JP2009170658A - Production process of semiconductor laser device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、共振器端面に埋め込み再成長型の窓構造を有する半導体レーザ装置の製造方法に関し、特に埋め込み再成長の工程に起因する装置特性の劣化の改善に関する。 The present invention relates to a method of manufacturing a semiconductor laser device having a buried regrowth type window structure on a cavity end face, and more particularly to improvement of device characteristic deterioration caused by a buried regrowth process.
端面発光型の半導体レーザにおける共振器端面の窓構造(以下、「端面窓構造」或いは「窓構造」と言う。)とは、半導体レーザの光出射端面を工夫して、出力または共振させるべき光が端面近傍で吸収されない様にした構造のことを言う。この端面窓構造を適用することにより、共振器の光出射端面の光学的破壊(COD)が生じる光出力レベルを向上させることができ、その結果、高温または高出力状態における素子の信頼性の向上や出力性能の向上などを図ることができる。 The window structure (hereinafter referred to as “end window structure” or “window structure”) of the cavity end face in the edge emitting semiconductor laser is the light to be output or resonated by devising the light emitting end face of the semiconductor laser. Refers to a structure that prevents absorption near the end face. By applying this end face window structure, it is possible to improve the light output level at which optical destruction (COD) of the light exit end face of the resonator occurs, and as a result, improve the reliability of the element at a high temperature or high output state. And output performance can be improved.
この様な端面窓構造を工夫した素子構造としては、例えば特許文献1、あるいは特許文献2に開示されている素子構造などが一般にも広く知られている。
As an element structure in which such an end face window structure is devised, for example, the element structure disclosed in Patent Document 1 or
特許文献1には、亜鉛(Zn)などの不純物を添加することにより、端面付近のバンドギャップエネルギーを拡大する手法が開示されている。不純物を添加するためのイオン注入法は、不純物元素をイオン注入した後に熱処理することにより、活性層の一部を無秩序化する方法である。拡散法は、活性層と混合することにより活性層を無秩序化する無秩序化材料を、端面窓部となる部分の上部に形成した後、熱処理により無秩序化材料を拡散させて活性層の一部を無秩序化する方法である。 Patent Document 1 discloses a technique for expanding the band gap energy in the vicinity of an end face by adding an impurity such as zinc (Zn). An ion implantation method for adding an impurity is a method in which a part of an active layer is disordered by performing heat treatment after ion implantation of an impurity element. In the diffusion method, a disordered material that disorderes the active layer by mixing with the active layer is formed on the upper part of the portion that becomes the end face window portion, and then the disordered material is diffused by heat treatment to partially remove the active layer. It is a method of disordering.
特許文献2には、再成長を用いて端面窓構造を形成する埋め込み再成長型の端面窓構造が提案されている。近年注目されているアルミニウムインジウムガリウムナイトライド(AlInGaN)系材料を用いた窒化物系半導体レーザ装置については、図1に示すような手法が開示されている。
同図は、半導体レーザ装置の共振器方向における断面を示す。例えば、基板101上に、バッファー層102、n型窒化物半導体層103、活性層104、p型窒化物半導体層105を順次積層して半導体レーザ構造を形成する。次に、p型窒化物半導体層105の最表面をSiO2などの保護膜106で覆う。その後、フォトリソグラフィーを用いて保護膜106の一部を開口する。次に、保護膜106の開口を通して、p型窒化物半導体層105からn型窒化物半導体層103までをエッチングすることにより、溝部107を形成する。この溝部107の位置は、共振器の一方の端部に対応する。その後、保護膜106をマスクとして用いて、埋め込み再成長により溝部107を埋め込むことにより、端面窓構造108を形成する。さらに、端面窓構造108の位置の紙面に直交する面で劈開することにより、端面窓構造を有する共振器の端面を形成する。
しかしながら、発明者らが実験を行ったところ、上記従来の埋め込み再成長型の端面窓構造の形成法の場合であっても、半導体レーザの出力特性の向上、及び出射端面劣化の抑制は困難であった。 However, as a result of experiments conducted by the inventors, it was difficult to improve the output characteristics of the semiconductor laser and to suppress the degradation of the emission end face even in the case of the conventional method for forming the buried regrowth end face window structure. there were.
それは、端面窓を形成する埋め込み再成長時に、端面窓として埋め込む領域以外の領域、例えば、p型窒化物半導体層105上に成膜されないように形成したSiO2などの保護膜106から、Siが不純物として拡散し、端面窓膜として成膜した結晶がn型半導体になるためである。これにより、不純物準位による光吸収が起こってしまい、端面窓構造としての機能が十分に得られなかったり、端面窓部を通してリーク電流が流れ、デバイスに悪影響を及ぼしたりすることが判った。
That is, Si is formed from a
本発明は、上記従来の問題を解決することを目的とし、埋め込み再成長型の端面窓構造を形成する工程における不純物の拡散を抑制して、半導体レーザの出力特性の向上、及び出射端面の劣化を回避することが可能な半導体レーザ装置の製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, suppress impurity diffusion in the step of forming a buried regrowth type end face window structure, improve the output characteristics of the semiconductor laser, and deteriorate the emission end face. An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor laser device that can avoid the above-described problem.
上記課題を解決するために、本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、ストライプ状の光導波路と、前記光導波路の少なくとも一端によって形成される出射端面とを有する半導体レーザ装置の製造方法であって、基板の上に第1クラッド層、第1光ガイド層、活性層、第2光ガイド層、及び第2クラッド層を含む積層構造を結晶成長させる工程と、前記積層構造の一部をエッチングにより除去して開口部を形成する工程と、前記開口部に前記活性層より禁制帯幅が大きな材料からなる結晶を埋め込み成長させて埋め込み成長部を形成する工程と、前記光導波路を形成する工程と、前記埋め込み成長部をへき開面が通るようにへき開することにより、前記出射端面を形成する工程とを含む。前記埋め込み成長部を形成する工程において、前記結晶の成長を、前記開口部の側壁面から進行し、且つ前記開口部を除く領域の表面から進行しない条件により行う。 In order to solve the above problems, a method of manufacturing a semiconductor laser device of the present invention is a method of manufacturing a semiconductor laser device having a striped optical waveguide and an emission end face formed by at least one end of the optical waveguide. A step of crystal-growing a laminated structure including a first cladding layer, a first light guide layer, an active layer, a second light guide layer, and a second cladding layer on a substrate, and etching a part of the laminated structure Removing and forming an opening; embedding and growing a crystal made of a material having a larger forbidden band width than the active layer in the opening; and forming the optical waveguide; And cleaving the cleaved growth portion so that the cleaved surface passes, thereby forming the emission end face. In the step of forming the buried growth portion, the growth of the crystal is performed under the condition that it proceeds from the side wall surface of the opening and does not proceed from the surface of the region excluding the opening.
本発明の半導体レーザ装置の製造方法によれば、活性層より禁制帯幅が大きい材料を埋め込む成長において、成長方向は溝部の側壁から進行し、溝部の底部及び、溝部以外の領域の表面から実質的に進行しないようにすることで、従来必要であった保護膜を必要としなくなる。これにより、保護膜からの不純物の拡散による窓機能低下及び、端面窓部を通してのリーク電流問題を解決することができ、出力特性の向上及び、素子寿命に優れた半導体レーザ装置を製造することが可能となる。 According to the method for manufacturing a semiconductor laser device of the present invention, in the growth in which a material having a forbidden band width larger than that of the active layer is embedded, the growth direction proceeds from the side wall of the groove, and substantially from the bottom of the groove and the surface of the region other than the groove. Thus, the protective film that has been necessary in the past is not required. As a result, the window function deterioration due to the diffusion of impurities from the protective film and the leakage current problem through the end face window portion can be solved, and the output characteristics can be improved and a semiconductor laser device with excellent element life can be manufactured. It becomes possible.
本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、上記構成を基本として、以下のような態様をとることができる。 The manufacturing method of the semiconductor laser device of the present invention can take the following aspects based on the above configuration.
すなわち、前記開口部の側壁面は、{10−10}面、或いは{10−11}面、或いは{10−12}面、或いは{11−20}面、或いは{11−21}面、或いは{11−22}面とすることができる。 That is, the side wall surface of the opening is a {10-10} plane, a {10-11} plane, a {10-12} plane, a {11-20} plane, a {11-21} plane, or The {11-22} plane can be used.
また、前記埋め込み成長部を形成する工程において、前記開口部の側壁面の各々を起点として成長する結晶の先端面の結合部により高密度欠陥領域が形成され、前記光導波路を形成する工程において、前記光導波路を、前記埋め込み成長部の共振器方向における対称中心からずらして形成し、前記出射端面を形成する工程における前記へき開を、前記へき開面が前記高密度欠陥領域を含まない位置で行うことが好ましい。 Further, in the step of forming the buried growth portion, in the step of forming the optical waveguide, a high-density defect region is formed by a coupling portion of the front end surface of the crystal that grows starting from each of the side wall surfaces of the opening. The optical waveguide is formed to be shifted from the symmetry center of the buried growth portion in the resonator direction, and the cleavage in the step of forming the emission end face is performed at a position where the cleavage plane does not include the high-density defect region. Is preferred.
また、前記埋め込み成長部を形成する工程において、前記開口部の側壁面の各々を起点として成長する結晶の先端面の結合部により高密度欠陥領域が形成され、前記光導波路を形成する工程において、前記光導波路を、少なくとも一方の端部が前記高密度欠陥領域を含まない領域に位置するように形成することが好ましい。 Further, in the step of forming the buried growth portion, in the step of forming the optical waveguide, a high-density defect region is formed by a coupling portion of the front end surface of the crystal that grows starting from each of the side wall surfaces of the opening. The optical waveguide is preferably formed so that at least one end portion is located in a region not including the high-density defect region.
高密度欠陥領域に光導波路を形成すると、光吸収が起こり共振器端面の発熱につながる。それにより、レーザ素子の寿命が短くなってしまう。つまり、光導波路の形成位置を、端面窓膜の結合部に存在する高密度欠陥領域を含まない領域に設定することにより、端面窓部の発熱を抑え且つレーザ素子劣化を回避することが可能となる。 When an optical waveguide is formed in a high-density defect region, light absorption occurs and leads to heat generation at the resonator end face. Thereby, the lifetime of the laser element is shortened. In other words, by setting the optical waveguide formation position to a region that does not include the high-density defect region existing in the joint portion of the end face window film, it is possible to suppress the heat generation of the end face window portion and avoid laser element degradation. Become.
また、前記埋め込み成長部を形成する工程において、前記結晶の成長を、有機窒素原料を用いて行うことが好ましい。 In the step of forming the buried growth portion, it is preferable that the crystal is grown using an organic nitrogen raw material.
また、前記埋め込み成長部を形成する工程において、一般式がAlXInYGa(1−X−Y)N(0≦X≦1、0≦Y≦1、X+Y=1)で表される材料の結晶からなる前記埋め込み成長部を形成することが好ましい。 In the step of forming the buried growth portion, the material represented by the general formula: Al X In Y Ga (1-XY) N (0 ≦ X ≦ 1, 0 ≦ Y ≦ 1, X + Y = 1) It is preferable to form the buried growth portion made of the crystal.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態における半導体レーザ装置の製造方法について、図面を参照して説明する。図2、図3Aa〜3Ga、図3Ab〜3Gbに、本実施形態における半導体レーザ装置の製造方法が工程順に示される。図2は断面図、図3Aa〜3Gaは上面図である。図3Ab〜3Gbはそれぞれ、図3Aa〜3GaにおけるI−I線(共振器方向)に沿った断面図である。
(First embodiment)
A method for manufacturing a semiconductor laser device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. 2, 3 </ b> Aa to 3 </ b> Ga, and FIGS. 2 is a cross-sectional view, and FIGS. 3Aa to 3Ga are top views. 3Ab to 3Gb are cross-sectional views taken along line II (resonator direction) in FIGS. 3Aa to 3Ga, respectively.
また、図3Dc〜3Gcには、図3Aa〜3GaにおけるII−II線(共振器方向と垂直な方向)に沿った断面が示される。図3Dd、3Edには、図3Da、3EaにおけるIII−III線(共振器方向と垂直な方向)に沿った断面が示される。 3Dc to 3Gc show cross sections along the II-II line (direction perpendicular to the resonator direction) in FIGS. 3Aa to 3Ga. 3Dd and 3Ed show cross sections along the line III-III (direction perpendicular to the resonator direction) in FIGS. 3Da and 3Ea.
なお、上記各図は図示の便宜上、一個の単位半導体レーザ装置の構造のみを抽出して示したものである。実際には、複数の半導体レーザ装置が、全体として同一構造を繰り返すように形成され、製造工程の所定の段階で一個の半導体レーザ装置に分離される。 Note that, in the drawings, for convenience of illustration, only the structure of one unit semiconductor laser device is extracted and shown. In practice, a plurality of semiconductor laser devices are formed so as to repeat the same structure as a whole, and are separated into one semiconductor laser device at a predetermined stage of the manufacturing process.
まず、図2に示すように、n−GaNからなる基板11の上に、例えば、有機金属気相成長(Metalorganic Chemical Vapor Deposition:MOCVD)法により、厚さが2μmのn型のAl0.05GaN0.95Nからなる第1クラッド層12を成長させる。次に、厚さが0.1μmのn型のGaNからなる第1光ガイド層13を成長させる。
First, as shown in FIG. 2, an n-type Al 0.05 layer having a thickness of 2 μm is formed on a
次に、厚さが7.5nmのIn0.02Ga0.98Nバリア層及び、厚さ3nmのIn0.10Ga0.9N量子井戸構造を交互に3周期成長させた量子井戸構造の活性層14、及び厚さが0.1μmのp型のGaNからなる第2光ガイド層15を成長させる。次に、1.5nmのp型Al0.1Ga0.9N層と厚さが1.5nmのp型GaN層を交互に160周期積層させた、厚さ0.48μmの歪超格子からなる第2クラッド層16を成長させる。最後に0.05μmの厚さのp型GaNからなるコンタクト層17を成長させる。
Next, a quantum well structure in which an In 0.02 Ga 0.98 N barrier layer having a thickness of 7.5 nm and an In 0.10 Ga 0.9 N quantum well structure having a thickness of 3 nm are alternately grown for three periods. The
結晶成長に用いる手法としては、MOCVD法、分子ビーム成長(MBE)法、化学ビーム成長(CBE)法等を用いることができる。MOCVD法を用いる場合の原料としては、例えば、Gaの原料としてトリメチルガリウム、Inの原料としてトリメチルインジウム、Alの原料としてトリメチルアルミニウム、N原料としてアンモニア、n型不純物のSi原料として、シランガス、p型不純物のMg原料としてビスシクロペンタジエニルマグネシウムを用いることができる。 As a method used for crystal growth, an MOCVD method, a molecular beam growth (MBE) method, a chemical beam growth (CBE) method, or the like can be used. The raw materials for the MOCVD method include, for example, trimethyl gallium as the Ga raw material, trimethyl indium as the In raw material, trimethyl aluminum as the Al raw material, ammonia as the N raw material, silane gas as the Si raw material for n-type impurities, and p-type. Biscyclopentadienylmagnesium can be used as the impurity Mg raw material.
次に、図3Aa及び図3Abに示すように、p型GaNからなるコンタクト層17の上に、例えば、シランガスを原料とするプラズマCVD法により、厚さが400nmのSiO2保護膜18を形成する。次に、フォトリソグラフィーを用いて、SiO2保護膜18の一部、すなわち共振器端面部となる領域をフッ化水素酸により除去し、四角形状の開口部18aを形成する。なお、開口部18aの形状は、本実施形態のような四角形状に限定されるものではなく、例えば円形状或いは、多角形状であってもよい。
Next, as shown in FIGS. 3Aa and 3Ab, an SiO 2
続いて、開口部18aを有するSiO2保護膜18をマスクとして、例えば、Cl2ガスを用いた誘導結合プラズマ(ICP)ドライエッチングを行う。この後、フッ化水素酸を用いてSiO2保護膜18を除去する。
Subsequently, using the SiO 2
このドライエッチングにより、図3Ba及び図3Bbに示すように、p型コンタクト層17、第2クラッド層16、第2光ガイド層15、活性層14、及び第1光ガイド層13、第1クラッド層12が選択的に除去されて、基板11を露出する開口部19aが形成される。なお、第1クラッド層12を数十nm残して、基板11を露出しない構造とすることもできる。また、第1光ガイド層13を数十nm残して、第1クラッド層12を露出しない構造とすることもできる。
By this dry etching, as shown in FIGS. 3Ba and 3Bb, the p-
次に、図3Ca及び図3Cbに示すように、エッチングにより形成した開口部19aに、例えばMOCVD法を用いて、活性層14より禁制帯幅が大きな材料からなる単結晶を埋め込み成長させて、その埋め込み成長部からなる端面窓膜19bを形成する。この埋め込み成長は、{0001}面方向に成長を伴わず開口部19aの側壁面のみから進行し、また、開口部18aを除く領域の表面から進行しない条件により行う。但し、埋め込み成長が進行しないとは、全く進行しない場合だけでなく、素子の特性に影響を与えるような結晶成長の進行が実質的にはない場合も含む。この工程によれば、マスクを形成するためのSiO2保護膜なしで端面窓膜19bを形成することができるので、SiO2保護膜から端面窓膜19bに不純物が拡散することを回避できる。
Next, as shown in FIGS. 3Ca and 3Cb, a single crystal made of a material having a larger forbidden band width than that of the
この工程において、MOCVD法で一般的に用いられる窒素源材料のアンモニアガスを用いた成長では、開口部19aの側壁面からだけでなく、{0001}面方向にも同時に結晶が成長する。しかしながら、例えば非特許文献1に示されているように、ジメチルヒドラジン((CH3)2N−NH2)を窒素源材料として用いれば、開口部19aの側壁面からのみ結晶を成長させることが可能である。すなわち、開口部18aを除く領域の表面、言い換えれば、開口部18aの周辺のp型コンタクト層17の表面は、開口部19aの側壁面に直交する面であるため、結晶成長が進行することはない。また、同様に、開口部19aの底部からも、実質的に結晶成長の進行がない。
In this step, in the growth using ammonia gas, which is a nitrogen source material generally used in the MOCVD method, crystals grow simultaneously in the {0001} plane direction as well as from the side wall surface of the
なお、開口部19aの底部の周辺部が完全に平坦ではなく、例えば周縁に曲面が形成されて、平坦な底面に対して角度を持った面が存在していた場合、当該部分から結晶成長が若干進行する可能性はある。しかし、端面窓膜19bの特性に影響を与える程の成長は進行せず、実質的に結晶成長の進行がないものとみなすことができる。
In addition, when the peripheral part of the bottom part of the
このようにして、開口部19aの側壁面、例えば、{10−10}面及び、{11−20}面からのみの結晶成長により、端面窓膜19bを形成することが可能になる。なお、窒素源材料として、ジメチルヒドラジンを用いた埋め込み成長では、開口部19aの側壁面は、{10−11}面、或いは{10−12}面、或いは{11−21}面、或いは{11−22}面の傾斜面であっても、開口部19aの深さと面方位を維持したまま埋め込むことが可能である。
In this manner, the end
また、端面窓膜19bを形成する際に、光導波に寄与する領域のみ埋め込むことができていれば、完全に埋め込まなくてもよい。
Further, when the end
一方、端面窓膜19bを形成した後に、先のエッチング工程において開口部19aの底部に露出した積層構造の表面と端面窓膜19bとの界面に、空間19cが残存することがある。しかしこの空間19cは、デバイスの特性に悪影響を与えない程度である。また、成長条件によっては、空間19cは消失しているように見える場合があるが、その場合でも端面窓膜19bの底部は、積層方向上面側の基板11の表面とは化学的に結合していない。
On the other hand, after the end
端面窓膜19bを形成する埋め込み再成長に用いる窒素源材料としては、ジメチルヒドラジンと同じ有機窒素原料のモノメチルヒドラジン((CH3)H-NH2)、ターシャリーブチルヒドラジン(C(CH3)3HN-NH2)、ターシャルブチルアミン(C(CH3)3NH2)、エチルアザイド(C2H5N3)などを用いてもよい。
Nitrogen source materials used for burying regrowth for forming the end
また、ジメチルヒドラジンは、アンモニアに対して、800℃以下で高い分解効率を示すことが知られている。従って、端面窓膜19bの形成温度に関して、例えば、単結晶GaNを形成する場合、アンモニアを用いると900℃以上の成膜温度が必要であるのに対し、ジメチルヒドラジンを用いることで、600℃〜800℃で単結晶GaNを成膜することが可能である。つまり、活性層14の成長温度と同等以下で端面窓膜19bを埋め込むことができ、且つ活性層14を形成しているInGaNのIn抜けをも抑制することができる。
Further, dimethylhydrazine is known to exhibit high decomposition efficiency with respect to ammonia at 800 ° C. or lower. Therefore, regarding the formation temperature of the end
以上のような手法を用いることにより、活性層より大きな禁制帯幅を有する端面窓膜19bを、{0001}面方向に成長を伴わず開口部19aの側壁面からのみ形成することが可能となる。従って、開口部19a以外の領域にSiO2などの保護膜を設ける必要なくなる。保護膜を必要としなくなるので、埋め込み成長時に起こる保護膜からの不純物拡散に伴う光吸収の問題を解消することができる。
By using the method as described above, it is possible to form the end
なお、端面窓膜19bの材質としては、AlXInYGa(1−X−Y)N(0≦X≦1、0≦Y≦1、X+Y=1)のうち、活性層よりも禁制帯幅が大きくなるようにXとYの値を選べばよい。
Note that the material of the end
次の製造工程では、コンタクト層17及び端面窓膜19bの上に、プラズマCVD法を用いて厚さ300nmのSiO2膜(図示せず)を形成する。その後、フォトリソグラフィー及び、フッ化水素酸を用いたエッチングにより、SiO2膜を選択的に除去して、幅が、1.5μmのストライプ状のSiO2マスク(図示せず)を形成する。その後、Cl2ガスを用いたICPドライエッチングを行い、ストライプ状のSiO2マスクに覆われていない領域を0.35μmの深さまでエッチングをする。これにより、図3Da、3Db、3Dc、及び3Ddに示すように、幅が1.5μmのリッジストライプ部20が形成される。その後、SiO2マスクをフッ化水素酸により除去する。なお、図3Dcは、図3Da、3DbのII−II線に沿った、端面窓膜19bにおける断面を示す。一方、図3Ddは、図3Da、3DbのIII−III線に沿った、共振器部における断面を示す。
In the next manufacturing process, an SiO 2 film (not shown) having a thickness of 300 nm is formed on the
次に、基板11の上方の全面を覆うようにプラズマCVD法により、厚さ300nmのSiO2膜(図示せず)を形成し、フォトリソグラフィーを用いて、コンタクト層17上のSiO2膜を露出させ、ドライエッチング等にてSiO2膜を選択的に除去して、図3Ea、3Eb、3Ec、及び3Edに示すように、絶縁膜21を形成する。
Next, by a plasma CVD method so as to cover the upper surface of the
なお、図3Ecは、図3Ea、3EbのII−II線に沿った、端面窓膜19bにおける断面を示す。一方、図3Edは、図3Ea、3EbのIII−III線に沿った、共振器部における断面を示す。
3Ec shows a cross section of the end
その後、厚さが35nmのパラジウム(Pd)と厚さが40nmの白金(Pt)とからなるp側電極22を、EB蒸着法などを用いてコンタクト層17の上に形成する。続いて、フォトリソグラフィーとEB蒸着法を用いて、リッジストライプ部20を覆う厚さ50nmのチタン(Ti)、厚さが200nmのPt、及び厚さが50nmのTiからなる配線電極23を形成する。配線電極23は、へき開面に平行な方向の幅を20μmとする。
Thereafter, a p-
次に、図3Fa、3Fb、及び3Fcに示すように、厚さが50nmのTiと厚さが1000nmのAuを積層させた膜を、共振器方向に550μm、へき開方向に150μmの平面方形状に、フォトリソグラフィー、EB蒸着装置を用いて形成する。さらに、電解メッキにより、Auの厚さを10μmまで増やし、パッド電極24を形成する。
Next, as shown in FIGS. 3Fa, 3Fb, and 3Fc, a film in which Ti having a thickness of 50 nm and Au having a thickness of 1000 nm are stacked is formed into a planar shape having a thickness of 550 μm in the resonator direction and 150 μm in the cleavage direction. , Photolithography, and EB deposition apparatus. Further, the thickness of Au is increased to 10 μm by electrolytic plating, and the
その後、ダイヤモンドスラリーを用いて、基板11の厚さを100μm程度まで薄片化した後、図3Gb、3Gcに示すように、基板11の裏面にn側電極25として厚さが5nmのTi、厚さが10nmのPt及び、厚さが1000nmのAuを、EB蒸着装置を用いて形成する。
Thereafter, the thickness of the
次に、共振器端面を形成するために、図3Gaに示すように、共振器長ごとにA−A面及びB−B面でへき開し、図3Gbに示すような個々の共振器に分離する。なお、図3Gcには、図3GaのII−II線に沿った、端面窓膜19bにおける断面を示す。一方、図3Gdは、図3GaのIII−III線に沿った、共振器部における断面を示す。
Next, in order to form a resonator end face, as shown in FIG. 3Ga, cleavage is performed at the AA plane and the BB plane for each resonator length, and separated into individual resonators as shown in FIG. 3Gb. . FIG. 3Gc shows a cross section of the end
以上のようにして、共振器端面に活性層より禁制帯幅が大きい材料を含む半導体レーザ装置を、埋め込み成長の工程において保護膜を必要とせずに作製することができる。その結果、保護膜からの不純物の拡散を回避して、半導体レーザの出力特性の向上、及び素子寿命の向上させることができる。 As described above, a semiconductor laser device including a material having a larger forbidden band width than that of the active layer on the end face of the resonator can be manufactured without the need for a protective film in the burying growth process. As a result, it is possible to avoid the diffusion of impurities from the protective film, improve the output characteristics of the semiconductor laser, and improve the device life.
本実施形態の製造方法によれば、更に、端面窓膜19bの結晶性が良好である、という効果も得られる。これについて、図4A〜4Cを参照して説明する。
According to the manufacturing method of the present embodiment, an effect that the crystallinity of the end
図4Aは、埋め込み成長により端面窓膜19bを形成する工程を示す斜視図である。積層膜30は、基板11上に形成された共振器構造を形成する複数の膜を簡略化して示したものである。この工程において、V族源であるアンモニアを用いた従来技術における結晶成長では、基板から(0001)方向に伸びている欠陥を引き継いで成長が進行する。開口部19aの底面からも結晶が成長するからである。
FIG. 4A is a perspective view showing a process of forming the end
これに対して、有機窒素原料である例えばジメチルヒドラジンを用いた本実施形態では、開口部19aの側壁面からのみ結晶が成長するため、基板から(0001)方向に伸びている欠陥が引き継がれることがない。端面窓となる領域の欠陥が低減すると、欠陥による光吸収を抑制することができ、出力特性の向上、ライフ特性に優れた半導体レーザ装置を得ることができる。なお、半導体レーザ装置の基板としてGaNを用いた例を示したが、サファイア、SiC、Siなどの基板を用いる場合には、GaN基板を用いる場合に比較して、基板の欠陥が多いので、端面窓となる領域の欠陥が低減する効果が顕著となる。
In contrast, in the present embodiment using, for example, dimethylhydrazine, which is an organic nitrogen raw material, crystals grow only from the side wall surface of the
図4Aに示すようにして良好な端面窓膜19bを形成した後、図4Bに示すようにリッジストライプを形成する。図示は省略するが、さらに必要な要素を形成した後、図4Cに示すように、劈開工程により個片の半導体レーザ装置に分離する。このとき、端面窓膜19bは開口部19aの側壁面から横方向に良好な結晶性が平坦に成長しているため、良好な劈開面が得られ、劈開不良が発生し難い。
After a good
なお、上記実施形態の構造では、端面窓膜19bは光を閉じ込める構造がないため、端面窓膜19bでは光が放射状に広がる。従って、端面反射による光導波形状と、光閉じ込めがある光導波形状が異なる為、光の結合効率が低下し、しきい値やレーザ特性に悪影響を及ぼすおそれがある。このことから、端面窓膜19bの共振器方向の長さは、1μm〜50μmとすることが好ましく、1μm〜10μmがより好ましい。
In the structure of the above embodiment, the end
また、へき開後の共振器方向の端面窓部の長さは、端面窓膜19bの共振器方向の長さの半分となる。したがって、共振器方向の端面窓膜19bの長さは2μm〜100μmとすればよい。
Further, the length of the end face window portion in the resonator direction after cleavage is half of the length of the end
(第2の実施形態)
第2の実施形態における半導体レーザ装置の製造方法について、図5A、図5Bを参照しながら説明する。図5Aは、本実施形態における半導体レーザ装置の製造方法のリッジストライプ形成工程を示す上面図である。図5Bは、図5AのIV−IV線に沿った、完成後の半導体レーザ装置の断面図である。
(Second Embodiment)
A manufacturing method of the semiconductor laser device according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 5A and 5B. FIG. 5A is a top view showing a ridge stripe forming step of the method of manufacturing the semiconductor laser device according to this embodiment. FIG. 5B is a cross-sectional view of the semiconductor laser device after completion, taken along line IV-IV in FIG. 5A.
本実施形態の製造方法は、第1の実施形態の製造方法とは、リッジストライプ形成方法が異なるだけで、他の工程は同一である。第1の実施形態における要素と同一の要素については、同一の参照符号を付して、説明の繰り返しを省略する。 The manufacturing method of this embodiment differs from the manufacturing method of the first embodiment only in the ridge stripe forming method, and the other steps are the same. The same elements as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description will not be repeated.
端面窓膜19bを形成するため埋め込み成長においては、図5Aに示すように、端面窓膜19bを二分した位置に結合部26(図中の破線の領域)が形成され、この部位は高密度欠陥領域である。すなわち、再成長により端面窓膜19bを形成する際に、{10−10}面、{11−20}面から結晶が形成するが、成長の起点となる面ごとに成長レートが異なる。その為、図5Aに示すように各面の結合部26が形成され、高密度の欠陥が生じる。
In the buried growth for forming the end
本実施形態においては、リッジストライプ部20は、端面窓膜19bを二分した位置の結合部26(高密度欠陥領域)からずらして、端面窓膜19bの低密度欠陥領域27(図中の破線以外の領域)に形成する。この後、第1の実施形態と同様にして、絶縁膜、電極等形成後、C−C面及びD−D面にてへき開を実施し、図4Bに示すような端面窓構造を有する半導体レーザ装置を得る。これにより、へき開面に高密度欠陥領域が含まれず、第1の実施形態よりも、出力特性及び、ライフ特性により優れた半導体レーザを得ることが可能となる。
In the present embodiment, the
(第3の実施形態)
第3の実施形態における半導体レーザ装置の製造方法について、図6A、6Bを参照しながら説明する。本実施形態の製造方法は、第1及び第2の実施形態における製造方法とは、リッジストライプ形成方法が異なるだけで、他は同一である。
(Third embodiment)
A method for manufacturing a semiconductor laser device according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 6A and 6B. The manufacturing method of this embodiment is the same as the manufacturing method of the first and second embodiments, except that the ridge stripe forming method is different.
図6Aに示すように、埋め込み成長は開口部19aの側壁面の各々から起こるため、高密度欠陥領域は、端面窓膜19bを二分した位置の結合部26だけでなく、他の部位の結合部28にも存在する。
As shown in FIG. 6A, since the burying growth occurs from each of the side wall surfaces of the
本実施形態では、第2の実施形態と同様に、リッジストライプ部20は、光導波領域が高密度欠陥領域にかからないよう、図6Aに示すような位置に形成し、第1の実施形態と同様にして、絶縁膜、電極形成等を行い、E−E面及びF−F面にてへき開を実施することで、図6Bに示すような低密度欠陥領域27のみにリッジストライプ部20形成することが可能となる。これにより、第2の実施形態より更に、半導体レーザの出力特性の向上及び、素子寿命の向上させることができる。
In the present embodiment, as in the second embodiment, the
なお、第1から第3の実施形態においては、半導体レーザ装置の基板としてGaNを用いた例を示したが、サファイア、SiC、Siなど他の基板を用いる場合にも、本発明を適用することができる。 In the first to third embodiments, an example in which GaN is used as the substrate of the semiconductor laser device has been described. However, the present invention is also applied to the case where other substrates such as sapphire, SiC, and Si are used. Can do.
また、上記実施形態では、リッジ導波路形の光導波路を有する半導体レーザ装置を製造する場合を例として、本発明の製造方法を示したが、本発明は、埋め込み形レーザ装置の製造方法にも適用可能である。 In the above embodiment, the manufacturing method of the present invention has been shown by way of example in the case of manufacturing a semiconductor laser device having a ridge waveguide type optical waveguide. However, the present invention is also applied to a method of manufacturing a buried laser device. Applicable.
本発明の半導体レーザ装置の製造方法は、埋め込み再成長に際しての不純物拡散による特性劣化を回避可能であり、高密度光ディスク装置に用いる窒化物系半導体レーザ装置などの製造に有用である。 The method for manufacturing a semiconductor laser device of the present invention can avoid characteristic deterioration due to impurity diffusion during buried regrowth, and is useful for manufacturing a nitride-based semiconductor laser device used for a high-density optical disk device.
11 基板
12 第1クラッド層
13 第1光ガイド層
14 活性層
15 第2光ガイド層
16 第2クラッド層
17 コンタクト層
18 SiO2保護膜
18a 開口部
19a 溝部開口部
19b 端面窓膜
19c 空間
20 リッジストライプ部
21 絶縁膜
22 p型電極
23 配線電極
24 パッド電極
25 n型電極
26 結合部(高密度欠陥領域)
27 低密度欠陥領域
28 結合部(高密度欠陥領域)
30 積層膜
101 基板
102 バッファー層
103 n型窒化物半導体層
104 活性層
105 p型窒化物半導体層
106 保護膜
107 切断溝
108 端面窓部
11
27 Low-
30
Claims (6)
基板の上に第1クラッド層、第1光ガイド層、活性層、第2光ガイド層、及び第2クラッド層を含む積層構造を結晶成長させる工程と、
前記積層構造の一部をエッチングにより除去して開口部を形成する工程と、
前記開口部に前記活性層より禁制帯幅が大きな材料からなる結晶を埋め込み成長させて埋め込み成長部を形成する工程と、
前記光導波路を形成する工程と、
前記埋め込み成長部をへき開面が通るようにへき開することにより、前記出射端面を形成する工程とを含み、
前記埋め込み成長部を形成する工程において、前記結晶の成長を、前記開口部の側壁面から進行し、且つ前記開口部を除く領域の表面から進行しない条件により行うことを特徴とする半導体レーザ装置の製造方法。 A manufacturing method of a semiconductor laser device having a stripe-shaped optical waveguide and an emission end face formed by at least one end of the optical waveguide,
Crystal growth of a laminated structure including a first cladding layer, a first light guide layer, an active layer, a second light guide layer, and a second cladding layer on a substrate;
Removing a part of the laminated structure by etching to form an opening;
A step of embedding and growing a crystal made of a material having a larger forbidden band width than the active layer in the opening to form a buried growth portion;
Forming the optical waveguide;
Forming the emission end face by cleaving so that a cleaved surface passes through the buried growth portion, and
In the step of forming the buried growth portion, the growth of the crystal is performed under a condition that proceeds from the side wall surface of the opening and does not proceed from the surface of the region excluding the opening. Production method.
前記光導波路を形成する工程において、前記光導波路を、前記埋め込み成長部の共振器方向における対称中心からずらして形成し、
前記出射端面を形成する工程における前記へき開を、前記へき開面が前記高密度欠陥領域を含まない位置で行う請求項1に記載の半導体レーザ装置の製造方法。 In the step of forming the buried growth portion, a high-density defect region is formed by a joint portion of the front end face of the crystal that grows starting from each of the side wall surfaces of the opening,
In the step of forming the optical waveguide, the optical waveguide is formed by being shifted from the symmetry center in the resonator direction of the buried growth portion,
The method of manufacturing a semiconductor laser device according to claim 1, wherein the cleavage in the step of forming the emission end face is performed at a position where the cleavage face does not include the high-density defect region.
前記光導波路を形成する工程において、前記光導波路を、少なくとも一方の端部が前記高密度欠陥領域を含まない領域に位置するように形成する請求項1に記載の半導体レーザ装置の製造方法。 In the step of forming the buried growth portion, a high-density defect region is formed by a joint portion of the front end face of the crystal that grows starting from each of the side wall surfaces of the opening,
The method of manufacturing a semiconductor laser device according to claim 1, wherein in the step of forming the optical waveguide, the optical waveguide is formed so that at least one end portion is located in a region not including the high-density defect region.
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