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JP3379619B2 - Nitride semiconductor laser device - Google Patents

Nitride semiconductor laser device

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Publication number
JP3379619B2
JP3379619B2 JP4179396A JP4179396A JP3379619B2 JP 3379619 B2 JP3379619 B2 JP 3379619B2 JP 4179396 A JP4179396 A JP 4179396A JP 4179396 A JP4179396 A JP 4179396A JP 3379619 B2 JP3379619 B2 JP 3379619B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
type
current blocking
blocking layer
nitride semiconductor
Prior art date
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Application number
JP4179396A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPH09237932A (en
Inventor
慎一 長濱
修二 中村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nichia Corp
Original Assignee
Nichia Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nichia Corp filed Critical Nichia Corp
Priority to JP4179396A priority Critical patent/JP3379619B2/en
Publication of JPH09237932A publication Critical patent/JPH09237932A/en
Application granted granted Critical
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  • Semiconductor Lasers (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は窒化物半導体(In
XAlYGa1-X-YN、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)よりな
るレーザ素子に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a nitride semiconductor (In
X Al Y Ga 1-XY N, 0 ≦ X, 0 ≦ Y, X + Y ≦ 1).

【0002】[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。
2. Description of the Related Art A nitride semiconductor is known as a material for a laser device that emits light in the ultraviolet to blue region. The applicant has recently used this material to produce a laser oscillation of 410 nm at room temperature under a pulse current. Announced (for example, Jpn.J.
Appl.Phys. Vol35 (1996) pp.L74-76). The announced laser device is a so-called electrode stripe type laser device in which the nitride semiconductor layer including the active layer has a stripe width of several tens of μm and laser oscillation is performed. However, the threshold current of the laser element is 1 to 2 A,
It is necessary to further reduce the threshold current for continuous oscillation.

【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。
For example, Japanese Patent Laid-Open No. 6-152072 discloses some structures of laser devices made of nitride semiconductor. This publication discloses a buried hetero-type laser element in which both sides of a striped active layer sandwiched by cladding layers are sandwiched by i-type nitride semiconductors. However, it is difficult to reduce the threshold current with this laser device structure.

【0004】[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。
At present, when pulse oscillation of a short wavelength laser of 410 nm has been confirmed, continuous oscillation at room temperature is urgently desired. Therefore, the present invention has been made in view of such circumstances, and an object thereof is to reduce the threshold current of a laser element made of a nitride semiconductor and aim at continuous oscillation at room temperature. It is in.

【0005】[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、少なくともAlyGa1-
yN(0≦y≦1)を含む窒化物半導体層を有する電流
阻止層が設けられており、該電流阻止層が、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層構造である複数の積層膜を有し、該複数
の積層膜は組成の異なる層から構成されていることを特
徴とする。
The laser device of the present invention comprises:
Between the n-type clad layer and the p-type clad layer, an active layer having a stripe-shaped oscillation region having a width narrower than those of the clad layers is provided, and on both side surfaces of the stripe of the active layer,
At least AlyGa1- whose refractive index is smaller than that of the active layer
A current blocking layer having a nitride semiconductor layer containing yN (0 ≦ y ≦ 1) is provided, and the current blocking layer includes a first current blocking layer on a side closer to the n-type cladding layer, and p A plurality of laminated films having at least a two-layer structure composed of a second current blocking layer on the side close to the mold clad layer, wherein the plurality of laminated films are composed of layers having different compositions And

【0006】第1の電流阻止層と、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。
Between the first current blocking layer and the second current blocking layer, there is provided a third current blocking layer having a film thickness substantially equal to or larger than that of the active layer. Characterize.

【0007】活性層が多重量子井戸構造であって、少な
くともInGa1−XN(0<X<1)よりなる窒化
物半導体層を有することを特徴とする。
The active layer has a multi-quantum well structure and is characterized by having a nitride semiconductor layer made of at least In X Ga 1-X N (0 <X <1).

【0008】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。
The current blocking layer is characterized by including an i-type layer at least in a state of being doped with p-type impurities or in a non-doped state.

【0009】第1の電流阻止層はp型若しくはi型であ
り、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。
The first current blocking layer is p-type or i-type, and the second current blocking layer is n-type or i-type.

