JP2000216476A - 半導体発光素子 - Google Patents
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Landscapes
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 反射率が高い反射膜を有する半導体発光素子
を提供することである。 【解決手段】 ＧａＮ系半導体レーザ素子１００は、サ
ファイア基板１上に、低温バッファ層２、ｎ−コンタク
ト層３、ｎ−クラッド層４、ｎ−光ガイド層５、ｎ−Ｍ
ＱＷ発光層６、ｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層７、ｐ−光ガ
イド層８、ｐ−クラッド層９およびｐ−コンタクト層１
０が順に積層されている。半導体レーザ素子１００の後
端面３０は反射膜３３により被覆されている。反射膜３
３は、８つのＳｉＯ2 膜３１と８つのＳｉ3 Ｎ4 膜３２
とが順に積層されてなり、ＳｉＯ2膜３１と後端面３０
とが接触する。
を提供することである。 【解決手段】 ＧａＮ系半導体レーザ素子１００は、サ
ファイア基板１上に、低温バッファ層２、ｎ−コンタク
ト層３、ｎ−クラッド層４、ｎ−光ガイド層５、ｎ−Ｍ
ＱＷ発光層６、ｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層７、ｐ−光ガ
イド層８、ｐ−クラッド層９およびｐ−コンタクト層１
０が順に積層されている。半導体レーザ素子１００の後
端面３０は反射膜３３により被覆されている。反射膜３
３は、８つのＳｉＯ2 膜３１と８つのＳｉ3 Ｎ4 膜３２
とが順に積層されてなり、ＳｉＯ2膜３１と後端面３０
とが接触する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＢＮ（窒化ホウ
素）、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニ
ム）もしくはＩｎＮ（窒化インジウム）またはこれらの
混晶等のIII −Ｖ族窒化物系半導体（以下、窒化物系半
導体と呼ぶ）からなる半導体発光素子に関する。
素）、ＧａＮ（窒化ガリウム）、ＡｌＮ（窒化アルミニ
ム）もしくはＩｎＮ（窒化インジウム）またはこれらの
混晶等のIII −Ｖ族窒化物系半導体（以下、窒化物系半
導体と呼ぶ）からなる半導体発光素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザ素子の共振器端面は反射膜
により被覆されている。
により被覆されている。
【０００３】赤色または赤外の光を出射する従来のＧａ
Ａｓ系半導体レーザ素子においては、共振器端面に酸化
膜が接していると、共振器端面の酸化による光吸収が生
じる。このため、ＣＯＤ（Catastrophic Optical Damag
e ；破局的光学損傷）が発生しやすく、寿命の低下につ
ながる。そのため、従来のＧａＡｓ系半導体レーザ素子
においては、反射膜として窒化膜が用いられている。
Ａｓ系半導体レーザ素子においては、共振器端面に酸化
膜が接していると、共振器端面の酸化による光吸収が生
じる。このため、ＣＯＤ（Catastrophic Optical Damag
e ；破局的光学損傷）が発生しやすく、寿命の低下につ
ながる。そのため、従来のＧａＡｓ系半導体レーザ素子
においては、反射膜として窒化膜が用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】近年、青色または紫色
の光を発するＧａＮ系半導体レーザ素子の実用化が進ん
でいる。このようなＧａＮ系半導体レーザ素子において
も、ＧａＡｓ系半導体レーザ素子と同様に窒化膜からな
る反射膜が用いられている。
の光を発するＧａＮ系半導体レーザ素子の実用化が進ん
でいる。このようなＧａＮ系半導体レーザ素子において
も、ＧａＡｓ系半導体レーザ素子と同様に窒化膜からな
る反射膜が用いられている。
【０００５】しかしながら、反射膜の材料として利用で
きる窒化物の種類は少ない。このため、窒化膜の屈折率
が限定されるので、反射膜の反射率を任意に選択するこ
とが困難である。
きる窒化物の種類は少ない。このため、窒化膜の屈折率
が限定されるので、反射膜の反射率を任意に選択するこ
とが困難である。
【０００６】また、窒化膜の屈折率はＧａＮ系半導体の
屈折率に近いので、窒化膜においては高い反射率が得ら
れない。したがって、共振器端面において高い反射率で
光を反射することができず、光の損失が多くなる。この
ため、ＧａＮ系半導体レーザ素子におけるしきい値電流
が高くなる。
屈折率に近いので、窒化膜においては高い反射率が得ら
れない。したがって、共振器端面において高い反射率で
光を反射することができず、光の損失が多くなる。この
ため、ＧａＮ系半導体レーザ素子におけるしきい値電流
が高くなる。
【０００７】一方、高い反射率を得るためには、反射膜
において、窒化膜と酸化膜とを多数積層する必要があ
る。このため、反射膜の製造工程が複雑となる。
において、窒化膜と酸化膜とを多数積層する必要があ
る。このため、反射膜の製造工程が複雑となる。
【０００８】本発明の目的は、任意の反射率を容易に選
択可能な反射膜を有する半導体発光素子を提供すること
である。
択可能な反射膜を有する半導体発光素子を提供すること
である。
【０００９】本発明の他の目的は、反射率が高い反射膜
を有する半導体発光素子を提供することである。
を有する半導体発光素子を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段および発明の効果】本発明
に係る半導体発光素子は、発光層を含みかつガリウム、
アルミニウム、インジウムおよびホウ素の少なくとも１
つを含む窒化物系半導体層を備えた半導体発光素子であ
って、窒化物系半導体層の少なくとも１つの端面が反射
膜で被覆され、反射膜は端面に接する酸化膜を含むもの
である。
に係る半導体発光素子は、発光層を含みかつガリウム、
アルミニウム、インジウムおよびホウ素の少なくとも１
つを含む窒化物系半導体層を備えた半導体発光素子であ
って、窒化物系半導体層の少なくとも１つの端面が反射
膜で被覆され、反射膜は端面に接する酸化膜を含むもの
である。
【００１１】本発明に係る半導体発光素子においては、
窒化物系半導体層の少なくとも１つの端面と、反射膜を
構成する酸化膜とが接する。窒化物系半導体層の表面は
安定で酸化されにくいため、端面に酸化膜が接しても、
ＣＯＤは発生しない。
窒化物系半導体層の少なくとも１つの端面と、反射膜を
構成する酸化膜とが接する。窒化物系半導体層の表面は
安定で酸化されにくいため、端面に酸化膜が接しても、
ＣＯＤは発生しない。
【００１２】また、このような反射膜の材料として利用
可能な酸化物の種類は多く、屈折率の高い材料から屈折
率の低い材料まで含まれる。したがって、酸化膜の材料
を選択することにより、反射膜の反射率を任意に選択す
ることが可能となる。
可能な酸化物の種類は多く、屈折率の高い材料から屈折
率の低い材料まで含まれる。したがって、酸化膜の材料
を選択することにより、反射膜の反射率を任意に選択す
ることが可能となる。
【００１３】さらに、酸化膜の熱伝導係数は窒化膜に比
べて高いため、放熱特性が改善され、信頼性が向上す
る。
べて高いため、放熱特性が改善され、信頼性が向上す
る。
【００１４】窒化物系半導体層は一対の共振器端面を有
し、一対の共振器端面の少なくとも一方が反射膜で被覆
されてもよい。
し、一対の共振器端面の少なくとも一方が反射膜で被覆
されてもよい。
【００１５】これにより、酸化膜を含む反射膜により少
なくとも一方の共振器端面が被覆されてなる半導体レー
ザ素子が得られる。この場合、反射膜により被覆された
半導体レーザ素子の共振器端面は、反射膜中の酸化膜と
接する。しかしながら、共振器端面は窒化物系半導体で
形成されているので、安定で酸化されにくい。このた
め、ＣＯＤが発生しない。
