告がなされている
（例えば、日経エレクトロニクス、１９９６年１月１５
日号、第１３頁）。このＧａＮ系半導体レーザにおいて
は、図５に示すような光場にはならない。その理由は、
活性層を、厚さ２．５ｎｍのＩｎＧａＮ井戸層とＩｎＧ
ａＮ障壁層とを２６周期積層した多重量子井戸構造とし
て十分に厚くし、光場の有効屈折率をＧａＮの屈折率よ
り大きくなるように設計してあるからである。この場
合、光閉じ込め係数は０．３４と大きい。
【０００７】しかしながら、このＧａＮ系半導体レーザ
においては、活性層を構成するＩｎＧａＮ井戸層の合計
厚さが２．５×２６＝６５ｎｍと大きいため、しきい電
流密度が高く、素子そのものの寿命や電極の寿命に対し
て不利である。実際、上述の文献においても、電極の信
頼性が問題であることが指摘されている。また、このＧ
ａＮ系半導体レーザにおいては、活性層の厚さが臨界膜
厚を超えるため、活性層に不一致転位が入り、素子の特
性や寿命が悪くなる。さらに、活性層に量子井戸が多数
存在することから、不均一な電流注入となることが予想
される（図６参照）。また、半導体レーザの光学設計の
観点から考えると、有効屈折率をＧａＮより小さくする
ことができないという制約ができてしまうので、遠視野
像（ＦＦＰ）を制御しようとしたときなどに設計の自由
度が小さく、不都合である。
においては、活性層を構成するＩｎＧａＮ井戸層の合計
厚さが２．５×２６＝６５ｎｍと大きいため、しきい電
流密度が高く、素子そのものの寿命や電極の寿命に対し
て不利である。実際、上述の文献においても、電極の信
頼性が問題であることが指摘されている。また、このＧ
ａＮ系半導体レーザにおいては、活性層の厚さが臨界膜
厚を超えるため、活性層に不一致転位が入り、素子の特
性や寿命が悪くなる。さらに、活性層に量子井戸が多数
存在することから、不均一な電流注入となることが予想
される（図６参照）。また、半導体レーザの光学設計の
観点から考えると、有効屈折率をＧａＮより小さくする
ことができないという制約ができてしまうので、遠視野
像（ＦＦＰ）を制御しようとしたときなどに設計の自由
度が小さく、不都合である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】以上より、光閉じ込め
係数を大きくし、かつ活性層が臨界膜厚を超えないよう
にするための構造上の工夫が必要となるが、そのための
具体的な方策についてはこれまで提案されていなかっ
た。
係数を大きくし、かつ活性層が臨界膜厚を超えないよう
にするための構造上の工夫が必要となるが、そのための
具体的な方策についてはこれまで提案されていなかっ
た。
【０００９】したがって、この発明の目的は、動作時に
おける光場の分布の改善により、低しきい電流密度かつ
長寿命で遠視野像の制御も容易な、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体を用いた半導体発光素子を提供すること
にある。
おける光場の分布の改善により、低しきい電流密度かつ
長寿命で遠視野像の制御も容易な、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ
族化合物半導体を用いた半導体発光素子を提供すること
にある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を
用いた半導体発光素子において、発光波長の光を吸収す
る光吸収層を少なくとも一層有することを特徴とするも
のである。
に、この発明は、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を
用いた半導体発光素子において、発光波長の光を吸収す
る光吸収層を少なくとも一層有することを特徴とするも
のである。
【００１１】この発明においては、半導体発光素子は、
具体的には、活性層をｎ型クラッド層およびｐ型クラッ
ド層によりはさんだ構造を有し、ｎ型クラッド層の外側
およびｐ型クラッド層の外側の少なくとも一方に光吸収
層を有する。この場合、ｎ型クラッド層の外側およびｐ
型クラッド層の外側の両方に光吸収層を有する場合、ｎ
型クラッド層の外側にのみ光吸収層を有する場合、およ
び、ｐ型クラッド層の外側にのみ光吸収層を有する場合
がある。
具体的には、活性層をｎ型クラッド層およびｐ型クラッ
