JP2000077795A - 半導体レ―ザ装置 - Google Patents
半導体レ―ザ装置Info
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- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
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- H01S5/34—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising quantum well or superlattice structures, e.g. single quantum well [SQW] lasers, multiple quantum well [MQW] lasers or graded index separate confinement heterostructure [GRINSCH] lasers
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 紫外領域においても低しきい値で且つ温度特
性が優れる半導体レーザ装置を実現できるようにする。 【解決手段】 サファイアからなる基板１１上に、ｎ型
ＧａＮからなるｎ型コンタクト層１３と、ｎ型Ａｌ0.35
Ｇａ0.65Ｎからなるｎ型クラッド層１４とが形成されて
いる。ｎ型クラッド層１４上には、Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ
／Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎからなる多重量子井戸活性層１５
と、ｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ｎ0.975 Ｐ 0.025 からなるｐ
型リークバリア層１６と、ｐ型Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ｎ0.98
Ｐ0.02からなるｐ型クラッド層１７とが順次形成されて
いる。ｐ型リークバリア層１６のエネルギーギャップは
ｎ型クラッド層１４よりも大きく、且つ、ｐ型リークバ
リア層１６及びｐ型クラッド層１７は、エネルギーギャ
ップを大きく維持しながらアクセプタ準位を浅くできる
リンが添加されていることを特徴とする。
性が優れる半導体レーザ装置を実現できるようにする。 【解決手段】 サファイアからなる基板１１上に、ｎ型
ＧａＮからなるｎ型コンタクト層１３と、ｎ型Ａｌ0.35
Ｇａ0.65Ｎからなるｎ型クラッド層１４とが形成されて
いる。ｎ型クラッド層１４上には、Ａｌ0.2 Ｇａ0.8 Ｎ
／Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎからなる多重量子井戸活性層１５
と、ｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ｎ0.975 Ｐ 0.025 からなるｐ
型リークバリア層１６と、ｐ型Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ｎ0.98
Ｐ0.02からなるｐ型クラッド層１７とが順次形成されて
いる。ｐ型リークバリア層１６のエネルギーギャップは
ｎ型クラッド層１４よりも大きく、且つ、ｐ型リークバ
リア層１６及びｐ型クラッド層１７は、エネルギーギャ
ップを大きく維持しながらアクセプタ準位を浅くできる
リンが添加されていることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発振波長が青色領
域から紫外領域にまで及ぶレーザ光を発振し、光情報処
理分野等への応用が期待されている、一般式がＡｌx Ｇ
ａy Ｉｎ1-x-y Ｐ v Ａｓw Ｎ1-v-w （但し、０≦ｘ≦
１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１、０≦ｖ≦１、０≦ｗ≦
１、ｖ＋ｗ≦１とする。）で表わされるIII-Ｖ属窒化物
半導体レーザ装置に関する。
域から紫外領域にまで及ぶレーザ光を発振し、光情報処
理分野等への応用が期待されている、一般式がＡｌx Ｇ
ａy Ｉｎ1-x-y Ｐ v Ａｓw Ｎ1-v-w （但し、０≦ｘ≦
１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１、０≦ｖ≦１、０≦ｗ≦
１、ｖ＋ｗ≦１とする。）で表わされるIII-Ｖ属窒化物
半導体レーザ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、デジタルビデオディスク装置等の
大容量光ディスク装置が実用化され、さらなる光ディス
クの記録容量の大容量化が図られようとしている。記録
容量の大容量化には良く知られているように、情報の記
録用又は再生用の光源となるレーザ光の短波長化を図る
ことが最も有効な手段の一つである。現状のデジタルビ
デオディスク装置に組み込まれている半導体レーザチッ
プは、III-Ｖ族半導体材料のうち主としてＡｌＧａＩｎ
Ｐからなる半導体材料が用いられており、その発振波長
は６５０ｎｍである。従って、現在開発中の高密度デジ
タルビデオディスク装置に対応するには、III-Ｖ族窒化
物半導体材料を用いたより短波長のレーザ装置が不可欠
となる。
大容量光ディスク装置が実用化され、さらなる光ディス
クの記録容量の大容量化が図られようとしている。記録
容量の大容量化には良く知られているように、情報の記
録用又は再生用の光源となるレーザ光の短波長化を図る
ことが最も有効な手段の一つである。現状のデジタルビ
デオディスク装置に組み込まれている半導体レーザチッ
プは、III-Ｖ族半導体材料のうち主としてＡｌＧａＩｎ
Ｐからなる半導体材料が用いられており、その発振波長
は６５０ｎｍである。従って、現在開発中の高密度デジ
タルビデオディスク装置に対応するには、III-Ｖ族窒化
物半導体材料を用いたより短波長のレーザ装置が不可欠
となる。
【０００３】以下、従来のIII-Ｖ族窒化物半導体レーザ
装置について図面を参照しながら説明する。
装置について図面を参照しながら説明する。
【０００４】図８は従来のIII-Ｖ族窒化物半導体レーザ
装置の断面構成を示している。
装置の断面構成を示している。
【０００５】図８に示すように、サファイアからなる基
板１０１上には、基板１０１と該基板１０１上に成長す
る窒化物半導体結晶との格子定数の不整合を緩和するＧ
ａＮからなるバッファ層１０２と、低抵抗のｎ型ＧａＮ
からなるｎ型コンタクト層１０３とが順次形成されてい
る。ｎ型コンタクト層１０３上の素子形成領域には、後
述する活性層に電子及び生成光を閉じ込めるｎ型ＡｌＧ
ａＮからなるｎ型クラッド層１０４と、活性層に生成光
を閉じ込め易くするｎ型ＧａＮからなるｎ型光ガイド層
１０５と、Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎからなる井戸層とＧａ1-y
Ｉｎy Ｎからなる障壁層（但し、ｘ及びｙは０＜ｙ＜ｘ
＜１である。）とが交互に積層され、閉じ込められた電
子及び正孔を再結合させて生成光を生成する多重量子井
戸活性層１０６と、該活性層１０６に生成光を閉じ込め
易くするｐ型ＧａＮからなるｐ型光ガイド層１０７と、
上面に幅が３μｍ〜１０μｍ程度の畝状のリッジストラ
イプ部１０８ａを有し、活性層１０６に正孔及び生成光
を閉じ込めるｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層１
０８とが順次形成されている。
板１０１上には、基板１０１と該基板１０１上に成長す
る窒化物半導体結晶との格子定数の不整合を緩和するＧ
ａＮからなるバッファ層１０２と、低抵抗のｎ型ＧａＮ
からなるｎ型コンタクト層１０３とが順次形成されてい
る。ｎ型コンタクト層１０３上の素子形成領域には、後
述する活性層に電子及び生成光を閉じ込めるｎ型ＡｌＧ
ａＮからなるｎ型クラッド層１０４と、活性層に生成光
を閉じ込め易くするｎ型ＧａＮからなるｎ型光ガイド層
１０５と、Ｇａ1-x Ｉｎx Ｎからなる井戸層とＧａ1-y
Ｉｎy Ｎからなる障壁層（但し、ｘ及びｙは０＜ｙ＜ｘ
＜１である。）とが交互に積層され、閉じ込められた電
子及び正孔を再結合させて生成光を生成する多重量子井
戸活性層１０６と、該活性層１０６に生成光を閉じ込め
易くするｐ型ＧａＮからなるｐ型光ガイド層１０７と、
上面に幅が３μｍ〜１０μｍ程度の畝状のリッジストラ
イプ部１０８ａを有し、活性層１０６に正孔及び生成光
を閉じ込めるｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層１
０８とが順次形成されている。
【０００６】ｐ型クラッド層１０８上には、低抵抗のｐ
型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層１０９が形成され、
該ｐ型コンタクト層１０９上にはｐ側電極１１０が選択
的に形成され、ｐ型クラッド層１０８上のｐ側電極１１
０を除くリッジストライプ部１０８ａの両側部分及び素
子形成領域の側面は絶縁膜１１１により覆われている。
絶縁膜１１１上にはｐ側電極１１０と接し且つこれを覆
うように、配線電極１１２が形成され、ｎ型コンタクト
層１０３上における素子形成領域の側方には、ｎ側電極
１１３が形成されている。
型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層１０９が形成され、
該ｐ型コンタクト層１０９上にはｐ側電極１１０が選択
的に形成され、ｐ型クラッド層１０８上のｐ側電極１１
０を除くリッジストライプ部１０８ａの両側部分及び素
子形成領域の側面は絶縁膜１１１により覆われている。
絶縁膜１１１上にはｐ側電極１１０と接し且つこれを覆
うように、配線電極１１２が形成され、ｎ型コンタクト
層１０３上における素子形成領域の側方には、ｎ側電極
１１３が形成されている。
【０００７】以上のように形成された半導体レーザ装置
に対して、ｎ側電極１１３を接地し、配線電極１１２に
所定電圧を印加すると、発振波長が３７０ｎｍ〜４３０
ｎｍのレーザ発振を起こす。この発振波長は、多重量子
井戸活性層１０６を構成するＧａ1-x Ｉｎx Ｎ及びＧａ
1-y Ｉｎy Ｎの組成や膜厚によって変化する。現在、室
温以上の温度環境下において連続発振が達成されてお
り、実用化の時期も近い。但し、光ディスク装置におけ
る記録容量の大容量化のためには、より短波長のレーザ
光を発振できる半導体レーザ装置の実現が望まれてい
る。
に対して、ｎ側電極１１３を接地し、配線電極１１２に
所定電圧を印加すると、発振波長が３７０ｎｍ〜４３０
ｎｍのレーザ発振を起こす。この発振波長は、多重量子
井戸活性層１０６を構成するＧａ1-x Ｉｎx Ｎ及びＧａ
1-y Ｉｎy Ｎの組成や膜厚によって変化する。現在、室
温以上の温度環境下において連続発振が達成されてお
り、実用化の時期も近い。但し、光ディスク装置におけ
る記録容量の大容量化のためには、より短波長のレーザ
光を発振できる半導体レーザ装置の実現が望まれてい
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来のIII-Ｖ族窒化物半導体レーザ装置は、その発振波長
を３７０ｎｍ程度よりも短くできず、これ以上の短波長
化は原理的に困難である。
来のIII-Ｖ族窒化物半導体レーザ装置は、その発振波長
を３７０ｎｍ程度よりも短くできず、これ以上の短波長
化は原理的に困難である。
【０００９】半導体レーザの短波長化のためには禁制帯
の幅（エネルギーギャップ）が大きい、いわゆるワイド
ギャップ半導体を活性層に用いれば良い。前述の多重量
子井戸活性層１０６を例に採ると、井戸層として、Ｇａ
1-x Ｉｎx ＮのＩｎの組成ｘが０、すなわちＧａＮを用
いるか、さらにはエネルギーギャップがより大きくなる
Ａｌを含むＡｌＧａＮを用いれば実現できる。
の幅（エネルギーギャップ）が大きい、いわゆるワイド
ギャップ半導体を活性層に用いれば良い。前述の多重量
子井戸活性層１０６を例に採ると、井戸層として、Ｇａ
1-x Ｉｎx ＮのＩｎの組成ｘが０、すなわちＧａＮを用
