JP2002289970A - 半導体レーザ素子 - Google Patents
半導体レーザ素子Info
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- JP2002289970A JP2002289970A JP2001089824A JP2001089824A JP2002289970A JP 2002289970 A JP2002289970 A JP 2002289970A JP 2001089824 A JP2001089824 A JP 2001089824A JP 2001089824 A JP2001089824 A JP 2001089824A JP 2002289970 A JP2002289970 A JP 2002289970A
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- refractive index
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- semiconductor laser
- semiconductor
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 400nm帯の単一横モード発振可能な高出力の
半導体レーザ素子を得る。 【解決手段】 活性層12上に幅dcのストライプ状の電流
注入開口30を備えた電流阻止層15を形成し、さらにこの
電流阻止層15上で、電流注入開口30の両側の幅db1の領
域およびその両側に幅dc/2の間隔を開けて素子端部側に
Ga1-x2Alx2Nからなる高屈折率層16を形成し、該高屈折
率層16およびそれぞれの開口を覆うようにGa1-x1Alx1N
(x2-x1>0.8)からなる上部クラッド層17を形成する。こ
の上部クラッド層17および高屈折率層16により、活性層
に水平な方向において、ストライプ状の電流注入開口30
によって規定されるコア領域を中心として、その両側に
コア領域よりも高い等価屈折率を有する高屈折率領域、
さらにその外側にコア領域と同等の等価屈折率を有する
低屈折率領域、さらにその外側に高屈折率領域を備えて
なるＡＲＲＯＷ構造を有する素子とする。
半導体レーザ素子を得る。 【解決手段】 活性層12上に幅dcのストライプ状の電流
注入開口30を備えた電流阻止層15を形成し、さらにこの
電流阻止層15上で、電流注入開口30の両側の幅db1の領
域およびその両側に幅dc/2の間隔を開けて素子端部側に
Ga1-x2Alx2Nからなる高屈折率層16を形成し、該高屈折
率層16およびそれぞれの開口を覆うようにGa1-x1Alx1N
(x2-x1>0.8)からなる上部クラッド層17を形成する。こ
の上部クラッド層17および高屈折率層16により、活性層
に水平な方向において、ストライプ状の電流注入開口30
によって規定されるコア領域を中心として、その両側に
コア領域よりも高い等価屈折率を有する高屈折率領域、
さらにその外側にコア領域と同等の等価屈折率を有する
低屈折率領域、さらにその外側に高屈折率領域を備えて
なるＡＲＲＯＷ構造を有する素子とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体レーザ素子に
関し、特に詳細には、短波長の光ビームを出力する半導
体レーザ素子に関するものである。
関し、特に詳細には、短波長の光ビームを出力する半導
体レーザ素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】光ディスクメモリの高密度化や感光材料
を用いた印刷などの分野において、微小スポットを有す
る400nm帯の短波長半導体レーザは、信頼性の高いガウ
スビームで基本横モード発振することが期待されてい
る。
を用いた印刷などの分野において、微小スポットを有す
る400nm帯の短波長半導体レーザは、信頼性の高いガウ
スビームで基本横モード発振することが期待されてい
る。
【０００３】例えば、"InGaN/GaN/AlGaN-Based Laser D
iodes Grown GaN Substrates witha Fundamental Trans
verse Mode"(Jpn. J. Appl. phys. Lett., Vol.37（199
8）pp.L1020; S.Nakamura et al.)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GaN厚膜を形成し、このGaN厚膜を剥がし
たものをGaN基板として用い、この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-G
aN光導波層、p-AlGaN/GaN変調ドープ超格子クラッド
層、p-GaNコンタクト層を積層してなる410nm帯の短波長
半導体レーザが報告されている。しかしながら、この半
導体レーザは活性領域の幅が２μｍ以下と狭く、30ｍＷ
程度の基本モード発振しか得られておらず、活性領域の
幅が狭いために高出力化を図ると活性層の光密度が高く
なり端面に劣化が見られるという問題がある。
iodes Grown GaN Substrates witha Fundamental Trans
