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| 審決分類 |
審判 全部申し立て 特36 条４項詳細な説明の記載不備 H01S 審判 全部申し立て 2項進歩性 H01S 審判 全部申し立て 1項3号刊行物記載 H01S |
|---|---|
| 管理番号 | 1006126 |
| 異議申立番号 | 異議1999-70988 |
| 総通号数 | 6 |
| 発行国 | 日本国特許庁(JP) |
| 公報種別 | 特許決定公報 |
| 発行日 | 1995-07-14 |
| 種別 | 異議の決定 |
| 異議申立日 | 1999-03-17 |
| 確定日 | 1999-11-08 |
| 異議申立件数 | 3 |
| 訂正明細書 | 有 |
| 事件の表示 | 特許第2800666号「窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子」の請求項1ないし2に係る特許に対する特許異議の申立てについて、次のとおり決定する。 |
| 結論 | 訂正を認める。 特許第2800666号の請求項1ないし2に係る特許を維持する。 |
| 理由 |
1.手続の経緯 本件特許第2800666号の請求項1及び2に係る発明(以下、本件発明1及び2という。)は、平成5年12月17日に特許出願され、平成10年7月10日に設定登録され、その後、特許異議の申立がなされ、取消理由通知がなされ、その指定期間内である平成11年8月23日に訂正請求がなされたものである。 2.訂正の適否についての判断 ア.訂正の内容 訂正事項a 特許請求の範囲の請求項1において、「n型GaN層の上に、」を「n型GaNよりなるnコンタクト層の上に、」と訂正する。 訂正事項b 特許請求の範囲の請求項1において、「さらに前記nクラッド層、活性層およびｐクラッド層は幅50μm以下のストライプ形状を有する」を「さらに前記nクラッド層、活性層及びｐクラッド層は幅50μm以下のストライプ形状を有しており、前記nコンタクト層の表面に直接n層オーミック電極が形成された」と訂正する。 訂正事項c 特許請求の範囲の請求項2において、「少なくとも前記ｐクラッド層は幅50μm以下のストライプ形状を有しており、さらにそのｐクラッド層はアニーリングにより低抵抗にされていることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子。」を「前記ｐクラッド層上にはｐ型GaNコンタクト層を備え、かつ少なくとも前記ｐクラッド層及びｐ型GaNコンタクト層は幅50μm以下のストライプ形状とされ、さらに前記ｐクラッド層及び前記ｐ型GaNコンタクト層はストライプ形状とされた後にアニーリングにより低抵抗化されていることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子。」と訂正する。 訂正事項d 発明の詳細な説明【0006】において、「n型GaN層の上に、」(段落【0006】2行)を「n型GaN層よりなるnコンタクト層上に、」と訂正する。 訂正事項e 発明の詳細な説明【0006】において、「さらに前記nクラッド層、活性層およびｐクラッド層は幅50μm以下のストライプ形状を有する」(段落【0006】17行〜9行)を「さらに前記nクラッド層、活性層及びｐクラッド層は幅50μm以下のストライプ形状を有しており、前記nコンタクト層の表面に直接n層オーミック電極が形成された」と訂正する。 訂正事項f 発明の詳細な説明【0007】において、「また、本発明のレーザ素子は、n型窒化ガリウム系化合物半導体よりなるnクラッド層と、n型あるいはｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体よりなる活性層と、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体よりなるｐクラッド層とが順に積層されたダブルヘテロ構造を有しており、少なくとも前記ｐクラッド層は幅50μm以下のストライプ形状を有しており、さらにそのｐクラッド層はアニーリングにより低抵抗にされていることを特徴とする。」を「また、本発明のレーザ素子は、n型窒化ガリウム系化合物半導体よりなるnクラッド層と、n型あるいはｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体よりなる活性層と、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体よりなるｐクラッド層とが順に積層されたダブルヘテロ構造を有しており、前記ｐクラッド層上にはｐ型GaNコンタクト層を備え、かつ少なくとも前記ｐクラッド層及びｐ型GaNコンタクト層は幅50μm以下のストライプ形状とされ、さらに前記ｐクラッド層及び前記ｐ型GaNコンタクト層はストライプ形状とされた後にアニーリングにより低抵抗化されていることを特徴とする。」と訂正する。 イ.訂正の目的の適否、新規事項の有無及び拡張・変更の存否 上記訂正は、特許請求の範囲の減縮に該当し、新規事項の追加に該当せず、実質的に特許請求の範囲を拡張又は変更するものではない。 ウ.