JPH06152072A - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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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
(57)【要約】
【目的】 窒化物系半導体からなる短波長半導体レーザ
を得る。 【構成】 Ｇａ1-a-b Ｉｎa Ａｌb Ｎ半導体からなる活
性層４が、活性層４とほぼ格子整合すると共に活性層４
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 Ｉｎx Ａｌy Ｎ半導体からなるクラッド層
３，５で挟まれたサンドイッチ構造を有する半導体レー
ザとする。
を得る。 【構成】 Ｇａ1-a-b Ｉｎa Ａｌb Ｎ半導体からなる活
性層４が、活性層４とほぼ格子整合すると共に活性層４
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 Ｉｎx Ａｌy Ｎ半導体からなるクラッド層
３，５で挟まれたサンドイッチ構造を有する半導体レー
ザとする。
Description
【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。
波長の光を得ることができる半導体レーザに関する。
【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。
（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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【００１１】以下、本発明を詳細に説明する。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
ついて説明するが、特にこれに限定されるものではな
い。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
明する。
【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。
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。
【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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
ライプ型レーザの断面構造を示した模式図である。
【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。
ライプ型レーザの断面構造を示した模式図である。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
【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。
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。
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
（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
Claims (3)
- 【請求項１】 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。 - 【請求項２】 請求項１において、Ｇａ1-m-n Ｉｎm Ａ
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。 - 【請求項３】 請求項１において、組成Ｇａ1-c-d Ｉｎ
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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30525792A JPH06152072A (ja) | 1992-11-16 | 1992-11-16 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30525792A JPH06152072A (ja) | 1992-11-16 | 1992-11-16 | 半導体レーザ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06152072A true JPH06152072A (ja) | 1994-05-31 |
Family
ID=17942926
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30525792A Withdrawn JPH06152072A (ja) | 1992-11-16 | 1992-11-16 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06152072A (ja) |
Cited By (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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