なくとも一方の共振器端面が被覆されてなる半導体レー
ザ素子が得られる。この場合、反射膜により被覆された
半導体レーザ素子の共振器端面は、反射膜中の酸化膜と
接する。しかしながら、共振器端面は窒化物系半導体で
形成されているので、安定で酸化されにくい。このた
め、ＣＯＤが発生しない。
【００１６】また、酸化膜の材料を選択することによ
り、反射膜の反射率を任意に選択することが可能とな
る。
り、反射膜の反射率を任意に選択することが可能とな
る。
【００１７】半導体レーザ素子の共振器端面に屈折率の
小さな材料により構成される酸化膜を接触させた場合、
光はこの共振器端面において高い反射率で反射される。
したがって、半導体レーザ素子における光の損失を低減
することが可能となり、しきい値電流の低減が図られ
る。それにより、消費電力が低減されるとともに、素子
寿命が長くなる。
小さな材料により構成される酸化膜を接触させた場合、
光はこの共振器端面において高い反射率で反射される。
したがって、半導体レーザ素子における光の損失を低減
することが可能となり、しきい値電流の低減が図られ
る。それにより、消費電力が低減されるとともに、素子
寿命が長くなる。
【００１８】一方、半導体レーザ素子の共振器端面に屈
折率の大きな材料により構成される酸化膜を接触させた
場合、光はこの共振器端面において低い反射率で反射さ
れる。したがって、共振器端面から出射される光量を高
くすることができる。それにより、半導体レーザ素子の
光出力を高くすることが可能となる。
折率の大きな材料により構成される酸化膜を接触させた
場合、光はこの共振器端面において低い反射率で反射さ
れる。したがって、共振器端面から出射される光量を高
くすることができる。それにより、半導体レーザ素子の
光出力を高くすることが可能となる。
【００１９】一対の共振器端面がそれぞれ反射膜で被覆
されてもよい。この場合、各々の共振器端面を被覆する
反射膜の反射率を任意に選択することにより、しきい値
電流の低い半導体レーザ素子または光出力の高い半導体
レーザ素子が得られる。
されてもよい。この場合、各々の共振器端面を被覆する
反射膜の反射率を任意に選択することにより、しきい値
電流の低い半導体レーザ素子または光出力の高い半導体
レーザ素子が得られる。
【００２０】一対の共振器端面上の反射膜中の酸化膜が
互いに異なる屈折率を有してもよい。これにより、各々
の共振器端面上の反射膜は異なる反射率を有する。屈折
率の小さい酸化膜を含む反射膜においては、高い反射率
が得られる。一方、屈折率の大きな酸化膜を含む反射膜
においては、低い反射率が得られる。
互いに異なる屈折率を有してもよい。これにより、各々
の共振器端面上の反射膜は異なる反射率を有する。屈折
率の小さい酸化膜を含む反射膜においては、高い反射率
が得られる。一方、屈折率の大きな酸化膜を含む反射膜
においては、低い反射率が得られる。
【００２１】したがって、一方の共振器端面上の反射膜
の反射率および他方の共振器端面上の反射膜の反射率を
それぞれ任意に選択することにより、しきい値電流が低
くかつ光出力の高い半導体レーザ素子を実現することが
可能となる。
の反射率および他方の共振器端面上の反射膜の反射率を
それぞれ任意に選択することにより、しきい値電流が低
くかつ光出力の高い半導体レーザ素子を実現することが
可能となる。
【００２２】また、反射膜は、酸化膜上に積層された窒
化膜をさらに含んでもよい。この場合においても、酸化
膜の材料を選択することにより、反射膜の反射率を任意
に選択することが可能となる。屈折率の小さな材料によ
り構成される酸化膜を半導体レーザ素子の共振器端面に
接触させることにより、しきい値電流の低い半導体レー
ザ素子が得られる。また、屈折率の大きな材料により構
成される酸化膜を半導体レーザ素子の共振器端面に接触
させることにより、光出力の高い半導体レーザ素子が得
られる。
化膜をさらに含んでもよい。この場合においても、酸化
膜の材料を選択することにより、反射膜の反射率を任意
に選択することが可能となる。屈折率の小さな材料によ
り構成される酸化膜を半導体レーザ素子の共振器端面に
接触させることにより、しきい値電流の低い半導体レー
ザ素子が得られる。また、屈折率の大きな材料により構
成される酸化膜を半導体レーザ素子の共振器端面に接触
させることにより、光出力の高い半導体レーザ素子が得
られる。
【００２３】また、上記の反射膜は、酸化膜および窒化
膜の積層構造からなるため、半導体レーザ素子の共振器
端面と酸化膜との界面において反射が起こるとともに、
窒化膜と空気の界面においても反射が起こる。このよう
な多重反射により、反射膜において、さらに高い反射率
を得ることが可能となる。
膜の積層構造からなるため、半導体レーザ素子の共振器
端面と酸化膜との界面において反射が起こるとともに、
窒化膜と空気の界面においても反射が起こる。このよう
な多重反射により、反射膜において、さらに高い反射率
を得ることが可能となる。
【００２４】さらに、反射膜は、複数組の酸化膜と窒化
膜との積層構造を含んでもよい。この場合においても、
酸化膜の材料、酸化膜と窒化膜との積層構造の数および
膜厚を選択することにより、反射膜の反射率を任意に選
択することが可能となる。屈折率の小さな材料により構
成される酸化膜を半導体レーザ素子の共振器端面に接触
させることにより、しきい値電流の低い半導体レーザ素
子が得られる。また、屈折率の大きな材料により構成さ
れる酸化膜を半導体レーザ素子の共振器端面に接触させ
ることにより、光出力の高い半導体発光素子が得られ
る。
膜との積層構造を含んでもよい。この場合においても、
酸化膜の材料、酸化膜と窒化膜との積層構造の数および
膜厚を選択することにより、反射膜の反射率を任意に選
択することが可能となる。屈折率の小さな材料により構
成される酸化膜を半導体レーザ素子の共振器端面に接触
させることにより、しきい値電流の低い半導体レーザ素
子が得られる。また、屈折率の大きな材料により構成さ
れる酸化膜を半導体レーザ素子の共振器端面に接触させ
ることにより、光出力の高い半導体発光素子が得られ
る。
【００２５】また、上記の反射膜は、酸化膜と窒化膜と
の積層構造を複数組含むので、半導体レーザ素子の共振
器端面と酸化膜との界面において反射が起こるととも
に、窒化膜と空気の界面においても反射が起こり、さら
に酸化膜と窒化膜との界面においても反射が起こる。こ
のような多重反射により、反射膜においてさらに高い反
射率を得ることが可能となる。
の積層構造を複数組含むので、半導体レーザ素子の共振
器端面と酸化膜との界面において反射が起こるととも
に、窒化膜と空気の界面においても反射が起こり、さら
に酸化膜と窒化膜との界面においても反射が起こる。こ
のような多重反射により、反射膜においてさらに高い反
射率を得ることが可能となる。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る半導体発光素
子の例として、半導体レーザ素子について説明する。
子の例として、半導体レーザ素子について説明する。
【００２７】図１（ａ）は本発明に係る半導体レーザ素
子の第１の例を示す模式的断面図であり、図１（ｂ）
は、図１（ａ）を上から見た場合の模式的平面図であ
る。
子の第１の例を示す模式的断面図であり、図１（ｂ）
は、図１（ａ）を上から見た場合の模式的平面図であ
る。
【００２８】図１（ａ）に示すように、半導体レーザ素
子１００は、サファイア基板１上に、アンドープのＡｌ
0.1 Ｇａ0.9 Ｎ低温バッファ層２、ｎ−ＧａＮコンタク
ト層３、ｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層４、ｎ−Ｇ
ａＮ光ガイド層５、ｎ−ＭＱＷ発光層６、ｐ−Ａｌ0.1
Ｇａ0.9 Ｎ層７、ｐ−ＧａＮ光ガイド層８、ｐ−Ａｌ
0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層９およびｐ−ＧａＮコンタク
ト層１０が順に積層されている。この場合のｎ型ドーパ
