JPH1093192A - Gallium nitride based compound semiconductor laser and method of manufacturing the same - Google Patents

Gallium nitride based compound semiconductor laser and method of manufacturing the same

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JPH1093192A
JPH1093192A JP18993097A JP18993097A JPH1093192A JP H1093192 A JPH1093192 A JP H1093192A JP 18993097 A JP18993097 A JP 18993097A JP 18993097 A JP18993097 A JP 18993097A JP H1093192 A JPH1093192 A JP H1093192A
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JP
Japan
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layer
current
current block
cladding
opening
Prior art date
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Pending
Application number
JP18993097A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masayuki Ishikawa
正行 石川
Masahiro Yamamoto
雅裕 山本
Shinya Nunogami
真也 布上
Joshi Nishio
譲司 西尾
Genichi Hatagoshi
玄一 波多腰
Hidetoshi Fujimoto
英俊 藤本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 活性層へのキャリア注入を効率的に行うと共
に、電極コンタクト等での電圧降下を抑制することがで
き、低しきい値、低電圧で動作し、高い信頼性を達成す
る。 【解決手段】 窒化ガリウム系化合物半導体レーザは、
サファイア基板10上に、活性層14をクラッド層1
3、15で挟んだダブルヘテロ接合構造を有する。p−
クラッド層15の上にストライプ状の開口部を有するG
aN電流ブロック層16が形成される。更に、電流ブロ
ック層16の開口部へ電流を注入し、該開口部よりも面
積の広いp−GaNの埋込み層17及びコンタクト層1
8が形成される。活性層14はバンドギャップエネルギ
ーが異なり、それぞれの厚さが10nm以下の2種類の
InGaAlN層の繰り返しで構成される周期構造から
なる多重量子井戸(MQW)構造を有する。
PROBLEM TO BE SOLVED: To efficiently perform carrier injection into an active layer, suppress a voltage drop at an electrode contact or the like, operate at a low threshold and a low voltage, and achieve high reliability. To achieve. SOLUTION: The gallium nitride based compound semiconductor laser is
An active layer 14 is formed on a sapphire substrate 10
It has a double hetero junction structure sandwiched between 3 and 15. p-
G having a stripe-shaped opening on the cladding layer 15
An aN current block layer 16 is formed. Further, a current is injected into the opening of the current blocking layer 16, and the buried layer 17 of p-GaN and the contact layer 1 having a larger area than the opening are formed.
8 are formed. The active layer 14 has a band gap energy, and has a multiple quantum well (MQW) structure including a periodic structure formed by repeating two types of InGaAlN layers each having a thickness of 10 nm or less.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、窒化ガリウム系化
合物半導体を用いた半導体素子及び製造技術に関し、特
に窒化ガリウム系化合物半導体レーザとその製造方法、
更には窒化ガリウム系化合物半導体装置の製造方法に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device using a gallium nitride-based compound semiconductor and a manufacturing technique, and more particularly to a gallium nitride-based compound semiconductor laser and a manufacturing method thereof.
Further, the present invention relates to a method for manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、GaN、InGaN、GaAl
N、InGaAlN等の窒化ガリウム系化合物半導体が
青色半導体レーザの材料として注目されている。これら
の材料による半導体レーザでは、短波長化により小さな
ビームに絞ることが可能となり、光ディスク等高密度情
報処理用の光源として期待されている。
2. Description of the Related Art In recent years, GaN, InGaN, GaAl
Gallium nitride-based compound semiconductors such as N and InGaAlN have attracted attention as materials for blue semiconductor lasers. Semiconductor lasers made of these materials can be narrowed down to a small beam by shortening the wavelength, and are expected as light sources for high-density information processing such as optical disks.

【0003】この種の半導体レーザには各種の構造及び
製造方法が提案されているが、窒化ガリウム系化合物半
導体層の結晶成長が難しいことから、いずれにおいても
満足できる特性は得られていない。即ち、窒化ガリウム
系化合物半導体層を結晶成長しても良質の結晶を得るこ
とができず、結晶品質が悪いため活性層へのキャリア注
入を効率的に行うことができない。また、電流ブロック
層にストライプ開口を有する構造では、ストライプ開口
形成のエッチングを行った後の再成長層の結晶品質が低
下し、これが電極コンタクト等での電圧降下を招く要因
となっている。このように従来、光ディスク等への実用
に供する低しきい値、低電圧で動作し、高い信頼性を有
する青色半導体レーザを実現するためには、活性層への
キャリア注入を効率的に行うと共に、電極コンタクト等
での電圧降下の抑制が重要であるが、未だこれらを満足
する構成は得られていないのが現状である。
[0003] Various structures and manufacturing methods have been proposed for this type of semiconductor laser, but satisfactory characteristics have not been obtained in any case due to the difficulty of crystal growth of the gallium nitride-based compound semiconductor layer. That is, even if a gallium nitride-based compound semiconductor layer is grown as a crystal, good quality crystals cannot be obtained, and carrier injection into the active layer cannot be performed efficiently due to poor crystal quality. Further, in a structure having a stripe opening in the current block layer, the crystal quality of the regrown layer after the etching for forming the stripe opening is deteriorated, which causes a voltage drop at an electrode contact or the like. As described above, conventionally, in order to realize a blue semiconductor laser that operates at a low threshold value and a low voltage and has high reliability for practical use to an optical disk or the like, it is necessary to efficiently perform carrier injection into the active layer. It is important to suppress the voltage drop at the electrode contacts and the like, but at present, a configuration that satisfies these requirements has not yet been obtained.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】窒化ガリウム系化合物
半導体を用いた半導体レーザにおいては、該材料の結晶
成長が難しいことから良質の結晶層を得ることが難し
く、またストライプ開口形成のエッチングを行った後の
再成長層の結晶品質は更に低下する。このため、活性層
へのキャリア注入を効率良く行うことができず、しかも
電極コンタクト等での電圧降下を生じ、光ディスク等へ
の実用に供する低しきい値、低電圧で動作し、高い信頼
性を有する素子を実現することは困難であった。
In a semiconductor laser using a gallium nitride-based compound semiconductor, it is difficult to obtain a high-quality crystal layer due to the difficulty of crystal growth of the material, and etching for forming a stripe opening is performed. The crystal quality of the later regrown layer is further reduced. As a result, carriers cannot be efficiently injected into the active layer, and a voltage drop occurs at an electrode contact or the like. It has been difficult to realize an element having the following.

【0005】また、窒化ガリウム系化合物半導体層を一
旦エッチングした後の再成長を良好に行うことができな
い点は、半導体レーザに限らず、窒化ガリウム系化合物
半導体を用いた各種の半導体素子について同様に言える
ことである。
[0005] Further, the point that regrowth after once etching the gallium nitride-based compound semiconductor layer cannot be performed well is not limited to the semiconductor laser, but similarly applies to various semiconductor devices using the gallium nitride-based compound semiconductor. I can say that.

【0006】本発明は、上記事情を考慮してなされたも
ので、その目的とするところは、活性層へのキャリア注
入を効率的に行うと共に、電極コンタクト等での電圧降
下を抑制することができ、光ディスク等への実用に供す
る低しきい値、低電圧で動作し、高い信頼性を有する窒
化ガリウム系化合物半導体レーザ及びその製造方法を提
供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to efficiently inject carriers into an active layer and to suppress a voltage drop at an electrode contact or the like. It is an object of the present invention to provide a gallium nitride-based compound semiconductor laser which can be operated at a low threshold voltage and a low voltage and has high reliability for practical use in optical disks and the like, and a method for manufacturing the same.

【0007】また本発明の他の目的は、窒化ガリウム系
化合物半導体層を一旦エッチングした後の再成長を良好
に行うことができ、各種半導体素子の特性向上等に寄与
し得る窒化ガリウム系化合物半導体装置の製造方法を提
供することにある。
Another object of the present invention is to provide a gallium nitride-based compound semiconductor that can favorably perform regrowth after once etching a gallium nitride-based compound semiconductor layer and can contribute to the improvement of characteristics of various semiconductor devices. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a device.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の視点は、
窒化ガリウム系化合物半導体レーザにおいて、2種類以
上の半導体層の繰り返しで構成される周期構造を有する
活性層と、ダブルヘテロ接合構造を形成するように前記
活性層を挟んで配設された、それぞれ第1及び第2導電
型の第1及び第2クラッド層と、前記第1及び第2クラ
ッド層に接続された第1及び第2電極と、前記第2電極
と前記第2クラッド層との間に配設され、前記ダブルヘ
テロ接合構造に対する電流を狭窄するためのストライプ
状の開口部を有する電流ブロック層と、前記第2電極と
前記電流ブロック層との間及び前記開口部内に配設さ
れ、前記開口部よりも広い面積を有する電流注入層と、
前記活性層、前記第1及び第2クラッド層、電流ブロッ
ク層、及び電流注入層の夫々は、下記の組成式で表され
る材料から基本的になることと、 Inx Gay Alz N、ここでx+y+z=1、0≦
x,y,z≦1 前記電流ブロック層の厚さをTA、前記電流ブロック層
と前記活性層との間の距離をTBとした時、TB<TA
の条件を満足することと、を具備することを特徴とす
る。
SUMMARY OF THE INVENTION A first aspect of the present invention is as follows.
In a gallium nitride-based compound semiconductor laser, an active layer having a periodic structure formed by repeating two or more kinds of semiconductor layers, and an active layer disposed to sandwich the active layer so as to form a double heterojunction structure. First and second cladding layers of first and second conductivity types, first and second electrodes connected to the first and second cladding layers, between the second electrode and the second cladding layer, A current block layer having a stripe-shaped opening for confining a current to the double hetero junction structure; and a current block layer disposed between the second electrode and the current block layer and in the opening. A current injection layer having a larger area than the opening,
The active layer, said first and second cladding layers, the current blocking layer, and each of the current injection layer are that consists essentially of a material represented by the following composition formula, In x Ga y Al z N , Where x + y + z = 1, 0 ≦
x, y, z ≦ 1 When the thickness of the current blocking layer is TA and the distance between the current blocking layer and the active layer is TB, TB <TA
Satisfying the condition (1).

【0009】本発明の第2の視点は、第1の視点の窒化
ガリウム系化合物半導体レーザにおいて、2TB<TA
の条件を満足することを特徴とする。
A second aspect of the present invention is a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to the first aspect, wherein 2TB <TA.
Characterized by satisfying the following condition:

【0010】本発明の第3の視点は、第2の視点の窒化
ガリウム系化合物半導体レーザにおいて、2TB<TA
<10TBの条件を満足することを特徴とする。
A third aspect of the present invention is a gallium nitride based compound semiconductor laser according to the second aspect, wherein 2TB <TA.
It is characterized by satisfying the condition of <10 TB.

【0011】本発明の第4の視点は、第1の視点の窒化
ガリウム系化合物半導体レーザにおいて、前記開口部内
を除く前記電流注入層の厚さをTCとした時、TC<T
Aの条件を満足することを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the gallium nitride based compound semiconductor laser according to the first aspect, when the thickness of the current injection layer excluding the inside of the opening is TC, TC <T
The condition of A is satisfied.

【0012】本発明の第5の視点は、第1の視点の窒化
ガリウム系化合物半導体レーザにおいて、前記開口部内
を除く前記電流注入層の厚さをTCとした時、TB<T
Cの条件を満足することを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in the gallium nitride-based compound semiconductor laser according to the first aspect, when the thickness of the current injection layer excluding the inside of the opening is TC, TB <T.
C is satisfied.

【0013】本発明の第6の視点は、第1の視点の窒化
ガリウム系化合物半導体レーザにおいて、前記電流ブロ
ック層は、ドープされた第2導電型の不純物を含有する
ことを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in the gallium nitride-based compound semiconductor laser according to the first aspect, the current blocking layer contains a doped second conductivity type impurity.

【0014】本発明の第7の視点は、第1の視点の窒化
ガリウム系化合物半導体レーザにおいて、前記開口部の
側壁と、前記電流ブロック層と前記電流注入層との界面
とが,45°から90°の角度をなすことを特徴とす
る。
According to a seventh aspect of the present invention, in the gallium nitride-based compound semiconductor laser according to the first aspect, a side wall of the opening and an interface between the current blocking layer and the current injection layer are at an angle of 45 °. It is characterized by forming an angle of 90 °.

【0015】本発明の第8の視点は、窒化ガリウム系化
合物半導体レーザにおいて、2種類以上の半導体層の繰
り返しで構成される周期構造を有する活性層と、ダブル
ヘテロ接合構造を形成するように前記活性層を挟んで配
設された、それぞれ第1及び第2導電型の第1及び第2
クラッド層と、前記第1及び第2クラッド層に接続され
た第1及び第2電極と、前記第2電極と前記第2クラッ
ド層との間に配設され、前記ダブルヘテロ接合構造に対
する電流を狭窄するためのストライプ状の開口部を有す
る電流ブロック層と、前記第2電極と前記電流ブロック
層との間及び前記開口部内に配設され、前記開口部より
も広い面積を有する電流注入層と、前記活性層、前記第
1及び第2クラッド層、電流ブロック層、及び電流注入
層の夫々は、下記の組成式で表される材料から基本的に
なることと、 Inx Gay Alz N、ここでx+y+z=1、0≦
x,y,z≦1 前記電流ブロック層の厚さをTA、前記開口部内を除く
前記電流注入層の厚さをTCとした時、TC<TAの条
件を満足することと、を具備することを特徴とする。
According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a gallium nitride-based compound semiconductor laser in which a double heterojunction structure and an active layer having a periodic structure formed by repeating two or more types of semiconductor layers are formed. First and second conductive type first and second conductive types, respectively, disposed with an active layer interposed therebetween.
A cladding layer, first and second electrodes connected to the first and second cladding layers, and a current flowing between the second electrode and the second cladding layer for the double hetero junction structure. A current blocking layer having a stripe-shaped opening for constricting; and a current injection layer disposed between the second electrode and the current blocking layer and in the opening, and having a larger area than the opening. , the active layer, said first and second cladding layers, the current blocking layer, and each of the current injection layer are that consists essentially of a material represented by the following composition formula, in x Ga y Al z N , Where x + y + z = 1, 0 ≦
x, y, z ≦ 1 When the thickness of the current blocking layer is TA and the thickness of the current injection layer excluding the inside of the opening is TC, the condition of TC <TA is satisfied. It is characterized by.

【0016】本発明の第9の視点は、第8の視点の窒化
ガリウム系化合物半導体レーザにおいて、前記開口部の
上方で前記電流注入層の表面にストライプ状でV字型の
溝が形成され、前記第2電極が前記溝内で前記電流注入
層にコンタクトする部分を有することを特徴とする。
According to a ninth aspect of the present invention, in the gallium nitride based compound semiconductor laser according to the eighth aspect, a stripe-shaped V-shaped groove is formed on the surface of the current injection layer above the opening. The second electrode may have a portion in the groove that contacts the current injection layer.

【0017】本発明の第10の視点は、第9の視点の窒
化ガリウム系化合物半導体レーザにおいて、前記開口部
の深さをd1、前記開口部の上部及び下部の幅をそれぞ
れW1、W2とした時、24<(W1+W2)×d1/
TCの条件を満足することを特徴とする。
According to a tenth aspect of the present invention, in the gallium nitride compound semiconductor laser according to the ninth aspect, the depth of the opening is d1, and the widths of the upper and lower portions of the opening are W1 and W2, respectively. Hour, 24 <(W1 + W2) × d1 /
It is characterized by satisfying the condition of TC.

【0018】本発明の第11の視点は、窒化ガリウム系
化合物半導体レーザにおいて、2種類以上の半導体層の
繰り返しで構成される周期構造を有する活性層と、ダブ
ルヘテロ接合構造を形成するように前記活性層を挟んで
配設された、それぞれ第1及び第2導電型の第1及び第
2クラッド層と、前記第1及び第2クラッド層に接続さ
れた第1及び第2電極と、前記第2電極と前記第2クラ
ッド層との間に配設され、前記ダブルヘテロ接合構造に
対する電流を狭窄するためのストライプ状の開口部を有
する電流ブロック層と、前記第2電極と前記電流ブロッ
ク層との間に配設され、前記開口部よりも広い面積を有
する電流注入層と、前記活性層、前記第1及び第2クラ
ッド層、電流ブロック層、及び電流注入層の夫々は、下
記の組成式で表される材料から基本的になることと、 Inx Gay Alz N、ここでx+y+z=1、0≦
x,y,z≦1 前記電流ブロック層と前記活性層との間の距離をTB、
前記開口部内を除く前記電流注入層の厚さをTCとした
時、TB<TCの条件を満足することと、を具備するこ
とを特徴とする。
According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided a gallium nitride based compound semiconductor laser in which a double heterojunction structure and an active layer having a periodic structure formed by repeating two or more types of semiconductor layers are formed. First and second cladding layers of first and second conductivity types, respectively, disposed between the active layer, first and second electrodes connected to the first and second cladding layers, A current blocking layer disposed between the two electrodes and the second cladding layer, the current blocking layer having a stripe-shaped opening for narrowing a current to the double hetero junction structure; and the second electrode and the current blocking layer. And an active layer, the first and second cladding layers, a current blocking layer, and a current injection layer, each of which has a larger area than the opening, and a current injection layer having the following composition formula: Represented by And it consists essentially of that material, In x Ga y Al z N , wherein x + y + z = 1,0 ≦
x, y, z ≦ 1 The distance between the current blocking layer and the active layer is represented by TB,
When the thickness of the current injection layer excluding the inside of the opening is TC, the condition of TB <TC is satisfied.

【0019】本発明の第12の視点は、窒化ガリウム系
化合物半導体レーザにおいて、2種類以上の半導体層の
繰り返しで構成される周期構造を有する活性層と、ダブ
ルヘテロ接合構造を形成するように前記活性層を挟んで
配設された、それぞれ第1及び第2導電型の第1及び第
2クラッド層と、前記第1及び第2クラッド層に接続さ
れた第1及び第2電極と、前記第2電極と前記第2クラ
ッド層との間に配設され、前記ダブルヘテロ接合構造に
対する電流を狭窄するためのストライプ状の開口部を有
する電流ブロック層と、前記第2電極と前記電流ブロッ
ク層との間及び前記開口部内に配設され、前記開口部よ
りも広い面積を有する電流注入層と、前記活性層、前記
第1及び第2クラッド層、電流ブロック層、及び電流注
入層の夫々は、下記の組成式で表される材料から基本的
になることと、 Inx Gay Alz N、ここでx+y+z=1、0≦
x,y,z≦1 前記活性層に近接する前記電流注入層の部分は、前記活
性層の発光波長に対応するバンドギャップより大きなバ
ンドギャップを有すると共に、前記電流ブロック層より
大きな屈折率を有することと、を具備することを特徴と
する。
According to a twelfth aspect of the present invention, in a gallium nitride compound semiconductor laser, an active layer having a periodic structure formed by repeating two or more types of semiconductor layers and a double heterojunction structure are formed. First and second cladding layers of first and second conductivity types, respectively, disposed between the active layer, first and second electrodes connected to the first and second cladding layers, A current blocking layer disposed between the two electrodes and the second cladding layer, the current blocking layer having a stripe-shaped opening for narrowing a current to the double hetero junction structure; and the second electrode and the current blocking layer. A current injection layer disposed between and in the opening, and having a larger area than the opening, and each of the active layer, the first and second cladding layers, the current blocking layer, and the current injection layer, under And it consists essentially of a material represented by the composition formula, In x Ga y Al z N , wherein x + y + z = 1,0 ≦
x, y, z ≦ 1 The portion of the current injection layer adjacent to the active layer has a band gap larger than a band gap corresponding to an emission wavelength of the active layer and has a larger refractive index than the current blocking layer. And that it comprises.

【0020】本発明の第13の視点は、第12の視点の
窒化ガリウム系化合物半導体レーザにおいて、前記第2
クラッド層と前記電流ブロック層とは、略等しい屈折率
を有することを特徴とする。
A thirteenth aspect of the present invention is the gallium nitride-based compound semiconductor laser according to the twelfth aspect, wherein
The cladding layer and the current blocking layer have substantially the same refractive index.

【0021】本発明の第14の視点は、第12の視点の
窒化ガリウム系化合物半導体レーザにおいて、前記活性
層に近接する前記電流注入層の部分と前記第2クラッド
層とは、略等しい屈折率を有することを特徴とする。
According to a fourteenth aspect of the present invention, in the gallium nitride compound semiconductor laser according to the twelfth aspect, a portion of the current injection layer adjacent to the active layer and the second cladding layer have substantially the same refractive index. It is characterized by having.

【0022】本発明の第15の視点は、窒化ガリウム系
化合物半導体レーザにおいて、2種類以上の半導体層の
繰り返しで構成される周期構造を有する活性層と、ダブ
ルヘテロ接合構造を形成するように前記活性層を挟んで
配設された、それぞれ第1及び第2導電型の第1及び第
2クラッド層と、前記第1及び第2クラッド層に接続さ
れた第1及び第2電極と、前記第2電極と前記第2クラ
ッド層との間に配設され、前記ダブルヘテロ接合構造に
対する電流を狭窄するためのストライプ状の開口部を有
する電流ブロック層と、前記第2電極と前記電流ブロッ
ク層との間及び前記開口部内に配設され、前記開口部よ
りも広い面積を有する電流注入層と、前記活性層、前記
第1及び第2クラッド層、電流ブロック層、及び電流注
入層の夫々は、下記の組成式で表される材料から基本的
になることと、 Inx Gay Alz N、ここでx+y+z=1、0≦
x,y,z≦1 前記電流ブロック層は、前記活性層の発光波長に対応す
るバンドギャップより大きなバンドギャップを有すると
共に、前記活性層に近接する前記電流注入層の部分より
大きな屈折率を有することと、を具備することを特徴と
する。
According to a fifteenth aspect of the present invention, in a gallium nitride compound semiconductor laser, an active layer having a periodic structure formed by repeating two or more types of semiconductor layers and a double heterojunction structure are formed. First and second cladding layers of first and second conductivity types, respectively, disposed between the active layer, first and second electrodes connected to the first and second cladding layers, A current blocking layer disposed between the two electrodes and the second cladding layer, the current blocking layer having a stripe-shaped opening for narrowing a current to the double hetero junction structure; and the second electrode and the current blocking layer. A current injection layer disposed between and in the opening, and having a larger area than the opening, and each of the active layer, the first and second cladding layers, the current blocking layer, and the current injection layer, under And it consists essentially of a material represented by the composition formula, In x Ga y Al z N , wherein x + y + z = 1,0 ≦
x, y, z ≦ 1 The current blocking layer has a band gap larger than a band gap corresponding to an emission wavelength of the active layer, and has a larger refractive index than a portion of the current injection layer adjacent to the active layer. And that it comprises.

【0023】本発明の第16の視点は、窒化ガリウム系
化合物半導体レーザにおいて、2種類以上の半導体層の
繰り返しで構成される周期構造を有する活性層と、ダブ
ルヘテロ接合構造を形成するように前記活性層を挟んで
配設された、それぞれ第1及び第2導電型の第1及び第
2クラッド層と、前記第1及び第2クラッド層に接続さ
れた第1及び第2電極と、前記第2電極と前記第2クラ
ッド層との間に配設され、前記ダブルヘテロ接合構造に
対する電流を狭窄するためのストライプ状の開口部を有
する電流ブロック層と、前記第2電極と前記電流ブロッ
ク層との間及び前記開口部内に配設され、前記開口部よ
りも広い面積を有する電流注入層と、前記活性層、前記
第1及び第2クラッド層、電流ブロック層、及び電流注
入層の夫々は、下記の組成式で表される材料から基本的
になることと、 Inx Gay Alz N、ここでx+y+z=1、0≦
x,y,z≦1 前記活性層に近接する前記電流注入層の部分は、前記活
性層の発光波長に対応するバンドギャップより大きなバ
ンドギャップを有すると共に、前記電流ブロック層は、
前記活性層の発光波長に対応するバンドギャップより小
さなバンドギャップを有することと、を具備することを
特徴とする。
According to a sixteenth aspect of the present invention, in a gallium nitride compound semiconductor laser, an active layer having a periodic structure formed by repeating two or more types of semiconductor layers and a double heterojunction structure are formed. First and second cladding layers of first and second conductivity types, respectively, disposed between the active layer, first and second electrodes connected to the first and second cladding layers, A current blocking layer disposed between the two electrodes and the second cladding layer, the current blocking layer having a stripe-shaped opening for narrowing a current to the double hetero junction structure; and the second electrode and the current blocking layer. A current injection layer disposed between and in the opening, and having a larger area than the opening, and each of the active layer, the first and second cladding layers, the current blocking layer, and the current injection layer, under And it consists essentially of a material represented by the composition formula, In x Ga y Al z N , wherein x + y + z = 1,0 ≦
x, y, z ≦ 1 A portion of the current injection layer adjacent to the active layer has a band gap larger than a band gap corresponding to an emission wavelength of the active layer, and the current blocking layer includes:
Having a band gap smaller than the band gap corresponding to the emission wavelength of the active layer.

【0024】本発明の第17の視点は、窒化ガリウム系
化合物半導体レーザにおいて、2種類以上の半導体層の
繰り返しで構成される周期構造を有する活性層と、ダブ
ルヘテロ接合構造を形成するように前記活性層を挟んで
配設された、それぞれ第1及び第2導電型の第1及び第
2クラッド層と、前記第1及び第2クラッド層に接続さ
れた第1及び第2電極と、前記第2電極と前記第2クラ
ッド層との間に配設され、前記ダブルヘテロ接合構造に
対する電流を狭窄するためのストライプ状の開口部を有
する電流ブロック層と、前記第2電極と前記電流ブロッ
ク層との間及び前記開口部内に配設され、前記開口部よ
りも広い面積を有する電流注入層と、前記活性層、前記
第1及び第2クラッド層、電流ブロック層、及び電流注
入層の夫々は、下記の組成式で表される材料から基本的
になることと、 Inx Gay Alz N、ここでx+y+z=1、0≦
x,y,z≦1 前記第2クラッド層の表面に前記開口部と連続するスト
ライプ状の溝が形成され、前記電流注入層は、前記溝内
で前記第2クラッド層と接するように配設されること
と、を具備することを特徴とする。
According to a seventeenth aspect of the present invention, there is provided a gallium nitride based compound semiconductor laser which forms an active layer having a periodic structure formed by repeating two or more types of semiconductor layers and a double heterojunction structure. First and second cladding layers of first and second conductivity types, respectively, disposed between the active layer, first and second electrodes connected to the first and second cladding layers, A current blocking layer disposed between the two electrodes and the second cladding layer, the current blocking layer having a stripe-shaped opening for narrowing a current to the double hetero junction structure; and the second electrode and the current blocking layer. A current injection layer disposed between and in the opening, and having a larger area than the opening, and each of the active layer, the first and second cladding layers, the current blocking layer, and the current injection layer, under And it consists essentially of a material represented by the composition formula, In x Ga y Al z N , wherein x + y + z = 1,0 ≦
x, y, z ≦ 1 A stripe-shaped groove continuous with the opening is formed on the surface of the second cladding layer, and the current injection layer is disposed in the groove so as to be in contact with the second cladding layer. To be performed.

【0025】本発明の第18の視点は、活性層と、ダブ
ルヘテロ接合構造を形成するように前記活性層を挟んで
配設された、それぞれ第1及び第2導電型の第1及び第
2クラッド層と、前記第1及び第2クラッド層に接続さ
れた第1及び第2電極と、前記第2電極と前記第2クラ
ッド層との間に配設され、前記ダブルヘテロ接合構造に
対する電流を狭窄するためのストライプ状の開口部を有
する電流ブロック層と、前記第2電極と前記電流ブロッ
ク層との間及び前記開口部内に配設され、前記開口部よ
りも広い面積を有する電流注入層と、前記活性層、前記
第1及び第2クラッド層、電流ブロック層、及び電流注
入層の夫々は、下記の組成式で表される材料から基本的
になることと、 Inx Gay Alz N、ここでx+y+z=1、0≦
x,y,z≦1 を具備する窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造方
法であって、支持基板上に前記ダブルヘテロ構造を有す
る積層膜を形成する工程と、前記積層膜上に前記電流ブ
ロック層と表面保護層とを積層する工程と、前記表面保
護層及び前記電流ブロック層の一部をエッチングしてス
トライプ状の前記開口部を形成する工程と、前記表面保
護層を気相中の高温放置による結晶の再蒸発によって除
去した後、前記開口部内及び前記電流ブロック層上に前
記電流注入層を形成する工程と、を具備することを特徴
とする。
An eighteenth aspect of the present invention is directed to an active layer and first and second conductive type first and second conductive types, respectively, which are disposed with the active layer interposed therebetween so as to form a double heterojunction structure. A cladding layer, first and second electrodes connected to the first and second cladding layers, and a current flowing between the second electrode and the second cladding layer for the double hetero junction structure. A current blocking layer having a stripe-shaped opening for constricting; and a current injection layer disposed between the second electrode and the current blocking layer and in the opening, and having a larger area than the opening. , the active layer, said first and second cladding layers, the current blocking layer, and each of the current injection layer are that consists essentially of a material represented by the following composition formula, in x Ga y Al z N , Where x + y + z = 1, 0 ≦
A method for manufacturing a gallium nitride based compound semiconductor laser having x, y, z ≦ 1, wherein a step of forming a laminated film having the double heterostructure on a supporting substrate, and a step of forming the current blocking layer on the laminated film Laminating a surface protection layer and a surface protection layer; etching a part of the surface protection layer and the current block layer to form the stripe-shaped opening; leaving the surface protection layer at a high temperature in a gas phase Forming the current injection layer in the opening and on the current block layer after the crystal is removed by re-evaporation of the crystal.

【0026】本発明の第19の視点は、活性層と、ダブ
ルヘテロ接合構造を形成するように前記活性層を挟んで
配設された、それぞれ第1及び第2導電型の第1及び第
2クラッド層と、前記第1及び第2クラッド層に接続さ
れた第1及び第2電極と、前記第2電極と前記第2クラ
ッド層との間に配設され、前記ダブルヘテロ接合構造に
対する電流を狭窄するためのストライプ状の開口部を有
する電流ブロック層と、前記第2電極と前記電流ブロッ
ク層との間及び前記開口部内に配設され、前記開口部よ
りも広い面積を有する電流注入層と、前記活性層、前記
第1及び第2クラッド層、電流ブロック層、及び電流注
入層の夫々は、下記の組成式で表される材料から基本的
になることと、 Inx Gay Alz N、ここでx+y+z=1、0≦
x,y,z≦1 を具備する窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造方
法であって、支持基板上に前記ダブルヘテロ構造を有す
る積層膜を形成する工程と、前記積層膜上に前記電流ブ
ロック層を形成する工程と、前記電流ブロック層の一部
をドライエッチングしてストライプ状の前記開口部を形
成する工程と、前記支持基板、前記積層膜、及び前記電
流ブロック層を100℃以上に加熱したHNO3 :HC
l=3:1の溶液中に漬けた後、前記開口部内及び前記
電流ブロック層上に前記電流注入層を形成する工程と、
を具備することを特徴とする。
A nineteenth aspect of the present invention is directed to an active layer and first and second conductive type first and second conductive types, respectively, which are disposed with the active layer interposed therebetween so as to form a double heterojunction structure. A cladding layer, first and second electrodes connected to the first and second cladding layers, and a current flowing between the second electrode and the second cladding layer for the double hetero junction structure. A current blocking layer having a stripe-shaped opening for constricting; and a current injection layer disposed between the second electrode and the current blocking layer and in the opening, and having a larger area than the opening. , the active layer, said first and second cladding layers, the current blocking layer, and each of the current injection layer are that consists essentially of a material represented by the following composition formula, in x Ga y Al z N , Where x + y + z = 1, 0 ≦
A method for manufacturing a gallium nitride based compound semiconductor laser having x, y, z ≦ 1, wherein a step of forming a laminated film having the double heterostructure on a supporting substrate, and a step of forming the current blocking layer on the laminated film Forming, forming a stripe-shaped opening by dry-etching a part of the current block layer, and heating the support substrate, the laminated film, and the current block layer to 100 ° C. or more. HNO 3 : HC
forming the current injection layer in the opening and on the current block layer after being immersed in a solution of l = 3: 1;
It is characterized by having.

【0027】本発明の第20の視点は、活性層と、ダブ
ルヘテロ接合構造を形成するように前記活性層を挟んで
配設された、それぞれ第1及び第2導電型の第1及び第
2クラッド層と、前記第1及び第2クラッド層に接続さ
れた第1及び第2電極と、前記第2電極と前記第2クラ
ッド層との間に配設され、前記ダブルヘテロ接合構造に
対する電流を狭窄するためのストライプ状の開口部を有
する電流ブロック層と、前記第2電極と前記電流ブロッ
ク層との間及び前記開口部内に配設され、前記開口部よ
りも広い面積を有する電流注入層と、前記活性層、前記
第1及び第2クラッド層、電流ブロック層、及び電流注
入層の夫々は、下記の組成式で表される材料から基本的
になることと、 Inx Gay Alz N、ここでx+y+z=1、0≦
x,y,z≦1 を具備する窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造方
法であって、支持基板上に前記ダブルヘテロ構造を有す
る積層膜を形成する工程と、前記積層膜上に前記電流注
入層を形成する工程と、前記第2クラッド層及び前記電
流注入層のいずれか一方または双方からなる被選択層に
部分的に不純物を導入し、ストライプ状の前記開口部を
有する前記電流ブロック層を形成する工程と、を具備す
ることを特徴とする。
A twentieth aspect of the present invention relates to an active layer and first and second conductive type first and second conductive types, respectively, which are disposed with the active layer interposed therebetween so as to form a double heterojunction structure. A cladding layer, first and second electrodes connected to the first and second cladding layers, and a current flowing between the second electrode and the second cladding layer for the double hetero junction structure. A current blocking layer having a stripe-shaped opening for constricting; and a current injection layer disposed between the second electrode and the current blocking layer and in the opening, and having a larger area than the opening. , the active layer, said first and second cladding layers, the current blocking layer, and each of the current injection layer are that consists essentially of a material represented by the following composition formula, in x Ga y Al z N , Where x + y + z = 1, 0 ≦
A method for manufacturing a gallium nitride based compound semiconductor laser having x, y, z ≦ 1, wherein a step of forming a laminated film having the double heterostructure on a supporting substrate, and a step of forming the current injection layer on the laminated film Forming a current blocking layer having a stripe-shaped opening by partially introducing an impurity into a selected layer comprising one or both of the second cladding layer and the current injection layer. And a step of performing

【0028】本発明の第21の視点は、第20の視点の
窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造方法におい
て、前記被選択層がMg及びAlのいずれか一方または
双方を含有し、前記不純物がOであることを特徴とす
る。
According to a twenty-first aspect of the present invention, in the method for manufacturing a gallium nitride based compound semiconductor laser according to the twentieth aspect, the selected layer contains one or both of Mg and Al, and the impurity is O. It is characterized by being.

【0029】[0029]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施の形態に係
る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す
断面図である。なお、以下の説明において、ほぼ同じ機
能及び構成を有する部分には、同一符号を付し、重複説
明については必要に応じて行なう。
FIG. 1 is a sectional view showing an element structure of a gallium nitride based compound semiconductor laser according to an embodiment of the present invention. In the following description, portions having substantially the same functions and configurations are denoted by the same reference numerals, and repeated description will be made as necessary.

