JP2002185082A - 窒化物半導体レーザアレイ - Google Patents
窒化物半導体レーザアレイInfo
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Abstract
をはかると共に、高出力でレーザ光が出射可能な窒化物
半導体レーザアレイを提供することにある。 【解決手段】 窒化物半導体からなる、n型コンタクト
層を含むn型層と、活性層と、p型コンタクト層を含む
p型層と、が順に含まれた窒化物半導体レーザアレイで
ある。特に、この窒化物半導体レーザアレイは、1つの
LDチップに複数のストライプ構造を備え、かつストラ
イプ構造の最上層となる各p型コンタクト層に、p電極
を有する。
Description
状の導波路領域を有する窒化物半導体レーザアレイに係
わり、特に活性層におけるキャリアの閉じ込め効果の向
上乃至各半導体層に流れる電流の均一化を行うために改
善した高出力発光が可能な窒化物半導体レーザアレイに
関する。
且つ高出力化が進み、主にパーソナルコンピューター、
DVDなどの電子機器、医療機器、加工機器や光ファイ
バー通信の光源などに利用されている。中でも窒化物半
導体(InXAlYGa1-X-YN)は比較的短波長の紫外
域から赤色が発光可能な半導体レーザとして注目されて
いる。
方法として、次に記載する方法が用いられてきた。すな
わち、青色を表す方法としては、窒化物半導体よりなる
青色発光が可能なLED(発光ダイオード)を単体で用
いる。また、白色を表す方法としては、RGB(赤色、
緑色、青色)をそれぞれ発光可能なLEDを隣接して配
置し、各発光色を混合することにより白色を表現する方
法と、青色LEDと黄色の蛍光を発する蛍光体を組み合
わせることにより白色を表現する方法とがある。
流から光への変換効率が高いという特徴を有する。そこ
で、LDは前述した種々の用途における光源だけでなく
照明用光源としても注目されている。
おける照明用光源として用いることができる少なくとも
青色発光が可能なLD、特により高出力の半導体レーザ
アレイについては、その利用分野の拡大に伴い、さらな
る改良が求められている。本発明は、特に、煩雑な工程
を無くし小型化をはかると共に、高出力でレーザ光が出
射可能な窒化物半導体レーザアレイを提供することにあ
る。
導体レーザアレイは、窒化物半導体からなる、n型コン
タクト層を含むn型層と、活性層と、p型コンタクト層
を含むp型層と、が順に含まれた窒化物半導体レーザア
レイであって、複数のストライプ構造を備え、かつ複数
のストライプ構造の最上層となる各p型コンタクト層
に、p電極を有する。このように構成することにより、
高出力化が可能であると共に小型化も可能となる。さら
には、それぞれのストライプ構造は同一チップ内に直接
形成されるため、1つのストライプ構造を備える窒化物
半導体レーザ素子を別の支持体上に複数配置したレーザ
アレイに比較して、より方向性よくレーザ光を出射する
ことができる。
は、p型層を備える側に、n型コンタクト層を底面とす
る凹部を有する。さらに、この凹部は、前記複数のスト
ライプ構造の少なくとも一方の外側に、前記ストライプ
構造と並列して設けられ、この凹部の底面にn電極を有
する。このように構成することにより、各ストライプ構
造における複数のp電極に対するn電極を共通のものと
することができる。
は、p型層を備える側に、n型コンタクト層を底面とす
る凹部を有する。さらに、この凹部は、少なくとも前記
各ストライプ構造の間に設けられ、これら凹部の底面に
n電極を有する。このように構成することにより、窒化
物半導体に流れる電流をより均一にすることができる、
さらには、冷却効率すなわち放熱性を向上させることが
できる。
は、n電極を有し、かつn電極とp電極は少なくとも前
記活性層を介すると共に対向して位置する。このように
構成することにより、より効率よくレーザ光を出射する
ことができる。
導体レーザアレイにおいて、p型層を備える側における
少なくとも各ストライプ構造の間に、凹部を備えること
ができる。このように構成することにより、放熱性をよ
り向上させることができる。
は、活性層とp型層との間に、Alを含む窒化物半導体
からなる電子閉じ込め層を有し、かつ電子閉じ込め層の
Al混晶比は0.3〜0.5とすることができる。この
ように構成することにより、電子閉じ込め層のバンドギ
ャップが大きくなるので、高電流を流したときに電子が
オーバーフローするのを効果的に防止することができ
る。
は、複数のp電極を、同一のpパッド電極に接続するこ
とができる。このように構成することにより、複数のワ
イヤーを用いる必要が無くなるので、小型化が可能とな
る。
は、ストライプ構造をリッジ導波型とすることができ
る。このように構成することにより、より容易にレーザ
光を出射させることができる。
における複数のn電極は、同一のnパッド電極に接続す
