JP2006128661A

JP2006128661A - 窒化物系半導体レーザ

Info

Publication number: JP2006128661A
Application number: JP2005284330A
Authority: JP
Inventors: Isao Kidoguchi; 勲木戸口; Yasuo Kitaoka; 康夫北岡
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-09-29
Filing date: 2005-09-29
Publication date: 2006-05-18

Abstract

【課題】青色から緑色の領域に発振波長を有する半導体レーザであって、ピエゾ分極による発光効率の低下を防止することで低しきい値電流の半導体レーザを提供する。
【解決手段】活性層１０４が（１１−２２）面上に形成され、（１１−２２）面と垂直な（１−１００）面を共振器端面とすることで、ピエゾ分極による発光効率の低下を防止すると同時にレーザ共振器を容易に作製することができ、低しきい値電流の半導体レーザを歩留まり良く作製することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、窒化物系半導体レーザに関するものである。

半導体レーザは、エレクトロニクスやオプトエレクトロニクスの多くの分野で広く使用されており、光デバイスとして不可欠なものである。特に、III−Ｖ族窒化物系半導体材料（例えば、Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）など）からなる半導体レーザは、光ディスク装置による超高密度記録を実現するためのキーデバイスであり、現在、実用レベルに達しつつある。この半導体レーザの高出力化は、光ディスクの高速書き込みを可能にするのみならず、レーザディスプレイへの応用など、新たな技術分野の開拓に必須の技術である。

図１０に、従来の半導体レーザの一例を示す。この半導体レーザは、絶縁層を用いて電流狭窄構造を形成したものである。図示のように、この半導体レーザでは、ｎ型ＧａＮ基板１００１上に、ｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層１００２、ｎ型ＧａＮからなる光ガイド層１００３、ＩｎＧａＮを含む多重量子井戸構造からなる量子井戸活性層１００４、アンドープＧａＮキャップ層１００５、ｐ型ＧａＮからなる光ガイド層１００６、ｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層１００７、絶縁層１０１０が順次積層されている。絶縁層１０１０は、前記ｐ型クラッド層１００７に形成された台形状の凸部であるリッジストライプ構造の頂上部を除くｐ型クラッド層１００７の上面およびリッジストライプ構造の側部を被覆している。リッジストライプ構造の頂上部の上面には、ｐ型ＧａＮからなるコンタクト層１００８およびｐメタル１００９が配置されており、ｐ電極１０１５からリッジストライプ構造内へキャリア（ホール）を注入するようにしてある。ｎ型ＧａＮ基板１００１の裏面には、ｎ電極１０１６が形成されている。前記ｐ型クラッド層１００７に形成されたリッジストライプ構造が、電流狭窄構造として機能する。すなわち、リッジストライプ構造により電流が狭窄され、これによって生じる利得分布により導波モードが形成される。ｐ電極１０１５およびｎ電極１０１６から注入される電流の増加に伴って量子井戸活性層１００４内のキャリア密度が上昇し、その値がしきい値に達するとレーザ発振（誘導放出）が得られる。レーザの光出力は、活性層１００４内に注入されるキャリア密度の増大に伴い増加する。

しかしながら、図１０の半導体レーザでは、ｎ型ＧａＮ基板の（０００１）面（Ｃ面）上にデバイスを形成している。ＧａＮ結晶は、Ｃ軸方向に分極を有する。ＧａＮ上にＡｌＧａＮを形成すると、ＧａＮとＡｌＧａＮの格子定数が異なるため、界面では歪みが生じる。この歪みがピエゾ分極による電荷を発生させ、バンド構造が曲がるため、電子と正孔の再結合効率が下がり、結果として半導体レーザや発光ダイオードの発光効率を低下させてしまう。その現象は、長波長（例えば青緑色や緑色の波長）の窒化物発光素子を作製する場合、特に顕著となる。

特許文献１には、効率改善の手段の一つとして、基板の主面に対して傾斜した傾斜結晶面にデバイスを形成する構成が報告されている。これは、サファイア基板上にｎ−ＧａＮ層を成長させ、その上に開口部を有する成長マスク膜を形成し、開口部から六角錐形状のｎ−ＧａＮ結晶を成長させ、その傾斜結晶面である（１−１０１）面に活性層やｐ−ＧａＮ層を成長するものである。これによると、基板からの貫通転位を抑制できるという観点から、結晶性を良好にすることで発光効率を向上できるとしている。