ド層によりはさんだ構造を有し、ｎ型クラッド層の外側
およびｐ型クラッド層の外側の少なくとも一方に光吸収
層を有する。この場合、ｎ型クラッド層の外側およびｐ
型クラッド層の外側の両方に光吸収層を有する場合、ｎ
型クラッド層の外側にのみ光吸収層を有する場合、およ
び、ｐ型クラッド層の外側にのみ光吸収層を有する場合
がある。
【００１２】この発明において、活性層としてＩｎＧａ
Ｎ層を用いる場合、光吸収層としては、典型的には、活
性層を構成するＩｎＧａＮ層よりもＩｎ組成比が大きい
ＩｎＧａＮ層を用いる。具体的には、例えば、Ｉｎ組成
比が０．２の活性層を用いる場合には、Ｉｎ組成比が
０．２よりも大きいＩｎＧａＮ層を光吸収層として用い
る。
Ｎ層を用いる場合、光吸収層としては、典型的には、活
性層を構成するＩｎＧａＮ層よりもＩｎ組成比が大きい
ＩｎＧａＮ層を用いる。具体的には、例えば、Ｉｎ組成
比が０．２の活性層を用いる場合には、Ｉｎ組成比が
０．２よりも大きいＩｎＧａＮ層を光吸収層として用い
る。
【００１３】この発明において、光吸収層としては、ド
ナー不純物（例えば、Ｓｉ）とアクセプタ不純物（例え
ば、ＭｇやＺｎ）とをともにドーピングしたＧａＮ層
（ＩｎＧａＮ層においてＩｎ組成比を０としたもの）を
用いてもよい。この場合、ＧａＮ層中に生成されるドナ
ー−アクセプタ対による光吸収帯が４００〜５００ｎｍ
付近に発生する。また、例えば、ドナー不純物としてＳ
ｉ、アクセプタ不純物としてＭｇを用い、そのドーピン
グ濃度をそれぞれ［Ｓｉ］および［Ｍｇ］で表すと、
［Ｓｉ］＞［Ｍｇ］または［Ｍｇ］＞［Ｓｉ］とするこ
とによりこのＧａＮ層の導電型の制御が可能である。
ナー不純物（例えば、Ｓｉ）とアクセプタ不純物（例え
ば、ＭｇやＺｎ）とをともにドーピングしたＧａＮ層
（ＩｎＧａＮ層においてＩｎ組成比を０としたもの）を
用いてもよい。この場合、ＧａＮ層中に生成されるドナ
ー−アクセプタ対による光吸収帯が４００〜５００ｎｍ
付近に発生する。また、例えば、ドナー不純物としてＳ
ｉ、アクセプタ不純物としてＭｇを用い、そのドーピン
グ濃度をそれぞれ［Ｓｉ］および［Ｍｇ］で表すと、
［Ｓｉ］＞［Ｍｇ］または［Ｍｇ］＞［Ｓｉ］とするこ
とによりこのＧａＮ層の導電型の制御が可能である。
【００１４】上述のようなドナー不純物とアクセプタ不
純物とのドーピングによるドナー−アクセプタ対の生成
を利用すれば、光吸収層としてのＩｎＧａＮ層のＩｎ組
成比の制限を緩和することができる。具体的には、Ｉｎ
組成比が０．２よりも小さい（例えば、０．０５）Ｉｎ
ＧａＮ層であっても、ドナー−アクセプタ対の生成を利
用することにより、光吸収層として用いることが可能と
なる。
純物とのドーピングによるドナー−アクセプタ対の生成
を利用すれば、光吸収層としてのＩｎＧａＮ層のＩｎ組
成比の制限を緩和することができる。具体的には、Ｉｎ
組成比が０．２よりも小さい（例えば、０．０５）Ｉｎ
ＧａＮ層であっても、ドナー−アクセプタ対の生成を利
用することにより、光吸収層として用いることが可能と
なる。
【００１５】この発明において、光吸収層としては、上
述のものに加えて、ＡｌＧａＩｎＮ層などを用いてもよ
く、必要に応じて、さらにドナー不純物とアクセプタ不
純物とのドーピングによるドナー−アクセプタ対の生成
を利用してもよい。
述のものに加えて、ＡｌＧａＩｎＮ層などを用いてもよ
く、必要に応じて、さらにドナー不純物とアクセプタ不
純物とのドーピングによるドナー−アクセプタ対の生成
を利用してもよい。
【００１６】この発明において、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族
化合物半導体は、Ａｌ、ＧａおよびＩｎからなる群より
選ばれた少なくとも一種のＩＩＩ族元素とＮとからな
り、その具体例をいくつか挙げると、ＧａＮ、ＡｌＧａ
Ｎ、ＩｎＧａＮなどである。
化合物半導体は、Ａｌ、ＧａおよびＩｎからなる群より
選ばれた少なくとも一種のＩＩＩ族元素とＮとからな
り、その具体例をいくつか挙げると、ＧａＮ、ＡｌＧａ
Ｎ、ＩｎＧａＮなどである。
【００１７】上述のように構成されたこの発明による半
導体発光素子においては、発光波長の光を吸収する光吸
収層を有することにより、この光吸収層を有しない場合
に比べて、動作時における光場の分布を改善してその光