いるか、さらにはエネルギーギャップがより大きくなる
Ａｌを含むＡｌＧａＮを用いれば実現できる。
【００１０】ところで、活性層にキャリア及び生成光を
閉じ込めるダブルへテロ構造のレーザ装置においては、
クラッド層として、活性層よりもさらにエネルギーギャ
ップが大きい半導体材料を用いる必要がある。
閉じ込めるダブルへテロ構造のレーザ装置においては、
クラッド層として、活性層よりもさらにエネルギーギャ
ップが大きい半導体材料を用いる必要がある。
【００１１】一般に、室温以上で動作可能な実用レベル
の動作特性を持つ半導体レーザ装置を得るには、活性層
よりも少なくとも０．４ｅＶ程度大きいエネルギーギャ
ップを持つクラッド層が必要である。ＡｌＧａＮからな
る半導体はエネルギーギャップを３．４ｅＶ〜６．２ｅ
Ｖの範囲で大きく変更できるため、エネルギーギャップ
が大きいクラッド層を形成することは可能である。しか
しながら、ＡｌＧａＮからなる半導体をエネルギーギャ
ップが大きい組成とすると、特に、ｐ型半導体を得るた
めのｐ型不純物ドーピングが、正孔の熱的な活性化率が
低下してしまうために困難となる。このため、現状で
は、Ａｌの組成が最大で０．２（混晶としてＡｌ0.2 Ｇ
ａ0.8 Ｎ）程度までの、また、エネルギーギャップが最
大で４．０ｅＶ程度までのｐ型半導体しか得られていな
い。
の動作特性を持つ半導体レーザ装置を得るには、活性層
よりも少なくとも０．４ｅＶ程度大きいエネルギーギャ
ップを持つクラッド層が必要である。ＡｌＧａＮからな
る半導体はエネルギーギャップを３．４ｅＶ〜６．２ｅ
Ｖの範囲で大きく変更できるため、エネルギーギャップ
が大きいクラッド層を形成することは可能である。しか
しながら、ＡｌＧａＮからなる半導体をエネルギーギャ
ップが大きい組成とすると、特に、ｐ型半導体を得るた
めのｐ型不純物ドーピングが、正孔の熱的な活性化率が
低下してしまうために困難となる。このため、現状で
は、Ａｌの組成が最大で０．２（混晶としてＡｌ0.2 Ｇ
ａ0.8 Ｎ）程度までの、また、エネルギーギャップが最
大で４．０ｅＶ程度までのｐ型半導体しか得られていな
い。
【００１２】本願発明者らは、ｐ型のIII-Ｖ族窒化物半
導体、特にｐ型ＡｌＧａＮからなる半導体のエネルギー
ギャップが４．０ｅＶ程度しか得られない理由を種々検
討した結果、以下のような結論を得ている。
導体、特にｐ型ＡｌＧａＮからなる半導体のエネルギー
ギャップが４．０ｅＶ程度しか得られない理由を種々検
討した結果、以下のような結論を得ている。
【００１３】図９はｐ型窒化ガリウム（ＧａＮ）とｐ型
窒化アルミニウム（ＡｌＮ）との各エネルギー準位であ
って、縦軸が電子のエネルギーを示している。図９に示
すように、ＧａＮ及びＡｌＮの価電子帯Ｅｖの上側に
は、ｐ型ドーパントであるマグネシウム（Ｍｇ）による
アクセプタ準位Ｅａが形成されている。このＭｇは、窒
化物半導体に対して最も浅い、すなわち束縛エネルギー
が最も小さく活性化し易いアクセプタと一般に認められ
ており、ｐ型ドーパントとして広く用いられている。
窒化アルミニウム（ＡｌＮ）との各エネルギー準位であ
って、縦軸が電子のエネルギーを示している。図９に示
すように、ＧａＮ及びＡｌＮの価電子帯Ｅｖの上側に
は、ｐ型ドーパントであるマグネシウム（Ｍｇ）による
アクセプタ準位Ｅａが形成されている。このＭｇは、窒
化物半導体に対して最も浅い、すなわち束縛エネルギー
が最も小さく活性化し易いアクセプタと一般に認められ
ており、ｐ型ドーパントとして広く用いられている。
【００１４】但し、Ｍｇであっても、ＧａＮの価電子帯
の上端部Ｅｖからのアクセプタ準位は０．１５ｅＶと比
較的大きい。良く知られているように、室温に相当する
熱エネルギーは約０．０２５ｅＶであり、Ｍｇの室温に
おける熱的な活性化率は１％程度に過ぎない。従って、
ｐ型クラッド層に必要なキャリア濃度である１×１０ 17
ｃｍ-3〜１×１０18ｃｍ-3を得るためには、Ｍｇのドー
ピング濃度を１×１０ 19ｃｍ-3〜１×１０20ｃｍ-3程度
とする必要がある。Ｍｇのドーピング濃度が１×１０20
ｃｍ-3となる値は良質な半導体結晶を得られる限界値に
近く、これ以上にＭｇをドープすると結晶性が著しく低
下する。従って、不純物濃度が１×１０ 20ｃｍ-3となる
値をドーピング濃度の限界とすると、１×１０17ｃｍ-3
以上のキャリア濃度を得るためにはアクセプタの熱的な
活性化率を０．１％以上とする必要がある。
の上端部Ｅｖからのアクセプタ準位は０．１５ｅＶと比
較的大きい。良く知られているように、室温に相当する
熱エネルギーは約０．０２５ｅＶであり、Ｍｇの室温に
おける熱的な活性化率は１％程度に過ぎない。従って、
ｐ型クラッド層に必要なキャリア濃度である１×１０ 17
ｃｍ-3〜１×１０18ｃｍ-3を得るためには、Ｍｇのドー
ピング濃度を１×１０ 19ｃｍ-3〜１×１０20ｃｍ-3程度
とする必要がある。Ｍｇのドーピング濃度が１×１０20
ｃｍ-3となる値は良質な半導体結晶を得られる限界値に
近く、これ以上にＭｇをドープすると結晶性が著しく低
下する。従って、不純物濃度が１×１０ 20ｃｍ-3となる
値をドーピング濃度の限界とすると、１×１０17ｃｍ-3
以上のキャリア濃度を得るためにはアクセプタの熱的な
活性化率を０．１％以上とする必要がある。
【００１５】一方、図９に示すように、ＡｌＮにおいて
は、Ｍｇのアクセプタ準位Ｅａがさらに深くなり、ほと
んど０．６ｅＶにも達する。例えば、Ａｌy Ｇａ1-y Ｎ
の場合には、Ａｌの組成ｙを変化させるとほぼ線形に
０．１５ｅＶから０．６ｅＶにまで変化する。アクセプ
タの熱的な活性化率が０．１％以上となるようにするに
は、アクセプタ準位Ｅａと価電子帯の上端部のエネルギ
ーＥｖとの差を比較的小さくする必要があるため、Ａｌ
の組成ｙを大きくできない。
は、Ｍｇのアクセプタ準位Ｅａがさらに深くなり、ほと
んど０．６ｅＶにも達する。例えば、Ａｌy Ｇａ1-y Ｎ
の場合には、Ａｌの組成ｙを変化させるとほぼ線形に
０．１５ｅＶから０．６ｅＶにまで変化する。アクセプ
タの熱的な活性化率が０．１％以上となるようにするに
は、アクセプタ準位Ｅａと価電子帯の上端部のエネルギ
ーＥｖとの差を比較的小さくする必要があるため、Ａｌ
の組成ｙを大きくできない。
【００１６】このように、Ａｌの組成が大きくできなけ
れば、ｎ型クラッド層から活性層に注入される電子のう
ち正孔と再結合せずにｐ型クラッド層に漏れる電子の割
合が大きくなり、その結果、ｐ型クラッド層から活性層
に注入される正孔のうちｎ型クラッド層に漏れる割合も
大きくなる。この漏れ電流はレーザ発振に寄与しないた
め、発振しきい値電流の増大を招く。さらに、半導体レ
ーザ装置を高温で動作させると、活性層から漏れる電子
と正孔との割合が一層大きくなるため、温度に対して該
しきい値電流が著しく増大し、温度特性の劣化を招く。
れば、ｎ型クラッド層から活性層に注入される電子のう
ち正孔と再結合せずにｐ型クラッド層に漏れる電子の割
合が大きくなり、その結果、ｐ型クラッド層から活性層
に注入される正孔のうちｎ型クラッド層に漏れる割合も
大きくなる。この漏れ電流はレーザ発振に寄与しないた
め、発振しきい値電流の増大を招く。さらに、半導体レ
ーザ装置を高温で動作させると、活性層から漏れる電子
と正孔との割合が一層大きくなるため、温度に対して該
しきい値電流が著しく増大し、温度特性の劣化を招く。
【００１７】また、Ａｌの組成が大きい結晶とＡｌの組
成が小さい結晶とを積層すると、互いの格子定数の差に
よって応力が生じ、特に、１μｍ以上の膜厚を要求され
るクラッド層においてクラックが生じてしまうことにも
なり、レーザ特性の劣化や信頼性の低下を招く。
成が小さい結晶とを積層すると、互いの格子定数の差に
よって応力が生じ、特に、１μｍ以上の膜厚を要求され
るクラッド層においてクラックが生じてしまうことにも
なり、レーザ特性の劣化や信頼性の低下を招く。
【００１８】本発明は、前記従来の問題に鑑み、紫外領
域においても低しきい値で且つ温度特性が優れる半導体
レーザ装置を実現できるようにすることを目的とする。
域においても低しきい値で且つ温度特性が優れる半導体
レーザ装置を実現できるようにすることを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明は、窒化物半導体レーザ装置を、活性層とｐ
型クラッド層との間に、電子がｎ型クラッド層からｐ型
クラッド層に漏れることを防止するｐ型バリア層を設け
る構成とし、また、活性層とｎ型クラッド層との間に、
正孔がｐ型クラッド層からｎ型クラッド層に漏れること
を防止するｎ型バリア層を設ける構成とする。
め、本発明は、窒化物半導体レーザ装置を、活性層とｐ
型クラッド層との間に、電子がｎ型クラッド層からｐ型
クラッド層に漏れることを防止するｐ型バリア層を設け
る構成とし、また、活性層とｎ型クラッド層との間に、
正孔がｐ型クラッド層からｎ型クラッド層に漏れること
を防止するｎ型バリア層を設ける構成とする。
【００２０】具体的に、本発明に係る第１の半導体レー
ザ装置は、基板上に形成されたｎ型の第１の窒化物半導
体からなるｎ型クラッド層と、ｎ型クラッド層の上に形
成され、禁制帯の幅が第１の窒化物半導体よりも小さい
第２の窒化物半導体からなる活性層と、活性層の上に形
成され、禁制帯の幅が第２の窒化物半導体よりも大きい
ｐ型の第３の窒化物半導体からなるｐ型クラッド層とを
備え、活性層とｐ型クラッド層との間に形成され、禁制
帯の幅が第１の窒化物半導体よりも大きいｐ型の第４の
窒化物半導体からなるｐ型バリア層を備えている。
ザ装置は、基板上に形成されたｎ型の第１の窒化物半導
体からなるｎ型クラッド層と、ｎ型クラッド層の上に形
成され、禁制帯の幅が第１の窒化物半導体よりも小さい
第２の窒化物半導体からなる活性層と、活性層の上に形
成され、禁制帯の幅が第２の窒化物半導体よりも大きい
ｐ型の第３の窒化物半導体からなるｐ型クラッド層とを
備え、活性層とｐ型クラッド層との間に形成され、禁制
帯の幅が第１の窒化物半導体よりも大きいｐ型の第４の
窒化物半導体からなるｐ型バリア層を備えている。
【００２１】一般に、レーザ光の発振波長が紫外領域に
まで及ぶような場合には、ｎ型クラッド層の禁制帯幅
（エネルギーギャップ）が少なくとも４．４ｅＶ程度が
必要となるため、ｎ型クラッド層から活性層に注入され
る電子のうち、クラッド層と比べて膜厚が小さい活性層
に注入されずにｐ型クラッド層に漏れる電子の量が増え
る。しかしながら、第１の半導体レーザ装置によると、
活性層とｐ型クラッド層との間に形成され、禁制帯の幅
がｎ型クラッド層よりも大きいｐ型バリア層を備えてい
るため、活性層に注入されずにｐ型クラッド層に漏れる
電子を活性層に効率よく注入できる。
まで及ぶような場合には、ｎ型クラッド層の禁制帯幅
（エネルギーギャップ）が少なくとも４．４ｅＶ程度が
必要となるため、ｎ型クラッド層から活性層に注入され
る電子のうち、クラッド層と比べて膜厚が小さい活性層
に注入されずにｐ型クラッド層に漏れる電子の量が増え
る。しかしながら、第１の半導体レーザ装置によると、
活性層とｐ型クラッド層との間に形成され、禁制帯の幅
がｎ型クラッド層よりも大きいｐ型バリア層を備えてい
るため、活性層に注入されずにｐ型クラッド層に漏れる
電子を活性層に効率よく注入できる。
【００２２】本発明に係る第２の半導体レーザ装置は、
基板上に形成されたｐ型の第１の窒化物半導体からなる
ｐ型クラッド層と、ｐ型クラッド層の上に形成され、禁
制帯の幅が第１の窒化物半導体よりも小さい第２の窒化
物半導体からなる活性層と、活性層の上に形成され、禁
制帯の幅が第２の窒化物半導体よりも大きいｎ型の第３
の窒化物半導体からなるｎ型クラッド層とを備え、ｐ型
クラッド層と活性層との間に形成され、禁制帯の幅が第
３の窒化物半導体よりも大きいｐ型の第４の窒化物半導
体からなるｐ型バリア層を備えている。
基板上に形成されたｐ型の第１の窒化物半導体からなる
ｐ型クラッド層と、ｐ型クラッド層の上に形成され、禁
制帯の幅が第１の窒化物半導体よりも小さい第２の窒化
物半導体からなる活性層と、活性層の上に形成され、禁
制帯の幅が第２の窒化物半導体よりも大きいｎ型の第３
の窒化物半導体からなるｎ型クラッド層とを備え、ｐ型
クラッド層と活性層との間に形成され、禁制帯の幅が第