また、特許文献２では、効率改善の手段の一つとして、ＳｉやＯなどの不純物を低減するため、マスク膜を除去する成長方法が報告されている。これは、成長マスク表面からＳｉやＯが脱離し、ｐ型の成長層に取り込まれｐ型の成長が困難となるため、マスク膜を除去することで不純物を低減し、発光効率を向上できる。

さらに、非特許文献１や非特許文献２では、ピエゾ分極を低減させるために、ｃ面とは異なる面を無極性面として利用できることが報告されている。しかしながら、これらの非特許文献は、ピエゾ分極の抑制の一般的な手法を提案するに留まっており、本願発明者の主たる目的である長波長（例えば青緑色や緑色の波長）の窒化物発光素子（特に半導体レーザ）を作製するには至っておらず、その実現のためにはさらに付加すべき技術が必要となる。
国際公開第０２／０７２３１号パンフレット特開２００４−１１９９６４号公報第５１回応用物理学会関係連合講演会（２００４年３月）講演予稿集２９ｐ−ＹＫ−５第５１回応用物理学会関係連合講演会（２００４年３月）講演予稿集３０ａ−ＹＮ−７

そこで、本発明の目的は、半導体レーザや発光ダイオードの発光効率を改善するため、ピエゾ効果を低減し高い発光効率を有する青色、緑色半導体レーザを提供することである。

前記目的を達成するために、本発明の半導体レーザは、窒化物半導体層と、窒化物半導体層の（１１−２２）面上に形成された、活性層と上記活性層を挟む２つのクラッド層とを有する積層体と、を有することを特徴とする。

なお、上記窒化物半導体層の（１１−２２）面と垂直な共振器端面を有することが好ましい。

また、上記積層体は高抵抗領域を有し、高抵抗領域により活性層への電流注入領域を狭窄する電流狭窄構造を形成していることが好ましい。

また、上記積層体はリッジストライプ構造を有し、リッジストライプ構造により活性層への電流注入領域を狭窄する電流狭窄構造を形成していることが好ましい。

また、上記活性層は、Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）であることが好ましい。

また、発振波長が、４５０ｎｍ以上、５５０ｎｍ以下であることが好ましい。

本発明の半導体レーザによれば、ピエゾ分極による発光効率の低下を防止することができ、低しきい値電流の半導体レーザを作製することができる。

以下、図面に基き本発明の半導体レーザの一例について詳細に説明する。この例は、III族窒化物系半導体レーザの場合の例である。

図１に、本発明の半導体レーザの一例の斜視図を示す。図示のように、この半導体レーザでは、（０００１）面を有する基板１０１上に、選択成長マスク１１０、ＧａＮ層１０２、ｎ型のクラッド層１０３、活性層１０４、ｐ型のクラッド層１０５、コンタクト層１０６、絶縁層１０７が順次積層されている。ＧａＮ層１０２は台形状を成しており、台形の斜面は（１１−２２）面から成る。（１１−２２）面上の絶縁層１０７には共振器方向に延びるストライプ状の開口部がコンタクト層１０６を露出させるように設けられており、電流狭窄構造１１５を形成している。絶縁層１０７および開口部から露出したコンタクト層１０６の上面には、電極１２０が配置されており、電流狭窄構造１１５内へキャリア（ホール）を注入するようにしてある。基板１０１の裏面には、電極１２１が配置されている。

前記電流狭窄構造に直交する面である（１−１００）面は、容易にへき開することができ、良好な共振器端面を得ることができる。前記電流狭窄構造に直交する方向でへき開した２つの共振器端面は、それぞれ、誘電体多層膜でコーティングされ、レーザ光が出射される共振器端面（前方端面）１４１およびその反対側に位置する共振器端面（後方端面）１４０が形成されている。電流狭窄構造は、図２に示すようにイオン注入を用いて電流狭窄効果を高めても良く、また、図６に示すようにリッジストライプ構造を形成しても構わない。

