JP2001223440A - 半導体レーザ装置 - Google Patents
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- H01S5/2227—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers having special electric properties special thin layer sequence
- H01S5/2228—Structure or shape of the semiconductor body to guide the optical wave ; Confining structures perpendicular to the optical axis, e.g. index or gain guiding, stripe geometry, broad area lasers, gain tailoring, transverse or lateral reflectors, special cladding structures, MQW barrier reflection layers having a ridge or stripe structure comprising special burying or current confinement layers having special electric properties special thin layer sequence quantum wells
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- H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
- H01S5/3211—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures characterised by special cladding layers, e.g. details on band-discontinuities
- H01S5/3216—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures characterised by special cladding layers, e.g. details on band-discontinuities quantum well or superlattice cladding layers
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＧａＮ系の半導体レーザ装置において、高出
力まで基本横モード発振を得る。 【解決手段】 サファイア基板11上に、GaNバッファ層1
2、GaN層13を成長させる。GaN層16を20μm程度選択成長
させ、n-GaNコンタクト層17、n-Ga1-z1Alz1N/GaNクラッ
ド層18，ｎあるいはi-Ga1-z2Alz2N光導波層19、Inx2Ga
1-x2N（Si-ドープ）/Inx1Ga1-x1N多重量子井戸活性層2
0、p-Ga1-z3Alz3Nキャリアブロッキング層21、nあるい
はi-Ga1-z2Alz2N光導波層22、p-Ga1-z1Alz1N/ GaN超格
子第一クラッド層23、n-Ga1-z4Alz4N/ GaN超格子電流狭
窄層24を積層する。p-Ga1-z1Alz1N/GaN第一クラッド層2
3の途中まで除去して２μｍの幅の溝を形成する。p-Ga
1-z1Alz1N/ GaN超格子第二クラッド層27、p-GaNコンタ
クト層28を形成する。ｎ側電極29とのコンタクトをとる
ために、ストライプの両側をn-GaNバッファ層13の途中
まで除去する。引き続き、ｐ側電極30を形成する。
力まで基本横モード発振を得る。 【解決手段】 サファイア基板11上に、GaNバッファ層1
2、GaN層13を成長させる。GaN層16を20μm程度選択成長
させ、n-GaNコンタクト層17、n-Ga1-z1Alz1N/GaNクラッ
ド層18，ｎあるいはi-Ga1-z2Alz2N光導波層19、Inx2Ga
1-x2N（Si-ドープ）/Inx1Ga1-x1N多重量子井戸活性層2
0、p-Ga1-z3Alz3Nキャリアブロッキング層21、nあるい
はi-Ga1-z2Alz2N光導波層22、p-Ga1-z1Alz1N/ GaN超格
子第一クラッド層23、n-Ga1-z4Alz4N/ GaN超格子電流狭
窄層24を積層する。p-Ga1-z1Alz1N/GaN第一クラッド層2
3の途中まで除去して２μｍの幅の溝を形成する。p-Ga
1-z1Alz1N/ GaN超格子第二クラッド層27、p-GaNコンタ
クト層28を形成する。ｎ側電極29とのコンタクトをとる
ために、ストライプの両側をn-GaNバッファ層13の途中
まで除去する。引き続き、ｐ側電極30を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体レーザー装
置に関し、特に、屈折率導波機構を有した半導体レーザ
装置に関するものである。
置に関し、特に、屈折率導波機構を有した半導体レーザ
装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】４１０ｎｍ帯の短波長の半導体レーザと
