JPH09260772A - Nitride semiconductor laser element - Google Patents
Nitride semiconductor laser elementInfo
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- JPH09260772A JPH09260772A JP6763296A JP6763296A JPH09260772A JP H09260772 A JPH09260772 A JP H09260772A JP 6763296 A JP6763296 A JP 6763296A JP 6763296 A JP6763296 A JP 6763296A JP H09260772 A JPH09260772 A JP H09260772A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する分野】本発明は窒化物半導体(InXA
lYGa1-X-YN、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)よりなるレ
ーザ素子に関する。FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to a nitride semiconductor (In X A
l Y Ga 1-XY N, 0 ≦ X, 0 ≦ Y, a laser element made of 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,前記レーザ素子の閾値電流は1〜2Aもあり、連続
発振させるためには、さらに閾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, and the present applicant has recently used this material to generate a laser oscillation of 410 nm at room temperature under pulse current. Announced (for example, Jpn.J.
Appl. Phys. Vol 35 (1996) pp. L74-76). The disclosed laser device is a so-called electrode stripe type laser device, in which the stripe width of the nitride semiconductor layer including the active layer is set to several tens of μm, and laser oscillation is performed. However, the threshold current of the laser element is 1 to 2 A, and it is necessary to further reduce the threshold current for continuous oscillation.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】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閾値電流を小
さくして、室温で連続発振可能な素子を実現することに
ある。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances. An object of the present invention is to reduce the threshold current of a laser device made of a nitride semiconductor to achieve room temperature. Is to realize an element capable of continuous oscillation.
【0004】[0004]
【課題を解決するための手段】本発明のレーザ素子は、
基板上部に形成された活性層と、活性層上に形成された
リッジ形状のストライプを有するn型若しくはp型のク
ラッド層とを有することを特徴とする。活性層上に形成
されるクラッド層はp型の方が好ましい。According to the present invention, there is provided a laser device comprising:
It is characterized by having an active layer formed on the substrate and an n-type or p-type cladding layer having a ridge-shaped stripe formed on the active layer. The cladding layer formed on the active layer is preferably p-type.
【0005】また、前記クラッド層の表面にクラッド層
よりも屈折率の小さい材料よりなる絶縁性薄膜が形成さ
れていることを特徴とする。Further, an insulating thin film made of a material having a smaller refractive index than that of the clad layer is formed on the surface of the clad layer.
【0006】また、前記クラッド層の表面にクラッド層
とショットキーバリア接触する金属薄膜が形成されてい
ることを特徴とする。Further, a metal thin film which is in Schottky barrier contact with the cladding layer is formed on the surface of the cladding layer.
【0007】さらに、前記リッジ形状の側面の基板表面
に対する角度が90゜以上であることを特徴とする。9
0゜以上であるとリッジ側面に均一な膜厚で絶縁性薄
膜、または金属薄膜を形成しやすい。Further, the angle of the side surface of the ridge shape with respect to the substrate surface is 90 ° or more. 9
If it is 0 ° or more, it is easy to form an insulating thin film or a metal thin film with a uniform film thickness on the side surface of the ridge.
【0008】また、前記活性層は、少なくともインジウ
ムを含む窒化物半導体よりなる多重量子井戸構造を有す
ることを特徴とする。好ましくはInXGa1-XN(0<
X<1)よりなる井戸層を有する多重量子井戸構造であ
る。Further, the active layer has a multiple quantum well structure made of a nitride semiconductor containing at least indium. Preferably In X Ga 1-X N (0 <
It is a multiple quantum well structure having a well layer of X <1).
【0009】[0009]
【発明の実施の形態】図1は本発明の一実施例に係るレ
ーザ素子の構造を示す模式的な断面図であり、図2は図
1のレーザ素子の形状を示す斜視図である。図1は図2
に示す素子のレーザ光の共振方向に垂直方向で切断した
際の断面図を示している。素子構造としては、基板1の
上に、n型コンタクト層2、n型光閉じこめ層3、n型
光ガイド層4、活性層5、p型光ガイド層6、p型光閉
じ込め層7、p型コンタクト層8を順に積層した基本構
造を有している。20はn型コンタクト層2に接続され
たオーミック用の負電極、30はp型コンタクト層8に
接続されたオーミック用の正電極であり、正電極30の
上にはボンディング用のパッド電極31が設けられてい
る。なお、本明細書で示すレーザ素子の構造はあくまで
も基本的な構造を示すものであり、これらに示す層のい
ずれかを省略、あるいは他の窒化物半導体よりなる層を
挿入しても、本発明の請求項に示す思想を逸脱しない範
囲であれば、自由に変更を加えることができる。1 is a schematic sectional view showing the structure of a laser device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a perspective view showing the shape of the laser device shown in FIG. FIG. 1 is FIG.
FIG. 11 is a cross-sectional view of the device shown in FIG. 1 when cut in a direction perpendicular to the resonance direction of laser light. As an element structure, an n-type contact layer 2, an n-type light confinement layer 3, an n-type light guide layer 4, an active layer 5, a p-type light guide layer 6, a p-type light confinement layer 7, and a p-type light confinement layer 7 are provided on a substrate 1. It has a basic structure in which the mold contact layers 8 are sequentially stacked. Reference numeral 20 is an ohmic negative electrode connected to the n-type contact layer 2, 30 is an ohmic positive electrode connected to the p-type contact layer 8, and a pad electrode 31 for bonding is provided on the positive electrode 30. It is provided. It should be noted that the structure of the laser device shown in the present specification is merely a basic structure, and even if any of the layers shown in these are omitted or a layer made of another nitride semiconductor is inserted, Modifications can be freely made without departing from the spirit of the claims.
【0010】基板1はサファイア(Al2O3、A面、C
面、R面)、スピネル(MgAl2O4、111面)等の
絶縁性基板が多く用いられるが、その他、SiC、Mg
O、Si、ZnO、GaN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。The substrate 1 is made of sapphire (Al 2 O 3 , A surface, C
Surface, R surface), spinel (MgAl 2 O 4 , 111 surface), etc. are often used, but in addition, SiC, Mg
A conventionally known substrate made of a single crystal of O, Si, ZnO, GaN or the like is used.