ントとしてはＳｉが用いられており、ｐ型ドーパントと
してはＭｇが用いられている。
子１００は、サファイア基板１上に、アンドープのＡｌ
0.1 Ｇａ0.9 Ｎ低温バッファ層２、ｎ−ＧａＮコンタク
ト層３、ｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層４、ｎ−Ｇ
ａＮ光ガイド層５、ｎ−ＭＱＷ発光層６、ｐ−Ａｌ0.1
Ｇａ0.9 Ｎ層７、ｐ−ＧａＮ光ガイド層８、ｐ−Ａｌ
0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層９およびｐ−ＧａＮコンタク
ト層１０が順に積層されている。この場合のｎ型ドーパ
ントとしてはＳｉが用いられており、ｐ型ドーパントと
してはＭｇが用いられている。
【００２９】ｎ−ＭＱＷ発光層６は、Ｉｎ0.03Ｇａ0.97
Ｎからなる４つの量子障壁層と、Ｉｎ0.13Ｇａ0.87Ｎか
らなる３つの量子井戸層とが交互に積層されてなる多重
量子井戸構造を有する。
Ｎからなる４つの量子障壁層と、Ｉｎ0.13Ｇａ0.87Ｎか
らなる３つの量子井戸層とが交互に積層されてなる多重
量子井戸構造を有する。
【００３０】ｐ−ＧａＮコンタクト層１０からｎ−Ｇａ
Ｎコンタクト層３までの一部領域がエッチングされ、ｎ
−ＧａＮコンタクト層３の一部領域が露出している。こ
の露出したｎ−ＧａＮコンタクト層３上に、Ｔｉ膜、Ａ
ｌ膜およびＡｕ膜を順に積層してなるｎ電極５０が形成
されている。また、ｐ−ＧａＮコンタクト層１０上の所
定領域に、Ｎｉ膜およびＡｕ膜を順に積層してなるｐ電
極５１が形成されている。電極形成領域以外のｐ−Ｇａ
Ｎコンタクト層１０上面およびｎ−ＧａＮコンタクト層
３上面と各半導体層３〜１０の側面とに、ＳｉＯ2 保護
膜５２が形成されている。また、ｐ電極５１上およびＳ
ｉＯ2 保護膜５２の所定領域上に、ｐ−ＰＡＤ電極５３
が形成されている。
Ｎコンタクト層３までの一部領域がエッチングされ、ｎ
−ＧａＮコンタクト層３の一部領域が露出している。こ
の露出したｎ−ＧａＮコンタクト層３上に、Ｔｉ膜、Ａ
ｌ膜およびＡｕ膜を順に積層してなるｎ電極５０が形成
されている。また、ｐ−ＧａＮコンタクト層１０上の所
定領域に、Ｎｉ膜およびＡｕ膜を順に積層してなるｐ電
極５１が形成されている。電極形成領域以外のｐ−Ｇａ
Ｎコンタクト層１０上面およびｎ−ＧａＮコンタクト層
３上面と各半導体層３〜１０の側面とに、ＳｉＯ2 保護
膜５２が形成されている。また、ｐ電極５１上およびＳ
ｉＯ2 保護膜５２の所定領域上に、ｐ−ＰＡＤ電極５３
が形成されている。
【００３１】図１（ｂ）に示すように、半導体レーザ素
子１００は、へき開により形成された共振器端面２０，
３０を有する。光出射側の共振器端面（以下、前端面と
呼ぶ）２０は露出している。
子１００は、へき開により形成された共振器端面２０，
３０を有する。光出射側の共振器端面（以下、前端面と
呼ぶ）２０は露出している。
【００３２】一方、光出射側と反対側の共振器端面（以
下、後端面と呼ぶ）３０は、８つのＳｉＯ2 膜３１と８
つのＳｉ3 Ｎ4 膜とが交互に積層されてなる反射膜３３
により被覆されている。反射膜３３においては、ＳｉＯ
2 膜３１と後端面３０とが接触する。
下、後端面と呼ぶ）３０は、８つのＳｉＯ2 膜３１と８
つのＳｉ3 Ｎ4 膜とが交互に積層されてなる反射膜３３
により被覆されている。反射膜３３においては、ＳｉＯ
2 膜３１と後端面３０とが接触する。
【００３３】ＧａＡｓ等の化合物半導体材料を用いた半
導体レーザ素子においては、共振器端面をＳｉＯ2 膜等
の酸化膜により直接被覆すると、共振器端面が酸化膜に
より酸化される。このように酸化された共振器端面は光
を吸収しやすい。
導体レーザ素子においては、共振器端面をＳｉＯ2 膜等
の酸化膜により直接被覆すると、共振器端面が酸化膜に
より酸化される。このように酸化された共振器端面は光
を吸収しやすい。
【００３４】共振器端面が光を吸収すると、共振器端面
のエネルギー密度が高くなるため、共振器端面が破壊さ
れる。このような高光エネルギー密度による素子の破壊
をＣＯＤ（Catastrophic Optical Damage ）と呼ぶ。し
たがって、ＧａＡｓ等の化合物半導体材料を用いた半導
体レーザ素子においては、ＣＯＤの発生を防止するた
め、共振器端面と酸化膜とが接触するのを避け、Ｓｉ3
Ｎ4 膜等の窒化膜等により共振器端面を被覆する。
のエネルギー密度が高くなるため、共振器端面が破壊さ
れる。このような高光エネルギー密度による素子の破壊
をＣＯＤ（Catastrophic Optical Damage ）と呼ぶ。し
たがって、ＧａＡｓ等の化合物半導体材料を用いた半導
体レーザ素子においては、ＣＯＤの発生を防止するた
め、共振器端面と酸化膜とが接触するのを避け、Ｓｉ3
Ｎ4 膜等の窒化膜等により共振器端面を被覆する。
【００３５】これに対して、半導体レーザ素子１００に
おいては、ＧａＮ系半導体におけるＧａとＮとの結合が
強く安定であるため、後端面３０をＳｉＯ2 膜３１によ
り直接被覆しても後端面３０は酸化されない。したがっ
て、後端面３０が光を吸収することはなく、ＣＯＤは発
生しない。
おいては、ＧａＮ系半導体におけるＧａとＮとの結合が
強く安定であるため、後端面３０をＳｉＯ2 膜３１によ
り直接被覆しても後端面３０は酸化されない。したがっ
て、後端面３０が光を吸収することはなく、ＣＯＤは発
生しない。
【００３６】このように半導体レーザ素子１００におい
ては、後端面３０をＳｉＯ2 膜３１により被覆すること
が可能となるため、ＳｉＯ2 膜３１およびＳｉ3 Ｎ4 膜
３２を順に積層してなる反射膜３３により、後端面３０
を被覆することが可能となる。
ては、後端面３０をＳｉＯ2 膜３１により被覆すること
が可能となるため、ＳｉＯ2 膜３１およびＳｉ3 Ｎ4 膜
３２を順に積層してなる反射膜３３により、後端面３０
を被覆することが可能となる。
【００３７】また、同じ元素の酸化物と窒化物とでは、
一般的には、酸化物の方が窒化物よりも屈折率が小さ
い。このため、Ｓｉの酸化物からなるＳｉＯ2 膜３１の
方が、窒化物からなるＳｉ3 Ｎ4 膜３２よりも屈折率が
小さい。ＳｉＯ2 膜３１の屈折率は１．５であり、Ｓｉ
3 Ｎ4 膜３２の屈折率は２〜２．１である。一方、Ｇａ
Ｎ系半導体から構成される後端面３０の屈折率は２．６
である。
一般的には、酸化物の方が窒化物よりも屈折率が小さ
い。このため、Ｓｉの酸化物からなるＳｉＯ2 膜３１の
方が、窒化物からなるＳｉ3 Ｎ4 膜３２よりも屈折率が
小さい。ＳｉＯ2 膜３１の屈折率は１．５であり、Ｓｉ
3 Ｎ4 膜３２の屈折率は２〜２．１である。一方、Ｇａ
Ｎ系半導体から構成される後端面３０の屈折率は２．６
である。
【００３８】屈折率の異なる層の界面においては、光は
屈折率の大きい層に向かって進む。したがって、後端面
３０とＳｉＯ2 膜３１とが接触する場合および後端面３
０とＳｉ3 Ｎ4 膜３２とが接触する場合においては、光
は、ＳｉＯ2 膜３１およびＳｉ3 Ｎ4 膜３２により反射
される。
屈折率の大きい層に向かって進む。したがって、後端面
３０とＳｉＯ2 膜３１とが接触する場合および後端面３
０とＳｉ3 Ｎ4 膜３２とが接触する場合においては、光
は、ＳｉＯ2 膜３１およびＳｉ3 Ｎ4 膜３２により反射
される。
【００３９】前述のようにＳｉＯ2 膜３１の方がＳｉ3
Ｎ4 膜３２よりも屈折率が小さいため、ＳｉＯ2 膜３１
と後端面３０との屈折率の差の方が、Ｓｉ3 Ｎ4 膜３２
と後端面３０との屈折率の差よりも大きくなる。したが
って、ＳｉＯ2 膜３１の方が、Ｓｉ3 Ｎ4 膜３２よりも
高い反射率で光を反射する。このように、反射率の高い
ＳｉＯ2 膜３１により後端面３０を直接被覆する反射膜
３３においては、Ｓｉ 3 Ｎ4 膜３２により後端面３０を
直接被覆する反射膜よりも高い反射率が得られる。
Ｎ4 膜３２よりも屈折率が小さいため、ＳｉＯ2 膜３１
と後端面３０との屈折率の差の方が、Ｓｉ3 Ｎ4 膜３２