verse Mode"(Jpn. J. Appl. phys. Lett., Vol.37（199
8）pp.L1020; S.Nakamura et al.)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GaN厚膜を形成し、このGaN厚膜を剥がし
たものをGaN基板として用い、この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-G
aN光導波層、p-AlGaN/GaN変調ドープ超格子クラッド
層、p-GaNコンタクト層を積層してなる410nm帯の短波長
半導体レーザが報告されている。しかしながら、この半
導体レーザは活性領域の幅が２μｍ以下と狭く、30ｍＷ
程度の基本モード発振しか得られておらず、活性領域の
幅が狭いために高出力化を図ると活性層の光密度が高く
なり端面に劣化が見られるという問題がある。
【０００４】一方、"Above-threshold behavior of hig
h-power, single-mode antiresonannt reflecting opti
cal waveguide diodes lasers."(Appl. Phys. Lett., V
ol.66(1995)pp.7; L.J.Mawst et al.)においては、幅広
ストライプでも非共鳴の反射光閉じ込め（Antiresonant
Reflecting Optical Waveguide )構造（以下、ＡＲＲ
ＯＷ構造と称する）を利用することにより高出力発振の
回折限界の光ビーム出射が実現できることが示されてお
り、このようなＡＲＲＯＷ構造を有する半導体レーザ
が、米国特許第5606570号おいて提案されている。該特
許においては、InGaAsを活性層とし、InGaAlPを電流狭
窄層とし、GaAsを高屈折率媒質として形成されたＡＲＲ
ＯＷ構造を有する半導体レーザにより、980ｎｍ帯にお
いて回折限界で高出力発振が可能であることがが報告さ
れている。ここで、ＡＲＲＯＷ構造は、低屈折率の複数
コア領域、該コア領域間および両外側に設けられる高屈
折率領域、該高屈折率領域のさらに外側に設けられる、
コア領域と略同一の屈折率を有する低屈折率領域および
さらに最外側に設けられる高屈折率領域を備えた、各コ
ア領域に光閉じ込めを行うための構造であり、コア領域
の両側に設けられた高屈折率領域が基本モードに対する
反射部（reflector)として作用し、さらに外側に設けら
れた低屈折率領域により光出力の漏れを抑制することに
より基本横モード制御を行うことができる。なお、基本
横モード制御を行う際、発振波長をλとし、コア領域の
等価屈折率をnc、コア領域幅をdc、該コア領域の両外側
に設けられた高屈折率領域の等価屈折率と幅をそれぞれ
nbおよびdb1としたとき、
h-power, single-mode antiresonannt reflecting opti
cal waveguide diodes lasers."(Appl. Phys. Lett., V
ol.66(1995)pp.7; L.J.Mawst et al.)においては、幅広
ストライプでも非共鳴の反射光閉じ込め（Antiresonant
Reflecting Optical Waveguide )構造（以下、ＡＲＲ
ＯＷ構造と称する）を利用することにより高出力発振の
回折限界の光ビーム出射が実現できることが示されてお
り、このようなＡＲＲＯＷ構造を有する半導体レーザ
が、米国特許第5606570号おいて提案されている。該特
許においては、InGaAsを活性層とし、InGaAlPを電流狭
窄層とし、GaAsを高屈折率媒質として形成されたＡＲＲ
ＯＷ構造を有する半導体レーザにより、980ｎｍ帯にお
いて回折限界で高出力発振が可能であることがが報告さ
れている。ここで、ＡＲＲＯＷ構造は、低屈折率の複数
コア領域、該コア領域間および両外側に設けられる高屈
折率領域、該高屈折率領域のさらに外側に設けられる、
コア領域と略同一の屈折率を有する低屈折率領域および
さらに最外側に設けられる高屈折率領域を備えた、各コ
ア領域に光閉じ込めを行うための構造であり、コア領域
の両側に設けられた高屈折率領域が基本モードに対する
反射部（reflector)として作用し、さらに外側に設けら
れた低屈折率領域により光出力の漏れを抑制することに
より基本横モード制御を行うことができる。なお、基本
横モード制御を行う際、発振波長をλとし、コア領域の
等価屈折率をnc、コア領域幅をdc、該コア領域の両外側
に設けられた高屈折率領域の等価屈折率と幅をそれぞれ
nbおよびdb1としたとき、
【数１】 となり、その外側となる低屈折率領域の幅がdc/2となる
ように、さらに複数コアの各コア間に設けられた高屈折
率領域の幅db2が
ように、さらに複数コアの各コア間に設けられた高屈折
率領域の幅db2が
【数２】 となるようにすることが望ましいことが報告されてい
る。
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、400ｎ
ｍ帯の短波長の半導体レーザ装置に関しては信頼性の高
いガウスビームで基本横モード発振する高出力のものは