【0011】n型コンタクト層2はInXAlYGa
1-X-YN(0≦X、0≦Y、X+Y≦1)で構成することが
でき、特にGaN、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20と好ましいオーミッ
ク接触が得られるので、レーザ素子の閾値電流を低下さ
せることができる。負電極20の材料としてはAl、T
i、W、Cu、Zn、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。GaNに限らず窒化
物半導体は、ノンドープ(不純物をドープしない状態)
でも結晶内部にできる窒素空孔のためn型となる性質が
あるが、Si、Ge、Sn等のドナー不純物を結晶成長
中にドープすることにより、キャリア濃度が高く、好ま
しいn型特性を示す窒化物半導体が得られる。The n-type contact layer 2 is made of In X Al Y Ga.
1-XY N (0 ≦ X, 0 ≦ Y, X + Y ≦ 1) can be used. Particularly, by using GaN, InGaN, and GaN doped with Si, an n-type layer having a high carrier concentration can be obtained. Since the obtained ohmic contact with the negative electrode 20 is obtained, the threshold current of the laser device can be reduced. The material of the negative electrode 20 is Al, T
A metal or an alloy such as i, W, Cu, Zn, Sn, or In can obtain a preferable ohmic property. Not limited to GaN, nitride semiconductors are non-doped (state in which impurities are not doped)
However, it has the property of becoming n-type due to nitrogen vacancies formed inside the crystal, but by doping a donor impurity such as Si, Ge, or Sn during crystal growth, the carrier concentration is high, and nitriding that exhibits favorable n-type characteristics A physical semiconductor can be obtained.
【0012】n型光閉じこめ層3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モード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、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。The n-type optical confinement layer 3 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). By doing so, it is possible to obtain a crystal having good crystallinity, and it is effective in confining the longitudinal mode of laser light by increasing the difference in refractive index from the active layer. This layer is usually preferably grown to a thickness of 0.1 μm to 1 μm. If it is thinner than 0.1 μm, it is difficult to act as a light confining layer, and if it is thicker than 1 μm, cracks are likely to occur in the crystal, and it tends to be difficult to manufacture an element.
【0013】n型光ガイド層4は、Inを含むn型の窒
化物半導体若しくはn型GaNで構成し、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〜1
μmの膜厚で成長させることが望ましく、特にInGa
N、GaNとすることにより次の活性層5を量子井戸構
造とすることが容易に可能になる。The n-type optical guide layer 4 is composed of an n-type nitride semiconductor containing In or n-type GaN, and is preferably a ternary mixed crystal or a binary mixed crystal of In X Ga 1 -X N (0≤ X <
1). This layer is typically 100 Angstroms to 1
It is desirable to grow to a film thickness of μm, and especially InGa
By using N or GaN, the next active layer 5 can be easily made to have a quantum well structure.
【0014】次に、本発明の特徴とする活性層より上の
構成について述べる。活性層5は先にも述べたように、
好ましくはInを含む窒化物半導体よりなる多重量子井
戸構造(MQW:Multi-quantum-well)として、さらに
好ましくは三元混晶のInXGa1-XN(0<X<1)を
井戸層とするMQW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三元混晶の窒化物半
導体よりなる障壁層とを積層したMQWとするとレーザ
発振しやすい。障壁層は三元混晶のIn X'Ga1-X'N
(0≦X'<1、X'<X)が好ましく、井戸+障壁+井戸
+・・・+障壁+井戸層、若しくはその反対となるよう
に積層してMQWを構成する。活性層に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(但し、In組成
比は井戸層よりも小さい)よりなる障壁層を積層する
と、障壁層はGaN、AlGaN等の結晶に比べて結晶
が柔らかいので、活性層の上に成長させるp型クラッド
層のAlGaNの厚さを厚くできる。そのため縦方向の
光閉じ込めが実現でき、レーザ発振が可能となる。さら
に障壁層もInGaNとする利点は次にある。即ち、I
nGaNとGaNとでは結晶の成長温度が異なり、例え
ばMOVPE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、本発明の好ましい態様では、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InGaN、障壁層をGaN、Al
GaN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。Next, above the active layer, which is a feature of the present invention,
The configuration will be described. The active layer 5 is, as described above,
Multiple quantum wells preferably made of a nitride semiconductor containing In
Further as a door structure (MQW: Multi-quantum-well)
Preferably ternary mixed crystal InXGa1-XN (0 <X <1)
It is desirable to use MQW as a well layer. Ternary mixed crystal
InGaN has better crystallinity than quaternary mixed crystal
As a result, the light emission output is improved. Especially good
More preferably, the active layer is InXGa1-XWell layer made of N and well
Ternary mixed crystal nitride half with a larger bandgap than the To layer
A laser is assumed to be MQW in which a barrier layer made of a conductor is laminated.
Easy to oscillate. The barrier layer is ternary mixed crystal In X 'Ga1-X 'N
(0 ≦ X ′ <1, X ′ <X) is preferable, and well + barrier + well
+ ... + Barrier + Well layer, or vice versa
To form an MQW. InGaN is deposited on the active layer
If the layered MQW is used, the emission between quantum levels is about 365 nm.
It is possible to realize a high-power LD in the range of ~ 660 nm.
You. Furthermore, InGaN (however, with In composition
(The ratio is smaller than that of the well layer)
And the barrier layer is more crystalline than a crystal such as GaN or AlGaN.
Is p-type clad that grows on the active layer
The AlGaN thickness of the layer can be increased. Therefore the vertical
Optical confinement can be realized and laser oscillation can be performed. Further
In addition, the advantage of using InGaN as the barrier layer is as follows. That is, I
The crystal growth temperature differs between nGaN and GaN.
For example, in the MOVPE method, InGaN is 600 ° C to 800 ° C.
Whereas GaN grows above 800 ° C
Grow with. Therefore, a well layer made of InGaN is formed.
After growing, try to grow a barrier layer of GaN
If so, it is necessary to raise the growth temperature. Above growth temperature
Then, the InGaN well layer that was grown earlier decomposed.
Therefore, it is difficult to obtain a well layer with good crystallinity. Further
The thickness of the well layer is only several tens of angstroms,
If the well layer of
You. On the other hand, in a preferred embodiment of the present invention, the barrier layer also
Since it is InGaN, the well layer and the barrier layer are grown at the same temperature.
