JP2002124737A - 窒化物系半導体レーザ素子 - Google Patents

窒化物系半導体レーザ素子

Info

Publication number
JP2002124737A
JP2002124737A JP2000316790A JP2000316790A JP2002124737A JP 2002124737 A JP2002124737 A JP 2002124737A JP 2000316790 A JP2000316790 A JP 2000316790A JP 2000316790 A JP2000316790 A JP 2000316790A JP 2002124737 A JP2002124737 A JP 2002124737A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
nitride
gan
semiconductor laser
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2000316790A
Other languages
English (en)
Other versions
JP4889142B2 (ja
Inventor
Nobuhiko Hayashi
伸彦 林
Masakane Goto
壮謙 後藤
Takashi Kano
隆司 狩野
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.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sanyo Electric Co Ltd filed Critical Sanyo Electric Co Ltd
Priority to JP2000316790A priority Critical patent/JP4889142B2/ja
Publication of JP2002124737A publication Critical patent/JP2002124737A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP4889142B2 publication Critical patent/JP4889142B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Semiconductor Lasers (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 安定な垂直基本横モードを得ることが可能で
ありしきい値電流の低減化を図ることが可能な窒化物系
半導体レーザ素子を提供することである。 【解決手段】 半導体レーザ素子100は、Mgがドー
プされたGaNからなるp−GaN基板1上に、Mgが
ドープされたGaNからなるp−GaNバッファ層2、
MgがドープされたInGaNからなるp−InGaN
クラック防止層3、MgがドープされたAlGaNから
なるp−AlGaNクラッド層4、発光層5、Siがド
ープされたAlGaNからなるn−AlGaNクラッド
層6およびSiがドープされたGaNからなるn−Ga
Nコンタクト層7が順に積層されてなる。半導体レーザ
素子100においては、Mgがドープされたp−GaN
基板1および各層2〜4において、発光層5から漏れ出
した光を吸収することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、BN(窒化ホウ
素)、GaN(窒化ガリウム)、AlN(窒化アルミニ
ウム)、InN(窒化インジウム)もしくはTlN(窒
化タリウム)またはこれらの混晶等のIII −V族窒化物
系半導体(以下、窒化物系半導体と呼ぶ)からなる窒化
物系半導体レーザ素子に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、高密度かつ大容量の光ディスクシ
ステムに用いられる記録または再生用の光源として、青
色または紫色の光を発する窒化物系半導体レーザ素子の
研究開発が行われている。
【0003】図11は従来の窒化物系半導体レーザ素子
の例を示す模式的な断面図である。図11に示す半導体
レーザ素子は、サファイア基板81のC(0001)面
上に、MOCVD法(有機金属化学的気相成長法)によ
り、アンドープのAlGaNからなるバッファ層82、
アンドープGaN層83、n−GaNからなるn−Ga
Nコンタクト層84、n−InGaNからなるクラック
防止層85、n−AlGaNからなるn−AlGaNク
ラッド層86、InGaNからなる発光層87、p−A
lGaNからなるp−AlGaNクラッド層91および
p−GaNからなるp−GaNコンタクト層92が順に
形成されてなる。
【0004】発光層87は、n−GaNからなるn−G
aN光ガイド層88と、InGaNからなり多重量子井
戸(MQW)構造を有するMQW活性層89と、p−G
aNからなるp−GaN光ガイド層90とが順に積層さ
れてなる。
【0005】p−GaNコンタクト層92からp−Al
GaNクラッド層91の所定深さまでがエッチングによ
り除去されている。それにより、p−GaNコンタクト
層92およびp−AlGaNクラッド層91からなるス
トライプ状のリッジ部93が形成されるとともに、p−
AlGaNクラッド層91に平坦部が形成される。この
リッジ部93のp−GaNコンタクト層92上にp電極
131が形成されている。また、p−AlGaNクラッ
ド層91の平坦部からn−GaNコンタクト層84まで
の一部領域がエッチングにより除去され、n−GaNコ
ンタクト層84のn電極形成領域94が露出している。
この露出したn電極形成領域94上にn電極132が形
成されている。
【0006】リッジ部93の両側面、p−AlGaNク
ラッド層91の平坦部上面、p−AlGaNクラッド層
91からn−GaNコンタクト層84までの側面、なら
びにn電極132が形成された領域を除くn−GaNコ
ンタクト層84上面にSiO 2 等のSi酸化物からなる
絶縁膜95が形成されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】図11の半導体レーザ
素子においては、例えば従来のAlGaAs系半導体レ
ーザ素子と比較して、発光層87とn−AlGaNクラ
ッド層86およびp−AlGaNクラッド層91との屈
折率の差が約4分の1〜3分の1と小さい。このため、
発光層87のMQW活性層89において発生した光は、
発光層87に導波されにくい。
【0008】また、発光層87のMQW活性層89にお
いて発生した光を閉じ込めるn−AlGaNクラッド層
86およびp−AlGaNクラッド層91の外側に位置
するn−GaNコンタクト層84およびp−GaNコン
タクト層92の屈折率が、n−AlGaNクラッド層8
6およびp−AlGaNクラッド層91よりも大きくな
るいわゆる反導波構造となる。このため、n−AlGa
Nクラッド層86およびp−AlGaNクラッド層91
からn−GaNコンタクト層84およびp−GaNコン
タクト層92に光が漏れる。
【0009】ここで、例えば、従来のAlGaAs系半
導体レーザ素子の場合では、AlGaAsからなる活性
層より発生したレーザ光に対して吸収のあるGaAsの
ような吸収係数の大きな材料から構成されるコンタクト
層は、クラッド層から漏れ出した光を吸収することが可
能である。しかしながら、上記のようにGaNから構成
されるn−GaNコンタクト層84およびp−GaNコ
ンタクト層92は、吸収係数が小さいため、n−AlG
aNクラッド層86およびp−AlGaNクラッド層9
1から染み出した光を吸収することができない。
【0010】以上のことから、上記の半導体レーザ素子
においては、発光層87に十分に光を導波することが困
難であり、垂直横モードが高次モードになりやすく、安
定した垂直基本横モードが得られにくい。
【0011】特に、この場合においては、p型層91,
92に比べて厚さが大きいサファイア基板81側の層8
2〜86およびサファイア基板81において、光の漏れ
出しがより大きくなる。このため、サファイア基板81
側においては、より垂直横モードが高次モードになりや
すい。
【0012】このように、上記の半導体レーザ素子にお
いては、安定した垂直基本横モードを得ることが困難で
あることから、しきい値電流の低減化を図ることが困難
である。
【0013】一方、垂直横モードが高次モードになるこ
とを防止して安定な垂直基本横モードを得る方法として
は、n−AlGaNクラッド層86およびp−AlGa
Nクラッド層91のAl組成を大きくする(例えば0.
07より大きくする)か、または、n−GaNコンタク
ト層84に数%のAlを加える(例えばAlを0.02
程度加える)方法がある。このような方法により、半導
体レーザ素子において垂直基本横モードが得られやすく
なる。
【0014】しかしながら、これらの場合においては、
Al組成を大きくすることによって成長層にクラックが
発生しやすくなり、その結果、素子の歩留まりが大きく
低下してしまう。
【0015】ところで、上記の半導体レーザ素子のMQ
W活性層89は、GaNやAlGaNに比べて格子定数
が大きいInGaNから構成される。このようなInG
aNから構成されるMQW活性層89は、膜厚を大きく
すると結晶性が劣化する。したがって、MQW活性層8
9の結晶性を劣化させないためには、MQW活性層89
