JPH08274414A - 窒化物半導体レーザ素子 - Google Patents
窒化物半導体レーザ素子Info
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- JPH08274414A JPH08274414A JP31784695A JP31784695A JPH08274414A JP H08274414 A JPH08274414 A JP H08274414A JP 31784695 A JP31784695 A JP 31784695A JP 31784695 A JP31784695 A JP 31784695A JP H08274414 A JPH08274414 A JP H08274414A
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- stripe
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 活性層に電流を集中させてレーザ発振する窒
化物半導体レーザ素子を提供する。 【構成】 ストライプ状にエッチングされたｐ型層の表
面に、そのｐ型層のストライプ幅とほぼ同一の幅で接す
るストライプ状の正電極が形成されていることにより、
正電極の電流がｐ型層で広がるのを少なくして、活性層
に電流を集中させる。
化物半導体レーザ素子を提供する。 【構成】 ストライプ状にエッチングされたｐ型層の表
面に、そのｐ型層のストライプ幅とほぼ同一の幅で接す
るストライプ状の正電極が形成されていることにより、
正電極の電流がｐ型層で広がるのを少なくして、活性層
に電流を集中させる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、窒化物半導体（ＩｎX
ＡｌYＧａ1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）よりなる
レーザ素子に係り、特に電極ストライプ型のレーザ素子
に関する。
ＡｌYＧａ1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）よりなる
レーザ素子に係り、特に電極ストライプ型のレーザ素子
に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化物半導体はバンドギャップが１．９
５ｅＶ〜６．０ｅＶまであり、直接遷移型の材料である
ので、紫外〜赤色までの半導体レーザ素子の材料として
従来より注目されている。
５ｅＶ〜６．０ｅＶまであり、直接遷移型の材料である
ので、紫外〜赤色までの半導体レーザ素子の材料として
従来より注目されている。
【０００３】従来の窒化物半導体レーザ素子の代表的な
構造を示す模式的な断面図を図３に示す。このレーザ素
子は電極ストライプ型の構造を示している。基本的に
は、サファイア基板３１の表面にｎ型クラッド層３２と
活性層３３とｐ型クラッド層３４とが順に積層されたダ
ブルヘテロ構造を有している。ｐ型クラッド層３４、活
性層３３、およびｎ型クラッド層３２の一部はストライ
プ状にエッチングされてｎ型クラッド層３２の水平面が
露出されている。ｎ型クラッド層３２の水平面にはスト
ライプ状の負電極４１が形成され、最上層のｐ型クラッ
ド層３４にもストライプ状の正電極４２が形成されたい
わゆるフリップチップ方式となっている。さらに、正電
極４２とｐ型クラッド層３４との間には、電流狭窄層と
してＳｉＯ 2よりなる絶縁層３５が形成され、その絶縁
層３５で電流を活性層３３に集中させて発振を起こす構
造とされている。
構造を示す模式的な断面図を図３に示す。このレーザ素
子は電極ストライプ型の構造を示している。基本的に
は、サファイア基板３１の表面にｎ型クラッド層３２と
活性層３３とｐ型クラッド層３４とが順に積層されたダ
ブルヘテロ構造を有している。ｐ型クラッド層３４、活
性層３３、およびｎ型クラッド層３２の一部はストライ
プ状にエッチングされてｎ型クラッド層３２の水平面が
露出されている。ｎ型クラッド層３２の水平面にはスト
ライプ状の負電極４１が形成され、最上層のｐ型クラッ
ド層３４にもストライプ状の正電極４２が形成されたい
わゆるフリップチップ方式となっている。さらに、正電
極４２とｐ型クラッド層３４との間には、電流狭窄層と
してＳｉＯ 2よりなる絶縁層３５が形成され、その絶縁
層３５で電流を活性層３３に集中させて発振を起こす構
造とされている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら図３の矢
印に示すように、従来のレーザ素子では絶縁層３５で狭
窄した電流がｐ型クラッド層３４中、あるいは活性層３
３中で広がってしまい、活性層３３に部分的に電流を集
中させることが困難であった。電流が集中できないの
で、活性層３３が均一に発光し、従来の構造ではＬＥＤ
としての特性しか示さないのが実状であった。
印に示すように、従来のレーザ素子では絶縁層３５で狭
窄した電流がｐ型クラッド層３４中、あるいは活性層３
３中で広がってしまい、活性層３３に部分的に電流を集
中させることが困難であった。電流が集中できないの
で、活性層３３が均一に発光し、従来の構造ではＬＥＤ
としての特性しか示さないのが実状であった。