独立特許要件の判断 (訂正発明) 訂正後の本件発明1及び2(以下、訂正発明1及び2という。)は、その訂正明細書の請求項1及び2に記載された次のとおりのものである。 「【請求項1】n型GaN層の上に少なくともn型窒化ガリウム系化合物半導体よりなるnクラッド層と、n型あるいはｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体よりなる活性層と、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体よりなるｐクラッド層とが順に積層されたダブルヘテロ構造を有しており、さらに前記nクラッド層、活性層およびｐクラッド層は幅50μm以下のストライプ形状を有しており、前記nコンタクト層の表面に直接n層オーミック電極が形成されたことを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子。 【請求項2】n型窒化ガリウム系化合物半導体よりなるnクラッド層と、n型あるいはｐ型の室化ガリウム系化合物半導体よりなる活性層と、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体よりなるｐクラッド層とが順に積層されたダブルヘテロ構造を有しており、 前記ｐ型クラッド層上にはｐ型GaNコンタクト層を備え、かつ少なくとも前記ｐクラッド層及びｐ型GaNコンタクト層は幅50μm以下のストライプ形状とされ、さらに前記ｐクラッド層及び前記ｐ型GaNコンタクト層はストライプ形状とされた後にアニーリングにより低抵抗にされていることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子。」 (引用刊行物) 当審の取消理由通知に引用した特開平2-229475号公報(以下、「刊行物1」という。)の明細書第5頁右下欄第13行目乃至第6頁左上欄第8行目および図9には、 「膜厚5μmのSnドープn型InGaAlNクラッド層18、アンドープInGaN層19、膜厚2μmのZnドープｐ型InGaAlNクラッド層20が積層され、活性層およびクラッド層がストライプ状に設けられ、活性層幅が0.8μmである」ことが記載されている。 同じく特開平5-243614号公報(以下、「刊行物2」という。)の明細書段落【0050】〜段落【0055】には、 「n型GaN上にn型AlGaNクラッド層、GaN活性層、P型AIGaNクラッド層、さらにはP型GaNコンタクト層が形成された半導体レーザ素子が記載されている。 また、段落【0057】には、本発明に記載の実施例と同様の製造方法を利用して、ストライプ構造をもつ半導体レーザを製造することができると記載されている。 さらに、段落【0031】にはアクセプター不純物としてZn以外にMg,Beなどの他のII族元素を用いても同様にP型結晶が得られることが記載されている。 同じく特開平5-183189号公報(以下、「刊行物3」という。)には、例えば、その明細書第2頁の特許請求の範囲に、 「P型不純物をドープした窒化ガリウム系化合物半導体を形成した後、アニールを行うことで低抵抗のP型窒化ガリウム系化合物半導体を製造する」ことが記載されている。 (対比・判断) (1)訂正発明1について 訂正発明1の「nクラッド層、活性層およびｐクラッド層は幅50μm以下のストライプ形状を有しており、前記nコンタクト層の表面に直接n層オーミック電極が形成された」ことは、上記刊行物1〜3のいずれにも記載も示唆もされていない。 そして、訂正発明1は、「nクラッド層、活性層およびｐクラッド層は幅50μm以下のストライプ形状を有しており、前記nコンタクト層の表面に直接n層オーミック電極が形成された」ことにより、レーザ素子の発光出力を増大できるという作用効果を呈するものである。 したがって、訂正発明1は、上記刊行物1〜3に記載の発明に基づいて当業者が容易に発明することができたものとすることができない。 (2)訂正発明2について 訂正発明2の「少なくとも前記ｐクラッド層及びｐ型GaNコンタクト層は幅50μm以下のストライプ形状とされ、さらに前記ｐクラッド層及び前記ｐ型GaNコンタクト層はストライプ形状とされた後にアニーリングにより低抵抗にされている」ことは、上記刊行物1〜3のいずれにも記載も示唆もされていない。 そして、訂正発明2は、「少なくとも前記ｐクラッド層及びｐ型GaNコンタクト層は幅50μm以下のストライプ形状とされ、さらに前記ｐクラッド層及び前記ｐ型GaNコンタクト層はストライプ形状とされた後にアニーリングにより低抵抗にされている」ことにより、ｐ型ドーパントをドープした半導体層内の水素ガスが半導体層側面から放出しやすくなり面内均一に低抵抗化されるという作用効果を呈するものである。 したがって、訂正発明2は、上記刊行物1〜3に記載の発明に基づいて当業者が容易に発明することができたものとすることができない。 (3)むすび 以上のとおり、訂正発明1及び2は、特許法第29条第2項の規定により特許出願の際独立して特許を受けることができない発明とすることができない。 エ.むすび したがって、上記訂正請求は、特許法第120条の4第2項及び同条第3項でさらに準用する第126条第2〜4項の規定に適合するので、当該訂正を認める。 