JP2011100934A - Semiconductor laser device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体レーザ素子に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor laser device.
非特許文献1には、端面発光型の半導体レーザ素子が記載されている。この端面発光型半導体レーザ素子は、非極性面であるM面を主面とするGaN基板上に形成されており、その共振端面は反応性イオンエッチング(RIE)によって形成されている。
Non-Patent
また、非特許文献2には、半極性面を主面とするAlInGaN基板の分極特性を計算により求め、共振端面を劈開により形成する際に望ましい分極特性を得る手法が記載されている。 Non-Patent Document 2 describes a technique for obtaining a polarization characteristic desirable when a resonance end face is formed by cleaving by calculating a polarization characteristic of an AlInGaN substrate having a semipolar plane as a main surface.
従来よりGaN系半導体レーザ素子においては、C面を主面とするGaN系半導体基板上に共振構造が形成されるのが一般的である。しかし、緑色発光の半導体レーザ素子などにおいて活性層がInを含む場合がある。Inを含むIII族窒化物半導体を例えばGaN基板上に成長させると、結晶構造の歪みによる圧電分極によってピエゾ電界が発生する。そして、このピエゾ電界は、C面を主面とするGaN基板上に、Inを含むIII族窒化物半導体を成長させた場合に最も大きくなる。活性層のピエゾ電界が大きくなると、活性層に注入される電子と正孔が離れ、発光に寄与する再結合確率が低下するので発光効率が低下してしまう。したがって、活性層がInを含む場合には、非極性面(半極性面または無極性面)を主面とするIII族窒化物基板を用いることが好ましい。 Conventionally, in a GaN-based semiconductor laser device, a resonance structure is generally formed on a GaN-based semiconductor substrate having a C-plane as a main surface. However, in some cases, the active layer contains In in a green-emitting semiconductor laser element or the like. When a group III nitride semiconductor containing In is grown on, for example, a GaN substrate, a piezoelectric field is generated by piezoelectric polarization due to distortion of the crystal structure. This piezo electric field becomes the largest when a group III nitride semiconductor containing In is grown on a GaN substrate having a C-plane as a main surface. When the piezo electric field of the active layer is increased, the electrons and holes injected into the active layer are separated, and the recombination probability contributing to light emission is reduced, so that the light emission efficiency is lowered. Therefore, when the active layer contains In, it is preferable to use a group III nitride substrate whose main surface is a nonpolar surface (semipolar surface or nonpolar surface).
また、半導体レーザ素子を作製する際の共振構造の形成方法としては、劈開またはドライエッチングを利用した反射端面を形成する方法が一般的である。しかしながら、III族窒化物系半導体結晶は六方晶であるため、反射端面を含む共振構造を、例えば非極性面を主面とするIII族窒化物基板上に形成しようとしても、劈開面が主面と垂直ではない場合があり、平滑な反射端面を劈開によって形成することが困難となる。また、ドライエッチングにより反射端面を形成する方法では、平滑な反射端面を安定的に形成することは困難である。このように、光損失の少ない共振構造を非極性面上に作製することは難しいという問題がある。 Further, as a method for forming a resonant structure when manufacturing a semiconductor laser element, a method of forming a reflective end face using cleavage or dry etching is generally used. However, since the group III nitride semiconductor crystal is a hexagonal crystal, even if an attempt is made to form a resonance structure including a reflective end face on a group III nitride substrate having a nonpolar surface as a main surface, the cleavage plane is the main surface. In some cases, it is difficult to form a smooth reflective end face by cleaving. Moreover, it is difficult to stably form a smooth reflection end face by the method of forming the reflection end face by dry etching. Thus, there is a problem that it is difficult to produce a resonant structure with little optical loss on a nonpolar surface.
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、非極性面を主面とするIII族窒化物基板と、Inを含む活性層とを備える半導体レーザ素子において、光損失の少ない共振構造を実現することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and in a semiconductor laser device including a group III nitride substrate having a nonpolar plane as a main surface and an active layer containing In, resonance with less optical loss. The purpose is to realize the structure.
上記した課題を解決するために、本発明による半導体レーザ素子は、半極性面または非極性面を主面とするIII族窒化物基板と、III族窒化物基板上に設けられたInを含む活性層と、活性層に沿って設けられ、一次元又は二次元において屈折率が周期的に変化する周期構造を含む回折格子層とを備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, a semiconductor laser device according to the present invention includes a group III nitride substrate having a semipolar plane or a nonpolar plane as a main surface, and an active containing In provided on the group III nitride substrate. And a diffraction grating layer including a periodic structure provided along the active layer and having a refractive index that periodically changes in one or two dimensions.
この半導体レーザ素子においては、非極性面を主面とするIII族窒化物基板上にInを含む活性層が設けられているので、活性層において発生するピエゾ電界を低減し、発光効率を向上させることができる。また、一次元又は二次元において屈折率が周期的に変化する周期構造を含む回折格子層が活性層に沿って設けられているので、活性層で発生した光がこの周期構造によって閉じ込められ、半導体内部で共振することができる。すなわち、この半導体レーザ素子によれば、反射端面ではなく半導体内部の周期構造によって光の共振構造が構成されているので、良好な反射端面を劈開により形成できない場合であっても、光損失の少ない共振構造を実現できる。 In this semiconductor laser device, since an active layer containing In is provided on a group III nitride substrate having a nonpolar plane as a main surface, the piezoelectric field generated in the active layer is reduced, and the luminous efficiency is improved. be able to. In addition, since a diffraction grating layer including a periodic structure whose refractive index periodically changes in one or two dimensions is provided along the active layer, light generated in the active layer is confined by the periodic structure, and the semiconductor It can resonate inside. That is, according to this semiconductor laser element, since the light resonance structure is constituted by the periodic structure inside the semiconductor, not the reflection end face, there is little optical loss even when a good reflection end face cannot be formed by cleavage. A resonant structure can be realized.
また、半導体レーザ素子は、周期構造が二次元フォトニック結晶構造であることを特徴としてもよい。これにより、活性層で発生した光を効率良く反射させる周期構造を好適に実現できる。 The semiconductor laser device may be characterized in that the periodic structure is a two-dimensional photonic crystal structure. Thereby, it is possible to suitably realize a periodic structure that efficiently reflects light generated in the active layer.
