JP2001148545A - Nitride semiconductor laser element and manufacturing method therefor - Google Patents

Nitride semiconductor laser element and manufacturing method therefor

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JP2001148545A JP2000272344A JP2000272344A JP2001148545A JP 2001148545 A JP2001148545 A JP 2001148545A JP 2000272344 A JP2000272344 A JP 2000272344A JP 2000272344 A JP2000272344 A JP 2000272344A JP 2001148545 A JP2001148545 A JP 2001148545A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a stable single-peak vertical transverse mode of a nitride semiconductor laser element, lower the laser oscillation threshold current density and a stable single-peak horizontal transverse mode, by light confinement in the horizontal transverse mode. SOLUTION: Selective growth is made with a metallic mask 113, provided on an n-type contact layer 102, thereby lowering the dislocation density. The metallic mask 113 is provided below a stripe-like electrode, to absorb leaking lights and stabilize the single peak vertical transverse mode, a metallic mask is provided in an n-type clad layer 103 or a p-type clad layer 107 to allocate portions, having no metallic mask below the stripe-like electrode and lights from an active layer are absorbed to strengthen light confining in the horizontal transverse mode. A metal film is covered with an insulative film to relax the mask stripe direction dependence of the lateral growth and obtain a current- constricting function.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、高温での温度特性
が優れた窒化物半導体から構成され、表示素子やディス
プレイ、光ディスク等の光源として用いられる窒化物半
導体レーザ素子およびその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nitride semiconductor laser device made of a nitride semiconductor having excellent temperature characteristics at a high temperature and used as a light source for a display device, a display, an optical disk, and the like, and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、窒化物半導体は、発光素子や
ハイパワーデバイスの材料として利用または研究されて
いる。例えば、発光素子の場合には、それを構成する組
成を調整することにより、技術的には青色から橙色まで
の幅広い発光が可能な素子として利用することができ
る。その特性を利用して、近年では、青色発光ダイオー
ドや緑色発光ダイオード等の実用化がなされており、さ
らに、窒化物半導体レーザ素子として青紫色半導体レー
ザーが開発されてきている。
2. Description of the Related Art Conventionally, nitride semiconductors have been used or studied as materials for light emitting devices and high power devices. For example, in the case of a light emitting element, it can be used as an element capable of emitting light in a wide range from blue to orange by adjusting the composition of the light emitting element. Utilizing such characteristics, blue light emitting diodes, green light emitting diodes, and the like have been put to practical use in recent years, and blue-violet semiconductor lasers have been developed as nitride semiconductor laser devices.

【0003】このうち、窒化物半導体レーザ素子につい
ては、SiO2を用いた選択成長技術を応用して、結晶
内の転位密度を低減させたものが、例えば、Appl.
Phys.Lett.72(1998) p211−p
213に報告されている。この報告では、n型GaN膜
上にSiO2からなる選択成長マスクを形成し、さらに
その上にn型GaN膜を再成長してSiO2マスクを被
覆して平坦な表面を作製し、そのSiO2マスクの被覆
部上にレーザ構造を形成している。この手法を用いるこ
とにより、レーザ素子内の欠陥を低減してレーザ素子特
性を向上させている。
[0003] Among these, a nitride semiconductor laser device in which the dislocation density in a crystal is reduced by applying a selective growth technique using SiO 2 is disclosed, for example, in Appl.
Phys. Lett. 72 (1998) p211-p
213. In this report, a selective growth mask made of SiO 2 is formed on an n-type GaN film, and an n-type GaN film is re-grown thereon to cover the SiO 2 mask to produce a flat surface. A laser structure is formed on the coating of the two masks. By using this method, defects in the laser element are reduced and the laser element characteristics are improved.

【0004】さらに、半導体レーザ素子の動作電流の低
減および水平横モード(活性層に水平な方向)の安定化
のために、従来、図15に示すような構造の半導体レー
ザ素子が使用されている。この半導体レーザ素子は、基
板10、低温バッファー層11、n型GaNコンタクト
層12、n型AlGaNクラッド層13、n型GaN光
ガイド層14、活性層15、AlGaNキャリアブロッ
ク層16、p型GaN光ガイド層17、p型AlGaN
クラッド層18、p型GaNコンタクト層19、絶縁性
膜20、n型電極21およびp型電極22から構成され
ている。但し、上記Appl.Phys.Lett.7
2(1998) p211−p213の報告では、n型
コンタクト層12にSiO2マスクが挿入され、n型A
lGaNクラッド層13の代わりにGaN/AlGaN
超格子によるクラッド層が形成されている。
Further, in order to reduce the operating current of the semiconductor laser device and stabilize the horizontal and transverse modes (the direction parallel to the active layer), a semiconductor laser device having a structure as shown in FIG. 15 has been conventionally used. . This semiconductor laser device includes a substrate 10, a low-temperature buffer layer 11, an n-type GaN contact layer 12, an n-type AlGaN cladding layer 13, an n-type GaN optical guide layer 14, an active layer 15, an AlGaN carrier block layer 16, a p-type GaN optical layer. Guide layer 17, p-type AlGaN
It comprises a cladding layer 18, a p-type GaN contact layer 19, an insulating film 20, an n-type electrode 21, and a p-type electrode 22. However, the above Appl. Phys. Lett. 7
2 (1998) p211-p213, a SiO 2 mask is inserted into the n-type contact layer 12 and the n-type A
GaN / AlGaN instead of lGaN cladding layer 13
A cladding layer is formed by a superlattice.

【0005】このようなレーザ構造はリッジストライプ
構造と呼ばれている。このリッジストライプ構造によれ
ば、ストライプ電極の幅Wpを約2μm前後に狭くし、
p型光ガイド層17の近くまでp型クラッド層18を堀
り下げることにより活性層15への電流注入を狭窄し、
レーザの動作電流の低減を図ることができる。また、p
型光ガイド層17の近くまで掘り下げた領域24とリッ
ジストライプ領域23とにおいて、活性層15の等価屈
折率に差が生じて水平横モードが閉じ込められるので、
単一(単峰)水平横モードの安定化を図ることができ
る。
[0005] Such a laser structure is called a ridge stripe structure. According to the ridge stripe structure, the width Wp of the stripe electrode is reduced to about 2 μm,
Drilling the p-type cladding layer 18 close to the p-type light guide layer 17 narrows the current injection into the active layer 15,
The operating current of the laser can be reduced. Also, p
In the region 24 dug down near the shaped light guide layer 17 and the ridge stripe region 23, a difference occurs in the equivalent refractive index of the active layer 15 and the horizontal transverse mode is confined.
A single (single peak) horizontal / lateral mode can be stabilized.

【0006】一方、垂直横モード(活性層に垂直な方
向)については、上述のリッジストライプ型レーザ構造
を含む一般の窒化物半導体レーザ素子において、安定し
た単一(単峰)モードを得るために、クラッド層中の平
均Al組成比を高くするか、またはクラッド層の厚みを
厚くして垂直横モード光が漏れないようにする方法が採
用されている。特に、後者の方法では、n型クラッド層
の層厚が薄いと、基板とn型クラッド層との間のn型コ
ンタクト層内に垂直横モード光が漏れ出してしまう。こ
の漏れ出した垂直横モード光は、クラッド層(例えばn
型AlGaNクラッド層)の外側に、そのクラッド層の
等価屈折率よりも屈折率が大きい層(例えば膜厚0.3
μm以上のInxGa1-xN(0≦x≦1)層)が設けら
れている場合、FFP(ファーフィールドパターン)に
おいて、広角側にサブピークを出現させて垂直横モード
の単峰性を損なう。図16(b)および図17(b)に
従来の窒化物半導体レーザ素子におけるNFP(ニアフ
ィールドパターン)とFFPを示す。これらの図に示す
ように、サブピークが観測されている。
On the other hand, in the vertical transverse mode (the direction perpendicular to the active layer), in order to obtain a stable single (single peak) mode in a general nitride semiconductor laser device including the above-mentioned ridge stripe type laser structure. A method of increasing the average Al composition ratio in the cladding layer or increasing the thickness of the cladding layer to prevent the leakage of vertical and transverse mode light is adopted. In particular, in the latter method, when the layer thickness of the n-type cladding layer is small, the vertical transverse mode light leaks into the n-type contact layer between the substrate and the n-type cladding layer. The leaked vertical transverse mode light is transmitted to the cladding layer (for example, n
A layer (for example, a film thickness of 0.3) having a refractive index larger than the equivalent refractive index of the cladding layer outside the AlGaN cladding layer).
In the case where an In x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1) layer having a thickness of μm or more is provided, in the FFP (far field pattern), a sub-peak appears on the wide-angle side to improve the unimodality of the vertical and transverse modes. Spoil. FIGS. 16 (b) and 17 (b) show NFP (near field pattern) and FFP in a conventional nitride semiconductor laser device. As shown in these figures, sub-peaks are observed.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、単峰で
かつ安定した垂直横モードを得るためにクラッド層中の
平均Al組成比を増大したり、クラッド層厚を厚膜化す
ることにより、格子不整合によるクラックの発生や結晶
欠陥の増加による結晶性の低下、および素子の高抵抗化
を引き起こし、その結果、レーザ閾値電流の増加が生じ
ていた。このことから、レーザ素子として作製可能なA
lを含むクラッド層の成長条件が制限され、充分に単峰
でかつ安定した垂直横モードを得ることができなかっ
た。
However, increasing the average Al composition ratio in the cladding layer or increasing the thickness of the cladding layer in order to obtain a single-peak and stable vertical / transverse mode causes a lattice failure. Cracks are caused by the matching, crystallinity is reduced due to an increase in crystal defects, and the resistance of the device is increased. As a result, the laser threshold current is increased. From this, A that can be manufactured as a laser element
The growth conditions for the cladding layer containing 1 were limited, and a sufficiently unimodal and stable vertical and transverse mode could not be obtained.

【0008】これに対して、Appl.Phys.Le
tt.72(1998) p211−p213に報告さ
れているGaN/AlGaN超格子によるクラッド層
は、通常使用されているAlGaNクラッド層を同じ平
均Al組成比とした場合に比べて、クラックの発生を抑
制してクラッド層厚を厚くすることができる。しかし、
Alは一般に気相反応が強く、しかも超格子であるため
にバルブ切り替えによって超格子周期が変動し、平均A
l組成比も変化する。このため、Alを含む超格子の結
晶成長は困難であり、クラッド層厚とそのクラッド層中
の平均Al組成比の再現性が得られにくい。また、Ga
N/AlGaN超格子によるクラッド層であっても、上
述したようなAl組成比の増大やクラッド層厚の厚膜化
による結晶性の低下や素子の高抵抗化は避けられない。
On the other hand, Appl. Phys. Le
tt. 72 (1998) p211-p213, the cladding layer based on the GaN / AlGaN superlattice suppresses the generation of cracks as compared with a case where a normally used AlGaN cladding layer has the same average Al composition ratio. The thickness of the cladding layer can be increased. But,
Since Al generally has a strong gas phase reaction and is a superlattice, the superlattice period fluctuates due to valve switching, and the average A
The 1 composition ratio also changes. Therefore, it is difficult to grow a crystal of a superlattice containing Al, and it is difficult to obtain reproducibility of the cladding layer thickness and the average Al composition ratio in the cladding layer. Also, Ga
Even with a cladding layer made of an N / AlGaN superlattice, an increase in the Al composition ratio and a decrease in crystallinity due to an increase in the thickness of the cladding layer and an increase in the resistance of the element are unavoidable.

【0009】一方、リッジストライプ構造を利用した水
平横モードの安定化は、狭窄注入されたキャリア密度の
増加による屈折率の減少を上回る屈折率差を、p型光ガ
イド層近くまでクラッド層を掘り下げたリッジストライ
プ構造で作り込む必要がある。従って、水平横モードの
安定化は、この掘り下げたクラッド層の厚みに依存す
る。しかし、このようなリッジストライプ構造は、一般
に、ドライエッチングを用いて形成するため、掘り下げ
たクラッド層厚の制御が困難で層厚の再現性が悪く、そ
の結果、水平横モードが不安定化していた。また、エッ
チングを用いてリッジストライプ構造を作製するため、
露出した端面での劣化が生じ、レーザ発振閾値電流密度
が増加する等、レーザ素子特性に悪影響を及ぼしてい
た。さらに、レーザ発振閾値電流密度の低減のために
は、より強い光閉じ込めが要求されていた。
On the other hand, the stabilization of the horizontal transverse mode using the ridge stripe structure reduces the refractive index difference exceeding the decrease in the refractive index due to the increase in the density of stenotically injected carriers by digging the cladding layer close to the p-type optical guide layer. Ridge stripe structure. Therefore, the stabilization of the horizontal and transverse modes depends on the thickness of the dug-down cladding layer. However, since such a ridge stripe structure is generally formed by dry etching, it is difficult to control the thickness of the deep clad layer, and the reproducibility of the layer thickness is poor. As a result, the horizontal transverse mode is unstable. Was. In addition, in order to produce a ridge stripe structure using etching,
The exposed end face is deteriorated, and the laser device threshold characteristics are adversely affected, for example, the laser oscillation threshold current density is increased. Further, in order to reduce the laser oscillation threshold current density, stronger light confinement has been required.

【0010】これらの横モードの不安定化は、図16
(b)および図17(b)に示すようにNFPやFFP
のサブピークを発生させるため、光ディスク等のレーザ
を応用したデバイスにとっては、非常に問題であった。
このことから、安定した横モードの制御性が望まれてい
た。
The instability of these transverse modes is caused by the problem shown in FIG.
(B) and NFP and FFP as shown in FIG.
This is very problematic for a device such as an optical disk to which a laser is applied because the sub-peak is generated.
For this reason, stable lateral mode controllability has been desired.

【0011】本発明は、このような従来技術の課題を解
決するためになされたものであり、単峰な安定した垂直
横モードが得られる窒化物半導体レーザ素子およびその
製造方法を提供することを目的とする。さらに、水平横
モードの光閉じ込めによるレーザ発振閾値電流密度の低
減と単峰な安定した水平横モードが得られる窒化物半導
体レーザ素子およびその製造方法を提供することを目的
とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a nitride semiconductor laser device capable of obtaining a single-peak stable vertical and transverse mode and a method of manufacturing the same. Aim. It is still another object of the present invention to provide a nitride semiconductor laser device capable of obtaining a laser oscillation threshold current density by confining light in a horizontal transverse mode and obtaining a single-peak stable horizontal transverse mode, and a method of manufacturing the same.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明の窒化物半導体レ
ーザ素子は、基板上に窒化物半導体からなる半導体積層
構造を有し、該半導体積層構造において導波光が到達す
る領域内に、少なくとも光吸収機能を有する金属膜を含
むマスクが設けられ、そのことにより上記目的が達成さ
れる。
The nitride semiconductor laser device according to the present invention has a semiconductor laminated structure made of a nitride semiconductor on a substrate, and at least an optical signal is provided in a region where guided light reaches in the semiconductor laminated structure. A mask including a metal film having an absorption function is provided, thereby achieving the above object.

【0013】本発明の窒化物半導体レーザ素子は、前記
金属膜がその上に窒化物半導体が直接エピタキシャル成
長しない金属からなり、前記半導体積層構造が一対のク
ラッド層と両クラッド層で挟まれた活性層を有すると共
に、該半導体積層構造の前記基板とは反対側の面にスト
ライプ状電極を備え、該基板に近い方のクラッド層の下
面に接して、該クラッド層よりも屈折率が高く、かつ、
該基板と異なる屈折率を有するコンタクト層を有し、該
ストライプ状電極の下方であって、該クラッド層と該コ
ンタクト層との界面から基板に向かって該コンタクト層
厚の半分以内の位置に前記金属膜が配置されているか、
該基板に近い方のクラッド層の下面に接して、該クラッ
ド層よりも屈折率が高く、かつ、該基板と実質的に同じ
屈折率を有するコンタクト層を有し、該ストライプ状電
極の下方であって、該クラッド層と該コンタクト層との
界面から基板に向かって該コンタクト層厚と該基板厚み
を合わせた総厚みの半分以内の位置に該金属膜が配置さ
れているか、該基板に近い方のクラッド層が該基板より
も屈折率が低く、かつ、該基板と該クラッド層との間に
コンタクト層が存在せず、該ストライプ状電極の下方で
あって、該クラッド層と該基板との界面から該基板下面
に向かって該基板厚みの半分以内の位置に該金属膜が配
置されているか、或いは、該ストライプ状電極の下方で
あって、かつ、該基板に近い方のクラッド層上またはそ
のクラッド層内であり、該活性層の下面から基板に向か
って0.5μm以上の位置に、該金属膜が配置されてい
る構成とすることができる。
In the nitride semiconductor laser device according to the present invention, the metal film is made of a metal on which a nitride semiconductor is not directly epitaxially grown, and the semiconductor laminated structure is an active layer sandwiched between a pair of clad layers and both clad layers. Having a stripe-shaped electrode on the surface of the semiconductor laminated structure opposite to the substrate, in contact with the lower surface of the clad layer closer to the substrate, having a higher refractive index than the clad layer, and
A contact layer having a refractive index different from that of the substrate, at a position below the stripe-shaped electrode and within a half of the contact layer thickness from the interface between the cladding layer and the contact layer toward the substrate. Whether the metal film is placed,
In contact with the lower surface of the cladding layer closer to the substrate, a contact layer having a higher refractive index than the cladding layer and having substantially the same refractive index as the substrate has a contact layer below the stripe-shaped electrode. The metal film is disposed at a position within half of the total thickness of the contact layer thickness and the substrate thickness from the interface between the cladding layer and the contact layer toward the substrate or close to the substrate. The other cladding layer has a lower refractive index than the substrate, and there is no contact layer between the substrate and the cladding layer, below the stripe-shaped electrode, and the cladding layer and the substrate The metal film is disposed at a position within half of the thickness of the substrate from the interface of the substrate toward the lower surface of the substrate, or on the clad layer below the stripe-shaped electrode and closer to the substrate. Or in its cladding layer Ri, can be from a lower surface of the active layer to 0.5μm or more positions toward the substrate, a structure in which the metal film is arranged.

【0014】本発明の窒化物半導体レーザ素子は、前記
金属膜がその上に窒化物半導体が直接エピタキシャル成
長しない金属からなり、前記半導体積層構造が一対のク
ラッド層と両クラッド層で挟まれた活性層を有すると共
に、該活性層の上方にリッジストライプ部を備え、該基
板に近い方のクラッド層の下面に接して、該クラッド層
よりも屈折率が高く、かつ、該基板と異なる屈折率を有
するコンタクト層を有し、該リッジストライプ部の下方
であって、該クラッド層と該コンタクト層との界面から
基板に向かって該コンタクト層厚の半分以内の位置に前
記金属膜が配置されているか、該基板に近い方のクラッ
ド層の下面に接して、該クラッド層よりも屈折率が高
く、かつ、該基板と実質的に同じ屈折率を有するコンタ
クト層を有し、該リッジストライプ部の下方であって、
該クラッド層と該コンタクト層との界面から基板に向か
って該コンタクト層厚と該基板厚みを合わせた総厚みの
半分以内の位置に該金属膜が配置されているか、該基板
に近い方のクラッド層が該基板よりも屈折率が低く、か
つ、該基板と該クラッド層との間にコンタクト層が存在
せず、該リッジストライプ部の下方であって、該クラッ
ド層と該基板との界面から該基板下面に向かって該基板
厚みの半分以内の位置に該金属膜が配置されているか、
或いは、該リッジストライプ部の下方であって、かつ、
該基板に近い方のクラッド層上またはそのクラッド層内
であり、該活性層の下面から基板に向かって0.5μm
以上の位置に、該金属膜が配置されている構成とするこ
とができる。
In the nitride semiconductor laser device according to the present invention, the metal film is made of a metal on which a nitride semiconductor is not directly epitaxially grown, and the semiconductor laminated structure has an active layer sandwiched between a pair of clad layers and both clad layers. Having a ridge stripe portion above the active layer, in contact with the lower surface of the clad layer closer to the substrate, having a higher refractive index than the clad layer, and having a different refractive index from the substrate. Having a contact layer, the metal film is disposed at a position below the ridge stripe portion and within a half of the contact layer thickness from the interface between the cladding layer and the contact layer toward the substrate, A contact layer having a higher refractive index than the cladding layer and having substantially the same refractive index as the substrate, in contact with the lower surface of the cladding layer closer to the substrate; A lower di stripe portion,
The metal film is arranged at a position within half of the total thickness of the contact layer thickness and the substrate thickness from the interface between the cladding layer and the contact layer toward the substrate, or the cladding closer to the substrate. The layer has a lower refractive index than the substrate, and there is no contact layer between the substrate and the cladding layer, below the ridge stripe portion and from the interface between the cladding layer and the substrate. Whether the metal film is arranged at a position within half of the thickness of the substrate toward the lower surface of the substrate,
Or, below the ridge stripe portion, and
0.5 μm from the lower surface of the active layer toward the substrate, on or within the cladding layer closer to the substrate.
A configuration in which the metal film is arranged at the above positions can be adopted.

【0015】本発明の窒化物半導体レーザ素子は、前記
金属膜がその上に窒化物半導体が直接エピタキシャル成
長しない金属からなり、前記半導体積層構造が活性層を
有すると共に、該半導体積層構造の前記基板とは反対側
の面にストライプ状電極を備え、該活性層の下面または
上面から2μm以内の位置に該金属膜が配置され、か
つ、該金属膜を含むマスクが、該ストライプ状電極の下
方に該マスクで被覆されていない部分を有して配置され
ている構成とすることができる。
In the nitride semiconductor laser device according to the present invention, the metal film is made of a metal on which a nitride semiconductor is not directly epitaxially grown, and the semiconductor multilayer structure has an active layer. Has a stripe-shaped electrode on the opposite side, the metal film is disposed at a position within 2 μm from the lower surface or the upper surface of the active layer, and a mask including the metal film is provided below the stripe-shaped electrode. A configuration in which a portion not covered with the mask is provided may be employed.

【0016】本発明の窒化物半導体レーザ素子は、前記
金属膜がその上に窒化物半導体が直接エピタキシャル成
長しない金属からなり、前記半導体積層構造が一対のク
ラッド層と両クラッド層で挟まれた活性層を有すると共
に、該活性層の上方にリッジストライプ部を備え、該活
性層の下面または上面から2μm以内の位置に該金属膜
が配置され、かつ、該金属膜を含むマスクが、該リッジ
ストライプ部の下方に該マスクで被覆されていない部分
を有して配置されている構成とすることができる。
In the nitride semiconductor laser device according to the present invention, the metal film is made of a metal on which a nitride semiconductor is not directly epitaxially grown, and the semiconductor laminated structure has an active layer sandwiched between a pair of clad layers and both clad layers. Having a ridge stripe portion above the active layer, wherein the metal film is disposed at a position within 2 μm from the lower surface or the upper surface of the active layer, and the mask including the metal film comprises the ridge stripe portion. May be arranged so as to have a portion that is not covered with the mask below the mask.

【0017】本発明の窒化物半導体レーザ素子は、前記
マスクの間隔が1μm以上、15μm以下であるのが好
ましい。
In the nitride semiconductor laser device of the present invention, it is preferable that the interval between the masks is 1 μm or more and 15 μm or less.

【0018】本発明の窒化物半導体レーザ素子は、前記
金属膜の厚みが0.01μm以上であり、該金属膜を含
むマスク全体の厚みが2μm以下であるのが好ましい。
In the nitride semiconductor laser device of the present invention, it is preferable that the thickness of the metal film is 0.01 μm or more, and the thickness of the entire mask including the metal film is 2 μm or less.

【0019】本発明の窒化物半導体レーザ素子は、前記
金属膜として、W、Ti、Mo、Ni、Al、Pt、P
d、Auおよびそれらの合金のうちの少なくとも1種類
を含む金属材料、或いはそれらの金属および合金のうち
の少なくとも1種類を含む複数層で構成された複合膜か
らなるものを用いることができる。
In the nitride semiconductor laser device of the present invention, the metal film may be made of W, Ti, Mo, Ni, Al, Pt, P
A metal material containing at least one of d, Au and their alloys, or a composite film composed of a plurality of layers containing at least one of these metals and alloys can be used.

【0020】本発明の窒化物半導体レーザ素子におい
て、前記マスクは、前記金属膜の直上が絶縁膜で被覆さ
れている構成とすることができる。
In the nitride semiconductor laser device according to the present invention, the mask may have a structure in which an upper portion of the metal film is covered with an insulating film.

【0021】本発明の窒化物半導体レーザ素子は、前記
絶縁性膜としてSiO2またはSiNxからなるものを用
いることができる。
In the nitride semiconductor laser device of the present invention, the insulating film made of SiO 2 or SiN x can be used.

【0022】本発明の窒化物半導体レーザ素子は、前記
金属膜が、その下層の窒化物半導体層に対して〈1−1
00〉方向のストライプ状に設けられているのが好まし
い。
In the nitride semiconductor laser device according to the present invention, the metal film may have a thickness <1.1 with respect to the underlying nitride semiconductor layer.
It is preferably provided in a stripe shape in the <00> direction.

【0023】本発明の窒化物半導体レーザ素子は、前記
金属膜を含むマスクが、その上層の窒化物半導体層によ
って平坦に被覆されず、窪み部を有していてもよい。
In the nitride semiconductor laser device of the present invention, the mask including the metal film may not be covered with the nitride semiconductor layer on the mask, but may have a recess.

【0024】本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造方
法は、本発明の窒化物半導体レーザ素子を製造する方法
であって、前記マスクを窒化物半導体層で被覆する際
に、全キャリアガスに対して10%以上の窒素キャリア
ガスを用い、そのことにより上記目的が達成される。
A method for manufacturing a nitride semiconductor laser device according to the present invention is a method for manufacturing a nitride semiconductor laser device according to the present invention. The above object is achieved by using 10% or more of a nitrogen carrier gas.

【0025】以下、本発明の作用について説明する。Hereinafter, the operation of the present invention will be described.

【0026】本発明にあっては、窒化物半導体からなる
半導体積層構造において、導波光が到達する領域内に、
少なくとも光吸収機能を有する金属膜を含むマスクを設
けることにより、漏れ光や活性層からの光を吸収して単
一水平横モードや単一垂直横モードを安定化し、水平横
モードの光閉じ込めを行うことが可能になる。
According to the present invention, in a semiconductor laminated structure made of a nitride semiconductor, a region where guided light reaches is provided.
By providing a mask including a metal film having at least a light absorption function, a single horizontal / lateral mode or a single vertical / lateral mode is stabilized by absorbing light leakage or light from the active layer, thereby confining light in the horizontal / lateral mode. It is possible to do.

【0027】なお、垂直横モードの光吸収効果は、金属
膜の形成位置に殆ど依存せず、金属膜の厚みにのみ依存
する。但し、垂直横モードの単峰化(単一モード化)
は、金属膜の形成位置に依存するため、できるだけ活性
層に近い方が好ましい。
The light absorption effect in the vertical and transverse modes hardly depends on the position where the metal film is formed, but only on the thickness of the metal film. However, single-mode vertical / horizontal mode (single mode)
Since it depends on the position where the metal film is formed, it is preferable to be as close as possible to the active layer.

【0028】そこで、(1)基板に近い方のクラッド層
の下面に接して、クラッド層よりも屈折率が高く、か
つ、基板と異なる屈折率を有するコンタクト層を有して
いる場合には、ストライプ状電極の下方であって、クラ
ッド層とコンタクト層との界面から基板に向かってコン
タクト層厚の半分以内の位置に光吸収機能を有する金属
膜を配置する。この場合の基板の屈折率は、コンタクト
層と異なっていれば、クラッド層よりも高くても低くて
もよい。また、(2)基板に近い方のクラッド層の下面
に接して、クラッド層よりも屈折率が高く、かつ、基板
と実質的に同じ屈折率を有するコンタクト層を有してい
る場合には、ストライプ状電極の下方であって、クラッ
ド層とコンタクト層との界面から基板に向かってコンタ
クト層厚と基板厚みを合わせた総厚みの半分以内の位置
に光吸収機能を有する金属膜を配置する。この場合、基
板厚みがコンタクト層よりも厚いと、基板内にマスクが
配置されることになるが、基板(例えばGaN厚膜)を
形成する際にマスクを配置すればよい。また、(3)こ
のようなコンタクト層が設けられておらず、基板に近い
方のクラッド層が基板よりも屈折率が低い場合には、ス
トライプ状電極の下方であって、クラッド層と基板との
界面から基板下面に向かって基板厚みの半分以内の位置
に光吸収機能を有する金属膜を含むマスクを配置する。
この場合にも、基板内にマスクが配置されることになる
が、上記と同様に基板(例えばGaN厚膜)を形成する
際にマスクを配置すればよい。また、このことにより、
垂直横モードの単峰化を実現することが可能となる。さ
らに、その金属膜として、窒化物半導体が直接エピタキ
シャル成長しない金属材料を用いることにより、マスク
により転位密度を低減してレーザ寿命特性の向上を図る
ことが可能となる。なお、上記(1)の場合にはクラッ
ド層に接したコンタクト層の屈折率に依存するためにコ
ンタクト層厚の半分以内の位置に金属膜を配置し、上記
(2)の場合にはコンタクト層と基板の屈折率が実質的
に同じであれば一体物として考えられるので基板を含め
た厚みの半分以内の位置に金属膜を配置し、上記(3)
の場合にはコンタクト層が無いために基板がクラッド層
に接し、基板が上記コンタクト層と同じになるため、基
板厚みの半分以内の位置に金属膜を配置する。すなわ
ち、コンタクト層や基板という名称は異なっているが、
実質的にはその名称で呼ばれている層の屈折率のみに注
目しているのである。
Therefore, (1) When a contact layer having a refractive index higher than that of the clad layer and having a refractive index different from that of the substrate is provided in contact with the lower surface of the clad layer closer to the substrate, A metal film having a light absorbing function is arranged below the stripe-shaped electrode and at a position within half of the contact layer thickness from the interface between the cladding layer and the contact layer toward the substrate. In this case, the refractive index of the substrate may be higher or lower than that of the cladding layer as long as it is different from that of the contact layer. (2) In the case where a contact layer having a higher refractive index than the clad layer and having substantially the same refractive index as the substrate is provided in contact with the lower surface of the clad layer closer to the substrate, A metal film having a light absorbing function is arranged below the stripe-shaped electrode and at a position within half of the total thickness including the contact layer thickness and the substrate thickness from the interface between the cladding layer and the contact layer toward the substrate. In this case, if the thickness of the substrate is larger than the contact layer, a mask is disposed in the substrate. However, the mask may be disposed when forming the substrate (for example, a GaN thick film). (3) If such a contact layer is not provided and the cladding layer closer to the substrate has a lower refractive index than the substrate, the cladding layer and the substrate are located below the stripe-shaped electrode. A mask including a metal film having a light absorbing function is arranged at a position within half the thickness of the substrate from the interface of the substrate toward the lower surface of the substrate.
In this case as well, a mask is arranged in the substrate, but the mask may be arranged when forming the substrate (for example, a GaN thick film) as described above. This also means that
It is possible to realize a single peak in the vertical and horizontal modes. Further, by using a metal material in which a nitride semiconductor does not directly grow epitaxially as the metal film, dislocation density can be reduced by a mask and laser life characteristics can be improved. In the case of the above (1), the metal film is disposed at a position within half the thickness of the contact layer because it depends on the refractive index of the contact layer in contact with the cladding layer. If the refractive index of the substrate is substantially the same as that of the substrate, the metal film is considered as an integral body.
In the case of (1), the substrate comes into contact with the cladding layer because there is no contact layer, and the substrate becomes the same as the above-mentioned contact layer. That is, although the names of the contact layer and the substrate are different,
Substantially, attention is paid only to the refractive index of the layer referred to by that name.

【0029】ここで、基板に近い方のクラッド層上また
はそのクラッド層内に設ける場合には、活性層の下面か
ら基板に向かって0.5μm未満の位置に金属膜を配置
すると、金属膜による光吸収効果によってレーザ発振に
おける利得損失が大きくなり、レーザ発振閾値電流密度
の増加を招いてしまう。よって、基板に近い方のクラッ
ド層上またはそのクラッド層内に金属膜を配置する場合
には、ストライプ状電極の下方であって、活性層の下面
から基板に向かって0.5μm以上の位置に配置する。
なお、本明細書においては、基板に近い側の面を下面、
下面とは反対側の面を上面と称している。
Here, when the metal film is provided on the clad layer closer to the substrate or in the clad layer, if the metal film is arranged at a position of less than 0.5 μm from the lower surface of the active layer toward the substrate, the metal film Due to the light absorption effect, gain loss in laser oscillation increases, which causes an increase in laser oscillation threshold current density. Therefore, when the metal film is arranged on or in the cladding layer closer to the substrate, the metal film is located at a position of 0.5 μm or more below the stripe-shaped electrode and from the lower surface of the active layer toward the substrate. Deploy.
In this specification, the surface near the substrate is the lower surface,
The surface opposite to the lower surface is called the upper surface.