して、1998年発行のJpn.Appl.phys.Lett.,Vol.37pp.L10
20の中村氏らによるInGaN/GaN/AlGaN/-Based Laser Dio
des Grown on GaN Substrates With a Fundamental Tra
nsvers Modeにおいて、サファイア基板上にGaNを形成し
た後、ＳｉＯ2をマスクとして、選択成長を利用してＧ
ａＮ層を形成し、その後、ＳｉＯ2の上部まで選択成長
ＧａＮ層を剥がしたＧａＮ基板上にｎ−ＧａＮバッファ
層、ｎ−ＩｎＧａＮクラック防止層、ｎ−ＡｌＧａＮ／
ＧａＮ変調ドープ超格子クラッド層、ｎ−ＧａＮ光導波
層、ｎ−ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層、
ｐ−ＡｌＧａＮキャリアブロック層、ｐ−ＧａＮ光導波
層、ｐ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ変調ドープ超格子クラッド
層、ｐ−ＧａＮコンタクト層からなる半導体レーザが報
告されている。この半導体レーザでは、２μｍ程度のリ
ッジ構造を形成することにより、屈折率導波型構造を形
成しているが、エッチングの深さを制御するのが非常に
困難であるために、３０ｍＷ程度の横基本モード発振し
か得られていない。これは、上記構成では、ｐ電極とｐ
−ＧａＮコンタクト層との接触面積が小さく、接触抵抗
が高くなり、それによる発熱が実用上の問題となってい
る。
して、1998年発行のJpn.Appl.phys.Lett.,Vol.37pp.L10
20の中村氏らによるInGaN/GaN/AlGaN/-Based Laser Dio
des Grown on GaN Substrates With a Fundamental Tra
nsvers Modeにおいて、サファイア基板上にGaNを形成し
た後、ＳｉＯ2をマスクとして、選択成長を利用してＧ
ａＮ層を形成し、その後、ＳｉＯ2の上部まで選択成長
ＧａＮ層を剥がしたＧａＮ基板上にｎ−ＧａＮバッファ
層、ｎ−ＩｎＧａＮクラック防止層、ｎ−ＡｌＧａＮ／
ＧａＮ変調ドープ超格子クラッド層、ｎ−ＧａＮ光導波
層、ｎ−ＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ多重量子井戸活性層、
ｐ−ＡｌＧａＮキャリアブロック層、ｐ−ＧａＮ光導波
層、ｐ−ＡｌＧａＮ／ＧａＮ変調ドープ超格子クラッド
層、ｐ−ＧａＮコンタクト層からなる半導体レーザが報
告されている。この半導体レーザでは、２μｍ程度のリ
ッジ構造を形成することにより、屈折率導波型構造を形
成しているが、エッチングの深さを制御するのが非常に
困難であるために、３０ｍＷ程度の横基本モード発振し
か得られていない。これは、上記構成では、ｐ電極とｐ
−ＧａＮコンタクト層との接触面積が小さく、接触抵抗
が高くなり、それによる発熱が実用上の問題となってい
る。
【０００３】また、従来のＧａＮ系の屈折率導波型半導
体レーザ装置は、特開平9−307190号に記載されている
ように、ＡｌＧａＮを電流狭窄層とし、クラッド層との
屈折率の差により屈折率導波構造を形成していた。しか
しながら、電流狭窄を行い高品位なビームを得るための
十分な等価屈折率段差を得ようとすると、電流狭窄層に
ＡｌＧａＮを用いた場合、Ａｌの組成比がクラッド層よ
り大きくなり、電流狭窄に十分な厚みを有する層を形成
するのが困難であった。
体レーザ装置は、特開平9−307190号に記載されている
ように、ＡｌＧａＮを電流狭窄層とし、クラッド層との
屈折率の差により屈折率導波構造を形成していた。しか
しながら、電流狭窄を行い高品位なビームを得るための
十分な等価屈折率段差を得ようとすると、電流狭窄層に
ＡｌＧａＮを用いた場合、Ａｌの組成比がクラッド層よ
り大きくなり、電流狭窄に十分な厚みを有する層を形成
するのが困難であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】そこで、特開平11-204
882号においては、同様に電流狭窄層にＡｌＧａＮを用
い、さらに電流狭窄層を超格子構造として厚く積んだ、
リッジ型の屈折率導波機構を備えた半導体レーザ装置が
報告されている。しかし、この半導体レーザ装置では、
前述したような、コンタクト層との接触抵抗による発熱
を回避するために、コンタクト抵抗の低減が図られてい
るが、屈折率導波機構がリッジ型であるがため、コンタ
クト層と電極の接触面積は小さくコンタクト抵抗の低減
には限界がある。また、ストライプ領域が形成される位
置が、ＧａＮ層上の無欠陥領域である幅２μｍ程の領域
に対応する位置であるため、ストライプ幅も２μｍ以下
に限定されてしまい、幅広の高出力半導体レーザを得る
のは困難である。
882号においては、同様に電流狭窄層にＡｌＧａＮを用
い、さらに電流狭窄層を超格子構造として厚く積んだ、
リッジ型の屈折率導波機構を備えた半導体レーザ装置が
報告されている。しかし、この半導体レーザ装置では、
前述したような、コンタクト層との接触抵抗による発熱
を回避するために、コンタクト抵抗の低減が図られてい
るが、屈折率導波機構がリッジ型であるがため、コンタ
クト層と電極の接触面積は小さくコンタクト抵抗の低減
には限界がある。また、ストライプ領域が形成される位
