JPH06152072A - Semiconductor laser - Google Patents
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- JPH06152072A JPH06152072A JP30525792A JP30525792A JPH06152072A JP H06152072 A JPH06152072 A JP H06152072A JP 30525792 A JP30525792 A JP 30525792A JP 30525792 A JP30525792 A JP 30525792A JP H06152072 A JPH06152072 A JP H06152072A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、紫外域〜緑色という短
波長の光を得ることができる半導体レーザに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor laser capable of obtaining light having a short wavelength in the ultraviolet range to green.
【０００２】[0002]
【従来の技術】半導体素子の一つである半導体レーザ
（ＬＤ）は種々開発されており、広い分野において使用
されている。しかし、従来実用化されているのはほとん
どが可視域〜赤外域半導体レーザであり、紫外域〜青色
半導体レーザは未だ実用化されていない。2. Description of the Related Art Various types of semiconductor lasers (LDs), which are one of semiconductor elements, have been developed and used in a wide variety of fields. However, most of the conventional semiconductor lasers have been put to practical use in the visible to infrared region, and the ultraviolet to blue semiconductor lasers have not yet been put to practical use.
【０００３】例えば光ディスク等の光源に用いられるＧ
ａＡｌＡｓ半導体レーザはこの系で最初に実現し、実用
化されている。これは、ＧａＡｓ系材料がＧａＡｌＡｓ
系材料と全組成領域でほぼ格子整合しており、バンドギ
ャップを変えることが容易だからである。しかし、この
半導体レーザの発振波長は７８０ｎｍが中心であり、こ
の系では７００ｎｍ以下の発振波長のレーザの実現は困
難である。G used as a light source for, for example, an optical disk
The aAlAs semiconductor laser was first realized and put into practical use in this system. This is because the GaAs material is GaAlAs
This is because the entire material has a lattice match with the entire composition and the band gap can be easily changed. However, the oscillation wavelength of this semiconductor laser is mainly 780 nm, and it is difficult to realize a laser having an oscillation wavelength of 700 nm or less in this system.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】紫外域〜青色レーザ
は、特に光ディスクの記録密度を大きくするための光源
として期待されている。紫外域〜青色半導体レーザとし
ては、ＺｎＳｅ，ＺｎＳ，ＧａＮ等のワイドバンドギャ
ップ半導体を使用することが必要であるとされている
が、未だ実用化されたものはない。The ultraviolet to blue laser is expected as a light source for increasing the recording density of an optical disk. It is said that it is necessary to use a wide band gap semiconductor such as ZnSe, ZnS, or GaN as an ultraviolet to blue semiconductor laser, but no semiconductor laser has been put into practical use yet.
【０００５】一方、短波長半導体レーザ用の半導体薄膜
として、窒化ガリウム系材料が種々検討されている。し
かし、半導体レーザ用の薄膜としては欠陥が少なく、し
たがって結晶性に優れていることが必要であるが、未だ
満足できる薄膜は形成されていない。また、レーザの積
層構造も開発されていないのが現状である。On the other hand, various gallium nitride materials have been studied as semiconductor thin films for short wavelength semiconductor lasers. However, a thin film for a semiconductor laser is required to have few defects and therefore excellent crystallinity, but a satisfactory thin film has not been formed yet. At present, the laminated structure of the laser has not been developed.
【０００６】ところで、窒化ガリウム系材料を用いた短
波長半導体レーザとしては、Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ／Ｇａ
Ｎ／Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ構造において窒素レーザによる
励起により誘導放出が観測されたという報告がある（第
３９回応用物理学会２８ｐ−ＺＰ−１１）。しかし、誘
導放出を起こさせるための投入パワーのしきい値が大き
いので、電流注入による誘導放出を起こさせるのはまだ
難しいというのが現状である。By the way, as a short-wavelength semiconductor laser using a gallium nitride-based material, Al 0.1 Ga 0.9 N / Ga is used.
There is a report that stimulated emission was observed in a N / Al 0.1 Ga 0.9 N structure by excitation with a nitrogen laser (39th Japan Society of Applied Physics 28p-ZP-11). However, since the threshold value of the input power for causing stimulated emission is large, it is the current situation that it is still difficult to cause stimulated emission by current injection.
【０００７】本発明はこのような事情に鑑み、紫外域〜
緑色という短波長領域において使用できる半導体レーザ
を提供することを目的とする。In view of the above circumstances, the present invention is based on the ultraviolet range.
An object of the present invention is to provide a semiconductor laser that can be used in a short wavelength region of green.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】前記目的を達成する本発
明に係る半導体レーザは、Ｇａ1-a-b Ｉｎa Ａｌb Ｎ
（０≦ａ≦１，０≦ｂ≦０．５）半導体からなる活性層
が、該活性層とほぼ格子整合すると共に該活性層よりも
バンドギャップが大きくかつ互いに導電型が異なるＧａ
1-x-y Ｉｎx Ａｌy Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）半導
体からなる二つのクラッド層で挟まれているサンドイッ
チ構造を具備することを特徴とする。A semiconductor laser according to the present invention which achieves the above-mentioned object is Ga 1-ab In a Al b N 4.
(0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 0.5) Ga in which the active layer made of a semiconductor is substantially lattice-matched with the active layer, has a larger band gap than the active layer, and has a different conductivity type from each other.
It is characterized by having a sandwich structure sandwiched between two cladding layers made of a 1-xy In x Al y N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) semiconductor.
【０００９】また、前記構成において、Ｇａ1-m-n Ｉｎ
m Ａｌn Ｎ（０≦ｍ≦１，０≦ｎ≦１）半導体にて順次
ｍおよびｎの少なくとも一方を変化させて最終的に組成
Ｇａ1-x-y Ｉｎx Ａｌy Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）
半導体とするような組成傾斜構造を有し、該組成傾斜構
造上に前記サンドイッチ構造が形成されているようにし
てもよい。Further, in the above structure, Ga 1 -mn In
m Al n N (0 ≦ m ≦ 1,0 ≦ n ≦ 1) at by changing the at least one sequential m and n semiconductor ultimately composition Ga 1-xy In x Al y N (0 ≦ x ≦ 1 , 0 ≦ y ≦ 1)
The composition may have a compositionally graded structure, and the sandwich structure may be formed on the compositionally graded structure.
【００１０】さらに、前記構成において、組成Ｇａ
1-c-d Ｉｎc Ａｌd Ｎ（０≦ｃ≦１，０≦ｄ≦１）と組
成Ｇａ1-x-y Ｉｎx Ａｌy Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦
１）とからなる半導体が交互に積層された歪超格子構造
を有し、該歪超格子構造上に前記サンドイッチ構造が形
成されているようにしてもよい。Further, in the above constitution, the composition Ga
1-cd In c Al d N (0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1) and composition Ga 1-xy In x Al y N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦
It is also possible to have a strained superlattice structure in which semiconductors consisting of 1) and 1) are alternately stacked, and the sandwich structure is formed on the strained superlattice structure.
【００１１】以下、本発明を詳細に説明する。The present invention will be described in detail below.
【００１２】本発明の半導体レーザにおいては、必要と
するレーザ発振波長によって活性層の組成を変えること
ができる。すなわち、Ｇａ1-a-b Ｉｎa Ａｌb Ｎ（０≦
ａ≦１，０≦ｂ≦０．５）半導体からなる活性層におい
てａおよびｂの少なくとも一方の値を適当に選ぶことに
より可能となる。本発明の半導体系を用いると、ＩｎＮ
の２．０５ｅＶからＡｌＮの６．２０ｅＶまでバンドギ
ャップを変えることができるので、発振波長が橙色から
紫外領域までのレーザが実現可能である。しかし、活性
層とクラッド層との格子定数を合せること、注入キャリ
アを活性層に閉じ込めるためのバンドギャップ差をとる
こと、現実に電流注入を行うことが可能なバンドギャッ
プの大きさとすることなどを考慮すると、活性層の半導
体のバンドギャップの大きさは、２．３ｅＶから５．０
Ｖ程度と考えられる。したがって、本発明の半導体レー
ザ発振波長は５４０ｎｍ（緑）から２５０ｎｍ（紫外）
程度となる。In the semiconductor laser of the present invention, the composition of the active layer can be changed according to the required laser oscillation wavelength. That is, Ga 1-ab In a Al b N (0 ≦
a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 0.5) This can be achieved by appropriately selecting at least one of a and b in the active layer made of a semiconductor. With the semiconductor system of the present invention, InN
Since the bandgap can be changed from 2.05 eV to 6.20 eV of AlN, a laser with an oscillation wavelength in the orange to ultraviolet region can be realized. However, it is necessary to match the lattice constants of the active layer and the clad layer, to obtain the band gap difference for confining the injected carriers in the active layer, and to set the band gap so that current can be actually injected. Considering this, the bandgap size of the semiconductor of the active layer is 2.3 eV to 5.0.
It is considered to be about V. Therefore, the semiconductor laser oscillation wavelength of the present invention is 540 nm (green) to 250 nm (ultraviolet).
It will be about.
【００１３】本発明の半導体レーザの活性層の厚さは、
０．０５〜３μｍの範囲にあることが好ましい。０．０
５μｍ未満では、光が活性層内にほとんど閉じ込められ
ないために発振しきい値電流密度が大きくなってしま
い、３μｍを超えると、光は活性層内に閉じ込めること
ができるが、発振しきい値電流密度も大きくなってしま
い、好ましくないからである。したがって、活性層の厚
さは０．０５〜３μｍの範囲にあることが好ましく、特
に０．０５〜１．０μｍの範囲にあるのが好ましい。ま
た、活性層はｎ型，ｉ型あるいはｐ型のどちらの導電型
でもよい。The thickness of the active layer of the semiconductor laser of the present invention is
It is preferably in the range of 0.05 to 3 μm. 0.0
If it is less than 5 μm, the light is hardly confined in the active layer and the oscillation threshold current density becomes large. If it exceeds 3 μm, the light can be confined in the active layer. This is because the density becomes large, which is not preferable. Therefore, the thickness of the active layer is preferably in the range of 0.05 to 3 μm, particularly preferably in the range of 0.05 to 1.0 μm. Further, the active layer may be of n type, i type or p type conductivity type.
【００１４】本発明の半導体レーザにおいては、活性層
と格子定数がほぼ等しく、かつバンドギャップが大きく
屈折率が小さいＧａ1-x-y Ｉｎx Ａｌy Ｎ（０≦ｘ≦
１，０≦ｙ≦１）半導体からなりかつ互いに導電型が異
なる二つのクラッド層で活性層を挟んでサンドイッチ構
造を構成している。本発明では、四元系混晶からなる活
性層およびクラッド層でサンドイッチ構造を形成してい
るので、両者の格子定数をほぼ等しくしかつ注入キャリ
アを活性層に閉じ込めるためのバンドギャップ差をとる
ことが可能となる。In the semiconductor laser of the present invention, Ga 1-xy In x Al y N (0 ≦ x ≦ is provided, which has a lattice constant substantially equal to that of the active layer, a large band gap, and a small refractive index.