【０００５】従って本発明はこのような事情を鑑みて成
されたものであって、その目的とするところは活性層に
電流を集中させてレーザ発振する窒化物半導体レーザ素
子を提供することにある。
されたものであって、その目的とするところは活性層に
電流を集中させてレーザ発振する窒化物半導体レーザ素
子を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の窒化物半導体レ
ーザ素子は、ストライプ状にエッチングされたｐ型層の
表面に、そのｐ型層のストライプ幅とほぼ同一の幅で接
するストライプ状の正電極が形成されていることを特徴
とするものである。
ーザ素子は、ストライプ状にエッチングされたｐ型層の
表面に、そのｐ型層のストライプ幅とほぼ同一の幅で接
するストライプ状の正電極が形成されていることを特徴
とするものである。
【０００７】図１に本発明の一実施例に係るレーザ素子
の形状を示す斜視図を示し、図２に図１の斜視図をスト
ライプに垂直な方向で切断した模式断面図を示す。これ
らの図に示すように、本発明のレーザ素子はストライプ
状にエッチングされたｐ層のストライプ幅とほぼ同一の
幅を有する正電極をｐ層に直接接して形成することによ
り、電流の広がりをなくして活性層に直接電流が集中す
るようにしている。その電流の広がりをなくして活性層
に電流を集中できる好ましいストライプ幅は５０μｍ以
下、さらに好ましくは３０μｍ以下、最も好ましくは１
０μｍ以下である。５０μｍよりも広いと、レーザ発振
のしきい値電流が高くなりレーザ発振しなくなる傾向に
あるからである。なお、本発明においてほぼ同一の幅と
は、−１０％以内の幅で電極幅がｐ型層の幅に近似して
いることを示すものとする。
の形状を示す斜視図を示し、図２に図１の斜視図をスト
ライプに垂直な方向で切断した模式断面図を示す。これ
らの図に示すように、本発明のレーザ素子はストライプ
状にエッチングされたｐ層のストライプ幅とほぼ同一の
幅を有する正電極をｐ層に直接接して形成することによ
り、電流の広がりをなくして活性層に直接電流が集中す
るようにしている。その電流の広がりをなくして活性層
に電流を集中できる好ましいストライプ幅は５０μｍ以
下、さらに好ましくは３０μｍ以下、最も好ましくは１
０μｍ以下である。５０μｍよりも広いと、レーザ発振
のしきい値電流が高くなりレーザ発振しなくなる傾向に
あるからである。なお、本発明においてほぼ同一の幅と
は、−１０％以内の幅で電極幅がｐ型層の幅に近似して
いることを示すものとする。
【０００８】図２はレーザ素子の基本的な構造は活性層
をｎ型とｐ型の窒化物半導体層で挟んだダブルへテロ構
造であるが、特にレーザ発振しやすい構造として図２に
示す構造を推奨する。
をｎ型とｐ型の窒化物半導体層で挟んだダブルへテロ構
造であるが、特にレーザ発振しやすい構造として図２に
示す構造を推奨する。
【０００９】図２は基板１の表面に、ｎ型コンタクト層
２、第一のｎ型クラッド層３、第二のｎ型クラッド層
４、活性層５、第一のｐ型クラッド層６、ｐ型コンタク
ト層７とを順に積層した、いわゆる分離閉じ込め型のダ
ブルへテロ構造を示している。ｐ型コンタクト層７、第
一のｐ型クラッド層６、活性層５、第二のｎ型クラッド
層４、第一のｎ型クラッド層３、およびｎ型コンタクト
層２の一部がエッチングされてストライプ状の負電極１
１が形成され、さらに、エッチングにより残されたスト
ライプ状のｐ型コンタクト層７の表面に、ｐ型コンタク
ト層７のストライプ幅とほぼ同一の幅を有する正電極１
２が直接接して形成されている。
２、第一のｎ型クラッド層３、第二のｎ型クラッド層
４、活性層５、第一のｐ型クラッド層６、ｐ型コンタク
ト層７とを順に積層した、いわゆる分離閉じ込め型のダ
ブルへテロ構造を示している。ｐ型コンタクト層７、第
一のｐ型クラッド層６、活性層５、第二のｎ型クラッド
層４、第一のｎ型クラッド層３、およびｎ型コンタクト
層２の一部がエッチングされてストライプ状の負電極１
１が形成され、さらに、エッチングにより残されたスト
ライプ状のｐ型コンタクト層７の表面に、ｐ型コンタク
ト層７のストライプ幅とほぼ同一の幅を有する正電極１
２が直接接して形成されている。
【００１０】基板１にはサファイア（Ｃ面、Ｒ面、Ａ面
を含む。）、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈを含む。）、Ｓｉ、Ｚ
ｎＯ、ＧａＡｓ等が使用できるが、一般的にはサファイ
ア、またはＳｉＣを使用する。
を含む。）、ＳｉＣ（６Ｈ、４Ｈを含む。）、Ｓｉ、Ｚ
ｎＯ、ＧａＡｓ等が使用できるが、一般的にはサファイ
ア、またはＳｉＣを使用する。
【００１１】ｎ型コンタクト層２としてはＧａＮ、Ａｌ
ＧａＮ等の二元混晶、または三元混晶の半導体層が結晶
性の良いものが得られる。特にＧａＮとすると負電極材
料と好ましいオーミックが得られる。ｎ型とするには半
導体層にＳｉ、Ｇｅ、Ｓ等のドナー不純物をドープす
る。また基板１とｎ型コンタクト層２との間に、格子定
数不整を緩和するためにＧａＮ、ＡｌＮ等がバッファ層
を形成しても良い。
ＧａＮ等の二元混晶、または三元混晶の半導体層が結晶
性の良いものが得られる。特にＧａＮとすると負電極材
料と好ましいオーミックが得られる。ｎ型とするには半
導体層にＳｉ、Ｇｅ、Ｓ等のドナー不純物をドープす
