JP2001007447A

JP2001007447A - 窒化物半導体レーザ素子

Info

Publication number: JP2001007447A
Application number: JP17284099A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Nagahama; 慎一長濱
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 1999-06-18
Filing date: 1999-06-18
Publication date: 2001-01-12

Abstract

(57)【要約】【課題】高信頼性を有する発振波長が４２０ｎｍ以上
のレーザ素子を得るため、しきい値電流密度を低下さ
せ、寿命特性の向上が可能な窒化物半導体レーザ素子を
提供することである。【解決手段】基板上に、少なくともｎ型窒化物半導
体、Ｉｎを含んでなる井戸層を有する量子井戸構造の活
性層、及びｐ型窒化物半導体を順に積層してなる窒化物
半導体レーザ素子において、該活性層が、井戸層の全積
層数が２以下である量子井戸構造であり、更に、発振波
長が４２０ｎｍ以上である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオード、
レーザダイオード等の発光素子、又は太陽電池、光セン
サー等の受光素子に使用される窒化物半導体（Ｉｎ_XＡ
ｌ_YＧａ_1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）よりなる窒
化物半導体レーザ素子に関し、特にしきい値電流密度が
低く、寿命特性が向上する発振波長４２０ｎｍ以上の窒
化物半導体レーザ素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、窒化物半導体からなるレーザ素子
は、波長４００ｎｍ付近の青色レーザ素子として実用可
能なレベルまで研究が進んでいる。例えば、本発明者を
含む研究者等は、Japanese Journal of Aplide Physic
s.Vol.37(1998)pp.L1020-L1022に、ＥＬＯＧ（Epitaxia
lly laterally overgrownGaN）を基板とし、この基板上
に素子構造を形成し、約４００ｎｍの波長の光を、５０
℃の環境温度の条件下、５ｍＷの出力で約１６０時間連
続発振させることが可能な窒化物半導体レーザ素子を発
表している。

【０００３】また、本発明者は、レーザディスプレイや
カラーコピー等への用途のある発振波長が４２０ｎｍ以
上のレーザ素子の研究を行っている。発振波長が４２０
ｎｍ以上のレーザ光を得るためには、活性層であるＩｎ
ＧａＮ層の井戸層のＩｎ組成比を上げ、バンドギャップ
エネルギーを小さくする必要がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般的
に、ＩｎＧａＮのＩｎ組成比を大きくすると、その結晶
性が劣化し、レーザ素子においては自己吸収の割合が大
きくなり、且つ量子効率も低下するため、しきい値電流
密度が大きくなり、高信頼性を有するレーザ素子ができ
なかった。

【０００５】そこで、本発明の目的は、高信頼性を有す
る発振波長が４２０ｎｍ以上のレーザ素子を得るため、
しきい値電流密度を低下させ、寿命特性の向上が可能な
窒化物半導体レーザ素子を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、下記
（１）〜（８）の構成により、本発明の目的を達成する
ことができる。（１）基板上に、少なくともｎ型窒化物半導体、Ｉｎ
を含んでなる井戸層を有する量子井戸構造の活性層、及
びｐ型窒化物半導体を順に積層してなる窒化物半導体レ
ーザ素子において、該活性層が、井戸層の全積層数が２
以下である量子井戸構造であり、更に、発振波長が４２
０ｎｍ以上であることを特徴とする窒化物半導体レーザ
素子。（２）前記活性層が、井戸層の全積層数が１である単
一量子井戸構造であり、更に、発振波長が４３０ｎｍ以
上であることを特徴とする前記（１）に記載の窒化物半
導体レーザ素子。（３）前記活性層の量子井戸構造が、井戸層と障壁層
とから形成され、該障壁層が、ｎ型不純物濃度を１×１
０¹⁹／ｃｍ²以下含んでなることを特徴とする前記
（１）又は（２）に記載の窒化物半導体レーザ素子。（４）前記障壁層が、ｎ型不純物を５×１０¹⁸／ｃｍ
²以下含んでなることを特徴とする前記（３）に記載の
窒化物半導体レーザ素子。（５）前記井戸層が、ｎ型不純物を１×１０¹⁸／ｃｍ
²以下含んでなることを特徴とする前記（１）〜（４）
のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。（６）前記井戸層が、膜厚４０オングストローム以下
であることを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれか
１項に記載の窒化物半導体レーザ素子。（７）前記井戸層が、膜厚３０オングストローム以下
であることを特徴とする前記（１）〜（６）に記載の窒
化物半導体レーザ素子。（８）前記活性層の量子井戸構造が、井戸層と障壁層
から形成され、該障壁層が、１００オングストローム以
上の膜厚であることを特徴とする前記（１）〜（７）に
記載の窒化物半導体レーザ素子。（９）前記障壁層が、１００〜２００オングストロー
ムの膜厚であることを特徴とする前記（８）に記載の窒
化物半導体レーザ素子。（１０）前記窒化物半導体レーザ素子が、窒化物半導
体と異なる材料よりなる異種基板又は窒化物半導体基板
上に、窒化物半導体の横方向の成長を利用して成長させ
てなる窒化物半導体上に成長されてなることを特徴とす
る前記（１）〜（９）のいずれか１項に記載の窒化物半
導体レーザ素子。

【０００７】つまり、本発明は、発振波長が４２０ｎｍ
以上となるように井戸層のＩｎ組成比が調整された量子
井戸構造を有する活性層を、井戸層の全積層数を２以下
として形成することにより、低しきい値電流密度で長時
間の連続発振が可能な窒化物半導体レーザ素子を提供す
ることができる。

【０００８】前記のＪ．Ｊ．Ａ．Ｐ．に記載の技術で
は、井戸層の積層数を２とするとしきい値電流密度が最
も低下することが記載されているが、井戸層の積層数を
１とするとしきい値電流密度が急激に増加していること
が示されており、発振波長が４００ｎｍ付近の場合で
は、井戸層の積層数を減らすことでは利得が得られ難い
ことが示唆されている。図３に、発振波長が４００ｎｍ
付近のレーザ素子におけるしきい値電流密度と井戸層の
積層数の関係を示すグラフを示す。

【０００９】これに対して、本発明は、上記の如く、結
晶性の低下が予想される高Ｉｎ組成比であって、且つキ
ャリアの閉じ込めをする井戸層の積層数を減らしたにも
かかわらず、しきい値電流密度を低下させ、良好な寿命
特性を達成させることができる。このように井戸層の積
層数を減らしても大きな利得が得られる理由は、恐ら
く、発振波長が４２０ｎｍ以上となるようにＩｎ組成比
を高くすると、発振波長が約４００ｎｍとなるＩｎ組成
比の場合には得られない、良好なキャリアの閉じ込めが
可能となるためではないかと考えられる。つまり、Ｉｎ
組成比が大きいと、ＩｎＧａＮの組成分離によるＩｎ組
成不均一が大きくなり、深い局在準位が形成され、それ
が量子ドット的効果を得るために大きな利得が得られ易
くなると思われる。また、活性層内の損失については、
一般的にＩｎ組成比を大きくすれば結晶性が低下するた
めに、自己吸収の割合が大きくなり内部損失が増加する
と考えられるが、本発明は上記の如く、結晶性が低下し
易い井戸層の全積層数を２以下としているので、自己吸
収の割合を減らして内部損失を小さくしている。

【００１０】以上のように、本発明者は、しきい値電流
密度を低減するために、利得の増加と損失の低減につい
て種々検討した結果、Ｉｎ組成比の程度、特に４２０ｎ
ｍ以上となるようなＩｎ組成比と、４２０ｎｍより短波
長の場合のＩｎ組成比とでは、Ｉｎ組成不均一の程度に
大きな違いが生じることを見出した。そして、理論によ
る推考と実験を重ねることで、発振波長が４２０ｎｍ以
上となる高Ｉｎ組成比では井戸層の全積層数を２以下と
しても大きな利得が得られ、しかも井戸層の積層数の減
少で内部損失が低減され、その結果、しきい値電流密度
の低下を達成している。また更に、本発明は、しきい値
電流密度の低下に対して、予想以上に寿命特性が向上し
ており、恐らく大きなＩｎ組成不均一が素子の劣化の防
止に何らかの好影響を与えているのではないかと予想さ
れる。

【００１１】ちなみに、４００ｎｍ付近の発振が可能な
程度のＩｎ組成比の場合は、４２０ｎｍ以上の発振が可
能な場合と同様に、Ｉｎ組成不均一が生じているが、Ｉ
ｎ組成不均一の程度が小さく、この小さなＩｎ組成不均
一により形成される局在準位による量子ドット的効果は
小さいため、４２０ｎｍ以上としたとき得られる大きな
利得が、４００ｎｍ付近では得られないと推測される。

【００１２】更に、本発明において、レーザ素子の発振
波長を４３０ｎｍ以上とし、活性層が井戸層の全積層数
が１である単一量子井戸構造であると、しきい値電流密
度の低下、および素子の寿命特性の向上の点で好まし
い。更に、本発明において、活性層の量子井戸構造を形
成する障壁層が、ｎ型不純物を１×１０¹⁹／ｃｍ²以
下、好ましくは５×１０¹⁸／ｃｍ²以下含んでなると、
しきい値電流密度を低下させ、寿命特性を向上させる点
で好ましい。また更に、本発明において、井戸層が、ｎ
型不純物を１×１０¹⁸／ｃｍ²以下含んでなると、しき
い値電流密度を低下させ、寿命特性を向上させる点で好
ましい。また更に、本発明において、井戸層が、膜厚４
０オングストローム以下、好ましくは、膜厚が３０オン
グストローム以下であると、ＩｎＧａＮの結晶性を損な
うことなく、しきい値電流密度を低下させ、寿命特性を
向上させる点で好ましい。また更に、本発明において、
活性層の量子井戸構造が、井戸層と障壁層から形成さ
れ、該障壁層が、１００オングストローム以上、好まし
くは１００〜２００オングストロームの膜厚であると、
寿命特性の向上の点で好ましい。

