【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は窒化物半導体（Ｉｎa'Ａ
ｌb'Ｇａ1-a'-b'Ｎ、０≦a'、０≦b'、a'＋b'≦１）よ
りなるレーザ素子に関する。The present invention relates to a nitride semiconductor (Ina'A).
l b 'Ga 1-a'- b' N, 0 ≦ a ', 0 ≦ b', a '+ b' ≦ 1) relates to a laser device made of.
【０００２】[0002]
【従来の技術】紫外〜赤色に発振可能なレーザ素子の材
料として窒化物半導体（Ｉｎa'Ａｌb'Ｇａ1-a'-b'Ｎ、
０≦a'、０≦b'、a'＋b'≦１）が知られている。我々は
この半導体材料を用いて、１９９３年１１月に光度１ｃ
ｄの青色ＬＥＤを発表し、１９９４年４月に光度２ｃｄ
の青緑色ＬＥＤを発表し、１９９４年１０月には光度２
ｃｄの青色ＬＥＤを発表した。これらのＬＥＤは全て製
品化されて、現在ディスプレイ、信号等の実用に供され
ている。2. Description of the Related Art A nitride semiconductor (Ina ′ Alb ′ Ga1-a′-b ′ N,
0 ≦ a ′, 0 ≦ b ′, a ′ + b ′ ≦ 1) are known. We use this semiconductor material to obtain a luminous intensity of 1c in November 1993.
announces blue LED of "d" and a luminous intensity of 2 cd in April, 1994.
Announced a blue-green LED.
cd blue LED was announced. These LEDs have all been commercialized and are currently being put to practical use in displays, signals, and the like.
【０００３】図１に現在の青色、青緑色ＬＥＤの発光チ
ップの構造を示す。基本的にはサファイア基板１１の上
にｎ型ＧａＮよりなるｎ型コンタクト層１２と、ｎ型Ａ
ｌＧａＮよりなるｎ型クラッド層１３と、ｎ型ＩｎＧａ
Ｎよりなる活性層１４と、ｐ型ＡｌＧａＮよりなるｐ型
クラッド層１５と、ｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト
層１６とが順に積層された構造を有している。なおサフ
ァイア基板１１とｎ型コンタクト層１２との間にはＧａ
Ｎ、ＡｌＧａＮ、またはＡｌＮよりなるバッファ層が形
成されているがこの図では特に図示していない。活性層
１４のｎ型ＩｎＧａＮはＳｉ、Ｇｅ、Ｓ等のｎ型ドーパ
ントおよび／またはＺｎ、Ｍｇ等のｐ型ドーパントがド
ープされており、ＬＥＤ素子の発光波長は、その活性層
のＩｎＧａＮのＩｎ組成比を変更するか、または活性層
にドープする不純物の種類を変更することで、紫外〜赤
色まで変化させることが可能となっている。FIG. 1 shows a structure of a light emitting chip of a current blue and blue-green LED. Basically, an n-type contact layer 12 of n-type GaN and an n-type A
an n-type cladding layer 13 made of lGaN;
It has a structure in which an active layer 14 made of N, a p-type clad layer 15 made of p-type AlGaN, and a p-type contact layer 16 made of p-type GaN are sequentially stacked. Ga is provided between the sapphire substrate 11 and the n-type contact layer 12.
Although a buffer layer made of N, AlGaN, or AlN is formed, it is not particularly shown in FIG. The n-type InGaN of the active layer 14 is doped with an n-type dopant such as Si, Ge and S and / or a p-type dopant such as Zn and Mg, and the emission wavelength of the LED element is determined by the In composition of InGaN of the active layer. By changing the ratio or the type of the impurity doped into the active layer, it is possible to change from ultraviolet to red.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】このようにダブルへテ
ロ構造で発光するＬＥＤが実現された現在、次の課題は
は窒化物半導体を用いた短波長レーザ素子の実現にあ
る。しかしながら窒化物半導体は未だレーザ発振するに
は至っていない。At present, as described above, an LED emitting light in a double hetero structure has been realized, and the next problem is to realize a short wavelength laser device using a nitride semiconductor. However, nitride semiconductors have not yet achieved laser oscillation.
【０００５】従って本発明はその課題を解決するために
成されたものであって、その目的とするところは窒化物
半導体を用いたレーザ素子を実現することにあり、特に
紫外〜緑色領域で発振する短波長レーザを実現するにあ
る。Accordingly, the present invention has been made to solve the problem, and an object of the present invention is to realize a laser device using a nitride semiconductor, and particularly to oscillate in the ultraviolet to green region. To realize a short wavelength laser.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】我々は、まず第一にダブ
ルへテロ構造となるように積層された窒化物半導体中の
所定の位置に活性層の発光を閉じこめられる光反射膜を
形成し、第二に活性層の結晶性を良くすることにより上
記問題が解決できることを新規に見いだし本発明を成す
に至った。即ち本発明の窒化物半導体レーザ素子は、基
板上に、少なくともｎ型窒化物半導体よりなる第一のｎ
型クラッド層と、その第一のｎ型クラッド層に接してイ
ンジウムとガリウムとを含む窒化物半導体よりなる活性
層と、その活性層に接してｐ型窒化物半導体よりなる第
一のｐ型クラッド層とが順に積層された構造を有し、さ
らにｐ型窒化物半導体側からエッチングされて同一面側
に正、負一対の電極が取り出された構造を備える窒化物
半導体レーザ素子であって、前記第一のｎ型クラッド層
の外側に、互いに組成の異なる２種類の窒化物半導体層
である、ＩｎcＧａ1-cＮ（０≦c＜１）層とＡｌdＧａ
1-dＮ（０＜d＜１）層とが積層されてなるｎ型の多層膜
を光反射膜として備え、さらにそのｎ型の多層膜は、最
も基板側に近いエッチング面の水平面よりもｐ型窒化物
半導体層に近い位置に形成されていることを特徴とす
る。但し、外側とは活性層が形成されているクラッド層
の反対側を意味するものであって、必ずしもクラッド層
に接している必要はない。Means for Solving the Problems We first form a light reflecting film capable of confining light emission of an active layer at a predetermined position in a nitride semiconductor laminated so as to have a double hetero structure, Secondly, the present inventors have newly found that the above problem can be solved by improving the crystallinity of the active layer, and have accomplished the present invention. That is, the nitride semiconductor laser device of the present invention has a first n-type nitride semiconductor
-Type cladding layer, an active layer made of a nitride semiconductor containing indium and gallium in contact with the first n-type cladding layer, and a first p-type cladding made of a p-type nitride semiconductor in contact with the active layer And a layer having a structure in which a pair of positive and negative electrodes are taken out on the same surface side by being etched from the p-type nitride semiconductor side, further comprising: on the outside of the first n-type cladding layer, a two nitride semiconductor layers having different compositions from eachother, in c Ga 1-c n (0 ≦ c <1) layer and the Ald Ga
An n-type multilayer film in which a1-d N (0 <d <1) layer is laminated is provided as a light reflecting film, and the n-type multilayer film is more than the horizontal plane of the etching surface closest to the substrate side. It is formed at a position close to the p-type nitride semiconductor layer. However, “outside” means the opposite side of the clad layer on which the active layer is formed, and does not necessarily need to be in contact with the clad layer.
【０００７】また本発明の第二は前記第一のｐ型クラッ
ド層の外側に、互いに組成の異なる２種類のｐ型窒化物
半導体層が積層されてなるｐ型の多層膜を光反射膜とし
て備えることを特徴とする。In a second aspect of the present invention, a p-type multilayer film in which two types of p-type nitride semiconductor layers having different compositions are laminated outside the first p-type cladding layer is used as a light reflecting film. It is characterized by having.
【０００８】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を図２に示す。１はサファイア基
板、２は基板と窒化物半導体層との格子不整号を緩和す
るバッファ層、３は負電極を形成するｎ型コンタクト
層、４は第二のｎ型クラッド層、５は第一のｎ型クラッ
ド層、６は活性層、７は第一のｐ型クラッド層、８は第
二のｐ型クラッド層、９は正電極を形成するｐ型コンタ
クト層をそれぞれ示している。さらに活性層６からの発
光が基板１側に広がらないように、この図では第一のｎ
型クラッド層５と第二のｎ型クラッド層４との間に、活
性層６の光を反射するｎ型多層膜４４を形成している。
しかもｎ型多層膜４４の形成位置は最も基板１側に近い
エッチング面の水平面（図２では負電極が形成されるｎ
型コンタクト層３のエッチング面の水平面としてい
る。）よりもｐ型窒化物半導体層に近い位置に形成され
ている。ｎ型多層膜４４は互いに組成の異なる窒化物半
導体、つまり互いに屈折率の異なる２種類の窒化物半導
体が、例えばλ／４ｎ（λ：波長、ｎ：屈折率）で交互
に２層以上積層されて、活性層６の発光波長をｎ型多層
膜４４で反射して活性層６中に閉じこめる作用を有して
いる。FIG. 2 is a schematic sectional view showing the structure of a laser device according to one embodiment of the present invention. 1 is a sapphire substrate, 2 is a buffer layer for alleviating lattice irregularity between the substrate and the nitride semiconductor layer, 3 is an n-type contact layer forming a negative electrode, 4 is a second n-type cladding layer, 5 is a first n-type cladding layer. , An active layer, 7 a first p-type cladding layer, 8 a second p-type cladding layer, and 9 a p-type contact layer for forming a positive electrode. In this figure, the first n is used so that the light emission from the active layer 6 does not spread to the substrate 1 side.
An n-type multilayer film 44 for reflecting the light of the active layer 6 is formed between the mold clad layer 5 and the second n-type clad layer 4.
In addition, the formation position of the n-type multilayer film 44 is on the horizontal plane of the etching surface closest to the substrate 1 side (n in FIG. 2 where the negative electrode is formed).
The etching surface of the mold contact layer 3 is a horizontal plane. ) Is formed at a position closer to the p-type nitride semiconductor layer. The n-type multilayer film 44 is formed by alternately stacking two or more nitride semiconductors having different compositions, that is, two types of nitride semiconductors having different refractive indices, for example, at λ / 4n (λ: wavelength, n: refractive index). Thus, it has the function of reflecting the emission wavelength of the active layer 6 by the n-type multilayer film 44 and confining it in the active layer 6.