３の窒化物半導体よりも大きいｐ型の第４の窒化物半導
体からなるｐ型バリア層を備えている。
【００２３】第２の半導体レーザ装置によると、活性層
に対して基板側にｐ型クラッド層を備えた構成であって
も、ｐ型クラッド層と活性層との間に禁制帯の幅がｎ型
クラッド層よりも大きいｐ型バリア層を備えているた
め、第１の半導体レーザ装置と同様にｐ型クラッド層に
漏れる電子を活性層に効率よく注入できる。
に対して基板側にｐ型クラッド層を備えた構成であって
も、ｐ型クラッド層と活性層との間に禁制帯の幅がｎ型
クラッド層よりも大きいｐ型バリア層を備えているた
め、第１の半導体レーザ装置と同様にｐ型クラッド層に
漏れる電子を活性層に効率よく注入できる。
【００２４】第１又は第２の半導体レーザ装置におい
て、ｐ型クラッド層がリン又はヒ素を含むことが好まし
い。このようにすると、ｐ型クラッド層が禁制帯幅を広
げるためにアルミニウム（Ａｌ）を比較的多く含む場合
には、該ｐ型クラッド層における価電子帯の上端部のエ
ネルギーとアクセプタ準位とのエネルギー差が拡大する
が、Ａｌを含むｐ型クラッド層の組成にリン（Ｐ）又は
ヒ素（Ａｓ）を加えることにより、このエネルギー差を
拡大しないようにできるため、アクセプタ準位を小さく
できる。
て、ｐ型クラッド層がリン又はヒ素を含むことが好まし
い。このようにすると、ｐ型クラッド層が禁制帯幅を広
げるためにアルミニウム（Ａｌ）を比較的多く含む場合
には、該ｐ型クラッド層における価電子帯の上端部のエ
ネルギーとアクセプタ準位とのエネルギー差が拡大する
が、Ａｌを含むｐ型クラッド層の組成にリン（Ｐ）又は
ヒ素（Ａｓ）を加えることにより、このエネルギー差を
拡大しないようにできるため、アクセプタ準位を小さく
できる。
【００２５】この場合に、ｐ型クラッド層が、窒化ガリ
ウムの格子定数又は活性層に対して基板側に位置する窒
化物半導体層の格子定数又は基板の格子定数とほぼ一致
するような組成を有していることが好ましい。このよう
にすると、ｐ型クラッド層が禁制帯幅を広げるためにＡ
ｌを比較的多く含む場合には、該ｐ型クラッド層の格子
定数がＧａＮの格子定数よりも小さくなるが、Ａｌを含
むｐ型クラッド層の組成にＰ又はＡｓを加えることによ
り、ｐ型クラッド層の格子定数が小さくならなくなる。
ウムの格子定数又は活性層に対して基板側に位置する窒
化物半導体層の格子定数又は基板の格子定数とほぼ一致
するような組成を有していることが好ましい。このよう
にすると、ｐ型クラッド層が禁制帯幅を広げるためにＡ
ｌを比較的多く含む場合には、該ｐ型クラッド層の格子
定数がＧａＮの格子定数よりも小さくなるが、Ａｌを含
むｐ型クラッド層の組成にＰ又はＡｓを加えることによ
り、ｐ型クラッド層の格子定数が小さくならなくなる。
【００２６】第１又は第２の半導体レーザ装置におい
て、ｐ型バリア層がリン又はヒ素を含むことが好まし
い。このようにすると、ｐ形バリア層における価電子帯
の上端部のエネルギー及び導電帯の下端部のエネルギー
が共に上方にシフトするため、正孔に対するポテンシャ
ル障壁がより小さくなるので、正孔の活性層への注入が
効率良く行なえるようになる。
て、ｐ型バリア層がリン又はヒ素を含むことが好まし
い。このようにすると、ｐ形バリア層における価電子帯
の上端部のエネルギー及び導電帯の下端部のエネルギー
が共に上方にシフトするため、正孔に対するポテンシャ
ル障壁がより小さくなるので、正孔の活性層への注入が
効率良く行なえるようになる。
【００２７】この場合に、ｐ型バリア層が、窒化ガリウ
ムの格子定数又は活性層に対して基板側に位置する窒化
物半導体層の格子定数又は基板の格子定数とほぼ一致す
るような組成を有していることが好ましい。
ムの格子定数又は活性層に対して基板側に位置する窒化
物半導体層の格子定数又は基板の格子定数とほぼ一致す
るような組成を有していることが好ましい。
【００２８】第１又は第２の半導体レーザ装置におい
て、ｐ型バリア層の膜厚が１ｎｍ以上且つ１００ｎｍ以
下であることが好ましい。このようにすると、ｐ型バリ
ア層を、正孔のトンネル確率を下げることなく電子のト
ンネル確率のみを下げられるような膜厚とすることがで
きる。
て、ｐ型バリア層の膜厚が１ｎｍ以上且つ１００ｎｍ以
下であることが好ましい。このようにすると、ｐ型バリ
ア層を、正孔のトンネル確率を下げることなく電子のト
ンネル確率のみを下げられるような膜厚とすることがで
きる。
【００２９】第１又は第２の半導体レーザ装置におい
て、活性層とｐ型バリア層とが互いに隣接していること
が好ましい。このようにすると、ｐ型バリア層が活性層
と隣接しているため、ｎ型クラッド層から注入される電
子のうち活性層に注入されない電子に対して確実にエネ
ルギー障壁となる。
て、活性層とｐ型バリア層とが互いに隣接していること
が好ましい。このようにすると、ｐ型バリア層が活性層
と隣接しているため、ｎ型クラッド層から注入される電
子のうち活性層に注入されない電子に対して確実にエネ
ルギー障壁となる。
【００３０】第１又は第２の半導体レーザ装置が、ｐ型
バリア層とｐ型クラッド層との間に形成され、禁制帯の
幅が活性層よりも大きく且つｐ型クラッド層よりも小さ
いｐ型の第５の窒化物半導体からなるｐ型キャリア注入
層をさらに備えていることが好ましい。このようにする
と、ｐ型活性層から注入される比較的大きなエネルギー
を持つ正孔が、禁制帯の幅がｐ型クラッド層よりも小さ
いｐ型キャリア注入層にいったん落ち込んでそのエネル
ギーがやや弱められた後、活性層に注入されるので、正
孔の活性層への注入効率が向上する。
バリア層とｐ型クラッド層との間に形成され、禁制帯の
幅が活性層よりも大きく且つｐ型クラッド層よりも小さ
いｐ型の第５の窒化物半導体からなるｐ型キャリア注入
層をさらに備えていることが好ましい。このようにする
と、ｐ型活性層から注入される比較的大きなエネルギー
を持つ正孔が、禁制帯の幅がｐ型クラッド層よりも小さ
いｐ型キャリア注入層にいったん落ち込んでそのエネル
ギーがやや弱められた後、活性層に注入されるので、正
孔の活性層への注入効率が向上する。
【００３１】この場合に、ｐ型キャリア注入層がリン又
はヒ素を含むことが好ましい。
はヒ素を含むことが好ましい。
【００３２】さらに、この場合に、ｐ型キャリア注入層
が、窒化ガリウムの格子定数又は活性層に対して基板側
に位置する窒化物半導体層の格子定数又は基板の格子定
数とほぼ一致するような組成を有していることが好まし
い。
が、窒化ガリウムの格子定数又は活性層に対して基板側
に位置する窒化物半導体層の格子定数又は基板の格子定
数とほぼ一致するような組成を有していることが好まし
い。
【００３３】また、活性層とｐ型バリア層とが互いに隣
接し、ｐ型バリア層とｐ型キャリア注入層とが互いに隣
接していることが好ましい。
接し、ｐ型バリア層とｐ型キャリア注入層とが互いに隣
接していることが好ましい。
【００３４】本発明に係る第３の半導体レーザ装置は、
基板上に形成されたｎ型の第１の窒化物半導体からなる
ｎ型クラッド層と、ｎ型クラッド層の上に形成され、禁
制帯の幅が第１の窒化物半導体よりも小さい第２の窒化
物半導体からなる活性層と、活性層の上に形成され、禁
制帯の幅が第２の窒化物半導体よりも大きいｐ型の第３
の窒化物半導体からなるｐ型クラッド層とを備え、ｎ型
クラッド層と活性層との間に形成され、禁制帯の幅が第
３の窒化物半導体よりも大きいｎ型バリア層と、ｎ型ク
ラッド層とｎ型バリア層との間に形成され、禁制帯の幅
が第１の窒化物半導体よりも小さく且つ第２の窒化物半
導体よりも大きいｎ型キャリア注入層と、活性層とｐ型
クラッド層との間に形成され、禁制帯の幅が第１の窒化
物半導体よりも大きいｐ型バリア層と、ｐ型バリア層と
ｐ型クラッド層との間に形成され、禁制帯の幅が第３の
窒化物半導体よりも小さく且つ第２の窒化物半導体より
も大きいｐ型キャリア注入層とを備えている。
基板上に形成されたｎ型の第１の窒化物半導体からなる
ｎ型クラッド層と、ｎ型クラッド層の上に形成され、禁
制帯の幅が第１の窒化物半導体よりも小さい第２の窒化
物半導体からなる活性層と、活性層の上に形成され、禁
制帯の幅が第２の窒化物半導体よりも大きいｐ型の第３
の窒化物半導体からなるｐ型クラッド層とを備え、ｎ型
クラッド層と活性層との間に形成され、禁制帯の幅が第
３の窒化物半導体よりも大きいｎ型バリア層と、ｎ型ク
ラッド層とｎ型バリア層との間に形成され、禁制帯の幅
が第１の窒化物半導体よりも小さく且つ第２の窒化物半
導体よりも大きいｎ型キャリア注入層と、活性層とｐ型
クラッド層との間に形成され、禁制帯の幅が第１の窒化
物半導体よりも大きいｐ型バリア層と、ｐ型バリア層と
ｐ型クラッド層との間に形成され、禁制帯の幅が第３の
窒化物半導体よりも小さく且つ第２の窒化物半導体より
も大きいｐ型キャリア注入層とを備えている。
【００３５】第３の半導体レーザ装置によると、ｎ型ク
ラッド層から注入される電子をｐ型クラッド層側で反射
するｐ型バリア層に加えて、ｐ型クラッド層から注入さ
れる正孔をｎ型クラッド層側で反射するｎ型バリア層を
備える構成とし、さらに、ｐ型バリア層とｐ型クラッド
層との間に活性層への正孔の注入効率を上げるｐ型キャ
リア注入層と、ｎ型バリア層とｎ型クラッド層との間に
活性層への電子の注入効率を上げるｎ型キャリア注入層
とを備えているため、しきい値電流が増大しなくなる。
ラッド層から注入される電子をｐ型クラッド層側で反射
するｐ型バリア層に加えて、ｐ型クラッド層から注入さ
れる正孔をｎ型クラッド層側で反射するｎ型バリア層を
備える構成とし、さらに、ｐ型バリア層とｐ型クラッド
層との間に活性層への正孔の注入効率を上げるｐ型キャ
リア注入層と、ｎ型バリア層とｎ型クラッド層との間に
活性層への電子の注入効率を上げるｎ型キャリア注入層
とを備えているため、しきい値電流が増大しなくなる。
【００３６】第３の半導体レーザ装置において、ｎ型ク
ラッド層及びｐ型クラッド層のうちの少なくとも一方
が、リン又はヒ素を含むことが好ましい。
ラッド層及びｐ型クラッド層のうちの少なくとも一方
が、リン又はヒ素を含むことが好ましい。
【００３７】この場合に、ｎ型クラッド層及びｐ型クラ
ッド層のうちの少なくとも一方が、窒化ガリウムの格子
定数又は活性層に対して基板側に位置する窒化物半導体
層の格子定数又は基板の格子定数とほぼ一致するような
組成を有していることが好ましい。
ッド層のうちの少なくとも一方が、窒化ガリウムの格子
定数又は活性層に対して基板側に位置する窒化物半導体
層の格子定数又は基板の格子定数とほぼ一致するような
組成を有していることが好ましい。
【００３８】第３の半導体レーザ装置において、ｎ型バ
リア層及びｐ型バリア層のうちの少なくとも一方が、リ
ン又はヒ素を含むことが好ましい。
リア層及びｐ型バリア層のうちの少なくとも一方が、リ
ン又はヒ素を含むことが好ましい。
【００３９】この場合に、ｎ型バリア層及びｐ型バリア
層のうちの少なくとも一方が、窒化ガリウムの格子定数
又は活性層に対して基板側に位置する窒化物半導体層の
格子定数又は基板の格子定数とほぼ一致するような組成
を有していることが好ましい。
層のうちの少なくとも一方が、窒化ガリウムの格子定数
又は活性層に対して基板側に位置する窒化物半導体層の
格子定数又は基板の格子定数とほぼ一致するような組成
を有していることが好ましい。
【００４０】第３の半導体レーザ装置において、ｎ型バ
リア層及びｐ型バリア層の膜厚が、それぞれ１ｎｍ以上
且つ１００ｎｍ以下であることが好ましい。
リア層及びｐ型バリア層の膜厚が、それぞれ１ｎｍ以上
且つ１００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００４１】この場合に、ｎ型キャリア注入層及びｐ型
キャリア注入層のうちの少なくとも一方が、リン又はヒ
素を含むことが好ましい。
キャリア注入層のうちの少なくとも一方が、リン又はヒ
素を含むことが好ましい。
【００４２】この場合に、ｎ型キャリア注入層及びｐ型
キャリア注入層のうちの少なくとも一方が、窒化ガリウ
ムの格子定数又は活性層に対して基板側に位置する窒化
物半導体層の格子定数又は基板の格子定数とほぼ一致す
るような組成を有していることが好ましい。
キャリア注入層のうちの少なくとも一方が、窒化ガリウ
ムの格子定数又は活性層に対して基板側に位置する窒化
物半導体層の格子定数又は基板の格子定数とほぼ一致す
