JP2010186835A - 窒化物半導体レーザ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い光閉じ込め効果及び電流ブロック効果が得られるクラックフリーな埋め込み型窒化物半導体レーザ装置を提供する。
【解決手段】本発明の窒化物半導体レーザ装置は、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１０３と、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１０３の上方に位置するＩｎＧａＮ量子井戸活性層１０５と、ＩｎＧａＮ量子井戸活性層１０５の上方に位置し、開口部が形成された電流狭窄層１２０と、電流狭窄層１２０の上面及び開口部内に形成されたｐ−ＧａＮガイド層１１１とを備え、電流狭窄層１２０は、Ａｌを含んだ窒化物半導体から構成され、電流狭窄層１２０のＡｌ組成は、上方に向けて高くなっている。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、窒化物半導体を用いた埋め込み型半導体レーザ装置に関する。

現在、窒化ガリウム（ＧａＮ）を代表とし、一般式がＩｎ_xＧａ_yＡｌ_1-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系半導体ともいう）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。

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等の光ディスクの読み出し及び書き込み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。

半導体レーザ装置として、半導体基板上にメサストライプ状に光導波路が形成され、その両脇に電流ブロック層が埋め込まれた構造の埋め込み型半導体レーザ装置が広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。以下に、埋め込み型半導体レーザ装置の構造について図６を参照しながら説明する。図６は、埋め込み型半導体レーザ装置の断面図である。

この埋め込み型半導体レーザ装置は、ｎ−ＧａＮ基板３０１、ｎ−ＧａＮ層３０２、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層３０３、ｎ−ＧａＮガイド層３０４、ＩｎＧａＮからなるＭＱＷ活性層３０５、ｐ−ＡｌＧａＮ電子障壁層３０６、ｐ−ＧａＮガイド層３０７、ｎ−ＧａＮガイド層３０８、ｎ―Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ電流狭窄層３０９、ｐ−ＧａＮガイド層３１０、ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層３１１、及びｐ−ＧａＮコンタクト層３１２から構成されている。ｐ―ＧａＮコンタクト層３１２上にはｐ型電極３１３が形成され、ｎ−ＧａＮ基板３０１の各層が形成されている面と反対側の裏面にはｎ型電極３１４が形成されている。電流はｎ−Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ電流狭窄層３０９を流れず、ｎ−Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ電流狭窄層３０９が除去された部分のみを流れる。

埋め込み型半導体レーザ装置の特徴は、横モード特性に影響を与えるＩｎＧａＮ活性層（ＭＱＷ活性層３０５）からｎ−Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ電流狭窄層３０９までの距離を精度よく制御することができるため、自励発振による低雑音化が可能である点である。また、埋め込み型半導体レーザ装置では、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、性能及び信頼性の面で有利な点が多い。特許文献１では、ｎ−ＧａＮ基板３０１上にｎ−ＡｌＧａＮクラッド層３０３及びＭＱＷ活性層３０５を形成した後、ＭＱＷ活性層３０５上方にｎ―Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ電流狭窄層３０９を形成して、当該ｎ―Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ電流狭窄層３０９に開口部を形成する際、ｎ−ＧａＮ基板３０１の裏面（Ｖ族面）をエッチング溶液から保護した状態で、ｎ―Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ電流狭窄層３０９の表面（III族面）が光電気化学（ＰＥＣ：Photoelectrochemical）エッチングと呼ばれる方法でウエットエッチングされている。これによって、埋め込み型窒化物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と開示されている。
特開２００７-６７２９０号公報

ところで、特許文献１で開示されているような電流狭窄層のエッチング技術の確立により、埋め込み型窒化物半導体レーザ装置においてシングルモードのレーザ発振が確認された。しかしながら、埋め込み型窒化物半導体レーザ装置を評価していたところ、レーザ発振しない、又はしきい値が高いデバイスが多数存在していることを確認した。そのようなデバイスについて評価していると、デバイスの電流狭窄層にクラックが存在していることを確認した。

クラックを抑制するためには、ｎ−ＡｌＧａＮ電流狭窄層のＡｌ組成を下げる、又は膜厚を薄くすることが考えられる。しかし、Ａｌ組成の低下又は電流狭窄層の薄膜化を行うと、横方向の光閉じ込め（以下単にΔｎともいう）及び電流ブロック効果が低下してしまい、しきい値電流及びスロープ効率などデバイス特性が悪化する。