ることができる。このように構成することにより、複数
のワイヤーを用いる必要が無くなるので、小型化が可能
となる。
におけるn電極はストライプ状であり、さらに、複数の
ストライプ状のn電極は、それぞれの両端部にて同一の
nパッド電極に接続することができる。このように構成
することにより、複数のワイヤーを用いる必要が無くな
り小型化が可能となるばかりでなく、電流をより均一に
流すことができる。
果、1つのLD(レーザダイオード)チップ内に複数の
ストライプ構造を有する特定構造の窒化物半導体レーザ
アレイとすることにより、レーザ出力を飛躍的に高める
ことができることを見いだし、本発明をなすにいたっ
た。本発明は、小型化が可能であると共に、方向性よく
レーザ光を出射することができる高出力発光が可能な窒
化物半導体レーザアレイである。
ーザチップをそれぞれ連なるように配置した窒化物半導
体レーザアレイは、各レーザ素子を制御性よく隣接して
配置し、さらには各電極それぞれにワイヤーを接続する
必要があった。しかしながら、各レーザ素子を限界まで
近接して配置することは非常に困難であると共に、支持
体上に各レーザ素子を配置する際にレーザ光出射方向に
所謂ズレが生じる可能性があった。さらに、各電極にワ
イヤーを接続する場合には、複数のワイヤーを用いるの
で手順が煩雑になるばかりでなく、ある程度のスペース
が必要となり、各レーザ素子を近接させて配置すること
が困難であった。
化物半導体からなるn型層と、活性層と、p型層とが順
に積層された構造を有し、1つのLDチップ内に、複数
のストライプ構造すなわち導波路が形成されたものであ
る。詳しくは、n型クラッド層、p型クラッド層を有す
ることで、導波路が設けられた構造となる。なお、本明
細書における窒化物半導体とは、GaN、AlN、もし
くはInN、又はこれらの混晶であるIII−V族窒化物半
導体(InaAlbGa1-a-bN、0≦a、0≦b、a+
b<1)を指す。また、本発明における窒化物半導体を
用いたレーザ素子の共振器の長さは、400〜900μ
m程度の範囲であれば、前後のミラーの反射率を制御す
ることで、駆動電流を低くすることができ、好ましい。 (n型クラッド層) 本発明におけるn型クラッド層
は、後に記載するp型クラッド層と同様に、光を閉じ込
めるのに十分な屈折率差が設けられていれば良く、特に
Alを含む窒化物半導体層が好ましく用いられる。ま
た、この層は、単一若しくは多層膜であっても良く、具
体的には、AlGaNとGaNとを交互に積層した超格
子構造であっても良い。また、n型クラッド層は、キャ
リアの閉じ込め層、及び光閉じ込め層として作用し、多
層膜構造とする場合には、前述のように、Alを含む窒
化物半導体、好ましくはAlGaNを成長させることが
できる。さらに、本発明におけるn型クラッド層は、n
型不純物がドープされていても良いし、アンドープであ
っても良く、また、多層膜層において、それを構成する
少なくとも1つの層にドープしたものであっても良い。
また、発振波長が長波長の430〜550nmのレーザ
素子では、このクラッド層はn型不純物をドープしたG
aNが好ましい。n型クラッド層の膜厚は、後に記載す
るp型クラッド層と同様に、特に限定されるものではな
いが、100Å以上2μm以下、好ましくは500Å以
上1.5μm以下の範囲で形成することができる。 (n型光ガイド層及びp型光ガイド層) 本発明におい
て、n型光ガイド層とp型光ガイド層を、それぞれn型
クラッド層とp型クラッド層よりも内側に設けて活性層
を挟み込み光導波路を形成することで、窒化物半導体に
おいて優れた導波路を形成することができる。この時、
導波路(活性層とそれを挟み込む両ガイド層)の膜厚を
6000Å以下とすることにより、発振閾値電流の急激
な増大を抑制することができる。さらに好ましくは45
00Å以下とすることで、より低く抑えられた発振閾値
電流で、連続発振が可能となる。また、各光ガイド層の
膜厚はほぼ同じである。具体的には100Å以上1μm
以下、好ましくは500Å以上2000Å以下で形成す
ることで良好な光導波路とすることができる。更に、各
光ガイド層は、窒化物半導体からなり、その外側に設け
られるクラッド層と比較して、導波路形成に十分なエネ
ルギーバンドギャップを有していればよく、単一の膜、
多層膜のどちらでも良い。本発明におけるp型光ガイド
層は、発振波長が370〜470nmの領域では、アン
ドープのGaNを用いることができる。また、比較的長
波長な領域(450μm以上)では、InGaN/Ga
Nの多層膜構造を用いることができる。また、本発明に
おけるn型光ガイド層及びp型光ガイド層は、活性層の
エネルギーバンドギャップを考慮して、GaN、InG
aNを用い、アンドープのGaN、活性層に近づくに従
いIn混晶比を小さくしたInGaNとGaNとを交互
に積層した多層膜で設けることにより、好ましい導波路
