JP2000068593A - 半導体レーザ装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 選択成長法により結晶性の良い窒化物半導体
レーザを提供すること、及び活性領域の電流経路幅の調
整が容易な窒化物半導体レーザを提供することを目的と
する。 【解決手段】 半導体基板を用い、その上に窒化物半導
体を選択成長させて積層構造を形成するとともに、その
積層構造の作製中、中間段階でストライプ状の開口部を
有する高電気抵抗層を１層以上挿入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は半導体レーザ装
置、特に、青〜紫外波長帯の窒化物半導体レーザに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】図５に従来の窒化物半導体レーザの構造
を示す。２０はサファイア基板で、その上にサファイア
のｃ軸方向に成長させたｎ型ＧａＮからなる半導体基板
を形成する。半導体基板１上に第１クラッド層２、第１
ガイド層３、ＩＮＧａＮ−ＭＱＷからなる活性層４、第
２ガイド層５、第２クラッド層６、コンタクト層８を順
次成長させ、所定のマスクを用いてエッチングを行い、
リッジストライプ形状を形成するとともに、基板１に接
合するようにn電極１１を形成する一方、リッジストラ
イプの上端面にp電極１０を形成し、ＳｉＯ２保護膜９
を形成してなる。

【０００３】かかる窒化物半導体レーザにおいては、低
閾値電流を得る為には、活性領域における電流ストライ
プ幅を狭くする必要があり、電極及びリッジストライプ
幅を狭くしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記半導体
レーザの製造プロセスにおいては、位置合わせの困難
性、電極の接触抵抗の増大、リッジ形成時のドライエッ
チングによる結晶へのダメージ等の問題がある。更に
は、サファイア基板上に窒化物をエピタキシャル成長さ
せた場合に基板と窒化物結晶の格子不整合に起因する結
晶の欠陥密度の増大という問題も生じる。

【０００５】本発明はこれらの諸問題を解決することを
目的とし、第１に選択領域成長により、リッジストライ
プ形成時にドライエッチングを必要としないでダメージ
が回避された窒化物半導体レーザを提供するものであ
る。また、第２に半導体多層構造中に、高抵抗層を挿入
することにより、活性領域の電流経路の幅を自由に制御
することができる窒化物半導体レーザを提供することに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は第１の目的を達
成するために、半導体基板上に形成されたマスクパター
ン開口部上に選択的に成長させ、リッジストライプ形状
に積層された第１の半導体積層と、該第１の半導体積層
を覆い、その上端面にストライプ状開口部を有する第１
の高電気抵抗層と、該高電気抵抗層の開口部の上に選択
的に成長させた第２の半導体積層とからなり、上記第１
及び第２の半導体積層材料および高電気抵抗層材料が、
Ａｌ_xＩｎ_yＧａ_1-x-yＮ：（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，
０≦ｘ＋ｙ≦１）からなる半導体レーザ装置を提供する
ものである。

【０００７】該半導体レーザ装置は、第１の半導体積層
が少なくともｎ型またはｐ型導電性をもつ第１クラッド
層と、第１クラッド層とは逆の導電性をもつ第２クラッ
ド層、これらの中間領域に存する活性層からなり、第２
の半導体積層が少なくとも第２クラッド層およびコンタ
クト層からなるのが好ましい。