3.特許異議申立についての判断 ア.異議申立の理由の概要 異議申立人 シャープ株式会社は、証拠として甲第1号証(特開平2一229475号公報)、甲第2号証(特開平5一243614号公報)及び甲第3号証(特開平5一183189号公報)を提出し、異議申立人 依田昌三は、証拠として甲第1号証(特開平4-213878号公報)及び甲第2号証(特開平5-183189号公報)を提出し、そして、異議申立人 鈴木昭久は、証拠として甲第1号証(Jｐn,J,Aｐｐl,Phｙｓ,Vｏl,31(1992)ｐｐ.1258-1266、1992年5月発行)第1264頁右欄第30行〜第34行、第1265頁左欄第25行〜第39行、図10)、甲第2号証(特開平5一183189号公報)、甲第3号証(特開平4-242985号公報)、甲第4号証(HC,Caｓeｙ,Jｒ,and M,B,Paniｓh,″HETEROSTRUCTURE LASERS″,PART B,ACADEMIC PRESS(1978)ｐｐ,212-213)、1978年発行)及び甲第5号証(特開平5-235468号公報)を提出し、訂正発明1及び2は、特許法第29条第1項第3号に該当し、又は、同法同条第2項の規定に違反して、もしくは同法第36条4項又は第5項の規定に違反して、特許されたものであるから、それらの特許は取り消されるべき旨それぞれ主張している。 イ.異議申立人が提出した甲各号証に記載の発明 (1)異議申立人 シャープ株式会社が提出した甲各号証について 上記「2.ウ.(引用刊行物)」を参照。 (2)異議申立人 依田昌三が提出した甲各号証について 甲第1号証(特開平4-213878号公報、以下、「刊行物4」という。)には、 「[実施例4]図6は、本発明の実施例4を説明する図で、・・・この素子の構造はダブルヘテロ構造を有する埋め込み型レーザである。」(甲第1号証第4頁段落番号【0018】)ということが、 「この素子は、・・・膜厚3μmのドープInGaAlNクラッド層43、膜厚0.5μmのノンドープInGaN活性層44、膜厚2μmのZnドープInGaAlN層クラッド層45・・・・から構成される。」(甲第1号証第4頁段落番号【0018】)ということが、 「共振器長は300μmで、活性層幅は0.8μmである。」(甲第1号証第4頁段落番号【0018】)ということが、それぞれ図面と共に記載されている。 甲第2号証(特開平5-183189号公報、以下、「刊行物5」という。)には、 「図1は、ｐ型不純物をドープした窒化ガリウム系化合物半導体層がアニーリングによって低抵抗なｐ型に変わることを示す図である。」(甲第2号証第3頁段落番号【0014】)ということが、 「成長後アニーリングを行うことにより、Mg-H、Zn-H等の形で結合している水素が熱的に解離されて、ｐ型不純物をドープした窒化ガリウム系化合半導体層から出て行き、正常にｐ型不純物がアクセプターとして働くようになるため、低抵抗なｐ型窒化ガリウム系化合物半導体が得られる・・・・」(甲第2号証第4頁段落番号【0023】)ということが、それぞれ図面と共に記載されている。 (3)異議申立人 鈴木昭久が提出した甲各号証について 甲第1号証(Jｐn,J,Aｐｐl,Phｙｓ,Vｏl,31(1992)ｐｐ.1258-1266、1992年5月発行)第1264頁右欄第30行〜第34行、第1265頁左欄第25行〜第39行、図10、以下、「刊行物6」という。)には、その第1264頁右欄第30行〜第34行には、 「これらの800℃でNH3雰囲気の熱的アニーリングが行われたGaN膜に対してN2雰囲気の熱的アニーリングを行った後には、N2雰囲気の熱的アニーリングによりMg-H複合体からH原子が除去されたために、青色発光の強度が強くなり、DL発光が消失する。」と記載され、 同第1265頁右欄第25行〜第39行には、 「上述の試料について、使用するプロセスにかかわらず、すなわち、LEEBI処理か熱的アニーリングかにかかわらず、ｐ層の厚さが4μmであると仮定して、正孔キャリア濃度及び比抵抗の計算が行われた。この仮定が正しいか否かを確認するため、15kVのLEEBIあるいは750℃の温度でN2雰囲気の条件のアニーリングの処理が行われた試料に対してステップエッチが行われた。 LEEBI処理あるいはN2雰囲気の熱的アニーリングの前は、これらの試料の比抵抗は約1×106Ω・cmであった。各ステップエッチの後に、比抵抗が測定された。典型的な結果が図10に示されている。N2雰囲気の熱的アニーリングが行われたGaN膜の結果は、4μm厚のGaN膜の全体にわたって比抵抗がほぼ一定(約2Ω・cm)であることを示す。」と記載されている。 甲第2号証(特開平5一183189号公報、以下、「刊行物7」という。)には、その第4頁左欄第22行〜第39行には、 「【0021】 アニーリングにより低抵抗なｐ型窒化ガリウム系化合物半導体が得られる理由は以下のとおりであると推察される。 【0022】即ち、窒化ガリウム系化合物半導体層の成長において、N源として、一般にNH3が用いられており、成長中にこのNH3が分解して原子状水素ができると考えられる。この原子状水素がアクセプター不純物としてドープされたMg、Zn等と結合することにより、Mg、Zn等のｐ型不純物がアクセプターとして働くのを妨げていると考えられる。