【００１３】また更に、本発明において、窒化物半導体
レーザ素子が、窒化物半導体と異なる材料よりなる異種
基板又は窒化物半導体基板上に、窒化物半導体の横方向
の成長を利用して成長させてなる窒化物半導体（以下Ｅ
ＬＯＧ成長によるＥＬＯＧ基板、又は単にＥＬＯＧ基板
とする）上に成長されてなると、転位の低減された窒化
物半導体を基板とするので、転位の少ない素子構造を形
成することができ、特にＩｎ組成比の大きな井戸層の結
晶性を良好にすることができ、しきい値電流密度の低減
及び寿命特性の向上の点で好ましい。

【００１４】また、以下に、本発明の好ましいその他の
形態について記載する。本発明において、ＥＬＯＧ基板
が用いられ、ＥＬＯＧ基板上に成長させるｎ型コンタク
ト層が、Ａｌ_aＧａ_1-aＮ（０＜ａ＜１、好ましくは０．
０１≦ａ≦０．０５）からなると、ｎ型コンタクト層と
熱膨張係数が異なる傾向があるＥＬＯＧ基板上に、ｎ型
コンタクト層を形成しても内部の微細なクラックの発生
が防止でき、しきい値電流密度の低下及び寿命特性の向
上の点で好ましい。ｎ型コンタクト層上には、レーザ素
子の種々の機能を有する複数の層を成長させるため、ｎ
型コンタクト層の結晶性が良好であればあるほど、結晶
性の良好な素子を作製することができ、素子特性の向上
を達成することができる。また、本発明において、ＥＬ
ＯＧ基板を成長させるための、異種基板が、サファイア
のＣ面がステップ状にオフアングルされているものであ
ると、転位の低減及び良好な面状態を得る点で好まし
く、このようなＥＬＯＧ基板上に成長される素子構造も
良好となり、本発明の効果を得る点で好ましい。更に、
ステップ状にオフアングルされているサファイア基板の
オフアングル角が、０．１°〜０．３°であるとＥＬＯ
Ｇ基板を良好に成長させることができ、しきい値電流密
度の低下及び寿命特性の向上の点で好ましい。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の窒化物半導体レ
ーザ素子について更に詳細に説明する。本発明の窒化物
半導体レーザ素子は、基板上に、少なくともｎ型窒化物
半導体、Ｉｎを含んでなる井戸層を有する量子井戸構造
の活性層、及びｐ型窒化物半導体を順に積層されてなる
素子であって、活性層が井戸層の全積層数を２以下とし
て形成され、更に、発振波長が４２０ｎｍ以上となるよ
うに井戸層のＩｎ組成比が調整されてなる。以下に素子
構造を形成する。

【００１６】（活性層）本発明において、活性層として
は、少なくとも井戸層にＩｎを含んでなるＩｎ _bＧａ_1-b
Ｎ（０≦ｂ＜１）からなる量子井戸構造である。そし
て、量子井戸構造の活性層は、発振波長が４２０ｎｍ以
上となるようにＩｎ組成比が調整されている。活性層の
Ｉｎ組成比の調整としては、井戸層のＩｎ組成比を、発
振波長が４２０ｎｍ以上となるように調整する。井戸層
のＩｎ組成比としては、発振波長が４２０ｎｍ以上とな
るＩｎ組成比であれば特に限定されず、具体的な値とし
ては、例えば下記の理論値の計算式から求められる値を
近似的な値として挙げることができる。しかし、実際に
レーザ素子を動作させて得られる発振波長は、量子井戸
構造をとる量子準位が形成されるため、発振波長のエネ
ルギー（Ｅλ）がＩｎＧａＮのバンドギャップエネルギ
ー（Ｅｇ）よりも図２のように大きくなり、計算式など
から求められる発振波長より、短波長側へシフトする傾
向がある。

【００１７】［理論値の計算式］Ｅｇ＝（１−χ）３．４０＋１．９５χ−Ｂχ（１−
χ）波長（ｎｍ）＝１２４０／ＥｇＥｇ：ＩｎＧａＮ井戸層のバンドギャップエネルギー χ：Ｉｎの組成比３．４０（ｅＶ）：ＧａＮのバンドギャップエネルギー１．９５（ｅＶ）：ＩｎＮのバンドギャップエネルギーＢ：ボーイングパラメーターを示し、１〜６ｅＶとす
る。このようにボーイングパラメータが変動するのは、
最近の研究では、ＳＩＭＳ分析などから、従来は結晶に
歪みがないと仮定して１ｅＶとされていたが、Ｉｎ組成
比の割合や膜厚が薄い場合等により歪みの生じる程度が
異なり、１ｅＶ以上となることが明らかとなってきてい
るためである。

【００１８】上記のように井戸層のＳＩＭＳ分析などか
ら求められる具体的なＩｎ組成比から考えられる発振波
長と、実際に発振させたときの発振波長とには、やや相
違があるものの、実際の発振波長が４２０ｎｍ以上とな
る場合に、活性層の井戸層の全積層数を２以下とする
と、しきい値電流密度の低下と寿命特性の向上が可能と
なり、高信頼性の得られるレーザ素子を提供することが
できる。この理由は定かではないが、恐らく、発振波長
が４００ｎｍ付近の場合には得られなかったが、発振波
長が４２０ｎｍとなる素子の場合、Ｉｎ組成不均一が大
きくなり深い局在準位が形成されそれが量子ドット的効
果を得るために、井戸層の全積層数が２以下であっても
大きな利得が得られ、その結果、しきい値電流密度の低
下が可能となると考えられる。更に、井戸層の積層数を
２以下にすると、障壁層の膜厚を１００オングストロー
ム以上、好ましくは１００〜２００オングストローム
と、厚めにした方が寿命が長くなる傾向がある。このこ
とから、しきい値電流密度の低下と寿命特性の向上が可
能となる。更に、しきい値電流密度の低下の程度より良
好な寿命特性が得られることから、大きなＩｎ組成不均
一が素子劣化の防止に何らかの好影響を与えているため
ではないかと考えられる。

【００１９】活性層の量子井戸構造を形成する井戸層の
全積層数は、発振波長が４２０ｎｍ以上では２又は１で
あり、より好ましくは発振波長が４３０ｎｍ以上では１
である。このように発振波長によるＩｎ組成比の変化
と、井戸層の積層数の調整とにより、しきい値電流密度
を良好に低下させ得ることができる。図１（ａ）に発振
波長が４２０ｎｍの場合の井戸層の積層数としきい値電
流密度の関係を示し、図１（ｂ）に発振波長が４３０ｎ
ｍの場合についてグラフを示す。まず図１（ａ）に示す
ように、発振波長が４２０ｎｍの場合は、井戸層の積層
数が１と２が最もしきい値電流密度が低下し、井戸層の
積層数を３及び４とすると急激に上昇する傾向がある。
また、図１（ｂ）に示すように、発振波長が４３０ｎｍ
では、井戸層の積層数が１の場合が最もしきい値電流密
度が低下し、井戸層の積層数を２、３などと増やすとし
きい値電流密度の上昇が見られる。また、４３０ｎｍよ
り長波長の場合も４３０ｎｍの場合と同様に井戸層の積
層数が１の場合、しきい値電流密度が最小値となる。

【００２０】本発明において、井戸層は、アンドープで
も、不純物をドープされていてもよいが、好ましくは結
晶性を損なわない点で、アンドープ、または不純物をド
ープする場合でも不純物（例えばＳｉなど）を１×１０
¹⁸／ｃｍ²以下含有されてなるものが好ましい。井戸層
の結晶性が良好であれば、しきい値電流密度の低下や寿
命特性の向上の点で好ましい。井戸層の膜厚は、特に限
定されないが、しきい値電流密度の低下の点で、４０オ
ングストローム以下、好ましくは３０オングストローム
以下である。また井戸層の膜厚の下限値は、特に限定さ
れないが、１０オングストローム程度である。

【００２１】また、活性層の量子井戸を形成する障壁層
としては、特に限定されないが、少なくとも井戸層より
バンドギャップエネルギーが大きい組成のものが挙げら
れ、例えば具体的には、Ｉｎ_bＧａ_1-bＮ（０≦ｂ＜０．
１）で示される窒化物半導体が挙げられる。障壁層は、
アンドープでも、不純物をドープされていてもよいが、
好ましくはしきい値電流密度を低下させるために、不純
物（例えばＳｉなど）を１×１０¹⁹／ｃｍ²以下、好ま
しくは５×１０¹⁸／ｃｍ²以下含有されてなるものが好
ましい。障壁層の膜厚としては、特に限定されないが、
１００オングストローム以上、好ましくは１００〜２０
０オングストロームである。このような膜厚であると、
素子が劣化しにくくなり寿命特性の向上の点で好まし
い。

【００２２】活性層の井戸層の積層数が２の場合、少な
くとも井戸層が２層積層されていればよく、障壁層から
始まり井戸層で終わっても、障壁層から始まり障壁層で
終わっても、井戸層から始まり障壁層で終わっても、ま
た井戸層から始まり井戸層で終わってもよい。好ましく
は障壁層で始まり障壁層で終わると、しきい値電流密度
を低下させ寿命特性を向上させるのに好ましい。また、
活性層が井戸層の積層数が１である単一量子井戸構造の
場合は、障壁層は井戸層を挟むように形成されるのが好
ましい。単一量子井戸構造の場合、障壁層が形成されて
いると、しきい値電流密度の低下及び寿命特性の向上の
点で好ましい。また、活性層が単一量子井戸構造の場
合、障壁層を設けない素子構造とすることもできる。