1, 0 ≤ y ≤ 1) A sandwich structure is formed by sandwiching an active layer with two cladding layers made of a semiconductor and having different conductivity types. In the present invention, since the sandwich structure is formed by the active layer and the cladding layer made of the quaternary mixed crystal, it is necessary to make the lattice constants of the two substantially equal and to make a band gap difference for confining the injected carriers in the active layer. Is possible.
【００１５】かかる構造の格子整合に関して言えば、本
発明の構造では例えばｃ軸の格子定数はＡｌＮの４．９
８０オングストロームからＩｎＮの５．７０３オングス
トロームまで変化させることができる。ＡｌＧａＮ，Ｇ
ａＩｎＮやＡｌＩｎＮのような三元系混晶では、格子定
数は制御することができるが、この場合にはクラッド層
と活性層で所望のバンドギャップの値をとることができ
ない。しかし、ＧａＩｎＡｌＮのような四元系混晶を用
いると、三元系混晶のみではできなかった活性層とクラ
ッド層との格子整合および両者のバンドギャップの差を
０．３ｅＶ以上にするという条件を同時に満足させるこ
とが可能となる。Regarding the lattice matching of such a structure, in the structure of the present invention, for example, the c-axis lattice constant is 4.9 of AlN.
It can vary from 80 Å to 5.703 Å for InN. AlGaN, G
In a ternary mixed crystal such as aInN or AlInN, the lattice constant can be controlled, but in this case, the desired bandgap value cannot be obtained between the cladding layer and the active layer. However, when a quaternary mixed crystal such as GaInAlN is used, the condition that the lattice matching between the active layer and the cladding layer and the band gap difference between the two, which cannot be achieved by only the ternary mixed crystal, should be 0.3 eV or more. Can be satisfied at the same time.
【００１６】したがって、本発明の半導体レーザを構成
する場合、まず必要とするレーザ発振波長に対する活性
層の組成を決定する。そして、これにより活性層と所定
のバンドギャップを有する組成がわかるので、その所定
のバンドギャップを有する組成の中から、活性層と格子
整合する組成を選べばよい。Therefore, when constructing the semiconductor laser of the present invention, the composition of the active layer for the required laser oscillation wavelength is first determined. Then, since the composition having a predetermined bandgap with the active layer can be known from this, a composition that lattice-matches with the active layer may be selected from the compositions having the predetermined bandgap.
【００１７】ここで、活性層とクラッド層との格子定数
差は小さければ小さいほどよく、その数値は好ましくは
１％以下、さらに好ましくは０．５％以下とするのがよ
い。格子定数差が大きくなると、活性層にディスロケー
ション等の結晶欠陥が発生し易くなり、レーザの寿命が
短くなるので好ましくない。さらに、注入するキャリア
を効率よく活性層中に閉じ込めるためには、活性層のバ
ンドギャップをクラッド層のバンドギャップより０．３
ｅＶ以上小さくするのが好ましい。なお、クラッド層の
膜厚は、光を閉じ込めるために十分な膜厚であればよ
く、その厚さとしては０．５〜５μｍ、好ましくは１〜
３μｍであればよい。Here, the smaller the difference in lattice constant between the active layer and the cladding layer, the better. The numerical value is preferably 1% or less, more preferably 0.5% or less. If the difference in lattice constant is large, crystal defects such as dislocation are likely to occur in the active layer and the life of the laser is shortened, which is not preferable. Furthermore, in order to efficiently confine the injected carriers in the active layer, the bandgap of the active layer should be 0.3 mm or less than the bandgap of the clad layer.
It is preferably smaller than eV. The thickness of the clad layer may be sufficient to confine light, and the thickness is 0.5 to 5 μm, preferably 1 to
It may be 3 μm.
【００１８】ここで、Ｇａ1-a-b Ｉｎa Ａｌb Ｎ（０≦
ａ≦１，０≦ｂ≦０．５）半導体からなる活性層を挟む
Ｇａ1-x-y Ｉｎx Ａｌy Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）
半導体からなるクラッド層は、それぞれｎ型とｐ型への
導電型の制御、およびキャリア密度の制御を行って形成
する必要がある。すなわち、Ｇａ1-x-y Ｉｎx ＡｌyＮ
（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）半導体を作製するときに不
純物をドーピングして、ｐ型あるいはｎ型制御、および
キャリア密度制御を行うようにする。ｐ型ドーピングの
不純物の例としてはＭｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｚｎ，Ｂｅ，Ｃ
ｄ，Ｈｇ，Ｌｉ等があり、ｎ型ドーピングの不純物の例
としてはＳｉ，Ｇｅ，Ｃ，Ｓｎ，Ｓｅ，Ｔｅ等がある。
これらのドーパントの種類およびドーピング量を変える
ことによってキャリアの種類やキャリア密度を変えるこ
とができる。この場合、ｎ型あるいはｐ型層の作製時に
ドーパントを２種類同時にドーピングしてもよいし、イ
オン化した状態でドーピングしたり、電子線を照射しな
がらドーピングすることもドーパントの活性化率を上げ
るということで好ましいものとなる。さらに、レーザ構
造の積層薄膜の作製後に所定の温度で加熱処理したり、
荷電ビーム照射処理を行うこともドーパントの活性化率
を上げるということで好ましいものとなる。Here, Ga 1 -ab In a Al b N (0 ≦
a ≦ 1,0 ≦ b ≦ 0.5) Ga 1-xy sandwiching the active layer comprising a semiconductor In x Al y N (0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1)
The clad layer made of a semiconductor needs to be formed by controlling the conductivity type to n-type and p-type and controlling the carrier density, respectively. That is, Ga 1-xy In x Al y N
(0.ltoreq.x.ltoreq.1, 0.ltoreq.y.ltoreq.1) Impurities are doped when a semiconductor is manufactured to perform p-type or n-type control and carrier density control. Examples of impurities for p-type doping are Mg, Ca, Sr, Zn, Be, C
d, Hg, Li, etc., and Si, Ge, C, Sn, Se, Te, etc. are examples of impurities of n-type doping.
The type of carrier and the carrier density can be changed by changing the type and doping amount of these dopants. In this case, two kinds of dopants may be simultaneously doped at the time of manufacturing the n-type or p-type layer, or doping in an ionized state or doping while irradiating an electron beam also increases the activation rate of the dopant. This is preferable. Furthermore, after manufacturing a laminated thin film having a laser structure, heat treatment at a predetermined temperature,
Performing a charged beam irradiation treatment is also preferable because it increases the activation rate of the dopant.
【００１９】活性層をクラッド層で挟んだサンドイッチ
構造は、基板の上に直接にクラッド層を形成し、次いで
活性層およびクラッド層を順次形成することにより作製
することができる。また、基板上にバッファ層や高配向
性の窒化物系半導体層を形成した後に、その上に活性層
をクラッド層で挟んだサンドイッチ構造を作製すること
も可能である。The sandwich structure in which the active layer is sandwiched by the clad layers can be produced by directly forming the clad layer on the substrate and then sequentially forming the active layer and the clad layer. It is also possible to fabricate a sandwich structure in which an active layer is sandwiched between clad layers after forming a buffer layer or a highly-oriented nitride semiconductor layer on a substrate.
【００２０】さらに、本発明においては、基板上に直接
あるいはバッファ層や高配向性の窒化物系半導体層を形
成した上に、Ｇａ1-m-n Ｉｎm Ａｌn Ｎ（０≦ｍ≦１，
０≦ｎ≦１）からなりかつ最終的な組成がＧａ1-x-y Ｉ
ｎx Ａｌy Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）となるような
組成傾斜構造を形成し、この上に前記サンドイッチ構造
を形成すると、特性の優れた半導体レーザを得るうえで
好ましい。この組成傾斜構造は、該Ｇａ1-m-n Ｉｎm Ａ
ｌn Ｎ（０≦ｍ≦１，０≦ｎ≦１）の組成を基板側から
順次ｍおよびｎの少なくとも一方の値を変化させて下部
クラッド層とほぼ格子整合する格子定数を有する組成ま
で変化させたものである。このように組成を変化してい
くことによって、格子定数が変化しているが、格子定数
が小さくなっていく場合にはこの上に形成される膜厚に
は引張応力が働き、格子定数が大きくなっていく場合に
は、この上に形成される薄膜には圧縮応力が働く。な
お、どちらの傾斜構造を用いるかは、どちらが発光層に
作用するこのような応力を小さくできるかによって決め
ればよい。また、このような組成傾斜構造層は、適当な
厚さのＧａ1-x-y Ｉｎx Ａｌy Ｎ層を順次組成を変化さ
せて重ねたような構造としてもよいし、連続的にＧａ
1-x-y Ｉｎx Ａｌy Ｎ層の組成を変化させた構造として
もよいし、あるいは両方を組み合わせたような構造とし
てもよい。Further, in the present invention, Ga 1 -mn In m Al n N ( 0≤m≤1 , directly on the substrate or after forming a buffer layer or a highly oriented nitride semiconductor layer).
0 ≦ n ≦ 1) and the final composition is Ga 1-xy I
When n x Al y N to form a (0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1) and the compositional gradient structure, to form the sandwich structure thereon, preferable for obtaining an excellent laser characteristics . This compositionally graded structure has the same structure as the Ga 1-mn In m A
The composition of l n N (0 ≦ m ≦ 1, 0 ≦ n ≦ 1) is sequentially changed from the substrate side until the composition has a lattice constant substantially lattice-matched with the lower cladding layer by changing at least one value of m and n. It was made. By changing the composition in this way, the lattice constant changes, but when the lattice constant becomes smaller, tensile stress acts on the film thickness formed on this and the lattice constant becomes larger. In the case of increasing, compressive stress acts on the thin film formed thereon. Which inclined structure is used may be determined depending on which can reduce such stress acting on the light emitting layer. Further, such a compositionally graded structure layer may have a structure in which Ga 1-xy In x Al y N layers having an appropriate thickness are sequentially changed and stacked, or the Ga 1 -xy In x Al y N layer may be continuously formed.
It may have a structure in which the composition of the 1-xy In x Al y N layer is changed, or a structure in which both are combined.
【００２１】本発明のような組成傾斜構造とすることに
よって、活性層に作用する応力を小さくすることがで
き、また、格子の整合性を保持した薄膜成長が可能とな
るために、欠陥の少ない結晶性の良好な窒化物系薄膜を
成長させることができる。したがって、半導体レーザの
出力を大きくしたり、耐久性を増すことができる等の効
果を得ることができる。この組成傾斜構造層の厚さとし
ては５０〜２００００オングストロームであることが好
ましい。５０オングストロームより小さい場合には効果
はほとんど見られず、一方、２００００オングストロー
ムより大きい場合には効果は変わらないにもかかわらず
薄膜成長に時間がかかりすぎる等の問題が生ずるので共
に好ましくないからである。By adopting the compositionally graded structure as in the present invention, the stress acting on the active layer can be reduced, and the thin film can be grown while maintaining the lattice matching, so that there are few defects. It is possible to grow a nitride thin film having good crystallinity. Therefore, the output of the semiconductor laser can be increased and the durability can be increased. The compositionally graded structure layer preferably has a thickness of 50 to 20,000 angstroms. If it is less than 50 angstroms, almost no effect is seen, while if it is more than 20,000 angstroms, the effect does not change, but problems such as the thin film growth taking too long occur, which is not preferable. .