【0030】リッジストライプ構造においては、基板に
近い方のクラッド層の下面に接して、クラッド層よりも
屈折率が高く、かつ、基板と異なる屈折率を有するコン
タクト層を有している場合に、リッジストライプ部の下
方であって、クラッド層とコンタクト層との界面から基
板に向かってコンタクト層厚の半分以内の位置に光吸収
機能を有する金属膜を配置する。また、基板に近い方の
クラッド層の下面に接して、クラッド層よりも屈折率が
高く、かつ、基板と実質的に同じ屈折率を有するコンタ
クト層を有している場合には、リッジストライプ部の下
方であって、クラッド層とコンタクト層との界面から基
板に向かってコンタクト層厚と基板厚みを合わせた総厚
みの半分以内の位置に光吸収機能を有する金属膜を配置
する。また、このようなコンタクト層が設けられておら
ず、基板に近い方のクラッド層が基板よりも屈折率が低
い場合には、リッジストライプ部の下方であって、クラ
ッド層と基板との界面から基板下面に向かって基板厚み
の半分以内の位置に光吸収機能を有する金属膜を配置す
る。或いは、リッジストライプ部の下方であって、基板
に近い方のクラッド層上またはそのクラッド層内であ
り、活性層の下面から基板に向かって0.5μm以上の
位置に、光吸収機能を有する金属膜を配置する。このこ
とにより垂直横モードの単峰化を実現することが可能で
ある。また、その金属膜として、窒化物半導体が直接エ
ピタキシャル成長しない金属材料を用いることにより、
マスクにより転位密度を低減してレーザ寿命特性の向上
を図ることが可能となる。さらに、リッジストライプ構
造により水平横モードの安定化と発振閾値電流密度が図
られる。
In the ridge stripe structure, when a contact layer having a refractive index higher than that of the cladding layer and having a refractive index different from that of the substrate is provided in contact with the lower surface of the cladding layer closer to the substrate. A metal film having a light absorbing function is disposed below the ridge stripe portion and at a position within a half of the contact layer thickness from the interface between the cladding layer and the contact layer toward the substrate. In the case where a contact layer having a higher refractive index than the clad layer and having substantially the same refractive index as the substrate is provided in contact with the lower surface of the clad layer closer to the substrate, the ridge stripe portion , A metal film having a light absorbing function is disposed at a position within half of the total thickness of the contact layer thickness and the substrate thickness from the interface between the cladding layer and the contact layer toward the substrate. Also, when such a contact layer is not provided and the cladding layer closer to the substrate has a lower refractive index than the substrate, it is located below the ridge stripe portion and from the interface between the cladding layer and the substrate. A metal film having a light absorbing function is arranged at a position within half the thickness of the substrate toward the lower surface of the substrate. Alternatively, a metal having a light absorbing function is provided at a position of 0.5 μm or more from the lower surface of the active layer toward the substrate, on the cladding layer closer to the substrate, below the ridge stripe portion, and in the cladding layer. Place the membrane. This makes it possible to realize a single peak in the vertical and horizontal modes. Further, by using a metal material in which a nitride semiconductor does not directly epitaxially grow as the metal film,
The mask can reduce the dislocation density and improve the laser life characteristics. Furthermore, the ridge stripe structure stabilizes the horizontal and transverse modes and achieves the oscillation threshold current density.

【0031】さらに、ストライプ状電極またはリッジス
トライプ部の下方に金属膜で被覆されていない部分を設
ける場合、活性層の下面または上面から2μmを超える
位置に光吸収機能を有する金属膜を配置すると、マスク
の設けられているところとマスクの設けられていないと
ころとで、透過屈折率差が殆ど生じなくなって、水平横
モードの光閉じ込め効果が弱くなる。そこで、活性層の
下面または上面から2μm以内の位置に光吸収機能を有
する金属膜を配置し、ストライプ状電極またはリッジス
トライプ部の下方に金属膜で被覆されていない部分を設
けることにより、水平横モードの光閉じ込めを強くし
て、レーザ発振値電流密度の低減を図ることが可能とな
る。
Further, when a portion not covered with the metal film is provided below the stripe-shaped electrode or the ridge stripe portion, if a metal film having a light absorbing function is arranged at a position more than 2 μm from the lower surface or the upper surface of the active layer, There is almost no difference in transmission refractive index between the place where the mask is provided and the place where the mask is not provided, and the light confinement effect in the horizontal / lateral mode is weakened. Therefore, a metal film having a light absorbing function is arranged at a position within 2 μm from the lower surface or the upper surface of the active layer, and a portion not covered with the metal film is provided below the stripe-shaped electrode or the ridge stripe portion, so that the horizontal and horizontal directions are provided. It is possible to increase the mode optical confinement and reduce the laser oscillation current density.

【0032】この場合、本願発明者らの実験によれば、
マスク間隔(金属膜の間隔)が1μm以上、15μm以
下であれば、水平横モードが安定された。
In this case, according to the experiments by the present inventors,
When the mask interval (interval between metal films) was 1 μm or more and 15 μm or less, the horizontal / lateral mode was stabilized.

【0033】上記金属膜の厚みは0.01μm以上であ
れば、レーザ光の吸収率を高くして垂直横モードの単峰
化を安定させることが可能である。また、上記金属膜を
含むマスク全体の厚みが2μm以下であれば、マスクを
窒化物半導体膜で被覆したときに平坦な表面が得られ
る。
When the thickness of the metal film is 0.01 μm or more, it is possible to increase the absorptance of laser light and to stabilize the single-peak vertical and transverse mode. When the thickness of the entire mask including the metal film is 2 μm or less, a flat surface can be obtained when the mask is covered with the nitride semiconductor film.

【0034】一般に、窒化物半導体膜の作製温度は10
00℃前後であるため、この温度に充分耐えられる金属
材料を用いるのが好ましい。このような金属材料として
は、例えばW、Ti、Mo、Ni、Al、Pt、Pd、
Auやそれらの合金、あるいはそれらの金属や合金を含
む複数層で構成された複合膜等を用いることができる。
Generally, the manufacturing temperature of the nitride semiconductor film is 10
Since the temperature is about 00 ° C., it is preferable to use a metal material that can sufficiently withstand this temperature. Examples of such a metal material include W, Ti, Mo, Ni, Al, Pt, Pd,
Au, an alloy thereof, or a composite film including a plurality of layers containing the metal or the alloy can be used.

【0035】さらに、例えばタングステン等からなる金
属性マスクにおいては、GaNの成長抑制効果が非常に
強く、マスクのストライプ方向への依存性も強い。スト
ライプ方向依存性については、GaNに対して〈11−
20〉方向にマスクパターンを形成した場合、殆どラテ
ラル成長(基板に対して平行方向の成長)が起こらず、
マスク上にGaN膜を被覆することが困難である。よっ
て、金属性膜上に絶縁性膜を被覆して絶縁性膜付き金属
性マスクとすれば、このような成長抑制効果やストライ
プ方向依存性を緩和可能である。なお、この絶縁性膜付
き金属性マスクの位置については、金属膜の配置が重要
であり、上述した位置に金属膜を配置するのが好まし
い。
Further, in a metallic mask made of, for example, tungsten or the like, the effect of suppressing the growth of GaN is very strong, and the dependence of the mask on the stripe direction is also strong. Regarding the dependence on the stripe direction, <11-
When a mask pattern is formed in the <20> direction, almost no lateral growth (growth in a direction parallel to the substrate) occurs,
It is difficult to cover the mask with a GaN film. Therefore, if the metal film is coated with an insulating film to form a metal mask with an insulating film, such a growth suppressing effect and stripe direction dependency can be reduced. In addition, regarding the position of the metal mask with an insulating film, the arrangement of the metal film is important, and it is preferable to arrange the metal film at the above-described position.

【0036】この絶縁性膜としてSiO2またはSiNx
を用いれば、その絶縁性膜上に被覆した窒化物半導体膜
の結晶配向(結晶成長軸)のずれが抑制されるので好ま
しい。
As the insulating film, SiO 2 or SiN x
The use of is preferable because the shift of the crystal orientation (crystal growth axis) of the nitride semiconductor film coated on the insulating film is suppressed.

【0037】さらに、その下層の窒化物半導体層に対し
て〈1−100〉方向のストライプ状にマスク(金属
膜)を設ければ、マスク上の窒化物半導体層のラテラル
成長が速くなり、被覆速度が速くなる。
Further, if a mask (metal film) is provided in a stripe shape in the <1-100> direction on the underlying nitride semiconductor layer, lateral growth of the nitride semiconductor layer on the mask is accelerated, and Speed increases.

【0038】上記金属性マスクまたは絶縁性膜付き金属
性マスクは、その上層の窒化物半導体層によって平坦に
被覆されず、窪み部を有していてもよい。この場合、そ
の上に形成される再成長窒化物半導体層の結晶歪みを窪
み部によって緩和することが可能である。よって、歪み
による結晶性の低下を防ぎ、レーザ発振寿命をより一層
長くすることが可能となる。
The above-mentioned metallic mask or metallic mask with an insulating film is not flatly covered by the nitride semiconductor layer thereabove and may have a depression. In this case, it is possible to reduce the crystal strain of the regrown nitride semiconductor layer formed thereon by the depression. Therefore, a decrease in crystallinity due to distortion can be prevented, and the laser oscillation life can be further lengthened.

【0039】本発明の窒化物半導体レーザ素子の製造方
法にあっては、上記マスクを窒化物半導体層で被覆する
際に、全キャリアガスに対して10%以上の窒素キャリ
アガスを用いることにより、そのマスク上の窒化物半導
体層のラテラル成長が速くなり、被覆速度が速くなる。
In the method of manufacturing a nitride semiconductor laser device according to the present invention, when covering the mask with a nitride semiconductor layer, a nitrogen carrier gas of 10% or more of the total carrier gas is used. Lateral growth of the nitride semiconductor layer on the mask is accelerated, and the coating speed is increased.

【0040】[0040]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて説明する。
Embodiments of the present invention will be described below.

【0041】一般に、窒化物半導体を結晶成長させる際
には、サファイア、6H−SiC、4H−SiC、3C
−SiC、GaN、Si、Ge、GaAs、MgAl2
4等が基板として用いられる。また、結晶成長は、通
常、有機金属気相成長法(以下、MOCVD法と称す
る)、分子線エピタキシー法(MBE法)、ハイドライ
ド気相成長法(H−VPE法)等により行われる。その
中でも、得られる窒化物半導体の結晶性や量産性を考慮
すると、基板としてサファイアまたはGaNを使用し、
成長法としてはMOCVD法により行うのが最も一般的
な方法である。
Generally, when growing a nitride semiconductor crystal, sapphire, 6H-SiC, 4H-SiC, 3C
-SiC, GaN, Si, Ge, GaAs, MgAl 2
O 4 or the like is used as the substrate. The crystal growth is usually performed by a metal organic chemical vapor deposition (hereinafter, referred to as MOCVD), a molecular beam epitaxy (MBE), a hydride vapor phase epitaxy (H-VPE), or the like. Among them, considering the crystallinity and mass productivity of the obtained nitride semiconductor, sapphire or GaN is used as the substrate,
The most common growth method is the MOCVD method.

【0042】そこで、以下の実施形態ではサファイア基
板またはGaN基板上にMOCVD法により窒化物半導
体を成長させた窒化物半導体レーザ素子の例について説
明する。なお、実施形態1、実施形態2および実施形態
4〜実施形態7ではサファイア基板を用いた例について
説明しているが、上述した他の基板を用いても同様の効
果が得られることを確認している。特に、GaN基板を
用いた場合には、後述する実施形態13で説明するよう
に、同種結晶であるため、格子整合性が良好で好ましい
結果が得られた。また、実施形態3、実施形態10〜実
施形態12ではGaN基板を用いた例について説明して
いるが、上述した他の基板を用いても同様の効果が得ら
れることを確認している。
In the following embodiments, an example of a nitride semiconductor laser device in which a nitride semiconductor is grown on a sapphire substrate or a GaN substrate by MOCVD will be described. In the first, second, and fourth to seventh embodiments, examples using a sapphire substrate have been described. However, it was confirmed that similar effects can be obtained by using the other substrates described above. ing. In particular, when a GaN substrate was used, as described in a thirteenth embodiment to be described later, since the crystals were the same kind of crystal, favorable results were obtained with good lattice matching. In the third embodiment and the tenth to twelfth embodiments, examples using a GaN substrate have been described. However, it has been confirmed that similar effects can be obtained by using the other substrates described above.

【0043】(実施形態1)本実施形態では、光吸収機
能を有する金属性マスクを用いて垂直横モードの安定化
(単峰化)を図った窒化物半導体レーザ素子について説
明する。
(Embodiment 1) In this embodiment, a nitride semiconductor laser device in which the vertical and horizontal modes are stabilized (single peak) by using a metallic mask having a light absorbing function will be described.

【0044】図1に本実施形態の窒化物半導体レーザ素
子の構造を示す。この窒化物半導体レーザ素子は、サフ
ァイア基板100上に低温GaNバッファー層101、
n型GaNコンタクト層102、n型Al0.1Ga0.9
クラッド層103、n型GaN光ガイド層104、活性
層105(例えば後述する厚さ2nmのIn0.15Ga
0.85N層と厚さ4nmのIn0.02Ga0.98N層からなる
多重量子井戸活性層、他にも、厚さ4nmのIn0.15
0.85N層と厚さ10nmのIn0.01Ga0.99N層を3
周期形成したもの等を用いることができる)、Al0.2
Ga0.8Nキャリアブロック層106、p型GaN光ガ
イド層107、p型Al0.1Ga0.9Nクラッド層108
およびp型GaNコンタクト層109が順次積層されて
いる。p型クラッド層108はp型光ガイド層107近
くまで堀り下げられて、p型コンタクト層109および
p型クラッド層108からなるリッジストライプ部が形
成されている。その上にSiO2からなる絶縁性膜11
0が設けられ、リッジストライプ上部分が開口されてい
る。その絶縁性膜110上および絶縁性膜110の開口
部から露出したリッジストライプ部上にわたってp型電
極112が設けられて、リッジストライプ上の部分がス
トライプ状電極として機能している。一方、p型コンタ
クト層108からn型コンタクト層102まではn型コ
ンタクト層102の表面が露出するように一部除去さ
れ、そのn型コンタクト層102の露出部上にn型電極
111が形成されている。
FIG. 1 shows a nitride semiconductor laser device according to this embodiment.
This shows the structure of the child. This nitride semiconductor laser device
A low-temperature GaN buffer layer 101 on a fire substrate 100;
n-type GaN contact layer 102, n-type Al0.1Ga0.9N
Clad layer 103, n-type GaN light guide layer 104, active
Layer 105 (for example, a 2 nm thick In0.15Ga
0.85N layer and 4 nm thick In0.02Ga0.98Consists of N layers
Multiple quantum well active layer, 4 nm thick In0.15G
a0.85N layer and 10 nm thick In0.01Ga0.993 N layers
Periodically formed ones can be used), Al0.2
Ga0.8N carrier block layer 106, p-type GaN optical gas
Id layer 107, p-type Al0.1Ga0.9N cladding layer 108
And the p-type GaN contact layer 109 are sequentially laminated
I have. The p-type cladding layer 108 is near the p-type light guide layer 107
The p-type contact layer 109 and
The ridge stripe formed by the p-type cladding layer 108 is shaped
Has been established. SiO on topTwoInsulating film 11 made of
0 is provided and the upper part of the ridge stripe is opened.
You. On the insulating film 110 and the opening of the insulating film 110
Over the ridge stripe exposed from the
The pole 112 is provided, and the portion on the ridge stripe is
It functions as a tripe-shaped electrode. On the other hand, p-type contour
From the contact layer 108 to the n-type contact layer 102.
Partially removed so that the surface of the contact layer 102 is exposed.
And an n-type electrode on the exposed portion of the n-type contact layer 102.
111 are formed.

【0045】n型コンタクト層102は、下層n型Ga
N膜102aと再成長n型GaN膜102bから構成さ
れ、リッジストライプ部下方の下層膜102a上部分に
設けられた金属性マスク(タングステンマスク)113
上を再成長膜102bで被覆している。
The n-type contact layer 102 is a lower n-type Ga
A metallic mask (tungsten mask) 113 formed of an N film 102a and a regrown n-type GaN film 102b and provided on the lower film 102a below the ridge stripe portion.
The top is covered with a regrowth film 102b.

【0046】図2に本実施形態において使用したMOC
VD装置の概略構成を示す。図中、201は(000
1)面を有するサファイア基板であり、この基板は炭素
からなるサセプタ202上に配置されている。サセプタ
202の中には炭素からなる抵抗加熱用ヒーターが配置
されており、熱電対により基板温度を制御することがで
きる。203は二重の石英からなる反応管であり、水冷
されている。V族原料としてはアンモニア(NH3)2
06を用い、III族原料としてトリメチルガリウム(T
MG)207a、トリメチルアルミニウム(TMA)2
07bおよびトリメチルインジウム(TMIn)207
cを窒素ガス(N2)または水素ガス(H2)によりバブ
リングして用いた。n型ドーピング原料としてはモノシ
ラン(SiH 4)209を用い、p型のドーピング原料
としてはビスシクロペンタジエニルマグネシウム(Cp
2Mg)207dを用いた。各原料はマスフローコント
ローラ(MFC)208により正確に流量が制御されて
原料入り口204から反応管に導入され、排気ガス出口
205から排出される。
FIG. 2 shows the MOC used in this embodiment.
1 shows a schematic configuration of a VD device. In the figure, 201 is (000
1) A sapphire substrate having a surface, which is made of carbon
Is disposed on a susceptor 202 composed of Susceptor
Heater for resistance heating made of carbon is arranged in 202
The substrate temperature can be controlled by a thermocouple.
Wear. Reference numeral 203 denotes a reaction tube made of double quartz, which is water-cooled.
Have been. Ammonia (NHThree) 2
Using trimethylgallium (T
MG) 207a, trimethyl aluminum (TMA) 2
07b and trimethylindium (TMIn) 207
c with nitrogen gas (NTwo) Or hydrogen gas (HTwo) By bab
Ring used. Mono-type as the n-type doping material
Run (SiH Four) P-type doping material using 209
As biscyclopentadienyl magnesium (Cp
TwoMg) 207d was used. Each raw material is mass flow controller
The flow rate is accurately controlled by the roller (MFC) 208
It is introduced into the reaction tube from the raw material inlet 204 and the exhaust gas outlet
It is discharged from 205.

【0047】本実施形態の窒化物半導体レーザ素子は例
えば以下のようにして作製することができる。まず、サ
ファイア基板100を洗浄して結晶成長装置内に設置し
て、水素雰囲気中1100℃程度の温度で約10分間熱
処理を施し、その後、温度を500℃〜600℃程度に
降温する。温度が一定になった後、キャリアガスを窒素
に変えて窒素ガスを全流量で10l/minとアンモニ
アを3l/min、TMGを約20μmol/min流
して、厚さ20nmの低温GaNバッファー層101を
成長させる。
The nitride semiconductor laser device of this embodiment can be manufactured, for example, as follows. First, the sapphire substrate 100 is cleaned and placed in a crystal growth apparatus, and is subjected to a heat treatment at a temperature of about 1100 ° C. for about 10 minutes in a hydrogen atmosphere, and then the temperature is lowered to about 500 ° C. to 600 ° C. After the temperature becomes constant, the carrier gas is changed to nitrogen, nitrogen gas is supplied at a total flow rate of 10 l / min, ammonia is supplied at a rate of 3 l / min, TMG is flowed at about 20 μmol / min, and the low-temperature GaN buffer layer 101 having a thickness of 20 nm is formed. Let it grow.

【0048】次に、TMGの供給を停止して温度を10
50℃まで上昇し、再びTMGを約50μmol/mi
nとSiH4ガスを約10nmol/min供給して、
n型コンタクト層102のうち、厚さ4μmの下層n型
GaN膜102aを成長させる。その後、基板を結晶成
長装置から一旦取り出し、EB(エレクトロンビーム)
蒸着法により厚さ0.1μmのタングステン膜を形成す
る。このタングステン膜の形成方法としては、EB蒸着
法以外にスパッタリング法を用いてもよい。このタング
ステン膜を、通常のフォトリソグラフィー技術を用いて
マスク幅(M)3μmのストライプ状にエッチングし、
下層n型GaN膜102aを露出させる。このとき、タ
ングステンマスク113はストライプ方向を下層の窒化
物半導体層(GaN膜102a)に対して〈1−10
0〉方向に形成し、後の工程で作製するリッジストライ
プ部の下方に配置した。次に、基板を再び結晶成長装置
内に設置して、雰囲気を窒素ガスで置換した後、窒素を
10l/minと水素を5l/minとアンモニアを3
l/min流しながら温度を1050℃まで昇温し、温
度が安定した時点でTMGを50μmol/minとS
iH4ガスを10nmol/min供給して厚さ4μm
のn型GaN膜102bを再成長させる。成長が進むに
つれて、タングステンマスク113が被覆されていない
部分からGaNが再成長を始め、横方向成長が生じてタ
ングステンマスク113が被覆された。この横方向成長
したGaN膜102bは完全に結合し、平坦な表面のコ
ンタクト層102が得られた。
Next, the supply of TMG was stopped and the temperature was raised to 10 ° C.
The temperature is raised to 50 ° C., and TMG is added again to about 50 μmol / mi.
n and SiH 4 gas are supplied at about 10 nmol / min,
In the n-type contact layer 102, a lower n-type GaN film 102a having a thickness of 4 μm is grown. After that, the substrate is once taken out of the crystal growing apparatus, and EB (electron beam) is used.
A tungsten film having a thickness of 0.1 μm is formed by an evaporation method. As a method for forming the tungsten film, a sputtering method may be used instead of the EB evaporation method. This tungsten film is etched into a stripe shape with a mask width (M) of 3 μm using a normal photolithography technique,
The lower n-type GaN film 102a is exposed. At this time, the tungsten mask 113 sets the stripe direction to <1-10
0> direction, and arranged below a ridge stripe portion to be formed in a later step. Next, the substrate was placed again in the crystal growth apparatus, and the atmosphere was replaced with nitrogen gas.
The temperature was raised to 1050 ° C. while flowing at 1 / min, and TMG was added at 50 μmol / min and S
iH 4 gas is supplied at 10 nmol / min and the thickness is 4 μm
The n-type GaN film 102b is regrown. As the growth progressed, GaN started to grow again from the portion not covered with the tungsten mask 113, and lateral growth occurred to cover the tungsten mask 113. The laterally grown GaN film 102b was completely bonded, and the contact layer 102 having a flat surface was obtained.

【0049】続いて、TMAを10μmol/min供
給し、厚さ0.5μmのn型Al0. 1Ga0.9Nクラッド
層103を成長する。この層は、コンタクト層102の
横方向成長後、TMAの供給を開始して連続して成長さ
せた。その後、TMAの供給を停止してTMGを50μ
mol/minとSiH4ガスを10nmol/min
供給して厚さ約0.1μmのn型GaN光ガイド層10
4を成長させる。光ガイド層104の成長後、一旦TM
GとSiH4の供給を停止して温度を700℃〜800
℃程度に下げ、TMIとTMGを供給して、厚さ2nm
のIn0.15Ga 0.85N層と厚さ4nmのIn0.02Ga
0.98N層の複数から構成される多重量子井戸活性層10
5を形成する。この際、SiH4は供給しても良いし、
供給しなくても良い。次に、TMGとTMIの供給を再
度停止して温度を再び1050℃まで昇温し、TMGと
TMAを供給して厚さ20nmのAl0.15Ga0.85Nか
らなるキャリアブロック層106を成長させる。この
際、Cp2Mgは供給しても良いし、供給しなくても良
い。なお、このキャリアブロック層106は、形成しな
くても特に問題は生じない。続いて、TMAの供給を停
止してTMGの供給を50μmol/minに調整し、
Cp2Mgを約50nmol/min供給して厚さ0.
1μmのp型GaN光ガイド層107を成長させる。そ
の後、TMAを10μmol/min供給して厚さ0.
5μmのp型Al0.15Ga0.85Nクラッド層108を成
長させる。最後に、TMAの供給を停止して、厚さ0.
1μmのp型GaNコンタクト層109を成長し、温度
を室温まで降温して基板を結晶成長装置から取り出す。
Subsequently, TMA was supplied at 10 μmol / min.
0.5 μm thick n-type Al0. 1Ga0.9N clad
A layer 103 is grown. This layer corresponds to the contact layer 102
After the lateral growth, the supply of TMA is started to continuously grow.
I let you. After that, the supply of TMA was stopped and TMG was
mol / min and SiHFour10 nmol / min gas
N-type GaN optical guide layer 10 having a thickness of about 0.1 μm
Grow 4. After the growth of the light guide layer 104, once TM
G and SiHFourSupply is stopped and the temperature is increased from 700 ° C to 800 ° C.
℃, supply TMI and TMG, thickness 2nm
In0.15Ga 0.85N layer and 4 nm thick In0.02Ga
0.98Multiple quantum well active layer 10 composed of a plurality of N layers
5 is formed. At this time, SiHFourMay be supplied,
It is not necessary to supply. Next, supply of TMG and TMI was restarted.
And the temperature is raised again to 1050 ° C.
Supplying TMA to 20nm thick Al0.15Ga0.85N
A carrier block layer 106 is grown. this
When CpTwoMg may or may not be supplied
No. Note that this carrier block layer 106 is not formed.
There is no particular problem if it is not. Subsequently, the supply of TMA was stopped.
Stop and adjust the supply of TMG to 50 μmol / min,
CpTwoMg is supplied at about 50 nmol / min to achieve a thickness of 0.1 mm.
A 1 μm p-type GaN optical guide layer 107 is grown. So
After that, TMA was supplied at 10 μmol / min to achieve a thickness of 0.1 μm.
5 μm p-type Al0.15Ga0.85The N cladding layer 108 is formed.
Lengthen. Finally, the supply of TMA was stopped, and the thickness was reduced to 0.1 mm.
A 1 μm p-type GaN contact layer 109 is grown,
Is cooled to room temperature, and the substrate is taken out of the crystal growing apparatus.

【0050】その後、ドライエッチング装置を用いて反
応性イオンエッチングを行ってn型GaNコンタクト層
102を露出させ、Al膜およびTi膜を露出部分に蒸
着してn型電極111を形成する。このとき、反応性イ
オンエッチングを用いてn型コンタクト層102を露出
させるのは、絶縁性基板であるサファイア基板100を
用いたためである。従って、GaN基板やSiC基板の
ような導電性を有する基板を用いた場合には、n型コン
タクト層102を露出させる必要はなく、直性基板の裏
面にn型電極を形成してもよい。一方、p型電極部分
は、p型GaN光ガイド層107の手前までp型クラッ
ド層108をエッチングしてp型クラッド層108およ
びp型コンタクト層109をリッジストライプ状に形成
し、SiO 2からなる厚さ200nmの絶縁性膜110
を蒸着する。その後、絶縁性膜110を一部除去してp
型コンタクト層109を露出させ、露出部分(Wp=2
μm幅)を被覆するようにNi膜およびAu膜を蒸着し
てp型電極112を形成する。最後に、へき開またはド
ライエッチングによりミラーとなる端面を形成する。以
上により、窒化物半導体を用いた青紫色の発光波長を有
する本実施形態の窒化物半導体レーザ素子が作製され
る。
Thereafter, the dry etching apparatus is used to
N-type GaN contact layer by reactive ion etching
102 is exposed, and the Al film and the Ti film are
To form an n-type electrode 111. At this time,
Exposing n-type contact layer 102 using on-etching
What makes the sapphire substrate 100 which is an insulating substrate
This is because it was used. Therefore, GaN substrates and SiC substrates
When a substrate having such conductivity is used, an n-type
It is not necessary to expose the tact layer 102, and
An n-type electrode may be formed on the surface. On the other hand, the p-type electrode part
Is a p-type cladding up to the p-type GaN optical guide layer 107.
Layer 108 is etched to form a p-type cladding layer 108 and
And a p-type contact layer 109 formed in a ridge stripe shape
And SiO Two200 nm thick insulating film 110 made of
Is deposited. Thereafter, the insulating film 110 is partially removed to remove p.
Mold contact layer 109 is exposed, and an exposed portion (Wp = 2
Ni film and Au film are deposited to cover
Thus, a p-type electrode 112 is formed. Finally, the cleavage or de
An end face to be a mirror is formed by light etching. Less than
Above, a blue-violet emission wavelength using nitride semiconductor
The nitride semiconductor laser device of this embodiment
You.

【0051】このような選択成長工程により得られるn
型GaNコンタクト層102の表面は、平坦でクラック
も生じておらず、透過電子顕微鏡により観察したとこ
ろ、基板100と低温GaNバッファー層101との界
面から生じる転位(結晶欠陥)が、タンスグテンマスク
113の上に被覆したGaN膜102b中には殆ど観測
されなかった。また、タンスグテンマスク113の存在
によって、そのマスク上に再成長を行った後のレーザ構
造を構成する各膜中において、転位密度が2桁以上減少
した。さらに、半導体レーザ素子自体の寿命特性は約1
2000時間であった。
N obtained by such a selective growth step
The surface of the p-type GaN contact layer 102 is flat and free of cracks, and when observed by a transmission electron microscope, dislocations (crystal defects) generated from the interface between the substrate 100 and the low-temperature GaN buffer layer 101 are generated by a tansten mask. Almost no GaN film 102b was observed in the GaN film 102b coated on the substrate 113. In addition, due to the presence of the tansguten mask 113, the dislocation density was reduced by two digits or more in each film constituting the laser structure after regrowth on the mask. Further, the life characteristic of the semiconductor laser device itself is about 1
2000 hours.

【0052】この窒化物半導体レーザ素子について、垂
直(活性層に対して垂直方向)横モードのFFPを観測
したところ、図17(a)に示すように単峰の単一モー
ドでレーザ発振しており、従来の半導体レーザ素子にお
いて垂直横モードのFFPで観測される図17(b)に
示すようなサブピークは観測されなかった。さらに、本
実施形態の窒化物半導体レーザ素子に10000時間の
寿命試験を行って、再び垂直横モードを観察したとこ
ろ、上記と同様の安定した単一垂直横モードが観測され
た。
When the FFP in the vertical (vertical direction with respect to the active layer) transverse mode was observed for this nitride semiconductor laser device, the laser oscillated in a single-peak single mode as shown in FIG. Thus, in the conventional semiconductor laser device, the subpeak as shown in FIG. 17B observed by the FFP in the vertical / lateral mode was not observed. Further, the nitride semiconductor laser device of the present embodiment was subjected to a life test of 10,000 hours, and the vertical transverse mode was observed again. As a result, a stable single vertical transverse mode similar to the above was observed.

【0053】この理由として、以下のようなことが考え
られる。従来の半導体レーザ素子において垂直横モード
にサブピークが発生して単一化できない原因は、活性層
から発したレーザ光がn型AlGaNクラッド層によっ
て充分に垂直方向に光閉じ込めされずにリークしてしま
うためである。そして、n型AlGaNクラッド層10
3よりも外側に、n型AlGaNクラッド層103より
も等価屈折率が大きい厚さ0.3μm以上のn型GaN
コンタクト層102が設けられているため、光n型Ga
Nコンタクト層102部分で図16(b)に示すような
垂直横モード光のサブピークが発生し、垂直横モードの
単峰化を阻害していた。
The following are conceivable reasons for this. In the conventional semiconductor laser device, a subpeak is generated in the vertical and transverse modes and cannot be unified because the laser light emitted from the active layer leaks without being sufficiently confined in the vertical direction by the n-type AlGaN cladding layer. That's why. Then, the n-type AlGaN cladding layer 10
N-type GaN having a thickness equal to or greater than 0.3 μm and having an equivalent refractive index greater than that of the n-type AlGaN cladding layer 103 outside
Since the contact layer 102 is provided, the optical n-type Ga
A sub-peak of the vertical / lateral mode light was generated in the N contact layer 102 as shown in FIG. 16B, which hindered the formation of a single peak in the vertical / lateral mode.

【0054】これに対して、本実施形態で使用した成長
抑制効果を有する金属性マスクがタングステンから構成
されており、基板100とn型AlGaNクラッド層1
03との間で発生した(漏洩した)垂直横モード光がこ
のタングステンマスク113によって吸収される。これ
により、本実施形態の窒化物半導体レーザ素子では図1
6(a)および図17(a)に示すように、垂直横モー
ドの安定化を図ることができると考えられる。以下、こ
の効果を光吸収効果と称する。さらに、上記選択成長に
よる転位密度の低減効果も加わって、10000時間の
寿命試験を行っても安定した単一垂直横モードが観測さ
れたものと考えられる。
On the other hand, the metallic mask having the growth suppressing effect used in the present embodiment is made of tungsten, and the substrate 100 and the n-type AlGaN cladding layer 1 are formed.
The vertical transverse mode light generated (leaked) between the light emitting device and the light emitting device 03 is absorbed by the tungsten mask 113. Thus, in the nitride semiconductor laser device of the present embodiment, FIG.
As shown in FIG. 6A and FIG. 17A, it is considered that the vertical and horizontal modes can be stabilized. Hereinafter, this effect is referred to as a light absorption effect. In addition, it is considered that a single vertical transverse mode that was stable was observed even after a life test of 10,000 hours, in addition to the effect of reducing the dislocation density due to the selective growth.

【0055】なお、上記金属性マスク(タングステンマ
スク)の光吸収効果により半導体レーザ素子の単一垂直
横モードを得るためには、金属性マスクの形成位置は基
板に対して垂直方向および水平方向の各々について、以
下の位置に形成することが好ましい。
In order to obtain a single vertical transverse mode of the semiconductor laser device by the light absorption effect of the metallic mask (tungsten mask), the metallic mask is formed in the vertical and horizontal directions with respect to the substrate. Each of them is preferably formed at the following position.

【0056】まず、基板に対して垂直方向に関しては、 (1)基板に近い方のクラッド層の下面に接して、その
クラッド層よりも屈折率が高く、かつ、基板と異なる屈
折率を有するコンタクト層を有する場合には、そのクラ
ッド層とコンタクト層との界面から基板に向かってコン
タクト層の厚みの半分以内の位置に金属性マスクを配置
する。例えば、サファイア基板上にAlGaNクラッド
層とGaNコンタクト層とを有する場合には、両者の界
面からGaNコンタクト層の厚みの半分以内の位置に金
属性マスクを形成する。本実施形態ではn型AlGaN
クラッド層103とn型GaNコンタクト層102の界
面(n型クラッド層103の下面)から基板に向かって
4μmの位置に厚み0.1μmのタングステンマスク1
13を形成している。
First, in the direction perpendicular to the substrate, (1) a contact in contact with the lower surface of the clad layer closer to the substrate and having a refractive index higher than that of the clad layer and different from that of the substrate; In the case of having a layer, a metallic mask is arranged at a position within half of the thickness of the contact layer from the interface between the cladding layer and the contact layer toward the substrate. For example, when an AlGaN cladding layer and a GaN contact layer are provided on a sapphire substrate, a metallic mask is formed at a position within half the thickness of the GaN contact layer from the interface between them. In this embodiment, n-type AlGaN
A tungsten mask 1 having a thickness of 0.1 μm is placed at a position of 4 μm from the interface between the cladding layer 103 and the n-type GaN contact layer 102 (the lower surface of the n-type cladding layer 103) toward the substrate.
13 are formed.

