JP2005045239A - Nitride semiconductor laser device and laser diode apparatus using the same - Google Patents

Nitride semiconductor laser device and laser diode apparatus using the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nitride semiconductor laser device which has few malfunctions and a preferred FFP. <P>SOLUTION: The nitride semiconductor laser device comprises a nitride semiconductor substrate and a nitride semiconductor layer thereon in which an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer are laminated. The nitride semiconductor layer has a waveguide area for a stripe-like laser beam, and an end face protective film is provided on both end faces almost perpendicular to the waveguide area. The nitride semiconductor substrate has an excitation area which absorbs light from the active layer and emits excitation light having a wavelength longer than a luminous wavelength. The end face protective film has a high reflectivity relative to a luminous wavelength from the excitation area. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、窒化物半導体を用いた半導体層の端面に誘電体保護膜が形成された半導体レーザ素子に関し、特に、窒化物半導体基板を用いた高出力の半導体レーザ素子に関するものである。半導体素子の具体的な組成としては、GaN、AlN、若しくはInN、又はこれらの混晶であるAlGaN系、InGaN系、AlInGaN系を含むIII−V族窒化物半導体が挙げられる。   The present invention relates to a semiconductor laser device in which a dielectric protective film is formed on an end face of a semiconductor layer using a nitride semiconductor, and more particularly to a high-power semiconductor laser device using a nitride semiconductor substrate. Specific examples of the composition of the semiconductor element include GaN, AlN, InN, or III-V group nitride semiconductors containing AlGaN, InGaN, and AlInGaN, which are mixed crystals thereof.

背景従来Conventional

窒化物半導体素子は、比較的短波長の紫外線領域から赤色を含む可視光領域までの広い波長領域の発光を有しており、半導体レーザダイオード(LD)や発光ダイオード(LED)などを構成する材料として広く用いられている。近年は、小型化、長寿命化、高信頼性、かつ高出力化が進み、主にパーソナルコンピュータ、DVDなどの電子機器、医療機器、加工機器や光ファイバ通信の光源などに利用されている。   A nitride semiconductor device has a light emission in a wide wavelength region from a relatively short wavelength ultraviolet region to a visible light region including red, and is a material constituting a semiconductor laser diode (LD) or a light emitting diode (LED). Is widely used. In recent years, miniaturization, long life, high reliability, and high output have progressed, and they are mainly used for electronic devices such as personal computers and DVDs, medical devices, processing devices, and light sources for optical fiber communication.

このような窒化物半導体素子は、主としてサファイア基板上にバッファ層、n型コンタクト層、クラック防止層、n型クラッド層、n型光ガイド層、活性層、p型電子閉じ込め層、p型光ガイド層、p型クラッド層、p型コンタクト層などが順に積層された積層構造体からなっている。また、エッチングによりストライプ状のリッジを形成したり、あるいは、電流狭窄層を形成したりすることによりストライプ状の導波路領域が形成されている。n型コンタクト層とp型コンタクト層にはそれぞれn側電極、p側電極が設けられ、通電により活性層から発光させているものである。さらに所定の共振器長で導波路領域の両端面に共振器面が形成されており、この共振器面からレーザ光が放出される。   Such a nitride semiconductor device mainly includes a buffer layer, an n-type contact layer, a crack prevention layer, an n-type cladding layer, an n-type light guide layer, an active layer, a p-type electron confinement layer, and a p-type light guide on a sapphire substrate. A layered structure in which a layer, a p-type cladding layer, a p-type contact layer, and the like are sequentially stacked. A stripe-shaped waveguide region is formed by forming a stripe-shaped ridge by etching or forming a current confinement layer. The n-type contact layer and the p-type contact layer are provided with an n-side electrode and a p-side electrode, respectively, and emit light from the active layer by energization. Further, a resonator surface is formed on both end faces of the waveguide region with a predetermined resonator length, and laser light is emitted from this resonator surface.

このような共振器面には、絶縁性の保護膜などが形成されており、これによって半導体層を外気から保護すると共に、出射側とリア側との反射率差を設けている。リア側の保護膜は、出射側の保護膜に比して反射率の高い保護膜とすることで出力を向上させることができる。   An insulating protective film or the like is formed on such a resonator surface, thereby protecting the semiconductor layer from the outside air and providing a difference in reflectance between the emission side and the rear side. The output of the rear side protective film can be improved by using a protective film having a higher reflectance than that of the outgoing side protective film.

また、リア側と出射側との反射率差の大きい保護膜を有する半導体レーザ素子は、導波路領域から漏れだす光(迷光)がリア側から放出されにくく、出射側の端面から放出されるようになる。そのため、その迷光によってファーフィールドパターン(FFP)にノイズ(凹凸)が生じ、非ガウス分布になってしまう場合がある。これらの迷光が外部に放出されるのを防ぐために、基板の端面などを被覆するように金属膜などからなる不透明膜を形成することができる。   In addition, in a semiconductor laser element having a protective film with a large difference in reflectance between the rear side and the emission side, light leaking from the waveguide region (stray light) is unlikely to be emitted from the rear side, and is emitted from the end surface on the emission side. become. Therefore, the stray light may cause noise (unevenness) in the far field pattern (FFP), resulting in a non-Gaussian distribution. In order to prevent these stray lights from being emitted to the outside, an opaque film made of a metal film or the like can be formed so as to cover the end face of the substrate.

特開2002−280663号公報JP 2002-280663 A

しかしながら、出射側共振面の一部に不透明膜を設けようとすると、そのためにマスク形成工程などの工程を増やす必要がある。特に、ウエハをバー状に分割し、そのバー状レーザの端面に端面保護膜を形成する場合は、位置精度よくマスクを形成すること自体が困難であるので、そのマスクによって端面保護膜の形成領域を制御するのはさらに困難である。特に不透明膜として金属材料を用いる場合は、位置精度の制御性が低いと短絡の原因となるなどの問題がある。また、不透明膜を広い領域に渡って形成させると、金属材料と半導体層との熱膨張係数差によって、材料によっては不透明膜と半導体層、あるいは他の保護膜等との密着性が低下して剥がれやすくなるなどの問題が生じる。   However, if an opaque film is provided on a part of the emission-side resonance surface, it is necessary to increase the number of processes such as a mask formation process. In particular, when a wafer is divided into bars and an end face protective film is formed on the end face of the bar laser, it is difficult to form a mask with high positional accuracy. Is more difficult to control. In particular, when a metal material is used as the opaque film, there is a problem that a short circuit may be caused if the controllability of position accuracy is low. In addition, if an opaque film is formed over a wide area, the adhesion between the opaque film and the semiconductor layer or other protective film may decrease depending on the material due to the difference in thermal expansion coefficient between the metal material and the semiconductor layer. Problems such as easy peeling off occur.

そこで、本発明は、出射側端面から放出される迷光によるFFPの悪化を抑制して、良好なビーム特性が得られ、かつ、素子駆動時において誤動作が少なく、また、寿命特性に優れた窒化物半導体レーザ素子を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention suppresses the deterioration of FFP due to stray light emitted from the emission side end face, provides good beam characteristics, has few malfunctions when driving the element, and has excellent lifetime characteristics. An object is to provide a semiconductor laser element.

上記問題を解決するために、本発明者らは鋭意検討した結果、レーザ光と迷光を、レーザ素子の端面膜がそれら区別して制御可能なものとして、該端面膜でそれを高度に制御すること、すなわち、レーザ素子のLD光は効率よく取り出し、他方迷光成分は効率よく閉じこめて、放出させないようにする2つの機能を同時に満たせるレーザ素子が得られることを見いだし、本発明を成すに至った。本発明の窒化物半導体レーザ素子は、窒化物半導体基板と、その上にn型半導体層、活性層及びp型半導体層が積層されてなる窒化物半導体層を備え、該窒化物半導体層にストライプ状のレーザ光の導波路領域を有すると共に、その導波路領域と略垂直な両端面に端面保護膜を有する窒化物半導体レーザ素子であって、窒化物半導体基板は、活性層からの発光を吸収し、その発光波長よりも長波長の励起光を発光する励起領域を有し、端面保護膜は、励起光からの発光波長に対して高反射率を有することを特徴とする。具体的には、窒化物半導体レーザ素子の発光波長をλLD、前記励起光の波長をλexとすると、前記端面保護膜は、その反射率が、λLDよりもλexの方が大きくなる保護膜である。すなわち、レーザ光波長λLDの反射率よりも、基板の励起光波長λexの反射率が高くなる端面保護膜を用いることである。従って、励起光波長λexの方が高い反射率の励起光用の高反射率端面保護膜である。さらには、レーザ光波長λLDに対しては、保護膜の透過率が、励起光波長λexより高くなる端面保護膜であることで、レーザ光を効率的に取り出すことと、励起光を効率的に遮断することの両方が達成でき好ましい。 In order to solve the above problem, the present inventors have conducted intensive studies, and as a result, the end face film of the laser element can control the laser light and the stray light by distinguishing them. That is, it has been found that a laser element can be obtained which can simultaneously satisfy the two functions of efficiently extracting the LD light of the laser element and efficiently confining the stray light component so as not to be emitted, thereby achieving the present invention. The nitride semiconductor laser device of the present invention includes a nitride semiconductor substrate and a nitride semiconductor layer formed by laminating an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer thereon, and stripes are formed on the nitride semiconductor layer. The nitride semiconductor laser device has an end face protection film on both end faces substantially perpendicular to the waveguide area, and the nitride semiconductor substrate absorbs light emitted from the active layer And it has an excitation area | region which light-emits excitation light longer than the light emission wavelength, and an end surface protective film has a high reflectance with respect to the light emission wavelength from excitation light, It is characterized by the above-mentioned. Specifically, when the emission wavelength of the nitride semiconductor laser element is λ LD and the wavelength of the excitation light is λ ex , the reflectance of the end face protective film is larger at λ ex than at λ LD. It is a protective film. That is, an end face protective film in which the reflectance of the excitation light wavelength λ ex of the substrate is higher than the reflectance of the laser light wavelength λ LD is used. Therefore, the pumping light wavelength λex is a high reflectance end face protective film for pumping light having a higher reflectance. Furthermore, for the laser light wavelength λ LD , the end face protective film has a protective film transmittance higher than the excitation light wavelength λ ex , so that the laser light can be efficiently extracted and the excitation light can be efficiently used. Both blocking can be achieved and this is preferable.

活性層から発光される光は、縦方向(積層面に対して略垂直な方向)においては活性層よりも屈折率の低いクラッド層に挟まれた領域(活性層及びガイド層)内に閉じ込められ、また、横方向(積層面に対して水平な方向)においては、電流注入領域と対応するようストライプ状に閉じ込められている。このように活性層からの光が閉じ込められた領域に共振器面を形成することで、ストライプ状の導波路領域が形成されている。しかし、導波路領域内から、それ以外の領域にも光は漏れ出している。本願では、このような導波路領域から漏れ出した光(迷光)を透過しないような不透明膜を設けるのではなく、迷光を異なる波長に変換してその変換された波長に対して高反射率の端面保護膜を形成させることで、レーザ光にノイズが混ざるのを抑制している。本発明において、具体的には、高反射率としては、約50%〜100%の反射率であり、好ましくは70〜100%であり、低反射率としては、窒化ガリウム系化合物半導体の保護膜無し端面における反射率の約18%、及びそれ以下の範囲で用いることができる。   Light emitted from the active layer is confined in a region (active layer and guide layer) sandwiched between cladding layers having a refractive index lower than that of the active layer in the vertical direction (direction substantially perpendicular to the stacking surface). Further, in the horizontal direction (the direction horizontal to the laminated surface), the stripes are confined in a stripe shape so as to correspond to the current injection region. Thus, by forming the resonator surface in the region where the light from the active layer is confined, a striped waveguide region is formed. However, light leaks from the waveguide region to other regions. In the present application, instead of providing an opaque film that does not transmit the light leaking from the waveguide region (stray light), the stray light is converted into a different wavelength, and the reflected wavelength has a high reflectivity. By forming the end face protective film, mixing of noise with the laser light is suppressed. In the present invention, specifically, the high reflectance is about 50% to 100%, preferably 70 to 100%, and the low reflectance is a protective film of a gallium nitride compound semiconductor. It can be used in the range of about 18% or less of the reflectance at the end face.

本発明の請求項2に記載の窒化物半導体レーザ素子は、端面保護膜は、出射側端面とリア側端面の両方に設けられていることを特徴とする。   The nitride semiconductor laser element according to claim 2 of the present invention is characterized in that the end face protective film is provided on both the emission side end face and the rear side end face.

このような構成とすることで、迷光が外部に放出されるのを、効率よく抑制することができる。具体的には、共振器方向、出射光及びそれに対向する反射光(リア側端面からの光)の光路上、その一部にそれらのレーザ素子からの光が光検出器であるPDに照射される。そして、該光検出器で各光の出力などを検出して、その情報に基づいてレーザ素子の駆動を制御する。そのため、このPDにおいて雑音成分である励起光成分が排除されていればよくなり、上記の通り、共振器の両端面に少なくとも上記保護膜が設けられることで、その雑音成分除去を達成でき好ましい。更に好ましくは、共振器端面とは異なるレーザ素子端面、例えば共振器方向に沿う方向の側面、底面においても、上記保護膜が設けられることで、素子からの励起光成分をほぼ完全に排除できるためLD装置内に励起光がなくなり、PDの検出感度精度を高めることができる。しかし、上述したように、LD装置において、光検出器は、出射光、反射光(リア側端面からの光)で照射される位置に配されているため、この共振器端面、特にPDが検出する光が出射する端面側に少なくとも、上記高反射率保護膜が設けられることでその効果を奏する。さらに、光強度、密度の大きな光の主な出射口となる共振器の両端面に保護膜が設けられると、レーザ素子から放出される全体の雑音成分の内、ほとんどの部分を除去できるためさらに好ましい。   With such a configuration, it is possible to efficiently suppress stray light from being emitted to the outside. Specifically, the light from these laser elements is irradiated onto the PD, which is the photodetector, on a part of the optical path of the resonator direction, the outgoing light, and the reflected light (light from the rear side end face) facing it. The And the output of each light etc. are detected with this photodetector, and the drive of a laser element is controlled based on the information. For this reason, it is sufficient that the excitation light component, which is a noise component, is eliminated in the PD, and as described above, it is preferable that at least the protective film is provided on both end faces of the resonator, thereby eliminating the noise component. More preferably, the protective film is also provided on the end face of the laser element different from the end face of the resonator, for example, the side face and the bottom face in the direction of the resonator, so that the excitation light component from the element can be almost completely eliminated. There is no excitation light in the LD device, and the detection sensitivity accuracy of PD can be improved. However, as described above, in the LD device, the photodetector is arranged at a position irradiated with emitted light and reflected light (light from the rear side end face), so that this resonator end face, particularly PD, detects it. This effect is achieved by providing at least the high reflectance protective film on the end face side from which the emitted light is emitted. Furthermore, if protective films are provided on both end faces of the resonator, which is the main exit of light with high light intensity and density, most of the noise components emitted from the laser element can be removed. preferable.

