JP2000323797A - 窒化物半導体レーザ及びその製造方法 - Google Patents
窒化物半導体レーザ及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 レーザ構造において高品質な反射鏡面を再現
性良く得られる３族窒化物半導体レーザ製造方法を提供
する。 【解決手段】 活性層を含む３族窒化物半導体（Ａｌx
Ｇａ1-x）1-yＩｎyＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）から
なる結晶層の複数を、下地層（Ａｌx'Ｇａ1-x'）1-y'Ｉ
ｎy'Ｎ（０≦ｘ'≦１，０≦ｙ'≦１）上に、順に積層し
てなる窒化物半導体レーザの製造方法であって、基板上
に成膜された下地層上に結晶層の複数を形成する結晶層
形成工程と、基板及び下地層間の界面に向け、基板側か
ら光ビームを照射して、窒化物半導体の分解物領域を形
成する光照射工程と、積層された結晶層を担持した下地
層を分解物領域に沿って基板から剥離する工程と、下地
層を劈開又は裂開し、積層した結晶層の共振用劈開面を
形成する工程と、を含む。
性良く得られる３族窒化物半導体レーザ製造方法を提供
する。 【解決手段】 活性層を含む３族窒化物半導体（Ａｌx
Ｇａ1-x）1-yＩｎyＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）から
なる結晶層の複数を、下地層（Ａｌx'Ｇａ1-x'）1-y'Ｉ
ｎy'Ｎ（０≦ｘ'≦１，０≦ｙ'≦１）上に、順に積層し
てなる窒化物半導体レーザの製造方法であって、基板上
に成膜された下地層上に結晶層の複数を形成する結晶層
形成工程と、基板及び下地層間の界面に向け、基板側か
ら光ビームを照射して、窒化物半導体の分解物領域を形
成する光照射工程と、積層された結晶層を担持した下地
層を分解物領域に沿って基板から剥離する工程と、下地
層を劈開又は裂開し、積層した結晶層の共振用劈開面を
形成する工程と、を含む。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、３族窒化物半導体
素子（以下、単に素子とも記述する）に関し、特に、同
材料系を用いた半導体レーザ素子の作製方法に関する。
素子（以下、単に素子とも記述する）に関し、特に、同
材料系を用いた半導体レーザ素子の作製方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザ素子を動作させるには、光学的共
振器を形成するための一対の反射鏡が必要である。Ｇａ
Ａｓなどの半導体結晶材料を用いて半導体レーザ素子
（ファブリペロ型）を作製する場合、こうした反射面は
ＧａＡｓ結晶基板の劈開により形成されている。
振器を形成するための一対の反射鏡が必要である。Ｇａ
Ａｓなどの半導体結晶材料を用いて半導体レーザ素子
（ファブリペロ型）を作製する場合、こうした反射面は
ＧａＡｓ結晶基板の劈開により形成されている。
【０００３】一方、３族窒化物半導体素子の場合、基板
に用いるべき窒化物バルク結晶が製造されているがその
価格が高いため、サファイアやＳｉＣといった別種の基
板上に窒化物結晶膜を下地層としてエピタキシャル成長
させることによって素子を作製せざるを得ない。上記の
ＳｉＣ基板でもまだ価格が高い、熱膨張係数差の関係で
窒化物に割れが入りやすいなどの理由から基板として余
り用いられず、主としてサファイアが基板として用いら
れている。サファイア上への窒化物下地層のエピタキシ
ャル成長に関しては、サファイアのＣ面すなわち（００
０１）面又はＡ面すなわち
に用いるべき窒化物バルク結晶が製造されているがその
価格が高いため、サファイアやＳｉＣといった別種の基
板上に窒化物結晶膜を下地層としてエピタキシャル成長
させることによって素子を作製せざるを得ない。上記の
ＳｉＣ基板でもまだ価格が高い、熱膨張係数差の関係で
窒化物に割れが入りやすいなどの理由から基板として余
り用いられず、主としてサファイアが基板として用いら
れている。サファイア上への窒化物下地層のエピタキシ
ャル成長に関しては、サファイアのＣ面すなわち（００
０１）面又はＡ面すなわち
【０００４】
【外１】 ［以下、（１１−２０）面と記載する］上で良好な単結
晶膜が得られている。３族窒化物半導体素子の場合、Ｇ
ａＡｓ基板と比較してサファイア基板は極めて割り難い
ため、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などのエッチ
ングによって反射面を形成することも行なわれている。
晶膜が得られている。３族窒化物半導体素子の場合、Ｇ
ａＡｓ基板と比較してサファイア基板は極めて割り難い
ため、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）などのエッチ
ングによって反射面を形成することも行なわれている。
【０００５】ＧａＮレーザの共振器は、当初ＲＩＥによ
るエッチドミラーを用いて作製されていたが、得られた
素子の放射光ビームの遠視野パターンがマルチ化する欠
点があるので、再び劈開ミラーを形成した量産型ＧａＮ
レーザが検討されている。サファイア基板上では量産的
に上手く劈開ができないので、量産型ＧａＮレーザで
は、以下のような方法を用いている。すなわち、サファ
イア上にＧａＮ膜下地層を２００μｍ程度厚く積層し
て、得られたレーザウエハのサファイア基板裏面を研磨
し、サファイア部分を除去し、得られたＧａＮ基板を劈
開する方法である。こうして得られたウエハからレーザ
素子を作製することができる。
るエッチドミラーを用いて作製されていたが、得られた
素子の放射光ビームの遠視野パターンがマルチ化する欠
点があるので、再び劈開ミラーを形成した量産型ＧａＮ
レーザが検討されている。サファイア基板上では量産的
に上手く劈開ができないので、量産型ＧａＮレーザで
は、以下のような方法を用いている。すなわち、サファ
イア上にＧａＮ膜下地層を２００μｍ程度厚く積層し
て、得られたレーザウエハのサファイア基板裏面を研磨
し、サファイア部分を除去し、得られたＧａＮ基板を劈
開する方法である。こうして得られたウエハからレーザ
素子を作製することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記サ
ファイア基板裏面の研磨方法は工程が多く、複雑で、歩
留まりが極めて悪く、量産的でない。サファイアには、
ＳｉやＧａＡｓなどのような明瞭な劈開面は存在しない
が、Ｃ面に関しては、
ファイア基板裏面の研磨方法は工程が多く、複雑で、歩
留まりが極めて悪く、量産的でない。サファイアには、
ＳｉやＧａＡｓなどのような明瞭な劈開面は存在しない
が、Ｃ面に関しては、
【０００７】
【外２】 ［以下、（１−１００）面と記載する］に沿って一応割
ることができ、Ａ面に関しては、
ることができ、Ａ面に関しては、
【０００８】
【外３】 ［以下、（１−１０２）面と記載する］すなわちＲ面で
通常の結晶の劈開にかなり近い状態で良好に裂開するこ
とができる。サファイア基板上の窒化物半導体レーザの
反射鏡面作成方法としては、第１に、サファイアＣ面上
に成長し、サファイアの（１−１００）面に沿って割る
方法や、第２に、サファイアＡ面上に成長し、サファイ
アの（１−１０２）面に沿って割る方法が考えられる。
通常の結晶の劈開にかなり近い状態で良好に裂開するこ
とができる。サファイア基板上の窒化物半導体レーザの
反射鏡面作成方法としては、第１に、サファイアＣ面上
に成長し、サファイアの（１−１００）面に沿って割る
方法や、第２に、サファイアＡ面上に成長し、サファイ
アの（１−１０２）面に沿って割る方法が考えられる。
【０００９】上記第１のサファイアＣ面上成長による場
合は、上記したサファイア基板の裏面を削って基板を薄
くしないと割れない、再現性よく裂開ができないなどが
問題であり、これらはサファイア（１−１００）面が裂
開面ではないことに起因している。サファイアは極めて
結晶が硬いため、サファイア基板を薄くしないとケガキ
線に沿って割ることができず、レーザ素子として実用に
なる程度の劈開面を得ようとすると、サファイア基板の
厚さを１００μｍ程度まで薄くする必要がある。既にデ
バイス構造を表面に作り込んだレーザウエハの裏面を研
磨していくと、サファイアと窒化物の熱膨張係数差や研
磨に伴う残留応力でレーザウエハに反りや歪みが生ず
る。これらのため、レーザウエハを裏面研磨すると研磨
作業中にウエハが割れてしまうトラブルが極めて生じや
すく、量産上極めて不利である。また、サファイア（１
