(57)【要約】【課題】半導体中のキャリアの再結合により光を発生する半導体発光素子およびその製造方法において、より低電圧で動作しより発光効率を高くする半導体発光素子およびその製造方法を提供すること。【解決手段】ｎ型クラッド層と、ｎ型クラッド層上に位置する光ガイド層と、光ガイド層上に位置する多重量子井戸構造活性層と、活性層上に位置し、不純物濃度が５×１０１８ｃｍ−３以上かつ３×１０１９ｃｍ−３以下であるｐ型オーバーフロー防止層と、ｐ型オーバーフロー防止層上に位置し、不純物濃度が１×１０１８ｃｍ−３以上でありかつｐ型オーバーフロー防止層のそれより低いｐ型光ガイド層と、ｐ型光ガイド層上に位置し、バンドギャップがｐ型オーバーフロー防止層より狭いｐ型クラッド層とを具備する。【選択図】図１
2005101542.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型クラッド層と、
前記ｎ型クラッド層上に位置する光ガイド層と、
前記光ガイド層上に位置する多重量子井戸構造活性層と、
前記活性層上に位置し、不純物濃度が５×１０１８ｃｍ−３以上かつ３×１０１９ｃｍ−３以下であるｐ型オーバーフロー防止層と、
前記ｐ型オーバーフロー防止層上に位置し、不純物濃度が１×１０１８ｃｍ−３以上でありかつ前記ｐ型オーバーフロー防止層のそれより低いｐ型光ガイド層と、
前記ｐ型光ガイド層上に位置し、バンドギャップが前記ｐ型オーバーフロー防止層より狭いｐ型クラッド層と
を具備することを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記光ガイド層と前記活性層の間に位置するｎ型オーバーフロー防止層をさらに具備し、前記光ガイド層がｎ型であり、前記ｎ型オーバーフロー防止層のバンドギャップが前記ｎ型クラッド層より広いことを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項３】
前記光ガイド層がｎ型でありかつ前記活性層に近づくにつれ不純物濃度が高くなる層構造であることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項４】
前記ｎ型クラッド層および前記ｐ型クラッド層がＡｌｖＧａ１−ｖＮ（０．０＜ｖ≦０．３）、またはＡｌｖＧａ１−ｖＮ／ＧａＮの超格子（０．０＜ｖ≦０．３）、前記光ガイド層および前記ｐ型光ガイド層がＩｎｗＧａ１−ｗＮ（０．０≦ｗ≦１．０）、前記活性層がＩｎｘＧａ１−ｘＮ／ＩｎｙＧａ１−ｙＮ（０．０５≦ｘ≦１．０、０．０≦ｙ≦１．０、ｘ＞ｙ）、前記ｐ型オーバーフロー防止層がＡｌｚＧａ１−ｚＮ（ｚ＞ｖ）、のそれぞれ組成であることを特徴とする請求項１記載の半導体発光素子。
【請求項５】
ｎ型基板上にｎ型クラッド層を形成する工程と、
前記形成されたｎ型クラッド層上に光ガイド層を形成する工程と、
前記形成された光ガイド層上に多重量子井戸構造活性層を形成する工程と、
前記形成された活性層上にｐ型オーバーフロー防止層を形成する工程と、
前記形成されたｐ型オーバーフロー防止層上に、不純物をドープしつつ前記ｐ型オーバーフロー防止層より不純物濃度が低くなるようにｐ型光ガイド層を成長させる工程と、
前記成長させたｐ型光ガイド層上にｐ型クラッド層を形成する工程と
を具備することを特徴とする半導体発光素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体中のキャリアの再結合により光を発生する半導体発光素子およびその製造方法に係り、特に、青色発光に好適な半導体発光素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
青色（青紫色）の半導体発光素子、例えば４００ｎｍ帯半導体レーザ素子では、効果的なキャリア閉じ込めのため、活性層とｐ側の光ガイド層と間にｐ型オーバーフロー防止層を設ける構造が用いられる。このような例は、その構造として例えば特開２０００−２９９４９７号公報、特開平１１−３４０５８０号公報に開示されている。前者の文献では、ｐ型オーバーフロー防止層に相当するｐ型の電子閉じ込め層を、不純物を有するガスを含む原料ガスによる結晶成長により形成する。そして形成された電子閉じ込め層上に光ガイド層（ｐ側）をアンドープで形成し、電子閉じ込め層からの不純物の拡散により光ガイド層をｐ型半導体にしている。その不純物濃度は拡散というプロセスに起因して５×１０１５ｃｍ−３と必然的に小さい。