る。また基板１とｎ型コンタクト層２との間に、格子定
数不整を緩和するためにＧａＮ、ＡｌＮ等がバッファ層
を形成しても良い。
【００１２】次の第一のｎ型クラッド層３は第二のｎ型
クラッド層よりもバンドギャップが大きい窒化物半導体
を形成し、特に前記ドナー不純物をドープしたｎ型Ａｌ
ＧａＮは結晶性が良く、またバンドギャップの大きい半
導体層が得られる。
クラッド層よりもバンドギャップが大きい窒化物半導体
を形成し、特に前記ドナー不純物をドープしたｎ型Ａｌ
ＧａＮは結晶性が良く、またバンドギャップの大きい半
導体層が得られる。
【００１３】次の第二のｎ型クラッド層４は活性層５よ
りもバンドギャップが大きい窒化物半導体層を形成し、
特に前記ドナー不純物をドープしたｎ型ＩｎＧａＮ、ま
たはｎ型ＧａＮが好ましい。また後に述べるように、第
二のｎ型クラッド層４は活性層５との組み合わせにおい
てもＩｎＧａＮ、ＧａＮが好ましく、レーザ発振させる
ためにはＩｎＧａＮ、ＧａＮよりなるこの第二のｎ型ク
ラッド層４を形成することは特に好ましい。
りもバンドギャップが大きい窒化物半導体層を形成し、
特に前記ドナー不純物をドープしたｎ型ＩｎＧａＮ、ま
たはｎ型ＧａＮが好ましい。また後に述べるように、第
二のｎ型クラッド層４は活性層５との組み合わせにおい
てもＩｎＧａＮ、ＧａＮが好ましく、レーザ発振させる
ためにはＩｎＧａＮ、ＧａＮよりなるこの第二のｎ型ク
ラッド層４を形成することは特に好ましい。
【００１４】次の活性層５はノンドープのＩｎＧａＮと
すると、およそ６３５ｎｍ〜３６５ｎｍ付近のバンド間
発光が得られる。好ましくはインジウムのモル比をガリ
ウムに対して半分以下にしたＩｎＧａＮが結晶性が良
く、レーザ素子の寿命が長い。また、活性層を数十オン
グストロームの膜厚で２層以上積層した多層膜、つまり
多重量子井戸構造としてもよい。単一量子井戸構造、多
重量子井戸構造いずれの活性層においても、活性層はｎ
型、ｐ型いずれでもよいが、特にノンドープ（無添加）
とすることにより半値幅の狭いバンド間発光、励起子発
光、あるいは量子井戸準位発光が得られ、ＬＥＤ素子、
ＬＤ素子を実現する上で特に好ましい。活性層を単一量
子井戸（ＳＱＷ：single quantum well）構造若しくは
多重量子井戸（ＭＱＷ：multi quantum well）構造とす
ると非常に出力の高い発光素子が得られる。ＳＱＷ、Ｍ
ＱＷとはノンドープのＩｎＧａＮによる量子準位間の発
光が得られる活性層の構造を指し、例えばＳＱＷでは活
性層を単一組成のＩｎXＧａ1 -XＮ（０≦X＜１）で構成
した層であり、ＩｎXＧａ1-XＮの膜厚を１００オングス
トローム以下、さらに好ましくは７０オングストローム
以下とすることにより量子準位間の強い発光が得られ
る。またＭＱＷは組成比の異なるＩｎXＧａ1-XＮ（この
場合X＝０、X＝１を含む）の薄膜を複数積層した多層膜
とする。このように活性層をＳＱＷ、ＭＱＷとすること
により量子準位間発光で、約３６５ｎｍ〜６６０ｎｍま
での発光が得られる。量子構造の井戸層の厚さとして
は、前記のように７０オングストローム以下が好まし
い。多重量子井戸構造では井戸層はＩｎ XＧａ1-XＮで構
成し、障壁層は同じくＩｎYＧａ1-YＮ（Y＜X、この場合
Y＝０を含む）で構成することが望ましい。特に好まし
くは井戸層と障壁層をＩｎＧａＮで形成すると同一温度
で成長できるので結晶性のよい活性層が得られる。障壁
層の膜厚は１５０オングストローム以下、さらに好まし
くは１２０オングストローム以下にすると高出力な発光
素子が得られる。また、活性層５にドナー不純物および
／またはアクセプター不純物をドープしてもよい。不純
物をドープした活性層の結晶性がノンドープと同じであ
れば、ドナー不純物をドープするとノンドープのものに
比べてバンド間発光強度をさらに強くすることができ
る。アクセプター不純物をドープするとバンド間発光の
ピーク波長よりも約０．５ｅＶ低エネルギー側にピーク
波長を持っていくことができるが、半値幅は広くなる。
アクセプター不純物とドナー不純物を同時にドープする
と、アクセプター不純物のみドープした活性層の発光強
度をさらに大きくすることができる。特にアクセプター
不純物をドープした活性層を実現する場合、活性層の導
電型はＳｉ等のドナー不純物を同時にドープしてｎ型と
することが好ましい。活性層５は例えば数オングストロ
ーム〜０．５μｍの膜厚で成長させることができる。
すると、およそ６３５ｎｍ〜３６５ｎｍ付近のバンド間
発光が得られる。好ましくはインジウムのモル比をガリ
ウムに対して半分以下にしたＩｎＧａＮが結晶性が良
く、レーザ素子の寿命が長い。また、活性層を数十オン
グストロームの膜厚で２層以上積層した多層膜、つまり
多重量子井戸構造としてもよい。単一量子井戸構造、多
重量子井戸構造いずれの活性層においても、活性層はｎ
型、ｐ型いずれでもよいが、特にノンドープ（無添加）
とすることにより半値幅の狭いバンド間発光、励起子発
光、あるいは量子井戸準位発光が得られ、ＬＥＤ素子、
ＬＤ素子を実現する上で特に好ましい。活性層を単一量
子井戸（ＳＱＷ：single quantum well）構造若しくは
多重量子井戸（ＭＱＷ：multi quantum well）構造とす
ると非常に出力の高い発光素子が得られる。ＳＱＷ、Ｍ
ＱＷとはノンドープのＩｎＧａＮによる量子準位間の発