前記ＧａＮ層１０２は台形状としているが、（１１−２２）面が形成されれば三角形状でも構わない。

前記基板１０１としては、III−Ｖ族窒化物系半導体材料がその上にエピタキシャル成長できる基板、例えば、ｎ型ＧａＮ基板、サファイア基板、ＳｉＣ基板などを用いることができる。チップ化されたデバイスとしての前記基板１０１の大きさとしては、その幅が、例えば、１００〜２０００μｍの範囲、好ましくは、１５０〜１０００μｍの範囲、より好ましくは、２００〜７００μｍの範囲であり、その長さが、例えば、１００〜３０００μｍの範囲、好ましくは、１５０〜２０００μｍの範囲、より好ましくは、２００〜１０００μｍの範囲であり、その厚さが、例えば、３０〜４０００μｍの範囲、好ましくは、５０〜１０００μｍの範囲、より好ましくは、５０〜２００μｍの範囲である。

前記選択成長マスク１１０としては、例えば、ＳｉＯ_２やＳｉ_３Ｎ_４、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉやＷおよびそれらの窒化物などを用いることができる。前記選択成長マスク１１０には前記基板１０１が露出するようにストライプ状に開口部が設けられており、その開口部の幅は、例えば、０．５〜１０００μｍの範囲、好ましくは、１〜４００μｍの範囲である。この開口部は、前記選択成長マスク１１０に複数個設けられていても構わない。開口部および選択成長マスク１１０の長さは、前記基板と同様である。前記選択成長マスク１１０の厚さは、例えば、０．００１〜３μｍの範囲であり、好ましくは、０．００２〜２μｍの範囲であり、より好ましくは、０．００５〜１μｍの範囲である。

前記ＧａＮ層１０２は、前述の選択成長マスク１１０に形成された開口部から成長しており、その幅は、前記開口部と同等か、開口部よりも広くなっている。長さは前記開口部と同様である。また、成長条件（成長温度や圧力）を制御することにより、主面であるｃ面と約５８．４°の角度を成す（１１−２２）面を形成させている。特に成長温度によりこの面の形成を制御することができるが、温度は少なくとも設定温度±２０℃の範囲で制御することが望ましい。設定温度は、例えば、８００〜１２００℃の範囲であり、好ましくは、９００〜１１５０℃の範囲であり、より好ましくは、９５０〜１１００℃の範囲である。選択成長に用いる成長技術としては、有機金属気相成長法（MOCVD）法やハイドライドVPE法（HVPE法）を用いることが望ましい。

前記ｎ型のクラッド層１０３としては、例えば、ｎ型ＡｌＧａＮからなるｎ型クラッド層やｎ型ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子からなるｎ型クラッド層などを用いることができる。前記ｎ型のクラッド層１０３の厚さは、例えば、０．２〜５μｍの範囲であり、好ましくは、０．３〜４μｍの範囲であり、より好ましくは、０．４〜３μｍの範囲である。

前記活性層１０４としては、例えば、ＩｎＧａＮを含む多重量子井戸構造からなる量子井戸活性層などを用いることができる。前記活性層１０４のトータルの厚さは、例えば、０．００２〜０．２μｍの範囲であり、好ましくは、０．００３〜０．１μｍの範囲であり、より好ましくは、０．００５〜０．０５μｍの範囲である。また、また、発光領域である活性層１０４から発する光の波長は、３８０〜５５０ｎｍの範囲であり、好ましくは、４００〜５５０ｎｍの範囲であり、より好ましくは、４５０〜５５０ｎｍの範囲である。特に、波長が長いほど（例えば青緑色や緑色の波長ほど）基板と活性層の格子歪みが大きくなることから、従来（すなわちｃ面上に発光領域を形成させる場合）はピエゾ分極の影響を受け、電子と正孔の再結合効率が下がり、結果として半導体レーザや発光ダイオードの発光効率を低下させていた。本発明は、長波長領域（４５０〜５５０ｎｍの範囲）でより効果的である。

前記ｐ型のクラッド層１０５としては、例えば、ｐ型ＡｌＧａＩｎＮからなるｐ型クラッド層やｐ型ＡｌＧａＩｎＮ／ＡｌＧａＩｎＮ超格子からなるｐ型クラッド層などを用いることができる。前記ｐ型のクラッド層１０５の厚さは、例えば、０．２〜５μｍの範囲であり、好ましくは、０．３〜４μｍの範囲であり、より好ましくは、０．４〜３μｍの範囲である。

なお、前記ｎ型のクラッド層１０３、前記活性層１０４、および前記ｐ型のクラッド層１０５は、それぞれ（１１−２２）面を成長面として形成される。即ち、前記ＧａＮ層１０２の（１１−２２）面と、前記ｎ型のクラッド層１０３、前記活性層１０４、および前記ｐ型のクラッド層１０５のそれぞれの（１１−２２）面とは平行である。