本発明の請求項3に記載の窒化物半導体レーザ素子は、端面保護膜は、活性層からの発光波長に対して、低反射率を有することを特徴とする。   The nitride semiconductor laser element according to claim 3 of the present invention is characterized in that the end face protective film has a low reflectance with respect to the emission wavelength from the active layer.

このような構成とすることで、レーザ光が発振可能で、且つ、迷光を吸収して励起された励起光の外部への放出を抑制可能な端面保護膜とすることができる。   With such a configuration, it is possible to provide an end face protective film that can oscillate laser light and can suppress emission of excitation light excited by absorbing stray light to the outside.

本発明の請求項4に記載の窒化物半導体レーザ素子は、端面保護膜は、単層又は多層構造であることを特徴とする。   The nitride semiconductor laser element according to claim 4 of the present invention is characterized in that the end face protective film has a single layer or a multilayer structure.

このような構成とすることで、所望の反射率の端面保護膜となるように調整することができる。端面保護膜は、反射率や屈折率、或いは透過率を考慮するだけでなく、熱膨張係数や応力等も考慮して材料を選択する必要があるが、多層構造とすることで種々の組み合わせを選択することができ、より優れた機能を有する端面保護膜とすることができる。   By setting it as such a structure, it can adjust so that it may become an end surface protective film of desired reflectance. For the end face protection film, it is necessary not only to consider the reflectance, refractive index, or transmittance, but also to select the material in consideration of the coefficient of thermal expansion, stress, etc. The end face protective film can be selected and has a more excellent function.

また、本発明の窒化物半導体レーザ素子は、窒化物半導体基板と、その上にn型半導体層、活性層及びp型半導体層が積層されてなる窒化物半導体層を備え、該窒化物半導体層にストライプ状のレーザ光の導波路領域を有すると共に、その導波路領域と略垂直な端面に、出射側端面保護膜及びその反対のリア側端面保護膜を有する窒化物半導体レーザ素子であって、窒化物半導体基板は、活性層からの発光を吸収し、その発光波長よりも長波長の励起光を発光する励起領域を有し、リア側端面保護膜は、励起光の波長に対して高反射率を有する第1の端面保護膜と、活性層からの発光波長に対して高反射率を有する第2の端面保護膜とを備え、出射側端面保護膜は、励起光の波長に対して高反射率を有する第3の端面保護膜を備えてなることを特徴とする。具体的には、レーザ光波長λLD、励起光波長λexの反射率において、励起光側が大きくなる第1,3の端面保護膜と、レーザ光側が大きくなる第2の端面保護膜とを有する構造であり、すなわち、各端面保護膜に、それぞれレーザ光の反射、励起光の反射に優れた保護膜を設けることで、それぞれの膜に機能分離させた端面保護膜の組合せである。 The nitride semiconductor laser device of the present invention includes a nitride semiconductor substrate and a nitride semiconductor layer formed by laminating an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer thereon, and the nitride semiconductor layer A nitride semiconductor laser device having a stripe-shaped laser beam waveguide region and an emission-side end surface protective film and an opposite rear-side end surface protective film on an end surface substantially perpendicular to the waveguide region, The nitride semiconductor substrate has an excitation region that absorbs light emitted from the active layer and emits excitation light having a wavelength longer than the emission wavelength, and the rear end face protective film is highly reflective to the wavelength of the excitation light. A first end face protective film having a refractive index and a second end face protective film having a high reflectance with respect to the emission wavelength from the active layer, and the emission side end face protective film is high with respect to the wavelength of the excitation light. Provided with a third end face protective film having reflectivity And it features. Specifically, it has first and third end face protective films that increase the pumping light side and a second end face protective film that increases the laser light side in the reflectance of the laser light wavelength λ LD and the pumping light wavelength λ ex. In other words, each end face protection film is provided with a protection film excellent in reflection of laser light and reflection of excitation light, and is a combination of end face protection films separated in function from each film.

このような構成とすることで、リア側から励起光が外部に放出されるのを抑制することができるので、リア側に検出器(フォトダイオード)を設けて駆動制御する場合等の誤作動を抑制することができる。特に、活性層からの発光波長よりも励起光の発光波長が長いので、弱い光でも認識し易くなる。図4は一般的なフォトダイオード(PD)であるSiの分光感度曲線であるが、感度のピークが赤外領域にあり、長波長の発光を認識し易い。そのため、窒化物半導体を用いたレーザ素子のように、波長が比較的短く、例えば390〜420nm付近の発光波長を有する場合、その光を吸収して、550〜600nm付近の波長の励起光を発光する場合、PDの感度は3倍近くまで高くなる。そうなると、例えレーザ光ではない弱い光であっても認識しやすくなる。リア側から放出される光が、励起光ではなく、レーザ光と同じ波長の弱い光である迷光の場合、PDの感度についてはレーザ光と同じであるため、迷光によってPDの感度に大きく影響与えることはない。本発明では、迷光を吸収させて励起光とし、その励起光に対して高い反射率の端面保護膜を形成することで、出射側からもリア側からも励起光が放出されるのを抑制して、優れたレーザ素子特性を得ることができる。   By adopting such a configuration, it is possible to prevent the excitation light from being emitted to the outside from the rear side. Therefore, malfunctions such as when a detector (photodiode) is provided on the rear side to control driving can be avoided. Can be suppressed. In particular, since the emission wavelength of the excitation light is longer than the emission wavelength from the active layer, it is easy to recognize even weak light. FIG. 4 shows a spectral sensitivity curve of Si, which is a general photodiode (PD). The sensitivity peak is in the infrared region, and it is easy to recognize long wavelength light emission. For this reason, when the wavelength is relatively short, such as a laser element using a nitride semiconductor, for example, having an emission wavelength of about 390 to 420 nm, the light is absorbed and excitation light having a wavelength of about 550 to 600 nm is emitted. In this case, the sensitivity of the PD increases to nearly three times. Then, even weak light that is not laser light is easily recognized. When the light emitted from the rear side is not excitation light but stray light that is weak light having the same wavelength as the laser light, the sensitivity of the PD is the same as that of the laser light, so the stray light greatly affects the sensitivity of the PD. There is nothing. In the present invention, stray light is absorbed into excitation light, and an end face protective film having high reflectivity is formed on the excitation light, thereby suppressing excitation light from being emitted from both the emission side and the rear side. Thus, excellent laser element characteristics can be obtained.

本発明の請求項6に記載の窒化物半導体レーザ素子は、第1の端面保護膜及び/又は第3の端面保護膜は、活性層からの発光波長に対して、低反射率を有することを特徴とする。   In the nitride semiconductor laser device according to claim 6 of the present invention, the first end face protective film and / or the third end face protective film has a low reflectance with respect to the emission wavelength from the active layer. Features.

このような構成とすることで、レーザ光が第1及び第3の端面保護膜によって反射率が低下するのを抑制し、閾値を低下させることができる。   By setting it as such a structure, it can suppress that a reflectance falls by a 1st and 3rd end surface protective film, and can reduce a threshold value.

本発明の請求項7に記載の窒化物半導体レーザ素子は、出射側端面保護膜は、活性層からに発光波長に対して高反射率を有する第4の端面保護膜を有することを特徴とする。また、本発明の請求項8に記載の窒化物半導体レーザ素子は、第1の端面保護膜、第2の端面保護膜、第3の端面保護膜、第4の端面保護膜は、それぞれ単層又は多層構造であることを特徴とする。   The nitride semiconductor laser element according to claim 7 of the present invention is characterized in that the emission-side end face protective film has a fourth end face protective film having a high reflectance with respect to the emission wavelength from the active layer. . In the nitride semiconductor laser element according to claim 8 of the present invention, the first end face protective film, the second end face protective film, the third end face protective film, and the fourth end face protective film are each a single layer. Or it is a multilayer structure.

このような構成とすることで、出射側とリア側の反射率を所望の値に調整し易くなり、用途に応じた反射率を得ることができる。   By setting it as such a structure, it becomes easy to adjust the reflectance of an output side and a rear side to a desired value, and the reflectance according to a use can be obtained.

本発明の請求項9に記載の窒化物半導体レーザ素子は、第1の端面保護膜と、第2の端面保護膜は、少なくとも一部が重なるよう積層されていることを特徴とする。また、本発明の請求項10に記載の窒化物半導体レーザ素子は、第3の端面保護膜と、第4の端面保護膜は、少なくとも一部が重なるよう積層されていることを特徴とする。   The nitride semiconductor laser element according to claim 9 of the present invention is characterized in that the first end face protective film and the second end face protective film are laminated so that at least a part thereof overlaps. The nitride semiconductor laser element according to claim 10 of the present invention is characterized in that the third end face protective film and the fourth end face protective film are laminated so that at least a part thereof overlaps.

第1の端面保護膜と第2の端面保護膜は、それぞれ反射する発光波長が異なるため、積層させたとしても、それぞれ目的の波長の光に対して高反射率を保持することができる。第3の端面保護膜と第4の端面保護膜についても同様である。   Since the first end face protective film and the second end face protective film have different emission wavelengths to be reflected, even if they are laminated, high reflectivity can be maintained for light of the target wavelength. The same applies to the third end face protective film and the fourth end face protective film.

本発明の請求項11に記載の窒化物半導体レーザ素子は、第2の端面保護膜は、半導体層に接して形成されていることを特徴とする。また、本発明の請求項12に記載の窒化物半導体レーザ素子は、第4の端面保護膜は、前記半導体層に接して形成されていることを特徴とする。   The nitride semiconductor laser element according to claim 11 of the present invention is characterized in that the second end face protective film is formed in contact with the semiconductor layer. The nitride semiconductor laser element according to claim 12 of the present invention is characterized in that the fourth end face protective film is formed in contact with the semiconductor layer.

励起光は、活性層からの発光波長よりも長波長であるため、エネルギー的にも低く、また、導波路領域から漏れだした迷光によって励起された光であるため、導波路領域のレーザ光に比して、光密度も低い。そのため、活性層からの発光に対して高反射率の端面保護膜を半導体層に接するように設けることで、励起光に対する端面保護膜の劣化を抑制するとともに、モードの安定したレーザ光を得ることができる。   Since the excitation light has a longer wavelength than the emission wavelength from the active layer, it is low in energy and is excited by stray light leaking from the waveguide region. In comparison, the light density is also low. Therefore, by providing an end face protective film with high reflectivity against the light emitted from the active layer so as to be in contact with the semiconductor layer, it is possible to suppress the deterioration of the end face protective film against the excitation light and obtain a laser beam with a stable mode. Can do.

本発明の請求項13に記載の窒化物半導体レーザ素子は、励起領域は、その周辺領域に比して転位密度が低いことを特徴とする。具体的には、基板面内において、転位密度が低い領域と高い領域とを有する窒化物半導体基板で、その低い領域を励起領域として機能させ、基板を伝搬する迷光を光変換して、上記端面保護膜で制御可能な励起光として、レーザ素子から放出される迷光を防ぐことができる。   The nitride semiconductor laser device according to claim 13 of the present invention is characterized in that the excitation region has a lower dislocation density than the peripheral region. Specifically, in the substrate surface, a nitride semiconductor substrate having a low dislocation density region and a high dislocation density, the low region functions as an excitation region, and stray light propagating through the substrate is optically converted, whereby the end face As excitation light that can be controlled by the protective film, stray light emitted from the laser element can be prevented.

本発明の請求項14に記載の窒化物半導体レーザ素子は、励起領域は、その周辺領域に比して不純物濃度が高いことを特徴とする。具体的には、基板面内において、不純物濃度が低い領域と高い領域とを有する窒化物半導体基板で、その高い領域を励起領域として機能させることで、上記各構成、効果を引き出すことができる。   The nitride semiconductor laser device according to claim 14 of the present invention is characterized in that the excitation region has a higher impurity concentration than the peripheral region. Specifically, in the nitride semiconductor substrate having a region with a low impurity concentration and a region with a high impurity concentration in the substrate plane, the high region functions as an excitation region, whereby the above-described configurations and effects can be extracted.

本発明の請求項15に記載の窒化物半導体レーザ素子は、不純物は、H、O、C、Siのうちの少なくとも一種であることを特徴とする。   The nitride semiconductor laser element according to claim 15 of the present invention is characterized in that the impurity is at least one of H, O, C, and Si.

本発明の請求項16に記載の窒化物半導体レーザ素子は、活性層からの発光波長は、390〜420nmであることを特徴とする。   The nitride semiconductor laser element according to claim 16 of the present invention is characterized in that the emission wavelength from the active layer is 390 to 420 nm.

本発明の請求項17に記載の窒化物半導体レーザ素子は、励起光の波長は、550〜600nmであることを特徴とする。   The nitride semiconductor laser element according to claim 17 of the present invention is characterized in that the wavelength of the excitation light is 550 to 600 nm.

本発明の請求項18に記載の窒化物半導体レーザ素子は、励起領域は、導波路領域と略平行なストライプ状に形成されていることを特徴とする。具体的には、励起領域として、上述した基板面内における高不純物濃度領域、低転位密度領域を、ストライプ形状として、該ストライプ方向と、導波路として、そのリッジストライプのストライプ方向とを、ほぼ平行に設けることである。このように、平行に設けることは、ストライプ状の導波路領域を発生源として、その縦方向、横方向にしみ出した光が励起光に変換される光となるため、導波路領域、励起領域を互いにほぼ平行とすることで、上述した光変換、励起光生成が好適に成される。   The nitride semiconductor laser device according to claim 18 of the present invention is characterized in that the excitation region is formed in a stripe shape substantially parallel to the waveguide region. Specifically, as the excitation region, the high impurity concentration region and the low dislocation density region in the substrate surface described above are formed in a stripe shape, and the stripe direction and the stripe direction of the ridge stripe as the waveguide are substantially parallel. It is to provide. As described above, since the light that oozes out in the vertical direction and the horizontal direction from the striped waveguide region becomes the light that is converted into the excitation light is provided in parallel, the waveguide region, the excitation region By making these substantially parallel to each other, the above-described light conversion and excitation light generation are suitably performed.

本発明の請求項19に記載の窒化物半導体レーザ素子は、導波路領域は、励起領域の上方に形成されていることを特徴とする。具体的には、励起領域として、上述した基板面内における高不純物濃度領域、低転位密度領域が、基板面内において、その領域と少なくとも一部で重なり合うように、半導体層の導波路領域を設けるものである。好ましくは、導波路領域のほぼ全面が励起領域に覆われるように設けることである。全面レーザ素子構造がリッジ導波路である場合には、ストライプ状のリッジに基板面内で重なるように、好ましくはそのリッジストライプよりも幅広な励起領域で、リッジを覆うように設けることで、効率的な励起光生成、迷光の光変換が可能となる。   The nitride semiconductor laser element according to claim 19 of the present invention is characterized in that the waveguide region is formed above the excitation region. Specifically, the waveguide region of the semiconductor layer is provided as the excitation region so that the above-described high impurity concentration region and low dislocation density region in the substrate surface overlap at least partially with the region in the substrate surface. Is. Preferably, the waveguide region is provided so that almost the entire surface of the waveguide region is covered with the excitation region. When the entire surface laser device structure is a ridge waveguide, the efficiency is improved by providing the ridge so as to overlap with the stripe-shaped ridge within the substrate surface, preferably with a wider excitation region than the ridge stripe. Excitation light generation and stray light conversion are possible.