報告されていない。
ｍ帯の短波長の半導体レーザ装置に関しては信頼性の高
いガウスビームで基本横モード発振する高出力のものは
報告されていない。
【０００６】本発明は上記事情に鑑みて、高出力下にお
いても信頼性が高く基本横モード発振が得られる短波長
の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。
いても信頼性が高く基本横モード発振が得られる短波長
の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。
【０００７】
【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、活性層上に、共振器の共振器方向に延びる少なく
とも１つのストライプ状の電流注入開口を有する電流阻
止層を備えてなる半導体レーザ素子であって、前記活性
層が、InGaN半導体からなり、該活性層の前記ストライ
プ状の電流注入開口の長さ方向に直角な水平方向におい
て、前記電流注入開口によって規定されるコア領域と、
該コア領域の両側に設けられた該コア領域よりも等価屈
折率が高い第一の高屈折率領域と、該第一の高屈折率領
域の外側に隣接して設けられた該第一の高屈折率領域よ
りも低い等価屈折率を有する低屈折率領域と、該低屈折
率領域の外側に隣接して設けられた該低屈折率領域より
も高い等価屈折率を有する第二の高屈折率領域とを備え
たことを特徴とするものである。
子は、活性層上に、共振器の共振器方向に延びる少なく
とも１つのストライプ状の電流注入開口を有する電流阻
止層を備えてなる半導体レーザ素子であって、前記活性
層が、InGaN半導体からなり、該活性層の前記ストライ
プ状の電流注入開口の長さ方向に直角な水平方向におい
て、前記電流注入開口によって規定されるコア領域と、
該コア領域の両側に設けられた該コア領域よりも等価屈
折率が高い第一の高屈折率領域と、該第一の高屈折率領
域の外側に隣接して設けられた該第一の高屈折率領域よ
りも低い等価屈折率を有する低屈折率領域と、該低屈折
率領域の外側に隣接して設けられた該低屈折率領域より
も高い等価屈折率を有する第二の高屈折率領域とを備え
たことを特徴とするものである。
【０００８】上記のような等価屈折率分布は、例えば、
前記活性層を含む複数の半導体層上に前記電流阻止層を
備え、該電流阻止層上の前記電流注入開口の両側にそれ
ぞれ所定距離離れた領域に開口を有する高屈折率層を備
え、前記電流注入開口に露出する前記半導体層上、前記
所定距離離れた領域の開口に露出する前記電流阻止層お
よび前記高屈折率層上に該高屈折率層の等価屈折率より
も低い等価屈折率を有する上部クラッド層を備えること
により得ることができる。また、この場合、前記上部ク
ラッド層がGa1-x1Alx1N半導体からなり、前記高屈折率
層が、Ga1-x2Alx2N半導体（x1-x2>0.08）からなるもの
であることが望ましい。このとき、上部クラッド層と高
屈折率層との屈折率差により上述のような等価屈折率分
布を有するＡＲＲＯＷ構造が形成されることとなる。
前記活性層を含む複数の半導体層上に前記電流阻止層を
備え、該電流阻止層上の前記電流注入開口の両側にそれ
ぞれ所定距離離れた領域に開口を有する高屈折率層を備
え、前記電流注入開口に露出する前記半導体層上、前記
所定距離離れた領域の開口に露出する前記電流阻止層お
よび前記高屈折率層上に該高屈折率層の等価屈折率より
も低い等価屈折率を有する上部クラッド層を備えること
により得ることができる。また、この場合、前記上部ク
ラッド層がGa1-x1Alx1N半導体からなり、前記高屈折率
層が、Ga1-x2Alx2N半導体（x1-x2>0.08）からなるもの
であることが望ましい。このとき、上部クラッド層と高
屈折率層との屈折率差により上述のような等価屈折率分
布を有するＡＲＲＯＷ構造が形成されることとなる。
【０００９】なお、前記電流注入開口の幅は３μｍ以上
であることが望ましい。
であることが望ましい。
【００１０】また、発振波長帯が380ｎｍから550ｎｍで
あることが望ましい。
あることが望ましい。
【００１１】
【発明の効果】本発明の半導体レーザ素子は、前記活性
層が、InGaN半導体からなり、該活性層の前記ストライ
プ状の電流注入開口の長さ方向に直角な水平方向におい
て、前記電流注入開口によって規定されるコア領域と、
該コア領域の両側に設けられた該コア領域よりも等価屈
折率が高い第一の高屈折率領域と、該第一の高屈折率領
域の外側に隣接して設けられた該第一の高屈折率領域よ
りも低い等価屈折率を有する低屈折率領域と、該低屈折
率領域の外側に隣接して設けられた該低屈折率領域より
も高い等価屈折率を有する第二の高屈折率領域とを備え
た、すなわちＡＲＲＯＷ構造を備えていることにより、
ストライプ幅を従来の素子より大きくしても横モード制
御がなされた単峰性のビームを発振することができる。
層が、InGaN半導体からなり、該活性層の前記ストライ
プ状の電流注入開口の長さ方向に直角な水平方向におい
て、前記電流注入開口によって規定されるコア領域と、
該コア領域の両側に設けられた該コア領域よりも等価屈
折率が高い第一の高屈折率領域と、該第一の高屈折率領
域の外側に隣接して設けられた該第一の高屈折率領域よ