の厚さを数十Åと小さくする必要がある。
【0016】しかしながら、このようにMQW活性層8
9の厚さを小さくした場合、発光層87に特に光を導波
しにくく、垂直横モードがさらに高次モードになりやす
い。このため、半導体レーザ素子においてしきい値電流
の低減化を図ることがより困難となる。
【0017】本発明の目的は、安定な垂直基本横モード
を得ることが可能でありしきい値電流の低減化を図るこ
とが可能な窒化物系半導体レーザ素子を提供することで
ある。
【0018】
【課題を解決するための手段および発明の効果】第1の
発明に係る窒化物系半導体レーザ素子は、基板上に活性
層を含む窒化物系半導体層が形成されてなる窒化物系半
導体レーザ素子であって、基板は、活性層から漏れ出し
た光を吸収可能な材料から構成されるものである。
【0019】本発明に係る窒化物系半導体レーザ素子に
おいては、活性層から漏れ出した光を吸収可能な材料か
ら構成される基板が用いられているため、活性層から漏
れ出した光を基板において吸収することが可能である。
したがって、このような窒化物系半導体レーザ素子にお
いては、活性層からの光の漏れを低減することが可能と
なり、垂直横モードが高次モードとなることを防止する
ことが可能となる。
【0020】それにより、上記の半導体レーザ素子にお
いては、安定した垂直基本横モードを得ることが可能と
なり、しきい値電流の低減化を図ることが可能となる。
【0021】また、このような窒化物系半導体レーザ素
子においては、窒化物系半導体層におけるクラックの発
生を招くことなく垂直基本横モードを実現することが可
能であるため、高い歩留まりでの製造が実現可能とな
る。
【0022】また、基板はマグネシウムがドープされた
窒化物系半導体から構成されてもよい。マグネシウムが
ドープされた窒化物系半導体から構成される基板におい
ては、活性層から漏れ出した光を吸収することが可能と
なる。
【0023】また、基板はマグネシウムがドープされた
GaNから構成されてもよい。このような基板において
は、活性層から漏れ出した光を吸収することが可能とな
る。
【0024】基板の少なくとも一部は活性層よりも小さ
なバンドギャップを有する窒化物系半導体から構成され
てもよい。このような基板においては、活性層から漏れ
出した光を、活性層よりも小さなバンドギャップを有す
る窒化物系半導体から構成される部分において吸収する
ことが可能となる。
【0025】なお、ここで、活性層が障壁層および井戸
層から構成される多重量子構造(MQW構造)を有する
場合においては、井戸層のバンドギャップを活性層のバ
ンドギャップとする。
【0026】また、活性層はInGaNを含む窒化物系
半導体から構成され、基板の少なくとも一部はInGa
Nを含む窒化物系半導体から構成されてもよい。このよ
うな基板においては、活性層から漏れ出した光をInG
aNから構成される部分において吸収することが可能と
なる。
【0027】また、基板はInGaN層とAlGaN層
とが積層された超格子構造を有してもよい。このような
基板においては、活性層から漏れ出した光をInGaN
層において吸収することが可能となるとともに、基板と
窒化物系半導体層との間に生じる歪みを緩和することが
可能となる。
【0028】第2の発明に係る窒化物系半導体レーザ素
子は、基板上に、第1の窒化物系半導体層と、活性層を
含む第2の窒化物系半導体層とが形成されてなる窒化物
系半導体レーザ素子であって、第1の窒化物系半導体層
は活性層から漏れ出した光を吸収可能な材料から構成さ
れるものである。
【0029】本発明に係る窒化物系半導体レーザ素子に
おいては、活性層から漏れ出した光を吸収可能な材料か
ら第1の窒化物系半導体層が構成される。このため、活
性層から漏れ出した光を第1の窒化物系半導体層におい
て吸収することが可能となる。したがって、このような
窒化物系半導体レーザ素子においては、活性層からの光
の漏れを低減することが可能となり、垂直横モードが高
次モードとなることを防止することが可能となる。
【0030】それにより、上記の窒化物系半導体レーザ
素子においては、安定した垂直基本横モードを得ること
が可能となり、しきい値電流の低減化を図ることが可能
となる。
【0031】また、このような窒化物系半導体レーザ素
子においては、窒化物系半導体層におけるクラックの発
生を招くことなく垂直基本横モードを実現することが可
能であるため、高い歩留まりでの製造が実現可能とな
る。
【0032】第1の窒化物系半導体層はマグネシウムが
ドープされた窒化物系半導体層を含んでもよい。このよ
うな第1の窒化物系半導体層においては、活性層から漏
れ出した光をマグネシウムがドープされた窒化物系半導
体層において吸収することが可能となる。
【0033】また、第1の窒化物系半導体層はマグネシ
ウムがドープされたGaN、AlGaNまたはInGa
Nから構成される層を含んでもよい。このような第1の
窒化物系半導体層においては、活性層から漏れ出した光
を、マグネシウムがドープされたGaN、AlGaNま
たはInGaNから構成される層において吸収すること
が可能となる。
【0034】第1の窒化物系半導体層は活性層よりも小
さなバンドギャップを有する窒化物系半導体から構成さ
れる層を含んでもよい。このような第1の窒化物系半導
体層においては、活性層から漏れ出した光を、活性層よ
りも小さなバンドギャップを有する窒化物系半導体から
構成される層において吸収することが可能となる。
【0035】なお、ここで、活性層が障壁層および井戸
層から構成される多重量子構造(MQW構造)を有する
場合においては、井戸層のバンドギャップを活性層のバ
ンドギャップとする。
【0036】また、活性層はInGaNを含む窒化物系
半導体から構成され、第1の窒化物系半導体層はInG
aN層を含んでもよい。このような第1の窒化物系半導
体層においては、活性層から漏れ出した光をInGaN
層において吸収することが可能となる。
【0037】また、第1の窒化物系半導体層はInGa
N層とAlGaN層とが積層された超格子構造を含んで
もよい。このような第1の窒化物系半導体層において
は、活性層から漏れ出した光をInGaN層において吸
収することが可能となる。
【0038】
【発明の実施の形態】図1は本発明に係る窒化物系半導
体レーザ素子の一例を示す模式的な断面図である。図1
に示す半導体レーザ素子100は、以下の方法により作
製される。
【0039】半導体レーザ素子100の作製時において
は、まず、MgがドープされたがGaNからなる厚さ1
50μmのp−GaN基板1上に、MOCVD法(有機
金属化学的気相成長法)により、MgがドープされたG
aNからなる厚さ2μmのp−GaNバッファ層2、M
gがドープされたIn0.03Ga0.97Nからなる厚さ0.
1μmのp−InGaNクラック防止層3、Mgがドー
プされたAl0.07Ga 0.93Nからなる厚さ1.0μmの
p−AlGaNクラッド層4、後述の発光層5、Siが
ドープされたAl0.07Ga0.93Nからなる厚さ0.4μ
mのn−AlGaNクラッド層6およびSiがドープさ
れたGaNからなる厚さ0.1μmのn−GaNコンタ
クト層7を順に成長させる。
【0040】この場合、図2に示すように、発光層5の
成長時においては、まず、MgがドープされたGaNか
らなる厚さ0.1μmのp−GaN光ガイド層51およ
びMgがドープされたAl0.2 Ga0.8 Nからなる厚さ
200Åのp−AlGaNキャリアブロック層52を順
に成長させる。
【0041】続いて、p−AlGaNキャリアブロック
層52上に、SiがドープされたIn0.02Ga0.98Nか
らなるn−InGaN障壁層53とSiがドープされた
In 0.09Ga0.91Nからなるn−InGaN井戸層54
とを交互に積層して多重量子井戸構造(MQW構造)を
有するMQW活性層57を成長させる。
【0042】なお、この場合においては、厚さ100Å
の4つのn−InGaN障壁層53と厚さ50Åの3つ
のn−InGaN井戸層54とが交互に積層されてMQ
W活性層57が構成されている。
【0043】上記のようにして形成したMQW活性層5
7上にSiがドープされたAl0.2Ga0.8 Nからなる
厚さ200Åのn−AlGaNキャリアブロック層55
を成長させ、さらにこのn−AlGaNキャリアブロッ
ク層55上に、SiがドープされたGaNからなる厚さ
0.1μmのn−GaN光ガイド層56を成長させる。
【0044】以上のようにして、p−GaN光ガイド層
51、p−AlGaNキャリアブロック層52、MQW
活性層57、n−AlGaNキャリアブロック層55お
よびn−GaN光ガイド層56から構成される発光層5
を形成する。
【0045】上記のように、半導体レーザ素子100の
作製時においては、Mgがドープされたp−GaN基板
1を用いるとともに、このp−GaN基板1上にMgが
ドープされたp−GaNバッファ層2、p−InGaN
クラック防止層3およびp−AlGaNクラッド層4を
成長させる。
【0046】ここで、通常、窒化物系半導体から構成さ
れる層および基板は肉眼では透明に見えるが、上記のよ
うにMgがドープされた窒化物系半導体から構成される
p−GaN基板1および各層2〜4は、Mgにより黒色
をおびている。このようにMgがドープされて黒色をお
びたp−GaN基板1、p−GaNバッファ層2、p−
InGaNクラック防止層3およびp−AlGaNクラ
ッド層4においては、可視光を吸収することが可能とな
る。
