JPH09237932A - 窒化物半導体レーザ素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 窒化物半導体よりなるレーザ素子のしきい値
電流を下げて室温での連続発振を目指す。 【構成】 ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層との間に、
それらのクラッド層よりも幅の狭いストライプ状の発振
領域を有する活性層を有し、該活性層のストライプの両
側面側に、活性層よりも屈折率の小さい窒化物半導体よ
りなる電流阻止層が設けられていることにより、実質的
に屈折率導波型のレーザ素子となるためしきい値電流が
下がり、さらに単一モードのレーザ光が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は窒化物半導体（Ｉｎ
_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ、０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）よりな
るレーザ素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】紫外〜青色の領域に発光するレーザ素子
の材料として窒化物半導体が知られており、本出願人
は、最近この材料を用いてパルス電流において、室温で
の４１０ｎｍのレーザ発振を発表した（例えば、Jpn.J.
Appl.Phys. Vol35 (1996) pp.L74-76）。発表したレー
ザ素子はいわゆる電極ストライプ型のレーザ素子であ
り、活性層を含む窒化物半導体層のストライプ幅を数十
μｍにして、レーザ発振させたものである。しかしなが
ら,前記レーザ素子のしきい値電流は１〜２Ａもあり、
連続発振させるためにはさらにしきい値電流を下げる必
要がある。

【０００３】例えば特開平６−１５２０７２号公報に窒
化半導体よりなるレーザ素子の構造がいくつか示されて
いる。この公報では、クラッド層で挟まれたストライプ
状の活性層の両側をｉ型の窒化物半導体で挟んだ埋め込
みへテロ型のレーザ素子が示されている。しかし、この
レーザ素子の構造ではしきい値電流の低下は難しい。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】４１０ｎｍの短波長レ
ーザのパルス発振が確認された現在では、早急に室温で
の連続発振が望まれている。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、窒化物半導体よりなるレーザ素子のしきい値
電流を下げて室温での連続発振を目指すことにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のレーザ素子は、
ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層との間に、それらのク
ラッド層よりも幅の狭いストライプ状の発振領域を有す
る活性層を有し、該活性層のストライプの両側面側に、
活性層よりも屈折率の小さい窒化物半導体よりなる電流
阻止層が設けられていることを特徴とする。

【０００６】電流阻止層が、ｎ型クラッド層に接近した
側にある第１の電流阻止層と、ｐ型クラッド層に接近し
た側にある第２の電流阻止層とからなる少なくとも２層
構造を有することを特徴とする。

【０００７】第１の電流阻止層と、前記第２の電流阻止
層との間に、活性層とほぼ同一の膜厚か、それよりも大
きい膜厚を有する第３の電流阻止層を有することを特徴
とする。

【０００８】活性層が少なくともＩｎ_XＧａ_1-XＮ（０＜
X＜１）よりなる窒化物半導体層を有し、前記電流阻止
層が少なくともＡｌ_YＧａ_1-YＮ（０≦Y≦１）よりなる
窒化物半導体層を有することを特徴とする。

【０００９】電流阻止層は、少なくともｐ型不純物がド
ープされた状態若しくはノンドープの状態でｉ型の層を
含むことを特徴とする。

【００１０】第１の電流阻止層はｐ型若しくはｉ型であ
り、前記第２の電流阻止層がｎ型若しくはｉ型であるこ
とを特徴とする。

【００１１】

【作用】図１は本発明のレーザ素子の一構造を示す模式
的な断面図であり、基本構造として基板１の上に、ｎ型
コンタクト層２、ｎ型クラッド層３、活性層４、ｐ型ク
ラッド層５、およびｐ型コンタクト層６の積層構造を有
しており、ｎ型コンタクト層２には負電極１１が設けら
れ、ｐ型コンタクト層６のほぼ全面には正電極１０が設
けられている。活性層４はストライプ状の発振領域を有
している。本発明のレーザ素子では、クラッド層３、５
よりも幅の狭いストライプ状の活性層４を有しているの
で正電極１０の面積を大きくできる。このため、ｐ型コ
ンタクト層６の電流密度が小さくなり、正電極とｐ型コ
ンタクト層６との接触抵抗が下がるため、レーザ素子の
しきい値電流が下がる。前記した特開平６−１５２０７
２号公報と、本発明とではこのｐ型クラッド層５の幅が
異なる。即ち、従来では活性層の幅とｐ型クラッド層の
ストライプ幅が同一であるのに対して、本発明ではｐ型
クラッド層５の幅が、活性層４のストライプ幅よりも広
い。そのため、正電極の面積が大きくできて、正電極と
ｐコンタクト層との接触抵抗を下げることができる。ま
た、本発明ではその活性層４のストライプの両側面側
に、活性層よりも屈折率の小さい窒化物半導体よりなる
電流阻止層２０が設けられている。この電流阻止層２０
の屈折率を低く設定することで、横方向のレーザ光が閉
じ込められ、いわゆる屈折率導波型のレーザ素子ができ
るため、従来の電極ストライプ型よりも、しきい値電流
を小さくできる。なお、電流阻止層とは該電流阻止層の
部分のみ電流を流れにくくして、活性層４に電流を集中
させる作用を奏する層をいう。また電流阻止層が窒化物
半導体でできているため、電流阻止層２０の上にｐ型コ
ンタクト層５が成長しやすいという利点もある。