本発明の請求項20に記載の窒化物半導体レーザ素子は、導波路領域は、励起領域から離間する領域に形成されていることを特徴とする。具体的には、基板面内において、励起領域と基板上のレーザ素子構造の導波路領域とが離れて設けられた構造であり、例えば、励起領域、導波路領域とがストライプ状である場合に、該ストライプがその長手方向をほぼ同じにして、互いにほぼ平行して、設けられる構造がある。   The nitride semiconductor laser element according to claim 20 of the present invention is characterized in that the waveguide region is formed in a region separated from the excitation region. Specifically, in the substrate plane, the excitation region and the waveguide region of the laser element structure on the substrate are separated from each other. For example, when the excitation region and the waveguide region are striped There is a structure in which the stripes are provided so that their longitudinal directions are substantially the same and are substantially parallel to each other.

本発明の請求項21に記載のLD装置は、上記窒化物半導体レーザ素子と、そのレーザ光を検出する光検出器であるPD(フォトダイオード)とを有して、そのPDの分光感度が、レーザ光波長λLDより励起光波長λexの方が大きいことを特徴としている。すなわち、[λLDの感度]<[λexの感度]の分光感度を揺するフォトダイオードを、光検出器として備えたLD装置であり、励起光に対して感度の高いPDを用いたLD装置において、上記端面保護膜による励起光封じ込め機能が好適に作用して、僅かな励起光の漏れでもLD駆動に深刻な影響を及ぼすLD装置であっても、高精度でLD駆動を制御可能とできる。これは、通常フォトダイオードとして用いられるSi半導体では、ワイドバンドギャップの窒化物半導体レーザ素子の波長域に、感度良好なPDではないため、そのPDを光検出器に用いたLD装置では、窒化物半導体レーザ素子を高精度に制御することを困難なものとしていたが、これを解決できる。また、具体的なLD装置としては、レーザ素子チップとPDチップとをそれぞれの実装部に実装して、LD装置が有する各電極端子に、ワイヤなどで接続したCANタイプのレーザ素子装置の他に、レーザ素子チップ、PDチップ、それらを駆動させ、外部端子を供給する電気回路を、高密度に実装した集積構造のレーザ・カプラなどのLD装置がある。レーザ・カプラでは、レーザ素子チップとPDチップとが積層されて実装されたスタック素子とし、レーザ素子側、PDチップ側を更に別の実装基板、基体に実装したものなどがある。このとき、レーザ素子は、上記窒化物半導体レーザ素子の1種類だけが搭載されたものに限らず、他の波長のレーザ光を出射する第2のレーザ素子などを有していても良く、すなわち複数のレーザ素子、多波長のLD装置とすることもできる。 The LD device according to claim 21 of the present invention includes the nitride semiconductor laser element and a PD (photodiode) which is a photodetector for detecting the laser light, and the spectral sensitivity of the PD is The pumping light wavelength λ ex is larger than the laser light wavelength λ LD . In other words, an LD device having a photodiode that shakes the spectral sensitivity of [λ LD sensitivity] <[λ ex sensitivity] as a photodetector, and an LD device using a PD that is highly sensitive to excitation light. In addition, the excitation light confinement function by the end face protective film preferably works, and even an LD device that seriously affects the LD drive even with a slight leakage of excitation light can control the LD drive with high accuracy. This is because the Si semiconductor, which is usually used as a photodiode, is not a PD with good sensitivity in the wavelength band of a wide band gap nitride semiconductor laser element. Although it has been difficult to control the semiconductor laser element with high accuracy, this can be solved. In addition, as a specific LD device, in addition to a CAN type laser element device in which a laser element chip and a PD chip are mounted on respective mounting portions and connected to each electrode terminal of the LD device with a wire or the like. There are LD devices such as a laser coupler and an integrated structure in which a laser element chip, a PD chip, and an electric circuit that drives them and supplies external terminals are mounted with high density. Laser couplers include a stack element in which a laser element chip and a PD chip are stacked and mounted, and the laser element side and the PD chip side are mounted on another mounting substrate or base. At this time, the laser element is not limited to the one on which only one type of the nitride semiconductor laser element is mounted, and may include a second laser element that emits laser light of other wavelengths, that is, A plurality of laser elements and a multi-wavelength LD device may be used.

本発明の窒化物半導体レーザ素子は、基板内で迷光を吸収させることでレーザ光に迷光が混ざってFFPを悪化させるのを抑制するとともに、その迷光を吸収して励起光を発生させてその励起光を外部に放出されないよう高反射率の端面保護膜を形成することで、より安定したレーザ光とすることができる。また、リア側においても、活性層からの発光波長より長波長の励起光が検出器を誤作動させないように高反射率の端面保護膜を形成することで、制御性よく駆動させることができ、信頼性に優れた半導体レーザ素子とすることができる。   The nitride semiconductor laser device of the present invention suppresses the stray light from being mixed with the laser light by absorbing the stray light in the substrate, and suppresses the FFP from being deteriorated, and absorbs the stray light to generate the excitation light to generate the excitation. By forming a highly reflective end face protective film so that light is not emitted to the outside, a more stable laser beam can be obtained. Also, on the rear side, it is possible to drive with good controllability by forming a high-reflectance end face protective film so that excitation light having a wavelength longer than the emission wavelength from the active layer does not cause the detector to malfunction. A semiconductor laser element having excellent reliability can be obtained.

以下、本発明について説明するが、本発明の窒化物半導体レーザ素子は、実施の形態に示された素子構造に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described, but the nitride semiconductor laser element of the present invention is not limited to the element structure shown in the embodiment.

本発明の窒化物半導体レーザ素子は、活性層からの発光を吸収し、その発光波長よりも長波長の励起光を発光する励起領域を有する窒化物半導体基板を用いることで、レーザ光の導波路領域から漏れ出す光(迷光)が、外部に放出されるのを抑制するものである。これによって、良好な素子特性とすることができる。   The nitride semiconductor laser element of the present invention uses a nitride semiconductor substrate having an excitation region that absorbs light emitted from the active layer and emits excitation light having a wavelength longer than the emission wavelength, thereby providing a laser light waveguide. Light that leaks from the region (stray light) is suppressed from being emitted to the outside. As a result, good element characteristics can be obtained.

図1は、本発明の実施の形態に係る窒化物半導体素子の構成を表すものであって、窒化物半導体基板101上に、n型窒化物半導体層102、活性層104、p型窒化物半導体層103が積層され、p型窒化物半導体層にストライプ状のリッジが設けられた窒化物半導体レーザ素子である。リッジは、p型窒化物半導体層の一部をエッチング等の手段により除去することで形成することができ、これにより実効屈折率型の導波路を形成することができる。また、リッジとしては、p型窒化物半導体層からn型窒化物半導体層までの一部をエッチングすることで形成して、屈折率型の導波路としてもよく、又は、選択成長によりリッジを形成してもよい。リッジは、底面側の幅が広く上面に近づくに従ってストライプ幅が小さくなる順メサ形状に限らず、逆にリッジ底面に近づくにつれてストライプの幅が小さくなる逆メサ形状でもよく、また、積層面に垂直な側面を有するストライプであってもよく、これらが組み合わされた形状でもよい。また、ストライプ状の導波路は、その幅がほぼ同じである必要はない。また、このようなリッジを形成した後にリッジ表面やリッジ両脇に半導体層を再成長させた埋め込み型のレーザ素子であってもよい。また、リッジを有しない利得導波型の導波路としてもよい。   FIG. 1 shows a configuration of a nitride semiconductor device according to an embodiment of the present invention. An n-type nitride semiconductor layer 102, an active layer 104, and a p-type nitride semiconductor are formed on a nitride semiconductor substrate 101. This is a nitride semiconductor laser device in which the layer 103 is stacked and a p-type nitride semiconductor layer is provided with a striped ridge. The ridge can be formed by removing a part of the p-type nitride semiconductor layer by means such as etching, whereby an effective refractive index type waveguide can be formed. The ridge may be formed by etching a part from the p-type nitride semiconductor layer to the n-type nitride semiconductor layer to form a refractive index type waveguide, or the ridge is formed by selective growth. May be. The ridge is not limited to the forward mesa shape whose width on the bottom side is large and the stripe width decreases as it approaches the top surface. Conversely, the reverse mesa shape that the stripe width decreases as it approaches the ridge bottom surface may be used. It may be a stripe having various side surfaces or a shape in which these are combined. Also, the striped waveguides need not have the same width. Alternatively, a buried laser element in which a semiconductor layer is regrown on the ridge surface or both sides of the ridge after such a ridge is formed may be used. Further, it may be a gain waveguide type waveguide having no ridge.

リッジの側面及びそのリッジから連続するp型窒化物半導体層の上面にかけて第1の絶縁膜109が形成されている。リッジ上面及び第1の絶縁膜の上面にはp側オーミック電極105が、また、窒化物半導体基板の裏面にはn側電極107が設けられている。また、半導体層の側面を被覆する第2の絶縁膜108が、第1の絶縁膜の上部にまで連続するよう設けられている。p型窒化物半導体層の上部には、第2の絶縁膜及びp側オーミック電極と接するp側パッド電極106が設けられている。   A first insulating film 109 is formed from the side surface of the ridge and the upper surface of the continuous p-type nitride semiconductor layer from the ridge. A p-side ohmic electrode 105 is provided on the top surface of the ridge and the first insulating film, and an n-side electrode 107 is provided on the back surface of the nitride semiconductor substrate. In addition, a second insulating film 108 covering the side surface of the semiconductor layer is provided so as to continue to the top of the first insulating film. A p-side pad electrode 106 in contact with the second insulating film and the p-side ohmic electrode is provided on the p-type nitride semiconductor layer.

(窒化物半導体基板)
用いられる基板の組成としては、GaN、AlN、若しくはInN、又はこれらの混晶であるAlGaN系、InGaN系、AlInGaN系をあげることができる。これらの基板は、次のような方法で作製することができる。
(Nitride semiconductor substrate)
Examples of the composition of the substrate used include GaN, AlN, InN, or mixed crystals of them such as AlGaN, InGaN, and AlInGaN. These substrates can be manufactured by the following method.

基板となる前記窒化物半導体は、例えばハライド気相成長法(以下、HVPE法)により異種基板上に窒化物半導体を100μm以上に厚膜成長させ、その後異種基板を除去することによって形成する。ここで、異種基板を除去した面は窒化物半導体の(000−1)面であって、(000−1)面以外の傾斜面はドライエッチングやウェットエッチング、ケミカルメカニカルポリッシュ(以下、CMPという。)によって形成される。さらに、前記窒化物半導体の2軸結晶法による(0002)回折X線ロッキングカーブの半値幅が3分以内、さらに望ましくは2分以内の窒化物半導体とすれば、異種基板を除去する工程においても、窒化物半導体にダメージを与えにくく、100μm以上の窒化物半導体を良好な結晶性を保ったまま得ることができる。その後、前記窒化物半導体の(0001)面上に新規な窒化物半導体素子を作製する。また、窒化物半導体の裏面には第1の電極が形成されている。   The nitride semiconductor to be a substrate is formed by growing a nitride semiconductor to a thickness of 100 μm or more on a heterogeneous substrate by, for example, halide vapor phase epitaxy (hereinafter referred to as HVPE method), and then removing the heterogeneous substrate. Here, the surface from which the heterogeneous substrate is removed is the (000-1) plane of the nitride semiconductor, and the inclined plane other than the (000-1) plane is referred to as dry etching, wet etching, or chemical mechanical polishing (hereinafter referred to as CMP). ). Furthermore, if the nitride semiconductor has a half-width of (0002) diffraction X-ray rocking curve by biaxial crystal method within 3 minutes, more preferably within 2 minutes, the step of removing the dissimilar substrate is also possible. It is difficult to damage the nitride semiconductor, and a nitride semiconductor having a thickness of 100 μm or more can be obtained while maintaining good crystallinity. Thereafter, a novel nitride semiconductor element is fabricated on the (0001) plane of the nitride semiconductor. A first electrode is formed on the back surface of the nitride semiconductor.

前記窒化物半導体は、一般式InAlGa1−X−YN(0≦X≦1、0≦Y≦1、0≦X+Y≦1)である。前記窒化物半導体はAlGa1−aN(0.01≦a≦0.5)で示されるバッファ層を介して異種基板上に形成されるのが好ましい。結晶性を向上させるためである。該バッファ層の成長温度としては、800℃以下の低温成長とし、これにより、窒化物半導体上の転位やピットを低減させることができる。有機金属気相成長法(以下、MOCVD法)で前記異種基板上にバッファ層を成長後、更にラテラルオーバーグロウス法(ELO法)によりAlGa1−xN(0≦X≦1)層を成長させてもよい。このELO法とは窒化物半導体を横方向成長させることで貫通転位を曲げて、更には該貫通転位同士を収束させることにより表面上の貫通転位を低減させ結晶性を向上させるものである。 The nitride semiconductor is a general formula In X Al Y Ga 1-X -Y N (0 ≦ X ≦ 1,0 ≦ Y ≦ 1,0 ≦ X + Y ≦ 1). The nitride semiconductor is preferably formed on a different substrate through a buffer layer represented by Al a Ga 1-a N (0.01 ≦ a ≦ 0.5). This is for improving crystallinity. The growth temperature of the buffer layer is a low temperature growth of 800 ° C. or lower, and thereby dislocations and pits on the nitride semiconductor can be reduced. After a buffer layer is grown on the heterogeneous substrate by metal organic vapor phase epitaxy (hereinafter referred to as MOCVD), an Al x Ga 1-x N (0 ≦ X ≦ 1) layer is further formed by lateral over-growth (ELO). It may be grown. In the ELO method, a threading dislocation is bent by laterally growing a nitride semiconductor, and further, the threading dislocations are converged to reduce threading dislocations on the surface and improve crystallinity.

窒化物半導体基板を成長させるための成長基板としてGaAs基板又はサファイア基板、SiC基板、Si基板、スピネル基板、NdGaO基板、ZnO基板、GaP基板、GaN基板等種々の基板を用いることができる。 As a growth substrate for growing a nitride semiconductor substrate, various substrates such as a GaAs substrate or a sapphire substrate, a SiC substrate, a Si substrate, a spinel substrate, an NdGaO 3 substrate, a ZnO substrate, a GaP substrate, or a GaN substrate can be used.

上記のように横方向成長を伴う成長方法によって窒化物半導体層を成長させ、それを基板とすることで、転位密度(欠陥密度)等が、成長起点の形状に対応するような位置で不均一となる基板とすることができる。また、不純物をドープしながら成長させるのが好ましく、上記転位密度の分布状態に対応するように不純物濃度の不均一領域も形成させる。   As described above, a nitride semiconductor layer is grown by a growth method accompanied by lateral growth and used as a substrate, so that the dislocation density (defect density) and the like are not uniform at positions corresponding to the shape of the growth starting point. It can be set as the board | substrate used. Further, it is preferably grown while doping impurities, and a non-uniform region of impurity concentration is also formed so as to correspond to the dislocation density distribution state.