−１００）面は裂開面でないく、ＧａＮ（１１−２０）
面からずれた方向に割れることもあるので、破断面には
その劈開面であるＧａＮ（１−１００）面が階段状に現
れることとなり、反射率の低下や出射光の波面の乱れを
引き起こし、レーザ用の反射面としての品質が劣化す
る。
合は、上記したサファイア基板の裏面を削って基板を薄
くしないと割れない、再現性よく裂開ができないなどが
問題であり、これらはサファイア（１−１００）面が裂
開面ではないことに起因している。サファイアは極めて
結晶が硬いため、サファイア基板を薄くしないとケガキ
線に沿って割ることができず、レーザ素子として実用に
なる程度の劈開面を得ようとすると、サファイア基板の
厚さを１００μｍ程度まで薄くする必要がある。既にデ
バイス構造を表面に作り込んだレーザウエハの裏面を研
磨していくと、サファイアと窒化物の熱膨張係数差や研
磨に伴う残留応力でレーザウエハに反りや歪みが生ず
る。これらのため、レーザウエハを裏面研磨すると研磨
作業中にウエハが割れてしまうトラブルが極めて生じや
すく、量産上極めて不利である。また、サファイア（１
−１００）面は裂開面でないく、ＧａＮ（１１−２０）
面からずれた方向に割れることもあるので、破断面には
その劈開面であるＧａＮ（１−１００）面が階段状に現
れることとなり、反射率の低下や出射光の波面の乱れを
引き起こし、レーザ用の反射面としての品質が劣化す
る。
【００１０】一方、上記第２のサファイアＡ面上の成長
による反射鏡面作成方法に関しても、ＧａＮの破断面の
品質が十分でないことが問題である。サファイアの裂開
面である（１−１０２）面のＲ面は極めて割りやすいた
め、通常に基板として用いられる２５０〜３５０μｍの
厚さでも容易に裂開ができる。しかし、図１に示すよう
に、サファイア基板Ａ面上にレーザ構造を形成して矢印
方向から裂開した場合、ＧａＮの側面表面に細かな複数
の筋が入る。複数の筋の発現はサファイアはＲ面で割
れ、レーザウエハの全厚の大部分はサファイアであるた
めである。サファイア基板はそのＲ面に沿って割れてい
くが、図２に示すように、サファイアＡ面上に成長した
ＧａＮの（１−１００）面とサファイアＲ面とは互いに
２．４度ずれていので、裂開による割れ（クラック）が
サファイア／ＧａＮ界面に到達した後も、ＧａＮのわず
かな深さまでは下地のサファイアのＲ面に沿ってクラッ
クは伝搬する。しかしながら、ＧａＮはその劈開面であ
る（１−１００）面で割れようとするため、複数の（１
−１００）面が階段状になった破断面を形成することと
なる。
による反射鏡面作成方法に関しても、ＧａＮの破断面の
品質が十分でないことが問題である。サファイアの裂開
面である（１−１０２）面のＲ面は極めて割りやすいた
め、通常に基板として用いられる２５０〜３５０μｍの
厚さでも容易に裂開ができる。しかし、図１に示すよう
に、サファイア基板Ａ面上にレーザ構造を形成して矢印
方向から裂開した場合、ＧａＮの側面表面に細かな複数
の筋が入る。複数の筋の発現はサファイアはＲ面で割
れ、レーザウエハの全厚の大部分はサファイアであるた
めである。サファイア基板はそのＲ面に沿って割れてい
くが、図２に示すように、サファイアＡ面上に成長した
ＧａＮの（１−１００）面とサファイアＲ面とは互いに
２．４度ずれていので、裂開による割れ（クラック）が
サファイア／ＧａＮ界面に到達した後も、ＧａＮのわず
かな深さまでは下地のサファイアのＲ面に沿ってクラッ
クは伝搬する。しかしながら、ＧａＮはその劈開面であ
る（１−１００）面で割れようとするため、複数の（１
−１００）面が階段状になった破断面を形成することと
なる。
【００１１】このため、第２のサファイアＡ面上の成長
による反射鏡面作成方法に関しても、ＧａＮの破断面の
品質がそれほど良くならない。そこで、本発明では、レ
ーザ構造において高品質な反射鏡面を再現性良く得られ
る３族窒化物半導体レーザ及びその製造方法を提供する
ことを目的とする。
による反射鏡面作成方法に関しても、ＧａＮの破断面の
品質がそれほど良くならない。そこで、本発明では、レ
ーザ構造において高品質な反射鏡面を再現性良く得られ
る３族窒化物半導体レーザ及びその製造方法を提供する
ことを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明による窒化物半導
体レーザの製造方法は、活性層を含む３族窒化物半導体
（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦
１）からなる結晶層の複数を、下地層（Ａｌx'Ｇ
ａ1-x'）1-y'Ｉｎy'Ｎ（０≦ｘ'≦１，０≦ｙ'≦１）上
に、順に積層してなる窒化物半導体レーザの製造方法で
あって、基板上に成膜された下地層上に結晶層の複数を
形成する結晶層形成工程と、前記基板及び下地層間の界
面に向け、前記基板側から光ビームを照射して、窒化物
半導体の分解物領域を形成する光照射工程と、積層され
た結晶層を担持した前記下地層を前記分解物領域に沿っ
て前記基板から剥離する工程と、前記下地層を劈開又は
裂開し、積層した結晶層のレーザ共振器を作るべき劈開
面を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
体レーザの製造方法は、活性層を含む３族窒化物半導体
（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦
１）からなる結晶層の複数を、下地層（Ａｌx'Ｇ
ａ1-x'）1-y'Ｉｎy'Ｎ（０≦ｘ'≦１，０≦ｙ'≦１）上
に、順に積層してなる窒化物半導体レーザの製造方法で
あって、基板上に成膜された下地層上に結晶層の複数を
形成する結晶層形成工程と、前記基板及び下地層間の界
面に向け、前記基板側から光ビームを照射して、窒化物
半導体の分解物領域を形成する光照射工程と、積層され
た結晶層を担持した前記下地層を前記分解物領域に沿っ
て前記基板から剥離する工程と、前記下地層を劈開又は
裂開し、積層した結晶層のレーザ共振器を作るべき劈開
面を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
【００１３】本発明による窒化物半導体レーザ製造方法
においては、前記光ビームは、前記基板を透過しかつ前
記界面近傍の下地層に吸収される波長を有する光から選
択されることを特徴とする。本発明による窒化物半導体
レーザ製造方法においては、前記結晶層形成工程と前記
光照射工程との間に、前記積層した結晶層に対して前記
下地層の反対側に、積層した結晶層の所望のレーザ共振
器を作るべき劈開面とほぼ揃った劈開面又は裂開面を発
現する劈開性又は裂開性の基板を貼り付ける工程を含む
ことを特徴とする。
においては、前記光ビームは、前記基板を透過しかつ前
記界面近傍の下地層に吸収される波長を有する光から選
択されることを特徴とする。本発明による窒化物半導体
レーザ製造方法においては、前記結晶層形成工程と前記
光照射工程との間に、前記積層した結晶層に対して前記
下地層の反対側に、積層した結晶層の所望のレーザ共振
器を作るべき劈開面とほぼ揃った劈開面又は裂開面を発
現する劈開性又は裂開性の基板を貼り付ける工程を含む
ことを特徴とする。
【００１４】本発明による窒化物半導体レーザ製造方法
においては、前記光照射工程において、前記光ビームは
前記基板及び下地層間の界面に一様に照射されることを
特徴とする。本発明による窒化物半導体レーザ製造方法
においては、前記光照射工程において、前記光ビームは
前記基板及び下地層間の界面にスポット状又はライン状
に走査され照射されることを特徴とする。
においては、前記光照射工程において、前記光ビームは
前記基板及び下地層間の界面に一様に照射されることを
特徴とする。本発明による窒化物半導体レーザ製造方法
においては、前記光照射工程において、前記光ビームは
前記基板及び下地層間の界面にスポット状又はライン状
に走査され照射されることを特徴とする。
【００１５】本発明による窒化物半導体レーザ製造方法
においては、前記結晶層形成工程は前記窒化物半導体の
形成されるべき劈開面の法線方向に伸長する導波路を形
成する工程を含むことを特徴とする。本発明による窒化
物半導体レーザ製造方法においては、前記結晶層の形成
が有機金属化学気相成長法で行なわれることを特徴とす
る。
においては、前記結晶層形成工程は前記窒化物半導体の
形成されるべき劈開面の法線方向に伸長する導波路を形
成する工程を含むことを特徴とする。本発明による窒化
物半導体レーザ製造方法においては、前記結晶層の形成
が有機金属化学気相成長法で行なわれることを特徴とす
る。