と後端面３０との屈折率の差よりも大きくなる。したが
って、ＳｉＯ2 膜３１の方が、Ｓｉ3 Ｎ4 膜３２よりも
高い反射率で光を反射する。このように、反射率の高い
ＳｉＯ2 膜３１により後端面３０を直接被覆する反射膜
３３においては、Ｓｉ 3 Ｎ4 膜３２により後端面３０を
直接被覆する反射膜よりも高い反射率が得られる。
【００４０】さらに、ＳｉＯ2 膜３１とＳｉ3 Ｎ4 膜３
２とを積層してなる反射膜３３においては、Ｓｉ3 Ｎ4
膜３２と空気との界面においても反射が起こる。したが
って、反射膜３３においては、ＳｉＯ2 膜３１による反
射とＳｉ3 Ｎ4 膜３２による反射との多重反射が起こる
ため、さらに高い反射率を得ることが可能となる。
２とを積層してなる反射膜３３においては、Ｓｉ3 Ｎ4
膜３２と空気との界面においても反射が起こる。したが
って、反射膜３３においては、ＳｉＯ2 膜３１による反
射とＳｉ3 Ｎ4 膜３２による反射との多重反射が起こる
ため、さらに高い反射率を得ることが可能となる。
【００４１】ｎ−ＭＱＷ発光層６において発生した光
は、共振器内、すなわち前端面２０と後端面３０との間
を往復することにより増幅され、前端面２０からレーザ
発振する。
は、共振器内、すなわち前端面２０と後端面３０との間
を往復することにより増幅され、前端面２０からレーザ
発振する。
【００４２】半導体レーザ素子１００においては、上記
のように高い反射率を有する反射膜３３により後端面３
０が被覆されているため、後端面３０において、光は高
い反射率で反射される。したがって、光の増幅の際にお
ける光の損失を抑えることが可能となる。これにより、
低い駆動電流でのレーザ発振が可能となる。
のように高い反射率を有する反射膜３３により後端面３
０が被覆されているため、後端面３０において、光は高
い反射率で反射される。したがって、光の増幅の際にお
ける光の損失を抑えることが可能となる。これにより、
低い駆動電流でのレーザ発振が可能となる。
【００４３】以上のことから、半導体レーザ素子１００
においては、しきい値電流が低減される。それにより、
消費電力が低減される。また、ＧａＮ系半導体結晶中に
おける転位の増殖を抑制することが可能となるため、素
子寿命が延びる。
においては、しきい値電流が低減される。それにより、
消費電力が低減される。また、ＧａＮ系半導体結晶中に
おける転位の増殖を抑制することが可能となるため、素
子寿命が延びる。
【００４４】ＳｉＯ2 膜３１はＳｉ3 Ｎ4 膜３２に比べ
て安定である。また、ＳｉＯ2 膜３１の熱伝導係数は、
Ｓｉ3 Ｎ4 膜３２の熱伝導係数よりも大きい。したがっ
て、ＳｉＯ2 膜３１を後端面３０に接触させることによ
り、Ｓｉ3 Ｎ4 膜３２を後端面３０に接触させた場合よ
りも半導体レーザ素子１００の放熱特性を改善すること
が可能となる。それにより、半導体レーザ素子１００の
信頼性が向上する。
て安定である。また、ＳｉＯ2 膜３１の熱伝導係数は、
Ｓｉ3 Ｎ4 膜３２の熱伝導係数よりも大きい。したがっ
て、ＳｉＯ2 膜３１を後端面３０に接触させることによ
り、Ｓｉ3 Ｎ4 膜３２を後端面３０に接触させた場合よ
りも半導体レーザ素子１００の放熱特性を改善すること
が可能となる。それにより、半導体レーザ素子１００の
信頼性が向上する。
【００４５】図２は、本発明に係る半導体レーザ素子の
第２の例を示す模式的平面図である。
第２の例を示す模式的平面図である。
【００４６】なお、図２に示す半導体レーザ素子２００
は、前端面２０が反射膜２３により被覆される点を除い
て、図１（ａ）および（ｂ）に示す半導体レーザ素子１
００と同様の構造を有する。
は、前端面２０が反射膜２３により被覆される点を除い
て、図１（ａ）および（ｂ）に示す半導体レーザ素子１
００と同様の構造を有する。
【００４７】前端面２０を被覆する反射膜２３は、Ｓｉ
Ｏ2 膜２１とＳｉ3 Ｎ4 膜２２とが順に積層されてな
る。反射膜２３においては、ＳｉＯ2 膜２１と前端面２
０とが接触する。
Ｏ2 膜２１とＳｉ3 Ｎ4 膜２２とが順に積層されてな
る。反射膜２３においては、ＳｉＯ2 膜２１と前端面２
０とが接触する。
【００４８】前端面２０がＳｉＯ2 膜２１により直接被
覆されてなる半導体レーザ素子２００においても、半導
体レーザ素子１００と同様、ＣＯＤは発生しない。
覆されてなる半導体レーザ素子２００においても、半導
体レーザ素子１００と同様、ＣＯＤは発生しない。
【００４９】また、ＳｉＯ2 膜２１はＳｉ3 Ｎ4 膜２２
よりも屈折率が小さいため、ＳｉＯ 2 膜２１において
は、Ｓｉ3 Ｎ4 膜２２よりも高い反射率が得られる。し
たがって、前端面２０をＳｉＯ2 膜２１により直接被覆
する反射膜２３においては、前端面２０をＳｉ3 Ｎ4 膜
２２により直接被覆する反射膜よりも高い反射率を得る
ことが可能となる。
よりも屈折率が小さいため、ＳｉＯ 2 膜２１において
は、Ｓｉ3 Ｎ4 膜２２よりも高い反射率が得られる。し
たがって、前端面２０をＳｉＯ2 膜２１により直接被覆
する反射膜２３においては、前端面２０をＳｉ3 Ｎ4 膜
２２により直接被覆する反射膜よりも高い反射率を得る
ことが可能となる。
【００５０】さらに、ＳｉＯ2 膜２１とＳｉ3 Ｎ4 膜２
２とを積層してなる反射膜２３においては、Ｓｉ3 Ｎ4
膜２２と空気との界面で反射が起こる。したがって、反
射膜２３においては、反射膜３３と同様、ＳｉＯ2 膜２
１による反射とＳｉ3 Ｎ4 膜２２による反射との多重反
射が起こるため、さらに高い反射率を得ることが可能と
なる。
２とを積層してなる反射膜２３においては、Ｓｉ3 Ｎ4
膜２２と空気との界面で反射が起こる。したがって、反
射膜２３においては、反射膜３３と同様、ＳｉＯ2 膜２
１による反射とＳｉ3 Ｎ4 膜２２による反射との多重反
射が起こるため、さらに高い反射率を得ることが可能と
なる。
【００５１】半導体レーザ素子２００においては、高い
反射率を有する反射膜２３により前端面２０が被覆され
るとともに、高い反射率を有する反射膜３３により後端
面３０が被覆されている。このため、前端面２０および
後端面３０において、光は高い反射率で反射される。し
たがって、光の増幅の際における光の損失を抑えること
が可能となる。これにより、低い駆動電流でのレーザ発
振が可能となる。
反射率を有する反射膜２３により前端面２０が被覆され
るとともに、高い反射率を有する反射膜３３により後端
面３０が被覆されている。このため、前端面２０および
後端面３０において、光は高い反射率で反射される。し
たがって、光の増幅の際における光の損失を抑えること
が可能となる。これにより、低い駆動電流でのレーザ発
振が可能となる。
【００５２】以上のことから、半導体レーザ素子２００
においては、しきい値電流が低減される。これにより、
消費電力が低減されるとともに、素子寿命が長くなる。
においては、しきい値電流が低減される。これにより、
消費電力が低減されるとともに、素子寿命が長くなる。
【００５３】また、熱伝導係数の小さいＳｉＯ2 膜２
１，３１が、前端面２０および後端面３０に接触してい
るので、半導体レーザ素子２００の放熱特性を改善する
ことが可能となる。これにより、半導体レーザ素子２０
０の信頼性が向上する。
１，３１が、前端面２０および後端面３０に接触してい
るので、半導体レーザ素子２００の放熱特性を改善する
ことが可能となる。これにより、半導体レーザ素子２０
０の信頼性が向上する。
【００５４】図３は本発明に係る半導体レーザ素子の第
３の例を示す模式的平面図である。なお、図３に示す半
導体レーザ素子３００は、前端面２０が反射膜２５によ
り被覆される点を除いて、図２に示す半導体レーザ素子
２００と同様の構造を有する。
３の例を示す模式的平面図である。なお、図３に示す半
導体レーザ素子３００は、前端面２０が反射膜２５によ
り被覆される点を除いて、図２に示す半導体レーザ素子
２００と同様の構造を有する。
【００５５】前端面２０を被覆する反射膜２５は、Ｔｉ
Ｏ2 膜２４とＳｉＯ2 膜２１とが順に積層されてなる。