【0047】なお、Mgがドープされたp−GaN基板
1および各層2〜4において上記のように光を吸収する
ことが可能となるのは、Mgをドープすることにより、
p−GaN基板1および各層2〜4のエネルギーバンド
中に不純物準位が形成されるためであると考えられる。
【0048】上記のようにしてp−GaN基板1上に各
層2〜7を成長させた後、n−GaNコンタクト層7か
らn−AlGaNクラッド層6の所定深さまでをエッチ
ングにより除去する。それにより、n−GaNコンタク
ト層7およびn−AlGaNクラッド層6から構成され
る幅2μmのストライプ状のリッジ部を形成するととも
に、n−AlGaNクラッド層6に厚さ0.05μmの
平坦部を形成する。
【0049】次に、p−GaN基板1の結晶成長面と反
対側の面にNi膜を形成してp電極16を形成する。ま
た、リッジ部側面およびn−AlGaNクラッド層6の
平坦部上面にSiO2 からなる厚さ0.3μmの絶縁膜
8を形成するとともに、リッジ部上面および絶縁膜8上
にTi膜およびAl膜を順に積層してn電極15を形成
する。
【0050】最後に、例えば劈開により、共振器長50
0μmの共振器を作製する。以上のようにして、半導体
レーザ素子100を作製する。
【0051】図3は、上記の方法により作製された半導
体レーザ素子100の各層2〜7およびp−GaN基板
1の有する屈折率を示す模式図である。
【0052】なお、基板および各層がそれぞれ有する屈
折率と、これらの基板および各層がそれぞれ有するエネ
ルギーバンドギャップの幅との間には逆の関係が成り立
つ。すなわち、屈折率が大きいものほどエネルギーバン
ドギャップの幅が小さく、屈折率が小さいものほどエネ
ルギーバンドギャップの幅が大きい。
【0053】図3に示すように、半導体レーザ素子10
0においては、MQW活性層57の屈折率とp−AlG
aNクラッド層4の屈折率との差が小さい。このため、
発光層5のMQW活性層57において発生した光を発光
層5内に十分に導波することが困難であり、発光層5か
らp−AlGaNクラッド層4に光が漏れ出す。
【0054】なお、ここでは、n−InGaN障壁層5
3およびn−InGaN井戸層54の厚みによる重み付
けをした屈折率平均値をMQW活性層57の屈折率と定
義する。
【0055】また、半導体レーザ素子100は、p−A
lGaNクラッド層4の外側に位置するp−GaNバッ
ファ層2がp−AlGaNクラッド層4に比べて大きな
屈折率を有するいわゆる反導波構造となる。このため、
p−AlGaNクラッド層4からp−GaNバッファ層
2に光が漏れ出す。
【0056】特に、半導体レーザ素子100において
は、発光層5下方のp−GaN基板1側の層2〜4およ
びp−GaN基板1の厚さが大きいため、p−GaN基
板1側においては光の漏れ出しが大きくなる。
【0057】ここで、半導体レーザ素子100において
は、前述のように、p−GaN基板1、p−GaNバッ
ファ層2、p−InGaNクラック防止層3およびp−
AlGaNクラッド層4にMgがドープされておりp−
GaN基板1および各層2〜4において可視光を吸収す
ることが可能である。このため、発光層5からp−Ga
N基板1側へ漏れ出した光をp−GaN基板1、p−G
aNバッファ層2、p−InGaNクラック防止層3お
よびp−AlGaNクラッド層4において吸収すること
が可能となる。
【0058】このように、半導体レーザ素子100にお
いては、発光層5からp−GaN基板1側へ漏れ出した
光をp−GaN基板1、p−GaNバッファ層2、p−
InGaNクラック防止層3およびp−AlGaNクラ
ッド層4において吸収することが可能となるため、発光
層5からの光の漏れを低減することが可能となり、垂直
横モードが高次モードとなるのを防止することが可能と
なる。それにより、半導体レーザ素子100においては
安定した垂直基本横モードを得ることが可能となり、し
きい値電流の低減化を図ることが可能となる。
【0059】上記のように、この場合においては、p−
AlGaNクラッド層4のAl組成を大きく(例えば
0.07より大きくする)したりp−GaNバッファ層
2にAlを加える(例えばAlを0.02程度加える)
ことなく垂直基本横モードを実現することができるた
め、各層2〜7におけるクラックの発生を防止すること
が可能となる。したがって、半導体レーザ素子100に
おいては、高い歩留まりでの製造が実現可能となる。
【0060】なお、この場合、p−GaN基板1、p−
GaNバッファ層2、p−InGaNクラック防止層3
およびp−AlGaNクラッド層4における光の吸収は
あまり強くなくてもよい。通常、光吸収がある場合の光
吸収係数は数千cm-1であるのに対して、p−GaN基
板1および各層2〜4全体における光の吸収係数は数十
cm-1以上であればよい。このように光の吸収係数が小
さなp−GaN基板1および各層2〜4においても、十
分に光の吸収を行うことが可能となり、安定な垂直基本
横モードを実現することが可能となる。
【0061】なお、p−GaN基板1、p−GaNバッ
ファ層2、p−InGaNクラック防止層3およびp−
AlGaNクラッド層4において光吸収効果を得るため
に必要なMgのドープ濃度は、それぞれ1×1018〜1
×1021cm-3である。
【0062】p−GaN基板1および各層2〜4におけ
るMgのドープ濃度を高くすることによりp−GaN基
板1および各層2〜4における光の吸収をより大きくす
ることが可能となる。しかしながら、このようにMgの
ドープ濃度を大きくして光の吸収を大きくする場合にお
いては、Mgにより、p−GaN基板1および各層2〜
4において結晶性に問題が生じるおそれがある。
【0063】ところで、p−GaN基板1はMQW活性
層57から発生した光を吸収するため、p−GaN基板
1とMQW活性層57との距離が小さい場合には、p−
GaN基板1での光吸収が増加し、半導体レーザ素子1
00のしきい値を増加させるおそれがある。
【0064】しかしながら、半導体レーザ素子100に
おいては、p−AlGaNクラッド層4の厚さが1μm
と十分大きいため、p−GaN基板1とMQW活性層5
7とを十分に離すことができる。したがって、半導体レ
ーザ素子100においては、発光層5に導波される光が
吸収されるのを防止し、かつ発光層5から漏れ出した光
を吸収することが可能となる。
【0065】図4は本発明に係る窒化物系半導体レーザ
素子の他の例を示す模式的な断面図である。図4に示す
半導体レーザ素子101は、以下の方法により作製され
る。
【0066】半導体レーザ素子101の作製時において
は、まず、厚さ350μmのサファイア基板20のC
(0001)面上に、アンドープのAl0.5 Ga0.5
からなる厚さ200ÅのAlGaNバッファ層21、厚
さ2μmのアンドープGaN層22、Mgがドープされ
たGaNからなる厚さ5μmのp−GaNコンタクト層
23、MgがドープされたIn0.03Ga0.97Nからなる
厚さ0.1μmのp−InGaNクラック防止層24、
MgがドープされたAl0.07Ga0.93Nからなるp−A
lGaNクラッド層25、発光層26、Siがドープさ
れたAlGaNからなる厚さ0.4μmのn−AlGa
Nクラッド層27およびSiがドープされたGaNから
なる厚さ0.1μmのn−GaNコンタクト層28を順
に成長させる。
【0067】なお、半導体レーザ素子101の発光層2
6は、図2に示す半導体レーザ素子100の発光層5と
同様の構造を有する。
【0068】上記のように、半導体レーザ素子101の
作製時においては、発光層26下方のサファイア基板2
0側に、Mgがドープされたp−GaNコンタクト層2
3、p−InGaNクラック防止層24およびp−Al
GaNクラッド層25を成長させる。
【0069】ここで、通常、窒化物系半導体から構成さ
れる層および基板は肉眼では透明に見えるが、上記のよ
うにMgがドープされた窒化物系半導体から構成される
p−GaNコンタクト層23、p−InGaNクラック
防止層24およびp−AlGaNクラッド層25は、M
gにより黒色をおびている。このようにMgがドープさ
れて黒色をおびたp−GaNコンタクト層23、p−I
nGaNクラック防止層24およびp−AlGaNクラ
ッド層25においては、可視光を吸収することが可能と
なる。
【0070】なお、Mgがドープされたp−GaNコン
タクト層23、p−InGaNクラック防止層24およ
びp−AlGaNクラッド層25において上記のように
光を吸収することが可能となるのは、Mgをドープする
ことにより、これらの各層23〜25のエネルギーバン
ド中に不純物準位が形成されるためであると考えられ
る。
【0071】上記のようにしてサファイア基板20上に
各層21〜28を成長させた後、n−GaNコンタクト
層28からn−AlGaNクラッド層27の所定深さま
でをエッチングにより除去する。それにより、n−Ga
Nコンタクト層28およびn−AlGaNクラッド層2
7から構成される幅2μmのストライプ状のリッジ部を
形成するとともに、n−AlGaNクラッド層27に厚
さ0.05μmの平坦部を形成する。
【0072】続いて、n−AlGaNクラッド層27の
平坦部からp−GaNコンタクト層23までの一部領域
をエッチングにより除去し、p−GaNコンタクト層2
3を露出させる。
【0073】次に、この露出したp−GaNコンタクト
層23の所定領域上にNi膜を形成してp電極16を形
成する。また、リッジ部のn−GaNコンタクト層28