【００２３】本発明の窒化物半導体レーザ素子は、少な
くとも、上記のように井戸層の全積層数と４２０ｎｍ以
上の発振波長が得られるようにＩｎ組成比の調整された
活性層を有していればよく、その他の素子構造としては
特に限定されないが、例えば具体的な一実施の形態とし
ては、図５に示す素子構造のレーザ素子を挙げることが
できる。レーザ素子が、図５に示す素子構造と、上記の
井戸層等の特定された活性層と組み合わせると、しきい
値電流密度の低下及び寿命特性の向上の点で好ましい。
しかし、本発明はこれに限定されない。

【００２４】図５は、本発明の一実施の形態である窒化
物半導体レーザ素子を示す模式的断面図である。図５に
は、サファイア等の異種基板上にＥＬＯＧ成長させた窒
化物半導体基板１上に、ｎ型不純物（例えばＳｉ）をド
ープしてなるＡｌ_aＧａ_1-aＮ（０＜ａ＜１）よりなるｎ
型コンタクト層２、ＳｉドープのＩｎ_gＧａ_1-gＮ（０．
０５≦ｇ≦０．２）よりなるクラック防止層３、Ａｌ_e
Ｇａ_1-eＮ（０．１２≦ｅ＜０．１５）を含んでなる多
層膜のｎ型クラッド層４、アンドープのＧａＮからなる
ｎ型ガイド層５、Ｉｎ_bＧａ_1-bＮ（０≦ｂ＜１）からな
る量子井戸構造の活性層６、ＭｇドープのＡｌ_dＧａ_1-d
Ｎ（０＜ｄ≦１）からなる少なくとも１層以上のｐ型電
子閉じ込め層７、アンドープのＧａＮからなるｐ型ガイ
ド層８、Ａｌ_fＧａ_1-fＮ（０＜ｆ≦１）を含んでなる多
層膜のｐ型クラッド層９、ＭｇドープのＧａＮからなる
ｐ型コンタクト層１０からなるリッジ形状のストライプ
を有する窒化物半導体レーザ素子が示されている。ま
た、ｐ電極は、リッジ形状のストライプの最上層に形成
され、ｎ電極はｎ型コンタクト層上に形成される。以下
に、基板や各層等について更に詳細に説明する。

【００２５】（ＥＬＯＧ成長）まず、ＥＬＯＧ成長につ
いて以下に説明する。本発明において、用いることので
きるＥＬＯＧ成長としては、窒化物半導体の縦方向の成
長を少なくとも部分的に一時的止めて、横方向の成長を
利用して転位を抑制することのできる成長方法であれば
特に限定されない。

【００２６】例えば具体例としては、窒化物半導体と異
なる材料からなる異種基板上に、窒化物半導体が成長し
ないかまたは成長しにくい材料からなる保護膜を部分的
に形成し、その上から窒化物半導体を成長させることに
より、保護膜が形成されていない部分から窒化物半導体
が成長し、成長を続けることにより保護膜上に向かって
横方向に成長することにより厚膜の窒化物半導体（ＥＬ
ＯＧ基板）が得られる成長方法が挙げられる。このよう
な成長方法としては、例えば特願平１０−２７５８２６
号、特願平１０−１１９３７７号、特願平１０−１４６
４３１号、特願平１１−３７８２６号、各明細書に記載
の方法が挙げられる。

【００２７】また、その他の具体例としては、保護膜を
用いない方法であり、窒化物半導体と異なる材料からな
る異種基板上に成長させた窒化物半導体上に、凹凸を形
成し、この上から再び窒化物半導体を成長させてなる窒
化物半導体（ＥＬＯＧ基板）が得られる成長方法が挙げ
られる。また、保護膜を用いず、窒化物半導体の表面を
部分的に改質して窒化物半導体の横方向の成長を意図的
に行わせる方法が挙げられる。このような成長方法とし
ては、例えば特願平１１−３７８２２７号、特願平１１
−１６８０７９号、特願平１１−１４２４００号、各明
細書に記載の方法が挙げられる。

【００２８】また更に、上記のようなＥＬＯＧ成長等に
より得られた窒化物半導体を基板とし、この窒化物半導
体上に、上記に示したような保護膜を用いて行う又は凹
凸を形成する等のＥＬＯＧ成長を繰り返して転位を良好
に低減される窒化物半導体を得る成長方法が挙げられ
る。このような成長方法としては、例えば特願平１１−
８０２８８号明細書に記載の方法が挙げられる。

【００２９】上記したＥＬＯＧ成長として好ましくは保
護膜を用いないで成長させる方法、及び窒化物半導体上
にＥＬＯＧ成長させる方法である。このような方法で行
うと転位の低減の点で好ましく、さらには転位の低減さ
れたＥＬＯＧ基板上に素子構造を形成すると、しきい値
電流密度の低減及び寿命特性の向上の点で好ましい。上
記に挙げたＥＬＯＧ成長方法についての詳細は、上記列
記した各号明細書の記載の通りであるが、好ましい一例
を以下に示す。しかし、本発明はこれに限定されない。

【００３０】以下に、本発明に用いることのできる好ま
しいＥＬＯＧ成長の一実施の形態を図４を用いて説明す
る。図４（ａ−１〜ａ−４）は、窒化物半導体の成長方
法の一実施の形態を段階的に示した模式図である。ま
ず、図４（ａ−１）の第１の工程において、異種基板４
１上に第１の窒化物半導体４２を成長させ、図４（ａ−
２）の第２の工程において、第１の窒化物半導体４２に
凹凸を形成し、続いて図４（ａ−３）の第３の工程にお
いて、凹凸の形成された第１の窒化物半導体４２上に、
常圧以上の圧力条件下で、第２の窒化物半導体４３を成
長させる。

【００３１】以下に上記各工程ごとに図４を用いて更に
詳細に説明する。（第１の工程）図４（ａ−１）は異種基板４１上に、第
１の窒化物半導体４２を成長させる第１の工程を行った
模式的段面図である。この第１の工程において、用いる
ことのできる異種基板４１としては、例えば、Ｃ面、Ｒ
面、及びＡ面のいずれかを主面とするサファイア、スピ
ネル（ＭｇＡ１₂Ｏ₄）のような絶縁性基板、ＳｉＣ（６
Ｈ、４Ｈ、３Ｃを含む）、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ、
Ｓｉ、及び窒化物半導体と格子整合する酸化物基板等、
従来知られている窒化物半導体と異なる基板材料を用い
ることができる。好ましい異種基板としては、サファイ
ア、スピネルが挙げられる。異種基板としてサファイア
を用いる場合、サファイアの主面をどの面にするかによ
り、凹凸を形成した時の凸部上部と凹部側面の窒化物半
導体の面方位が特定される傾向があり、その面方位によ
って、窒化物半導体の成長速度がやや異なることから、
凹部側面に成長し易い面方位がくるように主面を選択し
てもよい。

【００３２】また、第１の工程において、異種基板４１
上に第１の窒化物半導体４２を成長させる前に、異種基
板４１上にバッファ層（図示されていない）を形成して
もよい。バッファ層としては、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＡｌＧ
ａＮ、ＩｎＧａＮ等が用いられる。バッファ層は、９０
０℃以下３００℃以上の温度で、膜厚０．５μｍ〜１０
オングストロームで成長される。このように異種基板１
上にバッファ層を９００℃以下の温度で形成すると、異
種基板４１と第１の窒化物半導体４２との格子定数不正
を緩和し、第１の窒化物半導体４２の結晶欠陥が少なく
なる傾向にある。

【００３３】第１の工程において、異種基板４１上に形
成される第１の窒化物半導体４２としては、アンドープ
（不純物をドープしない状態、undope）のＧａＮ、Ｓ
ｉ、Ｇｅ、及びＳ等のｎ型不純物をドープしたＧａＮを
用いることができる。第１の窒化物半導体４２は、高
温、具体的には約９００℃より高温〜１１００℃、好ま
しくは１０５０℃で異種基板４１上に成長される。この
ような温度で成長させると、第１の窒化物半導体４２は
単結晶となる。第１の窒化物半導体４２の膜厚は特に限
定しないが、凹部内部での縦方向の成長を抑えて、横方
向の成長が促進できるように、凹凸の形状を調整するこ
とが可能な膜厚であることが好ましく、少なくとも５０
０オングストローム以上、好ましくは５μｍ以上、より
好ましくは１０μｍ以上の膜厚で形成する。

【００３４】（第２の工程）次に、図４（ａ−２）は異
種基板４１上に第１の窒化物半導体４２を成長させた
後、第１の窒化物半導体４２に部分的に第１の窒化物半
導体４２がわずかに残る程度の深さで凹凸を形成して、
凹部側面に第１の窒化物半導体４２を露出させてなる模
式的断面図である。

【００３５】第２の工程において、部分的に凹凸を形成
するとは、少なくとも凹部側面に第１の窒化物半導体４
２が露出されるように、第１の窒化物半導体４２の表面
から異種基板４１方向に窪みを形成してあればよく、第
１の窒化物半導体４２にいずれの形状で凹凸を設けても
よく、例えば、ランダムな窪み、ストライプ状、碁盤目
状、ドット状に形成できる。好ましい形状としては、ス
トライプ状であり、この形状とすると、異常成長が少な
く、より平坦に埋まり好ましい。第１の窒化物半導体４
２に部分的に設けられた凹凸は、第１の窒化物半導体４
２の途中まで、又は異種基板に達する深さで形成され、
好ましくは異種基板が露出する程度の深さが好ましい。
凹部底部に異種基板が露出されていると、凹部底部から
の成長が抑制されやすくなり、凹部開口部から厚膜に成
長する第２の窒化物半導体４３の転位を低減し易くなり
好ましい。