【０００９】また、図３は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的な断面図であり、同一符号
は図２と同一部材を示している。図３では、ｎ型コンタ
クト層３と第二のｎ型クラッド層４との間にｎ型多層膜
４４が形成され、第二のｐ型クラッド層８とｐ型コンタ
クト層９との間に互いに組成の異なる２種類の窒化物半
導体を交互に積層したｐ型の多層膜５５が形成されてい
る。図３のように光反射膜となるｐ型の多層膜５５をｐ
型層中にも形成すると、ｎ型多層膜４４をｎ型層中に形
成した時よりもさらに効率的に活性層の光り閉じこめが
できるので、容易にレーザ発振しやすくなる。また図３
も同様にｎ型多層膜４４の形成位置は負電極が形成され
るｎ型コンタクト層３のエッチング面の水平面、つまり
最も基板１側に近いエッチング面の水平面よりもｐ型層
側に近い位置に形成されている。FIG. 3 is a schematic sectional view showing the structure of a laser device according to another embodiment of the present invention, and the same reference numerals denote the same members as in FIG. In FIG. 3, an n-type multilayer film 44 is formed between the n-type contact layer 3 and the second n-type cladding layer 4, and is formed between the second p-type cladding layer 8 and the p-type contact layer 9. A p-type multilayer film 55 is formed by alternately stacking two types of nitride semiconductors having different compositions. As shown in FIG. 3, a p-type multilayer film 55 serving as a light reflecting film is
When the active layer is formed also in the mold layer, light can be more effectively confined in the active layer than when the n-type multilayer film 44 is formed in the n-type layer. FIG.
Similarly, the formation position of the n-type multilayer film 44 is on the horizontal surface of the etching surface of the n-type contact layer 3 where the negative electrode is formed, that is, the position closer to the p-type layer side than the horizontal surface of the etching surface closest to the substrate 1 side. Is formed.
【００１０】また、図４は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的な断面図であり、同一符号
は図２および図３と同一部材を示している。図４では、
第一のｎ型クラッド層５と第二のｎ型クラッド層４との
間にｎ型多層膜４４が形成され、第一のｐ型クラッド層
７と第二のｐ型クラッド層８との間にｐ型の多層膜層５
５が形成されている。FIG. 4 is a schematic sectional view showing the structure of a laser device according to another embodiment of the present invention, and the same reference numerals denote the same members as in FIGS. In FIG.
An n-type multilayer film 44 is formed between the first n-type cladding layer 5 and the second n-type cladding layer 4, and is formed between the first p-type cladding layer 7 and the second p-type cladding layer 8. P-type multilayer film layer 5
5 are formed.
【００１１】また、図６も本願の他の実施例に係るレー
ザ素子の構造を示す模式的な断面図であるが、この図が
他の本発明のレーザ素子の構造と異なる点は、ｐ層側か
らのエッチングを深くして、エッチング面の水平面のｐ
型コンタクト層の深さが負電極の形成面よりも基板側に
あるところである。ｎ型多層膜４４の位置が、最も基板
側に近いエッチング面の水平面（Ａ面）よりもｐ型窒化
物半導体層に近い位置に形成されていることを示してい
る。ｎ型多層膜４４の位置の作用については後に詳しく
述べる。FIG. 6 is also a schematic cross-sectional view showing the structure of a laser device according to another embodiment of the present invention. Deepen the etching from the side, p
The depth of the mold contact layer is closer to the substrate than the surface on which the negative electrode is formed. This indicates that the position of the n-type multilayer film 44 is formed at a position closer to the p-type nitride semiconductor layer than to the horizontal plane (A plane) of the etching surface closest to the substrate side. The function of the position of the n-type multilayer film 44 will be described later in detail.
【００１２】このようにｎ型の多層膜４４は、第一のｎ
型クラッド層５、第二のｎ型クラッド層４の間、第二の
ｎ型クラッド層４とｎ型コンタクト層３との間、または
ｎ型コンタクト層内部（内部については実施例で説明す
る。）の内のいずれか一ヶ所に形成可能であり、またｐ
型多層膜５５を形成する場合には、請求項７にも記載の
ように第一のｐ型クラッド層７と第二のｐ型クラッド層
８との間、第二のｐ型クラッド層８とｐ型コンタクト層
９との間、またはｐ型コンタクト層内部の内のいずれか
一ヶ所に形成可能である。As described above, the n-type multilayer film 44 is formed of the first n
Between the second cladding layer 5 and the second n-type cladding layer 4, between the second n-type cladding layer 4 and the n-type contact layer 3, or inside the n-type contact layer (the inside will be described in Examples). ) Can be formed at any one of
When the mold multilayer film 55 is formed, the second p-type clad layer 8 may be formed between the first p-type clad layer 7 and the second p-type clad layer 8 as described in claim 7. It can be formed at any one position between the p-type contact layer 9 and inside the p-type contact layer.
【００１３】次に前記ｎ型多層膜４４、ｐ型多層膜５５
を構成する２種類の窒化物半導体は、少なくとも一方が
インジウムとガリウムとを含む窒化物半導体またはＧａ
Ｎ｛例えばＩｎcＧａ1-cＮ（０≦c＜１）｝であること
が好ましい。なぜなら単一層を積層して多層膜とする場
合、その単一層の一方にＩｎcＧａ1-cＮ、ＧａＮを形成
することにより、ＧａＮ、ＩｎcＧａ1-cＮ層がバッファ
層のような作用をして、もう一方の単一層にクラックが
入るのを防止することができるからである。これはＩｎ
cＧａ1-cＮ層、ＧａＮ層の結晶がＡｌＧａＮに比べて柔
らかいことによるものである。これに対し多層膜を例え
ば互いにＡｌ組成の異なるＡｌＧａＮ層で、例えば総膜
厚０．５μｍ以上となるように多層形成すると、多層膜
中にクラックが入り、素子作製が困難となる。Next, the n-type multilayer film 44 and the p-type multilayer film 55
Are composed of at least one of nitride semiconductor containing indium and gallium or Ga
It is preferable that N {for example, Inc Ga1 -c N (0 ≦ c <1)}. This is because, when a single layer is stacked to form a multilayer film, by forming Inc Ga1-c N and GaN on one of the single layers, the GaN and the Inc Ga1-c N layer can be used as a buffer layer. This is because it can act to prevent cracks from entering the other single layer. This is In
c Ga1-c N layer, crystals of GaN layer is due to softer than the AlGaN. On the other hand, if the multilayer film is formed of, for example, AlGaN layers having different Al compositions so as to have a total film thickness of, for example, 0.5 μm or more, cracks are formed in the multilayer film, and it becomes difficult to manufacture an element.
【００１４】多層膜を構成する２種類の窒化物半導体の
好ましい組み合わせは、一方が前記のようにＩｎcＧａ
1-cＮ若しくはＧａＮよりなり、もう一方がアルミニウ
ムとガリウムとを含む窒化物半導体｛例えば、ＡｌdＧ
ａ1-dＮ（０＜d＜１）｝で構成することが最良である。
なぜなら、ＩｎcＧａ1-cＮとＡｌdＧａ1-dＮとは屈折率
の差が大きいのでこれらの材料で多層膜を構成すること
により、発光波長に応じて反射率の大きい多層膜の設計
が可能であるからである。また、ＩｎcＧａ1-cＮがバッ
ファ層の作用をしているため、もう一方のＡｌdＧａ1-d
Ｎ層にクラックが入ることなく１０層以上積層可能とな
る。なお、ＩｎＮ、ＧａＮ、ＡｌＮの屈折率はそれぞ
れ、２．９、２．５、２．１５である。これらの混晶の
屈折率はベガードの法則に従うと仮定し、組成に比例す
るとして求めることができる。[0014] Preferred combinations of the two nitride semiconductor constituting the multilayer film, an Inc Ga as one of the
A nitride semiconductor comprising1-cN or GaN and the other containing aluminum and gallium {for example, Ald G
It is best to construct a1-d N (0 <d <1)}.
Because the refractive index difference between Inc Ga1-c N and Ald Ga1-d N is large, forming a multilayer film with these materials allows a multilayer film having a large reflectance according to the emission wavelength. This is because design is possible. Also, since Inc Ga1 -cN acts as a buffer layer, the other Ald Ga1 -d
Ten or more layers can be stacked without cracks in the N layer. The refractive indexes of InN, GaN, and AlN are 2.9, 2.5, and 2.15, respectively. Assuming that the refractive index of these mixed crystals obeys Vegard's law, it can be determined as being proportional to the composition.
【００１５】ここで、ＩｎcＧａ1-cＮのc値は０．５以
下、好ましくは０．３以下、最も好ましくは０．２以下
に調整することが望ましい。なぜなら、インジウムのモ
ル比が大きくなるに従って、ＩｎＧａＮの結晶性が悪く
なるからである。またＡｌdＧａ1-dＮのd値は０．６以
下、さらに好ましくは０．４以下にすることが望まし
い。０．６より大きいとＡｌＧａＮ層にクラックが発生
しやすいからである。Here, it is desirable that the c value of Inc Ga1 -cN is adjusted to 0.5 or less, preferably 0.3 or less, and most preferably 0.2 or less. This is because as the molar ratio of indium increases, the crystallinity of InGaN deteriorates. The d value of Ald Ga1 -dN is desirably 0.6 or less, and more desirably 0.4 or less. If it is larger than 0.6, cracks tend to occur in the AlGaN layer.
【００１６】次に、レーザ素子を実現するために結晶性
に優れた活性層が得られる素子構造について図面を元に
説明する。Next, a description will be given of an element structure capable of obtaining an active layer having excellent crystallinity for realizing a laser element with reference to the drawings.