りも低い等価屈折率を有する低屈折率領域と、該低屈折
率領域の外側に隣接して設けられた該低屈折率領域より
も高い等価屈折率を有する第二の高屈折率領域とを備え
た、すなわちＡＲＲＯＷ構造を備えていることにより、
ストライプ幅を従来の素子より大きくしても横モード制
御がなされた単峰性のビームを発振することができる。
【００１２】すなわち、従来は横モード制御を行うため
に、ストライプ幅を３μｍより小さくする必要があった
ため、それに応じて活性領域幅が制限され、高出力化を
図ると活性層への光密度が高くなり端面劣化を引き起こ
すために高出力発振を行うことができなかった。しか
し、上述したような等価屈折率分布を有する素子とする
ことにより、従来よりも幅広のストライプ幅の領域に良
好な光閉じ込めを行うことができ、幅広の活性領域から
の横基本モード発振が可能となった。
に、ストライプ幅を３μｍより小さくする必要があった
ため、それに応じて活性領域幅が制限され、高出力化を
図ると活性層への光密度が高くなり端面劣化を引き起こ
すために高出力発振を行うことができなかった。しか
し、上述したような等価屈折率分布を有する素子とする
ことにより、従来よりも幅広のストライプ幅の領域に良
好な光閉じ込めを行うことができ、幅広の活性領域から
の横基本モード発振が可能となった。
【００１３】特に電流注入領域の幅を３μｍ以上の幅広
とすることにより、活性領域の光密度が低減することが
できるので、端面の光吸収再結合による温度上昇を低減
でき、従来の素子と比較して高出力の光ビームを得るこ
とができる。また、幅広の電流注入領域としたことによ
り、素子抵抗が低減でき、温度上昇による劣化を低減す
ることができる。
とすることにより、活性領域の光密度が低減することが
できるので、端面の光吸収再結合による温度上昇を低減
でき、従来の素子と比較して高出力の光ビームを得るこ
とができる。また、幅広の電流注入領域としたことによ
り、素子抵抗が低減でき、温度上昇による劣化を低減す
ることができる。
【００１４】また、活性層をInGaN半導体から構成する
ことにより400ｎｍ帯の短波長のレーザ発振を行うこと
ができる。
ことにより400ｎｍ帯の短波長のレーザ発振を行うこと
ができる。
【００１５】また、前記活性層を含む複数の半導体層上
に前記電流阻止層を備え、この電流阻止層上の前記電流
注入開口の両側にそれぞれ所定距離離れた領域に開口を
有する高屈折率層を備え、前記電流注入開口に露出する
前記半導体層上、前記所定距離離れた領域の開口に露出
する前記電流阻止層および前記高屈折率層上に該高屈折
率層の等価屈折率よりも低い等価屈折率を有する上部ク
ラッド層を備えることにより、前述のようなＡＲＲＯＷ
構造を良好に形成することができる。
に前記電流阻止層を備え、この電流阻止層上の前記電流
注入開口の両側にそれぞれ所定距離離れた領域に開口を
有する高屈折率層を備え、前記電流注入開口に露出する
前記半導体層上、前記所定距離離れた領域の開口に露出
する前記電流阻止層および前記高屈折率層上に該高屈折
率層の等価屈折率よりも低い等価屈折率を有する上部ク
ラッド層を備えることにより、前述のようなＡＲＲＯＷ
構造を良好に形成することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を用いて説明する。
を用いて説明する。
【００１７】図１に示す本発明の一実施形態の半導体レ
ーザ素子は、基板１上に複数のInGaAlN系半導体層が積
層されてなり、活性層12上に幅dcのストライプ状の電流
注入開口30を備えた電流阻止層15が備えられており、さ
らにこの電流阻止層15上で、電流注入開口30の両側の幅
db1の領域およびその両側に幅dc/2の間隔を開けて素子
端部側に高屈折率層16が形成されている。この高屈折率
層16上、開口により露出する電流阻止層15および電流注
入開口30に露出する半導体層上に上部クラッド層17を積
層する。
ーザ素子は、基板１上に複数のInGaAlN系半導体層が積
層されてなり、活性層12上に幅dcのストライプ状の電流
注入開口30を備えた電流阻止層15が備えられており、さ
らにこの電流阻止層15上で、電流注入開口30の両側の幅
db1の領域およびその両側に幅dc/2の間隔を開けて素子
端部側に高屈折率層16が形成されている。この高屈折率
層16上、開口により露出する電流阻止層15および電流注
入開口30に露出する半導体層上に上部クラッド層17を積
層する。
【００１８】高屈折率層16は、上部クラッド層17の等価
屈折率よりも高い等価屈折率を有する層であり、この高
屈折率層16および上部クラッド層17の等価屈折率の差に
より、活性層に水平な方向において、ストライプ状の電
流注入開口30によって規定されるコア領域を中心とし
て、その両側にコア領域よりも屈折率の高い高屈折率領
域、その外側にコア領域と同等の屈折率を有する低屈折
率領域、さらにその外側に第二の高屈折率領域を備え
た、図２に示すような等価屈折率分布が形成されてい
る。
屈折率よりも高い等価屈折率を有する層であり、この高
屈折率層16および上部クラッド層17の等価屈折率の差に
より、活性層に水平な方向において、ストライプ状の電
流注入開口30によって規定されるコア領域を中心とし
