JP2004253788A - Face emitting semiconductor laser - Google Patents

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Masanobu Ando
雅信 安藤
Hiroshi Watanabe
大志 渡辺
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Toyoda Gosei Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To more effectively suppress the interference pattern (mutilation of FFP) of light, which leaks from an n-type contact layer than a conventional one in a stably oscillating semiconductor laser. <P>SOLUTION: The distance Λ of the interference pattern appearing in a conventional n-type contact layer is expressed by the formula: (f (λ) = λ(n<SP>2</SP>-n<SB>eq</SB><SP>2</SP>)<SP>-1/2</SP>/2) (wherein, λ is the emitting wavelength of the light emitting from an emission outputting section 104, n is the refractive index of the n-type contact layer, and n<SB>eq</SB>is an equivalent refractive index of guided mode in the n-type contact layer). Further, the thickness of a residual film δ of the n-type contact layer 102 in a recess D on the back of a crystal growth substrate may be about Λ/2. If at least a part of the n-type contact layer located underneath an resonator is left with film thickness δ, since a contact with a negative electrode can be well secured even beneath the resonator, the mutilation of FFP caused by the light leaking from the n-type contact layer can be sufficiently suppressed based on an effective light containment action, and simultaneously, a semiconductor laser is stably oscillated. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

本発明は、結晶成長基板上に複数の半導体層を積層することにより共振器等が形成される端面発光型の半導体レーザに関する。本発明は、出力光(ビーム)のファーフィールドパターン(FFP)が整った収斂性の高い出力特性を有する半導体レーザを得るためのものである。
したがって、本発明に基づいて製造される半導体レーザは、例えば、情報入出力処理装置、情報演算処理装置、情報伝達装置、或いはレーザビーム照射を用いた加工処理装置等の分野で極めて有用である。
に関する。
The present invention relates to an edge-emitting semiconductor laser in which a resonator or the like is formed by stacking a plurality of semiconductor layers on a crystal growth substrate. An object of the present invention is to provide a semiconductor laser having a highly convergent output characteristic in which a far field pattern (FFP) of output light (beam) is arranged.
Therefore, the semiconductor laser manufactured based on the present invention is extremely useful in the fields of, for example, an information input / output processing device, an information processing device, an information transmission device, and a processing device using laser beam irradiation.
About.

下記の非特許文献1にも記載されている様に、半導体レーザの問題として、導波光の光軸に対して垂直な方向にサブピークが現れ、ファーフィールドパターン(FFP)が乱れる現象がある。
図10に、このFFPが乱れる現象を説明する半導体レーザの断面図を例示する。この様なFFPが乱れる現象は、n型コンタクト層を副導波路として漏れ出す光により引き起こされる。この様な乱れの原因となる光は、下記の非特許文献1にも記載されている様に、n型コンタクト層内で干渉縞を形成して、主導波路(活性層+ガイド層)から出力される光と共に外部に放出される。
下記の非特許文献1に記載されている従来技術は、このFFPの乱れを、n型クラッド層の膜厚を最低でも0.8μm以上とすることで抑制しようとするものである。
As described in Non-Patent Document 1 below, as a problem of the semiconductor laser, there is a phenomenon that a sub-peak appears in a direction perpendicular to the optical axis of the guided light, and a far field pattern (FFP) is disturbed.
FIG. 10 is a cross-sectional view of a semiconductor laser illustrating the phenomenon that the FFP is disturbed. Such a phenomenon that the FFP is disturbed is caused by light leaking from the n-type contact layer as a sub-waveguide. As described in Non-patent Document 1 below, light causing such disturbance forms interference fringes in the n-type contact layer and is output from the main waveguide (active layer + guide layer). Is emitted to the outside together with the emitted light.
The prior art described in Non-Patent Document 1 below attempts to suppress the disturbance of the FFP by making the thickness of the n-type cladding layer at least 0.8 μm or more.

また、下記の特許文献1は、半導体発光素子の結晶成長基板の裏面側の凹部構造や、外部量子効率、素子の耐久性、素子の生産性等に言及したものであり、これらの各側面における一応の有効性は認められる。しかし、この特許文献1は、例えば下記の非特許文献1の様には、特定の半導体層の膜厚に関する適正範囲等を具体的に開示する等しておらず、よって、下記の特許文献1は、半導体レーザのn型コンタクト層を中心としたFFPの乱れを排除する手段や方法等に関して、具体的或いは効果的な技術を何ら示唆したものではない。即ち、この特許文献1から我々は、半導体レーザのFFPの乱れを排除するための有効かつ具体的な手段や方法を何ら知ることができない。
シャープ技報(SHARP Technical Journal )No.9,通巻77号,「青紫色リッジ導波路型半導体レーザの発振モード」 特開平10−308560号公報
Further, Patent Document 1 below mentions a concave structure on the back surface side of a crystal growth substrate of a semiconductor light emitting device, external quantum efficiency, device durability, device productivity, and the like. Some effectiveness is recognized. However, Patent Document 1 does not specifically disclose an appropriate range or the like regarding the thickness of a specific semiconductor layer as in Non-patent Document 1 described below. Does not suggest any specific or effective technique with respect to means and methods for eliminating disturbances in FFP centered on the n-type contact layer of the semiconductor laser. That is, from Patent Document 1, we cannot know any effective and specific means or method for eliminating the disturbance of the FFP of the semiconductor laser.
SHARP Technical Journal No. 9, No. 77, “Oscillation Mode of Blue-violet Ridge Waveguide Semiconductor Laser” JP-A-10-308560

したがって、上記の特許文献1に開示されている半導体レーザをそのまま試作して見たところで、FFPの乱れない半導体レーザが得られる保証は全くなく、その様な試作からFFPが乱れずに、安定して発振する半導体レーザを得ることは極めて困難である。
例えば、共振器下方のコンタクト層を削除しなければ、その部位(コンタクト層)から光が漏れ出てしまうので、効率よく安定したレーザ発振を望むことはできなくなる。また、共振器下方のコンタクト層を削除した場合には、共振器と負電極との電気的な接続が良好にならず、良好な電流密度分布を形成することが困難となる。したがって、この場合にも効率よく安定したレーザ発振を望むことはできなくなる。
Therefore, when a prototype of the semiconductor laser disclosed in the above-mentioned Patent Document 1 is produced as it is, there is no guarantee that a semiconductor laser without FFP disturbance can be obtained, and from such a prototype, FFP is not disturbed and stable. It is extremely difficult to obtain a semiconductor laser that oscillates.
For example, if the contact layer below the resonator is not deleted, light leaks from that part (contact layer), and it is impossible to expect efficient and stable laser oscillation. In addition, when the contact layer below the resonator is removed, the electrical connection between the resonator and the negative electrode is not good, and it is difficult to form a good current density distribution. Therefore, also in this case, it is not possible to expect efficient and stable laser oscillation.

他方、上記の非特許文献1に記載されている様に、n型クラッド層の膜厚を最低でも0.8μm以上に設定することで、FFPの乱れはある程度抑制することができる。
しかしながら、この方法によれば、活性層、光ガイド層、n型クラッド層等の各半導体層の組成等にも依るが少なくとも0.8〜1μm以上の膜厚でn型クラッド層を積層しない限り、n型コンタクト層の干渉縞(FFPの乱れ)に対する十分な抑制効果が得られない。このため、非特許文献1の従来技術は、n型クラッド層の結晶成長工程に関する生産性が低いと言わざるを得ない。
On the other hand, as described in Non-Patent Document 1, by setting the film thickness of the n-type cladding layer to at least 0.8 μm or more, FFP disturbance can be suppressed to some extent.
However, according to this method, although it depends on the composition of each semiconductor layer such as the active layer, the light guide layer, and the n-type cladding layer, unless the n-type cladding layer is laminated with a thickness of at least 0.8 to 1 μm or more. In addition, a sufficient effect of suppressing interference fringes (FFP disturbance) of the n-type contact layer cannot be obtained. For this reason, the conventional technology of Non-Patent Document 1 cannot but be said to have low productivity in the crystal growth step of the n-type cladding layer.

また、非特許文献1の従来技術では、n型クラッド層の膜厚の増大に応じて干渉縞のピーク強度が弱まっていくと言う至極当然の方式を採用しているため、この方式に基づいてn型コンタクト層から漏れる光によって作られる干渉縞のピーク強度を弱めることはできても、この方式に基づいて干渉縞を完全に消失させることはできない。
また、共振器を中心とする放熱効果や或いは内部量子効率(閾値電圧)等の観点から言っても、n型クラッド層の膜厚を上記の様に厚くすることは、半導体レーザの構成上必ずしも得策とは言い難い。
Further, the conventional technique of Non-Patent Document 1 employs an extremely natural method in which the peak intensity of the interference fringes decreases as the film thickness of the n-type clad layer increases, so that the method is based on this method. Although the peak intensity of the interference fringes created by the light leaking from the n-type contact layer can be reduced, the interference fringes cannot be completely eliminated based on this method.
Also, from the viewpoint of the heat radiation effect centering on the resonator or the internal quantum efficiency (threshold voltage), increasing the film thickness of the n-type cladding layer as described above is not always necessary in terms of the configuration of the semiconductor laser. It is hard to say.

また、その他の光閉じ込め手法としては、例えば、n型のGaNから成る上記のn型クラッド層をn型のAlGaN層に変更して積層する方法等が考えられる。この様な方法によれば、AlGaNは相対的に屈折率が小さいため、共振器内部への光の閉じ込め効果は得られると思われる。
しかしながら、この様な方法では、格子定数差に基づく半導体層間の内部応力の問題が派生するため厚膜の形成が非常に困難であり、事実上半導体レーザの製造を実施することはできない。
As another light confinement method, for example, a method in which the above-described n-type clad layer made of n-type GaN is changed to an n-type AlGaN layer and laminated is considered. According to such a method, since AlGaN has a relatively small refractive index, it is considered that an effect of confining light inside the resonator can be obtained.
However, in such a method, since a problem of internal stress between semiconductor layers based on a difference in lattice constant is caused, it is very difficult to form a thick film, and it is practically impossible to manufacture a semiconductor laser.

また、上記のn型クラッド層にその他の不純物を添加して、このn型クラッド層の屈折率を低く抑制する手法も考えられるが、屈折率が大幅に変化する程の量の不純物を添加した場合、このn型クラッド層やそれ以降に積層される半導体層の結晶性の劣化が顕著となる。したがって、この様な手法によっても、事実上半導体レーザの製造を実施することはできない。   Further, a method of adding another impurity to the n-type cladding layer to suppress the refractive index of the n-type cladding layer to be low can be considered. However, an impurity is added in such an amount that the refractive index changes significantly. In this case, the crystallinity of the n-type cladding layer and the semiconductor layers stacked thereafter becomes significantly deteriorated. Therefore, even by such a method, it is practically impossible to manufacture a semiconductor laser.

本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、安定して発振する半導体レーザにおいて、従来よりも効果的にn型コンタクト層から漏れ出る光の干渉縞(FFPの乱れ)を抑制することである。   SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor laser that oscillates stably, in which interference fringes of light leaking from an n-type contact layer more effectively than before. (Disruption of FFP).

上記の課題を解決するためには、以下の手段が有効である。
即ち、本発明の第1の手段は、結晶成長基板上に複数の半導体層を積層することにより共振器等が形成される端面発光型の半導体レーザにおいて、n型コンタクト層の膜厚が、共振器の少なくとも真下において、活性層の発光波長λと、発光波長λに依存するn型コンタクト層の屈折率nと、発光波長λに依存するn型コンタクト層の導波モードの等価屈折率neqとを用いて表現される発光波長λの関数:「Λ≡f(λ)=λ(n2 −neq 2 -1/2/2」の関数値Λよりも薄く形成することである。
In order to solve the above-mentioned problems, the following means are effective.
In other words, the first means of the present invention is to provide an edge-emitting type semiconductor laser in which a resonator or the like is formed by stacking a plurality of semiconductor layers on a crystal growth substrate, wherein the thickness of the n-type contact layer is At least immediately below the device, the emission wavelength λ of the active layer, the refractive index n of the n-type contact layer depending on the emission wavelength λ, and the equivalent refractive index n eq of the waveguide mode of the n-type contact layer depending on the emission wavelength λ function of the emission wavelength lambda expressed using Application: "Λ≡f (λ) = λ (n 2 -n eq 2) -1/2 / 2 " is to thinner than a function value λ of.