【００１７】活性層６｛例えば、ＩｎXＧａ1-XＮ（０＜
X＜１）｝はｎ型、ｐ型いずれでもよいが、特にノンド
ープ（無添加）とすることにより強いバンド間発光が得
られ発光波長の半値幅が狭くなり、レーザ素子を実現す
る上で特に好ましい。特に好ましく活性層は単一量子井
戸（ＳＱＷ：single quantum well）構造若しくは多重
量子井戸（ＭＱＷ：multi quantum well）構造とすると
非常に出力の高い発光素子が得られる。ＳＱＷ、ＭＱＷ
とはノンドープのＩｎＧａＮによる量子準位間の発光が
得られる活性層の構造を指し、例えばＳＱＷでは活性層
を単一組成のＩｎXＧａ1-XＮ（０≦X＜１）で構成した
層であり、ＩｎXＧａ1-XＮの膜厚を１００オングストロ
ーム以下、さらに好ましくは７０オングストローム以下
とすることにより量子準位間の強い発光が得られる。ま
たＭＱＷは組成比の異なるＩｎXＧａ1-XＮ（この場合X
＝０、X＝１を含む）の薄膜を複数積層した多層膜とす
る。このように活性層をＳＱＷ、ＭＱＷとすることによ
り量子準位間発光で、約３６５ｎｍ〜６６０ｎｍまでの
発光が得られる。量子構造の井戸層の厚さとしては、前
記のように７０オングストローム以下が好ましい。多重
量子井戸構造では井戸層はＩｎXＧａ1-XＮで構成し、障
壁層は同じくＩｎYＧａ1-YＮ（Y＜X、この場合Y＝０を
含む）で構成することが望ましい。特に好ましくは井戸
層と障壁層をＩｎＧａＮで形成すると同一温度で成長で
きるので結晶性のよい活性層が得られる。障壁層の膜厚
は１５０オングストローム以下、さらに好ましくは１２
０オングストローム以下にすると高出力な発光素子が得
られる。また、活性層６にｎ型ドーパントおよび／また
はｐ型ドーパントをドープしてもよい。ｎ型ドーパント
をドープするとノンドープのものに比べてバンド間発光
強度をさらに強くすることができる。ｐ型ドーパントを
ドープするとバンド間発光のピーク波長よりも約０．５
ｅＶ低エネルギー側にピーク波長を持っていくことがで
きるが、半値幅は広くなりレーザ発振が難しくなる傾向
にある。また、ｐ型ドーパントとｎ型ドーパントを同時
にドープすると、前述したｐ型ドーパントのみドープし
た活性層の発光強度をさらに大きくすることができるが
半値幅がやはり大きいのでレーザ発振が難しくなる傾向
にある。結晶性のよい活性層を成長させてレーザ素子と
するには、前記のようにノンドープで単一量子井戸構
造、若しくは多重量子井戸構造とすることが最も好まし
い。The active layer 6—for example, Inx Ga1 -xN (0 <
X <1)｝ may be either an n-type or a p-type. Particularly, when non-doped (no addition), a strong interband emission is obtained, the half-width of the emission wavelength is narrowed, and particularly in realizing a laser device. preferable. Particularly preferably, when the active layer has a single quantum well (SQW: single quantum well) structure or a multiple quantum well (MQW: multi quantum well) structure, a light-emitting element having an extremely high output can be obtained. SQW, MQW
Refers to a structure of an active layer in which light emission between quantum levels by non-doped InGaN is obtained. For example, in the case of SQW, a layer in which the active layer is composed of a single composition Inx Ga1 -xN (0 ≦ X <1) By setting the film thickness of Inx Ga1 -xN to 100 angstroms or less, more preferably 70 angstroms or less, strong light emission between quantum levels can be obtained. The MQW is Inx Ga1 -xN having a different composition ratio (in this case, X x
= 0, and X = 1). By using the active layer of SQW or MQW as described above, light emission of about 365 nm to 660 nm can be obtained by quantum level emission. As described above, the thickness of the well layer of the quantum structure is preferably 70 Å or less. Well layer is a multiple quantum well structure composed of InX Ga1-X N, the barrier layer alsoIn Y Ga 1-Y N ( Y <X, in this case including the Y = 0) it is desirable to configure at. Particularly preferably, when the well layer and the barrier layer are formed of InGaN, they can be grown at the same temperature, so that an active layer having good crystallinity can be obtained. The thickness of the barrier layer is 150 Å or less, more preferably 12 Å or less.
When the thickness is less than 0 Å, a high-output light-emitting element can be obtained. Further, the active layer 6 may be doped with an n-type dopant and / or a p-type dopant. Doping with an n-type dopant can further increase the inter-band emission intensity as compared with the non-doped one. When doped with a p-type dopant, the peak wavelength of the interband emission is about 0.5
Although the peak wavelength can be brought to the lower eV energy side, the half value width tends to be wide and laser oscillation tends to be difficult. When the p-type dopant and the n-type dopant are simultaneously doped, the emission intensity of the active layer doped with only the p-type dopant can be further increased, but the half-width is also large, so that laser oscillation tends to be difficult. In order to grow a laser element by growing an active layer having good crystallinity, it is most preferable to use a non-doped single quantum well structure or a multiple quantum well structure as described above.
【００１８】活性層６は必ず活性層６よりもバンドギャ
ップの大きいクラッド層で挟まれる必要がある。図２で
は活性層６の第一の主面側に接して第一のｎ型クラッド
層５を形成し、活性層６の第二の主面側に接して第一の
ｐ型クラッド層７を形成している。第一のｎ型クラッド
層５、および第二のｐ型クラッド層７の半導体材料は活
性層よりもバンドギャップが大きい窒化物半導体であれ
ばどのような組成でも良いが、特に好ましくは、第一の
ｎ型クラッド層５をインジウムとガリウムを含む窒化物
半導体、またはＧａＮ｛例えば、ｎ型ＩｎYＧａ1-YＮ
（０≦Y＜１）｝で形成し、第一のｐ型クラッド層７を
同じくインジウムとガリウムを含む窒化物半導体、また
はＧａＮ｛例えば、ｎ型ＩｎZＧａ1-ZＮ（０≦Z＜
１）｝で形成する。但し、第一のｎ型クラッド層５と第
一のｐ型クラッド層をＩｎＧａＮで形成する場合にはい
ずれかのクラッド層を省略することも可能であるが、特
に好ましくは図２に示すように、活性層６の両面に形成
する。インジウムを含む第一のｎ型クラッド層５、およ
び第二のｐ型クラッド層７は結晶が柔らかいので、これ
らのクラッド層がクッションのようなバッファ層の作用
をして、これらのクラッド層の外側に、第二のｎ型クラ
ッド層４、第二のｐ型クラッド層８、ｎ型コンタクト層
３、ｐ型コンタクト層９等を形成した際に、これらの層
（３、４、８、９）中にクラックが入るのを防止するこ
とができる。バッファ層として作用するＩｎＧａＮクラ
ッド層の膜厚の好ましい範囲は、活性層６と第一のｎ型
クラッド層５、活性層６と第一のｐ型クラッド層７、第
一のｎ型クラッド層５と活性層６と第一のｐ型クラッド
層７の組み合わせにおいて、その組み合わせたＩｎＧａ
Ｎ層の総膜厚を３００オングストローム以上にすること
が好ましい。また、レーザ素子とした場合には第一のｎ
型クラッド層５を省略すれば、第二のｎ型クラッド層４
が第一のｎ型クラッド層５として作用し、また第一のｐ
型クラッド層７を省略すれば、同じく第二のｐ型クラッ
ド層８が第一のｐ型クラッド層７として作用する。The active layer 6 must be sandwiched between cladding layers having a larger band gap than the active layer 6. In FIG. 2, a first n-type cladding layer 5 is formed in contact with the first main surface side of the active layer 6, and a first p-type cladding layer 7 is formed in contact with the second main surface side of the active layer 6. Has formed. The semiconductor material of the first n-type cladding layer 5 and the second p-type cladding layer 7 may have any composition as long as it is a nitride semiconductor having a larger band gap than the active layer. The n-type cladding layer 5 is made of a nitride semiconductor containing indium and gallium, or GaN {for example, n-type InY Ga1 -Y N
Formed in (0 ≦ Y <1)} , nitrides containing same indium and gallium first p-type cladding layer 7 semiconductor or GaN {e.g.,, n-typeIn Z Ga 1-Z N ( 0 ≦ Z <
1) Formed by｝. However, when the first n-type cladding layer 5 and the first p-type cladding layer are formed of InGaN, any one of the cladding layers can be omitted, but particularly preferably, as shown in FIG. , On both surfaces of the active layer 6. Since the first n-type cladding layer 5 containing indium and the second p-type cladding layer 7 have soft crystals, these cladding layers act as a buffer layer such as a cushion, and the outside of these cladding layers is formed. When the second n-type cladding layer 4, the second p-type cladding layer 8, the n-type contact layer 3, the p-type contact layer 9 and the like are formed, these layers (3, 4, 8, 9) It is possible to prevent cracks from entering. The preferred ranges of the thickness of the InGaN cladding layer acting as a buffer layer are as follows: the active layer 6 and the first n-type cladding layer 5, the active layer 6 and the first p-type cladding layer 7, and the first n-type cladding layer 5. In the combination of the active layer 6 and the first p-type cladding layer 7, the combined InGa
It is preferable that the total thickness of the N layer is 300 Å or more. When a laser element is used, the first n
If the mold clad layer 5 is omitted, the second n-type clad layer 4
Act as the first n-type cladding layer 5 and
If the mold cladding layer 7 is omitted, the second p-type cladding layer 8 also functions as the first p-type cladding layer 7.
【００１９】以上、ＩｎＧａＮよりなる第一のｎ型クラ
ッド層５、活性層６、第一のｐ型クラッド層７について
説明したが、これらのＩｎＧａＮのＩｎ組成比、つまり
X値、Y値、Z値は０．５以下、好ましくは０．３以下、
最も好ましくは０．２以下に調整することが望ましい。
なぜなら、インジウムのモル比が大きくなるに従って、
ＩｎＧａＮの結晶性が悪くなり発光出力が低下する傾向
にあるからである。さらに、前記ＩｎXＧａ1-XＮ、Ｉｎ
YＧａ1-YＮ、ＩｎZＧａ1-ZＮとは、その式中においてＩ
ｎＧａＮの効果を変化させない範囲でＧａの一部を微量
のＡｌで置換したＩｎＡｌＧａＮも前記式中に含まれる
ものとする。例えばＩｎa'Ａｌb'Ｇａ1-a'-b'Ｎ式中で
b'値が０．１以下であれば第一のｎ型クラッド層、活性
層、第二のｐ型クラッド層の効果は変わることがない。
ただ、Ａｌを含有させると結晶が硬くなる傾向にあるの
で四元混晶の窒化物半導体よりも、Ａｌを含まない三元
混晶のＩｎＧａＮのみで活性層６、第一のｎ型クラッド
層５、第一のｐ型クラッド層７を構成するのがレーザ発
振しやすくなり最も良い。The first n-type clad layer 5, the active layer 6, and the first p-type clad layer 7 made of InGaN have been described above.