Can be long. Therefore, the well layer formed earlier should be decomposed.
It is possible to form MQW with good crystallinity because there is no
You. This shows the most preferred embodiment of MQW.
In addition, the well layer is InGaN, the barrier layer is GaN, Al
As in GaN, the bandgap of the barrier layer is better than that of the well layer.
Any composition may be used as long as the energy is increased.
【0015】多重量子井戸構造の活性層5の総膜厚は1
00オングストローム以上に調整することが好ましい。
100オングストロームよりも薄いと、十分に出力が上
がらず、レーザ発振しにくい傾向にある。また活性層の
膜厚も厚すぎると出力が低下する傾向にあり、1μm以
下、さらに好ましくは0.5μm以下に調整することが
望ましい。1μmよりも厚いと活性層の結晶性が悪くな
るか、レーザ光が活性層中に広がってしまい、閾値電流
が増加する傾向にある。The total thickness of the active layer 5 having a multiple quantum well structure is 1
It is preferable to adjust it to 00 angstroms or more.
If the thickness is less than 100 Å, the output is not sufficiently increased and laser oscillation tends to be difficult. If the thickness of the active layer is too thick, the output tends to decrease, and it is desirable to adjust the thickness to 1 μm or less, more preferably 0.5 μm or less. If it is thicker than 1 μm, the crystallinity of the active layer is deteriorated, or the laser beam spreads in the active layer, and the threshold current tends to increase.
【0016】次にp型光ガイド層6は、Inを含む窒化
物半導体若しくはGaNで構成し、好ましくは二元混晶
または三元混晶のInYGa1-YN(0<Y≦1)を成長
させるる。この光ガイド層6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
じこめ層7を結晶性良く成長できる。なお、p型の窒化
物半導体はZn、Mg、Be、Cd、Ca等のアクセプ
ター不純物を結晶成長中にドープすることによって得ら
れるが、その中でもMgが最も好ましいp型特性を示
す。図1に示すようにp型光ガイド層6よりリッジ形状
とする場合、そのp型光ガイド層は、前記のようにIn
YGa1-YN(0<Y≦1)にすることが最も好ましい。Next, the p-type optical guide layer 6 is composed of a nitride semiconductor containing In or GaN, and is preferably a binary mixed crystal or a ternary mixed crystal of In Y Ga 1 -Y N (0 <Y ≦ 1. ) Grow. It is desirable that the light guide layer 6 is normally grown to a film thickness of 100 angstrom to 1 μm. In particular, by using InGaN or GaN, the following p-type optical confinement layer 7 can be grown with good crystallinity. The p-type nitride semiconductor is obtained by doping acceptor impurities such as Zn, Mg, Be, Cd, and Ca during crystal growth, and Mg exhibits the most preferable p-type characteristics. When the p-type light guide layer 6 is formed in a ridge shape as shown in FIG. 1, the p-type light guide layer is made of In as described above.
Most preferably, Y Ga 1-Y N (0 <Y ≦ 1).
【0017】p型光閉じこめ層7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。このp型光閉じこめ層7
はn型光閉じこめ層3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、縦モードのレーザ光の光閉
じ込め層として有効に作用する。また、図3に示すよう
にp型光閉じ込め層7よりリッジ形状とする場合には、
前記のように、p型光閉じ込め層はp型AlYGa1-YN
(0<Y≦1)とすることが最も好ましい。The p-type optical confinement layer 7 is made 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). With such a value, a crystal having good crystallinity can be obtained. This p-type optical confinement layer 7
Is preferably grown to a film thickness of 0.1 μm to 1 μm, like the n-type optical confinement layer 3. By using a p-type nitride semiconductor containing Al such as AlGaN, a difference in refractive index from the active layer can be obtained. By increasing the size, it effectively acts as an optical confinement layer for the laser light in the longitudinal mode. Further, as shown in FIG. 3, when the p-type optical confinement layer 7 is formed in a ridge shape,
As described above, the p-type optical confinement layer is formed of p-type Al Y Ga 1 -YN.
Most preferably, (0 <Y ≦ 1).
【0018】p型コンタクト層8はp型InXAlYGa
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30と良好なオーミック接触が
得られ、閾値電流を低下させることができる。正電極3
0の材料としてはNi、Pd、Ir、Rh、Pt、A
g、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く、特に少なくともNiとAuとを
含む材料、少なくともPdとAuとを含む材料が好まし
いオーミックが得られやすい。本発明でいう、リッジ形
状のストライプを有するクラッド層とは、図1で具体的
に示すと、前記したp型光ガイド層6、p型光閉じ込め
層7、p型コンタクト層8等を指し、これらの層の内の
少なくとも一層がストライプ状のリッジ形状を有してい
ることをいう。さらにp型層とn型層とを逆に積層すれ
ば、当然活性層の上に形成されるのはn型光ガイド層
4、n型光閉じ込め層3、n型コンタクト層2等がn型
クラッド層に相当し、これらの層の内の少なくとも一層
がストライプ状のリッジ形状を有していることをいう。
なお、n型層を活性層の上に形成した場合においても、
リッジとする好ましい窒化物半導体の組成は前記したp
型層の組成と同じであり、例えばn型光ガイド層4より
リッジにするには、InYGa1-YN(0<Y≦1)が好
ましい。The p-type contact layer 8 is made of p-type In X Al Y Ga.
1-XY N (0 ≦ X, 0 ≦ Y, X + Y ≦ 1) can be used. In particular, InGaN and GaN, of which p-type GaN doped with Mg, has the highest carrier concentration p.
The mold layer is obtained, good ohmic contact with the positive electrode 30 is obtained, and the threshold current can be reduced. Positive electrode 3
The material of 0 is Ni, Pd, Ir, Rh, Pt, A
A metal or alloy having a relatively high work function such as g or Au is likely to obtain an ohmic property, and particularly a material containing at least Ni and Au, or a material containing at least Pd and Au is likely to obtain a preferable ohmic property. In the present invention, the clad layer having a ridge-shaped stripe refers to the p-type optical guide layer 6, the p-type optical confinement layer 7, the p-type contact layer 8 and the like, specifically shown in FIG. It means that at least one of these layers has a striped ridge shape. Further, if the p-type layer and the n-type layer are laminated in reverse, the n-type optical guide layer 4, the n-type optical confinement layer 3, the n-type contact layer 2, etc. are naturally formed on the active layer. It corresponds to a clad layer, and at least one of these layers has a striped ridge shape.