ただし、本発明の半導体レーザの一部を構成する結晶成長基板上に複数の半導体層を積層する際には、これらの半導体層として III族窒化物系化合物半導体を用いることができる。ただし、ここで言う「 III族窒化物系化合物半導体」一般には、2元、3元、又は4元の「Al1-x-y Gay Inx N;0≦x≦1,0≦y≦1,0≦1−x−y≦1」成る一般式で表される任意の混晶比の半導体が含まれ、更に、p型或いはn型の不純物が添加された半導体もまた、これらの「 III族窒化物系化合物半導体」の範疇である。
また、上記の III族元素(Al,Ga,In)の内の少なくとも一部をボロン(B)やタリウム(Tl)等で置換したり、或いは、窒素(N)の少なくとも一部をリン(P)、砒素(As)、アンチモン(Sb)、ビスマス(Bi)等で置換したりした半導体等をもまた、これらの「 III族窒化物系化合物半導体」の範疇とする。
However, when a plurality of semiconductor layers are stacked on a crystal growth substrate constituting a part of the semiconductor laser of the present invention, a group III nitride compound semiconductor can be used as these semiconductor layers. However, here referred to the "Group III nitride compound semiconductor" generally, binary, ternary, or quaternary "Al 1-xy Ga y In x N; 0 ≦ x ≦ 1,0 ≦ y ≦ 1, Semiconductors having an arbitrary mixed crystal ratio represented by the general formula of 0 ≦ 1−xy ≦ 1 ”and further doped with p-type or n-type impurities are also referred to as“ III-groups ”. Nitride-based compound semiconductor ".
Further, at least a part of the group III elements (Al, Ga, In) is replaced with boron (B), thallium (Tl), or the like, or at least a part of nitrogen (N) is phosphorus (P). ), Semiconductors substituted with arsenic (As), antimony (Sb), bismuth (Bi), and the like are also included in the category of these “III-nitride compound semiconductors”.

また、上記のp型の不純物としては、例えば、マグネシウム(Mg)や、或いはカルシウム(Ca)等を添加することができる。
また、上記のn型の不純物としては、例えば、シリコン(Si)や、硫黄(S)、セレン(Se)、テルル(Te)、或いはゲルマニウム(Ge)などを添加することができる。
また、これらの不純物は、同時に2元素以上を添加しても良いし、同時に両型(p型とn型)を添加しても良い。
As the p-type impurity, for example, magnesium (Mg) or calcium (Ca) can be added.
Further, as the n-type impurity, for example, silicon (Si), sulfur (S), selenium (Se), tellurium (Te), germanium (Ge), or the like can be added.
Further, two or more elements may be simultaneously added to these impurities, or both types (p-type and n-type) may be added simultaneously.

また、本発明の第2の手段は、上記の第1の手段において、共振器の少なくとも真下の、n型コンタクト層の直下領域の屈折率を上記の屈折率nよりも小さく設定することである。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the refractive index of at least a region immediately below the resonator and immediately below the n-type contact layer is set to be smaller than the above-described refractive index n. .

また、本発明の第3の手段は、上記の第1又は第2の手段において、上記の共振器の少なくとも真下に、凹部または空洞部を形成することである。   A third means of the present invention is that, in the first or second means, a recess or a cavity is formed at least immediately below the resonator.

また、本発明の第4の手段は、上記の第3の手段において、共振器の少なくとも真下に位置する半導体層の少なくとも一部をレーザ照射によって揮発させることにより、上記の凹部または空洞部を形成することである。   Further, according to a fourth aspect of the present invention, in the above third aspect, the concave portion or the cavity portion is formed by volatilizing at least a part of the semiconductor layer located at least immediately below the resonator by laser irradiation. It is to be.

また、本発明の第5の手段は、結晶成長基板上に複数の半導体層を積層することにより共振器等が形成される端面発光型の半導体レーザにおいて、n型コンタクト層の膜厚が、活性層の発光波長λと、発光波長λに依存するn型コンタクト層の屈折率nと、発光波長λに依存するn型コンタクト層の導波モードの等価屈折率neqとを用いて表現される発光波長λの関数:「Λ≡f(λ)=λ(n2 −neq 2 -1/2/2」の関数値Λよりも薄くなる位置まで、共振器の少なくとも真下に位置する結晶成長基板と半導体層を結晶成長基板の裏面側から削除することにより、上記の共振器の下方に凹部を形成することである。 According to a fifth aspect of the present invention, in an edge-emitting semiconductor laser in which a resonator or the like is formed by laminating a plurality of semiconductor layers on a crystal growth substrate, the thickness of the n-type contact layer is set to be active. It is expressed using the emission wavelength λ of the layer, the refractive index n of the n-type contact layer depending on the emission wavelength λ, and the equivalent refractive index n eq of the waveguide mode of the n-type contact layer depending on the emission wavelength λ. function of the emission wavelength lambda: "Λ≡f (λ) = λ (n 2 -n eq 2) -1/2 / 2 " until the thinner position than the function value Λ of the crystal which is located at least below the resonator A concave portion is formed below the resonator by removing the growth substrate and the semiconductor layer from the back surface side of the crystal growth substrate.

また、本発明の第6の手段は、上記の第1乃至第5の何れか1つの手段において、共振器の少なくとも真下に位置する、少なくともn型コンタクト層の底部に、共振器の共振方向に光を共振させる分布帰還構造(DFB構造)を備えることである。   In a sixth aspect of the present invention, in any one of the first to fifth aspects described above, at least a bottom portion of the n-type contact layer located immediately below the resonator is provided in the resonance direction of the resonator. A distributed feedback structure (DFB structure) that resonates light is provided.

また、本発明の第7の手段は、上記の第3乃至第6の何れか1つの手段において、凹部内に露出したn型コンタクト層の底面に、n型クラッド層よりも屈折率の小さい誘電体膜または半導体膜を積層することである。   According to a seventh aspect of the present invention, in any one of the third to sixth aspects, the dielectric layer having a lower refractive index than the n-type cladding layer is formed on the bottom surface of the n-type contact layer exposed in the recess. Laminating a body film or a semiconductor film.

また、本発明の第8の手段は、上記の第3乃至第7の何れか1つの手段において、少なくとも凹部内の一部分又は全部に金属層又は金属部を備えることである。   According to an eighth aspect of the present invention, in any one of the third to seventh aspects, a metal layer or a metal portion is provided on at least a part or all of the inside of the concave portion.

また、本発明の第9の手段は、上記の第8の手段において、上記の金属層又は金属部で負電極を形成することである。   According to a ninth aspect of the present invention, in the above-mentioned eighth aspect, a negative electrode is formed of the metal layer or the metal part.

また、本発明の第10の手段は、上記の第1乃至第9の何れか1つの手段において、複数の半導体層の上層側からのエッチング処理により上方に露出されたn型コンタクト層の露出面上に負電極を設け、n型コンタクト層と結晶成長基板との間にp型又は不純物無添加の III族窒化物系化合物から成る半導体層を設けることである。   In a tenth aspect of the present invention, in any one of the first to ninth aspects, the exposed surface of the n-type contact layer which is exposed upward by etching from the upper side of the plurality of semiconductor layers. A negative electrode is provided thereon, and a semiconductor layer made of a p-type or undoped group III nitride compound is provided between the n-type contact layer and the crystal growth substrate.

また、本発明の第11の手段は、上記の第1乃至第10の何れか1つの手段において、共振器の真下に位置するn型コンタクト層の膜厚δをΛ/5以上、Λ未満に設定することである。
以上の本発明の手段により、前記の課題を効果的、或いは合理的に解決することができる。
Further, an eleventh means of the present invention is the liquid crystal display device according to any one of the first to tenth means, wherein the film thickness δ of the n-type contact layer located immediately below the resonator is Λ / 5 or more and less than Λ. It is to set.
By the means of the present invention described above, the above problems can be effectively or rationally solved.

以上の本発明の手段によって得られる効果は以下の通りである。
即ち、本発明の第1の手段によれば、n型コンタクト層の干渉縞(FFPの乱れ)に対する抑制効果を得ることができる。
n型コンタクト層に干渉縞が複数発現した時のそれらの縞の間隔(空間的周期)は、非特許文献1からも判る様に、上記の関数値Λに一致する。したがって、n型コンタクト層の膜厚をこの関数値Λ未満に設定しておけば、n型コンタクト層に干渉縞(のピーク)が発現することはない。
The effects obtained by the above means of the present invention are as follows.
That is, according to the first means of the present invention, it is possible to obtain an effect of suppressing interference fringes (FFP disturbance) of the n-type contact layer.
When a plurality of interference fringes appear in the n-type contact layer, the interval (spatial period) between the fringes coincides with the above function value Λ, as can be seen from Non-Patent Document 1. Therefore, if the film thickness of the n-type contact layer is set to be less than this function value Λ, the interference fringe (peak) does not appear in the n-type contact layer.

共振器の真下に位置するn型コンタクト層を全部削ってしまうと電流密度分布に偏りが生じて、共振器に効率よく電流を供給することができなくなるが、本発明では、少なくとも共振器の真下に位置するn型コンタクト層は、薄くとも上記の膜厚に設定されるので、共振器直下においても負電極とのコンタクトが良好に確保できる。このため、本構成に従えば、共振器内及び共振器周辺の電流の密度分布が理想的な状態に維持できる。   If the n-type contact layer located immediately below the resonator is entirely removed, the current density distribution will be deviated, and it will not be possible to efficiently supply current to the resonator. Is set to the above-mentioned thickness at the very least, so that a good contact with the negative electrode can be ensured immediately below the resonator. For this reason, according to this configuration, the current density distribution in the resonator and around the resonator can be maintained in an ideal state.

即ち、本発明によれば、理想的な電流密度分布や効果的な光の閉じ込め作用に基づいて安定して発振する半導体レーザが製造できると共に、従来よりも効果的にn型コンタクト層の干渉縞(FFPの乱れ)に対する十分な抑制効果を得ることができる。この様な半導体レーザの構造は、上下方向のFFPが乱れないため、レーザビームの照射位置(照射領域)を正確に制御するのに都合が良く、収斂性の良好なスポットサイズの小さな半導体レーザを実現する上で非常に有用である。
したがって、本発明に基づいて製造される半導体レーザは、例えば、情報入出力処理装置、情報演算処理装置、情報伝達装置、或いはレーザビーム照射を実行する熱加工処理装置(レーザビーム照射装置)等の分野で極めて有用となる。
That is, according to the present invention, a semiconductor laser that oscillates stably based on an ideal current density distribution and an effective light confinement function can be manufactured, and interference fringes of the n-type contact layer can be more effectively formed than before. It is possible to obtain a sufficient effect of suppressing (FFP disturbance). Such a structure of the semiconductor laser is advantageous in accurately controlling the irradiation position (irradiation area) of the laser beam because the FFP in the vertical direction is not disturbed. It is very useful in realizing.
Therefore, a semiconductor laser manufactured according to the present invention is, for example, an information input / output processing device, an information processing device, an information transmission device, or a thermal processing device (laser beam irradiation device) that executes laser beam irradiation. It will be extremely useful in the field.

また、本発明の第2の手段によれば、共振器の少なくとも真下の、n型コンタクト層の直下領域の屈折率が上記の屈折率nよりも小さく設定されるので、出力される光は共振器側に効果的に閉じ込められる。このため、本発明の第2の手段によれば、半導体レーザが効率よく発振し、レーザ出力が安定する。   Further, according to the second aspect of the present invention, the refractive index of at least the region immediately below the resonator and immediately below the n-type contact layer is set to be smaller than the above-mentioned refractive index n. It is effectively confined to the vessel side. Therefore, according to the second aspect of the present invention, the semiconductor laser oscillates efficiently and the laser output is stabilized.

また、本発明の第3の手段によれば、上記の凹部または空洞部に空気や不活性ガスなどの適当或いは任意の気体を充填したり、或いはこの空間を略真空状態にすることなどにより、上記の第2の手段を必然的に具現することができる。
ただし、この空間(上記の凹部または空洞部)には、後述する様に、適当な固体材料を充填しても良い。
Further, according to the third means of the present invention, the concave portion or the hollow portion is filled with a suitable or arbitrary gas such as air or an inert gas, or by making this space a substantially vacuum state, The above second means can be embodied inevitably.
However, this space (the above-mentioned concave portion or hollow portion) may be filled with an appropriate solid material as described later.

また、本発明の第4の手段によれば、エッチングなどで結晶成長基板を必ずしも削除しなくても、この様な空間(上記の凹部または空洞部)を形成することができる。このレーザ照射では、半導体の揮発対象(除去対象)とすべき部位にレーザの焦点を絞って、目的の部位を局所的に揮発させる。また、使用するレーザの種類としてはYAGまたはExcimerなどが有用であるが、加工部の平坦性を考慮すると後者の方が有利である。   Further, according to the fourth means of the present invention, such a space (the above-described concave portion or hollow portion) can be formed without necessarily removing the crystal growth substrate by etching or the like. In this laser irradiation, a laser is focused on a portion to be volatilized (removed) of the semiconductor, and a target portion is locally volatilized. As the type of laser to be used, YAG or Excimer is useful, but the latter is more advantageous in consideration of the flatness of the processed portion.