【０００３】
後者の文献では、同様な構造において、ｐ型オーバーフロー防止層に相当するエレクトロンブロック層の不純物（マグネシウム）濃度を７×１０１９ｃｍ−３以上とすることが開示されている。
【特許文献１】特開２０００−２９９４９７号公報（図５、００４１、００４２段落）
【特許文献２】特開平１１−３４０５８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ｐ型オーバーフロー防止層は、バンドギャップが広いためｎ側から供給される電子を効率的に活性層に留める効果をもたらす。しかしながら、ｐ型オーバーフロー防止層を設けることによる、ｐ側から供給されるキャリアへの影響を考慮することも必要である。これは発明者らの検討により得られた知見である。特に、ｐ型オーバーフロー防止層とｐ側の光ガイド層とにおける不純物濃度が問題となる。これらの値によっては、ｐ側から供給されるキャリアに対して活性層に達する間での障壁になり、活性層でのキャリア再結合を妨げ、結果として動作電圧を高くする、発光効率が低下するなどの特性劣化がもたらされる。
【０００５】
本発明は、上記の事情を考慮してなされたもので、半導体中のキャリアの再結合により光を発生する半導体発光素子およびその製造方法において、より低電圧で動作しより発光効率を高くする半導体発光素子およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る半導体発光素子は、ｎ型クラッド層と、前記ｎ型クラッド層上に位置する光ガイド層と、前記光ガイド層上に位置する多重量子井戸構造活性層と、前記活性層上に位置し、不純物濃度が５×１０１８ｃｍ−３以上かつ３×１０１９ｃｍ−３以下であるｐ型オーバーフロー防止層と、前記ｐ型オーバーフロー防止層上に位置し、不純物濃度が１×１０１８ｃｍ−３以上でありかつ前記ｐ型オーバーフロー防止層のそれより低いｐ型光ガイド層と、前記ｐ型光ガイド層上に位置し、バンドギャップが前記ｐ型オーバーフロー防止層より狭いｐ型クラッド層とを具備することを特徴とする
【０００７】
また、本発明の一態様に係る半導体発光素子の製造方法は、ｎ型基板上にｎ型クラッド層を形成する工程と、前記形成されたｎ型クラッド層上に光ガイド層を形成する工程と、前記形成された光ガイド層上に多重量子井戸構造活性層を形成する工程と、前記形成された活性層上にｐ型オーバーフロー防止層を形成する工程と、前記形成されたｐ型オーバーフロー防止層上に、不純物をドープしつつ前記ｐ型オーバーフロー防止層より不純物濃度が低くなるようにｐ型光ガイド層を成長させる工程と、前記成長させたｐ型光ガイド層上にｐ型クラッド層を形成する工程とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一態様に係る半導体発光素子およびその製造方法によれば、ｐ側から供給されるキャリアが活性層に達するまでの間に障壁を乗り越える必要がほとんどなく、より低電圧で動作しより発光効率の高い半導体発光素子となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明によれば、不純物のドープによってその濃度を１×１０１８ｃｍ−３以上としたｐ型光ガイド層の形成により、ｐ型光ガイド層におけるｐ側からのキャリアに対する障壁がほぼ消滅する。また、このｐ型光ガイド層よりさらに不純物濃度が高く５×１０１８ｃｍ−３以上かつ３×１０１９ｃｍ−３以下としたｐ型オーバーフロー防止層の形成により、ｐ型オーバーフロー防止層におけるｐ側からのキャリアに対する障壁もほぼ消滅する。したがって、ｎ側からのキャリアを効率的に活性層に留めるｐ型オーバーフロー防止層のはたらきをそのまま維持して、ｐ側からのキャリアについては障壁を経ずに活性層に達することが可能であり、結果として低電圧動作、高効率発光が達成される。
【００１０】