【００１２】図２は本発明のレーザ素子に係る他の構造
を示す模式的な断面図であり、このレーザ素子が図１の
レーザ素子の構造と異なる点は、電流阻止層がｎ型クラ
ッド層に接近した側にある第１の電流阻止層３１と、ｐ
型クラッド層に接近した側にある第２の電流阻止層３２
とからなる少なくとも２層構造を有していることにあ
る。図１のように電流阻止層２０を一層構造とすると、
電流阻止層は少なくともｉ型（insulater）である必要
があるが、図２のように少なくとも二層構造とすると、
例えば３１層をｐ型として、３２層をｎ型とするよう
に、互いに導電型の異なる窒化物半導体を積層して、逆
バイアスをかけることにより電流阻止層として作用させ
ることができる。さらに、窒化物半導体は、単一組成で
結晶性の良い厚膜を成長させるのが難しいという性質が
ある。（特に、Ａｌを含む窒化物半導体は、Ａｌ組成比
が高い状態で厚膜を成長させると、結晶中にクラックが
入りやすくなる。）例えば、活性層を多重量子井戸構造
としたような場合には、活性層には膜厚１００オングス
トローム以下の井戸層と障壁層とが複数層成長される。
この場合、活性層の横方向の光を閉じ込めるためには、
単一組成の窒化物半導体を、いっぺんに厚膜で成長する
よりも、窒化物半導体を薄膜で複数に分けて成長させる
方が、結晶性のよい電流阻止層を形成できる。つまり、
電流阻止層がＡｌＧａＮである場合、Ａｌ組成比の高い
層をいっぺんに厚膜で成長させると結晶中にクラックが
入りやすくなる。横方向のレーザ光を閉じ込めるだけの
電流阻止層を厚膜で成長させるには、一度に成長させる
よりも、薄膜を積層して成長した方が、全体としての電
流阻止層にクラックが入りにくくなる。電流阻止層にク
ラックが入ると、電流阻止層の上に成長させるｐ型クラ
ッド層５が結晶性良く成長できないので、レーザ出力が
低下する傾向にある。なお、各電流阻止層の窒化物半導
体の組成は同一でも良いし、また組成が異なっていても
良い。好ましくはＡｌ組成比の高い層と、Ａｌ組成比の
低い層とを積層することが望ましい。

【００１３】図３も本発明のレーザ素子に係る他の構造
を示す模式的な断面図であり、このレーザ素子は電流阻
止層が、ｎ型クラッド層側にある第１の電流阻止層４１
と、ｐ型クラッド層側にある第２の電流阻止層４２との
間に、活性層４とほぼ同一の膜厚か、それよりも大きい
膜厚を有する第３の電流阻止層４３を有している。この
レーザ素子の作用は活性層４のストライプ側面に接して
いる第３の電流阻止層４３を単一の窒化物半導体で形成
していることにある。例えば、活性層の側面に屈折率の
異なる二種類以上の電流阻止層があると、光は屈折率の
大きな電流阻止層に透過しやすい傾向があるが、このよ
うに活性層よりも屈折率の小さい単一組成の窒化物半導
体をストライプ側面に形成することにより、横方向の光
を最も効果的に閉じ込められる。なお、図１〜図３はレ
ーザ素子の基本的な構造を示したものであって、本発明
のレーザ素子をこの構造に限定するものではない。例え
ば図１の構造のレーザ素子において、電流阻止層２０は
ｎ型コンタクト層２、ｐ型コンタクト層６に接して形成
されていても良い。この場合はｎ型クラッド層３とｐ型
クラッド層５のストライプ幅が、活性層４と同一となっ
て、ｎ型コンタクト層２、ｐ型コンタクト層６がクラッ
ド層およびコンタクト層として作用する。

