JP2002176228A - Semiconductor laser element - Google Patents

Semiconductor laser element

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JP2002176228A
JP2002176228A JP2001274438A JP2001274438A JP2002176228A JP 2002176228 A JP2002176228 A JP 2002176228A JP 2001274438 A JP2001274438 A JP 2001274438A JP 2001274438 A JP2001274438 A JP 2001274438A JP 2002176228 A JP2002176228 A JP 2002176228A
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Japan
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layer
thickness
semiconductor laser
gan
laser device
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JP2001274438A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshiro Hayakawa
利郎 早川
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Fujifilm Holdings Corp
Original Assignee
Fuji Photo Film Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a small loss Gaussian high-grade beam in a semiconductor laser device having an AlGaN clad layer. SOLUTION: On a GaN substrate 15', eight layers are grown. The layers includes an n-GaN buffer layer 21, an n-In0.1Ga0.9N buffer layer 22, an n-Al0.1 Ga0.9N cladding layer 23 with a thickness of 0.45 μm (Si dope), an n-GaN optical guide layer 24 (the Si dope, and thickness of 0.1 μm), an undoped active layer 25, a p-GaN optical guide layer 26 (Mg dope, and thickness of 0.3 μm), a p-Al0.1 Ga0.9N cladding layer 27 (MG dope), and a p-GaN cap layer 28 (Mg dope, and 0.25 μm). Even if the thickness of the clad layer is set to 0.45 μm, a small-loss laser beam having a propagation loss of 1 cm-1 or less can be obtained by setting the thickness of an optical guide region (the total thickness of the optical guide and active layers) to 0.4 μm or more.

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、AlInGaN系
の半導体からなる半導体レーザ素子に関するものであ
る。
The present invention relates to a semiconductor laser device made of an AlInGaN-based semiconductor.

【0002】[0002]

【従来の技術】600nm以下の短波長領域における光
源として、AlInGaN系のLEDおよび半導体レーザが注
目されている。この材料系によるLEDとして、1995年
発行のJpn. J. Appl. Phys. vol.34, No.7A, pp. L797-
799において、青および緑色の波長領域の高輝度LED
が極めて優れた特性を有していることが記載されてお
り、現在、信号機や屋外表示装置の光源として広く用い
られている。一方、半導体レーザとしては、390〜4
10nmの波長域で実用化が進められている。現在実用
化されている最短波長の630nmの半導体レーザよ
り、格段に小さい光スポットが得られることから、光デ
ィスクメモリの高密度化への応用が最も期待されてい
る。また、450nm以下の短波長光源は、短波長域に
感度が高い感光材料を用いた印刷などの分野におけるデ
ジタル画像形成機器の光源として重要視されている。半
導体レーザ素子をこれらの光源として用いるには、光学
的に高品質なガウスビームの単一モード発振が必要であ
る。
2. Description of the Related Art AlInGaN-based LEDs and semiconductor lasers have attracted attention as light sources in the short wavelength region of 600 nm or less. As an LED using this material system, Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 34, No. 7A, pp. L797-
799, high-brightness LED in blue and green wavelength range
Has extremely excellent characteristics, and is currently widely used as a light source for traffic lights and outdoor display devices. On the other hand, as a semiconductor laser, 390-4
Practical use is being promoted in a wavelength range of 10 nm. Since a much smaller light spot can be obtained than the shortest wavelength 630 nm semiconductor laser currently in practical use, application to high-density optical disk memories is most expected. In addition, a short wavelength light source of 450 nm or less is regarded as important as a light source of a digital image forming apparatus in a field such as printing using a photosensitive material having high sensitivity in a short wavelength region. In order to use a semiconductor laser device as these light sources, optically high quality Gaussian beam single mode oscillation is required.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、AlInGaN系材
料を用いた半導体レーザ素子において、光学的に高品質
なガウスビームの単一モード発振を実現するためには大
きな問題点がある。すなわち、積層方向の光導波構造に
おいて、十分な光閉じこめを実現するためには、AlGaN
層を含むクラッド層の厚みを通常のAlGaAs系、AlGaInP
系あるいはInGaAsP系のレーザのように1μm以上とる
ことが望ましいが、AlGaNは大きな歪みを内蔵している
ため厚く成長するとクラックが入って結晶が割れてしま
う欠点を有している。例えば、1999年発行のIEEE J. Se
lected Topics Quantum.Electron.Vol.5,No.3,p.765 に
おいて、AlGaNクラッド層を約0.6μm以上に厚膜化する
と、結晶にクラック(割れ)が入り、光学的な閉じこめ
が不十分になり、損失やビーム放射パターンに変形が生
じることが記載されている。
However, in a semiconductor laser device using an AlInGaN-based material, there is a large problem in realizing optically high-quality single mode oscillation of a Gaussian beam. That is, in order to realize sufficient optical confinement in the optical waveguide structure in the stacking direction, AlGaN
The thickness of the cladding layer, including the
It is desirable that the thickness be 1 μm or more as in a system or InGaAsP laser. However, since AlGaN has a large strain therein, it has a defect that when it grows thickly, it cracks and the crystal breaks. For example, IEEE J. Se published in 1999
lected Topics In Quantum.Electron.Vol.5, No.3, p.765, when the thickness of the AlGaN cladding layer is increased to about 0.6μm or more, the crystal cracks and the optical confinement becomes insufficient. It is described that loss and deformation occur in the beam radiation pattern.