【００３６】凹凸の形状は、凹部側面の長さや、凸部上
部の幅と凹部底部の幅などは、特に限定されないが、少
なくとも凹部内での縦方向の成長が抑制され、凹部開口
部から厚膜に成長する第２の窒化物半導体４３が凹部側
面から横方向に成長したものとなるように調整されてい
ることが好ましい。凹凸の形状をストライプ状とする場
合、ストライプの形状として特に限定されないが、例え
ばストライプ幅（凸部上部の幅）を１〜２０μｍ、好ま
しくは１〜１０μｍであり、ストライプ間隔（凹部底部
の幅）を３〜２０μｍ、好ましくは１０〜１９μｍであ
るものを形成することができる。このようなストライプ
形状を有していると、転位の低減と面状態を良好にする
点で好ましい。凹部開口部から成長する第２の窒化物半
導体４３の部分を多くするには、凹部底部の幅を広く
し、凸部上部の幅を狭くすることで可能となり、このよ
うにすると転位の低減された部分を多くすることができ
る。凹部底部の幅を広くした場合には、凹部の深さを深
めにすることが、凹部底部から成長する可能性のある縦
方向の成長を防止するのに好ましい。

【００３７】第２の工程で凹凸を設ける方法としては、
第１の窒化物半導体４２を一部分取り除くことができる
方法であればいずれの方法でもよく、例えばエッチン
グ、ダイシング等が挙げられる。エッチングにより、第
１の窒化物半導体４２に部分的（選択的）に凹凸を形成
する場合は、フォトリソグラフィー技術における種々の
形状のマスクパターンを用いて、ストライプ状、碁盤目
状等のフォトマスクを作製し、レジストパターンを第１
の窒化物半導体２に形成してエッチングすることにより
形成できる。フォトマスクは、エッチングして凹凸を形
成後に除去される。また、ダイシングで行う場合は、例
えば、ストライプ状や碁盤目状に形成できる。

【００３８】第２の工程において窒化物半導体をエッチ
ングする方法には、ウエットエッチング、ドライエッチ
ング等の方法があり、平滑な面を形成するには、好まし
くはドライエッチングを用いる。ドライエッチングに
は、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、反応性
イオンビームエッチング（ＲＩＢＥ）、電子サイクロト
ロンエッチング（ＥＣＲ）、イオンビームエッチング等
の装置があり、いずれもエッチングガスを適宜選択する
ことにより、窒化物半導体をエッチングしてできる。例
えば、本出願人が先に出願した特開平８−１７８０３号
公報記載の窒化物半導体の具体的なエッチング手段を用
いることができる。また、エッチングによって凹凸を形
成する場合、エッチング面（凹部側面）が、図４（ａ−
２）に示すように異種基板に対して端面がほぼ垂直とな
る形状、又は順メサ形状や逆メサ形状でもよく、あるい
は階段状になるように形成された形状等がある。好まし
くは転位の低減や面状態の良好性などの点から、垂直、
逆メサ、順メサであり、より好ましくは垂直である。

【００３９】（第３の工程）次に、図４（ａ−３）は、
エッチングにより凹凸を有する第１の窒化物半導体４２
上に、常圧以上の加圧条件下で、第２の窒化物半導体４
３を成長させる第３の工程を行った模式的断面図であ
る。第２の窒化物半導体４３としては、前記第１の窒化
物半導体４２と同様のものを用いることができる。第２
の窒化物半導体４３の成長温度は、第１の窒化物半導体
４２を成長させる場合と同様であり、このような温度で
成長させる第２の窒化物半導体４３は単結晶となる。ま
た、第２の窒化物半導体４３を成長させる際に、不純物
（例えばＳｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｂｅ、Ｚｎ、Ｍｎ、Ｃｒ、
及びＭｇ等）をドープして成長さる、または窒化物半導
体の原料となるＩＩＩ族とＶ族の成分のモル比（ＩＩＩ
／Ｖのモル比）を調整して成長させる等により、横方向
の成長を縦方向の成長に比べて促進させ転位を低減させ
る点で好ましく、さらに第２の窒化物半導体４３の表面
の面状態を良好にする点で好ましい。

【００４０】上記の常圧以上の加圧条件とは、常圧（意
図的に圧力を加えない状態の圧力）から、装置などを調
整し意図的に圧力を加えて加圧条件にした状態で反応を
行うことである。具体的な圧力としては、常圧以上の圧
力であれば特に限定されないが、好ましくは常圧（ほぼ
１気圧）〜２．５気圧であり、好ましい圧力としては、
常圧〜１．５気圧である。このような圧力の条件下で第
２の窒化物半導体を成長させると、第２の窒化物半導体
の表面の面状態を良好にする点で好ましい。

【００４１】また、第３の工程において、凹部内部では
凹部の側面から横方向に成長するものと、凹部底部から
縦方向に成長するものとがあると思われるが、成長し続
ける過程で、凹部側面から成長した第２の窒化物半導体
同士が接合し、凹部底部からの成長を抑制する。その結
果、凹部開口部から成長した第２の窒化物半導体には転
位がほとんど見られない。凹部底部からの縦方向の成長
は、凹部側面からの横方向の成長に比べ、成長速度が遅
いと思われる。また、凹部底部の表面が、サファイアな
どの異種基板であると、凹部底部からの第２の窒化物半
導体の成長が抑制され、凹部側面からの第２の窒化物半
導体の成長が良好となり、転位の低減の点で好ましい。

【００４２】一方、凸部上部から成長した第２の窒化物
半導体部分には、凹部開口部から成長するものに比べて
やや多めの転位が見られるが、凸部上部に縦方向に成長
を始める窒化物半導体も、縦方向に成長する速度より
も、凹部開口部に向かって横方向に成長する傾向があ
り、凹凸を形成しないで縦方向に成長させた場合に比べ
れば転位が低減する。また、本発明の第２及び第３の工
程を繰り返すことで、凸部上部の転位をなくすことがで
きる。また、凸部上部と凹部内部から成長した第２の窒
化物半導体は、成長の過程で接合し、図４（ａ−４）の
ようになる。

【００４３】更に、第３の工程において、第２の窒化物
半導体を成長させる際に、圧力を常圧以上の加圧条件に
調整することにより、第２の窒化物半導体の表面が異常
成長の少ない平坦な良好な面状態となる。

【００４４】また、本発明において、第２及び第３の工
程を繰り返す場合、図４（ｂ−１）に示すように、第１
の窒化物半導体に形成した凹部上部に凸部が、第１の窒
化物半導体に形成した凸部上部に凹部が、それぞれ位置
するように第２の窒化物半導体に部分的に凹凸を形成す
る。そして凹凸を形成された第２の窒化物半導体上に第
３の窒化物半導体４を成長させる。第３の窒化物半導体
４は、全体的に転位の少ない窒化物半導体となり好まし
い。第３の窒化物半導体としては第２の窒化物半導体と
同様のものを成長させる。また、第２及び第３の工程を
繰り返す場合、第２の窒化物半導体の膜厚を、繰り返さ
ない場合に比べて、やや薄く成長させ、第２の窒化物半
導体に形成される凹部底部がサファイアなどの異種基板
面となるように第２の窒化物半導体をエッチングする
と、転位のより少ない面状態の良好な第３の窒化物半導
体が得られ好ましい。

【００４５】また、第２の窒化物半導体４３は、この上
に素子構造となる窒化物半導体を成長させるための基板
となるが、素子構造を形成するには異種基板を予め除去
してから行う場合と、異種基板等を残して行う場合があ
る。また、素子構造を形成した後で異種基板を除去する
場合もある。異種基板等を除去する場合の第２の窒化物
半導体５の膜厚は、５０μｍ以上、好ましくは１００μ
ｍ以上、好ましくは５００μｍ以下である。この範囲で
あると異種基板及び保護膜等を研磨除去しても、第２の
窒化物半導体４３が割れにくくハンドリングが容易とな
り好ましい。

【００４６】また異種基板等を残して行う場合の第２の
窒化物半導体４３の膜厚は、特に限定されないが、１０
０μｍ以下、好ましくは５０μｍ以下、より好ましくは
２０μｍ以下である。この範囲であると異種基板と窒化
物半導体の熱膨張係数差によるウエハの反りが防止で
き、更に素子基板となる第２の窒化物半導体４５の上に
素子構造となる窒化物半導体を良好に成長させることが
できる。

【００４７】本発明の窒化物半導体の成長方法におい
て、第１の窒化物半導体４２、及び第２の窒化物半導体
４３を成長させる方法としては、特に限定されないが、
ＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）、ＨＶＰＥ（ハライ
ド気相成長法）、ＭＢＥ（分子線エピタキシー法）、Ｍ
ＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）等、窒化物半導体
を成長させるのに知られている全ての方法を適用でき
る。好ましい成長方法としては、膜厚が１００μｍ以下
ではＭＯＣＶＤ法を用いると成長速度をコントロールし
易い。また膜厚が１００μｍ以下ではＨＶＰＥでは成長
速度が速くてコントロールが難しい。

【００４８】また本発明において、第２の窒化物半導体
４３上には、素子構造となる窒化物半導体を形成するこ
とができるので、明細書内において第２の窒化物半導体
を素子基板又は窒化物半導体基板と言う場合がある。