【００１４】本発明のレーザ素子では、活性層が少なく
ともＩｎ_XＧａ_1-XＮ（０＜X＜１）を含む窒化物半導体
層を有し、電流阻止層が少なくともＡｌ_YＧａ_1-YＮ（０
≦Y≦１）を含む窒化物半導体層を有することを特徴と
している。ＩｎＧａＮは結晶の性質がＡｌ_YＧａ_1-YＮに
比べて柔らかいため、レーザ発振させるための多重量子
井戸構造としやすい。またバンドギャップエネルギーが
１．９５ｅＶ〜３．４ｅＶまであるため、３６５ｎｍ〜
６６０ｎｍ間での高出力なＬＤを実現することができ
る。さらに窒化物半導体の中でも屈折率の比較的大きな
材料でもあるので、活性層にするとクラッド層、電流阻
止層の設計が容易になる。一方、電流阻止層をＡｌ_YＧ
ａ_1-YＮとすると、活性層との屈折率差を大きくできる
ので横方向の光閉じ込めが効果的に行える。さらに好ま
しいことに、Ａｌ_YＧａ_1-YＮはY値が大きくなるに従っ
て、つまりＡｌ混晶比が大きくなるに従って、抵抗率が
大きくなるという性質を有している。このため、ｉ型の
電流阻止層として使用するには最適である。この性質は
Ａｌ_YＧａ_1-YＮの非常に有用な作用である。

【００１５】電流阻止層は、少なくともｐ型不純物がド
ープされた状態若しくはノンドープの状態でｉ型である
ことが望ましい。電流阻止層が図１のように一層のみか
らなると、該電流阻止層はｉ型である必要があり、図２
及び図３のような複数の窒化物半導体よりなる電流阻止
層についても同様である。窒化物半導体は結晶内部の窒
素空孔により、ノンドープの状態でｎ型になりやすいこ
とが知られている。しかし窒素空孔によるｎ型では該キ
ャリア濃度を制御することは困難である。そこで、Ｍ
ｇ、Ｚｎ等のII族元素よりなるアクセプター不純物をド
ープすることにより、ｎ型導電性が補償されて、ｉ型若
しくはｐ型の導電性が得やすくなる。

【００１６】また、図２、および図３のように電流阻止
層が複数の窒化物半導体よりなると、電流阻止層で逆バ
イアスが係るようにすればよいので、導電型は特に問わ
ない。つまり、ｎ型クラッド層４に接近した第１の電流
阻止層３１、４１はｐ型若しくはｉ型であり、ｐ型クラ
ッド層５に接近した方の第２の電流阻止層３２、４２が
ｎ型若しくはｉ型であれば電流の方向が逆となるため、
電流阻止層として作用する。図３のように、電流阻止層
が３層以上からなる時、第３の電流阻止層４３の導電型
は特に問うものではない。電流阻止層の最も好ましい態
様として、第１の電流阻止層をｉ型若しくはｐ型のＡｌ
_Y1Ｇａ_1-Y2Ｎ（０≦Y1＜１）として、第２の電流阻止層
をｉ型若しくはｎ型のＡｌ_Y2Ｇａ_1-Y2Ｎ（０≦Y2＜１）
とし、第３の電流阻止層を導電型を問わないＡｌ_Y3Ｇａ
_1-Y3Ｎ（０＜Y3≦１、但しY1＜Y3、Y2＜Y3）とし、さら
に第３の電流阻止層が活性層の膜厚とほぼ同一か、それ
よりも厚いことが望ましい。

【００１７】

【発明の実施の形態】

［実施例］図４〜図７は実施例において得られるウェー
ハの構造を示す模式的な断面図であり、以下この図を元
に、ＭＯＶＰＥ法により本発明のレーザ素子を作製する
方法について詳説する。