【0057】(2)基板に近い方のクラッド層の下面に
接して、クラッド層よりも屈折率が高く、かつ、基板と
実質的に同じ屈折率を有するコンタクト層を有する場合
には、クラッド層とコンタクト層との界面から基板に向
かってコンタクト層の厚みと基板厚みを合わせた総厚み
の半分以内の位置に金属性マスクを配置する。例えば、
GaN基板上にAlGaNクラッド層とGaNコンタク
ト層を有する場合には、両者の界面からGaNコンタク
ト層とGaN基板の厚みを合わせた厚みの半分以内の位
置に金属性マスクを配置する。
(2) In the case where a contact layer having a higher refractive index than the clad layer and having substantially the same refractive index as the substrate is provided in contact with the lower surface of the clad layer closer to the substrate, A metallic mask is arranged at a position within half of the total thickness of the thickness of the contact layer and the thickness of the substrate from the interface between the metal mask and the contact layer. For example,
When the AlGaN cladding layer and the GaN contact layer are provided on the GaN substrate, the metallic mask is arranged at a position within half of the total thickness of the GaN contact layer and the GaN substrate from the interface between them.

【0058】(3)このようなコンタクト層が設けられ
ておらず、基板に近い方のクラッド層が基板よりも屈折
率が低い場合には、クラッド層と基板との界面から基板
下面に向かって基板厚みの半分以内の位置に金属性マス
クを配置する。例えば、GaN厚膜(基板)上にAlG
aNクラッド層を有する場合には、両者の界面からGa
N厚膜の厚みの半分以内の位置に金属性マスクを配置す
る。
(3) When such a contact layer is not provided and the cladding layer closer to the substrate has a lower refractive index than the substrate, the interface between the cladding layer and the substrate is directed toward the lower surface of the substrate. A metal mask is arranged at a position within half the thickness of the substrate. For example, AlG on a GaN thick film (substrate)
In the case of having an aN cladding layer, Ga
A metal mask is arranged at a position within half the thickness of the N thick film.

【0059】この理由は、金属性マスクが上記範囲内に
形成されていないと、その金属性マスクによって漏洩光
が吸収された領域よりも漏洩光が残存している領域の方
が広くなって垂直横モードの単峰化を妨げるからであ
る。また、本願発明者らの知見によれば、上記界面から
金属性マスクまでの距離が短い程、単一垂直横モードを
得やすかった。これは、AlGaNクラッド層とGaN
コンタクト層との界面から金属性マスクまでの距離が長
くなると、その金属性マスクの下方部分ではGaNコン
タクト層中に漏洩してきた垂直横モード光が減少するも
のの、上記界面から金属性マスクまでの間は漏洩光が充
分に減少していないために、垂直横モード光によるサブ
ピークが観測されてしまい、単一垂直横モード化しない
からである。さらに、金属性マスクをn型AlGaNク
ラッド層103上やそのクラッド層103内に形成して
もよい。但し、金属性マスクを活性層105とn型Ga
N光ガイド層104との界面(活性層105の下面)か
ら基板100に向かって0.5μm未満の位置に形成す
ると、金属性マスクによる光吸収効果のためにレーザ発
振における利得損失が大きくなり、レーザ発振閾値電流
密度の増加を招いてしまう。従って、金属性マスクをn
型AlGaNクラッド層103上やそのクラッド層10
3内に形成する場合には、少なくとも活性層105とn
型GaN光ガイド層104との界面から基板100に向
かって0.5μm以上の位置に形成するのが好ましい。
The reason for this is that if the metal mask is not formed within the above range, the area where the leaked light remains is wider than the area where the leaked light is absorbed by the metal mask, and the area is vertical This is because the single mode of the transverse mode is prevented. According to the findings of the present inventors, the shorter the distance from the interface to the metallic mask, the easier it was to obtain a single vertical transverse mode. This is because the AlGaN cladding layer and the GaN
When the distance from the interface with the contact layer to the metallic mask is increased, the vertical transverse mode light leaked into the GaN contact layer is reduced below the metallic mask, but the distance from the interface to the metallic mask is reduced. This is because the leakage light is not sufficiently reduced, so that a sub-peak due to the vertical / lateral mode light is observed, and the single vertical / lateral mode is not formed. Further, a metallic mask may be formed on or in the n-type AlGaN cladding layer 103. However, the active layer 105 and the n-type Ga
When formed at a position of less than 0.5 μm from the interface with the N light guide layer 104 (the lower surface of the active layer 105) toward the substrate 100, gain loss in laser oscillation increases due to the light absorption effect of the metallic mask, This causes an increase in the laser oscillation threshold current density. Therefore, the metallic mask is changed to n
Type AlGaN cladding layer 103 and its cladding layer 10
3, at least the active layer 105 and n
It is preferably formed at a position of 0.5 μm or more from the interface with the type GaN light guide layer 104 toward the substrate 100.

【0060】さらに、後述する実施形態9において詳述
するように、Alを含む窒化物半導体膜上に金属性マス
クを設けると、Alを含まないGaN膜上に金属性マス
クを設けた場合に比べて、選択成長におけるラテラル成
長速度が速く、かつ、欠陥密度も少なく形成される。ま
た、AlGaNクラッド層とGaNコンタクト層の界
面、またはAlGaNクラッド層とGaN基板の界面の
何れかの界面にまたがるように金属性マスクを形成して
もよい。さらに、GaN基板を用いて半導体レーザ素子
を作製した場合には、AlGaNクラッド層から漏洩し
てきた光が垂直横モードの単峰化を特に強く妨げるた
め、上述のように金属性マスクを設けることにより、非
常に高い効果が得られる。
Further, as will be described later in detail in a ninth embodiment, when a metallic mask is provided on a nitride semiconductor film containing Al, a metal mask is provided on a GaN film not containing Al. Thus, the lateral growth rate in the selective growth is high, and the defect density is low. Further, a metallic mask may be formed so as to extend over an interface between the AlGaN cladding layer and the GaN contact layer or an interface between the AlGaN cladding layer and the GaN substrate. Further, when a semiconductor laser device is manufactured using a GaN substrate, since light leaking from the AlGaN cladding layer particularly hinders the formation of a single peak in the vertical / transverse mode, it is preferable to provide a metallic mask as described above. , A very high effect can be obtained.

【0061】一方、基板に対して平行方向に関しては、
ストライプ状のp型電極112(リッジストライプ部)
の下方に金属性マスクが位置するように形成する。ま
た、金属性マスクの幅(M)は、p型電極幅Wpと同等
であるか、または広く形成するのが好ましい。この理由
は、上述の漏洩してきた垂直モード光(FFP)を充分
に吸収するためである。
On the other hand, regarding the direction parallel to the substrate,
Striped p-type electrode 112 (ridge stripe portion)
Is formed so that the metal mask is located below the metal mask. Further, it is preferable that the width (M) of the metallic mask is equal to or wider than the p-type electrode width Wp. The reason for this is to sufficiently absorb the leaked vertical mode light (FFP).

【0062】さらに、金属性マスクのストライプ方向
は、その下層の窒化物半導体層(本実施形態では下層G
aN膜102a)に対して〈1−100〉方向にするこ
とにより、マスク上の窒化物半導体層のラテラル成長が
速くなって被覆速度が速くなり、平坦な被覆膜が得られ
るので好ましい。
Further, the stripe direction of the metallic mask is aligned with the underlying nitride semiconductor layer (the lower layer G in this embodiment).
It is preferable to set the orientation in the <1-100> direction with respect to the aN film 102a) because lateral growth of the nitride semiconductor layer on the mask becomes faster and the coating speed becomes faster, and a flat coating film can be obtained.

【0063】本実施形態においては、成長抑制効果に加
えて光吸収機能を有する金属性マスクとしてタングステ
ン(W)を用いたが、それ以外に、例えばPt、Ti、
Mo、Ni、Al、Pd、Au等の金属やそれらの合
金、或いはそれらを含む複数層からなる複合膜等を用い
ることができる。窒化物半導体が直接エピタキシャル成
長せずに成長抑制効果が得られ、クラッド層から漏洩し
てきたレーザ光を吸収する光吸収効果を有する金属であ
れば、その材料に対して大きく依存はしない。
In the present embodiment, tungsten (W) is used as a metallic mask having a light absorbing function in addition to the growth suppressing effect.
Metals such as Mo, Ni, Al, Pd, and Au, alloys thereof, and a composite film including a plurality of layers including them can be used. The nitride semiconductor does not greatly depend on the material as long as it is a metal that has a growth suppressing effect without direct epitaxial growth and has a light absorbing effect of absorbing laser light leaked from the cladding layer.

【0064】さらに、金属性マスクの厚みは、光吸収効
果を考慮すると、後述する実施形態8において詳述する
ように、約0.01μm以上であるのが好ましい。ま
た、マスクの形状にもよるが、再成長する窒化物半導体
膜が被覆する厚みと被覆膜の平坦性を考慮すると、金属
性マスクの厚みは2μm以下であるのが好ましい。
Further, in consideration of the light absorption effect, the thickness of the metallic mask is preferably about 0.01 μm or more, as will be described later in detail in Embodiment 8. Although depending on the shape of the mask, the thickness of the metallic mask is preferably 2 μm or less in consideration of the thickness of the nitride semiconductor film to be regrown and the flatness of the coating film.

【0065】上記選択成長の際に用いられる窒素キャリ
アガスについては、ラテラル成長の観点から、全キャリ
アガスに対する窒素キャリアガスの分圧(N2/(H2
2))を0.1(10%以上)にするのが好ましい。
但し、窒素キャリアガスの分圧が0.9を超えると、後
述する実施形態9において詳述するように、X線回折に
よる半値幅が6分を超えてしまい、被覆した窒化物半導
体膜における結晶の配向性が悪化する。
With respect to the nitrogen carrier gas used for the selective growth, the partial pressure of the nitrogen carrier gas (N 2 / (H 2 +
N 2 )) is preferably set to 0.1 (10% or more).
However, when the partial pressure of the nitrogen carrier gas exceeds 0.9, the half value width by X-ray diffraction exceeds 6 minutes, as will be described in detail in a ninth embodiment to be described later. The orientation of the compound deteriorates.

【0066】なお、本実施形態では、リッジストライプ
構造の半導体レーザ素子を示したが、後述する実施形態
3〜実施形態7に示すようなストライプ構造であっても
良い。
In this embodiment, the semiconductor laser device having the ridge stripe structure is described, but a stripe structure as described in Embodiments 3 to 7 described later may be used.

【0067】さらに、本実施形態では低温バッファー層
101としてGaN膜を用いた例について説明したが、
低温バッファー層としてAlxGa1-xN(0≦x≦1)
を用いても何等問題は生じない。また、本実施形態では
基板側からn型層、活性層およびp型層の順に結晶成長
させたが、逆にp型層、活性層およびn型層の順に結晶
成長させても良い。このことは、以下の実施形態でも同
様である。
Further, in this embodiment, an example in which a GaN film is used as the low-temperature buffer layer 101 has been described.
Al x Ga 1-x N (0 ≦ x ≦ 1) as low temperature buffer layer
There is no problem with using. In this embodiment, the crystal is grown in the order of the n-type layer, the active layer, and the p-type layer from the substrate side. However, the crystal may be grown in the order of the p-type layer, the active layer, and the n-type layer. This is the same in the following embodiments.

【0068】(実施形態2)本実施形態では、実施形態
1の金属性マスク上に絶縁性膜を設けた以外は実施形態
1と同様の構成とした窒化物半導体レーザ素子について
説明する。
(Embodiment 2) In this embodiment, a nitride semiconductor laser device having the same configuration as that of Embodiment 1 except that an insulating film is provided on the metallic mask of Embodiment 1 will be described.

【0069】図3に本実施形態の窒化物半導体レーザ素
子の構造を示す。この窒化物半導体レーザ素子は、サフ
ァイア基板300上に低温GaNバッファー層301、
n型GaNコンタクト層302、n型Al0.1Ga0.9
クラッド層303、n型GaN光ガイド層304、活性
層305(例えば、3周期のIn0.18Ga0.82N層とI
0.05Ga0.95N層からなる多重量子井戸活性層)、A
0.2Ga0.8Nキャリアブロック層306、p型GaN
光ガイド層307、p型Al0.1Ga0.9Nクラッド層3
08およびp型GaNコンタクト層309が順次積層さ
れている。p型クラッド層308はp型光ガイド層30
7近くまで堀り下げられて、p型コンタクト層309お
よびp型クラッド層308からなるリッジストライプ部
が形成されている。その上にSiO2からなる絶縁性膜
310が設けられ、リッジストライプ上部分が開口され
ている。その絶縁性膜310上および絶縁性膜310の
開口部から露出したリッジストライプ部の上にわたって
p型電極312が設けられて、リッジストライプ上の部
分がストライプ状電極として機能している。一方、p型
コンタクト層308からn型コンタクト層302までは
n型コンタクト層302の表面が露出するように一部除
去され、そのn型コンタクト層302の露出部上にn型
電極311が形成されている。
FIG. 3 shows the structure of the nitride semiconductor laser device of this embodiment. This nitride semiconductor laser device has a low-temperature GaN buffer layer 301 on a sapphire substrate 300,
n-type GaN contact layer 302, n-type Al 0.1 Ga 0.9 N
The clad layer 303, the n-type GaN light guide layer 304, and the active layer 305 (for example, three periods of In 0.18 Ga 0.82 N layer and I
n 0.05 Ga 0.95 N multiple quantum well active layer), A
l 0.2 Ga 0.8 N carrier block layer 306, p-type GaN
Light guide layer 307, p-type Al 0.1 Ga 0.9 N clad layer 3
08 and a p-type GaN contact layer 309 are sequentially stacked. The p-type cladding layer 308 is the p-type light guide layer 30
7, a ridge stripe portion composed of a p-type contact layer 309 and a p-type cladding layer 308 is formed. An insulating film 310 made of SiO 2 is provided thereon, and the upper part of the ridge stripe is opened. A p-type electrode 312 is provided over the insulating film 310 and over the ridge stripe portion exposed from the opening of the insulating film 310, and the portion on the ridge stripe functions as a stripe electrode. On the other hand, portions from the p-type contact layer 308 to the n-type contact layer 302 are partially removed so that the surface of the n-type contact layer 302 is exposed, and an n-type electrode 311 is formed on the exposed portion of the n-type contact layer 302. ing.

【0070】n型コンタクト層302は、下層n型Ga
N膜302aと再成長n型GaN膜302bから構成さ
れ、リッジストライプ部下方の下層膜302a上部分に
設けられた絶縁性膜付き金属性マスク315上を再成長
膜302bで被覆している。このマスク315は、タン
グステン膜313とその上に設けられたSiO2からな
る絶縁性膜314から構成されている。
The n-type contact layer 302 is a lower n-type Ga
The regrown film 302b covers the metal mask 315 with an insulating film, which is composed of the N film 302a and the regrown n-type GaN film 302b and is provided on the lower film 302a below the ridge stripe portion. The mask 315 includes a tungsten film 313 and an insulating film 314 made of SiO 2 provided thereon.

【0071】本実施形態の窒化物半導体レーザ素子は例
えば以下のようにして作製することができる。まず、実
施形態1と同様に、結晶成長装置内でサファイア基板3
00上に低温GaNバッファー層301を成長させ、次
に、n型GaNコンタクト層302のうち、厚さ3.5
μmの下層n型GaN膜302aを成長させる。
The nitride semiconductor laser device of this embodiment can be manufactured, for example, as follows. First, as in the first embodiment, the sapphire substrate 3
Then, a low-temperature GaN buffer layer 301 is grown on
A μm lower n-type GaN film 302a is grown.

【0072】次に、基板を結晶成長装置から一旦取り出
し、EB蒸着法またはスパッタリング法により厚さ0.
1μmのタングステン膜と厚さ0.05μmのSiO2
膜をn型GaN膜302a上に形成する。このタングス
テン膜およびSiO2膜を、通常のフォトリソグラフィ
ー技術を用いて下層の窒化物半導体膜(GaN膜102
a)に対して〈1−100〉方向のストライプ状に形成
し、マスク幅(M)4μm、マスク厚さ0.15μm
で、タングステン膜313およびSiO2膜314から
なるストライプ状マスク315を後の工程で作製するリ
ッジストライプ部の下方に配置した。次に、基板を再び
結晶成長装置内に設置して、実施形態1と同様の条件で
厚さ1.5μmのn型GaN膜302bを再成長させて
n型GaNコンタクト層302を得る。
Next, the substrate was once taken out of the crystal growing apparatus, and the thickness was reduced to 0. 0 by an EB evaporation method or a sputtering method.
1 μm tungsten film and 0.05 μm thick SiO 2
A film is formed on the n-type GaN film 302a. The tungsten film and the SiO 2 film are formed on the lower nitride semiconductor film (GaN film 102) using a normal photolithography technique.
a) is formed in a stripe shape in the <1-100> direction with respect to a), and has a mask width (M) of 4 μm and a mask thickness of 0.15 μm
Thus, a stripe-shaped mask 315 composed of a tungsten film 313 and a SiO 2 film 314 was arranged below a ridge stripe portion to be formed in a later step. Next, the substrate is placed in the crystal growth apparatus again, and an n-type GaN film 302b having a thickness of 1.5 μm is re-grown under the same conditions as in the first embodiment to obtain an n-type GaN contact layer 302.

【0073】続いて、実施形態1と同様の成長条件で、
n型Al0.1Ga0.9Nクラッド層303、n型GaN光
ガイド層304、活性層305、Al0.15Ga0.85Nキ
ャリアブロック層306、p型GaN光ガイド層30
7、p型Al0.15Ga0.85Nクラッド層308およびp
型GaNコンタクト層309を成長する。その後、基板
を結晶成長装置から取り出し、実施形態1と同様の半導
体レーザ素子の製造プロセスを経て、図3に示すリッジ
ストライプ構造の半導体レーザ素子を作製する。
Subsequently, under the same growth conditions as in the first embodiment,
n-type Al 0.1 Ga 0.9 N clad layer 303, n-type GaN light guide layer 304, active layer 305, Al 0.15 Ga 0.85 N carrier block layer 306, p-type GaN light guide layer 30
7, p-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 308 and p
A type GaN contact layer 309 is grown. After that, the substrate is taken out of the crystal growth apparatus, and the semiconductor laser device having the ridge stripe structure shown in FIG. 3 is manufactured through the same semiconductor laser device manufacturing process as in the first embodiment.

【0074】このような選択成長工程により得られるn
型GaNコンタクト層302の表面は、平坦でクラック
も生じていなかった。また、本実施形態においては、n
型GaNコンタクト層302中に設けた絶縁性膜(Si
2膜)付きタンスグテンマスク315の存在によっ
て、そのマスク上に再成長を行った後のレーザ構造を構
成する各膜中において、転位密度が2桁以上減少した。
さらに、半導体レーザ素子自体の寿命特性は約1200
0時間であった。
N obtained by such a selective growth process
The surface of the type GaN contact layer 302 was flat and had no cracks. In the present embodiment, n
Insulating film (Si) provided in the p-type GaN contact layer 302
The presence of the tansguten mask 315 with an O 2 film reduced the dislocation density by more than two orders of magnitude in each film constituting the laser structure after regrowth on the mask.
Further, the life characteristic of the semiconductor laser device itself is about 1200
It was 0 hours.

【0075】この窒化物半導体レーザ素子について、垂
直横モードのFFPを観測したところ、単峰の単一モー
ドでレーザ発振していた。さらに、本実施形態の窒化物
半導体レーザ素子に10000時間の寿命試験を行っ
て、再び垂直横モードを観察したところ、上記と同様の
安定した単一垂直横モードが観測された。
When the FFP in the vertical / lateral mode was observed for this nitride semiconductor laser device, it was found that the laser oscillated in a single-peak single mode. Further, the nitride semiconductor laser device of the present embodiment was subjected to a life test of 10,000 hours, and the vertical transverse mode was observed again. As a result, a stable single vertical transverse mode similar to the above was observed.

【0076】この理由は、実施形態1と同様に、基板3
00とn型AlGaNクラッド層303との間に漏洩し
た垂直横モード光が、絶縁性膜付きタングステンマスク
315のうち、タングステンマスク313によって吸収
されたためである。その結果、本実施形態の窒化物半導
体レーザ素子では図16(a)および図17(a)に示
すように、垂直横モードの単峰化を図ることができた。
さらに、上記選択成長による転位密度の低減効果も加わ
って、10000時間の寿命試験を行っても安定した単
一垂直横モードが観測されたものと考えられる。
The reason is that, as in the first embodiment, the substrate 3
This is because the vertical transverse mode light leaked between 00 and the n-type AlGaN cladding layer 303 was absorbed by the tungsten mask 313 of the tungsten mask 315 with the insulating film. As a result, in the nitride semiconductor laser device of the present embodiment, as shown in FIG. 16A and FIG.
In addition, it is considered that a single vertical transverse mode that was stable was observed even after a life test of 10,000 hours, in addition to the effect of reducing the dislocation density due to the selective growth.

【0077】本実施形態2と上記実施形態1との相違
は、タングステンマスク313上にSiO2膜314を
設けることにより、後述する実施形態9において詳述す
るように、GaN膜の選択成長においてマスクパターン
の方向依存性が緩和され、充分なラテラル成長速度を得
ることができたことである。一般に、タングステンマス
ク等の金属性マスクを用いたGaN膜の選択成長におい
ては、そのマスクのストライプ方向依存性が強いため、
ラテラル成長(基板表面に対して平行方向の成長)が起
こりにくい。よって、このラテラル成長速度の向上によ
り、n型AlGaNクラッド層303とn型GaNコン
タクト層302との界面からSiO2膜付きタングステ
ンマスク313までの距離を短く、かつ、SiO2膜付
きタングステンマスク315の幅(M)を広くすること
ができる。その結果、実施形態1よりもさらに安定した
単一垂直横モードを得ることができた。
The difference between the second embodiment and the first embodiment is that the SiO 2 film 314 is provided on the tungsten mask 313 so that the mask can be selectively grown on the GaN film as will be described later in a ninth embodiment. That is, the direction dependency of the pattern was reduced, and a sufficient lateral growth rate could be obtained. Generally, in the selective growth of a GaN film using a metal mask such as a tungsten mask, the mask has a strong dependence on the stripe direction.
Lateral growth (growth in the direction parallel to the substrate surface) is unlikely to occur. Therefore, by improving the lateral growth rate, the distance from the interface between the n-type AlGaN cladding layer 303 and the n-type GaN contact layer 302 to the tungsten mask 313 with the SiO 2 film is reduced, and the tungsten mask 315 with the SiO 2 film is reduced. The width (M) can be increased. As a result, a more stable single vertical / transverse mode than in the first embodiment could be obtained.

【0078】なお、上記絶縁性膜付き金属性マスク(S
iO2膜付きタングステンマスク)の光吸収効果により
半導体レーザ素子の単一垂直横モードを得るために必要
なマスクの形成位置は、基板に対して垂直方向および水
平方向の各々について、実施形態1と同様である。但
し、この場合のマスクの形成位置とは、絶縁性膜付き金
属性マスクを構成している金属性マスクの形成位置のこ
とを称し、この意味において実施形態1と同じである。
The metal mask with insulating film (S
The formation positions of the mask necessary for obtaining a single vertical transverse mode of the semiconductor laser device by the light absorption effect of the tungsten mask with an iO 2 film) are different from those of the first embodiment in the vertical direction and the horizontal direction with respect to the substrate. The same is true. However, the formation position of the mask in this case refers to the formation position of the metal mask constituting the metal mask with the insulating film, and is the same as the first embodiment in this meaning.

【0079】本実施形態においては、成長抑制効果に加
えて光吸収機能を有する金属性マスクとしてタングステ
ン(W)を用いたが、それ以外に、例えばPt、Ti、
Mo、Ni、Al、Pd、Au等の金属やそれらの合
金、或いはそれらを含む複数層からなる複合膜等を用い
ることができる。窒化物半導体が直接エピタキシャル成
長せずに成長抑制効果が得られ、クラッド層から漏洩し
てきたレーザ光を吸収する光吸収効果を有する金属であ
れば、その材料に対して大きく依存はしない。上記金属
性マスクの直上に設ける絶縁性膜としては、SiO2
以外にSiNx膜を用いてもよく、絶縁性膜であればそ
の材料に対して大きく依存はしない。さらに、絶縁性膜
付き金属性マスクを構成している金属膜の厚みは、実施
形態1と同様に、光吸収効果を考慮すると、約0.01
μm以上であるのが好ましい。また、再成長する窒化物
半導体膜が被覆する厚みと被覆膜の平坦性を考慮する
と、金属性膜および絶縁性膜を含むマスク全体の厚みが
2μm以下であるのが好ましい。さらに、絶縁性膜の厚
みは1μm以下であるのが好ましい。これは、絶縁性膜
の膜厚が1μmを超えると、下層の金属性膜と絶縁性膜
との熱膨張係数差によって剥離することがあるからであ
る。
In the present embodiment, tungsten (W) is used as a metallic mask having a light absorbing function in addition to the growth suppressing effect.
Metals such as Mo, Ni, Al, Pd, and Au, alloys thereof, and a composite film including a plurality of layers including them can be used. The nitride semiconductor does not greatly depend on the material as long as it is a metal that has a growth suppressing effect without direct epitaxial growth and has a light absorbing effect of absorbing laser light leaked from the cladding layer. As the insulating film provided immediately above the metallic mask, a SiN x film may be used instead of the SiO 2 film, and the insulating film does not largely depend on the material. Further, the thickness of the metal film constituting the metal mask with the insulating film is about 0.01 in consideration of the light absorption effect, as in the first embodiment.
It is preferably at least μm. In consideration of the thickness of the nitride semiconductor film to be regrown and the flatness of the coating film, the thickness of the entire mask including the metal film and the insulating film is preferably 2 μm or less. Further, the thickness of the insulating film is preferably 1 μm or less. This is because if the thickness of the insulating film exceeds 1 μm, the insulating film may be separated due to a difference in thermal expansion coefficient between the lower metal film and the insulating film.

【0080】上記選択成長の際に用いられる窒素キャリ
アガスについても、上記実施形態1と同様である。
The nitrogen carrier gas used in the selective growth is the same as in the first embodiment.

【0081】さらに、本実施形態においても、リッジス
トライプ構造の半導体レーザ素子を示したが、後述する
実施形態3〜実施形態7に示すようなストライプ構造で
あっても良い。
Further, in this embodiment, the semiconductor laser device having the ridge stripe structure is shown, but a stripe structure as shown in Embodiments 3 to 7 described later may be used.

【0082】(実施形態3)本実施形態3では、水平横
モードの光閉じ込めのための金属性マスクを活性層の下
方に設けた例について説明する。
(Embodiment 3) In Embodiment 3, an example will be described in which a metal mask for confining light in the horizontal and lateral modes is provided below the active layer.

【0083】図4に本実施形態の窒化物半導体レーザ素
子の構造を示す。この半導体レーザ素子は、n型GaN
基板401上に、n型Al0.02Ga0.98Nコンタクト層
402、n型Al0.1Ga0.9Nクラッド層403、n型
GaN光ガイド層404、活性層405(例えば厚さ2
nmのIn0.15Ga0.85N層と厚さ4nmのIn0.02
0.98N層からなる多重量子井戸活性層、3周期の厚さ
4nmのIn0.15Ga 0.85N層と厚さ10nmのIn
0.01Ga0.99N層からなる多重量子井戸活性層や3周期
のIn0.18Ga0.82N層とIn0.05Ga0.95N層からな
る多重量子井戸活性層等)、Al0.2Ga0.8Nキャリア
ブロック層406、p型GaN光ガイド層407、p型
Al0.1Ga0.9Nクラッド層408およびp型GaNコ
ンタクト層409が順次積層されている。p型コンタク
ト層409の上には電流通路となるストライプ状部分を
開口させたSiO2からなる絶縁性膜410が設けら
れ、その開口部および絶縁性膜410上にわたってp型
電極412が設けられて、絶縁性膜410の開口部上の
部分がストライプ状電極として機能している。また、n
型GaN基板401の裏面に接するようにn型電極41
1が形成されている。
FIG. 4 shows a nitride semiconductor laser device according to this embodiment.
This shows the structure of the child. This semiconductor laser device is an n-type GaN
On a substrate 401, n-type Al0.02Ga0.98N contact layer
402, n-type Al0.1Ga0.9N cladding layer 403, n-type
The GaN light guide layer 404, the active layer 405 (for example,
nm of In0.15Ga0.85N layer and 4 nm thick In0.02G
a0.98Multiple quantum well active layer consisting of N layers, thickness of 3 periods
4nm In0.15Ga 0.85N layer and 10 nm thick In
0.01Ga0.99N-layer multiple quantum well active layer or 3 periods
In0.18Ga0.82N layer and In0.05Ga0.95From the N layer
Multiple quantum well active layer), Al0.2Ga0.8N carrier
Block layer 406, p-type GaN light guide layer 407, p-type
Al0.1Ga0.9N cladding layer 408 and p-type GaN core
Contact layers 409 are sequentially stacked. p-type contactor
A stripe-shaped portion serving as a current path is formed on the
Opened SiOTwoProvided with an insulating film 410 made of
P-type over the opening and the insulating film 410.
An electrode 412 is provided on the opening of the insulating film 410.
The portion functions as a striped electrode. Also, n
N-type electrode 41 so as to be in contact with the back of
1 is formed.

【0084】n型Al0.1Ga0.9Nクラッド層403
は、下層n型Al0.1Ga0.9N膜403aと再成長n型
Al0.1Ga0.9Nクラッド膜403bから構成され、ス
トライプ状電極下方の下層膜403a上部分に設けられ
た金属性マスク(タングステンマスク)416上を再成
長膜403bで被覆している。
N-type Al 0.1 Ga 0.9 N clad layer 403
Consists of a lower n-type Al 0.1 Ga 0.9 N film 403a and a regrown n-type Al 0.1 Ga 0.9 N cladding film 403b, and is provided with a metallic mask (tungsten mask) provided on the lower film 403a below the stripe-shaped electrode. 416 is covered with a regrown film 403b.

【0085】この半導体レーザ素子は、例えば以下のよ
うにして作製することができる。まず、HVPE法によ
りサファイア基板上にSiをドーピングしながら厚膜G
aNを積層し、その後、研磨によりサファイア基板を剥
ぎ取って厚み250μmのn型GaN基板401を作製
する。このn型GaN基板401をMOCVD装置にセ
ットし、厚さ5μmのn型Al0.02Ga0.98Nコンタク
ト層402を成長する。n型コンタクト層402の成長
後、引き続いて、成長温度1050℃で、TMGを50
μmol/min、SiH4ガスを10nmol/mi
nおよびTMAを10μmol/minの流量で供給
し、n型クラッド層403のうち、厚さ0.2μmの下
層n型Al0.1Ga0.9N膜403aを成長する。
This semiconductor laser device can be manufactured, for example, as follows. First, while doping Si on the sapphire substrate by the HVPE method, a thick film G is formed.
aN is laminated, and then the sapphire substrate is peeled off by polishing to produce an n-type GaN substrate 401 having a thickness of 250 μm. The n-type GaN substrate 401 is set in a MOCVD apparatus, and an n-type Al 0.02 Ga 0.98 N contact layer 402 having a thickness of 5 μm is grown. After the growth of the n-type contact layer 402, the TMG is continuously grown at a growth temperature of 1050 ° C.
μmol / min, 10 nmol / mi of SiH 4 gas
n and TMA are supplied at a flow rate of 10 μmol / min to grow a lower n-type Al 0.1 Ga 0.9 N film 403 a of 0.2 μm in the n-type cladding layer 403.

【0086】次に、基板を結晶成長装置から一旦取り出
し、EB蒸着法により厚さ約0.1μmのタングステン
膜を形成する。このタングステン膜の形成方法として
は、EB蒸着法以外にスパッタリング法を用いてもよ
い。このタングステン膜を、通常のフォトリソグラフィ
ー技術を用いてマスク幅5μm、マスク間隔(S)3μ
mのストライプ状にエッチングし、下層n型Al0.1
0.9N膜403aを露出させる。このとき、タングス
テンマスク416はストライプ方向を下層の窒化物半導
体層(Al0.1Ga0.9N膜403a)に対して〈1−1
00〉方向に形成し、後の工程で作製するストライプ状
電極の下方にタングステンマスク416で被覆されてい
ない部分417を配置した。次に、基板を再び結晶成長
装置内に設置して、雰囲気を窒素ガスで置換した後、窒
素を10l/minと水素を5l/minとアンモニア
を3l/min流しながら温度を1050℃まで昇温
し、温度が安定した時点でTMGを50μmol/mi
nとSiH4ガスを10nmol/minおよびTMA
を10μmol/min供給して厚さ0.3μmのn型
Al 0.1Ga0.9N膜403bを再成長させる。成長が進
むにつれて、タングステンマスク416で被覆されてい
ない部分417からAl0.1Ga0.9Nが再成長を始め、
横方向成長が生じてタングステンマスク416が被覆さ
れた。この横方向成長したAl0.1Ga0.9N膜403b
は完全に結合し、平坦な表面のクラッド層403が得ら
れた。
Next, the substrate is once taken out of the crystal growing apparatus.
And a tungsten film having a thickness of about 0.1 μm
Form a film. As a method of forming this tungsten film,
May use a sputtering method other than the EB evaporation method.
No. This tungsten film is used for normal photolithography
-Mask width 5μm, mask interval (S) 3μ
m in the form of stripes and the lower n-type Al0.1G
a0.9The N film 403a is exposed. At this time, tongues
The ten mask 416 is connected to the lower nitride semiconductor in the stripe direction.
Body layer (Al0.1Ga0.9<1-1 with respect to the N film 403a)
00> direction, and a stripe shape produced in a later step
It is covered with a tungsten mask 416 below the electrode.
The missing part 417 was arranged. Next, crystal growth of the substrate again
After installing in the equipment and replacing the atmosphere with nitrogen gas,
10 l / min of hydrogen, 5 l / min of hydrogen and ammonia
Temperature was raised to 1050 ° C while flowing 3 l / min
When the temperature becomes stable, TMG is added at 50 μmol / mi.
n and SiHFourGas at 10 nmol / min and TMA
Is supplied at 10 μmol / min and the thickness of the n-type is 0.3 μm.
Al 0.1Ga0.9The N film 403b is grown again. Growth progresses
The tungsten mask 416
No Al from part 4170.1Ga0.9N begins to grow again,
Lateral growth occurs to cover tungsten mask 416
Was. This laterally grown Al0.1Ga0.9N film 403b
Are completely bonded, and a flat surface cladding layer 403 is obtained.
Was.