場の分布のピークをほぼ活性層の近傍に位置させること
ができる。このため、大きな光閉じ込め係数を得ること
ができる。また、光閉じ込め係数を大きくするために活
性層を厚く形成する必要がないので、活性層の厚さを臨
界膜厚以下に抑えることができる。
導体発光素子においては、発光波長の光を吸収する光吸
収層を有することにより、この光吸収層を有しない場合
に比べて、動作時における光場の分布を改善してその光
場の分布のピークをほぼ活性層の近傍に位置させること
ができる。このため、大きな光閉じ込め係数を得ること
ができる。また、光閉じ込め係数を大きくするために活
性層を厚く形成する必要がないので、活性層の厚さを臨
界膜厚以下に抑えることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態につい
て図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図
において、同一または対応する部分には同一の符号を付
す。
て図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図
において、同一または対応する部分には同一の符号を付
す。
【００１９】図１はこの発明の第１の実施形態によるＧ
ａＮ系半導体レーザを示す。図１に示すように、この第
１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザにおいては、
ｃ面サファイア基板１上に、図示省略したＧａＮバッフ
ァ層を介して、ｎ型ＧａＮ層２、ｎ型ＩｎＧａＮ光吸収
層３、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層４、ｎ型ＧａＮ光導波
層５、例えばＩｎＧａＮからなる活性層６、ｐ型ＧａＮ
光導波層７、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層８、ｐ型ＩｎＧ
ａＮ光吸収層９およびｐ型ＧａＮ層１０が、順次積層さ
れている。ここで、ｎ型ＧａＮ層２は、図示省略したｎ
側電極のコンタクト層として用いられるほか、バッファ
層としても用いられる。また、ｐ型ＧａＮ層１０は、図
示省略したｐ側電極のコンタクト層として用いられる。
ａＮ系半導体レーザを示す。図１に示すように、この第
１の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザにおいては、
ｃ面サファイア基板１上に、図示省略したＧａＮバッフ
ァ層を介して、ｎ型ＧａＮ層２、ｎ型ＩｎＧａＮ光吸収
層３、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層４、ｎ型ＧａＮ光導波
層５、例えばＩｎＧａＮからなる活性層６、ｐ型ＧａＮ
光導波層７、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層８、ｐ型ＩｎＧ
ａＮ光吸収層９およびｐ型ＧａＮ層１０が、順次積層さ
れている。ここで、ｎ型ＧａＮ層２は、図示省略したｎ
側電極のコンタクト層として用いられるほか、バッファ
層としても用いられる。また、ｐ型ＧａＮ層１０は、図
示省略したｐ側電極のコンタクト層として用いられる。
【００２０】この第１の実施形態によるＧａＮ系半導体
レーザにおいては、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層４のすぐ
下にｎ型ＩｎＧａＮ光吸収層３が設けられ、ｐ型ＡｌＧ
ａＮクラッド層８のすぐ上にｐ型ＩｎＧａＮ光吸収層９
が設けられていることが、特徴的である。
レーザにおいては、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層４のすぐ
下にｎ型ＩｎＧａＮ光吸収層３が設けられ、ｐ型ＡｌＧ
ａＮクラッド層８のすぐ上にｐ型ＩｎＧａＮ光吸収層９
が設けられていることが、特徴的である。
【００２１】図２は、この第１の実施形態によるＧａＮ
系半導体レーザの動作時における光場を計算により求め
た結果を示す。ただし、この計算においては、発振波長
を４１０ｎｍ、ｎ型ＩｎＧａＮ光吸収層３およびｐ型Ｉ
ｎＧａＮ光吸収層９のＩｎ組成比は０．２５、厚さは１
０ｎｍ、波長４１０ｎｍの光に対する吸収係数は１０5