【００１８】（クラッド層および活性層を成長する工
程）スピネル（ＭｇＡｌ2Ｏ4）１１１面を主面とする基
板１００をＭＯＶＰＥ装置の反応容器内に設置した後、
原料ガスにＴＭＧ（トリメチルガリウム）と、アンモニ
アを用い、温度５００℃で、基板１００の表面にＧａＮ
よりなるバッファ層を２００オングストロームの膜厚で
成長させる。基板１００にはスピネルの他、Ａ面、Ｒ
面、Ｃ面を主面とするサファイアも使用でき、またこの
他、ＳｉＣ、ＭｇＯ、ＧａＮ、Ｓｉ、ＺｎＯ等の単結晶
よりなる従来より知られている基板が用いられる。バッ
ファ層は基板の種類、成長方法等によっては削除できる
ので、図では特に示していない。

【００１９】続いて温度を１０５０℃に上げ、原料ガス
にＴＭＧ、アンモニア、ドナー不純物としてＳｉＨ
₄（シラン）ガスを用いて、ＳｉドープＧａＮよりなる
ｎ型コンタクト層１０１を４μｍの膜厚で成長させる。
ｎ型コンタクト層１０１はＩｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ（０
≦X、０≦Y、X＋Y≦１）で構成することができ、特にＧ
ａＮ、ＩｎＧａＮ、その中でもＳｉをドープしたＧａＮ
で構成することにより、キャリア濃度の高いｎ型層が得
られ、また負電極と好ましいオーミック接触が得られる
ので、レーザ素子のしきい値電流を低下させることがで
きる。負電極の材料としてはＡｌ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｕ、Ｚ
ｎ、Ｓｎ、Ｉｎ等の金属若しくは合金が好ましいオーミ
ックが得られる。

【００２０】次に、温度を７５０℃にして、原料ガスに
ＴＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、アンモニ
ア、不純物ガスにシランガスを用い、ＳｉドープＩｎ0.
1Ｇａ0.9Ｎよりなるクラック防止層を５００オングスト
ロームの膜厚で成長させる。クラック防止層はＩｎを含
むｎ型の窒化物半導体、好ましくはＩｎＧａＮで成長さ
せることにより、次に成長させるＡｌを含む窒化物半導
体よりなるｎ型光閉じ込め層１０２を厚膜で成長させる
ことが可能となり、非常に好ましい。ＬＤの場合は、光
閉じ込め層、光ガイド層となる層を、例えば０．１μｍ
以上の膜厚で成長させる必要がある。従来ではＧａＮ、
ＡｌＧａＮ層の上に直接厚膜のＡｌＧａＮを成長させる
と、後から成長させたＡｌＧａＮにクラックが入りやす
くなるので素子作製が困難であったが、このクラック防
止層が、次に成長させる光閉じ込め層にクラックが入る
のを防止することができる。このクラック防止層は１０
０オングストローム以上、０．５μｍ以下の膜厚で成長
させることが好ましい。１００オングストロームよりも
薄いと前記のようにクラック防止として作用しにくく、
０．５μｍよりも厚いと、結晶自体が黒変する傾向にあ
る。なお、このクラック防止層も成長方法、成長装置等
によっては省略可能であるので特に図示していない。

【００２１】次に、原料ガスにＴＥＧ、ＴＭＡ（トリメ
チルアルミニウム）、アンモニア、不純物ガスにシラン
ガスを用いて、Ｓｉドープｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりな
るｎ型光閉じ込め層１０２を０．５μｍの膜厚で成長さ
せる。ｎ型光閉じ込め層１０２はＡｌを含むｎ型の窒化
物半導体で構成し、好ましくは二元混晶あるいは三元混
晶のＡｌ_YＧａ_1-YＮ（０＜Y≦１）とすることにより、
結晶性の良いものが得られ、また活性層との屈折率差を
大きくしてレーザ光の縦方向の閉じ込めに有効である。
この層は通常０．１μｍ〜１μｍの膜厚で成長させるこ
とが望ましい。０．１μｍよりも薄いと光閉じ込め層と
して作用しにくく、１μｍよりも厚いと、たとえクラッ
ク防止層の上に成長させたＡｌＧａＮでも、結晶中にク
ラックが入りやすくなり素子作成が困難となる傾向にあ
る。