【0087】この横方向成長後、TMAの供給を停止
し、引き続いて厚さ0.1μmのn型GaN光ガイド層
404を成長する。次に、実施形態1と同様の条件で、
活性層405、Al0.15Ga0.85Nキャリアブロック層
406、p型GaN光ガイド層407、p型Al0.15
0.85Nクラッド層408およびp型GaNコンタクト
層409を成長する。その後、基板を結晶成長装置から
取り出し、半導体レーザ素子の製造プロセスを経て、図
4に示す本実施形態の窒化物半導体レーザ素子を作製す
る。
After the lateral growth, the supply of TMA is stopped, and then an n-type GaN optical guide layer 404 having a thickness of 0.1 μm is grown. Next, under the same conditions as in the first embodiment,
Active layer 405, Al 0.15 Ga 0.85 N carrier block layer 406, p-type GaN optical guide layer 407, p-type Al 0.15 G
a 0.85 N cladding layer 408 and p-type GaN contact layer 409 are grown. After that, the substrate is taken out of the crystal growing apparatus, and a nitride semiconductor laser device of the present embodiment shown in FIG. 4 is manufactured through a semiconductor laser device manufacturing process.

【0088】このような選択成長工程により得られるn
型Al0.1Ga0.9Nクラッド層403の表面は、平坦で
クラックも生じていなかった。また、透過電子顕微鏡に
より観察したところ、タングステンマスク416上に被
覆したAl0.1Ga0.9N膜403b中には転位(結晶欠
陥)が殆ど観測されなかった。一方、タングステンマス
ク416で被覆されていない部分417では、螺旋転位
および刃状転位がタングステンマスク416上に折れ曲
がり、互いに相殺しながら消滅していた。ここで観察さ
れた転位密度は、サファイア基板を使用した場合に比べ
て極めて低かった。さらに、本実施形態におけるn型A
0.1Ga0.9N膜の選択成長は、後述する実施形態9に
おいて詳述するように、GaN膜の選択成長に比べて横
方向成長を速くすることができる。
N obtained by such a selective growth step
The surface of the mold Al 0.1 Ga 0.9 N cladding layer 403 was flat and had no cracks. Further, when observed by a transmission electron microscope, dislocations (crystal defects) were hardly observed in the Al 0.1 Ga 0.9 N film 403b coated on the tungsten mask 416. On the other hand, in the portion 417 not covered with the tungsten mask 416, the screw dislocations and the edge dislocations were bent on the tungsten mask 416 and disappeared while canceling each other. The dislocation density observed here was extremely low as compared with the case where a sapphire substrate was used. Further, the n-type A in the present embodiment
In the selective growth of the l 0.1 Ga 0.9 N film, the lateral growth can be accelerated as compared with the selective growth of the GaN film, as will be described later in detail in a ninth embodiment.

【0089】本実施形態の窒化物半導体レーザ素子にお
いては、GaN基板とAlGaNクラッド層中に設けら
れた成長抑制効果を有する金属性マスク(タングステン
マスク416)の存在によって、そのマスク上に再成長
を行った後のレーザ構造を構成する各膜中において、転
位密度が約104/cm2台であった。その結果、半導体
レーザ素子自体の寿命特性は約20000時間に向上し
た。
In the nitride semiconductor laser device of this embodiment, regrowth is performed on the GaN substrate and the AlGaN cladding layer due to the presence of the metallic mask (tungsten mask 416) having a growth suppressing effect provided in the AlGaN cladding layer. The dislocation density was about 10 4 / cm 2 in each of the films constituting the laser structure after the operation. As a result, the life characteristics of the semiconductor laser device itself were improved to about 20,000 hours.

【0090】本実施形態の窒化物半導体レーザ素子につ
いて、レーザ発振閾値電流密度を測定したところ、図1
5に示した従来のリッジストライプ構造の半導体レーザ
素子の約2/3に低減していた。また、水平横モードを
観測したところ、単峰の単一モードでレーザ発振が得ら
れた。さらに、本実施形態の窒化物半導体レーザ素子に
12000時間の寿命試験を行って、再び水平横モード
を観察したところ、上記と同様の安定した単一水平横モ
ードが観測された。
The laser oscillation threshold current density of the nitride semiconductor laser device of this embodiment was measured.
5 is reduced to about 2/3 of the conventional ridge stripe structure semiconductor laser device. Further, when the horizontal and transverse modes were observed, laser oscillation was obtained in a single-peak single mode. Further, the nitride semiconductor laser device of this embodiment was subjected to a life test of 12,000 hours, and the horizontal transverse mode was observed again. As a result, a stable single horizontal transverse mode similar to the above was observed.

【0091】このように低閾値電流値と水平横モードで
のレーザ発振が得られた理由として、以下のようなこと
が考えられる。本実施形態で使用したタングステンマス
ク416が活性層405から発せられたレーザ光を吸収
したため、タングステンマスク416が設けられている
ところと設けられていないところとで光ガイド層の等価
屈折率に差が生じる。そして、タングステンマスク41
6で被覆されていない部分417の上方で、水平横モー
ドの光閉じ込めが顕著になって屈折率導波構造が得ら
れ、レーザ発振閾値電流密度の低減に貢献したものと考
えられる。また、この屈折率導波構造に加え、金属性マ
スク416による強い光吸収のためにマスク上部では利
得損失が大きく、高次の横モードが発生しにくくなる。
その結果、安定した単一水平横モードが観測されたもの
と考えられる。
The following are conceivable reasons why the laser oscillation in the horizontal and lateral modes was obtained with the low threshold current value as described above. Since the tungsten mask 416 used in the present embodiment absorbed the laser light emitted from the active layer 405, the difference in the equivalent refractive index of the light guide layer between where the tungsten mask 416 was provided and where it was not provided. Occurs. Then, the tungsten mask 41
It is considered that the light confinement in the horizontal and transverse modes became conspicuous above the portion 417 not covered with 6, and a refractive index waveguide structure was obtained, which contributed to the reduction of the laser oscillation threshold current density. Further, in addition to this refractive index waveguide structure, gain loss is large above the mask due to strong light absorption by the metallic mask 416, and high-order transverse modes are hardly generated.
As a result, it is considered that a stable single horizontal transverse mode was observed.

【0092】なお、上記金属性マスク(タングステンマ
スク)による屈折率導波構造を得るためには、金属性マ
スクの形成位置は基板に対して垂直方向および水平方向
の各々について、以下の位置に形成することが好まし
い。
In order to obtain the refractive index waveguide structure using the metallic mask (tungsten mask), the metallic mask is formed at the following positions in the vertical and horizontal directions with respect to the substrate. Is preferred.

【0093】まず、基板に対して垂直方向に関しては、
活性層405とn型光ガイド層404の界面(活性層の
下面)から基板に向かって2μm以内の位置に形成する
のが好ましい。本実施形態では上記界面から0.3μm
の位置に厚み0.1μmのタングステンマスク416を
形成している この理由は、金属性マスクの形成位置が上記界面から2
μmを超えると、この金属性マスクの設けられていると
ころと設けられていないところとで等価屈折率差が殆ど
生じなくなり、水平横モードの光閉じ込めが弱くなるた
めである。また、本願発明者らの知見によれば、上記界
面から金属性マスクまでの距離が短い程、上記屈折率差
が大きく、水平横モードの光閉じ込め効果が強くなっ
た。
First, with respect to the direction perpendicular to the substrate,
It is preferably formed at a position within 2 μm from the interface between the active layer 405 and the n-type light guide layer 404 (the lower surface of the active layer) toward the substrate. In this embodiment, 0.3 μm from the interface
The reason for this is that the tungsten mask 416 having a thickness of 0.1 μm is formed at the position of.
If the thickness exceeds μm, a difference in equivalent refractive index hardly occurs between the place where the metallic mask is provided and the place where the metallic mask is not provided, and the light confinement in the horizontal / lateral mode is weakened. According to the findings of the present inventors, the shorter the distance from the interface to the metallic mask, the larger the difference in the refractive index, and the stronger the light confinement effect in the horizontal and transverse modes.

【0094】一方、基板に対して平行方向に関しては、
ストライプ状のp型電極412の下方に金属性マスクで
被覆されていない部分417が位置するように形成す
る。また、金属性マスク間の間隔(S)は、15μm以
下であるのが好ましい。この理由は、以下の通りであ
る。
On the other hand, regarding the direction parallel to the substrate,
It is formed so that a portion 417 not covered with a metal mask is located below the stripe-shaped p-type electrode 412. Further, the distance (S) between the metallic masks is preferably 15 μm or less. The reason is as follows.

【0095】タングステンマスク416の設けられてい
るところで光ガイド層の実効屈折率をn1、タングステ
ンマスク416の設けられていないところでの光ガイド
層の実効屈折率n2、真空中での光の波数をk0、円周率
をπとし、近似的に等価屈折率法を用いると、単一水平
横モードを得るためには、金属性マスクのマスク間隔
(S)は、S<π/(k0(n22−n121/2)とする必
要がある。従って、上記屈折率差が最も小さい位置であ
る上記界面から2μmの位置に金属性マスクを形成した
ときのマスク間隔(S)は、上記式から15μm以下と
なるからである。但し、適切なマスク間隔(S)(水平
方向の位置)の上限値は、マスクの垂直方向の位置によ
り一義的に決定されるわけではない。なぜならば、マス
ク間隔(S)が狭くなり過ぎると、その金属性マスクに
よる光吸収によって利得損失が生じ、レーザ発振閾値電
流密度が増加するからである。このような場合には、等
価屈折率法の計算値よりも大きめのマスク間隔(S)と
するのが好ましい。本願発明者らの実験によれば、マス
ク間隔(S)は1μm以上、15μm以下で形成するの
が好ましかった。
The effective refractive index n 1 of the light guide layer where the tungsten mask 416 is provided, the effective refractive index n 2 of the light guide layer where the tungsten mask 416 is not provided, the wave number of light in vacuum Is approximately 0 , and the pi is π, and approximately using the equivalent refractive index method, the mask interval (S) of the metallic mask is S <π / (k 0 is required to be (n 22 -n 12) 1/2) . Therefore, when a metallic mask is formed at a position 2 μm from the interface where the refractive index difference is the smallest, the mask interval (S) is 15 μm or less according to the above equation. However, the upper limit of the appropriate mask interval (S) (horizontal position) is not uniquely determined by the vertical position of the mask. This is because if the mask interval (S) is too narrow, gain loss occurs due to light absorption by the metallic mask, and the laser oscillation threshold current density increases. In such a case, it is preferable to set the mask interval (S) larger than the value calculated by the equivalent refractive index method. According to the experiments performed by the inventors of the present application, it is preferable that the mask interval (S) is formed to be 1 μm or more and 15 μm or less.

【0096】本実施形態においては、成長抑制効果に加
えて光吸収機能を有する金属性マスクとしてタングステ
ン(W)を用いたが、それ以外に、例えばPt、Ti、
Mo、Ni、Al、Pd、Au等の金属やそれらの合
金、或いはそれらを含む複数層からなる複合膜等を用い
ることができる。窒化物半導体が直接エピタキシャル成
長せずに成長抑制効果が得られ、活性層から発せられる
レーザ光を吸収する光吸収効果を有する金属であれば、
その材料に対して大きく依存はしない。さらに、金属性
マスクの厚みは、マスクの形状にもよるが、光吸収効果
を考慮すると0.01μm以上であるのが好ましく、再
成長する窒化物半導体膜が被覆する厚みと被覆膜の平坦
性を考慮すると2μm以下であるのが好ましい。
In this embodiment, tungsten (W) is used as a metallic mask having a light absorbing function in addition to a growth suppressing effect.
Metals such as Mo, Ni, Al, Pd, and Au, alloys thereof, and a composite film including a plurality of layers including them can be used. If the nitride semiconductor is a metal having a light absorption effect of absorbing the laser light emitted from the active layer, the growth suppression effect is obtained without direct epitaxial growth,
There is no significant dependence on the material. Further, the thickness of the metallic mask depends on the shape of the mask, but is preferably 0.01 μm or more in consideration of the light absorption effect. In consideration of the properties, the thickness is preferably 2 μm or less.

【0097】本実施形態では、金属性マスク416をn
型AlGaNクラッド層403中に完全に埋没させた
が、この金属性マスク416は完全にn型AlGaNク
ラッド層403中に埋没させなくてもよい、これは、正
味のレーザ素子部分はストライプ状p型電極412の幅
(Wp)の下方部一帯(コラム部分)で構成されるから
である。従って、n型AlGaNクラッド層403にお
いては、少なくともマスク間隔(S)部分が結晶成長し
ていればよい。但し、マスク部分が完全に埋没しない場
合には、p型GaNコンタクト層409の平坦性が悪
く、p型電極形成が困難になってレーザ素子構造の歩留
り率が低下するおそれがある。
In the present embodiment, the metallic mask 416 is replaced by n
Although the metal mask 416 is not completely buried in the n-type AlGaN cladding layer 403, the net laser element part is striped p-type. This is because the electrode 412 is formed over the entire lower portion (column portion) of the width (Wp) of the electrode 412. Therefore, in the n-type AlGaN cladding layer 403, it is sufficient that at least the mask interval (S) portion is crystal-grown. However, if the mask portion is not completely buried, the flatness of the p-type GaN contact layer 409 is poor, and it is difficult to form a p-type electrode, which may lower the yield of the laser device structure.

【0098】上記選択成長の際に用いられる窒素キャリ
アガスについては、ラテラル成長の観点から、全キャリ
アガスに対する窒素キャリアガスの分圧を0.1(10
%以上)にするのが好ましい。但し、窒素キャリアガス
の分圧が0.9を超えると、後述する実施形態9に示す
ように、X線回折による半値幅が6分を超えてしまい、
被覆した窒化物半導体膜における結晶の配向性が悪化す
る。
As for the nitrogen carrier gas used in the selective growth, the partial pressure of the nitrogen carrier gas with respect to the total carrier gas is set to 0.1 (10
% Or more). However, when the partial pressure of the nitrogen carrier gas exceeds 0.9, the half-value width by X-ray diffraction exceeds 6 minutes, as shown in Embodiment 9 described below.
The crystal orientation in the coated nitride semiconductor film deteriorates.

【0099】ところで、従来のリッジストライプ構造に
おいては、屈折率導波構造を得るために、図15に示す
ようにp型クラッド層の一部を残してリッジストライプ
部を形成するため、残すべきクラッド層厚の制御が困難
であり、水平横モードの再現性が得られにくかった。ま
た、上記リッジストライプ部の形成により露出した端面
で劣化が生じ、レーザ発振閾値電流密度が増加する等、
レーザ素子特性に悪影響を及ぼしていた。このため、生
産性を考慮すると、従来のリッジストライプ構造は歩留
り率が低くなるのが問題点であった。これに対して、本
実施形態によれば、従来のリソグラフィー技術を用いて
容易に金属性マスクの作製が可能であること、リッジス
トライプ構造のような端面の露出が無いこと、クラッド
層厚を結晶成長を制御可能であることから、歩留り率を
リッジストライプ構造に比べて高くすることができた。
By the way, in the conventional ridge stripe structure, in order to obtain a refractive index waveguide structure, as shown in FIG. It was difficult to control the layer thickness, and it was difficult to obtain reproducibility in the horizontal and transverse modes. In addition, deterioration occurs at the exposed end face due to the formation of the ridge stripe portion, and the laser oscillation threshold current density increases.
This had an adverse effect on the characteristics of the laser element. For this reason, in consideration of productivity, the conventional ridge stripe structure has a problem that the yield rate is low. On the other hand, according to the present embodiment, it is possible to easily manufacture a metallic mask using the conventional lithography technique, there is no exposure of the end face such as the ridge stripe structure, and the thickness of the cladding layer is reduced. Since the growth can be controlled, the yield can be increased as compared with the ridge stripe structure.

【0100】なお、リッジストライプ構造の場合には、
このような歩留まり向上の効果は得られないが、本実施
形態と同様に金属性マスクを設けることにより、金属膜
による光閉じ込め効果、およびエピタキシャル成長しな
い材料膜によるその上の成長層の転位密度低減効果が得
られる。さらに、絶縁性膜付き金属性マスクを設けるこ
とにより、絶縁膜とリッジの両方による電流狭窄効果も
得られる。
In the case of the ridge stripe structure,
Although such an effect of improving the yield cannot be obtained, by providing a metallic mask as in the present embodiment, the effect of light confinement by the metal film and the effect of reducing the dislocation density of the grown layer thereon by the material film which does not epitaxially grow are provided. Is obtained. Further, by providing the metallic mask with the insulating film, a current confinement effect by both the insulating film and the ridge can be obtained.

【0101】なお、本実施形態では再成長を行うクラッ
ド層のAl組成を0.1としたが、0<Al≦1の組成
の窒化物半導体でも同様の効果が見られる。
In the present embodiment, the Al composition of the cladding layer to be regrown is set to 0.1. However, the same effect can be obtained with a nitride semiconductor having a composition of 0 <Al ≦ 1.

【0102】(実施形態4)本実施形態では、実施形態
2の絶縁性膜付き金属性マスクと実施形態3の金属性マ
スクとを組み合わせて設けた構造について説明する。
(Embodiment 4) In this embodiment, a structure provided by combining the metal mask with an insulating film of Embodiment 2 and the metal mask of Embodiment 3 will be described.

【0103】図5に本実施形態の窒化物半導体レーザ素
子の構造を示す。この半導体レーザ素子は、サファイア
基板500上に、低温GaNバッファー層501、n型
GaNコンタクト層502、n型Al0.1Ga0.9Nクラ
ッド層503、n型GaN光ガイド層504、活性層5
05(例えば厚さ2nmのIn0.15Ga0.85N層と厚さ
4nmのIn0.02Ga0.98N層からなる多重量子井戸活
性層、3周期の厚さ4nmのIn0.15Ga0.85N層と厚
さ10nmのIn0.01Ga0.99N層からなる多重量子井
戸活性層や3周期のIn0.18Ga0.82N層とIn0.05
0.95N層からなる多重量子井戸活性層等)、Al0.2
Ga0.8Nキャリアブロック層506、p型GaN光ガ
イド層507、p型Al0.1Ga0.9Nクラッド層508
およびp型GaNコンタクト層509が順次積層されて
いる。p型コンタクト層509の上には電流通路となる
ストライプ状部分を開口させたSiO2からなる絶縁性
膜510が設けられ、その開口部および絶縁性膜510
上にわたってp型電極512が設けられて、絶縁性膜5
10の開口部上の部分がストライプ状電極として機能し
ている。p型コンタクト層509からn型コンタクト層
502まではn型コンタクト層502の表面が露出する
ように一部除去されており、そのn型コンタクト502
の露出部上にはn型電極511が形成されている。
FIG. 5 shows the structure of the nitride semiconductor laser device of this embodiment. This semiconductor laser device has a low-temperature GaN buffer layer 501, an n-type GaN contact layer 502, an n-type Al 0.1 Ga 0.9 N clad layer 503, an n-type GaN light guide layer 504, and an active layer 5 on a sapphire substrate 500.
05 (for example, a multiple quantum well active layer composed of a 2 nm thick In 0.15 Ga 0.85 N layer and a 4 nm thick In 0.02 Ga 0.98 N layer, three periods of a 4 nm thick In 0.15 Ga 0.85 N layer and a 10 nm thick A multiple quantum well active layer composed of an In 0.01 Ga 0.99 N layer, a three-period In 0.18 Ga 0.82 N layer and an In 0.05 G
a 0.95 N quantum well active layer etc.), Al 0.2
Ga 0.8 N carrier block layer 506, p-type GaN optical guide layer 507, p-type Al 0.1 Ga 0.9 N cladding layer 508
And a p-type GaN contact layer 509 are sequentially stacked. On the p-type contact layer 509, there is provided an insulating film 510 made of SiO 2 having an opening in a striped portion serving as a current path, and the opening and the insulating film 510 are provided.
A p-type electrode 512 is provided over the insulating film 5.
The portion above the opening 10 functions as a striped electrode. The p-type contact layer 509 to the n-type contact layer 502 are partially removed so that the surface of the n-type contact layer 502 is exposed.
An n-type electrode 511 is formed on the exposed part of the above.

【0104】n型コンタクト層502は、下層n型Ga
N膜502aと再成長n型GaN膜502bから構成さ
れ、ストライプ状電極下方の下層膜502a上部分に設
けられた絶縁性膜付き金属性マスク515上を再成長膜
502bで被覆している。このマスク515は、タング
ステン膜513とその上に設けられたSiO2からなる
絶縁性膜514から構成されている。n型Al0.1Ga
0.9Nクラッド層503は、下層n型Al0.1Ga0.9
膜503aと再成長n型Al0.1Ga0.9Nクラッド膜5
03bから構成され、ストライプ状電極下方の下層膜5
03a上部分に設けられた金属性マスク(タングステン
マスク)516上を再成長膜503bで被覆している。
The n-type contact layer 502 is a lower n-type Ga
The regrown film 502b covers the metal mask 515 with an insulating film, which is composed of the N film 502a and the regrown n-type GaN film 502b and is provided on the lower film 502a below the stripe electrode. The mask 515 includes a tungsten film 513 and an insulating film 514 made of SiO 2 provided thereon. n-type Al 0.1 Ga
The 0.9 N cladding layer 503 is a lower n-type Al 0.1 Ga 0.9 N
Film 503a and regrown n-type Al 0.1 Ga 0.9 N clad film 5
03b, the lower film 5 below the stripe-shaped electrode
The metal mask (tungsten mask) 516 provided on the upper portion 03a is covered with a regrowth film 503b.

【0105】本実施形態の窒化物半導体レーザ素子は例
えば以下のようにして作製することができる。まず、実
施形態2と同様に、結晶成長装置内でサファイア基板5
00上に低温GaNバッファー層501を成長させ、次
に、n型GaNコンタクト層502のうち、厚さ10μ
mの下層n型GaN膜502aを成長させる。
The nitride semiconductor laser device of this embodiment can be manufactured, for example, as follows. First, as in the second embodiment, the sapphire substrate 5
A low-temperature GaN buffer layer 501 is grown on the N-type GaN buffer layer
A lower n-type GaN film 502a of m is grown.

【0106】次に、実施形態2と同様に、下層のGaN
膜502aに対して〈1−100〉方向のストライプ状
に、マスク幅(M)5μm、マスク厚み0.15μmの
絶縁性膜付き金属性マスク515を形成する。このマス
ク515は、厚さ0.1μmのタングステン膜513お
よび厚さ0.05μmのSiO2膜514から構成さ
れ、後の工程で作製するストライプ状電極の下部に配置
する。次に、基板を再び結晶成長装置内に設置して、実
施形態2と同様に、厚さ2μmのn型GaN膜502b
を再成長させて、平坦でかつクラックの発生していない
n型GaNコンタクト層502を形成する。
Next, as in the second embodiment, the underlying GaN
A metal mask 515 with an insulating film having a mask width (M) of 5 μm and a mask thickness of 0.15 μm is formed in a stripe shape in the <1-100> direction on the film 502a. The mask 515 is composed of a tungsten film 513 having a thickness of 0.1 μm and a SiO 2 film 514 having a thickness of 0.05 μm, and is arranged below a stripe-shaped electrode to be formed in a later step. Next, the substrate is placed in the crystal growth apparatus again, and the n-type GaN film 502b having a thickness of 2 μm is formed as in the second embodiment.
Is regrown to form a flat and crack-free n-type GaN contact layer 502.

【0107】続いて、実施形態3と同様に、厚さ0.2
μmの下層Al0.1Ga0.9N膜503aを成長する。次
に、基板を結晶成長装置から一旦取り出し、実施形態3
と同様に、下層Al0.1Ga0.9N膜503aに対して
〈1−100〉方向のストライプ状に、マスク幅5μ
m、マスク間隔(S)3μm、厚さ約0.1μmのタン
グステンマスク516を形成する。このとき、後の工程
で作製するストライプ状電極の下部にタングステンマス
ク516で被覆されていない部分517を配置する。
Subsequently, as in the third embodiment, a thickness of 0.2
A μm lower Al 0.1 Ga 0.9 N film 503 a is grown. Next, the substrate was once taken out of the crystal growth apparatus, and
Similarly, a mask width of 5 μm is formed on the lower Al 0.1 Ga 0.9 N film 503a in a stripe shape in the <1-100> direction.
A tungsten mask 516 having a thickness of about 0.1 μm and a mask interval (S) of 3 μm is formed. At this time, a portion 517 not covered with the tungsten mask 516 is arranged below the stripe-shaped electrode to be formed in a later step.

【0108】次に、基板を再び結晶成長装置内に設置し
て、実施形態3と同様に、厚さ0.3μmのn型Al
0.1Ga0.9N膜503bを再成長させる。成長が進むに
つれて、タングステンマスク516で被覆されていない
部分517からAl0.1Ga0.9Nが再成長を始め、横方
向成長が生じてタングステンマスク516が被覆され
た。この横方向成長したAl0.1Ga0.9N膜503bは
完全に結合し、平坦な表面のクラッド層503が得られ
た。
Next, the substrate was placed in the crystal growth apparatus again, and an n-type Al
The 0.1 Ga 0.9 N film 503b is grown again. As the growth progressed, Al 0.1 Ga 0.9 N began to regrow from the portion 517 not covered by the tungsten mask 516, and lateral growth occurred, covering the tungsten mask 516. This laterally grown Al 0.1 Ga 0.9 N film 503b was completely bonded, and a flat surface clad layer 503 was obtained.

【0109】続いて、実施形態3と同様に、n型GaN
光ガイド層504、活性層505、Al0.15Ga0.85
キャリアブロック層506、p型GaN光ガイド層50
7、p型Al0.15Ga0.85Nクラッド層508およびp
型GaNコンタクト層509を成長する。その後、基板
を結晶成長装置から取り出し、半導体レーザ素子の製造
プロセスを経て、図5に示す本実施形態の窒化物半導体
レーザ素子を作製する。
Subsequently, as in Embodiment 3, n-type GaN
Light guide layer 504, active layer 505, Al 0.15 Ga 0.85 N
Carrier block layer 506, p-type GaN optical guide layer 50
7, p-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 508 and p-type
A type GaN contact layer 509 is grown. Thereafter, the substrate is taken out of the crystal growing apparatus, and a nitride semiconductor laser device of the present embodiment shown in FIG. 5 is manufactured through a semiconductor laser device manufacturing process.

【0110】このような選択成長工程により得られるn
型GaNコンタクト層502およびn型Al0.1Ga0.9
Nクラッド層503の表面は、平坦でクラックも生じて
いなかった。n型GaNコンタクト層502に関して
は、基板500と低温GaNバッファー層501との界
面から発生した転位(結晶欠陥)が実施形態2と同様に
減少していた。一方、n型Al0.1Ga0.9Nクラッド層
503を透過電子顕微鏡により観察したところ、転位
(結晶欠陥)がタングステンマスク516上に被覆した
Al0.1Ga0.9N膜503b中には殆ど観測されなかっ
た。また、タングステンマスク516で被覆されていな
い部分517では、螺旋転位および刃状転位がタングス
テンマスク516上に折れ曲がり、互いに相殺しながら
消滅していた。さらに、本実施形態におけるn型Al
0.1Ga0.9N膜の選択成長は、後述する実施形態9にお
いて詳述するように、GaN膜の選択成長に比べて横方
向成長が速かった。
N obtained by such a selective growth step
-Type GaN contact layer 502 and n-type Al 0.1 Ga 0.9
The surface of the N cladding layer 503 was flat and no crack was generated. In the n-type GaN contact layer 502, dislocations (crystal defects) generated from the interface between the substrate 500 and the low-temperature GaN buffer layer 501 were reduced as in the second embodiment. On the other hand, when the n-type Al 0.1 Ga 0.9 N cladding layer 503 was observed by a transmission electron microscope, dislocations (crystal defects) were hardly observed in the Al 0.1 Ga 0.9 N film 503 b coated on the tungsten mask 516. In the portion 517 not covered with the tungsten mask 516, the screw dislocations and the edge dislocations were bent on the tungsten mask 516 and disappeared while canceling each other. Further, the n-type Al in the present embodiment
In the selective growth of the 0.1 Ga 0.9 N film, the lateral growth was faster than the selective growth of the GaN film, as will be described later in detail in a ninth embodiment.

【0111】さらに、本実施形態の窒化物半導体レーザ
素子は、GaNコンタクト層502およびAlGaNク
ラッド層503中に設けられた成長抑制効果のあるSi
2膜付きタングステンマスク515およびタンスグテ
ンマスク516の存在によって、そのマスク上に再成長
を行った後のレーザ構造を構成する各膜中において、転
位密度が2桁〜3桁以上減少した。その結果、半導体レ
ーザ素子自体の寿命特性は約17000時間に向上し
た。
Further, the nitride semiconductor laser device of the present embodiment has a structure in which the Si having a growth suppressing effect provided in the GaN contact layer 502 and the AlGaN cladding layer 503 is provided.
Due to the presence of the tungsten mask 515 with the O 2 film and the tansguten mask 516, the dislocation density was reduced by two to three digits or more in each film constituting the laser structure after regrowth on the mask. As a result, the life characteristics of the semiconductor laser device itself were improved to about 17000 hours.

【0112】本実施形態の窒化物半導体レーザ素子につ
いて、レーザ発振閾値電流密度を測定したところ、図1
5に示した従来のリッジストライプ構造の半導体レーザ
素子の約2/3に低減していた。また、水平横モードお
よび垂直横モードのNFPおよびFFPをモードを観測
したところ、両者とも単峰の単一モードでレーザ発振が
得られた。さらに、本実施形態の窒化物半導体レーザ素
子に10000時間の寿命試験を行って、再び水平横モ
ードおよび垂直横モードを観察したところ、上記と同様
に安定した単一水平横モードと単一垂直横モードとが観
測された。
The laser oscillation threshold current density of the nitride semiconductor laser device of this embodiment was measured.
5 is reduced to about 2/3 of the conventional ridge stripe structure semiconductor laser device. In addition, when the modes of the horizontal and vertical modes and the NFP and FFP in the vertical and horizontal modes were observed, laser oscillation was obtained in a single mode with a single peak. Further, the nitride semiconductor laser device of the present embodiment was subjected to a life test of 10,000 hours, and the horizontal and horizontal modes and the vertical and horizontal modes were observed again. Mode and was observed.

【0113】このように単峰(単一)で安定した垂直横
モードのレーザ発振が得られた理由は、実施形態1およ
び実施形態2と同様である。また、垂直横モードの形成
位置、すなわち、SiO2膜付きタングステンマスク5
15の形成位置は、基板に対して垂直方向および平行方
向の各々について、実施形態2と同様である。さらに、
単峰(単一)で安定した水平横モードのレーザ発振が得
られた理由は、実施形態3と同様である。また、水平横
モードの形成位置、すなわち、タングステン膜516の
形成位置は、基板に対して垂直方向および平行方向の各
々について、実施形態3と同様である。
The reason why the single-peak (single) and stable vertical / lateral mode laser oscillation is obtained is the same as in the first and second embodiments. Also, the formation position of the vertical / lateral mode, that is, the tungsten mask 5 with the SiO 2 film
The formation position of 15 is the same as that of the second embodiment in each of a direction perpendicular to and parallel to the substrate. further,
The reason why stable single-peak (single) horizontal and transverse mode laser oscillation is obtained is the same as in the third embodiment. The formation position of the horizontal / lateral mode, that is, the formation position of the tungsten film 516 is the same as that of the third embodiment in each of the vertical direction and the parallel direction with respect to the substrate.