るような組成を有していることが好ましい。
【００４３】第３の半導体レーザ装置において、活性層
とｎ型バリア層とが互いに隣接し、ｎ型バリア層とｎ型
キャリア注入層とが互いに隣接していることが好まし
い。
とｎ型バリア層とが互いに隣接し、ｎ型バリア層とｎ型
キャリア注入層とが互いに隣接していることが好まし
い。
【００４４】第３の半導体レーザ装置において、活性層
とｐ型バリア層とが互いに隣接し、ｐ型バリア層とｐ型
キャリア注入層とが互いに隣接していることが好まし
い。
とｐ型バリア層とが互いに隣接し、ｐ型バリア層とｐ型
キャリア注入層とが互いに隣接していることが好まし
い。
【００４５】
【発明の実施の形態】（第１の実施形態）本発明の第１
の実施形態について図面を参照しながら説明する。
の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００４６】図１は本発明の第１の実施形態に係る多重
量子井戸型窒化物半導体レーザ装置の断面構成を示して
いる。ここでは、レーザ装置の構成をダブルへテロ接合
を形成する各半導体層の製造方法として説明する。
量子井戸型窒化物半導体レーザ装置の断面構成を示して
いる。ここでは、レーザ装置の構成をダブルへテロ接合
を形成する各半導体層の製造方法として説明する。
【００４７】図１に示すように、まず、有機金属気相成
長（ＭＯＶＰＥ）法を用いて、例えば、面方位が（００
０１）面のサファイアからなる基板１１上に、基板１１
と該基板１１上に成長する窒化物半導体結晶との格子定
数の不整合を緩和して結晶欠陥が少ない半導体層を得る
ためのＧａＮからなるバッファ層１２と、Ｓｉをｎ型ド
ーパントとする低抵抗のｎ型ＧａＮからなるｎ型コンタ
クト層１３と、後述する活性層に電子及び生成光を閉じ
込めるｎ型Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ｎからなるｎ型クラッド層
１４とを順次成長させる。
長（ＭＯＶＰＥ）法を用いて、例えば、面方位が（００
０１）面のサファイアからなる基板１１上に、基板１１
と該基板１１上に成長する窒化物半導体結晶との格子定
数の不整合を緩和して結晶欠陥が少ない半導体層を得る
ためのＧａＮからなるバッファ層１２と、Ｓｉをｎ型ド
ーパントとする低抵抗のｎ型ＧａＮからなるｎ型コンタ
クト層１３と、後述する活性層に電子及び生成光を閉じ
込めるｎ型Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ｎからなるｎ型クラッド層
１４とを順次成長させる。
【００４８】続いて、ｎ型クラッド層１４の上に、Ａｌ
0.2 Ｇａ0.8 Ｎからなる量子井戸層とＡｌ0.25Ｇａ0.75
Ｎとからなる障壁層とを交互に３回程度繰り返して積層
することにより、閉じ込められた電子及び正孔が再結合
してなる生成光を生成する多重量子井戸活性層１５を形
成する。
0.2 Ｇａ0.8 Ｎからなる量子井戸層とＡｌ0.25Ｇａ0.75
Ｎとからなる障壁層とを交互に３回程度繰り返して積層
することにより、閉じ込められた電子及び正孔が再結合
してなる生成光を生成する多重量子井戸活性層１５を形
成する。
【００４９】次に、多重量子井戸活性層１５の上に、Ｍ
ｇをｐ型ドーパントとし、膜厚が２０ｎｍ程度でｎ型ク
ラッド層１４から注入される電子のポテンシャル障壁と
なるｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ｎ0.975 Ｐ0.025 からなるｐ
型リークバリア層１６と、量子井戸活性層１５に正孔及
び生成光を閉じ込めるｐ型Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ｎ0.98Ｐ
0.02からなるｐ型クラッド層１７と、低抵抗のｐ型Ｇａ
Ｎからなるｐ型コンタクト層１８とを順次成長させる。
ｇをｐ型ドーパントとし、膜厚が２０ｎｍ程度でｎ型ク
ラッド層１４から注入される電子のポテンシャル障壁と
なるｐ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ｎ0.975 Ｐ0.025 からなるｐ
型リークバリア層１６と、量子井戸活性層１５に正孔及
び生成光を閉じ込めるｐ型Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ｎ0.98Ｐ
0.02からなるｐ型クラッド層１７と、低抵抗のｐ型Ｇａ
Ｎからなるｐ型コンタクト層１８とを順次成長させる。
【００５０】このようにして、多重量子井戸活性層１５
とリン（Ｐ）を含むｐ型クラッド層１７との間に、エネ
ルギーギャップがｎ型クラッド層１４よりも大きく且つ
リン（Ｐ）を含むｐ型リークバリア層１６が形成された
ダブルヘテロ接合部を有するエピタキシャル層を形成す
る。
とリン（Ｐ）を含むｐ型クラッド層１７との間に、エネ
ルギーギャップがｎ型クラッド層１４よりも大きく且つ
リン（Ｐ）を含むｐ型リークバリア層１６が形成された
ダブルヘテロ接合部を有するエピタキシャル層を形成す
る。
【００５１】エピタキシャル層を形成した後、ｐ型コン
タクト層１８及びｐ型クラッド層１７における素子形成
領域に対して選択的にドライエッチングを行なうことに
より、ｐ型クラッド層１７に上部がｐ型コンタクト層１
８からなり幅が５μｍ程度の畝状のリッジストライプ部
１７ａを形成する。
タクト層１８及びｐ型クラッド層１７における素子形成
領域に対して選択的にドライエッチングを行なうことに
より、ｐ型クラッド層１７に上部がｐ型コンタクト層１
８からなり幅が５μｍ程度の畝状のリッジストライプ部
１７ａを形成する。
【００５２】次に、ｐ型コンタクト層１８の上に、Ｎｉ
とＡｕとの積層体からなるｐ側電極１９を選択的に形成
し、その後、エピタキシャル層の素子形成領域をマスク
して、ｎ型コンタクト層１３が露出するまでドライエッ
チングを行なうことにより、ｎ型コンタクト層１３の上
面にｎ側電極形成領域を形成し、続いて、ｎ型コンタク
ト層１３上のｎ側電極形成領域にＴｉとＡｌとの積層体
からなるｎ側電極２０を選択的に形成する。
とＡｕとの積層体からなるｐ側電極１９を選択的に形成
し、その後、エピタキシャル層の素子形成領域をマスク
して、ｎ型コンタクト層１３が露出するまでドライエッ
チングを行なうことにより、ｎ型コンタクト層１３の上
面にｎ側電極形成領域を形成し、続いて、ｎ型コンタク
ト層１３上のｎ側電極形成領域にＴｉとＡｌとの積層体
からなるｎ側電極２０を選択的に形成する。
【００５３】次に、ｐ型クラッド層１７上におけるリッ
ジストライプ部１７ａの両側部分及び素子形成領域の側
面にシリコン酸化膜等からなる保護絶縁膜２１を形成す
る。
ジストライプ部１７ａの両側部分及び素子形成領域の側
面にシリコン酸化膜等からなる保護絶縁膜２１を形成す
る。
【００５４】次に、保護絶縁膜２１上のｐ側電極１９を
含む領域に該ｐ側電極１９と電気的に接続される配線電
極２２を形成することにより、図１に示す窒化物半導体
レーザ装置を得る。
含む領域に該ｐ側電極１９と電気的に接続される配線電
極２２を形成することにより、図１に示す窒化物半導体
レーザ装置を得る。
【００５５】以下、前記のように構成された半導体レー
ザ装置の動作及びその動作特性について図面を参照しな
がら説明する。
ザ装置の動作及びその動作特性について図面を参照しな
がら説明する。
【００５６】本実施形態に係る半導体レーザ素子の多重
量子井戸活性層１５の実効的なエネルギーギャップは約
４ｅＶである。そこで、ｎ側電極２０を接地し、配線電
極２２に所定電圧を印加すると、量子井戸活性層１５に
対して、ｐ側電極１９からは正孔が、ｎ側電極２０から
は電子がそれぞれ注入され、量子井戸活性層１５におい
て光学利得を生じることにより、発振波長が約３１０ｎ
ｍとなるレーザ発振を生じる。
量子井戸活性層１５の実効的なエネルギーギャップは約
４ｅＶである。そこで、ｎ側電極２０を接地し、配線電
極２２に所定電圧を印加すると、量子井戸活性層１５に
対して、ｐ側電極１９からは正孔が、ｎ側電極２０から
は電子がそれぞれ注入され、量子井戸活性層１５におい
て光学利得を生じることにより、発振波長が約３１０ｎ
ｍとなるレーザ発振を生じる。
【００５７】この様子を図２に示すエネルギーバンド図
を参照しながら説明する。
を参照しながら説明する。
【００５８】図２は本実施形態に係る半導体レーザ装置
における活性層付近のエネルギーバンドを模式的に表わ
している。図２において、Ｅｃは電子における伝導帯の
下端のエネルギーを表わし、Ｅｖは電子における価電子
帯の上端のエネルギーを表わしている。図２に示すよう
に、ｎ型クラッド層１４から多重量子井戸活性層１５に
注入される電子とｐ型クラッド層１７から注入される正
孔とが量子井戸活性層１５において再結合し、光子エネ
ルギーｈνを持つ再結合光が生成される。
における活性層付近のエネルギーバンドを模式的に表わ
している。図２において、Ｅｃは電子における伝導帯の
下端のエネルギーを表わし、Ｅｖは電子における価電子
帯の上端のエネルギーを表わしている。図２に示すよう
に、ｎ型クラッド層１４から多重量子井戸活性層１５に
注入される電子とｐ型クラッド層１７から注入される正
孔とが量子井戸活性層１５において再結合し、光子エネ
ルギーｈνを持つ再結合光が生成される。
【００５９】図３は本実施形態に係る半導体レーザ装置
を構成するＡｌＧａＮＰからなる窒化物半導体における
Ａｌ及びＰの各組成とエネルギーギャップとの関係を表
わしている。図３に示すように、Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ｎ
0.98Ｐ0.02からなるｐ型クラッド層１７のエネルギーギ
ャップは約４．４ｅＶであり、Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ｎ0.97
5 Ｐ0.025 からなるｐ型リークバリア層１６のエネルギ
ーギャップは約４．５ｅＶである。
を構成するＡｌＧａＮＰからなる窒化物半導体における
Ａｌ及びＰの各組成とエネルギーギャップとの関係を表
わしている。図３に示すように、Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ｎ
0.98Ｐ0.02からなるｐ型クラッド層１７のエネルギーギ
ャップは約４．４ｅＶであり、Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ｎ0.97
5 Ｐ0.025 からなるｐ型リークバリア層１６のエネルギ
ーギャップは約４．５ｅＶである。
【００６０】このように、本実施形態によると、量子井
戸活性層１５とｐ型クラッド層１７との間に、エネルギ
ーギャップがｐ型クラッド層１７よりも大きいｐ型リー
クバリア層１６が設けられているため、ｎ型クラッド層
１４から量子井戸活性層１５に注入される電子の割合が
上昇し、その結果、紫外領域のレーザ光を発光しながら
も、電子の漏れ電流によるしきい値電流の増大が抑制さ
れるので、該レーザ光の出力動作が安定する。
戸活性層１５とｐ型クラッド層１７との間に、エネルギ
ーギャップがｐ型クラッド層１７よりも大きいｐ型リー
クバリア層１６が設けられているため、ｎ型クラッド層
１４から量子井戸活性層１５に注入される電子の割合が
上昇し、その結果、紫外領域のレーザ光を発光しながら
も、電子の漏れ電流によるしきい値電流の増大が抑制さ
れるので、該レーザ光の出力動作が安定する。
【００６１】この場合に、図２に示すように、ｐ型クラ
ッド層１７から注入される正孔はｐ型リークバリア層１
６をトンネル効果により透過させる必要があるため、ｐ
型リークバリア層１６の膜厚は、電子を反射し且つ正孔
を透過させる範囲で選択すればよく、１ｎｍ以上且つ１
００ｎｍ以下であればよい。さらには、１０ｎｍ以上且
つ３０ｎｍ以下が好ましい。
ッド層１７から注入される正孔はｐ型リークバリア層１
６をトンネル効果により透過させる必要があるため、ｐ
型リークバリア層１６の膜厚は、電子を反射し且つ正孔
を透過させる範囲で選択すればよく、１ｎｍ以上且つ１
００ｎｍ以下であればよい。さらには、１０ｎｍ以上且
つ３０ｎｍ以下が好ましい。
【００６２】次に、Ａｌの組成が相対的に大きいｎ型ク
ラッド層１４及びｐ型クラッド層１７におけるキャリア
濃度について説明する。