【0004】本発明は上記事情に鑑みて、クラックが入
りにくい0.5μm以下のAlGaN層を含むクラッド層の半導
体レーザにおいて、光ガイド領域からの光の浸みだしを
防止して、光密度が均一なガウス型分布である高品質な
ビームを有する、信頼性の高い半導体レーザ素子を提供
することを目的とするものである。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above circumstances, the present invention provides a semiconductor laser having a cladding layer including an AlGaN layer having a thickness of 0.5 μm or less that is less likely to crack and prevents light from leaking out from an optical guide region to achieve a uniform light density. It is an object of the present invention to provide a highly reliable semiconductor laser device having a high-quality beam having a Gaussian distribution.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明の半導体レーザ素
子は、活性層を含む光ガイド領域を挟むように、該光ガ
イド領域の積層方向の上下に、少なくとも1層のAlG
aNを含む半導体からなるクラッド層を備えてなる半導
体レーザ素子において、各クラッド層の厚さをtc(n
m)とし、光ガイド領域の厚さをtg(nm)としたと
き、tcおよびtgは、―0.25tg+500≦tc≦5
00、かつ400≦tg(ただし、tg>1600の場
合、100≦tc≦500)であることを特徴とするも
のである。
According to the semiconductor laser device of the present invention, at least one layer of AlG is formed above and below the light guide region so as to sandwich the light guide region including the active layer.
In a semiconductor laser device having a cladding layer made of a semiconductor containing aN, the thickness of each cladding layer is set to tc (n
m), and when the thickness of the light guide region is tg (nm), tc and tg are −0.25 tg + 500 ≦ tc ≦ 5
00 and 400 ≦ tg (however, when tg> 1600, 100 ≦ tc ≦ 500).

【0006】光ガイド領域の厚さtg(nm)は、tg≦
2000であることが望ましい。
The thickness tg (nm) of the light guide region is tg ≦ tg
It is desirably 2000.

【0007】また、各クラッド層のAlGaNの組成を
AlxGa1-xNとすると、Alの組成比xは、x≧0.1で
あることが望ましい。
When the composition of AlGaN in each cladding layer is Al x Ga 1 -xN, the composition ratio x of Al is preferably x ≧ 0.1.

【0008】[0008]

【発明の効果】本発明の半導体レーザ素子によれば、活
性層を含む光ガイド領域を挟むように、該光ガイド領域
の積層方向の上下に、少なくとも1層のAlGaNを含
む半導体からなるクラッド層を備えてなる半導体レーザ
素子において、各クラッド層の厚さをtc(nm)と
し、光ガイド領域の厚さをtg(nm)としたとき、tc
およびtgを上記範囲とすることにより、光ガイド領域
からクラッド層へのレーザ光のしみだしを少なくできる
ため、伝搬損失をほぼ1cm-1以下にすることができ
る。よって、光密度が均一なガウス型の高品位なレーザ
光を得ることができる。
According to the semiconductor laser device of the present invention, at least one clad layer made of a semiconductor containing AlGaN is provided above and below the light guide region so as to sandwich the light guide region including the active layer. When the thickness of each cladding layer is tc (nm) and the thickness of the light guide region is tg (nm), tc
By setting tg and tg within the above ranges, seepage of laser light from the light guide region to the cladding layer can be reduced, so that the propagation loss can be reduced to approximately 1 cm -1 or less. Therefore, Gaussian high-quality laser light having a uniform light density can be obtained.