また、半導体レーザ素子は、III族窒化物基板の主面が、{10−10}面、{11−20}面、{10−11}面、{10−13}面、{11−22}面、{20−21}面、またはIII族窒化物基板のc軸に沿って延びる基準軸に直交する面からIII族窒化物基板のm軸の方向に63度以上80度未満の範囲の傾斜角で傾斜した面であることを特徴としてもよい。III族窒化物基板の主面がこれらの非極性面であることによって、Inを含む活性層において発生するピエゾ電界を効果的に低減し、発光効率をより向上させることができる。また、ピエゾ電界が低減することによって活性層におけるInの組成比をより高くでき、より長波長の光を出射させることができる。 In the semiconductor laser element, the principal surface of the group III nitride substrate is {10-10} plane, {11-20} plane, {10-11} plane, {10-13} plane, {11-22} In the range of 63 degrees or more and less than 80 degrees in the direction of the m-axis of the group III nitride substrate from the plane, the {20-21} plane, or the plane orthogonal to the reference axis extending along the c-axis of the group III nitride substrate It may be characterized by being a surface inclined at a corner. When the main surface of the group III nitride substrate is such a nonpolar surface, the piezoelectric field generated in the active layer containing In can be effectively reduced, and the light emission efficiency can be further improved. Further, by reducing the piezo electric field, the composition ratio of In in the active layer can be increased, and light having a longer wavelength can be emitted.
本発明によれば、非極性面を主面とするIII族窒化物基板と、Inを含む活性層とを備える半導体レーザ素子において、光損失の少ない共振構造を実現できる。 According to the present invention, a resonant structure with little optical loss can be realized in a semiconductor laser device including a group III nitride substrate whose main surface is a nonpolar plane and an active layer containing In.
以下、添付図面を参照しながら本発明による半導体レーザ素子の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Embodiments of a semiconductor laser device according to the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
(第1の実施の形態)
図1に示される、本発明の一実施形態に係る半導体レーザ素子1Aは、主面11aを有するIII族窒化物基板11を備えている。一実施例では、III族窒化物基板11はSiドープn型GaN基板である。或いは、III族窒化物基板11はInGaN等の他のIII族窒化物系半導体から成ってもよい。主面11aは、III族窒化物基板11のIII族窒化物半導体結晶のC面を除く他の面(非極性面)である。例えば主面11aは、III族窒化物半導体結晶の無極性面、すなわち{10−10}面(M面)または{11−20}面(A面)である。或いは、主面11aは、III族窒化物半導体結晶の半極性面(例えば{10−11}面、{10−13}面、{11−22}面、{20−21}面、またはIII族窒化物基板のc軸に沿って延びる基準軸に直交する面からIII族窒化物基板のm軸の方向に63度以上80度未満の範囲の傾斜角で傾斜した面など)であってもよい。III族窒化物基板11の厚さは、例えば300[μm]である。
(First embodiment)
A
また、半導体レーザ素子1Aは、III族窒化物基板11の主面11a上に設けられた活性層27を備えている。活性層27は、Inを含むIII族窒化物系半導体によって構成される。一実施例では、活性層27は量子井戸構造29を有するが、活性層27の構造はこれに限定されるものではない。この量子井戸構造29は、交互に配列された井戸層29aおよび障壁層29bを含む。井戸層29aは例えばInGaN、InAlGaN等からなることができ、また障壁層29bは、井戸層29aよりも大きなバンドギャップのInGaN、InAlGaN等からなることができる。
The
また、半導体レーザ素子1Aは、回折格子層17を備えている。本実施形態では、回折格子層17はIII族窒化物基板11の主面11aと活性層27との間に設けられているが、回折格子層17は活性層27上に設けられてもよい。回折格子層17は、活性層27に沿って設けられており、一次元又は二次元において屈折率が周期的に変化する周期構造を含んでいる。一実施例では、この周期構造は二次元フォトニック結晶からなる二次元回折格子構造であり、また他の一実施例では、この周期構造は一次元回折格子構造である。
Further, the
具体的には、回折格子層17は複数の空孔21を含んでいる。複数の空孔21は活性層27に沿った面方向に一次元または二次元に配列されており、回折格子層17の複数の空孔21以外の部分は例えばInGaNから成る。複数の空孔21の半径は例えば70[nm]であり、隣り合う空孔21のピッチは例えば166[nm](三角格子の場合)である。回折格子層17の層厚は例えば100[nm]である。
Specifically, the
また、半導体レーザ素子1Aは、n型クラッド層15を備えている。n型クラッド層15は、III族窒化物基板11の主面11aと回折格子層17との間に設けられている。n型クラッド層15は、III族窒化物系半導体、例えばSiドープn型AlGaNからなる。n型クラッド層15の層厚は例えば2[μm]である。
The
また、半導体レーザ素子1Aは、GaN系半導体層23を備えている。GaN系半導体層23は、回折格子層17と活性層27との間に設けられている。GaN系半導体層23は、GaN系化合物半導体、例えばSiドープn型GaNから成る。GaN系半導体層23の層厚は例えば200[nm]である。
The
また、半導体レーザ素子1Aは、GaN系半導体層31、電子ブロック層33、p型クラッド層35およびp型コンタクト層37を備えている。これらの層は、活性層27上にこの順で積層されている。GaN系半導体層31は、例えばGaN層から成り、好ましくは、ドーパントによる光吸収を避けるためにアンドープである。電子ブロック層33は、例えばGaN系半導体層31より大きなバンドギャップのAlGaN層から成り、好ましくはp型ドーパントを含む。p型クラッド層35は、活性層27に正孔を供給すると共に、光閉じ込めのために活性層27の屈折率よりも小さなGaN系半導体から成る。p型クラッド層35は、例えばAlGaN層から成る。p型コンタクト層37は、良好な電気接触を提供するために、高濃度のドーパントを含むことが好ましい。p型コンタクト層37は、例えばp型GaN層またはp型AlGaN層から成る。
The
また、半導体レーザ素子1Aは、アノード電極41a及びカソード電極41bを備えている。アノード電極41aは、p型コンタクト層37上に設けられており、p型コンタクト層37とオーミック接触を成している。カソード電極41bは、III族窒化物基板11の裏面11b上に設けられており、III族窒化物基板11とオーミック接触を成している。
The
以上の構成を備える半導体レーザ素子1Aの作用について説明する。アノード電極41aとカソード電極41bとの間に電流を供給すると、p型コンタクト層37及びp型クラッド層35から活性層27へ正孔が注入され、III族窒化物基板11及びn型クラッド層15から電子が注入される。活性層27へ正孔および電子(キャリア)が注入されると、キャリアの再結合が生じ、光が発生する。発生した光の波長は、活性層27を構成する半導体(本実施形態では、InGaNまたはAlInGaN)のバンドギャップによって決まる。また、活性層27が量子井戸構造29を有する場合には、井戸層29aの厚さも光の波長に大きく影響する。
The operation of the
活性層27において発生した光は、GaN系半導体層23,31によって活性層27内およびその付近に閉じ込められるが、光の一部はエバネッセント光として回折格子層17に到達する。回折格子層17に到達した光の波長と、回折格子層17の複数の空孔21による周期構造の周期とが一致する場合には、その光は周期構造に沿った方向に反射され、活性層27内を共振することとなる。
Light generated in the