【0114】本実施形態では、絶縁性膜付き金属性マス
ク515および金属性マスク516において、金属性マ
スクとしてタングステン(W)を用いたが、それ以外
に、例えばPt、Ti、Mo、Ni、Al、Pd、Au
等の金属やそれらの合金、或いはそれらを含む複数層か
らなる複合膜等を用いることができる。窒化物半導体が
直接エピタキシャル成長せずに成長抑制効果が得られ、
活性層から発せられるレーザ光を吸収する光吸収効果を
有する金属であれば、その材料に対して大きく依存はし
ない。さらに、絶縁性膜付き金属性マスク515におい
て、絶縁性膜としてはSiO2膜以外にSiNx膜を用い
てもよく、絶縁性膜であればその材料に対して大きく依
存はしない。さらに、絶縁性膜付き金属性マスク515
および金属性マスク516の厚みは、実施形態2および
実施形態3と同様である。但し、金属性マスク516に
ついては、実施形態3と同様に、クラッド層内に完全に
埋まらなくても良い。上記選択成長の際に用いられる窒
素キャリアガスについても、上記実施形態2および実施
形態3と同様である。
In the present embodiment, tungsten (W) is used as the metal mask in the metal mask 515 with the insulating film and the metal mask 516. In addition, for example, Pt, Ti, Mo, Ni, Al , Pd, Au
Or a metal alloy thereof, or a composite film composed of a plurality of layers containing them. The growth suppression effect is obtained without direct epitaxial growth of the nitride semiconductor,
As long as the metal has a light absorbing effect of absorbing the laser light emitted from the active layer, it does not largely depend on the material. Further, in the metal mask 515 with an insulating film, an SiN x film may be used as the insulating film other than the SiO 2 film, and the insulating film does not largely depend on the material. Furthermore, a metallic mask 515 with an insulating film
The thickness of the metallic mask 516 is the same as in the second and third embodiments. However, the metal mask 516 does not need to be completely buried in the cladding layer, as in the third embodiment. The nitrogen carrier gas used in the selective growth is also the same as in the second and third embodiments.

【0115】本実施形態の半導体レーザ素子によれば、
実施形態2および実施形態3と同様な効果が得られる。
なお、本実施形態では、n型GaNコンタクト層中に絶
縁性膜付き金属性マスクを形成したが、金属性マスクを
形成してもよい。金属性マスクを形成した場合には、実
施形態1と同様の効果が得られる。
According to the semiconductor laser device of this embodiment,
The same effects as those of the second and third embodiments can be obtained.
In this embodiment, the metallic mask with the insulating film is formed in the n-type GaN contact layer. However, a metallic mask may be formed. When a metal mask is formed, the same effects as in the first embodiment can be obtained.

【0116】本実施形態では低温バッファー層としてG
aN膜を用いた例について説明したが、低温バッファー
層としてAlxGa1-xN(0≦x≦1)を用いても何等
問題は生じない。さらに、本実施形態では再成長を行う
クラッド層のAl組成を0.1としたが、0<Al≦1
の組成の窒化物半導体でも同様の効果が見られる。
In this embodiment, G is used as the low-temperature buffer layer.
Although the example using the aN film has been described, no problem occurs even if Al x Ga 1 -xN (0 ≦ x ≦ 1) is used as the low-temperature buffer layer. Further, in the present embodiment, the Al composition of the cladding layer to be regrown is set to 0.1, but 0 <Al ≦ 1.
A similar effect can be obtained with a nitride semiconductor having the following composition.

【0117】(実施形態5)本実施形態では、実施形態
4においてAlGaNクラッド層中に金属性マスクの代
わりに絶縁性膜付き金属性マスクを設けた構造について
説明する。
(Embodiment 5) In this embodiment, a structure in which a metal mask with an insulating film is provided in the AlGaN cladding layer in place of the metal mask in Embodiment 4 will be described.

【0118】図6に本実施形態の窒化物半導体レーザ素
子の構造を示す。この半導体レーザ素子は、サファイア
基板600上に、低温GaNバッファー層601、n型
GaNコンタクト層602、n型Al0.1Ga0.9Nクラ
ッド層603、n型GaN光ガイド層604、活性層6
05(例えば厚さ2nmのIn0.15Ga0.85N層と厚さ
4nmのIn0.02Ga0.98N層からなる多重量子井戸活
性層、3周期の厚さ4nmのIn0.15Ga0.85N層と厚
さ10nmのIn0.01Ga0.99N層からなる多重量子井
戸活性層や3周期のIn0.18Ga0.82N層とIn0.05
0.95N層からなる多重量子井戸活性層等)、Al0.2
Ga0.8Nキャリアブロック層606、p型GaN光ガ
イド層607、p型Al0.1Ga0.9Nクラッド層608
およびp型GaNコンタクト層609が順次積層されて
いる。p型コンタクト層609の上には電流通路となる
ストライプ状部分を開口させたSiO2からなる絶縁性
膜610が設けられ、その開口部および絶縁性膜610
上にわたってp型電極612が設けられて、絶縁膜61
0の開口部上の部分がストライプ状電極として機能して
いる。p型コンタクト層609からn型コンタクト層6
02まではn型コンタクト層602の表面が露出するよ
うに一部除去されており、そのn型コンタクト602の
露出部上にはn型電極611が形成されている。
FIG. 6 shows the structure of the nitride semiconductor laser device of this embodiment. This semiconductor laser device includes a low-temperature GaN buffer layer 601, an n-type GaN contact layer 602, an n-type Al 0.1 Ga 0.9 N clad layer 603, an n-type GaN light guide layer 604, and an active layer 6 on a sapphire substrate 600.
05 (for example, a multiple quantum well active layer composed of a 2 nm thick In 0.15 Ga 0.85 N layer and a 4 nm thick In 0.02 Ga 0.98 N layer, three periods of a 4 nm thick In 0.15 Ga 0.85 N layer and a 10 nm thick A multiple quantum well active layer composed of an In 0.01 Ga 0.99 N layer, a three-period In 0.18 Ga 0.82 N layer and an In 0.05 G
a 0.95 N quantum well active layer etc.), Al 0.2
Ga 0.8 N carrier block layer 606, p-type GaN optical guide layer 607, p-type Al 0.1 Ga 0.9 N cladding layer 608
And a p-type GaN contact layer 609 are sequentially stacked. On the p-type contact layer 609, an insulating film 610 made of SiO 2 having a stripe-shaped portion serving as a current path is provided, and the opening and the insulating film 610 are provided.
A p-type electrode 612 is provided over the insulating film 61.
The portion above the opening of the zero functions as a stripe-shaped electrode. From the p-type contact layer 609 to the n-type contact layer 6
Until 02, the surface of the n-type contact layer 602 is partially removed so as to be exposed. On the exposed portion of the n-type contact 602, an n-type electrode 611 is formed.

【0119】n型コンタクト層602は、下層n型Ga
N膜602aと再成長n型GaN膜602bから構成さ
れ、ストライプ状電極下方の下層膜602a上部分に設
けられた絶縁性膜付き金属性マスク615上を再成長膜
602bで被覆している。このマスク615は、タング
ステン膜613とその上に設けられたSiO2からなる
絶縁性膜614から構成されている。n型Al0.1Ga
0.9Nクラッド層603は、下層n型Al0.1Ga0.9
膜603aと再成長n型Al0.1Ga0.9Nクラッド膜6
03bから構成され、ストライプ状電極下方の下層膜6
03a上部分に設けられた絶縁性膜付き金属性マスク6
18上を再成長膜603bで被覆している。このマスク
618は、タングステン膜616とその上に設けられた
SiO2からなる絶縁性膜617から構成されている。
The n-type contact layer 602 is a lower n-type Ga
The regrown film 602b covers the metal mask 615 with an insulating film, which is composed of the N film 602a and the regrown n-type GaN film 602b and is provided on the lower film 602a below the stripe-shaped electrode. This mask 615 includes a tungsten film 613 and an insulating film 614 made of SiO 2 provided thereon. n-type Al 0.1 Ga
The 0.9 N cladding layer 603 is a lower n-type Al 0.1 Ga 0.9 N
Film 603a and regrown n-type Al 0.1 Ga 0.9 N clad film 6
03b, the lower film 6 below the stripe-shaped electrode.
Metallic mask 6 with insulating film provided on upper portion 03a
18 is covered with a regrowth film 603b. This mask 618 is composed of a tungsten film 616 and an insulating film 617 made of SiO 2 provided thereon.

【0120】本実施形態の窒化物半導体レーザ素子は例
えば以下のようにして作製することができる。まず、実
施形態2と同様に、結晶成長装置内でサファイア基板6
00上に低温GaNバッファー層601を成長させ、次
に、n型GaNコンタクト層602のうち、厚さ100
μmの下層n型GaN膜602aを成長させる。
The nitride semiconductor laser device of this embodiment can be manufactured, for example, as follows. First, as in the second embodiment, the sapphire substrate 6
A low-temperature GaN buffer layer 601 is grown on the GaN buffer layer
A μm lower n-type GaN film 602a is grown.

【0121】次に、実施形態2と同様に、下層のGaN
膜602aに対して〈1−100〉方向のストライプ状
に、マスク幅(M)5μm、マスク厚み0.15μmの
絶縁性膜付き金属性マスク615を形成する。このマス
ク615は、厚さ0.1μmのタングステン膜613お
よび厚さ0.05μmのSiO2膜614から構成さ
れ、後の工程で作製するストライプ状電極の下部に配置
する。次に、基板を再び結晶成長装置内に設置して、実
施形態2と同様に、厚さ10μmのn型GaN膜602
bを再成長させて、平坦でかつクラックの発生していな
いn型GaNコンタクト層602を形成する。ここで
は、結晶成長装置としてHVPE成長装置を用いた。
Next, as in the second embodiment, the lower GaN
A metal mask 615 with an insulating film having a mask width (M) of 5 μm and a mask thickness of 0.15 μm is formed in a stripe shape in the <1-100> direction on the film 602a. The mask 615 is composed of a tungsten film 613 having a thickness of 0.1 μm and a SiO 2 film 614 having a thickness of 0.05 μm, and is arranged below a stripe-shaped electrode to be formed in a later step. Next, the substrate is placed in the crystal growth apparatus again, and the n-type GaN film 602 having a thickness of 10 μm is formed as in the second embodiment.
b is regrown to form a flat and crack-free n-type GaN contact layer 602. Here, an HVPE growth apparatus was used as the crystal growth apparatus.

【0122】続いて、実施形態3と同様に、厚さ0.2
μmの下層Al0.1Ga0.9N膜603aを成長する。そ
の後、基板を結晶成長装置から一旦取り出し、EB蒸着
法またはスパッタリング法により厚さ約0.06μmの
タングステン膜を形成し、続いてEB蒸着法、スパッタ
リング法またはCVD(Chemical Vapor
Deposition)法により厚さ約0.04μm
のSiO2膜を形成する。そして、通常のフォトリソグ
ラフィー技術を用いて、マスク幅5μm、マスク間隔
(S)2μmのストライプ状にエッチングし、下層Al
0.1Ga0.9N膜603aを露出させる。このとき、Si
2膜付きタングステンマスク618はストライプ方向
を下層Al0.1Ga0.9N膜603aに対して〈1−10
0〉方向に形成し、後の工程で作製するストライプ状電
極の下部にタングステンマスク616で被覆されていな
い部分619を配置する。次に、基板を再び結晶成長装
置内に設置して、実施形態3と同様に、厚さ0.2μm
のn型Al0.1Ga0.9N膜603bを再成長させる。成
長が進むにつれて、SiO2膜付きタングステンマスク
618で被覆されていない部分619からAl0.1Ga
0.9Nが再成長を始め、横方向成長が生じてSiO2膜付
きタングステンマスク618が被覆された。この横方向
成長したAl0.1Ga0.9N膜603bは完全に結合し、
平坦な表面のクラッド層603が得られた。
Subsequently, as in the third embodiment, a thickness of 0.2
A μm lower Al 0.1 Ga 0.9 N film 603 a is grown. Thereafter, the substrate is once taken out of the crystal growth apparatus, and a tungsten film having a thickness of about 0.06 μm is formed by an EB evaporation method or a sputtering method.
Depthion method) about 0.04μm thick
To form a SiO 2 film. Then, using a normal photolithography technique, the substrate is etched into a stripe shape with a mask width of 5 μm and a mask interval (S) of 2 μm to form a lower Al layer.
The 0.1 Ga 0.9 N film 603a is exposed. At this time, Si
The tungsten mask 618 with the O 2 film has a stripe direction <1-10 with respect to the lower Al 0.1 Ga 0.9 N film 603a.
0> direction, and a portion 619 which is not covered with the tungsten mask 616 is arranged below the stripe-shaped electrode manufactured in a later step. Next, the substrate was placed in the crystal growth apparatus again, and the thickness was 0.2 μm as in the third embodiment.
The n-type Al 0.1 Ga 0.9 N film 603b is regrown. As the growth progresses, Al 0.1 Ga is removed from the portion 619 not covered with the tungsten mask 618 with the SiO 2 film.
0.9 N began to regrow and lateral growth occurred, covering the SiO 2 -coated tungsten mask 618. The laterally grown Al 0.1 Ga 0.9 N film 603b is completely bonded,
The cladding layer 603 having a flat surface was obtained.

【0123】続いて、実施形態4と同様に、n型GaN
光ガイド層604、活性層605、Al0.15Ga0.85
キャリアブロック層606、p型GaN光ガイド層60
7、p型Al0.15Ga0.85Nクラッド層608およびp
型GaNコンタクト層609を成長する。その後、基板
を結晶成長装置から取り出し、半導体レーザ素子の製造
プロセスを経て、図6に示す本実施形態の窒化物半導体
レーザ素子を作製する。
Subsequently, as in Embodiment 4, n-type GaN
Light guide layer 604, active layer 605, Al 0.15 Ga 0.85 N
Carrier block layer 606, p-type GaN light guide layer 60
7, p-type Al 0.15 Ga 0.85 N cladding layer 608 and p-type
A type GaN contact layer 609 is grown. After that, the substrate is taken out of the crystal growing apparatus, and a nitride semiconductor laser device of the present embodiment shown in FIG. 6 is manufactured through a semiconductor laser device manufacturing process.

【0124】このような選択成長工程により得られるn
型GaNコンタクト層602およびn型Al0.1Ga0.9
Nクラッド層603の表面は、平坦でクラックも生じて
いなかった。n型GaNコンタクト層602およびn型
AlGaNクラッド層603に関する転位(結晶欠陥)
は実施形態4と同様に減少していた。さらに、本実施形
態の窒化物半導体レーザ素子は、GaNコンタクト層6
02およびAlGaNクラッド層603中に設けられた
成長抑制効果のあるSiO2膜付きタングステンマスク
615および618の存在によって、そのマスク上に再
成長を行った後のレーザ構造を構成する各膜中におい
て、転位密度が2桁〜3桁以上減少した。その結果、半
導体レーザ素子自体の寿命特性は約17000時間に向
上した。
The n obtained by such a selective growth step
-Type GaN contact layer 602 and n-type Al 0.1 Ga 0.9
The surface of the N clad layer 603 was flat and no crack was generated. Dislocations related to n-type GaN contact layer 602 and n-type AlGaN cladding layer 603 (crystal defects)
Decreased as in the fourth embodiment. Further, the nitride semiconductor laser device of the present embodiment has the GaN contact layer 6
02 and the AlGaN cladding layer 603, the presence of the SiO 2 film-provided tungsten masks 615 and 618 provided in the AlGaN cladding layer 603, cause each of the films constituting the laser structure to be regrown on the mask. The dislocation density decreased by two to three digits or more. As a result, the life characteristics of the semiconductor laser device itself were improved to about 17000 hours.

【0125】本実施形態の窒化物半導体レーザ素子につ
いて、レーザ発振閾値電流密度を測定したところ、図1
5に示した従来のリッジストライプ構造の半導体レーザ
素子の約1/2に低減していた。また、水平横モードお
よび垂直横モードのNFPおよびFFPをモードを観測
したところ、両者とも単峰の単一モードでレーザ発振が
得られた。さらに、本実施形態の窒化物半導体レーザ素
子に10000時間の寿命試験を行って、再び水平横モ
ードおよび垂直横モードを観察したところ、上記と同様
に安定した単一水平横モードと単一垂直横モードとが観
測された。
The laser oscillation threshold current density of the nitride semiconductor laser device of this embodiment was measured.
5 was reduced to about の of the conventional semiconductor laser device having the ridge stripe structure. In addition, when the modes of the horizontal and vertical modes and the NFP and FFP in the vertical and horizontal modes were observed, laser oscillation was obtained in a single mode with a single peak. Further, the nitride semiconductor laser device of the present embodiment was subjected to a life test of 10,000 hours, and the horizontal and horizontal modes and the vertical and horizontal modes were observed again. Mode and was observed.

【0126】このようにレーザ発振閾値電流密度が低減
した理由は、以下の通りである。
The reason why the laser oscillation threshold current density is reduced as described above is as follows.

【0127】クラッド層603中に形成された絶縁性膜
付き金属性マスク618が光吸収効果を有する金属性マ
スク(タングステン膜616)および絶縁性膜(SiO
2膜617)から構成されているので、前者の光吸収効
果による水平横モードの光閉じ込めで得られる屈折率導
波構造と、後者の絶縁性膜で金属性マスクを被覆したこ
とによる電流狭窄によって、キャリア閉じ込めが起こっ
たためである。すなわち、SiO2膜付きタングステン
マスク618を用いることにより、実施形態4において
記載した屈折率導波構造によるレーザ特性に加えて、電
流狭窄構造を同時に素子内に造り込むことができたため
である。
The metal mask 618 with an insulating film formed in the cladding layer 603 is formed of a metal mask (tungsten film 616) having a light absorbing effect and an insulating film (SiO 2 film).
2 ), the refractive index waveguide structure obtained by the light trapping in the horizontal transverse mode due to the light absorption effect of the former, and the current confinement by covering the metallic mask with the insulating film of the latter. This is because carrier confinement has occurred. That is, by using the tungsten mask 618 with the SiO 2 film, in addition to the laser characteristics by the refractive index waveguide structure described in the fourth embodiment, a current confinement structure can be simultaneously formed in the device.

【0128】さらに、単峰(単一)で安定した垂直横モ
ードのレーザ発振が得られた理由は、実施形態1および
実施形態2と同様である。また、垂直横モードの形成位
置、すなわち、SiO2膜付きタングステンマスク61
5の形成位置は、基板に対して垂直方向および平行方向
の各々について、実施形態2と同様である。さらに、単
峰(単一)で安定した水平横モードのレーザ発振が得ら
れた理由は、実施形態4と同様である。また、水平横モ
ードの形成位置、すなわち、SiO2膜付きタングステ
ンマスク618の形成位置は、基板に対して垂直方向お
よび平行方向の各々について、実施形態4と同様であ
る。但し、この場合の絶縁性膜付き金属性マスクの位置
とは、絶縁性膜付き金属性マスクを構成している金属性
マスクの形成位置のことを称し、この意味において実施
形態4と同じである。
The reason why a single-peak (single) and stable vertical / lateral mode laser oscillation is obtained is the same as in the first and second embodiments. Further, the formation position of the vertical / lateral mode, that is, the tungsten mask 61 with the SiO 2 film
The formation position of 5 is the same as that of the second embodiment in each of a direction perpendicular to and parallel to the substrate. Further, the reason why a single-peak (single) and stable horizontal and transverse mode laser oscillation is obtained is the same as in the fourth embodiment. The formation position of the horizontal / lateral mode, that is, the formation position of the tungsten mask with SiO 2 film 618 is the same as that of the fourth embodiment in each of the vertical direction and the parallel direction with respect to the substrate. However, the position of the metallic mask with an insulating film in this case refers to the formation position of the metallic mask constituting the metallic mask with an insulating film, and is the same as the fourth embodiment in this meaning. .

【0129】本実施形態では、上記電流狭窄効果に加え
て、以下の効果も有する。本実施形態は、実施形態4と
比べて、クラッド層603中に形成した絶縁性膜付き金
属性マスク618によってラテラル成長が速くなってい
る。この理由は、後述する実施形態9において詳述する
ように、AlGaN膜の選択成長はGaN膜の選択成長
に比べてラテラル成長が極めて速いが、タングステンマ
スク616上にSiO 2膜617を設けることにより、
さらにラテラル成長が速くなるためである。これによ
り、活性層605とn型光ガイド層604の界面からマ
スク618までの距離を短くして、水平横モードの光閉
じ込め効果を強くすることができた。
In the present embodiment, in addition to the current constriction effect,
Therefore, the following effects are also obtained. This embodiment is similar to the fourth embodiment.
In comparison, gold with an insulating film formed in the cladding layer 603
Lateral growth is faster due to attribute mask 618
You. The reason for this will be described in detail in Embodiment 9 described later.
As described above, the selective growth of the AlGaN film is the same as the selective growth of the GaN film.
Lateral growth is much faster than
SiO on the disk 616 TwoBy providing the film 617,
This is because lateral growth becomes faster. This
From the interface between the active layer 605 and the n-type light guide layer 604.
The distance to the disc 618 is shortened, and the light
The jamming effect could be strengthened.

【0130】さらに、後述する実施形態9において詳述
するように、金属性マスク(タングステンマスク)を用
いたGaN膜の選択成長においては、一般に、マスクの
ストライプ方向依存性が強く、ラテラル成長しにくい
が、SiO2膜付きタングステンマスクを用いることに
より、GaN膜の選択成長でもマスクパターンの方向依
存性を無くして充分なラテラル成長を得ることができ
る。この特性を利用して、基板に対して垂直方向につい
て、屈折率導波構造を得るためにSiO2膜付きタング
ステンマスク618が形成可能な位置範囲内(活性層の
上面または下面から2μm以内の位置)にAlを含まな
い窒化物半導体が存在していても、ラテラル成長速度の
速い選択成長が可能となる。
Further, as will be described in detail later in a ninth embodiment, in the selective growth of a GaN film using a metallic mask (tungsten mask), the mask generally has a strong dependence on the stripe direction, and lateral growth is difficult. However, by using a tungsten mask with an SiO 2 film, sufficient lateral growth can be obtained even in the selective growth of a GaN film without directional dependence of the mask pattern. Utilizing this characteristic, a position within a range where a tungsten mask 618 with a SiO 2 film can be formed in order to obtain a refractive index waveguide structure in a direction perpendicular to the substrate (a position within 2 μm from the upper or lower surface of the active layer). Even if a nitride semiconductor containing no Al exists in (1), selective growth at a high lateral growth rate can be achieved.

【0131】本実施形態では、絶縁性膜付き金属性マス
ク615および618において、金属性マスクとしてタ
ングステン(W)を用いたが、それ以外に、例えばP
t、Ti、Mo、Ni、Al、Pd、Au等の金属やそ
れらの合金、或いはそれらを含む複数層からなる複合膜
等を用いることができる。窒化物半導体が直接エピタキ
シャル成長せずに成長抑制効果が得られ、活性層から発
せられるレーザ光を吸収する光吸収効果を有する金属で
あれば、その材料に対して大きく依存はしない。さら
に、絶縁性膜付き金属性マスク615および618にお
いて、絶縁性膜としてはSiO2膜以外にSiNx膜を用
いてもよく、絶縁性膜であればその材料に対して大きく
依存はしない。金属性マスクを絶縁性膜で被覆する場合
には、金属性マスクの側部620についても絶縁膜で覆
われているのが好ましい。さらに、絶縁性膜付き金属性
マスク615および618の厚みや選択成長の際に用い
られる窒素キャリアガス、歩留り率等は、実施形態4と
同様である。
In the present embodiment, tungsten (W) is used as the metal mask in the metal masks 615 and 618 with the insulating film.
Metals such as t, Ti, Mo, Ni, Al, Pd, and Au and alloys thereof, or a composite film including a plurality of layers including them can be used. As long as the nitride semiconductor does not directly epitaxially grow and has a growth suppressing effect and has a light absorbing effect of absorbing a laser beam emitted from the active layer, the metal does not largely depend on the material. Further, in the metal masks 615 and 618 with an insulating film, an SiN x film may be used as the insulating film other than the SiO 2 film, and the insulating film does not largely depend on the material. When the metal mask is covered with the insulating film, it is preferable that the side portion 620 of the metal mask is also covered with the insulating film. Further, the thicknesses of the metal masks 615 and 618 with the insulating film, the nitrogen carrier gas used for selective growth, the yield, and the like are the same as in the fourth embodiment.

【0132】本実施形態では、n型GaNコンタクト層
中に絶縁性膜付き金属性マスクを形成したが、金属性マ
スクを形成してもよい。金属性マスクを形成した場合に
は、実施形態1と同様の効果が得られる。さらに、絶縁
性膜付き金属性マスク618は、実施形態3と同様に、
クラッド層内に完全に埋まらなくても良い。但し、レー
ザ素子製造の歩留り率の向上のためには、絶縁性膜付き
金属性マスク618をクラッド層内に埋没させた方が好
ましい。
In this embodiment, the metallic mask with the insulating film is formed in the n-type GaN contact layer. However, a metallic mask may be formed. When a metal mask is formed, the same effects as in the first embodiment can be obtained. Further, the metal mask 618 with the insulating film is formed in the same manner as in the third embodiment.
It does not have to be completely buried in the cladding layer. However, in order to improve the yield rate in manufacturing a laser element, it is preferable that the metallic mask 618 with an insulating film be buried in the cladding layer.

【0133】本実施形態では低温バッファー層としてG
aN膜を用いた例について説明したが、低温バッファー
層としてAlxGa1-xN(0≦x≦1)を用いても何等
問題は生じない。さらに、本実施形態では再成長を行う
クラッド層のAl組成を0.1としたが、0<Al≦1
の組成の窒化物半導体でも同様の効果が見られる。
In this embodiment, G is used as the low-temperature buffer layer.
Although the example using the aN film has been described, no problem occurs even if Al x Ga 1 -xN (0 ≦ x ≦ 1) is used as the low-temperature buffer layer. Further, in the present embodiment, the Al composition of the cladding layer to be regrown is set to 0.1, but 0 <Al ≦ 1.
A similar effect can be obtained with a nitride semiconductor having the following composition.

【0134】(実施形態6)本実施形態では、実施形態
4においてn型クラッド層中に金属性マスクを形成する
代わりにp型クラッド層中に金属性マスクを設けた構造
について説明する。
(Embodiment 6) In this embodiment, a structure in which a metal mask is provided in a p-type cladding layer instead of forming a metal mask in an n-type cladding layer in Embodiment 4 will be described.

【0135】図7に本実施形態の窒化物半導体レーザ素
子の構造を示す。この半導体レーザ素子は、サファイア
基板700上に、低温GaNバッファー層701、n型
GaNコンタクト層702、n型Al0.1Ga0.9Nクラ
ッド層703、n型GaN光ガイド層704、活性層7
05(例えば厚さ2nmのIn0.15Ga0.85N層と厚さ
4nmのIn0.02Ga0.98N層からなる多重量子井戸活
性層、3周期の厚さ4nmのIn0.15Ga0.85N層と厚
さ10nmのIn0.01Ga0.99N層からなる多重量子井
戸活性層や3周期のIn0.18Ga0.82N層とIn0.05
0.95N層からなる多重量子井戸活性層等)、Al0.2
Ga0.8Nキャリアブロック層706、p型GaN光ガ
イド層707、p型Al0.1Ga0.9Nクラッド層708
およびp型GaNコンタクト層709が順次積層されて
いる。p型コンタクト層709の上には電流通路となる
ストライプ状部分を開口させたSiO2からなる絶縁性
膜710が設けられ、その開口部および絶縁性膜710
上にわたってp型電極712が設けられて、絶縁性膜7
10の開口部上の部分がストライプ状電極として機能し
ている。p型コンタクト層709からn型コンタクト層
702まではn型コンタクト層702の表面が露出する
ように一部除去されており、そのn型コンタクト702
の露出部上にはn型電極711が形成されている。
FIG. 7 shows the structure of the nitride semiconductor laser device of this embodiment. This semiconductor laser device has a low-temperature GaN buffer layer 701, an n-type GaN contact layer 702, an n-type Al 0.1 Ga 0.9 N clad layer 703, an n-type GaN light guide layer 704, an active layer 7 on a sapphire substrate 700.
05 (for example, a multiple quantum well active layer composed of a 2 nm thick In 0.15 Ga 0.85 N layer and a 4 nm thick In 0.02 Ga 0.98 N layer, three periods of a 4 nm thick In 0.15 Ga 0.85 N layer and a 10 nm thick A multiple quantum well active layer composed of an In 0.01 Ga 0.99 N layer, a three-period In 0.18 Ga 0.82 N layer and an In 0.05 G
a 0.95 N quantum well active layer etc.), Al 0.2
Ga 0.8 N carrier block layer 706, p-type GaN optical guide layer 707, p-type Al 0.1 Ga 0.9 N cladding layer 708
And a p-type GaN contact layer 709 are sequentially stacked. On the p-type contact layer 709, there is provided an insulating film 710 made of SiO 2 having an opening in a striped portion serving as a current path, and the opening and the insulating film 710 are provided.
A p-type electrode 712 is provided over the insulating film 7.
The portion above the opening 10 functions as a striped electrode. A portion from the p-type contact layer 709 to the n-type contact layer 702 is partially removed so that the surface of the n-type contact layer 702 is exposed.
An n-type electrode 711 is formed on the exposed part of the above.

【0136】n型コンタクト層702は、下層n型Ga
N膜702aと再成長n型GaN膜702bから構成さ
れ、ストライプ状電極下方の下層膜702a上部分に設
けられた絶縁性膜付き金属性マスク715上を再成長膜
702bで被覆している。このマスク715は、白金膜
713とその上に設けられたSiNxからなる絶縁性膜
714から構成されている。p型Al0.1Ga0.9Nクラ
ッド層708は、下層p型Al0.1Ga0.9N膜708a
と再成長p型Al0.1Ga0.9Nクラッド膜708bから
構成され、ストライプ状電極下方の下層膜708a上部
分に設けられた金属性マスク716(白金マスク)上を
再成長膜708bで被覆している。
The n-type contact layer 702 is a lower n-type Ga
The regrown film 702b covers the metal mask 715 with an insulating film, which is composed of the N film 702a and the regrown n-type GaN film 702b and is provided on the lower film 702a below the stripe-shaped electrode. This mask 715 includes a platinum film 713 and an insulating film 714 made of SiN x provided thereon. The p-type Al 0.1 Ga 0.9 N cladding layer 708 is a lower p-type Al 0.1 Ga 0.9 N film 708 a
And a regrown p-type Al 0.1 Ga 0.9 N clad film 708b, and a metal mask 716 (platinum mask) provided on the lower film 708a below the stripe-shaped electrode is covered with the regrown film 708b. .

【0137】本実施形態の窒化物半導体レーザ素子は例
えば以下のようにして作製することができる。まず、実
施形態2と同様に、結晶成長装置内でサファイア基板7
00上に低温GaNバッファー層701を成長させ、次
に、n型GaNコンタクト層702のうち、厚さ20μ
mの下層n型GaN膜702aを成長させる。
The nitride semiconductor laser device of this embodiment can be manufactured, for example, as follows. First, as in the second embodiment, the sapphire substrate 7
A low-temperature GaN buffer layer 701 is grown on the P.O.
A lower n-type GaN film 702a of m is grown.

【0138】次に、実施形態2と同様に、下層のGaN
膜702aに対して〈1−100〉方向のストライプ状
に、マスク幅(M)5μm、マスク厚み0.15μmの
絶縁性膜付き金属性マスク715を形成する。このマス
ク715は、厚さ0.1μmの白金膜713および厚さ
0.05μmのSiNx膜714から構成され、後の工
程で作製するストライプ状電極の下部に配置する。次
に、基板を再び結晶成長装置内に設置して、実施形態2
と同様に、厚さ20μmのn型GaN膜702bを再成
長させて、平坦でかつクラックの発生していないn型G
aNコンタクト層702を形成する。
Next, as in Embodiment 2, the lower GaN
A metal mask 715 with an insulating film having a mask width (M) of 5 μm and a mask thickness of 0.15 μm is formed in a stripe shape in the <1-100> direction on the film 702a. The mask 715 is composed of a platinum film 713 having a thickness of 0.1 μm and a SiN x film 714 having a thickness of 0.05 μm, and is arranged below a stripe-shaped electrode to be formed in a later step. Next, the substrate was placed in the crystal growth apparatus again,
In the same manner as described above, the n-type GaN film 702b having a thickness of 20 μm is re-grown to obtain a flat and crack-free n-type GaN film 702b.
An aN contact layer 702 is formed.

【0139】続いて、実施形態2と同様に、n型Al
0.1Ga0.9Nクラッド層703、n型GaN光ガイド層
704、活性層705、Al0.2Ga0.8Nキャリアブロ
ック層706、p型GaN光ガイド層707を成長す
る。
Subsequently, as in Embodiment 2, n-type Al
A 0.1 Ga 0.9 N cladding layer 703, an n-type GaN light guide layer 704, an active layer 705, an Al 0.2 Ga 0.8 N carrier block layer 706, and a p-type GaN light guide layer 707 are grown.

【0140】その後、p型コンタクト層708のうち、
厚さ0.15μmの下層Al0.1Ga0.9N膜708aを
成長する。次に、基板を結晶成長装置から一旦取り出
し、下層Al0.1Ga0.9N膜708aに対して〈1−1
00〉方向のストライプ状に、マスク幅2.5μm、マ
スク間隔(S)2μm、厚さ約0.08μmの白金マス
ク716を形成する。このとき、後の工程で作製するス
トライプ状電極の下部に白金マスク716で被覆されて
いない部分717を配置する。次に、基板を再び結晶成
長装置内に設置して、厚さ0.4μmのp型Al0.1
0.9N膜708bを再成長させる。成長が進むにつれ
て、白金716で被覆されていない部分717からAl
0.1Ga0.9Nが再成長を始め、横方向成長が生じて白金
マスク716が被覆された。この横方向成長したAl
0.1Ga0.9N膜708bは完全に結合し、平坦な表面の
クラッド層708が得られた。
Then, of the p-type contact layers 708,
A lower Al 0.1 Ga 0.9 N film 708a having a thickness of 0.15 μm is grown. Next, the substrate was once taken out of the crystal growing apparatus, and the lower Al 0.1 Ga 0.9 N film 708a was subjected to <1-1.
A platinum mask 716 having a mask width of 2.5 μm, a mask interval (S) of 2 μm, and a thickness of about 0.08 μm is formed in a stripe shape in the direction of the <00> direction. At this time, a portion 717 not covered with the platinum mask 716 is arranged below the stripe-shaped electrode to be formed in a later step. Next, the substrate was placed again in the crystal growth apparatus, and a 0.4 μm-thick p-type Al 0.1 G
The a 0.9 N film 708b is grown again. As the growth progresses, the portion 717 not covered with platinum 716
0.1 Ga 0.9 N began to regrow and lateral growth occurred to cover the platinum mask 716. This laterally grown Al
The 0.1 Ga 0.9 N film 708 b was completely bonded, and the flat clad layer 708 was obtained.