上にTi膜およびAl膜を順に積層してn電極15を形
成する。
【0074】上記のようにして結晶成長および電極形成
を行った後、サファイア基板20の裏面を研磨してサフ
ァイア基板20の厚さを150〜200μmとする。
【0075】さらに、リッジ部側面、n−AlGaNク
ラッド層27の平坦部上面、n−AlGaNクラッド層
27からp−GaNコンタクト層23までの側面、p−
GaNコンタクト層23のp電極形成領域を除く領域上
面およびp電極16の所定領域上面に、SiO2 からな
る厚さ0.3μmの絶縁膜70を形成する。
【0076】最後に、例えば劈開により、共振器長50
0μmの共振器を作製する。以上のようにして、半導体
レーザ素子101を作製する。
【0077】図5は、上記の方法により作製された半導
体レーザ素子101の各層21〜28の有する屈折率を
示す模式図である。
【0078】図5に示すように、半導体レーザ素子10
1においては、発光層26の屈折率とp−AlGaNク
ラッド層25の屈折率との差が小さい。このため、発光
層26のMQW活性層57において発生した光を発光層
26内に十分に導波することが困難であり、発光層26
からp−AlGaNクラッド層25に光が漏れ出す。
【0079】また、半導体レーザ素子101は、p−A
lGaNクラッド層25の外側に位置するp−GaNコ
ンタクト層23がp−AlGaNクラッド層25に比べ
て大きな屈折率を有するいわゆる反導波構造となる。こ
のため、p−AlGaNクラッド層25からp−GaN
コンタクト層24に光が漏れ出す。
【0080】特に、半導体レーザ素子101において
は、サファイア基板20側、すなわち発光層26下方の
層21〜25およびサファイア基板20の厚さが大きい
ため、サファイア基板20側においては光の漏れ出しが
大きくなる。
【0081】ここで、半導体レーザ素子101において
は、前述のように、p−GaNコンタクト層23、p−
InGaNクラック防止層24およびp−AlGaNク
ラッド層25にMgがドープされており、各層23〜2
5において可視光を吸収することが可能である。このた
め、発光層26からサファイア基板20側へ漏れ出した
光をp−GaNコンタクト層23、p−InGaNクラ
ック防止層24およびp−AlGaNクラッド層25に
おいて吸収することが可能となる。
【0082】このように、半導体レーザ素子101にお
いては、発光層26からサファイア基板20側へ漏れ出
した光をp−GaNコンタクト層23、p−InGaN
クラック防止層24およびp−AlGaNクラッド層2
5において吸収することが可能となるため、発光層26
からの光の漏れを低減することが可能となり、垂直横モ
ードが高次モードとなることを防止することが可能とな
る。それにより、半導体レーザ素子101においては、
安定した垂直基本横モードを得ることが可能となり、し
きい値電流の低減化を図ることが可能となる。
【0083】上記のように、この場合においては、p−
AlGaNクラッド層25のAl組成を大きく(例えば
0.07より大きくする)したりp−GaNコンタクト
層23にAlを加える(例えばAlを0.02程度加え
る)ことなく垂直基本横モードを実現することができ
る。このため、半導体レーザ素子101においては、各
層2〜7におけるクラックの発生を防止することが可能
となる。したがって、半導体レーザ素子100において
は高い歩留まりでの製造が実現可能となる。
【0084】なお、この場合、p−GaNコンタクト層
23、p−InGaNクラック防止層24およびp−A
lGaNクラッド層25における光の吸収はあまり強く
なくてもよく、p−GaNコンタクト層23、p−In
GaNクラック防止層24およびp−AlGaNクラッ
ド層25全体における光の吸収係数は数十cm-1以上で
あればよい。このように光の吸収係数が小さなp−Ga
Nコンタクト層23、p−InGaNクラック防止層2
4およびp−AlGaNクラッド層25においても、十
分に光の吸収を行うことが可能となり、安定な垂直基本
横モードを実現することが可能となる。
【0085】なお、p−GaNコンタクト層23、p−
InGaNクラック防止層24およびp−AlGaNク
ラッド層25の各々において光吸収効果を得るために必
要なMgのドープ濃度は、それぞれ1×1018〜1×1
21cm-3である。
【0086】p−GaNコンタクト層23、p−InG
aNクラック防止層24およびp−AlGaNクラッド
層25におけるMgのドープ濃度を高くすることにより
各層23〜25においてより光の吸収を大きくすること
が可能となる。しかしながら、このようにMgのドープ
濃度を大きくして光の吸収を大きくする場合において
は、Mgにより、各層23〜25において結晶性に問題
が生じるおそれがある。
【0087】なお、上記の半導体レーザ素子101にお
いて、p−GaNコンタクト層23の厚さは大きい方が
好ましく、例えば10〜20μmであることが好まし
い。このように大きな厚さを有するp−GaNコンタク
ト層23においては、特に多くの光を吸収することが可
能となる。それにより、半導体レーザ素子101におい
て、垂直横モードが高次モードとなることをより防止す
ることが可能となる。
【0088】図6は本発明に係る窒化物系半導体レーザ
素子のさらに他の例を示す模式的な断面図である。図6
に示す半導体レーザ素子102は以下の方法により作製
される。
【0089】半導体レーザ素子102の作製時において
は、n−AlGaN層とn−InGaN層とを交互に複
数積層してn−AlGaN/n−InGaN超格子基板
31を作製する。
【0090】n−AlGaN/n−InGaN超格子基
板31の作製の際には、まず、サファイア基板上に、ア
ンドープのAl0.5 Ga0.5 Nからなる厚さ200Åの
AlGaNバッファ層および厚さ2μmのアンドープG
aN層を成長させる。そして、さらにこのアンドープG
aN層上に、SiがドープされたIn0.12Ga0.88Nか
らなる厚さ50Åのn−InGaN層とSiがドープさ
れたAl0.1 Ga0.9Nからなる厚さ50Åのn−Al
GaN層とを1対として複数対積層し、厚さ150μm
まで成長させる。このようにしてn−AlGaN/n−
InGaN超格子構造を形成した後、研磨によりサファ
イア基板、AlGaNバッファ層およびアンドープGa
N層を除去する。以上のようにして、厚さ150μmの
n−AlGaN/n−InGaN超格子基板31を作製
する。
【0091】ここで、この場合においては、n−AlG
aN/n−InGaN超格子基板31のn−InGaN
層のバンドギャップの幅が、後述の発光層35のn−I
nGaN井戸層62のバンドギャップの幅よりも小さく
なるようにn−AlGaN/n−InGaN超格子基板
31のn−InGaN層の組成を設定する。それによ
り、n−AlGaN/n−InGaN超格子基板31の
n−InGaN層において、発光層35からn−AlG
aN/n−InGaN超格子基板31側に漏れ出した光
を吸収することが可能となる。
【0092】上記のようにして作製したn−AlGaN
/n−InGaN超格子基板31上に、Siがドープさ
れたGaNからなる厚さ2μmのn−GaNバッファ層
32、SiがドープされたIn0.03Ga0.97Nからなる
厚さ0.1μmのn−InGaNクラック防止層33、
SiがドープされたAl0.07Ga0.93Nからなる厚さ
1.0μmのn−AlGaNクラッド層34、後述の発
光層35、MgがドープされたAl0.07Ga0.93Nから
なる厚さ0.4μmのp−AlGaNクラッド層36お
よびMgがドープされたGaNからなる厚さ0.1μm
のp−GaNコンタクト層37を順に成長させる。
【0093】この場合、図7に示すように、発光層35
の成長時においては、まず、SiがドープされたGaN
からなる厚さ0.1μmのn−GaN光ガイド層61を
成長させる。続いて、n−GaN光ガイド層61上に、
SiがドープされたIn0.02Ga0.98Nからなるn−I
nGaN障壁層62とSiがドープされたIn0.09Ga
0.91Nからなるn−InGaN井戸層63とを交互に積
層した多重量子井戸構造(MQW構造)を有するMQW
活性層66を成長させる。さらに、このMQW活性層6
6上に、MgがドープされたAl0.2 Ga0.8 Nからな
る厚さ200Åのp−AlGaNキャリアブロック層6
4およびMgがドープされたGaNからなる厚さ0.1
μmのp−GaN光ガイド層65を順に成長させる。
【0094】なお、この場合においては、厚さ100Å
の4つのn−InGaN障壁層62と厚さ50Åの3つ
のn−InGaN井戸層63とが交互に積層されてMQ
W活性層66が構成されている。
【0095】上記のようにしてn−AlGaN/n−I
nGaN超格子基板31上に各層32〜37を成長させ
た後、p−GaNコンタクト層37からp−AlGaN
クラッド層36の所定領域深さまでをエッチングにより
除去する。それにより、p−GaNコンタクト層37お
よびp−AlGaNクラッド層36から構成される幅2
μmのストライプ状のリッジ部を形成するとともに、p
−AlGaNクラッド層36に厚さ0.05μmの平坦
部を形成する。
【0096】次に、n−AlGaN/n−InGaN超
格子基板31の結晶成長面と反対側の面にTi膜および
Al膜を順に積層してn電極15を形成する。また、リ
ッジ部側面およびp−AlGaNクラッド層6の平坦部
上面にSiO2 からなる厚さ0.3μmの絶縁膜38を