【0010】[0010]

【0011】[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。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing one structure of the laser device of the present invention. As a basic structure, an n-type contact layer 2, an n-type cladding layer 3, an active layer 4 and a p-layer are formed on a substrate 1. The n-type contact layer 2 is provided with a negative electrode 11, and the p-type contact layer 6 is provided with a positive electrode 10 on substantially the entire surface thereof. ing. The active layer 4 has a stripe-shaped oscillation region. In the laser device of the present invention, the cladding layers 3, 5 are
Since it has the stripe-shaped active layer 4 having a narrower width, the area of the positive electrode 10 can be increased. For this reason, the current density of the p-type contact layer 6 is reduced, and the contact resistance between the positive electrode and the p-type contact layer 6 is lowered, so that the threshold current of the laser element is lowered. JP-A-6-15207 mentioned above.
The width of the p-type clad layer 5 is different between the publication No. 2 and the present invention. That is, while the width of the active layer and the stripe width of the p-type clad layer are the same in the past, the width of the p-type clad layer 5 is wider than the stripe width of the active layer 4 in the present invention. Therefore, the area of the positive electrode can be increased, and the contact resistance between the positive electrode and the p contact layer can be reduced. Further, in the present invention, the current blocking layer 20 made of a nitride semiconductor having a smaller refractive index than the active layer is provided on both side surfaces of the stripe of the active layer 4. This current blocking layer 20
By setting the refractive index of 1 to be low, the laser light in the lateral direction is confined, and a so-called refractive index guided type laser element can be formed, so that the threshold current can be made smaller than that of the conventional electrode stripe type. The current blocking layer refers to a layer that has a function of making current difficult to flow only in the current blocking layer and concentrating the current in the active layer 4. Further, since the current blocking layer is made of a nitride semiconductor, there is also an advantage that the p-type contact layer 5 easily grows on the current blocking layer 20.

【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。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing another structure of the laser device of the present invention. This laser device differs from the structure of the laser device of FIG. 1 in that the current blocking layer is an n-type cladding layer. The first current blocking layer 31 on the side closer to
Second current blocking layer 32 on the side closer to the mold cladding layer
It has at least a two-layer structure consisting of If the current blocking layer 20 has a single layer structure as shown in FIG.
The current blocking layer needs to be at least i-type (insulator), but if it has at least a two-layer structure as shown in FIG.
For example, nitride semiconductors having different conductivity types may be laminated so that 31 layers are p-type and 32 layers are n-type, and reverse bias is applied to act as a current blocking layer. Further, the nitride semiconductor has a property that it is difficult to grow a thick film having a single composition and good crystallinity. (In particular, for a nitride semiconductor containing Al, when a thick film is grown in a state where the Al composition ratio is high, cracks are likely to occur in the crystal.) For example, when the active layer has a multiple quantum well structure In the active layer, a plurality of well layers and barrier layers having a film thickness of 100 Å or less are grown.
In this case, in order to confine light in the lateral direction of the active layer,
It is possible to form a current blocking layer with good crystallinity by growing a nitride semiconductor of a single composition in a plurality of thin films, rather than by growing a nitride semiconductor of a single composition all at once. That is,
When the current blocking layer is AlGaN, if a layer having a high Al composition ratio is grown as a thick film all at once, cracks easily occur in the crystal. In order to grow a current blocking layer as a thick film that only confines the laser light in the lateral direction, it is more difficult to crack the current blocking layer as a whole when growing a stack of thin films rather than growing them all at once. . If the current blocking layer is cracked, the p-type cladding layer 5 grown on the current blocking layer cannot grow with good crystallinity, and the laser output tends to decrease. The composition of the nitride semiconductor in each current blocking layer may be the same or different. It is preferable to stack a layer having a high Al composition ratio and a layer having a low Al composition ratio.