特に、回折格子層17の周期構造がフォトニック結晶構造である場合、活性層27の光の一部はエバネッセント光として回折格子層17に到達する。回折格子層17に到達したエバネッセント光の波長と、フォトニック結晶構造の周期とが一致する場合には、その周期に対応する波長において定在波が誘起される。定在波によるフィードバック効果により、レーザ発振を起こすことができる。
In particular, when the periodic structure of the
続いて、回折格子層17が二次元回折格子を有する場合について、更に詳細に説明する。二次元回折格子は、少なくとも二方向に同一の周期で並進させたときに重なり合うような性質を有する。このような二次元格子は、正三角形、正方形、または正六角形を一面に敷き詰めて配置し、その各頂点に格子点を設けることによって形成される。ここでは、正三角形を用いて形成される格子を三角格子、正方形を用いて形成される格子を正方格子、正六角形を用いて形成される格子を六角格子とする。
Next, the case where the
図2は、二次元回折格子の一例として、格子間隔がaである三角格子を示す図である。図2において、任意に選択された格子点Aに着目し、格子点Aから格子点Bに向かう方向をΓ−X方向とし、また格子点Aから格子点Cに向かう方向をΓ−J方向とする。ここでは、活性層27において生じる光の波長がΓ−X方向の格子周期に対応している場合について説明する。
FIG. 2 is a diagram showing a triangular grating having a grating interval a as an example of a two-dimensional diffraction grating. In FIG. 2, paying attention to the arbitrarily selected lattice point A, the direction from the lattice point A to the lattice point B is the Γ-X direction, and the direction from the lattice point A to the lattice point C is the Γ-J direction. To do. Here, a case where the wavelength of light generated in the
回折格子層17は、以下に説明する3個の一次元回折格子群L、M及びNを含むと考えることができる。一次元回折格子群Lは、X軸方向に沿って設けられた一次元格子L1、L2及びL3からなる。一次元回折格子群Mは、X軸方向に対して120°を成す方向に沿って設けられた一次元回折格子M1、M2及びM3からなる。一次元回折格子群Nは、X軸方向に対して60°を成す方向に沿って設けられた一次元格子N1、N2及びN3からなる。一次元回折格子群L、M及びNのそれぞれに含まれる一次元回折格子同士の間隔をdとし、一次元回折格子内における格子間隔をaとする。
The
まず、一次元回折格子群Lについて考える。格子点Aから格子点Bへ向かう方向に進む光は、格子点Bにおいて回折現象を生じる。回折方向は、ブラッグ条件2d・sinθ=mλ(m=0、±1、・・・)によって規定される。ここで、λは回折格子層17における光の波長である。2次のブラッグ反射(m=±2)を満足するように回折格子が形成されている場合には、θ=±60°、±120°の方向に別の格子点D、E、F及びGが存在する。また、m=0に対応する角度θ=0°、180°にも格子点A及びKが存在する。
First, consider the one-dimensional diffraction grating group L. Light traveling in the direction from the lattice point A toward the lattice point B causes a diffraction phenomenon at the lattice point B. The diffraction direction is defined by the Bragg condition 2d · sin θ = mλ (m = 0, ± 1,...). Here, λ is the wavelength of light in the
格子点Bにおいて、例えば格子点Dに向けて回折された光は、格子点Dにおいて格子群Mに従って回折される。この回折は、格子群Lに従う回折現象と同様に考えることができる。次いで、格子点Dにおいて格子点Hに向けて回折された光は、格子群Nに従って回折される。このようにして、格子点H、格子点I、格子点Jと順に回折される。格子点Jから格子点Aに向けて回折される光は、格子群Nに従って回折される。 For example, light diffracted toward the lattice point D at the lattice point B is diffracted according to the lattice group M at the lattice point D. This diffraction can be considered in the same manner as the diffraction phenomenon according to the grating group L. Next, the light diffracted toward the lattice point H at the lattice point D is diffracted according to the lattice group N. In this way, diffraction is performed in order of the lattice point H, the lattice point I, and the lattice point J. The light diffracted from the lattice point J toward the lattice point A is diffracted according to the lattice group N.
以上のように、格子点Aから格子点Bに進む光は、複数回の回折を経て、最初の格子点Aに到達する。このため、半導体レーザ素子1Aにおいては、ある方向に進む光が複数回の回折を経て元の格子点の位置に戻るので、各格子点間には定在波が立つ。したがって、回折格子層17の二次元回折格子構造は、光共振構造、つまり波長選択器および反射器として作用する。
As described above, the light traveling from the lattice point A to the lattice point B reaches the first lattice point A through a plurality of diffractions. For this reason, in the
格子点Aについて先に説明した回折作用は、二次元的に配置された全ての格子点において生じる。このため、Γ−X方向に伝搬する光は、ブラッグ回折によって二次元的に相互に結合していると考えられる。回折格子層17では、このような二次元的結合によって、コヒーレントな状態が形成されると考えられる。
The diffraction action described above for the lattice point A occurs at all lattice points arranged two-dimensionally. For this reason, it is considered that light propagating in the Γ-X direction is two-dimensionally coupled to each other by Bragg diffraction. In the
図3は、図2に示された三角格子が有する逆格子空間を示す図である。図3には、逆格子空間における複数のブリリアンゾーンの各中心点Γが示されており、また、互いに隣接する2つのブリリアンゾーンの中心点Γ同士を相互に結ぶ直線と、該2つのブリリアンゾーン同士の境界線とが交差する点Xが示されており、更に、互いに隣接する3つのブリリアンゾーンが接する点Jが示されている。図3における点Γ、X及びJによって規定される方向は、上述したΓ−X方向およびX−J方向に対応する。 FIG. 3 is a diagram showing a reciprocal lattice space which the triangular lattice shown in FIG. 2 has. FIG. 3 shows central points Γ of a plurality of brilliant zones in a reciprocal lattice space, and also shows a straight line connecting the central points Γ of two brilliant zones adjacent to each other and the two brilliant zones. A point X at which the boundary lines intersect with each other is shown, and further, a point J at which three adjacent brilliant zones contact each other is shown. The directions defined by the points Γ, X and J in FIG. 3 correspond to the Γ-X direction and the XJ direction described above.