このため、反応後のｐ型不純物をドープした窒化ガリウム系化合物半導体は高抵抗を示す。 【0023】ところが、成長後アニーリングを行うことにより、Mg-H、Zn-H等の形で結合している水素が熱的に解離されて、ｐ型不純物をドープした窒化ガリウム系化合物半導体層から出て行き、正常にｐ型不純物がアクセプターとして働くようになるため、低抵抗なｐ型窒化ガリウム系化合物半導体が得られるのである。」と記載され、 また、その第2頁右欄第22行〜第26行には、 「【0005】しかしながら、窒化ガリウム系化合物半導体を有する青色発光デバイスは未だ実用化には至っていない。なぜなら、窒化ガリウム系化合物半導体が低抵抗なｐ型にできないため、ダブルヘテロ、シングルヘテロ等の数々の構造の発光素子ができないからである。」と記載されている。 甲第3号証(特開平4-242985号公報、以下、「刊行物8」という。)には、その第5頁左欄第44行〜右欄第22行には、 「【0052】(4)GaN基板の場合 GaN基板上に作成したレーザダイオードを図4に示す。低抵抗n型GaNの(0001)面基板23を有機洗浄の後、リン酸+硫酸系エッチャントによりエッチングの後、この基板23を結晶成長部に設置する。次に、成長炉を真空排気の後、水素及びNH3を供給し、基板温度を1040℃にして、5分間放置する。次に、TMG及びSiH4を更に加えてn型GaN緩衝層24を0.5〜1μmの厚さに形成した。 【0053】次に、TMAを加え、n型GaAlN層25を成長させた。次に、n型GaAlN層25の上に、前記のSi基板を用いたレーザダイオードと同一構造に、同一ガスを用いて、同一成長条件で、それぞれ、GaN層26を0.5μm、MgドープGaAlN層27(ｐ層)を0.5μmの厚さに形成した。次に、MgドープGaAlN層27上にSiO2層29を堆積した後、縦1mm、横50μmの短冊状に窓29Aを開け、真空チャンバに移して、MgドープGaAlN層27(ｐ層)に電子線を照射した。電子線の照射条件は前実施例と同様である。 【0054】その後、SiO2層29側からMgドープGaAlN層27(ｐ層)に対する電極28Aを形成し、他方、基板23の裏面にn型GaAlN層25(n層)に対する電極28Bを形成した。 【0056】上記のいずれの構造のレーザダイオードも、室温においてレーザ発振した。」と記載されている。 甲第4号証(HC,Caｓeｙ,Jｒ,and M,B,Paniｓh,″HETEROSTRUCTURE LASERS″,PART B,ACADEMIC PRESS(1978)ｐｐ.212-213)、1978年発行、以下、「刊行物9」という。)の第212頁第1行〜第213頁第1行には、「接合ストライプ形状レーザと呼ばれるZn拡散構造が図7.6-4aに示されている。ストライプ領域はSi3N。膜でマスクされ、650℃でN-AlｘGal-ｘAｓ層にZnが拡散された。Si3N4膜はコンタクトメタライゼーションのために除去される。同様な電流閉じ込めは図7.6-4bに示される横方向接合ストライプ(TJS)形状レーザで得られる。この場合の注入はn-GaAｓ層からZn拡散ｐ-GaAｓに行うものであるため、このデバイスは非常に薄いホモ接合レーザである。他の層への注入電流に影響を及ぼす条件は7.7節で議論されるであろう。 メサストライプ広い面積のレーザの断面積は図7.6-5aに示されるメサストライプ形状DHレーザの使用によっても低減された。これらのレーザはストライプをフォトリングラフィーによりマスクし、4-H2SO4:1-H2O2:1-H2Oでエッチングすることにより作製される。」と記載され、 更に、同第213頁中の図7.6-5の説明には、 「図7.6-5(a)メサストライプ形状DHレーザ。ストライプ領域の幅は10-40μmであり、共振器長は200-600μmである(文献118)。(b)メサストライプ形状レーザのヒートシンキング及びマウンティング(文献119)。」と記載されている。 甲第5号証(特開平5-235468号公報、以下、「刊行物10」という。)の第4頁右欄第24行〜第45行には、 「【0018】次に本発明の半導体レーザ装置の製造方法について説明する。図4はその半導体レーザ装置の製造工程図である。まず図4(a)に示すように、n型のGaAｓ基板1の上にMOCVDまたはMBE成長法により、n型のGaAｓバッファ層2(厚さ、0.5μm)、n型のGa0.5Al0.5Aｓクラッド層3(厚さ、1μm)、Ga0.85Al0.15Aｓ活性層4(厚さ、0.07μm)、ｐ型のGa0.5Al0.5Aｓクラッド層5(厚さ、1μm)およびｐ型のGaAｓ保護層7(厚さ、0.2μm)を形成する。この保護層7電流が流れるｐ型Ga0.5Al0.5Aｓクラッド層5の表面酸化を防止するのに必要である。なお活性層4の導電型は特に記載しないが、ｐ型であってもn型であっても、またアンドープであってもかまわない。 【0019】次に図4(b)に示すように、ストライプ状に窒化膜(窒化シリコン、窒化タングステン)または酸化シリコン膜等の誘電体膜9を形成し、この誘電体膜9をマスクとしてエッチングを行い、リッジ5a以外の領域のｐ型のGa0.5Al0.5Aｓクラッド層5の厚さ(dｐ)は、0.15μmとした。」