また、本発明の第5の手段によれば、結晶成長基板を裏面からエッチングすると言う比較的簡単な形態で、上記と略同様に本発明の作用・効果を得ることができる。即ち、このような手段によっても、n型コンタクト層の干渉縞(FFPの乱れ)に対する抑制効果を得ることができる。   Further, according to the fifth aspect of the present invention, the operation and effect of the present invention can be obtained in substantially the same manner as described above in a relatively simple form in which the crystal growth substrate is etched from the back surface. That is, even with such means, it is possible to obtain an effect of suppressing interference fringes (FFP disturbance) of the n-type contact layer.

したがって、本発明の第5の手段によっても、理想的な電流密度分布や効果的な光の閉じ込め作用に基づいて安定して発振する半導体レーザが製造できると共に、従来よりも効果的にn型コンタクト層の干渉縞(FFPの乱れ)に対する十分な抑制効果を得ることができる。この様な半導体レーザの構造は、上下方向のFFPが乱れないため、レーザビームの照射位置(照射領域)を正確に制御するのに都合が良く、収斂性の良好なスポットサイズの小さな半導体レーザを実現する上で非常に有用である。   Therefore, according to the fifth means of the present invention, a semiconductor laser which oscillates stably on the basis of an ideal current density distribution and an effective light confinement function can be manufactured, and the n-type contact can be more effectively formed than before. A sufficient effect of suppressing interference fringes (disorder in the FFP) of the layer can be obtained. Such a structure of the semiconductor laser is advantageous in accurately controlling the irradiation position (irradiation area) of the laser beam because the FFP in the vertical direction is not disturbed. It is very useful in realizing.

ただし、n型コンタクト層の膜厚が、最初から上記のΛ未満の厚さであった場合には、結晶成長基板の裏面側からn型コンタクト層の底面(結晶成長開始面)が露出するまで結晶成長基板等を削除すれば十分である。また、n型コンタクト層やそれより後から(よって、それより上方に)積層される各半導体層の結晶性を良好或いは十分に確保するためには、通常、n型コンタクト層の膜厚は、少なくとも上記のΛ以上の厚さに一旦は積層することが望ましい。   However, when the film thickness of the n-type contact layer is less than the above-mentioned thickness from the beginning, the thickness of the n-type contact layer from the back side of the crystal growth substrate until the bottom surface (crystal growth start surface) is exposed. It is sufficient to remove the crystal growth substrate and the like. Further, in order to ensure good or sufficient crystallinity of the n-type contact layer and each semiconductor layer to be laminated later (hence, above), the thickness of the n-type contact layer is usually It is desirable that the layers are once laminated to a thickness of at least Λ.

また、上記の本発明の第5の手段では、共振器の少なくとも真下の領域において、上記のn型コンタクト層は全部を削ることなく、必ず一部分を残しておくものとする。即ち、上記のn型コンタクト層の残される部位の膜厚をδと記せば、0<δ<Λとすべきである。また、共振器の下方に形成される上記の凹部内には、そのまま空気を配置しておいても良いし、真空にしておいても良いし、或いは、使用される各半導体層よりも屈折率の低い透明な絶縁材料や不活性ガス等を充填しておいても良い。   Further, in the fifth means of the present invention, at least a region immediately below the resonator is not entirely removed, but a part thereof is always left. That is, if the thickness of the remaining portion of the n-type contact layer is described as δ, it should be 0 <δ <Λ. In addition, in the above-mentioned concave portion formed below the resonator, air may be arranged as it is, vacuum may be kept, or a refractive index may be higher than each semiconductor layer used. It may be filled with a transparent insulating material or an inert gas having a low density.

また、本発明の第6の手段によれば、共振器の共振方向に光を共振させる分布帰還構造(DFB構造)がn型コンタクト層の底部に形成されるため、レーザ発光が略単一モード化される。これにより、発光ピークの鋭いシャープ或いはピュアーな発光特性を得ることができる。   According to the sixth aspect of the present invention, since the distributed feedback structure (DFB structure) for resonating light in the resonance direction of the resonator is formed at the bottom of the n-type contact layer, the laser emission can be performed in a substantially single mode. Be converted to This makes it possible to obtain sharp or pure emission characteristics with a sharp emission peak.

また、本発明の第7の手段によれば、上記の共振器における光の閉じ込め効果が補強されるため、レーザの発光効率を高くすることができる。
例えば、複数の誘電体層または半導体層を、活性層側から結晶成長基板側に向う向きに沿って屈折率が単調に減少する様に順次積層しても良い。或いは、その向きに連続的に屈折率が単調に減少する様な単一層の誘電体膜または半導体膜を形成しても良い。これらの場合には、誘電体膜または半導体膜で光を活性層側に戻す導波路を形成することができる。また、上記の誘電体膜または半導体膜は、勿論、屈折率が略均一の単一層で構成しても良い。
Further, according to the seventh aspect of the present invention, the effect of confining light in the above-described resonator is reinforced, so that the light emission efficiency of the laser can be increased.
For example, a plurality of dielectric layers or semiconductor layers may be sequentially stacked such that the refractive index monotonously decreases along the direction from the active layer side to the crystal growth substrate side. Alternatively, a single-layer dielectric film or semiconductor film whose refractive index decreases monotonously continuously in that direction may be formed. In these cases, a waveguide that returns light to the active layer side can be formed by a dielectric film or a semiconductor film. Further, the above-mentioned dielectric film or semiconductor film may of course be constituted by a single layer having a substantially uniform refractive index.

この様な反射膜の材料として用いることができる誘電体としては、例えばSiO2 やTiO2 等をあげることができるが、勿論一般にはこれらの誘電体材料に限定されるものではない。その他にも、例えば、Alx Ga1-x N(0≦x≦1)等の半導体層から反射膜を形成しても良い。Alx Ga1-x Nの屈折率は、アルミニウム組成比xの単調減少関数であるので、上記の半導体層の屈折率を段階的若しくは連続的に変化させる調整パラメータとして、この組成比xを用いることもできる。 Examples of a dielectric that can be used as a material of such a reflection film include SiO 2 and TiO 2, but of course, are not limited to these dielectric materials in general. Alternatively, the reflection film may be formed from a semiconductor layer such as Al x Ga 1 -xN (0 ≦ x ≦ 1). Since the refractive index of Al x Ga 1 -xN is a monotonically decreasing function of the aluminum composition ratio x, the composition ratio x is used as an adjustment parameter for changing the refractive index of the semiconductor layer stepwise or continuously. You can also.

例えば、上記の凹部内に露出したn型コンタクト層の底面に、活性層側から結晶成長基板側に向う向きに沿って屈折率が単調に減少する様に、即ち、その向きに沿ってアルミニウム組成比xが単調に増加する様に、Alx Ga1-x Nから成る単一の半導体層を連続的に形成しても良い。勿論、アルミニウム組成比xを段階的に増加させることにより、多層膜を形成しても良い。これらの誘電体材料を用いれば、例えば空気や金属等の他の材料に比べて光の吸収や透過が効果的に抑制できるため、エネルギー効率の高い光導波路を形成することができる。 For example, on the bottom surface of the n-type contact layer exposed in the concave portion, the refractive index monotonically decreases along the direction from the active layer side to the crystal growth substrate side, that is, the aluminum composition along the direction. A single semiconductor layer made of Al x Ga 1 -xN may be continuously formed so that the ratio x monotonically increases. Of course, a multilayer film may be formed by gradually increasing the aluminum composition ratio x. When these dielectric materials are used, the absorption and transmission of light can be suppressed more effectively than other materials such as air and metal, so that an optical waveguide with high energy efficiency can be formed.

また、本発明の第8の手段によれば、この様な金属層や金属部は、共振器で発生する熱を効率よくヒートシンク等の外部・周辺に伝導するので、半導体レーザの発振動作をより安定させることができる。これらの意味で、上記の金属層や金属部は例えば銅(Cu)や金(Au)等の熱伝導性の高いものが望ましい。勿論、複数の金属から成る合金でも良い。或いは、これらの金属層や金属部は、異種金属から成る多層構造にしても良い。   According to the eighth aspect of the present invention, such a metal layer or a metal portion efficiently conducts heat generated in the resonator to the outside and the periphery of a heat sink or the like, so that the oscillation operation of the semiconductor laser can be further improved. Can be stabilized. From these viewpoints, it is desirable that the above-mentioned metal layer or metal part has high thermal conductivity such as copper (Cu) or gold (Au). Of course, an alloy composed of a plurality of metals may be used. Alternatively, these metal layers and metal parts may have a multilayer structure made of different metals.

また、上記の金属層や金属部は、光反射面を形成するので共振器内部の光閉じ込め効果にも寄与する。この意味で、上記の金属層や金属部は例えばアルミニウム(Al)、ロジウム(Rh)、銀(Ag)、金(Au)等の所望の発光波長λに対する反射率の高いものが望ましい。或いは、例えばプラチナ(Pt)等の耐蝕性の高い金属を適当量混ぜた合金を使用しても良い。
上記の金属層や金属部は、これらの各種の条件を十分に勘案して適当なものを選択すれば良い。勿論、複数の金属から成る合金でも良い。或いは、これらの金属層や金属部は、異種金属から成る多層構造にしても良い。
In addition, the above-mentioned metal layer or metal part forms a light reflecting surface, and thus also contributes to a light confinement effect inside the resonator. In this sense, it is desirable that the above-mentioned metal layer or metal part has a high reflectance for a desired emission wavelength λ, such as aluminum (Al), rhodium (Rh), silver (Ag), gold (Au), or the like. Alternatively, for example, an alloy obtained by mixing an appropriate amount of a metal having high corrosion resistance such as platinum (Pt) may be used.
The above-mentioned metal layer and metal part may be appropriately selected in consideration of these various conditions. Of course, an alloy composed of a plurality of metals may be used. Alternatively, these metal layers and metal parts may have a multilayer structure made of different metals.

また、本発明の第9の手段によれば、凹部内に露出したn型コンタクト層の露出面上に接続された上記の金属層又は金属部に配線等を接続するだけで、負電極が実現できる。したがって、この様な構成に従えば、複数の半導体層の上層側からn型コンタクト層にまで至るエッチング処理によりn型コンタクト層を上方に露出させたり、このn型コンタクト層の露出面上に負電極(他の金属層又は金属部)を別途設けたりする必要がなくなる。負電極を構成するこの様な金属層や金属部は、半導体に対するオーミック特性の優れたものが望ましい。
したがって、上記の金属層や金属部には、以上の各種の条件を十分に勘案して適当な金属を選択すれば良い。勿論、複数の金属から成る合金でも良い。或いは、これらの金属層や金属部は、異種金属から成る多層構造にしても良い。
According to the ninth aspect of the present invention, a negative electrode can be realized only by connecting a wiring or the like to the above-mentioned metal layer or metal portion connected on the exposed surface of the n-type contact layer exposed in the concave portion. it can. Therefore, according to such a configuration, the n-type contact layer is exposed upward by an etching process from the upper layer side of the plurality of semiconductor layers to the n-type contact layer, or the negative surface is exposed on the exposed surface of the n-type contact layer. It is not necessary to separately provide an electrode (another metal layer or a metal part). It is desirable that such a metal layer and a metal portion constituting the negative electrode have an excellent ohmic characteristic with respect to a semiconductor.
Therefore, an appropriate metal may be selected for the above-mentioned metal layer and metal part by sufficiently considering the above various conditions. Of course, an alloy composed of a plurality of metals may be used. Alternatively, these metal layers and metal parts may have a multilayer structure made of different metals.

また、上記の様に金属層又は金属部で負電極を形成すれば、半導体ウエハを製造する際に正電極とは反対の側の面に負電極を形成することができるため、1枚の半導体ウエハから取り出すことができる半導体レーザのチップ数を、半導体層積層側(結晶成長側)に両電極を共に形成する場合よりも増大させることができる。
したがって、上記の手段によれば、干渉縞(FFPの乱れ)に対する十分な抑制効果を備えた半導体レーザの生産性を大幅に向上させることができる。
Further, if a negative electrode is formed of a metal layer or a metal portion as described above, a negative electrode can be formed on the surface opposite to the positive electrode when a semiconductor wafer is manufactured. The number of semiconductor laser chips that can be taken out of the wafer can be increased as compared with the case where both electrodes are formed on the semiconductor layer stacking side (crystal growth side).
Therefore, according to the above-described means, it is possible to greatly improve the productivity of a semiconductor laser having a sufficient effect of suppressing interference fringes (FFP disturbance).