【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。
FIG. 3 is also a schematic sectional view showing another structure of the laser device of the present invention. In this laser device, the current blocking layer is the first current blocking layer 41 on the n-type cladding layer side.
And a second current blocking layer 42 on the p-type clad layer side, a third current blocking layer 43 having a film thickness substantially equal to or larger than that of the active layer 4 is provided. ing. The function of this laser device is that the third current blocking layer 43 in contact with the stripe side surface of the active layer 4 is formed of a single nitride semiconductor. For example, when there are two or more types of current blocking layers having different refractive indexes on the side surface of the active layer, light tends to easily pass through the current blocking layer having a large refractive index. By forming a small single composition nitride semiconductor on the side of the stripe, lateral light is most effectively trapped. 1 to 3 show the basic structure of the laser device, and the laser device of the present invention is not limited to this structure. For example, in the laser device having the structure shown in FIG. 1, the current blocking layer 20 may be formed in contact with the n-type contact layer 2 and the p-type contact layer 6. In this case, the stripe widths of the n-type clad layer 3 and the p-type clad layer 5 are the same as that of the active layer 4, and the n-type contact layer 2 and the p-type contact layer 6 act as a clad layer and a contact layer.

【0014】本発明のレーザ素子では、活性層が少なく
ともInXGa1-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AlYGa1-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AlYGa1-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AlY
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、AlYGa1-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
AlYGa1-YNの非常に有用な作用である。
In the laser device of the present invention, the active layer has a nitride semiconductor layer containing at least In X Ga 1-X N (0 <X <1), and the current blocking layer has at least Al Y Ga 1-Y N. (0
It is characterized by having a nitride semiconductor layer containing ≦ Y ≦ 1). Since InGaN has a softer crystal property than Al Y Ga 1 -YN, it is easy to form a multiple quantum well structure for laser oscillation. In addition, since the band gap energy is 1.95 eV to 3.4 eV, 365 nm
It is possible to realize a high-power LD in the range of 660 nm. Further, since it is a material having a relatively large refractive index among the nitride semiconductors, the cladding layer and the current blocking layer can be easily designed by using the active layer. Meanwhile, the current blocking layer is made of Al Y G
With a 1-Y N, the difference in refractive index from the active layer can be increased, so that lateral light confinement can be effectively performed. More preferably, Al Y Ga 1 -Y N has the property that the resistivity increases as the Y value increases, that is, as the Al mixed crystal ratio increases. Therefore, it is optimal for use as an i-type current blocking layer. This property is a very useful action of Al Y Ga 1 -YN.

【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。
The current blocking layer is preferably i-type at least in the state of being doped with p-type impurities or in the state of being undoped. When the current blocking layer is composed of only one layer as shown in FIG. 1, the current blocking layer needs to be i-type.
The same applies to the current blocking layer made of a plurality of nitride semiconductors as shown in FIG. It is known that a nitride semiconductor tends to be n-type in a non-doped state due to nitrogen vacancies inside the crystal. However, it is difficult to control the carrier concentration in the n-type with nitrogen vacancies. So M
By doping an acceptor impurity made of a Group II element such as g and Zn, the n-type conductivity is compensated and the i-type or p-type conductivity is easily obtained.

【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
Y1Ga1-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AlY2Ga1-Y2N(0≦Y2<1)
とし、第3の電流阻止層を導電型を問わないAlY3Ga
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。
When the current blocking layer is made of a plurality of nitride semiconductors as shown in FIGS. 2 and 3, the current blocking layer may be reverse-biased, so that the conductivity type is not particularly limited. That is, the first current blocking layers 31 and 41 approaching the n-type cladding layer 4 are p-type or i-type, and the second current blocking layers 32 and 42 approaching the p-type cladding layer 5 are n-type. Or, if it is i-type, the direction of the current is opposite,
Acts as a current blocking layer. As shown in FIG. 3, when the current blocking layer is composed of three or more layers, the conductivity type of the third current blocking layer 43 is not particularly limited. In the most preferable embodiment of the current blocking layer, the first current blocking layer is made of i-type or p-type Al.
Y1Ga1 -Y2N (0≤Y1 <1), and the second current blocking layer is an i-type or n-type Al Y2Ga1 -Y2N (0≤Y2 <1)
And the third current blocking layer is made of Al Y3 Ga regardless of conductivity type.
1-Y3 N (0 <Y3 ≦ 1, where Y1 <Y3, Y2 <Y3), and it is desirable that the third current blocking layer is substantially the same as or thicker than the film thickness of the active layer.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

[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。
[Embodiment] FIGS. 4 to 7 are schematic sectional views showing the structures of wafers obtained in the embodiments, and a method for producing a laser device of the present invention by the MOVPE method will be described below in detail with reference to these drawings. .

