JPH07176826A - 窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子 - Google Patents
窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子Info
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- JPH07176826A JPH07176826A JP31827593A JP31827593A JPH07176826A JP H07176826 A JPH07176826 A JP H07176826A JP 31827593 A JP31827593 A JP 31827593A JP 31827593 A JP31827593 A JP 31827593A JP H07176826 A JPH07176826 A JP H07176826A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 ｐ−ｎ接合を有する窒化ガリウム系化合物半
導体を用いたレーザ素子を実現可能とする。 【構成】 ｎ型ＧａＮ層上に導波路として少なくともｎ
型窒化ガリウム系化合物半導体よりなるｎクラッド層、
ｎ型あるいはｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体よりな
る活性層、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体よりなるｐ
クラッド層を順にストライプ形状に形成したレーザ素子
で、前記導波路のストライプ幅を５０μｍ以下とする。
導体を用いたレーザ素子を実現可能とする。 【構成】 ｎ型ＧａＮ層上に導波路として少なくともｎ
型窒化ガリウム系化合物半導体よりなるｎクラッド層、
ｎ型あるいはｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体よりな
る活性層、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体よりなるｐ
クラッド層を順にストライプ形状に形成したレーザ素子
で、前記導波路のストライプ幅を５０μｍ以下とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ｐ−ｎ接合を有する窒
化ガリウム系化合物半導体レーザ素子に関するものであ
る。
化ガリウム系化合物半導体レーザ素子に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】現在実用化されている半導体レーザは、
可視光領域の赤色領域で発光するものしかなく、青色紫
外領域で発光する半導体レーザは未だ得られておらず、
早期実現が望まれている。その中で、Ｇａ1-x-yＩｎxＡ
ｌyＮ(0≦x≦1、0≦y≦1)で表される窒化ガリウム系化
合物半導体は直接遷移型で可視領域に禁制帯幅を有する
ことから、青色の半導体レーザの有望な材料として期待
されている。
可視光領域の赤色領域で発光するものしかなく、青色紫
外領域で発光する半導体レーザは未だ得られておらず、
早期実現が望まれている。その中で、Ｇａ1-x-yＩｎxＡ
ｌyＮ(0≦x≦1、0≦y≦1)で表される窒化ガリウム系化
合物半導体は直接遷移型で可視領域に禁制帯幅を有する
ことから、青色の半導体レーザの有望な材料として期待
されている。
【０００３】従来、ｐ型ドーパントがドープされた窒化
ガリウム系化合物半導体は高抵抗なｉ型にしかならず、
ｐ型ができなかったためレーザ素子を得ることは不可能
であった。しかし、最近になってｐ型化が可能となり
（特開平２−２５７６７９号公報、特開平３−２１８３
２５号公報、特開平５−１８３１８９号公報等）、ｐ−
ｎ接合型の半導体レーザ素子が実現できる可能性がでて
きた。
ガリウム系化合物半導体は高抵抗なｉ型にしかならず、
ｐ型ができなかったためレーザ素子を得ることは不可能
であった。しかし、最近になってｐ型化が可能となり
（特開平２−２５７６７９号公報、特開平３−２１８３