【００１６】本発明による窒化物半導体レーザ製造方法
においては、前記光照射工程において、前記光ビームに
ＹＡＧレーザの４倍波である紫外光を利用することを特
徴とする。本発明の窒化物半導体レーザは、活性層を含
む３族窒化物半導体（ＡｌxＧａ1 -x）1-yＩｎyＮ（０≦
ｘ≦１，０≦ｙ≦１）からなる結晶層の複数を、下地層
（Ａｌx'Ｇａ1-x'）1-y'Ｉｎy'Ｎ（０≦ｘ'≦１，０≦
ｙ'≦１）上に、順に積層してなる窒化物半導体レーザ
であって、前記積層した結晶層に対して前記下地層の反
対側に貼り付けられた劈開性又は裂開性の保持基板を有
することを特徴とする。
においては、前記光照射工程において、前記光ビームに
ＹＡＧレーザの４倍波である紫外光を利用することを特
徴とする。本発明の窒化物半導体レーザは、活性層を含
む３族窒化物半導体（ＡｌxＧａ1 -x）1-yＩｎyＮ（０≦
ｘ≦１，０≦ｙ≦１）からなる結晶層の複数を、下地層
（Ａｌx'Ｇａ1-x'）1-y'Ｉｎy'Ｎ（０≦ｘ'≦１，０≦
ｙ'≦１）上に、順に積層してなる窒化物半導体レーザ
であって、前記積層した結晶層に対して前記下地層の反
対側に貼り付けられた劈開性又は裂開性の保持基板を有
することを特徴とする。
【００１７】本発明による窒化物半導体レーザにおいて
は、前記下地層側がヒートシンクに接着されることを特
徴とする。本発明による窒化物半導体レーザにおいて
は、前記保持基板側がヒートシンクに接着されることを
特徴とする。本発明による窒化物半導体レーザにおいて
は、前記保持基板は積層した結晶層のレーザ共振器を作
るべき劈開面とほぼ揃った劈開面又は裂開面を有するこ
とを特徴とする。
は、前記下地層側がヒートシンクに接着されることを特
徴とする。本発明による窒化物半導体レーザにおいて
は、前記保持基板側がヒートシンクに接着されることを
特徴とする。本発明による窒化物半導体レーザにおいて
は、前記保持基板は積層した結晶層のレーザ共振器を作
るべき劈開面とほぼ揃った劈開面又は裂開面を有するこ
とを特徴とする。
【００１８】本発明による窒化物半導体レーザにおいて
は、前記窒化物半導体の劈開面の法線方向に伸長する導
波路を有することを特徴とする。本発明による窒化物半
導体レーザにおいては、前記保持基板は半導体単結晶基
板であることを特徴とする。本発明による窒化物半導体
レーザにおいては、前記保持基板は電導性基板であるこ
とを特徴とする。
は、前記窒化物半導体の劈開面の法線方向に伸長する導
波路を有することを特徴とする。本発明による窒化物半
導体レーザにおいては、前記保持基板は半導体単結晶基
板であることを特徴とする。本発明による窒化物半導体
レーザにおいては、前記保持基板は電導性基板であるこ
とを特徴とする。
【００１９】本発明によれば、サファイア基板とＧａＮ
結晶間との結晶結合を全面又は局所的に解き、これによ
り、サファイア基板を結晶層を担持する下地層を剥離
し、これにより、窒化物半導体レーザを再現性良く得る
ことができる。
結晶間との結晶結合を全面又は局所的に解き、これによ
り、サファイア基板を結晶層を担持する下地層を剥離
し、これにより、窒化物半導体レーザを再現性良く得る
ことができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下に、本発明による実施例の３
族窒化物半導体レーザについて実施例を図面を用いて説
明する。図３は第１の実施例の屈折率導波型の３族窒化
物半導体レーザ素子の概略を示す。この素子は、レーザ
本体１００と、その上に接着された保持基板２００の結
合したチップからなり、レーザ本体１００側がヒートシ
ンクとなる電気伝導性チップキャリア１０上に接着され
ている。レーザ本体１００は、３族窒化物半導体（Ａｌ
xＧａ1-x）1-yＩｎyＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）から
なる結晶層の複数１０４〜１１０及び電極層１１３を、
（Ａｌx'Ｇａ1-x'）1-y'Ｉｎy'Ｎ（０≦ｘ'≦１，０≦
ｙ'≦１）の下地層１０３上に、順に積層してなる。積
層した結晶層には活性層が含まれている。保持基板２０
０は劈開性又は裂開性の電気伝導性基板であり、ＧａＡ
ｓ，ＩｎＰ，Ｓｉなどの半導体単結晶基板が好ましく用
いられる。劈開性又は裂開性の保持基板２００は、積層
した結晶層に対して下地層１０３の反対側に貼り付けら
れかつ積層した結晶層のレーザ共振器を作るべき劈開面
とほぼ揃った劈開面又は裂開面を発現する。レーザ本体
１００の下地層１０３側がヒートシンクチップキャリア
１０に接着されこれを介して外部電極へ接続されてい
る。窒化物半導体の劈開面の法線方向（図面の法線方
向）に伸長するリッジ導波路を有している。
族窒化物半導体レーザについて実施例を図面を用いて説
明する。図３は第１の実施例の屈折率導波型の３族窒化
物半導体レーザ素子の概略を示す。この素子は、レーザ
本体１００と、その上に接着された保持基板２００の結
合したチップからなり、レーザ本体１００側がヒートシ
ンクとなる電気伝導性チップキャリア１０上に接着され
ている。レーザ本体１００は、３族窒化物半導体（Ａｌ
xＧａ1-x）1-yＩｎyＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）から
なる結晶層の複数１０４〜１１０及び電極層１１３を、
（Ａｌx'Ｇａ1-x'）1-y'Ｉｎy'Ｎ（０≦ｘ'≦１，０≦
ｙ'≦１）の下地層１０３上に、順に積層してなる。積
層した結晶層には活性層が含まれている。保持基板２０
０は劈開性又は裂開性の電気伝導性基板であり、ＧａＡ
ｓ，ＩｎＰ，Ｓｉなどの半導体単結晶基板が好ましく用
いられる。劈開性又は裂開性の保持基板２００は、積層
した結晶層に対して下地層１０３の反対側に貼り付けら
れかつ積層した結晶層のレーザ共振器を作るべき劈開面
とほぼ揃った劈開面又は裂開面を発現する。レーザ本体
１００の下地層１０３側がヒートシンクチップキャリア
１０に接着されこれを介して外部電極へ接続されてい
る。窒化物半導体の劈開面の法線方向（図面の法線方
向）に伸長するリッジ導波路を有している。
【００２１】図４に示すように、この半導体レーザ素子
のレーザ本体１００は複数の結晶層からなり、ｎ型Ｇａ
Ｎ下地層１０３上に順に積層された、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ
0.9Ｎ層１０４、ｎ型ＧａＮ層１０５、ＩｎＧａＮを主
たる構成要素とする活性層１０６、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8
Ｎ層１０７、ｐ型ＧａＮ層１０８、ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9
Ｎ層１０９、及びｐ型ＧａＮ層１１０からなる。ｐ型Ａ
ｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層１０９にはリッジストライプ部１１８
が形成されており、窒化物半導体の劈開面の法線方向に
伸長する導波路を有するようになっており、電極以外、
ＳｉＯ2の絶縁膜１１１で被覆保護されている。ｎ側電
極はｎ型ＧａＮ層１０３の下地層側にチップキャリア１
０を介して接続され、ｐ側電極はｐ型ＧａＮコンタクト
層１１０側に保持基板２００を介して接続される。
のレーザ本体１００は複数の結晶層からなり、ｎ型Ｇａ
Ｎ下地層１０３上に順に積層された、ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ
0.9Ｎ層１０４、ｎ型ＧａＮ層１０５、ＩｎＧａＮを主
たる構成要素とする活性層１０６、ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8
Ｎ層１０７、ｐ型ＧａＮ層１０８、ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9
Ｎ層１０９、及びｐ型ＧａＮ層１１０からなる。ｐ型Ａ
ｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層１０９にはリッジストライプ部１１８
が形成されており、窒化物半導体の劈開面の法線方向に
伸長する導波路を有するようになっており、電極以外、
ＳｉＯ2の絶縁膜１１１で被覆保護されている。ｎ側電
極はｎ型ＧａＮ層１０３の下地層側にチップキャリア１
０を介して接続され、ｐ側電極はｐ型ＧａＮコンタクト
層１１０側に保持基板２００を介して接続される。
【００２２】この半導体レーザ素子では、活性層１０６
において電子と正孔を再結合させることによって発光す