Even when the n-type layer is formed on the active layer,
The preferable composition of the nitride semiconductor for the ridge is p
The composition is the same as that of the mold layer, and for example, in order to form a ridge from the n-type optical guide layer 4, In Y Ga 1 -Y N (0 <Y ≦ 1) is preferable.
【0019】以上、本発明のレーザ素子の基本構造につ
いて説明したが、本明細書において示すn型AlXGa
1-XN、p型AlXGa1-XN等の組成比X値は単に一般式
を示しているに過ぎず、n型層のXとp型層のXとが同一
の値を示すものではない。また同様に他の一般式におい
て使用するY値も同一の一般式が同一の値を示すもので
はない。The basic structure of the laser device of the present invention has been described above. The n-type Al X Ga shown in the present specification has been described above.
The composition ratio X value of 1-X N, p-type Al X Ga 1-X N, etc. is merely a general formula, and X of the n-type layer and X of the p-type layer show the same value. Not a thing. Similarly, the same general formula does not indicate the same Y value used in other general formulas.
【0020】次なる構成として、本発明のレーザ素子で
は、リッジ形状のクラッド層の表面にクラッド層よりも
屈折率が小さい材料よりなる絶縁性薄膜が形成されてい
ることを特徴とする。図1では光ガイド層6の表面に絶
縁性薄膜10が形成されている。この絶縁性薄膜10
は、同一面側に形成された正電極30を含むパッド電極
31と、負電極20とを、それぞれヒートシンク、サブ
マウント等の他のリード部材にボンディングする際の電
極間のショートを防止すると共に、活性層5の発光をリ
ッジの下に集中させる作用も奏する。それにより、活性
層の横方向の光が制御されるので、閾値電流が低下す
る。またリッジ形状のクラッド層の表面にクラッド層と
ショットキーバリア接触する金属薄膜を形成してもよ
い。金属薄膜はコンタクト層に接する面はオーミック電
極となり、クラッド層に接する面ではショットキーバリ
アが形成されるため、電流がコンタクト層のみから流
れ、電流狭窄ができる。従って金属薄膜を形成する場合
はコンタクト層のオーミック電極と同一材料を形成する
と一工程でできるため非常に好ましい。またクラッド層
にショットキーバリア接触する金属薄膜と、コンタクト
層にオーミック接触する電極とは別々に形成しても良
い。なおこの図では、絶縁性薄膜10がp型光ガイド層
6の表面より連続して、n型コンタクト層2にまで達し
ているが、金属薄膜を形成する場合、金属薄膜はn層側
のクラッド層に接触しないように形成することはいうま
でもない。As a next structure, the laser device of the present invention is characterized in that an insulating thin film made of a material having a refractive index smaller than that of the cladding layer is formed on the surface of the ridge-shaped cladding layer. In FIG. 1, an insulating thin film 10 is formed on the surface of the light guide layer 6. This insulating thin film 10
Is to prevent a short circuit between the electrodes when bonding the pad electrode 31 including the positive electrode 30 formed on the same surface side and the negative electrode 20 to another lead member such as a heat sink and a submount, respectively. It also has the effect of concentrating the light emission of the active layer 5 under the ridge. As a result, the light in the lateral direction of the active layer is controlled, so that the threshold current is reduced. Further, a metal thin film which is in Schottky barrier contact with the cladding layer may be formed on the surface of the ridge-shaped cladding layer. The metal thin film has an ohmic electrode on the surface in contact with the contact layer, and a Schottky barrier is formed on the surface in contact with the cladding layer. Therefore, when forming a metal thin film, it is very preferable to form the same material as the ohmic electrode of the contact layer in one step. Further, the metal thin film that makes a Schottky barrier contact with the cladding layer and the electrode that makes an ohmic contact with the contact layer may be formed separately. In this figure, the insulating thin film 10 continues from the surface of the p-type optical guide layer 6 and reaches the n-type contact layer 2. However, when forming a metal thin film, the metal thin film is the cladding on the n-layer side. It goes without saying that the layer is formed so as not to contact the layer.
【0021】絶縁性薄膜10を形成するには、プラズマ
CVD、スパッタリング、分子線蒸着等の常用の気相製
膜手段を用いることができる。絶縁性薄膜10の材料と
しては、絶縁性薄膜が表面に接しているp型光ガイド層
6の屈折率よりも小さい材料を選択し、例えばSiO2
に代表されるSi酸化物、Si3N4に代表されるSi窒
化物等を好ましく形成することができ、その他AlN、
Al2O3等の高誘電体材料が使用できる。この絶縁性薄
膜の膜厚は100オングストローム以上、10μm以
下、さらに好ましくは5μm以下、最も好ましくは活性
層の上に形成されたクラッド層の総膜厚よりも薄い膜厚
で形成する。また同様に金属薄膜も形成できる。In order to form the insulating thin film 10, conventional vapor phase film forming means such as plasma CVD, sputtering, molecular beam deposition, etc. can be used. As the material of the insulating thin film 10, an insulating thin film is selected smaller material than the refractive index of the p-type optical guide layer 6 in contact with the surface, for example, SiO 2
Si oxide typified by SiN, Si nitride typified by Si 3 N 4 and the like can be preferably formed.
A high dielectric material such as Al 2 O 3 can be used. The insulating thin film has a film thickness of 100 angstroms or more and 10 μm or less, more preferably 5 μm or less, and most preferably a film thickness smaller than the total film thickness of the clad layer formed on the active layer. Similarly, a metal thin film can be formed.
【0022】図3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、図1と同一部材は同一符
号でもって示している。このレーザ素子が図1のレーザ
素子と異なる点は、p型光閉じ込め層7よりリッジ形状
としている。クラッド層をリッジ形状とするには、最も
活性層に近い層よりするのが好ましいが、このようにp
型光閉じ込め層7よりリッジとしても良く、クラッド層
の膜厚の関係で適宜変更できる。なお、p型光閉じ込め
層7よりリッジ形状としている場合、絶縁性薄膜10の
屈折率はp型光閉じ込め層7よりも小さい材料を選択す
ることはいうまでもない。FIG. 3 is a schematic sectional view showing another structure of the laser device of the present invention, and the same members as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals. This laser device is different from the laser device of FIG. 1 in that the p-type optical confinement layer 7 has a ridge shape. In order to make the clad layer into a ridge shape, it is preferable that the clad layer is closer to the active layer than the layer closest to the active layer.