【００２２】さらに、本発明においては、基板上に直接
あるいはバッファ層や高配向性の窒化物系半導体層を形
成した上に、組成Ｇａ1-c-d Ｉｎc Ａｌd Ｎ（０≦ｃ≦
１，０≦ｄ≦１）と組成Ｇａ1-x-y Ｉｎx Ａｌy Ｎ（０
≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）からなる半導体が交互に積層さ
れた歪超格子構造を形成し、この上に前記サンドイッチ
構造を形成することも特性の優れた半導体レーザを得る
うえで好ましい。この歪超格子構造においては、交互に
積層する組成Ｇａ1-c-d Ｉｎc Ａｌd Ｎ（０≦ｃ≦１，
０≦ｄ≦１）と組成Ｇａ1-x-y Ｉｎx Ａｌy Ｎ（０≦ｘ
≦１，０≦ｙ≦１）とからなる各半導体薄膜の厚さは、
１０から３００オングストロームの範囲であることが好
ましく、また、それぞれの層の厚さは同じでなくてもよ
い。各層の厚さが１０オングストローム未満、あるいは
３００オングストロームを超えた場合には、歪超格子の
効果が現れ難いからである。このような歪超格子構造の
交互積層の数は特に限定されないが、１つ以上であれば
よく、必要とする活性層の組成やクラッド層の組成や厚
さに応じて変えればよい。Further, in the present invention, the composition Ga 1 -cd In c Al d N (0 ≦ c ≦ is formed directly on the substrate or after forming the buffer layer or the highly oriented nitride semiconductor layer.
1,0 ≦ d ≦ 1) and the composition Ga 1-xy In x Al y N (0
It is also preferable to form a strained superlattice structure in which semiconductors of ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) are alternately stacked and to form the sandwich structure on the strained superlattice structure in order to obtain a semiconductor laser having excellent characteristics. . In this strained superlattice structure, the composition of alternately stacked layers Ga 1 -cd In c Al d N (0 ≦ c ≦ 1,
0 ≦ d ≦ 1) and the composition Ga 1-xy In x Al y N (0 ≦ x
≦ 1,0 ≦ y ≦ 1), the thickness of each semiconductor thin film is
It is preferably in the range of 10 to 300 Angstroms and the thickness of each layer need not be the same. This is because when the thickness of each layer is less than 10 angstroms or exceeds 300 angstroms, the effect of the strained superlattice is difficult to appear. The number of such alternating layers of the strained superlattice structure is not particularly limited, but may be one or more, and may be changed according to the required composition of the active layer and the composition and thickness of the cladding layer.
【００２３】また、本発明においては必要に応じて、レ
ーザチップをヒート・シンクに接着して冷却したり、ペ
ルチェ素子によって冷却することも可能である。In the present invention, the laser chip may be adhered to a heat sink for cooling, or may be cooled by a Peltier element, if necessary.
【００２４】さらに、本発明においては、基板としては
一般的に用いられるガラス，多結晶基板、あるいは単結
晶基板を用いることができる。この例としては、石英ガ
ラス，高ケイ酸ガラス等のガラスや、ＧａＡｓ，ＩｎＡ
ｓ，ＩｎＰのようなＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、ＺｎＳ
ｅのようなＩＩ−ＶＩ族化合物半導体、ＳｉやＧｅのよ
うな半導体基板、ＳｉＣ，ＡｌＮ，ＺｎＯ，ＭｇＯ，サ
ファイヤ（Ａｌ2 Ｏ3），石英（ＳｉＯ2 ），ＴｉＯ
2 ，ＺｒＯ2 ，ＳｒＴｉＯ3 ，ＬａＡｌＯ3 ，ＣａＦ2
等の単結晶基板を挙げることができる。Further, in the present invention, a glass, a polycrystal substrate or a single crystal substrate which is generally used can be used as the substrate. Examples of this are glass such as quartz glass and high silicate glass, and GaAs and InA.
III-V compound semiconductors such as s and InP, ZnS
II-VI group compound semiconductors such as e, semiconductor substrates such as Si and Ge, SiC, AlN, ZnO, MgO, sapphire (Al 2 O 3 ), quartz (SiO 2 ), TiO 2 .
2 , ZrO 2 , SrTiO 3 , LaAlO 3 , CaF 2
And other single crystal substrates.
【００２５】この中で、前述したような単結晶基板にお
いて、基板上に直接形成する窒化物系半導体の少なくと
も一つの格子定数の整数倍が、単結晶基板の格子定数の
整数倍と５％以下、好ましくは２％以下のミスマッチと
なるような表面を出した単結晶基板を用いることが好ま
しい。このような表面を有する基板を得る方法として
は、単結晶基板の適当な面を基準として、これから所望
の角度だけ傾いた面が出るように結晶を成長させるか、
結晶成長した後にカッティング・研磨する方法を挙げる
ことができる。さらに、一般的に用いられるガラス，多
結晶基板あるいは単結晶基板の上に単結晶あるいは高配
向性の薄膜を形成して、窒化物系半導体の格子定数の整
数倍が、該薄膜の格子定数の整数倍と５％以下のミスマ
ッチとなるようにし、この上に目的とする窒化物系半導
体を成長するようにしてもよい。Among these, in the single crystal substrate as described above, the integer multiple of at least one lattice constant of the nitride-based semiconductor formed directly on the substrate is 5% or less and the integer multiple of the lattice constant of the single crystal substrate. It is preferable to use a single crystal substrate having a surface that gives a mismatch of preferably 2% or less. As a method of obtaining a substrate having such a surface, a crystal is grown so that a plane inclined by a desired angle from the appropriate plane of a single crystal substrate is taken as a reference,
A method of cutting and polishing after crystal growth can be mentioned. Further, a single crystal or highly oriented thin film is formed on a commonly used glass, polycrystalline substrate or single crystal substrate, and an integer multiple of the lattice constant of the nitride-based semiconductor is equal to the lattice constant of the thin film. A mismatch of 5% or less with an integral multiple may be set, and a target nitride-based semiconductor may be grown on the mismatch.
【００２６】本発明の半導体レーザの構造の例として
は、利得導波型ストライプ・レーザの例として、図１に
示すような電極ストライプ構造、図２に示すようなメサ
ストライプ構造、図３に示すようなヘテロアイソレーシ
ョンストライプ構造等を挙げることができ、屈折率導波
型レーザの例としては、図４に示すような埋め込みヘテ
ロストライプ構造を挙げることができる。なお、図１〜
図４において、１は基板、２は高配向性窒化物系半導体
層、３は下部クラッド層（ｎ型Ｇａ1-x-y ＩｎxＡｌy
Ｎ，０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）、４は活性層（Ｇａ
1-a-b Ｉｎa Ａｌb Ｎ，０≦ａ≦１，０≦ｂ≦０．
５）、５は上部クラッド層（ｐ型Ｇａ1-x-y ＩｎxＡｌy
Ｎ，０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）、６はパッシベーショ
ン層、７，８は電極、９はｎ型Ｇａ1-x-y Ｉｎx Ａｌy
Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）層、１０はｉ型Ｇａ
1-x-y Ｉｎx Ａｌy Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）層で
ある。As an example of the structure of the semiconductor laser of the present invention, as an example of a gain waveguide type stripe laser, an electrode stripe structure as shown in FIG. 1, a mesa stripe structure as shown in FIG. 2, and FIG. 3 are shown. Such a hetero isolation stripe structure and the like can be cited, and an example of the refractive index guided laser is a buried hetero stripe structure as shown in FIG. 1 to
In FIG. 4, 1 is a substrate, 2 is a highly-oriented nitride semiconductor layer, 3 is a lower cladding layer (n-type Ga 1-xy In x Al y
N, 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1), 4 is an active layer (Ga
1-ab In a Al b N, 0 ≦ a ≦ 1, 0 ≦ b ≦ 0.
5) and 5 are upper cladding layers (p-type Ga 1-xy In x Al y
N, 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1), 6 is a passivation layer, 7 and 8 are electrodes, 9 is n-type Ga 1-xy In x Al y
N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) layer, 10 is i-type Ga
It is a 1-xy In x Al y N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) layer.
【００２７】本発明において、活性層にキャリアを注入
するための電極を形成することが必要である。一方の電
極は一方側のクラッド層に直接に形成せしめてもよい
が、電極とクラッド層との接触抵抗を下げるために、直
接接するクラッド層と同じ導電型のキャップ層を設ける
ことが良好なオーミック特性を得るうえで好ましいもの
となる。キャップ層としては、クラッド層と同じ導電型
でキャリア密度がそれより大きな窒化物系半導体を用い
ればよい。このキャップ層の膜厚は特に限定されないが
通常は０．３〜１０μｍの範囲であればよい。もう一方
の電極は、他方のクラッド層と直接接触させるか、前述
の高配向性窒化物系薄膜あるいは組成傾斜構造層や歪超
格子層と接触させるかして設ければよい。電極材料とし
ては、ｎ型の窒化物系半導体層には仕事関数の比較的小
さなＡｌ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ａｌ−Ｉｎ合金，Ａｌ−Ｓｎ合
金，Ｉｎ−Ｓｎ合金，Ａｌ−Ｉｎ−Ｓｎ合金等を用いる
ことができ、ｐ型の窒化物系半導体層には仕事関数の大
きなＡｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｒｈやこれらを主とした合金を
用いることができる。これらの電極にＮｉ，Ｗ，Ａｕ，
Ａｇ，Ｐｔ等の金属を積層して電極の耐熱性、耐ボンデ
ィング性の向上やワイヤーボンディング性を向上させる
こともできる。In the present invention, it is necessary to form an electrode for injecting carriers into the active layer. One of the electrodes may be directly formed on the clad layer on one side, but in order to reduce the contact resistance between the electrode and the clad layer, it is preferable to provide a cap layer of the same conductivity type as the clad layer in direct contact with the ohmic contact. It is preferable for obtaining the characteristics. As the cap layer, a nitride semiconductor having the same conductivity type as that of the clad layer and having a higher carrier density may be used. The film thickness of this cap layer is not particularly limited, but it is usually in the range of 0.3 to 10 μm. The other electrode may be provided so as to be in direct contact with the other clad layer or to be in contact with the above-mentioned highly oriented nitride thin film, the compositionally graded structure layer or the strained superlattice layer. As the electrode material, Al, In, Sn, Al-In alloy, Al-Sn alloy, In-Sn alloy, Al-In-Sn alloy, etc. having a relatively small work function are used for the n-type nitride semiconductor layer. As the p-type nitride semiconductor layer, Au, Pt, Pd, Rh having a large work function or an alloy mainly containing them can be used. Ni, W, Au,
A metal such as Ag or Pt may be laminated to improve the heat resistance and bonding resistance of the electrode and the wire bonding property.