X value, Y value, Z value is 0.5 or less, preferably 0.3 or less,
Most preferably, it is desirable to adjust it to 0.2 or less.
Because, as the molar ratio of indium increases,
This is because the crystallinity of InGaN deteriorates and the light emission output tends to decrease. Further, the Inx Ga1-x N, In
Y Ga1-Y N and InZ Ga1-Z N are represented by I in the formula.
InAlGaN in which Ga is partially replaced by a small amount of Al within a range that does not change the effect of nGaN is also included in the above formula. For example, in the formula Ina ' Alb' Ga1-a '-b' N
If the b ′ value is 0.1 or less, the effects of the first n-type cladding layer, the active layer, and the second p-type cladding layer do not change.
However, since the crystal tends to be hard when Al is contained, the active layer 6 and the first n-type cladding layer 5 are made of only the ternary mixed crystal InGaN containing no Al than the quaternary mixed crystal nitride semiconductor. It is best to form the first p-type cladding layer 7 because laser oscillation easily occurs.
【００２０】次に、第一のｎ型クラッド層５の外側に接
して形成する第二のｎ型クラッド層４は、アルミニウム
とガリウムとを含むｎ型窒化物半導体｛例えば、ｎ型Ａ
ｌaＧａ1-aＮ（０＜a＜１）｝で形成することが好まし
く、また第一のｐ型クラッド層７の外側に接して形成す
る第二のｐ型クラッド層は、同じくアルミニウムとガリ
ウムとを含む窒化物半導体｛例えば、ｐ型ＡｌbＧａ1-b
Ｎ（０＜b＜１）｝で形成することが好ましい。ここ
で、第二のｎ型クラッド層４と第二のｐ型クラッド層７
をＡｌＧａＮで形成する場合にはいずれかのクラッド層
を省略することも可能であるが、特に好ましくは図２に
示すように第一のｎ型クラッド層３に接して第二のｎ型
クラッド層４を形成すると共に、第一のｐ型クラッド層
７に接して第二のｐ型クラッド層８を両方形成する。但
し、第二のｎ型クラッド層４と第一のｎ型クラッド層５
とを同時に省略したり、また第一のｐ型クラッド層７と
第二のｐ型クラッド層８を同時に省略するとレーザ発振
することは困難である。Next, the second n-type cladding layer 4 formed in contact with the outside of the first n-type cladding layer 5 is made of an n-type nitride semiconductor containing aluminum and gallium (for example, n-type A
l a Ga 1-a N ( 0 <a <1) is preferably formed by}, also a second p-type cladding layer is formed in contact with the outer side of the first p-type cladding layer 7, like aluminum Nitride semiconductor containing gallium {for example, p-type Alb Ga1-b
N (0 <b <1)} is preferable. Here, the second n-type cladding layer 4 and the second p-type cladding layer 7
When Al is formed of AlGaN, any of the cladding layers can be omitted, but it is particularly preferable that the second n-type cladding layer is in contact with the first n-type cladding layer 3 as shown in FIG. 4 is formed, and both the second p-type cladding layer 8 are formed in contact with the first p-type cladding layer 7. However, the second n-type cladding layer 4 and the first n-type cladding layer 5
Is omitted at the same time, or if the first p-type cladding layer 7 and the second p-type cladding layer 8 are omitted at the same time, it is difficult to perform laser oscillation.
【００２１】また、第二のｎ型クラッド層４、第二のｐ
型クラッド層８は１０オングストローム〜０．５μｍの
膜厚で形成することが望ましい。さらにＡｌＧａＮのＡ
ｌ混晶比、つまりa値、b値は０．６以下、さらに好まし
くは０．４以下にする事が望ましい。なぜならＡｌＧａ
Ｎは結晶が硬く、０．６より大きいとＡｌＧａＮ層にク
ラックが発生しやすいからである。これは前記ＩｎＧａ
Ｎによるバッファ層が作用しても０．６よりも大きいと
クラックが極端に発生しやすくなる。Further, the second n-type cladding layer 4 and the second p-type
It is desirable that the mold cladding layer 8 be formed with a thickness of 10 Å to 0.5 μm. Furthermore, A of AlGaN
It is desirable that the l mixed crystal ratio, that is, the a value and the b value be 0.6 or less, more preferably 0.4 or less. Because AlGa
This is because N has a hard crystal, and if it is larger than 0.6, cracks easily occur in the AlGaN layer. This is the InGa
Even if the buffer layer by N acts, if it is larger than 0.6, cracks are extremely likely to occur.
【００２２】また、前記ＡｌaＧａ1-aＮ、ＡｌbＧａ1-b
Ｎとは、その式中においてＡｌＧａＮの効果を変化させ
ない範囲でＧａの一部を微量のＩｎで置換したＩｎＡｌ
ＧａＮも前記式中に含まれるものとする。例えばＩｎa'
Ａｌb'Ｇａ1-a'-b'Ｎ式中でa'値が０．１以下であれば
ＡｌＧａＮの効果はほとんど変わることがない。但し、
微量のＩｎを含有させるとバンドギャップが小さくなる
ので、第一のｎ型クラッド層５、活性層６、第二のｐ型
クラッド層７よりもバンドギャップを大きくしなければ
ならない。また、Ｉｎを含有させると結晶性が悪くなり
発光出力が低下する傾向にあるので、四元混晶の窒化物
半導体よりも、Ｉｎを含まない三元混晶のＡｌＧａＮの
みで第二のｎ型クラッド層４、第二のｐ型クラッド層８
を構成するのが発光出力が大きくなり最も好ましい。こ
のように、Ａｌを含む層を第二のｎ型クラッド層４、お
よび前記第二のｐ型クラッド層８とすることにより、活
性層６、第一のｎ型クラッド層５、第一のｐ型クラッド
層７とのバンドオフセットを大きくできるので発光効率
を上げることができる。The above Ala Ga1 -aN, Alb Ga1 -b
N is InAl in which a part of Ga is replaced by a small amount of In as long as the effect of AlGaN is not changed in the formula.
GaN is also included in the above formula. For example, Ina '
Al b 'Ga 1-a' -b value'N a in formula' does not vary little effect of AlGaN as long as it is 0.1 or less. However,
If a small amount of In is contained, the band gap becomes small. Therefore, the band gap must be made larger than that of the first n-type clad layer 5, the active layer 6, and the second p-type clad layer 7. In addition, when In is contained, the crystallinity is deteriorated and the light emission output tends to be reduced. Therefore, the second n-type is composed of only a ternary mixed crystal AlGaN containing no In rather than a quaternary mixed crystal nitride semiconductor. Clad layer 4, second p-type clad layer 8
Is most preferable because the light emission output is increased. As described above, by forming the layer containing Al as the second n-type cladding layer 4 and the second p-type cladding layer 8, the active layer 6, the first n-type cladding layer 5, and the first p-type cladding layer 5 are formed. Since the band offset with the mold cladding layer 7 can be increased, the luminous efficiency can be increased.
【００２３】活性層６と第一のクラッド層５、７の好ま
しい組み合わせは、第一のｎ型クラッド層をＩｎYＧａ
1-YＮ、活性層をＩｎXＧａ1-XＮ、第一のｐ型クラッド
層をＩｎZＧａ1-ZＮで形成することである。但し、前記
組み合わせにおいて、バンドギャップの関係からY＜X、
Z＜Xを満たしていることはいうまでもない。活性層はｎ
型若しくはノンドープの方がバンド間発光による半値幅
の狭い発光が得られるので好ましい。A preferred combination of the active layer 6 and the first cladding layers 5 and 7 is that the first n-type cladding layer is made of InY Ga
1-Y N, is to form an active layer InX Ga1-X N, the first p-type cladding layer InZ Ga1-Z N. However, in the above combination, Y <X,
It goes without saying that Z <X is satisfied. The active layer is n
Type or non-doped is preferable because light emission with a narrow half width due to inter-band light emission can be obtained.
【００２４】さらに最も好ましい組み合わせとして、第
二のｎ型クラッド層をＡｌaＧａ1-aＮ、第一のｎ型クラ
ッド層をＩｎYＧａ1-YＮ、活性層をＩｎXＧａ1-XＮ、第
一のｐ型クラッド層をＩｎZＧａ1-ZＮ、第二のｐ型クラ
ッド層をＡｌbＧａ1-bＮで形成することを推奨する。こ
の組み合わせによると最も結晶性に優れた窒化物半導体
を積層したダブルへテロ構造となり、レーザ発振が可能
となる。As a most preferred combination, the second n-type cladding layer is Ala Ga1-a N, the first n-type cladding layer is InY Ga1-Y N, and the active layer is InX Ga1-X. N, it is recommended that the first p-type cladding layer is formed inZ Ga1-Z N, the second p-type cladding layer with Alb Ga1-b N. According to this combination, a double hetero structure in which nitride semiconductors having the highest crystallinity are stacked is obtained, and laser oscillation becomes possible.
【００２５】次に、ｎ型コンタクト層３は望ましくは図
２に示すように、第二のｎ型クラッド層４に接してｎ型
コンタクト層３を形成し、第二のｐ型クラッド層８に接
してｐ型コンタクト層９を形成することが最も良い。ま
た、ｎ型コンタクト層３は、第二のｎ型クラッド層４、
若しくは第一のｎ型クラッド層５のいずれかに形成可能
であり、ｐ型コンタクト層９は第二のｐ型クラッド層
８、若しくは第一のｐ型クラッド層７のいずれかにも形
成可能である。つまり、第二のｎ型クラッド層４を省略
すれば、第一のｎ型クラッド層５に接して形成すること
ができ、ｐ型コンタクト層９も同様に第二のｐ型クラッ
ド層８を省略すれば第一のｐ型クラッド層７に接して形
成することができる。Next, as shown in FIG. 2, the n-type contact layer 3 is desirably in contact with the second n-type cladding layer 4 to form the n-type contact layer 3, and the n-type contact layer 3 is formed on the second p-type cladding layer 8. It is best to form the p-type contact layer 9 in contact. Further, the n-type contact layer 3 includes a second n-type clad layer 4,
Alternatively, the p-type contact layer 9 can be formed on either the second p-type cladding layer 8 or the first p-type cladding layer 7. is there. That is, if the second n-type cladding layer 4 is omitted, the second n-type cladding layer 8 can be formed in contact with the first n-type cladding layer 5. Then, it can be formed in contact with the first p-type cladding layer 7.