前記絶縁層１０７は、前述の通り、電流狭窄構造１１５を形成するために、（１１−２２）面の共振器方向に延びるストライプ状のコンタクト層１０６以外の部分を被覆するように形成する。前記絶縁層の材質は、特に制限されないが、Ｔａ_２Ｏ_５、ＳｉＯ_２、ＳｉＯＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＯＮ，ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＨｆＯ_２などを用いることができる。また、絶縁破壊レベルを高めるために、積層膜（例えば、Ｎｂ_２Ｏ_５上にＳｉＯ_２などを積層する構成）としても構わない。絶縁層はＥＣＲスパッタやマグネトロンスパッタ、プラズマCVD、や電子ビーム蒸着等の方法で堆積できる。

前記コンタクト層１０６としては、例えば、ｐ型ＧａＮからなるコンタクト層などを用いることができる。前記コンタクト層１０６の厚さは、例えば、０〜２μｍの範囲であり、好ましくは、０．０５〜１μｍの範囲であり、より好ましくは、０．１〜０．５μｍの範囲である。

前記電極１２０としては、例えば、ｐ電極を用いることができる。前記電極１２０は、少なくとも、前記コンタクト層１０６の上面を覆うように形成する。なお、前述のとおり、前記電流狭窄構造１１５の上面を除くコンタクト層１０６の上部は、絶縁層１０７で覆われているので、図１に示すように、絶縁層１０７の上面まで覆うように、電極１２０を形成しても、前記電流工作構造１１７の上面のみからキャリアを注入することができるので問題はない。また、電流狭窄効果を高めるために、例えば図２に示すように、前記コンタクト層１０６と前記電極１２０が接触しているストライプ領域の両脇に、前記第２の導電型のクラッド層１０５の一部に達するようにプロトン、ボロン、酸素、カーボンなどのイオン等を注入して高抵抗化の領域を形成してもよい。

前記電極１２１としては、例えば、ｎ電極を用いることができる。前記電極１２１は、例えば前記基板１０１の裏面に配置する。

前記共振器端面には誘電体多層膜が形成されており、前方端面１４１および後方端面１４０が、所望の反射率となるようにしてある。前記反射率は、前記誘電体多層膜に用いる誘電体の屈折率、層厚および積層する層の数によって制御することができる。前記誘電体としては、特に制限されないが、例えば、ＳｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、ＳｉＯＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＡｌＯＮ，ＺｒＯ_２、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５などを用いることができる。また、前記誘電体多層膜の厚さは、それぞれ、例えば、０．００１〜３μｍの範囲であり、好ましくは、０．００２〜２μｍの範囲であり、より好ましくは、０．００３〜１μｍの範囲である。

本発明の半導体レーザの構造は、上述の層構造に限られるものでなく、例えば、前記ｎ型のクラッド層１０３と活性層１０４との間に、第１の光ガイド層を設けてもよく、前記活性層１０４と第２の導電型のクラッド層１０５との間に、キャップ層や第２の光ガイド層を設けてもよい。

前記第１の光ガイド層としては、例えば、ｎ型ＧａＩｎＮからなる光ガイド層を用いることができる。前記第１の光ガイド層の厚さは、例えば、０．００１〜３μｍの範囲であり、好ましくは、０．０１〜２μｍの範囲であり、より好ましくは、０．１〜１μｍの範囲である。

前記キャップ層としては、例えば、アンドープＧａＮキャップ層を用いることができる。前記キャップ層の厚さは、例えば、０．００１〜３μｍの範囲であり、好ましくは、０．０１〜２μｍの範囲であり、より好ましくは、０．１〜１μｍの範囲である。

前記第２の光ガイド層としては、例えば、ｐ型ＧａＮからなる光ガイド層を用いることができる。前記第２の光ガイド層の厚さは、例えば、０．００１〜３μｍの範囲であり、好ましくは、０．０１〜２μｍの範囲であり、より好ましくは、０．１〜１μｍの範囲である。