本発明の実施態様としての半導体発光素子は、前記光ガイド層と前記活性層の間に位置するｎ型オーバーフロー防止層をさらに具備し、前記光ガイド層はｎ型であり、前記ｎ型オーバーフロー防止層のバンドギャップが前記ｎ型クラッド層より広い、という構成を採ることもできる。ｐ型オーバーフロー防止層によるキャリア閉じ込め効果と同様の効果を、反対極性のキャリアに対しても作用させるための構造である。
【００１１】
また、本発明の実施態様として、前記光ガイド層はｎ型でありかつ前記活性層に近づくにつれ不純物濃度が高くなる層構造である、というようにしてもよい。ｎ型光ガイド層のｎ障壁によりｐ側からのキャリア（ホール）の活性層への閉じ込め効果を増加させる構造である。ホールの移動度は電子より小さくより低い障壁でホールの閉じ込め効果の増加を得ることができる。
【００１２】
また、本発明の実施態様として、前記ｎ型クラッド層および前記ｐ型クラッド層はＡｌｖＧａ１−ｖＮ（０．０＜ｖ≦０．３）、またはＡｌｖＧａ１−ｖＮ／ＧａＮの超格子（０．０＜ｖ≦０．３）、前記光ガイド層および前記ｐ型光ガイド層はＩｎｗＧａ１−ｗＮ（０．０≦ｗ≦１．０）、前記活性層はＩｎｘＧａ１−ｘＮ／ＩｎｙＧａ１−ｙＮ（０．０５≦ｘ≦１．０、０．０≦ｙ≦１．０、ｘ＞ｙ）、前記ｐ型オーバーフロー防止層はＡｌｚＧａ１−ｚＮ（ｚ＞ｖ）、のそれぞれ組成である。４００ｎｍ帯（例えば４００ｎｍから４１０ｎｍ）の発光を得るための材料系である。なお、活性層におけるＩｎｘＧａ１−ｘＮ／ＩｎｙＧａ１−ｙＮは、「／」の前が量子井戸層の組成であり、同後ろが量子井戸層を互いに隔てるバリア層の組成である。量子井戸数は例えば３ないし４にすることができる。
【００１３】
以上を踏まえ、以下では本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る半導体発光素子としての青色（または青紫色、以下同）半導体レーザ素子を、模式的構造として示す正面図である。紙面に垂直の方向には、図示と同様の断面構造になっている。概略的には、この青色半導体レーザ素子は、端面発光型の半導体レーザ素子であり、紙面垂直方向の両端面が結晶のへき開面となって共振器となる。左右方向には、リッジ形状のリッジ型導波路７ａにより発光部位を集中させ、上下方向には光ガイド層３、６の間に光を導き活性層４の端面からレーザ光を出射させる。
【００１４】
より具体的な構造は、図１に示すように、下側から、ｎ側電極１２、ｎ-ＧａＮ基板１、ｎ-Ａｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎクラッド層２、ｎ-ＧａＮ光ガイド層３、Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ／Ｉｎ０.０２Ｇａ０.９８Ｎ ＭＱＷ（Multiple Quantum Well；多重量子井戸）活性層４、ｐ+-Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎオーバーフロー防止層５、ｐ-ＧａＮ光ガイド層６、ｐ-Ａｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎクラッド層７の積層構造になっている。いわゆるダブルヘテロ接合構造である。
【００１５】
ｐ-Ａｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎクラッド層７は、リッジ形状を有するように加工され、リッジ形状部分がリッジ型導波路７ａである。リッジ型導波路７ａ上にはｐ+-ＧａＮコンタクト層８が形成される。リッジ型導波路７ａおよびコンタクト層８の両側面上とリッジ型導波路７ａ以外のクラッド層７上には酸化シリコン膜９が形成され、さらにｐ+-ＧａＮコンタクト層８上にはｐ側電極１１が設けられる。電極１１、１２間に電流を流すことにより例えば波長４００ｎｍから４１０ｎｍのレーザ光を得ることができ、例えばＨＤ−ＤＶＤ（high definition digital versatile disc）やブルーレイ・ディスク用途に向く。
【００１６】