【0141】続いて、実施形態4と同様にp型GaNコ
ンタクト層709を成長する。その後、基板を結晶成長
装置から取り出し、半導体レーザ素子の製造プロセスを
経て、図7に示す本実施形態の窒化物半導体レーザ素子
を作製する。
Subsequently, a p-type GaN contact layer 709 is grown as in the fourth embodiment. After that, the substrate is taken out of the crystal growing apparatus, and a nitride semiconductor laser device of the present embodiment shown in FIG. 7 is manufactured through a semiconductor laser device manufacturing process.

【0142】このような選択成長工程により得られるn
型GaNコンタクト層702およびp型Al0.1Ga0.9
Nクラッド層708の表面は、平坦でクラックも生じて
いなかった。n型GaNコンタクト層702に関して
は、転位(結晶欠陥)が実施形態1および実施形態2と
同様に減少していた。
The n obtained by such a selective growth step
-Type GaN contact layer 702 and p-type Al 0.1 Ga 0.9
The surface of the N-cladding layer 708 was flat and had no cracks. In the n-type GaN contact layer 702, dislocations (crystal defects) were reduced as in the first and second embodiments.

【0143】本実施形態の窒化物半導体レーザ素子は、
GaNコンタクト層702中に設けられた成長抑制効果
のあるSiNx膜付き白金マスク715の存在によっ
て、そのマスク上に再成長を行った後のレーザ構造を構
成する各膜中において、転位密度が2桁程度減少した。
その結果、半導体レーザ素子自体の寿命特性は約120
00時間であった。
The nitride semiconductor laser device of this embodiment is
Due to the presence of the platinum mask 715 with a SiN x film having a growth suppressing effect provided in the GaN contact layer 702, the dislocation density becomes 2 in each film constituting the laser structure after regrowth on the mask. It has decreased by an order of magnitude.
As a result, the life characteristics of the semiconductor laser device itself are about 120.
00 hours.

【0144】本実施形態の窒化物半導体レーザ素子につ
いて、レーザ発振閾値電流密度を測定したところ、図1
5に示した従来のリッジストライプ構造の半導体レーザ
素子の約2/3に低減していた。また、水平横モードお
よび垂直横モードのNFPおよびFFPをモードを観測
したところ、両者とも単峰の単一モードでレーザ発振が
得られた。さらに、本実施形態の窒化物半導体レーザ素
子に10000時間の寿命試験を行って、再び水平横モ
ードおよび垂直横モードを観察したところ、上記と同様
に安定した単一水平横モードと単一垂直横モードとが観
測された。
The laser oscillation threshold current density of the nitride semiconductor laser device of this embodiment was measured.
5 is reduced to about 2/3 of the conventional ridge stripe structure semiconductor laser device. In addition, when the modes of the horizontal and vertical modes and the NFP and FFP in the vertical and horizontal modes were observed, laser oscillation was obtained in a single mode with a single peak. Further, the nitride semiconductor laser device of the present embodiment was subjected to a life test of 10,000 hours, and the horizontal and horizontal modes and the vertical and horizontal modes were observed again. Mode and was observed.

【0145】このように単峰(単一)で安定した垂直横
モードのレーザ発振が得られた理由は、実施形態1およ
び実施形態2と同様である。また、垂直横モードの形成
位置、すなわち、SiNx膜付き白金マスク715の形
成位置は、基板に対して垂直方向および平行方向の各々
について、実施形態2と同様である。一方、単峰(単
一)で安定した水平横モードのレーザ発振が得られた理
由は、本実施形態で用いた白金マスク716が活性層7
05から発せられたレーザ光を吸収したため、白金マス
ク716が設けられているところと設けられていないと
ころとで光ガイド層の等価屈折率に差が生じる。そし
て、白金マスク716で被覆されていない部分717の
上方で、水平横モードの光閉じ込めが顕著になって屈折
率導波構造が得られ、レーザ発振閾値電流密度の低減に
貢献したものと考えられる。また、この屈折率導波構造
に加え、金属性マスク716による強い光吸収のために
マスク上部では利得損失が大きく、高次の横モードが発
生しにくくなる。その結果、安定した単一水平横モード
が観測されたものと考えられる。
The reason why the single-peak (single) and stable vertical / lateral mode laser oscillation is obtained is the same as in the first and second embodiments. The formation position of the vertical / lateral mode, that is, the formation position of the platinum mask with SiN x film 715 is the same as that of the second embodiment in each of the vertical direction and the parallel direction with respect to the substrate. On the other hand, the reason why a single-peak (single) stable horizontal and transverse mode laser oscillation was obtained is that the platinum mask 716 used in this embodiment is the active layer 7.
Since the laser light emitted from the laser beam 05 is absorbed, a difference occurs in the equivalent refractive index of the light guide layer between the place where the platinum mask 716 is provided and the place where the platinum mask 716 is not provided. It is considered that the light confinement in the horizontal and transverse modes became conspicuous above the portion 717 not covered with the platinum mask 716, and a refractive index waveguide structure was obtained, which contributed to the reduction of the laser oscillation threshold current density. . In addition to the refractive index waveguide structure, gain loss is large above the mask due to strong light absorption by the metallic mask 716, and high-order transverse modes are less likely to occur. As a result, it is considered that a stable single horizontal transverse mode was observed.

【0146】この水平横モードの形成位置、すなわち、
白金膜716の形成位置は、基板に対して垂直方向およ
び平行方向の各々について、以下の位置に形成するのが
好ましい。
The formation position of this horizontal / lateral mode, that is,
The platinum film 716 is preferably formed at the following positions in the direction perpendicular to and parallel to the substrate.

【0147】まず、基板に対して垂直方向に関しては、
活性層705とキャリアブロック層706(キャリアブ
ロック層706が無い場合にはp型光ガイド層705)
の界面(活性層の上面)から基板と反対側の方向に向か
って2μm以内の位置に形成するのが好ましい。本実施
形態では上記界面から0.25μmの位置に厚み0.0
8μmの白金マスク716を形成している。この理由
は、金属性マスクの形成位置が上記界面から2μmを超
えると、この金属性マスクの設けられているところと設
けられていないところとで等価屈折率差が殆ど生じなく
なり、水平横モードの光閉じ込めが弱くなるためであ
る。また、本願発明者らの知見によれば、上記界面から
金属性マスクまでの距離が短い程、上記屈折率差が大き
く、水平横モードの光閉じ込め効果が強くなった。さら
に、本実施形態では、活性層705とキャリアブロック
層706(キャリアブロック層706が無い場合にはp
型光ガイド層707)の界面から金属性マスクまでの距
離を、結晶成長装置の結晶成長速度で設定することがで
きる。よって、上記実施形態4および実施形態5に比べ
て、上記界面からマスクまでの距離を精度良く制御する
ことができ、水平横モードの光閉じ込め効果も精度良く
制御することができる。
First, in the direction perpendicular to the substrate,
Active layer 705 and carrier block layer 706 (p-type light guide layer 705 if carrier block layer 706 is not provided)
Is preferably formed at a position within 2 μm from the interface (upper surface of the active layer) in the direction opposite to the substrate. In the present embodiment, a thickness of 0.0
An 8 μm platinum mask 716 is formed. The reason for this is that when the position of the metallic mask is more than 2 μm from the interface, there is almost no equivalent refractive index difference between the place where the metallic mask is provided and the place where the metallic mask is not provided. This is because light confinement is weakened. According to the findings of the present inventors, the shorter the distance from the interface to the metallic mask, the larger the difference in the refractive index, and the stronger the light confinement effect in the horizontal and transverse modes. Further, in the present embodiment, the active layer 705 and the carrier block layer 706 (p when no carrier block layer 706 is provided)
The distance from the interface of the shaped light guide layer 707) to the metallic mask can be set by the crystal growth speed of the crystal growth apparatus. Therefore, as compared with Embodiments 4 and 5, the distance from the interface to the mask can be controlled more accurately, and the light confinement effect in the horizontal and horizontal modes can be controlled more accurately.

【0148】一方、基板に対して平行方向に関しては、
ストライプ状のp型電極712の下方に金属性マスクで
被覆されていない部分717が位置するように形成す
る。また、実施形態3と同様に、金属性マスク間の間隔
(S)は、1μm以上、15μm以下であるのが好まし
い。
On the other hand, regarding the direction parallel to the substrate,
A portion 717 not covered with a metal mask is formed below the p-type electrode 712 in a stripe shape. Further, similarly to the third embodiment, the interval (S) between the metallic masks is preferably 1 μm or more and 15 μm or less.

【0149】なお、絶縁性膜付き金属性マスク715お
よび金属性マスク716の厚みや選択成長の際に用いら
れる窒素キャリアガス、歩留り率等は、実施形態4と同
様である。
The thickness of the metallic mask 715 with insulating film and the metallic mask 716, the nitrogen carrier gas used for selective growth, the yield, and the like are the same as in the fourth embodiment.

【0150】本実施形態では、n型GaNコンタクト層
中に絶縁性膜付き金属性マスクを形成したが、金属性マ
スクを形成してもよい。金属性マスクを形成した場合に
は、実施形態1と同様の効果が得られる。さらに、金属
性マスク716は、実施形態3と同様に、クラッド層内
に完全に埋まらなくても良い。但し、レーザ素子製造の
歩留り率の向上のためには、絶縁性膜付き金属性マスク
716をクラッド層内に埋没させた方が好ましい。
In this embodiment, the metallic mask with the insulating film is formed in the n-type GaN contact layer. However, a metallic mask may be formed. When a metal mask is formed, the same effects as in the first embodiment can be obtained. Further, the metal mask 716 does not need to be completely buried in the cladding layer, as in the third embodiment. However, it is preferable that the metallic mask 716 with an insulating film be buried in the cladding layer in order to improve the yield rate of the laser element production.

【0151】本実施形態では低温バッファー層としてG
aN膜を用いた例について説明したが、低温バッファー
層としてAlxGa1-xN(0≦x≦1)を用いても何等
問題は生じない。さらに、本実施形態では再成長を行う
クラッド層のAl組成を0.1としたが、0<Al≦1
の組成の窒化物半導体でも同様の効果が見られる。
In this embodiment, G is used as the low-temperature buffer layer.
Although the example using the aN film has been described, no problem occurs even if Al x Ga 1 -xN (0 ≦ x ≦ 1) is used as the low-temperature buffer layer. Further, in the present embodiment, the Al composition of the cladding layer to be regrown is set to 0.1, but 0 <Al ≦ 1.
A similar effect can be obtained with a nitride semiconductor having the following composition.

【0152】さらに、本実施形態と、上記実施形態4ま
たは実施形態5を組み合わせることにより、互いに相乗
効果を得ることができる。
Furthermore, a synergistic effect can be obtained by combining this embodiment with the above-described fourth or fifth embodiment.

【0153】(実施形態7)本実施形態では、実施形態
6においてAlGaNクラッド層中に金属性マスクの代
わりに絶縁性膜付き金属性マスクを設けた構造について
説明する。
(Embodiment 7) In this embodiment, a structure in which a metal mask with an insulating film is provided in the AlGaN cladding layer in place of the metal mask in Embodiment 6 will be described.

【0154】図8に本実施形態の窒化物半導体レーザ素
子の構造を示す。この半導体レーザ素子は、サファイア
基板800上に、低温GaNバッファー層801、n型
GaNコンタクト層802、n型Al0.1Ga0.9Nクラ
ッド層803、n型GaN光ガイド層804、活性層8
05(例えば厚さ2nmのIn0.15Ga0.85N層と厚さ
4nmのIn0.02Ga0.98N層からなる多重量子井戸活
性層、3周期の厚さ4nmのIn0.15Ga0.85N層と厚
さ10nmのIn0.01Ga0.99N層からなる多重量子井
戸活性層や3周期のIn0.18Ga0.82N層とIn0.05
0.95N層からなる多重量子井戸活性層等)、Al0.2
Ga0.8Nキャリアブロック層806、p型GaN光ガ
イド層807、p型Al0.1Ga0.9Nクラッド層808
およびp型GaNコンタクト層809が順次積層されて
いる。p型コンタクト層809の上には電流通路となる
ストライプ状部分を開口させたSiO2からなる絶縁性
膜810が設けられ、その開口部および絶縁性膜810
上にわたってp型電極812が設けられて、絶縁性膜8
10の開口部上の部分がストライプ状電極として機能し
ている。p型コンタクト層809からn型コンタクト層
802まではn型コンタクト層802の表面が露出する
ように一部除去されており、そのn型コンタクト802
の露出部上にはn型電極811が形成されている。
FIG. 8 shows the structure of the nitride semiconductor laser device of this embodiment. This semiconductor laser device has a low-temperature GaN buffer layer 801, an n-type GaN contact layer 802, an n-type Al 0.1 Ga 0.9 N clad layer 803, an n-type GaN light guide layer 804, and an active layer 8 on a sapphire substrate 800.
05 (for example, a multiple quantum well active layer composed of a 2 nm thick In 0.15 Ga 0.85 N layer and a 4 nm thick In 0.02 Ga 0.98 N layer, three periods of a 4 nm thick In 0.15 Ga 0.85 N layer and a 10 nm thick A multiple quantum well active layer composed of an In 0.01 Ga 0.99 N layer, a three-period In 0.18 Ga 0.82 N layer and an In 0.05 G
a 0.95 N quantum well active layer etc.), Al 0.2
Ga 0.8 N carrier block layer 806, p-type GaN optical guide layer 807, p-type Al 0.1 Ga 0.9 N cladding layer 808
And a p-type GaN contact layer 809 are sequentially stacked. On the p-type contact layer 809, an insulating film 810 made of SiO 2 having a stripe-shaped portion serving as a current path is provided, and the opening and the insulating film 810 are provided.
A p-type electrode 812 is provided over the insulating film 8.
The portion above the opening 10 functions as a striped electrode. The p-type contact layer 809 to the n-type contact layer 802 are partially removed so that the surface of the n-type contact layer 802 is exposed.
The n-type electrode 811 is formed on the exposed part of the above.

【0155】n型コンタクト層802は、下層n型Ga
N膜802aと再成長n型GaN膜802bから構成さ
れ、ストライプ状電極下方の下層膜802a上部分に設
けられた絶縁性膜付き金属性マスク815上を再成長膜
802bで被覆している。このマスク815は、白金膜
813とその上に設けられたSiNxからなる絶縁性膜
814から構成されている。p型Al0.1Ga0.9Nクラ
ッド層808は、下層p型Al0.1Ga0.9N膜808a
と再成長p型Al0.1Ga0.9Nクラッド膜808bから
構成され、ストライプ状電極下方の下層膜808a上部
分に設けられた絶縁性膜付き金属性マスク818上を再
成長膜808bで被覆している。このマスク818は、
白金膜816とその上に設けられたSiNxからなる絶
縁性膜817から構成されている。
The n-type contact layer 802 is a lower n-type Ga
The regrown film 802b covers the metal mask 815 with an insulating film, which is composed of the N film 802a and the regrown n-type GaN film 802b and is provided on the lower film 802a below the stripe-shaped electrode. The mask 815 includes a platinum film 813 and an insulating film 814 made of SiN x provided thereon. The p-type Al 0.1 Ga 0.9 N cladding layer 808 is a lower p-type Al 0.1 Ga 0.9 N film 808 a
And a regrown p-type Al 0.1 Ga 0.9 N clad film 808 b, and the regrown film 808 b covers the metal mask 818 with an insulating film provided on the lower film 808 a below the stripe electrode. . This mask 818 is
It comprises a platinum film 816 and an insulating film 817 made of SiN x provided thereon.

【0156】本実施形態の窒化物半導体レーザ素子は例
えば以下のようにして作製することができる。まず、実
施形態2と同様に、結晶成長装置内でサファイア基板8
00上に低温GaNバッファー層801を成長させ、次
に、n型GaNコンタクト層802のうち、厚さ20μ
mの下層n型GaN膜802aを成長させる。
The nitride semiconductor laser device of this embodiment can be manufactured, for example, as follows. First, as in the second embodiment, the sapphire substrate 8
A low-temperature GaN buffer layer 801 is grown on the GaN buffer layer 801 and then the n-type GaN contact layer 802 has a thickness of 20 μm.
A lower n-type GaN film 802a of m is grown.

【0157】次に、実施形態2と同様に、下層のGaN
膜802aに対して〈1−100〉方向のストライプ状
に、マスク幅(M)5μm、マスク厚み0.15μmの
絶縁性膜付き金属性マスク815を形成する。このマス
ク815は、厚さ0.1μmの白金膜813および厚さ
0.05μmのSiNx膜814から構成され、後の工
程で作製するストライプ状電極の下部に配置する。次
に、基板を再び結晶成長装置内に設置して、実施形態2
と同様に、厚さ20μmのn型GaN膜802bを再成
長させて、平坦でかつクラックの発生していないn型G
aNコンタクト層802を形成する。
Next, as in the second embodiment, the lower GaN
A metal mask 815 with an insulating film having a mask width (M) of 5 μm and a mask thickness of 0.15 μm is formed in a stripe shape in the <1-100> direction on the film 802a. This mask 815 is composed of a platinum film 813 having a thickness of 0.1 μm and a SiN x film 814 having a thickness of 0.05 μm, and is arranged below a stripe-shaped electrode to be formed in a later step. Next, the substrate was placed in the crystal growth apparatus again,
Similarly to the above, the n-type GaN film 802b having a thickness of 20 μm is regrown to obtain a flat and crack-free n-type GaN film 802b.
An aN contact layer 802 is formed.

【0158】続いて、実施形態6と同様に、n型Al
0.1Ga0.9Nクラッド層803、n型GaN光ガイド層
804、活性層805、Al0.2Ga0.8Nキャリアブロ
ック層806、p型GaN光ガイド層807を成長す
る。
Subsequently, as in Embodiment 6, n-type Al
A 0.1 Ga 0.9 N clad layer 803, an n-type GaN light guide layer 804, an active layer 805, an Al 0.2 Ga 0.8 N carrier block layer 806, and a p-type GaN light guide layer 807 are grown.

【0159】その後、実施形態6と同様に、p型Al
0.1Ga0.9Nクラッド層808のうち、厚さ0.1μm
の下層Al0.1Ga0.9N膜808aを成長する。次に、
基板を結晶成長装置から一旦取り出し、下層p型Al
0.1Ga0.9N膜808aに対して〈1−100〉方向の
ストライプ状に、マスク幅3μm、マスク間隔(S)
1.5μm、マスク厚み0.2μmの絶縁性膜付き金属
性マスク818を形成する。このマスク818は、厚さ
0.1μmの白金膜816および厚さ0.1μmのSi
x膜817から構成され、後の工程で作製するストラ
イプ状電極の下部にSiNx膜付き白金マスク818で
被覆されていない部分819を配置する。次に、基板を
再び結晶成長装置内に設置して、厚さ0.5μmのp型
Al0.1Ga0.9N膜808bを再成長させる。成長が進
むにつれて、SiNx付き白金マスク818で被覆され
ていない部分819からAl0.1Ga0.9Nが再成長を始
め、横方向成長が生じてSiNx膜付き白金マスク81
8が被覆された。この横方向成長したAl0.1Ga0.9
膜808bは完全に結合し、平坦な表面のクラッド層8
08が得られた。
Thereafter, as in Embodiment 6, the p-type Al
0.1 μm thickness of the 0.1 Ga 0.9 N cladding layer 808
A lower Al 0.1 Ga 0.9 N film 808a is grown. next,
The substrate is once taken out of the crystal growth apparatus, and the lower p-type Al
With respect to the 0.1 Ga 0.9 N film 808a, a mask width of 3 μm and a mask interval (S) are formed in a stripe shape in the <1-100> direction.
A metal mask 818 with an insulating film having a thickness of 1.5 μm and a mask thickness of 0.2 μm is formed. The mask 818 includes a platinum film 816 having a thickness of 0.1 μm and a Si film having a thickness of 0.1 μm.
A portion 819 composed of an N x film 817 and not covered with a platinum mask 818 with a SiN x film is arranged below a stripe-shaped electrode to be formed in a later step. Next, the substrate is placed again in the crystal growth apparatus, and the p-type Al 0.1 Ga 0.9 N film 808b having a thickness of 0.5 μm is grown again. As the growth proceeds, Al 0.1 Ga 0.9 N starts to regrow from the portion 819 not covered with the platinum mask with SiN x 818, and lateral growth occurs to form the platinum mask 81 with the SiN x film.
8 were coated. This laterally grown Al 0.1 Ga 0.9 N
The film 808b is completely bonded and has a flat surface cladding layer 8
08 was obtained.

【0160】続いて、実施形態6と同様に、p型GaN
コンタクト層809を成長する。その後、基板を結晶成
長装置から取り出し、半導体レーザ素子の製造プロセス
を経て、図8に示す本実施形態の窒化物半導体レーザ素
子を作製する。
Subsequently, as in Embodiment 6, p-type GaN
A contact layer 809 is grown. After that, the substrate is taken out of the crystal growing apparatus, and a nitride semiconductor laser device of the present embodiment shown in FIG. 8 is manufactured through a semiconductor laser device manufacturing process.

【0161】このような選択成長工程により得られるn
型GaNコンタクト層802およびp型Al0.1Ga0.9
Nクラッド層808の表面は、平坦でクラックも生じて
いなかった。n型GaNコンタクト層802に関する転
位(結晶欠陥)は実施形態1および実施形態2と同様に
減少していた。
N obtained by such a selective growth step
-Type GaN contact layer 802 and p-type Al 0.1 Ga 0.9
The surface of the N cladding layer 808 was flat and no crack was generated. Dislocations (crystal defects) related to the n-type GaN contact layer 802 were reduced as in the first and second embodiments.

【0162】さらに、本実施形態の窒化物半導体レーザ
素子は、GaNコンタクト層802中に設けられた成長
抑制効果のあるSiNx膜付き白金マスク815の存在
によって、そのマスク上に再成長を行った後のレーザ構
造を構成する各膜中において、転位密度が2桁程度減少
した。その結果、半導体レーザ素子自体の寿命特性は約
12000時間であった。
Further, in the nitride semiconductor laser device of this embodiment, regrowth was performed on the GaN contact layer 802 by virtue of the presence of the platinum mask 815 with a SiN x film having a growth suppressing effect provided in the GaN contact layer 802. In each of the films constituting the later laser structure, the dislocation density was reduced by about two orders of magnitude. As a result, the life characteristic of the semiconductor laser device itself was about 12,000 hours.

【0163】本実施形態の窒化物半導体レーザ素子につ
いて、レーザ発振閾値電流密度を測定したところ、図1
5に示した従来のリッジストライプ構造の半導体レーザ
素子の約1/2に低減していた。また、水平横モードお
よび垂直横モードのNFPおよびFFPをモードを観測
したところ、両者とも単峰の単一モードでレーザ発振が
得られた。さらに、本実施形態の窒化物半導体レーザ素
子に10000時間の寿命試験を行って、再び水平横モ
ードおよび垂直横モードを観察したところ、上記と同様
に安定した単一水平横モードと単一垂直横モードとが観
測された。
The laser oscillation threshold current density of the nitride semiconductor laser device of this embodiment was measured.
5 was reduced to about の of the conventional semiconductor laser device having the ridge stripe structure. In addition, when the modes of the horizontal and vertical modes and the NFP and FFP in the vertical and horizontal modes were observed, laser oscillation was obtained in a single mode with a single peak. Further, the nitride semiconductor laser device of the present embodiment was subjected to a life test of 10,000 hours, and the horizontal and horizontal modes and the vertical and horizontal modes were observed again. Mode and was observed.

【0164】このようにレーザ発振閾値電流密度が低減
した理由は、実施形態5と同様に、実施形態4で記述し
た屈折率導波構造のレーザ特性に加えて、電流狭窄構造
を同時に素子内に造り込むことができたためである。さ
らに、単峰(単一)で安定した垂直横モードのレーザ発
振が得られた理由は、実施形態1および実施形態2と同
様である。また、垂直横モードの形成位置、すなわち、
SiNx膜付き白金マスク815の形成位置は、基板に
対して垂直方向および平行方向の各々について、実施形
態2と同様である。さらに、単峰(単一)で安定した水
平横モードのレーザ発振が得られた理由は、実施形態6
と同様である。また、屈折率導波構造を得るための絶縁
性膜付き金属性マスク(SiNx膜付き白金マスク81
5)の形成位置は、実施形態6と同様である。但し、こ
の場合の絶縁性膜付き金属性マスクの位置とは、絶縁性
膜付き金属性マスクを構成している金属性マスクの形成
位置のことを称し、この意味において実施形態6と同じ
である。
The reason why the laser oscillation threshold current density has been reduced in this way is that, similarly to the fifth embodiment, in addition to the laser characteristics of the refractive index waveguide structure described in the fourth embodiment, the current confinement structure is simultaneously provided in the element. This is because it could be built. Further, the reason why a single-peak (single) and stable vertical and transverse mode laser oscillation is obtained is the same as in the first and second embodiments. Also, the formation position of the vertical / horizontal mode, that is,
The formation position of the platinum mask 815 with the SiN x film is the same as that of the second embodiment in each of a direction perpendicular to and parallel to the substrate. Further, the reason why a single-peak (single) and stable horizontal and transverse mode laser oscillation was obtained is that the sixth embodiment
Is the same as Further, a metal mask with an insulating film (a platinum mask 81 with a SiN x film) for obtaining a refractive index waveguide structure is used.
The formation position of 5) is the same as that of the sixth embodiment. However, the position of the metal mask with an insulating film in this case refers to the formation position of the metal mask constituting the metal mask with the insulating film, and is the same as the sixth embodiment in this sense. .

【0165】本実施形態においては、実施形態6と同様
に、活性層805とキャリアブロック層806(キャリ
アブロック層806が無い場合にはp型光ガイド層80
7)の界面から絶縁性膜付き金属性マスク(SiO2
付き白金マスク818)までの距離を、結晶成長装置の
結晶成長速度で設定することができる。よって、上記実
施形態4および実施形態5に比べて、上記界面からマス
クまでの距離を精度良く制御することができ、水平横モ
ードの光閉じ込め効果も精度良く制御することができ
る。
In this embodiment, similarly to the sixth embodiment, the active layer 805 and the carrier block layer 806 (the p-type light guide layer 80 when there is no carrier block layer 806).
The distance from the interface of 7) to the metallic mask with an insulating film (a platinum mask with a SiO 2 film 818) can be set by the crystal growth speed of the crystal growth apparatus. Therefore, as compared with Embodiments 4 and 5, the distance from the interface to the mask can be controlled more accurately, and the light confinement effect in the horizontal and horizontal modes can be controlled more accurately.

【0166】さらに、本実施形態では、上記電流狭窄効
果に加えて、以下の効果も有する。後述する実施形態9
において詳述するように、金属性マスクを用いたGaN
膜の選択成長においては、一般に、マスクのストライプ
方向依存性が強く、ラテラル成長しにくいが、絶縁性膜
付き金属性マスク(SiNx膜付き白金マスク)を用い
ることにより、GaN膜の選択成長でもマスクパターン
の方向依存性を無くして充分なラテラル成長を得ること
ができる。この特性を利用して、基板に対して垂直方向
について、屈折率導波構造を得るために絶縁性膜付き金
属性マスク818を形成可能な位置範囲内(活性層の上
面または下面から2μm以内の位置)にAlを含まない
窒化物半導体が存在していても、ラテラル成長速度の速
い選択成長が可能となる。
Further, the present embodiment has the following effect in addition to the above-described current constriction effect. Embodiment 9 to be described later
GaN using a metallic mask
In the selective growth of the film, generally, the mask is strongly dependent on the stripe direction and the lateral growth is difficult. However, by using the metal mask with the insulating film (the platinum mask with the SiN x film), the selective growth of the GaN film is also possible. Sufficient lateral growth can be obtained without the direction dependency of the mask pattern. Utilizing this characteristic, in a direction perpendicular to the substrate, within a position range in which a metallic mask 818 with an insulating film can be formed in order to obtain a refractive index waveguide structure (within 2 μm from the upper or lower surface of the active layer). Even if a nitride semiconductor containing no Al exists at (position), selective growth with a high lateral growth rate is possible.

【0167】本実施形態では、絶縁性膜付き金属性マス
ク815および818において、金属性マスクとして白
金(Pt)を用いたが、それ以外に、例えばW、Ti、
Mo、Ni、Al、Pd、Au等の金属やそれらの合
金、或いはそれらを含む複数層からなる複合膜等を用い
ることができる。窒化物半導体が直接エピタキシャル成
長せずに成長抑制効果が得られ、活性層から発せられる
レーザ光を吸収する光吸収効果を有する金属であれば、
その材料に対して大きく依存はしない。さらに、絶縁性
膜付き金属性マスク815および818において、絶縁
性膜としてはSiNx膜以外にSiO2膜を用いてもよ
く、絶縁性膜であればその材料に対して大きく依存はし
ない。金属性マスクを絶縁性膜で被覆する場合には、金
属性マスクの側部820についても絶縁膜で覆われてい
るのが好ましい。さらに、絶縁性膜付き金属性マスク8
15および818の厚みや選択成長の際に用いられる窒
素キャリアガス、歩留り率等は、実施形態6と同様であ
る。本実施形態では、n型GaNコンタクト層中に絶縁
性膜付き金属性マスク(SiNx付き白金マスク)を形
成したが、金属性マスクを形成してもよい。金属性マス
クを形成した場合には、実施形態1と同様の効果が得ら
れる。さらに、絶縁性膜付き金属性マスク818は、実
施形態3と同様に、クラッド層内に完全に埋まらなくて
も良い。但し、レーザ素子製造の歩留り率の向上のため
には、絶縁性膜付き金属性マスク818をクラッド層内
に埋没させた方が好ましい。
In the present embodiment, platinum (Pt) is used as the metal mask in the metal masks 815 and 818 with an insulating film.
Metals such as Mo, Ni, Al, Pd, and Au, alloys thereof, and a composite film including a plurality of layers including them can be used. If the nitride semiconductor is a metal having a light absorption effect of absorbing the laser light emitted from the active layer, the growth suppression effect is obtained without direct epitaxial growth,
There is no significant dependence on the material. Further, in the metal masks 815 and 818 with an insulating film, a SiO 2 film may be used as the insulating film other than the SiN x film, and the insulating film does not largely depend on the material. When the metal mask is covered with the insulating film, it is preferable that the side portion 820 of the metal mask is also covered with the insulating film. Furthermore, a metallic mask 8 with an insulating film
The thicknesses of 15 and 818, the nitrogen carrier gas used for selective growth, the yield, and the like are the same as in the sixth embodiment. In the present embodiment, the metal mask with the insulating film (the platinum mask with SiN x ) is formed in the n-type GaN contact layer, but the metal mask may be formed. When a metal mask is formed, the same effects as in the first embodiment can be obtained. Further, the metal mask 818 with the insulating film does not need to be completely buried in the cladding layer as in the third embodiment. However, it is preferable to bury the metal mask 818 with the insulating film in the cladding layer in order to improve the yield rate of the laser device production.

【0168】本実施形態では低温バッファー層としてG
aN膜を用いた例について説明したが、低温バッファー
層としてAlxGa1-xN(0≦x≦1)を用いても何等
問題は生じない。さらに、本実施形態では再成長を行う
クラッド層のAl組成を0.1としたが、0<Al≦1
の組成の窒化物半導体でも同様の効果が見られる。
In this embodiment, G is used as the low-temperature buffer layer.
Although the example using the aN film has been described, no problem occurs even if Al x Ga 1 -xN (0 ≦ x ≦ 1) is used as the low-temperature buffer layer. Further, in the present embodiment, the Al composition of the cladding layer to be regrown is set to 0.1, but 0 <Al ≦ 1.
A similar effect can be obtained with a nitride semiconductor having the following composition.

【0169】さらに、本実施形態と、上記実施形態4ま
たは実施形態5を組み合わせることにより、互いに相乗
効果を得ることができる。
Furthermore, a synergistic effect can be obtained by combining this embodiment with the above-described fourth or fifth embodiment.

【0170】(実施形態8)本実施形態では、金属性マ
スクの膜厚と光吸収率との関係について説明する。
(Embodiment 8) In this embodiment, the relationship between the thickness of the metallic mask and the light absorption will be described.

【0171】図9はタングステンマスクの膜厚とレーザ
光の光吸収率の関係を示す図である。この図によれば、
マスクの膜厚が約0.01μm以上で60%以上の光吸
収率を示し、膜厚が約0.05μm以上でほぼ100%
の光吸収率を示した。この図9に示した関係は、タング
ステン(W)に限らず、Pt、Ti、Mo、Ni、A
l、Pd、Au等を用いても殆ど同様であった。従っ
て、金属性マスクにより垂直横モード安定化のための光
吸収効果を得るためには、金属性マスク(絶縁性膜付き
金属性マスクの場合にはそれを構成する金属膜)の膜厚
を少なくとも50%以上の光吸収率を示す0.01μm
以上にするのが好ましく、さらに好ましくは0.05μ
m以上である。
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the thickness of the tungsten mask and the light absorptivity of the laser beam. According to this figure,
When the thickness of the mask is about 0.01 μm or more, the light absorption rate is 60% or more, and when the thickness is about 0.05 μm or more, almost 100%
Shows the light absorption rate. The relationship shown in FIG. 9 is not limited to tungsten (W), but Pt, Ti, Mo, Ni, A
It was almost the same even when 1, Pd, Au or the like was used. Therefore, in order to obtain a light absorption effect for stabilizing the vertical and horizontal modes by using the metal mask, the thickness of the metal mask (the metal film constituting the metal mask in the case of a metal mask with an insulating film) must be at least. 0.01 μm showing a light absorption of 50% or more
More preferably, more preferably 0.05μ
m or more.