置が、ＧａＮ層上の無欠陥領域である幅２μｍ程の領域
に対応する位置であるため、ストライプ幅も２μｍ以下
に限定されてしまい、幅広の高出力半導体レーザを得る
のは困難である。
【０００５】本発明は、上記事情に鑑み、ガウス型の高
品位なビームを有し、高出力まで基本横モード発振でき
る半導体レーザ装置を提供することを目的とするもので
ある。
品位なビームを有し、高出力まで基本横モード発振でき
る半導体レーザ装置を提供することを目的とするもので
ある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ装
置は、第一導電型ＧａＮ層より上に、少なくとも、活性
層、第二導電型上部第一クラッド層、第一導電型電流狭
窄層、第二導電型上部第二クラッド層、第二導電型コン
タクト層が積層されてなり、前記電流狭窄層に、電流を
注入するための溝が少なくとも前記第二導電型上部第一
クラッド層が露出する深さまで形成されている屈折率導
波機構を有する半導体レーザ装置おいて、活性層が、Ｉ
ｎx2Ｇａ1-x2ＮとＩｎx1Ｇａ1-x1Ｎを交互に積層してな
る単一量子井戸構造あるいは多重量子井戸構造からなり
（ただし、組成比は0≦x2＜x1＜0.5である。）、第一導
電型電流狭窄層が、Ｇａ1-z4Ａｌz4Ｎ（ただし、組成比
は、0＜z4＜1である）とＧａＮの超格子からなり、該電
流狭窄層の上に前記溝を覆うように第二導電型上部第二
クラッド層が積層されており、該第二導電型上部第二ク
ラッド層の上全面に第二導電型ＧａＮコンタクト層が形
成されていることを特徴とするものである。
置は、第一導電型ＧａＮ層より上に、少なくとも、活性
層、第二導電型上部第一クラッド層、第一導電型電流狭
窄層、第二導電型上部第二クラッド層、第二導電型コン
タクト層が積層されてなり、前記電流狭窄層に、電流を
注入するための溝が少なくとも前記第二導電型上部第一
クラッド層が露出する深さまで形成されている屈折率導
波機構を有する半導体レーザ装置おいて、活性層が、Ｉ
ｎx2Ｇａ1-x2ＮとＩｎx1Ｇａ1-x1Ｎを交互に積層してな
る単一量子井戸構造あるいは多重量子井戸構造からなり
（ただし、組成比は0≦x2＜x1＜0.5である。）、第一導
電型電流狭窄層が、Ｇａ1-z4Ａｌz4Ｎ（ただし、組成比
は、0＜z4＜1である）とＧａＮの超格子からなり、該電
流狭窄層の上に前記溝を覆うように第二導電型上部第二
クラッド層が積層されており、該第二導電型上部第二ク
ラッド層の上全面に第二導電型ＧａＮコンタクト層が形
成されていることを特徴とするものである。
【０００７】また、電流狭窄層は、該電流狭窄層を構成
するＧａ1-z4Ａｌz4ＮとＧａＮのうち、Ｇａ1-z4Ａｌz4
Ｎのみ、あるいはＧａ1-z4Ａｌz4ＮとＧａＮの両方に第
一導電型の不純物が導入されている構成であってもよ
い。
するＧａ1-z4Ａｌz4ＮとＧａＮのうち、Ｇａ1-z4Ａｌz4
Ｎのみ、あるいはＧａ1-z4Ａｌz4ＮとＧａＮの両方に第
一導電型の不純物が導入されている構成であってもよ
い。
【０００８】また、本発明の半導体レーザ装置は、溝の
幅が１μｍ以上３μｍ未満である場合、等価屈折率段差
は0.001以上0.007以下であることが望ましい。
幅が１μｍ以上３μｍ未満である場合、等価屈折率段差
は0.001以上0.007以下であることが望ましい。
【０００９】また、溝の幅が３μｍ以上である場合、等
価屈折率段差は0.001以上0.02以下であることが望まし
い。
価屈折率段差は0.001以上0.02以下であることが望まし
い。
【００１０】上記第一導電型と第二導電型は互いに導電
性が逆であり、例えば第一導電型がｐ型であれば、第二
導電型はｎ型であることを示す。
性が逆であり、例えば第一導電型がｐ型であれば、第二
導電型はｎ型であることを示す。
【００１１】また、上記等価屈折率段差とは、電流狭窄
層の電流注入窓となる部分が除去されて上部第二クラッ
ド層等が形成された領域での積層方向の伝搬モードの等
価屈折率と電流狭窄層が存在する領域での積層方向の伝
搬モードの等価屈折率の差を示すものである。
層の電流注入窓となる部分が除去されて上部第二クラッ
ド層等が形成された領域での積層方向の伝搬モードの等
価屈折率と電流狭窄層が存在する領域での積層方向の伝
搬モードの等価屈折率の差を示すものである。
【００１２】
【発明の効果】本発明の半導体レーザ装置によれば、内
部狭窄型の屈折率導波機構を有した半導体レーザ装置
で、活性層が、Ｉｎx2Ｇａ1-x2ＮとＩｎx1Ｇａ1-x1Ｎを
Ｉｎx2Ｇａ1-x2Ｎが最外層になるように交互に積層して
なる単一量子井戸構造あるいは多重量子井戸構造からな
り（ただし、組成比は0≦x2＜x1＜0.5である。）、第一
導電型電流狭窄層が、Ｇａ1-z4Ａｌz4Ｎ（ただし、0＜z
4＜1である）とＧａＮの超格子からなり、電流狭窄層の
上に電流狭窄層に形成された溝を覆うように第二導電型
上部第二クラッド層が積層されており、第二導電型上部
第二クラッド層の上全面に第二導電型ＧａＮコンタクト
層が形成されている構造であるので、高出力までガウス
型の高品位な基本横モード発振を得ることができる。
部狭窄型の屈折率導波機構を有した半導体レーザ装置
で、活性層が、Ｉｎx2Ｇａ1-x2ＮとＩｎx1Ｇａ1-x1Ｎを
Ｉｎx2Ｇａ1-x2Ｎが最外層になるように交互に積層して
なる単一量子井戸構造あるいは多重量子井戸構造からな