図4(a)は、InPからなるフォトニック結晶構造の三角格子について、平面波展開法を用いてバンド計算を行った結果を示すフォトニックバンド図であり、特にTEモードに対する計算結果である。また、図4(b)は、図4(a)におけるS点近傍における拡大図である。図1に示した回折格子層17は、図4(a)に示された分散関係、すなわちフォトニックバンド構造を有することができる。なお、フォトニックバンド構造とは、媒質内に設けられた少なくとも二次元の周期的な屈折率分布に基づいて、光子のエネルギーに対して規定された分散関係をいう。
FIG. 4A is a photonic band diagram showing the result of band calculation using a plane wave expansion method for a triangular lattice having a photonic crystal structure made of InP, and particularly the calculation result for the TE mode. FIG. 4B is an enlarged view in the vicinity of the point S in FIG. The
図4(a)及び図4(b)に示すように、点Γ及びその近傍の波数範囲では、図中の部分P,Sにおいて、バンド端が存在している。ここでは、部分Sを「第1バンド端」とし、部分Pを「第2バンド端」とする。第1バンド端の規格化周波数ω1は約0.35となっており、第2バンド端の規格化周波数ω2は約0.61となっている。ここで、点Γでは群速度(dλ/dk)=0なので、光の規格化周波数ωがω1またはω2である場合には、結晶方向にかかわらず定在波が立つことになる。GaNから成るフォトニック結晶構造(三角格子)に対して同様の計算を行うと、第1バンド端の規格化周波数ω1は約0.47となり、第2バンド端の規格化周波数ω2は約0.82となる。 As shown in FIG. 4A and FIG. 4B, band edges exist in the portions P and S in the figure in the point Γ and the wave number range in the vicinity thereof. Here, it is assumed that the portion S is a “first band end” and the portion P is a “second band end”. The normalized frequency ω 1 at the first band end is about 0.35, and the normalized frequency ω 2 at the second band end is about 0.61. Here, since the group velocity (dλ / dk) = 0 at the point Γ, when the normalized frequency ω of light is ω 1 or ω 2 , a standing wave is generated regardless of the crystal direction. When the same calculation is performed on a photonic crystal structure (triangular lattice) made of GaN, the normalized frequency ω 1 at the first band end is about 0.47, and the normalized frequency ω 2 at the second band end is about 0.82.
続いて、本実施形態の半導体レーザ素子1Aの作製方法について説明する。図5〜図9は、本実施形態の半導体レーザ素子1Aを作製する方法の主要な工程を示す側断面図である。本実施形態では、半導体レーザのためのいくつかのIII族窒化物系半導体層が、例えば有機金属気相成長法で形成される。
Subsequently, a manufacturing method of the
まず、図5に示されるように、III族窒化物基板11を準備する。なお、III族窒化物基板11は、半極性面である主面11aを有しており、III族窒化物結晶のc軸Cxは主面11aの法線Hに対して角度θ(θ>0)だけ傾斜している。例えば、主面11aは、III族窒化物結晶の無極性面、すなわち{10−10}面(M面)または{11−20}面(A面)である。或いは、主面11aは、III族窒化物結晶の半極性面(例えば{10−11}面、{10−13}面、{11−22}面、{20−21}面、またはIII族窒化物基板のc軸に沿って延びる基準軸に直交する面からIII族窒化物基板のm軸の方向に63度以上80度未満の範囲の傾斜角で傾斜した面など)である。III族窒化物基板11は例えば六方晶系半導体InSAlTGa1−S−TN(0≦S≦1、0≦T≦1、0≦S+T≦1)からなり、一実施例ではn型GaNからなる。
First, as shown in FIG. 5, a group
次に、III族窒化物基板11を成長炉にセットし、半導体レーザのための工程を施していく。まず、III族窒化物基板11の主面11aのサーマルクリーニングを行ったのち、図6(a)に示すように、n型クラッド層15を成長させる。n型クラッド層15は例えばAlGaNといったIII族窒化物系半導体からなることができる。このn型クラッド層15上には、回折格子層17(図1参照)となるn型GaN層43を成長させる。n型GaN層43は、n型クラッド層15よりも大きい屈折率を有する。なお、GaN層43に代えて、InGaN層またはAlGaN層を成長させてもよい。GaN層43を成長させた後に、室温近くの温度まで成長炉の温度を下げて、基板W1を成長炉から取り出す。
Next, the group
次いで、GaN層43の一部を除去することにより、一次元又は二次元で周期的に配列された複数の凹部をGaN層43に形成する工程を説明する。図6(b)に示されるように、基板W1のGaN層43上に、複数の凹部を形成するためのレジスト45を均一に塗布する。このレジスト45は、例えば電子ビーム露光用のレジストである。そして、このレジスト45を露光することにより、図7(a)に示されるようにマスク19を形成する。マスク19は、複数の凹部のための開口の配列を有しており、これらの開口は、例えば三角格子、正方格子等の格子状に配列される。
Next, a process of forming a plurality of recesses periodically arranged in one or two dimensions in the
マスク19を用いて、複数の凹部をGaN層43に形成する。この形成は、エッチングといった加工により行われる。図7(b)に示されるように、例えばドライエッチング装置においてマスク19を用いてGaN層43をエッチングして、周期的屈折率分布のパターンが形成された回折格子層17を形成する。回折格子層17には、マスク19の開口に対応して一次元又は二次元で周期的に配列された複数の空孔21の配列が形成される。複数の空孔21は、その配列の態様によって、一次元回折格子か或いは二次元フォトニック結晶を構成する。このエッチングの後にマスク19を除去して、基板W2が提供される。基板W2は、パターン形成された回折格子層17を含む。
A plurality of recesses are formed in the
基板W2を成長炉にセットして、成長炉の温度を成長温度まで上昇させる。この後に、図8に示されるように、GaN系半導体層23を回折格子層17上に形成する。GaN系半導体層23は、回折格子層17の複数の空孔21を保持したまま覆う。
The substrate W2 is set in the growth furnace, and the temperature of the growth furnace is raised to the growth temperature. Thereafter, as shown in FIG. 8, the GaN-based
引き続き、いくつかのIII族窒化物系半導体層の成長を行う。図8に示されるように、GaN系半導体層23上に活性層27を成長させる。この活性層27は、複数の空孔21と光学的に結合される。一実施例では、活性層27は量子井戸構造29を有し、量子井戸構造29は交互に配列された井戸層29aおよび障壁層29bを含む。
Subsequently, several Group III nitride semiconductor layers are grown. As shown in FIG. 8, an
次いで、活性層27上にGaN系半導体層31が成長される。GaN系半導体層31は、例えばGaN層であることができ、好ましくは、ドーパントによる光吸収を避けるためにアンドープ層からなる。このGaN系半導体層31上に、電子ブロック層33、p型クラッド層35およびp型コンタクト層37が順に成長される。電子ブロック層33は、例えばGaN系半導体層31より大きなバンドギャップのAlGaN層からなることができ、好ましくはp型ドーパントを含む。p型クラッド層35は、活性層27に正孔を供給すると共に、光閉じ込めのために活性層27の屈折率よりも小さなIII族窒化物系半導体からなる。p型クラッド層35は、例えばAlGaN層からなることができる。p型コンタクト層37は、良好な電気接触を提供するために、高濃度のドーパントを含むことが好ましい。p型コンタクト層37は、例えばp型GaN層またはp型AlGaN層からなることができる。これらの成長により、基板W3が提供される。
Next, a GaN-based
この後、必要な場合には、III族窒化物基板11の裏面の研削を行う。そして、図9に示されるように、p型コンタクト層37上にアノード電極41aを形成すると共に、III族窒化物基板11の裏面11bにカソード電極41bを形成する。最後に、アノード電極41aおよびカソード電極41bが形成された基板W3をチップ状に分割する。こうして、半導体レーザ素子1Aが完成する。