て、その両側にコア領域よりも屈折率の高い高屈折率領
域、その外側にコア領域と同等の屈折率を有する低屈折
率領域、さらにその外側に第二の高屈折率領域を備え
た、図２に示すような等価屈折率分布が形成されてい
る。
【００１９】なお、前述のとおり、発振波長をλとし、
コア領域の等価屈折率をnc、コア領域の両側の高屈折率
領域の屈折率をnbとしたとき、コア領域の両側の高屈折
率領域の幅db1が
コア領域の等価屈折率をnc、コア領域の両側の高屈折率
領域の屈折率をnbとしたとき、コア領域の両側の高屈折
率領域の幅db1が
【数３】 であることが望ましい。さらに、この高屈折率領域の外
側に設けられたdc/2幅の低屈折率領域を設けることによ
り、光出力の横方向（等価屈折率分布を有する方向）へ
の漏れを抑制し、回折限界の単峰性の発振を得ることが
できる。
側に設けられたdc/2幅の低屈折率領域を設けることによ
り、光出力の横方向（等価屈折率分布を有する方向）へ
の漏れを抑制し、回折限界の単峰性の発振を得ることが
できる。
【００２０】なお、上部クラッド層17としてAly1Ga1-y1
N半導体を用い、高屈折率層16としてAly2Ga1-y2N半導体
(但し、y1-y2>0.08)を用いることによって良好なＡＲＲ
ＯＷ構造を形成することができる。
N半導体を用い、高屈折率層16としてAly2Ga1-y2N半導体
(但し、y1-y2>0.08)を用いることによって良好なＡＲＲ
ＯＷ構造を形成することができる。
【００２１】なお、本発明は、単一コアのＡＲＲＯＷ構
造に限るものではなく、マルチコアを備えた構造であっ
てもよい。マルチコアのＡＲＲＯＷ構造とする場合に
は、活性層に水平な方向における等価屈折率分布が図３
のようになるようにする。この場合、幅dcの複数のコア
領域の両端に配される高屈折率領域の幅db1は上式を満
たし、各コア領域間の高屈折率領域は、その幅db2が
造に限るものではなく、マルチコアを備えた構造であっ
てもよい。マルチコアのＡＲＲＯＷ構造とする場合に
は、活性層に水平な方向における等価屈折率分布が図３
のようになるようにする。この場合、幅dcの複数のコア
領域の両端に配される高屈折率領域の幅db1は上式を満
たし、各コア領域間の高屈折率領域は、その幅db2が
【数４】 を満たすことが望ましい。
【００２２】
【実施例】以下に、図１に示した半導体レーザ素子の具
体的な層構成およびその製造方法の一実施例を説明す
る。
体的な層構成およびその製造方法の一実施例を説明す
る。
【００２３】以下に記載の各半導体層の成長用原料とし
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
を原料とし、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）を用いた。
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
を原料とし、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）を用いた。
【００２４】有機金属気相成長法により、図１に示すよ
うに、（０００１）面サファイア基板１上に、温度500
℃でGaNバッファ層２を２０nm程度の膜厚で形成し、続
いて、温度を1050℃にしてGaN層３を２μm程度成長させ
た。その後SiO2膜（図示せず）を形成し、レジスト（図
示せず）を塗布後、通常のリソグラフィを用いて基板の
うに、（０００１）面サファイア基板１上に、温度500
℃でGaNバッファ層２を２０nm程度の膜厚で形成し、続
いて、温度を1050℃にしてGaN層３を２μm程度成長させ
た。その後SiO2膜（図示せず）を形成し、レジスト（図
示せず）を塗布後、通常のリソグラフィを用いて基板の
【数５】 方向に、5μｍ幅のストライプ領域を20μｍ程度の周期
で除去してラインアンドスペースパターンを形成した。
このラインアンドスペースパターンのレジストとSiO2膜
をマスクとして、塩素系のガスを用いてGaNバッファ層
２とGaN層３との一部をドライエッチングによりサファ
イア基板１上面まで除去した。なおこのとき、サファイ
ア基板１がエッチングされてもよい。レジストとSiO2膜
を除去後、GaN層３上および露出されたサファイア基板
１上にGaN層６を20μｍ程度選択成長させた。このと
き、GaN層６はサファイア基板１の露出部を成長の核と
して横方向に成長し、最終的に表面が平坦化した。次
に、GaN層６上にSiO2膜７を形成し、通常のリソグラフ
ィにより、GaN層３が存在する部分を覆う７μｍ程度の
幅の領域を残し、SiO2膜７をストライプ状に除去し、引
き続きSiO2膜７および露出されたGaN層６上にさらにGaN
層８を成長させた。GaN層８はGaN層６の露出部を成長の
核として横方向に成長し、最終的にストライプが合体し
て表面が平坦化した。
で除去してラインアンドスペースパターンを形成した。
このラインアンドスペースパターンのレジストとSiO2膜
をマスクとして、塩素系のガスを用いてGaNバッファ層
２とGaN層３との一部をドライエッチングによりサファ
イア基板１上面まで除去した。なおこのとき、サファイ
ア基板１がエッチングされてもよい。レジストとSiO2膜