【0172】一方、金属性マスクを窒化物半導体膜で被
覆したときに、その半導体膜の表面が平坦であるために
は、金属性マスク(絶縁性膜付き金属性マスクの場合に
は絶縁膜および金属膜を含むマスク全体)の膜厚を2μ
m以下にするのが好ましい。
On the other hand, when the metal mask is covered with the nitride semiconductor film, the surface of the semiconductor film must be flat so that the metal mask (the insulating film and the insulating mask in the case of the metal mask with an insulating film) is used. The thickness of the entire mask (including the metal film) is 2μ
m or less.

【0173】(実施形態9)本実施形態では、金属性マ
スクおよび絶縁性膜付き金属性マスクを用いた場合の成
長軸方向の成長速度とラテラル成長速度との比(a/
c)と、窒素キャリアガスの分圧およびマスクのストラ
イプ方向との関係について説明する。
(Embodiment 9) In this embodiment, the ratio (a / a) between the growth rate in the growth axis direction and the lateral growth rate when a metallic mask and a metallic mask with an insulating film are used.
The relationship between c) and the partial pressure of the nitrogen carrier gas and the stripe direction of the mask will be described.

【0174】図10(a)はタングステンマスクにより
GaN膜の選択成長を行った場合について、ラテラル成
長(a/c)と窒素キャリアガスの分圧比(N2/(H2
+N 2))との関係を示す。なお、図10(a)におい
て、ラテラル成長(a/c)は基板に対して垂直方向の
成長速度をc、基板に対して平行方向の成長速度(ラテ
ラル成長速度)をaとし、これらの比a/cとして表し
た。また、窒素キャリアガスの分圧比(N2/(H2+N
2))は、全キャリアガスの流量(窒素キャリアガスの
流量+水素キャリアガスの流量)に対する窒素キャリア
ガスの流量比として表した。さらに、図10(a)中、
方位は、窒化物半導体(GaN)に対するタングステン
マスクのストライプ方向を示している。
FIG. 10A shows a state obtained by using a tungsten mask.
In the case of selective growth of GaN film,
Length (a / c) and the partial pressure ratio of nitrogen carrier gas (NTwo/ (HTwo
+ N Two)). In addition, in FIG.
Therefore, the lateral growth (a / c) is perpendicular to the substrate.
Let the growth rate be c, the growth rate in the direction parallel to the substrate (latate
A) and their ratio a / c.
Was. Further, the partial pressure ratio of the nitrogen carrier gas (NTwo/ (HTwo+ N
Two)) Is the total carrier gas flow rate (nitrogen carrier gas
Nitrogen carrier (flow rate + flow rate of hydrogen carrier gas)
It was expressed as a gas flow ratio. Further, in FIG.
Orientation is tungsten relative to nitride semiconductor (GaN)
The stripe direction of the mask is shown.

【0175】この図10(a)に示すように、タングス
テンマスクのストライプ方向を〈11−20〉方向に形
成した場合、窒素キャリアガスの分圧を上げても殆どラ
テラル成長しない。一方、〈1−100〉方向に形成し
た場合には、窒素キャリアガス分圧0.5でa/c=約
0.4程度のラテラル成長が生じた。この図10(a)
に示した関係は、タングステン(W)に限らず、Pt、
Ti、Mo、Ni、Al、Pd、Au等を用いても殆ど
同様であった。
As shown in FIG. 10A, when the stripe direction of the tungsten mask is formed in the <11-20> direction, the lateral growth hardly occurs even if the partial pressure of the nitrogen carrier gas is increased. On the other hand, when the film was formed in the <1-100> direction, lateral growth of about a / c = about 0.4 occurred at a nitrogen carrier gas partial pressure of 0.5. This FIG.
Are not limited to tungsten (W), but Pt,
It was almost the same even when Ti, Mo, Ni, Al, Pd, Au or the like was used.

【0176】図10(b)はタングステンマスクにより
AlGaN膜の選択成長を行った場合について、ラテラ
ル成長(a/c)と窒素キャリアガスの分圧比(N2
(H2+N2))との関係を示す。なお、図10(b)に
おいて、ラテラル成長(a/c)、窒素キャリアガスの
分圧比(N2/(H2+N2))および方位は、図10
(a)と同様である。
FIG. 10 (b) shows the case where the AlGaN film is selectively grown using a tungsten mask, and the lateral growth (a / c) and the partial pressure ratio of the nitrogen carrier gas (N 2 /
(H 2 + N 2 )). In FIG. 10B, the lateral growth (a / c), the partial pressure ratio of the nitrogen carrier gas (N 2 / (H 2 + N 2 )) and the orientation are shown in FIG.
Same as (a).

【0177】この図10(b)に示すように、タングス
テンマスクのストライプ方向を〈11−20〉方向に形
成した場合、窒素キャリアガス分圧0.5でa/c=約
1.5程度のラテラル成長が生じた。一方、〈1−10
0〉方向に形成した場合には、窒素キャリアガス分圧
0.5でa/c=約15程度のラテラル成長が生じた。
この図10(b)に示した関係は、タングステン(W)
に限らず、Pt、Ti、Mo、Ni、Al、Pd、Au
等を用いても殆ど同様であった。
As shown in FIG. 10B, when the stripe direction of the tungsten mask is formed in the <11-20> direction, a / c = about 1.5 at a nitrogen carrier gas partial pressure of 0.5. Lateral growth has occurred. On the other hand, <1-10
When the film was formed in the <0> direction, lateral growth of about a / c = about 15 occurred at a nitrogen carrier gas partial pressure of 0.5.
The relationship shown in FIG. 10B is based on tungsten (W)
Not limited to Pt, Ti, Mo, Ni, Al, Pd, Au
And so on.

【0178】上記図10(a)および図10(b)の結
果から、金属性マスクの成長抑制効果を利用して選択成
長を行う場合、金属性マスクのストライプ方向を〈1−
100〉方向に形成するのが好ましく、窒素キャリアガ
スの分圧は高い方が好ましいことがわかる。但し、窒素
キャリアガス分圧を0.9より大きくして作製した選択
成長膜はX線回折半値幅が6分以上となり、結晶性(配
向性)が悪化していた。また、金属性マスクは、GaN
膜に比べて少なくともAlを含む窒化物半導体膜の方が
ラテラル成長が速かった。
According to the results shown in FIGS. 10A and 10B, when the selective growth is performed by utilizing the effect of suppressing the growth of the metallic mask, the stripe direction of the metallic mask is set to <1--1.
100> direction, and it is understood that the partial pressure of the nitrogen carrier gas is preferably higher. However, the selective growth film produced by setting the partial pressure of the nitrogen carrier gas to be larger than 0.9 had an X-ray diffraction half width of 6 minutes or more, and the crystallinity (orientation) was deteriorated. The metallic mask is made of GaN
Lateral growth was faster in the nitride semiconductor film containing at least Al than in the film.

【0179】図11(a)はSiO2膜付きタングステ
ンマスクによりGaN膜の選択成長を行った場合につい
て、ラテラル成長(a/c)と窒素キャリアガスの分圧
比(N2/(H2+N2))との関係を示す。なお、図1
1(a)において、ラテラル成長(a/c)は基板に対
して垂直方向の成長速度をc、基板に対して平行方向の
成長速度(ラテラル成長速度)をaとし、これらの比a
/cとして表した。また、窒素キャリアガスの分圧比
(N2/(H2+N2))は、全キャリアガスの流量(窒
素キャリアガスの流量+水素キャリアガスの流量)に対
する窒素キャリアガスの流量比として表した。さらに、
図11(a)中、方位は、窒化物半導体(GaN)に対
するSiO2膜付きタングステンマスクのストライプ方
向を示している。
FIG. 11 (a) shows a case where a GaN film is selectively grown using a tungsten mask with an SiO 2 film and a partial pressure ratio of lateral growth (a / c) to a nitrogen carrier gas (N 2 / (H 2 + N 2). )). FIG.
In FIG. 1 (a), in lateral growth (a / c), the growth rate in the direction perpendicular to the substrate is c, and the growth rate in the direction parallel to the substrate (lateral growth rate) is a.
/ C. Further, the partial pressure ratio of the nitrogen carrier gas (N 2 / (H 2 + N 2 )) was expressed as the flow ratio of the nitrogen carrier gas to the flow rate of all the carrier gases (the flow rate of the nitrogen carrier gas + the flow rate of the hydrogen carrier gas). further,
In FIG. 11A, the direction indicates the stripe direction of the tungsten mask with the SiO 2 film with respect to the nitride semiconductor (GaN).

【0180】この図11(a)に示すように、SiO2
膜付きタングステンマスクのストライプ方向を〈11−
20〉方向に形成した場合、窒素キャリアガス分圧0.
5でa/c=約0.5程度のラテラル成長が生じた。一
方、〈1−100〉方向に形成した場合には、窒素キャ
リアガス分圧0.5でa/c=約1.5程度のラテラル
成長が生じた。この図11(a)に示した関係は、タン
グステン(W)に限らず、Pt、Ti、Mo、Ni、A
l、Pd、Au等を用いても殆ど同様であった。また、
絶縁性膜についても、SiO2膜に限らず、SiNx膜を
用いても殆ど同様であった。
As shown in FIG. 11A, SiO 2
Change the stripe direction of the tungsten mask with film to <11-
20> direction, the nitrogen carrier gas partial pressure is 0.1 mm.
In No. 5, lateral growth of about a / c = about 0.5 occurred. On the other hand, when formed in the <1-100> direction, lateral growth of about a / c = about 1.5 occurred at a nitrogen carrier gas partial pressure of 0.5. The relationship shown in FIG. 11A is not limited to tungsten (W), but may be Pt, Ti, Mo, Ni, A
It was almost the same even when 1, Pd, Au or the like was used. Also,
The insulating film was not limited to the SiO 2 film, and was almost the same even when the SiN x film was used.

【0181】図11(b)はSiO2膜付きタングステ
ンマスクによりAlGaN膜の選択成長を行った場合に
ついて、ラテラル成長(a/c)と窒素キャリアガスの
分圧比(N2/(H2+N2))との関係を示す。なお、
図11(b)において、ラテラル成長(a/c)、窒素
キャリアガスの分圧比(N2/(H2+N2))および方
位は、図11(a)と同様である。
FIG. 11 (b) shows the case where the AlGaN film is selectively grown using a tungsten mask with an SiO 2 film, and the ratio of the lateral growth (a / c) to the partial pressure of the nitrogen carrier gas (N 2 / (H 2 + N 2). )). In addition,
In FIG. 11B, the lateral growth (a / c), the partial pressure ratio of the nitrogen carrier gas (N 2 / (H 2 + N 2 )) and the orientation are the same as in FIG. 11A.

【0182】この図11(b)に示すように、SiO2
膜付きタングステンマスクのストライプ方向を〈11−
20〉方向に形成した場合、窒素キャリアガス分圧0.
5でa/c=約8程度のラテラル成長が生じた。一方、
〈1−100〉方向に形成した場合には、窒素キャリア
ガス分圧0.5でa/c=約28程度のラテラル成長が
生じた。この図11(b)に示した関係は、タングステ
ン(W)に限らず、Pt、Ti、Mo、Ni、Al、P
d、Au等を用いても殆ど同様であった。また、絶縁性
膜についても、SiO2膜に限らず、SiNx膜を用いて
も殆ど同様であった。
As shown in FIG. 11B, SiO 2
Change the stripe direction of the tungsten mask with film to <11-
20> direction, the nitrogen carrier gas partial pressure is 0.1 mm.
5, the lateral growth of about a / c = about 8 occurred. on the other hand,
When formed in the <1-100> direction, lateral growth of a / c = about 28 occurred at a nitrogen carrier gas partial pressure of 0.5. The relationship shown in FIG. 11B is not limited to tungsten (W), but may be Pt, Ti, Mo, Ni, Al, P
It was almost the same even when d, Au or the like was used. In addition, the insulating film was not limited to the SiO 2 film, and was almost the same even when the SiN x film was used.

【0183】上記図11(a)および図11(b)の結
果から、絶縁性膜付き金属性マスクの成長抑制効果を利
用して選択成長を行う場合、金属性マスクのストライプ
方向を〈1−100〉方向に形成するのが好ましく、窒
素キャリアガスの分圧は高い方が好ましいことがわか
る。但し、窒素キャリアガス分圧を0.9より大きくし
て作製した選択成長膜はX線回折半値幅が6分以上とな
り、結晶性(配向性)が悪化していた。また、金属性マ
スクは、GaN膜に比べて少なくともAlを含む窒化物
半導体膜の方がラテラル成長が速かった。さらに、絶縁
性膜付き金属性マスクは、金属性マスクに比べてラテラ
ル成長が速く、マスクのストライプ方向依存性が緩和さ
れていた。
From the results of FIGS. 11A and 11B, when the selective growth is performed by utilizing the effect of suppressing the growth of the metal mask with the insulating film, the stripe direction of the metal mask is set to <1--1. 100> direction, and it is understood that the partial pressure of the nitrogen carrier gas is preferably higher. However, the selective growth film produced by setting the partial pressure of the nitrogen carrier gas to be larger than 0.9 had an X-ray diffraction half width of 6 minutes or more, and the crystallinity (orientation) was deteriorated. In the metallic mask, the lateral growth of the nitride semiconductor film containing at least Al was faster than that of the GaN film. Further, the metallic mask with an insulating film has a higher lateral growth than the metallic mask, and the dependence of the mask on the stripe direction has been reduced.

【0184】上記図10(a)、図10(b)、図11
(a)および図11(b)において、ラテラル成長a/
cは、窒素キャリアガス分圧が0.1以上で大きく増加
している。このことから、窒素キャリアガス分圧は0.
1以上であるのが好ましい。
FIGS. 10 (a), 10 (b), 11
11 (a) and FIG. 11 (b), the lateral growth a /
c greatly increases when the nitrogen carrier gas partial pressure is 0.1 or more. For this reason, the partial pressure of the nitrogen carrier gas is set to 0.1.
It is preferably one or more.

【0185】さらに、上記図10および図11から、金
属膜を含むマスクを被覆するために必要なラテラル成長
膜の下限値を読み取ることができる。この値は、選択成
長する膜(被覆する膜)がGaN膜であるか、AlGa
N膜であるかで異なる。同様に、マスクのストライプ方
向でも異なり、マスクが金属膜のみである場合とその上
に絶縁膜が設けられている場合とでも異なる。さらに、
雰囲気ガス比(N2/N2+H2)によっても異なる。
Further, from FIGS. 10 and 11, the lower limit value of the lateral growth film necessary for covering the mask including the metal film can be read. This value depends on whether the film to be selectively grown (film to be coated) is a GaN film or AlGa.
It depends on whether it is an N film. Similarly, the direction of the stripe of the mask is also different, which is different between the case where the mask is a metal film only and the case where an insulating film is provided thereon. further,
Varies depending ambient gas ratio (N 2 / N 2 + H 2).

【0186】例えば、絶縁性膜付き金属性マスクのスト
ライプ方向を〈1−100〉として、その上にGaN膜
を選択成長する場合、雰囲気ガス(N2/(N2
2))=0.5では、図11(a)から、ラテラル成
長a/c=1.5と読み取ることができる。すなわち、
積層膜厚(被覆膜厚)1に対して横方向成長は1.5と
いうことになる。マスク上の選択成長は、マスクで被覆
されていないマスク両側の部分から成長が始まり、マス
クの中央部で会合してマスクが被覆される。従って、金
属性マスクは積層膜厚1に対して1.5×2(両側分)
=3で被覆されることになる。仮に、マスク幅が6μm
であれば、6/3=2μmの積層膜厚(下限値)でマス
クが被覆されることになる。上記各実施形態では、N2
(10リットル/min)+H2(5リットル/mi
n)の条件で選択成長が行われている。
For example, when the stripe direction of the metal mask with an insulating film is set to <1-100> and a GaN film is selectively grown thereon, the atmosphere gas (N 2 / (N 2 +
When H 2 )) = 0.5, it can be read from FIG. 11A that lateral growth a / c = 1.5. That is,
The lateral growth is 1.5 for the lamination film thickness (coating film thickness) 1. The selective growth on the mask starts from the portions on both sides of the mask that are not covered with the mask, and the mask is covered in association at the center of the mask. Therefore, the metal mask is 1.5 × 2 (for both sides) with respect to the laminated film thickness of 1.
= 3. If the mask width is 6 μm
In this case, the mask is covered with the laminated film thickness (lower limit value) of 6/3 = 2 μm. In the above embodiments, N 2
(10 l / min) + H 2 (5 l / mi
Selective growth is performed under the condition of n).

【0187】(実施形態10)本実施形態では、下層n
型AlGaN膜上に形成した金属性マスクが、再成長n
型AlGaN膜によって平坦に被覆されずに窪みを有す
る例について説明する。それ以外の構成は前述した実施
形態と同様である。
(Embodiment 10) In this embodiment, the lower layer n
The metallic mask formed on the p-type AlGaN film is
An example will be described in which a recess is formed without being flatly covered with the type AlGaN film. Other configurations are the same as those of the above-described embodiment.

【0188】図12に本実施形態の窒化物半導体レーザ
素子の構造を示す。この半導体レーザ素子は、n型Ga
N基板901上に、n型Al0.02Ga0.98Nコンタクト
層902、n型Al0.1Ga0.9Nクラッド層903、n
型GaN光ガイド層904、活性層905、Al0.2
0.8Nキャリアブロック層906、p型GaN光ガイ
ド層907、p型Al0.1Ga0.9Nクラッド層908お
よびp型GaNコンタクト層909が順次積層されてい
る。p型コンタクト層909の上には電流通路となるス
トライプ状部分を開口させたSiO2からなる絶縁性膜
910が設けられ、その開口部および絶縁性膜910上
にわたってp型電極912が設けられて、絶縁性膜91
0の開口部上の部分がストライプ状電極として機能して
いる。また、n型GaN基板901の裏面に接するよう
にn型電極911が形成されている。
FIG. 12 shows the structure of the nitride semiconductor laser device of this embodiment. This semiconductor laser device has an n-type Ga
On an N substrate 901, an n-type Al 0.02 Ga 0.98 N contact layer 902, an n-type Al 0.1 Ga 0.9 N cladding layer 903, n
-Type GaN light guide layer 904, active layer 905, Al 0.2 G
An a 0.8 N carrier block layer 906, a p-type GaN light guide layer 907, a p-type Al 0.1 Ga 0.9 N cladding layer 908, and a p-type GaN contact layer 909 are sequentially stacked. On the p-type contact layer 909, an insulating film 910 made of SiO 2 having a stripe-shaped portion serving as a current path is provided, and a p-type electrode 912 is provided over the opening and the insulating film 910. , Insulating film 91
The portion above the opening of the zero functions as a stripe-shaped electrode. Further, an n-type electrode 911 is formed so as to be in contact with the back surface of the n-type GaN substrate 901.

【0189】n型Al0.1Ga0.9Nクラッド層903
は、下層n型Al0.1Ga0.9N膜903aと再成長n型
Al0.1Ga0.9Nクラッド膜903bから構成されてい
る。また、ストライプ状電極下方の下層膜903a上部
分に設けられた金属性マスク(タングステンマスク等)
916は、再成長膜403bによって平坦に被覆されず
に窪みを有する。
N-type Al 0.1 Ga 0.9 N clad layer 903
Is composed of a lower n-type Al 0.1 Ga 0.9 N film 903a and a regrown n-type Al 0.1 Ga 0.9 N clad film 903b. Further, a metallic mask (such as a tungsten mask) provided on the lower layer film 903a below the stripe-shaped electrode
Reference numeral 916 has a depression without being flatly covered by the regrown film 403b.

【0190】本実施形態において、金属性マスク916
は、半導体レーザ素子における水平横モードの光閉じ込
め効果を得るために、上記実施形態に即して導入したも
のである。しかしながら、本願発明者らがさらに詳細な
検討を行った結果、水平横モードの光閉じ込め効果以外
にも、以下のような効果を有することが分かった。
In this embodiment, the metal mask 916 is used.
Is introduced in accordance with the above-described embodiment in order to obtain an optical confinement effect in a horizontal / lateral mode in a semiconductor laser device. However, as a result of a more detailed study by the present inventors, it was found that the following effects were obtained in addition to the light confinement effect in the horizontal and lateral modes.

【0191】図12では、活性層905の下方に設けた
2つの金属性マスク916を有し、これらの金属性マス
ク916、916の間隔S部の上方に位置するようにp
型ストライプ電極412の電流注入幅Wpが設けられ、
かつ、金属性マスク916が再成長n型AlGaN膜9
03bによって平坦に被覆されない窪み部を有する。
In FIG. 12, two metallic masks 916 provided below the active layer 905 are provided, and the p-type metal masks 916 and 916 are arranged so as to be located above the interval S between the metallic masks 916 and 916.
The current injection width Wp of the type stripe electrode 412 is provided,
In addition, the metallic mask 916 is formed by the regrown n-type AlGaN film 9.
It has a recess that is not covered flatly by 03b.

【0192】この場合、(1)窪み部を有することによ
って、活性層905は量子井戸構造からp型ストライプ
電極912のストライプ方向に対して垂直方向に閉じ込
められた量子細線構造に近い形態になる。このことによ
り、閾値電流密度をより一層低減することができる。ま
た、(2)窪み部を有することによって、再成長n型A
lGaN膜903bよりも上方に形成された窒化物半導
体層の結晶歪みを、窪み部によって緩和することができ
る。このことにより、歪みによる結晶性の低下を防ぎ、
レーザ発振寿命をより一層長くすることができる。さら
に、(3)窪み部を有することによって、p型ストライ
プ電極912から注入された電流が横方向に広がること
を防止することができる。このことにより、閾値電流密
度を低くすることができる。
In this case, (1) the active layer 905 has a shape similar to a quantum wire structure confined in the direction perpendicular to the stripe direction of the p-type stripe electrode 912 from the quantum well structure by having the concave portion. As a result, the threshold current density can be further reduced. (2) Regrown n-type A
The crystal distortion of the nitride semiconductor layer formed above the lGaN film 903b can be reduced by the depression. This prevents the crystallinity from dropping due to strain,
The laser oscillation life can be further lengthened. Further, (3) the provision of the concave portion can prevent the current injected from the p-type stripe electrode 912 from spreading in the horizontal direction. Thus, the threshold current density can be reduced.

【0193】この窪みは、N2キャリアガス分圧を10
%未満、好ましくはH2キャリアガス雰囲気で再成長層
903bを成長することによって形成することができ
る。または、再成長層903bの膜厚を薄くしても形成
することができる。
This depression is used to reduce the N 2 carrier gas partial pressure to 10
%, Preferably by growing the regrown layer 903b in an H 2 carrier gas atmosphere. Alternatively, it can be formed even when the thickness of the regrown layer 903b is reduced.

【0194】なお、図12の模式図は、窪み部の側壁に
積層された窒化物半導体層が誇張して示されている。実
際には、各窒化物半導体層の層厚は薄いため、必ずしも
図12に示すように窪み内部の大半が窒化物半導体層で
埋められるものではない。本実施形態による上記効果
は、窪み部が深ければ深いほど、より顕著に発揮される
が、あまり深すぎるとストライプ状電極の形成が困難に
なるので、適宜設定する。窪み部の位置は、ほぼ再現性
よくマスク幅の中央部上方に形成される。
In the schematic diagram of FIG. 12, the nitride semiconductor layer laminated on the side wall of the recess is exaggerated. Actually, since the thickness of each nitride semiconductor layer is thin, most of the inside of the depression is not necessarily filled with the nitride semiconductor layer as shown in FIG. The above-described effect according to the present embodiment is more remarkably exhibited as the depth of the recess is deeper. However, if the depth is too deep, it becomes difficult to form a stripe-shaped electrode. The position of the depression is formed above the center of the mask width with high reproducibility.

【0195】(実施形態11)本実施形態では、下層p
型AlGaN膜上に形成した金属性マスクが、再成長p
型AlGaN膜によって平坦に被覆されずに窪みを有す
る例について説明する。それ以外の構成は前述した実施
形態と同様である。
(Embodiment 11) In this embodiment, the lower layer p
The metallic mask formed on the p-type AlGaN film is
An example will be described in which a recess is formed without being flatly covered with the type AlGaN film. Other configurations are the same as those of the above-described embodiment.

【0196】図13に本実施形態の窒化物半導体レーザ
素子の構造を示す。この半導体レーザ素子は、n型Ga
N基板1001上に、n型Al0.02Ga0.98Nコンタク
ト層1002、n型Al0.1Ga0.9Nクラッド層100
3、n型GaN光ガイド層1004、活性層1005、
Al0.2Ga0.8Nキャリアブロック層1006、p型G
aN光ガイド層1007、p型Al0.1Ga0.9Nクラッ
ド層1008およびp型GaNコンタクト層1009が
順次積層されている。p型コンタクト層1009の上に
は電流通路となるストライプ状部分を開口させたSiO
2からなる絶縁性膜1010が設けられ、その開口部お
よび絶縁性膜1010上にわたってp型電極1012が
設けられて、絶縁性膜1010の開口部上の部分がスト
ライプ状電極として機能している。また、n型GaN基
板1001の裏面に接するようにn型電極1011が形
成されている。
FIG. 13 shows the structure of the nitride semiconductor laser device of this embodiment. This semiconductor laser device has an n-type Ga
On an N substrate 1001, an n-type Al 0.02 Ga 0.98 N contact layer 1002 and an n-type Al 0.1 Ga 0.9 N cladding layer 100
3, n-type GaN light guide layer 1004, active layer 1005,
Al 0.2 Ga 0.8 N carrier block layer 1006, p-type G
An aN light guide layer 1007, a p-type Al 0.1 Ga 0.9 N cladding layer 1008, and a p-type GaN contact layer 1009 are sequentially laminated. On the p-type contact layer 1009, SiO having a stripe-shaped portion serving as a current path is opened.
An insulating film 1010 made of 2 is provided, and a p-type electrode 1012 is provided over the opening and over the insulating film 1010. The portion of the insulating film 1010 over the opening functions as a striped electrode. Further, an n-type electrode 1011 is formed so as to be in contact with the back surface of the n-type GaN substrate 1001.

【0197】p型Al0.1Ga0.9Nクラッド層1008
は、下層p型Al0.1Ga0.9N膜1008aと再成長p
型Al0.1Ga0.9Nクラッド膜1008bから構成され
ている。また、ストライプ状電極下方の下層膜1008
a上部分に設けられた金属性マスク(タングステンマス
ク等)1016は、再成長膜1008bによって平坦に
被覆されずに窪みを有する。
A p-type Al 0.1 Ga 0.9 N cladding layer 1008
Is formed with a lower p-type Al 0.1 Ga 0.9 N film 1008a and a regrown p-type Al 0.1 Ga 0.9 N film 1008a.
It is composed of a type Al 0.1 Ga 0.9 N clad film 1008b. The lower film 1008 below the stripe-shaped electrode
The metallic mask (tungsten mask or the like) 1016 provided on the upper portion a is not flatly covered with the regrown film 1008b but has a depression.

【0198】本実施形態において、金属性マスク101
6は、半導体レーザ素子における水平横モードの光閉じ
込め効果を得るために、上記実施形態に即して導入した
ものである。しかしながら、本願発明者らがさらに詳細
な検討を行った結果、水平横モードの光閉じ込め効果以
外にも、以下のような効果を有することが分かった。
In the present embodiment, the metallic mask 101
Numeral 6 is introduced according to the above-described embodiment in order to obtain a horizontal-lateral mode light confinement effect in the semiconductor laser device. However, as a result of a more detailed study by the present inventors, it was found that the following effects were obtained in addition to the light confinement effect in the horizontal and lateral modes.

【0199】図13では、活性層1005の上方に設け
た2つの金属性マスク1016を有し、これらの金属性
マスク1016、1016の間隔S部の上方に位置する
ようにp型ストライプ電極1012の電流注入幅Wpが
設けられ、かつ、金属性マスク1016が再成長n型A
lGaN膜1008bによって平坦に被覆されない窪み
部を有する。
In FIG. 13, two metal masks 1016 are provided above the active layer 1005, and the p-type stripe electrode 1012 is positioned above the space S between the metal masks 1016 and 1016. The current injection width Wp is provided, and the metallic mask 1016 is made of a regrown n-type A
It has a dent that is not flatly covered by the lGaN film 1008b.

【0200】この場合、窪み部を有することによって、
再成長p型AlGaN膜1008bよりも上方に形成さ
れた窒化物半導体層の結晶歪みを、窪み部によって緩和
することができる。このことにより、歪みによる結晶性
の低下を防ぎ、レーザ発振寿命をより一層長くすること
ができる。
In this case, by having the recessed portion,
The crystal distortion of the nitride semiconductor layer formed above the regrown p-type AlGaN film 1008b can be reduced by the depression. As a result, a decrease in crystallinity due to distortion can be prevented, and the laser oscillation life can be further lengthened.

【0201】この窪みは、N2キャリアガス分圧を10
%未満、好ましくはH2キャリアガス雰囲気で再成長層
1008bを成長することによって形成することができ
る。または、再成長層1008bの膜厚を薄くしても形
成することができる。
This depression is used to reduce the N 2 carrier gas partial pressure to 10
%, Preferably by growing the regrown layer 1008b in an H 2 carrier gas atmosphere. Alternatively, it can be formed even when the thickness of the regrown layer 1008b is reduced.

【0202】なお、図13の模式図は、窪み部の側壁に
積層された窒化物半導体層が誇張して示されている。実
際には、各窒化物半導体層の層厚は薄いため、必ずしも
図13に示すように窪み内部の大半が窒化物半導体層で
埋められるものではない。本実施形態による上記効果
は、窪み部が深ければ深いほど、より顕著に発揮される
が、あまり深すぎるとストライプ状電極の形成が困難に
なるので、適宜設定する。窪み部の位置は、ほぼ再現性
よくマスク幅の中央部上方に形成される。
In the schematic diagram of FIG. 13, the nitride semiconductor layer laminated on the side wall of the recess is exaggerated. Actually, since the thickness of each nitride semiconductor layer is thin, most of the inside of the recess is not necessarily filled with the nitride semiconductor layer as shown in FIG. The above-described effect according to the present embodiment is more remarkably exhibited as the depth of the recess is deeper. However, if the depth is too deep, it becomes difficult to form a stripe-shaped electrode. The position of the depression is formed above the center of the mask width with high reproducibility.

【0203】(実施形態12)本実施形態では、n型G
aN基板上に形成した金属性マスクが、再成長n型Al
GaN膜によって平坦に被覆されずに窪みを有する例に
ついて説明する。それ以外の構成は前述した実施形態と
同様である。
(Embodiment 12) In this embodiment, an n-type G
The metallic mask formed on the aN substrate is a regrown n-type Al
An example will be described in which a GaN film is not flatly covered but has a depression. Other configurations are the same as those of the above-described embodiment.

【0204】図14に本実施形態の窒化物半導体レーザ
素子の構造を示す。この窒化物半導体レーザ素子は、n
型GaN基板1101上に、n型Al0.02Ga0.98Nコ
ンタクト層1102、n型Al0.1Ga0.9Nクラッド層
1103、n型GaN光ガイド層1104、活性層11
05、Al0.2Ga0.8Nキャリアブロック層1106、
p型GaN光ガイド層1107、p型Al0.1Ga0.9
クラッド層1108およびp型GaNコンタクト層11
09が順次積層されている。p型クラッド層1108は
p型光ガイド層1107近くまで堀り下げられて、p型
コンタクト層1109およびp型クラッド層1108か
らなるリッジストライプ部が形成されている。その上に
SiO2からなる絶縁性膜1110が設けられ、リッジ
ストライプ上部分が開口されている。その絶縁性膜11
10上および絶縁性膜1110の開口部から露出したリ
ッジストライプ部上にわたってp型電極1112が設け
られて、リッジストライプ上の部分がストライプ状電極
として機能している。また、n型GaN基板1101の
裏面に接するようにn型電極1111が形成されてい
る。
FIG. 14 shows the structure of the nitride semiconductor laser device of this embodiment. This nitride semiconductor laser device has n
An n-type Al 0.02 Ga 0.98 N contact layer 1102, an n-type Al 0.1 Ga 0.9 N cladding layer 1103, an n-type GaN optical guide layer 1104, and an active layer 11 are formed on an n-type GaN substrate 1101.
05, an Al 0.2 Ga 0.8 N carrier block layer 1106,
p-type GaN optical guide layer 1107, p-type Al 0.1 Ga 0.9 N
Cladding layer 1108 and p-type GaN contact layer 11
09 are sequentially stacked. The p-type cladding layer 1108 is dug down to the vicinity of the p-type light guide layer 1107 to form a ridge stripe portion composed of the p-type contact layer 1109 and the p-type cladding layer 1108. An insulating film 1110 made of SiO 2 is provided thereon, and the upper part of the ridge stripe is opened. The insulating film 11
A p-type electrode 1112 is provided over the ridge stripe portion exposed from the opening of the insulating film 1110 on the ridge stripe 10, and the portion on the ridge stripe functions as a stripe-shaped electrode. An n-type electrode 1111 is formed so as to be in contact with the back surface of n-type GaN substrate 1101.

【0205】さらに、リッジストライプ部下方の基板上
部分に設けられた金属性マスク(タングステンマスク
等)1116は、コンタクト層1102によって平坦に
被覆されずに窪みを有する。
Further, a metallic mask (such as a tungsten mask) 1116 provided on a portion of the substrate below the ridge stripe portion is not covered with the contact layer 1102 but has a depression.

【0206】本実施形態では、クラッド層とコンタクト
層との界面から基板に向かってコンタクト層厚と基板厚
みを合わせた総厚みの半分以内の位置に金属性マスクが
形成されている。
In this embodiment, the metallic mask is formed at a position within half of the total thickness of the contact layer and the substrate from the interface between the cladding layer and the contact layer toward the substrate.