【００２２】続いて、原料ガスにＴＭＧ、アンモニア、
不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ
よりなるｎ型光ガイド層１０３を５００オングストロー
ムの膜厚で成長させる。ｎ型光ガイド層１０３は、Ｉｎ
を含むｎ型の窒化物半導体若しくはｎ型ＧａＮ、好まし
くは三元混晶若しくは二元混晶のＩｎ_XＧａ_1-XＮ（０≦
X≦１）とする。この層は通常１００オングストローム
〜１μｍの膜厚で成長させることが望ましく、特にＩｎ
ＧａＮ、ＧａＮとすることにより次の活性層１０４を量
子構造とすることが容易に可能になる。なお、本発明で
はｎ型コンタクト層１０１、クラック防止層、ｎ型光閉
じ込め層１０２、およびｎ型光ガイド層１０３は、全て
請求項のｎ型クラッド層の中に含まれるものとする。

【００２３】次に原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＩ、アンモニ
アを用いて活性層１０４を成長させた。活性層は温度を
７５０℃に保持して、まずノンドープＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ
よりなる井戸層を２５オングストロームの膜厚で成長さ
せる。次にＴＭＩのモル比を変化させるのみで同一温度
で、ノンドープＩｎ0.01Ｇａ0.95Ｎよりなる障壁層を５
０オングストロームの膜厚で成長させる。この操作を１
３回繰り返し、最後に井戸層を成長させ総膜厚０．１μ
ｍの膜厚の多重量子井戸構造よりなる活性層１１０４を
成長させた。活性層１０４はＩｎを含む窒化物半導体で
構成し、好ましくは三元混晶のＩｎ _XＧａ_1-XＮ（０＜X
＜１）とすることが望ましい。三元混晶のＩｎＧａＮは
四元混晶のものに比べて結晶性が良い物が得られるの
で、発光出力が向上する。その中でも特に好ましくは活
性層をＩｎ_XＧａ_1-XＮよりなる井戸層と、井戸層よりも
バンドギャップの大きい窒化物半導体よりなる障壁層と
を積層した多重量子井戸構造（ＭＱＷ：Multi-quantum-
well）とする。障壁層も同様に三元混晶のＩｎ_X'Ｇａ
_1-X'Ｎ（０≦X'＜１、X'＜X）が好ましく、例えば井戸
＋障壁＋井戸＋・・・＋障壁＋井戸層（逆でも可）とな
るように積層して多重量子井戸構造を構成する。このよ
うに活性層をＩｎＧａＮを積層したＭＱＷとすると、量
子準位間発光で約３６５ｎｍ〜６６０ｎｍ間での高出力
なＬＤを実現することができる。さらに、井戸層の上に
ＩｎＧａＮよりなる障壁層を積層すると、ＩｎＧａＮよ
りなる障壁層はＧａＮ、ＡｌＧａＮ結晶に比べて結晶が
柔らかい。そのためクラッド層のＡｌＧａＮの厚さを厚
くできるのでレーザ発振が実現できる。さらに、ＩｎＧ
ａＮとＧａＮとでは結晶の成長温度が異なる。例えばＭ
ＯＶＰＥ法ではＩｎＧａＮは６００℃〜８００℃で成長
させるのに対して、ＧａＮは８００℃より高い温度で成
長させる。従って、ＩｎＧａＮよりなる井戸層を成長さ
せた後、ＧａＮよりなる障壁層を成長させようとすれ
ば、成長温度を上げてやる必要がある。成長温度を上げ
ると、先に成長させたＩｎＧａＮ井戸層が分解してしま
うので結晶性の良い井戸層を得ることは難しい。さらに
井戸層の膜厚は数十オングストロームしかなく、薄膜の
井戸層が分解するとＭＱＷを作製するのが困難となる。
それに対し本発明では、障壁層もＩｎＧａＮであるた
め、井戸層と障壁層が同一温度で成長できる。従って、
先に形成した井戸層が分解することがないので結晶性の
良いＭＱＷを形成することができる。これはＭＱＷの最
も好ましい態様を示したものであるが、他に井戸層をＩ
ｎＧａＮ、障壁層をＧａＮ、ＡｌＧａＮのように井戸層
よりも障壁層のバンドギャップエネルギーを大きくすれ
ばどのような組成でも良い。またこの活性層１０４を単
一の井戸層のみで構成した単一量子井戸構造としても良
い。

