JPH1051070A - 半導体レーザ - Google Patents
半導体レーザInfo
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- JPH1051070A JPH1051070A JP19939096A JP19939096A JPH1051070A JP H1051070 A JPH1051070 A JP H1051070A JP 19939096 A JP19939096 A JP 19939096A JP 19939096 A JP19939096 A JP 19939096A JP H1051070 A JPH1051070 A JP H1051070A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 短波長光の発振に適したGaN系半導体を用
いた半導体レーザに関し、p型電極のコンタクト抵抗が
低いGaN系半導体レーザを提供することである。 【解決手段】 GaNを少なくとも成分として含むGa
N系半導体を用い、活性層、n型クラッド層、p型クラ
ッド層を含むレーザ構造と、前記p型クラッド層上に形
成され、p型InNまたはp型Inx Ga1-x N(x>
0.2)で形成されたp型コンタクト層とを有する。
いた半導体レーザに関し、p型電極のコンタクト抵抗が
低いGaN系半導体レーザを提供することである。 【解決手段】 GaNを少なくとも成分として含むGa
N系半導体を用い、活性層、n型クラッド層、p型クラ
ッド層を含むレーザ構造と、前記p型クラッド層上に形
成され、p型InNまたはp型Inx Ga1-x N(x>
0.2)で形成されたp型コンタクト層とを有する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザに関
し、特に短波長光の発振に適したGaN系半導体を用い
た半導体レーザに関する。
し、特に短波長光の発振に適したGaN系半導体を用い
た半導体レーザに関する。
【0002】本明細書において、GaN系半導体とは、
GaNを少なくとも成分として含む半導体を言う。
GaNを少なくとも成分として含む半導体を言う。
【0003】
【従来の技術】GaN系半導体、特にGaN系窒化物半
導体(GaN、Inx Ga1-x N、Aly Ga1-y N
等)は比較的広いバンドギャップを有し、特に青から紫
外域に発光波長を有する発光素子の構成材料として注目
されている。たとえば現在赤色発光の半導体レーザが用
いられている光磁気ディスク等のデジタル情報記録装置
に青色発光や紫外域発光の半導体レーザを用いることが
できれば、記録密度を大幅に向上させることが可能とな
る。
導体(GaN、Inx Ga1-x N、Aly Ga1-y N
等)は比較的広いバンドギャップを有し、特に青から紫
外域に発光波長を有する発光素子の構成材料として注目
されている。たとえば現在赤色発光の半導体レーザが用
いられている光磁気ディスク等のデジタル情報記録装置
に青色発光や紫外域発光の半導体レーザを用いることが
できれば、記録密度を大幅に向上させることが可能とな
る。
【0004】図2は、1996年に日亜化学工業のグル
ープにより初めて実現されたGaN系レーザの層構造を
概略的に示す(S. Nakamura et al, Jpn. J. Appl. Phy
s. 35, L74 (1996) )。サファイア基板51上に、n型
GaNバッファ層51、n型AlGaNクラッド層5
2、n型GaN光閉じ込め層53を積層した後、InG
aN多重量子井戸(MQW)活性層54を形成する。M
QW活性層54は、厚さ2.5nmのIn0.2 Ga0.8
N井戸層と、厚さ5nmのIn0.5 Ga0.5 Nのバリア
層の26周期から構成されている。
ープにより初めて実現されたGaN系レーザの層構造を
概略的に示す(S. Nakamura et al, Jpn. J. Appl. Phy
s. 35, L74 (1996) )。サファイア基板51上に、n型
GaNバッファ層51、n型AlGaNクラッド層5
2、n型GaN光閉じ込め層53を積層した後、InG
aN多重量子井戸(MQW)活性層54を形成する。M
QW活性層54は、厚さ2.5nmのIn0.2 Ga0.8
N井戸層と、厚さ5nmのIn0.5 Ga0.5 Nのバリア
層の26周期から構成されている。