【００２８】また、レーザとして光の帰還作用を維持す
るために共振器を形成することが必要である。このため
には、例えばレーザ構造を形成した基板をへき開して、
その端面を反射面として用いればよく、さらに、端面を
保護したり、高出力のレーザを得るために、一方の端面
の高反射率化と他方の端面のレーザ光を取り出すための
低反射率化を行うことが好ましい。この高反射率化や低
反射率化は、誘電体多層膜をコーティングすることによ
って行うことができ、材料としては、ａ−Ｓｉ，ＳｉＯ
2 ，Ｓｉ3 Ｎ4 ，Ａｌ2 Ｏ3 ，ＴｉＯ2 ，Ｔａ2 Ｏ5 ，
ＺｎＯ等がある。すなわち、反射率の異なる２種類の材
料を４分の１波長の厚さで交互に積層することにより反
射率を変化させるものであり、これによりレーザの寿命
を長くすることができ、高出力化も可能となる。Further, it is necessary to form a resonator as a laser in order to maintain the feedback effect of light. For this purpose, for example, a substrate on which a laser structure is formed is cleaved,
The end face may be used as a reflection surface, and further, in order to protect the end face or obtain a high-power laser, one end face has a high reflectance and the other end face has a low reflectance for extracting laser light. Is preferably performed. The high reflectance and the low reflectance can be achieved by coating a dielectric multilayer film, and the materials are a-Si and SiO.
2 , Si 3 N 4 , Al 2 O 3 , TiO 2 , Ta 2 O 5 ,
There are ZnO and the like. That is, the reflectance is changed by alternately laminating two kinds of materials having different reflectances with a thickness of ¼ wavelength, which can prolong the life of the laser and increase the output. Will also be possible.
【００２９】次に、本発明の半導体レーザの製造方法に
ついて説明するが、特にこれに限定されるものではな
い。Next, a method of manufacturing the semiconductor laser of the present invention will be described, but the method is not particularly limited to this.
【００３０】本発明においては、窒化物系半導体からな
る積層構造の作製方法としては、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃ
ａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ＭＯＣ
ＶＤ（Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ
Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ガスソースＭ
ＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘ
ｙ）法等を用いることができる。なかでも有機化合物を
用いず、高真空中で薄膜成長が可能なガスソースＭＢＥ
法が良質な窒化物系半導体薄膜を作製できるという点で
好ましい。In the present invention, a CVD (Chemical) method is used as a method for producing a laminated structure made of a nitride semiconductor.
al Vapor Deposition) method, MOC
VD (Metalorganic Chemical
Vapor Deposition) method, gas source M
BE (Molecular Beam Epitax)
y) method etc. can be used. Above all, a gas source MBE that can grow thin films in high vacuum without using organic compounds.
The method is preferable in that a high quality nitride-based semiconductor thin film can be produced.
【００３１】以下、ガスソースＭＢＥ法において、窒素
を含有するガス状化合物のガスソースとＧａおよびＩｎ
の固体ソースとを併用することにより、基板上に所望の
ＧａＩｎＡｌＮ系半導体からなる積層構造を作製する方
法について説明する。Hereinafter, in the gas source MBE method, a gas source of a gaseous compound containing nitrogen and Ga and In
A method for producing a desired laminated structure of GaInAlN-based semiconductor on a substrate by using the solid source in combination with is described.
【００３２】ここで、窒素を含有するガス状化合物とし
ては、アンモニアガス，三フッ化窒素，ヒドラジン，ジ
メチルヒドラジン等を単独で、あるいはアンモニアガ
ス，三フッ化窒素，ヒドラジン，ジメチルヒドラジン等
を主体とする混合ガスを用いることができる。なお、混
合ガスとしては、前述したような化合物を窒素，アルゴ
ンやヘリウム等の不活性ガスで希釈して使用することも
可能である。窒素を含有するガス状化合物の供給量は基
板表面においてＧａ，Ｉｎ，Ａｌ等のＩＩＩ族元素の供
給量より大きくする必要がある。これは、窒素を含有す
るガス状化合物の供給量がＩＩＩ族元素の供給量より小
さくなると、生成する薄膜からの窒素の抜けが大きくな
るため良好な窒化物系半導体混晶薄膜を得ることが困難
となるからである。したがって、窒素を含有するガス状
化合物の供給量は固体ソースより１０倍以上、好ましく
は１００倍以上、さらに好ましくは１０００倍以上にす
るのがよい。窒素を含有するガス状化合物の供給方法と
してはガスセルを用いればよく、これは窒化ボロン，ア
ルミナ，石英，ステンレスなどの管を基板面に開口部を
向けて薄膜成長装置内に設置し、バルブや流量制御装
置、圧力制御装置を接続することにより供給量の制御や
供給の開始・停止を行うことをできるようにしたもので
ある。また、クラッキングガスセルを使用することは、
アンモニアガス，三フッ化窒素，ヒドラジンやジメチル
ヒドラジン等を活性化した状態で基板表面に効率的に供
給するために好ましいものとなる。クラッキングガスセ
ルとは、触媒の存在下においてアンモニアガス，三フッ
化窒素，ヒドラジン，ジメチルヒドラジン等を加熱し、
効率よく活性化せしめるものであって、触媒としてアル
ミナ，シリカ，窒化ホウ素，炭化ケイ素のようなセラミ
ックスを繊維状あるいは多孔質状にして表面積を大きく
することが好ましいものとなる。クラッキングの温度は
触媒の種類やアンモニアガス，三フッ化窒素，ヒドラジ
ン，ジメチルヒドラジン等の供給量等によって変えるこ
とが必要であるが、１００〜６００℃の範囲に設定する
ことが好ましいものとなる。さらに、本発明において
は、プラズマ化することにより活性化した窒素を基板表
面に供給することも可能であり、窒素，アンモニアガ
ス，三フッ化窒素等の窒素含有化合物をプラズマガスセ
ルを通して活性化するのは、結晶性の良好な窒化物系半
導体薄膜を得るうえで好ましい。プラズマガスセルは、
該セルに適当な電極を設けた静電容量型にするか、ある
いは適当なコイルを設けた誘導結合型とすることがで
き、該セルから活性窒素を成長室内に取り出すために
は、該セル内を成長室内の圧力より高くするようにして
圧力差を利用すればよい。Here, as the nitrogen-containing gaseous compound, ammonia gas, nitrogen trifluoride, hydrazine, dimethylhydrazine and the like are used alone, or ammonia gas, nitrogen trifluoride, hydrazine, dimethylhydrazine and the like are mainly used. It is possible to use mixed gas. As the mixed gas, it is also possible to use the above compound diluted with an inert gas such as nitrogen, argon or helium. The supply amount of the nitrogen-containing gaseous compound needs to be larger than the supply amount of the group III element such as Ga, In and Al on the substrate surface. This is because when the supply amount of the nitrogen-containing gaseous compound is smaller than the supply amount of the group III element, the amount of nitrogen released from the formed thin film becomes large, so that it is difficult to obtain a good nitride-based semiconductor mixed crystal thin film. It is because Therefore, the supply amount of the nitrogen-containing gaseous compound is 10 times or more, preferably 100 times or more, and more preferably 1000 times or more that of the solid source. A gas cell may be used as a method of supplying the nitrogen-containing gaseous compound, and a tube of boron nitride, alumina, quartz, stainless steel, or the like is installed in the thin film growth apparatus with the opening facing the substrate surface, and a valve or By connecting a flow rate control device and a pressure control device, it is possible to control the supply amount and start / stop the supply. Also, using a cracking gas cell
This is preferable in order to efficiently supply ammonia gas, nitrogen trifluoride, hydrazine, dimethylhydrazine, etc. to the surface of the substrate. The cracking gas cell is a method for heating ammonia gas, nitrogen trifluoride, hydrazine, dimethylhydrazine, etc. in the presence of a catalyst,
It is one that can be activated efficiently, and it is preferable to use ceramics such as alumina, silica, boron nitride, and silicon carbide as catalysts in the form of fibers or porous to increase the surface area. The cracking temperature needs to be changed depending on the type of catalyst, the supply amount of ammonia gas, nitrogen trifluoride, hydrazine, dimethylhydrazine, etc., but it is preferably set in the range of 100 to 600 ° C. Further, in the present invention, it is also possible to supply nitrogen activated by plasmaization to the substrate surface, and nitrogen-containing compounds such as nitrogen, ammonia gas and nitrogen trifluoride are activated through the plasma gas cell. Are preferable for obtaining a nitride-based semiconductor thin film having good crystallinity. Plasma gas cell
The cell may be of a capacitance type provided with a suitable electrode or may be of an inductive coupling type provided with a suitable coil. In order to take out active nitrogen from the cell into the growth chamber, May be made higher than the pressure in the growth chamber to utilize the pressure difference.
【００３３】Ｇａ1-m-n Ｉｎm Ａｌn Ｎ（０≦ｍ≦１，
０≦ｎ≦１）半導体からなる組成傾斜構造を作製する方
法としては、例えば、Ｇａの蒸発量を一定にしておき、
ＩｎやＡｌの蒸発量を連続的に変える方法、ＧａとＩｎ
との蒸発量を一定にしておき、Ａｌの蒸発量を連続的に
変える方法を挙げることができるが、必要に応じてこれ
らの方法を組み合わせることも可能である。さらに、厚
さが数十から数百オングストロームの所定の組成からな
るＧａ1-m-n Ｉｎm Ａｌn Ｎ半導体薄膜を、Ｇａ，Ｉｎ
およびＡｌの蒸発量を調節して成長しかつこれを順次組
成を変えて積層することにより作製することも可能であ
り、必要に応じて所望の構造とすればよい。Ga 1-mn In m Al n N ( 0≤m≤1 ,
0 ≦ n ≦ 1) As a method for producing a compositionally graded structure made of a semiconductor, for example, the evaporation amount of Ga is kept constant,
A method of continuously changing the evaporation amount of In and Al, Ga and In
There may be mentioned a method in which the evaporation amount of Al is kept constant and the evaporation amount of Al is continuously changed, but these methods may be combined if necessary. Furthermore, a Ga 1-mn In m Al n N semiconductor thin film having a predetermined composition with a thickness of several tens to several hundreds of angstroms is formed by Ga, In
It is also possible to grow by adjusting the evaporation amount of Al and Al, and to grow by sequentially changing the composition, and it is possible to make a desired structure if necessary.