【００４９】また第１の工程における前記異種基板とな
る材料の主面をオフアングルさせた基板、さらにステッ
プ状にオフアングルさせた基板を用いたほうが好まし
い。オフアングルさせた基板を用いると、表面に３次元
成長が見られず、ステップ成長があらわれ表面が平坦に
なり易い。更にステップ状にオフアングルされているサ
ファイア基板のステップに沿う方向（段差方向）が、サ
ファイアのＡ面に対して垂直に形成されていると、窒化
物半導体のステップ面がレーザの共振器方向と一致し、
レーザ光が表面粗さにより乱反射されることが少なくな
り好ましい。

【００５０】更に好ましい異種基板としては、（０００
１）面[Ｃ面]を主面とするサファイア、（１１２−０）
面[Ａ面]を主面とするサファイア、又は（１１１）面を
主面とするスピネルである。ここで異種基板が、（００
０１）面[Ｃ面]を主面とするサファイアであるとき、前
記第１の窒化物半導体等に形成される凹凸のストライプ
形状が、そのサファイアの（１１２−０）面[Ａ面]に対
して垂直なストライプ形状を有していること［窒化物半
導体の（１０１−０）[Ｍ面]に平行方向にストライプを
形成すること］が好ましく、また、オフアングルのオフ
角θ（図７に示すθ）は０．１°〜０．５°、好ましく
は０．１°〜０．２°が好ましい。また（１１２−０）
面[Ａ面]を主面とするサファイアであるとき、前記凹凸
のストライプ形状はそのサファイアの（１１−０２）面
[Ｒ面]に対して垂直なストライプ形状を有していること
が好ましく、また（１１１）面を主面とするスピネルで
あるとき、前記凹凸のストライプ形状はそのスピネルの
（１１０）面に対して垂直なストライプ形状を有してい
ることが好ましい。ここでは、凹凸がストライプ形状の
場合について記載したが、本発明においてサファイアの
Ａ面及びＲ面、スピネルの（１１０）面に窒化物半導体
が横方向に成長し易いので、これらの面に第１の窒化物
半導体の端面が形成されるように第１の窒化物半導体２
に段差を形成するために保護膜の形成を考慮することが
好ましい。

【００５１】本発明に用いられる異種基板について図を
用いて更に詳細に説明する。図６はサファイアの結晶構
造を示すユニットセル図である。まず本発明の方法にお
いて、Ｃ面を主面とするサファイアを用い、凹凸はサフ
ァイアＡ面に対して垂直なストライプ形状とする場合に
ついて説明する。例えば、図８は主面側のサファイア基
板の平面図である。この図はサファイアＣ面を主面と
し、オリエンテーションフラット（オリフラ）面をＡ面
としている。この図に示すように凹凸のストライプをＡ
面に対して垂直方向で、互いに平行なストライプを形成
する。図８に示すように、サファイアＣ面上に窒化物半
導体を選択成長させた場合、窒化物半導体は面内ではＡ
面に対して平行な方向で成長しやすく、垂直な方向では
成長しにくい傾向にある。従ってＡ面に対して垂直な方
向でストライプを設けると、ストライプとストライプの
間の窒化物半導体がつながって成長しやすくなり、図４
に示したような結晶成長が容易に可能となると考えられ
るが詳細は定かではない。

【００５２】次に、Ａ面を主面とするサファイア基板を
用いた場合、上記Ｃ面を主面とする場合と同様に、例え
ばオリフラ面をＲ面とすると、Ｒ面に対して垂直方向
に、互いに平行なストライプを形成することにより、ス
トライプ幅方向に対して窒化物半導体が成長しやすい傾
向にあるため、結晶欠陥の少ない窒化物半導体層を成長
させることができる。

【００５３】また次に、スピネル（ＭｇＡｌ₂Ｏ₄）に対
しても、窒化物半導体の成長は異方性があり、窒化物半
導体の成長面を（１１１）面とし、オリフラ面を（１１
０）面とすると、窒化物半導体は（１１０）面に対して
平行方向に成長しやすい傾向がある。従って、（１１
０）面に対して垂直方向にストライプを形成すると窒化
物半導体層と隣接する窒化物半導体同士が保護膜の上部
でつながって、結晶欠陥の少ない結晶を成長できる。な
おスピネルは四方晶であるため特に図示していない。

【００５４】また、以下に、オフアングルされたサファ
イア基板のステップに沿う方向が、サファイア基板のＡ
面に対して垂直に形成されてなる場合について図７を用
いて説明する。ステップ状にオフアングルしたサファイ
アなどの異種基板は、図７に示すようにほぼ水平なテラ
ス部分Ａと、段差部分Ｂとを有している。テラス部分Ａ
の表面凹凸は少なく、ほぼ規則正しく形成されている。
このようなオフ角θを有するステップ状部分は、基板全
体にわたって連続して形成されていることが望ましい
が、特に部分的に形成されていてもよい。なおオフ角θ
とは、図７に示すように、複数の段差の底部を結んだ直
線と、最上層のステップの水平面との角度を示すものと
する。また異種基板はオフ角が０．１°〜０．５°、好
ましくは０．１°〜０．２°である。オフ角を上記範囲
とすると、第１の窒化物半導体４２表面は細かな筋状の
モフォロジーとなり、エピタキシャル成長表面（第２の
窒化物半導体４３表面）は波状のモフォロジーとなり、
この基板を用いて得られる窒化物半導体素子は平滑で、
特性も長寿命、高効率、高出力、歩留まりの向上したも
のが得られる。

【００５５】またさらに、上記のＥＬＯＧ成長等により
得られた窒化物半導体基板上に更にＥＬＯＧ成長を行っ
て得られる窒化物半導体を素子構造の基板とすると、転
位の低減及び反りの低減などが良好となり、本発明の効
果を得るのに好ましい。この好ましい一実施の形態とし
ては、特願平１１−８０２８８号明細書に記載されてい
る内容が挙げられる。例えば好ましい一例として、上記
の図４に示された工程により得られた第２の窒化物半導
体４３上に更に、例えばＨＶＰＥなどによって厚膜、例
えば８０〜５００μｍの第３の窒化物半導体を成長さ
せ、その後、異種基板などを除去して第３の窒化物半導
体のみとし、この第３の窒化物半導体の異種基板除去面
とは反対の面上に、ＨＶＰＥ等により第４の窒化物半導
体を成長させる。第４の窒化物半導体の膜厚は、第３の
窒化物半導体の膜厚と、第４の窒化物半導体の膜厚の合
計が、例えば好ましくは４００〜８０μｍ程度の膜厚と
なるように調整される。このような第３及び第４の窒化
物半導体からなる窒化物半導体上にＥＬＯＧ成長を繰り
返すと転位が良好に低減された窒化物半導体基板を得る
ことができ、本発明の効果を得るのに好ましい。

【００５６】上記のような、転位の少ない窒化物半導体
を基板とし、この基板上に素子構造を形成すれば結晶性
の良好な素子が得られ、しきい値電流密度の低減及び寿
命特性の向上の点で好ましい。

【００５７】上記のようなＥＬＯＧ成長により得られた
窒化物半導体基板１上に、素子構造を成長させる。（ｎ型コンタクト層２）まず、ｎ型コンタクト層２を窒
化物半導体基板１上に成長させる。ｎ型コンタクト層と
しては、ｎ型不純物（好ましくはＳｉ）をドープされた
Ａｌ_aＧａ_1-aＮ（０＜ａ＜１）を成長させ、好ましくは
ａが０．０１〜０．０５のＡｌ_aＧａ_1-aＮを成長させ
る。ｎ型コンタクト層がＡｌを含む３元混晶で形成され
ると、窒化物半導体基板１に微細なクラックが発生して
いても、微細なクラックの伝播を防止することができ、
更に従来の問題点であった窒化物半導体基板１とｎ型コ
ンタクト層との格子定数及び熱膨張係数の相違によるｎ
型コンタクト層への微細なクラックの発生を防止するこ
とができ好ましい。ｎ型不純物のドープ量としては、１
×１０¹⁸／ｃｍ³〜５×１０¹⁸／ｃｍ³である。このｎ型
コンタクト層２にｎ電極が形成される。ｎ型コンタクト
層２の膜厚としては、１〜１０μｍである。また、窒化
物半導体基板１とｎ型コンタクト層２との間に、アンド
ープのＡｌ _aＧａ_1-aＮ（０＜ａ＜１）を成長させてもよ
く、このアンドープの層を成長させると結晶性が良好と
なり、寿命特性を向上させるのに好ましい。アンドープ
ｎ型コンタクト層の膜厚は、数μｍである。

【００５８】（クラック防止層３）次に、クラック防止
層３をｎ型コンタクト層２上に成長させる。クラック防
止層３としては、ＳｉドープのＩｎ_gＧａ_1-gＮ（０．０
５≦ｇ≦０．２）を成長させ、好ましくはｇが０．０５
〜０．０８のＩｎ_gＧａ_1-gＮを成長させる。このクラッ
ク防止層３は、省略することができるが、クラック防止
層３をｎ型コンタクト層２上に形成すると、素子内のク
ラックの発生を防止するのに好ましい。Ｓｉのドープ量
としては、５×１０¹⁸／ｃｍ³である。また、クラック
防止層３を成長させる際に、Ｉｎの混晶比を大きく（ｘ
≧０．１）すると、クラック防止層３が、活性層６から
発光しｎ型クラッド層４から漏れ出した光を吸収するこ
とができ、レーザ光のファーフィールドパターンの乱れ
を防止することができ好ましい。クラック防止層の膜厚
としては、結晶性を損なわない程度の厚みであり、例え
ば具体的には０．０５〜０．３μｍである。