また、本発明の第10の手段により、不純物無添加の III族窒化物系化合物から成る半導体層(例:GaN層)をn型コンタクト層と結晶成長基板との間に設ければ、基板側への電流成分が抑制されるので、電流注入効率が向上する。
また、p型の III族窒化物系化合物から成る半導体層(例:GaN層)をn型コンタクト層と結晶成長基板との間に設ければ、この部位に発光作用や受光作用を持たないpnp接合のダイオードの様な構造が形成されるため、電流リークが妨げられて素子の耐圧性が向上する。
この様な構成は、n型のシリコン(Si)等の導電性基板を用いた場合等に特に有効であるが、例えば不純物無添加シリコン(Si)やサファイア基板等のその他一般の結晶成長基板を用いた場合等においても十分な効果を奏する。
Further, according to the tenth aspect of the present invention, if a semiconductor layer (for example, a GaN layer) made of a group III nitride compound without impurities is provided between the n-type contact layer and the crystal growth substrate, Current component is suppressed, so that current injection efficiency is improved.
Further, if a semiconductor layer (for example, a GaN layer) made of a p-type group III nitride compound is provided between the n-type contact layer and the crystal growth substrate, pnp having no light-emitting action or light-receiving action is provided at this portion. Since a structure like a junction diode is formed, current leakage is prevented and the withstand voltage of the element is improved.
Such a configuration is particularly effective when an n-type conductive substrate such as silicon (Si) is used. For example, a general crystal growth substrate such as undoped silicon (Si) or a sapphire substrate may be used. A sufficient effect is exhibited even when used.

また、本発明の第11の手段によれば、本来のn型コンタクト層の機能を損なわずに、負電極とのコンタクトを十分良好に保ったまま、上記の作用効果を確実に引き出すことができる。共振器の真下に位置するn型コンタクト層の膜厚δは、その設定精度(加工精度)等にも依るが、負電極とのコンタクトを十分良好に保ったまま上記の作用効果を確実に引き出すために、例えば青紫色発光レーザの場合更に理想的には、n型コンタクト層の膜厚δは、概ねΛ/3≦δ≦2Λ/3なる範囲に納めることがより望ましい。
負電極とのコンタクトを十分良好に保つことが可能となる上記の膜厚δの適当な下限値は、例えば共振器のストライプ幅等の各部の寸法やレーザの構造等にも依るが、概ね0.2μm程度と思われる。
Further, according to the eleventh means of the present invention, the above-mentioned function and effect can be reliably obtained without impairing the function of the original n-type contact layer and keeping the contact with the negative electrode sufficiently good. . The thickness δ of the n-type contact layer located immediately below the resonator depends on the setting accuracy (processing accuracy) and the like, but the above-mentioned effects can be reliably obtained while keeping the contact with the negative electrode sufficiently good. For this reason, for example, in the case of a blue-violet light emitting laser, more ideally, it is more desirable that the thickness δ of the n-type contact layer is approximately in the range of Λ / 3 ≦ δ ≦ 2Λ / 3.
An appropriate lower limit of the film thickness δ at which the contact with the negative electrode can be kept sufficiently good depends on the dimensions of each part such as the stripe width of the resonator, the structure of the laser, and the like. It seems to be about 2 μm.

共振器の真下に位置するn型コンタクト層の膜厚δの値が大き過ぎると、出力されるFFPの中に干渉縞のピーク付近が発現して望ましくない。この干渉縞の発現は、膜厚δの値を小さくするほど抑制される。しかし、この膜厚δの値が小さ過ぎると、負電極側のコンタクトが良好には確保し難く、よって、電流密度分布を理想的な状態にし難くなり、これらの結果、内部量子効率が低下する等して望ましくない。   If the value of the film thickness δ of the n-type contact layer located directly below the resonator is too large, the vicinity of the peak of the interference fringes appears in the output FFP, which is not desirable. The appearance of the interference fringes is suppressed as the value of the film thickness δ decreases. However, if the value of the film thickness δ is too small, it is difficult to secure a good contact on the negative electrode side, and thus it is difficult to make the current density distribution ideal, and as a result, the internal quantum efficiency is reduced. It is not desirable.

以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
ただし、本発明の実施形態は、以下に示す個々の実施例に限定されるものではない。
Hereinafter, the present invention will be described based on specific examples.
However, embodiments of the present invention are not limited to the individual examples described below.

図1は、本発明の実施例1の半導体レーザ100αの断面図である。
サファイアから成る結晶成長基板101の上には、窒化アルミニウム(AlN)から成るバッファ層109αが積層されている。更にその上には、シリコン(Si)ドープのGaN から成る高キャリア濃度のn型コンタクト層102と、GaN から成るn型クラッド層103とが順次積層されている。
FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor laser 100α according to a first embodiment of the present invention.
A buffer layer 109α made of aluminum nitride (AlN) is stacked on a crystal growth substrate 101 made of sapphire. Furthermore, a high carrier concentration n-type contact layer 102 made of GaN doped with silicon (Si) and an n-type clad layer 103 made of GaN are sequentially stacked thereon.

更にその上には、活性層とその上下両側に位置する各型の光ガイド層から成る発光出力部104が形成されている。より具体的には、この発光出力部104は、Al0.01Ga0.99Nより成るn型の光ガイド層と、公知の端面発光型レーザダイオードに見られる一般的な多重量子井戸(MQW)構造の活性層と、マグネシウム(Mg)ドープのAl0.01Ga0.99Nから成るp型の光ガイド層とを順次積層することにより形成されたものである。 Further thereon, a light emitting output section 104 composed of an active layer and light guide layers of each type located on the upper and lower sides thereof is formed. More specifically, the light emitting output unit 104 is composed of an n-type light guide layer made of Al 0.01 Ga 0.99 N and an active material of a general multiple quantum well (MQW) structure found in a known edge emitting laser diode. It is formed by sequentially laminating a layer and a p-type optical guide layer made of magnesium (Mg) -doped Al 0.01 Ga 0.99 N.

この発光出力部104の上には、p型のAl0.12Ga0.88N から成るp型クラッド層と、Mgドープのp型のGaNから成るp型コンタクト層の計2層が順次積層されて形成されたp型半導体層105が形成されている。 A total of two layers, a p-type clad layer made of p-type Al 0.12 Ga 0.88 N and a p-type contact layer made of p-type GaN doped with Mg, are sequentially formed on the light emitting output section 104. The p-type semiconductor layer 105 is formed.

n型コンタクト層102は、上方(p型半導体層105側)からのエッチングによりその大部分が露出され、本エッチングにより、基板に対して略垂直に立脚した平頂な共振器部分が形成される。また、この共振器の両脇には、屈折率が約1.4のSiO2 より成る絶縁性保護膜110がスパッタリングにより形成されている。 Most of the n-type contact layer 102 is exposed by etching from above (the p-type semiconductor layer 105 side), and by this etching, a flat-top resonator portion standing substantially perpendicular to the substrate is formed. . On both sides of the resonator, an insulating protective film 110 made of SiO 2 having a refractive index of about 1.4 is formed by sputtering.

また、結晶成長基板101の裏面の凹部Dはエッチング処理により形成したものであり、符号δはこの凹部Dにおけるn型コンタクト層102の残存膜厚を表している。
n型コンタクト層102の屈折率n、n型コンタクト層102の導波モードの等価屈折率neqの各値は、発光出力部104から放出される光の発光波長λに依存する。これらの発光波長λ、屈折率n、等価屈折率neqの各値は、次式(1)〜(3)の通りである。
(設計パラメータの例)
λ=405[nm] (青紫色) …(1)
n=2.525 …(2)
eq=2.502 …(3)
The concave portion D on the back surface of the crystal growth substrate 101 is formed by etching, and the symbol δ indicates the remaining film thickness of the n-type contact layer 102 in the concave portion D.
Each value of the refractive index n of the n-type contact layer 102 and the equivalent refractive index n eq of the waveguide mode of the n-type contact layer 102 depends on the emission wavelength λ of the light emitted from the emission output unit 104. The values of the emission wavelength λ, the refractive index n, and the equivalent refractive index n eq are as shown in the following equations (1) to (3).
(Example of design parameters)
λ = 405 [nm] (blue purple) ... (1)
n = 2.525 (2)
n eq = 2.502 (3)

また、発光波長λの関数f(λ)の関数値Λと、結晶成長基板裏面の凹部Dにおけるn型コンタクト層の残存膜厚δの各値は、それぞれ次式(4)、(5)により表される。
(設計パラメータの例)
Λ≡f(λ)=λ(n2 −neq 2 -1/2/2
=596[nm] …(4)
δ=0.30[μm]≒Λ/2 …(5)
Further, the function value Λ of the function f (λ) of the emission wavelength λ and the value of the remaining film thickness δ of the n-type contact layer in the concave portion D on the back surface of the crystal growth substrate are given by the following equations (4) and (5), respectively. expressed.
(Example of design parameters)
Λ≡f (λ) = λ (n 2 -n eq 2) -1/2 / 2
= 596 [nm] (4)
δ = 0.30 [μm] ≒ Λ / 2 (5)

共振器の真下に位置するn型コンタクト層を全部削ってしまうと電流密度分布に偏りが生じて、共振器に効率よく電流を供給することができなくなるが、例えば本実施例の様に、少なくとも共振器の真下に位置するn型コンタクト層については、必ずその一部分を残しておく様にすると良い。この構成に従えば、共振器直下においても負電極とのコンタクトが良好に確保できるので、共振器内及び共振器周辺の電流の密度分布が理想的な状態に維持できる。   If the n-type contact layer located immediately below the resonator is entirely removed, the current density distribution will be deviated, making it impossible to efficiently supply current to the resonator. For example, as in the present embodiment, at least As for the n-type contact layer located immediately below the resonator, it is preferable to leave a part thereof. According to this configuration, good contact with the negative electrode can be ensured immediately below the resonator, so that the current density distribution in and around the resonator can be maintained in an ideal state.

したがって、上記の様な構成によれば、理想的な電流密度分布や効果的な光の閉じ込め作用に基づいて安定して発振する半導体レーザが製造できると共に、従来よりも効果的にn型コンタクト層の干渉縞(FFPの乱れ)に対する十分な抑制効果を得ることができる。
この様な半導体レーザの構造は、上下方向のFFPが乱れないため、レーザビームの照射位置(照射領域)を正確に制御するのに都合が良く、収斂性の良好なスポットサイズの小さな半導体レーザを実現する上で非常に有用である。
Therefore, according to the above configuration, a semiconductor laser that oscillates stably based on an ideal current density distribution and an effective light confinement function can be manufactured, and the n-type contact layer can be formed more effectively than before. A sufficient effect of suppressing interference fringes (disorder of FFP) can be obtained.
Such a structure of the semiconductor laser is advantageous in accurately controlling the irradiation position (irradiation area) of the laser beam because the FFP in the vertical direction is not disturbed. It is very useful in realizing.

尚、光閉じ込め効果、結晶性の確保、半導体結晶の生産性等を総じて考慮すれば、n型コンタクト層102の上に積層するn型クラッド層103の膜厚の適正範囲は、0.1〜2.0μm程度であると考えられる。中でも特に0.4〜0.8μm程度の範囲では、n型クラッド層103の形成工程における半導体結晶の生産性を従来以上に改善した上で、更に従来よりもFFPの綺麗な収斂性の高い半導体レーザを製造することができる。   In consideration of the light confinement effect, the securing of crystallinity, the productivity of semiconductor crystal, and the like, the appropriate range of the thickness of the n-type cladding layer 103 laminated on the n-type contact layer 102 is 0.1 to It is considered to be about 2.0 μm. In particular, in the range of about 0.4 to 0.8 μm, the productivity of the semiconductor crystal in the step of forming the n-type cladding layer 103 is improved more than before, and furthermore, the FFP has a finer and more convergent semiconductor than before. Lasers can be manufactured.

また、結晶成長基板101には、上記のサファイアの他にも、シリコン、炭化シリコン、窒化ガリウム等の公知の結晶成長基板材料を用いることができる。例えば、ノンドープの窒化ガリウム(GaN)から成るバルク基板を結晶成長基板として用いれば、良質の半導体結晶を容易に得ることができ、バッファ層109α等を成膜しなくて良い等の利点も得られる。   In addition to the above-mentioned sapphire, known crystal growth substrate materials such as silicon, silicon carbide, and gallium nitride can be used for the crystal growth substrate 101. For example, if a bulk substrate made of non-doped gallium nitride (GaN) is used as a crystal growth substrate, a high-quality semiconductor crystal can be easily obtained, and advantages such as not having to form the buffer layer 109α and the like are also obtained. .

以下、上記の本実施例1の半導体レーザ100α(図1)のその他の部分についても、安定したレーザ発振に寄与する各部の構造や特徴的な作用等について開示しておく。
(1)例えば、半導体結晶に形成する電極の構成としては、共振器の平頂部(p型半導体層105)の上には、ニッケル(Ni)を主成分とする例えばニッケル(Ni)と金(Au)との合金等より成る正電極106Aが、蒸着により成膜されている。また、n型コンタクト層102の露出部には、アルミニウム(Al)を主成分とする例えばアルミニウム(Al)とバナジウム(V)との合金等より成る負電極106Bが、チップの表側からの蒸着処理により成膜されている。
Hereinafter, with respect to other portions of the semiconductor laser 100α (FIG. 1) of the first embodiment, the structure, characteristic operation, and the like of each portion that contributes to stable laser oscillation will be disclosed.
(1) For example, as a configuration of an electrode formed on a semiconductor crystal, for example, nickel (Ni) and gold (based on nickel (Ni) as main components) are formed on the flat top portion (p-type semiconductor layer 105) of the resonator. A positive electrode 106A made of an alloy with Au) is formed by vapor deposition. In the exposed portion of the n-type contact layer 102, a negative electrode 106B made of, for example, an alloy of aluminum (Al) and vanadium (V) containing aluminum (Al) as a main component is subjected to a vapor deposition process from the front side of the chip. Is formed.