【0005】MQW活性層54の上に、p型GaN光閉
じ込め層55、p型AlGaNクラッド層56、p型G
aNコンタクト層57を積層し、pn接合ダイオードが
形成される。このpn接合構造のうち、n型層はSiで
ドープされ、p型層はMgでドープされている。p型G
aNコンタクト層57表面から、n型GaNバッファ層
51の途中までをエッチングで除去し、ストライプ状の
メサ構造が形成される。
じ込め層55、p型AlGaNクラッド層56、p型G
aNコンタクト層57を積層し、pn接合ダイオードが
形成される。このpn接合構造のうち、n型層はSiで
ドープされ、p型層はMgでドープされている。p型G
aNコンタクト層57表面から、n型GaNバッファ層
51の途中までをエッチングで除去し、ストライプ状の
メサ構造が形成される。
【0006】n型バッファ層51表面上にn型電極60
が形成され、p型コンタクト層57表面上にp型電極6
1が形成される。n型電極60は、Ti/Al積層で形
成され、p型電極61は、Ni/Auで形成されてい
る。この構成により、波長417nmで発振が得られた
と報告されている。
が形成され、p型コンタクト層57表面上にp型電極6
1が形成される。n型電極60は、Ti/Al積層で形
成され、p型電極61は、Ni/Auで形成されてい
る。この構成により、波長417nmで発振が得られた
と報告されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】バンドギャップの広い
GaNに良好なオーミックコンタクトを取ることは容易
ではない。特に、p型領域に対するp型電極の抵抗が高
くなり易い。通常、p型GaNのドーパントとしては、
Mgが用いられる。
GaNに良好なオーミックコンタクトを取ることは容易
ではない。特に、p型領域に対するp型電極の抵抗が高
くなり易い。通常、p型GaNのドーパントとしては、
Mgが用いられる。
【0008】しかしながら、Mgドープのp型層のキャ
リア濃度は一般的には1×1018cm-3程度、例外的に
高くても5×1018cm-3程度である。GaNの仕事関
数は、真空準位から離れており、n型領域には低抵抗の
コンタクトを取りやすいが、p型領域には低抵抗のコン
タクトを取りにくい特性を有する。このような事情によ
り、p型電極のコンタクト抵抗は10-3Ωcm程度であ
り、レーザ装置としては、満足できるほど低抵抗とはな
っていない。
リア濃度は一般的には1×1018cm-3程度、例外的に
高くても5×1018cm-3程度である。GaNの仕事関
数は、真空準位から離れており、n型領域には低抵抗の
コンタクトを取りやすいが、p型領域には低抵抗のコン
タクトを取りにくい特性を有する。このような事情によ
り、p型電極のコンタクト抵抗は10-3Ωcm程度であ
り、レーザ装置としては、満足できるほど低抵抗とはな
っていない。
【0009】コンタクト抵抗が大きいと、レーザの駆動
に大きな電圧が必要となる。コンタクト抵抗部分の電圧
降下は無駄に消費される電力を生じさせ、この無駄な電
力消費により発熱も生じ、レーザ特性を悪化させる。
に大きな電圧が必要となる。コンタクト抵抗部分の電圧
降下は無駄に消費される電力を生じさせ、この無駄な電
力消費により発熱も生じ、レーザ特性を悪化させる。
【0010】本発明の目的は、p型電極のコンタクト抵
抗が低いGaN系半導体レーザを提供することである。
抗が低いGaN系半導体レーザを提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の一観点によれ
ば、GaNを少なくとも成分として含むGaN系半導体
を用い、活性層、n型クラッド層、p型クラッド層を含
むレーザ構造と、前記p型クラッド層上に形成され、p
型InNまたはp型Inx Ga1-x N(x>0.2)で
形成されたp型コンタクト層とを有する。
ば、GaNを少なくとも成分として含むGaN系半導体
を用い、活性層、n型クラッド層、p型クラッド層を含
むレーザ構造と、前記p型クラッド層上に形成され、p
型InNまたはp型Inx Ga1-x N(x>0.2)で
形成されたp型コンタクト層とを有する。
【0012】InNはGaNに比べて狭いバンドギャッ
プ(約1.9eV)を有し、低抵抗率の領域を作るのに
適している。In組成の高いInGaN混晶も、InN
に近い性質を有する。In組成が0.2より大であれ