を除去後、GaN層３上および露出されたサファイア基板
１上にGaN層６を20μｍ程度選択成長させた。このと
き、GaN層６はサファイア基板１の露出部を成長の核と
して横方向に成長し、最終的に表面が平坦化した。次
に、GaN層６上にSiO2膜７を形成し、通常のリソグラフ
ィにより、GaN層３が存在する部分を覆う７μｍ程度の
幅の領域を残し、SiO2膜７をストライプ状に除去し、引
き続きSiO2膜７および露出されたGaN層６上にさらにGaN
層８を成長させた。GaN層８はGaN層６の露出部を成長の
核として横方向に成長し、最終的にストライプが合体し
て表面が平坦化した。
【００２５】次にGaN層８上に、n-GaNコンタクト層９、
n-Ga0.88Al0.12N下部クラッド層10、n-GaN光導波層11、
Inx2Ga1-x2N（Si-ドープ）/Inx1Ga1-x1N多重量子井戸活
性層（0.5＞x1＞x2≧0）12、p-GaN光導波層13、p-Ga
0.88Al0.12N上部第一クラッド層14、n-Ga0.88Al0.12N電
流阻止層15（0.4μｍ）、GaN層16（0.5μｍ）を成長さ
せた。引き続き、GaN層16上にＴＥＯＳ−ＣＶＤ装置でS
iO2膜（図示せず）を3000Å積層し、フォトリソグラフ
ィ法により幅５μｍ（dc）の電流注入領域30およびこの
電流注入領域30から両サイドに1.9μｍ(db1)離れた箇所
から2.5μｍ(dc/2)幅領域のレジストを開口した。フッ
素系ガスを用いＲＩＥドライエッチングで開口部分に露
出されたSiO2膜を除去し、O2アッシングで残りのレジス
トを剥離した後、Cl系ガスを用いたICPドライエッチン
グ法でSiO2膜が開口されて露出されたn-GaN層16を選択
的にエッチングした。その後、ＢＨＦ（フッ化アンモニ
ウム混合）溶液で残りのSiO2膜をエッチング除去した
後、再度ＴＥＯＳ−ＣＶＤ装置でSiO2膜を3000Å積層
し、ステッパーを用いた高アライメントフォトリソグラ
フィ法によって電流注入領域30のみレジストパターンを
開口した。フッ素系ガスを用いたＲＩＥドライエッチン
グで開口部分に露出されたSiO2膜をエッチング除去し、
O2アッシングで残りのレジストを剥離した。SiO2膜に開
口が形成されて露出されたn-Ga0.88Al0.12N電流阻止層1
5を塩素系ガスを用いたＩＣＰドライエッチング法で選
択的にエッチングした後、ＢＨＦ（フッ化アンモニウム
混合）溶液で残りのSiO2膜をエッチング除去した。
n-Ga0.88Al0.12N下部クラッド層10、n-GaN光導波層11、
Inx2Ga1-x2N（Si-ドープ）/Inx1Ga1-x1N多重量子井戸活
性層（0.5＞x1＞x2≧0）12、p-GaN光導波層13、p-Ga
0.88Al0.12N上部第一クラッド層14、n-Ga0.88Al0.12N電
流阻止層15（0.4μｍ）、GaN層16（0.5μｍ）を成長さ
せた。引き続き、GaN層16上にＴＥＯＳ−ＣＶＤ装置でS
iO2膜（図示せず）を3000Å積層し、フォトリソグラフ
ィ法により幅５μｍ（dc）の電流注入領域30およびこの
電流注入領域30から両サイドに1.9μｍ(db1)離れた箇所
から2.5μｍ(dc/2)幅領域のレジストを開口した。フッ
素系ガスを用いＲＩＥドライエッチングで開口部分に露
出されたSiO2膜を除去し、O2アッシングで残りのレジス
トを剥離した後、Cl系ガスを用いたICPドライエッチン
グ法でSiO2膜が開口されて露出されたn-GaN層16を選択
的にエッチングした。その後、ＢＨＦ（フッ化アンモニ
ウム混合）溶液で残りのSiO2膜をエッチング除去した
後、再度ＴＥＯＳ−ＣＶＤ装置でSiO2膜を3000Å積層
し、ステッパーを用いた高アライメントフォトリソグラ
フィ法によって電流注入領域30のみレジストパターンを
開口した。フッ素系ガスを用いたＲＩＥドライエッチン
グで開口部分に露出されたSiO2膜をエッチング除去し、
O2アッシングで残りのレジストを剥離した。SiO2膜に開
口が形成されて露出されたn-Ga0.88Al0.12N電流阻止層1
5を塩素系ガスを用いたＩＣＰドライエッチング法で選
択的にエッチングした後、ＢＨＦ（フッ化アンモニウム
混合）溶液で残りのSiO2膜をエッチング除去した。
【００２６】引き続き、積層面上にp-Ga0.88Al0.12N上
部第二クラッド層17、p-GaNコンタクト層18を成長させ
た。さらに、p-GaNコンタクト層18上にSiO2とレジスト
を形成し、ストライプの20μｍ外側の領域以外のSiO2と
レジストを除去し、ＲＩＥでn-GaNコンタクト層９が露
出するまでエッチングを行い、その後、絶縁膜（図示せ
ず）を形成し、通常のリソグラフィ法を用いて、n-GaN
コンタクト層９の露出面上にストライプ状のTi/Alより
なるｎ側電極20、p-GaNコンタクト層18の表面にNi/Auよ
りなるストライプ状のｐ側電極21を形成した。その後、
基板１を研磨し試料を劈開して形成した共振器面に高反
射率コート、低反射コートを行い、その後チップ化して
半導体レーザ素子を作製した。
部第二クラッド層17、p-GaNコンタクト層18を成長させ
た。さらに、p-GaNコンタクト層18上にSiO2とレジスト
を形成し、ストライプの20μｍ外側の領域以外のSiO2と