２５号公報、特開平５−１８３１８９号公報等）、ｐ−
ｎ接合型の半導体レーザ素子が実現できる可能性がでて
きた。
【０００４】ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体を得るに
は、特開平５−１８３１８９号公報に記載のアニーリン
グが有用な方法である。しかし、この方法でｐ型化が実
現されたにも関わらず、窒化ガリウム系化合物半導体を
用いたレーザ素子は未だ実現されていない。
は、特開平５−１８３１８９号公報に記載のアニーリン
グが有用な方法である。しかし、この方法でｐ型化が実
現されたにも関わらず、窒化ガリウム系化合物半導体を
用いたレーザ素子は未だ実現されていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記で述べたように、
窒化ガリウム系化合物半導体を用いたレーザ素子は実現
されていないが、この短波長のレーザ素子が実現できれ
ば情報処理、書き込み光源等に非常に有用である。従っ
て本発明の目的とするところは、窒化ガリウム系化合物
半導体を用いた短波長のレーザ素子を実現可能とするこ
とにある。
窒化ガリウム系化合物半導体を用いたレーザ素子は実現
されていないが、この短波長のレーザ素子が実現できれ
ば情報処理、書き込み光源等に非常に有用である。従っ
て本発明の目的とするところは、窒化ガリウム系化合物
半導体を用いた短波長のレーザ素子を実現可能とするこ
とにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明者らは特開平５−１８３１８９号公報に示し
たアニーリングの技術を用いて、導波路の幅を細くする
ことにより半導体層を均一に低抵抗化させ半導体レーザ
素子を実現可能とした。
め、本発明者らは特開平５−１８３１８９号公報に示し
たアニーリングの技術を用いて、導波路の幅を細くする
ことにより半導体層を均一に低抵抗化させ半導体レーザ
素子を実現可能とした。
【０００７】すなわち、本発明の窒化ガリウム系化合物
半導体レーザ素子は、ｎ型ＧａＮ層の表面に導波路とし
て少なくともｎ型窒化ガリウム系化合物半導体よりなる
ｎクラッド層と、ｎ型あるいはｐ型の窒化ガリウム系化
合物半導体よりなる活性層と、ｐ型窒化ガリウム系化合
物半導体よりなるｐクラッド層とが順にストライプ形状
で積層されて成るダブルヘテロ構造のレーザ素子であ
り、前記導波路のストライプ幅が５０μｍ以下であるこ
とを特徴とする。
半導体レーザ素子は、ｎ型ＧａＮ層の表面に導波路とし
て少なくともｎ型窒化ガリウム系化合物半導体よりなる
ｎクラッド層と、ｎ型あるいはｐ型の窒化ガリウム系化
合物半導体よりなる活性層と、ｐ型窒化ガリウム系化合
物半導体よりなるｐクラッド層とが順にストライプ形状
で積層されて成るダブルヘテロ構造のレーザ素子であ
り、前記導波路のストライプ幅が５０μｍ以下であるこ
とを特徴とする。
【０００８】図１は本発明の窒化ガリウム系化合物半導
体レーザ素子を表す断面図であり、サファイア基板１上
にＧａＮよりなるバッファ層２、Ｓｉをドープしたｎ型
ＧａＮコンタクト層３が形成されている。そのＳｉドー
プｎ型ＧａＮコンタクト層３上に、導波路として順に、
Ｓｉをドープしたｎ型ＧａＡｌＮクラッド層４、Ｓｉを
ドープしたｎ型ＩｎＧａＮ活性層５、Ｍｇをドープした
ｐ型ＧａＡｌＮクラッド層６、Ｍｇをドープしたｐ型Ｇ
ａＮコンタクト層７が形成されたダブルヘテロ構造を有
し、更に電極として、ｐ型ＧａＮコンタクト層７の上に
ｐ層オーミック電極８、ｎ型ＧａＮコンタクト層３の上
にｎ層オーミック電極９が形成されて成るものである。
体レーザ素子を表す断面図であり、サファイア基板１上
にＧａＮよりなるバッファ層２、Ｓｉをドープしたｎ型
ＧａＮコンタクト層３が形成されている。そのＳｉドー
プｎ型ＧａＮコンタクト層３上に、導波路として順に、
Ｓｉをドープしたｎ型ＧａＡｌＮクラッド層４、Ｓｉを
ドープしたｎ型ＩｎＧａＮ活性層５、Ｍｇをドープした
ｐ型ＧａＡｌＮクラッド層６、Ｍｇをドープしたｐ型Ｇ
ａＮコンタクト層７が形成されたダブルヘテロ構造を有