【００３４】ガスソースＭＢＥ法によりＧａＩｎＡｌＮ
半導体薄膜を作製するうえで、ＩＩＩ族元素と窒素を含
有するガス状化合物とを同時に基板面に供給したり、Ｉ
ＩＩ族元素と窒素を含有するガス状化合物とを交互に基
板面に供給したり、あるいは薄膜成長時に成長中断して
結晶化を促進したりする方法を行うこともできる。特
に、ＲＨＥＥＤ（Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ Ｈｉｇｈ Ｅ
ｎｅｒｇｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏ
ｎ；反射形高速電子回折）パターンを観察してストリー
クが見えることを確認しながら膜成長を行うのが好まし
い。GaInAlN by gas source MBE method
In producing a semiconductor thin film, a group III element and a gaseous compound containing nitrogen are simultaneously supplied to the substrate surface, or I
A method of alternately supplying a group II element and a gaseous compound containing nitrogen to the substrate surface, or interrupting the growth during thin film growth to promote crystallization can also be performed. In particular, RHEED (Refractive High E
energy Electron Diffratio
(n: Reflection type high speed electron diffraction) pattern is preferably observed while observing a streak to confirm the film growth.
【００３５】以下、一例としてアンモニアガスを用いた
ガスソースＭＢＥ法により作製したＧａＩｎＡｌＮ系半
導体薄膜からなる半導体レーザの製造方法について説明
するが、特にこれに限定されるものではない。As an example, a method of manufacturing a semiconductor laser made of a GaInAlN semiconductor thin film manufactured by the gas source MBE method using ammonia gas will be described below, but the invention is not particularly limited to this.
【００３６】装置としては、真空容器内に、蒸発用ルツ
ボ（クヌードセンセル），クラッキングガスセル，基板
加熱ホルダおよび四重極子質量分析器，ＲＨＨＥＤガン
およびＲＨＥＥＤスクリーンを備えたガスソースＭＢＥ
装置を用いた。As an apparatus, a gas source MBE equipped with an evaporation crucible (Knudsen cell), a cracking gas cell, a substrate heating holder and a quadrupole mass spectrometer, an RHHED gun and an RHEED screen in a vacuum container.
The device was used.
【００３７】蒸発用ルツボにはＧａ，Ｉｎ，ＡｌのＩＩ
Ｉ族金属を入れ、基板面における供給速度が１０13〜１
０19／ｃｍ2 ・ｓｅｃになる温度に加熱した。窒素を含
有するガス状化合物の導入にはクラッキングガスセルを
用い、アンモニアガスや三フッ化窒素を基板面に直接吹
き付けるように設置した。導入量は基板表面において１
０16〜１０20／ｃｍ2 ・ｓｅｃになるように供給した。
また、他の蒸発用ルツボにはＭｇ，Ｃａ，Ｚｎ，Ｂｅ，
Ｃｄ，Ｓｒ，Ｈｇ，Ｌｉ等のｐ型ドーパントやＳｉ，Ｇ
ｅ，Ｓｎ，Ｃ，Ｓｅ，Ｔｅ等のｎ型ドーパントを入れ、
所定の供給量になるように温度および供給時間を制御す
ることによりドーピングを行う。基板としては、サファ
イアＲ面を使用し、２００〜９００℃に加熱した。The evaporation crucible contains II of Ga, In and Al.
A group I metal is added, and the supply rate on the substrate surface is 10 13 to 1
It was heated to a temperature of 0 19 / cm 2 · sec. A cracking gas cell was used to introduce the nitrogen-containing gaseous compound, and it was installed so that ammonia gas or nitrogen trifluoride was directly sprayed onto the substrate surface. The introduction amount is 1 on the substrate surface
It was supplied so as to be 0 16 to 10 20 / cm 2 · sec.
Other evaporation crucibles include Mg, Ca, Zn, Be,
P-type dopants such as Cd, Sr, Hg, Li and Si, G
e, Sn, C, Se, Te and other n-type dopants are added,
Doping is performed by controlling the temperature and the supply time so that a predetermined supply amount is obtained. A sapphire R surface was used as the substrate and heated to 200 to 900 ° C.
【００３８】まず、基板を真空容器内で９００℃で加熱
した後、所定の成長温度に設定し、ＩＩＩ族金属を入れ
た蒸発用ルツボの温度を所定の温度に設定して０．１〜
３０オングストローム／ｓｅｃの成長速度で１０〜５０
００オングストロームの厚みの高配向性のＧａＩｎＡｌ
Ｎ薄膜を作製する。続いて、該高配向性のＧａＩｎＡｌ
Ｎ薄膜上に膜厚０．５〜５μｍのｎ型単結晶ＧａＩｎＡ
ｌＮ薄膜からなる下部クラッド層を、続いて膜厚０．０
５〜３μｍの下部クラッド層と格子整合する単結晶Ｇａ
ＩｎＡｌＮ混晶薄膜を、さらに膜厚０．５〜５μｍのｐ
型単結晶ＧａＩｎＡｌＮ薄膜からなる上部クラッド層を
形成し、レーザ用の積層薄膜を作製した。First, after heating the substrate at 900 ° C. in a vacuum vessel, the temperature was set to a predetermined growth temperature, and the temperature of the evaporation crucible containing the group III metal was set to a predetermined temperature to 0.1 to 0.1%.
10 to 50 at a growth rate of 30 Å / sec
Highly oriented GaInAl with a thickness of 00 Å
An N thin film is prepared. Then, the highly oriented GaInAl
N-type single crystal GaInA having a film thickness of 0.5 to 5 μm on the N thin film
A lower clad layer consisting of a 1N thin film is then formed with a film thickness of 0.0
Single crystal Ga lattice-matched with the lower cladding layer of 5 to 3 μm
An InAlN mixed crystal thin film was further added with a p of 0.5 to 5 μm.
An upper clad layer made of a single crystal GaInAlN thin film was formed to prepare a laminated thin film for laser.
【００３９】次いで、該積層薄膜に微細加工プロセスを
適用することにより、素子の形状を決めるとともに電圧
を印加するための電極を設けた。リソグラフィープロセ
スは通常のフォトレジスト材料を用いる一般的なプロセ
スで行うことができ、エッチング法としてはドライエッ
チング法を用いることが好ましい。ドライエッチング法
としては、イオンミリング，ＥＣＲエッチング，反応性
イオンエッチング，イオンビームアシストエッチング，
集束イオンビームエッチングを用いることができる。特
に本発明においては、全体膜厚が小さいためにこれらの
ドライエッチング法が効率的に適用できる。電圧を印加
するための電極としてはＡｌ，ＩＮ，Ａｌ−Ｓｎ合金，
Ｉｎ−Ｓｎ合金，Ａｌ−Ｉｎ合金，Ａｌ−Ｉｎ−Ｓｎ合
金，酸化スズ，酸化インジウム，酸化スズ−酸化インジ
ウム，酸化亜鉛，縮退したＧａＮやＺｎＳｅ等を用いる
ことができ、ＭＢＥ法、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法
やスパッタ法等により作製することができる。Next, by applying a microfabrication process to the laminated thin film, the shape of the device was determined and an electrode for applying a voltage was provided. The lithographic process can be performed by a general process using an ordinary photoresist material, and it is preferable to use a dry etching method as the etching method. Dry etching methods include ion milling, ECR etching, reactive ion etching, ion beam assisted etching,
Focused ion beam etching can be used. Particularly in the present invention, these dry etching methods can be efficiently applied because the total film thickness is small. As electrodes for applying voltage, Al, IN, Al-Sn alloy,
In-Sn alloy, Al-In alloy, Al-In-Sn alloy, tin oxide, indium oxide, tin oxide-indium oxide, zinc oxide, degenerated GaN, ZnSe, etc. can be used, and MBE method and vacuum deposition method can be used. It can be manufactured by an electron beam evaporation method, a sputtering method, or the like.
【００４０】このような方法により得られたウェハをダ
イシングソー等で切断し、ワイヤーボンダーにより金線
を用いて配線し、半導体レーザを作製する。The wafer obtained by such a method is cut with a dicing saw or the like, and wired with a gold wire by a wire bonder to manufacture a semiconductor laser.
【００４１】[0041]
【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説
明する。EXAMPLES The present invention will now be described in more detail with reference to examples.
【００４２】（実施例１）アンモニアガスを用いたガス
ソースＭＢＥ法により、サファイア基板上に高配向性Ｇ
ａＩｎＡｌＮ／ＧａＩｎＡｌＮ／ＧａＩｎＮ／ＧａＩｎ
ＡｌＮダブルヘテロ構造からなる半導体レーザを作製し
た例について図１を参照しながら説明する。(Example 1) Highly oriented G on a sapphire substrate by a gas source MBE method using ammonia gas.
aInAlN / GaInAlN / GaInN / GaIn
An example of manufacturing a semiconductor laser having an AlN double hetero structure will be described with reference to FIG.
【００４３】ＩＩＩ族用の蒸発用ルツボには、それぞれ
Ｇａ金属を入れ１０００℃に、Ｉｎ金属を入れ９００℃
に、Ａｌ金属を入れ１１００℃に加熱した。ガスの導入
には内部にアルミナファイバを充填したクラッキングガ
スセルを使用し、４００℃に加熱して、ガスを直接に基
板に吹き付けるようにして５ｃｃ／ｍｉｎの速度で供給
した。また、基板１としては２０ｍｍ角の大きさのサフ
ァイアＲ面をＡ面方向へ９．２度傾けた面を用いた。な
お、真空容器内の圧力は、成膜時において１×１０-6Ｔ
ｏｒｒであった。Ga metal was put in each of the evaporation crucibles for group III at 1000 ° C., and In metal was put at 900 ° C.
Then, Al metal was put therein and heated to 1100 ° C. A cracking gas cell having an alumina fiber filled therein was used for introducing the gas, heated to 400 ° C., and the gas was directly blown onto the substrate to supply the gas at a rate of 5 cc / min. Further, as the substrate 1, a sapphire R surface having a size of 20 mm square was tilted toward the A surface by 9.2 degrees. The pressure in the vacuum container is 1 × 10 −6 T during film formation.
It was orr.