上記のような低転位密度領域は、成長起点の形状によってその分布状態を選択する事ができるが、レーザ光の導波路領域をストライプ状に形成するので、それに対応してストライプ状に成長起点を形成するのが好ましい。そして、ストライプ状に周期的に配列された成長起点から窒化物半導体層を成長させることで、転位密度が低く結晶性に優れた領域と、それとは逆に、転位が多く、結晶性が悪い領域(転位束)とが、周期的に形成された窒化物半導体基板とすることができる。この転位束は、その上に窒化物半導体層を成長しにくく、成長された層の結晶性もよいとはいえない。そのため、素子駆動時に悪影響を与えやすいので、導波路領域などの動作領域は、転位束以外の領域に形成させるのが好ましく、例えば、図1(b)に示すように、素子の分割位置近傍になるように調整することで、素子特性の悪化を抑制することができる。   The distribution state of the low dislocation density region as described above can be selected depending on the shape of the growth starting point, but since the laser light waveguide region is formed in a stripe shape, the growth starting point is correspondingly formed in a stripe shape. Preferably formed. Then, by growing the nitride semiconductor layer from the growth starting points periodically arranged in a stripe shape, a region having low dislocation density and excellent crystallinity, and conversely, a region having many dislocations and poor crystallinity. (Dislocation bundle) can be a periodically formed nitride semiconductor substrate. This dislocation bundle is difficult to grow a nitride semiconductor layer on it, and the crystallinity of the grown layer is not good. For this reason, since it is easy to adversely affect the device driving, it is preferable to form the operation region such as the waveguide region in a region other than the dislocation bundle. For example, as shown in FIG. By adjusting so as to be, deterioration of element characteristics can be suppressed.

また、窒化物半導体基板は、不純物をドープするなどして導電性とすることで、図1に示すように、基板裏面側にn電極を設けることができる。また、絶縁性もしくは低導電性の基板でもよく、その場合は、p電極と同一面側にn電極を設ける。また、窒化物半導体基板の膜厚としては、ハンドリング時の強度等を考慮して、約100μm程度あればよい。   Further, by making the nitride semiconductor substrate conductive by doping impurities or the like, an n-electrode can be provided on the back side of the substrate as shown in FIG. In addition, an insulating or low-conductivity substrate may be used. In that case, an n-electrode is provided on the same side as the p-electrode. Further, the film thickness of the nitride semiconductor substrate may be about 100 μm in consideration of the strength during handling.

(励起領域)
上記のように成長基板上に成長される窒化物半導体基板は、横方向成長によって成長される領域を有しており、結晶の特性が面内で均一にはなりにくく、転位密度や不純物濃度が、異なる領域が形成される。特に、転位密度が低い領域は、活性層からの発光波長を吸収しやすいため、励起領域となる。励起領域は、用いる成長基板の種類や、窒化物半導体層の成長条件(温度、ガス流量、圧力、不純物の種類及び濃度等)等によって、形成された状態が異なる。そのため、励起領域と非励起領域との境界があまりなく、ほぼ全面にわたって弱い励起光を有する励起領域とすることもできるし、図1(b)に示すように局所的に強い励起光を有するような励起領域112を形成させることができ、このような基板の励起領域の形状、その分布は、上記基板の種類、成長条件に依存する。これらは、目的や用途に応じて好ましい形態を選択することができる。
(Excitation region)
As described above, a nitride semiconductor substrate grown on a growth substrate has a region grown by lateral growth, and the crystal characteristics are not easily uniform in the plane, and the dislocation density and impurity concentration are low. , Different regions are formed. In particular, a region with a low dislocation density is an excitation region because it easily absorbs the emission wavelength from the active layer. The excited region is formed in a different state depending on the type of growth substrate used and the growth conditions (temperature, gas flow rate, pressure, impurity type and concentration, etc.) of the nitride semiconductor layer. For this reason, there is not much boundary between the excitation region and the non-excitation region, and it can be an excitation region having weak excitation light over almost the entire surface, or it seems to have locally strong excitation light as shown in FIG. An excitation region 112 can be formed, and the shape and distribution of the excitation region of such a substrate depend on the type of substrate and the growth conditions. These can select a preferable form according to the objective and the use.

また、このような励起領域は、レーザ光の導波路領域と対応するように、具体的には基板面内で励起領域と導波路領域、リッジストライプが重なり合うように、ストライプ状に形成するのが好ましい。   Further, such an excitation region is formed in a stripe shape so as to correspond to the waveguide region of the laser beam, specifically, the excitation region, the waveguide region, and the ridge stripe overlap in the substrate surface. preferable.

また、このような励起領域の上に成長される窒化物半導体層に導波路領域を形成することで、良好なレーザ光の導波路領域を得ることができる。励起領域を導波路領域と対応するような位置となるように形成することで、迷光の吸収効率が向上するので、導波路領域近傍に設けるのが好ましい。ただし、吸収があまり多いと、閾値低下の原因となる場合があるので、そのような場合は、励起領域から離間する位置に、具体的には基板面内で励起領域と導波路領域、リッジストライプが離れて設けられ、成長された窒化物半導体に導波路領域を形成させることができる。また、励起領域は、活性層からの発光波長を吸収し、かつ、それによって励起光を発光可能であればよいので、具体的には、励起領域がそれ以外の一部領域に比して強い励起光を得ることができればよいので、上記のような窒化物半導体基板の成長方法によって転位密度や不純物の調整によって形成させることのほかに、後工程でイオンを注入するなどの方法で励起領域を形成することもできる。   Further, by forming a waveguide region in the nitride semiconductor layer grown on such an excitation region, a good waveguide region for laser light can be obtained. By forming the excitation region so as to correspond to the waveguide region, the stray light absorption efficiency is improved. Therefore, the excitation region is preferably provided in the vicinity of the waveguide region. However, too much absorption may cause a decrease in the threshold value. In such a case, the excitation region, the waveguide region, and the ridge stripe are separated from the excitation region, specifically in the substrate plane. Are provided apart from each other, and a waveguide region can be formed in the grown nitride semiconductor. In addition, the excitation region only needs to absorb the emission wavelength from the active layer and thereby be able to emit excitation light. Specifically, the excitation region is stronger than the other partial regions. Since it is sufficient if excitation light can be obtained, the excitation region can be formed by a method such as ion implantation in a subsequent process, in addition to forming the nitride semiconductor substrate by adjusting the dislocation density and impurities by the method described above. It can also be formed.

(端面保護膜)
本発明において、端面保護膜は、励起領域からの発光波長に対して高反射率を有するものである。この端面保護膜は、単層構造でもよく、或いは多層構造でもよい。導波路領域から漏れ出した迷光を吸収して発生する励起光であるため、導波路領域から外部に出射されるレーザ光に比して、強度は低い。そのため、レーザ光の出射の妨げにならない程度の反射率とするのが好ましい。波長が異なるためレーザ光は反射されにくいが、材料によっては吸収されることもあり、また、透過するといっても多少のロスを生じるため、膜厚は薄くするのが好ましい。
(End face protection film)
In the present invention, the end face protective film has a high reflectance with respect to the emission wavelength from the excitation region. This end face protective film may have a single layer structure or a multilayer structure. Since it is excitation light generated by absorbing stray light leaking from the waveguide region, its intensity is lower than that of laser light emitted to the outside from the waveguide region. For this reason, it is preferable to set the reflectance so as not to hinder the emission of laser light. The laser beam is difficult to be reflected because of the difference in wavelength, but depending on the material, it may be absorbed, and even if transmitted, some loss occurs, so it is preferable to reduce the film thickness.

端面保護膜として、励起光の波長に対しての端面保護膜だけでなく、レーザ光の波長に対しての端面保護膜も合わせて設けることで、より効率よくレーザ光を出射させることができる。リア側端面に設ける保護膜のうち、励起光に対して高反射率の保護膜を第1の端面保護膜とし、導波路領域の発光波長に対して高反射率の保護膜を第2の端面保護膜とする。また、出射側の端面に設ける保護膜のうち、励起光に対して高反射率の保護膜を第3の端面保護膜とし、導波路領域の発光波長に対して高反射率の保護膜を第4の端面保護膜とする。   By providing not only the end face protective film for the wavelength of the excitation light but also the end face protective film for the wavelength of the laser light as the end face protective film, the laser light can be emitted more efficiently. Of the protective films provided on the rear side end face, the protective film having high reflectivity with respect to the excitation light is used as the first end face protective film, and the protective film having high reflectivity with respect to the emission wavelength of the waveguide region is used as the second end face. A protective film is used. Of the protective films provided on the end face on the emission side, the protective film having a high reflectivity with respect to the excitation light is used as the third end face protective film, and the protective film having a high reflectivity with respect to the emission wavelength of the waveguide region 4 is an end face protective film.

第1及び第2の端面保護膜は、どちらが半導体層に接していてもよいが、好ましくは、第2の端面保護膜が半導体層に接するように設ける。これによって、第1の端面保護膜の劣化を抑制することができる。   Either the first end face protective film or the second end face protective film may be in contact with the semiconductor layer, but preferably the second end face protective film is provided in contact with the semiconductor layer. Thereby, deterioration of the first end face protective film can be suppressed.

出射側の端面に第3の端面保護膜のみを設ける場合は、励起光の波長に対して高反射率となるよう膜厚を設定し、それを出射側端面の全面に設ける。励起光が外部に放出される領域のみに設けることでもよいが、レーザ光出射部の端面に設けることで、活性層等の半導体層が外気に曝されるのを防ぐ保護膜として機能させることができる。励起光とレーザ光とは波長が異なるので、レーザ光を遮られにくい。具体的には、上述したように励起領域と導波路領域とが対応する場合には、基板端面の励起領域を覆うように、更に好ましくは基板とその上の素子構造において、それぞれ基板の励起領域と、活性層を含む素子構造端面の導波路領域とを覆うように、保護膜を設けることが好ましい。   When only the third end face protective film is provided on the end face on the emission side, the film thickness is set so as to have a high reflectivity with respect to the wavelength of the excitation light, and it is provided on the entire end face on the output side. It may be provided only in the region where the excitation light is emitted to the outside, but by providing it on the end face of the laser light emitting portion, it can function as a protective film that prevents the semiconductor layer such as the active layer from being exposed to the outside air. it can. Since the excitation light and the laser light have different wavelengths, it is difficult to block the laser light. Specifically, when the excitation region and the waveguide region correspond to each other as described above, it is more preferable that the excitation region of the substrate and the element structure thereon are covered so as to cover the excitation region of the substrate end surface. It is preferable to provide a protective film so as to cover the waveguide region on the end face of the element structure including the active layer.

また、出射側の端面に、第3の端面保護膜に加えて第4の端面保護膜を設けることができる。この場合、第4の端面保護膜を半導体層と接するように設けることで、光密度の高いレーザ光によって第3の端面保護膜が劣化するのを抑制できる。また、出射側にも保護膜を設けて反射率を調整することで、レーザ光を効率よく出射させることができ、閾値を低下させることが可能となる。励起光は、第4の保護膜で反射されずに透過し、第1の保護膜で反射され、外部には放出されない。   In addition to the third end face protective film, a fourth end face protective film can be provided on the end face on the emission side. In this case, by providing the fourth end surface protective film so as to be in contact with the semiconductor layer, it is possible to suppress the third end surface protective film from being deteriorated by laser light having a high light density. Further, by providing a protective film on the emission side and adjusting the reflectance, the laser beam can be emitted efficiently and the threshold value can be lowered. The excitation light is transmitted without being reflected by the fourth protective film, is reflected by the first protective film, and is not emitted to the outside.

端面保護膜の具体的な材料としては、導体材料としては、Si、Mg、Al、Hf、Nb、Zr、Sc、Ta、Ga、Zn、Y、B、Ti、更にはこれらの酸化物、窒化物、フッ化物などの化合物から選ばれたいずれかを用いることができる。これらは、単独で用いてもよいし、複数を組み合わせた化合物或いは多層膜として用いてもよい。好ましい材料としてはSi、Mg、Al、Hf、Zr、Y、Gaを用いた材料である。また、また、半導体材料としてはAlN、AlGaN、BNなどを用いることができる。絶縁体材料としてはSi、Mg、Al、Hf、Nb、Zr、Sc、Ta、Ga、Zn、Y、Bの酸化物、窒化物、フッ化物等などの化合物を用いることができる。   Specific materials for the end face protective film include Si, Mg, Al, Hf, Nb, Zr, Sc, Ta, Ga, Zn, Y, B, Ti, and oxides, nitrides thereof as conductor materials. Any one selected from compounds such as fluorinated compounds and fluorides can be used. These may be used alone, or may be used as a compound or a multilayer film in which a plurality of them are combined. Preferred materials are materials using Si, Mg, Al, Hf, Zr, Y, and Ga. Moreover, AlN, AlGaN, BN, etc. can be used as a semiconductor material. As the insulator material, compounds such as Si, Mg, Al, Hf, Nb, Zr, Sc, Ta, Ga, Zn, Y, and B oxides, nitrides, fluorides, and the like can be used.

第1〜第4の端面保護膜の好ましい材料としては、例えば、以下のような組み合わせをあげることができる。   Examples of preferable materials for the first to fourth end face protective films include the following combinations.

A:第1の端面保護膜(励起光に対するリア側端面保護膜)
GaN/ZrO+(SiO/ZrO)の1ペア〜3ペア
GaN/TiO+(SiO/TiO)の1ペア〜3ペア
B:第2の端面保護膜(活性層からの発光に対するリア側端面保護膜)
GaN/ZrO+(SiO/ZrO)の3ペア〜6ペア
GaN/TiO+(SiO/TiO)の3ペア〜6ペア
C:第3の端面保護膜(励起光に対する出射側端面保護膜)
GaN/(SiO/Nb)の1ペア〜2ペア
GaN/(Al/Nb)の1ペア〜2ペア
GaN/(Al/TiO)の1ペア〜2ペア
GaN/Al+(SiO/Nb)の1ペア〜3ペア
D:第4の端面保護膜(活性層からの発光に対する出射側端面保護膜)
GaN/ZrO+(SiO/ZrO)の1ペア〜3ペア
GaN/TiO+(SiO/TiO)の1ペア〜3ペア
上記の組み合わせで、それぞれ波長に応じた膜厚とすることで、優れた特性を有するレーザ素子とすることができる。
A: First end face protective film (rear side end face protective film against excitation light)
1 pair to 3 pairs of GaN / ZrO 2 + (SiO 2 / ZrO 2 ) 1 pair to 3 pairs of GaN / TiO 2 + (SiO 2 / TiO 2 ) B: second end face protective film (light emission from active layer) Protective film on rear side against
GaN / ZrO 2 + (SiO 2 / ZrO 2 ) 3 pairs to 6 pairs GaN / TiO 2 + (SiO 2 / TiO 2 ) 3 pairs to 6 pairs C: Third end face protective film (exit side for excitation light) End face protection film)
1 pair of GaN / (SiO 2 / Nb 2 O 5 ) to 2 pairs 1 pair of GaN / (Al 2 O 3 / Nb 2 O 5 ) 1 pair of GaN / (Al 2 O 3 / TiO 2 ) ˜2 pairs GaN / Al 2 O 3 + (SiO 2 / Nb 2 O 5 ) 1 pair to 3 pairs D: Fourth end face protective film (outgoing side end face protective film against light emission from active layer)
1 pair to 3 pairs of GaN / ZrO 2 + (SiO 2 / ZrO 2 ) 1 pair to 3 pairs of GaN / TiO 2 + (SiO 2 / TiO 2 ) Thus, a laser element having excellent characteristics can be obtained.