【００５９】（ｎ型クラッド層４）次に、ｎ型クラッド
層４をクラック防止層３上に成長させる。ｎ型クラッド
層４としては、Ａｌ_eＧａ_1-eＮ（０．１２≦ｅ＜０．１
５）を含む窒化半導体を有する多層膜の層として形成さ
れる。多層膜とは、互いに組成が異なる窒化物半導体層
を積層した多層膜構造を示し、例えば、Ａｌ_eＧａ_1-eＮ
（０．１２≦ｅ＜０．１５）層と、このＡｌ_eＧａ_1-eＮ
と組成の異なる窒化物半導体、例えばＡｌの混晶比の異
なるもの、Ｉｎを含んでなる３元混晶のもの、又はＧａ
Ｎ等からなる層とを組み合わせて積層してなるものであ
る。この中で好ましい組み合わせとしては、Ａｌ_eＧａ
_1-eＮとＧａＮとを積層してなる多層膜とすると、同一
温度で結晶性の良い窒化物半導体層が積層でき好まし
い。より好ましい多層膜としは、アンドープのＡｌ_eＧ
ａ_1-eＮとｎ型不純物（例えばＳｉ）ドープのＧａＮと
を積層してなる組み合わせである。ｎ型不純物は、Ａｌ
_eＧａ_1-eＮにドープされてもよい。ｎ型不純物のドープ
量は、４×１０¹⁸／ｃｍ³〜５×１０¹⁸／ｃｍ³である。
ｎ型不純物がこの範囲でドープされていると抵抗率を低
くでき且つ結晶性を損なわない。このような多層膜は、
単一層の膜厚が１００オングストローム以下、好ましく
は７０オングストローム以下、さらに好ましくは４０オ
ングストローム以下、好ましくは１０オングストローム
以上の膜厚の窒化物半導体層を積層してなる。単一の膜
厚が１００オングストローム以下であるとｎ型クラッド
層が超格子構造となり、Ａｌを含有しているにもかかわ
らず、クラックの発生を防止でき結晶性を良好にするこ
とができる。また、ｎ型クラッド層４の総膜厚として
は、０．７〜２μｍである。またｎ型クラッド層の全体
のＡｌの平均組成は、０．０５〜０．１である。Ａｌの
平均組成がこの範囲であると、クラックを発生させない
程度の組成比で、且つ充分にレーザ導波路との屈折率の
差を得るのに好ましい組成比である。

【００６０】（ｎ型ガイド層）次に、ｎ型ガイド層５を
ｎ型クラッド層４上に成長させる。ｎ型ガイド層５とし
ては、アンドープのＧａＮからなる窒化物半導体を成長
させる。ｎ型ガイド層５の膜厚としては、０．１５〜
０．０７μｍであるとしきい値が低下し好ましい。ｎ型
ガイド層４をアンドープとすることで、レーザ導波路内
の伝搬損失が減少し、しきい値が低くなり好ましい。

【００６１】（活性層６）次に、活性層６をｎ型ガイド
層５上に成長させる。活性層６としては、上記に記載の
発振波長が４２０ｎｍ以上となるようにＩｎ組成比が調
整されたＩｎＧａＮからなる井戸層を２層又は１層、積
層してなる量子井戸構造の活性層である。

【００６２】（ｐ型電子閉じ込め層６）次に、ｐ型電子
閉じ込め層７を活性層６上に成長させる。ｐ型電子閉じ
込め層７としては、ＭｇドープのＡｌ_dＧａ_1-dＮ（０＜
ｄ≦１）からなる少なくとも１層以上を成長させてなる
ものである。好ましくはｄが０．１〜０．５のＭｇドー
プのＡｌ_dＧａ_1-dＮである。ｐ型電子閉じ込め層７の膜
厚は、１０〜１０００オングストローム、好ましくは５
０〜２００オングストロームである。膜厚が上記範囲で
あると、活性層６内の電子を良好に閉じ込めることがで
き、且つバルク抵抗も低く抑えることができ好ましい。
またｐ型電子閉じ込め層７のＭｇのドープ量は、１×１
０¹⁹／ｃｍ³〜１×１０²¹／ｃｍ³である。ドープ量がこ
の範囲であると、バルク抵抗を低下させることに加え
て、後述のアンドープで成長させるｐ型ガイド層へＭｇ
が良好に拡散され、薄膜層であるｐ型ガイド層８にＭｇ
を１×１０¹⁶／ｃｍ³〜１×１０¹⁸／ｃｍ³の範囲で含有
させることができる。またｐ型電子閉じ込め層７は、低
温、例えば８５０〜９５０℃程度の活性層を成長させる
温度と同様の温度で成長させると活性層の分解を防止す
ることができ好ましい。またｐ型電子閉じ込め層７は、
低温成長の層と、高温、例えば活性層の成長温度より１
００℃程度の温度で成長させる層との２層から構成され
ていてもよい。このように、２層で構成されていると、
低温成長の層が活性層の分解を防止し、高温成長の層が
バルク抵抗を低下させるので、全体的に良好となる。ま
たｐ型電子閉じ込め層７が２層から構成される場合の各
層の膜厚は、特に限定されないが、低温成長層は１０〜
５０オングストローム、高温成長層は５０〜１５０オン
グストロームが好ましい。

【００６３】（ｐ型ガイド層８）次に、ｐ型ガイド層８
をｐ型電子閉じ込め層７上に成長させる。ｐ型ガイド層
８としては、アンドープのＧａＮからなる窒化物半導体
層として成長させてなるものである。膜厚は０．１５〜
０．０７μｍであり、この範囲であるとしきい値が低く
なり好ましい。また上記したように、ｐ型ガイド層はア
ンドープ層として成長させるが、ｐ型電子閉じ込め層７
にドープされているＭｇが拡散して、１×１０¹⁶／ｃｍ
³〜１×１０¹⁸／ｃｍ³の範囲でＭｇが含有される。

【００６４】（ｐ型クラッド層９）次に、ｐ型クラッド
層９をｐ型ガイド層８に成長させる。ｐ型クラッド層と
しては、Ａｌ_fＧａ_1-fＮ（０＜ｆ≦１）を含んでなる窒
化物半導体層、好ましくはＡｌ_fＧａ_1-fＮ（０．０５≦
ｆ≦０．１５）を含んでなる窒化物半導体層を有する多
層膜の層として形成される。多層膜とは、互いに組成が
異なる窒化物半導体層を積層した多層膜構造であり、例
えば、Ａｌ_fＧａ_1-fＮ層と、Ａｌ_fＧａ_1-fＮと組成の異
なる窒化物半導体、例えばＡｌの混晶比の異なるもの、
Ｉｎを含んでなる３元混晶のもの、又はＧａＮ等からな
る層とを組み合わせて積層してなるものである。この中
で好ましい組み合わせとしては、Ａｌ_fＧａ_1-fＮとＧａ
Ｎとを積層してなる多層膜とすると、同一温度で結晶性
の良い窒化物半導体層が積層でき好ましい。より好まし
い多層膜としは、アンドープのＡｌ_fＧａ_1-fＮとｐ型不
純物（例えばＭｇ）ドープのＧａＮとを積層してなる組
み合わせである。ｐ型不純物は、Ａｌ_fＧａ_1-fＮにドー
プされてもよい。ｐ型不純物のドープ量は、１×１０¹⁷
／ｃｍ³〜１×１０¹⁹／ｃｍ³である。ｐ型不純物がこの
範囲でドープされていると結晶性を損なわない程度のド
ープ量で且つバルク抵抗が低くなり好ましい。このよう
な多層膜は、単一層の膜厚が１００オングストローム以
下、好ましくは７０オングストローム以下、さらに好ま
しくは４０オングストローム以下、好ましくは１０オン
グストローム以上の膜厚の窒化物半導体層を積層してな
る。単一の膜厚が１００オングストローム以下であると
ｎ型クラッド層が超格子構造となり、Ａｌを含有してい
るにもかかわらず、クラックの発生を防止でき結晶性を
良好にすることができる。ｐ型クラッド層９の総膜厚と
しては、０．４〜０．５μｍであり、この範囲であると
順方向電圧（Ｖｆ）を低減するために好ましい。またｐ
型クラッド層の全体のＡｌの平均組成は、０．０５〜
０．１である。この値は、クラックの発生を抑制し且つ
レーザ導波路との屈折率差を得るのに好ましい。

【００６５】（ｐ型コンタクト層１０）次に、ｐ型コン
タクト層１０をｐ型クラッド層９上に成長させる。ｐ型
コンタクト層としては、ＭｇドープのＧａＮからなる窒
化物半導体層を成長させてなるものである。膜厚は１０
〜２００オングストロームである。Ｍｇのドープ量は１
×１０¹⁹／ｃｍ³〜１×１０²²／ｃｍ³である。このよう
膜厚とＭｇのドープ量を調整することにより、ｐ型コン
タクト層のキャリア濃度が上昇し、ｐ電極とのオーミッ
クがとりやすくなる。

【００６６】本発明の素子において、リッジ形状のスト
ライプは、ｐ型コンタクト層からエッチングされてｐ型
コンタクト層よりも下側（基板側）までエッチングされ
ることにより形成される。例えば図５に示すようなｐ型
コンタクト層１０からｐ型クラッド層９の途中までエッ
チングしてなるストライプ、又はｐ型コンタクト層１０
からｎ型コンタクト層２までエッチングしてなるストラ
イプなどが挙げられる。