る。ｎ型ＧａＮ層１０５及びｐ型ＧａＮ層１０８はガイ
ド層であり、活性層１０６で発生した光をここに導波す
るとともに活性層１０６よりバンドギャップが大きく設
定することによって電子及び正孔を活性層１０６内に効
果的に閉じ込めるようになっている。ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ
0.8Ｎ層１０７は注入されたキャリア（特に電子）の閉
じ込めを更に強化する障壁層であり、ｎ型Ａｌ0. 1Ｇａ
0.9Ｎ層１０４及びｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層１０９はガ
イド層１０５，１０８より低屈折率で作製されているク
ラッド層であり、ガイド層との屈折率差によって膜厚方
向の導波が行なわれる。リッジストライプ部１１８はク
ラッド層１０９の厚さを変化させることで実効屈折率に
横方向の段差を生じさせて、発生した光を横方向に閉じ
込めるために設けてある。ｎ型ＧａＮ層１０３はレーザ
構造を積層するための下地層であり、電流の流路として
も機能する。
において電子と正孔を再結合させることによって発光す
る。ｎ型ＧａＮ層１０５及びｐ型ＧａＮ層１０８はガイ
ド層であり、活性層１０６で発生した光をここに導波す
るとともに活性層１０６よりバンドギャップが大きく設
定することによって電子及び正孔を活性層１０６内に効
果的に閉じ込めるようになっている。ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ
0.8Ｎ層１０７は注入されたキャリア（特に電子）の閉
じ込めを更に強化する障壁層であり、ｎ型Ａｌ0. 1Ｇａ
0.9Ｎ層１０４及びｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層１０９はガ
イド層１０５，１０８より低屈折率で作製されているク
ラッド層であり、ガイド層との屈折率差によって膜厚方
向の導波が行なわれる。リッジストライプ部１１８はク
ラッド層１０９の厚さを変化させることで実効屈折率に
横方向の段差を生じさせて、発生した光を横方向に閉じ
込めるために設けてある。ｎ型ＧａＮ層１０３はレーザ
構造を積層するための下地層であり、電流の流路として
も機能する。
【００２３】図３及び図４に示した素子構造は、両面が
鏡面研磨されたサファイアＡ面基板上にレーザ素子用の
層構造を有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）により
成膜する以下の作製工程にて製造される。＜レーザウエ
ハ作製＞図５に作製するレーザウエハの断面図を示す。
以下のように、サファイア基板上へＧａＮ系半導体レー
ザ構造の結晶層を成長する。
鏡面研磨されたサファイアＡ面基板上にレーザ素子用の
層構造を有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）により
成膜する以下の作製工程にて製造される。＜レーザウエ
ハ作製＞図５に作製するレーザウエハの断面図を示す。
以下のように、サファイア基板上へＧａＮ系半導体レー
ザ構造の結晶層を成長する。
【００２４】まず、単結晶サファイア基板１０１を成膜
用ＭＯＣＶＤ成長炉に装填し、１０５０℃の温度におい
て３００Torrの圧力の水素気流中で１０分間保持し、サ
ファイア基板１０１の表面の熱クリーニングを行なう。
この後、サファイア基板１０１をその温度が６００℃に
なるまで降温し、窒素原料であるアンモニア（ＮＨ3）
と、Ａｌ原料であるＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）
を成長炉内に導入し、ＡｌＮからなるバッファ層１０２
を２０ｎｍの厚さに堆積させる。低温成長層のＡｌＮバ
ッファ層１０２は、ＧａＮにとっての異種物質であるサ
ファイア基板上に平滑膜を作製するために形成されてい
る。
用ＭＯＣＶＤ成長炉に装填し、１０５０℃の温度におい
て３００Torrの圧力の水素気流中で１０分間保持し、サ
ファイア基板１０１の表面の熱クリーニングを行なう。
この後、サファイア基板１０１をその温度が６００℃に
なるまで降温し、窒素原料であるアンモニア（ＮＨ3）
と、Ａｌ原料であるＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）
を成長炉内に導入し、ＡｌＮからなるバッファ層１０２
を２０ｎｍの厚さに堆積させる。低温成長層のＡｌＮバ
ッファ層１０２は、ＧａＮにとっての異種物質であるサ
ファイア基板上に平滑膜を作製するために形成されてい
る。
【００２５】続いてＴＭＡの供給を止め、ＮＨ3のみを
流したまま、バッファ層１０２が成膜されたサファイア
基板１０１の温度を再び１０５０℃に昇温し、トリメチ
ルガリウム（ＴＭＧ）を導入してｎ型ＧａＮ下地層１０
３を積層する。この時、ｎ型不純物であるＳｉの原料と
してＭｅ−ＳｉＨ3（メチルシラン）を成長雰囲気ガス
に添加する。
流したまま、バッファ層１０２が成膜されたサファイア
基板１０１の温度を再び１０５０℃に昇温し、トリメチ
ルガリウム（ＴＭＧ）を導入してｎ型ＧａＮ下地層１０
３を積層する。この時、ｎ型不純物であるＳｉの原料と
してＭｅ−ＳｉＨ3（メチルシラン）を成長雰囲気ガス
に添加する。
【００２６】ｎ型ＧａＮ下地層１０３が４μｍ程度成長
した時点で、ＴＭＡを導入してｎ型ＡｌＧａＮクラッド
層１０４の成膜を行なう。ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１
０４が０．５μｍ程度成長した時点でＴＭＡの供給を停
止し、ｎ型ＧａＮガイド層１０５を０．１μｍ成長す
る。ｎ型ＧａＮガイド層１０５の成長が完了した時点で
ＴＭＧ，Ｍｅ-ＳｉＨ3の供給を停止して降温を開始し、
基板温度を７５０℃とする。基板温度が７５０℃となっ
た時点でキャリアガスを水素から窒素に切換え、ガス流
の状態が安定した時点でＴＭＧ，ＴＭＩ，Ｍｅ−ＳｉＨ
3を導入して活性層１０６の成長を行なう。
した時点で、ＴＭＡを導入してｎ型ＡｌＧａＮクラッド
層１０４の成膜を行なう。ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層１
０４が０．５μｍ程度成長した時点でＴＭＡの供給を停
止し、ｎ型ＧａＮガイド層１０５を０．１μｍ成長す
る。ｎ型ＧａＮガイド層１０５の成長が完了した時点で
ＴＭＧ，Ｍｅ-ＳｉＨ3の供給を停止して降温を開始し、
基板温度を７５０℃とする。基板温度が７５０℃となっ
た時点でキャリアガスを水素から窒素に切換え、ガス流
の状態が安定した時点でＴＭＧ，ＴＭＩ，Ｍｅ−ＳｉＨ
3を導入して活性層１０６の成長を行なう。
【００２７】ガス流の状態が安定した時点で、ＴＭＧ、
ＴＭＩ及びＭｅ−ＳｉＨ3を導入してバリア層（障壁
層）の成長を行う。次に、Ｍｅ−ＳｉＨ3の供給を停止
するとともにＴＭＩの流量を増加して、バリア層よりＩ
ｎ組成の高い井戸層を成長する。バリア層と井戸層の成
長は、多重量子井戸の設計繰返し数に合わせて繰り返
す。これにより、多重量子井戸の活性層１０６を形成す
る。
ＴＭＩ及びＭｅ−ＳｉＨ3を導入してバリア層（障壁
層）の成長を行う。次に、Ｍｅ−ＳｉＨ3の供給を停止
するとともにＴＭＩの流量を増加して、バリア層よりＩ
ｎ組成の高い井戸層を成長する。バリア層と井戸層の成
長は、多重量子井戸の設計繰返し数に合わせて繰り返
す。これにより、多重量子井戸の活性層１０６を形成す
る。
【００２８】該活性層を成膜した時点でＴＭＧ，ＴＭ
Ｉ，Ｍｅ-ＳｉＨ3の供給を停止すると共に、キャリアガ
スを窒素から水素に切換え、ガス流の状態が安定した時
点で基板温度を再び１０５０℃に昇温し、ＴＭＧ，ＴＭ
Ａとｐ型不純物であるＭｇの原料としてＥｔ−Ｃｐ2Ｍ
ｇ（エチル−シクロペンタジエニルマグネシウム）を導
入してｐ型ＡｌＧａＮ層１０７を０．０１μｍ積層す
る。続いてＴＭＡの供給を停止し、ｐ型ＧａＮガイド層
１０８を０．１μｍ成長し、再びＴＭＡを導入してｐ型
ＡｌＧａＮクラッド層１０９を０．５μｍ成長する。更
にこの上にｐ型ＧａＮコンタクト層１１０を０．１μｍ
成長させる。その後、ＴＭＧ及びＥｔ−Ｃｐ 2Ｍｇの供
給を停止し、降温を開始し、基板温度が４００℃になっ
た時点で、ＮＨ3の供給も停止し、基板温度が室温にな
った時点で反応炉より取り出す。
Ｉ，Ｍｅ-ＳｉＨ3の供給を停止すると共に、キャリアガ
スを窒素から水素に切換え、ガス流の状態が安定した時
点で基板温度を再び１０５０℃に昇温し、ＴＭＧ，ＴＭ
Ａとｐ型不純物であるＭｇの原料としてＥｔ−Ｃｐ2Ｍ