Thereafter, if necessary, the back surface of the group
本実施形態の半導体レーザ素子1Aにおいては、非極性面を主面とするIII族窒化物基板11上に、Inを含む活性層27が設けられている。ここで、図10(a)は、GaN基板主面のC面からの傾斜角度と、該GaN基板上に成長したIn0.2Ga0.8N層内に生じるピエゾ電界との関係を示すグラフである。同図に示されるように、活性層でのピエゾ電界は、主面の傾斜角が0°(すなわちC面)である場合に最も大きくなり、傾斜角が増すほど低下し、傾斜角45°で0[V/cm]となる。そして、傾斜角が45°を超えるとピエゾ電界は負の値をとり、90°で再び0[V/cm]となる。
In the
また、図10(b)は、GaN基板上に成長したInX1Ga1−X1N層のIn組成X1とピエゾ電界との関係を示すグラフである。図10(b)において、グラフG1〜G4は、基板主面のC面に対する傾斜角がそれぞれ0°、30°、60°、及び90°である場合を示している。同図に示されるように、傾斜角が0°または30°の場合、ピエゾ電界は、In組成が大きいほど高くなる傾向がある。一方、傾斜角が60°の場合、ピエゾ電界は、In組成が大きいほど負の値が小さくなる(絶対値が大きくなる)傾向がある。 FIG. 10B is a graph showing the relationship between the In composition X1 of the In X1 Ga 1 -X1 N layer grown on the GaN substrate and the piezoelectric field. In FIG. 10B, graphs G1 to G4 show cases where the inclination angles of the main surface of the substrate with respect to the C plane are 0 °, 30 °, 60 °, and 90 °, respectively. As shown in the figure, when the tilt angle is 0 ° or 30 °, the piezoelectric field tends to increase as the In composition increases. On the other hand, when the tilt angle is 60 °, the piezo electric field tends to decrease in negative value (increase absolute value) as the In composition increases.
このように、III族窒化物基板上にInを含む層を成長させる場合、ピエゾ電界を考慮する必要がある。すなわち、緑色発光の半導体レーザ素子などにおいては活性層がInを含む場合があるが、活性層のピエゾ電界が大きくなると、活性層に注入される電子と正孔が離れ、発光効率が低下してしまう。これに対し、本実施形態の半導体レーザ素子1Aにおいては、III族窒化物基板11の主面が非極性面なので、活性層27において発生するピエゾ電界を低減し、発光効率を向上させることができる。
Thus, when growing a layer containing In on a group III nitride substrate, it is necessary to consider a piezoelectric field. That is, in a green laser diode or the like, the active layer may contain In. However, when the piezo electric field of the active layer is increased, electrons and holes injected into the active layer are separated, resulting in a decrease in luminous efficiency. End up. On the other hand, in the
また、従来、基板の主面がC面と異なる場合には、劈開面が主面と垂直ではないため共振構造を作成することが困難であった。この点、本実施形態の半導体レーザ素子1Aにおいては、一次元又は二次元において屈折率が周期的に変化する周期構造を含む回折格子層17が活性層27に沿って設けられているので、活性層27で発生した光がこの周期構造によって反射し、半導体内部で共振することができる。すなわち、この半導体レーザ素子1Aによれば、反射端面ではなく半導体内部の周期構造によって光の共振構造が構成されているので、良好な反射端面を劈開により形成できない場合であっても、光損失の少ない共振構造を実現できる。
Conventionally, when the main surface of the substrate is different from the C-plane, it is difficult to create a resonance structure because the cleavage plane is not perpendicular to the main surface. In this respect, in the
また、本実施形態のように、回折格子層17の周期構造は二次元フォトニック結晶構造であることが好ましい。これにより、活性層27で発生した光を効率良く反射させる周期構造を好適に実現できる。また、フォトニック結晶構造の特徴を活かして、ビーム・偏光などの制御が容易となり、応用用途を広げることができる。
Further, as in the present embodiment, the periodic structure of the
また、本実施形態のように、III族窒化物基板11の主面11aは、{10−10}面、{11−20}面、{10−11}面、{10−13}面、{11−22}面、{20−21}面、またはIII族窒化物基板のc軸に沿って延びる基準軸に直交する面からIII族窒化物基板のm軸の方向に63度以上80度未満の範囲の傾斜角で傾斜した面であることが好ましい。III族窒化物基板11の主面11aがこれらの非極性面であることによって、Inを含む活性層27において発生するピエゾ電界を効果的に低減し、発光効率をより向上させることができる。また、ピエゾ電界が低減することによって活性層27におけるInの組成比をより高くでき、より長波長の光を出射させることができる。
Further, as in the present embodiment, the
(変形例)
上記実施形態では、回折格子層17の二次元回折格子の一例として、図2に示すような三角格子について説明した。しかしながら、回折格子層17の周期構造は、たとえば以下のようなものであってもよい。
(Modification)
In the above embodiment, the triangular grating as shown in FIG. 2 has been described as an example of the two-dimensional diffraction grating of the
図11は、上記実施形態の一変形例に係る回折格子層17aの構成を示す平面図である。図11に示すように、回折格子層17aは、複数の空孔21が正方格子(格子間隔d)を形成するように設けられていてもよい。図11において、任意に選択された格子点Wに着目し、格子点Wから格子点Pに向かう方向をΓ−X方向とし、また格子点Wから格子点Qへ向かう方向をΓ−M方向とする。ここでは、活性層27において発生する光の波長がΓ−X方向に関する格子周期に対応している場合について説明する。
FIG. 11 is a plan view showing a configuration of a
回折格子層17aは、以下に説明する2個の一次元回折格子群U、Vを含むと考えることができる。一次元回折格子群Uは、Y軸方向に向けて設けられた複数の一次元格子(例えばU1〜U3)を含む。一次元回折格子群Vは、X軸方向に向けて設けられた一次元格子(例えばV1〜V3)を含む。
The
まず、一次元回折格子群Uについて考える。格子点Wから格子点Pに達した光は、格子点Pにおいて回折現象を生じる。回折方向は、三角格子の場合と同様に、ブラッグ条件2d・sinθ=mλ(m=0、±1、・・・)によって規定される。2次のブラッグ反射(m=±2)を満足するように回折格子が形成されている場合には、θ=±90°の角度に別の格子点Q,Rが存在し、m=0に対応する角度θ=0°,180°にも格子点W,Sが存在する。 First, consider the one-dimensional diffraction grating group U. Light reaching the lattice point P from the lattice point W causes a diffraction phenomenon at the lattice point P. The diffraction direction is defined by the Bragg condition 2d · sin θ = mλ (m = 0, ± 1,...) As in the case of the triangular lattice. When the diffraction grating is formed so as to satisfy the second-order Bragg reflection (m = ± 2), there are other grating points Q and R at an angle of θ = ± 90 °, and m = 0. There are also grid points W and S at corresponding angles θ = 0 ° and 180 °.