光が得られる活性層の構造を指し、例えばＳＱＷでは活
性層を単一組成のＩｎXＧａ1 -XＮ（０≦X＜１）で構成
した層であり、ＩｎXＧａ1-XＮの膜厚を１００オングス
トローム以下、さらに好ましくは７０オングストローム
以下とすることにより量子準位間の強い発光が得られ
る。またＭＱＷは組成比の異なるＩｎXＧａ1-XＮ（この
場合X＝０、X＝１を含む）の薄膜を複数積層した多層膜
とする。このように活性層をＳＱＷ、ＭＱＷとすること
により量子準位間発光で、約３６５ｎｍ〜６６０ｎｍま
での発光が得られる。量子構造の井戸層の厚さとして
は、前記のように７０オングストローム以下が好まし
い。多重量子井戸構造では井戸層はＩｎ XＧａ1-XＮで構
成し、障壁層は同じくＩｎYＧａ1-YＮ（Y＜X、この場合
Y＝０を含む）で構成することが望ましい。特に好まし
くは井戸層と障壁層をＩｎＧａＮで形成すると同一温度
で成長できるので結晶性のよい活性層が得られる。障壁
層の膜厚は１５０オングストローム以下、さらに好まし
くは１２０オングストローム以下にすると高出力な発光
素子が得られる。また、活性層５にドナー不純物および
／またはアクセプター不純物をドープしてもよい。不純
物をドープした活性層の結晶性がノンドープと同じであ
れば、ドナー不純物をドープするとノンドープのものに
比べてバンド間発光強度をさらに強くすることができ
る。アクセプター不純物をドープするとバンド間発光の
ピーク波長よりも約０．５ｅＶ低エネルギー側にピーク
波長を持っていくことができるが、半値幅は広くなる。
アクセプター不純物とドナー不純物を同時にドープする
と、アクセプター不純物のみドープした活性層の発光強
度をさらに大きくすることができる。特にアクセプター
不純物をドープした活性層を実現する場合、活性層の導
電型はＳｉ等のドナー不純物を同時にドープしてｎ型と
することが好ましい。活性層５は例えば数オングストロ
ーム〜０．５μｍの膜厚で成長させることができる。
【００１５】次に、第一のｐ型クラッド層６は活性層５
よりもバンドギャップの大きい窒化物半導体で形成し、
特に好ましくはアクセプター不純物をドープしたｐ型Ａ
ｌＧａＮにすると結晶性が良く、またバンドギャップの
大きい半導体層が得られる。またアクセプター不純物ド
ープ後、さらに低抵抗なｐ型にする目的で４００℃以上
でアニーリングを行っても良い。アクセプター不純物と
しては例えばＺｎ、Ｍｇ、Ｃｄ等のII族元素、Ｃ（カー
ボン）等がある。
よりもバンドギャップの大きい窒化物半導体で形成し、
特に好ましくはアクセプター不純物をドープしたｐ型Ａ
ｌＧａＮにすると結晶性が良く、またバンドギャップの
大きい半導体層が得られる。またアクセプター不純物ド
ープ後、さらに低抵抗なｐ型にする目的で４００℃以上
でアニーリングを行っても良い。アクセプター不純物と
しては例えばＺｎ、Ｍｇ、Ｃｄ等のII族元素、Ｃ（カー
ボン）等がある。
【００１６】また第一のｐ型クラッド層６と活性層５と
の間に、活性層５よりもバンドギャップが大きく、第一
のクラッド層６よりもバンドギャップが小さい第二のｐ
型クラッド層を挿入しても良い。第二のｐ型クラッド層
はアクセプター不純物をドープしたｐ型ＩｎＧａＮが好
ましい。ここで、第二のｎ型クラッド層４と活性層５と
第二のｐ型クラッド層（第二のｐ型クラッド層は特に成
長しなくても良い。）との組み合わせにおいて、活性層
５を単一量子井戸構造若しくは多重量子井戸構造とし
て、活性層を構成する窒化物半導体層の膜厚を薄くする
ことにより、第二のｎ型クラッド層４との界面に、弾性
的な歪が発生し、歪量子井戸構造のレーザ素子が実現さ
れるので、レーザ発振が容易となる。特にこの弾性的な
歪は活性層５をＩｎＧａＮとし、第二のｎ型クラッド層
４を活性層６よりもバンドギャップの大きいｎ型ＩｎＧ
ａＮ、またはｎ型ＧａＮとした際に発生する傾向にあ
る。
の間に、活性層５よりもバンドギャップが大きく、第一
のクラッド層６よりもバンドギャップが小さい第二のｐ
型クラッド層を挿入しても良い。第二のｐ型クラッド層
はアクセプター不純物をドープしたｐ型ＩｎＧａＮが好
ましい。ここで、第二のｎ型クラッド層４と活性層５と
第二のｐ型クラッド層（第二のｐ型クラッド層は特に成
長しなくても良い。）との組み合わせにおいて、活性層
５を単一量子井戸構造若しくは多重量子井戸構造とし
て、活性層を構成する窒化物半導体層の膜厚を薄くする
ことにより、第二のｎ型クラッド層４との界面に、弾性
的な歪が発生し、歪量子井戸構造のレーザ素子が実現さ
れるので、レーザ発振が容易となる。特にこの弾性的な
歪は活性層５をＩｎＧａＮとし、第二のｎ型クラッド層
４を活性層６よりもバンドギャップの大きいｎ型ＩｎＧ
ａＮ、またはｎ型ＧａＮとした際に発生する傾向にあ
る。
【００１７】次に、ｐ型コンタクト層８は第一のｐ型ク
ラッド層７と同じくアクセプター不純物をドープしたｐ
型ＧａＮ、ｐ型ＡｌＧａＮ等の二元混晶、または三元混
晶の半導体層が結晶性の良いものが得られる。特にＧａ
Ｎとすると正電極材料と好ましいオーミックが得られ
る。
ラッド層７と同じくアクセプター不純物をドープしたｐ
型ＧａＮ、ｐ型ＡｌＧａＮ等の二元混晶、または三元混
晶の半導体層が結晶性の良いものが得られる。特にＧａ
Ｎとすると正電極材料と好ましいオーミックが得られ
る。