【００６７】エッチングして形成されたリッジ形状のス
トライプの側面やその側面に連続した窒化物半導体層の
平面に、例えば図５に示すように、レーザ導波路領域の
屈折率より小さい値を有する絶縁膜が形成されている。
ストライプの側面等に形成される絶縁膜としては、例え
ば、屈折率が約１．６〜２．３付近の値を有する、Ｓ
ｉ、Ｖ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｔａよりなる群から選択さ
れた少なくとも一種の元素を含む酸化物や、ＢＮ、Ａｌ
Ｎ等が挙げられ、好ましくは、Ｚｒ及びＨｆの酸化物の
いずれか１種以上の元素や、ＢＮである。さらにこの絶
縁膜を介してストライプの最上層にあるｐ型コンタクト
層１０の表面にｐ電極が形成される。エッチングして形
成されるリッジ形状のストライプの幅としては、０．５
〜４μｍ、好ましくは１〜３μｍである。ストライプの
幅がこの範囲であると、水平横モードが単一モードにな
り易く好ましい。また、エッチングがｐ型クラッド層９
とレーザ導波路領域との界面よりも基板側にかけてなさ
れていると、アスペクト比を１に近づけるのに好まし
い。以上のように、リッジ形状のストライプのエッチン
グ量や、ストライプ幅、さらにストライプの側面の絶縁
膜の屈折率などを特定すると、単一モードのレーザ光が
得られ、さらにアスペクト比を円形に近づけられ、レー
ザビームやレンズ設計が容易となり好ましい。また、リ
ッジ形状のストライプを形成する際、素子構造を形成す
るための基板がＥＬＯＧ基板である場合、ＥＬＯＧ成長
が保護膜を用いて行う場合は保護膜の上方部に、ＥＬＯ
Ｇ成長が凹凸を設けて行う場合は凹部上方部に、リッジ
形状のストライプが形成されることが素子の信頼性の向
上の点で好ましい。また、保護膜の中心部、凹部の中心
部のそれぞれの上部を避けることが信頼性の点で好まし
い。また本発明の素子において、ｐ電極やｎ電極等は従
来公知の種々のものを適宜選択して用いることができ
る。

【００６８】以上のような不純物濃度、膜厚、組成など
を調整された各素子構造、幅の狭いリッジ形状のストラ
イプなどを組み合わせると、しきい値電流密度の低下と
寿命特性の向上の点で好ましい。

【００６９】

【実施例】以下に本発明の一実施の形態である実施例を
示す。しかし本発明はこれに限定されない。また、本実
施例はＭＯＶＰＥ（有機金属気相成長法）について示す
ものであるが、本発明の方法は、ＭＯＶＰＥ法に限るも
のではなく、例えばＨＶＰＥ（ハライド気相成長法）、
ＭＢＥ（分子線気相成長法）等、窒化物半導体を成長さ
せるのに知られている全ての方法を適用できる。また、
発明の詳細な説明に記載したように、Ｉｎ組成比の理論
値の計算式の値と、量子井戸構造をとる量子準位の形成
による短波長へのシフトなどによる実際の発振波長とは
異なるために、実施例の活性層のＩｎ組成比は近似的な
値である。

【００７０】［実施例１］実施例１として、図５に示さ
れる本発明の一実施の形態である窒化物半導体レーザ素
子を製造する。

【００７１】異種基板４１として、図７に示すようにス
テップ状にオフアングルされたＣ面を主面とし、オフア
ングル角θ＝０．１５°、ステップ段差およそ２０オン
グストローム、テラス幅Ｗおよそ８００オングストロー
ムであり、オリフラ面をＡ面とし、ステップがＡ面に垂
直であるサファイア基板を用意する。このサファイア基
板を反応容器内にセットし、温度を５１０℃にして、キ
ャリアガスに水素、原料ガスにアンモニアとＴＭＧ（ト
リメチルガリウム）とを用い、サファイア基板上にＧａ
Ｎよりなる低温成長のバッファ層を２００オングストロ
ームの膜厚で成長させる。バッファ層成長後、ＴＭＧの
み止めて、温度を１０５０℃まで上昇させ、１０５０℃
になったら、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、ア
ンドープのＧａＮからなる第１の窒化物半導体層を２μ
ｍの膜厚で成長させる。次に、第１の窒化物半導体層を
積層したウェーハ上にストライプ状のフォトマスクを形
成し、スパッタ装置によりストライプ幅（凸部の上部に
なる部分）５μｍ、ストライプ間隔（凹部底部となる部
分）１０μｍにパターニングされたＳｉＯ₂膜を形成
し、続いて、ＲＩＥ装置によりＳｉＯ₂膜の形成されて
いない部分の第１の窒化物半導体層をサファイアが露出
するまでエッチングして凹凸を形成することにより、凹
部側面に第１の窒化物半導体層を露出させる。凹凸を形
成後に、凸部上部のＳｉＯ₂膜を除去する。なおストラ
イプ方向は、図８に示すように、オリフラ面に対して垂
直な方向で形成する。次に、反応容器にセットし、常圧
で、原料ガスにＴＭＧ、アンモニアを用い、アンドープ
のＧａＮよりなる第２の窒化物半導体層を１５μｍの膜
厚で成長させ窒化物半導体基板１とする。得られた窒化
物半導体を窒化物半導体基板１として以下の素子構造を
積層成長させる。

【００７２】（アンドープｎ型コンタクト層）［図５に
は図示されていない］窒化物半導体基板１上に、１０５０℃で原料ガスにＴＭ
Ａ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＧ、アンモニアガ
スを用いアンドープのＡｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎよりなるｎ型
コンタクト層を１μｍの膜厚で成長させる。（ｎ型コンタクト層２）次に、同様の温度で、原料ガス
にＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアガスを用い、不純物ガ
スにシランガス（ＳｉＨ₄）を用い、Ｓｉを３×１０¹⁸
／ｃｍ³ドープしたＡｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎよりなるｎ型コ
ンタクト層２を３μｍの膜厚で成長させる。成長された
ｎ型コンタクト層２には、微細なクラックが発生してお
らず、微細なクラックの発生が良好に防止されている。
また、窒化物半導体基板１に微細なクラックが生じてい
ても、ｎ型コンタクト層２を成長させることで微細なク
ラックの伝播を防止でき結晶性の良好な素子構造を成長
さることができる。結晶性の改善は、ｎ型コンタクト層
２のみの場合より、上記のようにアンドープｎ型コンタ
クト層を成長させることによりより良好となる。

【００７３】（クラック防止層３）次に、温度を８００
℃にして、原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルイン
ジウム）及びアンモニアを用い、不純物ガスにシランガ
スを用い、Ｓｉを５×１０ ¹⁸／ｃｍ³ドープしたＩｎ
_0.08Ｇａ_0.92Ｎよりなるクラック防止層３を０．１５μ
ｍの膜厚で成長させる。

【００７４】（ｎ型クラッド層４）次に、温度を１０５
０℃にして、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニア
を用い、アンドープのＡｌ_0.14Ｇａ_0.86ＮよりなるＡ層
を２５オングストロームの膜厚で成長させ、続いて、Ｔ
ＭＡを止め、不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉ
を５×１０¹⁸／ｃｍ³ドープしたＧａＮよりなるＢ層を
２５オングストロームの膜厚で成長させる。そして、こ
の操作をそれぞれ１６０回繰り返してＡ層とＢ層の積層
し、総膜厚８０００オングストロームの多層膜（超格子
構造）よりなるｎ型クラッド層４を成長させる。

【００７５】（ｎ型ガイド層５）次に、同様の温度で、
原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、アンドープの
ＧａＮよりなるｎ型ガイド層を０．０７５μｍの膜厚で
成長させる。

【００７６】（活性層６）次に、温度を８００℃にし
て、原料ガスにＴＭＩ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、
不純物ガスとしてシランガスを用い、Ｓｉを５×１０¹⁸
／ｃｍ³ドープしたＩｎ_0.01Ｇａ_0.99Ｎよりなる障壁層
を１２０オングストロームの膜厚で成長させる。続い
て、シランガスを止め、Ｉｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎよりなる井戸
層を２０オングストロームの膜厚で成長させる。この操
作を１回繰り返し、最後に障壁層を積層した総膜厚４０
０オングストロームの多重量子井戸構造（ＭＱＷ）の活
性層６を成長させる。

【００７７】（ｐ型電子閉じ込め層７）次に、同様の温
度で、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用
い、不純物ガスとしてＣｐ₂Ｍｇ（シクロペンタジエニ
ルマグネシウム）を用い、Ｍｇを１×１０¹⁹／ｃｍ³ド
ープしたＡｌ_0.4Ｇａ_0.6Ｎよりなるｐ型電子閉じ込め層
７を１００オングストロームの膜厚で成長させる。

【００７８】（ｐ型ガイド層８）次に、温度を１０５０
℃にして、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、ア
ンドープのＧａＮよりなるｐ型ガイド層８を０．０７５
μｍの膜厚で成長させる。このｐ型ガイド層８は、アン
ドープとして成長させるが、ｐ型電子閉じ込め層７から
のＭｇの拡散により、Ｍｇ濃度が５×１０¹⁶／ｃｍ³と
なりｐ型を示す。

【００７９】（ｐ型クラッド層９）次に、同様の温度
で、原料ガスにＴＭＡ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、
アンドープのＡｌ_0.1Ｇａ_0.9ＮよりなるＡ層を２５オン
グストロームの膜厚で成長させ、続いて、ＴＭＡを止
め、不純物ガスとしてＣｐ₂Ｍｇを用い、Ｍｇを５×１
０¹⁸／ｃｍ³ドープしたＧａＮよりなるＢ層を２５オン
グストロームの膜厚で成長させる。そして、この操作を
それぞれ１００回繰り返してＡ層とＢ層の積層し、総膜
厚５０００オングストロームの多層膜（超格子構造）よ
りなるｐ型クラッド層９を成長させる。

【００８０】（ｐ型コンタクト層１０）次に、同様の温
度で、原料ガスにＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物
ガスとしてＣｐ₂Ｍｇを用い、Ｍｇを１×１０²⁰／ｃｍ³
ドープしたＧａＮよりなるｐ型コンタクト層１０を１５
０オングストロームの膜厚で成長させる。