ｇ（エチル−シクロペンタジエニルマグネシウム）を導
入してｐ型ＡｌＧａＮ層１０７を０．０１μｍ積層す
る。続いてＴＭＡの供給を停止し、ｐ型ＧａＮガイド層
１０８を０．１μｍ成長し、再びＴＭＡを導入してｐ型
ＡｌＧａＮクラッド層１０９を０．５μｍ成長する。更
にこの上にｐ型ＧａＮコンタクト層１１０を０．１μｍ
成長させる。その後、ＴＭＧ及びＥｔ−Ｃｐ 2Ｍｇの供
給を停止し、降温を開始し、基板温度が４００℃になっ
た時点で、ＮＨ3の供給も停止し、基板温度が室温にな
った時点で反応炉より取り出す。
【００２９】得られたウエハを、熱処理炉に装填し、ｐ
型化のために熱処理を行なう。このようにして図５に示
すレーザウエハを作製する。 ＜リッジ導波路の作製＞得られたレーザウエハに対して
電流狭窄用の屈折率導波構造としてリッジ構造の導波路
を形成する。
型化のために熱処理を行なう。このようにして図５に示
すレーザウエハを作製する。 ＜リッジ導波路の作製＞得られたレーザウエハに対して
電流狭窄用の屈折率導波構造としてリッジ構造の導波路
を形成する。
【００３０】図６に示すように、ｐ型ＧａＮコンタクト
層１１０上に平行開口を有するマスク１１５を形成し、
反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって、露出して
いる窒化物半導体層をエッチングする。ｐ型ＡｌＧａＮ
クラッド層１０９を若干残す深さまでエッチングを行な
って、図７に示すように、凹部２０１を形成し、マスク
１１５を除去して、平行に伸長する複数の狭リッジ構造
１１８を形成する。図７では２列分の狭リッジ構造１１
８を示す。
層１１０上に平行開口を有するマスク１１５を形成し、
反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって、露出して
いる窒化物半導体層をエッチングする。ｐ型ＡｌＧａＮ
クラッド層１０９を若干残す深さまでエッチングを行な
って、図７に示すように、凹部２０１を形成し、マスク
１１５を除去して、平行に伸長する複数の狭リッジ構造
１１８を形成する。図７では２列分の狭リッジ構造１１
８を示す。
【００３１】この状態になったウエハ上に、図８に示す
ように、ＳｉＯ2保護膜１１１をスパッタリングなどの
方法によって堆積する。その後、通常のフォトリソグラ
フィ法によって、図９に示すように、ｐ型リッジ部１１
８の頂面のＳｉＯ2保護膜１１１に伸長方向に沿って３
μｍ幅の電極用窓部１１３ａを形成する。
ように、ＳｉＯ2保護膜１１１をスパッタリングなどの
方法によって堆積する。その後、通常のフォトリソグラ
フィ法によって、図９に示すように、ｐ型リッジ部１１
８の頂面のＳｉＯ2保護膜１１１に伸長方向に沿って３
μｍ幅の電極用窓部１１３ａを形成する。
【００３２】ｐ型ＧａＮコンタクト層１１０が露出して
いる部分を含め、Ａｕを２００ｎｍ蒸着してｐ側電極１
１３を形成する。このようにして、ウエハ上の個々の素
子部分においては、図１０に示すような素子構造が形成
される。 ＜劈開性の保持基板の貼着＞次に、図１１に示すよう
に、ウエハのリッジ導波路側すなわちｐ側電極１１３に
ＧａＡｓ単結晶基板２００を貼り付け接続する。この貼
着工程においては、後の劈開工程において得られる積層
結晶層の所望のレーザ共振器を作るべき劈開面とほぼ揃
った劈開面又は裂開面を発現するように、ＧａＮ系結晶
層とＧａＡｓ結晶基板との結晶方位をあわせる。ＧａＡ
ｓ単結晶基板にはｐ型基板を用る。ＧａＡｓ単結晶基板
の貼着面には、予めＴｉ−Ａｕ薄膜さらにＡｕ−Ｓｎ薄
膜を蒸着などによって付着させる。これらの金属薄膜を
施した貼着面をレーザウエハの活性層に近い側すなわち
下地層の反対側の電極層１１３に接触させて、加圧加温
し密着させる。 ＜サファイア側からのウエハへの光照射＞次に、例え
ば、ＹＡＧレーザ（４倍波波長２６６ｎｍ）、ＫｒＦエ
キシマ（波長２４８ｎｍ）など紫外線域の短波長高出力
レーザによって、図１２に示すように、サファイア基板
１０１の裏面側すなわち下地層１０３の外側から、下地
層に向け、集光レンズで絞って光ビームを照射する。光
ビーム照射は下地層全面に一様に照射してもよいが、所
定ピッチ又はランダムにスポット状又はライン状に一様
に走査して照射してもよい。光ビーム照射される部分の
面積が非照射部分の面積の１／３以上あれば、足りる。
また、後の劈開工程で素子の歩留まりが上がるように、
得られるレーザ素子長ピッチにわたって、素子部分を中
心にして導波路部分の長手方向にレーザ照射してもよ
い。
いる部分を含め、Ａｕを２００ｎｍ蒸着してｐ側電極１
１３を形成する。このようにして、ウエハ上の個々の素
子部分においては、図１０に示すような素子構造が形成
される。 ＜劈開性の保持基板の貼着＞次に、図１１に示すよう
に、ウエハのリッジ導波路側すなわちｐ側電極１１３に
ＧａＡｓ単結晶基板２００を貼り付け接続する。この貼
着工程においては、後の劈開工程において得られる積層
結晶層の所望のレーザ共振器を作るべき劈開面とほぼ揃
った劈開面又は裂開面を発現するように、ＧａＮ系結晶
層とＧａＡｓ結晶基板との結晶方位をあわせる。ＧａＡ
ｓ単結晶基板にはｐ型基板を用る。ＧａＡｓ単結晶基板
の貼着面には、予めＴｉ−Ａｕ薄膜さらにＡｕ−Ｓｎ薄
膜を蒸着などによって付着させる。これらの金属薄膜を
施した貼着面をレーザウエハの活性層に近い側すなわち
下地層の反対側の電極層１１３に接触させて、加圧加温
し密着させる。 ＜サファイア側からのウエハへの光照射＞次に、例え
ば、ＹＡＧレーザ（４倍波波長２６６ｎｍ）、ＫｒＦエ
キシマ（波長２４８ｎｍ）など紫外線域の短波長高出力
レーザによって、図１２に示すように、サファイア基板
１０１の裏面側すなわち下地層１０３の外側から、下地
層に向け、集光レンズで絞って光ビームを照射する。光
ビーム照射は下地層全面に一様に照射してもよいが、所
定ピッチ又はランダムにスポット状又はライン状に一様
に走査して照射してもよい。光ビーム照射される部分の
面積が非照射部分の面積の１／３以上あれば、足りる。
また、後の劈開工程で素子の歩留まりが上がるように、
得られるレーザ素子長ピッチにわたって、素子部分を中
心にして導波路部分の長手方向にレーザ照射してもよ
い。
【００３３】照射に用いるレーザ光の波長である例えば
２４８ｎｍにおいて基板のサファイアがほとんど透明で
あるのに対して、ＧａＮの吸収端は３６５ｎｍであるた
め、わずかな浸透深さで光が吸収される。また、サファ
イア基板とＧａＮ間に存在する大きな格子不整合（１５
％）のため、界面近傍のＧａＮには極めて結晶欠陥が多
く存在するため、吸収した光はほとんどが熱に転換され
る。ＧａＮのサファイア基板近傍の領域の温度が急激に
上昇し、ＧａＮはガリウムと窒素に分解してしまう。従
って、下地層１０３の外側の界面において、窒化物半導
体の分解物領域１５０が形成される。
２４８ｎｍにおいて基板のサファイアがほとんど透明で
あるのに対して、ＧａＮの吸収端は３６５ｎｍであるた
め、わずかな浸透深さで光が吸収される。また、サファ
イア基板とＧａＮ間に存在する大きな格子不整合（１５
％）のため、界面近傍のＧａＮには極めて結晶欠陥が多
く存在するため、吸収した光はほとんどが熱に転換され
る。ＧａＮのサファイア基板近傍の領域の温度が急激に
上昇し、ＧａＮはガリウムと窒素に分解してしまう。従
って、下地層１０３の外側の界面において、窒化物半導
体の分解物領域１５０が形成される。
【００３４】この窒化物半導体の分解物領域１５０は、
製造用に用いられるサファイア基板１０１とＧａＮ又は
ＡｌＮなどの下地層１０３結晶とを分離するために、設
けられている。レーザ光ビームの波長は、サファイアな
どの成長用基板を透過しかつ界面に接するＧａＮなどの
レーザ構造の下地となる結晶層に吸収される波長から選
択される。かかる光ビームによって、製造用に用いられ
るサファイア基板１０１とＧａＮなどの下地層１０３結
晶と間の結晶結合は全面又は局所的に破壊される。よっ
て、下地層１０３側は分解物領域１５０に沿ってサファ
イア基板から剥がれ易くなる。 ＜サファイア及びレーザ基板の剥離＞その後、サファイ
ア基板１０１を少し加熱する。加熱温度は剥離だけに足
りる温度である。
製造用に用いられるサファイア基板１０１とＧａＮ又は
ＡｌＮなどの下地層１０３結晶とを分離するために、設
けられている。レーザ光ビームの波長は、サファイアな
どの成長用基板を透過しかつ界面に接するＧａＮなどの
レーザ構造の下地となる結晶層に吸収される波長から選
択される。かかる光ビームによって、製造用に用いられ
るサファイア基板１０１とＧａＮなどの下地層１０３結
晶と間の結晶結合は全面又は局所的に破壊される。よっ