【0030】サファイア基板上10に、GaNのバッフ
ァ層11、SiドープGaNのn−コンタクト層12、
SiドープGaAlNのn−クラッド層13、MQW活
性層14、MgドープGaAlNのp−クラッド層1
5、ノンドープのGaNの電流ブロック層16が積層形
成され、電流ブロック層16はストライプ状にエッチン
グされる。活性層14は、バンドギャップエネルギーが
異なり、それぞれの厚さが10nm以下の2種類のIn
GaAlN層の繰り返しで構成される周期構造からなる
多重量子井戸(MQW)構造からなる。
On a sapphire substrate 10, a GaN buffer layer 11, a Si-doped GaN n-contact layer 12,
Si-doped GaAlN n-clad layer 13, MQW active layer 14, Mg-doped GaAlN p-clad layer 1
5. A non-doped GaN current blocking layer 16 is laminated, and the current blocking layer 16 is etched in a stripe shape. The active layer 14 has two types of In having different band gap energies and each having a thickness of 10 nm or less.
It has a multiple quantum well (MQW) structure composed of a periodic structure formed by repeating GaAlN layers.

【0031】電流ブロック層16のエッチングにより露
出したp−クラッド層15及び電流ブロック層16上に
は、MgドープGaNのp−埋込み層17、Mgドープ
GaNのp−コンタクト層18が積層される。そして、
p−コンタクト層18からn−コンタクト層12の途中
まで部分的にエッチングされ、露出したn−コンタクト
層12の表面にはn側電極21が形成され、p−コンタ
クト層18の表面にはp側電極22が形成される。
On the p-cladding layer 15 and the current block layer 16 exposed by the etching of the current block layer 16, a p-buried layer 17 of Mg-doped GaN and a p-contact layer 18 of Mg-doped GaN are laminated. And
The n-side electrode 21 is formed on the exposed surface of the n-contact layer 12 while being partially etched from the p-contact layer 18 to the middle of the n-contact layer 12, and the p-side electrode 21 is formed on the surface of the p-contact layer 18. An electrode 22 is formed.

【0032】このように本実施の形態では、バンドエネ
ルギーが異なり、それぞれの厚さが10nm以下の2種
類のInGaAlN層の繰り返しで構成される周期構造
を、MQW活性層14として用い、その上に電流狭窄構
造形成のための再成長を行う構成としている。このた
め、再成長界面及び再成長層で発生すると考えられてい
た結晶欠陥を低減すると共に、平坦な再成長表面が得ら
れ、p側電極22でのコンタクト抵抗が低く、動作電圧
の低い素子を得ることが可能になる。
As described above, in the present embodiment, a periodic structure composed of a repetition of two types of InGaAlN layers having different band energies and each having a thickness of 10 nm or less is used as the MQW active layer 14. Regrowth is performed to form a current confinement structure. For this reason, the crystal defects considered to be generated at the regrowth interface and the regrowth layer are reduced, and a flat regrowth surface is obtained, the contact resistance at the p-side electrode 22 is low, and an element having a low operating voltage can be obtained. It is possible to obtain.

【0033】また、周期構造を用いて結晶欠陥を低減で
きることから、活性層14へのキャリアの注入を効率良
く行うことができる。更に、サファイア基板10上に素
子部に必要な各層を直接形成するのではなくバッファ層
11を介在させることにより、素子部の各層の結晶品質
の向上をはかることができ、これによってもキャリアの
注入効率の向上やコンタクト抵抗の低減に寄与すること
ができる。
Further, since the crystal defects can be reduced by using the periodic structure, the carriers can be efficiently injected into the active layer 14. Further, the crystal quality of each layer of the element portion can be improved by interposing the buffer layer 11 instead of directly forming each layer required for the element portion on the sapphire substrate 10, thereby also improving the carrier injection. This can contribute to improvement in efficiency and reduction in contact resistance.

【0034】次に、図1図示の窒化ガリウム系化合物半
導体レーザの製造方法について説明する。
Next, a method of manufacturing the gallium nitride compound semiconductor laser shown in FIG. 1 will be described.

【0035】まず、図2(a)に示すように、サファイ
ア基板10上に、有機金属気相成長法(MOCVD法)
によりGaN、AlN、AlGaN等からなるバッファ
層11を10〜200nm程度の膜厚で成長し、その上
にSiドープGaNのn−コンタクト層12をMOCV
D法で4μmの膜厚で成長する。続いて、SiドープG
a0.8 Al0.2 Nのn−クラッド層13をMOCVD法
で250nmの膜厚で成長する。なお、以下では成長方
法については述べないが、全てMOCVD法を用いるも
のとする。
First, as shown in FIG. 2A, a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method is formed on a sapphire substrate 10.
To grow a buffer layer 11 made of GaN, AlN, AlGaN, or the like to a thickness of about 10 to 200 nm, and form an n-contact layer 12 of Si-doped GaN thereon by MOCV.
It is grown to a thickness of 4 μm by Method D. Then, Si-doped G
An n-clad layer 13 of a 0.8 Al 0.2 N is grown to a thickness of 250 nm by MOCVD. Although the growth method is not described below, it is assumed that the MOCVD method is used in all cases.

【0036】次に、ノンドープのGaNの厚さ200n
mの光ガイド層、厚さ1.5nmのノンドープIn0.25
Ga0.75N及び厚さ3nmのノンドープIn0.05Ga
0.95Nの2種類のInGaAlN層を50周期繰り返し
て構成される多重量子井戸(MQW)構造、そしてノン
ドープGaNの厚さ200nmの光ガイド層、を積層成
長してなるMQW活性層14を形成する。
Next, a non-doped GaN having a thickness of 200 n
m light guide layer, 1.5 nm thick non-doped In 0.25
Ga 0.75 N and non-doped In 0.05 Ga with a thickness of 3 nm
An MQW active layer 14 is formed by laminating a multiple quantum well (MQW) structure formed by repeating two types of 0.95 N InGaAlN layers for 50 periods, and a 200 nm-thick non-doped GaN optical guide layer.

【0037】次に、MgドープGa0.8 Al0.2 Nのp
−クラッド層15を成長し、続いて電流ブロック層16
としてノンドープGaNの層を0.6μm成長する。更
に、表面保護層31としてノンドープIn0.15Ga0.85
Nよりなる層を0.2μm成長させる。このとき、表面
保護層31は、窒素ガス及びアンモニアガスを主成分と
する雰囲気で、900℃以下の温度で成長させる。
Next, the p of Mg-doped Ga 0.8 Al 0.2 N
Growing the cladding layer 15 followed by the current blocking layer 16
Is grown to a thickness of 0.6 μm. Further, as the surface protective layer 31, non-doped In 0.15 Ga 0.85
A layer made of N is grown by 0.2 μm. At this time, the surface protective layer 31 is grown at a temperature of 900 ° C. or lower in an atmosphere containing nitrogen gas and ammonia gas as main components.

【0038】次に、ウェハを成長装置から取出し、図2
(b)に示すように、表面保護層31及び電流ブロック
層16の一部を幅5μmのストライプ状に反応性イオン
エッチング(RIE)でエッチングして開口部を形成
し、p−クラッド層15を露出させる。
Next, the wafer is taken out of the growth apparatus, and FIG.
As shown in (b), a part of the surface protection layer 31 and the current block layer 16 is etched into a stripe having a width of 5 μm by reactive ion etching (RIE) to form an opening, and the p-cladding layer 15 is formed. Expose.

【0039】次に、再びウェハを成長装置に入れ、窒素
ガス、アンモニアガスの他に水素ガスを主成分とする雰
囲気で、900℃より高い温度に晒すことによって、図
2(c)に示すように表面保護層31を蒸発させ、清浄
な電流ブロック層表面を形成する。
Next, the wafer is again put into the growth apparatus and exposed to a temperature higher than 900 ° C. in an atmosphere containing hydrogen gas as a main component in addition to nitrogen gas and ammonia gas, as shown in FIG. Then, the surface protective layer 31 is evaporated to form a clean current blocking layer surface.

【0040】次に、図3(a)に示すように、電流ブロ
ック層16上及び露出したp−クラッド層15上に、M
gドープGaNの厚さ0.8μmのp−埋込み層17
と、この埋込み層17より更に高い濃度までMgをドー
プしたp+ −GaNの厚さ0.2μmのp−コンタクト
層18を順次成長する。
Next, as shown in FIG. 3 (a), M is applied on the current blocking layer 16 and the exposed p-cladding layer 15.
0.8 μm thick p-buried layer 17 of g-doped GaN
Then, a p-contact layer 18 of 0.2 μm in thickness of p + -GaN doped with Mg to a higher concentration than the buried layer 17 is sequentially grown.

【0041】次に、ウェハを成長装置から取出し、図3
(b)に示すように、p−コンタクト層18からn−コ
ンタクト層12の途中までRIEで部分的にエッチング
し、n側電極21を形成すべきn−コンタクト層12を
露出させる。
Next, the wafer is taken out of the growth apparatus, and FIG.
As shown in FIG. 2B, the n-contact layer 12 where the n-side electrode 21 is to be formed is exposed by partially etching the RIE from the p-contact layer 18 to the middle of the n-contact layer 12.

【0042】次に、n−コンタクト層12上にTi−A
uからなるn側電極21を形成する。また、p−コンタ
クト層18上に、Pd−Auよりなるp側電極22を、
電流ブロック層16のストライプ状の開口部の直上を含
み、より広い面積になるように形成する。これにより、
前記図1に示す構造が得られる。なお、p側電極22は
Pt−Au、Ni−Au等でもよい。
Next, Ti-A is formed on the n-contact layer 12.
An n-side electrode 21 made of u is formed. A p-side electrode 22 made of Pd-Au is formed on the p-contact layer 18.
The current blocking layer 16 is formed so as to have a wider area including immediately above the stripe-shaped opening. This allows
The structure shown in FIG. 1 is obtained. The p-side electrode 22 may be Pt-Au, Ni-Au, or the like.

【0043】これ以降は、図4に示すように、サファイ
ア基板10の裏面を80μm以下になるように研磨した
後、裏面金属膜35としてTi−Au、Cr−Au等を
形成し、裏面からスクライブすることにより、レーザ端
面及びチップ化を行い、ダイヤモンド、銅等からなるヒ
ートシンク36にAu−Sn、Pd−Sn、In等の融
着金属37を用いてサファイア基板側をヒートシンク3
6にマウントする。そして、n側電極21、p側電極2
2のそれぞれにワイヤ38のボンディングを行うことで
レーザ素子を得る。
Thereafter, as shown in FIG. 4, the back surface of the sapphire substrate 10 is polished so as to have a thickness of 80 μm or less, and then Ti-Au, Cr-Au, etc. are formed as the back surface metal film 35 and scribed from the back surface. Then, a laser end face and a chip are formed, and a sapphire substrate side is formed by using a fusion metal 37 such as Au-Sn, Pd-Sn, or In for a heat sink 36 made of diamond, copper, or the like.
Mount on 6. Then, the n-side electrode 21 and the p-side electrode 2
A laser element is obtained by bonding a wire 38 to each of the two.

【0044】以上のようにして得た半導体レーザは42
0nmの波長で室温連続発振し、連続動作の最高温度は
80℃で、50℃、3mWの条件で連続100時間以上
の動作が確認できた。上記実施の形態において、表面保
護層31としてノンドープIn0.15Ga0.85Nよりなる
層を形成しなくてもレーザ発振動作は得られるが、最高
発振温度は50℃にとどまった。この違いは、表面保護
層31を用いることによって、再成長が容易になると共
に再成長層の結晶品質を高めることができるためであ
る。
The semiconductor laser obtained as described above has 42
It oscillated continuously at room temperature at a wavelength of 0 nm, the maximum temperature of the continuous operation was 80 ° C., and the operation was continuously performed for 100 hours or more at 50 ° C. and 3 mW. In the above embodiment, the laser oscillation operation can be obtained without forming a layer made of non-doped In 0.15 Ga 0.85 N as the surface protection layer 31, but the maximum oscillation temperature was only 50 ° C. This difference is because the use of the surface protective layer 31 facilitates regrowth and improves the crystal quality of the regrown layer.

【0045】本実施の形態の製造方法では、サファイア
基板10上にn−コンタクト層12、n−クラッド層1
3、MQW活性層14、p−クラッド層15、電流ブロ
ック層16及び表面保護層31を形成した後、RIE等
により表面保護層31と電流ブロック層16の一部を除
去してp−クラッド層15を露出させる。この後、MO
CVD法により埋込み層17を形成する直前に、基板温
度1100℃に保持し、アンモニアガス、水素ガス、窒
素ガスを混合したガス流雰囲気に15分晒すことにより
表面保護層31を蒸発させ、電流ブロック層16の清浄
な表面を得る。これによって、埋込み層17との界面で
の欠陥発生が抑制され、これに引き続き積層されるp−
コンタクト層18の表面の平坦化が促進される。従っ
て、p−コンタクト層18の表面に形成されるp側電極
22との良好なコンタクトが形成され、動作電圧の低い
素子を得ることが可能になる。
In the manufacturing method of the present embodiment, the n-contact layer 12 and the n-cladding layer 1 are formed on the sapphire substrate 10.
3. After forming the MQW active layer 14, the p-cladding layer 15, the current blocking layer 16 and the surface protection layer 31, a part of the surface protection layer 31 and the current blocking layer 16 is removed by RIE or the like to form the p-cladding layer. 15 is exposed. After this, MO
Immediately before forming the buried layer 17 by the CVD method, the substrate temperature is maintained at 1100 ° C. and the surface protective layer 31 is evaporated by exposing to a gas flow atmosphere containing a mixture of ammonia gas, hydrogen gas, and nitrogen gas for 15 minutes, thereby forming a current block. Obtain a clean surface of layer 16. As a result, the occurrence of defects at the interface with the buried layer 17 is suppressed, and the p-
The flattening of the surface of the contact layer 18 is promoted. Therefore, good contact with the p-side electrode 22 formed on the surface of the p-contact layer 18 is formed, and an element having a low operating voltage can be obtained.

【0046】このような効果を更に促進するには、電流
ブロック層の表面部を再蒸発しにくいAl組成の高いI
nGaAlNとし、表面保護層を再蒸発しやすいAl組
成の低い、又はAlを含まないInGaAlNとするこ
とで容易に構成することができる。
In order to further promote such an effect, the surface portion of the current blocking layer has a high Al composition and is difficult to re-evaporate.
The structure can be easily formed by using nGaAlN and forming the surface protective layer from InGaAlN having a low Al composition that easily re-evaporates or containing no Al.

【0047】図5は本発明の別の実施の形態に係る窒化
ガリウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面
図、図6(a)〜(c)はその製造工程を示す断面図で
ある。本実施の形態が先に説明した図1図示の実施の形
態と異なる点は、電流狭窄部の構造と作り方、更にはパ
ッシベーション膜を新たに設けた点にある。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a device structure of a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to another embodiment of the present invention, and FIGS. 6A to 6C are cross-sectional views showing manufacturing steps. The present embodiment differs from the embodiment shown in FIG. 1 described above in that the structure and the method of forming the current confinement portion and that a passivation film is newly provided.

【0048】図5図示の実施の形態では図1図示の実施
の形態と同様に、サファイア基板10上にバッファ層1
1、n−コンタクト層12、n−クラッド層13、MQ
W活性層14、p−クラッド層15を形成した後に、図
6(a)に示すように、p−クラッド層15上に第1の
表面保護層51としてノンドープIn0.15Ga0.85Nよ
りなる層を0.2μm成長させる。続いて、電流ブロッ
ク層16としてノンドープGaNの層を0.6μm成長
させる。更に、第2の表面保護層52としてノンドープ
In0.15Ga0.85Nよりなる層を0.2μm成長させ
る。このとき、第1及び第2の表面保護層51、52
は、窒素ガス及びアンモニアガスを主成分とする雰囲気
で、900℃以下の温度で成長させる。
In the embodiment shown in FIG. 5, a buffer layer 1 is formed on a sapphire substrate 10 similarly to the embodiment shown in FIG.
1, n-contact layer 12, n-cladding layer 13, MQ
After forming the W active layer 14 and the p-cladding layer 15, as shown in FIG. 6A, a layer made of non-doped In0.15Ga0.85N is formed on the p-cladding layer 15 as the first surface protection layer 51. Grow by 0.2 μm. Subsequently, a non-doped GaN layer is grown as the current blocking layer 16 by 0.6 μm. Further, a layer made of non-doped In 0.15 Ga 0.85 N is grown to a thickness of 0.2 μm as the second surface protection layer 52. At this time, the first and second surface protection layers 51, 52
Is grown at a temperature of 900 ° C. or less in an atmosphere containing nitrogen gas and ammonia gas as main components.

【0049】次に、ウェハを成長装置から取出し、図6
(b)に示すように、第2の表面保護層52及び電流ブ
ロック層16の一部を幅5μmのストライプ状にエッチ
ングして開口部を形成し、第1の表面保護層51を露出
させる。
Next, the wafer is taken out from the growth apparatus, and
As shown in (b), a part of the second surface protection layer 52 and the current block layer 16 is etched in a stripe shape having a width of 5 μm to form an opening, and the first surface protection layer 51 is exposed.

【0050】次に、再びウェハを成長装置に入れ、窒素
ガス、アンモニアガスの他に水素ガスを主成分とする雰
囲気で、900℃より高い温度に晒すことによって、図
6(c)に示すように、第1の表面保護層51の前記開
口部に露出した部分及び第2の表面保護層52を蒸発さ
せ、清浄なクラッド層表面及び電流ブロック層表面を得
る。
Next, the wafer is put into the growth apparatus again, and exposed to a temperature higher than 900 ° C. in an atmosphere containing hydrogen gas as a main component in addition to nitrogen gas and ammonia gas, as shown in FIG. Next, the portion of the first surface protection layer 51 exposed to the opening and the second surface protection layer 52 are evaporated to obtain a clean clad layer surface and a current blocking layer surface.

【0051】次に、電流ブロック層16上及び露出した
p−クラッド層15上に、MgドープGaNのp−埋込
み層17、p+ −GaNのp−コンタクト層18を順次
成長する。その後、ウェハを成長装置から取出し、エッ
チングによりn側電極21を形成すべきn−コンタクト
層12を露出させる。このとき、電流ブロック層16の
ストライプ状の開口部が、メサの中心よりn側電極21
を形成する側になるよう配置することで、n−コンタク
ト層12を横方向に流れる電流の直列抵抗を低減でき、
動作が低減できる。
Next, a Mg-doped GaN p-buried layer 17 and ap + -GaN p-contact layer 18 are sequentially grown on the current blocking layer 16 and the exposed p-cladding layer 15. Thereafter, the wafer is taken out of the growth apparatus, and the n-contact layer 12 on which the n-side electrode 21 is to be formed is exposed by etching. At this time, the stripe-shaped opening of the current block layer 16 is positioned between the center of the mesa and the n-side electrode 21.
, The series resistance of the current flowing laterally in the n-contact layer 12 can be reduced,
Operation can be reduced.

【0052】次に、電極コンタクトを形成する開口部を
除き、SiO2 からなるパッシベーション膜55を形成
することにより、メサ側面等を流れるリーク電流の低減
をはかる。パッシベーション膜55のp側電極22に対
する開口部は、電流狭窄のストライプ状の開口部の直上
を含み、より広い面積になるように形成する。
Next, a passivation film 55 made of SiO 2 is formed except for an opening for forming an electrode contact, thereby reducing a leak current flowing on a mesa side surface or the like. The opening of the passivation film 55 with respect to the p-side electrode 22 is formed so as to have a wider area including immediately above the stripe-shaped opening of the current constriction.

【0053】次に、Ti−Auからなるn側電極21、
Pd−Auよりなるp側電極22を形成する。なお、p
側電極22はPt−Au、Ni−Au等でもよい。n側
電極21、p側電極22は、パッシベーション膜55上
に配置し、電流ブロック層16のストライプ状開口部側
のメサ側面からそれぞれの電極コンタクト部に対し遠い
側に配置するボンディングパッドに連結させる。これに
よって、ワイヤボンディングのダメージが発光部に及び
にくくすることができる。
Next, an n-side electrode 21 made of Ti-Au
A p-side electrode 22 made of Pd-Au is formed. Note that p
The side electrode 22 may be Pt-Au, Ni-Au, or the like. The n-side electrode 21 and the p-side electrode 22 are arranged on the passivation film 55 and are connected to bonding pads arranged on the mesa side surface of the current block layer 16 on the side of the stripe-shaped opening and far from the respective electrode contact portions. . As a result, the damage of the wire bonding can be less likely to reach the light emitting portion.

【0054】更に、図1図示の実施の形態と同様に、サ
ファイア基板10の裏面研磨、裏面金属膜35の形成、
レーザ端面形成及びチップ化を行い、ヒートシンク36
に融着金属37を用いてサファイア基板10側をマウン
トし、n側電極21、p側電極22のそれぞれにワイヤ
ボンディングを行うことでレーザ素子を得る。
Further, as in the embodiment shown in FIG. 1, the back surface of the sapphire substrate 10 is polished, the back metal film 35 is formed,
After forming the laser end face and forming a chip, the heat sink 36
Then, the sapphire substrate 10 side is mounted using a fusion metal 37, and wire bonding is performed to each of the n-side electrode 21 and the p-side electrode 22 to obtain a laser element.

【0055】以上のようにして得たレーザ素子は420
nmの波長で室温連続発振し、連続動作の最高温度は9
0℃で、50℃、3mWの条件で連続1000時間以上
の動作が確認できた。
The laser device obtained as described above is 420
Continuous oscillation at room temperature with wavelength of nm
An operation of 1000 hours or more at 0 ° C., 50 ° C. and 3 mW was confirmed.

【0056】図7は、本発明の更に別の実施の形態に係
る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す
断面図である。
FIG. 7 is a sectional view showing a device structure of a gallium nitride based compound semiconductor laser according to still another embodiment of the present invention.

【0057】図7図示の実施の形態が図1図示の実施の
形態と異なる点は、電流ブロック層をAlNで形成した
点にある。
The embodiment shown in FIG. 7 differs from the embodiment shown in FIG. 1 in that the current block layer is formed of AlN.

【0058】即ち、図7図示の実施の形態では図1図示
の実施の形態と同様に、サファイア基板10上に、バッ
ファ層11、n−コンタクト層12、n−クラッド層1
3、MQW活性層14、p−クラッド層15を形成した
後、p−クラッド層15上に電流ブロック層62として
ノンドープAlNよりなる層を30nm成長させる。更
に、図示しない表面保護層として、ノンドープGaNよ
りなる層を0.1μm成長させる。このとき、表面保護
層は、窒素ガス及びアンモニアガスを主成分とする雰囲
気で成長させる。
That is, in the embodiment shown in FIG. 7, similarly to the embodiment shown in FIG. 1, a buffer layer 11, an n-contact layer 12, and an n-cladding layer 1 are formed on a sapphire substrate 10.
3. After forming the MQW active layer 14 and the p-cladding layer 15, a 30-nm layer of non-doped AlN is grown on the p-cladding layer 15 as the current blocking layer 62. Further, a layer made of non-doped GaN is grown to 0.1 μm as a surface protection layer (not shown). At this time, the surface protective layer is grown in an atmosphere containing nitrogen gas and ammonia gas as main components.

【0059】次に、ウェハを成長装置から取出し、表面
保護層及び電流ブロック層62の一部を幅5μmのスト
ライプ状にエッチングして開口部を形成し、p−クラッ
ド層15を露出させる。次に、再びウェハを成長装置に
入れ、表面保護層形成時の雰囲気よりも、相対的に水素
ガスが多い、又はアンモニアガスが少ない雰囲気で、少
なくとも表面保護層を形成した温度よりも高い温度に晒
すことによって、表面保護層を蒸発させ、清浄な電流ブ
ロック層表面を形成する。ここで、AlN等Al組成の
高いInGaAlNは再蒸発が起こりにくいこと、電流
注入を阻止するための厚さが薄くて良いことから、再成
長界面に極端な段差を形成する必要がなく、良好な再成
長結晶が得やすい。
Next, the wafer is taken out of the growth apparatus, a part of the surface protection layer and the current block layer 62 is etched in a stripe shape having a width of 5 μm to form an opening, and the p-clad layer 15 is exposed. Next, the wafer is again put into the growth apparatus, and the temperature is higher than at least the temperature at which the surface protective layer was formed in an atmosphere containing a relatively large amount of hydrogen gas or a small amount of ammonia gas as compared with the atmosphere at the time of forming the surface protective layer. The exposure causes the surface protection layer to evaporate and form a clean current blocking layer surface. Here, since InGaAlN having a high Al composition such as AlN is unlikely to re-evaporate and has a small thickness for preventing current injection, it is not necessary to form an extreme step at the regrowth interface. Regrown crystals are easy to obtain.

【0060】次に、電流ブロック層62上及び露出した
p−クラッド層15上に、MgドープGaNのp−埋込
み層17、p+ −GaNのp−コンタクト層18を図1
図示の実施の形態と同様に積層する。
Next, on the current block layer 62 and on the exposed p-cladding layer 15, a p-buried layer 17 of Mg-doped GaN and a p-contact layer 18 of p + -GaN are formed as shown in FIG.
The layers are stacked in the same manner as in the illustrated embodiment.

【0061】このようにして得られたウェハを図1図示
の実施の形態と同様にレーザ素子化し、特性評価したと
ころ、420nmの波長で室温連続発振し、連続動作の
最高温度は90℃で、50℃、3mWの条件で連続10
00時間以上の動作が確認できた。
The wafer thus obtained was made into a laser device in the same manner as in the embodiment shown in FIG. 1, and its characteristics were evaluated. The device continually oscillated at a wavelength of 420 nm at room temperature. Continuous at 50 ° C, 3mW 10
Operation over 00 hours was confirmed.

【0062】図7図示の実施の形態では、p−クラッド
層15と電流ブロック層62との間には表面保護層を設
けていない場合を記したが、例えばp−GaN等からな
る表面保護層を設けても良いのは勿論である。
In the embodiment shown in FIG. 7, the case where no surface protection layer is provided between the p-cladding layer 15 and the current blocking layer 62 has been described. However, for example, the surface protection layer made of p-GaN or the like is described. Needless to say, it may be provided.

【0063】図8は、本発明の更に別の実施の形態に係
る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す
断面図である。
FIG. 8 is a sectional view showing a device structure of a gallium nitride based compound semiconductor laser according to still another embodiment of the present invention.

【0064】図8図示の実施の形態が図1図示の実施の
形態と異なる点は、電流ブロック層を基板側に設けたこ
とにある。
The embodiment shown in FIG. 8 differs from the embodiment shown in FIG. 1 in that a current blocking layer is provided on the substrate side.

【0065】即ち、図8図示の実施の形態では図1図示
の実施の形態と同様に、サファイア基板上10にMOC
VD法により、バッファ層11、n−コンタクト層12
を形成した後、n−コンタクト層12上に電流ブロック
層64としてノンドープ又はMgをドープしたAlNよ
りなる層を30nm成長させる。更に、図示しない表面
保護層としてノンドープGaNよりなる層を0.1μm
成長させる。このとき、表面保護層は、窒素ガス、水素
ガス及びアンモニアガスを主成分とする雰囲気で成長さ
せる。
That is, in the embodiment shown in FIG. 8, the MOC is formed on the sapphire substrate 10 as in the embodiment shown in FIG.
The buffer layer 11, the n-contact layer 12 are formed by the VD method.
Is formed, a layer made of non-doped or Mg-doped AlN is grown as a current blocking layer 64 on the n-contact layer 12 to a thickness of 30 nm. Further, a layer made of non-doped GaN is used as a surface protection layer (not shown) at a thickness of 0.1 μm.
Let it grow. At this time, the surface protective layer is grown in an atmosphere containing nitrogen gas, hydrogen gas, and ammonia gas as main components.

【0066】次に、ウェハを成長装置から取出し、表面
保護層及び電流ブロック層64の一部を幅5μmのスト
ライプ状にエッチングして開口部を形成し、n−コンタ
クト層12を露出させる。
Next, the wafer is taken out of the growth apparatus, and a part of the surface protection layer and the current block layer 64 is etched into a stripe having a width of 5 μm to form an opening, exposing the n-contact layer 12.

【0067】次に、再びウェハを成長装置に入れ、表面
保護層形成時の雰囲気よりも、相対的に水素ガスが多
い、又はアンモニアガスが少ない雰囲気で、少なくとも
表面保護層を形成した温度よりも高い温度に晒すことに
よって、表面保護層を蒸発させ、清浄な電流ブロック層
表面を得る。電流ブロック層は再蒸発が起こりにくく、
電流注入を阻止しやすい材料であればAlNでなくても
良く、例えばAl組成の高いInGaAlNであればよ
い。
Next, the wafer is put into the growth apparatus again, and in an atmosphere in which the amount of hydrogen gas is relatively large or the amount of ammonia gas is relatively small as compared with the atmosphere in which the surface protective layer is formed, at least the temperature at which the surface protective layer is formed. Exposure to a high temperature evaporates the surface protection layer to obtain a clean current blocking layer surface. The current block layer is less likely to re-evaporate,
It is not necessary to use AlN as long as it is a material that can easily prevent current injection. For example, InGaAlN having a high Al composition may be used.

【0068】次に、電流ブロック層64上及び露出した
n−コンタクト層12上に、SiドープGa0.8 Al
0.2 Nのn−クラッド層13を250nmの膜厚で形成
する。続いて、図1図示の実施の形態と同様な周期構造
からなる多重量子井戸構造のMQW活性層14を形成す
る。次に、MgドープGa0.8 Al0.2 Nのp−クラッ
ド層15を形成する。更に、Mgドープp−GaNから
なりる厚さ0.8μmの埋込み層17を成長し、その上
に埋込み層17より更に高い濃度までMgをドープした
p+ −GaNの厚さ0.2μmのp−コンタクト層18
を成長する。
Next, on the current block layer 64 and the exposed n-contact layer 12, Si-doped Ga 0.8 Al
A 0.2N n-cladding layer 13 is formed with a thickness of 250 nm. Subsequently, an MQW active layer 14 having a multiple quantum well structure having a periodic structure similar to that of the embodiment shown in FIG. 1 is formed. Next, a p-clad layer 15 of Mg-doped Ga 0.8 Al 0.2 N is formed. Further, a buried layer 17 made of Mg-doped p-GaN having a thickness of 0.8 μm is grown, and a 0.2 μm-thick p + -GaN doped with Mg to a higher concentration than the buried layer 17 is grown thereon. -Contact layer 18
Grow.

【0069】このようにして得られたウェハを図1図示
の実施の形態と同様にレーザ素子化し、特性評価したと
ころ、420nmの波長で室温連続発振し、連続動作の
最高温度は90℃で、50℃、3mWの条件で連続10
00時間以上の動作が確認できた。また、屈曲した活性
層構造に起因するとみられる、横方向の光ガイド効果に
より、非点隔差10μm以下と、小さなスポットに絞る
上で有利な特性が得られた。
The wafer thus obtained was made into a laser device in the same manner as in the embodiment shown in FIG. 1, and its characteristics were evaluated. The device continually oscillated at a wavelength of 420 nm at room temperature. Continuous at 50 ° C, 3mW 10
Operation over 00 hours was confirmed. In addition, due to the light guiding effect in the lateral direction, which is considered to be caused by the bent active layer structure, an astigmatic difference of 10 μm or less, advantageous characteristics for narrowing down to a small spot were obtained.

【0070】図9は、本発明の更に別の実施の形態に係
る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す
断面図である。
FIG. 9 is a sectional view showing a device structure of a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to still another embodiment of the present invention.

【0071】図9図示の実施の形態は、図1図示の実施
の形態の構成に加え、ダブルヘテロ接合構造の基板と反
対側にも周期構造を形成したものである。
In the embodiment shown in FIG. 9, in addition to the structure of the embodiment shown in FIG. 1, a periodic structure is formed on the side opposite to the substrate having a double hetero junction structure.

【0072】即ち、図1図示の構成に加え、電流ブロッ
ク層16及び該電流ブロック層16の開口部に露出する
p−クラッド層15とp−埋込み層17との間に、それ
ぞれの層の厚さが10nm以下で、2種類以上の窒化ガ
リウム系化合物半導体層の繰り返しで構成される周期構
造部66が形成される。
That is, in addition to the configuration shown in FIG. 1, the thickness of each layer is set between the current blocking layer 16 and the p-cladding layer 15 and the p-buried layer 17 exposed at the opening of the current blocking layer 16. The periodic structure 66 having a thickness of 10 nm or less and composed of two or more types of gallium nitride-based compound semiconductor layers is formed.

【0073】より具体的には周期構造部66は、共にM
gドープのp型結晶で、厚さが共に2.5nmの(クラ
ッド側)GaN/In0.2 Ga0.8 N(コンタクト側)
の50ペアから、または共にMgドープのp型結晶であ
り、厚さが共に2.5nmの(クラッド側)GaN/G
a0.8 Al0.2 N(コンタクト側)の50ペアから構成
される。
More specifically, both periodic structures 66
GaN / In 0.2 Ga 0.8 N (contact side), a g-doped p-type crystal with a thickness of 2.5 nm (cladding side)
Or a pair of Mg-doped p-type crystals and both having a thickness of 2.5 nm (cladding side) GaN / G
It is composed of 50 pairs of a 0.8 Al 0.2 N (contact side).

【0074】このような構成であれば、図1図示の実施
の形態で述べたようなMQW活性層14による結晶欠陥
の低減効果に加え、周期構造部66によっても結晶欠陥
の低減をはかることができる。特に、周期構造部66が
電流ブロック層16よりも上層にあるので、電流ブロッ
ク層16のエッチングによって生じた欠陥をも低減する
ことができ、コンタクト抵抗の低減に寄与することが可
能となる。
With such a structure, in addition to the effect of reducing the crystal defects by the MQW active layer 14 as described in the embodiment shown in FIG. 1, it is possible to reduce the crystal defects by the periodic structure 66. it can. In particular, since the periodic structure portion 66 is located above the current blocking layer 16, defects caused by etching of the current blocking layer 16 can be reduced, which can contribute to a reduction in contact resistance.

【0075】なお、図1乃至図9を参照して述べた実施
の形態においては、周期構造部を活性層中のMQWとし
ている。しかし、周期構造を形成することでコンタクト
層表面が平坦化され、動作電圧低減、高信頼化がはかれ
る構造であれば、電極コンタクト部から活性層に亘る少
なくともいずれかの部分に周期構造が形成されていれば
よい。また、MQW構造の詳細は、発振波長、動作電
流、ノイズ特性等により変化し得るが、コンタクト層表
面の平坦化が促進される条件を満たしていればよい。
In the embodiments described with reference to FIGS. 1 to 9, the periodic structure is MQW in the active layer. However, if the contact layer surface is flattened by forming the periodic structure, and the operating voltage is reduced and the reliability is improved, the periodic structure is formed at least at any part from the electrode contact portion to the active layer. It should just be. Further, the details of the MQW structure can vary depending on the oscillation wavelength, operating current, noise characteristics, and the like, as long as the conditions for promoting flattening of the contact layer surface are satisfied.