(電極)
p型窒化物半導体層に設けられるp側オーミック電極の電極材料としては、p型窒化物半導体層とオーミック性及び密着性が高い材料を選択することができ、具体的には、Ni、Co、Fe、Cr、Al、Cu、Au、W、Mo、Ta、Ag、Pt、Pd、Rh、Ir、Ru、Os及びこれらの酸化物、窒化物等があげられ、これらの単層、合金、或いは多層膜を用いることができる。好ましくは、Ni、Co、Fe、Cu、Au、Alから選択される少なくとも1種、及びこれらの酸化物、窒化物等である。
(electrode)
As an electrode material of the p-side ohmic electrode provided in the p-type nitride semiconductor layer, a material having high ohmic properties and adhesion with the p-type nitride semiconductor layer can be selected. Specifically, Ni, Co, Fe, Cr, Al, Cu, Au, W, Mo, Ta, Ag, Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, Os and their oxides, nitrides, etc., and these single layers, alloys, or A multilayer film can be used. Preferably, at least one selected from Ni, Co, Fe, Cu, Au, and Al, and oxides, nitrides, and the like thereof.

p側オーミック電極は熱処理によって良好なオーミック性を実現できる。熱処理温度としては、350℃〜1200℃の温度範囲とするのが好ましく、更に好ましくは400℃〜750℃で、特に好ましくは500℃〜650℃である。   The p-side ohmic electrode can realize good ohmic properties by heat treatment. As heat processing temperature, it is preferable to set it as the temperature range of 350 to 1200 degreeC, More preferably, it is 400 to 750 degreeC, Most preferably, it is 500 to 650 degreeC.

また、p側パッド電極の電極材料としては、Ni、Co、Fe、Ti、Cu、Au、W、Zr、Mo、Ta、Ag、Pt、Pd、Rh、Ir、Ru、Os及びこれらの酸化物、窒化物等があげられ、これらの単層、合金、或いは多層膜を用いることができる。最上層はワイヤ等を接続させるのでAuを用いるのが好ましい。そして、このAuが拡散しないようにその下層には拡散防止層として機能する比較的高融点の材料を用いるのが好ましい。例えば、Ti、Pt、W、Ta、Mo、TiN等が挙げられ、特に好ましい材料としてはTiが挙げられる。膜厚としては、総膜厚として3000Å〜20000Åが好ましく、更に好ましくは7000Å〜13000Åの範囲である。   As electrode materials for the p-side pad electrode, Ni, Co, Fe, Ti, Cu, Au, W, Zr, Mo, Ta, Ag, Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, Os and oxides thereof Nitrides, etc., and these single layers, alloys, or multilayer films can be used. Since the uppermost layer connects wires and the like, it is preferable to use Au. In order to prevent this Au from diffusing, a material having a relatively high melting point that functions as a diffusion preventing layer is preferably used for the lower layer. For example, Ti, Pt, W, Ta, Mo, TiN, etc. are mentioned, and Ti is mentioned as a particularly preferable material. As the film thickness, the total film thickness is preferably 3,000 to 20,000 mm, more preferably 7000 to 13,000 mm.

n型窒化物半導体層に設けられるn電極は、窒化物半導体基板が導電性である場合は、その基板の裏面に設けるのが好ましい。或いは、エッチング等で露出させた面に形成させてもよい。また、n型コンタクト層に設けることもできる。p電極と同一面側に設ける場合は、オーミック電極とパッド電極とを、同一工程で形成してもよく、或いは別工程で形成してもよい。また、材料によっては熱処理を省略することもできる。   When the nitride semiconductor substrate is conductive, the n electrode provided on the n-type nitride semiconductor layer is preferably provided on the back surface of the substrate. Alternatively, it may be formed on a surface exposed by etching or the like. It can also be provided in the n-type contact layer. When provided on the same surface side as the p-electrode, the ohmic electrode and the pad electrode may be formed in the same process or in separate processes. Further, depending on the material, the heat treatment can be omitted.

n側オーミック電極としては、n型窒化物半導体層とオーミック性及び密着性が高い材料を選択することができ、具体的には、Ni、Co、Fe、Ti、Cu、Au、W、V、Zr、Mo、Ta、Al、Ag、Pt、Pd、Rh、Ir、Ru、Os等があげられ、これらの単層、合金、或いは多層膜を用いることができる。好ましくは、Ti、Alを順に積層した多層構造である。n側オーミック電極形成後は、半導体層とのオーミック性を良くするために、材料によっては熱処理を行うことが好ましい場合がある。また、n側オーミック電極の膜厚としては、総膜厚として100Å〜30000Å程度が好ましく、更に3000Å〜15000Å程度が好ましく、特に好ましくは5000Å〜10000Åである。この範囲内で形成することで、接触抵抗の低い電極とすることができるので好ましい。   As the n-side ohmic electrode, a material having high ohmic properties and adhesion with the n-type nitride semiconductor layer can be selected. Specifically, Ni, Co, Fe, Ti, Cu, Au, W, V, Zr, Mo, Ta, Al, Ag, Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, Os, and the like can be used, and a single layer, an alloy, or a multilayer film can be used. A multilayer structure in which Ti and Al are sequentially laminated is preferable. After forming the n-side ohmic electrode, it may be preferable to perform heat treatment depending on the material in order to improve the ohmic property with the semiconductor layer. Further, the film thickness of the n-side ohmic electrode is preferably about 100 to 30000 mm, more preferably about 3000 to 15000 mm, and particularly preferably 5000 to 10,000 mm. Forming within this range is preferable because it can be an electrode with low contact resistance.

また、n側パッド電極の電極材料としては、Ni、Co、Fe、Ti、Cu、Au、W、Zr、Mo、Ta、Al、Ag、Pt、Pd、Rh、Ir、Ru、Os等があげられ、これらの単層、合金、或いは多層膜を用いることができる。好ましくは多層膜とし、最上層はワイヤ等を接続させるのでAuを用いるのが好ましい。そして、このAuが拡散しないようにその下層には拡散防止層として機能する比較的高融点の材料を用いるのが好ましい。例えば、Ti、Pt、W、Mo、TiN等が挙げられる。膜厚としては、総膜厚として3000Å〜20000Åが好ましく、更に好ましくは7000Å〜13000Åの範囲である。   Examples of the electrode material for the n-side pad electrode include Ni, Co, Fe, Ti, Cu, Au, W, Zr, Mo, Ta, Al, Ag, Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, and Os. These single layers, alloys, or multilayer films can be used. Preferably, a multilayer film is used, and Au is preferably used because the uppermost layer connects wires and the like. In order to prevent this Au from diffusing, a material having a relatively high melting point that functions as a diffusion preventing layer is preferably used for the lower layer. For example, Ti, Pt, W, Mo, TiN, etc. are mentioned. As the film thickness, the total film thickness is preferably 3,000 to 20,000 mm, more preferably 7000 to 13,000 mm.

n側電極は、上記のようにオーミック電極とパッド電極とを別工程で設けるのではなく、連続して形成して両方の機能を兼ねる、すなわち、半導体層とオーミック接触するオーミック電極で、且つ、ワイヤを形成させる取り出し電極(パッド電極)とを兼用するn電極とすることもできる。これは、p側電極に比してn型半導体層とのオーミック接触が比較的容易であり、しかも、導波路領域からやや離間する領域であるため、光学特性をあまり考慮する必要がないため材料の自由度が大きいためである。このようなn電極の膜厚としては、総膜厚として3000Å〜20000Åが好ましく、更に好ましくは7000Å〜13000Åの範囲である。好ましい組み合わせとしては、Ti/Al、Hf/Al、Ti/Pt/Au、Ti/Mo/Pt/Au、Ti/Mo/Ti/Pt/Au、Ti/W/Pt/Au、Ti/W/Ti/Pt/Au、Mo/Pt/Au、Mo/Ti/Pt/Au、W/Pt/Au、V/Pt/Au、V/Mo/Pt/Au、V/W/Pt/Au、Cr/Pt/Au、Cr/Mo/Pt/Au、Cr/W/Pt/Au等をあげることができる。基板裏面にn電極を形成させる場合、Au/Snを用いてボンディングさせることで、電流を流すことができる。   The n-side electrode is not provided with an ohmic electrode and a pad electrode in separate steps as described above, but is formed continuously to serve both functions, that is, an ohmic electrode in ohmic contact with the semiconductor layer, and An n-electrode that also serves as a take-out electrode (pad electrode) for forming a wire may be used. This is relatively easy to make ohmic contact with the n-type semiconductor layer as compared with the p-side electrode, and is a region slightly separated from the waveguide region, so that it is not necessary to consider the optical characteristics so much. This is because of the large degree of freedom. The film thickness of such an n-electrode is preferably 3000 to 20000 mm as the total film thickness, more preferably 7000 to 13000 mm. Preferred combinations include Ti / Al, Hf / Al, Ti / Pt / Au, Ti / Mo / Pt / Au, Ti / Mo / Ti / Pt / Au, Ti / W / Pt / Au, Ti / W / Ti / Pt / Au, Mo / Pt / Au, Mo / Ti / Pt / Au, W / Pt / Au, V / Pt / Au, V / Mo / Pt / Au, V / W / Pt / Au, Cr / Pt / Au, Cr / Mo / Pt / Au, Cr / W / Pt / Au, and the like. When an n-electrode is formed on the back surface of the substrate, current can be passed by bonding using Au / Sn.

第1の絶縁膜は、電流の注入領域をリッジ上面に限定するために設けているものであるが、導波路領域に近接して設けられているため光の閉じ込め効率にも作用するものであるので、用いる絶縁膜材料によって好ましい膜厚を選択することができる。第1の絶縁膜は、窒化物半導体層とほぼ同一幅となるように形成させることもできる。p側オーミック電極よりも前に形成される第1の絶縁膜は、オーミック電極の熱処理時に、共に熱処理される。熱処理されることで、単に堆積された膜に比して膜の強度(膜内の原子レベルでの結合力)が増し、半導体層との界面における接合強度も向上する。そのような第1の絶縁膜を、特に第2の絶縁膜が形成される半導体層上面の端部にまで形成することで、第2の絶縁膜の密着性も向上させることができる。   The first insulating film is provided to limit the current injection region to the upper surface of the ridge. However, since the first insulating film is provided close to the waveguide region, it also acts on the light confinement efficiency. Therefore, a preferable film thickness can be selected depending on the insulating film material to be used. The first insulating film can also be formed to have substantially the same width as the nitride semiconductor layer. The first insulating film formed before the p-side ohmic electrode is heat-treated together when the ohmic electrode is heat-treated. By performing the heat treatment, the strength of the film (bonding force at the atomic level in the film) is increased as compared with the deposited film, and the bonding strength at the interface with the semiconductor layer is also improved. By forming such a first insulating film up to the end portion of the upper surface of the semiconductor layer on which the second insulating film is formed, the adhesion of the second insulating film can also be improved.

また、p側パッド電極は、第2の絶縁膜と接しないように形成することもできる。特に、ジャンクションダウンで用いる場合、p側パッド電極に熱が加わるが、その際に、熱膨張によって体積が大きくなって素子の側面方向(p型半導体層の端方向)に流出し易くなる。また、熱だけでなく、圧力も加わるので、それによっても電極材料が側面方向に流出しやすくなる。そのため第2の絶縁膜と離間させるようにすることで、p側パッド電極の電極材料が側面方向に流出して短絡が生じるのを防ぐことができる。   Further, the p-side pad electrode can be formed so as not to contact the second insulating film. In particular, when used in junction down, heat is applied to the p-side pad electrode, but at that time, the volume increases due to thermal expansion, and it tends to flow out in the side surface direction of the element (end direction of the p-type semiconductor layer). Moreover, since not only heat but also pressure is applied, the electrode material easily flows out in the lateral direction. Therefore, by separating from the second insulating film, it is possible to prevent the electrode material of the p-side pad electrode from flowing out in the side surface direction and causing a short circuit.

第1の絶縁膜の材料としてはSi、Ti、V、Zr、Nb、Hf、Taよりなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む酸化物、SiN、BN、SiC、AlN、AlGaNの内の少なくとも一種で形成することが望ましく、その中でもZr、Hf、Siの酸化物、BN、AlN、AlGaNを用いることが特に好ましい。   The material of the first insulating film is an oxide, SiN, BN, SiC, AlN, or AlGaN containing at least one element selected from the group consisting of Si, Ti, V, Zr, Nb, Hf, and Ta. It is desirable to use at least one kind, and among them, it is particularly preferable to use an oxide of Zr, Hf, Si, BN, AlN, or AlGaN.

また、第1の絶縁膜の膜厚としては、具体的には、10Å以上10000Å以下の範囲、好ましくは100Å以上5000Å以下の範囲とすることである。なぜなら、10Å以下であると、電極の形成時に、十分な絶縁性を確保することが困難で、10000Å以上であると、かえって保護膜の均一性が失われ、良好な絶縁膜とならないからである。また、前記好ましい範囲にあることで、リッジ側面において、リッジとの間に良好な屈折率差を有する均一な膜が形成される。   The film thickness of the first insulating film is specifically in the range of 10 to 10,000 mm, preferably in the range of 100 to 5,000 mm. This is because if the thickness is 10 mm or less, it is difficult to ensure sufficient insulation at the time of electrode formation. If the thickness is 10,000 mm or more, the uniformity of the protective film is lost, and a good insulating film is not obtained. . Moreover, by being in the preferred range, a uniform film having a good refractive index difference between the ridge and the ridge can be formed on the side surface of the ridge.

第2の絶縁膜は、p側オーミック電極の、リッジ上部を除く全面に設けることができ、エッチングによって露出されたp型半導体層及び活性層の側部端面にも連続するように設けるのが好ましい。好ましい材料としては、Si、Ti、V、Zr、Nb、Hf、Taよりなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む酸化物、SiN、BN、SiC、AlN、AlGaNの内の少なくとも一種で形成することが望ましく、その中でも特に好ましい材料として、SiO、Al、ZrO、TiOなどの単層膜または多層膜を挙げることができる。 The second insulating film can be provided on the entire surface of the p-side ohmic electrode except for the upper portion of the ridge, and is preferably provided so as to continue to the side end faces of the p-type semiconductor layer and the active layer exposed by etching. . A preferable material is an oxide containing at least one element selected from the group consisting of Si, Ti, V, Zr, Nb, Hf, and Ta, and formed of at least one of SiN, BN, SiC, AlN, and AlGaN. Among them, particularly preferable materials include single layer films and multilayer films such as SiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , and TiO 2 .