【００２６】さらにまた、ｎ型コンタクト層３、ｐ型コ
ンタクト層９の半導体はＡｌ、Ｉｎを含まないＧａＮと
する必要がある。コンタクト層は電極を形成する層であ
るので、結晶性が良く、キャリア濃度が大きい層を形成
すれば電極材料とオーミックが得られやすくなる。その
ためにはＧａＮが最も好ましい。また、ｎ型コンタクト
層３とオーミックが得られやすい電極材料としてはＴｉ
とＡｌを含む金属が好ましく、ｐ型コンタクト層９とオ
ーミックが得られやすい電極材料にはＮｉとＡｕを含む
金属が好ましい。このように電極を形成すべき層として
ＧａＮよりなるコンタクト層を形成すると、低いしきい
値電圧でレーザ発振可能となる。Further, the semiconductor of the n-type contact layer 3 and the p-type contact layer 9 must be GaN which does not contain Al and In. Since the contact layer is a layer for forming an electrode, forming a layer having good crystallinity and a high carrier concentration makes it easier to obtain an electrode material and ohmic. For that purpose, GaN is most preferable. As an electrode material that can easily obtain an ohmic contact with the n-type contact layer 3, Ti is used.
And a metal containing Al are preferable, and a metal containing Ni and Au is preferable as the electrode material from which the ohmic contact with the p-type contact layer 9 is easily obtained. When a contact layer made of GaN is formed as a layer on which an electrode is to be formed, laser oscillation can be performed at a low threshold voltage.
【００２７】次に、本発明のレーザ素子の具体的な構造
を挙げると、利得導波型ストライプ型レーザとしては、
電極ストライプ型、メサストライプ型、ヘテロアイソレ
ーション型等を挙げることができる。またその他、作り
つけ導波機構をもつストライプ型レーザとして、埋め込
みヘテロ型、ＣＳＰ型、リブガイド型等を挙げることが
できる。これらの構造のレーザ素子に導波路として通常
数μｍから２０μｍ程度の幅の電極を最上層に形成し、
このストライプに沿って発振を起こさせる。発振するた
めの光共振面となる誘電体多層膜は、このストライプに
垂直な方向の窒化物半導体層表面に形成される。Next, the specific structure of the laser device of the present invention will be described.
An electrode stripe type, a mesa stripe type, a hetero isolation type, and the like can be given. In addition, as a stripe type laser having a built-in waveguide mechanism, a buried hetero type, a CSP type, a rib guide type, or the like can be given. An electrode having a width of about several μm to about 20 μm is formed on the uppermost layer as a waveguide in the laser device having these structures,
Oscillation occurs along this stripe. A dielectric multilayer film serving as an optical resonance surface for oscillation is formed on the surface of the nitride semiconductor layer in a direction perpendicular to the stripes.
【００２８】以上、レーザ素子の構造について説明した
が、次に製造方法について簡単に説明する。窒化物半導
体よりなるレーザ素子を製造するには、例えばＭＯＶＰ
Ｅ（有機金属気相成長法）、ＭＢＥ（分子線気相成長
法）、ＨＤＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）等の気相
成長法を用いて、基板上にＩｎa'Ａｌb'Ｇａ1-a'-b'Ｎ
（０≦a'、０≦b'、a'＋b'≦１）をｎ型、ｐ型等の導電
型でダブルへテロ構造になるように積層することによっ
て得られる。基板１には例えばサファイア（Ｃ面、Ａ
面、Ｒ面を含む）、ＳｉＣ（６Ｈ−ＳｉＣ、４Ｈ−Ｓｉ
Ｃも含む）、ＺｎＯ、Ｓｉ、ＧａＡｓ、スピネル等が使
用でき、図２ではサファイア基板を示している。ｎ型の
窒化物半導体はノンドープの状態でも得られるが、Ｓ
ｉ、Ｇｅ、Ｓ等のｎ型ドーパントを結晶成長中に半導体
層中に導入することによって得られる。またｐ型の窒化
物半導体層はＭｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｃａ、Ｂｅ、Ｃ等のｐ
型ドーパントを同じく結晶成長中に半導体層中に導入す
るか、または導入後４００℃以上でアニーリングを行う
ことにより得られる。バッファ層２は基板１と窒化物半
導体との格子不整号を緩和するために設けられ、例えば
ＭＯＶＰＥ法では５００℃前後の低温でＧａＮ、Ａｌ
Ｎ、ＧａＡｌＮ等が形成されることが多い。またＳｉ
Ｃ、ＺｎＯのような窒化物半導体と格子定数の近い基板
を使用する際にはバッファ層が形成されないこともあ
る。The structure of the laser element has been described above. Next, the manufacturing method will be briefly described. To manufacture a laser device made of a nitride semiconductor, for example, MOVP
E (metalorganic vapor phase epitaxy), MBE (molecular beam vapor phase epitaxy), HDVPE (hydride vapor phase epitaxy), or another such vapor phase epitaxy method is used to form Ina ′ Alb ′ Ga1− on the substrate.a'-b ' N
(0 ≦ a ′, 0 ≦ b ′, a ′ + b ′ ≦ 1) are obtained by laminating n-type, p-type and other conductive types to form a double heterostructure. For example, sapphire (C plane, A
Plane, R plane, SiC (6H-SiC, 4H-Si
C), ZnO, Si, GaAs, spinel and the like can be used, and FIG. 2 shows a sapphire substrate. An n-type nitride semiconductor can be obtained even in a non-doped state.
It is obtained by introducing an n-type dopant such as i, Ge, and S into the semiconductor layer during crystal growth. Further, the p-type nitride semiconductor layer is made of p such as Mg, Zn, Cd, Ca, Be, or C.
The dopant is also obtained by introducing the type dopant into the semiconductor layer during the crystal growth, or by annealing at 400 ° C. or higher after the introduction. The buffer layer 2 is provided to alleviate lattice irregularities between the substrate 1 and the nitride semiconductor. For example, in the MOVPE method, GaN, Al
N, GaAlN, etc. are often formed. Also Si
When a substrate having a lattice constant close to that of a nitride semiconductor such as C or ZnO is used, a buffer layer may not be formed.
【００２９】[0029]
【作用】従来、窒化物半導体を用いてレーザ素子を実現
する場合、活性層への光閉じこめはクラッド層と活性層
との屈折率差の反射によって行われていた。しかしなが
ら屈折率差は非常に少なく、多くても０．５以下であ
る。このためほとんどの光はクラッド層を透過して広が
ってしまう。ｐ型クラッド層を透過して広がった光は最
終的には空気層に出るが、空気の屈折率は１であり、ｐ
型コンタクト層ＧａＮの屈折率は２．５である。ここで
の屈折率差は大きく、かなりの光は反射され活性層側に
戻るので光の閉じこめ効果が大きい。半導体層の水平方
向についても同様のことがいえる。しかし、ｎ型クラッ
ド層を透過した光は、ｎ型クラッド層とｎ型コンタクト
層との屈折率が小さく、界面で反射されずに、ｎ型コン
タクト層中に容易に拡散して行くので、光閉じこめ効果
は少ない。従って活性層の発光が基板側に洩れていって
しまいレーザ発振は起こらなかった。Conventionally, when a laser device is realized using a nitride semiconductor, light confinement in the active layer has been performed by reflection of a difference in refractive index between the cladding layer and the active layer. However, the refractive index difference is very small, at most 0.5 or less. For this reason, most of the light is transmitted through the cladding layer and spreads. Light that has spread through the p-type cladding layer eventually exits to the air layer, but the refractive index of air is 1, and p
The refractive index of the type contact layer GaN is 2.5. The refractive index difference here is large, and considerable light is reflected and returns to the active layer side, so that the light confinement effect is large. The same can be said for the horizontal direction of the semiconductor layer. However, light transmitted through the n-type cladding layer has a small refractive index between the n-type cladding layer and the n-type contact layer, and is easily reflected in the n-type contact layer without being reflected at the interface. The confinement effect is small. Therefore, light emission of the active layer leaked to the substrate side, and laser oscillation did not occur.
【００３０】一方、本発明では、活性層よりも基板側の
ｎ型層中に光反射する多層膜を窒化物半導体で形成して
いるので、活性層の発光を活性層側に反射して活性層に
閉じこめることが可能となる。多層膜の反射率は膜厚を
制御して例えば５ペア以上積めば反射率は約８０％〜９
９％となり非常に高い反射率が得られ、活性層への光閉
じこめ効果は非常に大きいものがある。このため、活性
層よりも上のｐ層側にも多層膜を挿入した方が光閉じこ
め効果が大きくなることはいうまでもない。On the other hand, in the present invention, since the multilayer film that reflects light is formed of a nitride semiconductor in the n-type layer on the substrate side of the active layer, the active layer reflects light emitted from the active layer toward the active layer. It becomes possible to confine it in a layer. The reflectivity of the multilayer film is controlled to about 80% to 9 when the film thickness is controlled and, for example, 5 pairs or more are stacked.
An extremely high reflectance of 9% is obtained, and the effect of confining light in the active layer is very large. Therefore, it is needless to say that the optical confinement effect becomes larger when the multilayer film is inserted also on the p-layer side above the active layer.
【００３１】しかも、本発明は同一面側から正、負一対
の電極と取り出す、いわゆるフリップチップ方式であ
る。この場合、図２、図３、図４、図６に示すようにｎ
型層側に形成するｎ型多層膜４４は、最も基板側に近い
エッチング面の水平面よりもｐ型窒化物半導体層に近い
位置に形成する必要がある。なぜなら、ｎ型多層膜４４
を基板側に最も近いエッチング面の水平面よりも基板１
側に形成すると、第二のｎ型クラッド層４とｎ型コンタ
クト層３との屈折率差が小さいので、活性層６の発光が
活性層６よりも下のｎ型コンタクト層３中で広がってし
まい、光閉じこめができないからである。逆に基板側に
最も近いエッチング面よりも高い位置、つまりｐ型層に
近い位置にｎ型多層膜を形成すると、光はｎ型コンタク
ト層中に拡散されず活性層にほとんどの光が反射されて
閉じこめ可能となる。これは同一面側からな正、負の電
極を取り出すフリップチップ方式の窒化物半導体レーザ
特有の作用である。Further, the present invention is a so-called flip-chip system in which a pair of positive and negative electrodes are taken out from the same surface side. In this case, as shown in FIGS. 2, 3, 4, and 6, n
The n-type multilayer film 44 formed on the mold layer side needs to be formed at a position closer to the p-type nitride semiconductor layer than the horizontal plane of the etching surface closest to the substrate side. Because the n-type multilayer film 44
Of the substrate 1 more than the horizontal surface of the etching surface closest to the substrate side.