【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。
(Step of growing clad layer and active layer) After the substrate 100 having the spinel (MgAl2O4) 111 plane as the main surface is placed in the reaction vessel of the MOVPE apparatus,
TMG (trimethylgallium) and ammonia were used as source gases, and GaN was formed on the surface of the substrate 100 at a temperature of 500 ° C.
A buffer layer of 100 Å is grown to a film thickness of 200 Å. In addition to spinel for the substrate 100, the A side, R
It is also possible to use sapphire having a plane or C plane as a main surface, and a conventionally known substrate made of a single crystal of SiC, MgO, GaN, Si, ZnO, or the like is used. Since the buffer layer can be deleted depending on the type of substrate, the growth method, etc., it is not shown in the figure.

【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InXAlYGa1-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。
Subsequently, the temperature is raised to 1050 ° C., TMG and ammonia are used as a source gas, and SiH is used as a donor impurity.
An n-type contact layer 101 made of Si-doped GaN is grown to a thickness of 4 μm using 4 (silane) gas.
The n-type contact layer 101 is made of In X Al Y Ga 1-XY N (0
≦ X, 0 ≦ Y, X + Y ≦ 1), especially G
aN, InGaN, GaN doped with Si among them
With such a constitution, an n-type layer having a high carrier concentration can be obtained and preferable ohmic contact with the negative electrode can be obtained, so that the threshold current of the laser element can be reduced. The material of the negative electrode is Al, Ti, W, Cu, Z
A metal or an alloy such as n, Sn, or In provides a preferable ohmic contact.

【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。
Next, the temperature is set to 750 ° C., TMG, TMI (trimethylindium) and ammonia are used as source gases, and silane gas is used as an impurity gas.
A crack prevention layer of 1 Ga 0.9 N is grown to a thickness of 500 Å. The crack prevention layer is grown from an n-type nitride semiconductor containing In, preferably InGaN, so that the n-type optical confinement layer 102 made from a nitride semiconductor containing Al to be grown next can be grown as a thick film. Therefore, it is very preferable. In the case of LD, the layer serving as the optical confinement layer and the optical guide layer is,
It is necessary to grow with the above film thickness. Traditionally GaN,
When a thick film of AlGaN is grown directly on the AlGaN layer, it is difficult to fabricate the device because cracks are likely to occur in the AlGaN grown later, but this crack prevention layer is the optical confinement layer to be grown next. It is possible to prevent cracks from entering. This crack prevention layer is 10
It is preferable to grow the film with a thickness of 0 angstrom or more and 0.5 μm or less. If the thickness is less than 100 Å, it is difficult to prevent cracks as described above,
If it is thicker than 0.5 μm, the crystal itself tends to turn black. The crack prevention layer is also not shown because it can be omitted depending on the growth method, the growth apparatus, etc.

【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AlYGa1-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。
Next, using TEG, TMA (trimethylaluminum), ammonia as a raw material gas, and silane gas as an impurity gas, an n-type optical confinement layer 102 made of Si-doped n-type Al0.3Ga0.7N having a thickness of 0.5 μm is formed. Grow thick. The n-type optical confinement layer 102 is composed of an n-type nitride semiconductor containing Al, and is preferably a binary mixed crystal or a ternary mixed crystal of Al Y Ga 1 -Y N (0 <Y ≦ 1). ,
It is possible to obtain a crystal having good crystallinity, and it is effective for confining the laser light in the vertical direction by increasing the refractive index difference from the active layer.
It is usually desirable to grow this layer to a film thickness of 0.1 μm to 1 μm. If it is thinner than 0.1 μm, it is difficult to act as an optical confinement layer. If it is thicker than 1 μm, even AlGaN grown on the crack prevention layer tends to have cracks in the crystal, which makes it difficult to form an element. is there.