A ridge may be used instead of the type light confinement layer 7, and can be appropriately changed depending on the thickness of the cladding layer. Needless to say, in the case where the p-type light confinement layer 7 has a ridge shape, the insulating thin film 10 has a refractive index smaller than that of the p-type light confinement layer 7.
【0023】さらに、p型光閉じ込め層7の表面に形成
されている絶縁性薄膜10がストライプ状のリッジの側
面に接している。このようにストライプ側面に絶縁性薄
膜を形成することにより、ストライプ側面から漏れる光
も閉じ込められるので、閾値が下がり、発光出力が向上
する。Further, the insulating thin film 10 formed on the surface of the p-type optical confinement layer 7 is in contact with the side surface of the striped ridge. By thus forming the insulating thin film on the side surfaces of the stripes, the light leaking from the side surfaces of the stripes is also confined, so that the threshold value is lowered and the light emission output is improved.
【0024】また、本発明のレーザ素子では、リッジ形
状の側面の基板表面に対する角度が90゜以上であるこ
とを特徴とする。つまり、図3に示すθが90゜以上で
あることを特徴とする。好ましい角度としては90゜以
上120゜以下、さらに好ましくは、95゜以上、11
0゜以下がストライプの下に光が集中しやすい。この角
度を90゜以上とすることにより、絶縁性薄膜10を均
一な膜厚で成長させやすくなるので、光閉じ込めの効率
が上がる。リッジ形状のクラッド層の好ましいストライ
プ幅としては、0.5μm以上、20μm以下、さらに
好ましくは10μm以下、最も好ましくは5μm以下に
調整する。ストライプ幅とは活性層に近い側のリッジの
ストライプ幅を指すものとする。20μmよりも大きい
と、閾値があまり低下せず、0.5μmよりも小さい
と、発熱して素子が壊れやすい傾向にある。Further, the laser element of the present invention is characterized in that the angle of the ridge-shaped side surface with respect to the substrate surface is 90 ° or more. That is, θ shown in FIG. 3 is 90 ° or more. The preferred angle is 90 ° or more and 120 ° or less, more preferably 95 ° or more, 11
At 0 ° or less, light is likely to concentrate under the stripe. By setting this angle to 90 ° or more, it becomes easy to grow the insulating thin film 10 with a uniform film thickness, so that the efficiency of light confinement increases. The preferable stripe width of the ridge-shaped cladding layer is adjusted to 0.5 μm or more and 20 μm or less, more preferably 10 μm or less, and most preferably 5 μm or less. The stripe width means the stripe width of the ridge on the side closer to the active layer. If it is larger than 20 μm, the threshold value is not lowered so much, and if it is smaller than 0.5 μm, heat is generated and the element tends to be easily broken.
【0025】さらに付言すると、オーミック用の正電極
30は、リッジ状のp型層の最表面に露出されたストラ
イプ状のp型コンタクト層8のほぼ全面に形成されてい
る。このように正電極30をリッジ最表面のp層のほぼ
全面に形成することにより、コンタクト抵抗が下がり、
Vfを低下させることができる。このためレーザ素子の
駆動電圧と電流と両方を下げることができる。なお、こ
の場合の「ほぼ全面」とは90%以上の面積を指すもの
とする。In addition, the ohmic positive electrode 30 is formed on almost the entire surface of the striped p-type contact layer 8 exposed on the outermost surface of the ridge-shaped p-type layer. By thus forming the positive electrode 30 on almost the entire surface of the p layer on the outermost surface of the ridge, the contact resistance is reduced,
Vf can be reduced. Therefore, both the drive voltage and the current of the laser element can be reduced. In this case, the “substantially entire surface” means an area of 90% or more.
【0026】なお、本発明に類似した技術として、例え
ば特開平6−152072号公報に屈折率導波型のレー
ザ素子が示されている。しかしながらこの公報ではエッ
チング深さが活性層を超えてn型層にまで至っている。
本発明のレーザ素子ではエッチング深さは図1、図3に
示すように活性層を超えない。活性層を超えないことに
よりエッチングダメージが活性層中に入りにくくなるの
で、レーザ素子の寿命を長くすることができる。As a technique similar to the present invention, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 6-152072 discloses a refractive index waveguide type laser device. However, in this publication, the etching depth exceeds the active layer and reaches the n-type layer.
In the laser device of the present invention, the etching depth does not exceed the active layer as shown in FIGS. Since the etching damage is less likely to enter the active layer by not exceeding the active layer, the life of the laser element can be extended.
【0027】[実施例]図4ないし図7は本発明の実施
例において得られる窒化物半導体ウェーハの主要部の構
造を示す模式的な断面図である。以下、これらの図を用
いて図1に示すレーザ素子を得る方法について詳説す
る。実施例の方法はMOVPE法によりLD素子を作成
する方法であるが、本発明の素子はMOVPE法だけで
はなく、例えばMBE、HDVPE等の他の知られてい
る窒化物半導体の気相成長法を用いて成長させることが
できる。[Embodiment] FIGS. 4 to 7 are schematic sectional views showing a structure of a main part of a nitride semiconductor wafer obtained in an embodiment of the present invention. Hereinafter, a method for obtaining the laser device shown in FIG. 1 will be described in detail with reference to these drawings. Although the method of the embodiment is a method of forming an LD element by the MOVPE method, the element of the present invention is not limited to the MOVPE method, and other known vapor phase epitaxy methods of nitride semiconductors such as MBE and HDVPE. Can be used to grow.
【0028】よく洗浄されたスピネル基板1(MgAl
2O4、111面)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1の表面にGa
Nよりなるバッファ層(図示せず。)を200オングス
トロームの膜厚で成長させる。バッファ層は基板と窒化
物半導体との格子不整合を緩和する作用があり、他にA
lN、AlGaN等を成長させることも可能である。こ
のバッファ層を成長させることにより、基板の上に成長
させるn型窒化物半導体の結晶性が良くなることが知ら
れているが、成長方法、基板の種類等によりバッファ層
が成長されない場合もあるので、特に図示していない。A well-cleaned spinel substrate 1 (MgAl
2 O 4 , 111 plane) was installed in the reaction vessel of the MOVPE apparatus, and then TMG (trimethylgallium) was added to the source gas.