When formed on the side, the difference in refractive index between the second n-type cladding layer 4 and the n-type contact layer 3 is small, so that light emission of the active layer 6 spreads in the n-type contact layer 3 below the active layer 6. This is because light cannot be confined. Conversely, if the n-type multilayer film is formed at a position higher than the etching surface closest to the substrate side, that is, at a position near the p-type layer, light is not diffused into the n-type contact layer and most of the light is reflected by the active layer. And can be confined. This is a function peculiar to the flip-chip type nitride semiconductor laser for extracting the positive and negative electrodes from the same surface.
【００３２】次に特に好ましい本発明のレーザ素子の構
造について述べる。従来の窒化物半導体のＬＥＤ素子は
ＩｎＧａＮよりなる活性層をＡｌＧａＮよりなるクラッ
ド層で挟んだ構造を有していた。一方、本発明ではこの
ＩｎＧａＮよりなる活性層を、その活性層よりもバンド
ギャップの大きいＩｎＧａＮで挟むことにより発光出力
が飛躍的に向上し、レーザ発振が可能となることを見い
だした。これは新たなＩｎＧａＮクラッド層がＩｎＧａ
Ｎ発光層とＡｌＧａＮクラッド層との間のバッファ層と
して働いているからである。ＩｎＧａＮは結晶の性質と
して柔らかい性質を有しており、ＡｌＧａＮクラッド層
とＩｎＧａＮとの格子定数不整と熱膨張係数差によって
生じる結晶欠陥を吸収する働きがあると考えられる。こ
のため新たに形成したＩｎＧａＮクラッド層が、これら
結晶欠陥を吸収してＩｎＧａＮ発光層の結晶欠陥が大幅
に減少するので、ＩｎＧａＮ発光層の結晶性が飛躍的に
良くなり、常温でレーザ発振可能となる。Next, a particularly preferred structure of the laser device of the present invention will be described. A conventional nitride semiconductor LED device has a structure in which an active layer made of InGaN is sandwiched between cladding layers made of AlGaN. On the other hand, in the present invention, it has been found that by sandwiching the active layer made of InGaN with InGaN having a band gap larger than that of the active layer, the light emission output is dramatically improved and laser oscillation becomes possible. This is because the new InGaN cladding layer is InGa
This is because it functions as a buffer layer between the N light emitting layer and the AlGaN cladding layer. InGaN has a soft property as a crystal, and is considered to have a function of absorbing crystal defects caused by a lattice constant irregularity and a difference in thermal expansion coefficient between the AlGaN cladding layer and InGaN. As a result, the newly formed InGaN cladding layer absorbs these crystal defects and greatly reduces the crystal defects of the InGaN light emitting layer, so that the crystallinity of the InGaN light emitting layer is dramatically improved, and laser oscillation can be performed at room temperature. Become.
【００３３】一方、従来のＩｎＧａＮ発光層をＡｌＧａ
Ｎクラッド層を挟んだ構造では、例えばＩｎＧａＮ発光
層の厚さを２００オングストローム未満にすると、Ａｌ
ＧａＮクラッド層とＩｎＧａＮ発光層とにクラックが多
数生じる。これはＡｌＧａＮクラッド層が結晶の性質
上、非常に硬い性質を有しており、薄い膜厚のＩｎＧａ
Ｎ発光層のみではＡｌＧａＮクラッド層との界面から生
じる格子不整合と、熱膨張係数差から生じる歪をＩｎＧ
ａＮ発光層で弾性的に緩和できないことを示している。
このためＩｎＧａＮ発光層、ＡｌＧａＮクラッド層にク
ラックが生じ、また結晶欠陥が発光層に多数生じるの
で、出力の大幅な向上が望めないのである。On the other hand, the conventional InGaN light emitting layer is
In the structure sandwiching the N cladding layer, for example, if the thickness of the InGaN light emitting layer is less than 200 Å,
Many cracks occur in the GaN cladding layer and the InGaN light emitting layer. This is because the AlGaN cladding layer has a very hard property due to its crystalline nature,
With only the N light emitting layer, the lattice mismatch caused by the interface with the AlGaN cladding layer and the strain caused by the difference in thermal expansion coefficient are reduced by InG.
This indicates that the aN light emitting layer cannot elastically relax.
For this reason, cracks occur in the InGaN light emitting layer and the AlGaN cladding layer, and a large number of crystal defects occur in the light emitting layer, so that a significant improvement in output cannot be expected.
【００３４】[0034]
【実施例】以下本発明を具体的な実施例に基づいて説明
する。以下の実施例はＭＯＶＰＥ法による成長方法を示
している。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below based on specific embodiments. The following example shows a growth method by the MOVPE method.
【００３５】［実施例１］図２を元に実施例１について
説明する。まずＴＭＧ（トリメチルガリウム）とＮＨ3
とを用い、反応容器にセットしたサファイア基板１のＣ
面に５００℃でＧａＮよりなるバッファ層２を５００オ
ングストロームの膜厚で成長させる。[First Embodiment] A first embodiment will be described with reference to FIG. First, TMG (trimethylgallium) and NH3
And the C of the sapphire substrate 1 set in the reaction vessel.
A buffer layer 2 made of GaN is grown on the surface at 500 ° C. with a thickness of 500 Å.
【００３６】次に温度を１０５０℃まで上げ、ＴＭＧ、
ＮＨ3に加えＳｉＨ4ガスを用い、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ
よりなるｎ型コンタクト層３を４μｍの膜厚で成長させ
る。Next, the temperature was raised to 1050 ° C., and TMG,
Si-doped n-type GaN using SiH4 gas in addition to NH3
An n-type contact layer 3 is grown to a thickness of 4 μm.
【００３７】続いて、原料ガスにＴＭＡ（トリメチルア
ルミニウム）を加え、同じく１０５０℃でＳｉドープｎ
型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎ層よりなる第二のｎ型クラッド層４
を０．１μｍの膜厚で成長させる。Subsequently, TMA (trimethylaluminum) was added to the source gas, and the Si-doped n
Second n-type cladding layer 4 of type Al0.3Ga0.7N layer
Is grown to a thickness of 0.1 μm.
【００３８】次に温度を８００℃に下げ、原料ガスにＴ
ＭＧ、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＮＨ3、Ｓｉ
Ｈ4を用い、Ｓｉドープｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.95Ｎよりな
る薄膜を３８０オングストロームの膜厚で成長させる。
続いて温度を１０５０℃に上げＴＭＧ、ＴＭＡ（トリメ
チルアルミニウム）、ＮＨ3、ＳｉＨ4を用い、Ｓｉドー
プｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.9Ｎよりなる薄膜を３９０オングス
トロームの膜厚で成長させる。そしてこれらの操作を２
０回繰り返し、Ｓｉドープｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.95Ｎ層と
ＳｉドープＡｌ0.2Ｇａ0.9Ｎ層を交互に１０層づつ積層
したｎ型多層膜４４を形成する。Next, the temperature was lowered to 800 ° C.
MG, TMI (trimethyl indium), NH3 , Si
Using H4 , a thin film made of Si-doped n-type In0.01Ga0.95N is grown to a thickness of 380 Å.
Subsequently, the temperature is raised to 1050 ° C., and a thin film made of Si-doped n-type Al0.2Ga0.9N is grown to a thickness of 390 Å using TMG, TMA (trimethylaluminum), NH3 and SiH4 . And these operations are 2
The process is repeated 0 times to form an n-type multilayer film 44 in which 10 layers of a Si-doped n-type In0.01Ga0.95N layer and 10 layers of a Si-doped Al0.2Ga0.9N layer are alternately laminated.
【００３９】次に温度を８００℃に下げ、ＴＭＧ、ＴＭ
Ｉ（トリメチルインジウム）、ＮＨ3、ＳｉＨ4を用い、
Ｓｉドープｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｎよりなる第一のｎ型
クラッド層５を５００オングストロームの膜厚で成長さ
せる。Next, the temperature was lowered to 800 ° C., and TMG, TM
I (trimethylindium), NHThree, SiHFourUsing
First n-type Si-doped n-type In0.01Ga0.99N
The cladding layer 5 is grown to a thickness of 500 Å.
Let
【００４０】続いてＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ3を用い８０
０℃でノンドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎよりなる活性層６
を３０オングストロームの膜厚で成長させる。Subsequently, TMG, TMI and NH3 were used
Active layer 6 of non-doped In0.05Ga0.95N at 0 ° C.
Is grown to a thickness of 30 Å.
【００４１】続いてＴＭＧ、ＴＭＩ、ＮＨ3に加え新た
にＣｐ2Ｍｇ（シクロペンタジエニルマグネシウム）を
用い８００℃でＭｇドープｐ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｎより
なる第一のｐ型クラッド層７を５００オングストローム
の膜厚で成長させる。Subsequently, a first p-type cladding layer 7 made of Mg-doped p-type In0.01 Ga0.99N was formed at 800 ° C. by using a new Cp2Mg (cyclopentadienyl magnesium) in addition to TMG, TMI and NH3 at 500 Å. It grows with the film thickness of.
【００４２】次に温度を１０５０℃に上げ、ＴＭＧ、Ｔ
ＭＡ、ＮＨ3、Ｃｐ2Ｍｇを用い、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.
3Ｇａ0.7Ｎよりなる第二のｐ型クラッド層８を０．１μ
ｍの膜厚で成長させる。Next, the temperature was raised to 1050 ° C., and TMG, T
MA, NH3 , Cp 2 Mg, Mg-doped p-type AlO.
The second p-type cladding layer 8 made of 3Ga0.7N is 0.1 μm thick.
It is grown to a thickness of m.