【０００８】第１の高電気抵抗層は、他の層との整合性
を考慮すると、ＡｌＮまたはＡｌＧａＮで形成するのが
好ましい。

【０００９】本発明はより効果的に活性領域の電流経路
を制御するためには活性領域の上下に電流ブロック層を
形成するか、電流ブロック層の開口部に活性領域を形成
するのがよい。開口部の幅は、０．３〜１０μｍである
ことが好ましく、該開口部の厚さは、０．０５〜１μｍ
であることが好ましい。前者の構成を達成するのが半導
体基板上に形成せれたマスクパターン開口部上に選択的
に成長させ、リッジストライプ形状に積層された第１の
半導体積層と、該第１の半導体積層を覆い、その上端面
にストライプ状開口部を有する第１の高電気抵抗層と、
該第１の高電気抵抗層の開口部上に選択させた中間の半
導体積層と、該中間の半導体層を覆い、その上端面にス
トライプ状開口部を有する第２の高電気抵抗層と、該高
電気抵抗層の開口部の上に選択的に成長させた第２の半
導体積層とからなり、上記半導体積層及び高電気抵抗層
材料がＡｌ_xＩｎ_yＧａ_1-x-yＮ：（０≦ｘ≦１，０≦ｙ
≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）からなる半導体レーザ装置であ
る。本発明に係る半導体レーザ装置は、積層構造を基板
面に対して垂直に形成する場合と積層構造の側面が基板
面に対して傾斜を持たせて形成する場合がある。後者の
場合、Ｐ側電極は基板上に形成された積層構造の側面が
基板面に対して傾斜を持ち、上記積層構造の上面および
傾斜側面を覆い、上記第２クラッド層に接合された電極
を備えることとなり、ｎ側電極は上記第１クラッド層の
傾斜側面の一部に開口部を設け、その部分で上記第１ク
ラッド層と接合された電極を備えることとなるので、電
極の半導体との接触面積をより増大させることができ
る。また、電極と活性領域との距離を短くして上記接触
面積の増大とともに接触抵抗を低減することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、本発明の実
施の形態１を図に基づいて説明する。図１は、この発明
の実施の形態１である半導体レーザ装置の製造方法を表
す断面図である。半導体基板１はサファイア２０のｃ軸
方向に成長させたｎ型ＧａＮを使用する。半導体基板１
上にストライプ状の開口部２１を持つＳｉＯ₂マスク１
２０を形成し、その上にｎ−Ａｌ（ｘ）Ｇａ（１−ｘ）
Ｎ［ｘ＝０．１５］の第１クラッド層２、ｎ−ＧａＮか
らなる第１の半導体積層を選択成長させる。すなわち、
第１ガイド層３、ＩＮＧａＮ−ＭＱＷからなる活性層
４、ｐ−ＧａＮからなる第２ガイド層５、ｐ−Ａｌ
（ｘ）Ｇａ（１−ｘ）Ｎ［ｘ＝０．１５］からなる第２
クラッド層６を順次成長させる。このとき各層はＳｉＯ
₂開口部上に選択領域的に成長し、リッジストライプ形
状となる。また、成長条件によりリッジ側面に基板に対
して６２°の傾斜を持たせることができる。

【００１１】この後、電流ブロック層７を上記基板１お
よび第１の半導体積層上に成長させ、エッチングにより
ストライプ状の開口部２２を形成する。電流ブロック層
としてはＡｌＮまたはＡｌ（ｘ）Ｇａ（１−ｘ）Ｎ[ｘ
≧０．７]が適当である。ＡｌＮ層はＳｉＯ₂開口部上部
のみならず、リッジ側面、およびＳｉＯ₂マスク上にも
成長する。この後再び第２クラッド層６、ｐ−ＧａＮか
らなるコンタクト層８を成長させる。次にコンタクト層
８から第２クラッド層６側を通り、電流ブロック層７を
形成する上に第１電極１０を形成する。更に、上記電流
ブロック層７の一部を開口し、第２電極１１を形成す
る。最後にドライェッチングまたは壁開などにより共振
器端面を形成する。

【００１２】本実施の形態によれば、選択領域成長によ
る結晶品質の向上が図れると同時に、リッジストライプ
形成時にドライエッチングを必要としないのでダメージ
の回避が期待できる。また半導体多層構造中に高抵抗層
である電流ブロック層７を挿入し、その開口部２２を形
成することにより活性領域の電流経路の幅を自由に制御
することが可能となる。これによって、リッジ幅を広く
とることが可能で、しかも電流ブロック層７より上方に
位置するコンタクト層８および第２クラッド層６の全体
に電極１０を広げて形成するので、電極面積も大きくで
き、接触抵抗も低減できる。また、本実施の形態及び以
下の実施の形態において、各層の導電性をすべて逆にす
ることはもちろん可能である。