り（ただし、組成比は0≦x2＜x1＜0.5である。）、第一
導電型電流狭窄層が、Ｇａ1-z4Ａｌz4Ｎ（ただし、0＜z
4＜1である）とＧａＮの超格子からなり、電流狭窄層の
上に電流狭窄層に形成された溝を覆うように第二導電型
上部第二クラッド層が積層されており、第二導電型上部
第二クラッド層の上全面に第二導電型ＧａＮコンタクト
層が形成されている構造であるので、高出力までガウス
型の高品位な基本横モード発振を得ることができる。
【００１３】具体的には、活性層を、Ｉｎx2Ｇａ1-x2Ｎ
とＩｎx1Ｇａ1-x1Ｎからなる単一量子井戸構造あるいは
多重量子井戸構造とすることにより、結晶欠陥が少な
く、信頼性の高い、短波長のレーザ発振を得ることがで
きる。特に、多重量子井戸構造とすることによって、し
きい値電流の低減等、特性が向上できる。
とＩｎx1Ｇａ1-x1Ｎからなる単一量子井戸構造あるいは
多重量子井戸構造とすることにより、結晶欠陥が少な
く、信頼性の高い、短波長のレーザ発振を得ることがで
きる。特に、多重量子井戸構造とすることによって、し
きい値電流の低減等、特性が向上できる。
【００１４】また、ＧａＮ系の積層構造にＡｌの組成比
が高いＧａＡｌＮを用いると、格子不整合となってしま
い、結晶欠陥が生じ、高品質かつ高信頼性を得ることが
難しいが、第一導電型電流狭窄層を、Ｇａ1-z4Ａｌz4Ｎ
（ただし、0＜z4＜1である）とＧａＮの超格子構造とす
ることにより、臨界膜厚以上の厚さの電流狭窄層を形成
することができるため、電流狭窄層を厚く積むことがで
き、かつ所望の等価屈折率段差を得ることができる。
が高いＧａＡｌＮを用いると、格子不整合となってしま
い、結晶欠陥が生じ、高品質かつ高信頼性を得ることが
難しいが、第一導電型電流狭窄層を、Ｇａ1-z4Ａｌz4Ｎ
（ただし、0＜z4＜1である）とＧａＮの超格子構造とす
ることにより、臨界膜厚以上の厚さの電流狭窄層を形成
することができるため、電流狭窄層を厚く積むことがで
き、かつ所望の等価屈折率段差を得ることができる。
【００１５】また、さらに、電流狭窄層の上に溝を覆う
ように第二導電型上部第二クラッド層が積層されてお
り、第二導電型上部第二クラッド層の上全面に第二導電
型ＧａＮコンタクト層が形成されていることにより、電
極がコンタクト層と接触する面を大きくとれることか
ら、接触抵抗を下げることができ、発光効率の向上およ
びしきい値電流の低減を実現することができる。特に、
高出力時には、電極およびその周辺での発熱を低減する
ことができ、発熱による電極および半導体層の特性劣化
を低減することができる。
ように第二導電型上部第二クラッド層が積層されてお
り、第二導電型上部第二クラッド層の上全面に第二導電
型ＧａＮコンタクト層が形成されていることにより、電
極がコンタクト層と接触する面を大きくとれることか
ら、接触抵抗を下げることができ、発光効率の向上およ
びしきい値電流の低減を実現することができる。特に、
高出力時には、電極およびその周辺での発熱を低減する
ことができ、発熱による電極および半導体層の特性劣化
を低減することができる。
【００１６】また、本発明のように、内部狭窄構造を採
ることにより、エッチングによって溝幅を高精度で制御
でき、所望のストライプ幅を得ることができるので、高
品位なビーム発振を得ることができる。
ることにより、エッチングによって溝幅を高精度で制御
でき、所望のストライプ幅を得ることができるので、高
品位なビーム発振を得ることができる。
【００１７】また、第一導電型電流狭窄層を構成するＧ
ａ1-z4Ａｌz4ＮとＧａＮのうち、Ｇａ1-z4Ａｌz4Ｎの
み、あるいはＧａ1-z4Ａｌz4ＮとＧａＮの両方に第一導
電型の不純物が導入されていてもよく、所望の等価屈折
率段差を得ることができ、高品位なビームを得ることが
できる。
ａ1-z4Ａｌz4ＮとＧａＮのうち、Ｇａ1-z4Ａｌz4Ｎの
み、あるいはＧａ1-z4Ａｌz4ＮとＧａＮの両方に第一導
電型の不純物が導入されていてもよく、所望の等価屈折
率段差を得ることができ、高品位なビームを得ることが
できる。
【００１８】本発明の半導体レーザ装置における電流狭
窄層に形成された溝の幅を、１μｍ以上３μｍ未満と
し、等価屈折率段差を0.001以上0.007以下とすることに
より、高精度に制御された基本横モード発振を得ること
ができる。
窄層に形成された溝の幅を、１μｍ以上３μｍ未満と
し、等価屈折率段差を0.001以上0.007以下とすることに
より、高精度に制御された基本横モード発振を得ること
ができる。
【００１９】溝の幅を３μｍ以上とし、等価屈折率段差
が0.001以上0.02以下とすることにより、高次モードの
発生による横モードの不安定を回避することができる。
が0.001以上0.02以下とすることにより、高次モードの
発生による横モードの不安定を回避することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面
を用いて詳細に説明する。
を用いて詳細に説明する。
【００２１】本発明の第１の実施の形態による半導体レ
ーザ装置について説明する。その半導体レーザ装置の断
面図を図１に示す。
ーザ装置について説明する。その半導体レーザ装置の断
面図を図１に示す。
【００２２】図１に示すように、有機金属気相成長法に
より、成長用原料としてトリメチルガリウム（TMG）、
トリメチルインジュウム（TMI）、トリメチルアルミニ