ｃｍ-1（消衰係数としては０．３）とした。また、Ｉｎ
ＧａＮからなる活性層６のＩｎ組成比は０．２、厚さは
５ｎｍ、屈折率は２．７、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層４
およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層８のＡｌ組成比は０．
１５、厚さは１μｍ、屈折率は２．４５、ｎ型ＧａＮ光
導波層５およびｐ型ＧａＮ光導波層７の厚さは０．１μ
ｍ、屈折率は２．５４、ｎ型ＧａＮ層２の厚さは３μ
ｍ、屈折率は２．５４、ｃ面サファイア基板１の屈折率
は１．６５とした。なお、光場の計算に用いたこれらの
パラメータは、ｎ型ＩｎＧａＮ光吸収層３およびｐ型Ｉ
ｎＧａＮ光吸収層９に関するものを除いて、図５に示す
従来のＧａＮ系半導体レーザの動作時における光場の計
算に用いたパラメータと同じである。
系半導体レーザの動作時における光場を計算により求め
た結果を示す。ただし、この計算においては、発振波長
を４１０ｎｍ、ｎ型ＩｎＧａＮ光吸収層３およびｐ型Ｉ
ｎＧａＮ光吸収層９のＩｎ組成比は０．２５、厚さは１
０ｎｍ、波長４１０ｎｍの光に対する吸収係数は１０5
ｃｍ-1（消衰係数としては０．３）とした。また、Ｉｎ
ＧａＮからなる活性層６のＩｎ組成比は０．２、厚さは
５ｎｍ、屈折率は２．７、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層４
およびｐ型ＡｌＧａＮクラッド層８のＡｌ組成比は０．
１５、厚さは１μｍ、屈折率は２．４５、ｎ型ＧａＮ光
導波層５およびｐ型ＧａＮ光導波層７の厚さは０．１μ
ｍ、屈折率は２．５４、ｎ型ＧａＮ層２の厚さは３μ
ｍ、屈折率は２．５４、ｃ面サファイア基板１の屈折率
は１．６５とした。なお、光場の計算に用いたこれらの
パラメータは、ｎ型ＩｎＧａＮ光吸収層３およびｐ型Ｉ
ｎＧａＮ光吸収層９に関するものを除いて、図５に示す
従来のＧａＮ系半導体レーザの動作時における光場の計
算に用いたパラメータと同じである。
【００２２】図２に示す光場における光閉じ込め係数は
０．０２２となる。この図２に示す光場を、ｎ型ＩｎＧ
ａＮ光吸収層３およびｐ型ＩｎＧａＮ光吸収層９が設け
られていないことを除いてこの第１の実施形態によるＧ
ａＮ系半導体レーザと同一の構造の図４に示す従来のＧ
ａＮ系半導体レーザの動作時における光場と比較する
と、光場が活性層６の近傍に集中していて光場の分布が
大幅に改善されていることがわかる。このようにｎ型Ｉ
ｎＧａＮ光吸収層３およびｐ型ＩｎＧａＮ光吸収層９が
設けられていることにより光場が大幅に改善されるの
は、これらのｎ型ＩｎＧａＮ光吸収層３およびｐ型Ｉｎ
ＧａＮ光吸収層９により光場の損失が大きくなるため、
より損失の小さな光場になるように光場自身が変化する
ことによる。
０．０２２となる。この図２に示す光場を、ｎ型ＩｎＧ
ａＮ光吸収層３およびｐ型ＩｎＧａＮ光吸収層９が設け
られていないことを除いてこの第１の実施形態によるＧ
ａＮ系半導体レーザと同一の構造の図４に示す従来のＧ
ａＮ系半導体レーザの動作時における光場と比較する
と、光場が活性層６の近傍に集中していて光場の分布が
大幅に改善されていることがわかる。このようにｎ型Ｉ
ｎＧａＮ光吸収層３およびｐ型ＩｎＧａＮ光吸収層９が
設けられていることにより光場が大幅に改善されるの
は、これらのｎ型ＩｎＧａＮ光吸収層３およびｐ型Ｉｎ
ＧａＮ光吸収層９により光場の損失が大きくなるため、
より損失の小さな光場になるように光場自身が変化する
ことによる。
【００２３】この第１の実施形態によるＧａＮ系半導体
レーザを製造するには、ｃ面サファイア基板１上に、有
機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法または分子線エピ
タキシー（ＭＢＥ）法により各層を成長させればよい。
レーザを製造するには、ｃ面サファイア基板１上に、有
機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法または分子線エピ
タキシー（ＭＢＥ）法により各層を成長させればよい。
【００２４】以上のように、この第１の実施形態による
ＧａＮ系半導体レーザによれば、ｎ型ＡｌＧａＮクラッ
ド層４のすぐ下にｎ型ＩｎＧａＮ光吸収層３が設けら