反射膜２５においては、ＴｉＯ2 膜２４と前端面２０と
が接触する。
Ｏ2 膜２４とＳｉＯ2 膜２１とが順に積層されてなる。
反射膜２５においては、ＴｉＯ2 膜２４と前端面２０と
が接触する。
【００５６】前端面２０がＴｉＯ2 膜２４により直接被
覆されてなる半導体レーザ素子３００においても、前端
面２０がＳｉＯ2 膜２１により直接被覆されてなる半導
体レーザ素子２００と同様、ＣＯＤは発生しない。
覆されてなる半導体レーザ素子３００においても、前端
面２０がＳｉＯ2 膜２１により直接被覆されてなる半導
体レーザ素子２００と同様、ＣＯＤは発生しない。
【００５７】また、ＴｉＯ2 膜２４の屈折率は２．２で
あり、Ｓｉ3 Ｎ4 膜の屈折率よりも大きい。このため、
ＴｉＯ2 膜２４と前端面２０との屈折率の差の方が、Ｓ
ｉ3Ｎ4 膜と前端面２０との屈折率の差よりも小さくな
る。したがって、ＴｉＯ2 膜２４においては、Ｓｉ3 Ｎ
4 膜よりも低い反射率が得られる。このように反射率の
低いＴｉＯ2 膜２４により前端面２０を直接被覆する反
射膜２５においては、Ｓｉ3 Ｎ4 膜により前端面２０を
直接被覆する反射膜よりも低い反射率が得られる。
あり、Ｓｉ3 Ｎ4 膜の屈折率よりも大きい。このため、
ＴｉＯ2 膜２４と前端面２０との屈折率の差の方が、Ｓ
ｉ3Ｎ4 膜と前端面２０との屈折率の差よりも小さくな
る。したがって、ＴｉＯ2 膜２４においては、Ｓｉ3 Ｎ
4 膜よりも低い反射率が得られる。このように反射率の
低いＴｉＯ2 膜２４により前端面２０を直接被覆する反
射膜２５においては、Ｓｉ3 Ｎ4 膜により前端面２０を
直接被覆する反射膜よりも低い反射率が得られる。
【００５８】半導体レーザ素子３００においては、上記
のように低い反射率を有する反射膜２５により前端面２
０が被覆されているため、前端面２０から出射した光が
反射膜２５において反射されるのを抑えることが可能と
なる。したがって、レーザ発振時における光の損失を抑
えることが可能となる。
のように低い反射率を有する反射膜２５により前端面２
０が被覆されているため、前端面２０から出射した光が
反射膜２５において反射されるのを抑えることが可能と
なる。したがって、レーザ発振時における光の損失を抑
えることが可能となる。
【００５９】また、高い反射率を有する反射膜３３によ
り後端面３０が被覆されているため、反射膜３３により
光が高い反射率で反射される。したがって、増幅時にお
ける光の損失を抑えることが可能となる。
り後端面３０が被覆されているため、反射膜３３により
光が高い反射率で反射される。したがって、増幅時にお
ける光の損失を抑えることが可能となる。
【００６０】以上のことから、半導体レーザ素子３００
においては、しきい値電流が低減されるとともに、光出
力を高くすることが可能となる。
においては、しきい値電流が低減されるとともに、光出
力を高くすることが可能となる。
【００６１】上記のように、ＧａＮ系半導体レーザ素子
においては、酸化膜により共振器端面を直接被覆するこ
とが可能となる。したがって、ＧａＮ系半導体レーザ素
子の共振器端面を被覆する反射膜として、半導体レーザ
素子１００，２００，３００の反射膜２３，３３のよう
に、酸化膜と窒化膜とを順に積層してなる反射膜を用い
てもよい。また、半導体レーザ素子３００の反射膜２５
のように、酸化膜が積層されてなる反射膜を用いてもよ
い。あるいは、単層の酸化膜からなる反射膜を用いても
よく、酸化物と窒化物との混合物からなる反射膜を用い
てもよい。
においては、酸化膜により共振器端面を直接被覆するこ
とが可能となる。したがって、ＧａＮ系半導体レーザ素
子の共振器端面を被覆する反射膜として、半導体レーザ
素子１００，２００，３００の反射膜２３，３３のよう
に、酸化膜と窒化膜とを順に積層してなる反射膜を用い
てもよい。また、半導体レーザ素子３００の反射膜２５
のように、酸化膜が積層されてなる反射膜を用いてもよ
い。あるいは、単層の酸化膜からなる反射膜を用いても
よく、酸化物と窒化物との混合物からなる反射膜を用い
てもよい。
【００６２】また、反射膜における酸化膜の材料とし
て、半導体レーザ素子１００，２００，３００において
示したＳｉＯ2 およびＴｉＯ2 以外に、Ｂｅ、Ｂ、Ｍ
ｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｒ、Ｓｎ
等の酸化物、あるいは、例えばＳｉＯＮ等の酸素と窒素
の両方を含む膜を用いることが可能である。一方、反射
膜における窒化膜の材料としては、半導体レーザ素子１
００，２００，３００において示したＳｉ3 Ｎ4 以外
に、Ｔｉ、Ａｌ等の窒化物を用いることが可能である。
て、半導体レーザ素子１００，２００，３００において
示したＳｉＯ2 およびＴｉＯ2 以外に、Ｂｅ、Ｂ、Ｍ
ｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｓｃ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｓｒ、Ｓｎ
等の酸化物、あるいは、例えばＳｉＯＮ等の酸素と窒素
の両方を含む膜を用いることが可能である。一方、反射
膜における窒化膜の材料としては、半導体レーザ素子１
００，２００，３００において示したＳｉ3 Ｎ4 以外
に、Ｔｉ、Ａｌ等の窒化物を用いることが可能である。
【００６３】このように、酸化膜を構成できる材料は、
窒化膜を構成できる材料よりも多く、屈折率の高い材料
から屈折率の低い材料まで含まれる。したがって、酸化
膜の材料を選択することにより、反射膜の反射率を任意
に選択することが可能となる。そのため、所望の反射率
の反射膜を用いることにより、共振器端面における反射
率を素子の用途に応じて任意に選択することが可能とな
る。
窒化膜を構成できる材料よりも多く、屈折率の高い材料
から屈折率の低い材料まで含まれる。したがって、酸化
膜の材料を選択することにより、反射膜の反射率を任意
に選択することが可能となる。そのため、所望の反射率
の反射膜を用いることにより、共振器端面における反射
率を素子の用途に応じて任意に選択することが可能とな
る。
【００６４】例えば、図２の半導体レーザ素子２００に
おいては、前端面２０および後端面３０が反射率の高い
反射膜２３および反射膜３３により被覆されている。こ
のような半導体レーザ素子２００は、低いしきい値電流
が要求される場合において最適である。
おいては、前端面２０および後端面３０が反射率の高い
反射膜２３および反射膜３３により被覆されている。こ
のような半導体レーザ素子２００は、低いしきい値電流
が要求される場合において最適である。
【００６５】一方、図３の半導体レーザ素子３００にお
いては、前端面２０が反射率の低い反射膜２５により被
覆され、後端面３０が反射率の高い反射膜により被覆さ
れている。このような半導体レーザ素子３００は、高い
光出力が要求される場合において最適である。
いては、前端面２０が反射率の低い反射膜２５により被
覆され、後端面３０が反射率の高い反射膜により被覆さ
れている。このような半導体レーザ素子３００は、高い
光出力が要求される場合において最適である。
【００６６】なお、半導体レーザ素子１００，２００，
３００においては、後端面３０の反射膜３３において、
８つのＳｉＯ2 膜３１と８つのＳｉ3 Ｎ4 膜３２とを積
層しているが、ＳｉＯ2 膜３１およびＳｉ3 Ｎ4 膜３２
の積層数はこれ以外であってもよい。また、前端面２０
の反射膜２３，２５についても同様である。反射膜を構
成する膜の積層数および厚さを調整することにより、反
射膜の反射率を調整することが可能である。
３００においては、後端面３０の反射膜３３において、
８つのＳｉＯ2 膜３１と８つのＳｉ3 Ｎ4 膜３２とを積
層しているが、ＳｉＯ2 膜３１およびＳｉ3 Ｎ4 膜３２
の積層数はこれ以外であってもよい。また、前端面２０
の反射膜２３，２５についても同様である。反射膜を構
成する膜の積層数および厚さを調整することにより、反
射膜の反射率を調整することが可能である。