て、下地層１０３側は分解物領域１５０に沿ってサファ
イア基板から剥がれ易くなる。 ＜サファイア及びレーザ基板の剥離＞その後、サファイ
ア基板１０１を少し加熱する。加熱温度は剥離だけに足
りる温度である。
【００３５】この加熱によって、図１３に示すように、
下地層１０３側の分解物領域１５０においてガリウムと
窒素の結合が解けており、すなわちがＧａＮの結合がは
ずれているので、サファイア基板１０１は、レーザ本体
１００及び保持基板２００の貼着接合体からはずれる。 ＜下地層の劈開＞図１４に示すように、サファイア基板
を剥がしたレーザ本体１００及び保持基板２００のウエ
ハにおいて、下地層１０３とともにＧａＡｓ保持基板２
００を、リッジ導波路伸長方向に垂直な方向（矢印の方
向）に素子長ピッチＰで劈開する。
下地層１０３側の分解物領域１５０においてガリウムと
窒素の結合が解けており、すなわちがＧａＮの結合がは
ずれているので、サファイア基板１０１は、レーザ本体
１００及び保持基板２００の貼着接合体からはずれる。 ＜下地層の劈開＞図１４に示すように、サファイア基板
を剥がしたレーザ本体１００及び保持基板２００のウエ
ハにおいて、下地層１０３とともにＧａＡｓ保持基板２
００を、リッジ導波路伸長方向に垂直な方向（矢印の方
向）に素子長ピッチＰで劈開する。
【００３６】この時、ＧａＡｓ保持基板２００の劈開面
又は下地層１０３側からダイヤモンド・ポイント又は高
出力レーザポイント照射でスクライビング（いわゆるケ
ガキ）を行なう。これにより下地層１０３とともにＧａ
Ａｓ保持基板２００が劈開され、複数のレーザバー３０
０が得られる。 ＜端面に反射膜をコーティング＞図１５に示すように、
作製されたレーザバー３００の破断面（劈開面）３０１
に対し、スパッタ装置などを用いて誘電体多層反射膜３
０２を形成する。 ＜レーザチップ化＞図１６に示すように、レーザバー３
００を２次劈開により、そのリッジ伸長方向に平行に
（矢印方向）に切り分けて割って、素子ごとにチップ化
する。 ＜組立＞レーザ本体１００及び保持基板２００の貼着体
である各チップは、レーザ本体１００側の下地層がヒー
トシンクとなるチップキャリア１０上に接続するよう
に、Ｔｉ−Ａｕ薄膜を介して、接着される。その後、従
来のレーザ素子と同様、サブマウントへのダイボンディ
ングを施し、レーザ本体１００は保持基板２００及びチ
ップキャリア１０からのステムへ取付けのワイヤボンデ
ィングをなし、さらに所定工程を経て、図３に示すレー
ザ素子が完成する。
又は下地層１０３側からダイヤモンド・ポイント又は高
出力レーザポイント照射でスクライビング（いわゆるケ
ガキ）を行なう。これにより下地層１０３とともにＧａ
Ａｓ保持基板２００が劈開され、複数のレーザバー３０
０が得られる。 ＜端面に反射膜をコーティング＞図１５に示すように、
作製されたレーザバー３００の破断面（劈開面）３０１
に対し、スパッタ装置などを用いて誘電体多層反射膜３
０２を形成する。 ＜レーザチップ化＞図１６に示すように、レーザバー３
００を２次劈開により、そのリッジ伸長方向に平行に
（矢印方向）に切り分けて割って、素子ごとにチップ化
する。 ＜組立＞レーザ本体１００及び保持基板２００の貼着体
である各チップは、レーザ本体１００側の下地層がヒー
トシンクとなるチップキャリア１０上に接続するよう
に、Ｔｉ−Ａｕ薄膜を介して、接着される。その後、従
来のレーザ素子と同様、サブマウントへのダイボンディ
ングを施し、レーザ本体１００は保持基板２００及びチ
ップキャリア１０からのステムへ取付けのワイヤボンデ
ィングをなし、さらに所定工程を経て、図３に示すレー
ザ素子が完成する。
【００３７】上記実施例では、サファイアＡ面基板上に
レーザ構造を形成した素子を説明したが、さらに、サフ
ァイア基板Ｃ面上に上記したリッジ型レーザ構造を形成
した素子を形成することもできる。 ＜第２の実施例＞この実施例では利得導波路型の３族窒
化物半導体レーザ素子を作製する。
レーザ構造を形成した素子を説明したが、さらに、サフ
ァイア基板Ｃ面上に上記したリッジ型レーザ構造を形成
した素子を形成することもできる。 ＜第２の実施例＞この実施例では利得導波路型の３族窒
化物半導体レーザ素子を作製する。
【００３８】図１７及び図１８は第２の実施例の屈折率
導波型の３族窒化物半導体レーザ素子の概略を示す。図
において図３及び図４と同一符号に示す部材は上記第１
の実施例の部材と同一である。この素子は、レーザ本体
１００と、その上に接着された保持基板２００の結合し
たチップからなり、この第２の実施例では保持基板２０
０側がヒートシンクとなる電気伝導性チップキャリア１
０上に接着されている。レーザ本体１００は、活性層が
含まれる３族窒化物半導体（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＮ
（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）からなる結晶層の複数１０
４〜１１０を、下地層１０３上に、順に積層してなる。
ｎ型ＧａＮ下地層１０３上には電極層１０３ａが設けら
れ、これを介して外部電極すなわちｎ側電極へ接続され
る。一方、ｐ側電極はｐ型ＧａＮコンタクト層１１０側
に保持基板２００とチップキャリア１０を介して接続さ
れる。
導波型の３族窒化物半導体レーザ素子の概略を示す。図
において図３及び図４と同一符号に示す部材は上記第１
の実施例の部材と同一である。この素子は、レーザ本体
１００と、その上に接着された保持基板２００の結合し
たチップからなり、この第２の実施例では保持基板２０
０側がヒートシンクとなる電気伝導性チップキャリア１
０上に接着されている。レーザ本体１００は、活性層が
含まれる３族窒化物半導体（ＡｌxＧａ1-x）1-yＩｎyＮ
（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）からなる結晶層の複数１０
４〜１１０を、下地層１０３上に、順に積層してなる。
ｎ型ＧａＮ下地層１０３上には電極層１０３ａが設けら
れ、これを介して外部電極すなわちｎ側電極へ接続され
る。一方、ｐ側電極はｐ型ＧａＮコンタクト層１１０側
に保持基板２００とチップキャリア１０を介して接続さ
れる。
【００３９】レーザ本体１００と保持基板２００との間
には、窒化物半導体の劈開面の法線方向（図面の法線方
向）に伸長する電流経路となるＧａＡｓストライプ２１
３ａが形成されたＧａＡｓ酸化物ストライプウインド２
１３が形成されている。図１８に示すように、この半導
体レーザ素子のレーザ本体１００は複数の結晶層からな
り、図４に示すｎ型ＧａＮ下地層１０３〜ｐ型ＧａＮク
ラッド層１１０の積層順序と同一であるが、この半導体
レーザ素子では、第１実施例のクラッド層に設けられた
リッジストライプ部に代わり、ＧａＡｓストライプ２１
３ａから電流が活性層へ供給される利得型となってい
る。ＧａＡｓストライプ以外は、その酸化物で絶縁され
ている。
には、窒化物半導体の劈開面の法線方向（図面の法線方
向）に伸長する電流経路となるＧａＡｓストライプ２１
３ａが形成されたＧａＡｓ酸化物ストライプウインド２
１３が形成されている。図１８に示すように、この半導
体レーザ素子のレーザ本体１００は複数の結晶層からな
り、図４に示すｎ型ＧａＮ下地層１０３〜ｐ型ＧａＮク
ラッド層１１０の積層順序と同一であるが、この半導体
レーザ素子では、第１実施例のクラッド層に設けられた
リッジストライプ部に代わり、ＧａＡｓストライプ２１
３ａから電流が活性層へ供給される利得型となってい
る。ＧａＡｓストライプ以外は、その酸化物で絶縁され
ている。
【００４０】図１７及び図１８に示した素子構造は、上
記第１の実施例と同様、サファイアＡ面基板を用いた有
機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）により製造され
る。図５に示すサファイア基板上へＧａＮ系半導体レー
ザ構造を形成したレーザウエハを用意する。次に、図１
９に示すｐ型ＧａＡｓ単結晶基板２００上にＧａＡｓス
トライプ２１３ａが形成されたＧａＡｓ酸化物２１３を
形成する。たとえば、ＧａＡｓからなるストライプ２１
３ａの間隔は２００ミクロン程度、ストライプの幅は２
〜５ミクロン程度である。これは、以下の１）〜６）の
工程により作成する。 １）ＧａＡｓ単結晶基板２００上にレジストを一様に塗
布する。 ２）ストライプウインド形状のマスクを用いて露光す
る。 ３）基板上のにレジストを現像する。 ４）レジストが所望のストライプ状に残るように定着さ
せる。 ５）残るストライプ状レジストをマスクとしてＧａＡｓ