【0076】また、電流ブロック層はノンドープの高抵
抗層としたが、これに限らず各種の変形が可能である。
例えば、Sn、Se、Te、Ge、S等をドープしたn
−電流ブロック層を形成し、逆接合により電流狭窄を行
ってもよい。更に、Zn、P、Oをドープして深い準位
を形成、又はMgをドープしてヘテロ界面による障壁を
形成して電流狭窄を行ってもよい。
Although the current blocking layer is a non-doped high resistance layer, it is not limited to this and various modifications are possible.
For example, n doped with Sn, Se, Te, Ge, S, etc.
-A current blocking layer may be formed and current constriction may be performed by a reverse junction. Further, current constriction may be performed by doping Zn, P, and O to form a deep level, or by doping Mg to form a barrier by a hetero interface.

【0077】図1乃至図9を参照して述べた実施の形態
によれば、電極コンタクト部から活性層に亘る少なくと
もいずれかの部分に周期構造部を形成することにより、
結晶成長時に生じた欠陥等の影響をなくして結晶性の向
上をはかることができる。より具体的には、結晶成長時
に生じた欠陥は周期構造部を形成することにより埋もれ
てしまい、結果として結晶品質の向上をはかることがで
きる。このため、活性層におけるキャリアの注入効率の
向上をはかると共に、電極コンタクト等での電圧降下を
抑制することができ、低しきい値化及び信頼性の向上を
はかることが可能となる。
According to the embodiment described with reference to FIGS. 1 to 9, the periodic structure portion is formed in at least any portion from the electrode contact portion to the active layer.
Crystallinity can be improved without the influence of defects or the like generated during crystal growth. More specifically, defects generated at the time of crystal growth are buried by forming a periodic structure portion, and as a result, crystal quality can be improved. For this reason, it is possible to improve the carrier injection efficiency in the active layer, to suppress the voltage drop at the electrode contact and the like, and to lower the threshold value and improve the reliability.

【0078】また、前述の製造方法においては、再成長
の下地となる下地薄膜(例えば電流ブロック層)の上に
予め表面保護層を設けておき、下地薄膜に対する所望の
エッチング後に表面保護層を気相中の高温放置により再
蒸発させて除去する。これにより、下地薄膜の清浄表面
を得ることができ、更にこれを大気等に晒すことなく、
連続して次の層を成長することができる。従って、その
後の再成長を容易にすると共に、再成長層の結晶品質を
高めることにつながり、半導体レーザは勿論のこと、窒
化ガリウム系化合物半導体を用いた各種半導体素子の素
子特性の向上に寄与することが可能となる。
In the above-described manufacturing method, a surface protective layer is provided in advance on an underlying thin film (for example, a current blocking layer) serving as an underlayer for regrowth, and the surface protective layer is removed after desired etching of the underlying thin film. Evaporation is removed by standing at high temperature in the phase. As a result, a clean surface of the underlying thin film can be obtained, and without exposing it to the atmosphere, etc.
The next layer can be grown continuously. Therefore, the subsequent regrowth is facilitated and the crystal quality of the regrown layer is improved, which contributes to the improvement of the device characteristics of various semiconductor devices using the gallium nitride-based compound semiconductor as well as the semiconductor laser. It becomes possible.

【0079】図10は、本発明の更に別の実施の形態に
係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの素子構造を示
す断面図である。
FIG. 10 is a sectional view showing a device structure of a gallium nitride based compound semiconductor laser according to still another embodiment of the present invention.

【0080】図10図示の実施の形態において、サファ
イア基板10上に、GaNのバッファ層11、Siドー
プGaNのn−コンタクト層12、SiドープGaAl
Nのn−クラッド層13、多重量子井戸(MQW)構造
等からなる活性層14、MgドープGaAlNのp−ク
ラッド層15、SiドープGaNの電流ブロック層16
が積層形成され、電流ブロック層16はストライプ状に
エッチングされる。
In the embodiment shown in FIG. 10, a GaN buffer layer 11, a Si-doped GaN n-contact layer 12, a Si-doped GaAl
N n-cladding layer 13, active layer 14 having a multiple quantum well (MQW) structure or the like, Mg-doped GaAlN p-cladding layer 15, Si-doped GaN current blocking layer 16
Are laminated, and the current block layer 16 is etched in a stripe shape.

【0081】電流ブロック層16のエッチングにより露
出したp−クラッド層15及び電流ブロック層16上に
は、MgドープGaNのp−下部電流注入層17、高濃
度にMgドープしたp+ −GaNのp−上部電流注入層
(p−コンタクト層)18が積層される。そして、p−
コンタクト層18からn−コンタクト層12の途中まで
部分的にエッチングされ、露出したn−コンタクト層1
2の表面にはn側電極21が形成され、p−コンタクト
層18の表面にはp側電極22が形成される。次に、図
10図示の窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造方
法及びその構造の詳細について説明する。
[0081] On the current blocking layer 16 p- cladding layer 15 exposed by etching and the current blocking layer 16, Mg-doped GaN of p- lower current injection layer 17, p of a high concentration of Mg doped p + -GaN An upper current injection layer (p-contact layer) 18 is laminated; And p-
The n-contact layer 1 which is partially etched from the contact layer 18 to the middle of the n-contact layer 12 and is exposed
2, an n-side electrode 21 is formed on the surface, and a p-side electrode 22 is formed on the surface of the p-contact layer 18. Next, a method of manufacturing the gallium nitride based compound semiconductor laser shown in FIG. 10 and details of its structure will be described.

【0082】まず、サファイア基板10上に、有機金属
気相成長法(MOCVD法)等によりGaN、AlN、
GaAlN等からなるバッファ層11を10〜200n
m程度の膜厚で成長し、その上にSiドープGaNのn
−コンタクト層12を4μmの膜厚で形成する。続い
て、SiドープGa0.85A10.15Nのn−クラッド層1
3を300nmの膜厚で形成する。なお、以下では成長
方法については述べてないが、全てMOCVD法を用い
るものとする。
First, GaN, AlN, and the like are formed on the sapphire substrate 10 by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) or the like.
The buffer layer 11 made of GaAlN or the like has a thickness of 10 to 200 n.
m and a thickness of n of Si-doped GaN
Forming the contact layer 12 to a thickness of 4 μm; Subsequently, an n-cladding layer 1 of Si-doped Ga 0.85 A1 0.15 N
3 is formed with a thickness of 300 nm. Although the growth method is not described below, it is assumed that the MOCVD method is used in all cases.

【0083】次に、ノンドープGaNからなり、厚さ1
00nmの光ガイド層、厚さ2nmのノンドープIn
0.2 Ga0.8 N、及び厚さ4nmのノンドープIn0.05
Ga0. 95Nの2種類のInGaAlN層を10周期繰り
返して構成される多重量子井戸(MQW)構造、Mgド
ープAl0.2 Ga0.8 Nからなり、厚さ40nmのp−
キャップ層、そしてMgドープGaNからなり、厚さ1
00nmのp−光ガイド層、を積層成長してなる活性層
14を形成する。
Next, a non-doped GaN having a thickness of 1
00 nm light guide layer, 2 nm thick non-doped In
0.2 Ga 0.8 N and 4 nm thick non-doped In 0.05
Ga 2 types of multiple quantum well (MQW) structure composed of an InGaAlN layer by repeating 10 cycles of 0. 95 N, made of Mg-doped Al 0.2 Ga 0.8 N, a thickness of 40 nm p-
Cap layer, and Mg-doped GaN, thickness 1
An active layer 14 is formed by laminating a 00 nm p-light guide layer.

【0084】次に、MgドープGa0.85Al0.15Nのp
−クラッド層15を300nmの膜厚で形成し、続い
て、電流ブロック層16としてSiドープGaNよりな
る層を1.5μm成長させる。
Next, the p of Mg-doped Ga 0.85 Al 0.15 N
Forming the cladding layer 15 to a thickness of 300 nm, and subsequently growing a layer made of Si-doped GaN as the current blocking layer 16 to 1.5 μm.

【0085】次に、ウエハを成長装置から取り出し、電
流ブロック層16の一部を幅3μmのストライプ状に反
応性イオンエッチング(RIE)でエッチングして開口
部を形成し、p−クラッド層15を露出させる。
Next, the wafer is taken out of the growth apparatus, and a part of the current block layer 16 is etched into a stripe having a width of 3 μm by reactive ion etching (RIE) to form an opening, and the p-cladding layer 15 is formed. Expose.

【0086】次に、再びウエハを成長装置に入れ、電流
ブロック層16上及び露出したp−クラッド層15上
に、Mgドープp−GaNからなり、厚さ800nmの
p−下部電流注入層17、高濃度にMgドープしたp+
−GaNからなり、厚さ200nmのp−上部電流注入
層(p−コンタクト層)18を積層する。
Next, the wafer is again put into the growth apparatus, and a p-lower current injection layer 17 made of Mg-doped p-GaN and having a thickness of 800 nm is formed on the current block layer 16 and the exposed p-cladding layer 15. High concentration Mg doped p +
A p-upper current injection layer (p-contact layer) 18 made of GaN and having a thickness of 200 nm is laminated.

【0087】次に、ウエハを成長装置から取り出し、p
−コンタクト層18からn−コンタクト層12の途中ま
でRIEで部分的にエッチングし、n側電極を形成すべ
きn−コンタクト層を露出させる。
Next, the wafer is taken out of the growth apparatus, and p
Partially etching by RIE from the contact layer 18 to the middle of the n-contact layer 12 to expose the n-contact layer where the n-side electrode is to be formed;

【0088】次に、n−コンタクト層12上にAl−T
i−Auからなるn側電極21を形成する。また、p−
コンタクト層18上に、Pt−Ti−Pt−Auよりな
るp側電極22を、電流ブロック層のストライプ状の開
口部の直上を含み、より広い面積になるように形成す
る。これにより、図10に示す構造が得られる。
Next, on the n-contact layer 12, Al-T
An n-side electrode 21 made of i-Au is formed. Also, p-
A p-side electrode 22 made of Pt-Ti-Pt-Au is formed on the contact layer 18 so as to have a wider area including immediately above the stripe-shaped opening of the current block layer. Thus, the structure shown in FIG. 10 is obtained.

【0089】以上のようにして得たレーザ素子は420
nmの波長で室温連続発振し、連続動作の最高温度は1
00℃で、50℃、3mWの条件で連続1000時間以
上の動作が確認できた。
The laser device obtained as described above is 420
Continuous oscillation at room temperature at a wavelength of nm
It was confirmed that operation was performed at 00 ° C., 50 ° C., and 3 mW for continuous 1000 hours or more.

【0090】このような素子特性が得られるための構成
要件としては、電流ブロック層16の厚さをTA、p−
クラッド層15の厚さ(電流ブロック層16と活性層1
4との間のp−層の厚さ)TB、p−下部電流注入層1
7及びp−上部電流注入層18の厚さの総和即ち電流注
入層の厚さ(電流ブロック層16と電極22との間のp
−層の厚さ)をTCとすると、それぞれの厚さの関係
が、 TB<TA …(1) TC<TA …(2) TB<TC …(3) を満足するように設定されることにある。
As a component requirement for obtaining such element characteristics, the thickness of the current blocking layer 16 is set to TA, p−
The thickness of the cladding layer 15 (the current blocking layer 16 and the active layer 1
4), TB, p-lower current injection layer 1
7 and p−the sum of the thicknesses of the upper current injection layers 18, that is, the thickness of the current injection layer (p between the current blocking layer 16 and the electrode 22).
−thickness of the layer) as TC, the relationship between the thicknesses is set so as to satisfy TB <TA (1) TC <TA (2) TB <TC (3) is there.

【0091】図10図示の実施の形態では、電流ブロッ
ク層16の厚さをp−クラッド層15の厚さ即ち電流ブ
ロック層と活性層14との距離よりも厚くしておくこ
と、電流ブロック層16の厚さを電流注入層の厚さより
も厚くしておくこと、電流注入層の厚さを電流ブロック
層16と活性層14との距離よりも厚くすることとして
いる。しかし、これらの厚さの関係は、少なくともどれ
か一つが成り立つことのような条件であっても良好な電
流狭窄効果が得られた。また、これらの構成要件のう
ち、複数、あるいはすべてが満たされることによって、
その素子特性を与える効果はより大きくなった。
In the embodiment shown in FIG. 10, the thickness of the current blocking layer 16 is set to be larger than the thickness of the p-cladding layer 15, that is, the distance between the current blocking layer and the active layer 14. The thickness of the current injection layer is made larger than the thickness of the current injection layer, and the thickness of the current injection layer is made larger than the distance between the current block layer 16 and the active layer. However, a good current confinement effect was obtained even under such a condition that at least one of the thicknesses was satisfied. In addition, by meeting some or all of these requirements,
The effect of giving the element characteristics became larger.

【0092】更に上述の効果は、 2TB<TA …(4) とすることによって、後述するメモリ効果によるp型不
純物混入を、更に抑制することができるため、更に良好
な電流狭窄効果が得られた。ただし、電流ブロック層1
6の厚さが、電流ブロック層16と活性層14との距離
の10倍よりも厚くなると、電流ブロック層16の開口
部を制御性よく形成することが困難になり、歩留まりが
低下した。
Further, the above-mentioned effect can be further suppressed by setting 2TB <TA (4) because the p-type impurity contamination due to the memory effect described later can be further suppressed. . However, the current blocking layer 1
When the thickness of No. 6 is larger than 10 times the distance between the current blocking layer 16 and the active layer 14, it is difficult to form the opening of the current blocking layer 16 with good controllability, and the yield is reduced.

【0093】また、上述の効果は 1.2TC<TA …(5) とすることによって、拡散によるp型不純物混入を更に
抑制することができるため、更に良好な電流狭窄効果が
得られた。ただし、電流ブロック層16の厚さが、電流
注入層の厚さの2倍よりも厚くなると、電流注入層を電
流ブロック層16の開口部に形成する部分での結晶性が
十分得られず、電流注入層上部に形成される電極コンタ
クトが不十分となり動作電圧の増加を引き起こした。
The above effect can be further suppressed by mixing 1.2 p <TA (5), whereby p-type impurity contamination due to diffusion can be further suppressed, so that a better current confinement effect can be obtained. However, if the thickness of the current blocking layer 16 is larger than twice the thickness of the current injection layer, sufficient crystallinity cannot be obtained at the portion where the current injection layer is formed in the opening of the current blocking layer 16. The electrode contact formed on the current injection layer was insufficient, causing an increase in operating voltage.

【0094】更に、 1.7TB<TC<5TB …(6) とすることが望ましい。ここで、電流注入層の厚さがp
−クラッド層15の厚さに対して、上記の範囲よりも大
きくなると、直列抵抗が増大して動作電圧が増加し、逆
に上記の範囲よりも小さくなると、光の閉じ込めが不十
分になる。
Further, it is preferable that 1.7 TB <TC <5 TB (6). Here, the thickness of the current injection layer is p
-If the thickness of the cladding layer 15 is larger than the above range, the series resistance increases and the operating voltage increases. Conversely, if the thickness is smaller than the above range, light confinement becomes insufficient.

【0095】なお、図10図示の実施の形態では、活性
層はMQWを有するものについて記載したが、単一の量
子井戸(SQW)や量子効果のない厚膜層、あるいは量
子効果のない層をバンドギャップの大きな層で隔てて複
数積層したような構造であってもよい。
In the embodiment shown in FIG. 10, an active layer having MQW has been described. However, a single quantum well (SQW), a thick layer having no quantum effect, or a layer having no quantum effect is used. A structure in which a plurality of layers are separated by a layer having a large band gap may be employed.

【0096】また、活性層と電流ブロック層の間にp−
クラッド層以外のp−層を挿入した場合は、同p−層の
厚さをp−クラッド層15の厚さTBの一部として考慮
して、上述の条件を満足するように設定する。
Further, a p-type layer is provided between the active layer and the current blocking layer.
When a p-layer other than the cladding layer is inserted, the thickness of the p-layer is set as a part of the thickness TB of the p-cladding layer 15 so as to satisfy the above conditions.

【0097】図11は、本発明の更に別の実施の形態に
係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの素子構造を示
す断面図である。図12は、図11図示の実施の形態の
電流狭窄部周辺の不純物ドーピングのプロファイルを示
す。
FIG. 11 is a sectional view showing a device structure of a gallium nitride based compound semiconductor laser according to still another embodiment of the present invention. FIG. 12 shows a profile of impurity doping around the current confinement portion in the embodiment shown in FIG.

【0098】図11図示の実施の形態において、サファ
イア基板10上に、バッファ層11、n−コンタクト層
12、n−クラッド層13、活性層14、p−クラッド
層15、SiドープGaNの電流ブロック層16が積層
形成され、電流ブロック層16はストライプ状にエッチ
ングされる。
In the embodiment shown in FIG. 11, a buffer layer 11, an n-contact layer 12, an n-cladding layer 13, an active layer 14, a p-cladding layer 15, and a current block of Si-doped GaN are formed on a sapphire substrate 10. A layer 16 is formed, and the current block layer 16 is etched in a stripe shape.

【0099】電流ブロック層16のエッチングにより露
出したp−クラッド層15及び電流ブロック層16上に
は、p−下部電流注入層17、p−上部電流注入層(p
−コンタクト層)18が積層される。そして、p−コン
タクト層18からn−コンタクト層12の途中まで部分
的にエッチングされ、露出したn−コンタクト層12の
表面にはn側電極21が形成され、p−コンタクト層1
8の表面にはp側電極22が形成される。
On the p-cladding layer 15 and the current block layer 16 exposed by the etching of the current block layer 16, the p-lower current injection layer 17 and the p-upper current injection layer (p
-Contact layer) 18 is laminated. The n-side electrode 21 is formed on the exposed surface of the n-contact layer 12 by being partially etched from the p-contact layer 18 to the middle of the n-contact layer 12.
The p-side electrode 22 is formed on the surface of the substrate 8.

【0100】次に、図11図示の窒化ガリウム系化合物
半導体レーザの製造方法及びその構造の詳細を特に電流
ブロック層16の周辺について説明する。
Next, a method of manufacturing the gallium nitride based compound semiconductor laser shown in FIG.

【0101】活性層14上にMgを3×1019cm-3ド
ープしたp−Ga0.85Al0.15Nのp−クラッド層15
を300nmの膜厚で形成し、続いて、電流ブロック層
16としてSiを3×1018cm-3ドープしたGaNよ
りなる電流ブロック層16を1.5μm成長させる。次
に、ウエハを成長装置から取り出し、電流ブロック層1
6の一部を幅3μmのストライプ状に反応性イオンエッ
チング(RIE)でエッチングして開口部を形成し、p
−クラッド15を露出させる。次に、再びウエハを成長
装置に入れ、電流ブロック層16上及び露出したp−ク
ラッド層15上に、Mgを3×1019cm-3ドープした
p−GaNからなり、厚さ800nmのp−下部電流注
入層17、Mgを8×1019cm-3ドープしたp+ −G
aNからなり、厚さ200nmのp−上部電流注入層
(p−コンタクト層)18を積層する。次に、図10図
示の実施の形態と同様の電極形成プロセスを経て、図1
1に示す構造が得られる。
On the active layer 14, a p-cladding layer 15 of p-Ga 0.85 Al 0.15 N doped with 3 × 10 19 cm −3 of Mg.
Is formed to a thickness of 300 nm, and then a current blocking layer 16 of GaN doped with 3 × 10 18 cm −3 of Si is grown as the current blocking layer 16 by 1.5 μm. Next, the wafer is removed from the growth apparatus, and the current block layer 1 is removed.
6 is etched by reactive ion etching (RIE) into a stripe having a width of 3 μm to form an opening.
Exposing the cladding 15; Next, the wafer is again put into the growth apparatus, and p-GaN of p-GaN doped with 3 × 10 19 cm −3 of Mg and having a thickness of 800 nm is formed on the current blocking layer 16 and the exposed p-cladding layer 15. Lower current injection layer 17, p + -G doped with 8 × 10 19 cm −3 of Mg
A p-upper current injection layer (p-contact layer) 18 made of aN and having a thickness of 200 nm is laminated. Next, an electrode forming process similar to that of the embodiment shown in FIG.
1 is obtained.

【0102】電流ブロック層16内には、図11に示す
ように、p型または高抵抗のi型を示す領域16a、n
型を示す領域16b、p型または高抵抗のi型を示す領
域16cが形成される。p型または高抵抗のi型を示す
領域16aは、電流ブロック層16とその下層であるp
−クラッド層15の界面に近接して形成される。また、
p型または高抵抗のi型を示す領域16cは、電流ブロ
ック層16とp−下部電流注入層17の界面に近接して
形成される。この構造は、後述する効果、及び拡散効果
を活用して電流ブロック層にp型不純物であるMgを所
望のプロファイルになるように混入させることにより形
成することができる。なお、領域16a、16cの典型
的な厚さはそれぞれ600nm、200nm程度であ
る。
In the current block layer 16, as shown in FIG. 11, regions 16a and n indicating p-type or high-resistance i-type are formed.
A region 16b indicating a pattern and a region 16c indicating a p-type or a high-resistance i-type are formed. The region 16a showing the p-type or high-resistance i-type is formed by the current block layer 16 and its underlying p-type region.
-Formed close to the interface of the cladding layer 15; Also,
The region 16c showing p-type or high-resistance i-type is formed close to the interface between the current blocking layer 16 and the p-lower current injection layer 17. This structure can be formed by mixing Mg, which is a p-type impurity, into the current block layer so as to have a desired profile by utilizing an effect described later and a diffusion effect. Note that typical thicknesses of the regions 16a and 16c are approximately 600 nm and 200 nm, respectively.

【0103】電流ブロック層16とその下層のp−層の
界面、あるいは電流ブロック層16とp−電流注入層の
界面には微小な穴等の欠陥が発生しやすい。これら界面
とpn接合面が略等しく位置すると、pn接合面に存在
する欠陥が引き起こす発生再結合による無効電流を発生
する原因となり、電流狭窄性が阻害される。これに対
し、図11図示の実施の形態のように電流ブロック層内
におけるpn接合面と結晶層の界面とを積極的にずらす
ことにより、pn接合面に存在する欠陥が引き起こす発
生再結合による無効電流が低減される。これにより、低
しきい値化、低電圧化、及び信頼性の向上をはかること
が可能となる。特に本実施の形態に示したように、Al
を含む結晶層に接して、電流ブロック層を形成する場合
は、界面近傍の電流ブロック層に欠陥が生成しやすく、
本発明の効果は顕著に現れる。
Defects such as minute holes are likely to occur at the interface between the current blocking layer 16 and the p-layer below it or at the interface between the current blocking layer 16 and the p-current injection layer. When these interfaces and the pn junction surface are positioned substantially equal, it causes a reactive current due to recombination caused by a defect existing in the pn junction surface, and inhibits current constriction. On the other hand, by positively shifting the interface between the pn junction surface and the crystal layer in the current block layer as in the embodiment shown in FIG. 11, invalidity caused by recombination caused by defects existing in the pn junction surface is obtained. The current is reduced. As a result, it is possible to lower the threshold voltage, lower the voltage, and improve the reliability. In particular, as shown in the present embodiment, Al
When a current blocking layer is formed in contact with a crystal layer containing, it is easy for defects to be generated in the current blocking layer near the interface,
The effect of the present invention appears remarkably.

【0104】実際、以上のようにして得たレーザ素子は
420nmの波長で室温連続発振し、連続動作の最高温
度は120℃、50℃、3mWの条件で連続3000時
間以上の動作が確認できた。
Actually, the laser device obtained as described above continually oscillated at a wavelength of 420 nm at room temperature, and it was confirmed that the continuous operation was performed at the maximum temperature of 120 ° C., 50 ° C. and 3 mW for a continuous 3,000 hours or more. .

【0105】図11図示の実施の形態に示したn型でな
い領域は、欠陥が発生しやすい電流ブロック層とその下
層の界面、及び電流ブロック層とp−電流注入層の界面
の両方に設けている。しかし、どちらか一方の界面のみ
に形成されていても効果がある。また、n型でない領域
は、電流ブロック層以外の層を形成する際に用いたMg
等のp型不純物を混入することで形成される。しかし、
p型不純物を意図的に電流ブロック層形成中にドーピン
グすることによって形成してもよい。
The non-n-type region shown in the embodiment shown in FIG. 11 is provided at both the interface between the current block layer and the layer below the current block layer where defects easily occur and the interface between the current block layer and the p-current injection layer. I have. However, it is effective even if it is formed only on one of the interfaces. Further, the non-n-type region is formed by Mg used when forming a layer other than the current block layer.
Is formed by mixing a p-type impurity such as But,
It may be formed by intentionally doping a p-type impurity during formation of the current blocking layer.

【0106】図13は、本発明の更に別の実施の形態に
係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの素子構造を示
す断面図である。
FIG. 13 is a sectional view showing a device structure of a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to still another embodiment of the present invention.

【0107】図13図示の実施の形態において、サファ
イア基板10上に、バッファ層11、n−コンタクト層
12、n−クラッド層13、活性層14、第1p−クラ
ッド層15、電流ブロック層16が積層形成され、電流
ブロック層16はストライプ状にエッチングされる。
In the embodiment shown in FIG. 13, a buffer layer 11, an n-contact layer 12, an n-cladding layer 13, an active layer 14, a first p-cladding layer 15, and a current blocking layer 16 are formed on a sapphire substrate 10. The current blocking layer 16 is laminated and etched in a stripe shape.

【0108】電流ブロック層16のエッチングにより露
出した第1p−クラッド層15及び電流ブロック層16
上には、p−下部電流注入層(第2p−クラッド層)1
7、p−上部電流注入層(p−コンタクト層)18が積
層される。そして、p−コンタクト層18からn−コン
タクト層12の途中まで部分的にエッチングされ、露出
したn−コンタクト層12の表面にはn側電極21が形
成され、p−コンタクト層18の表面にはp側電極22
が形成される。
First p-cladding layer 15 and current blocking layer 16 exposed by etching of current blocking layer 16
Above, a p-lower current injection layer (second p-cladding layer) 1
7. A p-upper current injection layer (p-contact layer) 18 is laminated. The n-side electrode 21 is formed on the exposed surface of the n-contact layer 12 by being partially etched from the p-contact layer 18 to the middle of the n-contact layer 12, and is formed on the surface of the p-contact layer 18. p-side electrode 22
Is formed.

【0109】次に、図13図示の窒化ガリウム系化合物
半導体レーザの製造方法及びその構造の詳細を特に電流
ブロック層16の周辺について説明する。
Next, a method of manufacturing the gallium nitride based compound semiconductor laser shown in FIG.

【0110】活性層14は、ノンドープGaNからな
り、厚さ100nmの光ガイド層、厚さ2nmのノンド
ープIn0.2 Ga0.8 N、及び厚さ4nmのノンドープ
In0. 05Ga0.95Nの2種類のInGaAlN層を10
周期繰り返して構成される多重量子井戸(MQW)構
造、MgドープAl0.2 Ga0.8 Nからなり、厚さ40
nmのp−キャップ層、そしてMgドープGaNからな
り、厚さ100nmのp−光ガイド層、を積層成長して
なる。活性層14上にはMgドープGa0.85Al0. 15N
の第1p−クラッド層15を100nmの膜厚で形成
し、次に、SiドープGa0.8 Al0.2 Nの電流ブロッ
ク層を300nm成長させる。電流ブロック層16を3
μm幅のストライプ状にエッチングした後、Mgドープ
Ga0.85Al0. 15Nの第2p−クラッド層17を300
nm形成する。次に、Mgを高濃度にドープしたp+ −
GaNからなり、厚さ200nmのp−上部電流注入層
(p−コンタクト層)18を積層する。次に、図10図
示の実施の形態と同様の電極形成プロセスを経て、図1
3に示す構造が得られる。
[0110] The active layer 14, an undoped GaN, the light guide layer having a thickness of 100 nm, 2 kinds of InGaAlN of undoped In 0.2 Ga 0.8 N, and a thickness of 4nm undoped In 0. 05 Ga 0.95 N having a thickness of 2nm 10 layers
Multiple quantum well (MQW) structure composed of periodic repetitions, made of Mg-doped Al 0.2 Ga 0.8 N and having a thickness of 40
A 100 nm-thick p-cap layer and a 100 nm-thick p-light guide layer made of Mg-doped GaN are stacked and grown. Mg is formed on the active layer 14 doped Ga 0.85 Al 0. 15 N
Is formed with a thickness of 100 nm, and then a current blocking layer of Si-doped Ga 0.8 Al 0.2 N is grown to a thickness of 300 nm. Current blocking layer 16
After etching the striped μm width, the first 2p- cladding layer 17 of Mg-doped Ga 0.85 Al 0. 15 N 300
nm. Next, p + − doped with Mg at a high concentration
A 200 nm-thick p-upper current injection layer (p-contact layer) 18 made of GaN is laminated. Next, an electrode forming process similar to that of the embodiment shown in FIG.
3 is obtained.

【0111】図13図示の実施の形態に示す構造では、
電流注入層の少なくとも活性層に近接する部分に相当す
る第2p−クラッド層17が、活性層14の発光波長4
20nmに対応するバンドギャップより大きなバンドギ
ャップを有している。更に、第2p−クラッド層17の
屈折率は電流ブロック層16の屈折率より大きい。
In the structure shown in the embodiment shown in FIG.
The second p-cladding layer 17 corresponding to at least a portion of the current injection layer close to the active layer is formed by the light emitting wavelength 4 of the active layer 14.
It has a band gap larger than the band gap corresponding to 20 nm. Further, the refractive index of the second p-cladding layer 17 is larger than that of the current blocking layer 16.

【0112】これにより、接合に平行方向の実効的な屈
折率が電流注入されるストライプ状の開口部で高い光の
導波機構が形成でき、基本横モードを安定化し、光の吸
収損失、回折損失によるしきい電流の増加を抑えると共
に、導波される光の波面を平坦にし、光ディスク用のレ
ーザとして不可欠な小さな非点隔差を実現することがで
きた。
As a result, a high light guiding mechanism can be formed at the stripe-shaped opening where the current is injected with an effective refractive index in the direction parallel to the junction, the fundamental transverse mode is stabilized, and the light absorption loss and diffraction The increase in the threshold current due to the loss was suppressed, and the wavefront of the guided light was flattened, thereby achieving a small astigmatic difference indispensable as a laser for an optical disk.

【0113】実際、以上のようにして得たレーザ素子は
420nmの波長で室温連続発振し、連続動作の最高温
度は120℃で、50℃、5mWの条件で連続1000
時間以上の動作が確認できた。また、その非点隔差は3
μm以下と小さな値が得られた。
Actually, the laser device obtained as described above continually oscillates at a wavelength of 420 nm at room temperature, the maximum temperature of continuous operation is 120 ° C., and the continuous operation is 1000 ° C. under the conditions of 50 ° C. and 5 mW.
Operation over time was confirmed. The astigmatic difference is 3
A small value of less than μm was obtained.

【0114】図13図示の実施の形態においては、第1
p−クラッド層15及び第2p−クラッド層17を同じ
材料で形成することにより、略等しい屈折率の層になる
ようにしてある。しかし、本発明の骨子である電流注入
層の少なくとも活性層に近接する部分が、活性層の発光
波長に対応するバンドギャップより大きなバンドギャッ
プであると共に、その屈折率が電流ブロック層より大き
いことを満たしていれば同様の効果が得られる。
In the embodiment shown in FIG. 13, the first
By forming the p-cladding layer 15 and the second p-cladding layer 17 with the same material, the layers have substantially the same refractive index. However, at least a portion of the current injection layer, which is the gist of the present invention, near the active layer has a band gap larger than the band gap corresponding to the emission wavelength of the active layer, and has a refractive index larger than that of the current blocking layer. The same effect can be obtained if it is satisfied.

【0115】図14は、本発明の更に別の実施の形態に
係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの素子構造を示
す断面図である。
FIG. 14 is a sectional view showing a device structure of a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to still another embodiment of the present invention.

【0116】図14図示の実施の形態において、サファ
イア基板10上に、バッファ層11、n−コンタクト層
12、n−クラッド層13、活性層14、第1p−クラ
ッド層15、電流ブロック層16が積層形成され、電流
ブロック層16はストライプ状にエッチングされる。
In the embodiment shown in FIG. 14, a buffer layer 11, an n-contact layer 12, an n-cladding layer 13, an active layer 14, a first p-cladding layer 15, and a current blocking layer 16 are formed on a sapphire substrate 10. The current blocking layer 16 is laminated and etched in a stripe shape.

【0117】電流ブロック層16のエッチングにより露
出した第1p−クラッド層15及び電流ブロック層16
上には、p−下部電流注入層(第2p−クラッド層)1
7、p−上部電流注入層(p−コンタクト層)18が積
層される。そして、p−コンタクト層18からn−コン
タクト層12の途中まで部分的にエッチングされ、露出
したn−コンタクト層12の表面にはn側電極21が形
成され、p−コンタクト層18の表面にはp側電極22
が形成される。
First p-cladding layer 15 and current blocking layer 16 exposed by etching of current blocking layer 16
Above, a p-lower current injection layer (second p-cladding layer) 1
7. A p-upper current injection layer (p-contact layer) 18 is laminated. The n-side electrode 21 is formed on the exposed surface of the n-contact layer 12 by being partially etched from the p-contact layer 18 to the middle of the n-contact layer 12, and is formed on the surface of the p-contact layer 18. p-side electrode 22
Is formed.

【0118】次に、図14図示の窒化ガリウム系化合物
半導体レーザの製造方法及びその構造の詳細を特に電流
ブロック層16の周辺について説明する。
Next, a method of manufacturing the gallium nitride-based compound semiconductor laser shown in FIG.

【0119】活性層14は、ノンドープGaNからな
り、厚さ100nmの光ガイド層、厚さ2nmのノンド
ープIn0.2 Ga0.8 N、及び厚さ4nmのノンドープ
In0. 05Ga0.95Nの2種類のInGaAlN層を10
周期繰り返して構成される多重量子井戸(MQW)構
造、MgドープAl0.2 Ga0.8 Nからなり、厚さ40
nmのp−キャップ層、そしてMgドープGaNからな
り、厚さ100nmのp−光ガイド層、を積層成長して
なる。活性層14上にはMgドープGa0.85Al0. 15N
の第1p−クラッド層15を100nmの膜厚で形成
し、次に、SiドープGa0.85Al0.15Nの電流ブロッ
ク層を300nm成長させる。電流ブロック層16を3
μm幅のストライプ状にエッチングした後、Mgドープ
Ga0.9 Al0. 1 Nの第2p−クラッド層17を300
nm形成する。次に、Mgを高濃度にドープしたp+ −
GaNからなり、厚さ200nmのp−上部電流注入層
(p−コンタクト層)18を積層する。次に、図10図
示の実施の形態と同様の電極形成プロセスを経て、図1
4に示す構造が得られる。
[0119] The active layer 14, an undoped GaN, the light guide layer having a thickness of 100 nm, 2 kinds of InGaAlN of undoped In 0.2 Ga 0.8 N, and a thickness of 4nm undoped In 0. 05 Ga 0.95 N having a thickness of 2nm 10 layers
Multiple quantum well (MQW) structure composed of periodic repetitions, made of Mg-doped Al 0.2 Ga 0.8 N and having a thickness of 40
A 100 nm-thick p-cap layer and a 100 nm-thick p-light guide layer made of Mg-doped GaN are stacked and grown. Mg is formed on the active layer 14 doped Ga 0.85 Al 0. 15 N
The first p-cladding layer 15 is formed with a thickness of 100 nm, and then a current blocking layer of Si-doped Ga 0.85 Al0.15N is grown to 300 nm. Current blocking layer 16
After etching the striped μm width, the first 2p- cladding layer 17 of Mg-doped Ga 0.9 Al 0. 1 N 300
nm. Next, p + − doped with Mg at a high concentration
A 200 nm-thick p-upper current injection layer (p-contact layer) 18 made of GaN is laminated. Next, an electrode forming process similar to that of the embodiment shown in FIG.
4 is obtained.