レジストを除去し、ＲＩＥでn-GaNコンタクト層９が露
出するまでエッチングを行い、その後、絶縁膜（図示せ
ず）を形成し、通常のリソグラフィ法を用いて、n-GaN
コンタクト層９の露出面上にストライプ状のTi/Alより
なるｎ側電極20、p-GaNコンタクト層18の表面にNi/Auよ
りなるストライプ状のｐ側電極21を形成した。その後、
基板１を研磨し試料を劈開して形成した共振器面に高反
射率コート、低反射コートを行い、その後チップ化して
半導体レーザ素子を作製した。
【００２７】なお、GaN層16は、ｎ型あるいはｐ型いず
れであってもよいが、素子抵抗低減の観点からｐ型が好
ましい。
れであってもよいが、素子抵抗低減の観点からｐ型が好
ましい。
【００２８】なお、上記各層の成長法しては、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。
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。
【００２９】上記半導体レーザ素子が発振する波長λ
は、活性層の組成比を変化させることにより380＜λ＜5
50（nm）の範囲で制御することができる。
は、活性層の組成比を変化させることにより380＜λ＜5
50（nm）の範囲で制御することができる。
【００３０】上記実施例においてはベース基板としてサ
ファイア基板を用いたが、SiC基板、ZnO、LiGaO2、LiAl
O2、GaAs、GaP、GeあるいはSi等を用いてもよい。ま
た、本発明による層構成を、サファイア基板上に導電性
GaN層を成長させた後、該サファイア基板を除去して作
製された導電性GaN基板上に成長させて形成してもよ
い。
ファイア基板を用いたが、SiC基板、ZnO、LiGaO2、LiAl
O2、GaAs、GaP、GeあるいはSi等を用いてもよい。ま
た、本発明による層構成を、サファイア基板上に導電性
GaN層を成長させた後、該サファイア基板を除去して作
製された導電性GaN基板上に成長させて形成してもよ
い。
【００３１】図４に(ａ)本実施例の半導体レーザ素子の
発振光の光強度分布（実線）および（ｂ）従来の半導体
レーザ素子の発振光の光強度分布（点線）を示す。な
お、従来の半導体レーザ素子としては、本実施形態と略
同一の層構成を有するが、ＡＲＲＯＷ構造を備えない２
μｍのストライプ幅の横モード制御レーザを用いた。
発振光の光強度分布（実線）および（ｂ）従来の半導体
レーザ素子の発振光の光強度分布（点線）を示す。な
お、従来の半導体レーザ素子としては、本実施形態と略
同一の層構成を有するが、ＡＲＲＯＷ構造を備えない２
μｍのストライプ幅の横モード制御レーザを用いた。
【００３２】図４の比較から分かるように、本実施例お
よび従来例ともに横モードの制御された回折限界の発振
が得られたが、本実施例のストライプ幅が従来の素子よ
り２倍以上であった。すなわち、同等の光出力を得る場
合のピーク光強度が従来の素子より1/2程度と低くする
ことができるため、光出力限界が高くなり高出力を図る
ことができるという結果が得られた。
よび従来例ともに横モードの制御された回折限界の発振
が得られたが、本実施例のストライプ幅が従来の素子よ
り２倍以上であった。すなわち、同等の光出力を得る場
合のピーク光強度が従来の素子より1/2程度と低くする
ことができるため、光出力限界が高くなり高出力を図る
ことができるという結果が得られた。
【００３３】このように本発明による半導体レーザ素子
は、高出力下においても高品位なガウス型のビームを有
しているため、高速な情報・画像処理および通信、計
測、医療、印刷の分野での光源として応用可能である。
は、高出力下においても高品位なガウス型のビームを有
しているため、高速な情報・画像処理および通信、計
測、医療、印刷の分野での光源として応用可能である。
【図１】本発明の実施の形態の半導体レーザ素子を示す
断面図
断面図
【図２】本発明の実施の形態による半導体レーザ素子に
おける活性層に水平方向の等価屈折率分布を示す図
おける活性層に水平方向の等価屈折率分布を示す図
【図３】マルチコアを有するＡＲＲＯＷ構造を備えた半
導体レーザ素子における活性層に水平方向の等価屈折率
分布を示す図
導体レーザ素子における活性層に水平方向の等価屈折率
分布を示す図
【図４】本実施例の半導体レーザ素子および従来例の素
子の活性層に水平方向の光強度分布を示す図
子の活性層に水平方向の光強度分布を示す図
１ サファイア基板 ２ GaNバッファ層 ３ GaN層 ６ GaN層 ７ SiO2膜 ８ GaN層 ９ n-GaNコンタクト層 10 n-Ga0.88Al0.12N下部クラッド層 11 n-GaN光導波層 12 Inx2Ga1-x2N(Siドープ)/Inx1Ga1-x1N多重量子井
戸活性層 13 p-GaN光導波層 14 p-Ga0.88Al0.12N上部第一クラッド層 15 n-Ga0.88Al0.12N電流阻止層 16 p-GaN層 17 p-Ga0.88Al0.12N上部第二クラッド層 18 p-GaNコンタクト層 20 ｎ側電極 21 ｐ側電極
戸活性層 13 p-GaN光導波層 14 p-Ga0.88Al0.12N上部第一クラッド層 15 n-Ga0.88Al0.12N電流阻止層 16 p-GaN層 17 p-Ga0.88Al0.12N上部第二クラッド層 18 p-GaNコンタクト層 20 ｎ側電極 21 ｐ側電極