【0009】また、レーザ光のしみだしが少ないため、
駆動電流を低減することができる。また、チップ長を長
くしても微分効率が下がらないので、高出力化が可能で
ある。
Further, since the exudation of laser light is small,
The drive current can be reduced. Further, even if the chip length is increased, the differential efficiency does not decrease, so that high output can be achieved.

【0010】[0010]

【実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面を用い
て詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0011】本発明の第1の実施の形態による半導体レ
ーザ素子についてその製造過程に沿って説明する。その
半導体レーザ素子の基板の製造過程の断面図を図1に示
し、半導体レーザ素子の断面図を図2に示す。なお、以
下に記載の各半導体層のMOCVD法の成長用原料として、
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)とアンモニア
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)を用いる。
The semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention will be described along its manufacturing process. FIG. 1 is a cross-sectional view of the semiconductor laser device during the manufacturing process of the substrate, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the semiconductor laser device. In addition, as a growth material for the MOCVD method of each semiconductor layer described below,
Trimethyl gallium (TMG), trimethyl indium (TMI), trimethyl aluminum (TMA) and ammonia are used, silane gas is used as an n-type dopant gas, and cyclopentadienyl magnesium (Cp 2 Mg) is used as a p-type dopant.

【0012】図1(a)に示すように、サファイア基板
11上に、有機金属気相成長法(MOCVD)により、GaN
層12を2.5μm程度の膜厚で形成する。その上に、
0.1μm厚のSiO2膜13をP-CVD装置で形成し、フォト
リソエッチングにより8μm幅のストライプを、20μ
mの間隔でGaN結晶の
As shown in FIG. 1A, a sapphire substrate
11 on GaN by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD)
The layer 12 is formed with a thickness of about 2.5 μm. in addition,
An SiO 2 film 13 having a thickness of 0.1 μm is formed by a P-CVD apparatus, and stripes having a width of 8 μm are formed by photolithographic etching.
m at intervals of m

【数1】 方向に形成し、このSiO2マスクパターン上に15μm厚
のGaN膜14を成長させる。さらに、HVPE法によ
り、200μmのGaN層15を形成する。
(Equation 1) The GaN film 14 having a thickness of 15 μm is grown on the SiO 2 mask pattern. Further, a 200 μm GaN layer 15 is formed by HVPE.

【0013】なお、HVPE法によるGaNは、Gaと
HClガスとの反応により生成されるGaClと、NH
3とHClとキャリアガスであるH2の流量をそれぞれ、
2l/min、10ml/min、3l/minとして、成長温度10
00℃で成長する。
GaN by the HVPE method is composed of GaCl produced by the reaction of Ga with HCl gas, NHCl and NHCl.
3 and HCl, and the flow rate of H 2 as a carrier gas, respectively.
2 l / min, 10 ml / min, 3 l / min, growth temperature 10
Grow at 00 ° C.

【0014】次に図1(b)に示すように、GaN層15
が150μmの厚さになるまで、サファイア基板11の裏
面からGaN層15の一部まで(厚さtの領域)研磨し
て、GaN層15'を作製する。
Next, as shown in FIG.
Is polished from the back surface of the sapphire substrate 11 to a part of the GaN layer 15 (a region having a thickness t) until the thickness of the GaN layer 15 ′ becomes 150 μm.

【0015】次に、図2に示すように、上記のようにし
て作製したGaN基板15'の上に、常圧MOCVD法を用い
て、n-GaNバッファ層21(Siドープ、厚さ5μm)、
n-In 0.1Ga0.9Nバッファ層22(Siドープ、厚さ0.1
μm)、n-Al0.1Ga0.9Nクラッド層23(Siドープ、
厚さ0.45μm)、n-GaN光ガイド層24(Siドープ、厚
さ0.1μm)、アンドープ活性層25、p-GaN光ガイド
層26(Mgドープ、厚さ0.3μm)、p-Al0.1Ga0.9Nク
ラッド層27(Mgドープ、厚さ0.45μm)、p-GaNキャ
ップ層28(Mgドープ、0.25μm)を成長する。活性層25
は、アンドープIn0. 1Ga0.9N量子井戸層(厚さ3n
m)、アンドープAl0.04Ga0.96N障壁層(厚さ0.01
μm)、アンドープIn0.1Ga0.9N量子井戸層(厚さ
3nm)、p-Al0.1Ga0.9N障壁層(Mgドープ、厚さ
0.01μm)の4層構造からなるMQW(Multi Quantum
Well)構造である。なお、n-GaN光ガイド層24、ア
ンドープ活性層25およびp-GaN光ガイド層26により
光ガイド領域を形成している。
Next, as shown in FIG.
Atmospheric pressure MOCVD method on GaN substrate 15 '
N-GaN buffer layer 21 (Si-doped, 5 μm thick)
n-In 0.1Ga0.9N buffer layer 22 (Si-doped, thickness 0.1
μm), n-Al0.1Ga0.9N clad layer 23 (Si-doped,
0.45 μm thick), n-GaN optical guide layer 24 (Si-doped, thick
0.1 μm), undoped active layer 25, p-GaN optical guide
Layer 26 (Mg doped, 0.3 μm thick), p-Al0.1Ga0.9N
Lad layer 27 (Mg-doped, 0.45 μm thick), p-GaN cap
A top layer 28 (Mg doped, 0.25 μm) is grown. Active layer 25
Is undoped In0. 1Ga0.9N quantum well layer (thickness 3n
m), undoped Al0.04Ga0.96N barrier layer (thickness 0.01
μm), undoped In0.1Ga0.9N quantum well layer (thickness
3 nm), p-Al0.1Ga0.9N barrier layer (Mg doped, thickness
MQW (Multi Quantum) with a 4-layer structure of 0.01 μm)
Well) structure. Note that the n-GaN optical guide layer 24,
Active layer 25 and p-GaN optical guide layer 26
A light guide region is formed.