とすることができる。 (活性層) 本発明の窒化物半導体レーザアレイにおけ
る活性層は、Inを含む窒化物半導体層を有することが
できる。これにより、紫外域、可視域において青色系か
ら赤色系の波長のレーザ光を得ることができる。また、
本発明における窒化物半導体レーザアレイは、リッジ導
波型とすることができる。すなわち、エッチング等によ
り活性層に達しない深さで窒化物半導体層の一部を取り
除くことで、本発明の窒化物半導体レーザアレイをリッ
ジ導波型とすることができる。さらに、本発明において
は、導波路領域となるストライプの幅を1以上6μm未
満、より好ましくは2以上5μm未満、さらに好ましく
は3.5以上4.5μm未満の範囲に調整することで、
安定した発振が可能となるばかりでなく、ストライプ幅
を範囲内で調整することによって、基本モード(単一)
かマルチモードを選択することができる。ここで、本発
明における窒化物半導体レーザアレイを照明用光源とし
て用いる場合には、基本モードである必要はなく、むし
ろマルチモードであったほうが好ましい。ちなみに、ス
トライプの幅が、1μm未満であるとストライプの形成
が困難となり、1以上2μm未満であると基本モードに
なり、2以上6μm未満であると基本モードが多モード
になり、さらに6μm以上であるとしきい値が高くなり
レーザ光が発振されにくくなる傾向にある。また、活性
層は、量子井戸構造であっても良く、その場合単一量子
井戸、多重量子井戸の各構造をとることができる。
型窒化物半導体とp型窒化物半導体とで、すなわちn型
クラッド層とp型クラッド層とで活性層を挟み込み、導
波路を構成するが、この時、両クラッド層と、活性層と
の間には、先に記載したガイド層や後に記載する電子閉
じ込め層などを設けても良い。 (電子閉じ込め層) また、活性層とp型クラッド層と
の間、好ましくは活性層と先に記載したp型光ガイド層
との間に設けられる電子閉じ込め層は、閾値電流の低下
により容易な発振に寄与し、活性層へのキャリアの閉じ
込めとしても機能する層であり、具体的にはAlGaN
を用いることができる。この電子閉じ込め層にAlGa
Nを用いる場合には、好ましくはp型不純物をドープし
たものとすることで上記機能を有し得るが、ノンドープ
であっても上記キャリアの閉込めとして機能する傾向に
ある。また、膜厚としては、500Å以下で形成し、A
lxGa1-xNの組成としては、xが0.2以上0.6未
満、好ましくは0.3以上0.5未満とすることで上記
機能を果たすことができる。これにより、電子閉じ込め
層のバンドギャップを広くすることができるので、電子
がオーバーフローするのを防ぐことができる。 (p型クラッド層) 本発明におけるp型クラッド層
は、前述したn型クラッド層と同様に、光を閉じ込める
のに十分な屈折率差が設けられていれば良く、Alを含
む窒化物半導体層が好ましく用いられる。また、この層
は、単一若しくは多層膜であっても良く、具体的には実
施例に示すように、AlGaNとGaNとを交互に積層
した超格子構造であっても良い。さらに、p型クラッド
層は、p型不純物がドープされていても良いし、アンド
ープであっても良く、実施例に示すように多層膜層にお
いて、それを構成する少なくとも1つの層にドープした
ものであっても良い。なお、発振波長が長波長の430
〜550nmのレーザ素子では、このクラッド層はp型
不純物をドープしたGaNが好ましい。また、膜厚とし
ては、特に限定されるものではないが、100Å以上2
μm以下、より好ましくは500Å以上1.5μm以下
の範囲で形成することができる。 (電極) 本発明において、p電極は、特に限定される
ものではないが、実施例に示すように、部分的に絶縁膜
を介して、ストライプ状の凸部上面のほぼ全面に設ける
構造とすることができる。なお、電流を均一に流すため
に、p電極とpパッド電極の接続面積はできるだけ大き
く、ストライプ方向に長いことが好ましい。また、本発
明においては、複数のp電極の露出部を、共通のpパッ
ト電極に接続することができる。これにより、複数のワ
イヤを使用する必要が無く、小型化が可能となる。
層面側から見たnパッド電極の形状は、実施例1におけ
る窒化物半導体レーザアレイ1のように、pパッド電極
を囲む形状とすることが好ましい。実施例1の場合、n
電極はストライプ状であり、両端部の2カ所が露出し、
共通のnパッド電極に接続されている。また、複数のス
トライプ状のn電極における一方の端部を露出させ、同
一のnパッド電極に接続することもできる。
ザアレイ21におけるn電極は、積層面側から見て、複
数のストライプ状のp電極に並列して位置することが好
ましく、より好ましくは複数のストライプ状のp電極の
両隣に並列して位置することができる。一方、窒化物半
導体レーザアレイ21においては、p電極とpパッド電
極及びn電極とnパッド電極の各接続部を図7のように
交互に位置させることができる。