また、上記リッジのストライプ方向を共振器方向とするために、端面に設けられている一対の共振器面は、劈開又はエッチング等によって形成することができる。劈開で形成させる場合は、基板や半導体層が劈開性を有していることが好ましく、その劈開性を利用すると優れた鏡面を容易に得ることができる。また、劈開性がなくても、エッチングによって共振器面を形成させることができ、この場合はn電極形成面を露出させる際に同時に行うことで、少ない工程で得ることができる。また、リッジ形成と同時に形成することもできる。このように各工程と同時に形成させることで工程を少なくすることができるが、より優れた共振器面を得るためには、別工程を設けるのがよい。   Further, in order to set the stripe direction of the ridge as the resonator direction, the pair of resonator surfaces provided on the end face can be formed by cleavage or etching. In the case of forming by cleavage, it is preferable that the substrate and the semiconductor layer have cleavage properties, and an excellent mirror surface can be easily obtained by utilizing the cleavage properties. Further, even if there is no cleavage, the resonator surface can be formed by etching, and in this case, it can be obtained with a small number of steps by carrying out simultaneously when exposing the n electrode formation surface. It can also be formed simultaneously with the ridge formation. In this way, the number of processes can be reduced by forming each process simultaneously. However, in order to obtain a more excellent resonator surface, it is preferable to provide another process.

具体的には、共振器面をエッチング端面とした場合には、例えば、エッチング端面を形成した後に、その端面(出射側、反射側)に、レーザ光用の高反射の(第2,4)端面保護膜を設けて、後述するように、基板を劈開してウエハをバー状として、露出した基板端面と前記エッチング端面とを覆うように励起光用の高反射膜の(第1,3)端面保護膜を形成することができる。このように、エッチング端面と、基板端面とで、異なる膜構造(層数、端面がレーザ光用と励起光用、基板端面が励起光用)とすることができる。   Specifically, when the cavity face is an etching end face, for example, after the etching end face is formed, the end faces (the emission side and the reflection side) are highly reflective for laser light (second and fourth). An end face protective film is provided, and as will be described later, the substrate is cleaved so that the wafer has a bar shape, and the excitation light high reflection film covers the exposed end face of the substrate and the etching end face (first and third). An end face protective film can be formed. In this way, the etching end face and the substrate end face can have different film structures (number of layers, end face for laser light and excitation light, and substrate end face for excitation light).

以下、実施例を説明するが、本発明において、窒化物半導体層を構成するn型窒化物半導体層、活性層、p型窒化物半導体層のデバイス構造としては特に限定されず、種々の層構造を用いることができる。デバイスの構造としては、例えば後述の実施例に記載されているレーザのデバイス構造が挙げられるが、他のレーザ構造についても適用できる。窒化物半導体の具体的な例としては、GaN、AlN、若しくはInNなどの窒化物半導体や、これらの混晶であるIII−V族窒化物半導体、更には、これらにB、P等が含まれるもの等を用いることができる。窒化物半導体の成長は、MOVPE、MOCVD(有機金属化学気相成長法)、HVPE(ハライド気相成長法)、MBE(分子線気相成長法)等、窒化物半導体を成長させるのに知られている全ての方法を適用できる。   Hereinafter, examples will be described. In the present invention, the device structure of the n-type nitride semiconductor layer, the active layer, and the p-type nitride semiconductor layer constituting the nitride semiconductor layer is not particularly limited, and various layer structures are provided. Can be used. Examples of the device structure include a laser device structure described in Examples described later, but other laser structures can also be applied. Specific examples of nitride semiconductors include nitride semiconductors such as GaN, AlN, or InN, III-V group nitride semiconductors that are mixed crystals thereof, and further include B, P, and the like. A thing etc. can be used. Nitride semiconductor growth is known to grow nitride semiconductors such as MOVPE, MOCVD (metal organic chemical vapor deposition), HVPE (halide vapor deposition), MBE (molecular beam vapor deposition). All methods are applicable.

(窒化物半導体基板)
まず、2インチ、C面を主面とするサファイアよりなる異種基板をMOCVD反応容器内にセットし、温度を500℃にして、トリメチルガリウム(TMG)、アンモニア(NH)を用い、GaNよりなるバッファ層を200Åの膜厚で成長させる。さらに、温度を1000℃以上にしてGaNより成る下地層を2.5μmで成長させる。その後、HVPE反応容器に移動する。原料にGaメタルとHClガス、アンモニアを用いて窒化物半導体1であるGaNを500μmで成長させる。次に、サファイアのみをエキシマレーザー照射で剥離し、CMPを行い膜厚450μmの窒化物半導体を形成する。
(Nitride semiconductor substrate)
First, a 2 inch, heterogeneous substrate made of sapphire with the C-plane as the main surface is set in an MOCVD reaction vessel, the temperature is set to 500 ° C., trimethylgallium (TMG), ammonia (NH 3 ) is used, and the substrate is made of GaN. A buffer layer is grown to a thickness of 200 mm. Further, the base layer made of GaN is grown at 2.5 μm at a temperature of 1000 ° C. or higher. Then, move to the HVPE reaction vessel. GaN as the nitride semiconductor 1 is grown at 500 μm using Ga metal, HCl gas, and ammonia as raw materials. Next, only sapphire is peeled off by excimer laser irradiation, and CMP is performed to form a nitride semiconductor having a thickness of 450 μm.

(n型コンタクト層)
続いて1050℃で、同じく原料ガスにTMG、アンモニアガス、不純物ガスにシランガスを用い、Siドープのn−Al0.02Ga0.98Nよりなるn型コンタクト層を3.5μmの膜厚で成長させる。このn型コンタクト層の膜厚は2〜30μmであればよい。
(N-type contact layer)
Subsequently, at 1050 ° C., an n-type contact layer made of Si-doped n-Al 0.02 Ga 0.98 N with a film thickness of 3.5 μm is similarly used using TMG, ammonia gas, and silane gas as the source gas. Grow. The film thickness of this n-type contact layer should just be 2-30 micrometers.

(クラック防止層)
次に、TMG、TMI(トリメチルインジウム)、アンモニアを用い、温度を800℃にしてSiドープのn−In0.05Ga0.95Nよりなるクラック防止層を0.15μmの膜厚で成長させる。
(Crack prevention layer)
Next, a crack prevention layer made of Si-doped n-In 0.05 Ga 0.95 N is grown to a thickness of 0.15 μm using TMG, TMI (trimethylindium), and ammonia at a temperature of 800 ° C. .

なお、窒化物半導体基板を導電性の基板とし、成長用基板を後で除去し、基板の裏面側にn電極を形成する場合は、窒化物半導体基板上に以下に述べるn型クラッド層から積層させることもできる。   When the nitride semiconductor substrate is a conductive substrate, the growth substrate is removed later, and an n-electrode is formed on the back side of the substrate, the n-type cladding layer described below is stacked on the nitride semiconductor substrate. It can also be made.

(n型クラッド層)
次に、温度を1050℃にして、原料ガスにTMA(トリメチルアルミニウム)、TMG及びアンモニアを用い、アンドープのAl0.05Ga0.095NよりなるA層と、SiをドープしたGaNよりなるB層をそれぞれ50Åの膜厚で成長させる。そして、この操作をそれぞれ110回繰り返してA層とB層を交互に積層して総膜厚1.1μmの多層膜(超格子構造)よりなるn型クラッド層を成長させる。この時、アンドープAlGaNのAlの混晶比としては、0.02以上0.3以下の範囲であれば、十分にクラッド層として機能する屈折率差を設けることができ、また単一膜構造で形成することもできる。
(N-type cladding layer)
Next, the temperature is set to 1050 ° C., TMA (trimethylaluminum), TMG, and ammonia are used as source gases, and an A layer made of undoped Al 0.05 Ga 0.095 N and B made of Si-doped GaN Each layer is grown to a thickness of 50 mm. Then, this operation is repeated 110 times, and the A layer and the B layer are alternately stacked to grow an n-type cladding layer made of a multilayer film (superlattice structure) having a total film thickness of 1.1 μm. At this time, if the mixed crystal ratio of Al in the undoped AlGaN is in the range of 0.02 or more and 0.3 or less, a refractive index difference that sufficiently functions as a cladding layer can be provided. It can also be formed.

(n型光ガイド層)
次に、同様の温度で原料ガスにTMG及びアンモニアを用い、アンドープのGaNよりなるn型光ガイド層を0.15μmの膜厚で成長させる。この層は、n型不純物をドープさせてもよい。
(N-type light guide layer)
Next, TMG and ammonia are used as source gases at the same temperature, and an n-type light guide layer made of undoped GaN is grown to a thickness of 0.15 μm. This layer may be doped with n-type impurities.

(活性層)
次に、温度を800℃にして、原料にTMI(トリメチルインジウム)、TMG及びアンモニアを用い、不純物ガスとしてシランガスを用い、SiドープのIn0.02Ga0.98Nよりなる障壁層を140Åの膜厚で成長させる。続いてシランガスを止め、アンドープのIn0.1Ga0.9Nよりなる井戸層を70Åの膜厚で成長させる。この操作を2回繰り返し、最後にSiドープのIn0.02Ga0.98Nよりなる障壁層を140Åの膜厚で成長させて総膜厚560Åの多重量子井戸構造(MQW)の活性層を成長させる。
(Active layer)
Next, the temperature is set to 800 ° C., TMI (trimethylindium), TMG, and ammonia are used as raw materials, silane gas is used as an impurity gas, and a barrier layer made of Si-doped In 0.02 Ga 0.98 N is formed at 140 ° C. Grow with film thickness. Subsequently, silane gas is stopped and a well layer made of undoped In 0.1 Ga 0.9 N is grown to a thickness of 70 mm. This operation is repeated twice. Finally, a barrier layer made of Si-doped In 0.02 Ga 0.98 N is grown to a thickness of 140 mm, and an active layer of a multiple quantum well structure (MQW) having a total thickness of 560 mm is obtained. Grow.

(p型電子閉じ込め層)
同様の温度で、N雰囲気中で、MgドープのAl0.25Ga0.75Nよりなるp型電子閉じ込め層を30Åの膜厚で成長させる。次いで、H雰囲気中で、MgドープのAl0.25Ga0.75Nよりなるp型電子閉じ込め層を70Åの膜厚で成長させる。
(P-type electron confinement layer)
At the same temperature, a p-type electron confinement layer made of Mg-doped Al 0.25 Ga 0.75 N is grown to a thickness of 30 mm in an N 2 atmosphere. Next, a p-type electron confinement layer made of Mg-doped Al 0.25 Ga 0.75 N is grown to a thickness of 70 mm in an H 2 atmosphere.

(p型光ガイド層)
次に、温度を1050℃にして、原料ガスにTMG及びアンモニアを用い、アンドープのGaNよりなるp型光ガイド層を0.15μmの膜厚で成長させる。このp型光ガイド層はアンドープとして成長させるが、Mgをドープさせてもよい。
(P-type light guide layer)
Next, the temperature is set to 1050 ° C., TMG and ammonia are used as source gases, and a p-type light guide layer made of undoped GaN is grown to a thickness of 0.15 μm. The p-type light guide layer is grown as undoped, but may be doped with Mg.

(p型クラッド層)
続いて、アンドープのAl0.08Ga0.92NよりなるA層を80Åの膜厚で成長させ、その上にMgドープのGaNよりなるB層を80Åの膜厚で成長させる。これを28回繰り返してA層とB層とを交互に積層させて、総膜厚0.45μmの多層膜(超格子構造)よりなるp型クラッド層を成長させる。p型クラッド層は少なくとも一方がAlを含む窒化物半導体層を含み、互いにバンドギャップエネルギーが異なる窒化物半導体層を積層した超格子で作製した場合、不純物はいずれも一方の層に多くドープして、いわゆる変調ドープを行うと結晶性がよくなる傾向にあるが、両方に同じようにドープさせてもよい。
(P-type cladding layer)
Subsequently, an A layer made of undoped Al 0.08 Ga 0.92 N is grown to a thickness of 80 mm, and a B layer made of Mg-doped GaN is grown to a thickness of 80 mm. This is repeated 28 times, and the A layer and the B layer are alternately laminated to grow a p-type cladding layer made of a multilayer film (superlattice structure) having a total film thickness of 0.45 μm. When a p-type cladding layer is made of a superlattice in which at least one nitride semiconductor layer containing Al is included and nitride semiconductor layers having different bandgap energies are stacked, impurities are both highly doped in one layer. Although so-called modulation doping tends to improve the crystallinity, both may be doped in the same manner.

(p型コンタクト層)
最後に1050℃でp型クラッド層の上にMgドープのGaNよりなるp型コンタクト層を150Åの膜厚で成長させる。p型コンタクト層はp型のInAlGa1−x−yN(x≦0、y≦0、x+y≦1)で構成することができ、好ましくはMgをドープしたGaNとすればp電極と最も好ましいオーミック接触が得られる。反応終了後、反応容器内において窒素雰囲気中でウエハを700℃でアニーリングして、p型層を更に低抵抗化する。
(P-type contact layer)
Finally, a p-type contact layer made of Mg-doped GaN is grown on the p-type cladding layer at 1050 ° C. to a thickness of 150 mm. The p-type contact layer can be composed of p-type In x Al y Ga 1-xy N (x ≦ 0, y ≦ 0, x + y ≦ 1). The most favorable ohmic contact with the electrode is obtained. After the completion of the reaction, the wafer is annealed at 700 ° C. in a nitrogen atmosphere in the reaction vessel to further reduce the resistance of the p-type layer.

(n型層露出)
以上のようにして窒化物半導体を成長させて積層構造体を形成した後、ウエハを反応容器から取り出し、最上層のp型コンタクト層の表面にSiOよりなる保護膜を形成してRIE(反応性イオンエッチング)を用いてClガスによりエッチングし、n型コンタクト層の表面を露出させる。また、このとき、エッチングにより共振器面を形成させてもよく、また実施例3に示すように、基板の裏面にn電極を設ける場合には、n電極の形成面が不要となり、この工程も省略できる。
(N-type layer exposure)
After the nitride semiconductor is grown as described above to form a laminated structure, the wafer is taken out of the reaction vessel, a protective film made of SiO 2 is formed on the surface of the uppermost p-type contact layer, and RIE (reaction) is performed. The surface of the n-type contact layer is exposed by etching with Cl 2 gas using a reactive ion etching. At this time, the resonator surface may be formed by etching. Also, as shown in Example 3, when the n electrode is provided on the back surface of the substrate, the n electrode forming surface is not necessary, and this process is also performed. Can be omitted.