(2)また、絶縁性保護膜110で共振器を左右両側から挟む構造を採用することにより、共振器の水平方向の幅(厚さ)、特に発光出力部104、p型半導体層105の幅を1〜3μm程度と非常に細くすることができるので、これらの構成により、高い電流狭窄効果が得られる。また、共振器の幅を細くした上で、活性層の両脇を屈折率の低い絶縁材料(絶縁性保護膜110)で埋め込んだことにより、活性層から出力される光の横方向の閉じ込めが効果的に実施できる。 (2) Further, by employing a structure in which the resonator is sandwiched between the left and right sides by the insulating protective film 110, the width (thickness) of the resonator in the horizontal direction, particularly, the width of the light emitting output unit 104 and the p-type semiconductor layer 105 Can be made very thin, on the order of 1 to 3 μm, and a high current confinement effect can be obtained with these configurations. In addition, by narrowing the width of the resonator and embedding both sides of the active layer with an insulating material having a low refractive index (insulating protective film 110), the light output from the active layer is confined in the horizontal direction. Can be implemented effectively.

(3)また、共振器の平頂部に形成される正電極106Aは、絶縁性保護膜110の上にも形成され、正電極106Aの成膜面積が広がったため、正電極106Aが共振器平頂部より局所的に剥離することがなくなった。即ち、正電極106Aは、この平頂部に一様に密着して成膜された状態を安定して維持できる。 (3) The positive electrode 106A formed on the flat top of the resonator is also formed on the insulating protective film 110, and the film formation area of the positive electrode 106A is increased. No more local exfoliation. That is, the positive electrode 106A can stably maintain a state in which the positive electrode 106A is uniformly adhered to the flat top.

(4)また、発光出力部104及びその周辺で発生した熱は、共振器平頂部のみを放熱経路(熱伝導経路)とするにとどまらず、絶縁性保護膜110及び絶縁性保護膜110上に成膜された正電極106Aを介して、図略のヒートシンク側に放熱することができる。ただし、ヒートシンクは、不都合な短絡(ショート)が発生しない構成を取れば、勿論、任意の部位に外付けすることができる。
例えば、正電極106Aの大面積を利用して、この露出面の大部分に接触させる様にヒートシンクを配置する等の構成が考えられる。
(4) Further, the heat generated in the light-emission output unit 104 and the periphery thereof is not limited to the heat dissipation path (heat conduction path) only on the flat top of the resonator, but also on the insulating protective film 110 and the insulating protective film 110. Heat can be dissipated to the heat sink (not shown) via the positive electrode 106A on which the film is formed. However, the heat sink can be externally attached to an arbitrary portion as long as it takes a configuration in which an undesired short circuit (short circuit) does not occur.
For example, a configuration is conceivable in which a large area of the positive electrode 106A is used and a heat sink is arranged so as to be in contact with most of the exposed surface.

(5)また、半導体レーザ100αでは、共振器の裾(下部)が太くなっている。即ち、エッチング処理により残されたn型クラッド層103とn型コンタクト層102が、共振器を下方両脇より支持する構造になっている。これにより、共振器の物理的な強度が補強されるため、共振器の平頂部のストライプ幅を細く形成することが容易となる。また、絶縁性保護膜110が共振器を支えているため、凹部Dの形成も容易或いは確実と成る。また、共振器の平頂部の一部にまで絶縁性保護膜110が拡張されて成膜されている。
これらの構成によっても、光の閉じ込め効果や電流狭窄効果の高い構造を容易に得ることができる。
(5) In the semiconductor laser 100α, the bottom (lower portion) of the resonator is thick. That is, the structure is such that the n-type cladding layer 103 and the n-type contact layer 102 left by the etching process support the resonator from both lower sides. Thereby, the physical strength of the resonator is reinforced, so that it is easy to form a narrow stripe width at the flat top of the resonator. Further, since the insulating protective film 110 supports the resonator, the formation of the concave portion D is easy or reliable. Further, the insulating protective film 110 is formed to extend to a part of the flat top of the resonator.
With these configurations, a structure having a high light confinement effect and a high current confinement effect can be easily obtained.

(6)また、絶縁性保護膜110の一部が負電極106Bの上にまで拡張して積層されており、この絶縁性保護膜110の拡張部分を介して、正電極106Aの拡張部位と負電極106Bとが重ねて積層されている。この構造により、正電極106Aか負電極106Bの何方か一方の電極に放熱経路が集中する等の不都合がない。言い換えれば、正負両電極間等の各部間の熱伝導効率が高まり、各部間の温度差が低減されるため、高い放熱効果が得られる。 (6) In addition, a part of the insulating protective film 110 is extended and laminated on the negative electrode 106B, and the extended portion of the positive electrode 106A and the negative electrode 106A are extended through the extended part of the insulating protective film 110. The electrode 106B is stacked on top of the other. With this structure, there is no inconvenience that the heat radiation path is concentrated on one of the positive electrode 106A and the negative electrode 106B. In other words, the heat conduction efficiency between each part such as between the positive and negative electrodes is increased, and the temperature difference between each part is reduced, so that a high heat radiation effect is obtained.

以上の(1)〜(6)等の作用によっても、半導体レーザ100αの発振しきい値をより効果的に抑止することができる。
例えば以上の様に本発明に基づいて半導体レーザを構成すれば、駆動電圧が効果的に抑制された、継続的に安定して発振する収斂性の良い半導体レーザを実現することができる。
The oscillation threshold value of the semiconductor laser 100α can be more effectively suppressed by the operations (1) to (6) described above.
For example, by configuring a semiconductor laser according to the present invention as described above, it is possible to realize a semiconductor laser with effectively suppressed driving voltage and oscillating continuously and stably with good convergence.

図2は、本実施例2の半導体レーザ201の断面図である。この半導体レーザ201のn型コンタクト層102、n型クラッド層103、発光出力部104、p型半導体層105、絶縁性保護膜110、正電極106Aの各部に関する材料(組成や物性)及び、共振器略中央における各層の積層構成(積層順序や膜厚)等は、前述の実施例1の半導体レーザ100αとそれぞれ略同等である。
また、エッチング処理後の凹部Dにおけるn型コンタクト層102の残存膜厚δに付いても、前述の式(4)、式(5)の手法に準拠して設定されている。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the semiconductor laser 201 according to the second embodiment. The material (composition and physical properties) of each part of the n-type contact layer 102, the n-type cladding layer 103, the light-emission output unit 104, the p-type semiconductor layer 105, the insulating protective film 110, the positive electrode 106A of the semiconductor laser 201, and the resonator The lamination structure (lamination order and film thickness) of each layer at substantially the center is substantially the same as that of the semiconductor laser 100α of the first embodiment.
In addition, the remaining film thickness δ of the n-type contact layer 102 in the concave portion D after the etching process is set in accordance with the above formulas (4) and (5).

この半導体レーザ201の構成は、実施例1の半導体レーザ100αの構成と共通点が多いが、この半導体レーザ201(図2)のその他の主な特徴は次の通りである。
(1)p型半導体層105の断面形状を略台形にエッチング処理することにより、リッジが形成されている。
(2)結晶成長基板101aの材料としては、p型又はノンドープのGaNからなるバルク結晶が採用されている。
(3)上記の凹部Dには、アルミニウム(Al)を主成分とする金属が蒸着処理により充填されており、この金属部により、光反射部と負電極106Cとが同時に形成されている。
Although the configuration of the semiconductor laser 201 has many points in common with the configuration of the semiconductor laser 100α of the first embodiment, other main features of the semiconductor laser 201 (FIG. 2) are as follows.
(1) The ridge is formed by etching the cross-sectional shape of the p-type semiconductor layer 105 into a substantially trapezoidal shape.
(2) As a material of the crystal growth substrate 101a, a bulk crystal made of p-type or non-doped GaN is employed.
(3) The concave portion D is filled with a metal mainly composed of aluminum (Al) by vapor deposition, and the metal portion forms the light reflecting portion and the negative electrode 106C at the same time.

例えば、以上の様に半導体レーザ201を形成することにより、n型コンタクト層102と金属部(負電極106C)との境界面から成る光反射面で光が発光出力部104の方に反射されるため、良好な光閉じ込め効果を得ることができる。また、結晶成長基板101aにp型又はノンドープのGaNを用いることで、電流は結晶成長基板101aを通らないため理想的な電流狭窄が実現できる。   For example, by forming the semiconductor laser 201 as described above, light is reflected toward the light emitting output unit 104 by the light reflecting surface formed by the boundary between the n-type contact layer 102 and the metal part (the negative electrode 106C). Therefore, a good light confinement effect can be obtained. Further, by using p-type or non-doped GaN for the crystal growth substrate 101a, an electric current does not pass through the crystal growth substrate 101a, so that ideal current confinement can be realized.

また、p型又はノンドープの窒化ガリウム(GaN)から成るバルク基板を結晶成長基板として用いているため、前述のバッファ層109α等を成膜しなくて良い。
例えば、以上の様な構成によっても、安定して効率よく連続発振するFFPの綺麗な収斂性の高い半導体レーザを製造することができる。
In addition, since a bulk substrate made of p-type or non-doped gallium nitride (GaN) is used as a crystal growth substrate, the above-described buffer layer 109α and the like need not be formed.
For example, even with the above configuration, it is possible to manufacture a semiconductor laser with a high convergence of the FFP that oscillates stably and efficiently continuously.

図3は、本実施例3の半導体レーザ202の断面図である。本半導体レーザ202は、上記の実施例2の半導体レーザ201と略同等の構造を有するが、凹部D内に露出したn型コンタクト層102の底面に、SiドープのGaNから成るn型クラッド層103よりも屈折率の小さい半導体多層膜107が積層されている点が大きな特徴と成っている。   FIG. 3 is a cross-sectional view of the semiconductor laser 202 according to the third embodiment. The present semiconductor laser 202 has substantially the same structure as the semiconductor laser 201 of the above-described second embodiment, but has an n-type cladding layer 103 made of Si-doped GaN on the bottom surface of the n-type contact layer 102 exposed in the concave portion D. A major feature is that the semiconductor multilayer film 107 having a smaller refractive index is stacked.

この半導体多層膜107は、多層構造を有し、n型コンタクト層102に対する基板裏側からのエッチング処理完了後、n型コンタクト層102の露出面に半導体結晶を8層順次成長させて積層したものである。従って、半導体多層膜107を構成する計8層の半導体層は、他の半導体層102、103、104、105等とは積層順序や結晶成長方向が逆向き(下向き)になっている。   The semiconductor multi-layer film 107 has a multi-layer structure, and after completion of etching of the n-type contact layer 102 from the back side of the substrate, eight semiconductor crystals are sequentially grown and laminated on the exposed surface of the n-type contact layer 102. is there. Therefore, a total of eight semiconductor layers constituting the semiconductor multilayer film 107 have a stacking order and a crystal growth direction opposite (downward) to the other semiconductor layers 102, 103, 104, 105 and the like.

上記の計8層の半導体層は、Alx Ga1-x N(0≦x≦1)を結晶成長により積層したもので、n型コンタクト層102の底面(露出面)側から順に、順次以下のアルミニウム組成比xm (m=1,2,3,...,8)を有する層を成膜したものである。
(アルミニウム組成比xm の設定例)
1 =0.13,
2 =0.25,
3 =0.38,
4 =0.50,
5 =0.63,
6 =0.75,
7 =0.88,
8 =1.00 …(6)
これらの半導体結晶Alx Ga1-x N(0≦x≦1)は、電流密度分布を理想的に確保するために、例えばSi等を添加することによりn型の半導体にしておくことが望ましい。
The above eight semiconductor layers are formed by stacking Al x Ga 1 -xN (0 ≦ x ≦ 1) by crystal growth, and sequentially from the bottom (exposed surface) side of the n-type contact layer 102 in the following order. Of aluminum having a composition ratio x m (m = 1, 2, 3,..., 8).
(Configuration Example of aluminum composition ratio x m)
x 1 = 0.13
x 2 = 0.25
x 3 = 0.38,
x 4 = 0.50,
x 5 = 0.63
x 6 = 0.75
x 7 = 0.88,
x 8 = 1.00 (6)
These semiconductor crystals Al x Ga 1 -xN (0 ≦ x ≦ 1) are preferably made into n-type semiconductors by adding, for example, Si or the like in order to ensure an ideal current density distribution. .