【0120】図14図示の実施の形態に示す構造では、
電流ブロック層16が、活性層14の発光波長に対応す
るバンドギャップより大きなバンドギャップを有してい
る。更に、電流ブロック層16の屈折率は、電流注入層
の少なくとも活性層に近接する部分に相当する第2p−
クラッド層17の屈折率より大きい。
In the structure shown in the embodiment shown in FIG.
The current blocking layer 16 has a band gap larger than the band gap corresponding to the emission wavelength of the active layer 14. Further, the refractive index of the current blocking layer 16 is the second p-type, which corresponds to at least a portion of the current injection layer close to the active layer.
It is larger than the refractive index of the cladding layer 17.

【0121】これにより、接合に平行方向の実効的な屈
折率が電流注入されるストライプ状の開口部で低い光の
導波機構が形成でき、基本横モードを安定化し、光の吸
収損失によるしきい電流の増加を抑えると共に、導波さ
れる光の波面を平坦にし、光ディスク用のレーザとして
不可欠な小さな非点隔差を実現することができた。
As a result, a light guide mechanism of low light can be formed at the stripe-shaped opening into which the effective refractive index in the direction parallel to the junction is injected with current, thereby stabilizing the fundamental transverse mode and reducing the light absorption loss. In addition to suppressing the increase in the threshold current, the wavefront of the guided light was flattened, and a small astigmatic difference indispensable as a laser for an optical disk could be realized.

【0122】実際、以上のようにして得たレーザ素子は
420nmの波長で室温連続発振し、連続動作の最高温
度は100℃で、50℃、5mWの条件で連続1000
時間以上の動作が確認できた。また、その非点隔差は3
μm以下と小さな値が得られた。
Actually, the laser device obtained as described above continuously oscillates at a wavelength of 420 nm at room temperature, the maximum temperature of the continuous operation is 100 ° C., and the maximum temperature is 1000 ° C. at 50 ° C. and 5 mW.
Operation over time was confirmed. The astigmatic difference is 3
A small value of less than μm was obtained.

【0123】図14図示の実施の形態においては、第1
p−クラッド層15及び電流ブロック層16を導電型の
異なる同じ材料で形成することにより、略等しい屈折率
の層になるようにしてある。しかし、本発明の骨子であ
る電流ブロック層が、活性層の発光波長に対応するバン
ドギャップより大きなバンドギャップであると共に、そ
の屈折率が、電流注入層の少なくとも活性層に近接する
部分より大きいことを満たしていれば同様の効果が得ら
れる。
In the embodiment shown in FIG. 14, the first
By forming the p-cladding layer 15 and the current blocking layer 16 from the same material having different conductivity types, the layers have substantially the same refractive index. However, the current blocking layer, which is the gist of the present invention, has a band gap larger than the band gap corresponding to the emission wavelength of the active layer, and has a refractive index larger than at least a portion of the current injection layer close to the active layer. Is satisfied, the same effect can be obtained.

【0124】図15は、本発明の更に別の実施の形態に
係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの素子構造を示
す断面図である。
FIG. 15 is a sectional view showing an element structure of a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to still another embodiment of the present invention.

【0125】図15図示の実施の形態において、サファ
イア基板10上に、バッファ層11、n−コンタクト層
12、n−クラッド層13、活性層14、第1p−クラ
ッド層15、電流ブロック層16が積層形成され、電流
ブロック層16はストライプ状にエッチングされる。
In the embodiment shown in FIG. 15, a buffer layer 11, an n-contact layer 12, an n-cladding layer 13, an active layer 14, a first p-cladding layer 15, and a current blocking layer 16 are formed on a sapphire substrate 10. The current blocking layer 16 is laminated and etched in a stripe shape.

【0126】電流ブロック層16のエッチングにより露
出した第1p−クラッド層15及び電流ブロック層16
上には、p−下部電流注入層(第2p−クラッド層)1
7、p−上部電流注入層(p−コンタクト層)18が積
層される。そして、p−コンタクト層18からn−コン
タクト層12の途中まで部分的にエッチングされ、露出
したn−コンタクト層12の表面にはn側電極21が形
成され、p−コンタクト層18の表面にはp側電極22
が形成される。
First p-cladding layer 15 and current blocking layer 16 exposed by etching of current blocking layer 16
Above, a p-lower current injection layer (second p-cladding layer) 1
7. A p-upper current injection layer (p-contact layer) 18 is laminated. The n-side electrode 21 is formed on the exposed surface of the n-contact layer 12 by being partially etched from the p-contact layer 18 to the middle of the n-contact layer 12, and is formed on the surface of the p-contact layer 18. p-side electrode 22
Is formed.

【0127】次に、図15図示の実施の形態の窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの製造方法及びその構造の詳
細を特に電流ブロック層16の周辺について説明する。
Next, details of the method of manufacturing the gallium nitride based compound semiconductor laser of the embodiment shown in FIG.

【0128】活性層14は、ノンドープGaNからなり
厚さ100nmの光ガイド層、厚さ2nmのノンドープ
In0.2 Ga0.8 N、及び厚さ4nmのノンドープIn
0.05Ga0.95Nの2種類のInGaAlN層を10周期
繰り返して構成される多重量子井戸(MQW)構造、M
gドープAl0.2 Ga0.8 Nからなり、厚さ40nmの
p−キャップ層、そしてMgドープGaNからなり、厚
さ100nmのp−光ガイド層、を積層成長してなる。
活性層14上にはMgドープp−Ga0.85Al0.15Nの
第1p−クラッド層15を100nmの膜厚で形成し、
次に、SiドープIn0.25Ga0.75Nの電流ブロック層
を300nm成長させる。電流ブロック層16を3μm
幅のストライプ状にエッチングした後、MgドープGa
0.85Al0.15Nの第2p−クラッド層17を300nm
形成する。次に、Mgを高濃度にドープしたp+ −Ga
Nからなり、厚さ200nmのp−上部電流注入層(p
−コンタクト層)18を積層する。次に、図10図示の
実施の形態と同様の電極形成プロセスを経て、図15に
示す構造が得られる。
The active layer 14 is made of non-doped GaN and has a thickness of 100 nm, a non-doped In 0.2 Ga 0.8 N layer having a thickness of 2 nm, and a non-doped In layer having a thickness of 4 nm.
A multiple quantum well (MQW) structure composed of two repeating InGaAlN layers of 0.05 Ga 0.95 N for 10 periods;
It is formed by laminating a p-cap layer made of g-doped Al 0.2 Ga 0.8 N and having a thickness of 40 nm and a p-light guide layer made of Mg-doped GaN and having a thickness of 100 nm.
The on the active layer 14 to form a first 1p- cladding layer 15 of Mg-doped p-Ga 0.85 Al 0.15 N with a thickness of 100 nm,
Next, a current blocking layer of Si-doped In 0.25 Ga 0.75 N is grown to a thickness of 300 nm. The current block layer 16 is 3 μm
After etching into stripes of width, Mg-doped Ga
0.85 Al 0.15 N second p-cladding layer 17 is 300 nm
Form. Next, p + -Ga doped with Mg at a high concentration
P-upper current injection layer (p
-Contact layer) 18 is laminated. Next, through the same electrode forming process as the embodiment shown in FIG. 10, the structure shown in FIG. 15 is obtained.

【0129】図15図示の実施の形態に示す構造では、
電流注入層の少なくとも活性層に近接する部分に相当す
る第2p−クラッド層17のバンドギャップが、活性層
の発光波長に対応するバンドギャップより大きい。更
に、電流ブロック層16のバンドギャップが、活性層の
発光波長に対応するバンドギャップより小さい。
In the structure shown in the embodiment shown in FIG.
The band gap of the second p-clad layer 17 corresponding to at least a portion of the current injection layer close to the active layer is larger than the band gap corresponding to the emission wavelength of the active layer. Further, the band gap of the current blocking layer 16 is smaller than the band gap corresponding to the emission wavelength of the active layer.

【0130】これにより、接合に平行方向の実効的な屈
折率が電流注入されるストライプ状の開口部で高い光の
導波機構が形成できると共に、高次横モードに対しての
吸収損失を大きくすることができるので、基本横モード
を安定化し、光の回折損失によるしきい電流の増加を抑
えると共に、導波される光の波面を平坦にし、光ディス
ク用のレーザとして不可欠な小さな非点隔差を実現する
ことができた。
As a result, a high light guiding mechanism can be formed at the stripe-shaped opening into which the effective refractive index in the direction parallel to the junction is injected with current, and the absorption loss for the higher-order transverse mode is increased. Stabilizing the fundamental transverse mode, suppressing the increase in threshold current due to light diffraction loss, flattening the wavefront of guided light, and reducing the small astigmatic difference indispensable for lasers for optical discs. Could be realized.

【0131】実際、以上のようにして得たレーザ素子は
420nmの波長で室温連続発振し、連続動作の最高温
度は100℃で、50℃、7mWの条件で連続1000
時間以上の動作が確認できた。また、その非点隔差は7
μm以下と小さな値が得られた。
Actually, the laser device obtained as described above continually oscillates at a wavelength of 420 nm at room temperature, and has a maximum continuous operation temperature of 100 ° C. and a continuous temperature of 1000 ° C. under the conditions of 50 ° C. and 7 mW.
Operation over time was confirmed. The astigmatic difference is 7
A small value of less than μm was obtained.

【0132】図15図示の実施の形態においては、第1
p−クラッド層15及び第2p−クラッド層17を同じ
材料で形成することにより、略等しい屈折率の層になる
ようにしてある。しかし、本発明の骨子である電流注入
層の少なくとも活性層に近接する部分のバンドギャップ
が活性層の発光波長に対するバンドギャップより大き
く、電流ブロック層のバンドギャップが、活性層の発光
波長に対応するバンドギャップより小さいことを満たし
ていれば同様の効果が得られる。
In the embodiment shown in FIG. 15, the first
By forming the p-cladding layer 15 and the second p-cladding layer 17 with the same material, the layers have substantially the same refractive index. However, the band gap of at least a portion of the current injection layer, which is the essence of the present invention, close to the active layer is larger than the band gap for the emission wavelength of the active layer, and the band gap of the current blocking layer corresponds to the emission wavelength of the active layer. The same effect can be obtained if the condition of smaller than the band gap is satisfied.

【0133】図16は、本発明の更に別の実施の形態に
係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの素子構造を示
す断面図である。
FIG. 16 is a sectional view showing a device structure of a gallium nitride based compound semiconductor laser according to still another embodiment of the present invention.

【0134】図16図示の実施の形態において、サファ
イア基板10上にバッファ層11、n−コンタクト層1
2、n−クラッド層13、活性層14、p−クラッド層
15、電流ブロック層16が積層形成され、電流ブロッ
ク層16及びp−クラッド層15はストライプ状にエッ
チングされ、その断面形状はV字状になっている。
In the embodiment shown in FIG. 16, a buffer layer 11 and an n-contact layer 1 are formed on a sapphire substrate 10.
2. An n-cladding layer 13, an active layer 14, a p-cladding layer 15, and a current blocking layer 16 are laminated, and the current blocking layer 16 and the p-cladding layer 15 are etched in a stripe shape, and the cross-sectional shape thereof is V-shaped. It is in shape.

【0135】電流ブロック層16及びp−クラッド層1
5のエッチングにより露出したp−クラッド層15のV
溝部及び電流ブロック層16上には、p−下部電流注入
層17、p−上部電流注入層(p−コンタクト層)18
が積層される。そして、p−コンタクト層18からn−
コンタクト層12の途中まで部分的にエッチングされ、
露出したn−コンタクト層12の表面にはn側電極21
が形成され、p−コンタクト層18の表面にはp側電極
22が形成される。
Current Blocking Layer 16 and p-Clad Layer 1
5 of the p-cladding layer 15 exposed by the etching of FIG.
A p-lower current injection layer 17 and a p-upper current injection layer (p-contact layer) 18 are formed on the groove and the current block layer 16.
Are laminated. Then, from the p-contact layer 18 to the n-
Partially etched partway through the contact layer 12,
The n-side electrode 21 is provided on the exposed surface of the n-contact layer 12.
Is formed, and a p-side electrode 22 is formed on the surface of the p-contact layer 18.

【0136】次に、図16図示の実施の形態の窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの製造方法及びその構造の詳
細を特に電流ブロック層16の周辺について説明する。
Next, a method of manufacturing the gallium nitride based compound semiconductor laser of the embodiment shown in FIG.

【0137】活性層は、ノンドープGaNからなり厚さ
100nmの光ガイド層、厚さ2nmのノンドープIn
0.2 Ga0.8 N、及び厚さ4nmのノンドープIn0.05
Ga0.95Nの2種類のInGaAlN層を10周期繰り
返して構成される多重量子井戸(MQW)構造、Mgド
ープAl0.2 Ga0.8 Nからなり、厚さ40nmのp−
キャップ層、そしてMgドープGaNからなり、厚さ1
00nmのp−光ガイド層、を積層成長してなる。活性
層14上にはMgドープGa0.85Al0.15Nのp−クラ
ッド層15を300nmの膜厚で形成し、次に、Siを
ドープしたGaNの電流ブロック層を1.5μm形成す
る。電流ブロック層16を2μm幅のストライプ状にエ
ッチングすることにより、p−クラッド層15に達する
V字状の溝部を形成した後、MgドープGaNのp−下
部電流注入層17を800nm形成する。次に、Mgを
高濃度にドープしたp+ −GaNからなり、厚さ200
nmのp−上部電流注入層(p−コンタクト層)18を
積層する。次に、図10図示の実施の形態と同様の電極
形成プロセスを経て、図16に示す構造が得られる。
The active layer is made of non-doped GaN and has a thickness of 100 nm.
0.2 Ga 0.8 N and 4 nm thick non-doped In 0.05
A multiple quantum well (MQW) structure constituted by repeating two kinds of InGaAlN layers of Ga 0.95 N for 10 periods, which is composed of Mg-doped Al 0.2 Ga 0.8 N and has a thickness of 40 nm
Cap layer, and Mg-doped GaN, thickness 1
It is formed by laminating a p-light guide layer having a thickness of 00 nm. On the active layer 14, a p-clad layer 15 of Mg-doped Ga 0.85 Al 0.15 N is formed with a thickness of 300 nm, and then a current blocking layer of GaN doped with Si is formed to a thickness of 1.5 μm. The V-shaped groove reaching the p-cladding layer 15 is formed by etching the current block layer 16 into a stripe having a width of 2 μm, and then a p-lower current injection layer 17 of Mg-doped GaN is formed to a thickness of 800 nm. Next, it is made of p + -GaN doped with Mg at a high concentration, and has a thickness of 200
A nm-p-upper current injection layer (p-contact layer) 18 is laminated. Next, through the same electrode forming process as the embodiment shown in FIG. 10, the structure shown in FIG. 16 is obtained.

【0138】図16図示の実施の形態に示す構造では、
p−下部電流注入層17を、ストライプ状の開口部にお
いて、電流注入層と活性層14に挟まれたp−クラッド
層15に形成された溝部に接するように形成している。
また、この溝部の形状をV字型にしているところに特徴
がある。
In the structure shown in the embodiment shown in FIG.
The p-lower current injection layer 17 is formed so as to be in contact with the groove formed in the p-cladding layer 15 sandwiched between the current injection layer and the active layer 14 at the stripe-shaped opening.
Another feature is that the shape of the groove is V-shaped.

【0139】これにより、電流をストライプ中央部に集
中させることが可能になり、電流広がりによる無効な電
流を抑制することができた。更に、p−下部電流注入層
17の抵抗率を、p−クラッド層15の抵抗率よりも低
くすることが、より顕著な無効電流狭窄効果をもたらし
ていると考えられる。この場合、同時にV字溝の埋め込
む材料の屈折率がp−クラッド層の屈折率よりも高いこ
とから、接合に平行方向の実効的な屈折率が電流注入さ
れるストライプ状の開口部のV字部分で高い光の導波機
構が形成でき、基本横モードを安定化し、光の吸収損
失、回折損失によるしきい電流の増加を抑えると共に、
導波される光の波面を平坦にし、光ディスク用のレーザ
として不可欠な小さな非点隔差を実現することができ
た。
As a result, the current can be concentrated at the center of the stripe, and an invalid current due to current spreading can be suppressed. Further, it is considered that making the resistivity of the p-lower current injection layer 17 lower than the resistivity of the p-cladding layer 15 results in a more significant reactive current confinement effect. In this case, at the same time, since the refractive index of the material to be embedded in the V-shaped groove is higher than the refractive index of the p-cladding layer, the effective refractive index in the direction parallel to the junction is V-shaped in the stripe-shaped opening where current is injected. A high light guiding mechanism can be formed in the part, stabilizing the fundamental transverse mode, suppressing the increase in threshold current due to light absorption loss and diffraction loss,
By flattening the wavefront of the guided light, a small astigmatic difference indispensable as a laser for an optical disk could be realized.

【0140】実際、以上のようにして得たレーザ素子は
420nmの波長で室温連続発振し、連続動作の最高温
度は110℃で、50℃、3mWの条件で連続1000
時間以上の動作が確認できた。また、その非点隔差は7
μm以下と小さな値が得られた。
Actually, the laser device obtained as described above continually oscillates at a wavelength of 420 nm at room temperature, and has a maximum continuous operation temperature of 110 ° C. and a continuous temperature of 50 ° C. and 3 mW.
Operation over time was confirmed. The astigmatic difference is 7
A small value of less than μm was obtained.

【0141】図16図示の実施の形態では、p−下部電
流注入層17として、p−クラッド層15より屈折率の
高い層を用いている。しかし、p−クラッド層15より
抵抗率が低くければ、必ずしも屈折率の高い層ばかりで
なく、略等しい屈折率を持つ材料や、屈折率の低い材料
を用いてもよい。
In the embodiment shown in FIG. 16, a layer having a higher refractive index than the p-clad layer 15 is used as the p-lower current injection layer 17. However, if the resistivity is lower than that of the p-cladding layer 15, not only a layer having a high refractive index but also a material having a substantially equal refractive index or a material having a low refractive index may be used.

【0142】図17は、本発明の更に別の実施の形態に
係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの素子構造を示
す断面図である。
FIG. 17 is a sectional view showing a device structure of a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to still another embodiment of the present invention.

【0143】図17図示の実施の形態において、サファ
イア基板10上に、バッファ層11、n−コンタクト層
12、n−クラッド層13、活性層14、p−クラッド
層15、電流ブロック層16が積層形成され、電流ブロ
ック層16及びp−クラッド層15はストライプ状にエ
ッチングされ、その断面形状は溝底部で平坦になってい
る。
In the embodiment shown in FIG. 17, a buffer layer 11, an n-contact layer 12, an n-cladding layer 13, an active layer 14, a p-cladding layer 15, and a current block layer 16 are laminated on a sapphire substrate 10. The current blocking layer 16 and the p-cladding layer 15 are formed and etched in a stripe shape, and the cross-sectional shape is flat at the groove bottom.

【0144】電流ブロック層16及びp−クラッド層1
5のエッチングにより露出したp−クラッド層15の溝
部及び電流ブロック層16上には、p−下部電流注入層
17、p−上部電流注入層(p−コンタクト層)18が
積層される。そして、p−コンタクト層18からn−コ
ンタクト層12の途中まで部分的にエッチングされ、露
出したn−コンタクト層12の表面にはn側電極21が
形成され、p−コンタクト層18の表面にはp側電極2
2が形成される。
Current Blocking Layer 16 and p-Clad Layer 1
A p-lower current injection layer 17 and a p-upper current injection layer (p-contact layer) 18 are stacked on the groove of the p-cladding layer 15 and the current block layer 16 exposed by the etching of Step 5. The n-side electrode 21 is formed on the exposed surface of the n-contact layer 12 by being partially etched from the p-contact layer 18 to the middle of the n-contact layer 12, and is formed on the surface of the p-contact layer 18. p-side electrode 2
2 are formed.

【0145】次に、図17図示の窒化ガリウム系化合物
半導体レーザの製造方法及びその構造の詳細を特に電流
ブロック層16の周辺について説明する。
Next, a method of manufacturing the gallium nitride-based compound semiconductor laser shown in FIG.

【0146】活性層は、ノンドープGaNからなり厚さ
100nmの光ガイド層、厚さ2nmのノンドープIn
0.2 Ga0.8 N、及び厚さ4nmのノンドープIn0.05
Ga0.95Nの2種類のInGaAlN層を10周期繰り
返して構成される多重量子井戸(MQW)構造、Mgド
ープAl0.2 Ga0.8 Nからなり、厚さ40nmのp−
キャップ層、そしてMgドープGaNからなり、厚さ1
00nmのp−光ガイド層、を積層成長してなる。活性
層14上にはMgドープGa0.85Al0.15Nのp−クラ
ッド層15を300nmの膜厚で形成し、次に、Siド
ープGaNの電流ブロック層を1.5μm形成する。電
流ブロック層16を3μm幅のストライプ状にエッチン
グすることにより、p−クラッド層15に達し、その断
面形状が溝底部で平坦になっている溝部を形成した後、
MgドープGaNのp−下部電流注入層17を800n
m形成する。次に、Mgを高濃度にドープしたp+ −G
aNからなり、厚さ200nmのp−上部電流注入層
(p−コンタクト層)18を積層する。次に、図10図
示の実施の形態と同様の電極形成プロセスを経て、図1
7に示す構造が得られる。
The active layer is made of non-doped GaN and has a thickness of 100 nm.
0.2 Ga 0.8 N and 4 nm thick non-doped In 0.05
A multiple quantum well (MQW) structure constituted by repeating two kinds of InGaAlN layers of Ga 0.95 N for 10 periods, which is composed of Mg-doped Al 0.2 Ga 0.8 N and has a thickness of 40 nm
Cap layer, and Mg-doped GaN, thickness 1
It is formed by laminating a p-light guide layer having a thickness of 00 nm. On the active layer 14, a p-cladding layer 15 of Mg-doped Ga 0.85 Al 0.15 N is formed to a thickness of 300 nm, and then a current blocking layer of Si-doped GaN is formed to a thickness of 1.5 μm. After the current block layer 16 is etched into a stripe shape having a width of 3 μm, the groove reaches the p-cladding layer 15 and has a cross-sectional shape that is flat at the groove bottom.
800 n of p-lower current injection layer 17 of Mg-doped GaN
m. Next, p + -G doped with Mg at a high concentration
A p-upper current injection layer (p-contact layer) 18 made of aN and having a thickness of 200 nm is laminated. Next, an electrode forming process similar to that of the embodiment shown in FIG.
The structure shown in FIG. 7 is obtained.

【0147】図17図示の実施の形態に示す構造では、
p−下部電流注入層17を、ストライプ状の開口部にお
いて、電流注入層と活性層14に挟まれたp−クラッド
層15に形成された溝部に接するように形成している。
また、この溝部の形状をその断面形状が溝底部で平坦に
なるようにしているところに特徴がある。
In the structure shown in the embodiment shown in FIG.
The p-lower current injection layer 17 is formed so as to be in contact with the groove formed in the p-cladding layer 15 sandwiched between the current injection layer and the active layer 14 at the stripe-shaped opening.
Another feature is that the shape of the groove is such that its cross-sectional shape is flat at the groove bottom.

【0148】これにより、電流注入の幅、光の導波機構
の幅を略一致させることができる。これは非点隔差の小
さなレーザを作るのに有効である。溝を埋め込む材料の
屈折率がp−クラッド層の屈折率よりも高いことから、
接合に平行方向の実効的な屈折率が電流注入されるスト
ライプ状の開口部で高い光の導波機構が形成でき、基本
横モードを安定化し、光の吸収損失、回折損失によるし
きい電流の増加を抑えると共に、導波される光の波面を
平坦にし、光ディスク用のレーザとして不可欠な小さな
非点隔差を実現することができた。
As a result, the width of the current injection and the width of the light guiding mechanism can be made substantially the same. This is effective for producing a laser having a small astigmatic difference. Since the refractive index of the material filling the groove is higher than the refractive index of the p-clad layer,
A high light guiding mechanism can be formed at the stripe-shaped opening where the effective refractive index in the direction parallel to the junction is injected, stabilizing the fundamental transverse mode and reducing the threshold current due to light absorption loss and diffraction loss. While suppressing the increase, the wavefront of the guided light was flattened, and a small astigmatic difference indispensable as a laser for an optical disk could be realized.

【0149】実際、以上のようにして得たレーザ素子は
420nmの波長で室温連続発振し、連続動作の最高温
度は110℃で、50℃、5mWの条件で連続1000
時間以上の動作が確認できた。また、その非点隔差は5
μm以下と小さな値が得られた。
Actually, the laser device obtained as described above continually oscillates at a wavelength of 420 nm at room temperature and has a maximum continuous operation temperature of 110 ° C. and a continuous temperature of 1000 ° C. under the conditions of 50 ° C. and 5 mW.
Operation over time was confirmed. The astigmatic difference is 5
A small value of less than μm was obtained.

【0150】図17図示の実施の形態では、p−下部電
流注入層17として、p−クラッド層15より屈折率の
高いGaNを用いているが、図18に示すようにp−ク
ラッド層15と同等、あるいは低い屈折率を持つ第2p
−クラッド層17a等を用いてもよい。
In the embodiment shown in FIG. 17, GaN having a higher refractive index than the p-cladding layer 15 is used as the p-lower current injection layer 17, but as shown in FIG. Second p with equivalent or lower refractive index
-The cladding layer 17a or the like may be used.

【0151】図19は、本発明の更に別の実施の形態に
係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの素子構造を示
す断面図である。図19図示の実施の形態は、p−クラ
ッド層に形成される溝部が、2段階になっており、溝部
の幅をストライプ状の開口部の幅より狭くなっている点
のみで、図17図示の実施の形態と相違する。
FIG. 19 is a sectional view showing a device structure of a gallium nitride based compound semiconductor laser according to still another embodiment of the present invention. The embodiment shown in FIG. 19 is different from the embodiment shown in FIG. 17 only in that the groove formed in the p-cladding layer has two stages, and the width of the groove is smaller than the width of the stripe-shaped opening. This embodiment is different from the above embodiment.

【0152】このような構成にすることにより、電流注
入の幅を光の導波機構の幅より狭くすることができる。
これは活性層の電流注入される部分の両脇の非注入部分
での吸収の発生を促し、過飽和吸収体とすることによ
り、セルフパルセーションを起こす低ノイズレーザとす
るのに有効である。
With this configuration, the width of the current injection can be made smaller than the width of the optical waveguide mechanism.
This promotes absorption in the non-injection portions on both sides of the current injection portion of the active layer, and is effective for forming a supersaturated absorber to produce a low-noise laser causing self-pulsation.

【0153】実際、以上のようにして得たレーザ素子は
420nmの波長で室温連続発振し、連続動作の最高温
度は90℃で、50℃、5mWの条件で連続1000時
間以上の動作が確認できた。また、その非点隔差は7μ
m以下と小さな値が得られた。またセルフパルセーショ
ンを起こす低ノイズの特性が得られた。
Actually, the laser device obtained as described above continually oscillates at a wavelength of 420 nm at room temperature, the maximum temperature of continuous operation is 90 ° C., and operation for 1000 hours or more at 50 ° C. and 5 mW can be confirmed. Was. The astigmatic difference is 7μ
m and smaller values were obtained. In addition, low noise characteristics causing self-pulsation were obtained.

【0154】図19図示の実施の形態では、p−下部電
流注入層として、p−クラッド層より屈折率の高い層を
用いている。しかし、p−クラッド層15より抵抗率が
低くければ、必ずしも屈折率の高い層ばかりでなく、略
等しい屈折率を持つ材料や、屈折率の低い材料を用いて
も構わない。
In the embodiment shown in FIG. 19, a layer having a higher refractive index than the p-cladding layer is used as the p-lower current injection layer. However, if the resistivity is lower than that of the p-cladding layer 15, not only a layer having a high refractive index but also a material having a substantially equal refractive index or a material having a low refractive index may be used.

【0155】図10乃至図19図示の実施の形態によれ
ば、次のような効果を得ることができる。
According to the embodiment shown in FIGS. 10 to 19, the following effects can be obtained.

【0156】従来の電流ブロック層にストライプ開口を
有する半導体レーザ素子では、Si等のn型不純物をド
ープし、Mg等のp型不純物を意図的にはドープせずに
形成する電流ブロック層の結晶成長中に、Mg等のp型
不純物原料が電流ブロック層結晶中に取り込まれるとい
う現象が見られる。これは、電流ブロック層と活性層と
の間に位置するクラッド層等を形成する際にドープする
Mg等のp型不純物原料が結晶成長装置の反応炉内壁、
配管等に付着し、これが、電流ブロック層の結晶成長中
に、Mg等のp型不純物原料が結晶成長装置の反応炉内
壁、配管等から脱離するためのと考えられる(メモリ効
果)。
In a conventional semiconductor laser device having a stripe opening in a current block layer, a crystal of the current block layer is formed by doping an n-type impurity such as Si and not intentionally doping a p-type impurity such as Mg. During the growth, a phenomenon is observed in which a p-type impurity material such as Mg is taken into the current block layer crystal. This is because a p-type impurity material such as Mg to be doped when forming a cladding layer or the like located between the current blocking layer and the active layer is formed on the inner wall of the reaction furnace of the crystal growth apparatus,
This is considered to be due to the fact that the p-type impurity material such as Mg is desorbed from the inner wall of the reactor, the piping and the like of the crystal growth apparatus during the crystal growth of the current block layer (memory effect).

【0157】また、電流ブロック層と活性層との間に位
置するクラッド層等、あるいは電流ブロック層上に形成
する電流注入層にドープしたMg等の不純物が、結晶成
長や、素子構造形成プロセスを行う間の熱処理により、
電流ブロック層に拡散する。これらの影響により、電流
ブロック層は意図しない不純物が入り込んだ結晶性の低
いものとならざるを得ない。特に、本来n型にすること
により良好な電流狭窄性をいたらしめる電流ブロック層
が、p型不純物の混入によりn型でなくなり、電流狭窄
性が損なわれ、無効な電流を発生していた。また、混入
するp型不純物よりも多量なn型不純物をドープするこ
とで、n型を保持しようとすると、大量のn型ドーピン
グにより結晶性が損なわれ、無効電流の原因となってい
た。
Further, impurities such as Mg doped in a cladding layer or the like located between the current blocking layer and the active layer, or in a current injection layer formed on the current blocking layer may cause a crystal growth or an element structure forming process. During the heat treatment during the
Diffusion into the current blocking layer. Due to these effects, the current blocking layer must have low crystallinity with unintended impurities. In particular, the current blocking layer, which originally provides good current confinement by being made n-type, is no longer n-type due to the incorporation of p-type impurities, and the current constriction is impaired, generating an invalid current. Also, when trying to maintain n-type by doping a larger amount of n-type impurities than the mixed p-type impurities, a large amount of n-type doping impairs crystallinity and causes a reactive current.

【0158】これに対して本発明によれば、図10図示
の実施の形態において述べたように、電流ブロック層の
厚さを、電流ブロック層と活性層との間のp−層の厚さ
よりも厚くすることにより上記の問題を解消することが
できる。即ち、この構造により、上述のような影響で意
図的にはドーブしないp型不純物が電流ブロック層に混
入しても、少なくとも一部にn型領域を残すことができ
るため電流狭窄効果が向上する。これはメモリ効果によ
る反応炉や配管に付着/脱離する不純物原料の量が、層
を形成する時間即ち層の厚さに依存して増えることを考
慮したものである。電流ブロック層と活性層との間のp
−層の厚さにしたがって電流ブロック層の厚さを厚くす
ることにより、少なくとも一部にn型領域を残すことが
できる。これにより、無効電流が低減され、低しきい値
化、低電圧化、及び信頼性の向上をはかることが可能と
なる。
On the other hand, according to the present invention, as described in the embodiment shown in FIG. 10, the thickness of the current blocking layer is made smaller than the thickness of the p-layer between the current blocking layer and the active layer. The above problem can be solved by increasing the thickness. That is, with this structure, even if a p-type impurity that is not intentionally doped due to the above-described influence is mixed into the current block layer, an n-type region can be left in at least a part, so that the current confinement effect is improved. . This is in consideration of the fact that the amount of the impurity material adhering / desorbing to the reaction furnace or the piping due to the memory effect increases depending on the time for forming the layer, that is, the thickness of the layer. P between the current blocking layer and the active layer
Increasing the thickness of the current blocking layer according to the thickness of the layer can leave an n-type region at least partially; As a result, the reactive current is reduced, and the threshold value, the voltage, and the reliability can be improved.

【0159】更に、本発明によれば、電流ブロック層の
厚さを、電流ブロック層と活性層の距離の2倍よりも厚
くすることにより、メモリ効果によるp型不純物混入を
更に抑制することができる。このため、n型ドーピング
量を過剰に多くすることなく、良好な電流狭窄効果が得
られ、さらなる低しきい値化、低電圧化、及び信頼性の
向上をはかることが可能となる。ただし、電流ブロック
層の厚さが、電流ブロック層と活性層との距離の10倍
よりも厚くなると、電流ブロック層の開口部を制御性よ
く形成することが困難になり、歩留まりが低下すること
から、実質的な厚さの上限があることになる。
Further, according to the present invention, by making the thickness of the current blocking layer larger than twice the distance between the current blocking layer and the active layer, the p-type impurity contamination due to the memory effect can be further suppressed. it can. Therefore, a good current confinement effect can be obtained without excessively increasing the n-type doping amount, and it is possible to further lower the threshold voltage, lower the voltage, and improve the reliability. However, if the thickness of the current block layer is larger than 10 times the distance between the current block layer and the active layer, it becomes difficult to form the opening of the current block layer with good controllability, and the yield may decrease. Therefore, there is a substantial upper limit of the thickness.

【0160】また、本発明によれば、電流ブロック層の
厚さを、電流注入層の厚さよりも厚くすることにより、
意図的にはドープしないp型不純物が電流注入層形成中
に電流ブロック層へ拡散により混入しても、少なくとも
一部にn型領域を残すことができるため電流狭窄効果が
向上する。これは拡散するp型不純物の量が、電流注入
層を形成する時間即ち厚さに依存して増えるため、それ
にしたがって電流ブロック層の厚さを厚くすることによ
り、少なくとも一部にn型領域を残すことができること
による。これにより、無効電流が低減され、低しきい値
化、低電圧化、及び信頼性の向上をはかることが可能と
なる。
Further, according to the present invention, by making the thickness of the current blocking layer larger than the thickness of the current injection layer,
Even if a p-type impurity that is not intentionally doped is mixed into the current blocking layer by diffusion during the formation of the current injection layer, the n-type region can be left in at least a part, so that the current confinement effect is improved. This is because the amount of the diffused p-type impurity increases depending on the time for forming the current injection layer, that is, the thickness. Therefore, by increasing the thickness of the current block layer accordingly, the n-type region is at least partially formed. It depends on what you can leave. As a result, the reactive current is reduced, and the threshold value, the voltage, and the reliability can be improved.