【００６７】また、半導体レーザ素子１００，２００，
３００においては、各層がＡｌ、ＧａおよびＩｎを含む
窒化物系半導体により構成されるが、これ以外に、ホウ
素を含む窒化物系半導体により各層が構成されてもよ
い。
３００においては、各層がＡｌ、ＧａおよびＩｎを含む
窒化物系半導体により構成されるが、これ以外に、ホウ
素を含む窒化物系半導体により各層が構成されてもよ
い。
【００６８】さらに、上記においては、本発明を半導体
レーザ素子１００，２００，３００に適用した場合につ
いて説明したが、本発明は、発光ダイオード等の他の半
導体発光素子においても適用可能である。
レーザ素子１００，２００，３００に適用した場合につ
いて説明したが、本発明は、発光ダイオード等の他の半
導体発光素子においても適用可能である。
【００６９】
【実施例】［実施例１］実施例１においては、図１の半
導体レーザ素子１００を用いた。
導体レーザ素子１００を用いた。
【００７０】半導体レーザ素子１００は以下のようにし
て作製した。十分洗浄したサファイア基板のｃ（０００
１）面上に、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）によ
り、Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎからなる厚さ２０ｎｍの低温バ
ッファ層２、厚さ３μｍのｎ−ＧａＮコンタクト層３、
厚さ７００ｎｍのｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層
４、厚さ１５０ｎｍのｎ−ＧａＮ光ガイド層５、ｎ−Ｍ
ＱＷ発光層６、厚さ２０ｎｍのｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ
層７、厚さ１５０ｎｍのｐ−ＧａＮ光ガイド層８、厚さ
７００ｎｍのｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層９、厚
さ３００ｎｍのｐ−ＧａＮコンタクト層１０を順に成長
させた。なお、ｎ−ＭＱＷ発光層６は、４つの厚さ２０
ｎｍのＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ障壁層と３つの厚さ１５ｎｍ
のＩｎ0.13Ｇａ0.87Ｎからなる量子井戸層とが交互に積
層されてなる。
て作製した。十分洗浄したサファイア基板のｃ（０００
１）面上に、ＭＯＣＶＤ法（有機金属気相成長法）によ
り、Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎからなる厚さ２０ｎｍの低温バ
ッファ層２、厚さ３μｍのｎ−ＧａＮコンタクト層３、
厚さ７００ｎｍのｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層
４、厚さ１５０ｎｍのｎ−ＧａＮ光ガイド層５、ｎ−Ｍ
ＱＷ発光層６、厚さ２０ｎｍのｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ
層７、厚さ１５０ｎｍのｐ−ＧａＮ光ガイド層８、厚さ
７００ｎｍのｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層９、厚
さ３００ｎｍのｐ−ＧａＮコンタクト層１０を順に成長
させた。なお、ｎ−ＭＱＷ発光層６は、４つの厚さ２０
ｎｍのＩｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ障壁層と３つの厚さ１５ｎｍ
のＩｎ0.13Ｇａ0.87Ｎからなる量子井戸層とが交互に積
層されてなる。
【００７１】ｎ型ドーパントとしてはＳｉを用い、ｐ型
ドーパントとしてはＭｇを用いた。次に、サファイア基
板１上に成長させた各半導体層２〜１０を６００℃の窒
素雰囲気中に置き、ｐ型ドーパントを活性化した。
ドーパントとしてはＭｇを用いた。次に、サファイア基
板１上に成長させた各半導体層２〜１０を６００℃の窒
素雰囲気中に置き、ｐ型ドーパントを活性化した。
【００７２】続いて、ｐ−ＧａＮコンタクト層１０上の
所定領域にフォトレジストを形成し、ｐ−ＧａＮコンタ
クト層１０上面およびフォトレジスト上面にＮｉを蒸着
した。その後、フォトレジスト上のＮｉをフォトレジス
トとともに除去した。このようにして、ｐ−ＧａＮコン
タクト層１０上の所定領域を厚さ８００ｎｍのＮｉマス
クで被覆した。
所定領域にフォトレジストを形成し、ｐ−ＧａＮコンタ
クト層１０上面およびフォトレジスト上面にＮｉを蒸着
した。その後、フォトレジスト上のＮｉをフォトレジス
トとともに除去した。このようにして、ｐ−ＧａＮコン
タクト層１０上の所定領域を厚さ８００ｎｍのＮｉマス
クで被覆した。
【００７３】さらに、Ｎｉマスクで被覆しなかった領域
において、ｐ−ＧａＮコンタクト層１０からｎ−ＧａＮ
コンタクト層３までの深さ２．５μｍを、塩素イオンを
用いた反応性イオンエッチング法によりエッチングし、
ｎ−ＧａＮコンタクト層３を露出させた。
において、ｐ−ＧａＮコンタクト層１０からｎ−ＧａＮ
コンタクト層３までの深さ２．５μｍを、塩素イオンを
用いた反応性イオンエッチング法によりエッチングし、
ｎ−ＧａＮコンタクト層３を露出させた。
【００７４】上記のようにして露出させたｎ−ＧａＮコ
ンタクト層３上に、厚さ１００ｎｍのＴｉ膜、厚さ２０
０ｎｍのＡｌ膜および厚さ５００ｎｍのＡｕ膜を順に蒸
着し、ｎ電極５０を形成した。
ンタクト層３上に、厚さ１００ｎｍのＴｉ膜、厚さ２０
０ｎｍのＡｌ膜および厚さ５００ｎｍのＡｕ膜を順に蒸
着し、ｎ電極５０を形成した。
【００７５】さらに、幅１０μｍおよび長さ７００μｍ
のストライプ状の開口部をｐ−ＧａＮコンタクト層１０
上の電極形成領域に有するフォトレジストを形成した。
その後、厚さ３００ｎｍのＮｉ膜および厚さ４００ｎｍ
のＡｕ膜を順に蒸着し、リフトオフ法により、フォトレ
ジスト上のＮｉ膜およびＡｕ膜をフォトレジストととも
に除去した。このようにして、ストライプ状のｐ電極５
１を形成した。
のストライプ状の開口部をｐ−ＧａＮコンタクト層１０
上の電極形成領域に有するフォトレジストを形成した。
その後、厚さ３００ｎｍのＮｉ膜および厚さ４００ｎｍ
のＡｕ膜を順に蒸着し、リフトオフ法により、フォトレ
ジスト上のＮｉ膜およびＡｕ膜をフォトレジストととも
に除去した。このようにして、ストライプ状のｐ電極５
１を形成した。
【００７６】次に、ｎ電極５０およびｐ電極５１上にフ
ォトレジストを形成し、厚さ５０００ÅのＳｉＯ2 を蒸
着した。フォトレジスト上のＳｉＯ2 を、リフトオフ法
により、フォトレジストとともに除去した。このように
して、電極形成領域を除くｐ−ＧａＮコンタクト層１０
上面およびｎ−ＧａＮコンタクト層３上面と、各半導体
層２〜１０の側面とに、ＳｉＯ2 保護膜５２を形成し
た。
ォトレジストを形成し、厚さ５０００ÅのＳｉＯ2 を蒸
着した。フォトレジスト上のＳｉＯ2 を、リフトオフ法
により、フォトレジストとともに除去した。このように
して、電極形成領域を除くｐ−ＧａＮコンタクト層１０
上面およびｎ−ＧａＮコンタクト層３上面と、各半導体
層２〜１０の側面とに、ＳｉＯ2 保護膜５２を形成し
た。
【００７７】続いて、ｐ電極５１とその周辺に開口部を
有するフォトレジストを形成し、厚さ１５００ÅのＴｉ
膜および厚さ５０００ÅのＡｕ膜を蒸着した。フォトレ
ジスト上のＴｉ膜およびＡｕ膜を、リフトオフ法によ
り、フォトレジストとともに除去し、ｐ−ＰＡＤ電極５
３を形成した。
有するフォトレジストを形成し、厚さ１５００ÅのＴｉ
膜および厚さ５０００ÅのＡｕ膜を蒸着した。フォトレ
ジスト上のＴｉ膜およびＡｕ膜を、リフトオフ法によ
り、フォトレジストとともに除去し、ｐ−ＰＡＤ電極５
３を形成した。
【００７８】さらに、サファイア基板１および各半導体
層２〜１０を、ｐ電極５１の短辺と平行な面においてへ
き開し、幅１０μｍおよび長さ５００μｍの共振器を形
成した。
層２〜１０を、ｐ電極５１の短辺と平行な面においてへ