体レーザアレイ41及び57のn電極は、特に限定され
るものではないが、半導体積層面と逆の側、すなわち裏
面の側のほぼ全面に共通のn電極として形成することが
できる。
所は特に限定されない。すなわち、pパッド電極とワイ
ヤーとの接続箇所は、例えば図6に示すように、pパッ
ド電極をp電極が複数露出した領域よりも大きく設け、
その余剰箇所すなわち複数のp電極が露出した領域以外
で接続することができる。また、複数のp電極が露出し
た領域に直接接続させることもできる。一方、例えば、
nパッド電極とワイヤーとの接続箇所は、pパッド電極
とワイヤーとの接続箇所と同様に、例えば図6に示すよ
うに、nパッド電極をn電極が複数露出した領域よりも
大きく設け、その余剰箇所すなわち複数のn電極が露出
した領域以外で接続することができる。また、複数のn
電極が露出した領域に直接接続することもできる。ま
た、例えば、図11のように、p電極とpパッド電極及
びn電極とnパッド電極の各接続部が交互に位置する場
合、各パッド電極とそれぞれに対応するワイヤーとの接
続箇所は、各パッド電極を各電極の露出領域よりも大き
く設け、その余剰箇所にて接続することができる。また
特に限定されるものではないが、各パッド電極とそれぞ
れに対応するワイヤーとの接続位置は、ストライプ方向
あるいはストライプ方向と垂直な方向で一致してもよい
し、対角線上に位置することもできる。以上のように各
電極を形成することにより、電流を均一に流すことがで
き、効率のよい通電を得ることができる。
例に示すように劈開する他に、エッチングにより共振器
面を作製しても良い。
明はこれのみに限定されるものではない。また、本発明
において、窒化物半導体の成長はMOVPE、MOCV
D(有機金属化学気相成長法)、HVPE(ハライド気
相成長法)、MBE(分子線気相成長法)等、窒化物半
導体を成長させるのに知られているすべての方法を適用
できる。
化物半導体レーザアレイ1について説明する。なお、図
1において(a)は図2のA−A部の断面概略図であ
り、(b)は層構造を示すための(a)の部分拡大図で
ある。また、図3は積層面側から見た各パッド電極の形
状を示すための概略図である。本実施例では、基板とし
て窒化物半導体と異なる異種基板を用いているが、Ga
N基板などの窒化物半導体からなる基板を用いても良
い。異種基板としては、例えば、C面、R面、及びA面
のいずれかを主面とするサファイア、スピネル(MgA
12O4のような絶縁性基板、SiC(6H、4H、3C
を含む)、ZnS、ZnO、GaAs、Si、及び窒化
物半導体と格子整合する酸化物基板等がある。中でも、
好ましい異種基板として、サファイア、スピネルが挙げ
られる。また、異種基板は、オフアングルしていてもよ
く、この場合ステップ状にオフアングルしたものを用い
ると窒化ガリウムからなる下地層の成長が結晶性よく成
長させるため好ましい。更に、異種基板を用いる場合に
は、異種基板上に素子構造形成前の下地層となる窒化物
半導体を成長させた後、異種基板を研磨などの方法によ
り除去して、窒化物半導体の単体基板として素子構造を
形成してもよい。また、素子構造形成後に、異種基板を
除去しても良い。
ァイアよりなる異種基板(図示せず)をMOVPE反応
容器内にセットし、温度を500℃にして、トリメチル
ガリウム(TMG)、アンモニア(NH3)を用い、G
aNよりなるバッファ層(図示せず)を200Åの膜厚
で成長させる。バッファ層成長後、温度を1050℃に
して、TMG、アンモニアを用い、アンドープGaNよ
りなる下地層(図示せず)を4μmの膜厚で成長させ
る。 (窒化物半導体基板3) 次に、下地層上にストライプ
幅10μm、ストライプ間幅(窓部)2μmのSiO2
膜(図示せず)を形成し、引き続きノンドープのGaN
よりなる窒化物半導体基板3を20μmの膜厚で成長さ
せる。また、その他の形態では、異種基板上に成長させ
た下地層に開口部を設け、その開口部側面から横方向へ
成長させてもよい。 (n型コンタクト層4) 次に、得られた窒化物半導体
基板3上にトリメチルアルミニウム(TMA)、TM
G、アンモニア、不純物ガスとしてシランガスを用い、
1050℃でSiを1×1018/cm3ドープしたAl
GaNよりなるn型コンタクト層4を4μmの膜厚で成
長させる。 (クラック防止層5) 次に、TMG、TMI(トリメ
チルインジウム)、アンモニアを用い、温度を800℃
にしてIn0.06Ga0.94Nよりなるクラック防止層5を
0.15μmの膜厚で成長させる。なお、このクラック
防止層は省略可能である。 (n型クラッド層6) 次に、温度を1050℃にし
て、原料ガスにTMA、TMG及びアンモニアを用い、
アンドープのAlGaNよりなるA層を25Åの膜厚で
成長させ、続いて、TMAを止め、不純物ガスとしてシ
ランガスを用い、Siを5×1018/cm3ドープした
GaNよりなるB層を25Åの膜厚で成長させる。そし