格子点Pにおいて格子点Qへ向けて回折された光は、格子点Qにおいて一次元回折格子群Vに従って回折される。この回折は、一次元回折格子群Uに従う回折現象と同様に考えることができる。次いで、格子点Qにおいて格子点Tへ向けて回折される光は、一次元回折格子群Uに従って回折される。このようにして順次に回折されていく。格子点Tから格子点Wへ向けて回折される光は、一次元回折格子群Vに従って回折される。 The light diffracted toward the lattice point Q at the lattice point P is diffracted according to the one-dimensional diffraction grating group V at the lattice point Q. This diffraction can be considered in the same manner as the diffraction phenomenon according to the one-dimensional diffraction grating group U. Next, the light diffracted toward the lattice point T at the lattice point Q is diffracted according to the one-dimensional diffraction grating group U. In this way, the light is sequentially diffracted. The light diffracted from the lattice point T toward the lattice point W is diffracted according to the one-dimensional diffraction grating group V.
このように、格子点Wから格子点Pへ進んだ光は、複数回の回折を経て、最初の格子点Wに到達する。すなわち、或る方向に進む光が複数回の回折を経て元の格子点に戻るので、各格子点間には定在波が立つ。したがって、回折格子層17aの二次元回折格子は、光共振器として作用する。
Thus, the light traveling from the lattice point W to the lattice point P reaches the first lattice point W through a plurality of diffractions. That is, since light traveling in a certain direction returns to the original lattice point through a plurality of diffractions, a standing wave is generated between the lattice points. Therefore, the two-dimensional diffraction grating of the
回折格子層17aの二次元回折格子では、任意の格子点Wにおいて生じる上記現象が全ての格子点において生じ得る。このため、Γ−X方向に伝搬する光が、ブラッグ回折によって二次元的に相互に結合していると考えられる。回折格子層17aの二次元回折格子では、この二次元的結合によって3つのΓ−X方向が結合しあってコヒーレントな状態が形成されると考えられる。
In the two-dimensional diffraction grating of the
(実施例1)
有機金属気相成長法を用いて、青紫色二次元フォトニック結晶レーザを作製した。原料として、トリメチルガリウム(TMG)、トリメチルインジウム(TMI)、トリメチルアルミニウム(TMA)、アンモニア(NH3)、モノシラン(SiH4)、シクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2Mg)を用いた。
Example 1
A blue-violet two-dimensional photonic crystal laser was fabricated using metal organic vapor phase epitaxy. As raw materials, trimethylgallium (TMG), trimethylindium (TMI), trimethylaluminum (TMA), ammonia (NH 3 ), monosilane (SiH 4 ), and cyclopentadienyl magnesium (Cp 2 Mg) were used.
{20−21}面を主面とするn型GaN基板をサセプタ上に配置した後に、成長炉にNH3とH2を供給して炉内の圧力30[kPa]において、摂氏1100度の基板温度で10分間のサーマルクリーニングを行った。炉内圧力を大気圧にした後に、以下の順に成膜を行った。まず、TMG、TMA、NH3、SiH4を供給し、厚さ2μmのn型Al0.03Ga0.97N結晶を成長した。次にTMG、TMI、NH3、SiH4を供給し、二次元フォトニック結晶のための厚さ100[nm]のn型GaN結晶を成長した。 After an n-type GaN substrate having a {20-21} plane as a main surface is disposed on a susceptor, NH 3 and H 2 are supplied to the growth reactor, and the substrate is 1100 degrees Celsius at a pressure of 30 kPa. Thermal cleaning was performed at a temperature for 10 minutes. After the furnace pressure was set to atmospheric pressure, film formation was performed in the following order. First, TMG, TMA, NH 3 and SiH 4 were supplied to grow an n-type Al 0.03 Ga 0.97 N crystal having a thickness of 2 μm. Next, TMG, TMI, NH 3 and SiH 4 were supplied to grow an n-type GaN crystal having a thickness of 100 [nm] for a two-dimensional photonic crystal.
基板温度を降温した後に、成長炉からエピタキシャルウェハを取り出し、以下のとおりフォトニック結晶のためのマスクを形成した。電子ビーム露光用フォトレジストをウェハ上に塗布し、スピンコータを用いて均一なレジスト膜を形成した。電子ビーム露光装置を用いて、レジスト膜の300[μm]角のエリア内に、フォトニック結晶のための正方格子パターン(半径70[nm]、ピッチ166[nm])を描画した。このレジスト膜の現像を行ってマスクを形成した後に、反応性イオンエッチング装置にエピタキシャルウェハを配置した。レジストマスクを用いてエッチングガスCl2によりn型GaN層を部分的に除去して転写し、パターンに対応した空孔の配列を有するn型GaN層(回折格子層)を形成した。この後に、結晶成長のためにエピタキシャルウェハからレジストマスクを除去した。 After lowering the substrate temperature, the epitaxial wafer was taken out of the growth furnace, and a mask for the photonic crystal was formed as follows. A photoresist for electron beam exposure was applied on the wafer, and a uniform resist film was formed using a spin coater. A square lattice pattern (radius 70 [nm], pitch 166 [nm]) for the photonic crystal was drawn in an area of 300 [μm] square of the resist film using an electron beam exposure apparatus. After developing the resist film to form a mask, an epitaxial wafer was placed in a reactive ion etching apparatus. Using the resist mask, the n-type GaN layer was partially removed and transferred by an etching gas Cl 2 to form an n-type GaN layer (diffraction grating layer) having an array of holes corresponding to the pattern. Thereafter, the resist mask was removed from the epitaxial wafer for crystal growth.