【００２４】活性層１０４成長後、温度を１０５０℃に
してＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、アクセプター不純物
源としてＣｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウ
ム）を用い、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎよりなる
ｐ型キャップ層を１００オングストロームの膜厚で成長
させた。このｐ型キャップ層は１μｍ以下、さらに好ま
しくは１０オングストローム以上、０．１μｍ以下の膜
厚で成長させることにより、ＩｎＧａＮよりなる活性層
が分解するのを防止するキャップ層としての作用があ
り、また活性層の上にＡｌを含むｐ型窒化物半導体、好
ましくはＡｌ_YＧａ_1-YＮ（０＜Y＜１）よりなるｐ型キ
ャップ層を成長させることにより、発光出力が格段に向
上する。このｐ型キャップ層の膜厚は１μｍよりも厚い
と、層自体にクラックが入りやすくなり素子作製が困難
となる傾向にある。なおこのｐ型キャップ層も成長方
法、成長装置等によっては省略可能であるため、特に図
示していない。

【００２５】次に温度を１０５０℃に保持しながら、Ｔ
ＭＧ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍｇを用いＭｇドープｐ型Ｇ
ａＮよりなるｐ型光ガイド層１０５を５００オングスト
ロームの膜厚で成長させる。ｐ型光ガイド層１０５も、
Ｉｎを含むｐ型の窒化物半導体若しくはｐ型ＧａＮ、好
ましくは二元混晶または三元混晶のＩｎ_XＧａ_1-XＮ（０
≦X≦１）を成長させる。光ガイド層は、通常１００オ
ングストローム〜１μｍの膜厚で成長させることが望ま
しく、特にＩｎＧａＮ、ＧａＮとすることにより、次の
ｐ型光閉じ込め層１０６を結晶性良く成長できる。

【００２６】続いて、ＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃ
ｐ2Ｍｇを用いてＭｇドープＡｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる
ｐ型光閉じ込め層１０６を、中途まで１００オングスト
ロームの膜厚で成長させる。ｐ型光閉じ込め層１０６
は、この後、電流阻止層成長後に再成長させる。図４に
ｐ型光閉じ込め層１０６まで成長させたウェーハの断面
構造を示す。なお、ｐ型光閉じ込め層１０６は、Ａｌを
含むｐ型の窒化物半導体で構成し、好ましくは二元混晶
または三元混晶のＡｌ_YＧａ_1-YＮ（０＜Y≦１）とする
ことにより結晶性の良いものが得られる。ｐ型光閉じ込
め層はｎ型光閉じ込め層と同じく、０．１μｍ〜１μｍ
の膜厚で成長させることが望ましく、ＡｌＧａＮのよう
なＡｌを含むｐ型窒化物半導体とすることにより、活性
層との屈折率差を大きくして、レーザ光の縦方向の光閉
じ込め層として有効に作用する。

【００２７】（ストライプ状の発振領域を有する活性層
を作製する工程）ｐ型光閉じ込め層１０６成長後、ウェ
ーハを反応容器から取り出し、光閉じ込め層１０６の表
面に、フォトリソグラフィー技術を用いて、ストライプ
幅５μｍのＳｉＯ₂よりなる第１の保護膜３００を形成
する。第１の保護膜３００形成後、ＲＩＥ（反応性イオ
ンエッチング）装置を用いて、図５に示すように、ｐ型
光閉じ込め層１０６から、ｎ型光閉じ込め層１０２まで
エッチングを行い、ストライプ状の発振領域を有する活
性層を作製する。なお、エッチングの深さは、ｎ型光ガ
イド層１０３を通り越して、ｎ型光閉じ込め層１０２を
深さ２００オングストロームまでエッチングした所で止
める。なお、図５はストライプに垂直な方向でウェーハ
を切断した際の断面図である。

【００２８】エッチング終了後、第１の保護膜３００を
除去し、新たに最上層のｐ型光閉じ込め層１０６の表面
に、ＳｉＯ2よりなる第２の保護膜３０１を形成した
後、ウェーハを再び反応容器内に移送し、露出したｎ型
光閉じ込め層１０２の表面に、電流阻止層を形成する。

【００２９】（電流阻止層を形成する工程）再度ウェー
ハを反応容器に設置した後、原料ガスにＴＭＧ、ＴＭ
Ａ、アンモニア、不純物ガスにＣｐ2Ｍｇを用い、１０
５０℃でＭｇドープｐ型Ａｌ0.01Ｇａ0.95Ｎよりなる第
１の電流阻止層２０１を６００オングストロームの膜厚
で成長させる。第１の電流阻止層２０１は、この他ｉ型
のＡｌ_YＧａ_1-YＮとしてもよい。ｉ型にするには、Ｚ
ｎ、Ｃｄ等のｐ型不純物を、ｎ導電性が補償される程度
ドープするか、またはＡｌの混晶比を例えば０．４以上
にするとｉ型となりやすい。