れ、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層８のすぐ上にｐ型ＩｎＧ
ａＮ光吸収層９が設けられていることにより、動作時に
おける光場の分布を従来に比べて大幅に改善することが
でき、高い光閉じ込め係数を得ることができる。このた
め、しきい電流密度の大幅な低減を図ることができる。
また、これによって、動作時の発熱を少なくすることが
でき、信頼性の向上（内部劣化の防止）を図ることがで
きる。また、活性層６を薄くすることができることによ
り、しきい電流密度の低減、ひいては電極部、特にｐ側
電極のコンタクト部における発熱の低減、電極の信頼性
の向上を図ることができる。また、活性層６の厚さを臨
界膜厚以下にすることができることにより、活性層６に
不一致転位が入るのを防止することができ、素子の特性
や寿命の向上を図ることができる。
ＧａＮ系半導体レーザによれば、ｎ型ＡｌＧａＮクラッ
ド層４のすぐ下にｎ型ＩｎＧａＮ光吸収層３が設けら
れ、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層８のすぐ上にｐ型ＩｎＧ
ａＮ光吸収層９が設けられていることにより、動作時に
おける光場の分布を従来に比べて大幅に改善することが
でき、高い光閉じ込め係数を得ることができる。このた
め、しきい電流密度の大幅な低減を図ることができる。
また、これによって、動作時の発熱を少なくすることが
でき、信頼性の向上（内部劣化の防止）を図ることがで
きる。また、活性層６を薄くすることができることによ
り、しきい電流密度の低減、ひいては電極部、特にｐ側
電極のコンタクト部における発熱の低減、電極の信頼性
の向上を図ることができる。また、活性層６の厚さを臨
界膜厚以下にすることができることにより、活性層６に
不一致転位が入るのを防止することができ、素子の特性
や寿命の向上を図ることができる。
【００２５】以上により、低しきい電流密度、高信頼
性、長寿命の青紫色発光のＧａＮ系半導体レーザを実現
することができる。また、このＧａＮ系半導体レーザに
おいては、従来のＧａＮ系半導体レーザにおけるように
光場の有効屈折率をＧａＮより小さくすることができな
いという制約がなく、遠視野像（ＦＦＰ）を制御すると
きなどの設計の自由度が大きい。
性、長寿命の青紫色発光のＧａＮ系半導体レーザを実現
することができる。また、このＧａＮ系半導体レーザに
おいては、従来のＧａＮ系半導体レーザにおけるように
光場の有効屈折率をＧａＮより小さくすることができな
いという制約がなく、遠視野像（ＦＦＰ）を制御すると
きなどの設計の自由度が大きい。
【００２６】図３はこの発明の第２の実施形態によるＧ
ａＮ系半導体レーザを示す。図２に示すように、この第
２の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザにおいては、
ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層４のすぐ下にのみｎ型ＩｎＧ
ａＮ光吸収層３が設けられ、また、ｐ型ＧａＮ層１０は
設けられていない。その他の構成は、第１の実施形態に
よるＧａＮ系半導体レーザと同様であるので、説明を省
略する。
ａＮ系半導体レーザを示す。図２に示すように、この第
２の実施形態によるＧａＮ系半導体レーザにおいては、
ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層４のすぐ下にのみｎ型ＩｎＧ
ａＮ光吸収層３が設けられ、また、ｐ型ＧａＮ層１０は
設けられていない。その他の構成は、第１の実施形態に
よるＧａＮ系半導体レーザと同様であるので、説明を省
略する。
【００２７】この第２の実施形態によるＧａＮ系半導体
レーザの動作時における光場を第１の実施形態と同様に
して計算により求めたところ、図２に示すものとほぼ同
様であり、その光閉じ込め係数も第１の実施形態と同様
に０．０２２であった。この第２の実施形態によって
も、第１の実施形態と同様な種々の利点を得ることがで
きる。
レーザの動作時における光場を第１の実施形態と同様に
して計算により求めたところ、図２に示すものとほぼ同
様であり、その光閉じ込め係数も第１の実施形態と同様
に０．０２２であった。この第２の実施形態によって