図１に示す半導体レーザ素子の製造は、例えば、次のようにして行うことができる。まず、ｎ-ＧａＮ基板１上に、ｎ-Ａｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎクラッド層２、ｎ-ＧａＮ光ガイド層３、Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ／Ｉｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎ ＭＱＷ活性層４、ｐ+-Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎオーバーフロー防止層５、ｐ-ＧａＮ光ガイド層６、ｐ-Ａｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎクラッド層７、ｐ+-ＧａＮコンタクト層８を、順次、結晶成長させる。これら結晶成長には、例えばＭＯＣＶＤ（metal organic chemical vapor deposition）法やＭＢＥ（molecular beam epitaxy）法を用いることができる。
【００１７】
ｎ型にするための不純物には例えばシリコンを、ｐ型にするための不純物には例えばマグネシウムを、それぞれ用いることができる。ＭＯＣＶＤ法であれば、原料ガス中にそれらの元素を含むガスを混合して用いドープする。なお、上記のうちオーバーフロー層５および光ガイド層６の不純物濃度には特に注意を要する（詳しくは後述）。
【００１８】
各層の厚さは、例えば、クラッド層２が１μｍ、光ガイド層３が１００ｎｍ、活性層４が４０ｎｍ、オーバーフロー防止層５が１０ｎｍないし３０ｎｍ（より具体的には例えば２０ｎｍ）、光ガイド層６が５０ｎｍないし２００ｎｍ（より具体的には例えば１００ｎｍ）、クラッド層７が１μｍ、コンタクト層８が１００ｎｍである。基板１は、当初数百μｍの厚さがあり、あとの工程で裏面が研磨される（最終的に１００μｍ程度になる）。また、活性層４は、Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎの量子井戸層とＩｎ０．０２Ｇａ０．９８Ｎのバリア層との複数の積層構造であり、その２．５対ないし５．５対（より具体的には例えば４．５対）からなっている。ひとつの量子井戸層は、厚さ例えば２ｎｍないし８ｎｍ（より具体的には例えば３ｎｍ）、ひとつのバリア層は、厚さ例えば４ｎｍから１０ｎｍである。
【００１９】
次に、ｐ+-ＧａＮコンタクト層８およびｐ-Ａｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎクラッド層７の途中まで（クラッド層７が例えば５０ｎｍないし４００ｎｍの厚さで残るように）を、幅が例えば１．５μないし３μｍのストライプ状に加工してリッジ型導波路７ａに形成する。そして、コンタクト層８の上面以外の全表面に例えばＣＶＤ（chemical vapor deposition）法で酸化シリコン膜９のような誘電体膜を形成する。さらに、コンタクト層８の上面にはｐ側電極１１を、ｎ-ＧａＮ基板１の下面にはこれを研磨したあとｎ側電極１２を形成する。ｐ側電極１１は、例えば白金の層を含む積層構造であり例えば蒸着により形成できる。ｎ側電極１２は、例えば基板１側からチタン、白金、金の積層構造であり例えばやはり蒸着により形成できる。酸化シリコン層９の厚さは例えば３００ｎｍ、ｐ側電極１１、ｎ側電極１２の厚さはそれぞれ例えば３００ｎｍである。
【００２０】
次に、上記のように各層が形成されたものを、共振器端面となる面を露出させるようにへき開（いわゆるバーへき開）を行う。続いてバーへき開されたものをへき開面と垂直方向に切断する。以上により図１に示す半導体レーザ素子を得ることができる。レーザ素子ひとつとしての大きさは、図１に示す幅が例えば２００μｍから３００μｍ程度、紙面に垂直の奥行きが例えば５００μｍから８００μｍ程度、高さは例えば１００μｍ強である。
【００２１】