【００１８】窒化物半導体のエッチング手段としては、
ドライエッチング、ウェットエッチング両方の手段があ
るが、エッチング端面を垂直にしたストライプを形成す
るにはドライエッチングが好ましい。ドライエッチング
では例えば、反応性イオンエッチング、イオンミリン
グ、イオンビームアシストエッチング、集束イオンビー
ムエッチング等の手段を用いることができる。
ドライエッチング、ウェットエッチング両方の手段があ
るが、エッチング端面を垂直にしたストライプを形成す
るにはドライエッチングが好ましい。ドライエッチング
では例えば、反応性イオンエッチング、イオンミリン
グ、イオンビームアシストエッチング、集束イオンビー
ムエッチング等の手段を用いることができる。
【００１９】また図４は本発明の他の実施例に係るレー
ザ素子の構造を示す模式断面図であるが、図２の断面図
と異なる点は、ストライプ状にエッチングされたｐ型層
の側面に絶縁膜２０を形成し、さらにそのｐ型層のスト
ライプ幅とほぼ同一の幅で接するストライプ状の正電極
１２をｐ型層に接して形成し、さらに、正電極１２をｐ
型層から絶縁膜２０の表面に亙って形成していることで
ある。つまり正電極１２にワイヤーボンディングする
際、図２に示すようなストライプ状の正電極１２ではそ
の幅が狭いために、ワイヤーボンディングするのはほと
んど不可能である。そこで、正電極１２の幅を広くとる
ために、ｐ型層の側面にＳｉＯ2のような絶縁体よりな
る絶縁膜２０を新たに形成し、その絶縁膜２０の表面
に、ｐ型層と電気的に接続した正電極１２を形成してい
る。図１のような構造であると電極がワイヤーボンディ
ングできず、フェイスダウンの構造となるが、図４のよ
うな構造にするとフェイスアップの構造とできるので、
チップサイズを小さくすることができる。
ザ素子の構造を示す模式断面図であるが、図２の断面図
と異なる点は、ストライプ状にエッチングされたｐ型層
の側面に絶縁膜２０を形成し、さらにそのｐ型層のスト
ライプ幅とほぼ同一の幅で接するストライプ状の正電極
１２をｐ型層に接して形成し、さらに、正電極１２をｐ
型層から絶縁膜２０の表面に亙って形成していることで
ある。つまり正電極１２にワイヤーボンディングする
際、図２に示すようなストライプ状の正電極１２ではそ
の幅が狭いために、ワイヤーボンディングするのはほと
んど不可能である。そこで、正電極１２の幅を広くとる
ために、ｐ型層の側面にＳｉＯ2のような絶縁体よりな
る絶縁膜２０を新たに形成し、その絶縁膜２０の表面
に、ｐ型層と電気的に接続した正電極１２を形成してい
る。図１のような構造であると電極がワイヤーボンディ
ングできず、フェイスダウンの構造となるが、図４のよ
うな構造にするとフェイスアップの構造とできるので、
チップサイズを小さくすることができる。
【００２０】
【作用】本発明のレーザ素子ではｐ型層のストライプ幅
を狭くして活性層に電流が集中するようにしている。つ
まり、ストライプ状にエッチングされたｐ型層に、ほぼ
同一のストライプ幅を有する正電極を形成すると、ｐ型
層中で電流が広がってもストライプ幅が狭いので活性層
の電流密度が上がり容易にレーザ発振しやすくなる。ま
た活性層から基板と平行方向に出る光に関しても、活性
層のストライプ幅が狭いので、窒化物半導体と屈折率差
の大きい大気との距離が短くなり、この狭い領域で光が
閉じ込められるので、容易にレーザ発振する。
を狭くして活性層に電流が集中するようにしている。つ
まり、ストライプ状にエッチングされたｐ型層に、ほぼ
同一のストライプ幅を有する正電極を形成すると、ｐ型
層中で電流が広がってもストライプ幅が狭いので活性層
の電流密度が上がり容易にレーザ発振しやすくなる。ま
た活性層から基板と平行方向に出る光に関しても、活性
層のストライプ幅が狭いので、窒化物半導体と屈折率差
の大きい大気との距離が短くなり、この狭い領域で光が
閉じ込められるので、容易にレーザ発振する。
【００２１】また本発明のレーザ素子であると従来のよ
うにｐ型層の表面に電流狭窄のための絶縁層を形成する
プロセスが必要ないので、製造工程を短縮できる。
うにｐ型層の表面に電流狭窄のための絶縁層を形成する
プロセスが必要ないので、製造工程を短縮できる。
【００２２】
［実施例１］厚さ３５０μｍのサファイア基板１上に、
ＧａＮよりなるバッファ層を２００オングストローム、
Ｓｉドープｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタクト層２を５
μｍ、Ｓｉドープｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなるｎ型ク
ラッド層３を０．１μｍ、Ｓｉドープｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ
0.99Ｎよりなる第二のｎ型クラッド層４を５００オング
ストローム、ノンドープＩｎ0.08Ｇａ0.92Ｎよりなる活
性層５を１００オングストローム、Ｍｇドープｐ型Ａｌ
0.3Ｇａ0.7Ｎよりなるｐ型クラッド層６を０．１μｍ、
Ｍｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層７を
０．５μｍの膜厚で順に成長させたウェーハを用意す
る。
ＧａＮよりなるバッファ層を２００オングストローム、
Ｓｉドープｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタクト層２を５
μｍ、Ｓｉドープｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなるｎ型ク
ラッド層３を０．１μｍ、Ｓｉドープｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ
0.99Ｎよりなる第二のｎ型クラッド層４を５００オング
ストローム、ノンドープＩｎ0.08Ｇａ0.92Ｎよりなる活
性層５を１００オングストローム、Ｍｇドープｐ型Ａｌ
0.3Ｇａ0.7Ｎよりなるｐ型クラッド層６を０．１μｍ、
Ｍｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト層７を
０．５μｍの膜厚で順に成長させたウェーハを用意す
る。
【００２３】次に、このウェーハのｐ型コンタクト層７
の表面に所定の形状でマスクを形成した後、ＲＩＥ（反
応性イオンエッチング）を用いて、窒化物半導体層を１
０μｍのストライプ幅でエッチングする。エッチング
後、露出したｎ型コンタクト層３にはＴｉ／Ａｌよりな
る負電極１１を２０μｍの幅でストライプ状に形成し、
ストライプ状のｐ型コンタクト層７の全面にＮｉ／Ａｕ
よりなる正電極１２を形成する。
の表面に所定の形状でマスクを形成した後、ＲＩＥ（反
応性イオンエッチング）を用いて、窒化物半導体層を１
０μｍのストライプ幅でエッチングする。エッチング
後、露出したｎ型コンタクト層３にはＴｉ／Ａｌよりな
る負電極１１を２０μｍの幅でストライプ状に形成し、
ストライプ状のｐ型コンタクト層７の全面にＮｉ／Ａｕ
よりなる正電極１２を形成する。
【００２４】次に、サファイア基板１の窒化物半導体層
を形成していない方の面を研磨機で８０μｍの厚さまで
研磨する。研磨後、サファイア基板の研磨面をスクライ
バーでスクライブする。スクライブ方向はストライプ電
極と直交するラインと、もう一方のスクライブラインは
電極と平行な方向とする。スクライブライン形成後、ウ
ェーハをローラで押し割り、電極に垂直な方向で劈開し
た窒化物半導体層面を光共振器とする共振器長５００μ
ｍのレーザチップとする。
を形成していない方の面を研磨機で８０μｍの厚さまで
研磨する。研磨後、サファイア基板の研磨面をスクライ
バーでスクライブする。スクライブ方向はストライプ電
極と直交するラインと、もう一方のスクライブラインは
電極と平行な方向とする。スクライブライン形成後、ウ
ェーハをローラで押し割り、電極に垂直な方向で劈開し
た窒化物半導体層面を光共振器とする共振器長５００μ
ｍのレーザチップとする。
【００２５】次にレーザチップの窒化物半導体層面にマ
スクを施したのち、スパッタ装置で劈開面にＳｉＯ2と
ＺｒＯ2よりなる誘電体多層膜を形成する。この誘電体
多層膜は活性層の波長を９０％以上反射させる作用を有
している。
スクを施したのち、スパッタ装置で劈開面にＳｉＯ2と
ＺｒＯ2よりなる誘電体多層膜を形成する。この誘電体
多層膜は活性層の波長を９０％以上反射させる作用を有
している。
【００２６】このようにして得られたレーザチップをフ
ェースダウン（電極とヒートシンク面が対向する）して
ヒートシンクに設置した後、室温でレーザ発振を試みた
ところ、しきい値電流密度１．０ｋＡ／cm2以上で発振
波長４４０ｎｍのレーザ発振が確認された。
ェースダウン（電極とヒートシンク面が対向する）して
ヒートシンクに設置した後、室温でレーザ発振を試みた
ところ、しきい値電流密度１．０ｋＡ／cm2以上で発振
波長４４０ｎｍのレーザ発振が確認された。
【００２７】［実施例２］実施例１において、窒化物半
導体層のエッチング時にストライプ幅を３０μｍとする
他は同様にしてレーザ素子を作製したところ、室温にお
いてしきい値電流密度３．０ｋＡ／cm2以上でレーザ発
振が確認された。
導体層のエッチング時にストライプ幅を３０μｍとする
他は同様にしてレーザ素子を作製したところ、室温にお
いてしきい値電流密度３．０ｋＡ／cm2以上でレーザ発
振が確認された。
【００２８】［実施例３］実施例１において、窒化物半
導体層のエッチング時にストライプ幅を５０μｍとする
他は同様にしてレーザ素子を作製したところ、液体窒素
温度においてしきい値電流密度５．０ｋＡ／cm2以上で
レーザ発振が確認された。
導体層のエッチング時にストライプ幅を５０μｍとする
他は同様にしてレーザ素子を作製したところ、液体窒素
温度においてしきい値電流密度５．０ｋＡ／cm2以上で
レーザ発振が確認された。
【００２９】［実施例４］実施例１において、窒化物半
導体層のエッチング時にストライプ幅を６０μｍとする
他は同様にしてレーザ素子を作製したところ、液体窒素
温度においてしきい値電流密度６．０ｋＡ／cm2以上で
レーザ発振が確認されたが、すぐに素子が破壊してしま
った。
導体層のエッチング時にストライプ幅を６０μｍとする
他は同様にしてレーザ素子を作製したところ、液体窒素
温度においてしきい値電流密度６．０ｋＡ／cm2以上で
レーザ発振が確認されたが、すぐに素子が破壊してしま
った。
【００３０】［実施例５］実施例１において、活性層５
の組成をノンドープＩｎ0.08Ｇａ0.92Ｎよりなる井戸層
を２５オングストロームと、ノンドープＩｎ0.01Ｇａ0.