形成するとともに、リッジ部上面および絶縁膜38上に
Ni膜を形成してp電極16を形成する。
【0097】最後に、例えば劈開により、共振器長50
0μmの共振器を作製する。以上のようにして、半導体
レーザ素子102を作製する。
【0098】図8は、上記の方法により作製された半導
体レーザ素子102のn−AlGaN/n−InGaN
超格子基板31および各層32〜37の有する屈折率を
示す模式図である。
【0099】図8に示すように、半導体レーザ素子10
2においては、MQW活性層66の屈折率とn−AlG
aNクラッド層34の屈折率との差が小さい。このた
め、発光層35のMQW活性層66において発生した光
を発光層35内に十分に導波することが困難であり、発
光層35からn−AlGaNクラッド層4に光が漏れ出
す。
【0100】なお、ここでは、n−InGaN障壁層6
2およびn−InGaN井戸層63の厚みによる重み付
けをした屈折率平均値をMQW活性層66の屈折率と定
義する。
【0101】また、半導体レーザ素子102は、n−A
lGaNクラッド層34の外側に位置するn−GaNバ
ッファ層32がn−AlGaNクラッド層34に比べて
大きな屈折率を有するいわゆる反導波構造となる。この
ため、n−AlGaNクラッド層34からn−GaNバ
ッファ層32に光が漏れ出す。
【0102】特に、半導体レーザ素子102において
は、発光層35下方のn−AlGaN/n−InGaN
超格子基板31側の層32〜34およびn−AlGaN
/n−InGaN超格子基板31の厚さが大きいため、
n−AlGaN/n−InGaN超格子基板31側にお
いては光の漏れ出しが大きくなる。
【0103】ここで、半導体レーザ素子102において
は、前述のように、n−AlGaN/n−InGaN超
格子基板31のn−InGaN層のバンドギャップの幅
が発光層35のn−InGaN井戸層62のバンドギャ
ップの幅よりも小さくなっているため、発光層35から
n−AlGaN/n−InGaN超格子基板31側に漏
れ出した光をn−AlGaN/n−InGaN超格子基
板31において吸収することが可能である。
【0104】このように、半導体レーザ素子102にお
いては、発光層35から漏れ出した光をn−AlGaN
/n−InGaN超格子基板31において吸収すること
が可能であるため、発光層35からの光の漏れを低減す
ることが可能となり、垂直横モードが高次モードとなる
のを防止することが可能となる。それにより、半導体レ
ーザ素子102においては安定した垂直基本横モードを
得ることが可能となり、しきい値電流の低減化を図るこ
とが可能となる。
【0105】上記のように、この場合においては、n−
AlGaNクラッド層34のAl組成を大きく(例えば
0.07より大きくする)したりn−GaNバッファ層
32にAlを加える(例えばAlを0.02程度加え
る)ことなく垂直基本横モードを実現することができ
る。このため、半導体レーザ素子102の各層32〜3
7においては、クラックの発生を防止することができ
る。
【0106】さらに、この場合においては、n−AlG
aN/n−InGaN超格子基板31が超格子構造を有
するため、n−AlGaN/n−InGaN超格子基板
31と各層32〜37との間に生じる歪みが緩和されて
いる。このため、半導体レーザ素子102においては、
クラックの発生を防止することができる。
【0107】以上のように、半導体レーザ素子102に
おいては各層32〜37におけるクラックの発生を防止
することが可能となるため、このような半導体レーザ素
子102においては高い歩留まりでの製造が実現可能と
なる。
【0108】n−AlGaN/n−InGaN超格子基
板31における光の吸収はあまり強くなくてもよく、n
−AlGaN/n−InGaN超格子基板31における
光の吸収係数は数十cm-1以上であればよい。このよう
に光の吸収係数が小さなn−AlGaN/n−InGa
N超格子基板31においても、発光層35から漏れ出し
た光を十分に吸収することが可能であり、安定な垂直基
本横モードを実現することが可能となる。
【0109】なお、n−AlGaN/n−InGaN超
格子基板31において、n−InGaN層のIn組成を
大きくすると、n−InGaN層のバンドギャップの幅
がより小さくなるため、n−AlGaN/n−InGa
N超格子基板31における光の吸収をより大きくするこ
とが可能となる。しかしながら、n−InGaNのIn
組成が大きくなるとn−InGaNの結晶性が劣化す
る。したがって、このようにInの組成を大きくして光
の吸収を大きくする場合においては、n−AlGaN/
n−InGaN超格子基板31において結晶性に問題が
生じるおそれがある。
【0110】ところで、n−AlGaN/n−InGa
N超格子基板31はMQW活性層66から発生した光を
吸収するため、n−AlGaN/n−InGaN超格子
基板31とMQW活性層66との距離が小さい場合に
は、n−AlGaN/n−InGaN超格子基板31で
の光吸収が増加し、半導体レーザ素子102のしきい値
を増加させるおそれがある。
【0111】しかしながら、半導体レーザ素子102に
おいては、n−AlGaNクラッド層34の厚さが1μ
mと十分大きいため、n−AlGaN/n−InGaN
超格子基板31とMQW活性層66とを十分に離すこと
ができる。したがって、半導体レーザ素子102におい
ては、発光層35に導波される光がn−AlGaN/n
−InGaN超格子基板31に吸収されるのを防止し、
かつ発光層35から漏れ出した光をn−AlGaN/n
−InGaN超格子基板31において吸収することが可
能となる。
【0112】なお、上記の半導体レーザ素子102にお
いては、光の吸収効果を目的とするとともに歪み緩和効
果を目的とするためにn−AlGaN/n−InGaN
超格子基板31を形成しているが、光吸収効果のみを目
的とするのであれば、n−InGaN層が部分的に挿入
された基板、例えば、厚さ0.2μm以下のn−InG
aN層がある程度の間隔で存在する構造を有する基板を
形成すればよい。
【0113】なお、InGaNは格子定数が大きいので
n−InGaN層の厚さが0.2μmより大きくなると
n−InGaN層の結晶性が劣化する。したがって、n
−InGaN層の厚さは0.2μm以下であることが好
ましい。
【0114】例えば、n−GaN/n−InGaN超格
子構造またはn−GaN/n−InGaN/n−AlG
aN超格子構造を有する基板を形成してもよい。また、
基板は超格子構造以外の周期構造を有していてもよく、
あるいは超格子構造および周期構造以外の構造であって
もよい。この場合においても、基板が発光層から漏れ出
した光を吸収することが可能であるため、安定な垂直基
本横モードを得ることが可能となる。
【0115】なお、ここでは100Å以下の厚さの層が
200Å以下の周期で積層された積層構造を超格子構造
としており、これ以外の範囲の厚さおよび周期の層が積
層された積層構造を周期構造として超格子構造と区別し
ている。
【0116】なお、上記の半導体レーザ素子102にお
いては、n型の超格子基板を形成するとともにこの基板
上にn型層およびp型層をこの順で形成する場合につい
て説明したが、p型の超格子基板を形成するとともにこ
の基板上にp型層およびn型層をこの順で形成してもよ
い。
【0117】図9は本発明に係る窒化物系半導体レーザ
素子のさらに他の例を示す模式的な断面図である。図9
に示す半導体レーザ素子103は、以下の方法により作
製される。
【0118】半導体レーザ素子103の作製時において
は、まず、厚さ350μmのサファイア基板40のC
(0001)面上に、アンドープのAl0.5 Ga0.5
からなる厚さ200ÅのAlGaNバッファ層41、厚
さ2μmのアンドープGaN層42、Siがドープされ
たAlGaNおよびInGaNからなる後述の厚さ5μ
mのn−AlGaN/n−InGaN超格子バッファ層
43、SiがドープされたGaNからなる厚さ1μmの
n−GaNコンタクト層44、SiがドープされたAl
0.07Ga0.93Nからなるn−AlGaNクラッド層4
5、発光層46、MgがドープされたAl0.07Ga0.93
Nからなる厚さ0.4μmのp−AlGaNクラッド層
47およびMgがドープされたGaNからなる厚さ0.
1μmのp−GaNコンタクト層48を順に成長させ
る。
【0119】なお、半導体レーザ素子103の発光層4
6は、図7に示す半導体レーザ素子102の発光層35
と同様の構造を有する。
【0120】ここで、この場合においては、n−AlG
aN/n−InGaN超格子バッファ層43のn−In
GaN層のバンドギャップの幅が、発光層46のn−I
nGaN井戸層62のバンドギャップの幅よりも小さく
なるようにn−AlGaN/n−InGaN超格子バッ
ファ層43のn−InGaN層の組成を設定する。それ
により、発光層46からサファイア基板40側に漏れ出
した光をn−AlGaN/n−InGaN超格子バッフ
ァ層43のn−InGaN層において吸収することが可
能となる。
【0121】上記のようにしてサファイア基板40上に
各層41〜48を成長させた後、p−GaNコンタクト
層48からp−AlGaNクラッド層47の所定深さま
でをエッチングにより除去する。それにより、p−Ga
Nコンタクト層48およびp−AlGaNクラッド層4
7から構成される幅2μmのストライプ状のリッジ部を
形成するとともに、p−AlGaNクラッド層47に厚
さ0.05μmの平坦部を形成する。