以上の様な構成に従えば、金属製の光反射面で光が吸収される恐れが少なくなり、エネルギー効率の高い光閉じ込め効果を得ることができる。勿論、金属部での光反射作用も同時に得ることができる。
例えば、この様な構成によっても、安定して効率よく連続発振するFFPの綺麗な収斂性の高い半導体レーザを製造することができる。
According to the above configuration, the risk of light being absorbed by the metal light reflecting surface is reduced, and a light trapping effect with high energy efficiency can be obtained. Of course, the light reflecting action at the metal part can be obtained at the same time.
For example, even with such a configuration, it is possible to manufacture a semiconductor laser with a high convergence of the FFP that stably and efficiently continuously oscillates.

図4は、本実施例4の半導体レーザ203の断面図である。本半導体レーザ203は、上記の実施例2の半導体レーザ202と略同等の構造を有するが、半導体多層膜107′を構成する計16層の半導体層は、Alx Ga1-x N(0<x≦1)を結晶成長により積層したもので、n型コンタクト層102の底面(露出面)側から順に、順次以下のアルミニウム組成比xm を有する層を成膜したものである。
(アルミニウム組成比xm の設定例)
m =m/16 (m=1,2,3,...,16) …(7)
FIG. 4 is a sectional view of the semiconductor laser 203 of the fourth embodiment. The semiconductor laser 203 has substantially the same structure as the semiconductor laser 202 of the above-described second embodiment. However, a total of 16 semiconductor layers constituting the semiconductor multilayer film 107 ′ are formed of Al x Ga 1 -xN (0 < x ≦ 1) formed by crystal growth, in which layers having the following aluminum composition ratio x m are formed in order from the bottom (exposed surface) side of the n-type contact layer 102.
(Configuration Example of aluminum composition ratio x m)
x m = m / 16 (m = 1, 2, 3,..., 16) (7)

半導体多層膜107′を構成する各半導体層は、例えばSi等のn型作成用の添加物を高濃度に添加することによりn型の半導体結晶とし、結晶成長基板101aは、不純物無添加のGaNか或いはp型のGaN等から形成することが、電流密度分布を理想的に形成する上で望ましい。勿論、この場合にも、負電極106Cは電極として使用する。   Each semiconductor layer constituting the semiconductor multilayer film 107 ′ is made into an n-type semiconductor crystal by adding an n-type forming additive such as Si at a high concentration, and the crystal growth substrate 101 a is made of undoped GaN. Alternatively, it is desirable to form the current density distribution ideally from p-type GaN or the like. Of course, also in this case, the negative electrode 106C is used as an electrode.

尚、上記の結晶成長基板101a及び半導体多層膜107′には、電流が流れない様にしても良い。この様な場合には、図1の半導体レーザ100αの場合と同様に、半導体ウエハの表側(上側)に負電極を形成すれば、レーザ発振をさせることができる。この場合、上記の負電極106Cは、電極としては作用しないが、上記の場合と同様に放熱のための効果的な熱伝導作用や、半導体多層膜107′から僅かに漏れ出す光に対する反射作用等を奏する。
この様な構成を実現する際、上記の結晶成長基板101aは、例えばサファイアや不純物無添加のGaNやp型のGaN等から形成することができる。この場合、勿論、半導体多層膜107′に付いても、同様に不純物無添加又はp型の半導体層を用いれば良い。
Note that current may not flow through the crystal growth substrate 101a and the semiconductor multilayer film 107 '. In such a case, as in the case of the semiconductor laser 100α in FIG. 1, if a negative electrode is formed on the front side (upper side) of the semiconductor wafer, laser oscillation can be performed. In this case, the negative electrode 106C does not act as an electrode, but as in the case described above, an effective heat conducting action for heat dissipation, a reflecting action for light leaking slightly from the semiconductor multilayer film 107 ', and the like. To play.
When realizing such a configuration, the crystal growth substrate 101a can be formed of, for example, sapphire, GaN with no added impurities, p-type GaN, or the like. In this case, needless to say, the semiconductor multilayer film 107 ′ may be similarly doped with no impurity or a p-type semiconductor layer.

図5は、本発明の実施例5の半導体レーザ100βの断面図である。この半導体レーザ100βは、前述の実施例1の半導体レーザ100αを部分的に改造したものである。本半導体レーザ100βの半導体レーザ100αとの相違点は、以下の通りである。   FIG. 5 is a sectional view of a semiconductor laser 100β according to a fifth embodiment of the present invention. The semiconductor laser 100β is obtained by partially modifying the semiconductor laser 100α of the first embodiment. The differences between the semiconductor laser 100β and the semiconductor laser 100α are as follows.

(1)サファイア基板101の上には、半導体層109βが結晶成長により積層されている。この半導体層109βは、2層構造を有し、下から順にAlNから成るバッファ層とp型のGaN層とを順次結晶成長させることにより形成されている。
(2)スパッタリングにより、SiO2 から成る単一層の誘電体層107βが共振器の下方の凹部Dに形成されている。この単一層の誘電体層107βはその他の例えばTiO2 等の誘電体材料から形成しても良い。
(3)更に、この凹部Dには、アルミニウム(Al)が蒸着処理により充填されている。これにより、放熱用金属層108が形成されている。
(1) The semiconductor layer 109β is stacked on the sapphire substrate 101 by crystal growth. The semiconductor layer 109β has a two-layer structure, and is formed by sequentially growing a buffer layer made of AlN and a p-type GaN layer from the bottom in order.
(2) A single dielectric layer 107β made of SiO 2 is formed in the recess D below the resonator by sputtering. The single dielectric layer 107β may be formed of another dielectric material such as TiO 2 .
(3) Further, the recess D is filled with aluminum (Al) by vapor deposition. As a result, a metal layer 108 for heat radiation is formed.

2層構造の半導体層109βには、p型のGaN層が含まれているので、放熱用金属層108とn型コンタクト層102との間は十分に絶縁される。また、上記の構成において、誘電体層107βの屈折率は低く確保されているため、光閉じ込め作用が効果的に達成されている。即ち、誘電体層107βは効果的に光導波路を構成している。また、放熱用金属層108は、良好に熱伝導作用(放熱作用)を果たしている。   Since the semiconductor layer 109β having the two-layer structure includes the p-type GaN layer, the heat dissipation metal layer 108 and the n-type contact layer 102 are sufficiently insulated. Further, in the above configuration, since the refractive index of the dielectric layer 107β is ensured to be low, the light confinement effect is effectively achieved. That is, the dielectric layer 107β effectively constitutes the optical waveguide. Further, the metal layer 108 for heat radiation has a good heat conduction effect (heat radiation effect).

図6は、この半導体レーザ100βのマウント状態を説明する断面図である。リードフレーム50は、ヒートシンクを兼ねたメタルステム53と、メタルポスト51を有する。ポスト側金線57とメタルステム側金線58は、共に金(Au)から成り、それぞれ半導体レーザ100βの正負各電極をリードフレーム50の各部(57,58)に電気的に接続している。   FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a mounted state of the semiconductor laser 100β. The lead frame 50 includes a metal stem 53 also serving as a heat sink, and a metal post 51. The post-side gold wire 57 and the metal stem-side gold wire 58 are both made of gold (Au), and electrically connect the positive and negative electrodes of the semiconductor laser 100β to the respective portions (57, 58) of the lead frame 50.

通常、半導体レーザを製造する際には、サブマウントやヒートシンクの材料として、高い絶縁性と高い熱伝導性とを兼ね備えたダイヤモンド等を用いるケースも少なくない。しかしながら、上記の図5の半導体積層構成においては、放熱用金属層108とn型コンタクト層102との間は十分に絶縁されており、ここに高い耐電圧性が確保されているため、図5のサブマウント52やヒートシンク(メタルステム53)等は共に、電気伝導性と熱伝導性が共に高く且つ価格の安い例えば銅(Cu)等から形成することができる。
即ち、上記の図5の様な半導体積層構成に従えば、例えば図6に例示される様に、半導体レーザの製造コストの削減と耐電圧性の向上等を同時に効果的に達成することが可能又は容易となる場合が在る。
Usually, when manufacturing a semiconductor laser, there are many cases where diamond or the like having both high insulating properties and high thermal conductivity is used as a material of a submount or a heat sink. However, in the semiconductor laminated structure of FIG. 5 described above, the heat radiation metal layer 108 and the n-type contact layer 102 are sufficiently insulated, and a high withstand voltage is secured here. The submount 52 and the heat sink (metal stem 53) can be made of, for example, copper (Cu), which has both high electrical conductivity and high thermal conductivity and is inexpensive.
That is, according to the semiconductor lamination structure as shown in FIG. 5, for example, as illustrated in FIG. 6, it is possible to simultaneously effectively reduce the manufacturing cost of the semiconductor laser and improve the withstand voltage and the like. Or it may be easier.

図7に本発明の実施例6の半導体レーザ100γの断面図を示す。この半導体レーザ100γは、前記の実施例1の半導体レーザ100αを改良したものであるが、本図7の図面上においては、本実施例6の半導体レーザ100γと前述の半導体レーザ100αとの構造上の差異は見受けられない。しかしながら、本実施例6の半導体レーザ100γと前述の半導体レーザ100αとの構造上の差異は、図示するx軸に垂直な断面σ上に見ることができる。この断面σは共振器の共振方向に平行であり、共振器を鉛直方向(z軸方向)に沿って2分している。   FIG. 7 is a sectional view of a semiconductor laser 100γ according to the sixth embodiment of the present invention. The semiconductor laser 100γ is an improvement of the semiconductor laser 100α of the first embodiment. However, in the drawing of FIG. 7, the structure of the semiconductor laser 100γ of the sixth embodiment is different from that of the semiconductor laser 100α described above. No difference is seen. However, the structural difference between the semiconductor laser 100γ of the sixth embodiment and the above-described semiconductor laser 100α can be seen on the cross section σ perpendicular to the x-axis shown. This cross section σ is parallel to the resonance direction of the resonator, and bisects the resonator along the vertical direction (z-axis direction).

図8にこの半導体レーザ100γの断面σにおける模式的な断面図を示す。周期構造の繰り返しによって形成された分布帰還構造(DFB構造)のy軸方向、即ち、共振器の共振方向における凹凸の各部の厚さD1 ,D2 は、以下の条件式を略満たすものとする。
(D1 ,D2 の条件式)
1 =kλ/(2n1 ),
2 =kλ/(2n2 ) …(8)
ただし、ここで、n1 は凹部を構成する部位の屈折率であり、n2 は下方に突き出た凸部を構成する部位の屈折率である。また、kは適当な自然数である。このkの値は、この分布帰還構造を形成する際の電子線加工装置における加工精度などの条件に応じて適当に決定することが望ましい。
FIG. 8 shows a schematic sectional view of a section σ of the semiconductor laser 100γ. The thicknesses D 1 , D 2 of each part of the unevenness in the y-axis direction of the distributed feedback structure (DFB structure) formed by repeating the periodic structure, that is, in the resonance direction of the resonator, substantially satisfy the following conditional expressions. I do.
(Conditional expressions for D 1 and D 2 )
D 1 = kλ / (2n 1 ),
D 2 = kλ / (2n 2 ) (8)
Here, n 1 is the refractive index of the portion forming the concave portion, and n 2 is the refractive index of the portion forming the convex portion protruding downward. K is an appropriate natural number. It is desirable that the value of k be appropriately determined according to conditions such as processing accuracy in the electron beam processing apparatus when forming the distributed feedback structure.

本実施例(半導体レーザ100γ)では、図7からも判る様に上記の凹部には自然に空気が充填されるので、n1 =1.00であり、また上記の凸部(n型コンタクト層102の底部)をGaNで形成するので、n2 =2.40である。この場合、λ=400nm,k=1とすると、図8の構成では式(8)より、D1 =200nm,D2 =83nmが上記の周期構造を規定する適正な長さとなる。また、n型コンタクト層102の厚さ(δ)は300nm程度で良く、上記の凸部の高さhは150nm程度でよい。 In the present embodiment (semiconductor laser 100γ), as can be seen from FIG. 7, since the above concave portion is naturally filled with air, n 1 = 1.00, and the above convex portion (n-type contact layer) Since (the bottom of 102) is formed of GaN, n 2 = 2.40. In this case, assuming that λ = 400 nm and k = 1, in the configuration of FIG. 8, from equation (8), D 1 = 200 nm and D 2 = 83 nm are appropriate lengths that define the above periodic structure. Further, the thickness (δ) of the n-type contact layer 102 may be about 300 nm, and the height h of the above-mentioned protrusion may be about 150 nm.

この様な分布帰還構造(DFB構造)を取り入れた構成によれば、共振器の共振方向に光を共振させる分布帰還構造におけるy軸方向の共振作用により、レーザ発光が略単一モード化される。これにより、前記の実施例1の半導体レーザ100αと同様の作用・効果が得られると共に、更に、発光ピークの鋭いシャープ或いはピュアーな発光特性を得ることができる。   According to the configuration incorporating such a distributed feedback structure (DFB structure), laser emission is made substantially in a single mode by the resonance action in the y-axis direction in the distributed feedback structure that resonates light in the resonance direction of the resonator. . Accordingly, the same operation and effect as those of the semiconductor laser 100α of the first embodiment can be obtained, and further, a sharp or pure light emission characteristic with a sharp emission peak can be obtained.