【0161】更に、本発明によれば、電流ブロック層の
厚さを、電流注入層の厚さの1.2倍よりも厚くするこ
とにより、拡散によるp型不純物混入を更に抑制するこ
とができる。このため、n型ドーピング量を過剰に多く
することなく、良好な電流狭窄効果が得られ、さらなる
低しきい値化、低電圧化、及び信頼性の向上をはかるこ
とが可能となる。ただし、電流ブロック層の厚さが、電
流注入層の厚さの2倍よりも厚くなると、電流注入層を
電流ブロック層の開口部に形成する部分での結晶性が十
分得られず、電流注入層上部に形成される電極コンタク
トが不十分となり動作電圧の増加を引き起こすことか
ら、実質的な厚さの上限があることになる。
Further, according to the present invention, by making the thickness of the current blocking layer larger than 1.2 times the thickness of the current injection layer, the p-type impurity contamination due to diffusion can be further suppressed. . Therefore, a good current confinement effect can be obtained without excessively increasing the n-type doping amount, and it is possible to further lower the threshold voltage, lower the voltage, and improve the reliability. However, when the thickness of the current blocking layer is larger than twice the thickness of the current injection layer, sufficient crystallinity cannot be obtained at the portion where the current injection layer is formed in the opening of the current blocking layer, and the current injection There is a substantial upper limit on the thickness since the electrode contacts formed on top of the layer become insufficient and cause an increase in operating voltage.

【0162】また本発明によれば、電流注入層の厚さ
は、電流ブロック層と活性層との距離よりも厚くするこ
とにより、素子化プロセスにおける熱処理で電流ブロッ
ク層と活性層との間に位置するクラッド層の歪みが緩和
し、結晶中にクラック(ひび割れ)を発生することを防
ぐことができる。このため、良好な電流狭窄効果が得ら
れ、低しきい値化、低電圧化、及び信頼性の向上をはか
ることが可能となる。ただし、電流注入層の厚さは、電
流ブロック層と活性層との距離の1.7倍から5倍の間
の大きさであることが望ましい。ここで、電流注入層の
厚さが電流ブロック層と活性層との距離(p−クラッド
層の厚さ)に対して、上記の範囲よりも大きくなると、
直列抵抗が増大して動作電圧が増加し、逆に上記の範囲
よりも小さくなると、光の閉じ込めが不十分になる。
Further, according to the present invention, the thickness of the current injection layer is made larger than the distance between the current block layer and the active layer, so that the thickness between the current block layer and the active layer is increased by the heat treatment in the device fabrication process. The strain of the located clad layer is alleviated, and the generation of cracks (cracks) in the crystal can be prevented. Therefore, a good current confinement effect can be obtained, and it is possible to lower the threshold voltage, lower the voltage, and improve the reliability. However, it is desirable that the thickness of the current injection layer is between 1.7 and 5 times the distance between the current blocking layer and the active layer. Here, when the thickness of the current injection layer is larger than the above range with respect to the distance between the current blocking layer and the active layer (the thickness of the p-clad layer),
When the series resistance increases and the operating voltage increases, and conversely, becomes smaller than the above range, light confinement becomes insufficient.

【0163】一方、従来の電流ブロック層にストライプ
開口を有する窒化ガリウム系半導体レーザ素子では、n
−電流ブロック層とその下層のp−層の界面、あるいは
電流ブロック層とp−電流注入層との界面には微小な穴
等の欠陥が発生しやすい。これらの層の界面とpn接合
面とが略等しく位置するため、pn接合面に存在する欠
陥が引き起こす発生結合による無効電流を発生する原因
となり、電流狭窄性を阻害する要因となっていた。
On the other hand, in a conventional gallium nitride based semiconductor laser device having a stripe opening in a current block layer, n
-Defects such as minute holes are likely to occur at the interface between the current blocking layer and the p-layer below it or at the interface between the current blocking layer and the p-current injection layer. Since the interface between these layers and the pn junction surface are positioned substantially equal, it causes a reactive current due to the coupling generated by a defect existing in the pn junction surface, and inhibits current constriction.

【0164】これに対し本発明によれば、Si等のn型
の不純物がドープされた電流ブロック層内に少なくとも
n型でない領域を形成し、pn接合面と結晶層の界面を
積極的にずらす。これにより、pn接合界面に存在する
欠陥が引き起こす発生再結合による無効電流が低減さ
れ、低しきい値化、低電圧化、及び信頼性の向上をはか
ることが可能となる。
On the other hand, according to the present invention, at least a non-n-type region is formed in the current block layer doped with an n-type impurity such as Si, and the interface between the pn junction surface and the crystal layer is positively shifted. . As a result, reactive current due to recombination generated by defects existing at the pn junction interface can be reduced, and lower threshold voltage, lower voltage, and improved reliability can be achieved.

【0165】上記n型でない領域は、欠陥が発生しやす
い電流ブロック層とその下層の界面、あるいは電流ブロ
ック層とp型の電流注入層の界面、あるいはその両方に
設けることが望ましい。また、上記n型でない領域は、
Mg等のp型不純物が添加され、低濃度のp型、あるい
は高抵抗のi型に形成されることが望ましい。また、そ
のキャリア濃度プロファイルは、連続的に変化すること
により、電界が局所的に集中せず、無効電流を更に抑制
することができる。
The non-n-type region is desirably provided at the interface between the current block layer and the lower layer where defects easily occur, the interface between the current block layer and the p-type current injection layer, or both. In addition, the non-n-type region is
It is desirable that a p-type impurity such as Mg is added to form a low-concentration p-type or a high-resistance i-type. Further, since the carrier concentration profile changes continuously, the electric field is not locally concentrated, and the reactive current can be further suppressed.

【0166】他方、従来の電流ブロック層にストライプ
開口を有する窒化ガリウム系半導体レーザ素子では、接
合に平行方向の実効的な屈折率が一定で、光の導波機構
や、基本横モードの安定化機構が形成されていない。こ
のため高次横モードが発生したり、吸収損失、回折損失
によるしきい電流の増加や、導波される光波面の湾曲に
よる大きな非点隔差等が生じ、光ディスク用のレーザと
して不可欠な特性を実現することが困難であった。
On the other hand, in the conventional gallium nitride based semiconductor laser device having a stripe opening in the current block layer, the effective refractive index in the direction parallel to the junction is constant, and the light guide mechanism and the stabilization of the fundamental transverse mode are stabilized. No mechanism has been formed. As a result, higher-order transverse modes occur, threshold current increases due to absorption loss and diffraction loss, and large astigmatic difference occurs due to the curvature of the guided optical wavefront. It was difficult to realize.

【0167】これに対し本発明によれば、電流注入層の
少なくとも活性層に近接する部分を、活性層の発光波長
に対応するバンドギャップより大きなバンドギャップと
すると共に、電流ブロック層より大きな屈折率とするこ
とができる。これにより、接合に平行方向の実効的な屈
折率が電流注入されるストライプ状の開口部で高い光の
導波機構が形成でき、基本横モードを安定化し、光の吸
収損失、回折損失によるしきい電流の増加を抑えると共
に、導波される光の波面を平坦にし、光ディスク用のレ
ーザとして不可欠な小さな非点隔差を実現することが可
能となる。
On the other hand, according to the present invention, at least a portion of the current injection layer close to the active layer has a band gap larger than the band gap corresponding to the emission wavelength of the active layer, and has a larger refractive index than the current blocking layer. It can be. As a result, a high light guiding mechanism can be formed at the stripe-shaped opening where the effective refractive index in the direction parallel to the junction is injected with current, stabilizing the fundamental transverse mode, and reducing the light absorption loss and diffraction loss. In addition to suppressing the increase in the threshold current, the wavefront of the guided light is flattened, and a small astigmatic difference indispensable as a laser for an optical disk can be realized.

【0168】また、上述の構造では、電流注入層と活性
層の間にあるクラッド層の屈折率と、電流ブロック層の
屈折率、あるいは、電流注入層の少なくとも活性層に近
接する部分の屈折率を略等しくすることができる。これ
により、屈折率の微妙な違いを制御する必要がなくな
り、製造が容易になり、再現性、歩留まりの高い半導体
レーザを提供することができる。
In the above structure, the refractive index of the cladding layer between the current injection layer and the active layer, the refractive index of the current blocking layer, or the refractive index of at least a portion of the current injection layer close to the active layer Can be made substantially equal. This eliminates the need to control subtle differences in the refractive index, facilitates manufacture, and provides a semiconductor laser with high reproducibility and high yield.

【0169】また、本発明によれば、電流ブロック層
を、活性層の発光波長に対応するバンドギャップより大
きなバンドギャップとすると共に、電流注入層の少なく
とも活性層に近接する部分より大きな屈折率とすること
ができる。これにより、接合に平行方向の実効的な屈折
率が電流注入されるストライプ状の開口部で低い光の導
波機構が形成でき、基本横モードを安定化し、光の吸収
損失によるしきい電流の増加を抑えると共に、導波され
る光の波面を平坦にし、光ディスク用のレーザとして不
可欠な小さな非点隔差を実現することが可能となる。
According to the present invention, the current blocking layer has a band gap larger than the band gap corresponding to the emission wavelength of the active layer, and has a refractive index larger than at least a portion of the current injection layer close to the active layer. can do. As a result, a light guiding mechanism with a low light can be formed at the stripe-shaped opening into which an effective refractive index in the direction parallel to the junction is injected, stabilizing the fundamental transverse mode, and reducing the threshold current due to light absorption loss. In addition to suppressing the increase, the wavefront of the guided light is flattened, and a small astigmatic difference indispensable as a laser for an optical disk can be realized.

【0170】上述の構造においても、電流注入層と活性
層の間にあるクラッド層の屈折率と、電流ブロック層の
屈折率、あるいは、電流注入層の少なくとも活性層に近
接する部分の屈折率を略等しくすることにより、屈折率
の微妙な違いを制御する必要がなくなり、製造が容易に
なり、再現性、歩留まりの高い半導体レーザを提供する
ことができる。
Also in the above-described structure, the refractive index of the cladding layer between the current injection layer and the active layer and the refractive index of the current block layer, or the refractive index of at least a portion of the current injection layer close to the active layer are determined. By making them approximately equal, it is not necessary to control a delicate difference in refractive index, which facilitates manufacture, and provides a semiconductor laser with high reproducibility and high yield.

【0171】また、本発明によれば、電流注入層の少な
くとも活性層に近接する部分のバンドギャップを、活性
層の発光波長に対応するバンドギャップより大きくする
と共に、電流ブロック層のバンドギャップを活性層の発
光波長に対応するバンドギャップより小さくすることが
できる。これにより、接合に平行方向の実効的な屈折率
が電流注入されるストライプ状の開口部で高い光の導波
機構が形成できると共に、高次横モードに対しての吸収
損失を大きくすることができる。このため、基本横モー
ドを安定化し、光の回折損失によるしきい電流の増加を
抑えると共に、導波される光の波面を平坦にし、光ディ
スク用のレーザとして不可欠な小さな非点隔差を実現す
ることが可能となる。
According to the present invention, the band gap of at least a portion of the current injection layer close to the active layer is made larger than the band gap corresponding to the emission wavelength of the active layer, and the band gap of the current block layer is made active. It can be smaller than the band gap corresponding to the emission wavelength of the layer. As a result, a high optical waveguide mechanism can be formed at the stripe-shaped opening into which the effective refractive index in the direction parallel to the junction is injected with current, and the absorption loss for higher-order transverse modes can be increased. it can. Therefore, stabilizing the fundamental transverse mode, suppressing the increase in threshold current due to light diffraction loss, flattening the wavefront of guided light, and achieving a small astigmatic difference indispensable as a laser for optical discs. Becomes possible.

【0172】他方、従来の電流ブロック層にストライプ
開口を有する窒化ガリウム系半導体レーザ素子では、活
性層と電流ブロック層の間に形成されるクラッド層等の
厚さが接合方向に均一であることから、電流の広がりに
より、発振に寄与しない無効な電流を生じるという問題
があった。
On the other hand, in a conventional gallium nitride based semiconductor laser device having a stripe opening in a current block layer, the thickness of a clad layer formed between the active layer and the current block layer is uniform in the bonding direction. In addition, there is a problem that an invalid current which does not contribute to the oscillation is generated due to the spread of the current.

【0173】これに対し、本発明によれば、電流注入層
を、ストライプ状の開口部において、電流注入層と活性
層に挟まれたクラッド層に形成された溝部に接するよう
に形成することにより、電流をストライプ中央部に集中
させることが可能になり、電流広がりによる無効な電流
を抑制することが可能となる。このような構造は電流注
入層の少なくともクラッド層溝部に接する部分の抵抗率
をクラッド層の抵抗率よりも低くすることにより顕著に
行うことが可能となる。
On the other hand, according to the present invention, the current injection layer is formed so as to be in contact with the groove formed in the cladding layer sandwiched between the current injection layer and the active layer in the stripe-shaped opening. In addition, the current can be concentrated at the center of the stripe, and an invalid current due to current spreading can be suppressed. Such a structure can be remarkably performed by making the resistivity of at least a portion of the current injection layer which is in contact with the groove of the cladding layer lower than the resistivity of the cladding layer.

【0174】また、上述の構造において、電流注入層の
少なくとも活性層に近接する部分の屈折率を、クラッド
層の屈折率より大きくする、あるいは小さくすることに
よって、接合に平行方向の実効的な屈折率が電流注入さ
れる部分において高い、あるいは低い光の導波機構が形
成できる。これにより、基本横モードを安定化し、光の
吸収損失や回折損失によるしきい電流の増加を抑えると
共に、導波される光の波面を平坦にし、光ディスク用の
レーザとして不可欠な小さな非点隔差を実現することが
可能となる。
In the above-described structure, the refractive index of at least a portion of the current injection layer close to the active layer is made larger or smaller than the refractive index of the cladding layer, so that the effective refraction in the direction parallel to the junction is achieved. A high or low optical waveguide mechanism can be formed at the portion where the current is injected. This stabilizes the fundamental transverse mode, suppresses the increase in threshold current due to light absorption loss and diffraction loss, flattens the wavefront of guided light, and reduces the small astigmatic difference indispensable for lasers for optical disks. It can be realized.

【0175】また、上述の構造において、クラッド層に
形成される溝部の形状を制御することにより、電流注入
の幅、光の導波機構の幅を個別に制御することが可能と
なる。クラッド層の溝部をV字状にすることによって、
中央に電流を集中させることができる。これはしきい電
流低いレーザを作るのに有効である。また、クラッド層
の溝部の底部を平坦とすることによって、電流注入の
幅、光の導波機構の幅を略一致させることができる。こ
れは非点隔差の小さなレーザを作るのに有効である。ま
た、クラッド層の溝部の幅をストライプ状の開口部の幅
より狭くすることにより、電流注入の幅を光の導波機構
の幅より狭くすることができる。これは活性層の電流注
入される部分の両脇の非注入部分での吸収の発生を促
し、過飽和吸収体とすることにより、セルフパルセーシ
ョンを起こす低ノイズレーザとするのに有効である。
In the above structure, by controlling the shape of the groove formed in the cladding layer, the width of the current injection and the width of the light guiding mechanism can be individually controlled. By making the groove of the cladding layer V-shaped,
The current can be concentrated at the center. This is useful for making a laser with a low threshold current. Also, by making the bottom of the groove of the cladding layer flat, the width of the current injection and the width of the light guiding mechanism can be made substantially the same. This is effective for producing a laser having a small astigmatic difference. Further, by making the width of the groove of the cladding layer narrower than the width of the stripe-shaped opening, the width of current injection can be made narrower than the width of the optical waveguide mechanism. This promotes absorption in the non-injection portions on both sides of the current injection portion of the active layer, and is effective for forming a supersaturated absorber to produce a low-noise laser causing self-pulsation.

【0176】図20は、本発明の更に別の実施の形態に
係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの素子構造を示
す断面図である。この実施の形態は、電流狭窄構造の開
口部において、開口部の側壁と、電流ブロック層16と
電流注入層(層17+層18)との界面とが、45°か
ら90°の角度をなすことを特徴とする。図20図示の
半導体レーザの製造方法の実施例について、図21
(a)〜(c)及び図22(a)〜(c)を参照して説
明する。
FIG. 20 is a sectional view showing a device structure of a gallium nitride based compound semiconductor laser according to still another embodiment of the present invention. In this embodiment, in the opening of the current constriction structure, the angle between the side wall of the opening and the interface between the current blocking layer 16 and the current injection layer (layer 17 + layer 18) is 45 ° to 90 °. It is characterized by. An embodiment of the method of manufacturing the semiconductor laser shown in FIG.
This will be described with reference to (a) to (c) and FIGS. 22 (a) to (c).

【0177】まず、サファイア基板10上に有機金属気
相成長法(MOCVD法)によりGaNのバッファ層1
1を10〜200nm程度の膜厚で成長し、その上にS
iドープGaNのn−コンタクト層12を4μmの膜厚
で成長した。続いてSiドープGa0.8 Al0.2 Nのn
−クラッド層13を250nmの膜厚で成長した。次
に、ノンドープのGaNの厚さ200nmの光ガイド
層、厚さ1.5nmのノンドープIn0.25Ga0.75N及
び厚さ3nmのノンドープIn0.05Ga0.95Nの2種類
のInGaN層を50周期繰り返して構成される多重量
子井戸(MQW)構造、そしてノンドープGaNの厚さ
200nmの光ガイド層を積層成長してなるMQW活性
層14を形成した。次に、MgドープGa0.8 Al0.2
Nのp−クラッド層15を成長し、続いて厚さ0.6μ
mのMgドープGaNのp−エッチングストップ層7
2、SiドープGaNのn−電流ブロック層16を厚さ
1.0μmを順次積層した(図21(a))。
First, a GaN buffer layer 1 was formed on a sapphire substrate 10 by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD).
1 is grown to a film thickness of about 10 to 200 nm, and S
An n-contact layer 12 of i-doped GaN was grown to a thickness of 4 μm. Subsequently, n of Si-doped Ga 0.8 Al 0.2 N
A cladding layer 13 was grown with a thickness of 250 nm; Next, a non-doped GaN optical guide layer having a thickness of 200 nm, two types of InGaN layers of a non-doped In 0.25 Ga 0.75 N having a thickness of 1.5 nm and a non-doped In 0.05 Ga 0.95 N having a thickness of 3 nm are formed by repeating 50 periods. The MQW active layer 14 was formed by laminating a multi-quantum well (MQW) structure to be formed and a light guide layer of non-doped GaN having a thickness of 200 nm. Next, Mg-doped Ga 0.8 Al 0.2
A p-cladding layer 15 of N is grown, followed by a thickness of 0.6 μm.
Mg-doped GaN p-etch stop layer 7
2. An n-current blocking layer 16 of Si-doped GaN having a thickness of 1.0 μm was sequentially laminated (FIG. 21A).

【0178】次に、図21(b)図示の如く、電流ブロ
ック層16上に無機材料層74として熱CVD法により
SiO2 膜を400nm堆積した。引き続きレジスト層
(AZ4330)76を厚さ3μm塗布し、光露光プロ
セスにより、ストライプパターンを転写した。次に、現
像後ウエハを150℃の窒素雰囲気のオーブンに20分
間入れレジストの硬化処理を行った。
Next, as shown in FIG. 21B, a 400 nm-thick SiO 2 film was deposited as an inorganic material layer 74 on the current blocking layer 16 by a thermal CVD method. Subsequently, a resist layer (AZ4330) 76 was applied to a thickness of 3 μm, and a stripe pattern was transferred by a light exposure process. Next, after the development, the wafer was placed in an oven in a nitrogen atmosphere at 150 ° C. for 20 minutes to perform a resist curing treatment.

【0179】この処理において、温度が高いほどレジス
トは硬化し、ドライエッチング時のプラズマ耐性が増加
した。100℃以上でプラズマ耐性の上昇が見られた。
また、温度が高い方では、250℃以上では、エッチン
グ後のレジストの剥離が困難となった。このため、実質
的には100℃から250℃の範囲での処理が有効であ
った。
In this treatment, the higher the temperature, the more the resist was cured, and the plasma resistance during dry etching was increased. Above 100 ° C., an increase in plasma resistance was observed.
On the other hand, when the temperature was higher, at 250 ° C. or higher, it was difficult to remove the resist after etching. For this reason, the treatment in the range of 100 ° C. to 250 ° C. was effective.

【0180】現像直後はレジスト層76の側壁はレジス
ト層76と電流ブロック層16との界面に対してほぼ垂
直であるが、このレジスト硬化処理により、レジストの
リフロー現象が生じ、図21(c)図示の如く、レジス
ト層76のマスクの側壁にテーパ78を形成することが
できた。このような、レジストの側壁のテーパにより、
ドライエッチング時にスパッタリングによりレジスト層
76の後退が生じた。その結果、図22(a)図示の如
く、窒化ガリウム系化合物半導体エッチング部の側壁に
テーパ79を形成することができた。なお、テーパ79
の角度はレジストの硬化処理時の温度とレジスト層76
及び無機材料層74の厚さとで制御することができる。
Immediately after the development, the side wall of the resist layer 76 is almost perpendicular to the interface between the resist layer 76 and the current blocking layer 16, but this resist curing treatment causes a reflow phenomenon of the resist, and FIG. As shown, a taper 78 could be formed on the side wall of the mask of the resist layer 76. Due to such a taper of the side wall of the resist,
During the dry etching, the resist layer 76 receded due to sputtering. As a result, as shown in FIG. 22A, a taper 79 could be formed on the side wall of the etched portion of the gallium nitride-based compound semiconductor. The taper 79
Is the temperature at the time of the hardening process of the resist and the resist layer 76.
And the thickness of the inorganic material layer 74.

【0181】以上のように形成した無機材料層74及び
レジスト層76の2層のマスクを用いて、電流ブロック
層16の一部を塩素ガスを用いた反応性イオンビームエ
ッチング(RIBE)法により、ストライプ状にエッチ
ングストップ層72が露出するまでエッチングした。電
流ブロック層16のエッチング条件は、塩素圧力0.4
mTorr、マイクロ波パワー200W、イオン加速電
圧500Vとした。この結果、幅5μm、深さ1.7μ
mで、エッチング側壁の電流ブロック層とマスクとの界
面とのなす角度が約50°の開口部が作製できた。
Using two masks of the inorganic material layer 74 and the resist layer 76 formed as described above, a part of the current block layer 16 is formed by a reactive ion beam etching (RIBE) method using chlorine gas. The etching was performed until the etching stop layer 72 was exposed in a stripe shape. The etching condition of the current blocking layer 16 is a chlorine pressure of 0.4.
mTorr, microwave power 200 W, ion acceleration voltage 500 V. As a result, the width is 5 μm and the depth is 1.7 μm.
With m, an opening having an angle of about 50 ° between the current blocking layer on the etching side wall and the interface of the mask was formed.

【0182】ドライエッチングの後にウエハを硫酸:過
水:水の混合液、次に弗酸中で処理し、図22(b)図
示の如く、エッチングマスクを除去した。更に、100
℃以上に加熱したHNO3 :HCl=3:1の溶液中に
30分間浸した後、純水でリンスした。
After the dry etching, the wafer was treated in a mixed solution of sulfuric acid: hydrogen peroxide: water and then in hydrofluoric acid, and the etching mask was removed as shown in FIG. In addition, 100
After being immersed in a solution of HNO 3 : HCl = 3: 1 heated to at least 30 ° C. for 30 minutes, it was rinsed with pure water.

【0183】以上に述べた処理の後に、図22(c)図
示の如く、MgドープGaNの第1p−コンタクト層1
7を1.0μm、及び第1p−コンタクト層17よりも
更に高い濃度までMgをドープしたp+ −GaNの第2
p−コンタクト層17を0.2μm、MOCVDにより
再成長した。
After the processing described above, as shown in FIG. 22C, the first p-contact layer 1 of Mg-doped GaN is formed.
7 is 1.0 μm, and the second of p + -GaN doped with Mg to a higher concentration than the first p-contact layer 17.
The p-contact layer 17 was regrown to a thickness of 0.2 μm by MOCVD.

【0184】次に、電流ブロック層16の開口部のスト
ライプから外れた位置で、同ストライプと平行にn−コ
ンタクト層12まで再びRIBEにより部分的にエッチ
ングした。これにより、ダブルヘテロ構造及び電流狭窄
構造を有するメサを形成すると共に、その横にn−コン
タクト層12を吐出部を形成した。次に、露出したn−
コンタクト層12の表面にn側電極21を形成し、p−
コンタクト層18の表面にp側電極22を形成した。更
に素子分離工程を行い、図20図示の窒化ガリウム系半
導体レーザ素子を作製した。
Next, at a position deviated from the stripe at the opening of the current block layer 16, the n-contact layer 12 was partially etched again by RIBE in parallel with the stripe. As a result, a mesa having a double hetero structure and a current confinement structure was formed, and an n-contact layer 12 was formed next to the mesa. Next, the exposed n-
An n-side electrode 21 is formed on the surface of the contact layer 12,
The p-side electrode 22 was formed on the surface of the contact layer 18. Further, an element separation step was performed to produce the gallium nitride based semiconductor laser element shown in FIG.

【0185】図23にp−コンタクト層(第1及び第2
p−コンタクト層17、18を1つの層として見たも
の、以下同じ)再成長後の開口部周辺の走査電子顕微鏡
写真図を示す。図示の如く、再成長後の表面は良好な平
坦性であった。また、再成長層と電流ブロック層の開口
部底面との界面、及び再成長層と電流ブロック層の側面
との界面における結晶性の劣化は観察されなかった。
FIG. 23 shows a p-contact layer (first and second layers).
A view of the p-contact layers 17 and 18 as one layer (the same applies hereinafter). A scanning electron micrograph of the periphery of the opening after regrowth. As shown, the surface after the regrowth had good flatness. In addition, no deterioration in crystallinity was observed at the interface between the regrown layer and the bottom surface of the opening of the current block layer and at the interface between the regrown layer and the side surface of the current block layer.

【0186】この製造方法によれば、電流ブロック層1
6の開口部の側壁と電流ブロック層16の上面とp−コ
ンタクト層との界面とのなす角度θ(図21(c))を
制御することができる。しかし、この角度が小さ過ぎる
場合には、ドライエッチング時のマスクの後退が著しく
なるため、電流ブロック層16の開口部の幅の制御が困
難となる。また、図24に示すように、n−GaN電流
ブロック層16中へは、第1回目の結晶成長中あるいは
再成長工程中にp−GaNエッチングストップ層72や
p−GaNコンタクト層からのMgの拡散が生じると共
に、成長中の反応管周辺のMgの汚染に起因するn−G
aN層16中へのMgの取り込まれがある。このため、
n−GaN層16とp−GaN層界面にはi−GaNあ
るいは、p- −GaNの領域が形成されており、実効的
な厚さが薄くなっている。このため、電流ブロック層1
6の開口部の側壁と電流ブロック層16の上面とコンタ
クト層との界面とのなす角度が小さい場合には、電流狭
窄効果を示しうるn−GaN電流ブロック層16の開口
部の幅が広くなってしまうと共に、幅の制御性も悪くな
る。従って、実用的な角度としては、45°以上が良
い。
According to this manufacturing method, the current blocking layer 1
The angle θ (FIG. 21C) formed between the side wall of the opening 6 and the interface between the upper surface of the current blocking layer 16 and the p-contact layer can be controlled. However, if the angle is too small, the mask will retreat remarkably during dry etching, making it difficult to control the width of the opening of the current blocking layer 16. Further, as shown in FIG. 24, during the first crystal growth or the regrowth step, Mg from the p-GaN etching stop layer 72 or the p-GaN contact layer is introduced into the n-GaN current block layer 16. Diffusion occurs and n-G due to Mg contamination around the growing reaction tube
Mg is taken into the aN layer 16. For this reason,
At the interface between the n-GaN layer 16 and the p-GaN layer, a region of i-GaN or p − -GaN is formed, and the effective thickness is reduced. Therefore, the current blocking layer 1
When the angle between the side wall of the opening 6 and the interface between the upper surface of the current blocking layer 16 and the contact layer is small, the width of the opening of the n-GaN current blocking layer 16 that can exhibit the current confinement effect becomes wide. At the same time, the controllability of the width also worsens. Therefore, a practical angle is preferably 45 ° or more.

【0187】図25(a)〜(c)及び図26(a)〜
(c)は、本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの製造方法の実施例を示す図
である。
FIGS. 25 (a)-(c) and 26 (a)-
(C) is a figure which shows the example of the manufacturing method of the gallium nitride compound semiconductor laser which concerns on another embodiment of this invention.

【0188】電流狭窄効果を高めるためには、電流ブロ
ック層16の開口部の幅を3μm以下まで狭くする必要
がある。このような狭い開口部を得るためには、レジス
ト層76のパターン側壁の角度を垂直に近くし、ドライ
エッチングにより形成される電流ブロック層の開口部の
側壁も垂直に近くする必要がある。
In order to enhance the current confinement effect, the width of the opening of the current block layer 16 must be reduced to 3 μm or less. In order to obtain such a narrow opening, the angle of the pattern side wall of the resist layer 76 needs to be close to vertical, and the side wall of the opening of the current block layer formed by dry etching needs to be close to vertical.

【0189】まず、図21(a)を参照して説明したも
のと同じ工程により、n−GaN電流ブロック層16ま
での積層構造を成長した(図25(a))。次に、図2
5(b)図示の如く、n−GaN電流ブロック層にSi
O2 層74を熱CVDにより0.4μm堆積した。引き
続きレジスト層(AZ4330)76を厚さ3μm塗布
した。その後、ウエハを250℃の窒素雰囲気のオーブ
ンに20分間入れレジストの硬化処理を行った。
First, a laminated structure up to the n-GaN current block layer 16 was grown by the same steps as those described with reference to FIG. 21A (FIG. 25A). Next, FIG.
5 (b) As shown in FIG.
An O 2 layer 74 was deposited to a thickness of 0.4 μm by thermal CVD. Subsequently, a resist layer (AZ4330) 76 was applied to a thickness of 3 μm. Thereafter, the wafer was placed in an oven in a nitrogen atmosphere at 250 ° C. for 20 minutes to perform a hardening treatment of the resist.

【0190】その後、TiまたはAl層82を100〜
200nm電子ビーム蒸着装置により蒸着した。更にレ
ジスト層(AZ4110)84を厚さ1μm塗布し、光
露光プロセスにより、ストライプパターンをレジスト層
84に転写した(図25(c))。現像後、塩素ガスを
用いた反応性イオンビームエッチングによりTiまたは
Al層82をエッチングし、ストライプパターンを作製
した(図26(a))。更に、酸素ガスを用いたRIB
Eにより、TiまたはAl層82をマスクとして、レジ
スト層76をエッチングしストライプパターンを転写し
た(図26(b))。
Thereafter, the Ti or Al layer 82 is
Evaporation was performed using a 200 nm electron beam evaporation apparatus. Further, a resist layer (AZ4110) 84 was applied to a thickness of 1 μm, and a stripe pattern was transferred to the resist layer 84 by a light exposure process (FIG. 25C). After the development, the Ti or Al layer 82 was etched by reactive ion beam etching using chlorine gas to form a stripe pattern (FIG. 26A). Furthermore, RIB using oxygen gas
E, the resist layer 76 was etched using the Ti or Al layer 82 as a mask to transfer the stripe pattern (FIG. 26B).

【0191】この工程により、ほぼ垂直の側壁を有する
レジスト層76を作製することができた。レジスト層7
6は既に250℃でレジストの硬化処理を行っているた
め、塩素プラズマに対する耐性は良好であった。SiO
2 層74を選択的にエッチング除去した後、レジスト層
76及びSiO2 層74の二層マスクにより電流ブロッ
ク層16の開口部のエッチングを行った。その結果、幅
1μmで垂直な側壁を有する電流ブロック層16の開口
部が作製できた。
By this step, a resist layer 76 having substantially vertical side walls could be manufactured. Resist layer 7
Sample No. 6 had already been subjected to the resist curing treatment at 250 ° C., and thus had good resistance to chlorine plasma. SiO
After selectively etching away the second layer 74, it was etched opening of the current blocking layer 16 by a two-layer mask of the resist layer 76 and the SiO 2 layer 74. As a result, an opening of the current block layer 16 having a width of 1 μm and a vertical side wall was formed.

【0192】図20乃至図26を参照して述べた実施の
形態によれば、次のような効果を得ることができる。ま
ず、再成長するコンタクト層17が薄くても、電流ブロ
ック層16の開口部を平坦に埋め込むことができる。ま
た、電流ブロック層16の開口部の底面と再成長コンタ
クト層17との界面及び開口部側面と再成長コンタクト
層17との界面での結晶性の劣化を抑制することができ
る。従って、これらの界面でのリーク電流を抑制するこ
とができ、電流の狭窄及び活性層への均一な電流注入を
行うことができる。このため、低しきい値化及び信頼性
の向上をはかることが可能となる。したがって、光ディ
スク等への実用に供する高い信頼性を有する窒化ガリウ
ム系化合物半導体レーザを実現することが可能となる。
According to the embodiment described with reference to FIGS. 20 to 26, the following effects can be obtained. First, even if the contact layer 17 to be regrown is thin, the opening of the current block layer 16 can be buried flat. In addition, crystallinity degradation at the interface between the bottom surface of the opening of the current block layer 16 and the regrown contact layer 17 and at the interface between the side surface of the opening and the regrown contact layer 17 can be suppressed. Therefore, leakage current at these interfaces can be suppressed, and current can be constricted and current can be uniformly injected into the active layer. Therefore, it is possible to lower the threshold value and improve the reliability. Therefore, it is possible to realize a highly reliable gallium nitride-based compound semiconductor laser that is practically used for an optical disk or the like.

【0193】図27(a)〜(c)は、本発明の更に別
の実施の形態に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザ
の製造方法の実施例を示す図である。なお、この実施例
の製造方法は、図21(a)〜(c)及び図22(a)
〜(c)を参照して説明したものと実質的に同じである
ため、その概略のみを説明する。
FIGS. 27A to 27C are diagrams showing an example of a method for manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to still another embodiment of the present invention. 21A to 21C and FIG. 22A.
Since it is substantially the same as that described with reference to (c), only its outline will be described.

【0194】まず、サファイア基板10上に、GaNの
10〜200nm程度の膜厚のバッファ層11、Siド
ープn−GaNの4μmの膜厚のn−コンタクト層1
2、Siドープn−Ga0.8 Al0.2 Nの250nmの
膜厚のn−クラッド層13、多層構造のMQW活性層1
4、MgドープGa0.8 Al0.2 Nのp−クラッド層1
5、MgドープGaNの厚さ0.6μmのp−エッチン
グストップ層72、SiドープGaNの厚さ1.0μm
のn−電流ブロック層16を順次積層した(図27
(a))。
First, on the sapphire substrate 10, a buffer layer 11 of GaN having a thickness of about 10 to 200 nm and an n-contact layer 1 of Si-doped n-GaN having a thickness of 4 μm are provided.
2. Si-doped n-Ga 0.8 Al 0.2 N n-cladding layer 13 having a thickness of 250 nm, MQW active layer 1 having a multilayer structure
4. Mg-doped Ga 0.8 Al 0.2 N p-clad layer 1
5, Mg-doped GaN p-etch stop layer 72 with a thickness of 0.6 μm, Si-doped GaN with a thickness of 1.0 μm
27 were sequentially laminated (FIG. 27).
(A)).