【0016】次にフォトリソグラフィとエッチングによ
りp-Al0.1Ga0.9Nクラッド層27の途中までであっ
て、p-GaN光ガイド層26から0.1μmの距離まで、ス
トライプ領域の両側を、塩素イオンを用いたRIBE(react
ive ion beam etching)によりエッチングして、幅2.2μ
m程度のリッジストライプを形成する。
Next, chlorine ions are applied by photolithography and etching to the middle of the p-Al 0.1 Ga 0.9 N cladding layer 27 and to a distance of 0.1 μm from the p-GaN optical guide layer 26 on both sides of the stripe region. The used RIBE (react
ive ion beam etching), width 2.2μ
An about m ridge stripe is formed.

【0017】次にSiN膜29をプラズマCVDで全面に製
膜した後、フォトリソグラフィとエッチングによりリッ
ジ上の不要部分を除去する。その後、窒素ガス雰囲気中
で熱処理によりp型不純物を活性化する。この後、塩素
イオンを用いたRIBEにより発光領域を含む部分以外のエ
ピ層を、n-GaNバッファ層21が露出するまでエッチ
ング除去する。この後、n電極20としてTi/Al/Ti/Au、
p電極30としてNi/Auを真空蒸着し、窒素中でアニール
してオーミック電極を形成する。劈開により共振器端面
を形成する。
Next, after an SiN film 29 is formed on the entire surface by plasma CVD, unnecessary portions on the ridge are removed by photolithography and etching. After that, the p-type impurity is activated by heat treatment in a nitrogen gas atmosphere. Thereafter, the epilayer other than the portion including the light emitting region is removed by etching until the n-GaN buffer layer 21 is exposed by RIBE using chlorine ions. Thereafter, Ti / Al / Ti / Au is used as the n-electrode 20,
Ni / Au is vacuum deposited as the p-electrode 30 and annealed in nitrogen to form an ohmic electrode. A cavity end face is formed by cleavage.

【0018】本実施の形態による半導体レーザ素子の発
振波長は400nmである。この半導体レーザ素子で
は、Al0.1Ga0.9Nクラッド層の厚みが0.45μm
と小さいにも関わらず、接合に垂直方向の遠視野像は単
調な単峰性が確認されている。すなわち、光密度が均一
なガウス型分布をした、高品位な単一モード発振を実現
できる。
The oscillation wavelength of the semiconductor laser device according to the present embodiment is 400 nm. In this semiconductor laser device, the thickness of the Al 0.1 Ga 0.9 N cladding layer is 0.45 μm.
Despite the small size, the far-field image in the direction perpendicular to the junction has been confirmed to be monotonic and monomodal. That is, high-quality single mode oscillation having a Gaussian distribution with a uniform light density can be realized.

【0019】本実施の形態による半導体レーザ素子はG
aN基板の上に各層を積層して素子を形成しているが、
GaN基板の代わりに絶縁物のサファイア基板を用いて
もよい。
The semiconductor laser device according to this embodiment has a G
Each element is formed by laminating each layer on the aN substrate.
Instead of a GaN substrate, an insulating sapphire substrate may be used.