て、この操作をそれぞれ160回繰り返して、総膜厚8
000Åの多層膜(超格子構造)よりなるn型クラッド
層6を成長させる。この時、アンドープAlGaNのA
l混晶比としては、0.05以上0.3以下の範囲であ
れば、十分にクラッド層として機能する屈折率差を設け
ることができる。 (n型光ガイド層7) 次に、同様の温度で、原料ガス
にTMG及びアンモニアを用い、アンドープのGaNよ
りなるn型光ガイド層7を0.15μmの膜厚で成長さ
せる。また、n型不純物をドープしてもよい。 (活性層8) 次に、温度を800℃にして、原料ガス
にTMI(トリメチルインジウム)、TMG及びアンモ
ニアを用い、不純物ガスとしてシランガスを用い、Si
を5×1018/cm3ドープしたIn0.05Ga0.95Nよ
りなる障壁層を100Åの膜厚で成長させる。続いて、
シランガスを止め、アンドープのIn0.1Ga0.9Nより
なる井戸層を50Åの膜厚で成長させる。この操作を3
回繰り返し、最後に障壁層を積層した総膜厚550Åの
多重量子井戸構造(MQW)の活性層8を成長させる。 (電子閉じ込め層9) 次に、同様の温度で、原料ガス
にTMA、TMG及びアンモニアを用い、不純物ガスと
してCp2Mg(シクロペンタジエニルマグネシウム)
を用い、Mgを1×1019/cm3ドープしたAl0.4G
a0.6Nよりなる電子閉じ込め層9を100Åの膜厚で
成長させる。また、AlGaNのAl混晶比を0.2以
上0.6未満、より好ましくは0.3以上0.5未満、
さらに好ましくは0.35以上0.45未満とすること
により、大量の電流を流す際に電子がオーバーフローす
るのを効果的に防ぐことができる。 (p型光ガイド層10) 次に、温度を1050℃にし
て、原料ガスにTMG及びアンモニアを用い、アンドー
プのGaNよりなるp型光ガイド層10を0.15μm
の膜厚で成長させる。このp型光ガイド層10は、アン
ドープとして成長させるが、電子閉じ込め層9からのM
gの拡散により、Mg濃度が5×1016/cm3となり
p型を示す。またこの層は成長時に意図的にMgをドー
プしても良い。 (p型クラッド層11) 次に、1050℃でアンドー
プAl0.16Ga0.84Nよりなる層を25Åの膜厚で成長
させ、次にCp2Mgを用いて、MgドープGaNより
なる層を25Åの膜厚で成長させる。続いてこの操作を
80回繰り返して、総膜厚4000Åμmの超格子層よ
りなるp型クラッド層11を成長させる。p側クラッド
層は、少なくとも一方がAlを含む窒化物半導体層を有
し、互いにバンドギャップエネルギーが異なる窒化物半
導体層を積層した超格子で作製する場合、不純物をいず
れか一方の層に多くドープする、所謂変調ドープを行う
と結晶性が良くなる傾向にあるが、両方に同じようにド
ープしても良い。p型クラッド層11は、Alを含む窒
化物半導体層、好ましくはAlaGa1-aN(0<a<
1)を含む超格子構造とすることが望ましく、さらに好
ましくはGaNとAlGaNとを積層した超格子構造と
することができる。p側クラッド層11を超格子構造と
することによって、クラッド層全体のAl混晶比を上げ
ることができるので、クラッド層自体の屈折率が小さく
なり、さらにバンドギャップエネルギーが大きくなるの
で、閾値を低下させる上で非常に有効である。さらに、
超格子とすることにより、クラッド層自体に発生するピ
ットが超格子にしないものよりも少なくなるので、ショ
ートの発生も低くなる。
0℃で、p型クラッド層11の上に、Mgを1×1020
/cm3ドープしたp型GaNよりなるp型コンタクト
層12を150Åの膜厚で成長させる。p型コンタクト
層はp型のInaAlbGa1- a-bN(0≦a、0≦b、
a+b≦1)で構成することができ、好ましくはMgを
ドープしたGaNとすれば、p電極14と最も好ましい
オーミック接触が得られる。p型コンタクト層12は電
極を形成する層であるので、1×1017/cm 3以上の
高キャリア濃度とすることが望ましい。これは、1×1
017/cm3よりも低いと電極と好ましいオーミックを
得るのが難しくなる傾向にあるからである。さらに、コ
ンタクト層の組成をGaNとすると、電極材料と好まし
いオーミックが得られやすくなる。反応終了後、反応容
器内において、ウエハを窒素雰囲気中、700℃でアニ
ーリングを行い、p型層を更に低抵抗化する。 (凹部2の形成) 窒化物半導体を成長させ各層を積層
した後、ウエハを反応容器から取り出し、最上層のp型
コンタクト層12の表面の所望の領域にSiO2よりな
る保護膜を形成する。次にRIE(反応性イオンエッチ
ング)装置を用いてSiCl4ガスによりエッチングを
行い、積層面側にnコンタクト層を底面とするの凹部2
を形成する。本実施例においては、次に述べる5つのス
トライプ構造に対して2つのn電極が形成できるよう
に、複数のストライプ構造の両隣に2つの凹部が形成さ