【0195】次に、電流ブロック層16上に厚さ400
nmのSiO2 無機材料層74及び厚さ3μmのレジス
ト層(AZ4330)76を形成した。光露光プロセス
により、レジスト層76にストライプパターンを転写し
た後、現像後ウエハを150℃の窒素雰囲気のオーブン
に20分間入れレジストの硬化処理を行った。このレジ
スト硬化処理により、レジストのリフロー現象が生じ、
レジスト層76の側壁にはテーパを形成することができ
た。
Next, a thickness of 400
A SiO 2 inorganic material layer 74 nm and a resist layer (AZ4330) 76 having a thickness of 3 μm were formed. After the stripe pattern was transferred to the resist layer 76 by a light exposure process, the developed wafer was placed in an oven in a nitrogen atmosphere at 150 ° C. for 20 minutes to cure the resist. This resist curing process causes a reflow phenomenon of the resist,
The side wall of the resist layer 76 could be tapered.

【0196】窒化ガリウム系化合物半導体のエッチング
では、レジストマスクとの選択比がほぼ1と小さい。こ
のため、レジスト層76のマスクの側壁にテーパがある
場合には、エッチングにともなうマスク後退のために、
窒化ガリウム系化合物半導体のエッチング部の側壁へテ
ーパを形成することができる。このテーパの角度はレジ
ストの硬化処理時の温度とレジスト層76及び無機材料
層74の厚さとで制御することができる。なお、無機マ
スク層はSiO2 である必要はなくSiNxを用いても
よい。
In the etching of a gallium nitride-based compound semiconductor, the selectivity with respect to a resist mask is as small as approximately 1. For this reason, when the side wall of the mask of the resist layer 76 has a taper, the mask recedes due to the etching.
A taper can be formed on the side wall of the etched portion of the gallium nitride-based compound semiconductor. The angle of this taper can be controlled by the temperature at the time of the resist curing process and the thickness of the resist layer 76 and the inorganic material layer 74. Note that the inorganic mask layer does not need to be SiO 2 and may use SiNx.

【0197】以上のように形成した無機材料層74及び
レジスト層76の2層のマスクを用いて、電流ブロック
層16の一部を塩素ガスを用いた反応性イオンビームエ
ッチング(RIBE)法により、ストライプ状にエッチ
ングストップ層72が露出するまでエッチングした。こ
の結果、幅5μm、深さ1.7μmで、エッチング側壁
の電流ブロック層とマスクとの界面とのなす角度が約5
0°の開口部77が作製できた(図27(b))。
Using the two-layer mask of the inorganic material layer 74 and the resist layer 76 formed as described above, a part of the current block layer 16 is formed by a reactive ion beam etching (RIBE) method using chlorine gas. The etching was performed until the etching stop layer 72 was exposed in a stripe shape. As a result, the width of 5 μm, the depth of 1.7 μm, and the angle between the interface between the current blocking layer on the etching side wall and the mask was about 5
An opening 77 of 0 ° was produced (FIG. 27B).

【0198】ドライエッチングの後にウエハを硫酸:過
水:水の混合液、次に弗酸中で処理し、エッチングマス
クを除去した。更に100℃以上に加熱したHNO3 :
HCl=3:1の溶液中に30分間浸した後、純水でリ
ンスした。100℃以上に加熱したHNO3 :HCl=
3:1の溶液中に30分間浸すことにより、開口部77
及び電流ブロック層16表面を約4nmエッチングし、
ドライエッチングによるエッチング残さや結晶中のダメ
ージ層を除去した。この処理によるモホロジーの劣化は
無く、後述するように良好な埋め込みが可能であった。
After the dry etching, the wafer was treated in a mixed solution of sulfuric acid: hydrogen peroxide: water and then in hydrofluoric acid to remove the etching mask. HNO 3 further heated to 100 ° C. or higher:
After being immersed in a solution of HCl = 3: 1 for 30 minutes, it was rinsed with pure water. HNO 3 : HCl =
By immersing in a 3: 1 solution for 30 minutes, the opening 77
And etching the surface of the current block layer 16 by about 4 nm,
An etching residue due to dry etching and a damaged layer in the crystal were removed. There was no morphological deterioration due to this processing, and good embedding was possible as described later.

【0199】通常GaNのエッチャントとしては、KO
HやNaOHが知られているが、これらを用いたエッチ
ングでは例えば、M.S.Minskyら(Appl.
Phys.Lett.Vol.68 No.11(19
96)p.1531)の報告に見られるように、モホロ
ジーの劣化が顕著であり、良好な再成長は不可能である
と考えられる。また、本発明で用いたHNO3 :HCl
=3:1溶液は、S.J.Peartonら(Mate
rials Science and Enginee
ring B31(1995)p.309)に報告され
るように、従来GaNをエッチングしないと言われてい
る。
Usually, KO is used as an etchant for GaN.
H and NaOH are known, but in etching using these, for example, M.H. S. Minsky et al. (Appl.
Phys. Lett. Vol. 68 No. 11 (19
96) p. 1531), the morphology is significantly degraded, and good regrowth is considered impossible. The HNO 3 : HCl used in the present invention
= 3: 1 solution was obtained from S.I. J. Pearton et al. (Mate
reals Science and Engineer
ring B31 (1995) p. 309), it is conventionally said that GaN is not etched.

【0200】これに対して、本発明は、HNO3 :HC
l=3:1溶液を100℃以上に加熱することにより、
GaNが約0.13nm/minのエッチング速度でエ
ッチングされることを見出し、窒化ガリウム系化合物半
導体レーザの製造工程に適用したものである。これによ
り、モホロジーの劣化が無く、かつ微小なエッチング量
の制御が可能であり、再成長工程においても、界面のホ
モロジーの荒れに起因するような、界面での転位の導
入、再成長層表面のモホロジーの荒れ等は観察されなか
った。
On the other hand, the present invention relates to HNO 3 : HC
By heating the l = 3: 1 solution above 100 ° C.,
It has been found that GaN is etched at an etching rate of about 0.13 nm / min, and is applied to a manufacturing process of a gallium nitride-based compound semiconductor laser. As a result, the morphology is not degraded, and the amount of etching can be controlled very finely.In the regrowth step, dislocations are introduced at the interface due to the rough homology of the interface, and the surface of the regrown layer is formed. No rough morphology was observed.

【0201】以上に述べた処理の後に、図27(c)図
示の如く、MgドープGaNのp−の第1コンタクト層
17、及び第1コンタクト層17よりも更に高い濃度ま
でMgをドープしたp+ −GaNの第2コンタクト層1
8をMOCVDにより再成長した。
After the above-described processing, as shown in FIG. 27C, the Mg-doped GaN p- first contact layer 17 and the Mg-doped p-type p-type contact layer 17 have a higher concentration than the first contact layer 17. + -GaN second contact layer 1
8 was regrown by MOCVD.

【0202】次に、n−コンタクト層12まで再びRI
BEにより部分的にエッチングし、ダブルヘテロ構造及
び電流狭窄構造を有するメサを形成すると共に、その横
にn−コンタクト層12を吐出部を形成した。次に、露
出したn−コンタクト層12の表面にn側電極21を形
成し、p−コンタクト層18の表面にp側電極22を形
成した。更に素子分離工程を行い、図20図示の窒化ガ
リウム系半導体レーザ素子を作製した。
Next, RI is again performed up to the n-contact layer 12.
BE was partially etched to form a mesa having a double hetero structure and a current confinement structure, and an n-contact layer 12 was formed on the side of the mesa. Next, an n-side electrode 21 was formed on the exposed surface of the n-contact layer 12, and a p-side electrode 22 was formed on the surface of the p-contact layer 18. Further, an element separation step was performed to produce the gallium nitride based semiconductor laser element shown in FIG.

【0203】図23にp−コンタクト層(第1及び第2
コンタクト層17、18を1つの層として見たもの、以
下同じ)再成長後の開口部周辺の走査電子顕微鏡写真図
を示す。図示の如く、再成長後の表面は良好な平坦性で
あった。
FIG. 23 shows a p-contact layer (first and second layers).
A view of the contact layers 17 and 18 as one layer (the same applies hereinafter). A scanning electron microscope photograph around the opening after regrowth is shown. As shown, the surface after the regrowth had good flatness.

【0204】図28(a)は、p−コンタクト層の再成
長後における開口部77周辺の拡大図である。図28
(b)は、ドライエッチングで形成した開口部77の上
部の幅W1と再成長後のp−コンタクト層表面の溝の深
さd4との関係を、開口部77の深さd1を変数として
示す図である。即ち、図28(b)は、開口部77の幅
W1及び深さd1に対する、p−コンタクト層表面の平
坦性の依存性を示す。
FIG. 28A is an enlarged view around the opening 77 after the regrowth of the p-contact layer. FIG.
(B) shows the relationship between the width W1 of the upper part of the opening 77 formed by dry etching and the depth d4 of the groove on the surface of the p-contact layer after regrowth, using the depth d1 of the opening 77 as a variable. FIG. That is, FIG. 28B shows the dependence of the flatness of the surface of the p-contact layer on the width W1 and the depth d1 of the opening 77.

【0205】再成長するコンタクト層の厚さd2が1.
2μmの場合、開口部77の深さd1が2.3μmでは
開口部77の幅W1が5μm以下で平坦に埋め込まれ、
また深さd1が1.6μmでは幅W1が7.5μm以下
で平坦に埋め込まれた。即ち、開口部の幅W1が狭い場
合には、開口部の深さd1よりも薄い再成長層の厚さに
おいても平坦に埋め込むことが可能であった。一方、開
口部の幅W1が広い場合には、再成長後の表面にV字型
の溝(深さd4)が形成され、平坦には埋め込まれなか
った。
The thickness d2 of the regrown contact layer is 1.
In the case of 2 μm, when the depth d1 of the opening 77 is 2.3 μm, the width W1 of the opening 77 is 5 μm or less and is buried flat.
When the depth d1 was 1.6 μm, the width W1 was 7.5 μm or less, and the surface was buried flat. That is, when the width W1 of the opening is narrow, it is possible to bury the regrowth layer even with a thickness smaller than the depth d1 of the opening. On the other hand, when the width W1 of the opening was large, a V-shaped groove (depth d4) was formed on the surface after the regrowth and was not buried flat.

【0206】開口部77を再成長層で平坦に埋め込むに
は、開口部77における再成長層の成長速度が、非開口
部における成長速度より大きく、非開口部のウエハに垂
直方向にd2だけ成長する間に、開口部77の体積に相
当する部分が余分に埋め込まれる必要がある。窒化ガリ
ウム系化合物半導体のMOCVDでは、表面拡散の寄与
が大きいため、原料が表面拡散により非開口部から開口
部へ供給される。また、電流ブロック層16の開口部側
壁部への原料の取り込まれの速さは、電流ブロック層1
6の上面に比べ速い。例えば、再成長コンタクト層の厚
さd2が1.2μmで、開口部の深さd1が1.6μm
の場合、開口部77側壁における横方向への成長が約
4.5μm生じた。即ち、開口部77における方が非開
口部におけるよりも成長速度が速く、この成長速度の差
により電流ブロック層の開口部の体積に相当する部分を
補うことができれば、平坦に埋め込むことが可能であ
る。
In order to bury the opening 77 flat with the regrowth layer, the growth rate of the regrown layer in the opening 77 is higher than the growth rate in the non-opening part, and the growth rate is d2 in the direction perpendicular to the wafer in the non-opening part. During this time, a portion corresponding to the volume of the opening 77 needs to be buried extra. In MOCVD of a gallium nitride-based compound semiconductor, the contribution of surface diffusion is large, so that the raw material is supplied from the non-opening to the opening by surface diffusion. The speed at which the raw material is taken into the opening side wall of the current blocking layer 16 depends on the current blocking layer 1.
6 is faster than the top surface. For example, the thickness d2 of the regrown contact layer is 1.2 μm, and the depth d1 of the opening is 1.6 μm.
In the case of, lateral growth on the side wall of the opening 77 occurred at about 4.5 μm. That is, the growth rate in the opening 77 is higher than that in the non-opening part. If the difference in the growth rate can compensate for the portion corresponding to the volume of the opening of the current block layer, it can be buried flat. is there.

【0207】ここで、更に、開口部77の下部の幅をW
2、開口部77のストライプの長さをLとすると、コン
タクト層を厚さd2だけ成長する間に、電流ブロック層
の開口部では約2×(4.5×1.6)×d2/1.2
×Lだけ非開口部よりも余分に埋め込まれる。電流ブロ
ック層の開口部の断面を台形で近似すると、開口部の体
積は(W1+W2)×d1/2×Lとなる。従って、 12×d2×L≧(w1+w2)×d1/2×L であり、即ち、 (W1+W2)×d1/d2≦24 …(11) を満たせば、平滑に埋め込むことができる。この式で、
d2即ちp−コンタクト層を厚くすれば、必ず平坦な埋
め込みが可能となる。しかし、コンタクト層、即ちp−
GaN層は抵抗が大きいため、あまり厚くし過ぎれば、
素子抵抗を上げることとなり、電流狭窄構造のデバイス
特性を打ち消して、逆に劣化させることとなる。従っ
て、p−GaNコンタクト層の厚さd2は電流ブロック
層16の開口部77の深さ以下とするのが望ましい。即
ち、 d2≦d1 …(12) を満たすのが望ましい。
Here, the width of the lower portion of the opening 77 is set to W
2. Assuming that the length of the stripe of the opening 77 is L, while growing the contact layer by the thickness d2, about 2 × (4.5 × 1.6) × d2 / 1 at the opening of the current block layer. .2
It is buried more than the non-opening portion by × L. When the cross section of the opening of the current block layer is approximated by a trapezoid, the volume of the opening is (W1 + W2) × d1 / 2 × L. Therefore, if (12 × d2 × L ≧ (w1 + w2) × d1 / 2 × L), that is, (W1 + W2) × d1 / d2 ≦ 24 (11), smooth embedding can be performed. In this formula,
If the thickness of d2, that is, the p-contact layer is increased, a flat filling is always possible. However, the contact layer, ie, p-
Since the GaN layer has a large resistance, if it is too thick,
As a result, the device resistance is increased, and the device characteristics of the current confinement structure are canceled out, thereby deteriorating the device characteristics. Therefore, it is desirable that the thickness d2 of the p-GaN contact layer be equal to or less than the depth of the opening 77 of the current block layer 16. That is, it is desirable that d2 ≦ d1 (12) is satisfied.

【0208】図27(a)〜(c)を参照して説明した
実施の形態によれば、電流ブロック層16の開口部77
を、p−コンタクト層を厚くすることなく、完全に平坦
に埋め込む事ができるため、素子抵抗の上昇を招くこと
がない。また、電流ブロック層16による効果的な電流
の狭窄効果が得られるため、活性層14への電流の均一
で効率的な注入が可能となる。
According to the embodiment described with reference to FIGS. 27A to 27C, the opening 77 of the current block layer 16 is formed.
Can be buried completely flat without increasing the thickness of the p-contact layer, so that the element resistance does not increase. In addition, since an effective current constriction effect by the current blocking layer 16 is obtained, uniform and efficient injection of current into the active layer 14 becomes possible.

【0209】図29は、本発明の更に別の実施の形態に
係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの素子構造を示
す断面図である。図29図示の半導体レーザの製造方法
の実施例について、図30(a)〜(c)を参照して説
明する。
FIG. 29 is a sectional view showing a device structure of a gallium nitride based compound semiconductor laser according to still another embodiment of the present invention. An embodiment of the method of manufacturing the semiconductor laser shown in FIG. 29 will be described with reference to FIGS.

【0210】この実施の形態が、図27(a)〜(c)
の実施の形態と異なる点は、電流ブロック層16の開口
部77の形成におけるエッチングストップ層72として
InGaNを用いたことである。この実施の形態の途中
の工程までは、図27(a)〜(c)の実施の形態と同
じであるために詳細は省略する。
This embodiment is different from the embodiment shown in FIGS.
The difference from this embodiment is that InGaN is used as the etching stop layer 72 in forming the opening 77 of the current block layer 16. The steps up to the middle of this embodiment are the same as those of the embodiment shown in FIGS.

【0211】本実施の形態では、p−クラッド層15の
上にノンドープIn0.15Ga0.85Nよりなるエッチング
ストップ層72を0.2μm成長させ、続いてn−Ga
N電流ブロック層16を1.5μm成長させた(図30
(a))。
In this embodiment, an etching stop layer 72 made of non-doped In 0.15 Ga 0.85 N is grown on the p-cladding layer 15 by 0.2 μm, followed by n-Ga
The N current blocking layer 16 was grown 1.5 μm (FIG. 30)
(A)).

【0212】その後、SiO2 層74を熱CVD法によ
り0.3μm堆積させ、レジスト層76を塗布した。光
露光及び現像を行い、ストライプパターンを形成した。
次に窒素雰囲気のオーブン中で150℃に加熱し、レジ
ストの硬化処理を行った。引き続き反応性イオンビーム
エッチングにより、電流ブロック層16の一部をノンド
ープIn0.15Ga0.85Nよりなるエッチングストップ層
72が露出するまでエッチングし開口部77を形成し
た。その後、ウエハを硫酸:過水:水の混合液、次に弗
酸中に浸け、エッチングマスクであるレジスト層76及
びSiO2 層74を除去した(図30(b))。
Thereafter, an SiO 2 layer 74 was deposited to a thickness of 0.3 μm by a thermal CVD method, and a resist layer 76 was applied. Light exposure and development were performed to form a stripe pattern.
Next, the resist was heated to 150 ° C. in an oven in a nitrogen atmosphere to cure the resist. Subsequently, a part of the current block layer 16 was etched by reactive ion beam etching until the etching stop layer 72 made of non-doped In 0.15 Ga 0.85 N was exposed to form an opening 77. Thereafter, the wafer was immersed in a mixed solution of sulfuric acid: hydrogen peroxide: water and then in hydrofluoric acid to remove the resist layer 76 and the SiO 2 layer 74 serving as an etching mask (FIG. 30B).

【0213】次に、再び成長装置内に入れ、窒素ガス、
アンモニアガスの他に水素ガスを主成分とする雰囲気
で、900℃より高い温度に晒すことにより、エッチン
グストップ層72であるIn0.15Ga0.85N層を蒸発さ
せ、清浄なp−クラッド層15表面及び電流ブロック層
表面を得た。次に、電流ブロック層16上及び露出した
p−クラッド層15上に、MgドープGaNの第1p−
コンタクト層17及びp+ −GaNの第2p−コンタク
ト層18を順次成長した(図30(c))。その後は、
図27(a)〜(c)の製造方法と同じ工程を行い、図
29図示の窒化ガリウム系化合物半導体レーザを作製し
た。
Next, it is put again in the growth apparatus, and nitrogen gas,
By exposing to a temperature higher than 900 ° C. in an atmosphere containing hydrogen gas as a main component in addition to ammonia gas, the In 0.15 Ga 0.85 N layer serving as the etching stop layer 72 is evaporated, and the surface of the clean p-cladding layer 15 and A current block layer surface was obtained. Next, on the current blocking layer 16 and the exposed p-cladding layer 15, the first p-
The contact layer 17 and the second p-contact layer 18 of p + -GaN were sequentially grown (FIG. 30C). After that,
By performing the same steps as in the manufacturing method of FIGS. 27A to 27C, the gallium nitride-based compound semiconductor laser shown in FIG. 29 was manufactured.

【0214】この製造方法において、開口部77におけ
る電流ブロック層16上部からp−クラッド層15の上
部までの距離をd1、再成長するp−コンタクト層(層
17+層18)の厚さをd2、開口部77の上部の幅を
W1、下部の幅をW2とすると、 (W1+W2)×d1/d2≦24 …(11) を満たすように電流ブロック層16の開口部77を設計
することにより、平滑に埋め込むことができる。また、
素子抵抗の低減のためにはp−GaNコンタクト層の厚
みを薄くする必要があり、開口部77の深さ以下とする
のが望ましい。即ち、 d2≦d1 …(12) を満たすのが望ましい。
In this manufacturing method, the distance from the top of the current blocking layer 16 to the top of the p-cladding layer 15 in the opening 77 is d1, the thickness of the re-grown p-contact layer (layer 17 + layer 18) is d2, Assuming that the width of the upper part of the opening 77 is W1 and the width of the lower part is W2, the opening 77 of the current block layer 16 is designed to satisfy (W1 + W2) × d1 / d2 ≦ 24 (11), thereby achieving smoothness. Can be embedded in Also,
In order to reduce the device resistance, it is necessary to reduce the thickness of the p-GaN contact layer, and it is desirable that the thickness be equal to or less than the depth of the opening 77. That is, it is desirable that d2 ≦ d1 (12) is satisfied.

【0215】図29、図30(a)〜(c)を参照して
説明した実施の形態によれば、ドライエッチングにより
損傷を受けるInGaNエッチングストップ層72を除
去するため、清浄な界面が得られ、界面でのリーク電流
の低減を図ることができる。また、p−クラッド層15
の上に、p−GaNコンタクト層を直接作製できるた
め、電流ブロック層の開口部でのp−GaNの実効的な
厚さを薄くでき、素子抵抗を低減することができる。
According to the embodiment described with reference to FIGS. 29 and 30A to 30C, a clean interface can be obtained because the InGaN etching stop layer 72 damaged by dry etching is removed. In addition, the leakage current at the interface can be reduced. Also, the p-cladding layer 15
Since the p-GaN contact layer can be formed directly on the substrate, the effective thickness of p-GaN at the opening of the current block layer can be reduced, and the element resistance can be reduced.

【0216】図31は、本発明の更に別の実施の形態に
係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの素子構造を示
す断面図である。図31図示の半導体レーザの製造方法
の実施例について、図32(a)〜(c)を参照して説
明する。
FIG. 31 is a sectional view showing a device structure of a gallium nitride based compound semiconductor laser according to still another embodiment of the present invention. An embodiment of the method of manufacturing the semiconductor laser shown in FIG. 31 will be described with reference to FIGS.

【0217】この実施の形態が、図27(a)〜(c)
の実施の形態と異なる点は、電流ブロック層16の開口
部77の形成におけるエッチングストップ層72がない
ことである。この実施の形態の途中の工程までは、図2
7(a)〜(c)の実施の形態と同じであるために詳細
は省略する。
This embodiment is different from the embodiment shown in FIGS.
The difference from this embodiment is that there is no etching stop layer 72 in forming the opening 77 of the current blocking layer 16. Until the process in the middle of this embodiment, FIG.
7 (a) to 7 (c) are the same as those in the embodiment, so that the details are omitted.

【0218】本実施の形態では、p−クラッド層15の
上に直接n−GaN電流ブロック層16を1.5μm成
長させた(図32(a))。
In the present embodiment, the n-GaN current blocking layer 16 is grown 1.5 μm directly on the p-cladding layer 15 (FIG. 32A).

【0219】その後、SiO2 層74を熱CVD法によ
り0.3μm堆積させ、レジスト層76を塗布した。光
露光及び現像を行い、ストライプパターンを形成した。
次に窒素雰囲気のオーブン中で150℃に加熱し、レジ
ストの硬化処理を行った。引き続き反応性イオンビーム
エッチングにより、電流ブロック層16の一部をp−ク
ラッド層15が露出するまでエッチングし開口部77を
形成した。その後、ウエハを硫酸:過水:水の混合液、
次に弗酸中に浸け、エッチングマスクであるレジスト層
76及びSiO2 層74を除去した(図32(b))。
Thereafter, an SiO 2 layer 74 was deposited to a thickness of 0.3 μm by a thermal CVD method, and a resist layer 76 was applied. Light exposure and development were performed to form a stripe pattern.
Next, the resist was heated to 150 ° C. in an oven in a nitrogen atmosphere to cure the resist. Subsequently, a part of the current blocking layer 16 was etched by reactive ion beam etching until the p-cladding layer 15 was exposed to form an opening 77. After that, the wafer is mixed with sulfuric acid: hydrogen peroxide: water,
Next, the resist layer 76 and the SiO 2 layer 74 serving as an etching mask were removed by immersion in hydrofluoric acid (FIG. 32B).

【0220】更に、100℃以上に加熱したHNO3 :
HCl=3:1の溶液中に30分間浸した後、純水でリ
ンスした。100℃以上に加熱したHNO3 :HCl=
3:1の溶液中に30分間浸すことにより、開口部及び
電流ブロック層表面を約4nmエッチングし、ドライエ
ッチングによるエッチング残さや結晶中のダメージ層を
除去した。
Further, HNO 3 heated to 100 ° C. or more:
After being immersed in a solution of HCl = 3: 1 for 30 minutes, it was rinsed with pure water. HNO 3 : HCl =
By immersing in a 3: 1 solution for 30 minutes, the opening and the surface of the current block layer were etched by about 4 nm, and the etching residue by dry etching and the damaged layer in the crystal were removed.

【0221】次に、再び成長装置内に入れ、電流ブロッ
ク層16上及び露出したp−クラッド層15上に、Mg
ドープGaNの第1p−コンタクト層17及びp+ −G
aNの第2p−コンタクト層18を順次成長した(図3
2(c))。その後は、図27(a)〜(c)の製造方
法と同じ工程を行い、図31図示の窒化ガリウム系化合
物半導体レーザを作製した。
Next, the substrate is put again in the growth apparatus, and Mg is deposited on the current block layer 16 and the exposed p-cladding layer 15.
Doped GaN first p-contact layer 17 and p + -G
The second p-contact layer 18 of aN was sequentially grown (FIG.
2 (c)). After that, the same steps as those in the manufacturing method of FIGS. 27A to 27C were performed to produce the gallium nitride-based compound semiconductor laser shown in FIG.

【0222】この製造方法において、電流ブロック層1
6の開口部77の深さd1は、電流ブロック層16の厚
さと同じになる。再成長するp−コンタクト層(層17
+層18)の厚さをd2、開口部77の上部の幅をW
1、下部の幅をW2とすると、 (W1+W2)×d1/d2≦24 …(11) を満たすように電流ブロック層16の開口部77を設計
することにより、平滑に埋め込むことができる。また、
素子抵抗の低減のためにはp−GaNコンタクト層の厚
みを薄くする必要があり、開口部77の深さ以下とする
のが望ましい。即ち、 d2≦d1 …(12) を満たすのが望ましい。
In this manufacturing method, the current blocking layer 1
6 has the same depth d1 as the thickness of the current blocking layer 16. Regrown p-contact layer (layer 17)
+ Layer 18) has a thickness of d2 and an upper portion of opening 77 has a width of W
1. Assuming that the width of the lower portion is W2, the opening 77 of the current block layer 16 can be buried smoothly by designing the opening 77 of the current block layer 16 so as to satisfy (W1 + W2) × d1 / d2 ≦ 24 (11). Also,
In order to reduce the device resistance, it is necessary to reduce the thickness of the p-GaN contact layer, and it is desirable that the thickness be equal to or less than the depth of the opening 77. That is, it is desirable that d2 ≦ d1 (12) is satisfied.

【0223】図31、図32(a)〜(c)を参照して
説明した実施の形態によれば、p−クラッド層15と電
流ブロック層16との界面でのドライエッチングを停止
させる必要があり、プロセスの面では困難な点もある。
しかし、pクラッド層15のオーバエッチング分を見込
んだ設計とすることにより、光の閉じ込め効率等を犠牲
にすることは抑制できる。また、p−クラッド層15の
上に、p−GaNコンタクト層を直接作製できるため、
電流ブロック層16の開口部77でのp−GaNの実効
的な厚さを薄くでき、素子抵抗を低減することができ
る。
According to the embodiment described with reference to FIGS. 31 and 32 (a) to (c), it is necessary to stop dry etching at the interface between p-cladding layer 15 and current blocking layer 16. There are some difficulties in the process.
However, sacrifice of light confinement efficiency and the like can be suppressed by designing the p-cladding layer 15 in consideration of overetching. Further, since a p-GaN contact layer can be directly formed on the p-cladding layer 15,
The effective thickness of p-GaN at the opening 77 of the current block layer 16 can be reduced, and the element resistance can be reduced.

【0224】図33は、本発明の更に別の実施の形態に
係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの素子構造を示
す断面図である。
FIG. 33 is a sectional view showing a device structure of a gallium nitride based compound semiconductor laser according to still another embodiment of the present invention.

【0225】この実施の形態は、電流ブロック層16の
開口部77の上部のコンタクト層表面に、V字型の溝8
6を形成することを特徴とする。このため、電流ブロッ
ク層16の開口部77の深さをd1、再成長するコンタ
クト層(層17+層18)の厚さをd2、開口部77の
上部の幅をW1、下部の幅をW2とすると、 24<(W1+W2)×d1/d2 …(13) を満たすように電流ブロック層の開口部を設計すれば、
開口部上部のコンタクト層表面にはV字型の溝が形成さ
れる。また、素子抵抗の低減のためにはp−GaNコン
タクト層の厚みを薄くする必要があり、開口部77の深
さ以下とするのが望ましい。即ち、 d2≦d1 …(12) を満たすのが望ましい。
In this embodiment, the V-shaped groove 8 is formed on the surface of the contact layer above the opening 77 of the current block layer 16.
6 is formed. Therefore, the depth of the opening 77 of the current blocking layer 16 is d1, the thickness of the contact layer (layer 17 + layer 18) to be regrown is d2, the upper width of the opening 77 is W1, and the lower width is W2. Then, if the opening of the current block layer is designed to satisfy 24 <(W1 + W2) × d1 / d2 (13),
A V-shaped groove is formed on the surface of the contact layer above the opening. Further, in order to reduce the element resistance, it is necessary to reduce the thickness of the p-GaN contact layer, and it is preferable that the thickness be equal to or less than the depth of the opening 77. That is, it is desirable that d2 ≦ d1 (12) is satisfied.

【0226】次に、図33図示の半導体レーザの製造方
法の実施例について、図34(a)〜(c)を参照して
説明する。なお、この実施の形態の途中の工程までは、
図27(a)〜(c)の実施の形態と同じであるために
詳細は省略する。
Next, an embodiment of a method of manufacturing the semiconductor laser shown in FIG. 33 will be described with reference to FIGS. In addition, up to the process in the middle of this embodiment,
Since the configuration is the same as that of the embodiment shown in FIGS.

【0227】まず、MOCVDによりn−GaN電流ブ
ロック層16まで成長させた(図34(a))。
First, an n-GaN current block layer 16 was grown by MOCVD (FIG. 34A).

【0228】その後、SiO2 層74を熱CVD法によ
り0.3μm堆積させ、レジスト層76を塗布した。光
露光及び現像を行い、ストライプパターンを形成した。
次に窒素雰囲気のオーブン中で150℃に加熱し、レジ
ストの硬化処理を行った。引き続き反応性イオンビーム
エッチングにより、電流ブロック層16の一部をp−G
aNエッチングストップ層72が露出するまでエッチン
グし開口部77を形成した。その後、ウエハを硫酸:過
水:水の混合液、次に弗酸中に浸け、エッチングマスク
であるレジスト層76及びSiO2 層74を除去した
(図34(b))。
Thereafter, a SiO 2 layer 74 was deposited to a thickness of 0.3 μm by thermal CVD, and a resist layer 76 was applied. Light exposure and development were performed to form a stripe pattern.
Next, the resist was heated to 150 ° C. in an oven in a nitrogen atmosphere to cure the resist. Subsequently, a part of the current blocking layer 16 is p-G by reactive ion beam etching.
The opening 77 was formed by etching until the aN etching stop layer 72 was exposed. Thereafter, the wafer was immersed in a mixed solution of sulfuric acid: hydrogen peroxide: water and then in hydrofluoric acid to remove the resist layer 76 and the SiO 2 layer 74 serving as an etching mask (FIG. 34B).

【0229】更に、100℃以上に加熱したHNO3 :
HCl=3:1の溶液中に30分間浸した後、純水でリ
ンスした。100℃以上に加熱したHNO3 :HCl=
3:1の溶液中に30分間浸すことにより、開口部及び
電流ブロック層表面を約4nmエッチングし、ドライエ
ッチングによるエッチング残さや結晶中のダメージ層を
除去した。
Further, HNO 3 heated to 100 ° C. or more:
After being immersed in a solution of HCl = 3: 1 for 30 minutes, it was rinsed with pure water. HNO 3 : HCl =
By immersing in a 3: 1 solution for 30 minutes, the opening and the surface of the current block layer were etched by about 4 nm, and the etching residue by dry etching and the damaged layer in the crystal were removed.

【0230】次に、再び成長装置内に入れ、電流ブロッ
ク層16上及び露出したp−GaNエッチングストップ
層72上に、MgドープGaNの第1p−コンタクト層
17及びp+ −GaNの第2p−コンタクト層18を順
次成長した(図34(c))。その後は、図27(a)
〜(c)の製造方法と同じ工程を行い、図33図示の窒
化ガリウム系化合物半導体レーザを作製した。
Next, the substrate is put again in the growth apparatus, and the first p-contact layer 17 of Mg-doped GaN and the second p-layer of p + -GaN are formed on the current block layer 16 and the exposed p-GaN etching stop layer 72. The contact layers 18 were sequentially grown (FIG. 34C). After that, FIG.
By performing the same steps as in the manufacturing methods of (c) to (c), the gallium nitride-based compound semiconductor laser shown in FIG.

【0231】本実施の形態において、電流ブロック層1
6の開口部77の幅W1を12μm、深さd1を2.3
μmとし、p−GaNコンタクト層(層17+層18)
の厚さd2を1.2μmで再成長した。その結果、図3
5の走査電子顕微鏡写真図に示すように、電流ブロック
層16の開口部77の上部のp−GaNコンタクト層の
表面に幅4μm、深さ2μmのV字型の溝86を形成す
ることができた。
In this embodiment, the current blocking layer 1
6 has a width W1 of 12 μm and a depth d1 of 2.3.
μm, p-GaN contact layer (layer 17 + layer 18)
Was regrown with a thickness d2 of 1.2 μm. As a result, FIG.
5, a V-shaped groove 86 having a width of 4 μm and a depth of 2 μm can be formed on the surface of the p-GaN contact layer above the opening 77 of the current block layer 16. Was.

【0232】また、V字型の溝86を覆うようにp側の
電極22を形成したところ、溝86の側面と電極22と
のコンタクト抵抗は、コンタクト層表面でのコンタクト
抵抗より低くなり、素子抵抗の低減を図ることができ
た。また、注入電流についても、溝底部からの注入が最
も大きくなるような分布を持たせることができるため、
電流ブロック層のみの狭窄効果よりも更に効率的な電流
狭窄効果が期待できる。図34(a)〜(c)の実施の
形態おいては、エッチングストップ層72としてp−G
aNを用いた場合について説明したが、他の実施の形態
のように、エッチングストップ層72としてInGaN
を用いたり、エッチングストップ層72を用いない場合
でも本実施の形態は適用できる。図36は、エッチング
ストップ層72としてInGaNを用いた場合の完成素
子構造を示し、図37はエッチングストップ層72を用
いない場合の完成素子構造を示す。
When the p-side electrode 22 is formed so as to cover the V-shaped groove 86, the contact resistance between the side surface of the groove 86 and the electrode 22 becomes lower than the contact resistance on the surface of the contact layer. The resistance could be reduced. In addition, since the injection current can have a distribution that maximizes the injection from the groove bottom,
A more efficient current narrowing effect can be expected than the narrowing effect of only the current blocking layer. In the embodiment of FIGS. 34A to 34C, p-G is used as the etching stop layer 72.
Although the case of using aN has been described, as in the other embodiments, InGaN is used as the etching stop layer 72.
This embodiment can be applied to the case where the etching stop layer 72 is not used. FIG. 36 shows a completed device structure when InGaN is used as the etching stop layer 72, and FIG. 37 shows a completed device structure when the etching stop layer 72 is not used.