き開し、幅１０μｍおよび長さ５００μｍの共振器を形
成した。
【００７９】続いて、上記のようにして分離した素子の
一方の共振器端面に、反射膜３３を形成した。
一方の共振器端面に、反射膜３３を形成した。
【００８０】まず、スパッタリングターゲットとしてＳ
ｉを備えたスパッタリング装置中に素子を置き、Ｏ2 ガ
スを導入した。このようにして、スパッタリングによ
り、一方の共振器端面上に厚さ６４ｎｍのＳｉＯ2 膜３
１を形成した。続いて、Ｏ2 ガスに代えてＮ2 ガスを導
入し、ＳｉＯ2 膜３１上に厚さ４７ｎｍのＳｉ3 Ｎ4 膜
３２を形成した。以上の操作を繰り返し行い、８つのＳ
ｉＯ2 膜３１と８つのＳｉ3 Ｎ4 膜３２とを交互に積層
してなる反射膜３３を形成した。
ｉを備えたスパッタリング装置中に素子を置き、Ｏ2 ガ
スを導入した。このようにして、スパッタリングによ
り、一方の共振器端面上に厚さ６４ｎｍのＳｉＯ2 膜３
１を形成した。続いて、Ｏ2 ガスに代えてＮ2 ガスを導
入し、ＳｉＯ2 膜３１上に厚さ４７ｎｍのＳｉ3 Ｎ4 膜
３２を形成した。以上の操作を繰り返し行い、８つのＳ
ｉＯ2 膜３１と８つのＳｉ3 Ｎ4 膜３２とを交互に積層
してなる反射膜３３を形成した。
【００８１】なお、Ｎ2 ガスのＳｉＯ2 膜３１への混入
およびＯ2 ガスのＳｉ3 Ｎ4 膜３２への混入を防止する
ため、導入するガスを代える際においては、Ｏ2 ガスま
たはＮ2 ガスの導入を停止してから長い時間をおいてＮ
2 ガスまたはＯ2 ガスを導入した。
およびＯ2 ガスのＳｉ3 Ｎ4 膜３２への混入を防止する
ため、導入するガスを代える際においては、Ｏ2 ガスま
たはＮ2 ガスの導入を停止してから長い時間をおいてＮ
2 ガスまたはＯ2 ガスを導入した。
【００８２】以上のようにして、反射膜３３により後端
面３０が被覆されてなる半導体レーザ素子１００を作製
した。
面３０が被覆されてなる半導体レーザ素子１００を作製
した。
【００８３】実施例１の半導体レーザ素子１００におい
ては、ＣＯＤは観測されず、また、前端面２０および後
端面３０における発振波長４００ｎｍの光の反射率は、
約２０％および９９．５％であった。
ては、ＣＯＤは観測されず、また、前端面２０および後
端面３０における発振波長４００ｎｍの光の反射率は、
約２０％および９９．５％であった。
【００８４】半導体レーザ素子１００のしきい値電流は
２６５ｍＡであった。また、２８０ｍＡの駆動電流にお
ける光出力は６ｍＷであった。
２６５ｍＡであった。また、２８０ｍＡの駆動電流にお
ける光出力は６ｍＷであった。
【００８５】［実施例２］実施例２においては、図２の
半導体レーザ素子２００を用いた。
半導体レーザ素子２００を用いた。
【００８６】半導体レーザ素子２００は、前端面２０が
反射膜２３により被覆される点を除いて、実施例１の半
導体レーザ素子１００と同様の構造を有する。
反射膜２３により被覆される点を除いて、実施例１の半
導体レーザ素子１００と同様の構造を有する。
【００８７】反射膜２３はＳｉＯ2 膜２１とＳｉ3 Ｎ4
膜２２とが順に積層されてなる。このような反射膜２３
は以下のようにして形成した。反射膜２３の形成の際に
は、実施例１において作製した半導体レーザ素子１００
の露出した共振器端面上に、反射膜３３の形成時と同様
のスパッタリングにより、厚さ１２８ｎｍのＳｉＯ2膜
２１および厚さ９４ｎｍのＳｉ3 Ｎ4 膜２２を順に形成
した。
膜２２とが順に積層されてなる。このような反射膜２３
は以下のようにして形成した。反射膜２３の形成の際に
は、実施例１において作製した半導体レーザ素子１００
の露出した共振器端面上に、反射膜３３の形成時と同様
のスパッタリングにより、厚さ１２８ｎｍのＳｉＯ2膜
２１および厚さ９４ｎｍのＳｉ3 Ｎ4 膜２２を順に形成
した。
【００８８】実施例２の半導体レーザ素子２００におい
ては、ＣＯＤは観測されず、また、前端面２０および後
端面３０における発振波長４００ｎｍの光の反射率は４
０％および９９．５％であった。
ては、ＣＯＤは観測されず、また、前端面２０および後
端面３０における発振波長４００ｎｍの光の反射率は４
０％および９９．５％であった。
【００８９】半導体レーザ素子２００のしきい値電流は
２５０ｍＡであった。また、２８０ｍＡの駆動電流を流
した場合の光出力は５．５ｍＷであった。
２５０ｍＡであった。また、２８０ｍＡの駆動電流を流
した場合の光出力は５．５ｍＷであった。
【００９０】［実施例３］実施例３においては、図３の
半導体レーザ素子３００を用いた。
半導体レーザ素子３００を用いた。
【００９１】半導体レーザ素子３００は、前端面２０が
反射膜２５により被覆される点を除いて、実施例２の半
導体レーザ素子２００と同様の構造を有する。
反射膜２５により被覆される点を除いて、実施例２の半
導体レーザ素子２００と同様の構造を有する。
【００９２】反射膜２５はＴｉＯ2 膜２４とＳｉＯ2 膜
２１とが順に積層されてなる。このような反射膜２５
は、以下の点を除いて、実施例２の半導体レーザ素子２
００の反射膜２３と同様の形成方法により形成した。
２１とが順に積層されてなる。このような反射膜２５
は、以下の点を除いて、実施例２の半導体レーザ素子２
００の反射膜２３と同様の形成方法により形成した。
【００９３】反射膜２５の形成の際には、スパッタリン
グターゲットとしてＳｉおよびＴｉを備えたスパッタリ
ング装置において、Ｏ2 ガスを導入した。なお、Ｓｉと
Ｔｉのスパッタリングターゲットは、同一チャンバー内
の別ポートに設置した。各々のポートには放電用ＲＦ電
源が設けられており、この各々の電源をそれぞれ入切す
ることにより、スパッタリングターゲットを選択するこ
とが可能である。
グターゲットとしてＳｉおよびＴｉを備えたスパッタリ
ング装置において、Ｏ2 ガスを導入した。なお、Ｓｉと
Ｔｉのスパッタリングターゲットは、同一チャンバー内
の別ポートに設置した。各々のポートには放電用ＲＦ電
源が設けられており、この各々の電源をそれぞれ入切す
ることにより、スパッタリングターゲットを選択するこ
とが可能である。
【００９４】Ｔｉターゲットを用いたスパッタリングに
より、露出した共振器端面上に厚さ９１ｎｍのＴｉＯ2
膜２４を形成した。さらに、Ｓｉターゲットを用いたス
パッタリングにより、ＴｉＯ2 膜２４上に厚さ６４ｎｍ
のＳｉＯ2 膜２１を形成した。
より、露出した共振器端面上に厚さ９１ｎｍのＴｉＯ2
膜２４を形成した。さらに、Ｓｉターゲットを用いたス
パッタリングにより、ＴｉＯ2 膜２４上に厚さ６４ｎｍ
のＳｉＯ2 膜２１を形成した。
【００９５】半導体レーザ素子３００においては、ＣＯ
Ｄは観測されず、また、前端面２０および後端面３０に
おける発振波長４００ｎｍの光の反射率は５％および９
９．５％であった。
Ｄは観測されず、また、前端面２０および後端面３０に
おける発振波長４００ｎｍの光の反射率は５％および９
９．５％であった。
【００９６】半導体レーザ素子３００のしきい値電流は
２５５ｍＡであった。また、２８０ｍＡの駆動電流を流
した場合の光出力は８．２ｍＷであった。
２５５ｍＡであった。また、２８０ｍＡの駆動電流を流
した場合の光出力は８．２ｍＷであった。
【００９７】［比較例１］比較例１においては、図４の
半導体レーザ素子４００を用いた。
半導体レーザ素子４００を用いた。
【００９８】半導体レーザ素子４００は、後端面３０が
反射膜３４により被覆される点を除いて、実施例１の半
導体レーザ素子１００と同様の構造を有する。
反射膜３４により被覆される点を除いて、実施例１の半
導体レーザ素子１００と同様の構造を有する。
【００９９】反射膜３４は、Ｓｉ3 Ｎ4 膜３２とＳｉＯ
2 膜３１とが順に積層されてなる。このような反射膜３
４は、以下の点を除いて、実施例１の半導体レーザ素子
１００の反射膜３３と同様の形成方法により形成した。
2 膜３１とが順に積層されてなる。このような反射膜３
４は、以下の点を除いて、実施例１の半導体レーザ素子
１００の反射膜３３と同様の形成方法により形成した。