【００４３】続いて１０５０℃でＴＭＧ、ＮＨ3、Ｃｐ2
Ｍｇを用い、Ｍｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタ
クト層９を０．５μｍの膜厚で成長させる。Subsequently, at 1050 ° C., TMG, NH3 , Cp 2
Using Mg, a p-type contact layer 9 made of Mg-doped p-type GaN is grown to a thickness of 0.5 μm.
【００４４】反応終了後、温度を室温まで下げてウェー
ハを反応容器から取り出し、７００℃でウェーハのアニ
ーリングを行い、ｐ型層をさらに低抵抗化する。次に最
上層のｐ型コンタクト層９の表面に所定の形状のマスク
を形成し、ｎ型コンタクト層３の表面が露出するまでエ
ッチングする。After completion of the reaction, the temperature is lowered to room temperature, the wafer is taken out of the reaction vessel, and the wafer is annealed at 700 ° C. to further reduce the resistance of the p-type layer. Next, a mask having a predetermined shape is formed on the surface of the uppermost p-type contact layer 9, and etching is performed until the surface of the n-type contact layer 3 is exposed.
【００４５】次に、ｎ型コンタクト層３に５０μｍの幅
でＴｉとＡｌを含む負電極、ｐ型コンタクト層９に１０
μｍの幅でＮｉとＡｕを含む正電極をそれぞれ形成す
る。このように第二のｎ型クラッド層４の表面にｎ型多
層膜４４を形成すると、ｎ型コンタクト層３までエッチ
ングするので、自然に負電極を形成する水平面がｎ型多
層膜４４よりも下、つまり図２に示すように基板側とな
る。Next, the n-type contact layer 3 has a negative electrode containing Ti and Al with a width of 50 μm, and the p-type contact layer 9 has a width of 10 μm.
A positive electrode containing Ni and Au is formed with a width of μm. When the n-type multilayer film 44 is formed on the surface of the second n-type cladding layer 4 as described above, the etching is performed up to the n-type contact layer 3, so that the horizontal plane on which the negative electrode is formed is naturally lower than the n-type multilayer film 44. That is, it is on the substrate side as shown in FIG.
【００４６】次に、窒化物半導体層を形成していない方
のサファイア基板面を研磨して基板の厚さを９０μｍに
し、サファイア基板表面のＭ面（六方晶系において六角
柱の側面に相当する面）をスクライブした。スクライブ
後、ウェーハを７００μｍ角のチップに分割し、図５に
示すようなストライプ型のレーザチップを作製した。な
お図５は本実施例によるレーザ素子の斜視図を示してお
り、ストライプ状の正電極と直交した窒化物半導体層面
を光共振面としている。またこのレーザ素子は電極を除
いた表面をＳｉＯ2よりなる絶縁膜で被覆しているが、
図２および図５では絶縁膜は特に図示していない。Next, the surface of the sapphire substrate on which the nitride semiconductor layer is not formed is polished to a thickness of 90 μm, and the M surface of the sapphire substrate surface (corresponding to the side surface of a hexagonal column in a hexagonal system). Side). After scribing, the wafer was divided into chips of 700 μm square to produce a stripe-type laser chip as shown in FIG. FIG. 5 is a perspective view of the laser device according to the present embodiment, in which the nitride semiconductor layer surface orthogonal to the stripe-shaped positive electrode is used as an optical resonance surface. The surface of this laser element excluding the electrodes is covered with an insulating film made of SiO2 ,
2 and 5, the insulating film is not particularly shown.
【００４７】このチップをヒートシンクに設置し、それ
ぞれの電極をワイヤーボンドした後、常温でレーザ発振
を試みたところ、しきい値電流密度１．５ｋＡ／cm2で
発振波長３９０ｎｍのレーザ発振が確認された。After placing this chip on a heat sink and wire bonding each electrode, laser oscillation was attempted at room temperature. As a result, laser oscillation with an oscillation wavelength of 390 nm at a threshold current density of 1.5 kA / cm2 was confirmed. Was.
【００４８】［実施例２］図３を元に実施例２を説明す
る。これも実施例１と同様にして、サファイア基板１の
上にＧａＮバッファ層２、Ｓｉドープｎ型ＧａＮコンタ
クト層３を成長させる。コンタクト層３成長後、実施例
１と同様にしてＳｉドープｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.95Ｎ層と
ＳｉドープＡｌ0.2Ｇａ0.9Ｎ層を交互に１０層づつ積層
したｎ型多層膜４４を形成する。Embodiment 2 Embodiment 2 will be described with reference to FIG. As in the first embodiment, a GaN buffer layer 2 and a Si-doped n-type GaN contact layer 3 are grown on a sapphire substrate 1. After the growth of the contact layer 3, an n-type multilayer film 44 in which ten layers of a Si-doped n-type In0.01Ga0.95N layer and a Si-doped Al0.2Ga0.9N layer are alternately laminated in the same manner as in the first embodiment is formed.
【００４９】次にｎ型多層膜４４の上に、同様にしてＳ
ｉドープｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる第二のｎ型クラ
ッド層４と、Ｓｉドープｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｎよりな
る第一のｎ型クラッド層５、ノンドープｎ型Ｉｎ0.05Ｇ
ａ0.95Ｎよりなる活性層６、Ｍｇドープｐ型Ｉｎ0.01Ｇ
ａ0.99Ｎよりなる第一のｐ型クラッド層７、Ｍｇドープ
ｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる第二のｐ型クラッド層８
を順に成長させて積層する。Next, S is similarly formed on the n-type multilayer film 44.
a second n-type cladding layer 4 made of i-doped n-type Al0.3Ga0.7N; a first n-type cladding layer 5 made of Si-doped n-type In0.01Ga0.99N;
Active layer 6 made of a0.95N, Mg-doped p-type In0.01G
a first p-type cladding layer 7 made of a0.99N, a second p-type cladding layer 8 made of Mg-doped p-type Al0.3Ga0.7N
Are sequentially grown and laminated.
【００５０】次に、温度を８００℃にしてＴＭＧ、ＴＭ
Ｉ、ＮＨ3、Ｃｐ2Ｍｇを用い、Ｍｇドープｐ型Ｉｎ0.01
Ｇａ0.95Ｎ層を３８０オングストローム成長させ、続い
て温度を１０５０℃にして、ＴＭＧ、ＴＭＡ、ＮＨ3、
Ｃｐ2Ｍｇガスを用い、Ｍｇドープｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.9
Ｎ層を３９０オングストロームの膜厚で成長させ、それ
ぞれ交互に１０層づつ積層したｐ型多層膜５５を形成す
る。Next, the temperature was raised to 800 ° C. and TMG, TM
I, NH3 , Cp2Mg, Mg-doped p-type In0.01
A Ga 0.95 N layer is grown at 380 Å, and then at a temperature of 1050 ° C. to obtain TMG, TMA, NH3 ,
Using Cp2Mg gas, Mg-doped p-type Al0.2Ga0.9
An N layer is grown to a thickness of 390 angstroms, and a p-type multilayer film 55 is formed by alternately laminating 10 layers each.
【００５１】ｐ型多層膜５５形成後、そのｐ型多層膜５
５の表面にＭｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタク
ト層９を成長させたウェーハを作製する。After forming the p-type multilayer film 55, the p-type multilayer film 5
A wafer having a p-type contact layer 9 made of Mg-doped p-type GaN grown on the surface of 5 is prepared.
【００５２】このウェーハを同様にしてエッチングを行
った後、電極を形成して図５に示すようなチップにした
後、同様のレーザ素子としたところ、同じくしきい値電
流密度１．０ｋＡ／cm2で発振波長３９０ｎｍのレーザ
発振が確認された。After the wafer was etched in the same manner, electrodes were formed into chips as shown in FIG. 5, and then the same laser element was obtained. The threshold current density was also 1.0 kA / cm.In 2 , laser oscillation with an oscillation wavelength of 390 nm was confirmed.
【００５３】［実施例３］次に、図３を元に実施例３を
説明する。これも実施例１と同様にして、サファイア基
板１の上にＧａＮバッファ層２、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ
コンタクト層３、Ｓｉドープｎ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎより
なる第二のクラッド層４を成長させる。Third Embodiment Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. Also in the same manner as in Example 1, a GaN buffer layer 2 and a Si-doped n-type GaN
A contact layer 3 and a second cladding layer 4 made of Si-doped n-type Al0.3Ga0.7N are grown.
【００５４】第二のクラッド層４、続いて温度を１０５
０℃に維持し、Ｓｉドープｎ型ＧａＮ層を３９０オング
ストロームの膜厚で成長させ、続いてＳｉドープｎ型Ａ
ｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層を４００オングストロームの膜厚で成
長させ、それぞれ交互に１０層づつ積層したｎ型多層膜
４４を形成する。The second cladding layer 4 was subsequently heated to a temperature of 105
At 0 ° C., a Si-doped n-type GaN layer was grown to a thickness of 390 Å, followed by a Si-doped n-type A
An l0.2Ga0.8N layer is grown to a thickness of 400 angstroms, and an n-type multilayer film 44 is formed by alternately laminating 10 layers each.
【００５５】次にｎ型多層膜４４の上に、同様にしてＳ
ｉドープｎ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｎよりなる第一のｎ型ク
ラッド層５、ノンドープｎ型Ｉｎ0.05Ｇａ0.95Ｎよりな
る活性層６、Ｍｇドープｐ型Ｉｎ0.01Ｇａ0.99Ｎよりな
る第一のｐ型クラッド層７を順に成長させて積層する。Next, S is similarly formed on the n-type multilayer film 44.
First n-type cladding layer 5 made of i-doped n-type In0.01Ga0.99N, active layer 6 made of non-doped n-type In0.05Ga0.95N, first p-type made of Mg-doped p-type In0.01Ga0.99N The clad layers 7 are sequentially grown and stacked.
【００５６】次に温度を１０５０℃にして、Ｍｇドープ
ｐ型ＧａＮ層を３９０オングストロームの膜厚で成長さ
せ、続いてＭｇドープｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層を４００
オングストロームの膜厚で成長させ、それぞれ交互に１
０層づつ積層したｐ型多層膜５５を形成する。Next, at a temperature of 1050 ° C., an Mg-doped p-type GaN layer is grown to a thickness of 390 Å, and a Mg-doped p-type Al0.2 Ga0.8 N
Angstroms are grown to a thickness of 1
A p-type multilayer film 55 is formed by stacking 0 layers at a time.