図２は、図１に示した半導体レーザ素子における活性層４付近のバンド図の例（計算値：シミュレーション）である。この図では、光ガイド層６（ｐ型光ガイド層）の不純物濃度をパラメータにしている。横軸に半導体レーザ素子の各層位置を示し縦軸にエネルギを示す。エネルギ−０．１ｅＶから０．５ｅＶ付近に分布する線とエネルギ３．３ｅＶから４．３ｅＶに分布する線との間がバンドギャップであり、その上側が伝導帯、下側が価電子帯である。なお、他の条件として、オーバーフロー防止層５の不純物濃度は、十分に高く２×１０１９ｃｍ−３とし、クラッド層７の不純物濃度は、５×１０１８ｃｍ−３としている。（また、図では、不純物濃度の表記を、例えば１×１０１７ｃｍ−３の代わりに１Ｅ１７としている。）
【００２２】
図２に示すように、オーバーフロー防止層７（ｐ型オーバーフロー防止層）ではバンドギャップが広くなり、ｎ側から供給されるキャリアである電子が活性層４を通過するのを効果的に防止する障壁となっていることがわかる。このバンドギャップの大きさは、クラッド層７（ｐ型クラッド層）のそれより大に設定するのがひとつの目安である。バンドギャップが大になることによる障壁の大きさは、光ガイド層６（ｐ型光ガイド層）の不純物濃度が変化しても、活性層４に対する相対値としてほぼ一定している。
【００２３】
これに対して、ｐ側から供給されるキャリアであるホールは、光ガイド層６（ｐ型光ガイド層）の不純物濃度によって、その移動が、図示するようにバンドギャップ下側の障壁に妨げられる場合があり得る。このような障壁は、ホールが活性層４に達するのを阻害するので、キャリア再結合を妨げて発光効率を劣化させたり動作電圧を増加させたりする。光ガイド層６（ｐ型光ガイド層）でのホールに対する障壁をほぼなくすには、図示するように、その不純物濃度を１×１０１８ｃｍ−３以上とする必要がある。このような不純物濃度によれば、ホールに対するバンドギャップ下側の障壁がほぼ消滅し、低電圧動作、高効率発光が達成される。なお、このような高い不純物濃度は、オーバーフロー防止層５にドープした不純物の拡散によっては達しない。
【００２４】
図３は、図２に示す場合とはパラメータを変えたときの、図１に示した半導体レーザ素子における活性層４付近のバンド図の例（計算値：シミュレーション）である。図３は、オーバーフロー防止層５（ｐ型オーバーフロー防止層）の不純物濃度をパラメータにしたものであり、見方は図２と同様である。なお、他の条件として、光ガイド層６（ｐ型光ガイド層）の不純物濃度は、図２から導かれる必要最低限の濃度：１×１０１８ｃｍ−３とし、クラッド層７の不純物濃度は、図２と同様に５×１０１８ｃｍ−３としている。
【００２５】
図３をみてわかることは、オーバーフロー防止層５（ｐ型オーバーフロー防止層）の不純物濃度を２×１０１９ｃｍ−３から順に下げていくと、ｎ側から供給されるホールに対する障壁が、オーバーフロー防止層５（ｐ型オーバーフロー防止層）に形成されることである。このような障壁は、やはりホールが活性層４に達するのを阻害するので、キャリア再結合を妨げて発光効率を劣化させたり動作電圧を増加させたりする。
【００２６】
オーバーフロー防止層５（ｐ型オーバーフロー防止層）でのホールに対する障壁をほぼなくすには、図示するように、その不純物濃度を５×１０１８ｃｍ−３とする必要がある。このような不純物濃度によれば、ホールに対するバンドギャップ下側の障壁がほぼ消滅し、低電圧動作、高効率発光が達成される。なお、オーバーフロー防止層５（ｐ型オーバーフロー防止層）の電子に対する活性層への閉じ込め効果は、その不純物濃度が５×１０１８ｃｍ−３であればほとんど影響を受けていない。
【００２７】
図４は、図３とは逆にオーバーフロー防止層５（ｐ型オーバーフロー防止層）の不純物濃度を上げすぎたときの影響を見るために、その不純物濃度に対する半導体レーザ素子としての動作電流Ｉｏｐを求めた結果（計算値：シミュレーション）である。図４の他の条件としては、ｐ型光ガイド層６の不純物濃度、クラッド層７の不純物濃度ともに、図３の場合と同じくそれぞれ、１×１０１８ｃｍ−３、５×１０１８ｃｍ−３である。また、光出力として３０ｍＷのときである。
【００２８】
図４を見ると、図３から導かれる結果であるオーバーフロー防止層５の不純物濃度として５×１０１８ｃｍ−３以上の場合、ある程度の範囲（１×１０１９ｃｍ−３、２×１０１９ｃｍ−３）にわたって動作電流Ｉｏｐは比較的低い値で安定している。しかし、３×１０１９ｃｍ−３を超えるあたりから顕著に増加することがわかる。したがって、上限の不純物濃度として３×１０１９ｃｍ−３が一応の目安になる。