(リッジ形成)
次に、ストライプ状の導波路領域を形成するために、最上層のp型コンタクト層のほぼ全面にCVD装置により、Si酸化物(主としてSiO)よりなる保護膜を0.5μmの膜厚で形成した後、フォトリソグラフィ技術により保護膜の上に所定の形状のマスクを形成し、RIE装置によりCHFガスを用いたエッチングによりストライプ状のSi酸化物からなる保護膜を形成する。このSi酸化物の保護膜をマスクとしてSiClガスを用いて半導体層をエッチングして、活性層よりも上にリッジストライプが形成される。このとき、リッジの幅は1.6μmとなるようにする。
(Ridge formation)
Next, in order to form a striped waveguide region, a protective film made of Si oxide (mainly SiO 2 ) is formed to a thickness of 0.5 μm on almost the entire surface of the uppermost p-type contact layer by a CVD apparatus. After the formation, a mask having a predetermined shape is formed on the protective film by a photolithography technique, and a protective film made of striped Si oxide is formed by etching using CHF 3 gas by an RIE apparatus. Using this Si oxide protective film as a mask, the semiconductor layer is etched using SiCl 4 gas to form a ridge stripe above the active layer. At this time, the width of the ridge is set to 1.6 μm.

(第1の絶縁膜)
SiOマスクを形成させた状態で、p型半導体層表面にZrOよりなる第1の絶縁膜を膜厚約550Åで形成する。この第1の絶縁膜は、n側のオーミック電極形成面をマスクして半導体層の全面に設けてもよい。また、後に分割され易いように絶縁膜を形成させない部分を設けることもできる。
(First insulating film)
With the SiO 2 mask formed, a first insulating film made of ZrO 2 is formed on the surface of the p-type semiconductor layer with a film thickness of about 550 mm. The first insulating film may be provided on the entire surface of the semiconductor layer by masking the n-side ohmic electrode formation surface. In addition, a portion where the insulating film is not formed can be provided so as to be easily divided later.

第1の絶縁膜形成後、ウエハを600℃で熱処理する。このように、SiO以外の材料を第1の絶縁膜として形成する場合、第1の絶縁膜形成後に、300℃以上、好ましくは400℃以上、窒化物半導体の分解温度以下(1200℃)で熱処理することにより、絶縁膜材料を安定化させるコトができる。特に、第1の絶縁膜形成後の工程において、主としてSiOをマスクとして用いてデバイス加工を施すような場合は、そのSiOマスクを後で除去する際に用いるマスク溶解材料に対して溶解しにくくすることができる。この第1の絶縁膜の熱処理工程は、第1の絶縁膜の材料や工程等によっては省略することもできるし、また、オーミック電極の熱処理と同時に行うなど、工程順序等についても適宜選択することができる。熱処理後、バッファード液に浸漬して、リッジストライプの上面に形成したSiOを溶解除去し、リフトオフ法によりSiOと共に、p型コンタクト層上(更にはn型コンタクト層上)にあるZrOを除去する。これにより、リッジの上面は露出され、リッジの側面はZrOで覆われた構造となる。 After forming the first insulating film, the wafer is heat-treated at 600 ° C. As described above, when a material other than SiO 2 is formed as the first insulating film, after the first insulating film is formed, the temperature is 300 ° C. or higher, preferably 400 ° C. or higher, and below the decomposition temperature of the nitride semiconductor (1200 ° C.). The heat treatment can stabilize the insulating film material. In particular, in the step after the first insulating film formation, when device processing is performed mainly using SiO 2 as a mask, the SiO 2 mask is dissolved in a mask dissolving material used for later removal. Can be difficult. The heat treatment step of the first insulating film can be omitted depending on the material and process of the first insulating film, and the order of the steps can be selected as appropriate, for example, it is performed simultaneously with the heat treatment of the ohmic electrode. Can do. After the heat treatment, it is immersed in a buffered solution to dissolve and remove SiO 2 formed on the upper surface of the ridge stripe, and ZrO 2 on the p-type contact layer (and on the n-type contact layer) together with SiO 2 by a lift-off method. Remove. Thereby, the upper surface of the ridge is exposed and the side surface of the ridge is covered with ZrO 2 .

(オーミック電極)
次に、p型コンタクト層上のリッジ最表面及び第1の絶縁膜上にp側オーミック電極をスパッタにより形成させる。このp側オーミック電極は、Ni/Au(100Å/1500Å)を用いる。また、n型コンタクト層上面にもn側オーミック電極を形成させる。n側オーミック電極はTi/Al(200Å/5500Å)からなり、リッジと平行で、かつ、同程度の長さのストライプ状に形成されている。これら電極形成後、酸素と窒素の混合雰囲気中で、600℃で熱処理する。
(Ohmic electrode)
Next, a p-side ohmic electrode is formed by sputtering on the ridge outermost surface on the p-type contact layer and on the first insulating film. This p-side ohmic electrode uses Ni / Au (100Å / 1500Å). An n-side ohmic electrode is also formed on the upper surface of the n-type contact layer. The n-side ohmic electrode is made of Ti / Al (200 Å / 5500 、), and is formed in a stripe shape parallel to the ridge and having the same length. After these electrodes are formed, heat treatment is performed at 600 ° C. in a mixed atmosphere of oxygen and nitrogen.

(第2の絶縁膜)
次いで、リッジ上のp側オーミック電極の全面と、n側オーミック電極の上部の一部を覆うレジストを形成する。次いで、SiOからなる第2の絶縁膜を、ほぼ全面に形成し、リフトオフすることで、p側オーミック電極の上面全面とn側オーミック電極の一部が露出された第2の保護膜が形成される。第2の絶縁膜とp側オーミック電極とは離間するように形成してもよく、また、一部が重なるように形成されていてもよい。また、後の分割を考慮して、分割位置を挟んで幅10μm程度のストライプ状の範囲には、第1及び第2の絶縁膜や電極を形成しないようにしておいてもよい。
(Second insulating film)
Next, a resist covering the entire surface of the p-side ohmic electrode on the ridge and a part of the upper portion of the n-side ohmic electrode is formed. Next, a second insulating film made of SiO 2 is formed on almost the entire surface and lifted off to form a second protective film in which the entire upper surface of the p-side ohmic electrode and a part of the n-side ohmic electrode are exposed. Is done. The second insulating film and the p-side ohmic electrode may be formed so as to be separated from each other, or may be formed so as to partially overlap each other. In consideration of the subsequent division, the first and second insulating films and electrodes may not be formed in a stripe-shaped range having a width of about 10 μm across the division position.

第2の絶縁膜は、p側及びn側のオーミック電極上部を除く全面に渡るように設けるものである。好ましい材料としては、Si、Ti、V、Zr、Nb、Hf、Taよりなる群から選択された少なくとも一種の元素を含む酸化物、SiN、BN、SiC、AlN、AlGaNの内の少なくとも一種で形成することが望ましく、その中でも特に好ましい材料として、SiO、Al、ZrO、TiOなどの単層膜または多層膜を挙げることができる。 The second insulating film is provided so as to cover the entire surface except the upper part of the p-side and n-side ohmic electrodes. A preferable material is an oxide containing at least one element selected from the group consisting of Si, Ti, V, Zr, Nb, Hf, and Ta, and formed of at least one of SiN, BN, SiC, AlN, and AlGaN. Among them, particularly preferable materials include single layer films and multilayer films such as SiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , and TiO 2 .

(パッド電極)
次に、上記のオーミック電極を覆うようにパッド電極を形成する。このとき、第2の絶縁膜を覆うように形成させるのが好ましい。p側パッド電極は、Ni/Ti/Au(1000Å/1000Å/8000Å)の順に積層される。また、n側パッド電極は、下からNi/Ti/Au(1000Å/1000Å/8000Å)で形成される。これらパッド電極は、第2の絶縁膜を介してp側オーミック電極及びn側オーミック電極にそれぞれストライプ状に接している。
(Pad electrode)
Next, a pad electrode is formed so as to cover the ohmic electrode. At this time, it is preferable to form the second insulating film so as to cover it. The p-side pad electrode is laminated in the order of Ni / Ti / Au (1000 Å / 1000 Å / 8000 Å). Further, the n-side pad electrode is formed of Ni / Ti / Au (1000/1000/8000) from below. These pad electrodes are in contact with the p-side ohmic electrode and the n-side ohmic electrode in a stripe shape through the second insulating film, respectively.

(劈開及び共振器面形成)
次いで、基板を研磨して約100μmの膜厚になるよう調整後、基板裏面にスクライブ溝を形成し、窒化物半導体層側からブレーキングして、劈開することでバー状のレーザとする。窒化物半導体層の劈開面は、窒化物半導体のM面(1 -1 00)となっており、この面を共振器面とする。
(Cleavage and resonator surface formation)
Next, the substrate is polished and adjusted so as to have a film thickness of about 100 μm, and then a scribe groove is formed on the back surface of the substrate, braked from the nitride semiconductor layer side, and cleaved to obtain a bar-shaped laser. The cleavage plane of the nitride semiconductor layer is the M plane (1 −100) of the nitride semiconductor, and this plane is used as the resonator plane.

(端面保護膜形成)
上記のように形成された共振器面には、ECRスパッタ装置等のスパッタ装置を用いて端面保護膜を設ける。出射側端面には、第3の端面保護膜として、(SiO(917Å)/Nb(550Å))の2ペアからなる第3の端面保護膜を設ける。リア側端面には、ZrO(440Å)+(SiO(667Å)/ZrO(440Å))の6ペアからなる第2の保護膜を設ける。その上にさらにZrO(440Å)+(SiO(917Å)/ZrO(605Å))の6ペアからなる第1の保護膜を設ける。これらの膜厚は、活性層からの発光波長を400nm、その波長を吸収して発光される励起光を550nmとしてその波長(λ)に対してλ/4n(nは屈折率)となるように設定したものである。このような設定で設けられた端面保護膜の透過率をグラフに示す。出射側の透過率を図3に、また、リア側の透過率を図2に示す。出射側、リア側とも、励起光の波長域の透過率が低くなっており、外部に放出されにくくしている。
(End face protection film formation)
An end face protective film is provided on the resonator surface formed as described above using a sputtering apparatus such as an ECR sputtering apparatus. A third end face protective film composed of two pairs of (SiO 2 (917Å) / Nb 2 O 5 (550Å)) is provided on the emission side end face as a third end face protective film. On the rear side end face, a second protective film composed of 6 pairs of ZrO 2 (440 °) + (SiO 2 (667 °) / ZrO 2 (440 °)) is provided. A first protective film composed of six pairs of ZrO 2 (440 °) + (SiO 2 (917Å) / ZrO 2 (605Å)) is further provided thereon. The film thickness is such that the emission wavelength from the active layer is 400 nm, the excitation light emitted by absorbing the wavelength is 550 nm, and λ / 4n (n is the refractive index) with respect to the wavelength (λ). It is set. The transmittance of the end face protective film provided with such setting is shown in the graph. FIG. 3 shows the transmittance on the emission side, and FIG. 2 shows the transmittance on the rear side. The transmittance in the wavelength region of the excitation light is low on both the emission side and the rear side, making it difficult to emit to the outside.

最後に、リッジストライプと略平行になるようにスクライブにより溝を形成し、その溝部でバーを切断して本発明の半導体レーザ素子を得る。スクライブの方法としては、カッター等の刃を用いた機械的又は物理的スクライブや、YAGレーザなどを用いた光学的又は熱的スクライブ等を用いることができる。また、スクライブの方向は、半導体層側からでもあるいは基板側からでもよく、素子の形状や、基板の種類等によって最適な方法を種々選択することができる。   Finally, a groove is formed by scribing so as to be substantially parallel to the ridge stripe, and a bar is cut at the groove portion to obtain the semiconductor laser device of the present invention. As a scribing method, mechanical or physical scribing using a blade such as a cutter, optical or thermal scribing using a YAG laser, or the like can be used. The scribe direction may be from the semiconductor layer side or from the substrate side, and various optimum methods can be selected depending on the shape of the element, the type of the substrate, and the like.

上記のようにして得られる窒化物半導体レーザ素子は、窒化物半導体基板のほぼ全面に励起領域を有している。これは、転位密度の差が極端に大きくならなりように成長させているためであり、そのために局部的に励起光強度の高い領域が存在していない。また、室温において閾値電流密度2.5kA/cm、60mWの高出力において発振波長405nmの連続発振可能なものである。リア側に設けた検出器に励起光が照射されるのを低減することで、制御よく駆動させることができるとともに、出射側端面から放出されるレーザ光はノイズ(凹凸)が少なく良好なFFPを有している。 The nitride semiconductor laser device obtained as described above has an excitation region on almost the entire surface of the nitride semiconductor substrate. This is because the growth is performed so that the difference in the dislocation density becomes extremely large. Therefore, there is no region where the excitation light intensity is locally high. Further, it can continuously oscillate at an oscillation wavelength of 405 nm at a room temperature and a threshold current density of 2.5 kA / cm 2 and a high output of 60 mW. By reducing the irradiation of the excitation light to the detector provided on the rear side, it can be driven with good control, and the laser light emitted from the end surface on the emission side has a good FFP with less noise (unevenness) Have.

実施例2は、出射側端面には、第3の端面保護膜として、Al(1800Å)/(SiO(917Å)/Nb(550Å))の3ペアからなる第3の端面保護膜を設ける。リア側端面には、ZrO(440Å)+(SiO(667Å)/TiO(370Å))の6ペアからなる第2の保護膜を設ける。その上にさらにZrO(440Å)+(SiO(917Å)/TiO(509Å))の6ペアからなる第1の保護膜を設ける。これらの膜厚は、実施例1と同様に、活性層からの発光波長を400nm、その波長を吸収して発光される励起光を550nmとしてその波長(λ)に対してλ/4n(nは屈折率)となるように設定したものである。また、n電極を窒化物半導体基板の裏面に設ける。n電極の材料としては、V/Pt/Au(150Å/2000Å/3300Å)で設ける。n電極を設けた後は、熱処理を行わない。上記以外については実施例1と同様に行い、本発明の窒化物半導体レーザ素子を得る。このようにして得られる窒化物半導体レーザ素子は、実施例1と同様に励起領域を基板のほぼ全領域に備え、弱い励起光を有する。室温において閾値電流密度2.5kA/cm、60mWの高出力において発振波長405nmの連続発振可能なものである。リア側に設けた検出器に励起光が照射されるのを低減することで、制御よく駆動させることができるとともに、出射側端面から放出されるレーザ光はノイズ(凹凸)が少なく良好なFFPを有している。 In Example 2, a third end face protective film having three pairs of Al 2 O 3 (1800 Å) / (SiO 2 (917 Å) / Nb 2 O 5 (550 Å)) is provided on the output side end face as a third end face protective film. An end face protective film is provided. On the rear side end face, a second protective film composed of 6 pairs of ZrO 2 (440 °) + (SiO 2 (667 °) / TiO 2 (370 °)) is provided. A first protective film comprising 6 pairs of ZrO 2 (440 °) + (SiO 2 (917 °) / TiO 2 (509)) is further provided thereon. As in Example 1, these film thicknesses are set to λ / 4n (n is the wavelength of the light (λ) with the emission wavelength from the active layer being 400 nm and the excitation light emitted by absorbing that wavelength being 550 nm. (Refractive index). An n electrode is provided on the back surface of the nitride semiconductor substrate. As a material for the n-electrode, V / Pt / Au (150Å / 2000Å / 3300Å) is provided. After the n-electrode is provided, no heat treatment is performed. Except for the above, the same procedure as in Example 1 was performed to obtain the nitride semiconductor laser device of the present invention. The nitride semiconductor laser device thus obtained has the excitation region in almost the entire region of the substrate as in Example 1, and has weak excitation light. It can continuously oscillate at an oscillation wavelength of 405 nm at a threshold current density of 2.5 kA / cm 2 at room temperature and a high output of 60 mW. By reducing the irradiation of the excitation light to the detector provided on the rear side, it can be driven with good control, and the laser light emitted from the end surface on the emission side has a good FFP with less noise (unevenness) Have.