【００５７】ｐ型多層膜５５形成後、同様にしてＭｇド
ープｐ型Ａｌ0.3Ｇａ0.7Ｎよりなる第二のｐ型クラッド
層８と、Ｍｇドープｐ型ＧａＮよりなるｐ型コンタクト
層９を成長させたウェーハを作製する。After the formation of the p-type multilayer film 55, similarly, a second p-type cladding layer 8 made of Mg-doped p-type Al0.3 Ga0.7 N and a p-type contact layer 9 made of Mg-doped p-type GaN are grown. A wafer is prepared.
【００５８】このウェーハを同様にしてエッチングを行
った後、電極を形成して図５に示すようなチップにした
後、同様のレーザ素子としたところ、同じくしきい値電
流密度１．０ｋＡ／cm2で発振波長３９０ｎｍのレーザ
発振が確認された。After the wafer was etched in the same manner, electrodes were formed into chips as shown in FIG. 5, and the same laser element was obtained. The threshold current density was also 1.0 kA / cm.In 2 , laser oscillation with an oscillation wavelength of 390 nm was confirmed.
【００５９】［実施例４］実施例１と同様にしてサファ
イア基板１の上にＧａＮよりなるバッファ層を成長させ
る。バッファ層成長後、Ｓｉドープｎ型ＧａＮよりなる
ｎ型コンタクト層３を４μｍの膜厚で成長させる。Fourth Embodiment A buffer layer made of GaN is grown on a sapphire substrate 1 in the same manner as in the first embodiment. After the growth of the buffer layer, an n-type contact layer 3 made of Si-doped n-type GaN is grown to a thickness of 4 μm.
【００６０】次にｎ型コンタクト層３成長後、Ｓｉドー
プｎ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層を４００オングストロームの
膜厚で成長させ、続いてＳｉドープｎ型ＧａＮ層を３９
０オングストロームの膜厚で成長させ、それぞれ交互に
１０層づつ積層したｎ型多層膜４４を形成する。但し、
最後のＳｉドープｎ型ＧａＮ層は１μｍの膜厚で成長さ
せる。このようにしてｎ型コンタクト層３の内部にｎ型
多層膜４４を形成する。Next, after growing the n-type contact layer 3, a Si-doped n-type Al0.2 Ga0.8 N layer is grown to a thickness of 400 Å, and then a Si-doped n-type GaN layer is grown to 39 Å.
An n-type multilayer film 44 is grown with a thickness of 0 angstroms and alternately laminated by 10 layers. However,
The last Si-doped n-type GaN layer is grown to a thickness of 1 μm. Thus, the n-type multilayer film 44 is formed inside the n-type contact layer 3.
【００６１】後は、実施例１と同様にして第二のｎ型ク
ラッド層４、第一のｎ型クラッド層５、活性層６、第一
のｐ型クラッド層７、第二のｐ型クラッド層８、ｐ型コ
ンタクト層９を順に積層したウェーハを作製する。Thereafter, the second n-type cladding layer 4, the first n-type cladding layer 5, the active layer 6, the first p-type cladding layer 7, the second p-type cladding layer A wafer in which the layer 8 and the p-type contact layer 9 are sequentially stacked is manufactured.
【００６２】このウェーハを同様にしてエッチングを行
うのであるが、エッチング深さを深くして、最初に形成
した４μｍのｎ型ＧａＮコンタクト層が露出するまでエ
ッチングを行う。後は同様に電極を形成して図５に示す
ようなチップにした後、レーザ素子としたところ、同じ
くしきい値電流密度１．５ｋＡ／cm2で発振波長３９０
ｎｍのレーザ発振が確認された。This wafer is etched in the same manner, but the etching depth is increased until the initially formed 4 μm n-type GaN contact layer is exposed. After that, electrodes were formed in the same manner to form a chip as shown in FIG. 5, and then a laser element was obtained. Similarly, a threshold current density of 1.5 kA / cm2 and an oscillation wavelength of 390
nm laser oscillation was confirmed.
【００６３】［実施例５］第一のｎ型クラッド層５を形
成しない他は、実施例２と同様にしてレーザ素子を作製
したところ、しきい値電流密度２ｋＡ／cm2で発振波長
３９０ｎｍのレーザ発振が確認された。Example 5 A laser device was fabricated in the same manner as in Example 2 except that the first n-type clad layer 5 was not formed. The laser device having a threshold current density of2 kA / cm2 and an oscillation wavelength of 390 nm was used. Laser oscillation was confirmed.
【００６４】［実施例６］第一のｐ型クラッド層７を形
成しない他は、実施例２と同様にしてレーザ素子を作製
したところ、しきい値電流密度１．５ｋＡ／cm2で発振
波長３９０ｎｍのレーザ発振が確認された。[0064] [Example 6] Other not forming a first p-type cladding layer 7, were manufactured laser element in the same manner as in Example 2, the oscillation wavelength in the threshold current density of 1.5 kA / cm2 Laser oscillation of 390 nm was confirmed.
【００６５】［実施例７］実施例１において、活性層６
を成長させる際、ノンドープＩｎ0.05Ｇａ0.95Ｎよりな
る井戸層を２５オングストローム、その上に同じく８０
０℃にて、ノンドープＩｎ0.01Ｇａ0.99Ｎよりなる障壁
層を５０オングストロームの膜厚で成長させる。この操
作を１３回繰り返し、最後に井戸層を積層して総厚１０
００オングストロームの活性層６を成長させた。後は実
施例１と同様にしてレーザ素子としたところ、同じく、
しきい値電流密度１．５ｋＡ／cm2で発振波長３９０ｎ
ｍのレーザ発振が確認された。[Embodiment 7] In Embodiment 1, the active layer 6
Is grown, a well layer made of non-doped In0.05Ga0.95N is formed to a thickness of 25 Å, and a well layer
At 0 ° C., a barrier layer made of non-doped In0.01Ga0.99N is grown to a thickness of 50 Å. This operation was repeated 13 times.
An active layer 6 of 00 Å was grown. After that, when a laser device was formed in the same manner as in Example 1,
Oscillation wavelength 390n at threshold current density 1.5kA / cm2
m laser oscillation was confirmed.
【００６６】[0066]
【発明の効果】以上説明したように、本発明のレーザ素
子は活性層の発光を反射する多層膜層を最も基板側に近
いエッチング面の水平面よりもｐ型窒化物半導体層に近
い位置に形成しているため、発光を基板側に逃がさず効
率的に活性層の光閉じ込めを行うことができる。従っ
て、例えばストライプ型のレーザを作製した場合には容
易にレーザ発振可能となる。As described above, in the laser device of the present invention, the multilayer film reflecting the light emission of the active layer is formed at a position closer to the p-type nitride semiconductor layer than the horizontal surface of the etching surface closest to the substrate. Therefore, light can be efficiently confined in the active layer without escaping light emission to the substrate side. Therefore, for example, when a stripe type laser is manufactured, laser oscillation can be easily performed.
【００６７】さらに、本発明の好ましい態様として、Ｉ
ｎＧａＮよりなる活性層のいずれかの主面側にＩｎＧａ
Ｎのクラッド層を形成すると、活性層の結晶性、および
ＡｌＧａＮクラッド層の結晶性も良くなり、結晶欠陥が
少なくなり、レーザ素子の常温での発振、信頼性が向上
する。本発明では活性層に接するクラッド層が格子整合
していないにもかかわらず、レーザ発振できるのはこの
構造の影響が大であると推察される。Further, in a preferred embodiment of the present invention, I
InGaN is applied to one of the principal surfaces of the active layer made of nGaN.
When the N cladding layer is formed, the crystallinity of the active layer and the crystallinity of the AlGaN cladding layer are improved, the crystal defects are reduced, and the oscillation and reliability of the laser device at room temperature are improved. In the present invention, it is presumed that the effect of this structure is large that laser oscillation can be performed even though the cladding layer in contact with the active layer is not lattice-matched.
【００６８】このように短波長の半導体レーザ素子が実
現できたことにより、コンパクトディスク（ＣＤ）の書
き込み光源、読み取り光源、その他ディスプレイ用光
源、照明用光源、植物育成用光源等、数多くのデバイス
に適用可能となるので、その産業上の利用価値は多大な
ものがある。By realizing a semiconductor laser device having a short wavelength in this way, it can be used for many devices such as a compact disk (CD) writing light source, a reading light source, a display light source, an illumination light source, and a plant growing light source. As it becomes applicable, its industrial utility value is enormous.
【図１】 従来の一ＬＥＤ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 one conventional LED element.
【図２】 本発明の一実施例に係るレーザ素子の構造を
示す模式断面図。FIG. 2 is a schematic sectional view showing the structure of a laser device according to one embodiment of the present invention.
【図３】 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. 3 is a schematic sectional view showing the structure of a laser device according to another embodiment of the present invention.
【図４】 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. 4 is a schematic sectional view showing the structure of a laser device according to another embodiment of the present invention.
【図５】 本発明の一実施例に係るレーザ素子の構造を
示す斜視図。FIG. 5 is a perspective view showing the structure of a laser device according to one embodiment of the present invention.
【図６】 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. 6 is a schematic sectional view showing a structure of a laser device according to another embodiment of the present invention.
１・・・・サファイア基板 ２・・・・バッファ層 ３・・・・ｎ型コンタクト層 ４・・・・第二のｎ型クラッド層 ５・・・・第一のｎ型クラッド層 ６・・・・活性層 ７・・・・第一のｐ型クラッド層 ８・・・・第二のｐ型クラッド層 ９・・・・ｐ型コンタクト層 ４４・・・ｎ型多層膜 ５５・・・ｐ型多層膜 1 sapphire substrate 2 buffer layer 3 n-type contact layer 4 second n-type clad layer 5 first n-type clad layer 6 Active layer 7 First p-type cladding layer 8 Second p-type cladding layer 9 P-type contact layer 44 N-type multilayer film 55 p Type multilayer film
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長濱 慎一 徳島県阿南市上中町岡491番地100 日亜 化学工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−21511（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−291985（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−243614（ＪＰ，Ａ) ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing from the front page (72) Inventor Shinichi Nagahama 491-1, Kaminakamachioka, Anan-shi, Tokushima Prefecture Inside Nichia Chemical Industry Co., Ltd. 3-291985 (JP, A) JP-A-5-243614 (JP, A)
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