れている。 (ストライプ構造の形成) 次に、最上層のp型コンタ
クト層12のほぼ全面に、CVD装置により、Si酸化
物(主としてSiO2)よりなる第1の保護膜を0.5
μmの膜厚で形成した後、第1の保護膜の上にさらに所
定の形状のマスクをかけ、フォトレジストよりなる厚さ
2μm、ストライプ幅4μmの第2の保護膜を20μm
の間隔で5つ形成する。第2の保護膜を形成した後、R
IE装置により、CF4ガスを用いて、第2の保護膜を
マスクとして、第1の保護膜をエッチングして、ストラ
イプ状とする。その後、エッチング液で処理してフォト
レジストのみを除去することにより、p型コンタクト層
の上に、ストライプ幅4μmの第1の保護膜が5つ形成
される。引き続き、RIE装置によりSiCl4ガスを
用いて、p型コンタクト層及びp型クラッド層をエッチ
ングしてストライプ幅4μmのストライプ構造(リッジ
導波型)を20μmの間隔で5つ形成する。なお、各ス
トライプ構造は、効率よくレーザ光を出射するために、
同じストライプ幅乃至同じ間隔で配置されると共に平行
であることが好ましい。
たウエハを、スパッタ装置に移送し、Zr酸化物(主と
してZrO2)よりなる第3の保護膜13を、第1の保
護膜とエッチングにより露出したp型コンタクト層12
及びp型クラッド層11表面に0.2μmの厚さで形成
する。第3の保護膜を形成後、ウエハを600℃で熱処
理する。これは、SiO2以外の材料を第3の保護膜と
する場合、300℃以上、好ましくは400℃以上、窒
化物半導体の分解温度(1200℃)以下で熱処理する
ことにより、次に行う第1の保護膜の除去工程における
第1の保護膜を溶解させるための材料(フッ酸)に対し
て、溶解しにくくさせるためである。次に、ウエハをフ
ッ酸に浸漬し、第1の保護膜をリフトオフ法により除去
する。この段階で、第1及び第2の保護膜が除去され、
第3の保護膜のみが残った状態となる。 (電極の形成) 次に、第1の保護膜が除去されること
により露出したp型コンタクト層12及び第3の保護膜
13の略全面に、Ni/Auよりなるp電極14を形成
する。p電極14を形成した後、既に露出させたn型コ
ンタクト層4の表面の一部に、Ti/Alよりなるn電
極15を、150μmのストライプ幅で形成する。な
お、各電極は、より均一に電流を流すために、同じ幅及
び間隔であると共に平行であることが好ましい。
に所望の領域にマスクを施し、p電極の露出部17とn
電極の露出部18が開口した例えばSiO2とTiO2よ
りなる誘電体多層膜16を設けた後、Ni−Ti−Au
(1000Å−1000Å−8000Å)よりなるpパ
ッド電極19とnパッド電極20をそれぞれ形成する。
なお、波線部は各電極の露出部、すなわち各電極とそれ
ぞれに対応するパット電極との接合部を示す。 (サファイア基板、バッファ層、下地層、及びSiO2
膜の除去) 以上のようにして、各電極を形成した後、
サファイア基板、バッファ層、下地層、及びSiO2膜
を除去する。まず、サファイア基板を積層面と反対の側
となる裏面から研磨し、その表面を略平らにする。次に
波長248nmのエキシマレーザを裏面に照射し、サフ
ァイア基板をバッファ層から剥離させる。そしてさら
に、バッファ層、下地層、及びSiO2膜を研磨するこ
とにより除去し、窒化物半導体基板3表面を鏡面に仕上
げる。
イプ方向に対して垂直な方向で劈開により形成する。引
き続き、露出させた面にSiO2とTiO2よりなる誘電
体多層膜(図示せず)を設け、一対のミラーとする。こ
の時、共振器長は675μmである。そしてさらにバー
状のウエハを分割して共振器長675μmのレーザアレ
イ素子1を得る。
に示す窒化物半導体レーザアレイ21について説明す
る。なお、図4において(a)は図5のA−A部の断面
概略図であり、(b)は層構造を示すための(a)の部
分拡大図である。また、図6は積層面側から見た各パッ
ド電極の形状を示すための概略図であり、さらに図11
は各パッド電極の他の形状を示す概略図である。まず、
実施例1と同様に、p型コンタクト層32まで各層を積
層する。 (凹部22の形成) 以上のようにして、窒化物半導体
を成長させ各層を積層した後、ウエハを反応容器から取
り出し、最上層のp型コンタクト層32の表面の一部に
SiO2よりなる複数のストライプ状の保護膜を形成す
る。次にRIE(反応性イオンエッチング)装置を用い
てSiCl4ガスによりエッチングを行い、積層面側に
nコンタクト層を底面とする複数の凹部22をエッチン
グにより形成する。なお、凹部22の深さは特に限定さ
れず、窒化物半導体レーザアレイ21を形成できる程度
であればよいが、放熱性の点を考慮するとより深いこと
が好ましい。本実施例においては、6つの凹部22を形
成することにより5つの凸部を形成し、さらに6つの凹
部22の底面にそれぞれn電極35が形成されている。
また凸部の幅と凹部の幅はそれぞれ40μmと60μm