ば、InN類似の効果が期待できよう。このようなIn
NまたはIn組成の高いInGaN層にp型電極を接触
させると、低いコンタクト抵抗を得ることが可能とな
る。
プ(約1.9eV)を有し、低抵抗率の領域を作るのに
適している。In組成の高いInGaN混晶も、InN
に近い性質を有する。In組成が0.2より大であれ
ば、InN類似の効果が期待できよう。このようなIn
NまたはIn組成の高いInGaN層にp型電極を接触
させると、低いコンタクト抵抗を得ることが可能とな
る。
【0013】
【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施例によるG
aN系半導体レーザの構成を概略的に示す。結晶構造6
Hを有するSiCの(0001)面基板上に有機金属気
相成長法(MOVPE)により、半導体レーザを構成す
るのに必要な各層の成長を行う。まず、基板1表面上に
厚さ約2μm、不純物濃度5×1018cm-3のSiドー
プn型GaNバッファ層2を成長した後、厚さ約0.4
μm、不純物濃度約5×1017cm-3のSiドープn型
Al0.15Ga0.85Nクラッド層3、厚さ約0.1μm、
不純物濃度約5×1017cm-3のSiドープn型GaN
光閉じ込め層4を成長する。クラッド層3は、光閉じ込
め層4よりも屈折率が低く、光閉じ込め層4内の光に対
し、光閉じ込め効果を発する。
aN系半導体レーザの構成を概略的に示す。結晶構造6
Hを有するSiCの(0001)面基板上に有機金属気
相成長法(MOVPE)により、半導体レーザを構成す
るのに必要な各層の成長を行う。まず、基板1表面上に
厚さ約2μm、不純物濃度5×1018cm-3のSiドー
プn型GaNバッファ層2を成長した後、厚さ約0.4
μm、不純物濃度約5×1017cm-3のSiドープn型
Al0.15Ga0.85Nクラッド層3、厚さ約0.1μm、
不純物濃度約5×1017cm-3のSiドープn型GaN
光閉じ込め層4を成長する。クラッド層3は、光閉じ込
め層4よりも屈折率が低く、光閉じ込め層4内の光に対
し、光閉じ込め効果を発する。
【0014】図1(B)に示すように、光閉じ込め層4
の表面上に、ノンドープのInGaN多重量子井戸(M
QW)活性層5を形成する。MQW活性層5は、それぞ
れ厚さ3nmの30層のIn0.3 Ga0.7 N井戸層5a
の間に、厚さ3nmのGaNバリア層5bを挟んだ構成
である。
の表面上に、ノンドープのInGaN多重量子井戸(M
QW)活性層5を形成する。MQW活性層5は、それぞ
れ厚さ3nmの30層のIn0.3 Ga0.7 N井戸層5a
の間に、厚さ3nmのGaNバリア層5bを挟んだ構成
である。
【0015】MQW活性層5の上に、n側領域と対称的
なp側領域を形成する。すなわち、MQW活性層5の上
に、厚さ約0.1μm、不純物濃度約5×1017cm-3
のMgドープp型GaN光閉じ込め層6、厚さ約0.4
μm、不純物濃度約5×10 17cm-3のMgドープp型
Al0.15Ga0.85Nクラッド層7を成長する。クラッド
層7の上に、さらに厚さ約0.3μm、不純物濃度約2
×1018cm-3、Mgドープのp型GaNコンタクト層
8を成長する。
なp側領域を形成する。すなわち、MQW活性層5の上
に、厚さ約0.1μm、不純物濃度約5×1017cm-3
のMgドープp型GaN光閉じ込め層6、厚さ約0.4
μm、不純物濃度約5×10 17cm-3のMgドープp型
Al0.15Ga0.85Nクラッド層7を成長する。クラッド
層7の上に、さらに厚さ約0.3μm、不純物濃度約2
×1018cm-3、Mgドープのp型GaNコンタクト層
8を成長する。
【0016】このp型コンタクト層8の上に、In組成
が次第に増加するp型InGaN組成傾斜層9を形成す
る。組成傾斜層は、たとえば厚さ約0.1μm、p型不
純物濃度2×1018cm-3以上である。In組成は、コ
ンタクト層8側で約0であり、上部表面で約1である。
が次第に増加するp型InGaN組成傾斜層9を形成す
る。組成傾斜層は、たとえば厚さ約0.1μm、p型不
純物濃度2×1018cm-3以上である。In組成は、コ
ンタクト層8側で約0であり、上部表面で約1である。
【0017】なお、InN組成傾斜層9のIn組成は、
GaNコンタクト層8側からInNコンタクト層10側
に向かって徐々に増大することが望ましい。In組成の