Ga was applied to the surface of the substrate 1 at a temperature of 500 ° C. using ammonia.
A buffer layer (not shown) made of N is grown to a film thickness of 200 Å. The buffer layer has a function of alleviating the lattice mismatch between the substrate and the nitride semiconductor.
It is also possible to grow 1N, AlGaN, or the like. It is known that by growing this buffer layer, the crystallinity of the n-type nitride semiconductor grown on the substrate is improved, but the buffer layer may not be grown depending on the growth method, the type of the substrate and the like. Therefore, it is not particularly shown.
【0029】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2を4μmの膜厚で成長させる。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.
4 An n-type contact layer 2 made of Si-doped GaN is grown to a thickness of 4 μm using (silane) gas.
【0030】次に温度を750℃まで下げ、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(図示せず。)を5
00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In
GaN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型光閉じこめ層3を厚膜で
成長させることが可能となる。LDの場合は、光閉じ込
め層となる層を、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こ
め層3にクラックが入るのを防止することができる。し
かも次に成長させる光閉じこめ層3を厚膜で成長させて
も膜質良く成長できる。なおクラック防止層は100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、クラック防止層は成長方法、成長装置によっては
省略することもできるので図示していないが、LDを製
造する上では成長させる方が望ましい。Next, the temperature is lowered to 750 ° C., TMG, TMI (trimethylindium) and ammonia are used as source gases, and silane gas is used as an impurity gas.
A crack preventing layer (not shown) made of 1Ga0.9N
It is grown to a thickness of 00 Å. The anti-crack layer is an n-type nitride semiconductor containing In, preferably In
By growing GaN, the n-type optical confinement layer 3 made of a nitride semiconductor containing Al to be grown next can be grown as a thick film. In the case of LD, it is necessary to grow the layer serving as the optical confinement layer with a film thickness of, for example, 0.1 μm or more. In the past, if a thick film of AlGaN was grown directly on the GaN or AlGaN layer, it was difficult to fabricate the device because the AlGaN grown later had cracks. It is possible to prevent the layer 3 from cracking. Moreover, even if the optical confinement layer 3 to be grown next is grown as a thick film, the film quality can be grown with good quality. The crack prevention layer is preferably grown to a film thickness of 100 angstroms or more and 0.5 μm or less. If it is thinner than 100 angstroms, it is difficult to act as a crack prevention as described above.
If it is thicker than 5 μm, the crystals themselves tend to turn black.
Although the crack prevention layer can be omitted depending on the growth method and the growth apparatus, it is not shown, but it is preferable to grow it for manufacturing the LD.
【0031】次に、温度を1050℃にして、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Al0.07Ga0.93Nよりなるn型光閉じこめ層3を
0.6μmの膜厚で成長させる。Next, the temperature is set to 1050 ° C., TEG, TMA (trimethylaluminum) and ammonia are used as source gases, and silane gas is used as an impurity gas.
An n-type optical confinement layer 3 made of Al 0.07 Ga 0.93 N is grown to a thickness of 0.6 μm.
【0032】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4を500オングストロームの
膜厚で成長させる。Then, TMG, ammonia, and
Si-doped n-type GaN using silane gas as impurity gas
The n-type light guide layer 4 is grown to a film thickness of 500 angstroms.
【0033】次に原料ガスにTMG、TMI、アンモニ
アを用いて活性層5を成長させる。活性層は温度を75
0℃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4
回繰り返し、最後に井戸層を成長させ、総膜厚325オ
ングストロームの膜厚の多重量子井戸構造よりなる活性
層5を成長させる。Next, the active layer 5 is grown using TMG, TMI, and ammonia as source gases. The active layer has a temperature of 75
While maintaining the temperature at 0 ° C., first, a well layer made of non-doped In0.2Ga0.8N is grown to a thickness of 25 Å. Next, a barrier layer made of non-doped In0.01Ga0.95N was deposited at the same temperature by changing only the molar ratio of TMI.
It is grown to a film thickness of 0 angstrom. Do this operation 4
This process is repeated, and finally the well layer is grown to grow the active layer 5 having a multiple quantum well structure with a total film thickness of 325 Å.
【0034】活性層5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(図示せず。)を100オングストロームの
膜厚で成長させる。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
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。逆に活性層に接するp層をGa
Nとすると素子の出力が約1/3に低下してしまう。こ
れはAlGaNがGaNに比べてp型になりやすく、ま
たp型キャップ層成長時に、InGaNが分解するのを
抑える作用があるためと推察されるが、詳しいことは不
明である。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。p型キャップ層も省略可能であるの
で図示していないが、LDを製造する上では成長させる
方が望ましい。またp型キャップ層よりリッジ形状のス
トライプを形成しても良く、本発明でいうクラッド層の
一つである。After the growth of the active layer 5, the temperature is set to 1050 ° C. and TMG, TMA, ammonia, and Cp 2 Mg (cyclopentadienyl magnesium) as an acceptor impurity source.
Is used to grow a p-type cap layer (not shown) made of Mg-doped p-type Al0.2Ga0.8N to a film thickness of 100 angstrom. 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 has a function as a cap layer for preventing decomposition of the active layer made of InGaN, and is also active. By growing a p-type cap layer made of a p-type nitride semiconductor containing Al on the layer, the light emission output is remarkably improved. Conversely, the p layer in contact with the active layer is Ga
When N is set, the output of the element is reduced to about 1/3. It is presumed that this is because AlGaN is more likely to be p-type than GaN and has the effect of suppressing decomposition of InGaN during growth of the p-type cap layer, but details are unknown. When the film thickness of the p-type cap layer is thicker than 1 μm, cracks are likely to be formed in the layer itself, and it tends to be difficult to manufacture an element. Although the p-type cap layer can be omitted, it is not shown, but it is preferable to grow it for manufacturing the LD. A ridge-shaped stripe may be formed from the p-type cap layer, which is one of the cladding layers in the present invention.