【0020】次に、上記実施の形態による半導体レーザ
素子と光学的に同様な層構造の断面図を図3(a)を示
し、その構造について、Al0.1Ga0.9Nクラッド層の
厚さ(Tclad)をパラメータとして、p電極金属の光吸
収に起因した伝搬損失を光ガイド領域の厚さtg(n
m)の関数として算出した結果を図3(b)に示す。な
お、図3(a)にはサファイア基板が存在する構成で記
載しているが、これによる光吸収は無視できるほど小さ
いものである。
Next, FIG. 3A is a sectional view of a layer structure optically similar to that of the semiconductor laser device according to the above embodiment, and the thickness (Tclad) of the Al 0.1 Ga 0.9 N cladding layer is shown in FIG. ) As a parameter, the propagation loss due to the light absorption of the p-electrode metal is calculated as the thickness tg (n
FIG. 3B shows the result calculated as a function of m). Although FIG. 3A shows a configuration in which a sapphire substrate is present, light absorption due to this is negligibly small.

【0021】図3(b)に示すように、光ガイド領域の
厚さ(InGaN SQWとその上下のGaN層との合計膜厚)が
400nm以上であれば、AlGaNクラッド層の厚さが0.5
μm未満の場合でも、伝搬損失が1cm-1以下と低減で
きる範囲があることが分かる。なお、現在実用化されて
いる半導体レーザ素子の伝搬損失がほぼ1cm-1以下で
あることから、本発明においても伝搬損失をほぼ1cm
-1以下としてクラッド層と光ガイド領域の厚さの好適な
範囲を規定した。
As shown in FIG. 3B, if the thickness of the light guide region (the total thickness of the InGaN SQW and the GaN layers above and below it) is 400 nm or more, the thickness of the AlGaN cladding layer is 0.5
It can be seen that there is a range where the propagation loss can be reduced to 1 cm -1 or less even in the case of less than μm. Since the propagation loss of the semiconductor laser device currently in practical use is about 1 cm -1 or less, the propagation loss of the present invention is also about 1 cm -1.
A preferred range of the thickness of the cladding layer and the light guide region is defined as -1 or less.

【0022】次に、伝搬損失をクラッド層厚と光ガイド
領域厚の関数として等高線表示したものを図4に示す。
図4に示すように、クラッド層の厚さをtc(nm)お
よび光ガイド領域の厚さをtg(nm)とすると、―
0.25tg+500≦tc≦500、かつ400≦tg
(ただし、tg>1600の場合、100≦tc≦50
0)の関係を満たす領域では、伝搬損失が1cm-1以下
となることがわかる。この領域は、クラッド層はクラッ
クが入りにくい500nm以下であるが、薄いために光
ガイド領域からクラッド層へレーザ光が浸みだすという
問題があった。しかし、クラッド層の厚さと光ガイド領
域の厚さを上記範囲とすることにより、光ガイド領域か
らクラッド層へのレーザ光の浸みだしを抑制でき、さら
に、クラッド層から外へ漏れたレーザ光による電極部の
光吸収の低減により、伝搬損失をほぼ1cm-1以下とす
ることができる。よって、光密度が均一なガウス型のレ
ーザ光を得ることができる。さらにレーザ光のしみだし
が少ないため、駆動電流を低減することが可能となる。
また、チップ長を長くしても微分効率が下がらないの
で、高出力化が可能となる。また、チップ長の増大によ
り抵抗を小さく抑えられるという利点もある。なお、図
4では、光ガイド領域の厚さは1000nmまでしか図
示していないが、1000nm以上であっても、伝搬損
失は直線的に下降する。ただし、2000nmより大き
いと、活性層中の量子井戸層の光閉じ込め係数が下がる
ため、しきい値電流が上昇し、また、温度特性も悪化す
るため、光ガイド領域の厚さは2000nm以下とする
のが好ましい。また、クラッド層の厚さは、薄すぎると
伝搬損失が増えるため100nm以上であることが好ま
しい。よって、光ガイド領域の厚さが1600nmより
大きい場合は、クラッド層の厚さは100nm以上50
0nm以下の範囲であることが好ましい。
Next, FIG. 4 shows contour loss of the propagation loss as a function of the thickness of the cladding layer and the thickness of the light guide region.
As shown in FIG. 4, assuming that the thickness of the cladding layer is tc (nm) and the thickness of the light guide region is tg (nm),
0.25tg + 500 ≦ tc ≦ 500 and 400 ≦ tg
(However, when tg> 1600, 100 ≦ tc ≦ 50
It can be seen that in the region satisfying the relationship 0), the propagation loss is 1 cm -1 or less. In this region, the cladding layer has a thickness of 500 nm or less where cracks are unlikely to occur, but because of its thinness, there is a problem that the laser light seeps from the light guide region into the cladding layer. However, by setting the thickness of the cladding layer and the thickness of the light guiding region to the above ranges, it is possible to suppress the leaching of the laser light from the light guiding region to the cladding layer, and furthermore, due to the laser light leaking out of the cladding layer. By reducing the light absorption of the electrode part, the propagation loss can be reduced to approximately 1 cm -1 or less. Thus, Gaussian laser light with a uniform light density can be obtained. Further, since there is little exudation of laser light, it is possible to reduce the drive current.
Further, even if the chip length is increased, the differential efficiency does not decrease, so that high output can be achieved. There is also an advantage that the resistance can be reduced by increasing the chip length. Although FIG. 4 shows the thickness of the light guide region only up to 1000 nm, the propagation loss linearly decreases even if the thickness is 1000 nm or more. However, if it is larger than 2000 nm, the light confinement coefficient of the quantum well layer in the active layer decreases, the threshold current increases, and the temperature characteristics also deteriorate. Therefore, the thickness of the light guide region is set to 2000 nm or less. Is preferred. Further, the thickness of the cladding layer is preferably 100 nm or more, because if the thickness is too small, the propagation loss increases. Therefore, when the thickness of the light guide region is larger than 1600 nm, the thickness of the cladding layer is 100 nm or more and 50 nm or more.
It is preferably in the range of 0 nm or less.