変化は、連続的に変化しても、階段的に変化してもよ
い。
GaNコンタクト層8側からInNコンタクト層10側
に向かって徐々に増大することが望ましい。In組成の
変化は、連続的に変化しても、階段的に変化してもよ
い。
【0018】また、InN層とGaN層を積層し、超格
子を形成すると、InGaN混晶類似の特性を実現する
ことができる。超格子内の隣接するInN層とGaN層
の厚さの比を徐々に変化させることにより、混晶組成を
変化させたのと同等の特性を得ることができる。組成傾
斜層9はこのような超格子構造によっても作成するとこ
ができる。
子を形成すると、InGaN混晶類似の特性を実現する
ことができる。超格子内の隣接するInN層とGaN層
の厚さの比を徐々に変化させることにより、混晶組成を
変化させたのと同等の特性を得ることができる。組成傾
斜層9はこのような超格子構造によっても作成するとこ
ができる。
【0019】InGaN組成傾斜層9の上に、厚さ約
0.5μm、不純物濃度約1×1019cm-3のMgドー
プp型InNコンタクト層10を形成する。InNは、
比較的バンドギャップが狭いため、高濃度までアクセプ
タをドープすることができる。InGaN組成傾斜層9
は、p型コンタクト層8とp型コンタクト層10の間の
電位障壁を低減し、低い接触抵抗を可能にする。
0.5μm、不純物濃度約1×1019cm-3のMgドー
プp型InNコンタクト層10を形成する。InNは、
比較的バンドギャップが狭いため、高濃度までアクセプ
タをドープすることができる。InGaN組成傾斜層9
は、p型コンタクト層8とp型コンタクト層10の間の
電位障壁を低減し、低い接触抵抗を可能にする。
【0020】InNは、GaNの上に単結晶成長するこ
とが可能であるが、格子不整合を有する。InGaN組
成傾斜層9を挿入することにより、格子不整合は緩和さ
れるが、InNコンタクト層10を形成することによ
り、GaNコンタクト層8界面付近より上に格子欠陥を
発生させることが避けにくい。しかしながら、このよう
な格子欠陥が発生しても、格子欠陥はMQW活性層5か
ら離れた位置にあり、レーザ素子特性に与える悪影響は
少ない。
とが可能であるが、格子不整合を有する。InGaN組
成傾斜層9を挿入することにより、格子不整合は緩和さ
れるが、InNコンタクト層10を形成することによ
り、GaNコンタクト層8界面付近より上に格子欠陥を
発生させることが避けにくい。しかしながら、このよう
な格子欠陥が発生しても、格子欠陥はMQW活性層5か
ら離れた位置にあり、レーザ素子特性に与える悪影響は
少ない。
【0021】積層を結晶成長した後、InNコンタクト
層10表面からGaNバッファ層2中間までをストライ
プ状領域を残してエッチングする。ストライプの方向は
〔1−100〕方向とする。これは、6H−SiC基板
および各エピタキシャル成長層の(1−100)面をへ
き開面として共振器を作成できるようにするためであ
る。なお、このエッチングはたとえば塩素を用いたドラ
イエッチングにより行うことができる。
層10表面からGaNバッファ層2中間までをストライ
プ状領域を残してエッチングする。ストライプの方向は
〔1−100〕方向とする。これは、6H−SiC基板
および各エピタキシャル成長層の(1−100)面をへ
き開面として共振器を作成できるようにするためであ
る。なお、このエッチングはたとえば塩素を用いたドラ
イエッチングにより行うことができる。
【0022】露出したn型GaNバッファ層2表面にス
トライプ状のTi/Pt/Au積層によるn型電極11
を形成し、InNコンタクト層10表面にNi/Au積
層によるp型電極12を形成する。
トライプ状のTi/Pt/Au積層によるn型電極11
を形成し、InNコンタクト層10表面にNi/Au積
層によるp型電極12を形成する。
【0023】その後、エピタキシャル成長層および基板
を(1−100)面でへき開し、〔1−100〕方向に
長いレーザ共振器を作成する。図1(A)において、紙
面に垂直な方向がレーザ共振器の共振方向となる。この
ようにして、GaN系半導体レーザが作成される。
を(1−100)面でへき開し、〔1−100〕方向に
長いレーザ共振器を作成する。図1(A)において、紙
面に垂直な方向がレーザ共振器の共振方向となる。この
ようにして、GaN系半導体レーザが作成される。