なお、本発明の半導体レーザにおける分布帰還構造(DFB構造)を形成する、半導体層を下方に突き出させることによって形成すべき凸部の高さの有効範囲は、概ね10nm〜1000nm程度である。より望ましくは、上記の凸部の高さは100〜500nmの間がより有効であり、これらの条件設定により、分布帰還構造に基づく効果的な共振作用が得られると同時に、前述の設計パラメータΛに対するn型コンタクト層の膜厚δの適度な設定による前述の干渉縞の抑制作用を得ることができる。   Note that the effective range of the height of the convex portion to be formed by projecting the semiconductor layer downward, which forms the distributed feedback structure (DFB structure) in the semiconductor laser of the present invention, is generally about 10 nm to 1000 nm. More desirably, the height of the projection is more effective between 100 and 500 nm. By setting these conditions, an effective resonance action based on the distributed feedback structure can be obtained, and at the same time, the design parameter Λ The effect of suppressing the above-described interference fringes can be obtained by setting the film thickness δ of the n-type contact layer to an appropriate value.

図9に、本発明の実施例7に係わる半導体レーザ100δの断面図を示す。この半導体レーザ100γは、前記の実施例1の半導体レーザ100αを変形したものであり、半導体レーザ100αにおける凹部Dの代わりに、共振器の真下のn型コンタクト層102の直下には、大気で満たされた空洞Gが形成されている。即ち、共振器の真下のn型コンタクト層102の膜厚δは、この空洞Gの大きさ(深さ)の調整によって、例えば前述の式(5)に例示した様に、好適或いは最適な膜厚に設定されている。
ただし、ここで用いた結晶成長基板101δの材料はサファイアであり、また、バッファ層109δには、膜厚約50nmのGaN層を結晶成長温度約500℃で積層する。
FIG. 9 is a sectional view of a semiconductor laser 100δ according to the seventh embodiment of the present invention. This semiconductor laser 100γ is a modification of the semiconductor laser 100α of the first embodiment. Instead of the concave portion D in the semiconductor laser 100α, the air is filled directly below the n-type contact layer 102 directly below the resonator with the air. A cavity G is formed. That is, by adjusting the size (depth) of the cavity G, the film thickness δ of the n-type contact layer 102 directly below the resonator can be adjusted to a suitable or optimum film thickness, for example, as exemplified in the above-mentioned equation (5). Thickness is set.
However, the material of the crystal growth substrate 101δ used here is sapphire, and a GaN layer having a thickness of about 50 nm is laminated on the buffer layer 109δ at a crystal growth temperature of about 500 ° C.

また、上記の空洞Gの形成手段としては、該当する部位に積層されていた半導体層(バッファ層109δの一部とn型コンタクト層102の一部)をレーザ照射によって揮発させる方法を採る。GaNをレーザで加熱すると窒素とガリウム(N2 ガス+2Ga)に分解するので、半導体レーザ100δの少なくとも片側の端面を開放系にしておき、そこからレーザ照射を始めれば、その開放部(:n型コンタクト層102の端面)にできる穴から窒素とガリウム(N2 ガス+2Ga)を排出することができる。分解されたGaはレーザ照射中にHClガスを流し続けることにより、GaCl3 ガスとして排気することができるが、レーザ照射後に希塩酸などで除去しても良い。
なお、空洞Gを形成する際のレーザ照射にはYAGレーザまたはエキシマーレーザを用いることができるが、加工平坦性などを考慮すればエキシマーレーザを使用した方が望ましい。
Further, as a means for forming the cavity G, a method of volatilizing a semiconductor layer (a part of the buffer layer 109δ and a part of the n-type contact layer 102) laminated on a corresponding portion by laser irradiation is adopted. When GaN is heated by a laser, it is decomposed into nitrogen and gallium (N 2 gas + 2Ga). Therefore, at least one end face of the semiconductor laser 100δ is set to an open system. Nitrogen and gallium (N 2 gas + 2Ga) can be discharged from holes formed in the contact layer 102 (end face). The decomposed Ga can be exhausted as GaCl 3 gas by continuously flowing HCl gas during laser irradiation, but may be removed with diluted hydrochloric acid or the like after laser irradiation.
Note that a YAG laser or an excimer laser can be used for laser irradiation when forming the cavity G, but it is preferable to use an excimer laser in consideration of processing flatness and the like.

以上のような構成によっても、結晶成長基板を裏側から削り取ることなく、前述の干渉縞の抑制作用を導く適当な膜厚のn型コンタクト層(n型コンタクト層102)を高品質に形成することができる。   Even with the above configuration, an n-type contact layer (n-type contact layer 102) having an appropriate thickness for leading the above-described interference fringe suppressing action can be formed with high quality without scraping the crystal growth substrate from the back side. Can be.

例えば、上記の実施例6では、共振器の下方に空気を満たすことにより、式(8)の屈折率n1 を1.00としたが、実施例6の半導体レーザ100γ(図7、図8)のn型コンタクト層102の直下には、例えば導電性材料などを配置しても良い。
例えば、実施例6の半導体レーザ100γ(図7、図8)のn型コンタクト層102の直下に、空気の代わりに、インジウムすず酸化物(ITO)を配置しても良い。配置手段としてはスパッタリング装置などが有効である。
ただし、本実施例8の場合、ITOの屈折率n1 は2.02なので、前述の式(8)より、分布帰還構造の周期構造を規定する前述の幅D1 の適正値は、約99nmとなる。
For example, in the embodiment 6, by satisfying the air below the resonator has a refractive index n 1 of the formula (8) 1.00, semiconductor laser 100Ganma (7 Example 6, FIG. 8 For example, a conductive material may be disposed directly below the n-type contact layer 102).
For example, indium tin oxide (ITO) may be arranged directly below the n-type contact layer 102 of the semiconductor laser 100γ (FIGS. 7 and 8) of the sixth embodiment instead of air. As an arrangement means, a sputtering device or the like is effective.
However, in the present embodiment 8, the refractive index n 1 of the ITO is 2.02 because, from the foregoing equation (8), the proper value of the width D 1 of the above-described defining a periodic structure of a distributed feedback structure, about 99nm It becomes.

更に、ITO(導電性材料)の直下には、銅などの電極形成に適した金属材料を配置しても良い。例えば、図5の断面図において、符号107βが指す部位に上記のようにITOを配置し、符号108が指す部位に銅(Cu)を配置し、更にその他の部位の構造を図7、図8と同様に構成すれば、前述の実施例5の半導体レーザ100β(図5)がもたらす作用・効果と、前述の実施例6の半導体レーザ100γ(図7、図8)がもたらす作用・効果とを同時に得ることができる。
したがって、この様な構成に従えば、干渉縞の抑制された略単一モードのレーザ発光出力を安定的に得ることができる。
Further, a metal material suitable for forming an electrode, such as copper, may be disposed immediately below ITO (conductive material). For example, in the cross-sectional view of FIG. 5, ITO is disposed at the position indicated by reference numeral 107β as described above, copper (Cu) is disposed at the position indicated by reference numeral 108, and the structure of the other parts is shown in FIGS. With the configuration similar to that described above, the operation and effect of the semiconductor laser 100β of the fifth embodiment (FIG. 5) and the operation and effect of the semiconductor laser 100γ of the sixth embodiment (FIGS. 7 and 8) are obtained. Can be obtained at the same time.
Therefore, according to such a configuration, it is possible to stably obtain a substantially single-mode laser emission output with suppressed interference fringes.

〔その他の変形例〕
本発明の実施形態は、上記の形態に限定されるものではなく、その他にも以下に例示される様な変形を行っても良い。この様な変形や応用によっても、本発明の作用に基づいて本発明の効果を得ることができる。
[Other modifications]
The embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and may be modified as described below. Even with such modifications and applications, the effects of the present invention can be obtained based on the functions of the present invention.

(変形例1)
以下、実施例4の半導体レーザ203の変形例に付いて説明する。前記の実施例4でも説明した通り、半導体レーザ203(図4)の負電極の構成は任意である。即ち、図4の結晶成長基板101a及び半導体多層膜107′には、電流が流れない様にしても良い。そこで、本変形例1では、実施例4の説明の後半でも言及した様に、半導体ウエハの表側(上側)に負電極を形成する。また、半導体レーザ203の半導体多層膜107′を構成する薄膜の半導体層の積層数(:mの上限値)も任意である。そこで、本変形例1では、この層数を20〜30程度とする。この場合、図4の断面図における金属層106Cの反射作用は期待する必要がなくなる。
(Modification 1)
Hereinafter, a modified example of the semiconductor laser 203 of the fourth embodiment will be described. As described in the fourth embodiment, the configuration of the negative electrode of the semiconductor laser 203 (FIG. 4) is arbitrary. That is, current may not flow through the crystal growth substrate 101a and the semiconductor multilayer film 107 'in FIG. Therefore, in the first modification, as mentioned in the second half of the description of the fourth embodiment, the negative electrode is formed on the front side (upper side) of the semiconductor wafer. In addition, the number of stacked semiconductor layers (the upper limit of m) constituting the semiconductor multilayer film 107 ′ of the semiconductor laser 203 is also arbitrary. Therefore, in the first modification, the number of layers is set to about 20 to 30. In this case, it is not necessary to expect the reflection effect of the metal layer 106C in the cross-sectional view of FIG.

これらの条件を満たす半導体レーザとしては、例えば、実施例4の半導体レーザ203(図4)に基づいて、以下の構成1〜構成5を備えた変形例を考えることができる。
(構成1)結晶成長基板に凹部は設けない。その結晶成長基板には、例えばサファイアや無添加のGaNバルク基板などの絶縁材料を使用する。その絶縁材料は周知の結晶成長基板として使用可能なものであれば任意で良い。
(構成2)半導体多層膜107′は最初に結晶成長させる。即ち、結晶成長基板101aの結晶成長面上に直接(または適当なバッファ層を介して、)最初に、結晶成長面と同じ面積で半導体多層膜107′を各層毎に順次積層する。半導体多層膜107′を構成する薄膜の半導体層の積層数(:mの上限値)は25とする。
As a semiconductor laser that satisfies these conditions, for example, a modification including the following configurations 1 to 5 based on the semiconductor laser 203 (FIG. 4) of the fourth embodiment can be considered.
(Configuration 1) No recess is provided in the crystal growth substrate. An insulating material such as sapphire or an undoped GaN bulk substrate is used for the crystal growth substrate. The insulating material may be any as long as it can be used as a well-known crystal growth substrate.
(Configuration 2) First, the semiconductor multilayer film 107 'is crystal-grown. That is, first, the semiconductor multilayer film 107 'is sequentially laminated for each layer in the same area as the crystal growth surface directly (or via an appropriate buffer layer) on the crystal growth surface of the crystal growth substrate 101a. The number of stacked semiconductor layers of the thin film constituting the semiconductor multilayer film 107 '(upper limit of m) is 25.

この時、半導体多層膜107′を構成する薄膜の半導体層としては、Alx Ga1-x N(0≦x<1)を積層する。各層のアルミニウム組成比xm は最下層から順次、次式(9)に従う設定とする。ただし、mは結晶成長基板寄りに位置する最下層から順に数えた各層の番号である。
(アルミニウム組成比xm の設定例)
m =1−m/25 (m=1,2,3,...,25) …(9)
At this time, Al x Ga 1 -xN (0 ≦ x <1) is laminated as a thin semiconductor layer constituting the semiconductor multilayer film 107 ′. The aluminum composition ratio x m of each layer is set in accordance with the following equation (9) in order from the bottom layer. Here, m is the number of each layer counted in order from the bottom layer located near the crystal growth substrate.
(Configuration Example of aluminum composition ratio x m)
x m = 1−m / 25 (m = 1, 2, 3,..., 25) (9)

(構成3)その後、式(4)、式(5)の関係を満たす膜厚δのn型コンタクト層102を、既に結晶成長基板上に積層されている半導体多層膜107′の上に、その結晶成長面と同じ面積で成長させる。
(構成4)n型クラッド層103以降の積層構造や、各電極の構成は、前記の実施例4に準拠する。負電極は上記の通り、半導体ウエハの表側(上側)に形成する。
(構成5)放熱性を考慮し、結晶成長基板の略平坦な裏面には金属層を成膜する。
(Configuration 3) Thereafter, the n-type contact layer 102 having a film thickness δ satisfying the relationship of the formulas (4) and (5) is formed on the semiconductor multilayer film 107 ′ already stacked on the crystal growth substrate. It is grown in the same area as the crystal growth surface.
(Structure 4) The laminated structure after the n-type cladding layer 103 and the structure of each electrode are based on the above-described Embodiment 4. As described above, the negative electrode is formed on the front side (upper side) of the semiconductor wafer.
(Configuration 5) A metal layer is formed on the substantially flat back surface of the crystal growth substrate in consideration of heat dissipation.