【0035】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6を500オングストロー
ムの膜厚で成長させる。このp型光ガイド層6は上記し
たように、InGaN、GaNとすることにより次のA
lを含むp型光閉じこめ層7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 6 made of aN is grown to a film thickness of 500 angstrom. As described above, the p-type light guide layer 6 is made of InGaN or GaN, and
The p-type optical confinement layer 7 containing 1 can be grown with good crystallinity.
【0036】続いて、TMG、TMA、アンモニア、C
p2Mgを用いてMgドープAl0.07Ga0.93Nよりな
るp型光閉じ込め層7を0.5μmの膜厚で成長させ
る。Then, TMG, TMA, ammonia, C
A p-type optical confinement layer 7 made of Mg-doped Al0.07Ga0.93N is grown to a thickness of 0.5 μm using p2Mg.
【0037】さらに、TMG、アンモニア、Cp2Mg
を用い、Mgドープp+型GaNよりなるp型コンタク
ト層8を0.2μmの膜厚で成長させる。Furthermore, TMG, ammonia, Cp2Mg
Is used to grow the p-type contact layer 8 of Mg-doped p + -type GaN to a thickness of 0.2 μm.
【0038】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、p型コンタクト層8
に第1のマスクを形成して、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8から
選択エッチを行い、負電極20を形成すべきn型コンタ
クト層2の表面を露出させる。さらに、第1のマスク除
去後、さらにp型コンタクト層8の表面、および露出し
たn型コンタクト層2表面に第2のマスク41を形成す
る。なお、p型コンタクト層の表面に形成する第2のマ
スク41は幅2μmのストライプ状とする。第2のマス
ク形成後のウェーハの主要部の構造を示す断面図が図4
である。The wafer in which the nitride semiconductors are laminated as described above is taken out from the reaction container, and the p-type contact layer 8 is formed.
A first mask is formed on the surface of the n-type contact layer 2 on which the negative electrode 20 is to be formed by selective etching from the uppermost p-type contact layer 8 using a reactive ion etching (RIE) device. Expose. Further, after removing the first mask, a second mask 41 is formed on the surface of the p-type contact layer 8 and the exposed surface of the n-type contact layer 2. The second mask 41 formed on the surface of the p-type contact layer has a stripe shape with a width of 2 μm. FIG. 4 is a sectional view showing the structure of the main part of the wafer after the second mask is formed.
It is.
【0039】第2のマスク形成後、同じくRIEにより
選択エッチを行い、p型コンタクト層8、p型光閉じこ
め層7、p型光ガイド層6の一部をエッチングし、リッ
ジ形状のストライプを形成する。ストライプは基板の平
面に対し、ほぼ90゜とする。エッチング後、第2のマ
スク41を除去する。第2のマスク41除去後のウェー
ハの主要部の構造が図5である。After formation of the second mask, selective etching is similarly performed by RIE to partially etch the p-type contact layer 8, the p-type optical confinement layer 7, and the p-type optical guide layer 6 to form a ridge-shaped stripe. To do. The stripe is approximately 90 ° with respect to the plane of the substrate. After etching, the second mask 41 is removed. The structure of the main part of the wafer after the removal of the second mask 41 is shown in FIG.
【0040】次に、図7に示すように、窒化物半導体ウ
ェーハの所定の位置に第3のマスク42を形成し、さら
にプラズマCVD装置でSiO2よりなる絶縁性薄膜1
0を、p型光ガイド層6の表面と、n型コンタクト層2
の表面に連続して0.5μmの膜厚で形成する。絶縁性
薄膜10を形成する前の構造を示す図が図6であり、第
3のマスク42除去後の構造を示す図が図7である。Next, as shown in FIG. 7, a third mask 42 is formed at a predetermined position on the nitride semiconductor wafer, and an insulating thin film 1 made of SiO 2 is formed by a plasma CVD apparatus.
0 indicates the surface of the p-type optical guide layer 6 and the n-type contact layer 2
Is continuously formed with a film thickness of 0.5 μm. FIG. 6 is a diagram showing the structure before the insulating thin film 10 is formed, and FIG. 7 is a diagram showing the structure after the third mask 42 is removed.
【0041】第3のマスク42除去後、常法に従い、p
型コンタクト層8のほぼ全面にはNiとAuよりなるス
トライプ状の正電極30を形成し、露出させたn型コン
タクト層2にはTiとAlよりなるストライプ状の負電
極20を形成する。負電極20はオーミック用とパッド
用とを兼ねている。その後、正電極30の上にAuより
なるパッド電極31を形成する。After removing the third mask 42, p
A striped positive electrode 30 made of Ni and Au is formed on almost the entire surface of the type contact layer 8, and a striped negative electrode 20 made of Ti and Al is formed on the exposed n-type contact layer 2. The negative electrode 20 serves both as an ohmic electrode and as a pad. After that, the pad electrode 31 made of Au is formed on the positive electrode 30.
【0042】以上のようにしたウェーハを、まずストラ
イプ状の電極に平行な位置で分割した後、次に電極に垂
直な方向で分割し、垂直な方向で分割した分割面を研磨
して鏡面とする。その共振面に常法に従って誘電体多層
膜を形成して、図1に示すようなレーザチップとする。
このレーザチップをヒートシンクに設置し、常温でパル
ス発振させたところ閾値電流が直流0.1A、10Vで
410nmのレーザ発振を示した。The above-described wafer is first divided at a position parallel to the striped electrodes, then divided in a direction perpendicular to the electrodes, and the divided surfaces divided in the vertical direction are polished to form mirror surfaces. To do. A dielectric multilayer film is formed on the resonance surface according to a conventional method to obtain a laser chip as shown in FIG.
When this laser chip was placed on a heat sink and pulse-oscillated at room temperature, a laser oscillation of 410 nm with a threshold current of 0.1 A DC and 10 V was shown.
【0043】[実施例2]図8は本実施例に係るレーザ
素子の構造を示す模式的な断面図である。このレーザ素
子は正電極30をクラッド層にショットキーバリア接触
する金属薄膜として設けている点が実施例1と異なる。[Embodiment 2] FIG. 8 is a schematic sectional view showing the structure of a laser device according to this embodiment. This laser device is different from the first embodiment in that the positive electrode 30 is provided as a metal thin film in Schottky barrier contact with the cladding layer.