し、更に電極として、ｐ型ＧａＮコンタクト層７の上に
ｐ層オーミック電極８、ｎ型ＧａＮコンタクト層３の上
にｎ層オーミック電極９が形成されて成るものである。
【０００９】また、図２は図１のレーザ素子の断面図を
電極側から見た図である。このように、本発明のレーザ
素子は、導波路をストライプ形状として、その幅を細く
している。
電極側から見た図である。このように、本発明のレーザ
素子は、導波路をストライプ形状として、その幅を細く
している。
【００１０】前記導波路を形成するには、ｎ型とｐ型の
窒化ガリウム系化合物半導体層を積層した後、図１に示
した形状となるようにエッチングを行う。エッチング法
としては、ドライエッチングを用いる。ドライエッチン
グには、例えば、イオンミリング、ＥＣＲエッチング、
反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、イオンビームアシ
ストエッチング等がある。この時、導波路のストライプ
の幅ｄは５０μｍ以下、更に好ましくは２０〜５μｍの
範囲とする。
窒化ガリウム系化合物半導体層を積層した後、図１に示
した形状となるようにエッチングを行う。エッチング法
としては、ドライエッチングを用いる。ドライエッチン
グには、例えば、イオンミリング、ＥＣＲエッチング、
反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、イオンビームアシ
ストエッチング等がある。この時、導波路のストライプ
の幅ｄは５０μｍ以下、更に好ましくは２０〜５μｍの
範囲とする。
【００１１】このようにして所望の形状に得られた半導
体を、アニーリングすることによりｐ型ドーパントをド
ープした窒化ガリウム系化合物半導体層をｐ型化する。
この時のアニーリングの詳しい条件は、先に示した特開
平５−１８３１８９号公報で述べてある。
体を、アニーリングすることによりｐ型ドーパントをド
ープした窒化ガリウム系化合物半導体層をｐ型化する。
この時のアニーリングの詳しい条件は、先に示した特開
平５−１８３１８９号公報で述べてある。
【００１２】
【作用】本発明の半導体レーザ素子において、前述した
ように導波路の幅を５０μｍ以下にして、アニーリング
を行うと、ｐ型ドーパントをドープした半導体層内の水
素ガスが放出されやすくなるという利点がある。従来の
ようにアニーリングだけでもｐ型化はできるが、水素ガ
スは半導体層側面から放出されるため、導波路の幅を細
くしてアニーリングを行った方が半導体層内の水素ガス
が放出されやすくなり、ｐ型ドーパントをドープした半
導体層全面を面内均一にｐ型化でき、発光出力の高い半
導体レーザ素子を得ることができる。尚、アニーリング
の詳しい作用は、先に示した特開平５−１８３１８９号
公報に示してある。
ように導波路の幅を５０μｍ以下にして、アニーリング
を行うと、ｐ型ドーパントをドープした半導体層内の水
素ガスが放出されやすくなるという利点がある。従来の
ようにアニーリングだけでもｐ型化はできるが、水素ガ
スは半導体層側面から放出されるため、導波路の幅を細
くしてアニーリングを行った方が半導体層内の水素ガス
が放出されやすくなり、ｐ型ドーパントをドープした半
導体層全面を面内均一にｐ型化でき、発光出力の高い半
導体レーザ素子を得ることができる。尚、アニーリング
の詳しい作用は、先に示した特開平５−１８３１８９号
公報に示してある。
【００１３】導波路の幅を細くすると、更にもう一つの
利点がある。半導体レーザはｐ層とｎ層間の電子の授受
により電流が流れ発光するものであるが、導波路の幅を
細くすると、そこに電子が集中して入ってくるので半導
体層内の電流密度が大きくなり発振しきい値電流が減少
する。
利点がある。半導体レーザはｐ層とｎ層間の電子の授受
により電流が流れ発光するものであるが、導波路の幅を
細くすると、そこに電子が集中して入ってくるので半導
体層内の電流密度が大きくなり発振しきい値電流が減少
する。
【００１４】
【実施例】以下の実施例で、本発明の窒化ガリウム系半
導体レーザ素子について図面に基づき詳しく述べる。
導体レーザ素子について図面に基づき詳しく述べる。