ウム（TMA）およびアンモニアを用い、n型ドーパントガ
スとしてシランガスを用い、p型ドーパントとしてシク
ロペンタジエニルマグネシウム（Cp2Mg）を用い、（０
００１）面サファイア基板11上に、温度500℃でＧａＮ
バッファ層12を２０nm程度の膜厚で形成する。続いて、
温度を1050℃にしてＧａＮ層13を２μm程度成長させ
る。その後ＳｉＯ2膜14（図示せず）を形成し、レジス
ト15（図示せず）を塗布後、通常のリソグラフィープロ
セスを用いて
より、成長用原料としてトリメチルガリウム（TMG）、
トリメチルインジュウム（TMI）、トリメチルアルミニ
ウム（TMA）およびアンモニアを用い、n型ドーパントガ
スとしてシランガスを用い、p型ドーパントとしてシク
ロペンタジエニルマグネシウム（Cp2Mg）を用い、（０
００１）面サファイア基板11上に、温度500℃でＧａＮ
バッファ層12を２０nm程度の膜厚で形成する。続いて、
温度を1050℃にしてＧａＮ層13を２μm程度成長させ
る。その後ＳｉＯ2膜14（図示せず）を形成し、レジス
ト15（図示せず）を塗布後、通常のリソグラフィープロ
セスを用いて
【数１】 方向に幅７μmのＳｉＯ2膜14を除去したストライプ領域
を10μm程度の間隔で形成する。レジスト15とＳｉＯ2膜
14 をマスクとして、塩素系のガスを用いてＧａＮ層バ
ッファ層12とＧａＮ層13をドライエッチングによりサフ
ァイア基板11上面まで除去する。このとき、サファイア
基板11をエッチングしてもよい。レジスト15とＳｉＯ2
膜14を除去後、ＧａＮ層16を20μm程度選択成長させ
る。この時横方向の成長により最終的にストライプが合
体し表面が平坦化する。引き続き、ｎ−ＧａＮコンタク
ト層17、ｎ−Ｇａ1-z1Ａｌz1Ｎ/ＧａＮ超格子クラッド
層18，ｎあるいはｉ−Ｇａ1-z2Ａｌz2Ｎ光導波層19、Ｉ
ｎx2Ｇａ1-x2Ｎ（Si-ドープ）／Ｉｎx1Ｇａ1-x1Ｎ多重
量子井戸活性層（0.5＞ｘ1＞ｘ2≧0）20、ｐ−Ｇａ1-z3
Ａｌz3Ｎキャリアブロッキング層21、ｎあるいはｉ−Ｇ
ａ1-z2Ａｌz2Ｎ光導波層22、ｐ−Ｇａ1-z1Ａｌz1Ｎ/Ｇ
ａＮ超格子第一クラッド層23、ｎ−Ｇａ1-z4Ａｌz4Ｎ/
ＧａＮ超格子電流狭窄層24を積層する。
を10μm程度の間隔で形成する。レジスト15とＳｉＯ2膜
14 をマスクとして、塩素系のガスを用いてＧａＮ層バ
ッファ層12とＧａＮ層13をドライエッチングによりサフ
ァイア基板11上面まで除去する。このとき、サファイア
基板11をエッチングしてもよい。レジスト15とＳｉＯ2
膜14を除去後、ＧａＮ層16を20μm程度選択成長させ
る。この時横方向の成長により最終的にストライプが合
体し表面が平坦化する。引き続き、ｎ−ＧａＮコンタク
ト層17、ｎ−Ｇａ1-z1Ａｌz1Ｎ/ＧａＮ超格子クラッド
層18，ｎあるいはｉ−Ｇａ1-z2Ａｌz2Ｎ光導波層19、Ｉ
ｎx2Ｇａ1-x2Ｎ（Si-ドープ）／Ｉｎx1Ｇａ1-x1Ｎ多重
量子井戸活性層（0.5＞ｘ1＞ｘ2≧0）20、ｐ−Ｇａ1-z3
Ａｌz3Ｎキャリアブロッキング層21、ｎあるいはｉ−Ｇ
ａ1-z2Ａｌz2Ｎ光導波層22、ｐ−Ｇａ1-z1Ａｌz1Ｎ/Ｇ
ａＮ超格子第一クラッド層23、ｎ−Ｇａ1-z4Ａｌz4Ｎ/
ＧａＮ超格子電流狭窄層24を積層する。
【００２３】その後ＳｉＯ2膜25（図示せず）を形成
し、レジスト26（図示せず）を塗布し、通常のリソグラ
フィーにより２μmの幅（31）のストライプ状の領域の
ＳｉＯ2膜25を除去する。レジスト26とＳｉＯ2膜25 を
マスクとして、塩素系のガスを用いてｐ−Ｇａ1-z1Ａｌ
z1Ｎ/ＧａＮ超格子第一クラッド層23の途中まで除去す
る。レジスト26及びＳｉＯ2膜25を除去後、ｐ−Ｇａ
1-z1Ａｌz1Ｎ/ＧａＮ超格子第二クラッド層27、ｐ−Ｇ
ａＮコンタクト層28を形成する。ｐ−Ｇａ1-z1Ａｌz1Ｎ
/ＧａＮ超格子第一クラッド層23、ｎ−Ｇａ1-z4Ａｌz4
Ｎ/ＧａＮ超格子電流狭窄層24の厚みと組成は、基本横
モード発振が達成できる値に設定する。
し、レジスト26（図示せず）を塗布し、通常のリソグラ
フィーにより２μmの幅（31）のストライプ状の領域の
ＳｉＯ2膜25を除去する。レジスト26とＳｉＯ2膜25 を
マスクとして、塩素系のガスを用いてｐ−Ｇａ1-z1Ａｌ
z1Ｎ/ＧａＮ超格子第一クラッド層23の途中まで除去す
る。レジスト26及びＳｉＯ2膜25を除去後、ｐ−Ｇａ
1-z1Ａｌz1Ｎ/ＧａＮ超格子第二クラッド層27、ｐ−Ｇ
ａＮコンタクト層28を形成する。ｐ−Ｇａ1-z1Ａｌz1Ｎ
/ＧａＮ超格子第一クラッド層23、ｎ−Ｇａ1-z4Ａｌz4
Ｎ/ＧａＮ超格子電流狭窄層24の厚みと組成は、基本横
モード発振が達成できる値に設定する。
【００２４】上記ｎ−Ｇａ1-z4Ａｌz4Ｎ/ＧａＮ超格子
電流狭窄層24に設けられた溝は、図１に示すように、残
されたＧａＮ層13、および隣り合うＧａＮ層13のほぼ中
間領域の直上から外れた位置、すなわち、ＧａＮ層13の
上に存在する貫通欠陥およびＧａＮ層16に存在する、横
方向からの選択成長が合体した領域に存在する欠陥の影
響を受けない、結晶欠陥の少ない領域の上部に設けるこ
とが望ましい。
電流狭窄層24に設けられた溝は、図１に示すように、残
されたＧａＮ層13、および隣り合うＧａＮ層13のほぼ中
間領域の直上から外れた位置、すなわち、ＧａＮ層13の