ラッド層１４及びｐ型クラッド層１７におけるキャリア
濃度について説明する。
【００６３】まず、ｎ型クラッド層１４においては、Ａ
ｌ0.35Ｇａ0.65Ｎの組成を持つ半導体層に対して、例え
ば、Ｓｉをドープすることにより、１×１０18ｃｍ-3程
度のキャリア濃度を実現できるため、問題にはならな
い。
ｌ0.35Ｇａ0.65Ｎの組成を持つ半導体層に対して、例え
ば、Ｓｉをドープすることにより、１×１０18ｃｍ-3程
度のキャリア濃度を実現できるため、問題にはならな
い。
【００６４】次に、ｐ型クラッド層１７においては、レ
ーザ光の波長を紫外光程度にまで短波長化する際には、
前述したように、窒化物半導体におけるＡｌの組成を大
きくする必要がある一方、Ａｌの組成を大きくするとｐ
型半導体層が得られ難くなるというトレードオフの関係
がある。
ーザ光の波長を紫外光程度にまで短波長化する際には、
前述したように、窒化物半導体におけるＡｌの組成を大
きくする必要がある一方、Ａｌの組成を大きくするとｐ
型半導体層が得られ難くなるというトレードオフの関係
がある。
【００６５】そこで、本実施形態に係る半導体レーザ装
置が、ｐ型半導体層の組成にリン又はヒ素を含ませるこ
とにより、図１に示すｐ型クラッド層１７のエネルギー
ギャップを大きく維持したままｐ型ドーパントの熱的活
性化率をも向上させられる構成を有していることを図面
に基づいて説明する。
置が、ｐ型半導体層の組成にリン又はヒ素を含ませるこ
とにより、図１に示すｐ型クラッド層１７のエネルギー
ギャップを大きく維持したままｐ型ドーパントの熱的活
性化率をも向上させられる構成を有していることを図面
に基づいて説明する。
【００６６】本実施形態に係るｐ型クラッド層１７の組
成は、Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ｎ0.98Ｐ0. 02であり、ｐ型ドー
パントであるＭｇのアクセプタ準位は、ＧａＮと同程度
の０．１５ｅＶが得られている。
成は、Ａｌ0.4 Ｇａ0.6 Ｎ0.98Ｐ0. 02であり、ｐ型ドー
パントであるＭｇのアクセプタ準位は、ＧａＮと同程度
の０．１５ｅＶが得られている。
【００６７】このように、Ａｌの組成が０．４である半
導体層のアクセプタ準位がＧａＮと同程度となる理由を
図４に基づいて説明する。
導体層のアクセプタ準位がＧａＮと同程度となる理由を
図４に基づいて説明する。
【００６８】図４は本実施形態に係る半導体レーザ装置
を構成するＡｌＧａＮＰからなる窒化物半導体における
Ａｌ及びＰの各組成と価電子帯上端部のエネルギーＥｖ
との関係をベガード則に基づいて算出した結果を表わし
ている。図４において、縦軸上の０ｅＶはＡｌの組成ｘ
及びＰの組成ｙが共に０の場合の、すなわち、ＧａＮ結
晶における価電子帯の上端部のエネルギーＥｖを表わし
ている。
を構成するＡｌＧａＮＰからなる窒化物半導体における
Ａｌ及びＰの各組成と価電子帯上端部のエネルギーＥｖ
との関係をベガード則に基づいて算出した結果を表わし
ている。図４において、縦軸上の０ｅＶはＡｌの組成ｘ
及びＰの組成ｙが共に０の場合の、すなわち、ＧａＮ結
晶における価電子帯の上端部のエネルギーＥｖを表わし
ている。
【００６９】ところで、正孔の熱的な活性化率ｐは、極
めて単純に、 ｐ＝ｅｘｐ｛―（Ｅａ―Ｅｖ）／ｋＴ｝ のように表現することができる。ここで、Ｅａはアクセ
プタ準位のエネルギーを表わし、Ｅｖは価電子帯上端部
のエネルギーを表わし、ｋはボルツマン定数を表わし、
Ｔは絶対温度を表わしている。実際には、より複雑な表
現式で表わされるが、アクセプタ準位のエネルギーＥａ
と価電子帯上端部のエネルギーＥｖとの差（＝Ｅａ−Ｅ
ｖ）が大きくなると、ｐ型ドーパントの活性化率ｐが急
激に低下することに変わりはない。
めて単純に、 ｐ＝ｅｘｐ｛―（Ｅａ―Ｅｖ）／ｋＴ｝ のように表現することができる。ここで、Ｅａはアクセ
プタ準位のエネルギーを表わし、Ｅｖは価電子帯上端部
のエネルギーを表わし、ｋはボルツマン定数を表わし、
Ｔは絶対温度を表わしている。実際には、より複雑な表
現式で表わされるが、アクセプタ準位のエネルギーＥａ
と価電子帯上端部のエネルギーＥｖとの差（＝Ｅａ−Ｅ
ｖ）が大きくなると、ｐ型ドーパントの活性化率ｐが急
激に低下することに変わりはない。
【００７０】図４は、Ａｌx Ｇａ1-x Ｎ1-y Ｐy のＰの
組成ｙが０のとき、すなわち、ＡｌＧａＮからなる混晶
をｐ型クラッド層１７として用いた場合には、Ａｌの組
成ｘが大きくなるにつれて価電子帯上端部のエネルギー
Ｅｖが減少することを表わしている。これにより、図９
に示したように、アクセプタ準位はほとんど変化しない
ため、アクセプタ準位のエネルギーＥａと価電子帯上端
部のエネルギーＥｖとの差である不純物深さが増大する
ことになる。
組成ｙが０のとき、すなわち、ＡｌＧａＮからなる混晶
をｐ型クラッド層１７として用いた場合には、Ａｌの組
成ｘが大きくなるにつれて価電子帯上端部のエネルギー
Ｅｖが減少することを表わしている。これにより、図９
に示したように、アクセプタ準位はほとんど変化しない
ため、アクセプタ準位のエネルギーＥａと価電子帯上端
部のエネルギーＥｖとの差である不純物深さが増大する
ことになる。
【００７１】しかしながら、図４に示すように、Ｖ族元
素としてリン（Ｐ）を添加すると、価電子帯上端部のエ
ネルギーＥｖが高エネルギー側にシフトするため、アク
セプタ準位のエネルギーＥａと価電子帯上端部のエネル
ギーＥｖとの差が小さくなる（アクセプタ準位が浅くな
る）。
素としてリン（Ｐ）を添加すると、価電子帯上端部のエ
ネルギーＥｖが高エネルギー側にシフトするため、アク
セプタ準位のエネルギーＥａと価電子帯上端部のエネル
ギーＥｖとの差が小さくなる（アクセプタ準位が浅くな
る）。
【００７２】以上説明したように、アルミニウム（Ａ
ｌ）を含むことによりアクセプタ準位が深くなり、アク
セプタの熱的な活性化率が低下する窒化物半導体に対し
て、適当量のリン（Ｐ）を添加することによりアクセプ
タ準位を窒化ガリウム（ＧａＮ）並みに浅くできる。こ
れにより、所望のｐ型キャリア密度を得られるようにな
る。
ｌ）を含むことによりアクセプタ準位が深くなり、アク
セプタの熱的な活性化率が低下する窒化物半導体に対し
て、適当量のリン（Ｐ）を添加することによりアクセプ
タ準位を窒化ガリウム（ＧａＮ）並みに浅くできる。こ
れにより、所望のｐ型キャリア密度を得られるようにな
る。
【００７３】なお、図３に示すように、リン（Ｐ）の組
成を大きくするにつれてエネルギーギャップが小さくな
るため、所望のレーザ光と対応するエネルギーギャップ
を確保するには、リン（Ｐ）と共にアルミニウム（Ａ
ｌ）の組成をも大きくする必要がある。この場合でも、
アクセプタ準位が浅い（Ｅａ−Ｅｖが小さい）状態でエ
ネルギーギャップを大きく確保できることが特徴であ
る。
成を大きくするにつれてエネルギーギャップが小さくな
るため、所望のレーザ光と対応するエネルギーギャップ
を確保するには、リン（Ｐ）と共にアルミニウム（Ａ
ｌ）の組成をも大きくする必要がある。この場合でも、
アクセプタ準位が浅い（Ｅａ−Ｅｖが小さい）状態でエ
ネルギーギャップを大きく確保できることが特徴であ
る。
【００７４】また、ｎ型クラッド層１４は、リン（Ｐ）
を含む必要がないが、発振波長を紫色から青色程度の波
長とする場合には、Ａｌの組成ｘを０．４まで大きくす
る必要がないため、結晶製造装置における原料供給等の
運用上の観点から、ｐ型クラッド層１７と同様にリン
（Ｐ）を含めた４元混晶とすると製造が容易となる。
を含む必要がないが、発振波長を紫色から青色程度の波
長とする場合には、Ａｌの組成ｘを０．４まで大きくす
る必要がないため、結晶製造装置における原料供給等の
運用上の観点から、ｐ型クラッド層１７と同様にリン
（Ｐ）を含めた４元混晶とすると製造が容易となる。
【００７５】以上、半導体レーザ装置におけるｐ型クラ
ッド層１７のエネルギーギャップ及びアクセプタ準位に
ついて説明したが、本実施形態に係る半導体レーザ装置
は、紫外領域にまで及ぶ短波長レーザ光を安定して出力
できる良好な結晶性を有していることをも特徴としてい
る。
ッド層１７のエネルギーギャップ及びアクセプタ準位に
ついて説明したが、本実施形態に係る半導体レーザ装置
は、紫外領域にまで及ぶ短波長レーザ光を安定して出力
できる良好な結晶性を有していることをも特徴としてい
る。
【００７６】この結晶性に優れる理由を図５に基づいて
説明する。
説明する。
【００７７】図５は本実施形態に係る半導体レーザ素子
を構成するＡｌＧａＮＰからなる窒化物半導体における
Ａｌ及びＰの各組成と格子定数との関係を表わしてい
る。図５において、縦軸上の白丸印はＡｌの組成ｘ及び
Ｐの組成ｙが共に０の場合の、すなわち、ＧａＮ結晶の
格子定数を表わしている。図５に示すように、本実施形
態に係る半導体レーザ装置のｐ型クラッド層１７におい
て、Ａｌの組成が０．４であり且つＰの組成が０．０２
であるため、その格子定数はＧａＮ結晶の格子定数であ
る３．１９Åとほぼ一致している。同様に、ｐ型リーク
バリア層１６においても、Ａｌの組成が０．５であり且
つＰの組成が０．０２５であるため、その格子定数はＧ
ａＮ結晶の格子定数とほぼ一致している。
を構成するＡｌＧａＮＰからなる窒化物半導体における
Ａｌ及びＰの各組成と格子定数との関係を表わしてい
る。図５において、縦軸上の白丸印はＡｌの組成ｘ及び
Ｐの組成ｙが共に０の場合の、すなわち、ＧａＮ結晶の
格子定数を表わしている。図５に示すように、本実施形
態に係る半導体レーザ装置のｐ型クラッド層１７におい
て、Ａｌの組成が０．４であり且つＰの組成が０．０２
であるため、その格子定数はＧａＮ結晶の格子定数であ
る３．１９Åとほぼ一致している。同様に、ｐ型リーク
バリア層１６においても、Ａｌの組成が０．５であり且
つＰの組成が０．０２５であるため、その格子定数はＧ
ａＮ結晶の格子定数とほぼ一致している。
【００７８】従って、結晶成長時において、ｐ型リーク
バリア層１６及びｐ型クラッド層１７の格子定数がほぼ
ＧａＮの格子定数と等しいと、ＧａＮからなるｎ型コン
タクト層１３による結晶の格子定数が支配的であるた
め、多重量子井戸活性層１５とｐ型リークバリア層１６
との間、及びｐ型リークバリア層１６とｐ型クラッド層
１７との間との間でそれぞれ応力が生じない。このた
め、クラック等の格子欠陥の導入を抑制でき、高品質の
半導体結晶を得ることができる。特に、１μｍ程度と相
対的に大きい膜厚が必要とされるｐ型クラッド層１７の
格子定数がほぼＧａＮの格子定数と等しくする効果は極
めて大きい。
バリア層１６及びｐ型クラッド層１７の格子定数がほぼ
ＧａＮの格子定数と等しいと、ＧａＮからなるｎ型コン
タクト層１３による結晶の格子定数が支配的であるた
め、多重量子井戸活性層１５とｐ型リークバリア層１６
との間、及びｐ型リークバリア層１６とｐ型クラッド層
１７との間との間でそれぞれ応力が生じない。このた
め、クラック等の格子欠陥の導入を抑制でき、高品質の
半導体結晶を得ることができる。特に、１μｍ程度と相
対的に大きい膜厚が必要とされるｐ型クラッド層１７の
格子定数がほぼＧａＮの格子定数と等しくする効果は極
めて大きい。
【００７９】また、ｎ型Ａｌ0.35Ｇａ0.65Ｎからなるｎ
型クラッド層１４の膜厚も１μｍ以上であるため、結晶
性の観点からは、ｐ型リークバリア層１６又はｐ型クラ
ッド層１７の格子定数をｎ型クラッド層１４の格子定数
と一致させるようにしてもよい。この場合は、図５に示
すように、ｐ型クラッド層１７の格子定数はＡｌの組成
が０．３５で且つＰの組成が０であるから、格子定数は
３．１７程度である。従って、Ａｌの組成ｘが０．５で
あるｐ型リークバリア層１６はそのＰの組成ｙを０．０
１３程度とすれば良く、Ａｌの組成ｘが０．４であるｐ
型クラッド層１７はそのＰの組成ｙを０．００８程度と
すれば良いことが分かる。
型クラッド層１４の膜厚も１μｍ以上であるため、結晶
性の観点からは、ｐ型リークバリア層１６又はｐ型クラ
ッド層１７の格子定数をｎ型クラッド層１４の格子定数
と一致させるようにしてもよい。この場合は、図５に示
すように、ｐ型クラッド層１７の格子定数はＡｌの組成
が０．３５で且つＰの組成が０であるから、格子定数は
３．１７程度である。従って、Ａｌの組成ｘが０．５で
あるｐ型リークバリア層１６はそのＰの組成ｙを０．０
