JP2007109737A - 窒化物半導体レーザ装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】窒化ガリウム基板と、前記窒化ガリウム基板上に設けられた、発光層を含む窒化物半導体の多層膜と、を備え、前記窒化ガリウム基板及び前記多層膜は、同一へきかい面による光出射側端面と、同一へきかい面による光反射側端面と、をそれぞれ構成し、前記光出射側端面上に、第1保護窒化シリコン層を含む第1の膜が設けられ、前記光反射側端面上に、第2保護窒化シリコン層と前記第2保護窒化シリコン層上に設けられた酸化物層と窒化シリコン層とを交互に積層した第2の膜と、がこの順に設けられたことを特徴とする窒化物半導体レーザ装置が提供される。
【選択図】図1
Description
なお、窒化物半導体とは異なる半導体を用いた半導体レーザを封止するパッケージの雰囲気に酸素ガスを含ませる技術が開示されている(特許文献2)。
窒化ガリウム基板と、
前記窒化ガリウム基板上に設けられた、発光層を含む窒化物半導体の多層膜と、
を備え、
前記窒化ガリウム基板及び前記多層膜は、同一へきかい面による光出射側端面と、同一へきかい面による光反射側端面と、をそれぞれ構成し、
前記光出射側端面上に、第1保護窒化シリコン層を含む第1の膜が設けられ、
前記光反射側端面上に、第2保護窒化シリコン層と前記第2保護窒化シリコン層上に設けられた酸化物層と窒化シリコン層とを交互に積層した第2の膜と、がこの順に設けられたことを特徴とする窒化物半導体レーザ装置が提供される。
また、本発明の他の一態様によれば、
窒化ガリウム基板上に、発光層を含む窒化物半導体の多層膜を成長してウェーハを形成する工程と、
前記ウェーハをバー状にへきかいすることにより、光出射側端面と光反射側端面とを形成する工程と、
前記光出射側端面上に、第1保護窒化シリコン層を少なくとも含む低反射膜を形成する工程と、
前記光反射側端面上に、第2保護窒化シリコン層と、酸化物層と窒化シリコン層とを交互に積層した高反射膜と、をこの順に形成する工程と、
を備えたことを特徴とする窒化物半導体レーザ装置の製造方法が提供される。
図1は、本発明の第1具体例にかかる窒化物半導体レーザ装置の模式斜視図である。
また、図2は中央部AA’に沿った模式垂直断面図である。
GaN(窒化ガリウム)基板12の上に、n型AlGaNクラッド層14、GaN光ガイド層16、量子井戸構造発光層18、GaN光ガイド層20、p型AlGaNクラッド層22、p+型GaNコンタクト層24が、この順序で積層されている。
図1及び図2に例示したように、窒化物半導体レーザ装置40のリッジ部30は、ストライプ形状をなしている。半導体レーザ装置のビームは、このストライプの下方に横水平方向(X方向)に閉じ込めがなされる。つまり、このストライプに沿ったZ軸方向に光共振器が構成されている。この光共振器の共振面は、へきかいなどにより形成された光損失の小さい鏡面(ミラー)であることが好ましい。
また、図3は、図1に例示される窒化物半導体レーザ装置のBB’に沿う模式垂直断面図である。
GaNの線膨張係数は、約3.17×10−6/℃であり、ヤング率は、2.90×1011N/m2である。一方、窒化シリコン(Si3N4) の線膨張係数である3.20×10−6/℃、及びヤング率である3.50×1011N/m2との差が小さい。これをGaAsと比較するとより明らかである。すなわち、GaAsの線膨張係数は5.90×10−6/℃であり、ヤング率は8.55×1010N/m2であるので、窒化シリコンとの差が大きい。
図4は、光出射側端面に設けられた低反射膜54における反射率の波長依存性(シミュレーションによる)を表すグラフ図である。
この場合、反射率は、400〜410ナノメータの波長範囲において、5%を設計値としている。例えば、第1保護窒化シリコン層50の厚みは51ナノメータ、酸化物(SiO2)層52厚みは153ナノメータとすることができる。この結果、図4に例示されるように、390〜430ナノメータの広い波長範囲において約5%の低反射率が実現できている。
この場合、反射率は、400〜410ナノメータの波長範囲において、93%となる設計である。第2保護窒化シリコン層60の厚みは51ナノメータとする。酸化物層62の厚みは69ナノメータ、窒化シリコン層61の厚みは51ナノメータとし、これを交互に合計12積層し、最後の酸化物層の厚みのみ137ナノメータとする。この結果、390〜420ナノメータの広い波長範囲において93%以上の反射率が得られた。この構造は、屈折率の異なる2種類の誘電体ペアを2分の1波長の厚みとし、このペアを積層することにより、反射光を強めあういわゆるブラッグ(Bragg)反射器である。
図6は、ウェーハ形成からチップへきかいまでの工程要部を表すフロー図である。
まず、GaN基板上に窒化物半導体多層膜、電極などを形成するウェーハ工程を実施する(ステップS200)。このウェーハをレーザスクライブなどにより、バー状にへきかい、分離することにより共振器端面を形成する(S202)。
ECRプラズマは0.01〜0.2Paの低ガス圧で、高密度プラズマ(5〜10mA/cm2)が発生できる。この結果、低ダメージで緻密、平滑、高品質薄膜が形成できる。半導体レーザ装置における誘電体反射膜のように、膜厚を薄く、屈折率を精密に制御し、発光層へのダメージを抑制するには、ECRスパッタ膜は適している。