前述の電流狭窄構造は、絶縁層１０７に開口部を形成する方法やイオン注入によりｐ型のクラッド層１０５の一部に高抵抗領域を設ける方法で説明したが、図６に示すようなリッジストライプ構造４０１を形成してもよい。リッジストライプ構造５０１は、ｐ型のクラッド層１０５に形成される。前記ｐ型のクラッド層１０７にリッジストライプ構造５０１を形成する方法は、例えば、塩素を構成元素として含有するガス（Ｃｌ_２やＢＣｌ_３）等を用いたドライエッチングなどの方法で形成することができる。ドライエッチング装置としては、誘導結合型（ＩＣＰ型）ＲＩＥや電子サイクロトン共鳴（ＥＣＲ）ＲＩＢＥなどを用いることができる。前記リッジストライプ構造１１７の幅は、例えば、１〜５μｍの範囲、好ましくは、１〜４μｍの範囲、より好ましくは、１〜３μｍの範囲であり、高さは、例えば、０〜４μｍの範囲、好ましくは、０．１〜３μｍの範囲、より好ましくは、０．２〜２μｍの範囲である。

また、前記リッジストライプ構造５０１の直下にエッチングストップ層を設けてもよい。前記エッチング停止層としては、例えば、ｐ型ＡｌＧａＩｎＮ単層からなるエッチング停止層やｐ型ＡｌＧａＩｎＮ／ＡｌＧａＩｎＮ多層膜からなるエッチング停止層などを用いることができる。前記エッチング停止層のＡｌ組成比（多層膜の場合はその平均組成比）は、０．０５〜０．６、好ましくは、０．１〜０．５、さらに好ましくは０．１５〜０．４の範囲である。Ａｌ組成比が小さいと、ドライエッチング時の選択性が低下するので好ましくなく、また、Ａｌ組成比が大きすぎるとクラッド層とのバンド不連続の増大に伴いデバイスの動作電圧が高くなる恐れが生じる。前記ｐ型エッチング停止層の厚さは、例えば、１〜５００ｎｍの範囲であり、好ましくは、２〜１００ｎｍの範囲であり、より好ましくは、５〜５０ｎｍの範囲である。

また、さらに高出力特性を得るために、前記の電流狭窄構造やリッジストライプ構造は複数個設けてもよい。

本実施の形態に示す半導体レーザは、活性層が（１１−２２）面上に形成され、（１１−２２）面の法線と９０度を成す法線を有する面、即ち（１１−２２）面と垂直な面である（１−１００）面を共振器端面とすることで、ピエゾ分極による発光効率の低下を防止すると同時にレーザ共振器を容易に作製することができ、低しきい値電流の半導体レーザを歩留まり良く作製することができる。

図１に示すような本実施の形態では、選択成長マスクを用いて同一面上にデバイスを作製する場合について述べたが、（１１−２２）面を形成できる手段であれば他の方法を用いても良く、例えば、空隙（エアギャップ）を利用して（１１−２２）面を形成する方法を用いても良い。

本実施形態では、主面であるｃ面と約５８．４°の角度を成す面を（１１−２２）面としているが、必ずしも正確に５８．４°である必要はなく、５８．４°±５°の範囲であれば本発明の範疇に含まれるものとする。

本実施形態では、ＧａＮ基板の主面に（０００１）面を用いているが、（１１−２２）面を主面とするＧａＮ基板を用いることで、選択成長という工程を排除することもできる。（１１−２２）面を主面とするGaN基板の育成には、必ずしも選択成長に適した成長技術を用いる必要はなく、HVPE法のほか、アルカリ金属など用いたフラックス法、高温高圧下での液相成長法、安熱法などを用いることができる。

（実施例１）
以下、本発明について、III−Ｖ族窒化物系半導体材料（Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１））からなる半導体レーザを例にとり、図面に基き説明する。

図２に、この例の窒化物系半導体レーザの共振器の斜視図を示す。また、図３から図５にその作製方法を工程順に表した図を示す。

本実施例の半導体レーザの作製方法は以下のとおりである。

ｎ型ＧａＮ基板２０１（厚さ４００μｍ）の主面であるｃ面上に、ＳｉＯ_２を堆積し、約３０μｍ幅の開口部を設けて選択成長マスク２１０とし（図３）、その上にｎ型ＧａＮ層を成長する（図４）。ここでｃ面と約５８．４°の角度を成す（１１−２２）面が形成されるような成長条件とする。例えば、成長温度は１０３０℃、成長圧力は２００Ｔｏｒｒである。（１１−２２）面の形成は温度に敏感であり、設定温度±２０℃の範囲で制御するのがよい。