１３程度とすれば良く、Ａｌの組成ｘが０．４であるｐ
型クラッド層１７はそのＰの組成ｙを０．００８程度と
すれば良いことが分かる。
【００８０】さらに、本実施形態においては、基板１１
にサファイアを用いたが、炭化ケイ素（ＳｉＣ）のよう
に格子定数がＧａＮと近似しているような基板を用いる
場合には、ｐ型リークバリア層１６又はｐ型クラッド層
１７の格子定数を、特にｐ型クラッド層１７の格子定数
を基板の格子定数とほぼ一致させてもよい。
にサファイアを用いたが、炭化ケイ素（ＳｉＣ）のよう
に格子定数がＧａＮと近似しているような基板を用いる
場合には、ｐ型リークバリア層１６又はｐ型クラッド層
１７の格子定数を、特にｐ型クラッド層１７の格子定数
を基板の格子定数とほぼ一致させてもよい。
【００８１】また、多重量子井戸活性層１５に、Ａｌ
0.2 Ｇａ0.8 Ｎ／Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎを用いた発振波長
が３１０ｎｍの半導体レーザ装置を例に挙げたが、これ
に限らず、量子井戸層と障壁層との対が、Ｉｎx Ｇａ
1-x Ｎ／Ｉｎy Ｇａ1-y Ｎ、Ｉｎ x Ｇａ1-x Ｎ／Ｇａ
Ｎ、Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ／Ａｌy Ｇａ1-y Ｎ、又はＧａＮ
／Ａｌy Ｇａ1-y Ｎからなる多重量子井戸層を用いた、
発振波長が３１０ｎｍよりも長いレーザ光を発振する窒
化物半導体レーザ装置に本発明を適用しても同等か同等
以上の効果を期待できる。
0.2 Ｇａ0.8 Ｎ／Ａｌ0.25Ｇａ0.75Ｎを用いた発振波長
が３１０ｎｍの半導体レーザ装置を例に挙げたが、これ
に限らず、量子井戸層と障壁層との対が、Ｉｎx Ｇａ
1-x Ｎ／Ｉｎy Ｇａ1-y Ｎ、Ｉｎ x Ｇａ1-x Ｎ／Ｇａ
Ｎ、Ｉｎx Ｇａ1-x Ｎ／Ａｌy Ｇａ1-y Ｎ、又はＧａＮ
／Ａｌy Ｇａ1-y Ｎからなる多重量子井戸層を用いた、
発振波長が３１０ｎｍよりも長いレーザ光を発振する窒
化物半導体レーザ装置に本発明を適用しても同等か同等
以上の効果を期待できる。
【００８２】また、ｐ型リークバリア層１６及びｐ型ク
ラッド層１７に対して、アクセプタ準位を浅くできると
共に、格子定数を調整できる元素としてリン（Ｐ）を用
いたが、ヒ素（Ａｓ）を用いてもよい。この場合のＡｓ
の組成はＰの場合と同等でよい。また、リン（Ｐ）とヒ
素（Ａｓ）との両方を含ませてもよい。
ラッド層１７に対して、アクセプタ準位を浅くできると
共に、格子定数を調整できる元素としてリン（Ｐ）を用
いたが、ヒ素（Ａｓ）を用いてもよい。この場合のＡｓ
の組成はＰの場合と同等でよい。また、リン（Ｐ）とヒ
素（Ａｓ）との両方を含ませてもよい。
【００８３】また、本実施形態においては、多重量子井
戸活性層１５に対して基板１１側にｎ型クラッド層１４
を設けたが、これに限らず、該活性層１５に対して基板
１１側にｐ型クラッド層１７を設け、該活性層１５に対
して基板１１と反対側にｎ型クラッド層１４を設けても
よい。 （第２の実施形態）以下、本発明の第２の実施形態につ
いて図面を参照しながら説明する。
戸活性層１５に対して基板１１側にｎ型クラッド層１４
を設けたが、これに限らず、該活性層１５に対して基板
１１側にｐ型クラッド層１７を設け、該活性層１５に対
して基板１１と反対側にｎ型クラッド層１４を設けても
よい。 （第２の実施形態）以下、本発明の第２の実施形態につ
いて図面を参照しながら説明する。
【００８４】図６（ａ）及び図６（ｂ）は本発明の第２
の実施形態に係る多重量子井戸型窒化物半導体レーザ装
置であって、図６（ａ）は断面構成を表わし、図６
（ｂ）は活性層付近のエネルギーバンドを模式的に表わ
している。図６（ｂ）において、Ｅｃは電子における伝
導帯の下端のエネルギーを表わし、Ｅｖは電子における
価電子帯の上端のエネルギーを表わしている。また、図
６（ａ）において、図１に示す構成部材と同一の構成部
材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
の実施形態に係る多重量子井戸型窒化物半導体レーザ装
置であって、図６（ａ）は断面構成を表わし、図６
（ｂ）は活性層付近のエネルギーバンドを模式的に表わ
している。図６（ｂ）において、Ｅｃは電子における伝
導帯の下端のエネルギーを表わし、Ｅｖは電子における
価電子帯の上端のエネルギーを表わしている。また、図
６（ａ）において、図１に示す構成部材と同一の構成部
材には同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００８５】図６（ａ）に示すように、第２の実施形態
に係る半導体レーザ装置は、ｐ型リークバリア層１６と
ｐ型クラッド層１７との間に形成され、エネルギーギャ
ップが多重量子井戸活性層１５よりも大きく且つｐ型ク
ラッド層１７よりも小さいｐ型Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ｎ
0.985 Ｐ0.015 からなるｐ型キャリア注入層３１を備え
ていることを特徴とする。
に係る半導体レーザ装置は、ｐ型リークバリア層１６と
ｐ型クラッド層１７との間に形成され、エネルギーギャ
ップが多重量子井戸活性層１５よりも大きく且つｐ型ク
ラッド層１７よりも小さいｐ型Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ｎ
0.985 Ｐ0.015 からなるｐ型キャリア注入層３１を備え
ていることを特徴とする。
【００８６】従って、第１の実施形態と同様に、紫外光
を発光可能な量子井戸活性層１５からの生成光を閉じ込
めることができるエネルギーギャップを持つｐ型クラッ
ド層１７、ｐ型キャリア注入層３１及びｐ型リークバリ
ア層１６に対して、適当量のリン（Ｐ）を添加すること
により、エネルギーギャップを大きく維持したまま価電
子帯の上端部Ｅｖ及び伝導帯の下端部Ｅｃを高エネルギ
ー側にシフトさせることができる。これにより、各ｐ型
窒化物半導体層１６、１７、３１におけるそれぞれのア
クセプタ準位を小さくできるため、これら半導体層の正
孔の活性化率を大きくできるので、所望のキャリア濃度
を確保できるようになる。
を発光可能な量子井戸活性層１５からの生成光を閉じ込
めることができるエネルギーギャップを持つｐ型クラッ
ド層１７、ｐ型キャリア注入層３１及びｐ型リークバリ
ア層１６に対して、適当量のリン（Ｐ）を添加すること
により、エネルギーギャップを大きく維持したまま価電
子帯の上端部Ｅｖ及び伝導帯の下端部Ｅｃを高エネルギ
ー側にシフトさせることができる。これにより、各ｐ型
窒化物半導体層１６、１７、３１におけるそれぞれのア
クセプタ準位を小さくできるため、これら半導体層の正
孔の活性化率を大きくできるので、所望のキャリア濃度
を確保できるようになる。
【００８７】また、量子井戸活性層１５とｐ型クラッド
層１７との間に、ｎ型クラッド層１４から注入される高
エネルギーの電子がレーザ光の生成に寄与せずにｐ型ク
ラッド層１７に漏れる現象を防止するｐ型リークバリア
層１６を備えているため、電子と正孔とが再結合する再
結合効率が向上する。
層１７との間に、ｎ型クラッド層１４から注入される高
エネルギーの電子がレーザ光の生成に寄与せずにｐ型ク
ラッド層１７に漏れる現象を防止するｐ型リークバリア
層１６を備えているため、電子と正孔とが再結合する再
結合効率が向上する。
【００８８】さらに、図６（ｂ）に示すように、ｐ型リ
ークバリア層１６とｐ型クラッド層１７との間に、ｐ型
キャリア注入層３１が設けられている。これにより、ｐ
型クラッド層１７から注入される正孔が、ｐ型クラッド
層１７よりも正孔に対するエネルギーが小さいｐ型キャ
リア注入層３１にいったん落ち込んで、高いエネルギー
が若干弱められた後、ｐ型リークバリア層をトンネル効
果により透過して量子井戸活性層１５に注入される。そ
の結果、量子井戸活性層１５に注入される正孔の注入効
率がさらに向上することになり、しきい値電流の一層の
低減を図ることができる。
ークバリア層１６とｐ型クラッド層１７との間に、ｐ型
キャリア注入層３１が設けられている。これにより、ｐ
型クラッド層１７から注入される正孔が、ｐ型クラッド
層１７よりも正孔に対するエネルギーが小さいｐ型キャ
リア注入層３１にいったん落ち込んで、高いエネルギー
が若干弱められた後、ｐ型リークバリア層をトンネル効
果により透過して量子井戸活性層１５に注入される。そ
の結果、量子井戸活性層１５に注入される正孔の注入効
率がさらに向上することになり、しきい値電流の一層の
低減を図ることができる。
【００８９】本実施形態においても、ｐ型リークバリア
層１６、ｐ型クラッド層１７及びｐ型キャリア注入層３
１に対して、リン（Ｐ）の代わりにヒ素（Ａｓ）を添加
しても良く、また、リン（Ｐ）とヒ素（Ａｓ）とを混合
してもよい。 （第３の実施形態）以下、本発明の第３の実施形態につ
いて図面を参照しながら説明する。
層１６、ｐ型クラッド層１７及びｐ型キャリア注入層３
１に対して、リン（Ｐ）の代わりにヒ素（Ａｓ）を添加
しても良く、また、リン（Ｐ）とヒ素（Ａｓ）とを混合
してもよい。 （第３の実施形態）以下、本発明の第３の実施形態につ
いて図面を参照しながら説明する。
【００９０】図７（ａ）及び図７（ｂ）は本発明の第３
の実施形態に係る多重量子井戸型窒化物半導体レーザ装
置であって、図７（ａ）は断面構成を表わし、図７
（ｂ）は活性層付近のエネルギーバンドを模式的に表わ
している。図７（ｂ）において、Ｅｃは電子における伝
導帯の下端のエネルギーを表わし、Ｅｖは電子における
価電子帯の上端のエネルギーを表わしている。また、図
７（ａ）において、図１及び図６（ａ）に示す構成部材
と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明
を省略する。
の実施形態に係る多重量子井戸型窒化物半導体レーザ装
置であって、図７（ａ）は断面構成を表わし、図７
（ｂ）は活性層付近のエネルギーバンドを模式的に表わ
している。図７（ｂ）において、Ｅｃは電子における伝
導帯の下端のエネルギーを表わし、Ｅｖは電子における
価電子帯の上端のエネルギーを表わしている。また、図
７（ａ）において、図１及び図６（ａ）に示す構成部材
と同一の構成部材には同一の符号を付すことにより説明
を省略する。
【００９１】図７（ａ）に示すように、第３の実施形態
に係る半導体レーザ装置は、第２の実施形態に係る半導
体レーザ装置の構成に加え、多重量子井戸活性層１５と
ｎ型クラッド層１４との間に形成され、エネルギーギャ
ップがｐ型クラッド層１７よりも大きいｎ型Ａｌ0.4 Ｇ
ａ0.6 Ｎからなるｎ型リークバリア層３２と、該ｎ型リ
ークバリア層３２とｎ型クラッド層１４との間に形成さ
れ、エネルギーギャップがｎ型クラッド層１７よりも小
さく且つ量子井戸活性層１５よりも大きいｎ型Ａｌ0.3
Ｇａ0.7 Ｎからなるｎ型キャリア注入層３３とを備えて
いることを特徴とする。
に係る半導体レーザ装置は、第２の実施形態に係る半導
体レーザ装置の構成に加え、多重量子井戸活性層１５と
ｎ型クラッド層１４との間に形成され、エネルギーギャ
ップがｐ型クラッド層１７よりも大きいｎ型Ａｌ0.4 Ｇ
ａ0.6 Ｎからなるｎ型リークバリア層３２と、該ｎ型リ
ークバリア層３２とｎ型クラッド層１４との間に形成さ
れ、エネルギーギャップがｎ型クラッド層１７よりも小
さく且つ量子井戸活性層１５よりも大きいｎ型Ａｌ0.3
Ｇａ0.7 Ｎからなるｎ型キャリア注入層３３とを備えて
いることを特徴とする。
【００９２】従って、第１又は第２の実施形態と同様
に、アルミニウム（Ａｌ）の組成が相対的に大きいｐ型
クラッド層１７、ｐ型キャリア注入層３１及びｐ型リー
クバリア層１６に対して、適当量のリン（Ｐ）を添加す
ることにより、エネルギーギャップを大きく維持したま
ま価電子帯の上端部Ｅｖ及び伝導帯の下端部Ｅｃを高エ
ネルギー側にシフトさせることができる。これにより、
各ｐ型窒化物半導体層１６、１７、３１においてそれぞ
れアクセプタ準位を小さくでき、これら半導体層の正孔
の活性化率を大きくできる。
に、アルミニウム（Ａｌ）の組成が相対的に大きいｐ型
クラッド層１７、ｐ型キャリア注入層３１及びｐ型リー
クバリア層１６に対して、適当量のリン（Ｐ）を添加す