【0024】なお、基板はSiCの他、他の材料を用い
ることもできる。たとえば、図2で説明したサファイア
基板を用いてもよい。活性層は、上述の構成に限らな
い。たとえば、図2で説明した混晶組成の井戸層とバリ
ア層で形成されるMQW活性層を用いてもよい。また、
MQW活性層以外の活性層を用いてもよい。その他、混
晶組成の変更等により設計を変更することもできる。
ることもできる。たとえば、図2で説明したサファイア
基板を用いてもよい。活性層は、上述の構成に限らな
い。たとえば、図2で説明した混晶組成の井戸層とバリ
ア層で形成されるMQW活性層を用いてもよい。また、
MQW活性層以外の活性層を用いてもよい。その他、混
晶組成の変更等により設計を変更することもできる。
【0025】以上実施例に沿って本発明を説明したが、
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種
々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に
自明であろう。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
p型電極のコンタクト抵抗が低いGaN系半導体レーザ
を提供することができる。
p型電極のコンタクト抵抗が低いGaN系半導体レーザ
を提供することができる。
【図1】本発明の実施例によるGaN系半導体レーザの
構成を概略的に示す断面図である。
構成を概略的に示す断面図である。
【図2】従来の技術によるGaN系半導体レーザの構成
を概略的に示す断面図である。
を概略的に示す断面図である。
1 SiC基板 2 n型GaNバッファ層 3 n型AlGaNクラッド層 4 n型GaN光閉じ込め層 5 InGaNMQW活性層 6 p型GaN光閉じ込め層 7 p型AlGaNクラッド層 8 p型GaNコンタクト層 9 p型AlGaN組成傾斜層 10 p型InNコンタクト層 11 n型電極 12 p型電極
Claims (4)
- 【請求項1】 GaNを少なくとも成分として含むGa
N系半導体を用い、活性層、n型クラッド層、p型クラ
ッド層を含むレーザ構造と、 前記p型クラッド層上に形成され、p型InNまたはp
型Inx Ga1-x N(x>0.2)で形成されたp型コ
ンタクト層とを有する半導体レーザ。 - 【請求項2】 さらに、前記p型クラッド層と前記p型
コンタクト層との間に配置され、実質的In組成が徐々
に変化するInGaN層で構成された組成傾斜層を有す
る請求項1記載の半導体レーザ。 - 【請求項3】 前記組成傾斜層のInの組成が、単調か
つ連続的または単調かつ階段的に変化する請求項2記載
の半導体レーザ。 - 【請求項4】 前記組成傾斜層がInN/GaN超格子
層であって、隣接するInN層とGaN層の厚さの比が
徐々に変化するInN/GaN超格子層である請求項2
記載の半導体レーザ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19939096A JPH1051070A (ja) | 1996-07-29 | 1996-07-29 | 半導体レーザ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19939096A JPH1051070A (ja) | 1996-07-29 | 1996-07-29 | 半導体レーザ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1051070A true JPH1051070A (ja) | 1998-02-20 |
Family
ID=16406988
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP19939096A Pending JPH1051070A (ja) | 1996-07-29 | 1996-07-29 | 半導体レーザ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH1051070A (ja) |
Cited By (17)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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