上に存在する貫通欠陥およびＧａＮ層16に存在する、横
方向からの選択成長が合体した領域に存在する欠陥の影
響を受けない、結晶欠陥の少ない領域の上部に設けるこ
とが望ましい。
【００２５】引き続きフォトリソグラフィーとドライエ
ッチングにより、ｎ側電極29とのコンタクトをとるため
に、ｎ−ＧａＮコンタクト層17の途中まで除去する。引
き続き、サファイア基板11を研磨し、通常のリソグラフ
ィーと蒸着によりｎ側電極29とｐ側電極30を形成する。
その後試料をへき開して形成した共振器面に高反射率コ
ート（図示せず）、低反射率コート（図示せず）を行
い、その後、チップ化して半導体レーザ装置を形成す
る。
ッチングにより、ｎ側電極29とのコンタクトをとるため
に、ｎ−ＧａＮコンタクト層17の途中まで除去する。引
き続き、サファイア基板11を研磨し、通常のリソグラフ
ィーと蒸着によりｎ側電極29とｐ側電極30を形成する。
その後試料をへき開して形成した共振器面に高反射率コ
ート（図示せず）、低反射率コート（図示せず）を行
い、その後、チップ化して半導体レーザ装置を形成す
る。
【００２６】ここで、ＡｌＧａＮの組成は、1＞ｚ4＞ｚ
1＞ｚ2≧0および0.4＞ｚ3＞ｚ2とする。これにより、ｎ
Ａを図中のＡ−Ａ'領域の等価屈折率とし、ｎＢをＢ−
Ｂ'領域の等価屈折率とすると、ｎＢ−ｎＡで表される
等価屈折率段差は、7×１０-3＞ｎＢ−ｎＡ＞１×１０
-3に制御することができる。
1＞ｚ2≧0および0.4＞ｚ3＞ｚ2とする。これにより、ｎ
Ａを図中のＡ−Ａ'領域の等価屈折率とし、ｎＢをＢ−
Ｂ'領域の等価屈折率とすると、ｎＢ−ｎＡで表される
等価屈折率段差は、7×１０-3＞ｎＢ−ｎＡ＞１×１０
-3に制御することができる。
【００２７】本実施の形態では、超格子電流狭窄層はＧ
ａ1-z4Ａｌz4Ｎにのみｎ型の不純物がドーピングされた
場合について述べたが、ＧａＮにもｎ型の不純物をドー
ピングしてもよい。
ａ1-z4Ａｌz4Ｎにのみｎ型の不純物がドーピングされた
場合について述べたが、ＧａＮにもｎ型の不純物をドー
ピングしてもよい。
【００２８】上記各層の成長法としては、固体あるいは
ガスを原料とする分子線エピタキシャル成長法を用いて
もよい。
ガスを原料とする分子線エピタキシャル成長法を用いて
もよい。
【００２９】上記構造はｎ型層を最初に成長している
が、ｐ型層から成長しても良く、その場合、各層の導電
性を反転するだけでよい。
が、ｐ型層から成長しても良く、その場合、各層の導電
性を反転するだけでよい。
【００３０】本実施の形態による半導体レーザ装置の発
振波長λは、活性層の組成より３８０＜λ＜５５０（n
m）が可能である。
振波長λは、活性層の組成より３８０＜λ＜５５０（n
m）が可能である。
【００３１】本実施の形態では、サファイア基板上への
成長について述べたが、SiC基板、ZnO、LiGaO2、LiAl
O2、GaAs、GaP、GeまたはSiを用いてもよい。
成長について述べたが、SiC基板、ZnO、LiGaO2、LiAl
O2、GaAs、GaP、GeまたはSiを用いてもよい。
【００３２】また、本実施の形態において、ベースとな
るサファイア基板および選択成長されたＧａＮ層を除去
せずにｎ−ＧａＮコンタクト層17より上の層を積層し、
ｎ−ＧａＮコンタクト層17の一部を除去して、ｎ電極を
形成し、電気的導通を得る構成としたが、ベースとなる
サファイア基板11および選択成長されたＧａＮ層16を少
なくともｎ−ＧａＮコンタクト層17が露出するまで除去
して、ｎ−ＧａＮコンタクト層17を基板として、該基板
上にｎ−Ｇａ1-z1Ａｌz1Ｎ/ＧａＮ超格子クラッド層18
より上の層を積層し、ｎ電極を、基板であるｎ−ＧａＮ
コンタクト層17の裏面に形成してもよい。
るサファイア基板および選択成長されたＧａＮ層を除去
せずにｎ−ＧａＮコンタクト層17より上の層を積層し、
ｎ−ＧａＮコンタクト層17の一部を除去して、ｎ電極を
形成し、電気的導通を得る構成としたが、ベースとなる
サファイア基板11および選択成長されたＧａＮ層16を少
なくともｎ−ＧａＮコンタクト層17が露出するまで除去
して、ｎ−ＧａＮコンタクト層17を基板として、該基板
上にｎ−Ｇａ1-z1Ａｌz1Ｎ/ＧａＮ超格子クラッド層18
より上の層を積層し、ｎ電極を、基板であるｎ−ＧａＮ
コンタクト層17の裏面に形成してもよい。
【００３３】本発明の半導体レーザ装置では、基本横モ
ード発振する半導体レーザの形成について述べたが、溝
幅を３mm以上とし、波長変換素子やファイバーレーザの
励起用等の低雑音な幅広ストライプ半導体レーザとして
も用いることができる。
ード発振する半導体レーザの形成について述べたが、溝
幅を３mm以上とし、波長変換素子やファイバーレーザの
励起用等の低雑音な幅広ストライプ半導体レーザとして
も用いることができる。
【００３４】幅広の半導体レーザを形成する場合、本出
願人による特願2000-4940号、特願平11-285146号、同11
-289069号、同11-292112号に記載のような、貫通欠陥が
少なく広範囲で低欠陥のＧａＮ基板上に形成することに
より、信頼性の高い半導体レーザ装置を得ることができ
る。
願人による特願2000-4940号、特願平11-285146号、同11
-289069号、同11-292112号に記載のような、貫通欠陥が
少なく広範囲で低欠陥のＧａＮ基板上に形成することに