である。 (ストライプ構造の形成) 次に、各凸部の最上層のp
型コンタクト層32のほぼ全面に、CVD装置により、
Si酸化物(主としてSiO2)よりなる第1の保護膜
を0.5μmの膜厚で形成した後、第1の保護膜の上に
さらに所定の形状のマスクをかけ、フォトレジストより
なる厚さ2μm、ストライプ幅4μmの第2の保護膜
を、各凸部の略中央にそれぞれ形成する。5つの第2の
保護膜を形成した後、RIE装置により、CF4ガスを
用いて、第2の保護膜をマスクとして、第1の保護膜を
エッチングして、ストライプ状とする。その後、エッチ
ング液で処理してフォトレジストのみを除去することに
より、p型コンタクト層の上に、ストライプ幅4μmの
第1の保護膜が5つ形成される。引き続き、RIE装置
によりSiCl4ガスを用いて、p型コンタクト層及び
p型クラッド層をエッチングして5つのストライプ状の
導波路領域(リッジ導波型)を形成する。
たウエハを、スパッタ装置に移送し、Zr酸化物(主と
してZrO2)よりなる第3の保護膜33を、第1の保
護膜とエッチングにより露出したp型コンタクト層32
及びp型クラッド層31表面に0.2μmの厚さで形成
する。第3の保護膜を形成後、実施例1と同様にウエハ
を600℃で熱処理する。次に、ウエハをフッ酸に浸漬
し、第1の保護膜をリフトオフ法により除去する。この
段階で、第1及び第2の保護膜が除去され、第3の保護
膜33のみが残った状態となる。 (電極の形成) 次に、第1の保護膜が除去されること
により露出したp型コンタクト層32及び第3の保護膜
33の表面に、Ni/Auよりなるp電極34を形成す
る。p電極34を形成した後、既に露出させたn型コン
タクト層24の表面の一部に、Ti/Alよりなるn電
極35を、40μmのストライプ幅で、凹部の底面の中
央に位置するように形成する。
に所望の領域にマスクを施し、p電極の露出部37とn
電極の露出部38が開口したSiO2とTiO2よりなる
誘電体多層膜36を設けた後、Ni−Ti−Au(10
00Å−1000Å−8000Å)よりなるpパッド電
極39とnパッド電極40を、図6に示すようにそれぞ
れ形成する。なお、波線部は各電極の露出部、すなわち
各電極とそれぞれに対応するパット電極との接合部を示
す。
実施例1と同様の操作を行い、共振器長675μmのレ
ーザアレイ素子21を得た。
レーザアレイ21は、室温において、しきい値電流29
6mA、1.96A駆動で2787mWの最高出力、発
振波長405nmの連続発振が確認された。
化物半導体レーザアレイについて説明する。なお、図7
において(a)は図8のA−A部の断面概略図であり、
(b)は層構造を示すための(a)の部分拡大図であ
る。本実施例における窒化物半導体レーザアレイ41
は、1つのLDチップ内に複数のストライプ構造すなわ
ち導波路領域を備え、p電極と対向する面、すなわち裏
面にn電極を有することを特徴とする。まず実施例1と
同様にサファイア基板(図示せず)上にバッファ層(図
示せず)及び下地層(図示せず)を積層する。 (窒化物半導体基板43) 次に下地層上に、TMG、
アンモニア、不純物ガスとしてシランガスを用い、10
50℃でSiを1×1018/cm3ドープしたGaNよ
りなる窒化物半導体層43を20μmの膜厚で成長させ
る。この層は、素子構造を形成する各層の成長において
成長基板となると共に本実施例においてはn電極を形成
するための層として作用する。また、本実施例において
は、Siを1×1018/cm3ドープしたが、1×10
17〜1×1019/cm3程度であればn電極を形成する
ための層として機能することができる。
で、実施例1と同様の操作を行い、さらに実施例1と同
様にサファイア基板、バッファ層、下地層、及びSiO
2膜を除去し窒化物半導体基板43を鏡面に仕上げる。 (電極の形成) 次に、p型コンタクト層52及び第3
の保護膜53の表面に、Ni/Auよりなるp電極54
を形成する。p電極54を形成した後、既に露出させた
下地層43の略全面に、Ti/Alよりなるn電極42
を形成する。
に所望の領域にマスクを施し、p電極の露出部56が開
口したSiO2とTiO2よりなる誘電体多層膜55を設
けた後、Ni−Ti−Au(1000Å−1000Å−
8000Å)よりなるpパッド電極(図示せず)と、裏
面のn電極42の略全面にnパッド電極(図示せず)を
それぞれ形成する。
実施例1と同様に劈開を行いミラーを形成することによ
り、共振器長675μmのレーザアレイ素子41を得
る。
す窒化物半導体レーザアレイについて説明する。なお、
図9において(a)は図10のA−A部の断面概略図で
あり、(b)は層構造を示すための(a)の部分拡大図
である。本実施例における窒化物半導体レーザアレイ5
7は、積層面側に複数の凹部58を備え、p電極71と
対向する面、すなわち裏面にn電極59を有することを
特徴とする。なお、凹部58の深さは特に限定されず、