と記載されている。 ウ.当審の判断 (特許法第36条第4項又は第5項違反について) 異議申立人 依田昌三は”訂正発明2は、半導体レーザ素子という物に関する発明であるにも係わらず、アニーリングという方法を含んでいるから、不明瞭である”と、そしてまた、”訂正発明2は、その「アニーリングにより低抵抗にされている」の抵抗値の範囲が不明であるから、不明瞭である”と、主張している。 ところが、低抵抗のｐ型導電性窒化ガリウム系化合物半導体には電子線照射により形成されたものとアニーリングにより形成されたものとがあるが、両者を区別するためにはアニーリングという方法的表現以外に適切な表現がなく、また、それにより低抵抗のｐ型導電性窒化ガリウム系化合物半導体を特定することができる。 そして、ｐ型導電性窒化ガリウム系化合物半導体の「アニーリングにより低抵抗にされている」の抵抗値の範囲は当業者に周知である。 してみると、異議申立人 依田昌三の上記主張は当を得ないものである。 異議申立人 鈴木昭久は”「ストライプ幅を50μm以下にする」ことは、ｐ型ドーパントをドープした窒化ガリウム系化合物半導体層内の水素が放出されやすくなる観点からは、実質的に無意味の限定である”と主張している。 しかし、本件特許明細書の第3頁右欄第10行〜第13行に「ストライプ幅を50μm以下にしてアニーリングすることにより、ｐ型ドーパントをドープした半導体層内の水素ガスが半導体層側面から放出しやすくなる」と記載されているように、「ストライプ幅を50μm以下にする」ことは、「水素ガスが半導体層側面から放出しやすくなる」ことと直接に関連しており、無意味の限定でないことは明らかである。 してみると、上記異議申立人 鈴木昭久の上記主張は当を得ないものである。 したがって、訂正発明1及び2の特許は、特許法第36条第4項又は第5項の規定に違反してされたものとすることができない。 (特許法第29条第2項違反について) (1)訂正発明1について 訂正発明1の「nクラッド層、活性層およびｐクラッド層は幅50μm以下のストライプ形状を有しており、前記nコンタクト層の表面に直接n層オーミック電極が形成された」ことは、上記刊行物1〜10のいずれにも記載も示唆もされていない。 そして、訂正発明1は、「nクラッド層、活性層およびｐクラッド層は幅50μm以下のストライプ形状を有しており、前記nコンタクト層の表面に直接n層オーミック電極が形成された」ことにより、レーザ素子の発光出力を増大できるという作用効果を呈するものである。 したがって、訂正発明1は、上記刊行物1〜10に記載の発明に基づいて当業者が容易に発明することができたものとすることができないから、特許法第29条第1項第3号に該当し、または、同法同条第2項の規定に違反して特許されたものとすることができない。 (2)訂正発明2について 訂正発明2の「少なくとも前記ｐクラッド層及びｐ型GaNコンタクト層は幅50μm以下のストライプ形状とされ、さらに前記ｐクラッド層及び前記ｐ型GaNコンタクト層はストライプ形状とされた後にアニーリングにより低抵抗にされている」ことは、上記刊行物1〜10のいずれにも記載も示唆もされていない。 そして、訂正発明2は、「少なくとも前記ｐクラッド層及びｐ型GaNコンタクト層は幅50μm以下のストライプ形状とされ、さらに前記ｐクラッド層及び前記ｐ型GaNコンタクト層はストライプ形状とされた後にアニーリングにより低抵抗にされている」ことにより、ｐ型ドーパントをドープした半導体層内の水素ガスが半導体層側面から放出しやすくなり面内均一に低抵抗化されるという作用効果を呈するものである。 したがって、訂正発明2は、上記刊行物1〜10に記載の発明に基づいて当業者が容易に発明することができたものとすることができないから、特許法第29条第1項第3号に該当し、または、同法同条第2項の規定に違反して特許されたものとすることができない。 エ.むすび 以上のとおり、異議申立の理由及び証拠によっては、訂正発明1及び2の特許を取り消すことができない。 また、他に訂正発明1及び2の特許を取り消すべき理由を発見しない。 よって、結論のとおり決定する。 |
| 発明の名称 |
(54)【発明の名称】 窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子 (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 n型GaN層よりなるnコンタクト層上に、少なくともn型窒化ガリウム系化合物半導体よりなるnクラッド層と、n型あるいはｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体よりなる活性層と、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体よりなるｐクラッド層とが順に積層されたダブルヘテロ構造を有しており、さらに前記nクラッド層、活性層及びｐクラッド層は幅50μm以下のストライプ形状を有しており、前記nコンタクト層の表面に直接n層オーミック電極が形成されたことを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子。 