【０１００】反射膜３４の形成の際には、共振器端面の
一方の面にまず厚さ４７ｎｍのＳｉ 3 Ｎ4 膜３２を形成
し、このＳｉ3 Ｎ4 膜３２上に、厚さ６４ｎｍのＳｉＯ
2 膜３１を形成した。
一方の面にまず厚さ４７ｎｍのＳｉ 3 Ｎ4 膜３２を形成
し、このＳｉ3 Ｎ4 膜３２上に、厚さ６４ｎｍのＳｉＯ
2 膜３１を形成した。
【０１０１】半導体レーザ素子４００においては、ＣＯ
Ｄは観測されず、また、前端面２０および後端面３０に
おける発振波長４００ｎｍの光の反射率は２０％および
９５％であった。
Ｄは観測されず、また、前端面２０および後端面３０に
おける発振波長４００ｎｍの光の反射率は２０％および
９５％であった。
【０１０２】半導体レーザ素子４００のしきい値電流は
２８０ｍＡであった。また、２８０ｍＡの駆動電流を流
した場合の光出力は０ｍＷであった。
２８０ｍＡであった。また、２８０ｍＡの駆動電流を流
した場合の光出力は０ｍＷであった。
【０１０３】［比較例２］比較例２においては、図５に
示す半導体レーザ素子５００を用いた。
示す半導体レーザ素子５００を用いた。
【０１０４】半導体レーザ素子５００は、前端面２０が
反射膜２６により被覆される点を除いて、実施例２の半
導体レーザ素子２００と同様の構造を有する。
反射膜２６により被覆される点を除いて、実施例２の半
導体レーザ素子２００と同様の構造を有する。
【０１０５】反射膜２６は、Ｓｉ3 Ｎ4 膜２２とＳｉＯ
2 膜２１とが順に積層されてなる。このような反射膜２
６は、以下の点を除いて、実施例２の半導体レーザ素子
２００の反射膜２３と同様の形成方法により形成した。
2 膜２１とが順に積層されてなる。このような反射膜２
６は、以下の点を除いて、実施例２の半導体レーザ素子
２００の反射膜２３と同様の形成方法により形成した。
【０１０６】反射膜２６の形成の際には、露出した共振
器端面上に、まず厚さ７２ｎｍのＳｉ3 Ｎ4 膜２２を形
成し、Ｓｉ3 Ｎ4 膜２２上に、厚さ９６ｎｍのＳｉＯ2
膜２１を形成した。
器端面上に、まず厚さ７２ｎｍのＳｉ3 Ｎ4 膜２２を形
成し、Ｓｉ3 Ｎ4 膜２２上に、厚さ９６ｎｍのＳｉＯ2
膜２１を形成した。
【０１０７】半導体レーザ素子５００においては、ＣＯ
Ｄは観測されず、また、前端面２０および後端面３０に
おける発振波長４００ｎｍの光の反射率は３０％および
９９．５％であった。
Ｄは観測されず、また、前端面２０および後端面３０に
おける発振波長４００ｎｍの光の反射率は３０％および
９９．５％であった。
【０１０８】半導体レーザ素子５００のしきい値電流は
２６２ｍＡであった。また、２８０ｍＡの駆動電流を流
した場合の光出力は５ｍＷであった。
２６２ｍＡであった。また、２８０ｍＡの駆動電流を流
した場合の光出力は５ｍＷであった。
【０１０９】以上の実施例１〜３において示すように、
半導体レーザ素子１００，２００，３００の共振器端面
にＳｉＯ2 膜２１，３１を形成した場合においては、Ｃ
ＯＤは観測されなかった。また、ＳｉＯ2 膜２１，３１
により共振器端面を直接被覆する反射膜２３，３３にお
いては、共振器端面において高い反射率が得られ、Ｔｉ
Ｏ2 膜２４により共振器端面を直接被覆する反射膜２５
においては、共振器端面において低い反射率が得られ
た。
半導体レーザ素子１００，２００，３００の共振器端面
にＳｉＯ2 膜２１，３１を形成した場合においては、Ｃ
ＯＤは観測されなかった。また、ＳｉＯ2 膜２１，３１
により共振器端面を直接被覆する反射膜２３，３３にお
いては、共振器端面において高い反射率が得られ、Ｔｉ
Ｏ2 膜２４により共振器端面を直接被覆する反射膜２５
においては、共振器端面において低い反射率が得られ
た。
【０１１０】実施例１と比較例１および実施例２と比較
例２において示すように、ＳｉＯ2膜２１，３１により
共振器端面を直接被覆する半導体レーザ素子１００，２
００においては、Ｓｉ3 Ｎ4 膜２２，３２により共振器
端面を直接被覆する半導体レーザ素子４００，５００に
比べてしきい値電流が低くなる。
例２において示すように、ＳｉＯ2膜２１，３１により
共振器端面を直接被覆する半導体レーザ素子１００，２
００においては、Ｓｉ3 Ｎ4 膜２２，３２により共振器
端面を直接被覆する半導体レーザ素子４００，５００に
比べてしきい値電流が低くなる。
【０１１１】また、実施例３と比較例２において示すよ
うに、ＴｉＯ2 膜２４により共振器端面を直接被覆する
半導体レーザ素子３００においては、Ｓｉ3 Ｎ4 膜２２
により共振器端面を直接被覆する半導体レーザ素子５０
０に比べて高い光出力が得られる。
うに、ＴｉＯ2 膜２４により共振器端面を直接被覆する
半導体レーザ素子３００においては、Ｓｉ3 Ｎ4 膜２２
により共振器端面を直接被覆する半導体レーザ素子５０
０に比べて高い光出力が得られる。
【図１】本発明に係る半導体レーザ素子の第１の例を示
す模式的断面図および模式的平面図である。
す模式的断面図および模式的平面図である。
【図２】本発明に係る半導体レーザ素子の第２の例を示
す模式的平面図である。
す模式的平面図である。
【図３】本発明に係る半導体レーザ素子の第３の例を示
す模式的平面図である。
す模式的平面図である。
【図４】比較例１における半導体レーザ素子の模式的平
面図である。
面図である。
【図５】比較例２における半導体レーザ素子の模式的平
面図である。
面図である。
１ サファイア基板 ２ 低温バッファ層 ３ ｎ−ＧａＮコンタクト層 ４ ｎ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層 ５ ｎ−ＧａＮ光ガイド層 ６ ｎ−ＭＱＷ発光層 ７ ｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎ層 ８ ｐ−ＧａＮ光ガイド層 ９ ｐ−Ａｌ0.1 Ｇａ0.9 Ｎクラッド層 １０ ｐ−ＧａＮコンタクト層 ２０ 前端面 ２１，３１ ＳｉＯ2 膜 ２２，３２ Ｓｉ3 Ｎ4 膜 ２３，２５，２６，３３，３４ 反射膜 ２４ ＴｉＯ2 膜 ３０ 後端面 １００，２００，３００，４００，５００ 半導体レー
ザ素子
ザ素子
Claims (6)
- 【請求項１】 発光層を含みかつガリウム、アルミニウ
ム、インジウムおよびホウ素の少なくとも１つを含む窒
化物系半導体層を備えた半導体発光素子であって、前記
窒化物系半導体層の少なくとも１つの端面が反射膜で被
覆され、前記反射膜は前記端面に接する酸化膜を含むこ
とを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項２】 前記窒化物系半導体層は一対の共振器端
面を有し、前記一対の共振器端面の少なくとも一方が前
記反射膜で被覆されたことを特徴とする請求項１記載の
半導体発光素子。 - 【請求項３】 前記一対の共振器端面がそれぞれ前記反
射膜で被覆されたことを特徴とする請求項２記載の半導
体発光素子。 - 【請求項４】 前記一対の共振器端面上の前記反射膜中
の前記酸化膜が互いに異なる屈折率を有することを特徴
とする請求項３記載の半導体発光素子。 - 【請求項５】 前記反射膜は、前記酸化膜上に積層され
た窒化膜をさらに含むことを特徴とする請求項１〜４の
いずれかに記載の半導体発光素子。 - 【請求項６】 前記反射膜は、複数組の酸化膜と窒化膜
との積層構造を含むことを特徴とする請求項１〜５のい
ずれかに記載の半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11016246A JP2000216476A (ja) | 1999-01-25 | 1999-01-25 | 半導体発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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1999
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