ることにより、エネルギーギャップを大きく維持したま
ま価電子帯の上端部Ｅｖ及び伝導帯の下端部Ｅｃを高エ
ネルギー側にシフトさせることができる。これにより、
各ｐ型窒化物半導体層１６、１７、３１においてそれぞ
れアクセプタ準位を小さくでき、これら半導体層の正孔
の活性化率を大きくできる。
【００９３】さらに、本実施形態においては、量子井戸
活性層１５とｎ型クラッド層１４との間に、ｐ型クラッ
ド層１７から注入される高エネルギーの正孔がレーザ光
の生成に寄与せずにｎ型クラッド層１４に漏れる現象を
防止するｎ型リークバリア層３２が設けられており、さ
らには、ｎ型リークバリア層３２とｎ型クラッド層１４
との間に、ｎ型クラッド層１４から注入される電子をい
ったん落ち込ませた後、該電子をトンネル効果によりｎ
型リークバリア層３２を透過して量子井戸活性層１５に
注入させるｎ型キャリア注入層３３が設けられている。
活性層１５とｎ型クラッド層１４との間に、ｐ型クラッ
ド層１７から注入される高エネルギーの正孔がレーザ光
の生成に寄与せずにｎ型クラッド層１４に漏れる現象を
防止するｎ型リークバリア層３２が設けられており、さ
らには、ｎ型リークバリア層３２とｎ型クラッド層１４
との間に、ｎ型クラッド層１４から注入される電子をい
ったん落ち込ませた後、該電子をトンネル効果によりｎ
型リークバリア層３２を透過して量子井戸活性層１５に
注入させるｎ型キャリア注入層３３が設けられている。
【００９４】これにより、第１又は第２の実施形態に係
る半導体レーザ装置と比較して、外部から注入される電
子及び正孔の多重量子井戸活性層１５への閉じ込め効率
が優れているため、しきい値電流がさらに小さく且つ温
度特性がさらに優れるレーザ装置を得ることができる。
る半導体レーザ装置と比較して、外部から注入される電
子及び正孔の多重量子井戸活性層１５への閉じ込め効率
が優れているため、しきい値電流がさらに小さく且つ温
度特性がさらに優れるレーザ装置を得ることができる。
【００９５】ここで、ｎ型リークバリア層３２の膜厚
は、正孔を反射し且つ電子を透過する範囲で選択すれば
良く、１ｎｍ以上且つ１００ｎｍ以下であればよく、さ
らに好ましくは、１０ｎｍ以上且つ３０ｎｍ以下とすれ
ば良い。
は、正孔を反射し且つ電子を透過する範囲で選択すれば
良く、１ｎｍ以上且つ１００ｎｍ以下であればよく、さ
らに好ましくは、１０ｎｍ以上且つ３０ｎｍ以下とすれ
ば良い。
【００９６】本実施形態に係る半導体レーザ装置の動作
特性の一例として、発振波長が３１５ｎｍのレーザ光
が、しきい値電流が６０ｍＡで発振し始め、連続動作温
度が８０℃であることを確認している。
特性の一例として、発振波長が３１５ｎｍのレーザ光
が、しきい値電流が６０ｍＡで発振し始め、連続動作温
度が８０℃であることを確認している。
【００９７】なお、本実施形態においては、ｎ型クラッ
ド層１４、ｎ型リークバリア層３２及びｎ型キャリア注
入層３３の各ｎ型窒化物半導体層は、その組成にリン
（Ｐ）を添加しない構成としたが、ｐ型窒化物半導体層
と同様にリン（Ｐ）又はヒ素（Ａｓ）の少なくとも一方
を添加してもよい。この場合に、各半導体層の組成は、
例えば、リン（Ｐ）を例に採ると、ｎ型クラッド層１４
をｎ型Ａｌ0.4 Ｇａ0.6Ｎ0.98Ｐ0.02とし、ｎ型リーク
バリア層３２をｎ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ｎ0.975 Ｐ 0.025
とし、ｎ型キャリア注入層３３をｎ型Ａｌ0.3 Ｇａ0.7
Ｎ0.985 Ｐ0.015とすれば良い。
ド層１４、ｎ型リークバリア層３２及びｎ型キャリア注
入層３３の各ｎ型窒化物半導体層は、その組成にリン
（Ｐ）を添加しない構成としたが、ｐ型窒化物半導体層
と同様にリン（Ｐ）又はヒ素（Ａｓ）の少なくとも一方
を添加してもよい。この場合に、各半導体層の組成は、
例えば、リン（Ｐ）を例に採ると、ｎ型クラッド層１４
をｎ型Ａｌ0.4 Ｇａ0.6Ｎ0.98Ｐ0.02とし、ｎ型リーク
バリア層３２をｎ型Ａｌ0.5 Ｇａ0.5 Ｎ0.975 Ｐ 0.025
とし、ｎ型キャリア注入層３３をｎ型Ａｌ0.3 Ｇａ0.7
Ｎ0.985 Ｐ0.015とすれば良い。
【００９８】また、多重量子井戸活性層１５と各クラッ
ド層１４、１７との間に、エネルギーギャップが該活性
層１５よりも大きく且つ各クラッド層１４、１７よりも
小さい光ガイド層を設けてもよい。
ド層１４、１７との間に、エネルギーギャップが該活性
層１５よりも大きく且つ各クラッド層１４、１７よりも
小さい光ガイド層を設けてもよい。
【００９９】
【発明の効果】本発明に係る第１又は第２の半導体レー
ザ装置によると、活性層とｐ型クラッド層との間に形成
され、禁制帯の幅がｎ型クラッド層よりも大きいｐ型バ
リア層を備えているため、レーザ光の生成に寄与せずに
ｐ型クラッド層に漏れる電子を活性層に効率よく注入で
きるので、しきい値電流が増大せず、従って、優れた動
作特性を得ることができる。
ザ装置によると、活性層とｐ型クラッド層との間に形成
され、禁制帯の幅がｎ型クラッド層よりも大きいｐ型バ
リア層を備えているため、レーザ光の生成に寄与せずに
ｐ型クラッド層に漏れる電子を活性層に効率よく注入で
きるので、しきい値電流が増大せず、従って、優れた動
作特性を得ることができる。
【０１００】第１又は第２の半導体レーザ装置におい
て、ｐ型クラッド層がリン又はヒ素を含むと、活性層よ
りもエネルギーギャップを大きくするためにｐ型クラッ
ド層がアルミニウムを比較的多く含む場合であっても、
エネルギーギャップを大きく維持したまま、ｐ型クラッ
ド層のアクセプタ準位を小さくできるため、所望のｐ型
ドーピングを実施できるようになり、ｐ型クラッド層
に、紫外光を発振できる禁制帯幅を持つ活性層に見合う
程度の大きさの禁制帯幅を確実に持たせることができる
ようになる。
て、ｐ型クラッド層がリン又はヒ素を含むと、活性層よ
りもエネルギーギャップを大きくするためにｐ型クラッ
ド層がアルミニウムを比較的多く含む場合であっても、
エネルギーギャップを大きく維持したまま、ｐ型クラッ
ド層のアクセプタ準位を小さくできるため、所望のｐ型
ドーピングを実施できるようになり、ｐ型クラッド層
に、紫外光を発振できる禁制帯幅を持つ活性層に見合う
程度の大きさの禁制帯幅を確実に持たせることができる
ようになる。
【０１０１】この場合に、ｐ型クラッド層が、窒化ガリ
ウムの格子定数又は活性層に対して基板側に位置する窒
化物半導体層の格子定数又は基板の格子定数とほぼ一致
するような組成を有していると、ｐ型クラッド層の格子
定数が縮小しなくなり、比較的大きい膜厚が必要なクラ
ッド層の結晶性を向上させることができる。
ウムの格子定数又は活性層に対して基板側に位置する窒
化物半導体層の格子定数又は基板の格子定数とほぼ一致
するような組成を有していると、ｐ型クラッド層の格子
定数が縮小しなくなり、比較的大きい膜厚が必要なクラ
ッド層の結晶性を向上させることができる。
【０１０２】第１又は第２の半導体レーザ装置が、ｐ型
バリア層とｐ型クラッド層との間に形成され、禁制帯の
幅が活性層よりも大きく且つｐ型クラッド層よりも小さ
いｐ型の第５の窒化物半導体からなるｐ型キャリア注入
層をさらに備えていると、ｐ型活性層から注入される比
較的大きなエネルギーを持つ正孔が、禁制帯の幅がｐ型
クラッド層よりも小さいｐ型キャリア注入層にいったん
落ち込んだ後、活性層に注入されるので、正孔の活性層
への注入効率が向上し、レーザ装置の動作特性がさらに
向上する。
バリア層とｐ型クラッド層との間に形成され、禁制帯の
幅が活性層よりも大きく且つｐ型クラッド層よりも小さ
いｐ型の第５の窒化物半導体からなるｐ型キャリア注入
層をさらに備えていると、ｐ型活性層から注入される比
較的大きなエネルギーを持つ正孔が、禁制帯の幅がｐ型
クラッド層よりも小さいｐ型キャリア注入層にいったん
落ち込んだ後、活性層に注入されるので、正孔の活性層
への注入効率が向上し、レーザ装置の動作特性がさらに
向上する。
【０１０３】本発明に係る第３の半導体レーザ装置によ
ると、ｐ型バリア層に加えて、ｐ型クラッド層から注入
される正孔をｎ型クラッド層側で反射するｎ型バリア層
を備えると共に、ｐ型バリア層とｐ型クラッド層との間
に活性層への正孔の注入効率を上げるｐ型キャリア注入
層と、ｎ型バリア層とｎ型クラッド層との間に活性層へ
の電子の注入効率を上げるｎ型キャリア注入層とを備え
ているため、しきい値電流が増大しなくなり、紫外領域
にまで及ぶ短波長レーザ光を安定して発振できるように
なる。
ると、ｐ型バリア層に加えて、ｐ型クラッド層から注入
される正孔をｎ型クラッド層側で反射するｎ型バリア層
を備えると共に、ｐ型バリア層とｐ型クラッド層との間
に活性層への正孔の注入効率を上げるｐ型キャリア注入
層と、ｎ型バリア層とｎ型クラッド層との間に活性層へ
の電子の注入効率を上げるｎ型キャリア注入層とを備え
ているため、しきい値電流が増大しなくなり、紫外領域
にまで及ぶ短波長レーザ光を安定して発振できるように
なる。
【図１】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装
置を示す構成断面図である。
置を示す構成断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装
置における活性層付近のエネルギーバンドを示すバンド
図である。
置における活性層付近のエネルギーバンドを示すバンド
図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装
置を構成するＡｌＧａＮＰからなる窒化物半導体におけ
るＡｌ及びＰの各組成とエネルギーギャップとの関係を
表わすグラフである。
置を構成するＡｌＧａＮＰからなる窒化物半導体におけ
るＡｌ及びＰの各組成とエネルギーギャップとの関係を
表わすグラフである。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ装
置を構成するＡｌＧａＮＰからなる窒化物半導体におけ
るＡｌ及びＰの各組成と価電子帯上端部のエネルギーと
の関係を表わすグラフである。
置を構成するＡｌＧａＮＰからなる窒化物半導体におけ
るＡｌ及びＰの各組成と価電子帯上端部のエネルギーと
の関係を表わすグラフである。
【図５】本発明の第１の実施形態に係る半導体レーザ素
子を構成するＡｌＧａＮＰからなる窒化物半導体におけ
るＡｌ及びＰの各組成と格子定数との関係を表わすグラ
フである。
子を構成するＡｌＧａＮＰからなる窒化物半導体におけ
るＡｌ及びＰの各組成と格子定数との関係を表わすグラ
フである。
【図６】（ａ）は本発明の第２の実施形態に係る半導体
レーザ装置を示す構成断面図である。（ｂ）は本発明の
第２の実施形態に係る半導体レーザ装置における活性層
付近のエネルギーバンドを示すバンド図である。
レーザ装置を示す構成断面図である。（ｂ）は本発明の
第２の実施形態に係る半導体レーザ装置における活性層
付近のエネルギーバンドを示すバンド図である。
【図７】（ａ）は本発明の第３の実施形態に係る半導体
レーザ装置を示す構成断面図である。（ｂ）は本発明の
第３の実施形態に係る半導体レーザ装置における活性層
付近のエネルギーバンドを示すバンド図である。
レーザ装置を示す構成断面図である。（ｂ）は本発明の
第３の実施形態に係る半導体レーザ装置における活性層
付近のエネルギーバンドを示すバンド図である。
【図８】従来のIII-Ｖ族窒化物半導体レーザ装置を示す
構成断面図である。
構成断面図である。
【図９】ｐ型窒化ガリウムとｐ型窒化アルミニウムとの
各エネルギー準位を示すバンド図である。
各エネルギー準位を示すバンド図である。