実施例3においては、窒化物半導体基板として、以下のようにして得られる基板を用いる。成長基板として、GaAs基板を用いる。基板上面に、窒化物半導体のM面と平行なストライプ状のSiOよりなる保護膜を形成し、これを種としてファセット面が表出するように成長させる。これによって、膜厚約300μmの窒化物半導体基板を得る。このようにして得られる窒化物半導体基板は、ストライプ状に低転位密度領域と、転位束を有する窒化物半導体基板であって、リッジを低転位密度領域の上部に形成させる。低転位密度領域は励起領域であって、導通と共に活性層からの発光波長(405nm)を吸収して、励起光(560nm)を有する。実施例3では、n電極を窒化物半導体基板の裏面に形成させているが、リッジ形成前にはn型半導体層を露出するようにエッチングを行う。特に、結晶性の悪い転位束の上部に形成されているn型半導体層〜p型半導体層は、成長状態がその周辺部と異なっている。そのため、膜厚も周辺部に比して薄くなっている。そのような領域では、pnジャンクションの形成が十分ではないと考えられる。そのため、ストライプ状の転位束の幅よりもやや広い範囲のn型半導体層〜p型半導体層をエッチングによって除去することで、素子機能の低下を抑制することができる。また、出射側端面に(Al(823Å)/TiO(509Å))の2ペアからなる第3の端面保護膜を設ける以外は、実施例1と同様に行い、本発明の窒化物半導体レーザ素子を得る。尚、実施例3においても、第3の端面保護膜の膜厚は、実施例1と同様に、活性層からの発光波長を400nm、その波長を吸収して発光される励起光を550nmとしてその波長(λ)に対してλ/4n(nは屈折率)となるように設定したものである。このようにして得られる窒化物半導体レーザ素子は、室温において閾値電流密度2.5kA/cm、60mWの高出力において発振波長405nmの連続発振可能なものである。リア側に設けた検出器に励起光が照射されるのを低減することで、制御よく駆動させることができるとともに、出射側端面から放出されるレーザ光はノイズ(凹凸)が少なく良好なFFPを有している。 In Example 3, a substrate obtained as follows is used as the nitride semiconductor substrate. A GaAs substrate is used as the growth substrate. A protective film made of stripe-like SiO 2 parallel to the M-plane of the nitride semiconductor is formed on the upper surface of the substrate, and this is used as a seed to grow so as to expose the facet plane. Thereby, a nitride semiconductor substrate having a thickness of about 300 μm is obtained. The nitride semiconductor substrate thus obtained is a nitride semiconductor substrate having a low dislocation density region and dislocation bundle in a stripe shape, and a ridge is formed on the low dislocation density region. The low dislocation density region is an excitation region, which absorbs the emission wavelength (405 nm) from the active layer together with conduction and has excitation light (560 nm). In Example 3, the n-electrode is formed on the back surface of the nitride semiconductor substrate, but etching is performed so as to expose the n-type semiconductor layer before forming the ridge. In particular, the growth state of the n-type semiconductor layer to the p-type semiconductor layer formed above the dislocation bundle having poor crystallinity is different from the peripheral portion. Therefore, the film thickness is also thinner than the peripheral part. In such a region, it is considered that the pn junction is not sufficiently formed. Therefore, by removing the n-type semiconductor layer to the p-type semiconductor layer in a range slightly wider than the width of the striped dislocation bundle by etching, it is possible to suppress the deterioration of the element function. Further, the nitride of the present invention was prepared in the same manner as in Example 1 except that a third end face protective film composed of two pairs of (Al 2 O 3 (823 Å) / TiO 2 (509 Å)) was provided on the output side end face. A semiconductor laser element is obtained. In Example 3, the thickness of the third end face protective film is the same as in Example 1 except that the emission wavelength from the active layer is 400 nm and the excitation light emitted by absorbing the wavelength is 550 nm. The wavelength (λ) is set to be λ / 4n (n is a refractive index). The nitride semiconductor laser device thus obtained is capable of continuous oscillation with a threshold current density of 2.5 kA / cm 2 at room temperature and a high output of 60 mW and an oscillation wavelength of 405 nm. By reducing the irradiation of the excitation light to the detector provided on the rear side, it can be driven with good control, and the laser light emitted from the end surface on the emission side has a good FFP with less noise (unevenness) Have.

本発明は、レーザ素子を応用することができる全てのデバイス、例えば、CDプレーヤ、MDプレーヤ、各種ゲーム機器、DVDプレーヤ、電話回線や海底ケーブル等の基幹ライン・光通信システム、レーザメス、レーザ治療器、レーザ指圧機等の医療機器、レーザビームプリンタ、ディスプレイ等の印刷機、各種測定器、レーザ水準器、レーザ測長機、レーザスピードガン、レーザ温度計等の光センシング機器、レーザ電力輸送等の種々の分野において利用することができる。   The present invention relates to all devices to which laser elements can be applied, for example, CD players, MD players, various game machines, DVD players, trunk lines and optical communication systems such as telephone lines and submarine cables, laser knives, and laser treatment devices. , Medical devices such as laser acupressure machines, printing machines such as laser beam printers and displays, various measuring instruments, laser levels, laser measuring instruments, laser speed guns, optical sensing devices such as laser thermometers, laser power transportation, etc. It can be used in various fields.

(a)本発明の半導体レーザ素子を説明する模式斜視図 (b)図1(a)のA−A断面図 (c)図1(a)のB−B断面図(A) Schematic perspective view for explaining the semiconductor laser device of the present invention (b) AA sectional view of FIG. 1 (a) (c) BB sectional view of FIG. 1 (a) 本発明の実施の形態の端面保護膜の透過率を示すグラフThe graph which shows the transmittance | permeability of the end surface protective film of embodiment of this invention 本発明の実施の形態の端面保護膜の透過率を示すグラフThe graph which shows the transmittance | permeability of the end surface protective film of embodiment of this invention フォトダイオードの分光感度曲線Photodiode spectral sensitivity curve

符号の説明Explanation of symbols

101・・・窒化物半導体基板
102・・・n型窒化物半導体層
103・・・p型窒化物半導体層
104・・・活性層
105・・・p側オーミック電極
106・・・p側パッド電極
107・・・n側電極
108・・・第2の絶縁膜
109・・・第1の絶縁膜
110・・・端面保護膜
111・・・転位束
112・・・低転位密度領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Nitride semiconductor substrate 102 ... N-type nitride semiconductor layer 103 ... P-type nitride semiconductor layer 104 ... Active layer 105 ... P-side ohmic electrode 106 ... P-side pad electrode 107 ... n-side electrode 108 ... second insulating film 109 ... first insulating film 110 ... end face protective film 111 ... dislocation bundle 112 ... low dislocation density region

Claims (21)

窒化物半導体基板と、その上にn型半導体層、活性層及びp型半導体層が積層されてなる窒化物半導体層を備え、該窒化物半導体層にストライプ状のレーザ光の導波路領域を有すると共に、その導波路領域と略垂直な両端面に端面保護膜を有する窒化物半導体レーザ素子であって、
前記窒化物半導体基板は、前記活性層からの発光を吸収し、その発光波長よりも長波長の励起光を発光する励起領域を有し、
前記端面保護膜は、前記励起領域からの発光波長に対して高反射率を有することを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
A nitride semiconductor substrate includes a nitride semiconductor layer formed by laminating an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer thereon, and the nitride semiconductor layer has a striped waveguide region of laser light And a nitride semiconductor laser element having end face protective films on both end faces substantially perpendicular to the waveguide region,
The nitride semiconductor substrate has an excitation region that absorbs light emitted from the active layer and emits excitation light having a wavelength longer than the emission wavelength;
The nitride semiconductor laser device, wherein the end face protective film has a high reflectance with respect to an emission wavelength from the excitation region.
前記端面保護膜は、出射側端面と、リア側端面の両方に設けられている請求項1記載の窒化物半導体レーザ素子。 The nitride semiconductor laser element according to claim 1, wherein the end face protective film is provided on both the emission side end face and the rear side end face. 前記端面保護膜は、前記活性層からの発光波長に対して、低反射率を有する請求項1記載の窒化物半導体レーザ素子。 The nitride semiconductor laser element according to claim 1, wherein the end face protective film has a low reflectance with respect to an emission wavelength from the active layer. 前記端面保護膜は、単層又は多層構造である請求項1乃至請求項3記載の窒化物半導体レーザ素子。 4. The nitride semiconductor laser element according to claim 1, wherein the end face protective film has a single layer or a multilayer structure. 窒化物半導体基板と、その上にn型半導体層、活性層及びp型半導体層が積層されてなる窒化物半導体層を備え、該窒化物半導体層にストライプ状のレーザ光の導波路領域を有すると共に、その導波路領域と略垂直な端面に、出射側端面保護膜及びその反対のリア側端面保護膜を有する窒化物半導体レーザ素子であって、
前記窒化物半導体基板は、前記活性層からの発光を吸収し、その発光波長よりも長波長の励起光を発光する励起領域を有し、
前記リア側端面保護膜は、前記励起光の波長に対して高反射率を有する第1の端面保護膜と、前記活性層からの発光波長に対して高反射率を有する第2の端面保護膜とを備え、
前記出射側端面保護膜は、前記励起光の波長に対して高反射率を有する第3の端面保護膜を備え、てなることを特徴とする窒化物半導体レーザ素子。
A nitride semiconductor substrate includes a nitride semiconductor layer formed by laminating an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer thereon, and the nitride semiconductor layer has a striped waveguide region of laser light And a nitride semiconductor laser element having an emission side end face protective film and an opposite rear side end face protective film on an end face substantially perpendicular to the waveguide region,
The nitride semiconductor substrate has an excitation region that absorbs light emitted from the active layer and emits excitation light having a wavelength longer than the emission wavelength;
The rear side end face protective film includes a first end face protective film having a high reflectance with respect to the wavelength of the excitation light, and a second end face protective film having a high reflectance with respect to the emission wavelength from the active layer. And
The emission-side end face protective film includes a third end face protective film having a high reflectivity with respect to the wavelength of the excitation light.
前記第1の端面保護膜及び/又は前記第3の端面保護膜は、前記活性層からの発光波長に対して、低反射率を有する請求項5記載の窒化物半導体レーザ素子。 The nitride semiconductor laser element according to claim 5, wherein the first end face protective film and / or the third end face protective film has a low reflectance with respect to an emission wavelength from the active layer. 前記出射側端面保護膜は、前記活性層からの発光波長に対して高反射率を有する第4の端面保護膜を有する請求項5又は請求項6記載の窒化物半導体レーザ素子。 7. The nitride semiconductor laser device according to claim 5, wherein the emission side end face protective film has a fourth end face protective film having a high reflectance with respect to an emission wavelength from the active layer. 前記第1の端面保護膜、第2の端面保護膜、第3の端面保護膜、第4の端面保護膜は、それぞれ単層又は多層構造である請求項5乃至請求項7記載の窒化物半導体レーザ素子。 8. The nitride semiconductor according to claim 5, wherein each of the first end face protective film, the second end face protective film, the third end face protective film, and the fourth end face protective film has a single layer or a multilayer structure. Laser element. 前記第1の端面保護膜と、前記第2の端面保護膜は、少なくとも一部が重なるよう積層されている請求項5乃至請求項8記載の窒化物半導体素子。 9. The nitride semiconductor device according to claim 5, wherein the first end face protective film and the second end face protective film are laminated so that at least a part thereof overlaps. 前記第3の端面保護膜と、前記第4の端面保護膜は、少なくとも一部が重なるよう積層されている請求項8記載の窒化物半導体レーザ素子。 The nitride semiconductor laser device according to claim 8, wherein the third end face protective film and the fourth end face protective film are laminated so that at least a part thereof overlaps. 前記第2の端面保護膜は、前記半導体層に接して形成されている請求項5又は請求項6記載の窒化物半導体レーザ素子。 The nitride semiconductor laser element according to claim 5, wherein the second end face protective film is formed in contact with the semiconductor layer. 前記第4の端面保護膜は、前記半導体層に接して形成されている請求項7記載の窒化物半導体レーザ素子。 8. The nitride semiconductor laser element according to claim 7, wherein the fourth end face protective film is formed in contact with the semiconductor layer. 前記励起領域は、その周辺領域に比して転位密度が低い請求項1乃至請求項12記載の窒化物半導体レーザ素子。 The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein the excitation region has a dislocation density lower than that of a peripheral region. 前記励起領域は、その周辺領域に比して不純物濃度が高い請求項1乃至請求項13記載の窒化物半導体レーザ素子。 The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein the excitation region has a higher impurity concentration than a peripheral region thereof. 前記不純物は、H、O、C、Siのうちの少なくとも一種である請求項14記載の窒化物半導体レーザ素子。 The nitride semiconductor laser element according to claim 14, wherein the impurity is at least one of H, O, C, and Si. 前記活性層からの発光波長は、390〜420nmである請求項1乃至請求項15記載の窒化物半導体レーザ素子。 16. The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein an emission wavelength from the active layer is 390 to 420 nm. 前記励起光の波長は、550〜600nmである請求項1乃至請求項16記載の窒化物半導体レーザ素子。 The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein a wavelength of the excitation light is 550 to 600 nm. 前記励起領域は、前記導波路領域と略平行なストライプ状に形成されている請求項1乃至請求項17記載の窒化物半導体レーザ素子。 The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein the excitation region is formed in a stripe shape substantially parallel to the waveguide region. 前記導波路領域は、前記励起領域の上方に形成されている請求項1乃至請求項18記載の窒化物半導体レーザ素子。 The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein the waveguide region is formed above the excitation region. 前記導波路領域は、前記励起領域から離間する領域に形成されている請求項1乃至請求項19記載の窒化物半導体レーザ素子。 The nitride semiconductor laser element according to claim 1, wherein the waveguide region is formed in a region separated from the excitation region. 請求項1乃至20記載の窒化物半導体レーザ素子と、該窒化物半導体レーザ素子の発光を検出するPDと、が搭載されたLD装置であって、該PDの分光感度は、前記窒化物半導体レーザ素子の発光波長λLDよりも、前記励起光λexが大きいLD装置。
21. An LD device equipped with the nitride semiconductor laser element according to claim 1 and a PD for detecting light emission of the nitride semiconductor laser element, wherein the spectral sensitivity of the PD is the nitride semiconductor laser. An LD device in which the excitation light λ ex is larger than the light emission wavelength λ LD of the element.
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