より、信頼性の高い半導体レーザ装置を得ることができ
る。
【００３５】なお、本発明の半導体レーザ装置は、高速
な情報・画像処理および通信、計測、医療、印刷の分野
等における光源として応用可能である。
な情報・画像処理および通信、計測、医療、印刷の分野
等における光源として応用可能である。
【図１】本発明の第１の実施の形態による半導体レーザ
装置を示す断面図
装置を示す断面図
11 サファイア基板 12 ＧａＮバッファ層 13 ＧａＮ層 16 ＧａＮ層 17 ＧａＮコンタクト層 18 ｎ−Ｇａ1-z1Ａｌz1Ｎ/ＧａＮ超格子クラッド層 19 ｎあるいはｉ−Ｇａ1-z2Ａｌz2Ｎ光導波層 20 Ｉｎx2Ｇａ1-x2Ｎ（Si-ドープ）/Ｉｎx1Ｇａ1-x1
Ｎ多重量子井戸活性層 21 ｐ−Ｇａ1-z3Ａｌz3Ｎキャリアブロッキング層 22 ｎあるいはｉ−Ｇａ1-z2Ａｌz2Ｎ光導波層 23 ｐ−Ｇａ1-z1Ａｌz1Ｎ/ＧａＮ超格子第一クラッ
ド層 24 ｎ−Ｇａ1-z4Ａｌz4Ｎ/ＧａＮ超格子電流狭窄層 27 ｐ−Ｇａ1-z1Ａｌz1Ｎ/ＧａＮ超格子第二クラッ
ド層 28 ｐ−ＧａＮコンタクト層 29 ｎ電極 30 ｐ電極
Ｎ多重量子井戸活性層 21 ｐ−Ｇａ1-z3Ａｌz3Ｎキャリアブロッキング層 22 ｎあるいはｉ−Ｇａ1-z2Ａｌz2Ｎ光導波層 23 ｐ−Ｇａ1-z1Ａｌz1Ｎ/ＧａＮ超格子第一クラッ
ド層 24 ｎ−Ｇａ1-z4Ａｌz4Ｎ/ＧａＮ超格子電流狭窄層 27 ｐ−Ｇａ1-z1Ａｌz1Ｎ/ＧａＮ超格子第二クラッ
ド層 28 ｐ−ＧａＮコンタクト層 29 ｎ電極 30 ｐ電極
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１２年９月７日（２０００．９．７）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３３
【補正方法】変更
【補正内容】
【００３３】本発明の半導体レーザ装置では、基本横モ
ード発振する半導体レーザの形成について述べたが、波
長変換素子やファイバーレーザの励起用等の低雑音な幅
広ストライプ半導体レーザとしても用いることができ
る。
ード発振する半導体レーザの形成について述べたが、波
長変換素子やファイバーレーザの励起用等の低雑音な幅
広ストライプ半導体レーザとしても用いることができ
る。
Claims (4)
- 【請求項１】 第一導電型ＧａＮ層より上に、少なくと
も、活性層、第二導電型上部第一クラッド層、第一導電
型電流狭窄層、第二導電型上部第二クラッド層、第二導
電型コンタクト層が積層されてなり、前記電流狭窄層
に、電流を注入するための溝が少なくとも前記第二導電
型上部第一クラッド層が露出する深さまで形成されてい
る屈折率導波機構を有する半導体レーザ装置おいて、 前記活性層が、Ｉｎx2Ｇａ1-x2ＮとＩｎx1Ｇａ1-x1Ｎを
交互に積層してなる単一量子井戸構造あるいは多重量子
井戸構造からなり（ただし、組成比は0≦x2＜x1＜0.5で
ある。）、 前記第一導電型電流狭窄層が、Ｇａ1-z4Ａｌz4Ｎ（ただ
し、0＜z4＜1である）とＧａＮの超格子からなり、 該電流狭窄層の上に前記溝を覆うように第二導電型上部
第二クラッド層が積層されており、 該第二導電型上部第二クラッド層の上全面に第二導電型
ＧａＮコンタクト層が形成されていることを特徴とする
半導体レーザ装置。 - 【請求項２】 前記電流狭窄層が、該電流狭窄層を構成
するＧａ1-z4Ａｌz4ＮとＧａＮのうち、 Ｇａ1-z4Ａｌ
z4Ｎのみ、あるいはＧａ1-z4Ａｌz4ＮとＧａＮの両方に
第一導電型の不純物が導入されている構成であることを
特徴とする請求項１記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項３】 前記溝の幅が１μｍ以上３μｍ未満であ
り、等価屈折率段差が0.001以上0.007以下であることを
特徴とする請求項１または２記載の半導体レーザ装置。 - 【請求項４】 前記溝の幅が３μｍ以上であり、等価屈
折率段差が0.001以上0.02以下であることを特徴とする
請求項１または２記載の半導体レーザ装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000030349A JP2001223440A (ja) | 2000-02-08 | 2000-02-08 | 半導体レーザ装置 |
| US09/777,822 US6452954B2 (en) | 2000-02-08 | 2001-02-07 | High-power semiconductor laser device having current confinement structure and index-guided structure and oscillating in transverse mode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000030349A JP2001223440A (ja) | 2000-02-08 | 2000-02-08 | 半導体レーザ装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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ID=18555374