そこで本発明は、高い光閉じ込め及び電流ブロック効果が得られるクラックフリーな窒化物半導体レーザ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の窒化物半導体レーザ装置は、ｎ型クラッド層と、前記ｎ型クラッド層の上方に位置する活性層と、前記活性層の上方に位置し、開口部が形成された電流狭窄層と、前記電流狭窄層の開口部内に形成されたｐ型半導体層とを備え、前記電流狭窄層は、Ａｌを含んだ窒化物半導体から構成され、前記電流狭窄層のＡｌ組成は、上方に向けて低くなることを特徴とする。

これにより、活性層に近く、活性層から染み出した光の強度が高い電流狭窄層の下部は、高いΔｎが得られるように高いＡｌ組成とされ、活性層から染み出した光の強度が低い電流狭窄層の上部は、低いＡｌ組成とされる。従って、高いΔｎ及び電流ブロック効果を持つ電流狭窄層を実現することができる。その結果、しきい値及びスロープ効率などデバイス特性を向上させることができる。更には、高いΔｎ及び電流ブロック効果に必要な膜厚を成長してもクラックフリーな電流狭窄層を実現することができる。また、自励発振動作をさせる場合、安定した自励動作を得ることもできる。

ここで、本発明の窒化物半導体レーザ装置は、前記電流狭窄層は、第１の電流狭窄層と、前記第１の電流狭窄層の上方に位置し、前記第１の電流狭窄層よりもＡｌ組成の低い第２の電流狭窄層とから構成され、前記第１の電流狭窄層のＡｌ組成と膜厚とを乗算して得られる値と、前記第２の電流狭窄層のＡｌ組成と膜厚とを乗算して得られる値との和は、１６４０（％・ｎｍ）以下であることが好ましい。

これにより、クラックフリーとなる電流狭窄層を再現性よく形成することができる。

本発明の窒化物半導体レーザ装置は、前記電流狭窄層は、第１の電流狭窄層と、前記第１の電流狭窄層の上方に位置し、前記第１の電流狭窄層よりもＡｌ組成の低い第２の電流狭窄層とから構成され、前記第１の電流狭窄層は、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（０＜ｘ≦１）から構成され、前記第２の電流狭窄層は、Ａｌ_yＧａ_1-yＮ（０＜ｙ＜ｘ）から構成されることが好ましい。

また、本発明の窒化物半導体レーザ装置では、前記電流狭窄層のＡｌ組成は、上方に向けて漸次減少していることが好ましい。

これにより、大幅にΔｎ及び電流ブロック効果を高めることができる。その結果、しきい値電流及びスロープ効率などデバイス特性をより向上させることができる。更には、高いΔｎ及び電流ブロック効果に必要な膜厚を成長してもクラックフリーな電流狭窄層を実現することができる。また、自励発振動作をさせる場合、より安定した自励動作を得ることができる。

また、本発明の窒化物半導体レーザ装置では、前記電流狭窄層のＡｌ組成を前記電流狭窄層の膜厚方向に積分した値は１６４０（％・ｎｍ）以下であることが好ましい。

これにより、クラックフリーとなる電流狭窄層を再現性よく形成する事ができる。

また、本発明の窒化物半導体レーザ装置では、前記電流狭窄層は、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（０＜ｘ≦１）から構成されることが好ましい。

本発明により、高い光閉じ込め及び電流ブロック効果が得られるクラックフリーな埋め込み型窒化物半導体レーザ装置を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態における窒化物半導体レーザ装置について、図面を参照しながら説明する。

（第１の実施形態）
図１Ａは、本実施形態に係る埋め込み型窒化物半導体レーザ装置の構成を示す断面図であり、図１Ｂは同半導体レーザ装置の電流狭窄層１２０のＡｌ組成（単位：％）の一例を示すグラフである。