単結晶基板２００表面を選択酸化して、ＧａＡｓ酸化物
からなるストライプウインド２１３が保持基板２００内
に形成される。ストライプ状レジスト直下にはＧａＡｓ
ストライプ２１３ａが画定される。 ６）ＧａＡｓストライプ状レジストを剥離する。
記第１の実施例と同様、サファイアＡ面基板を用いた有
機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）により製造され
る。図５に示すサファイア基板上へＧａＮ系半導体レー
ザ構造を形成したレーザウエハを用意する。次に、図１
９に示すｐ型ＧａＡｓ単結晶基板２００上にＧａＡｓス
トライプ２１３ａが形成されたＧａＡｓ酸化物２１３を
形成する。たとえば、ＧａＡｓからなるストライプ２１
３ａの間隔は２００ミクロン程度、ストライプの幅は２
〜５ミクロン程度である。これは、以下の１）〜６）の
工程により作成する。 １）ＧａＡｓ単結晶基板２００上にレジストを一様に塗
布する。 ２）ストライプウインド形状のマスクを用いて露光す
る。 ３）基板上のにレジストを現像する。 ４）レジストが所望のストライプ状に残るように定着さ
せる。 ５）残るストライプ状レジストをマスクとしてＧａＡｓ
単結晶基板２００表面を選択酸化して、ＧａＡｓ酸化物
からなるストライプウインド２１３が保持基板２００内
に形成される。ストライプ状レジスト直下にはＧａＡｓ
ストライプ２１３ａが画定される。 ６）ＧａＡｓストライプ状レジストを剥離する。
【００４１】このようにしてＧａＡｓストライプ２１３
ａが形成されたＧａＡｓ酸化物からなるストライプウイ
ンド２１３が保持基板２００内に形成される。次に、図
２０に示すように、レーザウエハのｐ型ＧａＮ層１１０
側を、ＧａＡｓ単結晶保持基板２００のストライプウイ
ンド２１３が形成された上に貼り付け、直接、圧着して
接続する。この貼着工程においては、後の劈開工程にお
いて得られる積層結晶層の所望のレーザ共振器を作るべ
き劈開面とほぼ揃った劈開面又は裂開面を発現するよう
に、ＧａＮ系結晶層とＧａＡｓ結晶基板との結晶方位を
あわせる。
ａが形成されたＧａＡｓ酸化物からなるストライプウイ
ンド２１３が保持基板２００内に形成される。次に、図
２０に示すように、レーザウエハのｐ型ＧａＮ層１１０
側を、ＧａＡｓ単結晶保持基板２００のストライプウイ
ンド２１３が形成された上に貼り付け、直接、圧着して
接続する。この貼着工程においては、後の劈開工程にお
いて得られる積層結晶層の所望のレーザ共振器を作るべ
き劈開面とほぼ揃った劈開面又は裂開面を発現するよう
に、ＧａＮ系結晶層とＧａＡｓ結晶基板との結晶方位を
あわせる。
【００４２】また、レーザウエハのｐ型ＧａＮ層１１０
とＧａＡｓ単結晶基板との間にＩｎ，Ｎｉなどの金属薄
膜を蒸着などによって付着させて、金属薄膜を介して接
合してもよい。このように保持基板の貼着面をレーザウ
エハの活性層に近い側すなわち下地層の反対側に接触さ
せて、加圧加温し密着させる。次に、紫外線域の短波長
高出力レーザによって、図２１に示すように、サファイ
ア基板１０１の裏面側すなわち下地層１０３の外側か
ら、下地層に向け、集光レンズで絞って光ビームを照射
する。これによりＧａＮ光吸収によりサファイア基板近
傍の領域の温度が急激に上昇し、ＧａＮはガリウムと窒
素に分解し、下地層１０３の外側の界面において、窒化
物半導体の分解物領域１５０が形成される。
とＧａＡｓ単結晶基板との間にＩｎ，Ｎｉなどの金属薄
膜を蒸着などによって付着させて、金属薄膜を介して接
合してもよい。このように保持基板の貼着面をレーザウ
エハの活性層に近い側すなわち下地層の反対側に接触さ
せて、加圧加温し密着させる。次に、紫外線域の短波長
高出力レーザによって、図２１に示すように、サファイ
ア基板１０１の裏面側すなわち下地層１０３の外側か
ら、下地層に向け、集光レンズで絞って光ビームを照射
する。これによりＧａＮ光吸収によりサファイア基板近
傍の領域の温度が急激に上昇し、ＧａＮはガリウムと窒
素に分解し、下地層１０３の外側の界面において、窒化
物半導体の分解物領域１５０が形成される。
【００４３】その後、サファイア基板１０１を少し加熱
し、図２２に示すように、下地層１０３側の分解物領域
１５０において、サファイア基板１０１を、レーザ本体
１００及び保持基板２００の貼着接合体から分離する。
図２３に示すように、レーザ本体１００の現れたｎ型Ｇ
ａＮ下地層１０３上にｎ側電極の電極層１０３ａを形成
する。
し、図２２に示すように、下地層１０３側の分解物領域
１５０において、サファイア基板１０１を、レーザ本体
１００及び保持基板２００の貼着接合体から分離する。
図２３に示すように、レーザ本体１００の現れたｎ型Ｇ
ａＮ下地層１０３上にｎ側電極の電極層１０３ａを形成
する。
【００４４】その後、上記第１の実施例と同様に、図１
４〜図１６に示す劈開工程、反射層形成工程及び組立工
程を経て、図１７及び図１８に示した素子を得る。
４〜図１６に示す劈開工程、反射層形成工程及び組立工
程を経て、図１７及び図１８に示した素子を得る。
【００４５】
【発明の効果】本発明によれば、光照射による成長用基
板の剥離を可能としているので、共振器部分はその構成
半導体材料である窒化半導体の劈開面そのもので形成す
るようにできる。これにより、原子レベルで平坦な反射
鏡面が得られる。散乱損失を低減できる。この結果、連
続発振が達成されるとともに、実用的な素子寿命が確保
される。さらに、両極に対して電気伝導性の基板への接
着が可能となり、電極構造が簡素になる。
板の剥離を可能としているので、共振器部分はその構成
半導体材料である窒化半導体の劈開面そのもので形成す
るようにできる。これにより、原子レベルで平坦な反射
鏡面が得られる。散乱損失を低減できる。この結果、連
続発振が達成されるとともに、実用的な素子寿命が確保
される。さらに、両極に対して電気伝導性の基板への接
着が可能となり、電極構造が簡素になる。
【図１】サファイア基板上に成膜されたＧａＮ結晶層の
破断面を示す概略斜視図。
破断面を示す概略斜視図。
【図２】サファイア基板上に成膜されたＧａＮ結晶層の
格子面を示す概略斜視図。
格子面を示す概略斜視図。
【図３】本発明による実施例の半導体レーザの概略断面
図。
図。
【図４】本発明による実施例の半導体レーザの概略拡大
断面図。
断面図。
【図５】本発明による実施例の半導体レーザの製造工程
中におけるレーザ基板の概略断面図。
中におけるレーザ基板の概略断面図。
【図６】本発明による実施例の半導体レーザの製造工程
中におけるレーザ基板の概略断面図。
中におけるレーザ基板の概略断面図。
【図７】本発明による実施例の半導体レーザの製造工程
中におけるレーザ基板の概略斜視図。
中におけるレーザ基板の概略斜視図。
【図８】本発明による実施例の半導体レーザの製造工程
中におけるレーザ基板の概略斜視図。
中におけるレーザ基板の概略斜視図。
【図９】本発明による実施例の半導体レーザの製造工程
中におけるレーザ基板の概略斜視図。
中におけるレーザ基板の概略斜視図。
【図１０】本発明による実施例の半導体レーザの製造工
程中におけるレーザ基板の概略拡大断面図。
程中におけるレーザ基板の概略拡大断面図。
【図１１】本発明による実施例の半導体レーザの製造工
程中におけるレーザ基板の概略斜視図。
程中におけるレーザ基板の概略斜視図。
【図１２】本発明による実施例の半導体レーザの製造工
程中におけるレーザ基板の概略斜視図。
程中におけるレーザ基板の概略斜視図。
【図１３】本発明による実施例の半導体レーザの製造工
程中におけるレーザ基板の概略斜視図。
程中におけるレーザ基板の概略斜視図。
【図１４】本発明による実施例の半導体レーザの製造工
程中におけるレーザ基板の概略斜視図。
程中におけるレーザ基板の概略斜視図。
【図１５】本発明による実施例の半導体レーザの製造工
程中におけるレーザ基板の概略斜視図。
程中におけるレーザ基板の概略斜視図。
【図１６】本発明による実施例の半導体レーザの製造工
程中におけるレーザ基板の概略斜視図。
程中におけるレーザ基板の概略斜視図。
【図１７】本発明による他の実施例の半導体レーザの概
略断面図。
略断面図。
【図１８】本発明による他の実施例の半導体レーザの概
略拡大断面図。
略拡大断面図。
【図１９】本発明による他の実施例の半導体レーザの製
造工程中におけるＧａＡｓ基板の概略斜視図。
造工程中におけるＧａＡｓ基板の概略斜視図。
【図２０】本発明による他の実施例の半導体レーザの製
造工程中におけるレーザ基板の概略斜視図。
造工程中におけるレーザ基板の概略斜視図。
【図２１】本発明による他の実施例の半導体レーザの製