窒化物半導体レーザアレイ57を形成できる程度であれ
ばよいが、放熱性の点を考慮するとより深い方が好まし
い。
で、実施例3と同様の操作を行う。引き続き、実施例2
と同様の操作で複数の凹部58を形成した後、ストライ
プ状の導波路領域を形成する。次に、サファイア基板、
バッファ層、下地層及びSiO2膜を実施例3と同様の
操作により除去する。次に、実施例1と同様にp型コン
タクト層69及び第3の保護膜70の表面に、Ni/A
uよりなるp電極71を形成する。さらに、実施例3と
同様に既に露出させた窒化物半導体基板60の略全面
に、Ti/Alよりなるn電極59を形成する。
に所望の領域にマスクを施し、p電極の露出部73が開
口したSiO2とTiO2よりなる誘電体多層膜72を設
けた後、Ni−Ti−Au(1000Å−1000Å−
8000Å)よりなるpパッド電極(図示せず)と、裏
面のn電極59の略全面にnパッド電極(図示せず)を
それぞれ形成する。
実施例1と同様に劈開を行いミラーを形成することによ
り、共振器長675μmのレーザアレイ素子57を得
る。
の断面概略図である。
の平面図である。
にパッド電極を形成した際の平面図である。
の断面概略図である。
の平面図である。
にパッド電極を形成した際の平面図である。
の断面概略図である。
の平面図である。
の断面概略図である。
イの平面図である。
イに他の形状のパッド電極を形成した際の平面図であ
る。
体レーザアレイ 2、22、58・・・凹部 3、23、43、60・・・窒化物半導体基板 4、24、44、61・・・n型コンタクト層 5、25、45、62・・・クラック防止層 6、26、46、63・・・n型クラッド層 7、27、47、64・・・n型光ガイド層 8、28、48、65・・・活性層 9、29、49、66・・・電子閉じ込め層 10、30、50、67・・・p型光ガイド層 11、31、51、68・・・p型クラッド層 12、32、52、69・・・p型コンタクト層 13、33、53、70・・・保護膜 14、34、54、71・・・p電極 15、35、42、59・・・n電極 16、36、55、72・・・誘電体多層膜 17、37、56、73・・・p電極の露出部 18、38・・・n電極の露出部 19、39、74・・・pパッド電極 20、40、75・・・nパッド電極
Claims (10)
- 【請求項1】 窒化物半導体からなる、n型コンタクト
層を含むn型層と、活性層と、p型コンタクト層を含む
p型層と、が順に含まれた窒化物半導体レーザアレイに
おいて、 前記窒化物半導体レーザアレイは、複数のストライプ構
造を備え、かつ前記複数のストライプ構造の最上層とな
る各p型コンタクト層に、p電極を有することを特徴と
する窒化物半導体レーザアレイ。 - 【請求項2】 前記p型層を備える側に、前記n型コン
タクト層を底面とする凹部を有し、 前記凹部は、前記複数のストライプ構造の少なくとも一
方の外側に、前記ストライプ構造と並列して設けられ、 前記凹部の底面に、n電極を有することを特徴とする請
求項1に記載の窒化物半導体レーザアレイ。 - 【請求項3】 前記p型層を備える側に、前記n型コン
タクト層を底面とする凹部を有し、 前記凹部は、少なくとも前記各ストライプ構造の間に設
けられ、 前記複数の凹部の底面に、n電極を有することを特徴と
する請求項1に記載の窒化物半導体レーザアレイ。 - 【請求項4】 前記窒化物半導体レーザアレイは、n電
極を有し、 前記n電極と前記p電極は、少なくとも前記活性層を介
すると共に対向して位置することを特徴とする請求項1
に記載の窒化物半導体レーザアレイ。 - 【請求項5】 前記p型層を備える側に、凹部を有し、 前記凹部は、少なくとも前記各ストライプ構造の間に設
けられることを特徴とする請求項4に記載の窒化物半導
体レーザアレイ。 - 【請求項6】 前記窒化物半導体レーザアレイは、前記
活性層と前記p型層との間に、Alを含む窒化物半導体
からなる電子閉じ込め層を有し、かつ前記電子閉じ込め
層のAl混晶比は0.3〜0.5であることを特徴とす
る請求項1乃至5に記載の窒化物半導体レーザアレイ。 - 【請求項7】 前記複数のp電極は、同一のpパッド電
極に接続されることを特徴とする請求項1乃至6に記載
の窒化物半導体レーザアレイ。 - 【請求項8】 前記ストライプ構造は、リッジ導波型で
あることを特徴とする請求項1乃至7に記載の窒化物半
導体レーザアレイ。 - 【請求項9】 前記複数のn電極は、同一のnパッド電
極に接続されることを特徴とする請求項2乃至8に記載
の窒化物半導体レーザアレイ。 - 【請求項10】 前記n電極はストライプ状であり、さ
らに前記複数のストライプ状のn電極は、それぞれの両
端部にて同一のnパッド電極に接続されることを特徴と
する請求項2乃至8に記載の窒化物半導体レーザアレ
イ。
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