【００１３】実施の形態２．図２は，この発明の実施の
形態２である半導体レーザ装置の断面図である。各層の
成長順序は実施の形態１と同様である。したがって、同
一部材には同一符号を付する。なお、成長条件によりリ
ッジ側面は基板に対して垂直にしている。したがって、
基板１上に積層された半導体層全体をＳｉＯ₂保護膜１
２で覆い選択成長させたコンタクト層８の上端面をエッ
チングで開口して電極１０を形成するとともに選択成長
させない領域の保護膜１２および電流ブロック層７の一
部をエッチングで開口して電極１１を形成する。

【００１４】実施の形態３．図３は、この発明の実施の
形態３である半導体レーザ装置の断面図である。第１ク
ラッド層２を途中まで成長させた後、電流ブロック層７
を成長させて、開口部２２を設ける。再びクラッド層２
から第１ガイド層３、活性層４、第２ガイド層５を成長
させることにより、図３部分拡大図に示すように、活性
領域を電流ブロック層で挟み込む構造を得ることができ
る。他は実施の形態１と同様であるので、同一部材には
同一符号を付して説明を省略する。本実施の形態によれ
ば，電流経路幅を直接ブロック層開口部の幅で制御する
ことが可能である。

【００１５】実施の形態４．図４は、この発明の実施の
形態４である半導体レーザ装置の断面図である。第２ガ
イド層５を形成するまでは実施の形態１と同様にして選
択成長させる。第２クラッド層６を途中まで成長させた
後、第２の電流ブロック層１２を成長し、開口部２３を
設ける。再び第２クラッド層６を成長させることによ
り、活性領域を２つの電流ブロック層７および１２間に
置く構造を得ることができる。なお、実施の形態１と同
一部材は同一符号を付して説明を省略する。本実施の形
態によれば、上記実施の形態１の効果に加え、活性領域
の上下に電流ブロック層を持つことにより、より効果的
に電流経路を制御することが可能である。

【００１６】実施の形態５．図５は、この発明の実施の
形態５である半導体レーザ装置の断面図である。側面傾
斜を持つストライプを形成した後、ドライエッチングに
より第１クラッド層２の側面に至る部分の絶縁層である
電流ブロック層７を除去する。次に側面開口部２４を含
めて第２電極１１を形成する。本実施の形態によれば、
選択領域を成長させたクラッド層に電極形成を行ない、
かつ活性領域までの距離を短くできるので低接触抵抗を
得るとともに結晶内での発熱を低減できる。尚、他は実
施の形態１と同一であるので実施の形態１と同一部材は
同一符号を付して説明を省略する。

【００１７】

【発明の効果】本発明によれば、基板を半導体基板と
し、積層される半導体との格子不整合による結晶欠陥を
解消するとともに選択成長によりリッジストライプ形状
を形成するときのエッチングによる結晶へのダメージを
回避することができる。

【００１８】しかも、高電気抵抗層のストライプ状開口
部により活性領域の電流経路幅を自由に制御することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１である半導体レーザ
装置の製造方法を示す断面正面図である。

【図２】 この発明の実施の形態２である半導体レーザ
装置の製造方法を示す断面正面図である。

【図３】 この発明の実施の形態３である半導体レーザ
装置を示す断面正面図である。

【図４】 この発明の実施の形態４である半導体レーザ
装置を示す断面正面図である。

【図５】 この発明の実施の形態５である半導体レーザ
装置を示す断面正面図である。

【図６】 従来の窒化物半導体レーザ装置の製造方法を
示す断面正面図である。

【符号の説明】

１ 半導体基板、２ 第１クラッド層、３ 第１ガイド
層、４ 活性層、５第２ガイド層、６ 第２クラッド
層、７ 電流ブロック層、８ コンタクト層、９ Ｓｉ
Ｏ₂保護膜、１０ 第１電極、１１ 第２電極、１２
第２電流ブロック層、２０ ＳｉＯ₂マスク Ｓ サフ
ァイア、２１〜２３ 開口部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マルクス・ディートハード 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5F073 AA09 AA13 AA20 AA22 AA45 AA74 CA07 CB05 CB11