【0122】続いて、p−AlGaNクラッド層47の
平坦部からn−GaNコンタクト層44までの一部領域
をエッチングにより除去してn−GaNコンタクト層4
4を露出させる。
【0123】次に、この露出したn−GaNコンタクト
層44の所定領域上にTi膜およびAl膜を順に積層し
てn電極15を形成する。また、リッジ部のp−GaN
コンタクト層48上にNi膜を形成してp電極16を形
成する。
【0124】上記のようにして結晶成長および電極形成
を行った後、サファイア基板40の裏面を研磨してサフ
ァイア基板40の厚さを150〜200μmとする。
【0125】さらに、リッジ部側面、p−AlGaNク
ラッド層47の平坦部上面、p−AlGaNクラッド層
47からn−GaNコンタクト層44までの側面、n−
GaNコンタクト層44のn電極形成領域を除く領域上
面およびn電極15の所定領域上面に、SiO2 からな
る厚さ0.3μmの絶縁膜70を形成する。
【0126】最後に、例えば劈開により、共振器長50
0μmの共振器を作製する。以上のようにして、半導体
レーザ素子103を作製する。
【0127】図10は、上記の方法により作製された半
導体レーザ素子103の各層41〜48の有する屈折率
を示す模式図である。
【0128】図10に示すように、半導体レーザ素子1
03においては、発光層46の屈折率とn−AlGaN
クラッド層45の屈折率との差が小さい。このため、発
光層46のMQW活性層66において発生した光を発光
層46内に十分に導波することが困難であり、発光層4
6からn−AlGaNクラッド層45に光が漏れ出す。
【0129】また、半導体レーザ素子103は、n−A
lGaNクラッド層45の外側に位置するn−GaNコ
ンタクト層44がn−AlGaNクラッド層45に比べ
て大きな屈折率を有するいわゆる反導波構造となる。こ
のため、n−AlGaNクラッド層45からn−GaN
コンタクト層44に光が漏れ出す。
【0130】特に、半導体レーザ素子103において
は、サファイア基板40側、すなわち発光層46下方の
層41〜45およびサファイア基板40の厚さが大きい
ため、サファイア基板40側においては光の漏れ出しが
大きくなる。
【0131】ここで、半導体レーザ素子103において
は、前述のように、n−AlGaN/n−InGaN超
格子バッファ層43のn−InGaN層のバンドギャッ
プの幅が発光層46のn−InGaN井戸層62のバン
ドギャップの幅よりも小さくなっているため、発光層4
6からサファイア基板40側に漏れ出した光をn−Al
GaN/n−InGaN超格子バッファ層43において
吸収することが可能である。
【0132】このように、半導体レーザ素子103にお
いては、発光層46から漏れ出した光をn−AlGaN
/n−InGaN超格子バッファ層43において吸収す
ることが可能であるため、発光層46からの光の漏れを
低減することが可能となり、垂直横モードが高次モード
となるのを防止することが可能となる。それにより、半
導体レーザ素子103においては、安定した垂直基本横
モードを得ることが可能となり、しきい値電流の低減化
を図ることが可能となる。
【0133】上記のように、この場合においては、n−
AlGaNクラッド層45のAl組成を大きく(例えば
0.07より大きくする)したりn−GaNコンタクト
層44にAlを加える(例えばAlを0.02程度加え
る)ことなく垂直基本横モードを実現することができ
る。このため、半導体レーザ素子103の各層41〜4
8においては、クラックの発生を防止することができ
る。
【0134】さらに、この場合においては、n−AlG
aN/n−InGaN超格子バッファ層43が超格子構
造を有するため、n−AlGaN/n−InGaN超格
子バッファ層43と各層41,42,45〜48との間
の歪みが緩和されている。このため、半導体レーザ素子
103においては、クラックの発生を防止することがで
きる。
【0135】以上のように、半導体レーザ素子102に
おいては各層41〜48におけるクラックの発生を防止
することが可能となるため、このような半導体レーザ素
子103においては高い歩留まりでの製造が実現可能と
なる。
【0136】n−AlGaN/n−InGaN超格子バ
ッファ層43における光の吸収はあまり強くなくてもよ
く、n−AlGaN/n−InGaN超格子バッファ層
43における光の吸収係数は数十cm-1以上であればよ
い。このように光の吸収係数が小さなn−AlGaN/
n−InGaN超格子バッファ層43においても、発光
層46から漏れ出した光を十分に吸収することが可能で
あり、安定な垂直基本横モードを実現することが可能と
なる。
【0137】なお、n−AlGaN/n−InGaN超
格子バッファ層43において、n−InGaN層のIn
組成を大きくすると、n−InGaN層のバンドギャッ
プの幅がより小さくなるため、n−AlGaN/n−I
nGaN超格子バッファ層43における光の吸収をより
大きくすることが可能となる。しかしながら、n−In
GaNのIn組成が大きくなるとn−InGaNの結晶
性が劣化する。このため、このようにInの組成を大き
くして光の吸収を大きくする場合においては、n−Al
GaN/n−InGaN超格子基板31において結晶性
に問題が生じるおそれがある。
【0138】上記の半導体レーザ素子103において
は、光の吸収効果を目的とするとともに歪み緩和効果を
目的とするためにn−AlGaN/n−InGaN超格
子バッファ層43を形成しているが、光吸収効果のみを
目的とするのであれば、n−InGaN層が部分的に挿
入されたバッファ層、例えば、厚さ0.2μm以下のn
−InGaN層がある程度の間隔で存在する構造を有す
るバッファ層を形成すればよい。
【0139】なお、InGaNは格子定数が大きいので
n−InGaN層の厚さが0.2μmより大きくなると
n−InGaN層の結晶性が劣化する。したがって、n
−InGaN層の厚さは0.2μm以下であることが好
ましい。
【0140】例えば、n−GaN/n−InGaN超格
子構造またはn−GaN/n−InGaN/n−AlG
aN超格子構造を有するバッファ層を形成してもよい。
また、バッファ層は超格子構造以外の周期構造を有して
いてもよく、あるいは超格子構造および周期構造以外の
構造であってもよい。この場合においても、基板が発光
層から漏れ出した光を吸収することが可能であるため、
安定な垂直基本横モードを得ることが可能となる。
【0141】なお、ここでは100Å以下の厚さの層が
200Å以下の周期で積層された積層構造を超格子構造
としており、これ以外の範囲の厚さおよび周期の層が積
層された積層構造を周期構造として超格子構造と区別し
ている。
【0142】また、上記の半導体レーザ素子103にお
いては、サファイア基板上にn型層およびp型層がこの
順で形成される場合について説明したが、サファイア基
板上にp型層およびn型層がこの順で形成されてもよ
い。
【0143】上記の半導体レーザ素子100〜103の
各層の組成は上記に限定されるものではなく、各層は、
Ga、Al、In、BおよびTlの少なくとも1つを含
む窒化物系半導体から構成されていればよい。
【0144】また、半導体レーザ素子101,103に
おいてはサファイア基板20,40を用いているが、サ
ファイア基板20,40の代わりにSi基板、SiC基
板等を用いてもよい。
【0145】さらに、上記においては、本発明をリッジ
導波型構造を有する半導体レーザ素子に適用する場合に
ついて説明したが、本発明をセルフアライン型構造を有
する半導体レーザ素子に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る半導体レーザ素子の一例を示す模
式的な断面図である。
【図2】図1の半導体レーザ素子の発光層の構造を示す
模式的な断面図である。
【図3】図1の半導体レーザ素子の基板および各層の屈
折率を示す模式図である。
【図4】本発明に係る半導体レーザ素子の他の例を示す
模式的な断面図である。
【図5】図4の半導体レーザ素子の各層の屈折率を示す
模式図である。
【図6】本発明に係る半導体レーザ素子のさらに他の例
を示す模式的な断面図である。
【図7】図6の半導体レーザ素子の発光層の構造を示す
模式的な断面図である。
【図8】図6の半導体レーザ素子の基板および各層の屈
折率を示す模式図である。
【図9】本発明に係る半導体レーザ素子のさらに他の例
を示す模式的な断面図である。
【図10】図9の半導体レーザ素子の各層の屈折率を示
す模式図である。
【図11】従来の半導体レーザ素子の構造を示す模式的
な断面図である。
【符号の説明】
1 p−GaN基板 2 p−GaNバッファ層 3,24,33 p−InGaNクラック防止層 4,25,36,47 p−AlGaNクラッド層 5,26,35,46 発光層 6,27,34,45 n−AlGaNクラッド層 7,28,44 n−GaNコンタクト層 8,38,70 絶縁膜 15 n電極 16 p電極 20 サファイア基板 21 AlGaNバッファ層 23,37,48 p−GaNコンタクト層 100〜103 半導体レーザ素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 狩野 隆司 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 Fターム(参考) 5F073 AA45 AA51 AA55 AA74 CA07 CB05 CB07 DA05 EA18 EA23