【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InXGa1-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。
Then, TMG, ammonia, and
Si-doped n-type GaN using silane gas as an impurity gas
The n-type light guide layer 103 is made to grow to a film thickness of 500 angstroms. The n-type light guide layer 103 is In
N-type nitride semiconductor containing n or n-type GaN, preferably ternary mixed crystal or binary mixed crystal of In X Ga 1-X N (0 ≦
X ≦ 1). It is usually desirable to grow this layer to a film thickness of 100 Å to 1 μm.
By using GaN or GaN, the next active layer 104 can be easily formed into a quantum structure. In the present invention, the n-type contact layer 101, the crack prevention layer, the n-type optical confinement layer 102, and the n-type optical guide layer 103 are all included in the n-type cladding layer in the claims.

【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 XGa1-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InXGa1-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InX'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。
Next, TMG, TMI, and ammonium are used as source gases.
The active layer 104 was grown by using. Active layer
Hold at 750 ℃, first undoped In0.2Ga0.8N
A well layer consisting of 25 angstroms
Let Next, change the TMI molar ratio to the same temperature.
A barrier layer made of non-doped In0.01Ga0.95N.
It is grown to a film thickness of 0 angstrom. This operation 1
Repeat 3 times, and finally grow the well layer to a total film thickness of 0.1μ
an active layer 1104 having a multi-quantum well structure with a thickness of m
I grew it. The active layer 104 is a nitride semiconductor containing In.
Composed of, preferably, ternary mixed crystal In XGa1-XN (0 <X
<1) is desirable. Ternary mixed crystal InGaN
It is possible to obtain a crystal with better crystallinity than the quaternary mixed crystal.
Thus, the light emission output is improved. Among them, especially preferred is
In layerXGa1-XWell layer made of N and more than well layer
A barrier layer made of a nitride semiconductor with a large band gap
Multi-quantum well structure (MQW: Multi-quantum-)
well). Similarly, for the barrier layer, ternary mixed crystal InX 'Ga
1-X 'N (0 ≦ X ′ <1, X ′ <X) is preferable, for example, well
+ Barrier + well + ... + barrier + well layer (or vice versa)
To form a multiple quantum well structure. This
If the active layer is MQW in which InGaN is laminated,
High output power between about 365 nm and 660 nm due to emission between child levels
LD can be realized. Furthermore, on the well layer
When InGaN barrier layers are stacked, InGaN
The barrier layer has a crystal structure that is higher than that of GaN and AlGaN crystals.
soft. Therefore, increase the AlGaN thickness of the cladding layer.
Therefore, laser oscillation can be realized. Furthermore, InG
The crystal growth temperature is different between aN and GaN. For example, M
InGaN grows at 600 ° C to 800 ° C by OVPE method
In contrast, GaN is grown at temperatures above 800 ° C.
Make it longer. Therefore, a well layer made of InGaN is grown.
And then try to grow a barrier layer of GaN.
For example, it is necessary to raise the growth temperature. Raise the growth temperature
Then, the InGaN well layer grown earlier decomposes.
Therefore, it is difficult to obtain a well layer with good crystallinity. further
The thickness of the well layer is only tens of angstroms,
When the well layer is decomposed, it becomes difficult to produce the MQW.
On the other hand, in the present invention, the barrier layer is also InGaN.
Therefore, the well layer and the barrier layer can be grown at the same temperature. Therefore,
Since the well layer formed earlier does not decompose,
A good MQW can be formed. This is the best of MQW
Although the preferred embodiment is also shown, in addition to the well layer,
nGaN, well layer such as GaN and AlGaN for barrier layer
The bandgap energy of the barrier layer
Any composition may be used. In addition, this active layer 104 is simply
A single quantum well structure composed of only one well layer is acceptable.
Yes.

【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AlYGa1-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。
After the growth of the active layer 104, the temperature is set to 1050 ° C., TMG, TMA, ammonia, and Cp 2 Mg (cyclopentadienyl magnesium) as an acceptor impurity source are used, and a p-type cap made of Mg-doped p-type Al 0.2 Ga 0.8 N is used. The layer was grown to a thickness of 100 Å. By growing the p-type cap layer to a thickness of 1 μm or less, more preferably 10 angstroms or more and 0.1 μm or less, the p-type cap layer acts as a cap layer for preventing decomposition of the active layer made of InGaN. By growing a p-type nitride layer containing Al, preferably a p-type cap layer made of Al Y Ga 1 -Y N (0 <Y <1) on the active layer, the light emission output is significantly improved. If the film thickness of this p-type cap layer is thicker than 1 μm, the layer itself tends to be cracked, and it tends to be difficult to manufacture an element. Since this p-type cap layer can be omitted depending on the growing method, the growing apparatus, etc., it is not particularly shown.