【００４４】まず、基板１を９００℃で３０分間加熱
し、次いで６５０℃の温度に保持し成膜を行う。成膜は
アンモニアガスをクラッキングガスセルから供給しなが
ら、Ｇａ，ＩｎおよびＡｌのシャッタを開け、１．２オ
ングストローム／ｓｅｃの成膜速度で膜厚５０００オン
グストロームの高配向性Ｇａ0.11Ｉｎ0.60Ａｌ0.29Ｎ層
２を形成し、続いてその上に膜厚１００００オングスト
ロームのｎ型単結晶Ｇａ0.11ＩＮ0.60Ａｌ0.29Ｎ組成か
らなる下部クラッド層３を形成する。次に、Ｇａ蒸発用
ルツボを１０２０℃、Ｉｎ蒸発用ルツボを９５０℃と
し、Ａｌ蒸発用ルツボのシャッタを閉じて膜厚３０００
オングストロームのＧａ0.47Ｉｎ0.53Ｎ組成からなる活
性層４を形成する。さらに、Ｇａ蒸発用ルツボを１００
０℃、Ｉｎ蒸発用ルツボを９００℃とし、Ａｌ蒸発用ル
ツボを１１００℃とし、Ｚｎ蒸発用ルツボを２１０℃と
してＺｎをドーピングした膜厚１００００オングストロ
ームのｐ型単結晶Ｇａ0.11Ｉｎ0.60Ａｌ0.29Ｎ組成から
なる上部クラッド層５を形成してＧａＩｎＡｌＮ／Ｇａ
ＩｎＮ／ＧａＩｎＡｌＮダブルヘテロ構造を作製する。First, the substrate 1 is heated at 900 ° C. for 30 minutes, and then the temperature is kept at 650 ° C. to form a film. For the film formation, while supplying ammonia gas from the cracking gas cell, the shutter for Ga, In and Al was opened, and the highly oriented Ga 0.11 In 0.60 Al 0.29 N layer with the film thickness of 5000 angstrom was formed at the film forming rate of 1.2 angstrom / sec. 2 is formed, and subsequently, the lower clad layer 3 made of an n-type single crystal Ga 0.11 IN 0.60 Al 0.29 N composition having a film thickness of 10000 angstrom is formed thereon. Next, the Ga evaporation crucible was set to 1020 ° C., the In evaporation crucible was set to 950 ° C., the shutter of the Al evaporation crucible was closed, and the film thickness was 3000.
An active layer 4 having a Ga 0.47 In 0.53 N composition of Angstrom is formed. In addition, 100 Ga crucible for evaporation is used.
Zn-doped p-type single crystal Ga 0.11 In 0.60 Al 0.29 N composition with 0 ° C., In evaporation crucible 900 ° C., Al evaporation crucible 1100 ° C., Zn evaporation crucible 210 ° C. Forming an upper clad layer 5 of GaInAlN / Ga
An InN / GaInAlN double heterostructure is prepared.
【００４５】次いで、微細加工プロセスを適用すること
により、素子パターンの作製および電極７，８の形成を
行う。リソグラフィープロセスとしては通常のフォトレ
ジスト材料を用いるプロセスにより行うことができ、エ
ッチング法としてはイオンミリング法を採用し、素子パ
ターンの作製および絶縁層の形成を行うことにより電極
パターンの形成を行った。続いて、高配向性Ｇａ0.11Ｉ
ｎ0.60Ａｌ0.29Ｎ層２上にはＡｌからなる電極７を、ｐ
型単結晶Ｇａ0.11Ｉｎ0.60Ａｌ0.29Ｎ組成からなる上部
クラッド層５には幅５μｍのＡｕからなる電極ストライ
プ８をパッシベーション層６を介して真空蒸着法によっ
て形成し、へき開しカットして図１に示すような電極ス
トライプ・レーザを作製した。Next, by applying a fine processing process, a device pattern is formed and electrodes 7 and 8 are formed. The lithography process can be performed by a process using an ordinary photoresist material, the ion milling method is adopted as the etching method, and the electrode pattern is formed by forming an element pattern and forming an insulating layer. Then, highly oriented Ga 0.11 I
n 0.60 Al 0.29 On the N layer 2, an electrode 7 made of Al is formed.
In FIG. 1, an electrode stripe 8 made of Au having a width of 5 μm is formed on the upper clad layer 5 of Ga 0.11 In 0.60 Al 0.29 N composition by vacuum vapor deposition via the passivation layer 6 and cleaved and cut. An electrode stripe laser as shown was made.
【００４６】このレーザのダブルヘテオロ構造に窒素レ
ーザによる光励起あるいは電流注入による励起を行うこ
とにより、液体窒素温度において低しきい値で４７０ｎ
ｍのレーザ発振を確認した。The double heteoro structure of this laser is photoexcited by a nitrogen laser or excited by current injection to obtain a low threshold value of 470 n at liquid nitrogen temperature.
m laser oscillation was confirmed.
【００４７】（実施例２）アンモニアガスを用いたガス
ソースＭＢＥ法により、サファイア基板上にＧａＩｎＡ
ｌＮ組成傾斜構造層／ＧａＩｎＡｌＮ／ＧａＮ／ＧａＩ
ｎＡｌＮダブルヘテロ構造からなる半導体レーザを作製
した例について図５を参照しながら説明する。Example 2 GaInA was formed on a sapphire substrate by a gas source MBE method using ammonia gas.
1N composition gradient structure layer / GaInAlN / GaN / GaI
An example of manufacturing a semiconductor laser having an nAlN double hetero structure will be described with reference to FIG.
【００４８】ＩＩＩ族用の蒸発用ルツボには、それぞれ
Ｇａ金属を入れ１０２０℃に、Ｉｎ金属を入れ７３０℃
に、Ａｌ金属を入れ１０４０℃に加熱した。ガスの導入
には内部にアルミナファイバを充填したクラッキングガ
スセルを使用し、４００℃に加熱して、ガスを直接に基
板に吹き付けるようにして５ｃｃ／ｍｉｎの速度で供給
した。また、基板１としては２０ｍｍ角の大きさのサフ
ァイアＲ面を用いた。なお、真空容器内の圧力は、成膜
時において１×１０-6Ｔｏｒｒであった。Ga metal was put in the evaporation crucible for group III at 1020 ° C. and In metal was put at 730 ° C., respectively.
Then, Al metal was put therein and heated to 1040 ° C. A cracking gas cell having an alumina fiber filled therein was used for introducing the gas, heated to 400 ° C., and the gas was directly blown onto the substrate to supply the gas at a rate of 5 cc / min. As the substrate 1, a sapphire R surface having a size of 20 mm square was used. The pressure in the vacuum container was 1 × 10 −6 Torr during film formation.
【００４９】まず、基板１を９００℃で３０分間加熱
し、次いで６５０℃の温度に保持し成膜を行う。成膜は
アンモニアガスをクラッキングガスセルから供給しなが
ら、まずＧａのシャッタのみを開けて１０秒間保持し、
続いてＩｎ、およびＡｌのシャッタを開け、Ｇａの蒸発
用ルツボの温度は一定速度で下げ、一方ＩｎとＡｌとの
蒸発用ルツボの温度を一定速度で上げながら１．２オン
グストローム／ｓｅｃの成膜速度で膜厚５０００オング
ストロームのＧａＮからＧａ0.66Ｉｎ0.07Ａｌ0.27Ｎと
連続的に組成が変化するような組成傾斜構造層１１を形
成する。その上に膜厚１００００オングストロームのｎ
型単結晶Ｇａ0.66Ｉｎ0.07ＡＬ0.27Ｎ組成からなる下部
クラッド層３、続いて、Ｇａ蒸発用ルツボを１０３０℃
としてＧａのみのシャッタを開けて膜厚３０００オング
ストロームのＧａＮ組成からなる活性層４を形成する。
さらに、Ｇａ蒸発用ルツボを１０２０℃、Ｉｎ蒸発用ル
ツボを７３０℃、Ａｌ蒸発用ルツボを１０４０℃、Ｚｎ
蒸発用ルツボを２１０℃としてＺｎをドーピングした膜
厚１００００オングストロームのｐ型単結晶Ｇａ0.66Ｉ
ｎ0.07Ａｌ0.27Ｎ組成からなる上部クラッド層５を形成
してＧａＩｎＡｌＮ／ＧａＮ／ＧａＩｎＡｌＮダブルヘ
テロ構造を作製する。First, the substrate 1 is heated at 900 ° C. for 30 minutes, and then the temperature is kept at 650 ° C. to form a film. For film formation, while supplying ammonia gas from the cracking gas cell, first, only the Ga shutter is opened and held for 10 seconds.
Subsequently, the shutters for In and Al are opened, and the temperature of the evaporation crucible for Ga is lowered at a constant rate, while the temperature of the evaporation crucible for In and Al is increased at a constant rate for forming a film of 1.2 angstrom / sec. The compositionally graded structure layer 11 is formed so that the composition continuously changes from GaN having a film thickness of 5000 angstroms to Ga 0.66 In 0.07 Al 0.27 N at a speed. On top of that, a film thickness of 10000 angstrom
Type single crystal lower cladding layer 3 composed of Ga 0.66 In 0.07 AL 0.27 N composition, and then a Ga evaporation crucible at 1030 ° C.
As a result, the shutter only for Ga is opened to form the active layer 4 made of GaN having a film thickness of 3000 angstrom.
Further, a Ga evaporation crucible is 1020 ° C., an In evaporation crucible is 730 ° C., an Al evaporation crucible is 1040 ° C., and Zn is
Zn-doped p-type single crystal Ga 0.66 I having a film thickness of 10000 Å with the evaporation crucible at 210 ° C.
An upper clad layer 5 composed of n 0.07 Al 0.27 N composition is formed to produce a GaInAlN / GaN / GaInAlN double heterostructure.
【００５０】次いで、微細加工プロセスを適用すること
により、素子パターンの作製および電極７，８の形成を
行う。リソグラフィープロセスとしては通常のフォトレ
ジスト材料を用いるプロセスを採用し、エッチング法と
してはイオンミリング法を採用し、素子パターンの作製
および絶縁層の形成を行い、電極パターンの形成を行っ
た。続いて、組成傾斜構造層１１にはＡｌからなる電極
７，ｐ型単結晶Ｇａ0.66Ｉｎ0.07Ａｌ0.27Ｎには幅５μ
ｍのＡｕ電極ストライプ８をパッシベーション層６を介
して真空蒸着法によって形成し、へき開しカットして図
５に示すような電極ストライプ・レーザを作製した。Next, by applying a fine processing process, a device pattern is formed and electrodes 7 and 8 are formed. A process using an ordinary photoresist material was adopted as the lithography process, an ion milling method was adopted as the etching method, and a device pattern was formed, an insulating layer was formed, and an electrode pattern was formed. Then, in the compositionally graded structure layer 11, an electrode 7 made of Al and a width of 5 μ for the p-type single crystal Ga 0.66 In 0.07 Al 0.27 N were formed.
An Au electrode stripe 8 of m was formed by a vacuum vapor deposition method via the passivation layer 6, cleaved and cut to prepare an electrode stripe laser as shown in FIG.
【００５１】このレーザのダブルヘテロ構造に窒素レー
ザによる光励起あるいは電流注入による励起を行うこと
により、液体窒素温度において低しきい値で３６０ｎｍ
のレーザ発振を確認した。The double heterostructure of this laser was photoexcited by a nitrogen laser or excited by current injection to obtain 360 nm at a low threshold at the liquid nitrogen temperature.
Laser oscillation was confirmed.
【００５２】（実施例３）アンモニアガスを用いたガス
ソースＭＢＥ法により、サファイア基板上にＧａＩｎＡ
ｌＮ歪超格子構造層／ＧａＩｎＡｌＮ／ＧａＮ／ＧａＩ
ｎＡｌＮダブルヘテロ構造からなる半導体レーザを作製
した例について図６を参照しながら説明する。Example 3 GaInA was formed on a sapphire substrate by a gas source MBE method using ammonia gas.