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000030349A Withdrawn JP2001223440A (ja) | 2000-02-08 | 2000-02-08 | 半導体レーザ装置 |
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| JP (1) | JP2001223440A (ja) |
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| WO2006030845A1 (ja) * | 2004-09-16 | 2006-03-23 | Nec Corporation | Iii族窒化物半導体光素子 |
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| JP2002299765A (ja) * | 2001-04-03 | 2002-10-11 | Sony Corp | 半導体レーザ素子及びその作製方法 |
| US7030428B2 (en) * | 2001-12-03 | 2006-04-18 | Cree, Inc. | Strain balanced nitride heterojunction transistors |
| GB2395839A (en) * | 2002-11-30 | 2004-06-02 | Sharp Kk | MBE growth of p-type nitride semiconductor materials |
| TWI373894B (en) * | 2003-06-27 | 2012-10-01 | Nichia Corp | Nitride semiconductor laser device having current blocking layer and method of manufacturing the same |
| DE102016112294A1 (de) * | 2016-07-05 | 2018-01-11 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Halbleiterschichtenfolge |
| CN110729631B (zh) * | 2019-09-29 | 2020-09-04 | 东莞理工学院 | 一种基于氮化镓单晶衬底的激光二极管及其制备方法 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60116188A (ja) * | 1983-11-28 | 1985-06-22 | Sharp Corp | 半導体レ−ザ素子 |
| JP2809691B2 (ja) * | 1989-04-28 | 1998-10-15 | 株式会社東芝 | 半導体レーザ |
| JP3432909B2 (ja) * | 1994-09-28 | 2003-08-04 | ローム株式会社 | 半導体レーザ |
| JPH08340148A (ja) * | 1995-06-13 | 1996-12-24 | Fuji Xerox Co Ltd | 半導体レーザ装置およびその製造方法 |
| JPH09307190A (ja) | 1996-05-15 | 1997-11-28 | Fuji Photo Film Co Ltd | ＡｌＩｎＧａＮ系半導体発光素子および半導体発光装置 |
| JPH10233530A (ja) * | 1997-02-20 | 1998-09-02 | Toshiba Corp | 窒化ガリウム系半導体発光素子 |
| JP3622045B2 (ja) | 1998-01-20 | 2005-02-23 | 日亜化学工業株式会社 | 窒化物半導体レーザ素子及びその製造方法 |
| JP4150449B2 (ja) * | 1998-09-25 | 2008-09-17 | 株式会社東芝 | 化合物半導体素子 |
-
2000
- 2000-02-08 JP JP2000030349A patent/JP2001223440A/ja not_active Withdrawn
-
2001
- 2001-02-07 US US09/777,822 patent/US6452954B2/en not_active Expired - Lifetime
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| WO2006030845A1 (ja) * | 2004-09-16 | 2006-03-23 | Nec Corporation | Iii族窒化物半導体光素子 |
| US7741654B2 (en) | 2004-09-16 | 2010-06-22 | Nec Corporation | Group III nitride semiconductor optical device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6452954B2 (en) | 2002-09-17 |
| US20010012308A1 (en) | 2001-08-09 |
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