も、第１の実施形態と同様な種々の利点を得ることがで
きる。
【００２８】以上、この発明の実施形態について具体的
に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定され
るものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の
変形が可能である。
に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定され
るものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の
変形が可能である。
【００２９】例えば、上述の第１の実施形態および第２
の実施形態において挙げた数値はあくまでも例に過ぎ
ず、必要に応じて異なる数値を用いてもよい。また、上
述の第１の実施形態および第２の実施形態においては、
ｎ型ＩｎＧａＮ光吸収層３およびｐ型ＩｎＧａＮ光吸収
層９のＩｎ組成比を０．２５としているが、これと異な
る値のＩｎ組成比を用いてもよい。さらに、これらのｎ
型ＩｎＧａＮ光吸収層３およびｐ型ＩｎＧａＮ光吸収層
９の代わりにアンドープのＩｎＧａＮ光吸収層を用いて
もよい。また、ｃ面サファイア基板１の代わりに、Ｇａ
Ｎ基板やＳｉＣ基板などを用いてもよい。
の実施形態において挙げた数値はあくまでも例に過ぎ
ず、必要に応じて異なる数値を用いてもよい。また、上
述の第１の実施形態および第２の実施形態においては、
ｎ型ＩｎＧａＮ光吸収層３およびｐ型ＩｎＧａＮ光吸収
層９のＩｎ組成比を０．２５としているが、これと異な
る値のＩｎ組成比を用いてもよい。さらに、これらのｎ
型ＩｎＧａＮ光吸収層３およびｐ型ＩｎＧａＮ光吸収層
９の代わりにアンドープのＩｎＧａＮ光吸収層を用いて
もよい。また、ｃ面サファイア基板１の代わりに、Ｇａ
Ｎ基板やＳｉＣ基板などを用いてもよい。
【００３０】また、上述の第１の実施形態および第２の
実施形態においては、この発明をＧａＮ系半導体レーザ
に適用した場合について説明したが、この発明は、Ｇａ
Ｎ系発光ダイオードに適用することも可能である。
実施形態においては、この発明をＧａＮ系半導体レーザ
に適用した場合について説明したが、この発明は、Ｇａ
Ｎ系発光ダイオードに適用することも可能である。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように、この発明による半
導体発光素子によれば、発光波長の光を吸収する光吸収
層を少なくとも一層有することにより、従来に比べて動
作時における光場の分布を改善することができ、これに
よって低しきい電流密度かつ長寿命で遠視野像の制御も
容易な、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半
導体発光素子を実現することができる。
導体発光素子によれば、発光波長の光を吸収する光吸収
層を少なくとも一層有することにより、従来に比べて動
作時における光場の分布を改善することができ、これに
よって低しきい電流密度かつ長寿命で遠視野像の制御も
容易な、窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用いた半
導体発光素子を実現することができる。
【図１】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系半導
体レーザの構成を示す断面図である。
体レーザの構成を示す断面図である。
【図２】この発明の第１の実施形態によるＧａＮ系半導
体レーザの動作時における光場を示す略線図である。
体レーザの動作時における光場を示す略線図である。
【図３】この発明の第２の実施形態によるＧａＮ系半導
体レーザの構成を示す断面図である。
体レーザの構成を示す断面図である。
【図４】従来のＧａＮ系半導体レーザの構成を示す断面
図である。
図である。
【図５】従来のＧａＮ系半導体レーザの動作時における
光場を示す略線図である。
光場を示す略線図である。
【図６】従来のＧａＮ系半導体レーザの問題を説明する
ための略線図である。
ための略線図である。
１・・・ｃ面サファイア基板、２・・・ｎ型ＧａＮ層、
３・・・ｎ型ＩｎＧａＮ光吸収層、４・・・ｎ型ＡｌＧ
ａＮクラッド層、６・・・活性層、８・・・ｐ型ＡｌＧ