【0233】次に、図38乃至図42を参照して、本発
明の更に別の実施の形態について説明する。これらの実
施の形態は、Mgドープした六方晶のp型半導体層の少
なくとも一部に、酸素(O)を導入(イオン注入または
拡散)することにより同一平面内にp領域とi領域とが
混在する構造を形成することを特徴とする。
Next, still another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In these embodiments, oxygen (O) is introduced (ion-implanted or diffused) into at least a part of the Mg-doped hexagonal p-type semiconductor layer, so that the p region and the i region coexist in the same plane. It is characterized in that a structure is formed.

【0234】GaN等のIII 族窒化物化合物半導体は、
材料として固いため、ドライエッチングを利用して加工
を行なっている。この時に、反応性ガスにより活性層等
の半導体層がダメージを受けるという問題がある。そこ
で、これらの実施の形態では、Mgドープp型半導体層
の一部にOを導入することにより、同p型層内にMgO
を形成する。これにより、エッチング、再成長等の過程
を踏むことなく同一平面内にp領域とi領域とが混在す
る構造を作ることができる。
A Group III nitride compound semiconductor such as GaN is
Since the material is hard, processing is performed using dry etching. At this time, there is a problem that a semiconductor layer such as an active layer is damaged by the reactive gas. Therefore, in these embodiments, by introducing O into a part of the Mg-doped p-type semiconductor layer, MgO is introduced into the p-type semiconductor layer.
To form Accordingly, a structure in which the p region and the i region are mixed in the same plane can be formed without performing processes such as etching and regrowth.

【0235】典型的には、後述するようにMgドープG
aAlNのp−クラッド層15やMgドープGaNのp
−コンタクト層92(層17+層18)の一部にOを導
入することにより、高抵抗の電流ブロック層93、94
を形成すれば、電流狭窄構造を作ることができる。この
ようにして形成した電流ブロック層93、94は、Mg
Oを含むため、元の層に対して屈折率差が現れ、光閉じ
込めに関しても効果を示す。そのため、発振しきい値の
低く、モードが制御された半導体レーザ装置が得られ
る。
Typically, as described later, Mg-doped G
aAlN p-clad layer 15 and Mg-doped GaN p-clad layer 15
-By introducing O into a part of the contact layer 92 (layer 17 + layer 18), the current blocking layers 93 and 94 having high resistance are introduced.
Is formed, a current confinement structure can be formed. The current block layers 93 and 94 formed in this way are made of Mg.
Since O is contained, a difference in the refractive index with respect to the original layer appears, and an effect is also exhibited regarding light confinement. Therefore, a semiconductor laser device having a low oscillation threshold and a controlled mode can be obtained.

【0236】図38図示の実施の形態の半導体レーザに
おいては、六方晶の基板、例えばサファイア基板10上
に、アンドープGaNのバッファ層11、SiドープG
aNのn−コンタクト層12、SiドープGaAlNの
n−クラッド層13、活性層14、MgドープGaAl
Nのp−クラッド層15、及びMgドープ低抵抗GaN
のp−コンタクト層92が順に積層される。活性層14
は、アンドープGaNの光ガイド層14a、InGaN
/InGaNの量子井戸層14b、及びp−GaNの光
ガイド層14cの積層構造を有する。
In the semiconductor laser of the embodiment shown in FIG. 38, an undoped GaN buffer layer 11 and a Si-doped G layer are formed on a hexagonal substrate, for example, a sapphire substrate 10.
aN n-contact layer 12, Si-doped GaAlN n-clad layer 13, active layer 14, Mg-doped GaAl
N-p-cladding layer 15 and Mg-doped low-resistance GaN
Are sequentially stacked. Active layer 14
Are undoped GaN light guide layers 14a, InGaN
/ InGaN has a laminated structure of a quantum well layer 14b and a p-GaN optical guide layer 14c.

【0237】MgドープGaNのp−コンタクト層92
には、部分的にOがイオン注入され、且つ熱処理が施さ
れることにより、高抵抗GaNの電流ブロック層94が
形成される。電流ブロック層94は3μmの幅のストラ
イプ状の開口部を有し、これにより電流狭窄構造が作ら
れる。また、p−コンタクト層92からn−コンタクト
層12の途中までが部分的にエッチングされ、露出した
n−コンタクト層12の表面にはn側電極21が配設さ
れ、p−コンタクト層92の表面にはp側電極22が配
設される。この構造のレーザのしきい値は、1kA/c
m2 であり、従来の1/5以下となっている。
Mg-doped GaN p-contact layer 92
Is partially ion-implanted with O and heat-treated to form a high-resistance GaN current block layer 94. The current block layer 94 has a stripe-shaped opening having a width of 3 μm, thereby forming a current confinement structure. The n-side electrode 21 is disposed on the exposed surface of the n-contact layer 12 from the p-contact layer 92 to the middle of the n-contact layer 12. Is provided with a p-side electrode 22. The laser threshold of this structure is 1 kA / c
m 2, which is 1/5 or less of the conventional value.

【0238】図39図示の実施の形態の半導体レーザに
おいては、六方晶の基板、例えばSiC基板90上に、
SiドープGaNのn−コンタクト層12、Siドープ
GaAlNのn−クラッド層13、図38図示の実施の
形態と同じ構造の活性層14、MgドープGaAlNの
p−クラッド層15、及びMgドープ低抵抗GaNのp
−コンタクト層92が順に積層される。
In the semiconductor laser of the embodiment shown in FIG. 39, a hexagonal crystal substrate, for example, a SiC substrate 90 is
An n-contact layer 12 of Si-doped GaN, an n-cladding layer 13 of Si-doped GaAlN, an active layer 14 having the same structure as the embodiment shown in FIG. 38, a p-cladding layer 15 of Mg-doped GaAlN, and a Mg-doped low resistance GaN p
-The contact layers 92 are sequentially stacked.

【0239】MgドープGaAlNのp−クラッド層1
5及びMgドープGaNのp−コンタクト層92には、
部分的にOがイオン注入され、且つ熱処理が施されるこ
とにより、高抵抗GaAlNの電流ブロック層93及び
高抵抗GaNの電流ブロック層94が形成される。電流
ブロック層93、94は3μmの幅のストライプ状の開
口部を有し、これにより電流狭窄構造が作られる。ま
た、p−コンタクト層92からn−コンタクト層12の
途中までが部分的にエッチングされ、露出したn−コン
タクト層12の表面にはn側電極21が配設され、p−
コンタクト層92の表面にはp側電極22が配設され
る。この構造のレーザのしきい値は、1kA/cm2 で
あり、従来の1/5以下となっている。
Mg-doped GaAlN p-clad layer 1
5 and Mg-doped GaN p-contact layers 92 include:
By partially implanting O and performing heat treatment, a high-resistance GaAlN current block layer 93 and a high-resistance GaN current block layer 94 are formed. Each of the current blocking layers 93 and 94 has a stripe-shaped opening having a width of 3 μm, thereby forming a current confinement structure. The n-side electrode 21 is disposed on the exposed surface of the n-contact layer 12 from the p-contact layer 92 to the middle of the n-contact layer 12.
On the surface of the contact layer 92, the p-side electrode 22 is provided. The threshold value of the laser having this structure is 1 kA / cm 2, which is 1/5 or less of the conventional value.

【0240】図40図示の実施の形態は、図39図示の
実施の形態と類似するが、n側電極21がSiCからな
る基板90の裏面に配設される。
The embodiment shown in FIG. 40 is similar to the embodiment shown in FIG. 39, except that the n-side electrode 21 is provided on the back surface of the substrate 90 made of SiC.

【0241】図41図示の実施の形態は、図38図示の
実施の形態と類似するが、GaN電流ブロック層94
が、p−クラッド層15とp−コンタクト層92との界
面まで延びている。
The embodiment shown in FIG. 41 is similar to the embodiment shown in FIG.
Extend to the interface between the p-cladding layer 15 and the p-contact layer 92.

【0242】図42図示の実施の形態は、図39及び図
41図示の2つの実施の形態が組合わされたもので、基
板としてサファイア基板10が使用される。Mgドープ
GaAlNのp−クラッド層15及びMgドープGaN
のp−コンタクト層92には、部分的にOがイオン注入
され、且つ熱処理が施されることにより、高抵抗GaA
lNの電流ブロック層93及び高抵抗GaNの電流ブロ
ック層94が形成される。
The embodiment shown in FIG. 42 is a combination of the two embodiments shown in FIGS. 39 and 41, and uses the sapphire substrate 10 as the substrate. Mg-doped GaAlN p-clad layer 15 and Mg-doped GaN
O is partially ion-implanted into the p-contact layer 92 and is subjected to a heat treatment so that the high-resistance GaAs
An 1N current block layer 93 and a high resistance GaN current block layer 94 are formed.

【0243】次に、図43乃至図46を参照して、本発
明の更に別の実施の形態について説明する。これらの実
施の形態は、Alを構成元素として含む六方晶の半導体
層の少なくとも一部に、酸素(O)を導入(イオン注入
または拡散)することにより、同一平面内に低抵抗領域
と高抵抗領域とが混在する構造を形成することを特徴と
する。
Next, still another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In these embodiments, oxygen (O) is introduced (ion-implanted or diffused) into at least a part of a hexagonal semiconductor layer containing Al as a constituent element, so that a low-resistance region and a high-resistance region are formed in the same plane. It is characterized in that a structure in which regions are mixed is formed.

【0244】GaN等のIII 族窒化物化合物半導体は、
材料として固いため、ドライエッチングを利用して加工
を行なっている。このため、微細加工を必要とするよう
な素子構造を作りにくいという問題がある。そこで、こ
れらの実施の形態では、Alを構成元素として含む半導
体層の一部にOを導入することにより、同層内にAlx
Oy を形成する。これにより、エッチング、再成長等の
過程を踏むことなく同一平面内に低抵抗領域と高抵抗領
域とが混在する構造を作ることができる。特に面型の素
子では、微小共振器内に更に、屈折率差と電流狭窄とを
導入することが可能となり、性能を大きく向上させ、た
とえば、レーザでは発振しきい値の大幅な低減が期待で
きる。
A Group III nitride compound semiconductor such as GaN is
Since the material is hard, processing is performed using dry etching. For this reason, there is a problem that it is difficult to form an element structure that requires fine processing. Therefore, in these embodiments, by introducing O into a part of the semiconductor layer containing Al as a constituent element, Al x
To form an O y. Thus, a structure in which a low-resistance region and a high-resistance region are mixed in the same plane can be formed without performing processes such as etching and regrowth. In particular, in the case of a planar element, it is possible to further introduce a refractive index difference and a current confinement in the microcavity, thereby greatly improving the performance. For example, a laser can be expected to greatly reduce the oscillation threshold. .

【0245】典型的には、後述するように、GaAlN
のn−及びp−クラッド層13、15等の層の一部にO
を導入することにより、高抵抗の電流ブロック層106
を形成すれば、電流狭窄構造を作ることができる。この
ようにして形成した電流ブロック層106は、Alx O
y を含むため、層中もっとも屈折率の低い部分となり、
光閉じ込めに関しても効果を示す。そのため、発振しき
い値の低く、モードが制御された半導体レーザ装置が得
られる。
Typically, as described later, GaAlN
Some of the layers such as the n- and p-cladding layers 13 and 15
, The high-resistance current blocking layer 106
Is formed, a current confinement structure can be formed. The current block layer 106 thus formed is made of Al x O
Since it contains y , it becomes the part with the lowest refractive index in the layer,
It also shows an effect on light confinement. Therefore, a semiconductor laser device having a low oscillation threshold and a controlled mode can be obtained.

【0246】図43図示の実施の形態の半導体レーザに
おいては、六方晶の基板、例えばサファイア基板10上
に、アンドープGaNのバッファ層11、SiドープG
aNのn−コンタクト層12、GaN/GaAlNのn
−反射鏡層102、SiドープGaAlNのn−クラッ
ド層13、活性層14、MgドープGaAlNのp−ク
ラッド層15、GaN/GaAlNのp−反射鏡層10
4、及びMgドープ低抵抗GaNのp−コンタクト層9
2が順に積層される。活性層14は、アンドープGaN
の光ガイド層14a、InGaN/InGaNの量子井
戸層14b、及びp−GaN層14cの積層構造を有す
る。
In the semiconductor laser of the embodiment shown in FIG. 43, an undoped GaN buffer layer 11 and a Si-doped G layer are formed on a hexagonal substrate, for example, a sapphire substrate 10.
aN n-contact layer 12, GaN / GaAlN
A reflector layer 102, a Si-doped GaAlN n-clad layer 13, an active layer 14, a Mg-doped GaAlN p-clad layer 15, a GaN / GaAlN p-reflector layer 10.
4, and Mg-doped low-resistance GaN p-contact layer 9
2 are sequentially stacked. The active layer 14 is made of undoped GaN
, An InGaN / InGaN quantum well layer 14b, and a p-GaN layer 14c.

【0247】n−及びp−クラッド層13、15とn−
及びp−反射鏡層102、104とには、部分的にOが
イオン注入されることにより、Alx Oy を含む高抵抗
の電流ブロック層106が形成される。電流ブロック層
106は直径3μmの電流注入領域の外周部に形成さ
れ、これにより電流狭窄構造が作られる。また、p−コ
ンタクト層92からn−コンタクト層12の途中までが
部分的にエッチングされ、露出したn−コンタクト層1
2の表面にはn側電極21が配設され、p−コンタクト
層92の表面にはp側電極22が配設される。この構造
のレーザは、積層方向に光を出射するいわゆる面発光型
のレーザとなり、そのしきい値は、0.3kA/cm2
であり、従来の1/5以下となっている。
The n- and p-cladding layers 13, 15 and n-
A high-resistance current block layer 106 containing Al x O y is formed by partially ion-implanting O into the p-reflecting mirror layers 102 and 104. The current block layer 106 is formed on the outer periphery of the current injection region having a diameter of 3 μm, thereby forming a current confinement structure. Further, the n-contact layer 1 is partially etched and partially exposed from the p-contact layer 92 to the middle of the n-contact layer 12.
The n-side electrode 21 is provided on the surface of the second substrate 2, and the p-side electrode 22 is provided on the surface of the p-contact layer 92. The laser having this structure is a so-called surface emitting laser that emits light in the stacking direction, and has a threshold of 0.3 kA / cm 2.
Which is 1/5 or less of the conventional value.

【0248】図44図示の実施の形態の半導体レーザに
おいては、六方晶の基板、例えばSiC基板90上に、
SiドープGaNのn−コンタクト層12、Siドープ
GaAlNのn−クラッド層13、図43図示の実施の
形態と同じ構造の活性層14、MgドープGaAlNの
p−クラッド層15、Mgドープ低抵抗GaNのp−コ
ンタクト層92が順に積層される。基板90は部分的に
裏面からエッチングされ、露出したn−コンタクト層1
2の表面及びp−コンタクト層92の上面の上にSiO
/TiO反射鏡層108、108がそれぞれ配設され
る。
In the semiconductor laser of the embodiment shown in FIG. 44, a hexagonal substrate, for example, a SiC substrate 90 is
43. Si-doped GaN n-contact layer 12, Si-doped GaAlN n-clad layer 13, active layer 14 having the same structure as in the embodiment shown in FIG. 43, Mg-doped GaAlN p-clad layer 15, Mg-doped low-resistance GaN Are sequentially stacked. The substrate 90 is partially etched from the back surface and the exposed n-contact layer 1 is exposed.
2 on the surface of P.2 and on the upper surface of the p-contact layer 92.
/ TiO reflecting mirror layers 108, 108 are provided respectively.

【0249】n−及びp−クラッド層13、15には、
部分的にOがイオン注入されることにより、Alx Oy
を含む高抵抗の電流ブロック層106が形成される。電
流ブロック層106は直径3μmの電流注入領域の外周
部に形成され、これにより電流狭窄構造が作られる。ま
た、SiC基板90の裏面にはn側電極21が配設さ
れ、p−コンタクト層92の上面にはp側電極22が配
設される。この構造の面発光型レーザのしきい値は、1
kA/cm2 であり、従来の1/5以下となっている。
In the n- and p-cladding layers 13 and 15,
By partially ion-implanting O, Al x O y
Is formed. The current block layer 106 is formed on the outer periphery of the current injection region having a diameter of 3 μm, thereby forming a current confinement structure. The n-side electrode 21 is provided on the back surface of the SiC substrate 90, and the p-side electrode 22 is provided on the top surface of the p-contact layer 92. The threshold value of the surface emitting laser having this structure is 1
kA / cm 2, which is 1/5 or less of the conventional value.

【0250】図45図示の実施の形態の半導体レーザに
おいては、六方晶の基板、例えばサファイア基板10上
に、アンドープGaNのバッファ層11、SiドープG
aNのn−コンタクト層12、SiドープGaAlNの
n−クラッド層13、図43図示の実施の形態と同じ構
造の活性層14、MgドープGaAlNのp−クラッド
層15、及びMgドープ低抵抗GaNのp−コンタクト
層92が順に積層される。
In the semiconductor laser of the embodiment shown in FIG. 45, an undoped GaN buffer layer 11 and a Si-doped G layer are formed on a hexagonal substrate, for example, a sapphire substrate 10.
aN n-contact layer 12, Si-doped GaAlN n-clad layer 13, active layer 14 having the same structure as in the embodiment shown in FIG. 43, Mg-doped GaAlN p-clad layer 15, and Mg-doped low-resistance GaN The p-contact layers 92 are sequentially stacked.

【0251】p−クラッド層15には、部分的にOがイ
オン注入されることにより、AlxOy を含む高抵抗の
電流ブロック層106が形成される。電流ブロック層1
06は3μmの幅のストライプ状の開口部を有し、これ
により電流狭窄構造が作られる。また、p−コンタクト
層92からn−コンタクト層12の途中までが部分的に
エッチングされ、露出したn−コンタクト層12の表面
にはn側電極21が配設され、p−コンタクト層92の
表面にはp側電極22が配設される。この構造のレーザ
のしきい値は、1kA/cm2 であり、従来の1/5以
下となっている。
The p-clad layer 15 is partially ion-implanted with O to form a high-resistance current block layer 106 containing Al x O y . Current block layer 1
Reference numeral 06 has a stripe-shaped opening having a width of 3 μm, thereby forming a current confinement structure. The n-side electrode 21 is disposed on the exposed surface of the n-contact layer 12 from the p-contact layer 92 to the middle of the n-contact layer 12. Is provided with a p-side electrode 22. The threshold value of the laser having this structure is 1 kA / cm 2, which is 1/5 or less of the conventional value.

【0252】図46図示の実施の形態の半導体レーザに
おいては、例えばn型GaAs基板110上に、AlG
aAs/AlGaAs/AlAs/AlGaAs/Al
GaAsのn−DBR(Distributed Bragg Reflector
)層112、AlGaAsのn−クラッド層113、
活性層114、AlGaAsのp−クラッド層115、
AlGaAs/AlGaAs/AlAs/AlGaAs
/AlGaAsのp−DBR層117、GaAsのp−
コンタクト層118が順に積層される。活性層114
は、アンドープGaAsの光ガイド層114a、AlG
aAs/GaAsの量子井戸層114b、及びp−Ga
Asの光ガイド層114cの積層構造を有する。
In the semiconductor laser of the embodiment shown in FIG. 46, for example, an AlG
aAs / AlGaAs / AlAs / AlGaAs / Al
GaAs n-DBR (Distributed Bragg Reflector
) Layer 112, n-clad layer 113 of AlGaAs,
An active layer 114, an AlGaAs p-clad layer 115,
AlGaAs / AlGaAs / AlAs / AlGaAs
/ AlGaAs p-DBR layer 117, GaAs p-DBR layer 117
The contact layers 118 are sequentially stacked. Active layer 114
Are undoped GaAs light guide layers 114a, AlG
aAs / GaAs quantum well layer 114b and p-Ga
It has a laminated structure of the As light guide layer 114c.

【0253】p−クラッド層115及びp−DBR層1
17には、部分的にOがイオン注入されることにより、
Alx Oy を含む高抵抗の電流ブロック層116が形成
される。電流ブロック層116は直径3μmの電流注入
領域の外周部に形成され、これにより電流狭窄構造が作
られる。また、GaAs基板110の裏面にはn側電極
121が配設され、p−コンタクト層118の上面には
p側電極122が配設される。この構造の面発光型レー
ザのしきい値は、1kA/cm2 であり、従来の1/5
以下となっている。
P-Clad Layer 115 and p-DBR Layer 1
17 is partially ion-implanted with O,
A high resistance current block layer 116 containing Al x O y is formed. The current blocking layer 116 is formed on the outer periphery of the current injection region having a diameter of 3 μm, thereby forming a current confinement structure. An n-side electrode 121 is provided on the back surface of the GaAs substrate 110, and a p-side electrode 122 is provided on the upper surface of the p-contact layer 118. The threshold value of the surface emitting laser having this structure is 1 kA / cm 2, which is 1/5
It is as follows.

【0254】次に、図47乃至図50を参照して、本発
明の更に別の実施の形態について説明する。これらの実
施の形態は、六方晶の半導体層の少なくとも一部に、不
純物を導入することにより同一平面内にp領域、n領
域、及びi領域のいずれか2つが混在する構造を形成す
ることを特徴とする。
Next, still another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In these embodiments, an impurity is introduced into at least a part of the hexagonal semiconductor layer to form a structure in which any two of the p region, the n region, and the i region are mixed in the same plane. Features.

【0255】GaN等のIII 族窒化物化合物半導体は、
材料として固いため、ドライエッチングを利用して加工
を行なっている。この時に、反応性ガスにより活性層等
の半導体層がダメージを受けるという問題がある。そこ
で、これらの実施の形態では、半導体層の少なくとも一
部に不純物を導入する。これにより、エッチング、再成
長等の過程を踏むことなく同一平面内にp領域、n領
域、及びi領域のいずれか2つが混在する構造を作るこ
とができる。これにより、例えば、電流狭窄構造、電極
引出し部等を形成することが可能となる。
A Group III nitride compound semiconductor such as GaN is
Since the material is hard, processing is performed using dry etching. At this time, there is a problem that a semiconductor layer such as an active layer is damaged by the reactive gas. Therefore, in these embodiments, an impurity is introduced into at least a part of the semiconductor layer. As a result, a structure in which any two of the p region, the n region, and the i region coexist in the same plane can be formed without performing processes such as etching and regrowth. This makes it possible to form, for example, a current confinement structure, an electrode lead portion, and the like.

【0256】また、Mgドープp型半導体層において
は、温度上昇と共にキャリアが増大する。これに対し
て、不純物を導入(イオン注入または拡散)して発熱層
を設けることにより、動作時に局所的に熱を発生させる
ことができるため、発振しきい値の低い半導体レーザ装
置が得られる。また、発熱層を用いることにより、十分
なキャリアが生成され、特に紫外域の受光に適する受光
素子が可能となる。
In the Mg-doped p-type semiconductor layer, carriers increase as the temperature rises. On the other hand, by introducing impurities (ion implantation or diffusion) and providing a heat generating layer, heat can be locally generated during operation, so that a semiconductor laser device having a low oscillation threshold can be obtained. Further, by using the heat generating layer, sufficient carriers are generated, and a light receiving element particularly suitable for receiving light in an ultraviolet region can be obtained.

【0257】図47図示の実施の形態の半導体レーザに
おいては、六方晶の基板、例えばサファイア基板10上
に、アンドープGaNのバッファ層11、SiドープG
aNのn−コンタクト層12、SiドープGaAlNの
n−クラッド層13、活性層14、及びMgドープGa
AlNのp−クラッド層15が順に積層される。活性層
14は、アンドープGaNの光ガイド層14a、InG
aN/InGaNの量子井戸層14b、及びp−GaN
の光ガイド層14cの積層構造を有する。
In the semiconductor laser of the embodiment shown in FIG. 47, a buffer layer 11 of undoped GaN and a Si-doped G layer are formed on a hexagonal substrate, for example, a sapphire substrate 10.
aN n-contact layer 12, Si-doped GaAlN n-cladding layer 13, active layer 14, Mg-doped Ga
AlN p-cladding layers 15 are sequentially stacked. The active layer 14 includes an undoped GaN light guide layer 14a, InG
aN / InGaN quantum well layer 14b and p-GaN
Of the light guide layer 14c.

【0258】p−クラッド層15上には、低抵抗GaN
のp−層131、高抵抗GaNの電流ブロック層13
2、高抵抗GaNのp−層133、GaNのp−層13
4、GaNのp−コンタクト層135が順に積層され
る。電流ブロック層132は3μmの幅のストライプ状
の開口部を有し、これにより電流狭窄構造が作られる。
On the p-cladding layer 15, a low-resistance GaN
P-layer 131, high-resistance GaN current blocking layer 13
2. High resistance GaN p-layer 133, GaN p-layer 13
4. A GaN p-contact layer 135 is sequentially stacked. The current block layer 132 has a stripe-shaped opening having a width of 3 μm, thereby forming a current confinement structure.

【0259】p−コンタクト層135からn−クラッド
層13を超えてn−コンタクト層12に至るように、部
分的にSiが不純物としてイオン注入され、低抵抗のn
−電極引出し層136が形成される。n−電極引出し層
136の表面にはn側電極21が配設され、p−コンタ
クト層135の表面にはp側電極22が配設される。こ
の構造のレーザのしきい値は、1kA/cm2 であり、
従来の1/5以下となっている。
Si is partially ion-implanted as an impurity so as to extend from the p-contact layer 135 to the n-contact layer 12 beyond the n-cladding layer 13 so that the low-resistance n
-An electrode extraction layer 136 is formed. The n-side electrode 21 is provided on the surface of the n-electrode extraction layer 136, and the p-side electrode 22 is provided on the surface of the p-contact layer 135. The threshold value of the laser of this structure is 1 kA / cm 2 ,
It is 1/5 or less of the conventional one.

【0260】図48図示の実施の形態の半導体レーザに
おいては、六方晶の基板、例えばサファイア基板10上
に、アンドープGaNのバッファ層11、SiドープG
aNのn−コンタクト層12、SiドープGaAlNの
n−クラッド層13、図47図示の実施の形態と同じ構
造の活性層14、MgドープGaAlNのp−クラッド
層15、MgドープGaNのp−電流注入層17、及び
Mgドープ低抵抗GaNのp−コンタクト層18が順に
積層される。
In the semiconductor laser of the embodiment shown in FIG. 48, an undoped GaN buffer layer 11 and a Si-doped G layer are formed on a hexagonal substrate, for example, a sapphire substrate 10.
aN n-contact layer 12, Si-doped GaAlN n-clad layer 13, active layer 14 having the same structure as in the embodiment shown in FIG. 47, Mg-doped GaAlN p-clad layer 15, Mg-doped GaN p-current An injection layer 17 and a p-contact layer 18 of Mg-doped low-resistance GaN are sequentially stacked.

【0261】p−電流注入層17には、部分的にSiが
イオン注入されることにより、高抵抗GaNの電流ブロ
ック層137が形成される。電流ブロック層137は3
μmの幅のストライプ状の開口部を有し、これにより電
流狭窄構造が作られる。また、p−コンタクト層18か
らn−コンタクト層12の途中までが部分的にエッチン
グされ、露出したn−コンタクト層12の表面にはn側
電極21が配設され、p−コンタクト層18の表面には
p側電極22が配設される。この構造のレーザのしきい
値は、1kA/cm2 であり、従来の1/5以下となっ
ている。
A current blocking layer 137 of high-resistance GaN is formed in the p-current injection layer 17 by partially ion-implanting Si. The current block layer 137 is 3
It has a stripe-shaped opening with a width of μm, whereby a current confinement structure is created. The n-side electrode 21 is disposed on the exposed surface of the n-contact layer 12 from the p-contact layer 18 to the middle of the n-contact layer 12. Is provided with a p-side electrode 22. The threshold value of the laser having this structure is 1 kA / cm 2, which is 1/5 or less of the conventional value.

【0262】図49図示の実施の形態の半導体レーザに
おいては、六方晶の基板、例えばサファイア基板10上
に、アンドープGaNのバッファ層11、SiドープG
aNのn−コンタクト層12、SiドープGaAlNの
n−クラッド層13、図47図示の実施の形態と同じ構
造の活性層14、及びMgドープGaAlNのp−クラ
ッド層15が順に積層される。
In the semiconductor laser according to the embodiment shown in FIG. 49, an undoped GaN buffer layer 11 and a Si-doped GaN buffer layer 11 are formed on a hexagonal substrate, for example, a sapphire substrate 10.
An n-contact layer 12 of aN, an n-cladding layer 13 of Si-doped GaAlN, an active layer 14 having the same structure as the embodiment shown in FIG. 47, and a p-cladding layer 15 of Mg-doped GaAlN are sequentially laminated.

【0263】p−クラッド層15上には、低抵抗GaN
のp−層141、低抵抗GaNのp−層144、及びG
aNのp−コンタクト層145が順に積層される。低抵
抗GaNのp−層141内には、部分的にSiが不純物
として拡散導入されることにより、高抵抗GaNの電流
ブロック層142が形成される。電流ブロック層142
は3μmの幅のストライプ状の開口部を有し、これによ
り電流狭窄構造が作られる。また、低抵抗GaNのp−
層141の表面内には、全面的にSiが不純物として拡
散導入されることにより、高抵抗GaNのp−層143
が形成される。p−コンタクト層145からn−クラッ
ド層13を超えてn−コンタクト層12に至るように、
部分的にSiが不純物としてイオン注入され、低抵抗の
n−電極引出し層146が形成される。n−電極引出し
層146の表面にはn側電極21が配設され、p−コン
タクト層135の表面にはp側電極22が配設される。
この構造のレーザのしきい値は、1kA/cm2 であ
り、従来の1/5以下となっている。
On the p-cladding layer 15, a low-resistance GaN
P-layer 141, a low-resistance GaN p-layer 144, and G
An aN p-contact layer 145 is sequentially stacked. A current blocking layer 142 of high-resistance GaN is formed in the p-layer 141 of low-resistance GaN by partially diffusing and introducing Si as an impurity. Current block layer 142
Has a stripe-shaped opening having a width of 3 μm, thereby forming a current confinement structure. In addition, the p-
In the surface of the layer 141, Si is diffused and introduced as an impurity over the entire surface, so that the p- layer 143 of high resistance GaN is formed.
Is formed. From the p-contact layer 145 to the n-contact layer 12 beyond the n-cladding layer 13,
Si is partially ion-implanted as an impurity to form a low-resistance n-electrode extraction layer 146. The n-side electrode 21 is provided on the surface of the n-electrode extraction layer 146, and the p-side electrode 22 is provided on the surface of the p-contact layer 135.
The threshold value of the laser having this structure is 1 kA / cm 2, which is 1/5 or less of the conventional value.

【0264】図50図示の実施の形態の半導体受光素子
においては、六方晶の基板、例えばサファイア基板15
0上に、アンドープGaNのバッファ層151、GaN
のn−コンタクト層152、低抵抗GaNのp−層15
4、及びGaNのp−コンタクト層156が順次積層さ
れる。n−コンタクト層152の表面内に部分的に不純
物を導入することにより、高抵抗GaNの電流ブロック
層153が形成される。p−層154の表面内に不純物
を導入することにより、高抵抗GaNの発熱層155が
形成される。
In the semiconductor light receiving device of the embodiment shown in FIG. 50, a hexagonal substrate, for example, a sapphire substrate 15
0, undoped GaN buffer layer 151, GaN
N-contact layer 152, low-resistance GaN p-layer 15
4 and a GaN p-contact layer 156 are sequentially stacked. By partially introducing impurities into the surface of n-contact layer 152, high-resistance GaN current block layer 153 is formed. By introducing impurities into the surface of the p- layer 154, a heating layer 155 of high resistance GaN is formed.

【0265】また、p−コンタクト層156からn−コ
ンタクト層152の途中までが部分的にエッチングさ
れ、露出したn−コンタクト層152の表面にはn側電
極157が配設され、p−コンタクト層156の表面に
はp側電極158が配設される。この構造によれば、発
熱層155により、動作時に局所的に熱を発生させるこ
とができるため、十分なキャリアを供給することができ
る。
An n-side electrode 157 is provided on the exposed surface of the n-contact layer 152 by partially etching the p-contact layer 156 to the middle of the n-contact layer 152. A p-side electrode 158 is provided on the surface of 156. According to this structure, heat can be locally generated during operation by the heat generating layer 155, so that sufficient carriers can be supplied.

【0266】なお、以上説明した実施の形態では具体的
な材料、組成、厚さ等を示しているが、これらは、本発
明の主旨に沿う範囲で変更することができる。特に、窒
化ガリウム系化合物半導体としては、Inx Gay Al
z N(x+y+z=1、0≦x、y、z≦1)の組成式
の範囲で種々変更することができる。また、支持基板と
しては、サファイア基板の他、SiC、GaAs、S
i、GaN、AlN、MgO、GaP、MgAl2 O4
等を使用することができる。
Although the above-described embodiments show specific materials, compositions, thicknesses, and the like, these can be changed within the scope of the present invention. In particular, the gallium nitride-based compound semiconductor, an In x Ga y Al
z N (x + y + z = 1,0 ≦ x, y, z ≦ 1) can be variously modified within the composition formula. Further, as the supporting substrate, in addition to the sapphire substrate, SiC, GaAs, S
i, GaN, AlN, MgO, GaP, MgAl 2 O 4
Etc. can be used.

【0267】また、以上説明した実施の形態では主とし
て半導体レーザに適用した例を説明したが、本発明は半
導体レーザに限らず、窒化ガリウム系化合物半導体材料
を用いた各種の半導体素子に適用することも可能であ
る。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変
形して実施することができる。
In the embodiments described above, examples in which the present invention is mainly applied to a semiconductor laser have been described. However, the present invention is not limited to a semiconductor laser, but may be applied to various semiconductor devices using a gallium nitride-based compound semiconductor material. Is also possible. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.

【0268】[0268]

【発明の効果】本発明によれば、活性層へのキャリア注
入を効率的に行うと共に、電極コンタクト等での電圧降
下を抑制することができ、光ディスク等への実用に供す
る低しきい値、低電圧で動作し、高い信頼性を有する窒
化ガリウム系化合物半導体レーザを実現することが可能
となる。
According to the present invention, a carrier can be efficiently injected into an active layer and a voltage drop at an electrode contact or the like can be suppressed. A gallium nitride-based compound semiconductor laser that operates at low voltage and has high reliability can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態に係る窒化ガリウム系化合
物半導体レーザの素子構造を示す断面図。
FIG. 1 is a sectional view showing an element structure of a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to an embodiment of the present invention.