【0044】実施例1において、リッジ形状のストライ
プを形成する際、図8に示すようにp型光閉じ込め層6
までメサエッチする。なおメサエッチ後のストライプ側
面の角度θはおよそ95゜である。In Example 1, when the ridge-shaped stripe was formed, the p-type optical confinement layer 6 was formed as shown in FIG.
Mesa etch until. The angle θ of the stripe side surface after the mesa etching is about 95 °.
【0045】エッチング後、絶縁性薄膜10を形成せ
ず、電極を形成する工程において、図8に示すようにp
型コンタクト層8のほぼ全面と、p型光閉じ込め層6の
表面とに渡って、NiとAuを含む正電極30を形成す
る。NiとAuとを含む金属は、Mgドープp型GaN
よりなるp型コンタクト層8にはオーミック接触する
が、AlGaNよりなるp型光閉じ込め層にはショット
キーバリア接触する。なお本発明において、金属薄膜が
クラッド層に接するショットキーバリア接触とは、完全
なショットキーバリア接触ではなく、p型コンタクト層
よりも接触抵抗が高いことを意味する。以上のようにし
て金属薄膜を形成した後、実施例1と同様にしてレーザ
素子を作製したところ、ほぼ同一の特性を示した。After the etching, in the step of forming the electrode without forming the insulating thin film 10, as shown in FIG.
A positive electrode 30 containing Ni and Au is formed over almost the entire surface of the type contact layer 8 and the surface of the p-type optical confinement layer 6. The metal containing Ni and Au is Mg-doped p-type GaN.
Is in ohmic contact with the p-type contact layer 8 made of AlGaN, but is in Schottky barrier contact with the p-type optical confinement layer made of AlGaN. In the present invention, the Schottky barrier contact in which the metal thin film is in contact with the cladding layer does not mean a perfect Schottky barrier contact but means that the contact resistance is higher than that of the p-type contact layer. After forming the metal thin film as described above, a laser element was manufactured in the same manner as in Example 1, and showed substantially the same characteristics.
【0046】[0046]
【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーザ素
子ではリッジ型のストライプにより、活性層の発光がリ
ッジの下に集中して、横モードのレーザ光が制御できる
ためにレーザ発振の閾値電流低下して、連続発振が可能
となる。窒化物半導体は現在研究されているII−VI族化
合物半導体よりなるレーザ素子に比べて短波長が発振で
きるという利点がある。従って窒化物半導体で連続発振
が可能となると、書き込み光源、読みとり光源としての
需要が爆発的に増え、その産業上の利用価値は非常に大
きい。As described above, in the laser device of the present invention, the ridge-type stripe concentrates the light emission of the active layer under the ridge, and the transverse mode laser light can be controlled. The current decreases and continuous oscillation becomes possible. Nitride semiconductors have the advantage that they can oscillate at shorter wavelengths than laser devices made of II-VI group compound semiconductors that are currently being researched. Therefore, if continuous oscillation is possible with a nitride semiconductor, the demand for a writing light source and a reading light source will explosively increase, and its industrial utility value will be extremely large.
【図1】 本発明に係るレーザ素子の一構造を示す模式
断面図。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing one structure of a laser device according to the present invention.
【図2】 図1のレーザ素子の形状を示す斜視図。FIG. 2 is a perspective view showing the shape of the laser device of FIG.
【図3】 本発明に係るレーザ素子の他の構造を示す模
式断面図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing another structure of the laser device according to the present invention.
【図4】 実施例において得られる窒化物半導体ウェー
ハの主要部の構造を示す模式断面図。FIG. 4 is a schematic sectional view showing a structure of a main part of a nitride semiconductor wafer obtained in an example.
【図5】 実施例において得られる窒化物半導体ウェー
ハの主要部の構造を示す模式断面図。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the main part of a nitride semiconductor wafer obtained in an example.
【図6】 実施例において得られる窒化物半導体ウェー
ハの主要部の構造を示す模式断面図。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the main part of a nitride semiconductor wafer obtained in an example.
【図7】 実施例において得られる窒化物半導体ウェー
ハの主要部の構造を示す模式断面図。FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing the structure of the main part of a nitride semiconductor wafer obtained in an example.
【図8】 本発明の他の実施例に係るレーザ素子の構造
を示す模式断面図。FIG. 8 is a schematic sectional view showing the structure of a laser device according to another embodiment of the present invention.
1・・・・基板 2・・・・n型コンタクト層 3・・・・n型光閉じこめ層 4・・・・n型光ガイド層 5・・・・活性層 6・・・・p型光ガイド層 7・・・・p型光閉じこめ層 8・・・・p型コンタクト層 10・・・・絶縁性薄膜 20、30・・・・電極 1 ... Substrate 2 ... N-type contact layer 3 ... N-type optical confinement layer 4 ... N-type light guide layer 5 ... Active layer 6 ... P-type light Guide layer 7 ... P-type optical confinement layer 8 ... P-type contact layer 10 ... Insulating thin film 20, 30 ... Electrode
Claims (5)
上に形成されたリッジ形状のストライプを有するn型若
しくはp型のクラッド層とを有することを特徴とする窒
化物半導体レーザ素子。1. A nitride semiconductor laser device comprising an active layer formed on a substrate and an n-type or p-type cladding layer having a ridge-shaped stripe formed on the active layer.
も屈折率の小さい材料よりなる絶縁性薄膜が形成されて
い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. The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein an insulating thin film made of a material having a refractive index smaller than that of the cladding layer is formed on the surface of the cladding layer.
ョットキーバリア接触する金属薄膜が形成されているこ
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. The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein a metal thin film that is in Schottky barrier contact with the cladding layer is formed on the surface of the cladding layer.
る角度が90゜以上であることを特徴とする請求項1な
いし3のいずれか1項に記載の窒化物半導体レーザ素
子。4. The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein an angle of the side surface of the ridge shape with respect to the substrate surface is 90 ° or more.
含む窒化物半導体よりなる多重量子井戸構造を有するこ
とを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載
の窒化物半導体レーザ素子。5. The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein the active layer has a multiple quantum well structure made of a nitride semiconductor containing at least indium.
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