【００１５】［実施例］まず、ＭＯＣＶＤ装置を用いて
サファイア基板１上にＧａＮバッファ層２を２００オン
グストローム成長させる。続いて、バッファ層２上にＳ
ｉをドープしたｎ型ＧａＮコンタクト層３を４μｍ、Ｓ
ｉをドープしたｎ型ＧａＡｌＮクラッド層４を０．２μ
ｍ、Ｓｉをドープしたｎ型ＩｎＧａＮ活性層５を２００
オングストローム、更にＭｇをドープしたｐ型ＧａＡｌ
Ｎクラッド層６を０．２μｍ、Ｍｇをドープしたｐ型Ｇ
ａＮコンタクト層７を０．５μｍの膜厚で順次成長させ
る。
サファイア基板１上にＧａＮバッファ層２を２００オン
グストローム成長させる。続いて、バッファ層２上にＳ
ｉをドープしたｎ型ＧａＮコンタクト層３を４μｍ、Ｓ
ｉをドープしたｎ型ＧａＡｌＮクラッド層４を０．２μ
ｍ、Ｓｉをドープしたｎ型ＩｎＧａＮ活性層５を２００
オングストローム、更にＭｇをドープしたｐ型ＧａＡｌ
Ｎクラッド層６を０．２μｍ、Ｍｇをドープしたｐ型Ｇ
ａＮコンタクト層７を０．５μｍの膜厚で順次成長させ
る。
【００１６】次いで、最上層のＭｇドープｐ型ＧａＮ層
７上に所望の形状のマスクを形成し、図１に示したよう
にｎ型ＧａＮ層３が露出されるまでエッチングし、スト
ライプ幅ｄを５０μｍとした導波路を得る。
７上に所望の形状のマスクを形成し、図１に示したよう
にｎ型ＧａＮ層３が露出されるまでエッチングし、スト
ライプ幅ｄを５０μｍとした導波路を得る。
【００１７】エッチング終了後、マスクを剥離し、６０
０℃で１０分間アニーリングを行いＭｇドープＧａＮコ
ンタクト層７及びＭｇドープＧａＡｌＮクラッド層６を
低抵抗化させ、ｐ−ｎ接合を得る。
０℃で１０分間アニーリングを行いＭｇドープＧａＮコ
ンタクト層７及びＭｇドープＧａＡｌＮクラッド層６を
低抵抗化させ、ｐ−ｎ接合を得る。
【００１８】アニーリング後、ｐ電極形成用マスクを形
成し、図１に示すように、ｐ層上にＮｉ／Ａｕを蒸着さ
せｐ層オーミック電極８とする。蒸着後、マスクを剥離
し、続いてｎ電極形成用のマスクを形成し、図１に示す
ように、ｎ層上にＡｌを蒸着させ、ｎ層オーミック電極
９とする。
成し、図１に示すように、ｐ層上にＮｉ／Ａｕを蒸着さ
せｐ層オーミック電極８とする。蒸着後、マスクを剥離
し、続いてｎ電極形成用のマスクを形成し、図１に示す
ように、ｎ層上にＡｌを蒸着させ、ｎ層オーミック電極
９とする。
【００１９】以上のようにして得られたウエハーを、チ
ップ状にカットして半導体レーザ素子を得た。
ップ状にカットして半導体レーザ素子を得た。
【００２０】［比較例］上記実施例と同様に、基板上に
バッファ層、ｎ型及びｐ型半導体層を成長させる。半導
体層成長後、導波路のストライプ幅が６０μｍとなるよ
うに、ｐ型ＧａＮコンタクト層上にマスクを形成し、ｎ
型ＧａＮコンタクト層に達するまでエッチングを行う。
それ以外は、上記実施例と同様にして半導体レーザ素子
を形成した。
バッファ層、ｎ型及びｐ型半導体層を成長させる。半導
体層成長後、導波路のストライプ幅が６０μｍとなるよ
うに、ｐ型ＧａＮコンタクト層上にマスクを形成し、ｎ
型ＧａＮコンタクト層に達するまでエッチングを行う。
それ以外は、上記実施例と同様にして半導体レーザ素子
を形成した。
【００２１】以上のようにして形成されたものについて
レーザ発振を行い、発振しきい値電流密度、発振波長、
素子寿命について比較を行った。すると、導波路の幅を
６０μｍとした従来のものは発振しきい値電流密度３ｋ
Ａ／ｃｍ2で発振波長４２０ｎｍ、素子寿命が約１時間
であったのに対し、本実施例により得られた半導体レー
ザ素子では、発振しきい値電流密度２ｋＡ／ｃｍ2で発
振波長４２０ｎｍ、素子寿命が約１００時間と著しく向
上した。
レーザ発振を行い、発振しきい値電流密度、発振波長、
素子寿命について比較を行った。すると、導波路の幅を
６０μｍとした従来のものは発振しきい値電流密度３ｋ
Ａ／ｃｍ2で発振波長４２０ｎｍ、素子寿命が約１時間
であったのに対し、本実施例により得られた半導体レー
ザ素子では、発振しきい値電流密度２ｋＡ／ｃｍ2で発
振波長４２０ｎｍ、素子寿命が約１００時間と著しく向