この半導体レーザ装置は、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層（ｎ−Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎクラッド層）１０３と、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１０３の上方に位置するＩｎＧａＮ量子井戸活性層（Ｉｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ／Ｉｎ_0.02Ｇａ_0.98Ｎ ＭＱＷ活性層）１０５と、ＩｎＧａＮ量子井戸活性層１０５の上方に位置し、開口部が形成された電流狭窄層１２０と、電流狭窄層１２０の上面及び開口部内に形成されたｐ−ＧａＮガイド層１１１とを備える。電流狭窄層１２０は、Ａｌを含んだ窒化物半導体から構成され、電流狭窄層１２０のＡｌ組成は、上方（ｎ−ＧａＮ基板１０１における半導体層の積層方向）に向けて、つまりＩｎＧａＮ量子井戸活性層１０５から離れる方向に向けて段階的に低くなっている。電流狭窄層１２０は、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（０＜ｘ≦１）から構成されるｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＮ第１の電流狭窄層１０９と、ｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＮ第１の電流狭窄層１０９の上方に位置し、ｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＮ第１の電流狭窄層１０９よりもＡｌ組成が低く、Ａｌ_yＧａ_1-yＮ（０＜ｙ＜ｘ）から構成されるｎ−Ａｌ_yＧａ_1-yＮ第２の電流狭窄層１１０とから構成されている。

具体的に、この半導体レーザ装置は、図１Ａに示すように、ｎ−ＧａＮ基板１０１の上に順次形成された、ｎ−ＧａＮ層１０２、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１０３、ｎ−ＧａＮガイド層１０４、ＩｎＧａＮ量子井戸活性層１０５、ｐ−ＡｌＧａＮ電子障壁層（ｐ−Ａｌ_0.22Ｇａ_0.78Ｎ電子障壁層）１０６、ｐ−ＧａＮガイド層１０７、ｎ−ＧａＮガイド層１０８、電流狭窄層１２０、ｐ−ＧａＮガイド層１１１、歪量子井戸構造を有するｐ−Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ／ＧａＮクラッド層１１２、及びｐ−ＧａＮコンタクト層１１３を備えている。ｐ−ＧａＮコンタクト層１１３の上には、ｐ型電極１１４が形成され、ｎ−ＧａＮ基板１０１の裏面には、ｎ型電極１１５が形成されている。

電流狭窄層１２０は、多層構造の層であり、ｎ−Ａｌ_yＧａ_1-yＮ第２の電流狭窄層１１０と、ｎ−Ａｌ_yＧａ_1-yＮ第２の電流狭窄層１１０よりもＩｎＧａＮ量子井戸活性層１０５に近い距離に位置するｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＮ第１の電流狭窄層１０９とを含んでいる。ここで、ｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＮ第１の電流狭窄層１０９及びｎ−Ａｌ_yＧａ_1-yＮ第２の電流狭窄層１１０は、ｘ＞ｙ（０＜ｘ≦１、０＜ｙ＜ｘ）となるように構成されている。従って、図１Ｂに示すように、電流狭窄層１２０の下部のＡｌ組成は、電流狭窄層１２０の上部のＡｌ組成よりも高い。

ｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＮ第１の電流狭窄層１０９のＡｌ組成を３０％以上にすると、成長層表面のモホロジー荒れ及び結晶性の悪化による、しきい値電流の増大及び駆動電圧の増大などデバイス特性が悪化することが考えられる。従って、ｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＮ第１の電流狭窄層１０９のＡｌ組成を最大３０％、つまり３０％より小さくすることが好ましい。

この半導体レーザ装置は、電流がｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＮ第１の電流狭窄層１０９及びｎ−Ａｌ_yＧａ_1-yＮ第２の電流狭窄層１１０には流れず、ｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＮ第１の電流狭窄層１０９及びｎ−Ａｌ_yＧａ_1-yＮ第２の電流狭窄層１１０が除去された電流注入部１１６のみを流れる構造となっている。つまり、ｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＮ第１の電流狭窄層１０９及びｎ−Ａｌ_yＧａ_1-yＮ第２の電流狭窄層１１０の開口部内のｐ−ＧａＮガイド層１１１のみを流れる構造となっている。

以下に本実施形態に係る埋め込み型窒化物半導体レーザ装置の製造方法について、図２Ａ〜図２Ｅを参照して説明する。図２Ａ〜図２Ｅは、同半導体レーザ装置の製造方法を説明するための断面図である。

まず、図２Ａに示すように、ｎ−ＧａＮ基板１０１の上に、ｎ−ＧａＮ層１０２と、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層１０３と、ｎ−ＧａＮガイド層１０４と、ＩｎＧａＮ量子井戸活性層１０５と、ｐ−ＡｌＧａＮ電子障壁層１０６と、ｐ−ＧａＮガイド層１０７と、ｎ−ＧａＮガイド層１０８と、ｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＮ第１の電流狭窄層１０９と、ｎ−Ａｌ_yＧａ_1-yＮ第２の電流狭窄層１１０とが有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により順次積層される。

次に、図２Ｂに示すように、ｎ−Ａｌ_yＧａ_1-yＮ第２の電流狭窄層１１０上にマスク１１７が形成される。

次に、図２Ｃに示すように、ｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＮ第１の電流狭窄層１０９及びｎ−Ａｌ_yＧａ_1-yＮ第２の電流狭窄層１１０がドライエッチング又はウエットエッチングされ、電流注入部１１６が形成された後、マスク１１７が薬液で除去される。

次に、図２Ｄに示すように、電流狭窄層１２０に形成された開口部内、及び電流狭窄層１２０（ｎ−Ａｌ_yＧａ_1-yＮ第２の電流狭窄層１１０）上面に、ｐ−ＧａＮガイド層１１１、ｐ−Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ／ＧａＮクラッド層１１２及びｐ−ＧａＮコンタクト層１１３がＭＯＣＶＤ法による再成長で形成される。

次に、窒素雰囲気中、８００℃でｐ型層の活性化アニールが行われた後、ｐ−ＧａＮコンタクト層１１３上にｐ型電極１１４が形成される。ｐ型電極１１４はニッケル（Ｎｉ）又はパラジウム（Ｐｄ）を含む多層膜を電子線（ＥＢ）蒸着法により形成し、その後シンタリングを行うことにより形成される。

次に、図２Ｅに示すように、ｎ−ＧａＮ基板１０１のＭＯＣＶＤ法での成長層が形成されていない裏面が研磨されてｎ−ＧａＮ基板１０１が薄くされ、研磨された裏面にｎ型電極１１５が形成される。ｎ型電極１１５の材料としてはＴｉやＶなどを含んだ多層膜が一般的に用いられる。その後、へき開が行われ、続いてチップ分離が行われて、図１Ａの埋め込み型窒化物半導体レーザ装置が製造される。

以上のように、本実施形態の埋め込み型窒化物半導体レーザ装置によれば、ＩｎＧａＮ量子井戸活性層１０５に近く、染み出した光（ＩｎＧａＮ量子井戸活性層１０５から染み出した光）の強度が高いｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＮ第１の電流狭窄層１０９はＡｌ組成の高い層とされるため、高いΔｎ及び電流ブロック効果を持つ電流狭窄層１２０を実現することができる。従って、しきい値及びスロープ効率などデバイス特性を向上させることができる。更には、同染み出した光の強度が低いｎ−Ａｌ_yＧａ_1-yＮ第２の電流狭窄層１１０はｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＮ第１の電流狭窄層１０９のＡｌ組成よりも低いＡｌ組成の層とされるため、高いΔｎ及び電流ブロック効果に必要な膜厚を成長してもクラックフリーな電流狭窄層１２０を実現することができる。また、自励発振動作をさせる場合、高いΔｎが実現できるため、安定した自励動作を得ることもできる。

図３は、電流狭窄層１２０がクラックフリーとなる歪量の値を調べるための、電流狭窄層１２０の歪量とクラックとの関係を示す図である。

図３から、電流狭窄層１２０の歪量を２１００（％・ｎｍ）から低下させていくと、歪量１６４０（％・ｎｍ）にて電流狭窄層起因のクラックが発生しなくなることが確認される。この結果に基づき、ｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＮ第１の電流狭窄層１０９及びｎ−Ａｌ_yＧａ_1-yＮ第２の電流狭窄層１１０の膜厚は、Ａｌ組成（単位：％）×膜厚（単位：ｎｍ）＜１６４０（％・ｎｍ）を満たし、クラックフリーとなるように決められる。具体的には、ｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＮ第１の電流狭窄層１０９のＡｌ組成と膜厚とを乗算して得られる値と、ｎ−Ａｌ_yＧａ_1-yＮ第２の電流狭窄層１１０のＡｌ組成と膜厚とを乗算して得られる値との和が１６４０（％・ｎｍ）以下となるようにされる。従って、ｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＮ第１の電流狭窄層１０９のＡｌ組成ｘ（％）は、１５％≦ｘ≦３０％が好ましく、膜厚α（ｎｍ）は、１０ｎｍ≦α≦５０ｎｍが好ましい。また、ｎ−Ａｌ_yＧａ_1-yＮ第２の電流狭窄層１１０のＡｌ組成ｙ（％）は、高いΔｎを得るために、５％≦ｙ＜１５％が好ましく、膜厚β（ｎｍ）は、１０ｎｍ≦β＜３００ｎｍが好ましい。これにより、クラックフリーとなる電流狭窄層１２０を確実に形成することができる。

（第２の実施形態）
図４Ａは、本実施形態に係る埋め込み型窒化物半導体レーザ装置の構成を示す断面図であり、図４Ｂは、同半導体レーザ装置のｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＮ電流狭窄層２０９のＡｌ組成（単位：％）の一例を示すグラフである。

この半導体レーザ装置は、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層２０３と、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層２０３の上方に位置するＩｎＧａＮ量子井戸活性層（Ｉｎ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ／Ｉｎ_0.02Ｇａ_0.98Ｎ ＭＱＷ活性層）２０５と、ＩｎＧａＮ量子井戸活性層２０５の上方に位置し、開口部が形成されたｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＮ電流狭窄層２０９と、ｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＮ電流狭窄層２０９の上面及び開口部内に形成されたｐ−ＧａＮガイド層２１０とを備える。ｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＮ電流狭窄層２０９は、Ａｌを含んだ窒化物半導体、つまりＡｌ_xＧａ_1-xＮ（０＜ｘ≦１）から構成され、ｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＮ電流狭窄層２０９のＡｌ組成は、上方（半導体層の積層方向）に向けて、つまりＩｎＧａＮ量子井戸活性層２０５から離れる方向に向けて連続的に低くなっている。

具体的に、この半導体レーザ装置は、図４Ａに示すように、ｎ−ＧａＮ基板２０１の上に順次積層された、ｎ−ＧａＮ層２０２、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層（ｎ−Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎクラッド層）２０３、ｎ−ＧａＮガイド層２０４、ＩｎＧａＮ量子井戸活性層２０５、ｐ−ＡｌＧａＮ電子障壁層（ｐ−Ａｌ_0.22Ｇａ_0.78Ｎ電子障壁層）２０６、ｐ−ＧａＮガイド層２０７、ｎ−ＧａＮガイド層２０８、ｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＮ電流狭窄層２０９、ｐ−ＧａＮガイド層２１０、歪量子井戸構造を有するｐ−Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ／ＧａＮクラッド層２１１、及びｐ−ＧａＮコンタクト層２１２を備えている。ｐ−ＧａＮコンタクト層２１２の上には、ｐ型電極２１３が形成され、ｎ−ＧａＮ基板２０１の裏面には、ｎ型電極２１４が形成されている。

ｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＮ電流狭窄層２０９のＡｌ組成（０＜Ａｌ組成≦１）は、図４Ｂに示すように、染み出した光（ＩｎＧａＮ量子井戸活性層２０５から染み出した光）の強度が高いｎ−ＧａＮ基板２０１側の下部（ｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＮ電流狭窄層２０９のｎ−ＧａＮガイド層２０８と接する部分）から同染み出した光の強度が低い成長層の表面側の上部（ｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＮ電流狭窄層２０９のｐ−ＧａＮガイド層２１０と接する部分）に向かい、漸次減少している。

ｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＮ電流狭窄層２０９のＡｌ組成を高くし過ぎると、成長層表面のモホロジーの悪化、及び結晶性の劣化が懸念される。従って、染み出した光の強度が高い基板側のｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＮ電流狭窄層２０９のＡｌ組成は上限３０％とされる。また、ｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＮ電流狭窄層２０９の膜厚（単位：ｎｍ）は、Ａｌ組成×膜厚＜１６４０（％・ｎｍ）を満たし、クラックフリーになるように決められる。従って、ｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＮ電流狭窄層２０９のＡｌ組成をｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＮ電流狭窄層２０９の膜厚方向（ｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＮ電流狭窄層２０９の成長方向、つまり上方向）に積分した値は１６４０（％・ｎｍ）以下となるようにされる。これにより、クラックフリーとなるｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＮ電流狭窄層２０９を確実に形成することができる。

この半導体レーザ装置は、電流がｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＮ電流狭窄層２０９には流れず、ｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＮ電流狭窄層２０９が除去された電流注入部２１６のみを流れる構造となっている。

以下に本実施形態に係る埋め込み型窒化物半導体レーザ装置の製造方法について、図５Ａ〜図５Ｅを参照して説明する。図５Ａ〜図５Ｅは、同半導体レーザ装置の製造方法を説明するための断面図である。

まず、図５Ａに示すように、ｎ−ＧａＮ基板２０１の上に、ｎ−ＧａＮ層２０２と、ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層２０３と、ｎ−ＧａＮガイド層２０４と、ＩｎＧａＮ量子井戸活性層２０５と、ｐ−ＡｌＧａＮ電子障壁層２０６と、ｐ−ＧａＮガイド層２０７と、ｎ−ＧａＮガイド層２０８と、ｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＮ電流狭窄層２０９とがＭＯＣＶＤ法により順次積層される。ｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＮ電流狭窄層２０９はｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＮで構成されており、入射光の強度が高い基板側の部分のＡｌ組成は０．１≦ｘ≦１となるように選択され、成長層表面側に向かうにしたがい漸次減少している。

次に、図５Ｂに示すように、ｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＮ電流狭窄層２０９上にマスク２１７が形成される。

次に、図５Ｃに示すように、ｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＮ電流狭窄層２０９がドライエッチング又はウエットエッチングされ、電流注入部２１６が形成された後、マスク２１７が薬液で除去される。

次に、図５Ｄに示すように、ｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＮ電流狭窄層２０９に形成された開口部内、及びｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＮ電流狭窄層２０９上面に、ｐ−ＧａＮガイド層２１０、ｐ−Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ／ＧａＮクラッド層２１１及びｐ−ＧａＮコンタクト層２１２がＭＯＣＶＤ法による再成長で形成される。

次に、窒素雰囲気中、８００℃でｐ型層の活性化アニールが行われた後、ｐ−ＧａＮコンタクト層２１２上にｐ型電極２１３が形成される。ｐ型電極２１３はニッケル（Ｎｉ）又はパラジウム（Ｐｄ）を含む多層膜を電子線（ＥＢ）蒸着法により形成し、その後シンタリングを行うことにより形成される。

次に、図５Ｅに示すように、ｎ−ＧａＮ基板２０１のＭＯＣＶＤ法での成長層が形成されていない裏面が研磨されてｎ−ＧａＮ基板２０１が薄くされ、研磨された裏面にｎ型電極２１４が形成される。ｎ型電極２１４の材料としてはＴｉやＶなどを含んだ多層膜が一般的に用いられる。その後、へき開が行われ、続いてチップ分離が行われて、図４Ａの埋め込み型窒化物半導体レーザ装置が製造される。

以上のように、本実施形態の埋め込み型窒化物半導体レーザ装置によれば、ｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＮ電流狭窄層２０９のＡｌ組成は、ＩｎＧａＮ量子井戸活性層２０５に近く、染み出した光（ＩｎＧａＮ量子井戸活性層２０５からの染み出した光）の強度が高い基板側の部分から、同染み出した光の強度が低い成長層表面側の部分に向かい漸次減少する。従って、第１の実施形態の半導体レーザ装置よりも大幅にΔｎ及び電流ブロック効果を高めることができ、光学設計の範囲を広げることができる。その結果、しきい値電流及びスロープ効率などデバイス特性をより向上させることができる。更には、高いΔｎ及び電流ブロック効果に必要な膜厚を成長してもクラックフリーなｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＮ電流狭窄層２０９を実現することができる。また、自励発振動作をさせる場合、高いΔｎが実現できるため、より安定した自励動作を得ることもできる。

以上、本発明の窒化物半導体レーザ装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲内で当業者が思いつく各種変形を施したものも本発明の範囲内に含まれる。

例えば、上記第１の実施形態において、電流狭窄層１２０には、ｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＮ第１の電流狭窄層１０９及びｎ−Ａｌ_yＧａ_1-yＮ第２の電流狭窄層１１０以外の他の層が含まれていてもよい。

また、上記実施形態において、本発明のｐ型半導体層としてｐ−ＧａＮガイド層１１１及び２１０を例示したが、電流狭窄層の開口部内に形成され、ｐ型窒化物半導体から構成される層であればこれに限られない。

本発明は、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に利用することができる。

本発明の第１の実施形態の埋め込み型窒化物半導体レーザ装置の構成を示す断面図である。 同実施形態の埋め込み型窒化物半導体レーザ装置の電流狭窄層のＡｌ組成の一例を示すグラフである。 同実施形態の埋め込み型窒化物半導体レーザ装置の製造方法を説明するための断面図である。 同実施形態の埋め込み型窒化物半導体レーザ装置の製造方法を説明するための断面図である。 同実施形態の埋め込み型窒化物半導体レーザ装置の製造方法を説明するための断面図である。 同実施形態の埋め込み型窒化物半導体レーザ装置の製造方法を説明するための断面図である。 同実施形態の埋め込み型窒化物半導体レーザ装置の製造方法を説明するための断面図である。 電流狭窄層の歪量とクラックとの関係を示す図である。 本発明の第２の実施形態の埋め込み型窒化物半導体レーザ装置の構成を示す断面図である。 同実施形態の埋め込み型窒化物半導体レーザ装置の電流狭窄層のＡｌ組成の一例を示すグラフである。 同実施形態の埋め込み型窒化物半導体レーザ装置の製造方法を説明するための断面図である。 同実施形態の埋め込み型窒化物半導体レーザ装置の製造方法を説明するための断面図である。 同実施形態の埋め込み型窒化物半導体レーザ装置の製造方法を説明するための断面図である。 同実施形態の埋め込み型窒化物半導体レーザ装置の製造方法を説明するための断面図である。 同実施形態の埋め込み型窒化物半導体レーザ装置の製造方法を説明するための断面図である。 従来の埋め込み型窒化物半導体レーザ装置の構成を示す断面図である。

１０１、２０１、３０１ ｎ−ＧａＮ基板
１０２、２０２、３０２ ｎ−ＧａＮ層
１０３、２０３、３０３ ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層
１０４、２０４、３０４ ｎ−ＧａＮガイド層
１０５、２０５ ＩｎＧａＮ量子井戸活性層
１０６、２０６、３０６ ｐ−ＡｌＧａＮ電子障壁層
１０７、２０７、３０７ ｐ−ＧａＮガイド層
１０８、２０８、３０８ ｎ−ＧａＮガイド層
１０９ ｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＮ第１の電流狭窄層
１１０ ｎ−Ａｌ_yＧａ_1-yＮ第２の電流狭窄層
１１１、２１０、３１０ ｐ−ＧａＮガイド層
１１２、２１１ ｐ−Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ／ＧａＮクラッド層
１１３、２１２、３１２ ｐ−ＧａＮコンタクト層
１１４、２１３、３１３ ｐ型電極
１１５、２１４、３１４ ｎ型電極
１１６、２１６ 電流注入部
１１７、２１７ マスク
１２０ 電流狭窄層
２０９ ｎ−Ａｌ_xＧａ_1-xＮ電流狭窄層
３０５ ＭＱＷ活性層
３０９ ｎ―Ａｌ_0.15Ｇａ_0.85Ｎ電流狭窄層
３１１ ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層

Claims (6)

1. ｎ型クラッド層と、
   前記ｎ型クラッド層の上方に位置する活性層と、
   前記活性層の上方に位置し、開口部が形成された電流狭窄層と、
   前記電流狭窄層の開口部内に形成されたｐ型半導体層とを備え、
   前記電流狭窄層は、Ａｌを含んだ窒化物半導体から構成され、
   前記電流狭窄層のＡｌ組成は、上方に向けて低くなる
   窒化物半導体レーザ装置。
2. 前記電流狭窄層のＡｌ組成を前記電流狭窄層の膜厚方向に積分した値は１６４０（％・ｎｍ）以下である
   請求項１に記載の窒化物半導体レーザ装置。
3. 前記電流狭窄層は、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（０＜ｘ≦１）から構成される
   請求項１に記載の窒化物半導体レーザ装置。
4. 前記電流狭窄層は、第１の電流狭窄層と、前記第１の電流狭窄層の上方に位置し、前記第１の電流狭窄層よりもＡｌ組成の低い第２の電流狭窄層とから構成される
   請求項１に記載の窒化物半導体レーザ装置。
5. 前記第１の電流狭窄層のＡｌ組成と膜厚とを乗算して得られる値と、前記第２の電流狭窄層のＡｌ組成と膜厚とを乗算して得られる値との和は、１６４０（％・ｎｍ）以下である
   請求項４に記載の窒化物半導体レーザ装置。
6. 前記第１の電流狭窄層は、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ（０＜ｘ≦１）から構成され、
   前記第２の電流狭窄層は、Ａｌ_yＧａ_1-yＮ（０＜ｙ＜ｘ）から構成される
   請求項４に記載の窒化物半導体レーザ装置。

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