【００８１】反応終了後、反応容器内において、ウエハ
を窒素雰囲気中、７００℃でアニーリングを行い、ｐ型
層を更に低抵抗化する。アニーリング後、ウエハを反応
容器から取り出し、最上層のｐ側コンタクト層の表面に
ＳｉＯ₂よりなる保護膜を形成して、ＲＩＥ（反応性イ
オンエッチング）を用いＳｉＣｌ₄ガスによりエッチン
グし、図９に示すように、ｎ電極を形成すべきｎ側コン
タクト層２の表面を露出させる。次に図９（ａ）に示す
ように、最上層のｐ側コンタクト層１０のほぼ全面に、
ＰＶＤ装置により、Ｓｉ酸化物（主として、ＳｉＯ₂）
よりなる第１の保護膜６１を０．５μｍの膜厚で形成し
た後、第１の保護膜６１の上に所定の形状のマスクをか
け、フォトレジストよりなる第３の保護膜６３を、スト
ライプ幅１．８μｍ、厚さ１μｍで形成する。次に、図
９（ｂ）に示すように第３の保護膜６３形成後、ＲＩＥ
（反応性イオンエッチング）装置により、ＣＦ₄ガスを
用い、第３の保護膜６３をマスクとして、前記第１の保
護膜をエッチングして、ストライプ状とする。その後エ
ッチング液で処理してフォトレジストのみを除去するこ
とにより、図９（ｃ）に示すようにｐ側コンタクト層１
０の上にストライプ幅１．８μｍの第１の保護膜６１が
形成できる。

【００８２】さらに、図９（ｄ）に示すように、ストラ
イプ状の第１の保護膜６１形成後、再度ＲＩＥによりＳ
ｉＣｌ₄ガスを用いて、ｐ側コンタクト層１０、および
ｐ側クラッド層９をエッチングして、ストライプ幅１．
８μｍのリッジ形状のストライプを形成する。但し、リ
ッジ形状のストライプは、図５に示すように、ＥＬＯＧ
成長を行う際に形成した凹部の上部で且つ凹部の中心部
分を避けるように形成される。リッジストライプ形成
後、ウェーハをＰＶＤ装置に移送し、図９（ｅ）に示す
ように、Ｚｒ酸化物（主としてＺｒＯ₂）よりなる第２
の保護膜６２を、第１の保護膜６１の上と、エッチング
により露出されたｐ側クラッド層９の上に０．５μｍの
膜厚で連続して形成する。このようにＺｒ酸化物を形成
すると、ｐ−ｎ面の絶縁をとるためと、横モードの安定
を図ることができ好ましい。次に、ウェーハをフッ酸に
浸漬し、図９（ｆ）に示すように、第１の保護膜６１を
リフトオフ法により除去する。

【００８３】次に図９（ｇ）に示すように、ｐ側コンタ
クト層１０の上の第１の保護膜６１が除去されて露出し
たそのｐ側コンタクト層の表面にＮｉ／Ａｕよりなるｐ
電極２０を形成する。但しｐ電極２０は１００μｍのス
トライプ幅として、この図に示すように、第２の保護膜
６２の上に渡って形成する。第２の保護膜６２形成後、
図５に示されるように露出させたｎ側コンタクト層２の
表面にはＴｉ／Ａｌよりなるｎ電極２１をストライプと
平行な方向で形成する。

【００８４】以上のようにして、ｎ電極とｐ電極とを形
成したウェーハのサファイア基板を研磨して７０μｍと
した後、ストライプ状の電極に垂直な方向で、基板側か
らバー状に劈開し、劈開面（１１−００面、六角柱状の
結晶の側面に相当する面＝Ｍ面）に共振器を作製する。
共振器面にＳｉＯ₂とＴｉＯ₂よりなる誘電体多層膜を形
成し、最後にｐ電極に平行な方向で、バーを切断して図
５に示すようなレーザ素子とする。なお共振器長は３０
０〜５００μｍとすることが望ましい。得られたレーザ
素子をヒートシンクに設置し、それぞれの電極をワイヤ
ーボンディングして、室温でレーザ発振を試みた。その
結果、得られたレーザ素子は、５０℃、しきい値電流密
度５ｋＡ／ｃｍ²、出力５ｍＷ、発振波長４２０ｎｍの
連続発振が確認され、３００時間以上の寿命を示す。

【００８５】［実施例２］実施例１において、活性層６
を下記のように、発振波長を４３０ｎｍとなるようにＩ
ｎ組成比を調整し、井戸層の積層数を調整する他は同様
にして窒化物半導体レーザ素子を作製する。（活性層６）次に、温度を８００℃にして、原料ガスに
ＴＭＩ、ＴＭＧ及びアンモニアを用い、不純物ガスとし
てシランガスを用い、Ｓｉを５×１０¹⁸／ｃｍ³ドープ
したＩｎ_0.01Ｇａ_0.99Ｎよりなる障壁層を１６０オング
ストロームの膜厚で成長させる。続いて、シランガスを
止め、Ｉｎ_0.12Ｇａ_0.88Ｎよりなる井戸層を２０オング
ストロームの膜厚で成長させる。続いて、最後に上記と
同様の障壁層を積層した総膜厚３４０オングストローム
の単一量子井戸構造（ＳＱＷ）の活性層６を成長させ
る。得られたレーザ素子は、実施例１と同様の条件でレ
ーザ発振させたところ、実施例１とほぼ同等に、しきい
値電流密度が低く良好な寿命特性を有する。

【００８６】［実施例３］実施例２において、活性層の
井戸層のＩｎ組成比を、発振波長が４５０ｎｍとなるよ
うに調整する他は同様にしてレーザ素子を作製する。得
られるレーザ素子は、実施例２と同様の条件でレーザ発
振させたところ、実施例２とほぼ同等の良好な結果であ
る。

【００８７】

【発明の効果】本発明は、発振波長が４２０ｎｍ以上と
なるような高Ｉｎ組成比とし、さらに井戸層の全積層数
を２以下とすることにより、しきい値電流密度を低下さ
せ、寿命特性の向上が可能な窒化物半導体レーザ素子を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明のレーザ素子の活性層の井戸層
の積層数と、しきい値電流密度の関係を示すグラフであ
る。

【図２】図２は、ＩｎＧａＮ井戸層のバンドギャップエ
ネルギー（Ｅｇ）と、量子準位の形成による発振波長の
エネルギー（Ｅλ）とを示した模式的断面図である。

【図３】図３は、従来のレーザ素子の活性層の井戸層の
積層数と、しきい値電流密度の関係を示すグラフであ
る。

【図４】図４は、本発明で用いることのできるＥＬＯＧ
成長の一実施の形態の各工程の構造を示す模式的断面図
である。

【図５】図５は、本発明の一実施の形態である窒化物半
導体レーザ素子を示す模式的断面図である。

【図６】図６は、サファイアの面方位を示すユニットセ
ル図である。

【図７】図７は、オフアングルした異種基板の部分的な
形状を示す模式的断面図である。

【図８】図８は、凹凸のストライプ方向を説明するため
の基板主面側の平面図である。

【図９】図９は、リッジ形状のストライプを形成する一
実施の形態である方法の各工程におけるウエハの部分的
な構造を示す模式的断面図である。

【符号の説明】

１・・・窒化物半導体基板２・・・ｎ型コンタクト層３・・・クラック防止層４・・・ｎ型クラッド層５・・・ｎ型ガイド層６・・・活性層７・・・ｐ型電子閉じ込め層８・・・ｐ型ガイド層９・・・ｐ型クラッド層１０・・・ｐ型コンタクト層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に、少なくともｎ型窒化物半導
体、Ｉｎを含んでなる井戸層を有する量子井戸構造の活
性層、及びｐ型窒化物半導体を順に積層してなる窒化物
半導体レーザ素子において、該活性層が、井戸層の全積
層数が２以下である量子井戸構造であり、更に、発振波
長が４２０ｎｍ以上であることを特徴とする窒化物半導
体レーザ素子。
【請求項２】前記活性層が、井戸層の全積層数が１で
ある単一量子井戸構造であり、更に、発振波長が４３０
ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の窒化
物半導体レーザ素子。
【請求項３】前記活性層の量子井戸構造が、井戸層と
障壁層とから形成され、該障壁層が、ｎ型不純物濃度を
１×１０¹⁹／ｃｍ²以下含んでなることを特徴とする請
求項１又は２に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項４】前記障壁層が、ｎ型不純物を５×１０¹⁸
／ｃｍ²以下含んでなることを特徴とする請求項３に記
載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項５】前記井戸層が、ｎ型不純物を１×１０¹⁸
／ｃｍ²以下含んでなることを特徴とする請求項１〜４
のいずれか１項に記載の窒化物半導体素子。
【請求項６】前記井戸層が、膜厚４０オングストロー
ム以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか
１項に記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項７】前記井戸層が、膜厚３０オングストロー
ム以下であることを特徴とする請求項１〜６に記載の窒
化物半導体レーザ素子。
【請求項８】前記活性層の量子井戸構造が、井戸層と
障壁層から形成され、該障壁層が、１００オングストロ
ーム以上の膜厚であることを特徴とする請求項１〜７に
記載の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項９】前記障壁層が、１００〜２００オングス
トロームの膜厚であることを特徴とする請求項８に記載
の窒化物半導体レーザ素子。
【請求項１０】前記窒化物半導体レーザ素子が、窒化
物半導体と異なる材料よりなる異種基板又は窒化物半導
体基板上に、窒化物半導体の横方向の成長を利用して成
長させてなる窒化物半導体上に成長されてなることを特
徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の窒化物半
導体レーザ素子。