【0023】次に本発明の第2の実施の形態による半導
体レーザ素子について説明する。その半導体レーザ素子
のレーザ光の出射方向に垂直な断面図を図5に示す。本
実施の形態による半導体レーザ素子は、SiC基板を用
い、n型電極をSiC基板の裏面に形成したことが、上
記第1の実施の形態による半導体レーザ素子と異なるも
のであり、各層の組成および厚さは第1の実施の形態に
よる半導体レーザ素子と同一である。
Next, a semiconductor laser device according to a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 5 is a cross-sectional view of the semiconductor laser device, which is perpendicular to the laser light emission direction. The semiconductor laser device according to the present embodiment is different from the semiconductor laser device according to the first embodiment in that an n-type electrode is formed on the back surface of the SiC substrate using a SiC substrate. The thickness is the same as that of the semiconductor laser device according to the first embodiment.

【0024】図5に示すように、n−SiC基板31上
に、n−GaNバッファ層32、n−In0.1Ga0.9Nバ
ッファ層33、n−Al0.1Ga0.9Nクラッド層34、n−
GaN光ガイド層35、MQW活性層36、p−GaN光ガ
イド層37、p−Al0.1Ga0.9Nクラッド層38、p−G
aNキャップ層39を積層し、リッジストライプ以外の領
域をp−Al0.1Ga0.9Nクラッド層38の途中まで除去
してリッジストライプを形成する。その上にSiO2膜4
0をストライプ上全面に形成し、リッジストライプ上の
SiO2膜40を除去し、p電極41を形成する。SiC基
板の裏面にn電極42を形成する。
As shown in FIG. 5, on an n-SiC substrate 31, an n-GaN buffer layer 32, an n-In 0.1 Ga 0.9 N buffer layer 33, an n-Al 0.1 Ga 0.9 N cladding layer 34, an n-
GaN light guide layer 35, MQW active layer 36, p-GaN light guide layer 37, p-Al 0.1 Ga 0.9 N clad layer 38, p-G
An aN cap layer 39 is laminated, and a region other than the ridge stripe is removed to a part of the p-Al 0.1 Ga 0.9 N cladding layer 38 to form a ridge stripe. SiO 2 film 4 on it
0 is formed on the entire surface on the stripe, the SiO 2 film 40 on the ridge stripe is removed, and a p-electrode 41 is formed. An n-electrode 42 is formed on the back surface of the SiC substrate.

【0025】本実施の形態における半導体レーザ素子に
ついても、上記実施の形態と同様、光密度がガウス型の
高品位なビームを得ることができる。
Also in the semiconductor laser device according to the present embodiment, a high-quality beam having a Gaussian light density can be obtained as in the above-described embodiment.