【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InXGa1-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。
Next, while maintaining the temperature at 1050 ° C., T
Mg-doped p-type G using MG, ammonia, and Cp2Mg
The p-type light guide layer 105 made of aN is grown to a film thickness of 500 angstrom. The p-type light guide layer 105 is also
A p-type nitride semiconductor containing In or p-type GaN, preferably a binary mixed crystal or a ternary mixed crystal of In X Ga 1 -X N (0
≦ X ≦ 1) is grown. It is desirable that the optical guide layer is usually grown to a film thickness of 100 angstrom to 1 μm. In particular, when it is made of InGaN or GaN, the next p-type optical confinement layer 106 can be grown with good crystallinity.

【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AlYGa1-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。
Subsequently, TMG, TMA, ammonia and C
A p-type optical confinement layer 106 made of Mg-doped Al0.3Ga0.7N is grown to a thickness of 100 angstroms using p2Mg. p-type optical confinement layer 106
Is then regrown after the current blocking layer is grown. FIG. 4 shows a cross-sectional structure of a wafer grown up to the p-type optical confinement layer 106. The p-type optical confinement layer 106 is composed of a p-type nitride semiconductor containing Al, and is preferably a binary mixed crystal or a ternary mixed crystal of Al Y Ga 1 -Y N (0 <Y ≦ 1). By doing so, a material having good crystallinity can be obtained. The p-type light confinement layer has a thickness of 0.1 μm to 1 μm, like the n-type light confinement layer.
It is desirable to grow the AlN-containing film such that the p-type nitride semiconductor contains Al such as AlGaN to increase the difference in the refractive index from the active layer, which is effective as an optical confinement layer in the vertical direction of laser light. Act on.

【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。
(Step of Producing Active Layer Having Striped Oscillation Region) After the growth of the p-type optical confinement layer 106, the wafer is taken out of the reaction container, and the surface of the optical confinement layer 106 is striped by photolithography. A first protective film 300 made of SiO 2 and having a width of 5 μm is formed. After forming the first protective film 300, as shown in FIG. 5, etching is performed from the p-type light confinement layer 106 to the n-type light confinement layer 102 using a RIE (reactive ion etching) device to form a stripe shape. An active layer having an oscillation region is manufactured. The etching depth is stopped when the n-type optical confinement layer 102 is etched to a depth of 200 angstroms after passing through the n-type optical guide layer 103. Note that FIG. 5 is a cross-sectional view when the wafer is cut in a direction perpendicular to the stripe.

【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。
After the etching is completed, the first protective film 300 is removed, a second protective film 301 made of SiO 2 is newly formed on the surface of the uppermost p-type optical confinement layer 106, and then the wafer is reacted again. A current blocking layer is formed on the exposed surface of the n-type optical confinement layer 102 after being transferred into the container.

【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AlYGa1-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。
(Step of Forming Current Blocking Layer) After the wafer is placed in the reaction vessel again, TMG and TM are added to the source gas.
A, Ammonia, Cp2Mg as impurity gas, 10
A first current blocking layer 201 made of Mg-doped p-type Al0.01Ga0.95N is grown at 50 ° C. to a film thickness of 600 Å. The first current blocking layer 201 may also be i-type Al Y Ga 1 -Y N. Z for i-type
If p-type impurities such as n and Cd are doped to the extent that n conductivity is compensated, or if the Al mixed crystal ratio is set to 0.4 or more, for example, i-type is likely to occur.

【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。
Then, while maintaining the temperature at 1050 ° C., the flow rate of TMA was increased and DEZ (diethyl zinc) was used as the source gas instead of Cp 2 Mg, and Zn-doped i
A third current blocking layer 203 of type Al0.3Ga0.7N is grown to a film thickness of 0.15 μm.