99Ｎよりなる障壁層を５０オングストロームの膜厚で成
長させる。この操作を１３回繰り返し、最後に井戸層を
積層して総厚１０００オングストロームの活性層６を成
長させた。後は実施例１と同様にして室温でレーザ発振
を試みたところ、同じくしきい値電流密度１．０ｋＡ／
cm2以上で発振波長４４０ｎｍのレーザ発振が確認され
た。
の組成をノンドープＩｎ0.08Ｇａ0.92Ｎよりなる井戸層
を２５オングストロームと、ノンドープＩｎ0.01Ｇａ0.
99Ｎよりなる障壁層を５０オングストロームの膜厚で成
長させる。この操作を１３回繰り返し、最後に井戸層を
積層して総厚１０００オングストロームの活性層６を成
長させた。後は実施例１と同様にして室温でレーザ発振
を試みたところ、同じくしきい値電流密度１．０ｋＡ／
cm2以上で発振波長４４０ｎｍのレーザ発振が確認され
た。
【００３１】［比較例］実施例１において、窒化物半導
体層のエッチング時にストライプ幅を１００μｍとする
他は同様にしてレーザ素子を作製したところ、液体窒素
温度においてもレーザ発振を示さず、すぐに素子が破壊
してしまった。
体層のエッチング時にストライプ幅を１００μｍとする
他は同様にしてレーザ素子を作製したところ、液体窒素
温度においてもレーザ発振を示さず、すぐに素子が破壊
してしまった。
【００３２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーザ素
子ではストライプ状にエッチングされたｐ型層の表面
に、ストライプと同一の幅で接する正電極が形成されて
おり、この電極が直接電流狭窄の作用をする。つまりｐ
型層に電流が広がってもレーザ発振するのに十分電流密
度が上昇するだけのストライプ幅を有しているため、容
易に光閉じ込めができて、常温で発振する。また、従来
のように、ｐ型層の表面に絶縁体で電流狭窄層を形成す
る必要がなくなる。従って、絶縁体形成時の細かいマス
ク合わせの技術が必要なくなるので、製造歩留が向上す
る。このように窒化物半導体で常温で短波長域のレーザ
素子が実現されたことにより、書き込み用光源、コンパ
クトディスクの光源として記録密度が飛躍的に向上し、
その産業上の利用価値は非常に大きい。
子ではストライプ状にエッチングされたｐ型層の表面
に、ストライプと同一の幅で接する正電極が形成されて
おり、この電極が直接電流狭窄の作用をする。つまりｐ
型層に電流が広がってもレーザ発振するのに十分電流密
度が上昇するだけのストライプ幅を有しているため、容
易に光閉じ込めができて、常温で発振する。また、従来
のように、ｐ型層の表面に絶縁体で電流狭窄層を形成す
る必要がなくなる。従って、絶縁体形成時の細かいマス
ク合わせの技術が必要なくなるので、製造歩留が向上す
る。このように窒化物半導体で常温で短波長域のレーザ
素子が実現されたことにより、書き込み用光源、コンパ
クトディスクの光源として記録密度が飛躍的に向上し、
その産業上の利用価値は非常に大きい。
【図１】 本発明の一実施例に係るレーザ素子の形状を
示す斜視図。
示す斜視図。
【図２】 図１のレーザ素子をストライプに垂直な方向
で切断した模式断面図。
で切断した模式断面図。
【図３】 従来のレーザ素子の構造を示す模式断面図。
【図４】 本発明の他の実施例に係るレーザ素子の構造
を示す模式断面図。
を示す模式断面図。
１・・・・基板 ２・・・・ｎ型コンタクト層 ３・・・・第一のｎ型クラッド層 ４・・・・第二のｎ型クラッド層 ５・・・・活性層 ６・・・・第一のｐ型クラッド層 ７・・・・ｐ型コンタクト層 １２・・・・正電極 １１・・・・負電極
Claims (2)
- 【請求項１】 ストライプ状にエッチングされたｐ型層
の表面に、そのｐ型層のストライプ幅とほぼ同一の幅で
接するストライプ状の正電極が形成されていることを特
徴とする窒化物半導体レーザ素子。 - 【請求項２】 前記ストライプ幅が５０μｍ以下である
請求項１に記載の窒化物半導体レーザ素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31784695A JP2921746B2 (ja) | 1995-01-31 | 1995-12-06 | 窒化物半導体レーザ素子 |
| JP33542598A JP3529286B2 (ja) | 1995-12-06 | 1998-11-26 | 窒化物半導体レーザ素子の製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7-13226 | 1995-01-31 | ||
| JP1322695 | 1995-01-31 | ||
| JP31784695A JP2921746B2 (ja) | 1995-01-31 | 1995-12-06 | 窒化物半導体レーザ素子 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33542598A Division JP3529286B2 (ja) | 1995-12-06 | 1998-11-26 | 窒化物半導体レーザ素子の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08274414A true JPH08274414A (ja) | 1996-10-18 |
| JP2921746B2 JP2921746B2 (ja) | 1999-07-19 |
Family
ID=26348998
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31784695A Expired - Fee Related JP2921746B2 (ja) | 1995-01-31 | 1995-12-06 | 窒化物半導体レーザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2921746B2 (ja) |
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1998019375A1 (fr) * | 1996-10-30 | 1998-05-07 | Hitachi, Ltd. | Machine de traitement optique de l'information et dispositif a semi-conducteur emetteur de lumiere afferent |
| JPH1174563A (ja) * | 1997-06-16 | 1999-03-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体の製造方法、半導体装置の製造方法及び半導体基板の製造方法 |
| US6281524B1 (en) | 1997-02-21 | 2001-08-28 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light-emitting device |
| US6958497B2 (en) | 2001-05-30 | 2005-10-25 | Cree, Inc. | Group III nitride based light emitting diode structures with a quantum well and superlattice, group III nitride based quantum well structures and group III nitride based superlattice structures |
| KR100845385B1 (ko) * | 2000-11-02 | 2008-07-09 | 타카시 카토다 | 전자 장치 또는 광학 장치 제조 방법 |
| US7692182B2 (en) | 2001-05-30 | 2010-04-06 | Cree, Inc. | Group III nitride based quantum well light emitting device structures with an indium containing capping structure |
| US8344398B2 (en) | 2007-01-19 | 2013-01-01 | Cree, Inc. | Low voltage diode with reduced parasitic resistance and method for fabricating |
| US8507924B2 (en) | 2004-07-02 | 2013-08-13 | Cree, Inc. | Light emitting diode with high aspect ratio submicron roughness for light extraction and methods of forming |
| US8519437B2 (en) | 2007-09-14 | 2013-08-27 | Cree, Inc. | Polarization doping in nitride based diodes |
| US8575592B2 (en) | 2010-02-03 | 2013-11-05 | Cree, Inc. | Group III nitride based light emitting diode structures with multiple quantum well structures having varying well thicknesses |