【００２９】
ちなみに、図１において、クラッド層２およびクラッド層７は、一般的にはＡｌｖＧａ１−ｖＮ（０．０＜ｖ≦０．３）の組成、またはＡｌｖＧａ１−ｖＮ／ＧａＮの組成の超格子（０．０＜ｖ≦０．３）にすることができる。この超格子は、ＡｌｖＧａ１−ｖＮ膜とＧａＮ膜とからなる数十ないし数百のペアの積層で得られる構造である。また、光ガイド層３および光ガイド層６は、一般的にはＩｎｗＧａ１−ｗＮ（０．０≦ｗ≦１．０）の組成、活性層４は、一般的にはＩｎｘＧａ１−ｘＮ／ＩｎｙＧａ１−ｙＮ（０．０５≦ｘ≦１．０、０．０≦ｙ≦１．０、ｘ＞ｙ）の組成、オーバーフロー防止層５は、一般的にはＡｌｚＧａ１−ｚＮ（ｚ＞ｖ）の組成にすることができる。ｎ側の光ガイド層３は、積極的にｎ型にしなくてもよい場合も考えられる。
【００３０】
次に、図１に示した実施形態とは異なる実施形態について図５を参照して説明する。図５は、本発明の別の実施形態に係る半導体発光素子としての青色半導体レーザ素子を、模式的構造として示す正面図である。紙面に垂直の方向には、図示と同様の断面構造になっている。概略的には、この青色半導体レーザ素子は、図１に示したものと同様に端面発光型の半導体レーザ素子である。この実施形態では、基板４１としてｐ型半導体を用いて、これをｐ側とし上部の電極５１をｎ側とするものである。
【００３１】
より具体的には、図５に示すように、下側から、ｐ側電極５２、ｐ型基板４１、ｐ型クラッド層４２、ｐ型光ガイド層４３、ｐ+型オーバーフロー防止層４４、ＭＱＷ活性層４５、ｎ型光ガイド層４６、ｎ型クラッド層４７の積層構造になっている。ｎ型クラッド層４７は、リッジ形状を有するように加工され、リッジ形状部分がリッジ型導波路４７ａである。リッジ型導波路４７ａ上にはｎ+型コンタクト層４８が形成される。リッジ型導波路４７ａおよびコンタクト層４８の両側面上とリッジ型導波路４７ａ以外のクラッド層４７上には酸化シリコン膜４９が形成され、さらにｎ+コンタクト層４８上にはｎ側電極５１が設けられる。電極５２、５１間に電流を流すことにより例えば波長４００ｎｍから４１０ｎｍのレーザ光を得ることができる。
【００３２】
このような構造の半導体レーザ素子であっても、ｐ型光ガイド層４３とｐ+型オーバーフロー防止層４４との関係は、図１の実施形態におけるｐ-ＧａＮ光ガイド層６とｐ+-Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎオーバーフロー防止層５との関係に等しくすることができる。すなわち、それらの関係として、半導体としての導電型が同じかつ電流の向きも同じである。よって、それらの不純物濃度の関係を図１に示した実施形態と同様に設定することによって、低電圧動作、高効率発光の半導体レーザ素子を得ることができる。
【００３３】
次に、上記各実施形態とは異なる実施形態について図６を参照して説明する。図６は、本発明のさらに別の実施形態に係る半導体発光素子としての青色半導体レーザ素子を、模式的構造として示す正面図である。紙面に垂直の方向には、図示と同様の断面構造になっている。同図において、図１に示した部位と同一相当の部位には同一符合を付してある。概略的には、この青色半導体レーザ素子は、図１に示したものと同様に端面発光型の半導体レーザ素子であるが、この実施形態ではさらに、光ガイド層３と活性層４との間に、ｎ+型オーバーフロー防止層５ａを設ける点が異なる。
【００３４】
ｎ+型オーバーフロー防止層５ａの機能は、ｐ+-Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎオーバーフロー防止層５が電子に対して活性層４に留まらせる効果を発揮するのと同様に、ｐ側（図で上側）から供給されるホールを活性層４に留まらせることである。これにより、キャリアの再結合がなお高頻度に行われ効率的な発光が実現する。なお、ｎ+型オーバーフロー防止層５ａのバンドギャップは、ｎ側のクラッド層２のバンドギャップより大きくすることが上記機能を確保する上で目安になる。
【００３５】