そして、さらにその上に、ｎ型Ａｌ_０．０５Ｇａ_０．９５Ｎからなるｎ型クラッド層２０３（（１１−２２）面の法線方向の厚さは１．２μｍ。なお、以下の多層構造の膜厚は（１１−２２）面の法線方向の厚さとする。）、ｎ型ＧａＮからなる光ガイド層（図示せず、厚さ０．０５μｍ）、ＩｎＧａＮを含む多重量子井戸構造からなる量子井戸活性層２０４（井戸層７ｎｍ、障壁層１０ｎｍであり２つの井戸層からなる。トータルの厚さ３７ｎｍ。）、アンドープＧａＮキャップ層（図示せず、厚さ０．０１μｍ）、ｐ型ＧａＮからなる光ガイド層（図示せず、厚さ０．０５μｍ）、ｐ型ＡｌＧａＮからなるｐ型クラッド層２０５（厚さ０．５μｍ）、ｐ型ＧａＮからなるコンタクト層２０６（厚さ０．１５μｍ）を結晶成長により順次積層させ、ＳｉＯ_２からなる絶縁層２０７（厚さ０．１μｍ）を形成する（図５）。絶縁層２０７は、電流狭窄構造１１５を形成するために、（１１−２２）面の共振器方向に延びるストライプ状の開口部が設けられおり、開口部からｐ型ＧａＮコンタクト層２０６を露出させている。露出したｐ型ＧａＮコンタクト層２０６および絶縁層２０７の上面には、ｐ電極２２０（材料Ｐｄ／Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕ、厚さ０．３μｍ）が形成されており、電流狭窄構造１１５内へキャリア（ホール）を注入するようにしてある。ｎ型ＧａＮ基板２０１の裏面には、ｎ電極２２１（材料Ｍｏ／Ｔｉ／Ａｕ、厚さ０．３μｍ）が形成されている。この例では、レーザ共振器の長さ、幅、および厚さは、それぞれ、６００μｍ、３００μｍ、および８０μｍである。また、電流狭窄構造１１５の幅は、約２μｍである。

電流狭窄効果を高めるために、前記ｐ型ＧａＮコンタクト層２０６と前記ｐ電極２２０が接触しているストライプ領域の両脇に、前記ｐ型クラッド層２０５に達するようにＣイオン等を注入して高抵抗化の領域（図２のイオン注入領域２５０）を形成している。イオン注入は基板の主面からではなく、（１１−２２）面の法線方向から行うことが電流狭窄のためにはより効果的である。

共振器端面はへき開により形成されており、共振器端面の面方位は（１−１００）面である。また、共振器端面の前方端面２４１および後方端面２４０には誘電体多層膜（図示せず）が形成されており、は、前方端面２４１の反射率が１０％、後方端面２４０の反射率が９０％となるようにしてある。

このようにして図２に示すような半導体レーザを作製することができる。

このようにピエゾ分極を抑制できる（１−１００）面上に発光領域を形成することで、従来の半導体レーザに見られたピエゾ分極による発光再結合確率の低下を抑制でき、低しきい値電流の緑色半導体レーザを実現することができる。

（実施例２）
この例は、前記実施例１の電流狭窄構造を変えた一例である。

図６に、この例の窒化物系半導体レーザの共振器の上方斜視図を示す。また、図７に共振器端面から見た断面図を示す。

ｎ型ＧａＮ基板２０１（厚さ４００μｍ）に、ｎ型ＧａＮ層２０２からｐ型ＧａＮコンタクト層２０６まで結晶成長により順次積層する工程は実施例１と同様である。その後、ＩＣＰドライエッチング技術によりｐ型ＧａＮコンタクト層２０６およびｐ型クラッド層２０５の途中までエッチングを行い、台形状のリッジストライプ構造５０１を形成する。さらに、SiO2などの絶縁層２０７により、前記ｐ型クラッド層に形成された台形状の凸部であるリッジストライプ構造５０１の上面を除くｐ型クラッド層の上面およびリッジストライプ構造５０１の側部を被覆する。リッジストライプ構造５０１の上面には、ｐ電極２２０（材料Ｐｄ、厚さ０．５μｍ）が形成されており、リッジストライプ構造５０１内へキャリア（ホール）を注入するようにしてある。ｎ型ＧａＮ基板２０１の裏面には、ｎ電極２２１（材料Ｍｏ／Ｔｉ／Ａｕ、厚さ０．３μｍ）が形成されている。この例では、共振器の長さ、幅、および厚さは、それぞれ、６００μｍ、３００μｍ、および８０μｍである。また、リッジストライプ構造５０１の幅は、約１．５μｍ、高さは、０．５μｍとし、単一横モードでのレーザ発振が得られるようにしてある。