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に活性層を含む窒化物系半導体層
    が形成されてなる窒化物系半導体レーザ素子であって、
    前記基板は、前記活性層から漏れ出した光を吸収可能な
    材料から構成されることを特徴とする窒化物系半導体素
    子。
  2. 【請求項2】 前記基板はマグネシウムがドープされた
    窒化物系半導体から構成されることを特徴とする請求項
    1記載の窒化物系半導体レーザ素子。
  3. 【請求項3】 前記基板はマグネシウムがドープされた
    GaNから構成されることを特徴とする請求項2記載の
    窒化物系半導体レーザ素子。
  4. 【請求項4】 前記基板の少なくとも一部は前記活性層
    よりも小さなバンドギャップを有する窒化物系半導体か
    ら構成されることを特徴とする請求項1記載の窒化物系
    半導体レーザ素子。
  5. 【請求項5】 前記活性層はInGaNを含む窒化物系
    半導体から構成され、前記基板の少なくとも一部はIn
    GaNを含む窒化物系半導体から構成されることを特徴
    とする請求項4記載の窒化物系半導体レーザ素子。
  6. 【請求項6】 前記基板はInGaN層とAlGaN層
    とが積層された超格子構造を有することを特徴とする請
    求項5記載の窒化物系半導体レーザ素子。
  7. 【請求項7】 基板上に、第1の窒化物系半導体層と、
    活性層を含む第2の窒化物系半導体層とが形成されてな
    る窒化物系半導体レーザ素子であって、前記第1の窒化
    物系半導体層は前記活性層から漏れ出した光を吸収可能
    な材料から構成されることを特徴とする窒化物系半導体
    レーザ素子。
  8. 【請求項8】 前記第1の窒化物系半導体層はマグネシ
    ウムがドープされた窒化物系半導体層を含むことを特徴
    とする請求項7記載の窒化物系半導体レーザ素子。
  9. 【請求項9】 前記第1の窒化物系半導体層はマグネシ
    ウムがドープされたGaN、AlGaNまたはInGa
    Nから構成される層を含むことを特徴とする請求項8記
    載の窒化物系半導体レーザ素子。
  10. 【請求項10】 前記第1の窒化物系半導体層は前記活
    性層よりも小さなバンドギャップを有する窒化物系半導
    体から構成される層を含むことを特徴とする請求項7記
    載の窒化物系半導体レーザ素子。
  11. 【請求項11】 前記活性層はInGaNを含む窒化物
    系半導体から構成され、前記第1の窒化物系半導体層は
    InGaN層を含むことを特徴とする請求項10記載の
    窒化物系半導体レーザ素子。
  12. 【請求項12】 前記第1の窒化物系半導体層はInG
    aN層とAlGaN層とが積層された超格子構造を含む
    ことを特徴とする請求項11記載の窒化物系半導体レー
    ザ素子。
JP2000316790A 2000-10-17 2000-10-17 窒化物系半導体レーザ素子 Expired - Fee Related JP4889142B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000316790A JP4889142B2 (ja) 2000-10-17 2000-10-17 窒化物系半導体レーザ素子