【請求項2】 n型窒化ガリウム系化合物半導体よりなるnクラッド層と、n型あるいはｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体よりなる活性層と、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体よりなるｐクラッド層とが順に積層されたダブルヘテロ構造を有しており、 前記ｐクラッド層上にはｐ型GaNコンタクト層を備え、かつ少なくとも前記ｐクラッド層及びｐ型GaNコンタクト層は幅50μm以下のストライプ形状とされ、さらに前記ｐクラッド層及び前記ｐ型GaNコンタクト層はストライプ形状とされた後にアニーリングにより低抵抗化されていることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子。 【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】 本発明は、ｐ-n接合を有する窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子に関するものである。 【0002】 【従来の技術】 現在実用化されている半導体レーザは、可視光領域の赤色領域で発光するものしかなく、青色紫外領域で発光する半導体レーザは未だ得られておらず、早期実現が望まれている。その中で、InｘAlYGa1-X-YN(0≦X、0≦Y、X+Y≦1)で表される窒化ガリウム系化合物半導体は直接遷移型で可視領域に禁制帯幅を有することから、青色の半導体レーザの有望な材料として期待されている。 【0003】 従来、ｐ型ドーパントがドープされた窒化ガリウム系化合物半導体は高抵抗なi型にしかならず、ｐ型ができなかったためレーザ素子を得ることは不可能であった。しかし、最近になってｐ型化が可能となり(特開平2-257679号公報、特開平3-218325号公報、特開平5-183189号公報等)、ｐ-n接合型の半導体レーザ素子が実現できる可能性がでてきた。 【0004】 ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体を得るには、特開平5-183189号公報に記載されるように、ｐ型不純物をドープした窒化ガリウム系化合物半導体を400℃以上でアニーリングする技術が有用な方法である。しかし、この方法でｐ型化が実現されたにも関わらず、窒化ガリウム系化合物半導体を用いたレーザ素子は未だ実現されていない。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】 窒化ガリウム系化合物半導体を用いた短波長のレーザ素子が実現できれば情報処理、書き込み光源等に非常に有用である。従って本発明の目的とするところは、窒化ガリウム系化合物半導体を用いた短波長のレーザ素子を実現可能とすることにある。 【0006】 【課題を解決するための手段】 本発明の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子は、n型GaN層よりなるnコンタクト層上に、少なくともn型窒化ガリウム系化合物半導体よりなるnクラッド層と、n型あるいはｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体よりなる活性層と、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体よりなるｐクラッド層とが順に積層されたダブルヘテロ構造を有しており、さらに前記nクラッド層、活性層及びｐクラッド層は幅50μm以下のストライプ形状を有しており、前記nコンタクト層の表面に直接n層オーミック電極が形成されたことを特徴とする。 さらに、図1および図2に示すように、n型GaN層には、ストライプに対して対象なオーミック電極が設けられていることが望ましい。 【0007】 また、本発明の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子は、n型窒化ガリウム系化合物半導体よりなるnクラッド層と、n型あるいはｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体よりなる活性層と、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体よりなるｐクラッド層とが順に積層されたダブルヘテロ構造を有しており、 前記ｐクラッド層上にはｐ型GaNコンタクト層を備え、かつ少なくとも前記ｐクラッド層及びｐ型GaNコンタクト層は幅50μm以下のストライプ形状とされ、さらに前記ｐクラッド層及び前記ｐ型GaNコンタクト層はストライプ形状とされた後にアニーリングにより低抵抗化されていることを特徴とする。 【0008】 図1は本発明の窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子の一構造を示す断面図であり、サファイア基板1上にGaNよりなるバッファ層2、Siをドープしたn型GaNコンタクト層3が形成されている。