図10は、窒化物半導体の多層膜端面上に形成されたECRスパッタ膜(窒化シリコン)の内部応力の実測値の窒素ガス流量依存性を表すグラフ図である。縦軸は窒化シリコン膜の内部応力(GPa)を表し、横軸は窒素ガス流量(sccm)を表す。パラメータは形成温度であり、室温(RT)、及び300℃とした。
本具体例においては、低反射膜54を4層とし、反射率を10%と設計した。光出射面70側から、第1窒化保護シリコン層50、酸化物層52、窒化シリコン層51、酸化物層52が順に積層され、低反射膜54が構成されている。
395〜405ナノメータの波長において、約10%の反射率が得られている。低反射膜54の反射率を10%と高くすると、外部光学系からの戻り光に対する半導体レーザ装置の特性変動が低減できる。例えば、戻り光ノイズなどが低減できるので、光ディスク読み取りエラーを低減できる。なお、光反射側端面に設けられた高反射膜64は第1具体例と同様とする。
レーザ装置からのビームは高エネルギーを有している。高エネルギーを有するビームなどにより、長時間駆動後にハイドロカーボンなどが、発光点付近に堆積している現象がごくまれに観察される。
また、図14は、その比較例の模式断面図である。なお、これらの図面についても、図1乃至図12と同様の構成要素には同一番号を付して、詳細な説明は省略する。
図16は、第3具体例にかかる窒化物半導体発光装置の模式断面図である。
炭化珪素(SiC)基板(図示せず)上に、AlGaNバッファ層124、n型AlGaNクラッド層126、InGaN系発光層128、p型AlGaNクラッド層130、p型GaNコンタクト層132を成長する。続いて、分離溝138を形成し、本図における分離溝138の右側のn型AlGaNクラッド層126の上部を除去する。さらに、p型GaNコンタクト層132を図のようにパターニングにより加工し、その上にp側電極134を形成する。一方、n型AlGaNクラッド層126の分離溝31を隔てて露出しているn型AlGaNクラッド層126の上には、n側電極140を形成する。
しかし、本発明はこれらに限定されるものではない。窒化物半導体レーザ装置、窒化物半導体発光装置を構成する、半導体多層膜、反射膜、パッケージなど各要素の形状、サイズ、材質、配置関係などに関して、またECRスパッタ膜やプラズマクリーニングなどのプロセスに関して、当業者が各種の変更を加えたものであっても、本発明の要旨を有する限りにおいて本発明の範囲に包含される。
なお、本明細書において「窒化物半導体」とは、BxAlyGazIn1−x−y−zN(0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、x+y+z≦1)なる化学式において組成比x及びyをそれぞれの範囲内で変化させたすべての組成の半導体を含むものとする。また、導電型を制御するために添加される各種の不純物のいずれかをさらに含むものも、「窒化物半導体」に含まれるものとする。
52 酸化物層、54 低反射膜(第1の膜)、60 第2保護窒化シリコン層
61 窒化シリコン層、62 酸化物層、64 高反射膜(第2の膜)
70 光出射側端面、72 光反射側端面、100 バー、102 チップ
122 反射膜、124 AlGaNバッファ層、126 n型AlGaNクラッド層
128 InGaN系発光層、130 p型AlGaNクラッド層
Claims (5)
- 窒化ガリウム基板と、
前記窒化ガリウム基板上に設けられた、発光層を含む窒化物半導体の多層膜と、
を備え、
前記窒化ガリウム基板及び前記多層膜は、同一へきかい面による光出射側端面と、同一へきかい面による光反射側端面と、をそれぞれ構成し、
前記光出射側端面上に、第1保護窒化シリコン層を含む第1の膜が設けられ、
前記光反射側端面上に、第2保護窒化シリコン層と前記第2保護窒化シリコン層上に設けられた酸化物層と窒化シリコン層とを交互に積層した第2の膜と、がこの順に設けられたことを特徴とする窒化物半導体レーザ装置。 - 前記第2の膜は、前記酸化物層と前記窒化シリコン層とにより形成されたブラッグ反射器であり、
前記ブラッグ反射器を構成する窒化シリコン層の厚みは、前記光出射側端面から放出されるレーザ光の波長の4分の1以上で2分の1より小さいことを特徴とする請求項1記載の窒化物半導体レーザ装置。 - 前記光出射側端面及び前記光反射側端面の少なくともいずれかの最表面は、酸化物層であることを特徴とする請求項1記載の窒化物半導体レーザ装置。
- 窒化ガリウム基板上に発光層を含む窒化物半導体の多層膜を有するウェーハをバー状にへきかいすることにより、光出射側端面と光反射側端面とを形成する工程と、
前記光出射側端面上に、第1保護窒化シリコン層を少なくとも含む第1の膜を形成する工程と、
前記光反射側端面上に、第2保護窒化シリコン層と、酸化物層と窒化シリコン層とを交互に積層した第2の膜と、をこの順に形成する工程と、
を備えたことを特徴とする窒化物半導体レーザ装置の製造方法。 - 前記第1保護窒化シリコン層及び前記第2保護窒化シリコン層を形成する前に、プラズマ状態の不活性ガスにより前記端面の表面をクリーニングすることを特徴とする請求項15記載の窒化物半導体レーザ装置の製造方法。
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