1N strained superlattice structure layer / GaInAlN / GaN / GaI
An example of manufacturing a semiconductor laser having an nAlN double hetero structure will be described with reference to FIG.
【００５３】ＩＩＩ族用の蒸発用ルツボには、それぞれ
Ｇａ金属を入れ１０２０℃に、Ｉｎ金属を入れ９３０℃
に、Ａｌ金属を入れ１０３０℃に加熱した。ガスの導入
には内部にアルミナファイバを充填したクラッキングガ
スセルを使用し、４００℃に加熱して、ガスを直接に基
板に吹き付けるようにして５ｃｃ／ｍｉｎの速度で供給
した。また、基板１としては２０ｍｍ角の大きさのサフ
ァイアＲ面をＡ面方向に９．２度傾けた面を基板として
用いた。なお、真空容器内の圧力は、成膜時において１
×１０-6Ｔｏｒｒであった。Into the evaporation crucibles for group III, Ga metal was put at 1020 ° C. and In metal was put at 930 ° C., respectively.
Then, Al metal was put therein and heated to 1030 ° C. A cracking gas cell having an alumina fiber filled therein was used for introducing the gas, heated to 400 ° C., and the gas was directly blown onto the substrate to supply the gas at a rate of 5 cc / min. Further, as the substrate 1, a sapphire R surface having a size of 20 mm square was tilted in the A plane direction by 9.2 degrees, and was used as the substrate. The pressure in the vacuum container is 1 during film formation.
It was × 10 -6 Torr.
【００５４】まず、基板１を９００℃で３０分間加熱
し、次いで６５０℃の温度に保持し成膜を行う。成膜は
アンモニアガスをクラッキングガスセルから供給しなが
ら、Ｇａ，ＩｎおよびＡｌのシャッタを開ける時間を組
成に合わせて制御しながら、１．２オングストローム／
ｓｅｃの成膜速度でそれぞれ膜厚８０オングストローム
のＧａ0.50Ｉｎ0.20Ａｌ0.30Ｎ層および膜厚８０オング
ストロームのＧａ0.66Ｉｎ0.07Ａｌ0.27Ｎ層を交互に積
層した構造を３０層形成し、歪超格子構造層１２を形成
する。この上に、Ｇａ，ＩｎおよびＡｌのシャッタを開
けて、厚さ１００００オングストロームのｎ型単結晶Ｇ
ａ0.66Ｉｎ0.07Ａｌ0.27Ｎ組成からなる下部クラッド層
３、続いて、Ｇａ蒸発用ルツボを１０３０℃としてＧａ
のみのシャッタを開けて膜厚３０００オングストローム
のＧａＮ組成からなる活性層４を形成する。さらに、Ｇ
ａ蒸発用ルツボを１０２０℃、Ｉｎ蒸発用ルツボを７３
０℃、Ａｌ蒸発用ルツボを１０４０℃、Ｚｎ蒸発用ルツ
ボを２１０℃としてＺｎをドーピングした膜厚１０００
０オングストロームのｐ型単結晶Ｇａ0.66Ｉｎ0.07Ａｌ
0.27Ｎ組成からなる上部クラッド層５を形成してＧａＩ
ｎＡｌＮ／ＧａＮ／ＧａＩｎＡｌＮダブルヘテロ構造を
作製する。First, the substrate 1 is heated at 900 ° C. for 30 minutes, and then the temperature is kept at 650 ° C. to form a film. For film formation, while supplying ammonia gas from the cracking gas cell and controlling the time for opening the shutter of Ga, In and Al according to the composition, 1.2 angstrom /
A strained superlattice structure was formed by alternately stacking a Ga 0.50 In 0.20 Al 0.30 N layer having a film thickness of 80 angstroms and a Ga 0.66 In 0.07 Al 0.27 N layer having a film thickness of 80 angstroms at a deposition rate of sec. Form the layer 12. On top of this, a Ga, In and Al shutter was opened, and an n-type single crystal G having a thickness of 10000 angstrom was formed.
a 0.66 In 0.07 Al 0.27 N lower clad layer 3 of N composition, and then the Ga evaporation crucible is set to 1030 ° C.
The shutter is opened to form the active layer 4 made of GaN having a film thickness of 3000 angstrom. Furthermore, G
a evaporation crucible at 1020 ° C., In evaporation crucible at 73
Zn doped film thickness 1000 at 0 ° C., 1040 ° C. for Al evaporation crucible, 210 ° C. for Zn evaporation crucible
0 angstrom p-type single crystal Ga 0.66 In 0.07 Al
An upper clad layer 5 of 0.27 N composition is formed to form GaI.
An nAlN / GaN / GaInAlN double heterostructure is prepared.
【００５５】次いで、微細加工プロセスを適用すること
により、素子パターンの作製および電極７，８の形成を
行う。リソグラフィープロセスとしては通常のフォトレ
ジスト材料を用いるプロセスを採用し、エッチング法と
してはイオンミリング法を採用し、素子パターンの作製
および絶縁層の形成を行い、電極パターンの形成を行っ
た。続いて、歪超格子構造層１２にはＡｌからなる電極
７、ｐ型単結晶Ｇａ0.66Ｉｎ0.07Ａｌ0.27Ｎ組成からな
る上部クラッド層５には幅５μｍのＡｕ電極ストライプ
８をパッシベーション層６を介して真空蒸着法によって
形成し、へき開しカットして図６に示すような電極スト
ライプ・レーザを作製した。Then, by applying a microfabrication process, a device pattern is formed and electrodes 7 and 8 are formed. A process using an ordinary photoresist material was adopted as the lithography process, an ion milling method was adopted as the etching method, and a device pattern was formed, an insulating layer was formed, and an electrode pattern was formed. Subsequently, an electrode 7 made of Al was formed on the strained superlattice structure layer 12, and an Au electrode stripe 8 having a width of 5 μm was formed on the upper clad layer 5 made of a p-type single crystal Ga 0.66 In 0.07 Al 0.27 N composition via a passivation layer 6. Formed by a vacuum evaporation method, cleaved and cut to prepare an electrode stripe laser as shown in FIG.
【００５６】このレーザのダブルヘテロ構造に窒素レー
ザによる光励起あるいは電流注入による励起を行うこと
により、液体窒素温度において低しきい値で３６０ｎｍ
のレーザ発振を確認した。The double heterostructure of this laser was photoexcited by a nitrogen laser or excited by current injection to obtain 360 nm at a low threshold at liquid nitrogen temperature.
Laser oscillation was confirmed.
【００５７】[0057]
【発明の効果】本発明のレーザは、Ｇａ1-a-b Ｉｎa Ａ
ｌb Ｎ（０≦ａ≦１，０≦ｂ≦０．５）半導体からなる
活性層を、該活性層とほぼ格子整合しかつ該活性層より
もバンドギャップが大きなＧａ1-x-y Ｉｎx Ａｌy Ｎ
（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）半導体からなるクラッド層
でサンドイッチした構造とすることにより、安定した低
しきい値で短波長レーザを発振することができる。ま
た、活性層の組成を変えることができるため紫外〜緑色
のレーザを得ることができるという特長がある。The laser of the present invention is a Ga 1 -ab In a A
l b N (0 ≦ a ≦ 1,0 ≦ b ≦ 0.5) active layer made of a semiconductor, nearly lattice matched and xy-1 big Ga band gap than the active layer and the active layer an In x Al y N
(0.ltoreq.x.ltoreq.1, 0.ltoreq.y.ltoreq.1) With the structure sandwiched by the cladding layers made of semiconductor, a short wavelength laser can be oscillated at a stable low threshold value. Further, since the composition of the active layer can be changed, there is a feature that an ultraviolet to green laser can be obtained.
【図１】本発明の半導体レーザの一例としての電極スト
ライプ型レーザの断面構造を示した模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing a sectional structure of an electrode stripe type laser as an example of a semiconductor laser of the present invention.
【図２】本発明の半導体レーザの一例としてのメサスト
ライプ型レーザの断面構造を示した模式図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a mesa stripe type laser as an example of the semiconductor laser of the present invention.
【図３】本発明の半導体レーザの一例としてのヘテロア
イソレーションストライプ型レーザの断面構造を示した
模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a hetero-isolation stripe type laser as an example of the semiconductor laser of the present invention.
【図４】本発明の半導体レーザの一例としての埋め込み
ヘテロストライプ型レーザの断面構造を示した模式図で
ある。FIG. 4 is a schematic view showing a sectional structure of a buried hetero-stripe type laser as an example of the semiconductor laser of the present invention.
【図５】本発明の半導体レーザの一例としての組成傾斜
構造を有する電極ストライプ型レーザの断面構造を示し
た模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing a sectional structure of an electrode stripe type laser having a composition gradient structure as an example of the semiconductor laser of the present invention.
【図６】本発明の半導体レーザの一例としての歪超格子
構造を有する電極ストライプ型レーザの断面構造を示し
た模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing a sectional structure of an electrode stripe type laser having a strained superlattice structure as an example of the semiconductor laser of the present invention.
１ 基板 ２ 高配向性窒化物系半導体層 ３ 下部クラッド層（ｎ型Ｇａ1-x-y Ｉｎx Ａｌy Ｎ
（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）） ４ 活性層（Ｇａ1-a-b Ｉｎa Ａｌb Ｎ（０≦ａ≦１，
０≦ｂ≦０．５）） ５ 上部クラッド層（ｐ型Ｇａ1-x-y Ｉｎx Ａｌy Ｎ
（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）） ６ パッシベーション層 ７ 電極 ８ 電極 ９ ｎ型Ｇａ1-x-y Ｉｎx Ａｌy Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦
ｙ≦１）層 １０ ｉ型Ｇａ1-x-y Ｉｎx Ａｌy Ｎ（０≦ｘ≦１，０
≦ｙ≦１）層 １１ 組成傾斜構造層 １２ 歪超格子構造層1 Substrate 2 Highly Oriented Nitride-based Semiconductor Layer 3 Lower Clad Layer (n-type Ga 1-xy In x Al y N
(0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1) 4 Active layer (Ga 1-ab In a Al b N (0 ≦ a ≦ 1,
0 ≦ b ≦ 0.5)) 5 upper clad layer (p-type Ga 1-xy In x Al y N
(0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1)) 6 Passivation layer 7 Electrode 8 Electrode 9 n-type Ga 1-xy In x Al y N (0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦
y ≦ 1) layer 10 i-type Ga 1-xy In x Al y N (0 ≦ x ≦ 1,0
≦ y ≦ 1) layer 11 compositionally graded structure layer 12 strained superlattice structure layer
Claims (3)
１，０≦ｂ≦０．５）半導体からなる活性層が、該活性
層とほぼ格子整合すると共に該活性層よりもバンドギャ
ップが大きくかつ互いに導電型が異なるＧａ1-x-y Ｉｎ
x Ａｌy Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）半導体からなる
二つのクラッド層で挟まれているサンドイッチ構造を具
備することを特徴とする半導体レーザ。1. Ga 1-ab In a Al b N (0 ≦ a ≦
1, 0 ≦ b ≦ 0.5) Ga 1-xy In, in which an active layer made of a semiconductor is substantially lattice-matched with the active layer, has a band gap larger than that of the active layer, and has a different conductivity type from each other.
x Al y N (0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1) semiconductor laser characterized by comprising a sandwich structure that is sandwiched between two cladding layers formed of semiconductor.