そのSiドープn型GaNコンタクト層3上に、Siをドープしたn型GaAlNクラッド層4、Siをドープしたn型InGaN活性層5、Mgをドープしたｐ型GaAlNクラッド層6、Mgをドープしたｐ型GaNコンタクト層7が形成されたダブルヘテロ構造を有しており、ｐ型コンタクト層7、ｐ型クラッド層6、活性層5、およびn型クラッド層がストライプ形状を有している。またｐ型GaNコンタクト層7の上にｐ層オーミック電極8、n型GaNコンタクト層3の上にn層オーミック電極9が形成されている。 【0009】 また、図2は図1のレーザ素子の断面図を電極側から見た図である。このように、本発明のレーザ素子は、ｐ型コンタクト層7〜n型クラッド層4までをストライプ形状として、活性層5に導波路を形成している。 【0010】 前記ストライプを作成するには、n型とｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体層を積層した後、図1に示した形状となるようにエッチングを行うことが望ましい。エッチング法としては、例えばドライエッチングを用いる。ドライエッチングには、例えば、イオンミリング、ECRエッチング、反応性イオンエッチング(RIE)、イオンビームアシストエッチング等がある。この時、ストライプ幅dは50μm以下、更に好ましくは20〜5μmの範囲とする。 【0011】 このようにして所望のストライプ形状に得られた半導体を、特開平5-183189号公報に示すように400℃以上でアニーリングすることにより、ｐ型ドーパントをドープした窒化ガリウム系化合物半導体層を低抵抗なP型にすることができる。 【0012】 【作用】 本発明の半導体レーザ素子において、前述したようにストライプ幅を50μm以下にして、アニーリングを行うと、ｐ型ドーパントをドープした半導体層内の水素ガスが放出されやすくなるという利点がある。ストライプ幅を50μm以下にしてアニーリングすることにより、水素ガスはストライプの半導体層側面から放出されるため、ストライプ幅を狭くしてアニーリングを行った方が半導体層内の水素ガスが放出されやすくなり、ｐ型ドーパントをドープした半導体層全体を均一にｐ型化でき、発光出力の高い半導体レーザ素子を得ることができる。 【0013】 さらにｐ型ドーパントをドープした窒化ガリウム系化合物半導体のストライプ幅を狭くすると、もう一つの利点がある。半導体レーザはｐ層とn層間の電子の授受により電流が流れ発光するものであるが、ストライプ幅を狭くすると、そこに電子が集中して入ってくるので半導体層内の電流密度が大きくなり発振しきい値電流が減少する。 【0014】 【実施例】 以下の実施例で、本発明の窒化ガリウム系半導体レーザ素子について図面に基づき詳しく述べる。 【0015】 【実施例】 まず、MOCVD装置を用いてサファイア基板1上にGaNバッファ層2を200オングストローム成長させる。続いて、バッファ層2上にSiをドープしたn型GaNコンタクト層3を4μm、Siをドープしたn型GaAlNクラッド層4を0.2μm、Siをドープしたn型InGaN活性層5を200オングストローム、更にMgをドープしたｐ型GaAlNクラッド層6を0.2μm、Mgをドープしたｐ型GaNコンタクト層7を0.5μmの膜厚で順次成長させる。 【0016】 次いで、最上層のMgドープｐ型GaN層7上に所望の形状のマスクを形成し、図1に示したようにn型GaN層3が露出されるまでエッチングし、ストライプ幅dを50μmとした導波路を得る。 【0017】 エッチング終了後、マスクを剥離し、600℃で10分間アニーリングを行いMgドープGaNコンタクト層7及びMgドープGaAlNクラッド層6を低抵抗化させ、ｐ-n接合を得る。 【0018】 アニーリング後、ｐ電極形成用マスクを形成し、図1に示すように、ｐ層上にNi/Aｕを蒸着させｐ層オーミック電極8とする。蒸着後、マスクを剥離し、続いてn電極形成用のマスクを形成し、図1に示すように、n層上にAlを蒸着させ、n層オーミック電極9とする。 【0019】 以上のようにして得られたウエハーを、チップ状にカットして半導体レーザ素子を得た。 【0020】 【比較例】 上記実施例と同様に、基板上にバッファ層、n型及びｐ型半導体層を成長させる。半導体層成長後、導波路のストライプ幅が60μmとなるように、ｐ型GaNコンタクト層上にマスクを形成し、n型GaNコンタクト層に達するまでエッチングを行う。それ以外は、上記実施例と同様にして半導体レーザ素子を形成した。 【0021】 以上のようにして形成されたものについてレーザ発振を行い、発振しきい値電流密度、発振波長、素子寿命について比較を行った。すると、導波路の幅を60μmとした従来のものは発振しきい値電流密度3kA/cm2で発振波長420nm、素子寿命が約1時間であったのに対し、本実施例により得られた半導体レーザ素子では、発振しきい値電流密度2kA/cm2で発振波長420nm、素子寿命が約100時間と著しく向上した。 【0022】 【発明の効果】 以上説明したように、窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子のストライプ幅を50μm以下にしてアニーリングすることにより、ｐ型ドーパントをドープした半導体層内の水素ガスが半導体層側面から放出されやすくなり、面内均一に低抵抗化されたｐ型GaN層及びｐ型GaAlN層を得ることが可能となる。