ａＮクラッド層、９・・・ｐ型ＩｎＧａＮ光吸収層、１
０・・・ｐ型ＧａＮ層
３・・・ｎ型ＩｎＧａＮ光吸収層、４・・・ｎ型ＡｌＧ
ａＮクラッド層、６・・・活性層、８・・・ｐ型ＡｌＧ
ａＮクラッド層、９・・・ｐ型ＩｎＧａＮ光吸収層、１
０・・・ｐ型ＧａＮ層
Claims (6)
- 【請求項１】 窒化物系ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体を用
いた半導体発光素子において、 発光波長の光を吸収する光吸収層を少なくとも一層有す
ることを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項２】 活性層をｎ型クラッド層およびｐ型クラ
ッド層によりはさんだ構造を有し、上記ｎ型クラッド層
の外側および上記ｐ型クラッド層の外側の少なくとも一
方に上記光吸収層を有することを特徴とする請求項１記
載の半導体発光素子。 - 【請求項３】 上記光吸収層はＩｎＧａＮ層であること
を特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。 - 【請求項４】 上記光吸収層はドナー不純物とアクセプ
タ不純物とをドーピングしたＧａＮ層であることを特徴
とする請求項１記載の半導体発光素子。 - 【請求項５】 基板上にｎ型ＧａＮ層、ＩｎＧａＮから
なる上記光吸収層、ＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド
層、ＧａＮからなるｎ型光導波層、ＩｎＧａＮからなる
活性層、ＧａＮからなるｐ型光導波層、ＡｌＧａＮから
なるｐ型クラッド層、ＩｎＧａＮからなる上記光吸収層
およびｐ型ＧａＮ層が順次積層された構造を有すること
を特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。 - 【請求項６】 基板上にｎ型ＧａＮ層、ＩｎＧａＮから
なる上記光吸収層、ＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド
層、ＧａＮからなるｎ型光導波層、ＩｎＧａＮからなる
活性層、ＧａＮからなるｐ型光導波層およびＡｌＧａＮ
からなるｐ型クラッド層が順次積層された構造を有する
ことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18856996A JP3780571B2 (ja) | 1996-06-28 | 1996-06-28 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18856996A JP3780571B2 (ja) | 1996-06-28 | 1996-06-28 | 半導体レーザ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1022586A true JPH1022586A (ja) | 1998-01-23 |
| JP3780571B2 JP3780571B2 (ja) | 2006-05-31 |
Family
ID=16225990
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18856996A Expired - Fee Related JP3780571B2 (ja) | 1996-06-28 | 1996-06-28 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3780571B2 (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003026029A1 (de) * | 2001-08-30 | 2003-03-27 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Stahlungsemittierendes halbleiterbauelement und verfahren zu dessen herstellung |
| JP2004266143A (ja) * | 2003-03-03 | 2004-09-24 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法 |