【0026】次に、本発明の第3の実施の形態による半
導体レーザ素子について説明する。その半導体レーザ素
子のレーザ光の出射方向に垂直な断面図を図6に示す。
本実施の形態による半導体レーザ素子は、上記第1の実
施の形態による半導体レーザ素子とは、内部電流狭窄構
造としたことが異なり、各層の組成および厚さは第1の
実施の形態による半導体レーザ素子と同一である。
Next, a semiconductor laser device according to a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 is a cross-sectional view of the semiconductor laser device, which is perpendicular to the laser light emission direction.
The semiconductor laser device according to the present embodiment is different from the semiconductor laser device according to the first embodiment in that the semiconductor laser device has an internal current confinement structure, and the composition and thickness of each layer are different from those of the semiconductor laser device according to the first embodiment. It is the same as the element.

【0027】図6に示すように、上記第1の実施の形態
で用いたGaN基板15'に、n−GaNバッファ層51、
n−In0.1Ga0.9Nバッファ層52、n−Al0.1Ga
0.9Nクラッド層53、n−GaN光ガイド層54、MQW
活性層55、p−GaN光ガイド層56、p−Al0.1Ga
0.9Nクラッド層57、p−GaN層58を積層する。次に
表面にSiO2膜およびレジストを形成し、塩素系のガ
スを用いて、電流注入部の両側をエッチングする。次
に、Al0.1Ga0.9N電流狭窄層59を再成長させ、その
上にp−GaNキャップ層60を積層し、p電極61および
n電極62をそれぞれ形成する。
As shown in FIG. 6, an n-GaN buffer layer 51 is provided on the GaN substrate 15 'used in the first embodiment.
n-In 0.1 Ga 0.9 N buffer layer 52, n-Al 0.1 Ga
0.9 N clad layer 53, n-GaN optical guide layer 54, MQW
Active layer 55, p-GaN optical guide layer 56, p-Al 0.1 Ga
A 0.9 N clad layer 57 and a p-GaN layer 58 are stacked. Next, an SiO 2 film and a resist are formed on the surface, and both sides of the current injection portion are etched using a chlorine-based gas. Next, the Al 0.1 Ga 0.9 N current confinement layer 59 is regrown, the p-GaN cap layer 60 is laminated thereon, and the p electrode 61 and the n electrode 62 are formed.

【0028】本実施の形態における半導体レーザ素子に
おいても、上記実施の形態と同様、光密度がガウス型の
高品位なビームを得ることができる。また、内部電流狭
窄構造をとっているため、p電極との接触面積を広くと
ることができ、コンタクト抵抗を低減でき、しきい値電
流等の特性を向上させることができる。
In the semiconductor laser device according to this embodiment, a high-quality beam having a Gaussian light density can be obtained as in the above-described embodiment. In addition, since the internal current confinement structure is employed, the contact area with the p-electrode can be increased, the contact resistance can be reduced, and characteristics such as threshold current can be improved.

【0029】本発明は上記実施の形態の半導体レーザ素
子に限られるものではなく、その他の屈折率導波構造お
よび電流狭窄構造であってもよい。
The present invention is not limited to the semiconductor laser device of the above embodiment, but may have other refractive index waveguide structures and current confinement structures.

【0030】上記図3および図4に示す計算結果あるい
は、上記3つの実施の形態では、クラッド層がAl0.1
Ga0.9N、光ガイド層がGaNの場合について述べた
が、クラッド層のAl組成としてはキャリア閉じこめの
効果を得るため0.1以上が用いられ、これ以上のAl組
成では、光閉じこめはAl組成増加とともに向上するた
め、上記は十分条件となり、良好な光閉じこめを薄いA
lGaNクラッドを用いて実現することができる。
The calculation results shown in FIGS. 3 and 4 or in the above three embodiments, the cladding layer is made of Al 0.1
Although the case where Ga 0.9 N and the light guide layer are GaN has been described, an Al composition of the cladding layer of 0.1 or more is used to obtain the effect of carrier confinement. In order to improve the above, the above conditions are sufficient, and good light confinement can be achieved by thin A
It can be realized using an lGaN cladding.

【0031】また、クラッド層としてはAlGaNを含
む超格子構造等を用いることも可能である。例えば、A
lGaNとGaNの超格子構造であってもよい。
It is also possible to use a superlattice structure containing AlGaN or the like as the cladding layer. For example, A
A superlattice structure of lGaN and GaN may be used.

【0032】また、光ガイド領域とクラッド層の間に別
の層が形成されていてもよく、本発明による効果は同様
である。
Further, another layer may be formed between the light guide region and the cladding layer, and the effect of the present invention is the same.