| US8679876B2 (en) | 2006-11-15 | 2014-03-25 | Cree, Inc. | Laser diode and method for fabricating same |
| US9012937B2 (en) | 2007-10-10 | 2015-04-21 | Cree, Inc. | Multiple conversion material light emitting diode package and method of fabricating same |
| CN113644176A (zh) * | 2021-07-29 | 2021-11-12 | 厦门三安光电有限公司 | 一种led芯片 |
-
1995
- 1995-12-06 JP JP31784695A patent/JP2921746B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6542526B1 (en) * | 1996-10-30 | 2003-04-01 | Hitachi, Ltd. | Optical information processor and semiconductor light emitting device suitable for the same |
| US6639925B2 (en) | 1996-10-30 | 2003-10-28 | Hitachi, Inc. | Optical information processing equipment and semiconductor light emitting device suitable therefor |
| WO1998019375A1 (fr) * | 1996-10-30 | 1998-05-07 | Hitachi, Ltd. | Machine de traitement optique de l'information et dispositif a semi-conducteur emetteur de lumiere afferent |
| US6281524B1 (en) | 1997-02-21 | 2001-08-28 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light-emitting device |
| US6404792B2 (en) | 1997-02-21 | 2002-06-11 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor light-emitting device |
| JPH1174563A (ja) * | 1997-06-16 | 1999-03-16 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体の製造方法、半導体装置の製造方法及び半導体基板の製造方法 |
| KR100845385B1 (ko) * | 2000-11-02 | 2008-07-09 | 타카시 카토다 | 전자 장치 또는 광학 장치 제조 방법 |
| US8044384B2 (en) | 2001-05-30 | 2011-10-25 | Cree, Inc. | Group III nitride based quantum well light emitting device structures with an indium containing capping structure |
| US7312474B2 (en) | 2001-05-30 | 2007-12-25 | Cree, Inc. | Group III nitride based superlattice structures |
| US7692182B2 (en) | 2001-05-30 | 2010-04-06 | Cree, Inc. | Group III nitride based quantum well light emitting device structures with an indium containing capping structure |
| US6958497B2 (en) | 2001-05-30 | 2005-10-25 | Cree, Inc. | Group III nitride based light emitting diode structures with a quantum well and superlattice, group III nitride based quantum well structures and group III nitride based superlattice structures |
| US8227268B2 (en) | 2001-05-30 | 2012-07-24 | Cree, Inc. | Methods of fabricating group III nitride based light emitting diode structures with a quantum well and superlattice, group III nitride based quantum well structures and group III nitride based superlattice structures |
| US9112083B2 (en) | 2001-05-30 | 2015-08-18 | Cree, Inc. | Group III nitride based light emitting diode structures with a quantum well and superlattice, group III nitride based quantum well structures and group III nitride based superlattice structures |
| US9054253B2 (en) | 2001-05-30 | 2015-06-09 | Cree, Inc. | Group III nitride based quantum well light emitting device structures with an indium containing capping structure |
| US8546787B2 (en) | 2001-05-30 | 2013-10-01 | Cree, Inc. | Group III nitride based quantum well light emitting device structures with an indium containing capping structure |
| US8507924B2 (en) | 2004-07-02 | 2013-08-13 | Cree, Inc. | Light emitting diode with high aspect ratio submicron roughness for light extraction and methods of forming |
| US8679876B2 (en) | 2006-11-15 | 2014-03-25 | Cree, Inc. | Laser diode and method for fabricating same |
| US9041139B2 (en) | 2007-01-19 | 2015-05-26 | Cree, Inc. | Low voltage diode with reduced parasitic resistance and method for fabricating |
| US8344398B2 (en) | 2007-01-19 | 2013-01-01 | Cree, Inc. | Low voltage diode with reduced parasitic resistance and method for fabricating |
| US8519437B2 (en) | 2007-09-14 | 2013-08-27 | Cree, Inc. | Polarization doping in nitride based diodes |
| US9012937B2 (en) | 2007-10-10 | 2015-04-21 | Cree, Inc. | Multiple conversion material light emitting diode package and method of fabricating same |
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| CN113644176A (zh) * | 2021-07-29 | 2021-11-12 | 厦门三安光电有限公司 | 一种led芯片 |
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|---|---|
| JP2921746B2 (ja) | 1999-07-19 |
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