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000316790A JP4889142B2 (ja) 2000-10-17 2000-10-17 窒化物系半導体レーザ素子

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2002124737A true JP2002124737A (ja) 2002-04-26
JP4889142B2 JP4889142B2 (ja) 2012-03-07

Family

ID=18795690

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000316790A Expired - Fee Related JP4889142B2 (ja) 2000-10-17 2000-10-17 窒化物系半導体レーザ素子

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4889142B2 (ja)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005175056A (ja) * 2003-12-09 2005-06-30 Nichia Chem Ind Ltd 窒化物半導体基板および窒化物半導体レーザ素子
EP1624544A2 (en) 2004-06-08 2006-02-08 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Nitride semiconductor light-Emitting Device
EP1670106A1 (en) * 2003-09-25 2006-06-14 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Nitride semiconductor device and method for manufacturing same
US7088755B2 (en) 2002-09-20 2006-08-08 Sanyo Electric Co., Ltd. Nitride-base semiconductor laser device
JP2007019526A (ja) * 2006-08-11 2007-01-25 Rohm Co Ltd 窒化物半導体素子の製法
WO2007072726A1 (ja) * 2005-12-20 2007-06-28 Pioneer Corporation 多波長集積半導体レーザ装置及びその製造方法
US7485902B2 (en) 2002-09-18 2009-02-03 Sanyo Electric Co., Ltd. Nitride-based semiconductor light-emitting device
JP2012129554A (ja) * 2003-06-26 2012-07-05 Sumitomo Electric Ind Ltd GaN基板及びその製造方法、並びに窒化物半導体素子及びその製造方法
JP6438542B1 (ja) * 2017-07-27 2018-12-12 日機装株式会社 半導体発光素子

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9048363B2 (en) 2013-05-20 2015-06-02 International Business Machines Corporation Elemental semiconductor material contact for high indium content InGaN light emitting diodes
US8933434B2 (en) 2013-05-20 2015-01-13 International Business Machines Company Elemental semiconductor material contact for GaN-based light emitting diodes
US8877525B1 (en) 2013-07-25 2014-11-04 International Business Machines Corporation Low cost secure chip identification

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000196199A (ja) * 1998-12-24 2000-07-14 Nichia Chem Ind Ltd 窒化物半導体レーザ素子
JP2000286446A (ja) * 1999-03-30 2000-10-13 Sanyo Electric Co Ltd 窒化物系半導体素子、窒化物系半導体素子の製造方法、GaN基板及びGaN基板の製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000196199A (ja) * 1998-12-24 2000-07-14 Nichia Chem Ind Ltd 窒化物半導体レーザ素子
JP2000286446A (ja) * 1999-03-30 2000-10-13 Sanyo Electric Co Ltd 窒化物系半導体素子、窒化物系半導体素子の製造方法、GaN基板及びGaN基板の製造方法

Cited By (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7485902B2 (en) 2002-09-18 2009-02-03 Sanyo Electric Co., Ltd. Nitride-based semiconductor light-emitting device
US7088755B2 (en) 2002-09-20 2006-08-08 Sanyo Electric Co., Ltd. Nitride-base semiconductor laser device
CN1331282C (zh) * 2002-09-20 2007-08-08 三洋电机株式会社 氮化物系半导体激光元件
JP2012129554A (ja) * 2003-06-26 2012-07-05 Sumitomo Electric Ind Ltd GaN基板及びその製造方法、並びに窒化物半導体素子及びその製造方法
EP1670106A1 (en) * 2003-09-25 2006-06-14 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Nitride semiconductor device and method for manufacturing same
US8981340B2 (en) 2003-09-25 2015-03-17 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Nitride semiconductor device and production method thereof
EP1670106A4 (en) * 2003-09-25 2007-12-12 Matsushita Electric Ind Co Ltd SEMICONDUCTOR DEVICE IN NITRIDE AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME
JP2005175056A (ja) * 2003-12-09 2005-06-30 Nichia Chem Ind Ltd 窒化物半導体基板および窒化物半導体レーザ素子
JP4665394B2 (ja) * 2003-12-09 2011-04-06 日亜化学工業株式会社 窒化物半導体レーザ素子
US7852891B2 (en) 2004-06-08 2010-12-14 Panasonic Corporation Nitride semiconductor light-emitting device
EP1624544A2 (en) 2004-06-08 2006-02-08 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Nitride semiconductor light-Emitting Device
US7501667B2 (en) 2004-06-08 2009-03-10 Panasonic Corporation Nitride semiconductor light-emitting device
CN100411265C (zh) * 2004-06-08 2008-08-13 松下电器产业株式会社 氮化物半导体发光元件
EP1624544A3 (en) * 2004-06-08 2006-06-07 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Nitride semiconductor light-Emitting Device
EP2045889A3 (en) * 2004-06-08 2014-09-03 Panasonic Corporation Nitride semiconductor light-emitting device
US8236588B2 (en) 2005-12-20 2012-08-07 Pioneer Corporation Method for manufacturing a multi-wavelength integrated semiconductor laser
WO2007072726A1 (ja) * 2005-12-20 2007-06-28 Pioneer Corporation 多波長集積半導体レーザ装置及びその製造方法
JP4755199B2 (ja) * 2005-12-20 2011-08-24 パイオニア株式会社 多波長集積半導体レーザ装置の製造方法
JP2007019526A (ja) * 2006-08-11 2007-01-25 Rohm Co Ltd 窒化物半導体素子の製法
JP6438542B1 (ja) * 2017-07-27 2018-12-12 日機装株式会社 半導体発光素子
WO2019021684A1 (ja) * 2017-07-27 2019-01-31 日機装株式会社 半導体発光素子
JP2019029438A (ja) * 2017-07-27 2019-02-21 日機装株式会社 半導体発光素子
US11302845B2 (en) 2017-07-27 2022-04-12 Nikkiso Co., Ltd. Semiconductor light-emitting element

Also Published As

Publication number Publication date
JP4889142B2 (ja) 2012-03-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4075324B2 (ja) 窒化物半導体素子
JP4441563B2 (ja) 窒化物半導体レーザ素子
JP2007066981A (ja) 半導体装置
WO2002005399A1 (en) Nitride semiconductor device
JP2007235107A (ja) 半導体発光素子
JP4284946B2 (ja) 窒化物系半導体発光素子
JP4889142B2 (ja) 窒化物系半導体レーザ素子
JP2003204122A (ja) 窒化物半導体素子
JP4665394B2 (ja) 窒化物半導体レーザ素子
JP3519990B2 (ja) 発光素子及びその製造方法
JP2004063537A (ja) 半導体発光素子およびその製造方法ならびに半導体装置およびその製造方法
JP2006165407A (ja) 窒化物半導体レーザ素子
US6914922B2 (en) Nitride based semiconductor light emitting device and nitride based semiconductor laser device
JP2003060298A (ja) 半導体発光素子の製造方法と半導体発光素子
JP3813472B2 (ja) 窒化物系半導体発光素子
JP5002976B2 (ja) 窒化物半導体素子
JP3459599B2 (ja) 半導体発光素子
JP5023567B2 (ja) 窒化物半導体レーザ素子
JP2011205148A (ja) 半導体装置
JP2000332295A (ja) 発光素子及びその製造方法
JP2003163418A (ja) 窒化ガリウム系化合物半導体レーザ
JP3439168B2 (ja) 半導体レーザ
JP2006339311A (ja) 半導体レーザ
KR20060122615A (ko) 질화물계 반도체 레이저 다이오드 및 그 제조방법
JP4931271B2 (ja) 窒化物半導体素子及びそれを用いた発光装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070530

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20100419

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100427

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100622

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110208

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110401

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20111115

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20111213

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141222

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees