JP2007258673A - Nitride semiconductor laser, and method of manufacturing same - Google Patents

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聡之 田村
Michio Ikedo
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an embedding nitride semiconductor laser having stable characteristics, and to provide a method of manufacturing the same. <P>SOLUTION: A nitride semiconductor laser 10 has a recessed structure including an active layer 12 interposed between an n-type clad layer 11 and a p-type clad layer 13, and a current constriction layer 14 having an opening for constricting current to the active layer 12. In this embedding configuration, a regrown layer 15 is formed on the current constriction layer 14 so as to cover the opening of the current constriction layer 14. The regrown layer 15 is made up of a nitride semiconductor layer (InGaN layer, AlInGaN layer) containing In to which a p-type impurity is added. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は窒化物半導体レーザ装置及びその製造方法に関し、特に、埋込型の電流狭窄構造を有する窒化物半導体レーザ装置及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a nitride semiconductor laser device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a nitride semiconductor laser device having an embedded current confinement structure and a manufacturing method thereof.

現在、窒化ガリウム(GaN)を代表とし、一般式がInXGaYAl1-X-YN(0≦X≦1、0≦Y≦1、X+Y≦1)で表されるIII族元素であるアルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)及びインジウム(In)と、V族元素である窒素(N)とからなるIII-V族窒化物系化合物半導体、いわゆる窒化物半導体(以下、GaN系半導体という)が注目を集めている。例えば、光デバイスに関しては窒化物半導体を用いた発光ダイオード(LED)が、大型ディスプレイ装置及び信号機等において用いられている。また、窒化物半導体を用いたLEDと蛍光体を組み合わせた白色LEDも一部商品化されており、将来的に発光効率が改善されれば、現状の照明装置に置き換わることも期待されている。 Currently, aluminum, which is a group III element represented by gallium nitride (GaN) and represented by the general formula In x Ga y Al 1-XY N (0 ≦ X ≦ 1, 0 ≦ Y ≦ 1, X + Y ≦ 1) A group III-V nitride compound semiconductor composed of (Al), gallium (Ga) and indium (In) and nitrogen (N) which is a group V element, a so-called nitride semiconductor (hereinafter referred to as a GaN semiconductor). It attracts attention. For example, with respect to optical devices, light emitting diodes (LEDs) using nitride semiconductors are used in large display devices and traffic lights. In addition, some white LEDs combining a nitride semiconductor LED and a phosphor have been commercialized, and it is expected to replace the current lighting device if the luminous efficiency is improved in the future.

また、窒化物半導体を用いた青紫色半導体レーザ装置も非常に盛んに研究開発が行われている。青紫色半導体レーザ装置は、従来のCD及びDVD等の光ディスクに用いられている赤色域や赤外域の光を発光する半導体レーザ装置と比べて、光ディスク上におけるスポット径を小さくすることが可能であるため、光ディスクの記録密度を向上させることが可能である。   Also, blue-violet semiconductor laser devices using nitride semiconductors have been actively researched and developed. The blue-violet semiconductor laser device can reduce the spot diameter on the optical disc as compared with a semiconductor laser device that emits light in the red range or infrared range, which is used in conventional optical discs such as CDs and DVDs. Therefore, it is possible to improve the recording density of the optical disc.

現在、実用化されている青紫色半導体レーザ装置は、図8に示すようなリッジ構造を採用している。この構造では、ドライエッチングによりリッジ101が形成され、リッジ幅およびリッジ深さを調整することによって、横モードの制御が行われる。   A blue-violet semiconductor laser device currently in practical use employs a ridge structure as shown in FIG. In this structure, the ridge 101 is formed by dry etching, and the transverse mode is controlled by adjusting the ridge width and the ridge depth.

しかしながら、このリッジ構造においては、リッジ101上に電極102を形成する必要があるため、電極面積幅が制限される。また、リッジ101をドライエッチングにより形成するため、リッジ深さにバラツキが生じ、その結果、横モード特性にバラツキが生じる。このような構造上及び製造上の問題から、十分な性能をもった信頼性のある青紫色半導体レーザ装置を歩留まり良く得るには至っていない。   However, in this ridge structure, since the electrode 102 needs to be formed on the ridge 101, the electrode area width is limited. Further, since the ridge 101 is formed by dry etching, the ridge depth varies, and as a result, the transverse mode characteristics vary. Due to such structural and manufacturing problems, a reliable blue-violet semiconductor laser device having sufficient performance has not been obtained with a high yield.

一方、図9に示すような埋込型のレーザ装置は、GaAs系の半導体レーザ装置では採用されているが、GaN系の半導体レーザ装置では未だ採用に至っていない。これは、GaN系半導体を低ダメージで安定してエッチングを行うことが困難であることに起因する。一般的なGaN系材料の加工方法はドライエッチであるが、電流狭窄層103に開口部104を形成する際、ドライエッチングを用いるとその近傍部分にダメージが生じ、デバイス特性が劣化する。また、低ダメージなエッチング方法として一般的にはウェットエッチング技術もあるが、GaN系材料に対する再現性の良いウェットエッチング技術は確立されていない。そのようなGaN系半導体の加工技術に加えて、GaN系半導体は結晶成長が難しく、電流狭窄層103に開口部104を形成した後、良質な結晶性を有するクラッド層106を再成長させることが困難であることも、採用に至らない理由の一つと考えられる。   On the other hand, an embedded laser device as shown in FIG. 9 is used in a GaAs semiconductor laser device, but has not yet been adopted in a GaN semiconductor laser device. This is because it is difficult to stably etch a GaN-based semiconductor with low damage. A general method for processing a GaN-based material is dry etching. However, when the opening 104 is formed in the current confinement layer 103, if dry etching is used, damage is caused in the vicinity thereof, and device characteristics deteriorate. Moreover, although there is generally a wet etching technique as a low damage etching method, a wet etching technique with good reproducibility for a GaN-based material has not been established. In addition to such a processing technique for GaN-based semiconductors, GaN-based semiconductors are difficult to grow crystals, and after the opening 104 is formed in the current confinement layer 103, the cladding layer 106 having good crystallinity can be regrown. The difficulty is also one of the reasons for not hiring.

しかしながら、埋込構造は、横モード特性に影響を与えるInGaN活性層から電流狭窄層103までの距離を精度よく制御することができる点や、広いコンタクト電極面積を実現できるため直列抵抗を低減できることなどから、リッジ構造に比べて、性能及び信頼性の面で有利な点も多い。   However, the buried structure can accurately control the distance from the InGaN active layer to the current confinement layer 103 that affects the transverse mode characteristics, and can reduce the series resistance because a wide contact electrode area can be realized. Therefore, there are many advantages in terms of performance and reliability as compared with the ridge structure.

そこで、上記の埋込構造におけるGaN系半導体に固有の問題を解決するための技術がいくつか提案されている。   Therefore, several techniques for solving the problems inherent in the GaN-based semiconductor in the above-described buried structure have been proposed.

特許文献1には、GaN系半導体のエッチング選択比を上げて、電流狭窄層の開口部のエッチングの再現性を向上させる技術が記載されている。すなわち、結晶性のクラッド層の上に非晶質の電流狭窄層を形成した後、当該電流狭窄層の一部をリン酸含有液を用いたウエットエッチングによりエッチングし、然る後高温熱処理を行うことによって、非晶質の電流狭窄層を結晶化するというものである。   Patent Document 1 describes a technique for improving the etching reproducibility of the opening of the current confinement layer by increasing the etching selectivity of the GaN-based semiconductor. That is, after forming an amorphous current confinement layer on a crystalline cladding layer, a part of the current confinement layer is etched by wet etching using a phosphoric acid-containing liquid, and then a high temperature heat treatment is performed. Thus, the amorphous current confinement layer is crystallized.

この技術によれば、非晶質である電流狭窄層をエッチングする際、非晶質層と結晶層とのエッチング比が大きいことを利用して、下地の結晶性を有するクラッド層をエッチング阻止膜とすることができ、これにより、電流狭窄層のエッチング加工を制御良く行うことができる。   According to this technique, when etching a current confinement layer that is amorphous, the etching layer is used to remove the cladding layer having the underlying crystallinity by utilizing the large etching ratio between the amorphous layer and the crystalline layer. Thereby, the etching process of the current confinement layer can be performed with good control.

しかしながら、非晶質の電流狭窄層に開口部を形成した後、当該非晶質層を高温熱処理を行って結晶化するといっても、上述したように、GaN系半導体の結晶成長は難しく、高温熱処理で得られた再結晶層は、必ずしも良質であるとはいえない。また、このような結晶性の低い電流狭窄層上にさらに再成長層を形成しても、結晶性のよい再成長層を得ることは難しい。   However, even after forming an opening in an amorphous current confinement layer, the amorphous layer is crystallized by performing a high-temperature heat treatment, as described above, it is difficult to grow a crystal of a GaN-based semiconductor. The recrystallized layer obtained by the heat treatment is not necessarily good quality. Even if a regrown layer is further formed on such a current confinement layer with low crystallinity, it is difficult to obtain a regrown layer with good crystallinity.

特許文献2には、クラッド層と電流狭窄層との間に、エッチング阻止層となる再蒸発層を形成することによって、下地のクラッド層をエッチングすることなく電流狭窄層に開口部を形成する技術が記載されている。ここで、電流狭窄層の開口部に露出した再蒸発層は、電流狭窄層に開口部を形成した後、熱処理を行って蒸発させることによって、選択的に除去される材料が選ばれる。この再蒸発層を蒸発する工程は、MOCVD装置内で行うことができるので、露出した下地のクラッド層を大気に晒すことなく、清浄な表面を維持した状態で、蒸発工程に引き続き、再成長層の形成を行うことができるため、結晶性のよい再成長層を得ることができる。
特開2003−78215号公報 特開平10−93199号公報
Patent Document 2 discloses a technique for forming an opening in a current confinement layer without etching a base clad layer by forming a reevaporation layer serving as an etching stop layer between the clad layer and the current confinement layer. Is described. Here, the re-evaporated layer exposed in the opening portion of the current confinement layer is made of a material that is selectively removed by forming an opening portion in the current confinement layer and then evaporating it by heat treatment. Since the step of evaporating the re-evaporated layer can be performed in the MOCVD apparatus, the re-grown layer is maintained following the evaporation step while maintaining a clean surface without exposing the exposed underlying cladding layer to the atmosphere. Therefore, a regrowth layer with good crystallinity can be obtained.
JP 2003-78215 A JP-A-10-93199

特許文献2に記載されたような技術を用いることによって、電流狭窄層の加工性や、再成長層の結晶性の向上を図ることはできるが、高い性能、信頼性を有するGaN系半導体レーザを得るには至らず、未だ埋込構造のGaN系半導体レーザが実用化されていないのが現状である。   By using the technique described in Patent Document 2, the workability of the current confinement layer and the crystallinity of the regrowth layer can be improved, but a GaN-based semiconductor laser having high performance and reliability can be obtained. At present, a buried GaN-based semiconductor laser has not yet been put into practical use.

ところで、本願発明者は、埋込構造の本質的な性能の優位性に着目して、電流狭窄層の開口部を制御良く形成できる方法を検討していたところ、以下のような方法を見出し、かかる方法について特許出願(特願2005−253824)を行っている。   By the way, the inventor of the present application has been studying a method capable of forming the opening of the current confinement layer with good control, paying attention to the essential performance advantage of the buried structure, and has found the following method, A patent application (Japanese Patent Application No. 2005-253824) has been filed for this method.

この方法は、GaN基板上にクラッド層で挟持された活性層を形成した後、クラッド層上に電流狭窄層を形成して、当該電流狭窄層に開口部を形成する際、GaN基板の裏面(V族面)をエッチング溶液から保護した状態で、電流狭窄層の表面(III族面)を光電気化学(PEC;Photoelectrochemical)エッチングと呼ばれる方法でウエットエッチングするというものである。   In this method, an active layer sandwiched between clad layers is formed on a GaN substrate, a current confinement layer is formed on the clad layer, and an opening is formed in the current confinement layer. The surface of the current confinement layer (Group III surface) is wet-etched by a method called photoelectrochemical (PEC) etching while protecting the Group V surface from the etching solution.

ここで、PECエッチングとは、GaN基板を電解液に浸して、外部から紫外線を被エッチング対象(この場合、電流狭窄層)に照射しながら行うもので、紫外線照射により電流狭窄層表面に発生した正孔により、電流狭窄層の溶解反応が生じることによってエッチングが進行する。   Here, PEC etching is performed by immersing a GaN substrate in an electrolytic solution and irradiating an object to be etched (in this case, a current confinement layer) with ultraviolet light, and is generated on the surface of the current confinement layer by ultraviolet irradiation. Etching proceeds due to the dissolution reaction of the current confinement layer caused by the holes.

本願発明者は、紫外線を照射して発生した正孔が、GaN系半導体のV族面に移動してしまう性質があり、そのため、III族面のエッチングが進行しないという現象を見出した。そして、電流狭窄層(III族面)のエッチングが安定しないのは、この現象が原因と考え、GaN基板の裏面(V族面)をエッチング溶液から保護した状態で、電流狭窄層のエッチングを行ったところ、安定したエッチングを行うことができるようになった。   The inventor of the present application has a property that holes generated by irradiating ultraviolet rays move to the group V surface of the GaN-based semiconductor, and therefore, the etching of the group III surface does not proceed. The current confinement layer (Group III surface) etching is not stable because of this phenomenon, and the current confinement layer is etched with the back surface (Group V surface) of the GaN substrate protected from the etching solution. As a result, stable etching can be performed.

本願発明者は、このエッチング方法を適用することによって、埋込構造のGaN系半導体レーザ装置を安定して得ることができるようになり、その結果、半導体レーザ装置の特性を再現性よく評価することが可能になった。   By applying this etching method, the present inventor can stably obtain a buried GaN-based semiconductor laser device, and as a result, evaluate the characteristics of the semiconductor laser device with good reproducibility. Became possible.

このような状況下において、埋込構造のGaN系半導体レーザ装置の特性を評価していたところ、同じ構造にもかかわらず、レーザ発振の閾値電流が設計値から大きく外れる試料があることに気が付いた。   Under such circumstances, the characteristics of the buried GaN-based semiconductor laser device were evaluated, and it was found that there was a sample whose laser oscillation threshold current greatly deviated from the design value despite the same structure. .

通常、作成した試料の出来上がり構造を確認するために、試料の断面を電子顕微鏡で観察することがよく行われる。図1(a)は、閾値電流が設計値から大きく外れた試料の電子顕微鏡による断面写真を示したもので、図1(b)は、それを模式的に示した図である。   Usually, in order to confirm the finished structure of the prepared sample, it is often performed to observe the cross section of the sample with an electron microscope. FIG. 1A shows a cross-sectional photograph of a sample with a threshold current greatly deviating from a design value by an electron microscope, and FIG. 1B schematically shows it.

図1(b)に示すように、p型GaNガイド層1上に、開口部4が設けられたn型AlGaN電流狭窄層2が形成され、その上にp型GaNガイド層3が形成されているのが分かる(注:本試料は、クラッド層と活性層の間にガイド層を設けた構造になっている)。   As shown in FIG. 1B, an n-type AlGaN current confinement layer 2 having an opening 4 is formed on a p-type GaN guide layer 1, and a p-type GaN guide layer 3 is formed thereon. (Note: This sample has a structure in which a guide layer is provided between the cladding layer and the active layer).

ところで、このような断面構造を電子顕微鏡で観察するためには、反射電子を検出して、結晶の組成の違いによるコントラストを見ることによって行われるが、2次電子を検出することによって、各層の導電性の違いをコントラストで見ることもできる。   By the way, in order to observe such a cross-sectional structure with an electron microscope, it is performed by detecting reflected electrons and looking at the contrast due to the difference in crystal composition, but by detecting secondary electrons, Differences in conductivity can also be seen in contrast.

本願発明者が、図1(a)と同じ領域における2次電子を検出したところ、図1(c)に示すような2次電子像が観察された。図1(d)は、それを模式的に示した図である。   When the inventor of the present application detected secondary electrons in the same region as in FIG. 1A, a secondary electron image as shown in FIG. 1C was observed. FIG. 1D is a diagram schematically showing this.

図1(a)、(b)と図1(c)、(d)を比較すると、組成の違いによる境界(矢印A)と、導電性の違いによる境界(矢印B)にズレが生じていることが分かった。これは、p型の導電性であるべきGaNガイド層3において、電流狭窄層2の開口部4の側面に接する領域が、一定の幅でn型の導電性あるいは高抵抗層に変化していることを意味する。   When FIGS. 1A and 1B are compared with FIGS. 1C and 1D, there is a difference between the boundary due to the difference in composition (arrow A) and the boundary due to the difference in conductivity (arrow B). I understood that. This is because, in the GaN guide layer 3 that should be p-type conductive, the region in contact with the side surface of the opening 4 of the current confinement layer 2 is changed to an n-type conductive or high-resistance layer with a certain width. Means that.

このようなn型化現象の起きる原因は明らかでないが、p型GaNガイド層3が再成長する際、開口部4の側面からの成長層がn型不純物を取り込みやすい、あるいは、ドナーとして作用する欠陥が発生しやすいことが要因として考えられる。   Although the cause of the occurrence of the n-type phenomenon is not clear, when the p-type GaN guide layer 3 is regrown, the growth layer from the side surface of the opening 4 easily takes in the n-type impurity or acts as a donor. It is considered that a defect is likely to occur.

これをさらに検証するために、n型の導電性に変化している領域(以下、n型化領域という)の幅の異なる試料に対して、p型GaNガイド層3の成長温度を変えて、得られた試料のレーザ発振閾値電流を測定したところ、図2のグラフに示すような結果が得られた。横軸はp型GaNガイド層3の成長温度を示し、縦軸はレーザ発振閾値電流の大きさを示す。図2のグラフから分かるように、成長温度が1100℃を越えたあたりから閾値電流が増加し始めていることが分かる。   In order to further verify this, the growth temperature of the p-type GaN guide layer 3 is changed for a sample having a different width of a region changing to n-type conductivity (hereinafter referred to as an n-type region), When the laser oscillation threshold current of the obtained sample was measured, results as shown in the graph of FIG. 2 were obtained. The horizontal axis indicates the growth temperature of the p-type GaN guide layer 3, and the vertical axis indicates the magnitude of the laser oscillation threshold current. As can be seen from the graph of FIG. 2, it can be seen that the threshold current starts to increase when the growth temperature exceeds 1100 ° C.

各成長温度で形成した試料について、電子顕微鏡で反射電子像及び2次電子像を観察することによって、n型化領域の幅を測定した結果を、図2のグラフの横軸(上側)にプロットしてみると、閾値電流の増加が、n型化領域の幅と関係していることが分かった。すなわち、n型化領域の幅が0.15μmを越えたあたりから、閾値電流が増加する傾向がはっきりと見られた。   For the sample formed at each growth temperature, the result of measuring the width of the n-type region by observing the reflected electron image and the secondary electron image with an electron microscope is plotted on the horizontal axis (upper side) of the graph of FIG. As a result, it was found that the increase in the threshold current is related to the width of the n-type region. That is, a tendency for the threshold current to increase was clearly seen when the width of the n-type region exceeded 0.15 μm.

この現象は、次のように理解することができる。すなわち、図3に示すように、p型AlGaNクラッド層5からの電流は、n型化が生じていないp型GaNガイド層3に狭窄されて、その下方に位置する活性層(不図示)に流れることによって、活性層は発光し、大きな利得が得られる。一方、n型化領域6からn型AlGaN電流狭窄層2の下方に位置する活性層には電流がほとんど流れないため、活性層は吸収層として作用する。横方向の光閉じ込めは、n型AlGaN電流狭窄層2とp型GaNガイド層3との屈折率の差で行うため、吸収が生じる領域に高い割合で光が分布する。そのため、レーザ発振閾値電流が増加したと考えられる。   This phenomenon can be understood as follows. That is, as shown in FIG. 3, the current from the p-type AlGaN cladding layer 5 is confined to the p-type GaN guide layer 3 in which n-type conversion has not occurred, and is applied to an active layer (not shown) located therebelow. By flowing, the active layer emits light and a large gain is obtained. On the other hand, since almost no current flows from the n-type region 6 to the active layer located below the n-type AlGaN current confinement layer 2, the active layer functions as an absorption layer. Since the optical confinement in the lateral direction is performed by the difference in refractive index between the n-type AlGaN current confinement layer 2 and the p-type GaN guide layer 3, light is distributed at a high rate in the region where absorption occurs. Therefore, it is considered that the laser oscillation threshold current has increased.

なお、n型化領域の幅が広がり、実質的な電流導波幅が狭くなると、その領域での抵抗成分が大きくなることから、電気的特性が劣化する原因ともなる。   In addition, if the width of the n-type region is widened and the substantial current guide width is narrowed, the resistance component in the region becomes large, which may cause the electrical characteristics to deteriorate.

このような予期せぬn型化は、いろいろな要因がからんで起きる現象と考えられるので、n型化現象を認識せずに、半導体レーザの構造設計やプロセス設計を行っていると、電流閾値等の電気特性の予期せぬバラツキ、あるいは変動を起こすおそれがある。   Such unexpected n-type conversion is considered to be a phenomenon caused by various factors. Therefore, if the structure design or process design of the semiconductor laser is performed without recognizing the n-type conversion phenomenon, the current threshold value is obtained. There is a risk of unexpected variations or fluctuations in electrical characteristics.

本発明は、かかる知見に基づきなされたもので、安定した特性を有する埋込型の窒化物半導体レーザ装置、及びその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made based on such knowledge, and an object thereof is to provide an embedded nitride semiconductor laser device having stable characteristics and a method for manufacturing the same.

本発明に係わる窒化物半導体レーザ装置は、クラッド層で挟持された活性層と、該活性層への電流を狭窄するための開口部を有する電流狭窄層とを備えた窒化物半導体レーザ装置であって、電流狭窄層の開口部を覆うように、電流狭窄層上に再成長層が形成されており、再成長層はp型不純物が添加されたInを含む窒化物半導体層からなることを特徴とする。   A nitride semiconductor laser device according to the present invention is a nitride semiconductor laser device including an active layer sandwiched between clad layers and a current confinement layer having an opening for confining current to the active layer. A regrowth layer is formed on the current confinement layer so as to cover the opening of the current confinement layer, and the regrowth layer is made of a nitride semiconductor layer containing In to which a p-type impurity is added. And

上記構成によれば、電流狭窄層の開口部を覆う再成長層を、p型不純物が添加されたInを含む窒化物半導体層にすることによって、開口部の側面に接する領域がn型化するのを抑制することができる。これにより、安定した特性を有する埋込型の窒化物半導体レーザ装置を提供することが可能となる。   According to the above configuration, the regrowth layer covering the opening of the current confinement layer is a nitride semiconductor layer containing In to which a p-type impurity is added, so that the region in contact with the side surface of the opening becomes n-type. Can be suppressed. Thereby, it is possible to provide an embedded nitride semiconductor laser device having stable characteristics.

ここで、Inを含む窒化物半導体層は、InGaNまたはAlInGaNからなることが好ましい。InGaNは、高濃度のp型不純物を取り込むことができるので、再成長層の形成時におけるn型化を抑制することができる。また、AlInGaNは、InGaNよりもバンドギャップが大きいので、n型化を抑制するとともに、レーザ光の吸収を抑制することができ、レーザ特性の劣化を防止することができる。   Here, the nitride semiconductor layer containing In is preferably made of InGaN or AlInGaN. Since InGaN can take in high-concentration p-type impurities, it is possible to suppress the formation of n-type during the formation of the regrowth layer. In addition, since AlInGaN has a larger band gap than InGaN, it is possible to suppress n-type conversion, suppress laser light absorption, and prevent deterioration of laser characteristics.

また、再成長層は、Inを含む窒化物半導体層の下に、GaNまたはAlGaNからなる薄膜が形成された多層膜で構成されていることが好ましい。Inを含む窒化物半導体層を形成する初期段階で、結晶性の優れたGaNからなる薄膜を形成しておくことによって、n型化が抑制され、結晶性の優れた再成長層を形成することができる。また、Inを含む窒化物半導体層を形成する初期段階で、横方向の成長が少ないAlGaNからなる薄膜を形成しておくことによって、n型化の抑制をさらに向上させることができる。   The regrowth layer is preferably composed of a multilayer film in which a thin film made of GaN or AlGaN is formed under a nitride semiconductor layer containing In. By forming a thin film made of GaN having excellent crystallinity at the initial stage of forming a nitride semiconductor layer containing In, forming a regrown layer having excellent crystallinity by suppressing n-type formation. Can do. Further, at the initial stage of forming the nitride semiconductor layer containing In, a thin film made of AlGaN with little lateral growth can be formed to further improve the suppression of n-type.

さらに、電流狭窄層は、N型不純物がドープされたGaNまたはAlGaNからなることが好ましい。N型の電流狭窄層とP型の再成長層とでPN接合を形成することによって、電流狭窄の効果をより発揮させることができる。   Further, the current confinement layer is preferably made of GaN or AlGaN doped with an N-type impurity. By forming a PN junction between the N-type current confinement layer and the P-type regrowth layer, the current confinement effect can be further exhibited.

なお、電流狭窄層の屈折率は、再成長層の屈折率よりも小さいことが好ましい。また、再成長層は、クラッド層の一部を構成していてもよい。   The refractive index of the current confinement layer is preferably smaller than the refractive index of the regrowth layer. Further, the regrowth layer may constitute a part of the cladding layer.

また、電流狭窄層の開口部に埋設された再成長層のうち、開口部側面に隣接する領域がn型化されており、n型化領域の幅が、開口部に埋設された再成長層のうちn型化されていない領域の幅の10%以下であることが好ましい。これにより、安定した特性を有する埋込型の窒化物半導体レーザ装置を提供することができる。   Of the regrowth layer embedded in the opening portion of the current confinement layer, the region adjacent to the side surface of the opening portion is made n-type, and the width of the n-type region is embedded in the regrowth layer embedded in the opening portion. Of these, the width is preferably 10% or less of the width of the non-n-type region. Thus, an embedded nitride semiconductor laser device having stable characteristics can be provided.

本発明に係わる窒化物半導体レーザ装置は、クラッド層で挟持された活性層と、該活性層への電流を狭窄するための開口部を有する電流狭窄層とを備えた窒化物半導体レーザ装置であって、電流狭窄層の開口部を覆うように、電流狭窄層上にp型不純物が添加された窒化物半導体からなる再成長層が形成され、電流狭窄層の開口部に埋設された再成長層のうち、開口部側面に隣接する領域がn型化されており、該n型化領域の幅が0.15μm以下であることを特徴とする。   A nitride semiconductor laser device according to the present invention is a nitride semiconductor laser device including an active layer sandwiched between clad layers and a current confinement layer having an opening for confining current to the active layer. Then, a regrowth layer made of a nitride semiconductor to which a p-type impurity is added is formed on the current confinement layer so as to cover the opening of the current confinement layer, and the regrowth layer embedded in the opening of the current confinement layer Among these, a region adjacent to the side surface of the opening is n-type, and the width of the n-type region is 0.15 μm or less.

上記構成によれば、電流狭窄層の開口部に埋設された再成長層のうち、開口部側面に隣接して形成されたn型化領域の幅を0.15μm以下にすることによって、安定した特性を有する埋込型の窒化物半導体レーザ装置を提供することができる。   According to the above configuration, among the regrowth layers embedded in the opening portion of the current confinement layer, the width of the n-type region formed adjacent to the side surface of the opening portion is stabilized to 0.15 μm or less. An embedded nitride semiconductor laser device having characteristics can be provided.

本発明に係わる窒化物半導体レーザ装置の製造方法は、クラッド層で挟持された活性層と、該活性層への電流を狭窄するための開口部とを有する電流狭窄層を備えた窒化物半導体レーザ装置の製造方法であって、基板上にクラッド層で挟持された活性層を形成する工程と、クラッド層上に電流狭窄層を形成する工程と、電流狭窄層の一部をエッチングして、前記活性層への電流を狭窄するための開口部を形成する工程と、電流狭窄層の開口部を覆うように、電流狭窄層上に再成長層を形成する工程とを含み、再成長層は、p型不純物が添加されたInを含む窒化物半導体層からなることを特徴とする。   A method of manufacturing a nitride semiconductor laser device according to the present invention includes a nitride semiconductor laser including a current confinement layer having an active layer sandwiched between clad layers and an opening for confining current to the active layer. A method of manufacturing an apparatus, comprising: forming an active layer sandwiched between clad layers on a substrate; forming a current confinement layer on the clad layer; and etching a part of the current confinement layer, A step of forming an opening for confining a current to the active layer, and a step of forming a regrowth layer on the current confinement layer so as to cover the opening of the current confinement layer. It is characterized by comprising a nitride semiconductor layer containing In to which a p-type impurity is added.

上記方法によれば、電流狭窄層の開口部を覆う再成長層を、p型不純物が添加されたInを含む窒化物半導体層にすることによって、開口部の側面に接する領域がn型化するのを抑制することができる。これにより、安定した特性を有する埋込型の窒化物半導体レーザ装置を提供することが可能となる。   According to the above method, the regrowth layer covering the opening of the current confinement layer is made of a nitride semiconductor layer containing In to which a p-type impurity is added, so that the region in contact with the side surface of the opening becomes n-type. Can be suppressed. As a result, it is possible to provide an embedded nitride semiconductor laser device having stable characteristics.

ここで、再成長層を形成する工程は、電流狭窄層の開口部を覆うように、電流狭窄層上にGaNまたはAlGaNからなる薄膜を形成する工程と、該薄膜上にp型不純物が添加されたInを含む窒化物半導体層を形成する工程とを含むことが好ましい。   Here, the step of forming the regrowth layer includes a step of forming a thin film made of GaN or AlGaN on the current confinement layer so as to cover the opening of the current confinement layer, and a p-type impurity is added to the thin film. And a step of forming a nitride semiconductor layer containing In.

また、Inを含む窒化物半導体層は、InGaNまたはAlInGaNからなることが好ましい。   The nitride semiconductor layer containing In is preferably made of InGaN or AlInGaN.

本発明に係わる窒化物半導体レーザ装置の製造方法は、クラッド層で挟持された活性層と、該活性層への電流を狭窄するための開口部を有する電流狭窄層とを備えた窒化物半導体レーザ装置の製造方法であって、基板上にクラッド層で挟持された活性層を形成する工程と、クラッド層上に電流狭窄層を形成する工程と、電流狭窄層の一部をエッチングして、活性層への電流を狭窄するための開口部を形成する工程と、電流狭窄層の開口部を覆うように、電流狭窄層上にp型不純物が添加された窒化物半導体層からなる再成長層を形成する工程とを含み、再成長層を形成する工程は、窒化物半導体層の横方向の成長が遅い第1の成長温度で堆積を行う第1の工程と、窒化物半導体層の成長が結晶性の良い第2の成長温度で堆積を行う第2の工程とを含むことを特徴とする。   A method of manufacturing a nitride semiconductor laser device according to the present invention includes a nitride semiconductor laser including an active layer sandwiched between clad layers and a current confinement layer having an opening for confining current to the active layer. A method for manufacturing an apparatus, comprising: forming an active layer sandwiched between clad layers on a substrate; forming a current confinement layer on the clad layer; and etching a part of the current confinement layer to activate the device A step of forming an opening for confining current to the layer, and a regrowth layer made of a nitride semiconductor layer to which a p-type impurity is added on the current confinement layer so as to cover the opening of the current confinement layer Forming the regrowth layer includes a first step of depositing at a first growth temperature at which the lateral growth of the nitride semiconductor layer is slow, and a growth of the nitride semiconductor layer is a crystal. Second step of performing deposition at a second growth temperature with good characteristics Characterized in that it comprises a.

上記方法によれば、再成長層を成長する初期段階で、横方向の成長が遅い第1の成長温度で堆積を行い、引き続き、結晶性がよい第2の成長温度で堆積を行う2段階の形成を行うことによって、開口部の側面に接する領域がn型化するのを抑制することができる。   According to the above method, in the initial stage of growing the regrowth layer, the deposition is performed at the first growth temperature where the lateral growth is slow, and then the deposition is performed at the second growth temperature where the crystallinity is good. By performing the formation, it is possible to suppress the region in contact with the side surface of the opening from becoming n-type.

なお、第1の成長温度は、第2の成長温度よりも低温であることが好ましい。また、電流狭窄層の開口部に埋設された再成長層のうち、開口部側面に隣接する領域がn型化されており、n型化領域の幅が、開口部に埋設された再成長層のうちn型化されていない領域の幅の10%以下であることが好ましい。   Note that the first growth temperature is preferably lower than the second growth temperature. Of the regrowth layer embedded in the opening portion of the current confinement layer, the region adjacent to the side surface of the opening portion is made n-type, and the width of the n-type region is embedded in the regrowth layer embedded in the opening portion. Of these, the width is preferably 10% or less of the width of the non-n-type region.

本発明に係わる窒化物半導体レーザ装置及びその製造方法によれば、電流狭窄層の開口部を覆う再成長層を、p型不純物が添加されたInを含む窒化物半導体層にすることによって、開口部の側面に接する領域がn型化するのを抑制することができる。これにより、安定した特性を有する埋込型の窒化物半導体レーザ装置を提供することが可能となる。   According to the nitride semiconductor laser device and the manufacturing method thereof according to the present invention, the regrowth layer covering the opening of the current confinement layer is formed into a nitride semiconductor layer containing In to which a p-type impurity is added. It can suppress that the area | region which contact | connects the side surface of a part becomes n-type. As a result, it is possible to provide an embedded nitride semiconductor laser device having stable characteristics.

また、再成長層を、Inを含む窒化物半導体層の下に、結晶性のよいGaNからなる薄膜が形成された多層膜で構成することによって、n型化が抑制され、結晶性の優れた再成長層を形成することができる。   Further, by forming the regrowth layer as a multilayer film in which a thin film made of GaN having good crystallinity is formed under the nitride semiconductor layer containing In, n-type conversion is suppressed, and crystallinity is excellent. A regrowth layer can be formed.

さらに、再成長層を、Inを含む窒化物半導体層の下に、横方向の成長の少ないAlGaNからなる薄膜が形成された多層膜で構成することによって、n型化の抑制をさらに向上させることができる。   Further, the regrowth layer is composed of a multilayer film in which a thin film made of AlGaN with little lateral growth is formed under the nitride semiconductor layer containing In, thereby further improving the suppression of n-type growth. Can do.

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、説明の簡略化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示す。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following drawings, components having substantially the same function are denoted by the same reference numerals for the sake of simplicity. In addition, this invention is not limited to the following embodiment.

(第1の実施形態)
図4は、本発明の第1の実施形態における窒化物半導体レーザ装置の基本的な構成を模式的に示した断面図である。
(First embodiment)
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a basic configuration of the nitride semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention.

窒化物半導体レーザ装置10は、n型クラッド層11とp型クラッド層13で挟持された活性層12と、活性層12への電流を狭窄するための開口部を有する電流狭窄層14を備えた埋込構造となっている。この埋込構造において、電流狭窄層14の開口部を覆うように、電流狭窄層14上に、p型不純物が添加されたInを含む窒化物半導体層からなる再成長層15が形成されている。   The nitride semiconductor laser device 10 includes an active layer 12 sandwiched between an n-type cladding layer 11 and a p-type cladding layer 13 and a current confinement layer 14 having an opening for confining current to the active layer 12. It has an embedded structure. In this buried structure, a regrowth layer 15 made of a nitride semiconductor layer containing In doped with a p-type impurity is formed on the current confinement layer 14 so as to cover the opening of the current confinement layer 14. .

ここで、再成長層15は、一般的には、p型クラッド層の一部を構成するが、これに限定されず、半導体レーザ装置10の特性に応じて種々の機能(例えばガイド層)をもたすことができる。   Here, the regrowth layer 15 generally constitutes a part of the p-type cladding layer, but the regrowth layer 15 is not limited to this and has various functions (for example, a guide layer) depending on the characteristics of the semiconductor laser device 10. Can also be provided.

本発明において、再成長層15の材料として、Inを含む窒化物半導体を選んだ理由は、従来、クラッド層またはガイド層として使用されていたGaNまたはAlGaNの材料に比べて、Inを含む窒化物半導体は、高濃度のp型不純物を取り込むことができるからである。すなわち、Inを含む窒化物半導体層に、n型反転を起こさせない程度に高濃度な不純物を添加させておくことによって、再成長層15の形成時における再成長層15のn型化を有効に抑制することが可能となる。   In the present invention, the reason why the nitride semiconductor containing In is selected as the material of the regrowth layer 15 is that the nitride containing In as compared with the material of GaN or AlGaN conventionally used as the cladding layer or the guide layer. This is because the semiconductor can take in a high concentration of p-type impurities. In other words, by adding a high-concentration impurity to the nitride semiconductor layer containing In so as not to cause n-type inversion, the regrowth layer 15 can be effectively made n-type when the regrowth layer 15 is formed. It becomes possible to suppress.

ここで、Inを含む窒素化合物として、InGaN、AlInGaN等を用いることができる。なお、InGaNは、GaNよりもバンドギャップが小さいことから、InGaNがレーザ光を吸収することによってレーザ特性を劣化させることが懸念される場合には、バンドギャップの大きいAlINGaNを用いてもよい。   Here, InGaN, AlInGaN, or the like can be used as the nitrogen compound containing In. Since InGaN has a smaller band gap than GaN, AlINGaN having a large band gap may be used when there is a concern that InGaN will deteriorate the laser characteristics by absorbing laser light.

なお、n型化現象は、再成長層15を形成する初期段階、すなわち、電流狭窄層14の開口部の側面からの横成長が起きる段階で生じるものと考えられる。そこで、再成長層15を形成する初期段階において、横方向の成長が少ないAlGaNからなる薄膜をまず形成しておき、その上に、n型化を抑制するInを含む窒化物半導体層を形成するようにしてもよい。再成長層15をこのような多層膜で構成することによって、n型化をさらに抑制することができる。   The n-type phenomenon is considered to occur at the initial stage of forming the regrowth layer 15, that is, at the stage where lateral growth from the side surface of the opening portion of the current confinement layer 14 occurs. Therefore, in the initial stage of forming the regrowth layer 15, a thin film made of AlGaN with little lateral growth is first formed, and a nitride semiconductor layer containing In that suppresses n-type formation is formed thereon. You may do it. By forming the regrowth layer 15 with such a multilayer film, the n-type can be further suppressed.

また、再成長層15は、本来の機能(クラッド層、ガイド層等)を発揮するためには、結晶性が良くなければならない。そこで、Inを含む窒化物半導体層を形成する初期段階で、結晶性の優れたGaNからなる薄膜をまず形成しておき、その上に、n型化を抑制するInを含む窒化物半導体層を形成するようにしてもよい。再成長層15をこのような多層膜で構成することによって、n型化が抑制され、しかも結晶性の優れた再成長層15を形成することができる。   Further, the regrowth layer 15 must have good crystallinity in order to exhibit its original function (clad layer, guide layer, etc.). Therefore, in the initial stage of forming a nitride semiconductor layer containing In, a thin film made of GaN having excellent crystallinity is first formed, and a nitride semiconductor layer containing In that suppresses n-type formation is formed thereon. You may make it form. By forming the regrowth layer 15 with such a multilayer film, it is possible to form the regrowth layer 15 with suppressed n-type growth and excellent crystallinity.

なお、本発明において、電流狭窄層14の材料は特に限定されないが、電流狭窄の効果をより発揮させるために、電流狭窄層14を、N型不純物がドープされたGaN層またはAlGaN層で構成することが好ましい。N型の電流狭窄層とP型の再成長層とでPN接合を形成することによって、電流狭窄の効果を高めることができるからである。   In the present invention, the material of the current confinement layer 14 is not particularly limited, but the current confinement layer 14 is composed of a GaN layer or an AlGaN layer doped with an N-type impurity in order to exhibit the current confinement effect more. It is preferable. This is because the effect of current confinement can be enhanced by forming a PN junction between the N-type current confinement layer and the P-type regrowth layer.

また、光閉じ込め効果を高めるために、電流狭窄層14の屈折率を、再成長層15の屈折率よりも小さくしておくことが好ましい。   In order to enhance the light confinement effect, it is preferable that the refractive index of the current confinement layer 14 is smaller than the refractive index of the regrowth layer 15.

次に、本発明に係わる窒化物半導体レーザ装置20の具体的構成の一例を、図5を参照しながら説明する。   Next, an example of a specific configuration of the nitride semiconductor laser device 20 according to the present invention will be described with reference to FIG.

2インチGaN基板21上に、n−GaN層22、n−Al0.06Ga0.94Nクラッド層23、n−GaNガイド層24、InGaN MQW活性層25、p−Al0.15Ga0.85Nオーバーフロー抑制層26、p−GaNガイド層27、n−Al0.15Ga0.85N電流狭窄層28が順に形成されている。 On the 2-inch GaN substrate 21, an n-GaN layer 22, an n-Al 0.06 Ga 0.94 N cladding layer 23, an n-GaN guide layer 24, an InGaN MQW active layer 25, a p-Al 0.15 Ga 0.85 N overflow suppression layer 26, A p-GaN guide layer 27 and an n-Al 0.15 Ga 0.85 N current confinement layer 28 are sequentially formed.

n−Al0.15Ga0.85N電流狭窄層28には開口部が形成され、開口部で露出したp−GaNガイド層27上、及びn−Al0.15Ga0.85N電流狭窄層28上に、p−InGaNガイド層29、p−AlGaNクラッド層30、p−GaNコンタクト層31が再成長されている。そして、p−GaNコンタクト層31上にp型電極32、GaN基板21の成長層が形成されていない面にn型電極33がそれぞれ形成されている。 The n-Al 0.15 Ga 0.85 N current blocking layer 28 opening is formed, on the p-GaN guide layer 27 exposed at the opening, and on the n-Al 0.15 Ga 0.85 N current blocking layer 28, p-InGaN The guide layer 29, the p-AlGaN cladding layer 30, and the p-GaN contact layer 31 are regrown. A p-type electrode 32 is formed on the p-GaN contact layer 31, and an n-type electrode 33 is formed on the surface where the growth layer of the GaN substrate 21 is not formed.

ここで、電流はp−InGaNガイド層29を通じて流れ、MQW活性層25からは波長405nmの光が出射される。また、活性層25に平行方向の光閉じ込めは、n−Al0.15Ga0.85N電流狭窄層28とp−InGaNガイド層29との屈折率差で行われる。 Here, current flows through the p-InGaN guide layer 29, and light having a wavelength of 405 nm is emitted from the MQW active layer 25. Further, the optical confinement in the direction parallel to the active layer 25 is performed by the refractive index difference between the n-Al 0.15 Ga 0.85 N current confinement layer 28 and the p-InGaN guide layer 29.

なお、本実施形態においては、再成長層として、Inを含む窒化物半導体層を用いたが、Inを含まない窒化物半導体層(例えば、GaN層又はAlGaN層)を用いた場合でも、図2に示すように、電流狭窄層の開口部に埋設された再成長層のうち、開口部側面に隣接して形成されたn型化領域の幅を0.15μm以下にすることによって、安定した特性を有する埋込型の窒化物半導体レーザ装置を提供することができる。例えば、再成長層としてGaN層を形成する場合、図2に示すように、通常の成長温度(1100℃〜1130℃)よりも低い温度(1050℃〜1080℃)でGaN層を形成することによって、n型化領域の幅を、0.15μm以下に抑制することができる。   In this embodiment, the nitride semiconductor layer containing In is used as the regrowth layer. However, even when a nitride semiconductor layer not containing In (for example, a GaN layer or an AlGaN layer) is used, FIG. As shown in FIG. 5, among the regrowth layers embedded in the opening portion of the current confinement layer, the width of the n-type region formed adjacent to the side surface of the opening portion is reduced to 0.15 μm or less so that stable characteristics are obtained. An embedded nitride semiconductor laser device having the following can be provided. For example, when forming a GaN layer as a regrowth layer, as shown in FIG. 2, by forming the GaN layer at a temperature (1050 ° C. to 1080 ° C.) lower than the normal growth temperature (1100 ° C. to 1130 ° C.). The width of the n-type region can be suppressed to 0.15 μm or less.

また、図6は、図3に示した構造において、電流狭窄層2の開口部に埋設された再成長層3のうち、n型化されていない領域の幅(W)に対するn型化領域6の幅(L)の割合(L/W)を変化させたときの、レーザ発振閾値電流の大きさをシミュレーションにより算出した結果を示したグラフである。W=1.2μm、1.5μmの両方の場合において、L/Wが10%を越えると、レーザ発振閾値電流の大きさが増加することが分かる。従って、安定した特性を有する窒化物半導体レーザ装置を得るには、L/Wが10%以下であることが好ましい。   FIG. 6 shows an n-type region 6 corresponding to the width (W) of the non-n-type region of the regrowth layer 3 embedded in the opening of the current confinement layer 2 in the structure shown in FIG. 5 is a graph showing the result of calculating the magnitude of the laser oscillation threshold current by simulation when the ratio (L / W) of the width (L) of the laser is changed. In both cases of W = 1.2 μm and 1.5 μm, it can be seen that the magnitude of the laser oscillation threshold current increases when L / W exceeds 10%. Therefore, in order to obtain a nitride semiconductor laser device having stable characteristics, L / W is preferably 10% or less.

(第2の実施形態)
図7(a)〜(d)は、本発明の第2の実施形態における窒化物半導体レーザ装置の製造方法を模式的に示した工程断面図である。
(Second Embodiment)
7A to 7D are process cross-sectional views schematically showing a method for manufacturing a nitride semiconductor laser device according to the second embodiment of the present invention.

まず、図7(a)に示すように、2インチGaN基板21上に、n−GaN層22、n−Al0.06Ga0.94Nクラッド層23、n−GaNガイド層24、InGaN MQW活性層25、p−Al0.15Ga0.85Nオーバーフロー抑制層26、p−GaNガイド層27、n−Al0.15Ga0.85N電流狭窄層28を順に形成する。 First, as shown in FIG. 7A, on a 2-inch GaN substrate 21, an n-GaN layer 22, an n-Al 0.06 Ga 0.94 N cladding layer 23, an n-GaN guide layer 24, an InGaN MQW active layer 25, A p-Al 0.15 Ga 0.85 N overflow suppression layer 26, a p-GaN guide layer 27, and an n-Al 0.15 Ga 0.85 N current confinement layer 28 are formed in this order.

次に、図7(b)に示すように、n−Al0.15Ga0.85N電流狭窄層28の一部をエッチングによって除去する。ここで、上述したPECエッチングを適用することによって、下地のp−GaNガイド層27を除去することなく、安定したエッチングを行うことができる。なお、このとき、GaN基板21の底面に酸化膜等の保護膜(不図示)を形成しておく。 Next, as shown in FIG. 7B, a part of the n-Al 0.15 Ga 0.85 N current confinement layer 28 is removed by etching. Here, by applying the PEC etching described above, stable etching can be performed without removing the underlying p-GaN guide layer 27. At this time, a protective film (not shown) such as an oxide film is formed on the bottom surface of the GaN substrate 21.

次に、図7(c)に示すように、n−Al0.15Ga0.85N電流狭窄層28上に、p−InGaNガイド層29、p−AlGaNクラッド層30、p−GaNコンタクト層31を再成長させる。 Next, as shown in FIG. 7C, the p-InGaN guide layer 29, the p-AlGaN cladding layer 30, and the p-GaN contact layer 31 are regrown on the n-Al 0.15 Ga 0.85 N current confinement layer 28. Let

最後に、図7(d)に示すように、窒素雰囲気中で780℃、20分の活性化アニールを行い、p型層をより低抵抗化する。その後、p型コンタクト層31上にp型電極32を形成する。p型電極32としては、NiあるいはPdを含む多層膜が好ましい。続いて、GaN基板21のV族面側に対して研磨を行い、GaN基板21を薄膜化した後、研磨した面にn型電極33を形成する。n型電極33としては、TiあるいはVを含む多層膜が好ましい。   Finally, as shown in FIG. 7D, activation annealing is performed in a nitrogen atmosphere at 780 ° C. for 20 minutes to lower the resistance of the p-type layer. Thereafter, a p-type electrode 32 is formed on the p-type contact layer 31. As the p-type electrode 32, a multilayer film containing Ni or Pd is preferable. Subsequently, the V group surface side of the GaN substrate 21 is polished to reduce the thickness of the GaN substrate 21, and then the n-type electrode 33 is formed on the polished surface. As the n-type electrode 33, a multilayer film containing Ti or V is preferable.

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、勿論、種々の改変が可能である。例えば、第2の実施形態において、再成長層として、Inを含む窒化物半導体層を用いたが、Inを含まないGaN層やAlGaN層を用いた場合でも、再成長層を2段階の成長温度で形成することによって、n型化を有効に抑制することも可能である。すなわち、図2に示すように、再成長層を形成する初期段階で、通常の成長温度よりも低い温度(横方向成長が遅い温度)で第1段階の成長を行い、その後、通常の成長温度(結晶性がよい温度)で第2の段階の成長を行うことによって、n型化が抑制し、しかも良質な結晶性を有する再成長層を形成することができる。   As mentioned above, although this invention was demonstrated by suitable embodiment, such description is not a limitation matter and of course, various modifications are possible. For example, in the second embodiment, the nitride semiconductor layer containing In is used as the regrowth layer. However, even when a GaN layer or an AlGaN layer not containing In is used, the regrowth layer has a two-stage growth temperature. It is also possible to effectively suppress the n-type formation. That is, as shown in FIG. 2, in the initial stage of forming the regrowth layer, the first stage growth is performed at a temperature lower than the normal growth temperature (temperature at which the lateral growth is slow), and then the normal growth temperature. By performing the growth at the second stage at (temperature at which crystallinity is good), it is possible to form a regrowth layer that suppresses n-type growth and has good crystallinity.

本発明によれば、安定した特性を有する埋込型の窒化物半導体レーザ装置、及びその製造方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an embedded nitride semiconductor laser device having stable characteristics and a method for manufacturing the same.

(a)〜(d)は、本発明に係わる窒化物半導体レーザ装置の課題を説明する顕微鏡写真及びその模式図である。(A)-(d) is the microscope picture explaining the subject of the nitride semiconductor laser apparatus concerning this invention, and its schematic diagram. 本発明の課題に係わるレーザ発振閾値電流のグラフである。It is a graph of the laser oscillation threshold current concerning the subject of this invention. 本発明の課題に係わるn型化現象を説明する模式図である。It is a schematic diagram explaining the n-type-ization phenomenon concerning the subject of this invention. 本発明の第1の実施形態における窒化物半導体レーザ装置の構成を模式的に示した断面図である。1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a nitride semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態における窒化物半導体レーザ装置の具体的構成を示した断面図である。1 is a cross-sectional view showing a specific configuration of a nitride semiconductor laser device according to a first embodiment of the present invention. 本発明における窒化物半導体レーザ装置のレーザ発振閾値電流のグラフである。It is a graph of the laser oscillation threshold current of the nitride semiconductor laser device in the present invention. (a)〜(d)は、本発明の第2の実施形態における窒化物半導体レーザ装置の製造方法を模式的に示した工程断面図である。(A)-(d) is process sectional drawing which showed typically the manufacturing method of the nitride semiconductor laser apparatus in the 2nd Embodiment of this invention. 従来のリッジ構造を有する窒化物半導体レーザ装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the nitride semiconductor laser apparatus which has the conventional ridge structure. 従来の埋込構造を有する窒化物半導体レーザ装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the nitride semiconductor laser apparatus which has the conventional embedding structure.

符号の説明Explanation of symbols

1 p型GaNガイド層
2 n型AlGaN電流狭窄層
3 p型GaNガイド層
4 開口部
5 p型AlGaNクラッド層
6 n型化領域
10 窒化物半導体レーザ装置
11 n型クラッド層
12 活性層
13 p型クラッド層
14 電流狭窄層
15 再成長層
20 窒化物半導体レーザ装置
21 GaN基板
22 n−GaN層
23 n−Al0.06Ga0.94Nクラッド層
24 n−GaNガイド層
25 InGaN MQW活性層
26 p−Al0.15Ga0.85Nオーバーフロー抑制層
27 p−GaNガイド層
28 n−Al0.15Ga0.85N電流狭窄層
29 p−InGaNガイド層
30 p−AlGaNクラッド層
31 p−GaNコンタクト層
32 p型電極
33 n型電極
101 リッジ
102 電極
103 電流狭窄層
104 開口部
105、106 p−AlGaNクラッド層
1 p-type GaN guide layer 2 n-type AlGaN current confinement layer 3 p-type GaN guide layer 4 opening 5 p-type AlGaN clad layer 6 n-type region 10 nitride semiconductor laser device 11 n-type clad layer 12 active layer 13 p-type Cladding layer 14 Current confinement layer 15 Regrown layer 20 Nitride semiconductor laser device 21 GaN substrate 22 n-GaN layer 23 n-Al 0.06 Ga 0.94 N cladding layer 24 n-GaN guide layer 25 InGaN MQW active layer 26 p-Al 0.15 Ga 0.85 N overflow suppression layer 27 p-GaN guide layer 28 n-Al 0.15 Ga 0.85 N current confinement layer 29 p-InGaN guide layer 30 p-AlGaN cladding layer 31 p-GaN contact layer 32 p-type electrode 33 n-type electrode 101 Ridge 102 Electrode 103 Current confinement layer 104 Opening 105, 106 p AlGaN cladding layer

Claims (14)

クラッド層で挟持された活性層と、該活性層への電流を狭窄するための開口部を有する電流狭窄層とを備えた窒化物半導体レーザ装置であって、
前記電流狭窄層の開口部を覆うように、前記電流狭窄層上に再成長層が形成されており、
前記再成長層は、p型不純物が添加されたInを含む窒化物半導体層からなることを特徴とする、窒化物半導体レーザ装置。
A nitride semiconductor laser device comprising an active layer sandwiched between clad layers and a current confinement layer having an opening for confining current to the active layer,
A regrowth layer is formed on the current confinement layer so as to cover the opening of the current confinement layer,
The nitride semiconductor laser device, wherein the regrowth layer is made of a nitride semiconductor layer containing In to which a p-type impurity is added.
前記Inを含む窒化物半導体層は、InGaNまたはAlInGaNからなることを特徴とする、請求項1に記載の窒化物半導体レーザ装置。   The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein the nitride semiconductor layer containing In is made of InGaN or AlInGaN. 前記再成長層は、前記Inを含む窒化物半導体層の下に、GaNまたはAlGaNからなる薄膜が形成された多層膜で構成されていることを特徴とする、請求項1に記載の窒化物半導体レーザ装置。   2. The nitride semiconductor according to claim 1, wherein the regrowth layer includes a multilayer film in which a thin film made of GaN or AlGaN is formed under the nitride semiconductor layer containing In. Laser device. 前記電流狭窄層は、N型不純物がドープされたGaNまたはAlGaNからなることを特徴とする、請求項1に記載の窒化物半導体レーザ装置。   2. The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein the current confinement layer is made of GaN or AlGaN doped with an N-type impurity. 3. 前記電流狭窄層の屈折率は、前記再成長層の屈折率よりも小さいことを特徴とする、請求項1に記載の窒化物半導体レーザ装置。   2. The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein a refractive index of the current confinement layer is smaller than a refractive index of the regrowth layer. 前記再成長層は、前記クラッド層の一部を構成していることを特徴とする、請求項1に記載の窒化物半導体レーザ装置。   The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein the regrowth layer constitutes a part of the cladding layer. 前記電流狭窄層の開口部に埋設された前記再成長層のうち、前記開口部側面に隣接する領域がn型化されており、該n型化領域の幅が、前記開口部に埋設された前記再成長層のうちn型化されていない領域の幅の10%以下であることを特徴とする、請求項1に記載の窒化物半導体レーザ装置。   Of the regrowth layer embedded in the opening portion of the current confinement layer, a region adjacent to the side surface of the opening portion is n-type, and the width of the n-type region is embedded in the opening portion. 2. The nitride semiconductor laser device according to claim 1, wherein the nitride semiconductor laser device is 10% or less of a width of a region of the regrowth layer that is not n-type. クラッド層で挟持された活性層と、該活性層への電流を狭窄するための開口部を有する電流狭窄層とを備えた窒化物半導体レーザ装置であって、
前記電流狭窄層の開口部を覆うように、前記電流狭窄層上にp型不純物が添加された窒化物半導体からなる再成長層が形成され、
前記電流狭窄層の開口部に埋設された前記再成長層のうち、前記開口部側面に隣接する領域がn型化されており、該n型化領域の幅が0.15μm以下であることを特徴とする、窒化物半導体レーザ装置。
A nitride semiconductor laser device comprising: an active layer sandwiched between clad layers; and a current confinement layer having an opening for confining current to the active layer,
A regrowth layer made of a nitride semiconductor to which a p-type impurity is added is formed on the current confinement layer so as to cover the opening of the current confinement layer,
Of the regrowth layer embedded in the opening portion of the current confinement layer, a region adjacent to the side surface of the opening portion is n-type, and the width of the n-type region is 0.15 μm or less. A nitride semiconductor laser device that is characterized.
クラッド層で挟持された活性層と、該活性層への電流を狭窄するための開口部を有する電流狭窄層とを備えた窒化物半導体レーザ装置の製造方法であって、
基板上にクラッド層で挟持された活性層を形成する工程と、
前記クラッド層上に電流狭窄層を形成する工程と、
前記電流狭窄層の一部をエッチングして、前記活性層への電流を狭窄するための開口部を形成する工程と、
前記電流狭窄層の開口部を覆うように、前記電流狭窄層上に再成長層を形成する工程とを含み、
前記再成長層は、p型不純物が添加されたInを含む窒化物半導体層からなることを特徴とする、窒化物半導体レーザ装置の製造方法。
A method for manufacturing a nitride semiconductor laser device comprising: an active layer sandwiched between clad layers; and a current confinement layer having an opening for confining current to the active layer,
Forming an active layer sandwiched between clad layers on a substrate;
Forming a current confinement layer on the cladding layer;
Etching a part of the current confinement layer to form an opening for confining the current to the active layer;
Forming a regrowth layer on the current confinement layer so as to cover the opening of the current confinement layer,
The method of manufacturing a nitride semiconductor laser device, wherein the regrowth layer includes a nitride semiconductor layer containing In to which a p-type impurity is added.
前記再成長層を形成する工程は、
前記電流狭窄層の開口部を覆うように、前記電流狭窄層上にGaNまたはAlGaNからなる薄膜を形成する第1の工程と、
前記薄膜上にp型不純物が添加されたInを含む窒化物半導体層を形成する第2の工程とを含むことを特徴とする、請求項9に記載の窒化物半導体レーザ装置の製造方法。
The step of forming the regrowth layer includes:
A first step of forming a thin film made of GaN or AlGaN on the current confinement layer so as to cover the opening of the current confinement layer;
A method for manufacturing a nitride semiconductor laser device according to claim 9, further comprising a second step of forming a nitride semiconductor layer containing In doped with a p-type impurity on the thin film.
前記Inを含む窒化物半導体層は、InGaNまたはAlInGaNからなることを特徴とする、請求項9に記載の窒化物半導体レーザ装置の製造方法。 The method for manufacturing a nitride semiconductor laser device according to claim 9, wherein the nitride semiconductor layer containing In is made of InGaN or AlInGaN. クラッド層で挟持された活性層と、該活性層への電流を狭窄するための開口部を有する電流狭窄層とを備えた窒化物半導体レーザ装置の製造方法であって、
基板上にクラッド層で挟持された活性層を形成する工程と、
前記クラッド層上に電流狭窄層を形成する工程と、
前記電流狭窄層の一部をエッチングして、前記活性層への電流を狭窄するための開口部を形成する工程と、
前記電流狭窄層の開口部を覆うように、前記電流狭窄層上にp型不純物が添加された窒化物半導体層からなる再成長層を形成する工程とを含み、
前記再成長層を形成する工程は、
前記窒化物半導体層の横方向の成長が遅い第1の成長温度で堆積を行う第1の工程と、
前記窒化物半導体層の成長が結晶性の良い第2の成長温度で堆積を行う第2の工程とを含むことを特徴とする、窒化物半導体レーザ装置の製造方法。
A method of manufacturing a nitride semiconductor laser device comprising: an active layer sandwiched between clad layers; and a current confinement layer having an opening for confining current to the active layer,
Forming an active layer sandwiched between clad layers on a substrate;
Forming a current confinement layer on the cladding layer;
Etching a part of the current confinement layer to form an opening for confining the current to the active layer;
Forming a regrowth layer made of a nitride semiconductor layer doped with a p-type impurity on the current confinement layer so as to cover the opening of the current confinement layer,
The step of forming the regrowth layer includes:
A first step of depositing at a first growth temperature at which the lateral growth of the nitride semiconductor layer is slow;
A method of manufacturing a nitride semiconductor laser device, characterized in that the growth of the nitride semiconductor layer includes a second step of depositing at a second growth temperature with good crystallinity.
前記第1の成長温度が、前記第2の成長温度よりも低温であることを特徴とする、請求項12に記載の窒化物半導体レーザ装置の製造方法。   13. The method for manufacturing a nitride semiconductor laser device according to claim 12, wherein the first growth temperature is lower than the second growth temperature. 前記電流狭窄層の開口部に埋設された前記再成長層のうち、前記開口部側面に隣接する領域がn型化されており、該n型化領域の幅が、前記開口部に埋設された前記再成長層のうちn型化されていない領域の幅の10%以下であることを特徴とする、請求項9または12に記載の窒化物半導体レーザ装置の製造方法。   Of the regrowth layer embedded in the opening portion of the current confinement layer, a region adjacent to the side surface of the opening portion is n-type, and the width of the n-type region is embedded in the opening portion. 13. The method for manufacturing a nitride semiconductor laser device according to claim 9, wherein the width is 10% or less of a width of the regrowth layer that is not n-type.
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