造工程中におけるレーザ基板の概略斜視図。
造工程中におけるレーザ基板の概略斜視図。
【図２２】本発明による他の実施例の半導体レーザの製
造工程中におけるレーザ基板の概略斜視図。
造工程中におけるレーザ基板の概略斜視図。
【図２３】本発明による他の実施例の半導体レーザの製
造工程中におけるレーザ基板の概略斜視図。
造工程中におけるレーザ基板の概略斜視図。
１０１ 単結晶サファイア基板 １０２ 低温成膜ＧａＮ（又はＡｌＮ）層 １０３ ｎ型ＧａＮ層 １０４ ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層 １０５ ｎ型ＧａＮ層 １０６ ＩｎＧａＮ活性層 １０７ ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層 １０８ ｐ型ＧａＮ層 １０９ ｐ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層 １１０ ｐ型ＧａＮ層 １１１ ＳｉＯ2絶縁膜 １１３ 電極層 １１５ マスク ２００ 保持基板 ２１３ａ ストライプ ２１３ ストライプウインド
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 利之 埼玉県鶴ヶ島市富士見６丁目１番１号 パ イオニア株式会社総合研究所内 Ｆターム(参考） 5F073 CA17 DA32 DA34 DA35
Claims (15)
- 【請求項１】 活性層を含む３族窒化物半導体（Ａｌx
Ｇａ1-x）1-yＩｎyＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）から
なる結晶層の複数を、下地層（Ａｌx'Ｇａ1-x'）1-y'Ｉ
ｎy'Ｎ（０≦ｘ'≦１，０≦ｙ'≦１）上に、順に積層し
てなる窒化物半導体レーザの製造方法であって、 基板上に成膜された下地層上に結晶層の複数を形成する
結晶層形成工程と、 前記基板及び下地層間の界面に向け、前記基板側から光
ビームを照射して、窒化物半導体の分解物領域を形成す
る光照射工程と、 積層された結晶層を担持した前記下地層を前記分解物領
域に沿って前記基板から剥離する工程と、 前記下地層を劈開又は裂開し、積層した結晶層のレーザ
共振器を作るべき劈開面を形成する工程と、を含むこと
を特徴とする製造方法。 - 【請求項２】 前記光ビームは、前記基板を透過しかつ
前記界面近傍の下地層に吸収される波長を有する光から
選択されることを特徴とする請求項１記載の製造方法。 - 【請求項３】 前記結晶層形成工程と前記光照射工程と
の間に、前記積層した結晶層に対して前記下地層の反対
側に、積層した結晶層の所望のレーザ共振器を作るべき
劈開面とほぼ揃った劈開面又は裂開面を発現する劈開性
又は裂開性の基板を貼り付ける工程を含むことを特徴と
する請求項１又は２記載の製造方法。 - 【請求項４】 前記光照射工程において、前記光ビーム
は前記基板及び下地層間の界面に一様に照射されること
を特徴とする請求項１〜３のいずれか１記載の製造方
法。 - 【請求項５】 前記光照射工程において、前記光ビーム
は前記基板及び下地層間の界面にスポット状又はライン
状に走査され照射されることを特徴とする請求項１〜３
のいずれか１記載の製造方法。 - 【請求項６】 前記結晶層形成工程は前記窒化物半導体
の形成されるべき劈開面の法線方向に伸長する導波路を
形成する工程を含むことを特徴とする請求項１〜５のい
ずれか１記載の製造方法。 - 【請求項７】 前記結晶層の形成が有機金属化学気相成
長法で行なわれることを特徴とする請求項１〜６のいず
れか１記載の製造方法。 - 【請求項８】 前記光照射工程において、前記光ビーム
にＹＡＧレーザの４倍波である紫外光を利用することを
特徴とする請求項１〜７のいずれか１記載の製造方法。 - 【請求項９】 活性層を含む３族窒化物半導体（Ａｌx
Ｇａ1-x）1-yＩｎyＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）から
なる結晶層の複数を、下地層（Ａｌx'Ｇａ1-x'）1-y'Ｉ
ｎy'Ｎ（０≦ｘ'≦１，０≦ｙ'≦１）上に、順に積層し
てなる窒化物半導体レーザであって、前記積層した結晶
層に対して前記下地層の反対側に貼り付けられた劈開性
又は裂開性の保持基板を有することを特徴とする窒化物
半導体レーザ。 - 【請求項１０】 前記下地層側がヒートシンクに接着さ
れることを特徴とする請求項９記載の窒化物半導体レー
ザ。 - 【請求項１１】 前記保持基板側がヒートシンクに接着
されることを特徴とする請求項９記載の窒化物半導体レ
ーザ。 - 【請求項１２】 前記保持基板は積層した結晶層のレー
ザ共振器を作るべき劈開面とほぼ揃った劈開面又は裂開
面を有することを特徴とする請求項９〜１１のいずれか
１記載の窒化物半導体レーザ。 - 【請求項１３】 前記窒化物半導体の劈開面の法線方向
に伸長する導波路を有することを特徴とする請求項９〜
１２のいずれか１記載の窒化物半導体レーザ。 - 【請求項１４】 前記保持基板は半導体単結晶基板であ
ることを特徴とする請求項９〜１３のいずれか１記載の
窒化物半導体レーザ。 - 【請求項１５】 前記保持基板は電導性基板であること
を特徴とする請求項９〜１４のいずれか１記載の窒化物
半導体レーザ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11128769A JP2000323797A (ja) | 1999-05-10 | 1999-05-10 | 窒化物半導体レーザ及びその製造方法 |
| US09/567,024 US6711192B1 (en) | 1999-05-10 | 2000-05-09 | Nitride semiconductor laser and method of fabricating the same |
| DE10022879A DE10022879A1 (de) | 1999-05-10 | 2000-05-10 | Nitrid-Halbleiterlaser und Verfahren zu dessen Herstellung |
| US10/751,959 US20040137655A1 (en) | 1999-05-10 | 2004-01-07 | Nitride semiconductor laser and method of fabricating the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11128769A JP2000323797A (ja) | 1999-05-10 | 1999-05-10 | 窒化物半導体レーザ及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000323797A true JP2000323797A (ja) | 2000-11-24 |
Family
ID=14993027
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11128769A Pending JP2000323797A (ja) | 1999-05-10 | 1999-05-10 | 窒化物半導体レーザ及びその製造方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (2) | US6711192B1 (ja) |
| JP (1) | JP2000323797A (ja) |
| DE (1) | DE10022879A1 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002299739A (ja) * | 2001-04-02 | 2002-10-11 | Pioneer Electronic Corp | 窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法 |
| US7563629B2 (en) | 2002-04-09 | 2009-07-21 | Lg Electronics Inc. | Method of fabricating vertical structure LEDs |
| KR100921456B1 (ko) * | 2001-10-26 | 2009-10-13 | 엘지전자 주식회사 | 수직 구조를 갖는 다이오드 및 이의 제조방법 |
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