【００３０】続いて、温度を１０５０℃に保持したま
ま、ＴＭＡの流量を多くして原料ガスにＣｐ2Ｍｇの代
わりにＤＥＺ（ジエチルジンク）を用い、Ｚｎドープｉ
型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる第３の電流阻止層２０３を
０．１５μｍの膜厚で成長させる。

【００３１】続いて、原料ガスにＴＭＧ、ＴＭＡ、アン
モニア、不純物ガスにシランガスを用い、Ｓｉドープｎ
型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる第２の電流阻止層２０２を
６００オングストロームの膜厚で成長させる。以上のよ
うにしてｐ−ｉ−ｎの積層構造となるように電流阻止層
２０１、２０３、２０２を成長させたウェーハの断面図
を図６に示す。このようにして、電流阻止層をｎ型光閉
じ込め層１０２の表面に選択成長させる。窒化物半導体
より成る電流阻止層は、ＳｉＯ₂よりなる第２の保護膜
３０１の上にはほとんど成長しない。このように選択成
長させる性質を有する保護膜としては他に、例えば窒化
ケイ素（Ｓｉ_XＮ_Y）が使用できる。

【００３２】本実施例では電流阻止層をｎ型光閉じ込め
層１０２の表面から形成したが、この他、エッチング深
さを調整することにより、電流阻止層はｎ型コンタクト
層１０１の表面、あるいはｎ型光ガイド層１０３の表面
から形成しても良く、特にクラッド層の種類を問うもの
ではない。さらにまた電流阻止層は本実施例のように３
層構造でなくても良く、ストライプ状の活性層の両側面
を挟むことができれば１層若しくは２層構造でも良い。
また、３層以上の構造でも良い。

【００３３】（クラッド層を再成長する工程）電流阻止
層成長後、ウェーハを反応容器から取り出し、第２の保
護膜３０１を除去した後、再度反応容器に移送する。次
に１０５０℃でＴＭＧ、ＴＭＡ、アンモニア、Ｃｐ2Ｍ
ｇを用い、先ほど途中で止めたｐ型光閉じ込め層１０６
の成長の続きを行い、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ
よりなる光閉じ込め層１０６を全体の膜厚として０．１
μｍの膜厚で成長させる。この成長によりｐ型光閉じ込
め層１０６は、先ほど途中まで成長させたストライプ状
のｐ型光閉じ込め層と、ｎ型電流阻止層２０２の両方の
表面に連続して形成される。さらにこの工程において特
に好都合なことは、中途まで成長させたｐ型光閉じ込め
層と同一組成の光閉じ込め層を成長させることである。
同一組成の層を成長させると、結晶間の歪みがなく成長
できるため非常に膜質の良い結晶を成長できる。

【００３４】次にＭｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型コ
ンタクト層１０７を０．５μｍの膜厚で成長させる。ｐ
型コンタクト層１０７はｐ型Ｉｎ_XＡｌ_YＧａ_1-X-YＮ
（０≦X、０≦Y、X＋Y≦１）で構成することができ、特
にＩｎＧａＮ、ＧａＮ、その中でもＭｇをドープしたｐ
型ＧａＮとすると、最もキャリア濃度の高いｐ型層が得
られて、正電極と良好なオーミック接触が得られ、しき
い値電流を低下させることができる。正電極の材料とし
てはＮｉ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｈ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｕ等の比
較的仕事関数の高い金属又は合金がオーミックが得られ
やすい。

【００３５】以上のようにして窒化物半導体を積層した
ウェーハを反応容器から取り出した後、反応性イオンエ
ッチング（ＲＩＥ）装置にて、最上層のｐ型コンタクト
層１０７から選択エッチを行い、負電極を形成すべきｎ
型コンタクト層１０１の平面を露出させる。次に最上層
のｐ型コンタクト層１０７のほぼ全面に正電極１０を形
成し、露出させたｎ型コンタクト層１０１には、活性層
の発振領域に平行なストライプ状の負電極１１を形成す
る。なお本発明ではｐ型キャップ層、ｐ型光ガイド層１
０５、ｐ型光閉じ込め層１０６、およびｐ型コンタクト
層１０７は全て請求項のｐ型クラッド層の中に含まれる
ものとする。