次に、上記各実施形態とは異なる実施形態について図７を参照して説明する。図７は、本発明のさらに別の実施形態に係る半導体発光素子としての青色半導体レーザ素子を、模式的構造として示す正面図である。紙面に垂直の方向には、図示と同様の断面構造になっている。同図において、図１に示した部位と同一相当の部位には同一符合を付してある。概略的には、この青色半導体レーザ素子は、図１に示したものと同様に端面発光型の半導体レーザ素子であるが、この実施形態では、光ガイド層３を不純物濃度の異なる２層に分けた点が異なる。
【００３６】
すなわち、光ガイド層３に代えて、活性層４に近い側にｎ+-ＧａＮ層３２を、遠い側にｎ-ＧａＮ層３１を設ける。このような構造によると、活性層４のすぐｎ側にホールに対する障壁を形成することができる。よって、ホールを効率よく活性層４に留まらせ効率的な発光を促すことができる。なお、ホールの移動度は電子より小さいのでより低い障壁でも効果がある。
【００３７】
このような２層の光ガイド層３１、３２を形成するには、例えばＭＯＣＶＤ法を用いる結晶成長のときに、原料ガス中に含まれる不純物を含むガスの濃度を結晶成長途中で変える（増加する）ようにすればよい。または、不純物を含むガスの濃度を結晶成長中に徐々に増加するようにしてもよい。後者の場合ははっきりした２層の膜ではなく、厚み方向に不純物濃度が徐々に変化する膜となるが機能的には同様になる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態に係る半導体発光素子としての青色（または青紫色、以下同）半導体レーザ素子を、模式的構造として示す正面図。
【図２】図１に示した半導体レーザ素子における活性層４付近のバンドの一例を示す図（計算値：シミュレーション。光ガイド層６の不純物濃度をパラメータとする。）。
【図３】図１に示した半導体レーザ素子における活性層４付近のバンドの一例を示す図（計算値：シミュレーション。オーバーフロー防止層５の不純物濃度をパラメータとする。）。
【図４】図１に示した半導体レーザ素子において、オーバーフロー防止層５の不純物濃度を変化させたときの動作電流の変化を求めた結果（計算値）を示す図。
【図５】本発明の別の実施形態に係る半導体発光素子としての青色半導体レーザ素子を、模式的構造として示す正面図。
【図６】本発明のさらに別の実施形態に係る半導体発光素子としての青色半導体レーザ素子を、模式的構造として示す正面図。
【図７】本発明のさらに別の実施形態に係る半導体発光素子としての青色半導体レーザ素子を、模式的構造として示す正面図。
【符号の説明】
【００３９】
１…ｎ-ＧａＮ基板、２…ｎ-Ａｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎクラッド層、３…ｎ-ＧａＮ光ガイド層、４…Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ／Ｉｎ０.０２Ｇａ０.９８Ｎ ＭＱＷ（Multiple Quantum Well；多重量子井戸）活性層、５…ｐ+-Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎオーバーフロー防止層、５ａ…ｎ+型オーバーフロー防止層、６…ｐ-ＧａＮ光ガイド層、７…ｐ-Ａｌ０．０８Ｇａ０．９２Ｎクラッド層、７ａ…リッジ型導波路、８…ｐ+-ＧａＮコンタクト層、９…酸化シリコン膜、１１…ｐ側電極、１２…ｎ側電極、３１…ｎ-ＧａＮ層、３２…ｎ+-ＧａＮ層、４１…ｐ型基板、４２…ｐ型クラッド層、４３…ｐ型光ガイド層、４４…ｐ+型オーバーフロー防止層、４５…ＭＱＷ活性層、４６…ｎ型光ガイド層、４７…ｎ型クラッド層、４７ａ…リッジ型導波路、４８…ｎ+型コンタクト層、４９…酸化シリコン膜、５１…ｎ側電極、５２…ｐ側電極。
【図１】
2005101542.tif 000003
【図２】
2005101542.tif 000004
【図３】
2005101542.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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