【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(SiXY)が使用できる。
Then, using TMG, TMA, ammonia as a source gas and silane gas as an impurity gas, Si-doped n
A second current blocking layer 202 of type Al0.3Ga0.7N is grown to a thickness of 600 Å. FIG. 6 shows a cross-sectional view of a wafer on which the current blocking layers 201, 203 and 202 are grown so as to have a p-i-n laminated structure as described above. In this way, the current blocking layer is selectively grown on the surface of the n-type optical confinement layer 102. The current blocking layer made of a nitride semiconductor hardly grows on the second protective film 301 made of SiO 2 . As the protective film having such a property of selective growth, for example, silicon nitride (Si X N Y ) can be used.

【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。
In this embodiment, the current blocking layer is formed on the surface of the n-type optical confinement layer 102. However, the current blocking layer can be formed on the surface of the n-type contact layer 101 or n by adjusting the etching depth. It may be formed from the surface of the mold light guide layer 103, and the type of the clad layer is not particularly limited. Furthermore, the current blocking layer is made of the same material as in the present embodiment.
The structure does not have to be a layer structure, and may be a one-layer structure or a two-layer structure as long as both side surfaces of the stripe-shaped active layer can be sandwiched.
Also, a structure having three or more layers may be used.

【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。
(Step of re-growing clad layer) After the growth of the current blocking layer, the wafer is taken out from the reaction vessel, the second protective film 301 is removed, and then the wafer is transferred to the reaction vessel again. Next, at 1050 ° C, TMG, TMA, ammonia, Cp2M
g, and the p-type optical confinement layer 106 that was stopped halfway
Growth of Mg-doped p-type Al0.3Ga0.7N
The total thickness of the light confinement layer 106 made of 0.1
Grow with a film thickness of μm. By this growth, the p-type light confinement layer 106 is continuously formed on both surfaces of the stripe-shaped p-type light confinement layer that has been grown halfway and the n-type current blocking layer 202. Further particularly advantageous in this step is to grow a light confinement layer having the same composition as the p-type light confinement layer grown halfway.
When a layer having the same composition is grown, the crystal can be grown without distortion between crystals, so that a crystal with a very good film quality can be grown.

【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InXAlYGa1-X-Y
(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。
Next, a p-type contact layer 107 made of Mg-doped p-type GaN is grown to a film thickness of 0.5 μm. p
The type contact layer 107 is a p-type In X Al Y Ga 1-XY N
(0 ≦ X, 0 ≦ Y, X + Y ≦ 1), particularly InGaN, GaN, and Mg-doped p
When the type GaN is used, a p-type layer having the highest carrier concentration can be obtained, good ohmic contact with the positive electrode can be obtained, and the threshold current can be reduced. As a material for the positive electrode, a metal or alloy having a relatively high work function such as Ni, Pd, Ir, Rh, Pt, Ag, and Au is likely to be ohmic.

【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。
After taking out the wafer in which the nitride semiconductors are laminated as described above from the reaction container, selective etching is performed from the uppermost p-type contact layer 107 by a reactive ion etching (RIE) apparatus to form a negative electrode. N should form
The plane of the mold contact layer 101 is exposed. Next, the positive electrode 10 is formed on substantially the entire surface of the uppermost p-type contact layer 107, and the striped negative electrode 11 parallel to the oscillation region of the active layer is formed on the exposed n-type contact layer 101. In the present invention, the p-type cap layer and the p-type light guide layer 1 are used.
05, the p-type optical confinement layer 106, and the p-type contact layer 107 are all included in the p-type cladding layer of the claims.

【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。
After forming the electrodes, the wafer is transferred to a polishing apparatus, the substrate is polished to a thickness of 80 μm to be thin, and then the wafer is cleaved in a direction perpendicular to the stripe electrodes to form a resonance surface. A resonator is formed by forming a reflecting mirror made of a dielectric multilayer film on the cleaved surface using a sputtering device. Further, the wafer is diced in a direction parallel to the striped negative electrode 11 to form a laser chip having a cavity length of 500 μm. FIG. 8 is a sectional view showing the structure of this laser chip. When the chip obtained as described above was placed on a heat sink to form a laser device, the threshold current was 0.1 A DC, and continuous oscillation of 410 nm was exhibited.