【0207】本実施形態において、金属性マスク111
6は、半導体レーザ素子における水平横モードの光閉じ
込め効果を得るために、上記実施形態に即して導入した
ものである。しかしながら、本願発明者らがさらに詳細
な検討を行った結果、水平横モードの光閉じ込め効果以
外にも、以下のような効果を有することが分かった。
In this embodiment, the metallic mask 111
Numeral 6 is introduced according to the above-described embodiment in order to obtain a horizontal-lateral mode light confinement effect in the semiconductor laser device. However, as a result of a more detailed study by the present inventors, it was found that the following effects were obtained in addition to the light confinement effect in the horizontal and lateral modes.

【0208】図14では、活性層1105の下方に設け
た金属性マスク1116を有し、この金属性マスク11
16がコンタクト層1102によって平坦に被覆された
領域M1および領域M2のうちの少なくともいずれか一
方の領域の上方に、リッジストライプ構造の電流注入幅
Wpが設けられている。
In FIG. 14, a metal mask 1116 provided below the active layer 1105 is provided.
A current injection width Wp of a ridge stripe structure is provided above at least one of the region M1 and the region M2 in which the contact layer 16 is flatly covered with the contact layer 1102.

【0209】この場合、窪み部を有することによって、
n型AlGaNコンタクト層1102よりも上方に形成
された窒化物半導体層の結晶歪みを、窪み部によって緩
和することができる。このことにより、歪みによる結晶
性の低下を防ぎ、レーザ発振寿命をより一層長くするこ
とができる。
[0209] In this case, by having the concave portion,
The crystal distortion of the nitride semiconductor layer formed above the n-type AlGaN contact layer 1102 can be reduced by the depression. As a result, a decrease in crystallinity due to distortion can be prevented, and the laser oscillation life can be further lengthened.

【0210】この窪みは、N2キャリアガス分圧を10
%未満、好ましくはH2キャリアガス雰囲気でコンタク
ト層1102を成長することによって形成することがで
きる。または、コンタクト層1102の膜厚を薄くして
も形成することができる。
[0210] This depression is used to reduce the partial pressure of the N 2 carrier gas to 10%.
%, Preferably by growing the contact layer 1102 in an H 2 carrier gas atmosphere. Alternatively, it can be formed even when the thickness of the contact layer 1102 is reduced.

【0211】なお、図14の模式図は、窪み部の側壁に
積層された窒化物半導体層が誇張して示されている。実
際には、各窒化物半導体層の層厚は薄いため、必ずしも
図14に示すように窪み内部の大半が窒化物半導体層で
埋められるものではない。本実施形態による上記効果
は、窪み部が深ければ深いほど、より顕著に発揮される
が、あまり深すぎるとストライプ状電極の形成が困難に
なるので、適宜設定する。窪み部の位置は、ほぼ再現性
よくマスク幅の中央部上方に形成される。本実施形態で
は、成長が金属性マスクの両側から始まるため、窪み部
はリッジストライプの片側にしか形成されない。
In the schematic diagram of FIG. 14, the nitride semiconductor layer laminated on the side wall of the recess is exaggerated. Actually, since the thickness of each nitride semiconductor layer is thin, most of the inside of the recess is not necessarily filled with the nitride semiconductor layer as shown in FIG. The above-described effect according to the present embodiment is more remarkably exhibited as the depth of the recess is deeper. However, if the depth is too deep, it becomes difficult to form a stripe-shaped electrode. The position of the depression is formed above the center of the mask width with high reproducibility. In the present embodiment, since the growth starts from both sides of the metallic mask, the depression is formed only on one side of the ridge stripe.

【0212】本実施形態において、金属性マスク111
6の上に形成されるn型Al0.02Ga0.08Nコンタクト
層1102は、その他のAl組成比であってもよく、G
aNであってもよい。金属性マスク1116の上に形成
される層の構成要素がAlGaNであることの効果、お
よび金属性マスク1116の上に形成される層の構成要
素がGaNであることの効果は、前述した実施形態と同
様である。
In this embodiment, the metallic mask 111
6, the n-type Al 0.02 Ga 0.08 N contact layer 1102 may have another Al composition ratio.
aN. The effect of the component of the layer formed on the metal mask 1116 being AlGaN and the effect of the component of the layer formed on the metal mask 1116 being GaN are described in the above-described embodiment. Is the same as

【0213】上記実施形態10〜実施形態12では、金
属性マスクについて説明したが、絶縁性膜付き金属性マ
スクを用いてもよい。絶縁性膜付き金属性マスクを用い
たことによる効果は、前述した実施形態と同様であり、
形成方法も同様である。但し、絶縁性膜付き金属性マス
クを用いた場合、ラテラル成長が起こり易くなるため、
金属性マスクの方が窪み部を形成しやすい。また、Ga
N基板の裏面側からn型電極を形成したが、実施形態1
のようにp型電極と同じ側からn型電極を形成してもよ
い。さらに、上記実施形態10〜実施形態12では、窪
みの形状をV字型としたが、その他の形状、例えば矩形
形状を有していてもよい。例えば、マスクのストライプ
方向を窒化物半導体結晶の〈1−100〉方向に沿って
形成したときに、矩形状の窪み部が形成されやすい。
In the tenth to twelfth embodiments, the metal mask has been described. However, a metal mask with an insulating film may be used. The effect of using the metal mask with an insulating film is the same as in the above-described embodiment,
The formation method is the same. However, when a metal mask with an insulating film is used, lateral growth is likely to occur.
The metal mask is easier to form the depression. Also, Ga
An n-type electrode was formed from the back side of the N substrate.
As described above, an n-type electrode may be formed from the same side as the p-type electrode. Further, in the above-described Embodiments 10 to 12, the shape of the depression is V-shaped, but may have another shape, for example, a rectangular shape. For example, when the stripe direction of the mask is formed along the <1-100> direction of the nitride semiconductor crystal, a rectangular recess is easily formed.

【0214】(実施形態13)本実施形態では、金属性
マスクまたは絶縁性膜付き金属性マスクにGaN基板
(窒化物半導体基板の一例)を組み合わせたことによる
効果について説明する。
(Embodiment 13) In this embodiment, the effect of combining a metal mask or a metal mask with an insulating film with a GaN substrate (an example of a nitride semiconductor substrate) will be described.

【0215】本願発明者らが詳細な検討を行ったとこ
ろ、上記金属性マスクを窒化物半導体層(以下、下地層
と称する)上に形成すると、その金属性マスクを構成し
ている金属が下地層中に内部拡散を起こしていた。この
ような金属の内部拡散は、結晶性を低下させ、歩留りの
低下を招いていた。このような内部拡散に対するため
に、金属性マスクを形成するときの蒸着温度や、金属性
マスクを被覆する窒化物半導体層の成長温度を制御する
ことによって、ある程度抑制することができた。
The inventors of the present application have conducted detailed studies. As a result, when the above-mentioned metallic mask is formed on a nitride semiconductor layer (hereinafter, referred to as an underlayer), the metal constituting the metallic mask becomes lower. Internal diffusion occurred in the stratum. Such internal diffusion of the metal lowers the crystallinity and lowers the yield. In order to prevent such internal diffusion, the deposition temperature when forming the metallic mask and the growth temperature of the nitride semiconductor layer covering the metallic mask were controlled to some extent.

【0216】しかしながら、基板として窒化物半導体基
板(例えばGaN基板)を用いることにより、より効果
的に上記金属の内部拡散を抑制することができ、歩留り
を向上させることができる。その理由は、以下の通りで
ある。本願発明者らの実験結果によれば、上記金属の内
部拡散は、貫通転位を通して下地層に拡散していること
が分かった。GaN基板上に成長した窒化物半導体膜中
の貫通転位密度は、窒化物半導体基板以外から構成され
る異種基板(例えばサファイア基板)上に成長した場合
に比べて低いため、GaN基板を用いることによって、
より効果的に上記金属の内部拡散を抑制することができ
る。
However, by using a nitride semiconductor substrate (for example, a GaN substrate) as the substrate, the internal diffusion of the metal can be more effectively suppressed, and the yield can be improved. The reason is as follows. According to the experimental results of the present inventors, it has been found that the internal diffusion of the metal is diffused into the underlying layer through threading dislocations. Since the threading dislocation density in a nitride semiconductor film grown on a GaN substrate is lower than that on a heterogeneous substrate (for example, a sapphire substrate) other than a nitride semiconductor substrate, using a GaN substrate ,
The internal diffusion of the metal can be more effectively suppressed.

【0217】なお、本実施形態では金属性マスクについ
て説明したが、絶縁性膜付き金属性マスクを用いても同
様の効果が得られる。
In this embodiment, the metal mask has been described, but the same effect can be obtained by using a metal mask with an insulating film.

【0218】なお、上記実施形態1〜実施形態13にお
いては、MOCVD法により結晶成長させた例について
説明したが、その限りではなく、MBE法やハイドライ
ド気相成長法、MOMBE法、CVD法等、他の成長法
を用いてもよい。基板としてはサファイアに限らず、6
H−SiC、4H−SiC、3C−SiC、GaN、G
aAs、Si、Ge、MgAl24等、他の基板を用い
ることも可能である。また、その他の窒化物半導体基
板、例えばAlGaN基板やInGaN基板等を用いて
もよい。また、各層の混晶比は適宜変更可能である。さ
らに、AlxGayIn1-x-yN(0≦x≦1、0≦y≦
1)窒化物半導体構成元素のうち、窒素元素の一部(約
10%程度以下)をP、AsおよびSbのうちの少なく
ともいずれか1つで置換した材料を用いても同様の効果
が得られる。
In the first to thirteenth embodiments, examples in which crystal growth is performed by the MOCVD method have been described. However, the present invention is not limited to this. For example, the MBE method, the hydride vapor phase growth method, the MOMBE method, the CVD method, etc. Other growth methods may be used. The substrate is not limited to sapphire.
H-SiC, 4H-SiC, 3C-SiC, GaN, G
Other substrates such as aAs, Si, Ge, and MgAl 2 O 4 can be used. Further, another nitride semiconductor substrate such as an AlGaN substrate or an InGaN substrate may be used. Further, the mixed crystal ratio of each layer can be appropriately changed. Moreover, Al x Ga y In 1- xy N (0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦
1) A similar effect can be obtained by using a material in which a part (about 10% or less) of a nitrogen element is replaced with at least one of P, As, and Sb among the nitride semiconductor constituent elements. .

【0219】[0219]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
少なくとも光吸収機能を有する金属膜を含むマスクを窒
化物半導体レーザ素子に適用することにより、以下のよ
うな効果を得ることができる。
As described in detail above, according to the present invention,
The following effects can be obtained by applying a mask including a metal film having at least a light absorbing function to a nitride semiconductor laser device.

【0220】第1に、金属膜による光吸収効果により、
単峰な垂直横モードの安定化を図ることができる。
First, due to the light absorption effect of the metal film,
It is possible to stabilize a single-peak vertical / transverse mode.

【0221】第2に、金属膜による光吸収効果により、
光ガイド層に等価屈折率差を与えて水平横モードの光閉
じ込めを強くし、閾値電流密度を低減すると共に、単峰
な水平横モードの安定化を図ることができる。
Second, due to the light absorption effect of the metal film,
By imparting an equivalent refractive index difference to the light guide layer, the light confinement in the horizontal and transverse modes can be enhanced, the threshold current density can be reduced, and the unimodal horizontal and transverse modes can be stabilized.

【0222】第3に、金属膜を絶縁性膜で被覆すること
により、ラテラル成長速度を向上すると共に、電流狭窄
構造を実現することができる。その結果、上記第1およ
び第2の効果をさらに顕著に得ることができる。
Third, by covering the metal film with an insulating film, the lateral growth rate can be improved and a current confinement structure can be realized. As a result, the first and second effects can be more remarkably obtained.

【0223】第4に、金属膜は光吸収効果の他に成長抑
制効果を有しているため、上記効果と共に、レーザ構造
を構成する窒化物半導体膜中の転位密度を低減すること
ができる。このため、レーザの発振寿命特性を向上させ
ることができる。
Fourth, since the metal film has a growth suppressing effect in addition to the light absorbing effect, the dislocation density in the nitride semiconductor film constituting the laser structure can be reduced together with the above effect. For this reason, the oscillation lifetime characteristics of the laser can be improved.

【0224】このように優れた特性を有する本発明の窒
化物半導体レーザ素子は、表示素子やディスプレイ、光
ディスクの光源等として非常に有用である。
The nitride semiconductor laser device of the present invention having such excellent characteristics is very useful as a display device, a display, a light source for an optical disk, or the like.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】実施形態1の窒化物半導体レーザ素子の概略構
成を示す断面模式図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a nitride semiconductor laser device according to a first embodiment.

【図2】実施形態において使用する結晶成長装置の概略
構成を示す模式図である。
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a crystal growth apparatus used in the embodiment.

【図3】実施形態2の窒化物半導体レーザ素子の概略構
成を示す断面模式図である。
FIG. 3 is a schematic sectional view showing a schematic configuration of a nitride semiconductor laser device according to a second embodiment.

【図4】実施形態3の窒化物半導体レーザ素子の概略構
成を示す断面模式図である。
FIG. 4 is a schematic sectional view showing a schematic configuration of a nitride semiconductor laser device of a third embodiment.

【図5】実施形態4の窒化物半導体レーザ素子の概略構
成を示す断面模式図である。
FIG. 5 is a schematic sectional view showing a schematic configuration of a nitride semiconductor laser device of a fourth embodiment.

【図6】実施形態5の窒化物半導体レーザ素子の概略構
成を示す断面模式図である。
FIG. 6 is a schematic sectional view showing a schematic configuration of a nitride semiconductor laser device of a fifth embodiment.

【図7】実施形態6の窒化物半導体レーザ素子の概略構
成を示す断面模式図である。
FIG. 7 is a schematic sectional view showing a schematic configuration of a nitride semiconductor laser device according to a sixth embodiment.

【図8】実施形態7の窒化物半導体レーザ素子の概略構
成を示す断面模式図である。
FIG. 8 is a schematic sectional view showing a schematic configuration of a nitride semiconductor laser device of a seventh embodiment.

【図9】金属性マスク(タングステンマスク)の膜厚と
光吸収率との関係を示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing a relationship between a film thickness of a metallic mask (tungsten mask) and a light absorption rate.

【図10】(a)は金属性マスク(タングステンマス
ク)を用いて選択成長を行ったGaN膜について、ラテ
ラル成長比と窒素キャリアガスの分圧との関係を示す図
であり、(b)は金属性マスク(タングステンマスク)
を用いて選択成長を行ったAlGaN膜について、ラテ
ラル成長比と窒素キャリアガスの分圧との関係を示す図
である。
FIG. 10A is a diagram showing a relationship between a lateral growth ratio and a partial pressure of a nitrogen carrier gas in a GaN film selectively grown using a metallic mask (tungsten mask), and FIG. Metallic mask (tungsten mask)
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a lateral growth ratio and a partial pressure of a nitrogen carrier gas for an AlGaN film that has been selectively grown by using FIG.

【図11】(a)は絶縁性膜付き金属性マスク(SiO
2膜付きタングステンマスク)を用いて選択成長を行っ
たGaN膜について、ラテラル成長比と窒素キャリアガ
スの分圧との関係を示す図であり、(b)は絶縁性膜付
き金属性マスク(SiO2膜付きタングステンマスク)
を用いて選択成長を行ったAlGaN膜について、ラテ
ラル成長比と窒素キャリアガスの分圧との関係を示す図
である。
FIG. 11A shows a metallic mask with an insulating film (SiO 2).
FIG. 3B is a diagram showing the relationship between the lateral growth ratio and the partial pressure of a nitrogen carrier gas for a GaN film selectively grown using a tungsten mask with two films, and FIG. Tungsten mask with two films)
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a lateral growth ratio and a partial pressure of a nitrogen carrier gas for an AlGaN film that has been selectively grown by using FIG.

【図12】実施形態10の窒化物半導体レーザ素子の概
略構成を示す断面模式図である。
FIG. 12 is a schematic sectional view showing a schematic configuration of a nitride semiconductor laser device according to a tenth embodiment.

【図13】実施形態11の窒化物半導体レーザ素子の概
略構成を示す断面模式図である。
FIG. 13 is a schematic sectional view showing a schematic configuration of a nitride semiconductor laser device according to an eleventh embodiment.

【図14】実施形態12の窒化物半導体レーザ素子の概
略構成を示す断面模式図である。
FIG. 14 is a schematic sectional view showing a schematic configuration of a nitride semiconductor laser device of Embodiment 12.

【図15】従来のリッジストライプ構造の窒化物半導体
レーザ素子の構成を示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing a configuration of a conventional nitride semiconductor laser device having a ridge stripe structure.

【図16】(a)は本発明の窒化物半導体レーザ素子に
おける垂直横モードのNFPであり、(b)は従来の窒
化物半導体レーザ素子における垂直横モードのNFPで
ある。
16A is a vertical transverse mode NFP in a nitride semiconductor laser device of the present invention, and FIG. 16B is a vertical transverse mode NFP in a conventional nitride semiconductor laser device.

【図17】(a)は本発明の窒化物半導体レーザ素子に
おける垂直横モードのFFPであり、(b)は従来の窒
化物半導体レーザ素子における垂直横モードのFFPで
ある。
17A is a vertical transverse mode FFP in a nitride semiconductor laser device of the present invention, and FIG. 17B is a vertical transverse mode FFP in a conventional nitride semiconductor laser device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10、100、300、500、600、700、80
0 サファイア基板 11、101、301、501、601、701、80
1 低温GaNバッファー層 12、102、302、502、602、702、80
2 n型GaNコンタクト層 13、103、303、403、503、603、70
3、803、903、1003、1103 n型AlG
aNクラッド層 14、104、304、404、504、604、70
4、804、904、1004、1104 n型GaN
光ガイド層 15、105、305、405、505、605、70
5、805、905、1005、1105 活性層 16、106、306、406、506、606、70
6、806、906、1006、1106 AlGaN
キャリアブロック層 17、107、307、407、507、607、70
7、807、907、1007、1107 p型GaN
光ガイド層 18、108、308、408、508、608、70
8、808、908、1008、1108 p型AlG
aNクラッド層 19、109、309、409、509、609、70
9、809、909、1009、1109 p型GaN
コンタクト層 20、110、310、410、510、610、71
0、810、910、1010、1110 SiO2
縁膜 21、111、311、411、511、611、71
1、811、911、1011、1111 n型電極 22、112、312、412、512、612、71
2、812、912、1012、1112 p型電極 23 リッジストライプ形成部分の活性層付近 24 リッジストライプ形成によって掘り下げた部分の
活性層付近 102a、302a、502a、602a、702a、
802a 下層n型GaN膜 102b、302b、502b、602b、702b、
802b 再成長n型GaN膜 113、416、516 タングステンマスク 201 基板 202 サセプタ 203 反応管 204 原料入り口 205 排気ガス出口 206 アンモニア 207a TMG 207b TMA 207c TMI 207d Cp2Mg 208 マスフローコントローラ 209 SiH4 313、513、613、616 タングステン膜 314、514、614、617 SiO2膜 315、515、615、618 SiO2膜付きタン
グステンマスク 401、901、1001、1101 n型GaN基板 402、902、1002、1102 n型AlGaN
コンタクト層 403a、503a、603a、903a 下層n型A
lGaN膜 403b、503b、603b、903b 再成長n型
AlGaN膜 417、517、619、717、819 マスクで被
覆されていない部分 620、820 マスクの側部 708a、808a、1008a 下層p型AlGaN
膜 708b、808b、1008b 再成長p型AlGa
N膜 713、813、816 白金膜 714、814、817 SiNx膜 715、815、818 SiNx膜付き白金マスク 716 白金マスク 916、1016、1116 金属性マスク
10, 100, 300, 500, 600, 700, 80
0 Sapphire substrate 11, 101, 301, 501, 601, 701, 80
1 Low temperature GaN buffer layer 12, 102, 302, 502, 602, 702, 80
2 n-type GaN contact layer 13, 103, 303, 403, 503, 603, 70
3, 803, 903, 1003, 1103 n-type AlG
aN cladding layer 14, 104, 304, 404, 504, 604, 70
4,804,904,1004,1104 n-type GaN
Light guide layer 15, 105, 305, 405, 505, 605, 70
5, 805, 905, 1005, 1105 Active layer 16, 106, 306, 406, 506, 606, 70
6,806,906,1006,1106 AlGaN
Carrier block layer 17, 107, 307, 407, 507, 607, 70
7,807,907,1007,1107 p-type GaN
Light guide layer 18, 108, 308, 408, 508, 608, 70
8,808,908,1008,1108 p-type AlG
aN cladding layer 19, 109, 309, 409, 509, 609, 70
9,809,909,1009,1109 p-type GaN
Contact layer 20, 110, 310, 410, 510, 610, 71
0,810,910,1010,1110 SiO 2 insulating film 21,111,311,411,511,611,71
1, 811, 911, 1011, 1111 n-type electrodes 22, 112, 312, 412, 512, 612, 71
2, 812, 912, 1012, 1112 p-type electrode 23 near the active layer where the ridge stripe is formed 24 near the active layer where the ridge stripe is dug 102a, 302a, 502a, 602a, 702a,
802a Lower n-type GaN film 102b, 302b, 502b, 602b, 702b,
802b Regrown n-type GaN film 113, 416, 516 Tungsten mask 201 Substrate 202 Susceptor 203 Reaction tube 204 Raw material inlet 205 Exhaust gas outlet 206 Ammonia 207a TMG 207b TMA 207c TMI 207d Cp 2 Mg 208 Mass flow controller 209 SiH 4 313, 513, 613,616 tungsten film 314,514,614,617 SiO 2 film 315,515,615,618 SiO 2 film with a tungsten mask 401,901,1001,1101 n-type GaN substrate 402,902,1002,1102 n-type AlGaN
Contact layer 403a, 503a, 603a, 903a Lower n-type A
lGaN films 403b, 503b, 603b, 903b Regrown n-type AlGaN films 417, 517, 619, 717, 819 Parts not covered with mask 620, 820 Side parts of mask 708a, 808a, 1008a Lower p-type AlGaN
Film 708b, 808b, 1008b Regrown p-type AlGa
N film 713, 813, 816 Platinum film 714, 814, 817 SiN x film 715, 815, 818 Platinum mask with SiN x film 716 Platinum mask 916, 1016, 1116 Metal mask

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上田 吉裕 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 小河 淳 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Yoshihiro Ueda 22-22, Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Inside (72) Inventor Jun Ogawa 22-22, Nagaikecho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Inside the corporation

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板上に窒化物半導体からなる半導体積
層構造を有し、該半導体積層構造において導波光が到達
する領域内に、少なくとも光吸収機能を有する金属膜を
含むマスクが設けられている窒化物半導体レーザ素子。
1. A semiconductor laminated structure made of a nitride semiconductor on a substrate, and a mask including at least a metal film having a light absorbing function is provided in a region where guided light reaches in the semiconductor laminated structure. Nitride semiconductor laser device.
【請求項2】 前記金属膜がその上に窒化物半導体が直
接エピタキシャル成長しない金属からなり、前記半導体
積層構造が一対のクラッド層と両クラッド層で挟まれた
活性層を有すると共に、該半導体積層構造の前記基板と
は反対側の面にストライプ状電極を備え、 該基板に近い方のクラッド層の下面に接して、該クラッ
ド層よりも屈折率が高く、かつ、該基板と異なる屈折率
を有するコンタクト層を有し、該ストライプ状電極の下
方であって、該クラッド層と該コンタクト層との界面か
ら基板に向かって該コンタクト層厚の半分以内の位置に
前記金属膜が配置されているか、 該基板に近い方のクラッド層の下面に接して、該クラッ
ド層よりも屈折率が高く、かつ、該基板と実質的に同じ
屈折率を有するコンタクト層を有し、該ストライプ状電
極の下方であって、該クラッド層と該コンタクト層との
界面から基板に向かって該コンタクト層厚と該基板厚み
を合わせた総厚みの半分以内の位置に該金属膜が配置さ
れているか、 該基板に近い方のクラッド層が該基板よりも屈折率が低
く、かつ、該基板と該クラッド層との間にコンタクト層
が存在せず、該ストライプ状電極の下方であって、該ク
ラッド層と該基板との界面から該基板下面に向かって該
基板厚みの半分以内の位置に該金属膜が配置されている
か、 或いは、該ストライプ状電極の下方であって、かつ、該
基板に近い方のクラッド層上またはそのクラッド層内で
あり、該活性層の下面から基板に向かって0.5μm以
上の位置に、該金属膜が配置されている請求項1に記載
の窒化物半導体レーザ素子。
2. The semiconductor laminated structure according to claim 1, wherein the metal film is made of a metal on which a nitride semiconductor is not directly epitaxially grown, and the semiconductor laminated structure has a pair of clad layers and an active layer sandwiched between the clad layers. A stripe-shaped electrode on the surface opposite to the substrate, in contact with the lower surface of the clad layer closer to the substrate, having a higher refractive index than the clad layer, and having a different refractive index from the substrate. Having a contact layer, the metal film is disposed at a position below the stripe-shaped electrode and within a half of the contact layer thickness from the interface between the cladding layer and the contact layer toward the substrate, A contact layer having a higher refractive index than the cladding layer and having substantially the same refractive index as the substrate, in contact with the lower surface of the cladding layer closer to the substrate; Whether the metal film is located below the pole and at a position within half of the total thickness of the contact layer thickness and the substrate thickness from the interface between the cladding layer and the contact layer toward the substrate, The clad layer closer to the substrate has a lower refractive index than the substrate, and there is no contact layer between the substrate and the clad layer. The metal film is disposed at a position within half the thickness of the substrate from the interface with the substrate and the lower surface of the substrate, or the metal film is located below the stripe-shaped electrode and close to the substrate. 2. The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein the metal film is disposed on or within the cladding layer of (a), at a position of 0.5 μm or more from the lower surface of the active layer toward the substrate. 3.
【請求項3】 前記金属膜がその上に窒化物半導体が直
接エピタキシャル成長しない金属からなり、前記半導体
積層構造が一対のクラッド層と両クラッド層で挟まれた
活性層を有すると共に、該活性層の上方にリッジストラ
イプ部を備え、 該基板に近い方のクラッド層の下面に接して、該クラッ
ド層よりも屈折率が高く、かつ、該基板と異なる屈折率
を有するコンタクト層を有し、該リッジストライプ部の
下方であって、該クラッド層と該コンタクト層との界面
から基板に向かって該コンタクト層厚の半分以内の位置
に前記金属膜が配置されているか、 該基板に近い方のクラッド層の下面に接して、該クラッ
ド層よりも屈折率が高く、かつ、該基板と実質的に同じ
屈折率を有するコンタクト層を有し、該リッジストライ
プ部の下方であって、該クラッド層と該コンタクト層と
の界面から基板に向かって該コンタクト層厚と該基板厚
みを合わせた総厚みの半分以内の位置に該金属膜が配置
されているか、 該基板に近い方のクラッド層が該基板よりも屈折率が低
く、かつ、該基板と該クラッド層との間にコンタクト層
が存在せず、該リッジストライプ部の下方であって、該
クラッド層と該基板との界面から該基板下面に向かって
該基板厚みの半分以内の位置に該金属膜が配置されてい
るか、 或いは、該リッジストライプ部の下方であって、かつ、
該基板に近い方のクラッド層上またはそのクラッド層内
であり、該活性層の下面から基板に向かって0.5μm
以上の位置に、該金属膜が配置されている請求項1に記
載の窒化物半導体レーザ素子。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the metal film is made of a metal on which a nitride semiconductor is not directly epitaxially grown. The semiconductor laminated structure has a pair of cladding layers and an active layer sandwiched between both cladding layers. A ridge stripe portion provided above and having a contact layer having a refractive index higher than that of the cladding layer and having a refractive index different from that of the substrate in contact with a lower surface of the cladding layer closer to the substrate; The metal film is disposed at a position below the stripe portion and within a half of the thickness of the contact layer from the interface between the cladding layer and the contact layer toward the substrate, or the cladding layer closer to the substrate. A contact layer having a higher refractive index than the cladding layer and having substantially the same refractive index as the substrate, and in contact with the lower surface of the ridge stripe portion, The metal film is arranged at a position within half of the total thickness of the contact layer thickness and the substrate thickness from the interface between the cladding layer and the contact layer toward the substrate, or the cladding layer closer to the substrate Has a lower refractive index than the substrate, and there is no contact layer between the substrate and the cladding layer, and is located below the ridge stripe portion and from the interface between the cladding layer and the substrate. The metal film is arranged at a position within half of the thickness of the substrate toward the lower surface of the substrate, or under the ridge stripe portion, and
0.5 μm from the lower surface of the active layer toward the substrate, on or within the cladding layer closer to the substrate.
2. The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein said metal film is arranged at the above positions.
【請求項4】 前記金属膜がその上に窒化物半導体が直
接エピタキシャル成長しない金属からなり、前記半導体
積層構造が活性層を有すると共に、該半導体積層構造の
前記基板とは反対側の面にストライプ状電極を備え、該
活性層の下面または上面から2μm以内の位置に該金属
膜が配置され、かつ、該金属膜を含むマスクが、該スト
ライプ状電極の下方に該マスクで被覆されていない部分
を有して配置されている請求項1に記載の窒化物半導体
レーザ素子。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the metal film is made of a metal on which a nitride semiconductor is not directly epitaxially grown. The semiconductor laminated structure has an active layer, and a stripe-shaped surface of the semiconductor laminated structure opposite to the substrate is provided. An electrode, wherein the metal film is disposed at a position within 2 μm from a lower surface or an upper surface of the active layer, and a mask including the metal film is provided below the stripe-shaped electrode in a portion not covered with the mask. The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein the semiconductor laser device is provided.
【請求項5】 前記金属膜がその上に窒化物半導体が直
接エピタキシャル成長しない金属からなり、前記半導体
積層構造が一対のクラッド層と両クラッド層で挟まれた
活性層を有すると共に、該活性層の上方にリッジストラ
イプ部を備え、該活性層の下面または上面から2μm以
内の位置に該金属膜が配置され、かつ、該金属膜を含む
マスクが、該リッジストライプ部の下方に該マスクで被
覆されていない部分を有して配置されている請求項1に
記載の窒化物半導体レーザ素子。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the metal film is made of a metal on which a nitride semiconductor is not directly epitaxially grown. The semiconductor laminated structure has a pair of clad layers and an active layer sandwiched between both clad layers. A ridge stripe portion is provided above, the metal film is arranged at a position within 2 μm from the lower surface or the upper surface of the active layer, and a mask including the metal film is covered with the mask below the ridge stripe portion. The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein the nitride semiconductor laser device is arranged to have a portion that is not provided.
【請求項6】 前記マスクの間隔が1μm以上、15μ
m以下である請求項4または請求項5に記載の窒化物半
導体レーザ素子。
6. The method according to claim 1, wherein the distance between the masks is 1 μm or more and 15 μm or more.
The nitride semiconductor laser device according to claim 4, wherein m is equal to or less than m.
【請求項7】 前記金属膜の厚みが0.01μm以上で
あり、該金属膜を含むマスク全体の厚みが2μm以下で
ある請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の窒化物半
導体レーザ素子。
7. The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein the thickness of the metal film is 0.01 μm or more, and the thickness of the entire mask including the metal film is 2 μm or less. .
【請求項8】 前記金属膜が、W、Ti、Mo、Ni、
Al、Pt、Pd、Auおよびそれらの合金のうちの少
なくとも1種類を含む金属材料、或いはそれらの金属お
よび合金のうちの少なくとも1種類を含む複数層で構成
された複合膜からなる請求項1乃至請求項7のいずれか
に記載の窒化物半導体レーザ素子。
8. The method according to claim 1, wherein the metal film is made of W, Ti, Mo, Ni,
A metal film containing at least one of Al, Pt, Pd, Au and their alloys, or a composite film composed of a plurality of layers containing at least one of these metals and alloys. A nitride semiconductor laser device according to claim 7.
【請求項9】 前記マスクは、前記金属膜の直上が絶縁
膜で被覆されている請求項1乃至請求項8のいずれかに
記載の窒化物半導体レーザ素子。
9. The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein said mask is covered with an insulating film immediately above said metal film.
【請求項10】 前記絶縁性膜がSiO2またはSiNx
からなる請求項1乃至請求項9のいずれかに記載の窒化
物半導体レーザ素子。
10. The insulating film is made of SiO 2 or SiN x.
The nitride semiconductor laser device according to any one of claims 1 to 9, comprising:
【請求項11】 前記金属膜が、その下層の窒化物半導
体層に対して〈1−100〉方向のストライプ状に設け
られている請求項1乃至請求項10のいずれかに記載の
窒化物半導体レーザ素子。
11. The nitride semiconductor according to claim 1, wherein said metal film is provided in a stripe shape in a <1-100> direction with respect to an underlying nitride semiconductor layer. Laser element.
【請求項12】 前記金属膜を含むマスクが、その上層
の窒化物半導体層によって平坦に被覆されず、窪み部を
有する請求項1乃至請求項6、請求項8乃至請求項11
のいずれかに記載の窒化物半導体レーザ素子。
12. The mask including the metal film is not covered with the nitride semiconductor layer on the mask, but has a recess.
The nitride semiconductor laser device according to any one of the above.
【請求項13】 請求項1乃至請求項11のいずれかに
記載の窒化物半導体レーザ素子を製造する方法であっ
て、前記マスクを窒化物半導体層で被覆する際に、全キ
ャリアガスに対して10%以上の窒素キャリアガスを用
いる窒化物半導体レーザ素子の製造方法。
13. The method for manufacturing a nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein when the mask is covered with a nitride semiconductor layer, all the carrier gases are removed. A method for manufacturing a nitride semiconductor laser device using a nitrogen carrier gas of 10% or more.
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