Claims (5)
- 【請求項１】 活性層上に、共振器の共振方向に延びる
少なくとも１つのストライプ状の電流注入開口を有する
電流阻止層を備えてなる半導体レーザ素子であって、 前記活性層が、InGaN半導体からなり、該活性層の前記
電流注入開口の長さ方向に直角な水平方向において、前
記電流注入開口によって規定されるコア領域と、該コア
領域の両側に設けられた該コア領域よりも等価屈折率が
高い第一の高屈折率領域と、該第一の高屈折率領域の外
側に隣接して設けられた該第一の高屈折率領域よりも低
い等価屈折率を有する低屈折率領域と、該低屈折率領域
の外側に隣接して設けられた該低屈折率領域よりも高い
等価屈折率を有する第二の高屈折率領域とを備えたこと
を特徴とする半導体レーザ素子。 - 【請求項２】 前記活性層を含む複数の半導体層上に前
記電流阻止層を備え、 該電流阻止層上の前記電流注入開口の両側にそれぞれ所
定距離離れた領域に開口を有する高屈折率層を備え、 前記電流注入開口に露出する前記半導体層上、前記所定
距離離れた領域の開口に露出する前記電流阻止層および
前記高屈折率層上に該高屈折率層の等価屈折率よりも低
い等価屈折率を有する上部クラッド層を備えてなること
を特徴とする半導体レーザ素子。 - 【請求項３】 前記上部クラッド層がGa1-x1Alx1N半導
体からなり、 前記高屈折率層が、Ga1-x2Alx2N半導体（x1-x2>0.08）
からなるものであることを特徴とする請求項２記載の半
導体レーザ素子。 - 【請求項４】 前記電流注入開口の幅が３μｍ以上であ
ることを特徴とする請求項１から３いずれか１項記載の
半導体レーザ素子。 - 【請求項５】 発振波長帯が380ｎｍから550ｎｍである
ことを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の半
導体レーザ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001089824A JP2002289970A (ja) | 2001-03-27 | 2001-03-27 | 半導体レーザ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001089824A JP2002289970A (ja) | 2001-03-27 | 2001-03-27 | 半導体レーザ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002289970A true JP2002289970A (ja) | 2002-10-04 |
Family
ID=18944695
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001089824A Withdrawn JP2002289970A (ja) | 2001-03-27 | 2001-03-27 | 半導体レーザ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002289970A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7154125B2 (en) * | 2002-04-23 | 2006-12-26 | Sharp Kabushiki Kaisha | Nitride-based semiconductor light-emitting device and manufacturing method thereof |
| JP2008016683A (ja) * | 2006-07-06 | 2008-01-24 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体レーザ素子 |
-
2001
- 2001-03-27 JP JP2001089824A patent/JP2002289970A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7154125B2 (en) * | 2002-04-23 | 2006-12-26 | Sharp Kabushiki Kaisha | Nitride-based semiconductor light-emitting device and manufacturing method thereof |
| US7939349B2 (en) | 2002-04-23 | 2011-05-10 | Sharp Kabushiki Kaisha | Nitride-based semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof |
| JP2008016683A (ja) * | 2006-07-06 | 2008-01-24 | Nichia Chem Ind Ltd | 窒化物半導体レーザ素子 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20080603 |