従って本発明によれば、発光強度の増加した高輝度な窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子を実現できる。さらにn型GaN層に、ストライプに対して左右対称の電極を設けたことにより、電流が均一に流れて発振しやすくなる。 【図面の簡単な説明】 【図1】 本発明に係る一半導体レーザ素子の概略断面図。 【図2】 図1のレーザ素子を電極側から見た平面図。 【符号の説明】 1・・・・サファイア基板 2・・・・バッファ層 3・・・・Siドープn型GaNコンタクト層 4・・・・Siドープn型GaAlNクラッド層 5・・・・Siドープn型InGaN活性層 6・・・・Mgドープｐ型GaAlNクラッド層 7・・・・Mgドープｐ型GaNコンタクト層 8・・・・ｐ層オーミック電極 9・・・・n層オーミック電極 d・・・・ストライプ幅 |
| 訂正の要旨 |
訂正事項 訂正事項a 特許請求の範囲の請求項1において、 「n型GaN層の上に、」を「n型GaNよりなるnコンタクト層の上に、」と訂正する。 訂正事項b 特許請求の範囲の請求項1において、 「さらに前記nクラッド層、活性層およびｐクラッド層は幅50μm以下のストライプ形状を有する」を「さらに前記nクラッド層、活性層及びｐクラッド層は幅50μm以下のストライプ形状を有しており、前記nコンタクト層の表面に直接n層オーミック電極が形成された」と訂正する。 訂正事項c 特許請求の範囲の請求項2において、 「少なくとも前記ｐクラッド層は幅50μm以下のストライプ形状を有しており、さらにそのｐクラッド層はアニーリングにより低抵抗にされていることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子。」を「前記ｐクラッド層上にはｐ型GaNコンタクト層を備え、かつ少なくとも前記ｐクラッド層及びP型GaNコンタクト層は幅50μm以下のストライプ形状とされ、さらに前記Pクラッド層及び前記P型GaNコンタクト層はストライプ形状とされた後にアニーリングにより低抵抗化されていることを特徴とする窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子。」と訂正する。 訂正事項d 発明の詳細な説明【0006】において、 「n型GaN層の上に、」(段落【0006】2行)を「n型GaN層よりなるnコンタクト層上に、」と訂正する。 訂正事項e 発明の詳細な説明【0006】において、 「さらに前記nクラッド層、活性層およびｐクラッド層は幅50μm以下のストライプ形状を有する」(段落【0006】7行〜9行)を「さらに前記nクラッド層、活性層及びｐクラッド層は幅50μm以下のストライプ形状を有しており、前記nコンタクト層の表面に直接n層オーミック電極が形成された」と訂正する。 訂正事項f 発明の詳細な説明【0007】において、 「また、本発明のレーザ素子は、n型窒化ガリウム系化合物半導体よりなるnクラッド層と、n型あるいはｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体よりなる活性層と、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体よりなるｐクラッド層とが順に積層されたダブルヘテロ構造を有しており、少なくとも前記ｐクラッド層は幅50μm以下のストライプ形状を有しており、さらにそのｐクラッド層はアニーリングにより低抵抗にされていることを特徴とする。」を「また、本発明のレーザ素子は、n型窒化ガリウム系化合物半導体よりなるnクラッド層と、n型あるいはｐ型の窒化ガリウム系化合物半導体よりなる活性層と、ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体よりなるｐクラッド層とが順に積層されたダブルヘテロ構造を有しており、 前記ｐクラッド層上にはｐ型GaNコンタクト層を備え、かつ少なくとも前記ｐクラッド層及びｐ型GaNコンタクト層は幅50μm以下のストライプ形状とされ、さらに前記ｐクラッド層及び前記ｐ型GaNコンタクト層はストライプ形状とされた後にアニーリングにより低抵抗化されていることを特徴とする。」と訂正する。 |
| 異議決定日 | 1999-09-30 |
| 出願番号 | 特願平5-318275 |
| 審決分類 |
P
1
651・
531-
YA
(H01S)
P 1 651・ 121- YA (H01S) P 1 651・ 113- YA (H01S) |
| 最終処分 | 維持 |
| 前審関与審査官 | 門田 かづよ |
| 特許庁審判長 |
小林 邦雄 |
| 特許庁審判官 |
東森 秀朋 横林 秀治郎 |
| 登録日 | 1998-07-10 |
| 登録番号 | 特許第2800666号(P2800666) |
| 権利者 | 日亜化学工業株式会社 |
| 発明の名称 | 窒化ガリウム系化合物半導体レーザ素子 |
| 代理人 | 小池 隆彌 |
| 代理人 | 石井 久夫 |
| 代理人 | 豊栖 康弘 |
| 代理人 | 豊栖 康弘 |
| 代理人 | 石井 久夫 |
| 代理人 | 木下 雅晴 |