【0037】[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。
As described above, in the present invention, both sides of the stripe of the active layer having the stripe-shaped oscillation region are
Since it is sandwiched between current blocking layers made of a nitride semiconductor whose refractive index is smaller than that of the active layer whose refractive index is small, light in the lateral direction of the laser is confined and the laser becomes a single mode, and the oscillation threshold value decreases. . Further, since the clad layers sandwiching the active layer are larger than the stripe width of the active layer, the positive electrode can be formed especially on almost the entire surface of the p-type contact layer. For this reason, the current density of the contact layer can also be reduced, so that the threshold value can be lowered, and continuous oscillation at room temperature will be possible in the near future. As described above, according to the present invention, it is possible to realize a practical index guided laser device for the first time in a nitride semiconductor, and in order to realize a short wavelength semiconductor laser, its industrial utility value is very large.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【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。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a laser device according to the present invention.

【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。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the structure of one laser element according to the present invention.

【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。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing the structure of one laser element according to the present invention.

【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。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a wafer for explaining one step of an example.

【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。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a wafer for explaining one step of an example.

【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。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a wafer for explaining one step of an example.

【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。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a wafer for explaining one step of an example.

【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。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing the structure of one laser device according to the present invention.

【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[Explanation of symbols] 1 ... Substrate 2 ... n-type contact layer 3 ... n-type clad layer 4 ... Active layer 5 ... p-type cladding layer 6 ... p-type contact layer 10 ... Positive electrode 11 ... Negative electrode 20, 31, 32, 41, 42, 43 ... Current blocking layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−219090(JP,A) 特開 平6−152072(JP,A) 特開 平2−283085(JP,A) 特開 平7−162090(JP,A) 特開 昭61−164287(JP,A) 特開 平3−276688(JP,A) 特開 平6−268259(JP,A) 特開 平6−334259(JP,A) 特開 平5−267780(JP,A) 特開 平4−213878(JP,A) 特開 平5−327126(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01S 5/00 - 5/50 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A-2-219090 (JP, A) JP-A-6-152072 (JP, A) JP-A-2-283085 (JP, A) JP-A-7- 162090 (JP, A) JP 61-164287 (JP, A) JP 3-276688 (JP, A) JP 6-268259 (JP, A) JP 6-334259 (JP, A) JP-A-5-267780 (JP, A) JP-A-4-213878 (JP, A) JP-A-5-327126 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01S 5/00-5/50

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【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、少なくと
もAlyGa1-yN(0≦y≦1)を含む窒化物半導体
を有する電流阻止層が設けられており、該電流阻止層
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層構造である複数の積層膜
を有し、 該複数の積層膜は組成の異なる層から構成され
ていることを特徴とする窒化物半導体レーザー素子。
1. An active layer having a striped oscillation region having a width narrower than those of the clad layers is provided between the n-type clad layer and the p-type clad layer, and both side surfaces of the stripe of the active layer are provided. Has a smaller refractive index than the active layer ,
Also includes AlyGa1-yN (0≤y≤1)
A current blocking layer having a layer , the current blocking layer having a first current blocking layer on the side closer to the n-type cladding layer and a second current blocking layer on the side closer to the p-type cladding layer. A plurality of laminated films having at least a two-layer structure including a blocking layer
And the plurality of laminated films are composed of layers having different compositions.
The nitride semiconductor laser device characterized in that is.
【請求項2】 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1に記載の窒化物半導体レーザ素子。
2. A third current blocking layer having a film thickness between the first current blocking layer and the second current blocking layer which is substantially equal to or larger than that of the active layer. The nitride semiconductor laser device according to claim 1, further comprising:
【請求項3】 前記活性層が多重量子井戸構造であっ
て、少なくともInxGa1-xN(0<x<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又
は請求項2記載の窒化物半導体レーザ素子。
3. The active layer has a multiple quantum well structure and has a nitride semiconductor layer made of at least InxGa1-xN (0 <x <1). Nitride semiconductor laser device.
【請求項4】 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乃至請求項3のい
ずれか一項に記載の窒化物半導体レーザ素子。
4. The current blocking layer includes an i-type layer at least in a state of being doped with p-type impurities or in a non-doped state, according to claim 1. Nitride semiconductor laser device.
【請求項5】 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1乃至請求項4のいずれか
一項に記載の窒化物半導体レーザ素子。
5. The first current blocking layer is p-type or i-type.
5. The nitride semiconductor laser element according to claim 1, wherein the second current blocking layer is an n-type or an i-type.
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