| JP2006108350A (ja) * | 2004-10-05 | 2006-04-20 | Stanley Electric Co Ltd | 半導体発光素子 |
| JP2006190778A (ja) * | 2005-01-05 | 2006-07-20 | Stanley Electric Co Ltd | 半導体発光素子 |
| JP2007208062A (ja) * | 2006-02-02 | 2007-08-16 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体レーザ素子 |
| JP2010212499A (ja) * | 2009-03-11 | 2010-09-24 | Sony Corp | 半導体レーザ素子 |
| JP2015012153A (ja) * | 2013-06-28 | 2015-01-19 | 日亜化学工業株式会社 | 半導体レーザ素子 |
-
1996
- 1996-06-28 JP JP18856996A patent/JP3780571B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003026029A1 (de) * | 2001-08-30 | 2003-03-27 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Stahlungsemittierendes halbleiterbauelement und verfahren zu dessen herstellung |
| US7005681B2 (en) | 2001-08-30 | 2006-02-28 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Radiation-emitting semiconductor component and method for making same |
| JP2004266143A (ja) * | 2003-03-03 | 2004-09-24 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法 |
| JP2006108350A (ja) * | 2004-10-05 | 2006-04-20 | Stanley Electric Co Ltd | 半導体発光素子 |
| US7880187B2 (en) | 2004-10-05 | 2011-02-01 | Stanley Electric Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device having narrow radiation spectrum |
| DE102005046417B4 (de) * | 2004-10-05 | 2020-03-26 | Stanley Electric Co. Ltd. | Halbleiterlichtemittiervorrichtung mit engem Strahlungsspektrum |
| JP2006190778A (ja) * | 2005-01-05 | 2006-07-20 | Stanley Electric Co Ltd | 半導体発光素子 |
| JP2007208062A (ja) * | 2006-02-02 | 2007-08-16 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 半導体レーザ素子 |
| JP2010212499A (ja) * | 2009-03-11 | 2010-09-24 | Sony Corp | 半導体レーザ素子 |
| JP2015012153A (ja) * | 2013-06-28 | 2015-01-19 | 日亜化学工業株式会社 | 半導体レーザ素子 |
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| JP3780571B2 (ja) | 2006-05-31 |
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