【００３６】電極形成後、ウェーハを研磨装置に移送
し、基板を８０μｍの厚さになるまで研磨して薄くした
後、ストライプ電極に垂直な方向でウェーハを劈開して
共振面を作製した後、劈開面に誘電体多層膜よりなる反
射鏡をスパッタリング装置を用いて形成して共振器を作
製する。さらにストライプ状の負電極１１に平行な方向
でウェーハをダイシングして、共振器長５００μｍのレ
ーザチップとする。図８はこのレーザチップの構造を示
す断面図である。以上のようにして得られたチップをヒ
ートシンクに設置してレーザ素子としたところ、しきい
値電流が直流０．１Ａで、４１０ｎｍの連続発振を示し
た。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明ではストラ
イプ状の発振領域を有する活性層のストライプ両側を、
屈折率の小さい活性層よりも屈折率の小さい窒化物半導
体よりなる電流阻止層で挟んでいるため、レーザの横方
向の光が閉じ込められて、レーザが単一モードとなり発
振しきい値が低下する。さらに活性層を挟んでいるクラ
ッド層が活性層のストライプ幅よりも大きいので、特に
ｐ型コンタクト層のほぼ全面に正電極が形成できる。こ
のためコンタクト層の電流密度も小さくできるのでしき
い値を低下させることができるので、近い将来、室温で
の連続発振が可能となる。このように、本発明による
と、窒化物半導体では初めて実用的な屈折率導波型のレ
ーザ素子が実現でき、短波長半導体レーザを実現するた
めに、その産業上の利用価値は非常に大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る一レーザ素子の構造を示す模式
断面図。

【図２】 本発明に係る一レーザ素子の構造を示す模式
断面図。

【図３】 本発明に係る一レーザ素子の構造を示す模式
断面図。

【図４】 実施例の一工程を説明するためのウェーハの
構造を示す模式断面図。

【図５】 実施例の一工程を説明するためのウェーハの
構造を示す模式断面図。

【図６】 実施例の一工程を説明するためのウェーハの
構造を示す模式断面図。

【図７】 実施例の一工程を説明するためのウェーハの
構造を示す模式断面図。

【図８】 本発明に係る一レーザ素子の構造を示す模式
断面図。

【符号の説明】

１・・・基板 ２・・・ｎ型コンタクト層 ３・・・ｎ型クラッド層 ４・・・活性層 ５・・・ｐ型クラッド層 ６・・・ｐ型コンタクト層 １０・・・正電極 １１・・・負電極 ２０、３１、３２、４１、４２、４３・・・電流阻止層

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ｎ型クラッド層とｐ型クラッド層との間
   に、それらのクラッド層よりも幅の狭いストライプ状の
   発振領域を有する活性層を有し、該活性層のストライプ
   の両側面側に、活性層よりも屈折率の小さい窒化物半導
   体よりなる電流阻止層が設けられていることを特徴とす
   る窒化物半導体レーザ素子。
2. 【請求項２】 前記電流阻止層が、ｎ型クラッド層に接
   近した側にある第１の電流阻止層と、ｐ型クラッド層に
   接近した側にある第２の電流阻止層とからなる少なくと
   も２層構造を有することを特徴とする請求項１に記載の
   窒化物半導体レーザ素子。
3. 【請求項３】 前記第１の電流阻止層と、前記第２の電
   流阻止層との間に、活性層とほぼ同一の膜厚か、それよ
   りも大きい膜厚を有する第３の電流阻止層を有すること
   を特徴とする請求項２に記載の窒化物半導体レーザ素
   子。
4. 【請求項４】 前記活性層が少なくともＩｎ_XＧａ_1-XＮ
   （０＜X＜１）よりなる窒化物半導体層を有し、前記電
   流阻止層が少なくともＡｌ_YＧａ_1-YＮ（０≦Y≦１）よ
   りなる窒化物半導体層を有することを特徴とする請求項
   １ないし３のいずれか一項に記載の窒化物半導体レーザ
   素子。
5. 【請求項５】 前記電流阻止層は、少なくともｐ型不純
   物がドープされた状態若しくはノンドープの状態でｉ型
   の層を含むことを特徴とする請求項１ないし請４のいず
   れか一項に記載の窒化物半導体レーザ素子。
6. 【請求項６】 前記第１の電流阻止層はｐ型若しくはｉ
   型であり、前記第２の電流阻止層がｎ型若しくはｉ型で
   あることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか一項
   に記載の窒化物半導体レーザ素子。