共振器端面はへき開により形成されており、共振器端面の面方位は（１−１００）面である。また、共振器端面の前方端面２４１および後方端面２４０には誘電体多層膜（図示せず）が形成されており、は、前方端面２４１の反射率が１０％、後方端面２４０の反射率が９５％となるようにしてある。

このようにして図６や図７に示すような半導体レーザを作製することができる。

（実施例３）
実施例１や実施例２の半導体レーザでは、開口部が形成された選択成長マスク２１０は一定間隔で配置されているが、図８や図９に示すように、（１１−２２）面へのデバイス形成を容易にするために、デバイスを形成する部分の開口部を大きくしても構わない。

図９において、開口部の小さいダミー領域９０２は、下記の目的で形成している。レーザ作製場所であるＧａＮ層１０２を形成する際に、長時間の結晶成長が必要となる。長時間に渡り結晶を成長すると、選択成長マスク１１０上に多結晶が析出してしまう。この多結晶の析出により、ＧａＮ層１０２への反応種の供給が不安定となり、台形状のＧａＮ層１０２の大きさがバッチ間でばらつき、レーザ作製上問題となる。多結晶析出によるＧａＮ層１０２の大きさの不安定性を防止するために、ダミー領域は形成されている。その結果、低しきい値電流の緑色半導体レーザを歩留まりよく作製することができる。

本発明の半導体レーザは、例えば、安定な高出力半導体レーザを必要とする光ディスプレイ（レーザディスプレイ）装置、光記録装置等の光源として有用であり、また、その他、発光ダイオードやレーザ加工、医用等への応用にも有用である。

本発明の実施形態に係る半導体レーザの斜視図本発明の第一の実施例に係る半導体レーザの斜視図本発明の第一の実施例に係る半導体レーザの製造方法の一工程を示す断面図本発明の第一の実施例に係る半導体レーザの製造方法の一工程を示す断面図本発明の第一の実施例に係る半導体レーザの製造方法の一工程を示す断面図本発明の第二の実施例に係る半導体レーザの斜視図本発明の第二の実施例に係る半導体レーザの断面図本発明の第三の実施例に係る半導体レーザの製造方法の一工程を示す断面図本発明の第三の実施例に係る半導体レーザの製造方法の一工程を示す断面図従来の半導体レーザの一例を示す斜視図

符号の説明

１０１，２０１，１００１ｎ型ＧａＮ基板
１０２，２０２ｎ型ＧａＮ層
１０３，２０３，１００２ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層
１０４，２０４，１００４ＩｎＧａＮを含む多重量子井戸構造からなる活性層
１０５，２０５，１００７ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層
１０６，２０６，１００８ｐ型ＧａＮコンタクト層
１０７，２０７，１０１０絶縁層
１１０，２１０選択成長マスク
１１５電流狭窄構造
１２０，２２０，１０１５ｐ電極
１２１，２２１，１０１６ｎ電極
１４０，１４１，２４０，２４１共振器端面
２５０イオン注入領域
５０１，１０１７リッジストライプ構造
１００３ｎ型ＧａＮ光ガイド層
１００５アンドープＧａＮキャップ層
１００６ｐ型ＧａＮ光ガイド層
１００９ｐメタル層

Claims

窒化物半導体層と、
前記窒化物半導体層の（１１−２２）面上に形成された、活性層と前記活性層を挟む２つのクラッド層とを有する積層体と、
を有することを特徴とする窒化物系半導体レーザ。
前記窒化物半導体層の（１１−２２）面と垂直な共振器端面を有する請求項１に記載の窒化物系半導体レーザ。
前記積層体は高抵抗領域を有し、前記高抵抗領域により前記活性層への電流注入領域を狭窄する電流狭窄構造を形成している請求項１に記載の窒化物系半導体レーザ。
前記積層体はリッジストライプ構造を有し、前記リッジストライプ構造により前記活性層への電流注入領域を狭窄する電流狭窄構造を形成している請求項１に記載の窒化物系半導体レーザ。
前記活性層は、Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（ただし、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）である請求項１に記載の窒化物系半導体レーザ。
発振波長が、４５０ｎｍ以上、５５０ｎｍ以下である請求項１に記載の窒化物系半導体レーザ。