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板上に形成されたマスクパター
   ン開口部上に選択的に成長させ、リッジストライプ形状
   に積層された第１の半導体積層と、該第１の半導体積層
   を覆い、その上端面にストライプ状開口部を有する第１
   の高電気抵抗層と、該高電気抵抗層の開口部の上に選択
   的に成長させた第２の半導体積層とからなり、上記第１
   及び第２の半導体積層材料および高電気抵抗層材料が、
   Ａｌ_xＩｎ_yＧａ_1-x-yＮ：（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，
   ０≦ｘ＋ｙ≦１）からなる半導体レーザ装置。
2. 【請求項２】 第１の半導体積層が少なくともｎ型また
   はｐ型導電性をもつ第１クラッド層と、第１クラッド層
   とは逆の導電性をもつ第２クラッド層、これらの中間領
   域に存する活性層からなり、第２の半導体積層が少なく
   とも第２クラッド層およびコンタクト層からなる請求項
   １に記載の半導体レーザ装置。
3. 【請求項３】 半導体基板上に形成せれたマスクパター
   ン開口部上に選択的に成長させ、リッジストライプ形状
   に積層された第１の半導体積層と、該第１の半導体積層
   を覆い、その上端面にストライプ状開口部を有する第１
   の高電気抵抗層と、該第１の高電気抵抗層の開口部上に
   選択させた中間の半導体積層と、該中間の半導体層を覆
   い、その上端面にストライプ状開口部を有する第２の高
   電気抵抗層と、該高電気抵抗層の開口部の上に選択的に
   成長させた第２の半導体積層とからなり、上記半導体積
   層及び高電気抵抗層材料がＡｌ_xＩｎ_yＧａ_1-x-yＮ：
   （０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）からなる
   半導体レーザ装置。
4. 【請求項４】 第１の高電気抵抗層と第２の高電気抵抗
   層との間に少なくとも活性層を備える請求項３に記載の
   半導体レーザ装置。
5. 【請求項５】 上記高電気抵抗層が電流ブロック機能を
   有するＡｌ_xＧａ_1-xＮ：（０≦ｘ≦１）からなる請求項
   ２または４に記載の半導体レーザ装置。
6. 【請求項６】 基板上に形成された積層構造の側面が基
   板面に対して垂直であり、上記積層構造の上面のコンタ
   クト層を介して接合された電極を備えることを特徴とす
   る請求項１または３に記載の半導体レーザ装置。
7. 【請求項７】 基板上に形成された積層構造の側面が基
   板面に対して傾斜を持ち、上記積層構造の上面および傾
   斜側面を覆い、上記第２クラッド層に接合された電極を
   備えることを特徴とする請求項１または３に記載の半導
   体レーザ装置。
8. 【請求項８】 上記第１クラッド層の傾斜側面の一部に
   開口部を設け、その部分で上記第１クラッド層と接合さ
   れた電極を備えることを特徴とする請求項１または３に
   記載の半導体レーザ装置。
9. 【請求項９】 半導体基板上に形成されたマスクパター
   ン開口部上に選択的にＡｌ_xＩｎ_yＧａ_1-x-yＮ：（０≦
   ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦１）からなる第１の
   窒化ガリウム系化合物半導体層を成長させ、リッジスト
   ライプ形状に積層された第１の半導体積層を形成する工
   程と、 該第１の半導体層を覆い、その上端面に開口部を有する
   電流ブロック用、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ：（０≦ｘ≦１）から
   なる第１の高電気抵抗層を形成する工程と、 該高電気抵抗層の開口部の上に選択的にＡｌ_xＩｎ_yＧａ
   _1-x-yＮ：（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｘ＋ｙ≦
   １）からなる第２の窒化ガリウム系化合物半導体層を成
   長させ、第２の半導体積層を形成する工程とからなる半
   導体レーザ装置の製造方法。
10. 【請求項１０】 第１の高電気抵抗層を形成後、第２の
    半導体層を形成する前に活性層を含む中間の半導体層を
    形成し、該半導体層の上端面にストライプ状の開口部を
    有する第２の高電気抵抗層を形成する請求項９に記載の
    半導体レーザの製造方法。