この様な構成に従えば、半導体多層膜107′の積層(結晶成長)により、結晶品質の良質化が図られるので、n型コンタクト層102を最初から薄く成膜しても、n型コンタクト層102の品質を確保することができ、また、結晶成長基板を裏面からエッチングして凹部を形成したり、結晶成長基板を裏返して結晶成長の方向を逆転させたりする必要もなくなる。そして、この様な凹部や空洞部を設けない構成によっても、前述の実施例4と同等に、本発明の作用・効果を得ることができる。   According to such a configuration, the quality of the crystal quality is improved by stacking (crystal growth) of the semiconductor multilayer film 107 '. Therefore, even if the n-type contact layer 102 is formed thin from the beginning, the n-type contact layer The quality of the substrate 102 can be ensured, and there is no need to form a concave portion by etching the crystal growth substrate from the back surface or to reverse the crystal growth direction by turning the crystal growth substrate upside down. In addition, even with such a configuration in which the concave portion or the hollow portion is not provided, the operation and effect of the present invention can be obtained in the same manner as in the fourth embodiment.

なお、上記の変形例1では、式(9)に例示する様に、積層順序にしたがって半導体多層膜107′のアルミニウム組成比xm を単調に減少させたが、n型コンタクト層の下で光閉じ込め作用を奏する多層膜を構成する各層の屈折率を周期的に変化させることにより、これらの多層膜によって周知のDBR構造(:分布ブラッグ反射構造)を構成しても良い。
また、先の実施例3や実施例4では、適当な半導体を用いて多層膜を形成したが、これらの多層構造は、例えばSiO2 やTiO2 等の互いに屈折率の異なる適当な誘電体を用いて形成しても良い。また、それらの多層膜で周知のDBR構造を構成しても良い。
変形されたこれらの構成などによっても、本発明に基づいて所望の光閉じ込め作用を得ることができる。
In the first modification, the aluminum composition ratio x m of the semiconductor multilayer film 107 ′ is monotonously reduced according to the lamination order as illustrated in the equation (9). A well-known DBR structure (: distributed Bragg reflection structure) may be constituted by these multilayer films by periodically changing the refractive index of each layer constituting the multilayer film exhibiting the confinement effect.
In the third and fourth embodiments, a multilayer film is formed using an appropriate semiconductor. However, these multilayer structures are made of a suitable dielectric material having a different refractive index such as SiO 2 or TiO 2. It may be formed by using. Further, a well-known DBR structure may be constituted by these multilayer films.
Even with these modified configurations, a desired light confinement effect can be obtained based on the present invention.

本発明の実施例1に係わる半導体レーザ100αの断面図Sectional view of semiconductor laser 100α according to Embodiment 1 of the present invention 本発明の実施例2に係わる半導体レーザ201の断面図Sectional view of a semiconductor laser 201 according to a second embodiment of the present invention. 本発明の実施例3に係わる半導体レーザ202の断面図Sectional view of a semiconductor laser 202 according to a third embodiment of the present invention. 本発明の実施例4に係わる半導体レーザ203の断面図Sectional view of a semiconductor laser 203 according to a fourth embodiment of the present invention. 本発明の実施例5に係わる半導体レーザ100βの断面図Sectional view of a semiconductor laser 100β according to a fifth embodiment of the present invention. 実施例5の半導体レーザ100βのマウント状態を説明する断面図Sectional view for explaining the mounted state of semiconductor laser 100β of Example 5. 本発明の実施例6に係わる半導体レーザ100γの断面図Sectional view of a semiconductor laser 100γ according to a sixth embodiment of the present invention. 実施例6の半導体レーザ100γの断面σにおける断面図Sectional view at section σ of the semiconductor laser 100γ of Example 6 本発明の実施例7に係わる半導体レーザ100δの断面図Sectional view of a semiconductor laser 100δ according to a seventh embodiment of the present invention. FFPが乱れる現象を説明する半導体レーザの断面図Sectional view of a semiconductor laser illustrating a phenomenon in which FFP is disturbed.

符号の説明Explanation of reference numerals

100α : 半導体レーザ(実施例1)
201 : 半導体レーザ(実施例2)
202 : 半導体レーザ(実施例3)
203 : 半導体レーザ(実施例4)
100β : 半導体レーザ(実施例5)
100γ : 半導体レーザ(実施例6)
100δ : 半導体レーザ(実施例7)
101,
101a : 結晶成長基板
102 : n型コンタクト層
103 : n型クラッド層
104 : 発光出力部(活性層及び光ガイド層)
105 : p型半導体層(p型クラッド層及びp型コンタクト層)
106A : 正電極
106B : 負電極(チップの表側に形成)
106C : 負電極(チップの裏側に形成)
107,107′,
107β : 半導体多層膜
108 : 放熱用金属層
109α : バッファ層
109β : 半導体層(バッファ層とp型のGaN層)
110 : 絶縁性保護膜
50 : リードフレーム
51 : メタルポスト
52 : サブマウント(導電性)
53 : メタルステム(ヒートシンク)
57 : ポスト側金線
58 : メタルステム側金線
λ : 発光波長
n : n型コンタクト層の屈折率
eq : n型コンタクト層の導波モードの等価屈折率
D : 結晶成長基板裏面の凹部
δ : 凹部Dにおけるn型コンタクト層の残存膜厚
f(λ) : 発光波長λの関数
Λ : 関数f(λ)の関数値
100α: semiconductor laser (Example 1)
201: Semiconductor laser (Example 2)
202: Semiconductor laser (Example 3)
203: Semiconductor laser (Example 4)
100β: semiconductor laser (Example 5)
100γ: semiconductor laser (Example 6)
100δ: semiconductor laser (Example 7)
101,
101a: crystal growth substrate 102: n-type contact layer 103: n-type cladding layer 104: light emitting output section (active layer and light guide layer)
105: p-type semiconductor layer (p-type cladding layer and p-type contact layer)
106A: Positive electrode 106B: Negative electrode (formed on the front side of the chip)
106C: negative electrode (formed on the back side of the chip)
107, 107 ',
107β: semiconductor multilayer film 108: heat dissipation metal layer 109α: buffer layer 109β: semiconductor layer (buffer layer and p-type GaN layer)
110: Insulating protective film 50: Lead frame 51: Metal post 52: Submount (conductive)
53: Metal stem (heat sink)
57: Post-side gold wire 58: Metal stem-side gold wire λ: Emission wavelength n: Refractive index of n-type contact layer n eq : Equivalent refractive index of waveguide mode of n-type contact layer D: Depression δ on back surface of crystal growth substrate : Remaining film thickness of n-type contact layer in concave portion D f (λ): Function of emission wavelength λ :: Function value of function f (λ)

Claims (11)

結晶成長基板上に複数の半導体層を積層することにより共振器等が形成される端面発光型の半導体レーザにおいて、
n型コンタクト層の膜厚が、前記共振器の少なくとも真下において、
活性層の発光波長λと、
前記発光波長λに依存する前記n型コンタクト層の屈折率nと、
前記発光波長λに依存する前記n型コンタクト層の導波モードの等価屈折率
eq
を用いて表現される前記発光波長λの関数:
「Λ≡f(λ)=λ(n2 −neq 2 -1/2/2」の関数値Λ
よりも薄く形成されている
ことを特徴とする半導体レーザ。
In an edge-emitting semiconductor laser in which a resonator or the like is formed by stacking a plurality of semiconductor layers on a crystal growth substrate,
The thickness of the n-type contact layer is at least immediately below the resonator,
The emission wavelength λ of the active layer;
A refractive index n of the n-type contact layer depending on the emission wavelength λ,
A function of the emission wavelength λ expressed using the equivalent refractive index n eq of the waveguide mode of the n-type contact layer depending on the emission wavelength λ:
"Λ≡f (λ) = λ (n 2 -n eq 2) -1/2 / 2 " function value of Λ
A semiconductor laser characterized by being formed thinner than a semiconductor laser.
前記共振器の少なくとも真下の、前記n型コンタクト層の直下領域の屈折率は、
前記屈折率nよりも小さく設定されている
ことを特徴とする請求項1に記載の半導体レーザ。
At least immediately below the resonator, the refractive index of the region immediately below the n-type contact layer,
2. The semiconductor laser according to claim 1, wherein the refractive index is set to be smaller than the refractive index n.
前記共振器の少なくとも真下に、
凹部または空洞部が形成されている
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体レーザ。
At least directly below the resonator,
3. The semiconductor laser according to claim 1, wherein a concave portion or a hollow portion is formed.
前記凹部または前記空洞部は、
前記共振器の少なくとも真下に位置する前記半導体層の少なくとも一部をレーザ照射によって揮発させることにより形成されている
ことを特徴とする請求項3に記載の半導体レーザ。
The recess or the cavity,
4. The semiconductor laser according to claim 3, wherein at least a part of the semiconductor layer located immediately below the resonator is volatilized by laser irradiation.
結晶成長基板上に複数の半導体層を積層することにより共振器等が形成される端面発光型の半導体レーザにおいて、
n型コンタクト層の膜厚が、
活性層の発光波長λと、
前記発光波長λに依存する前記n型コンタクト層の屈折率nと、
前記発光波長λに依存する前記n型コンタクト層の導波モードの等価屈折率
eq
を用いて表現される前記発光波長λの関数:
「Λ≡f(λ)=λ(n2 −neq 2 -1/2/2」の関数値Λ
よりも薄くなる位置まで、
前記共振器の少なくとも真下に位置する前記結晶成長基板と前記半導体層を、前記結晶成長基板の裏面側から削除することにより、前記共振器の下方に凹部が形成されている
ことを特徴とする半導体レーザ。
In an edge-emitting semiconductor laser in which a resonator or the like is formed by stacking a plurality of semiconductor layers on a crystal growth substrate,
When the thickness of the n-type contact layer is
The emission wavelength λ of the active layer;
A refractive index n of the n-type contact layer depending on the emission wavelength λ,
A function of the emission wavelength λ expressed using the equivalent refractive index n eq of the waveguide mode of the n-type contact layer depending on the emission wavelength λ:
"Λ≡f (λ) = λ (n 2 -n eq 2) -1/2 / 2 " function value of Λ
Until it is thinner than
A semiconductor wherein a recess is formed below the resonator by removing the crystal growth substrate and the semiconductor layer located at least immediately below the resonator from the back side of the crystal growth substrate. laser.
前記共振器の少なくとも真下に位置する、少なくとも前記n型コンタクト層の底部は、
前記共振器の共振方向に光を共振させる分布帰還構造(DFB構造)を有する
ことを特徴とする請求項1乃至請求項5の何れか1項に記載の半導体レーザ。
At least a bottom portion of the n-type contact layer located immediately below the resonator,
The semiconductor laser according to claim 1, further comprising a distributed feedback structure (DFB structure) that resonates light in a resonance direction of the resonator.
前記凹部内に露出した前記n型コンタクト層の底面に、n型クラッド層よりも屈折率の小さい、誘電体膜または半導体膜が積層されている
ことを特徴とする請求項3乃至請求項6の何れか1項に記載の半導体レーザ。
7. The dielectric film or the semiconductor film having a lower refractive index than the n-type cladding layer is laminated on the bottom surface of the n-type contact layer exposed in the recess. The semiconductor laser according to claim 1.
少なくとも前記凹部内の一部分又は全部に金属層又は金属部を有する
ことを特徴とする請求項3乃至請求項7の何れか1項に記載の半導体レーザ。
The semiconductor laser according to any one of claims 3 to 7, wherein a metal layer or a metal portion is provided at least partially or entirely in the concave portion.
前記金属層又は前記金属部で負電極を形成した
ことを特徴とする請求項8に記載の半導体レーザ。
9. The semiconductor laser according to claim 8, wherein a negative electrode is formed by said metal layer or said metal part.
前記複数の半導体層の上層側からのエッチング処理により上方に露出された前記n型コンタクト層の露出面上に負電極を有し、
前記n型コンタクト層と前記結晶成長基板との間にp型又は不純物無添加の III族窒化物系化合物から成る半導体層を有する
ことを特徴とする請求項1乃至請求項9の何れか1項に記載の半導体レーザ。
A negative electrode on an exposed surface of the n-type contact layer which is exposed upward by an etching process from an upper layer side of the plurality of semiconductor layers;
10. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a semiconductor layer made of a p-type or undoped group III nitride compound between the n-type contact layer and the crystal growth substrate. 3. The semiconductor laser according to claim 1.
前記共振器の真下に位置する前記n型コンタクト層の膜厚δをΛ/5以上、Λ未満に設定した
ことを特徴とする請求項1乃至請求項10の何れか1項に記載の半導体レーザ。
11. The semiconductor laser according to claim 1, wherein a thickness δ of the n-type contact layer located immediately below the resonator is set to be equal to or more than Λ and less than Λ. 12. .
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