ｌn Ｎ（０≦ｍ≦１，０≦ｎ≦１）半導体にて順次ｍお
よびｎの少なくとも一方を変化させて最終的に組成Ｇａ
1-x-y Ｉｎx Ａｌy Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）半導
体とするような組成傾斜構造を有し、該組成傾斜構造上
に前記サンドイッチ構造が形成されていることを特徴と
する半導体レーザ。2. The Ga 1 -mn In m A according to claim 1,
l n N (0 ≦ m ≦ 1, 0 ≦ n ≦ 1) In the semiconductor, at least one of m and n is sequentially changed to finally obtain the composition Ga.
1-xy In x Al y N has a (0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1) composition gradient structure as a semiconductor, characterized in that the sandwich structure on the composition gradient structure is formed And a semiconductor laser.
c Ａｌd Ｎ（０≦ｃ≦１，０≦ｄ≦１）と組成Ｇａ
1-x-y Ｉｎx Ａｌy Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）とか
らなる半導体が交互に積層された歪超格子構造を有し、
該歪超格子構造上に前記サンドイッチ構造が形成されて
いることを特徴とする半導体レーザ。3. The composition Ga 1 -cd In according to claim 1, wherein
c Al d N (0 ≦ c ≦ 1, 0 ≦ d ≦ 1) and composition Ga
Has a 1-xy In x Al y N (0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1) consisting of a semiconductor are stacked alternately strained superlattice structure,
A semiconductor laser, wherein the sandwich structure is formed on the strained superlattice structure.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30525792A JPH06152072A (en) | 1992-11-16 | 1992-11-16 | Semiconductor laser |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30525792A JPH06152072A (en) | 1992-11-16 | 1992-11-16 | Semiconductor laser |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06152072A true JPH06152072A (en) | 1994-05-31 |
Family
ID=17942926
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30525792A Withdrawn JPH06152072A (en) | 1992-11-16 | 1992-11-16 | Semiconductor laser |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06152072A (en) |
Cited By (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0742622A2 (en) * | 1995-03-27 | 1996-11-13 | Mitsubishi Cable Industries, Ltd. | Laser diode |
| JPH09246670A (en) * | 1996-03-04 | 1997-09-19 | Toyoda Gosei Co Ltd | Group-iii nitride semiconductor light emitting element |
| JPH09289351A (en) * | 1996-04-19 | 1997-11-04 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Semiconductor light-emitting element |
| JPH1041230A (en) * | 1996-04-02 | 1998-02-13 | Siemens Ag | Device of nitrogen-containing semiconductor material |
| JPH11150300A (en) * | 1997-11-14 | 1999-06-02 | Nichia Chem Ind Ltd | Nitride semiconductor element |
| JP2000036619A (en) * | 1998-05-13 | 2000-02-02 | Toyoda Gosei Co Ltd | Iii nitride compound semiconductor light emitting element |
| JP2000068559A (en) * | 1998-08-24 | 2000-03-03 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | GaN GROUP CRYSTAL MATERIAL AND MANUFACTURE THEREOF |
| JP2001085750A (en) * | 1999-09-16 | 2001-03-30 | Nichia Chem Ind Ltd | Nitride semiconductor light-emitting chip |
| US6222204B1 (en) | 1994-07-19 | 2001-04-24 | Sharp Kabushiki Kaisha | Electrode structure and method for fabricating the same |
| JP2002540638A (en) * | 1999-03-26 | 2002-11-26 | 松下電器産業株式会社 | Semiconductor structure and processing method using group III nitride quaternary material system with little phase separation |
| US6744075B2 (en) | 2001-09-17 | 2004-06-01 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Nitride-based semiconductor light-emitting device and method of forming the same |
| US7109529B2 (en) | 1998-05-13 | 2006-09-19 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Light-emitting semiconductor device using group III nitride compound |
| DE19954242B4 (en) * | 1998-11-12 | 2007-04-26 | Showa Denko K.K. | Light emitting device of a group III nitride semiconductor |
| US7211822B2 (en) | 1997-01-09 | 2007-05-01 | Nichia Chemical Industries, Ltd. | Nitride semiconductor device |
| JP2007250736A (en) * | 2006-03-15 | 2007-09-27 | Nec Corp | Semiconductor laser device and its manufacturing method |
| JP2008510298A (en) * | 2004-08-15 | 2008-04-03 | インスティトゥト ヴィソキフ チシニエン ポルスキエイ アカデミイ ナウク | Laser diode using nitride, and method for manufacturing the laser diode |
| JP2008263115A (en) * | 2007-04-13 | 2008-10-30 | Kyocera Corp | Light-emitting element, and manufacturing method thereof |
| JP2008260682A (en) * | 1996-06-25 | 2008-10-30 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Semiconductor element |
| JP2009049422A (en) * | 1999-11-16 | 2009-03-05 | Panasonic Corp | Semiconductor structure employing group iii nitride material system with inhibited phase separation, and photodetector |
| JP2009088495A (en) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Samsung Electro-Mechanics Co Ltd | Semiconductor light emitting element and its manufacturing method |
| JP2009272629A (en) * | 2008-05-09 | 2009-11-19 | Advanced Optoelectronic Technology Inc | Radiation emitting semiconductor element |
| WO2010018933A3 (en) * | 2008-08-14 | 2010-05-14 | 주식회사 세미콘라이트 | Method for manufacturing a high‑concentration n-type nitride semiconductor and nitride light‑emitting device based on same |
| JP2013032287A (en) * | 2005-12-02 | 2013-02-14 | Crystal Is Inc | Doped aluminum nitride crystal and method of forming the same |
| US8934513B2 (en) | 1994-09-14 | 2015-01-13 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
-
1992
- 1992-11-16 JP JP30525792A patent/JPH06152072A/en not_active Withdrawn
Cited By (29)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6429111B2 (en) | 1994-07-19 | 2002-08-06 | Sharp Kabushiki Kaisha | Methods for fabricating an electrode structure |
| US6222204B1 (en) | 1994-07-19 | 2001-04-24 | Sharp Kabushiki Kaisha | Electrode structure and method for fabricating the same |
| US8934513B2 (en) | 1994-09-14 | 2015-01-13 | Rohm Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device and manufacturing method therefor |
| EP0742622A3 (en) * | 1995-03-27 | 1997-02-19 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | Laser diode |
| EP0742622A2 (en) * | 1995-03-27 | 1996-11-13 | Mitsubishi Cable Industries, Ltd. | Laser diode |
| JPH09246670A (en) * | 1996-03-04 | 1997-09-19 | Toyoda Gosei Co Ltd | Group-iii nitride semiconductor light emitting element |
| JPH1041230A (en) * | 1996-04-02 | 1998-02-13 | Siemens Ag | Device of nitrogen-containing semiconductor material |
| JPH09289351A (en) * | 1996-04-19 | 1997-11-04 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Semiconductor light-emitting element |
| JP2008260682A (en) * | 1996-06-25 | 2008-10-30 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Semiconductor element |
| US8541794B2 (en) | 1997-01-09 | 2013-09-24 | Nichia Chemical Industries, Ltd. | Nitride semiconductor light-emitting devices |
| US7615804B2 (en) | 1997-01-09 | 2009-11-10 | Nichia Chemical Industries, Ltd. | Superlattice nitride semiconductor LD device |
| US7211822B2 (en) | 1997-01-09 | 2007-05-01 | Nichia Chemical Industries, Ltd. | Nitride semiconductor device |
| JPH11150300A (en) * | 1997-11-14 | 1999-06-02 | Nichia Chem Ind Ltd | Nitride semiconductor element |
| JP2000036619A (en) * | 1998-05-13 | 2000-02-02 | Toyoda Gosei Co Ltd | Iii nitride compound semiconductor light emitting element |
| US7109529B2 (en) | 1998-05-13 | 2006-09-19 | Toyoda Gosei Co., Ltd. | Light-emitting semiconductor device using group III nitride compound |
| JP2000068559A (en) * | 1998-08-24 | 2000-03-03 | Mitsubishi Cable Ind Ltd | GaN GROUP CRYSTAL MATERIAL AND MANUFACTURE THEREOF |
| DE19954242B4 (en) * | 1998-11-12 | 2007-04-26 | Showa Denko K.K. | Light emitting device of a group III nitride semiconductor |
| JP2002540638A (en) * | 1999-03-26 | 2002-11-26 | 松下電器産業株式会社 | Semiconductor structure and processing method using group III nitride quaternary material system with little phase separation |
| JP2001085750A (en) * | 1999-09-16 | 2001-03-30 | Nichia Chem Ind Ltd | Nitride semiconductor light-emitting chip |
| JP2009049422A (en) * | 1999-11-16 | 2009-03-05 | Panasonic Corp | Semiconductor structure employing group iii nitride material system with inhibited phase separation, and photodetector |
| US6744075B2 (en) | 2001-09-17 | 2004-06-01 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Nitride-based semiconductor light-emitting device and method of forming the same |
| JP2008510298A (en) * | 2004-08-15 | 2008-04-03 | インスティトゥト ヴィソキフ チシニエン ポルスキエイ アカデミイ ナウク | Laser diode using nitride, and method for manufacturing the laser diode |
| JP2013032287A (en) * | 2005-12-02 | 2013-02-14 | Crystal Is Inc | Doped aluminum nitride crystal and method of forming the same |
| JP2013155112A (en) * | 2005-12-02 | 2013-08-15 | Crystal Is Inc | Doped aluminum nitride crystal and method for producing the same |
| JP2007250736A (en) * | 2006-03-15 | 2007-09-27 | Nec Corp | Semiconductor laser device and its manufacturing method |
| JP2008263115A (en) * | 2007-04-13 | 2008-10-30 | Kyocera Corp | Light-emitting element, and manufacturing method thereof |
| JP2009088495A (en) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Samsung Electro-Mechanics Co Ltd | Semiconductor light emitting element and its manufacturing method |
| JP2009272629A (en) * | 2008-05-09 | 2009-11-19 | Advanced Optoelectronic Technology Inc | Radiation emitting semiconductor element |
| WO2010018933A3 (en) * | 2008-08-14 | 2010-05-14 | 주식회사 세미콘라이트 | Method for manufacturing a high‑concentration n-type nitride semiconductor and nitride light‑emitting device based on same |
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