上した。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように、窒化ガリウム系化
合物半導体レーザ素子の導波路の幅を５０μｍ以下にし
てアニーリングすることにより、ｐ型ドーパントをドー
プした半導体層内の水素ガスが半導体層側面から放出さ
れやすくなり、面内均一に低抵抗化されたｐ型ＧａＮ層
及びｐ型ＧａＡｌＮ層を得ることが可能となる。従って
本発明によれば、発光強度の増加した高輝度な窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザ素子を実現できる。
合物半導体レーザ素子の導波路の幅を５０μｍ以下にし
てアニーリングすることにより、ｐ型ドーパントをドー
プした半導体層内の水素ガスが半導体層側面から放出さ
れやすくなり、面内均一に低抵抗化されたｐ型ＧａＮ層
及びｐ型ＧａＡｌＮ層を得ることが可能となる。従って
本発明によれば、発光強度の増加した高輝度な窒化ガリ
ウム系化合物半導体レーザ素子を実現できる。
【図１】 本発明の実施例の工程において得られる半導
体レーザ素子の概略断面図。
体レーザ素子の概略断面図。
【図２】 本発明の実施例の工程において得られる半導
体レーザ素子を電極側から見た図。
体レーザ素子を電極側から見た図。
１・・・・サファイア基板 ２・・・・バッファ層 ３・・・・Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタクト層 ４・・・・Ｓｉドープｎ型ＧａＡｌＮクラッド層 ５・・・・Ｓｉドープｎ型ＩｎＧａＮ活性層 ６・・・・Ｍｇドープｐ型ＧａＡｌＮクラッド層 ７・・・・Ｍｇドープｐ型ＧａＮコンタクト層 ８・・・・ｐ層オーミック電極 ９・・・・ｎ層オーミック電極 ｄ・・・・導波路のストライプ幅
Claims (1)
- 【請求項１】 ｎ型ＧａＮ層の表面に導波路として少な
くともｎ型窒化ガリウ系化合物半導体よりなるｎクラッ
ド層と、ｎ型あるいはｐ型の窒化ガリウム系化合物半導
体よりなる活性層と、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体
よりなるｐクラッド層とが順にストライプ形状で積層さ
れて成るダブルヘテロ構造のレーザ素子であり、前記導
波路のストライプ幅が５０μｍ以下であることを特徴と
する窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31827593A JP2800666B2 (ja) | 1993-12-17 | 1993-12-17 | 窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31827593A JP2800666B2 (ja) | 1993-12-17 | 1993-12-17 | 窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07176826A true JPH07176826A (ja) | 1995-07-14 |
| JP2800666B2 JP2800666B2 (ja) | 1998-09-21 |
Family
ID=18097390
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31827593A Expired - Lifetime JP2800666B2 (ja) | 1993-12-17 | 1993-12-17 | 窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2800666B2 (ja) |
Cited By (13)
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-
1993
- 1993-12-17 JP JP31827593A patent/JP2800666B2/ja not_active Expired - Lifetime
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