【図2】(a)〜(c)は、図1図示の半導体レーザの
製造方法の前半を示す断面図。
2A to 2C are cross-sectional views illustrating a first half of a method of manufacturing the semiconductor laser illustrated in FIG.

【図3】(a)、(b)は、図1図示の半導体レーザの
製造方法の後半を示す断面図。
FIGS. 3A and 3B are cross-sectional views showing the latter half of the method of manufacturing the semiconductor laser shown in FIG. 1;

【図4】図1図示の半導体レーザのマウント状態を示す
断面図。
FIG. 4 is a sectional view showing a mounted state of the semiconductor laser shown in FIG. 1;

【図5】本発明の別の実施の形態に係る窒化ガリウム系
化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。
FIG. 5 is a sectional view showing a device structure of a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to another embodiment of the present invention.

【図6】(a)〜(c)は、図5図示の半導体レーザの
製造方法を示す断面図。
6A to 6C are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing the semiconductor laser illustrated in FIG.

【図7】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリウ
ム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。
FIG. 7 is a sectional view showing an element structure of a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to still another embodiment of the present invention.

【図8】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリウ
ム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。
FIG. 8 is a sectional view showing a device structure of a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to still another embodiment of the present invention.

【図9】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリウ
ム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。
FIG. 9 is a sectional view showing an element structure of a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to still another embodiment of the present invention.

【図10】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。
FIG. 10 is a sectional view showing an element structure of a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to still another embodiment of the present invention.

【図11】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。
FIG. 11 is a sectional view showing an element structure of a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to still another embodiment of the present invention.

【図12】図11図示の半導体レーザの電流ブロック層
付近における不純物濃度プロファイルを示す図。
FIG. 12 is a view showing an impurity concentration profile near a current block layer of the semiconductor laser shown in FIG. 11;

【図13】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a device structure of a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to still another embodiment of the present invention.

【図14】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。
FIG. 14 is a sectional view showing a device structure of a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to still another embodiment of the present invention.

【図15】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。
FIG. 15 is a sectional view showing a device structure of a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to still another embodiment of the present invention.

【図16】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。
FIG. 16 is a sectional view showing a device structure of a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to still another embodiment of the present invention.

【図17】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。
FIG. 17 is a sectional view showing a device structure of a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to still another embodiment of the present invention.

【図18】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。
FIG. 18 is a sectional view showing a device structure of a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to still another embodiment of the present invention.

【図19】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。
FIG. 19 is a sectional view showing an element structure of a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to still another embodiment of the present invention.

【図20】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。
FIG. 20 is a sectional view showing a device structure of a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to still another embodiment of the present invention.

【図21】(a)〜(c)は、図20図示の半導体レー
ザの製造方法の前半を示す断面図。
21 (a) to (c) are cross-sectional views showing a first half of a method of manufacturing the semiconductor laser shown in FIG. 20.

【図22】(a)〜(c)は、図20図示の半導体レー
ザの製造方法の後半を示す断面図。
FIGS. 22A to 22C are cross-sectional views showing the latter half of the method of manufacturing the semiconductor laser shown in FIG. 20;

【図23】図20図示の半導体レーザにおいて、p−コ
ンタクト層を再成長した後の開口部周辺を示す走査電子
顕微鏡写真図。
FIG. 23 is a scanning electron micrograph showing the periphery of the opening after the p-contact layer is regrown in the semiconductor laser shown in FIG. 20;

【図24】図20図示の半導体レーザの開口部周辺を示
す拡大断面図。
FIG. 24 is an enlarged sectional view showing the periphery of an opening of the semiconductor laser shown in FIG. 20;

【図25】(a)〜(c)は、本発明の更に別の実施の
形態に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造方
法の前半を示す断面図。
FIGS. 25A to 25C are cross-sectional views showing the first half of a method for manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to still another embodiment of the present invention.

【図26】(a)〜(c)は、図25(a)〜(c)に
続く、半導体レーザの製造方法の後半を示す断面図。
FIGS. 26A to 26C are cross-sectional views illustrating the latter half of the method of manufacturing the semiconductor laser, following FIGS. 25A to 25C;

【図27】(a)〜(c)は、本発明の更に別の実施の
形態に係る窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造方
法の前半を示す断面図。
FIGS. 27A to 27C are cross-sectional views showing the first half of a method for manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to still another embodiment of the present invention.

【図28】(a)は、図27(a)〜(c)図示の半導
体レーザにおいて、p−コンタクト層を再成長した後の
開口部周辺を示す拡大断面図、(b)は、開口部の上部
の幅とp−コンタクト層表面の溝の深さとの関係を、開
口部の深さを変数として示すグラフ。
28A is an enlarged cross-sectional view showing the periphery of the opening after the p-contact layer is regrown in the semiconductor laser shown in FIGS. 27A to 27C, and FIG. 6 is a graph showing the relationship between the width of the upper part of the graph and the depth of the groove on the surface of the p-contact layer, with the depth of the opening as a variable.

【図29】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。
FIG. 29 is a cross-sectional view showing a device structure of a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to still another embodiment of the present invention.

【図30】(a)〜(c)は、図29図示の半導体レー
ザの製造方法を示す断面図。
30 (a) to (c) are cross-sectional views showing a method for manufacturing the semiconductor laser shown in FIG. 29.

【図31】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。
FIG. 31 is a cross-sectional view showing a device structure of a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to still another embodiment of the present invention.

【図32】(a)〜(c)は、図31図示の半導体レー
ザの製造方法を示す断面図。
32 (a) to (c) are cross-sectional views showing a method for manufacturing the semiconductor laser shown in FIG. 31.

【図33】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。
FIG. 33 is a sectional view showing a device structure of a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to still another embodiment of the present invention.

【図34】(a)〜(c)は、図33図示の半導体レー
ザの製造方法を示す断面図。
34 (a) to (c) are cross-sectional views showing a method for manufacturing the semiconductor laser shown in FIG. 33.

【図35】図33図示の半導体レーザにおいて、p−コ
ンタクト層を再成長すると共に電極を形成した後の開口
部周辺を示す走査電子顕微鏡写真図。
FIG. 35 is a scanning electron microscope photograph showing the periphery of the opening after the growth of the p-contact layer and the formation of the electrodes in the semiconductor laser shown in FIG. 33;

【図36】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。
FIG. 36 is a sectional view showing an element structure of a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to still another embodiment of the present invention.

【図37】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。
FIG. 37 is a sectional view showing an element structure of a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to still another embodiment of the present invention.

【図38】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。
FIG. 38 is a sectional view showing a device structure of a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to still another embodiment of the present invention.

【図39】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。
FIG. 39 is a sectional view showing a device structure of a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to still another embodiment of the present invention.

【図40】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。
FIG. 40 is a sectional view showing an element structure of a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to still another embodiment of the present invention.

【図41】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。
FIG. 41 is a sectional view showing an element structure of a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to still another embodiment of the present invention.

【図42】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。
FIG. 42 is a sectional view showing a device structure of a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to still another embodiment of the present invention.

【図43】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。
FIG. 43 is a cross-sectional view showing a device structure of a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to still another embodiment of the present invention.

【図44】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。
FIG. 44 is a sectional view showing an element structure of a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to still another embodiment of the present invention.

【図45】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。
FIG. 45 is a sectional view showing a device structure of a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to still another embodiment of the present invention.

【図46】本発明の更に別の実施の形態に係るガリウム
砒素系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。
FIG. 46 is a sectional view showing an element structure of a gallium arsenide-based compound semiconductor laser according to still another embodiment of the present invention.

【図47】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。
FIG. 47 is a cross-sectional view showing a device structure of a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to still another embodiment of the present invention.

【図48】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。
FIG. 48 is a cross-sectional view showing a device structure of a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to still another embodiment of the present invention.

【図49】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザの素子構造を示す断面図。
FIG. 49 is a sectional view showing a device structure of a gallium nitride-based compound semiconductor laser according to still another embodiment of the present invention.

【図50】本発明の更に別の実施の形態に係る窒化ガリ
ウム系化合物半導体受光素子の素子構造を示す断面図。
FIG. 50 is a sectional view showing an element structure of a gallium nitride-based compound semiconductor light-receiving element according to still another embodiment of the present invention.

【符号の説明】 10…サファイア基板 11…ノンドープGaNバッファ層 12…n−GaNコンタクト層 13…n−GaAlNクラッド層 14…MQW活性層 15…p−GaAlNクラッド層 16…GaN電流ブロック層 17…p−GaN埋込み層 18…p−GaNコンタクト層 21…n側電極 22…p側電極 31、51、52…InGaN表面保護層 35…裏面金属膜 36…ヒートシンク 37…融着金属 55…パッシベーション膜 62、64…AlN電流ブロック層 66…周期構造部 72…エッチングストップ層 74…SiO2 層 76…レジスト層 77…開口部 82…TiまたはAl層 84…レジスト層 90…SiC基板 92…p−GaNコンタクト層(電流注入層) 93、94、106、116、132、137、142
…電流ブロック層 136、146…電極引出し層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Sapphire substrate 11 ... Non-doped GaN buffer layer 12 ... n-GaN contact layer 13 ... n-GaAlN cladding layer 14 ... MQW active layer 15 ... p-GaAlN cladding layer 16 ... GaN current block layer 17 ... p -GaN buried layer 18-p-GaN contact layer 21-n-side electrode 22-p-side electrode 31, 51, 52-InGaN surface protection layer 35-backside metal film 36-heat sink 37-fusion metal 55-passivation film 62 64 AlN current block layer 66 periodic structure 72 etching stop layer 74 SiO 2 layer 76 resist layer 77 opening 82 82 Ti or Al layer 84 resist layer 90 SiC substrate 92 p-GaN contact layer (Current injection layer) 93, 94, 106, 116, 132, 137, 1 2
... Current blocking layer 136, 146 ... Electrode extraction layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西尾 譲司 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 波多腰 玄一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 藤本 英俊 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Joji Nishio 1st address, Toshiba R & D Center, Komukai Toshiba-cho, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture (72) Inventor Hidetoshi Fujimoto 1st location of Komukai Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Pref.

Claims (21)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】2種類以上の半導体層の繰り返しで構成さ
れる周期構造を有する活性層と、 ダブルヘテロ接合構造を形成するように前記活性層を挟
んで配設された、それぞれ第1及び第2導電型の第1及
び第2クラッド層と、 前記第1及び第2クラッド層に接続された第1及び第2
電極と、 前記第2電極と前記第2クラッド層との間に配設され、
前記ダブルヘテロ接合構造に対する電流を狭窄するため
のストライプ状の開口部を有する電流ブロック層と、 前記第2電極と前記電流ブロック層との間及び前記開口
部内に配設され、前記開口部よりも広い面積を有する電
流注入層と、 前記活性層、前記第1及び第2クラッド層、電流ブロッ
ク層、及び電流注入層の夫々は、下記の組成式で表され
る材料から基本的になることと、 Inx Gay Alz N、ここでx+y+z=1、0≦
x,y,z≦1 前記電流ブロック層の厚さをTA、前記電流ブロック層
と前記活性層との間の距離をTBとした時、TB<TA
の条件を満足することと、を具備することを特徴とする
窒化ガリウム系化合物半導体レーザ。
1. An active layer having a periodic structure composed of a repetition of two or more types of semiconductor layers, and a first layer and a first layer, which are disposed with the active layer interposed therebetween so as to form a double heterojunction structure. First and second cladding layers of two conductivity type, and first and second cladding layers connected to the first and second cladding layers.
An electrode, disposed between the second electrode and the second cladding layer,
A current block layer having a stripe-shaped opening for confining current to the double heterojunction structure; a current block layer disposed between the second electrode and the current block layer and in the opening; Each of the current injection layer having a large area, the active layer, the first and second cladding layers, the current block layer, and the current injection layer is basically made of a material represented by the following composition formula. , in x Ga y Al z N , wherein x + y + z = 1,0 ≦
x, y, z ≦ 1 When the thickness of the current blocking layer is TA and the distance between the current blocking layer and the active layer is TB, TB <TA
Gallium nitride based compound semiconductor laser characterized by satisfying the following conditions:
【請求項2】2TB<TAの条件を満足することを特徴
とする請求項1に記載の窒化ガリウム系化合物半導体レ
ーザ。
2. The gallium nitride-based compound semiconductor laser according to claim 1, wherein a condition of 2TB <TA is satisfied.
【請求項3】2TB<TA<10TBの条件を満足する
ことを特徴とする請求項2に記載の窒化ガリウム系化合
物半導体レーザ。
3. The gallium nitride based compound semiconductor laser according to claim 2, wherein a condition of 2 TB <TA <10 TB is satisfied.
【請求項4】前記開口部内を除く前記電流注入層の厚さ
をTCとした時、TC<TAの条件を満足することを特
徴とする請求項1に記載の窒化ガリウム系化合物半導体
レーザ。
4. The gallium nitride-based compound semiconductor laser according to claim 1, wherein when the thickness of the current injection layer excluding the inside of the opening is TC, the condition TC <TA is satisfied.
【請求項5】前記開口部内を除く前記電流注入層の厚さ
をTCとした時、TB<TCの条件を満足することを特
徴とする請求項1に記載の窒化ガリウム系化合物半導体
レーザ。
5. The gallium nitride-based compound semiconductor laser according to claim 1, wherein a condition of TB <TC is satisfied, where TC is a thickness of the current injection layer excluding the inside of the opening.
【請求項6】前記電流ブロック層は、ドープされた第2
導電型の不純物を含有することを特徴とする請求項1に
記載の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ。
6. The method according to claim 1, wherein the current blocking layer comprises a doped second layer.
The gallium nitride-based compound semiconductor laser according to claim 1, further comprising a conductive impurity.
【請求項7】前記開口部の側壁と、前記電流ブロック層
と前記電流注入層との界面とが,45°から90°の角
度をなすことを特徴とする請求項1に記載の窒化ガリウ
ム系化合物半導体レーザ。
7. The gallium nitride-based system according to claim 1, wherein a side wall of the opening and an interface between the current blocking layer and the current injection layer form an angle of 45 ° to 90 °. Compound semiconductor laser.
【請求項8】2種類以上の半導体層の繰り返しで構成さ
れる周期構造を有する活性層と、 ダブルヘテロ接合構造を形成するように前記活性層を挟
んで配設された、それぞれ第1及び第2導電型の第1及
び第2クラッド層と、 前記第1及び第2クラッド層に接続された第1及び第2
電極と、 前記第2電極と前記第2クラッド層との間に配設され、
前記ダブルヘテロ接合構造に対する電流を狭窄するため
のストライプ状の開口部を有する電流ブロック層と、 前記第2電極と前記電流ブロック層との間及び前記開口
部内に配設され、前記開口部よりも広い面積を有する電
流注入層と、 前記活性層、前記第1及び第2クラッド層、電流ブロッ
ク層、及び電流注入層の夫々は、下記の組成式で表され
る材料から基本的になることと、 Inx Gay Alz N、ここでx+y+z=1、0≦
x,y,z≦1 前記電流ブロック層の厚さをTA、前記開口部内を除く
前記電流注入層の厚さをTCとした時、TC<TAの条
件を満足することと、を具備することを特徴とする窒化
ガリウム系化合物半導体レーザ。
8. An active layer having a periodic structure composed of a repetition of two or more types of semiconductor layers, and a first and a second layer, respectively, which are disposed with the active layer interposed therebetween so as to form a double hetero junction structure. First and second cladding layers of two conductivity type, and first and second cladding layers connected to the first and second cladding layers.
An electrode, disposed between the second electrode and the second cladding layer,
A current block layer having a stripe-shaped opening for confining current to the double heterojunction structure; a current block layer disposed between the second electrode and the current block layer and in the opening; Each of the current injection layer having a large area, the active layer, the first and second cladding layers, the current block layer, and the current injection layer is basically made of a material represented by the following composition formula. , in x Ga y Al z N , wherein x + y + z = 1,0 ≦
x, y, z ≦ 1 When the thickness of the current blocking layer is TA and the thickness of the current injection layer excluding the inside of the opening is TC, the condition of TC <TA is satisfied. A gallium nitride-based compound semiconductor laser characterized by the following.
【請求項9】前記開口部の上方で前記電流注入層の表面
にストライプ状でV字型の溝が形成され、前記第2電極
が前記溝内で前記電流注入層にコンタクトする部分を有
することを特徴とする請求項8に記載の窒化ガリウム系
化合物半導体レーザ。
9. A stripe-shaped V-shaped groove is formed on the surface of the current injection layer above the opening, and the second electrode has a portion in the groove that contacts the current injection layer. The gallium nitride-based compound semiconductor laser according to claim 8, wherein:
【請求項10】前記開口部の深さをd1、前記開口部の
上部及び下部の幅をそれぞれW1、W2とした時、24
<(W1+W2)×d1/TCの条件を満足することを
特徴とする請求項9に記載の窒化ガリウム系化合物半導
体レーザ。
10. When the depth of the opening is d1 and the widths of the upper and lower portions of the opening are W1 and W2, respectively, 24
The gallium nitride-based compound semiconductor laser according to claim 9, wherein a condition of <(W1 + W2) * d1 / TC is satisfied.
【請求項11】2種類以上の半導体層の繰り返しで構成
される周期構造を有する活性層と、 ダブルヘテロ接合構造を形成するように前記活性層を挟
んで配設された、それぞれ第1及び第2導電型の第1及
び第2クラッド層と、 前記第1及び第2クラッド層に接続された第1及び第2
電極と、 前記第2電極と前記第2クラッド層との間に配設され、
前記ダブルヘテロ接合構造に対する電流を狭窄するため
のストライプ状の開口部を有する電流ブロック層と、 前記第2電極と前記電流ブロック層との間に配設され、
前記開口部よりも広い面積を有する電流注入層と、 前記活性層、前記第1及び第2クラッド層、電流ブロッ
ク層、及び電流注入層の夫々は、下記の組成式で表され
る材料から基本的になることと、 Inx Gay Alz N、ここでx+y+z=1、0≦
x,y,z≦1 前記電流ブロック層と前記活性層との間の距離をTB、
前記開口部内を除く前記電流注入層の厚さをTCとした
時、TB<TCの条件を満足することと、を具備するこ
とを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体レーザ。
11. An active layer having a periodic structure composed of a repetition of two or more types of semiconductor layers, and a first layer and a first layer disposed to sandwich the active layer so as to form a double heterojunction structure. First and second cladding layers of two conductivity type, and first and second cladding layers connected to the first and second cladding layers.
An electrode, disposed between the second electrode and the second cladding layer,
A current block layer having a stripe-shaped opening for confining current to the double hetero junction structure; and a current block layer disposed between the second electrode and the current block layer;
Each of the current injection layer having an area larger than the opening, the active layer, the first and second cladding layers, the current block layer, and the current injection layer is made of a material represented by the following composition formula. and it is the target, in x Ga y Al z N , wherein x + y + z = 1,0 ≦
x, y, z ≦ 1 The distance between the current blocking layer and the active layer is represented by TB,
A gallium nitride based compound semiconductor laser characterized by satisfying a condition of TB <TC, where TC is the thickness of the current injection layer excluding the inside of the opening.
【請求項12】2種類以上の半導体層の繰り返しで構成
される周期構造を有する活性層と、 ダブルヘテロ接合構造を形成するように前記活性層を挟
んで配設された、それぞれ第1及び第2導電型の第1及
び第2クラッド層と、 前記第1及び第2クラッド層に接続された第1及び第2
電極と、 前記第2電極と前記第2クラッド層との間に配設され、
前記ダブルヘテロ接合構造に対する電流を狭窄するため
のストライプ状の開口部を有する電流ブロック層と、 前記第2電極と前記電流ブロック層との間及び前記開口
部内に配設され、前記開口部よりも広い面積を有する電
流注入層と、 前記活性層、前記第1及び第2クラッド層、電流ブロッ
ク層、及び電流注入層の夫々は、下記の組成式で表され
る材料から基本的になることと、 Inx Gay Alz N、ここでx+y+z=1、0≦
x,y,z≦1 前記活性層に近接する前記電流注入層の部分は、前記活
性層の発光波長に対応するバンドギャップより大きなバ
ンドギャップを有すると共に、前記電流ブロック層より
大きな屈折率を有することと、を具備することを特徴と
する窒化ガリウム系化合物半導体レーザ。
12. An active layer having a periodic structure composed of a repetition of two or more types of semiconductor layers, and a first and a second layer, respectively, which are disposed with the active layer interposed therebetween so as to form a double hetero junction structure. First and second cladding layers of two conductivity type, and first and second cladding layers connected to the first and second cladding layers.
An electrode, disposed between the second electrode and the second cladding layer,
A current block layer having a stripe-shaped opening for confining current to the double heterojunction structure; a current block layer disposed between the second electrode and the current block layer and in the opening; Each of the current injection layer having a large area, the active layer, the first and second cladding layers, the current block layer, and the current injection layer is basically made of a material represented by the following composition formula. , in x Ga y Al z N , wherein x + y + z = 1,0 ≦
x, y, z ≦ 1 The portion of the current injection layer adjacent to the active layer has a band gap larger than a band gap corresponding to an emission wavelength of the active layer and has a larger refractive index than the current blocking layer. And a gallium nitride-based compound semiconductor laser.
【請求項13】前記第2クラッド層と前記電流ブロック
層とは、略等しい屈折率を有することを特徴とする請求
項12に記載の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ。
13. The gallium nitride compound semiconductor laser according to claim 12, wherein said second cladding layer and said current blocking layer have substantially the same refractive index.
【請求項14】前記活性層に近接する前記電流注入層の
部分と前記第2クラッド層とは、略等しい屈折率を有す
ることを特徴とする請求項12に記載の窒化ガリウム系
化合物半導体レーザ。
14. The gallium nitride-based compound semiconductor laser according to claim 12, wherein a portion of said current injection layer adjacent to said active layer and said second cladding layer have substantially the same refractive index.
【請求項15】2種類以上の半導体層の繰り返しで構成
される周期構造を有する活性層と、 ダブルヘテロ接合構造を形成するように前記活性層を挟
んで配設された、それぞれ第1及び第2導電型の第1及
び第2クラッド層と、 前記第1及び第2クラッド層に接続された第1及び第2
電極と、 前記第2電極と前記第2クラッド層との間に配設され、
前記ダブルヘテロ接合構造に対する電流を狭窄するため
のストライプ状の開口部を有する電流ブロック層と、 前記第2電極と前記電流ブロック層との間及び前記開口
部内に配設され、前記開口部よりも広い面積を有する電
流注入層と、 前記活性層、前記第1及び第2クラッド層、電流ブロッ
ク層、及び電流注入層の夫々は、下記の組成式で表され
る材料から基本的になることと、 Inx Gay Alz N、ここでx+y+z=1、0≦
x,y,z≦1 前記電流ブロック層は、前記活性層の発光波長に対応す
るバンドギャップより大きなバンドギャップを有すると
共に、前記活性層に近接する前記電流注入層の部分より
大きな屈折率を有することと、を具備することを特徴と
する窒化ガリウム系化合物半導体レーザ。
15. An active layer having a periodic structure formed by repeating two or more types of semiconductor layers, and first and second active layers disposed to sandwich the active layer to form a double heterojunction structure. First and second cladding layers of two conductivity type, and first and second cladding layers connected to the first and second cladding layers.
An electrode, disposed between the second electrode and the second cladding layer,
A current block layer having a stripe-shaped opening for confining current to the double heterojunction structure; a current block layer disposed between the second electrode and the current block layer and in the opening; Each of the current injection layer having a large area, the active layer, the first and second cladding layers, the current block layer, and the current injection layer is basically made of a material represented by the following composition formula. , in x Ga y Al z N , wherein x + y + z = 1,0 ≦
x, y, z ≦ 1 The current blocking layer has a band gap larger than a band gap corresponding to an emission wavelength of the active layer, and has a larger refractive index than a portion of the current injection layer adjacent to the active layer. And a gallium nitride-based compound semiconductor laser.
【請求項16】2種類以上の半導体層の繰り返しで構成
される周期構造を有する活性層と、 ダブルヘテロ接合構造を形成するように前記活性層を挟
んで配設された、それぞれ第1及び第2導電型の第1及
び第2クラッド層と、 前記第1及び第2クラッド層に接続された第1及び第2
電極と、 前記第2電極と前記第2クラッド層との間に配設され、
前記ダブルヘテロ接合構造に対する電流を狭窄するため
のストライプ状の開口部を有する電流ブロック層と、 前記第2電極と前記電流ブロック層との間及び前記開口
部内に配設され、前記開口部よりも広い面積を有する電
流注入層と、 前記活性層、前記第1及び第2クラッド層、電流ブロッ
ク層、及び電流注入層の夫々は、下記の組成式で表され
る材料から基本的になることと、 Inx Gay Alz N、ここでx+y+z=1、0≦
x,y,z≦1 前記活性層に近接する前記電流注入層の部分は、前記活
性層の発光波長に対応するバンドギャップより大きなバ
ンドギャップを有すると共に、前記電流ブロック層は、
前記活性層の発光波長に対応するバンドギャップより小
さなバンドギャップを有することと、を具備することを
特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体レーザ。
16. An active layer having a periodic structure composed of a repetition of two or more types of semiconductor layers, and a first and a second, respectively, disposed with the active layer interposed therebetween so as to form a double hetero junction structure. First and second cladding layers of two conductivity type, and first and second cladding layers connected to the first and second cladding layers.
An electrode, disposed between the second electrode and the second cladding layer,
A current block layer having a stripe-shaped opening for confining current to the double heterojunction structure; a current block layer disposed between the second electrode and the current block layer and in the opening; Each of the current injection layer having a large area, the active layer, the first and second cladding layers, the current block layer, and the current injection layer is basically made of a material represented by the following composition formula. , in x Ga y Al z N , wherein x + y + z = 1,0 ≦
x, y, z ≦ 1 A portion of the current injection layer adjacent to the active layer has a band gap larger than a band gap corresponding to an emission wavelength of the active layer, and the current blocking layer includes:
Having a band gap smaller than a band gap corresponding to an emission wavelength of the active layer.
【請求項17】2種類以上の半導体層の繰り返しで構成
される周期構造を有する活性層と、 ダブルヘテロ接合構造を形成するように前記活性層を挟
んで配設された、それぞれ第1及び第2導電型の第1及
び第2クラッド層と、 前記第1及び第2クラッド層に接続された第1及び第2
電極と、 前記第2電極と前記第2クラッド層との間に配設され、
前記ダブルヘテロ接合構造に対する電流を狭窄するため
のストライプ状の開口部を有する電流ブロック層と、 前記第2電極と前記電流ブロック層との間及び前記開口
部内に配設され、前記開口部よりも広い面積を有する電
流注入層と、 前記活性層、前記第1及び第2クラッド層、電流ブロッ
ク層、及び電流注入層の夫々は、下記の組成式で表され
る材料から基本的になることと、 Inx Gay Alz N、ここでx+y+z=1、0≦
x,y,z≦1 前記第2クラッド層の表面に前記開口部と連続するスト
ライプ状の溝が形成され、前記電流注入層は、前記溝内
で前記第2クラッド層と接するように配設されること
と、を具備することを特徴とする窒化ガリウム系化合物
半導体レーザ。
17. An active layer having a periodic structure composed of a repetition of two or more types of semiconductor layers, and a first layer and a first layer, which are disposed with the active layer interposed therebetween so as to form a double hetero junction structure. First and second cladding layers of two conductivity type, and first and second cladding layers connected to the first and second cladding layers.
An electrode, disposed between the second electrode and the second cladding layer,
A current block layer having a stripe-shaped opening for confining current to the double heterojunction structure; a current block layer disposed between the second electrode and the current block layer and in the opening; Each of the current injection layer having a large area, the active layer, the first and second cladding layers, the current block layer, and the current injection layer is basically made of a material represented by the following composition formula. , in x Ga y Al z N , wherein x + y + z = 1,0 ≦
x, y, z ≦ 1 A stripe-shaped groove continuous with the opening is formed on the surface of the second cladding layer, and the current injection layer is disposed in the groove so as to be in contact with the second cladding layer. A gallium nitride based compound semiconductor laser.
【請求項18】活性層と、 ダブルヘテロ接合構造を形成するように前記活性層を挟
んで配設された、それぞれ第1及び第2導電型の第1及
び第2クラッド層と、 前記第1及び第2クラッド層に接続された第1及び第2
電極と、 前記第2電極と前記第2クラッド層との間に配設され、
前記ダブルヘテロ接合構造に対する電流を狭窄するため
のストライプ状の開口部を有する電流ブロック層と、 前記第2電極と前記電流ブロック層との間及び前記開口
部内に配設され、前記開口部よりも広い面積を有する電
流注入層と、 前記活性層、前記第1及び第2クラッド層、電流ブロッ
ク層、及び電流注入層の夫々は、下記の組成式で表され
る材料から基本的になることと、 Inx Gay Alz N、ここでx+y+z=1、0≦
x,y,z≦1 を具備する窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造方
法であって、 支持基板上に前記ダブルヘテロ構造を有する積層膜を形
成する工程と、 前記積層膜上に前記電流ブロック層と表面保護層とを積
層する工程と、 前記表面保護層及び前記電流ブロック層の一部をエッチ
ングしてストライプ状の前記開口部を形成する工程と、 前記表面保護層を気相中の高温放置による結晶の再蒸発
によって除去した後、前記開口部内及び前記電流ブロッ
ク層上に前記電流注入層を形成する工程と、を具備する
ことを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体レーザの
製造方法。
18. An active layer, first and second conductive-type first and second cladding layers disposed to sandwich the active layer so as to form a double heterojunction structure, respectively, And the first and second connected to the second cladding layer.
An electrode, disposed between the second electrode and the second cladding layer,
A current block layer having a stripe-shaped opening for confining current to the double heterojunction structure; a current block layer disposed between the second electrode and the current block layer and in the opening; Each of the current injection layer having a large area, the active layer, the first and second cladding layers, the current block layer, and the current injection layer is basically made of a material represented by the following composition formula. , in x Ga y Al z N , wherein x + y + z = 1,0 ≦
A method for manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor laser having x, y, z ≦ 1, wherein a step of forming a laminated film having the double heterostructure on a support substrate; Laminating a surface protection layer and a surface protection layer; etching a part of the surface protection layer and the current block layer to form the stripe-shaped opening; leaving the surface protection layer at a high temperature in a gas phase Forming the current injection layer in the opening and on the current block layer after the crystal is removed by re-evaporation of the gallium nitride-based compound semiconductor laser.
【請求項19】活性層と、 ダブルヘテロ接合構造を形成するように前記活性層を挟
んで配設された、それぞれ第1及び第2導電型の第1及
び第2クラッド層と、 前記第1及び第2クラッド層に接続された第1及び第2
電極と、 前記第2電極と前記第2クラッド層との間に配設され、
前記ダブルヘテロ接合構造に対する電流を狭窄するため
のストライプ状の開口部を有する電流ブロック層と、 前記第2電極と前記電流ブロック層との間及び前記開口
部内に配設され、前記開口部よりも広い面積を有する電
流注入層と、 前記活性層、前記第1及び第2クラッド層、電流ブロッ
ク層、及び電流注入層の夫々は、下記の組成式で表され
る材料から基本的になることと、 Inx Gay Alz N、ここでx+y+z=1、0≦
x,y,z≦1 を具備する窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造方
法であって、 支持基板上に前記ダブルヘテロ構造を有する積層膜を形
成する工程と、 前記積層膜上に前記電流ブロック層を形成する工程と、 前記電流ブロック層の一部をドライエッチングしてスト
ライプ状の前記開口部を形成する工程と、 前記支持基板、前記積層膜、及び前記電流ブロック層を
100℃以上に加熱したHNO3 :HCl=3:1の溶
液中に漬けた後、前記開口部内及び前記電流ブロック層
上に前記電流注入層を形成する工程と、を具備すること
を特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造
方法。
19. An active layer, first and second conductive-type first and second cladding layers disposed to sandwich the active layer so as to form a double heterojunction structure. And the first and second connected to the second cladding layer.
An electrode, disposed between the second electrode and the second cladding layer,
A current block layer having a stripe-shaped opening for confining current to the double heterojunction structure; a current block layer disposed between the second electrode and the current block layer and in the opening; Each of the current injection layer having a large area, the active layer, the first and second cladding layers, the current block layer, and the current injection layer is basically made of a material represented by the following composition formula. , in x Ga y Al z N , wherein x + y + z = 1,0 ≦
A method of manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor laser having x, y, z ≦ 1, comprising: forming a laminated film having the double hetero structure on a supporting substrate; and forming the current blocking layer on the laminated film. Forming a stripe-shaped opening by dry-etching a part of the current block layer; heating the support substrate, the laminated film, and the current block layer to 100 ° C. or more. Forming a current injection layer in the opening and on the current block layer after immersion in a solution of HNO 3 : HCl = 3: 1, wherein the gallium nitride-based compound semiconductor laser is provided. Manufacturing method.
【請求項20】活性層と、 ダブルヘテロ接合構造を形成するように前記活性層を挟
んで配設された、それぞれ第1及び第2導電型の第1及
び第2クラッド層と、 前記第1及び第2クラッド層に接続された第1及び第2
電極と、 前記第2電極と前記第2クラッド層との間に配設され、
前記ダブルヘテロ接合構造に対する電流を狭窄するため
のストライプ状の開口部を有する電流ブロック層と、 前記第2電極と前記電流ブロック層との間及び前記開口
部内に配設され、前記開口部よりも広い面積を有する電
流注入層と、 前記活性層、前記第1及び第2クラッド層、電流ブロッ
ク層、及び電流注入層の夫々は、下記の組成式で表され
る材料から基本的になることと、 Inx Gay Alz N、ここでx+y+z=1、0≦
x,y,z≦1 を具備する窒化ガリウム系化合物半導体レーザの製造方
法であって、 支持基板上に前記ダブルヘテロ構造を有する積層膜を形
成する工程と、 前記積層膜上に前記電流注入層を形成する工程と、 前記第2クラッド層及び前記電流注入層のいずれか一方
または双方からなる被選択層に部分的に不純物を導入
し、ストライプ状の前記開口部を有する前記電流ブロッ
ク層を形成する工程と、を具備することを特徴とする窒
化ガリウム系化合物半導体レーザの製造方法。
20. An active layer, first and second conductive-type first and second cladding layers disposed to sandwich the active layer so as to form a double heterojunction structure. And the first and second connected to the second cladding layer.
An electrode, disposed between the second electrode and the second cladding layer,
A current block layer having a stripe-shaped opening for confining current to the double heterojunction structure; a current block layer disposed between the second electrode and the current block layer and in the opening; Each of the current injection layer having a large area, the active layer, the first and second cladding layers, the current block layer, and the current injection layer is basically made of a material represented by the following composition formula. , in x Ga y Al z N , wherein x + y + z = 1,0 ≦
A method for manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor laser having x, y, z ≦ 1, wherein a step of forming a laminated film having the double hetero structure on a supporting substrate; Forming a current blocking layer having the stripe-shaped openings by partially introducing impurities into a selected layer formed of one or both of the second cladding layer and the current injection layer. A method for manufacturing a gallium nitride-based compound semiconductor laser.
【請求項21】前記被選択層がMg及びAlのいずれか
一方または双方を含有し、前記不純物がOであることを
特徴とする請求項20に記載の窒化ガリウム系化合物半
導体レーザの製造方法。
21. The method according to claim 20, wherein the selected layer contains one or both of Mg and Al, and the impurity is O.
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