１１ 基板 １２ バッファ層 １３ ｎ型コンタクト層 １４ ｎ型クラッド層 １５ 多重量子井戸活性層 １６ ｐ型リークバリア層（ｐ型バリア層） １７ ｐ型クラッド層 １８ ｐ型コンタクト層 １９ ｐ側電極 ２０ ｎ側電極 ２１ 保護絶縁膜 ２２ 配線電極 ３１ ｐ型キャリア注入層 ３２ ｎ型リークバリア層（ｎ型バリア層） ３３ ｎ型キャリア注入層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 服藤 憲司 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 木戸口 勲 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 上山 智 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 辻村 歩 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 宮永 良子 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 石橋 明彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 長谷川 義晃 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (22)
- 【請求項１】 基板上に形成されたｎ型の第１の窒化物
半導体からなるｎ型クラッド層と、 前記ｎ型クラッド層の上に形成され、禁制帯の幅が前記
第１の窒化物半導体よりも小さい第２の窒化物半導体か
らなる活性層と、 前記活性層の上に形成され、禁制帯の幅が前記第２の窒
化物半導体よりも大きいｐ型の第３の窒化物半導体から
なるｐ型クラッド層とを備え、 前記活性層と前記ｐ型クラッド層との間に形成され、禁
制帯の幅が前記第１の窒化物半導体よりも大きいｐ型の
第４の窒化物半導体からなるｐ型バリア層を備えている
ことを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項２】 基板上に形成されたｐ型の第１の窒化物
半導体からなるｐ型クラッド層と、 前記ｐ型クラッド層の上に形成され、禁制帯の幅が前記
第１の窒化物半導体よりも小さい第２の窒化物半導体か
らなる活性層と、 前記活性層の上に形成され、禁制帯の幅が前記第２の窒
化物半導体よりも大きいｎ型の第３の窒化物半導体から
なるｎ型クラッド層とを備え、 前記ｐ型クラッド層と前記活性層との間に形成され、禁
制帯の幅が前記第３の窒化物半導体よりも大きいｐ型の
第４の窒化物半導体からなるｐ型バリア層を備えている
ことを特徴とする半導体レーザ装置。 - 【請求項３】 前記ｐ型クラッド層は、リン又はヒ素を
含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レ
ーザ装置。 - 【請求項４】 前記ｐ型クラッド層は、窒化ガリウムの
格子定数又は前記活性層に対して基板側に位置する窒化
物半導体層の格子定数又は前記基板の格子定数とほぼ一
致するような組成を有していることを特徴とする請求項
３に記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項５】 前記ｐ型バリア層は、リン又はヒ素を含
むことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レー
ザ装置。 - 【請求項６】 前記ｐ型バリア層は、窒化ガリウムの格
子定数又は前記活性層に対して基板側に位置する窒化物
半導体層の格子定数又は前記基板の格子定数とほぼ一致
するような組成を有していることを特徴とする請求項５
に記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項７】 前記ｐ型バリア層の膜厚は１ｎｍ以上且
つ１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１又は
２に記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項８】 前記活性層と前記ｐ型バリア層とは互い
に隣接していることを特徴とする請求項１又は２に記載
の半導体レーザ装置。 - 【請求項９】 前記ｐ型バリア層と前記ｐ型クラッド層
との間に形成され、禁制帯の幅が前記活性層よりも大き
く且つ前記ｐ型クラッド層よりも小さいｐ型の第５の窒
化物半導体からなるｐ型キャリア注入層をさらに備えて
いることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体レ
ーザ装置。 - 【請求項１０】 前記ｐ型キャリア注入層は、リン又は
ヒ素を含むことを特徴とする請求項９に記載の半導体レ
ーザ装置。 - 【請求項１１】 前記ｐ型キャリア注入層は、窒化ガリ
ウムの格子定数又は前記活性層に対して基板側に位置す
る窒化物半導体層の格子定数又は前記基板の格子定数と
ほぼ一致するような組成を有していることを特徴とする
請求項１０に記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項１２】 前記活性層と前記ｐ型バリア層とは互
いに隣接し、前記ｐ型バリア層と前記ｐ型キャリア注入
層とは互いに隣接していることを特徴とする請求項９に
記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項１３】 基板上に形成されたｎ型の第１の窒化
物半導体からなるｎ型クラッド層と、 前記ｎ型クラッド層の上に形成され、禁制帯の幅が前記
第１の窒化物半導体よりも小さい第２の窒化物半導体か
らなる活性層と、 前記活性層の上に形成され、禁制帯の幅が前記第２の窒
化物半導体よりも大きいｐ型の第３の窒化物半導体から
なるｐ型クラッド層とを備え、 前記ｎ型クラッド層と前記活性層との間に形成され、禁
制帯の幅が前記第３の窒化物半導体よりも大きいｎ型バ
リア層と、 前記ｎ型クラッド層と前記ｎ型バリア層との間に形成さ
れ、禁制帯の幅が前記第１の窒化物半導体よりも小さく
且つ前記第２の窒化物半導体よりも大きいｎ型キャリア
注入層と、 前記活性層と前記ｐ型クラッド層との間に形成され、禁
制帯の幅が前記第１の窒化物半導体よりも大きいｐ型バ
リア層と、 前記ｐ型バリア層と前記ｐ型クラッド層との間に形成さ
れ、禁制帯の幅が前記第３の窒化物半導体よりも小さく
且つ前記第２の窒化物半導体よりも大きいｐ型キャリア
注入層とを備えていることを特徴とする半導体レーザ装
置。 - 【請求項１４】 前記ｎ型クラッド層及びｐ型クラッド
層のうちの少なくとも一方は、リン又はヒ素を含むこと
を特徴とする請求項１３に記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項１５】 前記ｎ型クラッド層及びｐ型クラッド
層のうちの少なくとも一方は、窒化ガリウムの格子定数
又は前記活性層に対して基板側に位置する窒化物半導体
層の格子定数又は前記基板の格子定数とほぼ一致するよ
うな組成を有していることを特徴とする請求項１４に記
載の半導体レーザ装置。 - 【請求項１６】 前記ｎ型バリア層及びｐ型バリア層の
うちの少なくとも一方は、リン又はヒ素を含むことを特
徴とする請求項１３に記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項１７】 前記ｎ型バリア層及びｐ型バリア層の
うちの少なくとも一方は、窒化ガリウムの格子定数又は
前記活性層に対して基板側に位置する窒化物半導体層の
格子定数又は前記基板の格子定数とほぼ一致するような
組成を有していることを特徴とする請求項１６に記載の
半導体レーザ装置。 - 【請求項１８】 前記ｎ型バリア層及びｐ型バリア層の
膜厚は、それぞれ１ｎｍ以上且つ１００ｎｍ以下である
ことを特徴とする請求項１３に記載の半導体レーザ装
置。 - 【請求項１９】 前記ｎ型キャリア注入層及びｐ型キャ
リア注入層のうちの少なくとも一方は、リン又はヒ素を
含むことを特徴とする請求項１３に記載の半導体レーザ
装置。 - 【請求項２０】 前記ｎ型キャリア注入層及びｐ型キャ
リア注入層のうちの少なくとも一方は、窒化ガリウムの
格子定数又は前記活性層に対して基板側に位置する窒化
物半導体層の格子定数又は前記基板の格子定数とほぼ一
致するような組成を有していることを特徴とする請求項
１９に記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項２１】 前記活性層と前記ｎ型バリア層とは互
いに隣接し、前記ｎ型バリア層と前記ｎ型キャリア注入
層とは互いに隣接していることを特徴とする請求項１３
に記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項２２】 前記活性層と前記ｐ型バリア層とは互
いに隣接し、前記ｐ型バリア層と前記ｐ型キャリア注入
層とは互いに隣接していることを特徴とする請求項１３
に記載の半導体レーザ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17050999A JP2000077795A (ja) | 1998-06-17 | 1999-06-17 | 半導体レ―ザ装置 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16963198 | 1998-06-17 | ||
| JP10-169631 | 1998-06-17 | ||
| JP17050999A JP2000077795A (ja) | 1998-06-17 | 1999-06-17 | 半導体レ―ザ装置 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002232403A Division JP2003078218A (ja) | 1998-06-17 | 2002-08-09 | 半導体レーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000077795A true JP2000077795A (ja) | 2000-03-14 |
Family
ID=26492891
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17050999A Pending JP2000077795A (ja) | 1998-06-17 | 1999-06-17 | 半導体レ―ザ装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000077795A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002080320A1 (fr) * | 2001-03-28 | 2002-10-10 | Nichia Corporation | Element semi-conducteur a base de nitrure |
| JP2003017813A (ja) * | 2000-10-04 | 2003-01-17 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体レーザ装置 |
| EP1306946A4 (en) * | 2000-07-03 | 2004-12-29 | Toyoda Gosei Kk | LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR ELEMENT COMPRISING A GROUP III NITRIDE COMPOUND |
| EP1291989A4 (en) * | 2000-05-29 | 2005-05-04 | Sharp Kk | NITRIDE SEMICONDUCTOR PHOTOEMISSIVE DEVICE AND OPTICAL APPARATUS COMPRISING SAID COMPONENT |
| JP2010153739A (ja) * | 2008-12-26 | 2010-07-08 | Fujitsu Ltd | 光半導体素子及び集積素子 |
| JP2010166098A (ja) * | 2000-10-04 | 2010-07-29 | Panasonic Corp | 半導体レーザ装置 |
| WO2017057149A1 (ja) * | 2015-09-28 | 2017-04-06 | 日亜化学工業株式会社 | 窒化物半導体発光素子 |
-
1999
- 1999-06-17 JP JP17050999A patent/JP2000077795A/ja active Pending
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