【0033】本発明を用いることにより、低損失な半導
体レーザ素子を実現できるため、高出力かつ低消費電力
の短波長半導体レーザを実現でき、信頼性の向上も図る
ことができる。また、光導波が十分に行われ、基板への
不要なレーザ光の放射モードが低減されるため、良好な
単峰のビーム放射パターンを得ることができ、光学特性
も改善される。
By using the present invention, a semiconductor laser device with low loss can be realized, so that a short-wavelength semiconductor laser with high output and low power consumption can be realized and reliability can be improved. In addition, since the optical waveguide is sufficiently performed and the radiation mode of the unnecessary laser light to the substrate is reduced, a good single-peak beam radiation pattern can be obtained, and the optical characteristics are improved.

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

【図1】GaN基板の製造過程を示す断面図FIG. 1 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a GaN substrate.

【図2】本発明の第1の実施の形態による半導体レーザ
素子を示す断面図
FIG. 2 is a sectional view showing the semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention;

【図3】本発明の第1の実施の形態による半導体レーザ
素子と光学的に同様な層構造の断面図および伝搬損失の
計算結果
FIG. 3 is a cross-sectional view of a layer structure optically similar to the semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention and a calculation result of propagation loss.

【図4】伝搬損失のクラッド層厚と光ガイド領域厚との
関係図
FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the thickness of the cladding layer and the thickness of the light guide region in the propagation loss.

【図5】本発明の第2の実施の形態による半導体レーザ
素子を示す断面図
FIG. 5 is a sectional view showing a semiconductor laser device according to a second embodiment of the present invention;

【図6】本発明の第3の実施の形態による半導体レーザ
素子を示す断面図
FIG. 6 is a sectional view showing a semiconductor laser device according to a third embodiment of the present invention;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 サファイア基板 12 GaN層 13 SiO2膜 14 GaN膜 15 HVPEによるGaN層 15' GaN基板 21 n-GaNバッファ層 22 n-In0.1Ga0.9Nバッファ層 23 n-Al0.1Ga0.9Nクラッド層 24 n-GaN光ガイド層 25 アンドープ活性層 26 p-GaN光ガイド層 27 p-Al0.1Ga0.9Nクラッド層 28 p-GaNキャップ層 29 SiN膜 30 p電極 20 n電極11 sapphire substrate 12 GaN layer 13 SiO 2 film 14 GaN film 15 GaN layer by HVPE 15 ′ GaN substrate 21 n-GaN buffer layer 22 n-In 0.1 Ga 0.9 N buffer layer 23 n-Al 0.1 Ga 0.9 N cladding layer 24 n -GaN optical guide layer 25 Undoped active layer 26 p-GaN optical guide layer 27 p-Al 0.1 Ga 0.9 N clad layer 28 p-GaN cap layer 29 SiN film 30 p electrode 20 n electrode

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 活性層を含む光ガイド領域を挟むよう
に、該光ガイド領域の積層方向の上下に、少なくとも1
層のAlGaNを含む半導体からなるクラッド層を備え
てなる半導体レーザ素子において、 前記各クラッド層の厚さをtc(nm)とし、前記光ガ
イド領域の厚さをtg(nm)としたとき、tcおよびt
gが、 ―0.25tg+500≦tc≦500、かつ400≦t
g(ただし、tg>1600の場合、100≦tc≦50
0) であることを特徴とする半導体レーザ素子。
1. A light guide region including an active layer is sandwiched between at least one of upper and lower sides in the stacking direction of the light guide region.
In a semiconductor laser device provided with a cladding layer made of a semiconductor containing AlGaN as a layer, when the thickness of each cladding layer is tc (nm) and the thickness of the light guide region is tg (nm), tc And t
g is -0.25tg + 500≤tc≤500 and 400≤t
g (However, when tg> 1600, 100 ≦ tc ≦ 50
0) A semiconductor laser device characterized by the following.
【請求項2】 前記光ガイド領域の厚さtg(nm)
が、tg≦2000であることを特徴とする請求項1記
載の半導体レーザ素子。
2. The thickness tg (nm) of the light guide region
2. The semiconductor laser device according to claim 1, wherein tg ≦ 2000.
【請求項3】 前記各クラッド層のAlGaNの組成を
AlxGa1-xNとすると、Alの組成比xが、x≧0.1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
ーザ素子。
3. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the composition ratio of Al is x ≧ 0.1, where the composition of AlGaN in each of the cladding layers is Al x Ga 1 -xN. element.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN1331282C (en) * 2002-09-20 2007-08-08 三洋电机株式会社 Nitride series semiconductor laser element

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