上記エピタキシャルウェハをサセプタ上に配置した後に、基板温度を成長温度(摂氏1100度)に上昇させた。炉内圧力を大気圧として、TMG、NH3、SiH4を供給し、200[nm]のn型GaN層を回折格子層上に成長した。そして、成長炉の温度を下げ、3周期の量子井戸構造を有する活性層を形成した。具体的には、摂氏880度の基板温度で、TMG、TMI、NH3を供給し、厚さ15[nm]のアンドープIn0.01Ga0.99N障壁層を成長し、その上に、摂氏800度の基板温度で、TMG、TMI、NH3を供給し、厚さ3[nm]のアンドープIn0.07Ga0.93N井戸層を成長した。この工程を繰り返すことにより、3周期の多重量子井戸活性層を形成した。 After the epitaxial wafer was placed on the susceptor, the substrate temperature was raised to the growth temperature (1100 degrees Celsius). TMG, NH 3 , and SiH 4 were supplied at a furnace pressure of atmospheric pressure, and an n-type GaN layer of 200 [nm] was grown on the diffraction grating layer. And the temperature of the growth furnace was lowered | hung and the active layer which has a quantum well structure of 3 periods was formed. Specifically, TMG, TMI, and NH 3 are supplied at a substrate temperature of 880 degrees Celsius to grow an undoped In 0.01 Ga 0.99 N barrier layer having a thickness of 15 [nm]. TMG, TMI, and NH 3 were supplied at a substrate temperature of 800 ° C. to grow an undoped In 0.07 Ga 0.93 N well layer having a thickness of 3 nm. By repeating this process, a multi-quantum well active layer having three periods was formed.
続いて、成長炉の温度を上げ、摂氏1100度の成長温度においてTMGおよびNH3を供給し、厚さ50[nm]のアンドープGaN層を成長した。その上に、TMG、TMA、NH3、Cp2Mgを供給し、厚さ20nmのp型Al0.12Ga0.88N電子ブロック層を成長した。また、TMG、TMA、NH3、Cp2Mgを供給し、厚さ600[nm]のp型Al0.07Ga0.93Nクラッド層を成長した。また、TMG、NH3、Cp2Mgを供給し、厚さ50[nm]のp型GaNコンタクト層を成長した。これらの成長の後に、エピタキシャルウェハを成長炉から取り出して、Ni/Auからなるアノード電極をp型GaN層上に形成した。また、GaN基板を厚さ100[μm]まで研削した後に、基板の裏面にTi/Auからなるカソード電極を形成した。 Subsequently, the temperature of the growth furnace was raised, TMG and NH 3 were supplied at a growth temperature of 1100 degrees Celsius, and an undoped GaN layer having a thickness of 50 [nm] was grown. On top of this, TMG, TMA, NH 3 and Cp 2 Mg were supplied to grow a 20-nm-thick p-type Al 0.12 Ga 0.88 N electron blocking layer. Further, TMG, TMA, NH 3 , and Cp 2 Mg were supplied to grow a p-type Al 0.07 Ga 0.93 N cladding layer having a thickness of 600 [nm]. Further, TMG, NH 3 , and Cp 2 Mg were supplied to grow a p-type GaN contact layer having a thickness of 50 [nm]. After these growths, the epitaxial wafer was taken out of the growth furnace, and an anode electrode made of Ni / Au was formed on the p-type GaN layer. Further, after the GaN substrate was ground to a thickness of 100 [μm], a cathode electrode made of Ti / Au was formed on the back surface of the substrate.
以上の工程を経たのち、300[μm]角のフォトニック結晶パターンを含むように1[mm]角のチップを切り出した。そして、このチップをステムに搭載し、Auからなるワイヤを用いてボンディングを行い、このチップを通電可能とした。この青紫色二次元フォトニック結晶レーザ素子に室温でパルス電流(繰り返し周波数1[kHz]、パルス幅500[nsec])を印加したとき、フォトニック結晶レーザとしての発振が確認された。 After going through the above steps, a 1 [mm] square chip was cut out so as to include a 300 [μm] square photonic crystal pattern. Then, this chip was mounted on a stem, and bonding was performed using a wire made of Au so that the chip could be energized. When a pulse current (repetition frequency 1 [kHz], pulse width 500 [nsec]) was applied to this blue-violet two-dimensional photonic crystal laser element at room temperature, oscillation as a photonic crystal laser was confirmed.
(実施例2)
有機金属気相成長法を用いて、青紫色分布帰還型レーザを作製した。その際、原料として、TMG、TMI、TMA、NH3、SiH4、及びCp2Mgを用いた。
(Example 2)
A blue-violet distributed feedback laser was fabricated using metal organic vapor phase epitaxy. At that time, TMG, TMI, TMA, NH 3 , SiH 4 , and Cp 2 Mg were used as raw materials.
まず、{20−21}面を主面とするn型GaN基板をサセプタ上に配置した後に、成長炉にNH3とH2を供給して炉内の圧力30[kPa]において、摂氏1100度の基板温度で10分間のサーマルクリーニングを行った。炉内圧力を大気圧にした後に、以下の順に成膜を行った。まず、TMG、TMA、NH3、およびSiH4を供給し、厚さ2μmのn型Al0.03Ga0.97N結晶を成長した。次にTMG、TMI、NH3、およびSiH4を供給し、回折格子のための厚さ100[nm]のn型GaN結晶を成長した。 First, after placing an n-type GaN substrate having a {20-21} plane as a main surface on a susceptor, NH 3 and H 2 are supplied to the growth reactor, and the pressure in the furnace is 1100 degrees Celsius at 30 [kPa]. Thermal cleaning was performed at a substrate temperature of 10 minutes. After the furnace pressure was set to atmospheric pressure, film formation was performed in the following order. First, TMG, TMA, NH 3 and SiH 4 were supplied to grow an n-type Al 0.03 Ga 0.97 N crystal having a thickness of 2 μm. Next, TMG, TMI, NH 3 and SiH 4 were supplied to grow an n-type GaN crystal having a thickness of 100 [nm] for the diffraction grating.
基板温度を降温した後に、成長炉からエピタキシャルウェハを取り出し、以下のとおり一次元回折格子のためのマスクを形成した。電子ビーム露光用フォトレジストをウェハ上に塗布し、スピンコータを用いて均一なレジスト膜を形成した。電子ビーム露光装置を用いて、一次元回折格子パターン(ピッチ80[nm]、領域50[μm]×600[μm])をレジスト膜に描画した。このレジスト膜の現像を行ってマスクを形成した後に、反応性イオンエッチング装置にエピタキシャルウェハを配置した。レジストマスクを用いてエッチングガスCl2によりn型GaN層を部分的に除去して転写し、パターンに対応した一次元回折格子構造を有するn型GaN層(回折格子層)を形成した。この後に、結晶成長のためにエピタキシャルウェハからレジストマスクを除去した。 After lowering the substrate temperature, the epitaxial wafer was taken out from the growth furnace, and a mask for a one-dimensional diffraction grating was formed as follows. A photoresist for electron beam exposure was applied on the wafer, and a uniform resist film was formed using a spin coater. A one-dimensional diffraction grating pattern (pitch 80 [nm], region 50 [μm] × 600 [μm]) was drawn on a resist film using an electron beam exposure apparatus. After developing the resist film to form a mask, an epitaxial wafer was placed in a reactive ion etching apparatus. Using the resist mask, the n-type GaN layer was partially removed and transferred by etching gas Cl 2 to form an n-type GaN layer (diffraction grating layer) having a one-dimensional diffraction grating structure corresponding to the pattern. Thereafter, the resist mask was removed from the epitaxial wafer for crystal growth.
以降、実施例1と同様にして、n型GaN層(200[nm])、InGaN活性層、アンドープGaN層(50[nm])、Al0.12Ga0.88N電子ブロック層(20[nm])、p型Al0.07Ga0.93Nクラッド層(600[nm])、及びp型GaNコンタクト層(50[nm])を成長した。これらの成長の後に、Ni/Auアノード電極をp型GaN層上に形成し、GaN基板を研削した後に、基板の裏面にTi/Auカソード電極を形成した。 Thereafter, in the same manner as in Example 1, an n-type GaN layer (200 [nm]), an InGaN active layer, an undoped GaN layer (50 [nm]), an Al 0.12 Ga 0.88 N electron blocking layer (20 [20] nm]), a p-type Al 0.07 Ga 0.93 N cladding layer (600 [nm]), and a p-type GaN contact layer (50 [nm]). After these growths, a Ni / Au anode electrode was formed on the p-type GaN layer, and after grinding the GaN substrate, a Ti / Au cathode electrode was formed on the back surface of the substrate.
以上の工程を経たのち、1[mm]角のチップを切り出した。そして、このチップをステムに搭載し、Auからなるワイヤを用いてボンディングを行い、このチップを通電可能とした。この青紫色分布帰還型レーザ素子に室温でパルス電流(繰り返し周波数1[kHz]、パルス幅500[nsec])を印加したところ、レーザ発振が確認された。 After going through the above steps, 1 [mm] square chips were cut out. Then, this chip was mounted on a stem, and bonding was performed using a wire made of Au so that the chip could be energized. When a pulse current (repetition frequency 1 [kHz], pulse width 500 [nsec]) was applied to this blue-violet distributed feedback laser element at room temperature, laser oscillation was confirmed.
本発明による半導体レーザ素子は、上記した実施形態及び変形例に限られるものではなく、他にも様々な変形が可能である。例えば、上記実施形態では回折格子層の周期構造の一例として二次元フォトニック結晶構造からなる二次元回折格子、並びに一次元回折格子を例示したが、本発明における周期構造はこれらに限られず、他の様々な微細構造に適用できる。また、上記実施形態ではn型GaN基板を備える半導体レーザ素子を例示したが、本発明に係る半導体レーザ素子に用いられる基板は、III族窒化物基板であれば他の組成のものであってもよい。 The semiconductor laser device according to the present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and various other modifications are possible. For example, in the above-described embodiment, a two-dimensional diffraction grating having a two-dimensional photonic crystal structure and a one-dimensional diffraction grating are illustrated as an example of the periodic structure of the diffraction grating layer. However, the periodic structure in the present invention is not limited to these, and other It can be applied to various fine structures. In the above embodiment, the semiconductor laser device including the n-type GaN substrate is exemplified. However, the substrate used in the semiconductor laser device according to the present invention may be of any composition as long as it is a group III nitride substrate. Good.
1A…半導体レーザ素子、11…III族窒化物基板、15…n型クラッド層、17,17a…回折格子層、19…マスク、21…空孔、23,31…GaN系半導体層、27…活性層、29…量子井戸構造、29a…井戸層、29b…障壁層、33…電子ブロック層、35…p型クラッド層、37…p型コンタクト層、41a…アノード電極、41b…カソード電極。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記III族窒化物基板上に設けられたInを含む活性層と、
前記活性層に沿って設けられ、一次元又は二次元において屈折率が周期的に変化する周期構造を含む回折格子層と
を備えることを特徴とする、半導体レーザ素子。 A group III nitride substrate having a nonpolar surface as a main surface;
An active layer containing In provided on the group III nitride substrate;
And a diffraction grating layer provided along the active layer and including a periodic structure whose refractive index periodically changes in one or two dimensions.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109031703A (en) * | 2018-09-27 | 2018-12-18 | 京东方科技集团股份有限公司 | A kind of pixel unit, reflective display screen and preparation method thereof, display device |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005129604A (en) * | 2003-10-22 | 2005-05-19 | Sony Corp | Semiconductor laser |
JP2006165309A (en) * | 2004-12-08 | 2006-06-22 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Semiconductor laser element |
JP2008047638A (en) * | 2006-08-11 | 2008-02-28 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Surface-emitting laser element, its manufacturing method, surface-emitting laser array, and its manufacturing method |
JP2009054864A (en) * | 2007-08-28 | 2009-03-12 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Nitride gallium-based semiconductor surface light emitting element and method of fabricating same |
JP2009088103A (en) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Sanyo Electric Co Ltd | Method of forming nitride-based semiconductor layer |
-
2009
- 2009-11-09 JP JP2009256273A patent/JP2011100934A/en active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005129604A (en) * | 2003-10-22 | 2005-05-19 | Sony Corp | Semiconductor laser |
JP2006165309A (en) * | 2004-12-08 | 2006-06-22 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Semiconductor laser element |
JP2008047638A (en) * | 2006-08-11 | 2008-02-28 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Surface-emitting laser element, its manufacturing method, surface-emitting laser array, and its manufacturing method |
JP2009054864A (en) * | 2007-08-28 | 2009-03-12 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Nitride gallium-based semiconductor surface light emitting element and method of fabricating same |
JP2009088103A (en) * | 2007-09-28 | 2009-04-23 | Sanyo Electric Co Ltd | Method of forming nitride-based semiconductor layer |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109031703A (en) * | 2018-09-27 | 2018-12-18 | 京东方科技集团股份有限公司 | A kind of pixel unit, reflective display screen and preparation method thereof, display device |
CN109031703B (en) * | 2018-09-27 | 2021-09-03 | 京东方科技集团股份有限公司 | Pixel unit, reflective display screen, preparation method of reflective display screen and display device |
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